JP6922558B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

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Description

この明細書による開示は、燃料噴射装置に関する。
燃料を噴孔から噴射する燃料噴射弁として、例えば特許文献1には、制御室への燃料の出入りに伴って制御室の燃料圧力が変化することでノズルニードルが噴孔を開閉する、という燃料噴射装置が開示されている。この燃料噴射装置においては、弁体が設けられた弁室と制御室とが制御室流路により連通され、燃料を排出する排出流路が弁室に接続されており、弁室から排出流路を通じて燃料が排出されると、制御室の燃料圧力が減少する。この排出流路は、この排出流路を絞るアウトオリフィスを有しており、弁室からの燃料の排出量がこのアウトオリフィスにより制限されることで、制御室の減圧に要する時間がアウトオリフィスにより調整される。
また、上記燃料噴射装置は、弁体を押圧して変位させる変位伝達ピンを有しており、この変位伝達ピンは、弁室に通じた挿通孔に挿通されている。この挿通孔の内周面には、排出流路の上流端である排出口が形成されており、排出流路と弁室とは挿通孔を介して連通されている。この場合、変位伝達ピンの外周面と排出口とが対向しており、弁室から排出口に流れ込む燃料は変位伝達ピンの外周面と挿通孔の内周面との隙間を通ることになる。
特開2016−53354号公報
しかしながら、上記のように変位伝達ピンの外周面と排出口とが対向した構成では、変位伝達ピンが排出口に近付くように軸ずれした場合に、変位伝達ピンが排出口を塞ぐような状態になることが懸念される。このように、変位伝達ピンが排出口に過剰に近づいた場合、排出流路を流れる燃料の排出量が、排出流路のオリフィスにより規定されるのではなく、変位伝達ピンの外周面と挿通孔の内周面との隙間により規定されることが想定される。したがって、変位伝達ピンが軸ずれすることで排出口に近付いたり離れたりすると、それに伴って燃料の排出量が増減してしまう。この結果、制御室の減圧に要する時間がばらつき、噴孔からの燃料噴射量が意図せずに変動しやすくなってしまう。
本開示の主な目的は、燃料噴射量が意図せずに変動することを抑制できる燃料噴射装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、開示された態様は、
燃料を噴孔(50)から噴射する燃料噴射装置(100)であって、
燃料が出入りする制御室(12)と、
制御室への燃料の出入りに伴って制御室の燃料圧力が変化することで噴孔を開閉する噴孔弁体(40)と、
制御室に制御室流路(14)を介して接続された弁室(15)と、
弁室に接続され、弁室から燃料を排出する排出流路(13)と、
排出流路に含まれ、排出流路を流れる燃料の流量を制限するために排出流路を絞る排出絞り部(13a)と、
弁室において変位することで排出流路を開閉する制御弁(30)と、
制御弁が変位する変位方向に延び、変位方向に移動することで制御弁を押圧する押圧部(27)と、
弁室と排出流路とを接続し、且つ押圧部が挿通された押圧通路(18a)と、
を備え、
排出流路の上流端部である排出口(13b)は、押圧通路の内周面に設けられており、
押圧部は、
押圧通路の内周面に当接することが可能な当接部(81)と、
当接部が押圧通路の内周面に当接している場合でも、押圧部の外周面が当接部よりも凹んでいることで、変位方向に直交する直交方向において排出口から離間した位置にて排出口に対向する凹み対向部(82)と、
を有しており、
当接部が押圧通路の内周面に当接している場合に、弁室からの燃料の排出量が凹み対向部と押圧通路の内周面との隙間(G)ではなく排出絞り部により規定されるように、且つ、直交方向において排出口を凹み対向部まで延長した仮想領域である出口領域(VA1,VA2)について、当接部が押圧通路の内周面に当接した状態で排出口の周縁部に沿って延びる外周面の仮想面積(Sa,Sd)が排出口の開放面積(Sc)より大きくなるように、当接部からの凹み対向部の凹み寸法(D4)が設定されている、燃料噴射装置である。
開示された態様は、
燃料を噴孔(50)から噴射する燃料噴射装置(100)であって、
燃料が出入りする制御室(12)と、
制御室への燃料の出入りに伴って制御室の燃料圧力が変化することで噴孔を開閉する噴孔弁体(40)と、
制御室に制御室流路(14)を介して接続された弁室(15)と、
弁室に接続され、弁室から燃料を排出する排出流路(13)と、
排出流路に含まれ、排出流路を流れる燃料の流量を制限するために排出流路を絞る排出絞り部(13a)と、
弁室において変位することで排出流路を開閉する制御弁(30)と、
制御弁が変位する変位方向に延び、変位方向に移動することで制御弁を押圧する押圧部(27)と、
弁室と排出流路とを接続し、且つ押圧部が挿通された押圧通路(18a)と、
を備え、
排出流路の上流端部である排出口(13b)は、押圧通路の内周面に設けられており、
押圧部は、
押圧通路の内周面に当接することが可能な当接部(81)と、
当接部が押圧通路の内周面に当接している場合でも、押圧部の外周面が当接部よりも凹んでいることで、変位方向に直交する直交方向において排出口から離間した位置にて排出口に対向する凹み対向部(82)と、
を有しており、
当接部が押圧通路の内周面に当接している場合に、弁室からの燃料の排出量が凹み対向部と押圧通路の内周面との隙間(G)ではなく排出絞り部により規定されるように、当接部からの凹み対向部の凹み寸法(D4)が設定されており、
押圧通路は、
当接部が挿通された第1通路部(93)と、
第1通路部よりも弁室側に設けられ、第1通路部に比べて当該押圧通路を拡張した第2通路部(94)と、
を有しており、
排出口は、第2通路部の内周面に設けられており、
当接部が第1通路部の内周面に当接している場合において直交方向での凹み対向部と排出口との離間距離が、凹み寸法に直交方向での第1通路部と第2通路部との段差寸法(D7)を加えた値と同じになっている、燃料噴射装置である。
上記態様によれば、押圧部において凹み対向部の凹み寸法が適度に大きいため、凹み対向部が排出口に過剰に近づくということが規制されている。このため、凹み対向部と押圧通路の内周面との隙間が弁室から排出口への燃料の排出量を規定するということを抑制できる。このように、排出口からの燃料の排出量が常に排出絞り部により規定されるため、仮に、押圧部が押圧通路において直交方向に軸ずれしたとしても、制御室の減圧に要する時間がばらつきにくい。したがって、噴孔からの燃料噴射量が意図せずに変動するということを抑制できる。
なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、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ものにすぎず、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
第1実施形態における燃料供給システムの構成を示す概略図。 燃料噴射弁の内部構造を示す縦断面図。 図2の制御弁周辺の拡大図。 図3の小径ピン部周辺の拡大図。 低圧口周辺の構成を示す図4のV−V線断面図。 図5の延長領域周辺の拡大図。 第2実施形態における低圧口周辺の構成を示す燃料噴射弁の横断面図。 第3実施形態における制御弁周辺の構成を示す燃料噴射弁の縦断面図。 低圧口周辺の構成を示す図8のIX−IX線断面図。 第4実施形態における制御弁周辺の構成を示す燃料噴射弁の縦断面図。 第5実施形態における制御弁周辺の構成を示す燃料噴射弁の縦断面図。 変形例9における燃料供給システムの構成を示す概略図。
以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。
(第1実施形態)
図1に示す燃料噴射弁100は、燃料供給システム9に含まれている。燃料供給システム9は、燃料噴射弁100に加えて、燃料タンク2、燃料供給ポンプ3、コモンレール4、制御装置5を有しており、車両等に搭載されている。燃料タンク2には、軽油等の燃料が貯留されており、燃料供給ポンプ3は、燃料タンク2から汲み上げた燃料を加圧してコモンレール4に圧送する。蓄圧容器としてのコモンレール4には、複数の燃料噴射弁100が供給管6を介して接続されており、コモンレール4は、燃料供給ポンプ3から供給された高圧燃料を一時的に蓄え、圧力を保持したまま各燃料噴射弁100に分配する。
ECU(Engine Control Unit)等の制御装置5には、燃料供給ポンプ3やコモンレール4、筒内圧センサ8、燃料噴射弁100等のアクチュエータが電気的に接続されており、制御装置5は、これらアクチュエータの動作制御を行う。筒内圧センサ8は、気筒ごとに燃料噴射弁100のそれぞれに取り付けられており、燃焼室等において筒内圧を検出するセンサである。
