JP2006029145A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 バウンスが発生した場合であっても、燃料噴射の調量精度の確保が可能な燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】 燃料通路を形成する内周面１３、１５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弁部材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とを備え、弁部材３０を着座方向および離座方向に移動することで、噴孔２１からの燃料の噴射を遮断、および噴射を許容する燃料噴射弁１０において、弁部材３０には、内周面１５に摺動可能に配置され、内周面１５に対向する外周面に燃料の流通を許容する切欠き部３３ａを有する摺動軸部３３が設けられており、弁部材３０が弁座１４から離座方向に移動するときつまり燃料噴射弁１０の開時には、切欠き部３３ａを閉じる領域と、切欠き部３３ａを開く領域とを有する。
【選択図】 図１

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、例えば内燃機関の燃焼室に直接あるいは間接的に燃料噴射するインジェクタが知られている。インジェクタから供給された燃料は、吸気管あるいは燃焼室において空気と混合され、燃焼室内に可燃混合気を形成する。燃焼室内の可燃混合気はピストン運動により圧縮された後、点火装置により着火燃焼し、内燃機関の動力として利用されている。この種のインジェクタは、弁ボディと、弁ボディの弁座に離座および着座可能なニードルとからなる弁部を有しており、ニードルが弁座に離座および着座することにより弁部が開閉され、燃料の噴射および噴射の停止が行なわれる（特許文献１、２参照）。

内燃機関へ所定の燃料噴射量を供給するために弁部を開閉するとき、ニードルのバウンスが発生する場合がある。例えば閉時にバウンスが発生すると、瞬間的に開になって不要な燃料が噴射される等の燃料噴射調量の不安定あるいは制御不能な状態に陥るおそれがある。場合によっては低噴射量での調量精度が悪化し、使用できる燃料噴射調量の領域いわゆるダイナミックレンジが制限される可能性があるため、バウンス抑制することが重要となっている。

特許文献１では、ニードルのバウンスを流体のダンパ効果により抑制する技術が開示されている。ダンパ室が弁ボディ内の燃料通路に配置されており、ニードルの弁座への着座により、ダンパ室内に蓄えられる流体としての燃料の容積が減少し、離座によりその容積が増えるものである。

特許文献２では、電磁力により駆動される可動コアと、これに連結されて協働するニードルとの連結部に、弾性体を組み込む技術が開示されている。
特開２００２−２２０５０号公報 特開２００１−１５３００３号公報

しかしながら、特許文献１等の従来技術では、燃料噴射の調量精度に影響を及ぼさないようにバウンスを完全に防止することは難しい。

また、特許文献２の従来技術のように、可動コアとニードルの締結部に弾性体を組み込む手法もあるが、部品点数が増加することと、これに伴い製造工程において組付性の悪化あるいは弾性体特性のばらつき管理が難しくなるおそれがある。そのため、コストアップが避けられないという問題がある。

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、バウンスが発生した場合であっても、燃料噴射の調量精度の確保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、バウンスが発生した場合であっても燃料噴射の調量精度の確保が可能であるとともに、安価にダイナミックレンジの拡大が図れる燃料噴射弁を提供することにある。

本発明の請求項１によると、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を備え、弁部材を着座方向および離座方向に移動することで、噴孔からの燃料の噴射を遮断、および噴射を許容する燃料噴射弁において、弁部材には、内周面に摺動可能に配置され、内周面に対向する外周面に燃料の流通を許容する切欠き部を有する摺動軸部が設けられており、弁部材が弁座から離座方向に移動するときには、切欠き部を閉じる領域と、切欠き部を開く領域とを有することを特徴とする。

これによると、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を備え、弁部材を着座方向および離座方向に移動することで、燃料の噴射を遮断、および噴射を許容する燃料噴射弁において、弁部材には、内周面に摺動可能に配置され、内周面に対向する外周面に燃料の流通を許容する切欠き部を有する摺動軸部が設けられている。さらに、弁部材が弁座から離座方向に移動するとき、つまりいわゆる弁部の開時には、切欠き部を閉じる領域と、切欠き部を開く領域とを有する。これにより、バウンスが万が一発生した場合であったとしても、切欠き部を閉じる領域によって、噴孔に燃料を導く燃料通路のうち、摺動軸部と内周面との間に形成される燃料通路部の燃料の流通を遮断することが可能である。その結果、バウンスが万が一発生した場合であったとしても、バウンスによる噴孔からの不要な燃料の噴射を防止することができる。したがって、燃料噴射の調量精度の確保ができる。

