(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コモンレールで蓄圧された高圧燃料をディーゼル内燃機関の各気筒毎に設けられたインジェクタに供給し、このインジェクタの噴射ノズルから各気筒の燃焼室内へ燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置であって、
噴射ノズルの噴孔に高圧燃料を供給可能な高圧燃料通路と前記噴孔とを断続するニードル弁と、
前記ニードル弁の反噴孔側に前記ニードル弁とともに往復移動可能に設けられた制御ピストンと、
前記制御ピストンの反噴孔側に設けられ前記高圧燃料通路から供給される燃料圧力により前記制御ピストンを前記噴孔遮断方向に付勢する圧力制御室と低圧通路とを遮断または導通するバルブ装置とを備えており、
前記バルブ装置は、
高圧側の前記圧力制御室と低圧側の前記低圧通路との間に配設され高圧導入通路を有するシート部材と、
前記シート部材に当接することにより前記高圧導入通路を閉塞する弁本体、および、前記弁本体と高圧側端部で当接する支持部材とを有する弁部材と、
前記弁部材を軸方向に往復移動可能に支持するシリンダと、
前記弁部材を開弁方向または閉弁方向に駆動するアクチュエータとからなり、
前記支持部材には前記弁本体側に開口するとともに前記低圧通路と連通する第１連通路が形成され、前記弁本体は前記弁本体周囲の低圧室と前記開口とを遮断し、前記低圧室と前記第１連通路とは第２連通路により連通されることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項２】
前記支持部材と前記弁本体との接触部は、円錐状凹面と球状凸面、あるいは球状凹面と球状凸面との組合わせにより構成されることを特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項３】
前記支持部材は支持部材本体と円筒状の連結部材とからなり、前記弁本体は前記連結部材をかしめるか、あるいは前記連結部材に圧入されることにより前記支持部材に支持されていることを特徴とする請求項１または２記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項４】
前記第１連通路は前記支持部材の軸方向に延びていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項５】
前記第１連通路は、前記支持部材の横断面において前記支持部材の軸を中心とした同一円周上に等間隔に複数形成されていることを特徴とする請求項４記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項６】
前記第２連通路には絞り手段が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項７】
前記第２連通路の通路抵抗は前記第１連通路の通路抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、流体通路を遮断または導通するバルブ装置を用いた蓄圧式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、流体通路の高圧側と低圧側とを遮断または導通するバルブ装置が知られている。
このようなバルブ装置の例として、流体通路の高圧側と低圧側との間に配設され高圧導入通路を有し高圧側端面の前記高圧導入路周囲に円錐座が形成されたシート部材と、前記円錐座に着座することにより前記高圧導入通路を閉塞する球状部材および前記球状部材に当接し前記球状部材を前記円錐座側に駆動可能な棒状部材からなる弁部材と、前記棒状部材を保持するシリンダと、前記棒状部材を駆動するアクチュエータとから構成されるものがある。前記アクチュエータの駆動力により前記棒状部材が高圧側に移動すると前記球状部材が前記円錐座に着座し、これにより前記高圧導入通路が閉塞されてバルブ装置が閉状態となる。上記の構成を有するバルブ装置として、例えば欧州特許出願第５４８９１６Ａ１号明細書に開示されたものがある。
【０００３】
