(57)【要約】【課題】両ピストン間の液室に侵入した空気を液室外に排出して、燃料噴射弁が燃料を噴射できなくなることを回避する。【解決手段】ピエゾスタックにより第１ピストン４３が駆動され、液室４５の圧力を受けて第２ピストン４４が作動し、第２ピストン４４の作動に応じてノズルの作動が制御される燃料噴射弁において、第１ピストン４３における液室４５側の面に、液室４５内の空気を第１ピストン４３の外周側にガイドするガイド面４３１を設ける。液室４５に侵入した空気Ａは、ガイド面４３１に沿って第１ピストン４３の外周側に移動し、第１ピストン４３とアクチュエータシリンダ４２との隙間を介して排出される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック（４１）と、
このピエゾスタック（４１）により駆動される第１ピストン（４３）と、
この第１ピストン（４３）との間に形成された液室（４５）の圧力を受けて作動する第２ピストン（４４）と、
前記両ピストン（４３、４４）が摺動自在に挿入されるシリンダ（４２）と、
前記第２ピストン（４４）の作動に応じてニードル（２１）が作動して噴孔（２４）が開閉されるノズル（２）とを備え、
前記第１ピストン（４３）における前記液室（４５）側の面に、前記液室（４５）内の空気を前記第１ピストン（４３）の外周側にガイドするガイド面（４３１）を設けたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記ガイド面（４３１）は、前記第１ピストン（４３）の外周側よりも前記第１ピストン（４３）の径方向中心部の方が前記液室（４５）側に向かって突出した形状であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記ガイド面（４３１）は円錐であることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記ガイド面（４３１）は球面であることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
第１ピストン（４３）の軸線が略鉛直方向で、且つ第１ピストン（４３）の下方に液室（４５）が位置するようにして内燃機関に搭載されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を内燃機関に噴射するための燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料噴射弁は、ニードルにより噴孔を開閉するノズルを備え、制御室の燃料圧力によりニードルが閉弁向きに付勢され、制御弁にて制御室の圧力を制御してノズルの開閉弁作動を制御するようになっている。また、この燃料噴射弁における制御弁はピエゾアクチュエータによって駆動され、このピエゾアクチュエータは、ピエゾスタックの伸縮変位を伝達部で拡大して制御弁に伝達するようになっている。この伝達部は、第１ピストンと第２ピストンが直列に配置され、両ピストン間に形成された液室に作動液として燃料が充填される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、この燃料噴射弁は、ピエゾスタックが伸長すると第１ピストンが駆動されて液室の圧力が上昇し、その圧力を受けて第２ピストンが駆動され、さらに第２ピストンにより制御弁が駆動され、制御室内の圧力が低下してノズルから内燃機関に燃料が噴射される。
【特許文献１】特開２００４−２０８４５２号公報
【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、上記した従来の燃料噴射弁は、ガス欠により空気を含む燃料が燃料噴射弁内に侵入し、さらにその空気が両ピストン間の液室に侵入した後に延期室に残留すると、ピエゾスタックにて第１ピストンを駆動しても液室の圧力が充分に上昇し難くなるため、制御弁を正常に作動させることができなくなり、ひいては燃料噴射弁が燃料を噴射できなくなるという問題が生じる。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、液室に侵入した空気を液室外に排出可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック（４１）と、このピエゾスタック（４１）により駆動される第１ピストン（４３）と、この第１ピストン（４３）との間に形成された液室（４５）の圧力を受けて作動する第２ピストン（４４）と、両ピストン（４３、４４）が摺動自在に挿入されるシリンダ（４２）と、第２ピストン（４４）の作動に応じてニードル（２１）が作動して噴孔（２４）が開閉されるノズル（２）とを備え、第１ピストン（４３）における液室（４５）側の面に、液室（４５）内の空気を第１ピストン（４３）の外周側にガイドするガイド面（４３１）を設けたことを特徴とする。
