(57)【要約】【課題】  アクチュエータを大型化することなく閉弁速度を高めることができる弁制御機構を提供する。【解決手段】  流体圧を利用してバルブ１２を駆動する弁制御機構であって、バルブ１２に流体圧を作用させるための制御室３２と、制御室３２に流体を供給してバルブ１２を一方向に作動するための流体供給手段３３と、制御室３２内の流体圧を開放してバルブ１２を他方向に作動するための圧力開放手段５５とを備え、圧力開放手段５５は、制御室３２に連通した開口部６４を開閉するためのポペット弁６１を備え、ポペット弁６１は、開口部６４よりも大きなサイズに形成されると共に中央部に貫通穴８３が形成されたアウターシート８２と、開口部６４よりも小さな受圧面を有すると共にアウターシート８２に対して所定距離だけ相対移動可能に設けられ、貫通穴８３を開閉するインナーシート８１とを備えたものである。【選択図】  図５
2006152873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧を利用してバルブを駆動する弁制御機構であって、上記バルブに流体圧を作用させるための制御室と、上記制御室に流体を供給して上記バルブを一方向に作動するための流体供給手段と、上記制御室内の流体圧を開放して上記バルブを他方向に作動するための圧力開放手段とを備え、
上記圧力開放手段は、上記制御室に連通した開口部を開閉するためのポペット弁を備え、
上記ポペット弁は、上記開口部よりも大きなサイズに形成されると共に中央部に貫通穴が形成されたアウターシートと、上記開口部よりも小さな受圧面を有すると共に上記アウターシートに対して所定距離だけ相対移動可能に設けられ、上記貫通穴を開閉するインナーシートとを備えたことを特徴とする弁制御機構。
【請求項２】
上記ポペット弁は、上記開口部に対して上記制御室側から係合することで上記開口部を閉じ、その状態から上記制御室内の圧力に対抗して移動することで上記開口部を開くものである請求項１記載の弁制御機構。
【請求項３】
上記ポペット弁は、上記インナーシートが、上記アウターシートの上記貫通穴を閉鎖した位置から所定距離だけ相対移動したときに、上記アウターシートと上記インナーシートとの間に流体の排出通路を形成する開放機構を備える請求項１又は２記載の弁制御機構。
【請求項４】
上記ポペット弁は、上記インナーシートが先端に連結されたステムを備え、上記インナーシートが上記アウターシートの上記貫通穴を閉鎖した状態では上記ステムと上記アウターシートとが所定距離を隔てて対向し、その状態から上記インナーシートが上記アウターシートに対して所定距離だけ相対移動すると上記ステムと上記アウターシートとが当接するものであって、
上記開放機構は、上記アウターシート及び／又は上記ステムの対向面に形成された溝を備える請求項３記載の弁制御機構。
【請求項５】
上記アウターシートの上記貫通穴は、上記制御室側に位置されたテーパ状のシート部と、そのシート部に連続して形成された直線部とを備え、
上記インナーシートは、上記制御室側に位置されたテーパ状のシート部と、そのシート部に連続して形成された直線部とを備え、
上記開放機構は、上記インナーシート及び／又は上記アウターシートの上記直線部に形成された溝を備える請求項３又は４記載の弁制御機構。
【請求項６】
上記アウターシートと上記インナーシートとが同軸状に配置される請求項１〜５いずれかに記載の弁制御機構。
【請求項７】
上記バルブがエンジンの吸気弁又は排気弁である請求項１〜６いずれかに記載の弁制御機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの動弁機構等の弁制御機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧などの流体圧を利用して弁を開閉する弁制御機構としては、エンジンの吸気弁又は排気弁を開閉駆動するカムレス式動弁機構等が知られている。
【０００３】
カムレス式動弁機構は、エンジンの運転状態に応じて排気弁及び／又は吸気弁の開閉時期やリフト量等を細かく制御できるように開発されたものであり、本出願人は先に特許文献１に開示されるような動弁機構を発明した。
【０００４】
図６を用いて、カムレス式動弁機構の概略構造を説明する。
【０００５】
この動弁機構１００は、エンジンの吸気弁又は排気弁をなすバルブ１０１を流体圧を用いて開閉するものであり、バルブ１０１の上側に形成され、バルブ１０１の上面に流体圧を作用させるための制御室１０２と、その制御室１０２に高圧流体を供給してバルブ１０１を開方向（図の下側）に作動するための高圧流体供給手段１０３と、制御室１０２内の流体圧を開放するための圧力開放手段１０４と、バルブ１０１を閉方向（図の上側）に付勢する付勢手段１０５とを備える。
【０００６】
高圧流体供給手段１０３は、高圧ポンプ等の高圧流体供給源１０６と、その高圧流体供給源１０６と制御室１０２とを連通する供給通路１０７を開閉して、制御室１０２への流体の供給・供給停止を切り換えるための第一作動弁１０９とを備える。
【０００７】
圧力開放手段１０４は、制御室１０２に連通した開口部１１０を開閉して、制御室１０２からの流体の排出・排出停止を切り換えるための第二作動弁からなる。