本発明の請求項２によると、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を備え、弁部材を着座方向および離座方向に移動することで、噴孔からの燃料の噴射を遮断、および噴射を許容する燃料噴射弁において、弁座から離座方向に所定のリフト量弁部材が移動するまでの領域では噴孔から燃料を噴射せず、所定リフト量以上に弁部材が移動する領域では噴孔から燃料を噴射させる弁閉鎖手段を備えている。したがって、バウンスが万が一発生した場合であったとしても、弁座から離座方向に所定のリフト量弁部材が移動するまでの領域によって、噴孔からの不要な燃料の噴射を防止することができる。

本発明の請求項３によると、弁閉鎖手段は、内周面に摺動可能な弁部材、および内周面のうち、弁部材の外周面に摺動可能な内周面部に位置する弁ボディのうちの少なくともいずれか一方に設けられており、摺動可能な内周面部および外周面のうち、ほぼ全周にわたって移動可能に嵌合する第１の内周面部と第１の外周面部に対応する遮断部と、第１の内周面部と異なる第２の内周面部と第１の外周面部と異なる第２の外周面部に対応し、第２の内周面部および第２の外周面部のうちのいずれか一方に形成され燃料の流通を許容する切欠き部を有するガイド部とを備えていることを特徴とする。

これによると、弁閉鎖手段は、内周面に摺動可能な弁部材、および内周面のうち、弁部材の外周面に摺動可能な内周面部に位置する弁ボディのうちの少なくともいずれか一方に設けられている。さらに、弁閉鎖手段は、摺動可能な内周面部および外周面のうち、ほぼ全周にわたって移動可能に嵌合する第１の内周面部と第１の外周面部に対応する遮断部と、第１の内周面部と異なる第２の内周面部と第１の外周面部と異なる第２の外周面部に対応し、第２の内周面部および第２の外周面部のうちのいずれか一方に形成され燃料の流通を許容する切欠き部を有するガイド部とを備えている。これにより、弁座から離座方向に所定のリフト量弁部材が移動するまでの領域を、遮断部の嵌合によってガイド部の切欠き部を閉じるようにしておくことができる。一方、所定リフト量以上に弁部材が移動する領域では、切欠き部は開くため、噴孔から燃料が噴射される。

本発明の請求項４によると、切欠き部は複数個設けられており、切欠き部は、弁部材の周方向に沿ってほぼ軸対称に配置されていることを特徴とする。

これによると、切欠き部が複数個設けられている場合には、切欠き部は、弁部材の周方向に沿ってほぼ軸対称に配置されていることが好ましい。弁部材の着座方向および離座方向へ移動するときの挙動、つまりいわゆるリフト挙動の安定化が図れる。

本発明の請求項５によると、切欠き部の形状は、面取り、段差、および溝の少なくともいずれか一つからなることを特徴とする。

これによると、切欠き部は、面取り、段差、および溝等の簡単な形状で形成することが可能である。したがって、バウンスが万が一発生した場合であったとしても燃料噴射の調量精度の確保ができるとともに、安価にダイナミックレンジの拡大が図れる。

本発明の請求項６によると、溝は、略螺旋状に形成されていることを特徴とする。

これによると、燃料の旋回流を形成させたい場合には、略螺旋状に形成されていることが好ましい。これにより、噴孔から噴射される燃料の噴霧を、スワール噴霧に形成することが可能である。

本発明の請求項７によると、噴孔は複数個設けられており、噴孔は、弁ボディの燃料通路の出口側の端部に設けられ、略薄板状に形成される噴孔プレートに配置されていることを特徴とする。

これによると、噴孔が複数個設けられている場合には、噴孔は、弁ボディの燃料通路の出口側の端部に設けられ、略薄板状に形成される噴孔プレートに配置されていることが好ましい。

以下、本発明の燃料噴射弁を、ガソリンエンジンに燃料を噴射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、本実施形態に係わる弁ボディおよび弁部材周りを示す部分的断面図である。図２は、図１中の弁部材を下方向からみた平面図である。図３は、本実施形態の燃料噴射弁を示す断面図である。図４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、図４（ａ）は閉状態、図４（ｂ）は弁部材が中間リフトの状態、図４（ｃ）は最大リフトの状態を示す部分的断面図である。図５は、本実施形態の弁部材のリフト特性および燃料噴射率を示す特性線図である。

図３に示すように、燃料噴射弁（以下、インジェクタと呼ぶ）１０は、内燃機関（エンジン）、特にガソリンエンジンに用いられる。インジェクタ１０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）の吸気管等に取付けられて、各気筒に燃料を噴射供給する。インジェクタ１０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。インジェクタ１０は略円筒形状であり、一端から燃料を受け、他端から燃料を噴射する。インジェクタ１０はいわゆる電磁式燃料噴射弁であり、燃料の噴射を遮断および許容する弁部Ｂと、弁部Ｂを駆動する電磁駆動部Ｓと、噴霧を形成する噴孔２１を有する噴孔プレート２０とを含んで構成されている。噴孔プレート２０は燃料を微粒化し、噴霧を形成する燃料噴霧形成手段である。なお、後述する弁部の弁ボディ１２のシート部１４の下流側に、燃料噴霧形成手段を備えるようにしてもよい。インジェクタ１０の一端側の燃料入口部には内部に内孔が形成されており、インジェクタ１０内の弁部Ｂへ燃料を供給する燃料通路と連通している。内孔にはフィルタ７０が取付けられており、異物が除去される。

