JP2008008281A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料室２７から駆動部９０側の伝動拡大室６０へ流出するリーク燃料を抑止し弁部材のリフト挙動を安定させるとともに供給される高圧燃料圧力の適用範囲を拡大すること。
【解決手段】燃料室２７の高圧燃料が摺動部１３ａと弁部材１６との隙間を通じ駆動部９０の伝動拡大室<背圧室）６０側へ流出するのを抑止するため、燃料室２７と弁部材１６をリフト駆動させる駆動部９０側とを区画する摺動部１３ａに、摺動部１３ａの内周面と弁部材１６の外周面との双方の面に接するように、リング部材７１とＯリング押圧部材７２を備えるシール手段７０設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は燃料噴射弁に関するもので、特に自動車用ガソリンエンジンの外開型燃料噴射弁に好適である。

一般に燃料噴射弁は、噴孔側が設けられる先端側から、燃料室、摺動部、駆動部の順に配される構造であり、駆動部としては、流体圧が調整されてニードル駆動調整される背圧室を備えるもの、または、電磁弁駆動力あるいはピエゾ駆動力の動作と関連させてニードル駆動調整する軸方向移動部材を備えるものが採用される。このような燃料噴射弁においては、噴射と噴射停止とを繰り返し動作する間欠噴射動作の間における、燃料室の圧力が駆動部よりも高い状態時において、摺動部の摺動隙間を通じて僅かながらの燃料が燃料室から駆動部側へ流通する。
下記特許文献１に記載されている燃料噴射弁１においても、燃料室（切欠き１４）から僅かながら燃料が摺動部（第２のケーシング）と弁ニードル５との僅かな隙間から駆動部（駆動装置２７）側に流通する。
特表２００２−５２５４８６号公報

燃料室の圧力が駆動部よりも高い状態時において、摺動部の摺動隙間を通じて駆動部側へ僅かながらの燃料であっても流出すると以下の問題が生じる虞がある。
例えば、駆動部としての背圧室を備える燃料噴射弁の場合には、噴射と噴射停止との１サイクル動作中に、燃料室の圧力が駆動部よりも高い状態が出現し、この１サイクル動作中に僅かながらの燃料が燃料室から駆動部側へ流出する。この流出量は、噴射と噴射停止とを繰り返し動作が進行中において、燃料室から駆動部側へ流出量がサイクル数に応じてその蓄積量が増大されることとなり、結果として背圧室の圧力を予定外に増大させてしまう。なお、背圧室は、この蓄積される上記した流出量を考慮せずに設定された、予め設定された調整機構部（背圧室への高圧流体の流入、背圧室より低圧側への排出を行う機構部）によって、その室内圧が調整されている。
以上の事情によって、予め設定された調整機構部により予定されたニードル駆動調整量（時事刻々と変化するニードルの開閉位置）は、予定外のニードル駆動調整が行われてしまう事になり、狙いの噴射量と実の噴射量とに乖離を生じさせるので問題である。
また、駆動部側の圧力が増大することによる燃料の不整噴射や、不整噴射防止のためにスプリング付勢力を増加させることによる必要駆動力の増加、作動範囲の狭小化が問題である。
特に、燃料室に導入される高圧の燃料圧力がディーゼル機関のその圧力よりも大幅に低圧の圧力域が適用されるガソリン機関にあっては、摺動部を通じて駆動部に流入する蓄積されるその燃料圧力が噴射精度に大きく影響を与える。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、燃料室と駆動部側とを区画する摺動部の摺動を安定させながら、弁部材のリフト挙動を狙い通りに行わせ、必要駆動力を低減させることができる燃料噴射弁を提供することにある。

請求項１に係る発明では、高圧燃料が供給される燃料室と、該燃料室の高圧燃料を噴射する噴孔部と、内部に収容される弁部材の着座と離座とにより、前記燃料室と前記噴孔部との接続・遮断のいずれかの切り替えを行う弁座面部と、前記燃料室側と前記弁部材をリフト駆動する駆動部側とを区画し、前記弁部材を軸方向に摺動させる摺動部と、が形成される弁ボディと、前記弁部材を前記駆動部側に付勢させ、前記弁部材の弁シート部を前記弁座面部に着座させる戻しばねと、を備える燃料噴射弁であって、前記摺動部の内周面と前記弁部材の外周面との双方の面に接するように設けられ、前記燃料室の高圧燃料が、前
記摺動部と前記弁部材との隙間を通じ駆動部側へ流出するのを抑止するシール手段を備える。

