JP6988196B2

JP6988196B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP6988196B2
Application number: JP2017125435A
Authority: JP
Inventors: 利明稗島; 宗尚堀部
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2037-06-27
Also published as: DE102017129102A1; JP2019007451A

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、燃料噴射装置の一種として、例えば特許文献１には、制御室及び弁体収容室が内部に設けられたハウジングと、制御室の燃料圧力によって変位するニードルと、弁体収容室に収容される弁体とを備えた構成が開示されている。弁体収容室は、分岐通路によって制御室と連通されており、低圧燃料通路によって低圧側と連通されている。

特開２０１７−７５５３２号公報

特許文献１の燃料噴射装置において、弁体収容室に臨む分岐通路の流入開口は、その中心軸線が弁体の中心軸線と交差するように設けられている。同様に、弁体収容室に臨む低圧燃料通路の流出開口も、その中心軸線が弁体の中心軸線と交差するように設けられている。こうした特許文献１の構成の燃料噴射装置では、弁体収容室から低圧側に燃料が流出する期間にて、弁体の周囲の燃料圧力に偏りが生じることを、本開示の発明者らは、新たに発見した。

上記のような弁体周囲の燃料圧力の偏りは、弁体に偏心方向の力を作用させる。偏心方向の力に起因して弁体の姿勢が傾くと、弁体収容室を経由して流出する制御室の燃料流量、ひいては制御室の圧力降下が不安定となる。その結果、噴孔から噴射される燃料の噴射量の精度悪化が引き起こされ得る。故に、弁体の姿勢の傾きは、抑制させることが望ましい。

本開示は、安定した姿勢で軸方向に弁体を変位させることが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、燃料を噴射する噴孔（３８）が形成され、燃料が充填される制御室（３５）及び弁室（３６）、弁室の燃料が流出する低圧室（３７）、制御室及び弁室を連通する第一流路（７０，２７０，３７０）、並びに弁室及び低圧室を絞り区間を介して連通する第二流路（８０）、が内部に設けられたボデー（２０）と、制御室の燃料圧力の変動によって変位し、噴孔を開閉するニードル（５０）と、軸方向に変位可能な状態で弁室に収容され、弁室の上シート面部（２７）に着座面（６１）を離着座させる柱状の弁体（６０）と、伸縮作動によって弁体を駆動し、第二流路によって弁室及び低圧室が連通した状態と、第二流路による弁室及び低圧室の連通が遮断された状態とを切り替える駆動部（４０）と、を備え、着座面の上流側に位置し第一流路において弁室側の端部となる流入開口（７１，２７１，３７１）及び着座面の下流側に位置し第二流路において弁室側の端部となる流出開口（８１）の両方が、弁体の周囲を巡る周方向の旋回流（ＳＦ）を弁室の燃料に生じさせる向きで、弁体の中心軸線（ＣＬ１）に対して外周側にずれた位置に設けられている燃料噴射装置とされる。

この態様では、流入開口及び流出開口のうちの少なくとも一方が弁体の中心軸線から外周側にずれた位置に、周方向の旋回流を生じさせる向きで設けられている。故に、弁室から低圧室に燃料が流出する期間にて、弁体の周囲を巡る周方向の燃料流れが引き起こされる。こうした燃料の旋回流によれば、弁体の周囲の燃料圧力の偏りが低減される。その結果、周方向における燃料圧力の不均衡に起因した偏心方向の力が抑制されるため、弁体は、安定した姿勢で軸方向に変位可能となる。

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ＩＶ−ＩＶ線断面図である。図３のＶ−Ｖ線断面図である。旋回流の効果を説明するための図であり、図７と同一の箇所について、旋回流がない場合の圧力分布の一例を示す図である。図３の領域ＶＩＩについて、旋回流がある場合の圧力分布の一例を示す図である。旋回流による油圧力の低減効果を示す図である。第二実施形態による制御連通路を示す図である。第三実施形態による燃料噴射装置の弁室近傍の詳細を示す縦断面図である。図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図である。第四実施形態による燃料噴射装置の弁室近傍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、弁体６０及びコイルスプリング６８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、低圧室３７、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に亘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に円柱状に形成された空間である。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で満たされている。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、高圧室３１ａ及び弁室３６を連通する燃料通路である。供給連通路３２には、インオリフィス３２ａが形成されている。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に流入する燃料の流量を制限する。

