(57)【要約】【課題】簡単な構成でもって、燃料噴射時期及び燃料噴射量が正規の時期及び量から逸脱するのを阻止する。【解決手段】ハウジング２内を燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に延びる大径ピストン収容孔１５及び小径ピストン収容孔１３内に大径ピストン１６及び小径ピストン１４をそれぞれ摺動可能に収容する。大径ピストン１６の底面１６ａと、小径ピストン１４の頂面１４ａと、ピストン収容孔１３，１５の内壁面とにより変位拡大室１７を画定し、変位拡大室１７を、燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に変位可能な密閉容器１７ａ内に封入された作動油１７ｂにより満たす。アクチュエータにより大径ピストン１６が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に変位されると、小径ピストン１４が大径ピストン１６の燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向変位よりも大きく燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に変位される。密閉容器１７ａはゴム又は樹脂のような柔軟材料から形成することができる。【選択図】      図２
2005054602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内にそれぞれ形成された大径ピストン収容孔内及び小径ピストン収容孔内に大径ピストン及び小径ピストンをそれぞれ軸線方向に摺動可能に収容すると共に、大径ピストン収容孔の底端と小径ピストン収容孔の頂端とを互いに接続し、大径ピストンの底面と小径ピストンの頂面とこれら大径ピストン収容孔及び小径ピストン収容孔の内壁面とにより画定される変位拡大室を、軸線方向に変位可能な密閉容器内に封入された作動流体により満たし、アクチュエータにより大径ピストンが軸線方向に変位されると、小径ピストンが大径ピストンの軸線方向変位よりも大きく軸線方向に変位するようにした燃料噴射弁。
【請求項２】
前記密閉容器を柔軟材料から形成した請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記密閉容器を金属材料から形成すると共に、密閉容器の周縁部にベローズを設けた請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記密閉容器内に加圧流体を封入した請求項１から３までのいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
作動流体が封入された密閉室を前記変位拡大室外に設け、該密閉室を、オリフィスを介して前記密閉容器に接続した請求項１から４までのいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
ハウジング内にそれぞれ形成された大径ピストン収容孔内及び小径ピストン収容孔内に大径ピストン及び小径ピストンをそれぞれ軸線方向に摺動可能に収容すると共に、大径ピストン収容孔の底端と小径ピストン収容孔の頂端とを互いに接続し、大径ピストンの底面と小径ピストンの頂面とこれら大径ピストン収容孔及び小径ピストン収容孔の内壁面とにより画定される変位拡大室を粉体又は粒体により満たし、アクチュエータにより大径ピストンが軸線方向に変位されると、小径ピストンが大径ピストンの軸線方向変位よりも大きく軸線方向に変位するようにした燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体制御弁及び燃料噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハウジング内にそれぞれ形成された大径ピストン収容孔内及び小径ピストン収容孔内に大径ピストン及び小径ピストンをそれぞれ軸線方向に摺動可能に収容すると共に、大径ピストン収容孔の底端と小径ピストン収容孔の頂端とを互いに接続し、大径ピストンの底面と小径ピストンの頂面とこれら大径ピストン収容孔及び小径ピストン収容孔の内壁面とにより画定される変位拡大室を作動流体により満たし、アクチュエータにより大径ピストンが軸線方向に変位されると、小径ピストンが大径ピストンの軸線方向変位よりも大きく軸線方向に変位するようにした燃料噴射弁が公知である（特許文献１参照）。
【０００３】
