(57)【要約】【課題】  電磁駆動部によりニードル弁を直接駆動する方式のインジェクタにおいて、ニードル弁の開弁時に、ニードル弁背部にかかる圧力を低下させて、ニードル弁の開閉を容易にし、吸引力を増加させることなく、高噴射圧で制御性よく燃料を噴射可能とする。【解決手段】  インジェクタＩは、棒状ボデー２内に収容したニードル弁１の基端部にアーマチャ部１ａを一体的に設け、電磁駆動部のソレノイド５で吸引可能とする。アーマチャ部１ａには、高圧燃料供給路に連通する圧力制御室７の背圧を作用させ、圧力制御室７と低圧燃料流出路の間を開閉する制御弁６を、ソレノイド５が吸引駆動し、圧力制御室７の背圧が所定圧力まで低下すると、ソレノイド５の吸引力によってニードル弁１がリフトする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状ボデー内に収容したニードル弁を電磁駆動部によって吸引駆動し、上記ボデー先端に設けた噴孔を開閉して、高圧燃料供給路から供給される高圧燃料を噴射するインジェクタであって、
上記ニードル弁の基端部に一体的に設けたアーマチャ部を、上記高圧燃料供給路に連通する圧力制御室に収容して上記ニードル弁に背圧を作用させ、
上記電磁駆動部には、上記圧力制御室と低圧燃料流出路との間を開閉する制御弁を設けて、
上記電磁駆動部が上記制御弁を開弁することにより上記圧力制御室の圧力を低下させた状態で、上記ニードル弁に作用する吸引力によって上記ニードル弁がリフトする設定としたことを特徴とするインジェクタ。
【請求項２】
上記電磁駆動部は１つのソレノイドを備え、上記制御弁を吸引駆動する上記ソレノイドの吸引力によって、上記ニードル弁をリフトさせる請求項１記載のインジェクタ。
【請求項３】
上記電磁駆動部は２つのソレノイドを備え、第１のソレノイドの吸引力で上記制御弁を開弁し、上記圧力制御室が上記低圧燃料流出路に連通して、所定の圧力以下となった状態で第２のソレノイドの吸引力によって上記ニードル弁をリフトさせる請求項１記載のインジェクタ。
【請求項４】
上記電磁駆動部は、上記第２のソレノイドに通電後、上記第１のソレノイドへの通電を停止する請求項３記載のインジェクタ。
【請求項５】
上記電磁駆動部において、上記制御弁および上記ニードル弁に吸引力を作用させる磁気回路は、上記制御弁および上記ニードル弁の磁性体部を直列に通る請求項２記載のインジェクタ。
【請求項６】
上記ボデーの下半部内に上記ニードル弁を、上半部内に上記電磁駆動部を収容して、上記ニードル弁の上方に上記制御弁を同軸的に配置し、磁性体よりなる上記制御弁の外周を非磁性体よりなる筒状部にて保持する一方、上記制御弁と対向する上記圧力制御室の頂壁中央部を磁性体にて構成し、上記ソレノイドと上記アーマチャの間に位置する上記圧力制御室の頂壁外周部を非磁性体にて構成した請求項５記載のインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用内燃機関の燃料噴射装置に用いられるインジェクタに関し、特に蓄圧室方式の直動式のインジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ディーゼルエンジン用として、高圧燃料を各気筒に共通のコモンレールに蓄圧するコモンレール式燃料噴射装置が知られている。コモンレール式燃料噴射装置のインジェクタには、従来より、コモンレールからの高圧燃料を噴孔に供給する一方、噴孔を開口するニードル弁の背圧室に供給し、３方弁構造の電磁制御弁を用いて制御するものが採用されている。電磁制御弁は、背圧室に連通する弁室に弁体を収容し、ソレノイドで弁体を駆動して、弁室を高圧燃料供給路または低圧燃料流出路のいずれかと選択的に連通させることで、背圧室の圧力を増減させる。
【０００３】
ところで近年、装置の小型化や部品点数削減の要求から、ソレノイドで直接ニードル弁を駆動する直動方式のインジェクタが提案されている（例えば特許文献１、２等）。直動方式は、軽油の代替燃料として検討されるジメチルエーテル（ＤＭＥ）や液化石油ガス（ＬＰＧ）等の液化ガス燃料を使用した場合に有利であり、気化しやすい液化ガス燃料を制御油として使用しないことから、装置全体が大型となるのを回避することが可能である。
【特許文献１】特開２００５−２９１１２８号公報
【特許文献２】特開２００３−２１４２８７号公報
【０００４】
