JP4370738B2

JP4370738B2 - Injector

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Publication number: JP4370738B2
Application number: JP2001204700A
Authority: JP
Inventors: 涼桂; 正明加藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-07-05
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2021-07-05
Also published as: JP2003021013A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料噴射用のインジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃料噴射装置に用いられるインジェクタは、噴孔を閉じるニードルを着座状態とリフト状態とに切り換えることにより、燃料の噴射とその停止とを切り換える。燃料の噴射量はニードルの開弁時間により制御される。ニードルの着座状態とリフト状態とを切り換える代表的な構造として、ニードルに、加圧された燃料により常時開弁方向の付勢力が作用するようにしておくとともに、ニードルの後端面側に、ニードルを閉弁方向に付勢する背圧を発生する背圧室を設けて、背圧の高低切り換えによりニードルの着座状態とリフト状態とを切り換えるものがある。このインジェクタでは、高圧源から背圧室に導入される燃料により背圧を高圧にしてニードルを着座状態とし、背圧室の燃料を低圧源に排出することにより背圧を低圧にしてニードルをリフト状態とする。背圧室における燃料の導入と燃料の排出との切り換えは、背圧室と低圧源との間に介設された弁室内に弁体を配設して、弁体により背圧室と低圧源との連通と遮断とを切り換えることでなされる。弁体には、弁室内の燃料圧が、低圧源に通じるポートを閉鎖する方向に作用するようにしておき、開弁する場合にはピエゾアクチュエータ等のアクチュエータが弁体を押圧して弁体をリフトする。
【０００３】
また、アクチュエータは直接、弁体を押圧するのではなく、油圧を介して行うものもある。このものでは、燃料が充填された油圧室を備えており、油圧室は、アクチュエータの駆動力で前進するピストンにより前記燃料が圧縮して前記弁体を押圧し開弁せしめる押圧力を発生する。
【０００４】
ところで、近年、燃料の噴射率や噴霧状態を、内燃機関の運転状態に応じて、例えば低速域と高速域とで、また、低負荷域と高負荷域とで切り換えて、運転状態に適合した最適な燃焼状態を実現し、排ガスのクリーン化や機関出力の高出力化を図る試みがなされている。燃料の噴射率や噴霧状態を切り換える手段として、インジェクタのニードルを着座状態およびフルリフト状態の２つの状態の間でだけ切り換えるのではなく、その中間の状態（ハーフリフト状態）をも選択し得るようにする技術がある。
【０００５】
ニードルをハーフリフトとする場合、前記弁体のリフト量を、ニードルがフルリフトのときのリフト量よりも小さなリフト量に調整して、背圧室から低圧源への燃料の排出流量を減じ、ニードルを閉弁方向に付勢する背圧室の圧力をニードルがフルリフトのときよりも高圧にして、ニードルをハーフリフトとすることが考えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、弁体が低圧源に通じるポートを閉鎖している閉弁状態では、弁室内の弁体に作用する燃料圧が、圧倒的に閉弁方向に作用するアンバランスなものとなっている。弁体はこの閉弁方向の燃料圧に抗して開弁することになるが、弁体に作用する燃料のアンバランスは、弁体が一旦、リフトすると緩和される。この緩和は弁体のリフトを促す方向に作用するので、閉弁状態から開弁するのに必要な押圧力と、弁体を所定のリフト量に維持するのに必要な押圧力とには、あまり差がない。このため、弁体のリフト量を制御して、ニードルをハーフリフトに維持するのは困難であった。
【０００７】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、ニードルを良好にハーフリフトとすることができるインジェクタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、常時開弁方向の付勢力を受けるニードルと、該ニードルの後端面側に形成されて、ニードルを閉弁方向に付勢する背圧を発生する背圧室とを有し、高圧源から背圧室に導入される燃料により前記背圧を高圧にしてニードルを着座状態とし、背圧室の燃料を低圧源に排出してニードルをリフト状態とするインジェクタであって、
背圧室と低圧源との間に介設された弁室と、
該弁室内に配設されて、背圧室と低圧源との連通と遮断とを切り換える弁体とを有するインジェクタにおいて、
燃料が充填され、アクチュエータの駆動力で前進するピストンにより前記燃料が圧縮して前記弁体を押圧し開弁せしめる押圧力を発生する油圧室と、
前記油圧室と連通する別の油圧室と、
該別の油圧室の燃料圧を受けて作動し、燃料圧が、前記弁体がリフトする燃料圧よりも大きな所定の燃料圧を越えると、ニードルのリフト位置を切り換えるリフト位置切り換え手段とを具備せしめる。
【０００９】
弁体がリフトする燃料圧よりも大きな所定の燃料圧になると作動するリフト位置切り換え手段を設けることで、弁体のリフト量の微妙な制御をすることなく、アクチュエータの駆動力を大きく２段階に切り換えるだけで、ニードルをフルリフトとハーフリフトとの間で切り換えることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記リフト位置切り換え手段は、離座したニードルを受けてニードルを所定のリフト位置で停止せしめるストッパであって、ニードルの変位方向に移動自在に構成されたストッパにより構成する。
【００１１】
ストッパの、ニードルの変位方向のストロークだけで、ニードルのリフト量の設定をすることができ、設計が容易である。
【００１２】
請求項２の発明の構成におけるストッパとしては、請求項３記載の発明のように、前記ストッパにピストン部を具備せしめて、該ピストン部にてストッパ用のガイド孔に摺動自在に保持せしめ、
該ストッパ用ガイド孔を、ニードルを主導自在に保持するニードル用のガイド孔と同方向で、かつ、ニードルの後端面側で連なるように形成した凹所により構成し、
該凹所の底部に前記油圧室の燃料を導入し、前記凹所底部により前記別の油圧室を形成する。
【００１３】
また、ストッパの構成は、請求項４記載の発明のように、前記ストッパを、ニードルの変位方向に設けられたねじ軸と螺合し、ねじ軸の軸方向に移動自在なストッパ本体部材と、
該ストッパ本体部材の外周に設けられて、ストッパ本体部材が前記軸方向にのみ相対移動可能な筒状部材とにより構成し、
該筒状部材を摺動自在に保持する保持穴の側面と筒状部材の側面との間に、扇状の空間であって、その周方向の一端が筒状部材の側面に形成された段部の段側面により区画され、周方向の他端が保持穴の側面に形成された段部の段側面により区画された空間を形成するとともに、該空間に前記油圧室の燃料を導入し、前記空間により前記別の油圧室を形成する。
【００１４】
請求項５記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記リフト位置切り換え手段を、背圧室と低圧源との間に介設された別の弁室内に配設されて、背圧室と低圧源との連通と遮断とを切り換える別の弁体により構成する。
【００１５】
弁体および別の弁体のうち、弁体のみが開弁するか、両方とも開弁するかの切り換えだけで、背圧室からの燃料の排出モードを２種類に切り換えることができる。
【００１６】
請求項６記載の発明では、請求項５の発明の構成において、背圧室における燃料の排出用で前記弁室に通じる排出ポートを、ニードルを摺動自在に保持するガイド孔の、ニードルの摺接部と摺接可能な面に開口せしめるとともに、
排出ポートの開口位置を、着座状態のニードルの摺接部によって閉鎖されず、フルリフト状態のニードルの摺接部によって閉鎖される位置とする。
【００１７】
弁体のみが開弁したときには、ニードルが排出ポートを閉鎖するまでリフトすると、背圧室からの燃料の排出が禁止されて、背圧室の燃料圧を増大する方向に作用するので、排出ポートの開口位置によりリフト量が規定され、ハーフリフトとすることができる。一方、別の弁体が開弁したときには別の弁室を経由する燃料の排出経路が確保されて、ニードルは排出ポートを閉鎖してもさらにリフトし、フルリフトとなる。
【００１８】
請求項７記載の発明では、請求項６の発明の構成において、前記ニードルの後端面側に設けられて、ニードルの摺接部が排出ポートを閉鎖する位置においてニードルと弾接するばね部材を設ける。
【００１９】
ハーフリフトになるとニードルがばね部材により受けられ、ニードルに制動力が働く。これにより、ニードルが、排出ポートの開口位置で規定されるリフト量に速やかに収束する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１、図２、図３に本発明のインジェクタの構成を示し、図４に前記インジェクタを備えたディーゼルエンジンのコモンレール式の燃料噴射装置の構成を示す。インジェクタの説明に先立ち燃料噴射装置について説明する。ディーゼルエンジンの気筒数分のインジェクタ１が各気筒に対応して設けられ（図例ではインジェクタ１は１つのみ図示）、供給ライン７５を介して連通する共通のコモンレール７４から燃料の供給を受け、インジェクタ１から各気筒の燃焼室内に略コモンレール７４内の燃料圧力（以下、コモンレール圧力という）に等しい噴射圧力で燃料を噴射するようになっている。コモンレール７４には燃料タンク７１の燃料が高圧サプライポンプ７３により圧送されて高圧で蓄えられる。
【００２１】
また、高圧源であるコモンレール７４からインジェクタ１に供給された燃料は、上記燃焼室への噴射用の他、インジェクタ１の制御油圧等としても用いられ、インジェクタ１からドレーンライン７６を経て低圧源である燃料タンク７１に還流するようになっている。
【００２２】
ＣＰＵ７７はクランク角度等の検出信号に基づいて燃料の噴射時期と噴射量を演算し、これに応じた噴射信号を各インジェクタ１に搭載されたアクチュエータ６を駆動するためのアクチュエータ駆動回路７８に出力し、インジェクタ１から所定の期間、燃料を噴射せしめる。また、このとき、燃料噴射をフルリフトでの噴射とするか、あるいはハーフリフトでの噴射とするか、についての選択信号もＣＰＵ７７からアクチュエータ駆動回路７８に出力される。
【００２３】
また、ＣＰＵ７７は他のセンサ入力等により知られる運転条件に応じた適正な噴射圧となるように制御する。このため、圧力センサ７９がコモンレール７４に設けられており、ＣＰＵ７７はコモンレール圧力に基づいて調量弁７２を制御してコモンレール７４への燃料の圧送量を調整する。
【００２４】
前記インジェクタ１の構造を示す図１〜図３において、インジェクタ１は棒状体で、図中下側部分がエンジンの図略の燃焼室壁を貫通して燃焼室内に突出するように取り付けられている。インジェクタ１のハウジング２は複数の略円柱状ないし円盤状のハウジング部材２１，２２，２３，２４，２５等をその軸方向に重ねてスリーブ状のリテーナ２６により一体化され、その内部に、燃料の通路１０１等を構成する空間や、ニードル３１等を収容する空間が形成される。
【００２５】
ハウジング２の先端側に形成された縦孔２０１にはニードル３１が配設され、その後端部３１１の摺接部３１１１にて縦孔２０１に摺動自在に保持されている。ニードル３１は縦孔２０１の先端に位置する環状シート２０１ａに着座または離座する。ニードル３１の先端部３１２の外周の空間（以下、クリアランス部という）１０３には高圧通路１０１および燃料溜まり１０２を介してコモンレール７４から高圧燃料が導入され、ニードル３１のリフト時に、ハウジング２の先端壁を貫通する噴孔１０４から燃料が噴射される。ニードル３１には、燃料溜まり１０２位置に下向きに形成された環状段面等にて、燃料圧が常時ニードル３１のリフト方向（上向き）に作用している。
