JP4241599B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁に関し、例えば内燃機関に燃料を噴射供給する燃料噴射弁に適用して好適なものである。

燃料噴射弁としては、内燃機関へ供給する燃料の流通および遮断を正確に行なうために、弁座に着座および離座する弁部材としてのニードルを、ニードルに連結され協働する可動コアを磁気吸引することで、直接駆動する電磁駆動部としてのソレノイドを有するものが知られている（特許文献１参照）。この種の燃料噴射弁はニードルを着座方向に付勢するスプリング等の弾性部材が設けられており、燃料噴射弁の閉弁時には、この弾性部材の付勢力によりニードルを弁座に着座し、閉弁状態を維持するようにしている。
特開平６−２４１１４４号公報

近年、直噴エンジンは燃費、出力等の向上の観点から、量産化採用される傾向にある。しかしながら、上記特許文献１等の従来技術を適用し燃料噴射弁から燃焼室に直接燃料を噴射する場合には、エンジン筒内の圧力上昇で燃料噴射弁が開弁しないように、上記弾性部材の付勢力を増強し、ニードルを弁座側に強く付勢する必要がある。そのため付勢力に抗してニードルをリフトさせるように、ソレノイドの吸引力を増大させることが必要となるので、ソレノイドつまり燃料噴射弁の体格が大きくなるという問題が生じている。

なお、従来技術では燃料噴射弁に供給する燃料圧力が増加すると、ニードルを閉弁方向に押圧する力が燃料圧力に比例して増加する。そのため、燃料の高圧化に対応してソレノイドの吸引力を増大する必要が生じるおそれがある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、内燃機関の筒内圧の影響を受ける場合があっても、開弁のための電磁駆動部の吸引力増大を図ることなく、弁部材の閉弁状態の維持が可能な燃料噴射弁を提供することにある。

また、別の目的は、内燃機関の筒内圧の影響を受ける場合があっても、開弁のための電磁駆動部の吸引力増大を図ることなく、弁部材の閉弁状態の維持が可能であるとともに、燃料の高圧化対応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。

請求項１に記載の発明では、燃料通路を形成する内周面に弁座を有する弁ボディと、弁座に着座および離座する弁部材と、弁座の下流側に配置され、燃料通路から供給される燃料を噴射する噴孔と、弁部材に協働して着座方向および離座方向に移動する可動コア、可動コアを磁気吸引する固定コア、可動コアを固定コアに磁気吸引するための電磁力を発生するコイル、および可動コアを着座方向に付勢する付勢部材を有する電磁駆動部とを備え、電磁力の消失により付勢部材の付勢力で弁部材を弁座に着座させる燃料噴射弁において、
弁部材は弁座に着座するシート部を有し、燃料通路は、シート部より下流側で、かつ噴孔よりも上流側に形成される開口部を有しており、開口部を、弁部材の弁座に着座時に、噴孔の下流側の圧力により閉塞する閉弁補助部材を備え、
閉弁補助部材で閉塞される面を、閉塞部とし、かつ、弁ボディの内周側に一体的に突出した部位を、突出部とし、
突出部の上流側の面に弁座が設けられ、かつ、突出部の下流側の面に閉塞部が設けられると共に、突出部において弁座と閉塞部を連通するように開口部を設ける構成としたことを特徴としている。

これによると、弁部材の弁座に着座するシート部より下流側で、かつ噴孔よりも上流側に形成される燃料通路中の開口部を、弁部材の弁座に着座時つまり閉弁時に、噴孔の下流側の圧力を利用し閉弁補助部材によって閉じるようにする。これにより、筒内圧力等の弁部材を開弁させる力を弁部材のシート部に受けにくい構造とすることができる。

また、請求項２に記載の発明では、閉弁補助部材は、開口部を閉塞および開放する弾性体を有することを特徴としている。

これによると、弁部材の閉弁時に筒内圧力による弾性体の伸縮を利用し、簡素な構成で開口部を閉じたり開いたりすることができる。

また、請求項３に記載の発明では、閉弁補助部材は、開口部からの燃料の流通および遮断をする第２の弁部材を有していることを特徴としている。

これによると、弁部材のシート部より下流側にある開口部内の圧力と、筒内圧力との差圧で閉弁する逆止弁構造とすることができ、従って筒内圧力等による弁部材を開弁させる力を弁部材のシート部に受けにくい構造とすることができる。

また、請求項４に記載の発明では、噴孔は、弁ボディの先端側に配置される、略薄板状部材に形成れていることを特徴としている。

これにより、筒内圧力等による弁部材を開弁させる力を弁部材のシート部に受けにくい構造と、略薄板状で噴孔を加工し易くする構造とを両立することができる。

以下、本発明の燃料噴射弁を、ガソリンエンジンへ燃料を供給するものに適用して具体化した実施形態を図面に従って説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の燃料噴射弁の構成を示す断面図である。図２は、図１中の弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。なお、図１および図２は閉弁状態を示し、コイルへ通電を停止した状態を示している。