直動方式のインジェクタとして、例えば特許文献１には、ニードル弁と一体のアーマチャをアーマチャ室に格納し、外部からの燃料供給路がアーマチャ室を経由して、ニードル弁周りの燃料流路に接続されるようにしたものが開示されている。このようにすると、燃料が常にアーマチャ室を通過してから供給されるので、インジェクタ内で燃料が滞留しにくくなり、回収装置を省略した構成とすることが可能となる等の利点がある。
【０００５】
また、特許文献２には、ニードル弁の反噴孔側の端部にロッド部材を接続し、該ロッド部材周りにアーマチャを設ける一方、アーマチャ室の燃料によりニードル弁の反噴孔側の端部に作用する圧力を低減する低減手段を設けることが記載されている。低減手段は、例えばニードル弁とロッド部材の間に形成されて燃料タンクに連通する低圧室であり、低圧室端面の面積分に作用する圧力を低減させて、開弁を容易にしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のインジェクタは、ニードル弁の背部に常に高圧がかかるため、開弁の際には、その高圧の受圧面積に相当する力を反対に押し退ける、大きい吸引力が必要となる。特許文献２では、ニードル弁の背部にかかる圧力を低減させる構成となっているが、低減できるのは、低圧室端面のわずかな面積分のみである。このため、高噴射圧化により燃料圧力がさらに高まると、電磁駆動部に要求される吸引力が大きくなり、開弁に必要な駆動力を十分低減することができない。その結果、電磁駆動部が大型化し、コスト上昇が避けられない、あるいは、インジェクタのスペース、負荷電流の制約により、高噴射圧でニードル弁の開閉ができないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題を解決するために、電磁駆動部によりニードル弁を駆動する直動式のインジェクタにおいて、ニードル弁の背部に作用する燃料の圧力を十分小さくして、小さな吸引力でニードル弁の開閉弁を可能にすること、それにより、電磁駆動部を大型化することなく、高噴射圧で制御性よく燃料を噴射可能とし、小型で低コストかつ高性能なインジェクタを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、棒状のボデー内に収容したニードル弁を電磁駆動部によって吸引駆動し、上記ボデー先端に設けた噴孔を開閉して、高圧燃料供給路から供給される高圧燃料を噴射するインジェクタであって、
上記ニードル弁の基端部に一体的に設けたアーマチャ部を、上記高圧燃料供給路に連通する圧力制御室に収容して上記ニードル弁に背圧を作用させ、
上記電磁駆動部には、上記圧力制御室と低圧燃料流出路との間を開閉する制御弁を設けて、
上記電磁駆動部が上記制御弁を開弁することにより上記圧力制御室の圧力を低下させた状態で、上記ニードル弁に作用する吸引力によって上記ニードル弁がリフトする設定としたものである。
【０００９】
電磁駆動部が制御弁を吸引駆動すると、制御弁が開弁して圧力制御室と低圧燃料流出路が連通し、圧力が低下する。これによりニードル弁の背圧を所定圧以下とし、さらに、電磁駆動部の吸引力でニードル弁をリフトさせて、燃料噴射させることが可能となる。
【００１０】
本発明では、電磁駆動部の吸引力とニードル弁に背圧を与える圧力制御室の圧力制御を組み合わせることによって、電磁駆動部を大型化することなく、直動型のニードル弁を開閉することができる。これにより、直動のニードル弁を高噴射圧にて噴射可能となり、弁リフト制御性を向上させて、効率よく安定した燃料噴射を実現できる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、上記電磁駆動部は１つのソレノイドを備え、上記制御弁を吸引駆動する上記ソレノイドの吸引力によって、上記ニードル弁をリフトさせる。
【００１２】
１個のソレノイドで制御弁およびニードル弁の磁気回路を形成し、制御弁を開弁して圧力制御室の圧力を低下させ、ニードル弁の背圧を所定圧以下とした状態で、さらにソレノイドの吸引力でニードル弁が開弁する設定とすることができる。この時、リフトとともに吸引力が増加するので、ニードル弁は急速にリフトし、ブーツ型の噴射特性が得られる。
【００１３】
請求項３記載の発明では、上記電磁駆動部は２つのソレノイドを備え、第１のソレノイドの吸引力で上記制御弁を開弁し、上記圧力制御室が上記低圧燃料流出路に連通して、所定の圧力以下となった状態で第２のソレノイドの吸引力によって上記ニードル弁をリフトさせる。
【００１４】
２個のソレノイドで制御弁およびニードル弁の磁気回路を形成して、それぞれ独立制御可能な構成とすることもできる。２個のソレノイドへの通電タイミングを独立に制御することで、効率よい燃料噴射を行うことができる。
【００１５】
