JP3897158B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関(以下、内燃機関を「エンジン」という。)の燃料噴射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、噴孔を開閉するノズルニードルを油圧により駆動する燃料噴射装置が公知である。例えば、ノズルニードルを付勢するための燃料が導入される制御室の圧力を制御することにより、ノズルニードルを付勢する力を変化させ、ノズルニードルを駆動している。近年、例えばピエゾ素子などの電歪素子の伸縮を利用して制御室の油圧を制御する燃料噴射装置が公知となっている。電歪素子は駆動指令に対する応答性が高いため、ノズルニードルの高速な駆動が可能である。
【0003】
例えば、特開2001−140727号公報に開示されている燃料噴射装置の場合、アクチュエータにより駆動されるピストン部材および弁体にコモンレールの内部と同一の高圧が作用している。そして、ピストン部材および弁体に高圧が作用する部分の面積をほぼ等しくすることにより、ピストン部材および弁体に作用する力を均衡させる構成としている。これにより、燃料噴射装置の駆動のために必要なエネルギーの低減を図っている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開2001−140727号公報に開示されているようにアクチュエータの駆動力をピストン部材に伝達する変位拡大室に、コモンレールから高圧を導入すると、コモンレールの圧力が急激に高まった場合、変位拡大室の油圧も高まるおそれがある。変位拡大室の油圧が高まると、ピストン部材および弁体が駆動されるため、制御室から低圧側へ燃料が排出される。その結果、ノズルニードルを付勢する制御室の油圧が低下し、噴孔が誤って開放されるおそれがある。また、高圧を導入する場合、ハウジングの強度を高める必要があり、体格の大型化を招くという問題がある。
【0005】
コモンレールから変位拡大室へ導入される燃料の圧力変化の影響を低減するため、変位拡大室と高圧の通路とを微細孔により連通することが考えられる。しかし、微細孔は直径を約15μm程度に管理する必要があり、加工工数の増大を招くという問題がある。
【0006】
また、変位拡大室に高圧の燃料を供給する場合、変位拡大室の圧力が周囲と比較して高くなる。そのため、供給された燃料は高圧の変位拡大室から変位拡大室を構成するピストン部材とハウジングとの間のクリアランスを経由して低圧側へ漏出する。その結果、燃料噴射装置で必要となる燃料が増大し、燃料噴射装置へ燃料を供給する高圧ポンプの大型化を招くという問題がある。
【0007】
さらに、高温になると、ピストン部材とハウジングとの間に形成されるクリアランスは拡大するため、変位拡大室からの燃料の漏出は増大する。そのため、温度の上昇にともなってアクチュエータには大きな駆動力が要求される。その結果、アクチュエータ大型化を招くという問題がある。
【0008】
そこで、本発明の目的は、体格の大型化を招くことなく、燃料の漏出および加工工数が低減され、信頼性の高い燃料噴射装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、燃料の漏出および加工工数が低減され、信頼性が高く作動が迅速な燃料噴射装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1記載の燃料噴射装置によると、制御通路と連通ポートとの連通を断続する弁部材は、連通ポートの油圧が作用するシール部側の端部の面積とシリンダの油圧が作用する反シール部側の端部の面積とが概ね同一である。また、連通ポートおよびシリンダには低圧通路から低圧の油圧が導入されている。そのため、弁部材の両端部には同一の面積に同一の油圧が作用しており、弁部材に作用する力は均衡する。その結果、アクチュエータから発生する小さな力で弁部材を駆動することができる。したがって、アクチュエータの大型化を抑制することができる。また、連通ポート、シリンダおよび油圧室には低圧通路から油圧が導入されている。そのため、油圧室からの燃料の漏出が低減されるともに、強度を高めるためにハウジングを大型化する必要はない。したがって、油圧室からの燃料の漏出を防止することができ、体格の大型化を招くこともない。さらに、油圧室に低圧通路から油圧を導入しているため、コモンレールの圧力変動の影響を受けることがない。したがって、所定外の時期に燃料が噴射されることがなく、信頼性を高めることができる。また、コモンレールの圧力変動の影響を防止するための微細孔の加工が不要となり、加工工数を低減することができる。
【0010】