なお、エンジンが直噴用エンジンの場合には、インジェクタ１０は気筒の燃焼室１０６に燃料を直接噴射供給する。この場合、燃焼室１０６へ供給する燃料の圧力を約２ＭＰａ以上とするために、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さらに加圧し、この加圧された所定の高圧の燃料（例えば、２〜１３ＭＰａの範囲内の所定圧の燃料）が、燃料分配管を介してインジェクタ１０に供給される。燃料ポンプから吐出される燃料、高圧ポンプからさらに加圧されて吐出される燃料は、それぞれ図示しない燃料調圧装置としてのプレッシャレギュレータによって所定の圧力に調圧されている。

弁部Ｂは、図３に示すように、弁ボディ１２と、弁部材（以下、ニードルと呼ぶ）３０と、ハウジング（以下、弁ハウジングと呼ぶ）１６とを含んで構成されている。弁ボディ１２は弁ハウジン１６の燃料噴射側端部の内壁に溶接により固定されている。弁ボディ１２は燃料流れ方向の噴孔プレート２０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、略円錐状に形成されており、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。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。なお、ニードル３０の先端部は平坦である。この先端部と、噴孔プレート２０の先端部に対向する部分とで区画される燃料空間は扁平である。なお、ここで、弁座１４と当接部３１は、弁部が燃料の噴射を遮断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、本実施形態では、図１および図３に示すように、燃料通路を流通する燃料流れの円錐面１３は、弁座１４の下流側が、略円筒状の内周面（以下、円筒内周面と呼ぶ）１５に形成されている。ニードル３０の先端部（図１では下端部）には、当接部３１の下流側に、摺動軸部３３が設けられており、摺動軸部３３は円筒内周面１５と摺動可能に配置されている。摺動軸部３３の外周形状は円筒内周面１５の形状に沿うように略円筒状に形成されている。

摺動軸部３３の下端部側には、図１および図２に示すように、切欠き部３３ａが設けられている。切欠き部３３ａは、摺動軸部３３の略円筒状の外周面と円筒内周面１５の間には隙間が設けられ、その隙間は燃料の流通可能な空間（以下、燃料流通許容部と呼ぶ）を形成している。一方、摺動軸部３３の上端部側では、摺動軸部３３の略円筒状の外周面と円筒内周面１５とが周方向に沿ってほぼ全周摺動可能である。これにより、摺動軸部３３は円筒内周面１５に対し移動可能に嵌合している。図１に示すように、摺動軸部（詳しくは上端部側）３３の円筒内周面１５に対し移動可能に嵌合している幅は、所定の幅Ｈｎｏあり、ニードル３０が弁座１４から離座方向（軸方向）に移動する移動距離（以下、リフト量と呼ぶ）Ｈｎｏに対応している。なお、図１では、図面作成の便宜上、噴孔２１は一つのみを図示しており、ニードル３０（詳しくは、当接部３１）は弁ボディ１２の弁座１４に着座している状態（閉状態）を示している。図１中の二点鎖線と切欠き部３３ａの上部との距離が、閉状態では所定の幅Ｈｎｏあり、ニードル３０がリフトしても、この距離がある間は、切欠き部３３ａは閉じられており、この距離がなくなると、切欠き部３３ａは開かれ、燃料を下流側の噴孔２１へ供給する。

さらになお、本実施形態では、切欠き部３３ａを、図１および図２に示すように、摺動軸部３３の略円筒状の外周面を面取りする面取りの形状に形成している。切欠き部３３ａの形状は、摺動軸部３３の略円筒状の外周面と円筒内周面１５との間に、燃料の流通を許容する隙間を形成するものであれば、面取り形状に限らず、いずれの形状でもよい。なお、以下、本実施形態で説明する切欠き部３３ａの形状とする。

さらになお、本実施形態では、切欠き部３３ａは、摺動軸部３３の外周面に沿って複数個（本実施例では、図２に示すように４個）形成されている。切欠き部３３ａを摺動軸部３３に複数個配置する場合には、図２に示すように、複数個（４個）の切欠き部３３ａを、摺動軸部３３の外周面の周方向に沿ってほぼ軸対称に配置することが好ましい。