図１に示すように、燃料噴射弁２は、内燃機関、特にガソリンエンジンに用いられる。燃料噴射弁２は、例えば多気筒（例えば４気筒）ガソリンエンジン（以下、エンジンと呼ぶ）の吸気管または各気筒に取付けられて、気筒内の燃焼室に燃料を噴射供給する。なお、本実施形態では、燃料噴射弁２は各気筒に設けられているものとする。燃料噴射弁２には、図示しない燃料ポンプにより加圧された燃料が、燃料分配管（図示せず）を介して供給される。燃料分配管には、一般に、図示しない燃料タンク内の燃料を燃料ポンプ（図示せず）により吸い上げ吐出し、その吐出された燃料が導かれている。なお、吐出される燃料は、図示しないプレーシャレギュレータ等の調圧装置によって所定の圧力に調圧されて、燃料分配管へ送られる。なお、エンジンが直噴エンジンの場合には、内燃機関の燃焼室へ供給する燃料の圧力が約２ＭＰａ以上とするため、燃料ポンプによって燃料タンクから吸上げられた所定の低圧（例えば０．２ＭＰａ）の燃料を、図示しない高圧ポンプで加圧し、この加圧された所定の高圧の燃料（例えば、２〜１３ＭＰａの範囲の所定の燃料）が、燃料分配管を介して燃料噴射弁２に供給されている。燃料ポンプから吐出される燃料、高圧ポンプから燃料分配管へ供給された燃料は、図示しないプレーシャレギュレータ等の調圧装置によって所定の圧力に調圧されている。なお、以下、本実施例で説明するエンジンは、ガソリン直噴エンジンとする。

燃料噴射弁２は、図１に示すように、略円筒形状であり、一端から燃料を受け、内部の燃料通路を経由して他端から燃料を噴射する。燃料噴射弁２は、燃料の噴射を遮断および許容する弁部と、弁部を駆動する電磁駆動部とを備えており、一端から燃料通路内に流入した燃料を弁部Ｂからエンジンの気筒に噴射供給する。

弁部は、図１に示すように、弁ボディ１２と、弁部材としてのニードル３０とを含んで構成されている。弁ボディ１２の内周には、上記内部燃料通路内を流れる燃料が導かれている。弁ボディ１２は燃料流れ方向の噴孔２１側に向けて縮径する内周面としての円錐面１３を有している。円錐面１３には、ニードル３０が離座および着座可能である。なお、ここで、円錐面１３は、ニードル３０が離座および着座可能な弁座１４を構成する。具体的には、弁座１４には、ニードル３０の当接部３１が離座および着座する。なお、ここで、弁座１４と当接部３１は、弁部が燃料の噴射を停止するための油密機能の働きをするシート部を構成している。

弁座１４の中央側には、弁座１４の燃料流れの下流側に向かって、内部燃料通路と連通可能な噴孔２１が配置されている。この噴孔２１は、要求される燃料の噴霧の形状、方向、数などに応じて、その大きさ、噴孔軸線の方向、噴孔配列等が決定される。また、噴孔の開口面積は、開弁時の流量を規定する。したがって、燃料噴射弁２の燃料噴射量は、噴孔２１の開口面積、ニードル３０のリフト量ＨＤ１と、開弁期間とによって調量されている。ニードル３０が弁座１４に着座すると噴孔２１からの燃料噴射が停止され、ニードル３０が弁座１４から離座すると噴孔２１から燃料が噴射される。

なお、弁ボディ１２は、弁ハウジング１６の燃料噴射側端部の内壁に溶接等により固定されている。弁ボディ１２は段付きの略有底円筒状に形成され、弁ハウジング１６の下端部の内周側に挿入されている。弁ボディ１２の外周は、段付きを境に下方に向かって縮径している。そして段付きが、弁ハウジング１６の内周側に形成された段差と当接することにより、燃圧で弁ボディ１２が弁ハウジング１６から脱落するのを防止している。

また、一般に、弁ボディの弁座１４には、燃料噴射毎に繰り返しニードル３０が着座および離座する等のため、比較的強い耐摩耗性が要求される。これに対し、本実施形態では、弁ボディのうち、弁座１４側の部分つまり弁ボディ１２を耐摩耗性の比較的強い特定の材料で、電磁駆動部（詳しくは筒部材４０）に接続する側の弁ハウジング１６を、その特定材料以外の、例えば安価な材料を用いることができる。

ニードル３０は略軸状に形成され、弁ボディ１２内を軸方向に往復移動可能である。ニードル３０は、図１および図２に示すように、噴孔２１の周縁全周をシートするように配置されている。詳しくは、本実施例では、ニードル３０の当接部３１と、弁座１４を形成する円錐面１３するように構成されている。これにより、噴孔２１を通じて外部から圧力を受けるニードル３０の受圧面積は、噴孔２１もしくはニードル３０にシートされた噴孔２１の周縁の面積に限定することができる。

なお、噴孔２１もしくは噴孔２１の周縁を全周ニードル３０によりシートする方法は、当接部３１と弁座１４を円錐面状等に形成し互いに面シールするものに限らず、複数個からなる噴孔２１全体の周縁をニードル３０で全周シートするように構成するもの、あるいは噴孔２１全体の周縁をその周縁に沿ってニードル３０に形成しされた環状の段差部などいわゆる線シールするものであってもよい。

電磁駆動部は、図１に示すように、筒部材４０、可動コア５０、固定コア５４、およびコイル６０とを有する。

筒部材４０は、弁ボディ１２（詳しくは弁ハウジング１６）の反噴孔側の内周壁に挿入され、溶接等により弁ボディ１２に固定されている。筒部材４０は、噴孔２１側から第１磁性筒部４２、非磁性筒部４４、および第２磁性筒部４６により構成されている。非磁性筒部４４は第１磁性筒部４２と第２磁性筒部４６との磁気的短絡を防止する。この磁気的短絡防止により、コイル６０の通電により発生する電磁力による磁束を、可動コア５０、および固定コア５４に効率的に流れるようにしている。

