JP4048699B2

JP4048699B2 - 燃料噴射弁

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Publication number: JP4048699B2
Application number: JP2000230299A
Authority: JP
Inventors: 猪頭　　敏彦; 修一松本; 義広楢原; 利雄近藤; 正利黒柳
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2020-07-31
Also published as: JP2001355534A; DE10055714A1; DE10055714B4; DE10066299B4; DE10066299B8; US6367453B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のコモンレール燃料噴射システム等に好適に使用される燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に燃料を噴射するシステムに、高圧供給ポンプから圧送される高圧燃料をコモンレールに蓄圧し、所定のタイミングで各気筒に噴射するコモンレール燃料噴射システムがあり、噴射時期や噴射量の制御性に優れる利点がある。コモンレール燃料噴射システムの燃料噴射弁としては、例えば、米国特許第５８１９７１０号等に開示されるように、噴孔を開閉するノズルニードルの閉弁力を制御室の油圧によって与え、該制御室の油圧を３方弁によって制御する燃料噴射弁が知られている。油圧制御用の３方弁は、ピエゾアクチュエータによって駆動される弁体を有し、該弁体のシート位置に応じて制御室が低圧通路または高圧通路に選択的に導通する。弁体を駆動して低圧通路を開放し高圧通路を閉鎖すると、制御室と低圧通路が導通することによって制御室の油圧が低下し、ノズルニードルが開弁して燃料が噴射される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の燃料噴射弁は、通常、３方弁と制御室との間にオリフィスを設けて、このオリフィスによって、ノズルニードルの開弁速度、閉弁速度を調整している。しかしながら、開弁時および閉弁時に同一のオリフィスを介して燃料が流通するため、制御室の油圧の降下速度と上昇速度を独立に制御することができない。すなわち、燃料噴射弁の噴射特性は、制御室の油圧の降下速度を小さくしてノズルニードルを緩やかに開弁し、かつ油圧の上昇速度を大きくして閉弁を迅速に行うのがよいが、上記従来の燃料噴射弁では、オリフィスを大きくすれば、油圧の降下時、上昇時のいずれの速度も大きくなり、逆に、オリフィスを小さくすれば、油圧の降下時、上昇時のいずれの速度も小さくなる。このため、緩やかな開弁と、迅速な閉弁という両方の要求に応えることのできる燃料噴射弁が望まれている。
【０００４】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は、制御室圧力の降下速度を小さくし、かつ上昇速度を大きくして、ノズルニードルの緩やかな開弁と、迅速な閉弁の両方を実現できる燃料噴射弁を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の燃料噴射弁は、噴孔を開閉するノズルニードルに閉弁方向の圧力を与える制御室と、弁室に配設した弁体のシート位置に応じて上記制御室を低圧通路または高圧通路に選択的に導通させて上記制御室の圧力を増減する３方弁を備えており、上記３方弁によって上記制御室の圧力を減ずると、上記ノズルニードルが開弁する。上記高圧通路が上記弁室方向へ向かう流路と、上記制御室方向へ向かう流路とに分かれており、上記３方弁を、上記弁体が配設される弁室に、上記低圧通路および上記高圧通路から上記弁室方向へ向かう流路にそれぞれ連通する低圧ポートおよび高圧ポートを設けて、これらポートを上記弁体によって開閉する構成とし、上記弁室を、上記制御室とメインオリフィスを介して常時連通させるとともに、上記制御室を、上記高圧通路から上記制御室方向へ向かう流路と上記３方弁の弁室を介さずに常時連通させるサブオリフィスを設けている。
【０００６】
開弁時、上記弁体を駆動して上記弁室の低圧ポートを開放し高圧ポートを閉鎖すると、上記弁室の圧力が低下し、これと上記メインオリフィスを介して連通する上記制御室内の圧力も低下する。ここで、本発明では、上記制御室を上記サブオリフィスを介して上記高圧通路と連通させ、上記制御室に常時高圧が導入されるようにしたので、上記制御室の圧力降下速度は小さくなり、上記ノズルニードルの開弁が緩やかになされる。一方、閉弁時に、上記弁体を駆動して上記弁室の高圧ポートを開放し低圧ポートを閉鎖すると、上記弁室および上記メインオリフィスを介して上記制御室内に高圧が導入される。同時に、上記制御室内には、上記サブオリフィスを介して上記高圧通路から直接高圧が導入されるので、これら両オリフィスの作用で、上記制御室内の圧力上昇速度が大きくなり、上記ノズルニードルを直ちに閉弁させる。従って、ノズルニードルの緩やかな開弁と迅速な閉弁の両方を実現して、燃料噴射特性を大きく改善することができる。
