(57)【要約】【課題】  実際に噴射される燃料の量を正規の量に確実に維持する。【解決手段】  ニードル１２がニードルシート２２に着座しているときには、下向き受圧面外側部分２５に上向きの加圧燃料圧が作用し、ニードル１２がニードルシート２２から離脱すると下向き受圧面全体に上向きの加圧燃料圧が作用するようになっている。ハウジング内周面とニードル外周面間にノズル室およびコイル室からそれぞれ隔離された第１および第２の背圧室１６，１７をそれぞれ画定し、第１および第２の背圧室１６，１７に加圧燃料源をそれぞれ接続する。第１の背圧室１６内に位置するニードル１２に上向き受圧面外側部分２８を形成し、その面積を下向き受圧面外側部分２５の面積とほぼ等しくする。第２の背圧室１７内に位置するニードル１２に上向き受圧面内側部分２９を形成し、その面積を下向き受圧面内側部分２６の面積とほぼ等しくする。【選択図】      図１
2005207343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内にノズル室およびコイル室を形成し、該ノズル室の下端にノズルを接続すると共にノズル室の上端に摺動孔を介して該コイル室を接続し、ノズル室から該摺動孔を介しコイル室まで延びるニードルを該摺動孔において摺動可能にかつ密封的に保持し、ノズル室に加圧燃料源を接続して該ノズル室を加圧燃料により満たし、コイル室内にソレノイドコイルを固定すると共に、コイル室内に位置するニードルに該ソレノイドコイルに対面するようアーマチャを形成し、ハウジング内周面とニードル外周面間にニードルを閉弁方向に付勢する圧縮バネを挿入し、ニードルがノズル周りのニードルシートに着座するとニードルとニードルシート間にシールが形成されるようになっており、ニードルがニードルシートに着座しているときには、ノズル室内に位置するニードルに形成されている下向き受圧面のうちシールよりも外側の部分に上向きの加圧燃料圧が作用し、ニードルがニードルシートから離脱すると該下向き受圧面全体に上向きの加圧燃料圧が作用するようになっている燃料噴射弁において、ハウジング内周面とニードル外周面間にノズル室およびコイル室からそれぞれ隔離された第１および第２の背圧室を画定し、これら第１および第２の背圧室に加圧燃料源をそれぞれ接続し、該第１の背圧室内に位置するニードルに第１の上向き受圧面を形成すると共に、該第１の上向き受圧面の面積をニードルの下向き受圧面のうちシールよりも外側の環状部分である下向き受圧面外側部分の面積とほぼ等しくし、該第２の背圧室内に位置するニードルに第２の上向き受圧面を形成すると共に、該第２の上向き受圧面の面積をニードルの下向き受圧面のうち下向き受圧面外側部分の内側の部分である下向き受圧面内側部分の面積とほぼ等しくした燃料噴射弁。
【請求項２】
前記第２の背圧室に加圧燃料通路を介して前記加圧燃料源を接続し、前記ニードルのリフト量が予め定められた設定量よりも小さいときには遮断されニードルのリフト量が該設定量よりも大きくなると開放されるように該加圧燃料通路を構成した請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記設定値をほぼゼロに設定し、前記ニードルが前記ニードルシートに着座しているときには遮断されニードルがニードルシートから離脱すると開放されるように前記加圧燃料通路を構成した請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
ニードルがニードルシートから離脱したときにニードルとニードルシート間に形成される燃料通路の流路面積が、ニードルのリフト量が予め定められたしきい値よりも小さいときにはニードルのリフト量が大きくなるにつれて大きくなり、ニードルのリフト量が該しきい値よりも大きくなるとほぼ最大値に維持されるようになっており、前記設定値を該しきい値に設定し、燃料通路の流路面積がほぼ最大値よりも小さいときには遮断され燃料通路の流路面積がほぼ最大値になると開放されるように前記加圧燃料通路を構成した請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記加圧燃料通路内に開閉弁を配置し、ニードルのリフト量が前記設定量よりも小さいときには閉弁しニードルのリフト量が設定量よりも大きくなると開弁するように該開閉弁を構成した請求項２から４までのいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
ハウジング内周面とニードル外周面間に摺動面が形成されており、前記加圧燃料通路を、該摺動面までハウジング内を延びるハウジング内通路と、ニードル内を該摺動面から前記第２の背圧室まで延びるニードル内通路とから構成し、ニードルのリフト量が前記設定量よりも小さいときには該ハウジング内通路の摺動面側開口がニードル外周面により閉塞されまたは該ニードル内通路の摺動面側開口がハウジング内周面により閉塞され、ニードルのリフト量が設定量よりも大きいときには該ハウジング内通路の摺動面側開口と該ニードル内通路の摺動面側開口とが互いに連通するように、これらハウジング内通路およびニードル内通路の摺動面側開口を位置決めした請求項２から４までのいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
少なくとも前記加圧燃料通路が遮断されているときに前記第２の背圧室内の加圧燃料を該第２の背圧室外へ逃がすための逃がし通路を該第２の背圧室に接続した請求項２から６までのいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
