JP4270291B2 - インジェクタ - Google Patents

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。

従来より、ニードルをリフト駆動して噴孔を開放させるインジェクタでは、噴射応答性を向上するために開弁に要する駆動力を強化する検討がなされている。そして、駆動力を強化する手段として、圧電素子や磁歪素子のように伸長力を発生する素子によりアクチュエータを構成する技術が考えられている。

このように伸長力を利用する従来のインジェクタ１００の一例として、例えば、図３に示すように、噴孔１０１を開閉するニードル１０２と、圧電素子により構成され軸方向に伸縮する圧電アクチュエータ１０３と、圧電アクチュエータ１０３の伸縮に応じて軸方向に進退するピストン１０４と、ピストン１０４を外周側から摺動自在に支持するとともに、ピストン１０４の進退に応じて拡縮される燃料の圧力室１０５を形成する外側スリーブ１０６とを備えるものがある。

このインジェクタ１００によれば、ニードル１０２は、圧力室１０５の燃料圧を開弁方向に受けるように組み込まれている。すなわち、ニードル１０２は、後端部１０７の先端面１０８が受圧面として後端側に向けて燃料圧を受けるように組み込まれて圧力室１０５を形成している。

そして、インジェクタ１００は、コモンレール等の燃料供給源から受け入れた高圧の燃料をノズル室１０９まで導くとともに、圧電アクチュエータ１０３の伸長により圧力室１０５の燃料圧を増圧することでニードル１０２を開弁方向にリフト駆動して噴孔１０１を開放させ、ノズル室１０９の燃料を噴射する。

ところで、インジェクタ１００によれば、圧力室１０５の燃料は、燃料圧の増圧により各摺動部からリークする。そして、リークによる減少分は、外側スリーブ１０６が先端側ボディ１１０から離座することで補給される。

すなわち、外側スリーブ１０６は、ピストン１０４との間に軸方向にスプリング１１１を支持しており、スプリング１１１により先端側に付勢されて先端側ボディ１１０に着座することで圧力室１０５を形成している。また、外側スリーブ１０６の外周側には、燃料供給源から受け入れた高圧の燃料が充満している。さらに、外側スリーブ１０６に作用するスプリング１１１の付勢力は、ピストン１０４の軸方向の進退に応じて増減する。このため、スプリング１１１の付勢力が低減すると、外側スリーブ１０６が先端側ボディ１１０から離座し、外側スリーブ１０６の外周側から圧力室１０５に高圧の燃料が補給される。

このように、従来のインジェクタ１００によれば、外側スリーブ１０６が先端側ボディ１１０に離着することで圧力室１０５と外側スリーブ１０６の外周側との間が開閉される。このため、インジェクタ１００の軸心から外周側に大きく離れた位置で外側スリーブ１０６が先端側ボディ１１０に環状に着座することになり、着座径が大径化してしまう。この結果、外側スリーブ１０６の先端側ボディ１１０に対する着座位置において圧力室１０５の液密性を確保することが困難となり、スプリング１１１には付勢力が強大なものを用いる必要がある。
国際公開第２００５／０７５８１１号パンフレット

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、アクチュエータの伸長によりニードルをリフト駆動して燃料を噴射するインジェクタにおいて、圧力室の液密性確保を容易化することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のインジェクタは、噴孔を開閉するニードルと、軸方向に伸縮するアクチュエータと、アクチュエータの伸縮に応じて軸方向に進退するピストンと、ピストンを外周側から摺動自在に支持するとともに、ピストンの進退に応じて拡縮される燃料の圧力室を形成する外側スリーブとを備え、ニードルは、圧力室の燃料圧を開弁方向に受けるように組み込まれている。そして、このインジェクタは、アクチュエータの伸長により圧力室の燃料圧を増圧することで、ニードルに噴孔を開放させて高圧の燃料を噴射する。