上記構成によれば、前記シール手段が前記摺動部の内周面と前記弁部材の外周面との双方の面に接するように設けられているから、前記シール手段によって燃料室から駆動部側へ高圧燃料が流出するのを確実に抑止できるので、摺動部における弁部材の摺動を安定させながら、弁部材のリフト挙動を狙い通りに行わせることができる。すなわち、供給する高圧燃料の圧力の大小による影響を受けず、安定した精度の良い噴射を行わせしめるとともに、高圧燃料の圧力の適用範囲を拡大することができる。また、駆動部側の圧力の増大を抑止して、弁部材が開弁方向に作用する力を大幅に低減でき、従って、開弁を防止するための戻しばねの付勢力を小さく設定でき、小型、軽量が可能で安価にすることができる。

請求項２に係る発明では、前記駆動部側には、前記弁部材を前記噴孔部側に付勢する付勢力を作用させる背圧室を配設し、前記シール手段を、前記摺動部と前記弁部材との隙間を通じて前記燃料室と前記背圧室との間を前記高圧燃料が流通するのを抑止するように設ける。

上記構成によれば、前記背圧室への前記高圧燃料の流出を抑止して前記背圧室の圧力上昇を抑え、前記弁部材のリフト挙動を安定化することができる。

請求項３に係る発明では、前記シール手段を、前記弁部材の外周部に全周に周接して設けられた低摺動抵抗特性を有するリング部材と、該リング部材の外周面全周と前記弁ボディの内周面全周とに周接し前記リング部材をその外周から前記弁部材の中心方向に押圧する押圧部材で構成する。

上記構成によれば、前記シール手段を前記リング部材と前記押圧部材の２部材で構成しているから、押圧部材等の１部材によるシール手段に比べ、シール効果が高い。また、前記リング部材が低摺動抵抗特性を有しているため、前記リング部材に周接している前記弁部材の摺動をスムーズに行わせしめると共に、前記押圧部材による前記リング部材の前記弁部材の外周面全周への押圧と、前記押圧部材による前記リング部材外周面全周と前記弁ボディ内周面全周への周接で、前記駆動部側への高圧燃料の流出を確実に抑止できる。

請求項４に係る発明では、前記リング部材を、前記弁部材の軸方向に伸び所定の長さを持つ円筒形部材とし、前記押圧部材を断面が円形のＯリング部材とする。

上記構成によれば、前記リング部材を前記弁部材の軸方向に伸び所定の長さを持つ円筒形部材とし、且つ、押圧部材を断面が円形のＯリング部材としているから、該Ｏリング部材で前記円筒形部材を前記弁部材の外周面の押圧させることにより、前記円筒形部材を前記弁部材の外周の軸方向に所定の長さの亘って密着させることができ、前記弁部材の外周面と円筒形部材の内周面との隙間から高圧燃料が燃料室から駆動部側へ流出するのを確実に抑止できる。

請求項５に係る発明では、前記シール手段が装着される位置における前記弁部材の外径Ｄ₂と、前記弁シート部のシート径Ｄ₁とを略等しくする。

上記構成によれば、前記弁部材の外径Ｄ₂と前記弁シート部のシート径Ｄ₁とを略等しくすることで弁部材のリフト挙動をより安定化できると共に、高圧燃料圧力による前記弁部材の開弁方向と閉弁方向の力を相殺でき、より一層開弁を防止するための戻しばねの付勢力を小さく設定でき、小型、軽量、安価にすることができる。

請求項６に係る発明では、前記燃料室に供給される高圧燃料の圧力は、１０〜５０ＭＰａに設定されている。

上記構成によれば、１０〜５０ＭＰａの高圧燃料が燃料室に供給され、燃料室から駆動部側へ流出する量が多いガソリンエンジン等に使用される燃料噴射弁においても、燃料室から駆動部側への流出量が抑止されるので、当該燃料噴射弁で弁部材のリフト挙動の安定化の効果が最も発揮できる。

