(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料出口となる噴孔（１２１）の上流側に弁座（１２２）が形成されたノズルボディ（１）と、
第１圧力室（５１）の圧力により閉弁向きの荷重を受けるとともに第２圧力室（５２）の圧力により開弁向きの荷重を受け、第１圧力室（５１）と第２圧力室（５２）の圧力差に基づいて往復動し、シート部（２２３）が前記弁座（１２２）と接離して前記噴孔（１２１）を開閉するニードル（２）とを備え、
前記ノズルボディ（１）と前記ニードル（２）との間で且つ前記弁座（１２２）の上流側に形成された燃料溜まり（４）に高圧燃料が供給され、開弁時に前記燃料溜まり（４）の高圧燃料が前記噴孔（１２１）から噴射される燃料噴射弁において、
前記ニードル（２）は、前記ノズルボディ（１）に摺動自在に挿入されて前記第１圧力室（５１）と前記第２圧力室（５２）とを気密的に分離し、前記第１圧力室（５１）と前記第２圧力室（５２）の圧力差に基づいて往復動するピストン部材（２１）と、前記シート部（２２３）が形成された着座部材（２２）とに分割して構成され、
前記ピストン部材（２１）と前記着座部材（２２）は、前記ピストン部材（２１）と前記着座部材（２２）とが密着する向きにばね部材（６１、６２）によって付勢され、
前記ノズルボディ（１）は、第１ガイド孔（１１１）と、この第１ガイド孔（１１１）よりも小径で且つ前記第１ガイド孔（１１１）と前記燃料溜まり（４）とを連通させる第２ガイド孔（１１２）とが形成され、
前記ピストン部材（２１）は、前記第１ガイド孔（１１１）に気密的に且つ摺動自在に挿入される第１ピストン部（２１１）と、前記第２ガイド孔（１１２）に気密的に且つ摺動自在に挿入される第２ピストン部（２１２）とを備え、
前記第１ガイド孔（１１１）内において前記第１ピストン部（２１１）の反弁座側に前記第１圧力室（５１）が形成され、
前記第１ガイド孔（１１１）内において前記第１ピストン部（２１１）の前記弁座（１２２）側で且つ前記第２ピストン部（２１２）の外周側に前記第２圧力室（５２）が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記ピストン部材（２１）は、前記第１圧力室（５１）と前記第２ガイド孔（１１２）とを連通させる貫通孔（２１４）を備え、
前記着座部材（２２）は、前記貫通孔（２１４）に相対移動自在に挿入されるとともに一端側に前記シート部（２２３）が形成された主柱部（２２１）と、この主柱部（２２１）の他端側に設けられて、前記第１ピストン部（２１１）における前記第１圧力室（５１）側の面に気密的に当接する鍔部（２２２）とを備え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】
燃料出口となる噴孔（１２１）の上流側に弁座（１２２）が形成されたノズルボディ（１）と、
第１圧力室（５１）の圧力により閉弁向きの荷重を受けるとともに第２圧力室（５２）の圧力により開弁向きの荷重を受け、第１圧力室（５１）と第２圧力室（５２）の圧力差に基づいて往復動し、シート部（２２３）が前記弁座（１２２）と接離して前記噴孔（１２１）を開閉するニードル（２）とを備え、
前記ノズルボディ（１）と前記ニードル（２）との間で且つ前記弁座（１２２）の上流側に形成された燃料溜まり（４）に高圧燃料が供給され、開弁時に前記燃料溜まり（４）の高圧燃料が前記噴孔（１２１）から噴射される燃料噴射弁において、
前記ニードル（２）は、前記ノズルボディ（１）に摺動自在に挿入されて前記第１圧力室（５１）と前記第２圧力室（５２）とを気密的に分離し、前記第１圧力室（５１）と前記第２圧力室（５２）の圧力差に基づいて往復動するピストン部材（２１）と、前記シート部（２２３）が形成された着座部材（２２）とに分割して構成され、
前記ピストン部材（２１）と前記着座部材（２２）は、前記ピストン部材（２１）と前記着座部材（２２）とが密着する向きにばね部材（６１、６２）によって付勢され、
前記ピストン部材（２１）と前記着座部材（２２）とのクリアランスは、前記ノズルボディ（１）と前記ピストン部材（２１）とのクリアランスよりも大きいことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項４】
前記シート部（２２３）は球面であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記ばね部材は、前記着座部材（２２）を前記ピストン部材（２１）に向かって付勢する第１ばね（６１）と、前記ピストン部材（２１）を前記着座部材（２２）に向かって付勢する第２ばね（６２）とからなり、
前記第２ばね（６２）は、前記第２圧力室（５２）に配置された皿ばねであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記ばね部材（６１、６２）は、前記着座部材（２２）を前記ピストン部材（２１）に向かって付勢する第１ばね（６１）と、前記ピストン部材（２１）を前記着座部材（２２）に向かって付勢する第２ばね（６２）とからなり、