請求項４記載の発明では、請求項３記載の構成において、上記電磁駆動部は、上記第２のソレノイドに通電後、上記第１のソレノイドへの通電を停止する。
【００１６】
具体的には、制御弁への通電を、ニードル弁の開弁時のみとし、開弁後に制御弁への通電を停止することで、リーク量を低減して、効率よい燃料噴射を行うことができる。
【００１７】
請求項５記載の発明では、請求項２記載の構成の上記電磁駆動部において、上記制御弁および上記ニードル弁に吸引力を作用させる磁気回路は、上記制御弁および上記ニードル弁の磁性体部を直列に通る。
【００１８】
ソレノイドを中心として発生する磁気回路を、制御弁とニードル弁の磁性体内を直列に通る構成とすることで、磁気を分散させずに強い吸引力を発生できるので、ニードル弁に作用する吸引力が増大し、開弁に必要な力を確実に発生させることができる。
【００１９】
請求項６記載の発明では、請求項５記載の構成において、上記ボデーの下半部内に上記ニードル弁を、上半部内に上記電磁駆動部を収容して、上記ニードル弁の上方に上記制御弁を同軸的に配置し、磁性体よりなる上記制御弁の外周を非磁性体よりなる筒状部にて保持する一方、上記制御弁と対向する上記圧力制御室の頂壁中央部を磁性体にて構成し、上記ソレノイドと上記アーマチャの間に位置する上記圧力制御室の頂壁外周部を非磁性体にて構成する。
【００２０】
制御弁の外周および圧力制御室の頂壁外周に非磁性体を配置し、制御弁とニードル弁の磁性体部を近接させることにより、制御弁とニードル弁を直列に通る磁気回路を形成しやすくし、ニードル弁の基端部に設けられるアーマチャ部をより大きな吸引力で速やかに駆動することができる。これにより、吸引力を高めるためにソレノイド仕様を変更し、またはソレノイド電流を増大する必要がなく、高噴射圧にて直動でニードル弁制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明を適用した第１実施形態について図１〜３により説明する。図１は、本発明のインジェクタＩの概略構成を示す全体断面図、図２はその主要部構成を示す拡大断面図、図３は燃料噴射制御の一例を示すタイムチャートである。インジェクタＩは、例えばディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置に適用され、エンジンの各気筒に１対１に対応して設けられる。各インジェクタＩに共通の蓄圧室であるコモンレール（図略）には、高圧サプライポンプ（図略）にて高圧に加圧された燃料が蓄圧され、エンジン運転状態に応じた最適な噴射量、噴射時期となるように、ＥＣＵ（図略）が装置全体を制御する。コモンレールに蓄圧される燃料には、一般的な軽油の他、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）や液化石油ガス（ＬＰＧ）のような液化燃料を用いるか、または併用することもできる。
【００２２】
図１に示すように、インジェクタＩは、略棒状の全体形状を有するボデー２の下半部内に、ニードル弁１を摺動自在に保持している。ボデー２は、下端部が小径のノズル部２ａを構成し、対応する気筒の燃焼室（図略）内に突出位置して、先端の噴孔３から燃料を噴射する。ボデー２の上端部には、側面に高圧配管２１および低圧配管２２が突出形成されており、高圧配管２１は、外部のコモンレールに至る高圧燃料供給路（図略）に、低圧配管２２は、燃料タンク（図略）に至る低圧燃料流出路（図略）がそれぞれ接続されるようになっている。ボデー２内には、軸方向に延びる高圧流路２３および低圧流路２４が形成されており、それぞれ高圧配管２１および低圧配管２２に接続している。
【００２３】
なお、ボデー２は、通常、複数のボデー部材や流路等を形成するためのディスタンスピース等に適宜分割され、これらをリテーニングナットにより互いに結合して一体化した構造を有するが、ここでは、全体を１つのボデーとして簡略化した構造を示している。
【００２４】
インジェクタＩのボデー２下半部内には、ニードル弁１の外周に油溜室４が形成され、油溜室４の下端部に設けたサック部３１壁を貫通して複数の噴孔３が形成されている。油溜室４には、高圧流路２３が接続されており、コモンレールからの高圧燃料が導入されて高圧（Ｐｃｒ）となっている。図示の状態で、ニードル弁１は、先端部（図の下端部）が油溜室４とサック部３１の境界部に形成されるノズルシート４１に当接し、噴孔３を閉鎖している。この時、ニードル弁１の先端面には、油溜室４の圧力が、ノズルシート４１（断面積Ａｓ）より外側の部分にのみ作用する。すなわち、油溜室４による開弁方向（図の上方）の荷重は、閉弁状態から開弁しようとする時（閉弁状態）にはＦｐ＝Ｐｃｒ×（Ａｐ−Ａｓ）、開弁状態から閉弁しようとする時（開弁状態）にはＦｐ＝Ｐｃｒ×Ａｐとして表わされる。