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、供給連通路３２、弁室３６、及び制御連通路７０を経由して燃料が供給される。制御室３５には、燃料が充填されている。

弁室３６は、バルブボデー部材２２に設けられた弁体収容穴３９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、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には、供給連通路３２を通じて高圧室３１ａから供給される燃料が充填されている。弁室３６の燃料は、低圧連通路８０を流通して低圧室３７に排出される。

弁室３６は、内周壁面３６ｃ、底壁面３６ｂ及び頂壁面３６ｄを含む区画壁３６ａによって区画されている。内周壁面３６ｃは、弁体収容穴３９を形成する円筒面状の壁面である。内周壁面３６ｃは、弁体６０との間に径方向の隙間を確保しつつ、弁体６０の周囲を囲っている。

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が形成されている。供給開口３２ｂは、供給連通路３２の一方の端部である。供給開口３２ｂは、底壁面３６ｂの中央に円状に開口している。供給開口３２ｂは、インオリフィス３２ａを通過した高圧な燃料を弁室３６に流入させる。下シート面部２８は、弁体６０の軸方向にて、弁体６０の底面と対向している。下シート面部２８は、供給開口３２ｂの周囲を囲む円環状に形成されている。下シート面部２８には、軸方向に変位する弁体６０が離着座する。

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３９の底壁に円状に設けられている。頂壁面３６ｄには、バルブボデー部材２２に円筒孔状に形成されたピン収容孔２２ａが接続されている。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の一方の端部である。接続開口２２ｃは、頂壁面３６ｄの中央に円状に開口している。接続開口２２ｃは、弁室３６の燃料をピン収容孔２２ａに流出させる。上シート面部２７は、弁体６０の軸方向にて、弁体６０の頂面と対向している。上シート面部２７は、接続開口２２ｃの周囲を囲む内テーパ面状に形成されている。上シート面部２７には、軸方向に変位する弁体６０が離着座する。

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の開閉を行う。

駆動部４０は、弁体６０を駆動する。駆動部４０は、圧電素子積層体を有する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の圧電素子積層体は、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、圧電素子積層体の伸縮作動を弁体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、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との間の隙間は、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。

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。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。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。こうした配置により、弁体６０の中心軸線ＣＬ１は、駆動伝達ピン４２、接続開口２２ｃ及び供給開口３２ｂの中心を通過している。

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、駆動部４０が縮んだ状態で、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。下着座面は、駆動部４０が伸長した状態で、下シート面部２８に押し当てられる。

コイルスプリング６８は、線状に形成された金属材料を螺旋状に巻回してなる弾性部材である。コイルスプリング６８は、弁体６０と実質的に同軸となる配置にて、弁室３６に収容されている。コイルスプリング６８は、軸方向に押し縮められた状態で、半球部６０ｂと底壁面３６ｂとの間に配置されている。コイルスプリング６８の内周側には、円柱部６０ａが収容されている。コイルスプリング６８は、弁体６０を駆動伝達ピン４２へ向けて付勢している。上着座面６１は、コイルスプリング６８の付勢力により、上シート面部２７に着座し、弁室３６からの燃料流出を妨げる油密を形成する。

次に、弁ボデー２０に形成される制御連通路７０及び低圧連通路８０の詳細を、図３〜図５に基づき、図２を参照しつつ、さらに説明する。制御連通路７０及び低圧連通路８０は、弁室３６の燃料に旋回流ＳＦを生じさせる構造を有している。

図３及び図４に示す制御連通路７０は、制御室３５及び弁室３６を連通する燃料通路である。駆動部４０の収縮作動により、弁体６０が上着座面６１を上シート面部２７に着座させているとき、制御連通路７０は、弁室３６の燃料を制御室３５に流通させる。一方、駆動部４０の伸長作動により、弁体６０が下着座面６２を下シート面部２８に着座させている場合、制御連通路７０は、制御室３５の燃料を弁室３６に流通させる。制御連通路７０には、流入開口７１、ストレート区間７２、及び接続区間７３が設けられている。

