燃料噴射装置
【課題】 簡易な構成で開弁動作の応答性が高い燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】 インジェクタ１０は、弁ボディ１４内に可動可能に収容されるニードル２３を備える。ニードル２３は、弁ボディ１４の弁座部５４に当接および離間可能なシート部２３の下流側の燃料圧力を受ける第２斜面部２３ｄを形成する。インジェクタ１０は、シート部２３ｃと噴孔５３との間の流通区間に噴孔５３側ほど通路面積が小さい絞り流路部５７を備える。そのため燃料通路５１が開放されシート部２３ｃから噴孔５３へ燃料が流通する際、シート部２３ｃの下流側の絞り流路部５７が形成され、絞り流路部５７の上流側に位置する第２斜面部２３ｄと弁座部５４との間の第２斜面部通路の流通速度が比較的遅くなるので、第２斜面部２３ｄが燃料から受ける圧力が大きくなる。よって、簡易な構成で開弁動作の応答性が高いインジェクタ１０が得られる。
【解決手段】 インジェクタ１０は、弁ボディ１４内に可動可能に収容されるニードル２３を備える。ニードル２３は、弁ボディ１４の弁座部５４に当接および離間可能なシート部２３の下流側の燃料圧力を受ける第２斜面部２３ｄを形成する。インジェクタ１０は、シート部２３ｃと噴孔５３との間の流通区間に噴孔５３側ほど通路面積が小さい絞り流路部５７を備える。そのため燃料通路５１が開放されシート部２３ｃから噴孔５３へ燃料が流通する際、シート部２３ｃの下流側の絞り流路部５７が形成され、絞り流路部５７の上流側に位置する第２斜面部２３ｄと弁座部５４との間の第２斜面部通路の流通速度が比較的遅くなるので、第２斜面部２３ｄが燃料から受ける圧力が大きくなる。よって、簡易な構成で開弁動作の応答性が高いインジェクタ１０が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料噴射装置は、弁ボディ内に可動可能に収容される弁部材を備える（例えば特許文献１参照）。弁ボディは、燃料通路から燃料が流入するサック室の燃料を噴射する噴孔を有する。弁部材は、弁ボディの弁座部に当接可能なシート部、およびシート部が弁座部から離間する方向に力を受ける斜面部を備える。この燃料噴射装置では、弁座部からシートが離間すると、弁ボディと弁部材との間の燃料通路に燃料が流れ込み噴孔から噴射される。このとき、燃料の圧力は、弁部材を押し上げるように作用する。
【０００３】
ところで、従来の燃料噴射装置では、開弁直後に燃料通路の流速が比較的速くなり、燃料通路の圧力が比較的小さくなる。したがって、弁部材に作用する離間方向の力が小さく開弁速度が遅いため、開弁動作の応答性が低いという問題があった。
特許文献１には、サック室の燃料通路側の開口の径をサック室の底部の径よりも小さくすることで燃料通路を比較的長くし、弁部材に作用する力を大きくすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３８６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のサック室は弁ボディの底部側へ向かうに従い拡大するように設けられることから、形状が複雑で製造コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で開弁動作の応答性が高い燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、燃料噴射装置であって、弁ボディおよび弁部材を備える。弁ボディは、燃料が流通する燃料通路、燃料通路から流出する燃料を溜めるサック室、サック室の燃料を噴射する噴孔、および燃料通路の内壁に形成される弁座部、を有する。弁部材は、弁ボディ内において軸方向に移動可能に設けられた弁部材本体、弁部材本体のサック室側に弁座部に対向して設けられサック室に向かうに従い外径が小さくなる第１斜面部、第１斜面部のサック室側に設けられ弁座部に当接および離間可能なシート部、シート部のサック室側に設けられサック室に向かうに従い外径が小さくなる第２斜面部、を形成する。さらに、燃料噴射装置は、シート部から噴孔へ向かう流通区間に形成され噴孔へ向かうに従い通路面積が小さくなる絞り流路部を備える。
【０００８】
本発明では、燃料通路が開放されシート部から噴孔へ燃料が流通する際、シート部の下流側に絞り流路部が形成される。その絞り流路部を流れる燃料には流通抵抗が付与されるので、絞り流路の上流側に位置する第２斜面部と弁座部との間の通路（第２斜面部通路）の流通速度が比較的遅くなる。そのため、第２斜面部が燃料から受ける圧力が大きくなり、弁部材の離間方向の移動速度すなわち開弁速度を速くすることができる。よって、簡易な構成で開弁動作の応答性が高い燃料噴射装置を得ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、絞り流路部は、弁部材の弁座部への当接位置からのリフト量が所定量以下である微小リフト領域において形成される。そのため、上記微小リフト領域の弁部材の移動速度を速くすることができる。また、例えば、上記微小リフト領域を超えると絞り流路部の通路面積が噴孔の通路面積（噴孔が複数の場合、合計の通路面積）よりも大きくなる場合、微小リフト領域を超えれば燃料噴射量を十分に確保することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、弁部材は、第２斜面部からサック室側へ突出する突起部を形成する。絞り流路部は、サック室内に嵌合する突起部の外壁とサック室の内壁との間に形成される。そのため、微小リフト領域にシート部の下流側に位置するサック室の入口に絞り流路部を形成することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、絞り流路部は、絞り流路部の最小通路面積をＡｃ、シート部から絞り流路部に至るまでの第２斜面部通路の最大通路面積をＡ０とすると、微小リフト領域においては、
Ａｃ ≦ （１／２）・Ａ０
の関係が成り立つように設定される。そのため、微小リフト領域に第２斜面部が受ける圧力（以下「受圧力」という）を十分に大きくすることができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、シート部と弁座部との間に形成されるシート部通路の最小通路面積をＡｓとすると、微小リフト領域においては、
Ａｓ ＜ Ａ０
の関係が成り立つように設定される。そのため、シート部通路の最小通路面積が第２斜面部通路の最大通路面積より小さいこと（Ａｓ＜Ａ０）でシート部通路にて圧損が生じる場合、シート部の下流に絞り流路が形成されることによる第２斜面部通路の受圧力増大効果が得られる。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、弁ボディまたは弁部材は、シート部から噴孔へ向かう流通区間のうち絞り流路部のシート部側に連続して形成され、噴孔へ向かうに従って通路面積が大きくなる凹部を形成する。そのため、燃料通路が開放されシート部から噴孔へ燃料が流通する際、シート部の下流側に拡大流路部が形成される。よって、シート部を通過した燃料の流通速度が拡大流路部で低下するので、第２斜面部の受圧力がより増大する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態のインジェクタを示す断面図。
【図２】図１の矢印Ａで示すインジェクタの先端部の構成を示す断面図。
【図３】図２のシート部の弁座部への当接位置からのニードルのリフト量と、各通路面積との関係を示す図。
【図４】第１実施形態のインジェクタにおけるニードルのリフト量の変化と、図６に示す比較形態のインジェクタにおけるニードルのリフト量の変化とを、時系列的に示した図。
【図５】本発明の第２実施形態のインジェクタの先端部の構成を示す断面図。
