JP2003021013A - インジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単に構成で高精度にハーフリフトを実現す
ることである。 【解決手段】 常時開弁方向の燃料圧を受けるニードル
３１の後端面３１ａ側に、ニードル３１に対し閉弁方向
に付勢する背圧を発生する背圧室１０５が形成され、背
圧室１０５における燃料の導入と排出とを切り換えて、
ニードル３１を開閉せしめるインジェクタにおいて、燃
料の排出を制御する制御バルブ３２を押圧駆動する燃料
圧を発生する油圧室１１１と連通する別の油圧室１１３
を設け、ハーフリフト時には、油圧室１１１の燃料圧縮
用のアクチュエータ６の駆動力を大きなものにして、油
圧室１１１の燃料圧が、制御バルブ３２が開弁する燃料
圧よりもさらに高い燃料圧を越えると、これを駆動力と
して、ニードル３１を受けるストッパ４１がニードル３
１側に前進するようにし、ハーフリフト位置でニードル
３１を受けるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料噴射用のインジ
ェクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃料噴射装置に用いられるイ
ンジェクタは、噴孔を閉じるニードルを着座状態とリフ
ト状態とに切り換えることにより、燃料の噴射とその停
止とを切り換える。燃料の噴射量はニードルの開弁時間
により制御される。ニードルの着座状態とリフト状態と
を切り換える代表的な構造として、ニードルに、加圧さ
れた燃料により常時開弁方向の付勢力が作用するように
しておくとともに、ニードルの後端面側に、ニードルを
閉弁方向に付勢する背圧を発生する背圧室を設けて、背
圧の高低切り換えによりニードルの着座状態とリフト状
態とを切り換えるものがある。このインジェクタでは、
高圧源から背圧室に導入される燃料により背圧を高圧に
してニードルを着座状態とし、背圧室の燃料を低圧源に
排出することにより背圧を低圧にしてニードルをリフト
状態とする。背圧室における燃料の導入と燃料の排出と
の切り換えは、背圧室と低圧源との間に介設された弁室
内に弁体を配設して、弁体により背圧室と低圧源との連
通と遮断とを切り換えることでなされる。弁体には、弁
室内の燃料圧が、低圧源に通じるポートを閉鎖する方向
に作用するようにしておき、開弁する場合にはピエゾア
クチュエータ等のアクチュエータが弁体を押圧して弁体
をリフトする。

【０００３】また、アクチュエータは直接、弁体を押圧
するのではなく、油圧を介して行うものもある。このも
のでは、燃料が充填された油圧室を備えており、油圧室
は、アクチュエータの駆動力で前進するピストンにより
前記燃料が圧縮して前記弁体を押圧し開弁せしめる押圧
力を発生する。

【０００４】ところで、近年、燃料の噴射率や噴霧状態
を、内燃機関の運転状態に応じて、例えば低速域と高速
域とで、また、低負荷域と高負荷域とで切り換えて、運
転状態に適合した最適な燃焼状態を実現し、排ガスのク
リーン化や機関出力の高出力化を図る試みがなされてい
る。燃料の噴射率や噴霧状態を切り換える手段として、
インジェクタのニードルを着座状態およびフルリフト状
態の２つの状態の間でだけ切り換えるのではなく、その
中間の状態（ハーフリフト状態）をも選択し得るように
する技術がある。

【０００５】ニードルをハーフリフトとする場合、前記
弁体のリフト量を、ニードルがフルリフトのときのリフ
ト量よりも小さなリフト量に調整して、背圧室から低圧
源への燃料の排出流量を減じ、ニードルを閉弁方向に付
勢する背圧室の圧力をニードルがフルリフトのときより
も高圧にして、ニードルをハーフリフトとすることが考
えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、弁体が
低圧源に通じるポートを閉鎖している閉弁状態では、弁
室内の弁体に作用する燃料圧が、圧倒的に閉弁方向に作
用するアンバランスなものとなっている。弁体はこの閉
弁方向の燃料圧に抗して開弁することになるが、弁体に
作用する燃料のアンバランスは、弁体が一旦、リフトす
ると緩和される。この緩和は弁体のリフトを促す方向に
作用するので、閉弁状態から開弁するのに必要な押圧力
と、弁体を所定のリフト量に維持するのに必要な押圧力
とには、あまり差がない。このため、弁体のリフト量を
制御して、ニードルをハーフリフトに維持するのは困難
であった。

【０００７】本発明は前記実情に鑑みなされたもので、
ニードルを良好にハーフリフトとすることができるイン
ジェクタを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、常時開弁方向の付勢力を受けるニードルと、該ニー
ドルの後端面側に形成されて、ニードルを閉弁方向に付
勢する背圧を発生する背圧室とを有し、高圧源から背圧
室に導入される燃料により前記背圧を高圧にしてニード
ルを着座状態とし、背圧室の燃料を低圧源に排出してニ
ードルをリフト状態とするインジェクタであって、背圧
室と低圧源との間に介設された弁室と、該弁室内に配設
されて、背圧室と低圧源との連通と遮断とを切り換える
弁体とを有するインジェクタにおいて、燃料が充填さ
れ、アクチュエータの駆動力で前進するピストンにより
前記燃料が圧縮して前記弁体を押圧し開弁せしめる押圧
力を発生する油圧室と、前記油圧室と連通する別の油圧
室と、該別の油圧室の燃料圧を受けて作動し、燃料圧
が、前記弁体がリフトする燃料圧よりも大きな所定の燃
料圧を越えると、ニードルのリフト位置を切り換えるリ
フト位置切り換え手段とを具備せしめる。

【０００９】弁体がリフトする燃料圧よりも大きな所定
の燃料圧になると作動するリフト位置切り換え手段を設
けることで、弁体のリフト量の微妙な制御をすることな
く、アクチュエータの駆動力を大きく２段階に切り換え
るだけで、ニードルをフルリフトとハーフリフトとの間
で切り換えることができる。

【００１０】請求項２記載の発明では、請求項１の発明
の構成において、前記リフト位置切り換え手段を、離座
したニードルを受けてニードルを所定のリフト位置で停
止せしめるストッパであって、ニードルの変位方向に移
動自在に構成されたストッパにより構成する。

