JP2008223698A - インジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射量の精度が向上したインジェクタを提供する。
【解決手段】インジェクタは、昇降により噴孔を開閉するニードル１０と、燃料が導入されると共にニードル１０に対して噴孔２４を開く開方向及び閉じる閉方向にそれぞれ圧力を作用させる昇圧室２１及び背圧室２２と、ピエゾアクチュエータ３０の伸縮に連動して昇圧室２１又は背圧室２２への燃料の流出入により昇圧室２１及び背圧室２２の差圧を変更させる制御室３２とを備え、制御室３２によりニードル１０に対して開方向に作用する際の燃料の流動を抑制するオリフィス５１を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インジェクタ、特にディーゼルエンジンに用いられるインジェクタに関する。

従来から、ピエゾアクチュエータを用いたインジェクタが提案されている（特許文献１及び２参照）。ピエゾアクチュエータは、電圧の印加により伸縮するものであり、このようなインジェクタは、ピエゾアックチュエータの伸縮に連動してニードルを昇降させる構成となっている。ピエゾアクチュエータは、ソレノイドアクチュエータよりも応答性が良いため、インジェクタに採用することによりは燃料噴射を精密に制御できる利点がある。特に、燃料として、粘性の高い軽油が用いられるディーゼルエンジンに対して有効である。

特開２０００−１０４６４４号公報 特開平１１−２００９８１号公報

図４（ａ）は、このようなインジェクタに採用されるピエゾアクチュエータの特性を簡易に示したグラフであり、縦軸にピエゾの発生力、横軸にピエゾのリフト量を示している。図４（ｂ）は、ニードルが開方向にリフトさせる必要な力を簡易に示したグラフであり、縦軸にニードルを押し上げるために必要な力、横軸にニードルのリフト量を示している。

ピエゾアクチュエータに一定電圧を印加した場合に、ピエゾアクチュエータの大型化を抑制しつつ、ニードルが開弁してフルリフト位置に到達するためには、ピエゾアクチュエータの発生力とリフト量との関係を、図４（ａ）に示すような直線状になるように設定する必要がある。

一方、ニードルを押上げるために必要な力とニードルのリフト量との関係は、図４（ｂ）に示すように、ニードルが開弁すると共に減少していく。
このように、ピエゾアクチュエータの大型化を抑制しつつ、ニードルが開弁する条件までピエゾアクチュエータに電圧を印加すると、ニードルの開弁と共に直ちにフルリフト位置にまで達する。従って、ニードルをハーフリフト位置に制御して、少量の燃料噴射を実現することは困難であった。

したがって本発明の目的は、燃料噴射量の精度が向上したインジェクタを提供することである。

上記目的は、昇降により噴孔を開閉するニードルと、流体が導入されると共に前記ニードルに対して前記噴孔を開く開方向及び閉じる閉方向にそれぞれ圧力を作用させる昇圧室及び背圧室と、ピエゾアクチュエータの伸縮に連動して前記昇圧室又は背圧室への前記流体の流出入により前記昇圧室及び背圧室の差圧を変更させる差圧変更機構とを備え、前記差圧変更機構により前記ニードルに対して前記開方向に作用する際の前記流体の流動を抑制する抑制手段を備えている、ことを特徴とするインジェクタによって達成できる。
この構成により、ニードルに対して開方向に作用する流体の流動を抑制するので、ニードルが直ちにフルリフトにまで達することを防止できる。これにより、ニードルをハーフリフト位置に制御して、少量の燃料噴射を実現することができる。

また、上記構成において、前記差圧変更機構は、前記昇圧室及び背圧室の一方と連通した連通路と、前記連通路に連通すると共に前記ピエゾアクチュエータの伸縮に連動して容積変化する制御室とを含み、前記抑制手段は、前記連通路に形成されたオリフィスを含む、構成を採用できる。
この構成により、制御室の容積変化に連動して昇圧室及び背圧室の差圧が変更すると共に、連通路に形成されたオリフィスによってニードルに対して開方向に作用する流体の流動を抑制することができる。従って、簡易な機構で燃料の少量噴射を実現できる。

