(57)【要約】【課題】  ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置等に使用されるインジェクタにおいて、常時リークがなく、ノズル開弁速度を小さくノズル閉弁速度を大きくして、噴射量を高精度に制御可能とする。【解決手段】  インジェクタ１の制御弁部１０２を３方弁構造とし、摺動ピン部材３の先端部３ａ周りの空間に、低圧通路１３に連通する絞り部３２を設け、略半球状の弁体２を駆動する。低圧側シート径≦高圧側シート径とし、弁室２１と連通する制御室４の圧力をアシスト力として作用させることで、高圧側シート閉弁負荷が低圧側シートの開弁負荷と同等ないしそれ以下となるように構成する。高圧側シート閉弁駆動力が小さいので、高圧側シート径を大きくしてノズル閉弁速度を大きくすることが可能である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コモンレールから高圧通路を経て供給される燃料を噴射するインジェクタであって、ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、
該制御室と上記高圧通路および低圧通路との連通・遮断を切り替えることにより上記制御室の圧力を増減させる３方弁構造の制御弁と、
上記制御弁の弁体を駆動して上記低圧通路に連通する低圧側シートまたは上記高圧通路に連通する高圧側シートに選択的に着座させる駆動部を備え、
上記駆動部が、通電により変位を発生するアクチュエータと、ピン状の先端部が弁室に収容される上記制御弁の弁体に当接し、上記アクチュエータの変位に伴い摺動穴内を摺動して駆動力を伝達する摺動ピン部材を有し、
上記摺動ピン部材の摺動部と上記低圧側シートとの間において、上記ピン状の先端部周りに形成した空間を、絞り部を介して上記低圧通路に接続するとともに、
上記低圧側シートと上記高圧側シートのシート径の関係を、低圧側シート径≦高圧側シート径とし、
かつ上記弁室と連通する上記制御室の圧力をアシスト力として作用させることにより、高圧側シート閉弁負荷が低圧側シート開弁負荷と同等ないしそれ以下となるように構成したことを特徴とするコモンレール用インジェクタ。
【請求項２】
上記摺動穴の摺動径と上記低圧側シートおよび上記高圧側シートのシート径の関係を、摺動径≦低圧側シート径≦高圧側シート径とする請求項１記載のコモンレール用インジェクタ。
【請求項３】
コモンレールから高圧通路を経て供給される燃料を噴射するインジェクタであって、ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、
該制御室と上記高圧通路および低圧通路との連通・遮断を切り替えることにより上記制御室の圧力を増減させる３方弁構造の制御弁と、
上記制御弁の弁体を駆動して上記低圧通路に連通する低圧側シートまたは上記高圧通路に連通する高圧側シートに選択的に着座させる駆動部を備え、
上記駆動部が、通電により変位を発生するアクチュエータと、ピン状の先端部が弁室に収容される上記制御弁の弁体に当接し、上記アクチュエータの変位に伴い摺動穴内を摺動して駆動力を伝達する摺動ピン部材を有し、
上記摺動ピン部材の摺動部と上記低圧側シートとの間において、上記ピン状の先端部周りに形成した空間を、絞り部を介して上記低圧通路に接続するとともに、
上記摺動部の摺動径と上記高圧側シートのシート径の関係を、摺動径≦高圧側シート径とし、
かつ上記弁室と連通する上記制御室の圧力をアシスト力として作用させるように構成したことを特徴とするコモンレール用インジェクタ。
【請求項４】
上記弁室と連通する上記制御室の圧力をアシスト力として作用させることにより、高圧側シート閉弁負荷が低圧側シート開弁負荷と同等ないしそれ以下となるように構成した請求項３記載のコモンレール用インジェクタ。
【請求項５】
上記アクチュエータがピエゾアクチュエータである請求項１ないし４のいずれか記載のコモンレール用インジェクタ。
【請求項６】
負荷最大となる最高圧力時において、ノズルニードルの開弁が可能な上記制御室の圧力が供給燃料圧力の５０％以上である請求項１ないし５のいずれか記載のコモンレール用インジェクタ。
【請求項７】
上記摺動ピン部材と上記弁体が別体である請求項１ないし６のいずれか記載のコモンレール用インジェクタ。
【請求項８】
上記摺動ピン部材の両端部を摺動径より細径のピン状に成形した請求項１ないし７のいずれか記載のコモンレール用インジェクタ。
【請求項９】
上記摺動ピン部材が一定径の円柱状ピンからなり、上記低圧側シートに続く上記摺動穴の端部に摺動径より大径の拡径部を形成して上記摺動ピン部材の先端部を配置するとともに、この拡径部に開口するように上記絞り部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか記載のコモンレール用インジェクタ。