なお、ここで、内周面１３、１５は燃料通路の一部を構成しており、燃料通路内を流通する燃料は弁座１４の下流側に配置される噴孔２１へ供給される。また、円筒内周面１５は、ニードル３０の外周面（詳しくは摺動軸部３３の外周面）に摺動可能な内周面部である。

摺動軸部３３のうち、幅Ｈｎｏに対応する部分の外周面は第１の外周面部を構成しており、第１の外周面部に対向する内周面１５の部分は第１の内周面部を構成している。なお、摺動軸部３３のうち、第１の外周面部に対応する部分は遮断部を構成する。

摺動軸部３３のうち、周方向に沿って切欠き部３３ａが形成される外周面の部分は、第２の外周面部を構成し、第２の外周面部に対向する内周面１５の部分は第２の内周面部を構成している。なお、摺動軸部３３のうち、第２の外周面部に対応する部分はガイド部を構成する。

噴孔プレート２０は、図３に示すように、有底筒状に形成されており、弁ハウジング１６の底部の内壁と弁ボディ１２の底部の内壁との間に挟持されている。噴孔プレート２０は、例えば薄い金属板状の薄板状部材で形成され、複数の噴孔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（以下、開時と呼ぶ）の流量を規定する。したがって、インジェクタ１０の燃料噴射量は、噴孔の開口面積と、開弁期間とによって計量されている。なお、ニードル３０が弁座１４に着座すると噴孔２１からの燃料噴射が遮断され、ニードル３０が弁座１４から離座し、所定のリフト量Ｈｎｏを超えると、噴孔２１からの燃料噴射が許容され燃料が噴射される。

電磁駆動部Ｓは、図３に示すように、筒部材４０、可動コア（以下、アーマチャと呼ぶ）５０、固定コア（以下、吸引部材と呼ぶ）５４、コイル６０、および圧縮スプリング５８とを有する。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、アーマチャ５０と吸引部材５４に効率的に流れるようにしている。アーマチャ５０は磁性材料で略円筒状に形成されており、ニードル３０の反噴孔側の端部３４と溶接により固定されている。アーマチャ５０はニードル３０とともに往復移動する。アーマチャ５０の筒壁を貫通する流出孔５２は、アーマチャ５０の筒内外を連通する燃料通路を形成している。吸引部材５４は磁性材料で略円筒状に形成されている。吸引部材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。吸引部材５４はアーマチュア５０に対し反噴孔側に設置されアーマチャア５０に向きあっている。アジャスティングパイプ５６は吸引部材５４の内周に圧入され、内部に燃料通路を形成している。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、他端部でアーマチャ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、アーマチャ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の付勢力によりアーマチャ５０およびニードル３０は弁座１４に向けて付勢されている。コイル６０はスプール６２に巻回されている。ターミナル６５はコネクタ６４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、アーマチャ５０と吸引部材５４との間に磁気吸引力が働き、スプリング５８の付勢力に抗してアーマチャ５０は吸引部材５４側に吸引される。

なお、ここで、弁ボディ１２とニードル３０とは燃料の噴射を遮断および許容する弁部Ｂを構成する。弁部Ｂのうち、弁座１４と当接部３１はシート部を構成する。噴孔プレート２０（詳しくは、噴孔２１）は燃料を微粒化し、噴霧を形成する燃料噴霧形成手段を構成する。コイル６０とアーマチャ５０と吸引部材５４と筒部材４０とスプリング５８とは弁部Ｂを駆動する電磁駆動部Ｓを構成する。

上述の構成を有するインジェクタ１０の作動について以下説明する。コネクタ６４を介してコイル６０へ通電する（以下、インジェクタ１０の開時と呼ぶ）と、コイル６０には電磁力が生じる。アーマチャ５０は吸引部材５４に向けて引き付けられ、ニードル３０が弁座から離座する。なお、インジェクタ１０は、コネクタ６４からコイルに供給する電流を制御することで、弁座１４から離座方向に移動するニードル３０の距離つまりリフトを制御し、弁部Ｂを開する。弁部Ｂは、前記燃料通路に流入した燃料を気筒に噴射する。

コイル６０への電流供給が停止される（以下、インジェクタ１０の閉時と呼ぶ）と、コイル６０に生じていた電磁力が消失する。ニードル３０が、スプリング５８により着座方向に押付けられ、弁部Ｂが閉し、噴射を終了する。コイル６０への通電期間を調整することにより、インジェクタ１０から噴射される燃料噴霧の燃料噴射量が調節される。

