(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、弁体と弁座との当接部における油密性能を高めることができ、且つ燃料油膜による弁体と弁座との張り付き力を低減することができる燃料噴射弁を提供することにある。【解決手段】  燃料噴射弁は、弁座１５ｂが形成された弁座面１５ｖと、閉弁時に弁座１５ｂと当接する部位に半径Ｒ１の球面部を有する弁体２７ｃと、弁座面１５ｖに形成された半径Ｒ２の球面部で構成される環状溝１５ｇと、を備える。半径Ｒ２は半径Ｒ１よりも大きい。弁座１５ｂは環状溝１５ｇの縁部に設けられる。閉弁時に、弁体２７ｃと環状溝１５ｇの溝面との間に、微小な隙間Ｇｐが構成される。【選択図】図４
2019112984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁座が形成された弁座面と、
閉弁時に前記弁座と当接する部位に半径Ｒ１の球面部を有する弁体と、
前記弁座面に形成された半径Ｒ２の球面部で構成される環状溝と、
を備え、
前記半径Ｒ２は前記半径Ｒ１よりも大きく、
前記弁座は前記環状溝の縁部に設けられ、
閉弁時に前記弁体と前記環状溝の溝面との間に構成される隙間を有する燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射弁において、
前記弁座が設けられる前記環状溝の前記縁部は、燃料が流れる方向の下流側に位置する下流側縁部であり、
前記隙間は、前記弁座が設けられる前記下流側縁部に対して上流側に設けられる燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料噴射弁において、
前記隙間は、閉弁時における前記隙間の寸法が前記環状溝の前記下流側縁部から上流側縁部に向かって漸増する燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料噴射弁において、
前記環状溝を構成する球面部の中心は、閉弁時における前記弁体の球面部の中心位置に対して、燃料噴射弁の基端側に位置する燃料噴射弁。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料噴射弁において、
前記環状溝を構成する球面部の前記中心は、開弁時における前記弁体の球面部の中心位置に対して、燃料噴射弁の先端側に位置する燃料噴射弁。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料噴射弁において、
前記弁座面は円錐面で構成され、
前記隙間の寸法は、前記弁座から前記円錐面の母線に沿って上流側に離れる際の増加率が、前記環状溝が無い場合の増加率よりも小さい燃料噴射弁。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料噴射弁において、
前記弁座は、前記環状溝が無い場合に弁座が構成される仮想位置に対して、下流側に位置する燃料噴射弁。
【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】
本技術分野の背景技術として、特開２００１−１７３８０４号公報（特許文献１）に記載された燃料噴射弁が知られている。この燃料噴射弁は、ノズルボディとバルブニードルとを組み付け、弁座部と当接部とが当接している閉弁状態のときにバルブニードルの反当接部側から軸線方向に当接部側へ荷重を加え、当接部を弁座部へくい込ませ弁座部および当接部を変形させている。弁座部および当接部の変形により弁座部には溝部が形成され、当接部は溝部の形状に対応する外部形状となる。その結果、溝部の形状と当接部の外部形状とはならされ、弁座部と当接部との間には隙間が発生せず、閉弁時における弁座部と当接部との密閉度が向上する（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１７３８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料噴射弁では、弁体を球面とし、弁座面を円錐面（円錐台の側面）とする構造が、一般的に知られている。このような構造では、弁体と弁座との接触状態が線接触に近づき、燃料油膜による弁体と弁座との張り付き力を低減することができる。その結果、開弁時に、弁体が弁座から離れる動作を、素早く開始することができる。その一方で、弁体と弁座との接触状態が線接触である場合、燃料が流れる方向における、弁体と弁座との接触長さ（接触幅）が短くなるため、油密性能の向上に課題がある。
【０００５】
特許文献１の燃料噴射弁では、弁座面の溝部の形状と弁体の当接部の外部形状とがならされ、弁座部と当接部との間には隙間が発生しないため、油密性能を向上することが容易である。その一方で、弁体と弁座との接触長さ（接触幅）が長くなり、弁体と弁座との接触状態が面接触となり、燃料油膜による弁体と弁座との張り付き力が大きくなる。その結果、開弁時に、弁体が弁座から離れる動作を、素早く開始することが難しくなる。
【０００６】
