(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブが電歪式アクチュエータによって駆動されて、これによりノズルニードルの閉弁力となる燃料油圧を切替えて噴孔の開閉を行う燃料噴射弁において、
前記電歪式アクチュエータと前記バルブとの間に形成され、前記燃料噴射弁と燃料タンクとを連通させるために燃料噴射弁に設けられたドレーンポートの燃料が流入可能であり、前記電歪式アクチュエータの変位に応じて内部の油圧が変化することにより前記バルブを駆動させる変圧室と、前記ドレーンポートと前記燃料タンクとの間に設けられ、所定の圧力で開くことによって、前記ドレーンポートの圧力を前記所定の圧力を維持するチェック弁とを備えたことを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は油圧制御弁に係り、特に内燃機関の燃料噴射装置に適用するための油圧制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の油圧制御弁の一つとして三方弁式燃料噴射弁を図５に示す。
【０００３】
ニードル弁の形をした第２のバルブ（以下「インナバルブ」という）１００が、それに形成された所定の大きさの径を有するインナバルブシート１０１によって高圧ポート１０２を開閉することができるように、中空の第１のバルブ（以下「アウタバルブ」という）１０３の中に挿入されており、アウタバルブ１０３は上部に設けられたスプリング１０４によって所定の大きさの径を有するアウタバルブシート１０５に押し付けられている。１０６は円柱形のコマンドピストンで、背圧室１０７の燃料圧力によって下方へ押し付けられるが、アウタバルブ１０３が上昇して背圧室１０７とドレーンポート１０８が連通し、その圧力が低下すると押し上げられるようになっている。なお、図５において、１０９はアウタバルブ１０３の中にインナバルブ１００を摺動自在に受け入れているインナバルブガイド、１１０はアウタバルブ１０３を吸引して作動させることができるアクチュエータとしてのソレノイド、１１１はニードル、１１２は高圧ポート１０２からの高圧燃料を受け入れている油だまり、１１３は噴口を示している。
【０００４】
機関が始動される時、インナバルブ１００が下降していてインナバルブシート１０１が着座状態であっても、インナバルブシート径はインナバルブガイド径より若干小さい為、高圧ポート１０２から油圧が供給されると上方へ押圧される。また、アウタバルブ１０３はスプリング１０４により下方へ押されて、アウタバルブシート１０５に着座しており、コマンドピストン１０６上部の背圧室１０７は高圧ポート１０２と連通しているため、図５に示す状態では燃料噴射は停止している。
【０００５】
噴射を開始する時、ソレノイド１１０に通電するとアウタバルブ１０３は上方へ吸引されて上昇し、アウタバルブシート１０５から離座すると共に、インナバルブシート１０１に着座する。それによって背圧室１０７はドレーンポート１０８と連通して油圧が低下するため、ニードル１１１は高圧ポート１０２に通じている油だまり１１２の圧力によって押し上げられて噴口１１３を開き、燃料の噴射が開始される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した図５の油圧制御弁に紹介されるような油圧制御弁のバルブを駆動するためのアクチュエータとして電歪式アクチュエータを採用するものがある。
【０００７】
この電歪式アクチュエータを採用するものの中には、電歪式アクチュエータの変位量を増大させるため、該アクチュエータと油圧制御弁のバルブとの間に燃料が充填される変圧室を設け、電歪式アクチュエータの変位に応じて、この変圧室内の圧力を変化させることによって、上記バルブを駆動させるものがある。
【０００８】
そして、上記変圧室内に燃料を充填されるために、油圧制御弁のドレーンポートの燃料を絞り等を介して変圧室へ流入可能とすることが考えられる。
【０００９】
