(57)【要約】【課題】  内燃機関用インジェクタの噴射安定性を向上し、必要な駆動エネルギーを低減してアクチュエータの小型化を図る。【解決手段】  ノズルニードル背圧室５の圧力を降下させ、高圧通路１２から供給される燃料を噴射するインジェクタ１において、噴射時には、ピエゾスタック７を駆動して大径ピストン７２および変位拡大室７３を介して小径ピストン７４を作動させ、バルブ４を押し下げてリーク通路１２を開放する。小径ピストン７４の下部テーパ状部７ｂを長くすることで、バルブ４下流の小径ピストン下室６の容積を拡大し、圧力減衰室として機能させる。バルブ上シート４ｃから流出するリーク燃料の圧力ピークを低減して小径ピストン７４を押し上げる力を低減することによって駆動に必要なエネルギーを低減して、安定性を高める。【選択図】        図１
2004353658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給路から供給された燃料を噴射する噴孔が形成され、該噴孔の開閉がノズルニードルにより切り換え自在なノズル部と、
上記ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させるノズル制御室を有し、上記ノズル制御室と低圧源との間を制御弁で開閉することにより、上記ノズル制御室と低圧源との間を連通と遮断のいずれかの状態に切り換える背圧制御部と、
上記制御弁を駆動する駆動部とを具備し、
上記駆動部が、アクチュエータによって駆動される大径ピストンと、先端部が上記制御弁を押し下げることによりこれを開弁して上記ノズル制御室を上記低圧源に連通させる小径ピストンと、これら２つのピストンの間に形成され作動油が充填される変位拡大室を備えており、かつ
上記小径ピストンの下半部が位置する上記制御弁の下流室を、上記制御弁の開弁時に上記下流室を経て上記低圧源へ流出するリーク燃料の急昇圧を抑制する圧力減衰室として構成したことを特徴とする内燃機関用インジェクタ。  
【請求項２】
上記下流室に位置する上記小径ピストンの下半部外周に鍔状部を設けて、該鍔状部にて上記小径ピストンを上記制御弁方向に付勢する付勢部材を支持するとともに、上記鍔状部の下方の部位を上記先端部へ向けて縮径する略テーパ状に形成し、この略テーパ状部の軸方向長をテーパ大径部の径寸法と同等あるいは同等以上の寸法とした請求項１記載の内燃機関用インジェクタ。
【請求項３】
上記圧力減衰室として構成した上記下流室の室容積を１５０ｍｍ3 以上に設定した請求項２記載の内燃機関用インジェクタ。
【請求項４】
上記下流室に位置する上記小径ピストンの下半部外周に鍔状部を設けて、該鍔状部にて上記小径ピストンを上記制御弁方向に付勢する付勢部材を支持するとともに、該鍔状部の下方の部位を上記先端部へ向けて縮径する略テーパ状に形成し、この略テーパ状部のテーパ面を凹面状とした請求項１記載の内燃機関用インジェクタ。
【請求項５】
燃料供給路から供給された燃料を噴射する噴孔が形成され、該噴孔の開閉がノズルニードルにより切り換え自在なノズル部と、
上記ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させるノズル制御室を有し、上記ノズル制御室と低圧源との間を制御弁で開閉することにより、上記ノズル制御室と低圧源との間を連通と遮断のいずれかの状態に切り換える背圧制御部と、
上記制御弁を駆動する駆動部とを具備し、
上記駆動部が、アクチュエータによって駆動される大径ピストンと、先端部が上記制御弁を押し下げることによりこれを開弁して上記ノズル制御室を上記低圧源に連通させる小径ピストンと、これら２つのピストンの間に形成され作動油が充填される変位拡大室を備えており、かつ
上記小径ピストンの下半部が位置する上記制御弁の下流室から外部の上記低圧源へ至るリーク通路を複数設けたことを特徴とする内燃機関用インジェクタ。
【請求項６】
燃料供給路から供給された燃料を噴射する噴孔が形成され、該噴孔の開閉がノズルニードルにより切り換え自在なノズル部と、
上記ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させるノズル制御室を有し、上記ノズル制御室と低圧源との間を制御弁で開閉することにより、上記ノズル制御室と低圧源との間を連通と遮断のいずれかの状態に切り換える背圧制御部と、
上記制御弁を駆動する駆動部とを具備し、