【００１１】ストッパの、ニードルの変位方向のストロ
ークだけで、ニードルのリフト量の設定をすることがで
き、設計が容易である。

【００１２】請求項２の発明の構成におけるストッパと
しては、請求項３記載の発明のように、前記ストッパに
ピストン部を具備せしめて、該ピストン部にてストッパ
用のガイド孔に摺動自在に保持せしめ、該ストッパ用ガ
イド孔を、ニードルを主導自在に保持するニードル用の
ガイド孔と同方向で、かつ、ニードルの後端面側で連な
るように形成した凹所により構成し、該凹所の底部に前
記油圧室の燃料を導入し、前記凹所底部により前記別の
油圧室を形成する。

【００１３】また、ストッパの構成は、請求項４記載の
発明のように、前記ストッパを、ニードルの変位方向に
設けられたねじ軸と螺合し、ねじ軸の軸方向に移動自在
なストッパ本体部材と、該ストッパ本体部材の外周に設
けられて、ストッパ本体部材が前記軸方向にのみ相対移
動可能な筒状部材とにより構成し、該筒状部材を摺動自
在に保持する保持穴の側面と筒状部材の側面との間に、
扇状の空間であって、その周方向の一端が筒状部材の側
面に形成された段部の段側面により区画され、周方向の
他端が保持穴の側面に形成された段部の段側面により区
画された空間を形成するとともに、該空間に前記油圧室
の燃料を導入し、前記空間により前記別の油圧室を形成
する。

【００１４】請求項５記載の発明では、請求項１の発明
の構成において、前記リフト位置切り換え手段を、背圧
室と低圧源との間に介設された別の弁室内に配設され
て、背圧室と低圧源との連通と遮断とを切り換える別の
弁体により構成する。

【００１５】弁体および別の弁体のうち、弁体のみが開
弁するか、両方とも開弁するかの切り換えだけで、背圧
室からの燃料の排出モードを２種類に切り換えることが
できる。

【００１６】請求項６記載の発明では、請求項５の発明
の構成において、背圧室における燃料の排出用で前記弁
室に通じる排出ポートを、ニードルを摺動自在に保持す
るガイド孔の、ニードルと摺接可能な面に開口せしめる
とともに、排出ポートの開口位置を、着座状態のニード
ルと非対向でフルリフト状態のニードルとは対向する位
置とする。

【００１７】弁体のみが開弁したときには、ニードルが
排出ポートを閉鎖するまでリフトすると、背圧室からの
燃料の排出が禁止されて、背圧室の燃料圧を増大する方
向に作用するので、排出ポートの開口位置によりリフト
量が規定され、ハーフリフトとすることができる。一
方、別の弁体が開弁したときには別の弁室を経由する燃
料の排出経路が確保されて、ニードルは排出ポートを閉
鎖してもさらにリフトし、フルリフトとなる。

【００１８】請求項７記載の発明では、請求項６の発明
の構成において、前記ニードルの後端面側に設けられ
て、ニードルが排出ポートを閉鎖すると実質的にニード
ルを受けるばね部材を設ける。

【００１９】ハーフリフトになるとニードルがばね部材
により受けられ、ニードルに制動力が働く。これによ
り、ニードルが、排出ポートの開口位置で規定されるリ
フト量に速やかに収束する。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１、図２、図
３に本発明のインジェクタの構成を示し、図４に前記イ
ンジェクタを備えたディーゼルエンジンのコモンレール
式の燃料噴射装置の構成を示す。インジェクタの説明に
先立ち燃料噴射装置について説明する。ディーゼルエン
ジンの気筒数分のインジェクタ１が各気筒に対応して設
けられ（図例ではインジェクタ１は１つのみ図示）、供
給ライン７５を介して連通する共通のコモンレール７４
から燃料の供給を受け、インジェクタ１から各気筒の燃
焼室内に略コモンレール７４内の燃料圧力（以下、コモ
ンレール圧力という）に等しい噴射圧力で燃料を噴射す
るようになっている。コモンレール７４には燃料タンク
７１の燃料が高圧サプライポンプ７３により圧送されて
高圧で蓄えられる。

【００２１】また、高圧源であるコモンレール７４から
インジェクタ１に供給された燃料は、上記燃焼室への噴
射用の他、インジェクタ１の制御油圧等としても用いら
れ、インジェクタ１からドレーンライン７６を経て低圧
源である燃料タンク７１に還流するようになっている。

【００２２】ＣＰＵ７７はクランク角度等の検出信号に
基づいて燃料の噴射時期と噴射量を演算し、これに応じ
た噴射信号を各インジェクタ１に搭載されたアクチュエ
ータ６を駆動するためのアクチュエータ駆動回路７８に
出力し、インジェクタ１から所定の期間、燃料を噴射せ
しめる。また、このとき、燃料噴射をフルリフトでの噴
射とするか、あるいはハーフリフトでの噴射とするか、
についての選択信号もＣＰＵ７７からアクチュエータ駆
動回路７８に出力される。

【００２３】また、ＣＰＵ７７は他のセンサ入力等によ
り知られる運転条件に応じた適正な噴射圧となるように
制御する。このため、圧力センサ７９がコモンレール７
４に設けられており、ＣＰＵ７７はコモンレール圧力に
基づいて調量弁７２を制御してコモンレール７４への燃
料の圧送量を調整する。

【００２４】前記インジェクタ１の構造を示す図１〜図
３において、インジェクタ１は棒状体で、図中下側部分
がエンジンの図略の燃焼室壁を貫通して燃焼室内に突出
するように取り付けられている。インジェクタ１のハウ
ジング２は複数の略円柱状ないし円盤状のハウジング部
材２１，２２，２３，２４，２５等をその軸方向に重ね
てスリーブ状のリテーナ２６により一体化され、その内
部に、燃料の通路１０１等を構成する空間や、ニードル
３１等を収容する空間が形成される。

【００２５】ハウジング２の先端側に形成された縦孔２
０１にはニードル３１が配設され、その後端部３１１の
摺接部３１１１にて縦孔２０１に摺動自在に保持されて
いる。ニードル３１は縦孔２０１の先端に位置する環状
シート２０１ａに着座または離座する。ニードル３１の
先端部３１２の外周の空間（以下、クリアランス部とい
う）１０３には高圧通路１０１および燃料溜まり１０２
を介してコモンレール７４から高圧燃料が導入され、ニ
ードル３１のリフト時に、ハウジング２の先端壁を貫通
する噴孔１０４から燃料が噴射される。ニードル３１に
は、燃料溜まり１０２位置に下向きに形成された環状段
面等にて、燃料圧が常時ニードル３１のリフト方向（上
向き）に作用している。

