特許 7416310 燃料噴射装置の設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】燃料噴射装置の設計方法

(51)【国際特許分類】

   F02M 47/00 20060101AFI20240110BHJP

   F02M 47/02 20060101ALI20240110BHJP

   F02M 45/04 20060101ALI20240110BHJP

   F02M 61/10 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

F02M47/00 C

F02M47/02

F02M45/04

F02M61/10 D

F02M61/10 F

F02M61/10 K

F02M61/10 L

F02M47/00 F

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2023075420

(22)【出願日】2023-05-01

(62)【分割の表示】P 2019207114の分割

【原出願日】2019-11-15

(65)【公開番号】P2023090855

(43)【公開日】2023-06-29

【審査請求日】2023-05-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110003214

【氏名又は名称】弁理士法人服部国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐川 龍一

(72)【発明者】

【氏名】奥野 佳則

【審査官】竹村 秀康

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１０２０１２０１０６１４（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１７３７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３４９３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８３７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１０８２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３２９０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１４５４０４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００５０９９０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｍ３９／００－７１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部にノズル室（３８）を有し、前記ノズル室の下端部に燃料を噴射する噴孔（３９）が形成された筒状のノズルボデー（２３）と、
下降時に前記噴孔を閉じ、上昇時に前記噴孔を開くように前記ノズル室の内部で軸方向に変位可能であり、上端部に摺動軸部（５２）が形成されたニードル（５０）と、
前記ノズル室の上部に設けられ、前記ニードルの前記摺動軸部が摺動可能な所定の軸方向長さ（Ｌｃ）を有する摺動孔部（７８）が形成されたシリンダ（７０、７００、７０４）と、
前記シリンダのプレート収容部（７１０）に軸方向に変位可能に収容されており、軸方向に貫通する連通孔（６４）を有し、前記ニードルの上端面（５１）との間に燃料が充填される制御室（３５）を形成する制御プレート（６０）と、
前記ノズルボデーの上側に設けられ、前記制御室に燃料を導入するイン流路（３２）、及び、前記制御室から低圧室（３４）へ余剰燃料を排出するアウト流路（３３）が形成された流路プレート（２２）と、
前記低圧室への燃料排出経路を開閉する排出制御弁（４０）と、
を備え、
前記排出制御弁の開弁時、前記制御プレートが前記流路プレートの下端面に設けられた開口壁（２２７）に当接して前記イン流路の流入開口（３２１）を閉じ、
前記排出制御弁の閉弁時、前記制御プレートが前記開口壁から離間して前記イン流路の前記流入開口を開き、前記イン流路から前記制御室へ燃料を導入し、
前記シリンダは、前記シリンダの中心軸（Ｏｃ）に対する前記ニードルの中心軸（Ｏｎ）の傾き角度（θ）に依らず、前記ニードルのストローク上限において前記ニードルの上端面外周エッジ部（５４）が内壁（７７３）に非接触となるように、前記摺動孔部の内径よりも大きな内径（Ｈ）を有する制御室逃がし部（７７）が前記摺動孔部の上端に隣接して形成されており、
前記ニードルは、前記制御室の圧力変動によって変位し、全変位過程において前記摺動軸部の一部が前記摺動孔部の軸方向長さの全範囲に対向する燃料噴射装置の設計方法であって、
前記制御室逃がし部の内径をＨ、
前記ニードルの前記摺動軸部の外径をＤ、
前記摺動孔部の内径をｄ、
前記摺動孔部の軸方向長さをＬｃ、
前記ニードルの前記上端面外周エッジ部の周方向最下点が前記摺動孔部の上端の高さに一致する基準位置から、前記ニードルの中心軸に沿ったストローク上限までの距離である超過距離をＬｕとすると、
下記の式
（Ｈ－ｄ）／２＞（ｄ－Ｄ）×（Ｌｕ／Ｌｃ）
を満たすように、前記制御室逃がし部の内径が設定される燃料噴射装置の設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料噴射装置の設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ニードルの動作により噴孔を開き、内燃機関の燃焼室に高圧燃料を噴射する燃料噴射装置において、ニードル上端面と制御プレートとの間に形成された制御室の圧力変動によってニードルが軸方向に変位する構成が知られている。

【0003】

例えば特許文献１のＦｉｇ．１において、シリンダ（１１）の上部に制御プレート（２２）が設けられている。ニードル（３）は、直筒状に形成されたシリンダ（１１）の内壁に沿って摺動する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】独国特許出願公開ＤＥ１０２０１２０１０６１４Ａ１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のＦｉｇ．１の構成ではシリンダの内径が一定であるため、ニードルが上昇するにつれてシリンダ内壁との摺動長が増加する。すると、ニードルの位置に応じて摺動抵抗や摺動隙間からの燃料リーク量が変動し、噴射量が変動する。よって、特に大噴射量が要求される燃料噴射装置において噴射精度が低下するという問題がある。

