(57)【要約】【課題】駆動部が振動してもニードルの作動が安定する燃料噴射装置を提供する。【解決手段】ピストン５０は、駆動部６０の駆動力により加圧室９５内部の燃料圧力を昇圧する方向に移動する。加圧室９５は、圧力伝達室９０と連通路８５とを経由して圧力制御室８０と連通している。圧力制御室８０の燃料圧力が高まると、ニードル３０はリフトされ、ボディ２０に設けられた噴孔２１へ燃料が流入する。ピストン５０が加圧室９５内部の燃料圧力を昇圧する方向である駆動方向に移動し噴孔２１から燃料が噴射されている状態である昇圧状態にあるとき、ピストン５０の側壁面５２は、圧力伝達室９０の開口９１をほぼ閉塞し、加圧室９５から圧力伝達室９０への圧力伝達が抑制される。また、加圧室９０はほぼ閉塞されているのでダンパとして機能する。これにより、駆動部６０が様々な周波数で振動しても、ニードル３０の作動が安定する。【選択図】  図１
2010038030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔、および前記噴孔に連絡する燃料通路を有するボディと、
前記ボディに往復移動可能に収容され、リフトすることで前記噴孔への燃料の流入を許容するニードルと、
前記ボディの内部に設けられるシリンダと、
前記シリンダの内部を軸方向に往復摺動可能なピストンと、
内部の燃料圧力が高まると前記ニードルをリフトさせる圧力制御室と、当該圧力制御室に連通する連通路と、当該連通路に連通し前記シリンダの前記ピストンとの摺動面に開口する圧力伝達室と、前記開口を経由して前記圧力伝達室に連通し前記ピストンによって内部の燃料が加圧される加圧室と、を有する燃料圧力制御系統と、
前記加圧室内部の燃料圧力を昇圧する方向に前記ピストンを移動させる駆動部と、
を備える燃料噴射装置であって、
前記ピストンが前記加圧室内部の燃料圧力を昇圧する方向である駆動方向に移動し前記噴孔から燃料が噴射されている状態である昇圧状態にあるとき、前記ピストンの側壁面が前記圧力伝達室の前記開口をほぼ閉塞し、前記加圧室から前記圧力伝達室への圧力伝達が抑制されることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記ピストンは、前記昇圧状態にあるとき、前記駆動方向側の端面の軸方向位置が前記圧力伝達室の前記駆動方向側の開口端よりも前記駆動方向側となるように位置することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記シリンダは、その摺動面と前記ピストンの側壁面とで形成されるクリアランスが前記開口よりも前記駆動方向側で広くなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記ピストンは、前記昇圧状態にあるとき、前記駆動方向側の端面の軸方向位置が前記圧力伝達室の前記駆動方向側の開口端と略一致するように位置することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記ピストンの前記駆動方向側の端縁部は、テーパ状に形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記圧力伝達室の前記駆動方向側の開口端は、テーパ状に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記圧力伝達室は、前記シリンダの周方向に開口する環状溝であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関（以下、「エンジン」という。）に燃料を噴射供給する燃料噴射装置に関し、特に加圧した燃料によりニードルの作動を制御する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、駆動部の駆動が伝達されたピストンにより燃料を加圧する加圧室と加圧室に連通する圧力制御室とを備え、圧力制御室内の燃料の圧力を上昇させることによりニードルをリフトさせ、燃料通路に連通する噴孔から燃料を噴射する燃料噴射装置が知られている。このような燃料噴射装置では、例えば、駆動部としてピエゾ素子を用いる場合、ピエゾ素子の変位が安定せず、加圧室内および圧力制御室内の燃料の脈動を引き起こし、この脈動によりニードルの作動が安定しないという問題点がある。なお、この問題は、ピエゾ素子以外を駆動部に採用しても同様に生じ得る。
【０００３】
近年では、積層構造内に制振部材を挿入したピエゾ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ピエゾ素子の支持部に制振部材を設けることによりピエゾ素子の振動を吸収する燃料噴射装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】国際公開第２００６／１３１１０６号パンフレット