【０００７】
請求項２の構成では、上記サブオリフィスの径と上記メインオリフィスの径の比（サブオリフィス径／メインオリフィス径）を０．６〜１．２の範囲とする。
【０００８】
上記メインオリフィスの径に対して上記サブオリフィスの径が小さいと、閉弁時の上記制御室の圧力上昇速度が十分大きくならず、また、上記サブオリフィスの径が大きいと、上記ノズルニードルの最小開弁圧が高くなってしまう。これらの両方を満足させるには、（サブオリフィス径／メインオリフィス径）を０．６〜１．２の範囲とするのがよく、シャープな閉弁特性と、低い最小開弁圧を両立させることができる。
【０００９】
請求項３の構成では、上記ノズルニードルを閉弁方向に付勢するスプリング部材を収容し上記高圧通路から高圧が導入されるスプリング室内に、上記ノズルニードルのヘッド部を配置して、該ヘッド部内に上記制御室を設ける。そして、上記制御室と上記３方弁を上記スプリング室を介さずに連通させる連通路を設けて、この連通路に上記メインオリフィスを形成するとともに、上記制御室と上記スプリング室を上記ヘッド部内に形成した上記サブオリフィスを介して連通させる。
【００１０】
この構成では、上記制御室を上記ノズルニードルのヘッド部に内蔵しており、上記制御室が小さくできるので制御性がよい。また、上記連通路は、例えば、上記ヘッド部と上記３方弁を管状部材で連結することによって容易に形成され、、上記メインオリフィスの形成も容易である。さらに、上記サブオリフィスを上記ヘッド部内に形成したので構成が簡単で、加工が容易である。
【００１１】
請求項４の構成では、上記ノズルニードルの上端部を上記制御室内に配置して、上記ノズルニードルの上端面に対向する上記制御室内壁に上記ノズルニードルのリフト量を規制するノズルニードルストッパを設ける。
【００１２】
上記構成において、開弁時、上記ノズルニードルがリフトして上記ノズルニードルストッパに当接すると、それ以上のリフトが規制される。上記ノズルニードルストッパがない構成では、リフト量が必要以上に大きくなって、閉弁時に上記ノズルニードルの移動量が大きくなり、閉弁に時間がかかるおそれがあるが、上記ノズルニードルストッパを設けることで、これを防止し、閉弁応答性を向上させることが可能となる。
【００１３】
請求項５では、上記請求項４の構成に加えて、上記ノズルニードルストッパのストッパ面に、上記弁室と上記制御室とを連通し途中に上記メインオリフィスを有する通路を開口させる。
【００１４】
上記構成では、上記ノズルニードルが上記ストッパ面に当接した時に、上記通路が上記ノズルニードルの上端面によって閉鎖される。すなわち、閉弁時に、上記３方弁を経て上記通路へ流入する高圧燃料の圧力が、上記ノズルニードルの上端面に加わることになり、この圧力によって、当接面間に油圧が回り込まなくても、上記ノズルニードルの閉弁動作を遅延なく開始することができる。
【００１５】
請求項６では、上記請求項５の構成において、上記弁室と上記制御室を連通する上記通路の上記制御室への開口端部に、上記メインオリフィスを形成する。
【００１６】
閉弁応答性を向上させるには、上記ノズルニードルと上記ノズルニードルストッパの接触面積が小さい方がよい。上記メインオリフィスを上記制御室への開口端部に形成すると、上記ノズルニードルストッパの大きさを小さくできるので、上記ノズルニードルと当接する上記ストッパ面を小さくしやすく、接触面積を小さくすることができる。
【００１７】
請求項７の構成では、上記制御室と上記３方弁の弁室の間に、上記メインオリフィスが形成されるブロック状の流路形成部材を配置し、該流路形成部材を貫通して上記高圧通路を設ける。また、上記サブオリフィスを含む流路および上記３方弁の高圧ポートを含む流路を設けて、上記流路形成部材内でこれら流路と上記高圧通路を連通路を介してそれぞれ接続し、かつ、これら流路と上記連通路および上記高圧通路と上記連通路とのなす角度をいずれも略直角ないしそれ以上の角度とする。
【００１８】
上記サブオリフィスを含む流路、上記３方弁の高圧ポートを含む流路を、上記流路形成部材に設けた連通路を介して上記高圧通路に接続すると、各流路の接続部を略直角ないしそれ以上の角度となるように構成することができる。これにより、各流路の接続部に鋭角な部位が生じて高圧燃料の圧力で破損するといった不具合を防止することができる。しかも、これら流路を、上記メインオリフィスが形成される単一の流路形成部材内に形成したので、部品点数が増加することがなくコストの増加を防止することができる。
