(57)【要約】【課題】簡素な構造で、かつ小さなアクチュエータ変位量によって、ニードル弁の前進および後退が迅速に行われ、燃料噴射の停止および開始の応答性を向上させること。【解決手段】アクチュエータ２４からの荷重入力を止め、第２制御弁２３を第２制御弁第１位置まで後退させると、ニードル弁背圧室３４の燃料圧力が上昇するとともに第３燃料収容室３１の燃料圧力が低下するので、燃料圧力の差によりニードル弁３３が前進してノズルボディ２に着座して、燃料の噴射が停止する。一方、アクチュエータからの荷重により第２制御弁２３を第２制御弁第２位置まで前進させると、ニードル弁背圧室３４の燃料圧力が低下するとともに第３燃料収容室３１の燃料圧力が上昇するので、燃料圧力の差によりニードル弁３３が後退してノズルボディ２から離座して、燃料の噴射が開始する。【選択図】図１
2010209740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔が形成されたノズルボディと、
前記ノズルボディ内に形成される第１燃料収容室と、
前記ノズルボディ内に形成される第１制御弁保持部に保持されて、前記第１燃料収容室を進退可能な第１制御弁と、
前記第１制御弁保持部を挟んで前記第１燃料収容室とは反対側に配置される第１制御弁背圧室と、
前記ノズルボディ内に形成される第２燃料収容室と、
前記ノズルボディ内に形成される第２制御弁保持部に保持されて、前記第２燃料収容室を進退可能な第２制御弁と、
前記第２制御弁保持部を挟んで前記第２燃料収容室とは反対側に配置されるアクチュエータと、
前記ノズルボディ内に形成される第３燃料収容室と、
前記ノズルボディ内に形成されるニードル弁保持部に保持されて、前記第３燃料収容室を進退可能なニードル弁と、
前記ニードル弁保持部を挟んで前記第３燃料収容室とは反対側に配置されるニードル弁背圧室と、
燃料供給源から前記第１燃料収容室を経由して前記ニードル弁背圧室に至る高圧燃料通路と、
前記高圧燃料通路のうち、前記第１燃料収容室と前記燃料供給源とを連通する第１燃料通路と、
前記高圧燃料通路のうち、前記第１燃料収容室と前記ニードル弁背圧室とを連通する第２燃料通路と、
前記第１燃料収容室と外部の低圧部とを連通する第３燃料通路と、
前記第２燃料収容室と前記高圧燃料通路とを連通する第４燃料通路と、
前記第２燃料収容室と前記第１制御弁背圧室とを連通する第５燃料通路と、
前記第２燃料収容室若しくは前記第１制御弁背圧室と第３燃料収容室とを連通する第６燃料通路と、
前記第２燃料収容室と外部の低圧部とを連通する第７燃料通路と、を備え、
前記ニードル弁は、前記ニードル弁背圧室内の燃料圧力によって前進方向に荷重され、前進して当該ニードル弁の先端が前記ノズルボディに着座し、後退して前記ノズルボディから離座することで、前記第３燃料収容室と前記噴孔との遮断および連通を切り換え、
前記第１制御弁は、前記第１制御弁背圧室内の燃料圧力によって前進方向に荷重され、第１制御弁第２位置まで前進することにより、前記第１燃料収容室と前記第１燃料通路とを遮断かつ第１燃料収容室と第３燃料通路とを連通し、第１制御弁第１位置まで後退することにより、前記第１燃料収容室と前記第３燃料通路とを遮断かつ第１燃料収容室と第１燃料通路とを連通し、
前記第２制御弁は、前記アクチュエータの駆動力によって前進方向に荷重され、第２制御弁第２位置まで前進することにより、前記第２燃料収容室と前記第７燃料通路とを遮断かつ第２燃料収容室と第４燃料通路とを連通し、第２制御弁第１位置まで後退することにより、前記第２燃料収容室と前記第４燃料通路とを遮断かつ第２燃料収容室と第７燃料通路とを連通することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記第１制御弁のうち前記第１制御弁背圧室に臨む部分である上端側の断面積を、前記第１制御弁のうち前記第１燃料収容室内に配置される部分である下端側の最大断面積よりも大きく形成した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】
前記第１制御弁のうち前記第１制御弁背圧室に臨む部分である上端側の断面積Ｓａと、前記第１燃料収容室に連通する前記第１燃料通路のうち前記第１燃料収容室と接続する部分の断面積Ｓｃと、前記第２制御弁第１位置で、前記第１制御弁背圧室が外部の低圧部に連通したときの前記第１制御弁背圧室内の燃料圧力Ｐａと、前記燃料供給源に連通する前記第１燃料通路内の燃料圧力Ｐｃと、の関係を、
Ｓａ×Ｐａ＜Ｓｃ×Ｐｃを満たすように、ＳａおよびＳｃを形成した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】
前記第１制御弁のうち前記第１制御弁背圧室に臨む部分である上端側の断面積と、前記第１制御弁のうち前記第１燃料収容室内に配置される部分である下端側の最大断面積とを同一面積とし、
前記第１制御弁背圧室に、前記第１制御弁を前進方向に付勢する弾性部材を配置した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】
前記第１制御弁のうち前記第１制御弁背圧室に臨む部分である上端側の断面積Ｓａと、前記第１燃料収容室に連通する前記第１燃料通路のうち前記第１燃料収容室と接続する部分の断面積Ｓｃと、前記第２制御弁第１位置で、前記第１制御弁背圧室が外部の低圧部に連通したときの前記第１制御弁背圧室内の燃料圧力Ｐａと、前記燃料供給源に連通する前記第１燃料通路内の燃料圧力Ｐｃと、前記弾性部材の付勢力Ｆと、の関係を、
Ｓａ×Ｐａ＋Ｆ＜Ｓｃ×Ｐｃを満たすように、ＳａおよびＳｃを形成したことを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
