(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射用の噴孔を開閉するノズルニードルの背面側に設けられ、高圧源に連通してノズルニードルの背圧を発生するノズル背圧室と、
該ノズル背圧室と低圧源の間の連通・遮断を切替える第１の制御弁と、
該第１の制御弁を駆動する第２の制御弁と、を有するインジェクタにおいて、
上記第１の制御弁が、上記ノズル背圧室と低圧源の間に設けた第１背圧室に配置される弁部と、該弁部と一体に移動可能に設けられたサーボピストンを備え、該サーボピストンの一方の端面側に高圧源に連通する容積室を、他方の端面側に上記駆動手段にて圧力制御される第２背圧室を形成した油圧サーボ弁であり、
上記第２の制御弁が、アクチュエータにより駆動されて上記第２背圧室と上記低圧源との連通・遮断を切替える開閉弁であり、
上記第１背圧室の対向する壁面に、低圧源に連通する低圧シートと高圧源に連通する高圧シートをそれぞれ設け、上記油圧サーボ弁を、上記開閉弁の駆動に伴い上記弁部が上記低圧シートおよび上記高圧シートのいずれか一方に着座して、上記ノズル背圧室を低圧源または高圧源に選択的に接続させる３方弁とし、
上記サーボピストンは、上記弁部が配置される上記第１背圧室と同軸上に位置するシリンダ内に摺動自在に配置され、上記シリンダの上記弁部側の端部に上記容積室を、他端側に上記第２背圧室を設けて、上記第２背圧室の油圧力と上記容積室の油圧力を反対方向に作用させるとともに、
上記低圧シートを上記第１背圧室の上記サーボピストンと反対側の壁面に設けて、上記弁部が上記低圧シートに着座する時に、上記容積室の油圧力を上記第１背圧室の油圧力と同一方向に作用させることを特徴とするインジェクタ。
【請求項２】
燃料噴射用の噴孔を開閉するノズルニードルの背面側に設けられ、高圧源に連通してノズルニードルの背圧を発生するノズル背圧室と、
該ノズル背圧室と低圧源の間の連通・遮断を切替える第１の制御弁と、
該第１の制御弁を駆動する第２の制御弁と、を有するインジェクタにおいて、
上記第１の制御弁が、上記ノズル背圧室と低圧源の間に設けた第１背圧室に配置される弁部と、該弁部と一体に移動可能に設けられたサーボピストンを備え、該サーボピストンの一方の端面側に高圧源に連通する容積室を、他方の端面側に上記駆動手段にて圧力制御される第２背圧室を形成した油圧サーボ弁であり、
上記第２の制御弁が、アクチュエータにより駆動されて上記第２背圧室と上記低圧源との連通・遮断を切替える開閉弁であり、
上記第１背圧室の壁面に低圧源に連通する低圧シートを設け、上記油圧サーボ弁を、上記開閉弁の駆動に伴い上記弁部が上記低圧シートを開閉する２方弁とし、
上記サーボピストンは、上記弁部が配置される上記第１背圧室と同軸上に位置するシリンダ内に摺動自在に配置され、上記シリンダの上記弁部側の端部に上記容積室を、他端側に上記第２背圧室を設けて、上記第２背圧室の油圧力と上記容積室の油圧力を反対方向に作用させるとともに、
上記低圧シートを上記第１背圧室の上記サーボピストンと反対側の壁面に設けて、上記弁部が上記低圧シートに着座する時に、上記容積室の油圧力を上記第１背圧室の油圧力と同一方向に作用させることを特徴とするインジェクタ。
【請求項３】
上記第２背圧室は、上記開閉弁に至る通路とオリフィスを介して連通するとともに、他のオリフィスを介して高圧源と連通する請求項１または２記載のインジェクタ。
【請求項４】
上記アクチュエータが、上記開閉弁と一体に変位するアーマチャを吸引駆動するソレノイドである請求項１ないし３いずれか記載のインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインジェクタに関し、特に燃料の噴射と停止とを切替えるノズルニードルの制御構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン用のコモンレール式燃料噴射装置に用いられるインジェクタは、ノズルニードルの背面側にノズル背圧室を設け、制御弁にてノズル背圧室と低圧源の間の連通・遮断を切替えることで、ノズルニードルを昇降させて、噴射時期や噴射量を高度に制御している。また、制御弁に油圧サーボ弁を用い、サーボ弁に作用する油圧力を、ソレノイド等のアクチュエータと開閉弁を用いた他の制御弁により制御する２バルブ式のインジェクタが、特許文献１に提案されている。
【特許文献１】特開２００６−２５７８７４号公報
【０００３】
特許文献１のインジェクタの主要部を図１３（ａ）に示す。図中、ノズル背圧室１０１の圧力を低圧源に開放するための開放通路１０２へ至る通路の途中には、第１背圧室１０３が形成され、油圧サーボ弁を構成するサーボピストン１０４の弁部が配置されている。サーボピストン１０４の弁部は、第１背圧室１０３の上下面に対向して設けた高圧源側シート１０６または低圧源側シート１０５のいずれかに着座して、第１背圧室１０３に連通するノズル背圧室１０１の圧力を増減するようになっている。サーボピストン１０４には、弁部と反対側の端部に接して第２背圧室１０７が形成され、低圧源側シート１０５を閉鎖する方向に油圧力を作用させている。
