(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔が形成されているノズルボディと、
前記噴孔を開閉可能なノズルニードルと、
前記ノズルニードルを噴孔閉塞方向へ付勢するための燃料が導入される制御室、前記制御室から制御通路を経由して燃料が排出される低圧通路、前記低圧通路から燃料が導入されるシリンダ、前記シリンダと前記低圧通路とを連通する連通ポート、前記連通ポートの前記シリンダ側の開口の周囲に形成されているシート部、ならびに端部に接続されている前記ノズルボディを有するハウジングと、
前記シート部に当接可能なシール部を有し、前記シリンダ内に往復摺動可能に収容されている弁部材と、
供給される電力により変位量が変化する電気駆動部、前記低圧通路から燃料が導入され前記電気駆動部の変位にともなって油圧が加減される油圧室、ならびに加減された前記油圧室の油圧により前記弁部材を駆動する可動部材を有し、前記ハウジングに収容されているアクチュエータとを備え、
前記弁部材は、前記シリンダ内を往復移動することにより、前記シール部が前記シート部から離座し前記制御通路と前記連通ポートとを連通、または前記シール部が前記シート部へ着座し前記制御通路と前記連通ポートの連通を遮断可能であって、前記連通ポートの油圧が作用する前記シール部側の端部の面積と前記シリンダの油圧が作用する反シール部側の端部の面積とが概ね同一であることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
噴孔が形成されているノズルボディと、
前記噴孔を開閉可能なノズルニードルと、
前記ノズルニードルを噴孔閉塞方向へ付勢するための燃料が導入される制御室、前記制御室から制御通路を経由して燃料が排出される低圧通路、前記低圧通路から燃料が導入されるシリンダ、前記シリンダと前記低圧通路とを連通する連通ポート、前記連通ポートの前記シリンダ側の開口の周囲に形成されている第一シート部、前記ノズル部および前記制御室へコモンレールからの高圧の燃料を供給する高圧通路、前記高圧通路と前記シリンダとを連通する高圧ポート、前記高圧ポートの前記シリンダ側の出口近傍に形成されている第二シート部、ならびに端部に接続されている前記ノズルボディを有するハウジングと、
前記シリンダ内に往復摺動可能に収容され、前記第一シート部に当接可能な第一シール部ならびに前記第二シート部に当接可能な第二シート部を有する弁部材と、
供給される電力により変位量が変化する電気駆動部、前記低圧通路から燃料が導入され前記電気駆動部の変位にともなって油圧が加減される油圧室、ならびに加減された前記油圧室の油圧により前記弁部材を駆動する可動部材を有し、前記ハウジングに収容されているアクチュエータとを備え、
前記弁部材は、前記シリンダ内を往復摺動することにより、前記第一シート部に前記第一シール部が着座し前記第二シート部から前記第二シール部が離座して前記制御通路と前記連通ポートとの連通を遮断し前記高圧ポートと前記制御通路とを連通する第一位置、または前記第一シート部から前記第一シール部が離座し前記第二シート部に前記第二シール部が着座して前記制御通路と前記連通ポートとを連通し前記高圧ポートと前記制御通路との連通を遮断する第二位置に駆動され、前記連通ポートの油圧が作用する前記第一シール部側の端部の面積と前記シリンダの油圧が作用する反第一シール部側の端部の面積とが概ね同一であることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
前記弁部材は、前記第一シール部の直径と前記第二シール部の直径ならびに前記シリンダの油圧が作用する反第一シール部側の端部の直径とが概ね同一であることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記シリンダに収容され、前記弁部材を前記可動部材側に付勢する付勢部材を備えることを特徴とする請求項１、２または３記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記低圧通路に設置され、前記低圧通路の燃料の圧力が所定値になると開弁する逆止弁を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記電気駆動部の前記可動部材側には、前記電気駆動部を反可動部材方向へ付勢する燃料が前記低圧通路から導入されることを特徴とする請求項５記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記電気駆動部は、電歪素子を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、噴孔を開閉するノズルニードルを油圧により駆動する燃料噴射装置が公知である。例えば、ノズルニードルを付勢するための燃料が導入される制御室の圧力を制御することにより、ノズルニードルを付勢する力を変化させ、ノズルニードルを駆動している。近年、例えばピエゾ素子などの電歪素子の伸縮を利用して制御室の油圧を制御する燃料噴射装置が公知となっている。電歪素子は駆動指令に対する応答性が高いため、ノズルニードルの高速な駆動が可能である。
