(57)【要約】【課題】  簡素な構成により少ない駆動力で開弁および閉弁が可能な流体制御弁を提供する。【解決手段】  ニードル３０と摺動可能に設けられるバランスロッド１１は、ハウジング２０の内部に形成されるコア室３４に連通する低圧室２７を形成する。ノズル部２４と弁部３０３との間には噴孔２４２に連通可能なニードル室３２が形成される。ニードル室３２とコア室３４とは絞り流路２８を介して連通する。開弁時、燃料の圧力によりニードル３０に作用する閉弁方向の作用力と開弁方向の作用力とのバランスが閉弁時に対して変化すると、ニードル室３２およびコア室３４は絞り流路２８を介して燃料をやりとりする。これにより、燃料の圧力に起因してニードル３０に作用する開弁方向の作用力と閉弁方向の作用力とを閉弁時および開弁時のいずれにおいても同じ関係でバランスさせることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を導入する導入口（２１１）、流体を導出する導出口（２４２、４４２）、および前記導出口の周囲に設けられる弁座（２６）を形成するハウジング（２０）と、
通電されるとき磁界を発生するコイル（３６）と、
前記コイルが発生する磁界内に固定される固定コア（３５）と、
前記固定コアの前記弁座側に設けられ、前記コイルが磁界を発生するとき前記固定コア側に吸引される可動コア（３０１、３０２、４０１、４０２、４０３）と、
前記可動コアの前記弁座側に前記可動コアと一体に往復移動可能に設けられ、前記弁座に当接または離間するとき前記ハウジングの内壁との間に形成される第１圧力室（３２）と前記導出口とを遮断または連通する弁体（３０３、４０４）と、
前記ハウジングまたは前記可動コアに摺動可能に設けられ、前記導入口に連通する第２圧力室（３４）と外部とを連通する第３圧力室（２７）を前記ハウジングまたは前記可動コアとの間に形成するバランスロッド（１１、１２、１３、１４）と、
前記弁体を前記弁座の方向に付勢する付勢手段（３７）と、
を備え、
前記弁体は、前記弁体と前記弁座とが当接するとき前記弁体の外壁（３０６）と前記弁座との間に形成される第４圧力室（３３）の断面積が前記可動コアの前記ハウジングの内壁と摺動する部位（３０２）の断面積より小さくなるように形成され、
前記可動コアを収容する前記第２圧力室と前記第１圧力室とは、絞り流路（２８、４４４）により連通することを特徴とする流体制御弁。
【請求項２】
前記バランスロッドの直径（Ｒ１）は、前記弁体と前記弁座とのシール径（Ｒ２）に等しいことを特徴とする請求項１に記載の流体制御弁。
【請求項３】
前記バランスロッドは、前記可動コア（４０１、４０２、４０３）とは別体に設けられ、前記可動コアに形成される凹部（４０２）に挿入されつつ前記可動コアに係合し、
前記バランスロッドの前記可動コアに対する軸ずれが許容されるように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の流体制御弁。
【請求項４】
前記可動コアは、前記第１圧力室を形成する前記ハウジングの第１内壁（２４４）と前記第２圧力室を形成する前記ハウジングの第２内壁（２０１）とを接続する第３内壁（２４３）に摺動可能に設けられ、
前記絞り流路は、前記第１内壁と前記第２内壁とを接続するオリフィスであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の流体制御弁。
【請求項５】
前記絞り流路（４４４）は、前記可動コアの外壁（３０４）と前記ハウジングの内壁（４４３）との間に形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の流体制御弁。
【請求項６】
流体が導入される導入口（５１１）、流体を導出する導出口（２４２）、および前記導出口の周囲に設けられる弁座（５６）を形成するハウジング（５０）と、
通電されるとき磁界を発生するコイル（６６）と、
前記コイルが発生する磁界内に固定される固定コア（６５）と、
前記固定コアの前記弁座側に設けられ、前記コイルが磁界を発生するとき前記固定コア側に吸引される可動コア（６０１、６０２）と、
前記可動コアの前記弁座側に前記可動コアと一体に往復移動可能に設けられ、前記弁座に当接または離間するとき前記ハウジングの内壁との間に形成される第１圧力室（６２）と前記導出口とを遮断または連通する弁体（６０３）と、
前記ハウジングまたは前記固定コアに摺動可能に設けられ、前記導入口と連通する第２圧力室（５１２）と前記第１圧力室とを連通可能な貫通孔（１５３、１６３、１７３）を形成し、前記可動コアの前記固定コア側の端面（６００）に当接するバランスロッド（１５、１６、１７）と、
前記弁体を前記弁座の方向に付勢する付勢手段（６７）と、
を備え、
前記固定コアと前記ハウジングとは、前記第２圧力室と外部とを連通する第３圧力室（６４）を形成し、
前記弁体は、前記弁体と前記弁座とが当接するとき前記弁体の外壁（６０６）と前記弁座との間に形成される第４圧力室（６３）の断面積が前記可動コアの前記ハウジングの内壁と摺動する部位（６０２）の断面積より小さくなるように形成され、
前記第１圧力室と前記第２圧力室とは、絞り流路（６８、１６３、７０３）により連通することを特徴とする流体制御弁。
【請求項７】
前記バランスロッドの断面積をＡ１（ｍ2）、前記可動コアの前記ハウジングの内壁に摺動する部位の断面積をＡ２（ｍ2）、および、前記第４圧力室の断面積をＡ３（ｍ2）とすると、前記バランスロッドは、
Ａ１＝Ａ２−Ａ３
の関係を満たすように形成されていることを特徴とする請求項６に記載の流体制御弁。
【請求項８】
前記絞り流路の最小断面積をＡ０（ｍ2）、前記導出口の断面積をＡ４（ｍ2）、前記可動コアの前記ハウジングの内壁に摺動する部位の断面積をＡ２（ｍ2）、および、前記第４圧力室の断面積をＡ３（ｍ2）とすると、
前記絞り流路は、
【数１】