一方、特開平５−１３３２９６号公報には、流体通路の高圧側と低圧側との間に配設され高圧導入通路を有し低圧通路側端面の前記高圧導入通路周囲に平面座が形成されたシート部材と、前記平面座に着座することにより前記高圧導入通路を閉塞する板状部材および高圧側に球状面が形成され前記球状面が前記板状部材の低圧側に当接する棒状部材からなる弁部材とを有するバルブ装置を備えた電磁式内燃機関用燃料噴射装置が開示されている。このものでは、前記棒状部材および前記球状部材をアクチュエータにより駆動して、前記平坦面を前記平面弁座に密着させることにより前記流体通路を遮断している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、欧州特許出願第５４８９１６Ａ１号明細書に開示されたバルブ装置によると、前記球状部材と前記円錐座とを密着させることにより前記流体通路を遮断しているので、前記球状部材と前記円錐座との双方を高精度に加工する必要がある。このため、バルブ装置の製造コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
また、前記特開平５−１３３２９６号公報に開示されたバルブ装置によると、前記平坦面には前記高圧導入通路内の流体による圧力分布が存在するが、バルブ装置が開状態のとき前記板状部材の重心に対してこの圧力分布が偏ると、前記板状部材に対して前記平面座と非平行に前記板状部材を回転させようとする力が働く。これにより前記板状部材が回転して前記平坦面が前記平面座に対して傾くと、前記高圧導入通路から流入する流体の圧力により前記高圧導入通路の延びる方向に対して垂直方向に前記板状部材が押されるため、前記板状部材の位置が不安定となる。したがって、このバルブ装置の開閉を連続して行う場合、前記バルブ装置が開状態となったときの前記流体通路の開口面積がばらつくため、流量制御を高精度におこなうことができない。特に、バルブ装置を高速に作動させる場合には、前記板状部材に作用する動圧が大きいため前記板状部材の位置はさらに不安定となり、微少流量を制御することは困難である。
【０００６】
本発明の目的は、流量を高精度に制御可能なバルブ装置を用いた蓄圧式燃料噴射装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、前記支持部材には前記弁本体側に開口するとともに低圧通路と連通する第１連通路が形成され、前記弁本体は前記弁本体周囲の低圧室と前記開口とを遮断し、前記低圧室と前記第１連通路とは第２連通路により連通されることを特徴とする。前記弁本体周囲の低圧室と前記開口とが遮断されていることにより、前記弁本体がシート部材から離れるバルブ装置の開弁時、前記低圧室の圧力と比較して前記第１連通路の圧力が低くなるので、前記弁本体は前記支持部材側に吸引される。この吸引力により前記弁本体と前記支持部材とが安定した接触状態を保つことができるため、前記支持部材の移動量に対して前記シート部材と弁本体との間の開口面積が高精度に規定されるので、流量を高精度に制御することができる。また、前記支持部材が前記第１連通路を有する中空形状であるため、前記弁部材の慣性質量を低減することにより前記バルブ装置の応答性が向上するとともに、前記支持部材の端部の加工が容易である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記支持部材と前記弁本体との接触部が、円錐状凹面と球状凸面、あるいは球状凹面と球状凸面との組合わせにより構成されることを特徴とする。これにより、例えば平面同士の組合せによる場合に比べて前記接触部に作用する面圧が高く、また前記弁本体および前記支持部材のいずれかが傾いた場合にも前記接触部による接触が保たれるため、前記低圧室と前記第１連通路との間を常に良好に遮断することができる。これにより、前記低圧室と前記第１連通路との間に圧力差を発生させることができる。
【０００９】
請求項５記載の発明は、前記第１連通路が前記支持部材の横断面において前記支持部材の軸を中心とした同一円周上に等間隔に複数形成されていることを特徴とする。これにより、前記支持部材の軸に対して前記弁本体に作用する吸引力を均等にすることができる。
請求項６または７記載の発明によると、前記第２連通路に絞り手段を設けるなどの方法により前記第２連通路の通路抵抗を前記第１連通路の通路抵抗よりも大きくしている。これにより、前記低圧室と前記第１連通路との間の圧力差がより大きくなるため、前記弁本体の前記支持部材への吸引力が増すので、前記弁本体の位置精度がさらに向上するという効果がある。
【００１０】
請求項１から７のいずれか一項記載の発明により、ストローク毎の圧力制御室の圧力変化およびニードル弁の動きを高精度に制御することが可能となるので、噴射ノズルからの燃料噴射量が安定する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
本発明の第１実施例によるバルブ装置を図１および図２に示す。
