(57)【要約】【課題】燃料噴射装置内の摺動孔を摺動するピストンを具備する燃料噴射装置において、ピストン周囲からの燃料漏れを僅かな量とすると共に、燃料噴射装置の僅かな曲り変形が発生しても、ピストンを摺動孔に対して当接し難くすることである。【解決手段】燃料噴射装置内の摺動孔１７を摺動するピストン１６は、ピストン周囲からの燃料漏れを僅かな量とするために摺動孔の内径Ｄ１に対して僅かに小さな外径Ｄ２を有する第一摺動部１６ａと、第一摺動部より小さな外径Ｄ３を有する第二摺動部１６ｂとを有していることを特徴とする。【選択図】　　　図３
2004092595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射装置内の摺動孔を摺動するピストンを具備する燃料噴射装置において、前記ピストンは、ピストン周囲からの燃料漏れを僅かな量とするために前記摺動孔の内径に対して僅かに小さな外径を有する第一摺動部と、前記第一摺動部より小さな外径を有する第二摺動部とを有していることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記ピストンはアクチュエータと当接しており、前記ピストンの前記アクチュエータへの当接部は、前記第二摺動部より小さな外径を有していることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射装置は、内燃機関等へ燃料を供給するために使用され、一般的に、燃料噴射装置本体内を軸線方向に移動可能な噴孔用弁体を具備している。噴孔用弁体は、噴孔を開閉するための先端部と、先端部の反対側に位置する基部とを有し、閉弁時にはこの基部へ制御室内の高燃料圧力が作用している。
【０００３】
噴孔用弁体を開閉させるためにアクチュエータが使用されるが、アクチュエータは、直接的に噴孔用弁体を開閉させるのではなく、制御室内に配置された制御弁体を開閉させる。アクチュエータにより押圧されて制御弁体が開弁されれば、制御室内の燃料が燃料タンク等へ戻されて制御室内の燃料圧力が低下し、噴孔用弁体の先端部には依然として高燃料圧力が作用するのに対して噴孔用弁体の基部に作用する圧力が低下することとなり、この圧力差により噴孔用弁体は閉弁方向に付勢する閉弁スプリングに逆らって噴孔用弁体は開弁方向に移動され、噴孔が開放される。
【０００４】
一方、アクチュエータの押圧力を無くすことにより制御弁体がスプリング等により閉弁されれば、制御室内へ流入する高圧燃料によって圧力室内の燃料圧力が高まり、噴孔用弁体の先端部に作用する燃料圧力と基部に作用する燃料圧力との圧力差が僅かとなれば、閉弁スプリングにより噴孔用弁体は閉弁方向に移動され、噴孔が閉鎖される。
【０００５】
ところで、従来の燃料噴射装置のように、アクチュエータとして電歪アクチュエータのように変位量としての伸張量が比較的小さなアクチュエータが使用される場合には、アクチュエータによって直接的に制御弁体を開弁させることは困難であり、一般的には、制御弁体に当接する小径ピストンとアクチュエータに当接する大径ピストンとの間に変位拡大室を設け、この変位拡大室によってアクチュエータの伸張量を拡大させて制御弁体に作用させ、制御弁体を開弁させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
すなわち、制御弁体を開弁させるためにアクチュエータの伸張により大径ピストンを変位させると、変位拡大室は容積を維持するように小径ピストンを変位させ、それにより、小径ピストンは大きく変位することとなって制御弁体の確実な開弁が可能となる。
【０００７】
変位拡大室は、一般的に低圧の燃料により満たされており、理想的には、常に一定容積に維持される。しかしながら、実際には、制御弁体を開弁させるために大径ピストンが変位すると、変位拡大室内の燃料圧力が上昇するために、大径ピストン及び小径ピストン回りの僅かな隙間を介して変位拡大室内の燃料が低圧燃料通路へ漏れることとなる。
【０００８】