燃料噴射弁100は、制御装置5から出力される駆動電流により作動する。制御装置5は、エンジン負荷やエンジン回転速度等に基づき目標噴射量を算出し、燃料噴射弁100へ供給する高圧燃料の圧力に応じて、目標噴射量に相当する噴射期間を算出する。そして、算出した噴射期間に対し、噴射開始遅れ時間や噴射終了遅れ時間を加味して通電期間を算出し、その通電期間に、先述した駆動電流を燃料噴射弁100へ出力する。
燃料噴射弁100は、油圧サーボ式の燃料噴射装置であり、ディーゼルエンジン等の内燃機関1の燃焼室に燃料を噴射する。燃料噴射弁100は、内燃機関1において燃焼室を形成するシリンダヘッド等の挿入孔に挿入された状態で、そのヘッド部分に対して固定されている。燃料噴射弁100は、燃料を噴射する噴孔50を有しており、この噴孔50を開閉するために、供給管6から供給される高圧燃料の一部を使用する。噴孔50の開閉に使用された燃料は、高圧燃料に比べて圧力が低くなった低圧燃料として、燃料噴射弁100から戻り管7を通じて燃料タンク2に戻される。
図2に示すように、燃料噴射弁100は、弁ボデー10、駆動部20、制御弁30、ノズルニードル40及び噴孔50を有する。なお、ノズルニードル40が噴孔弁体に相当する。駆動部20、制御弁30、ノズルニードル40は、弁ボデー10に設けられた所定の空間に収容されている。そして、噴孔50は弁ボデー10の先端に形成されている。
弁ボデー10には、噴孔流路11、ニードル収容室16、圧力制御室12、低圧流路13、制御弁室15及び駆動部収容室18が形成されている。噴孔流路11は、供給管6を通してコモンレール4から供給される高圧の燃料を、噴孔50に供給する。噴孔流路11から流入した高圧の燃料は、ニードル収容室16へ流入する。そのため、燃料噴射圧力は、高圧流路圧力Pと等しい。なお、圧力制御室12が制御室に相当し、制御弁室15が弁室に相当する。
ニードル収容室16には、ノズルニードル40が収容されている、ノズルニードル40は、弁ボデー10に形成された噴孔50の開弁と閉弁とを行う。ノズルニードル40は、ニードル収容室16内に設けられたニードル保持壁41に摺動可能に保持されている。ノズルニードル40の摺動方向は、弁ボデー10の軸方向に沿っている。ノズルニードル40には、ニードルスプリング42が取り付けられている。ニードルスプリング42は、ノズルニードル40に開弁方向の弾性力を付与する。ニードル収容室16は、噴孔流路11と連通しており、高圧の燃料で充填されている。ニードル収容室16に充填された高圧の燃料は、ノズルニードル40の開弁方向に作用している。
圧力制御室12は、弁ボデー10の内部において、ノズルニードル40を挟んで噴孔50の反対側に形成されている。圧力制御室12は、弁ボデー10、ニードル保持壁41及びノズルニードル40により区画された円柱状の空間である。圧力制御室12に充填された燃料の圧力は、ノズルニードル40に形成されたニードル受圧面43に作用する。そのため、ニードル受圧面43にはノズルニードル40の閉弁方向の力が作用する。
低圧流路13は、戻り管7に燃料を排出することで、燃料噴射弁100の燃料を燃料タンク2へ戻す。つまり、燃料噴射弁100の燃料は低圧流路13から排出されることにより調整される。
制御弁室15は、弁ボデー10の内部において、圧力制御室12を挟んでノズルニードル40の反対側に形成されている。制御弁室15は、制御弁30及びバルブスプリング31を収容する全体として円柱状の空間である。制御弁室15の軸方向は、弁ボデー10の軸方向に沿っている。
弁ボデー10には、制御弁室15と、低圧流路13、ニードル収容室16及び圧力制御室12とを連結する複数の流路が形成されている。制御弁室15とニードル収容室16とは、ニードル収容室16から制御弁室15に高圧燃料を供給する高圧流路17により接続されている。高圧流路17を、ニードル収容室16を介して噴孔流路11から分岐した分岐流路と称することもできる。
なお、高圧流路17は供給流路に相当し、低圧流路13は排出流路に相当する。また、高圧流路17やその下流端部のことを高圧ポートと称してもよく、低圧流路13やその上流端部のことを低圧ポートと称してもよい。さらに、高圧流路17は、ニードル収容室16を介さずに噴孔流路11から直接的に分岐していてもよい。
高圧流路17は、この高圧流路17を絞る絞り部としてインオリフィス17aを有している。インオリフィス17aは、高圧流路17においてニードル収容室16寄りの位置に配置されており、ニードル収容室16から制御弁室15への高圧燃料の流入量を制限することが可能になっている。インオリフィス17aは、高圧流路17の反噴孔側端部に配置されていてもよく、高圧流路17の反噴孔側端部から噴孔側に離間した位置に配置されていてもよい。なお、本実施形態では、噴孔50側のことを噴孔側と称し、噴孔50とは反対側のことを反噴孔側と称する。
制御弁室15と圧力制御室12とは制御室流路14により接続されている。このため、制御室流路14は、制御弁室15を介して高圧流路17及び低圧流路13のそれぞれと連通可能になっている。なお、制御室流路14やその反噴孔側端部のことを制御室ポートと称してもよい。
図2、図3に示すように、制御弁室15と低圧流路13とは、ピン通路18aを介して連通されている。ピン通路18aは、制御弁室15から反噴孔側に向けて真っ直ぐに延びたストレート孔としての挿通孔であり、ニードル収容室16の噴孔側端部を形成している。ピン通路18aは、噴孔側に向けて開放されていることで制御弁室15に通じており、ピン通路18aの内周面から低圧流路13が延びていることでこの低圧流路13に通じている。ピン通路18aの中心線CL1は、燃料噴射弁100や弁ボデー10の中心線に平行に延びており、ピン通路18aにおいては、その内周面が噴孔側端部と反噴孔側端部とにかけ渡されるように中心線CL1に沿って真っ直ぐに延びている。なお、ピン通路18aが押圧通路に相当する。
低圧流路13には、この低圧流路13を絞る排出絞り部としてのアウトオリフィス13aが設けられている。アウトオリフィス13aは、低圧流路13においてピン通路18a寄りの位置に設けられており、制御弁室15から低圧流路13を介して戻り管7に排出される燃料の量を制限することが可能になっている。アウトオリフィス13aは、例えば低圧流路13の上流端部を形成している。低圧流路13の上流端部である低圧口13bは、ピン通路18aの内周面に形成されており、排出口に相当する。
なお、制御室流路14が、圧力制御室12から制御弁室15への燃料の流入量を制限するオリフィスを有している構成では、このオリフィスをアウトオリフィスと称し、アウトオリフィス13aをサブアウトオリフィスと称することができる。
制御弁30は、高圧流路17又は低圧流路13を選択的に制御室流路14に連通させる三方弁である。また、制御弁30を外開式三方弁と称することもできる。制御弁30は、低圧流路13を遮断する第1状態と、高圧流路17を遮断する第2状態とに移行可能である。制御弁30が第1状態にある場合、制御室流路14と高圧流路17とが連通され、高圧流路17から制御室流路14に燃料が供給されることで圧力制御室12の圧力が上昇する。制御弁30は、ピン通路18aを閉鎖することで低圧流路13を閉鎖する。一方、制御弁30が第2状態にある場合、制御室流路14と低圧流路13とが連通され、制御室流路14から低圧流路13に燃料が排出されることで圧力制御室12の圧力が減少する。
第1状態にある制御弁30の位置を、低圧流路13を遮断する排出遮断位置や、圧力制御室12の圧力を増加させる増圧位置と称してもよい。また、第2状態にある制御弁30の位置を、高圧流路17を遮断する供給遮断位置や、圧力制御室12の圧力を減少させる減圧位置と称してもよい。
制御弁30は、ピン通路18aの中心線CL1に沿って軸方向に移動することで第1状態と第2状態とに移行する。制御弁30は、全体として円柱状に形成された弁本体71と、弁本体71の外周面から突出した弁座部72とを有しており、金属材料等により形成されている。これら弁本体71及び弁座部72の各中心線は制御弁30の中心線に一致している。
弁本体71の反噴孔側端面には上弁シート面71aが含まれ、制御弁室15の内周面のうち噴孔側を向いた天井面15aには天井シート面15bが含まれている。上弁シート面71aは、弁本体71の反噴孔側端面の周縁部に沿って延びた円環状になっており、天井シート面15bは、ピン通路18aの噴孔側端部の周縁部に沿って延びた円環状になっている。上弁シート面71aは、径方向において制御弁30の中心線に近付くにつれて徐々に反噴孔側に向けて膨らんだ湾曲面になっており、天井シート面15bは、径方向において内周端に近付くにつれて徐々に反噴孔側に向けて凹んだテーパ面になっている。天井シート面15bは弁プレート62により形成されている。
制御弁30が第1状態にある場合、上弁シート面71aと天井シート面15bとが互いに当接している。これらシート面71a,15bは、ピン通路18aの周りを一周にわたって互いに密着していることで、制御弁室15と低圧流路13との連通を遮断している。なお、制御弁30が第1状態にある場合、弁本体71の反噴孔側端面の中央部分がピン通路18aに入り込んだ状態になっている。
