JP2000018120A - コモンレール式燃料噴射装置のインジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加圧燃料の動的リークを減らし、ポンプ容量
の減小、燃費向上等を図る。 【解決手段】 本発明に係るコモンレール式燃料噴射装
置のインジェクタは、ノズルボディ内に、ニードル上端
部３１が挿入されその上端面３２に作用する加圧燃料を
絞り通路４２を通じて導入する穴部２９と、この穴部に
開放して穴部内の燃料をリークさせることによりニード
ル２を上昇させる圧力制御室３３とを設け、上記ニード
ル又は上記ノズルボディの少なくとも一方に、ニードル
上昇時に相手方に当接して上記圧力制御室の入口４３を
閉塞する突起状ストッパ４４を設け、この突起状ストッ
パを、上記入口閉塞時に上記ニードル上端面に加圧燃料
が作用されるような大きさに形成したものである。

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エンジ
ン、直噴式ガソリンエンジン等に適用されるコモンレー
ル式燃料噴射装置のインジェクタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にコモンレール式燃料噴射装置では
高圧ポンプで加圧された燃料をコモンレール（蓄圧室）
に一旦貯留しておき、これをインジェクタから所定タイ
ミングで所定量ずつ、各気筒内に噴射するようになって
いる。

【０００３】インジェクタは、その下端ないし先端に設
けられた噴孔を、ニードル（針弁）の昇降により開閉
し、燃料噴射を実行する。特に、ニードルを高圧燃料中
に浸漬し、いわば浮かせた状態としておいて、ニードル
にバネ部材による下向き（閉弁方向）の力を付与し、ニ
ードル先端部をバルブシートに押し当てて閉弁させてお
くものがある。これにおいてはニードル上端に付加する
下向きの燃圧を圧力制御室（バランスチャンバ）で制御
し、圧力制御室の高圧燃料を適宜リークさせることによ
り、ニードルに対する圧力バランスを崩してニードルを
上昇させ、開弁させるようになっている。

【０００４】図１０は本出願人が先に提案した上記イン
ジェクタの要部を示す（特開平10-77924号公報）。ノズ
ルボディ８１内に燃料通路８２が形成され、この燃料通
路８２にはコモンレールから送られてきた加圧ないし高
圧燃料が常時供給されている。この通路内の燃料が図外
下方の噴孔に送られると共に、ニードル８３周囲に回り
込んでニードル８３をいわば浮かせた状態とする。８４
が圧力制御室で、ここには絞り通路となる燃料導入通路
８５を介して燃料通路８２の高圧燃料が常に導入されて
いる。圧力制御室８４内にスプリング８６及びスプリン
グ受８７が設けられ、スプリング８６はスプリング受８
７を介してニードル８３に下向きの力を常時付与する。

【０００５】閉弁時は、ニードル８３が下方のバルブシ
ートに突き当たって噴孔を閉じている。このときニード
ル８３においては、先端のバルブシート内周側の小領域
を除き、ほぼ全体で高圧燃料の圧力を受け、ほぼ圧力バ
ランスされた状態にある。よってニードル８３は比較的
弱いスプリング８６の力で下降し、バルブシートに押し
当てられることができる。

【０００６】一方、圧力制御室８４において弁体８８が
下降し、出口８９が開かれると、圧力制御室８４内の高
圧燃料が出口８９からリークし、室内圧力が下がってニ
ードル８３に対する圧力バランスが崩れる。こうなると
ニードル８３が上昇し、噴孔が開いて燃料噴射が実行さ
れる。このように燃料噴射制御は弁体８８の昇降移動を
制御することにより行われる。このため、弁軸９０の上
方に図示しないソレノイド等のアクチュエータが設けら
れ、このアクチュエータがエンジンの運転状態に基づき
電子制御ユニットによって通電制御される。

