JPH0942106A - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents

蓄圧式燃料噴射装置

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JPH0942106A
JPH0942106A JP7190464A JP19046495A JPH0942106A JP H0942106 A JPH0942106 A JP H0942106A JP 7190464 A JP7190464 A JP 7190464A JP 19046495 A JP19046495 A JP 19046495A JP H0942106 A JPH0942106 A JP H0942106A
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哲也 鳥谷尾
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Masafumi Murakami
雅史 邑上
Yukihisa Arakoma
幸寿 荒駒
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料リーク量を低減するとともに高い耐久性
を有し、小型化可能で安価な燃料噴射装置を提供する。 【構成】 電磁弁の弁部材４１はシャフト４２および球
状部材４３からなる。球状部材４３はシャフト４２の先
端に摺動自在に支持されており、円筒部４２ａの先端部
をかしめる等の結合手段により球状部材４３はシャフト
４２からの脱落を防止されている。球状部材４３が平板
プレート５１に着座した状態においても低圧燃料通路ま
たは低圧燃料室と連通する環状溝通路５１ｂおよび燃料
溝通路５１ｃが着座領域内の平板プレート５１に形成さ
れているので、電磁弁開弁方向に発生する油圧力が小さ
くなる。このため、電磁弁閉弁方向に弁部材４１を付勢
するスプリングの付勢力を小さくできるとともに、この
スプリングの付勢力に抗して弁部材４１をリフトさせる
電磁弁の磁力も小さくできるので、電磁弁の体格を小型
化できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はディーゼル内燃機関
（以下、「内燃機関」をエンジンという）用の燃料噴射
装置に関し、特に高圧燃料を一種のサージタンクである
コモンレールに蓄圧し、この蓄圧された高圧燃料を電磁
弁制御式のインジェクタから噴射するようにした蓄圧式
燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、高圧供給ポンプから供給され
る高圧燃料を直接またはコモンレール等で蓄圧して一定
圧にしてからインジェクタに供給し、インジェクタの噴
孔を開閉する弁部材の反噴孔側に設けた圧力制御室内の
燃料圧力を電磁二方弁で制御することにより燃料噴射時
期および燃料噴射量を調整する燃料噴射装置が知られて
いる。このような燃料噴射装置として特開平５−１３３
２９６号公報、特開平１−２３２１６１号公報に示され
るものが知られている。
【０００３】特開平５−１３３２９６号公報に開示され
ているものでは、弁部材の平坦面が平面弁座と密着する
ことにより圧力制御室からの高圧燃料の排出を遮断して
いる。平坦面同志が接触する構成であるため、円錐状の
接触面を有する弁部材および弁座部材の接触部に比較し
て接触部の加工が容易になる。また、接触面積を広くで
きるため接触部における摩耗が減少し、良好なシール性
を維持できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら特開平５
−１３３２９６号公報に開示されているものでは、弁部
材の平坦面に働く圧力制御室の燃料圧力が開弁方向に作
用するので弁部材を弁座部材に着座させるばね力が大き
くなる。このため、このばね力に抗して弁座部材から弁
部材を離座させる電磁弁の吸引力を増加する必要がある
ので電磁弁の体格が大きくなるという問題がある。
【０００５】特開平１−２３２１６１号公報に開示され
ているものでは、弁部材の開口面積に比較して弁部材と
弁部材が着座する弁座部材との接触面積を著しく大きく
するとともに弁部材または弁座部材の少なくとも一方の
接触面に弁口に近接する部分から接触面の外側に至る溝
を設けることにより、弁部材の開弁性能を損なうことな
く閉弁時に弁部材が弁座部材から跳ね上がることを防止
している。
【０００６】ところが、特開平１−２３２１６１号公報
に開示されているものは、高圧燃料の圧力として５００
kg/cm2（約５０MPa ）程度を開示しているが、１００MP
a 以上の高圧燃料を切り換える電磁二方弁に用いるに
は、弁部材と弁座部材との接触面積を著しく大きくし過
ぎると電磁弁の開弁方向に働く油圧荷重が大きくなるの
で実用上適さないと考えられる。また、弁部材の設定ス
トローク量が小さい場合や開弁直後の低ストローク時に
は弁部材と弁座部材との対向面積が大きいので流量係数
が極めて小さくなることにより圧力損失が必要以上に大
きくなり過ぎるという問題がある。このため、弁部材が
弁座部材から離座しても開放圧力が十分に下がらなかっ
たり、電磁弁に開弁信号が送出されたあとも実際に圧力
が下がるまでに時間遅れが発生するという問題がある。
さらに、燃料溝により弁部材を弁座部材から離座し易い
構成にすることは、逆に言えば弁部材が弁座部材に着座
するときに反発力となって働くので、着座時の弁部材の
跳ね上がり低減効果は期待できない。また、弁部材と弁
座部材との接触面積を開口面積に較べ著しく大きくする
ことによりインジェクタの径が大きくなるので、小型デ
ィーゼルエンジンへの使用に適さない。
【０００７】本発明はこのような問題を解決するために
なされたものであり、燃料リーク量を低減するとともに
高い耐久性を有し、小型化可能で安価な燃料噴射装置を