図１に示すバルブ装置１は、その内部に図１において上側を低圧側、下側を高圧側とする流体通路を有し、この流体通路の高圧側と低圧側とを遮断または導通するものである。
【００１２】
ハウジング４０の内部には、前記流体通路の高圧側と低圧側との間に配設されたシート部材としての平板プレート５１と、前記平板プレート５１に当接可能な弁本体としての球状部材４３および球状部材４３を支持する支持部材４２とからなる弁部材４１、弁部材４１を軸方向に往復移動可能に支持するシリンダ２１と、弁部材４１を開弁方向または閉弁方向に駆動するアクチュエータ３１とが収容されている。
【００１３】
平板プレート５１は軸方向に貫通する高圧導入通路５２を有し、平板プレート５１の高圧側端面５４における高圧導入通路５２の開口部周囲には円錐座５４１が形成されている。平板プレート５１の高圧側には封止部材５６が螺合されている。封止部材５６に螺合され軸方向に貫通する高圧通路２を有する高圧側コネクタ５７は、封止部材５６を貫通してその先端が円錐座５４１に密着している。
【００１４】
シリンダ２１は円筒部２２とフランジ部２３とからなり、フランジ部２３が平板プレート５１の低圧側端面５５に当接している。シリンダ２１を軸方向に貫通して、摺動孔および前記摺動孔の高圧側に続き前記摺動孔よりも大径の弁座室２５がシリンダ２１と同軸に形成されている。また、シリンダ２１には、フランジ部２３を貫通し円筒部２２の外壁に沿ってシリンダ２１の軸方向に延びる溝孔２３１が９０°間隔で設けられている。この溝孔２３１の内部および溝孔２３１とハウジング４０の内壁４０ａとの間に第２連通路４０１が形成されている。フランジ部２３の高圧側端面には、フランジ部２３が低圧側端面５５に当接した状態において弁座室２５と連通孔２３１とを連通する連通孔２３２が形成されている。また、円筒部２２には、第２連通路４０１と前記摺動孔とを連通する連通孔２２１が形成されている。
【００１５】
弁部材４１の支持部材４２は、前記摺動孔を形成するシリンダ２１の内壁により往復移動可能に支持された支持部材本体としての軸部材４４と、軸部材４４の高圧側端部の外周に嵌合された略円筒状の連結部材４５とからなる。連結部材４５の低圧側端部は縮径されており、この連結部材４４に球状部材４３を圧入することにより、連結部材４５を介して球状部材４３が軸部材４４に摺動自在に支持される。球状部材４３および連結部材４５は、低圧室としての弁座室２５内に位置している。
【００１６】
軸部材４４の軸中心には、軸方向に貫通する第１連通路４２２が形成されている。軸部材４４の外壁には連通孔２２１に対応した位置にポート４２５が設けられており、このポート４２５に開口する連通孔４２４により第２連通路４０１と第１連通路４２２とは連通されている。また、軸部材４４の低圧側端部にはアーマチャ４６が固定されている。
【００１７】
球状部材４３には、低圧側端面５５と対向する部分を平面で切断することにより円形の平坦面４３１が形成されている。低圧側端面５５における高圧導入路５２の周辺には平面弁座である弁座部５５１が形成され、球状部材４３がこの弁座部５５１に着座すると、高圧導入通路５２が平坦面４３１により閉塞されることにより高圧導入通路５２と弁座室２５との連通が遮断されてバルブ装置１は閉状態となる。また、球状部材４３と円錐凹面４２１との間には円錐凹面４２１の軸に垂直な平面内にこの軸を中心とした円周状の接触部４３２が形成される。接触部４３２の低圧側に位置する円錐凹面４２１と球状部材４３との間には、第１連通路４２２と連通し弁座室２５とは遮断された空洞部４２３が形成される。
【００１８】
アーマチャ４６の低圧側に収容されたアクチュエータ３１は、電磁コイル３３が巻装されたコア３２からなる。コア３２の低圧側にはコアストッパ３６を介して低圧側コネクタ６１が設けられている。低圧側コネクタ６１には、低圧側に設けられた低圧通路３および一端が高圧側に開口し他端が低圧通路３に連通するスプリング室６２が形成されている。スプリング室６２内には、貫通孔６４１を有するスプリングストッパ６４に一端が係止されたスプリング６３が収容されている。
【００１９】
コア３１の内部には軸方向に貫通する摺動孔３１１が形成されており、この摺動孔３１１に伝達部材３５が往復移動可能に挿入されている。伝達部材３５の一端は軸部材４４の低圧側端部に当接し、低圧側端部には鍔部３５１が形成されておりコアストッパ３６を貫通してスプリング室６２内に挿入されている。鍔部３５１にはスプリング６３の他端が係止されており、これにより伝達部材３５はスプリング６３の弾性力により弁部材４１を高圧側に付勢している。伝達部材３５の軸中心には、軸方向に貫通しスプリング室６２および第１連通路４２２に連通する連通孔３５２が形成されている。
