(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンのコモンレール燃料噴射システムに用いられるインジェクタにおいて、制御室へ連通する通路に設けられるオリフィス形状の見直しにより、オリフィス流量の変動を抑制し、噴射量サイクル変動を低減する。【解決手段】インジェクタ１は、３方弁１０を駆動することにより、ノズルニードル３に閉弁方向の圧力を作用させる制御室４の圧力を増減し、ノズルニードル３を昇降させる。制御室４と３方弁１０を連通するオリフィス通路５２にはメインオリフィス５１が、制御室４と高圧通路１５を連通するオリフィス通路４２にはサブオリフィス４１が設けられる。メインオリフィス５１の制御室４側または３方弁１０側の開口端部、サブオリフィス４１の制御室４側の開口端部形状を、該開口端部において制御流体の流れが急拡大する形状とし、オリフィス通過流体のはく離点を安定化させて、オリフィス流量の変動を抑制する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、該制御室と高圧通路および低圧通路との連通・遮断を切換える３方弁型の制御弁を備え、上記制御弁を駆動して上記制御室の圧力を増減することにより、上記ノズルニードルを昇降させるインジェクタであって、上記制御室に連通する制御流体通路の途中にオリフィスを設けるとともに、上記オリフィスからの制御流体の出口部形状を、該出口部において制御流体の流れが急拡大する形状としたことを特徴とするインジェクタ。
【請求項２】
上記制御流体通路が、上記制御室と上記制御弁との間に設けられ、上記制御弁の駆動状態により制御流体の流れ方向が反転するメインオリフィスを備える通路であり、上記メインオリフィスの上記制御室側および上記制御弁側の一方または両方の開口端部形状を、該開口端部において制御流体の流れが急拡大する形状とした請求項１記載のインジェクタ。
【請求項３】
上記メインオリフィスの少なくとも上記制御室側の開口端部形状を、該開口端部において制御流体の流れが急拡大する形状とした請求項２記載のインジェクタ。
【請求項４】
上記制御流体通路が、上記制御室と上記高圧通路との間に設けられるサブオリフィスを備える通路であり、上記サブオリフィスの上記制御室側の開口端部形状を、該開口端部において制御流体の流れが急拡大する形状とした請求項１ないし３のいずれか記載のインジェクタ。
【請求項５】
上記メインオリフィスまたは上記サブオリフィスの上記開口端部における開口角θが１２０°より大きい請求項２ないし４のいずれか記載のインジェクタ。
【請求項６】
上記メインオリフィスまたは上記サブオリフィスの上記開口端部における開口角θが１３５°〜１８０°の範囲である請求項５記載のインジェクタ。
【請求項７】
上記メインオリフィスは、上記制御弁側から上記制御室側へ向けて流体研磨を施してある請求項１ないし６のいずれか記載のインジェクタ。
【請求項８】
上記メインオリフィスは、上記制御室側から上記制御弁側へ向けて流体研磨が施してあり、かつ、上記制御室側の開口端縁部のアール（Ｒ）が上記制御弁側の開口端縁部よりも小さい請求項７記載のインジェクタ。
【請求項９】
上記制御室内に上記ノズルニードルを閉弁方向に付勢するスプリングを設け、上記オリフィスを上記制御流体通路の上記制御室側端部に配置するとともに、上記制御室の壁面には、上記スプリングとの干渉により閉塞されることのない形状の凹部を設けて、該凹部に上記オリフィスを開口させた請求項１ないし８のいずれか記載のインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンのコモンレール燃料噴射システムに用いられるインジェクタに関し、詳しくは制御弁に３方弁を用いたインジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンにおいて、各気筒に共通のコモンレールに高圧燃料を蓄圧するコモンレール燃料噴射システムが注目されている。コモンレール燃料噴射システム用のインジェクタは、例えば、噴孔を開閉するノズルニードルの背面に制御弁で圧力制御される制御室を設け、アクチュエータによって制御弁を駆動してノズルニードルを昇降するようになっている。この構成において、コモンレールからの燃料は、インジェクタの燃料通路に導入されて噴孔へ供給される一方で、ノズルニードルの後端面を室壁とする制御室に導入され、ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御油として使用される。