提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段・作用・発明の効果】
（解決手段）前記目的を達成するための本発明の請求項
１記載の燃料噴射装置は、コモンレールで蓄圧された高
圧燃料をディーゼル内燃機関の各気筒毎に設けられたイ
ンジェクタに供給し、このインジェクタの噴射ノズルか
ら各気筒の燃焼室内へ燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装
置であって、噴射ノズルの噴孔に高圧燃料を供給可能な
高圧燃料通路と前記噴孔とを断続するニードル弁と、前
記ニードル弁の反噴孔側に前記ニードル弁とともに往復
移動可能に設けられた制御ピストンと、前記制御ピスト
ンの反噴孔側に設けられ前記高圧燃料通路から供給され
る燃料圧力により前記制御ピストンを前記噴孔遮断方向
に付勢する圧力制御室と低圧燃料通路または低圧燃料室
とを断続する電磁弁とを備え、前記高圧燃料通路と前記
圧力制御室との間に前記圧力制御室への導入燃料量を制
限する第１の絞り孔を設け、前記圧力制御室と前記低圧
燃料通路または前記低圧燃料室との間に前記第１の絞り
孔より通路抵抗の小さい第２の絞り孔を設け、前記電磁
弁は、前記圧力制御室と前記低圧燃料通路または前記低
圧燃料室とを連通可能な連通路周囲に形成された平面弁
座、この平面弁座に平面同士で密着可能な弁部材、前記
平面弁座に前記弁部材を付勢する付勢手段、および、通
電することにより前記平面弁座から離座する方向に前記
弁部材を吸引する電磁コイルを有し、前記平面弁座に前
記弁部材が着座しそれぞれの平面同士が密着することに
より前記圧力制御室と前記低圧燃料通路または前記低圧
燃料室との連通を遮断し、前記平面弁座から前記弁部材
が離座することにより前記圧力制御室と前記低圧燃料通
路または前記低圧燃料室とを連通し、前記平面弁座と前
記弁部材との密着領域内において前記低圧燃料通路また
は前記低圧燃料室と連通する燃料逃し通路が前記平面弁
座または前記弁部材のいずれか一方に形成され、前記平
面弁座と前記弁部材との密着面積が小さいことを特徴と
する。
【０００９】本発明の請求項２記載の蓄圧式燃料噴射装
置は、請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置において、前
記燃料逃し通路は、前記連通路とほぼ同心円上に形成さ
れた環状溝通路と、一端が前記環状溝通路に連通し他端
が前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室に連通する燃
料孔または燃料溝通路とを有することを特徴とする。本
発明の請求項３記載の蓄圧式燃料噴射装置は、請求項１
または２記載の蓄圧式燃料噴射装置において、前記環状
溝通路は、前記環状溝通路の内周側から外周側に向かっ
て徐々に深くなることを特徴とする。
【００１０】本発明の請求項４記載の蓄圧式燃料噴射装
置は、請求項１、２または３記載の蓄圧式燃料噴射装置
において、前記平面弁座に前記弁部材が着座すると、前
記環状溝通路の内周側および外周側で前記平面弁座およ
び前記弁部材の平面同士が密着することを特徴とする。
本発明の請求項５記載の蓄圧式燃料噴射装置は、請求項
１から４のいずれか一項記載の蓄圧式燃料噴射装置にお
いて、前記燃料溝通路または前記燃料孔は、前記連通路
を中心に点対称位置に少なくとも２本配設されているこ
とを特徴とする。
【００１１】本発明の請求項６記載の蓄圧式燃料噴射装
置は、請求項１から５のいずれか一項記載の蓄圧式燃料
噴射装置において、前記弁部材は、前記平面弁座と平面
同士で密着するとともに球状凸面を有する球状部材と、
前記球状凸面と軸方向で当接する球状凹面または円錐状
凹面または平面を有し前記球状部材を摺動自在に支持す
る軸部材とを備えることを特徴とする。
【００１２】本発明の請求項７記載の蓄圧式燃料噴射装
置は、請求項６記載の蓄圧式燃料噴射装置において、前
記球状部材は、鋼球の一部を後加工で切断して前記平面
弁座と密着可能な平面を形成することを特徴とする。本
発明の請求項８記載の蓄圧式燃料噴射装置は、請求項６
または７記載の蓄圧式燃料噴射装置において、前記弁部
材は、前記軸部材に取付けられ、かしめ、内径の縮径、
または突起により前記球状部材の脱落を防止する支持部
材を有することを特徴とする。
【００１３】本発明の請求項９記載の蓄圧式燃料噴射装
置は、請求項６または７記載の蓄圧式燃料噴射装置にお
いて、前記弁部材は、前記軸部材の端部に円筒状に設け
られ、前記球状部材を内装した後、先端部をかしめるこ
とにより前記球状部材の脱落を防止する支持部材を有す
ることを特徴とする。 （作用および発明の効果）上記構成の本発明の請求項
１、２または４記載の燃料噴射装置によると、圧力制御
室の圧力を制御する電磁弁の開弁方向に働く力を小さく
でき、シート面圧を上昇させることなく確実なシール性
が確保できるので弁部材の付勢力を小さくすることが可
能となり電磁弁の磁力を低減できる。以上の作用により
シート部分の耐久性が向上するとともにソレノイド部分
を小型化可能である。
【００１４】また、電磁弁閉弁時の高圧燃料のシール性
が向上すると高圧燃料のリーク量が減少するため、本発
明を採用することによってコモンレールに高圧燃料を供
給する高圧ポンプの負荷を軽減し、駆動トルクを低下で
きるので高圧ポンプの小型化が可能となる。本発明の請
求項３記載の燃料噴射装置によると、内周側から外周側
に向かって徐々に環状溝通路が深くなることにより、環
状溝通路と連通路間の幅が大きくなるので燃料圧力によ
る環状溝通路内周側の変形を低減できる。
【００１５】本発明の請求項５記載の燃料噴射装置によ
ると、連通路を中心に点対称位置に燃料逃し通路を配設
することにより、弁部材の開弁方向に働く油圧分布が弁
部材の中心から径方向外側に向けて等しくなるので弁部
材の傾きや偏心が抑制される。このため、安定した電磁
弁の開閉弁制御が可能であり、噴射ノズルから均一な燃