前記第２ばね（６２）は、穴あき円板状で周方向に沿って波形形状になったウエーブスプリングであり、前記第２圧力室（５２）に配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
燃料出口となる噴孔（１２１）の上流側に弁座（１２２）が形成されたノズルボディ（１）と、
第１圧力室（５１）の圧力により閉弁向きの荷重を受けるとともに第２圧力室（５２）の圧力により開弁向きの荷重を受け、第１圧力室（５１）と第２圧力室（５２）の圧力差に基づいて往復動し、シート部（２２３）が前記弁座（１２２）と接離して前記噴孔（１２１）を開閉するニードル（２）とを備え、
前記ノズルボディ（１）と前記ニードル（２）との間で且つ前記弁座（１２２）の上流側に形成された燃料溜まり（４）に高圧燃料が供給され、開弁時に前記燃料溜まり（４）の高圧燃料が前記噴孔（１２１）から噴射される燃料噴射弁において、
前記ニードル（２）は、前記ノズルボディ（１）に摺動自在に挿入されて前記第１圧力室（５１）と前記第２圧力室（５２）とを気密的に分離し、前記第１圧力室（５１）と前記第２圧力室（５２）の圧力差に基づいて往復動するピストン部材（２１）と、前記シート部（２２３）が形成された着座部材（２２）とに分割して構成され、
前記ピストン部材（２１）と前記着座部材（２２）は、前記ピストン部材（２１）と前記着座部材（２２）とが密着する向きにばね部材（６１、６２）によって付勢され、
前記着座部材（２２）は、前記第１圧力室（５１）と前記燃料溜まり（４）とを連通させる燃料通路（２２４）を備え、
前記第１圧力室（５１）に導入された高圧燃料が前記燃料通路（２２４）を介して前記燃料溜まり（４）に導かれる構成であることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項８】
前記ノズルボディ（１）に形成された燃料通路（１１５）を介して高圧燃料が前記燃料溜まり（４）に導かれる構成であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
前記ノズルボディ（１）は、前記第１ガイド孔（１１１）および第２ガイド孔（１１２）が形成された第１ノズルボディ（１１）と、前記噴孔（１２１）および前記弁座（１２２）が形成された第２ノズルボディ（１２）とからなることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
前記ノズルボディ（１）は、前記第１ガイド孔（１１１）、第２ガイド孔（１１２）、前記噴孔（１２１）、および前記弁座（１２２）が、１つの部材に形成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
前記ノズルボディ（１）は、第１ガイド孔（１１１）と、この第１ガイド孔（１１１）よりも小径で且つ前記第１ガイド孔（１１１）と前記燃料溜まり（４）とを連通させる第２ガイド孔（１１２）とが形成され、
前記第２ガイド孔（１１２）よりも大径のシリンダ孔（７１）が形成されるとともに、前記第１ガイド孔（１１１）に収容された筒状のシリンダ（７）を備え、
前記ピストン部材（２１）は、前記シリンダ孔（７１）に気密的に且つ摺動自在に挿入される第１ピストン部（２１１）と、前記第２ガイド孔（１１２）に気密的に且つ摺動自在に挿入される第２ピストン部（２１２）とを備え、
前記シリンダ孔（７１）内において前記第１ピストン部（２１１）の反弁座側に前記第１圧力室（５１）が形成され、
前記第１ガイド孔（１１１）内において前記第１ピストン部（２１１）の前記弁座（１２２）側で且つ前記第２ピストン部（２１２）の外周側に前記第２圧力室（５２）が形成されていることを特徴とする請求項３または７に記載の燃料噴射弁。
【請求項１２】
前記第２圧力室（５２）の圧力を上昇させることによって開弁させるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つ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、内燃機関（特にディーゼルエンジン）に用いられる燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料噴射弁は、ニードルの大径ピストン部がノズルボディのガイド孔に気密的に且つ摺動自在に挿入されて、大径ピストン部により２つの圧力室が分離され、その２つの圧力室の圧力差に基づいてニードルが往復動することにより、ニードルのシート部がノズルボディの弁座と接離して噴孔を開閉するようになっている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開平１０−２８８１１５号公報
