JP2000018119A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は，弁ステム部と弁体部とを別体化
して細くすることで受圧面積を小さくし，開弁時の開弁
作動力を小さくした燃料噴射装置を提供する。 【解決手段】 別体の弁ステム３４と弁体３８の径は小
さく形成できる。開閉弁５に作用する燃料圧は小さくな
り，開閉弁５の開弁時の開弁作動力は小さくなる。開閉
弁５は弁体３８及び弁ステム３４の両下端面５１，５２
に補強プレート５３を当てて一体化されている。弁フェ
ース３９には，中心孔４９と同心円状に環状溝５４が形
成され，環状溝５４から放射状に外向きに放射状溝５５
が形成されているので，バランスチャンバ３０内の燃料
圧を環状溝５４に導くことができ，環状溝５４に導入さ
れた燃料圧によって弁体３８は開閉弁５を開く方向の力
を受けるので，小さな力で開閉弁５を開放できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は，ディーゼルエン
ジン，直噴式ガソリンエンジン等のエンジンに適用され
る燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンにおける燃料噴射装
置として従来から様々なものが開発されてきたが，例え
ば，加圧した燃料をコモンレールに溜めてその燃料をイ
ンジェクタ上部に設置した電磁弁を開閉制御することに
より燃焼室へ噴射するようにした蓄圧式燃料噴射装置が
ある。例えば，図５に示した燃料噴射装置は，噴射ノズ
ルのノズル本体５７の先端に形成された噴孔５８を開閉
するための針弁５９を有しており，針弁５９はノズル本
体５７に摺動自在に設けられ，スプリング６０によって
噴孔５８を閉じる方向に付勢されている。ノズル本体５
７には，コモンレールから供給された高圧の燃料を燃料
溜まり６１へ供給するための燃料路６２，コモンレール
から供給された高圧燃料をバランスチャンバ６３内に供
給するための供給路６４，バランスチャンバ６３と電磁
弁６５が配置された中空室６６とを連通する燃料路６
７，中空室６６と針弁５９の細径部６８を囲む中間室６
９とを連通するリーク路７０，中空室６６からリザーバ
に至る排出路７１が形成され，バランスチャンバ６３と
中空室６６とを連通する燃料路６７を開閉するための電
磁弁６５が設けられている。針弁５９の細径部６８より
上部の径は，細径部６８より下部の径よりも大きく設定
されている。針弁５９は，燃料溜まり６１に供給された
燃料圧によって噴孔５８を開く方向の力を受け，スプリ
ング６０の付勢力と，バランスチャンバ６３内の燃料圧
によって噴孔５８を閉じる方向の力とを受ける。中間室
６９内にはリーク路７０を通じて低圧が作用しているの
で，燃料溜まり６１及びバランスチャンバ６３内の高圧
燃料が，針弁５９とノズル本体５７との間の隙間を通じ
て中間室６９にリークする。中間室６９にリークした燃
料は，リーク路７０，中空室６６，及び排出路７１を通
じてリザーバに回収される。

【０００３】図５には，電磁弁６５が通電されたときの
状態が示されている。電磁弁６５が通電されると，電磁
弁６５の弁体７２は戻しばね７３の力に抗して電磁石に
吸着される。このとき，燃料路６７は中空室６６に対し
て開口するので，バランスチャンバ６３内の燃料圧は燃
料路６７を通じて解放されて低下する。燃料溜まり６１
に作用する燃料圧による力は，バランスチャンバ６３に
作用する燃料圧による力とスプリング力との合計の力よ
りも大きくなるため，針弁５９は上方へ移動して図５に
示す如く噴孔５８は開いた状態になる。これに対して，
電磁弁６５の通電が断たれると，弁体７２は戻しばね７
３の作用で下方へ移動して燃料路６７を中空室６６に対
して閉じるので，バランスチャンバ６３内の回復した燃
料圧による力とスプリング６０力との合計の力が燃料溜
まり６１に作用する燃料圧による力よりも大きくなり，
針弁５９は下方に移動して噴孔５８を閉じる。

【０００４】しかしながら，図５に示す燃料噴射装置で
は，電磁弁６５の作動に伴ってバランスチャンバ６３か
ら燃料路６７を通じて中空室６６に燃料がリークするの
に加えて，燃料が常に中間室６９からリーク路７０を通
じてリーク（静的リーク）しており，しかも，図６に示
すように，静的燃料リーク量は，コモンレールの圧力が
上昇するにつれて急増する。即ち，中間室６９の圧力は
常に低圧（大気圧）であるので，燃料の圧力が上昇する
につれて，燃料溜まり６１及びバランスチャンバ６３か
ら針弁５９とノズル本体５７との間の隙間を通じて中間
室６９にリークする燃料の量が増加する。