【０００８】
付勢手段１０５は、バルブ１０１に形成された鍔部１０１ａを上方（バルブ１０１の閉弁方向）に付勢するスプリング１１２と、鍔部１０１ａを上方に吸引する磁石１１３とを備える。
【０００９】
係る動弁機構１００によりバルブ１０１を開弁する場合、第二作動弁１０４を閉じた状態で、第一作動弁１０９のみを所定期間だけ開弁する。これにより、制御室１０２内に高圧流体供給源１０６から高圧流体が供給され、その流体圧がバルブ１０１の上面に作用してそれを押し下げる。その結果、バルブ１０１がスプリング１１２及び磁石１１３の吸引力に対抗して下方に移動し、開弁される。バルブ１０１は、制御室１０２内の圧力とスプリング１１２及び磁石１１３の付勢力とが釣り合った位置で停止する。この位置がバルブ１０１の最大リフト位置であり、このときの制御室１０２内の圧力を平衡圧力と言う。
【００１０】
この状態からバルブ１０１を閉弁する場合、第一作動弁１０９を閉じた状態で、第二作動弁１０４のみを開弁する。図から分かるように、第二作動弁１０４を開くときは、その弁体１１４を制御室１０２内の圧力（平衡圧力）に対抗させて（図の右側に）移動させることになる。第二作動弁１０４が開かれると、制御室１０２内の流体が開口部１１０を通じて図示しないリリーフ通路から排出される。この結果、制御室１０２内の圧力が低下し、スプリング１１２及び磁石１１３の付勢力によりバルブ１０１が上方に移動し、閉弁される。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−３２８７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、このような動弁機構１００において、吸気弁又は排気弁の制御性を高めるために、バルブ１０１の閉弁速度（つまり上昇速度）を高めることが要求される場合がある。
【００１３】
上述したように、バルブ１０１を閉弁方向に作動する手段はスプリング１１２と磁石１１３であるので、バルブ１０１の閉弁速度を高めるためには、スプリング１１２の付勢力（弾性力）を高めるか、磁石１１３の磁力を高めることが考えられる。しかしながら、バルブ１０１が開弁状態であるときには、バルブ１０１の鍔部１０１ａと磁石１１３との間隔が大きいため、磁石１１３の磁力はほとんどバルブ１０１（鍔部１０１ａ）に作用せず、閉弁初期は実質的にスプリング１１２の付勢力のみにより閉弁がなされることになる。従って、実際上はバルブ１０１の閉弁速度を高めるにはスプリング１１２の付勢力を高めることが必要となる。
【００１４】
ところが、スプリング１１２の付勢力を高めると、バルブ開弁時の制御室１０２内の平衡圧力もそれに伴って大きくなるため、従来使用していた第二作動弁１０４では弁体１１４を開くことができないという事態が生じる。上述したように、第二作動弁１０４を開く際には、弁体１１４を制御室１０２内の平衡圧力に対抗させて移動する必要があるからである。
【００１５】
この結果、第二作動弁１０４のアクチュエータ１１５（図例では電磁ソレノイド）の推力を高める必要が生じ、アクチュエータ１１５の大型化・高コスト化を招いてしまうという問題があった。特に、エンジンの動弁機構では、他の弁の動弁機構やインジェクタとの干渉問題等、レイアウト上の制約が厳しいため、アクチュエータ１１５を大型化することは現実的に困難な場合が多い。
【００１６】
そこで、アクチュエータ１１５を大型化することなく第二作動弁１０４を開弁可能とするために、開口部１１０及び弁体１１４を小型化して、弁体１１４の受圧面積を小さくすることが考えられる。こうすれば、弁体１１４が受ける圧力が小さくなるため、アクチュエータ１１５を大型化せずとも第二作動弁１０４（弁体１１４）を開くことが可能となる。
【００１７】
しかしながら、この場合、開口部１１０の面積が小さくなるため、制御室１０２から排出される流体の流量・流速が小さく（低く）なり、バルブ１０１の閉弁速度が低下してしまう。これでは、閉弁速度を高めることを目的としてスプリング１１２の付勢力を高めたことが無に帰してしまうことになる。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、アクチュエータを大型化することなく閉弁速度を高めることができる弁制御機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために本発明は、流体圧を利用してバルブを駆動する弁制御機構であって、上記バルブに流体圧を作用させるための制御室と、上記制御室に流体を供給して上記バルブを一方向に作動するための流体供給手段と、上記制御室内の流体圧を開放して上記バルブを他方向に作動するための圧力開放手段とを備え、上記圧力開放手段は、上記制御室に連通した開口部を開閉するためのポペット弁を備え、上記ポペット弁は、上記開口部よりも大きなサイズに形成されると共に中央部に貫通穴が形成されたアウターシートと、上記開口部よりも小さな受圧面を有すると共に上記アウターシートに対して所定距離だけ相対移動可能に設けられ、上記貫通穴を開閉するインナーシートとを備えたものである。
