JP2005207323A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 伸縮に応じて変位を圧力変換する二つのピストンの間に区画された油密室を備えるものにおいて、油密室を充填させるためのチェック弁の作動の安定化を図ることを目的とする。
【解決手段】 ノズルニードル３に閉弁方向の圧力を作用させる制御室４と、制御室４とリターン通路１０６の間を開閉することにより制御室４の圧力を増減させる制御弁１０２と、制御弁を駆動する駆動力伝達部１０３とを備え、駆動力伝達部には、アクチュエータ５１の伸縮に伴って摺動する第１ピストン５２と、制御弁に当接してこれと一体に摺動する第２ピストン５４と、第１ピストンと第２ピストンとの間に配置される油密室５３とを有する燃料噴射装置１において、油密室５３に充填する燃料を導くチェック弁７と、リーク通路から分岐し、該充填燃料をチェック弁に供給する燃料充填通路５９、５８、５７と、燃料充填通路内のうちチェック弁７の上流側に設けた絞り５９ａを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料噴射装置に関し、例えば例えば変位を圧力変換するピエゾアクチュエータ等の駆動力伝達装置を備える燃料噴射装置に適用して好適なものである。

燃料噴射装置としては、例えばディーゼルエンジン用燃料噴射システムとしてのコモンレール式燃料噴射装置において、アクチュエータによってノズルニードルを駆動することにより噴孔から燃料を噴射するものが知られている。近年、応答性の良好なピエゾアクチュエータを駆動源とするものが検討されている（特許文献１参照）。この種の燃料噴射装置は、伸縮するピエゾアクチュエータと、ピエゾアクチュエータの変位を拡大する変位拡大機構と、ノズルニードルの制御室としての背圧室の油圧を制御する制御弁とを備え、ピエゾアクチュエータの伸縮に伴う変位を変位拡大機構によって拡大し、制御弁を動作させることにより噴射を制御する。

変位拡大機構は、ピエゾアクチュエータの伸縮に伴い往復移動する大径ピストンと、制御弁を動作させる小径ピストンとの間に、作動油としての燃料を充填した油密室とを備えている。油密室は、ピエゾアクチュエータが伸長して油密室の圧力を上昇させると、油密室の燃料が大径ピストン、小径ピストンの摺動部のクリアランスからリークする。

特許文献１では、油密室に開口する燃料充填通路と、燃料充填通路にチェック弁とを設けることで、リーク燃料を充填する技術が開示されている。なお、チェック弁が設けられた燃料充填通路の他端側はリターン通路に連通している。そして、リターン通路の外部の燃料タンクに接続する側には、絞りが設けられており、チェック弁の上流側の圧力を燃料タンク側の圧力より高くして燃料充填の際の吸入の安定が図られている。

なお、上記構成での燃料噴射動作の概略を以下説明する。まず、ピエゾアクチュエータが伸長すると、大径ピストンを下方に移動させて油密室の圧力が上昇する。所定の圧力に達すると、小径ピストンが制御弁を押し下げ、制御弁を弁座から離座させる。弁座から離座すると、リターン通路が開放され、背圧室の圧力が低下する。その結果、ノズルニードルが開弁して燃料噴射が開始する。一方、ピエゾアクチュエータが収縮すると、大径ピストンが上方に移動させられて油密室の圧力が低下する。油密室の低下により制御弁が弁座に着座してリターン通路が閉鎖され、背圧室の圧力が再び上昇する。その結果、ノズルニードルが閉弁して燃料噴射が終了する。
特開２００１−４１１２５号公報

しかしながら、ピエゾアクチュエータの伸長時には、小径ピストンが移動を開始すると制御弁が離座してリーク通路が開放されるため、高圧燃料がリーク通路へ流入するので、この高圧燃料の流入によりリターン通路の圧力が脈動する。このとき、上記従来技術では、リターン通路から分岐接続する燃料充填通路内の燃料も、リターン通路内に発生する圧力脈動の影響を受けて、チェック弁の作動が不安定となるおそれがある。