料量を噴射できる。特に、微少量噴射を安定して高精度
に制御できる。
【００１６】本発明の請求項６または７記載の燃料噴射
装置によると、弁部材が球状部材と軸部材とからなり軸
部材に摺動自在に球状部材が支持されることにより平面
弁座に着座するときの球状部材の傾きまたは軸ずれを防
止できるので、シート不良を低減できる。本発明の請求
項８または９記載の燃料噴射装置によると、支持部材に
より球状部材の脱落を防止することができる。さらに請
求項８記載の燃料噴射装置によると、軸部材と別体に支
持部材を設けることにより、軸部材の加工が容易にな
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。 （第１実施例）本発明の第１の実施例による燃料噴射装
置を図１〜図４に示す。図４に示すインジェクタ１は、
図示しないコモンレールから図示しない燃料配管を介し
て蓄圧された一定圧の高圧燃料が燃料フィルタ６０を通
って供給されている。
【００１８】インジェクタ１の噴射側端部に設けられた
噴射ノズル１０のノズルボディ１１にはノズルニードル
２０が往復移動可能に収容されており、噴孔１１ａを開
閉する。ノズルボディ１１およびインジェクタボディ１
３はディスタンスピース１２を挟んでリテーニングナッ
ト１４で結合されている。ノズルニードル２０の反噴孔
側にはプレッシャピン２１、プレッシャピン２１の反噴
孔側に接触あるいは連結する制御ピストン２２が配設さ
れている。プレッシャピン２１はスプリング２３内に貫
挿されており、スプリング２３はプレッシャピン２１を
図１の下方に付勢している。制御ピストン２２の反噴孔
側には圧力制御室６２が設けられている。
【００１９】燃料フィルタ６０から高圧燃料通路６１に
導入した高圧燃料は、ノズルニードル２０周囲に環状に
形成された燃料溜まり２４と圧力制御室６２とに供給さ
れている。燃料溜まり２４内の高圧燃料の圧力はノズル
ニードル２０をリフト方向に付勢し、圧力制御室６２内
の高圧燃料の圧力は制御ピストン２２を図３の下方に付
勢する。
【００２０】電磁弁３０は、圧力制御室６２と低圧側と
を断続する電磁二方弁である。インジェクタボディ１３
には、平面弁座としての平板プレート５１およびシリン
ダ５２がリテーニングナット４０で連結され、電磁弁３
０のコア３１がリテーニングナット４０の端部にかしめ
られている。電磁コイル３２はコア３１内に巻装されて
おり、コネクタ５８から電力が供給される。コア３１内
に燃料通路３４が形成されている。スクリュウナット５
５には燃料通路５５ａが形成されており、低圧燃料通路
３４、５５ａを通してインジェクタ１内の余剰燃料を排
出する。スクリュウナット５５にはガスケット５６が嵌
め込まれている。
【００２１】燃料通路６５は制御ピストン２２およびノ
ズルニードル２０の摺動クリアランスからのリーク燃料
を回収するための低圧燃料通路であり、低圧燃料通路５
２ａに連通している。図３に示すように、弁部材４１は
軸部材としてのシャフト４２および球状部材４３からな
る。シャフト４２はシリンダ５２の内壁に往復移動可能
に支持されており、球状部材４３はシャフト４２の先端
に摺動自在に支持されている。シャフト４２の電磁コイ
ル３２側にはアーマチャ３３が固定されている。電磁コ
イル３２への非通電時、球状部材４３は付勢手段として
のスプリング４４の付勢力により平板プレート５１に着
座している。スプリング４４の一端はストッパ５３に係
止されている。電磁コイル３２への通電オン時、電磁コ
イル３２に発生する磁力によりアーマチャ３３が電磁コ
イル３２に吸引されシャフト４２が図３の上方にリフト
することにより球状部材４３が平板プレート５１から離
座する。スペーサ５４の軸長を変更することにより弁部
材４１のリフト量が調整できる。
【００２２】高圧燃料通路６１と圧力制御室６２とは高
圧燃料通路６１から圧力制御室６２への流入燃料量を規
制する第１の絞り孔６３で連通されている。平板プレー
ト５１には平板プレート５１を軸方向に貫通し第１の絞
り孔６３よりも通路抵抗の小さい連通路としての第２の
絞り孔６４が形成されている。シャフト４２および球状
部材４３からなる弁部材４１が平板プレート５１から離
座すると、第２の絞り孔６４と低圧燃料通路５２ａとが
連通し、第２の絞り孔６４、低圧燃料通路５２ａ、低圧
燃料室４０ａ、低圧燃料通路５３ａ、３１ａ、３４、５
５ａを経て圧力制御室６２内の高圧燃料がインジェクタ
１から排出される。
【００２３】図１に示すように、シャフト４２の先端部
には支持部材としての円筒部４２ａの内壁および円錐状
凹面４２ｂからなる円錐台状の凹部が設けられ、円筒部
４２ａの先端部をかしめることにより球状部材４３はシ
ャフト４２からの脱落を防止されている。円筒部４２ａ
と球状部材４３との間には数μｍのクリアランスが形成
されているので球状部材４３はシャフト４２に対し摺動
自在に組み付けられている。球状部材４３は鋼球の一部
を後加工で切断したものであるが、本発明では、切削に
より成形することも可能である。
【００２４】シリンダ５２とインジェクタボディ１３と
の間には平板プレート５１が挟持されている。平板プレ
ート５１には平板プレート５１を軸方向に貫通する第２
の絞り孔６４が形成されており、圧力制御室６２と低圧
燃料通路５２ａとを連通可能である。図１および図２に
示すように、平板プレート５１の球状部材４３側端面に
は、第２の絞り孔６４の開口周囲に環状の座面５１ａが
形成されている。この環状座面５１ａの外周側に環状の
溝が形成され、この環状溝により環状溝通路５１ｂが形
成されている。前記環状溝から径方向外側に向けて放射
状に十字状の溝が形成されており、この十字状溝により
燃料溝通路５１ｃが形成されている。燃料溝通路５１ｃ
の一端は環状溝通路５１ｂと連通し燃料溝通路５１ｃの
他端は低圧燃料通路５２ａに連通している。環状溝通路
５１ｂおよび燃料溝通路５１ｃは、燃料逃し通路を構成
しており、球状部材４３と平板プレート５１との着座領
