JP2010084725A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動体と燃料通路とを隔離するシール部材の伸縮性および耐久性が高い燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】噴孔１１および燃料通路１０２を有するノズルボディ１０と、ノズルボディ１０に一端が固定され充電量に応じて他端が変位可能なピエゾ駆動体５０と、一端がピエゾ駆動体５０の他端に固定され他端に径外方向へ拡がる大径部６２を有しピエゾ駆動体５０の駆動力により駆動されることで噴孔１１を開閉する可動部材６０と、ピエゾ駆動体５０を収容し可動部材６０を挿通する筒状の延出部７４を有する収容部材７０と、ベローズ状のベローズ部８３と筒状の第１筒部８４と筒状の第２筒部８５とからなり第１筒部８４が延出部７４に液密に接合し、かつ、第２筒部８５が大径部６２に液密に接合するシール部材８０とを備えている。第１筒部８４および第２筒部８５は、厚みがベローズ部８３の厚みよりも大きくなるように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射装置に関し、特に、燃料噴射装置を駆動する駆動体が燃料に晒されるのを防ぐシール部材を備えた燃料噴射装置に関する。

従来、燃料噴射装置を駆動する駆動体と燃料噴射装置内部の燃料通路とを隔離するシール部材を備えた燃料噴射装置が知られている。例えば、特許文献１に開示された燃料噴射装置は、噴孔を開閉する可動部材と駆動体を収容する収容部材とに接合し、駆動体と燃料通路とを隔離するベローズ状のシール部材を備えている。これにより、駆動体が燃料に晒されるのを防いでいる。

このような燃料噴射装置では、充電量に応じて変位する駆動体の変位量を可動部材に良好に伝達するために、シール部材に対して、軸方向へ容易に伸縮可能な伸縮性が要求される。例えば、シール部材を外側と内側との２層で形成し、１層あたりの厚みを小さくすれば、シール部材のシール性を確保しつつ伸縮性の向上を図ることができる。

しかしながら、シール部材の厚みを小さくした場合、シール部材の強度は低下する。燃料噴射装置の作動中、シール部材は、燃料通路の燃料から高い圧力を受ける。そのため、厚みが小さなシール部材では、燃圧によって生じる応力に耐えきれず、応力が集中した箇所に亀裂や破断が生じるおそれがある。
特表２００６−５２６１１１号公報

本発明の目的は、駆動体と燃料通路とを隔離するシール部材の伸縮性および耐久性が高い燃料噴射装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、噴孔、および噴孔に連絡する燃料通路を有するノズルボディと、ノズルボディに一端が固定され、充電量に応じて他端が変位可能な駆動体と、一端が駆動体の他端に固定され、一端と他端との間または他端に径外方向へ拡がる大径部を有し、駆動体の駆動力により往復移動可能に駆動されることで噴孔を開閉する可動部材と、ノズルボディの内部で駆動体を収容する収容部、当該収容部に形成され可動部材を挿通する開口、および当該開口の周縁から筒状に延びる延出部を有する収容部材と、ベローズ状に形成されたベローズ部と当該ベローズ部の一方の端部に形成される筒状の第１筒部とベローズ部の他方の端部に形成される筒状の第２筒部とからなり、内側に可動部材を挿通し、第１筒部の内周壁が収容部材の延出部の外周壁に液密に接合し、かつ、第２筒部の内周壁が可動部材の大径部の外周壁に液密に接合することにより駆動体と燃料通路とを隔離するシール部材とを備えている。

燃料噴射装置の作動中、燃料通路は高圧の燃料で満たされるとともに、燃料通路には圧力脈動が生じる。これにより、シール部材は、径外側から径内側へ向けて、脈動を伴う高圧の燃圧を受け続ける。このとき、シール部材のうち、収容部材に接合する接合面と非接合面との境界近傍（第１筒部）、および可動部材に接合する接合面と非接合面との境界近傍（第２筒部）には応力が集中し易い。

本発明では、シール部材の第１筒部および第２筒部のうち少なくとも一方は、厚みがベローズ部の厚みよりも大きくなるように形成されている。これにより、第１筒部および第２筒部のうち少なくとも一方は、強度が高くなり、燃圧によって生じる応力に耐えることができる。そのため、シール部材の伸縮性を向上させるためにシール部材（ベローズ部）の厚みを小さくしたとしても、第１筒部および第２筒部のうち少なくとも一方の強度は高く、シール部材に亀裂や破断が生じることを低減することができる。したがって、本発明では、シール部材の伸縮性および耐久性をともに高めることができる。

請求項２記載の発明では、シール部材は、外側シール部材、および当該外側シール部材の内側に接して一体に設けられる内側シール部材の２層で形成されている。この構成では、シール部材の１層あたりの厚みを小さくすれば、シール部材のばね定数が小さくなり、シール部材の伸縮性を向上することができる。
本発明では、上述のようにシール部材の第１筒部および第２筒部のうち少なくとも一方は、厚みがベローズ部の厚みよりも大きくなるように形成されている。そのため、シール部材の伸縮性を向上させるためにシール部材を２層にして１層あたりの厚みを小さくしたとしても、第１筒部および第２筒部のうち少なくとも一方の耐久性は高く、シール部材に亀裂や破断が生じることを低減することができる。したがって、シール部材の伸縮性および耐久性をともに高めることができる。

