(57)【要約】【課題】摺動部クリアランスからのリーク量が温度に応じて変化することを抑制する。【解決手段】噴孔２４を開閉するノズルニードル２１がノズルスリーブ２３に摺動自在に挿入された燃料噴射弁において、ノズルスリーブ２３の線膨張係数を、ノズルニードル２１の線膨張係数よりも小さくする。これにより、ノズルスリーブ２３とノズルニードル２１の摺動部クリアランスは、低温時は大きく、高温時は小さくなるため、燃料の粘度の変化による摺動部クリアランスからのリーク量の変化が打ち消され、その結果、摺動部クリアランスからのリーク量が温度に応じて変化することが抑制される。【選択図】図１
2008175106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔（２４）を開閉するノズルニードル（２１）が筒状部材（２３）に摺動自在に挿入された燃料噴射弁において、前記筒状部材（２３）の線膨張係数をα１、前記ノズルニードル（２１）の線膨張係数をα２としたとき、α１＜α２であることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
α１／α２≦０．２であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記ノズルニードル（２１）は、弁座（２５）に接離して前記噴孔（２４）を開閉するシート部（２１ｂ）が一端側に形成されるとともに前記筒状部材（２３）に挿入されるピストン部（２１ａ）が他端側に設けられ、
前記筒状部材（２３）と前記ピストン部（２１ａ）とによって制御室（２６）が形成され、前記制御室（２６）の燃料圧力を制御して前記ノズルニードル（２１）の開閉弁作動を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を熱機関に噴射するための燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１にて提案された燃料噴射弁は、噴孔を開閉するノズルニードルの摺動軸部（ピストン部）が圧区画摺動部品（筒状部材）に摺動自在に挿入されている。また、この圧区画摺動部品をノズルボデーとは別部品にすることで、摺動軸部と圧区画摺動部品の摺動部クリアランスが高圧時に拡大して摺動部クリアランスからのリーク量が増加するのを抑制するようにしている。
【特許文献１】特開２００５−２５６７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の燃料噴射弁は、摺動部クリアランスからのリーク量は、摺動部クリアランスを流れる流体の粘度の温度依存性により温度特性を生じ、ひいては燃料噴射量の温度特性を生じさせる。
【０００４】
本発明は上記点に鑑みて、摺動部クリアランスからのリーク量が温度に応じて変化することを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、噴孔（２４）を開閉するノズルニードル（２１）が筒状部材（２３）に摺動自在に挿入された燃料噴射弁において、筒状部材（２３）の線膨張係数をα１、ノズルニードル（２１）の線膨張係数をα２としたとき、α１＜α２であることを特徴とする。
【０００６】
このようにすれば、筒状部材（２３）とノズルニードル（２１）の摺動部クリアランスは、低温時は大きく、高温時は小さくなるため、流体の粘度の変化による摺動部クリアランスからのリーク量の変化が打ち消され、その結果、摺動部クリアランスからのリーク量が温度に応じて変化することが抑制される。
【０００７】
この場合、α１／α２≦０．２にすれば、摺動部クリアランスからのリーク量の変化をさらに小さくすることができる。
【０００８】
また、ノズルニードル（２１）のピストン部（２１ａ）と筒状部材（２３）とによって制御室（２６）を形成し、制御室（２６）の燃料圧力を制御してノズルニードル（２１）の開閉弁作動を制御する燃料噴射弁に適用することができる。
【０００９】
この場合、筒状部材（２３）とピストン部（２１ａ）の摺動部クリアランスからのリーク量の変化が抑制されるため、ノズルニードル（２１）の開閉弁作動時の制御室（２６）の圧力変化速度が温度に応じて変化することが抑制される。その結果、ノズルニードル（２１）の開閉弁速度が温度に応じて変化して燃料噴射特性が変化することが抑制される。