前記逃がし通路を、前記第２の背圧室を画定するハウジング内周面とニードル外周面間のクリアランスから形成し、前記加圧燃料通路が遮断されているときに前記第２の背圧室内の加圧燃料が該第２の背圧室外へ逃げるように該クリアランスの大きさが設定されている請求項７に記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
前記第２の背圧室を画定するハウジング内周面上またはニードル外周面上に前記逃がし通路を開口させ、前記加圧燃料通路が遮断されているときには開放され加圧燃料通路が開放されると遮断されるように該逃がし通路を構成した請求項７に記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
ニードルのリフト量が大きいときには小さいときに比べてその流路面積が小さくなるように前記逃がし通路を構成した請求項７から９までのいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１（Ａ）および（Ｂ）に示されるような圧縮着火式内燃機関用燃料噴射弁１’が公知である。この燃料噴射弁では、ハウジング２’内にノズル室７’およびコイル室８’が形成され、ノズル室７’の下端にノズル９’が接続されると共にノズル室７’の上端に摺動孔１０’を介してコイル室８’が接続される。ノズル室７’から摺動孔１０’を介しコイル室８’まで延びるニードル１２’が摺動孔１０’において摺動可能にかつ密封的に保持される。ノズル室７’に加圧燃料供給路２１’を介しコモンレール（図示しない）が接続されてノズル室７’が加圧燃料により満たされる。コイル室７’内にソレノイドコイル１３’および固定コア１４’が固定されると共に、コイル室８’内に位置するニードル１２’にソレノイドコイル１３’に対面するようアーマチャ１５’が形成される。ハウジング内周面とニードル外周面間にニードル１２’を閉弁方向に付勢する圧縮バネ３０’が挿入される。
【０００３】
図１１（Ａ）は燃料噴射弁１’の閉弁時を示している。この場合、ソレノイドコイル１３’は消勢されており、ニードル１２’は圧縮バネ３０’のバネ力によってニードルシート２２’に着座した状態に保持され、かくしてノズル９’が遮断されている。このときニードル１２’とニードルシート２２’間にシール２３’が形成される。次いで燃料噴射を開始すべきときには、ソレノイドコイル１３’が付勢される。その結果、ニードル１２’にソレノイドコイル１３’の上向きの磁気吸引力が作用し、ニードル１２’が上向きに変位してニードルシート２２’から離脱するとノズル９’が開放され、かくして燃料噴射が開始される。次いで、図１１（Ｂ）に示されるようにアーマチャ１５’が固定コア１４’の底端面に衝突するとニードル１２’の上向き変位が制限され、ニードル１２’は図１１（Ｂ）に示される位置に保持される。次いで、燃料噴射を停止すべきときにはソレノイドコイル１３’が消勢される。その結果、圧縮バネ３０’のバネ力によってニードル１２’が下向きに変位せしめられる。次いで、図１１（Ａ）に示されるようにニードル１２’がニードルシート２２’に着座するとノズル９’が遮断され、かくして燃料噴射が停止される。
【０００４】
燃料噴射停止時には、シール２３’よりも外側の下向き受圧面外側部分２５’に上向きの加圧燃料圧が作用している。したがって、このときニードル１２’には図１２（Ａ）に示されるように、下向き受圧面外側部分２５’における加圧燃料圧による上向きの力ＦＵ１’と、圧縮バネ３０による下向きのバネ力ＦＤＳ’とが作用している。これに対し、ニードル１２’がニードルシート２２’から離脱すると、下向き受圧面外側部分２５’よりも内側の下向き受圧面内側部分２６’にも上向きの加圧燃料圧が作用するようになる。したがって、ソレノイドコイル１３’が付勢されかつニードル１２’がニードルシート２２’から離脱しているときには、図１２（Ｂ）に示されるように、ニードル１２’には上述した力ＦＵ１’，ＦＤＳ’に加えて、下向き受圧面内側部分２６’における上向きの力ＦＵ２’と、ソレノイドコイル１３’の上向きの磁気吸引力ＦＵＭ’とが作用するようになる。次いで、ソレノイドコイル１３が消勢されると、図１２（Ｃ）に示されるように、上向きの磁気吸引力ＦＵＭ’がニードル１２’に作用しなくなるので、このときニードル１２’には上向きの力ＦＵ１’，ＦＵ２’と下向きのバネ力ＦＤＳ’とが作用する。
【０００５】
したがって、燃料噴射を開始すべくニードル１２’をニードルシート２２’から離脱させるためには、ソレノイドコイル１３’の磁気吸引力ＦＵＭ’と上向きの力ＦＵ１’とが圧縮バネのバネ力ＦＤＳ’よりも大きい必要がある（図１２（Ａ）参照）。一方、燃料噴射を停止すべくニードル１２’をニードルシート２２’に着座させるために、圧縮バネ３０’のバネ力ＦＤＳ’が上向きの力の和（ＦＵ１’＋ＦＵ２’）よりも大きい必要がある（図１２（Ｃ）参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２５４１８９号公報
【特許文献２】特開平１０−２７４１２７号公報
【特許文献３】特開２００３−１１３７５４号公報
【特許文献４】特開２００３−１８４６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、圧縮着火式内燃機関では、たとえば圧縮上死点付近において燃料噴射弁から筒内に燃料を直接噴射するのが一般的である。圧縮上死点付近における筒内圧はかなり高いので、燃料噴射弁から筒内に燃料が確実に噴射されるようにするために、燃料噴射弁のノズル室に供給される加圧燃料の圧力は非常に高くされている。
【０００８】
その結果、上述した上向きの力の和（ＦＵ１’＋ＦＵ２’）がかなり大きくなるので、圧縮バネ３０’のバネ力ＦＤＳ’をかなり大きくしなければならず、したがってソレノイドコイル１３’の磁気吸引力ＦＵＭ’をさらに大きくしなければならないという問題点がある。このことは、ソレノイドコイルのエネルギ消費量がきわめて大きくなり、またはソレノイドコイルの寸法が大きくなることを意味している。
