JP2009281193A - 筒内噴射用の燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体や弁座に表面処理を行わずとも、シール部の摩耗を好適に抑制することのできる筒内噴射用の燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】低圧燃料系に連通される低圧室４５と高圧燃料系に連通される高圧室である第３圧力室４６との連通状態を切り替える弁体２３と、同弁体２３が着座する弁座５とを備える筒内噴射用の燃料噴射弁において、弁体２３と弁座５とが接触するシール部を、弁体２３に設けられた溝２４と、凸状に形成されて溝２４に嵌合する弁座５とで形成する。
【選択図】図３

Description

この発明は内燃機関に設けられる筒内噴射用の燃料噴射弁に関する。

コモンレール式のディーゼルエンジンや、直噴式のガソリンエンジンには、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射用の燃料噴射弁が設けられている。
こうした燃料噴射弁の噴射圧は、吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁と比較して高くなっており、噴射孔を開閉する噴射ノズルの開弁動作には大きな力を要する。そのため、電磁ソレノイド等を用いて噴射ノズルを直接開弁動作させるのではなく、噴射ノズルの上方及び下方に作用する燃料圧力の差を利用して噴射ノズルを開弁動作させるようにしている。

より具体的には、噴射ノズルの上方に第１圧力室を設けるとともに下方には第２圧力室を設け、噴射圧相当の燃料が流通する高圧燃料系に第１圧力室及び第２圧力室を連通させるとともに、噴射ノズルを噴射孔に向けてスプリング等で付勢するようにしている。そして、噴射孔を閉弁状態にするときには、噴射圧相当の高圧燃料で第１圧力室及び第２圧力室を満たして噴射ノズル上方に作用する燃料圧力と下方に作用する燃料圧力とが同じになるようにし、スプリングの付勢力で噴射ノズルを噴射孔に当接させるようにしている。一方、噴射孔を開弁状態にするときには、噴射圧よりも低い燃料が流通する低圧燃料系に第１圧力室を連通させて噴射ノズルの上方に作用する燃料圧力が噴射ノズルの下方に作用する燃料圧力よりも小さくなるようにし、そうした噴射ノズルの上方及び下方に作用する燃料圧力の差により生じる付勢力で噴射ノズルを噴射孔から離間させるようにしている。

低圧燃料系と第１圧力室とを連通させる構造としては、例えば特許文献１に記載される燃料噴射弁等のような構造が挙げられる。この特許文献１に記載の燃料噴射弁ではその内部に、低圧燃料系に連通する低圧室と、この低圧室及び第１圧力室に連通する第３圧力室を設けるようにしている。また、低圧室と第３圧力室との連通を遮断する弁体や、この弁体を開閉動作させる電磁ソレノイドやピエゾ素子等といった電磁アクチュエータも設けるようにしている。そして、噴射孔を閉弁状態にするときには、上記弁体を弁座に着座させて第３圧力室と低圧室との連通を遮断し、第３圧力室及び第１圧力室を高圧燃料で満たすようにしている。一方、噴射孔を開弁状態にするときには、上記弁体を弁座から離座させて第３圧力室と低圧室とを連通させることにより、第３圧力室を介して第１圧力室を低圧燃料系に連通させるようにしている。
特開２００１‐２９５７１６号公報（図１等）

ところで、弁体が弁座から離間している状態では、第３圧力室から低圧室に向けて流出する燃料の乱流等により、弁体は回転運動や揺動運動等をすることがあり、こうした姿勢変化を伴いながら弁体が弁座に着座することがある。この場合には、弁座に対する滑りを生じさせながら弁体が着座することになるため、弁体と弁座との間には摩擦が生じてシール部の摩耗が起きやすくなる。特に、上記特許文献１に記載の燃料噴射弁にあっては、弁体を球面形状にしており、弁体と弁座とが線接触するようになっているため、弁体及び弁座が接触するシール部での単位接触面積当たりの面圧が高くなっている。そのため、上述したようなシール部の摩耗が生じやすく、低圧室と第３圧力室とのシール性が低下する可能性がある。そこで、弁体や弁座の表面に低摩擦化処理（例えばＤＬＣ（Diamond Like Carbon）コーティング等）を施すようにすれば、そうしたシール部の摩耗を抑えることが可能になるが、そうした表面処理の実施に伴う製造コストの増大が避けられない。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、弁体や弁座に表面処理を行わずとも、シール部の摩耗を好適に抑制することのできる筒内噴射用の燃料噴射弁を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、低圧燃料系に連通される低圧室と高圧燃料系に連通される高圧室との連通状態を切り替える弁体と、同弁体が着座する弁座とを備える筒内噴射用の燃料噴射弁において、前記弁体と前記弁座とが接触するシール部が、前記弁体及び前記弁座のいずれか一方に設けられた凹部と、他方に設けられて前記凹部に嵌合する凸部とで形成されていることをその要旨とする。

