JP6972786B2

JP6972786B2 - 燃料噴射装置

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Publication number: JP6972786B2
Application number: JP2017166812A
Authority: JP
Inventors: 尚小笠原; 大治植田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2037-08-31
Also published as: US10883460B2; JP2019044655A; US20190063385A1; DE102018119511A1

Description

この明細書による開示は、噴孔から燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。

従来、例えば特許文献１に開示の燃料噴射装置は、内部に制御室及びバルブ室が設けられており、制御室の圧力変動によって変位する噴射バルブ部材と、バルブ室に収容されるアクチュエータバルブ部材とを備えている。アクチュエータバルブ部材は、バルブ室の壁に設けられたシート面への着座により、バルブ室と低圧側との連通を遮断する。

以上の燃料噴射装置では、アクチュエータバルブ部材の開弁によってバルブ室が低圧側と連通されると、制御室の燃料は、バルブ室を経由して低圧側に流出する。その結果、制御室に圧力降下が生じるため、噴射バルブ部材は、噴射オリフィスを開く方向に変位し、噴射オリフィスからの燃料噴射を開始させる。

特許第５１１０３２１号公報

さて、特許文献１の燃料噴射装置では、アクチュエータバルブ部材が開弁状態にある場合に制御室から低圧側に流出する燃料流量は、アクチュエータバルブ部材とシート面との間に形成される隙間絞り部によって規定される。故に、アクチュエータバルブ部材に位置ずれが生じた場合、隙間絞り部の状態も変化してしまうため、制御室から低圧側に流出する燃料流量が変化してしまう。その結果、噴射バルブ部材の開弁変位の態様に、ばらつきが生じ得た。

本開示は、噴射バルブ部材等の弁部材の開弁変位の態様に生じるばらつきを抑制可能な燃料噴射装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、開示された一つの態様は、噴孔（３８）から燃料を噴射する燃料噴射装置であって、燃料によって満たされる制御室（３５）、制御室と連通された弁室（３６）、及び弁室の燃料を低圧側（３７）に流出させる流出流路（８０）、が内部に設けられ、噴孔を形成するボデー（２０）と、制御室の燃料圧力の変動によって変位し、噴孔を開閉する弁部材（５０）と、弁室に収容され、弁室を区画する区画壁（３６ａ）に設けられた流出シート面（２７）への着座によって流出流路による弁室と低圧側との連通を遮断する制御弁体（６０，２６０）と、伸縮作動によって制御弁体を駆動し、流出シート面に制御弁体を離着座させる駆動部（４０）と、を備え、制御弁体は、流出流路による弁室と低圧側との連通を許容する開弁状態にて、流出シート面との間に隙間絞り部（９０）を形成し、流出流路は、弁室から低圧側に流出する燃料流量を制限する流出絞り部（８０ａ）、を有し、区画壁のうちで流出シート面と対向する位置には、開弁状態とされた制御弁体を着座させる対向シート面（２８）が形成され、対向シート面に着座した制御弁体と流出シート面との間の流路面積が、隙間絞り部の流路面積（Ａｃ）であり、ボデーの内部には、制御弁体に伸縮作動を伝達する押圧軸部（４２）を収容し、流出流路の一部となる環状隙間（８３）を押圧軸部との間に形成する収容孔（２２ａ）、がさらに設けられ、流出絞り部の流路面積（Ａａ）は、隙間絞り部の流路面積よりも小さく、隙間絞り部の流路面積は、環状隙間の流路面積（Ａｂ２）よりも小さい燃料噴射装置とされる。

この態様では、流出流路による弁室と低圧側との連通を制御弁体が許容する開弁状態にて、制御弁体と流出シート面との間に形成される隙間絞り部の流路面積よりも、流出流路にて燃料流量を制限する流出絞り部の流路面積が小さくなる。そのため、弁室を経由して制御室から低圧側に流出する燃料流量は、主に流出絞り部によって規定される。故に、制御弁体に位置ずれが生じた場合でも、制御室から流出する燃料流量は、変化し難くなる。以上によれば、弁部材の開弁変位の態様に生じるばらつきが抑制可能となる。

尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

第一実施形態による燃料噴射装置及び制御装置を含む燃料供給システムの全体構成を示す図である。燃料噴射装置の縦断面図である。図２の領域ＩＩＩを拡大した拡大図であって、弁室近傍の詳細を示す縦断面図である。図３の領域ＩＶを拡大した拡大図である。図２の領域Ｖを拡大した拡大図である。制御室から低圧室までの流路の絞り箇所の流路面積を比較して示す図である。隙間絞り部の流路面積よりもサブアウトオリフィスの流路面積が大きい比較形態にて生じる燃料流量の変動を説明するための図である。第一実施形態における流路面積の設定による効果を説明するための図である。二重絞り構造における流路の面積比と流量比との対応関係を示す図である。第二実施形態の制御弁体の詳細を示す縦断面図である。

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。

（第一実施形態）
本開示の第一実施形態による燃料噴射装置１０は、図１に示す燃料供給システム１に用いられている。燃料噴射装置１０は、内燃機関であるディーゼルエンジン（以下、「エンジン２」）の各燃焼室２ｂに、燃料タンク４に貯留された燃料を供給する。燃料供給システム１は、フィードポンプ５、高圧燃料ポンプ６、コモンレール３及び制御装置９等を、燃料噴射装置１０と共に備えている。