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の関係を満たすように形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の流体制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流れを制御する流体制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハウジングに形成されている噴孔を開閉し、ハウジング内の燃料を噴射する燃料噴射弁が知られている。燃料噴射弁では、噴孔を開閉するニードルに燃料の圧力が開弁方向および閉弁方向のいずれにも作用する。これら開弁方向に作用する作用力と閉弁方向に作用する作用力とが開弁時および閉弁時のいずれにおいても同じ関係でバランスすると、燃料噴射弁の開弁および閉弁を少ない駆動力で容易におこなうことが可能である。例えば、特許文献１には、噴孔を開閉可能なノズルニードルおよびノズルニードルと一体に往復移動するコアニードルを備え、ノズルニードルおよびコアニードルに作用する燃料の圧力が開弁方向にも閉弁方向にもバランスする燃料噴射弁が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１００４０３０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料噴射弁では、閉弁時、コアニードルに摺動可能に支持されているノズルニードルとコアニードルとが同時に弁座に当接するため、燃料噴射弁の構成が複雑となり、また、製造時に高い加工精度が要求される。
【０００５】
本発明の目的は、簡素な構成により少ない駆動力で開弁および閉弁が可能な流体制御弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、流体を導入する導入口、流体を導出する導出口および導出口の周囲に設けられる弁座を形成するハウジングと、通電されるとき磁界を発生するコイルと、コイルが発生する磁界内に固定される固定コアと、固定コアの弁座側に設けられコイルが磁界を発生するとき固定コア側に吸引される可動コアと、可動コアの弁座側に可動コアと一体に往復移動可能に設けられ弁座に当接または離間するときハウジングの内壁との間に形成される第１圧力室と導出口とを遮断または連通する弁体と、ハウジングまたは可動コアに摺動可能に設けられ導入口に連通する第２圧力室と外部とを連通する第３圧力室をハウジングまたは可動コアとの間に形成するバランスロッドと、弁体を弁座の方向に付勢する付勢手段と、を備える流体制御弁であって、弁体は、弁体と弁座とが当接するとき弁体の外壁と弁座との間に形成される第４圧力室の断面積が可動コアのハウジングの内壁と摺動する部位の断面積より小さくなるように形成され、可動コアを収容する第２圧力室と第１圧力室とは、絞り流路により連通することを特徴とする。
【０００７】
本発明の流体制御弁では、導入口から導入される流体は、第２圧力室、絞り流路、および第１圧力室を通って導出口から導出される。第１圧力室の流体の圧力は、弁体を開弁方向に移動するように作用する。また、第２圧力室の流体の圧力は、可動コアを閉弁方向に移動するように作用する。
閉弁時、可動コアおよび弁体に作用する開弁方向の作用力および閉弁方向の作用力は、第３圧力室を形成するバランスロッドの断面積と第４圧力室の断面積との大小関係に基づいて所定の関係でバランスしている。一方、開弁時、弁体が弁座から離間すると第４圧力室に第１圧力室の流体が流入する。このとき、第１圧力室の燃料の圧力が作用する面積が増えるため弁体に作用する開弁方向の作用力が閉弁時に比べて大きくなるが、絞り流路を介して第１圧力室と第２圧力室との間で適切に流体がやりとりされ、開弁方向の作用力と閉弁方向の作用力とは当該所定の関係でバランスするように調整される。これにより、流体の圧力による閉弁方向の作用力と開弁方向の作用力との「バランス」は、開弁時および閉弁時のいずれにおいても同じ関係となる。したがって、簡易な構成により開弁時または閉弁時の可動コアおよび弁体を駆動する駆動力を小さくすることができる。
【０００８】
また、簡易な構成であるため、流体制御弁を構成する部品の製造時に高い加工精度を必要としない。これにより、本発明の流体制御弁は、高い加工精度を必要とすることなく、バランス弁の構成を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁における第１の実験結果を示す特性図である。
【図３】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁における第２の実験結果を示す特性図である。
【図４】本発明の第２実施形態による燃料噴射弁の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による燃料噴射弁の断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態による燃料噴射弁の断面図である。
【図７】本発明の第５実施形態による燃料噴射弁の断面図である。
【図８】本発明の第６実施形態による燃料噴射弁の断面図である。
【図９】本発明の第７実施形態による燃料噴射弁の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施形態について図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を図１に示す。なお、図１には、ニードル３０が弁座２６から離間する方向である開弁方向、およびニードル３０が弁座２６に当接する方向である閉弁方向を図示する。
【００１２】
燃料噴射弁１は、例えば図示しない直噴式ガソリンエンジンの燃料噴射装置に用いられ、燃料としてのガソリンをエンジンに噴射供給する。燃料噴射弁１は、ハウジング２０、ニードル３０、固定コア３５、コイル３６などを備える。
【００１３】
ハウジング２０は、第１筒部材２１、第２筒部材２２、第３筒部材２３、ノズル部材２４および蓋部材２５から構成される。
【００１４】
第１筒部材２１および第３筒部材２３は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料から形成され、磁気安定化処理が施されている。一方、第２筒部材２２は、例えばオーステナイト系ステンレス等の非磁性材料から形成されている。第１筒部材２１、第２筒部材２２および第３筒部材２３は、いずれも略円筒状に形成され、第１筒部材２１、第２筒部材２２、第３筒部材２３の順に同軸となるように配置され、互いに接続している。