請求項３または４記載の発明では、第１筒部および第２筒部のうち少なくとも一方は、外側シール部材または内側シール部材の厚みが大きく形成されることにより、厚みがベローズ部の厚みよりも大きくなるように形成されている。これにより、ベローズ部で伸縮性を確保しつつ、第１筒部および第２筒部のうち少なくとも一方の強度を高めることができる。

請求項５記載の発明では、第１筒部および第２筒部のうち少なくとも一方は、厚みがベローズ部の厚みの２倍以上に形成されている。つまり、ベローズ部の厚みは、第１筒部または第２筒部の厚みの半分以下である。これにより、シール部材の伸縮性を向上あるいは確保したまま、第１筒部および第２筒部のうち少なくとも一方の強度を高めることができる。

請求項６記載の発明では、第１筒部および第２筒部のうち少なくとも一方は、第１筒部または第２筒部の外周壁または内周壁に、内周壁または外周壁が接するようにして設けられる筒状のリング部材を含むことで、実質的な厚みがベローズ部の厚みよりも大きくなるように形成されている。このようにしてシール部材にリング部材を設けることにより、ベローズ部で伸縮性を確保しつつ、第１筒部および第２筒部のうち少なくとも一方の強度を高めることができる。

請求項７記載の発明では、第１筒部および第２筒部のうち少なくとも一方は、リング部材の厚みがベローズ部の厚みの１倍以上に形成されることにより、実質的な厚みがベローズ部の厚みの２倍以上に形成されている。つまり、ベローズ部の厚みは、第１筒部または第２筒部の実質的な厚みの半分以下である。これにより、シール部材の伸縮性を向上あるいは確保したまま、第１筒部および第２筒部のうち少なくとも一方の強度を高めることができる。

上述のように、シール部材が燃料通路の燃料から圧力を受けるとき、シール部材のうち、収容部材に接合する接合面と非接合面との境界近傍、および可動部材に接合する接合面と非接合面との境界近傍には応力が集中し易い。
そこで、請求項８記載の発明では、第１筒部の軸方向長さは、第１筒部と収容部材の延出部との接合面の軸方向長さよりも長くなるように設定されている。つまり、第１筒部は、被接合部材としての収容部材の接合面の端よりもベローズ部側へ突き出すようにして設けられている。さらに、本発明では第１筒部の厚みがベローズ部の厚みよりも大きいため、シール部材（第１筒部）の上記箇所に応力が集中しても、この応力集中によるシール部材の亀裂や破断を効果的に回避または低減することができる。

請求項９記載の発明では、第２筒部の軸方向長さは、第２筒部と可動部材の大径部との接合面の軸方向長さよりも長くなるように設定されている。つまり、第２筒部は、被接合部材としての可動部材の接合面の端よりもベローズ部側へ突き出すようにして設けられている。さらに、本発明では第２筒部の厚みがベローズ部の厚みよりも大きいため、シール部材（第２筒部）の上記箇所に応力が集中しても、この応力集中によるシール部材の亀裂や破断を効果的に回避または低減することができる。

請求項１０記載の発明では、シール部材は、ステンレスで形成されている。これにより、シール部材について防錆の効果を期待できるとともに、シール部材の強度を高めることができる。
請求項１１記載の発明では、収容部材の延出部は、ベローズ部側の端面がテーパ状に形成されている。そのため、シール部材を延出部に接合するために延出部に嵌め込むとき、シール部材の第１筒部の端部は、延出部のテーパ状の端面に案内される。これにより、シール部材を延出部に容易に嵌め込むことができる。

請求項１２記載の発明では、可動部材の大径部は、ベローズ部側の端面がテーパ状に形成されている。そのため、シール部材を大径部に接合するために大径部に嵌め込むとき、シール部材の第２筒部の端部は、大径部のテーパ状の端面に案内される。これにより、シール部材を大径部に容易に嵌め込むことができる。

以下、本発明の複数の実施形態による燃料噴射装置を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射装置を図１に示す。燃料噴射装置１は、例えばガソリンエンジンの各気筒に取り付けられ、燃料レールに蓄圧状態で蓄えられた高圧の燃料を各気筒に噴射する。燃料噴射装置１は、ノズルボディ１０、ニードル２０、ニードル案内シリンダ３１、蓋部材３２、ピストン案内シリンダ３３、ピストン４０、ピエゾ駆動体５０、可動部材６０、収容部材７０およびシール部材８０などを備えている。

ノズルボディ１０は、筒状に形成され、一方の端部に噴孔１１が形成されている。噴孔１１は、ノズルボディ１０の内壁と外壁とを連通している。噴孔１１の入口側には燃料溜り室１０１が形成されている。ノズルボディ１０の内壁には、燃料溜り室１０１と噴孔１１の入口との間に弁座１２が形成されている。

ノズルボディ１０の内部には、燃料通路１０２および燃料通路１０３が形成されている。燃料通路１０２は、ノズルボディ１０に形成された流入口１３を経由して図示しない燃料レールに連通している。燃料通路１０３は、ノズルボディ１０に形成された流入口１５、および燃料通路１０４を経由して図示しない燃料レールに連通している。そのため、燃料通路１０２および燃料通路１０３には、燃料レールの内部と概ね同一の圧力の燃料が供給される。燃料通路１０２と燃料通路１０３とは、燃料通路１０４を経由して連通している。ここで、燃料通路１０２および燃料通路１０３は、特許請求の範囲における「燃料通路」を構成している。なお、燃料溜り室１０１は、上記「燃料通路」の一部を構成している。