【特許文献２】特開平１１−１５９４１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の燃料噴射弁の開弁制御方式としては、２つの圧力室のうち反弁座側に位置する第１圧力室を減圧して開弁させる減圧開弁式と、２つの圧力室のうち弁座側に位置する第２圧力室を加圧して開弁させる加圧開弁式とがある。
【０００４】
減圧開弁式の燃料噴射弁において、精度のよい噴射動作を実現するためには、ガイド孔と大径ピストン部との摺動部の気密性を確保しつつ摺動自在にすること、および、閉弁時における弁座とシート部との当接部のシール性を確保することが重要である。
【０００５】
しかしながら、摺動部の気密性を確保しつつ摺動自在にし、さらに閉弁時のシール性を確保するためには、大径ピストン部とシート部がともに形成されるニードルや、ガイド孔と弁座がともに形成されるノズルボディに対して、非常に精密な部品加工精度が要求される。より詳細には、大径ピストン部とシート部の同軸度（軸ずれ）が大きくなると、摺動し難くなったり、閉弁時のシール性が低下したりするため、その同軸度を小さくすることが要求されたり、同軸度の影響を考慮して大径ピストン部の外形寸法公差等を小さくすることが要求される。同様に、ノズルボディにおいても、ガイド孔と弁座の同軸度を小さくすることが要求される。したがって、摺動部の気密性を確保しつつ摺動自在にし、さらに閉弁時のシール性を確保することは、容易ではなかった。
【０００６】
また、加圧開弁式の燃料噴射弁において、精度のよい噴射動作を実現するためには、大径ピストン部よりも弁座側に形成された小径ピストン部とノズルボディのガイド孔との摺動部においても、気密性を確保しつつ摺動自在にすることが重要となる。したがって、大径ピストン部と小径ピストン部とシート部が形成されるニードルや、２つのガイド孔と弁座が形成されるノズルボディに対して、さらに高い部品加工精度が要求される。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、摺動部の気密性を確保しつつ摺動自在であり、さらに閉弁時のシール性も良好な燃料噴射弁が、容易に得られるように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、燃料出口となる噴孔（１２１）の上流側に弁座（１２２）が形成されたノズルボディ（１）と、第１圧力室（５１）の圧力により閉弁向きの荷重を受けるとともに第２圧力室（５２）の圧力により開弁向きの荷重を受け、第１圧力室（５１）と第２圧力室（５２）の圧力差に基づいて往復動し、シート部（２２３）が弁座（１２２）と接離して噴孔（１２１）を開閉するニードル（２）とを備え、ノズルボディ（１）とニードル（２）との間で且つ弁座（１２２）の上流側に形成された燃料溜まり（４）に高圧燃料が供給され、開弁時に燃料溜まり（４）の高圧燃料が噴孔（１２１）から噴射される燃料噴射弁において、ニードル（２）は、ノズルボディ（１）に摺動自在に挿入されて第１圧力室（５１）と第２圧力室（５２）とを気密的に分離し、第１圧力室（５１）と第２圧力室（５２）の圧力差に基づいて往復動するピストン部材（２１）と、シート部（２２３）が形成された着座部材（２２）とに分割して構成され、ピストン部材（２１）と着座部材（２２）は、ピストン部材（２１）と着座部材（２２）とが密着する向きにばね部材（６１、６２）によって付勢され、ノズルボディ（１）は、第１ガイド孔（１１１）と、この第１ガイド孔（１１１）よりも小径で且つ第１ガイド孔（１１１）と燃料溜まり（４）とを連通させる第２ガイド孔（１１２）とが形成され、ピストン部材（２１）は、第１ガイド孔（１１１）に気密的に且つ摺動自在に挿入される第１ピストン部（２１１）と、第２ガイド孔（１１２）に気密的に且つ摺動自在に挿入される第２ピストン部（２１２）とを備え、第１ガイド孔（１１１）内において第１ピストン部（２１１）の反弁座側に第１圧力室（５１）が形成され、第１ガイド孔（１１１）内において第１ピストン部（２１１）の弁座（１２２）側で且つ第２ピストン部（２１２）の外周側に第２圧力室（５２）が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、燃料出口となる噴孔（１２１）の上流側に弁座（１２２）が形成されたノズルボディ（１）と、第１圧力室（５１）の圧力により閉弁向きの荷重を受けるとともに第２圧力室（５２）の圧力により開弁向きの荷重を受け、第１圧力室（５１）と第２圧力室（５２）の圧力差に基づいて往復動し、シート部（２２３）が弁座（１２２）と接離して噴孔（１２１）を開閉するニードル（２）とを備え、ノズルボディ（１）とニードル（２）との間で且つ弁座（１２２）の上流側に形成された燃料溜まり（４）に高圧燃料が供給され、開弁時に燃料溜まり（４）の高圧燃料が噴孔（１２１）から噴射される燃料噴射弁において、ニードル（２）は、ノズルボディ（１）に摺動自在に挿入されて第１圧力室（５１）と第２圧力室（５２）とを気密的に分離し、第１圧力室（５１）と第２圧力室（５２）の圧力差に基づいて往復動するピストン部材（２１）と、シート部（２２３）が形成された着座部材（２２）とに分割して構成され、ピストン部材（２１）と着座部材（２２）は、ピストン部材（２１）と着座部材（２２）とが密着する向きにばね部材（６１、６２）によって付勢され、ピストン部材（２１）と着座部材（２２）とのクリアランスは、ノズルボディ（１）とピストン部材（２１）とのクリアランスよりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