【００２０】
ここで、上記ポペット弁は、上記開口部に対して上記制御室側から係合することで上記開口部を閉じ、その状態から上記制御室内の圧力に対抗して移動することで上記開口部を開くものであっても良い。
【００２１】
また、上記ポペット弁は、上記インナーシートが、上記アウターシートの上記貫通穴を閉鎖した位置から所定距離だけ相対移動したときに、上記アウターシートと上記インナーシートとの間に流体の排出通路を形成する開放機構を備えても良い。
【００２２】
また、上記ポペット弁は、上記インナーシートが先端に連結されたステムを備え、上記インナーシートが上記アウターシートの上記貫通穴を閉鎖した状態では上記ステムと上記アウターシートとが所定距離を隔てて対向し、その状態から上記インナーシートが上記アウターシートに対して所定距離だけ相対移動すると上記ステムと上記アウターシートとが当接するものであって、上記開放機構は、上記アウターシート及び／又は上記ステムの対向面に形成された溝を備えても良い。
【００２３】
また、上記アウターシートの上記貫通穴は、上記制御室側に位置されたテーパ状のシート部と、そのシート部に連続して形成された直線部とを備え、上記インナーシートは、上記制御室側に位置されたテーパ状のシート部と、そのシート部に連続して形成された直線部とを備え、上記開放機構は、上記インナーシート及び／又は上記アウターシートの上記直線部に形成された溝を備えても良い。
【００２４】
また、上記アウターシートと上記インナーシートとが同軸状に配置されても良い。
【００２５】
また、上記バルブがエンジンの吸気弁又は排気弁であっても良い。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、アクチュエータを大型化することなく閉弁速度を高めることができるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２８】
図１は、本実施形態に係る弁制御機構の概略図、図２は図１の弁制御機構を構成する部材の一つである第一作動弁の断面図、図３及び図４は図１の弁制御機構を構成する部材の一つである第二作動弁の断面図、図５は第二作動弁の特徴部分を示す拡大断面図である。
【００２９】
本実施形態の弁制御機構は、コモンレール式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンにおいて吸気弁又は排気弁を開閉駆動するためのカムレス式動弁機構に適用したものである。
【００３０】
まず、図１を用いてコモンレール式燃料噴射装置について説明する。
【００３１】
エンジン（内燃機関）の各気筒毎に燃料噴射を実行するインジェクタ１が設けられ、このインジェクタ１には、コモンレール２に貯留されたコモンレール圧Ｐｃ（例えば数10〜数100MPa程度）の高圧燃料が常時供給される。燃料タンク３内の燃料は燃料フィルタ４を通じてフィードポンプ５によって吸引された後、高圧ポンプ６に送られる。コモンレール２への燃料圧送は、この高圧ポンプ６によって行われる。フィードポンプ５のフィード圧Ｐｆは、リリーフ弁からなる圧力調整弁７によって調整され、一定に保たれる。フィード圧Ｐｆは常圧よりは大きい（つまり燃料は加圧された状態にある）が、コモンレール圧Ｐｃよりは著しく小さい値で、例えば0.5MPa程度である。
【００３２】
図示する装置全体を総括的に制御する制御装置として電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）８が設けられる。このＥＣＵ８には、エンジンの運転状態（エンジンのクランク角、回転速度、エンジン負荷等）を検出するセンサ（図示せず）が接続される。ＥＣＵ８は、これらセンサの検出信号に基づいてエンジン運転状態を把握すると共に、その運転状態に基づいた駆動信号をインジェクタ１の電磁ソレノイド（図示せず）に送ってインジェクタ１を開閉制御する。電磁ソレノイドのＯＮ／ＯＦＦに応じて燃料噴射が実行・停止される。燃料噴射停止時にはインジェクタ１から常圧程度の燃料がリターン回路９を通じて燃料タンク３に戻される。ＥＣＵ８は、エンジンの運転状態に基づいて実際のコモンレール圧を目標圧に向けてフィードバック制御する。このため、実際のコモンレール圧を検出するためのコモンレール圧センサ１０が設けられる。
【００３３】
次に、本実施形態の動弁機構について説明する。
【００３４】
エンジンのシリンダヘッド１１には、エンジンの吸気弁或いは排気弁をなすバルブ１２が昇降自在に支持される。バルブ１２は全体的に軸状に形成され、その下端部に傘状の弁体１３が設けられる。バルブ１２の閉弁時、バルブ１２はその弁体１３にてシリンダヘッド１１のシート部１４に着座するようになっている。バルブ１２の上端部には、ピストン１５が一体的に設けられる。
【００３５】
シリンダヘッド１１の上端部にはアクチュエータボディ１７が固設され、ピストン１５はこのアクチュエータボディ１７内に軸シールをなしつつ昇降自在に支持される。なお、本実施形態ではバルブ１２とピストン１５とを一体的に形成したが、両者を別体として構成しても構わない。
【００３６】
