JP6766711B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。

ピエゾ素子をアクチュエータとして、ノズルニードル弁を油圧制御する方式の燃料噴射装置において、高圧化、噴射量のばらつき低減、および静リークレスの要求がある。このような要求に応えるため、たとえば特許文献１に記載の燃料噴射装置は、摺動隙間を常時流れる漏れがない静リークレス構造を有している。

特開２０１６−５３３５４号公報

特許文献１に記載の燃料噴射装置では、バルブニードルの加工精度の問題および組付け時の位置ずれ等により、組付け状態においてバルブニードルに傾きが生じることがある。さらに中間室に燃料が流入する際の流体力等により、バルブニードルが傾いて回転すると、下シート部の燃料通路面積が変動する。この場合、中間室への燃料流入量が変化することになるので、安定した噴射量を供給することが困難である。

また特許文献１のようにバルブニードルの周りにはバルブスプリングが設けられる。そして下シート部を通過する高圧燃料は、バルブスプリングの線間隙間を通過して圧力制御室に流れ込む。したがってバルブスプリングの仕様によっては、バルブスプリングの線間隙間が絞り部となり、バルブスプリングの個体差、バルブスプリングの回転方向の組付け向き、およびバルブスプリング作動時の動的な線間隙間の変動により噴射性能が変わるおそれがある。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、噴射性能の変化を抑制しつつ、高圧化が可能である制御部材を有する燃料噴射装置を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明は、燃料流路（１５）を通じて供給される燃料を噴孔（４４）から噴射し、供給された燃料の一部を戻り流路（１６）に排出する燃料噴射装置（１００）であって、
噴孔、燃料流路に連通する高圧流路（４２）、高圧流路を通じて供給される燃料が流入する圧力制御室（４６）、高圧流路を通じて供給される燃料が流入する収容室（５８）、圧力制御室の燃料が流出する中間室（４７）、圧力制御室と中間室とを連通する流出通路（５５）、収容室と中間室とを連通する中間通路（５９）、および中間室から戻り流路へと燃料を排出する排出通路（５６）を形成している弁ボデー（５１）と、
収容室に収容され、圧力制御室の圧力変動によって往復変位することにより、噴孔を開閉する弁体（５０）と、
中間室に収容され、排出通路が連通し、かつ中間通路を遮断した第１状態と、排出通路を遮断し、かつ中間通路を連通した第２状態とを切替えて、圧力制御室の圧力を変動させる制御部材（５４）と、
中間室に収容され、一端が中間室の噴孔側の下シート部に接触し、他端が制御部材に接触して、制御部材を反噴孔側に付勢する制御部材用スプリング（６０）と、
制御部材を噴孔側又は反噴孔側に変位させる駆動部（５２）と、を含み、
駆動部によって制御部材を第１状態にすると、少なくとも流出通路、中間室および排出通路を介して圧力制御室の燃料が流出して圧力制御室の圧力が下降して、弁体が変位して噴孔を開状態とし、駆動部によって制御部材を第２状態にすると、少なくとも高圧流路を介して圧力制御室に燃料が流入して、圧力制御室の圧力が上昇して、弁体が変位して噴孔を閉状態にするものであり、
制御部材（５４）は、第１状態では、中間室の下シート部（４７ｂ）に接触して、中間通路を遮断し、第２状態では、中間室の反噴孔側の上シート部（４７ａ）に接触して、排出通路を遮断し、下シート部には、中間通路（５９）の開口（５９ｂ）と流出通路（５５）の開口（５５ａ）との間であって、中間通路の開口を囲む周囲溝（８１）と、周囲溝と流出通路の開口とを連通する連通溝（８２）と、が形成されている燃料噴射装置である。

このような本発明に従えば、駆動部が駆動して、制御部材を噴孔側に押圧すると、制御部材用スプリングの反噴孔側の付勢力に抗して、制御部材が噴孔側に移動する。また駆動部が停止すると、制御部材は制御部材用スプリングによって反噴孔側に移動する。これによって制御部材は、中間室の下シート部から離間し、中間通路を介して収容室からの燃料が中間室に流入する。下シート部から流入した燃料は、下シート部に形成された周囲溝と連通溝を通過して、流出通路に流れ込む。周囲溝と連通溝は、制御部材用スプリングを迂回する経路である。また周囲溝と連通溝は、制御部材の姿勢によっては通路断面積の影響を受けない。したがって中間通路から中間室に流入した燃料は、周囲溝および連通溝という経路によって流出通路に流れる。このように制御部材の姿勢、および制御部材用スプリングの形状に影響を受けない経路があるので、噴射性能の変化を抑制することができる。また高圧化によって制御部材の姿勢に影響を与えても、周囲溝および連通溝によって流量の変動を抑制することができる。したがって本発明の構成によると、高圧化による制御部材の変位に対しても耐性を有する。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