【0006】

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ニードルの変位過程におけるシリンダとの摺動抵抗を安定させ、噴射精度を向上させる燃料噴射装置の設計方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、以下の構成の燃料噴射装置の設計方法である。燃料噴射装置は、ノズルボデー（２３）と、ニードル（５０）と、シリンダ（７０、７００、７０４）と、制御プレート（６０）と、流路プレート（２２）と、排出制御弁（４０）と、を備える。

【0008】

筒状のノズルボデーは、内部にノズル室（３８）を有し、ノズル室の下端部に燃料を噴射する噴孔（３９）が形成されている。ニードルは、下降時に噴孔を閉じ、上昇時に噴孔を開くようにノズル室の内部で軸方向に変位可能であり、上端部に摺動軸部（５２）が形成されている。シリンダは、ノズル室の上部に設けられ、ニードルの摺動軸部が摺動可能な所定の軸方向長さ（Ｌｃ）を有する摺動孔部（７８）が形成されている。

【0009】

制御プレートは、シリンダのプレート収容部（７１０）に軸方向に変位可能に収容されており、軸方向に貫通する連通孔（６４）を有し、ニードルの上端面（５１）との間に燃料が充填される制御室（３５）を形成する。流路プレートは、ノズルボデーの上側に設けられ、制御室に燃料を導入するイン流路（３２）、及び、制御室から低圧室（３４）へ余剰燃料を排出するアウト流路（３３）が形成されている。排出制御弁は、低圧室への燃料排出経路を開閉する。

【0010】

排出制御弁の開弁時、制御プレートが流路プレートの下端面に設けられた開口壁（２２７）に当接してイン流路の流入開口（３２１）を閉じる。排出制御弁の閉弁時、制御プレートが開口壁から離間してイン流路の流入開口を開き、イン流路から制御室へ燃料を導入する。

【0011】

シリンダは、制御室逃がし部（７７）が摺動孔部の上端に隣接して形成されている。制御室逃がし部は、シリンダの中心軸（Ｏｃ）に対するニードルの中心軸（Ｏｎ）の傾き角度（θ）に依らず、ニードルのストローク上限においてニードルの上端面外周エッジ部（５４）が内壁に非接触となるように、摺動孔部の内径よりも大きな内径（Ｈ）を有する。ニードルは、制御室の圧力変動によって変位し、全変位過程において摺動軸部の一部が摺動孔部の軸方向長さの全範囲に対向する。

【0012】

本発明による燃料噴射装置の設計方法では、制御室逃がし部の内径をＨ、ニードルの摺動軸部の外径をＤ、摺動孔部の内径をｄ、摺動孔部の軸方向長さをＬｃ、ニードルの上端面外周エッジ部の周方向最下点が摺動孔部の上端の高さに一致する基準位置から、ニードルの中心軸に沿ったストローク上限までの距離である超過距離をＬｕとすると、下記の式
（Ｈ－ｄ）／２＞（ｄ－Ｄ）×（Ｌｕ／Ｌｃ）
を満たすように、制御室逃がし部の内径が設定される。

【0013】

本発明による燃料噴射装置の設計方法が適用された燃料噴射装置は、ニードルの全変位過程においてニードルの摺動軸部とシリンダの摺動孔部との摺動長が一定となる。したがって、摺動抵抗や燃料リーク量が安定し、噴射量が安定する。よって、特に大噴射量が要求される燃料噴射装置において噴射精度を向上させることができる。また、片当たりによる摺動抵抗を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】燃料噴射装置が適用される燃料供給システムの全体構成図。

【図2】第１実施形態による燃料噴射装置の全体断面図。

【図3】図２の流路プレート及びノズルボデー部の断面図。

【図4】図３のシリンダ部拡大断面図。

【図5】図４に対しニードルの中心軸がシリンダの中心軸に対して最大に傾いた状態を示す拡大断面図。

【図6】（ａ）第１実施形態，（ｂ）比較例の燃料噴射装置のニードル閉弁時及びニードル開弁時における摺動長を示す断面図。

【図7】（ａ）第１実施形態，（ｂ）比較例の燃料噴射装置のニード開弁時における片当たり状態を示す断面図。

【図8】逃がし深さと摺動抵抗（噴射量変動）との関係を示す図。

【図9】第２実施形態による燃料噴射装置のシリンダ部拡大断面図。

【図10】第２実施形態の変形例による燃料噴射装置のシリンダ部拡大断面図。

【図11】第３実施形態による燃料噴射装置のシリンダ部拡大断面図。

【図12】第４実施形態による燃料噴射装置のシリンダ部拡大断面図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の燃料噴射装置の設計方法が適用された燃料噴射装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態の説明において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明する。以下の第１～第４実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の燃料噴射装置は、ディーゼルエンジン等の燃料供給システムにおいて、コモンレールに蓄えられた高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する。