【００１９】
具体的には、請求項８のように、上記連通路を、上記流路形成部材の端面に形成した溝、または上記流路形成部材内に水平方向に形成した孔で構成すると、各流路を略直角以上の角度で接続できる。
【００２０】
請求項９の構成では、上記流路形成部材の対向する端面にそれぞれ溝を形成して、その一方を、上記サブオリフィスを含む流路と上記高圧通路とを接続する連通路とし、他方を、上記３方弁の高圧ポートを含む流路と上記高圧通路とを接続する連通路とする。この時、この２つの連通路を上記高圧通路を挟んで互いに反対方向へ延びるように形成すると、上記サブオリフィスを含む流路と上記３方弁の高圧ポートを含む流路の形成が容易になり、互いに干渉することなく、かつ上記角度条件を満足するように形成できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の一実施の形態における燃料噴射弁１の概略構成を示す。燃料噴射弁１は、例えばコモンレール燃料噴射システムにおいて、コモンレールに蓄圧された高圧燃料をエンジンの各気筒に噴射するために用いられる。図１において、バルブハウジング１１は、下端部内にシリンダ１２を設けてノズルニードル２を摺動自在に収容しており、ノズルニードル２は先端部がバルブハウジング１１先端部の噴孔１３に当接してこれを閉鎖している。
【００２２】
シリンダ１２上端部には、ノズルニードル２に閉弁方向の圧力を与える制御室３が形成してあり、該制御室３内の油圧が増減するのに伴ってノズルニードル２がシリンダ１２内を上下動するようになしてある。また、制御室３内にはノズルニードル２を閉弁方向に付勢するスプリング１４が配設されている。ノズルニードル２は、下半部をやや小径としてシリンダ１２との間に環状空間を形成し、この環状空間を高圧通路１５に連通する燃料溜まり１６となしている。
【００２３】
バルブハウジング１１の中間部内には、制御室３内の圧力を増減する３方弁４が設けられている。３方弁４は、上端部に低圧ポートとしてのドレーンポート４３を、下端部に高圧ポート４４を有する弁室４２と、弁室４２内に配設されてドレーンポート４３または高圧ポート４４を開閉するボール状の弁体４１を有している。ドレーンポート４３は低圧通路たるドレーン通路１７を介して図示しないシステムの低圧部に連通し、高圧ポート４４は高圧通路１５を介して外部の高圧燃料源（例えばコモンレール）に連通している。
【００２４】
弁体４１は、バルブハウジング１１の上端部内に収容されるピエゾアクチュエータ５によって駆動される。ピエゾアクチュエータ５は電圧の印加により伸縮する圧電体５１と、その下端面に当接してシリンダ５４内を摺動するピエゾピストン５２を備え、ピエゾピストン５２の下端面中央部から下方に延びるロッド５３が、高圧ポート４４内を通過して弁体４１に当接している。そして、圧電体５１の伸縮に伴ってピエゾピストン５２が上下動すると、これと一体のロッド５３が上下動し、これに伴い、弁体４１が、ドレーンポート４３に至るテーパ状のシート面４３ａまたは高圧ポート４４に至るテーパ状のシート面４４ａに当接して、これらポート４３、４４を選択的に閉鎖する。なお、ピエゾピストン５２下方のシリンダ５４内には、皿バネ５５が配設されて、ピエゾピストン５２を介して圧電体５１を上方（収縮方向）に付勢している。また、圧電体５１の上端面には、電圧印加用のリード線５６が接続されている。
【００２５】
制御室３の上端面と弁室４２の側部の間には、メインオリフィス６１が設けられ、このメインオリフィス６１によって、制御室３は弁室４２と常時連通している。すなわち、制御室３は、弁体４１のシート位置に応じて、ドレーン通路１７または高圧通路１５に選択的に導通し、ノズルニードル２に作用する油圧力を増減する。
【００２６】
一方、制御室３は、側面に開口するサブオリフィス６２によって、高圧通路１５と常時連通しており、高圧通路１５から継続的に高圧燃料を導入するようになしてある。本発明では、このサブオリフィス６２の作用で、ノズルニードル２に加わる制御室３の油圧の降下速度を小さくし、上昇速度を大きくすることができる。好ましくは、サブオリフィス６２の径をメインオリフィス６１の径と同程度ないしそれ以下に設定するのがよく、これについては後述する。
【００２７】
上記構成の燃料噴射弁の作動を図２のタイムチャートを用いて説明する。図１に示す状態では、３方弁４の弁体４１が上方のシート面４３ａに当接してドレーンポート４３を閉鎖し、高圧ポート４４を開放している。制御室３は、メインオリフィス６１およびサブオリフィス６２を介して高圧通路１５と導通しており、ノズルニードル２は、制御室３内の油圧力とスプリング１４の付勢力を受けて、噴孔１３を閉鎖している。
【００２８】