本発明の請求項2または3記載の燃料噴射装置によると、弁部材は制御通路と連通ポートとの連通を断続するとともに高圧ポートと制御通路との連通を断続する三方弁である。弁部材は、連通ポートの油圧が作用する第一シール部側の端部の面積とシリンダの油圧が作用する反第一シール部側の端部の面積とが概ね同一である。また、連通ポートおよびシリンダには低圧通路から低圧の油圧が導入されている。そのため、弁部材の両端部には同一の面積に同一の油圧が作用しており、弁部材に作用する力は均衡する。その結果、アクチュエータから発生する小さな力で弁部材を駆動することができる。したがって、アクチュエータの大型化を抑制することができる。また、連通ポート、シリンダおよび油圧室には低圧通路から油圧が導入されている。そのため、油圧室からの燃料の漏出が低減されるともに、強度を高めるためにハウジングを大型化する必要はない。したがって、油圧室からの燃料の漏出を防止することができ、体格の大型化を招くこともない。さらに、油圧室に低圧通路から油圧を導入しているため、コモンレールの圧力変動の影響を受けることがない。したがって、所定外の時期に燃料が噴射されることがなく、信頼性を高めることができる。また、コモンレールの圧力変動の影響を防止するための微細孔の加工が不要となり、加工工数を低減することができる。さらに、弁部材が第一位置となり制御通路と連通ポートとの連通を遮断したとき、高圧通路に連通する高圧ポートと制御通路とは連通する。そのため、高圧通路から高圧ポートへ導入された高圧の油圧は、高圧ポートおよび制御通路を経由して制御室へ導入される。その結果、制御室の油圧は迅速に上昇する。したがって、ノズルニードルの作動を迅速にすることができる。
【0011】
本発明の請求項4記載の燃料噴射装置によると、シリンダには弁部材を可動部材方向へ付勢する付勢部材が収容されている。そのため、アクチュエータから可動部材へ駆動力が伝達されないとき、弁部材は付勢部材の付勢力により制御通路と連通ポートとの連通を遮断する位置へ移動する。
【0012】
本発明の請求項5記載の燃料噴射装置によると、低圧通路には低圧通路の圧力が所定値になると開弁する逆止弁が設置されている。そのため、低圧通路は所定の圧力に維持されている。弁部材には低圧通路からシリンダに導入された所定の圧力の油圧が作用しているため、電気駆動部の反可動部材側への移動にともなって油圧室の油圧が低下すると、弁部材および可動部材には油圧室方向の付勢力が加わる。その結果、弁部材は迅速に制御通路と連通ポートとの連通を遮断する位置へ移動する。したがって、電気駆動部の移動に対する弁部材の応答性を高めることができる。
【0013】
本発明の請求項6記載の燃料噴射装置によると、電気駆動部の可動部材側には所定の圧力に維持されている低圧通路の油圧が導入される。そのため、電気駆動部が反可動部材側へ移動し油圧室の油圧が低下すると、連通ポートと油圧室との間に圧力差が生じ、可動部材とハウジングとの摺動部には連通ポート側から燃料が流入する。これにより、可動部材とハウジングとの間は燃料により潤滑され、可動部材およびハウジングの摩耗を低減することができる。また、例えば電気駆動部としてピエゾ素子などの電歪素子を用いる場合、あらかじめ収縮方向に荷重を加える必要がある。電気駆動部の可動部材側に所定の圧力に維持されている低圧通路の油圧を導入することにより、電気駆動部を反可動部材方向へ付勢することができる。その結果、例えば電歪素子などを反可動部材方向へ付勢する部材を廃止することができ、部品点数を低減することができる。
本発明の請求項7記載の燃料噴射装置によると、電気駆動部は電歪素子を有している。そのため、アクチュエータの作動を迅速にすることができ、駆動指令に対するノズルニードルの応答性を高めることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1実施例)
本発明の第1実施例による燃料噴射装置としてのインジェクタを図1に示す。インジェクタ1は、例えばコモンレールに蓄圧状態で蓄えられた高圧の燃料をディーゼルエンジンの各気筒に噴射する。
【0015】
インジェクタ1は、ハウジング10、ノズルニードル30、弁部材40およびアクチュエータ50を備えている。ハウジング10は、ハウジング本体11とノズルボディ20とから構成されている。ノズルボディ20は筒状に形成され、反ハウジング側の端部に噴孔21が形成されている。噴孔21はノズルボディ20の内壁と外壁とを連通している。噴孔21の入口側には燃料溜まり22が形成されている。燃料溜まり22は、燃料通路23、およびハウジング本体11に形成されている高圧通路12を経由してコモンレールに連通している。そのため、高圧通路12および燃料溜まり22には、コモンレールの内部と圧力が概ね同一の高圧の燃料が供給されている。ノズルボディ20の噴孔21入口側には、シート部24が形成されている。
【0016】
ノズルニードル30は、ハウジング10の内部に往復移動可能に収容されている。ノズルニードル30はシート部24に着座可能なシール部31を有しており、シール部31がシート部24から離座すると、噴孔21から燃料が噴射される。
【0017】
