JP2009281298A - 内燃機関のインジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 気体燃料のみを噴射することができ、以って気体燃料の燃焼による排ガス改善効果等を十分に得ることや、液体燃料を気体燃料とともに噴射することによる燃費や燃焼の悪化を防止することができる内燃機関のインジェクタを提供する。
【解決手段】 噴孔３５を開閉するニードル３１と、ニードル３１に圧力を作用させる制御室２と、制御室２に作動油を供給する作動油供給通路２３と、制御室２への作動油の流出入を制御する電磁弁５と、ニードル３１周りに設けられるノズルチャンバ３３と、ノズルチャンバ３３へ気体燃料を供給する気体燃料供給通路２５およびフィード通路３４とを備える内燃機関のインジェクタ１であって、制御室２とノズルチャンバ３３との間において、噴孔３５の開閉に伴い摺動する摺動部材であるニードル３１周りにリングシール３７を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は内燃機関のインジェクタに関し、特に気体燃料を噴射する内燃機関のインジェクタに関する。

従来の化石液体燃料に代わり、気体燃料を噴射する内燃機関のインジェクタの開発が行われており、一部実用化されている。気体燃料には例えば天然ガス、石油ガスといった化石気体燃料や水素ガスなどが用いられ、気体燃料を用いることで、化石液体燃料で実現困難なクリーンな排気ガスを得ることやＣＯ_２の低減などが可能になる。
一方、気体燃料は潤滑性が低いため、インジェクタのノズル摺動部の摩耗や焼付き、弁部の摩耗による気密性不良などの発生が問題となる。

この点、特許文献１ではノズル摺動部や弁部に液体燃料を導入して潤滑を図ることで、インジェクタの信頼性を向上させる技術が提案されている。またこの技術では、弁部に導入した液体燃料がニードル開弁時に気体燃料とともに機関燃焼室へ噴射されるため、これにより圧縮着火機関における着火性が改善される。
なお、そのほか本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献２で提案されている。

特開２００６−１１８４７０号公報 特開昭６２−１３９９５９号公報

特許文献１が提案する技術では、気体燃料のみを噴射することができないことから、気体燃料の燃焼による排ガス改善効果等を十分に得ることができない虞がある。また、潤滑用に導入された液体燃料が気体燃料とともに噴射されることから、燃費や燃焼の悪化を招く虞もあると考えられる。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、気体燃料のみを噴射することができ、以って気体燃料の燃焼による排ガス改善効果等を十分に得ることや、液体燃料を気体燃料とともに噴射することによる燃費や燃焼の悪化を防止することができる内燃機関のインジェクタを提供すること、さらには気体燃料のみを噴射するにあたって、信頼性を高めることや排気の改善を図ることや車両の利便性の向上を図ることができる内燃機関のインジェクタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は噴孔を開閉するニードルと、該ニードルに圧力を作用させる制御室と、該制御室に作動油を供給する作動油供給通路と、前記制御室への作動油の流出入を制御する切替手段と、前記ニードル周りに設けられるノズルチャンバと、該ノズルチャンバへ気体燃料を供給する気体燃料供給通路とを備える内燃機関のインジェクタであって、前記制御室と前記ノズルチャンバとの間において、前記噴孔の開閉に伴い摺動する摺動部材周りにリング状のシール手段を設けたことを特徴とする。

また本発明は前記シール手段のうち、前記摺動部材と摺接する部分に高分子素材を用いた構成であってもよい。

また本発明は前記ニードルを摺動自在に収容するノズルボディと、該ノズルボディが取り付けられるインジェクタボディと、前記ノズルボディおよび前記インジェクタボディの間に設けられるパッキングチップとの合わせ面それぞれを高精度で加工した構成であってもよい。

また本発明は前記ニードルのガイド部と、前記ニードルが摺動する摺動穴と、前記ニードルが着座するシート部に高硬度化処理を施した構成であってもよい。

また本発明は増圧時の前記制御室内の作動油の圧力を、前記気体燃料の圧力よりも高圧とした構成であってもよい。

また本発明は前記作動油に燃料以外の流体を用いた構成であってもよい。

また本発明は前記摺動部材が前記ニードルである構成であってもよい。

本発明によれば、気体燃料のみを噴射することができ、以って気体燃料の燃焼による排ガス改善効果等を十分に得ることや、液体燃料を気体燃料とともに噴射することによる燃費や燃焼の悪化を防止することができる。さらに本発明によれば、気体燃料のみを噴射するにあたって、信頼性を高めることや排気の改善を図ることや車両の利便性の向上を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は本実施例に係る内燃機関のインジェクタ（以下、単にインジェクタと称す）１を断面で模式的に示す図であり、図２はインジェクタ１のうち、リングシール（請求項記載のシール手段に相当）３７周辺の部分を要部として、これを拡大して模式的に示す図である。インジェクタ１は圧縮着火式内燃機関用のインジェクタとして構成されている。インジェクタ１はインジェクタボディ４と、インジェクタボディ４にパッキングチップ４３を介して取り付けられるノズルボディ３２とを筐体として備えている。またインジェクタ１は噴孔３５の開閉に伴い摺動する摺動部材として制御ピストン４１とニードル３１とを備えている。