この状態から、ノズルニードル２を開弁させる時には、ピエゾアクチュエータ５の圧電体５１にリード線５６を介して電圧を印加し（図２のａ点）、圧電体５１を皿バネ５５のバネ力に抗して伸長させる。すると、ピエゾピストン５２のロッド５３が、ドレーンポート４３に至る上方のシート面４３ａに当接していた弁体４１を押し下げてドレーンポート４３を開放し、次いで、弁体４１を下方のシート面４４ａに当接させて高圧ポート４４を閉鎖する。これにより、制御室３が低圧通路１７に導通し、メインオリフィス６１および弁室４２を経て燃料が流出することにより、制御室３の油圧が降下する。
【００２９】
ここで、本発明では、制御室３がサブオリフィス６２を介して高圧通路１５と常に導通しているため、サブオリフィス６２から流入する高圧燃料によって、図示するように、制御室３の油圧降下は緩やかになる。そして、ノズルニードル２に上向きに作用する燃料溜まり１６の油圧力が、ノズルニードル２に下向きに作用する制御室３の油圧力とスプリング１４の付勢力の総和を上回ると、ノズルニードル２がリフトを開始するが、このリフト量の変化も緩やかになり、初期噴射率が低くできる。
【００３０】
次に、ノズルニードル２を閉弁させる時には、ピエゾアクチュエータ５の圧電体５１に印加する電圧を低下させる（図２のｂ点）。これに伴い、圧電体５１が収縮して、ピエゾピストン５２が皿バネ５５のバネ力によって上昇し、弁体４１に高圧ポート４４の上向きの油圧力が作用する。そして、弁体４１が下方のシート面４４ａから離れて高圧ポート４４を開放し、さらに、上方のシート面４３ａに当接してドレーンポート４３を閉鎖する。これにより、制御室３が弁室４２を介して高圧通路１５に導通し、メインオリフィス６１を経て流入する高圧燃料により、制御室３内の油圧が上昇する。
【００３１】
本発明では、制御室３がサブオリフィス６２を介して高圧通路１５と常に導通しているため、制御室３には、メインオリフィス６１とサブオリフィス６２の両方から高圧燃料が流入することになる。従って、図示するように、制御室３の油圧が急上昇し、制御室３の油圧力とスプリング１４の付勢力の総和が燃料溜まり１６の油圧力を上回るとノズルニードル２が急降下する。これにより、ノズルニードル２を速やかに閉弁させて、燃料噴射を停止することができる。
【００３２】
図３に開弁、閉弁時のサブオリフィス６２の効果を示す。メインオリフィス６１のみでサブオリフィス６２を設けない場合、メインオリフィス６１径と、制御室３の油圧の降下速度および上昇速度の関係は、図３（ａ）のようになる。この場合、油圧の降下速度と上昇速度は同じで、開弁速度すなわち降下速度を遅くするためにメインオリフィス６１径を小さくすると、閉弁速度すなわち上昇速度が目標値を下回り、逆に、上昇速度を速くするためにメインオリフィス６１径を大きくすると、降下速度が目標値より大きくなってしまう。
【００３３】
これに対し、サブオリフィス６２を設けた場合には、図３（ｂ）のように、油圧の降下速度曲線が図の右方にシフトし、上昇速度曲線は図の左方にシフトする。従って、サブオリフィス６２がない場合に比べて、油圧降下速度は遅く、油圧上昇速度は速くなり、例えば、メインオリフィス６１径Ｒにおいて、油圧降下速度はＡ、油圧上昇速度はＢとそれぞれ目標範囲内となり、同一のメインオリフィス６１径で両方の目標値を満足させることができる。
【００３４】
次に、サブオリフィス６２径とメインオリフィス６１径の比について検討する。図４（ａ）のように、メインオリフィス６１径に対しサブオリフィス６２径が大きくなると、最小開弁圧が高くなり、ノズルニードル２をリフトさせるために高圧が必要となる。一般的な構成の燃料噴射弁において、望ましい最小開弁圧（目標値）は、例えば、２０ＭＰａ以下であり、これを越えないようにするには、（サブオリフィス６２径／メインオリフィス６１径）を１．２以下とするのがよい。一方、サブオリフィス６２径が小さくなると、図４（ｂ）のように、閉弁時の噴射率の降下速度が小さくなり、閉弁を迅速に行うことができなくなる。所望の閉弁速度を得るための噴射率の降下速度（目標値）は、例えば、１０００ｍｍ³／ｍｓ²以上であり、これを満足させるのは、（サブオリフィス６２径／メインオリフィス６１径）を０．６以上とするのがよい。
【００３５】
図５に本発明の第２の実施の形態を示す。上記第１の実施の形態では、ノズルニードル２の上方に設けた制御室３がスプリング１４を収容するスプリング室を兼ねているが、本実施の形態では、制御室３をノズルニードル２の内部にスプリング室１８と独立に設けている。すなわち、バルブハウジング１１内には、ノズルニードル２が摺動するシリンダ１２の上方に、これより大径のスプリング室１８が設けられ、ここにノズルニードル２の大径のヘッド部２１を配設して、このヘッド部２１内に小容量の制御室３を設けている。ヘッド部２１上方のスプリング室１８内には、スプリング１４が配設されてノズルニードル２を下方に付勢しており、また、スプリング室１８の上面には高圧通路１５が接続されて、３方弁４を介さずに高圧燃料が導入されるようにしてある。