ハウジング本体11には、制御室13、シリンダ14、連通ポート15および制御シリンダ16などが形成されている。制御室13は、ノズルニードル30の反噴孔側に形成されている。制御室13には燃料通路131が連通しており、オリフィス132を経由して高圧通路12から高圧の燃料が供給される。制御室13にはスプリング133が収容されており、制御室13に収容されたスプリング133ならびに制御室13の燃料はノズルニードル30をシート部24方向すなわち噴孔閉塞方向へ付勢する。
【0018】
シリンダ14は弁部材40を往復移動可能に収容している。シリンダ14には制御通路17が連通しており、制御通路17の反シリンダ側の端部は制御室13に連通している。制御通路17にはオリフィス171が形成されている。シリンダ14には、制御シリンダ16側の端部に連通ポート15が連通している。また、シリンダ14の反連通ポート側の端部は燃料通路141を経由して低圧通路18に連通している。
【0019】
連通ポート15は、ハウジング本体11に形成され、シリンダ14と低圧通路18とを連通している。制御シリンダ16は低圧通路18に連通している。低圧通路18は、ハウジング本体11を貫いて形成されており、インジェクタ1の外部の例えば燃料タンクなどに連通している。インジェクタ1で不要となった燃料は低圧通路18を経由して燃料タンクに還流される。また、低圧通路18の反インジェクタ側の端部は燃料タンクに接続されているため、低圧通路18の圧力は概ね大気圧と同一である。
【0020】
図2に示すように連通ポート15のシリンダ14側の開口の周囲には、弁部材40のシール部41が着座可能なシート部142が形成されている。弁部材40は、円柱状に形成されており、シリンダ14の内部を往復摺動可能である。弁部材40は、シリンダ14に設置されているスプリング143によりシール部41がシート部142へ着座する方向へ付勢されている。弁部材40のシール部41がシート部142に着座することにより、連通ポート15が閉塞され、高圧側の制御通路17と低圧側の低圧通路18との連通が遮断される。
【0021】
図1に示すようにシリンダ14の反ノズルボディ側には、アクチュエータ50が収容されている。アクチュエータ50は、電気駆動部としてのピエゾスタック51、油圧室52および可動部材としての制御ピストン53を有している。ピエゾスタック51は、充電または放電されることにより伸縮する容量性のピエゾ素子が複数積層されている。ピエゾスタック51は、図示しないECUの指令により電気的なエネルギーが充電されることにより、図1の下方へ伸長する。一方、ピエゾスタック51から電気的なエネルギーが放電されることにより、ピエゾスタック51は図1の上方へ収縮する。
【0022】
ピエゾスタック51の端部にはピエゾスタック51とともに電気駆動部を構成するピエゾピストン54が設置されている。ピエゾピストン54は、ハウジング本体11に形成されているピエゾシリンダ55の内部を往復摺動可能である。ピエゾピストン54は、ピエゾスタック51の伸長にともなって図1の下方へ移動する。ピエゾシリンダ55のピエゾスタック51側にはスプリング収容室56が形成されている。スプリング収容室56にはスプリング57が設置され、ピエゾピストン54はスプリング57によりピエゾスタック51方向へ付勢されている。スプリング57は、ピエゾピストン54を介してピエゾスタック51を収縮方向へ付勢し、ピエゾスタック51にプリセット荷重を加えている。スプリング収容室56には、低圧通路18に連通する燃料通路561が連通している。ピエゾピストン54には燃料通路541が形成されている。燃料通路541はスプリング収容室56と油圧室52とを連通している。低圧通路18から燃料通路561、スプリング収容室56を経由して燃料通路541に流入した燃料は、ピエゾピストン54の油圧室52側の端部に設置されているチェックバルブ58の外周側を経由して油圧室52へ供給される。
【0023】
ピエゾシリンダ55のノズルボディ20側には、制御シリンダ16が形成されている。制御シリンダ16には制御ピストン53が収容されている。制御ピストン53は、制御シリンダ16の内部を往復摺動可能である。制御シリンダ16の弁部材40側の端部は弁部材40と当接可能である。制御ピストン53が図1の下方へ移動することにより、弁部材40は制御ピストン53により押圧され図1の下方へ移動する。
【0024】
油圧室52は、ピエゾシリンダ55、ピエゾピストン54、チェックバルブ58、制御シリンダ16および制御ピストン53から形成されている。油圧室52には、上述のようにピエゾピストン54の燃料通路541を経由して低圧通路18から燃料が供給されている。ピエゾスタック51の伸長にともなってピエゾピストン54が図1の下方へ駆動されると、油圧室52の燃料は加圧される。油圧室52の燃料が加圧されると、油圧室52の燃料の圧力により制御ピストン53には図1の下方へ付勢力が加わる。これにより、制御ピストン53は図1の下方へ駆動され、制御ピストン53と当接する弁部材40も図1の下方へ駆動される。すなわち、ピエゾピストン54に伝達されたピエゾスタック51の変位は、油圧室52の燃料により油圧に変換されて制御ピストン53へ伝達される。油圧室52には、スプリング59が設置されている。スプリング59は、チェックバルブ58とともにピエゾピストン54をピエゾスタック51方向へ付勢している。
