JP2010196505A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】ストッパに対する衝突時の衝撃を燃料を利用して緩和でき、かつ衝突後における弁体の移動を妨げることがない燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】弁体６と一体移動するコア１１にはストッパ１４と対向する側に開口する第１環状凹部１５が、ストッパ１４にはコア１１と対向する側に開口する第２環状凹部１６がそれぞれ形成されており、コア１１とストッパ１４との間には、コア１１及びストッパ１４のそれぞれと相対移動可能な状態で各凹部１５、１６に嵌り込んだ環状部材１７が設けられており、かつストッパ１４には、第２環状凹部１６の底部と本体部２の内部とを連通する連通路１９が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関に対する燃料供給に用いられる燃料噴射弁に関する。

ニードル状の弁体に取り付けられたストッパと、そのストッパの移動を制限する可動子との間に圧力媒体である燃料を介在させることにより、ストッパと可動子との衝突時における衝撃が液圧的に緩和できるように構成された燃料噴射弁が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。

特表２００６−５０９１４１号公報 特開２００７−２２４８１１号公報 特開２００４−２８５９２２号公報 特開２００４−１８５９２３号公報

特許文献１の燃料噴射弁はストッパと可動子との間に介在する燃料が衝突時に押し潰されることにより緩衝作用を発揮するが、衝突時にストッパと可動子との間が負圧になるためストッパと可動子とが互いに吸着してストッパと可動子との衝突後における弁体の移動が妨げられるおそれがある。また、ストッパと可動子との緩衝に利用された燃料はこれらの間から溢れるにすぎないので、こうした燃料を燃料噴射等に有効に活用することができない。

そこで、本発明は、ストッパに対する衝突時の衝撃を燃料を利用して緩和でき、かつ衝突後における弁体の移動を妨げることがない燃料噴射弁を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、ストッパに対する衝突時の緩和に利用した燃料を燃料噴射に有効に活用できる燃料噴射弁を提供することを第２の目的とする。

本発明の第１の燃料噴射弁は、燃料が供給される本体部と、前記本体部に接続されたノズルボディと、前記ノズルボディに形成された弁座に着座した状態からリフトすることにより、前記弁座よりも下流側に形成された噴孔から燃料を噴射させる弁体と、前記弁体と一体移動可能な状態で前記本体部に設けられた可動部材と、前記本体部に固定されていて、前記可動部材に突き当たることにより前記弁体のリフト量を制限するストッパと、を備えた燃料噴射弁において、前記可動部材には前記ストッパと対向する側に開口する環状の第１環状凹部が、前記ストッパには前記可動部材と対向する側に開口する環状の第２環状凹部がそれぞれ形成されており、前記可動部材と前記ストッパとの間には、前記可動部材及び前記ストッパのそれぞれと相対移動可能な状態で前記第１環状凹部及び前記第２環状凹部のそれぞれに嵌り込んだ環状部材が設けられており、かつ前記ストッパには、前記第２環状凹部の底部と前記本体部の内部とを連通する連通路が設けられているものである（請求項１）。

第１の燃料噴射弁によれば、環状部材と第１環状凹部及び第２環状凹部との間に形成される空間に燃料が進入する。弁体がリフトして可動部材がストッパに衝突した場合にその燃料を利用して衝撃を緩和できる。可動部材がストッパに衝突する際には、ストッパに形成された連通路が環状部材にて塞がれるので、各凹部と環状部材との間に進入した燃料が簡単に連通路から逃げることを防止できる。従って良好な緩衝作用を発揮し得る。一方、弁体が閉じ側に移動して可動部材がストッパから離れる際には、環状部材と第２凹部との間に連通路を通じて燃料が供給されることにより負圧状態を解消できるので可動部材とストッパとが互いに吸着することを阻止できる。これにより、閉じ側への弁体の移動に対する抵抗が無くなるため、ストッパへの衝突後の弁体の移動が妨げられることがない。