本発明の目的は、弁体と弁座との当接部における油密性能を高めることができ、且つ燃料油膜による弁体と弁座との張り付き力を低減することができる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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の燃料噴射弁は、
弁座が形成された弁座面と、
閉弁時に前記弁座と当接する部位に半径Ｒ１の球面部を有する弁体と、
前記弁座面に形成された半径Ｒ２の球面部で構成される環状溝と、
を備え、
前記半径Ｒ２は前記半径Ｒ１よりも大きく、
前記弁座は前記環状溝の縁部に設けられ、
閉弁時に前記弁体と前記環状溝の溝面との間に構成される隙間を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、弁体と弁座との当接部における油密性能を高めることができ、且つ燃料油膜による弁体と弁座との張り付き力を低減することができる燃料噴射弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る燃料噴射弁１の一実施例について、中心軸線１ｘに平行で、且つ中心軸線１ｘを含む断面を示す断面図である。
【図２】図１に示す可動子２７の近傍を拡大して示す断面図である。
【図３】図２に示すノズル部８の近傍を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明に係る燃料噴射弁１の一実施例について、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの接触部の近傍における、中心軸線１ｘに平行で、且つ中心軸線１ｘを含む断面を示す概念図である。
【図５】本発明との比較例１における弁体２７ｃと弁座１５ｂ’との接触部の近傍を示す断面図である。
【図６】本発明との比較例２における弁体２７ｃと弁座１５ｂとの接触部の近傍を示す断面図である。
【図７】本発明との比較例３における弁体２７ｃと弁座１５ｂとの接触部の近傍を示す断面図である。
【図８】図４に示す断面において、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの接触力の関係を説明する概念図である。
【図９】本発明に係る燃料噴射弁１が搭載された内燃機関の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る実施例について、図１乃至図３を用いて説明する。
【００１１】
図１を参照して、燃料噴射弁１の全体構成について説明する。図１は、本発明に係る燃料噴射弁１の一実施例について、中心軸線１ｘに平行で、且つ中心軸線１ｘを含む断面を示す断面図である。なお、符号１ｘは、燃料噴射弁１の中心軸線を示す。可動子２７の軸心（弁軸心）２７ｘは中心軸線１ｘに一致するように配置され、筒状体５及び弁座部材１５の中心軸線と一致している。
【００１２】
図１において、燃料噴射弁１の上端部（上端側）を基端部（基端側）と呼び、下端部（下端側）を先端部（先端側）と呼ぶ場合がある。基端部（基端側）及び先端部（先端側）という呼び方は、燃料の流れ方向或いは燃料配管に対する燃料噴射弁１の取り付け構造に基づいている。また、本明細書において説明される上下関係は図１を基準とするもので、燃料噴射弁１を内燃機関に搭載した実装状態における上下方向とは関係がない。
【００１３】
燃料噴射弁１には、金属材製の筒状体（筒状部材）５によって、その内側に燃料流路（燃料通路）３がほぼ中心軸線１ｘに沿うように構成されている。筒状体５は、磁性を有するステンレス等の金属素材を用い、深絞り加工等のプレス加工により中心軸線１ｘに沿う方向に段付きの形状に形成されている。これにより、筒状体５は、一端側５ａの径が他端側５ｂの径に対して大きくなっている。
【００１４】
筒状体５の基端部には燃料供給口２が設けられ、この燃料供給口２に、燃料に混入した異物を取り除くための燃料フィルタ１３が取り付けられている。
【００１５】
筒状体５の基端部は径方向外方に向けて拡径するように曲げられた鍔部（拡径部）５ｄが形成され、鍔部５ｄとカバー４７の基端側端部４７ａとで形成される環状凹部（環状溝部）４にＯリング１１が配設されている。
【００１６】
筒状体５の先端部には、弁体２７ｃと弁座部材１５とからなる弁部７が構成されている。弁座部材１５は、筒状体５の先端部の内周側に圧入され、レーザ溶接１９により筒状体５に固定されている。レーザ溶接１９は、筒状体５の外周側から全周に亘って実施されている。
【００１７】
弁座部材１５にはノズルプレート２１ｎが固定され、弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎはノズル部８を構成する。弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎは、弁座部材１５が筒状体５の内周面５ｇ（図３参照）に挿入されて固定されることにより、筒状体５の先端側に組み付けられている。
【００１８】
本実施例の筒状体５は、燃料供給口２が設けられる部分から弁座部材１５及びノズルプレート２１ｎが固定される部分までが一部材で構成されている。筒状体５の先端側部分はノズル部８を保持するノズルホルダを構成する。本実施例では、ノズルホルダが筒状体５の基端側部分と共に一部材で構成されている。
