JP2006242151A - 燃料噴射弁及び燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータ及び駆動力伝達部を収容する低圧室２４に気泡が侵入することを抑制できる燃料噴射弁１を提供する。
【解決手段】ピエゾボディ２１の内部に低圧室２４が形成され、その低圧室２４にピエゾスタック２５と駆動力伝達部が収容されている。低圧室２４は、リークポート１７を介してバルブ室１２に連通すると共に、連通路２６を介して低圧リーク通路１６に連通している。リークポート１７には、バルブニードル１４が摺動自在に挿入されている。連通路２６は、低圧室２４側より低圧リーク通路１６側の方が高くなる様に傾斜している。これにより、制御弁１３がリークポート１７を開いた時に、気泡を含むリーク燃料がリークポート１７を通って低圧室２４へ流入することを防止できる。また、連通路２６が傾斜しているので、低圧リーク通路１６から気泡を含む燃料が低圧室２４に流入することを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に高圧燃料を噴射する燃料噴射弁及びこの燃料噴射弁を備える燃料噴射装置に関する。

従来技術として、特許文献１に開示された燃料噴射弁が公知である。この燃料噴射弁は、低圧リーク通路に連通するリークポートと高圧通路に連通する高圧ポートとを選択的に開閉できる制御弁と、駆動力を発生するピエゾアクチュエータと、このピエゾアクチュエータに発生する駆動力（変位）を制御弁に伝達する駆動力伝達部等より構成される。
上記の構成において、制御弁がリークポートを開いて高圧ポートを閉じると、ニードルを閉弁方向に付勢する燃料圧力（背圧）が低下することで、ニードルが開弁して燃料が噴射される。一方、制御弁が高圧ポートを開いてリークポートを閉じると、ニードルの背圧が上昇することで、ニードルが閉弁して燃料の噴射を終了する。
特開２００２−１９５４４７号公報

ところが、上記の燃料噴射弁は、ピエゾアクチュエータ及び駆動力伝達部を収容する収容穴の下部に低圧リーク通路が接続され、前記収容穴の上部が連通路を介して低圧リーク通路に連通している。つまり、収容穴の上下が低圧リーク通路と連通路とを介して繋がっている。この構成では、収容穴の上下を繋ぐ低圧リーク通路と連通路が収容穴の外側に形成されているため、収容穴の上下を繋ぐ距離が長くなる。その結果、圧力脈動の伝播に時間がかかり、収容穴の上下に圧力差が生じるため、駆動力伝達部に想定外の外力が加わることで、駆動力伝達部の正常な作動が妨げられる恐れがある。

一方、駆動力伝達部は、シリンダに挿入されたピストンを有し、このピストンを介して、ピエゾアクチュエータの変位が制御弁に伝達される。そこで、ピストンが挿入されるシリンダの外側に通路を形成して収容穴の上下を連通することもできる。つまり、収容穴の外側ではなく、収容穴の内側（シリンダの外側）に通路を形成して、収容穴の上下を繋ぐ距離を短くすることで、上記の問題を解決することができる。

しかし、上記特許文献１に記載された燃料噴射弁は、リークポートと低圧リーク通路が収容穴を介して連通しているため、制御弁がリークポートを開くと、リーク燃料が収容穴の下部に流れ込み、圧力の急激な低下によってキャビテーションが発生する。このキャビテーションが前記通路（シリンダの外側に形成する通路）を通って駆動力伝達部の周り、あるいはピエゾアクチュエータの周りに入り込むことで、その駆動力伝達部やボディ等にキャビテーションエロージョンを発生させる可能性がある。

また、駆動力伝達部には、ピエゾアクチュエータの変位を拡大してピストンに伝達するための油密室が設けられているが、リーク燃料が収容穴の下部に入り込むと、そのリーク燃料に含まれる気泡が油密室に流入する可能性が高くなる。その結果、油密室に気泡が流入すると、駆動力の伝達ロスが大きくなるという問題が生じる。
さらに、収容穴の上部と低圧リーク通路とを連通する連通路が水平に形成されているため、燃料噴射弁のエンジンへの取付け状態によっては、連通路の低圧リーク通路側が低くなる可能性がある。この場合、気泡を含んだ燃料が、低圧リーク通路から連通路を通って収容穴の上部に入り易くなるため、油密室に気泡が流入する可能性が高くなる。

本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、アクチュエータ及び駆動力伝達部を収容する低圧室に気泡が侵入することを抑制できる燃料噴射弁を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明は、低圧リーク通路に連通するリークポートを有するバルブ室と、このバルブ室に収容され、リークポートを開閉できる制御弁と、ボディの内部に形成され、リークポートを通じてバルブ室に通じる低圧室と、この低圧室に配置され、駆動力を発生するアクチュエータと、低圧室の上部と低圧リーク通路とを連通する連通路と、リークポートに挿入されて制御弁に連接されるバルブニードルと、低圧室の内部に設けられるシリンダ内に摺動自在に挿入される油圧ピストンを有し、この油圧ピストンを介してアクチュエータの駆動力をバルブニードルに伝達する駆動力伝達部とを備え、駆動力伝達部およびバルブニードルを介してアクチュエータの駆動力が制御弁に伝達されると、制御弁がリークポートを開く燃料噴射弁であって、連通路は、低圧室側より低圧リーク通路側の方が高くなる様に傾斜していることを特徴とする。

