(57)【要約】【課題】開弁直後におけるニードルの挙動を安定化させることで、燃料噴射量がばらつくことの低減を図った燃料噴射弁を提供する燃料噴射量がばらつくことの低減を図った燃料噴射弁を提供する。【解決手段】ノズルボディ２０の内面とニードル３０の外面との間にて環状の第２燃料通路Ｓが形成され、ノズルボディ２０には、第２燃料通路Ｓにて環状に分布する燃料を集合させて噴孔２２と連通させるサック室２２３が形成されており、ニードル３０のうち第２燃料通路Ｓを形成する面（常時受圧面３２１、シート面３３１、先端面３３２）は、着座面２２２から離座する向きに燃料圧力を受ける受圧面として機能している。そして、受圧面のうち離座の直後に受圧力が増大する初期受圧増大面（シート面３３１）を、着座状態において燃料流入口２２３ａに位置させることで、初期受圧増大面を下流側に拡大させる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にニードル収容室を形成する筒形状であり、燃料を噴射する噴孔が軸方向の先端に形成され、前記噴孔の上流側部分に着座面を有するボディと、
前記ニードル収容室に配置され、前記着座面に着座することにより前記噴孔からの燃料噴射を遮断するとともに前記着座面から離座することにより前記噴孔からの燃料噴射を許容するニードルと、を備え、
前記ボディの内面と前記ニードルの外面との間にて、前記軸方向に延びる環状の第１燃料通路、及び前記第１燃料通路の下流端から前記軸方向かつ環状内側に延びる環状の第２燃料通路が形成され、
前記ボディには、前記第２燃料通路にて環状に分布する燃料を集合させて前記噴孔と連通させるサック室が形成されており、
前記ニードルのうち前記第２燃料通路を形成する面は、前記着座面に着座するシート面を有するとともに、前記着座面から離座する向きに燃料圧力を受ける受圧面として機能しており、
前記受圧面のうち前記離座の直後に受圧力が増大する部分を初期受圧増大面とした場合に、当該初期受圧増大面の下流端が、前記着座の状態で前記サック室の燃料流入口に位置することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記シート面を前記初期受圧増大面として構成し、
前記シート面の下流端が、前記着座の状態で前記サック室の燃料流入口に位置することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記ニードルの外面のうち前記シート面より下流側の先端面及び前記シート面を、円錐形状に形成するとともに、
前記先端面を前記シート面と同一角度の円錐面としたことを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記ボディの内部には、外部から供給された高圧燃料を前記第１燃料通路へ導く高圧通路、及び前記ニードルに高圧燃料圧力を背圧として付与させる背圧室が形成されており、
電磁コイルを有するステータ、及び前記電磁コイルへの通電に伴い磁気吸引力を受けるアーマチャから構成されるアクチュエータと、
前記磁気吸引力に抗して前記アーマチャに弾性力を付勢する弾性部材と、
前記アーマチャとともに作動することで、前記背圧室の流出口を開閉して前記背圧を制御する制御弁と、
を備え、
前記ボディの軸方向に対して垂直な方向に、前記アクチュエータと前記高圧通路とが並ぶようレイアウトされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２等に記載の従来の燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴孔が形成されたボディを備え、そのボディ内部にニードルを収容して構成されている。そして、ボディ内面に形成された着座面にニードルを着座（閉弁）させることにより、ボディとニードルとの間に形成された燃料通路を遮断して燃料噴射を停止させ、着座面からニードルを離座（開弁）させることにより、前記燃料通路を開放して噴孔から燃料を噴射させている。
【０００３】
次に、図８を用いて従来のニードル構造を詳細に説明する。なお、図８（ａ）はニードルの閉弁状態、（ｂ）は開弁状態を示す。
【０００４】
ボディ２０ｘの内面とニードル３０ｘの外面との間にて、ボディ２０ｘの軸方向（図８の上下方向）に延びる環状の第１燃料通路（図示せず）、及び第１燃料通路の下流端から軸方向かつ環状内側に延びる環状の第２燃料通路Ｓが形成されている。また、ボディ２０ｘの先端には、第２燃料通路Ｓにて環状に分布する燃料を集合させて噴孔２２と連通させるサック室２２３ｘが形成されている。
【０００５】