本発明の第２の燃料噴射弁は、燃料が供給される本体部と、前記本体部に接続されたノズルボディと、前記ノズルボディに形成された弁座に着座した状態からリフトすることにより、前記弁座よりも下流側に形成された噴孔から燃料を噴射させる弁体と、前記弁体と一体移動可能な状態で前記本体部に設けられた可動部材と、前記本体部に固定されていて、前記可動部材に突き当たることにより前記弁体のリフト量を制限するストッパと、を備えた燃料噴射弁において、前記可動部材には、前記ストッパと対向する側に開口する環状の環状凹部が形成されており、前記弁体及び前記可動部材には、前記環状凹部と、前記弁体の先端部でかつ前記弁座よりも上流に設定された開口位置とを結ぶ燃料通路が形成されているものである（請求項２）。

第２の燃料噴射弁によれば、環状凹部とストッパとの間に形成される空間に燃料が進入する。弁体がリフトして可動部材がストッパに衝突した場合にその燃料を利用して衝撃を緩和できる。可動部材がストッパに衝突した場合には燃料が圧縮されるため、圧縮された燃料が燃料通路を通じて弁体の先端部に設定された開口位置から噴射される。その噴射燃料は弁体のリフトと同期しているため、噴孔に向かって流れる燃料流れに対して乱れを与えることができる。こうした乱れが契機となってキャビテーションの発生を促したり、噴孔から噴出した後の液膜の分解を促すことになるため、噴射燃料の微粒化を促進できる。

以上説明したように、本発明の第１の燃料噴射弁によれば、環状部材と第１環状凹部及び第２環状凹部との間に形成される空間に進入した燃料を利用して、可動部材とストッパとの衝突時における衝撃を緩和できる。そして、その空間内の負圧状態が連通路によって回避されるのでストッパへの衝突後の弁体の移動が妨げられることがない。また、本発明の第２の燃料噴射弁によれば、環状凹部とストッパとの間に形成される空間に進入した燃料を利用して、可動部材とストッパとの衝突時における衝撃を緩和できる。そして、その衝突に伴って圧縮された燃料が燃料通路を通じて弁体の先端部から噴射されるので、噴孔に向かって流れる燃料流れに対して乱れを与えることができる。これにより、噴射燃料の微粒化を促進できる。

本発明の一形態に係る燃料噴射弁を示した断面模式図。 図１の破線で囲まれた部位を拡大し模式的に示した拡大図。 第１の形態に係る燃料噴射弁の動作を説明する説明図であって、弁体がリフトしたリフト時の状態を示した図。 第１の形態に係る燃料噴射弁の動作を説明する説明図であって、弁体がリフト時から閉弁方向に移動した状態を示した図。 第２の形態に係る燃料噴射弁の部分拡大図。 第３の形態に係る燃料噴射弁の要部を示した断面模式図。 第３の形態に係る燃料噴射弁の動作を説明する説明図であって、弁体がリフトしたリフト時の状態を示した図。 第３の形態に係る燃料噴射弁の動作を説明する説明図であって、弁体がリフト時から閉弁方向に移動した状態を示した図。

（第１の形態）
図１は本発明の一形態に係る燃料噴射弁を示した断面模式図であり、図２は図１の破線で囲まれた部位IIを拡大し模式的に示した拡大図である。燃料噴射弁１Ａは不図示の内燃機関に対する燃料供給に用いられるものであり、特に筒内直接噴射式の内燃機関への搭載に適した構成を有している。燃料噴射弁１Ａは不図示のデリバリパイプに嵌め込まれる頭部３を有した本体部２を備えている。本体部２にはデリバリパイプを介して燃料が供給される。本体部２は中空状に形成されており、その内部の空間には各種部品が組み込まれている。本体部２の下方には噴孔４が形成されたノズルボディ５が接続されている。本体部２には燃料の噴射とその停止とを行う弁体６が直線移動可能な状態で設けられている。弁体６はその先端部７が弁座８に着座した状態から、図１の上方にリフトすることにより噴孔４から燃料を噴射させる。