第１筒部材２１の径方向外側には導入口２１１が形成されている。導入口２１１は、図示しない燃料タンクと接続し、燃料タンク内の燃料をハウジング２０内に導入する。
【００１５】
ノズル部材２４は、有底筒状に形成されている。ノズル部材２４は、第３筒部材２３の第２筒部材２２と接続する端部とは反対側の端部に溶接により接続している。ノズル部材２４の軸方向にはニードル３０の一部が挿入される凹部２４１が形成されている。ノズル部材２４の第３筒部材２３と接続する端部とは反対側の端部にはハウジング２０の内部と外部とを連通する「導出口」としての複数の噴孔２４２が形成されている。噴孔２４２の凹部２４１側の開口の縁には弁座２６が形成されている。
また、ノズル部材２４は、後述するニードル室３２とコア室３４とを連通する絞り流路２８を形成する。絞り流路２８は、例えば流路の断面積が絞られるオリフィスである。
【００１６】
蓋部材２５は、第１筒部材２１の第２筒部材２２と接続する端部とは反対側の端部に設けられる。蓋部材２５は、大径部２５１、中径部２５２、およびバランスロッド１１などから構成される。大径部２５１、中径部２５２、およびバランスロッド１１は一体に形成されている。
【００１７】
大径部２５１は、第１筒部材２１の第２筒部材２２と接続する側の端部とは反対側の端部に形成されている開口に嵌合する略円柱状の部位である。大径部２５１は、蓋部材２５を第１筒部材２１に対して固定しつつ、ハウジング２０の内部と外部との間の液密を保持する。
【００１８】
中径部２５２は、大径部２５１のハウジング２０の内部側に設けられる略円柱状の部位である。中径部２５２は、その外径が大径部２５１より外径が小さくなるように形成されている。中径部２５２は、第１筒部材２１の内壁との間に燃料通路２５４を形成する。燃料通路２５４は、導入口２１１と連通している。
【００１９】
バランスロッド１１は、中径部２５２から弁座２６の方向に延びるように形成される筒状の部位である。バランスロッド１１は、固定コア３５に挿通され、バランスロッド１１の弁座２６側の端部１１１は、ニードル３０に形成されている凹部３１に摺動可能に挿入されている。
【００２０】
蓋部材２５は、軸方向に連通路２５６が形成されている。連通路２５６は、ニードル３０に形成されている凹部３１の小内径部３１２の内壁３１０とバランスロッド１１の端部１１１の外壁との間に形成される低圧室２７と、燃料噴射弁１の外部と、を連通する。第１実施形態による燃料噴射弁１では、連通路２５６は、低圧室２７の燃料を燃料タンクに戻す図示しないリターンパイプに接続する。このとき、低圧室２７を形成するバランスロッド１１は、直径がＲ１となるように形成されている。
【００２１】
ニードル３０は、ハウジング２０内に往復移動可能に収容されている。ニードル３０は、コア部３０１、軸部３０２、および弁部３０３から構成されている。コア部３０１、軸部３０２、および弁部３０３は一体に形成されている。ニードル３０が弁座２６から離間または弁座２６に当接すると、噴孔２４２を開閉する。
【００２２】
コア部３０１は、筒状の磁性材料から形成され、ニードル３０の固定コア３５側に設けられる。コア部３０１は、ハウジング２０の「第２内壁」としての内壁２０１と固定コア３５との間に形成されるコア室３４に往復移動可能に収容されている。
【００２３】
軸部３０２は、有底筒状に形成され、コア部３０１の弁座２６側に設けられる。軸部３０２は、外径がコア部３０１の外径より小さくなるように形成されている。軸部３０２の径方向外側の外壁３０４は、ノズル部材２４の凹部２４１の「第３内壁」としての内壁２４３と摺動している。軸部３０２は、特許請求の範囲に記載の「可動コアのハウジングの内壁と摺動する部位」に相当する。
【００２４】
弁部３０３は、略棒状の硬度が高い材料から形成され、軸部３０２の弁座２６側に設けられる。「弁体」としての弁部３０３は、ノズル部材２４の凹部２４１に往復移動可能に収容されている。弁部３０３は、弁部３０３が弁座２６に当接するときのシール径が蓋部材２５のバランスロッド１１の直径Ｒ１と同じ大きさのＲ２となるように形成されている。
【００２５】
ノズル部材２４の凹部２４１を形成する内壁のうち弁座２６より径方向外側の「第１内壁」としての内壁２４４と弁部３０３の径方向外側の外壁３０５との間には「第１圧力室」としてのニードル室３２が形成される。また、ノズル部材２４の凹部２４１を形成する内壁のうち弁座２６と弁部３０３の往復移動方向の外壁３０６との間には「第４圧力室」としてのサック３３が形成される。外壁３０６は、特許請求の範囲に記載の「弁体の往復移動方向の外壁面」に相当する。
【００２６】
コア部３０１および軸部３０２には、軸方向に凹部３１が形成されている。凹部３１は、コア部３０１および軸部３０２のコア部３０１側の一部に形成されている大内径部３１１、軸部３０２に形成されている小内径部３１２、から構成されている。凹部３１には蓋部材２５のバランスロッド１１が挿入されている。
大内径部３１１は貫通孔を形成し、その内壁とバランスロッド１１の外壁との間に比較的大きな隙間が形成されている。小内径部３１２は有底筒状に形成され、内径が大内径部３１１の内径より小さくなるように形成されている。小内径部３１２の径方向の内壁は、バランスロッド１１の径方向外側の外壁と摺動する。
また、軸部３０２には、凹部３１の内壁と軸部の３０２の外壁とを接続する連通路３０７が形成されている。
【００２７】
固定コア３５は、磁性材料から略円筒状に形成され、磁気安定化処理が施されている。固定コア３５は、ハウジング２０の第２筒部材２２に当接しつつ蓋部材２５の中径部２５２の弁座２６側の端面に設けられている皿ばね３５１を介してハウジング２０の内側に固定されている。固定コア３５の軸方向には、蓋部材２５のバランスロッド１１が挿通される貫通孔３５２が形成されている。貫通孔３５２は、燃料通路２５４とコア室３４とを連通する。
【００２８】
コイル３６は、略円筒状に形成され、ハウジング２０の特に第２筒部材２２の径方向外側に設けられる。コイル３６は、電力が供給されると磁力を発生する。コイル３６が磁力を発生するとき、固定コア３５、ニードル３０のコア部３０１、第３筒部材２３および第１筒部材２１を通る磁気回路が形成される。これにより、固定コア３５とニードル３０のコア部３０１との間に磁気吸引力が発生し、ニードル３０は、固定コア３５に吸引される。