上記構成によれば、弁体及び弁座のいずれか一方に設けられた凹部が、他方に設けられた凸部に嵌合することで、上記シール部にあっては弁体と弁座とが面接触するようになる。そのため、シール部での単位接触面積あたりの面圧が小さくなる。したがって、上述したような姿勢変化を伴いながら弁体が弁座に着座する場合でも、弁体及び弁座の摩擦に起因したシール部の摩耗は抑えられるようになる。このように同構成によれば、弁体や弁座に表面処理を行わずとも、シール部の摩耗を好適に抑制することができるようになる。また、上記凹部と凸部とが嵌合することで、弁座に着座した弁体が弁座に対して横方向にずれることも抑えられるようになる。従って、弁座に着座した弁体が弁座に対して横方向に往復動することにより生じるおそれのあるシール部の摩耗についてもこれを好適に抑えることができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料噴射弁において、前記シール部には、前記凹部及び前記凸部に加え、前記弁体と前記弁座とが面接触する平面部が形成されていることをその要旨とする。

上記構成によれば、凹部及び凸部に加え、弁体及び弁座に設けられた平面部によっても弁体と弁座とが面接触するようになり、シール部での単位接触面積あたりの面圧がさらに小さくなる。したがって、上記シール部の摩耗をより一層抑えることができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の燃料噴射弁において、前記凹部及び前記凸部はテーパ状をなし、前記凹部は前記凸部に向かって広くなるように形成されており、前記凸部は前記凹部に向かって狭くなるように形成されていることをその要旨とする。

弁体が弁座に着座する際、凹部と凸部との位置がずれていると、それら凹部と凸部とが嵌合しにくく、例えば凹部や凸部にかじりや偏摩耗等が生じる等して、それら凹部や凸部が変形するおそれがある。

この点、上記構成によれば、弁体が弁座に着座する際、凹部と凸部との位置がずれていたとしても、テーパ形状による自動調心によってそうしたずれが修正される。従って、凹部と凸部とがスムーズに嵌合するようになり、これにより凹部や凸部の変形を抑えることができるようになる。また、上述したように、凹部及び凸部がテーパ状にて形成されているため、弁体が弁座から離座するときには、凹部から凸部をスムーズに離脱させることも可能になる。

互いに嵌合する上記凹部及び凸部の形状としては、請求項４に記載の発明によるように、前記凸部が環状に形成されており、前記凹部が環状の溝で形成されている、といった構成を採用することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料噴射弁において、前記燃料噴射弁は、コモンレール式のディーゼル機関に設けられる噴射弁であることをその要旨とする。

コモンレール式のディーゼル機関における高圧燃料系での燃料の圧力は、気筒内に直接燃料が噴射される直噴式のガソリン機関における高圧燃料系での燃料の圧力よりも高くされている。そのため、上述したような燃料の乱流等による弁体の姿勢変化が大きくなりやすく、シール部の摩耗も生じやすい。この点、同構成によれば、そうしたコモンレール式のディーゼル機関に設けられる燃料噴射弁でのシール部の摩耗を好適に抑えることができるようになる。

以下、この発明にかかる燃料噴射弁を、コモンレール式のディーゼルエンジンに設けられた筒内噴射用の燃料噴射弁に具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１に、本実施形態における燃料噴射弁１の断面図を示す。この図１に示すように、燃料噴射弁１のボデー２内には、高圧ポンプで昇圧された燃料が流れる高圧燃料系に連通される高圧燃料通路５１や、高圧ポンプで昇圧される前の燃料が流れる低圧燃料系に連通される低圧燃料通路５２が形成されている。