弁本体71の噴孔側端面には下弁シート面71bが含まれており、制御弁室15の内周面のうち反噴孔側を向いた床面15cには床シート面15dが含まれている。下弁シート面71bは、弁本体71の噴孔側端面の周縁部に沿って延びた円環状になっており、床シート面15dは、高圧流路17の反噴孔側端部の周縁部に沿って延びた円環状になっている。下弁シート面71b及び床シート面15dは、制御弁室15の径方向及び制御弁30の径方向に延びた平坦面になっている。床シート面15dは、オリフィスプレート63の反噴孔側の板面により形成されている。
制御弁30が第2状態にある場合、下弁シート面71bと床シート面15dとが互いに当接している。これらシート面71b,15dは、高圧流路17の周りを一周にわたって互いに密着していることで、高圧流路17と制御弁室15との連通を遮断している。
制御弁室15においては、制御室流路14の反噴孔側端部が中心線CL1に直交する方向において制御弁30の噴孔側端面より外側に配置されている。すなわち、制御室流路14は、制御弁30により開閉されない位置に配置されている。
弁座部72は、制御弁30の軸方向において弁本体71の中間位置に配置されており、弁本体71の周りを一周する円環状になっている。弁座部72は、軸方向において上弁シート面71aから噴孔側に離間し、且つ下弁シート面71bから反噴孔側に離間した位置に配置されている。弁座部72は、弁本体71を挟んでオリフィスプレート63に対向しており、バルブスプリング31は、これら弁座部72とオリフィスプレート63との間に挟み込まれた状態になっている。
バルブスプリング31は、制御弁30が第1状態にある場合でも弁座部72とオリフィスプレート63との間で若干縮んだ状態になっており、制御弁30の状態に関係なく弁座部72及びオリフィスプレート63に当接している。弁座部72の噴孔側面72a及び制御弁室15の床面15cにおいてバルブスプリング31に当接する面はいずれも平坦面になっている。この場合、これら弁座部72及びオリフィスプレート63に対してバルブスプリング31が自身の中心線を回動軸として回動することが許容されている。なお、バルブスプリング31は、制御弁30を第1状態に保持するように付勢する付勢部材に相当する。
バルブスプリング31は、細長状の細長部材を螺旋状に巻くことで形成されたコイルバネであり、バルブスプリング31を形成するスプリング形成部材としての細長部材は、金属材料等により形成されている。バルブスプリング31は、例えば圧縮コイルバネであり、スプリング形成部材はバネ形成部材に相当する。バルブスプリング31は、弁座部72を反噴孔側に向けて押圧することで制御弁30を反噴孔側に向けて移動させる。制御弁30は、反噴孔側に向けて移動することで、第2状態から第1状態に移行することになる。バルブスプリング31の内径は弁本体71の外径より大きく、バルブスプリング31の外径は弁座部72の外径より小さい。バルブスプリング31は、制御弁30が第1状態にある場合でも弾性力を発揮できる縮んだ状態になっていることで、弁座部72の噴孔側面72a及び制御弁室15の床面の両方に常に当接している。また、図2は、制御弁30が第1状態にある状態を図示している。
駆動部収容室18には駆動部20が収容されており、駆動部20は、ピエゾアクチュエータ21、変位拡大機構22及び駆動ピン27を有する。ピエゾアクチュエータ21は、一または複数のピエゾ素子を有する。このピエゾ素子を充電することにより、ピエゾ素子は伸長する。また、ピエゾ素子に充電されていた駆動エネルギを放電するとピエゾ素子は縮小する。本実施形態のピエゾアクチュエータ21は、複数のピエゾ素子を有するピエゾ素子積層体により構成されている。
変位拡大機構22は、ピエゾアクチュエータ21の伸縮による変位量を拡大させる機構である。変位拡大機構22は、摺動部23、油密室24、緩衝シリンダ25及びピストンスプリング26を有する。摺動部23は、ピエゾピストン23aとバルブピストン23bとを有する。
緩衝シリンダ25は、円筒状に形成されており、ピエゾピストン23a及びバルブピストン23bに外嵌されている。緩衝シリンダ25は、ピエゾピストン23aとバルブピストン23bとの間に油密室24を区画している。
ピエゾピストン23aは、ピエゾアクチュエータ21と接触している。バルブピストン23bは、油密室24を挟んでピエゾピストン23aの反対側に配置されており、駆動ピン27を介して制御弁30を変位させることが可能になっている。駆動ピン27は、反噴孔側からピン通路18aに挿通されており、その噴孔側端部が制御弁30に当接し、その反噴孔側端部がバルブピストン23bに当接している。ただし、駆動ピン27は、制御弁30及びバルブピストン23bのいずれにも接合されていない。なお、駆動ピン27は、制御弁30を噴孔側に向けて押圧する押圧部に相当する。また、駆動ピン27を、ピエゾアクチュエータ21の駆動力を伝達する駆動伝達部材と称することもできる。
ピエゾピストン23a、バルブピストン23b及び駆動ピン27は、いずれも円柱形状であり、ピエゾピストン23a、バルブピストン23bの各中心線は、駆動ピン27の中心線CL2に一致している。駆動ピン27の中心線CL2に直交する断面積は、ピエゾピストン23aが最も大きく、駆動ピン27が最も小さい。ピストンスプリング26は、バルブピストン23bに制御弁室15方向の弾性力を付与する。
駆動ピン27は、その反噴孔側端部を形成する大径ピン部81と、その噴孔側端部を形成する小径ピン部82とを有している。大径ピン部81及び小径ピン部82は、いずれも円柱状に形成されており、小径ピン部82の外径は大径ピン部81の外径より小さくなっている。大径ピン部81及び小径ピン部82の各中心線は駆動ピン27の中心線CL2に一致しており、大径ピン部81はバルブピストン23bから噴孔側に向けて延び、小径ピン部82は大径ピン部81から噴孔側に向けて延びている。大径ピン部81と小径ピン部82との境界部には、ピン段差面83が形成されており、このピン段差面83は噴孔側を向いた円環状になっている。
なお、大径ピン部81は、ピン通路18aの内周面に当接可能な当接部に相当し、小径ピン部82は、駆動ピン27の外周面が大径ピン部81よりも凹んだ凹み対向部に相当する。小径ピン部82は、大径ピン部81の外周面がピン通路18aの内周面に当接しているか否かに関係なく、その径方向においてピン通路18aの内周面から離間した位置にて低圧口13bに対向した状態になっている。
図4に示すように、軸方向において、小径ピン部82の長さ寸法L2は、大径ピン部81の長さ寸法L1より小さくなっている。また、小径ピン部82の長さ寸法L2は、小径ピン部82の外径D2より大きい一方で、大径ピン部81の外径D1及びピン通路18aの内径D3より小さい。大径ピン部81の外径D1がピン通路18aの内径D3より小さくなっていることで、ピン通路18aでの大径ピン部81の移動や摺動が可能になっている。なお、図4においては、制御弁30の図示を省略している。
図2、図3の説明に戻り、駆動ピン27においては、制御弁30が第1状態及び第2状態のいずれにある場合でも、小径ピン部82が低圧口13bに対向している。小径ピン部82は、制御弁30が第2状態にある場合に最も噴孔側に位置するが、この場合でも、ピン段差面83及び大径ピン部81は、軸方向において低圧口13bよりも反噴孔側に配置されている。また、小径ピン部82は、制御弁30が第1状態にある場合に最も反噴孔側に位置するが、この場合でも、小径ピン部82の噴孔側端部は、低圧口13b及び天井シート面15bの内周端よりも噴孔側に配置されている。このように、小径ピン部82の噴孔側端部は、駆動ピン27が制御弁30を噴孔側に押圧している場合及びしていない場合のいずれについても、ピン通路18aに収容されずに制御弁室15に入り込んだ状態になっている。
駆動ピン27の中心線CL2は、ピン通路18aの中心線CL1に平行に延びており、図2では、これら中心線CL1,CL2を一致させて図示している。駆動ピン27の移動方向は、この駆動ピン27の中心線CL2が延びる軸方向であり、変位方向に相当する。駆動ピン27の径方向は、中心線CL2に直交する直交方向であり、変位方向に直交している。なお、駆動ピン27がピン通路18aに対して傾いていなければ、ピン通路18aの中心線CL1が延びる軸方向が変位方向に一致し、ピン通路18aの径方向が直交方向に一致する。
噴孔50は、燃焼室へ挿入される弁ボデー10の挿入方向の先端側に形成されている。噴孔50は、弁ボデー10の側から外側に向けて放射状に複数設けられている。ニードル収容室16に流入した高圧の燃料は、ニードル収容室16に形成された噴孔50から燃焼室へ噴射される。さらに、弁ボデー10には、複数設けられた噴孔50のすべてを囲うように1つの円環状のニードル載置部50aが形成されている。ノズルニードル40が、ニードル載置部50aに載置されることにより噴孔50は閉弁される。