請求項７に係る発明では、前記燃料噴射弁を、ガソリンエンジンの燃料噴射装置に適用する。

上記構成によれば、非常に高圧な燃料が供給されるガソリンエンジンを噴射精度良好にして作動させることができ、ガソリンエンジンにおいて最も効果が発揮される。また、ガソリンエンジンの負荷変動によって要求される燃料圧力の変動に対応することができる。

以下、図に基づき本発明になる燃料噴射弁の実施形態を説明する。図１〜図３は、本発明になる燃料噴射弁を示すもので、図１は燃料噴射弁の全体構造の縦断面図、図２は燃料噴射弁の要部の拡大縦断面図、図３は図１におけるＸ部の拡大縦断面図である。

本実施形態の燃料噴射弁は、駆動源としてのピエゾ素子の伸長により弁部材が外方向に移動して燃料を噴射し、圧電素子の収縮により弁部材が戻しばねの付勢力で内方向に移動して燃料の噴射を遮断する構造いわゆる外開弁型燃料噴射弁に係るもので、図示しないガソリンエンジンに搭載され、図示しないコモンレールから供給される１０〜５０ＭＰａの高圧燃料をエンジンの各気筒に噴射する。燃料噴射弁１０は、弁ボディ１１を構成する第１弁ボディ１２及び第２弁ボディ１３、ケーシング１４、フィルタボディ１５、弁部材１６、アクチュエータとしての圧電素子１７、ピストン１８等を備えている。

第１弁ボディ１２とケーシング１４とは、第２弁ボディ１３を挟んでリテーニングナット２１及びノックピン２２により締結されている。第１弁ボディ１２と第２弁ボディ１３で弁ボディ１１を構成し、弁ボディ１１とケーシング１４とにより弁本体を構成している。ケーシング１４とフィルタボディ１５とはリテーニングナット５５により締結されている。弁ボディ１２、ケーシング１４、フィルタボディ１５を燃料通路２３が貫通している。フィルタボディ１５に設けられた燃料通路２３の入口部２３ａに、コモンレールから供給された上記圧力の高圧燃料が流入する。燃料通路２３のうちフィルタボディ１５が形成する部分に、燃料中の異物を除去するフィルタ２４が配設されている。

弁ボディ１１（第１弁ボディ１２、第２弁ボディ１３）は、断面円形のニードル状を呈する弁部材１６をその中心軸方向に往復移動可能に収容している。また、第１弁ボディ１２は、燃料通路２３の出口部２３ｂに連通する燃料室２７を形成している。燃料室２７には、１０〜５０ＭＰａの高圧燃料が燃料通路２３から導入され高圧燃料を貯留する。弁部材１６は、その噴孔部側端部に弁シート部２８、燃料の流れをスムーズにするスワール溝２８ａが設けられ、また、一端部側の主軸２９部分が燃料室２７に往復移動可能に挿入されている。燃料室２７は、主軸２９の外周で径方向に膨らむ燃料溜り室２７ａを形成している。第１弁ボディ１２の噴孔側先端には噴孔部９１をなす弁座面部３０が設けられ、この弁座面部３０の開口は燃料室２７に連通している。弁部材１６がその中心軸方向の一方（図１、２において下方向）Ａに移動して弁シート部２８が弁座面部３０から離座することで、弁シート部２８と弁座面部３０との間に間隙（噴孔部９１）が生じる。以下、方向Ａを外方向という。一方、弁シート部２８が弁座面部３０から離座した状態で弁部材１６が外方向Ａとは逆方向（図１、２において上方向）Ｂに移動し弁シート部２８が弁座面部３０に着座することで、弁シート部２８と弁座面部３０との間隙（噴孔部９１）が閉塞される。以下、方向Ｂを内方向という。弁部材１６の反噴孔側端部側の摺動軸部５６は第２ボディ１３の摺動部１３ａに往復移動（摺動）可能にして挿入支持され、その径Ｄ₂は、主軸２９の先端の弁シート部２８のシート径Ｄ₁と略同じ大きさに設定してある。ここで弁シート部２８のシート径Ｄ₁とは、弁シート部２８が弁座面部３０と線接触するリング状の径をいう。また、弁ボディ１１（第１弁ボディ１２）の弁座面部３０と弁部材１６の弁シート部２８で上記噴孔部９１を構成する。