【０００３】
制御弁としては、通常、２方弁または３方弁が用いられる。例えば、特許文献１に記載される２方弁構造の制御弁では、制御室と低圧通路の間を開閉するボール弁を、電磁駆動式のアクチュエータで駆動することにより、制御室の圧力を増減するようになっている。ただし、２方弁は、制御室が燃料通路と常時連通しており、ボール弁が開放状態にある間、燃料が低圧通路側へ流出することになる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１８６６４７号公報
【０００５】
そこで、低圧通路に至る第１のシートまたはコモンレールに至る第２のシートに選択的に着座し、着座位置によって制御室と低圧ポートまたは高圧ポートとの連通を切換える３方弁が好適に用いられる。アクチュエータの非作動時には、３方弁は制御室と高圧ポートを連通させる位置にあり、制御室が高圧となるために、ノズルニードルは下降して噴孔を閉鎖している。この状態からアクチュエータを作動させると、３方弁が低圧ポートを開放し、次いで高圧ポートを閉鎖するために制御室の圧力が低下し、ノズルニードルが離座して燃料噴射がなされる。このように、３方弁を用いると、燃料噴射中は制御室と低圧ポートが連通し、高圧ポートは閉鎖されるので、燃料の流出を制限することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
３方弁と制御室との間は、メインオリフィスを設けた通路を介して常時連通しており、３方弁の切換位置によってメインオリフィス内の燃料流れの方向が反転するようになっている。そして、制御弁の切換位置に応じて制御室の圧力が降下し、あるいは上昇するのに伴い、ノズルニードルが開閉する。また、制御室をサブオリフィスを設けた通路を介して高圧通路に連通させたものがあり、サブオリフィスから制御室へ流入する燃料によって制御室の圧力降下が遅くなるために、噴射開始が緩やかになる一方、圧力上昇が速くなり噴射終了が迅速になされる利点がある。
【０００７】
このように、制御室の圧力上昇および降下は、メインオリフィスないしサブオリフィスを流通する燃料の流量に大きく依存する。しかしながら、従来のオリフィス加工方法では、オリフィス端部が徐々に大きくなる形状となるために、オリフィス流量がばらつく要因となっていることが判明した。例えば、メインオリフィスは、従来、オリフィスの両端側からドリルで穿孔し、さらに両方向から流体研磨を行っており、図１（ｃ）に示すように、開口角はドリル先端角と同じ１２０°、開口部は流体研磨によりテーパ状に拡径する形状となっている。ところが、この形状では、サイクル毎にはく離点がばらつき、オリフィス流量に変動が生じてしまうため、噴射量サイクル変動が増大するおそれがあった。
【０００８】
本発明は上記の問題点を解決しようとするもので、オリフィス形状の見直しにより、オリフィス流量の変動を抑制し、噴射量サイクル変動を低減させて、制御性に優れる信頼性の高いインジェクタを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明請求項１のインジェクタは、ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、該制御室と高圧通路および低圧通路との連通・遮断を切換える３方弁型の制御弁を備え、上記制御弁を駆動して上記制御室の圧力を増減することにより、上記ノズルニードルを昇降させる。インジェクタは、上記制御室に連通する制御流体通路を有しており、この制御流体通路の途中にオリフィスを設けるとともに、上記オリフィスからの制御流体の出口部形状を、該出口部において制御流体の流れが急拡大する形状としている。
【００１０】
上記構成によれば、上記オリフィスを通過した制御流体の流れが、該出口部において急に拡大されるため、オリフィス通過流体のはく離点が安定する。その結果、オリフィス流量の変動が抑制されて、噴射量サイクル変動を低減することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、上記制御流体通路が、上記制御室と上記制御弁との間に設けられ、上記制御弁の駆動状態により制御流体の流れ方向が反転するメインオリフィスを備える通路であり、上記メインオリフィスの上記制御室側および上記制御弁側の一方または両方の開口端部形状を、該開口端部において制御流体の流れが急拡大する形状とする。