【0016】

［燃料供給システム］
最初に図１を参照し、燃料供給システム９０の全体構成を説明する。燃料供給システム９０は、燃料タンク９１、フィードポンプ９２、高圧燃料ポンプ９３、コモンレール９６、複数の燃料噴射装置１０等がそれぞれパイプで接続されて構成されている。フィードポンプ９２は、低圧燃料パイプ９１１を経由して燃料タンク１の燃料を高圧燃料ポンプ９３に圧送する。

【0017】

高圧燃料ポンプ９３とコモンレール９６との間はレール前高圧燃料パイプ９５で接続されている。コモンレール９６と複数の燃料噴射装置１０との間は複数のレール後高圧燃料パイプ９７で接続されている。高圧燃料ポンプ９３は、燃料タンク９１から吸入した低圧燃料を加圧し、高圧燃料をコモンレール９６に供給する。燃料調量弁９４は、ＥＣＵ９９からの指示に従い、高圧燃料ポンプ９３に吸入される燃料を調量する。なお、ＥＣＵ９９が入出力する他の信号線の図示及び説明を省略する。

【0018】

コモンレール９６に供給された高圧燃料は、複数（図１の例では４つ）の燃料噴射装置１０に分配される。高圧燃料ポンプ９３、コモンレール９６又は燃料噴射装置１０の余剰燃料は、それぞれリターン配管９８１、９８２、９８３を経由して燃料タンク９１に戻される。

【0019】

［燃料噴射装置］
（第１実施形態）
第１実施形態の燃料噴射装置１０について、図２～図８を参照して説明する。図２及び図３に燃料噴射装置１０の全体構成を示す。この燃料噴射装置１０においてシリンダ７０以外の構成は、特開２０１９－１９６９３号公報（対応ＵＳ公報：ＵＳ２０１９／１７４７８Ａ１）に開示された構成と基本的に同じである。以下、この公知文献を「参照文献」という。

【0020】

なお、参照文献の一部の用語を本明細書では別の用語に言い換える。例えば参照文献の「流路形成部材２２」及び「ノズルボデー部材２３」を本明細書では「流路プレート２２」及び「ノズルボデー２３」という。また、参照文献の「可動プレート６０」を本明細書では「制御プレート６０」という。

【0021】

図２、図３に示すように、燃料噴射装置１０は、弁ボデー２０、ニードル５０、排出制御弁４０、及び制御プレート６０等を備えている。弁ボデー２０は、インジェクタボデー２１、流路プレート２２、ノズルボデー２３、リテーニングナット２４及びシリンダ７０等の複数の金属部材が組み合わされて構成されている。ノズルボデー２３、リテーニングナット２４及びシリンダ７０は、同軸の筒状である。ノズルボデー２３は、内部にノズル室３８を有し、ノズル室３８の下端部に燃料を噴射する噴孔３９が形成されている。

【0022】

以下、図２、図３の上側を「上」、下側を「下」として説明する。また、図２、図３の上下方向を「軸方向」という。コモンレール９６から供給された高圧燃料は、インジェクタボデー２１の上端の燃料入口３１１から高圧燃料通路３１へ流入する。高圧燃料通路３１を流れる高圧燃料の一部は、ノズル室流路３１５を経由してノズルボデー２３のノズル室３８に流入し、ニードル５０の上昇時に噴孔３９から噴射される。高圧燃料の他の一部は、流路プレート２２に形成されたイン流路３２を経由して制御室３５に供給される。

【0023】

インジェクタボデー２１は、中心軸から偏心した位置で軸方向に延びる高圧燃料通路３１が形成されており、高圧燃料通路３１とは干渉しない位置に排出制御弁４０が設けられている。図２の排出制御弁４０は、駆動部４１及びアーマチャバルブ４２を含む電磁弁で構成されている。他の実施形態では、電磁弁に代えてピエゾ素子等により排出制御弁４０が構成されてもよい。

【0024】

アーマチャバルブ４２の径方向外側には、リターン配管９８３に連通する低圧室３４が形成されている。低圧室３４には、制御室３５内の高圧燃料に比べて低圧の燃料が充填されている。駆動部４１は、ＥＣＵ９９から指令される駆動電流に基づいてアーマチャバルブ４２を変位させることにより、流路プレート２２の上端面２２６に形成されたアウト流路３３の弁側開口３３２、すなわち、制御室３５から低圧室３４への燃料排出経路を開閉する。排出制御弁４０の閉弁時、制御室３５から低圧室３４への燃料排出が遮断される。排出制御弁４０の開弁時、制御室３５から低圧室３４への余剰燃料の排出が可能となる。

【0025】

流路プレート２２及びノズルボデー２３は、リテーニングナット２４がインジェクタボデー２１の雄ねじ部に螺合されることで、インジェクタボデー２１に固定されている。流路プレート２２は、インジェクタボデー２１とノズルボデー２３との間に挟まれた円板状であり、インジェクタボデー２１側とノズルボデー２３側とを接続するノズル室流路３１５、イン流路３２及びアウト流路３３が形成されている。