可動コア５０は磁性材料で段付きの略円筒状体に形成されており、ニードル３０の反噴孔側の端部と溶接等により固定されている。可動コア５０はニードル３０とともに往復移動する。可動コア５０の筒壁を貫通する流出孔５２は、可動コア５０の筒内外を連通する燃料通路を形成している。

固定コア５４は磁性材料で略円筒状に形成されている。固定コア５４は筒部材４０内に挿入されており、筒部材４０と溶接により固定されている。固定コア５４は可動コア５０に対し反噴孔側に設置され、可動コア５０に向きあっている。アジャスティングパイプ５６は固定コア５４の内周に圧入され、内部に燃料通路を形成している。付勢部材としてのスプリング５８は一端部でアジャスティングパイプ５６に係止され、他端部で可動コア５０に係止されている。アジャスティングパイプ５６の圧入量を調整することにより、可動コア５０に付勢するスプリング５８の荷重が変更される。スプリング５８の付勢力により可動コア５０およびニードル３０は弁座１４に向けて付勢されている。言い換えると、スプリング５８は可動コア５０をニードル３０の着座方向に付勢する付勢手段を構成する。

コイル６０はスプール（図示せず）等に巻回されている。図示しないターミナルはコネクタ（図示せず）等にインサート成形されており、コイル６０と電気的に接続している。コイル６０に通電すると、可動コア５０と固定コア５４との間に磁気吸引力が働き、圧縮スプリング５８の付勢力に抗して可動コア５０は固定コア５４側に吸引される。

上述の構成を有する燃料噴射弁２の作動について以下説明する。車両のエンジンキーをＩＧ位置にして、図示しないイグニッションスイッチがオン（ＯＮ）等することで、燃料ポンプが駆動され、燃料タンク内の燃料が燃料ポンプにより吸い上げられる。吸い上げられた燃料は、プレッシャレギュレータにより調圧され、所定の低圧燃料が高圧ポンプへ供給される。高圧ポンプによって低圧燃料は加圧され、加圧された燃料が燃料分配管へ供給される。燃料分配管へ供給された燃料は、プレッシャレギュレータにより所定の燃料に調圧されて、燃料分配管内の各分配口から燃料噴射弁２へ供給される。

燃料噴射弁２の燃料噴射時には、燃料噴射弁２のコイル６０に電流が供給され、ニードル３０が弁座１４から離座しリフトを開始すると、弁部は開弁され燃料の噴射を開始する。燃料は、噴孔２１から噴射され噴霧化されてエンジンの燃焼室等へ供給される。一方、燃料噴射停止時には、コイル６０への電流供給が停止され、スプリング５８によりニードル３０のリフトが減少する。そして、ニードル３０が弁座１４に着座すると、噴射が終了する。コイル６０への通電期間を調節することにより、燃料噴射弁２から噴射される燃料（燃料噴霧）の噴射期間つまり燃料噴射量が調節される。

なお、ここで、エンジンの燃焼室に燃料噴射弁２から燃料を噴射する場合、燃料噴射弁は燃焼室内に臨んで配置されるため、特に始動時の燃料圧力が低いときに筒内圧力の上昇時に閉弁時にも係わらず開弁しないようにする必要がある。図１８の比較例に示す燃料噴射弁２では、例えばニードル９３０の弁座側端面は円錐面９３５と円錐台面とで形成され、円錐面９３５と円錐台面に接続する稜線は、弁座を形成する円錐面９１３に着座および離座する当接部を構成している。この当接部は理想的には直径Ｄｓの円の形状となっている（図１９参照）。ニードル３０が着座し閉弁状態において、ニードル３０および弁ボディ９１２の両円錐面９３５、９１３で区画される燃料無駄容積部９１９と噴孔２１は常に連通している。そのため、噴孔２１を通じて筒内圧力が、図１９に示す比較的広い受圧面積領域（詳しくは円錐面９３５）に加わってしまうので、筒内圧力によりニードル９３５が開弁するおそれがある。筒内圧力によりニードル９３５が開弁しないために、スプリング５８の付勢力を増強させる必要があった。なお、円錐面９３５は直径Ｄｓ円状の当接部より下流側の弁座側端面を構成している。

これに対し、本実施形態の燃料噴射弁２では、噴孔２１を通じて筒内圧力が作用するニードル３０の受圧面領域が噴孔２１に限られているので、上記比較例などの従来技術に比べて、ニードル３０の筒内圧力を受ける受圧面積を減少させられる。これにより、筒内圧力によるニードル９３５の開弁防止のために、従来技術のようにスプリング５８の付勢力を増強させる必要がない。したがって、筒内圧力の影響を受ける場合があっても、開弁のための電磁駆動部の吸引力の増大を図ることなく、ニードル３０の閉弁状態を維持することができる。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、（１）燃料通路を形成する内周面に弁座１４を有する弁ボディ１２と、弁座１４に着座および離座するニードル３０と、弁座１４の下流側に配置され、燃料通路から供給される燃料を噴射する噴孔２１と、可動コア５０およびスプリング５８を有し磁気吸引力によりニードル３０を直接駆動する電磁駆動部とを備え、閉弁時にスプリング５８の付勢力でニードル３０を弁座１４に着座させる燃料噴射弁２において、噴孔２１の周縁全周をニードル３０でシートするようにしている。これにより、噴孔２１を通じて筒内圧力を受けるニードル３０の受圧面積を、ニードル３０にシートされる噴孔２１自身もしくは噴孔２１周辺等の噴孔部の面積に限定することができる。

