(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒部材と、
この円筒部材の下端に備えられるとともに、円筒状の内周面を上部に、上記円筒状の内周面からテーパ形状に形成された着座面を下部にそれぞれ備えた弁座部材と、
上記円筒部材の内部に配置され、上記円筒部材の内周面及び上記弁座部材の内周面に対角当たりしながら弾性力により上記円筒部材内を上方から下方へと摺動し、下端に備えた先端弁部材が上記着座面に着座する針状の弁体とを備えた燃料噴射装置において、
上記弁座部材は、前記先端弁部材との間の上記円筒状の内周面のクリアランスが、加工精度の許す限り最小化した値よりも大きな値に形成され、
閉弁時における前記先端弁部材の前記着座面でのスリップ・インの距離を前記クリアランスを前記加工精度の許す限り最小化した値にしたときよりも長くするように、上記弁座部材は、前記先端弁部材との間の上記円筒状の内周面の直径方向のクリアランスが１５μｍから５０μｍまでの間の値に形成される
ことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
上記弁座部材は、円錐面形状に形成された上記着座面を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
上記弁体は、球面形状に形成された上記先端弁部材を備えることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
上記弁座部材は、自由曲面形状に形成された上記着座面を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
上記弁体は、上記弁座部材の着座面よりも高い硬度を持った上記先端弁部材を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
円筒部材と、
この円筒部材の下端に備えられるとともに、円筒状の内周面を上部に、上記円筒状の内周面からテーパ形状に形成された着座面を下部にそれぞれ備えた弁座部材と、
上記円筒部材の内部に配置され、上記円筒部材の内周面及び上記弁座部材の内周面に対角当たりしながら弾性力により上記円筒部材内を上方から下方へと摺動し、下端に備えた先端弁部材が上記着座面に着座する針状の弁体とを備えた燃料噴射装置のノイズ低減方法において、
上記弁座部材では、前記先端弁部材との間の上記円筒状の内周面のクリアランスを、加工精度の許す限り最小化した値よりも大きな値に形成し、
閉弁時における前記先端弁部材の前記着座面でのスリップ・インの距離を前記クリアランスを前記加工精度の許す限り最小化した値にしたときよりも長くするように、上記弁座部材では、前記先端弁部材との間の上記円筒状の内周面の直径方向のクリアランスを１５μｍから５０μｍまでの間の値に形成する、
ことを特徴とする燃料噴射装置のノイズ低減方法。
【請求項７】
上記弁座部材では、円錐面形状に形成した上記着座面を設けることを特徴とする請求項６記載の燃料噴射装置のノイズ低減方法。
【請求項８】
上記弁体では、球面形状に形成した上記先端弁部材を設けることを特徴とする請求項７記載の燃料噴射装置のノイズ低減方法。
【請求項９】
上記弁座部材では、自由曲面形状に形成された上記着座面を設けることを特徴とする請求項６記載の燃料噴射装置のノイズ低減方法。
【請求項１０】
上記弁体では、上記弁座部材の着座面よりも高い硬度を持った上記先端弁部材を設けることを特徴とする請求項６記載の燃料噴射装置のノイズ低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車のガソリンエンジンなどに用いられ、液体燃料を吸気管内へ噴霧する燃料噴射装置に係るものであり、特に、閉弁時に発生するノイズを低減するための燃料噴射装置のノイズ低減方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射装置の開弁／閉弁時にニードルバルブがコア部材やバルブシートと衝突して生じる作動音は、低減すべき重要なエンジンノイズとして種々のノイズ低減技術が研究開発されている。その一つとして例えば、ニードルバルブを軽量化することでその運動エネルギーを減じ、ノイズを低減するアイディアがある。
【０００３】
