JP5565291B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材に作用する燃料圧力を調節するために圧力応動型の制御部材を備える燃料噴射装置に関する。

特許文献１、特許文献２、および特許文献３は、噴孔からの燃料噴射を断続する弁部材に燃料圧力を作用させる圧力室と、この圧力室の圧力を調節することによって弁部材を移動させる圧力調節機構とを備える燃料噴射装置が開示されている。これらの燃料噴射装置においては、圧力調節機構は、電磁弁の開閉によって生じる圧力変化に応答して移動する圧力応動型の制御部材を用いることが提案されている。このような制御部材は、他の部材との接触面において流体的な抵抗を受ける。

欧州特許第１６５６４９８号明細書 特開平６−１０８９４８号公報 特許第４０５４６２１号公報

従来技術の構成では、制御部材の軸方向への移動を許容するために、制御部材が径方向へも移動可能であった。このため、制御部材の位置が径方向にずれると、制御部材と他の部材との接触面が変化する。接触面の変化は、例えば接触面の形状の変化、接触面の分布の変化、接触面の大きさの変化などを含む。かかる接触面の変化は、制御部材に作用する流体的な抵抗力を変化させる。このため、制御部材の径方向の移動によって、制御部材の挙動に変化が生じ、燃料噴射特性に変動を与えるおそれがあった。

また、接触面の面積が大きいと、流体的な抵抗力が大きくなり、応答性が低下するおそれがあった。また、燃料は温度に応じて粘度が変化する。このため、接触面に起因する流体的な抵抗は、温度に応じて変化する。この結果、接触面の面積が大きいと、流体的な抵抗力の変動が大きくなり、燃料噴射特性に変動を与えるおそれがあった。

図７は、比較例の燃料噴射装置Ｐ１０の部分拡大断面図である。燃料噴射装置Ｐ１０は、ハウジング部材としてのオリフィス部材Ｐ１と、シリンダＰ２と、ノズルニードルＰ３と、制御部材としてのフローティングプレートＰ５とを備える。オリフィス部材Ｐ１と、シリンダＰ２と、ノズルニードルＰ３との間には、圧力室Ｐ４が形成されている。オリフィス部材Ｐ１は、高圧燃料を供給するための主供給路Ｐ１１を有する。高圧燃料は、主供給路Ｐ１１からシリンダＰ２の外側と、ノズルニードルＰ３の外側とを通って噴孔に供給される。オリフィス部材Ｐ１は、フローティングプレートＰ５に対向する当接面Ｐ１２に、高圧室を区画する環状の凹部Ｐ１３と、制御圧室を区画する円形の凹部Ｐ１４とを有する。凹部Ｐ１３には、通路Ｐ１５を経由して高圧燃料が導入される。凹部Ｐ１４は、通路Ｐ１６を経由して制御弁に連通されている。凹部Ｐ１４内の燃料は、制御弁が開いているときにだけ、通路Ｐ１６を経由して排出される。シリンダＰ２は、フローティングプレートＰ５を収容する大径内周面Ｐ２１と、ノズルニードルＰ３のピストン部Ｐ３１を収容する小径内周面Ｐ２２と、大径内周面Ｐ２１と小径内周面Ｐ２２との間に形成された段差面Ｐ２３とを有する。段差面Ｐ２３は、フローティングプレートＰ５が図中下方に移動したときに当接する肩面である。フローティングプレートＰ５は、圧力室Ｐ４と凹部Ｐ１４とを連通する通路Ｐ５１を有する。フローティングプレートＰ５は、大径内周面Ｐ２１と対向する外周面Ｐ５２と、圧力室Ｐ４に面し、段差面Ｐ２３に当接するストッパ面Ｐ５３とを有する。外周面Ｐ５２とストッパ面Ｐ５３との間の角部には、部分的に切欠部Ｐ５４が形成されている。

フローティングプレートＰ５が図中上方にあるとき、フローティングプレートＰ５は、当接面Ｐ１２に接触する。このとき、圧力室Ｐ４は通路Ｐ５１を通して凹部Ｐ１４に連通する。圧力室Ｐ４と凹部Ｐ１３との間の連通は遮断される。一方、フローティングプレートＰ５が図中下方にあるとき、フローティングプレートＰ５は、段差面Ｐ２３に接触する。このとき、圧力室Ｐ４は、切欠部Ｐ５４と、外周面Ｐ５２と大径内周面Ｐ２１との間の隙間を通して凹部Ｐ１３と連通する。フローティングプレートＰ５が図中下方にあるとき、ストッパ面Ｐ５３と段差面Ｐ２３とは、広い面積にわたって接触する。

図８は、比較例の燃料噴射装置Ｐ１０のシリンダＰ２とフローティングプレートＰ５とを示す部分平面図である。図中には、シリンダＰ２の中心軸ＡＸＰ２と、フローティングプレートＰ５の中心軸ＡＸＰ５とが一致している状態が図示されている。切欠部Ｐ５４は、フローティングプレートＰ５の直径上から離れた位置に径方向に沿って形成されている。この比較例では、複数の切欠部Ｐ５４が平行に設けられている。この結果、ストッパ面Ｐ５３と段差面Ｐ２３との接触面Ｐ５５は、円弧状の形状となる。接触面Ｐ５５は、部分円筒の端面の形状と見ることもできる。

図示された比較例の形状では、制御部材としてのフローティングプレートＰ５と段差面Ｐ２３との接触面Ｐ５５の面積が大きい。この大きい接触面Ｐ５５は、フローティングプレートＰ５が段差面Ｐ２３に着座しようとするとき、または離れようとするときに、大きい流体的な抵抗力を生じる。このため、フローティングプレートＰ５の応答性が低下するおそれがあった。この結果、期待された燃料噴射特性を提供できないおそれがあった。また、大きい接触面Ｐ５５は、流体的な抵抗力の大きい温度変動を生じる。このため、フローティングプレートＰ５の応答性が温度によって変動するおそれがあった。この結果、燃料噴射特性が不安定となるおそれがあった。