【００１９】
筒状体５の中間部には弁体２７ｃを駆動するための駆動部９が配置されている。駆動部９は電磁アクチュエータ（電磁駆動部）で構成されている。
【００２０】
具体的には、駆動部９は、筒状体５の内部（内周側）に固定された固定鉄心（固定コア）２５と、筒状体５の内部において固定鉄心２５に対して先端側に配置された可動子（可動部材）２７と、筒状体５の外周側に外挿された電磁コイル２９と、電磁コイル２９の外周側で電磁コイル２９を覆うヨーク３３と、を備える。
【００２１】
可動子２７は、弁体２７ｃ、ロッド部（接続部）２７ｂ及び可動鉄心２７ａが一体に設けられて構成される。可動子２７は基端側に固定鉄心２５と対向する可動鉄心（可動コア）２７ａを有し、中心軸線１ｘに沿う方向に移動可能に組み付けられている。また電磁コイル２９は、固定鉄心２５と可動鉄心２７ａとが微小ギャップδ１を介して対向する位置の外周側（径方向外方）に配置されている。これにより、可動鉄心２７ａ及び固定鉄心２５は、相互間に電磁力を働かせて弁体２７ｃを駆動する。
【００２２】
筒状体５の内側には可動子２７及び固定鉄心２５が収容されており、筒状体５は固定鉄心２５と当接すると共に、可動鉄心２７ａの外周面と対向して可動鉄心２７ａ及び固定鉄心２５を囲繞するハウジングを構成している。すなわち筒状体５は、可動鉄心２７ａ及び固定鉄心２５を内包している。
【００２３】
可動鉄心２７ａと固定鉄心２５とヨーク３３とは、電磁コイル２９に通電することにより生じる磁束が流れる閉磁路を構成する。磁束は微小ギャップδ１を通過するが、微小ギャップδ１の部分で筒状体５を流れる漏れ磁束を低減するため、筒状体５の微小ギャップδ１に対応する位置に、非磁性部或いは筒状体５の他の部分よりも弱磁性の弱磁性部５ｃが設けられている。以下、この非磁性部或いは弱磁性部５ｃは、単に非磁性部５ｃと呼んで説明する。
【００２４】
電磁コイル２９は、樹脂材料で筒状に形成されたボビン３１に巻回され、筒状体５の外周側に外挿されている。電磁コイル２９はコネクタ４１に設けられたターミナル４３に電気的に接続されている。コネクタ４１には図示しない外部の駆動回路が接続され、ターミナル４３を介して、電磁コイル２９に駆動電流が通電される。
【００２５】
固定鉄心２５は、磁性金属材料からなる。固定鉄心２５は筒状に形成され、中心部を中心軸線１ｘに沿う方向に貫通する貫通孔２５ａを有する。貫通孔２５ａは、可動鉄心２７ａの上流側の燃料通路（上流側燃料通路）３を構成する。固定鉄心２５は、筒状体５の小径部５ｂの基端側に圧入固定され、筒状体５の中間部に位置している。小径部５ｂの基端側に大径部５ａが設けられていることにより、固定鉄心２５の組付けが容易になる。固定鉄心２５は溶接により筒状体５に固定してもよいし、溶接と圧入を併用して筒状体５に固定してもよい。
【００２６】
可動鉄心２７ａは円環状の部材である。弁体２７ｃは弁座１５ｂ（図３参照）と当接する部材である。弁座１５ｂ及び弁体２７ｃは協働して燃料噴射孔５１の上流側で燃料通路を開閉する。ロッド部２７ｂは細長い円筒形状であり、可動鉄心２７ａと弁体２７ｃとを接続する接続部である。可動鉄心２７ａは、弁体２７ｃと連結され、固定鉄心２５との間に作用する磁気吸引力によって、弁体２７ｃを開閉弁方向に駆動するための部材である。
【００２７】
本実施例では、可動鉄心２７ａとロッド部２７ｂとが固定されているが、可動鉄心２７ａとロッド部２７ｂとが相対変位可能に連結された構成であってもよい。
【００２８】
本実施例では、ロッド部２７ｂと弁体２７ｃとを別部材で構成し、ロッド部２７ｂに弁体２７ｃを固定している。ロッド部２７ｂと弁体２７ｃとの固定は、圧入又は溶接により行われる。ロッド部２７ｂと弁体２７ｃとは一つの部材で一体化されて構成されてもよい。
【００２９】
ロッド部２７ｂは円筒形状であり、ロッド部２７ｂの上端が可動鉄心２７ａの下端部に開口し、軸方向に延設された孔２７ｂａを有する。ロッド部２７ｂには内側（内周側）と外側（外周側）とを連通する連通孔（開口部）２７ｂｏが形成されている。ロッド部２７ｂの外周面と筒状体５の内周面との間には燃料室３７が形成されている。
【００３０】
固定鉄心２５の貫通孔２５ａにはばね部材３９が設けられている。本実施例では、ばね部材３９はコイルばねで構成される。以下、コイルばね３９と呼んで説明する。
【００３１】
コイルばね３９の一端は、可動鉄心２７ａの内側に設けられたばね座２７ａｇに当接している。コイルばね３９の他端部は、固定鉄心２５の貫通孔２５ａの内側に配設されたアジャスタ（調整子）３５に当接している。コイルばね３９は、可動鉄心２７ａに設けられたばね座２７ａｇとアジャスタ（調整子）３５の下端（先端側端面）との間に、圧縮状態で配設されている。
【００３２】
コイルばね３９は、弁体２７ｃが弁座１５ｂに当接する方向（閉弁方向）に可動子２７を付勢する付勢部材として機能している。中心軸線１ｘに沿う方向におけるアジャスタ３５の位置を貫通孔２５ａ内で調整することにより、コイルばね３９による可動子２７（すなわち弁体２７ｃ）の付勢力が調整される。
【００３３】
アジャスタ３５は、中心部を中心軸線１ｘに沿う方向に貫通する燃料流路３を有する。燃料供給口２から供給された燃料は、アジャスタ３５の燃料流路３を流れた後、固定鉄心２５の貫通孔２５ａの先端側部分の燃料流路３に流れ、可動子２７内に構成された燃料流路３に流れる。
