(57)【要約】【課題】  インジェクタ内部の油圧駆動部へ異物が侵入するのを防止し、制御性よくノズルニードルを駆動して、装置の信頼性を高める。【解決手段】  ピエゾアクチュエータ２のピエゾスタック２１に発生した変位を、大径ピストン３１、油圧室３２、小径ピストン３３からなる変位拡大部３を介して伝達し、ノズルニードル７を昇降させる。大径ピストン３１内には、軸方向に燃料通路１２が形成してあり、逆止弁３４を介して油圧室３２へ作動油を供給する。燃料通路１２内に、フィルタ孔を十分小さくしたフィルタ部材１５を配設して、流入する燃料中の異物を確実に捕獲し、シリンダ部材３６と小径ピストン３３の間に異物が噛み込んで、摺動性が低下するのを防止する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピエゾアクチュエータにより発生させた変位をピストンを介して油圧室に伝達し、油圧室の圧力を増減させることによりノズルニードルを昇降させて噴孔から燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置において、上記ピストン内に、上記油圧室へ作動油となる燃料を供給する燃料通路を形成するとともに、該燃料通路にフィルタ部材を配設したことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
上記噴孔へ高圧燃料を供給するための高圧燃料通路と、外部の低圧部へ連通するドレーン通路を備え、上記ピストン内に形成される上記燃料通路を、上記ドレーン通路に連通させた請求項１記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
上記高圧燃料通路の入口部に第２のフィルタ部材を設け、上記ピストン内に設置される上記フィルタ部材のフィルタ孔を、上記第２のフィルタ部材のフィルタ孔よりも小さくした請求項２記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
シリンダ部材内に、上記ピストンと第２のピストンを摺動自在に収容して、両ピストン間に上記油圧室を形成するとともに、上記シリンダ部材の上方に突出する上記ピストンの上半部外周に、上記ドレーン通路を形成し、上記ピストンの上半部外周壁に、上記燃料通路と上記ドレーン通路を連通させる貫通孔を設けた請求項１ないし３記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項５】
上記燃料通路と上記油圧室の間に、上記油圧室方向の燃料流れのみを許容する逆止弁を介設した請求項１ないし４のいずれか記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピエゾアクチュエータによりピストンを押圧駆動する内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等に高圧燃料を噴射するために、近年、ピエゾアクチュエータを用いた油圧駆動式の燃料噴射装置を用いることが検討されている（例えば特許文献１等）。ピエゾアクチュエータは、圧電板を多数積層したピエゾスタックを備え、圧電板間に介設される電極に通電することによって変位を発生する。ピエゾアクチュエータにより発生させた変位は、ピストンを介して油圧室に伝達される。油圧室内の圧力を増減させると、これに伴って３方弁がノズルニードルを駆動して燃料が噴射される。
【特許文献１】特開２００４−２０８４５２号公報
【０００３】