流入開口７１は、制御連通路７０の両端のうちで弁室３６側に位置する一方の端部である。流入開口７１は、内周壁面３６ｃに開口しており、弁室３６に臨んでいる。流入開口７１は、内周壁面３６ｃのうちで底壁面３６ｂと連続した下側の縁部に設けられている。流入開口７１は、弁体６０の軸方向に沿った内法よりも弁体６０の周方向に沿った内法が長い横長形状に形成されている。

流入開口７１は、中心軸線ＣＬ１に対して外周側にずれた（偏心した）位置に、弁体６０の周囲を巡る周方向の旋回流ＳＦを弁室３６の燃料に生じさせる向きで、内周壁面３６ｃに開口している。詳記のため、流入開口７１の向きを規定する仮想の軸線を流入軸線ＡＬ１とする。流入軸線ＡＬ１は、流入開口７１の中心を通過し、接続区間７３の延伸方向に沿った軸線である。流入軸線ＡＬ１は、中心軸線ＣＬ１とは交差していない。流入軸線ＡＬ１は、中心軸線ＣＬ１とはねじれの位置関係にあり、底壁面３６ｂに沿った姿勢とされている。

ストレート区間７２は、オリフィス形成部材２３において、弁室３６よりも外周側に設けられている。ストレート区間７２は、オリフィス形成部材２３を軸方向に貫通する貫通孔によって形成されている。ストレート区間７２の下端は、制御室３５に臨んでいる。ストレート区間７２の上端は、接続区間７３と接続されている。

接続区間７３は、制御連通路７０において、ストレート区間７２と流入開口７１とを繋いでいる区間である。接続区間７３は、バルブボデー部材２２の下端面に設けられた溝部によって形成されている。接続区間７３の外側壁面７４と弁室３６の内周壁面３６ｃとの境界を、連続部分７５とすると、接続区間７３は、連続部分７５での周方向の接線ＴＬに沿って延伸するストレート形状とされている。即ち、流入開口７１の流入軸線ＡＬ１は、連続部分７５での接線ＴＬと実質的に平行となっている。

図３及び図５に示す低圧連通路８０は、弁室３６及び低圧室３７を連通する燃料通路である。低圧連通路８０は、弁体６０の軸方向にて、制御連通路７０と重なる位置に設けられている。低圧連通路８０は、バルブボデー部材２２に設けられたピン収容孔２２ａと接続されている。低圧連通路８０は、弁室３６の一部となったピン収容孔２２ａから低圧室３７へ向けて燃料を流通させる。

詳記すると、駆動部４０の収縮作動により、弁体６０が上着座面６１を上シート面部２７に着座させている場合、低圧連通路８０よって弁室３６及び低圧室３７が連通した状態となる。一方、駆動部４０の伸長作動により、弁体６０が下着座面６２を下シート面部２８に着座させている場合、低圧連通路８０による弁室３６及び低圧室３７の連通は、遮断された状態となる。

低圧連通路８０には、アウトオリフィス８０ａ及び流出開口８１が設けられている。アウトオリフィス８０ａは、低圧連通路８０に設けられた円筒孔状の絞り区間である。アウトオリフィス８０ａは、低圧連通路８０を通じて弁室３６から低圧室３７に流出する燃料の流量を制限する。

流出開口８１は、低圧連通路８０の両端のうちで弁室３６側に位置し、ピン収容孔２２ａに臨む一方の端部である。流出開口８１は、アウトオリフィス８０ａの流路入口となる。流出開口８１は、ピン収容孔２２ａを区画する内周壁面のうちで先端部４２ａと径方向にて対向する範囲に開口している。

流出開口８１は、中心軸線ＣＬ１に対して外周側にずれた（偏心した）位置に、弁体６０の周囲を巡る周方向の旋回流ＳＦを弁室３６の燃料に生じさせる向きで、設けられている。詳記のため、流出開口８１の向きを規定する仮想の軸線を流出軸線ＡＬ２とする。流出軸線ＡＬ２は、流出開口８１の中心を通過し、アウトオリフィス８０ａの軸方向に沿った軸線である。流出軸線ＡＬ２は、流入軸線ＡＬ１と同様に、中心軸線ＣＬ１とは交差しておらず、中心軸線ＣＬ１とはねじれの位置関係にある。流出軸線ＡＬ２は、中心軸線ＣＬ１に対して外周側にずれて位置しており、弁室３６から低圧室３７へ向かうに従って、中心軸線ＣＬ１から離れる方向に傾斜した姿勢とされている。