【００２０】
バルブ装置１が開状態のとき、高圧流体は高圧通路２から流入し、高圧導入通路５２、弁座室２５、連通孔２３２、第２連通路４０１、連通孔２２１、連通孔４２４、第１連通路４２２、連通孔３５２、スプリング室６２、貫通孔６４１、低圧通路３からなる流体通路を経由して低圧側へと流出する。
このバルブ装置１は、次のようにして組立てられる。
【００２１】
ハウジング４０の高圧側開口部から、シリンダ２１、平板プレート５１および封止部材５６をこの順序で組付ける。シリンダ２１、平板プレート５１、封止部材５６が互いに接触する部分は鏡面仕上されている。封止部材５６の低圧側外周にはネジ部５６ａが設けられており、このネジ部５６ａをハウジング４０の高圧側端部内周に設けられたネジ部４０ｂに螺合することにより、シリンダ２１、平板プレート５１、封止部材５６の前記鏡面仕上された部分が互いに液密または気密に接触する。封止部材５６の内径にもネジ部５６ｂが設けられており、このネジ部５６ｂに高圧側コネクタ５７の外周のネジ部５７ｂを螺合することにより、先端部５７ａが円錐座５４１に密着するように高圧側コネクタ５７が封止部材５６に取付けられる。ここで、封止部材５６の外周に装着されたＯリング５６１により、高圧通路２から流入する流体がバルブ装置１の外部に漏れることを防止している。
【００２２】
また、ハウジング４０の低圧側開口部から、弁部材４１、スペーサ３７、アクチュエータ３１および低圧側コネクタ６１をこの順序で組付けた後、ハウジング４０の低圧側端部をかしめる。円筒状のスペーサ３７の軸長を変更することにより、アーマチャ４６と電磁コイル３２との間の距離を設定して弁部材４１のリフト量を調整することができる。また、低圧側コネクタ６１の外周に装着されたＯリング６１１により、流体がバルブ装置１の外部に漏れることを防止している。
【００２３】
バルブ装置１の各部の寸法は以下の通りである。
高圧導入通路５２の径＝０．５ｍｍ、平坦面４３１の径＝１．６ｍｍ、球状部材４３の径＝２．５ｍｍ、弁部材４１のストローク＝０．２ｍｍ、第１連通路４２２の径＝１．２ｍｍ、第２連通路４０１の径＝１．５ｍｍ、軸部材４４の外径＝４．０ｍｍである。
【００２４】
次に、バルブ装置１の作動を説明する。
平板プレート５１に弁部材４１を付勢する付勢手段としてのスプリング６３の荷重が約５０Ｎに設定されており、高圧導入通路５２から流入する高圧流体の圧力が１５０ＭＰａであるとき、高圧導入通路５２から流入する流体の静圧により球状部材４３の平坦面４３１に作用する開弁力は４１．６Ｎである。電磁コイル３３への非通電時には、高圧流体による開弁力よりもスプリング６３の付勢力の方が大きいため、バルブ装置１は球状部材４３が弁座部５５１に着座した閉弁状態となっており前記流体通路は遮断されている。
【００２５】
電磁コイル３３への通電オン時、電磁コイル３３に発生する磁力によりアーマチャ４６が電磁コイル３３に約５０Ｎの電磁力で吸引される。このため、スプリング６３の付勢力に打ち勝って軸部材４４が図１の上方にリフトすることにより球状部材４３が弁座部５５１から離座してバルブ装置１が開弁状態となり、前記流体通路が連通される。
【００２６】
所定の開弁終了時期に電磁コイル３３への通電をオフすると、アーマチャ４６を吸引するための電磁力約５０Ｎが０になるため、弁部材４１を閉弁方向に付勢するスプリング６３の付勢力によりバルブ装置１は閉弁する。
バルブ装置１の開弁時に球状部材４３に作用する静圧の模式的な圧力分布を図３に示す。また、比較例として、軸部材に第１連通路４２２が形成しない場合の圧力分布を図４に示す。図４において、第１実施例と同一の符号は実質的に同一の部材を示す。
【００２７】
バルブ装置１の開弁状態において、高圧導入通路５２から流入する流体の圧力は、高圧導入通路５２内における圧力Ｐ１から弁座室２５内で圧力Ｐ２まで低下する。図３に示す第１実施例では、弁座室２５内の流体は連通孔２３２、第２連通路４０１および連通孔２２１を通って第１連通路４２２へと流入するが、この間の流路抵抗により第１連通路４２２内の流体の圧力は圧力Ｐ３まで更に低下する。これらの圧力の間には、Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３の関係がある。
【００２８】