【０００３】
例えば、特開２００１−１４０７２７号公報に開示されている燃料噴射装置の場合、アクチュエータにより駆動されるピストン部材および弁体にコモンレールの内部と同一の高圧が作用している。そして、ピストン部材および弁体に高圧が作用する部分の面積をほぼ等しくすることにより、ピストン部材および弁体に作用する力を均衡させる構成としている。これにより、燃料噴射装置の駆動のために必要なエネルギーの低減を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−１４０７２７号公報に開示されているようにアクチュエータの駆動力をピストン部材に伝達する変位拡大室に、コモンレールから高圧を導入すると、コモンレールの圧力が急激に高まった場合、変位拡大室の油圧も高まるおそれがある。変位拡大室の油圧が高まると、ピストン部材および弁体が駆動されるため、制御室から低圧側へ燃料が排出される。その結果、ノズルニードルを付勢する制御室の油圧が低下し、噴孔が誤って開放されるおそれがある。また、高圧を導入する場合、ハウジングの強度を高める必要があり、体格の大型化を招くという問題がある。
【０００５】
コモンレールから変位拡大室へ導入される燃料の圧力変化の影響を低減するため、変位拡大室と高圧の通路とを微細孔により連通することが考えられる。しかし、微細孔は直径を約１５μｍ程度に管理する必要があり、加工工数の増大を招くという問題がある。
【０００６】
また、変位拡大室に高圧の燃料を供給する場合、変位拡大室の圧力が周囲と比較して高くなる。そのため、供給された燃料は高圧の変位拡大室から変位拡大室を構成するピストン部材とハウジングとの間のクリアランスを経由して低圧側へ漏出する。その結果、燃料噴射装置で必要となる燃料が増大し、燃料噴射装置へ燃料を供給する高圧ポンプの大型化を招くという問題がある。
【０００７】
さらに、高温になると、ピストン部材とハウジングとの間に形成されるクリアランスは拡大するため、変位拡大室からの燃料の漏出は増大する。そのため、温度の上昇にともなってアクチュエータには大きな駆動力が要求される。その結果、アクチュエータ大型化を招くという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、体格の大型化を招くことなく、燃料の漏出および加工工数が低減され、信頼性の高い燃料噴射装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、燃料の漏出および加工工数が低減され、信頼性が高く作動が迅速な燃料噴射装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の燃料噴射装置によると、制御通路と連通ポートとの連通を断続する弁部材は、連通ポートの油圧が作用するシール部側の端部の面積とシリンダの油圧が作用する反シール部側の端部の面積とが概ね同一である。また、連通ポートおよびシリンダには低圧通路から低圧の油圧が導入されている。そのため、弁部材の両端部には同一の面積に同一の油圧が作用しており、弁部材に作用する力は均衡する。その結果、アクチュエータから発生する小さな力で弁部材を駆動することができる。したがって、アクチュエータの大型化を抑制することができる。また、連通ポート、シリンダおよび油圧室には低圧通路から油圧が導入されている。そのため、油圧室からの燃料の漏出が低減されるともに、強度を高めるためにハウジングを大型化する必要はない。したがって、油圧室からの燃料の漏出を防止することができ、体格の大型化を招くこともない。さらに、油圧室に低圧通路から油圧を導入しているため、コモンレールの圧力変動の影響を受けることがない。したがって、所定外の時期に燃料が噴射されることがなく、信頼性を高めることができる。また、コモンレールの圧力変動の影響を防止するための微細孔の加工が不要となり、加工工数を低減することができる。
【００１０】
本発明の請求項２または３記載の燃料噴射装置によると、弁部材は制御通路と連通ポートとの連通を断続するとともに高圧ポートと制御通路との連通を断続する三方弁である。弁部材は、連通ポートの油圧が作用する第一シール部側の端部の面積とシリンダの油圧が作用する反第一シール部側の端部の面積とが概ね同一である。また、連通ポートおよびシリンダには低圧通路から低圧の油圧が導入されている。そのため、弁部材の両端部には同一の面積に同一の油圧が作用しており、弁部材に作用する力は均衡する。その結果、アクチュエータから発生する小さな力で弁部材を駆動することができる。したがって、アクチュエータの大型化を抑制することができる。また、連通ポート、シリンダおよび油圧室には低圧通路から油圧が導入されている。そのため、油圧室からの燃料の漏出が低減されるともに、強度を高めるためにハウジングを大型化する必要はない。したがって、油圧室からの燃料の漏出を防止することができ、体格の大型化を招くこともない。さらに、油圧室に低圧通路から油圧を導入しているため、コモンレールの圧力変動の影響を受けることがない。したがって、所定外の時期に燃料が噴射されることがなく、信頼性を高めることができる。また、コモンレールの圧力変動の影響を防止するための微細孔の加工が不要となり、加工工数を低減することができる。さらに、弁部材が第一位置となり制御通路と連通ポートとの連通を遮断したとき、高圧通路に連通する高圧ポートと制御通路とは連通する。そのため、高圧通路から高圧ポートへ導入された高圧の油圧は、高圧ポートおよび制御通路を経由して制御室へ導入される。その結果、制御室の油圧は迅速に上昇する。したがって、ノズルニードルの作動を迅速にすることができる。
