| 【発明の名称】 |
燃料噴射弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】松井 宏次
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| 【要約】 |
【課題】ノズルニードルの倒れを防止する。
【解決手段】複数の噴孔６を有するノズル本体３と、ノズル本体に挿入され、複数の噴孔を開閉するノズルニードル７と、ノズルニードルを開弁側に付勢する付勢手段と、付勢手段の付勢力に抗してノズルニードルに当接する押圧部材と、押圧部材を弁座側に付勢する閉弁手段と、閉弁手段の付勢力を必要に応じて解除する開弁手段とを有する燃料噴射弁１において、押圧部材とノズルニードルの当接面とを面接触とする。これによって、ノズルニードルのリフト時にノズルニードルにかかる燃料圧を面で受けることができるので、ノズルニードルの倒れを防止することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 先端に複数の噴孔が形成されたノズル本体と、該ノズル本体に挿入され、前記弁座に着座して複数の噴孔を開閉するノズルニードルと、該ノズルニードルを開弁側に付勢する付勢手段と、前記ノズルニードルに当接する押圧部材と、該押圧部材を前記付勢手段の付勢力に抗して前記弁座側に付勢する閉弁手段と、前記閉弁手段の付勢力を必要に応じて解除する開弁手段とを少なくとも有する燃料噴射弁において、前記押圧部材と前記ノズルニードルの当接面を面接触としたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】 前記付勢手段は、前記ノズルニードルと前記ノズル本体の間に画成され、所定の圧力の燃料が収容されるコモンレールに蓄圧された高圧燃料が供給される圧力室からなり、前記閉弁手段は、前記ノズルニードルを閉弁側に付勢するスプリングと、前記押圧部材の他端側に画成され、前記コモンレールに蓄圧された高圧燃料が供給される背圧室とによって構成され、前記開弁手段は、所定の信号によって前記背圧室を低圧側に開放する電磁弁であることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】 前記押圧部材は、前記ノズルニードルと面接触である一端と、前記背圧室にさらされる他端とを有するバルブピストンであることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】 前記押圧部材は、前記ノズルニードルと面接触である一端面及びバルブピストンの一端と接触する他端面を有するリフト調整部材と、該リフト調整部材の他端面と接触する一端面及び前記背圧室にさらされる他端面を有するバルブピストンとからなることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項５】 前記リフト調整部材と前記バルブピストンとは点接触であることを特徴とする請求項４記載の燃料噴射弁。
【請求項６】 前記背圧室は、第１の径を有する第１のオリフィスを介してコモンレールと連通されると共に、前記第１の径よりも大きい第２の径を有すると共に前記電磁弁の弁体によって開閉される第２のオリフィスを介して低圧側と連通されることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の燃料噴射弁。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明が属する技術分野】この発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジン用の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁であって、ＶＣＯ（Valve Covered Orifice)型燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンは、熱効率に優れているため、地球温暖化やエネルギー問題に対して有効な機関として期待されているが、反面、ＮＯＸやＰＭの排出がガソリンエンジンに比べてはるかに多いことが問題となっている。こうしたディーゼルエンジンの有害排出物の低減技術は、近年各国で急速に進歩しており、その中でも、コモンレール噴射装置に対する期待は大きい。このコモンレール噴射装置は、事前に高圧化した燃料を蓄圧し、それを開放することで噴射を行うもので、運転に条件によらず高圧噴射を達成できるので、スモークとＮＯＸの同時低減において大きな効果が期待されてきた。
【０００３】また、特開平５−１７２０１５号公報に開示される燃料噴射ノズルにように、噴孔が弁体の先端に画成される燃料空間に開口する場合、ニードルが着座した後にも、燃料空間に残留した燃料が漏れることから、不完全燃料が生じてスモークやＮＯＸの原因となることために、例えば、特開平１１−３３６６４２号公報に開示されるようなＶＣＯ（ＶＡＬＶＥ ＣＯＶＥＲＥＤ ＯＥＩＦＩＣＥ）ノズルが開発された。このＶＣＯは、ニードルの先端に形成された弁体が直接オリフィスを開閉するようにしたものである。