【０００４】
第２背圧室１０７の圧力は、ソレノイド１０８を駆動源とする開閉弁にて制御される。開閉弁は、低圧源に連通するポート１０９を開閉する弁体１１０を有し、ソレノイド１０８が弁体１１０と一体的に設けられたアーマチャ１１１を吸引すると、スプリング力に抗して弁体１１０がリフトする。これに伴い、第２背圧室１０７の圧力が低下して、サーボピストン１０４が高圧源側シート１０６を閉鎖する位置に移動し、ノズル背圧室１０１を低圧源側シート１０５に連通させる。ノズル背圧室１０１の圧力が開弁圧以下となると、ノズルニードルがリフトを開始して燃料が噴射される。
【０００５】
この構成では、サーボピストン１０４の駆動力が油圧によって得られ、弁部のリフト量をソレノイド１０８の駆動力に依存することなく十分な大きさに設定することができるので、アクチュエータを小型化することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように、従来構成では、油圧サーボ弁に印加される圧力は、サーボピストン１０４の弁部が配置される第１背圧室１０３の油圧力と、開閉弁により制御される第２背圧室１０７の油圧力とがある。このうち第２背圧室１０７の油圧は、サーボピストン１０４が低圧源側シート１０５を閉鎖する方向に作用し（閉弁力）、第１背圧室１０３の油圧はこれを阻害する方向に作用する（阻害力）。すなわち、閉弁力（Ｆｃ）と阻害力（Ｆｉ）が１対１でつりあい、このつりあいが崩れる（Ｆｃ＞Ｆｉ）ことで、サーボ弁の閉弁が開始する。
【０００７】
ところで、阻害力（Ｆｉ）となる第１背圧室１０３の油圧力は、ノズル背圧室１０１に連通し、ほぼ同じ圧力挙動を示す。ところが、ノズル背圧室１０１は、ノズルニードルの開弁およびその後のリフト挙動に応じて圧力が大きく変動するため、阻害力（Ｆｉ）が、この圧力変動の影響を受けて時間変動する。このため、油圧サーボ弁を閉制御する際、閉弁力（Ｆｃ）とのつりあい点が時間に応じて変化することになり、サーボピストン１０４の動作が不安定になりやすい。その結果、指令パルスに対する噴射量の制御性（直線応答性）が悪化し、エンジン気筒間のトルクばらつきやエミッションばらつきを生じるおそれがあった。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みなされたもので、アクチュエータを用いた開閉弁と油圧サーボ弁を備える構成において、開閉弁により第２背圧室の圧力を制御することで、ノズル背圧変動の影響を受けることなく、安定して、油圧サーボ弁の閉制御を可能とすること、その結果として、指令パルスに対する噴射量の制御性（直線応答性）を向上させ、エンジン気筒間のトルクばらつきやエミッションばらつきを低減することのできる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】
【０００９】
本発明では、燃料噴射用の噴孔を開閉するノズルニードルの背面側に設けられ、高圧源に連通してノズルニードルの背圧を発生するノズル背圧室と、
該ノズル背圧室と低圧源の間の連通・遮断を切替える第１の制御弁と、
該第１の制御弁を駆動する第２の制御弁と、を有するインジェクタにおいて、
上記第１の制御弁を、上記ノズル背圧室と低圧源の間に設けた第１背圧室に配置される弁部と、該弁部と一体に移動可能に設けられたサーボピストンを備え、該サーボピストンの一方の端面側に高圧源に連通する容積室を、他方の端面側に上記駆動手段にて圧力制御される第２背圧室を形成した油圧サーボ弁とする。
また、上記第２の制御弁は、アクチュエータにより駆動されて上記第２背圧室と上記低圧源との連通・遮断を切替える開閉弁であり、
上記油圧サーボ弁には、上記開閉弁により制御される上記第２背圧室の油圧力と、上記第１背圧室の油圧力および上記容積室の油圧力が作用し、かつ上記第１背圧室の油圧力と同一方向に、上記第２背圧室と上記容積室のうちいずれか一方の油圧力を作用させた構成とする。
該制御弁を駆動する駆動手段と、を有するインジェクタにおいて、
上記制御弁が、上記ノズル背圧室と低圧源の間に設けた第１背圧室に配置される弁部と、該弁部と一体に移動可能に設けられたサーボピストンを備え、該サーボピストンの一方の端面側に高圧源に連通する容積室を、他方の端面側に上記駆動手段にて圧力制御される第２背圧室を形成してなり、
上記駆動手段が、アクチュエータにより駆動されて上記第２背圧室と上記低圧源との連通・遮断を切替える開閉弁を備える。
上記サーボピストンと弁部は、この開閉弁により制御される上記第２背圧室の油圧力と、上記第１背圧室および上記容積室の油圧力との差圧で変位し、かつ上記第１背圧室の油圧力が作用する方向を、上記第２背圧室および上記容積室のいずれか一方の油圧力が作用する方向と一致させている。
【００１０】