【００１１】
本発明の請求項４記載の燃料噴射装置によると、シリンダには弁部材を可動部材方向へ付勢する付勢部材が収容されている。そのため、アクチュエータから可動部材へ駆動力が伝達されないとき、弁部材は付勢部材の付勢力により制御通路と連通ポートとの連通を遮断する位置へ移動する。
【００１２】
本発明の請求項５記載の燃料噴射装置によると、低圧通路には低圧通路の圧力が所定値になると開弁する逆止弁が設置されている。そのため、低圧通路は所定の圧力に維持されている。弁部材には低圧通路からシリンダに導入された所定の圧力の油圧が作用しているため、電気駆動部の反可動部材側への移動にともなって油圧室の油圧が低下すると、弁部材および可動部材には油圧室方向の付勢力が加わる。その結果、弁部材は迅速に制御通路と連通ポートとの連通を遮断する位置へ移動する。したがって、電気駆動部の移動に対する弁部材の応答性を高めることができる。
【００１３】
本発明の請求項６記載の燃料噴射装置によると、電気駆動部の可動部材側には所定の圧力に維持されている低圧通路の油圧が導入される。そのため、電気駆動部が反可動部材側へ移動し油圧室の油圧が低下すると、連通ポートと油圧室との間に圧力差が生じ、可動部材とハウジングとの摺動部には連通ポート側から燃料が流入する。これにより、可動部材とハウジングとの間は燃料により潤滑され、可動部材およびハウジングの摩耗を低減することができる。また、例えば電気駆動部としてピエゾ素子などの電歪素子を用いる場合、あらかじめ収縮方向に荷重を加える必要がある。電気駆動部の可動部材側に所定の圧力に維持されている低圧通路の油圧を導入することにより、電気駆動部を反可動部材方向へ付勢することができる。その結果、例えば電歪素子などを反可動部材方向へ付勢する部材を廃止することができ、部品点数を低減することができる。
本発明の請求項７記載の燃料噴射装置によると、電気駆動部は電歪素子を有している。そのため、アクチュエータの作動を迅速にすることができ、駆動指令に対するノズルニードルの応答性を高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による燃料噴射装置としてのインジェクタを図１に示す。インジェクタ１は、例えばコモンレールに蓄圧状態で蓄えられた高圧の燃料をディーゼルエンジンの各気筒に噴射する。
【００１５】
インジェクタ１は、ハウジング１０、ノズルニードル３０、弁部材４０およびアクチュエータ５０を備えている。ハウジング１０は、ハウジング本体１１とノズルボディ２０とから構成されている。ノズルボディ２０は筒状に形成され、反ハウジング側の端部に噴孔２１が形成されている。噴孔２１はノズルボディ２０の内壁と外壁とを連通している。噴孔２１の入口側には燃料溜まり２２が形成されている。燃料溜まり２２は、燃料通路２３、およびハウジング本体１１に形成されている高圧通路１２を経由してコモンレールに連通している。そのため、高圧通路１２および燃料溜まり２２には、コモンレールの内部と圧力が概ね同一の高圧の燃料が供給されている。ノズルボディ２０の噴孔２１入口側には、シート部２４が形成されている。
【００１６】
ノズルニードル３０は、ハウジング１０の内部に往復移動可能に収容されている。ノズルニードル３０はシート部２４に着座可能なシール部３１を有しており、シール部３１がシート部２４から離座すると、噴孔２１から燃料が噴射される。
【００１７】
ハウジング本体１１には、制御室１３、シリンダ１４、連通ポート１５および制御シリンダ１６などが形成されている。制御室１３は、ノズルニードル３０の反噴孔側に形成されている。制御室１３には燃料通路１３１が連通しており、オリフィス１３２を経由して高圧通路１２から高圧の燃料が供給される。制御室１３にはスプリング１３３が収容されており、制御室１３に収容されたスプリング１３３ならびに制御室１３の燃料はノズルニードル３０をシート部２４方向すなわち噴孔閉塞方向へ付勢する。
【００１８】
シリンダ１４は弁部材４０を往復移動可能に収容している。シリンダ１４には制御通路１７が連通しており、制御通路１７の反シリンダ側の端部は制御室１３に連通している。制御通路１７にはオリフィス１７１が形成されている。シリンダ１４には、制御シリンダ１６側の端部に連通ポート１５が連通している。また、シリンダ１４の反連通ポート側の端部は燃料通路１４１を経由して低圧通路１８に連通している。