ニードル弁保持部に保持されるニードル弁と、
前記ニードル弁保持部の一端側に配置され、前記ニードル弁を開弁方向に荷重する燃料を収容する第３燃料収容室と、
前記ニードル弁保持部の他端側に配置され、前記ニードル弁を閉弁方向に荷重する燃料を収容するニードル弁背圧室と、
第１制御弁保持部に保持される第１制御弁と、
前記第１制御弁保持部の一端側に配置され、前記第１制御弁を後退方向に荷重する燃料を収容する第１燃料収容室と、
前記第１制御弁保持部の他端側に配置され、前記第１制御弁を前進方向に荷重する燃料を収容する第１制御弁背圧室と、を備え、
前記第１制御弁は最前進位置で、前記第１燃料収容室と燃料供給源とを遮断しかつ外部の低圧部とを連通し、最後退位置で、前記第１燃料収容室と前記燃料供給源とを連通しかつ外部の低圧部とを遮断し、
第２制御弁保持部に保持される第２制御弁と、
前記第２制御弁保持部の一端側に配置され、前記第２制御弁を後退方向に荷重する燃料を収容する第２燃料収容室と、
前記第２制御弁を前進方向に荷重可能なアクチュエータと、
前記第２制御弁は最前進位置で、前記第２燃料収容室と前記燃料供給源とを連通しかつ外部の低圧部とを遮断し、最後退位置で、前記第２燃料収容室と前記燃料供給源とを遮断しかつ外部の低圧部とを連通し、
前記第１制御弁背圧室および前記第３燃料収容室は、前記第２燃料収容室に連通し、第２制御弁最前進位置で前記燃料供給源と連通かつ外部の低圧部と遮断される一方、第２制御弁最後退位置で前記燃料供給源と遮断かつ外部の低圧部と連通され、
前記第２制御弁最前進位置で前記燃料供給源と連通かつ外部の低圧部と遮断された前記第１制御弁背圧室の燃料によって、前記第１制御弁は第１制御弁最前進位置に移行し、前記第１燃料収容室と燃料供給源とを遮断しかつ外部の低圧部とを連通し、
前記第２制御弁最後退位置で前記燃料供給源と遮断かつ外部の低圧部と連通された前記第１制御弁背圧室の燃料によって、前記第１制御弁は第１制御弁最後退位置に移行し、前記第１燃料収容室と前記燃料供給源とを連通しかつ外部の低圧部とを遮断し、
前記ニードル弁背圧室は、前記第１燃料収容室に連通し、前記第２制御弁最前進位置で前記燃料供給源と遮断かつ外部の低圧部と連通される一方、前記第２制御弁最後退位置で前記燃料供給源と連通かつ外部の低圧部と遮断されることを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置に関する。詳しくは、ディーゼルエンジンに用いられ、燃料供給源から高圧で供給される燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンには、燃料を噴射する燃料噴射装置が用いられる。このような燃料噴射装置では、燃料の噴射および停止を切り換えるニードル弁の開閉動作を、ニードル弁の背圧室における圧力を制御することにより行う。この背圧の制御は、背圧室に至る通路を、高圧の通路または低圧の通路へと選択的に連通するように切り換える制御弁により行われる。
【０００３】
ここで、上記の制御弁は、例えば圧電式のアクチュエータにより変位入力されることにより、背圧室を低圧の通路へと連通する（例えば、特許文献１参照）。また、このアクチュエータによる荷重および変位を増幅させるための機構として、大径ピストンと小径ピストンとを組み合わせた変位拡大機構を用いることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１の装置では、制御弁の切り換えのためにアクチュエータに大きな変位が必要であり、さらに、高圧に逆らって変位を維持するために大きな荷重が必要であった。また、特許文献２の装置では、アクチュエータの変位を拡大することはできるが、拡大のための複雑な機構が必要となるので、装置が大型化してしまう。さらに、特許文献２の装置は、アクチュエータと制御弁との間に装置（拡大機構）が介在するので、アクチュエータ駆動に対する制御弁駆動の応答性が低下するおそれがあった。
【０００５】
そこで、小型化が可能で、かつ、アクチュエータの小さい駆動力により応答性良く制御弁を動作させることができる燃料噴射装置を用いることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−１８４４６３号公報
【特許文献２】特開２００２−１９５４４６号公報
【特許文献３】特願２００８−２６６９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３の装置では、燃料噴射開始時にニードル弁の背圧室へ低圧燃料を供給することでニードル弁が離座することの応答性はよいものの、ニードル弁の元圧室に常に高圧燃料が供給される構造となっているので、燃料噴射停止時にニードル弁の背圧室へ高圧燃料を供給しても、ニードル弁が着座する位置まで迅速に前進させるためには前進方向へ付勢する比較的強力な弾性部材等を設ける必要があり、たとえ設けたとしても燃料噴射停止の応答性が低下するおそれがあった。
【０００８】