上記の構成によれば、気泡を含む燃料が低圧リーク通路から連通路を通って低圧室に侵入することを抑制できる。
また、連通路が傾斜しているので、低圧室に気泡が侵入することがあっても、その気泡が低圧室の上部から連通路を通って低圧リーク通路に抜け易くなるため、低圧室に気泡が溜まることを抑制できる。上記の結果、ボディや駆動力伝達部等にキャビテーションエロージョンが発生することを防止できると共に、低圧室の内部に気泡が溜まることはなく、駆動力伝達部の正常な作動を維持できる。

（請求項２の発明）
本発明は、低圧リーク通路に連通するリークポートを有するバルブ室と、このバルブ室に収容され、リークポートを開閉できる制御弁と、ボディの内部に形成され、リークポートを通じてバルブ室に通じる低圧室と、この低圧室に配置され、駆動力を発生するアクチュエータと、低圧室の上部と低圧リーク通路とを連通する連通路と、リークポートに挿入されて制御弁に連接されるバルブニードルと、低圧室の内部に設けられるシリンダ内に摺動自在に挿入される油圧ピストンを有し、この油圧ピストンを介してアクチュエータの駆動力をバルブニードルに伝達する駆動力伝達部とを備え、駆動力伝達部およびバルブニードルを介してアクチュエータの駆動力が制御弁に伝達されると、制御弁がリークポートを開く燃料噴射弁であって、連通路は、低圧リーク通路側の通路内下側に障害物が設けられていることを特徴とする。

上記の構成によれば、連通路の低圧リーク通路側の通路内下側に障害物が設けられているので、気泡を含む燃料が低圧リーク通路から連通路を通って低圧室に侵入することを抑制できる。その結果、ボディや駆動力伝達部等にキャビテーションエロージョンが発生することを防止できると共に、低圧室の内部に気泡が溜まることはなく、駆動力伝達部の正常な作動を維持できる。

（請求項３の発明）
本発明は、低圧リーク通路に連通するリークポートを有するバルブ室と、このバルブ室に収容され、リークポートを開閉できる制御弁と、ボディの内部に形成され、リークポートを通じてバルブ室に通じる低圧室と、この低圧室に配置され、駆動力を発生するアクチュエータと、低圧室の上部と低圧リーク通路とを連通する連通路と、リークポートに挿入されて制御弁に連接されるバルブニードルと、低圧室の内部に設けられるシリンダ内に摺動自在に挿入される油圧ピストンを有し、この油圧ピストンを介してアクチュエータの駆動力をバルブニードルに伝達する駆動力伝達部とを備え、駆動力伝達部およびバルブニードルを介してアクチュエータの駆動力が制御弁に伝達されると、制御弁がリークポートを開く燃料噴射弁を備える燃料噴射装置であって、燃料噴射弁は、エンジンに取り付けた状態で、低圧室に開口する連通路の一端側より、低圧リーク通路に開口する連通路の他端側の方が高くなる様に形成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、気泡を含む燃料が低圧リーク通路から連通路を通って低圧室に侵入することを抑制できる。
また、低圧室に気泡が侵入することがあっても、その気泡が低圧室の上部から連通路を通って低圧リーク通路に抜け易くなるため、低圧室に気泡が溜まることを抑制できる。上記の結果、ボディや駆動力伝達部等にキャビテーションエロージョンが発生することを防止できると共に、低圧室の内部に気泡が溜まることはなく、駆動力伝達部の正常な作動を維持できる。

（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかの燃料噴射弁において、連通路は、低圧リーク通路に接続される開口部の最下部が、低圧室に接続される開口部の最上部より高い位置にあることを特徴とする。
上記の構成では、低圧リーク通路に接続される連通路の開口部全体が、低圧室に接続される連通路の開口部全体より高い位置にあるので、気泡を含む燃料が低圧リーク通路から連通路を通って低圧室に侵入することを、より確実に防止できる。

また、低圧室に気泡が侵入することがあっても、その気泡が低圧室の上部から連通路を通って低圧リーク通路に抜け易くなるため、低圧室に気泡が溜まることを抑制できる。上記の結果、ボディや駆動力伝達部等にキャビテーションエロージョンが発生することを防止できると共に、低圧室の内部に気泡が溜まることはなく、駆動力伝達部の正常な作動を維持できる。

（請求項５の発明）
請求項１〜４に記載した何れかの燃料噴射弁において、低圧室の内部でシリンダの外側に低圧室の上部と下部とを連通する上下連通路を形成したことを特徴とする。
上記の構成によれば、制御弁がリークポートを開いた時に、気泡を含むリーク燃料がリークポートとバルブニードルとの隙間を通って低圧室の下部に流れ込んだ場合でも、その気泡を含むリーク燃料が、上下連通路を通って低圧室の上部に流れ、更に連通路を通って低圧リーク通路へ流出することができる。これにより、低圧室の内部に気泡が溜まることを防止でき、駆動力伝達部の正常な作動を維持できる。

また、上下連通路を低圧室の内部（シリンダの外側）に形成しているので、前述の特許文献１に記載された燃料噴射弁と比較した場合に、低圧室の上部と下部とを繋ぐ距離を短くできる。その結果、圧力脈動の伝播時間が短縮されて、低圧室の上部と下部との圧力差を小さくできるため、駆動力伝達部が想定外の外力を受けることはなく、駆動力伝達部の作動安定性を向上できる。

