JP2002202022A - バルブ駆動装置および燃料噴射弁 - Google Patents

バルブ駆動装置および燃料噴射弁

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JP2002202022A
JP2002202022A JP2000400050A JP2000400050A JP2002202022A JP 2002202022 A JP2002202022 A JP 2002202022A JP 2000400050 A JP2000400050 A JP 2000400050A JP 2000400050 A JP2000400050 A JP 2000400050A JP 2002202022 A JP2002202022 A JP 2002202022A
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passage
expansion chamber
displacement
chamber
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Toshihiko Ito
猪頭　　敏彦
Masatoshi Kuroyanagi
正利 黒柳
Tetsushi Hayashi
哲史 林
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Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 組付け後に変位拡大室に作動油を完全に充填
でき、作動を長期間停止しても、次の始動ができなくな
ることがなく、ピエゾアクチュエータが伸長中に異常が
生じても、過剰な燃料噴射を抑制できる、制御性、安全
性に優れた燃料噴射弁を得る。 【解決手段】 ピエゾアクチュエータ１４によって駆動
される大径ピストン１７と、３方弁５を駆動する小径ピ
ストン部材１８間に、作動流体を充填した変位拡大室６
を設ける。大径ピストン１７内にドレーン通路２に連通
する通路７２を設け、通路７２と変位拡大室６との間に
フラット弁８１よりなる逆止弁８を設けるとともに、フ
ラット弁８１に形成したピンホール８４にて、変位拡大
室６と通路７２を連通させる。ピンホール８４を介し
て、変位拡大室６の作動油や空気を排出できるため、作
動油の充填が容易になり、始動ができない等の不具合が
生じるのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気式のアクチュ
エータを用いたバルブ駆動装置、およびこのバルブ駆動
装置を内蔵する内燃機関の燃料噴射弁に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジン等に高圧燃料を噴射
するために、従来より、ピエゾアクチュエータ等を用い
た油圧駆動式の燃料噴射弁が考案されている。かかる燃
料噴射弁は、ピエゾアクチュエータの伸縮に伴って変位
する大径のピストン部材と、作動油を充填した変位拡大
室、およびバルブを駆動する小径のピストン部材を、こ
の順に同軸的に配置したバルブ駆動装置を備え、大径の
ピストン部材の変位を変位拡大室で油圧変換し、拡大し
て小径のピストン部材に伝達している。
【０００３】ピエゾアクチュエータの伸長時、大径のピ
ストン部材および変位拡大室を介して小径のピストン部
材が下降し、バルブを開弁すると、ノズルニードルに背
圧を与える制御室の圧力が低下し、ノズルニードルが上
昇して噴孔から燃料が噴射される。その後、ピエゾアク
チュエータを収縮させると、大径のピストン部材が上昇
するのに伴い、小径のピストン部材が上昇し、バルブが
閉弁して燃料噴射が停止される。
【０００４】一方、上記構成のバルブ駆動装置におい
て、変位拡大室からリークする作動油を補充するため
に、変位拡大室に逆止弁を介して作動油を供給する機構
を設けたものがある。例えば、米国特許第５７７９１４
９号には、変位拡大室の近傍に、ノズルニードルからの
リーク燃料を導入する通路を設け、ボール弁とコイルス
プリングからなる逆止弁を介して、変位拡大室に接続し
た燃料噴射弁が記載されている。また、特開平１１−１
６６６５３号公報には、変位拡大室に対して、半径方向
でかつ外側に漏れ損失を補償する充填弁を配設した燃料