第１実施例によると、弁座室内の圧力Ｐ２による球状部材４３の側方からの力は球面に作用するため打消し合う。これに対して、高圧導入通路５２に面した平坦面４３１には、高圧導入通路５２の直上に位置する平坦面４３１の中心から周辺部に向かって圧力Ｐ１から圧力Ｐ２に低下する圧力分布が形成される。一方、第１連通路４２２と連通した空洞部４２３内の流体の圧力はほぼ圧力Ｐ３に等しいか、あるいは、バルブ装置１の開弁時、図２に示す連通孔２３２から図２で上方向に第１連通路４２２内を流れる流体の勢いにより連通孔２３２の弁本体４３側に位置する第１連通路４２２内の流体が吸出されることにより、空洞部４２３内の流体の圧力は圧力Ｐ３より小さくなる。このため、空洞部４２３に面した球状部材４３の表面には圧力Ｐ３またはこれよりやや小さい圧力が作用している。したがって、空洞部４２３に面した球状部材４３の表面と平坦面４３１との間の圧力差により、球状部材４３には軸部材４４側への吸引力が働く。
【００２９】
一方、第１低圧通路４２２をもたず、空洞部１２３と弁座室２５とが接触部１３２によって遮断されていない図４に示す比較例の場合には、空洞部１２３の圧力と弁座室２５の圧力とはともに圧力Ｐ２となるので、球状部材４３を軸部材１４４側に吸引する力は働いていない。
球状部材４３には、上記で考慮した静圧の他に、高圧導入通路５２から流入する流体が平坦面４３１に対して垂直方向に衝突することにより、平坦面４３１の中心で最も大きな動圧分布を有するので、平坦面４３１の中心が最も圧力の作用が大きい箇所となる。この圧力分布が球状部材４３の中心に対して偏ると、図５に示すように球状部材４３に対して回転力Ａが作用する。球状部材４３を軸部材１４４側に吸引する力が働かない比較例では、この回転力Ａにより平坦面４３１が傾き易く、この傾きにより球状部材４３に高圧導入通路５２の延びる方向に対して垂直方向の力Ｂが働くため、球状部材４３の位置が不安定となる。
【００３０】
これに対して、第１実施例によると、球状部材４３には軸部材４４側への吸引力が働いているため、前記回転力Ａが働いた場合にもこの吸引力により平坦面４３１の傾きを抑制することができる。したがって、球状部材４３の位置精度が向上し、球状部材４３と軸部材４４とが安定した接触状態を保つことができる。
このように、本発明の第１実施例によると、球状部材４３の位置精度が向上して球状部材４３と軸部材４４とが安定した接触状態を保つことができるため、軸部材４４の移動量に対して平板プレート５１と球状部材４３との間の開口面積が高精度に規定されるので、バルブ装置１が連続作動する場合にストローク毎の開口面積のばらつきが小さくなり、流量を高精度に制御することができる。特に、バルブ装置１を高速で作動させる場合に微少流量を高精度に制御することができるという効果がある。
【００３１】
バルブ装置１に形成された流体通路は、球状部材４３の平坦面４３１が平板プレート５１の平面状の弁座５５１に着座することにより遮断される。このように、平坦面同士が密着することにより高圧導入通路５２を閉塞しているため、例えば球状凸部をなす弁体を円錐凹面をなす弁座に密着させることにより高圧導入通路を閉塞する場合に比べて接触部の加工が容易である。また、軸部材に形成された円錐凹面４２１と球状部材４３との接触部４３２は、これらの部材が完全に密着していなくても空洞部４２３と第１連通路との間に圧力差を生じさせることができるので、球状凸部をなす弁体を円錐凹面をなす弁座に密着させることにより高圧導入通路を閉塞する場合ほど厳しい加工精度を必要としないため加工が容易である。
【００３２】
球状部材４３は、軸部材４４の高圧側端面に設けられた円錐凹面４２１と球状部材４３の球状凸面との間に接触部４３２を形成することにより弁座室２５と空洞部４２３とを遮断している。このように、円錐凹面と球状凸面との組合わせにより円周状の接触部４３２を構成するので、例えば平面同士の組合せによる場合に比べて接触部に作用する面圧が高く、また球状部材４３および軸部材４４のいずれかが傾いた場合にもこの円周状の接触部による接触が保たれるため、空洞部４２３と弁座室２５との間を常に良好に遮断することができる。これにより、空洞部４２３と弁座室２５との間に圧力差を発生させることができる。
【００３３】
さらに、軸部材４４が第１連通路４２２を有する中空形状であるため、弁部材４１の慣性質量を低減することによりバルブ装置１の応答性が向上するとともに、軸部材４４の高圧側端部に円錐凹部４２１を加工する際の加工性が良好である。
（第２実施例）
本発明の第２実施例によるバルブ装置を図６〜図１０に示す。この第２実施例は、弁座室２５から第１連通路４２２に到る流体通路に絞り手段を設けた例である。第１実施例と同一の符号は実質的に同一の部材を示す。
【００３４】
図６は、前記絞り手段の一例として、第１実施例の連通路２２１に比べて連通路８２１の開口面積を小さくした実施例である。この他の部分の構成は、第１実施例と実質的に同様である。