域内に形成されているので、球状部材４３が平板プレー
ト５１に着座した状態においても低圧燃料通路５２ａと
連している。環状溝通路５１ｂおよび燃料溝通路５１ｃ
により扇状の座面５１ｄが区切られている。
【００２５】球状部材４３の平面部４３ａは座面５１ａ
および座面５１ｄの一部に着座可能であり、球状部材４
３が平板プレート５１に着座すると第２の絞り孔６４と
環状溝通路５１ｂとの連通が遮断される。図１に示す各
寸法の具体例を次に示す。球状部材平面部直径Ｄ1 ＝
１．４３mm、球状部材直径Ｄ2 ＝２．０mm、第２の絞り
孔径Ｄ3 ＝０．４mm、環状溝通路内径Ｄ4 ＝０．５mm、
環状溝通路外径Ｄ5 ＝１．０mm、制御ピストン径Ｄ6 ＝
４．５mm、燃料溝通路幅ｄ1 ＝０．４mm、燃料溝通路深
さｄ2 ＝０．１mm、球状部材削り代＝０．３mmである。
【００２６】ここで、円筒状部材３７に加工された、環
状溝内径より内側部のシート平面と外径部より外側の平
面高さは同一高さに設定されており、電磁二方弁の閉弁
時の接触は、環状溝を挟んで内側および外側の両平面で
行われる構成となっている。次に燃料噴射装置の作動を
説明する。 (1) 図示しないコモンレールから燃料配管を通ってイン
ジェクタ１の高圧燃料通路６１に導入された高圧燃料は
燃料溜まり２４および圧力制御室６２に供給される。電
磁コイル３２への通電オフ時、球状部材４３が平板プレ
ート５１に着座しているので第２の絞り孔６４と低圧燃
料通路５２ａとの連通が遮断されている。このとき、圧
力制御室６２内の燃料圧力は燃料溜まり２４内の燃料圧
力と同圧であると考えてよい。ここで、制御ピストン径
＝５．０mm、ノズルニードル径＝４．０mm、ノズルニー
ドルシート径＝２．２５mmであることから、圧力制御室
６２内の燃料圧力により制御ピストン２２がノズル閉弁
方向に力を受ける受圧面積と燃料溜まり２４内の燃料圧
力によりノズルニードル２０がノズル開弁方向に力を受
ける受圧面積との差は約１１mm2 である。このため、燃
料溜まり２４および圧力制御室６２内の燃料圧力が同圧
ならば、ノズルニードル２０に働く油圧荷重の和はノズ
ル閉弁方向に作用する。また、プレッシャピン２１はス
プリング２３によりノズル閉弁方向に力を受けているの
で、電磁コイル３２への通電オフ時、ノズルニードル２
０は噴孔１１ａを遮断しており、インジェクタ１から燃
料噴射は行われない。
【００２７】エンジン始動直後のインジェクタ１に供給
される燃料圧力が十分に上昇していない期間において
も、電磁弁３０への通電オフ時にノズルニードル２０は
噴孔１１ａを遮断しているのでインジェクタ１からの燃
料噴射は行われない。平板プレート５１に弁部材４１を
付勢するスプリング４４の荷重は、３０〜４０Ｎに設定
されているので、例えば圧力制御室６２内の燃料圧力が
１５０MPa の場合、電磁弁開弁方向に働く油圧荷重はma
x ２４Ｎとなるが、この油圧荷重によって電磁弁３０が
開弁することはない。
【００２８】(2) この状態で電磁コイル３２への通電を
オンすると、電磁コイル３２から発生する磁力によりア
ーマチャ３３が吸引される。この磁力と圧力制御室６２
内の圧力が球状部材４３の受圧部に作用して球状部材４
３を開弁方向に付勢する力との総和が、弁部材４１を開
弁方向に付勢するスプリング４４の荷重より大きくなる
と球状部材４３は平板プレート５１から離座し、電磁弁
３０は開弁する。第１実施例における磁力は約５０Ｎに
設定されている。電磁コイル３２への通電がオンされ電
磁弁３０が開弁すると、圧力制御室６２の燃料は第２の
絞り孔６４と低圧燃料通路５２ａを介して低圧燃料室４
０ａに流出し、低圧燃料室４０ａから低圧燃料通路５３
ａ、３３ａ、３４、５５ａを介して図示しないリーク燃
料回収用の配管に流れ込む。
【００２９】圧力制御室６２内の高圧燃料の流出が始ま
りしばらくすると、圧力制御室６２の圧力は、高圧燃料
通路６１の圧力に対して相対的に低くなる。これは、圧
力制御室６２からの流出燃料を規制するための第２の絞
り孔６４の通路面積に比較し、圧力制御室６２に導入さ
れる燃料を規制するための第１の絞り孔６３の通路面積
が小さく構成されていることにより、第２の絞り孔６４
の通路抵抗が第１の絞り孔６３の通路抵抗よりも小さい
ためである。さらに圧力制御室６２内の圧力が下がる
と、ノズルニードル２０に開弁方向に働く油圧荷重、制
御ピストン２２に閉弁方向に働く油圧荷重、スプリング
２３のセット荷重との力関係が逆転し、ノズル開弁方向
への力が勝ってノズルニードル２０がリフトするので噴
孔１１ａから燃料噴射が開始される。
【００３０】所定の噴射終了時期に電磁コイル３２への
通電をオフすると、アーマチャ３３を吸引するための電
磁力５０Ｎが０になるため、スプリング４４の付勢力に
よって球状部材４３が平板プレート５１に着座し電磁弁
３０は閉弁する。圧力制御室６２に高圧燃料通路６１か
ら高圧燃料が導入され、徐々に圧力制御室６２の圧力が
電磁弁３０の開弁前の状態まで復帰してくる。この圧力
制御室６２の昇圧課程の途中、ノズルニードル２０に働
く油圧荷重の和とスプリング２３のセット荷重との力関
係がノズルニードルの閉弁方向に反転すると、ノズルニ
ードル２０が噴孔１１ａを遮断するので噴射ノズル１０
が閉弁し噴射が終了する。
【００３１】次に、燃料逃し通路の有無による燃料噴射
装置の作用および効果の違いについて説明する。図５の
（Ａ）は、圧力制御室６２内の高圧燃料によって、球状
部材４３の平面部４３ａに作用する圧力分布を示したも
のであり、環状溝通路５１ｂおよび燃料溝通路５１ｃが
ない場合と比較してその分布形態の違いを模式的に表し
たものである。図５の（Ｂ）は、第１実施例に用いた寸
法諸元のものに対して、圧力分布の理論値を計算した結
果である。さらに図６は、図５の圧力分布を受けた場合
の平面部４３ａが開弁方向に受ける油圧荷重を平面部４
３ａ全域で積分して求めた値を示したものである。
【００３２】電磁弁３０が閉弁し高圧燃料をシールして
いる場合、高圧燃料はある圧力分布を持って密着平面内
