JP2012202251A - インジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで所望の噴射特性を得ることのできるインジェクタを提供する。
【解決手段】インジェクタ１は、ノズルニードル３の制御室４の燃料圧力を調整する制御弁１０を備え、制御弁１０は、弁体１９がアクチュエータ１１のロッド３６によって押し込まれることで低圧流路６と制御室４との間を連通させる。ロッド３６は、ロッド保持部１０ａに摺動自在に支持される摺動部３６ａと、流路形成室２５内に収容される流路内ロッド部３６ｂとを有している。そして、流路内ロッド部３６ｂは、摺動部３６ａよりも外径の小さい小径部３８を有する。これによれば、摺動部３６ａにおいて主にロッド３６の強度を確保しつつ、流路内ロッド部３６ｂを小径にすることで、流出流路の一部をなす流路形成室２５の設計自由度を確保することができる。このため、コストをかけることなく流路形成室２５の設計自由度を高めることができ、所望の噴射特性を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに燃料を噴射供給するインジェクタに関する。

図３に示すように、従来のインジェクタ１００として、ノズルニードル１０２と、ノズルニードル１０２に対し閉弁方向に燃料圧を作用させるための制御室１０３と、制御室１０３内の燃料圧力を調整する制御弁１０４と、制御弁１０４を駆動するアクチュエータ１０５とを備え、アクチュエータ１０５により駆動するロッド１０８で制御弁１０４の弁体１０９を駆動するものがある（特許文献１参照）。

制御弁１０４は、軸方向他端側から弁体１０９が離着座する上シート１１０と、上シート１１０の軸方向一端側に形成されるとともに、弁体１０９が上シート１１０から離座しているときに制御室１０３から低圧流路１１１へ燃料を流出させる流出流路の一部をなす流路形成室１１３とを有している。

上記の構造の制御弁１０４では、上シート径ｄ、ロッド１０８の剛性、および、アクチュエータ１０５が発生できる力や変位によって、ロッド１０８の仕様が決まる。
そして、流路形成室１１３内にはロッド１０８が突出するため、ロッド１０８の径によって流路形成室１１３で流出流路として利用できる空間の容積が決まる。そのため、ロッド１０８の仕様で、流出流路としての流路形成室１１３の設計自由度が低くなってしまう。

このため、所望の噴射特性を得るために適当な設計をしたくても、設計自由度の制約によって、適当な設計をすることができない場合がある。
例えば、ロッド径が大きい場合には、流路形成室１１３を設計する際に、流出流路として利用できる空間を大きくとることができず、流出流路からの燃料流出による制御室１０３の減圧が遅れ、それによりノズルリフトが遅れ、目標とする噴射特性が得られない場合がある。
つまり、設計自由度が低いことで、所望の噴射特性を得ることができない場合がある。

流路形成室１１３の設計自由度を高くするために、ロッド径を小さくすることも考えられるが、ロッド径を小さくする場合には、必要強度を確保するために高剛性の材料を採用しなければならず、コストが嵩むという問題を生じる。

また、上シート径ｄを大きくすることで、流路形成室１１３の設計自由度を高める方法も考えられるが、この場合には、弁体１０９を押し込むのに必要な力が大きくなるため、アクチュエータ１０５の大型化及びコスト増大という問題を生じる。

特開２００９−１２７４９１号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、低コストで所望の噴射特性を得ることのできるインジェクタを提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のインジェクタは、噴孔（２）を開閉するノズルニードル（３）と、ノズルニードル（３）に対し閉弁方向に燃料圧を作用させるための制御室（４）と、低圧流路（６）と制御室（４）との連通を開閉する弁体（１９）を有し、制御室（４）内の燃料圧力を調整する制御弁（１０）と、制御弁（１０）を駆動するアクチュエータ（１１）とを備える。
そして、アクチュエータ（１１）は、制御弁（１０）の弁体（１９）の軸方向一端側から当接して弁体（１９）を軸方向他端側に押し込むロッド（３６）を有している。