【０００５】そこで，上記問題を解決した燃料噴射装置
として，特開平１０−７７９２４号公報に開示された燃
料噴射装置がある。この燃料噴射装置は燃料の圧力を利
用してシールを行うものである。この燃料噴射装置は，
図７に示すように，燃料を噴射する噴孔（図示せず，図
５の符号５８を参照）を備えた本体，本体の中空部７４
内を往復動し且つ一端で噴孔を開閉する針弁７５，針弁
７５のリフト量を制御するため燃料圧の受圧面となる針
弁７５の他端が露呈しているバランスチャンバ７６，バ
ランスチャンバ７６に燃料圧を供給する供給路７７，バ
ランスチャンバ７６内の燃料圧を解放する排出路７８，
排出路７８を開閉するための開閉弁７９，及び開閉弁７
９を開閉作動するアクチュエータ（図示せず）から成
り，開閉弁７９は，排出路７８を貫通してバランスチャ
ンバ７６内に延びた弁ステム８０及び弁ステム８０の先
端に設けられ且つ閉弁状態で排出路７８の入口側開口部
に形成された弁シートに対して接触する弁フェースを有
する弁体８１から成る。開閉弁７９は，弁ステム８０と
弁体８１とを一体成形にて製作したものである。

【０００６】アクチュエータが駆動されていないとき
は，戻しばね８２はばね受け８３を介して弁ステム８０
を図７において上方に向けて付勢しており，弁体８１の
弁フェースは弁シートに当接しているので，開閉弁７９
は排出路７８を閉じている。この状態でコモンレールか
らの高圧燃料は燃料路８４，８５及び８６を通じて燃料
溜まり（図示せず，図５の符号６１を参照）に供給され
ている。燃料溜まりに供給された燃料は，針弁７５をリ
フトする方向に付勢する。また，供給路７７を通じて燃
料圧がバランスチャンバ７６内に供給されており，燃料
圧は針弁７５の受圧面８７に作用している。このとき，
受圧面８７に作用する燃料圧に基づいて針弁７５を閉じ
る側に付勢する力と皿ばね８８の戻し力との合力は，燃
料溜まりに供給された燃料圧に基づいて針弁７５を開く
方向に作用する力を上回っているので，針弁７５は閉じ
て噴孔からの燃料の噴射を停止している。

【０００７】アクチュエータを駆動すると，弁ステム８
０は戻しばね８２の圧縮ばね力に抗して図７において下
方に付勢されて，弁体８１の弁フェースが弁シートから
離れるので，開閉弁７９は排出路７８を開放することに
なる。供給路７７は絞りとして機能しており，供給路７
７を流れる燃料よりも排出路７８から流れ出る燃料の方
が多いので，排出路７８が開放されると，バランスチャ
ンバ７６内の燃料圧が中空部７４に解放される。バラン
スチャンバ７６内の燃料圧が解放されると，針弁７５を
開く方向に付勢する力（燃料溜まりの圧力）が，針弁７
５の上面即ち受圧面８７に作用する燃料圧に基づいて針
弁７５を閉じる方向に付勢する力と皿ばね８８による戻
し力との合力に打ち勝つので，針弁７５がリフトされ，
噴孔から燃焼室への燃料噴射が行われる。

【０００８】アクチュエータが非駆動状態になると，戻
しばね８２が弁ステム８０を引き上げるので，開閉弁７
９は閉じられる。バランスチャンバ７６内の燃料圧は供
給路７７からの供給により回復し，針弁７５は下方に押
し下げられて噴孔を閉じ，燃料の噴射を停止する。回復
したバランスチャンバ７６内の燃料圧は，弁体８１に作
用して，戻しばね８２の作用に加えて弁フェースを弁シ
ートに押し当てる方向に付勢する。従って，バランスチ
ャンバ７６内の燃料圧が高ければ高いほど開閉弁７９の
閉弁力が大きくなり，開閉弁７９を通っての燃料のリー
クを阻止することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで，従来，バラ
ンスチャンバ７６の排出路７８を開閉するための開閉弁
７９は弁ステム８０と弁体８１とを一体成形することに
よって製造していた。一体成形は，大きなサイズの開閉
弁７９を製造するのであれば，強度的にも製造コストの
面からも好都合である。しかし，燃料噴射装置の開閉弁
７９においては，弁ステム８０や弁体８１の径は，コン
マ数ミリからせいぜい数ミリオーダーの大きさであるか
ら，近年の燃料噴射圧力の高圧化に耐えうるような開閉
弁７９の強度及び加工精度を得ることは困難になってき
た。