以上の流入開口７１及び流出開口８１は、中心軸線ＣＬ１を含む弁体６０の仮想縦断面ＶＰに対して、同じ側に設けられている。仮想縦断面ＶＰは、一方の面を高圧燃料通路３１に正対させた姿勢で規定される。流入開口７１及び流出開口８１は、高圧燃料通路３１と仮想縦断面ＶＰとの間に位置している。流入開口７１によって生成が促される旋回流ＳＦの向きは、流出開口８１によって生成が促される旋回流ＳＦの向きと同一とされている。第一実施形態の旋回流ＳＦは、制御室３５側から見たとき、弁体６０の周囲を反時計回りに巡りつつ、底壁面３６ｂから頂壁面３６ｄへ向かう燃料の流れである。この旋回流ＳＦの流れ方向は、コイルスプリング６８の巻回し方向に沿っている。換言すれば、コイルスプリング６８は、旋回流ＳＦの流れ方向に沿うように、その巻回し方向を規定されている。

こうした旋回流ＳＦの効果を、図６〜図８に基づき、図３を参照しつつ説明する。

旋回流ＳＦの発生がない場合、流入開口７１から流出開口８１へ向かう燃料流れは、主に弁体６０の片側を流れる。具体的に、燃料の大部分は、中心軸線ＣＬ１（仮想縦断面ＶＰ）に対して、流入開口７１及び流出開口８１が開口する側（以下、「開口側ＡＳ」）を流れるよとする。そのため、中心軸線ＣＬ１に対して開口側ＡＳの流れの速度は、その反対側（以下、「反開口側ＵＡＳ」）の流れの速度よりも高速となる。故に、図６に示すように、上着座面６１と上シート面部２７との間における燃料の圧力は、周方向に不均等となり、開口側ＡＳが反開口側ＵＡＳよりも低圧となる。以上により、低圧となる開口側ＡＳへ向けて弁体６０を偏心させるような偏心方向（ｘ軸方向）の油圧力ＰＦが発生する。

対して、旋回流ＳＦを発生させた場合、流入開口７１から流出開口８１へ向かう流れは、弁体６０の周囲を巡りながら、接続開口２２ｃに到達するようになる。故に、開口側ＡＳ及び反開口側ＵＡＳの間で、燃料流れの速度差が生じ難くなる。その結果、図７に示すように、上着座面６１と上シート面部２７との間における燃料の圧力は、周方向にて均等になり易くなる。故に、弁体６０を偏心させるような油圧力ＰＦ（図６参照）は、低減され得る。

さらに旋回流ＳＦは、図８に示すように、弁体６０の開弁期間の全体に亘って油圧力ＰＦを低減させる効果を発揮し得る。詳記すると、弁体６０の開弁開始後に発生する油圧力ＰＦのピークが、旋回流ＳＦによって抑制され得る。加えて、旋回流ＳＦのある形態では、弁体６０の開度が大きくなるに従い、流速の上昇に伴って油圧力ＰＦが増大する。一方で、旋回流ＳＦがある形態では、弁体６０の開度が大きくなるに従い、流速の上昇に伴って強く安定的な旋回流ＳＦが生じるようになる。その結果、弁体６０に作用する油圧力ＰＦは、実質的にゼロに近い状態まで低減され得る。以上のように、旋回流ＳＦによる弁体６０の偏心抑制への寄与度は、開弁開始から時間が経過するに従って大きくなる。

ここまで説明したように、第一実施形態では、流入開口７１及び流出開口８１が、中心軸線ＣＬ１から外周側にずれた位置に、旋回流ＳＦを生じさせる向きで設けられている。故に、弁室３６から低圧室３７に燃料が流出する期間にて、弁体６０の周囲を巡る周方向の燃料流れが引き起こされる。こうした旋回流ＳＦによれば、弁体６０の周囲の燃料圧力の偏りが低減される。その結果、周方向における燃料圧力の不均衡に起因した偏心方向の油圧力ＰＦが抑制されるため、弁体６０は、安定した姿勢で軸方向に変位可能となる。