燃料供給システムを示すシステム図。 燃料噴射装置を簡略化して示す断面図。 燃料噴射装置の動作を説明するための図。 バルブニードルを示す正面図。 下シート部４７ｂを拡大して示す斜視図。 第２実施形態の第１実施例の下シート部４７ｂを拡大して示す平面図。 第２実施形態の第２実施例の下シート部４７ｂを拡大して示す平面図。 第３実施形態の下シート部４７ｂを拡大して示す平面図。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態を用いて説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図５を用いて説明する。図１に示す燃料供給システム１０には、第１実施形態による燃料噴射装置１００が用いられている。燃料供給システム１０は、内燃機関であるディーゼル機関２０の燃焼室２２に、燃料噴射装置１００によって燃料を供給する。燃料供給システム１０は、フィードポンプ１２、高圧燃料ポンプ１３、コモンレール１４、機関制御装置１７、および複数の燃料噴射装置１００を含んで構成されている。

フィードポンプ１２は、燃料タンク１１内に貯留された燃料を高圧燃料ポンプ１３に圧送するポンプである。フィードポンプ１２は、燃料配管１２ａによって高圧燃料ポンプ１３と接続されている。燃料タンク１１には、軽油などの燃料が貯留されている。

高圧燃料ポンプ１３は、ディーゼル機関２０の出力軸によって駆動される。高圧燃料ポンプ１３は、燃料配管１３ａによってコモンレール１４と接続されている。高圧燃料ポンプ１３は、フィードポンプ１２によって供給された燃料をさらに昇圧し、コモンレール１４に供給する。

コモンレール１４は、燃料配管１４ａを介して複数の燃料噴射装置１００と接続されている。図１では、１つの燃料噴射装置１００を示し、他の燃料噴射装置１００の図示は省略している。燃料配管１４ａは、燃料を各燃料噴射装置１００に供給する燃料流路１５を形成している。コモンレール１４は、高圧燃料ポンプ１３から供給される高圧の燃料を一時的に蓄え、圧力を保持したまま各燃料噴射装置１００に分配する。コモンレール１４において余剰となった燃料は、減圧されつつ、余剰燃料配管１４ｂに排出される。余剰燃料配管１４ｂは、燃料タンク１１に余剰燃料を還流させる戻り流路１６を形成している。

機関制御装置１７は、燃料噴射制御装置であって、演算回路としてのプロセッサ、ＲＡＭ、および書き換え可能な不揮発性の記憶媒体を含むマイクロコンピュータ又はマイクロコントローラと、各燃料噴射装置１００を駆動する駆動回路とを含む構成である。機関制御装置１７は、ディーゼル機関２０の稼動状態に応じて各燃料噴射装置１００の作動を制御する。

機関制御装置１７は、各種センサからの情報を取得し、各部を制御する。機関制御装置１７は、たとえばコモンレール１４の圧力を検出する圧力センサから取得した燃料圧力を用いて、コモンレール１４の圧力を制御する。

燃料噴射装置１００には、燃料配管１４ａおよび戻り配管１４ｃが接続されている。燃料噴射装置１００は、燃焼室２２を形成するヘッド部材２１の挿入孔に挿入された状態で、ヘッド部材２１に取り付けられている。燃料噴射装置１００は、燃料流路１５を通じて供給される燃料を、複数の噴孔４４から燃焼室２２内に直接的に噴射する。燃料噴射装置１００は、噴孔４４からの燃料の噴射を制御する弁機構を備えている。弁機構は、機関制御装置１７からの駆動信号に基づいて作動するバルブニードル５４（図２参照）と、噴孔４４を開閉するノズルニードル５０と、を含んでいる。燃料噴射装置１００は、噴孔４４を開閉するために、燃料流路１５を通じて供給される燃料の一部を使用する。噴孔４４の開閉に用いられた燃料は、減圧されつつ、戻り配管１４ｃに排出される。戻り配管１４ｃは、余剰燃料配管１４ｂと共に、燃焼に用いられなかった燃料を燃料タンク１１に還流させる戻り流路１６を形成している。

次に、燃料噴射装置１００に関して、図２を用いて説明する。燃料噴射装置１００は、図２に示すように、ノズルニードル５０、弁ボデー５１、駆動部５２、制御プレート５３およびバルブニードル５４を含んで構成される。

弁ボデー５１は、金属材料よって形成されたシリンダ等の複数の部材を組み合わせることによって構成されている。弁ボデー５１には、シート部４１、高圧流路４２、流入流路４３、噴孔４４、低圧流路４５、圧力制御室４６、中間室４７および駆動部収容室４８が形成されている。

噴孔４４は、燃焼室２２へ挿入される弁ボデー５１において、挿入方向の先端部に形成されている。先端部は、円錐状または半球状に形成されている。噴孔４４は、弁ボデー５１の内側から外側に向けて少なくとも１つ、本実施形態では放射状に複数設けられている。高圧の燃料は、各噴孔４４から燃焼室２２へ向けて噴射される。高圧の燃料は、噴孔４４を通過することによって霧化され、空気と混合し易い状態となる。シート部４１は、弁ボデー５１の先端部の内側に、円錐状に形成されている。シート部４１は、噴孔４４の上流側において高圧流路４２に臨んでいる。

高圧流路４２は、図１に示すコモンレール１４を通じてコモンレール１４から供給される高圧の燃料を、噴孔４４に供給する。流入流路４３は、高圧流路４２と圧力制御室４６とを連通させている。流入流路４３は、高圧流路４２を流通する燃料の一部を圧力制御室４６に流入させる。流入流路４３には、流入オリフィスとしてメインインオリフィス４３ａが設けられている。メインインオリフィス４３ａは、高圧流路４２から圧力制御室４６に流れる燃料の流量を制限する。