に回り込む。第１実施例では、この密着平面内に設けら
れた環状溝通路５１ｂおよび燃料溝通路５１ｃが低圧燃
料通路５２ａに連通していることにより、環状溝通路５
１ｂおよび燃料溝通路５１ｃは低圧燃料通路５２ａ内の
圧力（ドレン圧≒０）まで降圧する。したがってその圧
力分布は、図５に示すように、第２の絞り孔６４から環
状溝通路５１ｂまでをＬＯＧ関数でつないだ平行円盤間
の隙間流れであらわされる周知の圧力分布を得る。
【００３３】一方、低圧燃料通路５２ａと連通する環状
溝通路５１ｂおよび燃料溝通路５１ｃが構成されていな
い従来のインジェクタの場合、図５の（Ｂ）に示した点
線のように球状部材の平面部の外周縁部まで圧力がドレ
ン圧まで降圧しないため、上記圧力分布は半径方向に長
い分布を有することになる。図６より、燃料逃し通路が
有る場合に電磁弁開弁方向に発生する油圧力は、燃料逃
し通路がない場合に比較して７０％以上も低減できるこ
とが分かる。このため、電磁弁閉弁方向に弁部材４１を
付勢するスプリング４４の付勢力を小さくできるととも
に、スプリング４４の付勢力に抗して弁部材４１をリフ
トさせる電磁コイル３２の磁力も小さくできるので、電
磁弁の体格を小型化できる。以上の効果は、球状部材の
平面部４３ａと平板プレート５１のいずれかを小径化す
ることによっても得ることができる。ただし、平面部４
３ａと平板プレート５１のいずれかを小径化することに
より電磁弁閉弁時のシート面積を極端に小さくすると、
シート面圧が極端に上昇するため初期性能を得ることが
できても耐久性に問題が生じるので実用上適さない。
【００３４】また、電磁弁閉弁直前の状態における球状
部材４３と平板プレー５１との間隔が極めて小さい場合
においても、当然同様の効果が得られることは言うまで
もない。さらには、低圧燃料通路５２ａに連通する環状
溝通路５１ｂおよび燃料溝通路５１ｃは、第２の絞り孔
６４を中心にして十字状に延びる点対称位置に配設され
ているため、平面部４３ａに働く圧力分布も対称形とな
って分布する。すなわち、平面部４３ａの中心から径方
向に向けて対称形の圧力分布を得ることができるので、
電磁弁開閉弁時において球状部材４３の傾きや偏心が発
生せず、安定した開閉弁制御が可能となっている。
【００３５】さらに、円錐台凹部を有するシャフト４２
に球状凸面を有する球状部材４３が摺動自在に収容さ
れ、球状部材４３の平面部４３ａが平板プレート５１に
着座する構成であるため、着座時の軸ずれを吸収でき、
球状部材４３により圧力制御室６２と低圧側とを確実に
シールできるとともに、電磁弁３０の作動中に球状部材
４３が流体によって動くことがなく安定した制御をも可
能とする。したがって、この構造は本実施例に示す球状
部材のみに限定されて使用されるものでなく、例えばボ
ール弁の先端形状に応用しても良好な結果が得られるこ
とは言うまでもない。
【００３６】本発明の第１実施例によると、電磁弁閉弁
時、あるいは閉弁直前の弁部材の低リフト時において
も、弁部材４１に発生する開弁方向に作用する圧力分布
を半径方向に短くできるためスプリング４４の付勢力に
抗して弁部材４１をリフトさせる電磁コイルの吸引力が
小さくなるので電磁コイルを小型化することができる。
これは、座面５１ａに加えて扇状の座面５１ｄの一部に
弁部材４１を密着させる構成であるためシート面圧を上
昇させることなく実現できるので、耐久性を損なうこと
がないことは言うまでもない。また、電磁弁閉弁時の高
圧燃料のシールを確実にすることができるため、高圧燃
料のリーク量を低減でき、コモンレールに高圧燃料を供
給するための高圧ポンプの負荷を軽減することができる
ので、高圧ポンプの駆動トルクを小さくできるとともに
高圧ポンプの体格も小さくできる。
【００３７】また、球状部材４３の中心軸に対して半径
方向に等しい圧力分布となるため、球状部材４３の傾き
や偏心が発生せず、安定した開閉弁制御が可能となる。
これにより、均一な噴射量を得ることができ、安定した
噴射量制御を実現できる。特に微少量噴射制御を安定し
て行うことができる。さらに、球状部材着座時の軸ずれ
が吸収できるため、確実にシート面を密着することがで
き、球状部材着座時の燃料リーク量をほぼゼロにするこ
とも可能であり、高圧燃料のリーク量を低減できる。
【００３８】上述の如く、第１実施例による燃料噴射装
置は、安価な手法で電磁弁からの燃料リーク量を低減で
きる上、コモンレールに高圧燃料を供給する高圧ポンプ
の体格を小型化することが可能で、安定した燃料噴射制
御を小さな電磁力で駆動できる。さらには高い耐久性を
も兼ね備えている。 （第２実施例）本発明の第２実施例を図７に示す。第１
実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
【００３９】平板プレート７０の環状溝通路７２の深さ
がしだいに深くなるように環状の座面５１ａの外周縁部
に続いてテーパ面７１が形成されている。このような構
成にしたのは次に述べる理由からである。圧力制御室は
１００MPa 以上の高圧になるため、第２の絞り孔６４近
傍の座面５１ａには大きな力が加わり弾性変形してしま
う可能性がある。第２実施例の如く、座面５１ａの外周
縁部に続いてテーパ面７１を設け第２の絞り孔６４近傍
の肉厚を大きくとることによって、座面５１ａの変形を
抑制し閉弁時のシール性をより確実にできる。
【００４０】テーパ面を形成しない第１実施例の構成で
シール性を確認した結果、圧力制御室内の燃料圧力が１
５０MPa 程度まで良好なシール性を得るためには、直径
方向の座面の厚みが約０．２mm以上必要である。０．１
mm程度であれば第２実施例の如く環状の座面５１ａの外
周縁部にテーパ面を設ける形状が有効となる。 （第３実施例）本発明の第３実施例を図８に示す。第１
実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
【００４１】第３実施例では、平板プレート８０に設け