噴射弁が記載されている。この充填弁も、ボール弁とコ
イルスプリングからなる逆止弁で、充填弁の付加による
無駄容積を小さくする配置としてある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記機
構には、以下〜の問題、すなわち、組付け後に変
位拡大室に作動油を充填する際、空気が残ってしまい、
作動が不十分となる、作動を長期間停止していると小
径ピストンが重力で降下し、その体積変化分の作動油が
逆止弁を介して補充されるため、小径ピストンが上昇で
きなくなり、次の始動ができない、ピエゾアクチュエ
ータが伸長中に通電回路が断線すると、ピエゾアクチュ
エータが収縮できなくなり、変位拡大室の油圧が高いレ
ベルで保持されるため、燃料噴射が持続する、といった
問題があり、制御性、安全性をより向上させることが要
求されている。
【０００６】本発明は上記実情に課題を解決するための
もので、その目的は、組付け後に変位拡大室に作動油
を完全に充填でき、作動を長期間停止しても、次の始
動ができなくなることがなく、ピエゾアクチュエータ
が伸長中に異常が生じても、過剰な燃料噴射を抑制でき
る、制御性、安全性に優れたバルブ駆動装置および燃料
噴射弁を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１のバルブ駆動装
置は、アクチュエータによって駆動される大径の第１の
ピストン部材の下方に、バルブを駆動する小径の第２の
ピストン部材を配し、これら両ピストン部材の間に作動
流体が充填される変位拡大室を設けて、上記第１のピス
トン部材の変位を拡大して上記第２のピストン部材に伝
達するバルブ駆動装置において、上記変位拡大室の上方
にドレーン通路を設け、該ドレーン通路と上記変位拡大
室とをピンホールを介して連通させたことを特徴とす
る。
【０００８】上記ピンホールを設けることで、組付け
後にピンホールを介して真空引きすることにより変位拡
大室に作動油を完全に充填できる。また、作動を長期
間停止して、小径の第２のピストン部材が下降しても、
変位拡大室の作動油をピンホールから排出できるので、
小径の第２のピストン部材の上昇が可能で、次の始動が
可能になる。さらに、ピエゾアクチュエータが伸長中
に異常が生じても、ピンホールからドレーン通路に作動
油が流出するため、ピンホールの径で決まる所定時間以
上、変位拡大室の油圧を保持できない。よって、変位拡
大室の油圧低下によりバルブが初期位置に戻るので、燃
料噴射を抑制でき、制御性、安全性を向上させる。
【０００９】請求項２では、上記ピンホールの直径を
０．０２〜０．５ｍｍとする。具体的には、この範囲で
ピンホールを設定すれば、上記作用が効果的になされ
る。
【００１０】請求項３のように、上記変位拡大室と上記
ドレーン通路との間に、上記ドレーン通路から上記変位
拡大室へのみ作動流体を流入させる逆止弁を設けると、
リークによる作動流体の補充が容易にできる。この時、
上記逆止弁をフラット弁で構成して、このフラット弁に
上記ピンホールを設けると、簡単な構成の変更で上記効
果が容易に得られる。
【００１１】請求項４のように、上記第１のピストン部
材内に、上記ドレーン通路に連通する通路を形成し、該
通路と上記変位拡大室の間に上記ピンホールを配置する
こともできる。上記第１のピストン部材内に、上記ドレ
ーン通路への連通路を形成すれば、装置構成が簡単にで
きる。
【００１２】請求項５のように、好適には、上記第１の
ピストン部材を上下方向に貫通して上記通路を設け、該
通路の下端開口にフラット弁を配して、上記ドレーン通
路から上記通路を経て上記変位拡大室へのみ作動流体を
流入させる逆止弁となすとともに、上記フラット弁に、
上記通路を介して上記ドレーン通路と上記変位拡大室を
連通させる上記ピンホールを設ける。請求項３、４を組
み合わせた構成とすることで、より簡易に本発明の効果
が得られる。
【００１３】請求項６のように、上記第１のピストン部
材の上方に上記ドレーン通路と連通する油溜まり室を設
けて、該油溜まり室に上記通路を開口させる構成とする
と、上記変位拡大室への作動油の供給、上記ピンホール
を介する作動油の流出入が容易にできる。
【００１４】請求項７のように、上記アクチュエータを
上記変位拡大室と反対方向に付勢するスプリングを収容
する室を設けて、上記油溜まり室とすることもできる。