低圧流路４５は、弁ボデー５１内を高圧流路４２に沿って延伸している。低圧流路４５は、圧力制御室４６の燃料（リーク燃料）を、燃料噴射装置１００の外部の低圧側である余剰燃料配管１４ｂに流出させる排出通路の一部である。排出通路は、低圧流路４５、中間室４７と、後述する上流側連通路５５、および下流側連通路５６等とによって構成されている。低圧流路４５を流通する燃料の圧力は、圧力制御室４６の燃料の圧力よりも低くなっている。

圧力制御室４６は、弁ボデー５１の内部において、ノズルニードル５０を挟んで噴孔４４の反対側に設けられている。圧力制御室４６は、内部に制御プレート５３を収容し、シリンダ５７およびノズルニードル５０によって区画された円柱状の空間である。圧力制御室４６には、流入流路４３を通じて高圧の燃料が流入する。圧力制御室４６の燃料圧力は、流入流路４３からの高圧の燃料の流入と、中間室４７への燃料の流出と、中間室４７からの流入とにより変動する。圧力制御室４６における圧力変動によってノズルニードル５０が往復変位する。

中間室４７は、バルブニードル５４を収容する空間である。中間室４７は、圧力制御室４６と駆動部収容室４８との間に位置している。中間室４７の軸方向は、圧力制御室４６およびシリンダ５７の軸方向に沿っている。中間室４７と圧力制御室４６との間には、上流側連通路５５が形成されている。中間室４７には、上流側連通路５５を通じて、圧力制御室４６から排出された燃料が流入する。上流側連通路５５の燃料圧力は、中間室４７の燃料圧力と実質的に同一となる。

また中間室４７と駆動部収容室４８との間には、下流側連通路５６が形成されている。下流側連通路５６は、中間室４７から排出された燃料を主に低圧流路４５に流通させる。また中間室４７とノズルニードル５０が収容されているニードル収容室５８との間には、中間通路５９が形成されている。中間室４７には、中間通路５９を通じて、高圧流路４２から供給された燃料がニードル収容室５８を経て流入する。また中間通路５９には、サブインオリフィス５９ａが形成されている。サブインオリフィス５９ａは、中間通路５９の流路面積を部分的に絞る絞り部である。サブインオリフィス５９ａは、バルブニードル５４が閉弁状態である場合に、ニードル収容室５８から中間室４７へ流出する燃料の流量を制限する。

中間室４７を区画する区画壁には、上シート部４７ａ、下シート部４７ｂおよび載置部４７ｃが形成されている。下シート部４７ｂは、中間室４７の区画壁のうちで、中間通路５９の開口５９ｂの周囲を囲む円環状の領域である。下シート部４７ｂは、バルブニードル５４の下端側を着座させる領域となる。

上シート部４７ａは、中間室４７の区画壁のうちで、下流側連通路５６の開口周囲を囲む円環状の領域である。上シート部４７ａは、バルブニードル５４の上端側を着座させる領域となる。載置部４７ｃは、中間室４７の区画壁のうちで、下シート部４７ｂの周囲を囲む領域である。載置部４７ｃには、後述するバルブスプリング６０の一端が載置されている。

ノズルニードル５０は、金属材料によって全体として円柱状に形成されている。ノズルニードル５０は、弁ボデー５１に収容されている。ノズルニードル５０は、金属製の線材を螺旋状に巻設したコイル状のノズルスプリング６１により、噴孔４４側へ向けて付勢されている。ノズルニードル５０は、弁受圧面６２およびフェース部６３を有している。ノズルニードル５０は、圧力制御室４６の燃料圧力を弁受圧面６２に受けることで、円筒状に形成されたシリンダ５７の内周壁面に沿って、軸方向に往復変位する。ノズルニードル５０は、弁ボデー５１に対して相対変位することにより、フェース部６３をシート部４１に離着座させる。フェース部６３は、噴孔４４を開閉する主弁部を、シート部４１と共に形成している。

駆動部収容室４８は、駆動部５２を収容する円柱状の空間である。駆動部収容室４８は、中間室４７から排出された燃料の一部によって満たされている。駆動部収容室４８の軸方向は、中間室４７の軸方向に沿っている。駆動部収容室４８と中間室４７とは、互いに同軸となるように設けられている。

駆動部５２は、駆動部収容室４８に収容されている。駆動部５２は、バルブニードル５４を噴孔側又は反噴孔側に変位させて、圧力制御室４６と低圧流路４５との間を遮断状態から連通状態へと切り替える。駆動部５２は、機関制御装置１７から出力された駆動信号に基づき、発生させる駆動力の大きさを変更可能であり、たとえば二段階の駆動力を発生させることができる。

駆動部５２は、圧電素子積層体６４および伝達機構６５等によって構成されている。圧電素子積層体６４は、例えばＰＺＴ（ＰｂＺｒＴｉＯ３）と呼ばれる層と薄い電極層が交互に積まれた積層体である。圧電素子積層体６４には、機関制御装置１７から出力された入力駆動信号が入力される。圧電素子積層体６４は、駆動信号に応じた電圧（以下、「駆動電圧」）に従って、ピエゾ素子の特性である逆圧電効果により、駆動部収容室４８の軸方向に沿って伸縮する。

