(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔からの噴射流体の噴射を断続するニードルと、
前記噴孔へ前記噴射流体を供給する噴射流体供給部と、
通電による変位を、前記ニードルと反対の端部側から変位拡大室に充填された前記噴射流体と異なる作動流体を経由して前記ニードルへ伝達し、前記ニードルを駆動する駆動部と、
前記変位拡大室へ供給される前記作動流体が封入されている作動流体供給部と、
前記噴射流体と前記作動流体との混合を規制するために、前記噴射流体供給部と前記作動流体供給部との間を仕切っている仕切部材と、
前記噴射流体供給部から前記噴射流体の圧力を受ける噴射流体受圧面、および前記作動流体供給部から前記作動流体の圧力を受ける作動流体受圧面を有し、前記噴射流体と前記作動流体との圧力差によって移動して、前記噴射流体と前記作動流体との圧力差を調整するピストン部材と、
を備えることを特徴とするインジェクタ。
【請求項２】
前記噴射流体受圧面および前記作動流体受圧面は同一の面積を有し、
前記ピストン部材は、前記噴射流体および前記作動流体の圧力を同一に調整することを特徴とする請求項１記載のインジェクタ。
【請求項３】
前記噴射流体受圧面は、前記作動流体受圧面よりも小さな面積を有し、
前記ピストン部材は、前記噴射流体と前記作動流体との間に、前記噴射流体受圧面および前記作動流体受圧面の面積差に応じた圧力差を形成することを特徴とする請求項１記載のインジェクタ。
【請求項４】
前記噴射流体は、気体であることを特徴とする請求項１、２または３記載のインジェクタ。
【請求項５】
前記気体は、水素であることを特徴とする請求項４記載のインジェクタ。
【請求項６】
前記噴射流体供給部および前記作動流体供給部を有し、前記ニードルを軸方向へ往復移動可能に収容するとともに、前記ニードルの前記噴孔とは反対の端部側に前記仕切部材および前記駆動部が設けられているハウジングをさらに備え、
前ピストン部材は、
前記ハウジングと一体に設けられている筒状の収容室に収容され、
前記ハウジングとの間において、前記噴射流体供給部側に前記噴射流体受圧面が面し前記噴射流体供給部から前記噴射流体が供給される噴射流体室を形成し、前記作動流体供給部側に前記作動流体受圧面が面し前記作動流体供給部から前記作動流体が供給される作動流体室を形成し、前記噴射流体室の前記噴射流体と前記作動流体室の前記作動流体との圧力差によって前記収容室を移動することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項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、燃料を噴射するインジェクタに関し、特に駆動力を伝達するための作動流体と異なる噴射流体を噴射するインジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、駆動力を伝達するための作動流体と異なる噴射流体を噴射するインジェクタが公知である。例えば特許文献１では、作動油の油圧によって駆動されるニードルによって、気体の噴射流体の噴射を断続している。このように、作動流体と噴射流体とは、例えば気体と液体あるいは、液体であっても作動油と燃料とのように、異なる特性を有している。このように、特性の異なる作動流体および噴射流体を用いるインジェクタの場合、作動流体と噴射流体との混合を防止する必要がある。
【０００３】
しかしながら、作動流体と噴射流体との間に混合を防止するための仕切部材を設ける場合、仕切部材は作動流体と噴射流体との圧力差によって力を受ける。そのため、仕切部材は、作動流体または噴射流体の圧力が変化するたびに、一方から他方へ力を受けて変形する。仕切部材は、変形を繰り返すことにより、強度が低下するという問題がある。一方、強度を維持するために仕切部材の板厚を増加すると、ニードルを駆動する際に板厚の大きな仕切部材もあわせて駆動する必要がある。その結果、駆動部の大型化および駆動部の消費電力の増大を招くという問題がある。