このような燃料噴射弁では、大径ピストン及び小径ピストンが大径ピストン収容孔内及び小径ピストン収容孔内にそれぞれ油密に挿入され、作動流体が変位拡大室内からできるだけ漏れないようにされている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１６６６５３号公報
【特許文献２】
米国特許第５７７９１４９号明細書
【特許文献３】
特開２００２−２０２０２２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが実際には、これらピストンとピストン収容孔間のクリアランスから作動流体が漏れ、このため変位拡大室内の作動流体の量が次第に減少し、大径ピストン及び小径ピストンが初期位置にあるときの変位拡大室内の圧力が低下する。その結果、大径ピストンが変位し始めてから小径ピストンが変位し始めるまでに要する時間が長くなり、即ちいわゆる作動遅れが生ずる恐れがある。作動遅れが生ずると、燃料噴射時期及び燃料噴射量が正規の時期及び量から逸脱することになる。
【０００６】
この問題点を解決するために、変位拡大室内に作動流体を補充するための補充路を変位拡大室に接続すると共に、変位拡大室に向けてのみ流通可能な逆止弁を補充路内に配置することが知られている（特許文献１参照）。しかしながら、この解決策は補充路及び逆止弁を必要とし、構成が複雑になる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、簡単な構成でもって、燃料噴射時期及び燃料噴射量が正規の時期及び量から逸脱するのを阻止することができる流体制御弁又は燃料噴射弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、ハウジング内にそれぞれ形成された大径ピストン収容孔内及び小径ピストン収容孔内に大径ピストン及び小径ピストンをそれぞれ軸線方向に摺動可能に収容すると共に、大径ピストン収容孔の底端と小径ピストン収容孔の頂端とを互いに接続し、大径ピストンの底面と小径ピストンの頂面とこれら大径ピストン収容孔及び小径ピストン収容孔の内壁面とにより画定される変位拡大室を、軸線方向に変位可能な密閉容器内に封入された作動流体により満たし、アクチュエータにより大径ピストンが軸線方向に変位されると、小径ピストンが大径ピストンの軸線方向変位よりも大きく軸線方向に変位するようにしている。
【０００９】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、前記密閉容器を柔軟材料から形成している。
【００１０】
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、前記密閉容器を金属材料から形成すると共に、密閉容器の周縁部にベローズを設けている。
【００１１】
また、４番目の発明によれば１番目から３番目までの発明のいずれか一つにおいて、前記密閉容器内に加圧流体を封入している。
【００１２】
また、５番目の発明によれば１番目から４番目までの発明のいずれか一つにおいて、作動流体が封入された密閉室を前記変位拡大室外に設け、該密閉室を、オリフィスを介して前記密閉容器に接続している。
【００１３】
また、前記課題を解決するために６番目の発明によれば、ハウジング内にそれぞれ形成された大径ピストン収容孔内及び小径ピストン収容孔内に大径ピストン及び小径ピストンをそれぞれ軸線方向に摺動可能に収容すると共に、大径ピストン収容孔の底端と小径ピストン収容孔の頂端とを互いに接続し、大径ピストンの底面と小径ピストンの頂面とこれら大径ピストン収容孔及び小径ピストン収容孔の内壁面とにより画定される変位拡大室を粉体又は粒体により満たし、アクチュエータにより大径ピストンが軸線方向に変位されると、小径ピストンが大径ピストンの軸線方向変位よりも大きく軸線方向に変位するようにしている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、燃料噴射弁１は噴孔２ａを備えたハウジング２を具備する。ハウジング２内には燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に延びるニードル収容孔３が形成され、このニードル収容孔３内にはニードル４が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に摺動可能にかつ油密に収容される。ニードル４の頂面とニードル収容孔３の内壁面とにより燃料室５が画定され、この燃料室５は一方では絞りを有する連通路６を介して高圧燃料通路７に接続され、他方では絞りを有する連通路８を介して制御弁９に接続される。この制御弁９は三方弁からなり、即ち燃料室５を、連通路１０を介して高圧燃料通路７に接続するか又はリリーフ通路１１に接続する。
