(57)【要約】【課題】構成部品の経時劣化に起因する噴射特性の変化を抑制できる燃料噴射弁を提供する。【解決手段】燃料噴射弁１０は、噴孔２２を開閉するニードル５１、およびニードル５１を閉弁方向に付勢する燃料を蓄積する圧力制御室４８、および圧力制御室４８に蓄積された燃料を外部に排出する量を制御し、圧力制御室４８内の燃料圧力を調整する制御弁１２を有する。ニードル５１の先端、および制御弁１２に設けられる制御弁部材７０の先端は、経時劣化とともにそのシート面積の増減方向が同方向となるように形成されている。このため、経時劣化とともにニードル５１のシート面積が変化し開弁圧力が変化しても、制御弁部材７０のシート面積もその変化した開弁圧力に応じて変化するので、制御弁１２に設けられるコイル８３への駆動電流の供給開始タイミングから噴射率の立ち上がりタイミングまでの時間をほぼ一定にすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔が形成されているハウジングと、前記噴孔を開閉するノズル弁部材と、前記ノズル弁部材の開閉動作を制御する制御手段と、を備える燃料噴射弁であって、
前記ハウジングは、前記噴孔に燃料を供給する高圧通路、前記ノズル弁部材を閉弁方向へ付勢する燃料が導入される圧力制御室、および前記圧力制御室から燃料が外部に排出される低圧通路を有し、
前記ノズル弁部材は、前記高圧通路に着座することにより前記噴孔を閉塞し、前記高圧通路から離座することにより前記噴孔を開放するノズルシート部、および前記ノズルシート部に連なって設けられ、前記高圧通路内の燃料圧力を受け、前記ノズル弁部材を開弁方向に付勢するノズル受圧部を有し、
前記ノズルシート部および前記ノズル受圧部は、前記ノズル弁部材の開閉動作が繰り返されるとことにより、前記ノズルシート部が前記高圧通路に着座した位置におけるシート面積が大きくなると前記ノズル受圧部の受圧面積が小さくなり、前記シート面積が小さくなると前記受圧面積が大きくなるように形成されており、
前記制御手段は、前記圧力制御室を開閉する制御弁部材、前記制御弁部材を前記閉弁方向に付勢する付勢手段、および電力が供給されると前記付勢手段の付勢力に抗した電磁力を発生し、前記制御弁部材を開弁方向に駆動する駆動手段を有し、
前記制御弁部材は、前記低圧通路に着座することにより前記圧力制御室を閉塞し、前記圧力制御室内の圧力を高め、前記低圧通路から離座することにより前記圧力制御室を開放し、前記圧力制御室内の圧力を低下させる制御弁シート部と、前記制御弁シート部に連なって設けられ、前記圧力制御室内の燃料圧力を受け、前記制御弁部材を開弁方向に付勢する制御弁受圧部を有し、
前記制御弁シート部および前記制御弁受圧部は、前記制御弁部材の開閉動作が繰り返されることにより、前記制御弁シート部が前記低圧通路に着座した位置におけるシート面積が大きくなると前記制御弁受圧部の受圧面積が大きくなり、前記シート面積が小さくなると前記受圧面積が小さくなるように形成されており、
前記ノズル弁部材および前記制御弁部材を繰り返し開閉動作させたときの前記ノズルシート面積および前記制御弁シート面積の増減方向は、ともに同じ方向であることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記高圧通路は、前記噴孔に向かうほど縮径し、前記ノズルシート部が着座する円錐状のノズル傾斜面を有し、
前記ノズル弁部材の先端には、先端に向かうほど縮径するノズル円錐部が形成され、前記ノズル円錐部には、前記ノズルシート部および前記ノズル受圧部が形成されており、
前記低圧通路は、前記圧力制御室に向かうほど縮径し、前記制御弁シート部が着座する円錐状の制御弁傾斜面を有し、
前記制御弁部材の先端には、先端に向かうほど縮径する制御弁円錐部が形成され、前記制御弁円錐部には、前記制御弁シート部および前記制御弁受圧部が形成されており、
前記ノズル弁部材の前記ノズルシート部および前記制御弁部材の前記制御弁シート部は、使用状態において、それぞれ前記ノズル傾斜面および前記制御弁傾斜面よりも硬度が高く、
前記ノズルシート部よりも大径側における前記ノズル円錐部と前記ノズル傾斜面とのなす角度と、小径側における前記ノズル円錐部と前記ノズル傾斜面とのなす角度との大小関係は、前記制御弁シート部よりも大径側における前記制御弁円錐部と前記制御弁傾斜面とのなす角度と、小径側における前記制御弁円錐部と前記制御弁傾斜面とのなす角度との大小関係と同じ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】
前記ノズルシート部よりも小径側における前記ノズル円錐部と前記ノズル傾斜面とのなす角度、および前記制御弁シート部よりも小径側における前記制御弁円錐部と前記制御弁傾斜面とのなす角度は、それぞれ、大径側におけるなす角度よりも小さいことを特徴とする請求項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、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、噴孔が形成されているハウジングと、噴孔を開閉するノズル弁部材と、ノズル弁部材の開閉動作を制御する制御手段と、を備える燃料噴射弁が知られている（特許文献１参照）。ハウジングには、噴孔に燃料を供給する高圧通路、ノズル弁部材を閉弁方向へ付勢する燃料が導入される圧力制御室、および圧力制御室から燃料が外部に排出される低圧通路が形成されている。そして、ノズル弁部材には、高圧通路に離着座するノズルシート部、およびノズルシート部に連なって設けられ、高圧通路内の燃料圧力を受け、ノズル弁部材を開弁方向に付勢するノズル受圧部が形成されている。
【０００３】