ノズルボディ１０の内部には、ニードル２０、ニードル案内シリンダ３１、蓋部材３２、ピストン案内シリンダ３３、ピストン４０、ピエゾ駆動体５０、可動部材６０、収容部材７０およびシール部材８０などが設けられ、背圧室１０５、圧力制御室２０１、加圧室２０２などが形成されている。
ニードル２０は、ノズルボディ１０の内部に往復移動可能に収容されている。ニードル２０は弁座１２に着座可能な閉塞部２１を有している。閉塞部２１が弁座１２から離座すると、燃料溜り室１０１と噴孔１１とは連絡し噴孔１１から燃料が噴射される。一方、閉塞部２１が弁座１２に着座すると、燃料溜り室１０１と噴孔１１との連絡は遮断され噴孔１１からの燃料の噴射が停止される。

ニードル案内シリンダ３１は、略円筒状に形成され、一方の端部がノズルボディ１０の噴孔１１側内壁に接し、他方の端部が蓋部材３２により閉塞されている。蓋部材３２は、略円盤状に形成され、ニードル案内シリンダ３１側端面に凹部３４を有している。ニードル案内シリンダ３１の内周壁には、ニードル２０の外周壁が摺動可能に接している。これにより、ニードル２０は、ニードル案内シリンダ３１によって軸方向の往復移動が案内される。ニードル２０が弁座１２に着座しているとき、ニードル２０と蓋部材３２との間には幅ｄの隙間が形成されている。ニードル２０は、弁座１２に接する位置から蓋部材３２に接する位置まで往復移動可能である。すなわち、ニードル２０の最大リフト量は、ｄである。ニードル２０の外壁とニードル案内シリンダ３１の内周壁とノズルボディ１０の内壁との間には、略円環状の圧力制御室２０１が形成されている。

ニードル２０の反噴孔１１側端部と蓋部材３２とニードル案内シリンダ３１の内周壁との間には、背圧室１０５が形成されている。背圧室１０５には、燃料通路１０３、および蓋部材３２に形成された通路３７を経由して、燃料レールから供給された燃料が流入する。また、背圧室１０５には、スプリング３５が収容されている。スプリング３５は、一方の端部がニードル２０に接し、他方の端部が凹部３４に接している。スプリング３５は、ニードル２０を弁座１２方向すなわち閉弁方向へ付勢する。ニードル２０には、背圧室１０５と燃料溜り室１０１とを連通する中空孔２２が形成されている。これにより、燃料溜り室１０１には、中空孔２２を経由して背圧室１０５から燃料が流入する。ここで、通路３７、背圧室１０５および中空孔２２もまた、上記「燃料通路」の一部を構成している。

ピストン案内シリンダ３３は、略円筒状に形成されている。ピストン案内シリンダ３３の一方の端部は、蓋部材３２により閉塞されている。ピストン案内シリンダ３３には、他方の端部からピストン４０が挿入されている。

ピストン４０は、略円筒状の筒部４１、および筒部４１の一方の端部に設けられる底部４２からなる有底筒状に形成されている。また、ピストン４０は、筒部４１の他方の端部に、径外方向へ環状に延びる鍔部４３を有している。ピストン案内シリンダ３３の内周壁には、ピストン４０の筒部４１の外周壁が摺動可能に接している。これにより、ピストン４０は、ピストン案内シリンダ３３によって軸方向の往復移動が案内される。ピストン４０と蓋部材３２とピストン案内シリンダ３３の内周壁との間には、加圧室２０２が形成されている。

ピストン案内シリンダ３３の外周側には、スプリング３６が設けられている。スプリング３６は、一方の端部がピストン案内シリンダ３３に接し、他方の端部がピストン４０の鍔部４３に接している。スプリング３６は、ピストン４０を反蓋部材３２方向、すなわち加圧室２０２の容積が増大する方向へ付勢している。スプリング３６の付勢力によって、ピストン４０が加圧室２０２の容積が増大する方向へ移動すると、加圧室２０２の圧力は低下する。

駆動体としてのピエゾ駆動体５０は、ピストン４０の反蓋部材３２側に設けられている。ピエゾ駆動体５０は、略円柱状に形成され、一方の端部がノズルボディ１０の反噴孔１１側内壁に固定されている。
ピエゾ駆動体５０は、充電または放電されることにより伸縮する容量性のピエゾ素子が複数積層されることによって構成されている。ピエゾ駆動体５０は、図示しないＥＣＵの指令によって電気的なエネルギーが充電されることにより軸方向に伸長する。一方、ピエゾ駆動体５０から電気的なエネルギーが放電されることにより、ピエゾ駆動体５０は軸方向に収縮する。そのため、ピエゾ駆動体５０の他方の端部は、ノズルボディ１０の内部において変位可能である。

可動部材６０は、略円柱状の軸部６１を有している。可動部材６０は、ピエゾ駆動体５０とピストン４０との間に設けられ、軸部６１の一方の端部がピエゾ駆動体５０の前記他方の端部に固定され、軸部６１の他方の端部がピストン４０の底部４２に接している。そのため、可動部材６０は、ピエゾ駆動体５０の端部の変位に応じて往復移動する。これにより、可動部材６０は、ピストン４０を噴孔１１側へ押圧可能である。また、可動部材６０は、軸部６１の他方の端部に径外方向へ拡がる大径部６２を有している。

