説明

燃料噴射装置

【課題】
燃料噴射装置1において、ニードル3とノズルボティ2の衝突に伴う偏摩耗や変形を抑制し、長期間に渡り、正常な燃料噴射を維持することのできる燃料噴射装置1を提供する。
【解決手段】
燃料噴射孔5を有するノズルボティ2と、ノズルボティ2の内部で摺動自在となるように配置したニードル3を有し、ニードル3の先端部分がノズルボティ2内の接触部Pへ接触を繰り返すように構成した燃料噴射装置において、ニードル3が、ニードル3の先端部分に回転自在に配置され、且つ接触部Pへ接触するように構成した球体10を有しており、球体10が、物性が異なる少なくとも2つの領域である第1領域11と第2領域12を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、燃費効率の向上及び低燃費化の要求から、燃焼室内に燃料を直接噴射する直接噴射式の内燃機関の開発が進められている。この直接噴射式の内燃機関は、具体的には、ピストンとシリンダヘッドで形成した空間(以下、燃焼室という)に、燃料噴射装置で燃料を噴霧する構成を有している。この内燃機関は、ディーゼルエンジンや、ガソリン直噴エンジン等がある。
【0003】
図5に、従来の燃料噴射装置の概略を示す。燃料噴射装置1Xは、ノズルボティ2と、ノズルボディ2の内部で摺動自在となるように配置したニードル3Xを有している。また、ノズルボティ2は、ニードル3の先端側にサック4と呼ばれる空間と、サック4と連通した燃料噴射孔5を有している。ここで、ニードル3の先端部分は、ノズルボティ2の接触部PXに接触している。
【0004】
次に、燃料噴射装置1Xの動作について説明する。燃料を噴射する際、ニードル3Xの摺動(後退)により、ニードル3Xの先端部分とノズルボティ2の接触を解除し、接触部PXの周辺に隙間を生じさせる。予め加圧された燃料は、この隙間を通過し、サック4及び燃料噴射孔5を経由して、燃焼室内に噴霧される。その後、ニードル3Xの摺動(前進)により、ニードル3Xがノズルボティ2に着座し、燃料の流れを停止する。つまり、ニードル3Xは、弁の働きを有している。
【0005】
この燃料噴射装置1Xにおいて、ノズルボティ2の接触部PXに、リング状の突起部を設置する構成が開示されている(例えば特許文献1参照)。この構成により、燃料噴射装置は、接触部PXにおけるシール性能を向上することができる。
【0006】
しかしながら、上記の燃料噴射装置は、長期間に渡ってシール性能を維持することが困難であるという問題を有している。これは、ニードルとノズルボティ(又はリング状の突起部)が繰り返し衝突する際に、常に同じ位置で着座し、ニードルやノズルボティが不規則な形状に削れたり、変形したりしてしまうためである。このニードル又はノズルボティの偏摩耗や変形は、燃料の異常噴射や燃料漏れを引き起こしてしまう。なお、このとき燃料噴射装置におけるニードルとノズルボティの想定される衝突回数は、数千万回の単位である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2011−179442号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料噴射装置において、ニードルとノズルボティの衝突に伴う偏摩耗や変形を抑制し、長期間に渡り、正常な燃料噴射を維持することのできる燃料噴射装置を提供することにある。つまり、長寿命化を実現した燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の目的を達成するための本発明に係る燃料噴射装置は、燃料噴射孔を有するノズルボティと、前記ノズルボティの内部で摺動自在となるように配置したニードルを有し、前記ニードルの先端部分が前記ノズルボティ内の接触部へ接触を繰り返すように構成した燃料噴射装置において、前記ニードルが、前記ニードルの先端部分に回転自在に配置され、且つ前記接触部へ接触するように構成した球体を有しており、前記球体が、物性が異なる少なくとも2つの領域である第1領域と第2領域を有していることを特徴とする。
【0010】
この構成により、ニードルとノズルボティの衝突に伴う偏摩耗や変形を抑制し、燃料噴射装置の長寿命化を実現することができる。これは、球体が、燃料との摩擦抵抗、ノズルボティとの接触又は接触の解除に伴い、回転し、球体とノズルボティの接触する部位が変化するためである。特に、物性が一様でない球体を採用する構成により、球体の回転方向が様々に変化するため、球体等の偏摩耗や変形を抑制することができる。
【0011】
上記の燃料噴射装置において、前記第1領域が予め定めた密度を有しており、前記第2領域が前記第1領域よりも高い密度を有していることを特徴とする。この構成により、上記と同様の作用効果を得ることができる。