【００１５】
制御弁９はハウジング２内に形成された制御弁弁室９ａと、制御弁弁室９ａ内に移動可能に配置された制御弁弁体９ｂとを具備する。制御弁弁室９ａの内壁面には制御弁弁座９ｃが形成されており、また、制御弁弁室９ａの内壁面に形成される弁室側弁座と、制御弁弁体９ｂの底面に形成される弁体側バネ座間には、制御弁弁体９ｂを制御弁弁座９ｃに向けて付勢するバネ９ｄが圧縮状態で挿入されている。
【００１６】
ニードル４の受圧面４ａ周りのニードル収容孔３には燃料溜まり１２が形成され、この燃料溜まり１２も高圧燃料通路７に接続される。ここで、燃料室５内、高圧燃料通路７内、及び制御弁弁室９ａ内は高圧の燃料で、リリーフ通路１１内は低圧例えば大気圧の燃料でそれぞれ満たされている。なお、高圧燃料通路７はコモンレール（図示しない）を介して燃料ポンプ（図示しない）の吐出側に接続され、リリーフ通路１１は燃料タンク（図示しない）に接続される。
【００１７】
更に図１に示されるように、ハウジング２内には燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に延びる小径ピストン収容孔１３が形成され、この小径ピストン収容孔１３内には制御弁弁体９ｂと一体的に形成された小径ピストン１４が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に摺動可能にかつ油密に収容される。小径ピストン収容孔１３の頂端はハウジング２内を燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に延びる大径ピストン収容孔１５の底端に接続され、この大径ピストン収容孔１５内には大径ピストン１６が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に摺動可能にかつ油密に収容される。大径ピストン収容孔１５の内径又は大径ピストン１６の直径は小径ピストン収容孔１３の内径又は小径ピストン１４の直径よりも大きくなっている。
【００１８】
小径ピストン１４と大径ピストン１６との間には、小径ピストン１４の頂面１４ａと、大径ピストン１６の底面１６ａと、小径ピストン収容孔１３及び大径ピストン収容孔１５の内壁面とにより変位拡大室１７が画定される。この変位拡大室１７内は図２にも示されるように、密閉容器１７ａ内に封入された作動流体、即ち本発明による実施例では燃料のような作動油１７ｂにより満たされている。図１及び図２に示される例では、密閉容器１７ａはゴム又は樹脂のような柔軟材料から形成されており、この密閉容器１７ａ内に作動油１７ｂが加圧されて封入されている。
【００１９】
ハウジング２内には更に、燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に延びるアクチュエータ収容孔１８が形成され、このアクチュエータ収容孔１８は変位拡大室１７と反対側において大径ピストン収容孔１５に接続される。アクチュエータ収容孔１８内には例えば圧電素子や磁歪素子などからなるアクチュエータ１９が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に伸縮可能に収容される。このアクチュエータ１９の頂端はハウジング２に固定され、底端は大径ピストン１６の頂端に結合される。従って、アクチュエータ１９が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に伸縮されると大径ピストン１６が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に変位せしめられる。また、アクチュエータ収容孔１８はリリーフ通路１１にも接続されており、アクチュエータ１９周りのアクチュエータ収容孔１８内は燃料で満たされている。
【００２０】
また、ニードル収容孔３の内壁面とニードル４の頂面間にはニードル４を閉弁方向に付勢するための圧縮バネ２０が挿入されており、大径ピストン１６のフランジ部分１６ｂとアクチュエータ収容孔１８の底面間には大径ピストン１６を小径ピストン１４から離れる方向に付勢するための圧縮バネ２１が挿入されている。
【００２１】