また、ボデー２内にあってその上方（図１の上方）には、電圧が印加されると上下方向に伸長し、非通電時には収縮するピエゾ素子を積層したピエゾアクチュエータ１１が設けられている。

ピエゾアクチュエータ１１の下方向の端部には、その端部に当接する仲介部材１２が備えられている。この仲介部材１２によって、ピエゾアクチュエータ１１を構成するピエゾ素子の積層状態が保持される。また、仲介部材１２は、ある程度の弾性を有しており、これにより伸長時にピエゾアクチュエータ１１に対して作用する圧縮応力が緩和され、ピエゾ素子の破損等が抑えられる。

仲介部材１２の下方向の端部には、ボデー２内に形成されたシリンダ４１内を摺動する円柱状の大ピストン１３が当接されており、仲介部材１２及び大ピストン１３は、ピエゾアクチュエータ１１の変位に併せて一体となって変位する。

ボデー２内にあって上記シリンダ４１の下方には、シリンダ４１よりも小径なシリンダ４３が形成されており、このシリンダ４３内には、同シリンダ４３内を摺動する小ピストン１４が設けられている。大ピストン１３の下面と小ピストン１４の上面とはある程度離間されており、その離間した空間内には、作動油となる燃料が満たされる。これにより大ピストン１３の下面と小ピストン１４の上面との間には、燃料で満たされた油密室４２が形成される。

小ピストン１４の下方端部には、円盤状のフランジ１４ａが形成されている。また、ボデー２内にあって上記シリンダ４３の下方には、フランジ１４ａよりも径の大きい円筒状のスプリング室４４が形成されており、このスプリング室４４は、低圧燃料通路５２に連通されている。スプリング室４４の上方の壁面とフランジ１４ａとの間には、小ピストン１４を下方に付勢するスプリング６１が配設されている。

フランジ１４ａの下面にあってその中央部付近には、その下面に対して垂直に当接する円柱状のピン１５が配設されている。
ピン１５の下方部位は、スプリング室４４の下方に設けられて低圧燃料通路５２に連通された円筒状の低圧室４５に挿入されている。

低圧室４５の下方には、略円筒状の第３圧力室４６が連続して形成されている。第３圧力室４６内には、円形板状のシート部２１と、シート部２１の下方に一体形成されており、同シート部２１の径よりも若干小径な円柱部２２とを有する弁体２３が設けられている。このシート部２１の上面が、第３圧力室４６にあって上方の内壁４６ａに設けられた弁座５に接触することにより、第３圧力室４６と低圧室４５との連通が遮断される。すなわち、弁体２３のシート部２１と第３圧力室４６の内壁４６ａに形成された弁座５とによってシール部が形成されており、このシール部によって第３圧力室４６と低圧室４５とのシール性が確保されている。

シート部２１の下面と第３圧力室４６の下方の壁面との間には、弁体２３を上方向に付勢するスプリング６２が設けられている。
第３圧力室４６の下方には、高圧燃料通路５１に連通された第２圧力室５０が形成されている。この第２圧力室５０は、第３圧力室４６の底面にあって略中央付近に形成された第１通路５５を介して第３圧力室４６に連通されている。また、第２圧力室５０内には、燃料噴射弁１の噴射孔２９を開閉するノズル２７が設けられている。

ノズル２７の上方には、円柱状のピストン２７ａが形成されており、このピストン２７ａの下面には、そのピストン２７ａよりも小径な円柱状であって、燃料噴射弁１の噴射孔を開閉するニードル２７ｂが一体形成されている。ニードル２７ｂには、その軸方向（図１の上下方向）と略垂直をなす平面状のフランジ２７ｃが形成されている。

第２圧力室５０内には、上端が第２圧力室５０の上方の壁面に当接しており、上記ピストン２７ａが摺動するシリンダ４８が設けられている。なお、ピストン２７ａの下端はシリンダ４８から突出しており、第２圧力室５０内に露出している。シリンダ４８内は、第３圧力室４６の周縁方向の端部に接続された第２通路５６を介して常時連通されており、シリンダ４８内にあってピストン２７ａの上方に形成される空間は、第１圧力室４７とされている。フランジ２７ｃの上面とシリンダ４８の下側の端部との間には、ノズル２７を下方に、すなわち噴射孔２９を塞ぐ方向に付勢するスプリング６３が設けられている。

