JP2010203410A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】低噴射量領域における燃料噴射制御性の向上が可能な燃料噴射弁を提供。
【解決手段】ハウジングのうちのノズルボデー５５と弁部材３１の両者は、制御圧力室としての収容室２０２と燃料供給室１０１との間に、両者が互いに摺動する摺動部を有し、摺動部により収容室２０２と燃料供給室１０１とを分離するようにする燃料噴射弁において、摺動部のうちの、ノズルボデー５５側の第１摺動部は、弁部材３１に相対的に摺動する筒状部材５８と、筒状部材５８の外周側に設けられ、内部の圧力を筒状部材５８に付与する燃料溜め室５９と、を備え、燃料溜め室５９と燃料供給室１０１は連通している。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料噴射弁に関する。

従来、噴孔を開閉する弁要素を制御するアクチュエータとして、駆動力の大きなピエゾアクチュエータなどのアクチュエータを利用した燃料噴射弁が提案されている（特許文献１参照）。この種の燃料噴射弁では、アクチュエータによりピストンを変位させることによって制御圧力室の圧力を変化させて弁要素を駆動する。

このような燃料噴射弁の一種として特許文献１に開示の装置では、ピストンの進退により制御圧力室内で増減する燃料圧を開弁方向に受ける弁部材を、上記弁要素として設けるようにしている。

この技術では、少なくとも弁部材を軸方向に移動可能に支持するハウジングが設けられており、ハウジングは、弁部材の軸方向の両端側に、それぞれ、制御圧力室、噴孔に燃料を供給する燃料供給室を形成している。そして、弁部材及びハウジングは、制御圧力室と燃料供給室とを分離するように、摺動部が設けられている。

この摺動部では、制御圧力室と燃料供給室との分離性、言い換えると燃料シール性確保のため、摺動部におけるハウジングを、強度確保に十分な肉厚としている。

特開２００６−２１４３１７

近年、エンジンの燃焼改善のため、エンジンの燃焼の１サイクルで、燃料噴射を複数段に分割する分割噴射を行なう噴射技術が望まれている。そのため、燃料噴射弁には、微小噴射量を精度よく噴射する燃料噴射制御性が必要となる。

しかしながら、特許文献１による従来技術では、制御圧力室と燃料供給室との燃料シール性確保のため、強度確保に十分な肉厚を有する摺動部が設けられているものの、制御圧力室内で増減する燃料圧を弁部材の駆動力としているため、弁部材の駆動開始時に、燃料供給室での圧力脈動の発生が避けられない。

この圧力脈動が過度に発生すると、微小噴射量など低噴射量領域における燃料噴射制御性の低下を招く懸念がある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、低噴射量領域における燃料噴射制御性の向上が可能な燃料噴射弁を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。

即ち、請求項１乃至８に記載の発明では、噴孔を開閉する弁部材と、軸方向に伸縮するアクチュエータと、アクチュエータの伸縮に応じて軸方向に進退するピストンと、噴孔が形成されていると共に、弁部材及びピストンを収容するハウジングであって、弁部材の一端部側に、噴孔に燃料を供給する燃料供給室を形成し、弁部材の他端部側に、進退するピストンにより内部の圧力が増減する制御圧力室を形成するハウジングと、を備え、ハウジングと弁部材の両者は、制御圧力室と燃料供給室との間に、両者が互いに摺動する摺動部を有し、摺動部により制御圧力室と燃料供給室とを分離するようにする燃料噴射弁において、
摺動部のうちの、ハウジング側の第１摺動部は、摺動部のうちの、弁部材側の第２摺動部に沿って弁部材に相対的に摺動する筒状部材と、筒状部材の外周側に設けられ、内部の圧力を筒状部材に付与する燃料溜め室と、を備え、燃料溜め室と燃料供給室は連通していることを特徴とする。

かかる発明では、噴孔が形成され、弁部材及びピストンを収容するハウジングは、弁部材の一端部側に、噴孔に燃料を供給する燃料供給室を形成し、弁部材の他端部側に、進退するピストンにより内部の圧力が増減する制御圧力室を形成している。そして、ハウジングと弁部材の両者は、制御圧力室と燃料供給室とを分離するように、制御圧力室と燃料供給室との間に両者が互いに摺動する摺動部が設けられることになる。

請求項１に記載の発明によると、このような摺動部のうち、ハウジング側の第１摺動部は、弁部材の第２摺動部に相対的に摺動する筒状部材を備えているので、筒状部材が弁部材に摺動することで制御圧力室と燃料供給室の分離性、即ち燃料シール性確保が可能となる。

さらに、上記第１摺動部は、筒状部材の外周側に、燃料供給室に連通し、内部の燃料圧力が筒状部材に付与される燃料溜め室を備えているので、制御圧力室と燃料供給室との燃料シール性確保、即ち強度確保のために筒状部材の肉厚を厚くする必要がなくなる。