本発明による実施例では、ニードル収容孔３、ニードル４、小径ピストン収容孔１３、小径ピストン１４、大径ピストン収容孔１５、大径ピストン１６、変位拡大室１７、アクチュエータ収容孔１８、及びアクチュエータ１９の長手軸線は燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に対しほぼ平行になっており、特に小径ピストン収容孔１３、小径ピストン１４、大径ピストン収容孔１５、大径ピストン１６、変位拡大室１７、アクチュエータ収容孔１８、及びアクチュエータ１９の中心軸線は互いにほぼ一致している。
【００２２】
次に、図１から図４までを参照しながら燃料噴射弁１の作動を説明する。
【００２３】
燃料噴射を開始するためにアクチュエータ１９が励勢されると、アクチュエータ１９が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に伸長せしめられる。その結果、変位拡大室１７の容積が減少して密閉容器１７ａ内の油圧が上昇する。密閉容器１７ａ内の油圧により小径ピストン１４及び制御弁弁体９ｂに作用する下向き即ち開弁方向の力が、制御弁弁室９ａ内の燃料圧及び圧縮バネ９ｄのバネ力により小径ピストン１４及び制御弁弁体９ｂに作用する上向き即ち閉弁方向の力よりも大きくなると、図４に示されるように密閉容器１７ａが燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に変形しながら小径ピストン１４及び制御弁弁体９ｂが下降し始める。
【００２４】
上述したように、小径ピストン１４の直径ないし受圧面積は大径ピストン１６の直径ないし受圧面積よりも小さくされており、このため大径ピストン１６がわずかに変位しただけでも小径ピストン１４が大きく変位する。
【００２５】
その結果、図３に示されるように制御弁弁室９ａと連通路１０間の連通が遮断され、制御弁弁室９ａがリリーフ通路１１に接続される。このため、制御弁弁室９ａ内の高圧燃料がリリーフ通路１１内に流出し、燃料室５内の高圧燃料が連通路８及び制御弁弁室９ａを介してリリーフ通路１１内に流出し、従って燃料室５内の圧力が低下する。燃料室５内の燃料圧及び圧縮バネ２０のバネ力によりニードル４に作用する下向き即ち閉弁方向の力が、燃料溜まり１２内の燃料圧により受圧面４ａに作用する上向き即ち開弁方向の力よりも小さくなるとニードル４が上昇し始め、噴孔２ａが開放されると燃料噴射が開始される。
【００２６】
これに対し、燃料噴射を停止するためにアクチュエータ１９が消勢されるとアクチュエータ１９が燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に収縮せしめられる。その結果、変位拡大室１７の容積が増大して密閉容器１７ａ内の油圧が低下する。密閉容器１７ａ内の油圧により小径ピストン１４及び制御弁弁体９ｂに作用する下向きの力が、制御弁弁室９ａ内の燃料圧及び圧縮バネ９ｄのバネ力により小径ピストン１４及び制御弁弁体９ｂに作用する上向きの力よりも小さくなると、図２に示されるように密閉容器１７ａが燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に変形しながら小径ピストン１４及び制御弁弁体９ｂが上昇し始める。その結果、図１に示されるように制御弁弁室９ａとリリーフ通路１１間の連通が遮断され、制御弁弁室９ａが連通路１０に接続される。このため、制御弁弁室９ａ内及び燃料室５内の燃料圧が上昇し、燃料室５内の燃料圧及び圧縮バネ２０のバネ力によりニードル４に作用する下向きの力が、燃料溜まり１２内の燃料圧により受圧面４ａに作用する上向きの力よりも大きくなるとニードル４が下降し始め、噴孔２ａがニードル４により閉鎖されると燃料噴射が停止される。
【００２７】
このように、作動油１７ｂが密閉容器１７ａ内に封入されているので、作動油１７ｂが変位拡大室１７外に漏れることがない。従って、燃料噴射時期及び燃料噴射量が正規の時期及び量から逸脱するのを阻止することができる。また、密閉容器１７ａ内に作動油１７ｂが加圧されて封入されているので、変位拡大室１７の容積が増大して密閉容器１７ａ内の油圧が低下したときに、密閉容器１７ａ内に気泡が形成されにくくなっており、仮に気泡が形成されたとしてもこの気泡は直ちに消失する。従って、密閉容器１７ａ内の作動油１７ｂはアクチュエータ１９の収縮に対し、常に非圧縮性流体として振る舞うということになる。
【００２８】