伝達機構６５は、圧電素子積層体６４の伸縮を伝達する機構である。伝達機構６５は、ピエゾピストン６６、バルブシリンダ６７、バルブピストン６８およびピストンスプリング６９を有している。ピエゾピストン６６は、円柱状に形成されている。ピエゾピストン６６は、圧電素子積層体６４と接している。ピエゾピストン６６には、伸縮する圧電素子積層体６４の動きが入力される。ピエゾピストン６６とバルブピストン６８とは間隔をあけて、バルブシリンダ６７内に収容されている。ピエゾピストン６６とバルブピストン６８との間は、燃料で満たされており、油密室７０として機能する。

バルブシリンダ６７は、円筒状に形成されており、ピエゾピストン６６およびバルブピストン６８に外嵌されている。ピストンスプリング６９は、軸方向に弾性力を発生させる金属ばねである。ピストンスプリング６９は、バルブシリンダ６７に対してバルブピストン６８をバルブニードル５４へ向けて付勢している。

これによってピエゾピストン６６の変位は、油密室７０を介してバルブピストン６８に伝達される。バルブピストン６８には、中間室４７へ向かって円柱状に突出する駆動ピン７１が形成されている。駆動ピン７１は、下流側連通路５６に挿通されている。駆動ピン７１の先端面は、バルブニードル５４に接触している。

このように駆動部５２は、圧電素子積層体６４の伸縮を伝達機構６５によって軸方向に沿って伝達することで、駆動ピン７１を軸方向に往復変位させる。駆動部５２に入力される駆動電圧が高くなるほど、駆動ピン７１からバルブニードル５４に入力される駆動力、ひいては駆動ピン７１およびバルブニードル５４のリフト量が大きくなる。

制御プレート５３は、金属材料によって円盤状に形成されている。制御プレート５３は、弁ボデー５１の軸方向に沿って往復変位可能な状態で、シリンダ５７の内周側に配置されている。制御プレート５３と弁受圧面６２との間の空間が、実質的に圧力制御室４６となる。制御プレート５３は、制御プレート用スプリング７２により、シリンダ５７に対して上流側連通路５５へ向けて付勢されている。制御プレート５３には、第１アウトオリフィス５３ａが形成されている。第１アウトオリフィス５３ａは、制御プレート５３を板厚方向に貫通する貫通孔に形成されている。制御プレート５３の貫通孔および第１アウトオリフィス５３ａは、上流側連通路５５と圧力制御室４６とを連通している連通路として機能する。第１アウトオリフィス５３ａは、制御プレート５３が流入流路４３のメインインオリフィス４３ａを塞いでいる状態において、圧力制御室４６から上流側連通路５５および中間室４７へと流通する燃料の流量を制限する。

次に、バルブニードル５４に関して説明する。バルブニードル５４は、下流側連通路５６が連通し、かつ中間通路５９を遮断した第１状態と、下流側連通路５６を遮断し、かつ中間通路５９を連通した第２状態とを切替えて、圧力制御室４６の圧力を変動させる制御部材である。バルブニードル５４は、本実施形態ではきのこ状であって、円盤部５４ａと円柱部５４ｂとを有する。円盤部５４ａは、円柱部５４ｂよりも直径が大きい。円柱部５４ｂは、円盤部５４ａよりも軸方向の寸法が大きい。円盤部５４ａの上面は、球面状である。また円柱部５４ｂの先端は、平坦状である。駆動部５２が駆動力を発生させていない場合には、下流側連通路５６を閉鎖させる。一方、駆動部５２が駆動力を発生させている場合には、バルブニードル５４は、下流側連通路５６を開状態にする。

バルブニードル５４は、中間室４７に収容されている。バルブニードル５４は、中間室４７内を軸方向に沿って変位可能である。バルブニードル５４の円柱部５４ｂは、コイルばね状に形成されたバルブスプリング６０が挿入される。バルブスプリング６０の一端は、載置部４７ｃに接触し、他端がバルブニードル５４の円盤部５４ａに接触する。これによってバルブスプリング６０は、バルブニードル５４を載置部４７ｃに対して反噴孔側である駆動部収容室４８へ向けて付勢する。

バルブニードル５４には、上フェース部５４ｃが形成されている。上フェース部５４ｃは、下流側連通路５６と対向するバルブニードル５４の上端面に形成されている。上フェース部５４ｃは、球面状の傾斜した斜面によって円環状に形成されている。上フェース部５４ｃは、バルブスプリング６０の弾性力により、上シート部４７ａと接触する。バルブスプリング６０の付勢力と、中間室４７および低圧流路４５間における燃料圧力差とにより、上フェース部５４ｃは、上シート部４７ａに押し付けられる。上フェース部５４ｃの上シート部４７ａへの着座により、バルブニードル５４は、閉弁状態となる。このとき、中間通路５９は、中間室４７と連通状態にある。