【０００９】
そこで本発明は、ソレノイドコイルに要求される磁気吸引力を低減することができる燃料噴射弁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】
【００１０】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、ハウジング内にノズル室およびコイル室を形成し、該ノズル室の下端にノズルを接続すると共にノズル室の上端に摺動孔を介して該コイル室を接続し、ノズル室から該摺動孔を介しコイル室まで延びるニードルを該摺動孔において摺動可能にかつ密封的に保持し、ノズル室に加圧燃料源を接続して該ノズル室を加圧燃料により満たし、コイル室内にソレノイドコイルを固定すると共に、コイル室内に位置するニードルに該ソレノイドコイルに対面するようアーマチャを形成し、ハウジング内周面とニードル外周面間にニードルを閉弁方向に付勢する圧縮バネを挿入し、ニードルがノズル周りのニードルシートに着座するとニードルとニードルシート間にシールが形成されるようになっており、ニードルがニードルシートに着座しているときには、ノズル室内に位置するニードルに形成されている下向き受圧面のうちシールよりも外側の部分に上向きの加圧燃料圧が作用し、ニードルがニードルシートから離脱すると該下向き受圧面全体に上向きの加圧燃料圧が作用するようになっている燃料噴射弁において、ハウジング内周面とニードル外周面間にノズル室およびコイル室からそれぞれ隔離された第１および第２の背圧室を画定し、これら第１および第２の背圧室に加圧燃料源をそれぞれ接続し、該第１の背圧室内に位置するニードルに第１の上向き受圧面を形成すると共に、該第１の上向き受圧面の面積をニードルの下向き受圧面のうちシールよりも外側の環状部分である下向き受圧面外側部分の面積とほぼ等しくし、該第２の背圧室内に位置するニードルに第２の上向き受圧面を形成すると共に、該第２の上向き受圧面の面積をニードルの下向き受圧面のうち下向き受圧面外側部分の内側の部分である下向き受圧面内側部分の面積とほぼ等しくしている。
【００１１】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、前記第２の背圧室に加圧燃料通路を介して前記加圧燃料源を接続し、前記ニードルのリフト量が予め定められた設定量よりも小さいときには遮断されニードルのリフト量が該設定量よりも大きくなると開放されるように該加圧燃料通路を構成している。
【００１２】
また、３番目の発明によれば２番目の発明において、前記設定値をほぼゼロに設定し、前記ニードルが前記ニードルシートに着座しているときには遮断されニードルがニードルシートから離脱すると開放されるように前記加圧燃料通路を構成している。
【００１３】
また、４番目の発明によれば２番目の発明において、ニードルがニードルシートから離脱したときにニードルとニードルシート間に形成される燃料通路の流路面積が、ニードルのリフト量が予め定められたしきい値よりも小さいときにはニードルのリフト量が大きくなるにつれて大きくなり、ニードルのリフト量が該しきい値よりも大きくなるとほぼ最大値に維持されるようになっており、前記設定値を該しきい値に設定し、燃料通路の流路面積がほぼ最大値よりも小さいときには遮断され燃料通路の流路面積がほぼ最大値になると開放されるように前記加圧燃料通路を構成している。
【００１４】
また、５番目の発明によれば２から４番目の発明のいずれか一つにおいて、前記加圧燃料通路内に開閉弁を配置し、ニードルのリフト量が前記設定量よりも小さいときには閉弁しニードルのリフト量が設定量よりも大きくなると開弁するように該開閉弁を構成している。
【００１５】
また、６番目の発明によれば２から４番目の発明のいずれか一つにおいて、ハウジング内周面とニードル外周面間に摺動面が形成されており、前記加圧燃料通路を、該摺動面までハウジング内を延びるハウジング内通路と、ニードル内を該摺動面から前記第２の背圧室まで延びるニードル内通路とから構成し、ニードルのリフト量が前記設定量よりも小さいときには該ハウジング内通路の摺動面側開口がニードル外周面により閉塞されまたは該ニードル内通路の摺動面側開口がハウジング内周面により閉塞され、ニードルのリフト量が設定量よりも大きいときには該ハウジング内通路の摺動面側開口と該ニードル内通路の摺動面側開口とが互いに連通するように、これらハウジング内通路およびニードル内通路の摺動面側開口を位置決めしている。
【００１６】
また、７番目の発明によれば２から６番目の発明のいずれか一つにおいて、少なくとも前記加圧燃料通路が遮断されているときに前記第２の背圧室内の加圧燃料を該第２の背圧室外へ逃がすための逃がし通路を該第２の背圧室に接続している。
【００１７】
また、８番目の発明によれば７番目の発明において、前記逃がし通路を、前記第２の背圧室を画定するハウジング内周面とニードル外周面間のクリアランスから形成し、前記加圧燃料通路が遮断されているときに前記第２の背圧室内の加圧燃料が該第２の背圧室外へ逃げるように該クリアランスの大きさが設定されている。
【００１８】
また、９番目の発明によれば７番目の発明において、前記第２の背圧室を画定するハウジング内周面上またはニードル外周面上に前記逃がし通路を開口させ、前記加圧燃料通路が遮断されているときには開放され加圧燃料通路が開放されると遮断されるように該逃がし通路を構成している。
【００１９】
また、１０番目の発明によれば７から９番目の発明のいずれか一つにおいて、ニードルのリフト量が大きいときには小さいときに比べてその流路面積が小さくなるように前記逃がし通路を構成している。
