(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧燃料を蓄える蓄圧配管に連通する高圧部と、この高圧部と噴孔の間を開閉するニードルと、このニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、上記制御室と低圧部の間を開閉して上記制御室圧力を増減させる制御弁と、この制御弁を駆動する駆動手段を有するインジェクタを備え、上記制御弁を駆動して上記制御室の圧力を低下させることにより上記ニードルを作動させて上記噴孔を開放する燃料噴射装置において、上記制御室を、上記ニードルと、上記ニードルの上端部外周に油密かつ摺動可能に配設される筒状ガイド部材と、該筒状ガイド部材の上端面に油密かつ相対移動可能に当接する調整部材とで囲まれる空間にて形成し、上記筒状ガイド部材の上端面を略円錐面となすとともに、これに当接する上記調整部材の下端面を略球面または略円錐面状に形成し、かつ、
上記低圧部の圧力をリターン圧より高い所定の低圧に保持してその急激な変化を防止する圧力調整手段を設けたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
高圧燃料を蓄える蓄圧配管に連通する高圧部と、この高圧部と噴孔の間を開閉するニードルと、このニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、上記制御室と低圧部の間を開閉して上記制御室圧力を増減させる制御弁と、この制御弁を駆動する駆動手段を有するインジェクタを備え、上記制御弁を駆動して上記制御室の圧力を低下させることにより上記ニードルを作動させて上記噴孔を開放する燃料噴射装置において、上記制御室を、上記ニードルと、上記ニードルの上端部外周に油密かつ摺動可能に配設される筒状ガイド部材と、該筒状ガイド部材の上端面に油密かつ相対移動可能に当接する調整部材とで囲まれる空間にて形成し、上記筒状ガイド部材の上端面を略円錐面となすとともに、これに当接する上記調整部材の下端面を略球面または略円錐面状に形成し、かつ、
上記低圧部と上記高圧部の間に燃料リーク手段を有し、かつ該燃料リーク手段が、上記高圧部の圧力上昇に伴う燃料リーク量の増大を防止する手段を有することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
高圧燃料を蓄える蓄圧配管に連通する高圧部と、この高圧部と噴孔の間を開閉するニードルと、このニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、上記制御室と低圧部の間を開閉して上記制御室圧力を増減させる制御弁と、この制御弁を駆動する駆動手段を有するインジェクタを備え、上記制御弁を駆動して上記制御室の圧力を低下させることにより上記ニードルを作動させて上記噴孔を開放する燃料噴射装置において、上記制御室を、上記ニードルと、上記ニードルの上端部外周に油密かつ摺動可能に配設される筒状ガイド部材と、該筒状ガイド部材の上端面に油密かつ相対移動可能に当接する調整部材とで囲まれる空間にて形成し、上記筒状ガイド部材の上端面を略円錐面となすとともに、これに当接する上記調整部材の下端面を略球面または略円錐面状に形成し、かつ、 上記駆動手段が、駆動源の変位を拡大する変位拡大室と、該変位拡大室と上記低圧部の間に設けられるチェック弁を有し、上記チェック弁は、上記駆動源の変位に伴う上記変位拡大室の圧力上昇によって閉弁する弁体と、該弁体近傍に開口して上記変位拡大室の圧力を上記弁体に導入する燃料通路と、上記弁体の可動距離を規制する規制部材を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】
高圧燃料を蓄える蓄圧配管に連通する高圧部と、この高圧部と噴孔の間を開閉するニードルと、このニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、上記制御室と低圧部の間を開閉して上記制御室圧力を増減させる制御弁と、この制御弁を駆動する駆動手段を有するインジェクタを備え、上記制御弁を駆動して上記制御室の圧力を低下させることにより上記ニードルを作動させて上記噴孔を開放する燃料噴射装置において、上記制御室を、上記ニードルと、上記ニードルの上端部外周に油密かつ摺動可能に配設される筒状ガイド部材と、該筒状ガイド部材の上端面に油密かつ相対移動可能に当接する調整部材とで囲まれる空間にて形成し、上記筒状ガイド部材の上端面を略円錐面となすとともに、これに当接する上記調整部材の下端面を略球面または略円錐面状に形成し、かつ、
上記駆動手段が、駆動源としての電歪アクチュエータと、この電歪アクチュエータへの充電手段および放電手段を有し、上記充電手段に充電速度を制御するための充電用可変コイルを、上記放電手段に放電速度を制御するための放電用可変コイルをそれぞれ設けたことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項５】
高圧燃料を蓄える蓄圧配管に連通する高圧部と、この高圧部と噴孔の間を開閉するニードルと、このニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、上記制御室と低圧部の間を開閉して上記制御室圧力を増減させる制御弁と、この制御弁を駆動する駆動手段を有するインジェクタを備え、上記制御弁を駆動して上記制御室の圧力を低下させることにより上記ニードルを作動させて上記噴孔を開放する燃料噴射装置において、上記制御室を、上記ニードルと、上記ニードルの上端部外周に油密かつ摺動可能に配設される筒状ガイド部材と、該筒状ガイド部材の上端面に油密かつ相対移動可能に当接する調整部材とで囲まれる空間にて形成し、上記筒状ガイド部材の上端面を略円錐面となすとともに、これに当接する上記調整部材の下端面を略球面または略円錐面状に形成し、かつ、