上記油溜まり室がスプリング室を兼ねるように構成すれ
ば、装置構成が簡易になり、好ましい。
【００１５】請求項８の発明は、請求項１ないし７のい
ずれか記載のバルブ駆動装置を内蔵する燃料噴射弁であ
り、燃料噴射の開始および停止を上記バルブの駆動によ
って制御する。上記バルブ駆動装置を適用することによ
って、制御性、安全性共に優れた燃料噴射弁を実現でき
る。
【００１６】請求項９の発明は、アクチュエータによっ
て駆動される大径の第１のピストン部材の下方に、バル
ブを駆動する小径の第２のピストン部材を配し、これら
両ピストン部材の間に作動流体が充填される変位拡大室
を設けて、上記第１のピストン部材の変位を拡大して上
記第２のピストン部材に伝達するバルブ駆動装置を内蔵
する燃料噴射弁であり、上記変位拡大室の作動流体が、
製品出荷に先立って上記変位拡大室に充填されることを
特徴とする。
【００１７】上記変位拡大室を備える燃料噴射弁は、上
記変位拡大室に作動流体が充満するまで正常な機能を果
たさないが、上記構成では、予め作動流体を充填して出
荷されるので、エンジンへの装着後、直ちに始動させる
ことができる。
【００１８】この時、請求項１０のように、作動流体
は、上記変位拡大室を真空にしてから充填されるように
するとよい。真空にしてから充填作業を行うことによっ
て、上記変位拡大室を完全に作動流体で充填できるの
で、上記変位拡大室に空気が残って変位の伝達を妨げる
ことがない。
【００１９】好ましくは、請求項１１のように、本体ハ
ウジング内に形成される流体通路の外部への開口端部に
密栓を施す。上記燃料噴射弁は、内部に作動流体が充填
されているので、出荷に際して上記密栓で開口部を封止
することによって、出荷時に液漏れ等を生じる懸念が解
消する。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に従って説明する。図１は、本発明を適用したバルブ
駆動装置１を内蔵する燃料噴射弁Ｖの構成を示す図で、
例えば、ディーゼルエンジンのコモンレール噴射システ
ムに好適に使用される。燃料噴射弁Ｖは、ノズルボディ
Ｂ１の先端に設けた噴孔１１をノズルニードル１２の上
下動により開閉して、燃料の噴射を開始ないし停止す
る。噴孔１１は、ノズルニードル１２が上端位置にある
時に開となり、高圧通路３に続く燃料溜まり３１と導通
して燃料が供給される一方、ノズルニードル１２が下端
位置にある時は閉となり、燃料溜まり３１との導通が遮
断されて燃料の供給が停止される。ノズルニードル１２
の下端位置は、ノズルニードル１２が着座するノズルシ
ート１３によって決定され、上端位置はノズルボディＢ
１上方のオリフィスプレートＰ１によって決定される。
【００２１】ノズルボディＢ１は、バルブ駆動装置１の
ハウジングＨの下端にオリフィスプレートＰ１、Ｐ２を
介して配設され、筒状のノズルホルダＢ２にて油密に固
定される。高圧通路３は、燃料溜まり３１から上方へ延
び、オリフィスプレートＰ１、Ｐ２およびハウジングＨ
内を経て外部のコモンレール（図略）に連通している。
ハウジングＨ内には、また、外部の燃料タンク（図略）
に連通する燃料戻し用のドレーン通路２が形成されてい
る。ノズルニードル１２の上端部とオリフィスプレート
Ｐ１の間には、制御室４が形成され、ノズルニードル１
２は、制御室４内に配したスプリング４１のばね力と制
御室４の油圧によって常に閉方向（下方）へ付勢されて
いる。
【００２２】制御室４の油圧は、バルブ駆動装置１の一
部をなすバルブとしての３方弁５によって制御される。
３方弁５は、ハウジングＨの下端に形成した略円錐形の
弁室５１と略球形の弁体５２からなり、弁室５１はオリ
フィスプレートＰ１、Ｐ２を貫通する通路とその下端に
設けたメインオリフィス４２を介して制御室４と常に連
通している。弁室５１は、ドレーンポート２１と高圧ポ
ート３２の２つのポートを有し、弁室５１内の弁体５２
が上方または下方に移動して上記２つのポートの一方を
閉塞すると、他方が開放されて制御室４と導通する。ド
レーンポート２１は弁室５１上方に設けたスピル室２２
を介してドレーン通路２に連通し、オリフィスプレート
Ｐ２を上下に貫通する高圧ポート３２は、オリフィスプ
レートＰ２下端面に径方向に設けた溝３３を介して高圧
通路３に連通している。
【００２３】よって、弁室５１がドレーンポート２１に