図７は、前記絞り手段の他の例として、第１実施例の連通路２３２に比べて連通路８３２の開口面積を小さくした実施例である。この他の部分の構成は、第１実施例と実質的に同様である。
【００３５】
図８は、前記絞り手段のさらに他の例として、フランジ部２３内に形成された第２連通路８０１に絞り部８１１を設けた実施例である。この他の部分の構成は、第１実施例と実質的に同様である。
図９は、前記絞り手段のさらに他の例として、連通路８２４の第１連通路４２２側に絞り部８２５を設けた実施例である。この他の部分の構成は、第１実施例と実質的に同様である。
【００３６】
上記図６〜図９に示す実施例によると、絞り手段を設けたことにより弁座室２５から第１連通路４２２に到る流体通路部分の通路抵抗が大きくなるため、弁座室２５と空洞部４２３との間の圧力差が大きくなる。これにより、球状部材４３の軸部材４４への吸引力が増すため、球状部材４３の位置精度がさらに向上して球状部材４３と軸部材４４とが安定した接触状態を保つことができるという効果がある。
【００３７】
また、図１０は、前記絞り手段のさらに他の例として、第１実施例の第２連通路４０１に比べて第２連通路８０２の開口面積を小さくした実施例である。この他の部分の構成は、第１実施例と実質的に同様である。図１０に示す実施例によると、図６〜図９に示す実施例と同様に弁座室２５と空洞部４２３との間の圧力差が大きくなるとともに、円錐凹部４２１と球状部材４３との間の接触部４３２において弁座室２５と空洞部４２３との遮断が完全ではなく弁座室２５から空洞部４２３への流れが生じた場合にも、第１連通路４２２および空洞部４２３を低圧に保つことができるという効果がある。
【００３８】
（第３実施例）
本発明の第３実施例によるバルブ装置を図１１に示す。この第３実施例は、球状部材４３を連結部材４５に圧入することにより連結部材４５を介して軸部材４４に球状部材４３を連結した第１実施例に対して、球状部材４３の支持部材への連結方法が異なる例である。
【００３９】
図１１に示すように、支持部材８４２は連結部材を用いることなく軸部材８４４からなり、球状部材４３は軸部材８４４の高圧側端部をかしめることにより支持部材８４２に支持されている。この他の部分の構成は、第１実施例と実質的に同様である。この方法によると、連結部材を使用しないため部品点数が少なくなり、バルブ装置の製造コストを削減することができる。
【００４０】
なお、軸部材の先端にあらかじめ高圧側端部が縮径された円筒部を一体に設け、この円筒部に球状部材を圧入することにより球状部材を支持部材に支持することも可能である。
（第４実施例）
本発明の第４実施例によるバルブ装置を図１２および図１３に示す。この第４実施例は、円錐凹面と球状凸面との組合わせにより円周状の接触部４３２を構成した第１実施例に対して接触部の構成方法が異なる例である。
【００４１】
図１２は、軸部材３４４の高圧側端面に球状凹面３２１を設けた実施例である。この場合、球状部材４３と球状凹面３２１との間には、第１連通路４２２を構成する軸部材３４４の周囲に円周状の接触部３３２が形成される。球状部材４３は、弁座室２５と第１連通路４２２の圧力差により軸部材３４４側に吸引される。この他の部分の構成は、第１実施例と実質的に同様である。
【００４２】
図１３は、軸部材５４４の高圧側端面に平面５２１を設けるとともに、第１連通路５２２の高圧側端部を複数の分岐連通路５２２ａに分岐させた実施例である。球状部材４３は平面５２１の中心の一点で軸部材５４４に当接している。この場合、弁座室２５と第１連通路５２２との間の圧力差は、連結部材５４５の内壁と球状部材４３との間に形成される円周状の接触部５３２において弁座室２５と空洞部５２３との間がほぼ遮断されることにより発生する。この他の部分の構成は、第１実施例と実質的に同様である。
【００４３】
図１２および図１３に示す実施例では、平面同士の組合せによる場合に比べて接触部に作用する面圧が高く、また球状部材４３および支持部材４４２、５４２のいずれかが傾いた場合にもこの円周状の接触部による接触が保たれるため、第１連通路と弁座室２５との間を常に良好に遮断することができる。したがって、空洞部４２３と弁座室２５との間に圧力差を発生させることができる。
【００４４】
なお、図１３に示す実施例では、第１連通路５２２の高圧側端部を複数の分岐連通路５２２ａに分岐させている。この分岐連通路５２２ａは、支持部材５４２の横断面において支持部材５４２の軸を中心とした同一円周上に等間隔に配置されている。これにより、支持部材５４２の軸に対して空洞部５２３内の圧力分布を均等にすることができる。