【００３６】
制御室３は、ノズルニードル２の上方に同軸的に延びる連通管７１によって、３方弁４と連通している。連通管７１は、一端が、３方弁４の弁室４２側部に設けたポート７３に接続しており、他端は、ヘッド部２１内に形成されるメインオリフィス６１を介して制御室３の上面に接続している。メインオリフィス６１は、連通管７１内径より小径としてあり、制御室３上に設置されるリング状部材によって形成される。このメインオリフィス６１と連通管７１内の通路とで制御室３と３方弁４を連通する連通路を構成している。
【００３７】
ノズルニードル２のヘッド部２１には、また、制御室３の側面に開口するサブオリフィス６２とこれに続く通路７２が形成してある。通路７２の他端はスプリング室１８に開口し、従って、通路７２およびサブオリフィス６２および通路７２を介して、制御室３と高圧燃料が導入されるスプリング室１８とが常に導通している。スプリング室１８と燃料溜まり１６とは、ノズルニードル２の摺動部とシリンダ１２の間の微小間隙を介して連通しており、高圧通路１５内の高圧燃料は、スプリング室１８からノズルニードル２周りの微小間隙を経て燃料溜まり１６に供給される。３方弁４やピエゾアクチュエータ５、その他の構成は、上記第１の実施の形態と同様である。
【００３８】
本実施の形態の構成によっても、サブオリフィス６２を設けることにより、制御室３の油圧の降下速度を遅くして、ノズルニードル２を緩やかに開弁させ、かつ上昇速度を速くして、ノズルニードル２を直ちに閉弁させる、同様の効果が得られる。また、上記第１の実施の形態では、制御室３がスプリング室を兼ねるため、制御室３をスプリング１４を配設可能な大きさとする必要があるが、スプリング室１８と独立に設けた上記構成では、制御室３が小さくできるので制御性が向上する。また、ノズルニードル２のヘッド部２１内にメインオリフィス６１、サブオリフィス６２を形成したことにより、これらオリフィスの加工が容易になる。さらに、スプリング室１８が燃料溜まり１６への燃料供給路の一部をなしており、噴孔１３の近傍に燃料を蓄圧するアキュムレータとしての機能を有するスプリング室１８を有することにより、噴射燃料の圧力降下を小さくできる等の効果がある。
【００３９】
図６に本発明の第３の実施の形態を示す。本実施の形態では、ノズルニードル２の閉弁応答性を向上させるため、ノズルニードル２のリフト量を規制するためのノズルリフトストッパ８を設ける。すなわち、図６において、バルブハウジング１１内には、制御室３と３方弁４の間に流路形成部材８１、８２が配設され、制御室３は、これら流路形成部材８１、８２内に形成したメインオリフィス流路７４、サブオリフィス流路７５を介して、３方弁４または高圧流路１５と連通している。制御室３と３方弁４を連通するメインオリフィス流路７４は、３方弁４の弁室４２への開口端部を小径としてメインオリフィス６１となしており、一方、制御室３と高圧流路１５を連通するサブオリフィス流路７５は、高圧流路１５から３方弁４へ至る分岐路１５ａへの開口端部に小径のサブオリフィス６２を有している。また、分岐路１５ａから上方に延びる流路７６が高圧ポート４４に接続している。
【００４０】
ノズルリフトストッパ８は、制御室３の上端面を構成する流路形成部材８２の下端面中央に設けられ、ノズルニードル２の上端面に対向位置してそのリフト量を所定以下に規制している。図は、制御室３の圧力が低下し、ノズルニードル２フルリフトしてノズルリフトストッパ８のストッパ面（下端面）に当接した状態を示している。ノズルリフトストッパ８外周には、スプリング１４の上端を支持するリング状凹部が設けられ、このリング状凹部に、メインオリフィス流路７４、サブオリフィス流路７５の下端が開口している。その他の構成は上記第１の実施の形態と同様である。
【００４１】
ノズルリフトストッパのない上記第１の実施の形態の構成では、３方弁４の駆動時間を長くした場合、噴孔１３が開放されて所定の噴射率に達してからも燃料溜まり１６の油圧力でノズルニードル２が上昇を続ける。このため、３方弁４の駆動をオフしてノズルニードル２が下降を開始して閉弁するまでに時間がかかってしまい、閉弁応答性に影響する。これに対し、ノズルリフトストッパ８を設けた本実施の形態の構成では、ノズルニードル２の上端面がノズルリフトストッパ８のストッパ面に当接すると、それ以上のリフトが規制されるので、閉弁時の移動量が小さくなり、閉弁応答性が向上する効果がある。
【００４２】