【特許文献２】欧州特許出願公開第１６４７７０３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、制振部材を用いてピエゾ素子の振動を吸収する場合、用いる制振部材の材質により吸収可能な振動の周波数が限られるという問題点があった。また、制振部材を設けることにより、部品点数および組み付け工数が増加するという問題点があった。
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な油圧構造によって、駆動部が様々な周波数で振動してもニードルの作動が安定する燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の燃料噴射装置は、ボディ、ニードル、シリンダ、ピストン、燃料圧力制御系統、および駆動部を備えている。燃料圧力制御系統は、圧力制御室と、連通路と、圧力伝達室と、加圧室とを有している。ピストンは、ボディの内部に設けられたシリンダの内部を軸方向に往復摺動可能に設けられており、駆動部の駆動力により加圧室内部の燃料圧力を昇圧する方向に移動する。加圧室は、シリンダのピストンとの摺動面に開口する圧力伝達室と、当該開口を経由して連通している。圧力伝達室は、連通路を経由して圧力制御室と連通している。圧力制御室の燃料圧力が高まると、ニードルはリフトされ、ボディに設けられた噴孔へ燃料が流入する。
【０００６】
ここで特に本発明では、昇圧状態にあるとき、ピストンの側壁面は圧力伝達室の開口をほぼ閉塞する。昇圧状態とは、ピストンが加圧室内部の燃料圧力を昇圧する方向である駆動方向に移動し噴孔から燃料が噴射されている状態をいう。このように、昇圧状態においては、圧力伝達室の開口がピストンの側壁面によってほぼ閉塞されているので、加圧室から圧力伝達室への圧力伝達が抑制される。圧力制御室は連通路を経由して圧力伝達室と連通しているので、圧力制御室への圧力伝達も抑制される。したがって、昇圧状態にあるとき、加圧室内部の燃料圧力が変動したとしても、圧力制御室への圧力伝達が抑制されているので、ニードルの作動は安定する。
本発明は、ニードルがリフトされ燃料が噴射されているとき、加圧室の微細な圧力変動を圧力制御室に伝達する必要がないことに着目したものであり、この圧力伝達を遮断することに技術思想がある。
【０００７】
また、昇圧状態にあるとき、圧力伝達室の開口がほぼ閉塞されることにより加圧室がほぼ閉塞される。ほぼ閉塞された加圧室はダンパとして機能し、ピストンの振動が抑制されるので、加圧室内部の燃料圧力の変動が抑制されるため、圧力制御室内部の燃料圧力の変動をさらに抑制することができる。
【０００８】
加圧室内部の燃料圧力が変動する場合とは、例えば、駆動部にピエゾ素子を用いピエゾ素子が伸長したときの変位が安定せず、加圧室内部の燃料が脈動し燃料圧力が変動する場合である。本発明では、昇圧状態にあるとき、ピエゾ素子の変位が安定しなかったとしても、ほぼ閉塞された加圧室がダンパとして機能することにより加圧室の圧力変動が抑えられることに加え、加圧室から圧力制御室への圧力伝達が抑制されるため、ニードルの作動が安定する。
【０００９】
しかも、油圧構造を工夫することで圧力制御室内部の燃料圧力の変化が抑制されているので、駆動部が様々な周波数で振動してもニードルの作動が安定する。特に、例えばアクセルを踏み戻すときなど、微小量の燃料を噴射するときのニードルの応答性を安定化するのに有効である。また、簡素な油圧構造を採用しているので、部品点数や組み付け工数の増加を抑えることができる。
【００１０】
請求項２に記載の燃料噴射装置では、昇圧状態にあるとき、ピストンは、駆動方向側の端面の軸方向位置が圧力伝達室の駆動方向の開口端よりも駆動方向側となるように位置する。これにより、開口はピストンの側壁面によってほぼ閉塞されるので、加圧室から圧力伝達室および圧力制御室への圧力伝達が抑制される。また、ほぼ閉塞された加圧室はダンパとして機能し、ピストンの振動が抑制され、加圧室内部の燃料圧力の変動が抑制される。これにより、駆動部の振動に伴う圧力制御室内部の燃料圧力の変化が抑制され、ニードルの作動が安定する。
【００１１】
請求項３に記載の燃料噴射装置では、シリンダの摺動面とピストンの側壁面とで形成されるクリアランスは、圧力伝達室の開口の反駆動方向側よりも駆動方向側で広くなるように形成されている。これにより、ピストンが傾いて移動しても圧力伝達室の開口端にピストンが干渉しないため、ピストンやシリンダの摩耗や破損を防止できる。
【００１２】