なお、ここで、インジェクタ１０（詳しくは、弁部Ｂ）の開閉過程における動作の詳細について、図４および図５に従って説明する。図４（ａ）の閉状態では、コイル６０に電磁力が発生していないため、ニードル３０（詳しくは当接部３１）は弁ボディ１２（詳しくは弁座１４）に着座しており、当接部３１と弁座１４とがシール状態にある。これにより、外部からインジェクタ１０の上端を通じて燃料通路内へ供給される燃料は、弁座の下流側に流出することはなく、噴孔２１から燃料は噴射されない。

次に、インジェクタ１０の開時には、コイル６０に電流が供給され、コイル６０に生じる電磁力を利用してリフトが制御される。図４（ｂ）に示すように、ニードル３０の当接部３１が弁座１４から着座する。しかしながら、ニードル３０のリフト量Ｈ（Ｈ＝Ｈｎｏ−ΔＨ）が、図４（ｂ）に示す中間リフト（Ｈ＜Ｈｎｏ、ΔＨ＞０）にある間は、切欠き部３３ａの上部と二点鎖線との間に距離があり、切欠き部３３ａは閉じられており、内周面１４へ導かれた燃料は、噴孔２１へ供給されない。したがって、ニードル３０のリフトが、所定のリフト量Ｈｎｏに達するまでは、インジェクタ１０から燃料は噴射されない。

さらに、リフトが上昇し、所定のリフト量Ｈｎｏを超えると、切欠き部３３ａと二点鎖線との間の距離は無くなり、切欠き部３３ａに二点鎖線が重なる（図４（ｃ）参照）。これにより、切欠き部３３ａが開くため、インジェクタ１０の上端を通じて燃料通路内へ供給される燃料は、噴孔２１へ供給されて、インジェクタ１０から燃料が噴射される。なお、図４（ｃ）では、ニードル３０の最大リフト（フルリフト）状態を示しでおり、リフト量Ｈ（Ｈ＝Ｈｎｏ＋ΔＨ）は、軸方向（離座方向）に距離（以下、開放距離）ΔＨだけ切欠き部３３ａが開かれている。なお、上記の燃料流通許容部および開放距離の大きさは、噴孔２１からエンジンへ噴射供給する燃料噴射量に必要な燃料流量を確保可能な燃料通過面積を有するものであればよい。さらになお、４個の切欠き部３３ａの燃料通過面積は、シート部（詳しくは当接部３１と弁座１４）通過面積よりも大きく形成することが好ましい。

インジェクタ１０の閉時には、コイル６０への電流供給が停止されるため、ニードル３０はスプリング５８により着座方向に押付けられ、リフト量が減少する。リフト量Ｈが所定のリフト量Ｈｎｏに低下するまでは、図４（ｂ）のように切欠き部３３ａは開かれており、噴孔２１から燃料は噴射される。さらにリフト量Ｈが低下し、所定のリフト量Ｈｎｏに達すると、噴孔２１からの燃料の噴射が遮断される。そしてさらにリフト低下して、当接部３１が弁座１４に着座するまでの間、噴孔２１からの燃料噴射が遮断し続けられる。したがって、所定のリフト量Ｈｎｏから、当接部３１が弁座１４に着座するまでの間のニードル３０のリフト挙動においては、ニードル３０の挙動に係わらず、噴孔２１からの燃料噴射が防止される。

なお、ここで、インジェクタ１０の開時におけるニードル３０の挙動過程において、切欠き部３３ａを閉じる領域（図４（ａ）、図４（ｂ）参照）と、切欠き部３３ａを開く領域（図４（ｃ）参照）とを有する。

なお、切欠き部３３ａを閉じる領域は、弁座１４から離座方向に所定のリフト量Ｈｎｏニードル３０が移動（リフト）するまでの領域を構成する。また、切欠き部３３ａを開く領域は、所定のリフト量Ｈｎｏ以上にニードル３０が移動（リフト）する領域を構成する。

従来の噴射特性では、図１２の噴射率特性線図中の丸枠Ｃ内に示すように、インジェクタ１０の閉時には、ニードル３１のバウンスによりニードル３１が弁座に着座した後に、弁部Ｂが瞬間的に開になり、噴孔２１から不要な燃料が噴射される場合があった（図１２中の丸枠Ｃ内参照）。これに対して、本実施形態では、まず、ニードル３０のリフト量を、比較例の図６のように、例えば従来に比べて大きく設定する。さらに、図５に示すように、所定のリフト量Ｈｎｏを、万が一バウンス発生した場合のニードル３０のバウンス量よりも大きく設定する。これにより、閉時のバウンスが万が一発生する場合があったとしても、バウンスによりリフト挙動によってインジェクタ１０から燃料が噴射されるのを防止する（図５中の丸枠Ｃ内参照）。