また、上記構成において、前記オリフィスは、前記開方向に作用する流体の流動よりも前記閉方向に作用する流体の流動を助長するように両端の開口の形状が相違している、構成を採用できる。
この構成により、開状態から閉状態に移行するニードルの速度の低下を抑制できる。従って、さらに少量の燃料噴射を実現できる。

また、上記構成において、前記制御室と、前記制御室に前記連通路を介して連通した前記昇圧室及び背圧室の一方と、を連通する補助通路とを備え、前記補助通路は、前記閉方向に作用する流体の流動のみを許容するチェック弁を備えている、構成を採用できる。
この構成によっても、閉方向に作用する流体の流動を向上させることができ、開状態から閉状態に移行するニードルの速度の低下を抑制できる。

本発明によれば、燃料噴射量の精度が向上したインジェクタを提供できる。

以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。

図１は、実施例に係るインジェクタの構成を示した模式図であり、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置への適用例として説明する。
エンジンの各気筒に対して設けられるインジェクタのうち一つを示し、コモンレールから燃料（軽油）の供給を受けるようになっている。コモンレールは、高圧サプライポンプにより圧送される燃料が噴射圧力に相当する所定の高圧で蓄えられている。

図１に示すように、実施例に係るインジェクタは、ニードル１０、油溜まり室２０、昇圧室２１、背圧室２２、サック部２３、噴孔２４、ピエゾアクチュエータ３０、ピストン３１、制御室３２、供給通路４０、連通路５０、オリフィス５１、戻し通路６０、チェック弁６１などから構成される。尚、図示していないが、これらはハウジング内に一体に形成されている。

ニードル１０は、昇降自在に支持されており、噴孔２４を開閉するものである。また、ニードル１０は、昇圧室２１と背圧室２２との差圧によって昇降する。
ニードル１０の下部の外周には、環状の油溜まり室２０が形成されている。油溜まり室２０は、常時、供給通路４０を介してコモンレール９０から高圧燃料が供給されている。油溜まり室２０の下方には、サック部２３が形成されており、サック部２３には噴孔２４が形成されている。

ニードル１０の上端面には、背圧室２２が形成されている。背圧室２２は、ニードル１０に対して背圧を与える。即ち、背圧室２２は、ニードル１０に対して噴孔２４を閉じる閉方向に圧力を作用させる。図１においては、背圧室２２は、ニードル１０に対して下方向に圧力を作用させる。

また、油溜まり室２０と昇圧室２１との間には、昇圧室２１が形成されている。昇圧室２１は、ニードル１０に対して上昇させる圧力を与える。即ち、ニードル１０に対して噴孔２４を開く開方向に圧力を作用させる。図１においては、昇圧室２１は、ニードル１０に対して上方向に圧力を作用させる。昇圧室２１には、コモンレール９０から背圧室２２や戻し通路６０を介して高圧燃料が供給されている。
ニードル１０は、背圧室２２と昇圧室２１との差圧の変更により昇降する。

ピエゾアクチュエータ３０は、圧電セラミック層と電極層とが交互に積層した構造を有するものであり、電圧の印加により上下方向に伸縮する。
ピストン３１は、ピエゾアクチュエータ３０の下端部に配置され、ピエゾアクチュエータ３０の伸縮に連動して上下動する。

制御室３２は、コモンレール９０から背圧室２２や戻し通路６０、連通路５０を介して高圧燃料が供給されている。制御室３２は、連通路５０を介して昇圧室２１と連通している。

連通路５０は、制御室３２と昇圧室２１とを連通し、戻し通路６０は、背圧室２２と連通路５０とに連通している。また、戻し通路６０には、チェック弁６１が設けられている。チェック弁６１は、背圧室２２から昇圧室２１又は制御室３２への方向の燃料の流動は許容するが、逆方向への流動を防止する。