【特許文献１】実開昭６３−４３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動部の大型化および消費電力の増大を招くことなく、仕切部材の変形が低減され耐久性が向上するインジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１、４または５記載の発明では、ピストン部材を備えている。ピストン部材は、噴射流体受圧面で受ける噴射流体の圧力と作動流体受圧面で受ける作動流体の圧力との差によって移動する。すなわち、ピストン部材は、噴射流体供給部における噴射流体から受ける力と作動流体供給部における作動流体から受ける力とが均衡する位置へ移動し、噴射流体と作動流体との圧力を調整する。これにより、噴射流体供給部と作動流体供給部との間を仕切っている仕切部材に加わる力の変化は小さくなる。したがって、仕切部材の変形を低減することができ、仕切部材の耐久性を向上させることができる。また、仕切部材の変形が低減することにより、仕切部材の板厚は低減される。したがって、駆動部の駆動力を増大する必要がなく、駆動部の大型化および消費電力の増大を抑制することができる。
【０００６】
請求項２記載の発明では、ピストン部材は、同一の面積の噴射流体受圧面および作動流体受圧面を有している。そのため、ピストン部材は、噴射流体の圧力と作動流体の圧力とが同一になる位置へ移動する。噴射流体の圧力と作動流体の圧力とが同一になることにより、一方の流体が他方の流体へ漏れ出しにくい。したがって、仕切部材の変形を低減することができるとともに、噴射流体と作動流体との混合を低減することができる。
【０００７】
請求項３記載の発明では、ピストン部材は、作動流体受圧面よりも小さな面積の噴射流体受圧面を有している。これにより、ピストン部材は、作動流体によりも噴射流体の圧力が高くなる位置で均衡する。すなわち、噴射流体の圧力は、作動流体の圧力よりも高く維持される。そのため、ニードルは、噴射流体によって閉弁方向または開弁方向のいずれかへ力を受けている。例えば駆動部からニードルに力を加えたとき、ニードルが噴孔を開口し、噴孔から噴射燃料が噴射される場合、噴射流体の圧力を作動流体より高めることによって、ニードルには噴孔を閉鎖する方向の力が常に加わっている。そのため、ニードルが噴孔を開口した後、駆動部からニードルへの駆動力を遮断すると、ニードルは噴射流体の力によって噴孔を閉鎖する位置へ復帰する。その結果、ニードルを噴孔を閉鎖する位置へ復帰させるための構成は不要となる。したがって、部品点数の低減および構造の簡略化を図ることができる。
請求項６記載の発明では、ピストン部材は噴射流体供給部および作動流体供給部を有するハウジング部材と一体の収容室に設けられている。これにより、噴射流体と作動流体との圧力差を調整するピストン部材は、ハウジングに収容される。したがって、大型化および構造の複雑化を招くことなく、噴射流体および作動流体の圧力を調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明によるインジェクタの複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるインジェクタを適用した燃料噴射システムを図２に示す。図２に示すように、燃料噴射システム１００は、インジェクタ１０、燃料ボンベ１１、サージタンク１２、配管部１３および逆止弁部１４を備える。燃料ボンベ１１は、例えば水素やＣＮＧ（圧縮天然ガス）などの燃料となる噴射流体を気体状態で貯えている。配管部１３は、燃料ボンベ１１とインジェクタ１０との間を接続している。サージタンク１２は、配管部１３の途中に設けられている。サージタンク１２は、燃料ボンベ１１から供給された噴射流体を燃料ボンベ１１に貯えられている噴射流体よりも低圧で保持する。配管部１３の途中に容量の大きなサージタンク１２を設けることにより、インジェクタ１０へ供給される噴射流体の圧力変動が低減される。サージタンク１２と配管部１３の燃料ボンベ１１側との間には、逆止弁部１４が設けられている。逆止弁部１４は、逆止弁通路１５および逆止弁１６を有している。逆止弁１６は、サージタンク１２の圧力が過大になると、開弁する。これにより、サージタンク１２の圧力が過大になると、サージタンク１２から燃料ボンベ１１側へ噴射流体が戻される。
【０００９】