これによると、ニードル（２）がピストン部材（２１）と着座部材（２２）とに分割して構成されていることと、ピストン部材（２１）と着座部材（２２）とのクリアランスが大きいこととが相俟って、シート部（２２３）が弁座（１２２）に当接した際に、着座部材（２２）はシート部（２２３）の位置に応じて噴射弁軸線に対して容易に傾斜することができるとともに、その傾斜可能な角度を従来よりも大きくすることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、シート部（２２３）は球面であることを特徴とする。
【００１２】
これによると、シート部（２２３）が弁座（１２２）に当接した際に着座部材（２２）が噴射弁軸線に対して傾斜していても、閉弁時における弁座（１２２）とシート部（２２３）との当接部の良好なシール性を確保することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、ばね部材は、着座部材（２２）をピストン部材（２１）に向かって付勢する第１ばね（６１）と、ピストン部材（２１）を着座部材（２２）に向かって付勢する第２ばね（６２）とからなり、第２ばね（６２）は、第２圧力室（５２）に配置された皿ばねであることを特徴とする。
【００１４】
これによると、第２ばね（６２）としてコイルスプリングを用い、ノズルボディ（１）には第２ガイド孔（１１２）の端部にばね受け部（１１４）を設け、このばね受け部（１１４）と第２ピストン部（２１２）との間に第２ばね（６２）を配置する構成の燃料噴射弁と比較して、第２ガイド孔（１１２）の端部のばね受け部（１１４）が不要になるため、ノズルボディ（１）の加工が容易になるとともに、燃料噴射弁の設計自由度が高められる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、ばね部材（６１、６２）は、着座部材（２２）をピストン部材（２１）に向かって付勢する第１ばね（６１）と、ピストン部材（２１）を着座部材（２２）に向かって付勢する第２ばね（６２）とからなり、第２ばね（６２）は、穴あき円板状で周方向に沿って波形形状になったウエーブスプリングであり、第２圧力室（５２）に配置されていることを特徴とする。
【００１６】
これによると、第２ばね（６２）としてコイルスプリングを用い、ノズルボディ（１）には第２ガイド孔（１１２）の端部にばね受け部（１１４）を設け、このばね受け部（１１４）と第２ピストン部（２１２）との間に第２ばね（６２）を配置する構成の燃料噴射弁と比較して、第２ガイド孔（１１２）の端部のばね受け部（１１４）が不要になるため、ノズルボディ（１）の加工が容易になるとともに、燃料噴射弁の設計自由度が高められる。
【００１７】
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、ノズルボディ（１）に形成された燃料通路（１１５）を介して高圧燃料が燃料溜まり（４）に導かれる構成であることを特徴とする。
【００１８】
第１圧力室（５１）に導入された高圧燃料を、着座部材（２２）に設けた燃料通路（２２４）を介して燃料溜まり（４）に導く構成の燃料噴射弁においては、着座部材（２２）を太くできない場合には燃料通路（２２４）の加工には高度な技術が必要となるのに対し、請求項８に記載の発明では、ノズルボディ（１）に燃料通路（１１５）を形成するため、燃料通路（１１５）を容易に加工することができる。
【００１９】
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、ノズルボディ（１）は、第１ガイド孔（１１１）および第２ガイド孔（１１２）が形成された第１ノズルボディ（１１）と、噴孔（１２１）および弁座（１２２）が形成された第２ノズルボディ（１２）とからなることを特徴とする。
【００２０】
これによると、ノズルボディ（１）の全長が長い場合でも、弁座（１２２）の加工が容易である。
【００２１】
請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、ノズルボディ（１）は、第１ガイド孔（１１１）、第２ガイド孔（１１２）、噴孔（１２１）、および弁座（１２２）が、１つの部材に形成されていることを特徴とする。
【００２２】
これによると、ノズルボディ（１）の全長が短い場合など、弁座（１２２）の加工性が良ければ、ノズルボディ（１）を複数に分割する場合よりもノズルボディ（１）を安価に製作することができる。
【００２３】
