JP4475250B2 - 燃料噴射弁およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁およびその製造方法に関する。

従来、第１、第２噴孔を備えた弁ボディ内にそれぞれの噴孔を開閉するアウタニードルおよびアウタニードルに収容されているインナニードルと、前記アウタニードルおよび前記インナニードルに作用する圧力を蓄積し、この圧力が変化することにより前記アウタニードルおよび前記インナニードルの移動を制御する背圧室と、この背圧室内の圧力を調整する圧力制御弁を備えている燃料噴射弁が知られている（特許文献１）。

従来の燃料噴射弁では、インナニードルは、アウタニードルの内側に収容されているので、背圧室内の圧力を低下させると、最初にアウタニードルが開方向に移動し、その後、インナニードルが開方向に移動する。これにより、噴射開始時の噴射率を複数段にすることができる。
国際公開第０３／６９１５１号パンフレット

ところが、上記従来の燃料噴射弁の両ニードルは、一方の端部から他方の端部までが同一径となっている円柱状のインナニードルと、該インナニードルを収容する貫通孔および貫通孔の孔径よりも小さく該インナニードルが上昇したときに接触する係止部を有するアウタニードルからなっている。

上記従来のインナニードルの移動は、上記両端部にかかる圧力によって決定される構造となっている。このため、両ニードルが第１、第２噴孔を閉じている状態から開く状態に移行する際のインナニードルの開方向への移動の開始タイミングは、アウタニードルの移動とは無関係となる。その結果、噴射前半における噴射率が不安定になるという第１の問題が発生する。

また、両ニードルが第１、第２噴孔を開いている状態から閉じる状態へ移行する際も、インナニードルの移動開始タイミングが不安定になる、すなわち、インナニードルがアウタニードルよりも先に移動を開始したり、移動しなかったりする恐れがある。その結果、噴射後半における噴射率が不安定になるという第２の問題が発生する。

一方、本発明の出願人は、図１１に示すような燃料噴射弁を出願した。この燃料噴射弁により、上記第１の問題は解決することができた。この燃料噴射弁は、円筒状のアウタニードル６００と、アウタニードル６００の内部に移動自在に収容され、反噴孔側端部に拡径部７１０を有したインナニードル７００とを備えている。両ニードル６００、７００が第１、第２噴孔２２０、２３０を閉じているとき、アウタニードル６００の反噴孔側端部６１０とインナニードル７００の拡径部７１０との間には隙間Ｌが形成されている。

図示しない制御弁によって背圧室３００の圧力を低下させると、最初に、アウタニードル６００が開方向に移動し、第１噴孔２２０が開く。そして、アウタニードル６００が上記隙間Ｌ分だけ移動すると、アウタニードル６００の反噴孔側端部６１０とインナニードル７００の拡径部７１０とが接触する。その後、アウタニードル６００は、インナニードル７００と一体となって更に移動し、第２噴孔２３０を開く。これによれば、インナニードル７００の動作は、アウタニードル６００の動作に連動するので、インナニードル７００の移動開始タイミングは、従来の燃料噴射弁に比べ安定し、噴射前半の噴射率が安定する。

しかしながら、先の出願でも、上記第２の問題を解決することができていない。アウタニードル６００は円筒状に形成されているため、第１、第２噴孔２２０、２３０が開いた状態から閉じる状態に移行する際、その移動開始タイミングが不安定になる、すなわち、インナニードル７００が移動を開始するよりも先にアウタニードル６００が移動を開始したり、移動しなかったりする恐れがある。図１１に示す燃料噴射弁であっても、噴射後半の噴射率を安定化させることまではできない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、噴射前半から後半にかけて噴射率を安定化させることができる燃料噴射弁およびその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の燃料噴射弁は、燃料供給ポンプから供給された燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射弁であって、
第１噴孔と、第２噴孔とを有する弁ボディと、弁ボディ内に収容され、第１噴孔を開閉するアウタニードルと、アウタニードル内に収容され、第２噴孔を開閉するインナニードルと、両ニードルにかかる圧力を蓄積し、この圧力が変化することにより両ニードルの移動を制御する背圧室と、背圧室の圧力を調整する圧力制御弁と、両ニードルが第１、第２噴孔を閉じた状態から、両ニードルが共に第１、第２噴孔を開く状態に移行する際に、両ニードルの相対位置ずれを所定距離以内にするように係止して開弁方向に移動させる開方向係止部、および両ニードルが共に第１、第２噴孔を開いた状態から、両ニードルが共に第１、第２噴孔を閉じる状態に以降する際に、両ニードルの相対位置ずれを所定距離以内にするように係止して閉方向に移動させる閉方向係止部を有する連動手段と、を備え、インナニードルの側壁には、径方向に突出する凸部が形成され、アウタニードルの、インナニードルの側壁と対向する側壁には、底部が凸部の先端部と対向するような凹溝部が形成されており、
連動手段の開方向係止部は、凸部の第１軸方向側面と、該第１軸方向側面と対向する凹溝部の第１軸方向内壁面とからなり、連動手段の閉方向係止部は、凸部の第２軸方向側面と、該第２軸方向側面と対向する凹溝部の第２軸方向内壁面とからなっていることを特徴としている。

