(57)【要約】【課題】ニードルスプリングの付勢力やアクチュエータの駆動力を小さくする。【解決手段】外開式の燃料噴射弁において、ノズルニードル３２におけるアクチュエータ４側の端部を、低圧燃料で満たされた低圧部１２、２２に配置する。これにより、ノズルニードル３２におけるアクチュエータ４側の端面には高圧燃料の圧力が作用しないため、閉弁状態のノズルニードルに作用する開弁向きの付勢力は、高圧燃料圧力が作用する場合と比較して著しく小さくなる。したがって、ノズルニードル３２を閉弁向きに付勢するニードルスプリング３３の付勢力を小さくすることができるとともに、それに伴ってノズルニードル３２を開弁向きに駆動するアクチュエータ４の駆動力も小さくすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外開式の燃料噴射弁であって、
高圧部（１１、２１、３１１、３１２）に供給された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔（３１８）を有するボデー（１、２、３１）と、
前記ボデーに形成されたボデーシート部（３１６）と接離して前記噴孔を開閉するニードルシート部（３２４）が一端側に形成され、他端側が低圧燃料で満たされた低圧部（１２、２２）に配置されたノズルニードル（３２）と、
前記ノズルニードルを開弁向きに駆動するアクチュエータ（４）と、
前記ノズルニードルを閉弁向きに付勢するニードルスプリング（３３）とを備えることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記高圧部と前記低圧部とを隔てるとともに、前記ノズルニードルが摺動自在に挿入されるニードル摺動孔（３１４）が形成された隔壁部（３１３）を備え、
前記ノズルニードルにおける前記ニードル摺動孔に挿入される部位の径であるニードル摺動部径と、前記ボデーシート部と前記ニードルシート部が当接する部位の径であるシート径が、等しい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】
前記ボデーは、前記ボデーシート部よりも燃料流れ下流側に噴孔筒部（３１７）を有し、
前記噴孔は、前記噴孔筒部の内周側と外周側とを連通させるようにして前記噴孔筒部に形成されてい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、燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料噴射弁として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された燃料噴射弁は、外開式の燃料噴射弁であり、ボデーには噴孔やボデーシート部が形成され、ノズルニードルに形成されたニードルシート部がボデーシート部に接離して噴孔が開閉される。
【０００３】
また、ノズルニードルは、ニードルスプリングにより閉弁向きに付勢され、アクチュエータにより開弁向きに駆動されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００５０６３０１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ノズルニードルは、高圧燃料が流通する高圧部に配置されており、閉弁状態のノズルニードルには高圧燃料の圧力により開弁向きの付勢力が作用する。より詳細には、閉弁状態のノズルニードルには、ニードルシート部のみならず、ノズルニードルにおけるアクチュエータ側の端面にも高圧燃料の圧力が作用するため、高圧燃料の圧力による開弁向きの付勢力は大きなものとなる。
【０００６】