【図６】比較形態のインジェクタの先端部の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の複数の実施形態による燃料噴射装置を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態および比較形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のインジェクタ１０を示す断面図である。インジェクタ１０は、図示しない内燃機関の燃料噴射システムに用いられ、燃料を内燃機関に供給する。インジェクタ１０には、燃料タンクからフィードポンプにて汲み上げられた後、高圧ポンプにて高圧とされコモンレールに蓄積された燃料が供給される。なお、本実施形態では、インジェクタ１０は、燃料を内燃機関の燃焼室に直接噴射する直噴型すなわち筒内噴射型である。
【００１７】
インジェクタ１０は、その外郭を形成する部材として、ハウジング１３、弁ボディ１４、ハウジング１３と弁ボディ１４との間に介在するチップパッキン１５、およびこれらの部材を外側から相互に連結するリテーニングナット１６、を備えている。
【００１８】
ハウジング１３は、インレット１１及びアウトレット１２を形成する。インレット１１は、コモンレールの吐出口に接続される。アウトレット１２は、図示しない背圧制御弁を経由してコモンレールから燃料タンクへ向かう図示しない燃料通路に接続される。インレット１１から供給される燃料は、通路１７を経由し通路１８および通路１９に供給される。通路１８に供給された燃料は弁ボディ１４側へ送出され、主として噴射に利用される。通路１９に供給された燃料は制御室２７に送出される。
【００１９】
弁ボディ１４は、ハウジング１３側に開口する有底筒状に形成され、燃料を噴射する噴孔５３を底部に有する。インレット１１に供給された燃料は、通路１７、通路１８、およびチップパッキン１５の通路２１を経由し弁ボディ１４の内部の通路２０に供給される。
【００２０】
また、インジェクタ１０は、ハウジング１３内、チップパッキン１５内、および弁ボディ１４内において軸方向に移動可能に設けられた可動軸２２を備える。この可動軸２２は、「弁部材」としてのニードル２３、カップリング２４、およびコマンドピストン２５により構成される。ニードル２３は主として弁ボディ１４内に収容され、コマンドピストン２５は主としてハウジング１３内に収容される。ニードル２３およびコマンドピストン２５は、チップパッキン１５内においてカップリング２４により一体的に連結される。可動軸２２は、ハウジング１３とカップリング２４との間に介在されたスプリング２６により、弁ボディ１４側へ付勢される。
【００２１】
また、インジェクタ１０は、ハウジング１３の弁ボディ１４とは反対側に電磁弁部３０を備える。電磁弁部３０は、一対の端子３２、アーマチャ３３、ボディ３４、ストッパ３５、コイル３６、および電磁制御弁部材３７等を有し、ハウジング１３にナット３１で固定される。
【００２２】
端子３２は、コイル３６へ通電するためのものである。コイル３６には、この端子３２を介して、内燃機関の運転条件に応じた制御弁駆動電流が供給される。コイル３６が通電されると、アーマチャ３３が磁化される。
アーマチャ３３は、その軸中心部に有底筒状のストッパ３５を有している。ストッパ３５は、先端側へ開口する形状であり、その内部には、スプリング３８が配置されている。このスプリング３８によって付勢されるのが、ボディ３４に支持された電磁制御弁部材３７である。
電磁制御弁部材３７は、コイル３６に制御弁駆動電流が供給されてアーマチャ３３が磁化されるとそのアーマチャ３３に向かう励起吸引力を受け、スプリング３８の付勢力に抗して基端側すなわちアーマチャ３３側へ移動する。
【００２３】
制御室２７は、電磁制御弁部材３７がアーマチャ３３側へ移動してプレート部材４１から離間すると、通路３９等を介してアウトレット１２と連通する。
【００２４】
インジェクタ１０では、電磁弁部３０が制御され制御室２７内の燃料が通路３９を通じてアウトレット１２から排出され、制御室２７に流入する燃料よりも制御室２７から流出する燃料が多くなると、制御室２７の圧力が低下し可動軸２２が弁ボディ１４の底部から離間する方向へ移動する。
【００２５】
以下、図１に矢印Ａで示すインジェクタ１０の先端部の構成を図２に基づいて詳細に説明する。なお、図２（ａ）は、ニードル２３が弁ボディ１４に当接した場合を示している。図２（ｂ）および（ｃ）は、ニードル２３が弁ボディ１４から離間した場合を示している。
【００２６】
弁ボディ１４は、燃料通路５１、サック室５２、噴孔５３、および弁座部５４を有する。
燃料通路５１は、弁ボディ１４とニードル２３との間に形成され、ハウジング１３側から供給される燃料が流通可能である。なお、図２（ａ）では燃料通路５１が遮断され、図２（ｂ）および（ｃ）では燃料通路５１が開放されている。弁座部５４は、燃料通路５１の内壁に、サック室５２に向かうに従い内径が小さくなる円錐面状に形成される。
【００２７】
サック室５２は、燃料通路５１と噴孔５３との間の流通区間においてニードル２３に向けて開口する有底筒状に形成される。サック室５２を形成する内壁５５のうち筒状の部分は、ニードル２３の軸方向に略平行な円筒面状に形成される。サック室５２は、燃料通路５１から流出する燃料を一旦溜め噴孔５３に供給する。噴孔５３は、サック室５２の内壁５５に開口して形成され、例えば周方向に複数設けられる。各噴孔５３はサック室５２の燃料を噴射する。
【００２８】
ニードル２３は、弁ボディ１４内に可動可能に収容され、「弁部材本体」としてのニードル本体２３ａ、第１斜面部２３ｂ、シート部２３ｃ、第２斜面部２３ｄ、および突起部２３ｅを備える。
ニードル本体２３ａは、弁ボディ１４内において軸方向に移動可能に設けられる。第１斜面部２３ｂは、ニードル本体２３ａのサック室５２側に弁座部５４に対向して設けられると共にサック室５２に向かうに従い外径が小さくなるように設けられる。
【００２９】
シート部２３ｃは、第１斜面部２３ｂのサック室５２側に設けられ弁座部５４に当接および離間可能である。第２斜面部２３ｄは、シート部２３ｃのサック室５２側に弁座部５４に対向して設けられると共にサック室５２に向かうに従い外径が小さくなるように設けられる。第１斜面部２３ｂおよび第２斜面部２３ｄは、弁座部５４との間に燃料通路５１を形成する。
【００３０】
シート部２３ｃは、弁座部５４に当接することにより燃料通路５１を遮断する。その一方で、シート部２３ｃは、弁座部５４から離間することにより燃料通路５１を開放する。第２斜面部２３ｄは、シート部２３ｃが弁座部５４から離間したとき燃料通路５１の燃料の圧力を受ける。その受圧のとき第１斜面部２３ｂおよび第２斜面部２３ｄには、シート部２３ｃの離間方向の力が作用する。図２（ｂ）にはその力の向きを矢印Ｆで示す。
【００３１】
突起部２３ｅは、第２斜面部２３ｄからサック室５２側へ突出して設けられる。突起部２３ｅの外壁５６は、ニードル２３の軸方向に略平行な円筒面状に形成される。この突起部２３ｅは、図２（ａ）に示すように、シート部２３ｃが弁座部５４に当接した位置においてはサック室５２内に嵌合する。
【００３２】
弁ボディ１４とニードル２３との間には、シート部２３ｃと噴孔５３との間の流通区間のうち第２斜面部２３ｄの下流側に、噴孔５３側へ向かって通路面積が小さくなる絞り流路部５７が形成される。具体的には、本実施形態では、絞り流路部５７は、サック室５２内に嵌合する突起部２３ｅの外壁５６とサック室５２の内壁５５との間に形成される。本実施形態では、外壁５６と内壁５５との径方向隙間Ｓｃは、例えば１０μｍに設定される。絞り流路部５７は、ニードル２３が、図２（ａ）に示すようにシート部２３ｃと弁座部５４との当接位置から、図２（ｂ）に示すように軸方向に所定量すなわち所定リフト量Ｌｆ移動するまでの微小リフト領域Ｚ（後述の図３参照）において形成される。