【0026】

以下の説明で、制御プレート６０及びシリンダ７０の細部に関する符号は、図４を参照する。流路プレート２２の下端面には、イン流路３２の流入開口３２１及びアウト流路３３の流出開口３３１が形成された開口壁２２７が設けられている。アウト流路３３の流出開口３３１は、制御プレート６０の連通孔６４と対向する中心軸上に位置する。イン流路３２の流入開口３２１は、制御プレート６０の連通孔６４の周囲の上端面６１と対向する位置に配置されており、制御プレート６０の上端面６１が開口壁２２７に当接したとき、流入開口３２１が閉じられる。

【0027】

ノズル室流路３１５は、シリンダ７０の外壁とノズル室３８の内壁との間の環状流路に向かって開口している。高圧燃料の一部は、高圧燃料通路３１からノズル室流路３１５を経由してノズル室３８に導入される。高圧燃料の他の一部は、流入開口３２１が開いたとき、高圧燃料通路３１からイン流路３２を経由して制御室３５に導入される。

【0028】

アウト流路３３は、開口壁２２７に形成された流出開口３３１と、流路プレート２２の上端面２２６に形成された低圧室側開口３３２とを接続する。排出制御弁４０の開弁時、制御プレート６０の連通孔６４及びアウト流路３３を経由して、制御室３５から低圧室３４に余剰燃料が排出される。

【0029】

シリンダ７０は、ノズルボデー２３の内部に形成されたノズル室３８の上部に設けられている。シリンダ７０は、シリンダ７０の下端面７２とニードル５０の鍔部５７との間に支持されたニードルスプリング５８により流路プレート２２に向かって付勢されている。流路プレート２２の開口壁２２７に対向するシリンダ７０の上端面７１には、制御プレート６０を収容するプレート収容部７１０が形成されている。

【0030】

制御プレート６０は、金属材料で円板状に形成され、シリンダ７０のプレート収容部７１０に軸方向に変位可能に収容されている。詳しくは、制御プレート６０の径方向外壁６３は、プレート収容部７１０の内壁７１３に隙間嵌めで嵌合し、変位がガイドされている。制御プレート６０が上方に変位したとき、制御プレート６０の上端面６１は流路プレート２２の開口壁２２７に当接する。

【0031】

制御プレート６０は、ニードル５０の上端面５１との間に燃料が充填される制御室３５を形成する。詳しくは、制御プレート６０の下端面６２、ニードル５０の上端面５１、及びシリンダ７０の内壁に囲まれた空間により制御室３５が形成される。制御プレート６０は、径方向の中心に、軸方向に貫通する連通孔６４を有する。連通孔６４の途中には、流路径が絞られたオリフィスが形成されている。このオリフィスは、制御プレート６０の上端面６１側と下端面６２側との燃料圧力差を拡大させる。

【0032】

制御室３５には、イン流路３２及び連通孔６４を通じて供給された燃料が充填されている。制御室３５の燃料圧力は、イン流路３２からの燃料の流入と、アウト流路３３への燃料の流出とにより変動し、その燃料圧力の変動によってニードル５０が変位する。

【0033】

第１実施形態のシリンダ７０は、参照文献に開示された構成と同様に、軸方向において制御室３５を背圧室３６と収容室３７とに分割する分割壁部７５を有している。背圧室３６は分割壁部７５の下側に位置し、ニードル５０の受圧面である上端面５１と内壁７７３とにより区画される。収容室３７は分割壁部７５の上側に位置し、制御プレート６０の下端面６２と内壁７３とにより区画される。分割壁部７５は、収容室３７の内壁７３から径内方向に突出するように形成されている。背圧室３６と収容室３７とは、分割壁部７５により内径が縮小された絞り孔７４を介して経由して連通する。

【0034】

収容室３７には、制御プレート６０の下端面６２と分割壁部７５の支持面部７６との間にサポートスプリング６８が収容されている。つまり、サポートスプリング６８は、支持面部７６に支持され、制御プレート６０を流路プレート２２の開口壁２２７に当接させるように付勢している。

【0035】

制御室３５における背圧室３６の下側には、ニードル５０の摺動軸部５２が摺動可能な所定の軸方向長さＬｃを有する摺動孔部７８が形成されている。摺動孔部７８の視点で言えば、摺動孔部７８の上端に隣接して制御室３５が形成されている。第１実施形態では、制御室３５における背圧室３６の部分が、「摺動孔部７８の内径よりも大きな内径を有する制御室逃がし部７７」となっている。また、摺動孔部７８の下端に隣接して、摺動孔部７８の内径からシリンダ７０の下端面７２に向かってテーパ状に拡径するノズル側逃がし部７９が形成されている。摺動孔部７８等の詳細な構成については後述する。