本発明は、簡素な構造で、かつ小さなアクチュエータ変位量によって、ニードル弁の前進および後退が迅速に行われ、前進方向へ付勢する弾性部材等を設けない場合にも燃料噴射停止の応答性を向上させることができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）  噴孔が形成されたノズルボディと、前記ノズルボディ内に形成される第１燃料収容室と、前記ノズルボディ内に形成される第１制御弁保持部に保持されて、前記第１燃料収容室を進退可能な第１制御弁と、前記第１制御弁保持部を挟んで前記第１燃料収容室とは反対側に配置される第１制御弁背圧室と、前記ノズルボディ内に形成される第２燃料収容室と、前記ノズルボディ内に形成される第２制御弁保持部に保持されて、前記第２燃料収容室を進退可能な第２制御弁と、前記第２制御弁保持部を挟んで前記第２燃料収容室とは反対側に配置されるアクチュエータと、前記ノズルボディ内に形成される第３燃料収容室と、前記ノズルボディ内に形成されるニードル弁保持部に保持されて、前記第３燃料収容室を進退可能なニードル弁と、前記ニードル弁保持部を挟んで前記第３燃料収容室とは反対側に配置されるニードル弁背圧室と、燃料供給源（例えば、後述のコモンレール５１）から前記第１燃料収容室を経由して前記ニードル弁背圧室に至る高圧燃料通路と、前記高圧燃料通路のうち、前記第１燃料収容室と前記燃料供給源とを連通する第１燃料通路と、前記高圧燃料通路のうち、前記第１燃料収容室と前記ニードル弁背圧室とを連通する第２燃料通路と、前記第１燃料収容室と外部の低圧部（例えば、後述の燃料タンク５２）とを連通する第３燃料通路と、前記第２燃料収容室と前記高圧燃料通路とを連通する第４燃料通路と、前記第２燃料収容室と前記第１制御弁背圧室とを連通する第５燃料通路と、前記第２燃料収容室若しくは前記第１制御弁背圧室と第３燃料収容室とを連通する第６燃料通路と、前記第２燃料収容室と外部の低圧部とを連通する第７燃料通路と、を備え、前記ニードル弁は、前記ニードル弁背圧室内の燃料圧力によって前進方向に荷重され、前進して当該ニードル弁の先端が前記ノズルボディに着座し、後退して前記ノズルボディから離座することで、前記第３燃料収容室と前記噴孔との遮断および連通を切り換え、前記第１制御弁は、前記第１制御弁背圧室内の燃料圧力によって前進方向に荷重され、第１制御弁第２位置まで前進することにより、前記第１燃料収容室と前記第１燃料通路とを遮断かつ第１燃料収容室と第３燃料通路とを連通し、第１制御弁第１位置まで後退することにより、前記第１燃料収容室と前記第３燃料通路とを遮断かつ第１燃料収容室と第１燃料通路とを連通し、前記第２制御弁は、前記アクチュエータの駆動力によって前進方向に荷重され、第２制御弁第２位置まで前進することにより、前記第２燃料収容室と前記第７燃料通路とを遮断かつ第２燃料収容室と第４燃料通路とを連通し、第２制御弁第１位置まで後退することにより、前記第２燃料収容室と前記第４燃料通路とを遮断かつ第２燃料収容室と第７燃料通路とを連通することを特徴とする燃料噴射装置。
【００１０】
（１）の発明によれば、燃料噴射装置の動作は、以下のようになる。燃料供給源から高圧燃料通路へ高圧に圧縮された燃料が供給されている。この状態で、アクチュエータからの荷重により第２制御弁を第２制御弁第２位置まで前進させると、第２燃料収容室と第７燃料通路とが遮断されるとともに、第２燃料収容室と第４燃料通路とが連通する。よって、第４燃料通路から第２燃料収容室および第５燃料通路を通って第１制御弁背圧室へ高圧燃料が流入し、第１制御弁背圧室の燃料圧力が上昇する。すると、第１制御弁背圧室内の燃料圧力により、第１制御弁は第１制御弁第２位置まで前進するので、第１燃料収容室と第１燃料通路とが遮断されるとともに、第１燃料収容室と第３燃料通路とが連通する。よって、ニードル弁背圧室から第２燃料通路および第１燃料収容室を通って第３燃料通路へ燃料が流出し、ニードル弁背圧室の燃料圧力が低下する。さらに、第４燃料通路から第２燃料収容室、第５燃料通路、第１制御弁背圧室および第６燃料通路を通って、若しくは、第４燃料通路から第２燃料収容室および第６燃料通路を通って、第３燃料収容室へ高圧燃料が流入し、第３燃料収容室の燃料圧力が上昇する。
このため、第３燃料収容室とニードル弁背圧室との燃料圧力の差によりニードル弁が後退してノズルボディから離座する。その結果、第３燃料収容室内の燃料は、噴孔から噴射される。
【００１１】
一方、アクチュエータからの荷重入力を止め、第２制御弁を第２制御弁第１位置まで後退させると、第２燃料収容室と第４燃料通路とが遮断されるとともに、第２燃料収容室と第７燃料通路とが連通する。よって、第１制御弁背圧室から第５燃料通路および第２燃料収容室を通って第７燃料通路へ燃料が流出し、第１制御弁背圧室の燃料圧力が低下する。すると、第１制御弁背圧室と第１燃料収容室との圧力差により、第１制御弁は第１制御弁第１位置まで後退するので、第１燃料収容室と第３燃料通路とが遮断されるとともに、第１燃料収容室と第１燃料通路とが連通する。よって、第１燃料通路から第１燃料収容室および第２燃料通路を通ってニードル弁背圧室へ高圧燃料が流入し、ニードル弁背圧室の燃料圧力が上昇する。さらに、第３燃料収容室から第６燃料通路、第１制御弁背圧室、第５燃料通路、および第２燃料収容室を通って、若しくは、第３燃料収容室から第６燃料通路、および第２燃料収容室を通って、第７燃料通路へ燃料が流出し、第３燃料収容室の燃料圧力が低下する。
このため、第３燃料収容室とニードル弁背圧室との燃料圧力の差によりニードル弁が前進する。その結果、ニードル弁がノズルボディに着座して、燃料の噴射が停止する。
【００１２】
このように、第２制御弁によって切り換えられる第１制御弁背圧室内の燃料圧力に応じて、第１制御弁は前進または後退する。すなわち、アクチュエータの変位を燃料圧力の切り換えに転化し、第１制御弁を大きく動かすことができる。さらに、第２制御弁を前進させて低圧の通路を遮断する際には、高圧に逆らう必要がないため、アクチュエータの小さな荷重により第１制御弁背圧室内の燃料圧力を制御することができる。つまり、複雑な機構を用いることなく、三方弁（第２制御弁）という簡素な手段により第１制御弁に対して大きな変位と荷重を発生させることができる。これにより、燃料噴射装置の小型化が可能となり、かつ、アクチュエータの小さい駆動力により応答性良く第１制御弁を動作させることができる。
【００１３】