【００２６】ニードル３１の後端面３１ａ側には、縦穴
２０１により画成された空間に背圧室１０５が形成され
ており、背圧室１０５に導入された燃料の圧力により、
ニードル後端面３１ａに作用する背圧を発生する。この
背圧は、背圧室１０５に配設されたコイルばね５１とと
もに、ニードル３１を着座方向（下向き）に付勢する。

【００２７】背圧室１０５は高圧通路１０１から通路１
０６を介して燃料が導入されるようになっている。

【００２８】また、背圧室１０５と燃料タンク７１に通
じる低圧通路１１０との間には弁室１０８が介設され、
弁室１０８を介して背圧室１０５からの燃料の排出が行
われる。

【００２９】弁室１０８には、ボール状の制御バルブ３
２が配設されている。弁室１０８は、すり鉢状の天井面
の最上部に低圧通路１１０に通じる低圧ポート１０９が
開口しており、制御バルブ３２が、低圧ポート１０９の
開口外周縁に形成された上側シート１０８ａからリフト
すると、弁室１０８と燃料タンク７１とが連通する。背
圧室１０５と弁室１０８とは、燃料排出用の通路１０７
により連通している。

【００３０】低圧ポート１０９の上方には、低圧ポート
１０９に連なる縦孔が形成され、下側部分が、２つのピ
ストン４２，４３を摺動自在に保持するシリンダ２０３
で、上側部分が、ピエゾアクチュエータ６を格納するア
クチュエータ格納室２０４となっている。

【００３１】シリンダ２０３の弁室１０８側の小径部２
０３１に保持されたピストン４２は、制御バルブ３２側
にピン状に突出するピストンピン４２１が一体的に設け
られており、低圧ポート１０９を経て弁室１０８内に進
出して、制御バルブ３２を押圧するようになっている。
シリンダ小径部２０３１にはコイルばね５２が配設され
て、ピストン４２を常時、ピストン４３の方に付勢して
いる。シリンダ２０３の大径部２０３２に保持されたピ
ストン４３は、前記ピストン４２よりも大径である（以
下、適宜、ピストン４２を小径制御ピストン４２と、ピ
ストン４３を大径制御ピストン４３という）。

【００３２】大径制御ピストン４３にはアクチュエータ
格納室２０４に突出する突出部４３１が設けられてお
り、アクチュエータ格納室２０４に格納されたピエゾア
クチュエータ６を受けるようになっている。ピエゾアク
チュエータ６はＰＺＴ等の圧電セラミック層と電極層と
を交互に積層した一般的なピエゾスタックにより構成さ
れ、アクチュエータ駆動回路７８による充電と放電とで
伸縮する。

【００３３】アクチュエータ格納室２０４にはコイルば
ね５３が配設されて、大径制御ピストン突出部４３１を
上方に付勢し、大径制御ピストン突出部４３１とピエゾ
アクチュエータ６との当接状態が常時保たれるようにな
っており、ピエゾアクチュエータ６の伸縮量がそのまま
大径制御ピストン４３の変位量となる。

【００３４】両ピストン４２，４３の間は燃料が充填さ
れる油圧室１１１となっている。油圧室１１１への燃料
の導入は低圧通路１１０と連通する図示しない導入通路
によりなされる。導入通路には例えば油圧室１１１に向
かう方向を順方向とする逆止弁が設けられて、油圧室１
１１内の燃料が加圧状態のとき、油圧室１１１が実質的
に閉鎖されるようになっている。これにより、ピエゾア
クチュエータ６が伸長すると、油圧室１１１内の燃料が
圧縮されて小径制御ピストン４２を押し下げる燃料圧を
発生し、この燃料圧により、小径制御ピストン４２を介
して制御バルブ３２をリフトせしめる。

【００３５】なお、制御バルブ３２側の小径制御ピスト
ン４２をピエゾアクチュエータ６側の大径制御ピストン
４３よりも小径とすることで、ピエゾアクチュエータ６
の伸長量が拡大されて小径制御ピストン４２の変位に変
換される。

【００３６】制御バルブ３２がリフトすると、背圧室１
０５の燃料が低圧通路１１０から燃料タンク７１に排出
されて、背圧室１０５の燃料圧が低下し、ニードル３１
に対するリフト方向の付勢力が優勢となってニードル３
１がリフトする。

【００３７】背圧室１０５の上方には、離座したニード
ル３１を受けリフト位置を規定するストッパ４１が設け
られている。ストッパ４１は、ピストン部４１１とリフ
ト位置調整部４１２からなり、ピストン部４１１は、背
圧室１０５の上方に、これと連なるように形成された凹
所をストッパ用ガイド孔２０２として、これに摺動自在
に保持されており、その最大の変位量は、ピストン部４
１１の長さとストッパ用ガイド孔２０２の長さとの差ｂ
である。リフト位置調整部４１２は、背圧室１０５の天
井部を構成するハウジング部材２２を貫通して背圧室１
０５内に突出しており、ストッパ４１の先端面４１ａ
が、ニードル後端面３１ａと、ストッパ先端面４１ａと
対向位置でニードル後端面３１ａから突出する台部３１
１２で当接可能である。

【００３８】ストッパピストン部４１１の上端は、周縁
部が面とりされてテーパ面４１ｂが形成されており、ス
トッパ４１が最上位置にあるときでもストッパ用ガイド
孔２０２の隅部に空間１１３が形成される。

【００３９】縦穴２０２の側面には、この空間１１３に
臨む位置に、前記油圧室１１１に通じる通路１１２が開
口しており、空間１１３が別の油圧室である燃料室１１
３となっている。燃料室１１３の燃料圧は、ストッパピ
ストン部４１１の少なくともテーパ面４１ｂに作用し、
ストッパ４１を常時、下方に付勢する。