上記駆動部が、アクチュエータによって駆動される大径ピストンと、先端部が上記制御弁を押し下げることによりこれを開弁して上記ノズル制御室を上記低圧源に連通させる小径ピストンと、これら２つのピストンの間に形成され作動油が充填される変位拡大室を備えており、かつ
上記制御弁の下流室に上記小径ピストンの下半部を配置し、上記制御弁の開弁時に上記下流室を経て上記低圧源へ流出するリーク燃料の圧力を受ける、上記小径ピストン受圧部の少なくとも一部を可動部材で構成したことを特徴とする内燃機関用インジェクタ。  
【請求項７】
上記制御弁が、上記ノズル制御室と上記低圧源または高圧源との間の連通・遮断を切り換える３方弁である請求項１ないし６のいずれか記載の内燃機関用インジェクタ。
【請求項８】
上記アクチュエータがピエゾアクチュエータを備える請求項１ないし７のいずれか記載の内燃機関用インジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の燃料噴射装置に用いられるインジェクタ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置では、コモンレールに蓄圧された燃料をインジェクタの燃料供給路に供給し、インジェクタの先端に形成した噴孔をノズルニードルで開閉して、筒内に燃料を噴射するようになっている。このようなインジェクタの駆動部には、応答性の良好なピエゾアクチュエータが好適に用いられる（例えば、特許文献１等）。また、ピエゾアクチュエータは、変位が微小であることから、ピエゾアクチュエータの伸縮に伴い上下動する大径ピストンと、上記制御弁を駆動する小径ピストンを設けるとともに、これら大小ピストンの間に作動油を充填した変位拡大室を設けてなる変位拡大機構が提案されている。
【特許文献１】特開平６−２８０７１１号公報
【０００３】
図９、１０に、変位拡大機構を備える従来のインジェクタ構造を示す。コモンレールに連通する高圧通路１１の燃料はノズルニードル３下端部外周の燃料溜まり３２に供給され、噴射燃料として供される一方、メインオリフィス５１およびノズルニードル３の後端面を室壁とするノズルニードル背圧室５に導入される。ノズルニードル背圧室５の燃料は、ノズルニードル３に閉弁方向の圧力を作用させる制御油として供され、ノズルニードル３による噴孔３４の開閉は、ノズルニードル背圧室５に連通するバルブ室４１に配設したバルブ４によって制御される。
【０００４】
噴射時、ピエゾスタック７に電荷が供給されるとピエゾスタック７が伸長して、その下面に当接する大径ピストン７２を図の下方に押す。これに伴い変位拡大室７３の燃料圧が上昇して小径ピストン７４を押し下げ、小径ピストン７４の先端に当接するバルブ４をバルブ上シート４ｃから離座させてバルブ下シート４ｄに押し付ける。バルブ４が開弁すると、ノズルニードル背圧室５の高圧燃料がメインオリフィス５１、リーク通路１２を介して低圧源へ抜けるために、ノズルニードル背圧室５の圧力が低下する。このため、ノズルニードル３に上向きに作用する燃料溜まり３２の高圧燃料の圧力でノズルニードル３が上昇し、噴孔３４から燃料が噴射される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この時、図１０（ａ）に示すように、バルブ上シート４ｃに着座している状態から、バルブ４が開弁すると、まず、図１０（ｂ）に示すように、バルブ上シート４ｃにも下シート４ｄにも着座しない状態となり、次いで、図１０（ｃ）に示すように、バルブ４下シート４ｄに着座する。ところが、図１０（ｂ）の状態では、バルブ４下シート４ｄに連通する高圧通路１１から高圧燃料が流入し、バルブ上シート４ｃを介してこれに続く小径ピストン下室６にリークするとともに、ノズルニードル背圧室５からも高圧燃料が小径ピストン下室６にリークする。このため、バルブ４開弁により小径ピストン下室６の圧力が瞬間的に増大することが判明した（図３従来例参照）。
【０００６】
そして、この増大したリーク燃料の圧力が小径ピストン７４の鍔状部７４ａ下面にかかるために、小径ピストン７４は上向きに力を受けて押し上げられる。ピエゾスタック７は、この力に打ち勝ってバルブ４を駆動して下シート４ｄに着座させ、かつ噴射を継続するためにバルブ４を下シート４ｄに押圧し続ける必要がある。このため、噴射が不安定となったり、ピエゾスタック７に要求される駆動力が過大となる懸念があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためのもので、内燃機関用インジェクタの噴射の安定性を向上させるとともに、バルブの駆動および噴射の維持に必要な駆動エネルギーを低減してアクチュエータの小型化、ひいてはインジェクタ全体の小型化を可能にし、高性能で低コストなインジェクタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明において、インジェクタは、燃料供給路から供給された燃料を噴射する噴孔が形成され、該噴孔の開閉がノズルニードルにより切り換え自在なノズル部と、
