JP2006194192A - 制御弁および制御弁を備えた燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体１４の安定した動作と加工性の向上を両立できる制御弁の提供。
【解決手段】ニードル４の背圧を制御する背圧制御部には、高圧ポート１７と低圧ポート１８の何方か一方を選択的に閉じることができる弁体１４が設けられている。この弁体１４には、低圧ポート１８を閉じる時に、弁室１３の上端面（弁シート２０）に着座する上シート部１４ａが設けられると共に、この上シート部１４ａの内周側に凹部３６が形成されることで、上シート部１４ａのシート内径Ｄ４が規定されている。このシート内径Ｄ４は、弁体開弁力の安定に対し重要な寸法となるが、凹部３６の外周側壁面をシート面に対し直角に形成することで、シート内径Ｄ４を形成した後、シート面を研磨しても、シート内径Ｄ４が変化することはない。これにより、シート内径Ｄ４を切削加工できるため、加工性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、３方弁構造の制御弁に関し、特に内燃機関用の燃料噴射弁に用いて好適である。

従来技術として、特許文献１に記載された制御弁がある。
この制御弁１００は、図９に示す様に、高圧ポート１１０と低圧ポート１２０及び制御ポート１３０を有する弁室１４０と、この弁室１４０に収容される弁体１５０とを備え、この弁体１５０が駆動されて、高圧ポート１１０と低圧ポート１２０の何方か一方を選択的に閉じることで、制御ポート１３０の圧力を制御している。

この制御弁１００は、弁体１５０が低圧ポート１２０を閉じる時のシート位置を明確にするために、図１０に示す様に、低圧ポート１２０側の弁シート（弁室１４０の上壁面）に線接触するシートライン１６０が設けられている。すなわち、シートライン１６０の内側と外側にそれぞれ傾斜面１７０、１８０が形成され、２つの傾斜面１７０、１８０の稜線がシートライン１６０として設けられている。

また、シートライン１６０より外側の傾斜面１８０は、弁体１５０が低圧ポート１２０を閉じる時の異物対策として、傾斜角度θが小さく（０．５°≦θ≦１０°）設定されている。つまり、傾斜角度θを小さくすると、シートライン１６０の外側で異物を噛み込ませることができる（異物を捕捉できる）ので、異物によるシートライン１６０の摩耗防止に効果がある。
特開２００４−２０４８１３号公報

ところが、２つの傾斜面１７０、１８０の稜線によってシートライン１６０を形成する場合は、２つの傾斜面１７０、１８０の角度公差や振れの影響が大きく、シート径公差が大きくなるため、シートライン１６０の位置を精度良く加工することは困難である。
また、シートライン１６０より外側の傾斜面１８０の傾斜角度θを小さくすると、傾斜面１８０の面粗度が大きくなった場合にシート径が不明確になり、弁体１５０が低圧ポート１２０を開く時の開弁力が不安定になる。これを回避するためには、傾斜面１８０の面粗度を小さくする必要がある。

以上のシート径（シートライン１６０の位置）、および傾斜面１８０の傾斜角度θを満足しつつ、傾斜面１８０の面粗度を小さくする加工は困難であり、必ずしも、安定した開弁力が得られる保証はない。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、弁体の安定した動作と、加工性の向上を両立できる制御弁を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、低圧ポートと高圧ポートおよび制御ポートを有する弁室と、この弁室に収容され、低圧ポートと高圧ポートの何方か一方を選択的に閉じることができる弁体とを備え、弁体を駆動して、高圧ポートと低圧ポートの何方か一方を選択的に閉じることで、制御ポートの圧力を制御する制御弁であって、弁体には、低圧ポートを閉じる時に、低圧ポート側の弁シートに所定のシート幅を有して着座する低圧シート部が設けられると共に、この低圧シート部の内周側に凹部が形成され、この凹部によって低圧シート部のシート内径が規定されることを特徴とする。

上記の構成によれば、弁体の低圧シート部に所定のシート幅を設けることで、低圧シート部に平面部を形成できるため、従来の様に、２つの傾斜面の稜線によってシートラインを形成する場合と比較して、低圧シート部の加工が容易である。つまり、低圧シート部の内周側に切削加工によって凹部を形成できるので、加工性が向上する。
また、低圧シート部に所定のシート幅（平面部）を設けることで、異物によって低圧シート部のエッジ部である低圧シート部の内周角部および外周角部が摩耗しても、その摩耗がシート幅を貫通しなければ、低圧ポートを閉じた時の油密を確保できるので、従来のシートラインより耐摩耗性が向上する。