弁ボデー10は、ハウジング61、弁プレート62、オリフィスプレート63、ノズルボデー64、及びリテーニングナット65という複数の部材を有しており、これら部材はいずれも金属材料により形成されている。弁プレート62及びオリフィスプレート63は、ハウジング61とノズルボデー64との間に挟み込まれた状態になっており、リテーニングナット65がハウジング61とノズルボデー64とを外周側から連結している。
弁プレート62は、軸方向においてハウジング61に隣り合っており、駆動部収容室18はハウジング61と弁プレート62とに跨った状態で形成されている。具体的には、駆動部収容室18の大部分がハウジング61の内部空間により形成され、ピン通路18aが、弁プレート62に形成された貫通孔により形成されている。弁プレート62においては、貫通孔の反噴孔側部分によりピン通路18aが形成され、貫通孔の噴孔側部分により制御弁室15が形成されている。
オリフィスプレート63には、制御室流路14及び高圧流路17が形成されている。弁プレート62の噴孔側板面とオリフィスプレート63の反噴孔側板面とが重なっていることで、制御弁室15に制御室流路14及び高圧流路17の両方が連通している。ノズルボデー64は、有底円筒状の部材であり、その内部空間にニードル保持壁41やニードルスプリング42を収容している。なお、駆動部収容室18、制御弁室15及び高圧流路17の各中心線は、いずれもピン通路18aの中心線CL1に一致している。
次に、本実施形態の燃料噴射弁100の開弁駆動について説明する。ピエゾアクチュエータ21は充電されると伸長する。すると、ピエゾアクチュエータ21の伸長による変位に伴ってピエゾピストン23aが、緩衝シリンダ25で制御弁室15方向へ摺動する。そして、ピエゾピストン23aが摺動し変位することにより油密室24の燃料の圧力(以下、油圧と称する)が上昇する。つまり、ピエゾピストン23aの摺動量が油密室24で油圧に変化されている。ピエゾピストン23aの摺動に伴い油圧が上昇することにより、バルブピストン23bは油圧を受け、緩衝シリンダ25内で摺動する。ここで、ピエゾピストン23aの軸方向に垂直な断面積よりもバルブピストン23bの軸方向に垂直な断面積の方が小さい。よって、油密室24の油圧の上昇によりバルブピストン23bに加わる力は、ピエゾピストン23aが油密室24の燃料に加えた力よりも大きくなる。つまり、ピエゾアクチュエータ21の伸長による変位は圧力変化に変換されることで拡大され、閉弁力として制御弁30に伝達される。
油圧を受け摺動したバルブピストン23bが、駆動ピン27を介して制御弁30を噴孔側に押すと、制御弁30が噴孔側に移動して天井シート面15bから離れることで、制御弁室15と低圧流路13とが連通状態になる。そして、バルブピストン23bが制御弁30を噴孔側に更に押すと、制御弁30は床シート面15dに押し付けられることで、下弁シート面71bが床シート面15dに密着する。このように制御弁30が第2状態に移動した場合、高圧の燃料を制御弁室15に供給する高圧流路17が制御弁30により閉弁され、高圧流路17と制御弁室15とが非連通状態になる。この状態では、制御弁室15への高圧の燃料の流入は停止される一方で、制御弁室15の燃料は低圧流路13に流出する。すると、制御弁室15の燃料は降圧され、制御室流路14を介して制御弁室15と連通状態である圧力制御室12の圧力も低下することで、ノズルニードル40のニードル受圧面43に作用する閉弁方向への力が小さくなる。このため、ノズルニードル40はニードル載置部50aから離座し、噴孔50が開弁する。
次に、本実施形態の燃料噴射弁100の閉弁駆動について説明する。ピエゾアクチュエータ21は放電されると短縮し、充電されていない状態の長さに戻る。この場合、ピエゾピストン23aが第1状態に戻ることで油密室24の燃料の圧力が低下し、バルブピストン23bも第1状態に戻り、さらに、制御弁30も第1状態に戻る。この状態では、制御弁30の下弁シート面71bを床シート面15dに押し付けていた力が作用しなくなることで、高圧流路17と制御弁室15とが連通状態となり、制御弁室15へ高圧の燃料が流入する。一方、上弁シート面71aが天井シート面15bへ密着することで低圧流路13と制御弁室15とが非連通状態となり、制御弁室15は高圧の燃料で充填される。この場合、制御室流路14を介して制御弁室15と連通状態になっている圧力制御室12も高圧の燃料で充填され、圧力制御室12の圧力が昇圧されることで、ニードル受圧面43へ作用する圧力が大きくなる。その結果、ノズルニードル40はニードル載置部50aへ押し付けられ、噴孔50が閉弁される。なお、第1状態を初期状態と称することもできる。
制御弁30が第2状態にある場合、制御弁室15から低圧口13bに流れ込む燃料は、ピン通路18aの内周面と小径ピン部82の外周面との隙間を通ることになる。ここで、駆動ピン27は、制御弁30やバルブピストン23bに対して相対的に変位することで、ピン通路18aに対して軸ずれすることがある。例えば、図4、図5に示すように、径方向において駆動ピン27が低圧口13b側に変位して大径ピン部81がピン通路18aの内周面に当接している場合、小径ピン部82と低圧口13bとの離間距離は最も小さくなる。このように、小径ピン部82が低圧口13bに最接近した場合、小径ピン部82と低圧口13bとの離間距離は、径方向でのピン段差面83の幅方向である段差寸法D4と同じになる。なお、段差寸法D4は、大径ピン部81からの小径ピン部82の凹み寸法に相当する。
小径ピン部82が低圧口13bに最接近した場合に、小径ピン部82の外周面とピン通路18aの内周面との隙間である通路内隙間Gが小さ過ぎると、低圧流路13を通じた燃料の排出量がアウトオリフィス13aではなく通路内隙間Gにより規定されてしまう。これに対して、本実施形態では、この通路内隙間Gが小さくなり過ぎないようにピン段差面83の段差寸法D4が適度に大きな値に設定されている。
ここでは、ピン段差面83の段差寸法D4について説明する。本実施形態では、小径ピン部82が低圧口13bに最接近した場合について、ピン通路18aの径方向において低圧口13bを小径ピン部82まで延長した仮想領域を延長領域VA1と称する。延長領域VA1は、径方向において低圧口13bを小径ピン部82の外周面に投影し、この投影部分と低圧口13bとにかけ渡された領域である。延長領域VA1は、低圧口13bの中心線CL3に沿って延びた柱形状になっており、小径ピン部82の外周面と低圧口13bとの間に存在している。中心線CL3に直交する方向において延長領域VA1の断面は、低圧口13bと同じ大きさ及び形状になっている。なお、延長領域VA1は、アウトオリフィス13aを延長した絞り領域、及び低圧口13bを延長した出口領域に相当する。
アウトオリフィス13aの断面は円形になっている。その一方で、アウトオリフィス13aがピン通路18aの軸方向及び径方向の両方に対して傾斜していることで、低圧口13bはピン通路18aの内周面において楕円形になっている。例えば、アウトオリフィス13aは、ピン通路18aの径方向に対して反噴孔側に傾斜した向きに低圧口13bから延びている。延長領域VA1は、アウトオリフィス13aの中心線CL4ではなく低圧口13bの中心線CL3に沿って延びていることに起因して楕円柱状になっている。
図6に示すように、低圧口13bの中心線CL3が延びる方向において延長領域VA1の長さ寸法L3は、小径ピン部82の外径D2とピン通路18aの内径D3とが異なっていることに起因して、ピン段差面83の段差寸法D4とは異なる値になっている。具体的には、ピン通路18aの内径D3が小径ピン部82の外径D2より小さいことに起因して、延長領域VA1の長さ寸法L3がピン段差面83の段差寸法D4より大きくなっている。
ピン段差面83の段差寸法D4は、延長領域VA1の外周面の仮想面積である外周面積Saがアウトオリフィス13aの流路面積Sbより大きくなる値に設定されている。この場合、通路内隙間Gにおいて延長領域VA1の外周面を通過可能な燃料の流量は、アウトオリフィス13aを通過可能な燃料の流量より大きくなっている。このため、低圧流路13を通じた燃料の排出量は、通路内隙間Gではなくアウトオリフィス13aにより規定される。ここで、延長領域VA1の外周面積Saは、低圧口13bの円周長さと延長領域VA1の長さ寸法L3との積により算出され、アウトオリフィス13aの流路面積Sbは、アウトオリフィス13aの中心線CL4に直交する径方向での断面積である。
また、延長領域VA1の外周面積Saは、単にアウトオリフィス13aの流路面積Sbより大きいだけでなく、アウトオリフィス13aの流路面積Sbに所定の安全係数をかけた値よりも大きくなっている。安全係数としては、「1.5」など「1」より大きい正の値が挙げられる。本実施形態では、安全係数が例えば「1.5」とされており、延長領域VA1の外周面積Saがアウトオリフィス13aの流路面積Sbの1.5倍よりも大きい値になるように、ピン段差面83の段差寸法D4が設定されている。