しかしながら、ニードルバルブの軽量化は、磁気回路を構成する磁気部材の質量が減じられるため駆動力の低下を招き、動的特性上の副作用を持つことがある。また、ニードルバルブを軽量化するには開発費や設計変更にともなって生産コストが相当嵩む。
【０００４】
加えて、ニードルバルブの閉弁動作は、エネルギー保存則によりバネの弾性エネルギーが転化した運動エネルギーに起因しており、かつ、ニードルバルブを軽量化したところでバネの弾性エネルギー自体は変化しない。このため、ニードルバルブの軽量化はノイズ低減に有効であるとは必ずしも言えない。
【０００５】
また例えば、燃料噴射装置の燃料通路に振動吸収部材を設ける発明、バルブシートの着座面に衝突緩和層を設ける発明、ケーシングの外周を遮音材でモールドする発明などが特許文献１〜３にそれぞれ開示されている。だがこれらの発明は、燃料噴射装置に新たな構成を追加する必要があるため燃料噴射装置の構造が複雑化し、その上、生産ラインに新たな工程を追加する必要が生じるためコスト高になってしまう。
【０００６】
さらに例えば、電磁コイルへの通電量を制御することによってニードルバルブを軟着座させる発明も特許文献４に開示されている。だがこの発明も、２つの電磁コイルを必要とするのでやはり構造が複雑化し、コストインパクトも大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−０８３８０２公報
【０００８】
【特許文献２】特開２００４−２９３３１２公報
【０００９】
【特許文献３】特開２００４−２９３３１３公報
【００１０】
【特許文献４】特許第４３８９１４０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の燃料噴射装置は以上のように構成されているので、ノイズ低減のために新たな構成を追加する必要があり、構造が複雑化する上、生産工程に及ぼす影響が大きくコスト高になってしまうという課題があった。
【００１２】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、新たな構成を追加して構造を複雑化することなく、また、生産工程にもほとんど全く影響を与えることなく、閉弁時に発生するノイズを容易に低減することが可能な燃料噴射装置及び燃料噴射装置のノイズ低減方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る燃料噴射装置は、円筒部材と、この円筒部材の下端に備えられた弁座部材と、上記円筒部材及び上記弁座部材の内部で遊びを持ち、弾性力により上記円筒部材内を上方から下方へと摺動し、下端に備えた先端弁部材が上記弁座部材のテーパ形状の着座面に着座する針状の弁体とを備えた燃料噴射装置において、上記先端弁部材の一部を上記着座面にスリップ・インさせて、上記先端弁部材が上記着座面に着座する際の上記弁体の運動エネルギーを所望の値以下まで減少させるようにしたものである。
【００１４】
この発明に係る燃料噴射装置は、円筒部材と、この円筒部材の下端に備えられるとともに、円筒状の内周面を上部に、上記円筒状の内周面からテーパ形状に形成された着座面を下部にそれぞれ備えた弁座部材と、上記円筒部材の内部に配置され、上記円筒部材の内周面及び上記弁座部材の内周面に対角当たりしながら弾性力により上記円筒部材内を上方から下方へと摺動し、下端に備えた先端弁部材が上記着座面に着座する針状の弁体とを備えた燃料噴射装置において、上記弁座部材は、上記円筒状の内周面のクリアランスが、加工精度の許す限り最小化した値よりも大きな値に形成されるようにしたものである。
【００１５】
この発明に係る燃料噴射装置は、上記弁座部材は、上記円筒状の内周面のクリアランスが、１５μｍから５０μｍまでの間の値に形成されるようにしたものである。
【００１６】
この発明に係る燃料噴射装置は、上記弁座部材は、円錐面形状に形成された上記着座面を備えるようにしたものである。
【００１７】
この発明に係る燃料噴射装置は、上記弁体は、球面形状に形成された上記先端弁部材を備えるようにしたものである。
【００１８】
この発明に係る燃料噴射装置は、上記弁座部材は、自由曲面形状に形成された上記着座面を備えるようにしたものである。
【００１９】
この発明に係る燃料噴射装置は、上記弁体は、上記弁座部材の着座面よりも高い硬度を持った上記先端弁部材を備えるようにしたものである。
【００２０】