【００１０】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る燃料噴射弁を備える燃料噴射装置の全体構成を示す断面図、図２は図１のＡ部の拡大断面図である。
【００１２】
燃料噴射弁は、内燃機関（より詳細にはディーゼルエンジン。図示せず）のシリンダヘッドに装着され、蓄圧器（図示せず）内に蓄えられた高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射するものである。
【００１３】
図１、図２に示すように、燃料噴射弁のノズルボデー１は、蓄圧器からの高圧燃料が導入される燃料入口部１１と、燃料噴射弁内部の燃料を燃料タンク１００に向けて流出させる燃料出口部１２とを備えている。
【００１４】
ノズルボデー１の軸方向一端側に、開弁時に燃料を噴射するノズル２が配置されている。このノズル２は、ノズルボデー１に摺動自在に保持されたノズルニードル２１と、ノズルニードル２１を閉弁向きに付勢するノズルスプリング２２と、ノズルニードル２１のピストン部２１ａが挿入された円筒状のノズルスリーブ２３とを有している。なお、ノズルスリーブ２３は、本発明の筒状部材に相当する。
【００１５】
ノズルボデー１の軸方向一端には、高圧燃料通路１３を介して燃料入口部１１と連通する噴孔２４が形成され、この噴孔２４から高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させるようになっている。ノズルボデー１には噴孔２４の上流側にテーパ状の弁座２５が形成され、また、ノズルニードル２１には反ピストン部側にシート部２１ｂが形成され、このシート部２１ｂが弁座２５に接離することにより噴孔２４が開閉される。
【００１６】
円柱状のピストン部２１ａは、ノズルスリーブ２３に摺動自在に且つ液密的に挿入されており、ピストン部２１ａとノズルスリーブ２３とにより、内部の燃料圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室２６が形成されている。そして、ノズルニードル２１は、制御室２６内の燃料圧力により閉弁向きに付勢されるとともに、燃料入口部１１から高圧燃料通路１３を介して噴孔２４側に導かれる高圧燃料により開弁向きに付勢される。
【００１７】
ここで、ノズルニードル２１とノズルスリーブ２３の摺動部クリアランス（以下、単に摺動部クリアランスという）が、低温時は大きく、高温時は小さくなるように、ノズルスリーブ２３の線膨張係数α１をノズルニードル２１の線膨張係数α２よりも小さくしている。換言すると、ノズルニードル２１とノズルスリーブ２３の線膨張係数比λ（但し、λ＝α１／α２）を、λ＜１にしている。
【００１８】
具体的には、例えば、ノズルスリーブ２３の材質をＦｅ−３６Ｎｉ合金（α１＝２×１０−６／℃）とし、ノズルニードル２１の材質を高速度工具鋼（ＳＫＨ材、α２＝１０．７×１０−６／℃）とすることができる。この場合、λ≒０．１９である。
【００１９】
ノズルボデー１の軸方向中間部には、制御室２６の圧力を制御する制御弁３が収納されるバルブ室１４が形成されている。制御室２６は、連絡通路１５を介してこのバルブ室１４と常時連通されている。
【００２０】
バルブ室１４は、高圧燃料通路１３を介して燃料入口部１１と接続されている。また、バルブ室１４は、低圧燃料通路１６を介して燃料出口部１２に接続されている。
【００２１】
制御弁３は、低圧シート部３３に接離してバルブ室１４と低圧燃料通路１６との間を開閉するとともに、高圧シート部３４に接離してバルブ室１４と高圧燃料通路１３との間を開閉する弁体３１と、バルブ室１４と高圧燃料通路１３との間が開かれるとともにバルブ室１４と低圧燃料通路１６との間が閉じられる向きに弁体３１を付勢するバルブスプリング３２とを有している。
【００２２】
ノズルボデー１の軸方向他端側には、制御弁３を駆動するアクチュエータ４が収納されるアクチュエータ室１７が形成されている。このアクチュエータ室１７は、低圧連絡通路１６ａを介して低圧燃料通路１６に接続されている。
【００２３】
アクチュエータ４は、ピエゾ素子が多数積層されて電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック４１と、ピエゾスタック４１の伸縮変位を制御弁３の弁体３１に伝達する伝達部とを備えている。