上記ニードル、上記筒状ガイド部材、上記調整部材を、ボディ部材に設けた中空部内に配設し、該中空部内壁に上記筒状ガイド部材を介して上記調整部材を押圧するとともに上記ニードルを閉弁方向に付勢するスプリング部材と、上記ボディ部材を収容してインジェクタ本体に締結する容器状の締結部材を設けて、上記締結部材と上記ボディ部材の間に第２の調整部材を介設し、上記第２の調整部材の上記ボディ部材との当接面を略円錐面とするとともに、これに当接する上記ボディ部材の端面を略球面または略円錐面としたことを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関のコモンレールシステムに好適に使用される燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関のコモンレールシステムでは、高圧燃料を蓄圧する各気筒に共通のコモンレールを用い、所定のタイミングでインジェクタから各気筒に燃料噴射する。インジェクタには、従来より、噴孔を開閉するニードルの閉弁力を制御室の油圧とニードルスプリングの付勢力によって与える方式のものが広く用いられ、制御室の油圧は、例えば、二方弁によって制御される。二方弁は、インジェクタボディ内に収容されるアクチュエータで駆動されて、制御室と低圧通路の間を開閉し、制御室の油圧を増減させる。制御室は、通常、ニードルボディに設けた摺動穴の上端部に設けられ、ニードルスプリングも制御室内に設置される。
【０００３】
ここで、インジェクタの噴射特性を向上させるには、制御室の容積を小さくするのがよい。容積が小さいと、二方弁の開閉に伴う制御室の圧力変化が早くなり、ニードルの開閉応答性が向上する。ところが、上記従来のインジェクタは、ニードルボディの摺動穴に上方からニードルを挿通して組付ける構造となっているため、ニードルは摺動部となる上端部が最大径となり、制御室断面積（ニードル上端部断面積）を、ニードル下部断面積より小さく設計することができない。しかも、制御室の容積が小さくなると、閉弁応答性に寄与するニードルスプリングの体格が制限され、ニードルスプリング荷重を大きく設計することができない、という問題があった。このように、上記構成では、制御室断面積とニードルスプリング荷重の設計の自由度が小さく、インジェクタの応答性向上に限界があった。
【０００４】
インジェクタの制御室容積を低減する手段として、例えば、特開２０００−１８１１６には、ニードルボディに高圧燃料が導入される大径の穴部を設けて、ニードルを収容し、ニードル上端部を、穴部上端面に押圧されるスリーブ内に摺動可能に挿通して、該スリーブ内周に制御室を形成する構成が開示されている。図７は、このような制御室構成の一例で、ニードルボディ１００内には、高圧通路１０１に連通する油圧室１０２が形成され、油圧室１０２に配置したニードル１０３の上端部に筒状ガイド部材１０４を外挿して、ガイド部材１０４内周面とニードル１０３上端面およびボディ部材１０６下端面とで制御室１０５を形成している。制御室１０５は、ボディ部材１０６内に形成されるアウトオリフィス１０７を介して二方弁１０８に連通している。ガイド部材１０４の下方には、ニードル１０３中間部に形成したつば状部１０９との間にニードルスプリング１１０が配設されて、ニードル１０３を下方に付勢するとともに、ガイド部材１０４をボディ部材１０６下端面に押圧している。この構成では、ニードル１０３上端部を小径として、ニードル１０３上端面すなわち制御室１０５の断面積を縮小し、また、ニードルスプリング１１０を制御室１０５の外に配することにより、低容積化が可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７の構成において、制御室１１０への燃料の流入は、ガイド部材１０４側壁に設けたインオリフィス１１１を介して行われ、制御室１１０の燃料は、ボディ部材１０６に設けたアウトオリフィス１０７を介して流出する。この場合、噴射特性を安定させるためには、ボディ部材１０６下端面とガイド部材１０４上端面の隙間をできるだけ小さくする必要がある。同時に、ニードル１０３上端外周とガイド部材１０４内周の微小間隙による良好な摺動性が必要である。しかしながら、ボディ部材１０６下端面に当接するニードルボディ１００上端面と、ニードルボディ１００の中心軸線との垂直度にズレが生じないように、精度よく加工するのは、一般に容易ではない。このニードルボディ１００に、ニードル１０３およびガイド部材１０４を同軸に組付けようとすると、ガイド部材１０４上端面とニードルボディ１００上端面の平行度を確保することが困難となり、良好なシール性を確保することができない。また、燃料圧力とばね力によってガイド部材１０４がニードルボディ１００に押付けられ、シール性が向上する場合もあるが、この場合には、ガイド部材１０４とニードル１０３の同軸度が得られず、摺動性が低下する。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は、制御室およびニードルスプリングの設計の自由度を高めて、インジェクタの応答性を向上させることができ、しかも、制御室のシール性と、ニードルの良好な摺動性を確保することにより、優れた噴射特性と信頼性を兼ね備えた燃料噴射装置を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の燃料噴射装置は、高圧燃料を蓄える蓄圧配管に連通する高圧部と、この高圧部と噴孔の間を開閉するニードルと、このニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、上記制御室と低圧部の間を開閉して上記制御室圧力を増減させる制御弁と、この制御弁を駆動する駆動手段とを有するインジェクタを備え、上記インジェクタの上記制御弁を駆動して上記制御室の圧力を低下させると、上記ニードルがリフトして上記噴孔を開放し、燃料噴射を行う。上記制御室は、上記ニードルと、上記ニードルの上端部外周に油密かつ摺動可能に配設される筒状ガイド部材と、該筒状ガイド部材の上端面に油密かつ相対移動可能に当接する調整部材とで囲まれる空間にて形成してあり、上記筒状ガイド部材の上端面は略円錐面、これに当接する上記調整部材の下端面は、略球面または略円錐面状に形成してある。