例えば１燃焼行程中に複数回噴射するいわゆるマルチ噴射を実施する場合において、前噴射時に生じたチェック弁の不安定な状態が、後噴射の噴射開始のためのピエゾアクチュエータの伸長時まで継続してしまうと、脈動によるチェック弁が開弁動作が生じて油密室の燃料が燃料充填通路より流出するおそれがある。伸長中に油密室から燃料が流出すると、変位拡大機構の伝達ロスが発生するため、噴射量変動が生じて噴射特性が安定しないという問題が考えられた。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、伸縮に応じて変位を圧力変換する二つのピストンの間に区画された油密室を備えるものにおいて、油密室を充填させるためのチェック弁の作動の安定化を図ることを目的とする。

また、別の目的は、伸縮に応じて変位を圧力変換する二つのピストンの間に区画された油密室を備えるものにおいて、油密室を充填させるためのチェック弁の作動の安定化を図るとともに、噴射特性の安定化が可能な燃料噴射装置を提供することにある。

本発明の請求項１によると、ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、制御室とリターン通路の間を開閉することにより制御室の圧力を増減させる制御弁と、制御弁を駆動する駆動力伝達部とを備え、駆動力伝達部には、アクチュエータの伸縮に伴って摺動する第１ピストンと、制御弁に当接してこれと一体に摺動する第２ピストンと、第１ピストンと第２ピストンとの間に配置される油密室とを有し、アクチュエータの変位を油密室の圧力変化に変換することにより燃料噴射を行う燃料噴射装置において、油密室に充填する燃料を導くチェック弁と、リーク通路から分岐し、該充填燃料をチェック弁に供給する燃料充填通路と、燃料充填通路内のうちチェック弁の上流側に設けた絞りを有することを特徴とする。

これによると、第１ピストンおよび第２ピストンと、これら二つのピストンの間に配置される油密室を有する駆動力伝達部を備え、アクチュエータの変位を油密室の圧力変化に変換することにより燃料噴射を行う燃料噴射装置において、油密室に充填する燃料を導くチェック弁と、リーク通路から分岐し、該充填燃料をチェック弁に供給する燃料充填通路と、燃料充填通路内のうちチェック弁の上流側に設けた絞りを有する。

従来技術では、アクチュエータの伸長時つまり噴射開始から噴射中にて、高圧燃料がリターン通路へ流入するためにリターン通路の圧力が脈動し、その影響でチェック弁の作動が不安定となる問題があった。

これに対して請求項１に記載の発明では、燃料充填通路内のうちチェック弁の上流側に絞りを設けているので、リターン通路を介して燃料充填通路へ圧力脈動が伝播されるとき、チェック弁に圧力脈動が直接作用することを防止する。これにより、チェック弁を直接動作させる燃料の圧力脈動を絞りによって緩和または除去できる。したがって、油密室を充填させるためのチェック弁の作動の安定化が図れる。

本発明の請求項２によると、チェック弁には、油密室内へのみ燃料を導くための所定の開弁圧を有する付勢手段を備えているものが好ましい。

これにより、チェック弁は所定の開弁圧を有するので、絞りの効果によって脈動する圧力が所定の開弁圧以下に緩和される程度で、チェック弁作動が安定化させられる。

本発明の請求項３によると、チェック弁は、油密室を区画する第１ピストンの端面側に配置されていることを特徴とする。

これによると、チェック弁は、油密室を区画する第１ピストンの端面側に配置することができる。これにより、チェック弁は、第１ピストンの内部に一体、あるいは第１ピストンの外部に別体に配置されるものいずれでもよい。

本発明の請求項４によると、燃料充填通路は、第１ピストン内に設けられた第１燃料充填通路部と、第２ピストンの外周に設けられた第２燃料充填通路部とを備え、
絞りは、第１燃料充填通路部と第２燃料充填通路部とを連通する連通孔であることを特徴とする。