【００２４】
伝達部は以下のように構成されている。アクチュエータスリーブ４２に第１ピストン４３および第２ピストン４４が摺動自在に且つ液密的に挿入されており、第１ピストン４３と第２ピストン４４との間には、燃料が充填された液室４５が形成されている。
【００２５】
第１ピストン４３は、第１スプリング４６によりピエゾスタック４１側に向かって付勢されており、ピエゾスタック４１により直接駆動されるようになっている。そして、ピエゾスタック４１の伸長時には、第１ピストン４３により液室４５の圧力が高められるようになっている。
【００２６】
第２ピストン４４は、第２スプリング４７により制御弁３の弁体３１側に付勢されており、液室４５の圧力を受けて作動して弁体３１を駆動するようになっている。そして、第２ピストン４４は、ピエゾスタック４１の伸長時には、高圧化された液室４５の圧力を受けて作動して、バルブ室１４と高圧燃料通路１３との間が閉じられるとともにバルブ室１４と低圧燃料通路１６との間が開かれる位置に弁体３１を駆動する。一方、ピエゾスタック４１の収縮時、すなわち液室４５の圧力が低いときには、第２ピストン４４は、第２スプリング４７に抗して制御弁３のバルブスプリング３２により第１ピストン４３側に押し戻される。
【００２７】
燃料タンク１００と燃料出口部１２とを接続するリターン経路１１０には、低圧燃料通路１６側の圧力を制御する背圧弁１２０が配置されている。因みに、蓄圧器内に蓄えられた高圧燃料の圧力が１００ＭＰａ以上であるのに対し、背圧弁１２０は低圧燃料通路１６側の圧力を１ＭＰａ程度に制御する。
【００２８】
ピエゾスタック４１には、ピエゾ駆動回路１３０を介して電力が供給されるようになっている。このピエゾ駆動回路１３０は、ピエゾスタック４１への通電タイミングが、電子制御回路（以下、ＥＣＵという）１４０により制御される。
【００２９】
ＥＣＵ１４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶したプログラムに従って演算処理を行うものである。そして、ＥＣＵ１４０には、吸入空気量、アクセルペダルの踏み込み量、内燃機関回転数、蓄圧器内の燃料圧等を検出する各種センサ（図示せず）から信号が入力される。
【００３０】
次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。ピエゾスタック４１に通電されると、ピエゾスタック４１が伸長して第１ピストン４３が駆動され、第１ピストン４３により液室４５の圧力が高められる。高圧化された液室４５の圧力により第２ピストン４４が制御弁３の弁体３１側に向かって駆動される。
【００３１】
そして、第２ピストン４４にて弁体３１が駆動されることにより、弁体３１が高圧シート部３４に当接してバルブ室１４と高圧燃料通路１３との間が閉じられるとともに、弁体３１が低圧シート部３３から離れてバルブ室１４と低圧燃料通路１６との間が開かれる。したがって、制御室２６の燃料は、連絡通路１５、バルブ室１４、および低圧燃料通路１６を介して燃料タンク１００へ戻される。
【００３２】
これにより、制御室２６の圧力が低下してノズルニードル２１を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ノズルニードル２１が開弁向きに移動し、シート部２１ｂが弁座２５から離れて噴孔２４が開かれ、噴孔２４から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。
【００３３】
この開弁作動時には、制御室２６の圧力が低下するため、高圧燃料通路１３側から摺動部クリアランスを介して制御室２６に燃料がリークする。ここで、燃料、ノズルニードル２１、およびノズルスリーブ２３の温度（以下、単に燃料等温度という）の上昇に伴って、燃料の粘度は低下し、本実施形態のようにλ＜１にしている場合は摺動部クリアランスは小さくなる。
【００３４】
そして、燃料の粘度の低下は摺動部クリアランスからのリーク量（以下、単に摺動部リーク量という）を増加させる要因となるのに対し、摺動部クリアランスの減少は摺動部リーク量を減少させる要因となる。したがって、温度変化に伴う摺動部リーク量の変化を抑制することができる。このため、開弁作動時の制御室２６の圧力変化速度が温度に応じて変化することが抑制される。その結果、ノズルニードル２１の開弁速度が温度に応じて変化して燃料噴射特性が変化することが抑制される。