なお、低圧シート部に平面部を設けると、低圧ポート側の弁シートに対して、実際のシート位置、つまり実シート径が定まらず、弁体の挙動が不安定になる恐れがある。これに対し、低圧シート部のシート幅を可能な限り小さくすることで、実シート径を安定させて、弁体の挙動を安定させることが可能である。なお、シート幅を小さくすると、その分、加工性が悪くなるため、弁体の安定した動作と加工性の向上とを両立できるシート幅を選択することが望ましい。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した制御弁において、凹部の外周側壁面は、凹部の底面外周径から低圧シート部の内周側端部に向かって上り傾斜するテーパ面が設けられていることを特徴とする。
本発明の制御弁は、弁体が低圧ポートを開くと、弁室から低圧ポートに高圧燃料が流れるため、低圧シート部の内周側に凹部が形成されていると、凹部で燃料の流れが大きく乱れることにより、急激な圧力変化が生じてキャビテーションが発生する可能性がある。これに対し、凹部の外周側壁面をテーパ形状にすることで、燃料の流れが大きく乱れることなく、急激な圧力変化を抑制できるので、キャビテーションの発生を低減できる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した制御弁において、低圧シート部の表面に耐摩耗性を向上できるコーティングが施されていることを特徴とする。
この場合、低圧シート部の平面部にコーティングを施すことで、低圧シート部の耐摩耗性が更に向上する。

（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかの制御弁において、弁体は、低圧シート部の外周径より弁体の外周径の方が大きく、且つ低圧シート部の外周側端部から弁体の外周側端部に向かって下り傾斜する傾斜面が設けられていることを特徴とする。
この場合、弁体の外径を低圧シート部の外周径より大きくすることで、弁体の剛性を高めることができる。

（請求項５の発明）
請求項１〜４に記載した何れかの制御弁において、高圧ポートを介して弁室に連通するガイド穴と、このガイド穴に摺動自在に挿入されるガイド部とを有し、このガイド部が弁体と一体に可動する構成であって、低圧ポート側のシート径をＤ１、高圧ポート側のシート径をＤ２、ガイド部の摺動径をＤ３とした時に、Ｄ１≧Ｄ３およびＤ２≧Ｄ３の関係が成立することを特徴とする。
上記の構成によれば、弁体の作動が不安定になることなく、低圧ポートの開弁時および高圧ポートの閉弁時に掛かる負荷を小さくできるため、制御性が向上する。

（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れかの制御弁を備えた燃料噴射弁であって、噴孔を有するボディと、このボディの内部に挿入され、噴孔に通じる燃料通路を開閉するニードルと、制御ポートを介して弁室に連通すると共に、制御ポートより導入される圧力がニードルを閉弁方向に付勢する背圧室とを備え、制御弁により背圧室の圧力を増減させてニードルを駆動することを特徴とする。
本発明の制御弁は、高圧ポートと低圧ポートとを切り替えて制御ポートに連通させることで、制御ポートの圧力を制御（増減）できるので、この制御弁を内燃機関用の燃料噴射弁に用いて、背圧室の圧力を制御（増減）することにより、ニードルの開閉動作を良好に制御できる。

（請求項７の発明）
請求項６に記載した燃料噴射弁において、制御弁の弁体を駆動する駆動手段を備え、この駆動手段は、ピエゾアクチュエータであることを特徴とする。
弁体の駆動手段としてピエゾアクチュエータを用いることにより、制御指令に対して応答性に優れた燃料噴射弁を提供できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は燃料噴射弁１の背圧制御部（本発明の制御弁）の断面図、図２は燃料噴射弁１の全体構成を示す断面図である。
実施例１に示す燃料噴射弁１は、例えば、ディーゼル機関用の蓄圧式燃料噴射システム（図示せず）に使用されるもので、ディーゼル機関の各気筒に取り付けられ、共通のコモンレール（蓄圧室）より高圧燃料が供給される。
この燃料噴射弁１は、以下に説明するノズル部、背圧制御部、ピエゾ駆動部、および変位伝達部等より構成されると共に、これらの構成部品を収納するハウジング２を備える。