【００３３】
図３は、シート部２３ｃと弁座部５４との当接位置からのニードル２３の軸方向の移動距離すなわちリフト量Ｌ［ｍｍ］と、各通路面積Ａｓ、Ａ０、およびＡｃ［ｍｍ2］との関係を示す図である。図３において、横軸がリフト量Ｌを示し、縦軸が各通路面積Ａｓ、Ａ０、およびＡｃを示している。シート部通路面積Ａｓは、シート部２３ｃと弁座部５４との間に形成されるシート部通路の最小通路面積である。第２斜面部通路面積Ａ０は、第２斜面部２３ｄと弁座部５４との間に形成される第２斜面部通路の最大通路面積である。絞り通路面積Ａｃは、絞り流路部５７の最小通路面積である。本実施形態では、各通路面積Ａｓ、Ａ０、およびＡｃは、図２（ｂ）に矢印ｆで示す燃料の流通方向に直交する面内の通路面積である。
【００３４】
図３に示すように、シート部通路面積Ａｓは、シート部２３ｃと弁座部５４との当接位置すなわちリフト量Ｌが０（零）であるときは０（零）である。そして、シート部通路面積Ａｓは、シート部２３ｃが弁座部５４から離間するほど即ちリフト量Ｌが増加するほど連続的に増加する。
第２斜面部通路面積Ａ０は、リフト量Ｌが０（零）であるとき所定値Ａ０１である。そして、第２斜面部通路面積Ａ０は、リフト量Ｌが増加するほど連続的に増加する。
【００３５】
本実施形態では、弁座部５４、サック室５２、シート部２３ｃ、および突起部２３ｅ等（以下「弁構成部材」という）の形状（寸法）は、ニードル２３のリフト量Ｌが所定リフト量Ｌｆより小さいとき（リフト量Ｌが微小リフト領域Ｚ以内のとき）次式（１）の関係が成り立つように設定される。
Ａｓ ＜ Ａ０ ・・・（１）
また、弁構成部材の形状（寸法）は、ニードル２３のリフト量Ｌが所定リフト量Ｌｆと同じとき（リフト量Ｌが微小リフト領域Ｚの最大値のとき）次式（２）の関係が成り立つように設定される。
Ａｓ ＝ Ａ０ ・・・（２）
また、弁構成部材の形状（寸法）は、ニードル２３のリフト量Ｌが所定リフト量Ｌｆより大きいとき（リフト量Ｌが微小リフト領域Ｚを超えるとき）次式（３）の関係が成り立つように設定される。
Ａｓ ＞ Ａ０ ・・・（３）
【００３６】
絞り通路面積Ａｃは、ニードル２３のリフト量Ｌが微小リフト領域Ｚ以内である場合、外壁５６および内壁５５が略平行なので一定の所定値Ａｃ１である。そして、絞り通路面積Ａｃは、ニードル２３のリフト量Ｌが微小リフト領域Ｚを超えると急激に増加する。
本実施形態では、弁構成部材の形状（寸法）は、ニードル２３のリフト量Ｌが微小リフト領域Ｚ以内であるときは次式（４）の関係が成り立つように設定される。
Ａｃ ≦ （１／２）・Ａ０ ・・・（４）
シート部通路面積Ａｓは、微小リフト領域Ｚのうちリフト量Ｌが０（零）に比較的近い側の所定値Ｌ０において、絞り通路面積Ａｃに一致する。
【００３７】
次に、インジェクタ１０の作動について、図４に基づき説明する。図４は、インジェクタ１０のニードル２３のリフト量Ｌの変化と、図６に示す比較形態のインジェクタのニードル２３のリフト量Ｌ’の変化とを、時系列的に示した図である。図４において、実線が本実施形態のインジェクタ１０のニードル２３のリフト量Ｌを示し、破線が比較形態のインジェクタのニードル２３のリフト量Ｌ’を示している。インジェクタ１０では、時刻ｔ０から時刻ｔ１２までコイル３６に通電されて開弁制御が行われ、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までコイル３６への通電が停止しスプリング２６の付勢力により閉弁制御が行われる。比較形態のインジェクタでは、時刻ｔ０から時刻ｔ２１まで開弁制御が行われ、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２まで閉弁制御が行われる。
【００３８】
先ず、比較形態のインジェクタについて説明する。比較形態のインジェクタは、図６に示すように、本実施形態のような突起部２３ｅを備えず、絞り流路部５７が形成されない。比較形態のインジェクタでは、図６（ｂ）に示すように、燃料通路５１の開放直後すなわち開弁直後であってニードル２３のリフト量Ｌが比較的小さいと、燃料通路５１の流速が速い。そのため、シート部２３ｃの下流側に絞りが形成されず、第２斜面部２３ｄが燃料から受ける圧力が比較的小さい。よって、ニードル２３の軸方向の移動速度すなわち開弁速度は、比較的遅い。
【００３９】
本実施形態のインジェクタ１０では、図２（ｂ）に示すように、燃料通路５１が開放されシート部２３ｃから噴孔５３へ燃料が流通する際、シート部２３ｃの下流側に絞り流路部５７が形成される。そのため、絞り流路部５７の上流側の燃料に流通抵抗が与えられ、燃料通路５１のうち第２斜面部２３ｄと弁座部５４との間に形成される第２斜面部通路の流通速度が比較的遅くなる。すなわち、燃料が第２斜面部通路に比較的長い時間留まることとなる。そのため、ニードル２３の第２斜面部２３ｄが燃料から受ける圧力が、前記比較形態のインジェクタの場合と比べて増大する。
【００４０】
したがって、図４に示すように、本実施形態のインジェクタ１０は、比較形態のインジェクタと比べてニードル２３の軸方向の移動速度すなわち開弁速度が速くなる。ここで、時刻ｔ１１を過ぎると、ニードル２３のリフト量Ｌが所定値Ｌｆを超えることで微小リフト領域Ｚを超え、絞り流路部５７の絞りが開放される即ち絞り通路面積Ａｃが急に大きくなる。そのため、図４において微小リフト領域Ｚでのリフト量Ｌの変化の傾きを延長して仮想的に示す２点鎖線ａに比べて、ニードル２３の移動速度が低下する。しかし、ニードル２３は慣性力でもって離座方向へ移動し続けるため、ニードル２３の移動速度の低下量は比較的少ない。
【００４１】
本実施形態では、インジェクタ１０（燃料噴射装置）は、弁ボディ１４およびニードル（弁部材）２３を備える。弁ボディ１４は、燃料が流通する燃料通路５１、燃料通路５１から流出する燃料を溜めるサック室５２、サック室５２の燃料を噴射する噴孔５３、および燃料通路５１の内壁に形成される弁座部５４、を有する。二―ドル２３は、弁ボディ１４内において軸方向に移動可能に設けられたニードル本体（弁部材本体）２３ａ、ニードル本体２３ａのサック５２室側に弁座部５４に対向して設けられサック５２室に向かうに従い外径が小さくなる第１斜面部２３ｂ、第１斜面部２３ｂのサック室５２側に設けられ弁座部５４に当接および離間可能なシート部２３ｃ、シート部２３ｃのサック室５２側に設けられサック室５２に向かうに従い外径が小さくなる第２斜面部２３ｄ、を形成する。さらに、インジェクタ１０は、シート部２３ｃから噴孔５３へ向かう流通区間に形成され噴孔５３へ向かうに従い通路面積が小さくなる絞り流路部５７を備える。
そのため、燃料通路５１が開放されシート部２３ｃから噴孔５３へ燃料が流通する際、シート部２３ｃの下流側に絞り流路部５７が形成される。その絞り流路部５７を流れる燃料には流通抵抗が付与されるので、絞り流路部５７の上流側に位置する第２斜面部２３ｄと弁座部５４との間の第２斜面部通路の流通速度が比較的遅くなる。そのため、第２斜面部２３ｄが燃料から受ける圧力が大きくなり、ニードル２３の離間方向の移動速度すなわち開弁速度を速くすることができる。よって、簡易な構成で開弁動作の応答性が高いインジェクタ１０を得ることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、絞り流路部５７は、ニードル２３の着座位置からの軸方向へのリフト量Ｌが所定リフト量Ｌｆ以下である微小リフト領域Ｚにおいて形成される。そのため、上記微小リフト領域Ｚのニードル２３の移動速度を高めることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、ニードル２３は、第２斜面部２３ｄからサック室５２側へ突出する突起部２３ｅを有する。絞り流路部５７は、サック室５２内に嵌合する突起部２３ｅの外壁５６とサック室５２の内壁５５との間に形成される。そのため、微小リフト領域Ｚにシート部２３ｃの下流側に位置するサック室５２の入口に絞り流路部５７を形成することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、絞り流路部５７を形成する弁構成部材の形状（寸法）は、絞り流路部５７の最小通路面積をＡｃ、シート部２３ｃから絞り流路部５７に至るまでの第２斜面部通路の最大通路面積をＡ０とすると、微小リフト領域Ｚにおいては