図９は、比較例の燃料噴射装置Ｐ１０のシリンダＰ２とフローティングプレートＰ５とを示す部分平面図である。図中には、フローティングプレートＰ５の中心軸ＡＸＰ５が、シリンダＰ２の中心軸ＡＸＰ２から図中下方にずれた状態が図示されている。フローティングプレートＰ５がずれることによって、接触面Ｐ５５の形状と接触面Ｐ５６の形状とが異なっている。また、接触面Ｐ５５の面積と接触面Ｐ５６の面積とが異なっている。接触面Ｐ５６の面積は、接触面Ｐ５５の面積より大きい。この場合、フローティングプレートＰ５が段差面Ｐ２３に着座しようとするとき、または離れようとするときに、２つの接触面Ｐ５５、Ｐ５６は、アンバランスな流体的な抵抗力を生じる。この結果、フローティングプレートＰ５の挙動がフローティングプレートＰ５の径方向位置に応じて変化する。さらに、このような挙動の変化は燃料噴射特性に変動を与えるおそれがあった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定した燃料噴射特性を発揮する燃料噴射装置を提供することである。

本発明の他の目的は、優れた応答性を発揮し、かつ安定した燃料噴射特性を発揮する燃料噴射装置を提供することである。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の発明は、高圧燃料の通路が内部に形成され、高圧燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射する噴孔（１１）が先端部に形成された弁本体（４０）と、弁本体の内部において弁本体の軸方向に移動し、噴孔への高圧燃料の供給を断続する弁部材（９０）と、弁部材の端部に面して形成され、弁部材に作用する燃料の圧力を調節することにより弁部材の移動を制御する圧力室（３４）を区画するとともに、圧力室に高圧燃料を流入させる流入路（３１）および圧力室から燃料を流出させる流出路（３２）を形成するハウジング部材（５０）と、圧力室に配置され、ハウジング部材に接離することにより、少なくとも流入路と圧力室との連通を断続する制御部材（１００）と、制御部材を軸方向および径方向に移動可能に収容するシリンダ（８０）と、制御部材とシリンダとに形成され、制御部材を径方向へ移動させることにより制御部材の中心軸（ＡＸ１００）をシリンダの中心軸（ＡＸ８０）に接近させる自動調芯機構（１２０）とを備えることを特徴とする。

この構成によると、自動調芯機構によって制御部材の中心軸がシリンダの中心軸に接近する。この結果、制御部材の位置が安定する。このため、安定した燃料噴射特性が得られる。

請求項２に記載の発明は、自動調芯機構は、制御部材とシリンダとの一方に設けられた錐面（１２１、２２１）と、他方に設けられた当接部（１２２、２２２）とを備え、錐面（１２１、２２１）は、制御部材をシリンダに当接させる軸方向の当接力から、制御部材の中心軸（ＡＸ１００）をシリンダの中心軸（ＡＸ８０）へ向けて移動させる径方向の分力を生じさせるように傾斜していることを特徴とする。

この構成によると、錐面によって制御部材が移動する。このため、簡単な構成で制御部材の位置を安定させることができる。

請求項３に記載の発明は、当接部（１２２、２２２）は角部によって提供され、錐面と当接部との接触面が角部の稜線（１２３、２２３）であることを特徴とする。この構成によると、接触面を小さくすることができる。この結果、高い応答性を実現することができる。

請求項４に記載の発明は、自動調芯機構は、制御部材に設けられた錐面（１２１）と、シリンダに設けられた当接部（１２２）とを備えることを特徴とする。この構成によると、制御部材に錐面が設けられる。

請求項５に記載の発明は、自動調芯機構は、シリンダに設けられた錐面（２２１）と、制御部材に設けられた当接部（２２２）とを備えることを特徴とする。この構成によると、シリンダに錐面が設けられる。

なお、特許請求の範囲および上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本発明を適用した第１実施形態に係る燃料供給システムを示すブロック図である。 第１実施形態の燃料噴射装置を示す断面図である。 第１実施形態の燃料噴射装置を示す部分拡大断面図である。 第１実施形態の燃料噴射装置を示す部分平面図である。 本発明を適用した第２実施形態の燃料噴射装置を示す部分拡大断面図である。 第２実施形態の燃料噴射装置を示す部分平面図である。 比較例の燃料噴射装置の部分拡大断面図である。 比較例の燃料噴射装置を示す部分平面図である。 比較例の燃料噴射装置を示す部分平面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
図１は、本発明を適用した第１実施形態に係る燃料供給システム１を示すブロック図である。燃料供給システム１には、第１実施形態に係る燃料噴射装置１０が用いられている。燃料供給システム１は、内燃機関２に燃料を供給する。内燃機関２は、多気筒のディーゼル機関である。内燃機関２のヘッド部材２ａは、燃焼室２ｂを区画している。燃料供給システム１は、直接噴射式燃料供給システムである。燃料噴射装置１０は、燃焼室２ｂ内に向けて直接的に燃料を噴射する。燃料供給システム１は、燃料タンク３、フィードポンプ４、高圧燃料ポンプ５、コモンレール６、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）７、および燃料噴射装置１０を備える。

フィードポンプ４は、電動式のポンプである。フィードポンプ４は、燃料タンク３内に収容されている。フィードポンプ４は、高圧燃料ポンプ５に燃料配管８ａによって接続されている。フィードポンプ４は、燃料タンク３内の液相燃料に、所定のフィード圧を与え、高圧燃料ポンプ５に供給する。燃料配管８ａには、燃料の圧力を所定値に調節する調圧弁を設けることができる。