さらに、延長領域VA1の外周面積Saは、アウトオリフィス13aの流路面積Sbに関する値より大きいだけでなく、低圧口13bの開放面積Scより大きくなっている。低圧口13bについては、その中心線CL3に直交する方向での面積を開放面積Scとしている。ここで、低圧口13bは、ピン通路18aの軸方向を長径とし、ピン通路18aの径方向を短径とする楕円形状になっており、短径がアウトオリフィス13aの内径D3と同じである一方で、長径はアウトオリフィス13aの内径D3より大きい。このため、低圧口13bの開放面積Scは、アウトオリフィス13aの流路面積Sbより大きくなっている。本実施形態では、延長領域VA1の外周面積Saが低圧口13bの開放面積Scより大きい値になるように、ピン段差面83の段差寸法D4が設定されることで、延長領域VA1の外周面積Saがアウトオリフィス13aの流路面積Sbより大きくなっている。
その一方で、ピン段差面83の段差寸法D4は、アウトオリフィス13aの内径D5より小さい値になっている。このため、大径ピン部81に比べて小径ピン部82が細すぎて小径ピン部82の強度が不足するということが生じにくくなっている。なお、小径ピン部82の外周面及びピン通路18aの内周面が曲面になっていることに起因して、小径ピン部82の一部が延長領域VA1の内部に入り込んだ状態になっている。
次に、弁ボデー10にピン通路18aを製造する手順を燃料噴射弁100の製造方法として説明する。
図3、図4において、まず、弁プレート62に貫通孔をあけることでピン通路18a及び制御弁室15を形成する。そして、研磨材や研磨石といったメディアを含んだ液体を低圧口13bから低圧流路13に流すことで、低圧流路13を流れる燃料の流量が設計値等の狙った値になるように、低圧流路13の内周面を滑らかにする流体研磨を低圧流路13に施す。その後、ピン通路18aの内部を駆動ピン27が摺動する際に摩擦が生じにくくなるように、ピン通路18aの内周面を滑らかにする摺動面加工をピン通路18aに施す。
本実施形態のピン通路18aでは、ピン通路18aの内周面の全体が摺動面になっており、この摺動面に低圧口13bが形成されている。このため、ピン通路18aの摺動面加工を行った後に低圧流路13の流体研磨を行うと、既に加工された摺動面のうち低圧口13bの周りの部分が流体研磨されることが想定される。この場合、ピン通路18aの内周面のうち、低圧口13bの周りの部分の滑らかさと他の摺動面の滑らかさとが異なり、ピン通路18aでの駆動ピン27の摺動しやすさが設計上で狙った摺動しやすさにならないことが懸念される。これに対して、本実施形態のように、低圧流路13の流体研磨を行った後にピン通路18aの摺動面加工を行うと、仮にピン通路18aの内周面の一部が流体研磨されていたとしても、その後の摺動面加工によりピン通路18aの全体が均一な滑らかさになる。その結果、ピン通路18aでの駆動ピン27の摺動しやすさを設計上で狙った摺動しやすさに一致させることが可能になる。
ここまで説明した本実施形態によれば、ピン段差面83の段差寸法D4が適度に大きいため、小径ピン部82が低圧口13bに接近し過ぎて低圧流路13での燃料流量がアウトオリフィス13aではなく通路内隙間Gにより規定されるということを抑制できる。この場合、仮に駆動ピン27がピン通路18aに対して軸ずれしたとしても、低圧流路13を通じた燃料の排出量がアウトオリフィス13aだけによって規定されるため、この排出量がばらつくということが生じにくい。このため、制御弁30が第1状態にある場合に、圧力制御室12の減圧に要する時間がばらつきにくく、その結果、噴孔50からの燃料噴射量が意図せずに変動するということを抑制できる。
本実施形態によれば、通路内隙間Gにおいて延長領域VA1の外周面積Saがアウトオリフィス13aの流路面積Sbより大きくなるように、ピン段差面83の段差寸法D4が設定されている。このため、低圧流路13を通じた燃料の排出量が通路内隙間Gではなくアウトオリフィス13aにより規定される構成を実現できる。
ここで、小径ピン部82のうち延長領域VA1の内部に入り込んだ部分が燃料の流れを妨げることなどにより、通路内隙間Gにおいて延長領域VA1に実際に流れ込む燃料の量が想定より少なくなることが想定される。これに対して、本実施形態によれば、延長領域VA1の外周面積Saは、単にアウトオリフィス13aの流路面積Sbより大きいだけでなく、アウトオリフィス13aの流路面積Sbに「1.5」等の安全係数をかけた値よりも大きくなっている。このため、低圧流路13を実際に流れる燃料の量がアウトオリフィス13aではなく通路内隙間Gにより規定されてしまうということをより確実に回避できる。
本実施形態によれば、低圧口13bをその中心線CL3に沿って延長させた仮想領域が延長領域VA1とされている。ここで、低圧口13bの開放面積Scがアウトオリフィス13aの流路面積Sbに比べて大きいことに起因して、延長領域VA1の外周面積Saは、低圧口13bがアウトオリフィス13aの中心線CL4に沿って延長された仮想領域の外周面積より大きい。したがって、延長領域VA1の外周面積Saが低圧口13bの開放面積Scより大きくなるように、ピン段差面83の段差寸法D4が設定されていることで、延長領域VA1の外周面積Saがアウトオリフィス13aの開放面積Scより大きい構成を実現できる。
本実施形態によれば、軸方向においてピン通路18aの内周面の全体が真っ直ぐに延びているため、弁プレート62にピン通路18aを形成する作業を容易化できる。また、ピン段差面83の外周端が常にピン通路18aの内周面に摺動した状態をつくり出すことができる。このため、例えば、ピン段差面83がピン通路18aの噴孔側端部から出入りする構成に比べて、ピン通路18aでの駆動ピン27の摺動速度を安定化させることができる。この場合、駆動ピン27により押圧される制御弁30の動作速度も安定化するため、制御弁室15から低圧流路13を通じて排出される燃料の排出量がばらつくことを抑制できる。
本実施形態によれば、小径ピン部82が大径ピン部81より短いため、例えば小径ピン部82が大径ピン部81より長い構成に比べて、駆動ピン27全体としての強度を高めることができる。また、小径ピン部82の長さ寸法L2が大径ピン部81の外径D1より小さくなっているため、例えば小径ピン部82の長さ寸法L2が大径ピン部81の外径D1より大きい構成に比べて、駆動ピン27全体としての強度を高めることができる。これらのように、小径ピン部82の長さ寸法L2が極力小さくされていることで、駆動ピン27が制御弁30を押圧する際に仮に縮んだとしても、その縮み度合いを極力小さく抑えることができる。この場合、小径ピン部82が縮んだ分だけ駆動ピン27の変位量を大きくするという必要がないため、小径ピン部82の変形ロスによる駆動力や消費電力の浪費を低減できる。
ここで、燃料噴射弁100においては、燃料の高圧化、燃料噴射量制御の高精度化を実現するために、天井シート面15bの内径や外径を小さくすることで、駆動部20の駆動力に抗して制御弁30に加えられる燃圧負荷が低減されている。その一方で、制御弁30が第2状態から第1状態に移行する際の移行速度を高めるには、高圧流路17の下流端部の開放面積及び下弁シート面71bの外径を大きくする必要があり、制御弁30を大型化させることになる。ところが、駆動ピン27を細くすると駆動ピン27の剛性が低下し、大型化した制御弁30を押圧する際に駆動ピン27が圧縮変形しやすくなることで、駆動ピン27にて変形ロスが生じて駆動ピン27の変位量を大きくする必要が生じる。換言すれば、駆動ピン27により制御弁30を変位させるための駆動力を浪費することになってしまう。
これに対して、本発明者は、駆動ピン27が大径ピン部81及び小径ピン部82の両方を有する構成だと、例えば駆動ピン27の全体を細くした構成に比べて、大径ピン部81を太くすることができる、という知見を得た。この知見によれば、駆動ピン27の全体を細くした構成に比べて、仮に小径ピン部82が細くなったとしても、大径ピン部81を太くできること及び小径ピン部82を極力短くすることで、駆動ピン27全体としての強度を適正に確保できる。
本実施形態によれば、駆動ピン27の一端部が大径ピン部81により形成され、他端部が小径ピン部82により形成されている。このため、燃料噴射弁100の製造時において、作業者が、駆動ピン27を弁プレート62のピン通路18aに挿入する際に、誤って大径ピン部81を噴孔側に向けて駆動ピン27を弁プレート62に装着する、という事態の発生に対する抑止力を発揮できる。また、仮に駆動ピン27が逆向きでピン通路18aに挿通されたとしても、完成した燃料噴射弁100においては、ピン通路18aにて低圧口13bに大径ピン部81が対向していることで、この大径ピン部81と低圧口13bとの離間距離が過剰に小さくなる。この場合、この燃料噴射弁100を動作させると、低圧流路13を通じた燃料の排出量がアウトオリフィス13aではなく大径ピン部81とピン通路18aの内周面との隙間により規定されるため、噴孔50からの燃料噴射量が過剰に小さくなる。したがって、燃料噴射量が過剰に小さいか否かの判定処理が制御装置5等で行われることで、燃料噴射弁100について、ピン通路18aに挿通された駆動ピン27が逆向きになっていることを検出できる。