ａ）ノズル部は、ハウジング２の先端部に形成された噴孔３よりディーゼル機関の筒内に燃料を噴射する役割を有し、燃料の噴射および噴射終了に係わるニードル４を備えている。
ハウジング２には、ニードル４を保持する筒孔５と、この筒孔５の上部に連通する背圧室６と、筒孔５の下部に連通する燃料溜め室７と、この燃料溜め室７の下方に穿設されたサック室８等が形成され、このサック室８に噴孔３が通じている。
背圧室６と燃料溜め室７は、それぞれ高圧通路９に接続され、コモンレールより供給される高圧燃料が高圧通路９を通じて導入される。但し、背圧室６の燃料圧力は、後述の背圧制御部を介して制御される。なお、ハウジング２には、前記高圧通路９と、燃料タンク（図示せず）に接続されるドレン通路１０等の燃料通路が形成されている。

ニードル４は、大径部４ａの下側に小径部４ｂを有する段付き状に設けられ、大径部４ａがハウジング２の筒孔５に摺動可能に挿入されている。また、小径部４ｂの先端には、サック室８の入口を開閉可能な円錐状の弁部４ｃが設けられている。このニードル４には、弁部４ｃがサック室８の入口を閉じた状態（閉弁状態）で、背圧室６の燃料圧力と、背圧室６に配設されたスプリング１１の反力とがニードル４の上端面に作用して、ニードル４を閉弁方向（図２の下向き）に付勢する閉弁力として働き、燃料溜め室７の燃料圧力が大径部４ａと小径部４ｂとの段差面に作用して、ニードル４を開弁方向に付勢する開弁力として働く。

ｂ）背圧制御部は、オリフィス１２ａを有する制御用通路１２を介して背圧室６に連通する弁室１３と、この弁室１３に収容される弁体１４と、弁室１３に連通するガイド穴１５と、このガイド穴１５に摺動可能に挿入されるガイド部１６等より構成される。
弁室１３には、図１（ａ）に示される様に、弁室１３の下端面に開口して高圧通路９に接続される高圧ポート１７と、弁室１３の上端面に開口してドレン通路１０に接続される低圧ポート１８と、弁室１３の側面に開口して制御用通路１２に接続される制御ポート１９とが形成されている。

弁体１４は、低圧ポート１８を閉じる初期位置と、高圧ポート１７を閉じる駆動位置との間で弁室１３の内部を移動可能に設けられ、低圧ポート１８と高圧ポート１７の何方か一方を選択的に閉じることができる。
この弁体１４には、低圧ポート１８を閉じる時に、低圧ポート１８側の弁シート２０（弁室１３の上端面）に着座する上シート部１４ａと、高圧ポート１７を閉じる時に、高圧ポート１７側の弁シート２１（高圧ポート１７の開口周縁部）に着座する下シート部１４ｂとが設けられている（図１（ａ）参照）。

ガイド穴１５は、高圧ポート１７と同一径で、高圧ポート１７から反弁室方向へ筒状に穿設され、ガイド穴１５の側面に接続される連通路２２を介して高圧通路９に連通している。
ガイド部１６は、ガイド穴１５の内周面に微小なクリアランスを有して挿入される円柱形状を有し、ガイド部１６より小径の連結部２３を介して、弁体１４の下シート部側に連結され、弁体１４と一体に可動する。

ガイド穴１５の反高圧ポート側には、スプリング室２４が連通して形成され、このスプリング室２４に配設されるスプリング２５の反力がガイド部１６の底面に付与されて、ガイド部１６と一体に弁体１４を上方（低圧ポート１８を閉じる方向）に付勢している。スプリング室２４は、弁体１４の作動時にダンパ力が発生しない様に、連通路２６を介してドレン通路１０に通じている。

ｃ）ピエゾ駆動部は、図示しない駆動回路を介して充放電されるピエゾスタック２７を備える。このピエゾスタック２７は、例えば、ＰＺＴ等の圧電セラミック層と電極層とが交互に積層されてコンデンサ構造を有する一般的なもので、ハウジング２の上部に形成されたピエゾ室２８に収容されている。ピエゾスタック２７の下端には、ピエゾスタック２７の変位を受けて可動するピエゾピストン２９が配設され、さらにピエゾピストン２９より下側に形成されるピエゾ室２８の下部空間には、ピエゾピストン２９を介してピエゾスタック２７に所定の初期荷重を付与するスプリング３０が配設されている。