高圧燃料ポンプ５は、内燃機関２に取り付けられている。高圧燃料ポンプ５は、内燃機関２の出力軸によって駆動される。高圧燃料ポンプ５は、コモンレール６に燃料配管８ｂによって接続されている。高圧燃料ポンプ５は、フィードポンプ４によって供給された燃料にさらに圧力を加えて、コモンレール６に供給する。高圧燃料ポンプ５は、ＥＣＵ７と電気的に接続された電磁弁を有している。この電磁弁の開閉は、ＥＣＵ７によって制御される。ＥＣＵ７は、高圧燃料ポンプ５からコモンレール６に供給される燃料の圧力を所定の圧力に調節するように電磁弁を制御する。

コモンレール６は、クロム・モリブデン鋼等の金属材料からなる管状の部材である。コモンレール６には、気筒数に応じた複数の分岐部６ａが形成されている。ひとつの分岐部６ａは、供給流路８ｃを形成する燃料配管によって、ひとつの燃料噴射装置１０に接続されている。燃料供給システム１は、複数の燃料噴射装置１０を備える。燃料噴射装置１０と高圧燃料ポンプ５とは、戻り流路８ｄを形成する燃料配管によって接続されている。コモンレール６は、高圧燃料ポンプ５から供給された高圧燃料を一時的に蓄える。コモンレール６は、高圧燃料を、複数の燃料噴射装置１０に供給流路８ｃを介して分配する。コモンレール６は、軸方向の両端部のうち、一方の端部にコモンレールセンサ６ｂを有する。コモンレール６は、他方の端部に圧力レギュレータ６ｃを有する。コモンレールセンサ６ｂは、ＥＣＵ７に電気的に接続されており、高圧燃料の圧力および温度を検出してＥＣＵ７に出力する。圧力レギュレータ６ｃは、高圧燃料の圧力を一定に調節するとともに、余剰分の燃料を減圧して排出する。圧力レギュレータ６ｃを通過した余剰分の燃料は、コモンレール６と燃料タンク３との間を接続する燃料配管８ｅ内の流路を介して、燃料タンク３へ戻される。

燃料噴射装置１０は、噴孔１１から燃焼室２ｂ内へ高圧燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁である。燃料噴射装置１０は、噴孔１１からの高圧燃料の噴射を、ＥＣＵ７からの制御信号に応じて制御する弁機構を備えている。弁機構は、高圧燃料の噴射を断続する主弁１２と、制御弁１３とを含む。燃料噴射装置１０は、弁機構を駆動し、制御するために供給流路８ｃから供給された高圧燃料の一部を使用する。弁機構を駆動し、制御するために使用された燃料は、燃料噴射装置１０と高圧燃料ポンプ５との間を連通する戻り流路８ｄに排出され、高圧燃料ポンプ５へ戻される。燃料噴射装置１０は、内燃機関２のヘッド部材２ａの挿入孔に挿入されて、取り付けられている。燃料噴射装置１０は、１６０から２２０メガパスカル（ＭＰａ）程度の高圧燃料を噴射する。

ＥＣＵ７は、マイクロコンピュータ等によって構成されている。ＥＣＵ７は、複数のセンサと電気的に接続されている。複数のセンサには、上述したコモンレールセンサ６ｂ、内燃機関２の回転速度を検出する回転速度センサ、スロットル開度を検出するスロットルセンサ、吸入吸気量を検出するエアフローセンサ、過給圧を検出する過給圧センサ、冷却水温を検出する水温センサ、および潤滑油の油温を検出する油温センサ等を含むことができる。ＥＣＵ７は、センサからの情報に基づいて、高圧燃料ポンプ５の電磁弁および燃料噴射装置１０の弁機構の開閉を制御するための電気信号を、高圧燃料ポンプ５の電磁弁および燃料噴射装置１０に出力する。

図２は、第１実施形態の燃料噴射装置１０を示す断面図である。燃料噴射装置１０は、電磁式の駆動部２０、ボディ３０、ノズルニードル９０、およびフローティングプレート１００を備える。

駆動部２０は、ボディ３０内に収容されている。駆動部２０は、パイロット式の電磁弁である。駆動部２０は、制御弁１３を構成する。駆動部２０は、ソレノイド２１、固定子２２、可動子２３、スプリング２４、バルブシート部材２５、およびターミナル２６を有している。ターミナル２６は、通電部材である。ターミナル２６の一方の端部は、ボディ３０から外部に露出している。ターミナル２６の他方の端部は、ソレノイド２１と接続されている。ソレノイド２１は、ターミナル２６を介してＥＣＵ７からのパルス電流の供給を受ける。ソレノイド２１は、通電されると磁界を発生させる。固定子２２は、磁性材料によって形成された円筒状の部材である。固定子２２は、ソレノイド２１によって発生された磁束を案内する。可動子２３は、磁性材料によって形成された二段円柱状の部材である。可動子２３は、固定子２２の軸方向先端側に配置されている。可動子２３は、ソレノイド２１が励磁されると、固定子２２に向けて吸引される。スプリング２４は、コイルスプリングである。スプリング２４は、可動子２３を固定子２２から離間させる方向に付勢している。バルブシート部材２５は、ボディ３０の制御弁座部５２とともに圧力制御弁２７を形成している。バルブシート部材２５は、可動子２３の軸方向の端部に設けられている。バルブシート部材２５は、制御弁座部５２に着座し、流体の流通を阻止することができる。ソレノイド２１が励磁されないとき、バルブシート部材２５は、スプリング２４の付勢力によって制御弁座部５２に着座している。ソレノイド２１が励磁されると、バルブシート部材２５は、制御弁座部５２から離座する。