ケーシング１４は、固定部４５及びシリンダ部４６を有している。固定部４５はピエゾ素子１７を弁部材１６の中心軸と平行な方向（中心軸方向と同方向）に伸縮可能に収容している。圧電素子１７の反噴孔側端部１７ｂは、固定部４５に固定された固定パッキン４７に接合されている。これによりピエゾ素子１７は、給電線４４を通じて供給される駆動エネルギーに応じて伸縮し、噴孔側端部１７ａをシリンダ部４６内に進退させることができる。シリンダ部４６は、円柱状に形成されたピストン１８をその中心軸方向に往復移動可能に収容している。ピストン１８の外径は、弁部材１６の摺動軸部５６の径Ｄ_２よりも大きく設定されている。ピストン１８の中心軸は、弁部材１６の中心軸に平行に延びている。シリンダ部４６の内周壁とそれに摺接可能なピストン１８の外周壁との間は、Ｏリング４８によりシールされている。ピストン１８の反噴孔側端部１８ｂはその端面においてピエゾ素子１７の噴孔側端面１７ａに当接している。これによりピストン１８は、ピエゾ素子１７の伸縮に伴いシリンダ部４６内を往復移動できる。

シリンダ部４６は、その内周壁の噴孔側部分で、ピストン１８の噴孔側端部（反圧電素子側端部）１８ａとにより第１伝動拡大室５０を形成している。第１伝動拡大室５０はその噴孔側端部で第２ボディ１３に設けられ後述するシール手段７０を収容するリング状の第２伝動拡大室４０と連通している。第１伝動拡大室５０と第２伝動拡大室４０で伝動拡大室６０を構成し、この伝動拡大室６０に後述するシール手段７０により、燃料室２７（燃料溜り室２７ａ）からの高圧のリーク燃料が流入しないように抑止している。そのため伝動拡大室６０は略液密封状態を保つ密閉室となっている。伝動拡大室６０内の油（流体）は、本燃料噴射弁１０を組立てる際、油中で組立てられるときに充填され、その内部の圧力は低圧（ほぼ０圧）となっている。ピストン１８の反噴孔側端部１８ｂのフランジ部１８ｃとシリンダ部４６の段部４６ａとの間には、皿ばねからなるスプリング５１が配設されている。スプリング５１はピストン１８を内方向Ｂに付勢している。なお、ピエゾ素子１７、シリンダ部４６、ピストン１８、伝動拡大室６０で弁部材１６を移動（リフト）駆動する駆動部９０を構成している。そして、弁ボディ１１（弁ボディ１３）の摺動部１３ａによって燃料室２７と駆動部９０は区画されている。なお、伝動拡大室６０はピエゾ素子１７の伸びを拡大する機能を行うと共に、弁部材１６を噴孔部９１の噴孔側に付勢する付勢力を作用させる背圧室の機能も備えている。本実施形態における外開弁型燃料噴射弁では、伝動拡大室に背圧室機能を持たせた一体構造となっているが、伝動拡大室と背圧室が分離した構造の燃料噴射弁でもよい。

また、燃料室２７内には、弁部材１６の外周にシリンダ状のストッパ８０が弁部材１６と間隙を介して配設されている。ストッパ８０の噴孔側端部８０ａは第１ボディ１２の噴孔側段部１２ａに当接しており、ほぼ中央部にはフランジ部８０ｂが設けられ、反噴孔側端部８０ｃは中心軸と直交する平端面となっている。また、ストッパ８０はその全長に亘って直径方向に貫通する横孔８０ｄが設けられている。ストッパ８０の反噴孔部側端部８０ｃの内方向Ｂ上方には、ばねガイド８１、非常に薄厚のスペーサ８１及びカラー８３がこの順に弁部材１６の外周に間隙を介して配設されている。

