(57)【要約】【課題】収容室および制御室を形成するハウジングの内壁に固定された作動部材が摩耗および破損しにくく、作動部材により制御室側から駆動部に作動流体が漏れることを防止し、弁部材のリフト量を容易に変更できる燃料噴射装置を提供する。【解決手段】作動部材３０の変形部３２の外周縁部はハウジング本体１７の内壁に取り付けられている。作動部材３０は、剛体部３４がシャフト４２と当接していない非当接側１１６と剛体部３４がシャフト４２と当接している当接側１１８とに収容室１１４を液密に仕切っている。収容室１１４の非当接側１１６と制御室１１０とに燃料が充填されている。駆動部５０の伸縮にともない伝達部材４０および作動部材３０の剛体部３４が往復移動すると、収容室１１４の非当接側１１６と制御室１１０の燃料から弁座１４に向けてノズルニードル２０が受ける力は増減する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電を制御されることにより伸縮する圧電素子または磁歪素子を駆動源として用いる駆動部と、
前記駆動部の伸縮に伴い往復移動する伝達部材と、
前記伝達部材と当接し、前記伝達部材とともに往復移動する作動部材と、
前記作動部材を往復移動可能に収容しており、前記作動部材により前記作動部材が前記伝達部材と当接している当接側と前記作動部材が前記伝達部材と当接していない非当接側とに液密に仕切られている収容室、ならびに前記収容室の非当接側と連通している制御室を形成し、前記収容室の非当接側および前記制御室に作動流体が充填されているハウジングと、
噴孔の燃料上流側に弁座を有する弁ボディと、
往復移動することにより前記弁座に着座ならびに前記弁座から離座して前記噴孔からの燃料噴射を断続し、往復移動方向の一方側の端面が前記制御室に面しており、前記伝達部材とともに前記作動部材が往復移動することにより前記収容室の非当接側および前記制御室の作動流体を介し往復移動方向の他方側である前記弁座に向けて受ける力が増減する弁部材とを備え、
前記作動部材は、前記作動部材の中央に位置し前記伝達部材と当接し前記伝達部材とともに往復移動する剛体部と、前記剛体部と結合しており前記収容室を形成する前記ハウジングの内壁に外周縁部が取り付けられ前記剛体部が往復移動することにより変形する変形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】
前記剛体部が前記収容室の非当接側および前記制御室の作動流体から往復移動方向に流体圧力を受ける受圧面積は、前記弁部材が前記収容室の非当接側および前記制御室の作動流体から往復移動方向に流体圧力を受ける受圧面積よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記伝達部材と前記剛体部とは平面同士で当接することを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記変形部の厚みを前記剛体部よりも薄くし、前記作動部材を一部材で構成していることを特徴とする請求項１、２または３記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記変形部と前記剛体部とは別部材であることを特徴とする請求項１、２または３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、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）の燃料噴射装置（以下、「燃料噴射装置」をインジェクタという。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、通電を制御されることにより伸縮する圧電素子を駆動部の駆動源として用いて弁部材としてのノズルニードルを駆動し、噴孔を開閉するインジェクタが公知である。圧電素子に代え通電制御に伴う磁束密度の変化により伸縮する磁歪素子を駆動部の駆動源として用いることも公知である。このようなインジェクタにおいて、駆動部から弁部材への駆動力の伝達を駆動部と弁部材とを機械的に結合して行うのではなく、制御室に充填された作動流体を介して行うものが知られている。作動流体として燃料を用いることが一般的である。制御室には、駆動部の伸縮に伴い駆動部とともに往復移動する伝達部材と弁部材の反噴孔側とが面している。駆動部の伸縮に伴い伝達部材が往復移動することにより、制御室の作動流体を介して駆動部の駆動力がノズルニードルに伝わり、ノズルニードルは往復移動する。