【００２５】
ボデー２の上半部内には、電磁駆動部を構成するソレノイド５および制御弁６が収容される。ソレノイド５は、筒状部としての筒状非磁性体５１周りに配設したコイルケース５２に保持され、筒状非磁性体５１の筒内に、その内周面をガイド面として可動するプランジャ状の制御弁６が保持されている。電磁駆動部を構成するソレノイド５および制御弁６の下方で、油溜室４の上方位置には、圧力制御室７が形成される。
【００２６】
ニードル弁１は基端部（図の上端部）が油溜室４の頂部壁を貫通して、圧力制御室７内に位置している。ニードル弁１の基端部には、大径のアーマチャ部１ａが一体的に設けられ、ソレノイド５の下端磁極面と対向している。圧力制御室７は、側面に開口する入口絞り８を介して高圧流路２３に常時連通し、高圧流路２３から導入される燃料の圧力で、油溜室４の圧力（Ｐｃｒ）と同等の高圧（Ｐｃｒ’）となっている。この圧力は、アーマチャ部１ａと一体のニードル弁１（断面積Ａｐ）に背圧（Ｐｃｒ’×Ａｐ）として作用する。また、アーマチャ部１ａの下端外周に突設したフランジ１１と圧力制御室７上部壁との間には、スプリング１２が配設され、そのばね力（Ｆｓｐ）でニードル弁１を閉弁方向（図の下方）に付勢している。
【００２７】
一方、圧力制御室７の頂面中央には、出口絞り９が設けられる。出口絞り９は、制御弁６の下端部に設けた弁体６１にて開閉され、圧力制御室７と低圧流路２４との連通と遮断を切替えて、圧力制御室７の圧力（Ｐｃｒ’）を増減する。すなわち、ニードル弁１（断面積Ａｐ）に背圧として作用する油圧力とスプリング１２の付勢力による閉弁方向の荷重（Ｆｐ’＝Ｐｃｒ’×Ａｐ＋Ｆｓｐ）を増減するようになっている。制御弁６はその上方に配したスプリング６２によって、下方に付勢されており、ソレノイド５に通電しない図示の状態で、弁体６１が出口絞り９を閉鎖する下端位置にある。制御弁６が収容される筒状非磁性体５１の筒内空間およびスプリング６２が収容される空間は、低圧流路２４に連通している。制御弁６と出口絞りおよびニードル弁１は、同軸上に位置している。
【００２８】
電磁駆動部は、ソレノイド５が制御弁６を吸引駆動することにより、出口絞り９を開放する。制御弁６は、例えば、出口絞り９に対向する底面側に凹部を設けて、出口絞り９の径よりも大径の略半球状とした弁体６１を保持する形状とし、弁体６１の平坦な底面が出口絞り９を閉鎖する形状とすることができる。本実施形態では、ソレノイド５を制御弁６およびニードル弁１の共用としており、ソレノイド５の吸引力を、ニードル弁１のアーマチャ部１ａにも作用させる。ソレノイド５による吸引力（Ｆｓ）は、ニードル弁１の開弁方向に作用する。また、入口絞り８と出口絞り９は、通常、出口絞り９の径＞入口絞り８の径となるように設定される。このため、出口絞り９が開放されると、燃料が流出して圧力制御室７の圧力が低下し、ニードル弁１の背部にかかる圧力が低下する。圧力制御室７が所定圧力まで低下すると、ソレノイド５がアーマチャ部１ａを吸引可能となり、ニードル弁１が上昇して噴孔３を開放する。
【００２９】
この本発明のインジェクタＩの作動を、図２、３を参照しながら詳細に説明する。
図１のインジェクタＩ構成において、ソレノイド５に通電しない図示の状態から、通電ＯＮとすると、図２に示すように、制御弁６を通る磁気回路Ｓ１が生じて、吸引力が発生する。この吸引力は、図３に示すように、電流値に比例して増加し、制御弁６をリフトさせる。制御弁６本体は、ソレノイド５の筒内に保持されて、高圧燃料の圧力は作用しておらず、わずかな吸引力でリフト可能で、ソレノイド５に通電すると速やかにリフトを開始する。
【００３０】
図２において、制御弁６のリフトにより、出口絞り９を閉鎖する弁体６１に作用していたスプリング６２のばね力が解除されると、高圧となっている圧力制御室７の圧力（Ｐｃｒ’）で弁体６１が押し上げられる。これにより、圧力制御室７の燃料が出口絞り９から低圧流路２４に流出して、圧力が徐々に低下する。図３に示すように、圧力制御室７の圧力Ｐｃｒ’は、入口絞り８からの流入量と出口絞り９への流出量がバランスするまで低下し、一定圧となる。
【００３１】