Ａｃ ≦ （１／２）・Ａ０
の関係が成り立つように設定される。そのため、微小リフト領域Ｚに第２斜面部２３ｄが受ける圧力を十分に大きくすることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、絞り流路部５７は、シート部２３ｃと弁座部５４との間に形成されるシート部通路の最小通路面積をＡｓとすると、
Ａｓ ＜ Ａ０
の関係が成り立つ場合に形成される。そのため、シート部通路の最小通路面積Ａｓが第２斜面部通路の最大通路面積Ａ０より小さいこと（Ａｓ＜Ａ０）でシート部通路にて圧損が生じる場合、シート部２３ｃの下流に絞り流路部５７が形成されることによる第２斜面部通路の受圧力増大効果が得られる。
【００４６】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態のインジェクタを示す断面図である。本実施形態では、弁ボディ１４は、弁座部５４のうち第２斜面部２３ｄに対向する部分に周方向に連続して形成された凹部６０を有している。本実施形態では、凹部６０は、ニードル２３の軸方向に平行に形成された筒状壁と、ニードル２３の軸方向に直交する平面内に形成された環状壁とから成る。凹部６０は、シート部２３ｃから噴孔５３へ向かう流通区間に噴孔５３に向かうに従い通路面積が大きくなる拡大流路部を形成する。また、上記拡大流路部の下流側に隣接する位置に下流側へ向かうに従い通路面積が小さくなる絞り流路部５７を有する。
【００４７】
本実施形態のインジェクタでは、図５（ｂ）に示すように、燃料通路５１が開放されシート部２３ｃから噴孔５３へ燃料が流通する際、シート部２３ｃの下流側に拡大流路部および絞り流路部５７が形成される。そのため、シート部２３ｃを通過した燃料の流通速度が拡大流路部および絞り流路部５７内（凹部６０内）で低下する。よって、ニードル２３の第２斜面部２３ｄが第２斜面部通路の燃料から受ける圧力が、前記比較形態のインジェクタの場合と比べて増大する。凹部６０は、シート部２３ｃを通過する燃料を一旦貯留し第２斜面部通路の流通速度を低下させるための容積部として機能する。
【００４８】
本実施形態のインジェクタの構成は、弁座部５４に凹部６０が形成される他は第１実施形態と同様である。本実施形態では、燃料通路５１が開放されシート部２３ｃから噴孔５３へ燃料が流通する際、シート部２３ｃの下流側に絞り流路部５７が形成されるので、絞り流路部５７の上流側に位置する第２斜面部２３ｄと弁座部５４との間の第２斜面部通路の流通速度が比較的遅くなる。そのため、第２斜面部２３ｄが燃料から受ける圧力が大きくなり、ニードル２３の離間方向の移動速度すなわち開弁速度を速くすることができる。よって、簡易な構成で開弁動作の応答性が高いインジェクタを得ることができる。
【００４９】
また、本実施形態では、弁ボディ１４は、シート部２３ｃから噴孔５３へ向かう流通区間のうち絞り流路部５７のシート部２３ｃ側に連続して形成され、噴孔５３へ向かうに従って通路面積が大きくなる凹部６０を形成する。そのため、燃料通路５１が開放されシート部２３ｃから噴孔５３へ燃料が流通する際、シート部２３ｃの下流側に拡大流路部が形成される。よって、シート部２３ｃを通過した燃料の流通速度は拡大流路部すなわち凹部６０内で低下するので、第２斜面部通路の受圧力がより増大する。
【００５０】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、インジェクタ１０は、筒内噴射型であった。これに対し、本発明の他の実施形態では、燃料噴射装置はポート噴射型であることとしてもよい。
【００５１】
上述の実施形態では、インジェクタ１０は、電磁弁部３０により制御室２７の油圧を制御することでニードル２３を駆動する油圧駆動式であった。これに対し、本発明の他の実施形態では、例えば、ニードルをソレノイドの可動鉄心に固定しそのソレノイドにより直接的に駆動することとしてもよいし、ピエゾ素子を用いた油圧制御によりニードルを駆動することとしてもよい。
【００５２】
上述の実施形態では、絞り流路部５７は、サック室５２を形成する内壁５５と突起部２３ｅの外壁５６との間に形成されていた。これに対し、本発明の他の実施形態では、絞り流路部は、サック室と突起部との間ではなく、例えば、弁座部とニードルとの間などに形成されることとしてもよい。
【００５３】
第２実施形態では、拡大流路部は、弁座部５４において周方向に連続して設けられた凹部６０により形成されていた。これに対し、本発明の他の実施形態では、拡大流路部は、弁座部に形成された穴や溝により形成されることとしてもよい。上記穴や溝は必ずしも周方向に連続して形成される必要はない。
【００５４】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態に適用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ ・・・インジェクタ（燃料噴射装置）
１４ ・・・弁ボディ
２３ ・・・ニードル（弁部材）
２３ａ・・・ニードル本体（弁部材本体）
２３ｂ・・・第１斜面部
２３ｃ・・・シート部
２３ｄ・・・第２斜面部
２３ｅ・・・突起部
５１ ・・・燃料通路
５２ ・・・サック室
５３ ・・・噴孔
５４ ・・・弁座部
５５ ・・・内壁
５６ ・・・外壁
５７ ・・・絞り流路部
６０ ・・・凹部
Ａｃ ・・・絞り通路面積（絞り流路部の最小通路面積）
Ａｓ ・・・シート部通路面積（シート部通路の最小通路面積）
Ａ０ ・・・第２斜面部通路面積（第２斜面部通路の最大通路面積）
Ｌ ・・・リフト量
Ｌｆ ・・・所定リフト量（所定量）
Ｚ ・・・微小リフト領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料噴射装置は、弁ボディ内に可動可能に収容される弁部材を備える（例えば特許文献１参照）。弁ボディは、燃料通路から燃料が流入するサック室の燃料を噴射する噴孔を有する。弁部材は、弁ボディの弁座部に当接可能なシート部、およびシート部が弁座部から離間する方向に力を受ける斜面部を備える。この燃料噴射装置では、弁座部からシートが離間すると、弁ボディと弁部材との間の燃料通路に燃料が流れ込み噴孔から噴射される。このとき、燃料の圧力は、弁部材を押し上げるように作用する。
【０００３】
ところで、従来の燃料噴射装置では、開弁直後に燃料通路の流速が比較的速くなり、燃料通路の圧力が比較的小さくなる。したがって、弁部材に作用する離間方向の力が小さく開弁速度が遅いため、開弁動作の応答性が低いという問題があった。
特許文献１には、サック室の燃料通路側の開口の径をサック室の底部の径よりも小さくすることで燃料通路を比較的長くし、弁部材に作用する力を大きくすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３８６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のサック室は弁ボディの底部側へ向かうに従い拡大するように設けられることから、形状が複雑で製造コストが高くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で開弁動作の応答性が高い燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、燃料噴射装置であって、弁ボディおよび弁部材を備える。弁ボディは、燃料が流通する燃料通路、燃料通路から流出する燃料を溜めるサック室、サック室の燃料を噴射する噴孔、および燃料通路の内壁に形成される弁座部、を有する。弁部材は、弁ボディ内において軸方向に移動可能に設けられた弁部材本体、弁部材本体のサック室側に弁座部に対向して設けられサック室に向かうに従い外径が小さくなる第１斜面部、第１斜面部のサック室側に設けられ弁座部に当接および離間可能なシート部、シート部のサック室側に設けられサック室に向かうに従い外径が小さくなる第２斜面部、を形成する。さらに、燃料噴射装置は、シート部から噴孔へ向かう流通区間に形成され噴孔へ向かうに従い通路面積が小さくなる絞り流路部を備える。