【００２６】
ニードル３１の後端面３１ａ側には、縦穴２０１により画成された空間に背圧室１０５が形成されており、背圧室１０５に導入された燃料の圧力により、ニードル後端面３１ａに作用する背圧を発生する。この背圧は、背圧室１０５に配設されたコイルばね５１とともに、ニードル３１を着座方向（下向き）に付勢する。
【００２７】
背圧室１０５は高圧通路１０１から通路１０６を介して燃料が導入されるようになっている。
【００２８】
また、背圧室１０５と燃料タンク７１に通じる低圧通路１１０との間には弁室１０８が介設され、弁室１０８を介して背圧室１０５からの燃料の排出が行われる。
【００２９】
弁室１０８には、ボール状の制御バルブ３２が配設されている。弁室１０８は、すり鉢状の天井面の最上部に低圧通路１１０に通じる低圧ポート１０９が開口しており、制御バルブ３２が、低圧ポート１０９の開口外周縁に形成された上側シート１０８ａからリフトすると、弁室１０８と燃料タンク７１とが連通する。背圧室１０５と弁室１０８とは、燃料排出用の通路１０７により連通している。
【００３０】
低圧ポート１０９の上方には、低圧ポート１０９に連なる縦孔が形成され、下側部分が、２つのピストン４２，４３を摺動自在に保持するシリンダ２０３で、上側部分が、ピエゾアクチュエータ６を格納するアクチュエータ格納室２０４となっている。
【００３１】
シリンダ２０３の弁室１０８側の小径部２０３１に保持されたピストン４２は、制御バルブ３２側にピン状に突出するピストンピン４２１が一体的に設けられており、低圧ポート１０９を経て弁室１０８内に進出して、制御バルブ３２を押圧するようになっている。シリンダ小径部２０３１にはコイルばね５２が配設されて、ピストン４２を常時、ピストン４３の方に付勢している。シリンダ２０３の大径部２０３２に保持されたピストン４３は、前記ピストン４２よりも大径である（以下、適宜、ピストン４２を小径制御ピストン４２と、ピストン４３を大径制御ピストン４３という）。
【００３２】
大径制御ピストン４３にはアクチュエータ格納室２０４に突出する突出部４３１が設けられており、アクチュエータ格納室２０４に格納されたピエゾアクチュエータ６を受けるようになっている。ピエゾアクチュエータ６はＰＺＴ等の圧電セラミック層と電極層とを交互に積層した一般的なピエゾスタックにより構成され、アクチュエータ駆動回路７８による充電と放電とで伸縮する。
【００３３】
アクチュエータ格納室２０４にはコイルばね５３が配設されて、大径制御ピストン突出部４３１を上方に付勢し、大径制御ピストン突出部４３１とピエゾアクチュエータ６との当接状態が常時保たれるようになっており、ピエゾアクチュエータ６の伸縮量がそのまま大径制御ピストン４３の変位量となる。
【００３４】
両ピストン４２，４３の間は燃料が充填される油圧室１１１となっている。油圧室１１１への燃料の導入は低圧通路１１０と連通する図示しない導入通路によりなされる。導入通路には例えば油圧室１１１に向かう方向を順方向とする逆止弁が設けられて、油圧室１１１内の燃料が加圧状態のとき、油圧室１１１が実質的に閉鎖されるようになっている。これにより、ピエゾアクチュエータ６が伸長すると、油圧室１１１内の燃料が圧縮されて小径制御ピストン４２を押し下げる燃料圧を発生し、この燃料圧により、小径制御ピストン４２を介して制御バルブ３２をリフトせしめる。
【００３５】
なお、制御バルブ３２側の小径制御ピストン４２をピエゾアクチュエータ６側の大径制御ピストン４３よりも小径とすることで、ピエゾアクチュエータ６の伸長量が拡大されて小径制御ピストン４２の変位に変換される。
【００３６】
制御バルブ３２がリフトすると、背圧室１０５の燃料が低圧通路１１０から燃料タンク７１に排出されて、背圧室１０５の燃料圧が低下し、ニードル３１に対するリフト方向の付勢力が優勢となってニードル３１がリフトする。
【００３７】
背圧室１０５の上方には、離座したニードル３１を受けリフト位置を規定するストッパ４１が設けられている。ストッパ４１は、ピストン部４１１とリフト位置調整部４１２からなり、ピストン部４１１は、背圧室１０５の上方に、これと連なるように形成された凹所をストッパ用ガイド孔２０２として、これに摺動自在に保持されており、その最大の変位量は、ピストン部４１１の長さとストッパ用ガイド孔２０２の長さとの差ｂである。リフト位置調整部４１２は、背圧室１０５の天井部を構成するハウジング部材２２を貫通して背圧室１０５内に突出しており、ストッパ４１の先端面４１ａが、ニードル後端面３１ａと、ストッパ先端面４１ａと対向位置でニードル後端面３１ａから突出する台部３１１２で当接可能である。
【００３８】
ストッパピストン部４１１の上端は、周縁部が面とりされてテーパ面４１ｂが形成されており、ストッパ４１が最上位置にあるときでもストッパ用ガイド孔２０２の隅部に空間１１３が形成される。
【００３９】
縦穴２０２の側面には、この空間１１３に臨む位置に、前記油圧室１１１に通じる通路１１２が開口しており、空間１１３が別の油圧室である燃料室１１３となっている。燃料室１１３の燃料圧は、ストッパピストン部４１１の少なくともテーパ面４１ｂに作用し、ストッパ４１を常時、下方に付勢する。
【００４０】
また、ストッパ４１が最上位置にあるときのストッパ先端面４１ａとニードル後端面３１ａとのクリアランスａは、ニードル３１が着座状態において、ニードル３１のフルリフト量に設定し、ストッパ４１の最大変位量ｂは、所期のハーフリフト量をａ’としてａ−ａ’に設定する。
【００４１】
また、ピエゾアクチュエータ６を電気駆動するアクチュエータ駆動回路７８は、ピエゾアクチュエータ６の充電量である充電電圧を切り換え自在に構成され、ニードル３１をフルリフトとするか、ハーフリフトとするかの指令に対して充電電圧を切り換える。充電電圧については後述する。
【００４２】
本インジェクタ１の作動について説明する。図５はピエゾアクチュエータ６の状態を、発生する駆動力および伸長量により示したものである。Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩはピエゾアクチュエータ６の充電電圧の等電圧線であり、等電圧線Ｉが最も電圧が低い場合であり、この順に電圧値が高くなる。以下、適宜、等電圧線Ｉに対応する充電電圧を第１の充電電圧、等電圧線ＩＩに対応する充電電圧を第２の充電電圧、等電圧線ＩＩＩに対応する充電電圧を第３の充電電圧という。
【００４３】
（１）フルリフト
燃料噴射開始前は図１の状態である。この状態では、低圧ポート１０９が制御バルブ３２により閉鎖されており、背圧室１０５が高圧となっている。したがって、ニードル３１は着座状態で、ストッパ４１は、先端面４１ａに作用する高い上向き燃料圧により、最上位置にある。そして、小径制御ピストン４２は制御バルブ３２と当接位置にある。また、ピエゾアクチュエータ６の状態は、図５中、充電電圧が０で、伸長量が０のＯ点にある。
【００４４】
この状態から、第１の充電電圧まで充電する。伸長量が増大すると、油圧室１１１の燃料が圧縮されて燃料圧が上昇するから、ピエゾアクチュエータ６の駆動力も伸長量に対して比例的に上昇し、Ａ点に移行する。
【００４５】
油圧室１１１の燃料圧の上昇により、ストッパ４１に対する下向きの付勢力が増大するが、Ａ点において、増大する付勢力によりストッパ４１が変位しないように、背圧室１０５の上向きの燃料圧を受ける先端面４１ａの面積等を設定しておく。また、Ａ点において駆動力が制御バルブ３２を開弁可能な駆動力となるように第１の充電電圧を設定しておく。これにより、制御バルブ３２が低圧シート１０８ａからリフトする。そして、制御バルブ３２が弁室１０８の底面との間のクリアランスｃ、変位して前記底面に密着する。これは、油圧室１１１の燃料圧を緩和する方向に作用するので、ピエゾアクチュエータ６の状態は、伸長量が増大するとともに、駆動力が低下して、等電圧線Ｉ上をＡ点からＦ点に移行する。
【００４６】
背圧室１０５は、弁室１０８を介して燃料タンク７１と連通し、背圧室１０５から燃料が燃料タンク７１へ排出され、ニードル３１がリフトして、リフト量が、ニードル後端面３１ａが台部３１１２でストッパリフト位置調整部４１２の先端面４１ａと当接するリフト量に達する。そして、燃料の噴射が開始される（図２）。このときのニードル３１のリフトは、リフト位置調整部４１２が最上位置にあるからフルリフトとなる。
【００４７】
この状態で、ピエゾアクチュエータ６を放電して、制御バルブ３２への押圧力を解除すれば、制御バルブ３２は上昇してシート１０８ａに着座する。低圧ポート１０９は閉鎖され、元の状態に復する。これにより、燃料噴射が停止する。
【００４８】
（２）ハーフリフト
図１の状態から、第２の充電電圧まで充電する。制御バルブ３２がリフトするまではフルリフトの場合と同様であるが、ピエゾアクチュエータ６の充電電圧が高い分、続いて、ピエゾアクチュエータ６の伸長量および駆動力が増大し、等電圧線ＩＩ上のＢ点に移行する。油圧室１１１は、ストッパ４１の背後の燃料室１１３と通じているから、燃料室１１３の燃料圧が増大し、ストッパ４１に対する下向きの付勢力も増大する。第２の充電電圧を、燃料室１１３の燃料圧によりストッパ４１が背圧室１０５の燃料圧に抗して下方変位可能な大きさに設定することで、ストッパ４１が下方変位する。これは油圧室１１１内の燃料圧を緩和する方向に作用するから、ピエゾアクチュエータ６の状態は、等電圧線ＩＩ上を、ピエゾスタック６の伸長量が増加し駆動力が低下する方向に移動する。さらに充電電圧を、第２の充電電圧よりも高い第３の充電電圧とすると、ピエゾアクチュエータ６の駆動力および伸長量ともに増大して、ストッパ４１が最大変位量ｂ、下方変位して最下位置に達する。ピエゾアクチュエータ６の状態は、Ｅ点に移行する。
【００４９】
したがって、ニードル３１はフルリフトの手前でストッパ４１により停止せしめられ、そのリフト量はａ−ｂすなわち所期のハーフリフト量ａ’となる（図３）。
【００５０】
この場合も、ピエゾアクチュエータ６を放電すれば、ピエゾアクチュエータ６が縮小して、制御バルブ３２への押圧力が解除され、各部が元の状態に復し、燃料の噴射が停止する。
【００５１】
このように、制御バルブ３２をハーフリフトとすることなく、安定してニードル３１のフルリフトとハーフリフトとを切り換えることができる。
【００５２】
（第２実施形態）
図６、図７、図８、図９、図１０、図１１に本発明の第２のインジェクタを示す。図中、第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５３】
インジェクタ１Ａは、ハウジング２Ａが複数のハウジング部材２１，２２，２３Ａ，２４，２５等からなる。
【００５４】
背圧室１０５の上方には、離座したニードル３１を受けリフト位置を規定するストッパ４４が設けられている。ストッパ４４は、両端開口の筒状部材４４１とストッパ本体部材であるリフト位置調整部４４２からなり、筒状部材４４１は、背圧室１０５の上方に形成された保持穴２０５に摺動自在に保持され、リフト位置調整部４４２は、筒状部材４４１内に挿入されている。リフト位置調整部４４２の背圧室１０５側の端部は、背圧室１０５の天井部を構成するハウジング部材２２を貫通して背圧室１０５内に突出しており、ストッパ４４の先端面としてのリフト位置調整部４４２の先端面４４ａがニードル３１の後端面３１ａと台部３１１２で当接可能である。筒状部材４４１とリフト位置調整部４４２とは、その対向側面に軸線に平行に形成された係合溝４４２１と係合突起４４１１にて係合しており、係合溝４４２１および係合突起４４１１が回り止めとなって、一緒に回転可能である。
【００５５】
リフト位置調整部４４２はめねじが形成されており、おねじが形成されたねじ軸であるガイドシャフト４５により保持されている。ガイドシャフト４５はハウジング部材２３Ａの図示しない取り付け孔に圧入されている。リフト位置調整部４４２が、これと螺合するガイドシャフト４５に沿って螺動自在である。リフト位置調整部４４２の上下方向位置により、リフト位置調整部４４２の先端面４４ａとニードル後端面３１ａとのクリアランスが規定される。