したがって、高圧燃料の圧力による開弁向きの付勢力に抗して閉弁状態を維持するために、ニードルスプリングの付勢力を大きくする必要がある。また、アクチュエータはニードルスプリングの付勢力に抗してノズルニードルを開弁向きに駆動するものであるため、ニードルスプリングの付勢力が大きくなることによりアクチュエータの駆動力も大きくする必要が生じ、アクチュエータの大型化や駆動エネルギーが増加するという問題が発生する。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、ニードルスプリングの付勢力やアクチュエータの駆動力を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、外開式の燃料噴射弁であって、高圧部（１１、２１、３１１、３１２）に供給された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔（３１８）を有するボデー（１、２、３１）と、ボデーに形成されたボデーシート部（３１６）と接離して噴孔を開閉するニードルシート部（３２４）が一端側に形成され、他端側が低圧燃料で満たされた低圧部（１２、２２）に配置されたノズルニードル（３２）と、ノズルニードルを開弁向きに駆動するアクチュエータ（４）と、ノズルニードルを閉弁向きに付勢するニードルスプリング（３３）とを備えることを特徴とする。
【０００９】
これによると、ノズルニードルにおけるニードルシート部とは反対側の端面には高圧燃料の圧力が作用しないため、閉弁状態のノズルニードルに作用する開弁向きの付勢力は小さくなる。したがって、ニードルスプリングの付勢力を小さくすることができるとともに、それに伴ってアクチュエータの駆動力も小さくすることができる。
【００１０】
なお、この欄および特許請求の範囲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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁を示す断面図である。
【図２】第１実施形態に係る燃料噴射弁におけるノズルニードル周辺の拡大断面図である。
【図３】第１実施形態に係る燃料噴射弁におけるノズルニードル先端部周辺の拡大断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁におけるノズルニードル先端部周辺の断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る燃料噴射弁におけるノズルニードル周辺の断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る燃料噴射弁を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態の燃料噴射弁は、外開式ノズルを備える外開式の燃料噴射弁であり、コモンレールから供給される高圧燃料を圧縮着火式内燃機関（以下、内燃機関という。）の燃焼室に噴射するものである。
【００１４】
図１〜図３に示すように、燃料噴射弁は、インジェクタボデー１、中間ボデー２、ノズル３、アクチュエータ４、およびリテーニングナット５を、主要構成要素として備えている。
【００１５】
略円筒状のインジェクタボデー１は、図示しないコモンレールから供給される高圧燃料が流通する第１高圧燃料通路１１と、アクチュエータ４が収納される第１収納室１２とを備えている。この第１収納室１２は、図示しない燃料タンクに接続されており、常に低圧燃料で満たされている。
【００１６】
略円筒状の中間ボデー２は、第１高圧燃料通路１１に連通する第２高圧燃料通路２１と、第１収納室１２に連通する第２収納室２２とを備えている。なお、第１収納室１２および第２収納室２２は、本発明の低圧部を構成している。
【００１７】
ノズル３は、略円筒状のノズルボデー３１、ノズルボデー３１に往復動自在に挿入された略円柱状のノズルニードル３２、ノズルニードル３２を閉弁向きに付勢するニードルスプリング３３、およびニードルスプリング３３の一端側を支持するスプリングシート３４を備えている。
【００１８】
そして、インジェクタボデー１とノズルボデー３１との間に中間ボデー２を配置した状態で、インジェクタボデー１とリテーニングナット５とを螺合させることにより、インジェクタボデー１と中間ボデー２とノズルボデー３１が一体化されている。なお、インジェクタボデー１、中間ボデー２、およびノズルボデー３１は、本発明のボデーを構成している。
【００１９】
ノズルボデー３１は、第２高圧燃料通路２１に連通する第３高圧燃料通路３１１と、第３高圧燃料通路３１１に接続されて、コモンレールから高圧燃料が常時供給される燃料溜まり室３１２が形成されている。なお、第１高圧燃料通路１１、第２高圧燃料通路２１、第３高圧燃料通路３１１、および燃料溜まり室３１２は、本発明の高圧部を構成している。
【００２０】