ストッパ８０の外周でフランジ部８０ｂとばねガイド８１との間に戻しばね３６が配設され、フランジ部８０ｂを基台としその付勢力をばねガイド８１、スペーサ８２及びカラー８３を介し、カラー８３の反噴孔部側を弁部材１６の摺動軸部５６の噴孔部側段部５６ａに当接係止することで弁部材１６を内方向Ｂ即ち駆動部９０側へ付勢させている。また、ストッパ８０は、例えばエンジン等の外部からの高熱によって第１弁ボディ１２、第２弁ボディ１３が高温になって延びるのを防止するための冷却機能を有している。第１弁ボディ１２、第２弁ボディ１３の熱がストッパ８０に伝導し、熱は横孔８０ｄを通る温度の低い燃料によって冷却される。また、ばねガイド８１の噴孔側端部８１ａとストッパ８０の反噴孔側端部８０ｃは、弁部材１６が噴孔を閉塞している状態（図１、図２の状態）で適当な間隙が保たれるように設定してある。また、第２弁ボディ１３は燃料室２７側と駆動部９０側とを区画する摺動部１３ａを有しており、この摺動部１３ａ内を弁部材１６がその軸方向に摺動する。

図３により、本発明の要部であるシール手段７０を説明する。シール手段７０は、フッ素系樹脂等の低摺動抵抗特性を有するリング部材７１とフッ素系ゴム等の耐油性を有するＯリング形状の押圧部材７２で構成される。リング部材７１は弁部材１６の摺動軸部５６の外周面の全周にその軸方向に沿って所定の長さを持ち周接するように配設され円筒形状をなしている。押圧部材７２は、弁ボディ１１（第２弁ボディ１３）の反噴孔部側端部に形成した上述の第２伝動拡大室４０の内周面の全周とリング部材７１の外周面の全周とに周接しており、弁部材１６（摺動軸部５６）の中心方向にリング部材７１を弁部材１６（摺動軸部５６）の外周面に押圧し密着させている。リング部材７１、押圧部材７２から成るシール手段７０は第２伝動拡大室４０の内周面に圧入された固定カラー部材７３によって第２伝動拡大室４０の底部４０ａに位置固定される。固定カラー部材７３の内周面と弁部材１６（摺動軸部５６）の外周面との間は間隙があり弁部材１６（摺動軸部５６）はその中心軸方向に往復移動可能になっている。

次に、燃料噴射弁１０の作動について説明する。なお、燃料噴射弁１０の組立ては油中で行われ、予め第１伝動拡大室５０及び第２伝動拡大室４０内には非圧縮性の液体が無圧状態で充填されている。ピエゾ素子１７に駆動エネルギーが供給されているとき、ピエゾ素子１７は伸長しスプリング５１の付勢力に抗してピストン１８を噴孔部開放方向の外方向Ａに押圧するので、ピストン１８は第１伝動拡大室５０の容積を最小にした状態となる。第１伝動拡大室５０の減少した容積分の液体が第２伝動拡大室４０内に流入したことになるが、第１伝動拡大室５０及び第２伝動拡大室４０は密封空間であるため、第２伝動拡大室４０内に流入した液体は、戻りばね３６の付勢力に抗した分加圧され、中心軸方向に移動可能な弁部材１６の摺動部５６の端面部を押圧し弁部材１６を戻りばね３６の付勢力に抗して噴孔部開放方向の外方向Ａに移動させる。この時、ピストン１８の径は、弁部材１６の摺動部５６の径Ｄ_２より大径に設定されているので、ピストン１８の移動量が伝動拡大室６０によって拡大されて弁部材１６を移動（リフト）させる。

弁部材１６の外方向Ａの移動により、弁部材１６の弁シート部２８が、弁ボディ１１の噴孔部である弁座面３０から離座し、弁座面３０と弁シート部２８との微小な間隙（噴孔部９１）から、燃料室２７内の高圧燃料が円錐状に拡がって噴射される。なお、弁部材１６の外方向Ａの移動は、弁部材１６の移動に連れ、ばねガイド８１も外方向Ａへ移動しばねガイド８１がストッパ８０の反噴孔側端部８０ｃに当接して停止される。移動距離即ちリフト量Ｌが定まり安定した燃料の噴射が行われる。このリフト量Ｌは、スペーサ８２の厚みを変えることで適宜設定できる。