(第2実施形態)
第2実施形態では、低圧流路13がアウトオリフィス13aよりも上流側にて拡張された構成とする。本実施形態については、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図7に示すように、低圧流路13は、この低圧流路13を低圧口13bに向けて拡張する拡張路91を有している。拡張路91は、低圧流路13においてアウトオリフィス13aから上流側に向けて延びており、その上流端部により低圧口13bを形成している。拡張路91の中心線は、アウトオリフィス13aの中心線CL4に一致している。拡張路91の流路面積は、低圧口13bに近付くにつれて徐々に大きくなっており、拡張路91の内周面は、内周側に向けて膨らんだ湾曲面を有している。拡張路91においては、アウトオリフィス13aとの境界部での流路面積が最も小さく、低圧口13bでの流路面積Sbが最も大きい。なお、拡張路91の内周面は、テーパ面を有していてもよい。
弁プレート62においては、その厚み方向に交差する方向に延びた孔により低圧流路13が形成されている。特に、拡張路91については、もともとの孔の形状が低圧口13bに近付くにつれて徐々に拡張された形状になっており、この孔に対して、上記第1実施形態と同様に流体研磨が施されることで拡張路91が形成された構成になっている。
なお、拡張路91については、もともとの孔の形状は内径が均等な真っ直ぐな形状であり、この孔に対して、流体研磨が施されることで、低圧口13bに近付くにつれて徐々に拡張された拡張路91が形成された構成になっていてもよい。また、拡張路91の全体が均等な内径を有し、拡張路91とアウトオリフィス13aとの境界部に段差面が形成されていてもよい。この構成でも、低圧流路13がアウトオリフィス13aよりも上流側にて拡張されていることになる。
本実施形態では、小径ピン部82が低圧口13bに最接近した場合について、ピン通路18aの径方向において、拡張路91の上流端部である低圧口13bを小径ピン部82まで延長した仮想領域を拡張領域VA2と称する。拡張領域VA2は、上記第1実施形態の延長領域VA1と同様に、低圧口13bの中心線CL3に沿って延びた柱形状になっている一方で、延長領域VA1に比べて、長径及び短径がいずれも大きくなっている。このことに起因して、ピン通路18aの径方向において拡張領域VA2の長さ寸法L4は、上記第1実施形態の延長領域VA1の長さ寸法L3より大きくなっている。なお、拡張領域VA2は、出口領域に相当する。
ピン段差面83の段差寸法D4は、拡張領域VA2の外周面積Sdがアウトオリフィス13aの流路面積Sb及び低圧口13bの開放面積Scのいずれより大きくなる値に設定されている。この場合、上記第1実施形態の延長領域VA1と同様に、拡張領域VA2の外周面を通過可能な燃料の量は、アウトオリフィス13aを通過可能な燃料の流量より大きくなっている。拡張領域VA2の外周面積Sdは、単にアウトオリフィス13aの流路面積Sb及び低圧口13bの開放面積Scより大きいだけでなく、これら流路面積Sb及び開放面積Scのそれぞれに上記第1実施形態と同様の安全係数をかけた値よりも大きくなっている。
その一方で、ピン段差面83の段差寸法D4は、アウトオリフィス13aの内径D5及び低圧口13bの短径D6より小さい値になっている。このため、上記第1実施形態と同様に、小径ピン部82が細すぎて小径ピン部82の強度が不足するということが抑制されている。
本実施形態によれば、拡張領域VA2の外周面積Sdが低圧口13bの開放面積Scより大きくなっていることで、この外周面積Sdがアウトオリフィス13aの流路面積Sbより大きくなっている。このため、低圧流路13を通じた燃料の排出量が通路内隙間Gにより規定されるということを回避した構成を実現できる。
(第3実施形態)
上記第1実施形態では、ピン通路18aにおいてその内周面がその全体にわたって軸方向に真っ直ぐに延びていたが、第3実施形態では、ピン通路18aの内周面に段差が形成されている。本実施形態については、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図8に示すように、ピン通路18aは、小径通路部93、大径通路部94及び段差通路部95を有している。小径通路部93は、ピン通路18aの反噴孔側端部から噴孔側に向けて真っ直ぐに延びている。大径通路部94は、小径通路部93よりも大きい内径を有しており、ピン通路18aの噴孔側端部から反噴孔側に向けて真っ直ぐに延びている。大径通路部94の噴孔側端部がピン通路18aの噴孔側端部を形成しており、天井シート面15bの内径は大径通路部94の内径と同じになっている。
ピン通路18aにおいては、駆動ピン27を摺動させる摺動面が小径通路部93の内周面により形成されており、大径通路部94の内周面は摺動面を形成していない。このため、小径通路部93の内周面に対しては摺動面加工が行われる一方で、大径通路部94の内周面に対しては摺動面加工が行われない。なお、小径通路部93が第1通路部に相当し、大径通路部94が、小径通路部93よりもピン通路18aを拡張した第2通路部に相当する。大径通路部94を拡張通路部と称してもよい。
段差通路部95は、ピン通路18aの軸方向に対して傾斜した状態で噴孔側を向いた通路段差面95aを有しており、小径通路部93と大径通路部94とを接続している。弁プレート62には、ピン通路18aの内周面を外周側に凹ませた凹部が形成されており、この凹部により小径通路部93及び段差通路部95が形成されている。この凹部が制御弁室15に向けて開放されていることで、大径通路部94が制御弁室15に通じている。
ピン通路18aにおいては、大径通路部94の内周面に低圧口13bが形成されている。ピン通路18aの軸方向において、大径通路部94の長さ寸法は、小径通路部93の長さ寸法に比べて小さくなって一方で、駆動ピン27の小径ピン部82の長さ寸法L2(図4参照)より大きくなっている。大径ピン部81の噴孔側端部及びピン段差面83は、駆動ピン27の変位に関係なく常に段差通路部95よりも噴孔側に配置されている。図9に示すように、ピン通路18aの径方向において、通路段差面95aの幅寸法である段差寸法D7は、ピン段差面83の段差寸法D4より大きくなっている。
駆動部20の駆動に伴う駆動ピン27の移動範囲は、大径ピン部81が小径通路部93から噴孔側にはみ出さない範囲になっている。この場合、駆動ピン27のピン段差面83がピン通路18aの段差通路部95を軸方向に通り過ぎるということがない。例えば本実施形態とは異なり、ピン段差面83が段差通路部95を通過して噴孔側と反噴孔側とを行ったり来たりする構成では、ピン段差面83の外周端と段差通路部95の内周端との接触等によりピン段差面83や段差通路部95が変形することが懸念される。これに対して、本実施形態のように、ピン段差面83が段差通路部95を通過しない構成では、ピン段差面83の外周端や段差通路部95の内周端の変形や破損を抑制できる。
本実施形態の低圧流路13においては、上記第1実施形態と同様に、低圧口13bがアウトオリフィス13aの上流端部により形成されており、この低圧口13bから径方向に延びた仮想領域を延長領域VA1と称する。
図9に示すように、延長領域VA1は、小径ピン部82側に配置された内側領域VA3と、この内側領域VA3よりも外周側に配置された外側領域VA4とを有している。内側領域VA3は、小径通路部93の内周面よりも内周側に配置され、ピン通路18aの軸方向においてピン段差面83に並んでおり、このピン段差面83から噴孔側に離間した位置にある。外側領域VA4は、ピン通路18aの軸方向において通路段差面95aに並んでおり、この通路段差面95aから噴孔側に離間した位置にある。ピン通路18aの径方向において、内側領域VA3の長さ寸法L5は、外側領域VA4の長さ寸法L6より小さくなっている一方で、ピン段差面83の段差寸法D4より大きくなっている。また、外側領域VA4の長さ寸法L6は、通路段差面95aの段差寸法D7より大きくなっている。
内側領域VA3及び外側領域VA4は、それぞれ径方向に延びた円柱形になっており、延長領域VA1を径方向に2分割するように配置されている。延長領域VA1の外周面積Saは、内側領域VA3の外周面積Seと外側領域VA4の外周面積Sfとの和になっている。なお、内側領域VA3が凹み内領域に相当する。
ピン段差面83の段差寸法D4は、延長領域VA1の外周面積Saがアウトオリフィス13aの流路面積Sbより大きくなる値に設定されている。また、単に延長領域VA1の外周面積Saがアウトオリフィス13aの流路面積Sbより大きいだけでなく、内側領域VA3の外周面積Seだけでもアウトオリフィス13aの流路面積Sbより大きくなっている。さらに、内側領域VA3の外周面積Seは、単にアウトオリフィス13aの流路面積Sbより大きいだけでなく、この流路面積Sbに上記第1実施形態と同様の安全係数をかけた値よりも大きくなっている。その一方で、ピン段差面83の段差寸法D4は、通路段差面95aの段差寸法D7より小さい値になっている。