油圧駆動部の作動油には、噴射燃料として供給される燃料が用いられる。燃料は、外部の蓄圧部からインジェクタ内部に設けた高圧燃料通路へ供給される。この際、高圧燃料通路の入口部に配設したフィルタを通過させることにより、外部からの異物を除去している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、入口部に配設したフィルタで捕獲できない、さらに細かい異物が燃料中に混入した場合、フィルタを通過して油圧駆動部に侵入する可能性がある。この異物がピストンとシリンダ間に噛み込むと、ピストンがスティックして摺動困難な状態となり、ノズルニードルを駆動することが困難となるおそれがあった。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インジェクタ内部の油圧駆動部へ異物が侵入するのを防止し、制御性よくノズルニードルを駆動して、装置の信頼性を高め、燃料噴射を良好に実施することのできる燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の内燃機関の燃料噴射装置は、ピエゾアクチュエータにより発生させた変位をピストンを介して油圧室に伝達し、油圧室の圧力を増減させることによりノズルニードルを昇降させるものであり、上記ピストン内に、上記油圧室へ作動油を供給するための燃料通路を形成して、該燃料通路にフィルタ部材を配設したことを特徴とする。
【０００７】
上記構成によれば、装置外部から噴射燃料とともに異物が流入しても、ピエゾアクチュエータの変位を伝達する油圧室へ至る燃料通路に設けたフィルタ部材によって捕獲することができる。また、ピストン内部にフィルタ部材を設置することで、高圧の燃料供給通路の入口部に配設される従来のフィルタよりも、フィルタ孔を小さくすることが可能であり、より小さな異物の捕獲が可能になる。よって、油圧駆動部においてピストンとシリンダとの間に異物が侵入して、ピストンがスティックしたり、摺動性が低下するのを防止し、ノズルニードルを良好に駆動することができるので、装置の信頼性が向上し、制御性よい燃料噴射を実施できる。
【０００８】
請求項２の発明では、上記噴孔へ高圧燃料を供給するための高圧燃料通路と、外部の低圧部へ連通するドレーン通路を備え、上記ピストン内に形成される上記燃料通路を、上記ドレーン通路に連通させている。
【０００９】
ドレーン通路に連通させることで、フィルタ部材が設置される燃料通路は低圧となるので、フィルタ孔を小さくしても圧損や強度の問題が生じにくい。よって、燃料中の異物を確実に捕獲して、信頼性を高めることができる。
【００１０】
請求項３の発明では、上記ピストン内に設置される上記フィルタ部材のフィルタ孔を、上記高圧燃料通路の入口部に設けた第２のフィルタ部材のフィルタ孔よりも小さくする。
【００１１】
好適には、高圧燃料通路の入口部にもフィルタ部材を設ける。この第２のフィルタ部材は、公知のフィルタを用いることができ、入口部において異物を捕獲する。第２のフィルタ部材を通過した異物は、ピストン内に設けたフィルタ部材によって確実に捕獲される。複数のフィルタ部材を組み合わせることで、装置内部への異物の侵入を抑制し、ピストン内に設置されるフィルタ部材の負荷を小さくすることができる。
【００１２】
請求項４の発明では、シリンダ部材内に、上記ピストンと第２のピストンを摺動自在に収容して、両ピストン間に上記油圧室を形成する。上記ピストンは、上半部外周を上記シリンダ部材の上方に突出させて、その外周に上記ドレーン通路を形成する。さらに、上記ピストンの上半部外周壁に、上記燃料通路と上記ドレーン通路を連通させる貫通孔を設けている。
【００１３】
具体的には、シリンダ部材内に収容した一対のピストン間に油圧室を設けた変位伝達部によって、ピエゾアクチュエータの変位を良好に伝達することができる。この構成に本発明を適用する場合には、上記ピストンの上半部周りにドレーン通路を形成して、ピストン壁に貫通穴を形成して内外の燃料通路を連通させる。ドレーン通路から貫通穴を経てピストン内に異物が侵入しても、フィルタ部材で捕獲されるので、油圧室からシリンダ部材と第２のピストンの間に異物が噛み込むのを防止でき、摺動性を確保できるので信頼性が向上する。
【００１４】
請求項５の発明では、上記燃料通路と上記油圧室の間に、上記油圧室方向の燃料流れのみを許容する逆止弁を介設する。
【００１５】