【０００８】
本発明では、上記制御室を、上記ニードル外周の筒状ガイド部材に、上記調整部材を油密に接触させることにより形成する。この時、上記調整部材は自動調芯機能を有し、上記調整部材の略球面（略円錐面）と筒状ガイド部材の略円錐面とが接触を保持したまま相対位置を変えることにより、各部材上下面間の平行度のズレ、軸芯との垂直度のズレ等を吸収する。従って、良好なシール性と摺動性を確保することができ、しかも、上記ニードルやニードルスプリングの設計に制約が少ない構成であるので、上記制御室の容積を小さくし、あるいはニードルスプリング荷重を大きく設定して、インジェクタの応答性を向上させることが可能でる。
【０００９】
請求項１の発明では、上記基本構成に加えて、上記低圧部の圧力をリターン圧より高い所定の低圧に保持してその急激な変化を防止する圧力調整手段を設ける。
【００１０】
また、圧力調整手段を設けたことにより、インジェクタ内に所定の低圧に保持された上記低圧部を形成することができる。よって、上記制御弁の作動が安定し、上記制御室の圧力の制御性が向上するので、噴射特性を向上させることができる。また、より圧力の低いリターン圧を利用して、エア抜き等を行うことができる。
【００１１】
請求項２の発明では、上記基本構成に加えて、上記低圧部と上記高圧部の間に燃料リーク手段を設け、該燃料リーク手段に、上記高圧部の圧力上昇に伴う燃料リーク量の増大を防止する手段を設ける。
【００１２】
この燃料リーク手段により、上記低圧部に高圧燃料を導入して、上記低圧部をリターン圧より高く保つことができる。また、上記高圧部の圧力が上昇した場合には、上記防止手段が燃料リーク量の増大を防止するので、上記低圧部へ過度の高圧燃料がリークするのを抑制できる。
【００１３】
請求項３の発明では、上記基本構成に加えて、上記駆動手段に、駆動源の変位を拡大する変位拡大室と、該変位拡大室と上記低圧部の間に設けられるチェック弁を設ける。上記チェック弁は、上記駆動源の変位に伴う上記変位拡大室の圧力上昇によって閉弁する弁体と、該弁体近傍に開口して上記変位拡大室の圧力を上記弁体に導入する燃料通路と、上記弁体の可動距離を規制する規制部材を備えている。
【００１４】
上記チェック弁は、上記変位拡大室に上記低圧部の圧力を導入して、所定圧に保持するとともに、上記駆動手段の駆動時には、上記弁体を閉弁させて上記変位拡大室の圧力を上昇させる機能を有する。この時、上記燃料通路により、高圧となった上記変位拡大室の燃料圧力が上記弁体を直接加圧し、また、上記規制部材により上記弁体の可動距離を小さくすることで、速やかに閉弁させ、高応答のチェック弁を実現する。
【００１５】
請求項４の発明では、上記基本構成に加えて、上記駆動手段に、駆動源としての電歪アクチュエータと、この電歪アクチュエータへの充電手段および放電手段を設ける。そして、上記充電手段に充電速度を制御するための充電用可変コイルを、上記放電手段には放電速度を制御するための放電用可変コイルをそれぞれ設ける。
【００１６】
これにより、充電速度・放電速度をそれぞれ独立に制御可能となるので、噴射の開始、終了のタイミングをそれぞれ独立に調整することができる。よって、インジェクタ個体間の噴射特性のばらつき等をなくして、インジェクタ性能を向上させることができる。
【００１７】
請求項５の発明では、上記基本構成に加えて、上記ニードル、上記筒状ガイド部材、上記調整部材を、ボディ部材に設けた中空部内に配設し、該中空部内壁に上記筒状ガイド部材を介して上記調整部材を押圧するとともに上記ニードルを閉弁方向に付勢するスプリング部材を設ける。
【００１８】
具体的には、ボディ部材に設けた中空部内に、上記制御室を構成する各部材を配設し、スプリング部材で押圧固定する構成とすることができる。この時、上記調整部材は上記中空部内壁、および上記筒状ガイド部材に対して接触を保持したまま相対位置を変えることにより、加工誤差等によって生じる平行度や垂直度のズレを吸収することができる。また、上記中空部を上記高圧部に連通させれば、その油圧力により上記制御室のシール性を高め、あるいは、上記噴孔に供給する燃料を蓄える蓄圧室として用いることができる。
【００１９】
請求項５の発明では、さらに、上記ボディ部材を収容してインジェクタ本体に締結する容器状の締結部材を設けて、上記締結部材と上記ボディ部材の間に第２の調整部材を介設する。上記第２の調整部材は、上記ボディ部材との当接面を略円錐面とするとともに、これに当接する上記ボディ部材の端面は略球面または略円錐面状に形成してある。
【００２０】
締結時に、上記第２の調整部材は、上記ボディ部材および上記締結部材と接触を保持したまま相対位置を変えて、各部材の当接面の平行度のズレ、上記締結部材の締結部と軸芯との垂直度のズレ等を吸収する。よって、締結力を向上させて、高い油密性を得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明をディーゼルエンジンのコモンレール燃料噴射装置に適用した一実施の形態を示す。図１は燃料噴射装置の主要部であるインジェクタ構成を示す図で、インジェクタ本体としてのボディ１上側部に開口するフィード圧燃料入口１１に、図略の蓄圧配管（コモンレール）から高圧燃料配管を通じて、高圧の軽油燃料（以下、燃料という）が供給される。ボディ１内には高圧部たるフィード圧燃料通路１２（一部図示を略す）が設けられ、その上端は、フィルタ１２０を介してフィード圧燃料入口１１に至るとともに、下端は、ボディ１下方に配設される第１、第２バルブボディ１５、１６内を経て、ボディ部材としてのニードルボディ１７先端の噴孔１７１に連通している。また、ボディ１内には低圧部たる排圧燃料通路１３と、リターン圧燃料通路１４（いずれも一部図示を略す）が設けられ、インジェクタ各部でリークした燃料が、これら通路１３、１４を経てボディ１上端の排圧調整部６へ戻される。排圧燃料通路１３は、後述する圧力調整手段としての排圧調整部６によって、リターン圧より高い所定の排圧に保たれている。