ｄ）変位伝達部は、ピエゾスタック２７の変位がピエゾピストン２９を介して伝達される大径ピストン３１と、この大径ピストン３１の変位が拡大されて伝達される小径ピストン３２等で構成される。
大径ピストン３１は、ピエゾ室２８の下方に連通して形成される大径シリンダに摺動自在に挿入され、大径シリンダの下部空間（下述の油密室３４）に配設されるスプリング３３の反力を受けて上方（ピエゾスタック２７側）に付勢されている。

小径ピストン３２は、大径シリンダの下方に連通して形成される小径シリンダに摺動自在に挿入され、大径ピストン３１との間に燃料で満たされた油密室３４を形成している。この小径ピストン３２には、下方（反油密室方向）へ突出するピストンピン３２ａが一体に設けられ、このピストンピン３２ａの先端が、低圧ポート１８を通って弁体１４の上面に当接している。

次に、上記構成を有する燃料噴射弁１の作動を図３に基づき説明する。
図３（ａ）は、ピエゾスタック２７の非通電時を示すもので、ピエゾスタック２７は放電状態となり収縮している。この場合、小径ピストン３２を介して弁体１４を図示下方へ押圧する力が発生しないため、弁室１３の燃料圧力とスプリング２５の反力とで弁体１４が図示上方に付勢され、弁体１４の上シート部１４ａが弁シート２０に着座して低圧ポート１８を閉じている。これにより、背圧室６とドレン通路１０との間が遮断されて、背圧室６の燃料圧力が高圧になるため、ニードル４に作用する開弁力より閉弁力の方が上回り、ニードル４の弁部４ｃがサック室８の入口を閉じて閉弁状態を維持することで、噴射は行われない。

この状態から、ピエゾスタック２７に電荷が注入されると、図３（ｂ）に示す様に、ピエゾスタック２７に変位が発生（伸張）して、大径ピストン３１が大径シリンダ内を図示下方に押し下げられるため、油密室３４の燃料が加圧されて、その加圧された燃料圧力を受けて小径ピストン３２が小径シリンダ内を下方へ押し下げられる。この時、大径ピストン３１と小径ピストン３２との断面積比に応じて、大径ピストン３１の変位量が拡大されて小径ピストン３２に伝達される。これにより、小径ピストン３２の変位が、ピストンピン３２ａを介して弁体１４に伝達されるため、弁体１４が弁室１３の内部を図示下方へ押し下げられる。

弁体１４の移動により、低圧ポート１８が開いて、高圧ポート１７が閉じることにより、弁室１３を介して背圧室６がドレン通路１０に連通するため、背圧室６の燃料がドレン通路１０へ排出される。なお、背圧室６には、高圧通路９よりオリフィス３５を介して高圧燃料が流入するが、その背圧室６に流入する燃料量より、背圧室６から流出する燃料量の方が多いため、背圧室６の燃料圧力が次第に低下する。これにより、ニードル４に作用する閉弁力より開弁力の方が上回ると、ニードル４がリフトしてサック室８の入口が開くことにより、燃料溜め室７からサック室８に高圧燃料が流入して、噴孔３よりディーゼル機関の筒内（燃焼室）に燃料が噴射される。

その後、ピエゾスタック２７への通電を停止すると、ピエゾスタック２７の電荷が放出されて、ピエゾスタック２７が収縮することにより、小径ピストン３２を介して弁体１４を押圧する力が解除される。その結果、スプリング２５の反力と燃料圧力とで弁体１４が押し上げられ、高圧ポート１７が開き、低圧ポート１８が閉じることで、背圧室６とドレン通路１０との間が遮断される。これにより、背圧室６の燃料圧力が速やかに上昇して、ニードル４に作用する開弁力より閉弁力の方が上回ると、ニードル４が押し戻され、ニードル４の弁部４ｃがサック室８の入口を閉じることにより、噴射が終了する。