制御手段は、圧力制御室を開閉する制御弁部材、制御弁部材を閉弁方向に付勢する付勢手段、および電力が供給されると付勢手段の付勢力に抗した電磁力を発生し、制御弁部材を開弁方向に駆動する駆動手段を有している。
【０００４】
制御手段は、駆動手段により制御弁部材を開弁方向に移動させ、圧力制御室内の燃料を外部に排出し、燃料圧力を低下させる。
【０００５】
制御手段にて圧力制御室内の圧力を低下させることにより、ノズル弁部材に働く閉弁方向の力を弱め、ノズル弁部材に働く開弁方向の力を相対的に上昇させ、ノズル弁部材を開弁方向に移動させている。なお、このときの圧力制御室内の燃料圧力を開弁圧力という。
【特許文献１】特開平１０−１２２０８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の燃料噴射弁のノズル弁部材は、繰り返し開閉動作されることにより、ノズルシート部が摩耗により変形する。このため、高圧通路に当接するノズルシート部の位置が変化するため、シート面積が変化する。
【０００７】
ノズル受圧部は、ノズルシート部に連なって設けられているため、シート面積が変化することにより、受圧面積も変化することとなる。このため、ノズル弁部材に働く開弁方向の力が変化してしまい、上述した開弁圧力が変化する。
【０００８】
ところが、上記特許文献１の燃料噴射弁の制御弁部材の弁体部、および弁体部が着座する低圧通路の側壁は、平坦面となっている。このため、制御弁部材が繰り返し開閉動作され、弁体部および低圧通路の側壁が摩耗してもシート面積は初期の状態と変化しない。
【０００９】
このため、電力を駆動手段に供給してから圧力制御手段が所定の圧力に至るまでの時間は、経時劣化とは関係なくほぼ一定となる。
【００１０】
経時劣化とともにノズル弁部材の開弁圧力は変化するのに対し、圧力制御室内の燃料圧力の降下速度はほぼ一定となるため、駆動手段に電力を供給してからノズル弁部材が噴孔を開弁するまでの時間が初期の状態から変化してしまい、噴射特性が変化するという問題が発生する。
【００１１】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、構成部品の経時劣化に起因する噴射特性の変化を抑制できる燃料噴射弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の発明は、噴孔が形成されているハウジングと、噴孔を開閉するノズル弁部材と、ノズル弁部材の開閉動作を制御する制御手段と、を備える燃料噴射弁であって、
ハウジングは、噴孔に燃料を供給する高圧通路、ノズル弁部材を閉弁方向へ付勢する燃料が導入される圧力制御室、および圧力制御室から燃料が外部に排出される低圧通路を有し、
ノズル弁部材は、高圧通路に着座することにより噴孔を閉塞し、高圧通路から離座することにより噴孔を開放するノズルシート部、およびノズルシート部に連なって設けられ、高圧通路内の燃料圧力を受け、ノズル弁部材を開弁方向に付勢するノズル受圧部を有し、
ノズルシート部およびノズル受圧部は、ノズル弁部材の開閉動作が繰り返されるとことにより、ノズルシート部が高圧通路に着座した位置におけるシート面積が大きくなるとノズル受圧部の受圧面積が小さくなり、シート面積が小さくなると受圧面積が大きくなるように形成されており、
制御手段は、圧力制御室を開閉する制御弁部材、制御弁部材を閉弁方向に付勢する付勢手段、および電力が供給されると付勢手段の付勢力に抗した電磁力を発生し、制御弁部材を開弁方向に駆動する駆動手段を有し、
制御弁部材は、低圧通路に着座することにより圧力制御室を閉塞し、圧力制御室内の圧力を高め、低圧通路から離座することにより圧力制御室を開放し、圧力制御室内の圧力を低下させる制御弁シート部と、制御弁シート部に連なって設けられ、圧力制御室内の燃料圧力を受け、制御弁部材を開弁方向に付勢する制御弁受圧部を有し、
制御弁シート部および制御弁受圧部は、制御弁部材の開閉動作が繰り返されることにより、制御弁シート部が低圧通路に着座した位置におけるシート面積が大きくなると制御弁受圧部の受圧面積が大きくなり、シート面積が小さくなると受圧面積が小さくなるように形成されており、
ノズル弁部材および制御弁部材を繰り返し開閉動作させたときのノズルシート面積および制御弁シート面積の増減方向は、ともに同じ方向であることを特徴としている。
【００１３】
この構成によれば、ノズル弁部材は、高圧通路に離着座するノズルシート部、および高圧通路内の燃料圧力を受け、ノズル弁部材を開弁方向に付勢するノズル受圧部を有している。そして、ノズル受圧部はノズルシート部に連なって設けられている。さらに、ノズルシート部およびノズル受圧部は、ノズル弁部材の開閉動作が繰り返されることにより、ノズル弁部材のシート面積が変化するとともにノズル受圧部の受圧面積も変化するように形成されている。
【００１４】
これによれば、繰り返される開閉動作によって、ノズルシート面積が変化するとノズル受圧部の受圧面積も変化する。このため、ノズル弁部材に働く開弁方向の力が変化してしまい、ノズル弁部材が閉弁状態から開弁し始めるときの圧力制御室内の圧力（以下、開弁圧力という）も変化する。
【００１５】
具体的には、ノズル弁部材のシート面積が増大すると、ノズルシート部の位置がノズル受圧部側に移動するため、ノズル受圧部の受圧面積が減少する。このため、ノズル弁部材に働く開弁方向の力は弱くなり、開弁圧力もそれに応じて低くなる。反対に、シート面積が減少すると、受圧面積は増加する。このため、ノズル弁部材に働く開弁方向の力は強くなり、開弁圧力もそれに応じて高くなる。
【００１６】