【００５６】
筒状部材４４１は、全体形状が前記保持穴２０５の側面と摺接する形状となっているが、筒状部材４４１の側面には、断面扇状で幅広の段部である溝４４１２が軸線方向に形成されている。筒状部材４４１と縦穴２０５との対向側面の間には、前記溝４４１２により、これと同形状の空間１１４が形成される。該空間１１４には、縦穴２０５側面に形成されて軸線方向に延びる突条が突出し、前記空間１１４を周方向に２つに分割する段部である隔壁２３１としてある。この分割された空間１１４１，１１４２は、ストッパ４４の回動角度によって容積比が変化する。
【００５７】
縦穴２０５の側面には、油圧室１１１に通じる通路１１２が一方の分割空間１１４１に臨む位置に開口しており、分割空間１１４１に油圧室１１１から燃料が導入可能である（以下、分割空間１１４１を燃料室１１４１という）。燃料室１１４１、筒状部材４４１の溝４４１２の段側面４４１２ａと隔壁２３１の段側面である隔壁面２３１ａとで区画され、この筒状部材４４１の溝段側面４４１２ａと隔壁面２３１ａとに作用する燃料圧は、燃料室１１４１の容積を拡大する方向すなわち筒状部材４４１を図７、図９、図１１中、左回りに回動せしめる方向に作用する。
【００５８】
他方の分割空間１１４２にはコイルばね５４が周方向に介設されており、他方の分割空間１１４２の容積を拡大する方向すなわち筒状部材４４１を図７、図９、図１１中、右回りに回動せしめる方向に作用する（以下、他方の分割空間１１４２をばね室１１４２という）。
【００５９】
筒状部材４４１が回動すれば、回り止め４４１１，４４２１により筒状部材４４１と係合するリフト位置調整部４４２がガイドシャフト４５に沿って螺動して、上下方向に変位し、ニードル３１のリフト量が変化せしめられる。
【００６０】
本インジェクタ１Ａの作動について説明する。なお、ピエゾアクチュエータ６は実質的に第１実施形態と同様の挙動を示すので、適宜、前掲図５にしたがって説明する。
【００６１】
（１）フルリフト
燃料噴射開始前は図６、図７の状態である。この状態では、低圧ポート１０９が制御バルブ３２により閉鎖されており、背圧室１０５が高圧となっている。したがって、ニードル３１は着座状態で、燃料室１１４１の燃料圧は低圧であり、ばね室１１４２内のコイルばね５４の弾発力により、燃料室１１４１の容積は最小である。このとき、ストッパ４４のリフト位置調整部４４２は最上位置にあり、着座状態のニードル３１とのクリアランスはニードル３１のフルリフト量ａとなっている。また、ピエゾアクチュエータ６の状態は、充電電圧が０Ｖで、伸長量が０である。
【００６２】
この状態から、第１の充電電圧まで充電する。伸長量が増大すると、油圧室１１１の燃料が圧縮されて燃料圧が上昇するから、ピエゾアクチュエータ６の駆動力も伸長量に対して比例的に上昇し、Ａ点に移行する。
【００６３】
一方、油圧室１１１の燃料圧の上昇により、コイルばね５４の弾発力に対抗する燃料室１１４１の燃料圧も上昇するが、増大する燃料圧により筒状部材４４１が回動しないように、すなわち、リフト位置調整部４４２が螺動しないように、筒状部材４４１の溝段側面４４１２ａの面積等を設定しておく。また、Ａ点において駆動力が制御バルブ３２を開弁可能な駆動力となるように第１の充電電圧を設定しておく。これにより、制御バルブ３２が低圧シート１０８ａからリフトする。そして、制御バルブ３２が弁室１０８底面と当接する。これは、油圧室１１１の燃料圧を緩和する方向に作用するので、ピエゾアクチュエータ６の状態は、伸長量が増大するとともに、駆動力が低下して等電圧線Ｉ上をＡ点からＦ点に移行する。
【００６４】
背圧室１０５は、弁室１０８を介して燃料タンク７１と連通し、背圧室１０５から燃料が燃料タンク７１へ排出され、ニードル３１がリフトして、リフト量が、ニードル後端面３１ａが台部３１１２でストッパリフト位置調整部４４２の先端面４４ａと当接するリフト量に達する。そして、燃料の噴射が開始される（図８、図９）。このときのニードル３１のリフトは、リフト位置調整部４４２が最上位置にあるからフルリフトとなる（図８、図９）。
【００６５】
この状態で、ピエゾアクチュエータ６を放電して、制御バルブ３２への押圧力を解除すれば、制御バルブ３２は上昇してシート１０８ａに着座する。低圧ポート１０９は閉鎖され、元の状態に復する。これにより、燃料噴射が停止する。
【００６６】
（２）ハーフリフト
図６、図７の状態から、第２の充電電圧まで充電する。制御バルブ３２がリフトするまではフルリフトの場合と同様であるが、ピエゾアクチュエータ６の充電電圧が高い分、続いて、ピエゾアクチュエータ６の伸長量および駆動力が増大し、等電圧線ＩＩ上のＢ点に移行する。油圧室１１１は燃料室１１４１と通じているから、筒状部材４４２を左回転せしめる方向に作用する燃料室１１４１の燃料圧も増大する。第２の充電電圧を、前記燃料室１１４１の燃料圧により、コイルばね５４の弾発力に抗して筒状部材４４１が回動可能な大きさに設定することで、リフト位置調整部４４２が下方変位する。これは燃料室１１４１の容積の拡大を伴い、油圧室１１１内の燃料圧を緩和する方向に作用するから、等電圧線ＩＩ上を、ピエゾアクチュエータ６の伸長量が増加する方向に移動する。さらに充電電圧を、第２の充電電圧よりも高い第３の充電電圧とすると、ピエゾアクチュエータ６の駆動力および伸長量ともに増大して、燃料室１１４１の燃料圧による筒状部材４４１の左方向回転力により、リフト位置調整部４４２がガイドシャフト４５に沿って螺動し、先端面４４ａが、ニードル後端面３１ａに接近する。ピエゾアクチュエータ６の状態は、Ｅ点に移行する。
【００６７】
したがって、ニードル３１のリフトはハーフリフトとなる（図１０、図１１）。なお、図１０は図１１におけるＸ−Ｘ線に沿う断面を示している。
【００６８】
この場合も、ピエゾアクチュエータ６を放電すれば、ピエゾアクチュエータ６が縮小して、駆動力が解除され、各部が元の状態に復し、燃料の噴射が停止する。
【００６９】
このように、制御バルブ３２をハーフリフトとすることなく、安定してニードル３１のハーフリフトとフルリフトとを切り換えることができる。
【００７０】
なお、ニードル３１をフルリフト位置で受けるリフト位置調整部４４２の最上位置、およびハーフリフト位置で受けるリフト位置調整部４４２の最下位置が、次のように規定されるようにしてもよい。係合突起４４１１は係合溝４４２１内のみ移動可能であるから、この係合溝４４２１をその両端部が閉じたものにしておけば、係合突起４４１１が係合溝４４２１の端部まで達すると、そこで停止する。この停止位置にて、リフト位置調整部４４２の最上位置およびリフト位置調整部４４２の最下位置が規定されるようにする。
【００７１】
（第３実施形態）
図１２、図１３、図１４に本発明の第３のインジェクタを示す。図中、第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００７２】
インジェクタ１Ｂは、ハウジング２Ｂが複数のハウジング部材２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂ，２５等からなる。
【００７３】
背圧室１０５の燃料を排出する通路１１５が設けられ、弁室である主弁室１１７に通じている。主弁室１１７内には主制御バルブ３３が配設され、低圧通路１１０に通じる低圧ポート１１８の開口外周縁部をシート１１７ａとして着座すると低圧ポート１１８を閉鎖する。背圧室１０５は主弁室１１７を介して低圧通路１１０と接続される。
【００７４】
前記通路１１５は、途中にオリフィス１１６が設けられるとともに、背圧室１０５側の通路端が背圧室１０５から燃料を排出するための排出ポート１１５１となっている。排出ポート１１５１はニードル３１を摺動自在に保持するガイド孔２０１の側面２０１ｂに開口せしめてある。
【００７５】
この排出ポート１１５１の開口位置は次のように設定される。ニードル３１の基端部３１１の摺接部３１１１の上端３１ｂと排出ポート１１５１との間隔が、ニードル３１の着座状態において、ニードル３１のハーフリフトのリフト量ａ’となるように設定する。
【００７６】
また、背圧室１０５の燃料を排出する別の通路１１９が形成され、副弁室１２０に通じている。副弁室１２０内には副制御バルブ３４が配設され、低圧通路１１０に通じる低圧ポート１２１の開口外周縁部をシート１２０ａとして着座すると低圧ポート１２１を閉鎖する。背圧室１０５は副弁室１２０を介して低圧通路１１０と接続される。
【００７７】
各制御バルブ３３，３４にはそれぞれピストン４６，４７が接続されており、対応する弁室１１７，１２０に、低圧ポート１１８，１２１側で連なるシリンダ２０６，２０７に摺動自在に保持されている（以下、適宜、ピストン４６を主制御ピストン４６と、ピストン４７を副制御ピストン４７という）。主制御バルブ３３を保持するシリンダ２０６は、前記各実施形態のシリンダ２０３と実質的に同じもので、主制御バルブ３３用のピストン４６は小径部２０６１に保持される。また、大径部２０６２には大径制御ピストン４３が保持される。
【００７８】
主制御ピストン４６は前記各実施形態の小径制御ピストンのごとく、大径制御ピストン４３よりも小径のものであり、大径制御ピストン４３の変位で燃料が圧縮する油圧室１１１の燃料圧により押圧駆動されて、主制御バルブ３３をシート１０７ａからリフトする。
【００７９】
副制御ピストン４７を保持するシリンダ２０７は低圧ポート１２１側が大径の段付きのもので、大径部にて副制御ピストン４７が保持される。また、小径部は連通路１２２を介して油圧室１１１と連通している。
【００８０】
シリンダ２０６，２０７にはピストン４６，４７を、制御バルブ３３，３４を閉弁方向に付勢するコイルばね５７，５８が配設してある。
【００８１】
副制御ピストン４７は、上部が先端ほど縮径するテーパー状となっており、副制御バルブ３４の着座状態ではテーパ部４７１にてシリンダ２０７の段部２０７１と当接しており、このとき、副制御ピストン４７に燃料圧が作用する受圧面の面積はシリンダ２０７の小径部の断面積となる。ここで、シリンダ２０７の小径部の径は、主制御ピストン４６を保持するシリンダ小径部２０６１の径よりも小径としてあり、副制御ピストン４７は、油圧室１１１の燃料圧が主制御バルブ３３が開弁する燃料圧よりも高い燃料圧にてはじめて開弁が可能である。
【００８２】
また、背圧室１０５には、常時、ニードル３１を着座方向に付勢する前記各実施形態と同様のコイルばね５５が設けられるとともに、ばね部材である別のコイルばね５６が配設してある。別のコイルばね５６はコイルばね５５よりも短いもので、例えば一端が背圧室１０５の天井部に係止せしめてある。別のコイルばね５６の長さは、ニードル３１の摺接部３１１１の上端３１ｂが前記排出ポート１１５１に略達した状態のときニードル３１と弾接する長さに設定され、離座したニードル３１の摺接部上端３１ｂが前記排出ポート１１５１に略達すると、上方変位するニードル３１を制動するように作用する。
【００８３】
また、アクチュエータ６を電気駆動するアクチュエータ駆動回路７８は、充電電圧を２段階に設定可能に構成しておく。詳細については後述する。
【００８４】
本インジェクタ１Ｂの作動について説明する。説明の便宜のため、ハーフリフトの場合から説明する。なお、ピエゾアクチュエータ６は実質的に第１実施形態と同様の挙動を示すので、適宜、前掲図５にしたがって説明する。
【００８５】
（１）ハーフリフト
燃料噴射開始前は図１２の状態にある。この状態では、主弁室１１７、副弁室１２０のいずれのルートについても、背圧室１０５と低圧通路１１０の間が遮断されており、背圧室１０５が高圧となっている。これにより、ニードル３１が着座している。また、ピエゾアクチュエータ６の状態は、充電電圧が０Ｖであり、伸長量が０のＯ点にある。
【００８６】
この状態から、第１の充電電圧まで充電する。伸長量が増大すると、油圧室１１１の燃料が圧縮されて燃料圧が上昇するから、ピエゾアクチュエータ６の駆動力も伸長量に対して比例的に上昇し、Ａ点に移行する。
【００８７】