た第２の絞り孔６４を中心として燃料通路５１ｃを放射
状に等間隔に五本設けている。これは、弁部材４１に発
生する圧力分布の半径方向長さを確実に短くするための
実施例を示したものであり、特に１５０MPa 以上の高圧
を制御する場合に有効である。すなわち、これは１５０
MPa 以上の高圧を制御するときに環状溝通路５１ｂを完
全にドレン圧まで下げる手法である。ただし、燃料通路
本数は多いほどその効果は大きく、五本に限るものでは
ない。
【００４２】（第４実施例）本発明の第４実施例を図９
に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符
号を付す。燃料孔８２は、第２の絞り孔６４を中心とし
て等間隔に四箇所平板プレート８１を貫通しないように
弁部材側に開口するように形成されている。そして、燃
料孔８２の反開口側端部に連通し、径方向外側に放射状
に延びて平板プレート８１の外周側面に開口する燃料孔
８３が四本形成されている。電磁弁閉弁時、球状部材が
第２の絞り孔６４と燃料孔８２との間に形成されている
座面８４に着座すことにより圧力制御室と低圧燃料通路
または低圧燃料室との連通が遮断される。
【００４３】第４実施例では、第１実施例〜第３実施例
のように環状溝通路５１ｂが構成されていないため、圧
力分布の半径方向長さは燃料孔８３がない部分で若干長
くなり、弁部材４１の開弁方向への付勢力が大きくな
る。しかし、燃料通路がすべてドリル穴で構成できるた
め極めてコストが低減できる。 （第５実施例）本発明の第５実施例を図１０に示す。第
１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第５実施例は、第４実施例に環状溝通路５１ｂを追加
し、弁部材４１に発生する圧力分布の半径方向長さを短
くした例を示す。すなわち、第１実施例および第２実施
例と全く同じ効果を低コストで実現できる構成を示すも
のである。
【００４４】燃料孔８６は、第２の絞り孔６４を中心と
して等間隔に四箇所平板プレート８５を貫通しないよう
に環状溝通路５１ｂに連通するように形成されている。
そして、燃料孔８６の反開口側端部に連通し、径方向外
側に放射状に延びて平板プレート８５の外周側面に開口
する燃料孔８７が四本形成されている。電磁弁閉弁時、
球状部材が座面５１ａに着座すことにより圧力制御室と
低圧燃料通路または低圧燃料室との連通が遮断される。
【００４５】（第６実施例）本発明の第６実施例を図１
１に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一
符号を付す。横断面矩形状の燃料通路８９は第２の絞り
孔６４を中心として放射状に四本等間隔に形成さてい
る。電磁弁閉弁時、球状部材が座面９０に着座すること
により、圧力制御室と低圧燃料通路または低圧燃料室と
の連通が遮断される。
【００４６】第６実施例では、平板プレート５１の表面
への単純な溝形状の加工のみで済むため、例えば平板プ
レートの焼入れ工程前にプレス加工によって燃料通路８
９を加工することが可能となり、加工コストがさらに低
減できる。 （第７実施例）本発明の第７実施例を図１２および図１
３に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一
符号を付す。第１実施例から第６実施例では、平板プレ
ート側に燃料逃し通路を設けたが、第７実施例では球状
部材側に燃料逃し通路を設けている。
【００４７】図１２に示すように、球状部材９１の平面
部の中央部には円形の当接面９２が形成され、この当接
面の周囲に環状の環状溝通路９３が形成されている。こ
の環状溝通路９３に連通し、当接面９２を中心にして放
射状に三本の燃料溝通路９４が等間隔に設けられてい
る。図１２の（Ｂ）に示すように扇状の座面９５は環状
溝通路９３および燃料溝通路９４に囲まれている。図１
３に示すように、平板プレート９６には、第２の絞り孔
６４が形成さているだけである。
【００４８】球状部材に放射状に形成される燃料溝通路
の本数は、三本に限るものではない。また第４実施例の
ように燃料孔を形成することも可能である。第７実施例
では、平板プレート９６に第２の絞り孔６４だけが形成
されているため、第１、３、４、５、６実施例のように
燃料溝通路近傍に薄肉部をもたないのでより良好なシー
ル性が確保できる。
【００４９】（第８実施例）本発明の第８実施例を図１
４に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一
符号を付す。球状部材９７は例えば切削により形成さ
れ、球形部９８および円板部９９からなる。球形部９８
に円板部９９を設けることにより、球形部９８の大きさ
を変更することなく電磁弁のシート面積を変更すること
ができる。本発明では、球形部と円板部とを溶接して球
状部材を形成することも可能である。
【００５０】（第９実施例）本発明の第９実施例を図１
５に示す。シャフト１００の先端に形成された凹部は円
形平面１００ａおよび内側面１００ｂからなり、球状部
材４３はこの凹部に摺動自在に支持されている。シャフ
ト１００に球状部材４３を収容してから円筒側壁１０１
の先端をかしめることによりシャフト１００から球状部
材４３が脱落することを防止している。
【００５１】第９実施例は平面と球状部材との組み合わ
せであるため、第１実施例〜第８実施例と同様に球状部
材４３の傾き、または軸ずれを防止できることは言うま
でもない。 （第１０実施例）本発明の第１０実施例を図１６に示
す。シャフト１０２の先端に形成された凹部は球形の凹
曲面１０２ａと円筒状の内側面１０２ｂからなり、球状
部材４３はこの凹部に摺動自在に支持されている。シャ
フト１０２に球状部材４３を収容してから円筒側壁１０
３の先端をかしめることにより球状部材４３がシャフト
１０２から脱落することを防止している。第１０実施例
は、球状の凹曲面と球状部材との組み合わせであるた