【0012】
前述の燃料噴射装置において、前記第1領域が予め定めた表面粗さを有しており、前記第2領域が前記第1領域よりも粗い表面粗さを有していることを特徴とする。この構成により、上記と同様の作用効果を得ることができる。また、球体は、燃料との摩擦抵抗から受ける影響が大きくなるため、更に回転しやすくなる。
【0013】
前述の燃料噴射装置において、前記第1領域及び前記第2領域が、前記球体を2つの分割した半球体にそれぞれ形成される構成としてもよい。この構成により、球体が様々な方向に回転し、様々な部位でノズルボティに接触することができるため、偏摩耗や変形を抑制することができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明に係る燃料噴射装置によれば、ニードルとノズルボティの衝突に伴う偏摩耗や変形を抑制し、長期間に渡り、正常な燃料噴射を維持することのできる燃料噴射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置の断面を示した図である。
【図2】本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置の断面を示した図である。
【図3】本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置の球体の概略を示した図である。
【図4】本発明に係る異なる実施の形態の燃料噴射装置の球体の概略を示した図である。
【図5】従来の燃料噴射装置の断面を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置について、図面を参照しながら説明する。図1に、本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置の断面を示す。この燃料噴射装置1は、燃料を噴射する燃料噴射孔5を有するノズルボティ2と、ノズルボティ2の内部で摺動自在となるように配置したニードル3を有している。このニードル3は、ニードル3の先端部分に回転自在に配置され、且つノズルボティ2の接触部Pに接触するように構成した球体10を有している。この球体10は、ニードル3に圧入するか、又はニードル3と球体10の間にかしめ用プレートを挟む等の方法で、ニードル3に対して回転自在となるように設置されている。また、ノズルボティ2の端部には、燃料噴射孔5に連通するようにサック4と呼ばれる空間を形成している。ここで、白抜き矢印は、ニードル3の摺動方向を示している。
【0017】
次に、燃料噴射装置1の動作について説明する。この燃料噴射装置1が燃焼室(図示しない)に燃料を噴霧する際、図2に示す様にニードル3が引上げられ、接触部Pにおけるニードル3とノズルボティ2の接触が解除される。この接触の解除により、予め加圧された燃料fが、ノズルボティ2とニードル3の隙間から、サック4及び燃料噴射孔5を介して、燃焼室(図示しない)に噴霧される。その後、ニードル3は下降し、球体10とノズルボティ2が接触部Pで接触し、燃料fの流通を停止する。この一連の動作の際、球体10が回転し、ノズルボティ2の接触部Pと接触する位置が変化するように構成している。ここで、球体10の回転は、主に球体10と燃料fの間に発生する摩擦抵抗の影響により実現される。加えて、球体10は、球体10とノズルボティ2の接触及び接触解除の際に発生する外力によっても回転することができる。
【0018】
図3に、本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置1の球体10の具体例を示す。球体10は、予め定めた密度を有する半球状の第1領域11と、この第1領域11よりも高い密度を有する半球状の第2領域12を有している。つまり、球体10は、密度が不均一になるように構成している。
【0019】
この球体10は、例えば異なる密度を有する材料を組み合わせて成型することができる。また、球体10内に空洞を形成する、又は高密度の物質を埋め込み、密度の異なる少なくとも2つの領域を形成する構成としても良い。
【0020】
上記の構成により、ニードル3(球体10)の偏摩耗及び変形を抑制し、燃料噴射装置1の長寿命化を実現することができる。これは、ニードル3の移動(摺動)の度に球体10が回転し、球体10とノズルボディ2の接触する部位が変化し、球体10の偏摩耗及び変形を抑制できるためである。
【0021】