以上によれば、低圧室３７への燃料流出に伴う制御室３５の圧力降下の態様、ひいてはノズルニードル５０の開弁方向への変位の態様も、安定化し得る。したがって、噴孔３８から噴射される燃料の噴射量の精度向上が実現される。

加えて第一実施形態では、流入開口７１の直前に設けられた接続区間７３が、内周壁面３６ｃの周方向の接線ＴＬに沿って延伸した形状とされている。こうした接続区間７３を流通することで、弁室３６に流入した燃料は、内周壁面３６ｃに沿って円滑に流れるようになり、弁体６０の周囲を旋回するよう誘導される。以上のように、接続区間７３を設ける構成によれば、旋回流ＳＦが生成され易くなるため、弁体６０に作用する偏心方向の力は、いっそう低減可能となる。

また第一実施形態では、旋回流ＳＦの流れ方向がコイルスプリング６８の巻回し方向に沿っている。故に、弁室３６にコイルスプリング６８が収容される形態であっても、燃料は、コイルスプリング６８の線材に阻まれることなく、弁体６０の周囲を流れることができる。以上によれば、旋回流ＳＦによる燃料圧力の偏り低減作用は、いっそう発揮され易くなる。

さらに第一実施形態では、流入開口７１に加えて流出開口８１も外周側に偏心しており、互いに同一方向の旋回流ＳＦの生成を促している。こうした構成であれば、弁室３６の燃料には、いっそう強い旋回流ＳＦが発生し得る。その結果、弁体６０に作用する偏心方向の油圧力ＰＦは、さらに低減され易くなる。

加えて第一実施形態では、制御室３５及び弁室３６や駆動部４０等の配置に起因して、流入開口７１及び流出開口８１は、弁体６０に対して同一となる側に設けられている。こうした形態では、偏心方向の油圧力ＰＦが生じ易くなる（図６参照）。しかし、旋回流ＳＦを発生させる構成であれば、油圧力ＰＦの生じ易い形態であっても、弁体６０の開口側ＡＳと反開口側ＵＡＳとの圧力差が効果的に解消され得る（図７参照）。このように、流入開口７１及び流出開口８１のレイアウトによって旋回流ＳＦを発生させる構成は、流入開口７１及び流出開口８１が弁体６０に対して同一の側に位置する燃料噴射装置１０に特に好適なのである。

尚、第一実施形態では、弁ボデー２０が「ボデー」に相当し、下シート面部２８が「シート面部」に相当し、ノズルニードル５０が「ニードル」に相当し、制御連通路７０が「第一流路」に相当し、低圧連通路８０が「第二流路」に相当する。

（第二実施形態）
図９に示す第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態では、制御連通路２７０の形状が第一実施形態と異なっている。以下、図９及び図３に基づき、第二実施形態の制御連通路２７０の詳細を説明する。

制御連通路２７０において流入開口２７１に繋がる接続区間２７３は、内周壁面３６ｃに沿って周方向に湾曲する形状である。接続区間２７３は、バルブボデー部材２２の下端面において、弁体収容穴３９の外周側に円弧状に設けられた湾曲溝部によって形成されている。第二実施形態でも、流入開口２７１の流入軸線ＡＬ１は、接続区間２７３の外側壁面７４と内周壁面３６ｃとの連続部分７５の接線ＴＬに沿って延伸しており、接線ＴＬと実質的に平行である。接続区間２７３を流通した燃料には、接続区間２７３の湾曲形状により、周方向に旋回しようとする流れが生じる。そして、流入軸線ＡＬ１が中心軸線ＣＬ１に対して外周側にずれて位置する配置により、流入開口２７１から弁室３６に流入した燃料は、内周壁面３６ｃに沿って弁体６０の周囲を旋回するように流れる。

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、旋回流ＳＦの発生を促して、弁体６０に作用する偏心方向の油圧力ＰＦ（図６参照）を抑えることで、安定した姿勢での弁体６０の変位が可能になる。加えて第二実施形態では、流入開口２７１の直前に設けられた接続区間２７３の湾曲形状により、流入開口２７１から弁室３６に流入した燃料は、弁体６０の周囲をそのまま旋回するように流れ得る。このように接続区間２７３にて旋回方向の流れを予めつくり出しておくことによれば、弁体６０の変位姿勢は、さらに安定的となる。