【0025】
次に、弁部材40について詳細に説明する。
弁部材40は、図2に示すように円柱状に形成されている。弁部材40のシール部41がシート部142から離座またはシール部41がシート部142へ着座することにより、制御通路17と低圧通路18との間の連通が断続される。弁部材40の反シール部側の端部にはスプリング143が収容される筒部42が形成されている。弁部材40は、シール部41側の端部の外径D1と反シール部側すなわち筒部42側の端部の外径D2とが概ね同一である。弁部材40は、円柱状であるため、シール部41側の端面40aの面積と筒部42の端面40bの面積の総和とが概ね同一である。弁部材40のシール部41側には連通ポート15の燃料の油圧が作用し、弁部材40の筒部42側にはシリンダ14内の燃料の油圧が作用する。連通ポート15およびシリンダ14はいずれも低圧通路18に連通しているため、連通ポート15の燃料の圧力とシリンダ14の燃料の圧力とは同一である。
【0026】
以上により、低圧側の燃料から弁部材40に作用する力は、軸方向の両端部で同一となる。すなわち、弁部材40に作用する力は弁部材40の軸方向の両端部で均衡し相互に打ち消し合う。そのため、弁部材40に加わる力は、見かけ上スプリング143の付勢力だけとなる。したがって、弁部材40は小さな力で駆動可能である。
【0027】
次に、第1実施例によるインジェクタ1の作動について説明する。
ピエゾスタック51が充電されていないとき、ピエゾスタック51は収縮している。そのため、油圧室52の油圧は低圧通路18の油圧と同一である。一方、上述のように弁部材40はシール部41側の端面40aの面積と筒部42側の端面40bの面積の総和とが同一であり、連通ポート15およびシリンダ14には低圧通路18の油圧が供給されているため、油圧により弁部材40に作用する力は均衡し相互に打ち消し合っている。また、シリンダ14には制御通路17を経由して制御室13の高圧の油圧が供給されているものの、高圧の油圧は弁部材40の外周部に周方向へ導入されている。そのため、高圧の油圧により弁部材40に作用する力は、弁部材40の移動には影響しない。その結果、弁部材40に作用する見かけ上の力はスプリング143の付勢力のみとなる。これにより、弁部材40はスプリング143の付勢力により図1の上方へ移動し、シール部41がシート部142に着座している。
【0028】
弁部材40のシール部41がシート部142に着座しているとき、制御通路17と低圧通路18との間は弁部材40により遮断されている。そのため、燃料は制御室13から排出されず、制御通路17および制御室13の圧力は高圧通路12すなわちコモンレールの内部の圧力と同一となる。同様に、燃料溜まり22にも高圧通路12からコモンレールの内部と同一の圧力の燃料が供給されている。その結果、ノズルニードル30に作用する力は、燃料溜まり22の燃料からシール部31がシート部24から離座する方向すなわち噴孔開放方向よりも、制御室13の燃料およびスプリング133によりシール部31がシート部24へ着座する方向すなわち噴孔閉塞方向が大きい。したがって、ピエゾスタック51が充電されていないとき、シール部31はシート部24に着座し、噴孔21からの燃料の噴射は停止されている。
【0029】
ピエゾスタック51の充電が開始されると、図3に示すようにピエゾスタック51は伸長し、ピエゾピストン54はスプリング57およびスプリング59の付勢力に抗して油圧室52方向へ移動する。ピエゾピストン54の移動にともなって油圧室52の燃料は加圧され、制御ピストン53を介して弁部材40を図1の下方へ押す力は増大する。そして、弁部材40を図1の下方へ押す力がスプリング143の付勢力よりも大きくなると、弁部材40は図1の下方へ移動し、シール部41はシート部142から離座する。これにより、連通ポート15は開放され、制御通路17の燃料は連通ポート15を経由して低圧通路18へ流出する。制御通路17の燃料の流出にともない、制御室13の圧力は低下する。その結果、ノズルニードル30を噴孔閉塞方向へ付勢する力は低減する。そして、ノズルニードル30を噴孔閉塞方向に付勢する力が、噴孔開放方向へノズルニードル30を付勢する力よりも小さくなると、ノズルニードル30は図1の上方へリフトし図3に示すようにシール部31はシート部24から離座する。したがって、ピエゾスタック51に充電されると、噴孔21は開放され噴孔21から燃料が噴射される。
【0030】