連通すると、制御室４は低圧となり、ノズルニードル１
２がノズルシート１３から離れて上昇する。一方、弁室
５１が高圧ポート３２に連通すると、制御室４は高圧と
なり、ノズルニードル１２が下降してノズルシート１３
に着座する。ここで、制御室４は、高圧ポート３２の下
端に連通させてオリフィスプレートＰ１に設けたサブオ
リフィス４３によって、３方弁５を介さずに高圧通路３
と常に連通している。このサブオリフィス４３は、高圧
通路３からサブオリフィス４３を経て制御室４に燃料を
流入させることによって、噴射開始時には制御室４の圧
力低下を緩和してノズルニードル１２を緩やかに開弁さ
せ、噴射終了時には圧力上昇を促進してノズルニードル
１２を迅速に閉弁させる作用がある。
【００２４】なお、ドレーンポート２１の弁室５１への
開口部は、円錐形状のドレーンシート５３を形成してお
り、高圧ポート３２の弁室５１への開口部は、フラット
形状の高圧シート５４を形成している。このように一方
をフラット形状とするのは、弁体５２の軸ずれを許容す
るためである。弁体５２は、いずれかのシート５３、５
４に着座することにより対応するポートを閉塞するが、
弁室５１の圧力は常にドレーンポート２１の圧力より高
いため、弁体５２はドレーンシート５３に着座している
のが常態である。高圧シート５４への着座力は、バルブ
駆動装置１の小径ピストン１８によって与えられる。次
に、バルブ駆動装置１の詳細について説明する。
【００２５】バルブ駆動装置１は、ハウジングＨの上端
部内に収容されるピエゾアクチュエータ１４と、その下
端に接して一体に変位するピエゾピストン１５を有し、
ピエゾアクチュエータ１４の変位を、第１のピストン部
材である大径ピストン１７および変位拡大室６を介して
第２のピストン部材である小径ピストン１８に伝達す
る。ピエゾアクチュエータ１４は公知の構成で、電荷の
注入によって伸長し、電荷の放出によって収縮する圧電
体を積層してなり、印加電圧に応じて伸縮してピエゾピ
ストン１５を駆動する。ピエゾピストン１５は、ピエゾ
シリンダＨ１内に摺動自在に配設され、細径のロッド１
６によって大径ピストン１７に連結されている。大径ピ
ストン１７および小径ピストン１８は、シリンダ形成部
材Ｈ２に同軸的に形成した大径シリンダＨ３、小径シリ
ンダＨ４内にそれぞれ摺動自在に配設され、ロッド１６
は大径ピストン１７の上面より上方に延びて、ピエゾピ
ストン１５の下面に打ち込み固定される。
【００２６】ピエゾピストン１５下方の、ロッド１６周
りに形成される空間は、ドレーン通路２に連通する油溜
まり室７となしてあり、スプリング７１が収容されてピ
エゾピストン１５を上方に付勢している。同時に、ピエ
ゾピストン１５と一体に連結される大径ピストン１７も
スプリング７１によって上方に付勢される。これによ
り、ピエゾピストン１５および大径ピストン１７は、ピ
エゾアクチュエータ１４の伸縮に応じて一体に上下動す
る。なお、ピエゾピストン１５の外周には、油溜まり室
６２内の作動油がピエゾアクチュエータ１４を汚染する
のを防止するためにＯリング７３が設けられる。また、
油溜まり室７をドレーン通路２に連通させるための通路
は、ハウジングＨ側壁から径方向に油溜まり室７に貫通
穴を形成した後、盲栓７４で閉鎖することにより形成さ
れる。
【００２７】シリンダ形成部材Ｈ２は、小径ピストン１
８の上部に縮径部を有し、小径ピストン１８の上方への
移動を規制するストッパ６１を形成している。大小シリ
ンダＨ３、Ｈ４は、この縮径部を介して連通しており、
縮径部と小径ピストン１８の間に形成される油圧室Ａ、
および大径ピストン１７との間に形成される油圧室Ｂに
よって変位拡大室６が形成される。変位拡大室６は、ピ
エゾアクチュエータ１４の変位を油圧変換し、大小ピス
トン１７、１８の径差に応じて増幅して（例えば、大径
ピストン１７の変位の２〜３倍）、小径ピストン１８に
伝達する。小径ピストン１８の下端部は、シリンダ形成
部材Ｈ２の下方に形成されるスピル室２２内に位置し、
細径の先端部がドレーンポート２１内に挿通されて弁体
５２に当接している。
【００２８】大径ピストン１８内には、軸方向に通路７
２が設けられ、通路７２の上端はロッド１６の基端部内
に延びてＴ字形に分岐し、油溜まり室７に開口してい
る。通路７２の下端は、大径ピストン１８の下端面に開
口し、大径ピストン１８の下端に装着した逆止弁８を介