【００２９】
スプリング３７は、一端が固定コア３５に形成されている段差面３５３に当接する。また、他端は、ニードル３０の固定コア３５側の端面に当接する。「第１付勢手段」としてのスプリング３７は、ニードル３０を固定コア３５から離す方向、すなわち、ニードル３０が弁座２６に当接する方向に付勢する。
【００３０】
次に、燃料噴射弁１の作用について説明する。
【００３１】
コイル３６に電力が供給されていないとき、スプリング３７の付勢力によりニードル４０の弁部３０３は弁座２６に当接した状態、すなわち閉弁状態となる。導入口２１１からハウジング２０内に流入する燃料は、燃料通路２５４、貫通孔３５２、コア室３４、絞り流路２８を介してニードル室３２に流入する。このとき、サック３３は、弁部３０３と弁座２６とが当接しているため、ニードル室３２の燃料はサック３３に流入しない。これにより、サック３３内の燃料の圧力はニードル室３２の燃料の圧力に比べ比較的低圧となっている。
【００３２】
また、コア室３４の燃料の一部は、小内径部３１２の径方向の内壁とバランスロッド１１の径方向外側の外壁との間の隙間を介して低圧室２７に漏れ出す。低圧室２７に漏れ出した燃料の圧力は、燃料噴射弁１の外部の圧力と同程度である。
【００３３】
燃料噴射弁１の閉弁時、燃料の圧力によりニードル３０に作用する閉弁方向の作用力Ｆ１は、ニードル３０の軸部３０２の断面積から低圧室２７の断面積を引いた値にコア室３４の燃料の圧力を掛けた値となる。一方、燃料の圧力によりニードル３０に作用する開弁方向の作用力Ｆ２は、ニードル３０の軸部３０２の断面積からサック３３の断面積を引いた値にニードル室３２の燃料の圧力を掛けた値となる。バランスロッド１１の端部１１１の直径Ｒ１とサック３３のシール径Ｒ２とは同じ大きさであるため、低圧室２７の断面積とサック３３の断面積とは同じ大きさとなる。また、閉弁時、コア室３４とニードル室３２の燃料の圧力は同じであるため、作用力Ｆ１と作用力Ｆ２とは同じ大きさとなる。これにより、燃料噴射弁１は、燃料の圧力による開弁方向の作用力と閉弁方向の作用力とが同じ大きさでバランスする。
【００３４】
コイル３６に電力が供給されると、固定コア３５とニードル３０のコア部３０１との間に磁気吸引力が発生する。発生する磁気吸引力によりニードル３０は固定コア３５に吸引される。ニードル３０が弁座２６から離間し、ニードル室３２の燃料が複数の噴孔２４２を介して燃料噴射弁１の外部に噴射される。このとき、サック３３は、ニードル室３２の燃料で満たされている。
【００３５】
燃料噴射弁１の開弁時、燃料の圧力に起因してニードル３０に作用する閉弁方向の作用力Ｆ３は、ニードル３０の軸部３０２の断面積から低圧室２７の断面積を引いた値にコア室３４の燃料の圧力を掛けた値のままであり、閉弁時と比べ変化していない。一方、燃料の圧力に起因してニードル３０に作用する開弁方向の作用力Ｆ４は、サック３３にニードル室３２の燃料が流入するためニードル３０の軸部３０２の断面積にニードル室３２の燃料の圧力を掛けた値となり、閉弁時に比べて大きくなる。第１実施形態による燃料噴射弁１では、絞り流路２８の断面積を適切に設定することにより絞り流路２８を介してコア室３４とニードル室３２との間で燃料をやりとりし、コア室３４およびニードル室３２の燃料の圧力を作用力Ｆ３と作用力Ｆ４とが閉弁時および開弁時のいずれにおいても同じ大きさになるように調整する。
【００３６】
ここで、第１実施形態による燃料噴射弁１の特性について図２および図３の実験結果を説明する。
【００３７】
図２に、第１の実験結果として、絞り流路２８の直径を変化させたときの燃料噴射弁１の特性の時間変化を表した特性図を示す。図２（ａ）は、ニードル３０のニードルリフト量の時間変化を表す特性図である。図２（ｂ）は、ニードル３０のコア部３０１と固定コア３５との間に発生する磁気吸引力の時間変化を表す特性図である。図２（ｃ）は、燃料噴射弁１の噴射量の時間微分、すなわち噴射率の時間変化を表す特性図である。図２において、絞り流路２８の直径が１．０ｍｍの場合の実験結果を実線Ｌ１、直径が０．９ｍｍの場合の実験結果を一点鎖線Ｌ２、直径が０．８３ｍｍの場合の実験結果を点線Ｌ３、直径が０．７６ｍｍの場合の実験結果を二点差線Ｌ４で示す。
【００３８】
図２（ａ）に示すニードルリフト量の時間変化から、直径が０．９ｍｍ、０．８３ｍｍの場合、開弁から閉弁までの間、安定してニードルリフト量が推移することが明らかとなった。
一方、直径が０．７６ｍｍの場合、図２（ａ）に示すように、一旦ニードルリフト量が大きくなった後、コア室３４の燃料の圧力とニードル室３２およびサック３３の燃料の圧力との関係によりニードルリフト量が０となったり大きくなったりするなど、ニードルリフト量が安定しないことが明らかとなった。このため、直径が０．７６ｍｍの絞り流路を用いた場合、図２（ｂ）に示す磁気吸引力、および図２（ｃ）に示す噴射率のいずれもが安定しないことが明らかとなった。このことから、絞り流路２８の直径が小さいと、安定した開弁状態を保持するのが困難であることが明らかとなった。
【００３９】
また、直径が１．０ｍｍの場合、図２（ａ）に示すように、コア室３４の燃料の圧力とニードル室３２およびサック３３の燃料の圧力との関係によりニードルリフト量が磁気吸引力の大きさにかかわらず一定となり、図２（ｃ）に示すように、噴射率が０とならない、すなわち閉弁することができないことが明らかとなった。
また、直径が０．９ｍｍの場合と直径が０．８３ｍｍの場合とを比べると、図２（ａ）に示すように直径の小さい方が早く閉弁することが明らかとなった。
【００４０】
図３に、第２の実験結果として、絞り流路２８の断面積とニードル室３２の燃料の圧力との関係を表す特性図を示す。図３は、コア室３４の燃料の圧力を１２０ＭＰａとしたとき、燃料噴射弁１が開閉可能な絞り流路２８の断面積を示している。図３より、絞り流路２８の直径が０．９４ｍｍの場合、閉弁可能限界付近となり、これより小さい直径の絞り流路２８を形成することにより燃料噴射弁１の開閉が可能となる。このとき、ニードル室３２の燃料の圧力は、コア室３４の燃料の圧力の９５％となる１１３．８ＭＰａとなる。一方、絞り流路２８の直径が０．８３ｍｍの場合、閉弁保持可能限界付近となり、これより大きい直径の絞り流路２８を形成することにより燃料噴射弁１の開閉が可能となる。このとき、ニードル室３４の燃料の圧力は、コア室３４の燃料の圧力の９１％となる１０９．２ＭＰａとなる。すなわち、コア室３２の燃料の圧力を１２０ＭＰａとしたとき、燃料噴射弁１の開閉が可能な絞り流路２８の断面積は、０．５４ｍｍ2以上０．６９ｍｍ2以下であることが明らかとなった。