上記構成において、開閉弁が開閉して第２背圧室の圧力を増減するのに伴い、油圧サーボ弁が第１背圧室、第２背圧室および容積室の油圧力の差圧で変位し、第１背圧室に配置される弁部がノズル背圧室と低圧源の間を連通または遮断する位置に切替えられる。ここで、ノズル背圧室に連通する第１背圧室の油圧力は、ノズルニードルのリフトに応じて変動し、弁部が低圧源を閉鎖する際の阻害力となるが、本発明では、阻害力と同一方向に、別の作用力として第２背圧室または容積室の油圧力を作用させるので、圧力変動の影響を緩和できる。したがって、油圧サーボ弁の動作を安定させ、指令パルスに対する噴射量の制御性を向上させて、エンジン気筒間のトルクばらつきやエミッションばらつきを低減することができる。
【００１３】
請求項１記載の発明では、上記第１背圧室の対向する壁面に、低圧源に連通する低圧シートと高圧源に連通する高圧シートをそれぞれ設け、上記油圧サーボ弁を、上記開閉弁の駆動に伴い上記弁部が上記低圧シートおよび上記高圧シートのいずれか一方に着座して、上記ノズル背圧室を低圧源または高圧源に選択的に接続させる３方弁とする。
上記サーボピストンは、上記弁部が配置される上記第１背圧室と同軸上に位置するシリンダ内に摺動自在に配置され、上記シリンダの上記弁部側の端部に上記容積室を、他端側に上記第２背圧室を設けて、上記第２背圧室の油圧力と上記容積室の油圧力を反対方向に作用させるとともに、
上記低圧シートを上記第１背圧室の上記サーボピストンと反対側の壁面に設けて、上記弁部が上記低圧シートに着座する時に、上記容積室の油圧力を上記第１背圧室の油圧力と同一方向に作用させる。
【００１４】
具体的には、油圧サーボ弁を３方弁構造とし、第１背圧室に配置した弁部が位置切替えすることでノズル背圧室を高圧源または低圧源と連通させて、ノズルニードルの背圧を容易に制御することができる。そして、サーボピストンと弁部を同軸上に一体的に設け、弁部に阻害力として作用する第１背圧室の油圧力と、安定した圧力の容積室の油圧力が同一方向となるように配置する。このようにすると、第１背圧室の圧力変動の影響を小さくして、制御性を向上させる上記効果が得られる。
【００１５】
請求項２記載の発明では、上記第１背圧室の壁面に低圧源に連通する低圧シートを設け、上記油圧サーボ弁を、上記開閉弁の駆動に伴い上記弁部が上記低圧シートを開閉する２方弁とする。
上記サーボピストンは、上記弁部が配置される上記第１背圧室と同軸上に位置するシリンダ内に摺動自在に配置され、上記シリンダの上記弁部側の端部に上記容積室を、他端側に上記第２背圧室を設けて、上記第２背圧室の油圧力と上記容積室の油圧力を反対方向に作用させるとともに、
上記低圧シートを上記第１背圧室の上記サーボピストンと反対側の壁面に設けて、上記弁部が上記低圧シートに着座する時に、上記容積室の油圧力を上記第１背圧室の油圧力と同一方向に作用させる。
【００１６】
具体的には、油圧サーボ弁を２方弁構造とし、第１背圧室に配置した弁部が低圧源を開閉することで、ノズル背圧室と低圧源の連通・遮断を切替え、ノズルニードルの背圧を制御することもできる。そして、サーボピストンと弁部を同軸上に一体的に設け、弁部に阻害力として作用する第１背圧室の油圧力と、安定した圧力の容積室の油圧力が同一方向となるように配置する。このようにすると、第１背圧室の圧力変動の影響を小さくして、制御性を向上させる上記効果が得られる。
【００１７】
請求項３記載の発明では、上記第２背圧室は、上記開閉弁に至る通路とオリフィスを介
して連通するとともに、他のオリフィスを介して高圧源と連通する構成とする。
【００１８】
具体的には、第２背圧室を高圧源および低圧源とオリフィスによって連通させ、低圧源
側を開閉することで、容易に圧力制御することができる。開閉弁を開くと第２背圧室が低
圧源に連通して圧力低下し、２つのオリフィスによる流入量と流出量のバランスする圧力
で一定となる。開閉弁を閉じると高圧源からの流入のみとなり圧力上昇して安定する。
【００２１】
請求項４記載の発明では、上記アクチュエータが、上記開閉弁と一体に変位するアーマ
チャを吸引駆動するソレノイドとする。
【００２２】
具体的には、アクチュエータとしてソレノイドを用い、アーマチャとともに開閉弁を駆動して、低圧源への通路を開閉する構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１形態）
以下、本発明に基づくインジェクタについて図面により説明する。
図１は、本発明の参考例である第１形態におけるインジェクタの全体概略構成を示すブロック図、図２は、その具体的構成を示す主要部拡大図である。本発明のインジェクタは、例えば、コモンレール式の燃料噴射システムを備えたディーゼルエンジンに好適に使用される。コモンレールシステムにおいて、インジェクタは、エンジンの各気筒に１対１に対応して設けられ、ＥＣＵによる制御で、所定の期間にコモンレールが供給する燃料を噴射し、所望の運転状態を維持する。
【００２４】