しかしながら、例えば、ドレーンポート内の圧力が過度に低下した場合には、燃料内に気泡が発生し、その気泡が上記変圧室へ浸入すると、電歪式アクチュエータの変位に対して変圧室内の圧力が変化しないため、バルブが駆動されず、ひいては確実に油圧制御弁による油圧の断続を行えないという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上述の問題を解決し、確実に油圧を断続することができる燃料噴射弁を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明では、バルブが電歪式アクチュエータによって駆動されて、これによりノズルニードルの閉弁力となる燃料油圧を切替えて噴孔の開閉を行う燃料噴射弁において、前記電歪式アクチュエータと前記バルブとの間に形成され、前記燃料噴射弁と燃料タンクとを連通させるために燃料噴射弁に設けられたドレーンポートの燃料が流入可能であり、前記電歪式アクチュエータの変位に応じて内部の油圧が変化することにより前記バルブを駆動させる変圧室と、前記ドレーンポートと前記燃料タンクとの間に設けられ、所定の圧力で開くことによって、前記ドレーンポートの圧力を前記所定の圧力を維持するチェック弁とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明の燃料噴射弁においては、燃料噴射弁と燃料タンクとを連通させるために燃料噴射弁に設けられたドレーンポートの下流側にチェック弁を設け、このチェック弁によりドレーンポートの圧力が所定の圧力に維持されるため、ドレーンポートの油圧が過度に低下したときに、燃料内に気泡が発生し、その気泡が変圧室へ浸入する、といった事態が回避される。従って、電歪式アクチュエータが変位しても、上記気泡によって、変圧室の圧力が変化しない。そのため、燃料噴射弁による噴射を正確に行うことができる。
【００１３】
【実施例】
以下本発明のいくつかの実施例を添付の図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は本発明の第１実施例としての三方式油圧制御弁１１を、内燃機関の蓄圧式噴射装置に適用した場合の構成を示す断面図である。燃料圧送ポンプ９により圧送された燃料は２０００ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力でリザーバ１０に蓄圧され、さらにシリンダヘッドに装着された三方式燃料噴射弁１１に供給されるようになっている。
【００１５】
三方式燃料噴射弁１１のホルダ（ハウジング）１２の上方には、リザーバ１０に連通する高圧ポート１３、及び５ｋｇｆ／ｃｍ2で開弁するチェック弁１４を介して、燃料タンク１５に連通するドレーンポート１６が設けられている。
【００１６】
ホルダ１２の右方には、厚さ０．５ｍｍ程度の円盤状圧電素子を数十枚積層した電歪式アクチュエータ１７、Ｏリング１８を装着したピストン１９、電歪式アクチュエータ１７に数十ｋｇｆのプリセット荷重を与える皿バネ２０の順で収容されるケーシング２１が、ホルダ（ハウジング）１２の一部として螺合されており、ケーシング２１に設けられた連通穴２２によって接続されているピストン１９の左端面とアウタバルブ１の右端面との間の空間が、変圧室２３として形成される。前記電歪式アクチュエータ１７の右方上部には、図示しない駆動回路に接続されるリード線２４が設けられている。
【００１７】
ホルダ１２の下方には、公知のノズル２５がリテーナ２６により螺合され、ニードル２７は、スプリングホルダ２８を介してプレッシャスプリング２９の力、及び、摺動自在でニードル２７の径よりも大きくクリアランスが２〜３μｍのコマンドピストン３０の上端に作用する燃料圧力により、着座方向へ付勢されている。
【００１８】
ホルダ１２の内部に左右方向に形成された径が８ｍｍのガイド孔６の中を摺動することができるように、２〜３μｍのクリアランスを残してアウタバルブ１が挿入されており、５ｋｇｆのセット荷重を有するスプリング８により右方へ押されて、径が８．４２ｍｍのアウタバルブシート５に着座している。アウタバルブ１内の左方の中心孔７に、径が３ｍｍのインナバルブシート３を有するガイド径が４ｍｍでクリアランスが２〜３μｍのインナバルブ２が挿入され、燃料圧力により左方に押されるようになっている。また右方の中心孔には摺動自在にインナバルブシート３と同径でクリアランスが２〜３μｍのバランスロッド４が収容され、燃料圧力により右方へ押されるようになっている。
【００１９】
高圧ポート１３は、環状の高圧溝３１、ホルダ１２内のフェーエルポート３２、ノズル２５内のフューエルポート３３、油だまり３４の順で噴孔３５近傍まで連通している。また高圧溝３１はアウタバルブ１内の径方向のフューエルポート３６、軸方向のフェーエルポート３７にも連通しているので、図１のようにアウタバルブ１が右方へ動いてインナバルブシート３が離座しているときには、コマンドピストン３０の上端の背圧室３８にも連通している。
【００２０】