【0036】

ニードル５０は、金属材料により、全体として円柱形に形成され、噴孔３９側の先端は円錐形に形成されている。ニードル５０は、ノズル室３８に供給された高圧燃料から噴孔３９を開く開弁方向の力を受ける。また、ニードル５０は、ニードルスプリング５８の付勢力により、シリンダ７０に対して、噴孔３９を閉じる閉弁方向へ常に付勢されている。ニードル５０の上端部には、シリンダ７０の摺動孔部７８に沿って摺動する摺動軸部５２が形成されている。

【0037】

ニードル５０は、制御室３５の燃料圧力の変動によってノズル室３８の内部で軸方向に変位可能であり、下降時に噴孔３９を閉じ、上昇時に噴孔３９を開く。特に本実施形態の燃料噴射装置１０は、ニードル５０を噴孔３９の絞り以上にリフトさせることにより大噴射量が要求される。したがって、ニードル５０のストローク下限からストローク上限までのリフト量が比較的大きいため、ニードル５０の変位過程における噴射精度の維持が重要となる。

【0038】

ニードルの上部には、シリンダ７０の摺動孔部７８に摺動する摺動軸部５２が形成されている。摺動軸部５２は、外径が一定であり、且つ、摺動軸部５２の下側に隣接する部分よりも外径が大きい。摺動軸部５２の上端面５１は、制御室３５に充填された高圧燃料から閉弁方向の力を受ける。

【0039】

以上の構成の燃料噴射装置１０の作用について説明する。ＥＣＵ９９からの指示により駆動部４１に駆動電流が供給されると、排出制御弁４０が開弁し、制御室３５から連通孔６４及びアウト流路３３を経由して低圧室３４へ余剰燃料が排出される。また、燃料排出時に連通孔６４のオリフィスにより増大された燃料の圧力差による力、及びサポートスプリング６８の付勢力により制御プレート６０が押し上げられ、流路プレート２２の開口壁２２７に当接してイン流路３２の流入開口３２１を閉じる。制御室３５からの燃料排出に伴う制御室３５の圧力低下により、ニードル５０はノズル室３８の高圧燃料に押し上げられて上昇し、噴孔３９を開いて燃料を噴射する。

【0040】

ＥＣＵ９９からの指示により駆動部４１への駆動電流の供給が停止されると、排出制御弁４０が閉弁して燃料排出が遮断され、制御プレート６０を開口壁２２７に押し付けていた燃料圧力が低下する。制御プレート６０は、イン流路３２からの燃料圧力により、サポートスプリング６８の付勢力に抗して開口壁２２７から離間して流入開口３２１を開放する。その結果、イン流路３２から制御室３５へ燃料が流入して制御室３５の圧力が増加し、ニードル５０が下降して噴孔３９を閉じる。なお、以下の図では便宜上、ニードル５０の閉弁時又は開弁時にかかわらず、制御プレート６０の上端面６１が流路プレート２２の開口壁２２７に当接した状態を図示する。

【0041】

次に図４、図５を参照し、シリンダ７０の詳細な構成について説明する。シリンダ７０は、所定の軸方向長さＬｃを有する摺動孔部７８が形成されている。摺動孔部７８の制御室３５側には、摺動孔部７８の上端に隣接して、摺動孔部７８の内径ｄよりも大きな内径Ｈを有する制御室逃がし部７７が摺動孔部７８と同軸に形成されている。摺動孔部７８の噴孔３９側には、摺動孔部７８の下端に隣接して、摺動孔部７８の内径ｄからテーパ状に拡径するノズル側逃がし部７９が形成されている。言い換えれば、制御室逃がし部７７とノズル側逃がし部７９との軸方向の間に設けられた、内径が一定の最小値ｄである範囲が摺動孔部７８をなしている。

【0042】

径方向における摺動孔部７８から制御室逃がし部７７の内壁７７３までの距離を「逃がし深さＥ」と定義すると、逃がし深さＥは式（１）で表される。なお、制御室逃がし部７７の内壁７７３の視点からは、摺動孔部７８を径内方向に突出する凸部とみなし、「逃がし深さ」を「凸部高さ」と考えることもできる。
Ｅ＝（Ｈ－ｄ）／２ ・・・（１）

【0043】

ニードル５０の摺動軸部５２の外径Ｄは、摺動孔部７８の内径ｄよりもわずかに小さく設定されている。また、摺動軸部５２の長さＬｎは、摺動孔部７８の長さＬｃとニードルストロークＳｔとの和以上に設定されている。すなわち、「Ｌｎ≧Ｌｃ＋Ｓｔ」の関係が成り立つ。実線で示されるニードル５０の位置は、上端面外周エッジ部５４の周方向最下点が摺動孔部７８の上端の高さに一致する基準位置を示す。この基準位置は、ストローク下限の理論上の最低位置である。実際のストローク下限は、基準位置以上の高さとなるように設定される。なお、ニードル５０の上端面外周に面取りや角丸めが形成されている場合、外径Ｄの領域の起点となる面取り又は角丸めの終端部を「上端面外周エッジ部５４」とみなす。