【００４１】
第１実施形態による燃料噴射弁１において、絞り流路２８の最も狭い部位の断面積をＡ０（ｍ2）、噴孔２４２の断面積をＡ４（ｍ2）、軸部３０２の断面積をＡ２（ｍ2）、および、サック３３の断面積をＡ３（ｍ2）とすると、絞り流路２８の適切な断面積は以下の式１で表される。
【数１】
2014141914.tif 000003
ここで、軸部３０２の断面積Ａ２は、バランスロッド１１の直径Ｒ１を用いると、Ａ２＝π×（Ｒ１／２）2と表すことができる。また、サック３３の断面積Ａ３は、弁部３０３が弁座２６に当接するときのシール径Ｒ２を用いると、Ａ３＝π×（Ｒ２／２）2と表すことができる。また、噴孔２４２の断面積Ａ４は、複数ある噴孔２４２の断面積の合計である。
【００４２】
このように、第１実施形態による燃料噴射弁１では、適切な断面積の絞り流路２８を形成することにより、閉弁時および開弁時のいずれにおいても燃料の圧力を起因とする開弁方向の作用力と閉弁方向の作用力とが同じ大きさでバランスする。これにより、簡素な構成により燃料の圧力による開弁方向の作用力と閉弁方向の作用力とを閉弁時および開弁時のいずれにおいても同じ関係でバランスする「バランス弁」を実現することができる。したがって、少ない駆動力により容易に開弁および閉弁することができる。
【００４３】
また、適切な断面積の絞り流路２８を形成することにより、導入口２１１から導入される燃料の圧力を高く設定した場合でも燃料の圧力による開弁方向の作用力と閉弁方向の作用力とを同じ大きさでバランスするように絞り流路２８を介してコア室３４とニードル室３２との間で燃料をやりとりする。これにより、燃料の圧力に関わらず少ない駆動力で容易に開閉することができる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による燃料噴射弁を図４に基づいて説明する。第２実施形態は、第１実施形態と異なり、低圧室が形成される位置が異なる。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４５】
第２実施形態による燃料噴射弁２では、ニードル３０のコア部３０１の固定コア３５側にバランスロッド１２が設けられる。バランスロッド１２は、固定コア３５の貫通孔３５２に挿通される。また、バランスロッド１２のコア部３０１に接続する側の端部とは反対側の端部１２１は、蓋部材２５の中径部２５２に形成されている凹部２５７に摺動可能に挿入されている。
【００４６】
凹部２５７の内壁２５８とバランスロッド１２の端部１２１との間に形成される低圧室２７は、連通路２５６を介して燃料噴射弁２の外部と連通する。バランスロッド１２は、その直径Ｒ３が弁部３０３と弁座２６とのシール径Ｒ２と同じ大きさになるように形成されている。
【００４７】
第２実施形態による燃料噴射弁２では、コア室３４とニードル室３２とが絞り流路２８により連通している。燃料噴射弁２は、適切な断面積の絞り流路２８を形成することにより開弁時および閉弁時において燃料の圧力による開弁方向の作用力と閉弁方向の作用力とが同じ大きさでバランスするように機能する。したがって、第２実施形態による燃料噴射弁２は、第１実施形態と同じ効果を奏する。
【００４８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による燃料噴射弁を図５に基づいて説明する。第３実施形態は、第２実施形態と異なり、バランスロッドとニードルとは別体で形成されている点が異なる。なお、第２実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４９】
第３実施形態による燃料噴射弁３では、ニードル４０とバランスロッド１３とが別体で設けられている。ニードル４０は、コア部４０１、凹部４０２、軸部４０３、および弁部４０４から構成されている。
【００５０】
コア部４０１は、筒状に形成され、ニードル４０の固定コア３５側に設けられる。コア部４０１の固定コア３５側の端面には、ニードル４０を固定コア３５から離す方向、すなわち、ニードル４０が弁座２６に当接する方向に付勢するスプリング３７の他端が当接している。
凹部４０２は、コア部４０１と軸部４０３との間に設けられている。バランスロッド１３は、コア部４０１の貫通孔４０６に挿通され、端部１３２が凹部４０２の内部に収容されている。コア部４０１および凹部４０２は、特許請求の範囲に記載の「可動コア」に相当する。
【００５１】
軸部４０３は、凹部４０２の弁座２６側に設けられる。軸部４０３は、外径がコア部４０１および凹部４０２の外径より小さくなるように形成されている。軸部４０３の径方向外側の外壁４０７は、ノズル部材２４に形成される凹部２４１の内壁２４３と摺動している。軸部４０３は、特許請求の範囲に記載の「可動コア」に相当する。
【００５２】
弁部４０４は、略棒状の硬度が高い材料から形成され、ノズル部材２４の凹部２４１に往復移動可能に収容されている。「弁体」としての弁部４０４は、弁部４０４が弁座２６に当接するとき、弁部４０４と弁座２６とのシール径がバランスロッド１３の直径Ｒ４と同じ大きさのＲ５となるように形成されている。
【００５３】
第３実施形態による燃料噴射弁３では、コア室３４とニードル室３２とが絞り流路２８により連通している。これにより、燃料噴射弁３は、適切な断面積の絞り流路２８を形成することにより開弁時および閉弁時において燃料の圧力による開弁方向の作用力と閉弁方向の作用力とが同じ大きさでバランスするように機能する。したがって、第３実施形態による燃料噴射弁３は、第２実施形態と同じ効果を奏する。
【００５４】
また、燃料噴射弁３では、バランスロッド１３とニードル４０とが別々に設けられている。これにより、バランスロッド１３とニードル４０との同軸加工を必要としないため、バランスロッド１３およびニードル４０を容易に加工することができる。