め、第１実施例〜第９実施例と同様に球状部材４３の傾
き、または軸ずれを防止できることは言うまでもない。
【００５２】（第１１実施例）本発明の第１１実施例を
図１７および図１８に示す。第１実施例と実質的に同一
構成部分には同一符号を付す。第１実施例〜第１０実施
例では、弁部材はシャフトおよび球状部材の二部材から
なり、球状部材は一体に形成されたシャフトにより摺動
自在に支持されていたが、第１１実施例では、弁部材１
０５は、シャフト１０６、支持部材１０７および球状部
材４３の三部材からなる。球状部材４３はシャフト１０
６および支持部材１０７により摺動自在に支持されてい
る。
【００５３】シャフト１０６の先端外周壁は円筒状に切
削され、この外周壁に円筒状の支持部材１０７が圧入も
しくは溶接、あるいはその両方の手段によって連結され
ている。シャフト１０６に支持部材１０７を取付け、支
持部材１０７内に球状部材４３を挿入してから支持部材
１０７の先端をかしめることにより球状部材４３の脱落
を防止している。第１１実施例では、シャフト１０６と
支持部材１０７とを別部材にしたことによりシャフト１
０６の加工が容易になる。
【００５４】（第１２実施例）本発明の第１２実施例を
図１９に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には
同一符号を付す。第１２実施例では、円筒状の支持部材
１０８の先端に予め球状部材４３の脱落防止用の突起１
０８ａを設けておき、支持部材１０８に球状部材４３を
挿入してからシャフト１０６に支持部材１０８を圧入も
しくは溶接して取付ける。
【００５５】（第１３実施例）本発明の第１３実施例を
図２０に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には
同一符号を付す。第１３実施例では、円筒状の支持部材
１０９の先端部に徐々に内径が小さくなるテーパ部１０
９ａを設けることにより球状部材４３の脱落を防止する
ことも可能である。第１３実施例では第１２実施例と同
様に、支持部材１０９の先端に予め球状部材４３の脱落
防止用のテーパ部１０９ａを設けておき、支持部材１０
９に球状部材４３を挿入してからシャフト１０６に支持
部材１０９を圧入もしくは溶接して取付ける。
【００５６】第１１実施例から第１３実施例では、支持
部材とシャフト１０６とを別体形成しているため、シャ
フト１０６の熱処理工程が極めて容易となる。シャフト
１０６は、電磁弁３０の作動に伴うガイド部分（摺動部
分）の耐久性と、球状部材との高応力発生面（接触面）
の耐久性を確保することを目的に熱処理されている。こ
のため、第１実施例のように最終工程にてシャフト先端
をかしめて球状部材の脱落を防止する場合、例えば合金
綱を材料にかしめ先端部を防炭処理した後、浸炭熱処理
を実施することになる。しかしながら、球状部材の直径
は、第１実施例で示したφ２．０mmと如く極めて小さい
ため、シャフト先端の防炭処理長さが小さく、この作業
に時間を要してしまう。そこで第１１実施例〜第１３実
施例では、円筒状の支持部材をシャフトと別体に設ける
ことにより、シャフトの熱処理作業が容易になる。シャ
フト１０６には組付け工程前に焼き入れ処理がなされて
おり、その熱処理工程は極めて容易に行うことができ
る。
【００５７】また、第１１実施例から第１３実施例で
は、圧入または溶接によりシャフト１０６に支持部材を
取付けたが、本発明ではねじ結合によりシャフトに支持
部材を取付けることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による蓄圧式燃料噴射装置
における電磁弁の主要部を示す斜視図である。
【図２】第１実施例の平板プレートを示すものであり、
（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面
図を示す。
【図３】本発明の第１実施例による蓄圧式燃料噴射装置
の主要部を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施例による蓄圧式燃料噴射装置
を示す断面図である。
【図５】第１実施例の電磁弁におけるシート部の圧力分
布を示し、（Ａ）は断面形状と圧力分布との位置関係を
示し、（Ｂ）はシート部の半径方向距離と圧力との関係
を示す特性図である。
【図６】燃料逃し通路が有る場合と無い場合の油圧荷重
の違いを示す特性図である。
【図７】第２実施例の平板プレートを示すものであり、
（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面
図を示す。
【図８】第３実施例の平板プレートを示すものであり、
（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面
図を示す。
【図９】第４実施例の平板プレートを示すものであり、
（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面
図を示す。
【図１０】第５実施例の平板プレートを示すものであ
り、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線
断面図を示す。
【図１１】第６実施例の平板プレートを示すものであ
り、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）はＢ−Ｂ線断面図を
示す。
【図１２】第７実施例のシャフトおよび球状部材を示す
ものであり、（Ａ）は側面図を示し、（Ｂ）は（Ａ）の
Ｂ方向矢視図を示す。
【図１３】第７実施例の平板プレートを示すものであ
り、（Ａ）は平面図を示し、（Ｂ）はＢ−Ｂ線断面図を
示す。
【図１４】第８実施例のシャフトおよび球状部材を示す
側面図である。
【図１５】第９実施例のシャフトおよび球状部材を示す
側面図である。
【図１６】第１０実施例のシャフトおよび球状部材を示
す側面図である。