【００３４】
ヨーク３３は、磁性を有する金属材料でできており、燃料噴射弁１のハウジングを兼ねている。ヨーク３３は大径部３３ａと小径部３３ｂとを有する段付きの筒状に形成されている。大径部３３ａは電磁コイル２９の外周を覆って円筒形状を成しており、大径部３３ａの先端側に大径部３３ａよりも小径の小径部３３ｂが形成されている。小径部３３ｂは筒状体５の小径部５ｂの外周に圧入又は挿入されている。これにより、小径部３３ｂの内周面は筒状体５の外周面に緊密に接触している。このとき、小径部３３ｂの内周面の少なくとも一部は、可動鉄心２７ａの外周面と筒状体５を介して対向しており、この対向部分に形成される磁路の磁気抵抗を小さくしている。
【００３５】
ヨーク３３の先端側端部の外周面には周方向に沿って環状凹部３３ｃが形成されている。環状凹部３３ｃの底面に形成された薄肉部において、ヨーク３３と筒状体５とがレーザ溶接２４により全周に亘って接合されている。
【００３６】
筒状体５の先端部にはフランジ部４９ａを有する円筒状のプロテクタ４９が外挿され、筒状体５の先端部がプロテクタ４９によって保護されている。プロテクタ４９はヨーク３３のレーザ溶接部２４の上を覆っている。
【００３７】
プロテクタ４９のフランジ部４９ａと、ヨーク３３の小径部３３ｂと、ヨーク３３の大径部３３ａと小径部３３ｂとの段差面とによって環状溝３４が形成され、環状溝３４にＯリング４６が外挿されている。Ｏリング４６は、燃料噴射弁１が内燃機関に取り付けられる際に、内燃機関側に形成された挿入口の内周面とヨーク３３における小径部３３ｂの外周面との間で液密及び気密を確保するシールとして機能する。
【００３８】
燃料噴射弁１の中間部から基端側端部の近傍までの範囲に、樹脂カバー４７がモールドされている。樹脂カバー４７の先端側端部はヨーク３３の大径部３３ａの基端側の一部を被覆している。また、樹脂カバー４７を形成する樹脂によりコネクタ４１が一体的に形成されている。
【００３９】
図２を参照して、可動子２７近傍の構成について、詳細に説明する。図２は、図１に示す可動子２７の近傍を拡大して示す断面図である。
【００４０】
本実施例では、可動鉄心２７ａとロッド部２７ｂとが一部材で一体に形成されている。可動鉄心２７ａの上端面（上端部）２７ａｂの中央部には、下端側に向けて窪んだ凹部２７ａａが形成されている。凹部２７ａａの底部２７ａｇにはばね座が形成され、コイルばね３９の一端（先端側端部）が底部２７ａｇに支持されている。さらに、凹部２７ａａの底部２７ａｇには、ロッド部２７ｂの孔２７ｂａの内側に連通する開口部２７ａｆが形成されている。開口部２７ａｆは、固定鉄心２５の貫通孔２５ａから凹部２７ａａ内の空間２７ａｉに流入した燃料を、ロッド部２７ｂの孔２７ｂａの内側の空間２７ｂｉに流す燃料通路を構成する。
【００４１】
本実施例では、ロッド部２７ｂと可動鉄心２７ａとを一部材で構成しているが、別々の部材で構成したものを一体に組み付けてもよい。
【００４２】
可動鉄心２７ａの上端面（基端側端面）２７ａｂは、固定鉄心２５側に位置する端面であり、固定鉄心２５の下端面（先端側端面）２５ｂと対向する。上端面２７ａｂに対して反対側の可動鉄心２７ａの端面２７ａｋは、燃料噴射弁１の先端側（ノズル側）に位置する端面であり、以下、下端面（下端部）と呼ぶ。
【００４３】
可動鉄心２７ａの上端面２７ａｂと固定鉄心２５の下端面２５ｂとは、相互に磁気吸引力が作用する磁気吸引面を構成する。
【００４４】
磁気吸引面の外周側には、非磁性部５ｃが設けられている。本実施例では、非磁性部５ｃは、筒状体５の外周面に形成した環状凹部５ｈにより構成される。環状凹部５ｈは非磁性部５ｃに相当する部分を薄肉化して薄肉部５ｉを構成する。すなわち環状凹部５ｈは、可動鉄心２７ａと固定鉄心２５とが対向する対向部の外周部に位置する筒状体５の部位に、肉厚の薄い薄肉部５ｉを周方向に形成する。薄肉部５ｉは筒状体５の他の部分よりも肉厚（厚さ寸法）が薄くなっており、ここを通る磁束の磁気抵抗を増大させ、磁束を流れ難くしている。この非磁性部５ｃは、筒状体５の肉厚を他の部分と同じ厚さとし、非磁性化処理を行うことにより構成してもよい。
【００４５】
可動鉄心２７ａの外周面２７ａｃに、筒状体５の内周面５ｅに摺動する摺動部が構成される。この摺動部として、外周面２７ａｃには径方向外方に向かって突出する凸部２７ａｌが設けられる。内周面５ｅは、可動鉄心２７ａの凸部２７ａｌが摺接する上流側ガイド部５０Ｂを構成する。
【００４６】
一方、弁座部材１５には、弁体２７ｃの球面２７ｃｂが摺接するガイド面１５ｃ（図３参照）が構成され、ガイド面１５ｃが球面２７ｃｂをガイドするガイド部は下流側ガイド部５０Ａを構成する。これにより、可動子２７は上流側ガイド部５０Ｂと下流側ガイド部５０Ａとの二点で案内されて、中心軸線１ｘに沿う方向（開閉弁方向）に往復動作する。
【００４７】
ロッド部２７ｂには、内側（孔２７ｂａ）と外側（燃料室３７）とを連通する開口部（連通孔）２７ｂｏが形成されている。連通孔２７ｂｏは、ロッド部２７ｂの内側と外側とを連通する燃料通路を構成する。これにより、固定鉄心２５の貫通孔２５ａ内の燃料は、孔２７ｂａ及び連通孔２７ｂｏを通じて燃料室３７に流れる。