収容部材７０は、略円筒状の筒部７１、および筒部７１の一方の端部に設けられる底部７２からなる有底筒状に形成されている。収容部材７０は、筒部７１の他方の端部がノズルボディ１０の反噴孔１１側内壁に液密に接して固定されている。また、収容部材７０は、筒部７１の内側にピエゾ駆動体５０を収容している。ここで、筒部７１および底部７２は、特許請求の範囲における「収容部」を構成している。

収容部材７０の底部７２には、開口７３が形成されている。収容部材７０は、開口７３の周縁からピストン４０側へ筒状に延びる延出部７４を有している。延出部７４のピストン４０側の端面４３は、テーパ状に形成されている。

可動部材６０は、軸部６１の一方の端部が、延出部７４の内側および開口７３を挿通するとともにピエゾ駆動体５０に固定されている。軸部６１の外径は、延出部７４の内径および開口７３の径よりも小さく設定されている。これにより、軸部６１の外周壁と、延出部７４の内周壁、および開口７３が形成された底部７２の内周壁との間には、隙間が形成されている。そのため、可動部材６０は、延出部７４の内側および開口７３に挿通された状態で円滑に往復移動可能である。

シール部材８０は、ベローズ状に形成されたベローズ部８３と、ベローズ部８３の一方の端部に形成される筒状の第１筒部８４と、ベローズ部８３の他方の端部に形成される筒状の第２筒部８５とからなる。シール部材８０は、内側に可動部材６０を挿通し、第１筒部８４の内周壁が収容部材７０の延出部７４の外周壁に液密に接合し、かつ、第２筒部８５の内周壁が可動部材６０の大径部６２の外周壁に液密に接合するようにして設けられている。これにより、燃料通路１０２の燃料が、可動部材６０の軸部６１の外周壁と収容部材７０の延出部７４および底部７２の内周壁との間に形成された隙間を通じて、収容部材７０の内部に浸入することが防止される。すなわち、シール部材８０は、収容部材７０の内部に収容されたピエゾ駆動体５０と燃料通路１０２とを隔離し、ピエゾ駆動体５０が燃料に晒されるのを防いでいる。

シール部材８０は、ベローズ部８３がベローズ状に形成されることにより、軸方向に容易に伸縮可能である。これにより、第１筒部８４および第２筒部８５がそれぞれ収容部材７０の延出部７４および可動部材６０の大径部６２に液密に接合されていても、可動部材６０の往復移動が妨げられることはない。そのため、シール部材８０によるシール性を確保しつつ、ピエゾ駆動体５０の駆動力を可動部材６０に対して良好に伝達することができる。

ピエゾ駆動体５０が伸長したとき、可動部材６０は、スプリング３６の付勢力に抗してピストン４０を蓋部材３２方向、すなわち加圧室２０２の容積が減少する方向へ押圧する。可動部材６０の押圧により、ピストン４０が加圧室２０２の容積が減少する方向へ移動すると、加圧室２０２の圧力は上昇する。
ピストン４０には、燃料通路１０２と加圧室２０２とを連通する通路４４が形成されている。通路４４の途中には、逆止弁４５が設けられている。逆止弁４５は、通路４４において燃料通路１０２から加圧室２０２へ向かう燃料の流通を許容し、加圧室２０２から燃料通路１０２へ向かう燃料の流通を規制する。これにより、スプリング３６の付勢力によってピストン４０が反蓋部材３２方向へ移動するとき、燃料が燃料通路１０２から通路４４を経由して加圧室２０２に流入する。一方、ピエゾ駆動体５０の押圧によってピストン４０が蓋部材３２方向へ移動するとき、加圧室２０２から燃料通路１０２への燃料の流出が規制され、加圧室２０２の圧力が上昇する。

蓋部材３２およびニードル案内シリンダ３１には、加圧室２０２と圧力制御室２０１とを連通する連通路３８が形成されている。これにより、加圧室２０２内部の燃料は圧力制御室２０１に流入し、圧力制御室２０１内部の燃料圧力は加圧室２０２内部の燃料圧力と概ね同一となる。そのため、加圧室２０２内部の燃料が加圧されると、これにともなって圧力制御室２０１内部の燃料圧力が上昇する。

次に、シール部材８０について詳細に説明する。
図２（Ａ）に示すように、シール部材８０は、外側シール部材８１、および外側シール部材８１の内側に接して一体に設けられる内側シール部材８２の２層で形成されている。シール部材８０は、例えばステンレスなどの金属により形成されている。外側シール部材８１と内側シール部材８２とは概ね同一の形状に形成され、内側シール部材８２の外径は、外側シール部材８１の内径よりも僅かに小さい。

本実施形態では、外側シール部材８１および内側シール部材８２の厚みを、それぞれ、例えば従来の１層からなるシール部材の厚みのおよそ半分に設定している。このように、１層あたりの厚みを小さくして２層のシール部材８０を形成することにより、シール部材８０のばね定数を小さくしている。そのため、シール部材８０の伸縮性は高く、シール部材８０に接合する可動部材６０は円滑に往復移動することができる。