【０００８】
本発明では、燃料通路が開放されシート部から噴孔へ燃料が流通する際、シート部の下流側に絞り流路部が形成される。その絞り流路部を流れる燃料には流通抵抗が付与されるので、絞り流路の上流側に位置する第２斜面部と弁座部との間の通路（第２斜面部通路）の流通速度が比較的遅くなる。そのため、第２斜面部が燃料から受ける圧力が大きくなり、弁部材の離間方向の移動速度すなわち開弁速度を速くすることができる。よって、簡易な構成で開弁動作の応答性が高い燃料噴射装置を得ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、絞り流路部は、弁部材の弁座部への当接位置からのリフト量が所定量以下である微小リフト領域において形成される。そのため、上記微小リフト領域の弁部材の移動速度を速くすることができる。また、例えば、上記微小リフト領域を超えると絞り流路部の通路面積が噴孔の通路面積（噴孔が複数の場合、合計の通路面積）よりも大きくなる場合、微小リフト領域を超えれば燃料噴射量を十分に確保することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、弁部材は、第２斜面部からサック室側へ突出する突起部を形成する。絞り流路部は、サック室内に嵌合する突起部の外壁とサック室の内壁との間に形成される。そのため、微小リフト領域にシート部の下流側に位置するサック室の入口に絞り流路部を形成することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、絞り流路部は、絞り流路部の最小通路面積をＡｃ、シート部から絞り流路部に至るまでの第２斜面部通路の最大通路面積をＡ０とすると、微小リフト領域においては、
Ａｃ ≦ （１／２）・Ａ０
の関係が成り立つように設定される。そのため、微小リフト領域に第２斜面部が受ける圧力（以下「受圧力」という）を十分に大きくすることができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、シート部と弁座部との間に形成されるシート部通路の最小通路面積をＡｓとすると、微小リフト領域においては、
Ａｓ ＜ Ａ０
の関係が成り立つように設定される。そのため、シート部通路の最小通路面積が第２斜面部通路の最大通路面積より小さいこと（Ａｓ＜Ａ０）でシート部通路にて圧損が生じる場合、シート部の下流に絞り流路が形成されることによる第２斜面部通路の受圧力増大効果が得られる。
【００１３】
請求項６に記載の発明では、弁ボディまたは弁部材は、シート部から噴孔へ向かう流通区間のうち絞り流路部のシート部側に連続して形成され、噴孔へ向かうに従って通路面積が大きくなる凹部を形成する。そのため、燃料通路が開放されシート部から噴孔へ燃料が流通する際、シート部の下流側に拡大流路部が形成される。よって、シート部を通過した燃料の流通速度が拡大流路部で低下するので、第２斜面部の受圧力がより増大する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態のインジェクタを示す断面図。
【図２】図１の矢印Ａで示すインジェクタの先端部の構成を示す断面図。
【図３】図２のシート部の弁座部への当接位置からのニードルのリフト量と、各通路面積との関係を示す図。
【図４】第１実施形態のインジェクタにおけるニードルのリフト量の変化と、図６に示す比較形態のインジェクタにおけるニードルのリフト量の変化とを、時系列的に示した図。
【図５】本発明の第２実施形態のインジェクタの先端部の構成を示す断面図。
【図６】比較形態のインジェクタの先端部の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の複数の実施形態による燃料噴射装置を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態および比較形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態のインジェクタ１０を示す断面図である。インジェクタ１０は、図示しない内燃機関の燃料噴射システムに用いられ、燃料を内燃機関に供給する。インジェクタ１０には、燃料タンクからフィードポンプにて汲み上げられた後、高圧ポンプにて高圧とされコモンレールに蓄積された燃料が供給される。なお、本実施形態では、インジェクタ１０は、燃料を内燃機関の燃焼室に直接噴射する直噴型すなわち筒内噴射型である。
【００１７】
インジェクタ１０は、その外郭を形成する部材として、ハウジング１３、弁ボディ１４、ハウジング１３と弁ボディ１４との間に介在するチップパッキン１５、およびこれらの部材を外側から相互に連結するリテーニングナット１６、を備えている。
【００１８】
ハウジング１３は、インレット１１及びアウトレット１２を形成する。インレット１１は、コモンレールの吐出口に接続される。アウトレット１２は、図示しない背圧制御弁を経由してコモンレールから燃料タンクへ向かう図示しない燃料通路に接続される。インレット１１から供給される燃料は、通路１７を経由し通路１８および通路１９に供給される。通路１８に供給された燃料は弁ボディ１４側へ送出され、主として噴射に利用される。通路１９に供給された燃料は制御室２７に送出される。
【００１９】
弁ボディ１４は、ハウジング１３側に開口する有底筒状に形成され、燃料を噴射する噴孔５３を底部に有する。インレット１１に供給された燃料は、通路１７、通路１８、およびチップパッキン１５の通路２１を経由し弁ボディ１４の内部の通路２０に供給される。
【００２０】
また、インジェクタ１０は、ハウジング１３内、チップパッキン１５内、および弁ボディ１４内において軸方向に移動可能に設けられた可動軸２２を備える。この可動軸２２は、「弁部材」としてのニードル２３、カップリング２４、およびコマンドピストン２５により構成される。ニードル２３は主として弁ボディ１４内に収容され、コマンドピストン２５は主としてハウジング１３内に収容される。ニードル２３およびコマンドピストン２５は、チップパッキン１５内においてカップリング２４により一体的に連結される。可動軸２２は、ハウジング１３とカップリング２４との間に介在されたスプリング２６により、弁ボディ１４側へ付勢される。
【００２１】
また、インジェクタ１０は、ハウジング１３の弁ボディ１４とは反対側に電磁弁部３０を備える。電磁弁部３０は、一対の端子３２、アーマチャ３３、ボディ３４、ストッパ３５、コイル３６、および電磁制御弁部材３７等を有し、ハウジング１３にナット３１で固定される。
【００２２】
端子３２は、コイル３６へ通電するためのものである。コイル３６には、この端子３２を介して、内燃機関の運転条件に応じた制御弁駆動電流が供給される。コイル３６が通電されると、アーマチャ３３が磁化される。
アーマチャ３３は、その軸中心部に有底筒状のストッパ３５を有している。ストッパ３５は、先端側へ開口する形状であり、その内部には、スプリング３８が配置されている。このスプリング３８によって付勢されるのが、ボディ３４に支持された電磁制御弁部材３７である。