次に、ニードル１０の昇降動作について説明する。
ニードル１０が下端位置にあるとき、即ち図１に示した位置にあるときに、ニードル１０の円錐形の先端部がサック部２３の近傍に設けられたシートに着座し、サック部２３を閉じて油溜まり室２０から噴孔２４への燃料の供給を遮断する。

図１に示した状態から、ピエゾアクチュエータ３０が下方向に伸長してピストン３１を下方に押下げることにより、制御室３２内の高圧燃料が連通路５０を介して昇圧室２１内に供給される。また、背圧室２２内の燃料が戻し通路６０を介して昇圧室２１へと流入し、背圧室２２の容積が小さくなる。昇圧室２１内に、背圧室２２及び制御室３２からの高圧燃料が供給される。

これにより、昇圧室２１の容積が増大し、背圧室２２の背圧よりも昇圧室２１の圧力が大きくなり、ニードル１０は上方に移動する。これによりニードル１０は、シートから離座し、サック部２３が開かれ油溜まり室２０内の高圧燃料が噴孔２４を通して噴出される。
尚、戻し通路６０にはチェック弁６１が形成されているため、制御室３２から送出された高圧燃料が背圧室２２へ戻ることはない。

次に、ピエゾアクチュエータ３０が上方向に縮んで、ピストン３１は制御室３２内の燃料の上方向の圧力を受け、ピエゾアクチュエータ３０と連動して上方向に移動する。ピストン３１が上方向に移動することにより、昇圧室２１内の燃料が流出して、連通路５０を介して制御室３２へ流入する。

これにより、ニードル１０を開方向に作用させる圧力が減少し、背圧室２２からの背圧によりニードル１０は、閉方向に移動する。これにより、ニードル１０はシートに着座し、サック部２３が閉じられる。

以上のように、制御室３２は、昇圧室２１の圧力を制御することによって、昇圧室２１と背圧室２２との差圧を変更するように作用する。
尚、図１においては図示していないが、不要な燃料をドレンへ排出する排出通路を備えている。

次に、オリフィス５１について詳細に説明する。
オリフィス５１は連通路５０に形成されている。
オリフィス５１は、ニードル１０に対して開方向に作用する際の燃料の流動を抑制する。即ち、制御室３２から昇圧室２１へ流入する燃料の流動を抑制している。これにより、ニードル１０が噴孔２４を閉じた状態から、開く状態へと移行した際に、制御室３２内の高圧燃料が昇圧室２１へ流入し、短時間でニードル１０がフルリフト位置（上端位置）にまで上昇することを抑制できる。

従って、ニードル１０をハーフリフト位置（上端位置と下端位置の間である中間位置）に制御することが可能となる。これにより、簡易な機構で噴孔２４から噴出される燃料を減少させることができ、燃料の噴出量を精度が向上する。

次に、オリフィス５１の構造について詳細に説明する。
図２は、オリフィス５１の説明図である。
オリフィス５１は、図２に示すように、ピエゾアクチュエータ３０側の開口端部５１ａよりも、昇圧室２１側の開口端部５１ｂの方が大きく形成されている。

これは、ニードル１０を開方向に作用させる燃料の流動、即ち、制御室３２から昇圧室２１へ向かう燃料の流量を少なくし、ニードル１０を閉方向に作用させる燃料の流動、即ち、昇圧室２１から制御室３２へ向かう燃料の流量を増やすように作用する。これにより、ニードル１０を閉方向に移動する速度の低下を防止できる。
以上により、ニードル１０が開方向に移動する時間よりも、閉方向に移動する時間を相対的に早めることができる。これにより、ニードル１０をハーフリフト位置にまで上昇させ、短時間で再び下端位置にまで下降させることができる。従って、簡易な機構で燃料の少量噴射を実現できる。

次に、インジェクタの変形例について説明する。尚、変形例に係るインジェクタについて、前述したインジェクタと同一の部分には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

