(57)【要約】【課題】弁部材と固定部材との間の流体によるスクイーズ力を強化して弁部材のバウンドを抑制するとともに、逆スクイーズ力を抑制して応答性の良い燃料噴射弁を提供する。【解決手段】燃料噴射弁１は、先端部に噴孔１２が形成されたボディＢ１〜Ｂ６と、このボディＢ１〜Ｂ６内に配置され、噴孔１２を開閉するノズルニードル１０と、ノズルニードル１０を開閉駆動する磁気回路７０と、ノズルニードル１０と一体となって移動する円板部３０と、円板部３０に対向する第２ボディＢ２、第４ボディＢ４と、ノズルニードル１０の移動に伴い、円板部３０と第４ボディＢ４とが形成する空間Ｓ２内のダンピング液体液量を調整するリング３２、通路３３、を備え、前記調整手段は、第４ボディＢ４に円板部３０が接近する場合に空間Ｓ２内から液体の流出を減少させ、第４ボディＢ４に円板部３０が離間する場合に空間Ｓ２へダンピング液体を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に噴孔が形成されたノズルボディと、
ノズルボディ内に配置され、噴孔を開閉するニードルと、
前記ニードルを開閉駆動する駆動手段と、
前記ニードルと一体となって移動する円板部と、
前記円板部に対向するように前記ノズルボディに形成された固定部と、
前記ニードルの移動に伴い、前記円板部と前記固定部とが形成する空間の液量を調整する調整手段と、
を備え、
前記調整手段は、前記固定部に前記円板部が接近する場合に前記空間内から前記液体の流出を減少させ、前記固定部から前記円板部が離間する場合に前記空間へ前記液体を供給することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記調整手段は、
前記空間と前記液体が満たされた部屋とを接続する通路と、
当該通路の開口部を開閉する開閉弁と、
を前記円板部または／及び前記固定部に備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記通路は、前記円板部または／及び前記固定部にリング状に形成された溝に開口し、
前記開閉弁は、前記溝に配置されたリング部材であることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記ニードルの最大リフト時に前記円板部と前記固定部との間隔が５から１０μｍに維持されるようにストッパが組み込まれていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体または気体燃料を噴射するための燃料噴射弁に関し、特に、開弁時及び閉弁時の弁部材のバウンドを抑制する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射弁は、ノズルボディ内に備えた弁部材を移動することにより開弁し、ノズルボディ内に蓄えられた燃料を噴射する。開閉動作する弁部材は、閉弁時に弁座部へ打ち付けられ、その衝撃によりバウンドする。弁部材がバウンドすることにより、所定の噴射時期以外で開弁状態となり、燃料が噴射されてしまうことがある。
【０００３】
このような弁部材のバウンドの低減を図るために弁部材と弁座部との間に存在する流体の抗力を利用することが知られている。弁部材と弁座部との間の距離を小さくするに従って、抗力（スクイーズ力）が大きくなり、弁部材のバウンドを低減することができる。一方、弁部材と弁座部との距離が小さくなるほど流体の吸着力（逆スクイーズ力）により、弁部材の移動が阻害され、弁部材の移動に遅れが生じる。
【０００４】
特許文献１に開示されている燃料噴射弁では、弁部材の軸部と一体に形成されたアーマチャと固定部材との距離Ｄに上限と下限を設定している。このアーマチャと固定部材との距離Ｄに上限を設定することにより、アーマチャと固定部材との互いに対向する面の間に挟み込まれた燃料によるスクイーズ力が増加し、弁部材の着座時の衝撃が低減され、弁部材のバウンドが低減される。一方、アーマチャと固定部材との距離Ｄに下限を設定することにより、アーマチャと固定部材との間に存在する燃料により発生する逆スクイーズ力が低減され、弁部材の駆動遅れを防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１３９１６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、弁部材のバウンドを抑制するスクイーズ力と、弁部材の駆動遅れの原因となる逆スクイーズ力とは、いずれも燃料を挟み込む平板間の距離に反比例して増加することが知られている。従って、スクイーズ力を強めようとして平板間距離を縮小すると、逆スクイーズ力も同時に強化される。このため、平板間の距離を設定するだけでは、弁部材のバウンドを抑制し、弁部材の駆動遅れを解決することにならない。