【００１２】
具体的には、上記制御室と上記制御弁とを連通する上記メインオリフィスに、上記出口部形状を適用することができる。上記メインオリフィスは、上記制御室と上記高圧通路が連通するように上記制御弁を切換えると、上記高圧通路から上記制御室方向へ制御流体が流れるので、この時の出口側、すなわち上記制御室側の開口端部を流れが急拡大する形状とすれば、上記ノズルニードル閉弁時の上記メインオリフィス流れのはく離点を安定させる効果が得られる。また、上記制御室と上記低圧通路が連通するように上記制御弁を切換えると、上記制御室から上記低圧通路方向へ制御流体が流れるので、この時の出口側、すなわち上記制御弁側の開口端部を流れが急拡大する形状とすれば、上記ノズルニードル開弁時の上記メインオリフィス流れのはく離点を安定させる効果が得られる。
【００１３】
請求項３記載の発明では、上記メインオリフィスの少なくとも上記制御室側の開口端部形状を、該開口端部において制御流体の流れが急拡大する形状とする。
【００１４】
上記メインオリフィスの前後差圧は、上記ノズルニードル開弁時よりも閉弁時の方が小さい。すなわち、上記制御室方向へ制御流体が流れる時の方が流れがはく離しにくくなるので、少なくとも上記制御室側の開口端部に、上記出口部形状を適用すると、はく離点を安定させて噴射量サイクル変動を抑制する効果が高い。
【００１５】
請求項４記載の発明では、上記制御流体通路が、上記制御室と上記高圧通路との間に設けられるサブオリフィスを備える通路であり、上記サブオリフィスの上記制御室側の端部形状を、該開口端部において制御流体の流れが急拡大する形状とする。
【００１６】
上記出口部形状を、上記制御室と上記高圧通路とを連通する上記サブオリフィスに適用することもできる。上記サブオリフィスには、上記高圧通路から上記制御室方向へのみ制御流体が流れるので、この時の出口側、すなわち上記制御室側の開口端部を流れが急拡大する形状とするとよく、上記ノズルニードル開閉弁時の上記サブオリフィス流れのはく離点を安定させる効果が得られる。
【００１７】
請求項５記載の発明では、上記メインオリフィスまたは上記サブオリフィスの上記開口端部における開口角θを１２０°より大きくする。
【００１８】
具体的には、従来のオリフィス開口角１２０°よりも開口角を広げることで、出口部で流れを急拡大させ、オリフィス流れをはく離しやすくすることができる。これにより、はく離点を安定させてオリフィス流量の変動を抑制する。
【００１９】
請求項６記載の発明では、上記メインオリフィスまたは上記サブオリフィスの上記開口端部における開口角θを１３５°〜１８０°の範囲とする。
【００２０】
好ましくは、開口角θを１３５°より大きくするとよく、１３５°〜１８０°の範囲で噴射量サイクル変動を抑制する十分な効果が得られる。
【００２１】
請求項７記載の発明では、上記メインオリフィスは、上記制御弁側から上記制御室側へ向けて流体研磨を施してある。
【００２２】
上述したように、上記制御室方向への流れの方がはく離しにくいので、安定性を高めるには、上記制御室側の開口端縁部のＲが小さい方がよい。従って個体間のオリフィス流量を高精度に揃えるためおよび加工時のバリ取りや形状の経時変化による特性変化の防止のために、流体研磨を実施する場合には、上記制御弁側から上記制御室側へ向けて行うと、上記制御室側の開口端部のＲを小さく保つことができる。
【００２３】
上記メインオリフィスの前後差圧は、上記ノズルニードル開弁時よりも閉弁時の方が小さい。すなわち、上記制御室方向へ制御流体が流れる時の方が流れがはく離しにくくなるので、少なくとも上記制御室側の開口端部に、上記出口部形状を適用すると、はく離点を安定させて噴射量サイクル変動を抑制する効果が高い。
【００２４】
請求項８記載の発明では、さらに、上記メインオリフィスに、上記制御室側から上記制御弁側へ向けて流体研磨が施してあり、かつ、上記制御室側の開口端縁部のＲが上記制御弁側の開口端縁部よりも小さくなるようにする。
【００２５】