図１において、インジェクタは、燃料噴射用の噴孔１１を開閉するノズルニードル１を有し、その背面側に、高圧源２（コモンレール）から供給される燃料の圧力でノズルニードル１の背圧を発生するノズル背圧室１２を設けている。ノズル背圧室１２は、高圧源２に接続する一方で低圧源３（燃料タンク）と接続され、第１の制御弁となる３方弁構造の油圧サーボ弁４を介して、これらの間の連通・遮断を切替えるようになっている。油圧サーボ弁４は、第２の制御弁となる電磁２方弁５によって駆動される。高圧源２の燃料は、高圧ライン２１からノズルニードル１の下半細径部周りに形成される燃料溜まり１３を経由して、噴孔１１に供給される。
【００２５】
油圧サーボ弁４は、切替位置によりノズル背圧室１２を高圧源２および低圧源３のいずれかと連通させる弁部４１と、該弁部４１と一体に移動可能なサーボピストン４２を備える。サーボピストン４２は、一方の端面側（弁部４１と反対側）に高圧ライン２１と常時連通する容積室８を、他方の端面側（弁部４１側）に第２背圧室７を有している。第２背圧室７は、第１オリフィス３２を介して低圧ライン３１と、第２オリフィス２２を介して高圧ライン２１と接続し、第１オリフィス３２下流に設けた電磁２方弁５により、低圧源３との連通・遮断を切替えて、圧力を制御する。なお、油圧サーボ弁４と低圧源３との間には、第３オリフィス３３が形成される。
【００２６】
図２に、第１形態におけるインジェクタの油圧サーボ弁４および電磁２方弁５の具体的構成例を示す。
インジェクタは、ノズルボディＢ１、ディスタンスピースＢ２、第１のバルブボディＢ３、第２のバルブボディＢ４、ソレノイドボディＢ５、およびリテーニングナットＢ６により、略丸棒状の全体形状を有する基体が構成される。ノズルボディＢ１、ディスタンスピースＢ２、第１のバルブボディＢ３、第２のバルブボディＢ４、ソレノイドボディＢ５は対向端面で当接し、リテーニングナットＢ６により互いに結合している。基体を構成する各ボディ部材には、内部に種々の凹所や孔が形成されて、これに構成部材が収容されるとともに、燃料の流路が形成される。
【００２７】
ノズルボディＢ１には、基体の軸方向に形成した縦孔に、ノズルニードル１が収容されている。ノズルニードル１は、その上端部がシリンダ１４内に摺動自在に保持されて、ノズルニードル１上端面とシリンダ１４内壁面およびディスタンスピースＢ２下端面とでノズル背圧室１２を画成している。ノズルニードル１外周の空間は、燃料溜まり１３となり、図示を略すノズルボディＢ１先端部の噴孔に燃料を供給する。ノズルニードル１は、外周に配置されるノズルスプリング１５により、噴孔を閉鎖する着座方向に付勢されている。
【００２８】
ディスタンスピースＢ２、第１のバルブボディＢ３、第２のバルブボディＢ４、ソレノイドボディＢ５を貫通して、高圧燃料通路２３が形成され、その下端は燃料溜まり１３に接続している。高圧燃料通路２３は、図１の高圧源２に連通し高圧ライン２１の一部をなすもので、ノズルニードル１が離座すると高圧燃料が噴孔から噴射される。
【００２９】
ノズル背圧室１２は、ディスタンスピースＢ２に貫設したオリフィス通路１６にて、第１のバルブボディＢ３に設けた第１背圧室６と、常時連通している。油圧サーボ弁４は、第１背圧室６に弁部４１を収容して、流路切替えを行う。第１背圧室６は、下面中央部にディスタンスピースＢ２を貫通して燃料溜まり１３に連通する高圧ポート６１が開口し、開口の周縁部を下シート（高圧シート）６２としている。一方、高圧ポート６１に対向する上面中央部には低圧ポート６３が開口し、開口の周縁部に上シート（低圧シート）６４を形成する。低圧ポート６３は、第３オリフィス３３および図１の低圧ライン３１の一部をなす低圧通路３４を介して、図１の低圧源３に連通している。
【００３０】
油圧サーボ弁４の弁部４１は略茸状で、上部円錐面が上シート６４に着座すると、高圧ポート６１が開放されてノズル背圧室１２を高圧源２に連通させ、円柱状の下部底面が下シート６２に着座すると、低圧ポート６３が開放されてノズル背圧室１２を低圧源３に連通させる。円柱状の下部周囲にはバルブスプリング４３が配置されて、弁部４１の上部テーパ面が上シート６４に着座する方向に付勢している。
【００３１】
油圧サーボ弁４のサーボピストン４２は、第２のバルブボディＢ４に設けたシリンダ４４内に、大径ピストン部４５を摺動可能に収容し、その下面から突出する軸部４６が、第１のバルブボディＢ３の低圧ポート６３内に延びて、弁部４１の頂面に連結している。これにより弁部４１とサーボピストン４２は一体的に移動可能である。第２のバルブボディＢ４には、サーボピストン４２の上端面側に、通路２４にて高圧燃料通路２３と常時連通する容積室８を形成し、下端面側に第２背圧室７が形成される。第２背圧室７は、第１オリフィス３２を介して電磁２方弁５へ至る通路３５に連通し、第２オリフィス２２を介して高圧燃料通路２３と常時連通する。第２背圧室７内には、スプリング４７が配設されて、大径ピストン部４５を容積室８側へ付勢している。
【００３２】