【００４０】また、ストッパ４１が最上位置にあるとき
のストッパ先端面４１ａとニードル後端面３１ａとのク
リアランスａは、ニードル３１が着座状態において、ニ
ードル３１のフルリフト量に設定し、ストッパ４１の最
大変位量ｂは、所期のハーフリフト量をａ’としてａ−
ａ’に設定する。

【００４１】また、ピエゾアクチュエータ６を電気駆動
するアクチュエータ駆動回路７８は、ピエゾアクチュエ
ータ６の充電量である充電電圧を切り換え自在に構成さ
れ、ニードル３１をフルリフトとするか、ハーフリフト
とするかの指令に対して充電電圧を切り換える。充電電
圧については後述する。

【００４２】本インジェクタ１の作動について説明す
る。図５はピエゾアクチュエータ６の状態を、発生する
駆動力および伸長量により示したものである。Ｉ、Ｉ
Ｉ、ＩＩＩはピエゾアクチュエータ６の充電電圧の等電
圧線であり、等電圧線Ｉが最も電圧が低い場合であり、
この順に電圧値が高くなる。以下、適宜、等電圧線Ｉに
対応する充電電圧を第１の充電電圧、等電圧線ＩＩに対
応する充電電圧を第２の充電電圧、等電圧線ＩＩＩに対
応する充電電圧を第３の充電電圧という。

【００４３】（１）フルリフト 燃料噴射開始前は図１の状態である。この状態では、低
圧ポート１０９が制御バルブ３２により閉鎖されてお
り、背圧室１０５が高圧となっている。したがって、ニ
ードル３１は着座状態で、ストッパ４１は、先端面４１
ａに作用する高い上向き燃料圧により、最上位置にあ
る。そして、小径制御ピストン４２は制御バルブ３２と
当接位置にある。また、ピエゾアクチュエータ６の状態
は、図５中、充電電圧が０で、伸長量が０のＯ点にあ
る。

【００４４】この状態から、第１の充電電圧まで充電す
る。伸長量が増大すると、油圧室１１１の燃料が圧縮さ
れて燃料圧が上昇するから、ピエゾアクチュエータ６の
駆動力も伸長量に対して比例的に上昇し、Ａ点に移行す
る。

【００４５】油圧室１１１の燃料圧の上昇により、スト
ッパ４１に対する下向きの付勢力が増大するが、Ａ点に
おいて、増大する付勢力によりストッパ４１が変位しな
いように、背圧室１０５の上向きの燃料圧を受ける先端
面４１ａの面積等を設定しておく。また、Ａ点において
駆動力が制御バルブ３２を開弁可能な駆動力となるよう
に第１の充電電圧を設定しておく。これにより、制御バ
ルブ３２が低圧シート１０８ａからリフトする。そし
て、制御バルブ３２が弁室１０８の底面との間のクリア
ランスｃ、変位して前記底面に密着する。これは、油圧
室１１１の燃料圧を緩和する方向に作用するので、ピエ
ゾアクチュエータ６の状態は、伸長量が増大するととも
に、駆動力が低下して、等電圧線Ｉ上をＡ点からＦ点に
移行する。

【００４６】背圧室１０５は、弁室１０８を介して燃料
タンク７１と連通し、背圧室１０５から燃料が燃料タン
ク７１へ排出され、ニードル３１がリフトして、リフト
量が、ニードル後端面３１ａが台部３１１２でストッパ
リフト位置調整部４１２の先端面４１ａと当接するリフ
ト量に達する。そして、燃料の噴射が開始される（図
２）。このときのニードル３１のリフトは、リフト位置
調整部４１２が最上位置にあるからフルリフトとなる。

【００４７】この状態で、ピエゾアクチュエータ６を放
電して、制御バルブ３２への押圧力を解除すれば、制御
バルブ３２は上昇してシート１０８ａに着座する。低圧
ポート１０９は閉鎖され、元の状態に復する。これによ
り、燃料噴射が停止する。

【００４８】（２）ハーフリフト 図１の状態から、第２の充電電圧まで充電する。制御バ
ルブ３２がリフトするまではフルリフトの場合と同様で
あるが、ピエゾアクチュエータ６の充電電圧が高い分、
続いて、ピエゾアクチュエータ６の伸長量および駆動力
が増大し、等電圧線ＩＩ上のＢ点に移行する。油圧室１
１１は、ストッパ４１の背後の燃料室１１３と通じてい
るから、燃料室１１３の燃料圧が増大し、ストッパ４１
に対する下向きの付勢力も増大する。第２の充電電圧
を、燃料室１１３の燃料圧によりストッパ４１が背圧室
１０５の燃料圧に抗して下方変位可能な大きさに設定す
ることで、ストッパ４１が下方変位する。これは油圧室
１１１内の燃料圧を緩和する方向に作用するから、ピエ
ゾアクチュエータ６の状態は、等電圧線ＩＩ上を、ピエ
ゾスタック６の伸長量が増加し駆動力が低下する方向に
移動する。さらに充電電圧を、第２の充電電圧よりも高
い第３の充電電圧とすると、ピエゾアクチュエータ６の
駆動力および伸長量ともに増大して、ストッパ４１が最
大変位量ｂ、下方変位して最下位置に達する。ピエゾア
クチュエータ６の状態は、Ｅ点に移行する。

【００４９】したがって、ニードル３１はフルリフトの
手前でストッパ４１により停止せしめられ、そのリフト
量はａ−ｂすなわち所期のハーフリフト量ａ’となる
（図３）。

【００５０】この場合も、ピエゾアクチュエータ６を放
電すれば、ピエゾアクチュエータ６が縮小して、制御バ
ルブ３２への押圧力が解除され、各部が元の状態に復
し、燃料の噴射が停止する。

【００５１】このように、制御バルブ３２をハーフリフ
トとすることなく、安定してニードル３１のフルリフト
とハーフリフトとを切り換えることができる。

【００５２】（第２実施形態）図６、図７、図８、図
９、図１０、図１１に本発明の第２のインジェクタを示
す。図中、第１実施形態と実質的に同じ作動をする部分
には同じ番号を付して第１実施形態との相違点を中心に
説明する。