好適には、ピストン内の燃料通路と油圧室とを逆止弁を介して連通させる。この構成によれば、上記油圧室の圧力が所定圧を下回ると逆止弁が開弁して燃料が補充され、反対方向の燃料流れを阻止するので、油圧室を所定圧に保持して良好に変位を伝達できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本発明の燃料噴射装置を構成するインジェクタ１で、本実施形態では、ディーゼルエンジンのコモンレール噴射システムへの適用例として説明する。図中、インジェクタ１は、ピエゾアクチュエータ２を収容するインジェクタボデーＢ１の下端に、ボデー部材Ｂ２、Ｂ３を介して、ノズルニードル７が摺動自在に配設されるノズルボデーＢ４を配設し、リテーナＢ５で油密に固定してなる。インジェクタボデーＢ１上側部には、外部のコモンレール（図略）に連通する燃料導入管５２と、燃料タンク（図略）に連通する燃料導出管６２が突設される。
【００１７】
インジェクタボデーＢ１内には、上下方向に高圧燃料通路５が形成され、燃料導入管５２先端部の燃料入口５１を介して、コモンレールから高圧燃料が供給されるようになっている。燃料導入管５２内の高圧燃料通路５には、フィルタ部材（第２のフィルタ部材）１４が設置される。高圧燃料通路５は、ボデー部材Ｂ２、Ｂ３内を経てノズルボデーＢ４内に設けた燃料溜まり７３へ接続し、燃料溜まり７３は、ノズルニードル７周囲の間隙を経てノズルボデーＢ４先端の噴孔７２へ連通している。高圧燃料通路５の側方にはドレーン通路６が形成され、燃料導出管６２先端部の燃料出口６１からリーク燃料が燃料タンクへ戻される。
【００１８】
インジェクタボデーＢ１は略円柱状で、中心軸に対し偏心させた縦穴６３内に、ピエゾスタック２１を備えるピエゾアクチュエータ２を脱着可能に収容している。縦穴６３は高圧燃料通路５の側方に平行に延びて、ドレーン通路６の一部を構成する。ドレーン通路６は、縦穴６３とピエゾアクチュエータ２のケーシング２２との間隙を経由してさらに下方に延びている。
【００１９】
ピエゾアクチュエータ２は、通電により伸縮して変位を発生するピエゾスタック２１と、ピエゾスタック２１の下端面に当接して一体に上下動するロッド２３と、これらを収容するケーシング２２を有している。ロッド２３外周を取り巻くケーシング２２筒壁は伸縮可能に折り曲げ成形されてベローズ２５となっており、ベローズ２５の下端には、ケーシング２２の底面を構成する円盤状部材２４が固定される。ベローズ２５は、ピエゾスタック２１の変位に追従して上下方向に伸縮することにより円盤状部材２４を変位可能となすとともに、ピエゾスタック２１に圧縮方向の予荷重を与えている。
【００２０】
ピエゾスタック２１は、多数の圧電板と内部電極を交互に積層して一体化した公知の積層体構造を有する。圧電板は、例えば、ＰＺＴ (チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電材料を矩形に成形してなり、その表面に内部電極を印刷形成したものを所定枚数積層して焼成することによりピエゾスタック２１とする。各圧電板の上下表面に形成される一対の内部電極は、ピエゾスタック２１の対向する二側面に形成した一対の側面電極にそれぞれ接続される。ピエゾスタック２１の上面には、電極リード棒２６ａ、２６ｂが接続され、コネクタ部２６を介して、図示しない外部の駆動回路により通電されるようになっている。
【００２１】
ピエゾアクチュエータ２の下方には、大径ピストン（ピストン）３１、油圧室３２および小径ピストン（第２のピストン）３３をこの順に同軸的に設けて、変位拡大部３を構成する。大径ピストン３１は、ピエゾアクチュエータ２の円盤状部材２４に当接して一体に変位可能となっており、ピエゾスタック２１の変位により小径ピストン３３が下方の３方弁４を駆動する。この時、図示するように円盤状部材２４の下端面を凹型の曲面形状に成形し、これに当接する大径ピストン３１の上端面を凸型の曲面形状に成形することで自動調心が可能な構成としている。
【００２２】
大径ピストン３１と小径ピストン３３は、これらの外径に対応する２つの異なる内径を有するシリンダ部材３６内に摺動自在に配設され、油圧室３２は、大小ピストン３１、３３間に形成される空間に、作動油となる燃料を充填することにより形成される。変位拡大部３により、ピエゾアクチュエータ２で発生する変位を油圧室３２で油圧変換し、大小ピストン３１、３３の径差によって拡大して伝達することができる。大径ピストン３１には、油密室３２への燃料の供給経路となる燃料通路１２が形成される。これについては詳細を後述する。