【００２２】
ボディ１内には、駆動源としての電歪アクチュエータ２が収容され、上側部に接続される＋極２２と−極２１により、充電手段および充電手段となる電気コネクタ７を経由して図示しない駆動回路と接続されている。電歪アクチュエータ２は電歪素子を用いた公知の構成で、印加電圧に応じて伸縮し、その下端面に接して設けた第１ピストン２３を上下動させる。第１ピストン２３外周にはＯリング２３１が配設されて上方への燃料の侵入を阻止している。第１ピストン２３の下方には、第２ピストン２４が摺動自在かつ油密な状態で配設され、ボディ１の下端に油密な状態で組付けられる筒状カラー３１と対向している。筒状カラー３１内には、第３ピストン３２が摺動自在かつ油密な状態で挿通保持されている。
【００２３】
これらカラー３１および第３ピストン３２の上面と第２ピストン２４下面の間に形成される空間は、変位拡大室３としてある。変位拡大室３内には、大径の第１皿バネ２７が設置されて第１、第２ピストン２３、２４を介して電歪アクチュエータ２を上方に付勢している。従って、電歪アクチュエータ２を通電により伸長させると、第１皿バネ２７のバネ力に抗して第１、第２ピストン２３、２４が下方に移動する。また、変位拡大室３には、小径の第２皿バネ２８が設置されて第３ピストン３２を下方へ弱い力で付勢している。
【００２４】
第２ピストン２４の内部には、排圧導入路２４５の端部に設けたシート面２６と、下端側の一部を平面状に成形した略球状のチェック弁体２５とでチェック弁が形成されている。チェック弁体２５は、規制部材であるチェック弁押さえ２５１によりその可動距離が２０μｍ程度に規制されており、チェック弁押さえ２５１の中心に形成した燃料通路を介してチェック弁と変位拡大室３が連通している。よって、上記排圧燃料通路１３から、第２ピストン２４外周の排圧環状溝２４４、排圧導入路２４５を通り、チェック弁を経由して、所定の排圧に調整された燃料が変位拡大室３に導入される。一方、第２ピストン２４の下降により変位拡大室２３の圧力が上昇した際には、チェック弁押さえ２５１中心の燃料通路２５２を介して、加圧燃料の圧力が直ちにチェック弁体２５の平面部中央に加わる。これにより、チェック弁体２５を速やかに上方のシート面２６に当接させ、排圧導入路２４５を閉鎖して、チェック弁の閉弁応答性を向上させる構成としている。
【００２５】
第２ピストン２４の外周には、リターン圧環状溝２４１が設けられ、変位拡大室３から第２ピストン２４外周のクリアランスを通ってリークする燃料を、リターン圧排出通路２４２、リターン圧環状溝２４３を経て、リターン圧燃料通路１４へ排出する。この排出通路は、変位拡大室３に混入した気体（空気、燃料蒸気、水蒸気等）の排出にも有効に作用する。燃料が充満した変位拡大室３は、第２ピストン２４の下向きの力を油圧を介して第３ピストン３２に伝えるとともに、第２ピストン２４と第３ピストン３２との断面積の比（変位拡大率）に応じて、変位を拡大させる機能を有する。すなわち、電歪アクチュエータ２の微小な変位を、上記変位拡大率に応じて拡大し、第３ピストン３２の変位量を大きくする役割を果たす。
【００２６】
第３ピストン３２の下端部は、カラー３１に設けた空間、すなわちカラーボリューム３５内において、弁ニードル３３の円板状の上端面と接している。カラーボリューム３５は排圧燃料通路１３に連通している。第３ピストン３２の下端部周りには、弁ニードルスプリング３４が配設されて、弁ニードル３３の上端面に当接し、これを下方に付勢している。弁ニードル３３の下部は、第１バルブボディ１５内に延びて摺動可能かつ油密に挿通保持されている。
【００２７】
第１、第２バルブボディ１５、１６の衝合部には、制御弁としての三方弁が形成される。三方弁は、第１バルブボディ１５側に円錐面からなる三方弁低圧シート４１１を、第２バルブボディ１６側に平面からなる三方弁高圧シート４１２を有する三方弁室４１と、三方弁室４１内に収容される三方弁体４を有しており、弁ニードル３３先端のピン状部分が、この三方弁体４に当接している。三方弁低圧シート４１１は、弁ニードル３３下端部外周に形成される低圧のアウトボリューム４２に、三方弁高圧シート４１２は、第２バルブボディ１６上端部に形成される高圧のリターンボリューム３７に連通する。また、三方弁室４１は、側方に開口する制御室燃料通路３６、インオリフィス３６１を介して、後述する制御室５と常時連通している。従って、三方弁体４は、弁ニードル３３の下方への変位により、三方弁低圧シート４１１から離れて三方弁高圧シート４１２に密着し、逆に、弁ニードル３３の上方への変位により、後述するリターンボリューム３７の油圧力とリターンスプリング３８の力で上方へ付勢され、三方弁高圧シート４１２から離れて三方弁低圧シート４１１に密着する。このように、三方弁は、電歪アクチュエータ２、第１、第２ピストン２３、２４、変位拡大室３、第３ピストン３２、弁ニードル３３を含む駆動手段によって駆動されて、制御室燃料通路３６と低圧部、あるいは高圧部との連通を切り換える機能を有する。
【００２８】