【０００４】しかしながら、このＶＣＯノズルでは、低リフト時のニードルの倒れが原因で、噴霧のばらつきが発生する。特にコモンレール噴射装置では、図８（ａ）に示すようにＮＯＸ抑制のために初期の噴射率を抑制するような特性を得るためには、図８（ｂ）で示すように、通常のジャーク式ポンプの場合と比べて初期の上昇速度を遅くする必要がある。これは、コモンレール噴射装置では、図８（ｃ）で示すように、通常ニードルによって閉塞された噴孔近傍まで高圧の燃料が供給されていることから、ジャーク式ポンプの場合のように急激にリフトさせると初期噴射量が増大してしまうからである。
【０００５】したがって、コモンレール噴射装置では、常にレール圧と等しい圧力がニードルにかかっていることから、噴射開始と同時にニードルを倒そうとする力も最大となり、またニードル倒れの影響が噴霧に顕著に現れる低リフトの状態がジャーク式ポンプの場合と比べて長い期間続くため、ニードル倒れがジャーク式ポンプの場合と比べて生じやすいと共に、噴霧のばらつきも顕著に現れる。このメカニズムは、図９に示されるように、ニードル１００が偏った場合には、燃料供給通路の一方の側ＰＡが他方の側ＰＢに比べて狭くなるため、高圧燃料がＰＡ側に偏って流れる。このため、ＰＡ側に位置する噴孔１０１Ａから噴射される燃料は多く、ＰＢ側に位置する噴孔１０１Ｂから噴射される燃料は少なくなり、さらに側部に位置する噴孔１０１Ｃでは噴孔の上下で流れる方向がことなるため、強い旋回流が発生する。この旋回流は、到達距離の短い噴霧を形成する原因となることが推定されている。
【０００６】このため、特開平１１−３３６６４２号公報では、ノズルニードルを付勢するスプリングが収納されるスプリング室を介して前記ノズルニードルの周囲に形成された燃料供給通路に高圧燃料を供給するようにして、ノズルニードルの倒れを防止するようにしたものである。
【０００７】しかしながら、この引例で開示されるように、ノズルニードルと当接するピストンの先端面を凸面状として点接触する構造では、図１０で示すようにノズルニードル１００とピストン１０２が軸ずれしてピストン１０２とノズルニードル１００との当接点Ｐが中心からずれた場合、ノズルニードル１００を開弁方向に付勢する圧力Ｐｆによる合力方向とピストンに生じる抗力Ｐｄとによってノズルニードル１００に回転モーメントＭが発生することから、ノズルニードル１００が倒れる傾向にあり、上述した不具合が発生するという問題点が生じる。
【０００８】
【発明が解決しようする課題】したがって、この発明は、ノズルニードルの倒れを防止する構造を有する燃料噴射弁を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】よって、この発明は、先端に複数の噴孔が形成されたノズル本体と、該ノズル本体に挿入され、前記弁座に着座して複数の噴孔を開閉するノズルニードルと、該ノズルニードルを開弁側に付勢する付勢手段と、前記ノズルニードルに当接する押圧部材と、該押圧部材を前記付勢手段の付勢力に抗して前記弁座側に付勢する閉弁手段と、前記閉弁手段の付勢力を必要に応じて解除する開弁手段とを少なくとも有する燃料噴射弁において、前記押圧部材と前記ノズルニードルの当接面を面接触としたことにある。また、前記当接面は、お互いに平面状に形成されることが最も好ましいが、曲面同士による面接触であっても良いものである。
【００１０】これによって、ノズルニードルのリフト時にノズルニードルにかかる燃料圧を当接部材の面で受けることができるので、ノズルニードルの倒れを防止することができるため、上記課題を達成できるものである。
【００１１】また、前記付勢手段は、前記ノズルニードルと前記ノズル本体の間に画成され、所定の圧力の燃料が収容されるコモンレールに蓄圧された高圧燃料が供給される圧力室からなり、前記閉弁手段は、前記ノズルニードルを閉弁側に付勢するスプリングと、前記押圧部材の他端側に画成され、前記コモンレールに蓄圧された高圧燃料が供給される背圧室とによって構成され、前記開弁手段は、所定の信号によって前記背圧室を低圧側に開放する電磁弁であることが望ましい。これによって、コモンレールに用いられる構成を有する燃料噴射弁において、ノズルニードルの倒れを防止することができるものである。
【００１２】また、前記押圧部材は、前記ノズルニードルと面接触である一端と、前記背圧室にさらされる他端とを有するバルブピストンであることが望ましい。
【００１３】また、前記押圧部材は、前記ノズルニードルと面接触である一端面及びバルブピストンの一端と接触する他端面を有するリフト調整部材と、該リフト調整部材の他端面と接触する一端面及び前記背圧室にさらされる他端面を有するバルブピストンとからなるものであっても良い。さらに、前記リフト調整部材と前記バルブピストンとは点接触であっても良い。これによって、バルブピストンのノズルニードルの間にリフト調整部材が用いられた燃料噴射弁においても、同様の効果を奏することができ、またリフト調整部材とバルブピストンとを点接触とすることによってバルブピストンが傾いた場合にも、その傾きがノズルニードルに伝達されないので、ノズルニードルの直立性を確保することができるものである。