【００２３】
図３に、３方弁４とノズルニードル７の背圧室７１の構造を拡大して示す。３方弁４は、弁室４１内に位置する弁部４ａとその下方の摺動部４ｂからなり、弁部４ａの上端面に、小径ピストン３３のピン状の下端部が当接している。弁室４１は、底面に高圧燃料通路５に連通する高圧通路５３が、頂面にドレーン通路６に連通する低圧通路６４がそれぞれ接続されており、さらに、オリフィス通路７２によって背圧室７１と常時連通している。弁部４ａは、小径ピストン３３によって駆動されて、高圧通路５３および低圧通路６４の一方を選択的に遮断し、もう一方を弁室４１と連通させることにより、オリフィス通路７２を介して弁室４１に連通する背圧室７１の圧力を増減する。
【００２４】
ピエゾアクチュエータ２に通電せず、弁部４ａが上端位置にある時、低圧通路６４が閉鎖され高圧通路５３が開放されて、背圧室７１の圧力が上昇する。ノズルニードル７は、背圧室７１内に配設したスプリング７３のばね力と燃料圧力によって下向きに付勢され、噴孔７２（図２参照）を閉鎖する。ピエゾアクチュエータ２に通電すると、ピエゾスタック２１が伸長し、変位拡大部３を介して３方弁４を押し下げる。これにより、弁部４ａが下端位置に移動し、高圧通路５３が閉鎖され低圧通路６４が開放されて、背圧室７１の圧力が低下すると、ノズルニードル７が上昇し、噴孔７２から燃料が噴射される。なお、背圧室７１は、第２オリフィス通路７４を介して高圧燃料通路５と常時連通し、噴射停止時に、速やかに背圧室７１を上昇させるようになっている。
【００２５】
図２において、大径ピストン３１は上半部を細径としてあり、この細径部周りに配設されるコイルスプリング３５によって上方に付勢されている。コイルスプリング３５の付勢力は、ピエゾアクチュエータ２の円盤状部材２４、ロッド２３を介してピエゾスタック２１の圧縮力として作用し、ベローズ２５によって与えられる圧縮力とともに、ピエゾスタック２１に必要な所定の予荷重を付与する。また、変位を伝達する各部材間の接触圧を高め、効果的な変位伝達を可能とする。大小ピストン３１、３３を収容するシリンダ部材３６は、縦穴６３下端部内に嵌着固定される。
【００２６】
大径ピストン３１の細径部周りの空間は、ドレーン通路６として機能する。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、インジェクタボデーＢ１の下端部には、縦穴６３の内周壁に開口する低圧通路１３が複数形成されており、低圧通路１３の上端はシリンダ部材３６の上方において、ドレーン通路６に連通している。低圧通路１３の下端は、小径ピストン３３下方の低圧通路６４（図３参照）に連通し、３方弁４の弁室４１からの燃料の流出経路となっている。
【００２７】
大径ピストン３１内には、軸方向に燃料通路１２が貫通形成される。燃料通路１２は、大径ピストン３１の細径部側壁に形成した貫通穴１１によりドレーン通路６と連通し、また、大径ピストン３１の下端部に形成した逆止弁３４を介して油密室３２へ連通している。逆止弁３４は、ボール弁３４ａと複数の通路を形成した支持部材３４ｂを有し（図３参照）、油密室３２の圧力が低下すると開弁して、燃料通路１２の低圧燃料を油密室３２へ導入し、油密室３２の圧力を所定圧以上に維持する。
【００２８】
図１（ａ）に示すように、本実施形態では、貫通穴１１形成位置と逆止弁３４の間において、燃料通路１２内にフィルタ部材１５を設置する。フィルタ部材１５は有底円筒状の金属メッシュよりなり、上流開口端側から流入する燃料中の異物を捕獲する。金属メッシュは、インジェクタボデー２の燃料導入管５２内に設置されるフィルタ部材１４のフィルタ孔（通常、φ８０μｍ）よりも小さな孔を有するものであればよい。好適には、フィルタ孔が小さいほど異物を捕獲して噛み込みを防止する効果が高く、燃料の流通を妨げることなく所望の効果が得られるように、適宜選択するのがよい。
【００２９】
以下に、本発明の作用効果について説明する。