ニードル３０ｘのうち第２燃料通路Ｓを形成する面は、着座面２２２ｘに着座するシート面３３１ｘ、シート面３３１ｘの上流側に位置して閉弁時にも高圧燃料の圧力を受ける常時受圧面３２１ｘ、及びシート面３３１ｘの下流側に位置して閉弁時には高圧燃料の圧力を受けることのない逃がし面３３２ｘに区分される。換言すれば、ニードル３０ｘの先端部は、常時受圧面３２１ｘ、シート面３３１ｘ及び逃がし面３３２ｘからなる多段円錐形状に形成されている。
【０００６】
一方、ボディ２０ｘのうち第２燃料通路Ｓを形成する面は、シート面３３１ｘと同一角度かつ単一角度の円錐形状に形成されており、ニードル３０ｘのシート面３３１ｘが着座する着座面２２２ｘ、着座面２２２ｘの上流側に位置する上流面２２１ｘ、及び着座面２２２ｘの下流側に位置する下流面２２４ｘに区分される。
【０００７】
そして、閉弁時においては、常時受圧面３２１ｘは高圧燃料の圧力を受けて、この圧力によりニードル３０ｘには開弁方向に押し上げられる力（リフト力）が作用する。一方、開弁時には、常時受圧面３２１ｘに加え、シート面３３１ｘ及び逃がし面３３２ｘにも高圧燃料の圧力がかかり、リフト力が増大することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−６４３６４号公報
【特許文献２】特開２００６−２５７８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、本発明者らが行った各種試験により、開弁を開始した時点からニードルが最大リフト位置に達するまでの開弁過渡期間において、ニードルは以下のように挙動することが分かった。すなわち、ニードルが上昇する速度（リフト速度）は開弁開始時点から一定の傾きで上昇していくものではなく、開弁直後には速やかには上昇しない（図６中の点線Ｌ２１のｔ０〜ｔ１２の期間を参照）。そして、この速やかに上昇しない不安定期間を経た後、リフト速度は一定の傾きで速やかに上昇するようになり（図６中の点線Ｌ２１のｔ１２〜ｔ１４の期間を参照）、その後、最大速度に達する。
【００１０】
本発明者らはこの開弁直後（不安定期間）の現象について次のように考察した。すなわち、リフト速度が一定の傾きで上昇している期間においては、常時受圧面３２１ｘ、シート面３３１ｘ及び逃がし面３３２ｘの各々に高圧燃料の圧力が作用してニードル３０ｘはリフト力を受ける。しかしながら、図８（ｂ）に示す如く、シート面３３１ｘにおける第２燃料通路Ｓの通路断面積に比べて、逃がし面３３２ｘの通路断面積は急激に拡大している。そのため、開弁直後においてはシート面３３１ｘにかかる燃料の圧力（図８（ｂ）中の網点を付した部分にかかる圧力）は直ぐに高圧になるのに対し、逃がし面３３２ｘにかかる燃料の圧力は直ぐには高圧にならない。よって、開弁直後においては、直ぐには十分なリフト力が得られておらず、それ故に、開弁直後においてはリフト速度が速やかに上昇しない。
【００１１】
そして、このように十分なリフト力が得られていない開弁直後の状態においては、ニードル位置やシート面の形状等の各種誤差の影響をニードルが大きく受けることとなり、ニードルの挙動が不安定となる。その結果、開弁開始から最大リフト位置に達するまでの所要時間がばらつくこととなり、ひいては燃料噴射量のばらつきを招いてしまう。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、開弁直後におけるニードルの挙動を安定化させることで、燃料噴射量がばらつくことの低減を図った燃料噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【００１４】
請求項１記載の発明は、噴孔が先端に形成されたボディの内部にニードルを収容して構成されており、ボディに形成された着座面にニードルを着座（閉弁）させることにより燃料噴射を遮断するとともに着座面から離座（開弁）させることにより燃料噴射を許容することを前提とする。そして、前記ボディの内面と前記ニードルの外面との間にて、前記軸方向に延びる環状の第１燃料通路、及び前記第１燃料通路の下流端から前記軸方向かつ環状内側に延びる環状の第２燃料通路が形成され、前記ボディには、前記第２燃料通路にて環状に分布する燃料を集合させて前記噴孔と連通させるサック室が形成されており、前記ニードルのうち前記第２燃料通路を形成する面は、前記着座面に着座するシート面を有するとともに、前記着座面から離座する向きに燃料圧力を受ける受圧面として機能している。そして、前記受圧面のうち前記離座の直後に受圧力が増大する部分を初期受圧増大面とした場合に、当該初期受圧増大面の下流端が、前記着座の状態で前記サック室の燃料流入口に位置することを特徴とする。
【００１５】