以上より、アクチュエータの駆動と停止とを切り替えることによって、第２制御弁を第２制御弁第２位置と第２制御弁第１位置とで切り替え、ニードル弁背圧室への低圧燃料の供給および第３燃料収容室へ高圧燃料の供給と、ニードル弁背圧室への高圧燃料の供給および第３燃料収容室へ低圧燃料の供給と、の切り替えを制御する。よって、ニードル弁が後退する際には、後退が迅速に行われ、燃料噴射の応答性を向上させることができ、ニードル弁が前進する際には、前進が迅速に行われ、前進方向へ付勢する弾性部材等を設けない場合にも燃料噴射停止の応答性を向上させることができる。
【００１４】
（２）  前記第１制御弁のうち前記第１制御弁背圧室に臨む部分である上端側の断面積を、前記第１制御弁のうち前記第１燃料収容室内に配置される部分である下端側の最大断面積よりも大きく形成したことを特徴とする（１）に記載の燃料噴射装置。
【００１５】
（２）の発明によれば、上端側の断面積を下端側の最大断面積よりも大きく形成したので、第１制御弁を前進方向に付勢する弾性部材等の追加部材を不要としつつ、アクチュエータ駆動時の第１制御弁の迅速な前進が可能となる。よって、これに伴うニードル弁背圧室の燃料圧力の迅速な低下および第３燃料収容室の燃料圧力の迅速な上昇が可能となり、燃料噴射の応答性を向上させることができる。
【００１６】
（３）  前記第１制御弁のうち前記第１制御弁背圧室に臨む部分である上端側の断面積Ｓａと、前記第１燃料収容室に連通する前記第１燃料通路のうち前記第１燃料収容室と接続する部分の断面積Ｓｃと、前記第２制御弁第１位置で、前記第１制御弁背圧室が外部の低圧部に連通したときの前記第１制御弁背圧室内の燃料圧力Ｐａと、前記燃料供給源に連通する前記第１燃料通路内の燃料圧力Ｐｃと、の関係を、Ｓａ×Ｐａ＜Ｓｃ×Ｐｃを満たすように、ＳａおよびＳｃを形成したことを特徴とする（２）に記載の燃料噴射装置。
【００１７】
（３）の発明によれば、第１制御弁第２位置に存在するときに第１制御弁にかかる後退方向への力（Ｓｃ×Ｐｃ）が、第１制御弁にかかる前進方向への力（Ｓａ×Ｐａ）よりも大きいので、第１制御弁を後退方向に付勢する弾性部材等の追加部材を不要としつつ、アクチュエータ停止時において第１制御弁第２位置から第１制御弁を確実に後退させることが可能となる。
【００１８】
（４）  前記第１制御弁のうち前記第１制御弁背圧室に臨む部分である上端側の断面積と、前記第１制御弁のうち前記第１燃料収容室内に配置される部分である下端側の最大断面積とを同一面積とし、前記第１制御弁背圧室に、前記第１制御弁を前進方向に付勢する弾性部材（例えば、ばね１５）を配置したことを特徴とする（１）に記載の燃料噴射装置。
【００１９】
（４）の発明によれば、上端側の断面積と下端側の最大断面積とを同一面積とすることで、第１制御弁および第１制御弁保持部の加工を容易行うことができる。一方、同一面積とすることで第１制御弁を前進方向に確実に移行させることが妨げられることとなるが、弾性部材を配置することで、アクチュエータ駆動時に第１制御弁を前進方向に確実に移行させることが可能となるので、これに伴うニードル弁背圧室の燃料圧力の迅速な低下および第３燃料収容室の燃料圧力の迅速な上昇が可能となり、燃料噴射の応答性を向上させることができる。
【００２０】
（５）  前記第１制御弁のうち前記第１制御弁背圧室に臨む部分である上端側の断面積Ｓａと、前記第１燃料収容室に連通する前記第１燃料通路のうち前記第１燃料収容室と接続する部分の断面積Ｓｃと、前記第２制御弁第１位置で、前記第１制御弁背圧室が外部の低圧部に連通したときの前記第１制御弁背圧室内の燃料圧力Ｐａと、前記燃料供給源に連通する前記第１燃料通路内の燃料圧力Ｐｃと、前記弾性部材の付勢力Ｆと、の関係を、Ｓａ×Ｐａ＋Ｆ＜Ｓｃ×Ｐｃを満たすように、ＳａおよびＳｃを形成したことを特徴とする（４）に記載の燃料噴射装置。
【００２１】
（５）の発明によれば、第１制御弁の前進方向に付勢力Ｆが加わっているので、弾性部材が必要ではあるもののＳａをより小径化可能にできる。よって、燃料噴射装置の小型化が可能となる。また、第１制御弁第２位置に存在するときに第１制御弁にかかる後退方向への力（Ｓｃ×Ｐｃ）が、第１制御弁にかかる前進方向への力（Ｓａ×Ｐａ＋Ｆ）よりも大きいので、第１制御弁を確実に前進させるために、第１制御弁を前進方向に付勢する弾性部材を配置した場合にも、第１制御弁を後退方向に付勢する弾性部材等の追加部材を不要としつつ、アクチュエータ停止時において第１制御弁第２位置から第１制御弁を確実に後退させることが可能となる。
【００２２】
（６）  ニードル弁保持部に保持されるニードル弁と、前記ニードル弁保持部の一端側に配置され、前記ニードル弁を開弁方向に荷重する燃料を収容する第３燃料収容室と、前記ニードル弁保持部の他端側に配置され、前記ニードル弁を閉弁方向に荷重する燃料を収容するニードル弁背圧室と、第１制御弁保持部に保持される第１制御弁と、前記第１制御弁保持部の一端側に配置され、前記第１制御弁を後退方向に荷重する燃料を収容する第１燃料収容室と、前記第１制御弁保持部の他端側に配置され、前記第１制御弁を前進方向に荷重する燃料を収容する第１制御弁背圧室と、を備え、前記第１制御弁は最前進位置で、前記第１燃料収容室と燃料供給源（例えば、後述のコモンレール５１）とを遮断しかつ外部の低圧部（例えば、後述の燃料タンク５２）とを連通し、最後退位置で、前記第１燃料収容室と前記燃料供給源とを連通しかつ外部の低圧部とを遮断し、第２制御弁保持部に保持される第２制御弁と、前記第２制御弁保持部の一端側に配置され、前記第２制御弁を後退方向に荷重する燃料を収容する第２燃料収容室と、前記第２制御弁を前進方向に荷重可能なアクチュエータと、前記第２制御弁は最前進位置で、前記第２燃料収容室と前記燃料供給源とを連通しかつ外部の低圧部とを遮断し、最後退位置で、前記第２