したがって、従来技術に比べて、同一の筒内圧力を燃料噴射弁２の閉弁時に受ける場合において、筒内圧力によるニードルを開弁させる力を減少させることができる。言い換えると、従来技術のように筒内圧力に抗して閉弁時に閉弁を維持するためのスプリング５８の付勢力増大、およびその様なスプリング５８に抗して開弁時に開弁のための電磁駆動部の吸引力増大をする必要はない。したがって、エンジンの筒内圧力の影響を受ける場合があっても、開弁のための電磁駆動部の吸引力増大を図ることなく、ニードル３０の閉弁状態を維持することができる。

（２）また、上記のようにニードル３０の筒内圧力を受ける受圧面積を減少させられるので、筒内圧力に抗して閉弁時に閉弁を維持するためのスプリング５８の付勢力を低減することが可能である。したがって、電磁駆動部にて一定の磁気吸引力を可動コア５０に作用させてニードルをリフトさせる場合で従来技術と比較すると、可動コア５０つまりニードル３０の開弁応答性の向上が図れる。

（３）さらに、上記のようにスプリング５８の付勢力増強が不要であるため、電磁駆動部の吸引力増大を図る必要がないため、電磁駆動部を大型化する必要もなく、電磁駆動部の小型化が可能となる。

（第２の実施形態）
以下、本発明を適用した他の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態においては、第１の実施形態と同じもしくは均等の構成には同一の符号を付し、説明を繰返さない。

第２実施形態では、第１の実施形態で説明したニードル３０で噴孔２１の周縁全周を直接シートする構成に代えて、図３に示すように、噴孔１２１の上流側で噴孔１２１と連通する中間噴孔２２の周縁全周をニードル３０でシートするようにする。図３は、本実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。

図３に示すように、中間噴孔２２は、弁座の下流側に配置され、当接部３１と弁座１４の面シールにより中間噴孔２２からの燃料流出が停止される。噴孔１２１は、噴孔１２１の下流側に配置される弁ハウジング１１６の先端部に設けられている。中間噴孔２２と噴孔１２１との間には、弁ボディ１２と弁ハウジング１１６で区画される燃料溜り室１８が形成されている。これにより、図３に示すように、噴孔１２１と中間噴孔２２は一対で対応する必要はない。噴孔１２１は、図３に示すように、円錐面１３の頂部に対応する弁ハウジング１１６の底面の頂部にも配置することが可能である。また、噴孔１２１は、図３に示すように、ニードル３０の外径Ｄｎの外側に配置することも可能である。

なお、中間噴孔２２の配置位置としては、第１の実施形態と同様に、中間噴孔２２の燃料入口側開口部による外径Ｄｓｏが、ニードル３０の外径Ｄｎ以下に制限される。

なお、噴孔１２１が形成されている弁ハウジング１１６は、中間噴孔２２が形成されている弁ボディ１２を覆うように、弁ボディ１２の外周に固定されている。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、（１）この様に構成しても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。

（２）一般に、噴孔は、内燃機関により要求される燃料の噴霧の形状、方向、数などに応じて、その大きさ、噴孔軸線の方向、噴孔配列等が決定されるため、例えば弁部材の外径の範囲側に噴孔を配置したい場合がある。

これに対して本実施形態では、筒内圧力によるニードル３０を開弁させる力を減少させる手法として、ニードル３０で噴孔１２１周縁を直接全周シートせず、噴孔１２１の上流側に配置され噴孔１２１に連通する中間噴孔２２の周縁をニードル３０で全周シートするようにする。そのため、中間噴孔２２を配置する範囲はニードル３０内に制約されるが、噴孔１２１はニードル３０内に制約されることはなく、エンジンの要求に応じて配置等するための噴孔１２１設計自由度の向上が図れる。

（３）なお、本実施形態では、中間噴孔２２と噴孔１２１とを連通する方法として、中間噴孔２２と噴孔１２１との間に燃料溜め室１８を設けているので、中間噴孔２２と噴孔１２１の個数を一致させる必要がなく、中間噴孔２２と噴孔１２１の各個数を変えて配置することが可能である。

（４）さらになお、本実施形態では、中間噴孔および噴孔を複数個有している場合において、噴孔１２１を、複数の中間噴孔２２に囲まれる領域（詳しくは直径Ｄｓｏの円）との比較において、前記領域つまり直径Ｄｓｏの円の外側に噴孔１２１を配置するようにすることも可能である。なお詳しくは、噴孔１２１は、前記領域を噴孔１２１側の下流へ投影する投影領域に対して、その投影領域の外側に配置することが可能である。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第１の実施形態で説明したニードル３０で噴孔２１の周縁全周をシートする構成において、図４に示すように、ニードル１３０の噴孔２１と対向する位置に溝部３６を追加するように構成する。図４は、本実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。図５は、図４中の弁部材の筒内圧等の圧力を受ける受圧面を示す模式図である。

ニードル１３０には、図４および図５に示すように、噴孔２１と対向する位置に略環状（本実施例では円状）の溝部３６が設けられている。この円状の溝部３６の両周縁には、図４に示すように、外周側当接部３２と内周側当接部３３が設けられており、噴孔２１周縁（詳しくは噴孔２１の外周側周縁と内周側周縁）に当接し、円錐面１３に油密可能にシートする。