【０００３】
特開平６−２８０７１１号公報および特開平１１−３７０１３号公報に開示されているインジェクタでは、伝達部材を往復移動可能に収容するハウジングの内壁と伝達部材との間から制御室の作動流体が駆動部側に漏れることを防止するため、伝達部材の外周壁にＯリング等のシール部材を取り付けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、駆動部の伸縮とともに伝達部材が往復移動すると、Ｏリングはハウジングの内壁と摺動し摩耗するという問題がある。
ドイツ特許１９８０２４９５号では、制御室の伝達部材側を薄膜で液密に閉塞し、薄膜と伝達部材とを当接させている。伝達部材が往復移動すると薄膜が変形し、駆動部の駆動力がノズルニードルに加わる。薄膜により制御室の作動流体が駆動部側に漏れることを防止するので、伝達部材にＯリング等のシール部材を取り付ける必要がない。
【０００５】
エンジンの要求性能特性に応じ、エンジン毎に駆動部の伸縮量、つまり伝達部材の移動量に対するノズルニードルのリフト量の変換率を変更したいことがある。変換率は、駆動部の伸縮量に対するノズルニードルのリフト量の割合を意味する。伝達部材またはノズルニードルを交換し、伝達部材とノズルニードルとが制御室から往復移動方向に圧力を受ける受圧面積の比率を変更すれば、駆動部の伸縮量に対するノズルニードルのリフト量の変換率を変更できる。高精度な加工を要するノズルニードルよりも伝達部材を交換することが望ましい。伝達部材の受圧面積を変更するために伝達部材を交換することは、伝達部材の外径が変化することを意味する。
【０００６】
しかし、特開平６−２８０７１１号公報および特開平１１−３７０１３号公報のインジェクタでは、伝達部材の外周に設置したＯリングと伝達部材を収容しているハウジングの内壁との摺動部で燃料をシールしている。したがって、伝達部材を交換すると、ハウジングの内壁の内径を変更する必要がある。つまり、ハウジングを交換する必要がある。したがって、伝達部材の移動量に対するノズルニードルのリフト量の変換率を変更するために、伝達部材およびハウジングの２部品を交換しなければならない。
【０００７】
ドイツ特許１９８０２４９５号のインジェクタでは制御室の燃料が駆動部に漏れることを薄膜が防止しており、駆動部の伸縮量に対するノズルニードルのリフト量の変換率を変更するためには、伝達部材を交換する必要がある。交換率を大きく変更する場合は伝達部材を収容するハウジングを交換する必要がある。しかも、薄膜と伝達部材とが当接し伝達部材の往復移動に合わせて薄膜が変位するので、薄膜が破損しやすいという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、収容室および制御室を形成するハウジングの内壁に取り付けられた作動部材が摩耗および破損しにくく、作動部材により制御室側から駆動部に作動流体が漏れることを防止し、弁部材のリフト量を容易に変更できるインジェクタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１または５記載のインジェクタによると、伝達部材は駆動部の伸縮にともない往復移動し、伝達部材と当接している作動部材は伝達部材を往復移動可能に収容する収容室を作動部材が伝達部材と当接している当接側と作動部材が伝達部材と当接していない非当接側とに液密に仕切っている。作動部材は収容室を形成するハウジングの内壁に取り付けられており、収容室の非当接側と制御室とに充填されている作動流体が駆動部側に漏れることを作動部材が防止する。したがって、Ｏリング等のシール部材が不要になる。
【００１０】
また、収容室の非当接側および制御室に充填された作動流体から往復移動方向に圧力を受ける作動部材の剛体部の受圧面積を変更することにより、駆動部の伸縮にともない往復移動する剛体部の移動量に対する弁部材のリフト量の変換率を変更できる。剛体部の受圧面積が変わってもハウジングの内壁に作動部材を取り付ける変形部の外周縁形状を変更する必要はない。したがって、作動部材を取り付けているハウジングを変更する必要はない。つまり、作動部材を交換するだけで駆動部の伸縮量に対する弁部材のリフト量の変換率を変更できる。
また変形部よりも剛性の高い剛体部が伝達部材と当接し、変形部は伝達部材と当接しないので、作動部材が摩耗および破損しにくい。