【００１９】
連通ポート１５は、ハウジング本体１１に形成され、シリンダ１４と低圧通路１８とを連通している。制御シリンダ１６は低圧通路１８に連通している。低圧通路１８は、ハウジング本体１１を貫いて形成されており、インジェクタ１の外部の例えば燃料タンクなどに連通している。インジェクタ１で不要となった燃料は低圧通路１８を経由して燃料タンクに還流される。また、低圧通路１８の反インジェクタ側の端部は燃料タンクに接続されているため、低圧通路１８の圧力は概ね大気圧と同一である。
【００２０】
図２に示すように連通ポート１５のシリンダ１４側の開口の周囲には、弁部材４０のシール部４１が着座可能なシート部１４２が形成されている。弁部材４０は、円柱状に形成されており、シリンダ１４の内部を往復摺動可能である。弁部材４０は、シリンダ１４に設置されているスプリング１４３によりシール部４１がシート部１４２へ着座する方向へ付勢されている。弁部材４０のシール部４１がシート部１４２に着座することにより、連通ポート１５が閉塞され、高圧側の制御通路１７と低圧側の低圧通路１８との連通が遮断される。
【００２１】
図１に示すようにシリンダ１４の反ノズルボディ側には、アクチュエータ５０が収容されている。アクチュエータ５０は、電気駆動部としてのピエゾスタック５１、油圧室５２および可動部材としての制御ピストン５３を有している。ピエゾスタック５１は、充電または放電されることにより伸縮する容量性のピエゾ素子が複数積層されている。ピエゾスタック５１は、図示しないＥＣＵの指令により電気的なエネルギーが充電されることにより、図１の下方へ伸長する。一方、ピエゾスタック５１から電気的なエネルギーが放電されることにより、ピエゾスタック５１は図１の上方へ収縮する。
【００２２】
ピエゾスタック５１の端部にはピエゾスタック５１とともに電気駆動部を構成するピエゾピストン５４が設置されている。ピエゾピストン５４は、ハウジング本体１１に形成されているピエゾシリンダ５５の内部を往復摺動可能である。ピエゾピストン５４は、ピエゾスタック５１の伸長にともなって図１の下方へ移動する。ピエゾシリンダ５５のピエゾスタック５１側にはスプリング収容室５６が形成されている。スプリング収容室５６にはスプリング５７が設置され、ピエゾピストン５４はスプリング５７によりピエゾスタック５１方向へ付勢されている。スプリング５７は、ピエゾピストン５４を介してピエゾスタック５１を収縮方向へ付勢し、ピエゾスタック５１にプリセット荷重を加えている。スプリング収容室５６には、低圧通路１８に連通する燃料通路５６１が連通している。ピエゾピストン５４には燃料通路５４１が形成されている。燃料通路５４１はスプリング収容室５６と油圧室５２とを連通している。低圧通路１８から燃料通路５６１、スプリング収容室５６を経由して燃料通路５４１に流入した燃料は、ピエゾピストン５４の油圧室５２側の端部に設置されているチェックバルブ５８の外周側を経由して油圧室５２へ供給される。
【００２３】
ピエゾシリンダ５５のノズルボディ２０側には、制御シリンダ１６が形成されている。制御シリンダ１６には制御ピストン５３が収容されている。制御ピストン５３は、制御シリンダ１６の内部を往復摺動可能である。制御シリンダ１６の弁部材４０側の端部は弁部材４０と当接可能である。制御ピストン５３が図１の下方へ移動することにより、弁部材４０は制御ピストン５３により押圧され図１の下方へ移動する。
【００２４】
油圧室５２は、ピエゾシリンダ５５、ピエゾピストン５４、チェックバルブ５８、制御シリンダ１６および制御ピストン５３から形成されている。油圧室５２には、上述のようにピエゾピストン５４の燃料通路５４１を経由して低圧通路１８から燃料が供給されている。ピエゾスタック５１の伸長にともなってピエゾピストン５４が図１の下方へ駆動されると、油圧室５２の燃料は加圧される。油圧室５２の燃料が加圧されると、油圧室５２の燃料の圧力により制御ピストン５３には図１の下方へ付勢力が加わる。これにより、制御ピストン５３は図１の下方へ駆動され、制御ピストン５３と当接する弁部材４０も図１の下方へ駆動される。すなわち、ピエゾピストン５４に伝達されたピエゾスタック５１の変位は、油圧室５２の燃料により油圧に変換されて制御ピストン５３へ伝達される。油圧室５２には、スプリング５９が設置されている。スプリング５９は、チェックバルブ５８とともにピエゾピストン５４をピエゾスタック５１方向へ付勢している。
【００２５】
次に、弁部材４０について詳細に説明する。
弁部材４０は、図２に示すように円柱状に形成されている。弁部材４０のシール部４１がシート部１４２から離座またはシール部４１がシート部１４２へ着座することにより、制御通路１７と低圧通路１８との間の連通が断続される。弁部材４０の反シール部側の端部にはスプリング１４３が収容される筒部４２が形成されている。弁部材４０は、シール部４１側の端部の外径Ｄ１と反シール部側すなわち筒部４２側の端部の外径Ｄ２とが概ね同一である。弁部材４０は、円柱状であるため、シール部４１側の端面４０ａの面積と筒部４２の端面４０ｂの面積の総和とが概ね同一である。弁部材４０のシール部４１側には連通ポート１５の燃料の油圧が作用し、弁部材４０の筒部４２側にはシリンダ１４内の燃料の油圧が作用する。連通ポート１５およびシリンダ１４はいずれも低圧通路１８に連通しているため、連通ポート１５の燃料の圧力とシリンダ１４の燃料の圧力とは同一である。