【００４８】
次に、図３を参照して、ノズル部８の構成ついて、詳細に説明する。図３は、図２に示すノズル部８の近傍を拡大して示す断面図である。
【００４９】
弁座部材１５には、中心軸線１ｘに沿う方向に貫通する貫通孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖ，１５ｅが形成されている。
【００５０】
貫通孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖ，１５ｅの途中には、下流側に向かって縮径する円錐面（円錐台の側面）１５ｖが形成されている。円錐面１５ｖ上には弁座１５ｂが構成され、弁体２７ｃが弁座１５ｂに離接することにより、燃料通路の開閉が行われる。なお、弁座１５ｂが形成された円錐面１５ｖを弁座面と呼ぶ場合もある。
【００５１】
弁座１５ｂと弁体２７ｃとの相互に当接する当接部は、閉弁時に燃料をシールするシール部を構成する。なお、弁座１５ｂ側の当接部を弁座側（固定弁側）シート部と呼び、弁体２７ｃ側の当接部を弁体側（可動弁側）シート部と呼ぶ場合がある。
【００５２】
貫通孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖ，１５ｅにおける、円錐面１５ｖから上側の孔部分１５ｄ，１５ｃ，１５ｖは、弁体２７ｃを収容する弁体収容孔を構成する。弁体収容孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖの内周面に、弁体２７ｃを中心軸線１ｘに沿う方向に案内するガイド面１５ｃが形成されている。ガイド面１５ｃは可動子２７を案内する二つのガイド面のうち、下流側に位置する下流側ガイド面５０Ａを構成する。
【００５３】
ガイド面１５ｃの上流側には、上流側に向かって拡径する拡径部１５ｄが形成されている。拡径部１５ｄは、貫通孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖ，１５ｅの上端部分に位置し、燃料室３７に向かって開口する基端側開口部を構成する。拡径部１５ｄは、基端側から先端側に向かって縮径するテーパー面として構成される。このテーパー面１５ｄの傾斜角度は後述する弁座面１５ｖの傾斜角度よりも急である。
【００５４】
弁体収容孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖの下端部は燃料導入孔１５ｅに接続され、燃料導入孔１５ｅの下端面が弁座部材１５の先端面１５ｔに開口している。すなわち燃料導入孔１５ｅは、貫通孔１５ｄ，１５ｃ，１５ｖ，１５ｅの先端側開口部を構成する。
【００５５】
弁座部材１５の先端面１５ｔには、ノズルプレート２１ｎが取り付けられている。ノズルプレート２１ｎは弁座部材１５にレーザ溶接２３により固定されている。レーザ溶接部２３は、燃料噴射孔５１が形成された噴射孔形成領域を取り囲むようにして、この噴射孔形成領域の周囲を一周している。
【００５６】
また、ノズルプレート２１ｎは板厚が均一な板状部材（平板）で構成されており、中央部に外方に向けて突き出すように突状部２１ｎａが形成されている。突状部２１ｎａは曲面（例えば球状面）で形成されている。突状部２１ｎａの内側には燃料室２１ａが形成されている。この燃料室２１ａは弁座部材１５に形成された燃料導入孔１５ｅに連通しており、燃料導入孔１５ｅを通じて燃料室２１ａに燃料が供給される。
【００５７】
突状部２１ｎａには複数の燃料噴射孔５１が形成されている。燃料噴射孔５１の形態は特に問わない。燃料噴射孔５１の上流側に燃料に旋回力を付与する旋回室を有するものであってもよい。燃料噴射孔の中心軸線５１ａは燃料噴射弁の中心軸線１ｘに対して平行であってもよいし、傾斜していてもよい。また、突状部２１ｎａが無い構成であってもよい。
【００５８】
燃料噴霧の形態を決定する燃料噴射部２１はノズルプレート２１ｎによって構成される。弁座部材１５と燃料噴射部２１とは、燃料噴射を行うためのノズル部８を構成している。弁体２７ｃはノズル部８を構成する構成要素の一部とみなしてもよい。
【００５９】
また本実施例では、弁体２７ｃは、球状を成すボール弁を用いている。このため、弁体２７ｃにおけるガイド面１５ｃと対向する部位には、周方向に間隔を置いて複数の切欠き面２７ｃａが設けられ、この切欠き面２７ｃａによってシート部に燃料を供給する燃料通路が構成されている。弁体２７ｃはボール弁以外の弁体で構成することも可能である。例えば、ニードル弁を用いてもよい。
【００６０】
弁座部材１５は、筒状体５の先端部の内周面５ｇに圧入した後、溶接部１９により筒状体５に溶接して固定する。
【００６１】
次に、図４を参照して、弁座部材１５の圧入部の構成について説明する。図４は、本発明に係る燃料噴射弁１の一実施例について、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの接触部の近傍における、中心軸線１ｘに平行で、且つ中心軸線１ｘを含む断面を示す概念図である。
【００６２】