バルブ１２の長手方向中間部には鍔部１８が設けられ、この鍔部１８とシリンダヘッド１１との間にはバルブ１２を閉弁方向（図１中の上側）に付勢するバルブスプリング１９が圧縮状態で配設される。本実施形態のバルブスプリング１９はコイルスプリングからなる。
【００３７】
また、アクチュエータボディ１７の下端部には鍔部１８を上方（つまりバルブ１２の閉弁方向）に吸引するための磁石２０が埋設され、この磁石２０によってもバルブ１２が閉弁方向に付勢される。本実施形態の磁石２０は、バルブ１２を囲繞するリング状の永久磁石からなる。これら、バルブスプリング１９と磁石２０とにより、バルブ１２を閉弁方向に付勢する付勢手段が構成される。
【００３８】
特筆すべき点は、本実施形態のバルブスプリング１９のセットフォース及び／又はバネ定数が、従来のスプリング１１２（図６参照）と比較して大きい点にある。これによってバルブ１２を閉弁方向に付勢する力が大きくなるため、バルブ１２の閉弁速度が高まり、バルブ１２の制御性を向上させることができる。
【００３９】
アクチュエータボディ１７内には、ピストン１５の上面に面した制御室（圧力室）３２が設けられる。制御室３２は、バルブ１２を開弁方向（図１中の下方）にリフトするための作動流体が供給されるもので、その底面がピストン１５の上面によって区画形成される。
【００４０】
本実施形態では、バルブ１２を開弁するための作動流体としてエンジンの燃料と共通の軽油が用いられる。制御室３２内に高圧の燃料が供給されるとバルブ１２がピストン１５を介して開弁方向に押され、この押圧力がバルブスプリング１９の付勢力及び永久磁石２０の吸引力を上回るとバルブ１２が開弁（リフト）する。一方、制御室３２から燃料が排出される（圧力が開放される）と、バルブ１２がバルブスプリング１９の付勢力及び永久磁石２０の吸引力により閉弁する。つまり、制御室３２内に燃料を供給することでバルブ１２が開弁し、制御室３２内の圧力を開放することでバルブ１２が閉弁する。
【００４１】
図１及び図２に示すように、制御室３２の側方（図１中の左側）には、制御室３２への高圧燃料の供給・供給停止を切り換えるための第一作動弁（流体供給手段）３３が設けられる。
【００４２】
図２に示すように、本実施形態の第一作動弁３３は圧力バランス式制御弁からなり、アクチュエータボデイ１７の一側に取り付けられたハウジング３４と、そのハウジング３４内に横方向に摺動自在に配置されたバランス弁３５とを有する。バランス弁３５の先端部３６は半球状に形成されており、この先端部３６が制御室３２（図１参照）と連通した供給通路４２を開閉するシート部として機能する。バランス弁３５の先端部３６側（図２中の右側）には圧力溜まり３７が、バランス弁３５の後端部側（図２中の左側）には弁制御室３８がそれぞれ区画形成される。これら圧力溜まり３７と弁制御室３８とは、バランス弁３５に形成された連通孔３９を介して互いに連通される。
【００４３】
圧力溜まり３７は外部配管７１を介して高圧燃料供給源としてのコモンレール２（図１参照）に接続されており、圧力溜まり３７にはコモンレール圧Ｐｃの高圧燃料が常時供給される。
【００４４】
弁制御室３８内には、バランス弁３５を閉弁方向（図２中の右側）に付勢するためのバネ４３と、このバネ４３を保持するための鍔部４４を有する軸状のバネ保持部材４５とが配置される。バネ保持部材４５の鍔部４４には、その左右両端部を連通するための連通溝４６が形成されている。本実施形態のバネ４３はコイルスプリングからなり、バランス弁３５とバネ保持部材４５の鍔部４４との間に圧縮状態で配設される。
【００４５】
弁制御室３８は、オリフィス４７を介してリターン通路９に連通される。オリフィス４７の側方にはこれを開閉する開閉弁としてのアーマチュア４８が横方向に移動自在に設けられる。アーマチュア４８の背面側には、アーマチュア４８を開弁方向（図２中の左側）に移動するための電気アクチュエータとしての電磁ソレノイド４９と、アーマチュア４８を閉弁方向（図２中の右側）に付勢するためのアーマチュアスプリング５０と、このアーマチュアスプリング５０を保持するための鍔部５１を有する軸状のアーマチュアスプリング保持部材５２とが設けられる。アーマチュアスプリング保持部材５２には、弁制御室３８とリターン通路９とを連通するための連通孔（図示せず）が形成される。本実施形態のアーマチュアスプリング５０はコイルスプリングからなり、アーマチュア４８とアーマチュアスプリング保持部材５２の鍔部５１との間に圧縮状態で配設される。電磁ソレノイド４９はＥＣＵ８（図１参照）に接続され、ＥＣＵ８から与えられる駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００４６】
電磁ソレノイド４９がＯＦＦ（非通電）のときは、図２（ａ）に示すように、アーマチュアスプリング５０の付勢力によりアーマチュア４８が閉弁方向に付勢され、オリフィス４７が閉じられる。このとき、圧力溜まり３７に供給された燃料の一部は、圧力溜まり３７内に留まってバランス弁３５を開弁方向に付勢し、残りの燃料は連通孔３９を通って弁制御室３８内に移動してバランス弁３５を閉弁方向に付勢する。ここで、バランス弁３５の後端側の受圧面３５ａの面積が、先端側の受圧面３５ｂの面積よりも大きいため、高圧燃料による閉弁方向への付勢力の方が開弁方向への付勢力よりも大きくなる。この高圧燃料による付勢力とバネ４３の付勢力とによりバランス弁３５が閉方向に付勢され、供給通路４２が閉じられる。