【００２６】
以上により、低圧側の燃料から弁部材４０に作用する力は、軸方向の両端部で同一となる。すなわち、弁部材４０に作用する力は弁部材４０の軸方向の両端部で均衡し相互に打ち消し合う。そのため、弁部材４０に加わる力は、見かけ上スプリング１４３の付勢力だけとなる。したがって、弁部材４０は小さな力で駆動可能である。
【００２７】
次に、第１実施例によるインジェクタ１の作動について説明する。
ピエゾスタック５１が充電されていないとき、ピエゾスタック５１は収縮している。そのため、油圧室５２の油圧は低圧通路１８の油圧と同一である。一方、上述のように弁部材４０はシール部４１側の端面４０ａの面積と筒部４２側の端面４０ｂの面積の総和とが同一であり、連通ポート１５およびシリンダ１４には低圧通路１８の油圧が供給されているため、油圧により弁部材４０に作用する力は均衡し相互に打ち消し合っている。また、シリンダ１４には制御通路１７を経由して制御室１３の高圧の油圧が供給されているものの、高圧の油圧は弁部材４０の外周部に周方向へ導入されている。そのため、高圧の油圧により弁部材４０に作用する力は、弁部材４０の移動には影響しない。その結果、弁部材４０に作用する見かけ上の力はスプリング１４３の付勢力のみとなる。これにより、弁部材４０はスプリング１４３の付勢力により図１の上方へ移動し、シール部４１がシート部１４２に着座している。
【００２８】
弁部材４０のシール部４１がシート部１４２に着座しているとき、制御通路１７と低圧通路１８との間は弁部材４０により遮断されている。そのため、燃料は制御室１３から排出されず、制御通路１７および制御室１３の圧力は高圧通路１２すなわちコモンレールの内部の圧力と同一となる。同様に、燃料溜まり２２にも高圧通路１２からコモンレールの内部と同一の圧力の燃料が供給されている。その結果、ノズルニードル３０に作用する力は、燃料溜まり２２の燃料からシール部３１がシート部２４から離座する方向すなわち噴孔開放方向よりも、制御室１３の燃料およびスプリング１３３によりシール部３１がシート部２４へ着座する方向すなわち噴孔閉塞方向が大きい。したがって、ピエゾスタック５１が充電されていないとき、シール部３１はシート部２４に着座し、噴孔２１からの燃料の噴射は停止されている。
【００２９】
ピエゾスタック５１の充電が開始されると、図３に示すようにピエゾスタック５１は伸長し、ピエゾピストン５４はスプリング５７およびスプリング５９の付勢力に抗して油圧室５２方向へ移動する。ピエゾピストン５４の移動にともなって油圧室５２の燃料は加圧され、制御ピストン５３を介して弁部材４０を図１の下方へ押す力は増大する。そして、弁部材４０を図１の下方へ押す力がスプリング１４３の付勢力よりも大きくなると、弁部材４０は図１の下方へ移動し、シール部４１はシート部１４２から離座する。これにより、連通ポート１５は開放され、制御通路１７の燃料は連通ポート１５を経由して低圧通路１８へ流出する。制御通路１７の燃料の流出にともない、制御室１３の圧力は低下する。その結果、ノズルニードル３０を噴孔閉塞方向へ付勢する力は低減する。そして、ノズルニードル３０を噴孔閉塞方向に付勢する力が、噴孔開放方向へノズルニードル３０を付勢する力よりも小さくなると、ノズルニードル３０は図１の上方へリフトし図３に示すようにシール部３１はシート部２４から離座する。したがって、ピエゾスタック５１に充電されると、噴孔２１は開放され噴孔２１から燃料が噴射される。
【００３０】
ピエゾスタック５１の充電後、放電が開始されると、ピエゾスタック５１は収縮する。ピエゾスタック５１の収縮にともなって、スプリング５７およびスプリング５９の付勢力によりピエゾピストン５４はピエゾスタック５１とともに図１の上方へ移動する。ピエゾピストン５４が図１の上方へ移動することにより、油圧室５２の油圧は低下し、制御ピストン５３を介して弁部材４０を図１の下方へ押す力は減少する。そして、弁部材４０を図１の下方へ押す力がスプリング１４３の付勢力よりも小さくなると、弁部材４０は図１の上方へ移動し、シール部４１は再びシート部１４２へ着座する。これにより、連通ポート１５は閉塞され、制御通路１７から低圧通路１８への燃料の流出は停止される。そのため、制御室１３の燃料の圧力は再び上昇し、ノズルニードル３０を噴孔閉塞方向へ付勢する力が増大する。したがって、ノズルニードル３０のシール部３１はシート部２４に着座し、噴孔２１からの燃料の噴射は終了する。
【００３１】