なお、本発明の燃料噴射装置の球体の構成は、上記に限られない。球体は、ニードルの移動に伴い、様々な方向に積極的に回転する構成を有していればよい。例えば、球体が予め定めた表面粗さを有する第1領域と、第1領域よりも粗い表面粗さを有する第2領域を有するように構成してもよい。つまり、球体の表面において、表面粗さが不均一になるように構成してもよい。この場合、球体は燃料fとの間に発生する摩擦抵抗から受ける影響が大きくなるため、より回転しやすくなる。
【0022】
また、球体が、不均一な密度及び不均一な表面粗さを共に備えるように構成してもよい。この構成により、球体は、更に積極的に回転することができる。加えて、球体表面に不規則な溝を形成し、球体が特に燃料fから受ける外力により積極的に回転するように構成してもよい。
【0023】
同様に、ノズルボティ2が、不均一な表面粗さを備えた接触部、不均一な溝を備えた接触部、又はその両方を有するように構成してもよい。具体的には、例えば接触部Pの半周分の表面粗さに対して、残り半周分の表面粗さが粗くなるように構成することができる。ここで、ノズルボディの接触部の加工(異なる表面粗さ、溝等の形成)と、球体の加工(異なる密度、表面粗さ、溝等の形成)は、いずれか一方を採用してもよく、又は両方を同時に採用してもよい。ノズルボティ及び球体の両方を加工した場合には、球体とノズルボティの接触及び接触解除の際に外力を発生するため、球体を更に積極的に回転するように構成することができる。
【0024】
図4に、本発明に係る異なる実施の形態の燃料噴射装置の球体10Aを示す。球体10Aは、球体を4つに分割して形成した第1領域11A、第2領域12A、第3領域13A
、第4領域14Aを有している。この球体10Aは、予め定めた密度を有する第1領域11A及び第3領域13Aと、第1領域11A及び第3領域13Aよりも高い密度を有する第2領域12A及び第4領域14Aを有している。この構成により、燃料噴射に伴う球体10Aの積極的な回転を実現することができる。このため、燃料噴射装置の長寿命化を実現することができる。
【0025】
なお、第1領域11A、第2領域12A、第3領域13A、第4領域14Aの全てが異なる密度を有するように構成してもよい。また、球体の分割数及び分割した際の形状は、上記に限られない。更に、前述と同様、第1領域11A、第2領域12A、第3領域13A、第4領域14Aの密度ではなく、表面粗さが不均一となるように構成してもよく、また密度及び表面粗さが共に不均一となるように構成してもよい。
【0026】
以上より、本発明の燃料噴射装置は、密度又は表面粗さの異なる少なくとも2つの領域(第1領域及び第2領域)を有した球体を採用する構成により、ニードル3の先端部に設置した球体10、10Aを積極的に回転させることが可能となる。この球体の回転により、ニードル3の偏摩耗及び変形を抑制し、ノズルボディ2の接触部Pにおけるシール性能を維持し、燃料噴射装置の長寿命化を実現することができる。
【符号の説明】
【0027】
1 燃料噴射装置
2 ノズルボディ
3 ニードル
5 燃料噴射孔
10、10A 球体
11、11A 第1領域
12、12A 第2領域
P 接触部
f 燃料

【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料噴射孔を有するノズルボティと、前記ノズルボティの内部で摺動自在となるように配置したニードルを有し、前記ニードルの先端部分が前記ノズルボティ内の接触部へ接触を繰り返すように構成した燃料噴射装置において、
前記ニードルが、前記ニードルの先端部分に回転自在に配置され、且つ前記接触部へ接触するように構成した球体を有しており、
前記球体が、物性が異なる少なくとも2つの領域である第1領域と第2領域を有していることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項2】
前記第1領域が予め定めた密度を有しており、前記第2領域が前記第1領域よりも高い密度を有していることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射装置。
【請求項3】
前記第1領域が予め定めた表面粗さを有しており、前記第2領域が前記第1領域よりも粗い表面粗さを有していることを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−92105(P2013−92105A)
【公開日】平成25年5月16日(2013.5.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−234616(P2011−234616)
【出願日】平成23年10月26日(2011.10.26)
【出願人】(000000170)いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Fターム(参考)】