電磁２方弁５は、ソレノイドボディＢ５に、アクチュエータとなるソレノイド５１により駆動されるアーマチャ５３および開閉弁５２を収容してなる。開閉弁５２は、ソレノイド５１に対向するアーマチャ５３と一体の軸状部とその下端部に保持される弁体を有し、弁体の平坦な下端面が、通路３４に連通し第２のバルブボディＢ４の上端面中央に開口する低圧ポート３６に対向位置している。低圧ポート３６の周囲には、開閉弁５２が着座する低圧シート３７が設けられ、さらにその周囲をリング状に凹陥させて、低圧源３に連通する低圧通路３１が形成される。開閉弁５２は、円筒状のソレノイド５１内空間に収容したスプリング５４にて、低圧ポート３６を閉鎖する方向に付勢される。ソレノイド５１がアーマチャ５３を吸引すると、これと一体の開閉弁５２が引き上げられて、低圧ポート３６を開放する。
【００３３】
上記構成のインジェクタの作動と各背圧室の挙動を、図３、４を参照しながら説明する。
図１、２は、電磁２方弁５の非通電時の状態を示しており、開閉弁５２は低圧シート３７に着座して低圧ポート３６を閉鎖する位置にある。第２背圧室７と低圧源３との間は遮断され、第２背圧室７は、第２オリフィス２２および高圧燃料通路２３を介して高圧源２から供給される高圧燃料により、高圧となっている。この時、第２背圧室７の油圧力とスプリングと４７の付勢力が、サーボピストン４２の大径ピストン部４５の一方の面に、高圧源２に連通する容積室８の油圧力が大径ピストン部４５の他方の面に作用し、第１背圧室６の油圧力とバルブスプリング４３の付勢力が、弁部４１に作用している。第１背圧室６の油圧力は第２背圧室７の油圧力と同一方向に作用し、容積室８の油圧力はこれらと反対方向に作用しており、これら作用力のつりあいで、油圧サーボ弁４は、弁部４１が上シート６４に着座して低圧通路３４に至る低圧ポート６３を閉鎖する位置に保持される。
【００３４】
これを図３に状態（Ａ）として示す。この状態では、弁部４１が上シート６４に着座し、下シート６２から離座して高圧ポート６１を開放するために、第１背圧室６は、燃料溜まり１３および高圧燃料通路２３を介して高圧源２と接続し、高圧となっている。第１背圧室６とオリフィス通路１６を介して連通するノズル背圧室１２も高圧となっており、図中に模式図で示すように、ノズル背圧室１２の油圧力とノズルスプリング１３の付勢力が閉弁方向に作用して、ノズルニードル１をノズルシート１７に着座させる。
【００３５】
この状態から、電磁２方弁５のソレノイド５１に通電すると、アーマチャ５３が吸引されて開閉弁５２が低圧シート３７から離座し、低圧ポート３６を開放する。図４に示すように、第２背圧室７は、第１オリフィス３２を介して低圧源３に至る低圧系と連通し、通路３５、低圧ポート３６、低圧通路３４を経て、第２背圧室７から燃料が流出するのに伴い、圧力が徐々に低下する。第２背圧室７の圧力が所定の圧力（図中点線）まで低下すると、油圧サーボ弁４に作用する容積室８の油圧力と、第１背圧室６および第２背圧室７の油圧力とのつりあいが崩れ、弁部４１は上シート６４から離座して低圧ポート６３を開放する。
【００３６】
その後も、第２背圧室７の圧力は低下を続ける。第２背圧室７は、上流の高圧系と第２オリフィス２２を介して接続され、下流の低圧系と第１オリフィス３２を介して接続されており、それぞれ第２背圧室７との圧力差と絞り径で定まる流量の出入りがバランスする圧力で一定となる。その一定となる圧力が、第２背圧室圧の安定圧（一定圧）よりも低くなるように、絞り径が設計されている。なお、油圧サーボ弁４のリフト時にサーボピストン４２が第２背圧室７内の燃料を押し込み、圧力が一瞬上昇するが（図中の囲み部分）、油圧サーボ弁４のリフト量・質量がノズルニードル１に比べて非常に小さいことから、ほとんど無視できる。
【００３７】
一方、図３に状態（Ｂ）として示すように、油圧サーボ弁４がリフトして、弁部４１が下シート６２に着座する位置に切替ると、低圧ポート６３が開放される。第１背圧室６は、第３オリフィス３３および低圧通路３４を介して低圧源３に接続し、燃料が流出するために、徐々に圧力低下する。第１背圧室６およびこれと連通するノズル背圧室１２の圧力が、ノズル開弁圧まで低下するとノズルニードル１がリフトを開始し、燃料が噴射される。
【００３８】
ところが、この時、図示するように第１背圧室６の圧力が変動する。この理由は、次のように説明される。まず、第１背圧室６とノズル背圧室１２は、管路で接続されており、ほぼ同じ圧力挙動を示す１つの部屋と考えられる。そしてノズルニードル１の開弁に伴い、ノズルニードル１を持上げる力が急激に上昇し、ノズルニードル１が上昇する。その慣性力とノズル背圧室１２および第１背圧室６内の燃料の弾性（体積弾性係数）の影響で、ノズル背圧室１２および第１背圧室６内の圧力は、変動（振動）することになる。時間経過に伴い、低圧系への流出量とニードル上昇による燃料押し込み量とがバランスすることで、変動（振動）は収まる。その時点で、圧力が一定値となる。
【００３９】
従来構成では、この圧力変動の影響で、状態（Ｂ）から再び状態（Ａ）に切替え、噴射を停止する時につりあい点が変化して不安定となるが、本形態の構成では、容積室８を設けて補助力として作用させることで、圧力変動の影響を極力小さくすることができる。これについて、以下に説明する。
【００４０】