一方、制御弁部材は、低圧通路に離着座する制御弁シート部、および圧力制御室内の燃料圧力を受け、制御弁部材を開弁方向に付勢する制御弁受圧部を有している。そして、制御弁受圧部は制御弁シート部に連なって設けられている。さらに、制御弁シート部および制御弁受圧部は、制御弁部材の開閉動作が繰り返されることにより、制御弁部材のシート面積が変化するとともに制御弁受圧部の受圧面積も変化するように形成されている。また、制御弁部材は、付勢手段により閉弁方向に常に付勢されている。
【００１７】
これによれば、繰り返される開閉動作によって、制御弁シート面積が変化すると制御弁受圧部の受圧面積も変化する。このため、御弁受圧部に圧力制御室内の燃料圧力が作用することによる制御弁部材に働く開弁方向の力が変化してしまい、駆動手段に電力を供給するタイミングから制御弁部材が開弁方向に移動し始めるまでの時間が変化する。
【００１８】
具体的には、制御弁部材のシート面積が増大すると、制御弁シート部の位置が制御弁受圧部とは反対側に移動するため、制御弁受圧部の受圧面積が増加する。このため、制御弁部材に働く開弁方向の力が強くなり、制御弁部材のリフト開始タイミングが早まる。その結果、駆動手段への電力供給タイミングから所定時間経過したときの圧力制御室内の圧力状態を初期の状態に比べ低い値にすることができる。
【００１９】
反対に、シート面積が減少すると、受圧面積は減少する。このため、制御弁部材に働く開弁方向の力が弱くなり、制御弁部材のリフト開始タイミングが遅れる。その結果、駆動手段への電力供給タイミングから所定時間経過したときの圧力制御室内の圧力状態を初期の状態に比べ高い値にすることができる。
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、ノズル弁部材のシート面積および制御弁部材のシート面積の増減方向は、ともに同じ方向とすることを特徴としている。そうすることにより、燃料噴射弁の経時劣化によって変化するノズル弁部材の開弁圧力に合わせて、駆動手段に電力を供給するタイミングから開弁圧力に至るまでの時間を自動的に変更することができる。
【００２１】
よって、燃料噴射弁の経時劣化によっても、駆動手段への電力供給タイミングからノズル弁部材が噴孔を開弁するまでの時間を極力変化させないようにすることができる。したがって、構成部品の経時劣化に起因する噴射特性の変化を抑制できる燃料噴射弁を提供することができる。
【００２２】
請求項２に記載の発明は、高圧通路は、噴孔に向かうほど縮径し、ノズルシート部が着座する円錐状のノズル傾斜面を有し、ノズル弁部材の先端には、先端に向かうほど縮径するノズル円錐部が形成され、ノズル円錐部には、ノズルシート部およびノズル受圧部が形成されており、
低圧通路は、圧力制御室に向かうほど縮径し、制御弁シート部が着座する円錐状の制御弁傾斜面を有し、制御弁部材の先端には、先端に向かうほど縮径する制御弁円錐部が形成され、制御弁円錐部には、制御弁シート部および制御弁受圧部が形成されており、
ノズル弁部材のノズルシート部および制御弁部材の制御弁シート部は、使用状態において、それぞれノズル傾斜面および制御弁傾斜面よりも硬度が高く、
ノズルシート部よりも大径側におけるノズル円錐部とノズル傾斜面とのなす角度と、小径側におけるノズル円錐部とノズル傾斜面とのなす角度との大小関係は、制御弁シート部よりも大径側における制御弁円錐部と制御弁傾斜面とのなす角度と、小径側における制御弁円錐部と制御弁傾斜面とのなす角度との大小関係と同じであることを特徴としている。
【００２３】
この構成によれば、ノズル弁部材および制御弁部材が繰り返し開閉動作されると、ノズル弁部材および制御弁部材がそれぞれノズル側傾斜面および制御弁側傾斜面に減り込み、両シート面積が変化する。シート面積が変化する方向は、シート部の移動位置によって変化する。シート部の移動方向は、シート部よりも大径側の円錐部と傾斜面とのなす角度と、シート部よりも小径側の円錐部と傾斜面とのなす角度の大小関係に依存する。なす角度が小さい方にシート部が移動するため、それに応じてシート面積が変化するのである。
【００２４】
この発明では、ノズルシート部よりも大径側におけるノズル円錐部とノズル傾斜面とのなす角度と、小径側におけるノズル円錐部とノズル傾斜面とのなす角度の大小関係は、制御弁シート部よりも大径側における制御弁円錐部と制御弁傾斜面とのなす角度と、小径側における制御弁円錐部と制御弁傾斜面とのなす角度との大小関係と同じとしているため、シート面積の増減方向を同じにすることができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、ノズルシート部よりも小径側におけるノズル円錐部とノズル傾斜面とのなす角度、および制御弁シート部よりも小径側における制御弁円錐部と制御弁傾斜面とのなす角度は、それぞれ、大径側におけるなす角度よりも小さいことを特徴としている。
【００２６】
この構成によれば、それぞれのシート部の位置は、燃料噴射弁の経時劣化が進むと、小径側に向かい、シート面積は減少する方向に変化する。その結果、ノズル弁部材および制御弁部材が、それぞれ高圧通路および低圧通路に着座したときの面圧高めることが可能となり、構成部品の経時劣化に起因する噴射特性の変化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の断面を図１に示す。図１に示す燃料噴射弁１０は、例えば、ディーゼルエンジン用コモンレール式燃料噴射装置に用いられるものである。燃料噴射弁１０は、図示しないエンジンのエンジンヘッドに搭載され、高圧燃料を蓄積する図示しないコモンレールから供給される高圧燃料をエンジンの各気筒内に直接噴射するように構成されている。
【００２９】
燃料噴射弁１０は、コモンレールから分岐する燃料配管の下流端に接続されている。図１に示すように、燃料噴射弁１０は、ハウジング１１の先端に形成されている噴孔２２の開閉を制御するノズル弁部材５０と、ノズル弁部材５０の開閉動作を制御する制御弁１２を有する。