インジェクタボデーＢ１の燃料入口５１から高圧燃料通路５に流入した燃料は、フィルタ部材１４を通過してインジェクタ１内部に入る。この時、燃料中の異物は大半がフィルタ部材１４で捕獲されるが、フィルタ孔より小さい異物は捕獲されずに、燃料とともに内部へ侵入する。この異物が、燃料通路１３を通過して大径ピストン３１側方のドレーン通路６に入り、さらに、大径ピストン３１側壁に開口する貫通穴１１から、油圧室３２へ至る大径ピストン３１内部の燃料通路１２に侵入することがある。
【００３０】
この時、フィルタ部材１５がない従来構成では、ピエゾアクチュエータ２による大小ピストン３１、３３の押圧駆動時に、異物が移動して、小径ピストン３３とシリンダ部材３６間に噛み込むおそれがある。これにより、小径ピストン３３がスティックし、摺動不能状態となると、ノズルニードル７を駆動することができなくなる、という問題が生じる。
【００３１】
これに対し、本実施形態の構成では、燃料通路１２内にフィルタ部材１５を設けることにより、上記問題点を解決することができる。フィルタ部材１５はフィルタ部材１４よりフィルタ孔が十分小さく設定してあり、フィルタ部材１４をすり抜けた異物をも確実に捕獲し、小径ピストン３３とシリンダ部材３６間に噛み込んで、スティックするのを防止する。よって、ノズルニードル７を良好に駆動して制御性を高めることができる。
【００３２】
ここで、フィルタ部材１４が設置される燃料入口５１の近傍は、高圧となっているため（例えば、１８０ＭＰａ程度）、燃料が導入されるため強度が必要で、フィルタ孔を小さくすると圧損を生じて強度上の問題が生じる。一方、フィルタ部材１５が設置されるのは、大径ピストン３１の内部であり、低圧燃料が流通するドレーン通路６に連通する燃料通路１２であることから、圧損や強度上の問題による制約が小さく、フィルタ孔を十分小さくすることができる。また、噛み込みが問題となる部位の直上流に配置することで、他の部位の燃料流れに影響を及ぼすことなく、異物を確実に捕獲することができる。また、大径ピストン３１の内部に組み込む構造とするので、製作や設置が容易であるといった利点を有する。
【００３３】
以上のように、本発明によれば、ピエゾアクチュエータによりピストンを押圧駆動する内燃機関用の燃料噴射装置において、ピストン内部にフィルタ機能を持たせることにより、インジェクタ内部に侵入する外部異物を捕獲し、ピストンの摺動不良を防止することができる。
【００３４】
上記実施形態において、油圧駆動部に、大径ピストンと小径ピストンを組み合わせて、変位を拡大する変位拡大部を設けたが、２つのピストンを同径とした変位伝達部を有する構成とすることもできる。油圧を介して変位を伝達する構成に本発明を適用することで、同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態を示し、（ａ）はインジェクタの主要部拡大縦断面図、（ｂ）は横断面図で、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるインジェクタの全体構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるインジェクタの部分拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  インジェクタ（燃料噴射装置）
１１  貫通穴
１２  燃料通路
１３  低圧通路
１４  フィルタ部材（第２のフィルタ部材）
１５  フィルタ部材
２  ピエゾアクチュエータ装置
２１  ピエゾスタック
２３  ロッド
２４  円盤状部材
２６  コネクタ部
３  変位拡大部
３１  大径ピストン（ピストン）
３２  油圧室
３３  小径ピストン（第２のピストン）
３４  逆止弁
４  ３方弁
５  高圧燃料通路
５１  燃料入口
５３  高圧通路
６ドレーン通路
６１  燃料出口
６３  縦穴
６４  低圧通路
７  ノズルニードル
７１  背圧室
７２  噴孔
【図１】
2007077817.tif 000003
【図２】
2007077817.tif 000004
【図３】
2007077817.tif 000005