制御弁（１０）は、軸方向他端側から弁体（１９）が離着座する上シート（３０）と、上シート（３０）の軸方向一端側に形成されるとともに、弁体（１９）が上シート（３０）から離座しているときに制御室（４）から低圧流路（６）へ燃料を流出させる流出流路の一部をなす流路形成室（２５）とを有している。

そして、ロッド（３６）は、所定のボディに摺動自在に支持される摺動部（３６ａ）と、摺動部（３６ａ）の軸方向他端側に形成されるとともに流路形成室（２５）内に収容される流路内ロッド部（３６ｂ）とを有し、流路内ロッド部（３６ｂ）は、摺動部（３６ａ）よりも外径の小さい小径部（３８）を有する。

これによれば、摺動部（３６ａ）において主にロッド（３６）の強度を確保しつつ、流路内ロッド部（３６ｂ）を小径にすることで、流出流路の一部をなす流路形成室（２５）の設計自由度を確保することができる。
このため、コストをかけることなく、流路形成室（２５）の設計自由度を高めることができ、所望の噴射特性を得ることができる。
なお、流路内ロッド部（３６ｂ）の径は、アクチュエータ（１１）の発生力と変位から、ロッド全体に許容される変形量を満たすように決定される。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載のインジェクタによれば、流路内ロッド部（３６ｂ）は、弁体（１９）に当接する軸方向他端部（３９）の外径が軸方向一端側よりも大きい。
これによれば、弁体（１９）に当接する部分の剛性を高くすることができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載のインジェクタによれば、流路内ロッド部（３６ｂ）は、摺動部（３６ａ）よりも径小であり、軸方向他端側に向かうにしたがって径が小さくなっている。
本手段は、流路内ロッド部（３６ｂ）の小径部の一態様を示すものである。

（ａ）はインジェクタの全体構成図であり、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である（実施例１）。 （ａ）は実施例２のロッド形状を説明する図であり、（ｂ）〜（ｄ）は実施例３のロッド形状を説明する図である（実施例２、３）。 （ａ）はインジェクタの全体構成図であり、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である（従来例）。

発明を実施するための形態のインジェクタによれば、アクチュエータ（１１）は、制御弁（１０）の弁体（１９）の軸方向一端側から当接して弁体（１９）を軸方向他端側に押し込むロッド（３６）を有している。
また、制御弁（１０）は、軸方向他端側から弁体（１９）が離着座する上シート（３０）と、上シート（３０）の軸方向一端側に形成されるとともに、弁体（１９）が上シート（３０）から離座しているときに制御室（４）から低圧流路（６）へ燃料を流出させる流出流路の一部をなす流路形成室（２５）とを有している。

そして、ロッド（３６）は、所定のボディに摺動自在に支持される摺動部（３６ａ）と、摺動部（３６ａ）の軸方向他端側に形成されるとともに流路形成室（２５）内に収容される流路内ロッド部（３６ｂ）とを有し、流路内ロッド部（３６ｂ）は、摺動部（３６ａ）よりも外径の小さい小径部（３８）を有する。

〔実施例１の構成〕
実施例１のインジェクタ１の構成を、図１、２を用いて説明する。
噴孔２を開閉するノズルニードル３と、ノズルニードル３に対し閉弁方向に燃料圧を作用させるための制御室４、この制御室４に燃料を流入させるための高圧流路５、および制御室４から燃料を流出させるための低圧流路６を形成するボディ９と、制御室４内の燃料圧力を調整する制御弁１０と、この制御弁１０を駆動するアクチュエータ１１とを備える。

ボディ９は、ノズルニードル３を軸方向に移動自在に収容するノズルボディ１３を有している。
ノズルボディ１３は、軸方向他端に開口する有底筒状を呈しており、ノズルニードル３とノズルボディ１３との間には、略円環筒状のノズル室１４が形成されている。
ノズル室１４には、高圧流路５から高圧の燃料が導かれて、ノズル室１４の燃料圧はノズルニードル３に対し開弁方向に作用する。