なお、円錐面１３と、外周側当接部３２および内周側当接部３３とは、弁部が燃料の噴射を停止するための油密機能の働きをするシート部を構成している。なお、以下の本実施形態の説明では、外周側当接部３２を外周側シート部と呼び、内周側当接部３３を内周側シート部と呼ぶ。円錐面１３は、外周側シート部３２と内周側シート部３３が着座および離座する弁座を構成する。外周側シート部３２の直径をＤｓｏ、内周側シート部３３の直径をＤｓｉとすると、図５に示すように、ニードル１３０の筒内圧力を受ける受圧面積は、外周径Ｄｓｏおよび内周径Ｄｓｉの円周溝状の溝部３６の面積に限定されている。

なお、本実施形態では、噴孔２１は、溝部３６の円周上に沿って複数個（図５では作図の便宜上２個）環状に配置されている。

なお、本実施形態では、図４に示すように、ニードル１３０の噴孔側端面の形状として、円錐面３５と円錐台面とで形成され、円錐台面に溝部３６が形成されるように構成されている。ニードル１３０の噴孔側端面の形状は、円錐面３５と円錐台面とで形成されるものに限らず、円錐面で形成されるものであってもよい。ニードル１３０の噴孔側端面を円錐面３５と円錐台面とで形成する場合には、図４に示すように両円錐面３５、１３とで区画される燃料無駄容積部１９が形成されることになるが、燃料無駄容積部１９と噴孔２１は常に連通していることはなく、ニードル１３０が閉弁している状態では燃料無駄容積部１９と噴孔２１の間は分離されている。これにより、ニードル１３０を弁ボディ１２に着座および離座させるために両円錐面３５、１３の頂部を当接可能に形成する必要がなくなるので、ニードル１３０および弁ボディ１２の加工が容易となり生産性向上が図れる。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、（１）この様に構成しても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。なお、複数個の噴孔２１を有する燃料噴射弁２において、第１実施形態では噴孔２１もしくは噴孔２１の周縁毎にニードル３０で全周シートしていたが、第２の実施形態では、複数個の噴孔２１もしくは噴孔２１の周縁を、全体としてニードル３０で全周シートする。

（２）なお、具体的には本実施形態では、噴孔２１の周縁を全周ニードル１３０でシートするニードル１３０のシート部形状として、噴孔２１と対向する位置に形成される溝部３６の両周縁を外周側シート部３２および内周側シート部３３とし、噴孔２１の周縁を溝部３６の両周縁でいわゆる二重シートすることが可能である。したがって、噴孔２１の周縁を二重シートすることでニードル１３０に筒内圧力が加わる受圧面積を減少させることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態では、第３の実施形態で説明したニードル１３０で噴孔２１の周縁を全周シートする構成に代えて、図６に示すように、噴孔１２１の上流側で噴孔１２１と連通する中間噴孔２２の周縁をニードル３０で全周シートするようにする。図６は、本実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。

図６に示すように、中間噴孔２２は、円錐面１３の下流側に配置され、外周側シート部３２および内周側シート部３３と円錐面１３のシールにより中間噴孔２２からの燃料流出が停止される。噴孔１２１は、噴孔１２１の下流側に配置される弁ハウジング１１６の先端部に設けられている。中間噴孔２２と噴孔１２１との間には、弁ボディ１２と弁ハウジング１１６で区画される燃料溜り室１８が形成されている。

これにより、この様に構成しても、第３の実施形態と同様な効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態では、図７に示すように、ニードル２３０の弁座１１４に着座する当接部１３１より下流側でかつ噴孔２１よりも上流側に形成される開口部１２２を、噴孔２１の下流側で生じている筒内圧力により閉塞可能にする閉弁補助部材２３、２４を設けるように構成している。図７は、本実施形態の燃料噴射弁の構成を示す断面図である。図８は、図７中の弁部材および噴孔周りを示す模式的部分断面図である。図９は、本実施形態の燃料噴射弁における燃料噴射のための開閉過程を示す模式図であって、弁部材の閉弁時における作動状態を示す模式的部分断面図である。なお、図７および図８は燃料噴射のための開閉過程において閉弁状態を示すものである。

図７に示すように、燃料噴射弁２は、複数の噴孔２１を有する薄板状部材（以下、噴孔プレートと呼ぶ）２０を有している。噴孔プレート２０は弁ボディ１１２の先端側に配置されている。なお詳しくは、噴孔プレート２０は、図７および図８に示すように、略平板状に形成され、弁ボディ１１２の先端部に固定されている。噴孔プレート２０の形状は、略平板状のものに限らず、有底筒状に形成されているものであってもよい。

ニードル２３０は、その当接部１３１が弁ボディ１１２の円錐面１３（詳しくは弁座１１４）に着座および離座するように配置されている。

図８に示すように、弁ボディ１１２は弁ハウジング１６の内壁に溶接等により固定されている。弁ボディ１２は段付きの略有底円筒状に形成され、弁ハウジング１６の下端部側の内周側に挿入されている。弁ボディ１１２には、当接部１３１に対応する位置にある弁座１４より下流側でかつ噴孔２１の上流側に開口部１２２が形成されている。そして、開口部１２２の下流側には、燃料流れ方向の噴孔２１側に向けて拡径する内周面としての円錐面１５が設けられている。なお、この円錐面１５は、図７に示すように弁ボディ１１２と弁ハウジング１６の別部材を組付けることで、これら別部材１１２、１６を一体的に形成されるものであっても、弁ボディ１１２と弁ハウジング１６が一体に形成されるものであってもいずれでもよい。なお、以下本実施形態で説明する円錐面１５は弁ボディ１１２と弁ハウジング１６が一体に形成されているものとする。