上記ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させるノズル制御室を有し、上記ノズル制御室と低圧源との間を制御弁で開閉することにより、上記ノズル制御室と低圧源との間を連通と遮断のいずれかの状態に切り換える背圧制御部と、
上記制御弁を駆動する駆動部とを具備し、
上記駆動部が、アクチュエータによって駆動される大径ピストンと、先端部が上記制御弁を押し下げることによりこれを開弁して上記ノズル制御室を上記低圧源に連通させる小径ピストンと、これら２つのピストンの間に形成され作動油が充填される変位拡大室を備えており、かつ
上記小径ピストンの下半部が位置する上記制御弁の下流室を、上記制御弁の開弁時に上記下流室を経て上記低圧源へ流出するリーク燃料の急昇圧を抑制する圧力減衰室として構成したものである。
【０００９】
噴射時、上記小径ピストンが上記制御弁を押し下げて開弁させると、上記ノズル制御室の高圧燃料が、上記下流室を経て上記低圧源へ流出する。この時、流出するリーク燃料が上記小径ピストンを押し上げる方向に作用するが、上記構成によれば、上記制御弁下流室が圧力減衰室として機能し、リーク燃料の急昇圧を抑制する。よって、上記小径ピストンに作用する上向きの力が低減されるので、噴射安定性が向上するとともに、噴射の維持に必要な駆動エネルギーを小さくすることができる。その結果、アクチュエータの小型化が可能となり、低コストで高性能なインジェクタが得られる。
【００１０】
上記圧力減衰室の具体的構成として、請求項２記載のインジェクタは、上記下流室に位置する上記小径ピストンの下半部外周に鍔状部を設け、上記小径ピストンを上記制御弁方向に付勢する付勢部材を支持する構成となっている。また、該鍔状部の下方の部位を、上記先端部へ向けて縮径する略テーパ状に構成し、この略テーパ状部の軸方向長が、テーパ大径部の径寸法と同等あるいは同等以上の寸法となるように形成してある。
【００１１】
上記構成によれば、上記小径ピストンの略テーパ状部を長く形成することで、上記下流室の容積が容易に拡大できる。このように、上記下流室の容積を十分大きくすることで、上記制御弁の開弁により、上記ノズル制御室の高圧燃料が上記下流室へ流出する際の、急激な圧力上昇を抑制することができる。よって、リーク燃料の圧力減衰効果が得られ、上記小径ピストンに上向きに作用する力を低減することができる。また、アクチュエータの小型化により、インジェクタ体格を大きくすることなく、上記下流室容積の拡大が可能で、低コストで高性能なインジェクタが得られる。
【００１２】
請求項３記載のインジェクタは、上記圧力減衰室として構成した上記下流室の室容積を１５０ｍｍ3 以上の容積に設定している。
【００１３】
具体的には、上記下流室の容積を１５０ｍｍ3 以上に設定すれば、圧力減衰室としての効果が得られる。これにより、上記小径ピストンに上向きに作用する力を低減して、従来に比し高性能なインジェクタが低コストで得られる。
【００１４】
請求項４記載のインジェクタは、上記下流室に位置する上記小径ピストンの下半部外周に、上記小径ピストンを上記制御弁方向に付勢する付勢部材を支持するための鍔状部を有し、該鍔状部の下方に上記先端部へ向けて縮径する略テーパ状部を有する構成とするとともに、この略テーパ状部のテーパ面を凹面状としている。
【００１５】
このように、上記小径ピストンの略テーパ状部を凹面状とすることによっても、上記下方室の容積を拡大させて、上記ノズル制御室の高圧燃料が上記下流室へ流出する際の急激な圧力上昇を抑制する同様の効果が得られる。また、上記小径ピストンの軸方向長を短くできるので、インジェクタ体格を小型にできる。
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項５記載のインジェクタは、上記ノズル部と、上記背圧制御部と、上記駆動部とを具備する同様の構成において、上記小径ピストンの下半部が位置する上記制御弁の下流室から外部の上記低圧源へ至るリーク通路を複数設けている。