なお、従来の噴射特性では、図１２の噴射率特性線図中の丸枠Ａ内に示すように、ニードル３０の初期リフト過程が実際には緩やかである、つまり従来例では初期立上り特性が緩やかであり、噴射開始直後から大きな噴射率（図１２中の破線で示す特性）を得ることは難しかった。また、比較例の図６のようにニードル３０のリフト量アップしただけでは、従来の噴射特性とほとんど変わりはない。これに対して、本実施形態では、切欠き部３３ａの閉じる領域つまり弁座１４から離座方向に所定のリフト量Ｈｎｏニードル３０が移動（リフト）するまでの領域では、噴孔２１から燃料を噴射しないようにする。これにより、ニードル３０の初期リフト過程では燃料噴射は行なわれない（図５参照９。したがって、本実施形態での実際の噴射特性（図５中の噴射率特性線図）では、丸枠Ａに示すように、従来例のように初期噴射が緩慢になることはない。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、（１）燃料通路を形成する内周面１３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とを備え、ニードル３０を着座方向および離座方向に移動することで、燃料の噴射を遮断、および噴射を許容する燃料噴射弁において、ニードル３０には、内周面１３に摺動可能に配置され、内周面１３に対向する外周面に燃料の流通を許容する切欠き部３３ａを有する摺動軸部３３が設けられている。さらに、ニードル３０が弁座１４から離座方向に移動するとき、つまりいわゆる弁部Ｂの開時におけるニードル３０のリフト過程において、切欠き部３３ａを閉じる領域と、切欠き部３３ａを開く領域とを有する。これにより、バウンスが万が一発生した場合であったとしても、切欠き部３３ａを閉じる領域によって、噴孔２１に燃料を導く燃料通路のうち、摺動軸部３３と内周面との間に形成される燃料通路部（詳しくは流通燃料許容部）の燃料の流通を遮断することが可能である。その結果、バウンスが万が一発生した場合であったとしても、バウンスによる噴孔２１からの不要な燃料の噴射を防止することができる。したがって、燃料噴射の調量精度の確保ができる。

（２）なお、本実施形態では、摺動軸部３３は、摺動軸部３３の外周面と内周面１３、１５の関係において、ほぼ全周にわたって移動可能に嵌合する遮断部（図１中の幅Ｈｎｏに対応する部分）と、外周面に燃料の流通を許容する切欠き部３３ａを有するガイド部とを有する弁閉鎖手段を構成している。これにより、ニードル３０が弁座１４から離座方向に所定のリフト量Ｈｎｏリフトするまでの領域を、遮断部の嵌合によって切欠き部３３ａを閉じるようにしておくことができる。一方、所定リフト量Ｈｎｏ以上にニードル３０がリフトする領域では、切欠き部３３ａは開くため、噴孔から燃料が噴射される。

（３）なお、本実施形態では、切欠き部３３ａが摺動軸部３３に複数個（本実施例では４個）設けられている場合には、切欠き部３３ａは、ニードル３０の周方向に沿ってほぼ軸対称に配置されていることが好ましい。ニードル３０が着座方向および離座方向へ移動するとき、ニードル３０のリフト挙動の安定化が図れる。

（４）なお、本実施形態では、ニードル３０の先端の摺動軸部３３に形成される切欠き部３３ａは、面取り等の簡単な形状で形成することが可能である。これにより、バウンスが万が一発生した場合であったとしても燃料噴射の調量精度の確保ができるとともに、安価にダイナミックレンジの拡大が図れる。

さらになお、本発明の課題を解決する手段として、弁閉鎖手段を有するが、この弁閉鎖手段は、弁部Ｂ内に設けられた摺動軸部３３の外周面と内周面１３の関係において、内周面１５に対しほぼ全周にわたって移動可能に嵌合する遮断部（図１中の幅Ｈｎｏに対応する部分）と、燃料の流通を許容する切欠き部３３ａを有するガイド部とを有するものという比較的簡素な構成で課題を達成できる。

（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摺動軸部３３を、弁座１４の下流側に配置するものに代えて、図７に示すように、弁座１４の上流側に配置するものとする。図７は、本実施形態に係わる弁ボディおよび弁部材周りを示す部分的断面図である。図８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、
図８（ａ）は閉状態、図８（ｂ）は弁部材が中間リフトの状態、図８（ｃ）は最大リフトの状態を示す部分的断面図である。

図７に示すように、摺動軸部を、周知の略軸状のニードル３０における下部側の軸部（以下端部側軸部と呼ぶ）３２を用いてもよい。この場合、図７に示すように、内周面１３には、弁座１４の上流側に、摺動軸部３２を移動可能に摺動可能とする段差部（以下、円筒内周部と呼ぶ）１１５を設ける。円筒内周部１１５に対向する摺動軸部３２の外周面には、切欠き部１３２ａを設ける。摺動軸部３２の外周面と円筒内周部１１５の間には隙間が設けられ、その隙間は燃料の流通可能な燃料流通許容部を形成している。