次回変位時において燃料漏れによる小径ピストンの位置ずれを防止するために、変位拡大室から漏れた分の燃料は、アクチュエータを収縮させて大径ピストンが戻された時に低圧燃料通路から補充されることとなるが、燃料が漏れている最中には燃料を補充することはできず、変位拡大室からの燃料漏れを僅かにしないと、小径ピストンを十分に変位させることができない。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２９５７１６号公報（段落番号００２９から００３２
、図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そのために、大径ピストン及び小径ピストンのような燃料噴射装置内を摺動するピストンは、周囲からの燃料漏れを僅かな量とするために、摺動孔に対して僅かに小さな外径を有して加工されることとなる。しかしながら、こうして加工されたピストンは、車両振動等によって燃料噴射装置が僅かに曲り変形すると、それに伴って曲り変形した摺動孔に対して、容易に当接して摺動不可能となってしまう。
【００１１】
従って、本発明の目的は、燃料噴射装置内の摺動孔を摺動するピストンを具備する燃料噴射装置において、ピストン周囲からの燃料漏れを僅かな量とすると共に、燃料噴射装置の僅かな曲り変形が発生しても、ピストンを摺動孔に対して当接し難くすることである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の燃料噴射装置は、燃料噴射装置内の摺動孔を摺動するピストンを具備する燃料噴射装置において、前記ピストンは、ピストン周囲からの燃料漏れを僅かな量とするために前記摺動孔の内径に対して僅かに小さな外径を有する第一摺動部と、前記第一摺動部より小さな外径を有する第二摺動部とを有していることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による請求項２に記載の燃料噴射装置は、請求項１に記載の燃料噴射装置において、前記ピストンはアクチュエータと当接しており、前記ピストンの前記アクチュエータへの当接部は、前記第二摺動部より小さな外径を有していることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１及び２は本発明による燃料噴射装置を示す断面図である。本燃料噴射装置は、例えば、ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火内燃機関の気筒内へ直接的に燃料を噴射するために、各気筒共通の蓄圧室において加圧された高圧燃料を噴射するものである。もちろん、本燃料噴射装置は気筒内以外の例えば吸気ポートへ燃料を噴射するのにも使用可能である。
【００１５】
１は燃料噴射装置の本体であり、先端において噴孔２が形成されている。３は高圧燃料通路であり、一端部において蓄圧室等から高圧燃料が供給され、他端部において噴孔２へ連通している。５は噴孔２を開閉するための噴孔用弁体４の摺動孔であり、噴孔用弁体４は、その先端部により噴孔２の上流側において高圧燃料通路３を閉鎖可能となっている。７は噴孔用弁体４を閉弁方向に付勢するための閉弁スプリング６が収納された制御室である。
【００１６】
制御室７は、オリフィス８を介して高圧燃料通路３に連通しており、それにより、噴孔用弁体４には、制御室７内に供給された高圧燃料による閉弁方向の押圧力が作用し、また、噴孔２に通じる高圧燃料通路３によって高圧燃料による開弁方向の押圧力も作用している。図１に示すように噴孔用弁体４の閉弁時においては、噴孔用弁体４の先端側における高圧燃料通路４内の受圧面積は、噴孔用弁体４の基端側における制御室７内の受圧面積より小さくなり、この受圧面積差に伴う高圧燃料による閉弁方向の押圧力と閉弁スプリング６による開弁方向の押圧力とによって噴孔２は確実に閉鎖されている。
【００１７】
１３は燃料タンク（図示せず）等へ通じる低圧燃料通路である。また、９はバルブ室であり、高圧燃料通路３と高圧側開口９ａを介して直接的に連通していると共に、制御室７ともオリフィス１０を介して連通している。また、バルブ室９は低圧側開口９ｂを介して低圧燃料通路１３へも連通している。バルブ室９内には、低圧側開口９ｂを閉鎖するための制御弁体１１が配置されると共に、制御弁体１１を閉弁方向に押圧する押圧スプリング１２とが配置されている。