この構成によれば、両ニードルが開弁方向および閉弁方向に移動する際、両ニードルの相対位置ずれを所定距離以内とすることができ、噴射前半から噴射後半の噴射率を安定させることができる。また、アウタニードルの外径に制限がある場合であっても、アウタニードルの内部に収容されるインナニードルの強度を低下させることなく、開方向係止部および閉方向係止部を有する連動手段を設けることができる。

請求項２に記載の燃料噴射弁は、両ニードルが共に第１、第２噴孔を閉じている状態において、第１軸方向側面と第１軸方向内壁面との間には、隙間Ａが形成され、第２軸方向側面と第２軸方向内壁面との間には、隙間Ｂが形成されていることを特徴としている。

この構成によれば、経時変化によって両ニードルの全長が変化したとしても、上記隙間Ａ、隙間Ｂによってその変化分を吸収することができ、第１、第２噴孔の閉弁を確実なものとすることができる。

請求項３に記載の燃料噴射弁は、両ニードルが共に第１、第２噴孔を開いた状態から、両ニードルが共に第１、第２噴孔を閉じる状態に移行する際、アウタニードルは、インナニードルよりも先に閉弁方向に移動するニードルであって、
両ニードルは、隙間Ａが隙間Ｂよりも大きくなるような関係であることを特徴としている。

また、請求項４に記載の燃料噴射弁は、両ニードルが共に第１、第２噴孔を開いた状態から、両ニードルが共に第１、第２噴孔を閉じる状態に移行する際、両ニードルは、同時に閉弁方向に移動するニードルであって、
両ニードルは、隙間Ａが隙間Ｂよりも小さくなるような関係であることを特徴としている。

これらの構成によれば、両ニードルが第１、第２噴孔を開いた状態から、閉じる状態に移行する際、両ニードルの相対位置ずれ量を小さくすることができるので、噴射後半の噴射率の低下度合いを高くすることができる。

請求項５に記載の燃料噴射弁は、両ニードルの反噴孔側端部近傍に、凸部および凹溝部が形成されていることを特徴としている。

燃料噴射弁の噴孔側端部は、内燃機関の燃焼室に臨むように内燃機関に配置させるため、燃料噴射弁自体の外径を可能な限り小さくする必要があり、ニードルに凹溝部を形成すると強度が低下する恐れがある。

この構成によれば、凹溝部は、比較的ニードルの径を大きくすることができる反噴孔側端部近傍に形成されているので、凹溝部を形成することによる強度低下を可能な限り小さくすることができる。

請求項６に記載の燃料噴射弁は、隙間Ｂに、弾性部材が設けられていることを特徴としている。

この構成によれば、両ニードルが第１、第２噴孔を閉じている状態のときに、弾性部材は弾性変形可能なため、両ニードルの経時変化に伴う全長の変化があったとしてもこの男性部材でその変化分を吸収することができる。そして、両ニードルが第１、第２噴孔を開いた状態から、閉じる状態に移行する際、隙間Ｂには弾性部材が設けられているため、両ニードルの軸方向の位置関係を両ニードルが第１、第２噴孔を閉じた状態のままに維持することができる。これにより、第１、第２噴孔を同時に閉じることができる。

請求項７に記載の燃料噴射弁の製造方法は、アウタニードルは、第１ニードル軸方向内壁面を有する本体部、および第２ニードル軸方向内壁面を有する蓋部から構成されており、インナニードルをアウタニードルに挿入した後、第１ニードル軸方向内壁面と第２ニードル軸方向内壁面とが対向するように蓋部を本体部に固定することを特徴としている。

この製造方法によれば、アウタニードルよりも径が小さいインナニードルの強度低下を防止しつつ、アウタニードルの部品点数を最小限に抑えることができる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図８に基づいて説明する。図１は、本実施形態における燃料噴射弁の断面図である。図２は、燃料噴射弁のノズルニードルの反噴孔側端部の要部断面図である。図３は、ノズルボディ先端部分の要部断面図である。図４から図７は、燃料噴射弁から燃料を噴射する際のノズルニードルの動作を示す断面図である。図８は、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射率の増減を示すタイミングチャートである。

この燃料噴射弁１は、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジンと省略して呼ぶ）のコモンレール式燃料噴射システムに適用される。この燃料噴射弁１は、気筒毎に設けられ、気筒内に燃料を直接噴射する。

この燃料噴射システムは、燃料噴射弁１、コモンレール９、燃料ポンプ１０、電子制御装置（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１２、燃料配管１３、１４、燃料排出配管１５および燃料タンク１１から成っている。燃料配管１４の一端は、燃料噴射弁１に接続され、もう一端は、コモンレール９に接続されている。燃料配管１３の一端は、コモンレール９に接続され、もう一端は、燃料タンク１１に接続されている。燃料配管１３の管路途中には、燃料ポンプ１０が設けられている。更に、燃料排出配管１５の一端は、燃料噴射弁１に接続され、もう一端は、燃料タンク１１に接続されている。