加工時のバリ取りや形状の経時変化による特性変化の防止のために、上記制御室側から流体研磨を実施することもできる。この場合には、上記制御室側の開口端部におけるはく離安定性を高めるため、例えば、流体研磨をごく短時間として、上記制御弁側よりも上記制御室側の開口端縁部のＲを小さくすると、噴射量サイクル変動を抑制する効果が高い。
【００２６】
請求項９記載の発明では、上記制御室内に上記ノズルニードルを閉弁方向に付勢するスプリングを設け、上記オリフィスを上記制御流体通路の上記制御室側端部に配置する。上記制御室の壁面には、上記スプリングとの干渉により閉塞されることのない形状の凹部を設けて、該凹部に上記オリフィスを開口させる。
【００２７】
上記制御室内にスプリングを有する構成では、上記オリフィスが上記制御室側の端部に形成される場合に、上記スプリングが上記オリフィスと干渉してこれを塞いでしまい、オリフィス流量が変動する要因となる。そこで、上記オリフィスを上記制御室の壁面に直接開口させず、上記スプリングの位置によって塞がれることのない形状の凹部を設けて上記メインオリフィスを開口させる。これにより、オリフィス流量の変動を低減して噴射量サイクル変動を抑制する効果が向上する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の第１の実施形態を説明する。図１（ａ）は本発明を適用したインジェクタ１の概略構成図である。インジェクタ１は、例えば、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射システム用として好適であり、エンジンの各気筒に対応して設けられて、共通のコモンレールから燃料（軽油）の供給を受けるようになっている。コモンレールには高圧サプライポンプにより圧送される燃料が噴射圧力に相当する所定の高圧で蓄えられる。
【００２９】
図１（ａ）において、インジェクタ１は、ノズルニードル３を有するノズル部１０１（下端部）と、制御弁としての３方弁１０を有する背圧制御部１０２（中間部）と、ピエゾスタック６１を有するピエゾ駆動部１０３（上端部）からなる。インジェクタ１は、図略の燃焼室壁に取付けられるハウジング１４を有し、ハウジング１４内には上記各部１０１〜１０３の構成部品が収納されるとともに、図略のコモンレールに連通する高圧通路１５、図略の燃料タンクに至る低圧通路１６等の通路が形成される。
【００３０】
ノズル部１０１は、ハウジング１４の下端部内に形成した縦穴３１に、段付きのノズルニードル３を摺動自在に保持している。ノズルニードル３の下半小径部の外周には環状の油溜まり室３２が形成されており、常時高圧通路１５と連通する油溜まり室３２にコモンレールからの高圧燃料が供給されている。縦穴３１の下方には、これに連なってサック部３３が形成され、サック部３３形成壁を貫通して燃料噴射用の噴孔３４が形成される。
【００３１】
ノズルニードル３は下端位置にある時に、円錐形の先端部がサック部３３と縦穴３１の境界部に設けたシートに着座し、サック部３３を閉じて油溜まり室３２から噴孔３４への燃料供給を遮断する。ノズルニードル３が上昇してシートから離座し、サック部３３を開くと燃料が噴射される。
【００３２】
ノズルニードル３の上端面および縦穴３１の壁面により画成される空間は、ノズルニードル３に背圧を与える制御室４としてある。制御室４径はノズル摺動径と等しくなっている。制御室４は、メインオリフィス５１を有するオリフィス通路５２により背圧制御部１０２の弁室２１と常時連通するとともに、サブオリフィス４１を有するオリフィス通路４２により高圧通路１５と常時連通し、メインオリフィス５１、サブオリフィス４１を介して導入される制御流体としての燃料が、ノズルニードル３の背圧を発生している。この背圧はノズルニードル３に下向きに作用して、制御室４内に収納されたスプリング４３とともにノズルニードル３を着座方向に付勢する。一方、油溜まり室３２の高圧燃料がノズルニードル３の段差面に上向きに作用しノズルニードル３を離座方向に付勢している。
【００３３】
制御流体通路であるオリフィス通路５２は、弁室２１の底面から下方へ延びて制御室４の頂面に開口している。メインオリフィス５１は、このオリフィス通路５２の途中、本実施形態では制御室４側端部（図の下端部）近傍に設けられており、背圧制御部１０２の３方弁１０の切換位置によってメインオリフィス５１内を流通する燃料の流れ方向が反転するようになっている。また、サブオリフィス４１は、高圧通路１５から分岐して制御室４の側面に開口するオリフィス通路４２の制御室４側端部（図の左端部）近傍に設けられている。