また、上述のように、シール部材８０は、ベローズ状に形成されたベローズ部８３と筒状の第１筒部８４と筒状の第２筒部８５とにより構成されている。
シール部材８０を形成する方法としては、次のような例が考えられる。まず、円筒状の第１部材と第１部材の内径より外径が僅かに小さな円筒状の第２部材とを用意し、第１部材の内側に第２部材を挿入する。続いて、第１部材および第２部材からなる２層の筒状の部材の内側および外側から波状の型でプレスすることによりベローズ部を形成する。この場合、第１部材が外側シール部材８１として形成され、第２部材が内側シール部材８２として形成される。

シール部材８０の第１筒部８４は、外側シール部材８１の厚みが大きく形成されることにより、厚みがベローズ部８３の厚みよりも大きくなるように形成されている。また、シール部材８０の第２筒部８５も、外側シール部材８１の厚みが大きく形成されることにより、厚みがベローズ部８３の厚みよりも大きくなるように形成されている。具体的には、図３に示すように、第２筒部８５は、外側シール部材８１の厚みが大きく形成されることによって、所定の厚みＴ２となるように形成されている。本実施形態では、Ｔ２は、ベローズ部８３の厚みＴ１の２倍に設定されている。同様に、第１筒部８４の厚みもベローズ部８３の厚みの２倍に設定されている。

次に、第２筒部８５と可動部材６０との接合について説明する。まず、第２筒部８５の内側に可動部材６０の大径部６２を嵌め込む。続いて、第２筒部８５の外周側から例えばレーザー溶接を行うことにより、第２筒部８５を大径部６２に溶接する。これにより、第２筒部８５の内周壁は、大径部６２の外周壁に液密に接合した状態となる（図３参照）。
第１筒部８４と収容部材７０との接合についても、上記と同様、まず、第１筒部８４の内側に収容部材７０の延出部７４を嵌め込み、第１筒部８４の外周側から例えばレーザー溶接を行うことにより実現する。これにより、第１筒部８４の内周壁は、延出部７４の外周壁に液密に接合した状態となる。

図３に示すように、第２筒部８５の軸方向長さＬ２は、第２筒部８５と大径部６２とが接合することにより形成される円筒状の接合面の軸方向長さＬ１よりも長くなるように設定されている。すなわち、第２筒部８５は、大径部６２の接合面の端よりもベローズ部８３側へ突き出すようにして設けられている。
同様に、第１筒部８４の軸方向長さは、第１筒部８４と延出部７４との接合面の軸方向長さよりも長くなるように設定されている。すなわち、第１筒部８４も、延出部７４の接合面の端よりもベローズ部８３側へ突き出すようにして設けられている。

図２（Ａ）に示すように、延出部７４のベローズ部８３側の端面７５、および大径部６２のベローズ部８３側の端面６３は、いずれもテーパ状に形成されている。そのため、シール部材８０を延出部７４に接合するために延出部７４に嵌め込むとき、シール部材８０の第１筒部８４の端部は、延出部７４の端面７５に案内されつつ嵌め込まれる。同様に、シール部材８０を大径部６２に接合するために大径部６２に嵌め込むとき、シール部材８０の第２筒部８５の端部は、大径部６２の端面６３に案内されつつ嵌め込まれる。

次に、燃料噴射装置１の作動について図１を用いて説明する。
ピエゾ駆動体５０が充電されていないとき、ピエゾ駆動体５０は収縮している。燃料通路１０２、加圧室２０２、圧力制御室２０１および連通路３８が燃料で満たされた状態でピエゾ駆動体５０が収縮しているとき、加圧室２０２、圧力制御室２０１および連通路３８の圧力は、燃料通路１０２の圧力と同一である。このとき、ニードル２０は、スプリング３５の付勢力により弁座１２に着座している。そのため、燃料溜り室１０１と噴孔１１との連絡は遮断されており、噴孔１１からの燃料の噴射は停止されている。

ピエゾ駆動体５０の充電が開始されると、ピエゾ駆動体５０は軸方向に伸長する。これにより、可動部材６０は、スプリング３６の付勢力に抗してピストン４０を蓋部材３２方向、すなわち加圧室２０２の容積が減少する方向へ押圧する。その結果、加圧室２０２内部の燃料が加圧される。加圧室２０２内部の燃料が加圧されると、連通路３８を経由して加圧室２０２に連通する圧力制御室２０１内部の燃料の圧力が上昇する。圧力制御室２０１の圧力は、圧力制御室２０１を形成するニードル２０、ノズルボディ１０およびニードル案内シリンダ３１の各壁面に作用する。そのため、圧力制御室２０１内部の燃料の圧力が上昇すると、ニードル２０は、スプリング３５の付勢力に抗して軸方向反弁座１２側へリフトし、弁座１２から離座する。これにより、背圧室１０５内の燃料は、中空孔２２を経由して燃料溜り室１０１に流入する。そして、ニードル２０が弁座１２から離座することにより燃料溜り室１０１と噴孔１１とは連絡し、噴孔１１から燃料が噴射される。