請求項４に記載の燃料噴射装置では、昇圧状態にあるとき、ピストンは、駆動方向側の端面の軸方向位置が圧力伝達室の駆動方向側の開口端と略一致するように位置する。これにより、開口はピストンの側壁面によってほぼ閉塞されるので、加圧室から圧力伝達室および圧力制御室への圧力伝達が抑制される。また、ほぼ閉塞された加圧室はダンパとして機能し、ピストンの振動が抑制され、加圧室内部の燃料圧力の変動が抑制される。これにより、駆動部の振動に伴う圧力制御室内部の燃料圧力の変化が抑制され、ニードルの作動が安定する。
【００１３】
なお、上述したピストンの駆動方向側の端面の軸方向位置が圧力制御室の駆動方向側の開口端と略一致する、とは、端面と開口端とが一致している状態と、端面が開口端よりもやや反駆動方向側にある状態とを含む。特に、後者の場合、ピストンとシリンダとの間に微小隙間が形成されるので、ピストンが傾いて移動しても圧力伝達室の開口端にピストンが干渉せず、ピストンやシリンダの摩耗や破損を防止できる。
【００１４】
請求項５に記載の燃料噴射装置では、ピストンの駆動方向側の端縁部は、テーパ状に形成されている。これにより、シリンダとピストンとの間に隙間が形成されるので、ピストンが傾いて移動しても圧力伝達室の開口端にピストンが干渉しないため、ピストンやシリンダの摩耗や破損を防止できる。
請求項６に記載の燃料噴射装置では、圧力伝達室の駆動方向側の開口端は、テーパ状に形成されている。これにより、シリンダとピストンとの間に隙間が形成されるので、ピストンが傾いて移動しても圧力伝達室の開口端にピストンが干渉しないため、ピストンやシリンダの摩耗や破損を防止できる。
【００１５】
請求項７に記載の燃料噴射装置では、圧力伝達室は、シリンダの周方向に開口する環状溝である。圧力伝達室が環状にすれば、容易に加工可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明による燃料噴射装置を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料噴射装置を図１に示す。燃料噴射装置１は、例えばガソリン直噴エンジンの各気筒に取り付けられ、図示しない燃料レールに蓄圧状態で蓄えられた高圧の燃料を各気筒に噴射する。燃料噴射装置１は、外殻にボディ２０を備え、ボディ２０の内部には、ニードル３０、ニードル案内シリンダ３５、蓋部材４０、シリンダとしてのピストン案内シリンダ４５、ピストン５０、および駆動部としてのピエゾ駆動体６０などが設けられ、圧力制御室８０、連通路８５、圧力伝達室９０、加圧室９５などが形成されている。
【００１７】
ボディ２０は、筒状に形成され、一方の端部に噴孔２１が形成されている。噴孔２１は、ボディ２０の内壁と外壁を連通している。噴孔２１の入口側には、燃料溜まり室７１が形成されている。ボディ２０の内壁には、燃料溜まり室７１と噴孔２１との間に弁座２２が形成されている。
【００１８】
ボディ２０には、図示しない燃料レールに連通する流入口２３が形成されている。ボディ２０の内周壁とピエゾ駆動体６０の外周壁との間には、燃料室７２が形成されており、燃料レールから流入口２３を経由して燃料レールの内部と概ね同等の圧力の燃料が燃料室７２に供給される。ボディ２０の内周壁と、ニードル案内シリンダ３５、蓋部材４０、ピストン案内シリンダ４５、およびピストン５０の外周壁と、の間には、燃料室７２と連通する外周通路７３が形成されている。
【００１９】
ニードル３０は、ボディ２０の内部に往復移動可能に収容されている。ニードル３０は、弁座２２に着座可能なシール部３１を有している。シール部３１が弁座２２から離座すると、燃料溜まり室７１と噴孔２１とは連絡し、噴孔２１への燃料の流れが許容される。一方、シール部３１が弁座２２に着座すると、燃料溜まり室７１と噴孔２１とは遮断され、噴孔２１への燃料の流れは停止される。
【００２０】
ニードル案内シリンダ３５は、略円筒状に形成され、一方の端部がボディ２０の噴孔２１側の内壁に接し、他方の端部が蓋部材４０により閉塞されている。蓋部材４０は、略円盤状に形成され、ニードル案内シリンダ３５側の端面に凹部４１を有している。ニードル案内シリンダ３５の内周壁３６には、ニードル３０の外周壁３３が摺動可能に接している。これにより、ニードル３０は、ニードル案内シリンダ３５によって軸方向に往復摺動するように案内される。ニードル３０が、弁座２２に着座しているとき、ニードル３０と蓋部材４０との間には幅ｄの隙間が形成されている。すなわち、ニードル３０の最大リフト量は、ｄである。
【００２１】