電磁制御弁部材３７は、コイル３６に制御弁駆動電流が供給されてアーマチャ３３が磁化されるとそのアーマチャ３３に向かう励起吸引力を受け、スプリング３８の付勢力に抗して基端側すなわちアーマチャ３３側へ移動する。
【００２３】
制御室２７は、電磁制御弁部材３７がアーマチャ３３側へ移動してプレート部材４１から離間すると、通路３９等を介してアウトレット１２と連通する。
【００２４】
インジェクタ１０では、電磁弁部３０が制御され制御室２７内の燃料が通路３９を通じてアウトレット１２から排出され、制御室２７に流入する燃料よりも制御室２７から流出する燃料が多くなると、制御室２７の圧力が低下し可動軸２２が弁ボディ１４の底部から離間する方向へ移動する。
【００２５】
以下、図１に矢印Ａで示すインジェクタ１０の先端部の構成を図２に基づいて詳細に説明する。なお、図２（ａ）は、ニードル２３が弁ボディ１４に当接した場合を示している。図２（ｂ）および（ｃ）は、ニードル２３が弁ボディ１４から離間した場合を示している。
【００２６】
弁ボディ１４は、燃料通路５１、サック室５２、噴孔５３、および弁座部５４を有する。
燃料通路５１は、弁ボディ１４とニードル２３との間に形成され、ハウジング１３側から供給される燃料が流通可能である。なお、図２（ａ）では燃料通路５１が遮断され、図２（ｂ）および（ｃ）では燃料通路５１が開放されている。弁座部５４は、燃料通路５１の内壁に、サック室５２に向かうに従い内径が小さくなる円錐面状に形成される。
【００２７】
サック室５２は、燃料通路５１と噴孔５３との間の流通区間においてニードル２３に向けて開口する有底筒状に形成される。サック室５２を形成する内壁５５のうち筒状の部分は、ニードル２３の軸方向に略平行な円筒面状に形成される。サック室５２は、燃料通路５１から流出する燃料を一旦溜め噴孔５３に供給する。噴孔５３は、サック室５２の内壁５５に開口して形成され、例えば周方向に複数設けられる。各噴孔５３はサック室５２の燃料を噴射する。
【００２８】
ニードル２３は、弁ボディ１４内に可動可能に収容され、「弁部材本体」としてのニードル本体２３ａ、第１斜面部２３ｂ、シート部２３ｃ、第２斜面部２３ｄ、および突起部２３ｅを備える。
ニードル本体２３ａは、弁ボディ１４内において軸方向に移動可能に設けられる。第１斜面部２３ｂは、ニードル本体２３ａのサック室５２側に弁座部５４に対向して設けられると共にサック室５２に向かうに従い外径が小さくなるように設けられる。
【００２９】
シート部２３ｃは、第１斜面部２３ｂのサック室５２側に設けられ弁座部５４に当接および離間可能である。第２斜面部２３ｄは、シート部２３ｃのサック室５２側に弁座部５４に対向して設けられると共にサック室５２に向かうに従い外径が小さくなるように設けられる。第１斜面部２３ｂおよび第２斜面部２３ｄは、弁座部５４との間に燃料通路５１を形成する。
【００３０】
シート部２３ｃは、弁座部５４に当接することにより燃料通路５１を遮断する。その一方で、シート部２３ｃは、弁座部５４から離間することにより燃料通路５１を開放する。第２斜面部２３ｄは、シート部２３ｃが弁座部５４から離間したとき燃料通路５１の燃料の圧力を受ける。その受圧のとき第１斜面部２３ｂおよび第２斜面部２３ｄには、シート部２３ｃの離間方向の力が作用する。図２（ｂ）にはその力の向きを矢印Ｆで示す。
【００３１】
突起部２３ｅは、第２斜面部２３ｄからサック室５２側へ突出して設けられる。突起部２３ｅの外壁５６は、ニードル２３の軸方向に略平行な円筒面状に形成される。この突起部２３ｅは、図２（ａ）に示すように、シート部２３ｃが弁座部５４に当接した位置においてはサック室５２内に嵌合する。
【００３２】
弁ボディ１４とニードル２３との間には、シート部２３ｃと噴孔５３との間の流通区間のうち第２斜面部２３ｄの下流側に、噴孔５３側へ向かって通路面積が小さくなる絞り流路部５７が形成される。具体的には、本実施形態では、絞り流路部５７は、サック室５２内に嵌合する突起部２３ｅの外壁５６とサック室５２の内壁５５との間に形成される。本実施形態では、外壁５６と内壁５５との径方向隙間Ｓｃは、例えば１０μｍに設定される。絞り流路部５７は、ニードル２３が、図２（ａ）に示すようにシート部２３ｃと弁座部５４との当接位置から、図２（ｂ）に示すように軸方向に所定量すなわち所定リフト量Ｌｆ移動するまでの微小リフト領域Ｚ（後述の図３参照）において形成される。
【００３３】
図３は、シート部２３ｃと弁座部５４との当接位置からのニードル２３の軸方向の移動距離すなわちリフト量Ｌ［ｍｍ］と、各通路面積Ａｓ、Ａ０、およびＡｃ［ｍｍ2］との関係を示す図である。図３において、横軸がリフト量Ｌを示し、縦軸が各通路面積Ａｓ、Ａ０、およびＡｃを示している。シート部通路面積Ａｓは、シート部２３ｃと弁座部５４との間に形成されるシート部通路の最小通路面積である。第２斜面部通路面積Ａ０は、第２斜面部２３ｄと弁座部５４との間に形成される第２斜面部通路の最大通路面積である。絞り通路面積Ａｃは、絞り流路部５７の最小通路面積である。本実施形態では、各通路面積Ａｓ、Ａ０、およびＡｃは、図２（ｂ）に矢印ｆで示す燃料の流通方向に直交する面内の通路面積である。
【００３４】
図３に示すように、シート部通路面積Ａｓは、シート部２３ｃと弁座部５４との当接位置すなわちリフト量Ｌが０（零）であるときは０（零）である。そして、シート部通路面積Ａｓは、シート部２３ｃが弁座部５４から離間するほど即ちリフト量Ｌが増加するほど連続的に増加する。
第２斜面部通路面積Ａ０は、リフト量Ｌが０（零）であるとき所定値Ａ０１である。そして、第２斜面部通路面積Ａ０は、リフト量Ｌが増加するほど連続的に増加する。
【００３５】
本実施形態では、弁座部５４、サック室５２、シート部２３ｃ、および突起部２３ｅ等（以下「弁構成部材」という）の形状（寸法）は、ニードル２３のリフト量Ｌが所定リフト量Ｌｆより小さいとき（リフト量Ｌが微小リフト領域Ｚ以内のとき）次式（１）の関係が成り立つように設定される。
Ａｓ ＜ Ａ０ ・・・（１）
また、弁構成部材の形状（寸法）は、ニードル２３のリフト量Ｌが所定リフト量Ｌｆと同じとき（リフト量Ｌが微小リフト領域Ｚの最大値のとき）次式（２）の関係が成り立つように設定される。
Ａｓ ＝ Ａ０ ・・・（２）
また、弁構成部材の形状（寸法）は、ニードル２３のリフト量Ｌが所定リフト量Ｌｆより大きいとき（リフト量Ｌが微小リフト領域Ｚを超えるとき）次式（３）の関係が成り立つように設定される。
Ａｓ ＞ Ａ０ ・・・（３）
【００３６】
絞り通路面積Ａｃは、ニードル２３のリフト量Ｌが微小リフト領域Ｚ以内である場合、外壁５６および内壁５５が略平行なので一定の所定値Ａｃ１である。そして、絞り通路面積Ａｃは、ニードル２３のリフト量Ｌが微小リフト領域Ｚを超えると急激に増加する。
本実施形態では、弁構成部材の形状（寸法）は、ニードル２３のリフト量Ｌが微小リフト領域Ｚ以内であるときは次式（４）の関係が成り立つように設定される。
Ａｃ ≦ （１／２）・Ａ０ ・・・（４）
シート部通路面積Ａｓは、微小リフト領域Ｚのうちリフト量Ｌが０（零）に比較的近い側の所定値Ｌ０において、絞り通路面積Ａｃに一致する。
【００３７】
次に、インジェクタ１０の作動について、図４に基づき説明する。図４は、インジェクタ１０のニードル２３のリフト量Ｌの変化と、図６に示す比較形態のインジェクタのニードル２３のリフト量Ｌ’の変化とを、時系列的に示した図である。図４において、実線が本実施形態のインジェクタ１０のニードル２３のリフト量Ｌを示し、破線が比較形態のインジェクタのニードル２３のリフト量Ｌ’を示している。インジェクタ１０では、時刻ｔ０から時刻ｔ１２までコイル３６に通電されて開弁制御が行われ、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までコイル３６への通電が停止しスプリング２６の付勢力により閉弁制御が行われる。比較形態のインジェクタでは、時刻ｔ０から時刻ｔ２１まで開弁制御が行われ、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２まで閉弁制御が行われる。