次に、燃料噴射弁１の燃料噴射態様について説明する。
燃料噴射弁１の無噴射時には、ピエゾアクチュエータ１１への電圧印加が停止されている。このときには、高圧燃料通路５１、第２圧力室５０、及び第１通路５５を介して第３圧力室４６には高圧燃料が供給されることにより、シート部２１の下面には高圧燃料の圧力が作用する。他方、シート部２１の上面にあって低圧室４５に露出する面には、低圧燃料の圧力が作用する。こうしたシート部２１の上面及び下面に作用する燃料圧力の差やスプリング６２によってシート部２１は上方に付勢されて弁座５に接触しており、低圧室４５と第３圧力室４６との連通が遮断される。このように、低圧室４５と第３圧力室４６との連通が遮断されているときには、ノズル２７に形成されたピストン２７ａの上方に設けられた第１圧力室４７に対して、高圧燃料通路５１、第２圧力室５０、第１通路５５、第３圧力室４６、及び第２通路５６を介して高圧燃料が供給される。この場合には、ピストン２７ａの上面に作用する燃料圧力とピストン２７ａの下面に作用する燃料圧力とが同じになる。そして、ピストン２７ａの上面における受圧面の面積は、ピストン２７ａの下面における受圧面積よりも小さくされているため、ピストン２７ａには下方向に向けた付勢力が作用する。こうした付勢力及びスプリング６３によってノズル２７は下方に付勢され、これにより噴射孔２９は、ニードル２７ｂの先端部にて閉塞されて、燃料噴射弁１は無噴射状態にされる。

一方、燃料噴射弁１の燃料噴射時には、電圧の印加によってピエゾアクチュエータ１１が下方向に伸長する。すると、ピエゾアクチュエータ１１によって仲介部材１２が下方に押圧されて変位し、これにより大ピストン１３も下方に変位する。そして、大ピストン１３の変位によって油密室４２内の作動油が圧縮されて高圧となり、その油圧によって小ピストン１４が下方向に変位する。ここで、上述の通り、小ピストン１４が摺動するシリンダ４３は、大ピストン１３が摺動するシリンダ４１よりも小径にされている。そのため、大ピストン１３の変位量は油密室４２で増幅されて小ピストン１４に伝達される。これにより比較的小さいピエゾアクチュエータ１１の変位量が油密室４２によって増大されて小ピストン１４に伝達されることとなる。小ピストン１４が下方に変位すると、小ピストン１４に当接するピン１５も下方に変位され、そのピン１５が当接する弁体２３も下方に変位される。

弁体２３が下方向に変位すると、シート部２１が弁座５から離間して低圧室４５と第３圧力室４６とが連通されるとともに、第３圧力室４６底面に接続された第１通路５５の開口部が、弁体２３の円柱部２２の底面によって塞がれる。すると、第１圧力室４７内を満たす高圧燃料が第２通路５６内を流れて第３圧力室４６内に流れ込み、さらに第３圧力室４６から低圧室４５内に流れ込む。こうして低圧室４５内に流れ込んだ燃料は、低圧燃料通路５２へと導出される。

このようにして第１圧力室４７が低圧燃料通路５２に連通されると、それまで高圧燃料によって高圧状態に保持されていた第１圧力室４７内の圧力が低くなるため、ピストン２７ａの上面に作用する燃料圧力に対してピストン２７ａの下面に作用する燃料圧力の方が高くなり、ピストン２７ａは上方向に変位する。このようにピストン２７ａが上方向に変位すると、ピストン２７ａが形成されたノズル２７も上方向に変位し、ノズル２７の下端部にて塞がれていた噴射孔２９が開口して、その噴射孔２９から第２圧力室５０内の高圧燃料が噴射される。