【請求項１０】
上記弁体が略半球状であり、上記摺動ピン部材との接触面が球体の曲率よりも大きい球面に加工されている請求項１ないし９のいずれか記載のコモンレール用インジェクタ。
【請求項１１】
上記摺動ピン部材の少なくとも摺動面が超硬質材料またはセラミックよりなる請求項１ないし１０のいずれか記載のコモンレール用インジェクタ。
【請求項１２】
上記摺動ピン部材は、ヤング率が金属より大きい超硬材料であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか記載のコモンレール用インジェクタ。
【請求項１３】
上記弁体を上記低圧側シートに付勢するバルブスプリングが、上記高圧側シート上流に配置されている請求項１ないし１２のいずれか記載のコモンレール用インジェクタ。
【請求項１４】
ノズル開弁時の上記制御室圧力比：ｋｐｏ、上記ノズルニードルが着座するノズルシート径：Ｄｓ、上記ノズルニードルの上記制御室摺動径：Ｄｃ、ノズルセット荷重：Ｆｋ、コモンレールからの燃料供給圧：Ｐｃとし、Ｐｃ＝Ｐｃｍａｘ（最高供給圧）である時に、下記式が成立するように各部が構成されている請求項１ないし１３のいずれか記載のコモンレール用インジェクタ。
【数１】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンのコモンレール用インジェクタに関し、詳しくは、ノズルニードルを昇降させる制御室圧力を３方弁で制御するインジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいて、各気筒に共通のコモンレールを設けて高圧燃料を蓄圧するコモンレール式燃料噴射装置が知られている。コモンレールには燃料供給ポンプから高圧燃料が圧送されて所定圧に制御され、所定のタイミングで各気筒のインジェクタを駆動して燃料を噴射している。コモンレール用のインジェクタは、一般に、ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、制御室の圧力を制御する制御弁を有し、アクチュエータで制御弁を駆動して制御室の圧力を増減する構成となっている。
【０００３】
制御弁としては、制御室を高圧通路または低圧通路に選択的に連通させる３方弁構造が好適に用いられる。３方弁の弁体は、低圧通路に至る低圧側シートおよび高圧通路に至る高圧側シートが形成された弁室内に配設されて、両シートの間を移動し、シート位置を切り替える。３方弁構造とすると、燃料噴射時に弁体が高圧側シートに着座して高圧通路との連通が遮断されるので、弁室を介して高圧燃料が流出することがない。アクチュエータには、例えば、ピエゾアクチュエータが用いられ、通電により伸長して低圧側シートから弁体を離座させた後、高圧側シートに着座させる。ピエゾアクチュエータは応答性が良いことから高度な燃料噴射制御が期待されている。
【０００４】
３方弁構造の制御弁は、例えば、特許文献１〜５に記載されている。また、低圧側シート下流に絞りを有する構成とすると（特許文献１〜４）、ノズル開弁速度を抑制して噴射量の制御性を向上するために有利である。
【特許文献１】特開２０００−１３０６１４号公報
【特許文献２】特開２００２−２２７７４７号公報
【特許文献３】特開２００１−４１１２５号公報
【特許文献４】特表２００１−５００２１８号公報
【特許文献５】特開２００１−１４０７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、コモンレール式燃料噴射装置を効率よく稼働させるには、燃料リークを極力小さくすることが望ましい。しかしながら、特許文献１、２は、圧力バランス弁であり、摺動部からの常時リークが存在する。この場合、ポンプに対して余分な仕事を要求することになり、またリークにより、燃料温度が上昇し、燃料が変質する等の問題がある。特許文献３の制御弁は、弁体が球であり、これを収容するために高圧側シート部材と低圧側シート部材が別部材となっている。ところが、この場合、特許文献２、５に記載されているように、両部材の位置ずれによるリークのおそれがあり、リフト量が小さい領域で使用するのは困難である。
【０００６】
そこで、特許文献５には、位置ずれしても正常に動作するように、相対移動可能な複数の弁部材を設けることが提案されているが、構成が複雑となる。また、噴射量制御性を向上するには、ノズル閉弁速度を大きくすることが望ましい。一般に、高圧側シート開口面積を大きくするとノズル閉弁速度を大きくすることが可能であるが、ピエゾアクチュエータは、変位と発生力が反比例する特性を有することから、高圧側シート開口面積が大きいと、閉弁駆動力が大きくなり、エネルギー効率が悪くなる不具合がある。
【０００７】