燃料ポンプ１０は、例えば、エンジンによって駆動される、いわゆる、プランジャ式のサプライポンプであり、燃料タンク１１から吸引した燃料を運転状態等に基づいて定められる圧力まで昇圧する。昇圧された燃料（高圧燃料）は、燃料配管１３を通じてコモンレール９に供給される。

コモンレール９は、運転状態等に応じた燃料圧力を蓄圧する装置であり、常に燃料配管１４を通じて高圧燃料を燃料噴射弁１に供給している。ＥＣＵ１２は、運転状態等に適した燃料量を算出し、算出された燃料量が燃料噴射弁１から噴射できるよう燃料噴射弁１を制御する。なお、噴射に使われなかった燃料（余剰燃料）は、燃料排出配管１５を通じて燃料タンク１１に戻される。

次に燃料噴射弁１の構造を図１から図３に基づいて説明する。燃料噴射弁１は、アクチュエータ部８、３方弁５およびノズル部２から成っている。そして、燃料噴射弁１には、上記燃料配管１３、１４から供給された燃料を上記各部位へ高圧燃料を供給したり、上記各部位からの余剰燃料を排出したりする各種通路（制御通路２７、燃料供給通路２８、燃料排出通路２９、および燃料通路３０）が設けられている。なお、３方弁５が請求項に記載の圧力制御弁に相当する。

制御通路２７は、アクチュエータ部８と３方弁５とを接続する通路であり、燃料供給通路２８は、ノズル部２と燃料配管１４とを接続する通路である。なお、燃料供給通路２８は、途中で分岐しており、３方弁５にも接続されている。燃料通路３０は、３方弁５とノズル部２とを接続する通路である。燃料排出通路２９は、３方弁５と燃料排出配管１５とを接続する通路である。

アクチュエータ部８は、圧電素子８１、ピストン８２から成っている。圧電素子８１は、ＥＣＵ１２に接続されており、ＥＣＵ１２から駆動パルスが入力されると、その駆動パルスのパルス幅に応じて圧電素子８１が伸縮する。圧電素子８１は、駆動パルスがオンになると伸長し、オフとなると元の長さに戻る。圧電素子８１が伸縮すると、その伸縮がピストン８２に伝達される。ピストン８２の一端には、燃料で満たされた制御室８３が形成されているので、圧電素子８１の伸縮により制御室８３内の容積が変化し、制御室８３内の燃料圧力が変化する。この変化した燃料圧力は制御通路２７を介して３方弁５に伝達し、３方弁５を切換駆動させる。

３方弁５は、燃料通路３０と燃料供給通路２８とを接続する第１の位置と、または燃料通路３０と燃料排出通路２９とを接続する第２の位置を有する制御弁である。図１に示す第１の位置では、燃料通路３０と燃料供給通路２８とが接続され、高圧燃料がノズル部２に供給される。第２の位置では、燃料通路３０と燃料排出通路２９とが接続され、ノズル部２内の燃料が燃料タンク１１に排出される。

ノズル部２は、プレート４および請求項１に記載の弁ボディとしてのノズルボディ２１から成っている。ノズルボディ２１は、上端部に開口部を有し、下端部に底部を有する略円筒状の部品であり、この中には、アウタニードル６、インナニードル７、シリンダ４２、アウタスプリング４３、およびインナスプリング４４が収容されている。ノズルボディ２１の上端部には、プレート４が図示しないリテーニングナット等で固定されている。

また、ノズルボディ２１の底部には、第１噴孔としてのアウタ噴孔２２と、第２噴孔としてのインナ噴孔２３が形成されている。アウタ噴孔２２およびインナ噴孔２３は、共にノズルボディ２１の中心軸を中心とした、径の異なる同心円に沿って複数個形成されている。アウタ噴孔２２は、インナ噴孔２３が形成されているよりも外側に形成されている。

アウタニードル６とインナニードル７は、これらの噴孔側端部でそれぞれアウタ噴孔２２、インナ噴孔２３の開放、閉塞を行う弁体である。アウタニードル６は、その中心軸付近に中空部を有する略円筒状の弁体である。インナニードル７は、アウタニードル６の中空部に移動可能に挿入される略円柱状の弁体である。

アウタニードル６の反噴孔側には、アウタニードル６の移動を案内する略円筒状のシリンダ４２が配置されている。シリンダ４２の反噴孔側端部は、プレート４の壁面４１に当接している。シリンダ４２の噴孔側端部とアウタニードル６との間には、アウタニードル６を噴孔方向に移動させる付勢力を付与するアウタスプリング４３が配置されている。プレート４の壁面４１とインナニードル７との間には、インナニードル７を噴孔方向に移動させる付勢力を付与するインナスプリング４４が配置されている。