ニードル３０と、蓋部材４０と、ニードル案内シリンダ３５との間には、背圧室７５が形成されている。蓋部材４０に形成された通路７４は、外周通路７３と背圧室７５とを連絡している。ニードル３０には、背圧室７５と燃料溜まり室７１とを連通する中空孔７６が形成されている。これにより、燃料溜まり室７１には、中空孔７６を経由して背圧室７５から燃料が流入する。なお、燃料室７２、外周通路７３、通路７４、背圧室７５、中空孔７６、および燃料溜まり室７１は、互いに連通し、燃料通路７０を構成している。
【００２２】
背圧室７５には、第１圧縮コイルスプリング３９が収容されている。第１圧縮コイルスプリング３９は、一方の端部がニードル３０と接し、他方の端部が蓋部材４０の凹部４１と接している。第１圧縮コイルスプリング３９は、ニードル３０を弁座２２方向、すなわち閉弁方向へ付勢する。
【００２３】
ピストン案内シリンダ４５は、略円筒状に形成され、蓋部材４０に固定されている。ピストン案内シリンダ４５の一方の端部は蓋部材４０により閉塞され、他方の端部にはピストン５０が挿入されている。ピストン案内シリンダ４５には、摺動面４６に開口９１を有する圧力伝達室９０が形成されている。圧力伝達室９０は、ピストン案内シリンダ４５の周方向に開口する環状溝である。圧力伝達室９０は、ピストン案内シリンダ４５、蓋部材４０、およびニードル案内シリンダ３５に形成される連通路８５を経由して、圧力制御室８０と連通している。圧力制御室８０は、ニードル３０の外壁、ニードル案内シリンダ３５の内周壁およびボディ２０の内壁の間に略円環状に形成される。
【００２４】
ピストン５０は、略円柱状に形成され、反蓋部材４０側の端部に径外方向へ環状に延びる鍔部５１を有している。ピストン５０の側壁面５２は、ピストン案内シリンダ４５の摺動面４６と摺動可能に接している。これにより、ピストン５０は、ピストン案内シリンダ４５によって軸方向に往復移動する。
【００２５】
ピストン５０の蓋部材４０側の端面５５と蓋部材４０とピストン案内シリンダ４５との間には、加圧室９５が形成されている。加圧室９５は、開口９１を経由して圧力伝達室９０と連通している。圧力伝達室９０の開口９１が閉塞されていないとき、加圧室９５内部の燃料は、圧力伝達室９０および連通路８５を経由して圧力制御室８０へ流入し、圧力制御室８０内部の燃料圧力は加圧室９５内部の燃料圧力と概ね同一となる。そのため、加圧室９５内部の燃料圧力が上昇すると、これに伴って圧力制御室８０内部の燃料圧力が上昇する。なお、圧力制御室８０、連通路８５、圧力伝達室９０、および加圧室９５は、特許請求の範囲における「燃料圧力制御系統」を構成している。
【００２６】
ピストン案内シリンダ４５の外周側には、第２圧縮コイルスプリング５９が設けられている。第２圧縮コイルスプリング５９は、一方の端部がピストン案内シリンダ４５に接し、他方の端部がピストン５０の鍔部５１に接している。第２圧縮コイルスプリング５９は、ピストン５０を反蓋部材４０方向、すなわち加圧室９５の容積が増大する方向へ付勢している。
【００２７】
ピストン５０には、燃料室７２と加圧室９５とを連通する通路５３が形成されている。通路５３の途中には、逆止弁５４が設けられている。逆止弁５４は、通路５３において燃料室７２から加圧室９５へ向かう燃料の流れを許容し、加圧室９５から燃料室７２へ向かう燃料の流れを規制する。これにより、第２圧縮コイルスプリング５９の付勢力よってピストン５０が反蓋部材４０側へ移動するとき、燃料が燃料室７２から通路５３を経由して加圧室９５へ流入する。一方、ピエゾ駆動体６０の駆動力によってピストン５０が蓋部材４０方向へ移動するとき、加圧室９５から燃料室７２への燃料の流出が規制され、加圧室９５の圧力が上昇する。
【００２８】
駆動部としてのピエゾ駆動体６０は、ピストン５０の反蓋部材４０側に設けられている。ピエゾ駆動体６０は、略円柱状に形成され、一方の端部６１がボディ２０の反噴孔２１側の内壁に固定されている。
【００２９】
ピエゾ駆動体６０は、ピエゾスタック６５および押圧部６６を有している。ピエゾスタック６５は、例えばＰＺＴ等の圧電セラミック層と電極層とを交互に積層したコンデンサ構造を有する一般的なもので、図示しないＥＣＵの指令により通電される。ピエゾスタック６５は、電気的なエネルギーが充電されることにより軸方向に伸長する。一方、ピエゾスタック６５から電気的なエネルギーが放電されることによりピエゾスタック６５は軸方向に収縮する。押圧部６６は、ピエゾスタック６５のピストン５０側に設けられており、ピストン５０に接している。ピエゾスタック６５が伸長するとき、押圧部６６は第２圧縮コイルスプリング５９の付勢力に抗してピストン５０を蓋部材４０方向へ押圧し、ピストン５０は蓋部材４０方向、すなわち加圧室９５の容積が減少する方向へ移動する。このとき、図２および図３に示すように、ピストン５０の蓋部材４０側の端面５５は、圧力伝達室９０の開口９１の蓋部材４０側の開口端９２よりも蓋部材４０側に位置し、ピストン５０の側壁面５２は、圧力伝達室９０の開口９１をほぼ閉塞する。なお、ピエゾスタック６５が伸長することにより、ピストン５０が移動する蓋部材４０方向は、特許請求の範囲における「駆動方向」に対応している。また、ピエゾスタック６５が伸長することによりピストン５０が蓋部材４０方向へ移動している状態は、特許請求の範囲における「昇圧状態」に対応している。