請求項１１に記載の発明では、請求項３または７に記載の燃料噴射弁において、ノズルボディ（１）は、第１ガイド孔（１１１）と、この第１ガイド孔（１１１）よりも小径で且つ第１ガイド孔（１１１）と燃料溜まり（４）とを連通させる第２ガイド孔（１１２）とが形成され、第２ガイド孔（１１２）よりも大径のシリンダ孔（７１）が形成されるとともに、第１ガイド孔（１１１）に収容された筒状のシリンダ（７）を備え、ピストン部材（２１）は、シリンダ孔（７１）に気密的に且つ摺動自在に挿入される第１ピストン部（２１１）と、第２ガイド孔（１１２）に気密的に且つ摺動自在に挿入される第２ピストン部（２１２）とを備え、シリンダ孔（７１）内において第１ピストン部（２１１）の反弁座側に第１圧力室（５１）が形成され、第１ガイド孔（１１１）内において第１ピストン部（２１１）の弁座（１２２）側で且つ第２ピストン部（２１２）の外周側に第２圧力室（５２）が形成されていることを特徴とする。
【００２４】
これによると、ピストン部材（２１）とシリンダ（７）とのクリアランスを加工管理する方が、ピストン部材（２１）とノズルボディ（１）とのクリアランスを加工管理するよりも加工管理が容易な場合には、全体の加工コストを低減することができる。
【００２５】
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】
【００２６】
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。
【００２７】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁の要部構成を示す断面図である。
【００２８】
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。
【００２９】
図１に示すように、燃料噴射弁は、噴孔１２１および弁座１２２が形成されたノズルボディ１と、弁座１２２と接離して噴孔１２１を開閉するニードル２と、蓄圧器から供給される高圧燃料が流通する高圧燃料通路３１が形成されたホルダボディ３とを有している。ノズルボディ１は、第１ノズルボディ１１と第２ノズルボディ１２とを結合して構成されている。ニードル２は、ピストン部材２１と着座部材２２とに分割して構成されている。ノズルボディ１とニードル２との間には、高圧燃料通路３１等を介して高圧燃料が供給される燃料溜まり４が形成されている。
【００３０】
第１ノズルボディ１１は、ホルダボディ３側の端部に、円柱状の第１ガイド孔１１１を備え、第１ガイド孔１１１よりも燃料溜まり４側に、第１ガイド孔１１１よりも小径で円柱状の第２ガイド孔１１２を備え、第２ガイド孔１１２よりも燃料溜まり４側に、第２ガイド孔１１２よりも小径で円柱状の第３ガイド孔１１３を備えている。そして、第２ガイド孔１１２および第３ガイド孔１１３を介して、第１ガイド孔１１１と燃料溜まり４とが連通可能になっている。また、第３ガイド孔１１３における第２ガイド孔１１２側の端部は、後述するばねを受けるばね受け部１１４となっている。
【００３１】
第２ノズルボディ１２は、反ホルダボディ３側の端部に、燃料溜まり４を介して供給される高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させる噴孔１２１を備え、燃料溜まり４と噴孔１２１との間にテーパ状の弁座１２２を備えている。
【００３２】
ピストン部材２１は、第１ガイド孔１１１に気密的に且つ摺動自在に挿入される有底円筒状の第１ピストン部２１１と、第１ピストン部２１１よりも小径で、第２ガイド孔１１２に気密的に且つ摺動自在に挿入される円筒状の第２ピストン部２１２とを備えている。因みに、第１ガイド孔１１１と第１ピストン部２１１との摺動部クリアランスからの圧力伝播を抑制するために（すなわち気密性を確保するために）、そのクリアランスは５μｍ以下とするのが望ましい。同様に、第２ガイド孔１１２と第２ピストン部２１２との摺動部クリアランスからの圧力伝播を抑制するために、そのクリアランスは５μｍ以下とするのが望ましい。
【００３３】
第１ピストン部２１１には、後述するばね等が収容される凹部２１３が形成されている。第２ピストン部２１２には、着座部材２２が挿入される貫通孔２１４が形成されている。第１ガイド孔１１１内において第１ピストン部２１１の反弁座側に第１圧力室５１が形成され、第１ガイド孔１１１内において第１ピストン部２１１の弁座１２２側で且つ第２ピストン部２１２の外周側に第２圧力室５２が形成されている。
【００３４】
そして、ピストン部材２１は、第１圧力室５１の圧力により閉弁向きの荷重を受けるとともに第２圧力室５２の圧力により開弁向きの荷重を受け、第１圧力室５１と第２圧力室５２の圧力差に基づいて往復動するようになっている。さらに、第１圧力室５１と第２ガイド孔１１２は、凹部２１３および貫通孔２１４を介して連通可能になっている。
【００３５】