ピエゾスタック51の充電後、放電が開始されると、ピエゾスタック51は収縮する。ピエゾスタック51の収縮にともなって、スプリング57およびスプリング59の付勢力によりピエゾピストン54はピエゾスタック51とともに図1の上方へ移動する。ピエゾピストン54が図1の上方へ移動することにより、油圧室52の油圧は低下し、制御ピストン53を介して弁部材40を図1の下方へ押す力は減少する。そして、弁部材40を図1の下方へ押す力がスプリング143の付勢力よりも小さくなると、弁部材40は図1の上方へ移動し、シール部41は再びシート部142へ着座する。これにより、連通ポート15は閉塞され、制御通路17から低圧通路18への燃料の流出は停止される。そのため、制御室13の燃料の圧力は再び上昇し、ノズルニードル30を噴孔閉塞方向へ付勢する力が増大する。したがって、ノズルニードル30のシール部31はシート部24に着座し、噴孔21からの燃料の噴射は終了する。
【0031】
以上、説明したように、本発明の第1実施例によるインジェクタ1によると、弁部材40のシール部41側の端面40aの面積と筒部42側の端面40bの面積の総和とが同一である。これにより、連通ポート15およびシリンダ14の油圧によって弁部材40に作用する力は均衡し相互に打ち消し合う。そのため、弁部材40は小さな駆動力により駆動可能である。したがって、弁部材40を駆動するための駆動力を発生するアクチュエータ50を小型化することができる。また、連通ポート15、シリンダ14および油圧室52には低圧通路18から油圧が導入される。そのため、油圧室52、制御シリンダ16、連通ポート15およびシリンダ14の油圧は均一となり、油圧室52の燃料が周囲に漏れ出すことがない。したがって、温度が上昇した場合でも、油圧室52の燃料の漏れによる駆動力の伝達ロスが低減され、アクチュエータ50から発生する駆動力を小さくすることができるとともに、インジェクタ1へ燃料を供給する図示しない燃料ポンプを小型化することができる。
【0032】
また、第1実施例では、油圧室52には低圧通路18から燃料が供給される。そのため、コモンレール内の圧力変動の影響を受けることがなく、弁部材40の誤作動を防止することができる。したがって、インジェクタ1の信頼性が向上する。また、コモンレールにおける圧力変動の影響を低減する微細孔などの加工は不要である。そのため、インジェクタ1の加工工数を低減することができる。
【0033】
(第2実施例)
本発明の第2実施例によるインジェクタを図4に示す。第1実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第2実施例では、弁部材60の形状および燃料通路の構成が第1実施例と異なる。ハウジング本体11には、高圧ポート19が形成されている。高圧ポート19は、高圧通路12とシリンダ14とを連通している。すなわち、高圧通路12の燃料は高圧ポート19を経由してシリンダ14に供給される。図5に示すように、連通ポート15のシリンダ14側の開口の周囲には第一シート部71が形成されている。高圧ポート19の燃料出口側には第二シート部72が形成されている。第二シート部72は、高圧ポート19の燃料出口側に位置するシリンダ14の内壁に環状に形成されている。
【0034】
弁部材60は、頭部61、首部62、胴部63および筒部64から構成されている。頭部61には、第一シート部71に着座可能な第一シール部65が形成されている。また、頭部61の首部62側には第二シート部72に着座可能な第二シール部66が形成されている。胴部63の反首部側の端部には筒部64が形成されており、筒部64にはスプリング143が収容されている。
【0035】
弁部材60はシリンダ14の内部を往復移動可能であり、胴部63の外壁とシリンダ14の内壁とが摺動部を形成する。弁部材60は、図5に示すように第一シート部71に第一シール部65が着座し第二シート部72から第二シール部66が離座する第一位置、または図6に示すように第一シート部71から第一シール部65が離座し第二シート部72に第二シール部66が着座する第二位置に駆動される。
【0036】
弁部材60が第一位置のとき、第一シール部65は第一シート部71に着座しているため、連通ポート15は閉塞され、制御通路17と低圧通路とは連通していない。一方、このとき、第二シール部66は第二シート部72から離座しているため、高圧ポート19は開放され、高圧ポート19と制御通路17とは連通している。
【0037】
弁部材60が第二位置のとき、第一シール部65は第一シート部71から離座しているため、連通ポート15は開放され、制御通路17と低圧通路18とは連通している。一方、このとき、第二シール部66は第二シート部72に着座しているため、高圧ポート19と制御通路17とは連通していない。
【0038】
以上のように、弁部材60は、シリンダ14の内部を移動することにより、制御通路17と低圧通路18、ならびに高圧ポート19と制御通路17との間の連通を開閉可能な三方弁である。すなわち、弁部材60が第一位置のとき、高圧通路12の燃料は高圧ポート19および制御通路17を経由して制御室13へ供給される。一方、弁部材60が第二位置のとき、制御室13の燃料は、制御通路17および連通ポート15を経由して低圧通路18へ排出される。