第１バルブボディ１５には、アウトオリフィス４３１を設けたアウトオリフィス栓４３が油密にネジ止められる。該アウトオリフィス４３１の一端は、アウトボリューム４２に、他端は、第１バルブボディ１５上面のアウト通路４４に連通し、これにより、アウトボリューム４２内の燃料は、アウトオリフィス４３１、アウト通路４４を介して、アウト通路４４に下端が開口する排圧燃料通路１３に連通する。さらに、第１バルブボディ１５には、下面側から、適切なクリアランスを持ってリークピン４６を内包するリークピンホルダ４５がネジ止めされて燃料リーク手段を構成しており、リークピン通路４７を介してアウト通路４４に連通している。リークピン４６、リークピンホルダ４５下面は、図２に示す通路にてフィード圧燃料通路１２と連通しており、クリアランスＣを経て、リークピン通路４７、アウト通路４４から排圧燃料通路１３へ、フィード圧燃料を適量リークさせ、排圧燃料通路１３の圧力上昇を容易にしている。
【００２９】
なお、リークピンホルダー４５は、上面４５１を油密になるまでネジ締めしているため、該上面４５１からの燃料リークはなく、リークピンホルダー４５外周はフィード圧力に維持される。従って、フィード圧力が高圧の場合には、リークピンホルダー４５は外圧を受けることになり、リークピン４６との間のクリアランスは縮小し、クリアランスＣを通しての過度の高圧燃料のリークを防止する構成を持っている。また、リークピン４６は、下端が開口する中空状に形成され、該中空部内にはフィード圧燃料が充満している。よって、フィード圧力が高圧の場合には、クリアランス上部の圧損によりクリアランスＣの圧力が低下した部分において、リークピン４６上部の内外の差圧に応じてリークピン４６上部が半径方向に膨張する。これにより、リークピン４６外周のクリアランスが縮小し、クリアランスＣを介しての過度の高圧燃料リークを防止する構成となっている。
【００３０】
第２ノズルボディ１６内には、リターンボリューム３７が設けられ、その内部には、リターンスプリング３８と、リターンスプリング３８により上方へ付勢されるリターンピン３９が設置される。リターンピン３９上端は、三方弁体４下面と接して、三方弁体４を上方へ付勢する。リターンボリューム３７は、下方のニードルボディ１７内に設けた中空部からなり、フィード圧燃料通路１２と連通するニードルボリューム５１と連通する一方、上方の弁室４１と、リターンピン３９上端部外周の通路を通じて導通し、三方弁高圧シート４１２を経てフィード圧の燃料を弁室４１へ導く。従って、三方弁高圧シート４１２に着座した三方弁体４には、三方弁高圧シート４１２面積に相当するフィード圧力による油圧力と、リターンスプリング３２０のバネ力が上向きに加わる。
【００３１】
ニードルボディ１７内には、ニードル５４が摺動可能かつ油密に収容される。図３に示すように、該ニードル５４上端部は、ニードルボリューム５１の上端部内に配した筒状ガイド部材であるニードルガイド５５に対し摺動可能かつ油密に挿通され、ニードルガイド５５上面と第２ノズルボディ１６下面との間に挟持されて自動調芯プレート５２が設けてある。ニードルガイド５５上端外周に設けたつば状部と、ニードル５４中間部外周に設けたつば状部の間にニードルスプリング５６が配設されて、ニードル５４を下方へ付勢すると同時に、ニードルガイド５５を上方へ付勢している。図２に拡大して示すように、自動調芯プレート５２上面は平面状で、第２ノズルボディ１６下面と水平方向に移動自在に接しており、下面は、その上面中央を中心とする球面シール５２１をなしている。ニードルガイド５５上面は、自動調芯プレート５２上面中央を中心とする円錐面シール５５１をなし、自動調芯プレート５２下面の球面シール５２１と接する。従って、ニードル５４と第２ノズルボディ１６下面との垂直度の狂いは、自動調芯プレート５２の水平方向の動きと、ニードルガイド５５の回転方向の動きによって吸収され、かつニードルガイド５５はニードルスプリング５６により上向きに付勢されるため、ニードルガイド５５の円錐面シール５５１と自動調芯プレート５２の球面シール５２１とは良好な油密状態を実現する。
【００３２】
さて、ニードル５４上面とニードルガイド５５内周面および調芯部材である自動調芯プレート５２下面とで囲まれる空間にて制御室５を形成する。制御室５は、自動調芯プレート５２を斜めに貫通する制御室通路５３を通じて、制御室通路３６先端のインオリフィス３６１に連通し、弁室４１からこれら通路３６、３６１、５３を通じて燃料が供給される。制御室５の油圧は、三方弁体４のシート位置に応じて増減し、制御室５の油圧の大きさに応じてニードル５４が上下方向に移動する。この際、ニードル５４の上方向の移動は、その上面と自動調芯プレート５２下面との接触によって制約される。ニードル５４の下端は、ニードルボディ１７先端に設けられたシート面１７２と相対し、ニードル５４の上下動に伴い、シート面１７２との間に形成される弁構造の開閉が行われて、フィード圧燃料通路１２に連通するニードルボリューム５１とシート面１７２下流の噴孔１７１との連通、すなわち、燃料噴射の有無を制御する。
【００３３】
第１、第２ノズルボディボディ１５、１６とニードルボディ１７は、自動調芯リング１８を介してリテーナ１９によりボディ１に油密に締結される。自動調芯リング１８は、上面が円錐面１８１をなして、ニードルボディ１７下面の球面１７３と接し、平面状の下面はリテーナ１８面と水平方向に移動自由に接する。この自動調芯リング１８の作用により、ボディ１下端外周のネジ部および下面と、ボディ１軸中心線との平行度および垂直度のズレ、第１、第２ノズルボディボディ１５、１６各々の上下面の平行度のズレ、さらにニードルボディ１７上面と、軸中心線との垂直度のズレ等を吸収し、リテーナ１９による良好かつ油密な締結を実現する。
【００３４】