ボディ３０は、ノズルボディ４０、オリフィス部材５０、ホルダ６０、リテーニングナット７０、およびシリンダ８０を有している。ノズルボディ４０、オリフィス部材５０、およびホルダ６０は、噴孔１１が設けられた先端側から、この順序で並んでいる。ボディ３０は、流入路３１、流出路３２、主供給路３３、および圧力室３４を区画形成している。ボディ３０は、オリフィス部材５０の下面によって、圧力室３４に露出する当接面５１を提供する。流入路３１の一端は、供給流路８ｃに連通している。流入路３１の他端は、当接面５１に開口する流入口３１ａに連通している。流出路３２の一端は、圧力制御弁２７を介して戻り流路８ｄに連通している。流出路３２の他端は、当接面５１に開口する流出口３２ａに連通している。圧力室３４は、シリンダ８０と、オリフィス部材５０と、ノズルニードル９０とによって区画されている。圧力室３４には、供給流路８ｃを通過した高圧燃料が流入口３１ａから流入することができる。圧力室３４内の燃料は、流出口３２ａを経由して戻り流路８ｄに流出することができる。

ノズルボディ４０は、クロム・モリブデン鋼等の金属材料よりなる有底円筒状の部材である。ノズルボディ４０は、ノズルニードル収容部４１、弁座部４２、および噴孔１１を有している。ノズルニードル収容部４１は、ノズルボディ４０の軸方向に沿って形成され、ノズルニードル９０を収容する円筒穴である。ノズルニードル収容部４１内には、高圧燃料が供給される。弁座部４２は、ノズルニードル収容部４１の底壁に形成されている。弁座部４２は、ノズルニードル９０の先端と接触するように形成されている。弁座部４２は、高圧燃料の流通を断続する主弁の固定側弁座を提供する。噴孔１１は、弁座部４２より下流側に位置している。噴孔１１は、ノズルボディ４０の内側から外側に向けて放射状に複数形成されている。噴孔１１を通過することで、高圧燃料は、微粒化され、および拡散して空気と混合し易い状態となる。ノズルボディ４０は、ノズル部材、または弁本体とも呼ばれる。ノズルボディ４０は、高圧燃料の通路が内部に形成され、高圧燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射する噴孔１１が先端部に形成された部材である。

シリンダ８０は、金属材料よりなる円筒状の部材である。シリンダ８０は、オリフィス部材５０およびノズルニードル９０とともに圧力室３４を区画する。シリンダ８０は、ノズルニードル収容部４１内に、ノズルニードル収容部４１と同軸となるように配置されている。シリンダ８０の一方の端面は、オリフィス部材５０側に配置されている。シリンダ８０の一方の端面は、オリフィス部材５０の当接面５１に押し付けられている。この結果、シリンダ８０は、オリフィス部材５０に固定され、保持されている。シリンダ８０は、オリフィス部材５０に対して移動可能であるが、圧力室３４を区画する部材として、オリフィス部材５０に属する部材として見ることができる。一方で、シリンダ８０は、その径方向の位置がノズルニードル９０を介してノズルボディ４０によって規定されるから、ノズルボディ４０に属する部材としても見ることができる。

オリフィス部材５０は、クロム・モリブデン鋼等の金属材料よりなる円柱状の部材である。オリフィス部材５０は、ノズルボディ４０とホルダ６０との間に配置され、保持されている。オリフィス部材５０は、当接面５１、制御弁座部５２、流入路３１、流出路３２、および主供給路３３を形成している。当接面５１は、オリフィス部材５０のノズルボディ４０側の端面の径方向中央部に形成されている。当接面５１は、シリンダ８０によって囲まれて円形をなしている。制御弁座部５２は、オリフィス部材５０の軸方向の両端面のうち、ホルダ６０側の端面に形成されている。制御弁座部５２は、バルブシート部材２５とともに圧力制御弁２７を構成している。流入路３１は、オリフィス部材５０の中心軸に対して傾斜している。流出路３２は、当接面５１の径方向中央部から、制御弁座部５２に向って延びている。流出路３２は、オリフィス部材５０の中心軸に対して傾斜している。主供給路３３は、供給流路８ｃとノズルニードル収容部４１とを連通している。

オリフィス部材５０は、フローティングプレート１００に対向する面に、流入凹部５３と、流出凹部５４と、二重環状の当接面５１を形成している。流入凹部５３は、オリフィス部材５０の中心軸と同心状の環状の溝状に形成されている。流入凹部５３は、当接面５１の頂面から窪んでいる。流入凹部５３には、流入口３１ａが開口している。流出凹部５４は、オリフィス部材５０の中心軸と同心状の円形の溝状に形成されている。流出凹部５４は、オリフィス部材５０の径方向中央部に設けられている。流出凹部５４は、当接面５１の頂面から円形に窪んでいる。流入凹部５３は、流出凹部５４より径方向外側に位置する。流入凹部５３と流出凹部５４との間には、当接面５１の内環が位置している。流入凹部５３と流出凹部５４とは、当接面５１の内環によって提供される平面シールによって仕切られる。平面シールは、当接面５１の頂面とフローティングプレート１００とが接触するとき、流入凹部５３と流出凹部５４とを完全に仕切る。流入凹部５３より径方向外側には、当接面５１の外環が位置している。流入凹部５３とノズルニードル収容部４１とは、当接面５１の外環によって提供される平面シールによって仕切られる。平面シールは、当接面５１の頂面とフローティングプレート１００とが接触するとき、流入凹部５３とノズルニードル収容部４１とを完全に仕切る。

オリフィス部材５０は、ハウジング部材、またはオリフィスプレートとも呼ばれる。オリフィス部材５０は、ノズルニードル９０の端部に面して形成され、ノズルニードル９０に作用する燃料の圧力を調節することによりノズルニードル９０の移動を制御する圧力室３４を区画する。さらに、オリフィス部材５０は、圧力室３４に高圧燃料を流入させる流入路３１および圧力室３４から燃料を流出させる流出路３２を形成する。

