JP2008008163A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】予定外の背圧室の圧力低下状態が生じた際に生じる、噴孔からの燃料噴射量の増大を回避する燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】ノズルニードル５１の反噴孔側に背圧室１４を備え、該背圧室１４の圧力を制御弁８１により調整してノズルニードル５１のリフトを調整する燃料噴射弁において、背圧室１４は、高圧源と常に接続され、かつ、低圧源とは制御弁８１を介して接続されており、背圧室１４内の圧力が、所定圧以上の圧力低下により、反噴孔側に移動するノズルニードル５１の付勢力が伝達されて、低圧源と背圧室１４との連通を遮断する遮断位置に移動し、この移動により再び背圧室１４内の圧力を上昇させる閉塞部材６１を有しており、閉塞部材６１の遮断位置への移動に伴い上昇する背圧室１４内の圧力によって噴孔１１を閉じるノズルニードル５１を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、背圧室の圧力調整により噴射を調整する燃料噴射弁に関する。

従来より、ノズルニードルの反噴孔側に設けられる背圧室内の圧力を調整することでノズルニードルの着座と離座とを切替える燃料噴射弁がある（特許文献１）。
特開平０８−４９６２０号公報

上記従来の燃料噴射弁では、該背圧室の高圧流体を低圧源に排出する量を調整し背圧室内の圧力調整を行う制御弁が、例えば、燃料中に含まれる異物等により固着（スティック）する可能性がある。
特に、前記制御弁が該背圧室と低圧源とを連通した状態にて固着し、その固着した該制御弁の開度の大きさが所定以上であると、前記背圧室内の圧力がノズルニードルの開弁圧以下となる状態が続き、噴孔から燃料が連続して噴射されてしまう虞がある。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的は、予定外の背圧室の圧力低下状態が生じた際に生じる、噴孔からの燃料噴射量の増大を回避する燃料噴射弁を提供することにある。

請求項１に記載の発明によると、ノズルニードルの反噴孔側に背圧室を備え、該背圧室の圧力を制御弁により調整してノズルニードルのリフトを調整する燃料噴射弁において、
背圧室は、高圧源と常に接続される流路を有し、かつ、低圧源とは制御弁を介して接続されており、
背圧室内の圧力が、所定圧以上の圧力低下により、反噴孔側に移動するノズルニードルの付勢力が伝達されて、低圧源と背圧室との連通を遮断する遮断位置に移動し、この移動により再び背圧室内の圧力を上昇させる閉塞部材を有しており、
閉塞部材の遮断位置への移動に伴い上昇する背圧室内の圧力によって噴孔を閉じるノズルニードルを備えることを特徴としている。

この発明によれば、背圧室内の圧力を制御する制御弁が、背圧室と低圧源とが連通した状態でスティックし、ノズルニードルが噴孔を開弁した状態で維持され、噴孔から連続して燃料が噴射されるという現象が生じたときであっても、背圧室内の圧力に応じて、背圧室と低圧源との連通を遮断する閉塞部材を有しているので背圧室内の低圧源への燃料の排出を停止することができる。また、背圧室は、常に高圧源と接続されているので、背圧室内の圧力は再び上昇し、この上昇した圧力によってノズルニードルを閉弁方向に移動させ、噴孔からの燃料噴射を停止させることができる。

請求項２に記載の発明によると、閉塞部材は、この閉塞部材が背圧室と低圧源との連通を遮断しているとき、背圧室内の圧力が作用し、閉塞部材を遮断位置の方向へ移動させる受圧面を有することを特徴としている。

この発明によれば、閉塞部材は、閉塞部材が遮断位置にあるとき、すなわち、閉塞部材が背圧室と低圧源との連通を遮断しているとき、閉塞部材を遮断位置の方向へ移動させる受圧面を有しているので、一旦、背圧室と低圧源との連通を遮断した後でも、閉塞部材は、上記受圧面に背圧室内の圧力が作用し、閉塞部材が遮断位置の方向に移動する。これにより、高圧源の高圧流体が背圧室に流入し、背圧室の圧力が上昇しても背圧室と低圧源との連通の遮断を維持することができる。

請求項３に記載の発明によると、閉塞部材は、背圧室内に配置され、噴孔が開弁する際、ノズルニードルに係止しながら、ノズルニードルとともに遮断位置に向かって移動することを特徴としている。