【０００７】
これによると、液室（４５）に侵入した空気は、第１ピストン（４３）の外周側にガイドされるため第１ピストン（４３）とシリンダ（４２）との隙間を介して液室（４５）外に排出される。したがって、液室（４５）に侵入した空気により燃料噴射弁が燃料を噴射できなくなることを回避することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の燃料噴射弁において、ガイド面（４３１）は、第１ピストン（４３）の外周側よりも第１ピストン（４３）の径方向中心部の方が液室（４５）側に向かって突出した形状であることを特徴とする。これによると、液室（４５）に侵入した空気を第１ピストン（４３）の外周側にガイドすることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の燃料噴射弁において、ガイド面（４３１）は円錐であることを特徴とする。これによると、液室（４５）に侵入した空気を第１ピストン（４３）の外周側に確実にガイドすることができるとともに、ガイド面（４３１）は単純な形状であるためその加工が容易である。
【００１０】
請求項４に記載の発明では、請求項２に記載の燃料噴射弁において、ガイド面（４３１）は球面であることを特徴とする。これによると、液室（４５）に侵入した空気を第１ピストン（４３）の外周側に確実にガイドすることができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明のように、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁は、第１ピストン（４３）の軸線が略鉛直方向で、且つ第１ピストン（４３）の下方に液室（４５）が位置するようにして内燃機関に搭載される燃料噴射弁に好適である。
【００１２】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁を備える燃料噴射装置の全体構成を模式的に示す図である。
【００１４】
燃料噴射弁は、内燃機関（より詳細にはディーゼルエンジン、図示せず）のシリンダヘッドに装着され、蓄圧器（図示せず）内に蓄えられた高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射するものである。
【００１５】
図１に示すように、燃料噴射弁のボデー１は、蓄圧器からの高圧燃料が導入される燃料入口部１１と、燃料噴射弁内部の燃料を燃料タンク１００に向けて流出させる燃料出口部１２とを備えている。
【００１６】
ボデー１の軸方向一端側に、開弁時に燃料を噴射するノズル２が配置されている。このノズル２は、ボデー１に摺動自在に保持されたニードル２１と、ニードル２１を閉弁向きに付勢するノズルスプリング２２と、ニードル２１のピストン部２１ａが挿入されたノズルシリンダ２３とを有している。
【００１７】
ボデー１の軸方向一端には、高圧燃料通路１３を介して燃料入口部１１と連通する噴孔２４が形成され、この噴孔２４から高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させるようになっている。この噴孔２４の上流側にテーパ状の弁座２５が形成されており、ニードル２１に形成されたシート部２１ｂが弁座２５に接離することにより噴孔２４が開閉される。
【００１８】
ピストン部２１ａは、ノズルシリンダ２３に摺動自在に且つ液密的に挿入されており、ピストン部２１ａとノズルシリンダ２３とにより、内部の燃料圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室２６が形成されている。そして、ニードル２１は、制御室２６内の燃料圧力により閉弁向きに付勢されるとともに、燃料入口部１１から高圧燃料通路１３を介して噴孔２４側に導かれる高圧燃料により開弁向きに付勢される。
【００１９】