【００３０】
次に、燃料噴射装置１の作動について図１〜図３に基づいて説明する。
図１に示すように、ピエゾスタック６５が充電されていないとき、ピエゾスタック６５は収縮している。ピエゾスタック６５が収縮しているとき、燃料通路７０、加圧室９５、圧力伝達室９０、連通路８５、および圧力制御室８０は燃料で満たされた状態であり、加圧室９５、圧力伝達室９０、連通路８５、および圧力制御室８０の圧力は、燃料通路７０と同等である。このとき、ニードル３０は、第1圧縮コイルスプリング３９の付勢力と背圧室７５の燃料圧力による荷重とにより弁座２２に着座している。そのため、燃料溜まり室７１と噴孔２１との連絡は遮断されており、噴孔２１からの燃料の噴射は停止されている。
【００３１】
ピエゾスタック６５の充電が開始されると、ピエゾスタック６５は軸方向に伸長する。これにより、押圧部６６は、第２圧縮コイルスプリング５９の付勢力に抗してピストン５０を蓋部材４０方向へ押圧する。押圧部６６によって押圧されたピストン５０は、蓋部材４０方向へ移動し、加圧室９５の容積は減少する。このとき、逆止弁５４により通路５３からの燃料の流出が規制されるので、加圧室９５内部の燃料が加圧される。加圧室９５内部の燃料が加圧されると、圧力伝達室９０および連通路８５を経由して加圧室９５に連通する圧力制御室８０内部の燃料圧力が上昇する。圧力制御室８０内部の燃料圧力が上昇すると、ニードル３０は、第１圧縮コイルスプリング３９の付勢力と背圧室７５の燃料圧力による荷重とに抗して軸方向反弁座２２側へリフトし、弁座２２から離座する。ニードル３０が弁座２２から離座すると、燃料溜まり室７１と噴孔２１とは連絡し、図示しない燃料レールから流入口２３、燃料室７２、外周流路７３、通路７４、背圧室７５および中空孔７６を経由して燃料溜まり室７１に流入した燃料は、噴孔２１から噴射される。
【００３２】
図２および図３に示すように、ピストン５０が蓋部材４０方向へ移動したとき、ピストン５０の蓋部材４０側の端面５５は、圧力伝達室９０の開口９１の蓋部材４０側の開口端９２よりも蓋部材４０側に位置しており、加圧室９５と圧力伝達室９０とは摺動部クリアランスＣＬのみで連通している。すなわち、圧力伝達室９０の開口９１はほぼ閉塞されている。圧力伝達室９０の開口９１はほぼ閉塞されているので、加圧室９５から圧力伝達室９０への圧力伝達は抑制される。また、加圧室９５はほぼ閉塞されているので、ダンパ効果を有し、ピストン５０の振動を抑制する。
【００３３】
その後、ピエゾスタック６５の放電が開始されると、ピエゾスタック６５は軸方向に収縮する。これにより、ピストン５０を押圧していた押圧部６６は、反蓋部材４０方向へ移動する。ピストン５０は、第２圧縮コイルスプリング５９の付勢力により、反蓋部材４０方向、すなわち加圧室９５の容積が増大する方向に移動する。ピストン５０が反蓋部材４０方向へ移動すると、図１に示すように、加圧室９５と圧力伝達室９０とは開口９１を経由して連通する。ピストン５０が反蓋部材４０方向へ移動すると、加圧室９５内部の燃料圧力が低下するとともに通路５３を経由して燃料室７２から加圧室９５に燃料が流入する。また、加圧室９５内部の燃料圧力が低下すると、圧力伝達室９０および連通路８５を経由して加圧室９５と連通する圧力制御室８０内部の燃料圧力も低下する。その結果、ニードル３０は、第１圧縮コイルスプリング３９の付勢力と背圧室７５の燃料圧力による荷重とにより弁座２２方向へ移動し、弁座２２に着座する。これにより、噴孔２１と燃料溜まり室７１との連絡は遮断され、噴孔２１からの燃料の噴射は終了する。
【００３４】
ここで、図４を用い、ＰＺＴ駆動パルス、ＰＺＴ素子変位、圧力制御室内の燃料圧力、およびニードル変位の関係について、それぞれに記号Ａ〜Ｄを付して説明する。図４では、縦軸をＰＺＴ駆動パルスＡ（Ｖ）、ＰＺＴ素子変位Ｂ（μｍ）、圧力制御室内の燃料圧力Ｃ（ＭＰａ）およびニードル変位Ｄ（μｍ）とし、横軸を時間（ｓ）とする。なお、本実施形態による燃料噴射装置１の特性を実線で示し、従来例による燃料噴射装置の特性を破線で示す。
【００３５】