バルブニードル５４には、下フェース部５４ｄが形成されている。下フェース部５４ｄは、中間通路５９と対向するバルブニードル５４の円柱部５４ｂの先端に形成されている。下フェース部５４ｄは、平坦状に形成されている。下フェース部５４ｄは、駆動ピン７１の押圧により、下シート部４７ｂに押し付けられる。下フェース部５４ｄの下シート部４７ｂへの着座により、バルブニードル５４は、閉弁状態となり、中間通路５９を遮断する。

バルブニードル５４では、軸方向に沿って圧力制御室４６から駆動部収容室４８へ向かう方向が閉弁方向となり、軸方向に沿って駆動部収容室４８から圧力制御室４６へ向かう方向が開弁方向となる。駆動部５２が駆動力を発生させていない場合には、バルブニードル５４の上シート部４７ａへの着座により、下流側連通路５６は閉鎖された状態となる。また、閉弁位置にあるバルブニードル５４と下シート部４７ｂとの間には、開弁ギャップが形成されている。開弁ギャップは、バルブニードル５４の変位を許容する空間として機能する。

次に、燃料噴射装置１００の噴射作動の詳細を、図３を用いて説明する。図３（１）に示すように、噴射開始前では、機関制御装置１７から駆動部５２への駆動電圧の印加は中断されている。故に、駆動部５２は、駆動力を実質的に発生させていない。そのため、バルブニードル５４は、上フェース部５４ｃを上シート部４７ａに当接させた閉弁位置にて静止している。またバルブニードル５４と下シート部４７ｂとの間には、開弁ギャップが形成されている。バルブニードル５４が閉弁状態にあることで、中間室４７の燃料圧力は、実質的に圧力制御室４６の燃料圧力と同程度まで上昇している。以上の状態では、制御プレート５３は、制御プレート用スプリング７２の弾性力により、流入流路４３の開口周囲の壁面に押し当てられている。また、ノズルニードル５０は、フェース部６３をシート部４１に当接させた閉弁位置にて静止している。

次に、図３（２）に示すように、機関制御装置１７から駆動部５２への駆動電圧の印加が開始され、ピエゾ駆動がＯＮとなる。これにより駆動部５２は、駆動力を発生させる。機関制御装置１７は、バルブニードル５４の開弁力よりも大きい駆動力がバルブニードル５４に作用するよう、駆動部５２に印加する駆動電圧を制御する。

駆動部５２が駆動力を発生させている場合、駆動ピン７１が変位する。駆動ピン７１によって押し下げられたバルブニードル５４は、開弁方向への変位により、上フェース部５４ｃを上シート部４７ａから離座させる。そうしたうえで、バルブニードル５４は、下シート部４７ｂに円柱部５４ｂの先端の下フェース部５４ｄを当接させる。こうしたバルブニードル５４の開弁方向への変位により、開弁ギャップは消失する。また中間通路５９が閉弁され、中間通路５９から中間室４７への燃料の流入が遮断される。

以上のバルブニードル５４の開弁により、圧力制御室４６と低圧流路４５との間は、遮断状態から連通状態へと切り替わる。その結果、圧力制御室４６の高圧燃料は、制御プレート５３の第１アウトオリフィス５３ａ、上流側連通路５５、中間室４７を順に流通し、下流側連通路５６を経て低圧流路４５へ排出される。

このとき、第１アウトオリフィス５３ａの絞り面積により、下流側連通路５６の流路面積が規定される。故に、下流側連通路５６は、圧力制御室４６から低圧流路４５への燃料の流出流量が第１アウトオリフィス５３ａによって制限された絞り状態となる。

開口面積は、上シート部４７ａおよび上フェース部５４ｃの間の流路面積である。第１アウトオリフィス５３ａによる流量制御を可能にするため、開弁ギャップは、開口面積が第１アウトオリフィス５３ａの絞り面積よりも大きくなるように予め規定されている。

このような下流側連通路５６を通じた燃料の流出により、圧力制御室４６の燃料圧力は、徐々に低下する。その結果、ノズルニードル５０は、フェース部６３に作用する高圧燃料の圧力により、圧力制御室４６へ向けて徐々に加速しつつ開弁方向に変位する。以上によるノズルニードル５０の開弁により、噴孔４４からの燃料噴射が開始される。

このように駆動部５２によってバルブニードル５４を第１状態にすると、制御プレート５３は流入流路４３を遮断した状態で、第１アウトオリフィス５３ａ、上流側連通路５５、中間室４７および低圧流路４５を介して圧力制御室４６の燃料が流出する。これによって圧力制御室４６の圧力が下降し、ノズルニードル５０が変位して噴孔４４を開状態とする。

次に、図３（３）に示すように、閉弁動作時に関して説明する。閉弁動作時では、機関制御装置１７から駆動部５２への駆動電圧の印加が中断され、ピエゾ駆動がＯＦＦとなる。すると、駆動部５２の駆動力は、バルブニードル５４の開弁力を下回り、やがて消失する。以上により、バルブニードル５４は、バルブスプリング６０の付勢力と燃料圧力とによって閉弁方向へ向けて変位する。これによって上フェース部５４ｃを上シート部４７ａに当接させた閉弁状態に戻る。その結果、圧力制御室４６と低圧流路４５との間が連通状態から遮断状態へと切り替えられ、下流側連通路５６は、閉鎖された状態に戻る。