ただし、この構成では、開弁時、ノズルニードル２がノズルリフトストッパ８に押圧されるので、両者の接触面積が小さすぎると、面圧が大きくなってこれら部材が塑性変形を起こすおそれがある。一方、これを避けるために接触面積を大きくすると、閉弁時、メインオリフィス流路７４、サブオリフィス流路７５から制御室３に高圧燃料が流入しても、両者の間に高圧燃料が回り込むのに時間がかかり、ノズルニードル２の閉弁動作の開始が遅くなる。そこで、面圧が部材に塑性変形が生じるレベル以下で、かつノズルニードル２の閉弁動作に支障が生じないように接触面積を設定することが望ましい。
【００４３】
図７に本発明の第４の実施の形態を示す。ノズルリフトストッパ８を設けた上記第３の実施の形態の構成において、設計の自由度をより大きくするため、本実施の形態では、制御室３と３方弁４を連通するメインオリフィス流路７４を、ノズルリフトストッパ８内に形成する。すなわち、メインオリフィス流路７４を制御室３の外周部に接続する代わりに、ノズルリフトストッパ８内を経てその下端面（ストッパ面）中央に開口させ、さらに、メインオリフィス６１を３方弁４側の端部でなく、制御室３への開口端部に形成する。また、ノズルリフトストッパ８を、下方へ向けて縮径するテーパ状に形成して、ストッパ面となる下端面の外径ｄが、これに当接するノズルニードル２の上端面の径よりも小さくなるようにする。
【００４４】
本実施の形態において、開弁時、ノズルニードル２の上端面がノズルリフトストッパ８に当接すると、ストッパ面に開口するメインオリフィス６１が閉鎖される。次いで、閉弁時、３方弁４からメインオリフィス流路７４に高圧燃料が流入すると、この圧力が、メインオリフィス６１に面するノズルニードル２の上端面中央部（メインオリフィス６１径ａに対応する部分）に作用し、また、ストッパ面より外側のノズルニードル２の上端面外周部（ストッパ面の外径ｂより外側の部分）には、サブオリフィス６２から制御室３に流入する高圧燃料の圧力が作用する。よって、これらの油圧力により、接触面に油圧が回り込まなくても、ノズルニードル２を容易に閉弁動作させることができる。
【００４５】
この構成を採用する場合には、ノズルリフトストッパ８のストッパ面とノズルニードル２の上端面の面積の設定が重要となる。上記第３の実施の形態の構成では、ノズルニードル２がリフトストッパ８に当接した時、メインオリフィス６１とサブオリフィス６２が連通しているため、制御室３の圧力は、これらオリフィス６１、６２の径によって決まる安定圧力：Ｐｓ（＜Ｐｃ：コモンレール圧）に落ち着く。この時、ノズルニードル２の上端面には、この安定圧力Ｐｓが作用しており、面圧を低減させる効果がある。一方、本実施の形態の構成では、ノズルニードル２のフルリフト時、メインオリフィス６１が閉鎖されるために、制御室３に面するノズルニードル２の上端面外周部には高圧（コモンレール圧：Ｐｃ）が作用し、ノズルニードル２の上端面中央部にはメインオリフィス流路７４内の低圧（ドレーン圧）が作用する。
【００４６】
従って、ノズルリフトストッパ８に作用する力を低減するには、ストッパ面を小さくして、高圧が作用するノズルニードル２の上端面外周部の面積を大きくするのがよい。面圧を上記第３の実施の形態より低減するには、ノズルニードル２上端面の総面積Ｓａと外周部の面積Ｓout の比、Ｓout ／Ｓａが、Ｐｓ／Ｐｃよりも大きくなるようにする。本実施の形態では、小径のメインオリフィス６１を制御室３への開口端部に設けているので、ノズルリフトストッパ８の径、すなわち、ストッパ面を小さくしやすく、面圧を低減する効果が得やすい。
【００４７】
ノズルニードル２とノズルリフトストッパ８の接触面積（ストッパ面の外径ｂとメインオリフィス６１径ａで決まるリング状の部分の面積）については、面圧を低減するには、できるだけ大きくする方がよいが、３方弁４の駆動をオフした時に、確実に遅れなくノズルニードル２の閉弁動作を開始させることが望ましく、この観点からは、接触面積が小さい方がよい。よって、必要な特性に応じて、ノズルニードル２、ノズルリフトストッパ８の形状や大きさを適宜設定すればよい。
【００４８】
また、上記第３の実施の形態の構成では、サブオリフィス６２にて制御室３が高圧通路１５と常時連通しているので、開弁時（３方弁４のドレーンポート４３が開放されている）に、サブオリフィス６２から制御室３、メインオリフィス流路７４、メインオリフィス６１を経由して高圧燃料がリークする不具合があるが、本実施の形態では、ノズルニードル２の上端面によってメインオリフィス流路７４が閉鎖されるので、サブオリフィス６２からメインオリフィス６１側へ高圧燃料がリークすることがなくなる。
【００４９】
なお、本実施の形態では、メインオリフィス６１を制御室３への開口端部に設けたが、必ずしもその必要はない。ただし、メインオリフィス６１を、メインオリフィス流路７４の他の部位に設けた場合には、制御室３への開口端部の径がメインオリフィス６１径より小さくならないようにして、噴射特性（メインオリフィス６１とサブオリフィス６２で決まる）に影響しないようにする必要がある。