図８に示す従来構造においては、逃がし面３３２ｘをサック室２２３ｘの上流側にまで拡大させた形状であるため、シート面３３１ｘ（初期受圧増大面）の面積縮小を招いており、そのため、開弁直後（不安定期間）におけるリフト力減少を招いている。
【００１６】
これに対し、上記請求項１記載の発明によれば、初期受圧増大面の下流端（図３中の符号３３１ａ参照）を、閉弁状態（着座の状態）でサック室の燃料流入口（図３中の符号２２３ａ参照）に位置させるので、図８の従来構造に比べて初期受圧増大面の増大を図ることができる。よって、開弁直後（不安定期間）におけるリフト力が増大され、前記不安定期間におけるニードルの挙動を安定させることができる。よって、燃料噴射量のばらつきを低減できる。
【００１７】
請求項２記載の発明では、前記シート面を前記初期受圧増大面として構成し、前記シート面の下流端が、前記着座の状態で前記サック室の燃料流入口に位置することを特徴とする。このように、ニードルのシート面が、「受圧面のうち離座の直後に受圧力が増大する部分」である初期受圧増大面の具体例として挙げられる。
【００１８】
請求項３記載の発明では、前記ニードルの外面のうち前記シート面より下流側の先端面及び前記シート面を、円錐形状に形成するとともに、前記先端面を前記シート面と同一角度の円錐面としたことを特徴とする。
【００１９】
これによれば、ニードル外面のうちシート面から先端面にかけての部分を単一角度の円錐面に形成するので、シート面及び先端面を互いに異なる角度の円錐面で形成する場合に比べて、ニードルの加工に要する工数を低減できる。
【００２０】
請求項４記載の発明では、前記ボディの内部には、外部から供給された高圧燃料を前記第１燃料通路へ導く高圧通路、及び前記ニードルに高圧燃料圧力を背圧として付与させる背圧室が形成されている。そして、電磁コイルを有するステータ、及び前記電磁コイルへの通電に伴い磁気吸引力を受けるアーマチャから構成されるアクチュエータと、前記磁気吸引力に抗して前記アーマチャに弾性力を付勢する弾性部材と、前記アーマチャとともに作動することで、前記背圧室の流出口を開閉して前記背圧を制御する制御弁と、を備え、前記ボディの軸方向に対して垂直な方向に、前記アクチュエータと前記高圧通路とが並ぶようレイアウトされている燃料噴射弁（以下、「ペンシル型インジェクタ」と記載）に、上記各発明を適用したものである。
【００２１】
このようなペンシル型インジェクタにおいては、シート面（初期受圧増大面）から受けるリフト力が以下の理由により小さくなるので、開弁直後（不安定期間）においてニードルの挙動が不安定になるとの現象が顕著となる。よって、上記請求項１記載の発明による「不安定期間におけるニードルの挙動を安定させることができる」といった先述の効果が好適に発揮される。
【００２２】
すなわち、ペンシル型インジェクタにおいては、アクチュエータを高圧通路に対して並列配置するので、直列配置する一般型インジェクタに比べて、アクチュエータを構成するアーマチャの径を小さくせざるを得なくなる。そして、このようにアーマチャの径が小さくなると、磁気吸引力に抗してアーマチャに付勢する弾性力を小さくすることを要する。すると、背圧室の流出口を弁体が閉塞する力が小さくなるので、流出口の流路断面を小さくすることを要する。すると、流出口からの流出流量が少なくなるので、背圧室の背圧によりニードルを閉弁側に付勢する背圧力を迅速に低下させるためには、ニードルが背圧を受ける面積を小さくすることで、背圧室の容量を小さくすることを要する。すると、ニードルの離座（開弁）に伴い増加するリフト力の増加分を小さくしなければならず、そのため、シート面の上流端を小さくせざるを得なくなる。
【００２３】
以上により、ペンシル型インジェクタにおいては、上記特許文献１記載の如くアクチュエータを高圧通路の反噴射孔側に軸方向に並べて配置（直列配置）する燃料噴射弁（以下、「一般型インジェクタ」と記載）に比べて、開弁に伴い増加する分のリフト力を小さくせざるを得ず、その結果、開弁直後（不安定期間）におけるニードルの挙動は、一般型インジェクタに比べて不安定となりやすい。
【００２４】
なお、ペンシル型インジェクタへの適用の他に、上記特許文献１記載の如く、アクチュエータを高圧通路の反噴射孔側に軸方向に並べて配置（直列配置）する一般型インジェクタに、上記各発明を適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる燃料噴射弁の全体断面図。
【図２】電磁式アクチュエータ等の構造を示す図１の拡大図。
【図３】ニードルの先端形状を示す図２の拡大図であり、閉弁状態を示す図。
【図４】ニードルの先端形状を示す図２の拡大図であり、開弁状態を示す図。
【図５】図４に示す初期受圧増大面の面積と、図８に示す初期受圧増大面の面積との比較を表す図。