【００１７】
上記構成によれば、複数の上記リーク通路が容積として利用できるために、上記下流室の容積が実質的に拡大する。これにより、上記ノズル制御室の高圧燃料が上記下流室へ流出する際の、急激な圧力上昇が抑制され、リーク燃料の圧力ピークを下げて、上記小径ピストンに上向きに作用する力を低減することができる。よって、噴射安定性を向上し、必要な駆動エネルギーを小さくして、小型で低コストかつ高性能なインジェクタが得られる。
【００１８】
上記課題を解決するために、請求項６記載のインジェクタは、上記ノズル部と、上記背圧制御部と、上記駆動部とを具備する同様の構成において、上記下流室に上記小径ピストンの下半部を配置し、上記制御弁の開弁時に上記下流室を経て上記低圧源へ流出するリーク燃料の圧力を受ける、上記小径ピストンの受圧部の少なくとも一部を可動部材で構成している。
【００１９】
上記構成において、上記制御弁が開弁すると、上記ノズル制御室の高圧燃料が、上記下流室を経て上記低圧源へ流出する。この時、リーク燃料の圧力が上記小径ピストンを押し上げる方向に作用するが、可動とした上記小径ピストン受圧部の一部が動圧を受けて上方に移動するために、リーク圧力がかかる面積が実質的に低減し、上記小径ピストンに作用する上向きの力を低減できる。よって、噴射安定性を向上し、必要な駆動エネルギーを小さくして、小型で低コストかつ高性能なインジェクタが得られる。
【００２０】
請求項７記載のインジェクタは、上記制御弁を、上記ノズル制御室と上記低圧源または高圧源との間の連通・遮断を切り換える３方弁とする。
【００２１】
上記制御弁が３方弁を有する場合には、上記制御弁が低圧源への通路を開放し高圧源への通路を閉鎖するまでの間、上記制御弁がいずれにも着座しない浮いた状態となり、上記高圧源からも上記制御弁下流室へ高圧燃料が流出する。このため、上記制御弁下流室の圧力が上昇しやすくなるので、本発明を適用する効果が大きい。
【００２２】
請求項８記載の発明では、上記アクチュエータをピエゾアクチュエータとする。応答性の良好なピエゾアクチュエータを用いることで、本発明の効果をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の第１実施形態を説明する。図１は本発明のインジェクタ１の全体構成図で、ここでは、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、ディーゼルエンジンの各気筒に対応して設けられ、高圧源である共通のコモンレール (図略）から燃料の供給を受けるようになっている。コモンレールには燃料タンクの燃料が高圧サプライポンプにより圧送されて噴射圧力に相当する所定の高圧で蓄えられる。
【００２４】
インジェクタ１は、ノズルニードル３を有する下端部のノズル部１０１が、図略の燃焼室内に突出するように取り付けられる。インジェクタ１の中間部は制御弁としてのバルブ４を有する背圧制御部１０２、上端部はピエゾアクチュエータとしてのピエゾスタック７を有する駆動部１０３を構成している。インジェクタ１はハウジング２を有し、ハウジング２内には上記各部１０１〜１０３を構成する各部品が収納されるとともに、コモンレールに連通する燃料供給路としての高圧通路１１、低圧源である燃料タンクに連通するリーク通路１２等の通路が形成される。
【００２５】
ノズル部１０１は、ハウジング２の下端部内に形成した縦穴２１に、段付きのノズルニードル３を摺動自在に保持しており、ノズルニードル３の下半小径部の外周には環状の油溜まり室３２が形成されている。油溜まり室３２は常時高圧通路１１と連通しコモンレールからの高圧燃料が供給されている。縦穴２１の下方には、これに連なってサック部３３が形成され、サック部３３形成壁を貫通して燃料噴射用の噴孔３４が形成される。
【００２６】
ノズルニードル３は下端位置にある時に、円錐形の先端部がサック部３３と縦穴２１の境界の段部をシート部３５としてこれに着座し、サック部３３を閉じて油溜まり室３２から噴孔３４への燃料供給を遮断する。ノズルニードル３が上昇してシート部３５から離座し、サック部３３を開くと燃料が噴射される。
【００２７】