図４において、実線で示す弁体２７ｃは閉弁した状態（閉弁時）の弁体である。Ｏ２７ｃ１は閉弁時の弁体２７ｃの中心の位置である。Ｓｔは閉弁時における弁体２７ｃと弁座面１５ｖとの当接部（シート部）の位置である。二点鎖線は開弁した状態（開弁時）の弁体２７ｃを示す。Ｏ２７ｃ２は開弁時の弁体２７ｃの中心の位置である。弁座面１５ｖに沿って溝１５ｇの部分に引いた破線は、溝１５ｇが設けられていない場合の弁座面１５ｖの円錐面（円錐台の側面）を示す。
【００６３】
また図４では、溝１５ｇが設けられていない場合に、弁座面１５ｖの円錐面と当接した弁体２７ｃを点線で示している。溝１５ｇが設けられていない場合に、点線で示した弁体２７ｃは破線で示した円錐面と当接部（シート部）Ｓｔ’で当接し、閉弁した状態となる。点線で示した弁体２７ｃは、その中心がＯ２７ｃ３で示す位置にある。
【００６４】
本実施例では、弁座面１５ｖに溝１５ｇが形成されている。溝１５ｇは、中心軸線１ｘを中心とする周方向に、環状に形成された環状溝を構成する。図４に示す断面上において、環状溝１５ｇは円弧面（弁座側円弧面）を成す。この弁座側円弧面はＯ１５ｇを中心とする半径Ｒ２の球面の一部により構成される。すなわち環状溝１５ｇは、弁座面１５ｖに形成された半径Ｒ２の球面部により構成される。
【００６５】
弁体２７ｃの弁座１５ｂと当接する部位は、球面状に形成されている。すなわち弁体２７ｃは、閉弁時に弁座１５ｂと当接する部位に、半径Ｒ１の球面部を有する。このため弁体２７ｃは、図４に示す断面上において、弁座１５ｂと当接する部位に、円弧面（弁体側円弧面）が形成されている。この弁体側円弧面は半径Ｒ１の球面により構成される。言い換えると、弁体２７ｃは弁座１５ｂと当接する部位に曲線部を有し、この曲線部が成す曲率円の曲率半径がＲ１である。なお、本実施例では弁体２７ｃを球体で構成しているため、図４に示す断面において、弁体２７ｃは外周が一定の曲率半径Ｒ１を成す円として描かれている。
【００６６】
本実施例では、弁座側円弧面の半径Ｒ２は弁体側円弧面の半径Ｒ１よりも大きく、Ｒ２＞Ｒ１の関係がある。弁座１５ｂは、燃料が流れる方向において、環状溝１５ｇの下流側の縁部に構成される。すなわち弁座１５ｂは、弁座面１５ｖと環状溝１５ｇの溝面とが交わる縁部に構成される。本実施例では、弁体２７ｃが弁座１５ｂに当接するシート部Ｓｔにおいて、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの接触状態は、理論上、線接触となる。
【００６７】
弁体２７ｃの表面と環状溝１５ｇの溝面との間の隙間Ｇｐは、Ｗ１５ｇの範囲に亘って、微小な大きさとなる。この微小隙間Ｇｐが構成される範囲Ｗ１５ｇは、燃料が流れる方向においてシート部Ｓｔに対して上流側である。シート部Ｓｔの上流側に微小隙間領域Ｗ１５ｇが設けられることにより、油密性能を向上することができる。
【００６８】
現実的には、弁体２７ｃと弁座１５ｂとが当接するシート部Ｓｔには、燃料が流れる方向において微小な接触長さ（接触幅）を有する。例えば、弁体側シート部が構成される第１の面および弁座側シート部が構成される第２の面には、開閉弁動作に伴う衝突の繰り返しによって僅かな変形が生じ、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの接触幅が拡がる可能性がある。また加工精度の限界により、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの接触幅が理論的な線接触の場合よりも、大きくなる可能性がある。しかし本実施例では、特許文献１のように弁体２７ｃに対して特別に大きな荷重を作用させて、弁座面１５ｖ及び弁体２７ｃの各当接部を変形させる加工は行わない。
【００６９】
すなわち、本実施例で生じる当接部の変形は、スプリング３９の付勢力（荷重）によって生じるものである。従って、加工精度の限界や経年変化によって生じる変形量は僅かであり、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの接触状態は実質的に線接触の状態に維持される。溝幅Ｗ１５ｇは、加工精度の限界や経年変化によって生じる接触幅が溝幅Ｗ１５ｇの３０％以下になるように設定することが好ましく、より好ましくは１０％以下になるように設定するとよい。
【００７０】
以上のような理由から、本明細書および特許請求の範囲では、弁体側シート部を構成する第１の面と弁座側シート部を構成する第２の面との接触状態を、理論的に説明される接触状態に基づいて、線接触として説明する。
【００７１】
本実施例では、弁体２７ｃの表面（第１の面）と環状溝１５ｇの溝面（第２の面）との間には、閉弁時のシート部Ｓｔの上流側に隙間Ｇｐが構成される。隙間Ｇｐにおいて、弁体２７ｃと環状溝１５ｇとの対向する二面の間隔（隙間寸法）は、Ｗ１５ｇの範囲に亘って、微小な大きさとなる。
【００７２】
隙間Ｇｐは、閉弁時における隙間寸法が環状溝１５ｇの下流側縁部から上流側縁部に向かって漸増する。隙間Ｇｐの隙間寸法（第１の面と第２の面と間隔）は、弁座面１５ｖを構成する円錐面の母線方向に沿って、シート部Ｓｔから上流側に向かって離れる際の変化率（拡大率）が、環状溝１５ｇが無い場合（点線で示す弁体と破線で示す弁座面との間隔）の変化率よりも小さい。すなわち、本実施例では、円錐面の母線方向に沿ってシート部Ｓｔから離れる際に、隙間Ｇｐの寸法の増加率は、環状溝１５ｇが無い場合と比べて、小さく抑えられている。このため、微小隙間Ｇｐは、円錐面１５ｖの母線方向に沿って、長い範囲Ｗ１５ｇに設けることができる。