またノズルボディ１３の先端（底部）には、ノズルニードル３の先端に設けられたシート部が離着するシート面が設けられており、噴孔２がシート面よりもさらに先端側で開口している。このため、シート部がシート面に離着することで噴孔２とノズル室１４との間が開閉され、噴孔２を通じての燃料噴射が開始したり停止したりする。

また、ノズルボディ１３には、ノズルニードル３の軸方向一端部を摺動自在に保持するシリンダ１６が収容されている。
そして、シリンダ１６には、ノズルニードル３の軸方向一端面の一端側に形成されて、シリンダ１６の内周面とノズルニードル３の軸方向一端面により閉鎖された制御室４が形成されている。

また、ボディ９には、ノズル室１４に連通するとともに制御室４へ高圧燃料を供給するための高圧流路５と、制御室４から燃料を排出するための低圧流路６が形成されている。

制御弁１０は、３方弁構造であり、弁室１８内に収容した弁体１９を軸方向に動かすことによって、高圧流路５と制御室４との間、低圧流路６と制御室４との間を開閉する。

弁室１８は、制御室４と常時連通している。そして、軸方向他端側には高圧流路５が接続する第１ポート２１が開口している。なお、第１ポート２１と高圧流路５との間には、制御室４への燃料の流入流量を規制するＩＮオリフィス２２が設けられている（図１（ａ）参照）。
また、軸方向一端側には、低圧流路６が接続する第２ポート２４が開口している。なお、第２ポート２４と低圧流路６との間には、制御室４への燃料の流出流量を規制するＯＵＴオリフィス２６とが設けられている（図１（ｂ）参照）。

第１ポート２１の開口周囲には、弁体１９が着座する第１シート（下シート２９と呼ぶ）が形成されている（図１（ａ）参照）。
また、第２ポート２４の開口周囲には、弁体１９が着座する第２シート（上シート３０と呼ぶ）が形成されている。

弁体１９は、円柱状を呈しており、軸方向他端面（平面）に下シート２９に着座する第１シート部３１が設けられている（図１（ａ）参照）。そして、軸方向一端部には円錐面が設けられており、この円錐面に上シート３０に着座する第２シート部３２が設けられている（図１（ｂ）参照）。
また、弁体１９は、スプリング３４によって軸方向一端側に付勢されている。

これにより、弁体１９は軸方向他端側への移動によって下シート２９に第１シート部３１が着座し、軸方向一端側への移動によって上シート３０に第２シート部３２が着座する。
すなわち、上シート３０には軸方向他端側から弁体１９が離着座し、下シート２９には軸方向一端側から弁体１９が離着座する。

また、制御弁１０は、上シート３０の軸方向一端側に形成されるとともに、弁体１９が上シート３０から離座しているときに制御室４から低圧流路６へ燃料を流出させる流出流路の一部をなす流路形成室２５を有している。

流路形成室２５は、第２ポート２４の開口と連通して第２ポート２４の開口の軸方向一端側形成される円柱状の空間であり、この空間はＯＵＴオリフィス２６を介して低圧流路６と接続されている。
そして、弁体１９が上シート３０から離座しているとき、制御室４から、第２ポート２４、流路形成室２５、ＯＵＴオリフィス２６を介して、燃料が低圧流路６に流出する。つまり、流路形成室２５は、制御室４から低圧流路６へ燃料を流出させる流出流路の一部を形成するものである。

なお、流路形成室２５の軸方向一端側には、ロッド３６を摺動自在に保持するロッド保持部１０ａが形成されており、ロッド保持部１０ａの摺動孔１０ｂは、流路形成室２５よりも径小に設けられている。
そして、流路形成室２５は、摺動孔１０ｂ側へ向う程径小に形成されており、流路形成室２５の天井面２５ａはテーパ面となっている。

アクチュエータ１１は、例えば、ピエゾアクチュエータであって、複数のピエゾ素子を軸線方向に積層したピエゾスタック（図示せず）と、ピエゾスタックの伸張が伝達されて軸方向に動くロッド３６等を有する。
ロッド３６は、軸方向一端側から弁体１９に当接して、弁体１９を軸方向他端側に押し込む。