燃料収容室と前記燃料供給源とを遮断しかつ外部の低圧部とを連通し、前記第１制御弁背圧室および前記第３燃料収容室は、前記第２燃料収容室に連通し、第２制御弁最前進位置で前記燃料供給源と連通かつ外部の低圧部と遮断される一方、第２制御弁最後退位置で前記燃料供給源と遮断かつ外部の低圧部と連通され、前記第２制御弁最前進位置で前記燃料供給源と連通かつ外部の低圧部と遮断された前記第１制御弁背圧室の燃料によって、前記第１制御弁は第１制御弁最前進位置に移行し、前記第１燃料収容室と燃料供給源とを遮断しかつ外部の低圧部とを連通し、前記第２制御弁最後退位置で前記燃料供給源と遮断かつ外部の低圧部と連通された前記第１制御弁背圧室の燃料によって、前記第１制御弁は第１制御弁最後退位置に移行し、前記第１燃料収容室と前記燃料供給源とを連通しかつ外部の低圧部とを遮断し、前記ニードル弁背圧室は、前記第１燃料収容室に連通し、前記第２制御弁最前進位置で前記燃料供給源と遮断かつ外部の低圧部と連通される一方、前記第２制御弁最後退位置で前記燃料供給源と連通かつ外部の低圧部と遮断されることを特徴とする燃料噴射装置。
【００２３】
（６）の発明によれば、アクチュエータ停止時（第２制御弁最後退位置）に、ニードル弁背圧室（ニードル弁を閉じ方向に荷重）は、燃料供給源と連通かつ外部の低圧部と遮断され、かつ第３燃料収容室（ニードル弁を開け方向に荷重）は、燃料供給源と遮断かつ外部の低圧部と連通されるので、ニードル弁を迅速かつ確実に着座させて噴射を停止することが可能となる一方、アクチュエータ駆動時（第２制御弁最前進位置）に、第３燃料収容室（ニードル弁を開け方向に荷重）は、燃料供給源と連通かつ外部の低圧部と遮断され、かつニードル弁背圧室（ニードル弁を閉じ方向に荷重）は、燃料供給源と遮断かつ外部の低圧部と連通されるので、ニードル弁を迅速かつ確実に離座させて噴射を実行することが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、簡素な構造で、かつ小さなアクチュエータ変位量によって、ニードル弁の前進および後退が迅速に行われ、前進方向へ付勢する弾性部材等を設けない場合にも燃料噴射の停止および開始の応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置の構成を示す図である。
【図２】前記実施形態に係る燃料噴射装置における燃料噴射時の動作を示す図である。
【図３】前記実施形態に係る燃料噴射装置における燃料噴射を停止する動作を示す図である。
【図４】前記実施形態に係るアクチュエータが駆動を開始してから第１制御弁が第１制御弁第１位置から前進を開始する動作を示す図である。
【図５】前記実施形態に係るアクチュエータが駆動を停止してから第１制御弁が第１制御弁第２位置から後退を開始する動作を示す図である。
【図６】前記実施形態に係る燃料噴射装置の変形例の構成を示す図である。
【図７】前記実施形態に係る第１制御弁の変形例の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料噴射装置１の構成を示す図である。なお、以下の図１〜図７において、各弁の位置関係や各部の寸法等は、理解の容易のため、誇張・簡素化して描かれている。
【００２７】
燃料噴射装置１は、噴孔５が形成されたノズルボディ２と、ノズルボディ２内に形成される第１燃料収容室１１と、ノズルボディ２内に形成される第１制御弁保持部１２に保持されて、第１燃料収容室１１を進退可能な第１制御弁１３と、第１制御弁保持部１２を挟んで前記第１燃料収容室とは反対側に配置される第１制御弁背圧室１４と、第１制御弁１３を前進方向に付勢する弾性部材としてのばね１５と、ノズルボディ２内に形成される第２燃料収容室２１と、ノズルボディ２内に形成される第２制御弁保持部２２に保持されて、第２燃料収容室２１を進退可能な第２制御弁２３と、第２制御弁保持部２２を挟んで前記第２燃料収容室とは反対側に配置される圧電式のアクチュエータ２４と、第２制御弁２３を後退方向に付勢する弾性部材としてのばね２５と、ノズルボディ２内に形成される第３燃料収容室３１と、ノズルボディ２内に形成されるニードル弁保持部３２に保持されて、第３燃料収容室３１を進退可能なニードル弁３３と、ニードル弁保持部３２を挟んで前記第３燃料収容室とは反対側に配置されるニードル弁背圧室３４と、高圧燃料供給源としてのコモンレール５１からニードル弁背圧室３４に至る高圧燃料通路４０と、第１燃料収容室は、高圧燃料通路４０の途中に配置され、高圧燃料通路４０のうちコモンレール５１と第１燃料収容室１１とを連通する第１燃料通路４１と、高圧燃料通路４０のうち第１燃料収容室１１とニードル弁背圧室３４とを連通する第２燃料通路４２と、第１燃料収容室１１と外部の低圧部としての燃料タンク５２とを連通する第３燃料通路４３と、第２燃料収容室２１と高圧燃料供給源としてのコモンレール５１とを連通する第４燃料通路４４と、第２燃料収容室２１と第１制御弁背圧室１４とを連通する第５燃料通路４５と、第１制御弁背圧室１４と第３燃料収容室３１とを連通する第６燃料通路４６と、第２燃料収容室２１と外部の低圧部としての燃料タンク５２とを連通する第７燃料通路４７と、を備える。
【００２８】
なお、コモンレール５１は、燃料タンク５２から低圧ポンプ（図示せず）によって圧送され、高圧ポンプ（図示せず）により圧縮された高圧の燃料が蓄えられている部位である。
【００２９】