【０００７】
そこで、本発明は、弁部材と固定部材との間の流体によるスクイーズ力を強化して弁部材のバウンドを抑制するとともに、逆スクイーズ力を抑制して応答性の良い燃料噴射弁を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決する本発明の燃料噴射弁は、先端部に噴孔が形成されたノズルボディと、ノズルボディ内に配置され、噴孔を開閉するニードルと、前記ニードルを開閉駆動する駆動手段と、前記ニードルと一体となって移動する円板部と、前記円板部に対向するように前記ノズルボディに形成された固定部と、前記ニードルの移動に伴い、前記円板部と前記固定部とが形成する空間の液量を調整する調整手段と、を備え、前記調整手段は、前記固定部に前記円板部が接近する場合に前記空間内から前記液体の流出を減少させ、前記固定部から前記円板部が離間する場合に前記空間へ前記液体を供給することを特徴とする。
【０００９】
このような構成とすることにより、円板部が固定部に接近する場合に生じるスクイーズ力を高い状態で保ち、円板部が固定部から離間する場合に生じる逆スクイーズ力を抑制することができる。このように高いスクイーズ力によりニードルの移動に伴い発生する弁部材のバウンドを低減し、逆スクイーズ力を抑制してニードルの駆動遅れを解消して燃料噴射弁の応答性を向上することができる。
【００１０】
上記燃料噴射弁において、前記調整手段は、前記空間と前記液体が満たされた部屋とを接続する通路と、当該通路の開口部を開閉する開閉弁と、を前記円板部または／及び前記固定部に備えた構成とすることができる。
【００１１】
このような通路は、円板部と固定部とが形成する空間へ液体を供給することができる。これにより、円板部が固定部から離間する場合に生じる逆スクイーズ力を抑制し、ニードルの駆動遅れを抑制できる。開閉弁は、円板部が固定部に接近する場合に通路の開口部を塞ぐことにより、スクイーズ力が高い状態で維持され、弁部材のバウンドを低減することができる。また、円板部及び固定部のいずれにも備えることにより、ニードルのリフトアップ時、ダウン時の双方でスクイーズ力、逆スクイーズ力が得られ、弁部材のバウンドを低減し、良好な応答性を得ることができる。
【００１２】
さらに、このような調整手段において、前記通路は、前記円板部または／及び前記固定部にリング状に形成された溝に開口し、前記開閉弁は、前記溝に配置されたリング部材とすることができる。
【００１３】
また、上記燃料噴射弁は、前記ニードルの最大リフト時に前記円板部と前記固定部との間隔が５から１０μｍに維持されるようにストッパが組み込まれている構成とすることができる。
【００１４】
このような構成とすることにより、円板部と固定部との付着が防がれるとともに、大きなスクイーズ力を得て、弁部材のバウンドを低減できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料噴射弁は、弁部材と固定部材との間の流体によるスクイーズ力を強化して弁部材のバウンドを抑制するとともに、逆スクイーズ力を抑制して噴射遅れを防ぎ応答性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の燃料噴射弁を示した説明図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ断面を示した説明図である。
【図３】円板部に配置したリングの作用を説明した説明図であって、（ａ）はノズルニードルが開弁する方向に移動する場合を示し、（ｂ）はノズルニードルが閉弁する方向に移動する場合を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１８】