ボディ１上端面には、内部にリターンボリューム６０３を形成するリング状のリターンカラー６０が接し、その上方に配した排圧調整ボディ６１により油密に締結されている。排圧調整ボディ６１は、中央の筒状部がリターンカラー６０のリング内を経てボディ１に螺結されるとともに、該筒状部内に排圧燃料通路１３に連通する排圧室６１１を形成している。排圧室６１１は、排圧調整ボディ６１上面に突設する環状排圧シートリブ６１３上に、排圧調整スプリング６５で下方に付勢される排圧調整プレート６２を配設することによって、環状排圧シートリブ６１３外周に形成される環状のリターン圧室６１２と区画される。リターン圧室６１２の上面は、ゴム製の排圧調整ダイヤフラム６３からなり、排圧調整ダイヤフラム６３は、外周縁が、排圧調整ボディ６１とその上方の排圧調整カバー６６の外周縁間に挟持されるとともに、内周縁が、排圧調整プレート６２と排圧調整ダイヤフラム押さえ６４間に挟持されて、油密に固定されている。排圧調整スプリング６５は、この排圧調整ダイヤフラム押さえ６４と排圧調整カバー６６の間に配設される。
【００３５】
排圧調整カバー６６内は、大気室６６２としてあり、排圧調整カバー６６側面に設けた大気孔６６１により周囲の大気に連通して、その圧力を大気圧に保持している。大気室６６２と、排圧室６１１およびリターン圧室６１２とは、排圧調整プレート６２および排圧調整ダイヤフラム６３により油密に隔離されている。リターン圧室６１２は、排圧調整ボディ６１下面に設けた連通穴によってリターンボリューム６０３に連通する。また、リターンボリューム６０３は、リターンカラー６０下面に形成したリターン環状溝６０２によって、リターン圧燃料通路１４に連通している。
【００３６】
従って、排圧燃料通路１３から排圧室６１１に集められた各部からのリーク燃料の圧力が上昇し、排圧調整プレート６２を上向きに付勢する油圧力が排圧調整スプリング６５の下向きの力を越えると、排圧調整プレート６２が環状排圧シートリブ６１３から離れて、排圧室６１１の燃料がリターン圧室６１２に流出する。これにより、排圧室６１１の圧力が低下し、排圧調整スプリング６５の付勢力以下となると、排圧調整プレート６２が再び環状排圧シートリブ６１３に押圧される。この排圧調整部６の機能により、排圧室６１１の圧力が所定の排圧に保たれる。リターン圧室６１２に流出した燃料は、リターンボリューム６０３を経て、リターン圧燃料出口６０１より図示しない配管を通じて燃料タンクに戻される。また、リターン圧燃料通路１４を通って集まったリーク燃料も、リターン環状溝６０２を経て、リターン圧燃料出口６０１に至る。
【００３７】
ボディ１に接合される電気コネクタ７は、＋端子７８、−端子７７を通じて、電歪アクチュエータ２を図示しない駆動回路と電気的に接続する。電気コネクタ７は、充電用可変コイルを構成する充電側コイル７１とその筒内に螺挿される充電側鉄芯７２と、放電用可変コイルを構成する放電側コイル７４とその筒内に螺挿される放電側鉄芯７５を有し、充電側鉄芯７２、放電側鉄芯７５は、その挿通位置に応じて充電側コイル７１ないし放電側コイル７４０のインダクタンス値を可変とする。電気コネクタ７には、さらに電流の向きを規制する充電側ダイオード７３、放電側ダイオード７６が設けられている。電歪アクチュエータ２の＋電極２２は電気コネクタ７の＋端子７８と電気的に接続し、また、−電極２１と−端子７７は、１つは充電側コイル７１、充電側ダイオード７３を経て電気コネクタ７の−端子７７へ至る経路によって、もう１つは放電側コイル７４、放電側ダイオード７６を経て−端子７７へ至る経路によって、電気的に接続される。
【００３８】
従って、図示しない駆動回路から電歪アクチュエータ２に充電する際に、充電側鉄芯７２を充電側コイル７１内へ深く挿入し、そのインダクタンス値を大きくすると、充電側コイル７１の働きにより電歪アクチュエータ２への充電速度が緩慢となる。すなわち、電歪アクチュエータ２の伸長速度が減少して、三方弁体４を下方へ押し下げるタイミング、速さが遅くなり、ニードル５４の上昇速度と、これに伴う噴射の開始を遅らせることができる。逆に、充電側鉄芯７２の充電側コイル７１内への挿入量を減ずれば、噴射の開始を速めることができる。同様に、図示しない駆動回路へ電歪アクチュエータ２から放電する際に、放電側鉄芯７５を放電側コイル７４内へ深く挿入し、そのインダクタンス値を大きくすると、放電側コイル７４の働きにより電歪アクチュエータ２からの放電速度が緩慢となる。すなわち、電歪アクチュエータ２の縮小速度が減少して、三方弁体４の上方へ移動するタイミング、速さが遅くなり、ニードル５４の下降速度と、これに伴う噴射の終了を遅らせることができる。逆に、放電側鉄芯７５の放電側コイル７４内部への挿入量を減ずれば、噴射の終了を速めることができる。
【００３９】
上記構成の燃料噴射装置の作動を図４の作動説明図に従って説明する。
電歪アクチュエータ２にかかる駆動電圧が０〔Ｖ〕の時（閉弁状態）を考える。変位拡大室３の油圧は排圧調整スプリング６５の付勢力によって決まる排圧室６１１の圧力に保たれる。電歪アクチュエータ２には、この変位拡大室３の油圧による油圧力と第１皿バネ２７による力が第１、第２ピストン２３、２４を介して上向きに作用している。三方弁体４には、第２皿バネ２８によるバネ力と弁ニードルスプリング３４によるバネ力が下向きに作用し、一方、フィード圧に保たれる三方弁室４１圧力による油圧力とリターンスプリング３８によるバネ力が上向きに作用している。第２皿バネ２８のバネ力は第３ピストン３２を下向きに付勢して弁ニードル３３との接触を確保するに十分な程度に小さい値に設定され、また、弁ニードルスプリング３４のバネ力も、弁ニードル３３を下向きに付勢して三方弁体４との接触を確保するに十分な程度に小さな値に設定されているため、三方弁体４にはトータルとして上向きの力が作用し、三方弁低圧シート４１１に押圧されている。従って、アウトボリューム４２は三方弁室４１と遮断され、アウトオリフィス４２を通じて連通する排圧室６１１圧力と等しい圧力に保たれる。
【００４０】
一方、制御室５は、制御室通路５３、インオリフィス３６１、三方弁室４１、リターンボリューム３７、ニードルボリューム５１を経て、フィード圧燃料通路１２と連通し、フィード圧に保たれる。この状態では、ニードル５４には、ニードルスプリング５６のバネ力と、シート面１７２面積に相当するフィード圧力による油圧力が下向きに作用し、ニードル５４はシート面１７２に押し付けられてシールが成立し、閉弁状態が実現する。