【００４５】
（第５実施例）
本発明の第５実施例を図１４に示す。この第５実施例は、第１実施例によるバルブ装置を蓄圧式燃料噴射装置の二方向弁装置として用いた例である。
図１４に示す蓄圧式燃料噴射装置１３５は、図示しないコモンレールで蓄圧された高圧燃料を図示しないディーゼル内燃機関の各気筒毎に設けられたインジェクタに供給し、このインジェクタの噴射ノズルから各気筒の燃焼室内へ燃料を噴射するものである。
【００４６】
燃料噴射装置１３５は、噴射ノズル１３６の噴孔１３７を開閉するためのノズルニードル弁１３８と、ニードル弁１３８の反噴孔側に接触あるいは連結されておりニードル弁１３８を閉弁方向に付勢するスプリング１３９内に貫挿されたプレッシャピン１４０と、プレッシャピン１４０の反噴孔側に接触あるいは連結されておりインジェクタボディ１４１に摺動自在な制御ピストン１４２と、高圧燃料導入通路１４３および低圧通路１０３に連通しており油圧力によってニードル弁１３８を閉弁方向に付勢するための燃料が蓄えられる制御室１４６と、ニードル弁１３８の開弁時に噴孔１３７から噴射される高圧燃料を噴射ノズル１３６の噴孔１３７に導く噴射燃料導入通路１４７とを備える。
【００４７】
高圧燃料導入通路１４３と制御室１４６との間には、制御室１４６に流入する燃料を制限するための第１の絞り孔１４８が配設され、制御室１４６と低圧通路１０３との間には第１の絞り孔１４８よりも通路抵抗の小さい第２の絞り孔１４９が配設されている。
第２の絞り孔１４９と低圧通路１０３との間には、制御室１４６と低圧側とを断続する二方向弁装置として、第１実施例によるバルブ装置１が設けられている。
【００４８】
また、図１２において、１５０はフィルタ、１５１はノズルパッキンチップ、１５２はノズルリテーニングナット、１５３はバルブ装置１のコネクタ、１５４はバルブ装置１のリテーニングナット、１５５はリーク燃料回収用のコネクタである。さらに、通路１５６は制御ピストン１４２とニードル弁１３８との摺動クリアランスからのリーク燃料を回収するための低圧通路であり、この通路１５６は低圧通路１０３に接続されるバルブ装置１の第２連通路４０１に連通している。この蓄圧式燃料噴射装置１３５では、図１に示すバルブ装置１の高圧導入通路５２に第１の絞り孔１４８が配設され、また低圧側コネクタ６１に代えてリーク燃料回収用のコネクタ１５５が組付けられている。
【００４９】
この蓄圧式燃料噴射装置１３５の作動について説明する。
コモンレール内で蓄圧された高圧燃料は、図示しない燃料配管を通って蓄圧式燃料噴射装置１３５の高圧燃料導入通路１４３に流入し、第１の絞り孔１４８および噴射燃料導入通路１４７に分岐して導入される。このとき、ニードル弁１３８はスプリング１３９によりプレッシャピン１４０を介して閉弁方向に付勢されているので噴射は行われない。また、バルブ装置１も、スプリング６２の付勢力により閉弁状態となっている。
【００５０】
高圧燃料導入通路１４３内の圧力が次第に上昇すると、スプリング１３９の付勢力に加え、制御室１４６内の高圧燃料の圧力によって制御ピストン１４２がニードル弁１３８を閉弁方向に付勢する。この圧力上昇速度は、内燃機関の始動直後では約２５〜３０ＭＰａ／ｓｅｃ程度である。ここで、制御ピストン１４２の受圧面積はニードル弁１３８の受圧面積に比べて大きいため、バルブ装置１の非開弁時には噴射ノズル１３６から燃料が噴射されることはない。この第５実施例では、制御ピストン１４２の直径＝５．０ｍｍ、ニードル弁１３８の直径＝＝４．０ｍｍ、ニードル弁１３８のシート径＝２．２５ｍｍであるため、制御ピストン１４２の受圧面積とニードル弁１３８の受圧面積との差は約１１ｍｍ２  に設定されている。
【００５１】
また、バルブ装置１のスプリング６３のセット荷重は約５０Ｎであり、例えば制御室１４６の圧力が１５０ＭＰａの場合にはバルブ装置１の開弁方向に働く圧力は４１．６Ｎであるため、制御室１４６の圧力によりバルブ装置１が開弁することはない。
この状態で、電磁コイル３３に通電すると、第１実施例で述べたようにバルブ装置１が開弁する。これにより、制御室１４６の燃料は、第２の絞り孔１４９から弁座室２５、第２連通路４０１、第１連通路４２２および低圧通路１０３を介して図示しないリーク燃料回収用の配管へと流出する。
【００５２】