なお、摺動軸部３２の先端側（図７では下端面側）には、複数（本実施例では２個）の略円錐台３２ｂ１、３２ｂ２と略円錐１３３が形成されており、当接部３１は、略円錐台３２ｂ２と略円錐１３３とが接続する稜線で形成されている。なお、図７において、当接部３１は弁座１４に着座している状態（閉状態）を示している。図７中の二点鎖線と切欠き部１３２ａの上部との距離が、閉状態では所定の幅Ｈｎｏあり、ニードル３０がリフトしても、この距離がある間（図８（ａ）、図８（ｂ）参照）は、切欠き部１３２ａは閉じられており、この距離がなくなり切欠き部１３２ａに二点鎖線が重なる（図８（ｃ）参照）と、切欠き部１３２ａは開かれ、燃料を下流側の噴孔２１へ供給する。

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）さらに、本実施形態では、略軸状のニードル３０にその軸径より小さい軸部を形成する必要がないため、ニードル３０に摺動軸部３２を形成することは比較的容易となる。

（３）ニードル３０と弁ボディ１２の内周との間でニードル３０の軸方向移動を案内するために、図１に示すように、端部３４と下端側軸部として摺動軸部３２との間（詳しくは、本実施例では摺動軸部３２の上部）に、ニードル用ガイド部を設ける必要がなくなる。結果として、ニードル３０の加工工数の低減が図れるという相乗効果を得られる。

（第３、第４、第５の実施形態）
第３、第４、第５の実施形態では、第１の実施形態で説明した摺動軸部３３に設ける面取り形状の切欠き部３３ａに代えて、図９、図１０、および図１１に従って、種々の形状を提案する。図９は、第３の実施形態に係わる弁部材を下方向からみた平面図である。図１０は、第４の実施形態に係わる弁部材を下方向からみた平面図である。図１１は、第５の実施形態に係わる弁部材を下方向からみた平面図である。

第３の実施形態では、図９に示すように、摺動軸部３３に、８個の面取り形状の切欠き部１３３ａを等間隔に設ける。第１の実施形態における面取り個数（４個）に比べて多く配置し、しかも切欠き部１３３ａをほぼ軸対称に配置するので、例えば製造上のばらつき等によるニードル３０の傾きなどに対しても、影響を受け難くすることができ、ニードル３０の軸方向移動のリフト挙動の安定化が図り易い。

第４の実施形態では、図１０に示すように、摺動軸部３３に、複数個（本実施例では８個）の溝形状の切欠き部２３３ａを等間隔に設ける。摺動軸部３３に比較的多く切欠き部を配置したい場合において、外周面に面取り加工等することで形成する面取りのもの３３ａ、１３３ａでは、個数を増やすことによって、個数が少ないものに比べて切欠き部の総燃料通過面積が小さくなるおそれがある。これに対して、図１０に示すようにＵ字状等の溝を形成する場合には、各切欠き部２３３ａの燃料通過面積を溝深さを深くする等することで大きくすることができ、個数を増やす場合であっても、総燃料通過面積が小さくなることはなく、総燃料通過面積の拡大も可能である。

第５の実施形態では、図１１に示すように、溝形状の切欠き部３３３ａを略螺旋状に形成する。燃料の旋回流を形成させたい場合には、略螺旋状に形成されていることが好ましい。これにより、噴孔２１から噴射される燃料の噴霧を、スワール噴霧に形成することが可能である。

（他の実施形態）
なお、以上説明した本実施形態では、燃料の噴射を遮断および許容する弁部Ｂと、噴霧形成手段を有する噴孔プレート２０とを有するインジェクタ１０として説明したが、噴孔プレート２０はなく、弁ボディ１２の弁座１４の下流側に噴孔が配置され、噴霧形成手段を有する弁部であってもよい。

さらになお、以上説明した本実施形態では、インジェクタ１０は電磁駆動式のものとして説明したが、コイル６０の電磁力によって弁部Ｂが開弁および閉弁されるものに限らず、ＰＺＴ等の圧電セラミック層と電極層とが交互に積層してコンデンサ構造を有するピエゾスタックの伸縮力によってノズルニードルを駆動させて弁部Ｂの開弁および閉弁が行われるものであってもよい。本実施形態ではニードル３０のリフト量を従来より拡大しており、インジェクタ１０の開時においてニードル３０のフルリフトまでの到達時間が長くなる場合がある。この場合、電磁駆動部Ｓに比べて応答性が比較的優れるＰＺＴを用いることで、改善できる。なお、応答性が比較的優れるＰＺＴを用いる場合に限らず、電磁駆動部の吸引力の向上等の駆動力の改良方法を用いてもよい。