ノズルニードル３の上端面および縦穴２１の壁面により画成される空間は、ノズル制御室としてのノズルニードル背圧室５としてある。ノズルニードル背圧室５は、サブオリフィス５２を介して高圧通路１１と常時連通しており、また、メインオリフィス５１およびバルブ室４１を介して高圧通路１１から制御油としての燃料が導入されて、ノズルニードル３の背圧を発生している。この背圧はノズルニードル３に下向きに作用して、ノズルニードル背圧室５内に収納されたスプリング５３とともにノズルニードル３を着座方向に付勢する。一方、油溜まり室３２の高圧燃料がノズルニードル３の段差面および円錐状の先端面に上向きに作用しノズルニードル３を離座方向に付勢している。
【００２８】
背圧制御部１０２は、バルブ室４１内に配設される３方弁構造のバルブ４を有し、ノズルニードル背圧室５はメインオリフィス５１を介して常時、このバルブ室４１と連通している。バルブ室４１は天井面の中央部に開口する低圧ポート４２を有し、該低圧ポート４２は詳細を後述する下流室としての小径ピストン下室６を介してリーク通路１２と連通している。また、バルブ室４１は底面の中央部に開口する高圧ポート４３を介して高圧通路１１と連通している。
【００２９】
バルブ４は上下動可能なピストン状で、バルブ室４１内に配設される大径の弁部４ａと、高圧ポート４３に続く縦穴内を摺動するバルブ摺動部４ｂを有している。弁部４ａとバルブ摺動部４ｂをつなぐ細径部は高圧ポート４３内に位置し、その周囲の空間からバルブ室４１へ高圧燃料が流入するようになっている。バルブ４の上昇時には、弁部４ａの上面が低圧ポート４２に続くバルブ上シート４ｃに着座し、バルブ室４１と小径ピストン下室６、リ−ク通路１２の間を遮断する。これにより、ノズルニードル背圧室５がメインオリフィス５１、バルブ室４１を介して高圧通路１１と連通し、ノズルニードル３の背圧が上昇してノズルニードル３を下降、着座させる。
【００３０】
バルブ４の下降時には、弁部４ａの下部テーパ面が高圧ポート４３外周部のバルブ下シート４ｄに着座し、バルブ室４１を高圧ポート４３と遮断する。これにより、ノズルニードル背圧室５がオリフィス５１、バルブ室４１、小径ピストン下室６を介してリーク通路１２と連通し、ノズルニードル３の背圧が低下してノズルニードル３が離座する。
【００３１】
ここで、バルブ上シート４ｃのシート径と、バルブ下シート４ｄのシート径と、バルブ摺動部４ｂの摺動径を略同径とすれば、バルブ４が低圧ポート４２を閉鎖した状態において、バルブ室４１内の高圧燃料が弁部４ａを上向きに付勢する力とバルブ摺動部４ｂを下向きに付勢する力とがほぼ釣り合い、燃料噴射時に弁部４ａを押し下げてバルブ上シート４ｃから離座させるために必要な駆動力を小さくできる。好ましくは、バルブ上シート４ｃ、バルブ下シート４ｄのシート径を、バルブ摺動部４ｂの摺動径よりも僅かに大きくする。また、バルブ４のバルブ摺動部４ｂ下方の空間には、バルブスプリング４４が収容されてバルブ４を上方に付勢している。
【００３２】
背圧制御部１０２は、バルブ４が駆動部１０３により押圧駆動されることで、作動状態が切り換わるようになっている。駆動部１０３は、ピエゾアクチュエータとしてのピエゾスタック７を有し、その下方に配設したシリンダ７１内に、大径ピストン７２および小径ピストン７４が同軸的かつ摺動自在に配設されている。大径ピストン７２と小径ピストン７４の間の空間は、変位拡大室７３としてあり、小径ピストン７４は小径ピストンスプリング７５の付勢力でバルブ４に当接している。これら各部材にて変位拡大ユニットが構成され、その周囲にリーク通路１２が形成されている。
【００３３】
ピエゾスタック７はＰＺＴ等の圧電セラミック層と電極層とが交互に積層してコンデンサ構造を有する一般的なもので、積層方向すなわち上下方向を伸縮方向としている。ピエゾスタック７の充放電は駆動回路１３によって制御され、駆動回路１３には、制御回路１４から燃料噴射時期および噴射量に応じた指令信号が出力される。大径ピストン７２はスプリング７６によってピエゾスタック７に密接しており、ピエゾスタック７の伸縮に伴い一体に上下動する。大径ピストン７２と小径ピストン７４の間には、燃料が充填されて変位拡大室７３を形成し、ピエゾスタック７が伸長して大径ピストン７２を押圧すると、その押圧力が変位拡大室７３の燃料を介して小径ピストン７４に伝えられる。ここで、小径ピストン７４は、大径ピストン７２よりも小径としてあるので、ピエゾスタック７の伸長量が拡大されて小径ピストン７４の上下方向の変位に変換される。
【００３４】