インジェクタ１０は、図１に示すようにハウジング２０、ニードル３０、駆動部４０、駆動力伝達部５０、仕切部材としてのダイアフラム６０および圧力調整部７０を備えている。ハウジング２０は、ボディ２１、スペーサ２２、パイプ２３およびノズルボディ２４を有している。ボディ２１は、筒状に形成され、中心部に駆動部４０および駆動力伝達部５０を収容する収容孔部２１１を有している。収容孔部２１１は、ボディを軸方向に貫いている。ボディ２１は、収容孔部２１１の径方向において外側の一方に、燃料供給部２５を有している。燃料供給部２５は、配管部１３を経由して燃料である噴射流体が供給される。ボディ２１は、収容孔部２１１を挟んで燃料供給部２５と反対側に圧力調整部７０を有している。ボディ２１は、収容孔部２１１の径方向外側に噴射流体が流れる噴射流体孔部２１２および噴射流体孔部２１３を有している。噴射流体孔部２１２は、ボディ２１を軸方向貫いており、一方の端部が燃料供給部２５に接続している。噴射流体孔部２１３は、ボディ２１を軸方向へ貫いており、一方の端部が圧力調整部７０に接続している。
【００１０】
ボディ２１は、先端側すなわち軸方向において燃料供給部２５および圧力調整部７０と反対側がスペーサ２２に接している。スペーサ２２は、軸方向の一方の端部側がボディ２１に接し、他端側がダイアフラム６０に接している。ダイアフラム６０は、軸方向の一方の端部側がスペーサ２２に接し、他端側がパイプ２３に接している。すなわち、スペーサ２２およびダイアフラム６０は、ボディ２１とパイプ２３との間に挟み込まれている。パイプ２３は、スペーサ２２と反対側の端部にノズルボディ２４を保持している。ノズルボディ２４は、パイプ２３の端部に固定されている。これらスペーサ２２、ダイアフラム６０およびパイプ２３に固定されたノズルボディ２４は、リテーニングナット２６によってボディ２１に固定されている。これにより、ボディ２１、スペーサ２２、パイプ２３およびノズルボディ２４は、ダイアフラム６０を含む一体のハウジング２０を構成している。
【００１１】
スペーサ２２は、図３に示すように中心部を軸方向へ貫く孔部２２１を有している。孔部２２１は、ボディ２１の収容孔部２１１に接続している。また、スペーサ２２は、孔部２２１の径方向外側に軸方向へ貫く流体孔部２２２および流体孔部２２３を有している。流体孔部２２２は、ボディ２１が形成している噴射流体孔部２１２の燃料供給部２５と反対側の端部に接続している。流体孔部２２３は、ボディ２１が形成している噴射流体孔部２１３の圧力調整部７０と反対側の端部に接続している。パイプ２３は、中心部を軸方向へ貫く小径孔部２３１および大径孔部２３２を有している。小径孔部２３１および大径孔部２３２は、同軸上に設けられている。小径孔部２３１は、大径孔部２３２のスペーサ２２側の端部に接続している。また、パイプ２３は、小径孔部２３１の径方向外側に流体孔部２３３および流体孔部２３４を有している。流体孔部２３３は、一方の端部がスペーサ２２が形成する流体孔部２２２に接続し、他方の端部が大径孔部２３２の内側に接続している。また、流体孔部２３４は、一方の端部がスペーサ２２が形成する流体孔部２２３に接続し、他方の端部が大径孔部２３２の内側に接続している。
【００１２】
ノズルボディ２４は、図１に示すように中心部を軸方向へ貫くニードル孔２４１を有している。ニードル孔２４１は、内径がニードル３０の外径よりもやや大きい。そのため、ニードル孔２４１を形成するノズルボディ２４の内壁とニードル３０の外壁との間には、噴射流体通路２７が形成される。噴射流体通路２７は、パイプ２３側の端部がパイプ２３の大径孔部２３２に接続している。ノズルボディ２４は、先端すなわちニードル孔２４１の開口側の端部に噴孔２８を有している。また、ノズルボディ２４は、先端の外壁において噴孔２８の径方向外側にシート部２９を有している。
【００１３】
ニードル３０は、大部分が円柱状に形成され、先端部すなわちボディ２１とは反対側の端部にシール部３１を有している。ニードル３０のシール部３１がノズルボディ２４のシート部２９に接する、すなわちシール部３１がシート部２９に着座すると、ノズルボディ２４の先端の噴孔２８が閉塞される。一方、ニードル３０のシール部３１がノズルボディ２４のシート部２９から離れる、すなわちシール部３１がシート部２９から離座すると、ノズルボディ２４の先端の噴孔２８が開放される。ニードル３０は、図３に示すようにシール部３１とは反対側の端部に小径部３２を有している。小径部３２は、スペーサ２２の孔部２２１に位置している。小径部３２にはキャップ３３が取り付けられている。キャップ３３は、小径部３２に圧入されるとともに、溶接などによりニードル３０に固定されている。
【００１４】