【００１０】また，開閉弁７９は弁ステム８０と弁体８
１とを一体成形することによって製造していたので，弁
ステム８０や弁体８１を精度よく且つ細径に成形するこ
とには限界があり，どうしても径を大きくせざるをえな
かった。それゆえ，開閉弁７９の圧力を受ける部分即ち
受圧面の面積を十分に小さなものにすることができない
ため，燃料噴射圧が高圧化してくると，開弁時の受圧面
からの押圧力が増大し，それに比例して開弁時に大きな
開弁作動力が必要となっていた。このため，比較的大型
のアクチュエータを使用せざるを得ず，エンジンへの搭
載の際に問題を生じることがあった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
課題を解決することであり，バランスチャンバに供給路
を介して供給された燃料圧を，開閉弁で排出路を開くこ
とによって解放し，バランスチャンバに受圧面を露呈さ
せた針弁のリフト量を制御して，針弁のリフト時に噴孔
から燃料を噴射するエンジンの燃料噴射装置において，
開閉弁の閉弁時にバランスチャンバ内の燃料圧を閉弁力
に利用することにより，開閉弁を通しての燃料のリーク
を防止することができるとともに，弁ステム部と弁体部
とを別体成形することで弁ステム部及び弁体部を細く
し，開閉弁自体を小型化して，開閉弁の開弁時における
開弁作動力を小さくすることにより，アクチュエータの
小型化を図った燃料噴射装置を提供することである。

【００１２】この発明は，燃料を噴射する噴孔を備えた
本体，前記本体の中空部内を往復動し且つ一端で前記噴
孔を開閉する針弁，前記針弁のリフト量を制御するため
燃料圧の受圧面となる前記針弁の他端が露呈しているバ
ランスチャンバ，前記バランスチャンバに燃料圧を供給
する供給路，前記バランスチャンバ内の燃料圧を解放す
る排出路，前記排出路を開閉するための開閉弁，及び前
記開閉弁を開閉作動させるアクチュエータから成り，前
記開閉弁は，前記排出路を貫通して前記バランスチャン
バ内に延びた弁ステム部及び前記弁ステム部の先端に設
けられ且つ閉弁状態で前記排出路の入口側開口部に形成
された弁シートに対して接触する弁フェースを有する弁
体部から成り，前記弁ステム部と前記弁体部とが一体化
された別部材で構成されていることから成る燃料噴射装
置に関する。

【００１３】この燃料噴射装置は，上記のように構成さ
れているので，開閉弁によって排出路を閉じる場合に
は，開閉弁の弁体部は，排出路を貫通してバランスチャ
ンバ内に延びている弁ステム部とともに，排出路の出口
方向に移動するので，弁フェースは弁シートに対して圧
接されて排出路を閉じる。弁フェースの弁シートに対す
る接触は，面接触である。このとき，バランスチャンバ
内の燃料圧は，弁体部に働いて開閉弁を閉鎖するように
働き，バランスチャンバ内の燃料圧が高ければ高いほ
ど，開閉弁を閉じるように作用する力が大きくなる。従
って，開閉弁を弁シートに対して閉鎖させる力が十分に
得られるので，開閉弁を通しての燃料のリークが防止さ
れる。

【００１４】また，弁ステム部と弁体部とはそれぞれ別
体で成形するようにしたので，径が小さくてしかも精度
のよいものを得ることができ，それゆえ，弁ステム部と
弁体部とを結合した開閉弁は燃料圧を受ける部分の面積
が小さくなる。従って，開弁時に開閉弁を押し出すとき
の開弁作動力を小さくすることができるので，小型のア
クチュエータを使用することができるようになる。

【００１５】前記開閉弁は，補強プレートによって前記
弁ステム部の端部に前記弁体部をレーザー溶接によって
固着されている。弁体部は中心孔を有しており，中心孔
に弁ステム部の先端部を嵌合し，弁ステム部の先端面と
弁体部における弁シートの反対側端面とに補強プレート
を当て，弁ステム部，弁本体及び補強プレートを一体化
すべくレーザー溶接するとよい。補強プレートは弁体部
や弁ステム部にクラックが発生するのを防止する機能を
果たす。