【００５５】
また、バランスロッド１３とニードル４０とを別々に設けるため、バランスロッド１３のニードル４０に対する軸ずれを一定量許容することができる。
【００５６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による燃料噴射弁を図６に基づいて説明する。第４実施形態は、第１実施形態と異なり、ノズル部材の形状が異なる。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５７】
第４実施形態による燃料噴射弁４では、ノズル部材４４は、有底筒状に形成されている。ノズル部材４４の軸方向にはニードル３０の一部が挿入される凹部４４１が形成されている。ノズル部材４４の凹部４４１の内壁４４３と、内壁４４３に対向するニードル３０の軸部３０２の外壁３０４とは摺動しておらず、「絞り流路」としての隙間４４４が形成されている。
【００５８】
ノズル部材４４の第３筒部材２３と接続する側とは反対側の端部にはハウジング２０の内部と外部とを連通する「導出口」としての複数の噴孔４４２が形成されている。噴孔４４２の凹部４４１側の開口の縁には弁座２６が形成されている。
【００５９】
燃料噴射弁４では、導入口２１１からハウジング２０内に流入する燃料は、燃料通路２５４、貫通孔３５２、コア室３４、隙間４４４を介してニードル室３２に流入する。
【００６０】
第４実施形態による燃料噴射弁４では、コア室３４とニードル室３２とが隙間４４４により連通している。これにより、燃料噴射弁４は、適切な断面積の隙間４４４を形成することにより開弁時および閉弁時において燃料の圧力による開弁方向の作用力と閉弁方向の作用力とが同じ大きさでバランスするように機能する。したがって、第４実施形態による燃料噴射弁４は、第１実施形態と同じ効果を奏する。
【００６１】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態による燃料噴射弁を図７に基づいて説明する。第５実施形態は、第１実施形態と異なり、ハウジングおよびニードルの形状が異なる。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６２】
第５実施形態による燃料噴射弁５は、ハウジング５０、バランスロッド１５、ニードル６０、固定コア６５、およびコイル６６などを備える。
【００６３】
ハウジング５０は、第１ハウジング部材５１、第２ハウジング部材５２、およびノズル部材２４から構成される。第１ハウジング部材５１、第２ハウジング部材５２、およびノズル部材２４は、例えば溶接により接続されている。
【００６４】
第１ハウジング部材５１は、略筒状に形成されている。第１ハウジング５１は、第１ハウジング５１の径方向外側に設けられる第２ハウジング部材５２と接続することにより、固定コア６５、コイル６６、バランスロッド１５などを収容する凹部５０１を形成する。第１ハウジング部材５１の一方の端部には、導入口５１１が形成される。導入口５１１は、第１ハウジング部材５１の軸方向に形成される「第２圧力室」としての燃料通路５１２と連通する。導入口５１１は、図示しない燃料タンクに連通する。
【００６５】
第２ハウジング部材５２は、ハウジング５０の径方向外側の一部に凹部５０１と燃料噴射弁５の外部とを連通する連通路５２１を形成する。第５実施形態による燃料噴射弁５では、連通路５２１は、凹部５０１の燃料を燃料タンクに戻す図示しないリターンパイプに接続する。
【００６６】
バランスロッド１５は、固定コア６５に摺動可能に収容されている筒状部材である。バランスロッド１５の導入口５１１側の端部１５１は、バランスロッド１５を弁座５６側に付勢する「第３付勢手段」としてのスプリング６７の一端に当接している。バランスロッド１５の弁座５６側の端部１５２は、略円錐台状に形成されており、端部１５２の先端はニードル６０の固定コア６５側の端面６００に当接している。バランスロッド１５の軸方向に形成されている貫通孔１５３は、第１ハウジング部材５１の燃料通路５１２に連通する。
【００６７】
ニードル６０は、磁性材料から形成され、ハウジング５０内に往復移動可能に収容されている。ニードル６０は、コア部６０１、軸部６０２、および弁部６０３から構成されている。
【００６８】
コア部６０１は、ハウジング５０の内壁と固定コア６５との間に形成されるコア室６４に往復移動可能に収容されている。コア室６４には、バランスロッド１５の外壁と固定コア６５の貫通孔６５２との間から漏れ出す燃料が流れ込む。燃料通路５１２を流れる燃料に比べ比較的低圧であるコア室６４の燃料は、連通路５２１を通って燃料噴射弁５の外部に排出される。第５実施形態による燃料噴射弁５では、連通路５２１はコア室６４の燃料を燃料タンクに戻す図示しないリターンパイプに接続する。
【００６９】
軸部６０２は、その外径がコア部６０１の外径より小さくなるように形成されている。軸部６０２の径方向外側の外壁６０４は、ノズル部材２４の凹部２４１の内壁２４３と摺動している。軸部６０２は、特許請求の範囲に記載の「可動コアのハウジングの内壁と摺動する部位」に相当する。
【００７０】
弁部６０３は、その外径が軸部６０２の外径より小さくなるように形成されている。軸部６０２の弁座５６側に接続する弁部６０３は、ノズル部材２４の凹部２４１に往復移動可能に収容されている。弁部６０３の軸部６０２と接続する端部とは反対側の端部は、弁座５６に当接または離間する。
【００７１】
ノズル部材２４の凹部２４１を形成する内壁のうち弁座５６より径方向外側の内壁２４４と弁部６０３の径方向外側の外壁６０５との間には「第１圧力室」としてのニードル室６２が形成される。また、ノズル部材２４の凹部２４１を形成する内壁のうち弁座５６と弁部６０３の軸方向の外壁６０６との間には「第４圧力室」としてのサック６３が形成される。
【００７２】
ニードル６０は、ニードル６０の軸方向に略平行に連通路６０７を形成する。連通路６０７は、ニードル６０の軸方向に略垂直に形成される絞り流路６８に連通している。これにより、導入口５１１からハウジング５０内に流入する燃料は、燃料通路５１２、バランスロッド１５の貫通孔１５３、連通路６０７、絞り流路６８を介してニードル室６２に流入する。