図２は、変形例に係るインジェクタの構成を示した模式図である。
変形例に係るインジェクタには、補助通路７０が設けられている。
補助通路７０は、制御室３２と昇圧室２１とを連通するように形成されている。また、補助通路７０は、連通路５０及び戻し通路６０とも連通している。

補助通路７０には、チェック弁７１が設けられている。チェック弁７１は、昇圧室２１から制御室３２へ向かう燃料の流動のみを許容し、制御室３２から昇圧室２１へ向かう燃料の流動を防止する。これにより、ニードル１０に対して開方向に作用する際の燃料の流動、即ち、制御室３２から流出して昇圧室２１へ流入する燃料の流動を抑制でき、ニードル１０に対して閉方向に作用する際の燃料の流動、即ち昇圧室２１から流出して制御室３２へ流入する燃料の流動を増加させることができる。

これにより、ニードル１０に対して閉方向に作用する燃料の流動を向上させることができるので、開状態から閉状態に移行するニードル１０の速度の低下を抑制でき、さらに少量の燃料噴射を実現できる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

上記実施例において、昇圧室２１のニードル１０に対する圧力を上昇させることによって、ニードル１０を開方向に移動させる構成としたが、このような構成に限定ざれず、例えば、ピエゾアクチュエータの伸縮に連動して、背圧室の圧力が低下するように構成してもよい。即ち、ニードルに対して閉方向に圧力を作用させる背圧室の圧力を低下させることによって、ニードルを昇降させる構成であってもよい。

また、上記実施例において、オリフィス５１の開口端部５１ａ、５１ｂは、図２に示した形状に限定されない。即ち、両端の開口形状が相違し、制御室３２から流出する流量よりも、制御室３２へ流入する流量の方が大きくなるように形成されていればよい。

インジェクタの構成を示した模式図である。 オリフィスの説明図である。 変形例に係るインジェクタの構成を示した模式図である。 図４（ａ）は、このようなインジェクタに採用されるピエゾアクチュエータの特性を簡易に示したグラフであり、図４（ｂ）は、ニードルが開方向にリフトさせる必要な力を簡易に示したグラフである。

符号の説明

１０ ニードル
２０ 油溜まり室
２１ 昇圧室
２２ 背圧室
２３ サック部
２４ 噴孔
３０ ピエゾアクチュエータ
３１ ピストン
３２ 制御室
４０ 供給通路
５０ 連通路
５１ オリフィス
６０ 戻し通路
６１、７１ チェック弁
７０ 補助通路

Claims (4)

1. 昇降により噴孔を開閉するニードルと、
   流体が導入されると共に前記ニードルに対して前記噴孔を開く開方向及び閉じる閉方向にそれぞれ圧力を作用させる昇圧室及び背圧室と、
   ピエゾアクチュエータの伸縮に連動して前記昇圧室又は背圧室への前記流体の流出入により前記昇圧室及び背圧室の差圧を変更させる差圧変更機構とを備え、
   前記差圧変更機構により前記ニードルに対して前記開方向に作用する際の前記流体の流動を抑制する抑制手段を備えている、ことを特徴とするインジェクタ。
2. 前記差圧変更機構は、前記昇圧室及び背圧室の一方と連通した連通路と、前記連通路に連通すると共に前記ピエゾアクチュエータの伸縮に連動して容積変化する制御室とを含み、
   前記抑制手段は、前記連通路に形成されたオリフィスを含む、ことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン用のインジェクタ。
3. 前記オリフィスは、前記開方向に作用する流体の流動よりも前記閉方向に作用する流体の流動を助長するように両端の開口の形状が相違している、ことを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジン用のインジェクタ。
4. 前記制御室と、前記制御室に前記連通路を介して連通した前記昇圧室及び背圧室の一方と、を連通する補助通路とを備え、
   前記補助通路は、前記閉方向に作用する流体の流動のみを許容するチェック弁を備えている、ことを特徴とする請求項２又は３に記載のディーゼルエンジン用のインジェクタ。

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