次に、弁体１４のシート径について説明する。
ピエゾスタック２７の非通電時、つまり、図４（ａ）に示す様に、弁体１４の上シート部１４ａが弁シート２０に着座して低圧ポート１８を閉じている時には、弁室１３およびガイド穴１５に高圧燃料が流入し、その燃料圧力が図示矢印で示す様に、弁体１４に対して上向き（低圧ポート１８を閉じる方向）に作用すると共に、ガイド部１６に対して下向き（低圧ポート１８を開く方向）に作用している。この時、低圧シート径（上シート部１４ａが弁シート２０に着座するシート位置の径）をＤ１、ガイド部１６の摺動径をＤ３とすると、π（Ｄ１² −Ｄ３² ）／４の面積に高圧が作用することになる。従って、Ｄ１≧Ｄ３とし、Ｄ１とＤ３を同等とするか、僅かにＤ１をＤ３より大きくすることで、弁体１４が低圧ポート１８を開く時の負荷を小さくでき、かつ安定した作動を可能にできる。

すなわち、Ｄ１とＤ３が同等であれば、上記面積に作用する燃料圧力に抗して低圧ポート１８を開くのに必要な力（弁体開弁力）が小さくなるため、ピエゾスタック２７の駆動エネルギーを小さくできる。但し、噴射が行われていない時は、弁体１４が低圧ポート１８を確実に閉じる必要があるため、Ｄ１をＤ３より僅かに大きくすることが望ましい。この場合、弁体１４に上向きの燃料圧力が作用することで、弁シート２０に対する上シート部１４ａの着座状態を維持できる。この逆の設定（Ｄ１＜Ｄ３）では、弁体１４に作用する上向きの燃料圧力より、ガイド部１６に作用する下向きの燃料圧力の方が大きくなるため、高圧が作用した時点で、弁シート２０から上シート部１４ａが離れてしまい、意図しない噴射が生じるなど制御性が悪化する。

一方、ピエゾスタック２７の通電時、つまり、図４（ｂ）に示す様に、弁体１４の下シート部１４ｂが弁シート２１に着座して高圧ポート１７を閉じている時には、弁室１３の燃料圧力が低圧になるため、高圧ポート１７の燃料圧力が、下シート部１４ｂを形成する弁体１４のテーパ面に対し上向きに作用するとともに、ガイド部１６に対し下向きに作用している。この時、高圧シート径（下シート部１４ｂが弁シート２１に着座するシート位置の径）をＤ２とすると、π（Ｄ２² −Ｄ３² ）／４の面積に高圧が作用することになる。従って、Ｄ２≧Ｄ３とし、Ｄ２とＤ３を同等とするか、僅かにＤ２をＤ３より大きくすることで、弁体１４が高圧ポート１７を閉じる時の負荷を小さくでき、かつ安定した作動を可能にできる。

すなわち、Ｄ２とＤ３が同等であれば、上記面積に作用する燃料圧力に抗して高圧ポート１７を閉じるのに必要な力（弁体閉弁力）が小さくなるため、ピエゾスタック２７の駆動エネルギーを小さくできる。但し、噴射停止時には、弁体１４が高圧ポート１７を速やかに開く必要があるため、Ｄ２をＤ３より僅かに大きくすることが望ましい。この逆の設定では（Ｄ２＜Ｄ３）、弁体１４に作用する上向きの燃料圧力より、ガイド部１６に作用する下向きの燃料圧力の方が大きくなるため、ピエゾスタック２７への通電を停止しても、弁体１４が初期位置（低圧ポート１８を閉じる位置）に復帰できなくなる恐れがあり、制御性が悪化する。

さらに、低圧シート径Ｄ１と高圧シート径Ｄ２について検討する。ピエゾスタック２７の出力特性は、出力荷重と変位が反比例の関係にある。つまり、変位が小さい時は出力荷重が大きく、変位が大きい時は出力荷重が小さくなる。従って、ピエゾスタック２７のエネルギーロスを小さくする上で、弁体開弁力≧弁体閉弁力とすることが良く、この関係が成立するために、Ｄ１≧Ｄ２となる。
以上より、低圧シート径Ｄ１、高圧シート径Ｄ２、摺動径Ｄ３の関係は、Ｄ１≧Ｄ２≧Ｄ３とし、好ましくは、Ｄ１がＤ２より僅かに大きく、Ｄ２がＤ３より僅かに大きくなるように構成すると良い（一例として、Ｄ１＝φ２．６０、Ｄ２＝φ２．５９、Ｄ３＝φ２．５０）。