【図６】第１実施形態による効果を表すための試験結果を示す図。
【図７】本発明の第２実施形態にかかるニードルの先端形状を示す断面図であり、（ａ）は閉弁状態を示す図、（ｂ）は開弁状態を示す図。
【図８】従来の燃料噴射弁におけるニードルの先端構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明にかかる燃料噴射弁を、車両に搭載されたディーゼルエンジン（内燃機関）のコモンレール式燃料噴射システムに適用した各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１は燃料噴射弁１０の全体断面図、図２は燃料噴射弁１０に用いられる電磁ユニット６０（アクチュエータ）及び後述するオリフィスプレート５０の断面図、である。燃料噴射弁１０は、エンジンのシリンダヘッド（図示せず）に挿入搭載され、コモンレールから供給される燃料をエンジンの各気筒内へ直接噴射するものである。
【００２８】
先ず、図１を用いて燃料噴射弁１０の全体構造を説明する。燃料噴射弁１０は、ノズルボディ２０、ニードル３０、ホルダボディ４０（「ボディ」に相当）、オリフィスプレート５０、及び電磁ユニット６０等より構成される。
【００２９】
ノズルボディ２０は、オリフィスプレート５０を介してホルダボディ４０の図示下側（噴孔側）に、リテーニングナット１１により固定されている。ノズルボディ２０には、ニードル３０を摺動自在に収容するガイド孔２１（ニードル収容室）と、ニードル３０のリフト時に燃料を噴射する噴孔２２等が形成されている。
【００３０】
ガイド孔２１は、ノズルボディ２０の上端面からノズルボディ２０の先端部に向かって穿設され、ガイド孔２１内周面とニードル３０外周面との隙間により、噴孔２２へ高圧燃料を導く高圧通路２３が形成されている。また、ガイド孔２１の途中には、内径が拡大する燃料溜室２４が形成されている。高圧通路２３（ガイド孔２１）は、上流端がノズルボディ２０の上端面に開口して、オリフィスプレート５０に形成される高圧通路５１に接続されている。
【００３１】
ノズルボディ２０内周面のうち高圧通路２３の先端部分には円錐状の着座面２２２（図３参照）が形成され、ニードル３０の先端部には前記着座面２２２に着座するシート面３３１（図３参照）が形成されている。このシート面３３１が着座面２２２に着座することにより、噴孔２２へ通じる高圧通路２３をニードル３０が閉塞遮断することとなる。
【００３２】
ガイド孔２１には円筒形状のスプリング台座２５が圧入固定されており、スプリング台座２５の下端面とニードル３０の上端面との間には、ニードル３０を閉弁方向（図１の下方向）に押圧するスプリング２６（弾性部材）が配置されている。スプリング台座２５の内周面には、ニードルの上端面に高圧燃料圧力を背圧として付与させる背圧室２７が形成されている。この背圧によりニードル３０は閉弁方向（図１の下方向）に付勢される。また、燃料溜室２４の高圧燃料の圧力は、ニードル３０を開弁方向（図１の上方向）に付勢する。
【００３３】
ホルダボディ４０のうち上端部分（反噴孔側部分）には配管継手４１が設けられ、この配管継手４１に接続される燃料配管（図示せず）を介してコモンレールより高圧燃料が供給される。配管継手４１の内部通路には、燃料を濾過するバーフィルタ（図示せず）が配設されている。ホルダボディ４０の内部には、配管継手４１に導入された高圧燃料を、オリフィスプレート５０の高圧通路５１を介してノズルボディ２０の高圧通路２３へ導く高圧通路４２と、電磁ユニット６０を挿入配置するための収容孔４３等が形成されている。これら高圧通路４２及び収容孔４３は、燃料噴射弁１０の軸方向（図１の上下方向）に延びる形状である。本明細書で言う「軸方向」とは、燃料噴射弁１０の長手方向のことであり、シリンダヘッドに挿入搭載される燃料噴射弁１０の挿入方向のことでもある。
【００３４】
ホルダボディ４０に対する電磁ユニット６０の配置レイアウトに関し、本実施形態では、ホルダボディ４０の軸方向に対して垂直な方向（図１の左右方向）に電磁ユニット６０と高圧通路４２とが並ぶようレイアウトされており、本実施形態にかかる燃料噴射弁１０は、いわゆるペンシル型インジェクタである。
【００３５】
図２に示す様に、オリフィスプレート５０には、高圧通路５１から背圧室２７へ高圧燃料を流入させる流入通路５２と、背圧室２７から低圧側へ流出させる流出通路５３とが形成されている。また、流入通路５２には入口オリフィス５２ａが形成され、流出通路５３には出口オリフィス５３ａ（「背圧室の流出口」に相当）が形成されている。
【００３６】