【００７３】
固定コア６５は、磁性材料から略円筒状に形成され、磁気安定化処理が施されている。固定コア６５の軸方向には、貫通孔６５２が形成されている。貫通孔６５２には、バランスロッド１５が摺動可能に収容されている。
【００７４】
コイル６６は、略円筒状に形成され、固定コア６５の内部に設けられる。コイル６６に電力が供給されると発生する磁力により、固定コア６５とニードル６０との間に磁気吸引力が発生し、ニードル６０は、固定コア６５に吸引される。
【００７５】
燃料噴射弁５は、バランスロッド１５の直径をＲ６、軸部６０２の直径をＲ７、弁部６０３が弁座５６に当接するとき弁部６０３と弁座５６とのシール径をＲ８とすると、以下の式２を満たすように形成されている。
Ｒ６2＝Ｒ７2−Ｒ８2          ・・・・式２
これにより、燃料噴射弁５は、閉弁時、燃料の圧力による開弁方向の作用力と閉弁方向の作用力とが同じ大きさでバランスする「バランス弁」として機能する。π×（Ｒ６／２）2は、特許請求の範囲に記載の「Ａ１」に相当する。π×（Ｒ７／２）2は、特許請求の範囲に記載の「Ａ２」に相当する。π×（Ｒ８／２）2は、特許請求の範囲に記載の「Ａ３」に相当する。
【００７６】
また、燃料噴射弁５が開弁すると、サック６３に流入する燃料により開弁方向の作用力が閉弁方向の作用力より大きくなる。しかしながら、絞り流路６８の断面積を適切な大きさにすることにより、バランスロッド１７およびニードル６０に作用する開弁方向の作用力と閉弁方向の作用力とのバランスが閉弁時と同じになるように燃料通路５１２とニードル室６２との間で燃料をやりとりする。これにより、燃料噴射弁５は、燃料通路５１２などの燃料の圧力による開弁方向の作用力と、ニードル室６２などの燃料の圧力による閉弁方向の作用力とが同じ大きさでバランスするように機能する。したがって、第５実施形態による燃料噴射弁５は、第１実施形態と同じ効果を奏する。
【００７７】
また、燃料噴射弁５では燃料通路５１２の燃料の圧力がバランスロッド１５をニードル６０の方向に作用するため、バランスロッド１５の端部１５２とニードル６０の端面６００との間には燃料が漏れ出す隙間が形成されない。導入口５１１からハウジング５０内に導入される燃料は、比較的断面積が大きいコア室６４に大量に流入することなく、ニードル室６２に流入する。これにより、燃料噴射弁５内での高圧の燃料が作用する受圧面積を小さくすることができる。したがって、ハウジング５０の構成を簡素にすることができる。
【００７８】
また、燃料噴射弁５では、バランスロッド１５とニードル６０とを別々に設けられる。これにより、バランスロッド１５とニードル６０との同軸加工を必要としないため、バランスロッド１３およびニードル４０を容易に加工することができる。
【００７９】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態による燃料噴射弁を図８に基づいて説明する。第６実施形態は、第５実施形態と異なり、絞り流路の位置が異なる。なお、第５実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８０】
第６実施形態による燃料噴射弁６では、バランスロッド１６に形成されている貫通孔１６３の内壁に絞り１６４が形成されている。導入口５１１から導入される燃料は、燃料通路５１２、貫通孔１６３、連通路６０７、ニードル６０の軸方向に略垂直に形成される連通路６０８を介してニードル室６２に流入する。
【００８１】
燃料噴射弁６が開弁すると、サック６３に流入する燃料により開弁方向の作用力が閉弁方向の作用力より大きくなる。しかしながら、絞り１６４の断面積を適切な大きさにすることにより、バランスロッド１６およびニードル６０に作用する開弁方向の作用力と閉弁方向の作用力とのバランスが閉弁時と同じになるように燃料通路５１２とニードル室６２との間で燃料をやりとりする。これにより、燃料噴射弁６は、燃料通路５１２などの燃料の圧力による開弁方向の作用力と、ニードル室６２などの燃料の圧力による閉弁方向の作用力とが同じ大きさでバランスするように機能する。したがって、第６実施形態による燃料噴射弁６は、第５実施形態と同じ効果を奏する。
【００８２】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態による燃料噴射弁を図９に基づいて説明する。第７実施形態は、第６実施形態と異なり、バランスロッドとニードルとの間にバランスロッドとは異なる部材が設けられている点が異なる。なお、第６実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８３】
第７実施形態による燃料噴射弁７では、バランスロッド１７とニードル６０との間にふれ吸収部材７０が設けられている。
【００８４】
ふれ吸収部材７０は、略円環状に形成されている。図９に示すように、ふれ吸収部材７０は、ふれ吸収部材７０の中心軸から離れるに従って厚みが小さくなるように形成されている。すなわち、ふれ吸収部材７０のバランスロッド１７側の端面７０１は、ふれ吸収部材７０の中心軸から離れるに従ってニードル６０に近づくように曲面状に形成され、ふれ吸収部材７０のニードル６０側の端面７０２は、ふれ吸収部材７０の中心軸から離れるに従ってバランスロッド１７に近づくように曲面状に形成されている。ふれ吸収部材７０の軸方向には、端面７０１と端面７０２と接続する貫通孔７０３が形成されている。貫通孔７０３を形成する内壁には、絞り７０４が形成されている。なお、ふれ吸収材７０のニードル６０側の端面７０２は、ふれ吸収部材７０の中心軸から離れるに従ってバランスロッド１７に近づくようにテーパ状に形成されていてもよい。
【００８５】
バランスロッド１７は、ふれ吸収部材７０を介してスプリング６７の付勢力をニードル６０に与える。バランスロッド１７のニードル６０側の端部１７２は、ふれ吸収部材７０の端面７０１に当接するようにバランスロッド１７の中心軸から離れるにしたがってニードル６０に近づくようにテーパ状に形成されている。
【００８６】
導入口５１１から導入される燃料は、燃料通路５１２、バランスロッド１７に形成されている貫通孔１７３、ふれ吸収部材７０の貫通孔７０３、連通路６０７、６０８を介してニードル室６２に流入する。
【００８７】