【００４１】
開弁信号に応じて（時間ｔ1 ）、電歪アクチュエータ２に駆動電圧が印加されると、圧電効果により電歪アクチュエータ２が伸長し、第１、第２ピストン２３、２４が下方に変位する。これに伴い、変位拡大室３の油圧が上昇して、第３ピストン３２を下方に変位させる。この時、第３ピストン３２の変位量は、第２ピストン２４の変位量に対し、変位拡大率（第２ピストン２４の断面積と第３ピストン３２の断面積との比）分拡大される。第３ピストン３２は、弁ニードル３３を介して三方弁体４を下方に押圧し、三方弁体４は三方弁高圧シート４１２に押付けられてこれをシールする。一方、三方弁低圧シート４１１はシール状態から開放されるため、アウトボリューム４２は、三方弁室４１に連通し、一旦圧力が上昇する。その後、インオリフィス３６１とアウトオリフィス４３１の流量抵抗に応じて制御室５、三方弁室４１、アウトボリューム４２の圧力は低下する。
【００４２】
制御室５の圧力が十分低下すると、ニードル５４を下向きに付勢する油圧力も低下し、この油圧力とニードルスプリング５６のバネ力およびシート面１７２に作用する油圧力を合わせたニードル５４に作用する下向きの力が、ニードル５４に作用する上向きの力（ニードルガイド５５部のニードル５４に断面積からシート面１７２面積を引いた面積に作用する油圧力）より小さくなると、ニードル５４が上昇を始め開弁する（時間ｔ2 ）。開弁後、ニードル５４が上昇速度を増し、ある一定速度となると、制御室４３１、三方弁室４１、アウトボリューム４２の圧力は釣り合った値に維持される。
【００４３】
ニードル５４が一定速度で上昇している時に、閉弁信号が入り（時間ｔ3 ）、電歪アクチュエータ２の駆動電圧が０〔Ｖ〕に戻ると、電歪アクチュエータ２が初期長さに収縮し、第１、第２ピストン２３、２４が上昇して、変位拡大室３は排圧室６１１の圧力に戻る。そのため、第１ピストン２３に働く下向きの油圧力が減少し、第３ピストン３２、弁ニードル３３とともに三方弁体４が上昇して三方弁低圧シート４１１に押圧される。これにより、三方弁室４１と遮断されるアウトボリューム４２圧力が、アウトオリフィス４３１の流量抵抗に従って排圧室６１１圧力まで低下する。一方、三方弁室４１は、リターンボリューム３７と連通するため、フィード圧に上昇する。制御室５もインオリフィス３６１を通じて燃料が流入するために、その圧力は一旦フィード圧に上昇するが、制御室５圧力により生じる下向きの力によりニードル５４が下向きに加速されると、容積が増すために再び低下し始め、一定速度に達すると、これと釣り合うフィード圧よりやや低い圧力に保たれる。
【００４４】
その後、ニードル５４がシート面１７２に着座、閉弁すると（時間ｔ4 ）、制御室５３１の圧力はフィード圧まで上昇する。
【００４５】
ここで、本発明の第１の発明である、自動調芯プレート５２の作用について説明する。本発明では、自動調芯プレート５２の球面シール５２１と、ニードルガイド５５の円錐面シール５５１との油密な接触により制御室５を形成しているため、各部材面の平行度のズレや軸中心線との垂直度のズレ等を良好に吸収して、シール性、摺動性を向上させることができる。また、本発明の第６の発明である、ニードルボディ１７内部に十分広い空間であるニードルボリューム５１を確保することが可能で、そこに設置するニードルスプリング５６も大型のバネ荷重の大きなものとすることができるので、ニードル５４を閉弁する際の加速力を十分大きく取れ、インジェクタの閉弁応答性を向上させることが可能になる。また、ニードル５４上方から外挿する構造のニードルガイド５５を設けることにより制御室５との摺動部の、ニードル５４断面積をニードルボディ１７との摺動部のニードル５４断面積とは無関係に設定することが可能となり、インオリフィス３６１から制御室５に流入する燃料流入速度に対応するニードル５４下降速度（燃料流入速度÷制御室５との摺動部のニードル５４断面積）を十分速く設定することができ、インジェクタ閉弁応答性を向上させることが可能になる。
【００４６】
本発明の第２の発明である、排圧調整部６の作用について説明する。この機構は、▲１▼排圧の設定、▲２▼急激な排圧上昇を防止する圧力ダンパ、▲３▼変位拡大室３のエア抜きのためのリターン圧の生成、という３つの機能を併せ持つ。背面を大気とした排圧調整プレート６２を介して、排圧調整スプリング６５のバネ力と排圧室６１１の油圧力を拮抗させる構造のため、排圧調整プレート６２背面の流体（空気）の抵抗がなく、排圧調整プレート６２の応答性が高く、圧力ダンパの機能が高くなる。また、環状シートリブ６１３からリークした燃料は、リターン圧燃料通路１４と連通したリターン燃料ボリューム６０３を軽油してリターン圧燃料出口６０１から排出される構成のため、変位拡大室３のベース圧力である排圧室６１１圧力よりも低い圧力をリターン圧燃料通路１４を介してインジェクタに供給でき、変位拡大室３に混入した気体（空気等）を第２ピストン２４外周クリアランス、リターン圧環状溝２４１、リターン圧排出通路２４２、リターン圧環状溝２４３を経てリターン圧燃料通路１４へ排出することを可能にしている。
【００４７】
本発明の第３の発明である、排圧生成用リーク機構の作用について説明する。排圧室６１１の圧力は、主に、三方弁から排出される燃料（スイッチングリーク）により生成されるが、それを補うためにリークピン４６を設け、その外周のクリアランスＣよりフィード圧燃料を排圧燃料通路１３に供給している。このとき、フィード圧の上昇とともに、その圧力によりリークピン４６外周のクリアランスＣが拡大し、不必要に多量の燃料リークが生じることを防止するため、リークピン４６外周にリークピンホルダ４５を設けている。リークピンホルダ４５は、上面が第１バルブボディ１５と油密に接しているため、その外周と第１バルブボディ１５との間隙は高圧のフィード圧燃料で満たされ、フィード圧が上昇すると外周からの油圧力により、リークピン４６とリークピンホルダ４５との間のクリアランスＣが縮小する方向に変形が生じる。よって、フィード圧の上昇に伴う過度の燃料リークを防止することができる。