弁部材１６が噴孔部９１を開放している状態でピエゾ素子１７に供給されている駆動エネルギーを放出させると、ピエゾ素子１７は収縮する。するとピストン１８もスプリング５１の付勢力により噴孔部閉塞方向の内方向Ｂに移動する。ピストン１８の内方向Ｂへの移動で第１伝動拡大室５０の容積が拡大し、拡大した容積分の液体が第１伝動拡大室５０内に充満されることになる。この拡大した容積は、液体が非圧縮性で第１伝動拡大室５０及び第２伝動拡大室４０が密封状態の密閉室であるため、第２伝動拡大室４０において、弁部材１６を外方向Ａへ移動させた時の摺動軸部５６が移動した部分に相当する容積（摺動軸部５６の移動した距離と断面積との積）である。

第１伝動拡大室５０の容積の拡大に伴い、その拡大容積に相当する容積が第２伝動拡大室４０の容積から減ずることになり、第２伝動拡大室４０内は圧力低下状態になる。第２伝動拡大室４０内の圧力が低下するに連れて弁部材１６は戻しばね３６の付勢力により噴孔部閉塞方向の内方向Ｂに移動し、弁シート部２８が弁座面３０に着座し噴孔部９１を閉塞し燃料の噴射が停止する。

燃料噴射弁１０の作動は上述の通りであり、本発明になる外開弁型燃料噴射弁１０においては、燃料噴射弁１０の停止状態で戻しばね３６の内方向Ｂへの付勢力により弁シート部２８が弁座面３０に着座して燃料室２７内の高圧燃料の漏れを阻止している。そして本発明になる燃料噴射弁１０では、シール手段７０を燃料室２７と駆動部９０側を区画する弁ボディ１１（第２弁ボディ１３）の摺動部１３ａに設けているから、燃料室２７の高圧燃料の高圧リーク燃料が駆動部９０側の伝動拡大室６０内に流出するのを抑止できる。そのため、第１伝動拡大室５０、第２伝動拡大室４０からなる伝動拡大室６０は、予め充填されている液体が封じ込められた密閉室となり弁部材１６の伝動拡大室６０内における端面に高圧リーク燃料圧が作用せず、弁部材１６には外方向Ａすなわち開弁方向に作用する力がほとんど無くなる。伝動拡大室６０にリーク流出する高圧燃料がシール手段７０によって抑止されることによって、弁部材１６には高圧燃料の圧力がほとんど作用しないため、供給する高圧燃料の圧力の大小による影響（高圧時の開弁による燃料漏れ、低圧時の不開弁による不噴射）を受けず弁部材１６のリフト挙動も安定する。従って供給する高圧燃料の圧力の適用範囲を拡大することもできる。また、燃料室２７内の高圧燃料の圧力より伝動拡大室６０内の圧力を大幅に小さく設定でき、そのため戻しばね３６の付勢力を小さく設定できる。従って、戻しばね３６の線径を細くして、軽量、小型にでき安価にすることができる。

更に、シール手段７０を高圧燃料の流出を抑止するリング部材７１と、リング部材７１を更に押圧する押圧部材７２との２部材で構成しているから、押圧部材等の１部材によるシール手段に比べ、シール効果を高くすることができる。更に、リング部材７１が低摺動抵抗特性を有しているため、リング部材７１に全周で周接していても弁部材１６の移動をスムーズに行わせしめると共に、押圧部材７２によるリング部材７１の弁部材１６の外周面全周への押圧と、押圧部材７２のリング部材７１外周面全周と弁ボディ１１内周面全周への周接で、燃料室２７から駆動部９０側の伝動拡大室（背圧室）６０へ高圧燃料が流出するのを確実に抑止できる。

更に、リング部材７１を弁部材１６の軸方向に伸び所定の長さを持つ円筒形部材７１とし、且つ、押圧部材７２を断面が円形のＯリング部材７２としているから、Ｏリング部材７２で円筒形部材７１を弁部材１６の外周面の全周に押圧させることにより、円筒形部材７１を前記弁部材１６の外周の軸方向に所定の長さ、全周に亘って密着させることができ、前記弁部材１６の外周面と円筒形部材７１の内周面との隙間から高圧燃料が伝動拡大室（背圧室）６０へ流出するのを確実に抑止できる。