フィードポンプ５は、例えばトロコイド式の電動ポンプである。フィードポンプ５は、高圧燃料ポンプ６に内蔵されている。フィードポンプ５は、燃料タンク４に貯留された燃料としての軽油を、高圧燃料ポンプ６に圧送する。フィードポンプ５は、高圧燃料ポンプ６と別体で、例えば燃料タンク４の内部に配置される構成であってもよい。

高圧燃料ポンプ６は、例えばプランジャ式のポンプである。高圧燃料ポンプ６は、エンジン２の出力軸によって駆動される。高圧燃料ポンプ６は、燃料配管６ａによってコモンレール３と接続されている。高圧燃料ポンプ６は、フィードポンプ５により供給された燃料をさらに昇圧し、高圧燃料としてコモンレール３に供給する。

コモンレール３は、高圧燃料配管３ｂを介して複数の燃料噴射装置１０と接続されている。コモンレール３は、余剰燃料配管８ａを介して燃料タンク４と接続されている。コモンレール３は、高圧燃料ポンプ６から供給される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装置１０に分配する。コモンレール３には、減圧弁８が備えられている。減圧弁８は、コモンレール３の燃料圧力が目標圧力よりも高い場合に、余剰になった燃料を余剰燃料配管８ａへ排出する。

制御装置９は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９ａ及びＥＤＵ（Electronic Driver Unit）９ｂを含む電子制御ユニットである。制御装置９は、各燃料噴射装置１０と電気的に接続されている。制御装置９は、エンジン２の稼動状態に応じて、各燃料噴射装置１０による燃料の噴射を制御する。

ＥＣＵ９ａは、マイクロコンピュータ又はマイクロコントローラを主体に構成された演算回路を備えている。演算回路には、プロセッサ、ＲＡＭ、及び書き換え可能な不揮発性のメモリ装置が含まれている。ＥＤＵ９ｂは、ＥＣＵ９ａから入力される指令信号に基づき、燃料噴射装置１０の駆動部４０（図２参照）に駆動電圧を印加する。

燃料噴射装置１０は、燃焼室２ｂを形成するヘッド部材２ａの挿入孔に挿入された状態で、ヘッド部材２ａに取り付けられている。燃料噴射装置１０は、高圧燃料配管３ｂを介して供給される高圧燃料を、噴孔３８から燃焼室２ｂへ向けて直接的に噴射する。燃料噴射装置１０は、噴孔３８からの燃料の噴射を制御する弁構造を備えている。燃料噴射装置１０は、高圧燃料の一部を、噴孔３８の開閉に使用する。燃料噴射装置１０に供給された燃料の一部は、戻り配管８ｂ及び余剰燃料配管８ａを通じて燃料タンク４へ戻される。

燃料噴射装置１０は、図２及び図３に示すように、弁ボデー２０、ノズルニードル５０、駆動部４０、制御弁体６０及び制御プレート７３を備えている。

弁ボデー２０は、インジェクターボデー部材２１、バルブボデー部材２２、オリフィス形成部材２３、ノズルボデー部材２４、リテーニングナット２５及びニードルシリンダ２６等の複数の金属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２０には、噴孔３８が形成されている。加えて、弁ボデー２０の内部には、高圧燃料通路３１、高圧室３１ａ、供給連通路３２、流入連通路３３、低圧室３７、制御連通路７０、低圧連通路８０、制御室３５及び弁室３６が設けられている。

噴孔３８は、ヘッド部材２ａ（図１参照）へ挿入される弁ボデー２０において、挿入方向の先端部に形成されている。噴孔３８は、燃焼室２ｂ（図１参照）に露出している。弁ボデー２０の先端部は、円錐状又は半球状に形成されている。噴孔３８は、弁ボデー２０の内側から外側に向けて放射状に複数設けられている。各噴孔３８は、燃焼室２ｂへ向けて高圧燃料を噴射する。高圧燃料は、噴孔３８を通過することによって霧化され、空気と混合容易な状態となる。

高圧燃料通路３１は、インジェクターボデー部材２１、バルブボデー部材２２、及びオリフィス形成部材２３にわたって形成されている。高圧燃料通路３１は、高圧燃料配管３ｂ（図１参照）と接続されている。高圧燃料通路３１は、高圧燃料配管３ｂを通じてコモンレール３（図１参照）から供給される高圧燃料を、高圧室３１ａに供給する。

高圧室３１ａは、ノズルボデー部材２４に形成された円柱状の空間である。高圧室３１ａには、ノズルニードル５０及びニードルシリンダ２６等が収容されている。高圧室３１ａは、高圧燃料通路３１と接続されている。高圧室３１ａは、高圧燃料通路３１を通じて供給される高圧燃料によって満たされている。高圧室３１ａは、高圧燃料を噴孔３８まで流通させる。

供給連通路３２は、オリフィス形成部材２３に形成された燃料通路である。供給連通路３２は、高圧室３１ａと弁室３６とを連通させている。供給連通路３２には、サブインオリフィス３２ａが形成されている。サブインオリフィス３２ａは、供給連通路３２によって高圧室３１ａ及び弁室３６が接続された状態で、高圧室３１ａから弁室３６に流入する燃料流量を制限する。