ノズルニードルは、背圧室内の圧力に依存してそのリフト量が決定される。制御弁が開状態でスティックしたときなどは、背圧室内の圧力は正常状態のときよりも更に低下する。

この発明によれば、閉塞部材は、噴孔が開弁する際、ノズルニードルに係止しながら、ノズルニードルとともに遮断位置に向かって移動するように背圧室内に配置されているので、ノズルニードルが所定リフト以上移動したとき、すなわち、制御弁になんらかの異常が発生したと判断されるとき、閉塞部材によって背圧室と低圧源との連通を遮断させることができる。

請求項４に記載の発明によると、背圧室には、閉塞部材が背圧室と低圧源とを連通させる方向へ閉塞部材を移動させるような付勢力を付与する付勢手段が設けられていることを特徴としている。

この発明によれば、背圧室には、閉塞部材が背圧室と低圧源とを連通させる方向へ閉塞部材を移動させるような付勢力を付与する付勢手段が設けられているので、燃料噴射弁の正常時、上記付勢力により、閉塞部材はノズルニードルに押し付けられる。このため、燃料噴射弁が正常であるにもかかわらず、背圧室の圧力脈動などで閉塞部材が背圧室と低圧源との連通を遮断するということを防止することができる。

請求項５に記載の発明によると、制御弁は、高圧源と背圧室との接続、あるいは、低圧源と背圧室との接続を切換える３方弁であることを特徴としている。

この発明によれば、制御弁が高圧源と背圧室とを接続しているとき、高圧源と常に背圧室へ接続されている流路とは別に、制御弁からも高圧源の流体圧力を背圧室に供給することができるので、背圧室内の圧力上昇の変化率を大きくすることができ、ひいては、ノズルニードルの閉弁速度を速くすることができる。

請求項６に記載の発明によると、制御弁は、低圧源と背圧室との連通または遮断を切換える２方弁であることを特徴としている。この発明によれば、制御弁の構造を３方弁タイプの弁に比べ簡素化することができる。

（第１実施形態）
図１から図３に本発明を適用した第１実施形態になる燃料噴射弁の構成を示す。この燃料噴射弁は、例えばコモンレール式の燃料噴射システムを備えたディーゼルエンジンに適用され、燃料噴射弁がエンジンの各気筒に１対１に対応して設けられる。そして、ＥＣＵによる制御で、所定の期間にコモンレールが供給する燃料を噴射する。

棒状の本体１には内部に種々の凹所や孔が形成されており、これに構成部材が収容されるとともに、燃料の流路が形成されている。燃料噴射弁の本体１の下端部（以下、「上」というときは図中の天側を指し、「下」というときは図中の地側を指すものとする）は、前記各気筒の燃焼室内に突出するノズル部２である。本体１の軸方向には、縦孔１２が形成されており、これにノズルニードル５１が収容されている。ノズルニードル５１は、その上端部で縦孔１２に圧入した筒状部材７１内に摺動自在に保持されている。

縦孔１２の下端側の底部は本体１の先端部に達しており、該先端部がノズル室１３となっている。本体１の下端部には、ノズル室１３の室壁を貫通して噴孔１１が形成されている。縦孔１２は、ノズルニードル５１の摺動部よりも下端側で、本体１に形成されている高圧流路４１と連通しており、ノズルニードル５１の離座時には、前記コモンレールからの加圧された燃料（以下、適宜、高圧燃料という）が噴孔１１から噴射される。

また、縦孔１２には、ノズルニードル５１の外周にコイルばね５４が収容され、常時、ノズルニードル５１を下方すなわち着座方向に付勢している。縦孔１２のノズルニードル５１の摺動部よりも上側部分により、ノズルニードル５１の背圧を発生させる背圧室１４が縦孔１２の上側内壁面を上壁とするとともにノズルニードル５１の上端部を下壁として形成されている。また、背圧室１４内には、請求項に記載の閉鎖部材としての閉鎖部材６１および、該閉鎖部材６１を、常時、下方に付勢するコイルばね６５が収容されている。なお、この閉鎖部材６１については、後ほど詳細に説明する。

縦孔１２の上側には、下端部で拡径する縦孔２１が形成されている。縦孔２１の拡径部には、請求項に記載の制御弁としての第１バルブニードル８１が配設される第１制御弁室２２が形成されている。第１バルブニードル８１は棒状で下端寄りにくびれ部を有しており、くびれ部よりも上端部側の軸部８２で前記縦孔２１の小径部に摺動自在に保持されている。第１バルブニードル８１のくびれ部よりも下端側は、第１制御弁室２２内に突出する弁体部８３となっている。この弁体部８３は、軸部８２よりもやや大径で、かつ第１制御弁室２２の側壁面との間に環状の間隙が形成される大きさとしてある。また、弁体部８３の上端部および下端部はテーパ状に面取りされている。第１バルブニードル８１はコイルばね８６のスプリング力により常時、下方に付勢されている。