更に、本発明では、シール手段７０が設けられる部位における弁部材１６の外径Ｄ_２と弁シート部２８のシート径Ｄ₁とを略等しく設定しているから、高圧燃料圧力による弁部材１６の開弁方向と閉弁方向に作用する力を完全に相殺して無くし、より一層開弁を防止するための戻しばねの付勢力を小さく設定でき、小型、軽量、安価にすることができると共に、供給する高圧燃料の圧力の適用範囲を大幅に拡大することができる。

上述の燃料室２７の燃料圧、リーク燃料圧、シート径、弁部材１６の摺動軸部５６の外径の関係を数式で説明する。燃料室２７の燃料圧をＰ_０、リーク燃料圧をＰ₁、弁シート部２８のシート径をＤ₁、弁部材１６の摺動軸部５６の外径をＤ₂とする。従来構造のようにリーク燃料圧Ｐ₁が伝動拡大室５０に流入して弁部材１６に作用する状態では、弁部材１６の開弁方向（外方向Ａ）に作用する力をＦ₀とすれば、
となり、リーク燃料圧Ｐ₁は、燃料圧Ｐ₀と等しくなるため、
となる。即ち、常にＦ₀（シート径Ｄ₁の面積と燃料圧Ｐ₀との積）の力が開弁方向（外方向Ａ）に作用する。本発明のように、シール手段７０によってリーク燃料が抑止されるとリーク燃料圧Ｐ₁＝０となり、この場合の弁部材１６の開弁方向（外方向Ａ）に作用する力をＦ₁とすれば、
となる。通常、Ｄ_２＝（０．９〜０．８）Ｄ_１程度であるので、
となる。即ち、リーク燃料の駆動部９０側の伝動拡大室（背圧室）６０への流出を抑止すると、開弁方向（外方向Ａ）に作用する力Ｆ₁を大幅に低減することができ、戻りばね３６の付勢力を小さく設定できる。更に、本発明のように、Ｄ₂をＤ₁に等しくし、この時の開弁方向（外方向Ａ）に作用する力をＦ₂とすれば、
となり、開弁方向（外方向Ａ）に作用する力Ｆ₂は、完全に相殺されて作用せず、戻りば
ね３６は供給される高圧燃料の影響を全く受けなくなる。

更に、本発明では、リング部材７１を低摺動抵抗特性のフッ素系樹脂製とし、押圧部材７２を耐油性フッ素系ゴムとしているから、弁部材１６とリング部材７１との摺動が良好であり、また、押圧部材７２が耐油性フッ素系ゴムであるから晒される燃料による弾力性の劣化が遅く長時間に亘り弾力性を維持でき、弁部材１６とリング部材７１との密着を保つことができる。

更に、本発明になる燃料噴射弁１０は、燃料室に供給される高圧燃料の圧力を１０〜５０ＭＰａに設定された燃料噴射弁であるから、１０〜５０ＭＰａの高圧燃料が燃料室２７に供給され、燃料室２７から駆動部９０側へ流出する量が多いガソリンエンジン等に使用される燃料噴射弁においても、燃料室２７から駆動部９０側への流出量が抑止されるので、当該燃料噴射弁における弁部材１６のリフト挙動の安定化の効果が最も顕著に発揮できる。また、自動車用ガソリンエンジンにおいて負荷変動によって要求される燃料圧力の変動にも対応することができる。

なお、本発明になる燃料噴射弁は上述の構成による燃料噴射弁に限定されず、弁部材をリフト駆動する駆動部は、弁部材の反噴孔側に調圧室が配され、調圧室の流体圧力を調整し、リフト駆動させる背圧室制御式（ピエゾの伸縮により流体圧調整されるピエゾ式背圧室制御、電磁弁の流路切替により流体圧調整される電動式背圧室制御のいずれも可能）や、弁部材の反噴孔部側に駆動体（ソレノイド弁など）が配されて、弁部材と駆動体とが直接に接続されて、リフト駆動させる直動式の構成になる燃料噴射弁であって本発明を適用できる。また、上述の実施形態では、駆動部原をなす駆動体は上述のピエゾ素子であったが、ソレノイド弁等の駆動体であってもよい。更に、上述の実施形態では、本発明になる燃料噴射弁は、自動車用ガソリンエンジンの燃料噴射装置に適用した例であったが、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に適用してもよく、自動車以外の燃料噴射装置に適用してもよい。