ＥＣＵからの指令により、ＰＺＴ駆動パルスＡが立ち上がると、ＰＺＴ素子変位Ｂが発生する。すなわち、ピエゾスタック６５が伸長する。ピエゾスタック６５が伸長すると、圧力制御室８０内部の燃料圧力Ｃが上昇する。圧力制御室８０内部の燃料圧力Ｃが上昇すると、この燃料圧力の上昇によってニードル３０がリフトされ、ニードル変位Ｄが生じる。ニードルは最大リフト量ｄまで変位する。ニードル変位Ｄは、圧力制御室内部の燃料圧力Ｃが一定以上であれば、最大リフト量ｄを維持する。
【００３６】
ＰＺＴ素子変位Ｂは、時間ｔ１で変位Ｓに達するが、その後変位Ｓ付近での変位が安定しない。このとき、従来の燃料噴射装置では、昇圧状態において加圧室から圧力制御室への圧力伝達が抑制されていないので、破線で示すように、ＰＺＴ素子変位Ｂの変動に伴って圧力制御室内部の燃料圧力Ｃが変動する。一方、本実施形態による燃料噴射装置１では、昇圧状態において加圧室９５がほぼ閉塞されるので、ダンパ効果による加圧室９５の圧力変動が抑制されているのに加え、加圧室９５から圧力制御室８０への圧力伝達が抑制されているため、実線で示すように、ＰＺＴ素子変位Ｂの変動によらず、圧力制御室８０内部の燃料圧力Ｃが安定する。
【００３７】
時間ｔ２において、ＰＺＴ駆動パルスＡが立ち下がると、ＰＺＴ素子変位Ｂは低下する。すなわち、ピエゾスタック６５は収縮する。このとき、従来の燃料噴射装置では、破線で示すように、ＰＺＴ素子変位Ｂの不安定さに起因する圧力変動がないときの圧力Ｐと比べ圧力制御室内部の圧力Ｃが高いときに駆動パルスＡが立ち下がっているため、圧力制御室内部の燃料圧力Ｃの低下が遅れ、ニードル変位Ｄの変位開始時期が遅れる。すなわち、従来の燃料噴射装置では、圧力制御室内部の燃料圧力Ｃが安定していないので、ＰＺＴ駆動パルスＡが立ち下がる時間ｔ２からニードル変位Ｄが変位を開始するまでの時間が安定しない。すなわち、閉弁応答性が安定しない。一方、本実施形態による燃料噴射装置１では、圧力制御室８０内部の燃料圧力Ｃが安定しているので、ＰＺＴ駆動パルスＡの立ち下がりからニードル３０の変位Ｄの変位開始までの時間Ｔが安定する。したがって、本実施形態による燃料噴射装置１は、従来の燃料噴射装置と比較して、ニードル３０の閉弁応答性が安定する。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態における燃料噴射装置１では、ピエゾ駆動体６０の駆動力によってピストン５０が駆動方向である蓋部材４０方向へ移動している昇圧状態において、ピストン５０の側壁面５２が圧力伝達室９０の開口９１をほぼ閉塞している。このとき、加圧室９５から圧力伝達室９０および連通路８５を経由して連通する圧力制御室８０への圧力伝達が抑制される。
また、加圧室９５がほぼ閉塞されているので、加圧室９５はダンパとして機能し、ピストン５０の振動を抑制する。ピストン５０の振動が抑制されるので、加圧室９５内部の燃料圧力の変動が抑制されることにより、圧力制御室内部の燃料圧力の変動をさらに抑制することができる。
【００３９】
したがって、ピエゾ駆動体６０の振動に伴う圧力制御室８０内部の燃料圧力の変化が抑制され、ニードル３０の作動が安定する。特に、例えばアクセルを踏み戻すときなど、微小量の燃料を噴射するときのニードル３０の閉弁応答性を安定化するのに有効である。
油圧構造を工夫することで圧力制御室８０内部の燃料圧力の変化が抑制されているので、ピエゾ駆動体６０が様々な周波数で振動してもニードル３０の作動が安定する。また、簡素な油圧構造を採用しているので、部品点数や組み付け工数の増加を抑えることができる。さらに、圧力伝達室９０は環状溝であるので、容易に加工可能である。
【００４０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による燃料噴射装置の圧力伝達室近傍を図５に示す。図５は、ピストン５０が蓋部材４０側へ移動した状態を示す拡大断面図である。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第２実施形態では、圧力伝達室９０の開口９１の蓋部材４０側においてピストン案内シリンダ４５とピストン５０との間に形成される摺動部クリアランスＣＬ２は、圧力伝達室９０の開口９１の反蓋部材４０側で形成される摺動部クリアランスＣＬ１よりも大きい。すなわち、ＣＬ２＞ＣＬ１である。
【００４１】
図５に示すように、ピストン５０が蓋部材４０方向へ移動したとき、ピストン５０の蓋部材４０側の端面５５は、圧力伝達室９０の開口９１の蓋部材４０側の開口端９２よりも蓋部材４０側に位置しており、圧力伝達室９０と加圧室９５とは摺動部クリアランスＣＬ２のみで連通している。すなわち、圧力伝達室９０の開口９１はほぼ閉塞されており、加圧室９５から圧力伝達室９０への圧力伝達は抑制される。また、加圧室９５はほぼ閉塞されているので、ダンパ効果を有し、ピストン５０の振動を抑制する。