【００１８】
１４は制御弁体１１を開弁させるための小径ピストン１５の摺動孔であり、この摺動孔１４と同心的に連通して大径ピストン１６の摺動孔１７が形成されている。大径ピストン１６の摺動孔１７と小径ピストン１５の摺動孔１４とにより形成される段部には、大径ピストン１６に当接して戻しスプリング１８が配置されている。１９は押圧スプリング１８とは反対側において大径ピストン１６に当接して設置された電歪アクチュエータである。戻しスプリング１８によって、大径ピストン１６は、電歪アクチュエータ１９の収縮時にも電歪アクチュエータ１９との当接が維持される。
【００１９】
前述したように、図１においては、高圧燃料によって噴孔用弁体４へ作用する閉弁方向の押圧力に閉弁スプリング６による閉弁方向の押圧力が加えられ、これが高圧燃料によって噴孔用弁体４へ作用する開弁方向の押圧力より大きくなるために、噴孔用弁体４は閉弁され噴孔２を閉鎖している。
【００２０】
一方、噴孔２を開放して燃料噴射を開始するためには、図２に示すように、電歪アクチュエータ１９へ電圧を印加して電歪アクチュエータ１９を伸張させ、大径ピストン１６を押圧して、その摺動孔１７内に沿わせて小径ピストン１５方向へ変位させる。大径ピストン１６の摺動孔１７と小径ピストン１５の摺動孔１４とによって形成される段部近傍は、大径ピストン１６と小径ピストン１５とによって取り囲まれた変位拡大室２１であり、低圧の燃料によって満たされており、大径ピストン１６の変位によって、小径ピストン１５は、変位拡大室２１の容積を維持するように、その摺動孔１４に沿って変位させられる。それにより、小径ピストン１５の変位量は、大径ピストン１６の変位量、すなわち、電歪アクチュエータ１９の伸張量に比較して大きくなる。
【００２１】
こうして、小径ピストン１５は制御弁体１１を押圧スプリング１２による押圧力に逆らって確実に開弁させ、バルブ室９の低圧側開口９ｂを開放すると共に、制御弁体１１によって高圧側開口９ａを閉鎖する。それにより、バルブ室９内の高圧燃料は、低圧燃料通路１３を介して燃料タンク等へ戻されるために、バルブ室９と連通する制御室７内の燃料圧力も急激に低下する。制御室７内の燃料圧力が低下すれば、燃料圧力によって噴孔用弁体４へ作用する閉弁方向の押圧力が低下し、閉弁スプリング６による閉弁方向の押圧力を加えても、高圧燃料通路３において噴孔用弁体４へ作用する開弁方向の押圧力の方が大きくなり、噴孔用弁体４は開弁されて噴孔２は開放される。この噴孔用弁体４の開弁中において、バルブ室９の高圧側開口９ａが制御弁体１１により閉鎖されているために、高圧燃料通路３内の燃料が直接的にバルブ室９を介して低圧燃料通路１３へ流出することはなく、高圧燃料通路３内の燃料消費を抑制することができる。
【００２２】
次いで、噴孔２を閉鎖して燃料噴射を停止するためには、電歪アクチュエータ１９への電圧印加を中止して伸張している電歪アクチュエータ１９を収縮させる。それにより、電歪アクチュエータ１９による大径ピストン１６への押圧力は無くなり、大径ピストン１６は、戻しスプリング１８の押圧力によって電歪アクチュエータ１９との当接を維持して戻される。この時においても変位拡大室２１の容積は維持され、小径ピストン１５は図１に示す位置まで戻される。それにより、小径ピストン１５による制御弁体１１への押圧力は無くなり、制御弁体１１は、押圧スプリング１２によって閉弁されてバルブ室９の低圧側開口９ｂを閉鎖すると共に高圧側開口９ａを開放し、バルブ室９は、直ぐに、高圧側開口９ａを介して高圧燃料通路３から供給される高圧燃料によって満たされる。
【００２３】
バルブ室９内の高圧燃料は、オリフィス１０を介して制御室７へ供給されると共に、制御室７へはオリフィス８を介して高圧燃料通路３からも直接的に高圧燃料が供給され、制御室７も比較的早く高圧燃料によって満たされる。こうして、制御室７を介して噴孔用弁体４へ作用する高圧燃料の閉弁方向の押圧力に閉弁スプリング６による押圧力が加わると、高圧燃料通路３を介して噴孔用弁体４へ作用する高圧燃料の開弁方向の押圧力より大きくなり、噴孔用弁体４は閉弁される。
【００２４】