【００４７】
一方、電磁ソレノイド４９がＯＮ（通電）となると、図２（ｂ）に示すように、アーマチュア４８がアーマチュアスプリング５０の付勢力に対抗して開弁方向に移動し、オリフィス４７が開かれる。こうなると、弁制御室３８内に供給された高圧燃料がオリフィス４７を通じてリターン通路９へと排出され、バランス弁３５を閉弁方向へと付勢する力が低減する。この結果、バランス弁３５を開弁方向に付勢する力が閉弁方向に付勢する力よりも大きくなり、バランス弁３５がバネ４３の付勢力に対抗して開弁方向に移動し、供給通路４２が開かれる。これによって、コモンレール２が供給通路４２を介して制御室３２に連通され、高圧燃料が制御室３２へ瞬時に勢いよく供給される。
【００４８】
図１及び図３に示すように、制御室３２の上方には、制御室３２への低圧燃料の供給・供給停止及び制御室３２からの高圧燃料の排出・排出停止を切り換えるための第二作動弁（圧力開放手段）５５が設けられる。
【００４９】
図３に示すように、アクチュエータボデイ１７には制御室３２と連通した供給通路５６が形成されており、第二作動弁５５はこの供給通路５６と制御室３２との接続部に形成された開口部６４を開閉する。供給通路５６は、外部配管７２を介して低圧作動流体供給源としての低圧室５７（図１参照）に接続される。低圧室５７は、圧力調整弁７の上流側且つ高圧ポンプ６の上流側のフィード通路５８（図１参照）に接続され、フィード通路５８からフィード圧Ｐｆの低圧燃料が常時導入、貯留される。
【００５０】
図３に示すように、第二作動弁５５は、供給通路５６内に配置された有底二重円筒状のバルブ保持部材５９を備える。このバルブ保持部材５９はその底部を制御室３２側に向けて配置され、底部には、その上下端部を連通するオリフィス孔６０が設けられる。バルブ保持部材５９の中央部には、弁体（ポペット弁）６１が昇降自在に配置される。
【００５１】
ポペット弁６１は全体として軸状に形成され、その下端部には傘弁部６２が、上端部には鍔部６３が設けられる。傘弁部６２は制御室３２内に配置され、制御室３２に連通した開口部６４に対して制御室３２側から係合することで開口部６４を閉じるようになっている。より詳しくは、傘弁部６２の上端が、開口部６４の縁部をなすテーパ状のシート部６４ａに着座することで開口部６４が閉じられ、傘弁部６２が制御室３２内の圧力に対抗してシート部６４ａから離れることで開口部６４が開かれるようになっている。
【００５２】
さて、本実施形態の動弁機構の特徴は、このポペット弁６１の構造にあるので、以下、ポペット弁６１の具体的な構造を図３及び図５を用いて説明する。
【００５３】
図に示すように、本実施形態のポペット弁６１は、その傘弁部６２が二重弁構造となっており、上端部に上記鍔部６３が形成された円柱状のステム８０と、そのステム８０の下端に連結されたインナーシート８１と、インナーシート８１の外周に摺動可能に嵌合されたアウターシート８２とを備える。
【００５４】
アウターシート８２は、開口部６４よりも大きなサイズに形成され、シート部６４ａと係合してそれを閉鎖できるようになっている。アウターシート８２の上部にはシート部６４ａと線接触又は面接触するためのテーパ状のシート部８２ａが設けられる。また、アウターシート８２の中央部には上下方向に延出する貫通穴８３が形成される。貫通穴８３は、開口部６４の開口面積よりも小さな開口面積を有し、その内部にインナーシート８１が配置される。貫通穴８３はアウターシート８２の中心に形成されており、アウターシート８２とインナーシート８１とは互いに同軸状に配置される。
【００５５】
アウターシート８２の貫通穴８３は、制御室３２側に位置したテーパ状のシート部８３ａと、そのシート部８３ａの上側に連続して形成された直線部８３ｂとを備える。
【００５６】
インナーシート８１はアウターシート８２の貫通穴８３を開閉するためのものであり、制御室３２側に位置し、アウターシート８２のシート部８３ａとほぼ同じ角度で傾斜したテーパ状のシート部８１ａと、そのシート部８１ａの上側に連続して形成され、アウターシート８２の直線部とほぼ同じ外径を有する円柱状の直線部８１ｂとを備える。シート部８１ａは、その下面（受圧面）の面積が開口部６４の開口面積よりも小さく形成される。直線部８１ｂは、アウターシート８２の貫通穴８３を通って上方に延出し、その上端部がステム８０の下端に形成された円穴８０ａ内に挿入・連結される。
【００５７】
ステム８０は、インナーシート８１の直線部８１ｂよりも大径に形成され、その下端面がアウターシート８２の上面と対向する。図５（ａ）から分かるように、インナーシート８１のシート部８１ａがアウターシート８２のシート部８３ａに着座して貫通穴８３を閉鎖している状態では、ステム８０の下端面（先端）とアウターシート８２の上面との間に所定のクリアランスＣ（距離）が形成される。従って、ステム８０及びインナーシート８１とアウターシート８２とは、このクリアランスＣ分だけポペット弁６１の軸方向（図５中の上下方向）に相対移動することができる。