図５（ａ）は、図１３（ｂ）、（ｃ）に示した従来の油圧サーボ弁に作用する力を示したもので、低圧源側シート１０５の閉弁力となる第２背圧室１０７の油圧力（図中下向きの矢印）に対して、阻害力となる第１背圧室１０３の圧力（図中上向きの矢印）が１対１でのつりあいで成立する。このため、圧力変動により力のバランス点が変化しやすく、油圧サーボ弁の閉弁開始が変動する。例えば、図６のＡ点挙動として示すように、第１背圧室１０３の圧力が大きく低下したところで、第２背圧室１０７の圧力とバランスすると、所望特性よりも早い時点で、油圧サーボ弁の弁部が低圧源側シート１０５に着座する閉位置へ移動し始める。このために、ノズルニードルが早期に下降を開始し、所望特性よりも噴射量が少なくなる。
【００４１】
逆に、図７のＢ点挙動として示すように、第１背圧室１０３の圧力が再上昇したところで、第２背圧室１０７の圧力とバランスすると、所望特性よりも遅い時点で、油圧サーボ弁の弁部が低圧源側シート１０５に着座する閉位置へ移動し始める。このために、ノズルニードルの下降開始が遅れ、所望特性よりも噴射量が多くなる。
【００４２】
これに対して、本形態では、図５（ｂ）のように、低圧源３に至る上シート６４の閉弁力となる第２背圧室７の油圧力が、阻害力となる第１背圧室６の圧力と同一方向に作用し（図中上向きの矢印）、これらと反対方向に、安定した圧力源である高圧源３に連通する容積室８からの油圧力が、補助力として作用している（図中下向きの矢印）。このように、阻害力と同一方向に別の作用力を作用させ、３つの作用力のつりあいで油圧サーボ弁４を駆動することで、阻害力の変動の影響を緩和できる。すなわち、図示するように、閉弁力＋阻害力の和は、圧力の時間変動が小さくなっており、油圧サーボ弁４の閉弁開始点となる、補助力との力のバランス点が変動しにくくなる。
【００４３】
したがって、閉弁時期の変動が抑制されるので、図６、図７に示した所望特性が得られ、指令パルスに応じた噴射量の制御性増加の直線性が保持できる。その結果、エンジン気筒間のトルクばらつきやエミッションばらつきを防止して、燃料噴射性能を向上させることができる。
【００４４】
（第２実施形態）
図８、９に本発明の第２実施形態になるインジェクタを示す。本実施形態は、第１形態の構成において、制御弁となる油圧サーボ弁４の一部を別の構成に変えたもので、第１形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付している。以下、第１形態との相違点を中心に説明する。
【００４５】
図８において、インジェクタは、ノズル背圧室１２と低圧源３との間の連通・遮断を切替える油圧サーボ弁４を、電磁２方弁５によって駆動し、ノズルニードル１のリフトを制御する。本実施形態では、油圧サーボ弁４の弁部４１が、ノズル背圧室１２を高圧源２または低圧源３と連通させる２位置３方弁であり、サーボピストン４２は、弁部４１側に高圧ライン２１と常時連通する容積室８を、弁部４１と反対側に第２背圧室７を有する構成となっている。第２背圧室７が、第１オリフィス３２を介して低圧ライン３１と、第２オリフィス２２を介して高圧ライン２１と接続し、第１オリフィス３２下流に設けた電磁２方弁５により、圧力制御される構成は、第１形態と同様である。
【００４６】
図９は、第２実施形態におけるインジェクタの油圧サーボ弁４の具体的構成例を示す図である。インジェクタは、ノズルボディＢ１、ディスタンスピースＢ２、第１のバルブボディＢ３、第２のバルブボディＢ４およびソレノイドボディＢ５を、リテーニングナットＢ６により互いに結合し、ノズルニードル１等の構成部材を収容してなる。ノズルボディＢ１に設けられたノズル背圧室１２は、ディスタンスピースＢ２を貫通するオリフィス通路１６にて、第１のバルブボディＢ３に設けられた第１背圧室６と、常時連通している。
【００４７】
油圧サーボ弁４は、第１背圧室６に収容される弁部４１と、第２のバルブボディＢ４に設けたシリンダ４４内に大径ピストン部４５が収容されるサーボピストン４２を有している。第１背圧室６は、下面中央部に低圧ポート６３が開口し、開口の周縁部に下シート（低圧シート）６６を形成する。ディスタンスピースＢ２には、低圧ポート６３に続く第３オリフィス３３が形成され、低圧通路３４を介して図１の低圧源３に連通している。一方、低圧ポート６３に対向する上面中央部には、高圧ポート６１が開口し、開口の周縁部にテーパ状の上シート（高圧シート）６５が設けられる。高圧ポート６１は、通路２５を介して高圧燃料通路２３に連通している。
【００４８】
油圧サーボ弁４の弁部４１は、上下端部にテーパ面を有するブロック状で、上端テーパ面が上シート６７に、底面が下シート６６に対向している。サーボピストン４２は、大径ピストン部４５の下面から突出する軸部４６が、高圧ポート６１内に延びて、弁部４１の頂面に連結し一体的に移動する。サーボピストン４２が下降すると、弁部４１が低圧側の下シート６６に着座して、ノズル背圧室１２と低圧ポート６３との連通を遮断し、高圧ポート６１に連通させる。サーボピストン４２が上昇すると、弁部４１が高圧側の上シート６５に着座して高圧ポート６１を閉鎖し、ノズル背圧室１２と低圧ポート６３とを連通させる。