本実施形態によれば、延長領域VA1に内側領域VA3及び外側領域VA4の両方が含まれた構成において、内側領域VA3の外周面積Seが低圧口13bの開放面積Scより大きくなっている。このため、延長領域VA1の外周面積Saは低圧口13bの開放面積Scより確実に大きくなっている。したがって、低圧流路13を通じた燃料の排出量が通路内隙間Gにより規定されるということを確実に回避できる。
本実施形態によれば、径方向に対して低圧流路13が傾いていることに起因して、アウトオリフィス13aの流路面積Sbが低圧口13bの開放面積Scより小さくなっている。このため、内側領域VA3の外周面積Seが低圧口13bの開放面積Scより大きいということは、内側領域VA3の外周面積Seがアウトオリフィス13aの流路面積Sbより大きいということになる。したがって、低圧流路13を通じた燃料の排出量が通路内隙間Gにより規定されるということを確実に回避できる。
本実施形態によれば、ピン通路18aにおいて、摺動面を形成しない大径通路部94の内周面に低圧口13bが設けられている。このため、例えば、小径通路部93の内周面に対して摺動面加工が行われた後に低圧流路13の流体研磨が行われたとしても、摺動面を形成する小径通路部93の内周面が流体研磨されることを回避できる。したがって、上記第1実施形態とは異なり、小径通路部93の摺動面加工が行われる前後いずれのタイミングで低圧流路13の流体研磨が行われたとしても、ピン通路18aの摺動面の滑らかさが流体研磨により変化するということを防止できる。このように、ピン通路18aの摺動面加工及び低圧流路13の流体研磨について作業順序が制限されないため、作業工程の自由度を高めることができる。
本実施形態によれば、駆動ピン27の大径ピン部81がピン通路18aにおいて小径通路部93よりも噴孔側に移動しない。このため、ピン段差面83と段差通路部95とが互いに接触することなどにより、ピン段差面83の外周端や段差通路部95の内周端が変形したり破損したりする、ということを抑制できる。
(第4実施形態)
上記第3実施形態では、制御弁室15において天井シート面15bの内径が大径通路部94の内径と同じになっていたが、第4実施形態では、天井シート面15bの内径が大径通路部94の内径より小さくなっている。本実施形態については、上記第3実施形態との相違点を中心に説明する。
図10に示すように、ピン通路18aは、このピン通路18aを絞る絞り通路部97を有しており、天井シート面15bの内径が絞り通路部97の最小内径と同じになっている。絞り通路部97は、大径通路部94の噴孔側端部から噴孔側に向けて延びており、絞り通路部97の噴孔側端部がピン通路18aの噴孔側端部になっている。絞り通路部97は、制御弁室15に近付くにつれて徐々に絞り度合いが大きくなっている部分を有していることで、内径が均一になっていないが、最も内径の小さい部分が天井シート面15bの内周端を形成している。なお、絞り通路部97が第3通路部に相当する。
本実施形態でも、上記第3実施形態と同様に、大径通路部94の内周面に低圧口13bが形成されている。この場合、低圧口13bは、絞り通路部97よりも反噴孔側に配置されていることになる。本実施形態では、上記第3実施形態とは異なり、大径通路部94及び段差通路部95を形成する凹部が制御弁室15に向けて開放されておらず、開放を阻止している部分により絞り通路部97が形成されている。
本実施形態によれば、絞り通路部97により天井シート面15bの内径が大径通路部94の内径より小さくされているため、天井シート面15bを小径化することができる。このように天井シート面15bの小径化を図ることで、駆動部20の駆動力に抗して制御弁30に加えられる燃圧負荷を低減できる。このため、噴孔50から噴射される燃料の圧力が高圧化されても、高圧流路17から制御弁室15に供給された燃料の圧力が駆動部20の駆動力に抗して制御弁30の状態移行を阻害するということを抑制できる。したがって、燃料噴射弁100の更なる高圧化が可能になる。
(第5実施形態)
上記第1実施形態では、駆動ピン27の一端だけに小径ピン部82が設けられていたが、第5実施形態では、駆動ピン27の両端のそれぞれに小径ピン部82が設けられている。本実施形態については、上記第1実施形態との相違点を中心に説明する。
図11に示すように、駆動ピン27においては、大径ピン部81の噴孔側及び反噴孔側のそれぞれに小径ピン部82が配置されており、これら小径ピン部82は、外径及び長さ寸法がそれぞれ同じになっている。ピン段差面83は、大径ピン部81と各小径ピン部82との境界部に配置されており、これらピン段差面83は互いに反対側を向いている。
本実施形態によれば、駆動ピン27の両端に小径ピン部82が設けられているため、燃料噴射弁100の製造時において作業者が駆動ピン27をピン通路18aに挿入する際に、駆動ピン27の挿入向きに制限が生じない。このように、作業者が駆動ピン27の向きを間違えるということが防止されるため、駆動ピン27をピン通路18aに挿入する作業について、難易度や作業負担を低減することができる。
なお、大径ピン部81を挟んで配置された一対の小径ピン部82について、外径や長さ寸法が互いに異なっていてもよい。すなわち、大径ピン部81の両端側に配置された一対のピン段差面83について、それぞれの段差寸法が互いに異なっていてもよい。この場合でも、一対のピン段差面83のうち段差寸法が小さい方のピン段差面83について、低圧流路13を通じた燃料の排出量が通路内隙間Gではなくアウトオリフィス13aにより規定されるように、段差寸法が設定されていることが好ましい。
(他の実施形態)
以上、本開示による複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
変形例1として、上記第1実施形態において、延長領域VA1の外周面積Saは、アウトオリフィス13aの流路面積Sbより大きくなっていれば、低圧口13bの開放面積Scより小さくてもよい。
変形例2として、上記第2実施形態において、低圧流路13の拡張路91は、テーパ面を有していてもよい。例えば、拡張路91の内周面が低圧口13bに向けて直線的に膨らんでいることでテーパ面になった構成とする。
変形例3として、上記第2実施形態において、低圧流路13が拡張路91を有している構成でも、アウトオリフィス13aを延長させた延長領域を想定してもよい。この場合でも、この延長領域の外周面積がアウトオリフィス13aの流路面積Sbより小さくなるように、駆動ピン27の段差寸法D4を設定することで、低圧流路13での燃料流量を通路内隙間Gではなくアウトオリフィス13aにより規定できる。
変形例4として、上記第3実施形態において、駆動ピン27のピン段差面83は、段差通路部95よりも噴孔側のエリアが移動範囲になるように配置されていてもよい。この構成でも、駆動ピン27が移動してもピン段差面83が段差通路部95を軸方向に通り過ぎないことになるため、ピン段差面83や段差通路部95の変形等を抑制できる。
変形例5として、上記第3実施形態において、駆動ピン27のピン段差面83の段差寸法D4は、ピン通路18aの段差通路部95の段差寸法D7より大きくてもよい。
変形例6として、上記各実施形態において、ピン段差面83は駆動ピン27の径方向に対して傾斜していてもよい。この場合、ピン段差面83は、軸方向に対して傾斜した状態で噴孔側を向いた状態になる。
変形例7として、上記各実施形態において、駆動ピン27等の押圧部は、軸方向としての変位方向に延びていれば、ピン部材でなくてもよい。例えば、押圧部が全体として角柱状に形成された構成とする。この構成では、大径ピン部81等の当接部及び小径ピン部82等の凹み対向部がそれぞれ角柱状に形成され、凹み対向部が当接部よりも細くなっている。
変形例8として、上記各実施形態において、大径ピン部81等の当接部、及び小径ピン部82等の凹み対向部は円柱状でなくてもよい。例えば、全体として円柱状に形成された駆動ピン27に、その内周側に向けて凹んだ凹部が周方向の一部に設けられており、この凹部により凹み対向部が形成され、凹んでいない部分により当接部が形成された構成とする。この構成では、ピン段差面83が環状になっておらず、凹み対向部に合わせて周方向の一部に設けられている。また、この構成では、凹み対向部が低圧口13bに常に対向するように、駆動ピン27がピン通路18aに対して相対的に回動しないように設けられていることが好ましい。
変形例9として、上記各実施形態において、駆動ピン27と摺動部23や制御弁30とは、これら当接部分において接着剤や溶接等により互いに接合されていてもよい。この場合でも、摺動部23や制御弁30の軸ずれと共に駆動ピン27の軸ずれが生じることが懸念される。このため、低圧流路13での燃料流量が通路内隙間Gで規定されるように、ピン段差面83の段差寸法D4を適正な値に設定しておくことが好ましい。