【００１６】また，前記弁シート又は前記弁フェースの
いずれか一方に圧力キャンセル用の凹部が形成されてい
る。圧力キャンセル用の凹部とは，バランスチャンバ内
の圧力が導入される凹部である。凹部を形成することに
より，凹部に導入された燃料圧が受圧面からの押圧力を
打ち消すように作用するので，開弁時に開閉弁を押し出
すときの開弁作動力が小さくなる。

【００１７】前記凹部を弁体部の弁フェース面に形成す
る場合には，前記凹部は前記弁フェースに形成された環
状溝と前記環状溝から放射状に延びて前記バランスチャ
ンバに連通する放射状溝とから構成されている。凹部は
必ずしも溝状である必要はないが，このような形状の溝
にすれば，弁体部の弁シートに対する座りが安定し，弁
シート等の偏摩耗を防止することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
の実施例を説明する。図１はこの発明による燃料噴射装
置の一実施例を示す全体断面図，図２は図１に示す燃料
噴射装置の要部拡大断面図，図３は開閉弁の弁体を示す
平面図，及び図４は図３のＡ−Ａ矢視断面図である。

【００１９】この燃料噴射装置は，コモンレール噴射シ
ステム，或いはアキュムレータ噴射システム（図示せ
ず）に適用される。燃料は燃料噴射ポンプによって蓄圧
室（以下「コモンレール」という）に供給されて，コモ
ンレールにて蓄圧された高圧燃料は燃料噴射装置の噴射
ノズルからエンジンの各燃焼室に噴射される。先ず，図
１を参照すると，この燃料噴射装置における本体１はシ
リンダヘッド等のベースに設けた穴部（図示せず）にシ
ール部材を介して密封状態に取り付けられる。本体１の
下端には，ノズルが密封状態に形成されている。

【００２０】本体１の上方肩部には燃料入口部２が形成
されており，本体１の中央本体３には軸心に沿って中空
部４が形成されている。また，中空部４には，後述する
排出路３３の開閉を行う開閉弁５が配置されており，開
閉弁５は，中央本体３の上部に位置するアクチュエータ
６によって駆動される。アクチュエータ６は電磁石７か
ら構成されており，電磁石７は固定キャップ８を中央本
体３にねじ込むことにより本体１内に収納されている。
電磁石７は，コントロールユニット９からの制御信号を
受けて作動し，開閉弁５を開く方向即ち図１の下方に向
けて駆動するものである。

【００２１】電磁石７のプランジャ１２の動きは出力軸
１０に伝達される。出力軸１０の一端部には電磁石７の
プランジャ１２が当接するフランジ部４６が形成され，
その他端部には開閉弁５が設けられている。出力軸１０
は，中央本体３に縮径して形成されたガイド部１１及び
後述するコントロール部材１３のガイド孔４７に対して
摺動可能に案内されている。フランジ部４６とガイド部
１１の上端面との間には出力軸１０を軸方向上方に向け
て付勢する戻しばね４８が配設されている。出力軸１０
は，電磁石７の作動により，高速で軸方向の往復動を繰
り返すことができる。

【００２２】コントロール部材１３は中央部分３とノズ
ル本体１４との間に挟み付けられるように配置されてお
り，ノズル本体１４に係合する固定キャップ１５を中央
部分３のねじ部にねじ込むことにより，コントロール部
材１３とノズル本体１４は，ともに中央部分３に対して
結合されて，本体１の一部を構成している。ノズル本体
１４には中空穴１６が形成されており，針弁１７が，中
空穴１６内に隙間１８を残す状態で摺動可能に挿通さ
れ，針弁１７の回りに形成される隙間１８は高圧燃料の
通路を形成している。ノズル本体１４の先端には燃料を
内燃機関の燃焼室に噴射する噴孔１９が形成されてい
る。針弁１７の先端はテーパ面に形成され，針弁１７が
軸方向に移動することにより，ノズル本体１４の中空穴
１６の先端に形成されたテーパ面２０と着座又は離間し
て，噴孔１９から燃料の噴射のための燃料の流れを遮断
又は許容する。また，針弁１７の中段に形成されたテー
パ面２１は，針弁１７が噴孔１９を開く方向に燃料圧を
受ける受圧部を形成している。針弁１７がリフトしてテ
ーパ面２０から離間すると，高圧燃料は噴孔１９から燃
焼室に噴射され，針弁１７が下降してテーパ面２０と当
接すると燃料の流れを遮断して噴射を停止させる。