また、このインジェクタは、ニードルの外周側に摺動自在に嵌合し、圧力室に収容される内側スリーブと、内側スリーブを軸方向に付勢し、ピストンの進退に応じて内側スリーブに及ぼす付勢力を増減する付勢手段とを備え、高圧の燃料が補給されるとともに、付勢手段に付勢された内側スリーブが所定の着座面に環状に離着することで圧力室との間が開閉される燃料室を形成する。

これにより、アクチュエータが伸長を停止して元の長さに復元するとともにピストンが後端側に変位すると、付勢手段の内側スリーブに対する付勢力が弱くなり、内側スリーブが着座面から離座して燃料室から圧力室に高圧の燃料が補給される。ここで、内側スリーブは、圧力室に収容できる程度に径小に設けられているので、インジェクタの軸心からさほど離れていない位置で着座面に対して環状に離着する。このため、外側スリーブが着座面に対して離着する従来のインジェクタに比べて着座径が小径化されるので、圧力室の液密性確保が容易になる。
以上により、アクチュエータの伸長によりニードルをリフト駆動して燃料を噴射するインジェクタにおいて、圧力室の液密性確保を容易化することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載のインジェクタは、ニードルを軸方向に摺動自在に支持するとともに、ニードルの先端側にノズル室を形成するボディを備え、高圧の燃料は、ノズル室に導かれた後に噴孔から噴射される。また、燃料室は、ニードルの外周面とボディの内周面との間に形成される燃料流路を介して、ノズル室から高圧の燃料の補給を受ける。
この手段は、燃料室に燃料を導く燃料流路、つまり、圧力室に補給される燃料の供給路の一形態を示すものである。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載のインジェクタは、着座面を有するボディを備え、外側スリーブの外周側には、高圧の燃料が充満している。また、燃料室は、外側スリーブおよびボディに設けられた燃料流路を介して、外側スリーブの外周側から高圧の燃料の補給を受ける。
この手段も、圧力室に補給される燃料の供給路の一形態を示すものである。

最良の形態１のインジェクタは、噴孔を開閉するニードルと、軸方向に伸縮するアクチュエータと、アクチュエータの伸縮に応じて軸方向に進退するピストンと、ピストンを外周側から摺動自在に支持するとともに、ピストンの進退に応じて拡縮される燃料の圧力室を形成する外側スリーブとを備え、ニードルは、圧力室の燃料圧を開弁方向に受けるように組み込まれている。そして、このインジェクタは、アクチュエータの伸長により圧力室の燃料圧を増圧することで、ニードルに噴孔を開放させて高圧の燃料を噴射する。

また、このインジェクタは、ニードルの外周側に摺動自在に嵌合し、圧力室に収容される内側スリーブと、内側スリーブを軸方向に付勢し、ピストンの進退に応じて内側スリーブに及ぼす付勢力を増減する付勢手段とを備え、高圧の燃料が補給されるとともに、付勢手段に付勢された内側スリーブが所定の着座面に環状に離着することで圧力室との間が開閉される燃料室を形成する。

さらに、このインジェクタは、ニードルを軸方向に摺動自在に支持するとともに、ニードルの先端側にノズル室を形成するボディを備え、高圧の燃料は、ノズル室に導かれた後に噴孔から噴射される。また、燃料室は、ニードルの外周面とボディの内周面との間に形成される燃料流路を介して、ノズル室から高圧の燃料の補給を受ける。

最良の形態２のインジェクタは、着座面を有するボディを備え、外側スリーブの外周側には、高圧の燃料が充満している。また、燃料室は、外側スリーブおよびボディに設けられた燃料流路を介して、外側スリーブの外周側から高圧の燃料の補給を受ける。

〔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を用いて説明する。
インジェクタ１は、例えば、ディーゼルエンジンのような直噴型のエンジン（図示せず）に搭載され、コモンレールから受け入れた高圧の燃料を、直接、気筒内に噴射供給するものであり、ニードル２をリフト駆動して噴孔３を開放することで燃料を噴射する。また、インジェクタ１は、電圧印加により伸長する圧電素子によりアクチュエータ４が構成され、圧電素子の伸長力をニードル２の駆動力として利用するものである。