【0044】

破線は、ニードル５０のストローク上限を示す。ニードル５０の中心軸Ｏｎに沿った基準位置からストローク上限までの距離を超過距離Ｌｕと表す。超過距離Ｌｕは、ニードル５０の摺動軸部５２が摺動孔部７８の上端を超えて上昇する距離を意味する。ストローク下限が基準位置に設定された場合の最大ストロークが超過距離Ｌｕに等しくなる。また、「Ｌｎ≧Ｌｃ＋Ｓｔ」の関係により、摺動軸部５２の下端は、ストローク上限においても摺動孔部７８の下端を上方に超えることはない。よって、全変位過程において摺動軸部５２の一部が摺動孔部７８の軸方向長さＬｃの全範囲に対向する。

【0045】

図４には、ニードル５０の中心軸Ｏｎとシリンダ７０の中心軸Ｏｃとが一致している、すなわち同軸の状態を示し、図５には、ニードル５０の中心軸Ｏｎがシリンダ７０の中心軸Ｏｃに対して相対的に、最大に傾いた状態を示す。詳しくは、ニードル５０が上昇して噴射する際に発生するモーメントにより、シリンダ７０が径方向に動き、ニードル５０の中心軸Ｏｃに対して傾くと考えられる。このときの相対的な傾き角度をθと表す。実際の傾き角度θは微小角度であるが、図５では傾きを誇張して示す。

【0046】

図４の状態では、ニードル５０の全変位過程において、摺動孔部７８と摺動軸部５２との間に、全周均等の（ｄ－Ｄ）／２のクリアランスが存在する。また、ニードル５０の全変位過程において、ニードル５０の上端面外周エッジ部５４と制御室逃がし部７７の内壁７７３との径方向距離は一定に維持される。

【0047】

一方、図５の状態では、周方向の一方の側（図５の右側）で摺動軸部５２の上部が摺動孔部７８の上端に片当たりし、その周方向の反対側（図５の左側）で摺動軸部５２の下部が摺動孔部７８の下端に片当たりしている。また、ニードル５０の上昇に伴って、上端面外周エッジ部５４は制御室逃がし部７７の内壁７７３に接近し、ストローク上限で、制御室逃がし部７７の内壁７７３との距離が最短となる。本実施形態では、制御室逃がし部７７の内径Ｈは、ニードル５０のストローク上限において上端面外周エッジ部５４が内壁７７３に非接触となるように設定される。

【0048】

上端が片当たりした側（図５の右側）における摺動孔部７８の下端におけるクリアランスＸｃは、「Ｘｃ＝ｄ－（Ｄ／ｃｏｓθ）＜ｄ－Ｄ」と表される。ただし、傾き角度θは微小角度であるため「ｃｏｓθ≒１」であり、「Ｘｃ≒ｄ－Ｄ」とみなすことができる。そして、基準位置からストローク上限までに上端面外周エッジ部５４が径外方向に移動する距離を径方向進出距離Ｘｕとすると、下記の比の関係が成立する。
Ｌｃ：Ｘｃ＝Ｌｕｃｏｓθ：Ｘｕ

【0049】

ニードル５０のストローク上限において上端面外周エッジ部５４が内壁７７３に非接触となるためには、逃がし深さＥが径方向進出距離Ｘｕより大きいことが必要である。したがって、式（２）の条件が導かれる。
Ｅ＞（ｄ－Ｄ）×（Ｌｕ／Ｌｃ）＞Ｘｃ×（Ｌｕｃｏｓθ／Ｌｃ）＝Ｘｕ
・・・（２）

【0050】

式（１）、（２）より式（３）が導かれる。式（３）を満たすように制御室逃がし部７７の内径Ｈが設定されることで、傾き角度θに依らず、ニードル５０のストローク上限において上端面外周エッジ部５４が内壁７７３に非接触となる。
（Ｈ－ｄ）／２＞（ｄ－Ｄ）×（Ｌｕ／Ｌｃ） ・・・（３）

【0051】

（効果）
図６～図８を参照し、第１実施形態の効果について、比較例と対比しつつ説明する。図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示す比較例のシリンダ７０Ｃは、分割壁部７５より下側の全範囲が内径一定の摺動孔部７８Ｃをなしており、制御室逃がし部やノズル側逃がし部を有していない。この比較例は、特許文献１のＦｉｇ．１に開示された構成に相当する。

【0052】

［１］ニードル５０がシリンダ７０と同軸に変位する場合について、図６を参照する。図６（ａ）、（ｂ）には、それぞれ第１実施形態及び比較例のニードル閉弁時及びニードル開弁時における摺動状態を示す。図６（ｂ）に示すように、比較例では閉弁時と開弁時とで摺動長が変化するため、摺動抵抗が変化する。そのため、摺動隙間からの燃料リーク量が変動し、噴射量が変動する。よって、特に大噴射量が要求される燃料噴射装置において噴射精度が低下するという問題がある。