流入連通路３３は、オリフィス形成部材２３に形成された燃料通路である。流入連通路３３は、高圧燃料通路３１から分岐されており、高圧燃料通路３１と制御室３５とを連通させている。流入連通路３３には、メインインオリフィス３３ａ（図５参照）が形成されている。メインインオリフィス３３ａは、流入連通路３３によって高圧燃料通路３１及び制御室３５が接続された状態で、高圧燃料通路３１から制御室３５に流入する燃料流量を制限する。

低圧室３７は、インジェクターボデー部材２１に形成されている。低圧室３７は、戻り配管８ｂ（図１参照）と接続されており、余剰燃料を戻り配管８ｂに流通させる。低圧室３７は、高圧室３１ａよりも低圧な燃料によって満たされている。低圧室３７には、制御室３５及び弁室３６の燃料が流出する。

制御連通路７０は、オリフィス形成部材２３に形成された主連通区間７１を少なくとも含む燃料通路である。主連通区間７１には、オリフィス形成部材２３への制御プレート７３の当接により、制御プレート７３に設けられた接続連通区間７２が接続される。接続連通区間７２には、メインアウトオリフィス７０ａ（図５参照）が設けられている。制御連通路７０は、制御室３５と弁室３６とを互いに連通させており、弁室３６の燃料を制御室３５に流入させる機能と、制御室３５の燃料を弁室３６に流出させる機能とを有する。弁室３６から制御室３５に燃料が流通する場合、接続連通区間７２は、主連通区間７１から切り離される。一方で、制御室３５から弁室３６に燃料が流出する場合、接続連通区間７２は、主連通区間７１と接続される。その結果、制御連通路７０は、制御室３５から弁室３６に流出する燃料流量をメインアウトオリフィス７０ａによって制限する。

低圧連通路８０は、バルブボデー部材２２に形成された燃料通路である。低圧連通路８０は、制御弁体６０の中心軸に対して、制御連通路７０と同じ側に設けられている。低圧連通路８０は、ピン収容孔２２ａと共に弁室３６と低圧室３７とを連通させており、弁室３６の燃料を低圧室３７に流出させる。ピン収容孔２２ａは、弁室３６と実質同軸となる配置にて、バルブボデー部材２２に円筒孔状に形成されている。

低圧連通路８０は、サブアウトオリフィス８０ａを有している。サブアウトオリフィス８０ａは、ピン収容孔２２ａに接続されている。サブアウトオリフィス８０ａの一端であるオリフィス入口部８１は、ピン収容孔２２ａの周壁に開口している。サブアウトオリフィス８０ａは、ピン収容孔２２ａ及び低圧連通路８０によって弁室３６と低圧室３７とが接続された状態で、弁室３６から低圧室３７に流出する燃料流量を制限する。

制御室３５は、オリフィス形成部材２３、ニードルシリンダ２６、及びノズルニードル５０等によって区画された円柱状の空間である。制御室３５は、ノズルニードル５０を挟んで噴孔３８の反対側に位置している。制御室３５には、制御プレート７３及びコイルスプリング７８が収容されている。制御室３５には、二系統の流路を通じて燃料が供給される。二系統の流路の一方は、流入連通路３３である。二系統の流路の他方は、供給連通路３２、弁室３６及び制御連通路７０である。制御室３５は、これらの流路を流通した燃料によって満たされた状態となる。

弁室３６は、バルブボデー部材２２に設けられた弁体収容穴とオリフィス形成部材２３の上端面とによって区画された円柱状の空間である。弁室３６は、制御室３５と低圧室３７との間に設けられている。弁室３６には、制御弁体６０及びコイルスプリング６８が収容されている。弁室３６は、供給連通路３２を通じて高圧室３１ａから供給される燃料によって満たされている。弁室３６を区画する区画壁３６ａは、内周壁面３６ｃ、頂壁面３６ｄ及び底壁面３６ｂ等によって構成されている。

内周壁面３６ｃは、制御弁体６０の周囲を囲む円筒面状の壁面である。頂壁面３６ｄは、バルブボデー部材２２に設けられた弁体収容穴の底壁に円状に設けられている。頂壁面３６ｄには、接続開口２２ｃ及び上シート面部２７が形成されている。接続開口２２ｃは、ピン収容孔２２ａの一方の端部であって、頂壁面３６ｄの中央に円状に開口している。上シート面部２７は、接続開口２２ｃの外周側に位置し、接続開口２２ｃを円環状に囲んでいる。上シート面部２７は、内テーパ面状に形成されている。上シート面部２７は、制御弁体６０の頂面と対向している。

底壁面３６ｂは、オリフィス形成部材２３の上端面に円状に設けられている。底壁面３６ｂには、供給開口３２ｂ及び下シート面部２８が設けられている。供給開口３２ｂは、供給連通路３２の一方の端部であって、底壁面３６ｂの中央に円状に開口している。下シート面部２８は、供給開口３２ｂの外周側に位置し、供給開口３２ｂを円環状に囲んでいる。下シート面部２８は、区画壁３６ａのうちで、上シート面部２７と対向する位置に形成されている。下シート面部２８は、制御弁体６０の底面と対向している。