ボデー１の軸方向中間部には、制御室２６の圧力を制御する制御弁３が収納される弁室１４が形成されている。この弁室１４は、連絡通路１５を介して制御室２６と常時連通している。弁室１４には、高圧燃料通路１３から分岐された高圧連絡通路１３ａが接続されている。また、弁室１４は、低圧燃料通路１６を介して燃料出口部１２に接続されている。
【００２０】
制御弁３は、弁室１４と高圧連絡通路１３ａとの間および弁室１４と低圧燃料通路１６との間を開閉する弁体３１と、弁室１４と高圧連絡通路１３ａとの間が開かれるとともに弁室１４と低圧燃料通路１６との間が閉じられる向きに弁体３１を付勢するバルブスプリング３２とを有している。
【００２１】
ボデー１の軸方向他端側には、制御弁３を駆動するアクチュエータ４が収納されるアクチュエータ室１７が形成されている。このアクチュエータ室１７は、低圧連絡通路１６ａを介して低圧燃料通路１６に接続されている。
【００２２】
アクチュエータ４は、ピエゾ素子が多数積層されて電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック４１と、ピエゾスタック４１の伸縮変位を制御弁３の弁体３１に伝達する伝達部とを備えている。
【００２３】
伝達部は以下のように構成されている。アクチュエータシリンダ４２に第１ピストン４３および第２ピストン４４が摺動自在に且つ液密的に挿入されており、第１ピストン４３と第２ピストン４４との間には、燃料が充填された液室４５が形成されている。
【００２４】
第１ピストン４３は、第１スプリング４６によりピエゾスタック４１側に向かって付勢されており、ピエゾスタック４１により直接駆動されるようになっている。そして、ピエゾスタック４１の伸長時には、第１ピストン４３により液室４５の圧力が高められるようになっている。
【００２５】
第２ピストン４４は、第２スプリング４７により制御弁３の弁体３１側に付勢されており、液室４５の圧力を受けて作動して弁体３１を駆動するようになっている。そして、第２ピストン４４は、ピエゾスタック４１の伸長時には、高圧化された液室４５の圧力を受けて作動して、弁室１４と高圧連絡通路１３ａとの間が閉じられるとともに弁室１４と低圧燃料通路１６との間が開かれる位置に弁体３１を駆動する。一方、ピエゾスタック４１の収縮時、すなわち液室４５の圧力が低いときには、第２ピストン４４は、第２スプリング４７に抗して制御弁３のバルブスプリング３２により第１ピストン４３側に押し戻される。第２ピストン４４は、第１ピストン４３よりも小径である。したがって、ピエゾスタック４１の伸縮変位量が伝達部で拡大されて制御弁３の弁体３１に伝達される。
【００２６】
燃料タンク１００と燃料出口部１２とを接続するリターン経路１１０には、低圧燃料通路１６側の圧力を制御する背圧弁１２０が配置されている。因みに、蓄圧器内に蓄えられた高圧燃料の圧力が１００ＭＰａ以上であるのに対し、背圧弁１２０は低圧燃料通路１６側の圧力を１ＭＰａ程度に制御する。
【００２７】
ピエゾスタック４１には、ピエゾ駆動回路１３０を介して電力が供給されるようになっている。このピエゾ駆動回路１３０は、ピエゾスタック４１の伸び量を変化させるために、ピエゾスタック４１への印加電圧を制御可能になっている。また、ピエゾ駆動回路１３０は、ピエゾスタック４１への印加電圧およびピエゾスタック４１への通電タイミングが、電子制御回路（以下、ＥＣＵという）１４０により制御される。
【００２８】
ＥＣＵ１４０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶したプログラムに従って演算処理を行うものである。そして、ＥＣＵ１４０には、吸入空気量、アクセルペダルの踏み込み量、内燃機関回転数、蓄圧器内の燃料圧等を検出する各種センサ（図示せず）から信号が入力される。
【００２９】
図２は図１の燃料噴射弁の要部の断面図である。この図２に示すように、第１ピストン４３における液室４５側の面には、液室４５内の空気を第１ピストン４３の外周側にガイドするガイド面４３１が設けられている。このガイド面４３１は、第１ピストン４３の外周側よりも第１ピストン４３の径方向中心部の方が液室４５側に向かって突出した形状であり、より詳細には円錐である。
【００３０】
次に、上記燃料噴射装置の作動を説明する。まず、ピエゾアクチュエータ４１に通電されると、ピエゾアクチュエータ４１が伸長して第１ピストン４３が駆動され、第１ピストン４３により液室４５の圧力が高められる。高圧化された液室４５の圧力により第２ピストン４４が制御弁３の弁体３１側に向かって駆動される。そして、第２ピストン４４にて弁体３１が駆動されることにより、弁室１４と高圧連絡通路１３ａとの間が閉じられるとともに、弁室１４と低圧燃料通路１６との間が開かれる。