ニードル弁３３は、ニードル弁背圧室３４内の燃料圧力によって前進方向（噴孔５が形成されたノズルボディ２の先端方向）に荷重され、第３燃料収容室３１内の燃料圧力によって後退方向（ニードル弁３３の基端方向）に荷重される。そして、ニードル弁３３は、前進してニードル弁３３の先端がノズルボディ２に着座し、後退してノズルボディ２から離座することで、第３燃料収容室３１と噴孔５との遮断および連通を切り換える。すなわち、ニードル弁背圧室３４内の燃料圧力が上昇するとともに第３燃料収容室３１内の燃料圧力が低下すると、ニードル弁３３が前進して着座するので、第３燃料収容室３１と噴孔５とが遮断されて燃料の噴射が停止する。一方、ニードル弁背圧室３４内の燃料圧力が低下するとともに第３燃料収容室３１内の燃料圧力が上昇すると、ニードル弁３３が後退して離座するので、第３燃料収容室３１と噴孔５とが連通されて、燃料が噴孔５から外部へ噴射される。
【００３０】
ここで、ニードル弁３３が前進する際には、第３燃料収容室３１内の燃料圧力が低下し、かつニードル弁背圧室３４内の燃料圧力が上昇するので、ニードル弁３３の前進が迅速に行われ、前進方向へ付勢するばね等を設けない場合にも燃料噴射停止の応答性を向上させることができる。
【００３１】
第１制御弁１３は、第１制御弁背圧室１４内の燃料圧力によって前進方向に荷重され、第１燃料収容室１１内の燃料圧力によって後退方向に荷重される。そして、第１制御弁１３は、第１制御弁背圧室１４内の燃料圧力が上昇すると、最前進位置である第１制御弁第２位置まで前進することにより、第１燃料収容室１１と第１燃料通路４１とを遮断するとともに、第１燃料収容室１１と第３燃料通路４３とを連通させる。これにより、第１制御弁第２位置ではニードル弁背圧室３４と低圧の燃料タンク５２とが連通する。一方、第１制御弁１３は、第１制御弁背圧室１４内の燃料圧力が低下すると、最後退位置である第１制御弁第１位置まで後退することにより、第１燃料収容室１１と第３燃料通路４３とを遮断するとともに、第１燃料収容室１１と第１燃料通路４１とを連通させる。これにより、第１制御弁第１位置ではニードル弁背圧室３４と高圧のコモンレール５１とが連通する。なお、ニードル弁背圧室３４と第１燃料収容室１１とは、第１制御弁１３の位置によらず第２燃料通路４２によって常時連通される。また、第３燃料収容室３１と第１制御弁背圧室１４とは第１制御弁１３の位置によらず第６燃料通路４６によって常時連通される。
【００３２】
また、第１制御弁１３において、第１制御弁背圧室１４内の燃料から前進方向の圧力を受ける受圧面積Ｓａは、第１燃料収容室１１内の燃料から後退方向の圧力を受ける受圧面積Ｓａと同一面積となるよう形成される。燃料圧力により受ける前進方向または後退方向の力は、圧を受ける受圧面積に比例するので、第１燃料収容室１１内の燃料圧力と第１制御弁背圧室１４内の燃料圧力とが同等である場合には、第１制御弁１３にかかる前進方向への力および後退方向の力は等しい。よって、このままでは、第１制御弁１３は前進しないこととなる。ここで、ばね１５は、第１制御弁１３を前進方向へ付勢する。これにより、第１燃料収容室１１内の燃料圧力と第１制御弁背圧室１４内の燃料圧力とが同等である場合であっても、第１制御弁１３は、第１制御弁第２位置まで、前進することとなる。
【００３３】
第２制御弁２３は、アクチュエータ２４の駆動力によって前進方向に荷重され、ばね２５の付勢力によって後退方向に荷重される。そして、第２制御弁２３は、アクチュエータ２４の駆動力が増加すると、最前進位置である第２制御弁第２位置まで前進することにより、第２燃料収容室２１と第７燃料通路４７とを遮断するとともに、第２燃料収容室２１と第４燃料通路４４とを連通させる。これにより、第２制御弁第２位置では、第１制御弁背圧室１４および第３燃料収容室３１と高圧のコモンレール５１とが連通する。一方、第２制御弁２３は、アクチュエータ２４の駆動力が減少すると、ばね２５の付勢力によって、最後退位置である第２制御弁第１位置まで後退することにより、第２燃料収容室２１と第４燃料通路４４とを遮断するとともに、第２燃料収容室２１と第７燃料通路４７とを連通させる。これにより、第２制御弁第１位置では、第１制御弁背圧室１４および第３燃料収容室３１と低圧の燃料タンク５２とが連通する。なお、第２燃料収容室２１と第１制御弁背圧室１４とは、第１制御弁１３および第２制御弁２３の位置によらず第５燃料通路４５によって常時連通される。また、第３燃料収容室３１と第２燃料収容室２１とは、第１制御弁１３および第２制御弁２３の位置によらず第５燃料通路４５、第１制御弁背圧室１４、および第６燃料通路４６によって常時連通される。
【００３４】
なお、第１燃料収容室１１内の燃料圧力、およびニードル弁背圧室３４内の燃料圧力は、第１制御弁１３により制御される。また、第１制御弁背圧室１４内の燃料圧力、および第３燃料収容室３１内の燃料圧力は、第２制御弁２３により制御される。
【００３５】
次に、アクチュエータ２４の駆動に伴う燃料噴射装置１の動作を、燃料噴射時と停止時について説明する。
図２は、本実施形態に係る燃料噴射装置１における燃料噴射時の動作を示す図である。燃料噴射時には、所定の指令信号に基づいてアクチュエータ２４に電圧がかかることにより、第２制御弁２３への荷重入力が発生する。
【００３６】
第２制御弁２３への荷重入力により、第２制御弁２３は、第２制御弁第２位置まで前進する。これにより、第２燃料収容室２１と低圧の燃料タンク５２へ続く第７燃料通路４７とが遮断され、第２燃料収容室２１と高圧のコモンレール５１へ続く第４燃料通路４４とが連通する。その結果、高圧側（コモンレール５１）から、第４燃料通路４４、第２燃料収容室２１、第５燃料通路４５を経由して、第１制御弁背圧室１４へ高圧燃料が流入し、さらに、第６燃料通路４６を経由して第３燃料収容室３１へ高圧燃料が流入する。
【００３７】