本発明になる燃料噴射弁の実施形態を示す縦断面図である。 本発明になる燃料噴射弁の要部を示す拡大縦断面図である。 図１におけるＸ部の拡大縦断面図である。

符号の説明

１０ 燃料噴射弁
１１ 弁ボディ
１２、１３ 弁ボディ１１を構成する第１弁ボディ、第２弁ボディ
１３ａ 弁ボディ１１の摺動部
１４ ケーシング
１５ フィルタボディ
１６ 弁部材
１７ 駆動源をなすピエゾ素子
１８ ピストン
２３ 燃料通路
２７ 燃料室
２８ 弁部材１６の弁シート部
２９ 弁部材１６の主軸
３０ 弁ボディ１１の噴孔部をなす弁座面部
３６ 戻しばね
４６ シリンダ部
４０ 第２伝動拡大室
５０ 第１伝動拡大室
５６ 弁部材１６の摺動軸部
６０ 伝動拡大室（背圧室）
７０ シール手段
７１ シール手段７０のリング部材
７２ シール手段７０の押圧部材
８０ ストッパ
８１ ばねガイド
８２ スペーサ
８３ カラー
９０ ピエゾ素子１７、シリンダ部４６、ピストン１８、伝動拡大室６０で構成される駆動部
９１ 弁座面部３０と弁シート部２８で構成される噴孔部
Ｄ₁ 弁シート部２８のシート径
Ｄ₂ 弁部材１６の外径

Claims (7)

1. 高圧燃料が供給される燃料室と、
   該燃料室の高圧燃料を噴射する噴孔部と、
   内部に収容される弁部材の着座と離座とにより、前記燃料室と前記噴孔部との接続・遮断のいずれかの切り替えを行う弁座面部と、
   前記燃料室側と、前記弁部材をリフト駆動する駆動部側とを区画し、前記弁部材を軸方向に摺動させる摺動部と、が形成される弁ボディと、
   前記弁部材を駆動部側に付勢させ、前記弁部材の弁シート部を前記弁座面部に着座させる戻しばねと、を備える燃料噴射弁であって、
   前記摺動部の内周面と前記弁部材の外周面との双方の面に接するように設けられ、前記燃料室の高圧燃料が、前記摺動部と前記弁部材との隙間を通じ前記駆動部側へ流通するのを抑止するシール手段を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記駆動部側には、前記弁部材を前記噴孔部側に付勢する付勢力を作用させる背圧室が配設され、前記シール手段は、前記摺動部と前記弁部材との隙間を通じて前記燃料室と前記背圧室との間を前記高圧燃料が流通するのを抑止するように設けられることを特徴とする請求項１の燃料噴射弁。
3. 前記シール手段は、前記弁部材の外周部に全周に周接して設けられた低摺動抵抗特性を有するリング部材と、該リング部材の外周面と前記弁ボディの内周面とに周接し前記リング部材をその外周から前記弁部材の中心方向に押圧する押圧部材で構成していることを特徴する請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
4. 前記リング部材は、前記弁部材の軸方向に伸び所定の長さを持つ円筒形部材であり、前記押圧部材は断面が円形のＯリング部材であることを特徴する請求項３記載の燃料噴弁。
5. 前記シール手段が装着される位置における前記弁部材の外径Ｄ_２と、前記弁シート部のシート径Ｄ_１とを略等しく設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の燃料噴射弁。
6. 前記燃料室に供給される高圧燃料の圧力は、１０〜５０ＭＰａに設定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の燃料噴射弁。
7. 請求項１〜６のいずれか一つに記載の燃料噴射弁において、前記燃料噴射弁は、ガソリンエンジンの燃料噴射装置に適用されていることを特徴とする燃料噴射弁。