（請求項６の発明）
本発明は、低圧リーク通路に連通するリークポートを有するバルブ室と、このバルブ室に収容され、リークポートを開閉できる制御弁と、ボディの内部に形成され、リークポートを通じてバルブ室に通じる低圧室と、この低圧室に配置され、駆動力を発生するアクチュエータと、低圧室の上部と低圧リーク通路とを連通する連通路と、リークポートに摺動自在に挿入されて制御弁に連接されるバルブニードルと、低圧室の内部に設けられるシリンダ内に摺動自在に挿入される油圧ピストンを有し、この油圧ピストンを介してアクチュエータの駆動力をバルブニードルに伝達する駆動力伝達部とを備え、駆動力伝達部およびバルブニードルを介してアクチュエータの駆動力が制御弁に伝達されると、制御弁がリークポートを開く燃料噴射弁であって、低圧室の内部でシリンダの外側に低圧室の上部と下部とを連通する上下連通路を形成したことを特徴とする。

上記の構成によれば、制御弁がリークポートを開いた時に、気泡を含むリーク燃料がリークポートとバルブニードルとの摺動隙間を通って低圧室の下部に流れ込んだ場合でも、その気泡を含むリーク燃料が、上下連通路を通って低圧室の上部に流れ、更に連通路を通って低圧リーク通路へ流出することができる。これにより、ボディや駆動力伝達部等にキャビテーションエロージョンが発生することを防止できると共に、低圧室の内部に気泡が溜まることを防止できるので、駆動力伝達部の正常な作動を維持できる。
また、上下連通路を低圧室の内部（シリンダの外側）に形成しているので、前述の特許文献１に記載された燃料噴射弁と比較した場合に、低圧室の上部と下部とを繋ぐ距離を短くできる。その結果、圧力脈動の伝播時間が短縮されて、低圧室の上部と下部との圧力差を小さくできるため、駆動力伝達部が想定外の外力を受けることはなく、駆動力伝達部の作動安定性を向上できる。

（請求項７の発明）
請求項６に記載した燃料噴射弁において、連通路は、低圧室側より低圧リーク通路側の方が高くなる様に傾斜していることを特徴とする。
上記の構成によれば、気泡を含む燃料が低圧リーク通路から連通路を通って低圧室に侵入することを抑制できる。その結果、低圧室の内部に気泡が溜まることはなく、駆動力伝達部の正常な作動を維持できる。
また、連通路が傾斜しているので、低圧室に気泡が侵入することがあっても、その気泡が低圧室の上部から連通路を通って低圧リーク通路に抜け易くなるため、低圧室に気泡が溜まることを抑制できる。

（請求項８の発明）
請求項６に記載した燃料噴射弁において、連通路は、低圧リーク通路側の通路内下側に障害物が設けられていることを特徴とする。
上記の構成によれば、連通路の低圧リーク通路側の通路内下側に障害物が設けられているので、気泡を含む燃料が低圧リーク通路から連通路を通って低圧室に侵入することを抑制できる。その結果、低圧室の内部に気泡が溜まることはなく、駆動力伝達部の正常な作動を維持できる。

（請求項９の発明）
請求項６に記載した燃料噴射弁を備える燃料噴射装置であって、燃料噴射弁は、エンジンに取り付けた状態で、低圧室に開口する連通路の一端側より、低圧リーク通路に開口する連通路の他端側の方が高くなる様に形成されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、気泡を含む燃料が低圧リーク通路から連通路を通って低圧室に侵入することを抑制できる。
また、低圧室に気泡が侵入することがあっても、その気泡が低圧室の上部から連通路を通って低圧リーク通路に抜け易くなるため、低圧室に気泡が溜まることを抑制できる。上記の結果、低圧室の内部に気泡が溜まることはなく、駆動力伝達部の正常な作動を維持できる。

（請求項１０の発明）
請求項６〜９に記載した何れかの燃料噴射弁において、連通路は、低圧リーク通路に接続される開口部の最下部が、低圧室に接続される開口部の最上部より高い位置にあることを特徴とする。
上記の構成では、低圧リーク通路に接続される連通路の開口部全体が、低圧室に接続される連通路の開口部全体より高い位置にあるので、気泡を含む燃料が低圧リーク通路から連通路を通って低圧室に侵入することを、より確実に防止できる。
また、低圧室に気泡が侵入することがあっても、その気泡が低圧室の上部から連通路を通って低圧リーク通路に抜け易くなるため、低圧室に気泡が溜まることを抑制できる。上記の結果、低圧室の内部に気泡が溜まることはなく、駆動力伝達部の正常な作動を維持できる。

（請求項１１の発明）
請求項１〜１０に記載した何れかの燃料噴射弁において、ボディは、低圧室を形成するための縦穴が設けられ、この縦穴が下端面に開口する上部ボディと、この上部ボディの下側に配置され、縦穴の開口面を閉じて低圧室を区画すると共に、リークポートが形成された中間ボディとを有している。
上部ボディには、低圧室の外側を上下方向に延びて上部ボディの下端面に開口する低圧リーク通路が形成され、中間ボディの上端面には、低圧リーク通路の通路径より大きく開口する座繰り穴が凹設され、この座繰り穴が低圧リーク通路に連通すると共に、座繰り穴からリークポートに達するリーク出口通路が形成されている。
また、上部ボディに形成された縦穴の下端部には、座繰り穴と縦穴との間を遮断するスペーサが配置されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、中間ボディの上端面に座繰り穴を凹設することで、その座繰り穴からリークポートに通じるリーク出口通路を容易に形成することができる。但し、中間ボディの上端面に開口する座繰り穴の内径が低圧リーク通路の通路径より大きくなると、座繰り穴と低圧室とが連通する可能性がある。そこで、上部ボディに形成される縦穴の下端部にスペーサを配置して、座繰り穴と縦穴との間を遮断することにより、中間ボディに座繰り穴を凹設して、リーク出口通路を形成することができる。