本実施形態では、図８に示すように、開口部１２２下流側の円錐面１５に、閉弁補助部材２３、２４が着座および離座可能に配置されている。閉弁補助部材２３、２４は、略半球状の第２の弁部材（以下、シート部材と呼ぶ）２３と、シート部材２３を円錐面１５に付勢する弾性体２４を有している。第２の弁部材２３は、円錐面１５にシートする形状が略球状に限らず、多角形状、楕円形状などいずれの形状であってもよい。弾性体２４は、ばね材によるスプリング等の付勢部材、樹脂もしくはゴム材により弾性部材、もしくは形状記憶合金などであってもよく、シート部材２３を円錐面１５に付勢するものであればいずれのものであってもよい。

図８に示すように、燃料無駄容積部１１９は、ニードル２３０の噴孔側端面と噴孔プレート２０と弁ボディ１１２とで区画される空間により形成されており、燃料無駄容積部１１９は、ニードル側容積部１１９ａと、閉弁補助部材側容積部１１９ｂとから構成されている。ニードル側容積部１１９ａは、閉弁状態のニードル２３０および閉弁補助部材２３、２４の外周と、円錐面１３、１５および開口部１２２の内周とで区画されているものである。また、閉弁補助部材側容積部１１９ｂは、閉弁補助部材２３、２４の外周と、円錐面１５および噴孔プレート２０の内周とで区画されているものである。

上述の構成を有する燃料噴射弁２の作動について以下説明する。燃料噴射弁２の燃料噴射時には、燃料噴射弁２のコイル６０に電流が供給され、ニードル３０が弁座１４から離座しリフトを開始すると、弁部つまりニードル２３０は開弁される。ニードル２３０が開弁されると、燃料圧力により弁閉部材２３、２４が開弁され、開口部１２２を通じて燃料がニードル側容積部１１９ａ側から閉弁補助部材側容積部１１９ｂ側へと噴出される（図９参照）。そして、開口部１２２を通じて燃料が噴出されると、噴孔２１から燃料の噴射を開始する。燃料は、噴孔２１から噴射され噴霧化されてエンジンの燃焼室等へ供給される。一方、燃料噴射停止時には、コイル６０への電流供給が停止され、スプリング５８によりニードル３０のリフトが減少する。そして、ニードル３０が弁座１４に着座すると、ニードル側容積部１１９ａへ燃料の供給が停止される。ニードル３０が弁座１４に着座すると、閉弁補助部材２３、２４が筒内圧力により円錐面１５に着座し、開口部１２２を閉塞する。その結果、噴孔２１からの噴射が終了する。したがって、筒内圧力が噴孔２１に加わった状態では、シート部材２３により開口部１２２がシールされているため、噴孔２１を通じてニードル２３０に直接筒内圧等の圧力が加わることはない。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、（１）本実施形態では、ニードル２３０の弁座１１４に着座する当接部１３１より下流側でかつ噴孔２１よりも上流側に形成される開口部１２２を、噴孔２１の下流側で生じている筒内圧力により閉塞可能にする閉弁補助部材２３、２４を設けるように構成している。これにより、
ニードル２３０の当接部１３１より下流側でかつ噴孔２１よりも上流側に形成される燃料通路中の開口部１２２を、ニードル２３０の閉弁時に、噴孔２１の下流側の筒内圧力等の圧力を利用し閉弁補助部材２３、２４によって閉じるようにする。したがって、筒内圧力等のニードル２３０を開弁させる力を、ニードル２３０の当接部つまりシート部１３１側に受けにくい構造とすることが可能である。

（２）本実施形態では、閉弁補助部材２３、２４にシート部材２３を備えられているので、ニードル２３０の当接部より下流側にある開口部１２２内の圧力と、筒内圧力との差圧で閉弁する逆止弁構造とすることができる。したがって、筒内圧力等による弁部材を開弁させる力を弁部材のシート部に受けにくい構造とすることができる。

（３）なお、本実施形態では、噴孔２１は、弁ボディ１１２の先端側に配置される、噴孔プレート２０に設けられている。これにより、筒内圧力等によるニードル２３０を開弁させる力を当接部１３１側に受けにくい構造と、略薄板状で噴孔２１を加工し易くする構造とを両立することができる。

（第６、第７、および第８の実施形態）
第６、第７、および第８の実施形態では、第５の実施形態で説明した閉弁補助部材の他の実施例を説明する。

第６の実施形態では、第５の実施形態で説明した閉弁補助部材２３、２４に代えて、図１０に示すように、円錐状の弾性体１２３とする。図１０は、第６の実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。図１０に示すように、開口部１１２の下流側の円錐面１１５は、燃料流れ方向の噴孔２１側に向かって縮径している。弾性体１２３の断面は、燃料流れ方向（図１０中の下方向）に向かって縮径するように形成されている。弾性体１２３は弾性体１２３自身の弾性変形により円錐面１１５に当接および離間することで、開口部１２２を閉塞および開放する。なお、弾性体は、ニードル２３０閉弁時の筒内圧力により円錐面１１５に当接し、開口部１２２を閉塞する。

第７の実施形態では、第５の実施形態で説明した閉弁補助部材２３、２４に代えて、図１１に示すように、円筒状の弾性体２２３とする。図１１は、第７の実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。図１１に示すように、弾性体２２３は弾性体２２３自身の径方向に弾性変形により円錐面１１５に当接および離間することで、開口部１２２を閉塞および開放する。