ニードル３０とパイプ２３の大径孔部２３２との間には、図１に示すように噴射流体室３４が形成されている。噴射流体室３４は、ニードル３０の外壁、大径孔部２３２を形成するパイプ２３の内壁、およびパイプ２３に保持されているノズルボディ２４のボディ２１側の端面２４２との間に形成されている。噴射流体室３４は、ボディ２１側の端部が流体孔部２３３および流体孔部２３４に接続している。噴射流体室３４は、流体孔部２３３および流体孔部２３４と反対側の端部がノズルボディ２４とニードル３０との間に形成されている噴射流体通路２７に接続している。噴射流体室３４には、弾性部材３５が収容されている。本実施形態の場合、弾性部材３５は、断面が四角形の角ばねを用いている。弾性部材３５の一方の端部は、ノズルボディ２４のボディ２１側の端面２４２に接している。弾性部材３５の他方の端部は、ニードル３０に係止されている。弾性部材３５は、伸長方向の力を有している。これにより、弾性部材３５は、ニードル３０を常に閉弁方向すなわちシール部３１がシート部２９に着座する方向へ力を加えている。
【００１５】
駆動部４０は、例えばピエゾ素子などが積層された圧電素子４１を有している。圧電素子４１は、配線部４２および端子部４３を経由して外部の図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）に接続している。圧電素子４１は、この図示しないＥＣＵからの通電の断続によって伸縮する。駆動部４０の端子部４３は、ボディ２１の噴孔２８とは反対側の端部に設けられている。駆動力伝達部５０は、第一ピストン５１および第二ピストン５２を有している。第一ピストン５１は、一方の端部すなわち噴孔２８とは反対側の端部が駆動部４０の圧電素子４１に接続している。これにより、第一ピストン５１は、圧電素子４１の伸縮にしたがって軸方向へ往復移動する。第二ピストン５２は、第一ピストン５１側の端部が第一ピストン５１と隙間を形成しつつ対向している。第二ピストン５２は、図３に示すように第一ピストン５１と反対側の端部がキャップ３３を挟んでニードル３０に接している。
【００１６】
駆動力伝達部５０を構成する第一ピストン５１および第二ピストン５２は、図１に示すように筒状のガイド部材５３に摺動可能に収容されている。ガイド部材５３は、例えば圧入などによりボディ２１の収容孔部２１１に固定されている。ガイド部材５３は、ボディ２１とともにハウジング２０を構成している。上述のように第一ピストン５１と第二ピストン５２とは、所定の隙間を形成しつつ対向している。ガイド部材５３に収容された第一ピストン５１と第二ピストン５２との間に形成される隙間、すなわちガイド部材５３と第一ピストン５１と第二ピストン５２とに囲まれた空間は変位拡大室５４である。ボディ２１と収容孔部２１１に収容された駆動部４０および駆動力伝達部５０との間は、作動流体が封止されている。作動流体は、例えばシリコンオイルなどの噴射流体と種類の異なる液体の流体である。作動流体は、ボディ２１と駆動部４０および駆動力伝達部５０との間を潤滑するとともに、変位拡大室５４へ導入されている。作動流体は、ガイド部材５３と第一ピストン５１および第二ピストン５２との摺動部分を経由して変位拡大室５４へ流入する。これにより、駆動部４０によって駆動された第一ピストン５１の駆動力は、変位拡大室５４に貯えられている作動流体を経由して第二ピストン５２に伝達される。
【００１７】
第二ピストン５２の断面積は、第一ピストン５１の断面積よりも小さい。そのため、第一ピストン５１の変位が変位拡大室５４の作動流体を経由して第二ピストン５２へ伝わることにより、第二ピストン５２の変位量は第一ピストン５１よりも大きくなる。その結果、駆動部４０の伸長量に対する第二ピストン５２の移動量、すなわち第二ピストン５２によって押れるニードル３０の移動量は拡大される。また、スペーサ２２において、孔部２２１を形成するスペーサ２２の内径は、図３に示すようにキャップ３３の外径よりもわずかに大きい。そのため、スペーサ２２の孔部２２１の内側には、ボディ２１の収容孔部２１１から作動流体が流入する。第二ピストン５２とガイド部材５３との間には、例えばコイルばねなどの弾性部材５５が設けられている。弾性部材５５は、伸長方向の力を有している。これにより、第二ピストン５２は、ガイド部材５３から遠ざかる方向すなわちニードル３０側へ押し付けられている。
【００１８】