【００４２】
これにより、本実施形態による燃料噴射装置は、第１実施形態と同様の効果を奏し、さらに、ピストン案内シリンダ４５の摺動面４６とピストン５０の側壁面５２とで形成されるクリアランスが圧力伝達室９０の開口９１よりも蓋部材４０側で大きくなるよう、すなわちＣＬ２＞ＣＬ１となるように形成されているため、ピストン５０が傾いて移動しても圧力伝達室９０の開口端９２にピストン５０が干渉せず、ピストン５０やピストン案内シリンダ４５の摩耗や破損を防止できる。
【００４３】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による燃料噴射装置の圧力伝達室近傍を図６に示す。図６は、ピストン５０が蓋部材４０側へ移動した状態を示す拡大断面図である。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第３実施形態では、ピストン５０が蓋部材４０方向へ移動したとき、ピストン５０の蓋部材４０側の端面５５は、圧力伝達室９０の開口９１の蓋部材４０側の開口端９２と略一致する位置にある。このとき、ピストン５０の蓋部材４０側の端面５５は、開口端９２よりやや反蓋部材４０側に位置し、ピストン５０と開口端９２との間には微小隙間が形成されている。この微小隙間におけるピストン５０と開口端９２との距離はＬ１である。
【００４４】
図６に示すように、ピストン５０が蓋部材４０方向へ移動したとき、圧力伝達室９０と加圧室９５とは、微小隙間のみで連通している。すなわち、圧力伝達室９０の開口９１はほぼ閉塞されており、加圧室９５から圧力伝達室９０への圧力伝達は抑制される。また、加圧室９５はほぼ閉塞されているので、ダンパ効果を有し、ピストン５０の振動を抑制する。
【００４５】
これにより、本実施形態による燃料噴射装置は、第１実施形態と同様の効果を奏し、さらに、ピストン５０と開口端９２との間には微小隙間が形成されているため、ピストン５０が傾いて移動しても圧力伝達室９０の開口端９２にピストン５０が干渉せず、ピストン５０やピストン案内シリンダ４５の摩耗や破損を防止できる。
【００４６】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による燃料噴射装置の圧力伝達室近傍を図７に示す。図７は、ピストン５０が蓋部材４０側へ移動した状態を示す拡大断面図である。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第４実施形態では、ピストン５０の蓋部材４０側の周縁部には、テーパ５６が形成されている。
【００４７】
図７に示すように、ピストン５０が蓋部材４０方向へ移動したとき、ピストン５０の蓋部材４０側の端面５５は、圧力伝達室９０の開口９１の蓋部材４０側の開口端９２よりも蓋部材４０側に位置しており、圧力伝達室９０と加圧室９５とは摺動部クリアランスＣＬ３のみで連通している。すなわち、圧力伝達室９０の開口９１はほぼ閉塞されており、加圧室９５から圧力伝達室９０への圧力伝達は抑制される。また、加圧室９５はほぼ閉塞されているので、ダンパ効果を有し、ピストン５０の振動を抑制する。
【００４８】
これにより、本実施形態による燃料噴射装置は、第１実施形態と同様の効果を奏し、さらにピストン５０の蓋部材４０側の端面５５の周辺部には、テーパ５６が形成されているため、ピストン５０が傾いて移動しても圧力伝達室９０の開口端９２にピストン５０が干渉せず、ピストン５０やピストン案内シリンダ４５の摩耗や破損を防止できる。
【００４９】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による燃料噴射装置の圧力伝達室近傍を図８に示す。図８は、ピストン５０が蓋部材４０側へ移動した状態を示す拡大断面図である。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第５実施形態では、ピストン５０が蓋部材４０方向へ移動したとき、ピストン５０の蓋部材４０側の端面５５は、圧力伝達室９０の開口９１の蓋部材４０側の開口端９２と略一致する位置にある。また、ピストン５０の蓋部材４０側の周縁部には、テーパ５６が形成され、ピストン５０と開口端９２との間には微小隙間が形成されている。この微小隙間におけるピストン５０と開口端９２との距離はＬ２である。
【００５０】
図８に示すように、ピストン５０が蓋部材４０方向へ移動したとき、圧力伝達室９０と圧力制御室９５とは、微小隙間のみで連通している。すなわち、圧力伝達室９０の開口９１はほぼ閉塞されており、加圧室９５から圧力伝達室９０への圧力伝達は抑制される。また、加圧室９５はほぼ閉塞されているので、ダンパ効果を有し、ピストン５０の振動を抑制する。