【００５３】インジェクタ１Ａは、ハウジング２Ａが複
数のハウジング部材２１，２２，２３Ａ，２４，２５等
からなる。

【００５４】背圧室１０５の上方には、離座したニード
ル３１を受けリフト位置を規定するストッパ４４が設け
られている。ストッパ４４は、両端開口の筒状部材４４
１とストッパ本体部材であるリフト位置調整部４４２か
らなり、筒状部材４４１は、背圧室１０５の上方に形成
された保持穴２０５に摺動自在に保持され、リフト位置
調整部４４２は、筒状部材４４１内に挿入されている。
リフト位置調整部４４２の背圧室１０５側の端部は、背
圧室１０５の天井部を構成するハウジング部材２２を貫
通して背圧室１０５内に突出しており、ストッパ４４の
先端面としてのリフト位置調整部４４２の先端面４４ａ
がニードル３１の後端面３１ａと台部３１１２で当接可
能である。筒状部材４４１とリフト位置調整部４４２と
は、その対向側面に軸線に平行に形成された係合溝４４
２１と係合突起４４１１にて係合しており、係合溝４４
２１および係合突起４４１１が回り止めとなって、一緒
に回転可能である。

【００５５】リフト位置調整部４４２はめねじが形成さ
れており、おねじが形成されたねじ軸であるガイドシャ
フト４５により保持されている。ガイドシャフト４５は
ハウジング部材２３Ａの図示しない取り付け孔に圧入さ
れている。リフト位置調整部４４２が、これと螺合する
ガイドシャフト４５に沿って螺動自在である。リフト位
置調整部４４２の上下方向位置により、リフト位置調整
部４４２の先端面４４ａとニードル後端面３１ａとのク
リアランスが規定される。

【００５６】筒状部材４４１は、全体形状が前記保持穴
２０５の側面と摺接する形状となっているが、筒状部材
４４１の側面には、断面扇状で幅広の段部である溝４４
１２が軸線方向に形成されている。筒状部材４４１と縦
穴２０５との対向側面の間には、前記溝４４１２によ
り、これと同形状の空間１１４が形成される。該空間１
１４には、縦穴２０５側面に形成されて軸線方向に延び
る突条が突出し、前記空間１１４を周方向に２つに分割
する段部である隔壁２３１としてある。この分割された
空間１１４１，１１４２は、ストッパ４４の回動角度に
よって容積比が変化する。

【００５７】縦穴２０５の側面には、油圧室１１１に通
じる通路１１２が一方の分割空間１１４１に臨む位置に
開口しており、分割空間１１４１に油圧室１１１から燃
料が導入可能である（以下、分割空間１１４１を燃料室
１１４１という）。燃料室１１４１、筒状部材４４１の
溝４４１２の段側面４４１２ａと隔壁２３１の段側面で
ある隔壁面２３１ａとで区画され、この筒状部材４４１
の溝段側面４４１２ａと隔壁面２３１ａとに作用する燃
料圧は、燃料室１１４１の容積を拡大する方向すなわち
筒状部材４４１を図７、図９、図１１中、左回りに回動
せしめる方向に作用する。

【００５８】他方の分割空間１１４２にはコイルばね５
４が周方向に介設されており、他方の分割空間１１４２
の容積を拡大する方向すなわち筒状部材４４１を図７、
図９、図１１中、右回りに回動せしめる方向に作用する
（以下、他方の分割空間１１４２をばね室１１４２とい
う）。

【００５９】筒状部材４４１が回動すれば、回り止め４
４１１，４４２１により筒状部材４４１と係合するリフ
ト位置調整部４４２がガイドシャフト４５に沿って螺動
して、上下方向に変位し、ニードル３１のリフト量が変
化せしめられる。

【００６０】本インジェクタ１Ａの作動について説明す
る。なお、ピエゾアクチュエータ６は実質的に第１実施
形態と同様の挙動を示すので、適宜、前掲図５にしたが
って説明する。

【００６１】（１）フルリフト 燃料噴射開始前は図６、図７の状態である。この状態で
は、低圧ポート１０９が制御バルブ３２により閉鎖され
ており、背圧室１０５が高圧となっている。したがっ
て、ニードル３１は着座状態で、燃料室１１４１の燃料
圧は低圧であり、ばね室１１４２内のコイルばね５４の
弾発力により、燃料室１１４１の容積は最小である。こ
のとき、ストッパ４４のリフト位置調整部４４２は最上
位置にあり、着座状態のニードル３１とのクリアランス
はニードル３１のフルリフト量ａとなっている。また、
ピエゾアクチュエータ６の状態は、充電電圧が０Ｖで、
伸長量が０である。

【００６２】この状態から、第１の充電電圧まで充電す
る。伸長量が増大すると、油圧室１１１の燃料が圧縮さ
れて燃料圧が上昇するから、ピエゾアクチュエータ６の
駆動力も伸長量に対して比例的に上昇し、Ａ点に移行す
る。

【００６３】一方、油圧室１１１の燃料圧の上昇によ
り、コイルばね５４の弾発力に対抗する燃料室１１４１
の燃料圧も上昇するが、増大する燃料圧により筒状部材
４４１が回動しないように、すなわち、リフト位置調整
部４４２が螺動しないように、筒状部材４４１の溝段側
面４４１２ａの面積等を設定しておく。また、Ａ点にお
いて駆動力が制御バルブ３２を開弁可能な駆動力となる
ように第１の充電電圧を設定しておく。これにより、制
御バルブ３２が低圧シート１０８ａからリフトする。そ
して、制御バルブ３２が弁室１０８底面と当接する。こ
れは、油圧室１１１の燃料圧を緩和する方向に作用する
ので、ピエゾアクチュエータ６の状態は、伸長量が増大
するとともに、駆動力が低下して等電圧線Ｉ上をＡ点か
らＦ点に移行する。

【００６４】背圧室１０５は、弁室１０８を介して燃料
タンク７１と連通し、背圧室１０５から燃料が燃料タン
ク７１へ排出され、ニードル３１がリフトして、リフト
量が、ニードル後端面３１ａが台部３１１２でストッパ
リフト位置調整部４４２の先端面４４ａと当接するリフ
ト量に達する。そして、燃料の噴射が開始される（図
８、図９）。このときのニードル３１のリフトは、リフ
ト位置調整部４４２が最上位置にあるからフルリフトと
なる（図８、図９）。

