(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料噴射弁の開弁時間を短縮すること。【解決手段】先端部に設けられた噴孔６と、先端部に燃料を供給する高圧燃料通路３０とを備えたノズルボディ８と、ノズルボディ８内に摺動自在に配置されたニードル１０と、高圧燃料通路３０と接続され、ニードル１０を先端側に付勢する圧力を創出する燃料が導入する第１制御室２２と、創出された圧力を低減させるバルブ４４と、バルブ４４を作動させるピエゾスタック３８と、ピエゾスタック３８の動作に応じて、ニードル１０に開弁方向の圧力を作用させる第２開弁手段と、を具備する燃料噴射弁。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に設けられた噴孔と、前記先端部に燃料を供給する燃料通路とを備えたノズルボディと、
前記ノズルボディ内に摺動自在に配置されたニードルと、
前記燃料通路と接続され、前記ニードルを前記先端側に付勢する圧力を創出する燃料が導入される制御室と、
前記創出された圧力を低減させる第１開弁手段と、
前記第１開弁手段を作動させるアクチュエータと、
前記アクチュエータの動作に応じて、前記ニードルに開弁方向の圧力を作用させる第２開弁手段と、を具備することを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記ニードルは前記先端側に受圧面を有する受圧部を備え、
前記第２開弁手段は、前記アクチュエータの動作に応じて、前記受圧面に作用する内部の燃料の圧力が昇圧する油密室を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記ニードルは前記先端側に受圧面を有する受圧部を備え、
前記第２開弁手段は、前記アクチュエータの動作に応じて内部の圧力が昇圧する第１油密室と、
前記第１油密室と接続され、前記アクチュエータの動作に応じて、前記受圧面に作用する内部の燃料の圧力が昇圧する第２油密室と、を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のコモンレール式燃料噴射装置では、ニードルを動作させることにより燃料噴射弁の噴孔の開閉を行い、コモンレール内の燃料を噴射する。燃料噴射弁の開閉状態を制御するアクチュエータとして、電圧の印加に応じて伸縮するピエゾスタックが用いられることがある。
【０００３】
特許文献１には、ピエゾ素子に充電及び放電を行うことにより、ニードルのリフト量を連続的に調節する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３１７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料噴射弁の開弁圧は、ニードルを押し下げる力（閉弁方向の力）と押し上げる力（開弁方向の力）とが等しくなったときの圧力である。すなわち、開弁方向の力が閉弁方向の力より大きくなったとき、ニードルは押し上げられ、燃料噴射弁は開弁する。閉弁方向の力として、例えば、制御室内の燃料の圧力、及び制御室内のスプリングの力がニードルに加わる。このとき、コモンレール内の燃料の圧力が低いと、ニードルに加わる閉弁方向の力のうち、スプリングからの力の寄与が大きくなる。つまり、圧力に起因する力に対して、スプリングによる力の影響力が大きくなる。この場合、スプリングが圧縮されるまでに時間がかかるため、燃料噴射弁の開弁時間が長くなることがあった。このため、燃料噴射弁の開弁が不安定化する恐れがあった。
【０００６】
本発明は、燃料噴射弁の開弁時間を短縮することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、先端部に設けられた噴孔と、前記先端部に燃料を供給する燃料通路とを備えたノズルボディと、前記ノズルボディ内に摺動自在に配置されたニードルと、前記燃料通路と接続され、前記ニードルを前記先端側に付勢する圧力を創出する燃料が導入される制御室と、前記創出された圧力を低減させる第１開弁手段と、前記第１開弁手段を作動させるアクチュエータと、前記アクチュエータの動作に応じて、前記ニードルに開弁方向の圧力を作用させる第２開弁手段と、を具備することを特徴とする燃料噴射弁である。本発明によれば、アクチュエータの動作に応じてニードルに開弁方向の圧力が作用するため、燃料噴射弁の開弁時間を短縮することが可能となる。
【０００８】