第１制御弁背圧室１４へ高圧燃料が流入すると、第１制御弁１３は、第１制御弁背圧室１４内の高圧燃料および第１燃料収容室１１内の高圧燃料により、それぞれ前進方向および後退方向への力を受ける。このとき、第１制御弁背圧室１４からの受圧面積と第１燃料収容室１１からの受圧面積とは等しいが、ばね１５の付勢力により前進方向の力が上回り、第１制御弁１３は、第１制御弁第２位置まで前進する。これにより、第１燃料収容室１１と高圧のコモンレール５１へ続く第１燃料通路４１とが遮断され、第１燃料収容室１１と低圧の燃料タンク５２へ続く第３燃料通路４３とが連通する。その結果、ニードル弁背圧室３４から、第２燃料通路４２、第１燃料収容室１１、第３燃料通路４３を経由して、低圧側（燃料タンク５２）へ燃料が流出し、ニードル弁背圧室３４内の燃料圧力が低下する。
【００３８】
ニードル弁背圧室３４内の燃料圧力が低下すると、第３燃料収容室３１内の高圧燃料との圧力差により、ニードル弁３３は後退し、ノズルボディ２から離座して噴孔５より燃料噴射が開始される。
【００３９】
図３は、本実施形態に係る燃料噴射装置１における燃料噴射を停止する動作を示す図である。燃料噴射の停止時には、所定の指令信号に基づいてアクチュエータ２４にかかる電圧が下げられ、第２制御弁２３への荷重入力が減少する。
【００４０】
荷重入力が減少すると、第２制御弁２３は、ばね２５の付勢力により、第２制御弁第１位置まで後退する。これにより、第２燃料収容室２１と高圧のコモンレール５１へ続く第４燃料通路４４とが遮断され、第２燃料収容室２１と低圧の燃料タンクへ続く第７燃料通路４７とが連通する。その結果、第３燃料収容室３１から、第６燃料通路４６、第１制御弁背圧室１４、第５燃料通路４５、第２燃料収容室２１、第７燃料通路４７を経由して、低圧側（燃料タンク５２）へ燃料が流出し、第３燃料収容室３１内および第１制御弁背圧室１４内の燃料圧力が低下する。
【００４１】
第１制御弁背圧室１４内の燃料圧力が低下すると、第１制御弁１３の前進方向への受圧が弱まり、第１燃料通路４１内の燃料圧力による第１制御弁１３の後退方向への力によって、第１制御弁１３は第１制御弁第２位置から後退を開始する（後退を開始する時点の説明は、図５で詳述する。）。第１制御弁第２位置から後退を開始すると、第１燃料収容室１１と第１燃料通路４１とが連通するので、第１燃料収容室１１内に高圧燃料が流入し、第１燃料収容室１１内の高圧燃料圧力により、第１制御弁１３は第１制御弁第１位置まで後退する。これにより、第１燃料収容室１１と低圧の燃料タンク５２へ続く第３燃料通路４３とが遮断され、第１燃料収容室１１と高圧のコモンレール５１へ続く第１燃料通路４１とが連通する。その結果、高圧側（コモンレール５１）から、第１燃料通路４１、第１燃料収容室１１、第２燃料通路４２を経由して、ニードル弁背圧室３４へ高圧燃料が流入し、ニードル弁背圧室３４内の燃料圧力が上昇する。なお、ばね１５の付勢力は、第１制御弁背圧室１４内の低圧燃料圧力による前進方向の力と合わせても、第１燃料収容室１１内の高圧燃料圧力による後退方向の力に満たないように設定される。
【００４２】
ニードル弁背圧室３４内の燃料圧力が上昇すると、ニードル弁３３が受けるニードル弁背圧室３４内の燃料圧力と第３燃料収容室３１内の低圧燃料との圧力差により、ニードル弁３３は前進し、ノズルボディ２に着座して燃料の噴射が停止する。
【００４３】
図４は、アクチュエータ２４が駆動を開始してから第１制御弁１３が第１制御弁第１位置から前進を開始する動作を示す図である。
【００４４】
図２において説明したように、第１制御弁背圧室１４へ高圧燃料が流入すると、第１制御弁１３は、第１制御弁背圧室１４内の高圧燃料および第１燃料収容室１１内の高圧燃料により、それぞれ前進方向および後退方向への力を受ける。このとき、第１制御弁背圧室１４からの受圧面積と第１燃料収容室１１からの受圧面積とは等しいが、ばね１５の付勢力により、第１制御弁１３は、前進を開始する。
【００４５】
図５は、アクチュエータ２４が駆動を停止してから第１制御弁１３が第１制御弁第２位置から後退を開始する動作を示す図である。
【００４６】
図３において説明したように、第１制御弁背圧室１４内の燃料圧力が低下すると、第１制御弁１３の前進方向への受圧が弱まる。ここで、第１制御弁１３のうち第１制御弁背圧室１４に臨む部分である上端側の断面積をＳａ、第１燃料通路４１のうち第１燃料収容室１１と接続する部分の断面積をＳｃ、外部の低圧部に連通したときの第１制御弁背圧室１４内の燃料圧力をＰａ（低圧）、燃料供給源に連通する第１燃料通路４１内の燃料圧力をＰｃ（高圧）、ばね１５の付勢力をＦ、とすると、第１制御弁１３が第１制御弁第２位置に存在しているときに第１制御弁１３にかかる前進方向への力は「Ｓａ×Ｐａ＋Ｆ」、後退方向への力は、「Ｓｃ×Ｐｃ」となる。
【００４７】
本実施形態においては、Ｓａ×Ｐａ＋Ｆ＜Ｓｃ×Ｐｃを満たすように、ＳａおよびＳｃが形成されている。よって、第１制御弁１３が第１制御弁第２位置から後退を開始する。
【００４８】
なお、ばね１５等の追加部材がない場合には、第１制御弁１３が第１制御弁第２位置に存在しているときに第１制御弁１３にかかる前進方向への力は「Ｓａ×Ｐａ」、後退方向への力は、「Ｓｃ×Ｐｃ」となる。よって、Ｓａ×Ｐａ＜Ｓｃ×Ｐｃを満たすように、ＳａおよびＳｃが形成されていれば、第１制御弁１３が第１制御弁第２位置から後退を開始する。
【００４９】
さらに、本実施形態の図５の説明において、第１制御弁１３のうち第１制御弁背圧室１４に臨む部分である上端側の断面積と、第１制御弁１３のうち第１燃料収容室１１内に配置される部分である下端側の最大断面積とを同一面積として説明しているが、これに限られず、当該上端側の断面積の方が当該下端側の最大断面積より大きくてもよいし、逆に、当該上端側の断面積の方が当該下端側の最大断面積より小さくてもよい。
【００５０】
図６は、本実施形態に係る燃料噴射装置１の変形例の構成を示す図である。