第６および第７の実施形態は、上記構成のようにするいずれの場合であっても、第５の実施形態と同様な効果を得ることができる。さらに、第６および第７の実施形態では、ニードル２３０の閉弁時に筒内圧力による弾性体の伸縮を利用し、簡素な構成で開口部１２２を閉じたり開いたりすることができる。

第８の実施形態では、第５の実施形態で説明した閉弁補助部材２３、２４のシート部材において、半球状のシート部材２３に代えて、図１２に示すように、多角形状のシート部材１２３とする。図１２は、第８の実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。図１２に示すように、シート部材１２３の円錐面１１５側端面は、円錐面と円錐台面とで形成されている。なお、円錐面と円錐台面に接続する稜線を、円錐面１１５に着座および離座する当接部１２２としている（図１２参照）。

第８の実施形態では、上記構成のようにしても、第５の実施形態と同様な効果を得ることができる。

（第９の実施形態）
第９の実施形態では、第３の実施形態で説明したニードル１３０において、図１３に示すように、ニードル３３０に内外を貫通する燃料孔３３０ａを設ける。図１３は、本実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。図１４は、図１３中の弁部材にける筒内圧等の圧力を受ける受圧面を示す模式図である。なお、図１５は、燃料圧力とこれを受ける受圧面との関係を表すグラフである。

一般に、燃料噴射弁２に供給する燃料圧力が増加すると、例えば図１８の比較例のようにニードル９３０を閉弁方向に押圧する力が燃料圧力に比例して増加する。そのため、燃料の高圧化に対応して、開弁のために電磁駆動部の吸引力を増加する必要があった。

なお、例えば比較例の直径Ｄｓの円錐面９３５の面積領域が、燃料圧力のニードル３３０へ作用する受圧面の面積領域となる。なお、燃料無駄容積部９１９と噴孔２１は常に連通しており、閉弁時に燃料無駄容積部９１９つまり円錐面９３５には、燃料圧力が加わらない。

これに対し、本実施形態では、図１３に示すように、ニードル３３０には、円錐面１３に向かって開口し、ニードル３３０の内外を貫通する燃料孔３３０ａが形成されている。燃料孔３３０ａの内径は、内周側シート部３３の直径Ｄｓｉより小さく形成されている。

なお、この燃料孔３３０ａは、図１３に示すニードル３３０の軸方向に延出するように貫通する貫通孔に限らず、図１６の変形例に示すように円錐面９３５側つまり弁座側に向かって開口し、ニードル３３０の内外を貫通する連通孔３３０ａ、３３０ｂであってもよく、ニードル３３０の内部に弁座側に向かって開口し、ニードル３３０の内外を貫通する燃料孔が形成されるものであればいずれでもよい。この燃料孔によって内部燃料溜り室２１９が形成されている。なお、図１６に示すように、変形例における連通孔３３０ａ、３３０ｂは、ニードル３３０を図中の左右方向に内外に貫通する貫通孔３３０ｂとこれに連通する燃料孔３３０ａとで形成されている。

燃料噴射弁２に供給される燃料は、上記内部燃料通路を経由して内部燃料溜り室２１９へ導入される。そのため、内周側シート部３３の直径Ｄｓｉ内の領域には燃料圧力が満たされている。その結果、燃料圧力がニードル３３０へ作用する受圧面も、筒内圧力がニードル３３０へ作用する受圧面と同様に、外周径Ｄｓｏおよび内周径Ｄｓｉの円周溝状の溝部３６の面積に限定することができる。

なお、ここで、燃料圧力による閉弁力Ｆｆは、ニードル３３０の燃料圧力を受ける受圧面積をＡｆ、燃料圧力をＰｆとすると、Ｆｆ＝Ａｆ×Ｐｆとなる。一方、ニードル３３０を開弁するための電磁駆動部の必要吸引力Ｆは、スプリング５８の付勢力である荷重をＦｓ、ニードル３３０の摺動抵抗等を考慮したいわゆる余裕力（燃料圧力に係わらずほぼ一定の力）をＦｒとすると、Ｆ＝Ｆｓ＋Ｆｆ＋Ｆｒで表される。図１５の燃料圧力Ｐｆとジ受圧面積Ａｆのグラフのように、閉弁力Ｆｆをほぼ同一に維持する条件において、ニードル３３０に中空部を形成することで、受圧面積をＡｆ１からＡｆ２（Ａｆ１＞Ａｆ２）を減らし、ニードル３３０に作用する燃料圧力を、Ｐｆ１からＰｆ２へ増加させられる。これにより、燃料噴射弁２の燃料の高圧化対応が可能となる。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、（１）ニードル３３０には、円錐面１３に向かって開口し、内外を貫通する燃料孔３３０ａを設けている。これにより、ニードル３３０のうち、円錐面１３に向かって開口し、内外を貫通する燃料孔３３０ａによる中空部を形成するので、燃料圧力によるニードル３３０の閉弁に働く力を減少させられる。したがって、電磁駆動部の開弁に必要な吸引力を低減できる。したがって、燃料噴射弁の燃料の高圧化対応が可能である。

（２）なお、燃料圧力を受けるニードル３３０の受圧面積を、外周径Ｄｓｏおよび内周径Ｄｓｉのいわゆる二重シート径にて調整できるので、従来通りの閉弁力を得るように設計することも可能である。