Ａ点における駆動力が主制御バルブ３３を開弁可能な駆動力となるように第１の充電電圧を設定しておけば、大径制御ピストン４３はさらに変位して等電圧線ＩのＦ点に移行し、主制御バルブ３３が低圧シート１１７ａからリフトする。これにより、背圧室１０５は、排出ポート１１５１、オリフィス１１６および主弁室１１７を介して燃料タンク７１と連通し、背圧室１０５から燃料が排出される。なお、このとき、副制御ピストン４７のテーパ部４７１にも、副制御バルブ３４の開弁方向に燃料圧が作用するが、副制御ピストン４７が変位しないように、すなわち副制御バルブ３４が開弁しないように、第１の充電電圧が設定される。
【００８８】
ニードル３１が前記リフト量ａ’上方変位して、摺接部３１１１の上端３１ｂが排出ポート１１５１位置に達すると、ニードル３１自身により排出ポート１１５１が閉鎖される。また、副制御バルブ３４は閉弁しているから、背圧室１０５はその燃料を排出する経路を失う。
【００８９】
すると、通路１０６からの燃料の導入で、背圧室１０５の燃料圧が上昇し、ニードル３１を下方に押し戻し、排出ポート１１５１を開く方向に作用する。
【００９０】
これにより、ニードル３１は排出ポート１１５１の開口位置で規定されるリフト量ａ’に収束することになる。これにより、ニードル３１がハーフリフト状態にて、燃料の噴射が実行される（図１３）。
【００９１】
この状態で、ピエゾアクチュエータ６を放電して、主制御バルブ３３への押圧力を解除すれば、主制御バルブ３３は上昇してシート１０７ａに着座する。低圧ポート１０８は閉鎖され、元の状態に復する。これにより、燃料噴射が停止する。
【００９２】
（２）フルリフト
図１２の状態から、第２の充電電圧まで充電する。主制御バルブ３３がリフトするまではフルリフトの場合と同様であるが、ピエゾアクチュエータ６の充電電圧が高い分、続いて、ピエゾアクチュエータ６の伸長量および駆動力が増大し、等電圧線ＩＩ上のＢ点に移行する。これにより、油圧室１１１の燃料圧がさらに上昇する。第２の充電電圧を、副制御ピストンテーパ部４７１に作用する燃料圧が、コイルばね５８の弾発力に抗して副制御ピストン４７が変位するように、すなわち副制御バルブ３４が開弁するように設定する。
【００９３】
これにより、背圧室１０５は排出ポート１１５１が閉鎖されているといないとにかかわらず、副弁室１２０を介して低圧通路１１０と連通する。
【００９４】
したがって、ニードル３１が排出ポート１１５１を閉鎖しても、背圧室１０５の燃料を、燃料タンク７１に逃がすことができ、ニードル３１はさらに上昇し、フルリフトする（図１４）。この場合も、ピエゾアクチュエータ６を放電すれば、ピエゾアクチュエータ６が縮小して、駆動力が解除され、各部が元の状態に復し、燃料の噴射が停止する。
【００９５】
このように、制御バルブをハーフリフトとすることなく、安定してニードルのハーフリフトとフルリフトとを切り換えることができる。
【００９６】
なお、ニードル３１のハーフリフト位置の要求される収束性によっては別のコイルばね５６は省略することもできる。
【００９７】
また、排出ポート１１５１をニードル３１自身により閉鎖するように構成するのではなく、通路１１９のごとく背圧室１０５の天井面に開口せしめて、主制御バルブ３３のみが開弁した場合と、両制御バルブ３３，３４が開弁した場合とで、背圧室１０５からの燃料の排出流量を違えることで、背圧室１０５の燃料圧の低下幅を二値切り換えし、ニードル３１のリフト量を切り換えるのもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１のインジェクタの燃料噴射前における状態を示す部分断面側面図である。
【図２】前記インジェクタのフルリフト状態における状態を示す部分断面側面図である。
【図３】前記インジェクタのハーフリフト状態における状態を示す部分断面側面図である。
【図４】前記インジェクタにより構成した燃料噴射装置の全体構成図である。
【図５】前記インジェクタのピエゾアクチュエータの作動状態を示すグラフである。
【図６】本発明の第２のインジェクタの燃料噴射前における状態を示す部分断面側面図である。
【図７】図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図である。
【図８】前記インジェクタのフルリフト状態における状態を示す部分断面側面図である。
【図９】図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。
【図１０】前記インジェクタのハーフリフト状態における状態を示す部分断面側面図である。
【図１１】図１０におけるＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図である。
【図１２】本発明の第３のインジェクタの燃料噴射前における状態を示す部分断面側面図である。
【図１３】前記インジェクタのハーフリフト状態における状態を示す部分断面側面図である。
【図１４】前記インジェクタのフルリフト状態における状態を示す部分断面側面図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂインジェクタ
１０５背圧室
１０７弁室
１１７主弁室（弁室）
，１２０副弁室（弁室）
１１１油圧室
１１３燃料室（別の油圧室）
１１４１燃料室（別の油圧室）
１１５１排出ポート
２０１ガイド孔
２０２ストッパ用のガイド孔
２０１ｂ側面
２０５保持穴
２３１ａ隔壁面（段側面）
３１ニードル
３１ａ後端面
３２制御バルブ（弁体）
３３主制御バルブ（弁体）
３４副制御バルブ（別の弁体）
４１，４４ストッパ
４１１ピストン部
４４１筒状部材
４４１２ａ段側面
４４２リフト位置調整部（ストッパ本体部材）
４５ガイドシャフト（ねじ軸）
５６別のコイルばね（ばね部材）
６アクチュエータ
７１燃料タンク（低圧源）
７４コモンレール（高圧源）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an injector for fuel injection.
[0002]
[Prior art]
An injector used in a fuel injection device of an internal combustion engine switches between fuel injection and its stop by switching a needle that closes an injection hole between a seating state and a lift state. The fuel injection amount is controlled by the valve opening time of the needle. As a typical structure for switching between the seated state and the lifted state of the needle, an urging force in the valve opening direction is always applied to the needle by pressurized fuel, and the needle is placed on the rear end surface side of the needle. Some have a back pressure chamber that generates a back pressure that urges in the valve closing direction, and switches between the seating state and the lift state of the needle by switching the back pressure level. In this injector, the back pressure is increased by the fuel introduced from the high pressure source into the back pressure chamber so that the needle is seated, and the needle is lifted by reducing the back pressure by discharging the fuel in the back pressure chamber to the low pressure source. State. Switching between the introduction of fuel and the discharge of fuel in the back pressure chamber is performed by arranging a valve body in a valve chamber interposed between the back pressure chamber and the low pressure source, and the back pressure chamber and the low pressure source by the valve body. This is done by switching between communication and blocking. The valve body is operated so that the fuel pressure in the valve chamber acts in the direction to close the port leading to the low pressure source, and when opening the valve, an actuator such as a piezo actuator presses the valve body to Lift.
[0003]
Some actuators do not directly press the valve body, but via hydraulic pressure. In this case, a hydraulic chamber filled with fuel is provided, and the hydraulic chamber generates a pressing force by which the fuel is compressed by the piston that moves forward by the driving force of the actuator to press the valve body and open the valve body.
[0004]
By the way, in recent years, the fuel injection rate and the spraying state are switched according to the operating state of the internal combustion engine, for example, between a low speed region and a high speed region, and also in a low load region and a high load region, so Attempts have been made to achieve an optimal combustion state, clean exhaust gas, and increase engine output. As a means for switching the fuel injection rate and spray state, the injector needle is not only switched between the two states of the seating state and the full lift state, but an intermediate state (half lift state) can be selected. There is technology to do.