ところで、弁体１４が低圧ポート１８を閉じている時に、弁シート２０に着座する上シート部１４ａのシート幅が広くなる（面接触する）と、実際のシート位置が不安定になり、Ｄ１≧Ｄ３の関係が成立しなくなる可能性がある。つまり、上シート部１４ａを弁シート２０と平行な平坦面にすると、弁シート２０に対し上シート部１４ａが面接触することになるため、図５に示す様に、実際のシート位置がＤａ（上シート部１４ａの外径）〜Ｄｂ（低圧ポート１８の内径）の間で定まらず、低圧ポート１８を開く際に弁体１４の挙動が不安定になる恐れがある。
また、従来技術で説明した様に、２つの傾斜面１７０、１８０の稜線であるシートライン１６０を低圧側の弁シートに線接触させる構成（図１０参照）では、確かにシート位置は明確になるが、シートライン１６０を精度良く加工することは極めて困難である。

そこで、実施例１では、図１（ｂ）、（ｃ）に示す様に、上シート部１４ａの内周側に凹部３６を形成して、上シート部１４ａのシート幅ｗを小さくする、つまり、上シート部１４ａの平面部の幅を狭くすることで、シート位置の安定化を図り、且つ加工性を向上させている。この場合、上シート部１４ａの内径（シート内径と呼ぶ）をＤ４とすると、上シート部１４ａの実シート径がＤ１〜Ｄ４の間になる。このため、実シート径がＤ４に近づく程、つまり、前記の摺動径Ｄ３との差が小さくなる程、弁体１４の閉弁が不安定になる問題がある。これに対し、実シート径≧Ｄ３の関係を満足しつつ、上シート部１４ａのシート幅ｗを可能な限り小さくする（Ｄ４を大きくする）ことで、実シート径を安定させて、弁体１４の挙動を安定させることができる。

シート幅ｗを規定するシート内径Ｄ４は、弁体開弁力の安定に対し重要な寸法となるが、凹部３６の外周側壁面３６ａをシート面（上シート部１４ａの平面部）に対し直角に形成することで、シート内径Ｄ４を形成した後、シート面を研磨しても、シート内径Ｄ４が変化することはない。これにより、シート内径Ｄ４を切削加工できるため、加工性が向上する。なお、上シート部１４ａは、以下の順序１）〜３）で加工される。
１）シート内径Ｄ４を切削加工により形成する。
２）シート面を研磨加工する。
３）上シート部１４ａの外径（シート外径Ｄ１と呼ぶ）を研磨加工する。

但し、シート幅ｗが小さくなると、その分、加工が困難になるため、図６に示す様に、弁体１４の安定性と加工性の向上とを両立できるシート幅ｗ（例えば５０μｍ）を選択することが望ましい。
また、上シート部１４ａに所定のシート幅ｗ（平面部）を設けることで、異物によって上シート部１４ａのエッジ部（シート内径の角部およびシート外径の角部）が摩耗しても、その摩耗がシート幅ｗを貫通しなければ、閉弁時（弁体１４が低圧ポート１８を閉じた時）の油密を確保できるので、図１０に示した従来のシートライン１６０より耐摩耗性が向上する。更に、上シート部１４ａに平面部を設けたことで、その平面部にコーティングを施すことが容易であり、耐摩耗性をより向上できる。

図７は弁体１４の上シート部１４ａの形状を示す断面図である。
この実施例２は、実施例１に記載した凹部３６の外周側壁面３６ａをテーパ形状に設けた一例である。つまり、凹部３６の外周側壁面３６ａは、図７に示す様に、凹部３６の底面外周径からシート内径に向かって上り傾斜するテーパ形状に設けられている。これにより、高圧燃料が低圧ポート１８を通ってドレン通路１０へ流れる際に、燃料の流れが大きく乱れることはなく、急激な圧力変化を抑制できるので、キャビテーションの発生を低減できる。これは、シート面（上シート部１４ａの平面部）に対する外周側壁面３６ａの傾斜角度（シート角度θｓ）が小さくなる程、つまり、外周側壁面３６ａが大きく傾斜する程、キャビテーションの発生が抑えられる傾向にある。

但し、凹部３６の外周側壁面３６ａをテーパ形状にすると、シート面（上シート部１４ａの平面部）の研磨によってシート内径Ｄ４が変化し、上記のシート角度θｓが小さくなる程、その影響が大きくなるため、所定のシート内径Ｄ４に加工することが困難になる。従って、図８に示す様に、キャビテーションの発生を抑制でき、且つ加工性を向上できるシート角度θｓ（例えば４５度）を選択することが望ましい。
なお、上シート部１４ａにコーティングを実施することで、耐摩耗性を向上できることは、実施例１と同じである。