図５は本発明による第２実施例を示している。この第２実施例では、密閉容器１７ａが例えば金属材料から形成され、密閉容器１７ａの周縁部にはベローズ１７ｃが設けられている。従って、密閉容器１７ａは燃料噴射弁長手軸線Ｋ−Ｋ方向に変形可能になっている。本発明による第２実施例でも、密閉容器１７ａ内には作動油１７ｂが加圧されて封入されている。
【００２９】
更に図５を参照すると、変位拡大室１７外のハウジング２内には、作動油１７ｂが封入された密閉室３０が形成されており、この密閉室３０はオリフィス３１を介して密閉容器１７ａに接続されている。この場合、大径ピストン１６の変位による変位拡大室１７の容積変化に対し、密閉容器１７ａと密閉室３０間の作動油１７ｂの移動が追従できないように、オリフィス３１の流路面積が設定されている。従って、大径ピストン１６の変位により小径ピストン１４が確実に変位する。
【００３０】
ところで、作動油１７ｂの体積が作動油１７ｂの温度に応じて変化することを考えると、上述した第１実施例のように作動油１７ｂが密閉容器１７ａ内に完全に封入された場合には、密閉容器１７ａ内の作動油圧が過度に高くなったり、過度に低くなったりする恐れがある。
【００３１】
そこで本発明による第２実施例では、密閉容器１７ａに密閉室３０を接続している。即ち、密閉容器１７ａ内の作動油圧が高くなると、密閉容器１７ａから作動油１７ｂがオリフィス３１を介し少しずつ密閉室３１内に逃げるので、密閉容器１７ａ内の作動油圧が過度に高くなるのが阻止される。また、密閉容器１７ａ内の作動油圧が低くなると、密閉室３０から作動油１７ｂがオリフィス３１を介し少しずつ密閉容器１７ａ内に戻るので、密閉容器１７ａ内の作動油圧が過度に低くなるのが阻止される。従って、密閉容器１７ａ内の作動油１７ｂの温度、即ち燃料噴射弁１の温度が変動したときにも、燃料噴射時期及び燃料噴射量が正規の時期及び量から逸脱するのを阻止することができる。
【００３２】
燃料噴射弁１のその他の構成及び作用は本発明による第１実施例と同様であるので説明を省略する。
【００３３】
図６は本発明による第３実施例を示している。この第３実施例では、拡大変位室１７が、密閉容器１７ａ内に封入された粉体又は粒体１７ｄにより満たされている。図６に示される例では、密閉容器１７ａは本発明による第１実施例と同様に、柔軟材料から形成されている。もちろん、第２実施例と同様に、密閉容器１７ａを金属材料から形成することもできる。
【００３４】
一方、粉体又は粒体１７ｄはセラミックのような低熱膨張率材料から形成される。このようにすると、密閉容器１７ａ内の圧力が燃料噴射弁１の温度の影響を受けない。
【００３５】
また、図６に示されるように、変位拡大室１７を画定するピストン収容孔１３，１５の内壁面の一部がテーパ面１７ｅから形成される。その結果、粉体又は粒体１７ｄが密閉容器１７ａ内を移動しやすくなり、大径ピストン１６の変位が小径ピストン１４に確実にかつ速やかに伝達される。
【００３６】
燃料噴射弁１のその他の構成及び作用は本発明による第１実施例と同様であるので説明を省略する。
【００３７】
【発明の効果】
簡単な構成でもって、燃料噴射時期及び燃料噴射量が正規の時期及び量から逸脱するのを阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射弁の縦断面図である。
【図２】燃料噴射弁の部分拡大断面図である。
【図３】本発明による第１実施例を説明するための、燃料噴射弁の縦断面図である。
【図４】本発明による第１実施例を説明するための、燃料噴射弁の部分拡大断面図である。
【図５】本発明による第２実施例を説明するための、燃料噴射弁の部分拡大断面図である。
【図６】本発明による第３実施例を説明するための、燃料噴射弁の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１…燃料噴射弁
２…ハウジング
４…ニードル
９…制御弁
１３…小径ピストン収容孔
１４…小径ピストン
１４ａ…小径ピストンの頂面
１５…大径ピストン収容孔
１６…大径ピストン
１６ａ…大径ピストン収容孔
１７…変位拡大室
１７ａ…密閉容器
１７ｂ…作動油（作動流体）
１７ｃ…ベローズ
１７ｄ…粒体又は粉体
１９…アクチュエータ
３０…密閉室
３１…オリフィス
Ｋ−Ｋ…燃料噴射弁長手軸線
【図１】
2005054602.tif 000003
【図２】
2005054602.tif 000004
【図３】
2005054602.tif 000005
【図４】
2005054602.tif 000006
【図５】
2005054602.tif 000007
【図６】
2005054602.tif 000008