変形例10として、上記各実施形態において、図12に示すように、燃料噴射弁100での燃料圧力を検出する燃料圧力センサ99が燃料供給システム9に含まれていてもよい。例えば、燃料圧力センサ99が各燃料噴射弁100のそれぞれに取り付けられた構成とする。この構成では、各燃料圧力センサ99は、いずれも制御装置5に電気的に接続されており、検出信号を制御装置5に対して出力する。
変形例11として、燃料噴射弁100が取り付けられる内燃機関1は、ディーゼルエンジンに限らず、オットーサイクル機関やガソリンエンジン等であってもよい。
12…制御室としての圧力制御室、13…排出流路としての低圧流路、13a…排出絞り部としてのアウトオリフィス、13b…排出口としての低圧口、14…制御室流路、15…弁室としての制御弁室、18a…押圧通路としてのピン通路、27…押圧部としての駆動ピン、30…制御弁、40…噴孔弁体としてのノズルニードル、50…噴孔、81…当接部としての大径ピン部、82…凹み対向部としての小径ピン部、91…拡張路、93…第1通路部としての小径通路部、94…第2通路部としての大径通路部、97…第3通路部としての絞り通路部、100…燃料噴射装置としての燃料噴射弁、D4…凹み寸法としての段差寸法、D7…段差寸法、G…通路内隙間、Sa…仮想面積としての外周面積、Sb…流路面積、Sc…開放面積、Sd,Se…仮想面積としての外周面積、VA1…絞り領域及び出口領域としての延長領域、VA2…出口領域としての拡張領域、VA3…凹み内領域としての内側領域。

Claims (10)

  1. 燃料を噴孔(50)から噴射する燃料噴射装置(100)であって、
    前記燃料が出入りする制御室(12)と、
    前記制御室への前記燃料の出入りに伴って前記制御室の燃料圧力が変化することで前記噴孔を開閉する噴孔弁体(40)と、
    前記制御室に制御室流路(14)を介して接続された弁室(15)と、
    前記弁室に接続され、前記弁室から前記燃料を排出する排出流路(13)と、
    前記排出流路に含まれ、前記排出流路を流れる前記燃料の流量を制限するために前記排出流路を絞る排出絞り部(13a)と、
    前記弁室において変位することで前記排出流路を開閉する制御弁(30)と、
    前記制御弁が変位する変位方向に延び、前記変位方向に移動することで前記制御弁を押圧する押圧部(27)と、
    前記弁室と前記排出流路とを接続し、且つ前記押圧部が挿通された押圧通路(18a)と、
    を備え、
    前記排出流路の上流端部である排出口(13b)は、前記押圧通路の内周面に設けられており、
    前記押圧部は、
    前記押圧通路の内周面に当接することが可能な当接部(81)と、
    前記当接部が前記押圧通路の内周面に当接している場合でも、前記押圧部の外周面が前記当接部よりも凹んでいることで、前記変位方向に直交する直交方向において前記排出口から離間した位置にて前記排出口に対向する凹み対向部(82)と、
    を有しており、
    前記当接部が前記押圧通路の内周面に当接している場合に、前記弁室からの前記燃料の排出量が前記凹み対向部と前記押圧通路の内周面との隙間(G)ではなく前記排出絞り部により規定されるように、且つ、前記直交方向において前記排出口を前記凹み対向部まで延長した仮想領域である出口領域(VA1,VA2)について、前記当接部が前記押圧通路の内周面に当接した状態で前記排出口の周縁部に沿って延びる外周面の仮想面積(Sa,Sd)が前記排出口の開放面積(Sc)より大きくなるように、前記当接部からの前記凹み対向部の凹み寸法(D4)が設定されている、燃料噴射装置。
  2. 前記排出流路は、
    前記排出絞り部よりも上流側に設けられていることで前記排出口を形成し、前記排出絞り部から前記排出口に向けて徐々に前記排出流路を拡張している拡張路(91)を有している、請求項に記載の燃料噴射装置。
  3. 前記出口領域は、前記直交方向において前記当接部の外周面と前記凹み対向部の外周面との間の領域である凹み内領域(VA3)を有しており、
    前記凹み内領域について、前記排出口の周縁部に沿って延びる外周面の仮想面積(Se)が前記排出口の開放面積(Sc)より大きくなるように、前記凹み寸法が設定されている、請求項又はに記載の燃料噴射装置。
  4. 前記当接部が前記押圧通路の内周面に当接している場合において前記直交方向での前記凹み対向部と前記排出口との離間距離が前記凹み寸法と同じになるように、前記押圧通路が真っ直ぐに延びている、請求項1〜のいずれか1つに記載の燃料噴射装置。
  5. 前記押圧通路は、
    前記当接部が挿通された第1通路部(93)と、
    前記第1通路部よりも前記弁室側に設けられ、前記第1通路部に比べて当該押圧通路を拡張した第2通路部(94)と、を有しており、
    前記排出口は、前記第2通路部の内周面に設けられており、
    前記当接部が前記第1通路部の内周面に当接している場合において前記直交方向での前記凹み対向部と前記排出口との離間距離が、前記凹み寸法に前記直交方向での前記第1通路部と前記第2通路部との段差寸法(D7)を加えた値と同じになっている、請求項1〜のいずれか1つに記載の燃料噴射装置。
  6. 燃料を噴孔(50)から噴射する燃料噴射装置(100)であって、
    前記燃料が出入りする制御室(12)と、
    前記制御室への前記燃料の出入りに伴って前記制御室の燃料圧力が変化することで前記噴孔を開閉する噴孔弁体(40)と、
    前記制御室に制御室流路(14)を介して接続された弁室(15)と、
    前記弁室に接続され、前記弁室から前記燃料を排出する排出流路(13)と、
    前記排出流路に含まれ、前記排出流路を流れる前記燃料の流量を制限するために前記排出流路を絞る排出絞り部(13a)と、
    前記弁室において変位することで前記排出流路を開閉する制御弁(30)と、
    前記制御弁が変位する変位方向に延び、前記変位方向に移動することで前記制御弁を押圧する押圧部(27)と、
    前記弁室と前記排出流路とを接続し、且つ前記押圧部が挿通された押圧通路(18a)と、
    を備え、
    前記排出流路の上流端部である排出口(13b)は、前記押圧通路の内周面に設けられており、
    前記押圧部は、
    前記押圧通路の内周面に当接することが可能な当接部(81)と、
    前記当接部が前記押圧通路の内周面に当接している場合でも、前記押圧部の外周面が前記当接部よりも凹んでいることで、前記変位方向に直交する直交方向において前記排出口から離間した位置にて前記排出口に対向する凹み対向部(82)と、
    を有しており、
    前記当接部が前記押圧通路の内周面に当接している場合に、前記弁室からの前記燃料の排出量が前記凹み対向部と前記押圧通路の内周面との隙間(G)ではなく前記排出絞り部により規定されるように、前記当接部からの前記凹み対向部の凹み寸法(D4)が設定されており、
    前記押圧通路は、
    前記当接部が挿通された第1通路部(93)と、
    前記第1通路部よりも前記弁室側に設けられ、前記第1通路部に比べて当該押圧通路を拡張した第2通路部(94)と、
    を有しており、
    前記排出口は、前記第2通路部の内周面に設けられており、
    前記当接部が前記第1通路部の内周面に当接している場合において前記直交方向での前記凹み対向部と前記排出口との離間距離が、前記凹み寸法に前記直交方向での前記第1通路部と前記第2通路部との段差寸法(D7)を加えた値と同じになっている、燃料噴射装置。
  7. 前記押圧通路は、
    前記第2通路部よりも前記弁室側に設けられ、前記第2通路部に比べて当該押圧通路を縮小し、前記押圧通路における前記弁室側の端部を形成した第3通路部(97)を有している、請求項5又は6に記載の燃料噴射装置。
  8. 前記押圧部が変位しても、前記変位方向において、前記当接部における前記弁室側の端部が前記第1通路部における前記弁室側の端部よりも前記弁室側には移動しない、請求項5〜7のいずれか1つに記載の燃料噴射装置。
  9. 前記排出絞り部を前記直交方向に前記凹み対向部まで延長した仮想領域のうち、前記排出口と前記当接部との間に存在する絞り領域(VA1)について、前記当接部が前記押圧通路の内周面に当接した状態で前記排出絞り部の周縁部に沿って延びる外周面の仮想面積(Sa)が前記排出絞り部の流路面積(Sb)より大きくなるように、前記凹み寸法が設定されている、請求項1〜8のいずれか1つに記載の燃料噴射装置。
  10. 前記排出絞り部の前記流路面積に1より大きい所定の安全係数をかけた値に比べて前記仮想面積の方が大きくなるように、前記凹み寸法が設定されている、請求項に記載の燃料噴射装置。
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