プレッシャスプリング２９が収容されているスプリング室３９は、ポート４０によりスプリング８が収容されるスプリング室４１に連通しており、さらにスプリング室４１はポート４２により、ドレーンポート１６に連通している。また、アウタバルブ１内の環状の低圧溝４３も、径方向のポート４４、ホルダ１２内の環状の低圧溝４５の順でドレーンポート１６に連通している。
【００２１】
次に図１に示した実施例の作動を説明する。
【００２２】
図１に示した状態は図２に示したタイムチャートにおけるＴ１ に相当し、噴射停止状態にあたる。リザーバ１０に蓄圧された２０００ｋｇｆ／ｃｍ2の燃料は、高圧ポート１３、高圧溝３１、フューエルポート３２，３３、油だまり３４を通って噴孔３５近傍まで供給されると同時に、高圧溝３１から分岐してフューエルポート３６，３７、インナバルブシート３近傍を通って背圧室３８にも供給される。
【００２３】
油だまり３４に供給された高圧燃料はノズル２５とニードル２７のクリアランスから、また背圧室３８に供給された高圧燃料はホルダ１２とコマンドピストン３０のクリアランスからスプリング室３９へリークする。インナバルブシート３近傍に供給された高圧燃料は、アウタバルブ１とインナバルブ２のクリアランスからスプリング室４１へリークする。高圧溝３１、フューエルポート３６に供給された高圧燃料は、アウタバルブ１とホルダ１２のクリアランスから低圧溝４５へ、またアウタバルブ１とバランスロッド４のクリアランスから低圧溝４３へそれぞれリークする。前述のリーク燃料はドレーンポート１６に集められ、チェック弁１４により５ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力に保たれている。そしてこの低圧燃料は、アウタバルブ１とホルダ１２及びバランスロッド４のクリアランスから変圧室２３に流入し、変圧室２３も５ｋｇｆ／ｃｍ2になっている。
【００２４】
このとき、電歪式アクチュエータ１７には電圧が印加されておらず、アウタバルブ１に加わる右方への力Ｆ０ は、低圧燃料の作用力を無視すると、
0003690297.tif 000002
である。
【００２５】
噴射を開始しようとする時（図２のＴ２）、電歪式アクチュエータ１７に正電圧（例えば５００Ｖ）を印加すれば軸方向に約４０μｍの変位が発生し、ピストン１９を皿バネ２０の反力にうち勝って押し下げ、変圧室２３内の圧力を上昇させる。アウタバルブ１の右端（受圧面積（８2−３2）×π÷４＝４３．２ｍｍ2）に作用する変圧室２３内の圧力が１５．３ｋｇｆ／ｃｍ2になると（図２におけるＴ３）、噴射停止時のアウタバルブ１に右向きに作用している力Ｆ０＝６．６ｋｇｆを上まわるので、アウタバルブ１は約５０μｍ左方へ移動し、アウタバルブシート５から離座すると共に、インナバルブシート３に着座する。それによって、背圧室３８の高圧燃料はスプリング室４１へ解放されて背圧室３８の圧力が低下するので、油だまり３４の燃料の圧力によりニードル２７を押し上げる方向の力はスプリング２９の押し下げ力にうち勝ってニードル２７は上昇し、噴口３５から燃料の噴射が開始される。この時、インナバルブシート３の径とバランスロッド４の径は同じであるため、アウタバルブ１に高圧燃料の作用力は加わらず、右方への力はスプリング８の力５ｋｇｆだけとなるので、この力に勝るように電歪式アクチュエータ１７によって変圧室２３内の圧力を保持し、噴射状態を保っている（図２におけるＴ4 の状態）。
【００２６】
噴射を停止しようとする時（Ｔ５）、電歪式アクチュエータ１７の電圧を解除すれば、軸方向に約４０μｍ縮み、皿バネ２０の力によりピストン１９が押し戻されて変圧室２３内の圧力が低下すると、スプリング８の力によりアウタバルブ１は右方へ移動し、インナバルブシート３から離座すると共に、アウタバルブシート５に着座する。それによって、背圧室の圧力が高圧燃料によって上昇し、コマンドピストン３０を介してニードル２７を下降させるので、噴口３５は閉じて噴射を終了する。
【００２７】
図３は第２実施例としての三方式油圧制御弁１１ａの断面図である。第１実施例とは、アクチュエータとしてホルダ（ハウジング）１２ａの一部に収容されたソレノイド４６を用いた点、及び、ドレーンポート４７がチェック弁を介することなく、直接燃料タンクに連通している点が異なり、各部材のガイド径、シート径等は同じにしている。
【００２８】