上述のように各部品が配置されたノズルボディ２１内には、いくつかの空間が形成される。ノズルボディ２１の内壁とアウタニードル６の側壁との間には、ノズル室３２が形成される。このノズル室３２の一端は、プレート４に形成されている通路を介して燃料供給通路２８に通じており、もう一端は、アウタ噴孔２２、インナ噴孔２３に通じている。燃料供給通路２８を通じてノズル室３２に導入される高圧燃料は、アウタ噴孔２２およびインナ噴孔２３から噴射される。

また、ノズルボディ２１の反噴孔側端部には、アウタ反噴孔側受圧面６２、インナ反噴孔側受圧面７２、壁面４１、およびシリンダ４２の内壁によって背圧室３１が区画されている。この背圧室３１は、プレート４に形成されている通路を介して燃料通路３０に通じている。

この燃料通路３０は、３方弁５を介して、燃料供給通路２８と燃料排出通路２９とに接続されている。上述したように３方弁５を切換駆動させることで、背圧室３１内の圧力を調整することができる。背圧室３１内の圧力を調整することにより、両反噴孔側受圧面６２、７２にかかる圧力が変化し、両ニードル６、７を噴孔方向に移動させる力を調整することができる。

アウタニードル６の内壁には、請求項に記載の凹溝部としての環状の凹溝６３が形成されている。この凹溝６３は、底部がアウタニードル６の外壁と略平行となるように、そして、内壁面がアウタニードル６の軸方向並ぶように形成されている。この凹溝６３の反噴孔側の側壁を凹溝上端面６４と呼び、噴孔側の側壁を凹溝下端面６５と呼ぶこととする。なお、凹溝上端面６４は、請求項に記載の第２軸方向内壁面に相当し、凹溝下端面６５は、請求項に記載の第１軸方向内壁面に相当する。

一方、インナニードル７には、頂面が凹溝６３の底部に対向するような請求項に記載の凸部としての突起７３が形成されている。この突起７３の反噴孔側の側壁を突起上端面７４と呼び、噴孔側の側壁を突起下端面７５と呼ぶこととする。なお、突起上端面７４は、請求項に記載の第２軸方向側面に相当し、突起下端面７５は、請求項に記載の第１軸方向側面に相当する。

凹溝上端面６４と突起上端面７４とは対向配置され、凹溝下端面６５と突起下端面７５とは対向配置されている。また、突起７３の幅、すなわち突起上端面７４と突起下端面７５との距離は、凹溝上端面６４から凹溝下端面６５までの距離よりも短くなっている。

両ニードル６、７が両噴孔２２、２３を閉じている状態のとき、突起上端面７４と凹溝上端面６４との間には、隙間Ｂが形成され、突起下端面７５と凹溝下端面６５との間には、隙間Ａが形成されている。また、アウタ反噴孔側受圧面６２と壁面４１との間の距離は、距離Ｌｍａｘとなっている。この距離Ｌｍａｘは、アウタニードル６が移動できる最大移動距離である。隙間Ａは、距離Ｌｍａｘよりも小さく、微少隙間Ｂは、隙間Ａよりも非常に小さくなっている。

上述したように凹溝６３と突起７３の間には、両ニードル６、７が両噴孔２２、２３を閉じている状態のとき、軸方向に隙間Ａ、Ｂが形成されている。これにより、経時変化で両ニードル６、７の全長が変化しても、その変化分を隙間Ａ、Ｂで吸収することができる。また、両ニードル６、７に寸法誤差（寸法公差）が生じていても、隙間Ａ、Ｂによってその寸法誤差（寸法公差）を吸収することができる。これによれば、両ニードル６、７の加工精度を必要以上に高める必要が無くなるので、加工費用の高騰を防ぐことができる。

また、本実施形態では、アウタニードル６に凹溝６３が形成され、インナニードル７に突起７３が形成されている。これによれば、アウタニードル６の外径に制限がある場合であっても、アウタニードル６の内部に収容されるインナニードル７の強度を低下させることなく、凹溝６３と突起７３を設けることができる。

燃料噴射弁１の噴孔側端部は、エンジンの燃焼室に臨むようにエンジンに配置させるため、燃料噴射弁１自体の外径を可能な限り小さくする必要があり、ニードルに凹溝６３を形成すると強度が低下してしまう。本実施形態では、凹溝６３は比較的ニードルの径を大きくすることができる反噴孔側端部近傍に形成されているので、凹溝６３を形成することによるニードルの強度低下を可能な限り小さくすることができる。

次に、両ニードル６、７の噴孔側端部の構造を図３に基づいて説明する。ノズルボディ２１のアウタ噴孔２２の燃料上流側には、アウタニードル６に形成されているアウタ第１弁体部６６が着座するアウタ第１弁座２４が形成され、アウタ噴孔２２の燃料下流側には、アウタニードル６に形成されているアウタ第２弁体部６７が着座するアウタ第２弁座２５が形成されている。そして、インナ噴孔２３とアウタ第２弁座２５との間には、インナニードル７に形成されているインナ弁体部７６が着座するインナ弁座２６が形成されている。