して変位拡大室６に連通するようになっている。逆止弁
８は、変位拡大室６の燃料がリーク等により減少した時
に、油溜まり室７から変位拡大室６へ燃料を補充するた
めのもので、通路７２の下端開口を閉鎖するフラット弁
８１と、フラット弁８１を上方に付勢する皿バネ８２か
らなる。フラット弁８１は、図２（ａ）に示すように、
円盤状の薄板（厚さ：０．１〜０．２ｍｍ）の上下２箇
所を平行に切り欠いたもので、中心にピンホール８４
（直径：０．０２〜０．５ｍｍ）を設けている。このピ
ンホール８４の作用については後述する。
【００２９】皿バネ８２は、図２（ｂ）に示すリング形
状で、極めて薄く（厚さ：０．０１〜０．０５ｍｍ）、
付勢力も０．５〜２Ｎと小さくしてある。これらフラッ
ト弁８１と皿バネ８２とを収納保持するホルダ８３は有
底筒状で、大径ピストン１８の下端部外周に打ち込み固
定される。燃料リーク等により、変位拡大室６内の圧力
が低下すると、皿バネ８２の付勢力に抗してフラット弁
８１が下降し、通路７２から燃料が流入する。ホルダ８
３は、底面にピンホール８４に比べて十分大きい貫通穴
８５を有し、ホルダ８３内空間と変位拡大室６の間で燃
料を自由に流通させるので、速やかに変位拡大室６へ燃
料が補充される。
【００３０】上記構成の燃料噴射弁の作動を図３に従っ
て説明する。燃料噴射の開始に当たっては、ピエゾアク
チュエータ１４に１００〜１５０Ｖの電圧が印加される
（図３にａ：ピエゾ電圧として示す）。ピエゾアクチュ
エータ１４は電圧に比例した変位（例えば４０μｍ）を
生じて、ピエゾピストン１５、大径ピストン１７を同じ
変位量だけ下方に移動させ、変位拡大室６の油圧（ｂ）
を上昇させる（時間（１）〜（２））。なお、この油圧
は主にフラット弁８１のピンホール８４を介して、また
それより僅かではあるが大径ピストン１７や小径ピスト
ン１８の外周のクリアランスを介してドレーン通路にリ
ークし、時間（２）以降、極緩やかに低下していく。こ
の変位拡大室６の油圧上昇により小径ピストン１８は下
降し、弁体５２をドレーンシート５３から押し下げてリ
フトさせ（ｃ）、高圧シート５４に着座させる（時間
（２））。この時、弁体５２のリフト（ｃ）は、ピエゾ
アクチュエータ１４の変位に対して大径ピストン１７と
小径ピストン１８の面積比（例えば２倍）だけ拡大され
る。
【００３１】弁体５２のリフト（ｃ）に伴い、弁室５１
とドレーンポート２１が導通し、次いで高圧ポート３２
との導通が遮断されるために、弁室５１の圧力が低下
し、弁室５１と連通する制御室４の圧力（ｄ）を低下さ
せる。制御室４の圧力（ｄ）が低下し、ノズルニードル
１２に上向きに作用する燃料溜まり３１の油圧力が、制
御室４の油圧力およびスプリング４１のバネ力に勝る
と、ノズルニードル１２がノズルシート１３からリフト
し（ｅ）、燃料の噴射が開始される。
【００３２】燃料噴射の停止に当たっては、ピエゾアク
チュエータ１４の電荷を放出させることによってその電
圧（ａ）をゼロにする（時間（３）〜（５））。この間
に、ピエゾアクチュエータ１４は、電圧印加時の変位量
だけ収縮して元の長さに戻り、ピエゾピストン１５がス
プリング７１に付勢されて上昇する。ロッド１６により
ピエゾピストン１５と連結されている大径ピストン１７
もピエゾピストン１５とともに上昇し、変位拡大室６の
油圧（ｂ）を低下させる。変位拡大室６の油圧低下によ
り小径ピストン１８は、弁体５２を高圧ポート３２の高
圧に逆らって高圧シート５４に押し付ける力を失い、弁
体５２とともに上昇する（時間（４））。
【００３３】弁体５２が再びドレーンシート５３に着座
し、そのリフト位置（ｃ）が初期状態に戻ると、弁室５
１が高圧ポート３２に導通し、ドレーンポート２１との
導通が遮断されるために、弁室５１および制御室４の圧
力（ｄ）が回復する。制御室４の圧力（ｄ）が上昇し、
ノズルニードル１２に下向きに作用する力が、燃料溜ま
り３１の油圧力に勝ると、ノズルニードル１２が降下し
て再びノズルシート１３に着座し（ｅ）、燃料噴射を停
止する。この時（時間（５）以後）、変位拡大室６の圧
力（ｂ）は、噴射中のリークに相当する圧力分アンダー
シュートを生じるが、逆止弁８を介して、油溜まり室７
の燃料を吸入するために、速やかに元の圧力に復帰す
る。
【００３４】次に、異常時のピンホール８４の作用につ
いて図３を用いて説明する。例えば、燃料噴射中にピエ