ノズルボデー３１は、中間ボデー２に隣接する部位に、燃料溜まり室３１２と第２収納室２２とを隔てる隔壁部３１３を有している。この隔壁部３１３には、燃料溜まり室３１２から第２収納室２２まで貫通するニードル摺動孔３１４が形成されている。
【００２１】
このニードル摺動孔３１４には、ノズルニードル３２の第１円柱部３２１が摺動自在に挿入されている。そして、第１円柱部３２１の一部は、第１収納室１２および第２収納室２２に配置されており、第１円柱部３２１の端部は第１収納室１２に露出している。
【００２２】
ノズルボデー３１は、燃料溜まり室３１２から中間ボデー２とは反対側（すなわち、後述する噴孔側）に向かって延びる燃料通路孔３１５が形成されている。この燃料通路孔３１５には、ノズルニードル３２の第２円柱部３２２が挿入されている。
【００２３】
ここで、ニードル摺動孔３１４の内径と燃料通路孔３１５の内径は等しくなっている。また、第２円柱部３２２の外径は第１円柱部３２１の外径より小さくなっている。したがって、燃料通路孔３１５と第２円柱部３２２との間には、高圧燃料が流れる隙間が形成される。そして、燃料溜まり室３１２に供給された燃料は、燃料通路孔３１５と第２円柱部３２２との間の隙間を通って後述する噴孔に向かって流れるようになっている。
【００２４】
ノズルボデー３１は、燃料通路孔３１５の燃料流れ下流側（後述する噴孔側）の部位に、ボデーシート部３１６が形成されている。このボデーシート部３１６は、燃料流れ下流側に向かって拡径するテーパ形状になっている。
【００２５】
ノズルボデー３１は、ボデーシート部３１６よりも燃料流れ下流側に円筒状の噴孔筒部３１７を有し、高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴出させる噴孔３１８が噴孔筒部３１７に形成されている。この噴孔３１８は、噴孔筒部３１７の内周側と外周側とを連通させる貫通孔であり、周方向に沿って複数個配置されている。
【００２６】
噴孔筒部３１７における噴孔３１８よりも先端側には、ノズルニードル３２の第３円柱部３２３が摺動自在に挿入されるニードルガイド孔３１９が形成されている。このニードルガイド孔３１９の内径は、燃料通路孔３１５の内径よりも大きくなっている。
【００２７】
ノズルニードル３２は、第２円柱部３２２と第３円柱部３２３との境界部に、ボデーシート部３１６と接離して噴孔３１８を開閉するニードルシート部３２４が形成されている。このニードルシート部３２４は、燃料流れ下流側に向かって拡径するテーパ形状になっている。
【００２８】
より詳細には、ニードルシート部３２４は、ボデーシート部３１６の内周側縁部と接離する。したがって、ボデーシート部３１６とニードルシート部３２４が当接する部位の径であるシート径Ｄｓは、燃料通路孔３１５の内径と等しい。
【００２９】
また、ノズルニードル３２におけるニードル摺動孔３１４に挿入される部位である第１円柱部３２１の外径をニードル摺動部径Ｄｎとしたとき、ニードル摺動部径Ｄｎとシート径Ｄｓは等しくなっている。
【００３０】
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円柱状のピエゾ素子積層体にて構成されている。アクチュエータ４の一端側端部である固定端４１は、インジェクタボデー１に位置決めされている。アクチュエータ４の他端側端部である自由端４２は、ノズルニードル３２の第１円柱部３２１の端部に対向している。また、アクチュエータ４の自由端４２は、アクチュエータ４の伸縮に伴ってアクチュエータ軸方向に変位するようになっている。
【００３１】
次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。まず、図１〜図３に示すニードル閉弁状態（すなわち、噴孔３１８が閉状態）のときには、アクチュエータ４の電荷が放電されてアクチュエータ４は収縮している。
【００３２】
ニードル閉弁状態のときにアクチュエータ４に電荷が充電されると、アクチュエータ４が伸長して自由端４２が図１の紙面下向きに変位する。このアクチュエータ４の伸長により、自由端４２がノズルニードル３２の第１円柱部３２１の端部に当接した後、ニードルスプリング３３の付勢力に抗してノズルニードル３２は燃料流れ下流側に向かって（すなわち、図１の紙面下向きに）駆動され、ニードルシート部３２４がボデーシート部３１６から離れてニードル開弁状態になり、噴孔３１８から内燃機関の燃焼室内に燃料が噴射される。