この発明に係る燃料噴射装置のノイズ低減方法は、円筒部材と、この円筒部材の下端に備えられた弁座部材と、上記円筒部材及び上記弁座部材の内部で遊びを持ち、弾性力により上記円筒部材内を上方から下方へと摺動し、下端に備えた先端弁部材が上記弁座部材のテーパ形状の着座面に着座する針状の弁体とを備えた燃料噴射装置のノイズ低減方法において、上記先端弁部材の一部を上記着座面にスリップ・インさせて、上記先端弁部材が上記着座面に着座する際の上記弁体の運動エネルギーを所望の値以下まで減少させるようにしたものである。
【００２１】
この発明に係る燃料噴射装置のノイズ低減方法は、円筒部材と、この円筒部材の下端に備えられるとともに、円筒状の内周面を上部に、上記円筒状の内周面からテーパ形状に形成された着座面を下部にそれぞれ備えた弁座部材と、上記円筒部材の内部に配置され、上記円筒部材の内周面及び上記弁座部材の内周面に対角当たりしながら弾性力により上記円筒部材内を上方から下方へと摺動し、下端に備えた先端弁部材が上記着座面に着座する針状の弁体とを備えた燃料噴射装置のノイズ低減方法において、上記弁座部材では、上記円筒状の内周面のクリアランスを、加工精度の許す限り最小化した値よりも大きな値に形成するようにしたものである。
【００２２】
この発明に係る燃料噴射装置のノイズ低減方法は、上記弁座部材では、上記円筒状の内周面のクリアランスを、１５μｍから５０μｍまでの間の値に形成するようにしたものである。
【００２３】
この発明に係る燃料噴射装置のノイズ低減方法は、上記弁座部材では、円錐面形状に形成した上記着座面を設けるようにしたものである。
【００２４】
この発明に係る燃料噴射装置のノイズ低減方法は、上記弁体では、球面形状に形成した上記先端弁部材を設けるようにしたものである。
【００２５】
この発明に係る燃料噴射装置のノイズ低減方法は、上記弁座部材では、自由曲面形状に形成された上記着座面を設けるようにしたものである。
【００２６】
この発明に係る燃料噴射装置のノイズ低減方法は、上記弁体では、上記弁座部材の着座面よりも高い硬度を持った上記先端弁部材を設けるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によれば、円筒部材と、この円筒部材の下端に備えられた弁座部材と、上記円筒部材及び上記弁座部材の内部で遊びを持ち、弾性力により上記円筒部材内を上方から下方へと摺動し、下端に備えた先端弁部材が上記弁座部材のテーパ形状の着座面に着座する針状の弁体とを備えた燃料噴射装置において、上記先端弁部材の一部を上記着座面にスリップ・インさせて、上記先端弁部材が上記着座面に着座する際の上記弁体の運動エネルギーを所望の値以下まで減少させるようにしたので、新たな構成を追加して構造を複雑化することなく、また、生産工程にもほとんど全く影響を与えることなく、燃料噴射装置の閉弁時に発生するノイズを容易に低減できるという効果が得られる。
【００２８】
この発明によれば、円筒部材と、この円筒部材の下端に備えられるとともに、円筒状の内周面を上部に、上記円筒状の内周面からテーパ形状に形成された着座面を下部にそれぞれ備えた弁座部材と、上記円筒部材の内部に配置され、上記円筒部材の内周面及び上記弁座部材の内周面に対角当たりしながら弾性力により上記円筒部材内を上方から下方へと摺動し、下端に備えた先端弁部材が上記着座面に着座する針状の弁体とを備えた燃料噴射装置において、上記弁座部材は、上記円筒状の内周面のクリアランスが、加工精度の許す限り最小化した値よりも大きな値に形成されるようにしたので、先端弁部材が着座面でスリップ・インする距離が長くなって着座面に着座する際の運動エネルギーを低減できるようになり、新たな構成を追加して構造を複雑化することなく、また、生産工程にもほとんど全く影響を与えることなく、燃料噴射装置の閉弁時に発生するノイズを容易に低減できるという効果が得られる。
【００２９】
この発明によれば、上記弁座部材は、上記円筒状の内周面のクリアランスが、１５μｍから５０μｍまでの間の値に形成されるようにしたので、着座面に着座する際のノイズを約１ｄＢ〜２ｄＢ低減できるという効果が得られる。
【００３０】
この発明によれば、上記弁座部材は、円錐面形状に形成された上記着座面を備えるようにしたので、実用的な加工精度で着座面を形成できるという効果が得られる。
【００３１】
この発明によれば、上記弁体は、球面形状に形成された上記先端弁部材を備えるようにしたので、弁体の先端弁部材と弁座部材の着座面との間の磨耗の管理が容易になるという効果が得られる。