これによると、例えば第１ピストン内に形成され、チェック弁に接続する第１燃料充填通路部の開口端とは反対端つまり第１ピストンの側壁等に、第１燃料充填通路部と第２燃料充填通路部とを連通する連通孔としての絞りを設けることができる。したがって、絞りを有する第１ピストンが容易に形成することができる。

本発明の請求項５によると、絞りの孔径ФＤは、Ф０．１ｍｍ≦ФＤ≦Ф０．５ｍｍの範囲にあることが好ましい。

これにより、油密室の燃料充填の確保が図られるとともに、噴射量ばらつき等の噴射特性の安定化が図れる。

本発明の請求項６によると、第１ピストンは、第２ピストンの外径に比べて大きく形成されており、油密室は、第１ピストンの摺動方向の変位を第２ピストンの変位に拡大する変位拡大室を構成していることを特徴とする。

これによると、いわゆる大径ピストンおよび小径ピストンと、これら二つのピストンの間に配置される変位拡大室とを備えるものに適用して好適である。これにより、駆動力伝達部の伝達ロスの発生を防止できる。

例えば、１燃焼行程中に複数回噴射するマルチ噴射を実施する場合、前噴射時にチェック弁の不安定な状態が生じたとしても、絞りによってチェック弁を作動させる燃料の圧力脈動を少なくとも緩和することができるので、後噴射の噴射開始のためのピエゾアクチュエータの伸長時までチェック弁の不安定状態が継続することを防止することができる。したがって、変位拡大室を充填させるためのチェック弁の安定化を図るとともに、噴射特性の安定化を図ることができる。

以下、本発明の燃料噴射装置を、蓄圧式燃料噴射装置に適用して具体化した実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の燃料噴射装置の構成を示す断面図である。図２は、図１中の駆動力伝達装置部の周りを示す図であって、図２（ａ）は部分断面図、図２（ｂ）、図２（ｃ）、および図２（ｄ）はそれぞれ燃料充填通路のうちの絞り後、絞り前、およびリターン通路内の圧力脈動を示す模式図である。図３は、図１中のチェック弁を示す図であって、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）はチェック弁直前の燃料の圧力脈動を示す模式図である。図４は、燃料噴射装置の作動を説明するための図であって、図４（ａ）は無噴射時の状態、図４（ｂ）は噴射時の状態を表す断面図である。

なお、図３（ｂ）において、上段、下段に、それぞれ従来例、本実施例における圧力脈動を比較して示している。

燃料噴射装置１は、例えばディーゼルエンジン（以下、エンジンと呼ぶ）の蓄圧式燃料噴射装置（以下、コモンレール式燃料噴射装置と呼ぶ）に適用される。燃料噴射装置１は、エンジンの各気筒に設けられ、共通のコモンレール（図示せず）から高圧燃料の供給を受けるようになっている。コモンレールには燃料タンク（図示せず）の燃料が高圧燃料供給ポンプ（以下、サプライポンプと呼ぶ）（図示せず）により圧送されて噴射圧力に相当する所定の高圧（以下、コモンレール圧）で蓄えられている。

図１に示すように、燃料噴射装置１は、ノズルニードル３を有するノズル部１０１と、３方弁構造を有する背圧制御部１０２と、ピエゾアクチュエータとしてのピエゾスタック５１を有する駆動力伝達部（以下、ピエゾ駆動部と呼ぶ）１０３とを含んで構成されている。燃料噴射装置１は、気筒内の燃焼室壁に取り付けられるハウジング１０４を有し、ハウジング１０４内にはノズル部１０１、背圧制御部１０２、およびピエゾ駆動部１０３の各構成部品が収容されている。また、このハウジング１０４には、コモンレールに連通する高圧通路１０５、燃料タンクに連通するリターン通路（以下、ドレーン通路と呼ぶ）１０６等の燃料経路を形成する通路が形成される。なお、高圧通路１０５は高圧燃料が導かれる通路、ドレーン通路は、リターン燃料を外部の燃料タンクへ導く通路である。