【００３０】
ハウジング１１は、略棒状に形成されており、ノズルボデー２０、およびボデー３０から構成され、ノズル弁部材５０を収容する。
【００３１】
ノズルボデー２０は、軸方向に延びるニードル収容孔２１を有する。収容孔２１には、ノズル弁部材５０の一部であるニードル５１が収容される。収容孔２１の底部には、収容孔２１の内壁とノズルボデー２０の外壁とを連通する噴孔２２が形成され、噴孔２２の上部には、ニードル５１が離着座する弁座２４が形成されている。
【００３２】
収容孔２１は、ニードル５１の弁座２４に着座する側とは反対側の端部を軸方向に摺動可能に支持し、かつ、ニードル５１を収容させたときに、ニードル５１の側壁と収容孔２１の内壁とによってコモンレール内の高圧燃料を蓄積する燃料溜り室２６が形成されるような形状となっている。燃料溜り室２６は、ニードル５１が弁座２４から離座したときに、噴孔２２と連通する。また、ノズルボデー２０には、燃料溜り室２６にコモンレール内の高圧燃料を供給する高圧通路２５が形成されている。
【００３３】
ニードル５１は、棒状に形成され、その先端には、先端に向かうほど径が小さくなる円錐部５３が形成されている。また、ニードル５１の中央部には、燃料溜り室２６内の燃料圧力が作用することにより、ニードル５１を弁座２４から離座させる方向（以下、開弁方向という）に付勢する第一受圧部５２が形成されている。
【００３４】
円錐部５３には、第二受圧部５４、およびシート部５５が形成されている。第二受圧部５４は、円錐部５３の大径側に形成され燃料溜り室２６内の燃料圧力が作用することにより、ニードル５１を開弁方向に付勢する。シート部５５は、第二受圧部５４の小径側の端部に連なって設けられ、弁座２４に着座することにより噴孔２２を閉弁し、弁座２４から離座することにより噴孔２２を開弁する。
【００３５】
ボデー３０は、一方の端部にノズルボデー２０を支持し、他方の端部に制御弁１２を支持する。ボデー３０とノズルボデー２０とは、リテーニングナット１３により接続され、ボデー３０と固定部材１４によって接続される。
【００３６】
ボデー３０は、軸方向に延び、かつニードル収容孔２１と連通するピストン収容孔３１を有する。収容孔３１には、ノズル弁部材５０の一部であり、ニードル５１と軸方向に一体となって移動するコマンドピストン５６が収容される。コマンドピストン５６は、収容孔３１に摺動可能に支持されるピストン部５７と、ピストン部５７とニードル５１との間に配置されるロッド部５８とを有する。収容孔３１には、コマンドピストン５６の他に、コイルスプリング３５が収容されている。コイルスプリング３５は、ニードル５１を着座方向（以下、閉弁方向という）に付勢する。
【００３７】
また、ボデー３０には、燃料配管が接続される高圧ポート３２から流入する高圧燃料を燃料溜り室２６に供給する高圧通路３３が形成されている。ボデー３０の上記他方の端部には、ピストン収容孔３１と、高圧通路３３から分岐した分岐通路３４とが開口している。そして、この他方の端部には、内部に通路が形成された略円盤状のオリフィスプレート４０が配置されている。
【００３８】
なお、高圧ポート３２から高圧通路３３、高圧通路２５、燃料溜り室２６を通り噴孔２２に至るまでの経路が請求項に記載の高圧通路に相当する。
【００３９】
オリフィスプレート４０には、板厚方向に貫通し、一方の端部がピストン収容孔３１に連通するアウトオリフィス４１と、一方の端部が分岐通路３４に連通し、他方の端部がアウトオリフィス４１に連通するインオリフィス４７とが形成されている。アウトオリフィス４１の開口部には、制御弁１２の制御弁部材７０が着座する弁座４６が形成されている。インオリフィス４７の通路径は、アウトオリフィス４１の通路径よりも小さい。
【００４０】
これにより、ピストン収容孔３１、コマンドピストン５６のピストン部５７の上端部、およびオリフィスプレート４０によって圧力制御室４８が形成される。この圧力制御室４８には、常に、分岐通路３４、インオリフィス４７を介してコモンレール内の高圧燃料が流入する。流入した高圧燃料は、ピストン部５７に作用し、ニードル５１を閉弁方向に付勢する。
【００４１】
ここで、ニードル５１には、圧力制御室４８内の燃料圧力がコマンドピストン５６に作用し、コマンドピストン５６がニードル５１を閉弁方向に付勢するときの閉弁方向の力、コイルスプリング３５の付勢力が作用することによる閉弁方向の力、燃料溜り室２６内の燃料圧力が第一、第二受圧部５２、５４に作用することによる開弁方向の力が働いている。
【００４２】
第一、第二受圧部５２、５４の受圧面積、ピストン部５７の受圧面積、コイルスプリング３５の付勢力は、アウトオリフィス４１が閉弁され圧力制御室４８内の燃料圧力が、燃料溜り室２６内の燃料圧力とほぼ同じ圧力となっている状態において、ニードル５１に働く力の合力が閉弁方向を向くように調整されている。
【００４３】
オリフィスプレート４０のボデー３０とは反対側の端部には、制御弁１２が設けられている。制御弁１２は、図示しない駆動回路から駆動電流が供給されることにより駆動する弁であって、圧力制御室４８内の燃料圧力を制御し、コマンドピストン５６の閉弁方向への付勢力を制御する。
【００４４】
制御弁１２は、第一バルブボデー６０、制御弁部材７０、ソレノイド８０、および第二バルブボデー９０などから構成されている。第一バルブボデー６０は、オリフィスプレート４０をボデー３０の他方の端部との間に挟みこむようにしてボデー３０に固定される。
【００４５】
第一バルブボデー６０は、略円柱状に形成され、中央部に軸方向に延び、オリフィスプレート４０側の端部が拡径しているガイド孔６１、ガイド孔６１内の燃料を外部に排出する燃料通路６２を有している。
【００４６】