着座部材２２は、貫通孔２１４に相対移動自在に挿入された円柱状の主柱部２２１を備え、この主柱部２２１の反弁座側端部には、凹部２１３に収容されるとともに、第１ピストン部２１１における第１圧力室５１側の面に気密的に当接する有底円筒状の鍔部２２２を備えている。主柱部２２１における弁座１２２側の端部には球面のシート部２２３が形成されており、このシート部２２３が弁座１２２と接離して噴孔１２１への燃料流路を開閉するようになっている。
【００３６】
着座部材２２は、第１圧力室５１と燃料溜まり４とを連通させる燃料通路２２４を備え、第１圧力室５１に導入された高圧燃料が燃料通路２２４を介して燃料溜まり４に導かれるようになっている。
【００３７】
なお、ピストン部材２１と着座部材２２との噴射弁径方向のクリアランスは、ノズルボディ１１とピストン部材２１との摺動部クリアランスよりも大きく設定されている。より詳細には、第１ピストン部２１１における筒部２１１ａと鍔部２２２における筒部２２２ａとの噴射弁径方向のクリアランス、および、第２ピストン部２１２と主柱部２２１との噴射弁径方向のクリアランスは、第１ガイド孔１１１と第１ピストン部２１１との摺動部クリアランスや、第２ガイド孔１１２と第２ピストン部２１２との摺動部クリアランスよりも、大きく設定されている。
【００３８】
第１圧力室５１内（より詳細には凹部２１３内）には、着座部材２２をピストン部材２１に向かって付勢する第１ばね６１が配置されている。第１ばね６１は、圧縮コイルスプリングであり、ホルダボディ３と鍔部２２２とに挟持されている。また、第２ガイド孔１１２内には、ピストン部材２１を着座部材２２に向かって付勢する第２ばね６２が配置されている。第２ばね６２は、圧縮コイルスプリングであり、ピストン部材２１とばね受け部１１４とに挟持されている。
【００３９】
そして、ばね部材を構成する第１ばね６１と第２ばね６２とにより、ピストン部材２１と着座部材２２は、第１ピストン部２１１における底部２１１ｂと鍔部２２２における底部２２２ｂとが密着する向きに付勢されている。また、ピストン部材２１と着座部材２２は、第１ばね６１と第２ばね６２に付勢されて一体的に作動するようになっている。
【００４０】
この燃料噴射弁は、第２圧力室５２を加圧して開弁させる加圧開弁式である。具体的には、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アクチュエータ（図示せず）がホルダボディ３内に収納されており、ピエゾアクチュエータに通電されるとピエゾアクチュエータが伸張して第２圧力室５２の圧力が上昇するようになっている。
【００４１】
次に、上記構成になる燃料噴射弁の作動を説明する。この作動説明の際に用いる記号について、図２に基づいて説明する。まず、第２圧力室５２の圧力については、噴射停止状態（すなわちシート部２２３が弁座１２２に当接している状態）のときの圧力をＰ１、噴射停止状態から開弁に移行するときの圧力をＰ１’、開弁から閉弁に移行するときの圧力をＰ１”とする。Ｐ２は第１圧力室５１の圧力、Ｐ３は燃料溜まり４の圧力である。Ｐ４は、シート部２２３と弁座１２２との当接部から噴孔１２１に至る空間の圧力である。なお、第１圧力室５１と燃料溜まり４は燃料通路２２４を介して常時連通しているため、常に、Ｐ２＝Ｐ３である。
【００４２】
Ｆ１は第１ばね６１の荷重、Ｆ２は第２ばね６２の荷重である。Ｄ１は第１ピストン部２１１の外径、Ｄ２は第２ピストン部２１２の外径、Ｄ３はシート部２２３と弁座１２２との当接部のシート径である。
【００４３】
そして、燃料噴射弁の各作動状態においてニードル２に作用する荷重は、下式（１）〜（３）で表される。なお、ニードル２に作用する荷重は、閉弁向きの荷重を正（＋）とし、開弁向きの荷重を負（−）とする。
【００４４】
まず、噴射停止状態のときは、Ｐ１≒Ｐ２、Ｐ２＝Ｐ３であり、このときにニードル２に作用する荷重Ｆａは式（１）で表される。
【００４５】
Ｆａ＝Ｆ１−Ｆ２＋Ｐ２×π(Ｄ１2−Ｄ２2+Ｄ３2) ／４−Ｐ１×π(Ｄ１2−Ｄ２2)／４−Ｐ４×πＤ３2 ／４  …式（１）
噴射停止状態から開弁に移行するときは、Ｐ２＝Ｐ３であり、また、ピエゾアクチュエータの伸長により第２圧力室５２の圧力が上昇して、Ｐ１’＞Ｐ２となり、このときにニードル２に作用する荷重Ｆｂは式（２）で表される。
【００４６】
Ｆｂ＝Ｆ１−Ｆ２＋Ｐ２×π(Ｄ１2−Ｄ２2+Ｄ３2) ／４−Ｐ１’×π(Ｄ１2−Ｄ２2)／４−Ｐ４×πＤ３2 ／４  …式（２）
開弁から閉弁に移行するときは、Ｐ２＝Ｐ３、Ｐ２＝Ｐ４であり、また、ピエゾアクチュエータの収縮により第２圧力室５２の圧力が低下して、Ｐ１”＜Ｐ２となり、このときにニードル２に作用する荷重Ｆｃは式（３）で表される。
【００４７】
Ｆｃ＝Ｆ１−Ｆ２＋Ｐ２×π(Ｄ１2−Ｄ２2) ／４−Ｐ１”×π(Ｄ１2−Ｄ２2)／４  …式（３）
そして、Ｆａ≧０、Ｆｂ＜０、Ｆｃ＞０、となるように、Ｐ１、Ｐ１’、Ｐ１”、Ｐ２、Ｐ３、Ｆ１、Ｆ２、Ｄ１、Ｄ２、およびＤ３を設定する。
【００４８】