なお、ノズル部１０１、背圧制御部１０２、およびピエゾ駆動部１０３は、それぞれ、燃料噴射装置１の下端側、中間、および上端側に配置され、下端部、中間部、上端部を構成する。

ノズル部１０１は、ハウジング１０４の下端部内に形成された縦穴３１に、段付き略円筒状のノズルニードル３を摺動自在に保持しており、ノズルニードル３の下半小径部の外周には環状の油溜り室３２が形成されている。油溜り室３２は常時高圧通路１０５と連通しており、コモンレールからの高圧燃料が供給されている。縦穴３１の下方には、これに連なってサック部３３が形成されている。また、燃料噴射用の噴孔３４が、サック部３３を形成するハウジング１０４のサック部形成壁を貫通して形成されている。

ノズルニードル３は下端位置にあるときに、円錐形の先端部がサック部３３と縦穴３１の境界部に設けたシート３５に着座し、サック部３３を閉じて油溜り室３２から噴孔３４への燃料供給を遮断する。ノズルニードル３が上昇してシート３５から離座し、サック部３３を開くと燃料が噴射される。

ノズルニードル３の上端面および縦穴３１の壁面により区画される空間は、ノズルニードル３に背圧を与える制御室４を構成する。制御室４には、制御油としての高圧燃料が導かれており、ノズルニードル３の閉弁方向に作用する背圧を発生している。なお、詳しくは、制御室４には、背圧制御部１０２の弁室２１およびオリフィス（以下、メインオリフィスと呼ぶ）２４を経由して、または、高圧通路１０５からオリフィス（以下、サブオリフィスと呼ぶ）４１を経由して、高圧燃料が導かれる。背圧は、ノズルニードル３に下向きに作用して、制御室４内に収容されているスプリング４２の付勢力とともに、ノズルニードル３を着座方向に付勢する。一方、油溜り室３２の高圧燃料は、ノズルニードル３の段差面に上向きに作用して、ノズルニードル３を離座方向に付勢している。

背圧制御部１０２は、圧力バランス型の３方弁構造を有し、弁部材としてのバルブニードル１０が弁室２１の天井面に開口するドレーンポート２２または底面に開口する高圧ポート２３を選択的に閉鎖することにより、制御圧力を増減する。ドレーンポート２２と高圧ポート２３は、弁室２１の天井面の略中央部と、底面の略中央部の対向位置とにそれぞれ設けられている。ドレーンポート２２は通路２６を介してドレーン通路１０６と連通している。高圧ポート２３は通路２５を介して高圧通路１０５と連通している。弁室２１は、メインオリフィス２４を介して、常時、制御室４と連通している。なお、詳しくは、図１に示すように、バルブニードル１０は、下端部が高圧ポート２３に続くシリンダ内に配設されて上下方向に摺動する摺動部１２が形成されており、上端部は摺動部１２より大径の弁部１１となって弁室２１内に位置している。弁部１１と摺動部１２をつなぐ細径部は、高圧ポート２３内に位置し、その周囲に形成される環状空間に高圧通路１０５へ至る通路２５が開口している。バルブニードル１０が上端位置にあるときには、弁部１１の上端面が、弁室２１の天井面の弁座（以下、ドレーンシートと呼ぶ）に着座してドレーンポート２２を閉鎖する。バルブニードル１０が下端位置にあるときには、弁部１１の定径部から細径部へ向けて縮径するテーパ面が、弁室２１の底面の弁座（以下、高圧シートと呼ぶ）に着座して高圧ポート２３を閉鎖する。バルブニードル１０は、ピエゾ駆動部１０３により押圧駆動されることで上下動するようになっており、作動状態が切換わるのに伴い、弁室２１に連通する制御室４の圧力、つまりノズルニードル３の背圧が増減する。バルブニードル１０の摺動部１２の下方には、バルブスプリング６を収容するスプリング室６１が設けられており、バルブニードル１０はバルブスプリング６によって上方に付勢されている。なお、スプリング室６１は、密室となってダンパ力が生じないように、連通路を介してドレーン通路１０６に連通している。スプリング室６１とドレーン通路１０６が連通しているため、バルブニードル１０の下方への移動が抑制されることなく、噴射開始時に弁部１１がドレーンシートから速やかに離座する。