【００５０】
ところで、上記第３、４の実施の形態では、制御室３と３方弁４の間に、複数の流路形成部材８１、８２を配設している。これは、高圧流路１５からサブオリフィス流路７５を介してサブオリフィス６２へ、あるいは流路７６を介して高圧ポート４４へそれぞれ高圧燃料を供給する際に、高圧のサブオリフィス流路７５、７６と高圧流路１５との接続部に鋭角な部分が生じないようにするためである。この構成のように、複数の流路形成部材８１、８２の衝合部に高圧流路１５と直交する分岐路１５ａを設けると、この分岐路１５ａにサブオリフィス流路７５、７６をいずれも直角以上の角度で接続することができ、鋭角部が高圧を受けて亀裂等を生じるのを防止できる。ただし、複数の流路形成部材８１、８２が必要であり、部品点数が増えて、コスト高となりやすい。そこで、図８に本発明の第５の実施の形態として、流路形成部材を複数用いずに同様の効果を得るための構成を示す。
【００５１】
図８（ａ）のように、本実施の形態の基本構成は、上記図６の第３の実施の形態と同じであり、複数の流路形成部材８１、８２に代えて、図８（ｂ）、（ｃ）に示す、円盤ブロック状の流路形成部材８３を設けた点で異なっている。流路形成部材８３は、上端面８３ａが３方弁４の弁室４２の、下端面８３ｂが制御室３の室壁を構成しており、これら弁室４２と制御室３を連通するメインオリフィスメインオリフィス流路７４が、流路形成部材８３の略中央部からややずれた位置を上下方向に貫通して設けてある。メインオリフィス流路７４の下端部は小径のメインオリフィス６１としてある。流路形成部材８３の外周部には、これを上下方向に貫通する大径の流路が設けられて、高圧流路１５の一部をなしている。
【００５２】
流路形成部材８３の上端面８３ａ外周部には、短円弧状の座グリ溝８４が設けられて、その一端側に高圧流路１５が、他端側にサブオリフィス流路７５が開口している。サブオリフィス流路７５は、流路形成部材８３の下端面８３ｂ略中央部へ向けて斜め下方に延び、制御室３に連通している。サブオリフィス流路７５の下端開口端部には、小径のサブオリフィス６２が形成してある。一方、流路形成部材８３の下端面８３ｂ外周部には、短円弧状の座グリ溝８５が設けられて、その一端側に高圧流路１５が、他端側に流路７６が開口している。流路７６は、流路形成部材８３の上端面略８３ａ中央部へ向けて斜め上方に延び、流路形成部材８３上端面に開口する高圧ポート４４に接続している。座グリ溝８４、８５は、サブオリフィス流路７５と高圧流路１５、流路７６と高圧流路１５をそれぞれ連通する連通路となる。これら座グリ溝８４、８５は、高圧流路１５の形成位置から互いに逆方向に延びており、サブオリフィス流路７５と流路７６が近接しないようになっている。なお、座グリ溝８４、８５は流路形成部材８３の外周部に形成されるので、中央部の制御室３や弁室４２の形成に支障はない。
【００５３】
上記構成によれば、サブオリフィス流路７５と流路７６をそれぞれ連通路となる座グリ溝８４、８５を介して高圧流路１５を接続したので、これらサブオリフィス流路７５、流路７６、高圧流路１５と座グリ溝８４、８５とのなす角度を、いずれも略直角ないしそれ以上の角度とすることができる。例えば、座グリ溝８４、８５を設けずにサブオリフィス流路７５、流路７６と高圧流路１５を直接接続すると、接続部に高圧に弱い鋭角の部位が生じるが、上記構成では、座グリ溝８４、８５と高圧流路１５の接続部は略直角、サブオリフィス流路７５および流路７６との接続部は鈍角となるので、高圧に強い構造とすることができる。しかも、流路形成部材８３は単一ブロックからなるので、部品点数の削減によるコスト低減が可能である。
【００５４】
なお、上記第５の実施の形態では、流路形成部材８３の上下端面に座グリ溝８４、８５を設けて連通路としたが、図９に第６の実施の形態として示すように、流路形成部材８３内に連通路となる孔８６を設けることもできる。孔８６は流路形成部材８３の上下方向の中間位置において、外周面から中心へ向けて水平方向に形成されており、中心側の端部から斜め上方に流路７６が、下方にサブオリフィス流路７５が形成してある。孔８６の外周側の端部はめくら栓８７で閉鎖される。このような構成でも、各流路の接続部に鋭角部を形成せず、かつ流路形成部材を単一ブロックとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における燃料噴射弁の概略構成を示す全体断面図である。
【図２】本発明の燃料噴射弁の作動を説明するためのタイムチャートである。
【図３】（ａ）は、サブオリフィスを設けない場合の制御室の油圧降下速度および油圧上昇速度とメインオリフィス径の関係を、（ｂ）は、サブオリフィスを設けた場合の制御室の油圧降下速度および油圧上昇速度とメインオリフィス径の関係を示す図である。