【００３４】
なお、サブオリフィス４１は、噴射開始時に制御室４の圧力降下を緩和して、ノズルニードル３を緩やかに開弁し、一方、噴射停止時には制御室４の圧力上昇を促進して、ノズルニードル３を迅速に閉弁させる機能を有する。サブオリフィス４１およびオリフィス通路４２を設けないインジェクタ構造とすることもできる。メインオリフィス５１およびサブオリフィス４１の形状は、本発明の特徴部分であり、詳細を後述する。
【００３５】
背圧制御部１０２は、制御弁としての３方弁１０が、弁室２１の天井面に設けた低圧シート２２または底面に設けた高圧シート２３に選択的に着座して、流路を切換えるようになっている。低圧シート２２と高圧シート２３は弁室２１天井面と底面中央部の対向位置に設けられ、低圧シート２２は低圧部２６を介して低圧通路１６と連通し、高圧シート２３は通路２５を介して高圧通路１５と連通している。
【００３６】
３方弁１０は大径の弁部１１と摺動部１２を有する圧力バランス型構造で、上端部が大径の弁部１１として弁室２１内に位置し、下端部の摺動部１２が高圧シート２３に続くシリンダ内を摺動するようになっている。弁部１１と摺動部１２は細径部１３にて連結され、細径部１３の外周に形成される環状空間に高圧通路１５へ至る通路２５が開口している。
【００３７】
３方弁１０が上端位置にある時には、弁部１１の頂面が、弁室２１天井面の低圧シート２２に着座して低圧通路１６との連通を遮断する。３方弁１０が下端位置にある時には、弁部１１の下部テーパ面が、弁室２１底面の高圧シート２３に着座して、高圧通路１５との連通を遮断する。３方弁１０は、ピエゾ駆動部１０３により押圧駆動されることで上下動するようになっており、作動状態が切換わるのに伴い、弁室２１に連通する制御室４の圧力、すなわちノズルニードル３の背圧が増減する。
【００３８】
３方弁１０の摺動部１２下方には、バルブスプリング１７を収容するスプリング室が設けられ、３方弁１０は、バルブスプリング１７によって上方に付勢されている。なお、スプリング室は、連通路２４を介して低圧部２６に接続されている。これにより、３方弁１０の下方への移動が抑制されることがなく、噴射開始時に弁部１１が低圧シート２２から速やかに離座する。
【００３９】
ここで、３方弁１０は、低圧シート２２、高圧シート２３、摺動部１２径をほぼ同一径とし、弁部１１と摺動部１２および細径部１３で構成されるバルブニードルの弁部１１に上向きに作用する油圧と摺動部１２に下向きに作用する油圧とをほぼバランスさせている。ただし、３方弁１０の安定した作動のためには、低圧シート２２径、高圧シート２３径を共に摺動部１２径より僅かに大きくし、３方弁１０に上向きの油圧負荷をかけるようにしておくとより好ましい。このようにすると、３方弁１０が意図しない動作により低圧シート２２を開弁するのを防止し、あるいは噴射終了時に高圧シート２３から速やかに離座させることができる。
【００４０】
ピエゾ駆動部１０３は、弁室２１の上方に形成した縦穴内に、上側から順にピエゾスタック６１、大径のピエゾピストン６２、小径のバルブピストン６４を同軸に配設してなる。ピエゾピストン６２とバルブピストン６４は、縦穴内に設けたシリンダ内に摺動自在に保持される。ピエゾピストン６２とバルブピストン６４の間の空間には、燃料が充填されて変位拡大室６３を形成している。
【００４１】
ピエゾスタック６１はＰＺＴ等の圧電セラミック層と電極層とが交互に積層してコンデンサ構造を有する一般的なもので、積層方向すなわち上下方向を伸縮方向としており、図示しない駆動回路により充放電されるようになっている。ピエゾスタック６１には、ピエゾピストン６２の上端部外周に設けられたピエゾスプリング６５により一定の初期荷重が印加される。これにより、ピエゾピストン６２はピエゾスタック６１の伸縮に伴い、一体に上下動する。
【００４２】
バルブピストン６４は、ピン状の下端部が３方弁１０の低圧シート２２付近へ延び、弁室２１内の３方弁１０頂面に当接している。バルブピストン６４の中間部外周にはフランジが形成され、該フランジ上に支持されるスプリングによってバルブピストン６４が下方に付勢されている。変位拡大室６３は、ピエゾピストン６２側の室とバルブピストン６４側の室を絞り部６３１で連結した構成としてあり、この絞り部６３１により、ピエゾスタック６１伸縮時の圧力変動が伝達されるのを防止している。