【０００７】弁体８８は圧力制御室８４内で出口８９を
開閉するセルフシール弁となっている。つまり室内圧力
が高まるほどに、出口８９の入口周りの弁座に強力に押
し付けられ、そのシール圧を高める。このため、高負荷
運転時等において燃圧が高まったときにも、圧力制御室
８４の静的リークを完全に防止できる利点がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかるイン
ジェクタでは動的リークが顕著に発生するという問題が
ある。即ち、燃料噴射実行中には出口８９が開いて圧力
制御室８４の燃料がリークするが、このときにも圧力制
御室８４には高圧燃料が絶えず導入される。つまりかか
る構造では圧力制御室８４に高圧燃料を常時通過させな
がら室内圧を保持するようになっているため、必要以上
にポンプ容量を大きくしなければならない。これは燃費
悪化、コスト高等の原因となる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るコモンレー
ル式燃料噴射装置のインジェクタは、ノズルボディ内
に、ニードル上端部が挿入されその上端面に作用する加
圧燃料を導入する穴部と、この穴部に開放して穴部内の
燃料をリークさせることによりニードルを上昇させる圧
力制御室とを設け、上記ニードル又は上記ノズルボディ
の少なくとも一方に、ニードル上昇時に相手方に当接し
て上記圧力制御室の入口を閉塞する突起状ストッパを設
け、この突起状ストッパを、上記入口閉塞時に上記ニー
ドル上端面に加圧燃料が作用されるような大きさに形成
したものである。

【００１０】ここで、上記突起状ストッパが上記圧力制
御室入口を囲み且つ上記ニードル上端面より小径のリン
グ状とされ、上記ニードル又は上記ノズルボディの少な
くとも一方に、上記突起状ストッパの外周囲に位置して
ニードル上昇時に相手方に当接する別の突起状ストッパ
が間欠的に設けられるのが好ましい。

【００１１】また、上記圧力制御室の出口を室内にて開
閉するセルフシール弁が設けられ、このセルフシール弁
が上記圧力制御室入口から上記穴部内に突出され、上記
ニードル上端部に上記セルフシール弁の突出部を挿入さ
せる窪み部が設けられるのが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【００１３】図９は本発明にかかるインジェクタの全体
を示し、図示するようにノズルボディ１の内部にニード
ル２が昇降可能に装入され、ノズルボディ１の下端ない
し先端の噴孔３が複数同時に開閉されるようになってい
る。

【００１４】ノズルボディ１内において、ニードル２は
高圧燃料中に浸漬されたいわば浮いた状態となってい
る。そしてニードル２にはスプリング１６による下向き
（閉弁方向）の力が常時付与され、通常はニードル先端
がノズルボディ先端のバルブシートに突き当たって噴孔
３を閉じている。そしてニードル上端に付加される下向
きの燃圧を、圧力制御室（バランスチャンバ）３３で適
宜解放することにより、ニードルに対する圧力バランス
を崩し、ニードルを上昇させ、噴孔３を開くようになっ
ている。

【００１５】ノズルボディ１は、高さ方向の中央部にあ
る中央ノズルボディ４の下方に、第１ピース５、第２ピ
ース６、第３ピース７を順次同軸に取付け、リテーニン
グナット８でこれらを一括保持するようになっている。
中央ノズルボディ４と第１ピース５との周方向の相対位
置が位置決めピン９で規定される。ニードル２は第２、
第３ピース６，７の軸心部に設けられた中心穴２９，１
０内に装入される。特に第２ピース６の中心穴２９が本
発明の穴部を形成する。ニードル２の外周面と、第３ピ
ース７の中心穴１０の内周面との間に所定の隙間１１が
設けられ、燃料の通過が許容されている。この隙間１１
は、ノズルボディ１内部に形成された燃料通路１２を介
して、コモンレール（図示せず）に至る燃料配管１３に
連通されている。これにより隙間１１には高圧燃料が常
時供給され、ニードル２は中間の受圧面１４と尖頭状先
端面とで燃圧を受け、上向きの力を受ける。

【００１６】燃料通路１２と隙間１１とは第３ピース７
内のスプリング室１５を介して連通され、スプリング室
１５にはスプリング１６が設けられる。スプリング１６
はコイルスプリングが用いられニードル２の外周側に嵌
合されると共に、ニードル２に一体に形成されたツバ部
１７と、第２ピース６との間に圧縮状態で挟まれ、ニー
ドル２に下降力を付与している。

【００１７】ニードル２の直上に圧力制御部１８が設け
られる。これについては後述する。そしてその上方に押
圧ピストン１９が、押圧ピストン１９の上方にプッシュ
ピン２０がそれぞれ配設される。押圧ピストン１９とプ
ッシュピン２０とはそれぞれスプリング２１，２２で上
方に付勢され、かつ互いに当接されている。プッシュピ
ン２０の上方にソレノイド２３が設けられ、ソレノイド
２３がONのときプッシュピン２０と押圧ピストン１９と
が同時に下降し、ソレノイド２３がOFF のときプッシュ
ピン２０と押圧ピストン１９とが同時に上昇するように
なっている。ソレノイド２３のON/OFFはこれに結線され
た電子制御ユニット（図示せず）によって行われる。