（請求項１２の発明）
請求項１〜１１に記載した何れかの燃料噴射弁において、バルブ室に連通し、バルブ室を介して油圧が増減する背圧室と、この背圧室の油圧が閉弁方向に作用するノズルニードルとを備え、背圧室の油圧が低減してノズルニードルに作用する閉弁力より開弁力の方が上回ると、ノズルニードルが開弁して燃料を噴射し、背圧室の油圧が増大してノズルニードルに作用する開弁力より閉弁力の方が上回ると、ノズルニードルが閉弁して燃料の噴射を終了することを特徴とする。
本発明の燃料噴射弁は、駆動力伝達部の正常な作動を維持できるので、ノズルニードルの開弁動作および閉弁動作が安定する。

（請求項１３の発明）
請求項１〜１２に記載した何れかの燃料噴射弁において、アクチュエータは、通電時に変位を発生するピエゾアクチュエータであることを特徴とする。
ピエゾアクチュエータを用いることにより、制御指令に対して応答性に優れた燃料噴射弁を提供できる。

（請求項１４の発明）
請求項１３に記載した燃料噴射弁において、駆動力伝達部は、ピエゾアクチュエータの変位に応じて油圧が増減する油密室を有し、この油密室の油圧を介してピエゾアクチュエータの変位が油圧ピストンに伝達されることを特徴とする。
上記の構成によれば、温度変化に伴うピエゾアクチュエータの熱膨張の変化を油密室によって吸収できるので、制御弁の動作を安定させることができる。
また、ピエゾアクチュエータと油圧ピストンとの間に油密室を設けることにより、ピエゾアクチュエータの変位を拡大して油圧ピストンに伝達することも可能であり、その場合、ピエゾアクチュエータを小型化できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は実施例１に係る燃料噴射弁１の全体断面図である。
実施例１に示す燃料噴射弁１は、例えば、ディーゼル機関用の蓄圧式燃料噴射システムに用いられ、コモンレール（図示せず）より供給される高圧燃料をディーゼル機関の筒内に噴射するものであり、以下に説明するノズル部、背圧制御部、およびピエゾ駆動部等を有している。
ノズル部は、ノズルボディ２とノズルニードル３とで構成される。
ノズルボディ２には、ノズルニードル３を保持するガイド穴４と、高圧燃料が流入する高圧室５と、この高圧室５の下部に穿設されたサック室６と、このサック室６に連通する噴孔７等が形成されている。

ノズルニードル３は、前記ガイド穴４に摺動自在に挿入され、ノズルボディ２の内部を図１の上下方向に往復動可能に設けられている。ノズルニードル３の先端部（図１に示す下側端部）には、サック室６の入口を開閉可能な円錐状の弁部３ａが設けられている。
ガイド穴４には、ノズルボディ２の上側に配置される中間ボディ８とノズルニードル３の上端面との間に背圧室９が形成され、この背圧室９に導入される油圧がノズルニードル３の上端面に作用して、ノズルニードル３を閉弁方向（図１の下向き）に付勢している。また、ノズルニードル３には、背圧室９の油圧の他に、高圧室５の燃料圧力と、ノズルニードル３を閉弁方向に付勢するスプリング１０の荷重とが作用している。

背圧制御部は、背圧通路１１を介して背圧室９に連通するバルブ室１２と、このバルブ室１２に収容される制御弁１３と、この制御弁１３に連接されるバルブニードル１４等より構成される。
バルブ室１２は、中間ボディ８に形成され、リーク出口通路１５を介して低圧リーク通路１６に連通するリークポート１７と、高圧連通路１８を介して高圧通路１９に連通する高圧ポート２０とを有している。なお、中間ボディ８は、上下に二分割された第１中間ボディ８ａと第２中間ボディ８ｂとで構成され、上記ノズルボディ２と、ピエゾ駆動部に用いられるピエゾボディ２１との間に挟み込まれ、リーテーニングナット２２によって固定されている。また、高圧通路１９は、ピエゾボディ２１、第１中間ボディ８ａ、第２中間ボディ８ｂに連続して形成され、ノズルボディ２の高圧室５に接続されている。

リークポート１７は、第１中間ボディ８ａを上下方向に貫通して設けられ、一端が第１中間ボディ８ａの上端面に開口し、他端がバルブ室１２の上端面に開口している。
高圧ポート２０は、第２中間ボディ８ｂに穿設されて、一端がバルブ室１２の下端面に開口している。
制御弁１３は、バルブ室１２の内部を図１の上下方向に可動して、リークポート１７と高圧ポート２０とを選択的に開閉でき、高圧ポート２０の内部に配設されたスプリング２３によってリークポート１７を閉じる方向（図１の上方向）に付勢されている。
バルブニードル１４は、リークポート１７の内部に摺動自在に挿入され、ピエゾ駆動部に発生する駆動力（変位）を制御弁１３に伝達する。