本体部２には弁体６を着座方向に付勢するスプリング９が装着されている。スプリング９はその上端が本体部２に設けられたスリーブ１０に突き当たり、かつ下端が弁体６と一体移動可能なコア１１に突き当たっている。これによりスプリング９は圧縮状態で本体部２に装着される。可動部材としてのコア１１の外周には電磁コイル１２が設けられており、その電磁コイル１２が励磁されるとコア１１が弁体６と一体に開弁方向に引き寄せられて弁体６がリフトする。電磁コイル１２への電力供給は電気コネクタ１３を介して行われる。また、本体部２にはコア１１と突き当たることにより弁体６のリフト量を制限するストッパ１４が固定されている。

図２に示すように、コア１１にはストッパ１４と対向する側に開口する環状の第１環状凹部１５が、ストッパ１４にはコア１１と対向する側に開口する環状の第２環状凹部１６がそれぞれ形成されている。第１環状凹部１５と第２環状凹部１６とはそれぞれ円環状に形成されており互いに向かい合っている。コア１１とストッパ１４との間には第１環状凹部１５及び第１環状凹部１６のそれぞれに嵌り込んだ環状部材１７が設けられている。環状部材１７は円環状に構成されており、コア１１及びストッパ１４のそれぞれと弁体６の移動方向と同方向に相対移動可能となるように各凹部１５、１６との間の嵌め合いが設定されている。各凹部１５、１６の深さの合計は環状部材１７の移動方向の寸法よりも大きく設定されているため、弁体６のリフト時にはコア１１がストッパ１４に突き当たることができ、かつ環状部材１７と各環状凹部１５、１６との間に空間Ｓ１、Ｓ２が形成され得る。ストッパ１４には第２環状凹部１６の底部と本体部２の内部とを連通する連通路１９が設けられている。本体部２には燃料が供給されるため、環状部材１７と各環状凹部１５、１６との間に形成される空間Ｓ１、Ｓ２には燃料が進入し得る。

図３及び図４は燃料噴射弁１Ａの動作を説明する説明図であり、図３は弁体６がリフトしたリフト時の状態を示し、図４は弁体６がリフト時から閉弁方向に移動した状態を示している。図３に示すように、弁体６が矢印Ｆ１方向に移動するリフト時においては、空間Ｓ１の燃料を介在させた状態で環状部材１７が矢印ｆ１方向に押し上げられるため、空間Ｓ２内の燃料が連通路１９を通じて本体部２の内部に排出されるとともに、環状部材１７が第２環状凹部１６の底部に突き当たる。これにより、連通路１９の開口部が環状部材１７にて塞がれるため、空間Ｓ１内の燃料が弁体６のリフト量の増加に伴って圧縮される。弁体６のリフト時の運動エネルギは空間Ｓ１内の燃料を圧縮する仕事に変わるため、コア１１がストッパ１４に突き当たる直前でコア１１の速度が低下する。従って、コア１１がストッパ１４に衝突する際の衝撃が緩和されて、振動及び衝突音の発生が抑制される。

一方、図４に示すように、弁体６が図３の状態から矢印Ｆ２方向、即ち閉弁方向に移動を開始した場合、空間Ｓ１の圧力がすぐに低下するとともに環状部材１７が第２環状凹部１６の底部から矢印ｆ２に示した下方向に離れて連通路１９が開放される。これにより連通路１９を通じて空間Ｓ２内に燃料が供給されるので空間Ｓ１、Ｓ２が負圧状態になることを回避できる。これにより、弁体６の移動抵抗が無くなるため、ストッパ１４への衝突後の弁体６の移動が妨げられることがない。