ダイアフラム６０は、図４に示すようにスペーサ２２とパイプ２３との間に挟み込まれている。ダイアフラム６０は、中心部に孔部６１を有している。ニードル３０の小径部３２は、孔部６１を貫いている。ダイアフラム６０は、孔部６１の径方向外側に流体孔部６２および流体孔部６３を有している。流体孔部６２は、スペーサ２２の流体孔部２２２とパイプ２３の流体孔部２３３とを接続している。流体孔部６３は、スペーサ２２の流体孔部２２３とパイプ２３の流体孔部２３４とを接続している。
【００１９】
図１および図５に示すように圧力調整部７０は、ピストン部材７１を有している。ピストン部材７１は、ボディ２１の収容室７２に軸方向へ往復移動可能に収容されている。収容室７２は、端部がプラグ７３によって密閉されている。収容室７２にピストン部材７１を収容することにより、収容室７２を形成するボディ２１とピストン部材７１との間には、噴射流体室７４および作動流体室７５が形成される。噴射流体室７４は、ボディ２１を貫く噴射流体孔部７６を経由して噴射流体孔部２１３に接続している。これにより、噴射流体室７４には、噴射流体が導入される。作動流体室７５は、ボディ２１を貫く作動流体孔部７７を経由して収容孔部２１１に接続している。これにより、作動流体室７５には、作動流体が導入される。ピストン部材７１は、図５に示すように噴射流体室７４側の端部に噴射流体受圧面７８を有し、作動流体室７５側の端部に作動流体受圧面７９を有している。第１実施形態の場合、噴射流体受圧面７８と作動流体受圧面７９とは同一の面積に設定されている。収容室７２を形成するボディ２１とピストン部材７１との間には、噴射流体室７４と作動流体室７５との間を密にシールするシール部材８１が設けられている。これにより、ピストン部材７１の移動を確保しつつ、噴射流体室７４と作動流体室７５との間の流体の流れが遮断されている。噴射流体室７４には、例えばコイルスばねなどの弾性部材８２が収容されている。また、作動流体室７５にも、例えばコイルばねなどの弾性部材８３が収容されている。これら弾性部材８２および弾性部材８３は、噴射流体および作動流体の圧力が加わっていないときに、ピストン部材７１を初期位置である収容室７２の中間部に位置させる。
【００２０】
燃料供給部２５と噴孔２８との間に設けられるボディ２１の噴射流体孔部７６、２１２、２１３、スペーサ２２の流体孔部２２２、２２３、ダイアフラム６０の流体孔部６２、６３、パイプ２３の小径孔部２３１、大径孔部２３２、流体孔部２３３、２３４および噴射流体室３４、ならびにノズルボディ２４の噴射流体通路２７は、特許請求の範囲の噴射流体供給部を構成している。また、変位拡大室５４に接続するボディ２１の収容孔部２１１および作動流体孔部７７、ならびにスペーサ２２の孔部２２１は、特許請求の範囲の作動流体供給部を構成している。作動流体は、プラグ７３によって密封された作動流体供給部を構成する収容孔部２１１、作動流体孔部７７および孔部２２１に封入されている。
【００２１】
ダイアフラム６０は、スペーサ２２とパイプ２３との間に挟み込まれることにより、スペーサ２２の孔部２２１とパイプ２３の小径孔部２３１との間を仕切っている。すなわち、ダイアフラム６０は、噴射流体供給部を構成するパイプ２３の小径孔部２３１と作動流体供給部を構成するスペーサ２２の孔部２２１との間を仕切っている。図４に示すように、スペーサ２２とダイアフラム６０との間には、スペーサ２２の孔部２２１から作動流体が流入する作動流体室９１が形成される。一方、パイプ２３とダイアフラム６０との間には、パイプ２３の小径孔部２３１から噴射流体が流入する噴射流体室９２が形成される。これにより、ダイアフラム６０は、噴射流体室９２に存在する噴射流体と作動流体室９１に存在する作動流体とから力を受ける。噴射流体室９２に面するダイアフラム６０の面積と作動流体室９１に面するダイアフラム６０の面積は、同一に設定されている。ニードル３０の小径部３２の外周側においてキャップ３３とダイアフラム６０との間には、伸縮可能なパッキン９３が設けられている。パッキン９３は、軸方向の一端がキャップ３３の下端すなわち噴孔２８側の端部に密着し、軸方向の他端がダイアフラム６０の上端すなわちキャップ３３側に密着し、内壁がニードル３０の小径部３２に密着している。これにより、パイプ２３の小径孔部２３１の噴射流体とスペーサ２２の孔部２２１の作動流体との混合は防止される。
【００２２】
次に、圧力調整部７０の作動およびこれによるダイアフラム６０の変形の低減について説明する。