そのような筒状部材は薄肉化されるので、ハウジングの体格を大きくすることなく、ハウジング内の、筒状部材の外周側に、燃料溜め室の容積を確保することが可能となる。

しかも、噴孔に連通する燃料供給室は上記燃料溜め室に連通しているため、燃料供給室の容積が増加することになるので、弁部材駆動開始時における燃料供給室の圧力脈動を早期に低減することができる。したがって、弁部材駆動開始時の圧力脈動を抑制することができるので、低噴射量領域における燃料噴射制御性の低下を招くことはなく、低燃料噴射制御性の向上が可能となる。

請求項２に記載の発明では、ハウジングは、燃料溜め室と制御圧力室とを形成する内壁を有し、第１摺動部は内壁に固定されていることを特徴とする。

これによると、第１摺動部は、燃料溜め室の内周側にある筒状部材が内壁に固定されることになるので、筒状部材は、制御圧力室内で増減する燃料圧力で駆動される弁部材に対し確実に相対摺動することができる。

請求項３に記載の発明では、第１摺動部は、筒状部材の外側に延びるフランジ部であって、燃料溜め室と制御圧力室とを隔離するフランジ部を有していることを特徴とする。

これによると、筒状部材に対し、これより外側に延びるフランジ部に対応する空間部が、燃料溜り室とされることになるので、フランジ部の延在長に応じて燃料溜り室の容積拡大が図れる。

請求項４に記載の発明では、フランジ部はハウジングに圧入されていることを特徴とする。

かかる発明では、第１摺動部は、燃料溜め室の内周側にある筒状部材のうちのフランジ部が内壁に固定されることになる。筒状部材がフランジ部を介して内壁に一体に設けられている場合には、燃料溜り室が袋穴部といった複雑な空間になるおそれがある。燃料溜り室が例えば袋穴部となる場合には、燃料溜り室を電解加工や放電加工などの特殊な除去加工により形成する必要があるため、製造コストの上昇を招く懸念がある。

これに対し請求項４に記載の発明によれば、フランジ部、即ちフランジ部を有する筒状部材が、ハウジングとは別部材で形成され、圧入により筒状部材とハウジングが一体化されることになるので、燃料溜り室の形成に関し、上記特殊な除去加工を用いる必要がないため、製造コストの上昇を抑制することができる。

請求項５に記載の発明では、ハウジングは、弁部材が着座及び離座するシート部を備え、シート部と筒状部材とは、弁部材に対し同軸に形成されていることを特徴とする。

かかる発明では、筒状部材とハウジングは直接または間接的に固定されることになるので、筒状部材により摺動可能に支持される弁部材は、軸ずれなく、シート部に着座及び離座する必要がある。

これに対し請求項５に記載の発明によれば、シート部と筒状部材とは、弁部材に対し同軸に形成されているので、弁部材は、筒状部材により摺動自在に支持されると共に、軸ずれなく、シート部に確実に着座及び離座することができる。

請求項６に記載の発明では、制御圧力室は、進退するピストンにより圧力が変化することにより、燃料供給室内の燃料圧力より増圧されることを特徴とする。

かかる発明では、制御圧力室内で増減する燃料圧は、燃料供給室内の燃料圧力より増圧されることになるので、弁部材駆動開始時に、燃料供給室の圧力脈動が発生し易い。しかし、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明による燃料噴射弁では、燃料供給室は、燃料溜め室に連通することにより容積が増大されているので、弁部材駆動開始時の圧力脈動を効果的に抑制することができるのである。

請求項７に記載の発明では、弁部材は、制御圧力室の圧力を開弁方向に受ける第１軸部と、第１軸部より小径に設けられ、第２摺動部が形成されている第２軸部と、第１軸部及び第２軸部の内部に設けられ、燃料供給室に供給する燃料の供給通路と、を有し、
ハウジングは、第１軸部を摺動可能に支持する支持部を有しており、支持部は、供給通路と制御圧力室を分離するように設けられていることを特徴とする。

これによると、噴孔に燃料を供給する燃料供給室及び供給通路は、燃料溜め室に配置されることはないので、燃料溜め室を筒状部材の周方向にわたって全周に配置することが可能となる。それ故に、燃料溜め室の容積拡大が容易になし得るので、燃料供給室の容積増大による弁部材駆動開始時の圧力脈動防止が可能である。

請求項８に記載の発明では、支持部は、ハウジングの内部に遊嵌されていることを特徴とする。

これによると、支持部がハウジングの内部に遊嵌されているので、弁部材を摺動可能に支持する支持部及び筒状部材の両者は、ハウジングの内部に遊嵌される支持部材によって軸ずれが許容される。これにより、支持部及び筒状部材は、その加工精度を高めることなく、形成し得るので、製造コストの上昇を抑制することができる。

本発明の実施形態による燃料噴射弁を示す断面図である。 図１の燃料噴射弁の特徴部分を示す模式図であって、図２（ａ）は特徴部分を示す断面図、図２（ｂ）は特徴部分に係わる摺動部に作用する圧力状態を説明する説明図である。 図１の燃料噴射弁の作動を説明するタイムチャートである。 比較例の燃料噴射弁を説明する模式図であって、図４（ａ）は比較例の燃料噴射弁を示す断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）中の摺動部に作用する圧力状態を説明する説明図である。