制御弁部材７０は、ソレノイド８０に発生する磁気吸引力により駆動され、アウトオリフィス４１を開閉する。制御弁部材７０は、略円盤状に形成されたアーマチャ７１と、ガイド孔６１に軸方向に摺動可能に支持され、アウトオリフィス４１の弁座４６に着座することによりアウトオリフィス４１を閉弁し、弁座４６から離座することによりアウトオリフィス４１を開弁する弁体部７２を有する。弁体部７２の先端部には、圧力制御室４８内の燃料圧力が作用しており、圧力制御室４８内の燃料圧力に応じた開弁方向の力が働いている。
【００４７】
ソレノイド８０は、ステータ８１、コイル８３、コイルスプリング８４、コネクタ８５などから構成されている。ステータ８１は、アーマチャ７１のボデー３０側とは反対側に設けられ、中央部に制御弁部材７０を閉弁方向に付勢するコイルスプリング８４を収容する貫通孔８２が形成されている。コイル８３は、貫通孔８２の外周側に巻装されており、コネクタ８５を介して外部電源（図示しない）から駆動電流の供給を受ける。
【００４８】
コイル８３に駆動電流が供給されていない状態では、圧力制御室４８内の燃料圧力が作用することによる開弁方向の力よりもコイルスプリング８４による開弁方向の力が勝っているため、制御弁部材７０は閉弁方向に移動し、アウトオリフィス４１を閉弁する。
【００４９】
コイル８３に駆動電流が供給されると、ステータ８１にアーマチャ７１をステータ８１側に吸引する磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力が、上記開弁方向の力と上記閉弁方向の力との差分の力よりも上回ると制御弁部材７０がステータ８１に吸引され、アウトオリフィス４１が開弁する。
【００５０】
第二バルブボデー９０は、略円柱状に形成されており、ステータ８１の制御弁部材７０とは反対側に設けられる。第二バルブボデー９０は、アウトオリフィス４１から排出される燃料を外部に排出する低圧ポート９１および、この低圧ポート９１と上記貫通孔８２とを連通する低圧通路９２を有する。
【００５１】
制御弁部材７０が開弁方向に移動しアウトオリフィス４１が開弁されると、圧力制御室４８内の燃料は、ガイド孔６１、燃料通路６２、貫通孔８２および低圧通路９２を通って低圧ポート９１から外部に排出される。このアウトオリフィス４１から低圧ポート９１までの経路が請求項に記載の低圧通路に相当する。低圧ポート９１から排出された燃料は、例えば燃料タンク（図示しない）に戻される。
【００５２】
圧力制御室４８内の燃料が上記経路を通って排出されると、圧力制御室４８内の燃料圧力は低下する。その結果、コマンドピストン５６に働く閉弁方向の力が弱くなる。
【００５３】
次に、燃料噴射弁１０の動作について説明する。コモンレール内に蓄積されている高圧燃料は、高圧ポート３２から高圧通路３３および分岐通路３４に流入する。高圧通路３３に流入した高圧燃料は、高圧通路２５を介して燃料溜り室２６に流入する。分岐通路３４に流入した高圧燃料は、インオリフィス４７を介して圧力制御室４８に流入する。
【００５４】
コイル８３に駆動電流が供給されていない状態では、ステータ８１に磁気吸引力が発生していないので、アウトオリフィス４１は制御弁部材７０によって閉弁される。このため、圧力制御室４８内の燃料圧力は、燃料溜り室２６内の燃料圧力とほぼ同じとなる。
【００５５】
アウトオリフィス４１が閉弁している状態では、ニードル５１に働く力の合力は閉弁方向を向いているため、ニードル５１は閉弁方向に移動し、弁座２４に着座する。ニードル５１が弁座２４に着座すると噴孔２２が閉弁され、噴孔２２から燃料は噴射されない。
【００５６】
コイル８３に駆動電流が供給されると、ステータ８１に磁気吸引力が発生するため、制御弁部材７０は開弁方向に吸引され、アウトオリフィス４１が開弁する。これにより、圧力制御室４８内の高圧燃料がアウトオリフィス４１を通って低圧側に排出される。その結果、圧力制御室４８内の燃料圧力は低下し始め、ニードル５１に働く閉弁方向の力が弱まる。圧力制御室４８内の燃料圧力は、アウトオリフィス４１からの流出量とインオリフィス４７からの流入量との差分に応じて徐々に低下する。
【００５７】
圧力制御室４８内の燃料圧力が徐々に低下して、所定の燃料圧力（開弁圧力）まで降下すると、ニードル５１に働く閉弁方向の力のうち、圧力制御室４８内の燃料圧力が作用することにより働く閉弁方向の力が弱まり、開弁方向の力が閉弁方向の力を上回る。これにより、ニードル５１は開弁方向に移動し、弁座２４から離座する。ニードル５１が弁座２４から離座すると噴孔２２が開弁され、噴孔２２から燃料が噴射される。
【００５８】
コイル８３に駆動電流を供給してから所定時間経過後、再びコイル８３への駆動電流の供給を停止すると、アウトオリフィス４１が制御弁部材７０により閉弁されるため、再び圧力制御室４８内の燃料圧力が上昇する。圧力制御室４８内の燃料圧力が上昇すると、ニードル５１に働く閉弁方向の力が回復するため、閉弁方向の力が開弁方向の力を上回り、ニードル５１は閉弁方向に移動し、弁座２４に着座する。これにより、噴孔２２からの燃料噴射が停止する。このようにして、コイル８３への駆動電流の供給および非供給を繰り返すことにより、ニードル５１および制御弁部材７０の開閉動作が繰り返し行われる。
【００５９】
次に、燃料噴射弁１０の特徴部分について詳細に説明する。図２は、燃料噴射弁１０のニードル５１の先端部分を拡大して示した図であり、図３は、制御弁部材７０の先端部分を拡大して示した図である。ぞれぞれの図において、中心線よりも左側は燃料噴射弁１０の初期の状態を示し、右側は経時劣化が進んだ状態を示している。
【００６０】
図２に示すように、ニードル５１の先端には、先端に向かうほど縮径する円錐部５３が形成されている。円錐部５３の大径側には、燃料溜り室２６内の燃料圧力が作用する第二受圧部５４が形成されている。そして、この第二受圧部５４の小径側の端部には、弁座２４に着座するシート部５５が形成されている。