【００６５】この状態で、ピエゾアクチュエータ６を放
電して、制御バルブ３２への押圧力を解除すれば、制御
バルブ３２は上昇してシート１０８ａに着座する。低圧
ポート１０９は閉鎖され、元の状態に復する。これによ
り、燃料噴射が停止する。

【００６６】（２）ハーフリフト 図６、図７の状態から、第２の充電電圧まで充電する。
制御バルブ３２がリフトするまではフルリフトの場合と
同様であるが、ピエゾアクチュエータ６の充電電圧が高
い分、続いて、ピエゾアクチュエータ６の伸長量および
駆動力が増大し、等電圧線ＩＩ上のＢ点に移行する。油
圧室１１１は燃料室１１４１と通じているから、筒状部
材４４２を左回転せしめる方向に作用する燃料室１１４
１の燃料圧も増大する。第２の充電電圧を、前記燃料室
１１４１の燃料圧により、コイルばね５４の弾発力に抗
して筒状部材４４１が回動可能な大きさに設定すること
で、リフト位置調整部４４２が下方変位する。これは燃
料室１１４１の容積の拡大を伴い、油圧室１１１内の燃
料圧を緩和する方向に作用するから、等電圧線ＩＩ上
を、ピエゾアクチュエータ６の伸長量が増加する方向に
移動する。さらに充電電圧を、第２の充電電圧よりも高
い第３の充電電圧とすると、ピエゾアクチュエータ６の
駆動力および伸長量ともに増大して、燃料室１１４１の
燃料圧による筒状部材４４１の左方向回転力により、リ
フト位置調整部４４２がガイドシャフト４５に沿って螺
動し、先端面４４ａが、ニードル後端面３１ａに接近す
る。ピエゾアクチュエータ６の状態は、Ｅ点に移行す
る。

【００６７】したがって、ニードル３１のリフトはハー
フリフトとなる（図１０、図１１）。なお、図１０は図
１１におけるＸ−Ｘ線に沿う断面を示している。

【００６８】この場合も、ピエゾアクチュエータ６を放
電すれば、ピエゾアクチュエータ６が縮小して、駆動力
が解除され、各部が元の状態に復し、燃料の噴射が停止
する。

【００６９】このように、制御バルブ３２をハーフリフ
トとすることなく、安定してニードル３１のハーフリフ
トとフルリフトとを切り換えることができる。

【００７０】なお、ニードル３１をフルリフト位置で受
けるリフト位置調整部４４２の最上位置、およびハーフ
リフト位置で受けるリフト位置調整部４４２の最下位置
が、次のように規定されるようにしてもよい。係合突起
４４１１は係合溝４４２１内のみ移動可能であるから、
この係合溝４４２１をその両端部が閉じたものにしてお
けば、係合突起４４１１が係合溝４４２１の端部まで達
すると、そこで停止する。この停止位置にて、リフト位
置調整部４４２の最上位置およびリフト位置調整部４４
２の最下位置が規定されるようにする。

【００７１】（第３実施形態）図１２、図１３、図１４
に本発明の第３のインジェクタを示す。図中、第１実施
形態と実質的に同じ作動をする部分には同じ番号を付し
て第１実施形態との相違点を中心に説明する。

【００７２】インジェクタ１Ｂは、ハウジング２Ｂが複
数のハウジング部材２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂ，２４Ｂ，
２５等からなる。

【００７３】背圧室１０５の燃料を排出する通路１１５
が設けられ、弁室である主弁室１１７に通じている。主
弁室１１７内には主制御バルブ３３が配設され、低圧通
路１１０に通じる低圧ポート１１８の開口外周縁部をシ
ート１１７ａとして着座すると低圧ポート１１８を閉鎖
する。背圧室１０５は主弁室１１７を介して低圧通路１
１０と接続される。

【００７４】前記通路１１５は、途中にオリフィス１１
６が設けられるとともに、背圧室１０５側の通路端が背
圧室１０５から燃料を排出するための排出ポート１１５
１となっている。排出ポート１１５１はニードル３１を
摺動自在に保持するガイド孔２０１の側面２０１ｂに開
口せしめてある。

【００７５】この排出ポート１１５１の開口位置は次の
ように設定される。ニードル３１の基端部３１１の摺接
部３１１１の上端３１ｂと排出ポート１１５１との間隔
が、ニードル３１の着座状態において、ニードル３１の
ハーフリフトのリフト量ａ’となるように設定する。

【００７６】また、背圧室１０５の燃料を排出する別の
通路１１９が形成され、副弁室１２０に通じている。副
弁室１２０内には副制御バルブ３４が配設され、低圧通
路１１０に通じる低圧ポート１２１の開口外周縁部をシ
ート１２０ａとして着座すると低圧ポート１２１を閉鎖
する。背圧室１０５は副弁室１２０を介して低圧通路１
１０と接続される。

【００７７】各制御バルブ３３，３４にはそれぞれピス
トン４６，４７が接続されており、対応する弁室１１
７，１２０に、低圧ポート１１８，１２１側で連なるシ
リンダ２０６，２０７に摺動自在に保持されている（以
下、適宜、ピストン４６を主制御ピストン４６と、ピス
トン４７を副制御ピストン４７という）。主制御バルブ
３３を保持するシリンダ２０６は、前記各実施形態のシ
リンダ２０３と実質的に同じもので、主制御バルブ３３
用のピストン４６は小径部２０６１に保持される。ま
た、大径部２０６２には大径制御ピストン４３が保持さ
れる。

【００７８】主制御ピストン４６は前記各実施形態の小
径制御ピストンのごとく、大径制御ピストン４３よりも
小径のものであり、大径制御ピストン４３の変位で燃料
が圧縮する油圧室１１１の燃料圧により押圧駆動され
て、主制御バルブ３３をシート１０７ａからリフトす
る。

【００７９】副制御ピストン４７を保持するシリンダ２
０７は低圧ポート１２１側が大径の段付きのもので、大
径部にて副制御ピストン４７が保持される。また、小径
部は連通路１２２を介して油圧室１１１と連通してい
る。