【００３８】
先ず、比較形態のインジェクタについて説明する。比較形態のインジェクタは、図６に示すように、本実施形態のような突起部２３ｅを備えず、絞り流路部５７が形成されない。比較形態のインジェクタでは、図６（ｂ）に示すように、燃料通路５１の開放直後すなわち開弁直後であってニードル２３のリフト量Ｌが比較的小さいと、燃料通路５１の流速が速い。そのため、シート部２３ｃの下流側に絞りが形成されず、第２斜面部２３ｄが燃料から受ける圧力が比較的小さい。よって、ニードル２３の軸方向の移動速度すなわち開弁速度は、比較的遅い。
【００３９】
本実施形態のインジェクタ１０では、図２（ｂ）に示すように、燃料通路５１が開放されシート部２３ｃから噴孔５３へ燃料が流通する際、シート部２３ｃの下流側に絞り流路部５７が形成される。そのため、絞り流路部５７の上流側の燃料に流通抵抗が与えられ、燃料通路５１のうち第２斜面部２３ｄと弁座部５４との間に形成される第２斜面部通路の流通速度が比較的遅くなる。すなわち、燃料が第２斜面部通路に比較的長い時間留まることとなる。そのため、ニードル２３の第２斜面部２３ｄが燃料から受ける圧力が、前記比較形態のインジェクタの場合と比べて増大する。
【００４０】
したがって、図４に示すように、本実施形態のインジェクタ１０は、比較形態のインジェクタと比べてニードル２３の軸方向の移動速度すなわち開弁速度が速くなる。ここで、時刻ｔ１１を過ぎると、ニードル２３のリフト量Ｌが所定値Ｌｆを超えることで微小リフト領域Ｚを超え、絞り流路部５７の絞りが開放される即ち絞り通路面積Ａｃが急に大きくなる。そのため、図４において微小リフト領域Ｚでのリフト量Ｌの変化の傾きを延長して仮想的に示す２点鎖線ａに比べて、ニードル２３の移動速度が低下する。しかし、ニードル２３は慣性力でもって離座方向へ移動し続けるため、ニードル２３の移動速度の低下量は比較的少ない。
【００４１】
本実施形態では、インジェクタ１０（燃料噴射装置）は、弁ボディ１４およびニードル（弁部材）２３を備える。弁ボディ１４は、燃料が流通する燃料通路５１、燃料通路５１から流出する燃料を溜めるサック室５２、サック室５２の燃料を噴射する噴孔５３、および燃料通路５１の内壁に形成される弁座部５４、を有する。二―ドル２３は、弁ボディ１４内において軸方向に移動可能に設けられたニードル本体（弁部材本体）２３ａ、ニードル本体２３ａのサック５２室側に弁座部５４に対向して設けられサック５２室に向かうに従い外径が小さくなる第１斜面部２３ｂ、第１斜面部２３ｂのサック室５２側に設けられ弁座部５４に当接および離間可能なシート部２３ｃ、シート部２３ｃのサック室５２側に設けられサック室５２に向かうに従い外径が小さくなる第２斜面部２３ｄ、を形成する。さらに、インジェクタ１０は、シート部２３ｃから噴孔５３へ向かう流通区間に形成され噴孔５３へ向かうに従い通路面積が小さくなる絞り流路部５７を備える。
そのため、燃料通路５１が開放されシート部２３ｃから噴孔５３へ燃料が流通する際、シート部２３ｃの下流側に絞り流路部５７が形成される。その絞り流路部５７を流れる燃料には流通抵抗が付与されるので、絞り流路部５７の上流側に位置する第２斜面部２３ｄと弁座部５４との間の第２斜面部通路の流通速度が比較的遅くなる。そのため、第２斜面部２３ｄが燃料から受ける圧力が大きくなり、ニードル２３の離間方向の移動速度すなわち開弁速度を速くすることができる。よって、簡易な構成で開弁動作の応答性が高いインジェクタ１０を得ることができる。
【００４２】
また、本実施形態では、絞り流路部５７は、ニードル２３の着座位置からの軸方向へのリフト量Ｌが所定リフト量Ｌｆ以下である微小リフト領域Ｚにおいて形成される。そのため、上記微小リフト領域Ｚのニードル２３の移動速度を高めることができる。
【００４３】
また、本実施形態では、ニードル２３は、第２斜面部２３ｄからサック室５２側へ突出する突起部２３ｅを有する。絞り流路部５７は、サック室５２内に嵌合する突起部２３ｅの外壁５６とサック室５２の内壁５５との間に形成される。そのため、微小リフト領域Ｚにシート部２３ｃの下流側に位置するサック室５２の入口に絞り流路部５７を形成することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、絞り流路部５７を形成する弁構成部材の形状（寸法）は、絞り流路部５７の最小通路面積をＡｃ、シート部２３ｃから絞り流路部５７に至るまでの第２斜面部通路の最大通路面積をＡ０とすると、微小リフト領域Ｚにおいては
Ａｃ ≦ （１／２）・Ａ０
の関係が成り立つように設定される。そのため、微小リフト領域Ｚに第２斜面部２３ｄが受ける圧力を十分に大きくすることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、絞り流路部５７は、シート部２３ｃと弁座部５４との間に形成されるシート部通路の最小通路面積をＡｓとすると、
Ａｓ ＜ Ａ０
の関係が成り立つ場合に形成される。そのため、シート部通路の最小通路面積Ａｓが第２斜面部通路の最大通路面積Ａ０より小さいこと（Ａｓ＜Ａ０）でシート部通路にて圧損が生じる場合、シート部２３ｃの下流に絞り流路部５７が形成されることによる第２斜面部通路の受圧力増大効果が得られる。
【００４６】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態のインジェクタを示す断面図である。本実施形態では、弁ボディ１４は、弁座部５４のうち第２斜面部２３ｄに対向する部分に周方向に連続して形成された凹部６０を有している。本実施形態では、凹部６０は、ニードル２３の軸方向に平行に形成された筒状壁と、ニードル２３の軸方向に直交する平面内に形成された環状壁とから成る。凹部６０は、シート部２３ｃから噴孔５３へ向かう流通区間に噴孔５３に向かうに従い通路面積が大きくなる拡大流路部を形成する。また、上記拡大流路部の下流側に隣接する位置に下流側へ向かうに従い通路面積が小さくなる絞り流路部５７を有する。
【００４７】
本実施形態のインジェクタでは、図５（ｂ）に示すように、燃料通路５１が開放されシート部２３ｃから噴孔５３へ燃料が流通する際、シート部２３ｃの下流側に拡大流路部および絞り流路部５７が形成される。そのため、シート部２３ｃを通過した燃料の流通速度が拡大流路部および絞り流路部５７内（凹部６０内）で低下する。よって、ニードル２３の第２斜面部２３ｄが第２斜面部通路の燃料から受ける圧力が、前記比較形態のインジェクタの場合と比べて増大する。凹部６０は、シート部２３ｃを通過する燃料を一旦貯留し第２斜面部通路の流通速度を低下させるための容積部として機能する。
【００４８】
本実施形態のインジェクタの構成は、弁座部５４に凹部６０が形成される他は第１実施形態と同様である。本実施形態では、燃料通路５１が開放されシート部２３ｃから噴孔５３へ燃料が流通する際、シート部２３ｃの下流側に絞り流路部５７が形成されるので、絞り流路部５７の上流側に位置する第２斜面部２３ｄと弁座部５４との間の第２斜面部通路の流通速度が比較的遅くなる。そのため、第２斜面部２３ｄが燃料から受ける圧力が大きくなり、ニードル２３の離間方向の移動速度すなわち開弁速度を速くすることができる。よって、簡易な構成で開弁動作の応答性が高いインジェクタを得ることができる。
【００４９】
また、本実施形態では、弁ボディ１４は、シート部２３ｃから噴孔５３へ向かう流通区間のうち絞り流路部５７のシート部２３ｃ側に連続して形成され、噴孔５３へ向かうに従って通路面積が大きくなる凹部６０を形成する。そのため、燃料通路５１が開放されシート部２３ｃから噴孔５３へ燃料が流通する際、シート部２３ｃの下流側に拡大流路部が形成される。よって、シート部２３ｃを通過した燃料の流通速度は拡大流路部すなわち凹部６０内で低下するので、第２斜面部通路の受圧力がより増大する。