上記構成において、前記ニードルは前記先端側に受圧面を有する受圧部を備え、前記第２開弁手段は、前記アクチュエータの動作に応じて、前記受圧面に作用する内部の燃料の圧力が昇圧する油密室を備える構成とすることができる。この構成によれば、アクチュエータの動作に応じて、昇圧した油密室内の燃料の圧力が受圧面に作用するため、燃料噴射弁の開弁時間を短縮することが可能となる。
【０００９】
上記構成において、前記ニードルは前記先端側に受圧面を有する受圧部を備え、前記第２開弁手段は、前記アクチュエータの動作に応じて内部の圧力が昇圧する第１油密室と、前記第１油密室と接続され、前記アクチュエータの動作に応じて、前記受圧面に作用する内部の燃料の圧力が昇圧する第２油密室と、を備える構成とすることができる。この構成によれば、アクチュエータの動作に応じて、昇圧した第２油密室内の燃料の圧力が受圧面に作用するため、燃料噴射弁の開弁時間を短縮することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、開弁時間の短縮が可能な燃料噴射弁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は実施例１に係る燃料噴射弁を例示する断面図である。
【図２】図２は実施例１に係る燃料噴射弁の動作を例示する断面図である。
【図３】図３は実施例１に係る燃料噴射弁の動作を例示する断面図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は燃料噴射弁の制御室内の圧力と時間との関係を例示する模式図であり、図４（ｃ）は従来の燃料噴射弁と実施例１に係る燃料噴射弁１００とで比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は実施例１に係る燃料噴射弁１００を例示する断面図である。なお、図１においては、燃料噴射弁１００は閉弁状態であり、後述するピエゾスタック３８に電圧は印加されていない。
【００１４】
図１に示すように、燃料噴射弁１００はＥＤＵ４を介してＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２と接続されている。燃料噴射弁１００は、ノズルボディ８、ニードル１０、ピエゾスタック３８とを備えている。
【００１５】
ノズルボディ８内には、基端側から先端側へ向けて順に、アクチュエータ室１２、第１ピストン室１４、第１油密室１６、第２ピストン室１８、バルブ室２０、第１制御室２２（制御室）、第２制御室２４、第２油密室２６（油密室）、燃料溜り室２８が設けられている。ノズルボディ８の先端部に設けられた燃料溜り室２８には、噴孔６が設けられている。ノズルボディ８内には、コモンレールと連結した高圧燃料通路３０（燃料通路）が設けられている。バルブ室２０、第１制御室２２及び燃料溜り室２８には、高圧燃料通路３０が接続されており、高圧燃料通路３０から燃料が導入する。
【００１６】
また、バルブ室２０と第１制御室２２とは、燃料通路３２により接続されている。第１油密室１６と第２油密室２６とは、油密通路３４により接続されている。リターン通路３６がアクチュエータ室１２、第２ピストン室１８及び第２制御室２４とに接続されている。高圧燃料通路３０内の燃料の圧力は、リターン通路３６内の燃料の圧力より高圧となっている。
【００１７】
アクチュエータ室１２には、ピエゾスタック３８（アクチュエータ）が設けられている。ピエゾスタック３８の先端側には第１ピストン４０が接続されており、第１ピストン４０は第１ピストン室１４に配置されている。第１ピストン４０の先端側には第２ピストン４２が接続されており、第２ピストン４２は第２ピストン室１８に配置されている。第２ピストン４２の先端側にはバルブ４４が接続されており、バルブ４４はバルブ室２０に配置されている。また、第１ピストン室１４にはスプリング４６ａ、第２ピストン室１８にはスプリング４６ｂ、第１制御室２２にはスプリング４６ｃがそれぞれ設けられている。スプリング４６ａの弾性力は第１ピストン４０を、スプリング４６ｂの弾性力は第２ピストン４２を、各々のずるボディ８の基端側に付勢している。スプリング４６ｃの弾性力はニードル１０をノズルボディ８の先端側に付勢している。
【００１８】
ニードル１０の先端側は燃料溜り室２８に、ニードル１０の基端側は第１制御室２２に、各々配置されている。また、ニードル１０の中間に形成された鍔部１１（受圧部）は、第１制御室２２及び第２油密室２６に摺動自在に配置されている。つまり、ニードル１０は、ノズルボディ内に摺動自在に配置されている。鍔部１１の先端側の面である受圧面１１ａは、第２油密室２６内の燃料から基端側に付勢する圧力を受ける。ニードル１０の先端部にはテーパ部１０ａが形成されている。燃料噴射弁１００が閉弁状態の場合、テーパ部１０ａのシート部１０ｂ（実線で図示）はノズルボディ８の内壁に着座している。つまり、噴孔６への燃料供給が遮断され、燃料は噴射されない。ニードル１０が基端側へ持ち上げられると、シート部１０ｂがノズルボディ８の内壁から離座する。この場合、噴孔６へ燃料が供給され、燃料が噴射される。