【００３２】
この発明によれば、上記弁座部材は、自由曲面形状に形成された上記着座面を備えるようにしたので、着座面に着座する際の弁体の運動エネルギーの低減に最適な着座面の形状を実現できるようになり、いっそう効果的なノイズ低減が可能になるという効果が得られる。
【００３３】
この発明によれば、上記弁体は、上記弁座部材の着座面よりも高い硬度を持った上記先端弁部材を備えるようにしたので、弁体の先端弁部材と弁座部材の着座面との間の磨耗の管理が容易になり、液密性への悪影響を防ぐことができ、耐久性も劣化することがないという効果が得られる。
【００３４】
この発明によれば、円筒部材と、この円筒部材の下端に備えられた弁座部材と、上記円筒部材及び上記弁座部材の内部で遊びを持ち、弾性力により上記円筒部材内を上方から下方へと摺動し、下端に備えた先端弁部材が上記弁座部材のテーパ形状の着座面に着座する針状の弁体とを備えた燃料噴射装置のノイズ低減方法において、上記先端弁部材の一部を上記着座面にスリップ・インさせて、上記先端弁部材が上記着座面に着座する際の上記弁体の運動エネルギーを所望の値以下まで減少させるようにしたので、新たな構成を追加して構造を複雑化することなく、また、生産工程にもほとんど全く影響を与えることなく、燃料噴射装置の閉弁時に発生するノイズを容易に低減できるという効果が得られる。
【００３５】
この発明によれば、円筒部材と、この円筒部材の下端に備えられるとともに、円筒状の内周面を上部に、上記円筒状の内周面からテーパ形状に形成された着座面を下部にそれぞれ備えた弁座部材と、上記円筒部材の内部に配置され、上記円筒部材の内周面及び上記弁座部材の内周面に対角当たりしながら弾性力により上記円筒部材内を上方から下方へと摺動し、下端に備えた先端弁部材が上記着座面に着座する針状の弁体とを備えた燃料噴射装置のノイズ低減方法において、上記弁座部材では、上記円筒状の内周面のクリアランスを、加工精度の許す限り最小化した値よりも大きな値に形成するようにしたので、先端弁部材が着座面でスリップ・インする距離が長くなって着座面に着座する際の運動エネルギーを低減できるようになり、新たな構成を追加して構造を複雑化することなく、また、生産工程にもほとんど全く影響を与えることなく、燃料噴射装置の閉弁時に発生するノイズを容易に低減できるという効果が得られる。
【００３６】
この発明によれば、上記弁座部材では、上記円筒状の内周面のクリアランスを、１５μｍから５０μｍまでの間の値に形成するようにしたので、着座面に着座する際のノイズを約１ｄＢ〜２ｄＢ低減できるという効果が得られる。
【００３７】
この発明によれば、上記弁座部材では、円錐面形状に形成した上記着座面を設けるようにしたので、実用的な加工精度で着座面を形成できるという効果が得られる。
【００３８】
この発明によれば、上記弁体では、球面形状に形成した上記先端弁部材を設けるようにしたので、弁体の先端弁部材と弁座部材の着座面との間の磨耗の管理が容易になるという効果が得られる。
【００３９】
この発明によれば、上記弁座部材では、自由曲面形状に形成された上記着座面を設けるようにしたので、着座面に着座する際の弁体の運動エネルギーの低減に最適な着座面の形状を実現できるようになり、いっそう効果的なノイズ低減が可能になるという効果が得られる。
【００４０】
この発明によれば、上記弁体では、上記弁座部材の着座面よりも高い硬度を持った上記先端弁部材を設けるようにしたので、弁体の先端弁部材と弁座部材の着座面との間の磨耗の管理が容易になり、液密性への悪影響を防ぐことができ、耐久性も劣化することがないという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の実施の形態１によるノイズ低減方法の適用が可能な燃料噴射装置の構成を示す部分断面図である。
【図２】図１の燃料噴射装置の内部で対角当たりをするニードルバルブの様子を説明するための模式図である。
【図３】閉弁時におけるニードルバルブの挙動を把握するための測定系を示す模式図である。
【図４】図３の測定系から得られた測定結果の一例を示す図である。
【図５】ニードルバルブ下端の先端ボール部や先端円錐部がバルブシートの着座面にスリップ・インする様子を示す図である。
【図６】バルブシートの内周面のクリアランスを拡げると先端ボール部のスリップ・インする距離が長くなることを示す図である。