【００３５】
その後、ピエゾスタック４１への通電が停止されると、ピエゾスタック４１が縮むため第１ピストン４３は第１スプリング４６によりピエゾスタック４１側に戻される。また、バルブスプリング３２により、弁体３１および第２ピストン４４が第１ピストン４３側に戻される。
【００３６】
これにより、弁体３１が高圧シート部３４から離れてバルブ室１４と高圧燃料通路１３との間が開かれるとともに、弁体３１が低圧シート部３３に当接してバルブ室１４と低圧燃料通路１６との間が閉じられる。したがって、蓄圧器からの高圧燃料が、高圧燃料通路１３、バルブ室１４、および連絡通路１５を介して制御室２６に導入される。
【００３７】
これにより、制御室２６の圧力が上昇してノズルニードル２１を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ノズルニードル２１が閉弁向きに移動し、シート部２１ｂが弁座２５に着座して噴孔２４が閉じられ、燃料噴射が終了する。
【００３８】
この閉弁作動時にも高圧燃料通路１３側から摺動部クリアランスを介して制御室２６に燃料がリークするが、開弁作動時と同様の理由により、閉弁作動時の制御室２６の圧力変化速度が温度に応じて変化することが抑制される。その結果、ノズルニードル２１の閉弁速度が温度に応じて変化して燃料噴射特性が変化することが抑制される。
【００３９】
図３は、本実施形態の燃料噴射弁において、ノズルニードル２１およびノズルスリーブ２３の線膨張係数比λをパラメータとする、燃料等温度と摺動部リーク量との関係の解析結果を示している。ここでは、燃料噴射弁の実用上の使用温度域である−３０℃〜１２０℃の範囲について解析している。
【００４０】
図３の横軸は燃料等温度であり、縦軸は燃料等温度が０℃のときの摺動部リーク量に対する各燃料等温度での摺動部リーク量の割合である。
【００４１】
なお、この解析では、ノズルニードル２１のピストン部２１ａの外径およびノズルスリーブ２３の内径をφ３．５ｍｍに設定し、燃料等温度が０℃のときの摺動部クリアランスは、燃料噴射弁において標準的な値の８μｍに設定している。また、燃料は軽油である。
【００４２】
図３に示すように、λ＝１の場合は、温度上昇に伴って摺動部リーク量が２次曲線的に急激に増加する。λ＝０．５の場合は、温度上昇に伴って摺動部リーク量が略直線的に緩やかに増加する。λ＝０．２やλ＝０．１の場合は、温度上昇に伴って摺動部リーク量が緩やかに増加した後、ある温度域からは温度上昇に伴って摺動部リーク量が緩やかに減少する。
【００４３】
前述したように、λ＜１の場合は、摺動部クリアランスが低温時は大きく高温時は小さくなるため、温度変化による摺動部リーク量の変化を抑制することができる。そして、λ≦０．２にした場合は、温度上昇に伴って摺動部リーク量は緩やかに増加した後に緩やかに減少する傾向になり、温度変化による摺動部リーク量の変化をさらに小さくすることができる。特に、λ≦０．１にした場合は、実用上の使用温度域での摺動部リーク量の変化は、λ＝１の時の１０％程度に低減される。
【００４４】
（他の実施形態）
上記実施形態では、ノズルスリーブ２３の材質をＦｅ−３６Ｎｉ合金とし、ノズルニードル２１の材質を高速度工具鋼としたが、それらの材質は適宜変更することができる。
【００４５】
また、上記実施形態では、ノズルスリーブ２３をノズルボデー１とは別部品にする例を示したが、ノズルスリーブ２３がノズルボデー１に一体化された構成の燃料噴射弁にも、本発明は適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料噴射弁を備える燃料噴射装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ部の拡大断面図である。
【図３】本実施形態の燃料噴射弁における温度と摺動部リーク量との関係の解析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
２１…ノズルニードル、２３…ノズルスリーブ（筒状部材）、２４…噴孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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