【0053】

それに対し図６（ａ）に示すように、第１実施形態では、シリンダ７０に制御室逃がし部７７及びノズル側逃がし部７９が形成されることで、摺動孔部７８が所定の軸方向長さＬｃを有するため、ニードル５０の全変位過程において摺動長が一定となる。したがって、摺動抵抗や燃料リーク量が安定し、噴射量が安定する。よって、特に大噴射量が要求される燃料噴射装置において噴射精度を向上させることができる。

【0054】

［２］ニードル５０の中心軸Ｏｎがシリンダ７０の中心軸Ｏｃに対して相対的に傾き、摺動軸部５２が摺動孔部７８に片当たりする場合について、図７を参照する。図７（ａ）、（ｂ）には、それぞれ第１実施形態及び比較例のニードル開弁時における片当たりの状態を示す。図７（ｂ）に破線円で示すように、比較例では、ニードル５０の上端面外周エッジ部５４が摺動孔部７８Ｃに接触し、且つ、摺動軸部５２の下端近くの部分がシリンダ７０の下端部において摺動孔部７８Ｃの開口エッジに接触する。そのため、ニードル５０の上昇に従って次第に傾きが規制され、片当たりによる摺動抵抗が大きくなる。

【0055】

それに対し図７（ａ）に示すように、第１実施形態では、摺動軸部５２は、所定の軸方向長さＬｃを有する摺動孔部７８の上端及び下端に、一定の傾きを維持しつつ接触可能である。そのため、ニードル５０の全変位過程において、片当たりによる摺動抵抗が低減される。

【0056】

続いて図８を参照し、逃がし深さＥと摺動抵抗との関係を示す。縦軸の摺動抵抗は、噴射量変動と相関する。制御室逃がし部が無い比較例では、逃がし深さＥは０である。この構成を（Ｉ）とする。上述の通り、構成（Ｉ）では摺動抵抗や噴射量変動が大きい。

【0057】

制御室逃がし部７７が形成されることで、逃がし深さＥは０より大きい値となる。ここで、式（３）の右辺の値である「（ｄ－Ｄ）×（Ｌｕ／Ｌｃ）」を臨界値Ｅｃとする。そして、逃がし深さＥが０より大きく臨界値Ｅｃ以下である構成を（ＩＩ）とする。また、逃がし深さＥが臨界値Ｅｃより大きい構成を（ＩＩＩ）とする。第１実施形態に相当する構成（ＩＩＩ）では、上述の効果［１］、［２］により摺動抵抗が低減し、よって噴射量変動が低減する。

【0058】

構成（ＩＩ）は、制御室逃がし部７７が形成されることで、「摺動長が一定であることによる摺動抵抗の安定化」という第１実施形態の効果［１］を同様に奏する。ただし、構成（ＩＩ）では制御室逃がし部７７の逃がし深さＥが臨界値Ｅｃ以下である。そのため、傾き角度θがある値を超えると、摺動軸部５２が摺動孔部７８に片当たりしたとき、上端面外周エッジ部５４が制御室逃がし部７７の内壁７７３に接触し、摺動抵抗が増加する。つまり、傾き角度θによっては第１実施形態の効果［２］が得られない場合がある。したがって、逃がし深さＥが０から臨界値Ｅｃに向かって増加するにつれ、摺動抵抗及び噴射量変動は、構成（Ｉ）の値から構成（ＩＩＩ）の値に向かって減少する。

【0059】

補足すると、摺動抵抗の観点から、逃がし深さＥは、臨界値Ｅｃに対しどれだけ大きくてもよいと言える。ただし現実には、逃がし深さＥを過剰に大きくするとシリンダ７０の外周肉厚が薄くなって強度が低下したり、制御室３５の容積が大きすぎて燃料圧力変化の応答性が悪化したりするなどの背反が想定される。したがって、製造公差等を考慮の上、逃がし深さＥが確実に臨界値Ｅｃを超える最小限の値となるようにすることが好ましい。

【0060】

［３］また、第１実施形態のシリンダ７０は、摺動孔部７８の下端に隣接して、摺動孔部７８の内径からテーパ状に拡径するノズル側逃がし部７９が形成されている。これにより、摺動軸部５２の下端部がシリンダ７０の内壁に接触し摺動抵抗が変化することが防止される。また、ニードル５０の組付時における挿入作業性が向上する。

【0061】

［４］さらに第１実施形態のシリンダ７０は、参照文献の構成と同様に、分割壁部７５により制御室３５が背圧室３６と収容室３７とに分割されている。そのため、参照文献の段落［００４９］に記載されたように、分割壁部７５が無い場合に比べて背圧室３６の容積が小さく抑制され、制御室３５からの燃料流出に伴う背圧室３６の燃料圧力の脈動が早期に収束される。したがって、ニードル５０の開弁方向への変位の態様が安定化し、燃料噴射量のばらつきが低減される。