（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を図５を参照して説明する。本形態は第１の形態の改良に相当するので、以下において第１の形態と共通の構成には同一の参照符号を図面に付して説明を省略する。図５は第２の形態に係る燃料噴射弁の部分拡大図である。図示するように、燃料噴射弁１Ｂの本体部２に設けられたコア１１及びストッパ１４の間には環状部材１７を挟むようにして上下一対のスプリング２０が装着されている。各スプリング２０を装着するため、各凹部１５、１６にはスプリング保持穴２１が形成されている。各スプリング２０はばね定数や自然長の寸法等の特性が同一に設定されている。

この形態によれば、弁体６が閉弁状態に維持されているときには、空間Ｓ１、Ｓ２に差圧が存在しないため、上下のスプリング２０によって環状部材１７は中間に位置する。弁体６がリフトした場合は第１の形態と同様に環状部材１７がストッパ側へ移動して連通路１９の開口部を塞ぎコア１１とストッパ１４との衝突時における衝撃を緩衝する。コア１１とストッパ１４とが突き当たった状態から閉弁方向に移動する際にはスプリング２０の弾性力によって環状部材１７が第２環状凹部１６の底部から簡単に離れることができる。これにより、環状部材１７がコア１１又はストッパ１４のいずれかに貼り付いたままになることを確実に防止できる。これにより、短時間に複数回の燃料噴射を連続的に行う近接多段噴射時など使用条件が厳しい場合でも確実に緩衝効果を得ることができる。

（第３の形態）
次に、本発明の第３の形態を図６〜図８を参照して説明する。図６は第３の形態に係る燃料噴射弁の要部を示した断面模式図である。燃料噴射弁１Ｃは、燃料が供給される本体部３０と、本体部３０に接続されたノズルボディ３１と、ノズルボディ３１に形成された弁座３２に着座した状態からリフトすることにより、弁座３２よりも下流側に形成された噴孔３３から燃料を噴射させる弁体３４と、弁体３４と一体移動可能な状態で本体部３０に設けられた可動部材としてのコア３５と、本体部３０に固定されていて、コア３５に突き当たることにより弁体３４のリフト量を制限するストッパ３６とを備えている。コア３５と弁体３４とは両者が一体移動できるように溶接部３７にて結合されている。

コア３５にはストッパ３６と対向する側に開口する環状の環状凹部３８が形成されている。ストッパ３６にはコア３５と対向する側に突出し環状凹部３８に嵌り込む環状凸部３９が形成されている。環状凹部３８の深さは環状凸部３９の高さよりも大きい。そのため、環状凹部３８と環状凸部３９との間には空間Ｓ３が形成され、その空間Ｓ３には本体部３０に供給された燃料が進入可能である。また、環状凸部３９の高さは弁体３４のリフト量に拘わらず環状凹部３８に嵌り込んだ状態に維持されるように設定されている。

また、弁体３４及びコア３５には環状凹部３８と弁体３４の先端部３４ａに設定された開口位置ＯＰとを結ぶ燃料通路４０が形成されている。開口位置ＯＰは弁座３２よりも上流に設定されている。燃料通路４０はコア３５内において分岐する複数の分岐部４０ａを有している。また、燃料通路４０は開口位置ＯＰにおいて弁体３４の半径方向に開口している。

図７及び図８は燃料噴射弁１Ｃの動作を説明する説明図であり、図７は弁体３４がリフトしたリフト時の状態を示し、図８は弁体３４がリフト時から閉弁方向に移動した状態を示している。図７に示すように、弁体３６が矢印Ｆ１方向に移動するリフト時においては、空間Ｓ３内の燃料が圧縮され圧力が一時的に上昇する。そして、空間Ｓ３内の燃料が燃料通路４０を通じて開口位置ＯＰから噴射される。弁体３４の運動エネルギは空間Ｓ３内の燃料を圧縮させる仕事に変わるため、コア３５がストッパ３６に突き当たる直前でコア３５の速度が低下する。従って、コア３５がストッパ３６に衝突する際の衝撃が緩和されるので振動及び衝突音の発生も抑制される。空間Ｓ３は環状凸部３９が環状凹部３８に嵌り込むことにより形成されるため、圧縮時に内部の燃料が抜けにくく効果的に緩衝作用を発揮させることができる。弁体３４のリフトに同期して開口位置ＯＰから噴射された燃料はノズルボディ３１と弁体３４との間を噴孔３３に向かって流れる燃料流れｆに対して乱れを与える。こうした乱れが契機となってキャビテーションの発生を促したり、噴孔３３から噴射した後の液膜の分解を促すことになる。これにより、噴射燃料の微粒化を促進することができる。