ピエゾ駆動部は、ピエゾボディ２１の内部に低圧燃料で満たされた低圧室２４が形成され、その低圧室２４の上部に収容されるピエゾスタック２５と、このピエゾスタック２５の下側に収容される駆動力伝達部（下述する）より構成される。
低圧室２４は、ピエゾボディ２１の内部に断面円形の縦穴を穿設し、その縦穴が開口するピエゾボディ２１の下端面に第１中間ボディ８ａを配置して縦穴の開口部を閉じることにより区画されている。この低圧室２４は、上記リークポート１７を通じてバルブ室１２に連通すると共に、後述の連通路２６を介して低圧リーク通路１６に連通している。
低圧室２４を形成する縦穴の内周面には、周方向の一部に、低圧室２４の上部２４ａと下部２４ｂとを連通する上下連通路２７が溝状に凹設されている。

ピエゾスタック２５は、例えば、ＰＺＴ等の圧電セラミック層と電極層とを交互に積層したコンデンサ構造を有する一般的なもので、図示しない駆動回路を介して充放電されることにより、図１の上下方向に伸縮する。
駆動力伝達部は、ピエゾスタック２５の変位をバルブニードル１４に伝達するもので、低圧室２４の内部に設けられるシリンダ２８と、このシリンダ２８に挿入されるピエゾピストン２９と油圧ピストン３０および両ピストン２９、３０の間に形成される油密室３１等により構成される。

ピエゾピストン２９は、ピエゾスタック２５の下側に配置され、スプリング３２によってピエゾスタック２５の下端部に押し付けられており、ピエゾスタック２５の変位に応じてシリンダ２８の内部を上下動する。このピエゾピストン２９には、油密室３１と低圧室２４とを連通する通路３３（図１に示すＴ字形の通路）が形成されると共に、この通路３３を開閉できる逆止弁３４が組み込まれている。この逆止弁３４は、油密室３１の油圧が低圧室２４の燃料圧力より低くなった時に開弁する。これにより、油密室３１の燃料がリーク等によって減少すると、逆止弁３４が通路３３を開くことで、低圧室２４から油密室３１へ燃料を補充することができる。

油圧ピストン３０は、スプリング３５を介してピエゾピストン２９に連結されると共に、バルブニードル１４の上端に連接され、油密室３１の油圧を介してピエゾピストン２９の変位が伝達されると、シリンダ２８の内部をピエゾピストン２９と一体に上下動して、その上下動がバルブニードル１４に伝達される。
油密室３１は、シリンダ２８の内側でピエゾピストン２９の下端面と油圧ピストン３０の上端面との間に閉ざされた空間を形成している。この油密室３１には、低圧燃料が満たされており、低圧室２４と同等の油圧に保たれている。

前述の連通路２６は、低圧室２４の上部２４ａ（具体的には、シリンダ２８より上部）と、低圧リーク通路１６とを連通している。但し、この連通路２６は、図２に示す様に、低圧室２４側より低圧リーク通路１６側の方が高くなる様に傾斜している。さらに、連通路２６は、低圧リーク通路１６に接続される開口部の最下部２６ａが、低圧室２４に接続される開口部の最上部２６ｂより高い位置にある。

次に、上記構成を有する燃料噴射弁１の作動を説明する。
駆動回路を介してピエゾスタック２５に通電され、ピエゾスタック２５に変位が発生（伸張）すると、その変位がピエゾピストン２９から油密室３１の燃料を介して油圧ピストン３０に伝達され、更にバルブニードル１４に伝達される。バルブニードル１４がリークポート１７の内部を反低圧室側（図１の下側）へ移動して制御弁１３を駆動すると、その制御弁１３がリークポート１７を開いて高圧ポート２０を閉じることにより、バルブ室１２が低圧リーク通路１６に連通する。その結果、バルブ室１２に連通する背圧室９の燃料圧力が低圧リーク通路１６に開放されるため、ノズルニードル３を閉弁方向へ付勢する閉弁力が低下して、ノズルニードル３を開弁方向へ付勢する開弁力が閉弁力を上回った時点で、ノズルニードル３が開弁する（弁部３ａがサック室６の入口を開く）。これにより、高圧室５の燃料がサック室６に流れ込み、噴孔７よりディーゼル機関の筒内（燃焼室）に燃料が噴射される。

その後、ピエゾスタック２５への通電停止により、ピエゾスタック２５の電荷が放出されて、ピエゾスタック２５が収縮すると、駆動力伝達部を介してバルブニードル１４に作用していた力が解除される。このため、スプリング２３の反力と高圧ポート２０に掛かる燃料圧力とで制御弁１３が押し上げられ、高圧ポート２０を開いてリークポート１７を閉じることにより、バルブ室１２が高圧通路１９に連通する。その結果、バルブ室１２に連通する背圧室９の燃料圧力が上昇するため、ノズルニードル３に作用する閉弁力が開弁力を上回った時点で、ノズルニードル３が閉弁して噴射が終了する。