制御室１４６内の高圧燃料の流出が始まりしばらくすると、制御室１４６内の圧力は、高圧燃料導入通路１４３および噴射燃料導入通路１４７の圧力に比べて相対的に低くなる。これは、制御室１４６に導入される燃料を規制するための第１の絞り孔１４８の通路面積に比較し、制御室１４６からの流出燃料を規制するための第２の絞り孔１４９の通路面積が大きく構成されているためである。この第５実施例では、第１の絞り孔１４８の直径＝０．３ｍｍ、第２の絞り孔１４９の直径＝０．５ｍｍである。さらに制御室１４６の圧力が低下すると、ニードル弁１３８に開弁方向に働く油圧荷重、制御ピストン１４２に閉弁方向に働く油圧荷重およびスプリング１３９のセット荷重との力関係が逆転し、ノズル開弁方向への力が勝ってニードル弁１３８がリフトするので噴孔１３７から燃料が開始される。
【００５３】
所定の噴射終了時期に電磁コイル３３への通電をオフすると、アーマチャ４６を吸引するための電磁力５０Ｎが０になるため、スプリング６３の付勢力によりバルブ装置１が閉弁する。すると、高圧燃料導入通路１４３を介して制御室１４６に高圧燃料が導入され、制御室１４６の圧力がバルブ装置１の開弁前の状態まで徐々に復帰してくる。この制御室１４６の昇圧過程の途中、ニードル弁１３８に働く油圧荷重の和とスプリング１３９のセット荷重との力関係がニードル弁１３８の閉弁方向に逆転すると、ニードル弁１３８が噴孔１３７を遮断するので噴射ノズル１３６が閉弁し噴射が終了する。
【００５４】
第５実施例の蓄圧式燃料噴射装置によると、二方向弁装置として第１実施例のバルブ装置１を用いたことにより、常時、軸部材４４の動きを球状部材４３へと精度良く伝えることができる。これにより、球状部材４３と平板プレート５１との間の開口面積を安定させることができるので、バルブ装置１が連続作動する場合にストローク毎の開口面積のばらつきが小さくなり、流量を高精度に制御することができる。したがって、噴射ノズル１３６からの燃料噴射量が安定する。特に、蓄圧式燃料噴射装置１３５を高速で作動させる場合に微少燃料噴射量を高精度に制御することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるバルブ装置を示す断面図である。
【図２】図１の要部を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の第１実施例において、球状部材に作用する圧力を模式的に示す断面図である。
【図４】第１連通路を設けない場合に球状部材に作用する圧力を模式的に示す断面図である。
【図５】第１連通路を設けない場合に球状部材に作用する圧力を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施例によるバルブ装置の一例を示す要部拡大断面図である。
【図７】本発明の第２実施例によるバルブ装置の他の例を示す要部拡大断面図である。
【図８】本発明の第２実施例によるバルブ装置のさらに他の例を示す要部拡大断面図である。
【図９】本発明の第２実施例によるバルブ装置のさらに他の例を示す要部拡大断面図である。
【図１０】本発明の第２実施例によるバルブ装置のさらに他の例を示す要部拡大断面図である。
【図１１】本発明の第３実施例によるバルブ装置の一例を示す要部拡大断面図である。
【図１２】本発明の第４実施例によるバルブ装置の一例を示す要部拡大断面図である。
【図１３】本発明の第４実施例によるバルブ装置の他の例を示す要部拡大断面図である。
【図１４】本発明の第５実施例による蓄圧式燃料噴射装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１      バルブ装置
２      高圧通路
３      低圧通路
２１      シリンダ
２５      弁座室（低圧室）
３１      アクチュエータ
３３      電磁コイル
４０      ハウジング
４１      弁部材
４２      支持部材
４３      球状部材（弁本体）
４４      軸部材（支持部材本体）
４５      連結部材
４６      アーマチャ
５１      平板プレート（シート部材）
５２      高圧導入通路
１３５      蓄圧式燃料噴射装置
１３７      噴孔
１３８      ニードル弁
１４２      制御ピストン
１４６      制御室（圧力制御室）
２２１、２３２、３５２、４２４      連通路
４０１      第２連通路
４２１      円錐凹部
４２３      空洞部
４３１      平坦面
４３２      接触部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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