【図４】（ａ）は、サブオリフィス径／メインオリフィス径と最小開弁圧の関係を、（ｂ）は、サブオリフィス径／メインオリフィス径と閉弁時の噴射率降下速度の関係を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における燃料噴射弁の部分断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態における燃料噴射弁の部分断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態における燃料噴射弁の部分拡大断面図である。
【図８】（ａ）は本発明の第５の実施の形態における燃料噴射弁の部分断面図、（ｂ）は流路形成部材の上視図、（ｃ）は流路形成部材の斜視図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態における燃料噴射弁の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１燃料噴射弁
１１ハウジング
１２シリンダ
１３噴孔
１４スプリング
１５高圧通路
１６燃料溜まり
１７ドレーン通路（低圧通路）
２ノズルニードル
２１ヘッド部
３制御室
４３方弁
４１弁体
４２弁室
４３ドレーンポート（低圧ポート）
４４高圧ポート
５ピエゾアクチュエータ
５１圧電体
５２ピエゾピストン
５３ロッド
６１メインオリフィス
６２サブオリフィス
７１連通管（連通路）
７４メインオリフィス流路（流路）
７５サブオリフィス流路（流路）
７６流路
８８１、８２流路形成部材
８３流路形成部材
８４、８５座グリ溝（連通路）
８６孔（連通路）

Claims

噴孔を開閉するノズルニードルに閉弁方向の圧力を与える制御室と、弁室に配設した弁体のシート位置に応じて上記制御室を低圧通路または高圧通路に選択的に導通させて上記制御室の圧力を増減する３方弁を備え、上記３方弁によって上記制御室の圧力を減ずることにより上記ノズルニードルを開弁させる燃料噴射弁において、上記高圧通路が上記弁室方向へ向かう流路と、上記制御室方向へ向かう流路とに分かれており、上記３方弁が、上記弁体が配設される弁室に、上記低圧通路および上記高圧通路から上記弁室方向へ向かう流路にそれぞれ連通し上記弁体にて開閉される低圧ポートおよび高圧ポートを設けてなり、上記弁室と上記制御室とをメインオリフィスを介して常時連通させる一方、上記制御室と上記高圧通路から上記制御室方向へ向かう流路とを上記３方弁の弁室を介さずに常時連通させるサブオリフィスを設けたことを特徴とする燃料噴射弁。
上記サブオリフィスの径と上記メインオリフィスの径の比（サブオリフィス径／メインオリフィス径）を０．６〜１．２の範囲とした請求項１記載の燃料噴射弁。
上記ノズルニードルを閉弁方向に付勢するスプリングを収容し上記高圧通路から高圧が導入されるスプリング室内に、上記ノズルニードルのヘッド部を配置して、該ヘッド部内に上記制御室を設け、上記制御室と上記３方弁を上記スプリング室を介さずに連通させる連通路を設けて、この連連路に上記メインオリフィスを形成するとともに、上記制御室と上記スプリング室を上記ヘッド部内に形成した上記サブオリフィスを介して連通させた請求項１または２記載の燃料噴射弁。
上記ノズルニードルの上端部を上記制御室内に配置して、上記ノズルニードルの上端面に対向する上記制御室内壁に上記ノズルニードルのリフト量を規制するノズルニードルストッパを設けた請求項１または２記載の燃料噴射弁。
上記ノズルニードルストッパのストッパ面に、上記弁室と上記制御室とを連通し途中に上記メインオリフィスを有する通路を開口させた請求項４記載の燃料噴射弁。
上記通路の上記制御室への開口端部に上記メインオリフィスを形成した請求項５記載の燃料噴射弁。
上記制御室と上記３方弁の弁室の間に、上記メインオリフィスが形成されるブロック状の流路形成部材を配置し、該流路形成部材を貫通して上記高圧通路を設けるとともに、上記サブオリフィスを含む流路および上記３方弁の高圧ポートを含む流路を設けて、上記流路形成部材内でこれら流路と上記高圧通路を連通路を介してそれぞれ接続し、かつ、これら流路と上記連通路および上記高圧通路と上記連通路とのなす角度をいずれも略直角ないしそれ以上の角度とした請求項１または２記載の燃料噴射弁。
上記連通路が、上記流路形成部材の端面に形成した溝、または上記流路形成部材内に水平方向に形成した孔からなる請求項７記載の燃料噴射弁。
上記流路形成部材の対向する端面にそれぞれ溝を形成して、その一方を、上記サブオリフィスを含む流路と上記高圧通路とを接続する連通路となすとともに、他方を、上記３方弁の高圧ポートを含む流路と上記高圧通路とを接続する連通路となし、かつこれら２つの連通路を上記高圧通路を挟んで互いに反対方向へ延びるように形成する請求項８記載の燃料噴射弁。