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。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符合を付すことにより、重複する説明を省略する。

図１および図２は、本発明の実施形態による燃料噴射弁を示している。また、図１における燃料噴射弁１は噴孔５７を閉弁した状態を示しており、図２（ａ）における燃料噴射弁１は、弁部材駆動開始時、即ち噴孔５７を開弁開始時を示している。燃料噴射弁１は、図示しない内燃機関の各気筒に直接燃料を供給可能に取付けられている。

燃料噴射弁１は、アクチュエータ２と、ピストン３７及び弁部材３１を含む弁要素３とを備えている。アクチュエータ２および弁要素３は、棒状のハウジング５内に軸方向に並んで収容されている。

ハウジング５は、アクチュエータ２および弁要素３の一部を収容するホルダボデー５１、および弁要素３の一部を収容するノズルボデー５５から構成されている。ホルダボデー５１及びノズルボデー５５は、内部にアクチュエータ２および弁要素３を収容し、これらの構成要素５１、５５がリテーニグナット６１などの締結手段により締付固定されている。

ホルダボデー５１は、内部に空洞を有する筒状に形成されている。ホルダボデー５１の上端部５２（ノズルボデー５５とは反対側の端部）では、アクチュエータ２の上端部を支持している。アクチュエータ２の下端部には、弁要素３が配置されている。下端部は開口しており、ノズルボデー５５が接続されている。ホルダボデー５１の側壁部５３には、ホルダボデー５１内部に燃料を供給する吸入口５４が形成されている。

ノズルボデー５５は、内部に空洞を有する筒状に形成されており、下端部５６（ホルダボデー５１とは反対側）は塞がっている。ノズルボデー５５の空洞は、ホルダボデー５１の空洞と繋がっている。下端部５６には、ノズルボデー５５の内部とノズルボデー５５の外部とを連通する噴孔５７が形成されている。噴孔５７は、図１に示すような一つ設けるものに限らず、複数設けるものであってもよい。

ホルダボデー５１の内部に流入した燃料は、アクチュエータ室１０３及び背圧室１０２等を経由してノズルボデー５５の内部に流入し、噴孔５７を介して噴射される。噴孔５７は、弁要素３により開閉が制御される。

アクチュエータ２は、ピエゾスタック２１、固定部材２３、変位取出部２４、弾性部材２５、およびケーシング２６等から構成されている。ピエゾスタック２１は、複数の板状のピエゾ素子２２を板厚方向に積み重ねて形成されるものであり、筒状に形成されているケーシング２６内に収容される。ピエゾスタック２１は、図１に示すように燃料噴射弁１の外部より電圧が印加されると、印加された電圧の大きさに応じてピエゾ素子２２の板厚方向に伸長し、電圧の印加が解除されるとピエゾ素子２２は収縮し、電圧が印加される前の状態にまで戻る。

固定部材２３は、ケーシング２６の一方の端部に固定されている。固定部材２３は、ピエゾスタック２１の弁要素３とは反対側の一方の端部を支持する。

変位取出部２４は、ケーシング２６の内周側に軸方向に摺動可能に支持されている。変位取出部２４は、ピエゾスタック２１の他方の端部に支持されている。変位取出部２４の弁要素３側の端部は、ケーシング２６の端部よりも下方に突き出ている。変位取出部２４の下端部は、弁要素３の一部である液圧発生部３６に常に当接している。

弾性部材２５は、環状を呈するダイヤフラムまたはベローズで構成されており、変位取出部２４が軸方向に往復移動しても、ケーシング２６の内部にケーシング２６の外部に満たされている燃料が侵入することを抑制する。

アクチュエータ２のピエゾスタック２１に所定の電圧が印加されると、印加された電圧の大きさに応じてピエゾスタック２１が所定の長さ伸長する。ピエゾスタック２１の上方は、固定部材２３にて移動が規制されているため、ピエゾスタック２１が伸長すると、ピエゾスタック２１の変位取出部２４が当接されている他方の端部が下方に伸長量に応じた分だけ移動する。それに伴い、ピエゾスタック２１の伸長量に応じた分だけ、変位取出部２４も下方に移動する。

その後、電圧の印加を解除するとピエゾスタック２１は収縮し、電圧が印加される前の状態まで戻る。それに伴い、変位取出部２４も元の位置に移動する。

アクチュエータ２の下方に配置されている弁要素３は、弁部材３１、およびピストン３７を含む液圧発生部３６などから構成されている。

弁部材３１は、先端３２がノズルボデー５５の下端部５６の内壁のシート部５５ａに離座及び着座することにより、噴孔５７からの燃料の噴射、及び非噴射を制御する。弁部材３１は、ほぼ筒状に形成されている。弁部材３１は、先端３２に向かうほど外径が小さくなる第１軸部３１ａ、第２軸部３１ｂ、第３軸部３１ｃで構成されており、第１軸部３１ａの下端側、第２軸部３１ｂの下端側に、段差部３３、３４が二箇所形成されている。

上記弁部材３１は、段差部３３と段差部３４との間の側壁、即ち第２軸部３１ｂが、ノズルボデー５５の内壁に軸方向に摺動可能に支持されている。なお、この弁部材３１とノズルボデー５５とが摺動する摺動部の構造については後述する。