【００１４】さらに、前記背圧室は、第１の径を有する第１のオリフィスを介してコモンレールと連通されると共に、前記第１の径よりも大きい第２の径を有すると共に前記電磁弁の弁体によって開閉される第２のオリフィスを介して低圧側と連通されることが望ましいものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態について図面により説明する。
【００１６】図１に示される燃料噴射弁１は、高圧の燃料が蓄圧される図示しないコモンレールに接続され、内燃機関、特にディーゼルエンジンの各々の気筒に装着されるもので、本体２、本体２の先端に装着されるノズル本体３及び電磁弁部４とによって構成される。
【００１７】前記ノズル本体３は、図２にも示されるように、ノズルナット４によって前記本体２に装着固定され、その先端部３Ａは円錐状に形成され、その円錐側面に複数の噴孔６が形成される。また、ノズル本体３には、ノズルニードル７が挿入され、ノズルニードル７の先端には円錐台に弁体部７Ａが形成され、前記ノズル本体３の先端部３Ａの内部に形成された弁座３Ｂの当接して前記噴孔６を内部から閉鎖するようになっている。また、前記ノズルニードル７の周囲であって、前記ノズル本体３との間に形成された所定のクリアランスによって燃料供給通路８が構成され、この燃料供給通路８の一端は、前記ノズルニードル７の略中央周縁に形成された圧力室９と連通する。
【００１８】前記圧力室９は、ノズル本体３に形成された燃料供給孔１０と、前記本体２に形成された燃料供給孔１１を介して、図示しないコモンレールからの配管が接続される取付部材１４の通路１３と連通する横孔１２と連通し、前記コモンレールからの高圧燃料が供給される。
【００１９】前記本体２は、軸方向に延出する貫通孔１５が形成され、内部にバルブピストン１６が挿入される。また、前記貫通孔１５の一端にはバルブ本体１７が装着され、前記バルブピストン１６の一端が挿入される。さらに前記貫通孔１５の他端にはスプリング収納室１８が形成され、ノズルスプリング１９が配されると共に、前記バルブピストン１６と前記ノズルニードル７との間に介在されるリフト調整部材２０が装着される。このリフト調整部材２０は、図３に示すように、ばね受け面２０Ｅ及び前記ノズルニードル７と当接するノズルニードル側当接面２０Ｃを有するばね受け部２０Ａと、バルブピストン１６の他端面１６Ａと当接するバルブピストン側当接面２０Ｄを有するピストン当接部２０Ｂとによって構成され、前記ノズルスプリング１９の付勢力を前記ノズルニードル７に伝達する。
【００２０】また、前記バルブ本体１７には、前記バルブピストン１６の一端が面する背圧室２１が画成される。この背圧室２１は、第１のオリフィス２２を介して前記横孔１２と連通し、コモンレールからの高圧燃料が供給される。また、この背圧室２１は、第１のオリフィス２２よりも径の大きい第２のオリフィス２３、アーマチュア２４が収納されるアーマチュア室２４、及び燃料油排出路２５を介して燃料噴射系の低圧側と連通されるものである。尚、２９は逆流防止用のボール弁である。
【００２１】また、前記第２のオリフィス２３は、バルブボール２６によって開閉可能であり、このバルブボール２６は前記アーマチュア２４を介してバルブスプリング２７によって前記第２のオリフィス２３を閉じる方向に付勢されており、電磁弁部４を構成する電磁コイル２８に外部信号が入力されることによって前記アーマチュア２４が前記バルブスプリング２７に抗して誘引され、前記第２のオリフィス２３を開放するものである。
【００２２】以上の構成により、前記圧力室９と前記背圧室２１には、コモンレールからの高圧燃料が供給されて充満していることから、バルブニードル７、バルブピストン１６及びリフト調整部材２０に係る圧力はバランスしており、バルブニードル７にはバルブスプリング１９による付勢力のみがかかるために、バルブニードル７は弁座３Ｂに着座して噴孔６は閉鎖され、噴射待機状態となる。この時に電磁弁部４に外部信号が入力されると、アーマチュア２４が誘引されて、バルブボール２９が第２のオリフィス２３を開放する。このとき第１のオリフィス２２よりも第２のオリフィス２３の径が大きいことから、第１のオリフィス２２から背圧室２１に流入する燃料量よりも低圧側に排出される燃料量が多いため前記背圧室２１の圧力は徐々に低下する。
【００２３】これによって、圧力室９の圧力が背圧室２１の圧力よりも上回るために、バルブニードル７、リフト調整部材２０及びバルブピストン１６は背圧室側にリフトされて噴孔６が開放され、圧力室９から燃料供給路８を介して燃料油が気筒内に噴射される。このとき、第２のオリフィス２３によって背圧室２１の圧力はゆっくりと下がることから、バルブニードル７のリフトは、図８（ｂ）で示すように燃料噴射初期において緩やかな上昇となる。また、燃料噴射の停止要求に伴って外部信号が停止した場合には、バルブボール２６が第２のオリフィス２３を閉鎖するので、背圧室２１の圧力は上昇していき、バルブピストン１６及びリフト調整部材２０を介してバルブニードル７が着座側に付勢されて弁体部７Ａが噴孔６を閉鎖し、燃料噴射が終了する。