そして、第１バルブニードル８１には、その上端面側から前記くびれ部まで達する縦孔８４が形成されており、その縦孔８４と前記くびれ部とを連通する横孔８５が形成されている。

本体１には、第１制御弁室２２と背圧室１４とを連通する連通路４５が形成されている。そして、この連通路４５には、途中にオリフィス４６が形成されている。また、本体１には、高圧流路４１から分岐して第１制御弁室２２に通じる高圧分岐流路４２が形成されている。高圧分岐流路４２の先端は、前記くびれ部位置で第１制御弁室２２の側壁面に開口しており、第１制御弁室２２が第１バルブニードル８１のくびれ部の外周環状空間と常時、連通している。更に、本体１には、高圧分岐通路４２と背圧室１４とを連通する連通路４７が形成されている。そして、この連通路４７には、途中にオリフィス４８が形成されている。

本体１には、一方が請求項に記載の低圧源に接続され、他方が第１制御弁室２２に接続されている低圧流路４３が形成されている。この低圧流路４３には、途中にオリフィス４４が形成されている。低圧流路４３は、第１バルブニードル８１の弁体部８３の下端面と対向する位置で第１制御弁室２２の下端面に開口している。この開口端は、第１バルブニードル８１が下方に変位して第１制御弁室２２の下端面と当接すると第１バルブニードル８１により閉鎖されるポート２３となっている。この開口端の外周縁部が、第１バルブニードル８１が着座するシート（以下、下側シートという）２４となっている。また、第１バルブニードル８１が上方に変位すると、弁体部８３の上側のテーパ部が第１制御弁室２２の段差をシート（以下、上側シートという）２５として着座する。

第１バルブニードル８１は、その軸部８２よりも上方に形成されるバルブ背圧室２６の圧力の増減により変位する。バルブ背圧室２６には、前記高圧流路４１、高圧分岐流路４２、横孔８５、および縦孔８４を介して高圧燃料が供給されるようになっている。バルブ背圧室２６は、連通路４９を介して第２制御弁室３２に通じている。この連通路４９には、途中にオリフィス５０が形成されている。

第２制御弁室３２において、その下壁面に開口する前記連通路４９の開口端は、バルブ背圧室２６に通じるポート３３となる。第２制御弁室３２はまた、その周縁部位置で低圧流路４３と常時、連通している。

本体１には、第２制御弁室３２の上壁部を貫通する縦孔３１が形成されており、更に、縦孔３１の上方には、ソレノイド室３５が形成されている。第２バルブニードル８７は、前記縦孔３１に摺動自在に保持されている。第２バルブニードル８７の下端部は、第２制御弁室３２内に突出し、第２バルブニードル８７の上端部は、ソレノイド室３５内に突出している。

第２バルブニードル８７は、下端部に半球状の弁体部８８を保持し、第２バルブニードル８７とともに一体に変位するようになっている。この弁体部８８は、平坦な下端面が第２制御弁室３２の下壁面に形成されるポート３３と対向している。ポート３３の外周縁部は弁体部８８が着座するシート面３４であり、弁体部８８が着座することで、第２制御弁室３２とバルブ背圧室２６とが遮断される。

ソレノイド室３５内に突出する第２バルブニードル８７の上端部には円盤状のアーマチャ９４が固定されており、ソレノイド室３５内に配設したソレノイド９１の磁極面と対向している。ソレノイド９１は、２重筒状のステータ９２の環状空間部にコイル９３を巻回したもので、コイル９３に図示しないリード線から通電される。

ステータ９２の内周にはコイルばね９５が収容されており、このコイルばね９５は、アーマチャ９４と弾接し、常時、アーマチャ９４をステータ９２から離間する方向に付勢している。

コイル９３に通電するとステータ９２に吸引力が発生し、アーマチャ９４がステータ９２に吸引され、第２バルブニードル８７が上方に変位する。これにより、高圧流路４１〜高圧分岐流路４２〜第１バルブニードル８１の横孔８５〜縦孔８４〜バルブ背圧室２６〜連通路４９〜第２制御弁室３２〜低圧流路４３という油圧流路において、バルブ背圧室２６の燃料が、連通路４９〜第２制御弁室３２〜低圧流路４３という経路で低圧源である燃料タンクに還流し、バルブ背圧室２６の圧力が低下する。すると、第１バルブニードル８１は、下側シート２４から離座するとともに上側シート２５に着座する。