ノズルニードル５０は、金属材料により円柱形に形成されている。ノズルニードル５０の噴孔３８側の先端は円錐形に形成されている。ノズルニードル５０は、高圧室３１ａに収容されており、高圧室３１ａの高圧燃料から噴孔３８を開く方向（以下、「開弁方向」）の力を受ける。ノズルニードル５０には、ニードル受圧面５１が形成されている。

ニードル受圧面５１は、制御室３５に臨むノズルニードル５０の軸方向の端面に形成されている。ニードル受圧面５１は、制御室３５に充填された高圧燃料から、噴孔３８を閉じる方向（以下、「閉弁方向」）の力を受ける。加えてノズルニードル５０は、円筒螺旋状に形成されたニードルスプリング５３によって閉弁方向に付勢されている。

ノズルニードル５０は、制御室３５の減圧により、高圧室３１ａの燃料に押し上げられ、開弁方向へ向けて変位する。その結果、高圧室３１ａに充填された高圧燃料は、噴孔３８から燃焼室２ｂ（図１参照）へ向けて噴射される。一方、制御室３５の圧力回復によれば、ノズルニードル５０は閉弁方向に押し下げられる。その結果、噴孔３８からの燃料噴射は、停止される。このように、ノズルニードル５０は、制御室３５の燃料圧力の変動により、軸方向に沿って弁ボデー２０に対し相対変位し、噴孔３８を開閉する。

駆動部４０は、伸縮作動によって制御弁体６０を駆動する。駆動部４０は、ピエゾアクチュエータ４１及び駆動伝達ピン４２等によって構成されている。ピエゾアクチュエータ４１は圧電素子積層体を有している。圧電素子積層体は、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。ピエゾアクチュエータ４１には、制御装置９（図１参照）から出力された駆動電圧が入力される。ピエゾアクチュエータ４１は、駆動電圧の入力に基づき、ピエゾ素子の特性である逆圧電効果によって伸縮する。

駆動伝達ピン４２は、ピエゾアクチュエータ４１の伸縮作動を制御弁体６０に伝達する押圧軸部である。駆動伝達ピン４２は、ピン収容孔２２ａに収容されている。駆動伝達ピン４２の先端部４２ａは、制御弁体６０の頂面中央に突き当てられている。先端部４２ａの外径は、ピン収容孔２２ａの内径に対して小さくされている。先端部４２ａとピン収容孔２２ａとの間の環状隙間８３は、弁室３６から流出する燃料の通路として機能する。

以上の駆動部４０は、電荷の蓄積によって伸長したピエゾアクチュエータ４１により、駆動伝達ピン４２を弁室３６に突き出す方向へ変位させる。また駆動部４０は、電荷の放出によるピエゾアクチュエータ４１の収縮により、駆動伝達ピン４２をピン収容孔２２ａへと引き戻す。

制御弁体６０は、金属材料等によって全体として柱状に形成されている。制御弁体６０は、弁室３６及びバルブボデー部材２２と同軸配置となるように、弁室３６に収容されている。制御弁体６０は、コイルスプリング６８により駆動伝達ピン４２の下端面へ向けて付勢されている。制御弁体６０は、駆動部４０によって駆動され、軸方向に沿って弁室３６内を変位可能である。

制御弁体６０は、円柱部６０ａ及び半球部６０ｂを有している。円柱部６０ａは、円柱状に形成され、半球部６０ｂに対してオリフィス形成部材２３側に位置している。半球部６０ｂは、接続開口２２ｃへ向けて凸状に湾曲した部分球状に形成されている。半球部６０ｂは、円柱部６０ａに対して駆動伝達ピン４２側に位置している。半球部６０ｂの中心は、円柱部６０ａの中心軸上に位置している。

制御弁体６０には、上着座面６１及び下着座面６２が形成されている。上着座面６１は、半球部６０ｂのうちで、上シート面部２７と対向する位置に設けられている。上着座面６１は、ピエゾアクチュエータ４１が収縮した状態で、上シート面部２７に押し当てられる。下着座面６２は、円柱部６０ａの底面のうちで、下シート面部２８と対向する位置に設けられている。下着座面６２は、ピエゾアクチュエータ４１が伸長した状態で、下シート面部２８に押し当てられる。

制御弁体６０は、弁室３６と制御室３５及び低圧室３７との接続状態を切り替える三方弁として機能する。詳記すると、制御弁体６０は、上着座面６１の上シート面部２７への着座によって閉弁状態となり、低圧連通路８０による弁室３６と低圧室３７との連通を遮断する。一方で、制御弁体６０は、上着座面６１の上シート面部２７からの離座によって開弁状態となり、低圧連通路８０による弁室３６と低圧室３７との連通を許容する。開弁状態にある制御弁体６０は、下着座面６２を下シート面部２８に着座させており、上着座面６１と上シート面部２７との間に隙間絞り部９０を形成している。

制御プレート７３は、金属材料等によって全体として扁平な円板状に形成されている。制御プレート７３は、制御室３５及びニードルシリンダ２６と同軸配置となるように、弁室３６に収容されている。制御プレート７３は、軸方向に沿って制御室３５内を変位可能である。制御プレート７３は、コイルスプリング７８により、オリフィス形成部材２３の下端面へ向けて付勢されている。