【００３３】
このように、本実施形態のノズル２は、ノズルニードル３２が燃料流れ下流側に向かって移動して開弁する、所謂外開式ノズルである。
【００３４】
ここで、特許文献１に記載された燃料噴射弁の場合、噴射される燃料の噴霧形状が傘状となるため、空気との混合が悪く、燃焼が悪化し、スモークの発生量が多くなるという問題がある。これに対し、本実施形態では、噴孔３１８は貫通孔であるため針状噴霧となり、燃焼の悪化によるスモークの発生を抑制することができる。
【００３５】
一方、ニードル開弁状態のときにアクチュエータ４の電荷を放電させると、アクチュエータ４が収縮して自由端４２が図１の紙面上向きに変位する。アクチュエータ４が収縮すると、ノズルニードル３２はニードルスプリング３３に付勢されて自由端４２の変位に追従作動し、ニードルシート部３２４がボデーシート部３１６に当接してニードル閉弁状態になり、噴孔３１８が閉じられて燃料噴射が終了する。
【００３６】
ここで、ノズルニードル３２の第１円柱部３２１の端部は低圧の第１収納室１２に露出しているため、第１円柱部３２１の端面（すなわち、ノズルニードル３２におけるニードルシート部３２４とは反対側の端面）には、高圧燃料の圧力は作用せず、低圧が作用する。したがって、第１円柱部３２１の端面に作用する圧力によりノズルニードル３２を開弁向きに付勢する力は、第１円柱部３２１の端面に高圧燃料の圧力が作用する場合と比較して著しく小さくなる。
【００３７】
その結果、閉弁状態のノズルニードル３２に作用する開弁向きの付勢力は小さくなり、ニードルスプリング３３の付勢力を小さくすることができるとともに、それに伴ってアクチュエータ４の駆動力も小さくすることができる。
【００３８】
また、ニードル摺動部径Ｄｎとシート径Ｄｓを等しくしているため、閉弁状態においては、高圧燃料の圧力によりノズルニードル３２を開弁向きに付勢する力と閉弁向きに付勢する力とが等しくなる。
【００３９】
その結果、閉弁状態のノズルニードル３２に作用する開弁向きの付勢力は、ニードル摺動部径Ｄｎをシート径Ｄｓよりも小さくした場合よりもさらに小さくなり、ニードルスプリング３３の付勢力を一層小さくすることができるとともに、それに伴ってアクチュエータ４の駆動力もさらに小さくすることができる。
【００４０】
以上述べたように、本実施形態によると、ニードルスプリング３３の付勢力を小さくすることができるとともに、それに伴ってアクチュエータ４の駆動力も小さくすることができる。また、針状噴霧となり、燃焼の悪化によるスモークの発生を抑制することができる。
【００４１】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４２】
図４に示すように、ノズルニードル３２における第３円柱部３２３よりもさらに先端側に、第３円柱部３２３よりも外径が大きい円柱状のカバー部３２５が形成されている。そして、このカバー部３２５により、ニードルガイド孔３１９における燃焼室側の開口端部が覆われている。
【００４３】
噴孔筒部３１７は燃焼室内に配置されるため、燃焼により生じたスートや異物等がニードルガイド孔３１９と第３円柱部３２３との摺動部に侵入して摺動不良を起こす虞があるが、その摺動部へのスートや異物等の侵入をカバー部３２５にて防止して、摺動不良を回避することができる。
【００４４】
本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第３円柱部３２３の摺動不良を回避することができる。
【００４５】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４６】
図５に示すように、円筒状のシリンダ６がニードル摺動孔３１４に摺動自在に挿入されている。このシリンダ６の一端側は燃料溜まり室３１２に露出し、シリンダ６の他端側は第１収納室１２に露出している。
【００４７】
また、シリンダ６内にノズルニードル３２の第１円柱部３２１が摺動自在に挿入されている。この第１円柱部３２１の端部は第１収納室１２に露出している。
【００４８】
シリンダ６におけるニードル摺動孔３１４に挿入される部位の外径をシリンダ摺動部径Ｄｃとしたとき、シリンダ摺動部径Ｄｃとシート径Ｄｓは等しくなっている。また、ノズルニードル３２におけるシリンダ６に挿入される部位である第１円柱部３２１の外径をニードル摺動部径Ｄｎとしたとき、ニードル摺動部径Ｄｎはシート径Ｄｓよりも小さくなっている。