【００５０】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、インジェクタ１０は、筒内噴射型であった。これに対し、本発明の他の実施形態では、燃料噴射装置はポート噴射型であることとしてもよい。
【００５１】
上述の実施形態では、インジェクタ１０は、電磁弁部３０により制御室２７の油圧を制御することでニードル２３を駆動する油圧駆動式であった。これに対し、本発明の他の実施形態では、例えば、ニードルをソレノイドの可動鉄心に固定しそのソレノイドにより直接的に駆動することとしてもよいし、ピエゾ素子を用いた油圧制御によりニードルを駆動することとしてもよい。
【００５２】
上述の実施形態では、絞り流路部５７は、サック室５２を形成する内壁５５と突起部２３ｅの外壁５６との間に形成されていた。これに対し、本発明の他の実施形態では、絞り流路部は、サック室と突起部との間ではなく、例えば、弁座部とニードルとの間などに形成されることとしてもよい。
【００５３】
第２実施形態では、拡大流路部は、弁座部５４において周方向に連続して設けられた凹部６０により形成されていた。これに対し、本発明の他の実施形態では、拡大流路部は、弁座部に形成された穴や溝により形成されることとしてもよい。上記穴や溝は必ずしも周方向に連続して形成される必要はない。
【００５４】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態に適用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０ ・・・インジェクタ（燃料噴射装置）
１４ ・・・弁ボディ
２３ ・・・ニードル（弁部材）
２３ａ・・・ニードル本体（弁部材本体）
２３ｂ・・・第１斜面部
２３ｃ・・・シート部
２３ｄ・・・第２斜面部
２３ｅ・・・突起部
５１ ・・・燃料通路
５２ ・・・サック室
５３ ・・・噴孔
５４ ・・・弁座部
５５ ・・・内壁
５６ ・・・外壁
５７ ・・・絞り流路部
６０ ・・・凹部
Ａｃ ・・・絞り通路面積（絞り流路部の最小通路面積）
Ａｓ ・・・シート部通路面積（シート部通路の最小通路面積）
Ａ０ ・・・第２斜面部通路面積（第２斜面部通路の最大通路面積）
Ｌ ・・・リフト量
Ｌｆ ・・・所定リフト量（所定量）
Ｚ ・・・微小リフト領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が流通する燃料通路、当該燃料通路から流出する燃料を溜めるサック室、当該サック室の燃料を噴射する噴孔、および前記燃料通路の内壁に形成される弁座部、を有する弁ボディと、
前記弁ボディ内において軸方向に移動可能に設けられた弁部材本体、当該弁部材本体の前記サック室側に前記弁座部に対向して設けられ当該サック室に向かうに従い外径が小さくなる第１斜面部、当該第１斜面部の前記サック室側に設けられ前記弁座部に当接および離間可能なシート部、当該シート部の前記サック室側に設けられ当該サック室に向かうに従い外径が小さくなる第２斜面部、を形成する弁部材と、
前記シート部から前記噴孔へ向かう流通区間に形成され前記噴孔へ向かうに従い通路面積が小さくなる絞り流路部と、
を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記絞り流路部は、前記弁部材の前記弁座部への当接位置からのリフト量が所定量以下である微小リフト領域において形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記弁部材は、前記第２斜面部から前記サック室側へ突出する突起部を形成し、
前記絞り流路部は、前記サック室内に嵌合する前記突起部の外壁と前記サック室の内壁との間に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記絞り流路部の最小通路面積をＡｃ、前記シート部から前記絞り流路部に至るまでの第２斜面部通路の最大通路面積をＡ０とすると、前記絞り流路部は、前記微小リフト領域においては、
Ａｃ ≦ （１／２）・Ａ０
の関係が成り立つように設定されることを特徴とする請求項２または３に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記シート部と前記弁座部との間に形成されるシート部通路の最小通路面積をＡｓとすると、前記微小リフト領域においては、
Ａｓ ＜ Ａ０
の関係が成り立つように設定されることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記弁ボディまたは前記弁部材は、前記シート部から前記噴孔へ向かう流通区間のうち前記絞り流路部の前記シート部側に連続して形成され、前記噴孔へ向かうに従って通路面積が大きくなる凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項１】
燃料が流通する燃料通路、当該燃料通路から流出する燃料を溜めるサック室、当該サック室の燃料を噴射する噴孔、および前記燃料通路の内壁に形成される弁座部、を有する弁ボディと、
前記弁ボディ内において軸方向に移動可能に設けられた弁部材本体、当該弁部材本体の前記サック室側に前記弁座部に対向して設けられ当該サック室に向かうに従い外径が小さくなる第１斜面部、当該第１斜面部の前記サック室側に設けられ前記弁座部に当接および離間可能なシート部、当該シート部の前記サック室側に設けられ当該サック室に向かうに従い外径が小さくなる第２斜面部、を形成する弁部材と、
前記シート部から前記噴孔へ向かう流通区間に形成され前記噴孔へ向かうに従い通路面積が小さくなる絞り流路部と、
を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記絞り流路部は、前記弁部材の前記弁座部への当接位置からのリフト量が所定量以下である微小リフト領域において形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記弁部材は、前記第２斜面部から前記サック室側へ突出する突起部を形成し、
前記絞り流路部は、前記サック室内に嵌合する前記突起部の外壁と前記サック室の内壁との間に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記絞り流路部の最小通路面積をＡｃ、前記シート部から前記絞り流路部に至るまでの第２斜面部通路の最大通路面積をＡ０とすると、前記絞り流路部は、前記微小リフト領域においては、
Ａｃ ≦ （１／２）・Ａ０
の関係が成り立つように設定されることを特徴とする請求項２または３に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記シート部と前記弁座部との間に形成されるシート部通路の最小通路面積をＡｓとすると、前記微小リフト領域においては、
Ａｓ ＜ Ａ０
の関係が成り立つように設定されることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記弁ボディまたは前記弁部材は、前記シート部から前記噴孔へ向かう流通区間のうち前記絞り流路部の前記シート部側に連続して形成され、前記噴孔へ向かうに従って通路面積が大きくなる凹部を形成することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８９０３９（Ｐ２０１２−１８９０３９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５０８８（Ｐ２０１１−５５０８８）
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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