【００５８】
本実施形態のポペット弁６１は更に、ステム８０及びインナーシート８１がアウターシート８２に対してクリアランスＣ分だけ相対移動して、ステム８０の下端がアウターシート８２の上端と係合したときに、アウターシート８２とインナーシート８１との間に流体の排出通路８７（図５（ｂ）参照）を形成するための開放機構を備えている。
【００５９】
本実施形態では、開放機構はインナーシート８１の直線部８１ｂの外面に、その長手方向（図５中の上下方向）に沿って形成された第一溝８５と、アウターシート８２の上面（ステム８０との対向面）に、その径方向（図５中の左右方向）に沿って形成された第二溝８６とで構成される。図５（ｂ）に示すように、インナーシート８１が、アウターシート８２に対して上記クリアランスＣ分だけ下方に移動すると、インナーシート８１のシート部８１ａとアウターシート８２のシート部８３ａとの間、インナーシート８１の第一溝８５とアウターシート８２の直線部８３ｂとの間、アウターシート８２の第二溝８６とステム８０の下面との間に隙間がそれぞれ形成され、これら隙間により一連の排出通路８７が形成される。
【００６０】
なお、第一及び第二溝８５，８６は、インナーシート８１及びアウターシート８２に各々一つずつ形成しても良いし、周方向に沿って複数形成しても良い。いずれの場合であっても、排出通路８７を形成するためには、第一溝８５と第二溝８６を形成する位置を周方向において一致させる必要がある。
【００６１】
さて、図３に戻り、第二作動弁５５のバルブ保持部材５９内には第一リターンスプリング６５が設けられる。本実施形態の第一リターンスプリング６５はコイルスプリングからなる。第一リターンスプリング６５はセットフォース及びバネ定数が比較的小さく、ポペット弁６１の鍔部６３とバルブ保持部材５９との間に圧縮状態で配設される。この第一リターンスプリング６５により、ポペット弁６１が閉弁方向（図３中の上側）に常時付勢される。
【００６２】
第二作動弁５５を強制的に開弁するための電気アクチュエータ６６が設けられる。本実施形態では、電気アクチュエータ６６は、ポペット弁６１の上方に同軸状に配置され、上端部にアーマチュア６７ａが取り付けられたロッド６７と、そのロッド６７の外周に配置された電磁ソレノイド８９とを備える。電磁ソレノイド８９はＥＣＵ８（図１参照）に接続され、ＥＣＵ８から与えられる駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００６３】
電気アクチュエータ６６のロッド６７の下端部には有底円筒状のスプリングシート６８がその底部をロッド６７側に位置させて取り付けられる。このスプリングシート６８とバルブ保持部材５９との間に第二リターンスプリング６９が設けられる。本実施形態の第二リターンスプリング６９はコイルスプリングからなり、そのセットフォース及びバネ定数は上述した第一リターンスプリング６５よりも大きい。第二リターンスプリング６９は、スプリングシート６８とバルブ保持部材５９との間に圧縮状態で配設され、スプリングシート６８及びロッド６７を上方（ポペット弁６１の閉弁方向）に常時付勢する。
【００６４】
電磁ソレノイド８９がＯＦＦ（非通電）であるときは、第一リターンスプリング６５の付勢力により、インナーシート８１のシート部８１ａがアウターシート８２の貫通穴８３のシート部８３ａに着座すると共に、ポペット弁６１のアウターシート８２上部に形成されたシート部８２ａが開口部６４の縁部をなすシート部６４ａに着座し、開口部６４が閉鎖される（図３及び図５（ａ）参照）。
【００６５】
一方、電磁ソレノイド８９がＯＮ（通電）されると、アーマチュア６７ａが電磁ソレノイド８９に引き付けられ、ロッド６７及びスプリングシート６８が下方に移動する。この結果、スプリングシート６８がポペット弁６１と係合し、ポペット弁６１が強制的に押し下げられて、開口部６４が開かれる（図４（ｂ）参照）。
【００６６】
特筆すべき点は、本実施形態では電気アクチュエータ６６として、従来用いていたアクチュエータ１１５（図６参照）と同等の推力を発揮するものを用いる点にある。つまり、本実施形態の動弁機構では、バルブスプリング１９（図１参照）の付勢力を高めてバルブ１２の閉弁速度を高めつつも、第二作動弁５５のアクチュエータ６６の推力を従来と同等に維持することができるのだが、その理由については後程説明する。
【００６７】
図１及び図３に示すように、アクチュエータボデイ１７に形成された供給通路５６には、電気アクチュエータ６６内を介して第三作動弁７０が接続される。本実施形態の第三作動弁７０は機械式逆止弁からなる。第三作動弁７０は、その入口側が供給通路５６に接続され、出口側がフィード通路５８に接続される。第三作動弁７０は入口側と出口側との圧力差に基づいて開閉するものであり、入口側の圧力が出口側の圧力よりも所定圧力だけ高くなったときのみ開弁する。
【００６８】