一方、制御プレート５３は、流入流路４３から流入する高圧燃料の燃料圧力によって押し下げられる。これによってメインインオリフィス４３ａを介して、流入流路４３から圧力制御室４６に燃料が流入する。またバルブニードル５４が閉弁方向に変位して、下シート部４７ｂと離間すると、中間通路５９のサブインオリフィス５９ａが開放される。その結果、ニードル収容室５８の高圧燃料は、中間通路５９、中間室４７、上流側連通路５５、圧力制御室４６を順に流通する。これにより、中間室４７および圧力制御室４６の各燃料圧力は、一体的に回復する。

この結果、図３（４）に示すように、ノズルニードル５０は、圧力制御室４６の燃料圧力によって押し下げられて、閉弁位置にてフェース部６３をシート部４１に当接させた状態に戻る。以上のノズルニードル５０の閉弁により、噴孔４４からの燃料噴射は中断される。そして、圧力制御室４６の燃料圧力が回復すると、制御プレート５３が流入流路４３のメインインオリフィス４３ａを塞いでいる状態となる。これによって図３（１）に示す状態となる。

このように駆動部５２によってバルブニードル５４を第２状態にすると、制御プレート５３は流入流路４３の圧力で流入流路４３を連通した状態となる。したがって流入流路４３およびニードル収容室５８、中間通路５９、中間室４７および上流側連通路５５を介して圧力制御室４６に燃料が流入して、圧力制御室４６の圧力が上昇して、ノズルニードル５０が変位して噴孔４４を閉状態にする。

次に、中間室４７の構成に関して、図４および図５を用いてさらに詳細に説明する。中間室４７の下シート部４７ｂには、周囲溝８１と連通溝８２が形成されている。周囲溝８１は、中間通路５９の開口５９ｂと上流側連通路５５の開口５５ａとの間であって、中間通路５９の開口５９ｂを囲むように形成されている。周囲溝８１は、下シート部４７ｂから凹となる溝である。周囲溝８１は、円環状に形成されている。また周囲溝８１は、載置部４７ｃよりも内側に形成されている。

連通溝８２は、周囲溝８１と上流側連通路５５の開口５５ａとを連通し、下シート部４７ｂから凹となる溝である。連通溝８２は、上流側連通路５５の開口５５ａと周囲溝８１とを結ぶ最短経路に形成されている。したがって連通溝８２は、噴孔４４側に見て直線状に延びる。周囲溝８１は、中間通路５９の開口５９ｂを囲んでいるので、連通溝８２は中間通路５９の開口５９ｂと上流側連通路５５の開口５５ａとを結ぶ経路状に配置されている。

周囲溝８１および連通溝８２の流路面積、すなわち通路断面積は、サブインオリフィス５９ａの流路面積よりも大きい。換言すると、サブインオリフィス５９ａの流路面積は、周囲溝８１および連通溝８２の流路面積よりも小さい。これによって中間通路５９、中間室４７および上流側連通路５５に順に流れる経路においては、サブインオリフィス５９ａを通過するときの流路面積が最も小さくなる。

バルブニードル５４の円柱部５４ｂの直径Ｄ１は、周囲溝８１の外径Ｄ２よりも小さい。また円柱部５４ｂの直径Ｄ１は、周囲溝８１の内径Ｄ３よりも大きい。したがって円柱部５４ｂの外縁は、周囲溝８１の反噴孔側に位置する。これによって中間通路５９の開口５９ｂと周囲溝８１との間の領域にて、円柱部５４ｂの下フェース部５４ｄが接触する。

載置部４７ｃは、周囲溝８１の外周に位置する。また本実施形態では、下シート部４７ｂと載置部４７ｃとは、面一である。バルブスプリング６０の内径は、周囲溝８１の外径Ｄ２よりも大きい。またバルブスプリング６０を構成する線材の線径は、好ましくは周囲溝８１の幅よりも大きい。これによってバルブスプリング６０が周囲溝８１に嵌まることを抑制している。

次に、周囲溝８１および連通溝８２による燃料流れに関して説明する。前述のように、駆動部５２への噴射指令がＯＦＦとなった場合、バルブニードル５４が上昇し、下シート部４７ｂを開弁、引き続いて上シート部４７ａを閉弁する。これによって下シート部４７ｂからの高圧燃料は、上流側連通路５５を通じて圧力制御室４６に流れ込み、圧力制御室４６の圧力が上昇し、ノズルニードル５０を閉弁し、燃料噴射を停止する。

この下シート部４７ｂから圧力制御室４６に燃料が流れ込む際、周囲溝８１および連通溝８２を有しない比較例では、下シート部４７ｂから流れ出た燃料がバルブスプリング６０の線間隙間を通過して上流側連通路５５に流れ込む。これに対して本実施形態では、下シート部４７ｂから流れ出た燃料は、周囲溝８１および連通溝８２を通過して上流側連通路５５に流れ込む。これにより、安定して高圧燃料を圧力制御室４６に流すことができ、噴射量変動を抑制できる。