本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例の燃料噴射弁１を示した説明図である。燃料噴射弁１は、先端側から順に第１ボディＢ１、第２ボディＢ２、第３ボディＢ３、第４ボディＢ４、第５ボディＢ５、第６ボディＢ６を備えている。これらは、図示しない締結部材により締結されている。第１ボディＢ１、第２ボディＢ２、第３ボディＢ３、第４ボディＢ４の内部にはノズルニードル１０が収容されている。なお、各部の説明において、先端側とは、燃料噴射弁１の先端側、すなわち第１ボディＢ１が位置する側を示し、基端側とは、燃料噴射弁１の基端側、すなわち第６ボディＢ６が位置する側を示す。
【００１９】
ノズルニードル１０は、第１ボディＢ１内において摺動可能に配置されている。第１ボディＢ１には、シート部１１、噴孔１２、第１燃料通路１３、燃料溜り１４、第２燃料通路１５が形成されている。第２燃料通路１５は、燃料の供給口１７と接続した第３燃料通路１６と接続している。ノズルニードル１０の先端部がシート部１１に着座すると噴孔１２が塞がれる。噴孔１２が塞がれた状態では、第３燃料通路１６を通過して供給される燃料が、第１燃料通路１３、燃料溜り１４、第２燃料通路１５内に封入される。後述する磁気回路７０の作動により、ノズルニードル１０が基端側へ移動し、シート部１１から離座すると燃料溜り１４等に封入されていた燃料が噴孔１２から噴射される。
【００２０】
さらに、第１ボディＢ１のノズルニードル１０が摺動する基端側には、ストッパ２１により位置決めされたパッキン２０が設けられている。このパッキン２０よりも先端側には燃料が封入され、基端側にはダンピング液体が封入されている。このパッキン２０は、燃料とダンピング液体とを分離し、混合を防止する。また、ダンピング液体は、シリコンオイル等の粘性の高い液体を用いる。
【００２１】
ノズルニードル１０には軸部分よりも拡径された円板部３０が設けられている。この円板部３０は第３ボディＢ３の位置に対応している。この円板部３０はノズルニードル１０と一体に移動する。円板部３０に対向するように配置されている第２ボディＢ２の基端面と第４ボディＢ４の基端面とは本発明の固定部に相当する。第２ボディＢ２の基端側の面と円板部３０の先端側の面とにより挟まれて空間Ｓ１が形成されている。また、第４ボディＢ４の先端側の面と円板部３０の基端側の面とにより挟まれて空間Ｓ２が形成されている。円板部３０の外周と、第３ボディＢ３との間には空間３４が設けられており、空間３４内にはダンピング液体が充填されている。円板部３０の基端側の面にはリング状溝３１が設けられている。また、円板部３０には、空間３４とリング状溝３１の底部とを接続し、ダンピング液体の往来を可能とする通路３３が形成されている。さらに、リング状溝３１には通路３３の開口部を遮断、開放する弁の働きをするリング３２が収容されている。このリング３２は通路３３の開口部を開閉することで、空間Ｓ２のダンピング液体の液量を調整する。
【００２２】
第２ボディＢ２の基端側にも円板部３０と同様のリング状溝４０が設けられている。また、第２ボディＢ２には、空間３４とリング状溝４０の底部とを接続し、ダンピング液体の往来を可能とする通路４２が形成されている。リング状溝４０には通路４２の開口部を遮断、開放する弁の働きをするリング４１が収納されている。このリング４１は通路４２の開口部を開閉することで、空間Ｓ１のダンピング液体の液量を調整する。また、第２ボディＢ２のノズルニードル１０側に環状溝４３が設けられている。また、第２ボディＢ２には、環状溝４３と空間３４とを接続する通路４４が設けられている。この環状溝４３と通路４４とは、第２ボディＢ２とノズルニードル１０との間のクリアランスを通るダンピング液体を空間３４へ戻す。
【００２３】
第４ボディＢ４には円錐穴５０が設けられ、円錐穴５０内部にはストッパ球５１が収納されている。ノズルニードル１０がリフトした際、円板部３０がストッパ球５１に当接してノズルニードル１０のリフトが規制される。この円錐穴５０とストッパ球５１とにより、ノズルニードル１０が最大リフトした時点で、円板部３０の基端側の面３０ａと第４ボディＢ４の先端側の面Ｂ４ａとの間隔が５から１０μｍに維持される。この間隔を維持することにより、円板部３０が第４ボディＢ４に付着することが防がれるとともに、大きなスクイーズ力を発生することができる。
【００２４】