なお、ここで、バルブニードル１０とドレーンポート２２およびドレーンシートと高圧ポート２３および高圧シートは制御弁を構成する。

ピエゾ駆動部１０３は、図１に示すように、ピエゾスタック５１と、第１ピストン（以下、大径ピストンと呼ぶ）５２と、第２ピストン（以下、小径ピストンと呼ぶ）５４と、大径ピストン５２と小径ピストン５４の間に配置される油密室５３とを含んで構成されている。ピエゾ駆動部１０３は、弁室２１の上方に形成された縦穴内に、上側から順にピエゾスタック５１、大径ピストン５２、および小径ピストン５４がほぼ同軸に配置されている。大径ピストン５２と小径ピストン５４は、縦穴内に設けられたシリンダ内に摺動自在に保持されている。大径ピストン５２は小径ピストン５４に比較して外径が大きく形成されている。

ピエゾスタック５１は、ＰＺＴ等の圧電セラミック層と電極層とが交互に積層してコンデンサ構造を有する周知の構造で、積層方向すなわち上下方向を伸縮方向としており、図示しない駆動回路により充放電されるようになっている。ピエゾスタック５１には、大径ピストン５２の上端部５６外周に設けられたピエズスプリング５５により一定の初期荷重が印加される。これにより、大径ピストン５２はピエゾスタック５１の伸縮に伴って一体に上下移動する。

なお、大径ピストン５２と上端部５６は、図１に示すように別部材を係合することで一体的な構造を有するものに限らず、一体形成されるものであってもよい。上端部５６、大径ピストン５２、およびハウジング１０４の壁面により区画される空間は、ピエゾスプリング５５を収容するピエゾスプリング室５８を構成する。

大径ピストン５２は、図１に示すように、段付き略円筒状体に形成されている。なお、定径の略円筒状体であってもよい。

小径ピストン５４は、小径の下端部がドレーンポート２２を貫通し、弁室２１内のバルブニードル１０に当接している。ピエゾスタック５１が伸長して大径ピストン５２を押圧すると、その押圧力が油密室５３内の燃料を介して小径ピストン５４に伝えられ、小径ピストン５４が下方に付勢されてバルブニードル１０を押圧するようになっている。

油密室５３は、燃料が充填されて形成されている。詳しくは、油密室５３には、油密室５３に充填する燃料を導くチェック弁７が設けられている。

チェック弁７は、大径ピストン５２の下端面側に配置され、大径ピストン５２内に形成された燃料充填通路（以下、第１燃料充填通路部と呼ぶ）５９とピエゾスプリング室５８と連通路５７を経由してドレーン通路の燃料が導かれるようになっている。チェック弁７は、図１および図３（ａ）に示すように、大径ピストン５２の下端面側に配置されたプレート状の弁体７１と、この弁体７１を上方に付勢して下端面に当接させる付勢手段としてのスプリング７２と、カップ状の収容部材７４とを含んで構成されている。カップ状の収容部材７４は、弁体７１とスプリング７２を収容する空間７３が形成されており、油密室５３に連通する通路７５が底壁に設けられている。これにより、ピエゾスタック５１の伸長時に大径ピストン５２および小径ピストン５４の摺動部のクリアランスから油密室５３の燃料がリークし、ピエゾスタック５１の収縮時に油密室５３の圧力が低下するとき、チェック弁７が開弁して、ドレーン通路１０６の燃料が連通路５７、ピエゾスプリング室５８、第１燃料通路部５９を経て流入し、油密室５３に燃料が補充される。