さらになお、以上説明した本実施形態では、弁閉鎖手段として、ニードル３０側に切欠き部３３ａ、１３２ａ、１３３ａ、２３３ａ、３３３ａを有する摺動軸部３３、３２として説明したが、弁ボディ１２の内周面１３に切欠き部を設けるものであってもよい。なお、弁閉鎖手段は、内周面１３に摺動可能なニードル３０、および内周面１３のうち、ニードル３０の外周面に摺動可能な内周面部１５に位置する弁ボディ１２のうちの少なくともいずれか一方に設けられている。さらに、弁閉鎖手段は、摺動可能な内周面部１５および外周面のうち、ほぼ全周にわたって移動可能に嵌合する遮断部と、内周面部１５の部分およびその外周面の外周面部のうちのいずれか一方に形成され燃料の流通を許容する切欠き部を有するガイド部とを備えているものであれば、いずれの構造であってもよい。

本発明の第１の実施形態に係わる弁ボディおよび弁部材周りを示す部分的断面図である。 図１中の弁部材を下方向からみた平面図である。 第１の実施形態の燃料噴射弁を示す断面図である。 第１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、図４（ａ）は閉状態、図４（ｂ）は弁部材が中間リフトの状態、図４（ｃ）は最大リフトの状態を示す部分的断面図である。 第１の実施形態の弁部材のリフト特性および燃料噴射率を示す特性線図である。 比較例の弁部材のリフト特性を示す特性線図である。 第２の実施形態に係わる弁ボディおよび弁部材周りを示す部分的断面図である。 第２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、図８（ａ）は閉状態、図８（ｂ）は弁部材が中間リフトの状態、図８（ｃ）は最大リフトの状態を示す部分的断面図である。 第３の実施形態に係わる弁部材を下方向からみた平面図である。 第４の実施形態に係わる弁部材を下方向からみた平面図である。 第５の実施形態に係わる弁部材を下方向からみた平面図である。 従来例の燃料噴射率を示す特性線図である。

符号の説明

１０ インジェクタ（燃料噴射弁）
１２ 弁ボディ
１３ 円錐面（内周面）
１４ 弁座
２０ 噴孔プレート
２１ 噴孔
３０ ニードル（弁部材）
３１ 当接部
３３ 摺動軸部
３３ａ 切欠き部
Ｂ 弁部
Ｓ 電磁駆動部
Ｈ ニードルの移動量（ニードルのリフト量）
Ｈｎｏ 所定のリフト量

Claims (7)

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を備え、
   前記弁部材を着座方向および離座方向に移動することで、前記噴孔からの燃料の噴射を遮断、および噴射を許容する燃料噴射弁において、
   前記弁部材には、前記内周面に摺動可能に配置され、前記内周面に対向する外周面に燃料の流通を許容する切欠き部を有する摺動軸部が設けられており、
   前記弁部材が前記弁座から離座方向に移動するときには、前記切欠き部を閉じる領域と、前記切欠き部を開く領域とを有することを特徴とする燃料噴射弁。
2. 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を備え、
   前記弁部材を着座方向および離座方向に移動することで、前記噴孔からの燃料を遮断、および噴射を許容する燃料噴射弁において、
   前記弁座から離座方向に所定のリフト量前記弁部材が移動するまでの領域では前記噴孔から噴射せず、前記所定リフト量以上に前記弁部材が移動する領域では前記噴孔から燃料を噴射させる弁閉鎖手段を備えていることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 前記弁閉鎖手段は、前記内周面に摺動可能な前記弁部材、および前記内周面のうち、前記弁部材の外周面に摺動可能な内周面部に位置する前記弁ボディのうちの少なくともいずれか一方に設けられており、
   摺動可能な前記内周面部および前記外周面のうち、
   ほぼ全周にわたって移動可能に嵌合する第１の内周面部と第１の外周面部に対応する遮断部と、
   前記第１の内周面部と異なる第２の内周面部と前記第１の外周面部と異なる第２の外周面部に対応し、前記第２の内周面部および前記第２の外周面部のうちのいずれか一方に形成され燃料の流通を許容する切欠き部を有するガイド部と、
   を備えていることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記切欠き部は複数個設けられており、
   前記切欠き部は、前記弁部材の周方向に沿ってほぼ軸対称に配置さ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。
5. 前記切欠き部の形状は、面取り、段差、および溝の少なくともいずれか一つからなることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。
6. 前記溝は、略螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。
7. 前記噴孔は複数個設けられており、
   前記噴孔は、前記弁ボディの前記燃料通路の出口側の端部に設けられ、略薄板状に形成される噴孔プレートに配置されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。

Images