（実施例１の効果）
実施例１に記載した燃料噴射弁１は、低圧室２４とバルブ室１２とを連通するリークポート１７にバルブニードル１４が摺動自在に挿入されているので、制御弁１３がリークポート１７を開いた時に、気泡を含むリーク燃料（背圧室９からバルブ室１２を通って低圧側へ流出する燃料）が、リークポート１７を通って低圧室２４へ流入することを防止できる。仮に、リークポート１７とバルブニードル１４との摺動隙間より低圧室２４の下部２４ｂに気泡が侵入しても、低圧室２４の上部２４ａと下部２４ｂとを連通する上下連通路２７を通って低圧室２４の上部２４ａへ気泡が上昇し、連通路２６を通って低圧リーク通路１６に気泡が抜け易くなる。
また、低圧室２４の上部２４ａと低圧リーク通路１６とを連通する連通路２６は、図２に示す様に、低圧室２４側より低圧リーク通路１６側の方が高くなる様に傾斜しているので、低圧リーク通路１６から気泡を含む燃料が低圧室２４に流入することを防止できる。

上記の結果、リーク燃料に気泡が含まれていても、その気泡が低圧室２４に侵入して、低圧室２４の内部に溜まることを防止できるので、ピエゾボディ２１や、駆動力伝達部のピエゾピストン２９及び油圧ピストン３０等にキャビテーションエロージョンが発生することを防止できる。
また、低圧室２４の内部に気泡が溜まることを防止できるので、駆動力伝達部のピエゾピストン２９および油圧ピストン３０の摺動不良を防止できる。更には、油密室３１に気泡が侵入することを防止できるので、ピエゾピストン２９から油密室３１の燃料を介して油圧ピストン３０に駆動力（変位）を伝達する際に、伝達ロスの発生を防止できる。

また、低圧室２４の上部２４ａと下部２４ｂとを連通する上下連通路２７を縦穴の内周面に凹設しているので、前述の特許文献１に記載された燃料噴射弁と比較した場合に、低圧室２４の上部２４ａと下部２４ｂとを繋ぐ距離を短くできる。これにより、圧力脈動の伝播時間が短縮されて、低圧室２４の上部２４ａと下部２４ｂとの圧力差を小さくできるため、駆動力伝達部が想定外の外力を受けることはなく、駆動力伝達部の作動安定性を向上できる。以上の結果、信頼性の高い燃料噴射弁１を提供できる。

図３は実施例２に係る燃料噴射弁１の全体断面図である。
実施例１では、第１中間ボディ８ａにリーク出口通路１５を設けているが、このリーク出口通路１５を実際に加工する場合は、例えば、図３に示す様に、第１中間ボディ８ａの上端面に座繰り穴３６を凹設し、その座繰り穴３６からリークポート１７まで直線的にリーク出口通路１５を加工することが考えられる。

この構成では、第１中間ボディ８ａの上端面に開口する座繰り穴３６の内径が、低圧リーク通路１６の通路径より大きくなるため、座繰り穴３６と低圧室２４とが連通する可能性がある。そこで、図３に示す様に、ピエゾボディ２１に形成される縦穴の下端部にスペーサ３７を配置して、縦穴の開口部を閉じることにより、座繰り穴３６と低圧室２４との連通を防止することができる。なお、スペーサ３７は、座繰り穴３６と低圧室２４との間の油密を完全に保つ必要はなく、気泡を含む燃料の流れ込みを防止できれば良い。また、スペーサ３７には、ピエゾスタック２５の初期荷重を調節する調整用シムの機能を持たせることもできる。

図４は低圧室２４と低圧リーク通路１６とを連通する連通路２６の断面図である。
この実施例３に係る連通路２６は、図４に示す様に、低圧リーク通路１６側の通路内下側に障害物３８を設けたことを特徴とする。この構成では、連通路２６が水平であっても、気泡を含むリーク燃料が低圧リーク通路１６から連通路２６へ流れ込み難くなるため、低圧室２４へ気泡が侵入することを抑制できる。

図５〜図７は低圧室２４と低圧リーク通路１６とを連通する連通路２６の断面図である。この実施例４では、図８に示す様に、燃料噴射弁１がエンジンＥに取り付けられ、そのエンジンＥが車両に搭載された状態で、低圧室２４に接続される連通路２６の一端側開口部より、低圧リーク通路１６に接続される他端側開口部の方が高い位置にあることを特徴とする。特に、図５〜図７に示す様に、低圧室２４に接続される一端側開口部の最上部２６ｂより、低圧リーク通路１６に接続される他端側開口部の最下部２６ａの方が高い位置にあることで、実施例１の場合と同様に、低圧リーク通路１６から気泡を含む燃料が低圧室２４に流入することを防止できる。
この実施例４では、例えば、図７に示す様に、燃料噴射弁単体で連通路２６が水平方向に形成されていても、図８に示すエンジンＥへの搭載状態で、上記条件（低圧リーク通路１６に接続される他端側開口部の最下部２６ａが、低圧室２４に接続される一端側開口部の最上部２６ｂより高い位置にある）を満足していれば良い。

（他の実施例）
実施例１および実施例２では、バルブニードル１４がリークポート１７に摺動自在に挿入されている例を記載したが、バルブニードル１４がリークポート１７に余裕を持って挿入されている、つまりバルブニードル１４とリークポート１７との間に隙間がある状態でも良い。この場合、制御弁１３がリークポート１７を開くと、リーク燃料の一部がバルブニードル１４とリークポート１７との間の隙間を通って低圧室２４の下部２４ｂに流れ込むが、そのリーク燃料に含まれる気泡が上下連通路２７を通って低圧室２４の上部２４ａへ至り、更に連通路２６を通って低圧リーク通路１６へ流出できる。このため、バルブニードル１４がリークポート１７に余裕を持って挿入されていても、低圧室２４に気泡が溜まることを防止できる。