このインジェクタ１は、噴孔３を開閉するニードル２と、軸方向に伸縮するアクチュエータ４と、アクチュエータ４の伸縮に応じて軸方向に進退するピストン６と、ピストン６を外周側から摺動自在に支持するとともに、ピストン６の進退に応じて拡縮される燃料の圧力室７を形成する外側スリーブ８とを備える。

ニードル２は、先端側ボディ１０に対し着座、離座を繰り返して噴孔３を開閉する先端部１１、先端側ボディ１０に摺動自在に支持される中軸部１２、ピストン６に摺動自在に支持される後端部１３を有する。

先端部１１は、先端側ボディ１０の内周に円錐状に設けられたシート面１５に着座するシート部１６を有する。ここで、噴孔３は、シート面１５の先端に設けられており、シート部１６がシート面１５に対して着座、離座を繰り返すことで開閉される。また、先端部１１の外周面と先端側ボディ１０の内周面との間にはノズル室１７が形成され、ノズル室１７に流入した燃料が噴孔３を通じて噴射される。また、ノズル室１７の燃料圧は、ニードル２に対し開弁方向に作用する。

中軸部１２は、先端部１１よりも径大に設けられ、環状の段面１９を先端側に形成して先端部１１と区分される。また、中軸部１２は、筒状に設けられて内部に空洞を形成する。そして、この空洞は、コモンレールから受け入れた高圧の燃料をノズル室１７に導くための燃料流路２０をなしている。なお、燃料流路２０は、段面１９に開口する燃料流路２１によりノズル室１７と連通している。

後端部１３は、中軸部１２よりも径大に設けられ、環状の段面２３を形成して中軸部１２と区分される。また、後端部１３は、燃料流路２０と同軸の空洞が設けられ、この空洞は、後端部１３の後端面で開口し、燃料流路２０の一部をなしている。

アクチュエータ４は、後端部が後端側ボディ２５に装着されて固定され、先端がピストン６の後端面２６に当接している。このため、アクチュエータ４は、電圧印加を受けると先端側に向けて伸長力を発揮し、この伸長力によりピストン６を先端側に付勢する。

ピストン６は、先端側に大きく開口する筒状に設けられ、ニードル２の後端部１３を内周側に摺動自在に支持する。そして、ピストン６は、アクチュエータ４の先端に当接され、アクチュエータ４の伸縮に応じて進退する。また、ピストン６と後端部１３との間に、スプリング２８が配されてニードル２を閉弁方向に付勢している。

外側スリーブ８は、フランジ状の先端部３０を有し、先端部３０が先端側ボディ１０と後端側ボディ２５とに挟まれ支持されている。すなわち、後端側ボディ２５の先端部外周には雄ネジが設けられ、先端部３０を先端側ボディ１０と後端側ボディ２５とで挟み込んだ状態で、スリーブナット３１の雌ネジを後端側ボディ２５の雄ネジに螺合して締め付けることで、外側スリーブ８、先端側ボディ１０、および後端側ボディ２５を強固に一体化させている。

また、外側スリーブ８の外周面は、後端側ボディ２５の内周面やピストン６の後端面２６等とともに、コモンレールから受け入れた高圧の燃料が充満する高圧室３３を形成する。そして、高圧室３３は、ピストン６に設けられた燃料流路３４により、ピストン６とニードル２の後端部１３とで形成され燃料流路２０の後端側に続く燃料室３５と連通している。この結果、高圧室３３の燃料は、燃料流路３４、燃料室３５、燃料流路２０、２１を介してノズル室１７に供給される。なお、アクチュエータ４は、高圧室３３に収容されてピストン６の後端面２６に当接している。