本発明の目的は、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置等に使用されるインジェクタにおいて、高圧側シート閉弁に必要な駆動力を小さくすること、また、簡単な構成で、制御弁からの燃料リークを抑制し、ノズル開弁速度を小さくないしノズル閉弁速度を大きくすることにあり、これらにより、エネルギー効率を高め、噴射量を高精度に制御可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明において、インジェクタは、ノズル背圧を発生する制御室の圧力を増減させる制御弁を３方弁構造とし、その駆動部をアクチュエータと摺動ピン部材にて構成する。摺動ピン部材は、ピン状の先端部が弁室に収容される制御弁の弁体に当接し、アクチュエータの変位に伴い摺動穴内を摺動して低圧側シートまたは高圧側シートに選択的に着座させるようになっている。摺動ピン部材の摺動部と上記低圧側シートとの間において、ピン状の先端部周りに形成した空間は、絞り部を介して低圧通路に接続しており、低圧側シート径≦高圧側シート径である時に、弁室と連通する制御室の圧力をアシスト力として作用させることにより、高圧側シート閉弁負荷が低圧側シートの開弁負荷と同等ないしそれ以下となるように構成してある。
【０００９】
上記構成によれば、摺動ピン部材の先端部周りに形成した空間に設定した絞り部によって低圧側シート開弁時のノズル開弁速度を遅くし、また、制御室の圧力を高圧側シートの閉弁方向に作用させて、高圧側シート閉弁駆動力を小さくすることができる。よって、高圧側シート径を大きくしてノズル閉弁速度を速くし、簡易な構成で、噴射制御性、エネルギー効率を向上できる。
【００１０】
請求項２の発明では、摺動穴の摺動径と低圧側シートおよび高圧側シートのシート径の関係を、摺動径≦低圧側シート径≦高圧側シート径とする。摺動径を小さくすることで、開閉弁、特に高圧側シート閉弁に必要な駆動力を小さくできる。
【００１１】
請求項３の発明では、上記摺動ピン部材の摺動部と上記低圧側シートとの間において、上記ピン状の先端部周りに形成した空間を、絞り部を介して上記低圧通路に接続するとともに、上記摺動部の摺動径と上記高圧側シートのシート径の関係を、摺動径≦高圧側シート径とし、上記弁室と連通する上記制御室の圧力をアシスト力として作用させるように構成してある。
【００１２】
上記構成によれば、摺動ピン部材の先端部周りに形成した空間に設定した絞り部によって低圧側シート開弁時のノズル開弁速度を遅くし、また、制御室の圧力を高圧側シートの閉弁方向に作用させて、高圧側シート閉弁駆動力を小さくできる。さらに、摺動径を小さくすることで、高圧側シート閉弁に必要な駆動力をより小さくすることができる。よって、高圧側シート径を大きくしてノズル閉弁速度を速くし、簡易な構成で、噴射制御性、エネルギー効率を向上できる。
【００１３】
請求項４の発明では、上記弁室と連通する上記制御室の圧力をアシスト力として作用させることにより、高圧側シート閉弁負荷が低圧側シート開弁負荷と同等ないしそれ以下となるように構成する。
【００１４】
好適には、制御室圧力を調整して、高圧側シート閉弁負荷が低圧側シート開弁負荷と同等ないしそれ以下となるようにすることで、エネルギー効率をより向上できる。
【００１５】
請求項５の発明では、アクチュエータをピエゾアクチュエータとする。変位が大きくなると発生力が小さくなる関係にあるピエゾアクチュエータに、本発明を適用することで、その特性を効率よく使うことができる。
【００１６】
請求項６の発明では、負荷最大となる最高圧力時において、ノズルニードルが開弁可能な制御室圧力が供給燃料圧力の５０％以上となるように設定する。このようにすれば、高圧側シート閉弁負荷を低圧側シートの開弁負荷より小さくして、効率よく噴射量制御を行うことができる。
【００１７】
請求項７の発明では、摺動ピン部材と弁体を別体とする。これにより、シート部の加工が容易になる。
【００１８】
請求項８の発明では、摺動ピン部材の両端部を摺動径より細径のピン状に成形する。これにより、誤組付けによる作動不良を防止することができる。
【００１９】
請求項９の発明のように、摺動ピン部材を全長にわたり一定径の円柱状ピンとすることもできる。その場合、低圧側シートに続く摺動穴の端部に摺動径より大径の拡径部を形成して上記摺動ピン部材の先端部を配置するとともに、この拡径部に開口するように絞り部を形成する。これにより、摺動ピン部材の形状が簡素化され、加工が容易になる。
【００２０】
請求項１０の発明では、弁体を略半球状とする。摺動ピン部材との接触面は球体の曲率よりも大きい球面に加工すると、片あたりを防止し、ヘルツ応力を緩和する効果が得られる。
【００２１】
請求項１１の発明では、摺動ピン部材の少なくとも摺動面を超硬質材料またはセラミックにて構成する。これにより、摺動性が向上し、摩耗を防止することができる。