【００７３】
本実施例では、弁座側円弧面の半径Ｒ２は弁体側円弧面の半径Ｒ１よりも大きい。この場合、Ｒ２およびＲ１は、閉弁時にシート部Ｓｔにおいて弁体２７ｃと弁座面１５ｖ（弁座１５ｂ）とが当接し、さらにシート部Ｓｔに対して上流側に隙間Ｇｐが形成されるように、実質的な大小関係を有する。
【００７４】
本実施例では、図４に示すように、環状溝１５ｇを構成する球面の中心Ｏ１５ｇは、閉弁時における弁体２７ｃの中心位置Ｏ２７ｃ１よりも基端側に位置し、開弁時における弁体２７ｃの中心位置Ｏ２７ｃ２よりも先端側に位置する。さらに中心Ｏ１５ｇは、溝１５ｇが設けられていない場合の円錐面（破線で示す）と当接した状態における弁体２７ｃ（点線で示す）の中心位置Ｏ２７ｃ３よりも、基端側に位置する。このような位置関係を満たすようにＲ２を設定することによって、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの線接触状態を実現することができる。
【００７５】
次に、図５から図７を参照して、本発明との比較例について説明する。本発明に係る実施例と同様な構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
【００７６】
図５は、本発明との比較例１における弁体２７ｃと弁座１５ｂ’との接触部の近傍を示す断面図である。
【００７７】
図５では、弁体２７ｃが閉弁した状態を示している。Ｏ２７ｃ１’は閉弁時の弁体２７ｃの中心の位置を示す。Ｏ２７ｃ１’は図４のＯ２７ｃ３に相当する。
【００７８】
比較例１では、弁体１７ｃを球面とし、弁座面１５ｖ’を単純な円錐面（円錐台の側面）とする。すなわち比較例１では、弁座面１５ｖ’に本発明に係る溝１５ｇが設けられていない。このような構造では、弁体２７ｃと弁座１５ｂ’との接触状態は、理論的に線接触となり、燃料油膜による弁体２７ｃと弁座１５ｂ’との張り付き力を低減することができる。その結果、開弁時に、弁体が弁座から離れる動作を、素早く開始することができる。その一方で、シート部Ｓｔ（図４のＳｔ’に相当）において、燃料が流れる方向における、弁体１７ｃと弁座１５ｂ’との接触長さ（接触幅）が短くなるため、油密性能の向上に課題がある。
【００７９】
図６は、本発明との比較例２における弁体２７ｃと弁座１５ｂとの接触部の近傍を示す断面図である。
【００８０】
図６では、弁体２７ｃが閉弁した状態を示している。Ｏ２７ｃ１’’は閉弁時の弁体２７ｃの中心の位置を示す。
【００８１】
比較例２では、弁座面１５ｖ’’に溝１５ｇ’が設けられ、弁体２７ｃと弁座面１５ｖ’’とは円錐面の母線方向における長さＬ１５ｂの範囲で当接している。すなわち、弁座１５ｂ’’は球面状になり、シート部Ｓｔは長さＬ１５ｂの範囲に構成される。
【００８２】
比較例２では、弁体２７ｃと弁座面１５ｖ’’との接触長さが長く（シート部の幅が広く）、油密性能を向上することができる。その一方で、燃料油膜による弁体２７ｃと弁座１５ｂ’との張り付き力が大きくなる。
【００８３】
なお、溝１５ｇ’の全面を弁体２７ｃと当接させる場合、溝面の曲率半径Ｒ２’は弁体２７ｃの半径Ｒ１よりも僅かに大きくする必要がある。しかし、溝１５ｇ’の全面を弁体２７ｃと当接させるため、溝１５ｇ’の曲率半径Ｒ２’と弁体２７ｃの半径Ｒ１とは実質的に等しいものとみなすことができる。
【００８４】
なお、比較例２における溝１５ｇ’は、スプリング３９により加わる荷重よりも大きな荷重を、弁体２７ｃに加えることにより、形成することができる。
【００８５】
図７は、本発明との比較例３における弁体２７ｃと弁座１５ｂとの接触部の近傍を示す断面図である。
【００８６】
比較例３では、弁体２７ｃ’は、円錐面（円錐台の側面）で構成される弁座面１５ｖ’に当接するテーパー面２７ｃ’１を有する。テーパー面２７ｃ’１は、円錐面の母線方向における長さＬ１５ｂの範囲で、弁座面１５ｖ’に当接する。すなわち、弁座１５ｂ’’’はテーパー状になり、シート部Ｓｔは長さＬ１５ｂの範囲に構成される。
【００８７】
比較例３では、比較例２と同様に、弁体２７ｃ’と弁座面１５ｖ’との接触長さが長く（シート部の幅が広く）、油密性能を向上することができる。その一方で、燃料油膜による弁体２７ｃと弁座１５ｂ’’’との張り付き力が大きくなる。
【００８８】
次に、本発明に係る実施例の作用効果について、説明する。
【００８９】
本実施例では、シート部Ｓｔにおいて、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの接触状態は線接触となる。このため、比較例２，３と比べて、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの間に発生する、燃料油膜による張り付き力を抑制することができる。その結果、弁体２７ｃの開弁動作の遅れを抑制し、燃料の噴射精度が高まる。さらに、弁体２７ｃが開閉弁する時間間隔を短くすることができ、少量の燃料噴射が可能になる。