小径ピストン７４は、上半部がシリンダ７１内を摺動し、下半部は低圧ポート４２下流の小径ピストン下室６内に位置している。該下半部の外周には、鍔状部７４ａが形成され、該鍔状部７４ａと小径ピストン下室６頂壁との間に小径ピストンスプリング７５が配設されて、小径ピストン７４を下方に付勢しており、小径ピストン７４のピン状の先端部がバルブ室４１内のバルブ４上端面に当接している。小径ピストンスプリング７５は、噴射直前に小径ピストン７４先端部がバルブ４から離れていると毎回の噴射が不安定になるため、噴射前には常にバルブ４に当接させる目的で設置されたものである。
【００３５】
小径ピストン７４の鍔状部７４ａより下方の部位は、先端部へ向けて縮径するテーパ状部７４ｂとなっており、このテーパ状部４ｂは、軸方向長がテーパ大径部の径寸法と同等あるいは同等以上の寸法となるように構成される。なお、従来のテーパ状部は、インジェクタの小型化、および低圧ポート４２下流から小径ピストン下室６に至る通路が構成されればよいとの考えから、軸方向長がテーパ大径部の径寸法より短く設定されていた。これにより、小径ピストン下室６の容積を十分大きくし、小径ピストン下室６からリーク通路１２へリークするリーク燃料の急昇圧を抑制する圧力減衰室として機能させることができる。
【００３６】
次に、上記構成のインジェクタ１の作動を図２により説明する。ピエゾスタック７が縮小している時、バルブ４は、バルブ室４１内の燃料圧力やスプリング力により上方に付勢されて、バルブ上シート４ｃに着座し低圧ポート４２を閉鎖している。ノズルニードル背圧室５はリーク通路１２との間が遮断されて高圧となっており、ノズルニードル３が着座して噴射はなされない。噴射時には、ピエゾスタック７に電荷を供給することで、ピエゾスタック７が伸長し、これに接触する大径ピストン７２を押し下げて変位拡大室７３の圧力を上昇させる。この圧力で小径ピストン７４が下方に変位し、バルブ４を押し下げてバルブ上シート４ｃから離座させ、さらに下方変位させてバルブ下シート４ｄに着座させる。これにより、高圧ポート４３が閉鎖され、ノズルニードル背圧室５がメインオリフィス５１、バルブ室４１、小径ピストン下室６を介してリーク通路１２に連通するために、ノズルニードル背圧室５の圧力が低下し、ノズルニードル３が離座して燃料噴射が開始される。
【００３７】
噴射停止時には、ピエゾスタック７を放電により収縮させると、大径ピストン７２がピエゾスタック７と一体に上方へ変位するために、変位拡大室７３の圧力が降下する。これにより、小径ピストン７４によるバルブ４の押し下げ力が解除され、バルブ４がバルブ下シート４ｄから離座して、再びバルブ上シート４ｃに着座する。低圧ポート４２が閉鎖されると、ノズルニードル背圧室５の圧力が、メインオリフィス５１およびサブオリフィス５２を介して高圧通路１１から導入される高圧燃料によって上昇し、ノズルニードル３が着座して噴射が停止する。この時、バルブ下シート４ｄのシート径をバルブ摺動部４ｂの摺動径よりも若干大きくすると、高圧ポート４３の高圧力がバルブ４に上向きに作用するために、バルブ下シート４ｄからの離座が容易になる。
【００３８】
ここで、ピエゾスタック７で発生する駆動力は、変位拡大室７３の圧力上昇により、バルブ室４１内の燃料圧力やスプリング４４の上向き付勢力に抗してバルブ４をバルブ上シート４ｃから離座させ、さらに下方変位させてバルブ下シート４ｄに着座可能な駆動力となるように設定される。ところが、図２に示すように、バルブ４がバルブ上シート４ｃを離れてバルブ下シート４ｄに着座するまでの間は、バルブ４が両シートから浮いた状態となるために、ノズルニードル背圧室５からの高圧燃料に加えて、高圧ポート４３から導入された高圧燃料も低圧ポート４２から小径ピストン下室６を介してリーク通路１２に流出することになる。
【００３９】
このため、上述した図３に従来例として示すように、小径ピストン下室６圧が急昇圧する。そして、この圧力が小径ピストン７４の下面にかかり、小径ピストン７４が上向きに力を受けて押し上げられるために、ピエゾスタック７がそれに打ち勝ってバルブ４を駆動するには、大きな駆動エネルギが必要となってしまう。
【００４０】
これに対して、上記図１、２の構成では、小径ピストン７４の下端テーパ状部７４ｂを伸長し、小径ピストン下室６の容積を拡大している。すなわち、従来は単なる通路として構成していた低圧ポート４２下流の小径ピストン下室６を、リーク燃料の圧力ピークを低減するための容積として利用する。従って、図３に本発明として示すように、小径ピストン下室６圧が急激に上昇するのを抑制することができ、小径ピストン下室６圧の圧力ピークが下がるために、小径ピストン７４にかかる上向きの力が低減される。その結果、バルブ４の作動が安定して噴射安定性が増すばかりでなく、噴射を維持するために必要な駆動エネルギーが低減し、ピエゾスタックの容積を小さくできる。