【００２３】高圧燃料供給源であるコモンレール（図示
せず）から燃料入口部２に供給された燃料は，本体１に
形成された燃料路２２からコントロール部材１３に形成
された燃料路２３を経て，更にノズル本体１４に形成さ
れた燃料路２４を経て，受圧部としてのテーパ面２１が
露呈された燃料溜まり２５に至る。燃料溜まり２５に至
った燃料は，針弁１７の回りに形成される隙間１８を経
て，針弁１７が開弁したときに噴孔１９から噴射され
る。

【００２４】図２にも示されているように，コントロー
ル部材１３には，中心軸からオフセットした位置におい
て，本体１側に形成されたピン穴２６とコントロール部
材１３側に設けられたピン穴２７との間にピン２８が嵌
入しており，コントロール部材１３が中央本体３に対し
て位置ずれを生じるのを防止している。また，コントロ
ール部材１３にはノズル本体１４側に開いた中空穴２９
が形成されている。中空穴２９には，燃料圧を受ける受
圧面３１として後述の針弁１７の端部が露呈しており，
中空穴２９と受圧面３１とでバランスチャンバ３０が形
成されている。コントロール部材１３には，燃料路２３
に連通し且つ径方向中心側に向かって斜めに延びる燃料
の供給路３２が形成されている。供給路３２はバランス
チャンバ３０に連通しており，バランスチャンバ３０内
に高圧の燃料圧を供給する。更に，コントロール部材１
３の中央位置には，軸線方向に貫通する排出路３３が形
成されており，排出路３３は，一端でバランスチャンバ
３０に開口し，他端で中央本体３の中空部４に開口して
いる。

【００２５】開閉弁５は，アクチュエータ６の出力軸１
０と一体的に連結された弁ステム３４と，弁ステム３４
の端部にレーザー溶接にて結合された弁体３８とからな
る。弁ステム３４はこの発明の弁ステム部を構成し，弁
体３８はこの発明の弁体部を構成している。出力軸１０
に係止されたばね受け３６にはコイルばねである戻しば
ね３５の一端が係合しており，戻しばね３５の他端はコ
ントロール部材１３の上端面３７に係合している。戻し
ばね３５は，圧縮状態で介装されているので，常に弁ス
テム３４に対して上方に付勢する力を与えている。即
ち，戻しばね３５は開閉弁５を閉弁方向に付勢してい
る。

【００２６】弁ステム３４は，コントロール部材１３に
形成されている排出路３３を僅かな間隙を残して挿通
し，且つバランスチャンバ３０内に延びている。弁ステ
ム３４の端部には排出路３３を開閉可能な弁体３８が設
けられている。弁体３８には，図３及び図４に示すよう
に，中心孔４９が形成され，中心孔４９の中程にはテー
パ面からなる段部５０が形成されている。弁ステム３４
と弁体３８はそれぞれ別体で製作される。弁ステム３４
を弁体３８の中心孔４９に嵌合すると，段部５０と弁ス
テム３４の細径部が係合して位置決めがなされ，弁体３
８の下端面５１と弁ステム３４の下端面５２とが面一に
なるように構成されている。開閉弁５は弁体３８及び弁
ステム３４の両下端面５１，５２に補強プレート５３を
当て，レーザー溶接で一体化して製作される。補強プレ
ート５３は高圧に晒される弁体３８や弁ステム３４にク
ラックが発生するのを防止する機能を果たす。また，弁
ステム３４と弁体３８はそれぞれ別体で製作されるの
で，弁ステム３４及び弁体３８の径を小さくすることが
できる。従って，開閉弁５自体が小型化するので，開閉
弁５に作用する燃料圧は小さいものとなる。

【００２７】弁体３８は，円柱状部分５６の上端に円錐
状からなるテーパ面である弁フェース３９を有してい
る。弁フェース３９は，排出路３３のバランスチャンバ
３０側の開口に形成された円錐状の凹面をなす弁シート
４０に対して，丁度嵌まり合う形状を有している。弁フ
ェース３９には，図３及び図４に示すように，中心孔４
９と同心円状に環状溝５４が形成されており，環状溝５
４から放射状に外向きに等角度で放射状溝５５が形成さ
れている。即ち，放射状溝５５は点対称となるように形
成されている。放射状溝５５は環状溝５４とバランスチ
ャンバ３０とを連通し，バランスチャンバ３０内の燃料
圧を環状溝５４に導くことができる。環状溝５４に導入
された燃料圧は弁体３８に対して弁体３８を押し下げよ
うとする力として作用し，弁体３８を弁シート４０に押
し付ける力をキャンセルするように作用する。従って，
開弁時に弁体３８を押し下げる力は小さくて済み，小型
のアクチュエータでも十分機能を果たすことができる。