これにより、噴射停止状態時に、ピエゾアクチュエータの伸長により第２圧力室５２の圧力が上昇すると、Ｆｂ＜０となって開弁に移行する。すなわち、ニードル２に開弁向きの荷重が作用し、ピストン部材２１と着座部材２２は反弁座側に向かって一体になって移動し、シート部２２３が弁座１２２から離れて噴孔１２１が開かれ、燃料噴射が開始される。
【００４９】
また、開弁中に、ピエゾアクチュエータの収縮により第２圧力室５２の圧力が低下した際には、Ｆｃ＞０となって閉弁に移行する。すなわち、ニードル２に閉弁向きの荷重が作用し、ピストン部材２１と着座部材２２は弁座１２２側に向かって一体になって移動し、シート部２２３が弁座１２２に当接して噴孔１２１が閉じられ、燃料噴射が停止される。その後第２圧力室５２の圧力が上昇するまでの間は、Ｆａ≧０となって噴射停止状態が維持される。
【００５０】
本実施形態では、ニードル２は、ノズルボディ１の第１ガイド孔１１１および第２ガイド孔１１２に挿入されるピストン部材２１と、弁座１２２と接離する着座部材２２とに分割されているため、ピストン部材２１は第１ガイド孔１１１および第２ガイド孔１１２に倣って位置決めされ、着座部材２２は弁座１２２に倣って位置決めされる。したがって、従来の燃料噴射弁のようにピストン部とシート部の同軸度の影響を考慮する必要がなくなり、ニードル２の加工を容易にすることができる。よって、摺動部の気密性を確保しつつ摺動自在であり、さらに閉弁時のシール性も良好な燃料噴射弁を、容易に得ることができる。
【００５１】
また、ニードル２がピストン部材２１と着座部材２２とに分割して構成されていることと、ピストン部材２１と着座部材２２との噴射弁径方向のクリアランスが大きいこととが相俟って、シート部２２３が弁座１２２に当接した際に、着座部材２２はシート部２２３の位置に応じて噴射弁軸線に対して容易に傾斜することができるとともに、その傾斜可能な角度を従来よりも大きくすることができる。そして、シート部２２３を球面にしているため、シート部２２３が弁座１２２に当接した際に着座部材２２が噴射弁軸線に対して傾斜していても、閉弁時における弁座１２２とシート部２２３との当接部の良好なシール性を確保することができる。
【００５２】
さらに、ノズルボディ１は、第１ノズルボディ１１と第２ノズルボディ１２とを結合して構成されているため、ノズルボディ１の全長が長い場合でも、弁座１２２の加工が容易である。
【００５３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態に係る燃料噴射弁の要部構成を示す断面図である。
【００５４】
本実施形態は、第２ばね６２の構成および配置位置が第１実施形態と異なっている。すなわち、図３に示すように、本実施形態の第２ばね６２は、皿ばねであり、第２圧力室５２内に配置されている。また、第２ばね６２の変更に伴って、第１実施形態における第３ガイド孔１１３およびばね受け部１１４（図１参照）が廃止されている。
【００５５】
これによると、第１実施形態における第３ガイド孔１１３およびばね受け部１１４が不要になるため、ノズルボディ１の加工が容易になるとともに、燃料噴射弁の設計自由度が高められる。
【００５６】
なお、第２実施形態においては、第２ばね６２として皿ばねを用いたが、図４に示す変型例のように、第２ばね６２として、穴あき円板状で周方向に沿って波形形状になったウエーブスプリングを用いてもよい。
【００５７】
また、第１ばね６１を、皿ばねやウエーブスプリングにしてもよい。この場合、圧縮コイルスプリングよりも全高を減少しやすいことから、燃料噴射弁の設計自由度が高められる。
【００５８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図５は第３実施形態に係る燃料噴射弁の要部構成を示す断面図である。
【００５９】
本実施形態は、高圧燃料通路３１から燃料溜まり４へ高圧燃料を導く経路が第１実施形態と異なっている。すなわち、図５に示すように、第１ノズルボディ１１に形成された燃料通路１１５により、高圧燃料通路３１と第２ガイド孔１１２内の空間とが連通されている。そして、高圧燃料は、高圧燃料通路３１、燃料通路１１５、および第３ガイド孔１１３と着座部材２２との間のクリアランスを介して燃料溜まり４に導かれる。また、高圧燃料を導く経路の変更に伴って、第１実施形態における着座部材２２に設けた燃料通路２２４（図１参照）が廃止されている。
【００６０】
さらに、ホルダボディ３における第１圧力室５１側の面に形成された圧力伝達燃料通路３２により、高圧燃料通路３１と第１圧力室５１とが連通されている。これにより、高圧燃料通路３１から圧力伝達燃料通路３２を介して第１圧力室５１へ高圧燃料が導かれるようになっている。
【００６１】
第１実施形態のように、着座部材２２に燃料通路２２４を設ける燃料噴射弁においては、着座部材２２を太くできない場合には燃料通路２２４の加工には高度な技術が必要となるのに対し、本実施形態のように第１ノズルボディ１１に燃料通路１１５を設ける場合は燃料通路１１５の加工が容易である。