一方、アーマチャ部１ａを通る磁気回路Ｓ２が生じて、吸引力が発生する。この時、ニードル弁１には、磁気回路Ｓ２による吸引力Ｆｓの他、上述した油溜室４の油圧力Ｆｐ（＝Ｐｃｒ×（Ａｐ−Ａｓ））が開弁方向に作用している。すなわち、図３に示すように、ニードル弁１に働く力として、上方向に油溜室４による油圧力と磁気回路Ｓ２にて発生する吸引力の合力（開弁側に働く力Ｆｐ＋Ｆｓ）が、下方向に圧力制御室７による油圧力とスプリング１２のばね力の合力（閉弁側に働く力Ｆｐ’＝Ｐｃｒ’×Ａｐ＋Ｆｓｐ）が作用することになる。
【００３２】
この吸引力Ｆｓは、通電初期には、ニードル弁１の背部に作用する閉弁方向の力Ｆｐ’に対して小さいので、油溜室４の油圧力Ｆｐを加味してもニードル弁１をリフトするには至らない。ソレノイド５の電流が上昇すると吸引力Ｆｓは徐々に増加する。なお、制御弁６のリフト後、これを維持するのに必要なソレノイド５の電流値は、吸引に必要な電流値より小さくなる（図中、矢印Ａで示す）ので、ソレノイド５に必要な電流値は、ニードル弁１の吸引用の電流を、制御弁６のリフト維持用の電流に加えたものとなる。また、スプリング１２のばね力（Ｆｓｐ）は油圧力に対して十分小さいので、閉弁側に働く力Ｆｐは実質的に圧力制御室７の油圧力として、以降適宜説明する。
【００３３】
ソレノイド電流の上昇で吸引力Ｆｓが増加するとともに、圧力制御室７の圧力Ｐｃｒ’が低下して一定圧となるために、ある時点で両者が釣り合い、さらに吸引力が増加すると開弁側に働く力Ｆｐ＋Ｆｓが、閉弁側に働く力Ｆｐ’を上回る（Ｆｐ’≦ Ｆｐ＋Ｆｓ）。これにより、ソレノイド５がアーマチャ部１ａを吸引駆動し、ニードル弁１が開弁して、油溜室４の燃料が噴孔３から噴射される。ニードル弁１がリフトを開始すると、ノズルシート４１内側にも油溜室４の燃料が作用して油圧力Ｆｐが増加し、またアーマチャ部１ａに働く磁気回路２３が相乗的に強くなり、吸引力Ｆｓが急上昇するために、ニードル弁１は急速にリフトする（図中、矢印Ｂで示す）。
【００３４】
ニードル弁１は、アーマチャ部１ａが圧力制御室７の頂面に当接するまでリフトする。
すなわち、図２においてアーマチャ部１ａとストッパとなる圧力制御室７の頂面との距離が、ニードル弁１の最大リフトｈとなる。所定時間（ｔ１）後、ソレノイド５への通電をＯＦＦとすると、制御弁６、ニードル弁１に働く吸引力Ｆｓが急減し、制御弁６の弁体６１が出口絞り９を閉鎖して、圧力制御室７の圧力が再び上昇する。ニードル弁１に開弁側に働く力Ｆｐ＋Ｆｓが、閉弁側に働く力Ｆｐ’を下回ると、ニードル弁１は閉弁する。
【００３５】
本実施形態によれば、燃料噴射は、ニードル弁１に働く吸引力がリフト開始とともに急勾配で増加し、最大リフト位置までニードル弁が急勾配でリフトする、ブーツ噴射パターンを形成する（図３の最下段に示す）。
【００３６】
このように、本実施形態では、直動型のニードル弁１を用いた構成において、制御弁６を付設して圧力制御室７の圧力を制御可能とし、さらに、ソレノイド５を制御弁６、ニードル弁１で共用化することで、ソレノイド５の吸引力を効果的に発揮させる。ニードル弁１の開弁は、ソレノイド５の吸引力と、制御弁６の開弁による圧力制御室７の圧力低下がサポート力となり、ソレノイド５を大型化することなく、直動型のニードル弁１を応答性よく開閉可能とする。また、ソレノイド５の共用化により、省スペース、低コストにて、噴射特性の安定化、リフト制御性の向上を図り、高機能な制御が実現可能となる。
【００３７】
（第２実施形態）
図４、５に本発明の第２実施形態を示す。図４は、インジェクタＩの概略構成を示す全体断面図、図５は燃料噴射制御の一例を示すタイムチャートである。本実施形態では、図４に示すように、制御弁６用のソレノイド５（第１のソレノイド）に加えて、ニードル弁１用のソレノイド５’（第２のソレノイド）を設けている。制御弁６は、ソレノイド５の下方に近接して設けた弁室６３に略Ｔ字形の弁体６４を収容し、弁室６３底面に開口する出口絞り９を開閉するようになっている。弁室６３は低圧流路２４と常時連通し、ソレノイド５の筒内空間に収容したスプリング６２が弁体６４を閉弁方向に付勢している。
【００３８】
ソレノイド５’は、弁室６３と圧力制御室７との間に配設され、圧力制御室７に連通するソレノイド５’の筒内空間にスプリング１２が収容されて、ニードル弁１を閉弁方向に付勢している。圧力制御室７は、ソレノイド５’の筒内空間を介して出口絞り９に連通している。その他のインジェクタＩの基本構成および各部構造は上記第１実施形態と同様であり、説明を省略する。
【００３９】
本実施形態では、制御弁６用とニードル弁１用のソレノイド５、５’を独立に設け、制御弁６とニードル弁１を、それぞれ独立に制御する。具体的には、まず、ソレノイド５により制御弁６を開弁し、圧力制御室７の圧力が十分低下してから、ソレノイド５’を作動させてニードル弁１を開弁することで、ソレノイド５、５’の吸引力を効率よく利用することができる。