〔実施例１の特徴〕
本実施例のインジェクタ１によれば、ロッド３６は、ボディ９に形成されたロッド保持部１０ａに摺動自在に支持される摺動部３６ａと、流路形成室２５内に収容される流路内ロッド部３６ｂとを有している。そして、流路内ロッド部３６ｂは、摺動部３６ａよりも外径の小さい小径部３８を有する（図１（ｂ）参照）。

本実施例では、摺動部３６ａは円柱状を呈しており、摺動部３６ａの軸方向他端側に流路内ロッド部３６ｂが摺動部３６ａよりも小径の円柱状に設けられている。すなわち、流路内ロッド部３６ｂ全体が小径部３８となっている。なお、本実施例では、流路内ロッド部３６ｂは軸方向他端から一端に至るまで同一径であり、先端（軸方向他端面）は平面となっている。

そして、流路形成室２５内の流路内ロッド部３６ｂの外周の空間が、制御室４から低圧流路６へ燃料を流出させる流出流路として機能する。

なお、ロッド３６は弁体１９を押し込む際にわずかに変形するが、この変形が大きすぎると第２ポート２４の開弁が遅れる可能性があるため、アクチュエータ１１の発生力と変位から許容されるロッド３６の変形量（ロス）が定められる。
そして、摺動部３６ａと流路内ロッド部３６ｂの径は、このロッド３６全体に許容される変形量を満たすように決定される。

〔実施例１のインジェクタの作動〕
図１に示す状態（第２ポート閉鎖状態）から、アクチュエータ１１への通電によってアクチュエータ１１が駆動し（ピエゾスタックが伸張し）、ロッド３６が弁体１９を軸方向他端側へ押し込むと、第２ポート２４が開き、制御室４内の燃料が流路形成室２５、ＯＵＴオリフィス２６を経て、低圧流路６へと流出する。
これによって、制御室４内の燃料圧が低下し、ノズルニードル３が開弁方向（軸方向一端側）へ変位し、噴孔２が開いて燃料が噴射される。

そして、アクチュエータ１１への通電が停止すると、ロッド３６が弁体１９を押し込む力が解除されるため、スプリング３４及び第１ポート２１からの高圧燃料の圧力によって弁体１９が軸方向一端側に変位し、第１ポート２１が開く。これにより、制御室４と高圧流路５が弁室１８を介して連通し、制御室４に高圧燃料が供給され、制御室４の圧力が上昇する。この圧力がノズルニードル３に対し軸方向に作用する合力が閉弁方向に大きくなると、ノズルニードル３が閉弁方向（軸方向他端側）に移動して噴孔２とノズル室１９との間が閉鎖され、燃料の噴射が停止する。

〔実施例１の作用効果〕
本実施例のインジェクタ１によれば、ロッド３６は、ボディ９に形成されたロッド保持部１０ａに摺動自在に支持される摺動部３６ａと、流路形成室２５内に収容される流路内ロッド部３６ｂとを有している。
そして、流路内ロッド部３６ｂは、摺動部３６ａよりも外径の小さい小径部３８を有する。

これによれば、摺動部３６ａにおいて主にロッド３６の強度を確保しつつ、流路内ロッド部３６ｂを小径にすることで、流出流路の一部をなす流路形成室２５の設計自由度を確保することができる。
これによれば、コストをかけることなく、流路形成室２５の設計自由度を高めることができ、所望の噴射特性を得ることができる。

〔実施例２〕
実施例２のインジェクタ１の構成を、実施例１とは異なる点を中心に、図２（ａ）を用いて説明する。
実施例１では、流路内ロッド部３６ｂは軸方向他端から一端に至るまで同一径であったが、本実施例では、流路内ロッド部３６ｂは、弁体１９に当接する軸方向他端部３９の外径が軸方向一端側よりも大きい。

