JP3931718B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関し、特にコモンレールに蓄圧した高圧燃料を内燃機関へ噴射供給するインジェクタのシール構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射装置としては、例えばディーゼル機関用燃料噴射システムとしての蓄圧式燃料噴射装置において、内燃機関の各気筒に設けられ、コモンレールに蓄圧した高圧燃料をその気筒の燃焼室に噴射供給するインジェクタが知られている。
【０００３】
この種のインジェクタは、燃料噴射する噴孔を有し、その噴孔の開閉を行なう弁部としてのノズル部と、ノズル部の開閉期間を制御する３方弁等の駆動部材を有する本体部からなる。これらノズル部および本体部の内部には、ノズル部の先端に配置された噴孔を開閉する弁部材としてのノズルニードルへ、コモンレールより供給された高圧燃料を導入する高圧燃料通路と、その高圧燃料を介して供給された高圧燃料のうち余剰燃料を、インジェクタ外部、例えば燃料タンクへ導出する燃料回収通路とが備えられている。このため、ノズル部と本体部とは、リテーニングナット等の螺合部材を用いて両者を締付け、その締付けの際に生じる締付軸力を利用したメタルコンタクトによって気密に保持されている。これにより、インジェクタ外部への燃料漏れ、すなわち内燃機関へ供給するための噴射燃料以外の燃料がインジェクタ外部へ漏れ出すのを防止している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、排気ガス浄化の社会的要請から、内燃機関へ燃料を噴射供給する燃料噴射装置は燃料噴射圧力の更なる高圧化が要求されている。
【０００５】
更なる高圧化要求に対して、従来構成のインジェクタでは、上記メタルコンタクト部の面圧を上げることで、高圧シールの実力を向上させる手法がとられてきた。例えば面圧を上げる手法としては、上記締付軸力の増加、あるいは接触面積の低減等の手段がある。この面圧を上げる手法ではメタルコンタクト部を構成する部材の部品強度限界に対する安全率の低下や、接触面の面粗度等の部材の形状精度の確保のために加工コストが上昇する等の問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、したがってその目的は、メタルコンタクトにより高圧シールを行なうもので、部材強度に対する余裕度が低下することなく、噴射燃料の高圧化が図れる燃料噴射装置を提供することにある。
【０００７】
また、別の目的は、メタルコンタクト部の微量の燃料漏れ程度では、外部への燃料漏れを阻止可能な構造を備えた燃料噴射装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１によれば、内蔵するノズルニードルが上昇して噴孔が開くノズル部と、噴孔へ高圧燃料を導入する高圧燃料通路、およびこの高圧燃料通路より高圧燃料が供給され、高圧燃料の圧力がノズルニードルの上昇を抑える方向に作用する圧力制御室を有する本体部と、ノズル部と本体部とを螺合により締付けるリテーニングナットとを備え、ノズル部と本体部とが当接する当接面を挟んでそれぞれの外周と、ノズル部および本体部を収容するリテーニングナットの内周との間には、それぞれシール部材が配設されている。
【０００９】
これにより、従来技術のノズル部と本体部とが当接する当接面同士がメタルコンタクトによって気密に保持する構成に比べて、ノズル部と本体部とが当接する当接面同士の間から燃料が漏れることがあったとしても、ノズル部と本体部とが当接する当接面を挟んでそれぞれの外周と、ノズル部および本体部を収容するリテーニングナットの内周との間に配置されたＯリング等のシール部材によって外部へ燃料が漏れるのを阻止可能である。したがって、噴射燃料の高圧化要求に対して、ノズル部と本体部とをリテーニングナットによって締付ける締付軸力の増加、あるいは当接面の接触面積の低減をすることなく、高圧シールの実力の向上が図れる。
【００１０】