この状態では、上側シート２５への着座により第１制御弁室２２と高圧流路４１との間が遮断されて、第１制御弁室２２への高圧燃料の供給が禁止されるとともに、下側シート２４からの離座により背圧室１４の燃料が連通路４５〜第１制御弁室２２〜低圧流路４３という開放通路が開成することにより燃料タンクに還流するため、背圧室１４の圧力が低下する。

なお、高圧流路４１〜高圧分岐流路４２〜連通路４７を経由して、高圧燃料が常時、背圧室１４へ供給され続けているが、連通路４７のオリフィス４８の径は、連通路４５のオリフィス４６の径よりも小さいため、背圧室１４の圧力は低下する。

一方、コイル９３への通電が停止すると、第２バルブニードル８７が下方に変位し、バルブ背圧室２６と低圧流路４３とが遮断されて、バルブ背圧室２６の圧力が、高圧流路４１〜高圧分岐流路４２〜第１バルブニードル８１の横孔８５〜縦孔８４という経路でバルブ背圧室２６に供給される高圧燃料により上昇する。これにより、第１バルブニードル８１が上側シート２５から離座するとともに下側シート２４に着座する。

この状態では、第１制御弁室２２と低圧流路４３とが遮断されるとともに、高圧流路４１〜高圧分岐流路４２〜第１制御弁室２２〜連通路４５という経路と高圧流路４１〜高圧分岐流路４２〜連通路４７という経路から高圧燃料が背圧室１４に供給されるので、背圧室１４の圧力が上昇する。

本実施形態では、第１バルブニードル８１は、いわゆる３方弁となっているため、第１バルブニードル８１が下側シート２４に着座したとき、上述の２つの経路を経由して背圧室１４に高圧燃料が供給されるため、背圧室１４の圧力上昇の変化率を大きくすることができ、ひいては、ノズルニードル５１の閉弁速度を速くすることができる。

次に、ノズルニードル５１の上端部および下端部の形状、ならびに閉塞部材６１について詳細に説明する。図２は、ノズルニードル５１の上端部および閉塞部材６１部分の要部断面図である。図３は、ノズルニードル５１の下端部部分の要部断面図である。

ノズルニードル５１は、上述したように、本体１に形成されている縦孔１２に収容され、その上端部で縦孔１２に圧入した筒状部材７１内に摺動自在に保持されている。図２に示すように、ノズルニードル５１の上端部の直径は、Ｄ３となっている。

閉塞部材６１は、ノズルニードル５１とは別体に形成されており、上記Ｄ３よりも小さい直径を有する円盤状のつば部６２、円柱状の大径部６３、および、円柱状の小径部６４からなっている。大径部６３は、つば部６２の上端面に形成され、直径は、つば部６２の直径よりも小さいＤ１となっている。大径部６３の上端面は、背圧室１４に開口する連通路４５と対向する位置に形成されている。連通路４５は、大径部６３が上方に変位して連通路４５を塞いでいるときでも、高圧分岐流路４２を介して背圧室１４に高圧燃料が供給できる位置に開口している。

小径部６４は、つば部６２の下端面に形成され、直径は、大径部６３の直径Ｄ１よりも小さいＤ２となっている。更に、つば部６２の上端面と縦孔１２の上側内壁面との間には、付勢力Ｆ２で閉塞部材６１を下方に付勢するコイルばね６５が配設されている。そして、ノズルニードル５１の外周には、付勢力Ｆ１でノズルニードル５１を下方に付勢するコイルばね６５が配設されている。

図３に示すように、ノズルニードル５１の下端部は、先端に円錐状の弁体部５２を有し、その弁体部５２の周囲には、円環状の受圧部５３を有している。弁体部５２が本体１の下端部に着座しているとき、噴孔１１からの燃料噴射が停止する。このとき、受圧部５３にはノズル室１３内の高圧燃料の圧力が作用する。

次に、燃料噴射弁の作動を、正常時、異常時に分けて説明する。図４から図８は、ノズルニードル５１および閉塞部材６１の状態を示す断面図であり、図９は、ノズルニードル５１および閉塞部材６１の作動状態を説明するタイミングチャートである。

まず、燃料噴射弁が正常であるときのノズルニードル５１および閉塞部材６１の動作から説明する。

ノズルニードル５１および閉塞部材６１には、ノズル室１３および背圧室１４内の圧力Ｐ１、Ｐ２の状態によって以下に説明するような力が発生している。ノズルニードル５１および閉塞部材６１は、これらの力に依存して上方または下方に変位する。例えば、ノズルニードル５１に発生する上方に変位させる力が下方に変位させる力よりも勝れば、ノズルニードル５１は上方に変位し、反対に、下方に変位させる力（以下、下方変位力という）が上方に変位させる力（以下、上方変位力という）よりも勝れば、ノズルニードル５１は下方に変位する。閉塞部材６１もノズルニードル５１と同様に上方変位力または下方変位力の釣り合いによって変位する。