[0005]
When the needle is a half lift, the lift amount of the valve body is adjusted to a lift amount smaller than the lift amount when the needle is full lifted to reduce the fuel discharge flow rate from the back pressure chamber to the low pressure source. It is conceivable that the pressure of the back pressure chamber that urges the valve in the valve closing direction is set to a higher pressure than when the needle is fully lifted, so that the needle is half lifted.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the closed state where the valve body closes the port leading to the low pressure source, the fuel pressure acting on the valve body in the valve chamber is unbalanced and acts in the valve closing direction. The valve element opens against the fuel pressure in the valve closing direction, but the fuel imbalance acting on the valve element is alleviated once the valve element is lifted. Since this relaxation acts in the direction of promoting the lift of the valve body, the pressing force necessary to open the valve from the closed state and the pressing force necessary to maintain the valve body at a predetermined lift amount are: There is not much difference. For this reason, it has been difficult to control the lift amount of the valve body and maintain the needle at a half lift.
[0007]
This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the injector which can make a needle | hook a favorable half lift.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the first aspect of the present invention, the needle that constantly receives the urging force in the valve opening direction, and the back pressure chamber that is formed on the rear end face side of the needle and generates the back pressure that urges the needle in the valve closing direction An injector that raises the back pressure with fuel introduced from a high-pressure source into a back pressure chamber, places the needle in a seated state, discharges fuel in the back pressure chamber to a low-pressure source, and places the needle in a lifted state. ,
A valve chamber interposed between the back pressure chamber and the low pressure source;
In an injector having a valve body that is disposed in the valve chamber and switches communication between the back pressure chamber and the low pressure source and shuts off,
A hydraulic chamber that is filled with fuel and generates a pressing force by which the fuel is compressed by a piston that moves forward by a driving force of an actuator to press and open the valve body;
Another hydraulic chamber communicating with the hydraulic chamber;
And a lift position switching means for switching the needle lift position when the fuel pressure exceeds a predetermined fuel pressure larger than a fuel pressure at which the valve body lifts. Let me.
[0009]
By providing a lift position switching means that operates when a predetermined fuel pressure higher than the fuel pressure at which the valve body lifts is provided, the driving force of the actuator can be greatly increased in two stages without delicate control of the lift amount of the valve body. By simply switching, the needle can be switched between full lift and half lift.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect of the invention, the lift position switching means. Is The stopper is configured to receive a needle that has been separated and stop the needle at a predetermined lift position, and is configured to be movable in the direction of needle displacement.
[0011]
The lift amount of the needle can be set only by the stroke of the stopper in the needle displacement direction, and the design is easy.
[0012]
As a stopper in the configuration of the invention of claim 2, as in the invention of claim 3, the stopper is provided with a piston portion, and the piston portion is slidably held in the guide hole for the stopper,
The stopper guide hole is configured by a recess formed in the same direction as the needle guide hole for holding the needle in a freely-driven manner and connected to the rear end surface side of the needle,
Fuel in the hydraulic chamber is introduced into the bottom of the recess, and the other hydraulic chamber is formed by the bottom of the recess.
[0013]
Further, the stopper has a stopper body member that is movable in the axial direction of the screw shaft by screwing the stopper with a screw shaft provided in the displacement direction of the needle.
The stopper body member is provided on the outer periphery of the stopper body member, and the stopper body member is constituted by a cylindrical member that can be relatively moved only in the axial direction.
A step-like space formed between the side surface of the holding hole for slidably holding the cylindrical member and the side surface of the cylindrical member and having one end in the circumferential direction formed on the side surface of the cylindrical member A space defined by the step side surface of the step portion formed at the side surface of the holding hole, and the other end in the circumferential direction is defined by the step side surface of the holding hole, and fuel in the hydraulic chamber is introduced into the space. Thus, another hydraulic chamber is formed.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect of the invention, the lift position switching means is disposed in a separate valve chamber interposed between the back pressure chamber and the low pressure source, and the back pressure is changed. It is comprised by another valve body which switches communication and interruption | blocking with a chamber and a low pressure source.
[0015]
The fuel discharge mode from the back pressure chamber can be switched between two types only by switching whether the valve body is opened or both of the valve body and another valve body are opened.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration of the fifth aspect of the present invention, a needle having a guide hole that slidably holds a discharge port communicating with the valve chamber for discharging fuel in the back pressure chamber. Sliding contact And open it on the surface that can be in sliding contact with
The opening position of the discharge port is set to the seated needle. Is not closed by the sliding contact Fully lifted needle Closed by the sliding contact Position.
[0017]
When only the valve body is opened, if the needle is lifted until it closes the discharge port, the discharge of fuel from the back pressure chamber is prohibited and acts in the direction of increasing the fuel pressure in the back pressure chamber. The amount of lift is defined by the opening position of, and a half lift can be obtained. On the other hand, when another valve element is opened, a fuel discharge path is secured through another valve chamber, and the needle is further lifted even when the discharge port is closed, and becomes a full lift.
[0018]
According to a seventh aspect of the present invention, in the configuration of the sixth aspect of the present invention, the needle is provided on the rear end surface side of the needle. Sliding contact Closes the discharge port In position needle Hit elastically A spring member is provided.
[0019]
When half lift is reached, the needle is received by the spring member, and a braking force acts on the needle. Thereby, the needle quickly converges to the lift amount defined by the opening position of the discharge port.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
1, 2 and 3 show the configuration of the injector of the present invention, and FIG. 4 shows the configuration of a common rail type fuel injection device of a diesel engine equipped with the injector. Prior to the description of the injector, the fuel injection device will be described. The number of injectors 1 corresponding to the number of cylinders of the diesel engine is provided corresponding to each cylinder (only one injector 1 is shown in the figure), and fuel is supplied from a common common rail 74 communicating via a supply line 75, The fuel is injected from the injector 1 into the combustion chamber of each cylinder at an injection pressure substantially equal to the fuel pressure in the common rail 74 (hereinafter referred to as the common rail pressure). The fuel in the fuel tank 71 is pumped by the high-pressure supply pump 73 and stored at a high pressure on the common rail 74.
[0021]
The fuel supplied to the injector 1 from the common rail 74, which is a high pressure source, is used not only for injection into the combustion chamber, but also as a control hydraulic pressure of the injector 1, and the low pressure source from the injector 1 via the drain line 76. It returns to a certain fuel tank 71.
[0022]
The CPU 77 calculates the fuel injection timing and the injection amount based on the detection signal such as the crank angle, and outputs an injection signal corresponding to the fuel injection timing to the actuator drive circuit 78 for driving the actuator 6 mounted on each injector 1. The fuel is injected from the injector 1 for a predetermined period. At this time, the CPU 77 also outputs a selection signal from the CPU 77 to the actuator drive circuit 78 as to whether the fuel injection is to be a full lift injection or a half lift injection.
[0023]
Further, the CPU 77 performs control so as to obtain an appropriate injection pressure according to the operating conditions known from other sensor inputs. For this reason, the pressure sensor 79 is provided on the common rail 74, and the CPU 77 controls the metering valve 72 based on the common rail pressure to adjust the amount of fuel pumped to the common rail 74.
[0024]
1 to 3 showing the structure of the injector 1, the injector 1 is a rod-like body, and is attached so that the lower portion in the drawing penetrates a combustion chamber wall (not shown) of the engine and protrudes into the combustion chamber. . A housing 2 of the injector 1 is integrated by a sleeve-like retainer 26 in which a plurality of substantially cylindrical or disk-shaped housing members 21, 22, 23, 24, 25, etc. are overlapped in the axial direction, A space constituting the passage 101 and the like and a space for accommodating the needle 31 and the like are formed.
[0025]
A needle 31 is disposed in the vertical hole 201 formed on the front end side of the housing 2 and is slidably held in the vertical hole 201 at a sliding contact portion 3111 of the rear end portion 311. The needle 31 is seated on or separated from the annular sheet 201 a located at the tip of the vertical hole 201. High-pressure fuel is introduced from the common rail 74 through the high-pressure passage 101 and the fuel reservoir 102 into the outer peripheral space (hereinafter referred to as clearance section) 103 of the needle 31, and the tip wall of the housing 2 is lifted when the needle 31 is lifted. The fuel is injected from the nozzle hole 104 penetrating the nozzle. A fuel pressure is always applied to the needle 31 in the lift direction (upward) of the needle 31 by an annular step surface formed downward at the fuel reservoir 102 position.
[0026]
A back pressure chamber 105 is formed in a space defined by the vertical hole 201 on the rear end surface 31 a side of the needle 31, and the back acting on the needle rear end surface 31 a by the pressure of the fuel introduced into the back pressure chamber 105 is formed. Generate pressure. This back pressure, together with the coil spring 51 disposed in the back pressure chamber 105, biases the needle 31 in the seating direction (downward).
[0027]
In the back pressure chamber 105, fuel is introduced from the high pressure passage 101 through the passage 106.
[0028]
Further, a valve chamber 108 is interposed between the back pressure chamber 105 and the low pressure passage 110 leading to the fuel tank 71, and fuel is discharged from the back pressure chamber 105 through the valve chamber 108.
[0029]
A ball-shaped control valve 32 is disposed in the valve chamber 108. In the valve chamber 108, a low pressure port 109 communicating with the low pressure passage 110 is opened at the top of the mortar-shaped ceiling surface, and the control valve 32 is lifted from an upper seat 108 a formed on the outer peripheral edge of the low pressure port 109. The valve chamber 108 and the fuel tank 71 communicate with each other. The back pressure chamber 105 and the valve chamber 108 communicate with each other through a fuel discharge passage 107.
[0030]
A vertical hole connected to the low pressure port 109 is formed above the low pressure port 109, the lower part is a cylinder 203 that slidably holds the two pistons 42 and 43, and the upper part houses the piezo actuator 6. Actuator storage chamber 204 is provided.
[0031]
The piston 42 held in the small diameter portion 2031 on the valve chamber 108 side of the cylinder 203 is integrally provided with a piston pin 421 protruding in a pin shape on the control valve 32 side. Is advanced to press the control valve 32. A coil spring 52 is disposed in the cylinder small diameter portion 2031 to urge the piston 42 toward the piston 43 at all times. The piston 43 held by the large diameter portion 2032 of the cylinder 203 has a larger diameter than the piston 42 (hereinafter, the piston 42 is appropriately referred to as a small diameter control piston 42 and the piston 43 is referred to as a large diameter control piston 43).
[0032]
The large-diameter control piston 43 is provided with a projecting portion 431 that projects into the actuator storage chamber 204 so as to receive the piezoelectric actuator 6 stored in the actuator storage chamber 204. The piezo actuator 6 is configured by a general piezo stack in which piezoelectric ceramic layers such as PZT and electrode layers are alternately stacked, and expands and contracts by charging and discharging by the actuator driving circuit 78.
[0033]
A coil spring 53 is disposed in the actuator storage chamber 204 to urge the large-diameter control piston protrusion 431 upward so that the contact state between the large-diameter control piston protrusion 431 and the piezo actuator 6 is always maintained. Thus, the expansion / contraction amount of the piezoelectric actuator 6 becomes the displacement amount of the large diameter control piston 43 as it is.
[0034]
Between the pistons 42 and 43 is a hydraulic chamber 111 filled with fuel. The fuel is introduced into the hydraulic chamber 111 through an introduction passage (not shown) that communicates with the low pressure passage 110. For example, a check valve whose forward direction is the direction toward the hydraulic chamber 111 is provided in the introduction passage, and when the fuel in the hydraulic chamber 111 is in a pressurized state, the hydraulic chamber 111 is substantially closed. ing. Accordingly, when the piezo actuator 6 is extended, the fuel in the hydraulic chamber 111 is compressed to generate a fuel pressure that pushes down the small diameter control piston 42, and the control valve 32 is lifted via the small diameter control piston 42 by this fuel pressure. .