なお、ここで、ピエゾスプリング室５８と連通路５７は第２燃料充填通路部を構成する。第１燃料通路部５９と第２燃料通路部５８、５７は、ドレーン通路１０６から分岐し、チェック弁７に燃料を供給する燃料充填通路を構成する。

第１燃料充填通路部５９のチェック弁７に開口する開口端とは反対端には、絞り機能を有する連通孔（以下、絞りと呼ぶ）５９ａが設けられている。この絞り５９ａにより、ドレーン通路１０６に発生する圧力脈動が燃料充填通路５９、５８、５７へ伝播されるとき、チェック弁７にその圧力脈動が直接作用することを防止する。

なお、ここで、小径ピストン５４は、大径ピストン５２よりも小径としてあるので、ピエゾスタック５１の伸長量が拡大されて小径ピストン５４の上下方向の変位に変換される。大小二つのピストン５２、５４と油密室５３とは、油圧式の変位拡大機構として機能する。

上記構成を有する燃料噴射装置１の作動を図４に従って説明する。なお、図４（ａ）は、ピエゾスタック５１の非通電状態で、ピエゾスタック５１は放電状態で収縮している。図４（ｂ）は、ピエゾスタック５１へ通電状態で、ピエゾスタック５１は伸長している。

図４（ａ）では、バルブニードル１０は、弁室２１内の燃料圧力とスプリング６の付勢力によって上方に付勢されて、弁部１１の上端面がドレーンシートに着座してドレーンポート２２を閉鎖しており、ドレーンシートに対向する高圧シートは開放されている。制御室４は、メインオリフィス２４、弁室２１、高圧ポート２３を介して高圧通路１０５に連通する。さらに、制御室４は、サブオリフィス４１を介して高圧通路１０５に連通し、高圧通路１０５から流入する燃料によって高圧になっている。この燃料圧力とスプリング６の付勢力によりノズルニードル３はシート３５に着座しており、燃料噴射はなされない。

この状態から、ピエゾスタック５１に通電すると、図４（ｂ）のようにピエゾスタック５１が伸長し、大径ピストン５２を押し下げて油密室５３の圧力を上昇させる。この圧力が小径ピストン５４を作動させてバルブニードル１０を押し下げる。これによって、弁部１１の上端部がドレーンシートから離座してドレーンポート２２を開放する。そしてさらに下方変位すると、弁部１１のテーパ面が高圧シートに着座して高圧ポート２３を閉鎖する。制御室４が弁室２１を介してドレーンポート２２に連通するために、制御室４の圧力が降下し、ノズルニードル３の下向き付勢力が上向きの付勢力を下回ると、ノズルニードル３が離座して燃料噴射が開始される。

噴射停止時には、ピエゾスタック５１を放電させることにより収縮させる。ピエゾスタック５１が収縮すると、大径ピストン５２がピエゾスタック５１と一体になって上方へ変位し、油密室５３の圧力が降下して、小径ピストン５４によるバルブニードル１０の押し下げ力が解除される。これによって、弁部１１のテーパ面が高圧シートから離座し、次いでドレーンシートに着座してドレーンポート２２を閉鎖する。制御室４にメインオリフィス２４、サブオリフィス４１を介して流入する高圧燃料により、速やかに制御室４の圧力が速やかに上昇して、ノズルニードル３が着座し噴射が終了する。

なお、サブオリフィス４１は、噴射開始時に制御室４の圧力降下を緩和し、噴射停止時には制御室４の圧力上昇を促進して、ノズルニードル３を緩やかに開弁し、迅速に閉弁させる機能を有する。