従って第１実施例と同様に、噴射開始時には、スプリング４８の力と高圧燃料の作用力との合力の６．６ｋｇｆ、また噴射時ではスプリング４８の力５ｋｇｆに勝る吸引力を有するソレノイドで制御可能であるため、図５に示す従来の燃料噴射弁におけるスプリング１０４の力５ｋｇｆと、高圧燃料の作用力１８．２ｋｇｆとの合力２３．２ｋｇｆに比べ、ソレノイド４６の吸引力が３分の１以下ですむので、ソレノイドを含む全体の小型化が可能である。
【００２９】
図４は本発明の第３実施例としての二方油圧制御弁を内燃機関の燃料噴射装置に適用した場合の構成を示す断面図である。
【００３０】
５０は公知の間欠圧送ポンプであり、燃料タンク１５より燃料を吸い込み、二方油圧制御弁５１を介して公知の自動弁５２に燃料を圧送し、図示しないエンジンのシリンダ内に燃料が噴射される。
【００３１】
二方油圧制御弁５１のハウジング５３内には、径が６ｍｍのガイド５４が形成されており、２〜３μｍのクリアランスをもつバルブ５５が、スプリング５６により上方へ押された状態で収容され、ソレノイド５７の駆動により吸引されて下方へ移動するようになっている。バルブ５５の下方には５．２ｍｍのシート５８が形成してあり、またバルブ５５の中心孔には径が３ｍｍでクリアランスが２〜３μｍのバランスロッド５９が油圧の作用力によってハウジング５３に向かって押圧されるように収容されている。ハウジング５３には、間欠圧送ポンプ５０から自動弁５２へ連通する高圧ポート６０，６１、及び高圧溝６２が設けられ、さらに下方に燃料タンク１５に連通するドレーンポート６３が設けられている。またバルブ５５には、バランスロッド５９の一端側と高圧溝６２が連通する高圧ポート６４が設けられている。
【００３２】
以上のような構成において、図４の状態では、ソレノイド５７に通電されることによってバルブ５５が吸引されて降下し、シート５８に着座してドレーンポート６３を閉じており、その結果間欠圧送ポンプ５０からの高圧燃料は自動弁５２から噴射される。この時にバルブ５５へ加わる高圧による作用力Ｆは、燃料圧力が１０００ｋｇ／ｃｍ2まで上昇しても、下方に、
0003690297.tif 000003
加わるだけであり、ソレノイド５７の吸引力はスプリング５６の力から０．３ｋｇｆを引いただけの力があれば良い。
【００３３】
噴射を停止しようとする時、ソレノイド５７の通電を停止すると、バルブ５５が
（スプリング５６の力）−Ｆ
の力で上方に移動することにより、シート５８から離れて高圧燃料がドレーンポート６３へスピルされ、直ちに自動弁５２からの燃料噴射が停止する。このように高圧の燃料による作用力をほとんど無視することができる程度に構成することができるので、ほぼスプリング５６の力だけを考慮したソレノイド５７によって対応可能となる。
【００３４】
なお、第３実施例の高圧ポート６０，６１を逆にドレーンポートとし、ドレーンポート６３を高圧ポートとする場合は、シート５８の径とバランスロッド５９の径を同一にし、高圧ポート６４によってバランスロッド５９の一端側とスプリング室６５が連通するように構成すれば同様な効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明した本発明の構成により、燃料噴射弁のドレーンポートの圧力が、チェック弁によって所定の圧力に維持されるため、ドレーンポートの油圧が過度に減少し、燃料内に気泡が発生することを防止できる。従って、電歪式アクチュエータの変位に応じて、確実にバルブを駆動することが可能となるため、確実な油圧の断続を行うことができ、燃料噴射弁による噴射を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す断面図である。
【図２】第１実施例の作動を説明するためのタイムチャートである。
【図３】本発明の第２実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す断面図である。
【図５】従来例を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１，１０３…アウタバルブ（第１のバルブ）
２．１００…インナバルブ（第２のバルブ）
３，１０１…インナバルブシート
４，５９…バランスロッド
５，１０５…アウタバルブシート
１６，４７，６３，１０８…ドレーンポート
１７…電歪式アクチュエータ
５０…間欠圧送ポンプ
５１…二方油圧制御弁
【図１】
0003690297.tif 000004
【図２】
0003690297.tif 000005
【図３】
0003690297.tif 000006
【図４】
0003690297.tif 000007
【図５】
0003690297.tif 000008