【００８０】シリンダ２０６，２０７にはピストン４
６，４７を、制御バルブ３３，３４を閉弁方向に付勢す
るコイルばね５７，５８が配設してある。

【００８１】副制御ピストン４７は、上部が先端ほど縮
径するテーパー状となっており、副制御バルブ３４の着
座状態ではテーパ部４７１にてシリンダ２０７の段部２
０７１と当接しており、このとき、副制御ピストン４７
に燃料圧が作用する受圧面の面積はシリンダ２０７の小
径部の断面積となる。ここで、シリンダ２０７の小径部
の径は、主制御ピストン４６を保持するシリンダ小径部
２０６１の径よりも小径としてあり、副制御ピストン４
７は、油圧室１１１の燃料圧が主制御バルブ３３が開弁
する燃料圧よりも高い燃料圧にてはじめて開弁が可能で
ある。

【００８２】また、背圧室１０５には、常時、ニードル
３１を着座方向に付勢する前記各実施形態と同様のコイ
ルばね５５が設けられるとともに、ばね部材である別の
コイルばね５６が配設してある。別のコイルばね５６は
コイルばね５５よりも短いもので、例えば一端が背圧室
１０５の天井部に係止せしめてある。別のコイルばね５
６の長さは、ニードル３１の摺接部３１１１の上端３１
ｂが前記排出ポート１１５１に略達した状態のときニー
ドル３１と弾接する長さに設定され、離座したニードル
３１の摺接部上端３１ｂが前記排出ポート１１５１に略
達すると、上方変位するニードル３１を制動するように
作用する。

【００８３】また、アクチュエータ６を電気駆動するア
クチュエータ駆動回路７８は、充電電圧を２段階に設定
可能に構成しておく。詳細については後述する。

【００８４】本インジェクタ１Ｂの作動について説明す
る。説明の便宜のため、ハーフリフトの場合から説明す
る。なお、ピエゾアクチュエータ６は実質的に第１実施
形態と同様の挙動を示すので、適宜、前掲図５にしたが
って説明する。

【００８５】（１）ハーフリフト 燃料噴射開始前は図１２の状態にある。この状態では、
主弁室１１７、副弁室１２０のいずれのルートについて
も、背圧室１０５と低圧通路１１０の間が遮断されてお
り、背圧室１０５が高圧となっている。これにより、ニ
ードル３１が着座している。また、ピエゾアクチュエー
タ６の状態は、充電電圧が０Ｖであり、伸長量が０のＯ
点にある。

【００８６】この状態から、第１の充電電圧まで充電す
る。伸長量が増大すると、油圧室１１１の燃料が圧縮さ
れて燃料圧が上昇するから、ピエゾアクチュエータ６の
駆動力も伸長量に対して比例的に上昇し、Ａ点に移行す
る。

【００８７】Ａ点における駆動力が主制御バルブ３３を
開弁可能な駆動力となるように第１の充電電圧を設定し
ておけば、大径制御ピストン４３はさらに変位して等電
圧線ＩのＦ点に移行し、主制御バルブ３３が低圧シート
１１７ａからリフトする。これにより、背圧室１０５
は、排出ポート１１５１、オリフィス１１６および主弁
室１１７を介して燃料タンク７１と連通し、背圧室１０
５から燃料が排出される。なお、このとき、副制御ピス
トン４７のテーパ部４７１にも、副制御バルブ３４の開
弁方向に燃料圧が作用するが、副制御ピストン４７が変
位しないように、すなわち副制御バルブ３４が開弁しな
いように、第１の充電電圧が設定される。

【００８８】ニードル３１が前記リフト量ａ’上方変位
して、摺接部３１１１の上端３１ｂが排出ポート１１５
１位置に達すると、ニードル３１自身により排出ポート
１１５１が閉鎖される。また、副制御バルブ３４は閉弁
しているから、背圧室１０５はその燃料を排出する経路
を失う。

【００８９】すると、通路１０６からの燃料の導入で、
背圧室１０５の燃料圧が上昇し、ニードル３１を下方に
押し戻し、排出ポート１１５１を開く方向に作用する。

【００９０】これにより、ニードル３１は排出ポート１
１５１の開口位置で規定されるリフト量ａ’に収束する
ことになる。これにより、ニードル３１がハーフリフト
状態にて、燃料の噴射が実行される（図１３）。

【００９１】この状態で、ピエゾアクチュエータ６を放
電して、主制御バルブ３３への押圧力を解除すれば、主
制御バルブ３３は上昇してシート１０７ａに着座する。
低圧ポート１０８は閉鎖され、元の状態に復する。これ
により、燃料噴射が停止する。

【００９２】（２）フルリフト 図１２の状態から、第２の充電電圧まで充電する。主制
御バルブ３３がリフトするまではフルリフトの場合と同
様であるが、ピエゾアクチュエータ６の充電電圧が高い
分、続いて、ピエゾアクチュエータ６の伸長量および駆
動力が増大し、等電圧線ＩＩ上のＢ点に移行する。これ
により、油圧室１１１の燃料圧がさらに上昇する。第２
の充電電圧を、副制御ピストンテーパ部４７１に作用す
る燃料圧が、コイルばね５８の弾発力に抗して副制御ピ
ストン４７が変位するように、すなわち副制御バルブ３
４が開弁するように設定する。

【００９３】これにより、背圧室１０５は排出ポート１
１５１が閉鎖されているといないとにかかわらず、副弁
室１２０を介して低圧通路１１０と連通する。

【００９４】したがって、ニードル３１が排出ポート１
１５１を閉鎖しても、背圧室１０５の燃料を、燃料タン
ク７１に逃がすことができ、ニードル３１はさらに上昇
し、フルリフトする（図１４）。この場合も、ピエゾア
クチュエータ６を放電すれば、ピエゾアクチュエータ６
が縮小して、駆動力が解除され、各部が元の状態に復
し、燃料の噴射が停止する。

【００９５】このように、制御バルブをハーフリフトと
することなく、安定してニードルのハーフリフトとフル
リフトとを切り換えることができる。

【００９６】なお、ニードル３１のハーフリフト位置の
要求される収束性によっては別のコイルばね５６は省略
することもできる。

【００９７】また、排出ポート１１５１をニードル３１
自身により閉鎖するように構成するのではなく、通路１
１９のごとく背圧室１０５の天井面に開口せしめて、主
制御バルブ３３のみが開弁した場合と、両制御バルブ３
３，３４が開弁した場合とで、背圧室１０５からの燃料
の排出流量を違えることで、背圧室１０５の燃料圧の低
下幅を二値切り換えし、ニードル３１のリフト量を切り
換えるのもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１のインジェクタの燃料噴射前にお
ける状態を示す部分断面側面図である。