弁部材３１の内部には、上端部から下側の段差部３４付近にかけて軸方向に延びる「供給通路」としての燃料供給通路３５が形成されている。具体的には、燃料供給通路３５は、上端部と段差部３４とが連通し、かつ段差部３４の側壁に開口している。

ノズルボデー５５は、弁部材３１の第１軸部３１ａとの間に、段差部３３を取り囲むような「制御圧力室」としての収容室２０２を形成している。収容室２０２には、「支持部」としての内装シリンダ４７、スプリング４８が収容されている。内装シリンダ４７は、第１軸部３１ａの側壁を軸方向に摺動可能に支持する。内装シリンダ４７の上端部は、後述するシリンダ３９の下端部の外壁に当接する。スプリング４８は、収容室５８の底部と内装シリンダ４７の下端部との間に配置され、常に内装シリンダ４７を上方に付勢する。

内装シリンダ４７がシリンダ３９の下端部の外壁に当接すると、燃料供給通路３５に連通する背圧室１０２と収容室５８とが区画される。

燃料供給通路３５の上側、即ちアクチュエータ室１０３及び背圧室１０２から流入した燃料は、燃料供給通路３５を通って、燃料供給室１０１に排出される。弁部材３１にて噴孔５７が閉弁されている状態では、燃料供給室１０１に流入した燃料は、そこに留まる。弁部材３１にて噴孔５７が開弁されると、燃料供給室１０１内の燃料が噴孔５７を介して外部に噴射される。燃料供給通路３５の上側には、弁部材３１を閉弁方向に付勢するスプリング４９が背圧室１０２内に収容されている。

燃料供給通路３５には、ホルダボデー５１に流入した燃料が流入する。収容室２０２には、後述する液圧発生部３６にて発生した液圧が流入する。そして、段差部３３には、液圧発生部３６にて発生した液圧が作用する。

液圧発生部３６は、弁部材３１とアクチュエータ２との間に配置され、弁部材３１の駆動開始時に、変位取出部２４の変位量を油圧力に変換することで、弁部材３１を駆動する駆動力を発生する液圧機構である。液圧発生部３６は、ピストン３７、シリンダ３９、およびスリットスプリング４４などから構成されている。

ピストン３７は、柱状に形成され、上端部の外壁が変位取出部２４に当接して配置される。ピストン３７の下端部側は、底部４１を有する筒状に形成されているシリンダ３９に軸方向に摺動可能に収容されている。シリンダ３９は、ピストン３７の下端部、つまり頂部との間に液圧室２０１を形成する。シリンダ３９は、ノズルボデー５５の上端部に支持され、ホルダボデー５１に収容されている。

液圧室２０１には常に燃料が充填されており、ピストン３７が下方に移動することにより、液圧室２０１の容積が小さくなるため、ピストン３７の下方移動は、液圧室２０１の圧力を高めるように作用する。ピストン３７の上方移動は、液圧室２０１内の圧力を低くするように作用する。液圧室２０１には、ピストン３７が上方に移動する際の液圧室２０１と液圧発生部３６の周囲との間に発生する液圧差により、ピストン３７とシリンダ３９との摺動隙間などを介して燃料が充填される。

シリンダ３９の下端部には、液圧室２０１と収容室２０２とを連通する第一連通路４２と、弁部材３１の燃料供給通路３５に連絡する背圧室１０２とアクチュエータ室１０３とを連通する第二連通路４３とが形成されている。なお、図１では、第一連通路４２と第二連通路４３とが接続されているように見えるが、第一連通路４２と第二連通路４３は接続されることはない。

シリンダ３９の周囲には、スリットスプリング４４が配置されている。スリットスプリング４４は、公知の構成で、例えば筒状の部材に周方向に延びるスリットを複数形成することによりバネ特性を発揮する。スリットスプリング４４の上端部は、ピストン３７に支持され、下端部はシリンダ３９に支持される。スリットスプリング４４は、燃料噴射弁１に収容された状態で、シリンダ３９とピストン３７とを常に引き離す方向に付勢している。スリットスプリング４４は、ピストン３７および変位取出部２４を介してピエゾスタック２１に予備荷重を付与している。予備荷重は、ピエゾスタック２１が伸長する際の妨げとならない程度に設定されている。

ピストン３７が下方に移動を開始すると、液圧室２０１内の燃料の圧力が上昇する。その圧力は、第一連通路４２を通って収容室２０２に伝えられ、弁部材３１の上側の段差部３３に作用する。言い換えると、ピストン３７の下方移動が開始されると、液圧室２０１及び収容室２０２内で上昇する燃料の圧力が弁部材３１の段差部３３に作用するので、弁部材３１に開弁方向の液圧力が作用する。

次に、弁部材３１の開閉動作の仕組みについて説明する。

弁部材３１の開閉動作は、吸入口５４から燃料噴射弁１内に供給される燃料の圧力、液圧発生部３６の液圧室２０１にて発生した燃料の圧力を受けることにより発生する力や、スプリング４９の付勢力の釣り合いによって決定される。