【００２８】電磁石７が非通電時即ち非駆動時には，開
閉弁５は戻しばね３５が与えるばね力によって閉じた状
態となり，この状態では，弁体３８の弁フェース３９
は，弁シート４０に対して面接触状態に着座して排出路
３３を閉じている。電磁石７に電流が供給されて駆動状
態となると，開閉弁５の弁ステム３４は戻しばね３５，
４８のばね力に打ち勝って図１において下方に押し下げ
られる。このとき，弁体３８の弁フェース３９は弁シー
ト４０から離れて排出路３３のバランスチャンバ３０側
の開口を開くので，燃料の流れが生じ，バランスチャン
バ３０内の燃料圧は排出路３３と弁ステム３４との間隙
を通って中空部４に解放される。

【００２９】中空穴２９の上底面４１と針弁１７の軸端
４４に取り付けられたばね受け４２との間には，リター
ンスプリングとしてのコイルばね４３が圧縮状態で介装
されている。コイルばね４３は，針弁１７に対して噴孔
１９を通る燃料の流れを遮断する閉鎖方向に付勢してい
る。バランスチャンバ３０内の燃料圧が針弁１７の受圧
面３１に作用することに基づく力は，受圧面である針弁
１７のテーパ面２１に作用する燃料圧及び針弁１７に作
用するコイルばね４３の戻し力とのバランスによって弁
体３８のリフトを制御する。コントロール部材１３には
ばね受け４２を収容するための段部４５が形成されてお
り，段部４５はばね受け４２の厚さよりも距離Ｈだけ大
きく形成されている。この距離Ｈは針弁１７の弁閉鎖状
態から針弁１７の開放状態に至るまでの距離Ｈに等し
い。従って，針弁１７は距離Ｈの範囲で弁の開閉方向に
移動可能である。

【００３０】開閉弁５による排出路３３の開放の際，弁
体３８の弁フェース３９が弁シート４０から離れること
による有効開口面積は，開閉弁５の殆どの作動範囲にお
いて，排出路３３と弁ステム３４との間の間隙の通路断
面積よりも小さくなるように設定されているので，開閉
弁５の開度がバランスチャンバ３０内の燃料圧の低下の
程度を定めることになる。

【００３１】この実施例は，上記のように構成されてお
り，次のように作動する。電磁石７が駆動されていない
ときは，図２に示すように，戻しばね３５はばね受け３
６を介して弁ステム３４を図において上方に付勢してお
り，弁体３８の弁フェース３９は弁シート４０に当接し
ているので，開閉弁５は排出路３３を閉じている。この
状態でコモンレールからの高圧燃料は燃料入口部２から
燃料路２２，２３及び２４を通じて燃料溜まり２５に供
給されている。燃料溜まり２５に供給された燃料は，針
弁１７のテーパ面２１に作用して針弁１７をリフトする
方向に付勢している。燃料は針弁１７の外周のノズル本
体１４との間に形成される隙間１８にも至り，隙間１８
は高圧燃料で満たされている。また，供給路３２を通じ
て燃料圧がバランスチャンバ３０内に供給されており，
燃料圧は針弁１７の受圧面３１に作用している。このと
き，受圧面３１に作用する燃料圧に基づいて針弁１７を
閉じる側に付勢する力とコイルばね４３の戻し力との合
力は，受圧面であるテーパ面２１に作用する燃料圧に基
づいて針弁１７を開く方向に作用する力を上回っている
ので，針弁１７は閉じて噴孔１９からの燃料の噴射を停
止している。

【００３２】コントロールユニット９からの制御により
電磁石７を駆動すると，弁ステム３４は戻しばね３５の
圧縮ばね力に抗して図１において下方に付勢されて，弁
体３８の弁フェース３９が弁シート４０から離れるの
で，開閉弁５は排出路３３を開放することになる。供給
路３２は絞りとして機能しており，供給路３２を流れる
燃料よりも排出路３３から流れ出る燃料の方が多いの
で，排出路３３が開放されると，バランスチャンバ３０
内の燃料圧が中空部４に解放される。バランスチャンバ
３０内の燃料圧が解放されると，テーパ面２１に作用す
る燃料圧に基づいて針弁１７を開く方向に付勢する力
が，針弁１７の上面即ち受圧面３１に作用する燃料圧に
基づいて針弁１７を閉じる方向に付勢する力とコイルば
ね４３による戻し力との合力に打ち勝つので，針弁１７
がリフトされ，噴孔１９から燃焼室への燃料噴射が行わ
れる。開閉弁５が開く排出路３３の有効開口面積は，燃
料圧のバランスチャンバ３０以降の排出経路中の他のど
の通路断面積よりも小であるので，開閉弁５の開口度が
バランスチャンバ３０内の燃料圧の大きさを定めてい
る。