ゾアクチュエータ１４への通電回路が断線した場合にお
いて、ピンホール８４が有る場合の各部の挙動を破線
で、ピンホール８４が無い場合の各部の挙動を２点鎖線
で示す。燃料噴射中、すなわちピエゾアクチュエータ１
４に電圧が印加された状態で断線すると、ピエゾアクチ
ュエータ１４の電荷を放出することができなくなり、ピ
エゾ電圧（ａ）は高いまま維持される（図３（ａ）の破
線）。従って、ピエゾアクチュエータ１４の変位は変わ
らず、ピエゾピストン１５および大径ピストン１７はそ
の位置を変えることができなくなり、ピンホール８４が
無い場合には、変位拡大室６の圧力（ｂ）を意図的に変
化させることは不可能となる。つまり、ピンホール８４
が無い場合、変位拡大室６からのリークは小径ピストン
１８、大径ピストン１７の外周隙間からのみで、極めて
小さいため、変位拡大室６の圧力低下は、数十ｍｓの時
間では殆ど望めない（図３（ｂ）の２点鎖線）。その結
果、弁体５２のリフト（ｃ）、制御室４の圧力（ｄ）、
ノズルニードル１２のリフト（ｅ）も、時間（３）以
降、変化せず、燃料噴射が継続されるおそれがある。
【００３５】これに対し、ピンホール８４が有る場合に
は、ピエゾ電圧（ａ）は高い状態にあるものの、ピンホ
ール８４を介して変位拡大室６の燃料が油溜まり室７へ
リークするため、変位拡大室６の圧力（ｂ）は緩やかに
低下する（図３の破線）。そして、ピエゾアクチュエー
タ１４への電圧印加より３〜５ｍｓ後には、弁体５２に
上向きに作用する高圧ポート３２の圧力に抗することが
できなくなり（時間（６））、弁体５２と小径ピストン
１８が一体となって上昇する。次いで、弁体５２がドレ
ーンシート５３に着座すると、ドレーンポート２１との
導通が遮断されるために、弁室５１および制御室４の圧
力（ｄ）が回復し、ノズルニードル１２がノズルシート
１３に着座して（ｅ）、燃料噴射が停止される。
【００３６】この時、内燃機関には通常の数倍〜十数倍
の燃料が供給されることになるが、エンジンの溶損や運
転上の不具合を生じるおそれがあるのは、数倍以上の燃
料がエンジンの数回転以上に渡って供給された場合なの
で、上記実施の形態のように高々３〜５ｍｓの噴射が継
続しても、安全性に問題は生じない。ここで、ピンホー
ル８４の大きさは、エンジンの最高回転時の１回転に相
当する時間以上には、燃料噴射が起こり得ないような値
が選択される。例えば、５０００ｒｐｍの場合１回転に
相当する時間は２４ｍｓであって、これは、ピンホール
８４の直径が０．０２〜０．２ｍｍで達成できる。これ
以下の時間で燃料噴射が停止すれば、たとえ多くの燃料
が供給されても全て排気管に放出されるが、触媒の劣化
を考慮すると、３〜５ｍｓ以上燃料噴射が起こり得ない
ようにピンホール径を設定するとより望ましい。これを
達成するには、ピンホール８４の直径は０．０５〜０．
５ｍｍであるとよい。なお、これ以下の時間では、正規
の最大噴射量を確保できないおそれがある。
【００３７】また、ピンホール８４を設けたことによる
燃料噴射弁Ｖの組み立て時の作用を、以下に説明する。
燃料噴射弁Ｖを組み立てた後、変位拡大室６に隙間なく
油（燃料）が充填されないと、ピエゾアクチュエータ１
４の変位の作用は、安定して小径ピストン１８に伝わら
ない。従って、燃料噴射弁Ｖを組み立てた状態で出荷し
エンジンに装着した場合、変位拡大室６に燃料に充満す
るまで、正常な機能を果たさないため、エンジンの始動
に時間がかかる問題がある。そこで、このような場合に
は、燃料噴射弁Ｖを組み立てた後、出荷に先立って変位
拡大室６に燃料を充填する。具体的には、高圧通路３を
真空ポンプに連結して、燃料噴射弁Ｖ内の空洞を全て真
空にしてから、ドレーン通路２を通じて燃料を供給する
のがよい。この時、ピンホール８４が無いと、変位拡大
室６を真空にすることは困難であり、ここに空気が残っ
た状態でドレーン通路２から燃料を供給しても、完全に
は充填されない。また、変位拡大室６に残った空気が、
ピエゾアクチュエータ１４の変位の作用を小径ピストン
１８に伝えることを妨げる。
【００３８】これに対し、逆止弁８のフラット弁８１に
ピンホール８４を設けた上記構成では、高圧通路３を真
空ポンプに連結して真空引きすれば、高圧通路３とサブ
オリフィス４３を介して連通する制御室４内を経て、メ
インオリフィス４２から弁室５１、ドレーンポート２