こうして、電歪アクチュエータ１９は、変位量、すなわち、伸張量が比較的小さいものであるが、大径ピストン１６と小径ピストン１５とによって取り囲まれた変位拡大室２１を設けることにより、制御弁体１１を確実に開弁させることが可能となる。
【００２５】
電歪アクチュエータ１９によって、このような大径ピストン１６の変位を実現するためには、大径ピストン１６の摺動孔１７における電歪アクチュエータ１９側の空間内を低圧燃料通路１３に連通して、電歪アクチュエータ１９の伸張時においても、この空間内の燃料圧力が負圧等にならないようにしなければならない。それにより、連通路２２によって、この空間と低圧燃料通路１３とは連通されている。
【００２６】
ところで、変位拡大室２１は、理想的には、前述したように一定容積に維持されるものであるが、実際には、制御弁体１１を開弁させるために大径ピストン１６を変位させて小径ピストン１５を変位させる際に、変位拡大室２１内の燃料圧力が高まり、変位拡大室２１内の燃料の一部は、大径ピストン１６及び小径ピストン１５回りの僅かな隙間を介して低圧燃料通路１３へ漏れてしまう。
【００２７】
こうして、燃料漏れが発生すると、制御弁体１１を閉弁させるために大径ピストン１６を戻して小径ピストン１５を戻した時に、変位拡大室２１の容積が減少し、小径ピストン１５の位置がずれるために、これが繰り返されれば、制御弁体１１を確実に開弁させることができなくなる。これを防止するために、小径ピストン１５を戻す際に変位拡大室２１から漏れた燃料分を低圧燃料通路１３から補充することが必要であり、そのために、変位拡大室２１は、燃料の補充のみを許容する逆止弁を有する補充通路２３によって低圧燃料通路１３に連通されている。
【００２８】
こうして、小径ピストン１５の位置ずれを防止することはできるが、変位拡大室２１から燃料が漏れている最中においては燃料を補充することはできず、この時に比較的多量の燃料が漏れれば、小径ピストンを十分に変位させることができなくなる。
【００２９】
そのために、特に、小径ピストンに比較して周囲長さの長くなる大径ピストンは、一般的に、変位拡大室からの燃料漏れを僅かな量とするために、摺動孔に対して僅かに小さな外径を有して加工されることとなり、大径ピストン１６近傍の拡大断面図である図３において説明すれば、一般的な大径ピストンは、一点鎖線で示すように、摺動孔１７の内径Ｄ１に対して僅かに小さな外径Ｄ２の一様断面を有するようにされている。こうして形成された大径ピストンの回りには僅かな隙間しか形成されず、変位拡大室からの燃料漏れを僅かな量とすることができる。
【００３０】
しかしながら、このような大径ピストンでは、車両振動等によって燃料噴射装置が軸線に沿って僅かに曲り変形すると、それに伴って僅かに曲り変形した摺動孔に対して、容易に当接して摺動不可能となってしまう。
【００３１】
本燃料噴射装置は、燃料噴射装置の僅かな曲り変形が発生しても、大径ピストン１６が摺動孔１７に対して当接しないようにして、大径ピストン１６の摺動孔１７に対しての摺動を確保するためのものであり、そのための大径ピストン１６の構成が図３に示されている。
【００３２】
本燃料噴射装置の大径ピストン１６は、摺動孔１７の内径Ｄ１に対して僅かに小さな外径Ｄ２を有する第一摺動部１６ａと、摺動孔１７の内径Ｄ１に対して摺動を確保可能な最小外径として外径Ｄ２より小さな外径Ｄ３を有する第二摺動部１６ｂとを有している。第一摺動部１６ａと第二摺動部１６ｂとの間は、連結部１６ｃとして、第二摺動部１６ｂの外径Ｄ３よりさらに小さな外径Ｄ４を有するようにしている。
【００３３】
こうして、本燃料噴射装置の大径ピストン１６は、互いに軸線方向に離間する二つの第一摺動部１６ａ及び第二摺動部１６ｂによって摺動孔１７に対して大きく傾くことはなく、摺動孔１７内を良好に摺動することができる。第一摺動部１６ａは、一般的な大径ピストンと同様に摺動孔１７の内径Ｄ１に対して僅かに小さな外径Ｄ２を有しているために、この第一摺動部１６ａによって変位拡大室２１からの燃料漏れを僅かな量とすることができる。
【００３４】