制御プレート７３には、図５に示すように、連通孔７４が形成されている。連通孔７４は、制御プレート７３の径方向の中心に設けられており、軸方向に沿って制御プレート７３を貫通している。連通孔７４は、制御連通路７０の接続連通区間７２を形成している。連通孔７４には、メインアウトオリフィス７０ａが形成されている。メインアウトオリフィス７０ａの流路面積は、連通孔７４のうちで最小となっている。

以上の燃料噴射装置１０における燃料噴射の作動の詳細を、図２及び図３を用いて説明する。

ピエゾアクチュエータ４１の通電がオフ状態とされた噴射開始前の燃料噴射装置１０では、制御弁体６０及び制御プレート７３は、それぞれ上シート面部２７及びオリフィス形成部材２３に着座している。この状態での制御室３５の燃料圧力は、高圧燃料通路３１と実質同一となる。そのため、制御室３５の燃料圧力によって付勢されたノズルニードル５０は、噴孔３８を閉じた状態を維持する。

ピエゾアクチュエータ４１の通電がオフ状態からオン状態へと切り替えられると、制御弁体６０は、上着座面６１を上シート面部２７から離座させ、さらに下着座面６２を下シート面部２８に着座させる。この状態では、供給連通路３２による高圧室３１ａと弁室３６との連通が、制御弁体６０によって遮断される。加えて、流入連通路３３による高圧燃料通路３１と制御室３５との連通も、オリフィス形成部材２３に着座した制御プレート７３によって遮断される。以上により、燃料噴射装置１０は、高圧燃料の流出が抑制された静リークレス構造となる。

一方で、低圧連通路８０による弁室３６と低圧室３７との連通が許容される。以上により、制御室３５の燃料は、制御連通路７０、弁室３６、ピン収容孔２２ａ及び低圧連通路８０を流通し、低圧室３７に排出される。その結果、制御室３５の圧力降下によってノズルニードル５０が開弁方向に変位し、噴孔３８からの燃料噴射が開始される。

ピエゾアクチュエータ４１の通電がオン状態からオフ状態へと切り替えられると、制御弁体６０は、下着座面６２を下シート面部２８から離座させ、さらに上着座面６１を上シート面部２７に着座せる。この状態では、低圧連通路８０による弁室３６と低圧室３７との連通が、制御弁体６０によって遮断される。一方で、供給連通路３２による高圧室３１ａと弁室３６との連通が許容される。以上によれば、弁室３６及び制御室３５の燃料圧力は、供給連通路３２、制御連通路７０及び流入連通路３３を通じた高圧燃料の供給によって回復する。その結果、ノズルニードル５０が閉弁方向に変位し、噴孔３８からの燃料噴射が停止される。

上記の燃料噴射装置１０の燃料噴射期間にて、制御室３５から低圧室３７に流通する燃料流量は、制御室３５から低圧室３７に至る燃料経路のうちで流路面積が絞られた箇所の影響を受け易い。具体的に、流路面積は、サブアウトオリフィス８０ａ、オリフィス入口部８１、環状隙間８３、隙間絞り部９０及びメインアウトオリフィス７０ａにて、特に狭くされている。以下、燃料流量に影響するこれらの箇所の各流路面積の詳細を、図４〜図６に基づき、図２及び図３を参照しつつ説明する。

サブアウトオリフィス８０ａの流路面積Ａａ（図４参照）は、円筒面状であるサブアウトオリフィス８０ａの横断面積である。サブアウトオリフィス８０ａの流路面積Ａａは、低圧連通路８０にてサブアウトオリフィス８０ａを除く下流区間の流路面積よりも小さくされている。さらに、サブアウトオリフィス８０ａの流路面積Ａａは、隙間絞り部９０の流路面積Ａｃよりも小さく規定されている。

オリフィス入口部８１の流路面積Ａｂ１（図４参照）は、ピン収容孔２２ａに対して軸方向を傾斜させた低圧連通路８０の姿勢により、サブアウトオリフィス８０ａの流路面積Ａａよりも大きく規定されている。オリフィス入口部８１の流路面積Ａｂ１は、サブアウトオリフィス８０ａによる燃料流量の規定を妨げ難いよう、サブアウトオリフィス８０ａの流路面積Ａａの１．５倍以上となるように規定されている。

環状隙間８３の流路面積Ａｂ２（図４参照）は、ピン収容孔２２ａの横断面積から先端部４２ａの横断面積を差し引いた円環面の面積である。環状隙間８３の流路面積Ａｂ２は、サブアウトオリフィス８０ａ及びオリフィス入口部８１の各流路面積Ａａ，Ａｂ１よりも大きい。具体的に、環状隙間８３の流路面積Ａｂ２は、オリフィス入口部８１の流路面積Ａｂ１の３倍程度に規定されている。

隙間絞り部９０の流路面積Ａｃ（図４参照）は、上シート面部２７のうちで上着座面６１が着座する円環状部分のシート径ｒと、制御弁体６０の最大変位量Ｓｔとに基づいて規定され、具体的には、「Ａｃ＝２π×ｒ×Ｓｔ」の算出式によって算出される。最大変位量Ｓｔは、上シート面部２７に着座していた制御弁体６０を、下シート面部２８に着座する位置まで移動させる変位量である。即ち、下シート面部２８に制御弁体６０が着座した状態にて、上着座面６１と上シート面部２７との間に生じる流路面積が、隙間絞り部９０の流路面積Ａｃとなる。隙間絞り部９０の流路面積Ａｃは、サブアウトオリフィス８０ａ及びオリフィス入口部８１の各流路面積Ａａ，Ａｂ１よりも大きい。具体的に、隙間絞り部９０の流路面積Ａｃは、サブアウトオリフィス８０ａの流路面積Ａａの２倍以上となるように規定されている。