一方、図８に示すように、弁体３４が図８の状態から矢印Ｆ２方向、即ち閉弁方向に移動を開始した場合、空間Ｓ３の拡大に伴って開口位置ＯＰから燃料が吸い込まれて空間Ｓ３内に燃料が補充されるため空間Ｓ３内の圧力が負圧になることを回避できる。これにより、弁体３４の移動抵抗が無くなるため、ストッパ３６への衝突後の弁体３４の移動が妨げられることがない。

本発明は、上記形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。環状凹部及び環状部材の各形状は無端状に繋がった形状であればよく必ずしも円環状である必要はない。例えば、環状凹部及び環状部材の各形状を楕円環状や矩形環状にして実施することも可能である。また、第３の形態においては環状凹部に嵌り込む環状凸部がストッパに設けられているが、コアと対向するストッパの対向面を平面状に形成してもよい。この場合でも、ストッパの対向面とコアとの間及び環状凹部に形成される空間のそれぞれに存在する燃料によってある程度の緩衝効果を得ることが可能である。

１Ａ〜１Ｃ 燃料噴射弁
２、３０ 本体部
４、３３ 噴孔
５、３１ ノズルボディ
６、３４ 弁体
８、３２ 弁座
１１、３５ コア（可動部材）
１４、３６ ストッパ
１５ 第１環状凹部
１６ 第２環状凹部
１７ 環状部材
１９ 連通路
３８ 環状凹部
４０ 燃料通路
ＯＰ 開口位置

Claims (2)

1. 燃料が供給される本体部と、前記本体部に接続されたノズルボディと、前記ノズルボディに形成された弁座に着座した状態からリフトすることにより、前記弁座よりも下流側に形成された噴孔から燃料を噴射させる弁体と、前記弁体と一体移動可能な状態で前記本体部に設けられた可動部材と、前記本体部に固定されていて、前記可動部材に突き当たることにより前記弁体のリフト量を制限するストッパと、を備えた燃料噴射弁において、
   前記可動部材には前記ストッパと対向する側に開口する環状の第１環状凹部が、前記ストッパには前記可動部材と対向する側に開口する環状の第２環状凹部がそれぞれ形成されており、前記可動部材と前記ストッパとの間には、前記可動部材及び前記ストッパのそれぞれと相対移動可能な状態で前記第１環状凹部及び前記第２環状凹部のそれぞれに嵌り込んだ環状部材が設けられており、かつ前記ストッパには、前記第２環状凹部の底部と前記本体部の内部とを連通する連通路が設けられている、ことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 燃料が供給される本体部と、前記本体部に接続されたノズルボディと、前記ノズルボディに形成された弁座に着座した状態からリフトすることにより、前記弁座よりも下流側に形成された噴孔から燃料を噴射させる弁体と、前記弁体と一体移動可能な状態で前記本体部に設けられた可動部材と、前記本体部に固定されていて、前記可動部材に突き当たることにより前記弁体のリフト量を制限するストッパと、を備えた燃料噴射弁において、
   前記可動部材には、前記ストッパと対向する側に開口する環状の環状凹部が形成されており、前記弁体及び前記可動部材には、前記環状凹部と、前記弁体の先端部でかつ前記弁座よりも上流に設定された開口位置とを結ぶ燃料通路が形成されている、ことを特徴とする燃料噴射弁。

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