JP4962872B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
このようなインジェクタでは、弁ボディに、上記の加圧室、ニードルを閉弁方向へ付勢する背圧室、およびニードルを開弁方向へ付勢するノズル室が形成されている。そして、これらの各圧力室の相互間に燃料が流通することを規制するため、ニードルの外壁には、弁ボディの内壁と小さいクリアランスを有する複数の摺動部が形成されている。
一方、ニードルの摺動部と弁ボディの内壁とのクリアランスを大きく形成すると、各圧力室の相互間に燃料が流通し、ニードルの作動が悪化する。さらに、弁ボディの弁座からニードルが離間するとき、ニードルの中心軸が弁ボディの中心軸から径方向へ移動し、各噴孔からの燃料噴射が均等にされなくなる。
また、特許文献3および特許文献4に示すように、駆動部の作動により背圧室の燃料を減圧することでニードルを開弁方向へ移動し、燃料を噴射する減圧開弁式のインジェクタが公知である。
本発明の目的は、弁ボディに形成される各圧力室間の液密性を確保する燃料噴射装置を提供することにある。
さらに、大径付勢手段は、第1弁ボディの反噴孔側の端部に当接することで安定した付勢力を大径シリンダに印加する。このため、背圧室と加圧室との間の液密性を確保することができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による燃料噴射装置(以下、燃料噴射装置を「インジェクタ」という。)を図1に示す。
本実施例のインジェクタ1は、ディーゼルエンジンの各気筒に取り付けられ、コモンレール8に高圧状態で蓄えられた燃料を各気筒に噴射する。インジェクタ1は、第1弁ボディ10、第2弁ボディ20、ニードル付勢手段としてのニードルスプリング21、駆動部9、大径シリンダ40、および大径付勢手段としての大径スプリング50等を備えている。
ニードル30の噴孔側の端部には、第1弁ボディ10の弁座13に離座および着座するシート部19が形成されている。ニードル30は、シート部19を弁座13に離座および着座することで、噴孔12を開閉する。
大径スプリング50は、一端42が大径シリンダ40の噴孔側の端部43に例えば溶接、嵌合等により接続し、他端52が第1弁ボディ10の反噴孔側の端部16に当接している。大径スプリング50は、大径シリンダ40を反噴孔側へ付勢している。このため、大径シリンダ40の頭頂部41は、段差部26に液密に当接し、背圧室21と加圧室22との間の燃料の流れを規制している。
駆動部9は、図示しないピエゾスタック及びこのピエゾスタックに駆動されるポンプ等から構成されている。燃料通路23は、駆動部9のポンプから供給される燃料を加圧室22へ供給する。
第1弁ボディ10のノズル室11には、コモンレール8から燃料通路24、17を経由し、例えば180〜200MPaの高圧燃料が供給されている。ノズル室11の高圧燃料はニードル30の受圧面39に作用し、ニードル30を開弁方向へ付勢している。
第2弁ボディ20の背圧室21には、コモンレール8から燃料通路25を経由し、ノズル室11と同じ圧力の高圧燃料が供給されている。背圧室21の高圧燃料はニードル30の反噴孔側の端部94に作用し、ニードル30を閉弁方向へ付勢している。
駆動部9のピエゾスタックに充電がされておらず、ピエゾスタックが軸方向に収縮しているとき、背圧室21の燃料圧力が端部94に作用する付勢力とニードルスプリング91の付勢力との和は、ノズル室11の燃料圧力が受圧面39に作用する付勢力と加圧室22の燃料圧力が加圧面35に作用する付勢力との和より大きい。このため、ニードル30は、シート部19を弁座13に着座し、噴孔12を閉塞する。
さらに、大径スプリング50は、第1弁ボディ10の反噴孔側の端部16に当接し、大径シリンダ40に安定した付勢力を印加している。このため、大径シリンダ40の頭頂部41は段差部26に常に液密に当接し、背圧室21と加圧室22との間の液密性を確保することができる。
本発明の第2実施形態によるインジェクタを図2および図3に示す。第1実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。本実施例のインジェクタ2では、第1弁ボディ10の反噴孔側にプレート部としての第1プレート81が設けられている。第1プレート81は、有実筒状に形成され、加圧室22とノズル室11とを区画している。第1プレート81は、内部にニードル301を通す通路82を有する。通路82の内壁とニードル301の外壁とは比較的大きなクリアランスを形成している。このため、第1プレート81の通路82とニードル301との摺接が抑制される。
第1弁ボディ10は、第1プレート81の噴孔側端部83から第1弁ボディ10の噴孔12までの間にノズル室11を有している。燃料通路17は、第1プレート81の噴孔側端部83の近傍でノズル室11と連通している。第1弁ボディ10の軸方向の中間位置にニードル301と摺接する摺接部15が形成されている。