以上説明したように本実施形態の燃料噴射装置１００は、下シート部４７ｂ、中間室４７、上流側連通路５５の順に、圧力制御室４６に流れ込む燃料のばらつき低減に着目し、周囲溝８１および連通溝８２を下シート部４７ｂに設けている。これによって下シート部４７ｂから流入した燃料は、下シート部４７ｂに形成された周囲溝８１と連通溝８２を通過して、上流側連通路５５に流れ込む。周囲溝８１と連通溝８２は、バルブニードル５４を迂回する経路である。また周囲溝８１と連通溝８２は、バルブニードル５４の姿勢によっては通路断面積の影響を受けない。したがって中間通路５９から中間室４７に流入した燃料は、周囲溝８１および連通溝８２という経路によって上流側連通路５５に流れる。このようにバルブニードル５４の姿勢、およびバルブスプリング６０の形状に影響を受けない経路があるので、噴射性能の変化を抑制することができる。また高圧化によってバルブニードル５４の姿勢に影響を与えても、周囲溝８１および連通溝８２によって流量の変動を抑制することができる。したがって本実施形態では、高圧化によるバルブニードル５４の変位に対しても耐性を有する。

さらに高圧燃料の流れをバルブスプリング６０の線間隙間から、周囲溝８１および連通溝８２に変えることで、安定して高圧燃料を圧力制御室４６に流すことができる。したがって高圧化においても噴射量変動を抑制できる。

また本実施形態では、連通溝８２は上流側連通路５５の開口５５ａと周囲溝８１とを結ぶ最短経路を有する。これによって連通溝８２から上流側連通路５５の開口５５ａまでの流路抵抗を小さくすることができる。したがって周囲溝８１を通過した燃料を円滑に上流側連通路５５に流して、流量の変動をさらに抑制することができる。

さらに本実施形態では、中間通路５９は、部分的に流路面積が小さい絞り部として、サブインオリフィス５９ａを有する。サブインオリフィス５９ａの通路断面積は、連通溝８２および周囲溝８１の流路面積よりも小さい。サブインオリフィス５９ａによって、流量を制限して、中間室４７に流入する燃料流量を制御している。したがって連通溝８２および周囲溝８１がサブインオリフィス５９ａとの関係において、流路抵抗とはならないので、円滑に上流側連通路５５に燃料を排出することができる。

第１実施形態において、下流側連通路５６が「排出通路」に相当し、ノズルニードル５０が「弁体」に相当する。また、バルブニードル５４が「制御部材」に相当し、バルブスプリング６０が「制御部材用スプリング」に相当し、上流側連通路５５が「流出通路」に相当する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図６および図７を用いて説明する。本実施形態では、連通溝８２の構成が異なる点に特徴を有する。連通溝８２は、外周溝８２ａと接続溝８２ｂとを含む。外周溝８２ａは、周囲溝８１の外側に環状に設けられる。また外周溝８２ａは、上流側連通路５５の開口５５ａと連通する。外周溝８２ａと周囲溝８１との間は、載置部４７ｃとして機能する。

接続溝８２ｂは、周囲溝８１と外周溝８２ａとを連通する複数の溝である。接続溝８２ｂは、複数、図６に示す第１実施例では３つ形成され、図７に示す第２実施例では９つ形成される各接続溝８２ｂは、それぞれ中間通路５９の開口５９ｂから外周溝８２ａの径方向に延びる。各接続溝８２ｂは、外周溝８２ａの周方向に等間隔に配置されている。

また複数の接続溝８２ｂは、図６および図７に示すように、下シート部４７ｂを噴孔４４側に見て、中間通路５９の開口５９ｂと上流側連通路５５の開口５５ａとを結ぶ仮想直線に対して線対称に配置されている。複数の接続溝８２ｂのうち１つの接続溝８２ｂは、周囲溝８１と上流側連通路５５の開口５５ａとの最短経路を結んでいる。

このように本実施形態では、連通溝８２は、外周溝８２ａと複数の接続溝８２ｂとを含むので、周囲溝８１に流入した燃料が複数の経路を経て上流側連通路５５の開口５５ａに至る。１つの連通溝８２よりもより、円滑に上流側連通路５５の開口５５ａに導くことができる。

また本実施形態では、複数の接続溝８２ｂは所定の仮想直線に対して線対称に配置されている。中間通路５９の開口５９ｂから中間室４７に流入した燃料は、様々な方向に拡散する。そこで接続溝８２ｂを線対称に配置することによって、より円滑に外周溝８２ａに燃料を導くことができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に関して、図８を用いて説明する。本実施形態では、上流側連通路５５の開口５５ａが複数ある点に特徴を有する。上流側連通路５５の開口５５ａは、複数、本実施形態では２つ形成される。上流側連通路５５の開口５５ａは、中間通路５９の開口５９ｂを挟むように配置されている。

連通溝８２も２つ形成され、上流側連通路５５の各開口５５ａと最短経路で結ばれている。また周囲溝８１の外側に外周溝８２ａが形成されている。外周溝８２ａは、上流側連通路５５の２つの開口５５ａに連通している。

このように上流側連通路５５は複数の開口５５ａを有するので、中間室４７から圧力制御室４６に至る経路が複数あり、より円滑に圧力制御室４６に燃料が流れる。また上流側連通路５５の２つの開口５５ａは、中間通路５９の開口５９ｂを挟むように位置しているので、経路が偏ることなくより円滑に上流側連通路５５の開口５５ａに流すことができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、静リークレス構造であったが静リークレス構造に限るものではない。また前述の第１実施形態では、バルブニードル５４は、１つの部材から構成されるが、このような構成に限るものではない。バルブニードル５４を２つの部材を連結するように構成してもよい。これによって駆動部５２のリフト量が可変の場合に、開弁速度を可変にする構造にすることができる。