【図７】燃料噴射装置のノイズ測定の結果を示す表である。
【図８】図７のノイズ測定データの平均値をプロットしたグラフである。
【図９】５億回動作耐久試験後における燃料噴射装置の動的燃料噴射流量変化率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、各図面において、同一の又は相当する構成要素については共通する符号を付してある。
【００４３】
実施の形態１．
この実施の形態１では、まず、燃料噴射装置の構成及び動作について説明し、その後に、閉弁時のニードルバルブの挙動について述べ、最後に、ノイズ低減方法とその適用範囲とについて記述していく。
【００４４】
＜燃料噴射装置＞
図１はこの発明の実施の形態１によるノイズ低減方法の適用が可能な燃料噴射装置の構成を示す部分断面図である。
図１において、１０は燃料噴射装置、２０はケーシング（円筒部材）、３０はケーシング２０の下端に設けられたバルブシート（弁座部材）、４０はバルブシート３０の下端の開口部に設けられたオリフィスプレート、５０は電磁コイル（磁気回路）、６０はコア部材（磁気回路）、７０はスリーブ７１と先端ボール部（先端弁部材）７２とアーマチュア７３とを一体化した針状のニードルバルブ（弁体）、８０はバネ（弾性部材）である。
【００４５】
次に動作について説明する。
図１の燃料噴射装置１０において、ニードルバルブ７０はバネ８０により下方に付勢されており、ニードルバルブ７０の下端の先端ボール部７２がバルブシート３０下部のテーパ形状の着座面３０Ｂに完全着座し閉弁している。
【００４６】
ここで電磁コイル５０に通電すると、バネ８０の付勢力に抗ってアーマチュア７３がケーシング２０上部のコア部材６０に吸引されニードルバルブ７０が引き上げられる。これにともない先端ボール部７２がバルブシート３０の着座面３０Ｂから離れて開弁し、加圧された液体燃料がオリフィスプレート４０の噴孔から不図示の吸気管内へ霧状に噴射される。この開弁時にアーマチュア７３が上方のコア部材６０と衝突してノイズが発生する。
【００４７】
電磁コイル５０への通電を遮断すると、バネ８０の付勢力によりニードルバルブ７０が下方に押し戻される。ここでニードルバルブ７０は、ケーシング２０及びバルブシート３０の内部で遊びを持つように設計されているので、図２に示すように、上端のアーマチュア７３の一部が支点Ｐ１においてケーシング２０の内周面と接し、先端ボール部７２の一部が支点Ｐ２においてバルブシート３０の内周面３０Ａと接してポジション（姿勢）が定まるようになっている。
【００４８】
ニードルバルブ７０の中心軸７０Ｚがケーシング２０の中心軸２０Ｚと同軸となるようにバネ８０の付勢力がニードルバルブ７０に対し理想的に作用することはほとんど全くあり得ないので、ケーシング２０及びバルブシート３０の内部でニードルバルブ７０が遊びを持っていれば、ニードルバルブ７０は必ず図２のように対角当たり（※１）をする。
【００４９】
（※１）「対角当たり」……ケーシング２０に対しニードルバルブ７０が斜めのポジションとなり、ケーシング２０の内周面及びバルブシート３０の内周面３０Ａにニードルバルブ７０が接すること。
【００５０】
こうして、バネ８０の付勢力によりニードルバルブ７０が支点Ｐ１，Ｐ２で対角当たりのポジションを維持したままケーシング２０内を上方から下方へと摺動していき、最終的に先端ボール部７２がバルブシート３０の着座面３０Ｂに完全着座して閉弁する。この閉弁時に先端ボール部７２がバルブシート３０の着座面３０Ｂに衝突して発生するノイズが、この実施の形態１で低減しようとしているノイズである。
【００５１】
＜ニードルバルブの挙動＞
われわれ本願発明者は、ノイズ低減の糸口を探るため、閉弁時のニードルバルブ７０の挙動を測定した。この結果について次に説明する。
【００５２】
図３は閉弁時の燃料噴射装置１０におけるニードルバルブ７０の挙動を把握するための測定系を示す模式図である。ここでは、図３（ａ）の開弁状態（弁開励磁ＯＮ）におけるニードルバルブ７０の下端を原点とし、この状態で電磁コイル５０による通電を遮断し（励磁ＯＦＦ）、バネ８０の弾性力により図３（ｃ）の閉弁状態となるまでのニードルバルブ７０のストローク（μｍ）をレーザ変位計Ｌにより測定した。
【００５３】
図３の測定から得られた測定結果の一例を図４（ａ）に示す。ここで、横軸は時間（ｍｓ）、縦軸はニードルバルブ７０のストローク（μｍ）であり、測定結果のカーブ上の任意の点における傾き（微分係数）はニードルバルブ７０の速さＶを表している。