１、スピル室２２、ドレーン通路２、油溜まり室７を介
し、さらに通路７２とピンホール８４を介して変位拡大
室６へ、という順序で変位拡大室６内を真空にすること
ができる。そして、ドレーン通路２から燃料を注入する
ことで、速やかに変位拡大室６に燃料を充填することが
できるので、空気が残って不具合を生じることがない。
【００３９】その後、出荷に先立って、ハウジングＨの
上端部に突設される高圧通路３およびドレーン通路２の
外部への開口端部（図略）にそれぞれ密栓を施し、充填
した燃料の漏れ等を抑止する。密栓としては、例えば、
ゴムキャップ等を用いることができる。通常は、さらに
燃料噴射弁Ｖの先端部にノズル保護のためのキャップを
装着し、この状態で燃料噴射弁Ｖを出荷する。エンジン
を組み立てる際には、密栓をした状態で燃料噴射弁Ｖを
エンジンのシリンダヘッドに組付け、これら密栓を取り
外してから、各開口端部を燃料配管の所定部位に連結す
る。
【００４０】さらに、エンジンを停止して長時間放置し
た時、小径ピストン１８が自重で降下してしまう場合が
ある。この時、変位拡大室６には小径ピストン１８の降
下分だけ、逆止弁８を介してドレーン通路２から燃料が
補充されるため、小径ピストン１８の上昇が困難になる
問題が生じる。つまり、この状態でエンジンを始動しよ
うとすると、高圧通路３から供給された燃料が、その動
圧によって、弁体５２、小径ピストン１８を押し上げよ
うとするが、ピンホール８４が無いと、変位拡大室６は
略密閉空間となって小径ピストン１８が上昇できない。
このため、弁体５２は僅かに高圧シート５４から離れる
ことはできるが、ドレーンシート５３に着座することが
できず、その結果、高圧通路３の燃料がドレーン通路３
に流出し続けて、所定の高圧（１０〜２０ＭＰａ）にな
らず、エンジンを始動することができない。
【００４１】これに対し、本発明では、逆止弁８のフラ
ット弁８１にピンホール８４を設けたので、変位拡大室
６の燃料がピンホール８４を介してドレーン通路２へ流
出可能である。よって、小径ピストン１８および弁体５
２の上昇が許容されるため、弁体５２が速やかにドレー
ンシート５３に着座して、エンジンの始動に備えること
ができる。
【００４２】上記実施の形態では、逆止弁８のフラット
弁８１を大径ピストン１７の下端面に押圧するために、
肉厚の薄い皿バネ８２を用いているが、付勢力の小さ
な、円形で短いバネであれば、同様の役割を果たす。例
えば、皿バネ８２の代わりに、図４のような、円形の薄
板８６の中央部を舌状に打ち抜いて下方に折り曲げたも
のをバネ部材として使用してもよい。また、上記実施の
形態では、アクチュエータとしてピエゾアクチュエータ
１４を用いているが、これは通電により変位を発生する
ものであればよく、例えば、ソレノイドや、磁歪効果を
利用したアクチュエータでもよい。また、アクチュエー
タにより駆動されるバルブとして３方弁を用いる必要は
なく、２方弁でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における燃料噴射弁
の全体構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）はフラット弁の形状を示す側面図および
正面図、（ｂ）は皿バネの形状を示す斜視図である。
【図３】本発明の作動を説明するためのタイムチャート
である。
【図４】逆止弁のフラット弁を付勢するバネ部材の他の
形状例を示す図である。
【符号の説明】
Ｈ ハウジング Ｂ１ バルブボディ １ バルブ駆動装置 １１ 噴孔 １２ ノズルニードル １３ ノズルシート １４ ピエゾアクチュエータ（アクチュエータ） １５ ピエゾピストン １６ ロッド １７ 大径ピストン（第１のピストン部材） １８ 小径ピストン（第２のピストン部材） ２ ドレーン通路 ２１ ドレーンポート ２２ スピル室 ３ 高圧通路 ３１ 燃料溜まり ３２ 高圧ポート ４ 制御室 ５ ３方弁（バルブ） ５１ 弁室 ５２ 弁体 ５３ ドレーンシート ５４ 高圧シート ６ 変位拡大室 ７ 油溜まり室 ７１ スプリング ７２ 通路 ８ 逆止弁 ８１ フラット弁 ８２ 皿バネ ８３ 逆止弁ホルダ ８４ ピンホール ８５ 貫通穴