ホルダ６０は、クロム・モリブデン鋼等の金属材料よりなる筒状の部材である。ホルダ６０は、軸方向に沿って形成される縦孔６１、６２、およびソケット部６３を有する。縦孔６１は、供給流路８ｃと流入路３１とを連通する燃料流路である。縦孔６２のオリフィス部材５０側には駆動部２０が収容されている。縦孔６２のオリフィス部材５０とは反対側には、縦孔６２の開口を閉塞するようソケット部６３が形成されている。ソケット部６３は、内部に駆動部２０のターミナル２６の一端が突出している。ソケット部６３は、ＥＣＵ７と接続されたプラグと嵌合可能なコネクタである。ソケット部６３とプラグとの接続により、ＥＣＵ７から駆動部２０へのパルス電流の供給が可能となる。

リテーニングナット７０は、金属材料よりなる二段円筒状の部材である。リテーニングナット７０は、ノズルボディ４０の一部と、オリフィス部材５０と、ホルダ６０の一部を収容している。リテーニングナット７０は、ホルダ６０のオリフィス部材５０に近い端部に螺合されている。リテーニングナット７０は、内周壁部に段差部７１を形成している。段差部７１は、ノズルボディ４０の移動を規制する。リテーニングナット７０がホルダ６０へ取り付けられると、ノズルボディ４０およびオリフィス部材５０が、ホルダ６０側に押し付けられる。ホルダ６０と、リテーニングナット７０とは、ノズルボディ４０およびオリフィス部材５０を軸方向に挟持し、固定している。

ノズルニードル９０は、高速度工具鋼等の金属材料よって形成された全体として円柱状の部材である。ノズルニードル９０は、ピストン部９１、摺動部９２、およびシート部９３を有する。ピストン部９１は、ノズルニードル９０の円柱状の外周壁のうち、シリンダ８０内に位置する部分である。ピストン部９１は、シリンダ８０内において、シリンダ８０の内面に対して摺動自在に支持されている。摺動部９２は、ノズルニードル９０の外周面に等間隔に形成されている。摺動部９２は、ノズルボディ４０の内面に接触している。摺動部９２は、ノズルニードル９０を、ノズルボディ４０内において軸方向に移動可能に案内する。シート部９３は、ノズルニードル９０の軸方向の両端部のうち、圧力室３４とは反対側となる端部に形成されている。シート部９３は、弁座部４２に着座可能である。シート部９３と弁座部４２は、ノズルニードル収容部４１内に供給された高圧燃料の噴孔１１への流れを断続する主弁１２を構成している。ノズルニードル９０の段差部には、環状の鍔部材９６が装着されている。ノズルニードル９０は、弁部材とも呼ばれる。ノズルニードル９０は、ノズルボディ４０の内部においてノズルボディ４０の軸方向に移動し、噴孔１１への高圧燃料の供給を断続する。

シリンダ８０とノズルニードル９０との間には、リターンスプリング９７が圧縮状態で配置されている。シリンダ８０は、オリフィス部材５０に接触しているから、リターンスプリング９７は、オリフィス部材５０とノズルニードル９０との間に配置されているといえる。ノズルニードル９０は、リターンスプリング９７によって閉弁方向へ付勢されている。リターンスプリング９７は、コイルスプリングである。リターンスプリング９７の軸方向の一端は、鍔部材９６に当接し、他端はシリンダ８０の端面に当接している。ノズルニードル９０は、ピストン部９１に作用する燃料の圧力と、ノズルニードル収容部４１内に供給された高圧燃料との圧力差に応答して、シリンダ８０の軸方向に沿って直線的に往復変位する。ノズルニードル９０は、シート部９３を弁座部４２に着座、または離座させることにより、主弁１２を開閉する。

シリンダ８０内には、フローティングプレート１００が収容されている。フローティングプレート１００は、圧力室３４への燃料の流入と流出とを制御する制御部材である。フローティングプレート１００は、金属材料よりなる円板状の部材である。フローティングプレート１００は、圧力室３４内に移動可能に配置されている。フローティングプレート１００の中心軸は、シリンダ８０の中心軸に沿って配置されている。フローティングプレート１００は、シリンダ８０と同軸上に配置されている。フローティングプレート１００は、主としてその軸方向に往復変位可能に配置されている。フローティングプレート１００の両端面のうち、当接面５１と対向する一方の端面は、当接面５１に当接可能である。フローティングプレート１００の外周面と、シリンダ８０との間には、燃料の流通を可能とする十分な大きさの隙間が形成されている。フローティングプレート１００の中央部には、連通孔１０１がフローティングプレート１００を軸方向に貫通して形成されている。連通孔１０１は、圧力室３４と流出路３２とを連通する。連通孔１０１は、絞り部でもある。連通孔１０１は、連通孔１０１を流れる燃料の流量を制限する。

フローティングプレート１００が当接面５１から離れているとき、流入口３１ａから流入した燃料は、フローティングプレート１００とシリンダ８０との間を通過して圧力室３４に流入する。フローティングプレート１００が当接面５１に着座しているとき、圧力室３４内の燃料は、連通孔１０１を経由して、流出口３２ａから流出することができる。フローティングプレート１００が当接面５１に着座しているとき、流入口３１ａと圧力室３４との間の連通は遮断される。フローティングプレート１００と、オリフィス部材５０とは、圧力室３４への高圧燃料の導入と、圧力室３４からの燃料の排出とを切替える流路切替え弁を提供している。

フローティングプレート１００は、圧力制御弁２７によって制御される圧力に応じて移動する圧力応動型の制御部材である。フローティングプレート１００は、圧力室３４に配置され、オリフィス部材５０に接離することにより、少なくとも流入路３１と圧力室３４との連通を断続する。さらに、フローティングプレート１００は、ノズルボディ４０によって径方向の位置が規定される部材である。オリフィス部材５０とフローティングプレート１００とは、流入路３１と圧力室３４との連通を断続するための平面シールを形成している。

プレートスプリング１１０は、コイルスプリングである。プレートスプリング１１０の軸方向の一端は、フローティングプレート１００の端面に着座している。プレートスプリング１１０の軸方向の他端は、ノズルニードル９０に着座している。プレートスプリング１１０は、フローティングプレート１００とノズルニードル９０との間に、軸方向に縮められ状態で配置されている。プレートスプリング１１０はフローティングプレート１００を当接面５１に向けて付勢している。