[0035]
In addition, by making the small-diameter control piston 42 on the control valve 32 side smaller than the large-diameter control piston 43 on the piezo actuator 6 side, the extension amount of the piezo actuator 6 is expanded and converted into the displacement of the small-diameter control piston 42. .
[0036]
When the control valve 32 is lifted, the fuel in the back pressure chamber 105 is discharged from the low pressure passage 110 to the fuel tank 71, the fuel pressure in the back pressure chamber 105 decreases, and the urging force in the lift direction with respect to the needle 31 becomes dominant. The needle 31 is lifted.
[0037]
Above the back pressure chamber 105, there is provided a stopper 41 that receives the needle 31 that has been seated and defines the lift position. The stopper 41 includes a piston portion 411 and a lift position adjustment portion 412, and the piston portion 411 slides on the recess formed above the back pressure chamber 105 as a stopper guide hole 202. The maximum displacement amount is the difference b between the length of the piston portion 411 and the length of the stopper guide hole 202. The lift position adjusting unit 412 protrudes into the back pressure chamber 105 through the housing member 22 constituting the ceiling portion of the back pressure chamber 105, and the tip end surface 41a of the stopper 41 has a needle rear end surface 31a and a tip of the stopper. It can come into contact with a base portion 3112 protruding from the needle rear end surface 31a at a position facing the surface 41a.
[0038]
The upper end of the stopper piston portion 411 is chamfered at its peripheral edge to form a tapered surface 41b, and a space 113 is formed at the corner of the stopper guide hole 202 even when the stopper 41 is in the uppermost position.
[0039]
On the side surface of the vertical hole 202, a passage 112 communicating with the hydraulic chamber 111 is opened at a position facing the space 113, and the space 113 is a fuel chamber 113 which is another hydraulic chamber. The fuel pressure in the fuel chamber 113 acts on at least the tapered surface 41b of the stopper piston portion 411, and always urges the stopper 41 downward.
[0040]
The clearance a between the stopper front end surface 41a and the needle rear end surface 31a when the stopper 41 is at the uppermost position is set to the full lift amount of the needle 31 when the needle 31 is seated, and the maximum displacement b of the stopper 41 is The desired half lift amount is set to a ′ as a ′.
[0041]
The actuator drive circuit 78 that electrically drives the piezo actuator 6 is configured to be able to switch the charging voltage, which is the charge amount of the piezo actuator 6, and in response to a command for setting the needle 31 to full lift or half lift. Switch the charging voltage. The charging voltage will be described later.
[0042]
The operation of the injector 1 will be described. FIG. 5 shows the state of the piezo actuator 6 by the generated driving force and extension amount. I, II, and III are equal voltage lines for the charging voltage of the piezo actuator 6, and the voltage of the equal voltage line I is the lowest, and the voltage value increases in this order. Hereinafter, as appropriate, the charging voltage corresponding to the isovoltage line I is the first charging voltage, the charging voltage corresponding to the isovoltage line II is the second charging voltage, and the charging voltage corresponding to the isovoltage line III is the third charging. It is called voltage.
[0043]
(1) Full lift
FIG. 1 shows the state before the start of fuel injection. In this state, the low pressure port 109 is closed by the control valve 32, and the back pressure chamber 105 is at a high pressure. Therefore, the needle 31 is in the seated state, and the stopper 41 is at the uppermost position due to the high upward fuel pressure acting on the distal end surface 41a. The small diameter control piston 42 is in contact with the control valve 32. Further, the state of the piezo actuator 6 is at an O point where the charging voltage is 0 and the extension amount is 0 in FIG.
[0044]
From this state, charging is performed up to the first charging voltage. When the extension amount increases, the fuel in the hydraulic chamber 111 is compressed and the fuel pressure rises. Therefore, the driving force of the piezo actuator 6 also increases in proportion to the extension amount and shifts to point A.
[0045]
As the fuel pressure in the hydraulic chamber 111 rises, the downward biasing force against the stopper 41 increases, but at point A, the upward fuel pressure is received so that the stopper 41 is not displaced by the increasing biasing force. The area etc. of the front end surface 41a are set beforehand. In addition, the first charging voltage is set so that the driving force becomes a driving force capable of opening the control valve 32 at the point A. As a result, the control valve 32 is lifted from the low pressure seat 108a. The clearance c between the control valve 32 and the bottom surface of the valve chamber 108 is displaced and is brought into close contact with the bottom surface. This acts in a direction to relieve the fuel pressure in the hydraulic chamber 111, so that the state of the piezo actuator 6 increases the amount of expansion and decreases the driving force so that the point on the isovoltage line I is changed from point A to point F. Migrate to
[0046]
The back pressure chamber 105 communicates with the fuel tank 71 via the valve chamber 108, the fuel is discharged from the back pressure chamber 105 to the fuel tank 71, the needle 31 is lifted, the lift amount is reduced, and the needle rear end surface 31 a is a table. The portion 3112 reaches a lift amount that comes into contact with the tip end surface 41a of the stopper lift position adjusting unit 412. Then, fuel injection is started (FIG. 2). The lift of the needle 31 at this time is a full lift because the lift position adjustment unit 412 is at the uppermost position.
[0047]
In this state, if the piezo actuator 6 is discharged and the pressing force to the control valve 32 is released, the control valve 32 rises and is seated on the seat 108a. The low pressure port 109 is closed and returns to its original state. Thereby, fuel injection stops.
[0048]
(2) Half lift
The battery is charged from the state shown in FIG. 1 to the second charging voltage. Until the control valve 32 is lifted, it is the same as in the case of full lift. However, the amount of expansion and driving force of the piezo actuator 6 are increased due to the high charging voltage of the piezo actuator 6, and B on the isovoltage line II is increased. Move to the point. Since the hydraulic chamber 111 communicates with the fuel chamber 113 behind the stopper 41, the fuel pressure in the fuel chamber 113 increases and the downward urging force against the stopper 41 also increases. The stopper 41 is displaced downward by setting the second charging voltage such that the stopper 41 can be displaced downward against the fuel pressure in the back pressure chamber 105 by the fuel pressure in the fuel chamber 113. Since this acts in a direction to relieve the fuel pressure in the hydraulic chamber 111, the state of the piezo actuator 6 moves on the isovoltage line II in a direction in which the extension amount of the piezo stack 6 increases and the driving force decreases. . Further, when the charging voltage is a third charging voltage higher than the second charging voltage, both the driving force and the extension amount of the piezo actuator 6 are increased, and the stopper 41 is displaced downward by the maximum displacement amount b and the lowest position. To reach. The state of the piezo actuator 6 moves to point E.
[0049]
Therefore, the needle 31 is stopped by the stopper 41 before the full lift, and the lift amount becomes ab, that is, the desired half lift amount a ′ (FIG. 3).
[0050]
Also in this case, if the piezo actuator 6 is discharged, the piezo actuator 6 is reduced, the pressing force to the control valve 32 is released, each part is restored to its original state, and fuel injection stops.
[0051]
Thus, the full lift and the half lift of the needle 31 can be switched stably without setting the control valve 32 to the half lift.
[0052]
(Second Embodiment)
6, FIG. 7, FIG. 8, FIG. 9, FIG. 10, and FIG. 11 show a second injector of the present invention. In the figure, parts that operate substantially the same as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and different points from the first embodiment will be mainly described.
[0053]
In the injector 1A, the housing 2A includes a plurality of housing members 21, 22, 23A, 24, 25, and the like.
[0054]
Above the back pressure chamber 105, there is provided a stopper 44 that receives the needle 31 that has been seated and defines the lift position. The stopper 44 includes a cylindrical member 441 having openings at both ends and a lift position adjusting portion 442 that is a stopper body member. The cylindrical member 441 is slidably held in a holding hole 205 formed above the back pressure chamber 105. The lift position adjustment unit 442 is inserted into the cylindrical member 441. An end portion of the lift position adjusting portion 442 on the back pressure chamber 105 side penetrates the housing member 22 constituting the ceiling portion of the back pressure chamber 105 and protrudes into the back pressure chamber 105, and serves as a front end surface of the stopper 44. The front end surface 44 a of the lift position adjusting unit 442 can come into contact with the rear end surface 31 a of the needle 31 on the base unit 3112. The cylindrical member 441 and the lift position adjusting portion 442 are engaged with each other by engaging grooves 4421 and engaging protrusions 4411 formed on the opposite side surfaces in parallel to the axis, and the engaging grooves 4421 and the engaging protrusions 4411 are engaged. Can be rotated together.
[0055]
The lift position adjusting unit 442 has a female screw, and is held by a guide shaft 45 that is a screw shaft on which a male screw is formed. The guide shaft 45 is press-fitted into a mounting hole (not shown) of the housing member 23A. The lift position adjusting unit 442 can be screwed along a guide shaft 45 that is screwed therewith. The clearance between the front end surface 44a of the lift position adjusting unit 442 and the needle rear end surface 31a is defined by the vertical position of the lift position adjusting unit 442.
[0056]
The tubular member 441 has an overall shape that is in sliding contact with the side surface of the holding hole 205, but a groove 4412 that is a fan-shaped cross section and has a wide step is formed in the axial direction on the side surface of the tubular member 441. Has been. A space 114 having the same shape as the groove 4412 is formed between the opposing side surfaces of the cylindrical member 441 and the vertical hole 205. In the space 114, a protrusion formed on the side surface of the vertical hole 205 and extending in the axial direction protrudes to form a partition wall 231 that is a step portion dividing the space 114 into two in the circumferential direction. The volume ratio of the divided spaces 1141 and 1142 varies depending on the rotation angle of the stopper 44.
[0057]
On the side surface of the vertical hole 205, a passage 112 communicating with the hydraulic chamber 111 is opened at a position facing the one divided space 1141, and fuel can be introduced into the divided space 1141 from the hydraulic chamber 111 (hereinafter, the divided space 1141 is referred to as the divided space 1141). Fuel chamber 1141). The fuel chamber 1141, the stepped side surface 4412a of the groove 4412 of the tubular member 441, and the partition wall surface 231a which is the stepped side surface of the partition wall 231, and the fuel acting on the groove step side surface 4412a and the partition wall surface 231a of the tubular member 441 The pressure acts in the direction in which the volume of the fuel chamber 1141 is expanded, that is, in the direction in which the cylindrical member 441 is rotated counterclockwise in FIGS.
[0058]
A coil spring 54 is interposed in the other divided space 1142 in the circumferential direction, and the direction in which the volume of the other divided space 1142 is expanded, that is, the tubular member 441 is clockwise in FIGS. 7, 9, and 11. This acts in the direction of rotation (hereinafter, the other divided space 1142 is referred to as a spring chamber 1142).
[0059]
When the cylindrical member 441 is rotated, the lift position adjusting portion 442 engaged with the cylindrical member 441 by the rotation stoppers 4411 and 4421 is screwed along the guide shaft 45 and displaced in the vertical direction. The lift amount can be changed.