アウタ第１弁座２４は、アウタ第１弁体部６６が着座することによりノズル室３２からの高圧燃料のアウタ噴孔２２への流入を阻止するように配置され、アウタ第２弁座２５は、インナニードル７側からの高圧燃料のアウタ噴孔２２への流入を阻止するように配置されている。インナ弁座２６は、インナ弁体部７６が着座することによりノズル室３２からの高圧燃料のインナ噴孔２３への流入を阻止するように配置されている。

アウタニードル６のノズル室３２に晒されている部分には、アウタ噴孔側受圧面６１が形成されている。インナニードル７の噴孔側には、ノズル室３２から流入した高圧燃料の圧力を受けるインナ噴孔側受圧面７１が形成されている。ノズル室３２からの高圧燃料がこれらの受圧面６１、７１に作用すると、両ニードル６、７に両ニードル６、７を反噴孔方向に移動させる力が発生する。

両ニードル６、７の移動は、両ニードル６、７の噴孔側および反噴孔側に形成されている受圧面に作用する高圧燃料の圧力のバランスによって決定される。

両ニードル６、７の動作を図４〜図７に基づいて説明する。図１に示すように、３方弁５を第１の位置に駆動させた状態では、燃料通路３０は、燃料供給通路２８と接続されるので、背圧室３１内の圧力は、コモンレール９内の圧力と同じとなっている。ノズル室３２にも、燃料供給通路２８を介してコモンレール９内の高圧燃料が供給されているので、ノズル室３２内の圧力もコモンレール９内の圧力と同じとなっている。したがって、両受圧面６１、６２には、同じ圧力がかかっているため、両受圧面６１、６２の面積比によってアウタニードル６に発生する力が決定される。本実施形態の場合、受圧面６１よりも受圧面６２の面積の方が大きいため、アウタニードル６には、常に噴孔方向の力が発生する。更に、アウタニードル６とシリンダ４２との間には、アウタスプリング４３が配置されているので、アウタニードル６は噴孔方向に移動し、アウタ第１、第２弁体部６６、６７はアウタ第１、第２弁座２４、２５に着座し、アウタ噴孔２２から高圧燃料の噴射が停止する。このとき、インナニードル７の受圧面７１には、ノズル室３２内の高圧燃料がおよばないので、インナスプリング４４の付勢力により、インナ弁体部７６がインナ弁座２６に着座する（図４参照）。

３方弁５を第２の位置に駆動させ、背圧室３１内の燃料を燃料排出通路２９、燃料排出配管１５を経由して排出すると、背圧室３１内の圧力は高圧燃料の圧力よりも低下し、アウタ反噴孔側受圧面６２にかかる圧力が低下する。その結果、噴孔方向の力よりも反噴孔方向の力が勝り、アウタニードル６は、反噴孔方向に移動する。その結果、アウタ第１、第２弁体部６６、６７は、アウタ第１、第２弁座２４、２５から離座し、アウタ噴孔２２から高圧燃料が噴射される。

アウタニードル６が反噴孔方向に隙間Ａ分移動すると、凹溝下端面６５と突起下端面７５とが当接する。そして、アウタニードル６は、インナニードル７と共に、アウタ反噴孔側受圧面６２およびインナ反噴孔側受圧面７２がプレート４の壁面４１に当接するまで移動する。このとき、インナ弁体部７６は、インナ弁座２６から離座するので、インナ噴孔２３からも高圧燃料が噴射される（図５参照）。

再び、３方弁５を第１の位置に駆動させ、背圧室３１に高圧燃料を燃料配管１４、燃料供給通路２８を経由して供給すると、背圧室３１内の圧力は、高圧燃料の圧力（ノズル室３２とほぼ同じ圧力）まで上昇し、アウタ反噴孔側受圧面６２にかかる圧力が上昇する。

このとき、インナ反噴孔側受圧面７２は、プレート４の壁面４１に当接しているため、この受圧面７２には高圧燃料の圧力がかからない。したがって、アウタニードル６のみが噴孔方向に移動する（図６参照）。

その後、凹溝上端面６４と突起上端面７４とが当接する。そして、アウタニードル６は、インナニードル７と共に、アウタ第１弁体部６６、アウタ第２弁体部６７、およびインナ弁体部７６が、それぞれ、アウタ第１弁座２４、アウタ第２弁座２５、およびインナ弁座２６に着座するまで移動する。上記全ての弁体部が弁座に着座し、両噴孔２２、２３が閉ざされると、両噴孔２２、２３からの高圧燃料の噴射が終了する（図７参照）。

次に、燃料噴射弁１の動作を図８に基づいて更に詳細に説明する。図８（ａ）は、ＥＣＵ１２から圧電素子８１の駆動を指示する駆動パルスを示したものであり、図８（ｂ）は、背圧室３１の変化を示したものであり、図８（ｃ）は、アウタニードル６、インナニードル７の移動量を示したものであり、図８（ｄ）は、アウタニードル６、インナニードル７が移動したときの噴射率を示したものである。