【0062】

［５］加えて第１実施形態では、参照文献の構成と同様に、サポートスプリング６８が支持面部７６に支持されている。そのため、参照文献の段落［００５０］～［００５２］に記載されたように、サポートスプリング６８の付勢力による制御プレート６０の挙動のばらつきが抑制され、排出制御弁４０の閉弁後に制御室３５へ流入する燃料流量の変動が抑制される。したがって、ニードル５０の閉弁方向への変位の態様が安定化し、燃料噴射量のばらつきが低減される。

【0063】

（第２実施形態）
図９、図１０を参照し、第２実施形態について説明する。図９に示すように、第２実施形態では、ニードル５０の摺動軸部５２の外壁に耐摩耗性コーティング８０が施されている。また、図１０に示すように、第２実施形態の変形例では、シリンダ７０の摺動孔部７８の内壁に耐摩耗性コーティング８０が施されている。耐摩耗性コーティングの例としては、ダイヤモンドライクカーボン（略称ＤＬＣ）、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ等が用いられる。第２実施形態では、第１実施形態の効果［１］～［５］を奏することに加え、摩擦力の増加が抑制される。第２実施形態は、次の第３、第４実施形態と組み合わされてもよい。

【0064】

（第３実施形態）
図１１を参照し、第３実施形態について説明する。第３実施形態のシリンダ７００は、シリンダ本体７０３及びアッパーシリンダ７０５に分割されている。シリンダ本体７０３は、プレート収容部７１０と制御室逃がし部７７とを接続する内径一定の嵌合孔７１５が形成されている。アッパーシリンダ７０５は、分割壁部７５の他、収容室３７の周囲部分が筒状に形成されており、シリンダ本体７０３の嵌合孔７１５に圧入等により固定されている。サポートスプリング６８は、アッパーシリンダ７０５に設けられた支持面部７６に支持されている。

【0065】

例えば嵌合孔７１５の内径が摺動孔部７８の内径以上に設定された場合、摺動孔部７８を通し孔で加工可能となる。また、複雑な内径加工が必要なアッパーシリンダ７０５は、別部品として製作された後、シリンダ本体７０３に組付けられる。したがって第３実施形態では、第１実施形態の効果［１］～［５］を奏することに加え、シリンダ７００の加工性が向上する。

【0066】

（第４実施形態）
図１２を参照し、第４実施形態について説明する。第４実施形態のシリンダ７０４は、制御室３５を仕切る分割壁部が形成されておらず、上端面７１１から摺動孔部７８のすぐ上側まで比較的内径が大きい共用孔７１７が単調に形成されている。共用孔７１７の上部はプレート収容部７１０として、中間部は制御室３５として、下部は制御室逃がし部７７として機能する。すなわち、プレート収容部７１０の内壁７１３、及び、制御室逃がし部７７の内壁７７３が境界無く連続して形成されている。また、サポートスプリング６８は、制御プレート６０の下端面６２とニードル５０の上端面５１との間に支持されている。

【0067】

第４実施形態では、摺動孔部７８を通し孔で加工可能である。また、上記実施形態に比べ分割壁部のような複雑な形状が無いため、内径加工が単純である。したがって第４実施形態では、第１実施形態の効果［１］～［３］を奏することに加え、シリンダ７０４の加工性が向上する。

【0068】

（その他の実施形態）
（ａ）例えば、ニードル５０の上昇限で摺動軸部５２の下端がシリンダ７０の下端面７２を超えなければ、シリンダ７０のノズル側逃がし部７９は形成されなくてもよい。或いは、テーパ状のノズル側逃がし部７９に代えて、摺動孔部７８の下端に隣接する段差状のノズル側逃がし部が形成されてもよい。

【0069】

（ｂ）制御室逃がし部７７の内壁７７３は、シリンダ７０の中心軸Ｏｃに対して平行でなくテーパ状に形成されてもよい。その場合、ストローク上限の高さにおける内径をＨとみなして、上記の式（１）、（３）を適用すればよい。

【0070】

（c）流路プレート２２におけるイン流路又はアウト流路の具体的な形状や本数、制御プレート６０の具体的な形状等は、各図に例示された構成に限らず、同様の機能が実現されるものであれば、どのような構成であってもよい。

【0071】

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

【符号の説明】

【0072】

１０・・・燃料噴射装置、
２２・・・流路プレート、 ２２７・・・開口壁、 ２３・・・ノズルボデー、
３２・・・イン流路、 ３２１・・・流入開口、 ３３・・・アウト流路、
３４・・・低圧室、 ３５・・・制御室、 ３８・・・ノズル室、 ３９・・・噴孔、
４０・・・排出制御弁、
５０・・・ニードル、 ５１・・・上端面、 ５４・・・上端面外周エッジ部、
５２・・・摺動軸部、
６０・・・制御プレート、 ６４・・・連通孔、
７０、７００、７０４・・・シリンダ、 ７１０・・・プレート収容部、
７７・・・制御室逃がし部、 ７７３・・・内壁、 ７８・・・摺動孔部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】