【発明の効果】
【００２０】
実際に噴射される燃料の量を正規の量に確実に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下では、本発明を圧縮着火式内燃機関用の筒内直接噴射式燃料噴射弁に適用した場合を説明する。
【００２２】
図１（Ａ），（Ｂ）は本発明による第１実施例を示している。図１（Ａ），（Ｂ）を参照すると、燃料噴射弁１はハウジング２を具備し、このハウジング２はノズルホルダ３と、ノズルホルダ３に固定されたケーシング４と、ケーシング４に固定された隔壁５および柱状突起６とから構成される。
【００２３】
ハウジング２内にはノズル室７およびコイル室８が画定されている。ノズル室７の下端に位置するノズルホルダ３にはノズルないし噴孔９が形成され、ノズル室７の上端に位置するノズルホルダ３および隔壁５には摺動孔１０，１１がそれぞれ形成され、これら摺動孔１０，１１を介してノズル室７がコイル室８に接続される。ニードル１２はノズル室７から摺動孔１０，１１を介しコイル室８まで長手軸線Ｋ方向に延びると共に、これら摺動孔１０，１１において長手軸線Ｋ方向に摺動可能にかつ密封的に保持される。なお、図１（Ａ）において１０Ａは摺動孔１０においてノズルホルダ３とニードル１２間に形成される摺動面を、１１Ａは摺動孔１１において隔壁５とニードル１２間に形成される摺動面を、それぞれ示している。
【００２４】
一方、コイル室８内にはソレノイドコイル１３を含む環状固定コア１４が固定されており、コイル室８内に位置するニードル１２にはソレノイドコイル１３に対面するようアーマチャ１５が一体的に形成されている。
【００２５】
図１（Ａ）に示されるように、ハウジング２の内周面とニードル１２の外周面間にノズル室７およびコイル室８からそれぞれ隔離された第１の背圧室１６および第２の背圧室１７がそれぞれ画定される。本発明による第１実施例では、ノズルホルダ３と隔壁５が長手軸線Ｋ方向に互いに離間して配置され、ノズルホルダ３の上端面と隔壁５の下端面間に第１の背圧室１６が画定される。また、ニードル１２の上端に凹溝１８が形成されており、この凹溝１８に突起６が長手軸線Ｋ方向に摺動可能にかつ密封的に挿入され、かくして凹溝１８の内周面と突起６の外周面間に第２の背圧室１７が画定される。なお、１８Ａは凹溝１８と突起６間に形成される摺動面を示している。
【００２６】
第１の背圧室１６はケーシング４に形成された燃料ポート１９を介して加圧燃料源たとえばコモンレール（図示しない）に接続される。また、ニードル１２内には第１背圧室１６と第２背圧室１７とを互いに接続する加圧燃料通路２０が形成されており、第２の背圧室１７は加圧燃料通路２０、第１背圧室１６、および燃料ポート１９を介して加圧燃料源に接続される。さらに、ノズル室７はノズルホルダ３内に形成された加圧燃料供給路２１を介して第１の背圧室１６に接続され、加圧燃料供給路２１、第１の背圧室１６、および燃料ポート１９を介して加圧燃料源に接続される。その結果、これら第１背圧室１６、第２背圧室１７、およびノズル室７はそれぞれ加圧燃料で満たされる。なお、本発明による第１実施例では、燃料が漏れないように、凹溝１８の内周面と突起６の外周面間のクリアランスが設定されている。
【００２７】
ノズル９周りのノズルホルダ３内周面にはニードルシート２２が形成される。図１（Ａ）に示されるようにニードル１２がこのニードルシート２２に着座すると、ニードル１２とニードルシート２２間にシール２３が形成される。一方、ノズル室７内に位置するニードル１２には下向き受圧面２４が形成されている。図１（Ａ）の底部には、この下向き受圧面２４が投影面の形で図示されている。下向き受圧面２４は上述したシール２３よりも半径方向外側の環状部分である下向き受圧面外側部分２５と、下向き受圧面外側部分２５の内側の部分である下向き受圧面内側部分２６とから構成される。
【００２８】
ニードル１２には上向き受圧面２７も形成されている。図１（Ａ）の頂部には、この上向き受圧面２７が投影面の形で図示されている。すなわち、第１の背圧室１６内に位置するニードル１２に第１の上向き受圧面２８が形成され、第２の背圧室１７内に位置するニードル１２すなわち凹溝１８の底面に第２の上向き受圧面２９が形成される。本発明による第１実施例では、第１の上向き受圧面２８が環状をなしており、その内側に第２の上向き受圧面２９が位置している。そこで、以下では、第１の上向き受圧面２８を上向き受圧面外側部分と称し、第２の上向き受圧面２９を上向き受圧面内側部分と称することにする。
【００２９】
その上で、本発明による第１実施例では、上向き受圧面外側部分２８の面積が下向き受圧面外側部分２５の面積とほぼ等しくなるように、上向き受圧面内側部分２９の面積が下向き受圧面内側部分２６の面積とほぼ等しくなるように、上向き受圧面２７が形成されている。
【００３０】
さらに、ニードル１２の上端とこれに対向するケーシング４の内周面間には、ニードル１２を閉弁方向に付勢する圧縮バネ３０が挿入される。なお、３１はコイル室８内に漏れ出た燃料をコイル室８外たとえば燃料タンク（図示しない）まで戻すための燃料戻しポートを表している。
【００３１】
次に、本発明による第１実施例の燃料噴射弁１の作動について説明する。
【００３２】
図１（Ａ）は燃料噴射弁１の閉弁時を示している。この場合、ソレノイドコイル１３は消勢されており、ニードル１２はニードルシート２２に着座した状態に保持され、かくしてノズル９が遮断されている。
【００３３】