時刻ｔ１時、ＥＣＵ１２から圧電素子８１に駆動パルスが入力される（図８（ａ）参照）。このとき、圧電素子８１の動作により、３方弁５が第１の位置から第２の位置に駆動される。すると、背圧室３１内の高圧燃料が、燃料通路３０、燃料排出通路２９および燃料排出配管１５を経由して燃料タンク１１に戻される。その結果、背圧室３１の圧力が低下する（図８（ｂ）参照）。

時刻ｔ２時、背圧室３１の圧力が開弁圧力まで低下すると、アウタニードル６には、反噴孔方向の力が発生し、アウタニードル６は、反噴孔方向に移動し始める（図４参照）。すると、アウタ第１、第２弁座２４、２５からアウタ第１、第２弁体部６６、６７が離座し、アウタ噴孔２２から燃料が噴射される。ここで言う、開弁圧力とは、ニードルが反噴孔方向に移動し始める背圧室の圧力である。

背圧室３１内には、インナスプリング４４が配置されているので、このスプリング４４の付勢力により、依然としてインナ弁体部７６は、インナ弁座２６に着座している。このとき、インナ噴孔側受圧面７１には、ノズル室３２からの高圧燃料が作用するが、インナスプリング４４の付勢力が、この時点でインナニードル７が反噴孔方向に移動しないように定められているので、インナニードル７は、移動しない（図４参照）。

時刻ｔ３時、アウタニードル６が隙間Ａ分移動すると、アウタニードル６の凹溝下端面６５が、インナニードル７の突起下端面７５に衝突する。その後、図５に示すようにアウタニードル６、インナニードル７は、両下端面６５、７５が当接したまま、アウタ反噴孔側受圧面６２が壁面４１に当接するまで移動する（時刻ｔ４時）。これにより、両ニードル６、７の相対位置ずれ距離を所定距離以内とすることができる。

本実施形態では、アウタニードル６およびインナニードル７に凹溝６３および突起７３が形成されているので、インナニードル７は、アウタニードル６が隙間Ａ分移動すると、アウタニードル６と共に必ず移動する。本実施形態のインナニードル７の移動は、アウタニードル６の移動に連動しているので、インナニードル７の移動開始タイミングが不安定とはならず、噴射前半において所望の噴射率が得られる（図８（ｄ）参照）。

また、上記隙間Ａを適宜設定することにより、両ニードル６、７の移動開始タイミングを自由に設定することができ、図８（ｄ）に示すような、噴射率に段差を形成するような噴射、いわゆるブーツ型噴射を行うことができる。なお、上記凹溝下端面６５および上記突起下端面７５が請求項の連動手段の開方向係止部に相当する。

時刻ｔ５時、ＥＣＵ１２から圧電素子８１への駆動パルスがオフとなると、３方弁５の位置は、第２の位置に戻る。すると、燃料供給通路２８内の高圧燃料が、背圧室３１に供給される（図８（ｂ）参照）。

時刻ｔ６時、背圧室３１の圧力が閉弁圧力まで上昇すると、アウタニードル６に噴孔方向の力が発生し、アウタニードル６は、噴孔方向に移動し始める（図６参照）。ここで言う、閉弁圧力とは、ニードルが噴孔方向に移動し始める背圧室３１の圧力である。

時刻ｔ７時、アウタニードル６が隙間Ａ＋微少隙間Ｂ分移動すると、アウタニードル６の凹溝上端面６４が、インナニードル７の突起上端面７４に当接する。このとき、両ニードル６、７の軸方向の相対距離は、両ニードル６、７が両噴孔２２、２３を閉じている状態の上記相対距離よりも微小隙間Ｂ分だけ短くなっている。その後、両ニードル６、７は、図７に示すように、上記両上端面６４、７４が当接したまま、噴孔方向に移動する（図７、図８（ｃ）参照）。これにより、両ニードル６、７の相対位置ずれ距離を所定距離以内とすることができる。

時刻ｔ８時、アウタ第１、第２弁体部６６、６７がアウタ第１、第２弁座２４、２５に着座すると、アウタ噴孔２２からの燃料の噴射が停止する。上述したように、両ニードル６、７の相対距離は、微小隙間Ｂ分だけ短くなっているので、インナ弁体部７６がインナ弁座２６に着座するよりも先に、アウタ第１、第２弁体部６６、６７がアウタ第１、第２弁座２４、２５に着座する。時刻ｔ８時、インナ弁体部７６とインナ弁座２６との間には、微少隙間Ｂ分の隙間があいている。その後、時刻ｔ９時に、インナ弁体部７６は、インナ弁座２６に着座し、インナ噴孔２３からの燃料の噴射が停止する（図８（ｃ）参照）。

本実施形態では、アウタニードル６およびインナニードル７に凹溝６３および突起７３が形成されているので、インナニードル７は、アウタニードル６が隙間Ａ＋Ｂ分移動すると、アウタニードル６と共に必ず移動する。本実施形態のインナニードル７の移動は、アウタニードル６の移動に連動しているので、インナニードル７の移動開始タイミングが不安定とはならず、噴射後半において所望の噴射率が得られる（図８（ｄ）参照）。