【００６２】
なお、第３実施形態においては、ホルダボディ３に圧力伝達燃料通路３２を形成し、高圧燃料通路３１から圧力伝達燃料通路３２を介して第１圧力室５１へ高圧燃料を導くようにしたが、図６に示す変型例のように、第１ピストン部２１１における第１圧力室５１側の面に圧力伝達燃料通路２１５を形成し、燃料通路３２から圧力伝達燃料通路２１５を介して第１圧力室５１へ高圧燃料を導くようにしてもよい。
【００６３】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図７は第４実施形態に係る燃料噴射弁の要部構成を示す断面図である。
【００６４】
本実施形態は、ノズルボディ１の構成、第２ばね６２の構成および配置位置が、第１実施形態と異なっている。すなわち、図７に示すように、ノズルボディ１は１つの部材からなり、第１ガイド孔１１１、第２ガイド孔１１２、噴孔１２１、および弁座１２２が、その１つの部材に形成されている。
【００６５】
これによると、ノズルボディ１の全長が短い場合など、弁座１２２の加工性が良ければ、ノズルボディ１を複数に分割する場合よりもノズルボディ１を安価に製作することができる。
【００６６】
また、第２ばね６２は、ウエーブスプリングであり、第２圧力室５２内に配置されている。また、第２ばね６２の変更に伴って、第１実施形態における第３ガイド孔１１３およびばね受け部１１４（図１参照）が廃止されている。
【００６７】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。図８は第５実施形態に係る燃料噴射弁の要部構成を示す断面図である。
【００６８】
図８に示すように、第１ガイド孔１１１と第１ピストン部２１１との間に円筒状のシリンダ７が配置されている。また、シリンダ７は、第３ばね６３によりホルダボディ３における第１圧力室５１側の面に常時押し付けられ、シリンダ７とホルダボディ３との当接部は気密が保たれるようになっている。
【００６９】
シリンダ７は、第２ガイド孔１１２よりも大径の円柱状のシリンダ孔７１が形成され、このシリンダ孔７１に第１ピストン部２１１が気密的に且つ摺動自在に挿入されている。シリンダ孔７１内において第１ピストン部２１１の反弁座１２２側に第１圧力室５１が形成され、第１ガイド孔１１１内において第１ピストン部２１１の弁座１２２側で且つ第２ピストン部２１２の外周側に第２圧力室５２が形成されている。
【００７０】
なお、シリンダ７と第１ピストン部２１１との摺動部からの圧力伝播を抑制するために（すなわち気密性を確保するために）、そのクリアランスは５μｍ以下とするのが望ましい。また、第１ガイド孔１１１とシリンダ７との噴射弁径方向のクリアランスは、シリンダ７と第１ピストン部２１１との摺動部クリアランスよりも大きく設定されている。
【００７１】
これによると、シリンダ７と第１ピストン部２１１との摺動部クリアランスを加工管理する方が、ノズルボディ１と第１ピストン部２１１との摺動部クリアランスを加工管理するよりも加工管理が容易な場合には、全体の加工コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁の要部構成を示す断面図である。
【図２】図１の燃料噴射弁の作動説明に用いる記号を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁の要部構成を示す断面図である。
【図４】第２実施形態の変型例を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る燃料噴射弁の要部構成を示す断面図である。
【図６】第３実施形態の変型例を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る燃料噴射弁の要部構成を示す断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係る燃料噴射弁の要部構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１      ノズルボディ
２      ニードル
４      燃料溜まり
２１    ピストン部材
２２    着座部材
５１    第１圧力室
５２    第２圧力室
６１    第１ばね（ばね部材）
６２    第２ばね（ばね部材）
１２１  噴孔
１２２  弁座
２２３  シート部
【図１】
0004883048.tif 000002
【図２】
0004883048.tif 000003
【図３】
0004883048.tif 000004
【図４】
0004883048.tif 000005
【図５】
0004883048.tif 000006
【図６】
0004883048.tif 000007
【図７】
0004883048.tif 000008
【図８】
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