メインアウトオリフィス７０ａの流路面積Ａｄ（図５参照）は、円筒面状であるメインアウトオリフィス７０ａの横断面積である。メインアウトオリフィス７０ａの流路面積Ａｄは、接続連通区間７２にてメインアウトオリフィス７０ａを除く区間の流路面積よりも小さく、且つ主連通区間７１の流路面積よりも小さくされている。さらに、メインアウトオリフィス７０ａの流路面積Ａｄは、サブアウトオリフィス８０ａの流路面積Ａａよりも小さくされている。

具体的に、サブアウトオリフィス８０ａの流路面積Ａａは、メインアウトオリフィス７０ａの流路面積Ａｄの１．５倍以上となるように規定されている。その結果、サブアウトオリフィス８０ａに対する隙間絞り部９０の流路面積比Ａｃ／Ａａ（例えば２．０）は、メインアウトオリフィス７０ａに対するサブアウトオリフィス８０ａの流路面積比率Ａａ／Ａｄ（例えば１．５）よりも大きくなる。

ここまで説明した第一実施形態では、制御弁体６０の開弁状態にて、隙間絞り部９０の流路面積Ａｃよりも、低圧連通路８０のサブアウトオリフィス８０ａの流路面積Ａａが小さくなる。そのため、弁室３６を経由して制御室３５から低圧室３７に流出する燃料流量は、主にサブアウトオリフィス８０ａによって規定される。

仮に、隙間絞り部１９０の流路面積よりもサブアウトオリフィス１８０ａの流路面積が大きくされた比較形態（図７参照）を想定する。この比較形態では、隙間絞り部１９０を通過した燃料は、サブアウトオリフィス１８０ａにて流通を規制されることなく、そのまま低圧連通路１８０に流通し得る。故に、隙間絞り部１９０とサブアウトオリフィス１８０ａとの間の燃料圧力は、隙間絞り部１９０よりも上流側の弁室３６の燃料圧力に対して、大きく降下し易い。こうした圧力差により、制御弁体６０に径方向の位置ずれ（偏心）が生じた場合、隙間絞り部１９０の形状の変動に起因して、隙間絞り部１９０を流通する燃料流量、ひいては制御室から低圧室に排出される燃料流量が大きく変動してしまう。

具体的には、制御弁体６０の位置がオリフィス入口部１８１から遠ざかる方向にずれた場合、燃料流量は、制御弁体６０が正常な位置にある場合と比較して増加する。一方で、制御弁体６０の位置がオリフィス入口部１８１に近づく方向にずれた場合、燃料流量は、制御弁体６０が正常な位置にある場合と比較して減少する。

対して第一実施形態では、図４及び図８に示すように、サブアウトオリフィス８０ａの流路面積Ａａが隙間絞り部９０の流路面積Ａｃよりも小さい。故に、隙間絞り部９０を通過した燃料は、サブアウトオリフィス８０ａにて再び低圧室３７（図２参照）への流通を規制される。そのため、隙間絞り部９０とサブアウトオリフィス８０ａとの間の燃料圧力は、隙間絞り部９０よりも上流側の弁室３６の燃料圧力に対して、大きく降下し難い。

以上によれば、制御弁体６０に径方向の位置ずれが生じた場合（図８参照）でも、隙間絞り部９０を流通する燃料流量、即ち、制御室３５から流出する燃料流量は、変化し難くなる。したがって、ノズルニードル５０の開弁変位の態様に生じるばらつき、ひいては噴孔３８から噴射される燃料量のばらつきが抑制可能となる。

加えて第一実施形態では、サブアウトオリフィス８０ａの流路面積Ａａに対して、隙間絞り部９０の流路面積Ａｃが十分に大きく設定されている。故に、隙間絞り部９０とサブアウトオリフィス８０ａとが二重絞りとなった構成であっても、制御室３５から低圧室３７に流出する燃料流量は、サブアウトオリフィス８０ａによって支配的に制御され得る。故に、ノズルニードル５０の開弁変位の態様は、いっそうばらつき難くなる。

また第一実施形態では、制御室３５から弁室３６に流出する燃料流量が、サブアウトオリフィス８０ａよりも小径のメインアウトオリフィス７０ａによって制御される。故に、弁室３６から低圧室３７へ流出する燃料流量の変動は、制御室３５の減圧の態様にさらに影響し難くなる。以上によれば、ノズルニードル５０の開弁変位の態様は、いっそうばらつき難くなる。

さらに第一実施形態では、サブアウトオリフィス８０ａの流路面積Ａａに対して、メインアウトオリフィス７０ａの流路面積Ａｄが十分に小さく設定されている。こうした面積比の規定によれば、メインアウトオリフィス７０ａとサブアウトオリフィス８０ａとが二重絞りとなった構成であっても、小径のメインアウトオリフィス７０ａを通過する燃料流量は、サブアウトオリフィス８０ａの影響を受け難い（図９参照）。故に、制御室３５から弁室３６に流出する燃料流量は、いっそうばらつき難くなる。