また、微小隙間Ｂを調整することにより、図８（ｄ）に示すように、両ニードル６、７をほぼ同時に、それぞれの弁座２４、２５、２６に着座させ、両噴孔２２、２３を閉ざすことができる。それは、微小隙間Ｂを可能な限り小さくすることにより達成できる。しかしながら、微小隙間Ｂは、両ニードル６、７の寸法誤差や経時変化に伴う全長の変化分を吸収できる隙間は確保するのが好ましい。なお、上記凹溝下端面６５および上記突起下端面７５が請求項の連動手段の開方向係止部に相当する。

また、本実施形態では隙間Ａが微小隙間Ｂよりも大きく設定している。これにより、噴射後半において噴射率の低下度合いを高くすることができ、素早く噴射を終了することができる。

本実施形態では、両ニードル６、７が両噴孔２２、２３を開いている状態から閉じる状態に移行する際、インナニードル７よりもアウタニードル６が先に噴孔方向に移動する例について説明した。両ニードル６、７が上記凹溝下端面６５と上記突起下端面７５に当接したまま、同時に噴孔方向に移動する形式のものであっても良い。

この形式の場合は、隙間Ａと隙間Ｂとの関係を隙間Ａ＜隙間Ｂとすると良い。これによれば、上述したように噴射後半において噴射率の低下度合いを高くすることができ、素早く噴射を終了することができる。

次に、本発明の燃料噴射弁１の製造方法を図９に基づいて説明する。ここでは、特に両ニードル６、７の組付け行程について説明する。図９は、アウタニードル６とインナニードル７とを組付ける行程を示す図である。

図９に示すように、アウタニードル６は、アウタ第１、第２弁体部６６、６７を有する弁部６８と、凹溝上端面６４およびアウタ反噴孔側受圧面６２の一部を有する略円筒状の蓋部６９との少なくとも２部品から成っている。蓋部６９の外径は、凹溝６３の底部部分の直径とほぼ同じである。

アウタニードル６の弁部６８と蓋部６９とは、焼きばめ、あるいは圧入により固定される。ここでは、焼きばめによる固定手順について説明する。図９に示すように、まず、アウタニードル６の弁部６８に、突起７３が一体成形されたインナニードル７を挿入する。その後、アウタニードル６の弁部６８のみに熱を加えてアウタニードル６を熱膨張させる。アウタニードル６に熱を加えると凹溝６３の底部部分の直径が大きくなる。そこへ、蓋部６９を挿入し、冷却する。これにより、弁部６８と蓋部６９とを固定することができる。なお、弁部６８への蓋部６９の固定は、圧入によって行っても良い。

この製造方法によれば、アウタニードル６よりも径が小さいインナニードル７の強度低下を防止しつつ、アウタニードル６の部品点数を最小限に抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図１０に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同一機能物は、同一符号を付す。ここでは、第１実施形態と相違する特徴点のみを説明する。図１０は、アウタニードル６とインナニードル７の反噴孔側端部付近の構造を示す要部断面図である。

図１０に示すように、アウタニードル６の凹溝上端面６４とインナニードル７の突起上端面７４との間には、請求項の弾性部材としての皿バネ１６が配置されている。この皿バネ１６は、両ニードル６、７が各噴孔２２、２３を閉じている状態で圧縮された状態にある。

隙間Ｂに皿バネ１６が配置されているので、両ニードル６、７が両噴孔２２、２３を開いている状態から両噴孔２２、２３を閉じる状態に移行する際、両ニードル６、７の軸方向の相対距離が、両ニードル６、７が両噴孔２２、２３を閉じている状態の相対距離と同じとすることができる。両噴孔２２、２３が開いている状態と閉じている状態とで、両ニードル６、７の相対距離を同じとすることができれば、両ニードル６、７を各弁座２４、２５、２６に同時に着座させることができ、両噴孔２２、２３からの噴射を同時に停止させることができる。

更に、隙間Ｂに配置されているものは、弾性力を有しているので、両ニードル６、７の寸法誤差や経時変化に伴う全長の変化分を吸収することができる。

なお、請求項に記載の弾性部材としては、皿バネ１６に限定するものではなく、両ニードル６、７の軸方向の相対距離を微調整することができ、かつ、圧縮方向に弾性変形するものであれば良い。例えば、ゴムのようなものでも良いし、軟質の金属でも良い。