【図１７】第１１実施例による蓄圧式燃料噴射装置の主
要部を示す断面図である。
【図１８】第１１実施例のシャフトおよび球状部材を示
す側面図である。
【図１９】第１２実施例のシャフトおよび球状部材を示
す側面図である。
【図２０】第１３実施例のシャフトおよび球状部材を示
す側面図である。
【符号の説明】
１ インジェクタ １０ 噴射ノズル ３０ 電磁弁 ４１ 弁部材 ４２ シャフト（軸部材） ４２ａ 円筒部（支持部材） ４２ｂ 円錐状凹面 ４３ 球状部材 ５１ 平板プレート（平面弁座） ５１ｂ 環状溝通路 ５１ｃ 燃料溝通路 ５２ａ 低圧燃料通路 ６１ 高圧燃料通路 ６３ 第１の絞り孔 ６４ 第２の絞り孔 ７１ テーパ面 ８２、８３、８６、８７ 燃料孔 １００ａ 円形平面 １０２ａ 球状凹面 １０７、１０８、１０９ 支持部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒駒 幸寿 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 黒柳 正利 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コモンレールで蓄圧された高圧燃料をデ
    ィーゼル内燃機関の各気筒毎に設けられたインジェクタ
    に供給し、このインジェクタの噴射ノズルから各気筒の
    燃焼室内へ燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置であっ
    て、 噴射ノズルの噴孔に高圧燃料を供給可能な高圧燃料通路
    と前記噴孔とを断続するニードル弁と、 前記ニードル弁の反噴孔側に前記ニードル弁とともに往
    復移動可能に設けられた制御ピストンと、 前記制御ピストンの反噴孔側に設けられ前記高圧燃料通
    路から供給される燃料圧力により前記制御ピストンを前
    記噴孔遮断方向に付勢する圧力制御室と低圧燃料通路ま
    たは低圧燃料室とを断続する電磁弁とを備え、 前記高圧燃料通路と前記圧力制御室との間に前記圧力制
    御室への導入燃料量を制限する第１の絞り孔を設け、前
    記圧力制御室と前記低圧燃料通路または前記低圧燃料室
    との間に前記第１の絞り孔より通路抵抗の小さい第２の
    絞り孔を設け、 前記電磁弁は、前記圧力制御室と前記低圧燃料通路また
    は前記低圧燃料室とを連通可能な連通路周囲に形成され
    た平面弁座、この平面弁座に平面同士で密着可能な弁部
    材、前記平面弁座に前記弁部材を付勢する付勢手段、お
    よび、通電することにより前記平面弁座から離座する方
    向に前記弁部材を吸引する電磁コイルを有し、前記平面
    弁座に前記弁部材が着座しそれぞれの平面同士が密着す
    ることにより前記圧力制御室と前記低圧燃料通路または
    前記低圧燃料室との連通を遮断し、前記平面弁座から前
    記弁部材が離座することにより前記圧力制御室と前記低
    圧燃料通路または前記低圧燃料室とを連通し、前記平面
    弁座と前記弁部材との密着領域内において前記低圧燃料
    通路または前記低圧燃料室と連通する燃料逃し通路が前
    記平面弁座または前記弁部材のいずれか一方に形成さ
    れ、前記平面弁座と前記弁部材との密着面積が小さいこ
    とを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
  2. 【請求項２】 前記燃料逃し通路は、前記連通路とほぼ
    同心円上に形成された環状溝通路と、一端が前記環状溝
    通路に連通し他端が前記低圧燃料通路または前記低圧燃
    料室に連通する燃料孔または燃料溝通路とを有すること
    を特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】 前記環状溝通路は、前記環状溝通路の内
    周側から外周側に向かって徐々に深くなることを特徴と
    する請求項１または２記載の蓄圧式燃料噴射装置。
  4. 【請求項４】 前記平面弁座に前記弁部材が着座する
    と、前記環状溝通路の内周側および外周側で前記平面弁
    座および前記弁部材の平面同士が密着することを特徴と
    する請求項１、２または３記載の蓄圧式燃料噴射装置。
  5. 【請求項５】 前記燃料溝通路または前記燃料孔は、前
    記連通路を中心に点対称位置に少なくとも２本配設され
    ていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項
    記載の蓄圧式燃料噴射装置。
  6. 【請求項６】 前記弁部材は、前記平面弁座と平面同士
    で密着するとともに球状凸面を有する球状部材と、前記
    球状凸面と軸方向で当接する球状凹面または円錐状凹面
    または平面を有し前記球状部材を摺動自在に支持する軸
    部材とを備えることを特徴とする請求項１から５のいず
    れか一項記載の蓄圧式燃料噴射装置。
  7. 【請求項７】 前記球状部材は、鋼球の一部を後加工で
    切断して前記平面弁座と密着可能な平面を形成すること
    を特徴とする請求項６記載の蓄圧式燃料噴射装置。
  8. 【請求項８】 前記弁部材は、前記軸部材に取付けら
    れ、かしめ、内径の縮径、または突起により前記球状部
    材の脱落を防止する支持部材を有することを特徴とする
    請求項６または７記載の蓄圧式燃料噴射装置。
  9. 【請求項９】 前記弁部材は、前記軸部材の端部に円筒
    状に設けられ、前記球状部材を内装した後、先端部をか
    しめることにより前記球状部材の脱落を防止する支持部
    材を有することを特徴とする請求項６または７記載の蓄
    圧式燃料噴射装置。
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