弁部材３１には、段差部３３、３４および先端３２に燃料の圧力が作用することによって上方に向かう力（以下、「上方の力」という）が発生する。上方の力は、各燃料の圧力が作用する段差部３３、３４および先端３２の受圧面積、並びに各燃料の圧力に関し、収容室２０２内の燃料の圧力、および燃料供給室１０１内の燃料の圧力によって定まる。

そして、弁部材３１には、燃料供給通路３５、即ち背圧室１０２内の燃料の圧力が作用すること、およびスプリング４９の付勢力によって下方に向かう力（以下、「下方の力」という）が発生する。下方の力は、背圧室１０２内の燃料の圧力が作用する弁部材３１の受圧面積、通路３５内の燃料の圧力、およびスプリング４９の付勢力によって定まる。

上方の力が下方の力よりも勝ったとき、弁部材３１は開弁方向に移動を開始し、下方の力が上方の力よりも勝ったとき、弁部材３１は閉弁方向に移動を開始する。

ここで、弁部材３１が開弁方向に移動を開始すると、弁部材３１の先端３２がノズルボデー５５のシート部５５ａから離座するので、先端３２に上方の力が作用する。一方、ピストン３７の頂部と弁部材３１の段差部３３との間は、液圧室２０１及び収容室２０２内の燃料で接続されており、ピストン３７と弁部材３とが液圧的に連結しているので、収容室２０２内の燃料圧力と背圧室１０２内の燃料圧力の差圧が縮小する方向に弁部材３１が移動する。

言い換えると、弁部材３１の開弁開始前は、液圧室２０１及び収容室２０２の燃料圧力が、燃料供給室１０１の燃料圧力よりも一時的に高くなるものの、弁部材３１の開弁開始後は、燃料供給室１０１の燃料圧力との差圧が縮小する方向に減圧されるのである。

詳しくは、弁部材３１の開弁動作において、開弁開始前では、燃料供給室１０１及び背圧室１０２内の燃料の圧力は、吸入口５４から流入する燃料の圧力とほぼ同じであり、外部から吸入口５４に供給される燃料の圧力に対応の、ほぼ一定の値を示すことになる。液圧室２０１及び収容室２０２の燃料の圧力は、アクチュエータ２で作動される液圧発生部３６により意図的に上昇させられ、この上昇により生じる上記差圧分で、先端３２への「上方の力」不足分を補う必要があるのである。

なお、弁部材３１の閉弁動作において、先端３２への「上方の力」不足分が発生することはないので、閉弁開始前での必要な差圧は、開弁開始前の差圧に比べて十分小さいものでよい。即ち、弁部材３１の閉弁動作には、液圧室２０１及び収容室２０２の燃料の圧力の僅かな減圧が生じ、上方の力が下方の力よりも勝ると、弁部材３１は閉弁方向に移動する。

次に、本実施形態の特徴部分について、図２に基づいて説明する。図２（ａ）は特徴部分を示す断面図を示しており、図２（ｂ）は特徴部分に係わる摺動部に作用する圧力状態を示すものである。

上記弁部材３１及びノズルボデー５５の摺動部の構造を、以下のようにしている。

即ち、図２に示すように、上記摺動部の構造は、ノズルボデー５５側の摺動部である筒状部材５８と、弁部材３１側の摺動部である第２軸部３１ｂとから構成されている。

筒状部材５８は、ノズルボデー５５の内壁に固定されており、弁部材３１の第２軸部３１ｂの外周に沿って相対的に摺動可能に、第２軸部３１ｂを支持している。

筒状部材５８の内周と第２軸部３１ｂとの摺動隙間により、収容室２０２と燃料供給室１０１の間が液圧的に燃料シールされている。摺動隙間は、収容室２０２内の燃料の圧力の変動が、燃料供給室１０１内の燃料圧力の一定圧力の維持に妨げとならない程度に設定されている。

筒状部材５８は、筒状部本体５８ａと、この筒状部本体５８ａの径方向外側に延びるフランジ部５８ｂを備えている。フランジ部５８ｂは円板状に形成され、ノズルボデー５５の内壁の段差部５５ｂに架橋している。詳しくは、フランジ部５８ｂの外周部がノズルボデー５５の内壁に圧入されると共に、その外周部が、内壁の段差部５５ｂで移動が規制されるように、段差部５５ｂに係止されている。

筒状部本体５８ａの外周側には、燃料貯留が可能な燃料溜め室５９が設けられている。燃料溜め室５９は、筒状部本体５８ａ及びフランジ部５８ｂの外周と、段差部５５ｂ側のノズルボデー５５の内壁の内周とで形成されている。

これにより、燃料溜め室５９は、燃料溜め室５９内の燃料の圧力を筒状部材５８の外周に付与することができる。

燃料溜め室５９は、例えば袋穴部状に形成され、燃料溜め室５９の下部側が燃料供給室１０１に連通している。これにより、燃料供給室１０１の容積は、燃料溜め室５９の容積量分増やせるのである。