【００２４】以上の構成の本願発明の実施の形態に係る燃料噴射弁１において、図３及び図４に示すように、バルブピストン１６の他端面１６Ａとリフト調整部材２０のバルブピストン側当接面２０Ｄとは、お互いに面接触するように平面に形成される。同様に、前記リフト調整部材２０のノズルニードル側当接面２０Ｃと前記ノズルニードル７の一端面７Ｂとは、お互いに面接触するように平面に形成される。
【００２５】図５に示すように、ノズルニードル７の開弁動作において、ノズルニードル７が当接保持されるものがバルブピストン１６である場合（リフト調整部材２０が用いられない場合）、ノズルニードル７に噴孔６側からかかる圧力Ｐｆの合力にによってバルブピストン１６に働く抗力Ｐｄは、２つの部材の当接面が面接触してることから、前記圧力Ｐｆの合力に対して回転モーメントが生じないように働くため、ノズルニードル７の傾きを防止できるものである。同様に、リフト調整部材２０がノズルニードル７に当接する場合にも、リフト調整部材２０と前記ノズルニードル７とが面接触していることから、リフト調整部材２０がずれてノズルニードル７に当接してもノズルニードル７に回転モーメントが生じないので、ノズルニードル７の傾斜を防止できる。また、第１の実施の形態では、バルブピストン１６とリフト調整部材２０との当接部分１６Ａ，２０Ｄ及びリフト調整部材２０とノズルニードル７との当接部分２０Ｃ，７Ｂが面接触しているので、リフト調整部材２０及びノズルニードル７が傾斜することを防止できる。
【００２６】また、図６で示す実施の形態は、バルブピストン１６及びリフト調整部材２０の当接部分において、バルブピストン１６側の当接面を円弧状面１６Ａ’として、バルブピストン１６の当接面１６Ａ’と前記リフト調整部材２０側の当接面２０Ｄとを点接触とした実施の形態を示すものである。また、図７で示す実施の形態は、バルブピストン１６及びリフト調整部材２０の当接部分において、リフト調整部材２０側の当接面を円弧状面２０Ｄ’として、バルブピストン１６の当接面１６Ａと前記リフト調整部材２０側の当接面２０Ｄ’とを点接触とした実施の形態を示すものである。このようにした場合でも、前記リフト調整部材２０と前記ノズルニードル７との当接面が面接触であれば、ノズルニードル７の倒れを防止できると共に、バルブピストン１６の傾斜を点接触部分にて吸収することができるものである。尚、図６及び図７で示される第２及び第３の実施の形態において、前述した第１の実施の形態と同一の個所及び同様の効果を奏する個所には同一の符号の付してその説明を省略する。
【００２７】また、以上の実施の形態において、バルブピストン１６、リフト制限部材２０及びノズルニードル７との間の当接部分において、面接触が要望される部分を平面状に形成することで面接触するように形成したが、例えば、一方の面を凸形状とし、他方の面を凹形状として面接触としても同様の効果が得られることが推定される。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば、噴孔を開閉するノズルニードルと、このノズルニードルの一端が当接するバルブピストン若しくはリフト制限部材との間を面接触としたことによってノズルニードルの傾きを防止できるので、コモンレール式噴射装置における噴射開始時の噴射のばらつきが防止でき、これによって運転条件によらずに高圧噴射が可能なコモンレール式噴射装置の特長を全領域にわたって発揮することができると共に、スモーク及びＮＯＸを低減できるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３３３３
【氏名又は名称】株式会社ボッシュオートモーティブシステム
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| 【出願日】 |
平成１２年３月２４日（２０００．３．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６９０７３
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 和保 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２７１７１９（Ｐ２００１−２７１７１９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１０月５日（２００１．１０．５） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−８３０９４（Ｐ２０００−８３０９４） |
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