【００１８】プッシュピン２０は中央ノズルボディ４の
中心穴２４内に挿入されるが、やはりこれらの間の隙間
２５でも燃料の通過が許容され、特にリーク燃料を通過
させられるようになっている。即ち、インジェクタの開
弁時に圧力制御部１８から燃料がリークされるが、この
燃料は押圧ピストン１９の外周側の隙間、押圧ピストン
１９とプッシュピン２０との当接部の隙間、及び上記隙
間２５を通じてリーク通路２７に至り、ニップル２８及
びリーク配管（図示せず）を通じて燃料タンク（図示せ
ず）に戻されるようになっている。

【００１９】図８は圧力制御部１８の構成を示す。図示
するように、第２ピース６に中心穴２９（本発明の穴
部）が貫通形成され、第１ピース５にはその底面から加
工された室穴３０が形成される。室穴３０は中心穴２９
と同軸配置されて中心穴２９に下端が開放する。この室
穴３０により圧力制御室３３（バランスチャンバ）が区
画され、室穴３０下端の開放部により圧力制御室３３の
入口４３が区画される。室穴３０は中心穴２９の1/2 程
度の小径とされる。中心穴２９にはニードル２の上端部
３１が昇降自在に挿入される。スプリング室１５は第２
ピース６の直下にあり、圧力制御室３３とは隔離され
る。

【００２０】室穴３０の上端部は上方ほど小径となるテ
ーパ状に形成される。そしてその上端ないし頂点位置に
開口して軸心に沿う小孔３５が底部側から穿設加工され
る。この小孔３５により圧力制御室３３の出口が区画さ
れ、圧力制御室３３の燃料は小孔３５を通じて上方にリ
ークされることになる。ただし小孔３５には軸体３６が
挿通されるので、燃料のリークは小孔３５と軸体３６と
の隙間を通じて行われることとなる。小孔３５の出口は
凹部３７を介してピストン挿入穴３８に連通される。そ
してリーク燃料はピストン挿入穴３８と押圧ピストン１
９の隙間を通じて上方に流れる。

【００２１】圧力制御室３３内には弁体３９が装入配置
される。弁体３９の中心孔４０に軸体３６が圧入され、
カシメにより完全に固定される。これら弁体３９及び軸
体３６がセルフシール弁４１を形成し、一体に昇降移動
して小孔３５を圧力制御室３３内にて開閉する。このよ
うにセルフシール弁４１が圧力制御室３３内に配置され
るので、この分圧力制御室３３を小容積化でき、応答性
を高められる。セルフシール弁４１の下端面はニードル
２の上端面３２に直接臨ませられる。弁体３９の上端部
は小孔３５の上端部に倣うテーパ状とされ、それらテー
パ面同士が面接触するようになっている。つまり小孔３
５のテーパ面が弁座を形成する。この面接触は圧力制御
室３３内の燃圧が高まれば高まるほど強力となり、これ
によりセルフシールが達成される。弁体３９と室穴３０
の径方向の隙間は小さくされ、圧力制御室３３の小容積
化に貢献している。

【００２２】軸体３６の上端部は小孔３５から上方に突
出され、且つその上端部に上方ほど大径となるテーパ部
４６が形成される。このテーパ部４６に押圧ピストン１
９が上方から当接し、軸体３６及び弁体３９を一体に下
降させて小孔３５を開放するようになっている。この下
降時にはテーパ部４６が凹部３７内に入り込み、これに
より押圧ピストン１９が凹部３７の外周側のピストン挿
入穴３８底面に突き当たって停止できる。押圧ピストン
１９と軸体３６の当接時、テーパ部４６が図示の如く押
圧ピストン１９の中心孔４５を塞ぐが、押圧ピストン１
９が上昇しテーパ部４６から離れると、中心孔４５にも
リーク燃料が導入され、リーク燃料の排出が促進され
る。

【００２３】図１は圧力制御部１８の構成をより詳細且
つ概念的に示したものである。中心穴２９は段差状に形
成され、その上端部が縮径されてニードル上端部３１と
の間に小隙間による絞り通路４２を形成するようになっ
ている。そして第１ピース５の下面に、入口４３の周り
を全周囲むリング状の突起状ストッパ４４が一体に形成
される。この突起状ストッパ４４には上昇時のニードル
２の上端面３２が図示の如く突き当たる。これにより圧
力制御室３３の入口４３は完全に閉塞される。このと
き、突起状ストッパ４４がニードル上端面３２より小径
なので、突起状ストッパ４４より外周側に位置するニー
ドル上端面３２の外周側部分が、第１ピース５下面との
間に所定の空間４７を形成する。