圧力調整部７０のピストン部材７１は、上述のように噴射流体供給部に接続する噴射流体室７４と作動流体供給部に接続する作動流体室７５との間に設けられている。ピストン部材７１は、収容室７２を形成するボディ２１の内側を軸方向へ移動可能である。そのため、噴射流体室７４に噴射流体の圧力または作動流体室７５における作動流体の圧力が変化すると、ピストン部材７１は収容室７２の内部を移動する。ピストン部材７１が移動することにより、噴射流体室７４の噴射流体の圧力と作動流体室７５の作動流体の圧力とは均衡が図られる。例えば燃料である噴射流体の欠乏などにより噴射流体の圧力が低下すると、ピストン部材７１には噴射流体室７４側へ移動する力が加わる。ピストン部材７１は、噴射流体室７４に面する噴射流体受圧面７８と作動流体室７５に面する作動流体受圧面７９とが同一の面積を有している。そのため、噴射流体室７４における噴射流体の圧力が低下すると、ピストン部材７１が噴射流体室７４の噴射流体から受ける力よりも作動流体室７５の作動流体から受ける力が大きくなる。これにより、ピストン部材７１が噴射流体室７４側へ移動し、噴射流体室７４の容積は減少する。噴射流体室７４の容積が減少することにより、密閉された作動流体供給部に封入されている作動流体の圧力は低下する。その結果、噴射流体室７４に接続する噴射流体供給部における噴射流体の圧力と作動流体室７５に接続する作動流体供給部における作動流体の圧力とは、同一に維持される。
【００２３】
このように圧力調整部７０のピストン部材７１の移動によって噴射流体の圧力と作動流体の圧力との均衡が図られる。そのため、噴射流体室９２を形成するパイプ２３と作動流体室９１を形成するスペーサ２２との間に挟まれるダイアフラム６０は、噴射流体室９２に存在する噴射流体から受ける力と作動流体室９１に存在する作動流体から受ける力とが均衡する。これにより、ダイアフラム６０は、噴射流体と作動流体との圧力差によるスペーサ２２側またはパイプ２３側への変形が低減される。また、噴射流体または作動流体に生じる圧力の変化は、圧力調整部７０のピストン部材７１の移動によって低減される。そのため、例えば圧力脈動などによって噴射流体に圧力の変化が生じても、その変化はピストン部材７１の移動によって吸収される。その結果、噴射流体の圧力変化にともなうダイアフラム６０の振動は低減される。このように、ダイアフラム６０の変形および振動を低減することにより、ダイアフラム６０の強度および耐久性を確保するためにダイアフラム６０の板厚を増加させる必要がない。そのため、ニードル３０とともにダイアフラム６０を駆動するために駆動部４０に要求される駆動力は低減される。その結果、駆動部４０の大型化および消費電力の増大が抑制される。
【００２４】
次に、上記の構成によるインジェクタ１０の作動について簡単に説明する
駆動部４０に通電していないとき、駆動部４０の圧電素子４１の全長は最短となる。そのため、第一ピストン５１は圧電素子４１から力を受けない。これにより、変位拡大室５４を挟んで第一ピストン５１と対向する第二ピストン５２、および第二ピストン５２と接するニードル３０は、駆動部４０の圧電素子４１から力を受けない。その結果、ニードル３０は、弾性部材３５の押し付け力によって第二ピストン５２側に押し上げられており、シール部３１がシート部２９に着座している。したがって、駆動部４０に通電していないとき、噴孔２８から噴射流体は噴射されない。
【００２５】
駆動部４０に通電すると、駆動部４０の圧電素子４１は全長が拡大する。そのため、圧電素子４１は、第一ピストン５１を変位拡大室５４側へ駆動する。第一ピストン５１が変位拡大室５４側へ移動することにより、変位拡大室５４の作動流体は圧縮され、第一ピストン５１の移動が変位拡大室５４の作動流体を経由して第二ピストン５２に伝達される。このとき、変位拡大室５４に面する第一ピストン５１の断面積に比較して第二ピストン５２の断面積は小さいため、第一ピストン５１の移動量すなわち変位は拡大されて第二ピストン５２へ伝達される。第一ピストン５１の移動によって第二ピストン５２が移動すると、第二ピストン５２はニードル３０の端部に設けられているキャップ３３をノズルボディ２４側へ押し付ける。これにより、キャップ３３と一体のニードル３０は、弾性部材３５の押し付け力に抗してノズルボディ２４側すなわち図１の下方へ移動する。このとき、ニードル３０と一体のキャップ３３の移動によって、キャップ３３とダイアフラム６０との間に挟み込まれているパッキン９３は圧縮される。ニードル３０がノズルボディ２４側へ移動することにより、ニードル３０のシール部３１はノズルボディ２４のシート部２９から離座する。したがって、駆動部４０に通電すると、噴孔２８から噴射流体が噴射される。