【００４１】
具体的には、上記効果を得るために、小径ピストン下室６の容積を、従来の約１００ｍｍ3 に対し、拡大後は約１５０ｍｍ3 以上、つまり従来比で約１．５倍以上に設定するとよい。この約１．５倍以上の設定をなすには、このテーパ状部４ｂは、テーパ状部４ｂの上下端部径を成す大径寸法と小径寸法をそのままに、テーパ状部４ｂの軸方向寸法を延長させる。そして、テーパ状部４ｂの細長化（小径化）、およびこの細長化に伴う小径ピストン下室６の軸方向寸法の延長により、小径ピストン下室６の空間容積の拡大を行う。このような、テーパ状部４ｂの軸方向寸法の延長は、インジェクタ１の径を大径化させずに小径ピストン下室の空間容積を拡大化できる。図２に示すテーパ状部４ｂは、大径寸法５ｍｍに対し、軸方向寸法を６ｍｍとした例を示す。従来の小径ピストン下室を圧力減衰室として機能させる前のテーパ状部は、大径寸法５ｍｍに対し、軸方向寸法を３ｍｍとしていた。
【００４２】
図４は、小径ピストン下室６の容積拡大による効果を示すもので、室容積が大きくなるほど、小径ピストン７４にかかる上向きの力が低減することがわかる。具体的には、１５０ｍｍ3 以上であれば、従来（例えば１００ｍｍ3 ）に比し、十分な圧力減衰効果が得られる。ただし、室容積が２００ｍｍ3 を超えると圧力減衰効果はほぼ飽和し、むしろインジェクタ体格が不要に大きくなる不利益が生じることから、好ましくは、小径ピストン下室６の室容積は、１５０ｍｍ3 以上２００ｍｍ3 以下の範囲に設定されるのがよい。
【００４３】
なお、テーパ状部４ａの伸長により、インジェクタ１が長尺化するが、ピエゾ駆動力を省力化できることによるスタック枚数減（軸方向寸法の短縮）で、軸方向寸法は相殺ないし短縮できる。よって、インジェクタ１としての体格を大きくすることなく、噴射制御性を向上させる。また、スタック枚数減によるコスト低減効果が得られる。
【００４４】
図５に、本発明の第２の実施形態を示す。小径ピストン下室６の容積を拡大する他の手段として、図５のように、小径ピストン７４の下端テーパ状部７４ｂを凹面状とすることもできる。このようにしても、小径ピストン７４周りの容積が拡大することにより、小径ピストン下室６が圧力減衰室として機能し、リーク燃料の圧力ピークを低減する。よって、噴射安定性が向上し、コストを低減する同様の効果が得られる。なお、本実施形態の基本構成は、上記第１の実施形態と同様であり、図示を省略する。
【００４５】
図６（ａ）、（ｂ）に、本発明の第３の実施形態を示す。本実施の形態では、小径ピストン下室６の容積を拡大する代わりに、小径ピストン７４外周の鍔状部７４ａを可動部材で構成し、小径ピストン７４に対して図の上下方向に相対移動可能とする。小径ピストン７４は、鍔状部７４ａ下方の外周面を外方へ僅かに突出させて係止部７４ｃとし、鍔状部７４ａの下方への移動を規制している。なお、本実施形態の基本構成は、上記第１の実施形態と同様であり、図示を省略する。
【００４６】
図６（ａ）に示す状態から、ピエゾスタック７を伸長させ、小径ピストン７４がバルブ４を押し下げると、図６（ｂ）のように、メインオリフィス５１および高圧ポート４３からの高圧燃料が流出する。この時、従来の構成では、小径ピストン下室６にリーク圧がかかった時に、その動圧成分が小径ピストン７４の鍔状部７４ａにかかり、小径ピストン７４に上向きの力を生じるが、上記構成においては、鍔状部７４ａが小径ピストン７４と別体の可動部材で構成されるために、動圧がかかっても、鍔状部７４ａが上方へ移動することで、これを吸収することができる。このように、小径ピストン７４の受圧部を可動として、リーク圧力がかかる面積を低減し、小径ピストン７４にかかる上向きの力を小さくすることができる。よって、小径ピストン７４に必要な駆動エネルギーを低減し、噴射安定性を向上するとともに、コストを低減する同様の効果が得られる。
【００４７】
図７、８に、本発明の第４の実施形態を示す。本実施の形態では、燃料のリーク通路を複数設けることで、圧力ピークを低下させる。具体的には、図示するように、変位拡大ユニットのシリンダ７１周囲に構成される燃料リーク通路１２ａに加えて、その側方に図の上下方向に複数の細孔からなる燃料リーク通路１２ｂを設ける。これら燃料リーク通路１２ａおよび複数の燃料リーク通路１２ｂの上端部は、ハウジング２側壁に開口する燃料リーク取出し口１５に、下端部は小径ピストン下室６している。ここで、図８のように、複数の燃料リーク通路１２ｂは、ハウジング２の中心軸に対し軸対称に配設することが望ましい。これは、製作工程において熱処理した際の熱歪みを抑制するためで、肉厚に差があると歪みが発生しやすいという事実に基づくものである。変位拡大ユニットのシリンダ７１は、ハウジング２に対し偏芯して設けられる。