【００２２】
請求項１２の発明では、摺動ピン部材を、ヤング率が金属より大きい超硬材料とする。これにより、変形ロスを防止する効果を得ることができる。
【００２３】
請求項１３の発明では、弁体を低圧側シートに付勢するバルブスプリングを、高圧側シート上流に配置する。これにより、弁室容積を小さくして応答性を高めることができる。
【００２４】
請求項１４の発明では、ノズル開弁時の制御室圧力比をｋｐｏ、ノズルニードルが着座するノズルシート径をＤｓ、制御室摺動径をＤｃ、ノズルセット荷重をＦｋ、コモンレールからの燃料供給圧をＰｃとし、Ｐｃ＝Ｐｃｍａｘ（最高供給圧）である時に、下記式が成立するように、各部を構成する。
【数２】
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これにより、高圧側シート開弁負荷を小さくして、高圧側シート閉弁駆動力を小さくする上記効果が容易に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。図１は第１の実施形態におけるインジェクタ１構成を示す図で、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置への適用例として説明する。インジェクタ１は、エンジンの各気筒に対応して設けられ（ここではそのうち１つのみを示す）、コモンレールから燃料の供給を受けるようになっている。コモンレールには高圧サプライポンプにより圧送される燃料が噴射圧力に相当する所定の高圧で蓄えられる。
【００２６】
図中、インジェクタ１は、上半部をピエゾアクチュエータ６を有する駆動部１０１とし、３方弁構造の制御弁部１０２を用いて、ノズルニードル５を有するノズル部１０３を駆動し、燃料噴射を行なう。インジェクタ１は、図略の燃焼室壁に取付けられ、上記各部１０１〜１０３の構成部品が収納されるハウジング部材Ｈ１〜Ｈ４内には、燃料導入口１１にて図略のコモンレールに連通する高圧通路１２、燃料導出口１４にて図略の燃料タンクへ連通する低圧通路１３等の通路が形成され、ハウジング部材Ｈ１〜Ｈ４は、リテーナＨ５によって油密に締付け固定される。
【００２７】
ノズル部１０３は、ハウジング部材Ｈ１の上端部に設けた筒状部４２内に、外周にフランジ５１を有するノズルニードル５を摺動自在に保持している。ハウジング部材Ｈ４内の空間は、油溜まり室５２を構成し、その上部壁に開口する高圧通路１２を介してコモンレールから高圧燃料が供給されている。ハウジング部材Ｈ４の下端にはサック部５３が形成され、サック部５３形成壁を貫通して噴孔５４が形成される。
【００２８】
ノズルニードル５は下端位置にある時に、円錐形状の先端部が油溜まり室５２とサック部５３の境界部に設けられるノズルシート５５に着座し、サック部５３を閉じて油溜まり室５２から噴孔５４への燃料供給を遮断する。ノズルニードル５がリフトしてノズルシート５５から離座し、サック部５３を開くと燃料が噴射される。
【００２９】
ノズルニードル５の上端面および筒状部４２の内壁面およびハウジング部材Ｈ３下端面により画成される空間は、ノズル背圧を制御する制御室４となる。制御室４には、制御弁部１０２の弁室２１および通路２５を介して、高圧通路１２から制御油としての燃料が導入され、ノズルニードル５の背圧を発生している。この背圧はノズルニードル５に下向きに作用して、フランジ５１と筒状部４２の下端面との間に保持されるスプリング５６とともにノズルニードル５を閉弁方向に付勢する。一方、油溜まり室５２の高圧燃料がノズルニードル５先端部の円錐面に上向きに作用しノズルニードル５を開弁方向に付勢している。
【００３０】
３方弁構造の制御弁部１０２は、ノズル部１０３の制御室４と連通路４１を介して常時連通する弁室２１と、弁室２１内に収容される略球状の弁体２を有している。弁室２１の天井面に設けた開口部に低圧側シート２２が、対向する底面開口部には高圧側シート２３が形成され、弁体２はこれらシート２２、２３のいずれかに選択的に着座するようになっている。低圧側シート２２下流には、ノズル開弁速度設定用の絞り部３２が形成されて、通路３３、３４を介して低圧通路１３に連通している。高圧側シート２３の上流に形成される通路２５は高圧通路１２に連通している。弁体２は、駆動部１０１により押圧駆動されることで上下動し、弁体２のシート位置が切り替わる。これに伴い、弁室２１が高圧通路１２または低圧通路１３に連通し、弁室２１に連通する制御室４の圧力、すなわちノズルニードル５の背圧が増減する。
【００３１】