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 51/00 Ｆ０２Ｍ 51/00 Ｅ 61/10 61/10 Ｓ 61/16 61/16 Ｐ Ｋ 61/20 61/20 Ｎ Ｆ１６Ｋ 31/02 Ｆ１６Ｋ 31/02 Ａ Ｈ０１Ｌ 41/083 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｎ 41/09 Ｕ (72)発明者 林 哲史 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA31 BA54 BA56 CC06T CC08T CC14 CC61 CC64U CC66 CC67 CC68T CC69 CC70 CD29 CD30 CE13 CE27 CE34 CE35 3H062 AA02 AA12 BB04 CC06 HH03 HH10

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アクチュエータによって駆動される大径
    の第１のピストン部材の下方に、バルブを駆動する小径
    の第２のピストン部材を配し、これら両ピストン部材の
    間に作動流体が充填される変位拡大室を設けて、上記第
    １のピストン部材の変位を拡大して上記第２のピストン
    部材に伝達するバルブ駆動装置において、上記変位拡大
    室の上方にドレーン通路を設け、該ドレーン通路と上記
    変位拡大室とをピンホールを介して連通させたことを特
    徴とするバルブ駆動装置。
  2. 【請求項２】 上記ピンホールの直径が０．０２〜０．
    ５ｍｍである請求項１記載のバルブ駆動装置。
  3. 【請求項３】 上記変位拡大室と上記ドレーン通路との
    間に、上記ドレーン通路から上記変位拡大室へのみ作動
    流体を流入させる逆止弁を設けるとともに、上記逆止弁
    をフラット弁で構成して、このフラット弁に上記ピンホ
    ールを設けた請求項１または２記載のバルブ駆動装置。
  4. 【請求項４】 上記第１のピストン部材内に、上記ドレ
    ーン通路に連通する通路を形成し、該通路と上記変位拡
    大室の間に上記ピンホールを配置した請求項１または２
    記載のバルブ駆動装置。
  5. 【請求項５】 上記第１のピストン部材を上下方向に貫
    通して上記通路を設け、該通路の下端開口にフラット弁
    を配して、上記ドレーン通路から上記通路を経て上記変
    位拡大室へのみ作動流体を流入させる逆止弁となすとと
    もに、上記フラット弁に、上記通路を介して上記ドレー
    ン通路と上記変位拡大室を連通させる上記ピンホールを
    設けた請求項４記載のバルブ駆動装置。
  6. 【請求項６】 上記第１のピストン部材の上方に上記ド
    レーン通路と連通する油溜まり室を設けて、該油溜まり
    室に上記通路を開口させた請求項４または５記載のバル
    ブ駆動装置。
  7. 【請求項７】 上記第１のピストン部材の上端面に面
    し、上記アクチュエータを上記変位拡大室と反対方向に
    付勢するスプリングを収容する室を設けて、上記油溜ま
    り室とした請求項６記載のバルブ駆動装置。
  8. 【請求項８】 請求項１ないし７のいずれか記載のバル
    ブ駆動装置を内蔵し、燃料噴射の開始および停止を上記
    バルブの駆動によって制御することを特徴とする燃料噴
    射弁。
  9. 【請求項９】 アクチュエータによって駆動される大径
    の第１のピストン部材の下方に、バルブを駆動する小径
    の第２のピストン部材を配し、これら両ピストン部材の
    間に作動流体が充填される変位拡大室を設けて、上記第
    １のピストン部材の変位を拡大して上記第２のピストン
    部材に伝達するバルブ駆動装置を内蔵し、上記変位拡大
    室の作動流体が、製品出荷に先立って上記変位拡大室に
    充填されることを特徴とする燃料噴射弁。
  10. 【請求項１０】 上記変位拡大室の作動流体は、上記変
    位拡大室を真空にしてから充填される請求項９記載の燃
    料噴射弁。
  11. 【請求項１１】 装置ハウジング内に形成される流体通
    路の装置外部への開口端部に密栓を施した請求項９また
    は１０記載の燃料噴射弁。
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