（ａ）燃料噴射弁の背圧制御部を示す拡大断面図、（ｂ）背圧制御部の要部断面図、（ｃ）背圧制御部に用いられる弁体の要部断面図である（実施例１）。 燃料噴射弁の全体構成を示す断面図である。 燃料噴射弁の作動を説明するために、（ａ）無噴射時と（ｂ）噴射時とを比較して示す断面図である。 （ａ）弁体開弁力を説明する背圧制御部の要部断面図、（ｂ）弁体閉弁力を説明する背圧制御部の要部断面図である。 弁体の低圧シート位置を示す背圧制御部の要部断面図である。 弁体のシート幅と弁体の安定性および加工性との関係を示すグラフである（実施例１）。 弁体の要部断面図である（実施例２）。 弁体のシート角度とキャビテーションおよび加工性との関係を示すグラフである（実施例２）。 燃料噴射弁の背圧制御部を示す拡大断面図である（従来技術）。 背圧制御部に用いられる弁体の要部断面図である（従来技術）。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
２ ハウジング（ボディ）
３ 噴孔
４ ニードル
６ 背圧室
７ 燃料溜め室（燃料通路）
８ サック室（燃料通路）
９ 高圧通路
１０ ドレン通路
１３ 弁室
１４ 弁体
１４ａ 上シート部（低圧シート部）
１５ ガイド穴
１６ ガイド部
１７ 高圧ポート
１８ 低圧ポート
１９ 制御ポート
２０ 低圧ポート側の弁シート
２７ ピエゾスタック（ピエゾアクチュエータ、駆動手段）
３６ 凹部
３６ａ 凹部の外周側壁面

Claims (7)

1. 低圧ポートと高圧ポートおよび制御ポートを有する弁室と、
   この弁室に収容され、前記低圧ポートと前記高圧ポートの何方か一方を選択的に閉じることができる弁体とを備え、
   前記弁体を駆動して、前記高圧ポートと前記低圧ポートの何方か一方を選択的に閉じることで、前記制御ポートの圧力を制御する制御弁であって、
   前記弁体には、前記低圧ポートを閉じる時に、前記低圧ポート側の弁シートに所定のシート幅を有して着座する低圧シート部が設けられると共に、この低圧シート部の内周側に凹部が形成され、この凹部によって前記低圧シート部のシート内径が規定されることを特徴とする制御弁。
2. 請求項１に記載した制御弁において、
   前記凹部の外周側壁面は、前記凹部の底面外周径から前記低圧シート部の内周側端部に向かって上り傾斜するテーパ面が設けられていることを特徴とする制御弁。
3. 請求項１または２に記載した制御弁において、
   前記低圧シート部の表面に耐摩耗性を向上できるコーティングが施されていることを特徴とする制御弁。
4. 請求項１〜３に記載した何れかの制御弁において、
   前記弁体は、前記低圧シート部の外周径より前記弁体の外周径の方が大きく、且つ前記低圧シート部の外周側端部から前記弁体の外周側端部に向かって下り傾斜する傾斜面が設けられていることを特徴とする制御弁。
5. 請求項１〜４に記載した何れかの制御弁において、
   前記高圧ポートを介して前記弁室に連通するガイド穴と、
   このガイド穴に摺動自在に挿入されるガイド部とを有し、このガイド部が前記弁体と一体に可動する構成であって、
   前記低圧ポート側のシート径をＤ１、前記高圧ポート側のシート径をＤ２、前記ガイド部の摺動径をＤ３とした時に、Ｄ１≧Ｄ３およびＤ２≧Ｄ３の関係が成立することを特徴とする制御弁。
6. 請求項１〜５に記載した何れかの制御弁を備えた燃料噴射弁であって、
   噴孔を有するボディと、
   このボディの内部に挿入され、前記噴孔に通じる燃料通路を開閉するニードルと、
   前記制御ポートを介して前記弁室に連通すると共に、前記制御ポートより導入される圧力が前記ニードルを閉弁方向に付勢する背圧室とを備え、
   前記制御弁により前記背圧室の圧力を増減させて前記ニードルを駆動することを特徴とする燃料噴射弁。
7. 請求項６に記載した燃料噴射弁において、
   前記制御弁の弁体を駆動する駆動手段を備え、
   この駆動手段は、ピエゾアクチュエータであることを特徴とする燃料噴射弁。
   

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