インジェクタボディ４は軸方向（図の上下方向）に沿って形成された縦穴を軸中心と略同軸に備えており、縦穴には制御ピストン４１が摺動自在に配設されている。縦穴はガイド部４１１を有して構成されており、ガイド部４１１に制御ピストン４１が摺接する。
またインジェクタボディ４は、軸方向に延びる気体燃料供給通路２５を軸中心からオフセットした位置に備えている。気体燃料供給通路２５は、インジェクタボディ４の上側部から斜め上方に突設した部分にその入口が設けられており、この入口には図示しない高圧気体燃料供給装置（例えば高圧気体燃料コモンレールや蓄圧アキュムレータ）が接続される。この高圧気体燃料供給装置から、本実施例では高圧気体燃料として水素燃料が供給される。
またインジェクタボディ４は、スプリング室４２を備えている。スプリング室４２は制御ピストン５２の下端部周りに設けられており、スプリング室４２にはスプリング４２１やスプリングガイド４２２やスペーサ４２３が配設されている。

ノズル３はニードル３１とノズルボディ３２とを有して構成されている。ノズルボディ３２は軸方向に沿って形成された縦穴を軸中心と略同軸に備えており、ニードル３１はこの縦穴に摺動自在に配設されている。縦穴は摺動穴３２１を有して構成されており、摺動穴３２１にニードル３１のガイド部３１１が摺接する。
縦穴の先端側（図示の下端側）にはニードル３１が着座するシート部３６が形成されている。またノズルボディ３２の先端側（図示の下端側）には、高圧気体燃料を噴射するための噴孔３５が形成されている。
そのほかノズルボディ３２には噴孔３５に連通するノズルチャンバ３３と、ノズルチャンバ３３に連通するフィード通路３４が形成されている。フィード通路３４には気体燃料供給通路２５が連通しており、気体燃料供給通路２５およびフィード通路３４を介してノズルチャンバ３３に供給された高圧気体燃料は開弁時に噴孔３５から噴射される。なお、請求項記載の気体燃料供給通路は、本実施例では気体燃料供給通路２５とフィード通路３４とで実現されている。

ニードル３１は大径のガイド部３１１と、小径のステム部３１２と、シート部３６に着座するシート部３１３とを備えており、またガイド部３１１とステム部３１２との間に円周溝を備えている。ノズルチャンバ３３はニードル３１周りに設けられており、具体的には軸方向においてこの円周溝を含む位置に設けられている。
ニードル３１はスプリング４２１および制御室２の圧力によって下方に付勢されるところ、ニードル３１の開弁駆動は、ノズルチャンバ３３に供給される高圧気体燃料の圧力によって行われる。

制御室２は制御ピストン５２の直上に設けられている。制御室２は、作動油供給通路２３に入口絞り部２１を介して常時連通しており、また、出口絞り部２２を介して作動油リターン通路２４に連通するようになっている。制御室２の圧力は、制御ピストン５２を介してニードル３１に下向きに作用し、ニードル３１の閉弁駆動はスプリング４２１の付勢力とともに、制御室２に供給される作動油の圧力によって行われる。
この点、制御室２の圧力は制御室２と作動油リターン通路２４との連通・遮断を電気式切替弁である電磁弁（請求項記載の切替手段に相当）５にて切り替えることにより、増減できるようになっており、電磁弁５は、非通電時には弁がスプリングにより下方に付勢されて制御室２と作動油リターン通路２４との連通を遮断し、通電時には弁が制御室２と作動油リターン通路２４との連通を許可するように構成されている。このように電磁弁５で背圧としての制御室２の圧力を制御する構成とすることで、高圧気体燃料の噴射を制御性良く行うことができる。

上述した構成において、さらにインジェクタ１はニードル３１周りにリングシール３７を備えている。図２に示すように、ノズルボディ３２の摺動穴３２１は上端部が一周に亘って段状に形成されており、リングシール３７は具体的にはこの段状に形成された部分に組み付けられた上で、リング状のストッパ３７３によってその位置が規制されている。またリングシール３７はその形状がリング状になっており、ニードル３１のガイド部３１１に摺接するようになっている。

このように設けたリングシール３７は制御室２とノズルチャンバ３３との間に設けられているので、制御ピストン４１およびガイド部４１１間のクリアランスを通じて制御室２からスプリング室４２に漏れた作動油が、ニードル３１のガイド部３１１および摺動穴３２１間のクリアランスを通じてノズルチャンバ３３に漏れることを防止することができる。このためインジェクタ１では、高圧気体燃料のみを噴射することができる。