弁体２は１部材で構成され、弁室２１は２つのハウジング部材Ｈ２、Ｈ３を衝合して構成されている。絞り部３２と通路３３はハウジング部材Ｈ２に、連通路４１および通路２５はハウジング部材Ｈ３に形成される。本実施形態では、制御室４と弁室２１の間には、低圧側シート２２開口面積より小さい絞りは設けない。ここに絞りを設定すると、ノズル閉弁速度を小さくしてしまうためである。高圧側シート２３上流には、ノズル閉弁速度設定用の絞りがあってもなくてもよいが、本実施形態では設けない構成としている。弁体２と低圧側シート２２および高圧側シート２３の構成については詳細を後述する。
【００３２】
通路２５の弁室２１側端部には、バルブスプリング２４が配設されて弁体２を上向きに付勢している。エンジン始動時に高圧サプライポンプが昇圧をはじめた場合、速やかに昇圧するためには、弁体２を低圧側シート２２に付勢しておく必要がある。ただし、そのためのバルブスプリング２４を弁室２１内に配置すると、弁室２１容積、つまり制御室４容積が増加し、応答性が低下する。従って、本実施形態のように、バルブスプリング２４を高圧側シート２２上流に配置するのが望ましい。
【００３３】
駆動部１０１は、アクチュエータとしてのピエゾアクチュエータ６の駆動力を、油圧伝達装置６１と摺動ピン部材３を用いて、制御弁部１０２の弁体２に伝達する。ピエゾアクチュエータ６は、ハウジング部材Ｈ１内に形成した縦穴の上端部内に収容され、下端部内に油圧伝達装置６１が収容される。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を交互に積層したピエゾスタックを有し、積層方向（上下方向）を伸縮方向として、図示しない駆動回路により充放電されるようになっている。縦穴内の空間は低圧通路１３となっており、その下側部に形成した通路３４にハウジング部材Ｈ２側の通路３３が接続している。
【００３４】
油圧伝達装置６１は、筒状のシリンダ部材１５内に、同径の第１ピストン６２と第２ピストン６４を摺動自在に設け、両ピストンの間に作動油を充填した油密室６３が設けてなる。第１ピストン６２は、大径の上端部がシリンダ部材１５の上方に突出してピエゾアクチュエータ６の下端面に当接し、大径の上端部とシリンダ部材１５上端面の間に配設したピエゾスプリング６５が、第１ピストン６２を介してピエゾアクチュエータ６に一定の初期荷重を印加している。これにより、第１ピストン６２はピエゾアクチュエータ６との接触を維持しながら、その伸縮に伴い一体に上下動する。
【００３５】
油密室６３内には、バルブスプリング６３が配設されて第２ピストン６４を下方に付勢しており、第２ピストン６４の下端面は、摺動ピン部材３に当接している。摺動ピン部材３は、ハウジング部材Ｈ２に形成した摺動穴３１に対して摺動自在に設けられ、その下端が弁室２１内の弁体２に当接している。摺動穴３１はハウジング部材Ｈ１の縦穴と弁室２１を連通するように形成される。従って、ピエゾアクチュエータ６が伸長して第１ピストン６２を下方に押圧すると、その押圧力が油密室６３において油圧変換され第２ピストン６４に伝達される。第２ピストン６４は摺動ピン部材３を介して弁体２を駆動する。摺動ピン部材３は、両端部が摺動径より細径のピン状に形成され、その一方が第２ピストン６４の下端面に、他方が弁体２の上端面に当接している。
【００３６】
図２（ａ）のように、摺動ピン部材３の摺動部と低圧側シート２２との間において、弁体２側のピン状先端部３ａ周りには、摺動穴３１との間に環状空間が形成され、この環状空間に面する摺動穴３１の側壁に、絞り部３２が開口している。摺動ピン部材３は、少なくとも先端部３ａが細径となっていればよく、これにより、低圧側シート径をより小さく形成でき（摺動径を一定とした場合）、低圧側シート開弁駆動力を小さくできる。弁体２は偏平な半球形状で、球面が上側となるように弁室２１内に配置される。弁体２の摺動ピン部材３との接触面は、弁体本来の曲率より大きな曲率を有する球面に加工されている。これは、摺動ピン部材３の片あたりの防止とヘルツ応力の緩和のためである。弁室２１には、摺動穴３１が開口する天井面に、弁体２の球面が当接する円錐面状の低圧側シート２２が、通路２５が開口する底面に、弁体２の平面が当接する水平面状の高圧側シート２３が形成される。
【００３７】
このように、シート部の一方を平面シートとすることで、弁室２１を構成するハウジング部材Ｈ２、Ｈ３が位置ずれしても、弁体２と低圧側または高圧側シート２２、２３とのシート不良が生じにくくなる。よって、リークを防止でき、加工も容易となる。また、異物のシート部への引っかかり（噛みこみ）を考慮した場合、角部がある平面シートより、滑らかな球面−円錐面シートの方が引っかかりにくい。高圧側シート部に異物を噛みこんでシート不良となった場合には、噴射量は減少する方向となるが、低圧側シート部に異物を噛みこんで閉弁が遅れる場合には、ノズル閉弁タイミングが遅れて噴射量が増加する可能性があり、これを防止するために、低圧側シート部の方を滑らかな球面−円錐面シート形状とするのが望ましい。
【００３８】