【0039】
弁部材60は、図5に示すように第一シール部65側の端部の外径D3と筒部64側の端部の外径D4とが同一である。すなわち、弁部材60は、第一シール部65側の端面60aの面積と筒部64側の端面60bの面積の総和とは概ね同一である。
【0040】
その結果、低圧通路18の燃料の圧力によって弁部材60の第一シール部65側の端面60aと筒部64側の端面60bとに作用する力は同一となる。また、高圧通路12からは高圧ポート19を経由してシリンダ14へ高圧の燃料が供給されている。しかし、高圧ポート19からシリンダ14へ供給された燃料は弁部材60の外周部に周方向へ導入され、かつ第二シート部72の外径と胴部63の外径とは概ね同一である。そのため、高圧の油圧が作用する頭部61の首部62側の面積と胴部63の首部62側の面積は概ね同一となる。その結果、高圧の油圧により弁部材60に作用する力は、弁部材60の軸方向において均衡して相互に打ち消され、弁部材60の軸方向への移動には影響しない。
【0041】
次に、第2実施例によるインジェクタ2の作動について説明する。
ピエゾスタック51が充電されていないとき、ピエゾスタック51は収縮している。そのため、油圧室52の油圧は低圧通路18の油圧と同一である。一方、上述のように弁部材60は第一シート部71側の端面60aと筒部64側の端面60bの面積の総和とが同一であり、連通ポート15およびシリンダ14には低圧通路18の油圧が供給されているため、油圧により弁部材60に作用する力は均衡し相互に打ち消し合っている。そのため、弁部材60には、見かけ上、スプリング143の付勢力のみが作用している。その結果、弁部材60はスプリング143の付勢力により図4の上方へ移動し、図5に示すように第一シール部65は第一シート部71に着座している。すなわち、弁部材60は第一位置に位置している。
【0042】
弁部材60の第一シール部65が第一シート部71に着座することにより、制御通路17と低圧通路18との連通は遮断されている。そのため、制御通路17および制御室13の圧力は高圧通路12すなわちコモンレールの内部の圧力と同一となる。したがって、ピエゾスタック51が充電されていないとき、ノズルニードル30のシール部31はノズルボディ20のシート部24に着座し、噴孔21からの燃料の噴射は停止されている。
【0043】
ピエゾスタック51の充電が開始されると、ピエゾスタック51は伸長し、ピエゾピストン54はスプリング57およびスプリング59の付勢力に抗して油圧室52方向へ移動する。ピエゾピストン54の移動にともなって油圧室52の燃料は加圧され、制御ピストン53を介して弁部材60を図4の下方へ押す力は増大する。そして、弁部材60を図4の下方へ押す力がスプリング143の付勢力よりも大きくなると、弁部材60は図4の下方へ移動し、第一シール部65は第一シート部71から離座する。これにより、連通ポート15は開放され、制御通路17の燃料は連通ポート15を経由して低圧通路18へ流出する。制御通路17の燃料の流出にともない、制御室13の圧力は低下する。
【0044】
また、ピエゾスタック51の変位量が大きくなると、制御ピストン53により駆動される弁部材60の第二シール部66は図6に示すように第二シート部72に着座し、高圧ポート19と制御通路17との間を閉塞する。すなわち、弁部材60は第二位置となる。その結果、制御通路17を経由した制御室13への燃料の供給は停止され、制御室13の圧力は低下し、ノズルニードル30を噴孔閉塞方向へ付勢する力は低減する。したがって、ピエゾスタック51が充電されると、ノズルニードル30のシール部31はノズルボディ20のシート部24から離座し、噴孔21が開放されるため、噴孔21から燃料が噴射される。
【0045】
ピエゾスタック51の充電後、放電が開始されると、ピエゾスタック51は再び収縮する。ピエゾスタック51の収縮にともなって、スプリング57およびスプリング59の付勢力によりピエゾピストン54はピエゾスタック51とともに図4の上方へ移動する。ピエゾピストン54が図4の上方へ移動することにより、油圧室52の油圧は低下し、制御ピストン53を介して弁部材60を図4の下方へ押す力は減少する。そして、弁部材60を図4の下方へ押す力がスプリング143の付勢力よりも小さくなると、弁部材60は図4の上方へ移動し、第一シール部65は再び第一シート部71へ着座する。すなわち、弁部材60は再び図5に示す第一位置に移動する。これにより、連通ポート15は閉塞され、制御通路17から低圧通路18への燃料の流出は停止される。また、このとき、弁部材60の第二シール部66は第二シート部72から離座するため、高圧ポート19からシリンダ14へ流入した燃料は制御通路17を経由して制御室13へ供給される。そのため、制御室13の燃料の圧力は再び上昇する。したがって、ノズルニードル30のシール部31はノズルボディ20のシート部24に着座し、噴孔21からの燃料の噴射は終了する。