【００４９】
本実施形態においては、サーボピストン４２の上端面側に第２背圧室７が形成され下端面側に、通路２５にて高圧燃料通路２３と常時連通する容積室８が形成される。第２背圧室７は、第２のバルブボディＢ４の上端面に開口する低圧ポート３６と、第１オリフィス３２を介して連通する一方、第２オリフィス２２を介して高圧燃料通路２３と常時連通している。第２背圧室７内には、スプリング４７が配設されて、大径ピストン部４５を容積室８側へ付勢している。低圧ポート３６を開閉する電磁２方弁５は、第１形態と同様の構成である。
【００５０】
上記構成のインジェクタの基本作動は、第１形態とほぼ同様であり、電磁２方弁５により第２背圧室７の圧力を増減して、油圧サーボ弁４のシート位置を切替え、燃料噴射を制御する。電磁２方弁５に通電しない図示の状態において、開閉弁５２は低圧シート３７に着座して低圧ポート３６を閉鎖し、第２背圧室７と低圧源３との間は遮断される。第２背圧室７は、第２オリフィス２２を介して高圧燃料通路２３から供給される燃料により、高圧となっている。この油圧力とスプリング４７の付勢力が、サーボピストン４２の一端側（弁部４１と反対側）に作用し、サーボピストン４２の他端側（弁部４１側）には、容積室８の圧力が作用している。また、第１背圧室６の圧力が弁部４１に作用し、これらのつりあいで、弁部４１を下シート６６の着座位置に保持して低圧ポート６３を閉鎖している。この時、容積室８および第１背圧室６は、高圧ポート６１を介して高圧燃料通路２３と連通し、いずれも高圧となっている。
【００５１】
電磁２方弁５のソレノイド５１に通電すると、開閉弁５２が低圧シート３７から離座し、低圧ポート３６を開放する。第２背圧室７が、低圧ポート３６および第１オリフィス３２を介して低圧源３に連通し、圧力が低下するために、油圧サーボ弁４に作用する力のつりあいが崩れる。そして、弁部４１が下シート６６から離座し低圧ポート６３を開放し、次いで上シート６５に着座して高圧ポート６１を閉鎖する。
【００５２】
すなわち、本実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、油圧サーボ弁４に対し、低圧ポート６３を閉鎖する方向に第２背圧室７の油圧力が作用し（閉弁力：図中下向きの矢印）、これと反対方向に、容積室８の油圧力（補助力）と第１背圧室６の油圧力（阻害力）が作用する（図中上向きの矢印）。この場合も、安定した圧力源である高圧源３に連通する容積室８からの油圧力（補助力）が、圧力変動しやすい第１背圧室６の油圧力（阻害力）と同一方向に作用しているので、図１０（ａ）に示す従来構成に比べて、阻害力の変動の影響を緩和する効果が得られる。よって、阻害力＋補助力の和と、閉弁力との力のバランス点が変動しにくく、油圧サーボ弁４の閉弁開始点の制御が安定するので、噴射制御性が向上する。
【００５３】
（第３実施形態）
図１１、１２に本発明の第３実施形態になるインジェクタを示す。本実施形態は、第２実施形態の構成において、制御弁となる油圧サーボ弁４を２方弁として構成したもので、第１形態、２実施形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付している。以下、第２実施形態との相違点を中心に説明する。
【００５４】
図１１において、インジェクタは、油圧サーボ弁４を電磁２方弁５によって駆動し、ノズルニードル１のリフトを制御する。本実施形態では、油圧サーボ弁４の弁部４１が、ノズル背圧室１２と低圧源３との間の連通・遮断を切替える２位置２方弁であり、ノズル背圧室１２は第４オリフィス２６を介して高圧源２に至る高圧ライン２１と接続している。サーボピストン４２は、弁部４１側に高圧ライン２１と常時連通する容積室８を、弁部４１と反対側に第２背圧室７を有する構成とする。第２背圧室７が、第１オリフィス３２を介して低圧ライン３１と、第２オリフィス２２を介して高圧ライン２１と接続し、第１オリフィス３２下流に設けた電磁２方弁５により、圧力制御される構成は、第１、２実施形態と同様である。
【００５５】
図１２は、第３実施形態におけるインジェクタの油圧サーボ弁４の具体的構成例を示す図である。油圧サーボ弁４は、第１背圧室６に収容される弁部４１と、第２のバルブボディＢ４に設けたシリンダ４４内に収容される大径のサーボピストン４２を有している。第１背圧室６は、下面中央部に低圧ポート６３が開口し、開口の周縁部に下シート（低圧シート）６６を形成する。ディスタンスピースＢ２には、低圧ポート６３に続く第３オリフィス３３が形成され、低圧通路３４を介して図１の低圧源３に連通している。一方、第１背圧室６の側面には、高圧燃料通路２３に連通する第４オリフィス２６が開口して、高圧源２と常時連通している。
【００５６】
油圧サーボ弁４の弁部４１は円柱状で、その上端が第２のバルブボディＢ４のシリンダ４４内に延出してサーボピストン４２の下面に直接連結し、一体的に移動可能となっている。サーボピストン４２が下降すると、弁部４１が低圧側の下シート６６に着座して、ノズル背圧室１２と低圧ポート６３との連通を遮断する。サーボピストン４２が上昇すると、弁部４１が下シート６６を開放し、ノズル背圧室１２と低圧ポート６３とを連通させる。