【００２４】次にかかるインジェクタの作用を述べる。

【００２５】図１，図８，図９を参照して、燃料通路１
２からスプリング室１５に導入された高圧燃料は、ニー
ドル上端部３１と中心穴２９の隙間、特に絞り通路４２
を通じて上方に常時供給される。

【００２６】一方、噴射停止時には、ソレノイド２３が
OFF とされ、プッシュピン２０及び押圧ピストン１９が
上昇位置にある。よって絞り通路４２通過後の燃料は、
まず空間４７にてニードル上端面３２に下向きの力を付
与し、ニードル２を押し下げ、入口４３を開放する。す
ると高圧燃料が圧力制御室３３内に入り込み、セルフシ
ール弁４１を押し上げて小孔３５を閉じる。これにより
中心穴２９及び圧力制御室３３内が高圧に保たれ、ニー
ドル２が下降位置に保持され、閉弁状態が保たれる。こ
のとき燃圧はニードル上端面３２の全面に作用する。

【００２７】次に、噴射実行時には、ソレノイド２３が
ONとされ、プッシュピン２０及び押圧ピストン１９が下
降され、セルフシール弁４１が下方に押動されて小孔３
５が開く（図１の仮想線参照）。すると小孔３５から燃
料がリークされ、圧力制御室３３内が低圧となる。即ち
燃料の導入が絞り通路４２から行われるので、導入量に
対しリーク量が勝り、室内が低圧化する。これによりニ
ードル上端面３２に作用していた燃圧が解放され、力の
バランスが崩れてニードル２が上昇し、噴孔が開く。

【００２８】上昇したニードル２は図１に示すように突
起状ストッパ４４に突き当たる。すると入口４３が閉塞
され、一方では絞り通路４２を通過した燃料が空間４７
内に導入され続け、空間４７の圧力が徐々に高まってい
く。この圧力が所定圧力に達するとニードル２が僅かに
下降し、入口４３が微小に開放される。すると空間４７
内の燃料が圧力制御室３３に流出するので、空間４７内
の圧力が下がり、再びニードル２が上昇して入口４３が
閉塞される。

【００２９】このようなニードル２の微小昇降の繰り返
しにより、入口４３を断続的に且つ最小限だけ開放する
ので、高圧燃料のリークは最小にとどめられ、ポンプ容
量の大型化、燃費悪化等を防止できる。

【００３０】また、ニードル２の微小昇降の間は、空間
４７及び圧力制御室３３の圧力ができるだけ高圧に保た
れるので、燃料噴射を終了すべくソレノイド２３をOFF
した直後にニードル２を下降させられ、噴射終了時の応
答性も高められる。

【００３１】また、中心穴２９とニードル上端部３１と
の隙間で絞り通路４２を形成するので、高精度で一定通
路を得られ、加工も容易である。これにより噴射バラツ
キが改善され噴射特性が安定する。また導入する燃料流
量を隙間の大きさと長さで管理でき、流量の選択自由度
が増大する。

【００３２】次に他の実施の形態について説明する。な
お同一の構成については図中同一符号を付し、説明を省
略する。

【００３３】図２及び図３は突起状ストッパ４４の外周
囲に別の突起状ストッパを間欠的に設けた例である。即
ち、別の突起状ストッパは４つの扇状分割突起５０から
なり、各分割突起５０は第１ピース５の下面に一体に形
成され、突起状ストッパ４４と同心円をなすよう配列さ
れ、突起状ストッパ４４と同一高さとされる。分割突起
５０の間に90°間隔で半径方向に沿う溝５１が形成さ
れ、入口４３に向かう燃料の流れが許容されている。な
お別の突起状ストッパはこのような形態に限らず様々な
形態を採ることができ、例えば円形突起を千鳥状に配列
したものでもよい。これによればニードル当接時に突起
状ストッパ４４にかかる負担を軽減できるメリットがあ
る。

【００３４】図４は前述の絞り通路をニードル内部に設
けた例である。即ち、ニードル上端部３１の内部に高圧
燃料が導入される軸心穴５２が設けられ、この軸心穴５
２の上端が絞り孔５３（絞り通路）を介して中心穴２９
内に連通されている。ここでは中心穴２９とニードル上
端部３１との隙間が極めて小さく、燃料が通過できぬよ
うな大きさとされるいわゆる軸シールの構造となってい
る。