【００１９】
図１に示すように、ピエゾスタック３８に電圧が印加されていない状態では、バルブ４４が第２ピストン室１８とバルブ室２０との接続を遮断している。言い換えれば、燃料通路３２によりバルブ室２０と接続された第１制御室２２と、第２ピストン室１８及び第２ピストン室１８に接続されたリターン通路３６との接続が遮断される。この場合、第１制御室２２内の燃料の圧力と燃料溜り室２８内の燃料の圧力とは、ともに高圧燃料通路３０内の燃料の圧力となる。
【００２０】
ニードル１０のテーパ部１０ａは燃料溜り室２８内の燃料から、ニードル１０をノズルボディ８の基端側に付勢する圧力、言い換えれば開弁方向の圧力を受ける。これに対し、ニードル１０の基端側の受圧面１０ｃは第１制御室２２内の燃料から、ニードル１０を先端側に付勢する圧力、言い換えれば閉弁方向の圧力を受ける。すわなち、高圧燃料通路３０から第１制御室２２に導入される燃料が、ニードル１０を先端側に付勢する圧力を創出する。また、第１制御室２２に設けられたスプリング４６ｃは、ニードル１０を先端側に付勢する方向の力を受圧面１０ｃに加える。図１においては、ニードル１０を先端側に付勢する力（閉弁方向の力）が、基端側に付勢する力（開弁方向の力）を上回っている。このため、ニードル１０は先端側に押圧され、シート部１０ｂがノズルボディ８の内壁に着座する。すなわち、噴孔６への燃料の供給が遮断され、燃料噴射弁１００は閉弁する。
【００２１】
次に、ピエゾスタック３８に電圧を印加する場合を考える。図２及び図３は、実施例１に係る燃料噴射弁１００の動作を例示する断面図である。既述した構成と同様の構成については説明を省略する。
【００２２】
図２に示すように、ＥＣＵ２は燃料噴射時期や燃料噴射量を判断し、ＥＤＵ４に命令を発信する。ＥＣＵ２からの命令に応じて、ＥＤＵ４はピエゾスタック３８に電圧を印加する。電圧を印加されたピエゾスタック３８は動作する。具体的には、ピエゾスタック３８は先端方向に伸長する。ピエゾスタック３８の伸長により、第１ピストン４０、第２ピストン４２、及びバルブ４４は、ノズルボディ８の先端側に移動する。言い換えれば、ピエゾスタック３８は、第１ピストン４０、第２ピストン４２、及びバルブ４４を作動させる。バルブ４４が先端側に移動することにより、バルブ室２０と第２ピストン室１８とが接続される。また、第２ピストン室１８を介して、バルブ室２０にリターン通路３６が接続される。さらに、燃料通路３２、バルブ室２０及び第２ピストン室１８を介して、第１制御室２２にリターン通路３６が接続されることになる。また、バルブ４４により、バルブ室２０と高圧燃料通路３０との接続は遮断される。
【００２３】
図３に示すように、第１制御室２２内の燃料は、燃料通路３２、バルブ室２０及び第２ピストン室１８を介して、リターン通路３６に流出する。このため、第１制御室２２内の燃料の圧力は低減する。すなわち、バルブ室２０は第１制御室２２とリターン通路３６とを接続する。また、バルブ４４は、バルブ室２０とリターン通路３６との開閉状態を制御する。つまり、バルブ室２０とバルブ４４とは第１開弁手段として機能する。ピエゾスタック３８の動作に応じて、バルブ室２０とバルブ４４とは、第１制御室２２内の燃料の圧力を低減させる。一方で、ピエゾスタック３８の伸長に応じて第１ピストン４０が移動することにより、第１油密室１６、油密通路３４及び第２油密室２６、各々の内部における燃料の圧力が上昇する。つまり、ピエゾスタック３８の動作に応じて、受圧面１１ａに作用する第２油密室２６内の燃料の圧力が昇圧する。さらに言い換えれば、ピエゾスタック３８の動作に応じて、第１油密室１６及び第２油密室２６内の燃料の圧力が昇圧する。
【００２４】
第１制御室２２内の燃料の圧力が低減するため、ニードル１０が受ける閉弁方向の力は低減する。これに対し、第２油密室２６内の燃料の圧力が上昇するため、ニードル１０が受ける開弁方向の力は上昇する。つまり、第１油密室１６、油密通路３４及び第２油密室２６は、第２開弁手段として機能する。開弁方向の力が閉弁方向の力より大きくなると、ニードル１０は基端側に押し上げられる。つまり、ニードル１０のシート部１０ｂがノズルボディ８の内壁から離座する。このとき、噴孔６に燃料が供給される。すなわち、燃料噴射弁１００は開弁し、燃料を噴射する。
【００２５】