更に、本発明の請求項１によれば、本体部は、噴孔へ供給される高圧燃料の余剰燃料を低圧側に排出することにより回収する燃料回収通路が設けられており、この燃料回収通路は、上記外周のうち、当接面からシール部材の間の外周に開口する開口部を有し、燃料回収通路と高圧燃料通路は、互いに径方向反対の外周側に配置されるとともに、開口部は、当接面に形成され、燃料回収通路の外周側径方向に延びる溝として形成されている。
これにより、ノズル部と本体部とが当接する当接面を挟んでそれぞれの外周、ノズル部および本体部を収容するリテーニングナットの内周、およびシール部材によって区画される空間に開口する燃料回収通路の開口部を形成する際、例えば本体部に孔開けすることなく、溝を加工することで形成できるので、開口部の追加に伴う加工コストの増加を抑えることが可能である。
【００１１】
これにより、ノズル部と本体部とが当接する当接面を挟んでそれぞれの外周、ノズル部および本体部を収容するリテーニングナットの内周、およびシール部材によって区画される空間に漏れ出た燃料を燃料回収通路へ導出可能であるので、ノズル部と本体部とが当接する当接面同士の間から燃料が漏れることがあったとしても、ノズル部と本体部とが当接する当接面を挟んでそれぞれの外周と、ノズル部および本体部を収容するリテーニングナットの内周との間に配置されたＯリング等のシール部材によって外部へ燃料が漏れるのを阻止可能であるとともに、そのシール部材の耐圧限界を越える燃料の圧力上昇を回避可能である。したがって、部材強度に対する余裕度を低下させることなく、噴射燃料の高圧化が図れる。
【００１２】
上記燃料回収通路の開口部は、本発明の請求項２に記載するように、ノズルニードルの上昇を抑える方向に付勢する付勢スプリングを収容する収容孔に貫通している。
【００１３】
これにより、ノズル部と本体部とが当接する当接面を挟んでそれぞれの外周、ノズル部および本体部を収容するリテーニングナットの内周、およびシール部材によって区画される空間に開口する燃料回収通路の開口部を形成する際、従来技術にて燃料回収通路と連通するように構成されている付勢スプリングを収容する収容孔に、貫通する孔等を開けることで一度に開口部が形成できるので、開口部の追加に伴う加工コストの増加を抑えることが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の燃料噴射装置を、具体化した実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の燃料噴射装置の概略構成を表す断面図である。図２は、図１中の本発明の要部であるノズル部と本体部とが当接する当接面周りの構成を示す断面図である。図３は、図２中のＡ―Ａ方向からみたノズルホルダの下端面を示す平面図である。
【００１７】
図１に示すように、燃料噴射装置１は、ディーゼル機関用燃料噴射システムとしての蓄圧式燃料噴射システムにおいて、内燃機関の各気筒に設けられ、コモンレール（図示せず）に蓄圧した高圧燃料をその気筒の燃焼室に噴射供給するものであって、ノズル部２、ノズルホルダ４、リテーニングナット５、電磁弁６とを含んで構成されている。なお、ノズルホルダ４および電磁弁６は、ノズル部２に内蔵された弁部材としてのノズルニードル部３０に加わる背圧としての圧力制御室４３の圧力を制御する駆動部材を備える本体部３を構成している。
【００１８】
ノズル部２は、先端に噴孔２１ａを有するノズルボディ２１と、ノズルボディ２１の内部に摺動自在に収容されるノズルニードル２２とを含んで構成されている。この噴孔２１ａへ高圧燃料を供給する高圧燃料経路として、ノズルボディ２１の上端面２１ｂから燃料下流側に向かって、図１に示すように、燃料孔２９、がノズルボディ２１に形成され、さらにこの燃料孔２９の下流側には、ノズルニードル２２の先端側外周と、ノズルニードル２２を摺動自在に収容するノズルボディ２１のガイドホール２３とで区画される燃料溜り部２８、および外周燃料通路２４が形成されている。なお、この外周燃料通路２４に導入された高圧燃料によってノズルニードル２２が開弁方向へ付勢される構成となっている。
【００１９】
このノズル部２とノズルホルダ４とは、螺合部材としてのリテーニングナット５により締付けられ、外部への燃料漏れを防止する構成となっている。なお、このノズル部２とノズルホルダ４つまり本体部３とがリテーニングナット５により締付けられ、外部への燃料漏れを防止する構成の詳細については、後述する。