ところで、弁体２３（より具体的にはシート部２１）が弁座５から離間している状態では、第３圧力室４６から低圧室４５に向けて流出する燃料の乱流等により、弁体２３は回転運動や揺動運動等をすることがあり、こうした姿勢変化を伴いながら弁体２３が弁座５に着座することがある。この場合には、弁座５に対する滑りを生じさせながら弁体２３が着座することになるため、弁体２３と弁座５との間には摩擦が生じてシール部の摩耗が起きやすくなる。特に、弁体２３が球面形状をなしている場合には、弁体２３と弁座５とが線接触するようになるため、弁体２３及び弁座５が接触するシール部での単位接触面積当たりの面圧が高くなる。そのため、上述したようなシール部の摩耗が生じやすく、低圧室４５と第３圧力室４６とのシール性が低下する可能性がある。そこで、弁体２３や弁座５の表面に低摩擦化処理（例えばＤＬＣ（Diamond Like Carbon）コーティング等）を施すようにすれば、そうしたシール部の摩耗を抑えることが可能になるが、そうした表面処理の実施に伴う製造コストの増大が避けられない。

そこで、本実施形態の燃料噴射弁１においては、弁体２３に凹部を設けるとともに同凹部に対応するように弁座５を凸部にて形成し、それら凹部及び凸部で上記シール部を形成するようにしている。

まず、弁体２３の形状について、図２に示す斜視図を参照に詳しく説明する。
この図２に示すように、弁体２３のシート部２１の頂面２１ａは、弁体２３の中心軸に直交する平面になっている。この頂面２１ａには、上記凹部としての溝２４が形成されている。この溝２４は、頂面２１ａの中心から等距離離れた位置にあって環状に形成されている。また、溝２４はテーパ形状をなしており、その底面２４ａに向かうほど内側壁面２４ｂ（弁体２３の中心軸に近い側の溝２４の壁面）と外側壁面２４ｃ（内側壁面２４ｂに対向する溝２４の壁面）との間隔が狭くなるように、すなわち底面２４ａに向かうほど溝幅が狭くなるように形成されている。

つぎに、弁座５の形状について、図３を参照して詳しく説明する。この図３は、図１におけるＡ部を拡大した断面図を示している。同図３に示すように、弁座５は、低圧室４５と第３圧力室４６との接続部にあって、第３圧力室４６の上記内壁４６ａから弁体２３側に突出する凸部として形成されている。この弁座５は、テーパ形状をなしており、その先端部５ａに向かうほど内側壁面５ｂ（低圧室４５の中心軸に近い側の弁座５の壁面）と外側壁面５ｃ（内側壁面５ｂの反対側の弁座５の壁面）との間の距離が狭くなるように、すなわち先端部５ａに向かうほど幅が狭くなるように形成されている。また、この弁座５は、低圧室４５の中心軸を中心とする環状に形成されている。そして、弁座５の内側壁面５ｂが弁体２３に形成された溝２４の内側壁面２４ｂに面接触し、弁座５の外側壁面５ｃが溝２４の外側壁面２４ｃに面接触するように、その形成位置やテーパ角等が設定されており、これにより溝２４と弁座５とは嵌合するようになっている。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）先の図３に示すように、弁体２３に設けられた凹部としての環状の溝２４が、環状の凸部として形成された弁座５に嵌合することで、上記シール部にあっては弁体２３と弁座５とが面接触するようになる。そのため、シール部での単位接触面積あたりの面圧が小さくなる。したがって、上述したような姿勢変化を伴いながら弁体２３が弁座５に着座する場合でも、弁体２３及び弁座５の摩擦に起因したシール部の摩耗は抑えられるようになり、弁体２３や弁座５に表面処理を行わずとも、シール部の摩耗を好適に抑制することができるようになる。

（２）また、上記溝２４と上記弁座５とが嵌合することで、弁座５に着座した弁体２３の弁座５に対する横方向のずれ、すなわち上下動する弁体の移動方向に対して交差する方向への弁体２３の移動も抑えられるようになる。従って、弁座５に着座した弁体２３が弁座５に対して上記横方向に往復動することにより生じるおそれのあるシール部の摩耗についてもこれを好適に抑えることができるようになる。

（３）弁体２３が弁座５に着座する際、溝２４と弁座５との位置がずれていると、それら溝２４と弁座５とが嵌合しにくく、例えば溝２４や弁座５にかじりや偏摩耗等が生じる等して、それら溝２４や弁座５が変形してしまうおそれがある。