ところで、ピエゾスタック５１の伸長により、油密室が所定の圧力（例えば、本実施例では、１０ＭＰａ程度）になると小径ピストンを下方へ移動開始すると、図２（ａ）に示すように、バルブニードル１０の弁部１１の上端面がドレーンシートから離座し、離座着後から通路２６を介してドレーン通路１０６に高圧燃料が流入する。高圧燃料がドレーン通路１０６へ流入すると、流入する高圧燃料に起因する圧力脈動がドレーン通路内に発生する。ピエゾスタック５１の伸長時に発生するドレーン通路内に発生する圧力脈動を、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図２（ｄ）に従って説明する。図２（ｂ）は、第１燃料充填通路部５９のうちチェック弁７と絞り５９ａの間（以下、絞り５９ａ後と呼ぶ）の圧力脈動を示し、図２（ｃ）は、第２燃料充填通路部５８、５７つまりドレーン通路１０６から分岐し絞り５９ａとドレーン通路１０６の間（以下、絞り５９ａ前と呼ぶ）の圧力脈動を示し、図２（ｄ）は、ドレーン通路１０６の圧力脈動を示す。本実施形態では、燃料充填通路５９、５８、５７内のうちチェック弁７の上流側に絞り５９ａを設けるので、ドレーン通路１０６の圧力脈動（図２（ｄ）参照）が絞り５９ａ前に伝播されて、到達した絞り５９ａ前の圧力脈動（図２（ｃ）参照）がほとんど減衰していなくても、絞り機能により絞り５９ａ後の圧力脈動（図２（ｃ）参照）を低減することができる。したがって、チェック弁７を直接動作させる燃料の圧力脈動を絞り５９ａによって緩和または除去できる。

絞り５９ａの絞り機能は、一般的に絞り５９ａの孔径を小さくすることで絞り機能を増大させ、圧力脈動を小さくすることができる。本発明の発明者は、油密室５３に燃料を充填させるためのチェック弁７の作動の安定化を図る（図３（ｂ）の下段の図参照）とともに、噴射特性の安定化が図れる絞り５９ａの孔径ФＤを実験にて検証した。なお、噴射形態として、パイロット噴射とメイン噴射の２段噴射を行うマルチ噴射を実施した。パイロット噴射の噴射量は２ｍｍ３／ｓｔ、メイン噴射の噴射量は４０ｍｍ３／ｓｔとし、パイロット噴射とメイン噴射との間の噴射間隔（以下、パイロットインターバルと呼ぶ）を、０．５から５ｍｓの間で変更し、それぞれの噴射状態でのチェック弁７の作動状態を確認した。

チェック弁の上流に絞り５９ａのない従来技術のものでは、パイロット噴射時に生じた圧力脈動が、メイン噴射の噴射開始のためのピエゾスタック５１の伸長時まで継続してしまうと、脈動の圧力の大きさに応じてチェック弁７の開弁動作が生じる（図２（ｂ）に示す上段の図参照）。チェック弁７が開弁動作すると、油密室５３の燃料が燃料充填通路５９、５８、５７より流出し、変位拡大機構の伝達ロスが発生するため、噴射量変動が生じて噴射特性が安定しない。

本実施形態では、上記実験結果に基いて、絞り５９ａの孔径ФＤを、
Ф０．１ｍｍ≦ФＤ≦Ф０．５ｍｍの範囲とした。孔径ФＤがФ０．１ｍｍ未満であると、ピエゾスタック５１の伸長時に大小二つのピストン５２、５４の摺動部のクリアランスからリークした燃料を補填するために、油密室５３に燃料充填に必要な流量が確保できない。そのため、油密室５３に気泡等を生じてメイン噴射の噴射時期が不安定となり、噴射特性が不安定となる。孔径ФＤがФ０．５ｍｍ超えると、圧力脈動の低下効果が不十分となり、変動変位拡大機構の伝達ロスが発生する。そのため、油密室５３からチェック弁７動作による流出燃料が、問題となる噴射量変動を生じる噴射特性の不安定化を招く。