以上、説明したように、本発明の第１実施例によるインジェクタ１によると、弁部材４０のシール部４１側の端面４０ａの面積と筒部４２側の端面４０ｂの面積の総和とが同一である。これにより、連通ポート１５およびシリンダ１４の油圧によって弁部材４０に作用する力は均衡し相互に打ち消し合う。そのため、弁部材４０は小さな駆動力により駆動可能である。したがって、弁部材４０を駆動するための駆動力を発生するアクチュエータ５０を小型化することができる。また、連通ポート１５、シリンダ１４および油圧室５２には低圧通路１８から油圧が導入される。そのため、油圧室５２、制御シリンダ１６、連通ポート１５およびシリンダ１４の油圧は均一となり、油圧室５２の燃料が周囲に漏れ出すことがない。したがって、温度が上昇した場合でも、油圧室５２の燃料の漏れによる駆動力の伝達ロスが低減され、アクチュエータ５０から発生する駆動力を小さくすることができるとともに、インジェクタ１へ燃料を供給する図示しない燃料ポンプを小型化することができる。
【００３２】
また、第１実施例では、油圧室５２には低圧通路１８から燃料が供給される。そのため、コモンレール内の圧力変動の影響を受けることがなく、弁部材４０の誤作動を防止することができる。したがって、インジェクタ１の信頼性が向上する。また、コモンレールにおける圧力変動の影響を低減する微細孔などの加工は不要である。そのため、インジェクタ１の加工工数を低減することができる。
【００３３】
（第２実施例）
本発明の第２実施例によるインジェクタを図４に示す。第１実施例と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２実施例では、弁部材６０の形状および燃料通路の構成が第１実施例と異なる。ハウジング本体１１には、高圧ポート１９が形成されている。高圧ポート１９は、高圧通路１２とシリンダ１４とを連通している。すなわち、高圧通路１２の燃料は高圧ポート１９を経由してシリンダ１４に供給される。図５に示すように、連通ポート１５のシリンダ１４側の開口の周囲には第一シート部７１が形成されている。高圧ポート１９の燃料出口側には第二シート部７２が形成されている。第二シート部７２は、高圧ポート１９の燃料出口側に位置するシリンダ１４の内壁に環状に形成されている。
【００３４】
弁部材６０は、頭部６１、首部６２、胴部６３および筒部６４から構成されている。頭部６１には、第一シート部７１に着座可能な第一シール部６５が形成されている。また、頭部６１の首部６２側には第二シート部７２に着座可能な第二シール部６６が形成されている。胴部６３の反首部側の端部には筒部６４が形成されており、筒部６４にはスプリング１４３が収容されている。
【００３５】
弁部材６０はシリンダ１４の内部を往復移動可能であり、胴部６３の外壁とシリンダ１４の内壁とが摺動部を形成する。弁部材６０は、図５に示すように第一シート部７１に第一シール部６５が着座し第二シート部７２から第二シール部６６が離座する第一位置、または図６に示すように第一シート部７１から第一シール部６５が離座し第二シート部７２に第二シール部６６が着座する第二位置に駆動される。
【００３６】
弁部材６０が第一位置のとき、第一シール部６５は第一シート部７１に着座しているため、連通ポート１５は閉塞され、制御通路１７と低圧通路とは連通していない。一方、このとき、第二シール部６６は第二シート部７２から離座しているため、高圧ポート１９は開放され、高圧ポート１９と制御通路１７とは連通している。
【００３７】
弁部材６０が第二位置のとき、第一シール部６５は第一シート部７１から離座しているため、連通ポート１５は開放され、制御通路１７と低圧通路１８とは連通している。一方、このとき、第二シール部６６は第二シート部７２に着座しているため、高圧ポート１９と制御通路１７とは連通していない。
【００３８】
以上のように、弁部材６０は、シリンダ１４の内部を移動することにより、制御通路１７と低圧通路１８、ならびに高圧ポート１９と制御通路１７との間の連通を開閉可能な三方弁である。すなわち、弁部材６０が第一位置のとき、高圧通路１２の燃料は高圧ポート１９および制御通路１７を経由して制御室１３へ供給される。一方、弁部材６０が第二位置のとき、制御室１３の燃料は、制御通路１７および連通ポート１５を経由して低圧通路１８へ排出される。
【００３９】
弁部材６０は、図５に示すように第一シール部６５側の端部の外径Ｄ３と筒部６４側の端部の外径Ｄ４とが同一である。すなわち、弁部材６０は、第一シール部６５側の端面６０ａの面積と筒部６４側の端面６０ｂの面積の総和とは概ね同一である。
【００４０】
その結果、低圧通路１８の燃料の圧力によって弁部材６０の第一シール部６５側の端面６０ａと筒部６４側の端面６０ｂとに作用する力は同一となる。また、高圧通路１２からは高圧ポート１９を経由してシリンダ１４へ高圧の燃料が供給されている。しかし、高圧ポート１９からシリンダ１４へ供給された燃料は弁部材６０の外周部に周方向へ導入され、かつ第二シート部７２の外径と胴部６３の外径とは概ね同一である。そのため、高圧の油圧が作用する頭部６１の首部６２側の面積と胴部６３の首部６２側の面積は概ね同一となる。その結果、高圧の油圧により弁部材６０に作用する力は、弁部材６０の軸方向において均衡して相互に打ち消され、弁部材６０の軸方向への移動には影響しない。