【００４３】
従って、ピエゾスタック６１が伸長してピエゾピストン６２を押圧すると、その押圧力が変位拡大室６３の燃料を介してバルブピストン６４に伝えられる。この時、バルブピストン６４は、ピエゾピストン６２よりも小径としてあるので、ピエゾスタック６１の伸長量が拡大されてバルブピストン６４の上下方向の変位に変換される。このように、大小２つのピストン６２、６４と変位拡大室６３とは、油圧式変位拡大機構として機能する。
【００４４】
上記構成のインジェクタ１の作動を説明する。ピエゾスタック６１が放電状態で縮小している状態（図示の状態）から、ピエゾスタック６１に充電すると、ピエゾスタック６１が伸長し、ピエゾピストン６２を押し下げて変位拡大室６３の圧力を上昇させる。この圧力がバルブピストン６４を作動させて弁部１１と摺動部１２および細径部１３で構成されるバルブニードルを押し下げると、弁部１１が低圧シート２２から離座し、さらに下方変位して高圧シート１５に着座する。これにより、低圧通路１６に連通する低圧シート２２が開放され、制御室４内の燃料がメインオリフィス５１、オリフィス通路５２および弁室２１を介して流出するために、制御室４の圧力が降下する。そして、ノズルニードル３の下向きの付勢力が上向きの付勢を下回ると、ノズルニードル３が離座して燃料噴射が開始される。
【００４５】
次に、ピエゾスタック６１を再び放電させると、ピエゾスタック６１が収縮してピエゾピストン６２が上方へ移動し、変位拡大室６３の圧力が降下して弁部１１と摺動部１２および細径部１３で構成されるバルブニードルの押し下げ力が解除される。これにより、高圧通路１５に連通する高圧シート２３が開放され、制御室４に弁室２１、オリフィス通路５２およびメインオリフィス５１を介して流入する高圧燃料と、オリフィス通路４２、サブオリフィス４１を介して流入する高圧燃料とにより、制御室４圧力が再び上昇する。そして、ノズルニードル３が着座して噴射が終了する。
【００４６】
ここで、メインオリフィス５１およびサブオリフィス４１の出口部形状について検討する。図１（ｃ）は、従来のオリフィス形状で、出口部は開口角が１２０°で、テーパ状に拡径するエッジのない形状となっており、このため、出口部におけるオリフィス流れのはく離点がサイクル毎にばらつく問題がある。そこで、本発明では、図１（ｂ）のように、出口部の開口角θを広げ、出口部において制御流体の流れが急拡大する形状とする。具体的には、開口角θを１２０°より大きくし、また、オリフィスの出口部のアール（Ｒ）を小さくするとよい。開口角θは、より好ましくは１３５°から１８０°の範囲とする。このような形状とすると、オリフィス端部で流れが徐々に広がらず、出口部で流れが急に拡大するので、オリフィス流れのはく離点が安定しやすい。
【００４７】
この出口部形状を、３方弁１０の駆動状態によりメインオリフィス５１内の流れ方向が反転するオリフィス通路５２に適用する場合には、メインオリフィス５１の両開口端部の少なくとも一方、好ましくは両方を、該開口端部を通過した流れが急拡大する形状とする。開口端部の一方に適用する場合には、制御室４側の開口端部に上記出口部形状を適用すると、より好ましい。これについて、以下に順に説明する。
【００４８】
図２（ａ）は、メインオリフィス５１の制御室４側の開口端部に適用した例を示し、制御室４側の開口角θを１２０°より大きくし、また、Ｒを小さくすることで、制御室４方向へ燃料が流入する際の、メインオリフィス流れのはく離点を安定させることができる。すなわち、３方弁１０（制御弁）が上端位置にある時、高圧通路１５に連通する高圧シート２３からの高圧燃料がメインオリフィス５１を経て制御室４に流入するが、オリフィス出口における流れのはく離点が安定するので、制御室４の圧力上昇がサイクル毎にばらつくのを防止し、ノズル閉弁タイミングの変動が小さくなる。
【００４９】
図２（ｂ）は、上記出口部形状を、メインオリフィス５１の３方弁１０（制御弁）側の開口端部に適用した例を示し、３方弁１０側の開口角θを１２０°より大きくし、また、Ｒを小さくしてあるので、３方弁１０方向へ燃料が流入する際の、メインオリフィス流れのはく離点を安定させることができる。すなわち、３方弁１０が下端位置にある時、低圧通路１６に連通する低圧シート２２が開放されて制御室４内の高圧燃料がメインオリフィス５１を経て流出するが、オリフィス出口における流れのはく離点が安定するので、制御室４の圧力降下がサイクル毎にばらつくのを防止し、ノズル開弁タイミングの変動が小さくなる。