本実施形態では、第６燃料通路４６は、第１制御弁背圧室１４と連通していたが、当該変形例では、第２燃料収容室２１と連通する。
これによっても、図１〜図５を参照して説明した本実施形態に係る燃料噴射装置１における動作と同様の動作が行われる。
【００５１】
図７は、本実施形態に係る第１制御弁１３の変形例の構成を示す図である。
本実施形態の図２および図４における説明では、第１制御弁１３が、前進するためには、第１制御弁背圧室１４からの受圧面積と第１燃料収容室１１からの受圧面積とが等しいので、ばね１５の付勢力が必要であった。しかし、図７に示すように、第１制御弁１３のうち第１制御弁背圧室１４に臨む部分である上端側の断面積Ｓａを、第１制御弁１３のうち第１燃料収容室１１内に配置される部分である下端側の最大断面積Ｓｂより大きくすることで、前進方向への力が後退方向への力に打ち勝ち、ばね１５の付勢力を必要とせずに第１制御弁１３が前進することとなる。
【００５２】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）第２燃料収容室２１若しくは第１制御弁背圧室１４と第３燃料収容室３１とを連通する第６燃料通路４６を設けた。よって、アクチュエータ２４からの荷重入力を止めることにより、ニードル弁背圧室３４の燃料圧力を上昇させると略同時に第３燃料収容室３１の燃料圧力を低下させることができるので、ニードル弁３３の前進が迅速に行われ、前進方向へ付勢するばね等を設けない場合にも燃料噴射停止の応答性を向上させることができる。
一方、アクチュエータ２４からの荷重により、ニードル弁背圧室３４の燃料圧力を低下させると略同時に第３燃料収容室３１の燃料圧力を上昇させることができるので、ニードル弁３３の後退が迅速に行われ、燃料噴射の応答性を向上させることができる。
【００５３】
（２）第１制御弁１３の上端側の断面積を下端側の最大断面積よりも大きく形成した。よって、第１制御弁１３を前進方向に付勢するばね１５等の追加部材を不要としつつ、アクチュエータ２４駆動時の第１制御弁１３の迅速な前進が可能となる。
【００５４】
（３）第１制御弁第２位置に存在するときに第１制御弁１３にかかる後退方向への力（Ｓｃ×Ｐｃ）が、前進方向への力（Ｓａ×Ｐａ）よりも大きくなるようにＳａおよびＳｃを形成した。よって、第１制御弁１３を後退方向に付勢する弾性部材等の追加部材を不要としつつ、アクチュエータ２４停止時における第１制御弁第２位置からの第１制御弁１３の確実な後退が可能となる。
【００５５】
（４）第１制御弁１３の上端側の断面積と下端側の最大断面積とを同一面積とした。よって、第１制御弁１３および第１制御弁保持部１２の加工を容易行うことができる。一方、同一面積とすることで第１制御弁１３を前進方向に確実に移行させることが妨げられることとなるが、第１制御弁１３を前進方向に付勢するばね１５を配置することで、アクチュエータ２４駆動時に第１制御弁１３を前進方向に確実に移行させることが可能となるので、これに伴うニードル弁背圧室３４の燃料圧力の迅速な低下および第３燃料収容室３１の燃料圧力の迅速な上昇が可能となり、燃料噴射の応答性を向上させることができる。
【００５６】
（５）第１制御弁背圧室１４に、第１制御弁１３を前進方向に付勢するばね１５を配置し、Ｓａと、Ｓｃと、Ｐａと、Ｐｃと、ばね１５の付勢力Ｆとの関係を、Ｓａ×Ｐａ＋Ｆ＜Ｓｃ×Ｐｃを満たすように、ＳａおよびＳｃを形成した。よって、ばね１５が必要ではあるもののＳａをより小径化可能にでき、燃料噴射装置の小型化が可能となる。また、第１制御弁１３を確実に前進させるために、第１制御弁１３を前進方向に付勢するばね１５を配置した場合にも、第１制御弁１３を後退方向に付勢する弾性部材等の追加部材を不要としつつ、アクチュエータ２４停止時における第１制御弁第２位置からの第１制御弁１３の確実な後退が可能となる。
【００５７】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【００５８】
また、本実施形態では、低圧部として燃料タンク５２を用いたが、これには限られない。例えば、燃料タンク５２の他に、低圧ポンプと高圧ポンプとの間の燃料通路、および、高圧ポンプ内の加圧室より上流側の燃料通路等が低圧部として利用できる。
【００５９】
また、燃料タンク５２に連通する燃料通路に逆止弁を配置し、低圧側の圧力が所定圧に維持されるようにしてもよい。
【００６０】
また、ニードル弁背圧室３４内に、ニードル弁３３を前進方向に付勢する弾性部材（例えば、ばね等）を配置して前進速度をより高めることにより、燃料噴射停止の応答性をさらに向上させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１    燃料噴射装置
２    ノズルボディ
５    噴孔
１１  第１燃料収容室
１２  第１制御弁保持部
１３  第１制御弁
１４  第１制御弁背圧室
１５、２５  ばね（弾性部材）
２１  第２燃料収容室
２２  第２制御弁保持部
２３  第２制御弁
２４  アクチュエータ
３１  第３燃料収容室
３２  ニードル弁保持部
３３  ニードル弁
３４  ニードル弁背圧室
４０  高圧燃料通路
４１  第１燃料通路
４２  第２燃料通路
４３  第３燃料通路
４４  第４燃料通路
４５  第５燃料通路
４６  第６燃料通路
４７  第７燃料通路
５１  コモンレール（燃料供給源）
５２  燃料タンク（低圧部）
Ｓａ、Ｓｂ  受圧面積
Ｓｃ  第１燃料通路断面積
【図１】
2010209740.tif 000003
【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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