実施例１および実施例２に記載した駆動力伝達部は、ピエゾピストン２９と油圧ピストン３０が同一内径のシリンダ２８に挿入されているが、例えば、ピエゾピストン２９が挿入されるシリンダの内径より、油圧ピストン３０が挿入されるシリンダの内径を小さくする、つまり、ピエゾピストン２９の断面積より油圧ピストン３０の断面積を小さく形成しても良い。この場合、ピエゾスタック２５の変位がピエゾピストン２９から油密室３１の燃料を介して油圧ピストン３０に伝達される際に、油圧ピストン３０の変位量を増幅できるため、ピエゾスタック２５を小型化できる。

本発明の燃料噴射弁１は、実施例１に記載したディーゼル機関用に限定されるものではなく、例えば、ガソリン機関に用いることもできる。
また、実施例１では、燃料噴射弁１のアクチュエータとして、ピエゾスタック２５を記載したが、ピエゾスタック２５以外のアクチュエータを用いることもできる。例えば、ピエゾスタック２５と同様に、通電によって変位を発生する磁歪素子を用いた磁歪アクチュエータ、またはソレノイドアクチュエータ等を採用することができる。
更に、燃料噴射弁１の背圧制御部は、実施例１に記載した３方弁に限定されるものではなく、例えば、制御弁１３がリークポート１７のみを開閉する２方弁構造であっても良い。

燃料噴射弁の全体断面図である（実施例１）。 実施例１に係る連通路の断面図である。 燃料噴射弁の全体断面図である（実施例２）。 実施例３に係る連通路の断面図である。 実施例４に係る連通路の断面図である。 実施例４に係る連通路の断面図である。 実施例４に係る連通路の断面図である。 燃料噴射弁のエンジン取付け状態を示す斜視図である（実施例４）。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
３ ノズルニードル
８ａ 第１中間ボディ（中間ボディ）
９ 背圧室
１２ バルブ室
１３ 制御弁
１４ バルブニードル
１５ リーク出口通路
１６ 低圧リーク通路
１７ リークポート
１９ 高圧通路
２０ 高圧ポート
２１ ピエゾボディ（上部ボディ）
２４ 低圧室
２５ ピエゾスタック（アクチュエータ）
２６ 連通路
２６ａ 連通路の開口部最下部
２６ｂ 連通路の開口部最上部
２７ 上下連通路
２８ シリンダ（駆動力伝達部）
２９ ピエゾピストン（駆動力伝達部）
３０ 油圧ピストン（駆動力伝達部）
３１ 油密室（駆動力伝達部）
３６ 座繰り穴
３７ スペーサ
３８ 障害物
Ｅ エンジン

Claims (14)