次いで燃料噴射を開始すべきときには、ソレノイドコイル１３が付勢される。その結果、ニードル１２にソレノイドコイル１３の上向きの磁気吸引力が作用し、ニードル１２が上向きに変位してニードルシート２２から離脱するとノズル９が開放され、かくして燃料噴射が開始される。次いで、図１（Ｂ）に示されるようにアーマチャ１５が固定コア１４の底端面に衝突するとニードル１２の上向き変位が制限され、ニードル１２は図１（Ｂ）に示される位置に保持される。このようにニードル１２がニードルシート２２から離脱すると、ニードル１２とニードルシート２２間に環状の燃料通路３２が形成され、この燃料通路３２を介して燃料が流通する。
【００３４】
次いで、燃料噴射を停止すべきときにはソレノイドコイル１３が消勢される。その結果、圧縮バネ３０のバネ力によってニードル１２が下向きに変位せしめられる。次いで、図１（Ａ）に示されるようにニードル１２がニードルシート２２に着座するとノズル９が遮断され、かくして燃料噴射が停止される。
【００３５】
図１（Ａ）に示されるような燃料噴射停止時には、下向き受圧面外側部分２５に上向きの加圧燃料圧が作用し、上向き受圧面外側部分２８および上向き受圧面内側部分２９に下向きの加圧燃料圧がそれぞれ作用している。したがって、このときニードル１２には図２（Ａ）に示されるように、下向き受圧面外側部分２５における上向きの力ＦＵ１と、上向き受圧面外側部分２８における下向きの力ＦＤ１と、上向き受圧面内側部分２９における下向きの力ＦＤ２と、圧縮バネ３０による下向きのバネ力ＦＤＳとが作用している。ここで、下向き受圧面外側部分２５の面積と上向き受圧面外側部分２８の面積がほぼ等しいので、上向きの力ＦＵ１と下向きの力ＦＤ１とが互いに相殺される（ＦＵ１＝ＦＤ１）。その結果、このときニードル１２に実質的に作用しているのは、下向きの力ＦＤ２と下向きのバネ力ＦＤＳとの和（ＦＤ２＋ＦＤＳ）ということになる。
【００３６】
ニードル１２がニードルシート２２から離脱すると、下向き受圧面外側部分２５だけでなく下向き受圧面内側部分２６にも上向きの加圧燃料圧が作用するようになる。したがって、ソレノイドコイル１３が付勢されつつニードル１２がニードルシート２２から離脱しているときには、図２（Ｂ）に示されるように、ニードル１２には上述した力ＦＵ１，ＦＤ１，ＦＤ２，ＦＤＳに加えて、下向き受圧面内側部分２６における上向きの力ＦＵ２と、ソレノイドコイル１３の上向きの磁気吸引力ＦＵＭとが作用する。ここで、下向き受圧面内側部分２６の面積と上向き受圧面内側部分２９の面積がほぼ等しいので、上向きの力ＦＵ２と下向きの力ＦＤ２とが互いに相殺される（ＦＵ２＝ＦＤ２）。その結果、このときニードル１２に実質的に作用しているのは、上向きの磁気吸引力ＦＵＭと下向きのバネ力ＦＤＳとの差（ＦＵＭ−ＦＤＳ）ということになる。
【００３７】
次いで、ソレノイドコイル１３が消勢されると、図２（Ｃ）に示されるように、上向きの磁気吸引力ＦＵＭがニードル１２に作用しなくなる。その結果、ニードル１２がニードルシート２２から離脱しているときには上向きの力ＦＵ１，ＦＵ２が下向きの力ＦＤ１，ＦＤ２とそれぞれ相殺されるので、このときニードル１２に実質的に作用しているのは下向きのバネ力ＦＤＳのみということになる。
【００３８】
このように、ニードル１２をニードルシート２２に着座させるべきときに、ニードル１２には加圧燃料圧が実質的に作用しない（図２（Ｃ）参照）。したがって、ニードル１２をニードルシート２２まで下降させるために必要な圧縮バネ３０のバネ力ＦＤＳをかなり小さく設定することができる。
【００３９】
一方、燃料噴射を開始すべくニードル１２をニードルシート２２から離脱させるためには、ソレノイドコイル１３の磁気吸引力ＦＵＭを上述した下向きの力の和（ＦＤ２＋ＦＤＳ）よりも大きくしなければならない（図２（Ａ）参照）。ところが、圧縮バネ３０のバネ力ＦＤＳをかなり小さく設定することができるので、ソレノイドコイル１３の磁気吸引力ＦＵＭもかなり小さく設定することができる。したがって、ソレノイドコイル１３のエネルギ消費量をかなり小さくすることができ、あるいはソレノイドコイル１３の寸法をかなり小さくすることができるということになる。
【００４０】
図３（Ａ）および（Ｂ）は本発明による第２実施例を示している。この第２実施例は、加圧燃料通路２０内に開閉弁４０が配置されている点で、本発明による第１実施例と構成を異にしている。たとえば球状体からなる開閉弁４０は圧縮バネ４１によって弁シート４２に向けて付勢されている。一方、突起６すなわちハウジング２内壁面には棒状体４３が固定されており、この棒状体４３はニードル１２がニードルシート２２に着座しているときに、開閉弁４０からわずかばかりの間隙を隔てた位置まで延びている。
【００４１】
図３（Ａ）は燃料噴射弁１の閉弁時を示している。この場合、ソレノイドコイル１３は消勢されており、ニードル１２はニードルシート２２に着座した状態に保持され、かくしてノズル９が遮断されている。また、開閉弁４０は弁シート４２に着座した状態に保持され、かくして加圧燃料通路２０が遮断されている。本発明による第２実施例では、加圧燃料通路２０が遮断されている間に第２の背圧室１７内の加圧燃料が第２の背圧室１７外に逃げるように、凹溝１８の内周面と突起６の外周面間のクリアランスが設定されている。したがって、このとき図４（Ａ）に示されるように、ニードル１２には、加圧燃料圧による下向きの力ＦＤ１と、圧縮バネ３０の下向きのバネ力ＦＤＳと、加圧燃料圧による上向きの力ＦＵ１とが作用し、下向きの力ＦＤ１と上向きの力ＦＵ１とが相殺されることから、このときニードル１２に実質的に作用しているのは圧縮バネ３０の下向きのバネ力ＦＤＳのみということになる。
【００４２】