【００５１】
これにより、本実施形態による燃料噴射装置は、第１実施形態と同様の効果を奏し、さらにピストン５０の蓋部材４０側の端面５５の周辺部にはテーパ５６が形成されているため、また、ピストン５０と開口端９２との間には微小隙間が形成されているため、ピストン５０が傾いて移動しても圧力伝達室９０の開口端９２にピストン５０が干渉せず、ピストン５０やピストン案内シリンダ４５の摩耗や破損を防止できる。
【００５２】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態による燃料噴射装置の圧力伝達室近傍を図９に示す。図９は、ピストン５０が蓋部材４０側へ移動した状態を示す拡大断面図である。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第６実施形態では、ピストン案内シリンダ４５に形成された圧力伝達室９０の蓋部材４０側の開口端９３は、テーパ状に形成されている。
【００５３】
図９に示すように、ピストン５０が蓋部材４０方向へ移動したとき、ピストン５０の蓋部材４０側の端面５５は、圧力伝達室９０の開口９１の蓋部材４０側の開口端９３よりも蓋部材４０側に位置しており、圧力伝達室９０と加圧室９５とは摺動部クリアランスＣＬ４のみで連通している。すなわち、圧力伝達室９０の開口９１はほぼ閉塞されており、加圧室９５から圧力伝達室９０への圧力伝達は抑制される。また、加圧室９５はほぼ閉塞されているので、ダンパ効果を有し、ピストン５０の振動を抑制する。
【００５４】
これにより、本実施形態による燃料噴射装置は、第１実施形態と同様の効果を奏し、さらに圧力伝達室９０の蓋部材４０側の開口端９３は、テーパ状に形成されているため、ピストン５０が傾いて移動しても圧力伝達室９０の開口端９３にピストン５０が干渉せず、ピストン５０やピストン案内シリンダ４５の摩耗や破損を防止できる。
【００５５】
（他の実施形態）
上述の複数の実施形態では、燃料噴射装置をガソリン直噴エンジンに適用した例について説明したが、本発明の他の実施形態では、コモンレール式のディーゼルエンジンまたは他の形式のディーゼルエンジンエンジンに適用してもよい。
また、上述の複数の実施形態では、駆動体としてピエゾスタックを用いた例について説明したが、本発明の他の実施形態では、供給される電力に応じて変位量が変化するその他の電歪素子、磁歪素子、あるいはリニアソレノイドなどを用いてもよい。
【００５６】
上述の複数の実施形態では、ニードル案内シリンダ、蓋部材、およびピストン案内シリンダを別部材として構成したが、本発明の他の実施形態では、一部材として成形してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による燃料噴射装置において、ピストンが駆動方向に移動した状態の燃料噴射装置を示す断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の圧力伝達室近傍の拡大断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の駆動特性を示す説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態による燃料噴射装置の圧力伝達室近傍の拡大断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態による燃料噴射装置の圧力伝達室近傍の拡大断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態による燃料噴射装置の圧力伝達室近傍の拡大断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態による燃料噴射装置の圧力伝達室近傍の拡大断面図である。
【図９】本発明の第６実施形態による燃料噴射装置の圧力伝達室近傍の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
１：燃料噴射装置、２０：ボディ、２１：噴孔、３０：ニードル、４５：ピストン案内シリンダ（シリンダ）、４６：摺動面、５０：ピストン、５２：側壁面、５５：端面、５６：テーパ、６０：ピエゾ駆動体（駆動部）、８０：圧力制御室（圧力制御系統）、８５：連通路（圧力制御系統）、９０：圧力伝達室（圧力制御系統）、９１：開口、９２：開口端、９５：加圧室（圧力制御系統）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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