燃料噴射弁７が開弁すると、サック６３に流入する燃料により開弁方向の作用力が閉弁方向の作用力より大きくなる。しかしながら、絞り７０４の断面積を適切な大きさにすることにより、バランスロッド１７およびニードル６０に作用する開弁方向の作用力と閉弁方向の作用力とのバランスが閉弁時と同じになるように燃料通路５１２とニードル室６２との間で燃料をやりとりする。これにより、燃料噴射弁７は、燃料通路５１２などの燃料の圧力による開弁方向の作用力と、ニードル室６２などの燃料の圧力による閉弁方向の作用力とが同じ大きさでバランスするように機能する。したがって、第７実施形態による燃料噴射弁７は、第１実施形態と同じ効果を奏する。
【００８８】
また、バランスロッド１７は、ふれ吸収部材７０を介してニードル６０に当接している。これにより、バランスロッド１７のニードル６０に対する位置がずれる場合、バランスロッド１７とふれ吸収部材７０、およびふれ吸収部材７０とニードル６０との間に隙間が形成されないため、貫通孔１７３、６０７を流れる燃料がコア室６４に漏れ出すことを防止することができる。
【００８９】
（他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、燃料噴射弁について説明したが、本発明はこれに限定されない。流体の圧力による開弁方向の作用力と閉弁方向の作用力とが閉弁時および開弁時のいずれにおいても同じ関係でバランスするように機能し、流体の流れを制御する流体制御弁であればよい。
【００９０】
（イ）上述の第１実施形態から第４実施形態では、低圧室の直径に対する弁部と弁座との間のシール径は同じ大きさであるとした。しかしながら、低圧室の直径とシール径との関係はこれに限定されない。低圧室の直径が弁部と弁座とのシール径より大きくなってもよい。この場合、ニードルは、開弁方向に作用する作用力が閉弁方向に作用する作用力に比べ大きくなるため、開弁アシストの燃料噴射弁となる。また、低圧室の直径が弁部と弁座とのシール径より小さくなってもよい。この場合、ニードルは、開弁方向に作用する作用力が閉弁方向に作用する作用力に比べて小さくなるため、閉弁アシストの燃料噴射弁となる。
【００９１】
（ウ）上述の第５実施形態から第７実施形態では、バランスロッドの直径の２乗が、軸部の直径の２乗とシール径の２乗との和と同じになるとした。しかしながら、これらの関係はこれに限定されない。バランスロッドの直径の２乗が軸部の直径の２乗とシール径の２乗との和より大きくなってもよい。この場合、ニードルは、開弁方向に作用する作用力が閉弁方向に作用する作用力に比べて小さくなるため、閉弁アシストの燃料噴射弁となる。また、バランスロッドの直径の２乗が軸部の直径の２乗とシール径の２乗との和より小さくなってもよい。この場合、ニードルは、開弁方向に作用する作用力が閉弁方向に作用する作用力に比べて大きくなるため、開弁アシストの燃料噴射弁となる。
【００９２】
（エ）上述の第６実施形態では、絞りはバランスロッドの貫通孔の内壁に形成されているとした。また、第７実施形態では、絞りはふれ吸収材の貫通孔の内壁に形成されているとした。しかしながら、絞りが形成される位置はこれに限定されない。ニードルに形成されている連通孔の内壁に形成されてもよい。
【００９３】
（オ）上述の第５実施形態から第７実施形態では、バランスロッドは固定コアに摺動可能に収容されているとした。しかしながら、バランスロッドが収容される部位はこれに限定されない。第１ハウジングの燃料通路を形成する内壁に摺動可能であってもよい。
【００９４】
（カ）上述の実施形態では、ノズル部材には噴孔が複数形成されるとした。しかしながら、形成される噴孔の数はこれに限定されない。噴孔は１つであってもよい。
【００９５】
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１、２、３、４、５、６、７          ・・・燃料噴射弁（流体制御弁）、
１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７・・・バランスロッド、
１６３、７０３                      ・・・貫通孔（絞り流路）、
２０、５０                          ・・・ハウジング、
２７                                ・・・低圧室（第３圧力室）
２８、４４４、６８                  ・・・絞り流路、
３０１、６０１                      ・・・コア部（可動コア）、
３０２、６０２                      ・・・軸部（可動コア）
３０３、４０４                      ・・・弁部（弁体）、
３２、６２                          ・・・ニードル室（第１圧力室）、
３４                                ・・・コア室（第２圧力室）、
３５、６５                          ・・・固定コア、
３６                                ・・・コイル、
３７、６７                          ・・・スプリング（付勢手段）、
５１２                              ・・・燃料通路（第２圧力室）、
６４                                ・・・コア室（第３圧力室）。
【図１】
2014141914.tif 000005
【図２】
2014141914.tif 000006
【図３】
2014141914.tif 000007
【図４】
2014141914.tif 000008
【図５】
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【図６】
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【図７】
2014141914.tif 000011
【図８】
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【図９】
2014141914.tif 000013