図２に示す状態では、ノズルニードル５１の受圧部５３にノズル室１３内の圧力Ｐ１が作用するため、ノズルニードル５１には、上方変位力（（Ｄ４^２−Ｄ３^２）／４）×π×Ｐが発生する。一方、ノズルニードル５１の上端部および閉塞部材６１に背圧室１４内の圧力Ｐ２が作用するため、ノズルニードル５１には、下方変位力Ｆ１＋（（Ｄ３^２−Ｄ２^２）／４）×π×Ｐ２＋Ｆ２＋（Ｄ２^２／４）×π×Ｐ２が発生する。

なお、上記ノズルニードル５１の寸法（Ｄ３、Ｄ４）、閉塞部材６１の寸法（Ｄ１、Ｄ２）、コイルばねの付勢力（Ｆ１、Ｆ２）は、コイル９３への通電を停止して、連通路４５と低圧流路４３とを遮断させているとき、言い換えると、ノズル室１３内の圧力Ｐ１と背圧室１４内の圧力Ｐ２がほぼ同じ圧力であるとき、ノズルニードル５１に発生する下方変位力が上方変位力よりも勝るように定められている。このため、ノズルニードル５１は縦孔１２の下端部に着座することができ、噴孔１１からの燃料噴射を停止することができる（図４、および図９中の時刻ｔ１までを参照）。

ノズルニードル５１を上方に変位させるには、上述したようにコイル９３に通電し、第１、第２バルブニードル８１、８７を操作し、連通路４５を低圧流路４３と連通させることにより、背圧室１４の圧力Ｐ２は徐々に減少するため、上述のノズルニードル５１の上方変位力が下方変位力を上回り、ノズルニードル５１は、閉塞部材６１とともに上方に変位する。このときの、背圧室１４内の圧力Ｐ２を開弁圧力という（図５および図９中の時刻ｔ２を参照）。すると、ノズルニードル５１は、縦孔１２の下端部から離座し、噴孔１１から燃料が噴射される。

背圧室１４内の圧力は、時刻ｔ３となってコイル９３への通電が停止されるまで、連通路４５が低圧流路４３と連通しているため、下降し続ける。ノズルニードル５１および閉塞部材６１のリフト量は、背圧室１４内の圧力に依存するため、この圧力が低下すればするほどリフト量は大きくなる（図９中の時刻ｔ２からｔ３を参照）。

時刻ｔ３となりコイル９３への通電が停止されると、連通路４５と低圧流路４３とが遮断されるため、再び背圧室１４内の圧力が上昇する。背圧室１４内の圧力Ｐ２が上昇し、図９に示すように閉弁圧力まで上昇すると、ノズルニードル５１に作用する下方変位力が上方変位力よりも勝り、ノズルニードル５１は下方に変位する（図４および図９中の時刻ｔ４を参照）。すると、ノズルニードル５１は、縦孔１２の下端部に着座し、噴孔１１からの燃料噴射が停止する。

次に、燃料噴射弁に異常が発生したときのノズルニードル５１および閉塞部材６１の動作を説明する。ここでの異常とは、背圧室１４内の圧力が異常に低下する状態である。

具体的には、噴孔１１からの燃料噴射を停止すべくコイル９３への通電を停止させ、連通路４５と低圧流路４３とを遮断しようとするが、第１バルブニードル８１の弁体部８３の下端部と第１制御弁室２２の下側シート２４との間に異物Ｄが挟まり、連通路４５と低圧流路４３とを遮断できない状態である（図６を参照）。

背圧室１４内の圧力が異常に低下する状態は、上記の具体例に限らない。例えば、第１バルブニードル８１が連通状態でスティックしても、背圧室１４内の圧力は異常に低下する可能性がある。

また、第１バルブニードル８１に異常が発生しなくとも、第２バルブニードル８７の弁体部８８の下端部と第２制御弁室３２のシート面３４との間に異物Ｄが挟まったり、第２バルブニードル８７が連通状態でスティックしたりしても、背圧室１４内の圧力が異常に低下する状態に陥る。

図９中の時刻ｔ３までのノズルニードル５１および閉塞部材６１の動作は、上述した正常時の動作と同じであるため説明を省略する。説明は、図９中の時刻ｔ３の状態、ノズルニードル５１を下方に変位させるべく、コイル９３への通電を停止する状態から行う。