【００２６】
再び駆動部４０への通電を停止すると、圧電素子４１の全長は減少する。そのため、第一ピストン５１を変位拡大室５４側へ押し付ける力が消滅し、第一ピストン５１は変位拡大室５４の作動流体から圧電素子４１側へ力を受ける。これにより、第一ピストン５１は、圧電素子４１の短縮とともに圧電素子４１側へ移動する。第一ピストン５１が圧電素子４１側へ移動することにより変位拡大室５４の作動流体の圧力も低下するため、第二ピストン５２およびニードル３０を押し付ける力も低下する。そのため、ニードル３０および第二ピストン５２は、弾性部材３５の押し付け力により再びボディ２１側すなわち図１の上方へ移動する。その結果、ニードル３０のシール部３１は、ノズルボディ２４のシート部２９に再び着座する。したがって、駆動部４０への通電を停止することにより、噴孔２８からの噴射流体の噴射が終了する。
【００２７】
以上のように、駆動部４０への通電を断続することにより、噴孔２８からの噴射流体の噴射も断続される。
以上説明した第１実施形態では、圧力調整部７０のピストン部材７１の移動によって噴射流体供給部における噴射流体の圧力と作動流体供給部における作動流体の圧力との均衡を図っている。そのため、噴射流体の圧力と作動流体の圧力とが同一に維持される。これにより、噴射流体供給部の噴射流体と作動流体供給部の作動流体との混合を防止するダイアフラム６０は噴射流体の圧力の変化にともなう変形が低減される。したがって、ダイアフラム６０を薄くしても強度および耐久性を確保することができる。また、ダイアフラム６０を薄くすることにより、駆動部４０に要求される駆動力が低減され、駆動部４０の体格および消費電力を低減することができる。
【００２８】
第１実施形態では、圧力調整部７０の噴射流体受圧面７８と作動流体受圧面７９とを同一の面積としているため、圧力調整部７０は噴射流体と作動流体とを同一の圧力に調整する。そのため、ニードル３０が噴射流体側から受ける力と作動流体側から受ける力とは均衡する。これにより、ニードル３０を駆動するための駆動部４０の駆動力および弾性部材３５の押し付け力がいずれも小さく設定される。したがって、駆動部４０および弾性部材３５の大型化を低減することができ、駆動時の応答性を高めることができる。
【００２９】
第１実施形態では、噴射流体として水素などの気体を用いている。スペーサ２２とパイプ２３との間にダイアフラム６０を挟み込むことにより、例えば水素などの気体の噴射流体とシリコンオイルなどの液体の作動流体との混合が防止される。これにより、作動流体に噴射流体の気泡が含まれることは防止される。したがって、気泡による作動流体の流動不良、および作動流体の流動不良にともなう駆動部および駆動力伝達部の動作不良を防止することができる。
【００３０】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるインジェクタの要部を図６に示す。
第２実施形態の場合、図６に示すように圧力調整部１７０は両端の断面積が異なるピストン部材１７１を備えている。ピストン部材１７１は、断面積が大きな大径部１８１および断面積が小さな小径部１８２を有している。また、ボディ２１が形成する収容室１７２は、ピストン部材１７１の外径に応じて大径部１８３および小径部１８４を有している。収容室１７２の小径部１８４側は、噴射流体孔部７６に接続し、ピストン部材１７１との間に噴射流体室１７４を形成している。また、収容室１７２の大径部１８３側は、作動流体孔部７７に接続し、ピストン部材１７１との間に作動流体室１７５を形成している。これにより、ピストン部材１７１の小径部１８２側の端面は、噴射流体室１７４に面する噴射流体受圧面１７８を形成する。また、ピストン部材１７１の大径部１８１側の端面は、作動流体室１７５に面する作動流体受圧面１７９を形成する。大径部１８１と大径部１８３との間はシール部材１８５によってシールされ、小径部１８２と小径部１８４との間はシール部材１８６によってシールされている。
【００３１】