【００４９】
このように、ニードル摺動部径Ｄｎをシート径Ｄｓよりも小さくした場合、高圧燃料の圧力によりノズルニードル３２を開弁向きに付勢する力が増加する。
【００５０】
一方、シリンダ６は燃料溜まり室３１２の高圧燃料の圧力によりアクチュエータ４側に向かって（すなわち、図５の紙面上方に向かって）付勢され、その付勢力によりスプリングシート３４を介してノズルニードル３２が閉弁向きに付勢される。
【００５１】
したがって、ノズルニードル３２を開弁向きに付勢する力の増加分を、シリンダ６に作用する高圧燃料の圧力による閉弁向きの付勢力によりキャンセルすることができ、燃料遮断性を確保しつつ、アクチュエータ４の駆動力の増加を抑制することができる。
【００５２】
ここで、ノズルニードル３２を開弁向きに付勢する力を開弁付勢力Ｆｏｐ、ノズルニードル３２を閉弁向きに付勢する力を閉弁付勢力Ｆｓｈ、ニードルスプリング３３のバネ力をＦｓｐ、高圧燃料の圧力をＰｃとしたとき、Ｄｓ＝Ｄｃ＞Ｄｎの場合のノズルニードル３２を付勢する力は以下のようになる。
【００５３】
開弁時には、Ｆｏｐ＝π／４（Ｄｓ２−Ｄｃ２）×Ｐｃとなり、閉弁時には、Ｆｏｐ＝０となる。
【００５４】
また、開弁時および閉弁時ともに、Ｆｓｈ＝π／４（Ｄｃ２−Ｄｎ２）×Ｐｃ＋Ｆｓｐとなる。
【００５５】
そして、高圧燃料の圧力によりシリンダ６が付勢される力、すなわち、π／４（Ｄｃ２−Ｄｎ２）×Ｐｃを、１／２Ｆｏｐ程度に設定すると、開弁時における燃料の圧力による開弁向き付勢力を半減することができる。
【００５６】
本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５８】
図６に示すように、本実施形態のアクチュエータ４は、ソレノイドにて構成されている。具体的には、アクチュエータ４は、通電時に磁界を形成するコイル４１、コイル４１への通電時に磁気吸引力を発生するステータコア４２、および、磁気吸引力によりステータコア４２側に吸引されるアーマチャ４３を備えている。アーマチャ４３の一端は、ノズルニードル３２の第１円柱部３２１の端部に対向している。
【００５９】
そして、コイル４１に通電されると、アーマチャ４３が図６の紙面下向きに変位し、ニードルスプリング３３の付勢力に抗してノズルニードル３２は燃料流れ下流側に向かって駆動され、ニードルシート部３２４（図３参照）がボデーシート部３１６（図３参照）から離れてニードル開弁状態になり、噴孔３１８（図３参照）から内燃機関の燃焼室内に燃料が噴射される。
【００６０】
本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００６２】
また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。
【００６３】
また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００６４】
また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。
【００６５】
また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６６】
１      インジェクタボデー（ボデー）
２      中間ボデー（ボデー）
４      アクチュエータ
１１    第１高圧燃料通路（高圧部）
１２    第１収納室（低圧部）
２１    第２高圧燃料通路（高圧部）
２２    第２収納室（低圧部）
３１    ノズルボデー（ボデー）
３２    ノズルニードル
３３    ニードルスプリング
３１１  第３高圧燃料通路（高圧部）
３１２  燃料溜まり室（高圧部）
３１６  ボデーシート部
３１８  噴孔
３２４  ニードルシート部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2016176422.tif 000005
【図４】
2016176422.tif 000006
【図５】
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【図６】
2016176422.tif 000008