【００４８】
上記構成によれば、複数の燃料リーク通路１２ｂを容積として利用でき、バルブ４下流の容積が実質的に拡大する。従って、上記第１、第２の実施形態と同様、小径ピストン下室６の圧力ピークを低減することができるので、噴射安定性が向上し、コストを低減する同様の効果が得られる。
【００４９】
以上のように、本発明によれば、バルブ４下流の小径ピストン下室６を圧力減衰室として構成し、またはリーク通路１２を複数設けることによって、小径ピストン下室６の圧力ピークを下げ、あるいは、小径ピストン７４の受圧部を可動式として受圧面積を低減することで、小径ピストン７４に作用する上向きの力を抑制できる。その結果、噴射安定性を確保しつつ、駆動に必要なエネルギを低減してピエゾスタック７を小型化し、さらにはインジェクタ１全体を小型化してコストを低減することが可能である。
【００５０】
なお、本実施形態では、バルブ４を三方弁構造としたが、高圧通路１１に連通するノズルニードル背圧室５とリーク通路１２との間を連通状態と遮断状態とに切り換える二方弁構造としたインジェクタにも適用し得る。また、バルブ４形状や、その他の構成を変更することももちろんできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態のインジェクタの全体断面図である。
【図２】第１の実施形態のインジェクタの部分拡大断面図である。
【図３】本発明の効果を従来例と比較して示す図でバルブ開弁時の小径ピストン下室の圧力変化を示す図である。
【図４】本発明の効果を従来例と比較して示す図で小径ピストン下室の室容積とピストン押し上げピーク力の関係を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態のインジェクタの部分拡大断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態のインジェクタの部分拡大断面図で、（ａ）はピエゾスタックの非駆動時で、バルブがバルブ上シートに着座している状態を示す図での状態を示す図、（ｂ）はピエゾスタックの駆動時で、バルブがバルブ上シートにもバルブ下シートにも着座していない状態を示す図である。
【図７】本発明の第４の実施形態のインジェクタの部分拡大断面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】従来のインジェクタの全体断面図である。
【図１０】従来のインジェクタの部分拡大断面図で、（ａ）はバルブがバルブ上シートに着座している状態を示す図、（ｂ）はバルブがバルブ上シートにもバルブ下シートにも着座していない状態を示す図、（ｃ）はバルブがバルブ下シートに着座している状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  インジェクタ
１０１  ノズル部
１０２  背圧制御部
１０３  駆動部
１１  高圧通路（燃料供給路）
１２  リーク通路
３  ノズルニードル
３４  噴孔
４  バルブ（制御弁）
４ａ  弁部
４ｂ  バルブ摺動部
４ｃ  バルブ上シート
４ｄ  バルブ下シート
４１  弁室
４２  低圧ポート
４３  高圧ポート
５  ノズルニードル背圧室（ノズル制御室）
５１  メインオリフィス
５２  サブオリフィス
６  小径ピストン下室（圧力減衰室）
７  ピエゾスタック（アクチュエータ）
７１  シリンダ
７２  大径ピストン
７３  変位拡大室
７４  小径ピストン
７４ａ  鍔状部（可動部材）
７５  小径ピストンスプリング
【図１】
2004353658.tif 000003
【図２】
2004353658.tif 000004
【図３】
2004353658.tif 000005
【図４】
2004353658.tif 000006
【図５】
2004353658.tif 000007
【図６】
2004353658.tif 000008
【図７】
2004353658.tif 000009
【図８】
2004353658.tif 000010
【図９】
2004353658.tif 000011
【図１０】
2004353658.tif 000012