その後、ピエゾ駆動体５０の放電が開始されると、ピエゾ駆動体５０は軸方向に収縮する。これにより、ピストン４０を押圧していた可動部材６０は反ピストン４０方向へ移動する。このとき、ピストン４０は、スプリング３６の付勢力によりピエゾ駆動体５０方向、すなわち加圧室２０２の容積が増大する方向に移動する。その結果、加圧室２０２内部の燃料の圧力が低下するとともに、通路４４を経由して燃料通路１０２から加圧室２０２に燃料が流入する。加圧室２０２内部の燃料の圧力が低下すると、加圧室２０２に連通する圧力制御室２０１内部の燃料の圧力も低下する。このとき、ニードル２０は、スプリング３５の付勢力によって弁座１２方向へ移動し、弁座１２に着座する。これにより、燃料溜り室１０１と噴孔１１との連絡は遮断され、噴孔１１からの燃料の噴射は終了する。

燃料噴射装置１が上述のように作動するとき、燃料通路１０２は高圧の燃料で満たされている。また、ピストン４０等がノズルボディ１０の内部で往復移動を繰り返すことにより、燃料通路１０２には圧力の脈動が生じる。これにより、シール部材８０は、径外側から径内側へ向けて、脈動を伴う高圧の燃圧を受け続ける。そのため、シール部材８０の特定の箇所には応力が生じる。

例えば、図２（Ａ）に示すように、シール部材８０に対して燃圧Ｆが作用した場合、シール部材８０のうち、収容部材７０の延出部７４に接合する接合面と非接合面との境界近傍Ｐ１、および可動部材６０の大径部６２に接合する接合面と非接合面との境界近傍Ｐ２には応力が生じる。
図２（Ａ）において、Ｐ１（破線で囲んだ箇所）の延出部７４側、すなわち第１筒部８４の縦断面において第１筒部８４の径内側には、圧縮応力が生じる。一方、Ｐ１の反延出部７４側、すなわち第１筒部８４の縦断面において第１筒部８４の径外側には、引張応力が生じる。同様に、Ｐ２の大径部６２側、すなわち第２筒部８５の縦断面において第２筒部８５の径内側には、圧縮応力が生じる。また、Ｐ２の反大径部６２側、すなわち第２筒部８５の縦断面において第２筒部８５の径外側には引張応力が生じる。このように、燃料噴射装置１の作動中、Ｐ１およびＰ２には応力が集中する。

上述のように、燃料噴射装置１の作動中、燃料通路１０２には圧力脈動が生じるため、シール部材８０に作用する燃圧Ｆの値は変動する。そのため、Ｐ１およびＰ２に生じる圧縮応力および引張応力は、ある一定の極大値と極小値との間を周期的に変動する。すなわち、Ｐ１およびＰ２に生じる圧縮応力および引張応力は、繰返し応力とみることができる。特に、部材に生じる引張応力は、部材の耐久性に影響する。そのため、部材に対して応力限度を超えるような過度の引張応力が生じた場合、その部材は、応力が生じた場所において亀裂が生じたり破断したりするおそれがある。

図４は、所定の条件でシール部材８０の第１筒部８４および第２筒部８５に生じる繰返し応力について、三角印（三角を塗りつぶした記号）で示したものである。上述のように、本実施形態では、第１筒部８４の厚みおよび第２筒部８５の厚みは、ベローズ部８３の厚みの２倍に設定されている。これにより、第１筒部８４および第２筒部８５に生じる平均応力および応力振幅を、ともに小さくすることができる。例えば、図４から、本実施形態のシール部材８０は、安全率（応力と応力限度との比）が２以上の範囲（図中、網掛けした範囲）に設定されるように形成されていることがわかる。

図４に示す四角印（四角を塗りつぶした記号）は、従来のシール部材に生じる繰返し応力を示している。ここで、従来のシール部材とは、第１筒部および第２筒部の厚みがベローズ部の厚みと同等に設定されているものとする。従来のシール部材では、繰返し応力の平均応力および応力振幅はともに大きく、安全率は２よりも小さいことがわかる。
このように、シール部材８０の第１筒部８４および第２筒部８５の厚みを大きくすることによって、第１筒部８４および第２筒部８５に生じる応力を低減でき、シール部材８０の強度を向上できることがわかる。

以上説明したように、本実施形態では、シール部材８０は、外側シール部材８１、および当該外側シール部材８１の内側に接して一体に設けられる内側シール部材８２の２層で形成されている。本実施形態では、シール部材の１層あたりの厚みを小さく設定している。これにより、シール部材８０のばね定数を小さくでき、シール部材８０の伸縮性を向上することができる。また、シール部材８０の第１筒部８４および第２筒部８５は、厚みがベローズ部８３の厚みよりも大きくなるように形成されている。これにより、第１筒部８４および第２筒部８５は、強度が高くなり、外部から加わる燃圧によって生じる応力に耐えることができる。そのため、シール部材８０の伸縮性を向上させるためにシール部材８０（ベローズ部８３）の厚みを小さくしても、応力の集中し易い第１筒部８４および第２筒部８５の強度は高く、第１筒部８４および第２筒部８５に亀裂や破断が生じることを低減することができる。したがって、本実施形態では、シール部材８０の伸縮性および耐久性をともに高めることができる。