燃料供給システム１は、燃料噴射装置１０に高圧燃料を供給する。燃料噴射装置１０は、ＥＣＵ７からの信号に応答して燃料を噴射する。

ＥＣＵ７からの信号がないとき、圧力制御弁２７は閉弁している。高圧燃料は、ノズルニードル収容部４１内に供給される。一方、流入口３１ａから流入凹部５３に供給された高圧燃料は、フローティングプレート１００を当接面５１からリフトさせるように作用する。このとき、流出凹部５４内の圧力は連通孔１０１によって圧力室３４内の圧力と等しい。このため、流入凹部５３内の高圧燃料は、フローティングプレート１００を押し下げ、圧力室３４に流入する。圧力室３４の圧力が上昇すると、フローティングプレート１００は、当接面５１に着座する。ノズルニードル収容部４１内の圧力と、圧力室３４内の圧力との差は小さいから、ノズルニードル９０は、弁座部４２に着座し、噴孔１１からの燃料噴射を停止させている。

ＥＣＵ７からの信号によってソレノイド２１が励磁されると、圧力制御弁２７が開弁する。圧力制御弁２７が開弁すると、圧力室３４内の燃料が連通孔１０１を通して流出する。これにより、圧力室３４内の燃料圧力が低下する。このとき流出凹部５４内の圧力が低いため、フローティングプレート１００は当接面５１に着座したままである。圧力室３４内の圧力が低下すると、ノズルニードル収容部４１内に供給された高圧燃料は、リターンスプリング９７に抗してノズルニードル９０を圧力室３４側に高速で押し上げる。この結果、ノズルニードル９０は、弁座部４２から離座し、噴孔１１からの燃料噴射が開始される。

ＥＣＵ７からの信号によってソレノイド２１の励磁が停止されると、圧力制御弁２７が閉弁する。これにより、流出凹部５４内の圧力は連通孔１０１によって圧力室３４内の圧力と等しくなる。この結果、流入口３１ａから流入凹部５３に供給される高圧燃料は、フローティングプレート１００をわずかに押し下げ、圧力室３４に流入する。圧力室３４の圧力が上昇すると、フローティングプレート１００は、当接面５１に着座する。圧力室３４の圧力が上昇すると、ノズルニードル９０は、弁座部４２に着座し、噴孔１１からの燃料噴射が停止される。

図３は、第１実施形態の燃料噴射装置１０を示す部分拡大断面図である。図４は、第１実施形態の燃料噴射装置１０のシリンダ８０とフローティングプレート１００とを示す部分平面図である。

シリンダ８０は、筒状の部材である。シリンダ８０の内面は、大径内周面８１と、小径内周面８２と、段差面８３とを有する。大径内周面８１の内直径は、小径内周面８２の内直径より大きい。大径内周面８１は、シリンダ８０の軸方向においてオリフィス部材５０側に位置する。大径内周面８１の内部に、流入口３１ａおよび流出口３２ａが位置付けられている。大径内周面８１は、フローティングプレート１００の外周面１０２と対向している。大径内周面８１と外周面１０２との間には、わずかな隙間が形成されている。大径内周面８１の軸方向の深さは、フローティングプレート１００の軸方向厚さよりやや大きい。このため、大径内周面８１が区画する円柱状の空間は、フローティングプレート１００が軸方向にわずかに移動することを許容する。小径内周面８２は、シリンダ８０の軸方向においてオリフィス部材５０とは反対側に位置する。小径内周面８２は、フローティングプレート１００の外周面１０２の外直径より小さい内直径をもつ。小径内周面８２は、ノズルニードル９０の端部に設けられたピストン部９１を、軸方向に沿って摺動可能に収容している。小径内周面８２は、シリンダ側の摺動面を提供する。小径内周面８２は、シリンダボアを形成している。段差面８３は、オリフィス部材５０と対向する環状の平面である。段差面８３は、フローティングプレート１００の端面１０４の径方向外側の縁部と対向する。段差面８３は、大径内周面８１と小径内周面８２との間に形成されている。シリンダ８０は、オリフィス部材５０に押し付けて配置されることによってオリフィス部材５０とともに圧力室３４を区画する。

ピストン部９１は、小径内周面８２内に位置している。ピストン部９１は、小径内周面８２に対して摺動自在に支持されている。ピストン部９１は、圧力室３４を区画している。ピストン部９１は、圧力室３４内の燃料の圧力を受ける。ピストン部９１は、円筒状に形成されており、内部にプレートスプリング１１０の一部を収容するスプリング収容部を形成している。

フローティングプレート１００は、シリンダ８０の大径内周面８１の径方向内側に収容されている。フローティングプレート１００の外周面１０２と、シリンダ８０の大径内周面８１との間には、燃料の流通を可能とする十分な大きさの隙間が形成されている。フローティングプレート１００は、オリフィス部材５０と対向する端面１０３と、段差面８３と対向する端面１０４とを有する。端面１０４は、圧力室３４に面している。端面１０３は上面とも呼ばれる。端面１０４は、下面とも呼ばれる。

端面１０４の径方向外側の外縁部には、部分的に切欠部１０５が形成されている。切欠部１０５は、外周面１０２と端面１０４とにまたがって開口する直線状の凹溝である。切欠部１０５は、端面１０４上に、フローティングプレート１００の直径から離れて位置し、かつ直径と平行な直線状の稜線を形成する。フローティングプレート１００には、複数の切欠部１０５が形成されている。フローティングプレート１００には、２つの切欠部１０５が互いに平行に形成されている。切欠部１０５は、外周面１０２から径方向へ所定の幅をもち、端面１０４から軸方向へ所定深さをもつ。切欠部１０５の幅は、段差面８３の径方向の幅より大きい。切欠部１０５は、小径内周面８２より径方向内側に達しており、圧力室３４に連通する通路を形成している。このため、外周面１０２と大径内周面８１との間の隙間を通過した燃料は、切欠部１０５を通して圧力室３４に流入することができる。