【0046】
以上、説明したように、本発明の第2実施例によると、弁部材60は連通ポート15の開閉だけでなく高圧ポート19と制御通路17との間を開閉している。そのため、弁部材60が第二位置から第一位置に移動したとき、高圧通路12から制御室13には燃料通路131からだけでなく高圧ポート19および制御通路17を経由しても燃料が供給される。そのため、弁部材60が第二位置から第一位置へ移動するとき、すなわちインジェクタ2の噴射が停止されるとき、制御室13の油圧は迅速に上昇する。したがって、ノズルニードル30の作動速度を高めることができ、インジェクタ2の応答性を高めることができる。
【0047】
(第3実施例)
本発明の第3実施例によるインジェクタを図7に示す。第2実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第3実施例では、低圧通路18に逆止弁80が設置されている。逆止弁80は、低圧通路18の燃料の圧力が所定値になると開弁し、低圧通路18とインジェクタ3の外部とを連通する。
【0048】
ピエゾスタック51が収縮するとき、油圧室52の圧力はほぼ大気圧まで低下する。逆止弁80を設置して低圧通路18の内部の圧力を所定の圧力に維持すると、低圧通路18の燃料の圧力は大気圧よりも高くなるため、ピエゾスタック51の収縮時、油圧室52と低圧通路18との間には圧力差が生じる。このとき、弁部材60および制御ピストン53には、油圧室52の圧力よりも高圧の低圧通路18の燃料の圧力が作用している。そのため、ピエゾスタック51の収縮時、弁部材60および制御ピストン53には油圧室52方向へ付勢する力が作用する。その結果、ピエゾスタック51の収縮時における弁部材60の図7上方への移動速度が向上される。したがって、ピエゾスタック51の収縮時における弁部材60の応答性を高めることができる。
【0049】
また、油圧室52の油圧よりも低圧通路18に連通するスプリング収容室56および連通ポート15の油圧が高くなるため、スプリング収容室56および連通ポート15から油圧室52へ燃料の流れが形成される。この燃料の流れは、ピエゾピストン54の外壁とピエゾシリンダ55の内壁、ならびに制御ピストン53の外壁と制御シリンダ16の内壁との間に形成される。これにより、ピエゾピストン54とピエゾシリンダ55ならびに制御ピストン53と制御シリンダ16との間に形成される摺動部の潤滑が図られる。したがって、ピエゾピストン54、制御ピストン53、ピエゾシリンダ54および制御シリンダ16の摩耗を低減することができ、耐久性を高めることができる。
【0050】
さらに、逆止弁80が開弁する圧力すなわち低圧通路18の圧力を所定の圧力に維持することにより、低圧通路18からスプリング収容室56へ導入される燃料の圧力を所定の圧力に設定することができる。ピエゾスタック51はピエゾ素子が積層されているため、収縮方向へプリセット荷重を加える必要がある。そこで、低圧通路18から所定の圧力の燃料を導入することにより、スプリング収容室56に導入された燃料によりピエゾスタック51に所定の荷重を加えることができる。その結果、ピエゾスタック51にプリセット荷重を加えるためのスプリングを廃止することができる。したがって、インジェクタ3の構成を簡単にすることができる。
【0051】
以上、本発明の複数の実施例では、本発明のインジェクタをコモンレール式のディーゼルエンジンに適用した例について説明した。しかし、本発明は、コモンレール式に限らず他の形式のディーゼルエンジンまたはガソリンエンジンにも適用することができる。また、上記の実施例では、電気駆動部としてピエゾスタックを用いた例について説明したが、供給される電力に応じて変位量が変化するその他の電歪素子、磁歪素子あるいはリニアソレノイドなどを適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例によるインジェクタを示す模式的な断面図である。
【図2】本発明の第1実施例によるインジェクタの要部を示す模式的な断面図である。
【図3】本発明の第1実施例によるインジェクタを示す模式的な断面図であって、燃料が噴射される状態を示す図である。
【図4】本発明の第2実施例によるインジェクタを示す模式的な断面図である。
【図5】本発明の第2実施例によるインジェクタの要部を示す模式的な断面図であって、ピエゾスタック収縮時の状態を示す図である。
【図6】本発明の第2実施例によるインジェクタの要部を示す模式的な断面図であって、ピエゾスタック伸長時の状態を示す図である。
【図7】本発明の第3実施例によるインジェクタを示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
1、2、3 インジェクタ(燃料噴射装置)