次に、図面を参照して、燃料噴射弁の開弁までの時間について説明する。図４（ａ）は高圧燃料通路３０内の燃料の圧力が２００ＭＰａの場合、図４（ｂ）は高圧燃料通路３０内の燃料の圧力が４０ＭＰａの場合における、燃料噴射弁の閉弁方向の圧力と時間との関係を例示する模式図である。各図において、縦軸はニードル１０に加わる閉弁方向の圧力、横軸は時間を各々表している。また、破線は開弁圧（閉弁方向の圧力と開弁方向の圧力とが等しくなる圧力）を、横向きの点線はスプリング４６ｃ（例えば図１参照）がないとした場合の開弁圧を各々表す。第１制御室２２内に設けられたスプリング４６ｃの弾性力は１０ＭＰａの圧力に相当するものとし、時間ｔ１においてピエゾスタック３８への電圧印加を開始する場合を考える。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、時間ｔ１においてピエゾスタック３８への電圧印加を開始すると、第１制御室２２内の燃料の圧力は低減する（図２及び図３参照）。言い換えれば、閉弁方向の圧力は低減する。閉弁方向の圧力が、図中の実線で表された開弁圧より低くなると、ニードル１０は押し上げられ、燃料噴射弁１００は開弁する（図３参照）。開弁圧に達する時間をｔ２とする。
【００２７】
図４（ｂ）に示すように、高圧燃料通路３０内の燃料の圧力が４０ＭＰａである場合、図４（ａ）の例と比較してスプリング４６ｃの弾性力が閉弁方向の圧力に寄与する割合が大きくなる。この場合、第１制御室２２内の燃料がリターン通路３６に流出して第１制御室２２内の燃料の圧力が低減する時間よりも、ニードル１０によりスプリング４６ｃが圧縮されるまでの時間が長いことがある。この場合、開弁までに時間がかかる。特に図４（ｂ）の例のように、高圧燃料通路３０内の燃料の圧力が低い場合、閉弁方向の力に対してスプリングの弾性力の寄与が大きくなるため、開弁圧に達するまでの時間ｔ２が図４（ａ）の場合よりも長くなる。
【００２８】
次に、実施例１に係る燃料噴射弁１００と比較例に係る燃料噴射ベントを比較して、燃料噴射弁の開弁までの時間について説明する。比較例とは、ニードルが油密室からの圧力を受けない例である。
【００２９】
図４（ｃ）は比較例に係る燃料噴射弁と実施例１に係る燃料噴射弁１００とで、燃料噴射弁の開弁までの時間を比較した図である。高圧燃料通路３０内の燃料の圧力は４０ＭＰａである。破線は比較例に係る燃料噴射弁における開弁圧（図４（ｂ）に示したものと同じ）、点線は実施例１に係る燃料噴射弁１００における開弁圧を各々表す。
【００３０】
図４（ｃ）に示すように、実施例１における開弁圧に達するまでの時間ｔ３は、比較例における開弁圧に達するまでの時間ｔ２より短い。この原因について説明する。実施例１によれば、図３に示すように、ピエゾスタック３８の伸長により第２油密室２６内の燃料の圧力が上昇し、ニードル１０の受圧面１１ａは第２油密室２６の圧力を受ける。第２油密室２６内の燃料の圧力は開弁方向の圧力であるため、実施例１によれば、比較例よりも開弁方向の圧力が高くなる。従って、閉弁方向の圧力と開弁方向の圧力とは、比較例よりも早く均衡に達する。すなわち、開弁圧に達するまでの時間が短縮される。これにより、燃料噴射弁の開弁が安定する。
【００３１】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３２】
ＥＣＵ                  ２
ＥＤＵ                  ４
噴孔                    ６
ノズルボディ            ８
ニードル                １０
鍔部                    １１
受圧面                  １０ｃ、１１ａ
アクチュエータ室        １２
第１油密室              １６
バルブ室                ２０
第１制御室              ２２
第２油密室              ２６
燃料溜り室              ２８
高圧燃料通路            ３０
リターン通路            ３６
ピエゾスタック          ３８
バルブ                  ４４
スプリング              ４６ａ、４６ｂ、４６ｃ
燃料噴射弁              １００
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010242517.tif 000005
【図４】
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