【００５０】
図２（ｃ）のように、上記出口部形状を、メインオリフィス５１の両開口端部に適用することももちろんできる。この場合には、図２（ａ）と図２（ｂ）を組み合わせた効果が得られ、ノズル開閉弁タイミングの変動を小さくすることができる。なお、上記出口部形状とするには、通常の方法でドリルを用いてオリフィスを形成した後、所望の開口角となるように加工すればよい。
【００５１】
図３は、上記出口部形状を、サブオリフィス４１の制御室４側の開口端部に適用した例を示し、制御室４側の開口角θを１２０°より大きくし、また、Ｒを小さくしてある。オリフィス通路４２では、常に高圧通路１５側からサブオリフィス４１を経て制御室４方向へ燃料が流入するので、制御室４側の開口端部の流れが急拡大する形状となっていればよい。この時、サブオリフィス流れのはく離点が安定するので、制御室４への流入量がサイクル毎にばらつくことがなく、ノズル開閉弁タイミングの変動が小さくなる。
【００５２】
ところで、図４（ａ）において、メインオリフィス５１の前後差圧は、制御室４から燃料が流出する場合より制御室４内へ燃料が流入する場合、すなわちノズルニードル３の閉弁時の方が小さい。差圧が小さいということは、レイノルズ数が小さく層流になりやすいことであり、流れもはく離しにくくなる。この時のはく離安定性を高めるためには、メインオリフィス５１の制御室４側の端部のＲを小さくするのがよい。従って、図４（ｂ）のように、制御室４側の開口端部に上記出口部形状を適用し、制御室４側の開口端縁部のＲを３方弁１０側の開口端縁部よりも小さくするとより効果的である。
【００５３】
また、メインオリフィス５１およびサブオリフィス４１には、必要に応じて、流体研磨を施すことができる。流体研磨は、第１に個体間のオリフィス流量を高精度に揃えることを目的とし、第２に加工時に端縁部に生じるバリ取り、あるいは、形状の経時変化による特性変化を防止する目的として実施される処理で、砥粒を含む流体を用いて行う。ただし、処理時間が長くなるとオリフィス開口端部、特に上流側にＲがつきやすくなるので、メインオリフィス５１では、好ましくは、図４（ｂ）のように、３方弁１０側から制御室４側へ向けて実施する。このようにすると、メインオリフィス５１の制御室４側の開口端部は、Ｒが小さいままとなるので、上記出口部形状による効果を維持し、ノズル閉弁時のはく離安定性を確保することができる。
【００５４】
図５のように、メインオリフィス５１に制御室４側から３方弁１０側へ向けて流体研磨を行う場合には、バリ取りや形状の経時変化による特性変化防止のための流体研磨とすることが好ましい。制御室４側の開口端部においても、バリ取りや形状の経時変化による特性変化防止のために、必要最小限のＲを付ける流体研磨を短時間行うことで、ノズル閉弁時のはく離安定性と特性変化防止を両立させることができる。メインオリフィス５１の両開口端部に上記出口部形状を適用した場合には、両方向から短時間の流体研磨を実施すれば、出口部形状と流体研磨による特性安定化の効果を両立できる。
【００５５】
サブオリフィス４１に流体研磨を行う場合も同様で、高圧通路１５側から制御室４側へ向けて実施することが好ましく、制御室４側から実施する場合には短時間の流体研磨とするのがよい。
【００５６】
メインオリフィス５１およびサブオリフィス４１は、オリフィス通路５２、４２途中のいずれに設けることもできる。例えば、図１（ａ）のように、制御室４側の端部またはその近傍に形成すると、ノズル開閉弁時に制御室４の圧力脈動を抑制するために有効であるが、制御室４の壁面に直接開口していると、制御室４内に配設されるスプリング４３と干渉して、オリフィスが塞がれてしまう場合がある。そこで、図６に第２の実施の形態として示すように、制御室４の頂面に凹部５３を設け、該凹部５３をスプリング４３がどのような位置にあっても塞がれない大きな開口部を有する形状として、ここにメインオリフィス５１を開口させることが好ましい。図６では、例えば、凹部５３を、大小２段径の段付形状とし、小径側の端面中央にメインオリフィス５１を開口させているが、凹部５３形状は、特に限定されるものではなく、スプリング４３とメインオリフィス５１が干渉しない形状となっていればよい。