【００４８】
また、リークピン４６内部に設けた空間も、フィード圧燃料が侵入可能であり、同じ作用を有する。リークピン４６外周のクリアランスＣの油圧を考えると、クリアランス下部はフィード圧に近く、クリアランス上部は排圧に近くなるよう、圧力が低下していく。従って、クリアランス上部でのリークピン４６内外の油圧を考えると、内部はフィード圧、外部は排圧に近い低圧となり、リークピン４６は外方向に拡径変形して、リークピンホルダ４５との間のクリアランスが縮小する。この効果は、フィード圧が上昇するほど顕著となり、フィード圧の上昇に伴う過度の燃料リークを防止することができる。
【００４９】
本発明の第４の発明である、変位拡大室３のチェック弁機構について説明する。本発明では、チェック弁押さえ２５１とチェック弁体２５との距離を約２０μｍ程度に小さく設定するとともに、チェック弁押さえ２５１中央に燃料通路を設けている。よって、電歪アクチュエータ２の伸びに伴い、変位拡大室３の圧力が上昇した際、高圧となった燃料の加圧力が、この燃料通路の出口に位置するチェック弁体２５下面に直ちに加わり、チェック弁体２５の上方への加速力を高めて、高応答のチェック弁を実現させる。
【００５０】
本発明の第５の発明である、電気コネクタ７に設けた電歪アクチュエータ２の伸縮速度の調整機構について説明する。本発明では、充電側鉄芯７２および放電側鉄芯７５の挿通量を可変としたので、例えば、電歪アクチュエータ２に電荷を投入する際には、充電側鉄芯７２の挿通位置を変更することにより、充電側コイル７１のインダクタンス値を自由に設定することができ、そのインダクタンスによ電荷移動抵抗の調整によって電歪アクチュエータ２への電荷投入速度を調整することができる。また、電歪アクチュエータ２から電荷を抜く際には、放電側コイル７４と放電側鉄芯７５にて同様の機能が得られる。この充電側回路と、放電側回路は、充電側ダイオード７３と、放電側ダイオード７６により電気的に分離されているため、電歪アクチュエータ２の充電特性と放電特性とを、完全に独立して調整することが可能となる。これら調整機能を利用して、インジェクタ個体間の噴射特性のバラツキをなくすことが容易に行える。
【００５１】
本発明の第７の発明である、自動調芯リング１８を用いたリテーニング機構について説明する。本発明では、自動調芯リング１８の上面を円錐面１８１となす一方、ニードルボディ１７下面を球面１７３としており、互いに接したまま球面上で相対位置を変えることができる。また、自動調芯リング１８とリテーナ１９によりボディ１に油密に締結される。自動調芯リング１８は、上面が円錐面１８１をなして、ニードルボディ１７下面の球面１７３と接し、平面状の下面はリテーナ１８内面との間には間隙が存在するため、水平方向に相対位置を変えることができる。この２つの相対位置の自由度によって、第１、第２ノズルボディボディ１５、１６上下面の平行度の公差、ニードルボディ１７上面の軸心との垂直度の公差、リテーナ１９上端ネジ部の軸線との平行度の公差等の加工誤差を吸収することができ、リテーナ１９は片当たりすることなく、構成部品を結合することができるので、高い油密性能が実現する。
【００５２】
上記第１の実施の形態では、制御弁として三方弁を用いたが、図５に示すような二方弁でもよい。この場合、制御室５には、ニードルボリューム５１に開口するインオリフィス５５２を介してフィード圧が導入される。また、図６に示すように、自動調芯プレート５２下端面の形状を、円錐面とすることもでき、同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態であり、燃料噴射装置の主要部を構成する燃料噴射弁の全体断面図である。
【図２】リークピンおよびリークピンホルダ近傍の拡大断面図である。
【図３】燃料噴射弁の下端部の拡大断面図である。
【図４】本発明の燃料噴射装置の作動説明図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における燃料噴射弁下端部の拡大断面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態における燃料噴射弁の要部拡大断面図である。
【図７】従来の燃料噴射装置における燃料噴射弁下端部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１  ボディ（インジェクタ本体）
１２  フィード圧燃料通路（高圧部）
１３  排圧燃料通路（低圧部）
１４  リターン圧燃料通路
１７  ニードルボディ（ボディ部材）
１７１  噴孔
１８  自動調芯リング（第２の調整部材）
１９  リテーナ（締結部材）
２  電歪アクチュエータ（駆動源）
２５  チェック弁体（チェック弁）
２５１  チェック弁押さえ（規制部材）
２５２  燃料通路
２６  シート面（チェック弁）
３  変位拡大室
４  三方弁体（制御弁）
４１  三方弁室（制御弁）
４５  リークピン（燃料リーク手段）
４６  リークピンホルダ（燃料リーク手段）
５  制御室
５１  ニードルボリューム（中空部）
５２  自動調芯プレート（調整部材）
５３  制御室通路
５４  ノズルニードル
６  排圧調整部（圧力調整手段）
７  通電コネクタ（充電手段および放電手段）
７１  充電側コイル（充電用可変コイル）
７４  放電側コイル（放電用可変コイル）
【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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