【００１１】
本発明の請求項２記載のインジェクタによると、剛体部が制御室の作動流体から往復移動方向に流体圧力を受ける受圧面積は、弁部材が制御室の作動流体から往復移動方向に流体圧力を受ける受圧面積よりも大きい。伝達部材の往復移動量、つまり駆動部の伸縮量に対し弁部材のリフト量の変換率を大きくすることができる。したがって、駆動部の伸縮量が小さくても弁部材のリフト量を大きくすることができる。
【００１２】
本発明の請求項３記載のインジェクタによると、伝達部材と剛体部とは平面同士で当接するので、伝達部材に対し剛体部が傾きにくい。伝達部材の移動量に対し剛体部の移動量がばらつかないので、弁部材のリフト量がばらつくことを防止する。
本発明の請求項４記載のインジェクタによると、作動部材を一部材で構成しているので、プレスや樹脂成形等により作動部材を容易に製造できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例によるインジェクタを図１に示す。図１は模式的にインジェクタ１０を示しているので、１部材で示されている部材が複数の部材で構成されている場合もある。インジェクタ１０は、例えば図示しないデリバリパイプで一定圧に蓄圧された燃料をガソリンエンジンの各気筒に噴射する燃料噴射装置である。
【００１４】
インジェクタ１０のハウジングは、弁ボディ１２、プレート１６およびハウジング本体１７で構成されている。弁ボディ１２、プレート１６およびハウジング本体１７はリテーニングナット１８で結合されている。デリバリパイプで蓄圧された燃料は弁ボディ１２、プレート１６およびハウジング本体１７に形成されている燃料通路１００を通り、弁部材としてのノズルニードル２０の周囲に形成されている燃料溜まり１０２に供給される。
弁ボディ１２の底部を貫通して噴孔１３が形成されている。弁ボディ１２の内壁にノズルニードル２０が着座可能な弁座１４が形成されている。ノズルニードル２０が弁座１４に着座すると、噴孔１３からの燃料噴射が遮断される。
【００１５】
ノズルニードル２０の往復移動方向の一方の端面である反噴孔側端面、弁ボディ１２の内壁およびプレート１６の内壁により制御室１１０が形成されている。コイルスプリング２２は制御室１１０に収容されており、噴孔１３を閉塞する方向である弁座１４に向けノズルニードル２０を付勢している。
【００１６】
ハウジング本体１７に収容室１１４および収容室１２０が形成されている。作動部材３０は収容室１１４に往復移動可能に収容され、伝達部材４０および駆動部５０は収容室１２０に収容されている。図２に示すように、作動部材３０は、弾性を有する環状の変形部３２と、作動部材３０の中央に位置し変形部３２の内周と結合し変形部３２よりも厚い剛体部３４とを有している。作動部材３０は１部材で形成されている。燃料に対する耐性があり、伝達部材４０と往復移動するときに変形部３２が変形し剛体部３４が変形しないのであれば、作動部材３０としてどのような材質を用いてもよい。例えば、金属をプレス加工して作動部材３０を製造してもよいし、樹脂で一体成形して作動部材３０を製造してもよい。
【００１７】
図１に示すように、変形部３２の外周縁部はハウジング本体１７の内壁に取り付けられ固定されている。剛体部３４は伝達部材４０のシャフト４２と平面同士で当接している。作動部材３０は、剛体部３４が伝達部材４０のシャフト４２と当接していない非当接側１１６と剛体部３４がシャフト４２と当接している当接側１１８とに収容室１１４を液密に仕切っている。収容室１１４の非当接側１１６は連通路１１２により制御室１１０と連通している。弁ボディ１２とノズルニードル２０との摺動部から収容室１１４の非当接側１１６と制御室１１０とに作動流体として燃料が微量ではあるが漏れているので、収容室１１４の非当接側１１６と制御室１１０とに燃料が充填されている。図１では、収容室１１４の非当接側１１６と制御室１１０とは密封された空間として示されている。これに対し、燃料通路１００から連通路を通り収容室１１４の非当接側１１６と制御室１１０とに燃料を供給する構成でもよい。コイルスプリング３８は伝達部材４０側に作動部材３０を付勢している。
【００１８】
伝達部材４０は駆動部５０の作動部材３０側に設置されており、駆動部５０の伸縮にともない往復移動する。板ばね４４は駆動部５０に向け伝達部材４０を付勢している。