【００９０】
また、弁体２７ｃと環状溝１５ｇとの対向する二面の間隔（隙間寸法）は、Ｗ１５ｇの範囲に亘って、比較例１の場合よりも微小な大きさとなる。この微小隙間Ｇｐにより、油密性能を向上することができる。
【００９１】
さらに本実施例では、弁体２７ｃが弁座面１５ｖに当接するシート部Ｓｔが弁座面１５ｖと環状溝１５ｇの溝面とが交わる縁部に構成される。すなわち、弁体２７ｃが当接する弁座１５ｂは、環状溝１５ｇにより弁座面１５ｖに構成される角部に構成される。このため、弁体２７ｃは弁座面１５ｖの角部に着座する形態となり、弁体２７ｃが弁座面１５ｖに当接する際の面圧が高まる。その結果、シート部Ｓｔにおける油密性能が向上する。
【００９２】
次に、図８を参照して、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの接触力（面圧）について、さらに詳細に説明する。図８は、図４に示す断面において、弁体２７ｃと弁座１５ｂとの接触力の関係を説明する概念図である。
【００９３】
スプリング３９による付勢力や燃料圧力による付勢力により、弁体２７ｃは、中心軸線１ｘに沿う方向に、Ｐ１の荷重で付勢される。この場合、弁体２７ｃは、環状溝１５ｇの縁部において、環状溝１５ｇの円弧Ｃに垂直な方向に、Ｐ２の荷重（面圧）で押し付けられる。
【００９４】
環状溝１５ｇが無く、弁体２７ｃが弁座面１５ｖの円錐面に当接する場合（比較例１の場合）、弁体２７ｃは、弁座面１５ｖの円錐面に垂直な方向に、Ｐ２’の荷重（面圧）で押し付けられる。
【００９５】
Ｐ２とＰ２’との間には、Ｐ２＞Ｐ２’の関係が成り立つ。従って本実施例では、弁体２７ｃを一定の付勢力で付勢した場合に、弁体２７ｃをより大きな荷重で弁座１５ｂに対して垂直方向に押し付けることができる。これにより、弁体２７ｃによる面圧を高め、油密性能を向上することができる。
【００９６】
本実施例では、弁座１５ｂ（シート部Ｓｔ）は、環状溝１５ｇが無い場合に弁座（シート部）Ｓｔ’が構成される仮想位置に対して、下流側に位置する。このため周方向におけるシート部Ｓｔの長さを短くすることができ、燃料流量を十分に確保できる場合には油密性能の向上に有利となる。
【００９７】
本実施例では、弁体２７ｃの表面および環状溝１５は、図４に示す断面において、円弧形状としている。すなわち、両者が球面または球面の一部で構成される。上述したシート部Ｓｔと隙間Ｇｐとを構成可能であれば、弁体２７ｃの表面および環状溝１５は、円弧形状以外の形状にしてもよい。例えば、楕円などの形状を適用できる。ただし、本実施例では、シート部Ｓｔと隙間Ｇｐとを確実に構成するため、円弧形状にすることが好ましい。
【００９８】
図９を参照して、本発明に係る燃料噴射弁を搭載した内燃機関について説明する。図９は、燃料噴射弁１が搭載された内燃機関の断面図である。
【００９９】
内燃機関１００のエンジンブロック１０１にはシリンダ１０２が形成されおり、シリンダ１０２の頂部に吸気口１０３と排気口１０４とが設けられている。吸気口１０３には、吸気口１０３を開閉する吸気弁１０５が、また排気口１０４には排気口１０４を開閉する排気弁１０６が設けられている。エンジンブロック１０１に形成され、吸気口１０３に連通する吸気流路１０７の入口側端部１０７ａには吸気管１０８が接続されている。
【０１００】
燃料噴射弁１の燃料供給口２（図１参照）には燃料配管１１０が接続される。
【０１０１】
吸気管１０８には燃料噴射弁１の取付け部１０９が形成されており、取付け部１０９に燃料噴射弁１を挿入する挿入口１０９ａが形成されている。挿入口１０９ａは吸気管１０８の内壁面（吸気流路）まで貫通しており、挿入口１０９ａに挿入された燃料噴射弁１から噴射された燃料は吸気流路内に噴射される。二方向噴霧の場合、エンジンブロック１０１に吸気口１０３が二つ設けられた形態の内燃機関を対象として、それぞれの燃料噴霧が各吸気口１０３（吸気弁１０５）を指向して噴射される。
【０１０２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、一部の構成の削除や、記載されていない他の構成の追加が可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１…燃料噴射弁、１ｘ…中心軸線、１５…弁座部材、１５ｂ…弁座、１５ｇ…溝（環状溝）、２７ｃ…弁体、２７ｘ…可動子２７の軸線方向、Ｏ２７ｃ１…閉弁時における弁体２７ｃの中心位置、Ｏ２７ｃ２…開弁時における弁体２７ｃの中心位置、Ｏ２７ｃ３…溝１５ｇが設けられていない場合に弁座面１５ｖの円錐面と当接した弁体２７ｃの中心位置、Ｏ１５ｇ…環状溝１５ｇを構成する球面の中心、Ｒ１…弁体２７ｃの半径、Ｒ２…環状溝１５ｇの半径、Ｓｔ…シート部。
【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】
2019112984.tif 000009
【図８】
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【図９】
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