【００５４】
図４（ａ）において、時刻４．０ｍｓで電磁コイル５０への通電を遮断した直後は、アーマチュア７３の残留磁気の影響によりニードルバルブ７０のストロークはゆっくり変化している。そしてバネ８０の弾性力によりニードルバルブ７０が上方から下方へ少しずつ摺動し原点から離れていくにつれ残留磁気の影響から解放され、時刻４．３ｍｓあたりからニードルバルブ７０のストローク変化が大きくなり、時刻４．５ｍｓでストローク全長６７μｍに達し先端ボール部７２が着座面３０Ｂに完全着座している。
【００５５】
ここでニードルバルブ７０の着座直前の挙動を把握するために、図４（ａ）中の時間４．４ｍｓ〜４．５ｍｓにおける領域Ｒを拡大した。それが図４（ｂ）である。この図４（ｂ）において、以下の微小な時間区間の各々におけるニードルバルブ７０の速さＶをそれぞれ求めたところ、以下のような結果が得られた。
【００５６】
時間区間［４．４２８ｍｓ〜４．４４７ｍｓ］……Ｖ＝０．５３７ｍ／ｓ
時間区間［４．４４７ｍｓ〜４．４６５ｍｓ］……Ｖ＝０．５４４ｍ／ｓ
時間区間［４．４６５ｍｓ〜４．４８５ｍｓ］……Ｖ＝０．３８５ｍ／ｓ
【００５７】
この結果から、先端ボール部７２がバルブシート３０の着座面３０Ｂに完全着座する直前（図４（ｂ）のＳ１→Ｓ２）でニードルバルブ７０の速さＶが０．５４ｍ／ｓから０．３９ｍ／ｓまで減速していることが分かる。この減速の原因を幾何学的に追及していくと、図３（ａ）の開弁状態から図３（ｃ）の閉弁状態となるまでの間に、図３（ｂ）に示すように、先端ボール部７２が着座面３０Ｂに着座していく過程において、垂直抗力Ｎと、この垂直抗力Ｎに比例した摩擦力Ｆとの合力を受けて減速していることが明らかになった。
【００５８】
もう少し詳細に説明する。図５はニードルバルブ７０下端の先端ボール部７２Ａ，７２Ｂや先端円錐部７２Ａ’，７２Ｂ’がバルブシート３０の着座面３０Ｂでスリップ・イン（※２）する様子を示す図である。
【００５９】
（※２）「スリップ・イン」……ｓｌｉｐ  ｉｎ［英］。「滑り込む」の意。
【００６０】
図２で述べたように、バネ８０の付勢力によりニードルバルブ７０が対角当たりをし、支点Ｐ２で内周面３０Ａに接した先端ボール部７２Ａは内周面３０Ａに沿って下方へと摺動していく。すると今度は図５（ａ）に示すように、先端ボール部７２Ａは最初の着座点Ｓ１でテーパ形状の着座面３０Ｂに接する。そして先端ボール部７２Ａは、最初の着座点Ｓ１から着座面３０Ｂに沿って最終的な着座点Ｓ２までスリップ・インしていく過程で図３（ｂ）の垂直抗力Ｎと摩擦力Ｆとの合力を受けて減速しながら先端ボール部７２Ｂとなって完全着座している。
【００６１】
この挙動は、図５（ｂ）に示すように、テーパ形状の着座面３０Ｂに対し、テーパ形状に形成した先端円錐部７２Ａ’，７２Ｂ’を組み合わせた燃料噴射装置１０の場合も同様であった。ケーシング２０及びバルブシート３０の内部でニードルバルブ７０が遊びを持つように設計されているので、ニードルバルブ７０の対角当たりによって支点Ｐ２と接した先端円錐部７２Ａ’は、内周面３０Ａに沿って下方へと摺動した後に、最初の着座点Ｓ１から着座面３０Ｂに沿って最終的な着座点Ｓ２までスリップ・インしていく過程で減速しながら先端円錐部７２Ｂ’となって完全着座している。
【００６２】
＜ノイズ低減＞
以上の測定結果を踏まえて、われわれ本願発明者は逆に発想し、最初の着座点Ｓ１から最終的な着座点Ｓ２までのスリップ・インの距離を長くしてやることで完全着座する際のニードルバルブ７０の速さＶを、すなわちニードルバルブ７０の運動エネルギーを減じ、ひいてはノイズを低減できるのではないかと考えて、その検証実験を行った。
【００６３】
すなわち燃料噴射装置１０において、バルブシート３０の内周面３０Ａについて直径方向のクリアランス２ｃ（両側）を図６（ａ）の１１μｍから図６（ｂ）のように拡げてやる。するとバルブシート３０の着座面３０Ｂの面積も拡がるため、先端ボール部７２Ａの最初の着座点Ｓ１から、完全着座した先端ボール部７２Ｂの最終的な着座点Ｓ２まで、スリップ・インする距離Ｓ１〜Ｓ２が長くなる。
【００６４】