駆動部５０は図１に示すハウジング本体１７の上部内壁に係止されており、ターミナル６０と電気的に接続されている。駆動部５０は、駆動源として圧電素子を用いており、圧電素子を積層して形成されている。駆動部５０は、ターミナル６０から電圧が印加されると伝達部材４０側に伸び、電圧の印加を遮断すると縮む。図１は駆動部５０にターミナル６０から電圧が印加されている状態を示している。
【００１９】
次に、駆動部５０への通電制御によるインジェクタ１０の作動について説明する。
ターミナル６０から駆動部５０に電圧が印加されると、駆動部５０は伝達部材４０側に伸びる。伝達部材４０は駆動部５０の伸び量と同じ移動量で図１の下方である作動部材３０側に移動する。作動部材３０の剛体部３４は伝達部材４０のシャフト４２と当接しているので、伝達部材４０と同じ移動量で剛体部３４は制御室１１０側に移動する。収容室１１４の非当接側１１６および制御室１１０に燃料が充填されているので、剛体部３４がノズルニードル２０側に移動すると、駆動部５０の駆動力が伝達部材４０、作動部材３０の剛体部３４、収容室１１４の非当接側１１６および制御室１１０に充填されている燃料を介し弁座１４に向けた力としてノズルニードル２０に加わる。つまり、駆動部５０が伸びることにより収容室１１４の非当接側１１６および制御室１１０の燃料圧力が上昇し、収容室１１４の非当接側１１６および制御室１１０の燃料から弁座１４に向けてノズルニードル２０が受ける力が増加する。したがって、収容室１１４の非当接側１１６および制御室１１０の燃料から弁座１４に向けてノズルニードル２０が受ける力とコイルスプリング２２から弁座１４に向けてノズルニードル２０が受ける力との和は、燃料溜まり１０２の燃料により弁座１４から離座する方向に受ける力よりも大きくなる。したがって、ノズルニードル２０は弁座１４に着座し、噴孔１３からの燃料噴射は遮断される。
【００２０】
駆動部５０への電圧の印加が遮断されると、駆動部５０は図１に示す状態から図１の上方に向けて縮む。伝達部材４０は板ばね４４により駆動部５０に向けて付勢されているので、駆動部５０とともに図１の上方に移動する。作動部材３０の剛体部３４はコイルスプリング３８の付勢力により伝達部材４０側に付勢されているので、伝達部材４０とともに図１の上方に移動する。つまり、駆動部５０が縮むことにより収容室１１４の非当接側１１６および制御室１１０の燃料圧力が低下し、収容室１１４の非当接側１１６および制御室１１０の燃料から弁座１４に向けてノズルニードル２０が受ける力が低下する。したがって、収容室１１４の非当接側１１６および制御室１１０の燃料から弁座１４に向けてノズルニードル２０が受ける力とコイルスプリング２２から弁座１４に向けてノズルニードル２０が受ける力との和は、燃料溜まり１０２の燃料により弁座１４から離座する方向に受ける力よりも小さくなる。したがって、ノズルニードル２０は弁座１４から離座し、噴孔１３から燃料が噴射される。
【００２１】
駆動部５０の伸縮にともない、伝達部材４０のシャフト４２と当接している作動部材３０の剛体部３４は伝達部材４０とともに往復移動する。剛体部３４が収容室１１４の非当接側１１６および制御室１１０の燃料から往復移動方向に圧力を受ける受圧面積をＳ１、駆動部５０の伸縮量、つまり伝達部材４０および作動部材３０の往復移動量をＬ１、ノズルニードル２０が収容室１１４の非当接側１１６および制御室１１０の燃料から往復移動方向に圧力を受ける受圧面積をＳ２、ノズルニードル２０のリフト量をＬ２とすると、Ｓ１×Ｌ１＝Ｓ２×Ｌ２である。ノズルニードル２０のリフト量Ｌ２は剛体部３４の受圧面積Ｓ１に比例し、受圧面積Ｓ１が大きくなると大きくなる。したがって、ノズルニードル２０の受圧面積Ｓ２を一定にすると、駆動部５０の伸縮量Ｌ１を変更することなく、作動部材３０を交換し剛体部３４の受圧面積Ｓ１を変更することにより、ノズルニードル２０のリフト量Ｌ２を変更できる。つまり、駆動部５０の伸縮量Ｌ１に対するノズルニードル２０のリフト量Ｌ２の変換率を変更できる。これにより、燃料噴射率または燃料噴射量を変更できる。また、ノズルニードル２０が収容室１１４の非当接側１１６および制御室１１０の燃料から弁座１４に向けて受ける力は、剛体部３４の受圧面積Ｓ１に反比例し、受圧面積Ｓ１が大きくなると小さくなる。
【００２２】
作動部材３０は変形部３２により収容室１１４を形成するハウジング本体１７に取り付けられているので、剛体部３４の受圧面積を変更しても変形部３２の外径を変更しなければ、ハウジング本体１７の内径を変更する必要はない。したがって、ハウジング本体１７を交換する必要はない。