電磁ユニット６０は、樹脂製ボビン６１に巻き回された電磁コイル６２を有するステータ６３と、このステータ６３に対向して可動するアーマチャ６４と、アーマチャ６４と一体に可動して出口オリフィス５３ａを開閉するボール弁６５（制御弁）等を備えて構成されている。ホルダボディ４０の反噴孔側の上部には、樹脂製のコネクタハウジング７０（図１参照）が取り付けられ、このコネクタハウジング７０に設けられたターミナル７１（図１参照）と電磁コイル６２とがリード線７２により電気的に接続されている。
【００３７】
電磁コイル６２へ通電すると、アーマチャ６４は発生磁束によって磁化されて、磁気吸引力によりステータ６３へ吸引されて可動する。また、ステータ６３の中心部分には、軸方向（図２の上下方向）に延びるスプリング収容孔６３ａが形成されており、スプリング収容孔６３ａに収容されたスプリング６６（弾性部材）は、ボール弁６５を閉弁する方向（図２の下方向）にアーマチャ６４に弾性力を付勢する。
【００３８】
ホルダボディ４０の収容孔４３のうちステータ６３の下方に位置する部分は、ボール弁６５を収容する弁室４３ａとして機能しており、この弁室４３ａには、アーマチャ６４がボール弁６５とともに収容されている。なお、弁室４３ａ内は、出口オリフィス５３ａから流出した低圧燃料で満たされている。
【００３９】
オリフィスプレート５０の上端面には、円環形状の溝５４、及び溝５４から径方向外側に延びる溝５５が形成されており、弁室４３ａ内の燃料は、溝５４，５５を介して、ホルダボディ４０に形成された低圧通路４４と通じている。低圧通路４４は、高圧通路４２と平行して軸方向に延びるよう形成されている。
【００４０】
オリフィスプレート５０の下端面には円環形状の溝５６が形成されており、この溝５６を通じて、オリフィスプレート５０の高圧通路５１とノズルボディ２０の高圧通路２３とが連通する。この高圧通路２３の途中には、上流側から順に、スプリング台座２５に形成された溝部２５ａ、スプリング２６を収容するスプリング収容部２３ａ（図１参照）、ニードル３０の側面に形成された面取り部３０ａ（図１参照）、燃料溜室２４（図１参照）、及び以下に説明する第１燃料通路Ｒ及び第２燃料通路Ｓ（図３参照）等が存在する。
【００４１】
図３はニードル３０の先端形状等を示す図２の拡大図であり、ニードル３０が着座面２２２に着座して閉弁した状態を示している。ニードル３０は、軸方向（図３の上下方向）に延びる円柱部３１、円柱部３１の下流端から軸方向に延びて外径を徐々に縮小させる第１円錐部３２、及び第１円錐部３２の下流端から軸方向に延びて外径を徐々に縮小させる第２円錐部３３を備えて構成されている。
【００４２】
ノズルボディ２０は、ニードル３０の円柱部３１に対向する円筒部２１０、及び円筒部２１０の下流端から軸方向に延びて内径を徐々に縮小させる先端部２２０を備えて構成されている。ノズルボディ２０の先端部２２０の円錐面の一部は、先述した着座面２２２として機能する。以下の説明では、前記円錐面のうち着座面２２２の上流側部分を「上流面２２１」と呼ぶ。
【００４３】
第２円錐部３３の円錐面の一部は、先述したシート面３３１として機能し、前記円錐面のうちシート面３３１の下流側部分を「先端面３３２」と呼ぶ。また、第１円錐部３２の円錐面を「常時受圧面３２１」と呼ぶ。なお、第２円錐部３３の頂部３３３には面取りが施されている。
【００４４】
ノズルボディ２０の円筒部２１０の内周面２１１と、ニードル３０の円柱部３１の外周面３１１との間にて、軸方向に延びる環状の第１燃料通路Ｒが形成される。ノズルボディ２０の先端部２２０の着座面２２２及び上流面２２１と、ニードル３０の第１円錐部３２及び第２円錐部３３との間にて、第１燃料通路Ｒの下流端から環状内側に延びる環状の第２燃料通路Ｓが形成される。また、ノズルボディ２０の先端部２２０には、第２燃料通路Ｓにて環状に分布する燃料を集合させて噴孔２２と連通させるサック室２２３が形成されている。
【００４５】
燃料の通路断面積に関し、第２燃料通路Ｓの通路断面積は第１燃料通路Ｒに比べて小さく設定されている。また、図４はニードル３０が着座面２２２から離座して開弁した状態を示しており、このような開弁状態において、第２燃料通路Ｓのうちシート面３３１により形成されている部分の通路断面積は、常時受圧面３２１により形成されている部分の通路断面積に比べて小さく設定されている。また、噴孔２２の通路断面積は、第２燃料通路Ｓのうちシート面３３１の部分に比べて小さく設定されている。また、サック室２２３の容積は、第２燃料通路Ｓのうちシート面３３１と着座面２２２との間で形成される部分の通路（以下、シート面通路Ｓ１（図４参照）と呼ぶ）の容積に比べて、十分に大きく設定されている。
【００４６】