この点、本実施形態では、底面２４ａに向かうほど溝幅が狭くなるテーパ形状にて溝２４を形成するようにしている。また、溝２４に対向する凸部として形成される弁座５を、その先端部５ａに向かうほど幅が狭くなるテーパ形状にて形成するようにしている。すなわち、溝２４は弁座５に向かって広くなるテーパ形状にて形成されており、弁座５は溝２４に向かって狭くなるテーパ形状にて形成されている。そのため、弁体２３が弁座５に着座する際、溝２４と上記弁座５との位置がずれていたとしても、テーパ形状による自動調心によってそうしたずれが修正される。従って、溝２４と弁座５とはスムーズに嵌合するようになり、これにより溝２４や弁座５の変形を抑えることができるようになる。

（４）また、溝２４の溝幅を一定にして、かつ弁座５の幅も一定にした場合には、弁体２３が弁座５から離座するときに、溝２４の壁面と弁座５の壁面とが摺動しながら溝２４から弁座５が離脱することになる。そのため、そうした摺動抵抗によって、溝２４からの弁座５の離脱が阻害されるおそれがある。一方、本実施形態では、上記態様にて溝２４及び弁座５がテーパ状にて形成されているため、弁体２３が弁座５から離座するときには、溝２４の壁面と弁座５の壁面とが摺動することなく、互いの壁面が直ちに離間する。そのため、溝２４から弁座５をスムーズに離脱させることも可能になる。

（５）コモンレール式のディーゼルエンジンにおける高圧燃料系での燃料の圧力は、気筒内に直接燃料が噴射される直噴式のガソリン機関における高圧燃料系での燃料の圧力よりも高くされている。そのため、上述したような燃料の乱流等による弁体の姿勢変化が大きくなりやすく、上述したようなシール部の摩耗も生じやすい。この点、本実施形態では、そうしたコモンレール式のディーゼルエンジンに設けられる筒内噴射用の燃料噴射弁１に対して、上述したようなシール部を形成するようにしており、そうしたシール部の摩耗を好適に抑えることができるようになる。

尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・弁座５の内側壁面５ｂを溝２４の内側壁面２４ｂに面接触させるとともに、弁座５の外側壁面５ｃを溝２４の外側壁面２４ｃに面接触させるようにしたが、弁座５の内側壁面５ｂ及び溝２４の内側壁面２４ｂのみを面接触させるようにしたり、弁座５の外側壁面５ｃ及び溝２４の外側壁面２４ｃのみを面接触させたりするようにしてもよい。

・上記実施形態においては、弁体２３の溝２４と弁座５とが面接触してシール部をなすようにしていたが、これら溝２４及び弁座５の面接触に加え、弁体及び弁座に面接触する平面部をさらに形成するようにしてもよい。例えば、図４に示すように、第３圧力室４６にあって弁体２３の上記頂面２１ａに対向する上記内壁４６ａが、頂面２１ａと面接触するように、溝２４の深さや弁座５の高さを変更するようにしてもよい。なお、この変形例にあっては、弁座５と内壁４６ａとが、弁体２３の着座する弁座になる。そして、凹部として形成された溝２４と凸部として形成された弁座５に加え、頂面２１ａと内壁４６ａとで構成される平面部もシール部となる。こうした変形例によれば、溝２４及び弁座５に加え、弁体２３及び弁座に設けられた平面部（頂面２１ａ及び内壁４６ａ）によっても弁体２３と弁座とが面接触するようになり、シール部での単位接触面積あたりの面圧がさらに小さくなる。したがって、上記シール部の摩耗をより一層抑えることができるようになる。

・上記実施形態においては、弁体２３に溝２４を形成し、弁座５を凸部形状にした。これとは反対に、図５に示すごとく、弁体２３の頂面２１ａに上記弁座５のような凸部２１ｅを形成し、弁座側（内壁４６ａ側）に上記溝２４のような凹部１００をそれぞれ形成するようにしてもよい。この場合でも、上記実施形態に準ずる作用効果を得ることができる。