シリンダ８０とフローティングプレート１００とには、フローティングプレート１００の中心軸ＡＸ１００を、シリンダ８０の中心軸ＡＸ８０に接近させ、さらに望ましくは一致させるための自動調芯機構１２０が設けられている。自動調芯機構１２０は、錐面１２１と、当接部１２２とを有する。

錐面１２１は、フローティングプレート１００に設けられている。端面１０４の全体に錐面１２１が形成されている。錐面１２１は、フローティングプレート１００の中心軸ＡＸ１００を回転中心とする回転面である。錐面１２１は、フローティングプレート１００がシリンダ８０に当接する方向、すなわち図中下方向に向けて直径が徐々に小さくなる錐面である。錐面１２１は、フローティングプレート１００上に凸面として形成されている。錐面１２１は、凸曲面である。錐面１２１は、球面の一部によって提供されている。錐面１２１は、少なくとも小径内周面８２より径方向内側から、小径内周面８２より径方向外側にわたって形成されている。

当接部１２２は、シリンダ８０に設けられている。当接部１２２は、小径内周面８２と段差面８３とが形成する角部によって形成されている。当接部１２２は、シリンダ８０の内面に全周にわたって形成されている。当接部１２２は、円形の稜線である。当接部１２２は、錐面１２１の上に、滑動可能に当接することができる。言い換えると、錐面１２１は、当接部１２２上に、滑動可能に当接することができる。

フローティングプレート１００には、２つの切欠部１０５が形成されているから、錐面１２１は、当接部１２２と対向する範囲においては、周方向に沿って２つの部分に分かれている。錐面１２１は、周方向に沿って離れた複数の錐面部分を有する。これら複数の錐面部分は、フローティングプレート１００の周方向に沿って等間隔に配置されている。複数の錐面部分は、中心軸ＡＸ１００に対して軸対称に配置されている。

自動調芯機構１２０は、中心軸ＡＸ１００が中心軸ＡＸ８０に一致するようにフローティングプレート１００の位置を調節する。フローティングプレート１００が図中下方に移動するとき、フローティングプレート１００には、フローティングプレート１００をシリンダ８０に当接させるように、軸方向に沿って図中下方へ向かう当接力が作用する。自動調芯機構１２０は、錐面１２１の傾斜によって、当接力からフローティングプレート１００の径方向に作用する分力を生じさせる。径方向の分力は、中心軸ＡＸ１００を中心軸ＡＸ８０に向けて移動させる方向に生じる。径方向の分力により錐面１２１と当接部１２２とが滑る。これにより、中心軸ＡＸ１００が中心軸ＡＸ８０に一致するように、フローティングプレート１００が移動する。このように、錐面１２１は、軸方向の当接力から、中心軸ＡＸ１００を中心軸ＡＸ８０へ向けて移動させる径方向の分力を生じさせるように傾斜している。

プレートスプリング１１０は錐面１２１に当接している。錐面１２１はフローティングプレート１００の中心軸において最も高くなるから、プレートスプリング１１０の当接位置が安定的に維持される。

フローティングプレート１００が段差面８３に向けて押されると、錐面１２１が当接部１２２に当接する。錐面１２１と当接部１２２との接触面１２３は、円弧状の稜線に対応する。図中には、二点鎖線によって接触面１２３が図示されている。自動調芯機構１２０は、２つの接触面１２３が中心軸ＡＸ８０およびＡＸ１００に対して軸対称となるようにフローティングプレート１００の位置を調節する。

この実施形態によると、フローティングプレート１００とシリンダ８０との接触面１２３が当接部１２２の稜線となる。このため、接触面１２３を小さくすることができる。この結果、フローティングプレート１００がシリンダ８０に接触するとき、および／またはフローティングプレート１００がシリンダ８０から離れるときに、フローティングプレート１００に作用する燃料の抵抗を抑制することができる。このため、フローティングプレート１００の動きの応答性が高められる。また、接触面１２３が小さいため、燃料の温度が変化しても、フローティングプレート１００の応答性の変動が小さい。このため、安定した燃料噴射特性が実現される。

この実施形態によると、自動調芯機構１２０によって中心軸ＡＸ１００と中心軸ＡＸ８０とが一致するようにフローティングプレート１００の位置が自動的に調節される。よって、フローティングプレート１００とシリンダ８０との当接位置が正規の位置に調節される。この結果、フローティングプレート１００の挙動が安定し、燃料噴射特性が安定する。

（第２実施形態）
図５は、本発明を適用した第２実施形態の燃料噴射装置を示す部分拡大断面図である。図６は、第２実施形態の燃料噴射装置１０のシリンダ８０とフローティングプレート１００とを示す部分平面図である。

第１実施形態では、フローティングプレート１００に錐面１２１を設け、シリンダ８０に当接部１２２を設けることによって自動調芯機構１２０を構成した。これに代えて、第２実施形態では、シリンダ８０に錐面２２１を設け、フローティングプレート１００に当接部２２２を設けることによって自動調芯機構１２０を構成する。このように、シリンダ８０とフローティングプレート１００とのいずれか一方に錐面を設け、他方に当接部を設けることによって自動調芯機構１２０を構成することができる。

段差面８３の全体に錐面２２１が形成されている。錐面２２１は、シリンダ８０の中心軸ＡＸ８０を回転中心とする回転面である。錐面２２１は、シリンダ８０の内面に、大径内周面８１から小径内周面８２に向けて内直径が徐々に小さくなる凹面として形成されている。錐面２２１は、円錐台面である。錐面２２１は、少なくとも外周面１０２より径方向内側から、外周面１０２より径方向外側にわたって形成されている。錐面２２１は、環状に形成されている。