【００４０】
本実施形態のインジェクタＩの作動を図５により説明する。図４において、ソレノイド５、５’に通電しない図示の状態から、ソレノイド５を通電ＯＮとすると、制御弁６の弁体６４が吸引駆動される。制御弁６のリフトにより出口絞り９が開放され、圧力制御室７と低圧流路２４が連通すると、圧力制御室７の燃料が出口絞り９を介して流出し、圧力が徐々に低下する。
【００４１】
第１の実施形態と異なり、この時点において、ニードル弁１に働く力は、下方向に圧力制御室７による油圧力（Ｐｃｒ’×Ａｐ）とスプリング１２のばね力（Ｆｓｐ）が作用するのみで（閉弁側に働く力Ｆｐ’＝Ｐｃｒ’×Ａｐ＋Ｆｓｐ）、開弁方向には作用していない。圧力制御室７の圧力が一定の低圧まで低下したところで、ソレノイド５’を通電ＯＮとすると、吸引力（Ｆｓ）が発生し、開弁側に働く力Ｆｓ＋Ｆｐが、閉弁側に働く力Ｆｐを上回ると、ニードル弁１がリフトを開始する。
【００４２】
ニードル弁１が開弁したら（最大リフトｈ）、ソレノイド５の通電をＯＦＦする。これにより出口絞り９が閉鎖され、圧力制御室７の圧力（Ｐｃｒ’）が再び上昇するが、圧力制御室７が一定圧（油密室の圧力Ｐｃｒと同等）となった時点で、閉弁側に働く力Ｆｐ’≦開弁側に働く力Ｆｐ＋Ｆｓとなるように設定すれば、開弁が維持できる。このように、ニードル弁１を開弁させる時のみ、制御弁６を開弁することで、ソレノイド５への通電時間（ｔ２）を短縮できる。ソレノイド５’は、所定時間（ｔ３）後、通電ＯＦＦとし、ニードル弁１に働く吸引力Ｆｓを低下させると、閉弁側に働く力Ｆｐ’によってニードル弁１が閉弁する。
【００４３】
本実施形態では、複数のソレノイド５、５’を設けて、通電タイミング、通電時間を独立に制御することで、第１の実施形態と同様の作動を可能にする。この構成において、制御弁６は、ニードル弁１の開弁時のみ一時的に開弁するため、出口絞り９からのリーク量を低減することができ、制御弁６の開弁を維持するための負荷電流（図３矢印Ａの部分）も不要となる。また、ソレノイド５、５’は、それぞれ制御弁６およびニードル弁１を開弁する最小限の吸引力を発生すればよいので、インジェクタＩ全体を比較的小型とすることができる。
【００４４】
（第３実施形態）
図６〜１１に本発明の第３実施形態を示す。図６は、インジェクタＩの概略構成を示す全体断面図、図７はその主要部構成を示す拡大断面図、図８、９、１０はインジェクタの詳細作動を示す主要部の拡大断面図、図１１は燃料噴射制御の一例を示すタイムチャートである。図６に示すように、本実施形態は、上記第１の実施形態と同様の基本構成において、制御弁６およびニードル弁１の磁性体部を直列に通る磁気回路部を形成したものである。ソレノイド５は、上記第１の実施形態と同様に、制御弁６とニードル弁１の共用となっている。
【００４５】
図６、７において、ボデー２の上半部内には、制御弁６の外周を保持する筒状非磁性体５１周りに、コイルケース５２に保持されてソレノイド５が収容され、これら制御弁６とソレノイド５の下方に圧力制御室７が形成されている。圧力制御室７にはニードル弁１のアーマチャ部１ａが収容される。本実施形態では、アーマチャ部１ａに対向する圧力制御室７の頂壁を、磁性体と非磁性体を組み合わせた構成とすることで、アーマチャ部１ａを通る磁気回路を形成しやすくする。具体的には、制御弁６の下端部を保持する容器状の弁ボデー９１を設けて、その底部を圧力制御室７の頂壁中央部とし、弁ボデー９１の底部外側壁に、環状非磁性体５３を一体的に設けて、圧力制御室７の頂壁外周部とする。
【００４６】
磁性体よりなる弁ボデー９１は、筒状の上端部が筒状非磁性体５１の下端部に接合されており、底部が圧力制御室７内に突出して、アーマチャ部１ａの上面中央に設けた凹陥部１３内に位置している。筒状非磁性体５１の上端部は、磁性体よりなるボデー２からコイルケース５２内に延出形成される筒部２５に接合されている。本実施形態では、この筒部２５と筒状非磁性体５１および弁ボデー９１の内周面をガイド面として、制御弁６が摺動する。このように、制御弁６の上下端部外周に磁性体部が位置することで、磁気回路が形成しやすくなる。
【００４７】
また、弁ボデー９１の底部中央を貫通して、出口絞り９が設けられ、制御弁６の弁体６１にて開閉されるようになっている。開弁時に出口絞り９から流出する燃料は、制御弁６を軸方向に貫通して上下端面を連通する逃がし通路６５を経て、低圧流路２４へ流出する。制御弁６の上方のボデー２壁にはストッパとなる段付部が形成されて、制御弁６の最大リフトｈ１を規定している。