ここで、第三作動弁７０の開弁圧力は、フィード圧Ｐｆより若干高く、コモンレール圧Ｐｃよりは著しく低い値に設定される。従って、第三作動弁７０の入口側に低圧燃料が作用しても第三作動弁７０は開弁しないが、第三作動弁７０の入口側に高圧燃料が作用すると第三作動弁７０は直ちに開弁する。
【００６９】
以上が本実施形態の動弁機構の概略構成であり、これと同じ構成の動弁機構がエンジンの各気筒の吸気弁及び排気弁にそれぞれ設けられることになる。
【００７０】
次に、本実施形態の動弁機構の作用を説明する。
【００７１】
まず、バルブ１２を開弁するときには、第二作動弁５５の電磁ソレノイド８９をＯＦＦ（非通電）として第二作動弁５５を閉に保持した状態で、第一作動弁３３の電磁ソレノイド４９を所定期間だけＯＮ（通電）して第一作動弁３３を所定期間だけ開く。すると、コモンレール２からの高圧燃料が供給通路４２を通って制御室３２へと供給され、この高圧燃料がバルブピストン１５の上面（受圧面）に作用し、バルブ１２に初期エネルギが与えられる。このエネルギにより、バルブ１２はバルブスプリング１９の付勢力及び磁石２０の吸引力が作用する条件下で慣性運動し下方にリフトされる。このバルブ１２の慣性運動の過程で制御室３２の容積が次第に増加すると、制御室３２の圧力が供給通路５６の圧力（つまり低圧室５７の圧力）よりも低くなる。
【００７２】
そして、制御室３２と供給通路５６との圧力差が第一リターンスプリング６５の付勢力よりも大きくなると、図４（ａ）に示すように、第二作動弁５５のポペット弁６１が開弁側（図４中の下側）に移動し、第二作動弁５５（開口部６４）が開となる。これにより、低圧室５７内の低圧燃料が供給通路５６を介して制御室３２に導入され、制御室３２の容積増加による圧力低下が抑制・防止される。
【００７３】
バルブ１２のリフト量が最大リフト量に達すると、制御室３２と供給通路５６との圧力差がなくなり、第一リターンスプリング６５の付勢力によって第二作動弁５５が閉となる。そして、バルブスプリング１９の付勢力及び磁石２０の吸引力と制御室３２内の圧力とが釣り合った位置でバルブ１２が停止する。このときの制御室３２内の圧力が平衡圧力である。
【００７４】
上述したように、本実施形態の動弁機構では、バルブスプリング１９の付勢力が従来よりも高いので、制御室３２の平衡圧力は従来よりも大きくなる。なお、バルブ１２のリフト量が最大リフト量に達した状態では、バルブ１２の鍔部１８と磁石２０との間隔が大きく、磁石２０の吸引力がバルブ１２（鍔部１８）にほとんど作用しないので、バルブ１２を閉弁方向に付勢する力は実質上バルブスプリング１９の付勢力のみとなる。
【００７５】
次に、バルブ１２を閉弁するときには、第一作動弁３３を閉に保持した状態で、第二作動弁５５を開いて制御室３２内の燃料圧力を開放するのであるが、制御室３２の平衡圧力が従来より高いにもかかわらず、第二作動弁５５の推力が従来と同等であるので、ポペット弁６１全体をいきなり開とすることはできない。しかしながら、本実施形態のポペット弁６１は二重弁構造であり、図５（ａ）に示すようにポペット弁６１が閉じられた状態では、ステム８０とアウターシート８２との間に所定のクリアランスＣが形成されるため、第二作動弁５５の電磁ソレノイド８９がＯＮ（通電）された当初は、その推力がステム８０を介してインナーシート８１にのみ伝達される。ここで、インナーシート８１は、その受圧面積（下面の面積）が開口部６４の面積よりも小さく、制御室３２から受ける圧力が小さいので、従来と同等の推力でも制御室３２内の圧力に対抗して移動することができる。
【００７６】
従って、第二作動弁５５の電磁ソレノイド８９がＯＮ（通電）されると、インナーシート８１及びステム８０がアウターシート８２に対して下方に相対移動し、制御室３２内の圧力が開放される。インナーシート８１がアウターシート８２に対して所定距離Ｃだけ相対移動すると、図５（ｂ）に示すように、ステム８０の下面がアウターシート８２の上面に当接する。これによって、電磁アクチュエータ６６の推力がアウターシート８２にも伝達されることになるが、当接当初は制御室３２内の圧力が依然として高いため、アウターシート８２を制御室３２内の圧力に対抗して移動させることができず、ポペット弁６１はその位置で一時的に停止する。
【００７７】
このとき、図５（ｂ）に示すように、インナーシート８１とアウターシート８２との間に燃料の排出通路８７が形成されるため、制御室３２内の燃料がこの排出通路８７を通って供給通路５６へと流れ、第三作動弁７０（図１参照）を押し開いてフィード通路５８に排出される。これにより、制御室３２内の圧力が徐々に低下していく。
【００７８】
制御室３２内の圧力が所定圧まで低減すると、電磁アクチュエータ６６の推力によりアウターシート８２を移動させることが可能となり、図５（ｃ）及び図４（ｂ）に示すように、インナーシート８１とアウターシート８２とが一体的に移動して開口部６４が開となる。こうなると、制御室３２の高圧燃料が開口部６４、供給通路５６を経て第三作動弁７０の入口側に至り、第三作動弁７０を押し開いてフィード通路５８に排出される。
【００７９】
この結果、制御室３２の圧力が著しく下がるため、バルブ１２がバルブスプリング１９の付勢力及び磁石２０の吸引力により閉弁方向に移動される。
【００８０】