ここで、燃料溜室２４の高圧燃料の圧力は、ニードル３０を開弁方向（図１の上方向）に付勢することは先述した通りであるが、このような付勢力とは別に、ニードル３０には開弁方向に押し上げられる力（リフト力）が作用する。つまり、閉弁時においては、第１円錐部３２の外面全体（つまり常時受圧面３２１）が高圧燃料の圧力を受けてリフト力が作用する。一方、開弁時においては、常時受圧面３２１に加え、第２円錐部３３の外面全体（つまりシート面３３１、先端面３３２、及び頂部３３３）にも高圧燃料の圧力がかかり、リフト力が増大することとなる。
【００４７】
しかしながら、開弁直後においては、サック室２２３に十分な量の燃料が充満して、サック室２２３の燃料圧力が常時受圧面３２１における燃料圧力と同等の高圧になるまでには一定の時間を要する。よって、先端面３３２及び頂部３３３にかかる燃料の圧力は、開弁後直ぐには高圧にならない。これに対し、シート面通路Ｓ１の容積はサック室２２３の容積に比べて極めて小さく、しかも、シート面通路Ｓ１はサック室２２３の上流側に位置する。そのため、シート面３３１にかかる燃料の圧力は、開弁後直ぐに高圧になる。
【００４８】
したがって、開弁後に増大するリフト力は、開弁直後においてはシート面３３１（図４中の網点を付した部分）にかかる圧力が支配的となる。そして、サック室２２３の燃料圧力が高圧に達した後には、第２円錐部３３の外面全体（シート面３３１、先端面３３２、及び頂部３３３）にかかる圧力に相当するリフト力となる。
【００４９】
つまり、第１円錐部３２の外面全体（常時受圧面３２１）と、第２円錐部３３の外面全体（シート面３３１、先端面３３２、及び頂部３３３）は、着座面２２２から離座する向きに燃料圧力を受ける受圧面として機能する。そしてシート面３３１は、前記受圧面のうち離座の直後に受圧力が増大する部分（初期受圧増大面）として機能する。
【００５０】
初期受圧増大面が小さければ、開弁直後において直ぐには十分なリフト力が得られないため、ニードル３０の挙動が不安定となる。その結果、開弁開始時点からニードル３０が最大リフト位置に達するまでの所要時間は、ばらつくこととなる。すると、燃料噴射量のばらつきを招いてしまう。
【００５１】
そこで本実施形態では、初期受圧増大面としてのシート面３３１の面積増大を図っている。具体的には、着座の状態において、シート面３３１の下流端３３１ａがサック室２２３の燃料流入口２２３ａに位置するよう、シート面３３１をサック室２２３に向けて最大限に拡大させている。換言すれば、着座面２２２の下流端がサック室２２３の燃料流入口２２３ａに位置するよう、着座面２２２をサック室２２３に向けて最大限に拡大させている。
【００５２】
図５（ａ）中の網点は、本実施形態による初期受圧増大面（シート面３３１）の面積を示し、図５（ｂ）中の網点は、図８の従来構造による本実施形態にかかる初期受圧増大面（シート面３３１ｘ）の面積を示す。各々のシート面３３１，３３１ｘの上流端３３１ｂ，３３１ｂｘの位置は同じであるが、本実施形態では、シート面３３１の下流端３３１ａ位置を、サック室２２３の燃料流入口２２３ａにまで拡大させている。その分、初期受圧増大面の面積が増大している。なお、シート面３３１の上流端３３１ｂ位置によりシート径ｄ１は決定される。また、サック径ｄ２はサック室２２３の燃料流入口２２３ａの径寸法であり、逃がし径ｄ３は、従来構造における逃がし面３３２ｘの上流端における外径寸法である。
【００５３】
次に、燃料噴射弁１０の作動を説明する。
【００５４】
電磁コイル６２への通電が停止されている場合には、ボール弁６５が出口オリフィス５３ａを閉弁しているので、ニードル３０を閉弁方向へ付勢する力（背圧室２７の燃圧による力＋スプリング２６の付勢力）がニードル３０を開弁方向へ押し上げる力（燃料溜室２４の燃圧によるリフト力＋常時受圧面３２１にかかる燃圧によるリフト力）より大きくなる。その結果、ニードル３０のシート面３３１が着座面２２２に着座して、高圧通路２３と噴孔２２との間を遮断することにより、燃料は噴射されない。
【００５５】
電磁コイル６２に通電されている場合には、磁化されたステータ６３にアーマチャ６４が吸引され、スプリング６６の付勢力に抗してステータ６３側へアーマチャ６４が移動することにより、ボール弁６５が背圧室２７の燃圧を受けて出口オリフィス５３ａを開弁する。そのため、背圧室２７の高圧燃料が出口オリフィス５３ａを通じて低圧側（弁室４３ａ）に開放される。背圧室２７に対する出口オリフィス５３ａからの流出量は入口オリフィス５２ａからの流入量より多くなるよう両オリフィス５３ａ，５２ａは設定されているので、上述の如くボール弁６５が開弁作動すると背圧室２７の燃圧が低下する。その結果、ニードル３０を閉弁方向に付勢する力より、ニードル３０を開弁方向へ押し上げる力（燃料溜室２４の燃圧によるリフト力＋常時受圧面３２１にかかる燃圧によるリフト力＋第２円錐部３３の外面全体にかかる燃圧によるリフト力）の方が上回った時点でニードル３０がリフト作動する。そのため、コモンレールより燃料噴射弁１０に供給された高圧燃料は、高圧通路４２，５１，２３を通じて噴孔２２より噴射される。