【００５７】
この構成により、メインオリフィス５１が塞がれてオリフィス流量が変動するのを防止できる。よって、上述したオリフィス出口部形状との組み合わせにより、オリフィス流量の変動を低減して噴射量サイクル変動を抑制する効果を高めることができる。サブオリフィス４１についても同様の構成とすることができる。
【００５８】
図７は、本発明のオリフィス出口部形状による効果を示すもので、一噴射行程における制御室圧の推移を、図１（ｃ）の従来のオリフィス出口部形状（改良前）と比較している。図示するように、メインオリフィス５１の両開口端部およびサブオリフィス４１の制御室４側の開口端部に、図１（ｂ）の出口部形状を適用した場合には（改良後）、ノズルニードルの開弁タイミングおよび閉弁タイミングの変動幅がごく小さくなっており、変動幅の大きい従来のオリフィス出口部形状（改良前）と比較して出口部形状による明らかな効果が見られる。これは従来のオリフィス出口部形状（改良前）では、はく離点がばらついてオリフィス流量に変動が生じ、制御室圧の推移がばらつきやすくなるのに対し、本発明のオリフィス出口部形状とすることではく離点が安定し、オリフィス流量の変動が抑制されるからで、サイクル毎の制御室圧の推移のばらつきを小さくして噴射量サイクル変動を抑制する効果が得られる。
【００５９】
図８は、オリフィス出口部の開口角θと噴射量サイクル変動の関係を示すもので、開口角θが大きくなるほど噴射量サイクル変動の低減に効果があることがわかる。好ましくは、実際にディーゼルエンジンのコモンレール用インジェクタ１に適用される場合の要求値から、開口角θを１３５°以上とするのがよく、開口角θが１８０°に近づくと噴射量サイクル変動はほぼ一定となる。以上より、好適には、開口角θを１３５°〜１８０°の範囲とすることで噴射量サイクル変動を抑制する十分な効果が得られる。
【００６０】
このように、本発明によれば、オリフィス出口部の形状の見直しにより、オリフィス流れのばらつきをなくし、噴射量サイクル変動を抑制することができる。よって、インジェクタの作動が安定し、制御性が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、（ａ）はインジェクタの全体構成を示す断面図、（ｂ）は従来のオリフィス出口部形状を示す概略断面図、（ｃ）は本発明のオリフィス出口部形状を示す概略断面図である。
【図２】（ａ）は本発明のオリフィス出口部形状を、メインオリフィスの制御室側開口端部に適用した場合の概略断面図、（ｂ）は本発明のオリフィス出口部形状を、メインオリフィスの制御弁側開口端部に適用した場合の概略断面図、（ｃ）は本発明のオリフィス出口部形状を、メインオリフィスの制御室側開口端部および制御弁側開口端部に適用した場合の概略断面図である。
【図３】（ａ）は本発明のオリフィス出口部形状を、サブオリフィスの制御室側開口端部に適用した場合の概略断面図である。
【図４】（ａ）は本発明のインジェクタの要部断面図、（ｂ）はメインオリフィスの制御弁側から流体研磨を実施した場合を示す概略断面図である。
【図５】メインオリフィスの制御室側から流体研磨を実施した場合を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示すインジェクタの要部拡大断面図である。
【図７】本発明の効果を示す図で、１噴射行程における制御室圧の推移を示す図である。
【図８】オリフィス出口部の開口角と噴射量サイクル変動の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  インジェクタ
１０  ３方弁（制御弁）
１１  弁部
１２  摺動部
１３  細径部
１４  ハウジング
１５  高圧通路
１６  低圧通路
２２  低圧シート
２３  高圧シート
３  ノズルニードル
３２  油溜まり室
３４  噴孔
４  制御室
５１  メインオリフィス
５２  オリフィス通路
５３  凹部
６１  ピエゾスタック
６２  ピエゾピストン
６３  変位拡大室
６４  バルブピストン
１０１  ノズル部
１０２  背圧制御部
１０３  ピエゾ駆動部
【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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