【００３３】コントロールユニット９から電磁石７への
電流の供給が絶たれると，戻しばね３５が弁ステム３４
を引き上げるので，開閉弁５は閉じられる。バランスチ
ャンバ３０内の燃料圧は供給路３２からの供給により回
復し，針弁１７は燃料の噴射を停止する。回復した燃料
圧は，弁体３８に作用して，戻しばね３５の作用に加え
て弁フェース３９を弁シート４０に押し当てる方向に付
勢する。従って，バランスチャンバ３０内の燃料圧が高
ければ高いほど開閉弁５の閉弁力が大きくなり，開閉弁
５を通っての燃料のリークを阻止することができる。

【００３４】この燃料噴射装置によれば，弁フェース３
９には，中心孔４９と同心円状に環状溝５４が形成さ
れ，且つ環状溝５４から放射状に外向きに放射状溝５５
が形成されているので，バランスチャンバ３０内の燃料
圧を環状溝５４に導くことができ，環状溝５４に導入さ
れた燃料圧によって弁体３８は開閉弁５を開く方向の力
を受けるので，従来のものに比べて小さな力で開閉弁５
を開くことができる。従って，小型のアクチュエータ６
を採用することができるだけでなく，アクチュエータ６
で消費される電力も少なくて済む。

【００３５】上記実施例では，開閉弁５の弁ステム３４
と弁体３８を補強プレート５３を介してレーザー溶接す
ることにより一体化する例について示したが，必ずしも
レーザー溶接による必要はなく，例えば，弁ステム３４
を弁体３８に圧入し，弁ステムの先端をかしめるように
して一体化することも可能である。また，上記実施例で
は，開閉弁作動用のアクチュエータ６として電磁石７を
例にあげて説明したが，圧電素子を用いてもよい。アク
チュエータ６を圧電素子で構成すると，周期が非常に短
い燃料噴射サイクルにおいても，燃料噴射の開始と停止
とを，応答遅れが少なく且つ素早い動作を得ることがで
きる。開閉弁５によって開口する排出開口の開口有効面
積は，排出路３３の最小通路断面積よりも小であるの
で，開閉弁５の開度によって，バランスチャンバ３０か
ら解放される燃料圧の大きさを変えることができる。圧
電素子に供給する電流の時期，期間及び大きさを変える
ことにより，開閉弁５の作動態様が変更できるので，エ
ンジンの運転状況に応じて針弁１７のリフト速度を変え
て，様々な噴射率特性，特に初期噴射率特性を安定的に
得ることができ，エンジンからのＮＯX の発生量や騒音
レベルを低減することもできる。

【００３６】

【発明の効果】この発明による燃料噴射装置は，上記の
ように構成されているので，バランスチャンバ内の燃料
圧が高ければ高いほど強く開閉弁を閉じる閉弁力として
利用され，その結果，開閉弁を通しての燃料のリークを
回避することができ，燃料用ポンプに無駄な仕事の負担
をかけることがなくなり，エンジンの燃費を向上するこ
とができる。また，弁フェースの弁シートに対する接触
は面接触であるので，面圧を適正な値に設定することが
でき，弁シートの摩耗を回避することができる。開閉弁
をポペット弁とし，弁シートをポペット弁の弁体部が当
接するテーパ状凹面から構成すると，開閉弁は，燃料の
乱流流れが生じても，テーパ面同士の嵌合により安定し
て速やかに作動するとともに，閉弁状態では弁フェース
と弁シートの間に十分なシールを得て，燃料のリークを
防止することができる。

【００３７】また，バランスチャンバをコントロール部
材の中空穴内に形成し且つ前記排出路を前記コントロー
ル部材に形成すると，針弁の駆動を制御するための燃料
圧の受入れ及び排出をコントロール部材に集中させるこ
とができ，燃料噴射装置の部品としての構造，製造及び
組立に関して好都合となる。そして，供給路をコントロ
ール部材と本体の一部を構成するノズル本体との当接面
に形成すると，接合面の相手側を利用して供給路を形成
することができ，加工性が向上する。更に，前記噴孔を
閉じる方向に前記針弁を付勢するための戻しばねは前記
バランスチャンバ内の空間を利用して収容されるので，
燃料噴射装置をコンパクトにすることができる。このよ
うな構造を採用することにより，燃料噴射装置としての
製造コストの低減に寄与することができる。