【００５６】
なお、ボール弁６５の開弁に伴い弁室４３ａへ開放された低圧燃料は、オリフィスプレート５０の溝５４，５５を通じて低圧通路４４へ流れる。そして、低圧通路４４から燃料噴射弁１０の外部に流出し、図示しない燃料タンクへ戻される。
【００５７】
その後、電磁コイル６２への通電が停止されると、アーマチャ６４がスプリング６６に押し戻されて、ボール弁６５が出口オリフィス５３ａを閉じることにより、再び背圧室２７の燃圧が上昇する。その結果、ニードル３０を閉弁方向に付勢する力が、ニードル３０を開弁方向へ押し上げる力を上回った時点でニードル３０が押し戻され、ニードル３０のシート面３３１が着座面２２２に着座して高圧通路２３と噴孔２２との間の通路が遮断されることにより、噴射が終了する。
【００５８】
以上により、本実施形態によれば、初期受圧増大面として機能するシート面３３１の下流端３３１ａを、閉弁状態においてサック室２２３の燃料流入口２２３ａに位置させるので、図８の従来構造に比べて初期受圧増大面の増大を図ることができる。よって、開弁直後（不安定期間）におけるリフト力が増大され、前記不安定期間におけるニードル３０の挙動を安定させることができる。よって、燃料噴射量のばらつきを低減できる。
【００５９】
図６は、本発明者らが行った試験結果を示す図であり、電磁コイル６２への通電を開始した時点からの経過時間を横軸で表す。そして、図中の実線Ｌ１０，Ｌ１１は、本実施形態による試験結果を示し、図中の点線Ｌ２０，Ｌ２１は図８の従来構造による試験結果を示す。そして、実線Ｌ１０及び点線Ｌ２０はニードル３０のリフト量の変化を示し、実線Ｌ１１及び点線Ｌ２１はニードル３０のリフト速度の変化、つまり実線Ｌ１０及び点線Ｌ２０の微分値を示す。
【００６０】
本試験において、通電を開始時点ｔ０で、ニードル３０が着座面２２２に押し付けられることにより、着座面２２２等が僅かに弾性変形している。この弾性変形分を図６ではマイナスのリフト量として表している。したがって、通電を開始してから所定の時間が経過した後、ｔ１０時点で開弁している。開弁後、ｔ１１，ｔ１２時点までは、リフト速度は速やかに上昇せず、ｔ１１，ｔ１２時点からｔ１３，ｔ１４時点までの期間はリフト速度が一定の傾きで上昇し、ｔ１３，ｔ１４時点でリフト速度が最大に達すると、その後のリフト速度は一定となる。なお、ノズル開弁時点ｔ１０からリフト速度が一定の傾きで上昇を開始する時点ｔ１１，ｔ１２までの期間が、上述した不安定期間に相当する。
【００６１】
このように、開弁後、リフト速度が一定の傾きで上昇を開始するタイミングは、本実施形態によればｔ１１時点となるのに対し、従来構造によればｔ１１時点よりも遅いｔ１２時点となる。このことは、本実施形態では初期受圧増大面が従来構造に比べて拡大しているため、開弁直後におけるリフト力を増大でき、その結果、図６の試験結果の如く不安定期間ｔ１０〜ｔ１１が従来構造に比べて短くなっている。
【００６２】
また、図６中の符号ｔ２０は、本実施形態においてニードル３０が最大リフト位置に達したことに伴い、通電を終了させた時点を示す。そして従来構造では、開弁直後のリフト力が小さいことに起因して、ｔ２０の時点では最大リフト位置に達していない。つまり本実施形態によれば、開弁直後におけるリフト力を増大させたことに起因して、通電開始ｔ０から最大リフト位置に達するまでの時間ｔ０〜ｔ２０を短くできると言える。
【００６３】
さらに本実施形態では、先端面３３２の円錐角度をシート面３３１の円錐角度と同一にしている。つまり、先端面３３２及びシート面３３１は連続して連なる同一面を形成する。そのため、シート面３３１及び先端面３３２を互いに異なる角度の円錐面で形成する場合に比べて、ニードル３０の切削加工に要する工数を低減できる。
【００６４】
ところで、ホルダボディ４０の軸方向に対して垂直な方向（図１の左右方向）に電磁ユニット６０と高圧通路４２とが並ぶようレイアウトされたペンシル型インジェクタにおいては、シート面３３１から受けるリフト力が以下の理由により小さくなるので、開弁直後の不安定期間ｔ１０〜ｔ１１においてニードル３０の挙動が不安定になるとの現象が顕著となる。
【００６５】