また、外側スリーブ８の先端側の内周面は、ピストン６の先端面、段面２３および先端側ボディ１０の後端面３７等により、圧力室７を形成する。ここで、圧力室７の燃料圧は、段面２３を受圧面として後端側に向けて作用するのでニードル２に対し開弁方向に作用する。すなわち、ニードル２は、圧力室７の燃料圧を開弁方向に受けるように組み込まれている。このため、アクチュエータ４の伸長によりピストン６が先端側に変位すると圧力室７の燃料圧が増圧されるので、ニードル２に作用する開弁方向の付勢力が増強され、ニードル２がリフト駆動される。この結果、噴孔３が開放されて燃料が噴射される。

また、圧力室７には、先端側ボディ１０とピストン６とにより軸方向に支持されピストン６を後端側に付勢するスプリング３９が収容されている。このため、アクチュエータ４が元の長さに復元すると、ピストン６はスプリング３９に付勢されて後端側に変位し、圧力室７の燃料圧が減圧される。この結果、ニードル２に作用する開弁方向の付勢力が低減され、ニードル２はスプリング２８に付勢されて先端側に変位し噴孔３を閉鎖する。

また、インジェクタ１は、中軸部１２の外周側に摺動自在に嵌合し、圧力室７に収容される内側スリーブ４１と、圧力室７に収容されて内側スリーブ４１を軸方向先端側に付勢するスプリング４２とを備える。

内側スリーブ４１は、フランジ状の先端部４４を有し、先端部４４によりスプリング４２をピストン６との間に保持する。このため、スプリング４２は、ピストン６の進退に応じて内側スリーブ４１に及ぼす付勢力を増減することができる。また、先端部４４の外周縁４５は、全周において先端側に鋭角状に突出するように設けられ、スプリング４２の付勢力により先端側ボディ１０の後端面３７に環状に着座する。これにより、外周縁４５の着座位置よりも内周側の領域は、外周側の圧力室７と液密的に区画される燃料室４６をなす。

燃料室４６は、後端面３７から先端側に所定の容積を確保できるように形成される。つまり、中軸部１２を摺動自在に支持するためのガイド孔４８は、後端面３７から先端側に向かい一定の範囲において、中軸部１２よりも径大に設けられ、ガイド孔４８をなす内周面と中軸部１２の外周面との間に燃料室４６を形成するための容積が確保される。

また、燃料室４６は、ニードル２の外周面と先端側ボディ１０の内周面との間に形成される燃料流路５０を介して、ノズル室１７から高圧の燃料の補給を受ける。つまり、燃料室４６は、燃料流路５０によりノズル室１７と連通しており、高圧室３３からノズル室１７に流入した高圧の燃料が燃料流路５０を通じて燃料室４６に補給される。ここで、燃料流路５０は、中軸部１２の外周に形成される平坦面５１とガイド孔４８をなす内周面との間に形成される。

〔実施例１の作用〕
実施例１のインジェクタ１の作用を説明する。
アクチュエータ４に電圧が印加されて圧力室７の燃料圧が増圧されると、ニードル２がリフト駆動されて燃料が噴射される。このとき、圧力室７の燃料は、燃料圧の増圧により各摺動部からリークする。また、内側スリーブ４１の外周縁４５は、先端側ボディ１０の後端面３７に強固に着座して圧力室７と燃料室４６とを液密的に区画している。

やがて、アクチュエータ４への電圧印加が停止されて圧力室７の燃料圧が減圧されると、ニードル２が先端側に変位して噴孔３を閉鎖する。このとき、リークによる減少分が、燃料室４６から圧力室７に補給される。すなわち、圧力室７の燃料圧が減圧されピストン６が後端側に変位すると、スプリング４２の内側スリーブ４１に対する付勢力が弱くなる。この結果、内側スリーブ４１は、燃料室４６の燃料圧により後端側に付勢されて後端面３７から離座し、燃料室４６と圧力室７との間を開放する。この結果、燃料室４６の高圧の燃料が圧力室７に流入し、リークによる減少分が補給される。