ここで、一つの部材に形成されている各アウトオリフィス８０ａ，７０ａの形状は、実質的に変動しない。一方で、二つの部材の間に形成される隙間絞り部９０の形状には、変動の虞がある。例えば、制御弁体６０の位置が底壁面３６ｂに沿って径方向にずれた場合、隙間絞り部９０の形状、ひいては流路面積Ａｃが変動し得る。

故に第一実施形態では、変動の虞のある流路面積比Ａｃ／Ａａが変動の虞のない流路面積比率Ａａ／Ａｄよりも大きくなるように、各流路面積Ａａ，Ａｃ，Ａｄは、規定されている。故に、隙間絞り部９０の流路面積Ａｃに変動が生じた場合でも、二重絞り構造となる隙間絞り部９０及びサブアウトオリフィス８０ａを流れる燃料流量の変動は、制御室３５から低圧室３７へ向かう全体の流れに影響しない程度に抑制され得る。したがって、ノズルニードル５０の開弁変位の態様は、いっそうばらつき難くなる。

また、隙間絞り部９０の拡大によれば、制御弁体６０を駆動する駆動部４０の負荷の増大が引き起こされ得る。特に、供給される燃料が高圧化された燃料噴射装置１０では、駆動部４０の負荷増大が顕著となる。故に第一実施形態のように流路面積比率Ａａ／Ａｄを流路面積比Ａｃ／Ａａよりも小さく規定し、各アウトオリフィス８０ａ，７０ａの流路面積Ａａ，Ａｄの差を抑える設定によれば、隙間絞り部９０の流路面積Ａｃの拡大は、抑制され得る。以上によれば、駆動部４０の負荷の増大を回避しつつ、高応答化及び高圧化を実現したうえで、ノズルニードル５０の開弁変位の態様のばらつきが抑制可能となる。

さらに、サブアウトオリフィス８０ａ及びメインアウトオリフィス７０ａの各流路面積Ａａ，Ａｄが共に確保されていれば、制御室３５から低圧室３７に流出する燃料流量が多くなる。その結果、制御弁体６０の開閉作動に対するノズルニードル５０の開閉作動の応答性は、いっそう向上可能となる。

また第一実施形態の制御弁体６０は、開弁状態にて下シート面部２８に着座する。故に、開弁状態での制御弁体６０の位置は、少なくとも駆動部４０の伸縮する方向にて安定的となる。よって軸方向における制御弁体６０の位置ずれは、実質的に生じない。その結果、隙間絞り部９０の流路面積Ａｃの変動が低減されるため、ノズルニードル５０の開弁変位の態様に生じるばらつきは、いっそう抑制可能となる。

尚、第一実施形態では、弁ボデー２０が「ボデー」に相当し、上シート面部２７が「流出シート面」に相当し、下シート面部２８が「対向シート面」に相当し、低圧室３７が「低圧側」に相当し、ノズルニードル５０が「弁部材」に相当する。また、上着座面６１が「着座面」に相当し、制御連通路７０が「連通流路」に相当し、メインアウトオリフィス７０ａが「連通絞り部」に相当し、低圧連通路８０が「流出流路」に相当し、サブアウトオリフィス８０ａが「流出絞り部」に相当する。

（第二実施形態）
図１０に示す第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態の制御弁体２６０は、切欠部２６４を有している。切欠部２６４は、環状に形成された上着座面６１の外周側に臨む位置に設けられている。切欠部２６４は、一例として、半球部２６０ｂの外縁部分（二点鎖線参照）を全周にわたって除去し、半球部２６０ｂの外径を縮小させる加工によって形成されている。切欠部２６４は、区画壁３６ａのうちの上シート面部２７から離れる向きに上着座面６１に対して窪む凹部を形成している。以上の切欠部２６４の形成によれば、上シート面部２７と対向する上シート面部２７が径方向にて縮小される。その結果、隙間絞り部９０の絞り長さＬｏが、切欠部２６４を設けない形態と比較して短くなっている。

ここまで説明した第二実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、ノズルニードル５０（図２参照）の開弁変位の態様に生じるばらつき、ひいては噴孔３８（図２参照）から噴射される燃料量のばらつきが抑制可能となる。加えて第二実施形態では、切欠部２６４の形成によって隙間絞り部９０の絞り長さＬｏが短くされている。こうした構成であれば、隙間絞り部９０の形状変化が燃料流量に与える影響は、低減される。即ち、制御弁体２６０の位置ずれに対する燃料流量の変化の感度が低くできる。以上によれば、ノズルニードル５０の開弁変位のばらつきは、いっそう抑制可能となる。尚、第二実施形態では、切欠部２６４が「凹部」に相当する。

（他の実施形態）
以上、本開示の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。

上記実施形態における各流路面積Ａａ，Ａｃ，Ａｄは、「Ａｃ／Ａａ＞Ａａ／Ａｄ」の関係が成立するように規定されていた。しかし、「Ａｃ＞Ａａ」の大小関係が成立していれば、各流路面積Ａａ，Ａｃ，Ａｄは、適宜変更されてよい。さらに、静リークレス構造ではない燃料噴射装置にも、上記の流路面積Ａａ，Ａｃ，Ａｄの大小関係は適用可能である。