本実施形態における燃料噴射弁の断面図である。 燃料噴射弁のノズルニードルの反噴孔側端部の要部断面図である。 ノズルボディ先端部分の要部断面図である。 アウタニードルのみが反噴孔方向に移動している状態を示す。 アウタニードル、インナニードルが反噴孔方向に移動している状態を示す。 アウタニードルのみが噴孔方向に移動している状態を示す。 アウタニードル、インナニードルが噴孔方向に移動している状態を示す。 図８（ａ）は、ＥＣＵから圧電素子の駆動を指示する駆動パルスを示したものであり、図８（ｂ）は、背圧室の圧力変化を示したものであり、図８（ｃ）は、アウタニードル、インナニードルの移動量を示したものであり、図８（ｄ）は、アウタニードル、インナニードルが移動したときの噴射率を示したものである。 アウタニードルとインナニードルとを組付ける行程を示す図である。 アウタニードルとインナニードルの反噴孔側端部付近の構造を示す要部断面図である。 本発明の出願人が出願した燃料噴射弁の断面図である。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
２ ノズル部
２１ ノズルボディ（弁ボディ）
２２ アウタ噴孔（第１噴孔）
２３ インナ噴孔（第２噴孔）
２４ アウタ第１弁座
２５ アウタ第２弁座
２６ インナ弁座
２７ 制御通路
２８ 燃料供給通路
２９ 燃料排出通路
３０ 燃料通路
３１ 背圧室
３２ ノズル室
４ プレート
４１ 壁面
４２ シリンダ
４３ アウタスプリング
４４ インナスプリング
５ ３方弁（圧力制御弁）
６ アウタニードル
６１ アウタ噴孔側受圧面
６２ アウタ反噴孔側受圧面
６３ 凹溝（連動手段）
６４ 凹溝上端面（閉方向係止部）
６５ 凹溝下端面（開方向係止部）
６６ アウタ第１弁体部
６７ アウタ第２弁体部
６８ 弁部
６９ 蓋部
７ インナニードル
７１ インナ噴孔側受圧面
７２ インナ反噴孔側受圧面
７３ 突起（連動手段）
７４ 突起上端面（閉方向係止部）
７５ 突起下端面（開方向係止部）
８ アクチュエータ部
８１ 圧電素子
８２ ピストン
８３ 制御室
９ コモンレール
１０ 燃料ポンプ
１１ 燃料タンク
１２ ＥＣＵ
１３ 燃料配管
１４ 燃料配管
１５ 燃料排出配管
１６ 皿バネ（弾性部材）

Claims (7)

1. 燃料供給ポンプから供給された燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射弁であって、
   第１噴孔と、第２噴孔とを有する弁ボディと、
   前記弁ボディ内に収容され、前記第１噴孔を開閉するアウタニードルと、
   前記アウタニードル内に収容され、前記第２噴孔を開閉するインナニードルと、
   前記両ニードルに作用する圧力を蓄積し、この圧力が変化することにより前記両ニードルの移動を制御する背圧室と、
   前記背圧室の圧力を調整する圧力制御弁と、
   前記両ニードルが前記第１、第２噴孔を閉じた状態から、前記両ニードルが共に前記第１、第２噴孔を開く状態に移行する際に、前記両ニードルの相対位置ずれを所定距離以内にするように係止して開弁方向に移動させる開方向係止部、および前記両ニードルが共に前記第１、第２噴孔を開いた状態から、前記両ニードルが共に前記第１、第２噴孔を閉じる状態に移行する際に、前記両ニードルの相対位置ずれを所定距離以内にするように係止して閉方向に移動させる閉方向係止部を有する連動手段と、を備え、
   前記インナニードルの側壁には、径方向に突出する凸部が形成され、
   前記アウタニードルの、前記インナニードルの前記側壁と対向する側壁には、底部が前記凸部の先端部と対向するような凹溝部が形成されており、
   前記連動手段の前記開方向係止部は、前記凸部の第１軸方向側面と、該第１軸方向側面と対向する前記凹溝部の第１軸方向内壁面とからなり、
   前記連動手段の前記閉方向係止部は、前記凸部の第２軸方向側面と、該第２軸方向側面と対向する前記凹溝部の第２軸方向内壁面とからなっていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記両ニードルが共に前記第１、第２噴孔を閉じている状態において、
   前記第１軸方向側面と前記第１軸方向内壁面との間には、隙間Ａが形成され、
   前記第２軸方向側面と前記第２軸方向内壁面との間には、隙間Ｂが形成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. 前記両ニードルが共に前記第１、第２噴孔を開いた状態から、前記両ニードルが共に前記第１、第２噴孔を閉じる状態に移行する際、前記アウタニードルは、前記インナニードルよりも先に閉弁方向に移動するニードルであって、
   前記両ニードルは、前記隙間Ａが前記隙間Ｂよりも大きくなるような関係であることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記両ニードルが共に前記第１、第２噴孔を開いた状態から、前記両ニードルが共に前記第１、第２噴孔を閉じる状態に移行する際、前記両ニードルは、同時に閉弁方向に移動するニードルであって、
   前記両ニードルは、前記隙間Ａが前記隙間Ｂよりも小さくなるような関係であることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
5. 前記両ニードルの反噴孔側端部近傍に、前記凸部および前記凹溝部が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弁。
6. 前記隙間Ｂには、弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
7. 請求項１に記載されている燃料噴射弁の製造方法であって、
   前記アウタニードルは、前記第１軸方向内壁面を有する本体部、および前記第２軸方向内壁面を有する蓋部から構成されており、
   前記インナニードルを前記アウタニードルに挿入した後、前記第１軸方向内壁面と前記第２軸方向内壁面とが対向するように前記蓋部を前記本体部に固定することを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。

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