すなわち、ペンシル型インジェクタにおいては、電磁ユニット６０を高圧通路４２に対して並列配置するので、直列配置する一般型インジェクタに比べてアーマチャ６４の外径を小さくせざるを得なくなる。すると、スプリング６６による弾性力を小さくすることを要する。すると、出口オリフィス５３ａをボール弁６５が閉塞する力が小さくなるので、出口オリフィス５３ａの流路断面を小さくすることを要する。すると、出口オリフィス５３ａからの流出量が少なくなるので、背圧室２７による背圧力を迅速に低下させるためには、ニードル３０が背圧を受ける面積を小さくすることで背圧室２７の容量を小さくすることを要する。すると、ニードル３０の開弁に伴い増加するリフト力の増加分を小さくしなければならず、そのため、シート径ｄ１を小さくせざるを得なくなる。
【００６６】
以上により、ペンシル型インジェクタにおいては、開弁直後に増大するリフト力（シート面３３１が受けるリフト力）を小さくせざるを得ず、その結果、開弁直後（不安定期間ｔ１０〜ｔ１１）におけるニードルの挙動は、一般型インジェクタに比べて不安定となりやすい。よって、「不安定期間ｔ１０〜ｔ１１におけるニードル３０の挙動を安定させることができる」といった本実施形態による効果が好適に発揮される。
【００６７】
ところで、初期受圧増大面の拡大を図るにあたり、本実施形態では、図５に示す如くサック室２２３の側（下流側）にシート面３３１の面積を拡大させており、第１燃料通路Ｒの側（上流側）には拡大させていない。仮に、上流側にシート面３３１を拡大させると、閉弁時のリフト力が小さくなる。そして、背圧室２７の燃圧による背圧及びスプリング２６の弾性力に基づき閉弁時のリフト力を設定しなければならないので、上流側にシート面３３１を拡大するには前記設定の制約を受ける。例えば、本実施形態に反して常時受圧面３２１を廃止して、シート面３３１の上流端３３１ｂを第１燃料通路Ｒの下流端にまで拡大させた場合には、閉弁時のリフト力不足が懸念される。
【００６８】
これに対し本実施形態では、常時受圧面３２１を残しつつ、サック室２２３の側（下流側）に初期受圧増大面（シート面３３１）を拡大させるので、上記リフト力不足の懸念を解消するとともに上記設定の制約を受けることもなく、開弁直後（不安定期間）におけるリフト力を増大でき、不安定期間ｔ１０〜ｔ１１におけるニードル３０の挙動を安定させることができる。
【００６９】
（第２実施形態）
図７は、本実施形態にかかるニードルの先端形状を示す断面図であり、（ａ）は閉弁状態を示す図、（ｂ）は開弁状態を示す図である。
【００７０】
そして、上記第１実施形態では、先端面３３２の円錐角度をシート面３３１の円錐角度と同一にしている。つまり、先端面３３２及びシート面３３１は、傾きを同じくする同一の面を形成している。これに対し図７に示す本実施形態では、先端面３３２の円錐角度をシート面３３１の円錐角度よりも大きくして、先端面３３２を、径を小さくさせる側に傾斜させている。つまり、本実施形態にかかるニードル３０は、円柱部３１（図３参照）、第１円錐部３２及び第２円錐部３３に加え、第２円錐部３３の下流端から軸方向に延びて前記先端面３３２を形成する第３円錐部３３ａを備えて構成されている。
【００７１】
そして、初期受圧増大面として機能するシート面３３１の下流端３３１ａを、閉弁状態においてサック室２２３の燃料流入口２２３ａに位置させる構成については、上記第１実施形態と同様である。
【００７２】
以上の構成による本実施形態によれば、ニードル３０の切削加工に要する工数が上記第１実施形態よりも増大するものの、その他の点については第１実施形態による効果と同じ効果が発揮される。
【００７３】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
【００７４】
・上記第２実施形態では、第３円錐部３３ａの上流端をシート面３３１の下流端３３１ａ（つまりサック室２２３の燃料流入口２２３ａ）と一致させているが、第３円錐部３３ａの上流端をシート面３３１の下流端３３１ａよりも下流側（つまりサック室２２３内部）に位置させるようにしてもよい。但しこの場合には、第３円錐部３３ａの上流端が、開弁時においてサック室２２３の燃料流入口２２３ａと一致する、或いは燃料流入口２２３ａより下流側に位置させることで、初期受圧増大面（図７（ｂ）中の網点を付した部分）の下流側への増大を図ることが望ましい。
【符号の説明】
【００７５】
１０…燃料噴射弁、２０…ノズルボディ（ボディ）、２１…ガイド孔（ニードル収容室）、２２…噴孔、３０…ニードル、５３ａ…出口オリフィス（背圧室の流出口）、６０…電磁ユニット（アクチュエータ）、２２２…着座面、２２３…サック室、２２３ａ…サック室の燃料流入口、３３１…シート面（初期受圧増大面）、３３１ａ…初期受圧増大面の下流端、Ｒ…第１燃料通路、Ｓ…第２燃料通路。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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