1. 低圧リーク通路に連通するリークポートを有するバルブ室と、
   このバルブ室に収容され、前記リークポートを開閉できる制御弁と、
   ボディの内部に形成され、前記リークポートを通じて前記バルブ室に通じる低圧室と、 この低圧室に配置され、駆動力を発生するアクチュエータと、
   前記低圧室の上部と前記低圧リーク通路とを連通する連通路と、
   前記リークポートに挿入されて前記制御弁に連接されるバルブニードルと、
   前記低圧室の内部に設けられるシリンダ内に摺動自在に挿入される油圧ピストンを有し、この油圧ピストンを介して前記アクチュエータの駆動力を前記バルブニードルに伝達する駆動力伝達部とを備え、
   前記駆動力伝達部および前記バルブニードルを介して前記アクチュエータの駆動力が前記制御弁に伝達されると、前記制御弁が前記リークポートを開く燃料噴射弁であって、
   前記連通路は、前記低圧室側より前記低圧リーク通路側の方が高くなる様に傾斜していることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 低圧リーク通路に連通するリークポートを有するバルブ室と、
   このバルブ室に収容され、前記リークポートを開閉できる制御弁と、
   ボディの内部に形成され、前記リークポートを通じて前記バルブ室に通じる低圧室と、 この低圧室に配置され、駆動力を発生するアクチュエータと、
   前記低圧室の上部と前記低圧リーク通路とを連通する連通路と、
   前記リークポートに挿入されて前記制御弁に連接されるバルブニードルと、
   前記低圧室の内部に設けられるシリンダ内に摺動自在に挿入される油圧ピストンを有し、この油圧ピストンを介して前記アクチュエータの駆動力を前記バルブニードルに伝達する駆動力伝達部とを備え、
   前記駆動力伝達部および前記バルブニードルを介して前記アクチュエータの駆動力が前記制御弁に伝達されると、前記制御弁が前記リークポートを開く燃料噴射弁であって、
   前記連通路は、前記低圧リーク通路側の通路内下側に障害物が設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 低圧リーク通路に連通するリークポートを有するバルブ室と、
   このバルブ室に収容され、前記リークポートを開閉できる制御弁と、
   ボディの内部に形成され、前記リークポートを通じて前記バルブ室に通じる低圧室と、 この低圧室に配置され、駆動力を発生するアクチュエータと、
   前記低圧室の上部と前記低圧リーク通路とを連通する連通路と、
   前記リークポートに挿入されて前記制御弁に連接されるバルブニードルと、
   前記低圧室の内部に設けられるシリンダ内に摺動自在に挿入される油圧ピストンを有し、この油圧ピストンを介して前記アクチュエータの駆動力を前記バルブニードルに伝達する駆動力伝達部とを備え、
   前記駆動力伝達部および前記バルブニードルを介して前記アクチュエータの駆動力が前記制御弁に伝達されると、前記制御弁が前記リークポートを開く燃料噴射弁を備える燃料噴射装置であって、
   前記燃料噴射弁は、エンジンに取り付けた状態で、前記低圧室に開口する前記連通路の一端側より、前記低圧リーク通路に開口する前記連通路の他端側の方が高くなる様に形成されていることを特徴とする燃料噴射装置。
4. 請求項１〜３に記載した何れかの燃料噴射弁において、
   前記連通路は、前記低圧リーク通路に接続される開口部の最下部が、前記低圧室に接続される開口部の最上部より高い位置にあることを特徴とする燃料噴射弁。
5. 請求項１〜４に記載した何れかの燃料噴射弁において、
   前記低圧室の内部で前記シリンダの外側に前記低圧室の上部と下部とを連通する上下連通路を形成したことを特徴とする燃料噴射弁。
6. 低圧リーク通路に連通するリークポートを有するバルブ室と、
   このバルブ室に収容され、前記リークポートを開閉できる制御弁と、
   ボディの内部に形成され、前記リークポートを通じて前記バルブ室に通じる低圧室と、 この低圧室に配置され、駆動力を発生するアクチュエータと、
   前記低圧室の上部と前記低圧リーク通路とを連通する連通路と、
   前記リークポートに摺動自在に挿入されて前記制御弁に連接されるバルブニードルと、 前記低圧室の内部に設けられるシリンダ内に摺動自在に挿入される油圧ピストンを有し、この油圧ピストンを介して前記アクチュエータの駆動力を前記バルブニードルに伝達する駆動力伝達部とを備え、
   前記駆動力伝達部および前記バルブニードルを介して前記アクチュエータの駆動力が前記制御弁に伝達されると、前記制御弁が前記リークポートを開く燃料噴射弁であって、
   前記低圧室の内部で前記シリンダの外側に前記低圧室の上部と下部とを連通する上下連通路を形成したことを特徴とする燃料噴射弁。
7. 請求項６に記載した燃料噴射弁において、
   前記連通路は、前記低圧室側より前記低圧リーク通路側の方が高くなる様に傾斜していることを特徴とする燃料噴射弁。
8. 請求項６に記載した燃料噴射弁において、
   前記連通路は、前記低圧リーク通路側の通路内下側に障害物が設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
9. 請求項６に記載した燃料噴射弁を備える燃料噴射装置であって、
   前記燃料噴射弁は、エンジンに取り付けた状態で、前記低圧室に開口する前記連通路の一端側より、前記低圧リーク通路に開口する前記連通路の他端側の方が高くなる様に形成されていることを特徴とする燃料噴射装置。
10. 請求項６〜９に記載した何れかの燃料噴射弁において、
    前記連通路は、前記低圧リーク通路に接続される開口部の最下部が、前記低圧室に接続される開口部の最上部より高い位置にあることを特徴とする燃料噴射弁。
11. 請求項１〜１０に記載した何れかの燃料噴射弁において、
    前記ボディは、
    前記低圧室を形成するための縦穴が設けられ、この縦穴が下端面に開口する上部ボディと、
    この上部ボディの下側に配置され、前記縦穴の開口面を閉じて前記低圧室を区画すると共に、前記リークポートが形成された中間ボディとを有し、
    前記上部ボディには、前記低圧室の外側を上下方向に延びて前記上部ボディの下端面に開口する前記低圧リーク通路が形成され、
    前記中間ボディの上端面には、前記低圧リーク通路の通路径より大きく開口する座繰り穴が凹設され、この座繰り穴が前記低圧リーク通路に連通すると共に、前記座繰り穴から前記リークポートに達するリーク出口通路が形成されており、
    前記上部ボディに形成された前記縦穴の下端部には、前記座繰り穴と前記縦穴との間を遮断するスペーサが配置されていることを特徴とする燃料噴射弁。
12. 請求項１〜１１に記載した何れかの燃料噴射弁において、
    前記バルブ室に連通し、前記バルブ室を介して油圧が増減する背圧室と、
    この背圧室の油圧が閉弁方向に作用するノズルニードルとを備え、
    前記背圧室の油圧が低減して前記ノズルニードルに作用する閉弁力より開弁力の方が上回ると、前記ノズルニードルが開弁して燃料を噴射し、前記背圧室の油圧が増大して前記ノズルニードルに作用する開弁力より閉弁力の方が上回ると、前記ノズルニードルが閉弁して燃料の噴射を終了することを特徴とする燃料噴射弁。
13. 請求項１〜１２に記載した何れかの燃料噴射弁において、
    前記アクチュエータは、通電時に変位を発生するピエゾアクチュエータであることを特徴とする燃料噴射弁。
14. 請求項１３に記載した燃料噴射弁において、
    前記駆動力伝達部は、前記ピエゾアクチュエータの変位に応じて油圧が増減する油密室を有し、この油密室の油圧を介して前記ピエゾアクチュエータの変位が前記油圧ピストンに伝達されることを特徴とする燃料噴射弁。
    

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