【００４８】
環状非磁性体５３は、コイルケース５２の底面に密着位置する所定厚の平板形状で、弁ボデー９１とその外方のボデー２との間を架け渡すように配置されて、ソレノイド５と圧力制御室７との間を遮断している。環状非磁性体５３と弁ボデー９１およびボデー２との間に形成される環状凹部内には、アーマチャ部１ａの上面外周部の環状凸部が突出位置し、環状非磁性体５３に対向している。この時、磁性体からなるボデー２と弁ボデー９１およびアーマチャ部１ａの環状凸部が近接位置するために磁気回路が形成しやすくなる。アーマチャ部１ａ外周のフランジ１１と、ボデー２の間にはスプリング１２が配設されて、ニードル弁１を下方に付勢している。
【００４９】
ここで、環状非磁性体５３とアーマチャ部１ａとの直接接触を防ぐため、アーマチャ部１ａの凹陥部１３に対向する弁ボデー９１の底面をストッパとして、ニードル弁１の最大リフトｈ２を設定する。これにより、環状非磁性体５３を保護して強度を維持し、また制御弁６開弁時の渦電流を低減することができる。また、ニードル弁１の最大リフト時に、アーマチャ部１ａの凹陥部１３に当接する弁ボデー９１底面は、略球面としてあり、両者は点接触となるので、最大リフト位置においてニードル弁１の受圧面積が大きく変わることはない。
【００５０】
また、アーマチャ部１ａ外周の環状凸部に、凹陥部１３内空間とフランジ１１上方の側面とを連通する逃がし通路１４と、環状凸部上面とフランジ１１側上方の側面とを連通する逃がし通路１５を設ける。これにより、圧力制御室７内の燃料が、アーマチャ部１ａの上方に形成される環状凹部、およびアーマチャ部１ａの凹陥部１３内空間に自由に流通し、リフトの妨げとなることがない。この時、上述したように、ストッパとなる弁ボデー９１の底面を略球面とすると、最大リフトｈ２の設定が容易にでき、逃し通路１４を弁ボデー９１によって閉鎖されない位置に形成できるので、内外の燃料の流通を妨げることがない。
【００５１】
本実施形態のインジェクタＩの作動を、図６を参照しながら、図７〜１１により説明する。図７において、ソレノイド５に通電しない図示の状態から、ソレノイド５を通電ＯＮとすると、図８に示すように、ボデー２の筒部２５、制御弁６、弁ボデー９１、アーマチャ部１ａの環状凸部、ボデー２を通る磁気回路Ｓ３が生じる。本実施形態の構成では、アーマチャ部１ａが対向する圧力制御室７の頂壁外周部を、環状非磁性体５３にて形成し、頂壁中央部となる弁ボデー９１とボデー２の間にアーマチャ部１ａの環状凸部を配置したので、制御弁６とアーマチャ部１ａを直列に通る磁気回路Ｓ３が形成される。また、制御弁６の上下端部が磁性体よりなるボデー２および弁ボデー９１に密着し、アーマチャ部１ａの環状凸部が弁ボデー９１およびボデー２と僅かな空隙で近接するので、制御弁６およびニードル弁１のアーマチャ部１ａを直列に通る強い磁路が形成されることになる。
【００５２】
図１１に示すように、ソレノイド５に通電すると同時に発生する吸引力Ｆｓ’は、電流値に比例して増加し、速やかに制御弁６を最大リフトｈ１（図７参照）位置までリフトさせる。また、制御弁６の弁体６１が出口絞り９を開放すると、アーマチャ部１ａの凹陥部１３を介して、圧力制御室７と弁ボデー９１内空間が連通する。これにより、圧力制御室７の燃料が、制御弁６の逃がし通路６５を経て低圧流路２４へ流出すると、圧力制御室７の圧力Ｐｃｒ’が徐々に低下する。
【００５３】
一方、閉弁状態において、ニードル弁１のアーマチャ部１ａには、磁気回路Ｓ３による吸引力Ｆｓと、油溜室４の油圧力Ｆｐ（＝Ｐｃｒ×（Ａｐ−Ａｓ））が作用している。本実施形態では、アーマチャ部１ａを通る強い磁気回路Ｓ３が形成されるために、吸引力Ｆｓの立ち上がりが早く、油圧力と吸引力の合力（開弁側に働く力Ｆｐ＋Ｆｓ）が、速やかに上昇して一定となる。そのため、圧力制御室７の圧力Ｐｃｒ’が低下して一定圧となる前の、ある時点で、圧力制御室７による油圧力とスプリング１２のばね力の合力（閉弁側に働く力Ｆｐ’＝Ｐｃｒ’×Ａｐ＋Ｆｓｐ）が釣り合い、さらに圧力制御室７の圧力Ｐｃｒ’が低下すると開弁側に働く力Ｆｐ＋Ｆｓが、閉弁側に働く力Ｆｐ’を上回る（Ｆｐ’≦Ｆｐ＋Ｆｓ）。圧力制御室７の圧力Ｐｃｒ’は、その後も入口絞り８からの流入量と出口絞り９への流出量がバランスするまで徐々に低下して、所定圧となる。
【００５４】
これにより、図９に示すように、ソレノイド５がアーマチャ部１ａを吸引駆動し、ニードル弁１がリフトを開始する。この時、ニードル弁１のリフトにより、油溜室４の油圧力Ｆｐ（＝Ｐｃｒ×Ａｐ）が増加するので、開弁側に働く力Ｆｐ＋Ｆｓが閉弁側に働く力Ｆｐ’を容易に上回り、アーマチャ部１ａはストッパとなる弁ボデー９１底部に当接する最大リフトｈ２（図７参照）位置まで、速やかにリフトすることができる。