次いで燃料噴射を開始すべくソレノイドコイル１３が付勢されると、ニードル１２にソレノイドコイル１３の上向きの磁気吸引力ＦＵＭが作用し、ニードル１２が上向きに変位してニードルシート２２から離脱するとノズル９が開放され、かくして燃料噴射が開始される。ニードル１２がニードルシート２２から離脱するとほぼ同時に、開閉弁４０が棒状体４３に当接して開閉弁４０が弁シート４２から離脱し、かくして加圧燃料通路２０が開放される。その結果、第２の背圧室１７内に加圧燃料が供給されるようになる。このとき、図４（Ｂ）に示されるように、ニードル１２には上述した力ＦＵ１，ＦＤ１，ＦＤＳに加えて、下向き受圧面内側部分２６における加圧燃料圧による上向きの力ＦＵ２と、ソレノイドコイル１３の上向きの磁気吸引力ＦＵＭと、上向き受圧面内側部分２９における加圧燃料圧による下向きの力ＦＤ２とが作用し、上向きの力ＦＵ２と下向きの力ＦＤ２とが互いに相殺されることから、このときニードル１２に実質的に作用しているのは、上向きの磁気吸引力ＦＵＭと下向きのバネ力ＦＤＳとの差（ＦＵＭ−ＦＤＳ）ということになる。
【００４３】
次いで、図３（Ｂ）に示されるようにアーマチャ１５が固定コア１４の底端面に衝突するとニードル１２の上向き変位が制限され、ニードル１２は図３（Ｂ）に示される位置に保持される。
【００４４】
次いで、燃料噴射を停止すべくソレノイドコイル１３が消勢されると、図４（Ｃ）に示されるように、上向きの磁気吸引力ＦＵＭがニードル１２に作用しなくなり、上向きの力ＦＵ１，ＦＵ２が下向きの力ＦＤ１，ＦＤ２とそれぞれ相殺されることから、このときニードル１２に実質的に作用しているのは下向きのバネ力ＦＤＳのみということになる。
【００４５】
次いで、図３（Ａ）に示されるようにニードル１２がニードルシート２２に着座するとノズル９が遮断され、かくして燃料噴射が停止される。また、このとき開閉弁４０が弁シート４２に着座して加圧燃料通路２０が遮断される。
【００４６】
したがって、本発明による第２実施例では、ニードル１２をニードルシート２２から離脱させるためにソレノイドコイル１３の磁気吸引力ＦＵＭが克服すべき力は圧縮バネ３０のバネ力ＦＤＳのみであり（図４（Ａ）参照）、本発明による第１実施例の場合（ＦＤ２＋ＦＤＳ）よりも小さくすることができる。このようにできるのは、本発明による第１実施例では上向き受圧面内側部分２９に加圧燃料圧による下向きの力ＦＤ２が常時作用しているのに対し、本発明による第２実施例では下向き受圧面内側部分２６に加圧燃料圧による上向きの力ＦＵ２が作用するときにのみ上向き受圧面内側部分２９に加圧燃料圧による下向きの力ＦＤ２を作用させているからである。
【００４７】
なお、本発明による第２実施例のその他の構成および作用は本発明による第１実施例と同様であるので説明を省略する。
【００４８】
図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明による第３実施例を示している。この第３実施例は、ニードル１２がニードルシート２２に着座しているときに棒状体４３の先端と開閉弁４０間に間隙ｈが形成されるように棒状体４３が構成される点で、本発明による第２実施例と構成を異にしている。
【００４９】
図５（Ａ）は燃料噴射弁１の閉弁時を示している。この場合、ソレノイドコイル１３は消勢されており、ニードル１２はニードルシート２２に着座した状態に保持されている。また、開閉弁４０は弁シート４２に着座した状態に保持され、かくして加圧燃料通路２０が遮断されている。したがって、このときニードル１２には図６（Ａ）に示されるように、加圧燃料圧による下向きの力ＦＤ１と、圧縮バネ３０の下向きのバネ力ＦＤＳと、加圧燃料圧による上向きの力ＦＵ１とが作用し、下向きの力ＦＤ１と上向きの力ＦＵ１とが相殺されることから、このときニードル１２に実質的に作用しているのは圧縮バネ３０の下向きのバネ力ＦＤＳのみということになる。
【００５０】
次いで燃料噴射を開始すべくソレノイドコイル１３が付勢されると、ニードル１２にソレノイドコイル１３の上向きの磁気吸引力ＦＵＭが作用し、ニードル１２が上向きに変位してニードルシート２２から離脱するとノズル９が開放され、かくして燃料噴射が開始される。ニードル１２のリフト量Ｌが上述した間隙ｈよりも小さいときには、開閉弁４０は閉弁し続け、したがって加圧燃料通路２０は遮断され続ける。したがって、このときニードル１２には上述した力ＦＵ１，ＦＤ１，ＦＤＳに加えて、加圧燃料圧による上向きの力ＦＵ２と、ソレノイドコイル１３の上向きの磁気吸引力ＦＵＭとが作用し、ニードル１２に実質的に作用しているのは（ＦＵ２＋ＦＵＭ−ＦＤＳ）で表される。
【００５１】
次いで、ニードル１２のリフト量Ｌが間隙ｈよりも大きくなると、図５（Ｂ）に示されるように開閉弁４０が棒状体４３に当接して開閉弁４０が弁シート４２から離脱し、かくして加圧燃料通路２０が開放される。その結果、第２の背圧室１７内に加圧燃料が供給され、図６（Ｃ）に示されるように、ニードル１２に加圧燃料圧による下向きの力ＦＤ２が作用するようになる。したがって、このときニードル１２に実質的に作用しているのは（ＦＵＭ−ＦＤＳ）で表される。
【００５２】
次いで、図５（Ｃ）に示されるようにアーマチャ１５が固定コア１４の底端面に衝突するとニードル１２の上向き変位が制限され、ニードル１２は図５（Ｃ）に示される位置に保持される。このとき、加圧燃料通路２０は開放され続けている。
【００５３】
次いで、燃料噴射を停止すべくソレノイドコイル１３が消勢されると、ニードル１２が下降し始める。この場合、ニードル１２のリフト量Ｌが間隙ｈよりも大きいときには、加圧燃料通路２０は開放され続ける。したがって、このときニードル１２に実質的に作用しているのは、図６（Ｄ）からわかるように、下向きのバネ力ＦＤＳのみである。
【００５４】