また、この変形例にあっても、凹部１００及び凸部２１ｅの面接触に加え、弁体及び弁座に面接触する平面部をさらに形成するようにしてもよい。例えば、図６に示すように、第３圧力室４６にあって弁体２３の上記頂面２１ａに対向する上記内壁４６ａが、頂面２１ａと面接触するように、凹部１００の深さや凸部２１ｅの高さを変更するようにしてもよい。なお、この変形例にあっては、凹部１００と内壁４６ａとが、弁体２３の着座する弁座になる。そして、凹部１００と凸部２１ｅに加え、頂面２１ａと内壁４６ａとで構成される平面部もシール部となる。こうした変形例でも、凹部１００及び凸部２１ｅに加え、弁体２３及び弁座に設けられた平面部（頂面２１ａ及び内壁４６ａ）によっても弁体２３と弁座とが面接触するようになり、シール部での単位接触面積あたりの面圧がさらに小さくなる。したがって、上記シール部の摩耗をより一層抑えることができるようになる。

・上記実施形態においては、弁体２３に形成される凹部が環状の溝２４であり、こうした凹部に嵌合する凸部として環状の弁座５を形成するようにした。このほか、例えば、図７に示すように、弁体２３のシート部２１にあって、その上面に形成される上記頂面２１ａの中央部に、その底面に向かうほど径が小さくなる凹部２００を形成する。そして、図８に示すように、弁座５の外側壁面５ｃのみをテーパ形状として、その外側壁面５ｃと凹部２００の内周面２００ａとを嵌合させるとともに、弁座５の先端部５ａと凹部２００の底面２００ｂとを当接させるようにしてもよい。この場合でも、弁体２３と弁座５とが面接触するようになり、上記実施形態に準ずる作用効果を得ることができる。なお、この変形例にあっては、弁座５の外側壁面５ｃと凹部２００の内周面２００ａとが嵌合している状態において、二点鎖線にて示すように、弁座５の先端部５ａと凹部２００の底面２００ｂとが離間しているようにしてもよい。

また、図９に示すように、弁体２３のシート部２１にあって、その上面に形成される上記頂面２１ａの中央部に、その先端に向かうほど径が小さくなる凸部３００を形成する。そして、図１０に示すように、弁座５の内側壁面５ｂのみをテーパ形状として、その内側壁面５ｂと凸部３００の外周面３００ａとを嵌合させるとともに、弁座５の先端部５ａと凸部３００の基部、すなわち頂面２１ａとを当接させるようにしてもよい。この場合でも、弁体２３と弁座５とが面接触するようになり、上記実施形態に準ずる作用効果を得ることができる。なお、この変形例にあっても、弁座５の内側壁面５ｂと凸部３００の外周面３００ａとが嵌合している状態において、二点鎖線にて示すように、弁座５の先端部５ａと凸部３００の基部、すなわち頂面２１ａとが離間しているようにしてもよい。また、この変形例にあっては、弁座５の内側壁面５ｂが、凸部３００に嵌合する凹部になる。

また、図１１に示すように、低圧室４５にあって第３圧力室４６に連通する側の開口部４００をテーパ形状にし、その開口部４００に上記凸部３００の外周面３００ａを嵌合させるとともに、第３圧力室４６の内壁４６ａにシート部２１の頂面２１ａを当接させるようにしてもよい。この変形例にあっては、開口部４００が、凸部３００に嵌合する凹部となる。そして、開口部４００及び内壁４６ａとシート部２１の頂面２１ａとの接触面とが、弁体２３が着座する弁座になる。こうした変形例でも、弁座を構成する開口部４００と弁体２３側の凸部３００が面接触するようになり、上記実施形態に準ずる作用効果を得ることができる。さらには、弁体２３と弁座とが、内壁４６ａとシート部２１の頂面２１ａにて構成される平面部でも面接触するため、シール部での単位接触面積あたりの面圧がさらに小さくなり、上記シール部の摩耗をより一層抑えることができるようになる。なお、この変形例にあっては、開口部４００に凸部３００の外周面３００ａが嵌合している状態において、二点鎖線にて示すように、内壁４６ａとシート部２１の頂面２１ａとが離間しているようにしてもよい。この場合でも、弁座を構成する開口部４００と弁体２３側の凸部３００は面接触するため、上記実施形態に準ずる作用効果を得ることができる。

・上記実施形態においては、凹部及び凸部はテーパ状をなし、凹部は凸部に向かって拡径して形成されており、凸部は凹部に向かって縮径して形成されていたが、凹部及び凸部のそれぞれの径が一定となるように形成するようにしてもよい。こうした場合でも、上記実施形態の（１）及び（２）と同様の効果が得られる。