摺動ピン部材３は、磨耗防止、摺動性確保のために、少なくとも摺動面に超硬質材料やセラミックを使用した構成とすると好ましい。また、変形ロス防止のために超硬材料等の高ヤング率の部材使用が好ましい。さらに、本実施形態では、摺動ピン部材３を弁体２と別部材とするが、これらを結合して１つの部材としてもよい。別部材とすることにより、弁体２の低圧側シート部の加工が容易になる。上述したように、摺動ピン部材３は、摺動孔３１との間に環状空間を形成するためには、弁体２側が細径のピン状に形成されていればよいが、好ましくは、本実施形態のように、両方の端部をピン状の同一形状とする。これにより、上下の区別がなくなるので、組付けが容易になるとともに、誤組付けによる作動不良を防止することができる。
【００３９】
あるいは、図３のように、摺動ピン部材３は、全長が同径の円柱状ピンとすることもできる。この場合は、摺動部と低圧側シート２２の間において弁体２に当接する先端部が位置する摺動穴３１端部を、摺動径より大きい拡径部３２ａとして、この拡径部分に絞り部３２が形成されているようにしてもよい。こうすることにより、摺動ピン部材３の形状が簡素化され加工が容易になる。これは、摺動ピン部材３が超硬材料等の難加工性材質で製造される場合には、特に有利である。
【００４０】
本発明では、低圧側シート２２と高圧側シート２３のシート径の関係は、低圧側シート径≦高圧側シート径、好ましくは、低圧側シート径＜高圧側シート径となっている。このように、低圧側シート開口面積より高圧側シート開口面積の方を大きくすることで、ノズル閉弁時に速やかに制御室４を増圧し、ノズル閉弁速度を大きくすることができる。そのため、弁体２を球部材より加工する場合には、弁体２に形成されるシート平面は、球の中心付近に形成される。シート平面が球中心から離れており、かつ低圧側シート径を高圧側シート径より小さくしたい場合には、低圧側シート２２となるハウジング部材Ｈ２の円錐面は、円錐頂角が１８０°に近くなり、シートの安定性が弱くなる。摺動ピン部材３の摺動径と低圧側シート２２、高圧側シート２３のシート径の関係は、摺動径≦低圧側シート径≦高圧側シート径となっている。摺動径を小さくすることで、開閉弁、特に高圧側シート閉弁に必要な駆動力を小さくできる。
【００４１】
低圧側シート２２は、低圧側シート開弁負荷を小さくするために、シート径は小さい方がよい。図２（ａ）のように、低圧側シート２２が閉鎖されている時、弁室２１内は高圧（コモンレール供給圧Ｐｃ）となっており、この供給圧Ｐｃが低圧側シート開口面積に上向きに作用している。従って、低圧側シート２２のシート径を小さくすることで、低圧側シート開弁負荷を小さくして、開弁に必要な駆動力を小さくすることができる。
【００４２】
さらに、シート径が大きい高圧側シート２３の閉弁力を確保するため、高圧側シート２３の閉鎖時に弁室２１の燃料圧をアシスト圧として利用する。これにより、高圧側閉弁駆動力を、高圧側シート開口面積×供給圧より小さくできる。図２（ｂ）のように、低圧側シート２２の下流に絞り部３２を有する構成では、低圧側シート開弁時の弁室２１の圧力すなわち制御室４の圧力は、低圧通路１３より高くなる。そこで、この圧力をノズルニードル５が開弁可能な範囲で高く維持することで、高圧側シート閉弁負荷をできるだけ小さくする。ノズル開弁時の制御室圧力比ｋｐｏ（ノズルニードル５が開弁できる制御室４圧の供給圧に対する比）を用いると、弁室２１の圧力は、ｋｐｏ・Ｐｃで表され、この圧力ｋｐｏ・Ｐｃを供給圧Ｐｃから減じた圧力Ｐｃ・（１−ｋｐｏ）が、（高圧側シート開口面積−低圧側シート開口面積）に上向きに作用することになる。
【００４３】
具体的には、通常使用領域では、ノズルニードル５がフルリフトしてストッパ（制御室上端面）に接触することはなく、少なくとも供給圧Ｐｃが最高供給圧Ｐｃｍａｘの半分以上の領域においては、制御室４圧が供給圧Ｐｃの半分以下にならないように各種設計値が決められている。好適には、高圧側シート閉弁負荷が低圧側シート閉弁負荷と同等かそれより小さくなるように、制御室圧力比ｋｐｏを設定するのがよい。代表的な例として、摺動ピン部材３の摺動径＝φ０．８、低圧側シート径＝φ１．２、高圧側シート径＝φ１．５、最高供給圧２００ＭＰａの場合において、ノズル開弁時の制御室圧力比ｋｐｏと低圧側シート開弁負荷および高圧側シート閉弁負荷の関係を図４に示す。この図より、次式で表される制御室圧力比ｋｐｏが大きいほど高圧側シート閉弁負荷が小さくなり、およそ０．５以上あれば、高圧側シート閉弁負荷を低圧側シート開弁負荷より小さくできることがわかる。
【数３】
2006046323.tif 000004
【００４４】