次いで、ニードル１２のリフト量Ｌが間隙ｈよりも小さくなると開閉弁４０が棒状体４３から離脱して開閉弁４０が弁シート４２に着座し、かくして加圧燃料通路２０が遮断される。したがって、このときニードル１２に実質的に作用しているのは、図６（Ｅ）からわかるように、下向きのバネ力ＦＤＳと上向きの力ＦＵ２との差（ＦＤＳ−ＦＵ２）である。
【００５５】
次いで、図５（Ａ）に示されるようにニードル１２がニードルシート２２に着座するとノズル９が遮断され、かくして燃料噴射が停止される。
【００５６】
図７において実線は本発明による第３実施例におけるニードル１２のリフト量Ｌの経時変化を示している。リフト量Ｌがｈよりも小さい（Ｌ＜ｈ）ニードル上昇時には、図６（Ｂ）を参照して上述したように、ニードル１２に比較的大きな上向きの力（ＦＵ２＋ＦＵＭ−ＦＤＳ）が実質的に作用する。その結果、図７にＸで示されるように、ニードル１２を比較的高速度で上昇させることができる。
【００５７】
次いで、リフト量Ｌがｈよりも大きくなると（Ｌ＞ｈ）、図６（Ｃ）を参照して説明したように、ニードル１２に実質的に作用する上向きの力がＦＵ２だけ減少する。その結果、図７にＹで示されるように、このときのリフト量Ｌの増加速度を低下させることができる。このようにすると、アーマチャ１５が固定コア１４の底端面に衝突したときの跳ね返りを阻止ないし抑制することができる。
【００５８】
次いで、リフト量Ｌがｈよりも大きい（Ｌ＞ｈ）ニードル下降時には、図６（Ｄ）を参照して上述したように、ニードル１２に比較的大きな下向きの力ＦＤＳが実質的に作用する。その結果、図７にＺで示されるように、ニードル１２を比較的高速度で下降させることができる。
【００５９】
次いで、リフト量Ｌがｈよりも小さくなると（Ｌ＜ｈ）、図６（Ｅ）を参照して説明したように、ニードル１２に実質的に作用する上向きの力がＦＵ２だけ増大する。その結果、図７にＷで示されるように、このときのリフト量Ｌの減少速度を低下させることができる。このようにすると、ニードル１２がニードルシート２２に着座したときの跳ね返りを阻止ないし抑制することができる。
【００６０】
なお、図７の破線は本発明による第２実施例におけるリフト量Ｌの経時変化を表している。
【００６１】
ところで、上述したように、ニードル１２がニードルシート２２から離脱するとニードル１２周りに環状燃料通路３２が形成される。この環状燃料通路３２の流路面積Ｓは図８に示されるように、ニードル１２のリフト量Ｌがゼロから大きくなるにつれて大きくなり、次いでニードル１２のリフト量Ｌがしきい量ＬＸよりも大きくなるとほぼ最大値ＭＡＸに維持される。すなわち、ニードル１２のリフト量Ｌがゼロからしきい量ＬＸまでの間では、環状燃料通路３２は絞りとして作用し、好ましくない。
【００６２】
一方、図７を参照して上述したように、ニードル１２が上昇する際に、リフト量Ｌが間隙ｈよりも小さい間はニードル１２を高速度で上昇させることができる。
【００６３】
そこで本発明による第３実施例では、上述した間隙ｈをこのしきい量ＬＸに設定し、ニードル１２が上昇する際に環状燃料通路３２が絞りとして作用する期間ができるだけ短くなるようにしている。その結果、燃料噴射弁１から実際に噴射される燃料の量が正規の燃料量から逸脱するのを阻止ないし抑制することができる。
【００６４】
なお、本発明による第３実施例のその他の構成および作用は本発明による第２実施例と同様であるので説明を省略する。
【００６５】
図９（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は本発明による第４実施例を示している。この第４実施例では、加圧燃料通路２０が、第１の背圧室１６から摺動面１１Ａまで隔壁５内を延びる隔壁内通路２０ａと、ニードル１２内を摺動面１１Ａから第２の背圧室１７まで延びるニードル内通路２０ｂとから構成される。この場合、ニードル１２がニードルシート２２に着座しているときに隔壁内通路２０ａの摺動面側開口とニードル内通路２０ｂの摺動面側開口とが長手軸線Ｋ方向に間隙ｈｈだけ離間するように、これら摺動面側開口が位置決めされている。
【００６６】
また、第２の背圧室１７を画定するニードル１２には、第２の背圧室１７とコイル室８とを連通可能な逃がし通路４５が設けられている。この逃がし通路４５は長手軸線Ｋ方向に関し上述した間隙ｈｈにわたって開口している。
【００６７】
図９（Ａ）は燃料噴射弁１の閉弁時を示している。この場合、ソレノイドコイル１３は消勢されており、ニードル１２はニードルシート２２に着座した状態に保持されている。また、このとき隔壁内通路２０ａの摺動面側開口はニードル１２により閉塞され、ニードル内通路２０ｂの摺動面側開口は隔壁５により閉塞され、かくして加圧燃料通路２０が遮断されている。
【００６８】
次いで燃料噴射を開始すべくソレノイドコイル１３が付勢されると、ニードル１２にソレノイドコイル１３の上向きの磁気吸引力が作用し、ニードル１２が上向きに変位してニードルシート２２から離脱するとノズル９が開放され、かくして燃料噴射が開始される。ニードル１２のリフト量Ｌが上述した間隙ｈｈよりも小さいときには、加圧燃料通路２０は遮断され続ける。
【００６９】
次いで、ニードル１２のリフト量Ｌが間隙ｈｈよりも大きくなると、図９（Ｂ）に示されるように隔壁内通路２０ａの摺動面側開口とニードル内通路２０ｂの摺動面側開口とが互いに整列して隔壁内通路２０ａとニードル内通路２０ｂとが互いに連通し、かくして加圧燃料通路２０が開放される。一方、ニードル１２のリフト量Ｌが間隙ｈｈよりも大きくなると、逃がし通路４５が突起６の外周面により遮断される。その結果、上向き受圧面内側部分２９に加圧燃料圧が作用するようになる。次いで、図９（Ｃ）に示されるようにアーマチャ１５が固定コア１４の底端面に衝突するとニードル１２の上向き変位が制限される。このとき、加圧燃料通路２０は開放され続け、逃がし通路４５は遮断され続けている。