・上記実施形態においては、凹部は溝状をなして形成されるとともに、凹部は凸部に嵌合するように形成されているようにしたが、凹部は溝状に限らず部分的に形成されているとともに、凸部も凹部に対応する位置に形成して凹部が凸部に嵌合するように形成されているようにしても、上記実施形態の効果に準じた効果が得られる。

・本発明にかかる燃料噴射弁のアクチュエータはピエゾアクチュエータに限らず、例えばソレノイドアクチュエータ等、他のアクチュエータを採用してもよい。
・上記実施形態においては、燃料噴射弁１をコモンレール式のディーゼルエンジンに設けられた筒内噴射用の燃料噴射弁としたが、筒内噴射用の燃料噴射弁であれば、その搭載されるエンジンの種類は限定しない。例えば、気筒内に直接ガソリン燃料が噴射される筒内噴射式のガソリンエンジンでもよい。

この発明の一実施形態にかかる燃料噴射弁の断面図。 同実施形態における弁体の斜視図。 図１のＡ部拡大図。 同実施形態の変形例における弁体及び弁座の形状を示す断面図。 同実施形態の変形例における弁体及び弁座の形状を示す断面図。 同実施形態の変形例における弁体及び弁座の形状を示す断面図。 同実施形態の変形例における弁体の斜視図。 図７に示した弁体を適用するときの弁座の形状を示す断面図。 同実施形態の変形例における弁体の斜視図。 図９に示した弁体を適用するときの弁座の形状を示す断面図。 同実施形態の変形例における弁体及び弁座の形状を示す断面図。

符号の説明

１…燃料噴射弁、２…ボデー、５…弁座、５ａ…（弁座の）先端部、５ｂ…（弁座の）内側壁面、５ｃ…（弁座の）外側壁面、１１…ピエゾアクチュエータ、１２…仲介部材、１３…大ピストン、１４…小ピストン、１４ａ…（小ピストンの）フランジ、１５…ピン、２１…シート部、２１ａ…頂面、２１ｅ…凸部、２２…円柱部、２３…弁体、２４…溝、２４ａ…（溝の）底面、２４ｂ…（溝の）内側壁面、２４ｃ…（溝の）外側壁面、２７…ノズル、２７ａ…ピストン、２７ｂ…ニードル、２７ｃ…フランジ、２９…噴射孔、４１…シリンダ、４２…油密室、４３…シリンダ、４４…スプリング室、４５…低圧室、４６…第３圧力室、４６ａ…（第３圧力室の）内壁、４７…第１圧力室、４８…シリンダ、５０…第２圧力室、５１…高圧燃料通路、５２…低圧燃料通路、５５…第１通路、５６…第２通路、６１、６２、６３…スプリング、１００、２００…凹部、２００ａ…内周面、２００ｂ…底面、３００…凸部、３００ａ…外周面、４００…開口部。

Claims (5)

1. 低圧燃料系に連通される低圧室と高圧燃料系に連通される高圧室との連通状態を切り替える弁体と、同弁体が着座する弁座とを備える筒内噴射用の燃料噴射弁において、
   前記弁体と前記弁座とが接触するシール部が、前記弁体及び前記弁座のいずれか一方に設けられた凹部と、他方に設けられて前記凹部に嵌合する凸部とで形成されている
   ことを特徴とする筒内噴射用の燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記シール部には、前記凹部及び前記凸部に加え、前記弁体と前記弁座とが面接触する平面部が形成されている
   ことを特徴とする筒内噴射用の燃料噴射弁。
3. 請求項１または２に記載の燃料噴射弁において、
   前記凹部及び前記凸部はテーパ状をなし、前記凹部は前記凸部に向かって広くなるように形成されており、前記凸部は前記凹部に向かって狭くなるように形成されている
   ことを特徴とする筒内噴射用の燃料噴射弁。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁において、
   前記凸部が環状に形成されており、前記凹部が環状の溝で形成されている
   ことを特徴とする筒内噴射用の燃料噴射弁。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料噴射弁において、
   前記燃料噴射弁は、コモンレール式のディーゼル機関に設けられる噴射弁である
   ことを特徴とする筒内噴射用の燃料噴射弁。

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