【００６１】
一方、シート部５５が着座する弁座２４は、噴孔２２に向かうほど縮径する円錐状の傾斜面２３上に形成されている。円錐部５３および傾斜面２３は、ニードル５１の閉弁方向に向かうほど外径または内径が小さくなるように形成されている。
【００６２】
図２の左側に示すように、円錐部５３は、初期の状態のとき、シート部５５よりも大径側に配置される第二受圧部５４と傾斜面２３とのなす角度α１は、シート部５５よりも小径側の円錐部５３と傾斜面２３とのなす角度β１よりも大きくなるように形成されている。また、シート部５５が弁座２４に着座した位置における流路断面積であるシート面積はＳ１となっている。
【００６３】
図３に示すように、制御弁部材７０の弁体部７２の先端には、先端に向かうほど縮径する円錐部７３が形成されている。円錐部７３の小径側には、圧力制御室４８内の燃料圧力が作用する受圧部７４が形成されている。この受圧部７４の大径側の端部には、弁座４６に着座するシート部７５が形成されている。
【００６４】
オリフィスプレート４０に形成されるアウトオリフィス４１は、オリフィス通路４２、第一連通路４３、および第二連通路４４から構成されている。オリフィス通路４２よりも圧力制御室４８側には第一連通路４３が接続されている。第一連通路４３は、オリフィスプレート４０の圧力制御室４８側の端面に開口している。オリフィス通路４２よりも制御弁部材７０側には第二連通路４４が接続されている。第二連通路４４は、オリフィスプレート４０の制御弁部材７０側の端面に開口している。第二連通路４４には、圧力制御室４８に向かうほど縮径する円錐状の傾斜面４５が形成されている。この傾斜面４５上には、制御弁部材７０のシート部７５が着座する弁座４６が形成されている。
【００６５】
図３に示すように、円錐部７３および傾斜面４５は、図２と同様に、制御弁部材７０の閉弁方向に向かうほど外径または内径が小さくなるように形成されている。
【００６６】
図３の左側に示すように、円錐部７３は、初期の状態のとき、シート部７５よりも大径側の円錐部７３と傾斜面４５とのなす角度α２は、シート部７５よりも小径側に配置される受圧部７４と傾斜面４５とのなす角度β２よりも大きくなるように形成されている。また、シート部７５が弁座４６に着座した位置における流路断面積であるシート面積はＳ２となっている。
【００６７】
本実施形態では、ニードル５１の円錐部５３および制御弁部材７０の円錐部７３は、弁座２４、４６に着座したときに形成される角度α１と角度β１との大小関係（図２左側参照）が角度α２と角度β２との大小関係（図３左側参照）と同じとなるように形成されている。具体的には、角度α１は角度β１よりも大きく、角度α２は角度β２よりも大きくなっている。
【００６８】
また、燃料噴射弁１０の使用状態において、ニードル５１の硬度は、傾斜面２３が形成されているノズルボデー２０の硬度よりも高く、制御弁部材７０の硬度は、傾斜面４５が形成されているオリフィスプレート４０の硬度よりも高くなっている。
【００６９】
このように形成されているニードル５１および制御弁部材７０が開閉動作を繰り返すことにより、ニードル５１および制御弁部材７０、ならびにニードル５１や制御弁部材７０が着座するそれぞれの傾斜面２３、４５は、図２および図３の右側に図示するように変形する。
【００７０】
具体的には、ニードル５１が噴孔２２の開閉を繰り返すことにより、ニードル５１の円錐部５３が傾斜面２３に減り込み、ニードル５１および傾斜面２３が図２の右側に示すように変形する。本実施形態では、角度β１は角度α１よりも小さいため、シート部５５よりも小径側の円錐部５３は、第二受圧部５４よりも傾斜面２３に近接して配置される。このため、経時劣化が進むと、弁座２４およびシート部５５は、図２中の破線に示す位置まで移動する。弁座２４およびシート部５５は、円錐部５３の小径側に移動する。このため、図２の右側示すように、シート面積ｓ１は、初期の状態におけるシート面積Ｓ１よりも小さくなる。
【００７１】
一方、制御弁部材７０がアウトオリフィス４１の開閉を繰り返すことにより、制御弁部材７０の円錐部７３が傾斜面４５に減り込み、制御弁部材７０および傾斜面４５が図３の右側に示すように変形する。本実施形態では、角度β２は角度α２よりも小さいため、受圧部７４は、大径側の円錐部７３よりも傾斜面４５に近接して配置される。このため、経時劣化が進むと、弁座４６およびシート部７５は、図３中の破線に示す位置まで移動する。弁座４６およびシート部７５は、円錐部７３の小径側に移動する。このため、図３の右側に示すように、シート面積ｓ２は、初期の状態におけるシート面積Ｓ２よりも小さくなる。
【００７２】
次に、燃料噴射弁１０の初期の状態のときのニードル５１および制御弁部材７０の動作、および経時劣化が進んだ状態のときの動作を説明する。
【００７３】
図４は、駆動電流をコイル８３に供給したときの制御弁部材７０、圧力制御室４８、および噴射率の変化を示すタイムチャートである。図４（ａ）は駆動電流の波形の変化を示し、（ｂ）は制御弁部材７０のリフト変化を示し、（ｃ）は圧力制御室４８内の燃料圧力変化を示し、（ｄ）は噴射率の変化を示している。図中、実線は、燃料噴射弁１０が初期の状態のときの変化を示し、一点鎖線は、燃料噴射弁１０が経時劣化したときの変化を示している。
【００７４】
図２の右側に示すように、経時劣化が進むと、シート部５５は小径側に移動するため、シート部５５と連なって設けられる第二受圧部５４の受圧面積が初期の状態に比べ大きくなる。このため、図４（ｃ）の一点鎖線に示すように、ニードル５１に働く開弁方向の力が初期の状態に比べ強くなり、開弁圧力が高くなる。
【００７５】