【００７０】
次いで、燃料噴射を停止すべくソレノイドコイル１３が消勢されると、ニードル１２が下降し始める。この場合、ニードル１２のリフト量Ｌが間隙ｈｈよりも大きいときには、加圧燃料通路２０は開放され続け、逃がし通路４５は遮断され続ける。次いで、ニードル１２のリフト量Ｌが間隙ｈｈよりも小さくなると、加圧燃料通路２０が遮断され、逃がし通路４５が開放されるので、第２の背圧室１７内の加圧燃料がコイル室８内に逃げるようになり、上向き受圧面内側部分２９に加圧燃料圧が作用しなくなる。次いで、図９（Ａ）に示されるようにニードル１２がニードルシート２２に着座するとノズル９が遮断され、かくして燃料噴射が停止される。
【００７１】
図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は逃がし通路４５のさまざまな例を示している。いずれの例においても、ニードル１２のリフト量Ｌが小さくなるにつれて逃がし通路４５の開口面積が大きくなる。したがって、ニードル１２が下降するにつれて、上向き受圧面内側部分２９に作用する加圧燃料圧を速やかになくすことができる。
【００７２】
ここで、本発明による各実施例を一般的にみると、第２の背圧室１７に加圧燃料通路２０を介して加圧燃料源を接続し、ニードル１２のリフト量Ｌが予め定められた設定量よりも小さいときには遮断されニードルのリフト量Ｌが設定量よりも大きくなると開放されるように加圧燃料通路２０を構成しているということになる。その上で、本発明による第２実施例では設定量をゼロに設定し、第３および第４実施例では設定量を間隙ｈに設定しているということになる。また、第２および第３実施例では、加圧燃料通路内に開閉弁を配置し、ニードルのリフト量が設定量よりも小さいときには閉弁しニードルのリフト量が設定量よりも大きくなると開弁するように開閉弁を構成しているということになる。これに対し、第４実施例では、加圧燃料通路を、ハウジング内周面とニードル外周面間の摺動面までハウジング内を延びるハウジング内通路と、ニードル内を摺動面から第２の背圧室まで延びるニードル内通路とから構成し、ニードルのリフト量が設定量よりも小さいときにはハウジング内通路の摺動面側開口がニードル外周面により閉塞されまたはニードル内通路の摺動面側開口がハウジング内周面により閉塞され、ニードルのリフト量が設定量よりも大きいときにはハウジング内通路の摺動面側開口とニードル内通路の摺動面側開口とが互いに連通するように、これらハウジング内通路およびニードル内通路の摺動面側開口を位置決めしているということになる。
【００７３】
さらに、一般的にいうと、本発明による各実施例では、少なくとも加圧燃料通路が遮断されているときに第２の背圧室内の加圧燃料を第２の背圧室外へ逃がすための逃がし通路を第２の背圧室に接続しているということになる。その上で、第２および第３実施例では、逃がし通路を、第２の背圧室を画定するハウジング内周面とニードル外周面間のクリアランスから形成し、加圧燃料通路が遮断されているときに第２の背圧室内の加圧燃料が第２の背圧室外へ逃げるようにクリアランスの大きさが設定されているということになる。これに対し、第４実施例では、第２の背圧室を画定するハウジング内周面上またはニードル外周面上に逃がし通路を開口させ、加圧燃料通路が遮断されているときには開放され加圧燃料通路が開放されると遮断されるように逃がし通路を構成しているということになる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明による第１実施例を示す燃料噴射弁の縦断面図である。
【図２】本発明による第１実施例を説明するための概念図である。
【図３】本発明による第２実施例を示す燃料噴射弁の縦断面図である。
【図４】本発明による第２実施例を説明するための概念図である。
【図５】本発明による第３実施例を示す燃料噴射弁の縦断面図である。
【図６】本発明による第３実施例を説明するための概念図である。
【図７】本発明による第３実施例におけるリフト量Ｌの経時変化を示す線図である。
【図８】環状燃料通路の流路面積Ｓとリフト量Ｌとの関係を示す線図である。
【図９】本発明による第４実施例を示す燃料噴射弁の縦断面図である。
【図１０】逃がし通路の別の例を示す図である。
【図１１】従来技術における燃料噴射弁の縦断面図である。
【図１２】従来技術を説明するための概念図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…燃料噴射弁
２…ハウジング
７…ノズル室
８…コイル室
９…ノズル
１０，１１…摺動孔
１２…ニードル
１３…ソレノイドコイル
１５…アーマチャ
１６…第１の背圧室
１７…第２の背圧室
２０…加圧燃料通路
２０ａ…隔壁内通路
２０ｂ…ニードル内通路
２２…ニードルシート
２３…シール
２５…下向き受圧面外側部分
２６…下向き受圧面内側部分
２８…上向き受圧面外側部分
２９…上向き受圧面内側部分
３０…圧縮バネ
４０…開閉弁
４５…逃がし通路
【図１】
2005207343.tif 000003
【図２】
2005207343.tif 000004
【図３】
2005207343.tif 000005
【図４】
2005207343.tif 000006
【図５】
2005207343.tif 000007
【図６】
2005207343.tif 000008
【図７】
2005207343.tif 000009
【図８】
2005207343.tif 000010
【図９】
2005207343.tif 000011
【図１０】
2005207343.tif 000012
【図１１】
2005207343.tif 000013
【図１２】
2005207343.tif 000014