従来、クリアランス２ｃは、できるだけタイトな方がニードルバルブ７０の挙動が安定すると考え、先端ボール部７２及びバルブシート３０の各加工精度が許容しうる範囲でできるだけ小さな値となるよう設計されている。その値が図６（ａ）の現行品の１１μｍである。この現行品に対し、バルブシート３０の内周面３０Ａのクリアランス２ｃをそれぞれ図６（ｂ）のように拡げてそれぞれ２０μｍ，３０μｍ，５０μｍとした燃料噴射装置１０を試作し、ノイズ測定を行った。
【００６５】
図７は燃料噴射装置１０のノイズ測定の結果を示す表である。ここでは、クリアランス２ｃの他に、図６に示した弁座角度θもパラメータとしており、図７（ａ）〜（ｄ）として、θ＝７０°，９０°，１２０°，１４０°の各々の場合について測定をそれぞれ行っている。
【００６６】
図７（ａ）〜（ｄ）のパラメータ（２ｃ，θ）の各組合せについて得られたＮｏ．１〜Ｎｏ．５の全５回のノイズ測定データの相加平均値を図８にグラフ化する。現行品（２ｃ＝１１μｍ）と比較して、バルブシート３０の内周面３０Ａのクリアランス２ｃを拡げたサンプルＡ〜Ｃでは、サンプルＡ（２ｃ＝２０μｍ）において約１ｄＢ〜１．５ｄＢの（補間から２ｃ＝１５μｍで約１ｄＢ）、サンプルＢ，Ｃ（それぞれ２ｃ＝３０μｍ，５０μｍ）において約１．５ｄＢ〜２ｄＢのノイズ低減効果をそれぞれはっきりと確認することができる。また、弁座角度θ＝７０°〜１４０°のいずれにおいてもほとんど同等のノイズ低減効果が得られ、燃料噴射装置１０の弁座角度θに依存していないことも分かる。
【００６７】
なお以上の検証実験では、燃料噴射装置１０の開弁時にアーマチュア７３がコア部材６０と衝突して発生するノイズも含めて音圧レベルを測定している。閉弁時のノイズは開弁時のノイズよりもやや高音であり、検証実験で測定されたノイズレベルがクリアランス２ｃの値に依存して増減していることから、現状の燃料噴射装置１０では閉弁時のノイズが支配的であることが分かる。この理由により、この実施の形態１では閉弁時のノイズを低減対象としている。
【００６８】
＜クリアランス２ｃの上限値＞
ここで、クリアランス２ｃはどこまで拡大可能か、その上限値設定の一例を開示しておく。
【００６９】
図９は５億回動作耐久試験後における燃料噴射装置１０の動的燃料噴射流量変化率を示す図であり、横軸はクリアランス２ｃ（μｍ）を、縦軸は動的（燃料噴射）流量変化率Δｑ（％，初期比）をそれぞれ表している。
【００７０】
図９の耐久試験では、クリアランス２ｃを２０μｍ，３０μｍ，５０μｍと拡げていくにつれて動的流量変化率Δｑも増加しており、クリアランス２ｃ＝７０μｍになると動的流量変化率Δｑの最小値Ｍｉｎ．が許容下限−３％に達し、許容変動範囲（−３％≦Δｑ≦＋５％）を逸脱するという結果が得られている。このように、クリアランス２ｃの拡大が動的流量変化率Δｑの増加を引き起こす原因は、下記（イ）〜（ハ）のメカニズムによるものと考えられる。
【００７１】
（イ）クリアランス２ｃが拡がり、対角当たりするニードルバルブ７０の傾きが大きくなると、開弁時のニードルバルブ７０上部のアーマチュア７３上端とコア部材６０との衝突角度も増加する。
（ロ）この衝突角度が過大となると、燃料噴射装置１０の動作回数が増えるにつれて、開弁時のアーマチュア７３上端とコア部材６０との密着状態も変化しやすくなる。
（ハ）この密着状態が変化すると、ニードルバルブ７０の閉弁開始応答時間に変化を引き起こし、その結果、動的流量変化率Δｑも増加する。
【００７２】
上記の事情を鑑みると、ノイズ低減のためのクリアランス２ｃの上限値は例えば５０μｍと見積もることができる。
【００７３】
以上見てきたように、この実施の形態１では、閉弁時のニードルバルブ７０の挙動に注目し、完全着座に至るまでのニードルバルブ７０の運動過程でバルブシート３０の着座面３０Ｂ上での先端ボール部７２のスリップ・インを意識的に長くすることにより、閉弁時のニードルバルブ７０の速さＶを、すなわち運動エネルギーを減少させ、閉弁時のノイズ低減を実現している。
【００７４】
バルブシート３０の内周面３０Ａのクリアランス２ｃを例えば１５μｍ〜５０μｍに拡げるだけなので、設備変更がほとんど必要なく、現行の生産工程のセッティング変更だけで実施可能で設計的に導入が容易である。この実施の形態１は、従来のノイズ低減方法を適用した各燃料噴射装置と比較すると、約１ｄＢ〜２ｄＢのノイズ低減が低コストで容易に実現できる点に大きな特長があり、費用対効果から考えて圧倒的に優れていると言える。
【００７５】
＜適用範囲＞