【００４１】
次に、第２実施例によるインジェクタ２の作動について説明する。
ピエゾスタック５１が充電されていないとき、ピエゾスタック５１は収縮している。そのため、油圧室５２の油圧は低圧通路１８の油圧と同一である。一方、上述のように弁部材６０は第一シート部７１側の端面６０ａと筒部６４側の端面６０ｂの面積の総和とが同一であり、連通ポート１５およびシリンダ１４には低圧通路１８の油圧が供給されているため、油圧により弁部材６０に作用する力は均衡し相互に打ち消し合っている。そのため、弁部材６０には、見かけ上、スプリング１４３の付勢力のみが作用している。その結果、弁部材６０はスプリング１４３の付勢力により図４の上方へ移動し、図５に示すように第一シール部６５は第一シート部７１に着座している。すなわち、弁部材６０は第一位置に位置している。
【００４２】
弁部材６０の第一シール部６５が第一シート部７１に着座することにより、制御通路１７と低圧通路１８との連通は遮断されている。そのため、制御通路１７および制御室１３の圧力は高圧通路１２すなわちコモンレールの内部の圧力と同一となる。したがって、ピエゾスタック５１が充電されていないとき、ノズルニードル３０のシール部３１はノズルボディ２０のシート部２４に着座し、噴孔２１からの燃料の噴射は停止されている。
【００４３】
ピエゾスタック５１の充電が開始されると、ピエゾスタック５１は伸長し、ピエゾピストン５４はスプリング５７およびスプリング５９の付勢力に抗して油圧室５２方向へ移動する。ピエゾピストン５４の移動にともなって油圧室５２の燃料は加圧され、制御ピストン５３を介して弁部材６０を図４の下方へ押す力は増大する。そして、弁部材６０を図４の下方へ押す力がスプリング１４３の付勢力よりも大きくなると、弁部材６０は図４の下方へ移動し、第一シール部６５は第一シート部７１から離座する。これにより、連通ポート１５は開放され、制御通路１７の燃料は連通ポート１５を経由して低圧通路１８へ流出する。制御通路１７の燃料の流出にともない、制御室１３の圧力は低下する。
【００４４】
また、ピエゾスタック５１の変位量が大きくなると、制御ピストン５３により駆動される弁部材６０の第二シール部６６は図６に示すように第二シート部７２に着座し、高圧ポート１９と制御通路１７との間を閉塞する。すなわち、弁部材６０は第二位置となる。その結果、制御通路１７を経由した制御室１３への燃料の供給は停止され、制御室１３の圧力は低下し、ノズルニードル３０を噴孔閉塞方向へ付勢する力は低減する。したがって、ピエゾスタック５１が充電されると、ノズルニードル３０のシール部３１はノズルボディ２０のシート部２４から離座し、噴孔２１が開放されるため、噴孔２１から燃料が噴射される。
【００４５】
ピエゾスタック５１の充電後、放電が開始されると、ピエゾスタック５１は再び収縮する。ピエゾスタック５１の収縮にともなって、スプリング５７およびスプリング５９の付勢力によりピエゾピストン５４はピエゾスタック５１とともに図４の上方へ移動する。ピエゾピストン５４が図４の上方へ移動することにより、油圧室５２の油圧は低下し、制御ピストン５３を介して弁部材６０を図４の下方へ押す力は減少する。そして、弁部材６０を図４の下方へ押す力がスプリング１４３の付勢力よりも小さくなると、弁部材６０は図４の上方へ移動し、第一シール部６５は再び第一シート部７１へ着座する。すなわち、弁部材６０は再び図５に示す第一位置に移動する。これにより、連通ポート１５は閉塞され、制御通路１７から低圧通路１８への燃料の流出は停止される。また、このとき、弁部材６０の第二シール部６６は第二シート部７２から離座するため、高圧ポート１９からシリンダ１４へ流入した燃料は制御通路１７を経由して制御室１３へ供給される。そのため、制御室１３の燃料の圧力は再び上昇する。したがって、ノズルニードル３０のシール部３１はノズルボディ２０のシート部２４に着座し、噴孔２１からの燃料の噴射は終了する。
【００４６】
以上、説明したように、本発明の第２実施例によると、弁部材６０は連通ポート１５の開閉だけでなく高圧ポート１９と制御通路１７との間を開閉している。そのため、弁部材６０が第二位置から第一位置に移動したとき、高圧通路１２から制御室１３には燃料通路１３１からだけでなく高圧ポート１９および制御通路１７を経由しても燃料が供給される。そのため、弁部材６０が第二位置から第一位置へ移動するとき、すなわちインジェクタ２の噴射が停止されるとき、制御室１３の油圧は迅速に上昇する。したがって、ノズルニードル３０の作動速度を高めることができ、インジェクタ２の応答性を高めることができる。
【００４７】
（第３実施例）
本発明の第３実施例によるインジェクタを図７に示す。第２実施例と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３実施例では、低圧通路１８に逆止弁８０が設置されている。逆止弁８０は、低圧通路１８の燃料の圧力が所定値になると開弁し、低圧通路１８とインジェクタ３の外部とを連通する。
【００４８】