【図２】前記インジェクタのフルリフト状態における状
態を示す部分断面側面図である。

【図３】前記インジェクタのハーフリフト状態における
状態を示す部分断面側面図である。

【図４】前記インジェクタにより構成した燃料噴射装置
の全体構成図である。

【図５】前記インジェクタのピエゾアクチュエータの作
動状態を示すグラフである。

【図６】本発明の第２のインジェクタの燃料噴射前にお
ける状態を示す部分断面側面図である。

【図７】図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図で
ある。

【図８】前記インジェクタのフルリフト状態における状
態を示す部分断面側面図である。

【図９】図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図であ
る。

【図１０】前記インジェクタのハーフリフト状態におけ
る状態を示す部分断面側面図である。

【図１１】図１０におけるＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図で
ある。

【図１２】本発明の第３のインジェクタの燃料噴射前に
おける状態を示す部分断面側面図である。

【図１３】前記インジェクタのハーフリフト状態におけ
る状態を示す部分断面側面図である。

【図１４】前記インジェクタのフルリフト状態における
状態を示す部分断面側面図である。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ インジェクタ １０５ 背圧室 １０７ 弁室 １１７ 主弁室（弁室） ，１２０ 副弁室（弁室） １１１ 油圧室 １１３ 燃料室（別の油圧室） １１４１ 燃料室（別の油圧室） １１５１ 排出ポート ２０１ ガイド孔 ２０２ ストッパ用のガイド孔 ２０１ｂ 側面 ２０５ 保持穴 ２３１ａ 隔壁面（段側面） ３１ ニードル ３１ａ 後端面 ３２ 制御バルブ（弁体） ３３ 主制御バルブ（弁体） ３４ 副制御バルブ（別の弁体） ４１，４４ ストッパ ４１１ ピストン部 ４４１ 筒状部材 ４４１２ａ 段側面 ４４２ リフト位置調整部（ストッパ本体部材） ４５ ガイドシャフト（ねじ軸） ５６ 別のコイルばね（ばね部材） ６ アクチュエータ ７１ 燃料タンク（低圧源） ７４ コモンレール（高圧源）

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 BA00 BA06 BA51 CC06T CC08T CC14 CC53 CC56 CC64T CC67 CC68U CC70 CE27

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 常時開弁方向の付勢力を受けるニードル
   と、該ニードルの後端面側に形成されて、ニードルを閉
   弁方向に付勢する背圧を発生する背圧室とを有し、高圧
   源から背圧室に導入される燃料により前記背圧を高圧に
   してニードルを着座状態とし、背圧室の燃料を低圧源に
   排出してニードルをリフト状態とするインジェクタであ
   って、 背圧室と低圧源との間に介設された弁室と、 該弁室内に配設されて、背圧室と低圧源との連通と遮断
   とを切り換える弁体とを有するインジェクタにおいて、 燃料が充填され、アクチュエータの駆動力で前進するピ
   ストンにより前記燃料が圧縮して前記弁体を押圧し開弁
   せしめる押圧力を発生する油圧室と、 前記油圧室と連通する別の油圧室と、 該別の油圧室の燃料圧を受けて作動し、燃料圧が、前記
   弁体がリフトする燃料圧よりも大きな所定の燃料圧を越
   えると、ニードルのリフト位置を切り換えるリフト位置
   切り換え手段とを具備せしめたことを特徴とするインジ
   ェクタ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のインジェクタにおいて、
   前記リフト位置切り換え手段を、離座したニードルを受
   けてニードルを所定のリフト位置で停止せしめるストッ
   パであって、ニードルの変位方向に移動自在に構成され
   たストッパにより構成したインジェクタ。
3. 【請求項３】 請求項２記載のインジェクタにおいて、
   前記ストッパにはピストン部を具備せしめて、該ピスト
   ン部にてストッパ用のガイド孔に摺動自在に保持せし
   め、 該ストッパ用ガイド孔を、ニードルを摺動自在に保持す
   るニードル用のガイド孔と同方向で、かつ、ニードルの
   後端面側で連なるように形成した凹所により構成し、 該凹所の底部に前記油圧室の燃料を導入し、前記凹所底
   部により前記別の油圧室を形成したインジェクタ。
4. 【請求項４】 請求項２記載のインジェクタにおいて、
   前記ストッパを、ニードルの変位方向に設けられたねじ
   軸と螺合し、ねじ軸の軸方向に移動自在なストッパ本体
   部材と、 該ストッパ本体部材の外周に設けられて、ストッパ本体
   部材が前記軸方向にのみ相対移動可能な筒状部材とによ
   り構成し、 該筒状部材を摺動自在に保持する保持穴の側面と筒状部
   材の側面との間に、扇状の空間であって、その周方向の
   一端が筒状部材の側面に形成された段部の段側面により
   区画され、周方向の他端が保持穴の側面に形成された段
   部の段側面により区画された空間を形成するとともに、
   該空間に前記油圧室の燃料を導入し、前記空間により前
   記別の油圧室を形成したインジェクタ。
5. 【請求項５】 請求項１記載のインジェクタにおいて、
   前記リフト位置切り換え手段を、背圧室と低圧源との間
   に介設された別の弁室内に配設されて、背圧室と低圧源
   との連通と遮断とを切り換える別の弁体により構成した
   インジェクタ。
6. 【請求項６】 請求項５記載のインジェクタにおいて、
   背圧室における燃料の排出用で前記弁室に通じる排出ポ
   ートを、ニードルを摺動自在に保持するガイド孔の、ニ
   ードルと摺接可能な面に開口せしめるとともに、 排出ポートの開口位置を、着座状態のニードルと非対向
   でフルリフト状態のニードルとは対向する位置としたイ
   ンジェクタ。
7. 【請求項７】 請求項６記載のインジェクタにおいて、
   前記ニードルの後端面側に設けられて、ニードルが排出
   ポートを閉鎖すると実質的にニードルを受けるばね部材
   を設けたインジェクタ。