【００３８】また，弁ステム部と弁体部とはそれぞれ別
体で成形するようにしたので，細くて精度のよい弁ステ
ム部及び弁体部を得ることができ，それゆえ，弁ステム
部と弁体部とを結合して製作した開閉弁は燃料圧を受け
る部分の面積が小さくなる。従って，開弁時に開閉弁の
開弁作動力は小さくて済むので，小型のアクチュエータ
を使用することができるようになるとともに，消費電力
も少なくて済む。

【００３９】また，特に弁体部に燃料圧を導入するため
の凹部を形成すれば，凹部に導入された燃料圧が開閉弁
を閉じる方向の力をキャンセルするように作用するの
で，開弁作動力は一層小さくて済むという利点がある。
また，前記凹部は前記弁フェースに形成した環状溝と前
記環状溝から放射状に外向きに延びて前記バランスチャ
ンバに連通する放射状溝とから構成すれば，弁体部の弁
シートに対する座りが安定し，弁シート等の偏摩耗を防
止することができるという利点がある。また，弁ステム
部と弁体部とを一体化する際に，補強プレートを介して
弁ステム部と弁体部とをレーザー溶接にて一体化すれ
ば，補強プレートによって弁体部及び弁ステム部にクラ
ックが発生するのを防止することができるという利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は，この発明による燃料噴射装置の一実施
例を示す断面図である。

【図２】図２は，図１に示す燃料噴射装置の要部拡大断
面図である。

【図３】図３は，開閉弁の弁体部を示す平面図である。

【図４】図４は，図３のＡ−Ａ線における矢視断面図で
ある。

【図５】図５は，従来の燃料噴射装置の概略を示す断面
図である。

【図６】図６は，コモンレール圧力に対する静的燃料リ
ーク量を示すグラフである。

【図７】図７は，従来の別の燃料噴射装置を示す要部断
面図である。

【符号の説明】

１ 本体 ３ 中央本体 ４ 中空部 ５ 開閉弁 ６ アクチュエータ ７ 電磁石 １３ コントロール部材 １４ ノズル本体 １６，２９ 中空穴 １７ 針弁 １９ 噴孔 ２０，２１ テーパ面 ３０ バランスチャンバ ３１ 受圧面 ３２ 供給路 ３３ 排出路 ３４ 弁ステム（弁ステム部） ３８ 弁体（弁体部） ３９ 弁フェース ４０ 弁シート ５３ 補強プレート ５４ 環状溝（凹部） ５５ 放射状溝（凹部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AA07 AB02 AC09 AD12 BA12 BA17 BA19 BA22 BA25 BA33 BA35 BA46 BA49 BA55 BA61 BA67 CC06T CC08T CC14 CC26 CC64T CC66 CC67 CC68U CD04 CD10 CE24 CE27 CE34 DA08 DA11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料を噴射する噴孔を備えた本体，前記
   本体の中空部内を往復動し且つ一端で前記噴孔を開閉す
   る針弁，前記針弁のリフト量を制御するため燃料圧の受
   圧面となる前記針弁の他端が露呈しているバランスチャ
   ンバ，前記バランスチャンバに燃料圧を供給する供給
   路，前記バランスチャンバ内の燃料圧を解放する排出
   路，前記排出路を開閉するための開閉弁，及び前記開閉
   弁を開閉作動させるアクチュエータから成り，前記開閉
   弁は，前記排出路を貫通して前記バランスチャンバ内に
   延びた弁ステム部及び前記弁ステム部の先端に設けられ
   且つ閉弁状態で前記排出路の入口側開口部に形成された
   弁シートに対して接触する弁フェースを有する弁体部か
   ら成り，前記弁ステム部と前記弁体部とが一体化された
   別部材で構成されていることから成る燃料噴射装置。
2. 【請求項２】 前記開閉弁は補強プレートによって前記
   弁ステム部の端部に前記弁体部をレーザー溶接によって
   固着されていることから成る請求項１に記載の燃料噴射
   装置。
3. 【請求項３】 前記弁シート又は前記弁フェースのいず
   れか一方に圧力キャンセル用の凹部が形成されているこ
   とから成る請求項１に記載の燃料噴射装置。
4. 【請求項４】 前記凹部は前記弁フェースに形成された
   環状溝と前記環状溝から放射状に延びて前記バランスチ
   ャンバに連通する放射状溝とから構成されていることか
   ら成る請求項３に記載の燃料噴射装置。