当接部２２２は、フローティングプレート１００に設けられている。当接部２２２は、端面１０４と外周面１０２とが形成する角部によって形成されている。フローティングプレート１００には２つの切欠部１０５が形成されているから、当接部２２２は、フローティングプレート１００の外周部分に２つの円弧状部分として形成されている。当接部２２２は、円弧状の稜線である。当接部２２２は、錐面２２１の上に、滑動可能に当接することができる。言い換えると、錐面２２１は、当接部２２２上に、滑動可能に当接することができる。

フローティングプレート１００には、２つの切欠部１０５が形成されているから、当接部２２２は、周方向に沿って２つの部分に分かれている。当接部２２２は、周方向に沿って離れた複数の円弧部分を有する。これら複数の円弧部分は、フローティングプレート１００の周方向に沿って等間隔に配置されている。複数の円弧部分は、中心軸ＡＸ１００に対して軸対称に配置されている。

自動調芯機構１２０は、中心軸ＡＸ１００が中心軸ＡＸ８０に一致するようにフローティングプレート１００の位置を調節する。錐面２２１は、軸方向の当接力から、中心軸ＡＸ１００を中心軸ＡＸ８０へ向けて移動させる径方向の分力を生じさせるように傾斜している。

この実施形態によると、接触面２２３を小さくすることができる。このため、フローティングプレート１００の動きの応答性が高められる。また、安定した燃料噴射特性が実現される。

この実施形態によると、自動調芯機構１２０によって中心軸ＡＸ１００と中心軸ＡＸ８０とが一致するようにフローティングプレート１００の位置が自動的に調節される。よって、フローティングプレート１００とシリンダ８０との当接位置が正規の位置に調節される。この結果、フローティングプレート１００の挙動が安定し、燃料噴射特性が安定する。

（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

例えば、錐面１２１、２２１は、それが設けられたシリンダ８０またはフローティングプレート１００の中心軸ＡＸ８０、またはＡＸ１００を回転中心として、その中心軸に対して傾斜した直線または曲線を回転させて得られる種々の回転面とすることができる。例えば、錐面１２１、２２１は、円錐面の一部、または球面の一部によって提供することができる。

また、上記実施形態では、錐面１２１、２２１は、フローティングプレート１００がシリンダ８０に当接する方向、すなわち図中下方向に向けて直径が徐々に小さくなる錐面である。これに代えて、フローティングプレート１００がシリンダ８０に当接する方向に向けて直径が徐々に大きくなる錐面を設けてもよい。

また、上記実施形態では、当接部１２２、２２２は、角部によって提供される稜線とした。これに代えて、当接部１２２、２２２を曲面、または錐面としてもよい。この場合、シリンダ８０とフローティングプレート１００との両方に錐面が設けられる。

また、上記実施形態では、自動調芯機構１２０は、中心軸ＡＸ１００が中心軸ＡＸ８０に完全に一致するよう構成されている。これに代えて、中心軸ＡＸ１００が、中心軸ＡＸ８０の近傍にまで接近するように構成してもよい。

また、第１実施形態では、プレートスプリング１１０は錐面１２１に当接している。これに代えて、プレートスプリング１１０の当接位置に、中心軸ＡＸ１００と垂直な平面を設けてもよい。

１ 燃料供給システム、１０ 燃料噴射装置、１１ 噴孔、２０ 駆動部、２７ 圧力制御弁、３０ ボディ、３４ 圧力室、４０ ノズルボディ（弁本体）、５０ オリフィス部材（ハウジング部材）、６０ ホルダ、７０ リテーニングナット、８０ シリンダ、９０ ノズルニードル（弁部材）、９７ リターンスプリング、１００ フローティングプレート（制御部材）、１１０ プレートスプリング、１２０ 自動調芯機構、１２１ 錐面、１２２ 当接部、１２３ 接触面（稜線）、２２１ 錐面、２２２ 当接部、２２３ 接触面（稜線）。

Claims (5)

1. 高圧燃料の通路が内部に形成され、前記高圧燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射する噴孔（１１）が先端部に形成された弁本体（４０）と、
   前記弁本体の内部において前記弁本体の軸方向に移動し、前記噴孔への前記高圧燃料の供給を断続する弁部材（９０）と、
   前記弁部材の端部に面して形成され、前記弁部材に作用する燃料の圧力を調節することにより前記弁部材の移動を制御する圧力室（３４）を区画するとともに、前記圧力室に前記高圧燃料を流入させる流入路（３１）および前記圧力室から燃料を流出させる流出路（３２）を形成するハウジング部材（５０）と、
   前記圧力室に配置され、前記ハウジング部材に接離することにより、少なくとも前記流入路と前記圧力室との連通を断続する制御部材（１００）と、
   前記制御部材を軸方向および径方向に移動可能に収容するシリンダ（８０）と、
   前記制御部材と前記シリンダとに形成され、前記制御部材を径方向へ移動させることにより前記制御部材の中心軸（ＡＸ１００）を前記シリンダの中心軸（ＡＸ８０）に接近させる自動調芯機構（１２０）とを備えることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記自動調芯機構は、前記制御部材と前記シリンダとの一方に設けられた錐面（１２１、２２１）と、他方に設けられた当接部（１２２、２２２）とを備え、
   前記錐面（１２１、２２１）は、前記制御部材を前記シリンダに当接させる軸方向の当接力から、前記制御部材の中心軸（ＡＸ１００）を前記シリンダの中心軸（ＡＸ８０）へ向けて移動させる径方向の分力を生じさせるように傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記当接部（１２２、２２２）は角部によって提供され、前記錐面と前記当接部との接触面が前記角部の稜線（１２３、２２３）であることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記自動調芯機構は、前記制御部材に設けられた錐面（１２１）と、前記シリンダに設けられた当接部（１２２）とを備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料噴射装置。
5. 前記自動調芯機構は、前記シリンダに設けられた錐面（２２１）と、前記制御部材に設けられた当接部（２２２）とを備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料噴射装置。

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