ケーシング２０及びバルブシート３０の内部でニードルバルブ７０が遊びを持っていれば、支点Ｐ１，Ｐ２で必ず対角当たりをする。ニードルバルブ７０が対角当たりをすれば、バルブシート３０の内周面３０Ａのクリアランス２ｃを拡げることでスリップ・インする距離をコントロールすることができ、これにより完全着座の際のニードルバルブ７０の運動エネルギーを減じることができる。つまり、この実施の形態１によるノイズ低減方法は、対角当たりするタイプのニードルバルブ７０を持つ燃料噴射装置１０には全て適用可能である。また、燃料噴射装置１０の基本構成を問わずに実施でき、多種多様な燃料噴射装置に有効に適用することができる。
【００７６】
また以上の説明では、低圧の燃料噴射装置１０の場合について説明してきたが、実施の形態１はこれに限定されるものではなく、直噴エンジン対応の高圧の燃料噴射装置の場合であっても実施可能である。
【００７７】
さらに図５（ａ），（ｂ）でも説明したように、実施の形態１は、ニードルバルブ７０の先端弁部材がボール形状の先端ボール部７２Ａ，７２Ｂであっても良いし、円錐面形状の先端円錐部７２Ａ’，７２Ｂ’であっても良い。ニードルバルブ７０の先端弁部材の形状に依存することなく実施可能である。
【００７８】
さらに以上の説明では、先端ボール部７２とテーパ形状の着座面３０Ｂとの組み合わせをメインとしてきたが、この発明はこれに限定されるものではなく、原理上は、図５（ｂ）に示した先端円錐部７２Ａ’，７２Ｂ’とテーパ形状の着座面３０Ｂとの組み合わせであっても実施可能である。
【００７９】
加えて、着座面３０Ｂもテーパ形状に限定されず、着座面３０Ｂを自由曲面形状としても実施可能である。このようにすることで、ニードルバルブ７０の運動エネルギーを制御するにあたって最適な着座面の形状が得られるようになり、より効果的なノイズ低減が可能になる。
【００８０】
ただし、磨耗を管理する観点から考えると、先端ボール部７２と円錐面形状のバルブシート３０との組み合わせが有利である。
【００８１】
さらに以上の説明では、図７，８で述べた通り、着座面３０Ｂのなす弁座角度θが７０°，９０°，１２０°，１４０°の全ての場合についてノイズ低減効果が確認されており、この実施の形態１は、弁座角度θの値に左右されることなく実施可能である。
【００８２】
さらに、先端ボール部７２とバルブシート３０との磨耗を管理する観点からすると、バルブシート３０の硬度よりも先端ボール部７２の硬度を高くすることが望ましい。
【００８３】
すなわち、スリップ・インの繰り返しによって、先端ボール部７２側が偏磨耗した場合、燃料噴射装置１０の重要な特性の一つである液密性に悪影響が出てしまう。しかし、バルブシート３０が偏磨耗する場合は、図６（ｂ）に示す通り、バルブシート３０の着座面３０Ｂのうち、最終的な着座点Ｓ２を含む水平面Ｍよりも着座面上部３０ＢＵ側が摩耗するだけで、液密性を左右する着座面下部３０ＢＬ側が摩耗することはあり得ない。着座面下部３０ＢＬに先端ボール部７２が接しないことは図６（ｂ）から明らかだからである。
【００８４】
したがって、先端ボール部７２が偏摩耗するよりはバルブシート３０が偏摩耗する方が好ましいので、バルブシート３０よりも先端ボール部７２の硬度を高くし、スリップ・インによる偏摩耗はバルブシート３０側の着座面上部３０ＢＵにのみで発生するようにしておく。このようにすることで、懸念される磨耗に対して、液密性に悪影響を与えることなく、耐久性も劣化することがない。
【符号の説明】
【００８５】
１０  燃料噴射装置、２０  ケーシング（円筒部材）、３０  バルブシート（弁座部材）、３０Ａ  内周面、３０Ｂ  着座面、３０ＢＵ  着座面上部、３０ＢＬ  着座面下部、４０  オリフィスプレート、５０  電磁コイル（磁気回路）、６０  コア部材（磁気回路）、７０  ニードルバルブ（弁体）、７１  スリーブ、７２，７２Ａ，７２Ｂ  先端ボール部（先端弁部材）、７２Ａ’，７２Ｂ’  先端円錐部（先端弁部材）、７３  アーマチュア、８０  バネ（弾性部材）、２ｃ  クリアランス、Ｐ１，Ｐ２  支点、Ｌ  レーザ変位計、Ｓ１  最初の着座点、Ｓ２  最終的な着座点、Ｍ  水平面、Ｎ  垂直抗力、Ｆ  摩擦力、Ｖ  速さ、θ  弁座角度、Φ  直径。
【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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