10 ハウジング
11 ハウジング本体
12 高圧通路
13 制御室
14 シリンダ
15 連通ポート
17 制御通路
18 低圧通路
19 高圧ポート
20 ノズルボディ
21 噴孔
30 ノズルニードル
40 弁部材
41 シール部
50 アクチュエータ
51 ピエゾスタック(電気駆動部)
52 油圧室
53 制御ピストン(可動部材)
54 ピエゾピストン(電気駆動部)
60 弁部材
65 第一シール部
66 第二シール部
71 第一シート部
72 第二シート部
80 逆止弁
142 シート部
Claims (7)
- 噴孔が形成されているノズルボディと、
前記噴孔を開閉可能なノズルニードルと、
前記ノズルニードルを噴孔閉塞方向へ付勢するための燃料が導入される制御室、前記制御室から制御通路を経由して燃料が排出される低圧通路、前記低圧通路から燃料が導入されるシリンダ、前記シリンダと前記低圧通路とを連通する連通ポート、前記連通ポートの前記シリンダ側の開口の周囲に形成されているシート部、ならびに端部に接続されている前記ノズルボディを有するハウジングと、
前記シート部に当接可能なシール部を有し、前記シリンダ内に往復摺動可能に収容されている弁部材と、
供給される電力により変位量が変化する電気駆動部、前記低圧通路から燃料が導入され前記電気駆動部の変位にともなって油圧が加減される油圧室、ならびに加減された前記油圧室の油圧により前記弁部材を駆動する可動部材を有し、前記ハウジングに収容されているアクチュエータとを備え、
前記弁部材は、前記シリンダ内を往復移動することにより、前記シール部が前記シート部から離座し前記制御通路と前記連通ポートとを連通、または前記シール部が前記シート部へ着座し前記制御通路と前記連通ポートの連通を遮断可能であって、前記連通ポートの油圧が作用する前記シール部側の端部の面積と前記シリンダの油圧が作用する反シール部側の端部の面積とが概ね同一であることを特徴とする燃料噴射装置。 - 噴孔が形成されているノズルボディと、
前記噴孔を開閉可能なノズルニードルと、
前記ノズルニードルを噴孔閉塞方向へ付勢するための燃料が導入される制御室、前記制御室から制御通路を経由して燃料が排出される低圧通路、前記低圧通路から燃料が導入されるシリンダ、前記シリンダと前記低圧通路とを連通する連通ポート、前記連通ポートの前記シリンダ側の開口の周囲に形成されている第一シート部、前記ノズル部および前記制御室へコモンレールからの高圧の燃料を供給する高圧通路、前記高圧通路と前記シリンダとを連通する高圧ポート、前記高圧ポートの前記シリンダ側の出口近傍に形成されている第二シート部、ならびに端部に接続されている前記ノズルボディを有するハウジングと、
前記シリンダ内に往復摺動可能に収容され、前記第一シート部に当接可能な第一シール部ならびに前記第二シート部に当接可能な第二シート部を有する弁部材と、
供給される電力により変位量が変化する電気駆動部、前記低圧通路から燃料が導入され前記電気駆動部の変位にともなって油圧が加減される油圧室、ならびに加減された前記油圧室の油圧により前記弁部材を駆動する可動部材を有し、前記ハウジングに収容されているアクチュエータとを備え、
前記弁部材は、前記シリンダ内を往復摺動することにより、前記第一シート部に前記第一シール部が着座し前記第二シート部から前記第二シール部が離座して前記制御通路と前記連通ポートとの連通を遮断し前記高圧ポートと前記制御通路とを連通する第一位置、または前記第一シート部から前記第一シール部が離座し前記第二シート部に前記第二シール部が着座して前記制御通路と前記連通ポートとを連通し前記高圧ポートと前記制御通路との連通を遮断する第二位置に駆動され、前記連通ポートの油圧が作用する前記第一シール部側の端部の面積と前記シリンダの油圧が作用する反第一シール部側の端部の面積とが概ね同一であることを特徴とする燃料噴射装置。 - 前記弁部材は、前記第一シール部の直径と前記第二シール部の直径ならびに前記シリンダの油圧が作用する反第一シール部側の端部の直径とが概ね同一であることを特徴とする請求項2記載の燃料噴射装置。
- 前記シリンダに収容され、前記弁部材を前記可動部材側に付勢する付勢部材を備えることを特徴とする請求項1、2または3記載の燃料噴射装置。
- 前記低圧通路に設置され、前記低圧通路の燃料の圧力が所定値になると開弁する逆止弁を備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
- 前記電気駆動部の前記可動部材側には、前記電気駆動部を反可動部材方向へ付勢する燃料が前記低圧通路から導入されることを特徴とする請求項5記載の燃料噴射装置。
- 前記電気駆動部は、電歪素子を有することを特徴とする請求項1から6のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
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