【００５５】
所定時間後に、ソレノイド５への通電をＯＦＦとすると、制御弁６、ニードル弁１に働く吸引力Ｆｓが急減し、制御弁６の弁体６１が出口絞り９を閉鎖して、圧力制御室７の圧力が再び上昇する。ニードル弁１に開弁側に働く力Ｆｐ＋Ｆｓが、閉弁側に働く力Ｆｐ’を下回ると、ニードル弁１は閉弁する。
【００５６】
このように、制御弁６およびアーマチャ部１ａを直列に通る磁気回路Ｓ３が形成されることによって、磁気を分散させずに、強い吸引力を発生できるので、ニードル弁１の開弁に必要な吸引力を効率よく発生させることができる。また、磁気回路Ｓ３を形成する磁性体部が近接することで、より大きな吸引力を発生することができるので、吸引力の立ち上がりが早く、圧力制御室７の圧力低下に伴い、ニードル弁１のリフトを速やかに開始することができる。その結果、ソレノイド５の体格や電流値の増大を伴わずに、吸引力を大きくすることができ、高噴射圧にて直動でニードル弁１を開閉制御可能となる。
【００５７】
本実施形態は、１）圧力制御室７の頂壁中央部のみを磁性体とし、外周部を非磁性体とする、２）圧力制御室７の頂壁中央部を容器状として、制御弁６に接触させ、頂壁外周部の非磁性体と一体化する、３）容器状の頂壁中央部を、圧力制御室７内に突出位置させる、４）制御弁６の上端部を、ボデー２と接触させる、といった構成によって、上記磁気回路Ｓ３による吸引力をより効果的に発揮させることができる。ただし、これら構成は必ずしも全て備えている必要はなく、また、各部形状が異なっていてもよい。制御弁６とニードル弁１のアーマチャ部１ａを含む磁気回路を、空間等を極力介在させずに形成できる構成となっていれば、同等の効果が得られる。
【００５８】
以上のように、本発明によれば、電磁駆動部によりニードル弁を直接駆動する方式のインジェクタにおいて、ニードル弁の開弁時に、ニードル弁背部にかかる圧力を低下させて、ニードル弁の開閉を容易にし、吸引力を増加させることなく、高噴射圧で制御性よく燃料を噴射可能としたものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態におけるインジェクタＩの概略構成を示す全体断面図である。
【図２】第１実施形態におけるインジェクタの主要部拡大断面図である。
【図３】第１実施形態のインジェクタの作動を説明するためのタイムチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態におけるインジェクタＩの概略構成を示す全体断面図である。
【図５】第２実施形態のインジェクタにおける作動を説明するためのタイムチャートである。
【図６】本発明の第３実施形態におけるインジェクタＩの概略構成を示す全体断面図である。
【図７】第３実施形態におけるインジェクタの主要部拡大断面図である。
【図８】第３実施形態のインジェクタにおける制御弁の開弁状態を示す主要部拡大断面図である。
【図９】第３実施形態のインジェクタにおけるニードル弁の開弁状態を示す主要部拡大断面図である。
【図１０】第３実施形態のインジェクタＩにおける制御弁の閉弁状態を示す主要部拡大断面図である。
【図１１】第３実施形態のインジェクタにおける作動を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
Ｉ  インジェクタ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３  磁気回路
１  ニードル弁
１ａ  アーマチャ部
１１  フランジ
１２  スプリング
１３  凹陥部
１４、１５  逃がし通路
２  ボデー
２１  高圧配管
２２  低圧配管
２３  高圧流路
２４  低圧流路
２５  筒部
３  噴孔
３１  サック部
４  油溜室
４１  ノズルシート
５  ソレノイド（第１のソレノイド）
５’  ソレノイド（第２のソレノイド）
５１  筒状非磁性体
５２  コイルケース
５３  環状非磁性体
６  制御弁
６１  弁体
６２  スプリング
６３  弁室
６４  弁体
６５  逃がし通路
７  圧力制御室
８  入口絞り
９  出口絞り
９１  弁ボデー
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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