ピエゾスタック５１が収縮するとき、油圧室５２の圧力はほぼ大気圧まで低下する。逆止弁８０を設置して低圧通路１８の内部の圧力を所定の圧力に維持すると、低圧通路１８の燃料の圧力は大気圧よりも高くなるため、ピエゾスタック５１の収縮時、油圧室５２と低圧通路１８との間には圧力差が生じる。このとき、弁部材６０および制御ピストン５３には、油圧室５２の圧力よりも高圧の低圧通路１８の燃料の圧力が作用している。そのため、ピエゾスタック５１の収縮時、弁部材６０および制御ピストン５３には油圧室５２方向へ付勢する力が作用する。その結果、ピエゾスタック５１の収縮時における弁部材６０の図７上方への移動速度が向上される。したがって、ピエゾスタック５１の収縮時における弁部材６０の応答性を高めることができる。
【００４９】
また、油圧室５２の油圧よりも低圧通路１８に連通するスプリング収容室５６および連通ポート１５の油圧が高くなるため、スプリング収容室５６および連通ポート１５から油圧室５２へ燃料の流れが形成される。この燃料の流れは、ピエゾピストン５４の外壁とピエゾシリンダ５５の内壁、ならびに制御ピストン５３の外壁と制御シリンダ１６の内壁との間に形成される。これにより、ピエゾピストン５４とピエゾシリンダ５５ならびに制御ピストン５３と制御シリンダ１６との間に形成される摺動部の潤滑が図られる。したがって、ピエゾピストン５４、制御ピストン５３、ピエゾシリンダ５４および制御シリンダ１６の摩耗を低減することができ、耐久性を高めることができる。
【００５０】
さらに、逆止弁８０が開弁する圧力すなわち低圧通路１８の圧力を所定の圧力に維持することにより、低圧通路１８からスプリング収容室５６へ導入される燃料の圧力を所定の圧力に設定することができる。ピエゾスタック５１はピエゾ素子が積層されているため、収縮方向へプリセット荷重を加える必要がある。そこで、低圧通路１８から所定の圧力の燃料を導入することにより、スプリング収容室５６に導入された燃料によりピエゾスタック５１に所定の荷重を加えることができる。その結果、ピエゾスタック５１にプリセット荷重を加えるためのスプリングを廃止することができる。したがって、インジェクタ３の構成を簡単にすることができる。
【００５１】
以上、本発明の複数の実施例では、本発明のインジェクタをコモンレール式のディーゼルエンジンに適用した例について説明した。しかし、本発明は、コモンレール式に限らず他の形式のディーゼルエンジンまたはガソリンエンジンにも適用することができる。また、上記の実施例では、電気駆動部としてピエゾスタックを用いた例について説明したが、供給される電力に応じて変位量が変化するその他の電歪素子、磁歪素子あるいはリニアソレノイドなどを適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるインジェクタを示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１実施例によるインジェクタの要部を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の第１実施例によるインジェクタを示す模式的な断面図であって、燃料が噴射される状態を示す図である。
【図４】本発明の第２実施例によるインジェクタを示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の第２実施例によるインジェクタの要部を示す模式的な断面図であって、ピエゾスタック収縮時の状態を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例によるインジェクタの要部を示す模式的な断面図であって、ピエゾスタック伸長時の状態を示す図である。
【図７】本発明の第３実施例によるインジェクタを示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
１、２、３    インジェクタ（燃料噴射装置）
１０    ハウジング
１１    ハウジング本体
１２    高圧通路
１３    制御室
１４    シリンダ
１５    連通ポート
１７    制御通路
１８    低圧通路
１９    高圧ポート
２０    ノズルボディ
２１    噴孔
３０    ノズルニードル
４０    弁部材
４１    シール部
５０    アクチュエータ
５１    ピエゾスタック（電気駆動部）
５２    油圧室
５３    制御ピストン（可動部材）
５４    ピエゾピストン（電気駆動部）
６０    弁部材
６５    第一シール部
６６    第二シール部
７１    第一シート部
７２    第二シート部
８０    逆止弁
１４２    シート部
【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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【図７】
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