【００２０】
ノズルホルダ４は、図１に示すように、コモンレールより供給される高圧燃料をノズル部２の燃料孔２９へ導く高圧燃料通路４１、この高圧燃料通路４１内の高圧燃料が供給され、圧力制御室４３へ導く燃料導入通路４２、およびコモンレールより供給された高圧燃料のうち、余剰燃料を低圧側へ排出するための燃料回収通路（以下、第１燃料回収通路と呼ぶ）４４ａとを含んで構成されている。なお、高圧燃料通路４１の入口側には、バーフィルタ４９が収容されており、このバーフィルタ４９によりこの高圧燃料通路４１内へ流入する燃料の異物混入を防止している。
【００２１】
また、このノズルホルダ４は、上記高圧燃料通路４１、燃料導入通路４２、および燃料回収通路４４ａ等が形成されるとともに、上端側に電磁弁６を収容する電磁弁孔４５、電磁弁孔４５の下端側に形成され、ノズルニードル２２にプレッシャピン３２を介して連接される制御ピストン３１を摺動自在に収容する収容孔４６等が形成される鋳造製あるいは鍛造製の金属ハウジングによりなる。なお、ノズルホルダ４の下端部４ａには、ノズルニードル２２の上昇を抑える方向に付勢する付勢スプリング３８を収容するスプリング収容孔４７が形成されている。
【００２２】
収容孔４６は、図１に示すように、制御ピストン３１および電磁弁６（詳しくは、電磁弁６の下端側に設けたオリフィスプレート６ａ）とともに区画する空間に、圧力制御室４３を形成している。この圧力制御室４３内の燃料圧力が制御ピストン３１等を介してノズルニードル２２に作用、すなわち圧力制御室４３内の高圧燃料がノズルニードル２２の上昇を抑える方向に作用可能な構成となっている。
【００２３】
なお、ノズルニードル２２の受圧面に作用し、ノズルニードル２２を開弁方向に押し上げる力となる外周燃料通路２４に導入される高圧燃料は、ガイドホール２３の内周とノズルニードル２２の外周つまりノズルニードル部３０の外周との隙間を通じて、スプリング収容孔４７とノズルニードル２２の上部およびプレッシャピン３２とで区画され、付勢スプリング３８を収容する空間３７に排出される。このため、ノズルホルダ４には、図１に示すように、上記隙間に応じてその空間３７へ排出される余剰燃料を、第１燃料回収通路４４ａに導く第２燃料回収通路４４ｂが設けられ、この第２燃料回収通路４４ｂはスプリング収容孔４７と連通している。
【００２４】
上記構成を有する燃料噴射装置１の作動を以下説明する。コモンレールから燃料噴射装置１に供給される高圧燃料は、高圧燃料通路４１を介して、圧力制御室４３と、ノズル部２内部の燃料孔２９および外周燃料通路２４とに導入される。このとき、電磁弁６が閉弁状態であると、圧力制御室４３に導入された高圧燃料の圧力が付勢スプリング３８とともにノズルニードル２２を閉弁方向に付勢する。一方、ノズル部の外周燃料通路２４に導入された高圧燃料は、ノズルニードル２２の受圧面に作用してノズルニードル２２を開弁方向に付勢している。ただし、電磁弁６が閉弁状態のときには、ノズルニードル２２を閉弁方向に付勢する力が開弁方向に付勢する力を上回っているため、ノズルニードル２２がリフトすることなく、噴孔２１ａを閉じているので燃料は噴孔２１ａから噴射されない。また、電磁弁６が開弁状態であると、圧力制御室４３に導入された燃料は、燃料回収通路４４ａを介して図示しない配管から燃料タンクに還流する。このとき、圧力制御室４３内の高圧燃料は圧力低下する。これにより、圧力制御室４３の燃料圧力と付勢スプリング３８によるノズルニードル２２を閉弁方向に押しさせる力と、外周燃料通路２４内の高圧燃料によるノズルニードル２２を開弁方向に押し上げる力とのバランスが崩れ、ノズルニードル２２を開弁方向に付勢する力が閉弁方向に付勢する力を上回った時点で、ノズルニードル２２がリフトして噴孔２１ａを開くことにより燃料が噴射される。したがって、電磁弁６を開弁、閉弁することで、ノズル部２の噴孔２１ａから燃料の噴射、停止がなされ、よってこの電磁弁６の開弁期間に応じて高圧燃料が内燃機関へ噴射供給される。
【００２５】
ここで、ノズル部２とノズルホルダ４つまり本体部３とがリテーニングナット５により締付けられ、外部への燃料漏れを防止する構成を、以下図１、図２および図３に従って説明する。
【００２６】