一般に、ピエゾアクチュエータ６の出力特性は、ピエゾ変位が大きい場合には発生力が小さくなる関係にある。変位が大きい高圧側シート２３側では、発生力が小さくなるため、シート径が大きい場合に高圧側シート２３の閉弁力を確保しようとすると、駆動エネルギーが大きくなってしまう。このように、変位が大きくなるほど発生力が小さくなるピエゾアクチュエータ６を使用する場合に、本発明の構成を採用し弁室２１の燃料圧をアシスト力として利用すると、高圧側シート閉弁負荷を小さくできるので、有利である。具体的には、ノズルシート径、ノズル摺動径、ノズルセット荷重が前記数式を満足するように決定される。
【００４５】
次に、上記構成のインジェクタ１の作動を説明する。図２（ａ）は、図１のピエゾアクチュエータ６が放電状態で縮小している状態を示している。弁体２は、低圧側シート２２を閉鎖する上端位置にあり、低圧通路１３に至る絞り部３２、通路３３と弁室２との連通が遮断される。弁室２は、高圧通路１２から通路２５、高圧側シート２３を介して流入する燃料により高圧となっている。この時、連通路４１を介して弁室２と連通する制御室４も高圧となる。この制御室４の圧力とスプリング５６の付勢力によって、ノズルニードル５はノズルシート５５に着座し、燃料は噴射されない。
【００４６】
この状態から、ピエゾアクチュエータ６に通電すると、ピエゾアクチュエータ６が充填されて伸長する。これに伴い、第１ピストン６２が下方に移動して油密室６３の作動油（ここでは軽油）が圧縮される。この作動油の圧力で第２ピストン６４が下方に移動し、摺動ピン部材３が弁体２を押し下げると、弁体２が低圧側シート２２から離座し、さらに下方変位して高圧側シート２３に着座する。これにより、制御室４が弁室２１、低圧側シート２２、絞り部３２、通路３３を介して低圧通路１３に連通し、制御室４の圧力が降下して、ノズルニードル５の下向きの付勢力が上向きの付勢力を下回ると、ノズルニードル５が離座して燃料噴射が開始される。この時、低圧側シート２２下流に絞り部３２を有するので、制御室４の圧力降下は緩やかとなり、ノズル開弁速度は小さくなる。
【００４７】
また、弁室２１の圧力ｋｐｏ・Ｐｃが、アシスト力として、高圧側シート２３を閉鎖する方向に作用するので、高圧側シート閉弁負荷が低圧側シート開弁負荷と同等以下となり、高圧側閉弁駆動力を小さくすることができる。よって、ピエゾアクチュエータ６の出力特性を、効率よく利用することができる。
【００４８】
ピエゾアクチュエータ６を再び放電して収縮させると、第１ピストン６２が上方へ移動し、油密室６３の圧力が降下して弁体２の押し下げ力が解除される。よって、弁体２が低圧側シート２２に着座して、制御室４と低圧通路１３の間が遮断され、通路２５を介して流入する高圧燃料により制御室４圧力が再び上昇し、ニードル３が着座して噴射が終了する。この時、低圧側シート径≦高圧側シート径としたので、制御室４圧力が速やかに上昇し、ノズル閉弁速度が大きくなる。
【００４９】
図５は、ノズル開弁速度およびノズル閉弁速度と噴射量制御性の関係を示す図で、図５（ａ）はノズル開弁速度＞ノズル閉弁速度、図５（ｂ）はノズル開弁速度＜ノズル閉弁速度の場合であり、矩形噴射レベルを同一とするために、ノズル開弁速度＋ノズル閉弁速度＝一定としてある。図５（ａ）、（ｂ）において、噴射終了指示タイミングが、駆動パルス終了タイミングバラツキ（ノイズ影響含む）、ピエゾ収縮バラツキ等により、Ｂ１〜Ｂ２間で変動した場合、噴射終了タイミングは、Ｃ１〜Ｃ２間で変動する。この時、図５（ｂ）のように、ノズル開弁速度が遅く、ノズル閉弁速度が速い方が、噴射終了タイミングバラツキ（噴射量バラツキ）が小さくなり、噴射量制御性が向上することがわかる。
【００５０】
図６は、本発明の第２の実施形態であり、ピエゾ駆動部１０１の油圧伝達装置６１の他の構成例を示す。インジェクタ１の全体構成および基本作動は上記第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。図６のように、本実施形態では、筒状シリンダ１５内に、上端閉鎖の筒状とした第１ピストン６２を摺動自在に設け、その筒内にこれより小径とした第２ピストン６４を摺動自在に設ける。第１ピストン６２と第２ピストン６４で囲まれる空間には作動油を充填した油密室６３が形成される。第１ピストン６２はその下方に配したピエゾスプリング６５により上方に付勢されており、第１ピストン６２の筒内から下方に突出する第２ピストン６４の下端面に摺動ピン部材３が当接している。第１ピストン６２の上部壁には、油密室６３と低圧部とを連通してチェック弁６７が設けられる。油密室６３の圧力がリークにより低下した時に、低圧部から燃料がボール弁を押し下げて流入し、油密室６３に燃料を補充することができる。
【００５１】
本実施形態によっても、上記各実施形態と同様の効果が得られる。また、本実施形態では、第１ピストン６２内に第２ピストン６４を収容する構成としたので、油圧伝達装置６１の軸方向長が短くなる。よって、インジェクタ全体がコンパクトになる。
【００５２】