このように、本実施形態の動弁機構によれば、ポペット弁６１を二重弁構造とし、インナーシート８１の受圧面積を開口部６４の開口面積よりも小さくしているので、電磁アクチュエータ６６の推力を小さくしても第二作動弁５５を開くことができる。従って、電磁アクチュエータ６６の小型化・低コスト化が図れる。
【００８１】
また、制御室３２内の圧力が所定圧まで低減した後は、アウターシート８２をも移動させて開口部６４全体を開くことができるので、制御室３２から排出される燃料の流量・流速を充分に大きく（速く）することができ、バルブ１２の閉弁速度を高めることができる。
【００８２】
従って、本実施形態の動弁機構によれば電磁アクチュエータ６６を大型化することなくバルブ１２の閉弁速度を高めることができ、バルブ１２の制御性を高めることができる。
【００８３】
ところで、第二作動弁５５のポペット弁６１の傘弁６２を供給通路５６内に配置して、開口部６４に対して供給通路５６側から係合するようにすれば、ポペット弁６１を開くときに制御室３２内の圧力に対抗させる必要がなくなるので、上述した問題は生じないと考えられる。しかしながら、上記のように、ポペット弁６１に逆止弁としての機能を持たせて、バルブ開弁時の制御室３２の容積増加に伴う圧力低下を補うようにするためには、ポペット弁６１の傘弁６２を制御室３２側に配置せざるを得ない。つまり、バルブ１２の開弁性を向上させるためには、傘弁６２は制御室３２内に配置せざるを得ないのである。
【００８４】
本発明は以上説明した実施形態に限定はされない。
【００８５】
例えば、上記実施形態では燃料の排出通路８７を形成するための開放機構として、インナーシート８１の直線部８１ｂに溝８５を形成するとしたが、この溝はアウターシート８２の直線部８３ｂの内面に形成しても良いし、インナーシート８１及びアウターシート８２双方に形成しても良い。また、インナーシート８１の直線部８１ｂの径をアウターシート８２の直線部８３ｂの径よりも小さくして両者の間に予め若干の隙間を設けておけば、溝８５を省略することもできる。
【００８６】
また、上記実施形態では開放機構を構成する溝８６をアウターシート８２の上面に形成するとしたが、これと同じ機能を果たす溝をステム８０の下面（先端）に形成しても良いし、アウターシート８２及びステム８０双方に形成しても良い。
【００８７】
また、上記実施形態では第一作動弁３３及び第二作動弁５５のアクチュエータとして電磁ソレノイドを用いたが、本発明はこの点において限定されず、磁歪素子を用いるタイプや、油圧を用いるもの等、他の様々なアクチュエータを適用することができる。
【００８８】
また、上記実施形態では作動流体をエンジンの燃料（軽油）としたが、本発明はこの点において限定されず、油等、他の流体を作動流体として用いても良い。
【００８９】
また、上記実施形態では高圧燃料をコモンレール圧Ｐｃの燃料とし、低圧燃料をフィード圧Ｐｆの燃料としたが、他の装置により高圧燃料と低圧燃料とを別途作るようにしても良い。但し、コモンレールディーゼルエンジンの場合は元々高圧燃料と低圧燃料とが作られているので、上記実施形態のようにそれらを利用する方が構成がシンプル、低コストとなるため望ましい。
【００９０】
また、上記実施形態ではバルブ１２を閉弁方向に付勢するためにバルブスプリング１９及び磁石２０を併用したが、バルブスプリング１９のみとしても良い。
【００９１】
また、本発明の弁制御機構が適用されるエンジンはコモンレールディーゼルエンジンに限らず、通常の噴射ポンプ式ディーゼルエンジン或いはガソリンエンジン等であっても良い。更に言えば、本発明はエンジンの動弁機構に限定されず、制御室に流体を供給することでバルブを一方向に作動し、制御室内の流体圧を開放することでバルブを他方向に作動するタイプであれば他の弁制御機構にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の一実施形態に係る弁制御機構（動弁機構）の概略図である。
【図２】第一作動弁の断面図である。
【図３】第二作動弁の断面図である。
【図４】第二作動弁の作用を説明するための断面図である。
【図５】第二作動弁の部分拡大断面図である。
【図６】動弁機構の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１２    バルブ
３２    制御室
３３    第一作動弁（流体供給手段）
５５    第二作動弁（圧力開放手段）
６１    ポペット弁
６４    開口部
８０    ステム
８１    インナーシート
８１ａ  シート部
８１ｂ  直線部
８２    アウターシート
８３    貫通穴
８３ａ  シート部
８３ｂ  直線部
８５    第一溝（開放機構）
８６    第二溝（開放機構）
８７    流体排出通路
【図１】
2006152873.tif 000003
【図２】
2006152873.tif 000004
【図３】
2006152873.tif 000005
【図４】
2006152873.tif 000006
【図５】
2006152873.tif 000007
【図６】
2006152873.tif 000008