上記実施形態では、制御弁体が下シート面部に着座した状態での隙間絞り部の流路面積が、サブアウトオリフィスの流路面積よりも大きくなる構成であった。しかし、制御弁体は、下シート面部に着座しない構成であってもよい。さらに、制御弁体と下シート面部とが非接触の状態を常用する燃料噴射装置であれば、こうした制御弁体の中間位置における隙間絞り部の流路面積よりもサブアウトオリフィスの流路面積が小さく規定される。

上記実施形態では、サブアウトオリフィスよりも小径なメインアウトオリフィスが設けられていた。しかし、メインアウトオリフィスは、サブアウトオリフィスと実質的に同一の内径であってもよく、又はサブアウトオリフィスよりも大径であってもよい。さらに、メインアウトオリフィスは、省略されていてもよい。

上記実施形態において、制御連通路７０及び低圧連通路８０は、制御弁体６０の中心軸に対して同一となる側に配置されていた。しかし、例えば駆動部側から弁室を見たとき、制御連通路及び低圧連通路の各端部は、制御弁体の中心軸を挟んだ反対側に設けられていてもよい。

上記実施形態では、圧電素子積層体を有するピエゾアクチュエータが駆動部に採用されていた。しかし、駆動部は、例えば磁電アクチュエータ等を有する構成であってもよい。

上記実施形態では、燃料として軽油を噴射する燃料噴射装置に対し本開示による流路面積の関係を適用した例を説明した。しかし、上記の流路面積の関係は、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にも適用可能である。

１０燃料噴射装置、２０弁ボデー（ボデー）、２７上シート面部（流出シート面）、２８下シート面部（対向シート面）、３５制御室、３６弁室、３６ａ区画壁、３７低圧室（低圧側）、３８噴孔、４０駆動部、５０ノズルニードル（弁部材）、６０，２６０制御弁体、６１上着座面（着座面）、７０制御連通路（連通流路）、７０ａメインアウトオリフィス（連通絞り部）、８０低圧連通路（流出流路）、８０ａサブアウトオリフィス（流出絞り部）、９０隙間絞り部、２６４切欠部（凹部）、Ａａサブアウトオリフィスの流路面積、Ａｃ隙間絞り部の流路面積、Ａｄメインアウトオリフィスの流路面積

Claims

噴孔（３８）から燃料を噴射する燃料噴射装置であって、
燃料によって満たされる制御室（３５）、前記制御室と連通された弁室（３６）、及び前記弁室の燃料を低圧側（３７）に流出させる流出流路（８０）、が内部に設けられ、前記噴孔を形成するボデー（２０）と、
前記制御室の燃料圧力の変動によって変位し、前記噴孔を開閉する弁部材（５０）と、
前記弁室に収容され、前記弁室を区画する区画壁（３６ａ）に設けられた流出シート面（２７）への着座によって前記流出流路による前記弁室と前記低圧側との連通を遮断する制御弁体（６０，２６０）と、
伸縮作動によって前記制御弁体を駆動し、前記流出シート面に前記制御弁体を離着座させる駆動部（４０）と、を備え、
前記制御弁体は、前記流出流路による前記弁室と前記低圧側との連通を許容する開弁状態にて、前記流出シート面との間に隙間絞り部（９０）を形成し、
前記流出流路は、前記弁室から前記低圧側に流出する燃料流量を制限する流出絞り部（８０ａ）、を有し、
前記区画壁のうちで前記流出シート面と対向する位置には、前記開弁状態とされた前記制御弁体を着座させる対向シート面（２８）が形成され、
前記対向シート面に着座した前記制御弁体と前記流出シート面との間の流路面積が、前記隙間絞り部の流路面積（Ａｃ）であり、
前記ボデーの内部には、前記制御弁体に伸縮作動を伝達する押圧軸部（４２）を収容し、前記流出流路の一部となる環状隙間（８３）を前記押圧軸部との間に形成する収容孔（２２ａ）、がさらに設けられ、
前記流出絞り部の流路面積（Ａａ）は、前記隙間絞り部の流路面積よりも小さく、
前記隙間絞り部の流路面積は、前記環状隙間の流路面積（Ａｂ２）よりも小さい燃料噴射装置。
前記隙間絞り部の流路面積は、前記流出絞り部の流路面積の２倍以上である請求項１に記載の燃料噴射装置。
前記ボデーの内部には、前記制御室と前記弁室とを連通する連通流路（７０）、がさらに設けられ、
前記制御室から前記弁室に流出する燃料流量を制限する連通絞り部（７０ａ）の流路面積（Ａｄ）は、前記流出絞り部の流路面積（Ａａ）よりも小さい請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。
前記流出絞り部の流路面積は、前記連通絞り部の流路面積の１．５倍以上である請求項３に記載の燃料噴射装置。
前記流出絞り部に対する前記隙間絞り部の流路面積比は、前記連通絞り部に対する前記流出絞り部の流路面積比よりも大きい請求項３又は４に記載の燃料噴射装置。
前記制御弁体は、前記流出シート面に着座する環状の着座面（６１）、及び前記着座面の外周側に臨み前記区画壁から離れる向きに前記着座面に対して窪む凹部（２６４）、を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。