[0060]
The operation of the injector 1A will be described. The piezo actuator 6 behaves substantially the same as that of the first embodiment, and will be described with reference to FIG.
[0061]
(1) Full lift
Prior to the start of fuel injection, the state shown in FIGS. In this state, the low pressure port 109 is closed by the control valve 32, and the back pressure chamber 105 is at a high pressure. Therefore, the needle 31 is in the seated state, the fuel pressure in the fuel chamber 1141 is low, and the volume of the fuel chamber 1141 is minimum due to the elastic force of the coil spring 54 in the spring chamber 1142. At this time, the lift position adjusting portion 442 of the stopper 44 is at the uppermost position, and the clearance from the seated needle 31 is the full lift amount a of the needle 31. The piezoelectric actuator 6 is in a state where the charging voltage is 0 V and the extension amount is zero.
[0062]
From this state, charging is performed up to the first charging voltage. When the extension amount increases, the fuel in the hydraulic chamber 111 is compressed and the fuel pressure rises. Therefore, the driving force of the piezo actuator 6 also increases in proportion to the extension amount and shifts to point A.
[0063]
On the other hand, as the fuel pressure in the hydraulic chamber 111 rises, the fuel pressure in the fuel chamber 1141 against the elastic force of the coil spring 54 also rises, but the tubular member 441 does not rotate due to the increasing fuel pressure, that is, The area of the groove step side surface 4412a of the cylindrical member 441 is set so that the lift position adjusting unit 442 does not screw. In addition, the first charging voltage is set so that the driving force becomes a driving force capable of opening the control valve 32 at the point A. As a result, the control valve 32 is lifted from the low pressure seat 108a. Then, the control valve 32 comes into contact with the bottom surface of the valve chamber 108. This acts in a direction to relieve the fuel pressure in the hydraulic chamber 111. Therefore, the state of the piezo actuator 6 increases the amount of expansion and decreases the driving force so that the isovoltage line I changes from point A to point F. Transition.
[0064]
The back pressure chamber 105 communicates with the fuel tank 71 via the valve chamber 108, and fuel is discharged from the back pressure chamber 105 to the fuel tank 71, the needle 31 is lifted, and the lift amount is adjusted so that the needle rear end surface 31 a is a base. The portion 3112 reaches a lift amount that comes into contact with the front end surface 44a of the stopper lift position adjusting portion 442. Then, fuel injection is started (FIGS. 8 and 9). The lift of the needle 31 at this time is a full lift because the lift position adjustment unit 442 is at the uppermost position (FIGS. 8 and 9).
[0065]
In this state, if the piezo actuator 6 is discharged and the pressing force to the control valve 32 is released, the control valve 32 rises and is seated on the seat 108a. The low pressure port 109 is closed and returns to its original state. Thereby, fuel injection stops.
[0066]
(2) Half lift
The battery is charged up to the second charging voltage from the states of FIGS. Until the control valve 32 is lifted, it is the same as in the case of full lift. However, the amount of expansion and driving force of the piezo actuator 6 are increased due to the high charging voltage of the piezo actuator 6, and B on the isovoltage line II is increased. Move to the point. Since the hydraulic chamber 111 communicates with the fuel chamber 1141, the fuel pressure in the fuel chamber 1141 acting in the direction of rotating the cylindrical member 442 counterclockwise also increases. By setting the second charging voltage to such a magnitude that the tubular member 441 can rotate against the elastic force of the coil spring 54 by the fuel pressure in the fuel chamber 1141, the lift position adjusting unit 442 Displaces downward. This is accompanied by the expansion of the volume of the fuel chamber 1141 and acts in the direction of relaxing the fuel pressure in the hydraulic chamber 111, so that it moves on the isovoltage line II in the direction in which the extension amount of the piezo actuator 6 increases. Further, when the charging voltage is a third charging voltage higher than the second charging voltage, both the driving force and the extension amount of the piezo actuator 6 increase, and the cylindrical member 441 rotates leftward due to the fuel pressure in the fuel chamber 1141. Due to the force, the lift position adjusting portion 442 is screwed along the guide shaft 45, and the distal end surface 44a approaches the needle rear end surface 31a. The state of the piezo actuator 6 moves to point E.
[0067]
Therefore, the lift of the needle 31 is a half lift (FIGS. 10 and 11). FIG. 10 shows a cross section taken along line XX in FIG.
[0068]
Also in this case, if the piezo actuator 6 is discharged, the piezo actuator 6 is reduced, the driving force is released, each part is restored to its original state, and fuel injection is stopped.
[0069]
Thus, the half lift and full lift of the needle 31 can be switched stably without setting the control valve 32 to a half lift.
[0070]
The uppermost position of the lift position adjusting unit 442 that receives the needle 31 at the full lift position and the lowermost position of the lift position adjusting unit 442 that receives the needle 31 at the half lift position may be defined as follows. Since the engagement protrusion 4411 can move only in the engagement groove 4421, if the engagement groove 4421 is closed at both ends, the engagement protrusion 4411 reaches the end of the engagement groove 4421. Stop there. At this stop position, the uppermost position of the lift position adjusting unit 442 and the lowermost position of the lift position adjusting unit 442 are defined.
[0071]
(Third embodiment)
12, 13 and 14 show a third injector of the present invention. In the figure, parts that operate substantially the same as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and different points from the first embodiment will be mainly described.
[0072]
In the injector 1B, the housing 2B includes a plurality of housing members 21B, 22B, 23B, 24B, 25, and the like.
[0073]
A passage 115 for discharging the fuel in the back pressure chamber 105 is provided and communicates with a main valve chamber 117 which is a valve chamber. The main control valve 33 is disposed in the main valve chamber 117. When the outer peripheral edge of the low pressure port 118 communicating with the low pressure passage 110 is seated as the seat 117a, the low pressure port 118 is closed. The back pressure chamber 105 is connected to the low pressure passage 110 via the main valve chamber 117.
[0074]
The passage 115 is provided with an orifice 116 in the middle, and a passage end on the back pressure chamber 105 side serves as a discharge port 1151 for discharging fuel from the back pressure chamber 105. The discharge port 1151 is opened on the side surface 201b of the guide hole 201 that holds the needle 31 slidably.
[0075]
The opening position of the discharge port 1151 is set as follows. The distance between the upper end 31 b of the sliding contact portion 3111 of the proximal end portion 311 of the needle 31 and the discharge port 1151 is set to be the lift amount a ′ of the half lift of the needle 31 in the seated state of the needle 31.
[0076]
Further, another passage 119 for discharging the fuel in the back pressure chamber 105 is formed and communicates with the sub valve chamber 120. A sub-control valve 34 is disposed in the sub-valve chamber 120. When the outer peripheral edge of the low-pressure port 121 communicating with the low-pressure passage 110 is seated as a seat 120a, the low-pressure port 121 is closed. The back pressure chamber 105 is connected to the low pressure passage 110 via the sub valve chamber 120.
[0077]
Pistons 46 and 47 are connected to the control valves 33 and 34, respectively, and are slidably held in the corresponding valve chambers 117 and 120 by cylinders 206 and 207 connected on the low pressure ports 118 and 121 side ( Hereinafter, the piston 46 is appropriately referred to as a main control piston 46, and the piston 47 is referred to as a sub control piston 47). The cylinder 206 that holds the main control valve 33 is substantially the same as the cylinder 203 of each of the above embodiments, and the piston 46 for the main control valve 33 is held by the small diameter portion 2061. The large diameter portion 2062 holds the large diameter control piston 43.
[0078]
The main control piston 46 is smaller in diameter than the large-diameter control piston 43, like the small-diameter control piston in each of the above-described embodiments, and is driven to be pressed by the fuel pressure of the hydraulic chamber 111 in which fuel is compressed by the displacement of the large-diameter control piston 43. Then, the main control valve 33 is lifted from the seat 107a.
[0079]
The cylinder 207 that holds the sub control piston 47 has a step with a large diameter on the low pressure port 121 side, and the sub control piston 47 is held at the large diameter portion. Further, the small diameter portion communicates with the hydraulic chamber 111 via the communication passage 122.
[0080]
The cylinders 206 and 207 are provided with pistons 46 and 47 and coil springs 57 and 58 for urging the control valves 33 and 34 in the valve closing direction.
[0081]
The sub-control piston 47 has a tapered shape with an upper portion that is reduced in diameter toward the tip, and in a seated state of the sub-control valve 34, the sub-control piston 47 is in contact with the stepped portion 2071 of the cylinder 207 at the taper portion 471. The area of the pressure receiving surface on which the fuel pressure acts on the piston 47 is the cross-sectional area of the small diameter portion of the cylinder 207. Here, the diameter of the small diameter portion of the cylinder 207 is smaller than the diameter of the cylinder small diameter portion 2061 that holds the main control piston 46, and the sub control piston 47 opens the main control valve 33 when the fuel pressure in the hydraulic chamber 111 is increased. The valve can be opened only when the fuel pressure is higher than the fuel pressure.
[0082]
The back pressure chamber 105 is always provided with a coil spring 55 similar to that of each of the above embodiments that urges the needle 31 in the seating direction, and another coil spring 56 that is a spring member. . The other coil spring 56 is shorter than the coil spring 55, and one end is locked to the ceiling portion of the back pressure chamber 105, for example. The length of the other coil spring 56 is set to a length that elastically contacts the needle 31 when the upper end 31b of the sliding contact portion 3111 of the needle 31 substantially reaches the discharge port 1151. When the contact portion upper end 31b substantially reaches the discharge port 1151, it acts to brake the needle 31 that is displaced upward.
[0083]
The actuator drive circuit 78 that electrically drives the actuator 6 is configured so that the charging voltage can be set in two stages. Details will be described later.
[0084]
The operation of the injector 1B will be described. For convenience of explanation, the case of half lift will be described. The piezo actuator 6 behaves substantially the same as that of the first embodiment, and will be described with reference to FIG.
[0085]
(1) Half lift
Before the start of fuel injection, it is in the state of FIG. In this state, between the main valve chamber 117 and the sub valve chamber 120, the back pressure chamber 105 and the low pressure passage 110 are blocked, and the back pressure chamber 105 is at a high pressure. Thereby, the needle 31 is seated. The state of the piezo actuator 6 is at an O point where the charging voltage is 0 V and the extension amount is 0.
[0086]
From this state, charging is performed up to the first charging voltage. When the extension amount increases, the fuel in the hydraulic chamber 111 is compressed and the fuel pressure rises. Therefore, the driving force of the piezo actuator 6 also increases in proportion to the extension amount and shifts to point A.
[0087]
If the first charging voltage is set so that the driving force at the point A becomes a driving force capable of opening the main control valve 33, the large-diameter control piston 43 is further displaced and the F point of the isovoltage line I is reached. The main control valve 33 is lifted from the low pressure seat 117a. As a result, the back pressure chamber 105 communicates with the fuel tank 71 via the discharge port 1151, the orifice 116, and the main valve chamber 117, and the fuel is discharged from the back pressure chamber 105. At this time, the fuel pressure also acts on the tapered portion 471 of the sub control piston 47 in the valve opening direction of the sub control valve 34, but the sub control piston 47 is not displaced, that is, the sub control valve 34 is opened. The first charging voltage is set so that it does not occur.