図１および図２に示すように、ノズル部２とノズルホルダ４はリテーニングナット５の螺合による締付けによって生じる締付軸力を利用して、互いに当接するノズル部２の上端面２１ｂとノズルホルダ４の下端面４ｂには、締付軸力による面圧を発生させ、いわゆるメタルコンタクトによる気密の保持が可能な構成となっている。
【００２７】
リテーニングナット５には、略円筒状に形成され、ノズル部２の上部２ｃとノズルホルダ４の下端部４ａを収容する内周５ａを有しており、この内周５ａにはノズルホルダ４の外周に設けられた雄ねじ部と螺合可能な雌ねじ部が形成されている。なお、この内周５ａに形成される雌ねじ部はリテーニングナット５の上端側開口部の入口側内周５ａに配置されるものに限らす、リテーニングナット５の上端側開口部と下端側開口部との略中間位置に配置されているもの（図２参照）であってもよく、ノズル部２とノズルホルダ４とが螺合可能であるものであればいずれのものでもよい。
【００２８】
なお、本実施形態で説明するリテーニングナット５では、図２に示すように、上端側開口部と下端側開口部との略中間位置に、ノズルホルダ４の雄ねじ部と螺合可能な雌ねじ部が設けられているものとして説明する。
【００２９】
図２に示すように、ノズル部２とノズルホルダ４とが当接する当接面２１ｂ、４ｂを挟んでそれぞれの外周２ｃｃ、４ｃと、リテーニングナット５の内周５ａとの間には、シール部材７１、７２が設けられている。詳しくは、シール部材としてのＯリング７１、７２が、外周２ｃｃ、４ｃおよび内周５ａに形成される溝部に収容され、その外周２ｃｃ、４ｃおよび内周５ａをシールしている。これらOリングによって、外周２ｃｃ、４ｃ、内周５ａ、およびＯリング７１、７２に区画される空間Ｃを気密に保持することが可能である。
【００３０】
これにより、ノズル部２とノズルホルダ４とが当接する当接面２１ｂ、４ｂ同士のメタルコンタクトによって気密に保持する従来技術に比べて、当接面２１ｂ、４ｂ同士の間から燃料が漏れることがあったとしても、ノズル部２とノズルホルダ４とが当接する当接面２１ｂ、４ｂを挟んでそれぞれの外周２ｃｃ、４ｃと、リテーニングナットの内周５ａとの間に配置されたシール部材７１、７２によって、空間Ｃ内で漏れ燃料を溜めることが可能であり、よって燃料噴射装置１の外部へ燃料が漏れるのを阻止可能である。
【００３１】
したがって、噴射燃料の高圧化要求に対して、ノズル部２と、ノズルホルダ４つまり本体部３とをリテーニングナット５によって締付ける締付軸力の増加、あるいは当接面２１ｂ、４ｂの接触面積の低減をすることなく、高圧シールの実力の向上が図れる。
【００３２】
また、ノズルホルダ４の第２燃料回収通路４４ｂと高圧燃料通路４１は、図３に示すように、互いに径方向反対の外周側に配置されるとともに、第２燃料回収通路４４ｂから外周４ｂに開口する開口部８として、第２燃料回収通路４４ｂの外周側径方向に延びる溝８１が設けられている。
【００３３】
これにより、空間Ｃに当接面２１ｂ、４ｂ同士の間から燃料が漏れることがあったとしても、シール部材７１、７２によって区画される空間Ｃに開口する第２燃料回収通路４４ｂの溝８１を通じて、低圧側の燃料回収通路４４ａ、４４ｂへその空間Ｃ内に漏れ出た燃料を導出可能である。したがって、空間Ｃを区画するシール部材７１，７２によって空間Ｃから燃料噴射装置１の外部へ燃料が漏れ出るのを阻止可能であるとともに、そのシール部材７１，７２のシール限界、例えばＯリングの耐圧限界を越える漏れ燃料の圧力が空間Ｃ内に加わるのを回避可能である。よって、燃料噴射装置１の部材強度の余裕度を低下させることなく、高圧燃料通路４１等の噴射２１ａへ高圧燃料を供給する高圧燃料経路を流れる燃料圧力の高圧化、つまり噴射燃料の高圧化が図れる。
【００３４】
さらに、空間Ｃに開口する第２燃料回収通路４４ｂの開口部８を形成する際、ノズルホルダ４に孔開けすることなく、溝７１を加工するだけでできるので、開口部８の追加に伴う加工コストの増加を抑えることが可能である。
【００３５】
なお、上記で説明した実施形態の空間Ｃに開口する第２燃料回収通路４４ｂの開口部８において、溝７１に代えて、スプリング収容孔４７と外周４ｂが貫通する連通孔を設けてる構成としてもよい。これにより、上記実施形態と同様に、従来技術にて燃料回収通路４４ｂとスプリング収容孔４７とが連通する孔を有する構成に対して、その連通孔（開口部８）を開ける際、従来技術での上記孔とを一度に開けることが可能である。したがって、開口部８の追加に伴う加工コストの増加を抑えることが可能である。