（３）さらになお、本実施形態では、電磁駆動部の吸引力低減が可能であるため、電磁駆動部の体格の小型化が可能である。また、例えば吸引力は可動コア５０および固定コア５４の磁性材料を変更等することで、計量化を図ることが可能である。

（第１０の実施形態）
第１０の実施形態では、第９の実施形態で説明したニードル３３０で噴孔２１の周縁を全周シートする構成に代えて、図１７に示すように、噴孔１２１の上流側で噴孔１２１と連通する中間噴孔２２の周縁をニードル３３０で全周シートするようにする。図１７は、本実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。

図１７に示すように、中間噴孔２２は、円錐面１３の下流側に配置され、外周側シート部３２および内周側シート部３３と円錐面１３のシールにより中間噴孔２２からの燃料流出が停止される。噴孔１２１は、噴孔１２１の下流側に配置される弁ハウジング１１６の先端部に設けられている。中間噴孔２２と噴孔１２１との間には、弁ボディ１２と弁ハウジング１１６で区画される燃料溜り室１８が形成されている。

これにより、この様に構成しても、第９の実施形態と同様な効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
以上説明した本実施形態において、直噴エンジン用の燃料噴射弁２として説明したが、直噴エンジンのように気筒内の燃焼室に燃料を直接噴射供給するものに限らず、吸気管等に噴射することで燃焼室に間接的に噴射供給するものであってもよい。噴孔２１に受ける筒内圧力等の圧力に対して、ニードルの閉弁状態を維持したいものに適用して好適である。

なお、以上説明した第２、第４、および第１０の実施形態において、ニードル３０、１３０、３３０で噴孔１２１周縁を直接全周シートせず、噴孔１２１の上流側に配置され噴孔１２１に連通する中間噴孔２２の周縁をニードル３０、１３０、３３０で全周シートするように構成した。そのため、中間噴孔２２を配置する範囲はニードル３０、１３０、３００内に制約されるが、噴孔１２１はニードル３０、１３０、３３０内に制約されることはなく、エンジンの要求に応じて配置等するための噴孔１２１設計自由度の向上が図れる。

さらになお、以上説明した第２、第４、および第１０の実施形態において、噴孔１２１が形成されている弁ハウジング１１６は、中間噴孔２２が形成されている弁ボディ１２を覆うように、弁ボディ１２の外周に固定されるように構成したが、噴孔１２１が形成されている部材は弁ハウジング１１６に限らず、弁ハウジング１１６とは別部材の第２の弁ハウジングで構成するものであってもよい。

本発明の第１の実施形態の燃料噴射弁の構成を示す断面図である。 図１中の弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。 第２の実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。 第３の実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。 図４中の弁部材の筒内圧等の圧力を受ける受圧面を示す模式図である。 第４の実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。 第５の実施形態の燃料噴射弁の構成を示す断面図である。 図７中の弁部材および噴孔周りを示す模式的部分断面図である。 第５の実施形態の燃料噴射弁における燃料噴射のための開閉過程を示す模式図であって、弁部材の閉弁時における作動状態を示す模式的部分断面図である。 第６の実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。 第７の実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。 第８の実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。 第９の実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。 図１３中の弁部材にける筒内圧等の圧力を受ける受圧面を示す模式図である。 燃料圧力とこれを受ける受圧面との関係を表すグラフである。 変形例に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。 第１０の実施形態に係わる弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。 比較例の弁部材および噴孔周りを示す部分断面図である。 図１８中の弁部材の筒内圧等の圧力を受ける受圧面を示す模式図である。

符号の説明

２ 燃料噴射弁
１２ 弁ボディ
１３ 円錐面
１４ 弁座
１６ 弁ハウジング
２１ 噴孔
３０ ニードル（弁部材）
３１ 当接部
４０ 筒部材
５０ 可動コア
５４ 固定コア
５８ スプリング（付勢部材、付勢力手段）
６０ コイル

Claims (4)

1. 燃料通路を形成する内周面に弁座を有する弁ボディと、
   前記弁座に着座および離座する弁部材と、
   前記弁座の下流側に配置され、前記燃料通路から供給される燃料を噴射する噴孔と、
   前記弁部材に協働して着座方向および離座方向に移動する可動コア、前記可動コアを磁気吸引する固定コア、前記可動コアを前記固定コアに磁気吸引するための電磁力を発生するコイル、および前記可動コアを着座方向に付勢する付勢部材を有する電磁駆動部とを備え、
   前記電磁力の消失により前記付勢部材の付勢力で前記弁部材を前記弁座に着座させる燃料噴射弁において、
   前記弁部材は、前記弁座に着座するシート部を有し、
   前記燃料通路は、前記シート部より下流側で、かつ前記噴孔よりも上流側に形成される開口部を有しており、
   前記開口部を、前記弁部材の前記弁座に着座時に、前記噴孔の下流側の圧力により閉塞する閉弁補助部材を備え、
   前記閉弁補助部材で閉塞される面を、閉塞部とし、
   かつ、前記弁ボディの内周側に一体的に突出した部位を、突出部とし、
   前記突出部の上流側の面に前記弁座が設けられ、
   かつ、前記突出部の下流側の面に前記閉塞部が設けられると共に、
   前記突出部において前記弁座と前記閉塞部を連通するように前記開口部を設ける構成としたことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記閉弁補助部材は、前記開口部を閉塞および開放する弾性体を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記閉弁補助部材は、前記開口部からの燃料の流通および遮断をする第２の弁部材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. 前記噴孔は、弁ボディの先端側に配置される、略薄板状部材に形成れていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

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