また、本実施形態では、第１筒部８４および第２筒部８５は、外側シール部材８１の厚みが大きく形成されることにより、厚みがベローズ部８３の厚みよりも大きくなるように形成されている。これにより、ベローズ部８３で伸縮性を確保しつつ、第１筒部８４および第２筒部８５の強度を高めることができる。
また、本実施形態では、第１筒部８４および第２筒部８５は、厚みがベローズ部８３の厚みの２倍になるように形成されている。つまり、ベローズ部８３の厚みは、第１筒部８４および第２筒部８５の厚みの半分である。これにより、シール部材８０の伸縮性を確保したまま、第１筒部８４および第２筒部８５の強度を高めることができる。

また、本実施形態では、第１筒部８４の軸方向長さは、第１筒部８４と収容部材７０の延出部７４との接合面の軸方向長さよりも長くなるように設定されている。また、第２筒部８５の軸方向長さは、第２筒部８５と可動部材６０の大径部６２との接合面の軸方向長さよりも長くなるように設定されている。つまり、第１筒部８４および第２筒部８５は、被接合部材としての収容部材７０および可動部材６０の接合面の端よりもベローズ部８３側へ突き出すようにして設けられている。さらに、本発明では第１筒部８４および第２筒部８５の厚みがベローズ部８３の厚みよりも大きいため、シール部材８０の第１筒部８４および第２筒部８５の特定の箇所に応力が集中しても、この応力集中によるシール部材８０の亀裂や破断を効果的に回避または低減することができる。

また、本実施形態では、シール部材８０は、ステンレスで形成されている。これにより、シール部材８０について防錆の効果を期待できるとともに、シール部材８０の強度を高めることができる。
さらに、本実施形態では、収容部材７０の延出部７４は、ベローズ部８３側の端面７５がテーパ状に形成されている。また、可動部材６０の大径部６２は、ベローズ部８３側の端面６３がテーパ状に形成されている。そのため、シール部材８０を延出部７４および大径部６２に接合するために延出部７４および大径部６２に嵌め込むとき、シール部材８０の第１筒部８４および第２筒部８５の端部は、それぞれ、テーパ状の端面７５および端面６３に案内される。これにより、シール部材８０を延出部７４および大径部６２に容易に嵌め込むことができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による燃料噴射装置の一部を図５に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。第２実施形態は、シール部材８０の両端部近傍の構成が第１実施形態と異なる。
第２実施形態では、シール部材８０の第２筒部８５の外周壁に、内周壁が接するようにして筒状のリング部材８７が設けられている。同様に、第１筒部８４の外周壁には、内周壁が接するようにして図示しない筒状のリング部材が設けられている。

リング部材８７および第１筒部８４に設けられるリング部材は、ともに例えばステンレスなどの金属により形成され、それぞれレーザー溶接などにより第２筒部８５および第１筒部８４に溶接されている。
このように、第２筒部８５および第１筒部８４は、リング部材８７および図示しないリング部材が設けられることにより、実質的な厚みがベローズ部８３の厚みよりも大きくなるように形成されている。具体的には、図５に示すように、第２筒部８５は、所定の厚みＴ４のリング部材８７が設けられることにより、実質的な厚みＴ３がベローズ部８３の厚みＴ１よりも大きくなるように形成されている。ここで、Ｔ４は、Ｔ１と同等である。そのため、Ｔ３は、Ｔ１の２倍の大きさとなる。同様に、第１筒部８４に設けられるリング部材の厚みもＴ４と同値に設定されている。

なお、第２筒部８５の軸方向長さＬ２は、第１実施形態と同様、第２筒部８５と大径部６２とが接合することにより形成される円筒状の接合面の軸方向長さＬ１よりも長くなるように設定されている。すなわち、第２筒部８５は、大径部６２の接合面の端よりもベローズ部８３側へ突き出すようにして設けられている。
同様に、第１筒部８４の軸方向長さは、第１筒部８４と延出部７４との接合面の軸方向長さよりも長くなるように設定されている。すなわち、第１筒部８４も、延出部７４の接合面の端よりもベローズ部８３側へ突き出すようにして設けられている。
上記構成により、第２実施形態でも、第１実施形態と同様、シール部材８０の安全率は、例えば２以上となるように形成されている。

以上説明したように、本実施形態では、第１筒部８４および第２筒部８５は、第１筒部８４および第２筒部８５の外周壁に、内周壁が接するようにして設けられる筒状のリング部材を含むことで、実質的な厚みがベローズ部８３の厚みよりも大きくなるように形成されている。このようにしてシール部材８０にリング部材を設けることにより、ベローズ部８３で伸縮性を確保しつつ、第１筒部８４および第２筒部８５の強度を高めることができる。

また、第１筒部８４および第２筒部８５は、リング部材の厚みがベローズ部８３の厚みと同等に形成されることにより、実質的な厚みがベローズ部８３の厚みの２倍となるように形成されている。つまり、ベローズ部８３の厚みは、第１筒部８４および第２筒部８５の実質的な厚みの半分である。これにより、シール部材８０の伸縮性を確保したまま、第１筒部８４および第２筒部８５の強度を高めることができる。

（その他の実施形態）
上述の第１実施形態では、シール部材８０の第１筒部８４および第２筒部８５は、外側シール部材８１の厚みが大きく形成されることにより、厚みがベローズ部８３の厚みよりも大きくなるように形成されている。これに対し、本発明のその他の実施形態では、第１筒部および第２筒部は、内側シール部材の厚みが大きく形成されることにより、厚みがベローズ部の厚みよりも大きくなるように形成されていてもよい。