（第三実施形態）
図１０及び図１１に示す第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第三実施形態の制御連通路３７０において、弁室３６側の端部となる流入開口３７１は、弁室３６の底壁面３６ｂに設けられている。流入開口３７１は、底壁面３６ｂのうちで、弁体６０の着座する下シート面部２８の外周側に、略円形状に開口している。流入開口３７１は、内周壁面３６ｃに臨む底壁面３６ｂの外縁部分に設けられている。

制御連通路３７０は、中心軸線ＣＬ１に対して周方向に傾斜した姿勢で、制御室３５（図２参照）から流入開口３７１へ向けて延伸している。加えて制御連通路３７０は、弁室３６から制御室３５へ向かうに従って中心軸線ＣＬ１から離れるように、中心軸線ＣＬ１に対して外周側に傾斜した姿勢とされている。こうした形状の制御連通路３７０であれば、バルブボデー部材２２への溝加工の実施が省略される。尚、制御連通路３７０の姿勢を規定する軸線は、流入開口７１の向きを規定する流入軸線ＡＬ１である。

ここまで説明した第三実施形態のように、底壁面３６ｂに流入開口３７１を開口させたうえで、制御連通路３７０を中心軸線ＣＬ１に対し傾斜させた姿勢とすれば、流入開口３７１から弁室３６に流入する燃料は、弁体６０の周囲を旋回する旋回流ＳＦとなり得る。以上によれば、第一実施形態と同様の効果を奏し、弁体６０に作用する偏心方向の油圧力ＰＦ（図６参照）が抑制され得るため、弁体６０は、安定した姿勢で軸方向に変位可能となる。尚、第三実施形態において、下シート面部２８が「シート面部」に相当する。

（第四実施形態）
図１２に示す第四実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第四実施形態では、制御連通路４７０の形状が第一実施形態とは異なっている。具体的に、第四実施形態において、低圧連通路８０の流出開口８１は、第一実施形態と同様に旋回流ＳＦの生成に寄与する。一方で、制御連通路４７０の流入開口４７１は、旋回流ＳＦの生成に実質的に寄与しない。流入開口４７１の向きを規定する流入軸線ＡＬ１０１は、底壁面３６ｂに沿った姿勢とであり、且つ、中心軸線ＣＬ１と実質的に交差している。制御連通路４７０を流通した燃料は、流入開口４７１から中心軸線ＣＬ１へ向けて、弁室３６に流入する。

以上の第四実施形態でも、少なくとも流出開口８１が旋回流ＳＦの発生を促す配置で設けられているため、流入開口４７１から流入した燃料は、接続開口２２ｃへ向かうに従って次第に弁体６０の周囲を巡り始める。そして、弁室３６の燃料は、弁体６０に対する周方向の移動を伴いながら接続開口２２ｃに到達し得る。したがって、第四実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、弁体６０に作用する偏心方向の油圧力ＰＦ（図６参照）の抑制により、安定した姿勢で弁体６０を変位させることが可能となる。

（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。

上記第一実施形態の変形例１では、制御連通路の流入開口が旋回流の生成に寄与する一方で、低圧連通路の流出開口は、旋回流の生成に実質的に寄与しない。流出開口の流出軸線は、実質的に弁体の中心軸線と交差している。こうした構成でも、流入開口から弁室に流入した燃料は、弁体に対する周方向の移動を伴いながら接続開口に到達し得る。その結果、変形例１でも、弁体は、安定した姿勢で軸方向に変位可能となる。

上記実施形態のコイルスプリングは、旋回流の流れ方向と巻回し方向とが一致するように、弁室に配置されていた。しかし、コイルスプリングによる旋回流への影響が軽微であれば、コイルスプリングの巻回し方向は、旋回流の流れ方向とは逆向きであってもよい。さらに、コイルスプリングは、省略されていてもよい。