〔実施例１の効果〕
実施例１のインジェクタ１は、アクチュエータ４の伸長により圧力室７の燃料圧を増圧することで、ニードル２に噴孔３を開放させて高圧の燃料を噴射するものであり、ニードル２の外周側に摺動自在に嵌合し、圧力室７に収容される内側スリーブ４１と、内側スリーブ４１を軸方向に付勢し、ピストン６の進退に応じて内側スリーブ４１に及ぼす付勢力を増減するスプリング４２とを備える。そして、スプリング４２に付勢された内側スリーブ４１が後端面３７に環状に着座することで、圧力室７と液密的に区画される燃料室４６を形成する。また、燃料室４６には、燃料流路５０を介してノズル室１７から高圧の燃料が補給されている。

これにより、アクチュエータ４が伸長を停止して元の長さに復元するとともにピストン６が後端側に変位すると、スプリング４２の内側スリーブ４１に対する付勢力が弱くなり、内側スリーブ４１が後端面３７から離座して燃料室４６から圧力室７に高圧の燃料が補給される。ここで、内側スリーブ４１は、圧力室７に収容できる程度に径小に設けられているので、インジェクタ１の軸心からさほど離れていない位置で後端面３７に対して環状に離着する。このため、着座径が小径化されるので、圧力室７の液密性確保が容易になる。

実施例２のインジェクタ１によれば、燃料室４６は、外側スリーブ８の先端部３０に設けられた燃料流路５３および先端側ボディ１０に設けられた燃料流路５４を介して高圧室３３から、直接、高圧の燃料の補給を受ける。

〔変形例〕
実施例１、２のインジェクタ１によれば、アクチュエータ４は圧電素子により構成されていたが、磁界の発生により伸長する磁歪素子によりアクチュエータ４を構成してもよい。

（ａ）はインジェクタの構成図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である（実施例１）。 インジェクタの構成図である（実施例２）。 インジェクタの構成図である（従来例）。

符号の説明

１ インジェクタ
２ ニードル
３ 噴孔
４ アクチュエータ
６ ピストン
７ 圧力室
８ 外側スリーブ
１０ 先端側ボディ（ボディ）
１７ ノズル室
３７ 後端面（着座面）
４１ 内側スリーブ
４２ スプリング（付勢手段）
４６ 燃料室
５０ 燃料流路
５３ 燃料流路
５４ 燃料流路

Claims (3)

1. 噴孔を開閉するニードルと、
   軸方向に伸縮するアクチュエータと、
   このアクチュエータの伸縮に応じて軸方向に進退するピストンと、
   このピストンを外周側から摺動自在に支持するとともに、前記ピストンの進退に応じて拡縮される燃料の圧力室を形成する外側スリーブとを備え、
   前記ニードルは、前記圧力室の燃料圧を開弁方向に受けるように組み込まれ、
   前記アクチュエータの伸長により前記圧力室の燃料圧を増圧することで、前記ニードルに前記噴孔を開放させて高圧の燃料を噴射するインジェクタにおいて、
   前記ニードルの外周側に摺動自在に嵌合し、前記圧力室に収容される内側スリーブと、
   この内側スリーブを軸方向に付勢し、前記ピストンの進退に応じて前記内側スリーブに及ぼす付勢力を増減する付勢手段とを備え、
   高圧の燃料が補給されるとともに、前記付勢手段に付勢された前記内側スリーブが所定の着座面に環状に離着することで前記圧力室との間が開閉される燃料室を形成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、
   前記ニードルを軸方向に摺動自在に支持するとともに、前記ニードルの先端側にノズル室を形成するボディを備え、
   高圧の燃料は、前記ノズル室に導かれた後に前記噴孔から噴射され、
   前記燃料室は、前記ニードルの外周面と前記ボディの内周面との間に形成される燃料流路を介して、前記ノズル室から高圧の燃料の補給を受ける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、
   前記着座面を有するボディを備え、
   前記外側スリーブの外周側には、高圧の燃料が充満し、
   前記燃料室は、前記外側スリーブおよび前記ボディに設けられた燃料流路を介して、前記外側スリーブの外周側から高圧の燃料の補給を受けることを特徴とするインジェクタ。

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