第2弁ボディは、第2プレート28および第3プレート29から構成され、第1プレート81の反噴孔側でこの順に設けられている。第2プレート28は加圧室22を有し、第3プレート29は背圧室21を有する。加圧室22は背圧室21より径外方向に拡がって形成されている。このため、第3プレート29の噴孔側の端部には段差部26が形成されている。
小径スプリング70は、径方向の大きさがフランジ64に対応して形成されている。小径スプリング70は、一端71が小径シリンダ60のフランジ64に当接し、他端72がニードル301の径外方向へ突出して設けられるリング部68に当接している。小径スプリング70は、小径シリンダ60を反噴孔側へ付勢している。このため、小径シリンダ60の頭頂部61は、第1プレート81の噴孔側の端部83に当接し、加圧室22とノズル室11との間の燃料の流れを規制している。
インジェクタ2の作動は、第1実施形態と実質的に同一であるので説明を省略する。
さらに、本実施形態では、第1プレート81の軸方向の厚さを、ノズル室11および加圧室22に供給される燃料圧力、並びに大径スプリング50および小径スプリング70の付勢力に対応可能な程度に小さく形成することができる。このため、インジェクタの軸方向の体格を大きくすることなしに加圧室22を大きくし、この加圧室22に収容されている大径シリンダ40の軸方向の長さを大きくすることができる。これにより、大径シリンダ40の内壁42と第2摺動部32との液密性を向上することができる。または、摺接部15反噴孔側のノズル室11を大きくし、このノズル室11に収容されている小径シリンダ60の軸方向の長さを大きくすることができる。これにより、小径シリンダ60の内壁62と第3摺動部33との液密性を向上することができる。
また、小径スプリング70の径方向の大きさは、フランジ64に対応して大きく形成される。このため、小径スプリング70は、小径シリンダ60に大きな付勢力を印加し、ノズル室11と加圧室22との間の液密性を向上することができる。
本発明の第3実施形態によるインジェクタを図4に示す。第1、第2実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。本実施例のインジェクタ3では、第1弁ボディ10の底側に第1噴孔群121および第2噴孔群122が形成されている。第2噴孔群122は、第1噴孔群121よりも第1ボディ10の軸中心側に設けられている。第1、第2噴孔群121、122は、第1弁ボディ10の周方向に所定の間隔で複数形成されている。
インナーニードル37は、略円柱状に形成され、アウターニードル38の径内側に、アウターニードル38と同軸に軸方向へ往復移動可能に収容されている。インナーニードル37は、アウターニードル38の径内方向の内壁と液密に摺接し、背圧室21とノズル室11との燃料の流れを規制している。インナーニードル37の噴孔側の端部には、弁座13に離座および着座するシート部18が形成されている。インナーニードル37は、シート部18を弁座13に離座および着座することで、第2噴孔群122を開閉する。
大径シリンダ40は、アウターニードル38の大径部341の径外側に形成される第2摺動部32に摺動可能に嵌合し、背圧室21と加圧室22との間の燃料の流れを規制している。
第1弁ボディ10のノズル室11には、コモンレール8から燃料通路24、17を経由し、高圧燃料が供給されている。ノズル室11の高圧燃料はアウターニードル38の受圧面39に作用し、アウターニードル38を開弁方向へ付勢している。
第2弁ボディ20の背圧室21には、コモンレール8から燃料通路25を経由し、ノズル室11と同じ圧力の高圧燃料が供給されている。背圧室21の高圧燃料はアウターニードル38の反噴孔側の端部94に作用し、アウターニードル38を閉弁方向へ付勢している。
駆動部9のピエゾスタックに充電がされておらず、ピエゾスタックが軸方向に収縮しているとき、背圧室21の燃料圧力が端部94に作用する付勢力とアウターニードルスプリング92の付勢力との和は、ノズル室11の燃料圧力が受圧面39に作用する付勢力と加圧室22の燃料圧力が加圧面35に作用する付勢力との和より大きい。このため、アウターニードル38は、シート部19を弁座13に着座し、第1噴孔群121を閉塞する。
インナーニードル37は、インナーニードルスプリング93に付勢され、シート部18を弁座13に着座し、第2噴孔群122を閉塞する。
ピエゾスタックに継続して充電がされると、アウターニードル38の端部94とインナーニードル37の頭部97とが当接し、インナーニードル37は開弁方向へ移動する。インナーニードル37のシート部18が弁座13から離座すると第1噴孔群121および第2噴孔群122から燃料が噴射される。
加圧室22の燃料圧力が加圧面35に作用する付勢力とノズル室11の燃料圧力が受圧面39に作用する付勢力の和は、背圧室21の燃料圧力が端部94に作用する付勢力とニードルスプリング91の付勢力の和より小さくなる。このため、アウターニードル38とインナーニードル37とが一体で閉弁方向へ移動する。インナーニードル37のシート部18が弁座13へ着座すると、第2噴孔群122から燃料の噴射が停止する。さらに加圧室22の燃料圧力が小さくなり、アウターニードル38のシート部19が弁座13へ着座すると、第1噴孔群121から燃料の噴射が停止する。