ここで、ストッパ球５１の配置について詳細に説明する。図２は、図１のＸ−Ｘ断面を示した説明図である。ストッパ球５１は、ストッパ球５１が円板部３０に及ぼす力が均等に伝わるように、全周均等割り（図２では３分割）をした円板部３０の外周部に配置されている。また、空間３４とリング状溝３１とを接続する通路３３は、複数形成されることにより、ダンピング流体の流れる流路面積が拡大され、ダンピング流体の流れの抵抗を低下している。
【００２５】
第５ボディＢ５には、コマンドピストン６０が収納されている。コマンドピストン６０の先端側のフランジ６１とノズルニードル１０の基端側のフランジ６２とはストッパ６３により締結されており、ノズルニードル１０とコマンドピストン６０とが一体となって移動する。ストッパ６３の基端側に形成されたスプリング室６４にスプリング６５が収容されている。このスプリング６５はストッパ６３、コマンドピストン６０を介して、ノズルニードル１０を先端側に付勢し、シート部１１に着座させる。通路６６は、空間３４とスプリング室６４とを接続し、ダンピング液体の往来を可能とする。これにより、スプリング室６４はダンピング液体で充填される。
【００２６】
第６ボディＢ６には磁気回路７０が収容されている。磁気回路７０はアーマチャ７１、内部ステータ７２、外部ステータ７３、ボビン７４、コイル７５を備えている。アーマチャ７１は、コマンドピストン６０の基端側に締結されている。内部ステータ７２、外部ステータ７３、ボビン７４、コイル７５はストッパ７６により第６ボディＢ６に固定される。コイル７５は、図示しない駆動回路と電気的に接続されている。駆動回路からコイル７５に通電することにより、アーマチャ７１が内部ステータ７２に引き寄せられる。アーマチャ７１が締結されたコマンドピストン６０と、コマンドピストン６０と一体のノズルニードル１０が基端側へ移動する。これにより、ノズルニードル１０がシート部１１から離座して噴孔１２が開通する。
【００２７】
また、第６ボディＢ６内部の磁気回路７０の先端側には空間７７が設けられている。通路７８は、空間７７とスプリング室６４とを接続し、ダンピング液体の往来を可能としている。これにより、空間７７の基端側の磁気回路７０の周囲にダンピング液体が充填され、コイル７５の冷却が促進される。なお、第６ボディＢ６は非磁性体からなり、磁気回路７０からの磁束の漏れを低減し、磁気回路７０の性能を高める。
【００２８】
さらに、第５ボディＢ５には液体調圧機構８０が設けられている。液体調圧機構８０は、燃料の圧力が変化した際、ダンピング液体の圧力を燃料の圧力に追随して変化させて、燃料の圧力とダンピング液体の圧力とを常時等しく保つ働きをする。液体調圧機構８０は、隔膜支持体８１と隔膜８３を備える。隔膜８３は袋状の弾性体（ゴム等）であり、隔膜８３内部の内部空間８６は通路８７により空間７７と接続されて、ダンピング液体の往来が可能となっている。一方、隔膜８３外部の外部空間８８には第３燃料通路１６から分岐した第４燃料通路８９を通じて燃料が供給される。隔膜８３の一部にはリング状に膨らんだ隔膜シール部８４が設けられている。隔膜シール部８４はストッパ８５で隔膜支持体８１に固定され、内部空間８６と外部空間８８との間の液体の漏れを防ぎ、ダンピング液体と燃料との混合を防ぐ。また、隔膜支持体８１と第５ボディＢ５との間にはＯリング８２が設けられシールされている。
【００２９】
この液体調圧機構８０において、ダンピング液体の圧力が変化すると、ダンピング液体の弾性率に従いダンピング液体の体積が変化する。また、ダンピング液体内に気体が含まれていると、ダンピング液体の圧力変化に従い、ダンピング液体中の気体の体積も変化する。このようなダンピング液体と気体の体積変化を弾性体からなる隔膜８３が変形して吸収する。液体調圧機構８０により、燃料とダンピング液体の圧力が等しく保たれていると、燃料噴射弁１内において燃料とダンピング液体を隔離しているもう一箇所のパッキン２０において、燃料とダンピング液体の漏れを防止することができる。
【００３０】
次に、リング３２の作用を説明する。図３はリング３２の作用を説明したものである。図３（ａ）はノズルニードル１０が開弁する方向、すなわち、基端側に移動する場合を示し、図３（ｂ）はノズルニードル１０が閉弁する方向、すなわち、先端側に移動する場合を示している。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）では、円錐穴５０、ストッパ球５１を省略している。