図７、８は、本発明の第３の実施形態であり、制御弁部１０２の他の構成例を示す。インジェクタ１の全体構成および基本作動は上記第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。図７、８のように、本実施形態では、弁体２を略半球状の上半部とこれより外径の小さい柱状の下半部からなる茸形状としている。摺動ピン部材３は全長が同径の円柱状ピンとし、その先端部が位置する摺動穴３１端部を摺動径より大径の拡径部３ａとして、ここに絞り部３２を開口させている。バルブスプリング２４は弁室２１内に配設され、その底面とフランジ状に張り出す弁体２の上半部下面との間に支持されている。
【００５３】
本実施形態の構成では、バルブスプリング２４を高圧側シート２３上流の通路に配置しないので、高圧側シート径を小さくすることができる。このようにすると高圧側シート２３閉弁に必要な駆動力を小さくでき、さらに、上記実施形態同様に、摺動径≦高圧側シート径とすることで、高圧側シート２３の閉弁負荷をより小さくして、エネルギー効率を向上させることができる。また、本実施形態では、高圧側シート径≦低圧側シート径としてある。上記実施形態では、ノズル閉弁速度を速くするために高圧側シート径を大きくしたが、これに限るものではなく、本実施形態のように、高圧側シート径≦低圧側シート径とすることで、低圧側シート２２側の発生力が大きいピエゾアクチュエータ６の出力特性を有効に利用できる。
【００５４】
また、図７のように、本実施形態では、制御室４と弁室２１との間の連通路４１を、低圧側シート２２より開口面積が小さい絞りとして設定している。これにより、制御室４の圧力変動を抑制して、ノズルニードル開弁時の振動を抑制することができる。
【００５５】
上記実施形態のように、アクチュエータとしてピエゾアクチュエータ６を用いた場合には、変位が非常に小さいため、大径の第１ピストン６２と小径の第２ピストン６４を組み合わせた油圧伝達装置６１を用いることもできる。この場合、変位を拡大して伝達できるので、より効率よく動力を伝達することができる。
【００５６】
アクチュエータとしては、通電により変位を発生する素子であれば、いずれを用いてもよく、上記各実施形態で使用したピエゾ素子の他、磁歪素子等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すインジェクタの全体構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態における制御弁の作動を説明するための図で、（ａ）は低圧側シートが開弁している状態を示す図、（ｂ）は高圧側シートが閉弁している状態を示す図である。
【図３】摺動ピン部材形状の他の例を示すインジェクタの要部拡大断面図である。
【図４】ノズル開弁時の制御室圧比と低圧側シート開弁負荷および高圧側シート閉弁負荷の関係を示す図である。
【図５】インジェクタの噴射特性と開閉弁速度の関係を示す図で、（ａ）は開弁速度＞閉弁速度の場合を示す図、（ｂ）は閉弁速度＞開弁速度の場合を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を示すインジェクタの全体構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示すインジェクタの全体構成を示す断面図である。
【図８】図７の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５８】
Ｈ１〜Ｈ４  ハウジング部材
Ｈ５  リテーナ
１  インジェクタ
１１  燃料導入口
１２  高圧通路
１３  低圧通路
１４  燃料導出口
１０１  ノズル部
１０２  制御弁部
１０３  駆動部
２  弁体
２１  弁室
２２  低圧側シート
２３  高圧側シート
２４  バルブスプリング
２５  通路
３  摺動ピン部材
３ａ  ピン状先端部
３１  摺動穴
３２  絞り部
３３、３４  通路
４  制御室
４１  連通路
４２  筒状部材
５  ノズルニードル
５１  フランジ
５２  油溜まり室
５３  サック部
５４  噴孔
５５  ノズルシート
６  ピエゾアクチュエータ（アクチュエータ）
６１  油圧伝達装置
６２  第１ピストン
６３  油密室
６４  第２ピストン
６５  ピエゾスプリング
６６  バルブスプリング
【図１】
2006046323.tif 000006
【図２】
2006046323.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006046323.tif 000010
【図６】
2006046323.tif 000011
【図７】
2006046323.tif 000012
【図８】
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