これによれば、実施例１の効果に加えて、弁体１９に当接する部分の剛性を高くすることができる。
なお、この軸方向他端部３９の外径は、摺動部３６ａの外径よりも小さくてもよいし、摺動部３６ａと同等でもよいし、摺動部３６ａの外径よりも大きくてもよい。

〔実施例３〕
実施例３のインジェクタ１の構成を、実施例１とは異なる点を中心に、図２（ｂ）〜（ｄ）を用いて説明する。
実施例１では、流路内ロッド部３６ｂは軸方向他端から一端に至るまで同一径であったが、本実施例では、流路内ロッド部３６ｂは軸方向他端側に向かうにしたがって径が小さくなっている。

すなわち、例えば、図２（ｂ）に示すように、流路内ロッド部３６ｂは、段部４０を介して摺動部３６ａよりも径小にされており、軸方向他端側に向かうに従って滑らかに径が小さくされ、先端が球面状となっていてもよい。

また、図２（ｃ）に示すように、流路内ロッド部３６ｂは、段部４０を介して摺動部３６ａよりも径小にされており、軸方向他端側に向かうに従ってテーパ状に縮径して、先端が平面となっていてもよい。

また、図２（ｄ）に示すように、流路内ロッド部３６ｂは、段部４０を介さず、摺動部３６ａの外径からテーパ状に縮径して、先端が平面となっていてもよい。

〔変形例〕
実施例１〜３のインジェクタ１によれば、アクチュエータ１１はピエゾスタックの伸張を利用するものであったが、これに限られない。例えば、電磁ソレノイドによる磁気吸引力を利用したアクチュエータであってもよい。

また、実施例１〜３のインジェクタ１によれば、制御弁１０は３方弁であったが、２方弁でもよい。

１ インジェクタ
２ 噴孔
３ ノズルニードル
４ 制御室
５ 高圧流路
６ 低圧流路
９ ボディ
１０ 制御弁
１１ アクチュエータ
１９ 弁体
２５ 流路形成室
３０ 上シート
３６ ロッド
３６ａ 摺動部
３６ｂ 流路内ロッド部
３９ （流路内ロッド部の）軸方向他端部

Claims (3)

1. 噴孔（２）を開閉するノズルニードル（３）と、
   前記ノズルニードル（３）に対し閉弁方向に燃料圧を作用させるための制御室（４）と、
   低圧流路（６）と前記制御室（４）との連通を開閉する弁体（１９）を有し、前記制御室（４）内の燃料圧力を調整する制御弁（１０）と、
   前記制御弁（１０）を駆動するアクチュエータ（１１）とを備えるインジェクタであって、
   前記アクチュエータ（１１）は、前記制御弁（１０）の前記弁体（１９）の軸方向一端側から当接して前記弁体（１９）を軸方向他端側に押し込むロッド（３６）を有し、
   前記制御弁（１０）は、
   軸方向他端側から前記弁体（１９）が離着座する上シート（３０）と、
   前記上シート（３０）の軸方向一端側に形成されるとともに、前記弁体（１９）が前記上シート（３０）から離座しているときに前記制御室（４）から低圧流路（６）へ燃料を流出させる流出流路の一部をなす流路形成室（２５）とを有し、
   前記ロッド（３６）は、所定のボディに摺動自在に支持される摺動部（３６ａ）と、前記摺動部（３６ａ）の軸方向他端側に形成されるとともに前記流路形成室（２５）内に収容される流路内ロッド部（３６ｂ）とを有し、
   前記流路内ロッド部（３６ｂ）は、前記摺動部（３６ａ）よりも外径の小さい小径部（３８）を有することを特徴とするインジェクタ。
2. 請求項１に記載のインジェクタにおいて、
   前記流路内ロッド部（３６ｂ）は、前記弁体（１９）に当接する軸方向他端部（３９）の外径が軸方向一端側よりも大きいことを特徴とするインジェクタ。
3. 請求項１に記載のインジェクタにおいて、
   前記流路内ロッド部（３６ｂ）は、前記摺動部（３６ａ）よりも径小であり、軸方向他端側に向かうにしたがって径が小さくなることを特徴とするインジェクタ。

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