【００３６】
以上説明した実施形態で説明した空間Ｃに開口する第２燃料回収通路４４ｂの開口部８は、当接面４ｂに設けた第２燃料回収通路４４ｂの外周側径方向に延びる溝８１に限らず、スプリング収容孔４７と外周４ｂを貫通する連通孔であってもよく、空間Ｃ内つまり当接面４ｂ、２１ｂからシール部材７１、７２までの間の外周４ｂ、２１ｃｃに開口し、燃料回収通路４４ｂに連通するものであればいずれでもよい。
【００３７】
さらになお、上記実施形態では、空間Ｃを区画するシール部材としてのＯリング７１、７２を収容する溝部として、外周２ｃｃ、４ｃおよび内周５ａに形成される溝部としたが、外周２ｃｃ、４ｃ、内周５ａに形成される溝部は、外周２ｃｃ、４ｃおよび内周５ａの少なくともいずれか一方でもよく、このＯリング７１、７２が外周２ｃｃ、４ｃおよび内周５ａをシールものであればよい。
【００３８】
さらになお、上記実施形態では、空間Ｃを区画するシール部材として、Ｏリングで説明したが、角リング、あるいはバックアップリング等のゴムあるいは樹脂で形成されたものに限らず、外周２ｃｃ、４ｃと内周５ａとの間を接着する接着部材であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の燃料噴射装置の概略構成を表す断面図である。
【図２】図１中の本発明の要部であるノズル部と本体部とが当接する当接面周りの構成を示す断面図である。
【図３】図２中のＡ―Ａ方向からみたノズルホルダの下端面を示す平面図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射装置
２ ノズル部
３ 本体部
４ ノズルホルダ
４ｂ 下端面（当接面）
４ｃ 外周
５ リテーニングナット
５ａ 内周
６ 電磁弁
６ａ オリフィスプレート
８ 開口部
２１ ノズルボディ
２１ａ 噴孔
２１ｂ 上端面（当接面）
２１ｃ 上部
２１ｃｃ 外周
２２ ノズルニードル
２３ ガイドホール
２４ 外周燃料通路
２８ 燃料溜り部
３１ 制御ピストン
３２ プレッシャピン
３７ （付勢スプリングを収容する）空間
３８ 付勢スプリング
４１ 高圧燃料通路
４２ 燃料導入通路（高圧燃料通路）
４３ 圧力制御室
４４ａ 第１燃料回収通路（燃料回収通路）
４４ｂ 第２燃料回収通路（燃料回収通路）
４６ 収容孔
４７ スプリング収容孔
７１、７２ Ｏリング（シール部材）
８１ 溝
Ｃ 空間

Claims (2)

1. 内蔵するノズルニードルが上昇して噴孔が開くノズル部と、
   前記噴孔へ高圧燃料を導入する高圧燃料通路、および前記高圧燃料より高圧燃料が供給され、高圧燃料の圧力が前記ノズルニードルの上昇を抑える方向に作用する圧力制御室を有する本体部と、
   前記ノズル部と前記本体部とを螺合により締付けるリテーニングナットとを備え、
   前記ノズル部と前記本体部とが当接する当接面を挟んでそれぞれの外周と、前記ノズル部および前記本体部を収容する前記リテーニングナットの内周との間には、それぞれシール部材が配設されているとともに、
   前記本体部には、前記噴孔へ供給される高圧燃料の余剰燃料を低圧側に排出することにより回収する燃料回収通路が設けられており、前記燃料回収通路は、前記外周のうち、前記当接面から前記シール部材の間の外周に開口する開口部を有し、
   前記燃料回収通路と前記高圧燃料通路は、互いに径方向反対の外周側に配置されるとともに、
   前記開口部は、前記当接面に形成され、前記燃料回収通路の外周側径方向に延びる溝であることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記燃料回収通路の前記開口部は、前記ノズルニードルの上昇を抑える方向に付勢する付勢スプリングを収容する収容孔に貫通していることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。

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