ここで、弁部材３１は、第２軸部３１ｂ、先端３２が、それぞれ、筒状部本体５８ａの内周、先端３２の着座時のシート部５５ａに支持されている。筒状部本体５８ａ及びシート部５５ａは、弁部材３１に対して同軸に設けられるように形成されている。これにより、弁部材３１は、筒状部材５８により摺動自在に支持されると共に、軸ずれなく、シート部５５ａに確実に着座及び離座することができる。

例えばその製造方法の一例としては、筒状部材５８をノズルボデー５５の内壁に圧入する。圧入により筒状部材５８とノズルボデー５５とが一体的に固定される。その後、筒状部本体５８ａの内周及び下端部５６側のシート部５５ａの表面を同軸加工する。

次に、上記特徴部分が奏する作用効果について、図２〜図４に基づいて説明する。図３は、燃料噴射弁１の動作を説明するためのタイムチャートである。図中の実線で示す特性は、本実施形態の発明に係わる低噴射量領域での燃料噴射の一例を示し、二点鎖線で示す特性は、低噴射量領域以外の噴射領域、例えば高噴射量領域での燃料噴射の一例を示している。また、図中の破線で示す特性は、比較例の燃料噴射弁（図４参照）での動作を示すものである。図４は、比較例の構造（図４（ａ）参照）及び摺動部に作用する圧力状態（図４（ｂ）参照）を示すものである。

図３（ａ）は、図示しない制御装置からアクチュエータ２に送信される駆動信号（パルス）の状態を示している。図中、ＯＮの状態のときに、アクチュエータ２に所定の電圧が印加され、ＯＦＦの状態のときに、アクチュエータ２への所定の電圧の印加が終了する。図３（ｂ）は、ピストン３７の変位を示している。図中、ゼロの状態は、ピストン３７が上方に位置している状態を示している。図３（ｃ）は、液圧室２０１及び「制御圧力室」としての収容室２０２内の燃料の圧力の状態を示している。図３（ｄ）は、燃料供給室１０１の燃料の圧力の状態を示している。図３（ｅ）は、弁部材３１のリフト量を示しており、図中、リフトがゼロの状態は、閉弁状態にあることを示している。図３（ｆ）は、噴孔５７から噴射される燃料の噴射率を示している。

時刻ｔ１、つまり駆動信号がＯＦＦからＯＮに切替わるまでは、ピストン３７の位置は、上方にある（図３（ｂ）参照）。このため、液圧室２０１及び収容室２０２の燃料の圧力は、燃料供給室１０１及び背圧室１０２の燃料の圧力とほぼ同じ圧力Ｐ１となっている（図３（ｃ）参照）。この状態では、弁部材３１に発生する上方の力は、下方の力よりも低いため、弁部材３１の先端３２は、ノズルボデー５５のシート部５５ａに着座した状態を維持し、噴孔５７から燃料は噴射されない。

時刻ｔ１となり駆動信号がＯＮとなると、ピストン３７は、変位取出部２４によって下方に移動させられる。そして、ピストン３７が下方に押されるとともに、液圧室２０１及び収容室２０２の燃料の圧力が上昇し始める。

液圧室２０１及び収容室２０２の燃料の圧力がある程度上昇し、時刻ｔ２となると、高まった圧力Ｐ２が上側の段差部３３に作用するため、弁部材３１に発生する上方の力が下方の力よりも勝る。これにより、弁部材３１が開弁方向にリフトし始める。弁部材３１が開弁方向にリフトすると、燃料供給室１０１内の燃料が噴孔５７より噴射される（図３（ｆ）参照）。

時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、ピストン３７と弁部材３１とが液圧的に連結しているため、弁部材３１がリフト開始すると、液圧室２０１及び収容室２０２の燃料圧力と燃料供給室１０１及び背圧室１０２の燃料圧力との差圧が縮小方向に作用するため、液圧室２０１及び収容室２０２の圧力が低下する。

時刻ｔ３となり駆動信号がＯＮからＯＦＦに切替わると、ピストン３７はスリットスプリング４４によって上方移動させられるので、液圧室２０１内の燃料の圧力が一時的に減圧される。時刻ｔ３から時刻ｔ４までは、ピストン３７の上方移動に従い、液圧室２０１及び収容室２０２の圧力が燃料供給室１０１及び背圧室１０２の燃料の圧力よりも低くなる。この時点では、弁部材３１のリフトは開弁状態を維持している。

液圧室２０１及び収容室２０２の燃料の圧力がある程度低下し、時刻ｔ４となると、低められた圧力Ｐ３が上側の段差部３３に作用するため、弁部材３１に発生する下方の力が上方の力よりも勝る。これにより、弁部材３１が閉弁方向に移動し始める。その後、弁部材３１の先端３２がノズルボデー５５のシート部５５ａに着座し、噴孔５７からの燃料噴射が停止する（図３（ｆ）参照）。

そのような燃料噴射弁1の動作をする本実施形態では、弁部材３１の駆動開始時、即ち弁部材３１の開弁開始時に発生する燃料供給室１０１の圧力脈動を早期に低減することが可能となるのである。