時刻ｔ３時に、ノズルニードル５１を下方に変位させるべく、コイル９３への通電を停止する。しかしながら、図６に示すように、例えば、燃料に混入していた異物が第１バルブニードル８１の弁体部８３の下端部と第１制御弁室２２の下側シート２４との間に挟まると、第１バルブニードル８１は連通路４５と低圧流路４３とを遮断することができなくなる。

すると、背圧室１４内の圧力は、図９中の一点鎖線に示すように、時刻ｔ３の時点の圧力よりも更に、低下する。この圧力の低下に伴い、ノズルニードル５１は、閉塞部材６１とともに更に上方に変位する。

背圧室１４内の圧力が、図９に示すように閉塞圧力まで低下すると、閉塞部材６１の大径部６３の上端面が、縦孔１２の上側内壁面に当接するため、連通路４５の背圧室１４側の開口部を閉塞する（図７および図９中の時刻ｔ５参照）。

これにより、異物Ｄによって連通路４５と低圧流路４３とを遮断できない状態にも関わらず、背圧室１４内の燃料の低圧流路４３への流出を阻止することができる。背圧室１４には、高圧流路４１〜高圧分岐流路４２〜連通路４７という経路で高圧燃料が常時、供給されているので、閉塞部材６１が、上記燃料の流出を阻止すると同時に背圧室１４内の圧力が上昇し始める（図９中の時刻ｔ５以降を参照）。

図９中の時刻ｔ６に示すように、背圧室１４内の圧力が、上昇し閉弁圧力まで達すると、ノズルニードル５１のみが下方に変位し噴孔１１を塞ぎ、閉塞部材６１は背圧室１４内の燃料の低圧流路４３への流出を阻止する位置にと止まろうとする（図８参照）。

以下、ノズルニードル５１と閉塞部材６１の作動について、ノズルニードル５１と閉塞部材６１に発生する上方または下方変位力を用いて詳細に説明する。

図９中の時刻ｔ６の時点では、ノズルニードル５１および閉塞部材６１には、以下に説明するような上方または下方変位力が発生している。

ノズルニードル５１の受圧部５３および弁体部５２には、ノズル室１３内の圧力Ｐ１が作用するため、ノズルニードル５１には、上方変位力（Ｄ３^２／４）×π×Ｐ１が発生する。そして、ノズルニードル５１の上端部には、背圧室１４内の圧力Ｐ２が作用するため、ノズルニードル５１には下方変位力Ｆ１＋（（Ｄ３^２−Ｄ２^２）／４）×π×Ｐ２が発生する。

閉塞部材６１の下端部には、背圧室１４内の圧力Ｐ２が作用するため、上方変位力（Ｄ１^２／４）×π×Ｐ２が発生する。閉塞部材６１の上端部には、大径部６３が縦孔１３の上側内壁面に当接するため大径部６３の上端面には背圧室１４内の圧力Ｐ２が作用せず、コイルばね６５の付勢力Ｆ２のみが作用し、下方変位力Ｆ２のみが発生する。

上述のＤ１〜Ｄ４、Ｆ１およびＦ２は、図９中の時刻ｔ５〜ｔ６までの間は、ノズルニードル５１および閉塞部材６１に発生する各変位力は、いずれも上方変位力が下方変位力よりも勝るように設定されているので、ノズルニードル５１および閉塞部材６１はいずれも上方に変位する。

また、上述のＤ１〜Ｄ４、Ｆ１およびＦ２は、図９中の時刻ｔ６を過ぎ、背圧室１４内の圧力Ｐ２が閉弁圧力まで達したとき、ノズルニードル５１の変位力が下方の方が勝り、閉塞部材６１の変位力が上方の方が勝るようにも設定されているので、時刻ｔ６時に、ノズルニードル５１のみが下方に変位し、噴孔１１からの燃料噴射を停止する（図８参照）。

これにより、燃料噴射弁に何らかの異常が発生し、第１または第２バルブニードル８１、８７が開位置で固着して、背圧室１４内の燃料が低圧流路４３へ流出する状態が維持され、噴孔１１から燃料が連続して噴射され続けるという問題を解決することができる。

また、例えば、特開平１０−２３８３９１号公報に記載されているように、燃料噴射弁に何らかの異常が発生し、燃料が連続して噴射されるという状況に陥ったとき、燃料ポンプからコモンレールへの燃料供給を停止し、コモンレール圧を低下させ、燃料噴射を停止させる燃料噴射システムが知られている。