【００３１】
これにより、制御室２６の圧力が低下してニードル２１を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ニードル２１が開弁向きに移動し、シート部２１ｂが弁座２５から離れて噴孔２４が開かれ、噴孔２４から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。
【００３２】
その後、ピエゾアクチュエータ４１への通電が停止されると、ピエゾアクチュエータ４１が縮むため第１ピストン４３は第１スプリング４６によりピエゾアクチュエータ４１側に戻される。また、バルブスプリング３２により、弁体３１および第２ピストン４４が第１ピストン４３側に戻される。
【００３３】
これにより、弁室１４と高圧連絡通路１３ａとの間が開かれるとともに、弁室１４と低圧燃料通路１６との間が閉じられる。したがって、蓄圧器からの高圧燃料が、高圧燃料通路１３、高圧連絡通路１３ａ、弁室１４、および連絡通路１５を介して制御室２６に導入される。
【００３４】
これにより、制御室２６の圧力が上昇してニードル２１を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ニードル２１が閉弁向きに移動し、シート部２１ｂが弁座２５に着座して噴孔２４が閉じられ、燃料噴射が終了する。
【００３５】
ところで、図２に天地方向を示すように、第１ピストン４３の軸線が略鉛直方向で、且つ第１ピストン４３の下方に液室４５が位置するようにして燃料噴射弁が内燃機関に搭載される場合において、例えばガス欠により空気を含む燃料が燃料噴射弁内に侵入した場合、第２ピストン４４とアクチュエータシリンダ４２との隙間を介してその空気が液室４５に侵入することがある。
【００３６】
そして、ガイド面４３１を備えていない場合、すなわち、第１ピストン４３における液室４５側の面が第１ピストン４３の軸線に対して垂直な平面である場合、液室４５に侵入した空気のうち第１ピストン４３の外周側に溜まった空気は第１ピストン４３とアクチュエータシリンダ４２との隙間を介してアクチュエータ室１７に排出されるが、第１ピストン４３の径方向中心部付近に溜まった空気は排出されにくい。
【００３７】
これに対し、本実施形態の燃料噴射弁では、液室４５に侵入した空気Ａは、ガイド面４３１に沿って第１ピストン４３の外周側に移動し、第１ピストン４３とアクチュエータシリンダ４２との隙間を介してアクチュエータ室１７に排出される。したがって、液室４５に侵入した空気により燃料噴射弁が燃料を噴射できなくなることを回避することができる。
【００３８】
なお、本実施形態ではガイド面４３１を円錐にしたが、ガイド面４３１の形状は図３〜図６に示す変形例のように変更することができる。図３に示す第１変形例のガイド面４３１は球面である。図４に示す第２変形例のガイド面４３１は、第１ピストン４３の外周側近傍は円錐台であり、第１ピストン４３の径方向中心部近傍は球面である。図５に示す第３変形例のガイド面４３１は円錐台である。図６に示す第４変形例のガイド面４３１は、第１ピストン４３の外周側近傍は曲面であり、第１ピストン４３の径方向中心部近傍は平面である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁を備える燃料噴射装置の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は図１の燃料噴射弁の要部の断面図である。
【図３】第１変形例に係る燃料噴射弁の要部を示す図である。
【図４】第２変形例に係る燃料噴射弁の要部を示す図である。
【図５】第３変形例に係る燃料噴射弁の要部を示す図である。
【図６】第４変形例に係る燃料噴射弁の要部を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
２…ノズル、２１…ニードル、２４…噴孔、４１…ピエゾスタック、４２…シリンダ、４３…第１ピストン、４４…第２ピストン、４５…液室、４３１…ガイド面。
【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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