まず、図４に示す比較例の燃料噴射弁から説明する。比較例の燃料噴射弁について説明する際、本実施形態の燃料噴射弁と共通した部材については、本実施形態の燃料噴射弁と同じ部材名および番号を使用して説明する。図４（ａ）に示すように、比較例の燃料噴射弁は、ノズルボデー５５側の摺動部の内壁には、燃料溜め室５９がないため、その内壁の肉厚は、強度十分な肉厚が確保されている。

即ち、図４（ｂ）に示すように、ノズルボデー５５側の内壁には、第２軸部３１ｂとの摺動隙間に存在する燃料により、燃料の液圧による内圧力が加わる。収容室２０２側の内壁の端部側は収容室２０２内の燃料の圧力Ｐ２が加わり、燃料供給室１０１側の内壁の端部側は燃料供給室１０１の燃料の圧力Ｐ１が加わる。そして、内壁の内側に向かって収容室２０２内の燃料の圧力Ｐ２と燃料供給室１０１の燃料の圧力Ｐ１の差が縮小した圧力が形成され、当該圧力が内圧力として内壁に作用する。このような比較例の燃料噴射弁では、ノズルボデー５５側の摺動部の内壁を、燃料シール性確保、摺動隙間の安定維持のため、強度十分な肉厚とする必要があるのである。

一方、本実施形態の燃料噴射弁１では、筒状部本体５８ａの内周に上記内圧力が加わるものの、筒状部本体５８ａの外周にも、燃料溜め室５９の燃料の圧力、即ち燃料供給室１０１の燃料の圧力Ｐ１が作用する。これにより、摺動隙間の安定維持するためには、筒状部本体５８ａの肉厚は、上記内圧力から圧力Ｐ１を減じた圧力に対して強度確保する肉厚に設定すればよい。言い換えると、本実施形態では、筒状部本体５８ａの外周に燃料溜め室５９の燃料の圧力を付与するので、筒状部本体５８ａの肉厚が薄肉化することができる。これにより、燃料噴射弁１の体格を大きくすることなく、ノズルボデー５５の内壁内に、燃料溜め室５９の容積を確保することができる。

さらに、本実施形態では、燃料溜め室５９が常に燃料供給室１０１に連通する構成としているため、燃料供給室１０１の容積量が増大するので、弁部材３１の開弁開始時に、燃料供給室１０１の圧力脈動を早期に低減することができる（図３（ｄ）参照）。

その結果、弁部材３１の開弁開始時における燃料供給室１０１の油撃による圧力脈動が早期低減できるので、図３（ｆ）に示すように燃料噴射率が安定し得、ひいては低噴射量領域での燃料噴射制御性の向上が図れる。

即ち、本実施形態では、駆動信号のＯＮ期間の時間と燃料噴射量の関係が、低噴射量領域でも線形性となる燃料噴射制御性確保がなし得るのである。

以上説明した本実施形態では、筒状部本体５８ａ及びフランジ部５８ｂを有する筒状部材５８は、フランジ部５８ｂでノズルボデー５５の内壁に固定されているので、収容室２０２と、燃料溜り室５９及び燃料供給室１０１とを区画することができる。

しかも、フランジ部５８ｂは筒状部本体５８ａより径方向外側に延びる構成としているので、フランジ部５８ｂの延在長に応じて燃料溜り室５９の容積量を確保し得るのである。これにより、燃料溜り室５９の容積拡大が容易となる。

ここで、例えば筒状部材５８がフランジ部５８ｂを介して内壁に一体に設けられている場合には、燃料溜り室５９が袋穴部といった複雑な空間になるおそれがある。このような場合には、燃料溜り室５９を電解加工や放電加工などの特殊な除去加工により形成する必要があるため、製造コストの上昇を招く懸念がある。

これに対し本実施形態では、筒状部材５８が、ノズルボデー５５とは別部材で形成され、圧入により筒状部材５８とノズルボデー５５が一体化されることになるので、燃料溜り室５９の形成に関し、上記特殊な除去加工を用いる必要がないため、製造コストの上昇を抑制することができる。

また、本実施形態では、弁部材３１の第２軸部３１ｂ、及び先端３２が、筒状部本体５８ａの内周、先端３２の着座時のシート部５５ａに対して同軸に形成されている。これにより、弁部材３１は、筒状部材５８により摺動自在に支持されると共に、軸ずれなく、シート部５５ａに確実に着座及び離座することができる。

また、本実施形態では、液圧室２０１及び収容室２０２は、進退する出力取出部２４、言い換えるとピストン３７により圧力が変化することにより、燃料供給室１０１及び背圧室１０２内の燃料圧力より増圧される構成としている。このような構成では、弁部材３１を駆動する駆動力が大きくなり易いため、弁部材３１の開弁開始時に、燃料供給室１０１の圧力脈動が発生し易い。しかし、上記特徴部分を有する燃料噴射弁１では、燃料供給室１０１は、燃料溜め室５９に連通することにより容積増大がなし得るので、弁部材３１の開弁開始時の圧力脈動を効果的に抑制することができるのである。