上述の第1、第2噴孔群から燃料を噴射する作動の他、エンジンの負荷に応じて駆動部9のピエゾスタックの充放電を制御し、第1噴孔群121のみから燃料を噴射することが可能である。
本発明の第4実施形態によるインジェクタを図5に示す。第1〜第3実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。本実施例のインジェクタ4では、第1弁ボディ10の反噴孔側に第1プレート81が設けられている。第1弁ボディ10は、第1プレート81の噴孔側の端部83から第1弁ボディ10の噴孔12までの間にノズル室11を有している。燃料通路17は、第1プレート81の噴孔側の端部83の近傍でノズル室11と連通している。第1弁ボディ10の軸方向の中間位置に摺接部15が形成されている。
アウターニードル381の第1摺動部31の反噴孔側に形成される第3摺動部33に、小径シリンダ60が摺動可能に嵌合している。小径シリンダ60は、頭頂部61を第1プレート81の噴孔側の端部83に当接し、加圧室22とノズル室11との間の燃料の流れを規制している。
大径シリンダ40は、アウターニードル38の大径部341に形成される第2摺動部32に摺動可能に嵌合し、背圧室21と加圧室22との間の燃料の流れを規制している。
インジェクタ4の作動は、第3実施形態と実質的に同一であるので説明を省略する。
上述した複数の実施形態では、第2弁ボディ20に形成される加圧室22へ駆動部9から燃料を供給することでニードルを開弁方向へ付勢し、燃料を噴射する加圧開弁式の直動インジェクタについて説明した。これに対し、駆動部の作動によって加圧室の燃料を減圧することでニードルを開弁方向へ移動させ、燃料を噴射する減圧開弁式のインジェクタに本発明を適用しても良い。
上述した第3、第4実施形態では、サック室を形成する第1弁ボディの壁面に第2噴孔群を形成するいわゆるミニサックタイプ(MSタイプ)のインジェクタについて説明した。これに対し、第2噴孔群をインナーニードルの覆う位置に形成するいわゆるバルブカバードオリフリスタイプ(VCOタイプ)のインジェクタに本発明を適用しても良い。
このように、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の実施形態に適用可能である。
Claims (3)
- 燃料が供給されるノズル室、該ノズル室と連通する噴孔、および弁座を有する第1弁ボディと、
前記第1弁ボディの反噴孔側に設けられ、背圧室および該背圧室より前記噴孔側で径外方向に拡がる加圧室を有する第2弁ボディと、
前記第1弁ボディおよび前記第2弁ボディに収容され、前記背圧室および前記ノズル室の燃料圧力を受けつつ、前記加圧室の燃料圧力の変化によって前記第1弁ボディの内壁に形成される摺接部と摺接して軸方向に往復移動し、前記弁座に離座および着座することで前記噴孔を開閉するニードルと、
前記ニードルの反噴孔側の端部に設けられ、前記ニードルを閉弁方向へ付勢するニードル付勢手段と、
前記加圧室に燃料を供給することで前記ニードル付勢手段の付勢力に抗して前記ニードルを開弁方向へ移動する駆動部と、
前記第2弁ボディとは別体として筒状に形成され、前記ニードルの反噴孔側に形成される大径部の径外側に摺動可能かつ液密に嵌合する大径シリンダと、
一端が前記大径シリンダの前記噴孔側の端部に接続し、他端が前記第1弁ボディの反噴孔側の端部に当接し、大径シリンダを反噴孔側へ付勢する大径付勢手段と、
前記第1弁ボディと前記第2弁ボディとの間に設けられ、前記加圧室と前記ノズル室とを区画するプレート部と、
前記第1弁ボディとは別体として筒状に形成され、前記プレート部と前記摺接部との間で前記ニードルの径外側に摺動可能かつ液密に嵌合する小径シリンダと、
一端が前記小径シリンダの前記噴孔側の端部に当接し、他端が前記ニードルの径外方向に突出して設けられるリング部に当接し、前記小径シリンダを反噴孔側へ付勢する小径付勢手段と、を備え、
前記大径シリンダは、前記加圧室を形成する前記第2弁ボディの軸方向反噴孔側の内壁と液密に当接し、前記背圧室と前記加圧室との間の燃料の流れを規制し、
前記小径シリンダは、前記プレート部の前記噴孔側の端部に液密に当接し、前記加圧室と前記ノズル室との間の燃料の流れを規制することを特徴とする燃料噴射装置。 - 前記小径シリンダは、前記噴孔側の端部で径外方向に突出するフランジを設け、
前記小径付勢手段の径方向の大きさは、前記フランジに対応する大きさに形成されることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射装置。 - 前記プレート部の軸方向の厚さを、前記ノズル室および前記加圧室に供給される燃料の圧力、並びに前記大径付勢手段および前記小径付勢手段の付勢力に対応可能な程度に小さく形成することで、前記大径シリンダまたは前記小径シリンダの軸方向の長さを大きく形成することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料噴射装置。
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