また、車両振動等によって燃料噴射装置が軸線に沿って僅かに曲り変形すると、摺動孔１７はそれに伴って同様に曲り変形し、すなわち、摺動孔１７は、第一摺動部１６ａの位置における中心位置と、第二摺動部１６ｂの位置における中心位置とがずれるように変形する。大径ピストン１６は、第二摺動部１６ｂの外径Ｄ３が一般的な外径Ｄ２に比較して小さくされているために、第二摺動部１６ｂの位置において摺動孔１７に対して比較的大きな隙間を有している。それにより、前述のような摺動孔１７の曲り変形に対して、余ほど大きな曲り変形でない限り、第一摺動部１６ａと第二摺動部１６ｂとが同時に摺動孔１７に当接するようなことはなく、この時においても摺動孔１７に対する摺動を確保することができる。
【００３５】
大径ピストン１６において、連結部１６ｃの軸線方向長さを短くして第一摺動部１６ａと第二摺動部１６ｂとを近づければ、摺動孔１７の前述の変形に際して、それぞれの位置における摺動孔１７の中心位置のずれが小さくなるために、この変形時において大径ピストン１６の摺動を確保するのには有利となるが、摺動孔１７の非変形時においては大径ピストン１６が傾き易くなり、この非変形時においては確実な摺動を確保し難くなる。それにより、第一摺動部１６ａと第二摺動部１６ｂとの間の距離は、これを考慮して最適に選択する必要がある。
【００３６】
こうして、第一摺動部１６ａと第二摺動部１６ｂとの間の距離を最適に設定すすると、大径ピストン１６における電歪アクチュエータ１７に対する当接部１６ｄの軸線方向長さは、電歪アクチュエータ１７の設置位置によって比較的長くしなければならないことがある。この場合に、前述の摺動孔１７の変形時において、この当接部１６ｄが第二摺動部１６ｂより先に摺動孔１７に当接したのでは意味がなく、当接部１６ｄの外径Ｄ５は、第二摺動部１６ｂの外径Ｄ３より十分に小さくすることが好ましい。
【００３７】
大径ピストン１６において、連結部１６ｃの外径Ｄ４は、第二摺動部の外径Ｄ３と等しくしても良く、こうしても前述の効果が得られることは明らかである。また、本燃料噴射装置の大径ピストン１６において、外径Ｄ２を有する第一摺動部１６ａは変位拡大室２１側とし、外径Ｄ３を有する第二摺動部１６ｂはアクチュエータ側としたが、もちろん、外径Ｄ２を有する第一摺動部１６ａの位置と外径Ｄ３を有する第二摺動部１６ｂの位置とを入れ換えても前述同様な効果を得ることができる。
【００３８】
本実施形態は、燃料噴射装置の大径ピストン１６に関するものであるが、もちろん、小径ピストン１５に関しても同様な燃料漏れ及び摺動孔１４の曲り変形が発生するために、小径ピストン１５に前述同様な第一摺動部及び第二摺動部を形成すれば、小径ピストン１５において前述同様な効果を得ることができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明による燃料噴射装置は、燃料噴射装置内の摺動孔を摺動するピストンを具備する燃料噴射装置において、ピストンは、ピストン周囲からの燃料漏れを僅かな量とするために摺動孔の内径に対して僅かに小さな外径を有する第一摺動部と、第一摺動部より小さな外径を有する第二摺動部とを有している。それにより、ピストンは、第一摺動部及び第二摺動部の二つの摺動部によって大きく傾くことなく摺動孔内を確実に摺動可能であり、また、第一摺動部によってピストン周囲からの燃料漏れを僅かな量とすることができると共に、第二摺動部においては摺動孔に対して比較的大きな隙間が設けられているために、燃料噴射装置の僅かな曲り変形によって摺動孔が曲り変形しても、第一摺動部と第二摺動部とが同時に摺動孔へ当接し難くなっており、この時にも確実な摺動を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射停止時における燃料噴射装置を示す概略縦断面図である。
【図２】燃料噴射実施時における図１の燃料噴射装置の概略縦断面図である。
【図３】図１の燃料噴射装置における大径ピストン近傍の拡大断面図である。
【符号の説明】
１…本体
２…噴孔
３…高圧燃料通路
４…噴孔用弁体
１１…制御弁体
１３…低圧燃料通路
１５…小径ピストン
１６…大径ピストン
１９…電歪アクチュエータ
２１…変位拡大室
【図１】
2004092595.tif 000003
【図２】
2004092595.tif 000004
【図３】
2004092595.tif 000005