第２実施形態では、ピストン部材１７１に大径部１８１および小径部１８２を設けることにより、噴射流体受圧面１７８と作動流体受圧面１７９とは面積が異なる。すなわち、大径部１８１側の作動流体受圧面１７９の面積は、小径部１８２側の噴射流体受圧面１７８よりも大きい。これにより、ピストン部材１７１は、作動流体の圧力よりも噴射流体の圧力を高く維持する。すなわち、ピストン部材１７１の噴射流体受圧面１７８の面積は、作動流体受圧面１７９の面積よりも小さい。そのため、噴射流体の圧力が作動流体の圧力よりも大きいとき、ピストン部材１７１の位置は均衡する。
【００３２】
第２実施形態では、噴射流体の圧力は作動流体の圧力よりも高くなる。そのため、ニードル３０は、噴射流体から閉弁方向すなわちシール部３１がシート部２９へ着座する方向の力を受ける。すなわち、ニードル３０が作動流体から開弁方向へ受ける力よりも、ニードル３０が噴射流体から閉弁方向へ受ける力は大きくなる。これにより、駆動部４０への通電を停止し、駆動部からニードル３０へ加わる力が消滅すると、ニードル３０は噴射流体の圧力によってシール部３１がシート部２９へ着座する。したがって、ニードル３０に対し閉弁方向へ力を加える弾性部材３５が不要となり、部品点数を低減することができる。また、弾性部材３５が不要となるため、ニードル３０が開弁方向へ移動するとき、ニードル３０には弾性部材３５の力が加わらない。そのため、駆動部４０の駆動力は低減される。したがって、駆動部４０の体格の小型化および消費電力の低減を図ることができる。
【００３３】
（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態では、ハウジング２０をボディ２１、スペーサ２２、パイプ２３およびノズルボディ２４に分割し、スペーサ２２とパイプ２３との間にダイアフラム６０を挟み込む構成について説明した。しかし、ハウジング２０の分割形態およびダイアフラム６０の位置などは任意に設定することができ、上述の例に限るものではない。
また、複数の実施形態では、圧力調整部７０のピストン部材７１をボディ２１の収容室７２に一体的に収容する構成について説明した。しかし、圧力調整部７０は、ボディ２１とは別体すなわちインジェクタ１０の外部に設けてもよい。複数の実施形態では、ニードル３０のシール部３１がノズルボディ２４の外壁に設けられているシート部２９に着座する例について説明したが、ノズルボディ２４の内壁にニードル３０のシール部３１が着座するシート部を設けてもよい。
【００３４】
さらに、上記の複数の実施形態では、駆動部４０として圧電素子４１を利用する例について説明した。しかし、駆動部４０は、例えばコイルなどによって電磁的に駆動するものなど圧電素子４１に限るものではない。インジェクタ１０の噴射流体および作動流体は、互いに異なる物質であれば液体同士でもよく、上述の例示に限るものではない。
【００３５】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態によるインジェクタの概略を示す断面図
【図２】本発明の第１実施形態によるインジェクタを適用した燃料噴射システムを示す概略図
【図３】図１においてスペーサの近傍を拡大した断面図
【図４】図１においてダイアフラムの近傍を拡大した断面図
【図５】図１において圧力調整部の近傍を拡大した断面図
【図６】本発明の第２実施形態によるインジェクタの図５に相当する断面図
【符号の説明】
【００３７】
図面中、１０はインジェクタ、２０はハウジング、２５は燃料供給部（噴射流体供給部）、２７は噴射流体通路（噴射流体供給部）、２８は噴孔、３０はニードル、３４は噴射流体室（噴射流体供給部）、４０は駆動部、５０は駆動力伝達部、５４は変位拡大室、６０はダイアフラム（仕切部材）、７０、１７０は圧力調整部、７１、１７１はピストン部材、７２、１７２は収容室、７４、１７４は噴射流体室、７５、１７５は作動流体室、７６は噴射流体孔部（噴射流体供給部）、７７は作動流体孔部（作動流体供給部）、７８、１７８は噴射流体受圧面、７９、１７９は作動流体受圧面、９１は作動流体室（作動流体供給部）、９２は噴射流体室（噴射流体供給部）、２１１は収容孔部（作動流体供給部）、２１２、２１３は噴射流体孔部（噴射流体供給部）、２２１は孔部（作動流体供給部）、２２２、２２３は流体孔部（噴射流体供給部）、２３３、２３４は流体孔部（噴射流体供給部）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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