JP4370738B2 - インジェクタ - Google Patents
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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）
【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）
Claims (7)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。
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