【００２３】
第１実施例では、剛体部３４が収容室１１４の非当接側１１６および制御室１１０の燃料から往復移動方向に圧力を受ける受圧面積は、ノズルニードル２０が非当接側１１６および制御室１１０の燃料から往復移動方向に圧力を受ける受圧面積よりも大きい。したがって、駆動部５０の伸縮量が小さくても、ノズルニードル２０のリフト量を大きくすることができる。
【００２４】
また、剛体部３４とシャフト４２とが平面同士で当接しているので、伝達部材４０とともに剛体部３４が往復移動するとき、剛体部３４が傾斜しにくい。伝達部材４０の移動量に対し剛体部３４の移動量がばらつかないのでノズルニードル２０のリフト量がばらつかない。したがって、燃料噴射量を高精度に制御できる。
【００２５】
さらに、作動部材３０を１部材で構成しているので、前述したように金属によるプレス加工や樹脂による一体成形により作動部材を容易に製造できる。
第１実施例では、ノズルニードル２０を駆動する駆動部５０の駆動源として圧電素子を用いたが、駆動源として磁歪素子を用いてもよい。
【００２６】
（第２実施例、第３実施例）
本発明の第２実施例を図３に、第３実施例を図４に示す。
図３に示す第２実施例の作動部材７０では、変形部７２と剛体部７４とは別部材であり、円板状の変形部７２に剛体部７４が接着等により結合されている。図４に示す第３実施例の作動部材８０では、変形部８２と剛体部８４とは別部材であり、剛体部８４の外周に円環状の変形部８２が溶接等により接合されている。変形部７２、８２は収容室１１４を形成するハウジング本体１７の内壁に取り付けられている。剛体部７４、８４は伝達部材４０のシャフト４２と当接する。
【００２７】
以上説明した本発明の上記複数の実施例では、作動部材は収容室１１４を形成しているハウジング本体１７の内壁と摺動せず、作動部材が収容室１１４の非当接側１１６から当接側１１８に作動流体としての燃料が漏れることを防止する。したがって、伝達部材４０とハウジング本体１７の内壁との間から駆動部５０に燃料が漏れることを防止するため、伝達部材４０の外周にＯリング等のシール部材を設置する必要がない。
【００２８】
さらに、作動部材を交換し剛体部の受圧面積を変更することにより、ノズルニードル２０のリフト量を変更できる。つまり、駆動部５０の伸縮量に対するノズルニードル２０のリフト量の変換率を変更できる。これにより、作動部材を交換するだけで燃料噴射率または燃料噴射量を容易に変更できる。
また、作動部材の剛体部が伝達部材４０のシャフト４２と当接するので、剛体部が摩耗および破損しにくい。
【００２９】
上記複数の実施例では、駆動部５０が伸びることによりノズルニードル２０が弁座１４に着座し噴孔１３からの燃料噴射を遮断した。これに対し、駆動部５０が縮むことによりノズルニードル２０が弁座１４に着座し噴孔１３からの燃料噴射を遮断する構成を採用することも可能である。
また上記複数の実施例では、ガソリンエンジン用のインジェタに本発明を適用したが、ディーゼルエンジン用のインジェクタに本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるインジェクタを示す模式的断面図である。
【図２】（Ａ）は第１実施例の作動部材を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】図２の（Ｂ）と同じ断面位置における本発明の第２実施例による作動部材を示す模式的断面図である。
【図４】図２の（Ｂ）と同じ断面位置における本発明の第３実施例による作動部材を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１０　　インジェクタ（燃料噴射装置）
１２　　弁ボディ（ハウジング）
１３　　噴孔
１４　　弁座
１６　　プレート（ハウジング）
１７　　ハウジング本体（ハウジング）
２０　　ノズルニードル（弁部材）
３０、７０、８０　　作動部材
３２、７２、８２　　変形部
３４、７４、８４　　剛体部
４０　　伝達部材
５０　　駆動部
１１０　　制御室
１１４　　収容室
１１６　　収容室の非当接側
１１８　　収容室の当接側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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