【００３５】図５は前述の絞り通路をノズルボディ内部
に設けた例である。即ち、第１ピース５の内部に燃料通
路１２（図８参照）に至る導入穴５４が設けられ、導入
穴５４と中心穴２９とが絞り孔５５（絞り通路）により
連通される。中心穴２９とニードル上端部３１との隙間
が小さく、軸シールとなっている点は前記同様である。

【００３６】図６は突起状ストッパをニードル側に設け
た例である。即ち、先の突起状ストッパ４４が省略さ
れ、代わりに入口４３より大径且つニードル上端面３２
より小径の突起状ストッパ５６がニードル上端面３２に
一体に形成される。この突起状ストッパ５６は中実に形
成され、中心穴２９内の小容積化即ち応答性向上に貢献
している。ここでは図１同様の絞り通路４２が形成され
る。

【００３７】図７はセルフシール弁４１とニードル２を
所謂入れ子構造とした例である。即ち、圧力制御室３３
の長さが短縮され、セルフシール弁４１が圧力制御室３
３の入口４３から中心穴２９内に突出され、ニードル上
端部３１にセルフシール弁４１の突出部を挿入させる窪
み穴５７（窪み部）が設けられる。窪み穴５７は圧力制
御室３３と同心、同径とされる。突起状ストッパ４４は
第１ピース５の下面に設けられ、絞り通路４２も図１同
様に形成される。この構成はインジェクタ全長を短縮す
るのに有利である。

【００３８】他にも本発明は種々の実施の形態を採るこ
とができる。例えば突起状ストッパはノズルボディとニ
ードルの両方に設けてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、加圧燃料
の動的リークを減らし、ポンプ容量の減少、燃費向上等
を図れるという、優れた効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインジェクタの要部拡大縦断面図
である。

【図２】他の実施の形態を示す縦断面図で、別の突起状
ストッパは図３のＡ−Ａ線断面で示してある。

【図３】別の突起状ストッパを示す下面図である。

【図４】他の実施の形態を示す縦断面図である。

【図５】他の実施の形態を示す縦断面図である。

【図６】他の実施の形態を示す縦断面図である。

【図７】他の実施の形態を示す縦断面図である。

【図８】本発明に係るインジェクタの拡大縦断面図であ
る。

【図９】本発明に係るインジェクタの全体を示す縦断面
図である。

【図１０】従来例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ ノズルボディ ２ ニードル ５ 第１ピース ６ 第２ピース ２９ 中心穴 ３１ 上端部 ３２ 上端面 ３３ 圧力制御室 ３５ 小孔 ４１ セルフシール弁 ４２ 絞り通路 ４３ 入口 ４４ 突起状ストッパ ５０ 分割突起 ５３ 絞り孔 ５５ 絞り孔 ５６ 突起状ストッパ ５７ 窪み穴

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルボディ内に、ニードル上端部が挿
   入されその上端面に作用する加圧燃料を導入する穴部
   と、該穴部に開放して該穴部内の燃料をリークさせるこ
   とによりニードルを上昇させる圧力制御室とを設け、上
   記ニードル又は上記ノズルボディの少なくとも一方に、
   ニードル上昇時に相手方に当接して上記圧力制御室の入
   口を閉塞する突起状ストッパを設け、該突起状ストッパ
   を、上記入口閉塞時に上記ニードル上端面に加圧燃料が
   作用されるような大きさに形成したことを特徴とするコ
   モンレール式燃料噴射装置のインジェクタ。
2. 【請求項２】 上記突起状ストッパが上記圧力制御室入
   口を囲み且つ上記ニードル上端面より小径のリング状と
   され、上記ニードル又は上記ノズルボディの少なくとも
   一方に、上記突起状ストッパの外周囲に位置してニード
   ル上昇時に相手方に当接する別の突起状ストッパが間欠
   的に設けられる請求項１記載のコモンレール式燃料噴射
   装置のインジェクタ。
3. 【請求項３】 上記圧力制御室の出口を室内にて開閉す
   るセルフシール弁が設けられ、該セルフシール弁が上記
   圧力制御室入口から上記穴部内に突出され、上記ニード
   ル上端部に上記セルフシール弁の突出部を挿入させる窪
   み部が設けられる請求項１又は２記載のコモンレール式
   燃料噴射装置のインジェクタ。