[0088]
When the needle 31 is displaced upward by the lift amount a ′ and the upper end 31b of the sliding contact portion 3111 reaches the discharge port 1151 position, the discharge port 1151 is closed by the needle 31 itself. Further, since the sub control valve 34 is closed, the back pressure chamber 105 loses its path for discharging the fuel.
[0089]
Then, the fuel pressure in the back pressure chamber 105 rises due to the introduction of fuel from the passage 106, and the needle 31 is pushed back downward to act in the direction of opening the discharge port 1151.
[0090]
As a result, the needle 31 converges to the lift amount a ′ defined by the opening position of the discharge port 1151. Thus, fuel injection is performed with the needle 31 in the half lift state (FIG. 13).
[0091]
In this state, if the piezo actuator 6 is discharged and the pressing force to the main control valve 33 is released, the main control valve 33 rises and sits on the seat 107a. The low pressure port 108 is closed and restored to its original state. Thereby, fuel injection stops.
[0092]
(2) Full lift
The battery is charged from the state of FIG. 12 to the second charging voltage. Until the main control valve 33 is lifted, it is the same as in the case of full lift, but the amount of extension and driving force of the piezo actuator 6 are increased due to the high charging voltage of the piezo actuator 6, and on the isovoltage line II. Move to point B. As a result, the fuel pressure in the hydraulic chamber 111 further increases. The fuel pressure acting on the secondary control piston taper portion 471 with the second charging voltage is displaced so that the secondary control piston 47 is displaced against the elastic force of the coil spring 58, that is, the secondary control valve 34 is opened. Set as follows.
[0093]
Thereby, the back pressure chamber 105 communicates with the low pressure passage 110 via the sub valve chamber 120 regardless of whether or not the discharge port 1151 is closed.
[0094]
Therefore, even if the needle 31 closes the discharge port 1151, the fuel in the back pressure chamber 105 can be released to the fuel tank 71, and the needle 31 is further raised and fully lifted (FIG. 14). Also in this case, if the piezo actuator 6 is discharged, the piezo actuator 6 is reduced, the driving force is released, each part is restored to its original state, and fuel injection is stopped.
[0095]
In this manner, the needle half lift and full lift can be switched stably without using the control valve as a half lift.
[0096]
Depending on the required convergence of the half lift position of the needle 31, another coil spring 56 can be omitted.
[0097]
In addition, the discharge port 1151 is not configured to be closed by the needle 31 itself, but is opened on the ceiling surface of the back pressure chamber 105 like the passage 119 and only the main control valve 33 is opened. By changing the flow rate of the fuel discharged from the back pressure chamber 105 when the valves 33 and 34 are opened, the amount of decrease in the fuel pressure in the back pressure chamber 105 is switched between two values, and the lift amount of the needle 31 is switched. It's also good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional side view showing a state of a first injector of the present invention before fuel injection.
FIG. 2 is a partial cross-sectional side view showing a state of the injector in a full lift state.
FIG. 3 is a partial cross-sectional side view showing a state of the injector in a half lift state.
FIG. 4 is an overall configuration diagram of a fuel injection device constituted by the injector.
FIG. 5 is a graph showing an operating state of a piezo actuator of the injector.
FIG. 6 is a partial cross-sectional side view showing a state of the second injector of the present invention before fuel injection.
7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG.
FIG. 8 is a partial cross-sectional side view showing a state of the injector in a full lift state.
9 is a cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG.
FIG. 10 is a partial sectional side view showing a state of the injector in a half lift state.
11 is a sectional view taken along line XI-XI in FIG.
FIG. 12 is a partial cross-sectional side view showing a state of the third injector of the present invention before fuel injection.
FIG. 13 is a partial sectional side view showing a state of the injector in a half lift state.
FIG. 14 is a partial sectional side view showing a state of the injector in a full lift state.
[Explanation of symbols]
1,1A, 1B Injector
105 Back pressure chamber
107 Valve chamber
117 Main valve chamber (valve chamber)
, 120 Secondary valve chamber (valve chamber)
111 Hydraulic chamber
113 Fuel chamber (another hydraulic chamber)
1141 Fuel chamber (another hydraulic chamber)
1151 discharge port
201 Guide hole
202 Guide hole for stopper
201b side view
205 Holding hole
231a Partition wall (step side)
31 needle
31a Rear end face
32 Control valve (valve)
33 Main control valve (valve)
34 Sub control valve (different valve body)
41, 44 Stopper
411 Piston part
441 Tubular member
4412a Step side
442 Lift position adjustment section (stopper body member)
45 Guide shaft (screw shaft)
56 Another coil spring (spring member)
6 Actuator
71 Fuel tank (low pressure source)
74 Common rail (high pressure source)

Claims

常時開弁方向の付勢力を受けるニードルと、該ニードルの後端面側に形成されて、ニードルを閉弁方向に付勢する背圧を発生する背圧室とを有し、高圧源から背圧室に導入される燃料により前記背圧を高圧にしてニードルを着座状態とし、背圧室の燃料を低圧源に排出してニードルをリフト状態とするインジェクタであって、
背圧室と低圧源との間に介設された弁室と、
該弁室内に配設されて、背圧室と低圧源との連通と遮断とを切り換える弁体とを有するインジェクタにおいて、
燃料が充填され、アクチュエータの駆動力で前進するピストンにより前記燃料が圧縮して前記弁体を押圧し開弁せしめる押圧力を発生する油圧室と、
前記油圧室と連通する別の油圧室と、
該別の油圧室の燃料圧を受けて作動し、燃料圧が、前記弁体がリフトする燃料圧よりも大きな所定の燃料圧を越えると、ニードルのリフト位置を切り換えるリフト位置切り換え手段とを具備せしめたことを特徴とするインジェクタ。A needle that normally receives an urging force in the valve opening direction, and a back pressure chamber that is formed on the rear end face side of the needle and generates a back pressure that urges the needle in the valve closing direction. An injector that places the needle in a seated state with the back pressure increased by the fuel introduced into the chamber, discharges the fuel in the back pressure chamber to a low pressure source, and lifts the needle;
A valve chamber interposed between the back pressure chamber and the low pressure source;
In an injector having a valve body that is disposed in the valve chamber and switches communication between the back pressure chamber and the low pressure source and shuts off,
A hydraulic chamber that is filled with fuel and generates a pressing force by which the fuel is compressed by a piston that moves forward by a driving force of an actuator to press and open the valve body;
Another hydraulic chamber communicating with the hydraulic chamber;
And a lift position switching means for switching the needle lift position when the fuel pressure exceeds a predetermined fuel pressure larger than a fuel pressure at which the valve body lifts. Injector characterized by damaging.

請求項１記載のインジェクタにおいて、前記リフト位置切り換え手段は、離座したニードルを受けてニードルを所定のリフト位置で停止せしめるストッパであって、ニードルの変位方向に移動自在に構成されたストッパにより構成したインジェクタ。2. The injector according to claim 1, wherein the lift position switching means is a stopper configured to receive the separated needle and stop the needle at a predetermined lift position, and is configured to be movable in the needle displacement direction. Injector.

請求項２記載のインジェクタにおいて、前記ストッパにはピストン部を具備せしめて、該ピストン部にてストッパ用のガイド孔に摺動自在に保持せしめ、
該ストッパ用ガイド孔を、ニードルを摺動自在に保持するニードル用のガイド孔と同方向で、かつ、ニードルの後端面側で連なるように形成した凹所により構成し、
該凹所の底部に前記油圧室の燃料を導入し、前記凹所底部により前記別の油圧室を形成したインジェクタ。The injector according to claim 2, wherein the stopper is provided with a piston portion, and the piston portion is slidably held in the guide hole for the stopper,
The stopper guide hole is constituted by a recess formed in the same direction as the needle guide hole for slidably holding the needle and continuous with the rear end surface side of the needle,
An injector in which fuel in the hydraulic chamber is introduced into the bottom of the recess and the another hydraulic chamber is formed by the bottom of the recess.

請求項２記載のインジェクタにおいて、前記ストッパを、ニードルの変位方向に設けられたねじ軸と螺合し、ねじ軸の軸方向に移動自在なストッパ本体部材と、
該ストッパ本体部材の外周に設けられて、ストッパ本体部材が前記軸方向にのみ相対移動可能な筒状部材とにより構成し、
該筒状部材を摺動自在に保持する保持穴の側面と筒状部材の側面との間に、扇状の空間であって、その周方向の一端が筒状部材の側面に形成された段部の段側面により区画され、周方向の他端が保持穴の側面に形成された段部の段側面により区画された空間を形成するとともに、該空間に前記油圧室の燃料を導入し、前記空間により前記別の油圧室を形成したインジェクタ。The injector according to claim 2, wherein the stopper is screwed with a screw shaft provided in a displacement direction of the needle, and a stopper main body member movable in the axial direction of the screw shaft;
The stopper body member is provided on the outer periphery of the stopper body member, and the stopper body member is constituted by a cylindrical member that can be relatively moved only in the axial direction.
A step-like space formed between the side surface of the holding hole for slidably holding the cylindrical member and the side surface of the cylindrical member and having one end in the circumferential direction formed on the side surface of the cylindrical member A space defined by the step side surface of the step portion formed at the side surface of the holding hole, and the other end in the circumferential direction is defined by the step side surface of the holding hole, and fuel in the hydraulic chamber is introduced into the space. An injector in which the another hydraulic chamber is formed.

請求項１記載のインジェクタにおいて、前記リフト位置切り換え手段を、背圧室と低圧源との間に介設された別の弁室内に配設されて、背圧室と低圧源との連通と遮断とを切り換える別の弁体により構成したインジェクタ。 2. The injector according to claim 1, wherein the lift position switching means is disposed in a separate valve chamber interposed between the back pressure chamber and the low pressure source, so that communication between the back pressure chamber and the low pressure source is interrupted. An injector composed of another valve body that switches between

請求項５記載のインジェクタにおいて、背圧室における燃料の排出用で前記弁室に通じる排出ポートを、ニードルを摺動自在に保持するガイド孔の、ニードルの摺接部と摺接可能な面に開口せしめるとともに、
排出ポートの開口位置を、着座状態のニードルの摺接部によって閉鎖されず、フルリフト状態のニードルの摺接部によって閉鎖される位置としたインジェクタ。6. The injector according to claim 5, wherein a discharge port communicating with the valve chamber for discharging the fuel in the back pressure chamber is formed on a surface of the guide hole for slidably holding the needle so as to be slidable with the sliding contact portion of the needle. While opening it,
The opening position of the discharge port is not closed by the sliding contact of the needle of the seating state, and a position that will be closed by the sliding contact of the needle of a full lift state injector.

請求項６記載のインジェクタにおいて、前記ニードルの後端面側に設けられて、ニードルの摺接部が排出ポートを閉鎖する位置においてニードルと弾接するばね部材を設けたインジェクタ。7. The injector according to claim 6, further comprising a spring member that is provided on a rear end surface side of the needle and elastically contacts the needle at a position where the sliding contact portion of the needle closes the discharge port.