ここで、制御弁部材およびアウトオリフィスの開口部が従来技術のように共に平坦面にて形成されているような形式のものであれば、制御弁部材側のシート面積は経時劣化が進んだとしても変化しない。このため、駆動電流をコイルに供給してから制御弁部材がリフトし始めるタイミングは変化しない。その結果、圧力制御室の圧力の降下開始タイミングも変化しない。これでは、ニードルが経時劣化し、開弁圧力が初期の状態に比べ高くなると、コイルへの駆動電流の供給開始タイミングから圧力制御室内が経時劣化時の開弁圧力に至るまでの時間が初期の状態に比べ短くなり、噴射率の立ち上がりのタイミングが初期の状態に比べ早くなってしまう。
【００７６】
これに対し、本実施形態では、制御弁部材７０および弁座４６は、ニードル５１および弁座２４と同じように経時劣化が進むとシート面積が減少するような構造としているため、経時劣化が進んでいる状態にあっても、噴射率の立ち上がりのタイミングを初期の状態に合わせることができる。
【００７７】
具体的には、図３の右側に示すように、経時劣化が進むと、シート部７５は、ニードル５１のシート部５５と同様、小径側に移動するため、シート部７５と連なって設けられる受圧部７４の受圧面積が初期の状態に比べ小さくなる。このため、圧力制御室４８内の燃料圧力が受圧部７４に作用することにより制御弁部材７０に働く開弁方向の力が弱くなり、図４（ｂ）に示すように、制御弁部材７０のリフト開始タイミングが遅れる（一点鎖線参照）。
【００７８】
このため、図４（ｃ）に示すように、圧力制御室４８内の燃料圧力の降下開始タイミングにも遅れが生じる（一点鎖線参照）。燃料圧力の降下開始タイミングが遅れるため、経時劣化時の開弁圧力が初期の状態に比べ高くなっていたとしても、コイル８３への駆動電流の供給開始タイミングから経時劣化時の開弁圧力に至るまでの時間は、初期の状態のときの時間とほぼ同じとなる。
【００７９】
その結果、噴射率の立ち上がりのタイミングは、経時劣化が進んだ状態であっても、初期の状態の噴射率の立ち上がりのタイミングと同じとなる。つまり、本実施形態によれば、経時劣化が進んだ状態にあっても、噴射率の立ち上がりのタイミングが初期の状態のタイミングからずれ噴射特性が変化してしまうことを抑制することができる。
【００８０】
また、本実施形態では、ニードル５１および弁座２４、ならびに制御弁部材７０および弁座４６は、経時劣化が進むとシート面積ｓ１、ｓ２が初期の状態のシート面積Ｓ１、Ｓ２と比べ小さくなるように構成されているので、徐々に着座部分の面圧が高まっていく。このため、着座部分における信頼性を向上し、経時劣化に伴う噴射特性の変化を抑制することができる。
【００８１】
なお、経時劣化が進んだときの着座部分における面圧は、図２および図３に示すように、角度α１と角度β１との角度差、角度α２と角度β２との角度差を変更することにより調整することができる。この角度差は、ニードル５１や制御弁部材７０に作用する力（燃料圧力やコイルスプリングの付勢力など）を考慮して適正な面圧となるように定められる。
【００８２】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付し、説明を省略する。ここでは、第２実施形態の特徴的な部分についてのみ説明する。
【００８３】
図５は、燃料噴射弁１０のニードル５１の先端部分を拡大して示した図であり、図６は、制御弁部材７０の先端部分を拡大して示した図である。それぞれの図において、中心線よりも左側は燃料噴射弁１０の初期の状態を示し、右側は経時劣化が進んだ状態を示している。
【００８４】
図５の左側に示すように、円錐部５３ａは、初期の状態のとき、シート部５５ａよりも大径側に配置される第二受圧部５４ａと傾斜面２３とのなす角度α３は、シート部５５ａよりも小径側の円錐部５３ａと傾斜面２３とのなす角度β３よりも小さくなるように形成されている。また、シート部５５ａが弁座２４に着座した位置における流路断面積であるシート面積はＳ３となっている。
【００８５】
図６の左側に示すように、円錐部７３ａは、初期の状態のとき、シート部７５ａよりも大径側の円錐部７３ａと傾斜面４５とのなす角度α４は、シート部７５ａよりも小径側に配置される受圧部７４ａと傾斜面４５とのなす角度β４よりも小さくなるように形成されている。また、シート部７５ａが弁座４６に着座した位置における流路断面積であるシート面積はＳ４となっている。
【００８６】
この実施形態においても、ニードル５１の円錐部５３ａおよび制御弁部材７０の円錐部７３ａは、弁座２４、４６に着座したときに形成される角度α３と角度β３との大小関係が角度α４と角度β４との大小関係と同じとなるように形成されている。具体的には、角度α３は角度β３よりも小さく、角度α４は角度β４よりも小さくなっている。
【００８７】
このように形成されているニードル５１および制御弁部材７０が開閉動作を繰り返すことにより、ニードル５１および制御弁部材７０、ならびにニードル５１や制御弁部材７０が着座するそれぞれの傾斜面２３、４５は、図５および図６の右側に図示するように変形する。
【００８８】
具体的には、ニードル５１が噴孔２２の開閉を繰り返すことにより、ニードル５１の円錐部５３ａが傾斜面２３に減り込み、ニードル５１および傾斜面２３が図５の右側に示すように変形する。本実施形態では、角度α３は角度β３よりも小さいため、第二受圧部５４ａは、小径側の円錐部５３ａよりも傾斜面２３に近接して配置される。このため、経時劣化が進むと、弁座２４およびシート部５５ａは、図５中の破線に示す位置まで移動する。弁座２４およびシート部５５ａは、円錐部５３ａの大径側に移動する。このため、図５の右側示すように、シート面積ｓ３は、初期の状態におけるシート面積Ｓ３よりも大きくなる。
【００８９】