上述の燃料噴射システムは、異常が発生した燃料噴射弁から連続して燃料が噴射されることによるエンジンへのダメージを回避することはできるものの、正常な燃料噴射弁からも燃料噴射が停止してしまうため、エンジンが停止してしまう。このため、車両をその場から移動させたり、修理工場まで移動させたりするための、いわゆるリンプホーム運転を実行することができない。

これに対し、本実施形態の燃料噴射弁を上述の燃料噴射システムに適用すれば、燃料ポンプの運転を停止させずとも、異常が発生した燃料噴射弁からの燃料噴射のみを停止させることができるため、エンジンの運転を継続させることができ、上記リンプホーム運転が可能となる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態による燃料噴射弁について説明する。ここでは、第１実施形態と相違する特徴点のみ説明する。なお、第１実施形態と同一機能物は、第１実施形態と同一の符号を付す。図１０は、第２実施形態による燃料噴射弁の断面図である。この第２実施形態は、上記第１バルブニードル８１を２方弁タイプである第３バルブニードル１１０に換えた点で第１実施形態と異なる。

第３バルブニードル１１０は、軸部１１１、弁体部１１２、および、軸部１１１と弁体部１１２とを連結する連結棒１１３からなっている。

本体１には、ソレノイド９１に発生する吸引力によって作動する第２バルブニードル８７の弁体部８８が収容される第２制御弁室３２とノズルニードル５１などが収容される縦孔１２との間に、上記軸部１１１を収容する軸部収容室１０５と上記弁体部１１２を収容する第３制御弁室１０１が形成されている。軸部収容室１０５には、上記軸部１１１の他に、軸部１１１を下方に付勢するコイルばね１１４も収容されている。

更に、本体１には、上記軸部収容室１０５と第２制御弁室３２とを連通する連通路４９、上記軸部収容室１０５と上記第３制御弁室１０１とを連通し、上記連結棒１１３を摺動自在に支持する縦孔１０４、および、上記第３制御弁室１０１と背圧室１４とを連通する連通路４５が形成されている。なお、第３制御弁室１０１は、低圧流路４３に接続されている。

本体１には、高圧流路４１から分岐した、第１、第２、第３高圧分岐流路１０７、１０８、１０９が形成されている。各分岐流路１０７、１０８、１０９は、それぞれ背圧室１４、軸部収容室１０５、バルブ背圧室１０６に接続されている。

上記軸部１１１の上端部は、上記バルブ背圧室１０６を区画している。そして、上記軸部１１１の下端部には、下方に行くほどその径が縮小するようなテーパ部が形成されている。上記上端部には、バルブ背圧室１０６内の燃料圧力が作用し、下端部のテーパ部には、軸部収容室１０５内の燃料圧力が作用するようになっている。

連結棒１１３に保持される弁体部１１２は、半球状の弁体であり、平坦な下端面が第３制御弁室１０１の下壁面に形成されているポート１０２と対向している。ポート１０２の外周縁部は弁体部１１２が着座するシート面１０３であり、弁体部１１２が着座することで、第３制御弁室１０１と背圧室１４とが遮断される。

第３バルブニードル１１０の動作は、第２バルブニードル８７の動作に依存している。コイル９３に通電することにより第２バルブニードル８７を上方に変位させ、連通路４９と低圧流路４３とを連通すると、バルブ背圧室１０６内の燃料が低圧側に排出され、圧力が低下する。

すると、軸部１１１に作用している圧力のバランスが崩れ、第３バルブニードル１１０は上方に変位する。その結果、弁体部１１２がシート面１０３より離座するため、背圧室１４と低圧流路４３とが連通し、背圧室１４内の燃料が低圧側に排出され、背圧室１４内の圧力が低下する。背圧室１４内の圧力が低下すると、第１実施形態でも説明したようにノズルニードル５１は上方に変位し、噴孔１１から燃料が噴射される。

反対に、コイル９３への通電を停止することにより、第２バルブニードル８７を下方に変位させ、連通路４９と低圧流路４３とを遮断すると、バルブ背圧室１０６内の圧力は上昇するため、第３バルブニードル１１０は下方に変位し、弁体部１１２をシート面１０３に着座させることができる。その結果、背圧室１４内の圧力が再び上昇する。背圧室１４内の圧力が上昇すると、ノズルニードル５１は下方に変位し、噴孔１１からの燃料噴射が停止する。

このような形式のバルブニードルであっても、第３バルブニードル１１０の弁体部１１２とシート面１０３との間に異物などが挟まり、背圧室１４内の燃料が低圧側に排出され続けるといった異常が発生しても、閉塞部材６１が連通路４７を塞ぐとともに、ノズルニードル５１は下方に変位し、噴孔１１を塞ぐことができ、燃料噴射を停止することができる。