上記実施形態において、流入開口及び流出開口は共に、弁体に対して高圧燃料通路側に配置されていた。しかし、流入開口及び流出開口の配置は、適宜変更されてよい。しかしながら、例えば駆動部側から弁室を見たとき、流入開口及び流出開口は、周方向にて対向する配置であることが望ましい。

例えば、中心軸線を基準として時計回りの方向を流入開口が向いている場合、流出開口は、反時計回りの方向の向いていることが望ましい。同様に、中心軸線を基準として反時計回りの方向を流入開口が向いている場合、流出開口は、時計回りの方向の向いていることが望ましい。

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本開示の圧力制御機構等を適用した例を説明した。しかし、上記の圧力制御機構は、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、２８下シート面部（シート面部）、３５制御室、３６弁室、３６ａ区画壁、３６ｂ底壁面、３６ｃ内周壁面、３７低圧室、３８噴孔、４０駆動部、５０ノズルニードル（ニードル）、６０弁体、６８コイルスプリング、７０，２７０，３７０，４７０制御連通路（第一流路）、７１，２７１，３７１，４７１流入開口、７３，２７３接続区間、７４外側壁面、７５連続部分、８０低圧連通路（第二流路）、８１流出開口、ＣＬ１中心軸線、ＡＬ２流出軸線、ＴＬ接線、ＶＰ仮想縦断面、ＳＦ旋回流

Claims

燃料を噴射する噴孔（３８）が形成され、燃料が充填される制御室（３５）及び弁室（３６）、前記弁室の燃料が流出する低圧室（３７）、前記制御室及び前記弁室を連通する第一流路（７０，２７０，３７０）、並びに前記弁室及び前記低圧室を絞り区間を介して連通する第二流路（８０）、が内部に設けられたボデー（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ニードル（５０）と、
軸方向に変位可能な状態で前記弁室に収容され、前記弁室の上シート面部（２７）に着座面（６１）を離着座させる柱状の弁体（６０）と、
伸縮作動によって前記弁体を駆動し、前記第二流路によって前記弁室及び前記低圧室が連通した状態と、前記第二流路による前記弁室及び前記低圧室の連通が遮断された状態とを切り替える駆動部（４０）と、を備え、
前記着座面の上流側に位置し前記第一流路において前記弁室側の端部となる流入開口（７１，２７１，３７１）及び前記着座面の下流側に位置し前記第二流路において前記弁室側の端部となる流出開口（８１）の両方が、前記弁体の周囲を巡る周方向の旋回流（ＳＦ）を前記弁室の燃料に生じさせる向きで、前記弁体の中心軸線（ＣＬ１）に対して外周側にずれた位置に設けられている燃料噴射装置。
前記流入開口は、前記弁室を区画する区画壁（３６ａ）のうちで前記弁体の周囲を囲む内周壁面（３６ｃ）に開口しており、
前記第一流路のうちで前記流入開口に繋がる接続区間（７３）は、当該接続区間の外側壁面（７４）と前記内周壁面との連続部分（７５）での周方向の接線（ＴＬ）に沿って延伸する形状である請求項１に記載の燃料噴射装置。
前記流入開口は、前記弁室を区画する区画壁（３６ａ）のうちで前記弁体の周囲を囲む内周壁面（３６ｃ）に開口しており、
前記第一流路のうちで前記流入開口に繋がる接続区間（２７３）は、前記内周壁面に沿って周方向に湾曲する形状である請求項１に記載の燃料噴射装置。
前記流入開口は、前記弁室の底壁面（３６ｂ）のうちで前記弁体の着座するシート面部（２８）の外周側に開口しており、
前記第一流路は、前記中心軸線に対して周方向に傾斜した姿勢で前記流入開口へ向けて延伸する形状である請求項１に記載の燃料噴射装置。
前記弁室に収容され、線状の材料を螺旋状に巻回してなるコイルスプリング（６８）、をさらに備え、
前記コイルスプリングの巻回し方向は、前記旋回流の流れ方向に沿っている請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
前記流出開口の向きを規定する流出軸線（ＡＬ２）は、前記中心軸線に対して外周側にずれた位置を通過している請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
前記流入開口及び前記流出開口は、前記中心軸線を含む前記弁体の仮想縦断面（ＶＰ）に対して同じ側に設けられている請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。