一方、制御弁部材７０がアウトオリフィス４１の開閉を繰り返すことにより、制御弁部材７０の円錐部７３ａが傾斜面４５に減り込み、制御弁部材７０および傾斜面４５が図６の右側に示すように変形する。本実施形態では、角度α４は角度β４よりも小さいため、シート部７５ａよりも大径側の円錐部７３ａは、受圧部７４よりも傾斜面４５に近接して配置される。このため、経時劣化が進むと、弁座４６およびシート部７５ａは、図６中の破線に示す位置まで移動する。弁座４６およびシート部７５ａは、円錐部７３ａの大径側に移動する。このため、図６の右側に示すように、シート面積ｓ４は、初期の状態におけるシート面積Ｓ４よりも大きくなる。
【００９０】
次に、燃料噴射弁１０の初期の状態のときのニードル５１および制御弁部材７０の動作、および経時劣化が進んだ状態のときの動作を説明する。
【００９１】
図７は、駆動電流をコイル８３に供給したときの制御弁部材７０、圧力制御室４８、および噴射率の変化を示すタイムチャートである。図７（ａ）は駆動電流の波形の変化を示し、（ｂ）は制御弁部材７０のリフト変化を示し、（ｃ）は圧力制御室４８内の燃料圧力変化を示し、（ｄ）は噴射率の変化を示している。図中、実線は、燃料噴射弁１０が初期の状態のときの変化を示し、一点鎖線は、燃料噴射弁１０が経時劣化したときの変化を示している。
【００９２】
図５の右側に示すように、経時劣化が進むと、シート部７５ａは大径側に移動するため、シート部７５ａに連なって設けられる第二受圧部５４ａの受圧面積が初期の状態に比べ小さくなる。このため、図７（ｃ）の一点鎖線に示すように、ニードル５１に働く開弁方向の力が初期の状態に比べ弱くなり、開弁圧力が低くなる。
【００９３】
このため、本実施形態では、制御弁部材７０および弁座４６を、ニードル５１および弁座２４と同じように経時劣化が進むとシート面積が増大するような構造としている。これにより、経時劣化が進んでいる状態にあっても、噴射率の立ち上がりタイミングを初期の状態に合わせることができる。
【００９４】
具体的には、図６の右側に示すように、経時劣化が進むと、シート部７５ａは、ニードル５１のシート部５５ａと同様、大径側に移動するため、シート部７５ａと連なって設けられる受圧部７４ａの受圧面積が初期の状態に比べ大きくなる。このため、圧力制御室４８内の燃料圧力が受圧部７４ａに作用することにより制御弁部材７０に働く開弁方向の力が強くなり、図７（ｂ）に示すように、制御弁部材７０のリフト開始タイミングが早くなる（一点鎖線参照）。
【００９５】
このため、図７（ｃ）に示すように、圧力制御室４８内の燃料圧力の降下開始タイミングも早くなる（一点鎖線参照）。燃料圧力の降下開始タイミングが早まるため、経時劣化時の開弁圧力が初期の状態に比べ低くなっていたとしても、コイル８３への駆動電流の供給開始タイミングから経時劣化時の開弁圧力に至るまでの時間は、初期の状態のときの時間とほぼ同じとなる。
【００９６】
その結果、噴射の立ち上がりのタイミングは、経時劣化が進んだ状態であっても、初期の状態の噴射率の立ち上がりのタイミングと同じとなる。つまり、本実施形態によれば、経時劣化が進んだ状態にあっても、噴射率の立ち上がりのタイミングが初期の状態のタイミングからずれ噴射特性が変化してしまうということを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の断面図である。
【図２】図１中の燃料噴射弁のニードルを拡大した断面図である。
【図３】図１中の燃料噴射弁の制御弁部材を拡大した断面図である。
【図４】駆動電流の波形、制御弁部材のリフト、圧力制御室の燃料圧力、噴射率の変化を示すタイムチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態による燃料噴射弁のニードルを拡大した断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による燃料噴射弁の制御弁部材を拡大した断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態による燃料噴射弁に供給する駆動電流の波形、制御弁部材のリフト、圧力制御室の燃料圧力、噴射率の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００９８】
１０  燃料噴射弁、１１  ハウジング、１２  制御弁（制御手段）、２０  ノズルボデー、２２  噴孔、２３  傾斜面、２４  弁座、２５  高圧通路（高圧通路）、２６  燃料溜り室（高圧通路）、３０  ボデー、３２  高圧ポート、３３  高圧通路（高圧通路）、３４  分岐通路、３５  コイルスプリング、４０  オリフィスプレート、４１  アウトオリフィス、４４  第二連通路、４５  傾斜面、４６  弁座、４７  インオリフィス、４８  圧力制御室、５０  ノズル弁部材、５１  ニードル（ノズル弁部材）、５３  円錐部、５４  第二受圧部（ノズル受圧部）、５５  シート部（ノズルシート部）、５６  コマンドピストン（ノズル弁部材）、６０  第一バルブボデー、６１  ガイド孔（低圧通路）、６２  燃料通路（低圧通路）、７０  制御弁部材、７３  円錐部、７４  受圧部（制御弁受圧部）、７５  シート部（制御弁シート部）、８０  ソレノイド（駆動手段）、８１  ステータ、８２  貫通孔（低圧通路）、８３  コイル、８４  コイルスプリング（付勢手段）、８５  コネクタ、９０  第二バルブボデー、９１  低圧ポート、９２  低圧通路（低圧通路）
【図１】
2009150358.tif 000003
【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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