前述の第１実施形態では、燃料として軽油を噴射する燃料噴射装置１００に適用しているが、軽油以外の燃料、例えばジメチルエーテル等の液化ガス燃料を噴射する燃料噴射装置１００にも適用可能である。

１５…燃料流路 １６…戻り流路 ４２…高圧流路 ４３…流入流路 ４３ａ…メインインオリフィス ４４…噴孔 ４５…低圧流路 ４６…圧力制御室 ４７…中間室 ４７ａ…上シート部 ４７ｂ…下シート部 ４７ｃ…載置部 ５０…ノズルニードル（弁体） ５１…弁ボデー ５２…駆動部 ５３…制御プレート ５３ａ…第１アウトオリフィス ５４…バルブニードル（制御部材） ５５…上流側連通路（流出通路） ５５ａ…上流側連通路の開口 ５６…下流側連通路（排出通路） ５８…ニードル収容室（収容室） ５９…中間通路 ５９ａ…サブインオリフィス（絞り部） ５９ｂ…中間通路の開口 ６０…バルブスプリング（制御部材用スプリング） ８１…周囲溝 ８２…連通溝 ８２ａ…外周溝 ８２ｂ…接続溝 １００…燃料噴射装置

Claims (7)

1. 燃料流路（１５）を通じて供給される燃料を噴孔（４４）から噴射し、供給された燃料の一部を戻り流路（１６）に排出する燃料噴射装置（１００）であって、
   前記噴孔、前記燃料流路に連通する高圧流路（４２）、前記高圧流路を通じて供給される燃料が流入する圧力制御室（４６）、前記高圧流路を通じて供給される燃料が流入する収容室（５８）、前記圧力制御室の燃料が流出する中間室（４７）、前記圧力制御室と前記中間室とを連通する流出通路（５５）、前記収容室と前記中間室とを連通する中間通路（５９）、および前記中間室から前記戻り流路へと燃料を排出する排出通路（５６）を形成している弁ボデー（５１）と、
   前記収容室に収容され、前記圧力制御室の圧力変動によって往復変位することにより、前記噴孔を開閉する弁体（５０）と、
   前記中間室に収容され、前記排出通路が連通し、かつ前記中間通路を遮断した第１状態と、前記排出通路を遮断し、かつ前記中間通路を連通した第２状態とを切替えて、前記圧力制御室の圧力を変動させる制御部材（５４）と、
   前記中間室に収容され、一端が前記中間室の噴孔側の下シート部に接触し、他端が前記制御部材に接触して、前記制御部材を反噴孔側に付勢する制御部材用スプリング（６０）と、
   前記制御部材を前記噴孔側又は反噴孔側に変位させる駆動部（５２）と、を含み、
   前記駆動部によって前記制御部材を前記第１状態にすると、少なくとも前記流出通路、前記中間室および前記排出通路を介して前記圧力制御室の燃料が流出して前記圧力制御室の圧力が下降して、前記弁体が変位して前記噴孔を開状態とし、
   前記駆動部によって前記制御部材を前記第２状態にすると、少なくとも前記高圧流路を介して前記圧力制御室に燃料が流入して、前記圧力制御室の圧力が上昇して、前記弁体が変位して前記噴孔を閉状態にするものであり、
   前記制御部材は、
   前記第１状態では、前記中間室の前記下シート部（４７ｂ）に接触して、前記中間通路を遮断し、
   前記第２状態では、前記中間室の前記反噴孔側の上シート部（４７ａ）に接触して、前記排出通路を遮断し、
   前記下シート部には、
   前記中間通路の開口（５９ｂ）と前記流出通路の開口（５５ａ）との間であって、前記中間通路の開口を囲む周囲溝（８１）と、
   前記周囲溝と前記流出通路の開口とを連通する連通溝（８２）と、が形成されている燃料噴射装置。
2. 前記制御部材用スプリングは、コイルばね状に形成されており、
   前記制御部材用スプリングの内径は、前記周囲溝の外径よりも大きい請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記連通溝は、前記流出通路の開口と前記周囲溝とを結ぶ最短経路を有する請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記連通溝は、
   前記周囲溝の外側に環状に設けられ、前記流出通路の開口と連通する外周溝（８２ａ）と、
   前記周囲溝と前記外周溝とを連通する複数の接続溝（８２ｂ）と、を含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射装置。
5. 複数の前記接続溝は、前記下シート部を前記噴孔側に見て、前記中間通路の開口と前記流出通路の開口とを結ぶ仮想直線に対して線対称に配置されている請求項４に記載の燃料噴射装置。
6. 前記中間室における前記流出通路の開口は、複数形成されており、
   前記連通溝は、前記周囲溝と前記流出通路の各開口とを連通する経路を含む請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料噴射装置。
7. 前記中間通路は、部分的に流路面積が小さい絞り部（５９ａ）を有し、
   前記絞り部の通路断面積は、前記連通溝および前記周囲溝の流路面積よりも小さい請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料噴射装置。

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