また高圧気体燃料のみを噴射するにあたって、リングシール３７は例えば制御ピストン４１周り（より具体的には例えばガイド部４１１）に設けることも可能なところ、本実施例ではリングシール３７をニードル３１周りに設けたことで、ガイド部３１１および摺動穴３２１間のクリアランスを通じてスプリング室４２に高圧気体燃料が漏れることも防止でき、これにより高圧気体燃料が作動油リターン通路２４或いは外部に漏れることも防止できることから、信頼性を高めることもできる。
また高圧気体燃料の外部への漏れを防止するにあたって、本実施例ではノズルボディ３２と、インジェクタボディ４と、パッキングチップ４３との合わせ面それぞれを高精度（例えば面粗度Ｒｚ０．１２から０．１４、平面度０．１６から０．１８μｍ）で加工している。すなわち、高圧気体燃料のみを噴射する場合には、高圧気体燃料の外部への漏れが発生し得るところ、本実施例ではこれにより外部への漏れをさらに好適に防止して信頼性の向上を図っている。

さらにリングシール３７は、ガイド部３１１と摺接する部分がリップを備える高分子シール材３７１で、摺動穴３２１と摺接する部分がＯリング３７２でそれぞれ構成されている。また、高分子シール材３７１には本実施例では摩擦係数の低いフッ素樹脂系の高分子素材（例えばポリテトラルフルオロエチレン）が用いられている。すなわち、高圧気体燃料のみを噴射する場合には、潤滑性が低くなることが問題となるところ、本実施例ではガイド部３１１と摺接する部分に摩擦係数の低い高分子シール材３７１を適用することで、さらにシール性と耐久性を確保しており、これにより信頼性を高めている。

また本実施例ではニードル３１のガイド部３１１と、摺動穴３２１と、シート部３６とに高硬度化処理として軟窒化処理を施している。すなわち、高圧気体燃料のみを噴射する場合には、潤滑性が低くなることが問題となるところ、本実施例ではこれにより耐摩耗性を向上させるとともに焼付きの発生を防止し、信頼性を高めている。

また本実施例では、増圧時の作動油の圧力が高圧気体燃料の圧力よりも高圧（例えば２倍）になるようにしている。これにより、高圧気体燃料のみを噴射するにあたって、シート部３６のシート荷重を高くしてシール性を向上させることができ、以って信頼性を高めることができる。またこれにより、噴射のシャープカット性を高めて排気の改善を図ることもできる。

また制御室２に供給する作動油には例えば軽油等の液体燃料を適用することも可能であるところ、本実施例では液体燃料以外の流体（例えばエンジンオイルやシリコンオイル）を用いることで、航続中に補給する燃料を気体燃料だけとすることを可能にしており、これにより利便性の向上も図られる。

このようにインジェクタ１は、気体燃料のみを噴射することができるので、気体燃料の燃焼による排ガス改善効果等を十分に得ることができ、また液体燃料を気体燃料とともに噴射することによる燃費や燃焼の悪化を防止することもできる。
またインジェクタ１は、気体燃料のみを噴射するにあたってさらに信頼性を高めることや排気の改善を図ることや車両の利便性の向上を図ることができる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

インジェクタ１を断面で模式的に示す図である。 インジェクタ１の要部を拡大して模式的に示す図である。

符号の説明

１ インジェクタ
２ 制御室
２５ 気体燃料供給通路
３ ノズル
３１ ニードル
３１１ ガイド部
３１２ ステム部
３１３ シート部
３２ ノズルボディ
３２１ 摺動穴
３３ ノズルチャンバ
３４ フィード通路
３５ 噴孔
３６ シート部
３７ リングシール
３７１ 高分子シール材
３７２ Ｏリング
４ インジェクタボディ
４１ 制御ピストン
４１１ ガイド部
４２ スプリング室
４３ パッキングチップ
５ 電磁弁

Claims (7)

1. 噴孔を開閉するニードルと、該ニードルに圧力を作用させる制御室と、該制御室に作動油を供給する作動油供給通路と、前記制御室への作動油の流出入を制御する切替手段と、前記ニードル周りに設けられるノズルチャンバと、該ノズルチャンバへ気体燃料を供給する気体燃料供給通路とを備える内燃機関のインジェクタであって、
   前記制御室と前記ノズルチャンバとの間において、前記噴孔の開閉に伴い摺動する摺動部材周りにリング状のシール手段を設けたことを特徴とする内燃機関のインジェクタ。
2. 前記シール手段のうち、前記摺動部材と摺接する部分に高分子素材を用いたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のインジェクタ。
3. 前記ニードルを摺動自在に収容するノズルボディと、該ノズルボディが取り付けられるインジェクタボディと、前記ノズルボディおよび前記インジェクタボディの間に設けられるパッキングチップとの合わせ面それぞれを高精度で加工したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のインジェクタ。
4. 前記ニードルのガイド部と、前記ニードルが摺動する摺動穴と、前記ニードルが着座するシート部に高硬度化処理を施したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のインジェクタ。
5. 増圧時の前記制御室内の作動油の圧力を、前記気体燃料の圧力よりも高圧としたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のインジェクタ。
6. 前記作動油に液体燃料以外の流体を用いたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のインジェクタ。
7. 前記摺動部材が前記ニードルであることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の内燃機関のインジェクタ。
   

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