【００５７】
本実施形態では、第２実施形態と同様に、サーボピストン４２の上端面側に第２背圧室７が形成され下端面側に、通路２５にて高圧燃料通路２３と常時連通する容積室８が形成される。第２背圧室７は、第２のバルブボディＢ４の上端面に開口する低圧ポート３６と第１オリフィス３２を介して連通し、第２オリフィス２２を介して高圧燃料通路２３と常時連通する。第２背圧室７内には、スプリング４７が配設されて、大径ピストン部４５を容積室８側へ付勢している。
【００５８】
本実施形態においても、図１０（ｂ）に示すように、油圧サーボ弁４に対し、低圧ポート６３を閉鎖する方向に第２背圧室７の油圧力が作用し（閉弁力）、これと反対方向に、容積室８の油圧力（補助力）と第１背圧室６の油圧力（阻害力）が作用する（図中上向きの矢印）する。よって、阻害力の変動の影響を緩和する効果が得られ、閉弁力との力のバランス点が変動しにくくなるので、油圧サーボ弁４の閉制御が安定し、噴射制御性が向上する。
【００５９】
以上のように、本発明によれば、油圧サーボ弁４に作用する力のうち、ノズル背圧室の圧力変動による影響を受けやすい方向の作用力を、２つの圧力室から供給することにより、一方が圧力変動した場合でも油圧サーボ弁４の動作を安定させることができる。したがって、指令パルスに対する噴射量の制御性（直線応答性）が向上し、ばらつきを低減して高性能なインジェクタが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の参考例である第１形態になるインジェクタのブロック図である。
【図２】第１形態のインジェクタの主要部の断面図である。
【図３】第１背圧室圧の挙動を説明するためのインジェクタ要部の模式図とタイミングチャートである。
【図４】第２背圧室圧の挙動を説明するためのインジェクタ要部の模式図とタイミングチャートである。
【図５】（ａ）は従来のインジェクタに作用する力を説明するための模式図と油圧力の変化を示す図であり、（ｂ）は第１形態のインジェクタに作用する力を説明するための模式図と油圧力の変化を示す図である。
【図６】第１背圧室圧の変動による噴射量のばらつきを所望特性と比較して示す図である。
【図７】第１背圧室圧の変動による噴射量のばらつきを所望特性と比較して示す図である。制御油としての燃料の流れを示す前記インジェクタと比較する従来のインジェクタの代表例の概略図である。
【図８】本発明の第２実施形態になるインジェクタのブロック図である。
【図９】第２実施形態のインジェクタの主要部の断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態になるインジェクタの作動を説明する図である。
【図１１】本発明の第３実施形態になるインジェクタのブロック図である。
【図１２】第３実施形態になるインジェクタの主要部の断面図である。
【図１３】（ａ）は従来のインジェクタの要部断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図であり、（ｃ）は従来のインジェクタの挙動を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１  ノズルニードル
１１ 噴孔
１２  ノズル背圧室
１３  燃料溜まり
１４  シリンダ
１５  ノズルスプリング
２  高圧源
２１  高圧ライン
２２  第１オリフィス
２３  高圧燃料通路
２４〜２６  通路
３  低圧源
３１  低圧ライン
３２  第２オリフィス
３３  第３オリフィス
３４  低圧通路
３５  通路
４  油圧サーボ弁（制御弁）
４１  弁部
４２  サーボピストン
４３  バルブスプリング
４４  シリンダ
４５  大径ピストン部
４７  スプリング
５  電磁２方弁
５１  ソレノイド
５２  開閉弁
５３  アーマチャ
５４  スプリング
６  第１背圧室
６１  低圧ポート
６２  上シート（低圧シート）
６３  高圧ポート
６４  下シート（高圧シート）
６５  スプリング
７  第２背圧室
８  容積室
【図１】
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【図２】
0004674603.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004674603.tif 000008
【図９】
0004674603.tif 000009
【図１０】
0004674603.tif 000010
【図１１】
0004674603.tif 000011
【図１２】
0004674603.tif 000012
【図１３】
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【図５】
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