本実施形態では、第３バルブニードル１１０を、いわゆる２方弁となっているため、弁構造を簡素化することができる。

本発明の第１実施形態になる燃料噴射弁の断面図である。 上記燃料噴射弁のノズルニードル上端部分の要部断面図である。 上記燃料噴射弁のノズルニードル下端部分の要部断面図である。 ノズルニードルが噴孔を閉弁した状態の燃料噴射弁の要部断面図である。 ノズルニードルが噴孔を開弁した状態の燃料噴射弁の要部断面図である。 第１バルブニードルに異常が発生した状態の燃料噴射弁の要部断面図である。 第１バルブニードルに異常が発生しているとき、閉塞部材が背圧室内の燃料の低圧流路への流出を阻止する状態の燃料噴射弁の要部断面図である。 第１バルブニードルに異常が発生しているとき、閉塞部材は背圧室内の燃料の低圧流路への流出を阻止する位置にと止まろうとし、ノズルニードルは噴孔を閉弁する位置に変位する状態の燃料噴射弁の要部断面図である。 上記燃料噴射弁の作動状態を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態になる燃料噴射弁の断面図である。

符号の説明

１ 本体、２ ノズル部、１１ 噴孔、１２ 縦孔、１３ ノズル室、１４ 背圧室、２１ 縦孔、２２ 第１制御弁室、２３ ポート、２４ 下側シート、２５ 上側シート、２６ バルブ背圧室、３１ 縦孔、３２ 第２制御弁室、３３ ポート、３４ シート面、３５ ソレノイド室、４１ 高圧流路、４２ 高圧分岐流路、４３ 低圧流路、４４ オリフィス、４５ 連通路、４６ オリフィス、４７ 連通路、４８ オリフィス、４９ 連通路、５０ オリフィス、５１ ノズルニードル、５２ 弁体部、５３ 受圧部、５４ コイルばね、６１ 閉塞部材、６２ つば部、６３ 大径部、６４ 小径部、６５ コイルばね、７１ 筒状部材、８１ 第１バルブニードル、８２ 軸部、８３ 弁体部、８４ 縦孔、８５ 横孔、８６ コイルばね、８７ 第２バルブニードル、８８ 弁体部、９１ ソレノイド、９２ ステータ、９３ コイル、９４ アーマチャ、９５ コイルばね、１０１ 第３制御弁室、１０２ ポート、１０３ シート面、１０４ 縦孔、１０５ 軸部収容室、１０６ バルブ背圧室、１０７ 第１高圧分岐流路、１０８ 第２高圧分岐流路、１０９ 第３高圧分岐流路、１１０ 第３バルブニードル、１１１ 軸部、１１２ 弁体部、１１３ 連結棒、１１４ コイルばね

Claims (6)

1. ノズルニードルの反噴孔側に背圧室を備え、該背圧室の圧力を制御弁により調整して前記ノズルニードルのリフトを調整する燃料噴射弁において、
   前記背圧室は、高圧源と常に接続され、かつ、低圧源とは前記制御弁を介して接続される流路を有しており、
   前記背圧室内の圧力が、所定圧以上の圧力低下により、反噴孔側に移動する前記ノズルニードルの付勢力が伝達されて、前記低圧源と前記背圧室との連通を遮断する遮断位置に移動し、この移動により再び前記背圧室内の圧力を上昇させる閉塞部材を有しており、
   前記閉塞部材の前記遮断位置への移動に伴い上昇する前記背圧室内の圧力によって噴孔を閉じる前記ノズルニードルを備えることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   前記閉塞部材は、この閉塞部材が前記背圧室と前記低圧源との連通を遮断しているとき、前記背圧室内の圧力が作用し、前記閉塞部材を前記遮断位置の方向へ移動させる受圧面を有することを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料噴射弁において、
   前記閉塞部材は、前記背圧室内に配置され、前記噴孔が開弁する際、前記ノズルニードルに係止しながら、前記ノズルニードルとともに前記遮断位置に向かって移動することを特徴とする燃料噴射弁。
4. 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において、
   前記背圧室には、前記閉塞部材が前記背圧室と前記低圧源とを連通させる方向へ前記閉塞部材を移動させるような付勢力を付与する付勢手段が設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁において、
   前記制御弁は、前記高圧源と前記背圧室との接続、あるいは、前記低圧源と前記背圧室との接続を切換える３方弁であることを特徴とする燃料噴射弁。
6. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁において、
   前記制御弁は、前記低圧源と前記背圧室との連通または遮断を切換える２方弁であることを特徴とする燃料噴射弁。

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