【００３１】
ノズルニードル１０が開弁することにより、円板部３０の基端側面３０ａと第４ボディＢ４の先端側面Ｂ４ａとの距離が接近する。円板部３０の基端側面３０ａと第４ボディＢ４の先端側面Ｂ４ａとの距離が５０μｍ程度まで接近すると、円板部３０の基端側面３０ａと第４ボディＢ４の先端側面Ｂ４ａとに挟まれた空間Ｓ２内のダンピング液体は、ノズルニードル１０の上昇に伴い加圧され（スクイーズ現象）、円板部３０の基端側面３０ａに先端向きの力（スクイーズ力）が作用する。この力は、ノズルニードル１０の上昇速度を減少させ、円板部３０がストッパ球５１に着座する際の衝撃を減らし、ノズルニードル１０の開弁時のバウンス発生を抑制する。このとき、空間Ｓ２内のダンピング液体の圧力により、リング３２は通路３３の開口部を塞ぐ。これにより、空間Ｓ２内のダンピング液体の逃げ道が円板部３０の中心方向（矢示Ａ）と外周方向（矢示Ｂ）とに限定され、空間Ｓ２からのダンピング液体の流出が減少する。このように、空間Ｓ２内のダンピング液体の量が調整され、円板部３０全面に亘って高い油圧による力を発生させて高いスクイーズ力が得られる。
【００３２】
一方、ノズルニードル１０が閉弁する場合、図３（ｂ）に示すように、円板部３０の基端側面３０ａと第４ボディＢ４の先端面Ｂ４ａに挟まれた空間Ｓ２内のダンピング液体はノズルニードル１０の先端側への移動に伴い減圧される（逆スクイーズ現象）。これにより、円板部３０の基端側面３０ａに基端側に向かって働く力が作用する（逆スクイーズ力）。この力はノズルニードル１０の閉弁方向への移動速度を減少させ、ノズルニードル１０の応答性を阻害するため、小さいことが望ましい。この逆スクイーズ現象が生じると空間Ｓ２内のダンピング液体の減圧によりリング３２は通路３３の開口部を開くように動作する。これにより、減圧された空間Ｓ２内へダンピング液体を供給する経路、すなわち、円板部３０の中心方向（矢示Ｃ）と外周方向（矢示Ｄ）の２経路に加え、通路３３、リング状溝３２を経由する経路（矢示Ｅ）が増加する。これにより、円板部３０には局所的に小さく減圧された領域が生じるだけで、発生する油圧による力、すなわち逆スクイーズ力は小さく抑えられる。
【００３３】
また、第２ボディＢ２の基端側に配置されたリング４１も、リング３２の作用と同様であり、同様の効果を奏する。すなわち、ノズルニードル１０の閉弁時に空間Ｓ１内からのダンピング液体の流出を減少させて、基端側へ向かうスクイーズ力を得て、ノズルニードル１０の下降速度を減少させ、ノズルニードル１０がシート部１１に着座する際の衝撃を減らす。また、ノズルニードル１０の開弁時に空間Ｓ１内へのダンピング液体の供給経路を増加して、円板部３０に先端側に向かって働く逆スクイーズ力を減少させる。これにより、開弁時の応答性を向上する。
【００３４】
このように本発明の燃料噴射弁１では、リング３２、リング４１の動作により平面間のダンピング液体の調整が行われ、ノズルニードル１０の開弁時、閉弁時の両方で、高いスクイーズ力を発生させ、逆スクイーズ力を抑制することが同時に得られる。これにより、燃料噴射弁１は、ノズルニードル１０のバウンドを抑制するとともに、優れた応答性を有する。また、実施例では、燃料とは別にダンピング液体を用いた例を示したが燃料が液体の場合、ダンピング液体として燃料そのものを用いることができる。その際、パッキン２０、ストッパ２１、液体調圧機構８０は不要であり、空間３４、スプリング室６４、空間７７等ダンピング液体を充填していたところには燃料が充填される。
【００３５】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００３６】
１  燃料噴射弁
１０  ノズルニードル
１２  噴孔
３０  円板部
３４  空間
５０  円錐溝
５１  ストッパ球
７０  磁気回路
Ｂ１  第１ボディ
Ｂ２  第２ボディ
Ｂ３  第３ボディ
Ｂ４  第４ボディ
Ｂ５  第５ボディ
Ｂ６  第６ボディ
Ｓ１、Ｓ２  空間
【図１】
2011106374.tif 000003
【図２】
2011106374.tif 000004
【図３】
2011106374.tif 000005