また、上述の第２実施形態では、シール部材８０の第１筒部８４および第２筒部８５は、第１筒部８４および第２筒部８５の外周壁に、内周壁が接するようにして設けられるリング部材を含むことで、実質的な厚みがベローズ部８３の厚みよりも大きくなるように形成されている。これに対して、本発明のその他の実施形態では、第１筒部および第２筒部のうち少なくとも一方は、第１筒部または第２筒部の内周壁に、外周壁が接するようにして設けられるリング部材を含むことで、実質的な厚みがベローズ部の厚みよりも大きくなるように形成されてもよい。

また、本発明のその他の実施形態では、シール部材は、２層ではなく１層で形成されていてもよい。
また、シール部材の第１筒部および第２筒部の厚みは、ベローズ部の厚みよりも大きければ任意の大きさで設定してもよい。例えば、第１筒部および第２筒部の厚みを、ベローズ部の厚みの２倍よりも大きく設定すれば、上述の実施形態に比べシール部材の安全率をより高めることができる。

また、シール部材は、第１筒部および第２筒部のいずれか一方のみが、ベローズ部の厚みよりも大きくなるように形成されていてもよい。
さらに、可動部材に設けられる大径部は、可動部材の反駆動体側端部ではなく、この端部と駆動体側端部との間に設けられていてもよい。
上述の実施形態では、可動部材６０がピストン４０を押圧することにより、加圧室２０２および圧力制御室２０１を介してニードル２０をリフトし噴孔１１を開放する燃料噴射装置に、本発明を適用する例を示した。これに対し、本発明は、可動部材が直接噴孔を開閉するような燃料噴射装置に適用することもできる。

このように、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態による燃料噴射装置を示す断面図。 （Ａ）は本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の一部を示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）を矢印Ｂの方向から見た図。 本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の一部を示す拡大断面図。 本発明の第１実施形態による燃料噴射装置のシール部材、および従来のシール部材に生じる繰返し応力を示すグラフ。 本発明の第２実施形態による燃料噴射装置の一部を示す拡大断面図。

符号の説明

１：燃料噴射装置、１０：ノズルボディ、１１：噴孔、１０２：燃料通路、５０：ピエゾ駆動体（駆動体）、６０：可動部材、６２：大径部、７０：収容部材、７１：収容部、７３：開口、７４：延出部、８０：シール部材、８３：ベローズ部、８４：第１筒部、８５：第２筒部

Claims (12)

1. 噴孔、および前記噴孔に連絡する燃料通路を有するノズルボディと、
   前記ノズルボディに一端が固定され、充電量に応じて他端が変位可能な駆動体と、
   一端が前記駆動体の前記他端に固定され、一端と他端との間または他端に径外方向へ拡がる大径部を有し、前記駆動体の駆動力により往復移動可能に駆動されることで前記噴孔を開閉する可動部材と、
   前記ノズルボディの内部で前記駆動体を収容する収容部、前記収容部に形成され前記可動部材を挿通する開口、および前記開口の周縁から筒状に延びる延出部を有する収容部材と、
   ベローズ状に形成されたベローズ部と、前記ベローズ部の一方の端部に形成される筒状の第１筒部と、前記ベローズ部の他方の端部に形成される筒状の第２筒部とからなり、内側に前記可動部材を挿通し、前記第１筒部の内周壁が前記延出部の外周壁に液密に接合し、かつ、前記第２筒部の内周壁が前記大径部の外周壁に液密に接合することにより前記駆動体と前記燃料通路とを隔離するシール部材とを備え、
   前記第１筒部および前記第２筒部のうち少なくとも一方は、厚みが前記ベローズ部の厚みよりも大きくなるように形成されていることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記シール部材は、外側シール部材、および前記外側シール部材の内側に接して一体に設けられる内側シール部材の２層で形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 前記第１筒部および前記第２筒部のうち少なくとも一方は、前記外側シール部材の厚みが大きく形成されることにより、厚みが前記ベローズ部の厚みよりも大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。
4. 前記第１筒部および前記第２筒部のうち少なくとも一方は、前記内側シール部材の厚みが大きく形成されることにより、厚みが前記ベローズ部の厚みよりも大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の燃料噴射装置。
5. 前記第１筒部および前記第２筒部のうち少なくとも一方は、厚みが前記ベローズ部の厚みの２倍以上に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
6. 前記第１筒部および前記第２筒部のうち少なくとも一方は、前記第１筒部または前記第２筒部の外周壁または内周壁に、内周壁または外周壁が接するようにして設けられる筒状のリング部材を含むことで、実質的な厚みが前記ベローズ部の厚みよりも大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射装置。
7. 前記第１筒部および前記第２筒部のうち少なくとも一方は、前記リング部材の厚みが前記ベローズ部の厚みの１倍以上に形成されることにより、実質的な厚みが前記ベローズ部の厚みの２倍以上に形成されていることを特徴とする請求項６記載の燃料噴射装置。
8. 前記第１筒部の軸方向長さは、前記第１筒部と前記延出部との接合面の軸方向長さよりも長いことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
9. 前記第２筒部の軸方向長さは、前記第２筒部と前記大径部との接合面の軸方向長さよりも長いことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
10. 前記シール部材は、ステンレスで形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
11. 前記延出部は、前記ベローズ部側の端面がテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
12. 前記大径部は、前記ベローズ部側の端面がテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。

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