また、本実施形態では、弁部材３１の上部側の背圧室１０２と下部側の燃料供給室１０１を、弁部材３１の内部に形成した燃料供給通路３５で連通している。これによると、燃料供給室１０１及び燃料供給通路３５は、燃料溜め室５９に配置されることはないので、燃料溜め室５９を筒状部材５８の周方向にわたって全周に配置することが可能となる。それ故に、燃料溜め室５９の容積拡大が容易になし得るので、燃料供給室１０１の容積増大による弁部材３１の開弁開始時の圧力脈動防止が可能である。

また、以上説明した本実施形態では、弁部材３１の第１軸部３１ａに相対的に摺動する内装シリンダ４７は、ノズルボデー５５の内部に遊嵌される構成としている。

これによると、弁部材３１を摺動可能に支持する内装シリンダ４７及び筒状部材５８の両者は、ノズルボデー５５の内部に遊嵌される支持部材によって軸ずれが許容される。これにより、内装シリンダ４７及び筒状部材５８は、その加工精度を高めることなく、形成し得るので、製造コストの上昇を抑制することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

（１）以上説明した本実施形態では、液圧室２０１及び収容室２０２は、進退するピストン３７により圧力が変化することにより、燃料供給室１０１内の燃料圧力より増圧される構成とした。これに限らず、液圧室及び収容室が、燃料供給室内の燃料圧力より減圧される構成とすることで、燃料を噴射する燃料噴射弁であってもよい。

（２）以上説明した本実施形態では、筒状部材５８がノズルボデー５５とは別部材で形成され、圧入により筒状部材５８とノズルボデー５５が一体化される構成とした。これに限らず、筒状部材５８とノズルボデー５５とを一体に形成するものであってもよい。

１ 燃料噴射弁
２ アクチュエータ
３ 弁要素
５ ハウジング
２１ ピエゾスタック
２２ ピエゾ素子
２３ 固定部材
２４ 変位取出部
２６ ケーシング
３１ 弁部材（弁要素）
３３ 段差部
３４ 段差部
３５ 燃料供給通路（供給通路）
３６ 液圧発生部（弁要素）
３７ ピストン
３９ シリンダ
４４ スリットスプリング
４７ 内装シリンダ（支持部）
４８ スプリング
４９ スプリング
５１ ホルダボデー（ハウジング）
５５ ノズルボデー（ハウジング）
５５ａ シート部
５５ｂ 段差部
５７ 噴孔
５８ 筒状部材
５８ａ 筒状部本体
５８ｂ フランジ部
５９ 燃料溜め室
１０１ 燃料供給室
１０２ 背圧室
１０３ アクチュエータ室
２０１ 液圧室
２０２ 収容室（制御圧力室）

Claims (8)

1. 噴孔を開閉する弁部材と、
   軸方向に伸縮するアクチュエータと、
   前記アクチュエータの伸縮に応じて軸方向に進退するピストンと、
   前記噴孔が形成されていると共に、前記弁部材及び前記ピストンを収容するハウジングであって、前記弁部材の一端部側に、前記噴孔に燃料を供給する燃料供給室を形成し、前記弁部材の他端部側に、進退する前記ピストンにより内部の圧力が増減する制御圧力室を形成するハウジングと、を備え、
   前記ハウジングと前記弁部材の両者は、前記制御圧力室と前記燃料供給室との間に、前記両者が互いに摺動する摺動部を有し、前記摺動部により前記制御圧力室と前記燃料供給室とを分離するようにする燃料噴射弁において、
   前記摺動部のうちの、前記ハウジング側の第１摺動部は、
   前記摺動部のうちの、前記弁部材側の第２摺動部に沿って前記弁部材に相対的に摺動する筒状部材と、
   前記筒状部材の外周側に設けられ、内部の圧力を前記筒状部材に付与する燃料溜め室と、を備え、
   前記燃料溜め室と前記燃料供給室は連通していることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記ハウジングは、前記燃料溜め室と前記制御圧力室とを形成する内壁を有し、
   前記第１摺動部は前記内壁に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記第１摺動部は、前記筒状部材の外側に延びるフランジ部であって、前記燃料溜め室と前記制御圧力室とを隔離するフランジ部を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記フランジ部は前記ハウジングに圧入されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁。
5. 前記ハウジングは、前記弁部材が着座及び離座するシート部を備え、
   前記シート部と前記筒状部材とは、前記弁部材に対し同軸に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
6. 前記制御圧力室は、進退する前記ピストンにより圧力が変化し、前記燃料供給室内の燃料圧力より増圧されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
7. 前記弁部材は、
   前記制御圧力室の圧力を開弁方向に受ける第１軸部と、前記第１軸部より小径に設けられ、前記第２摺動部が形成されている第２軸部と、
   前記第１軸部及び前記第２軸部の内部に設けられ、前記燃料供給室に供給する燃料の供給通路と、を有し、
   前記ハウジングは、
   前記第１軸部を摺動可能に支持する支持部を有しており、
   前記支持部は、前記供給通路と前記制御圧力室を分離するように設けられていることを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射弁。
8. 前記支持部は、前記ハウジングの内部に遊嵌されていることを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射弁。

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