なお、ここで問題となる噴射量変動とは、メイン噴射量のサイクル間のばらつきが、メイン噴射量の大きさの５％を超えることである。

なお、ここで、絞り５９ａの孔径ФＤは、Ф０．１ｍｍ≦ФＤ≦Ф０．３ｍｍの範囲にあることが好ましい。パイロットインターバル等の噴射形態の各種条件に係わらず、油密室５３に燃料を充填させるためのチェック弁７の作動の安定化を図るとともに、噴射特性の安定化が図れる。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、（１）本実施形態では、大径ピストン５２および小径ピストン５４と、これら二つのピストン５２、５４の間に配置される油密室５３を有するピエゾ駆動部１０３を備え、ピエゾスタック５１の変位を油密室５３の圧力変化に変換することにより燃料噴射を行う燃料噴射装置１において、油密室５３に充填する燃料を導くチェック弁７と、ドレーン通路１０６から分岐し、該充填燃料をチェック弁７に供給する燃料充填通路５９、５８、５７と、燃料充填通路５９、５８、５７内のうちチェック弁７の上流側に設けた絞り５９ａを有する。この絞り５９ａを燃料充填通路５９、５８、５７内のうちチェック弁７の上流側に設けているので、ドレーン通路１０６を介して燃料充填通路５９、５８、５７へ圧力脈動が伝播されるとき、チェック弁７に圧力脈動が直接作用することを防止する。これにより、チェック弁７を直接動作させる燃料の圧力脈動を絞り５９ａによって緩和または除去できる。したがって、油密室５３を充填させるためのチェック弁７の作動の安定化が図れる。

（２）なお、油密室５３を区画する二つのピストン５２、５４は、小径ピストン５４が大径ピストン５２より小径であるものに適用すると好適である。絞り５９ａを燃料充填通路５９、５８、５７内のうちチェック弁７の上流側に設けることで、ピエゾ駆動部１０３いわゆる大径ピストン５２と小径５４ピストン５４と油密室５３とを有する変位拡大機構の駆動ロスを防止でき、ピエゾスタック５１の伸長量が拡大されて小径ピストン５４の上下方向の変位に正確に変換される。

（３）チェック弁７には、油密室５３内へのみ燃料を導くための所定の開弁圧を有するスプリング７２を備えているものが好ましい。これにより、チェック弁７は所定の開弁圧を有するので、絞り５９ａの効果によって脈動する圧力が所定の開弁圧以下に緩和される程度で、チェック弁７作動を安定化させることができる。

（４）本実施形態では、チェック弁７は、油密室５３を区画する大径ピストン５２の端面側に配置することができる。これにより、チェック弁７は、大径ピストン５２の内部に一体、あるいは大径ピストン５２の外部に別体に配置されるものいずれでもよい。

（５）絞り５９ａは、第１燃料充填通路部５９と第２燃料充填通路部５８、５７とを連通する連通孔であることを特徴とする。これによると、大径ピストン５２内に形成され、チェック弁７に接続する第１燃料充填通路部５９の開口端とは反対端つまり第１ピストンの側壁等に、第１燃料充填通路部５９と第２燃料充填通路部５８、５７とを連通する連通孔としての絞り５９ａを設けることができる。したがって、絞り５９ａを有する大径ピストン５２が容易に形成することができる。

（６）絞りの孔径ФＤは、Ф０．１ｍｍ≦ФＤ≦Ф０．５ｍｍの範囲にあることが好ましい。これにより、油密室５３の燃料充填の確保が図られるとともに、噴射量ばらつき等の噴射特性の安定化が図れる。

（７）なお、１燃焼行程中に複数回噴射するマルチ噴射を実施する場合、例えば前噴射としてのパイロット噴射時にチェック弁７の不安定な状態が生じたとしても、絞り５９ａによってチェック弁７を作動させる燃料の圧力脈動を少なくとも緩和することができるので、後噴射であるメイン噴射の開始のためのピエゾスタック５１の伸長時までチェック弁７の不安定状態が継続することを防止することができる。したがって、油密室７を充填させるためのチェック弁７の安定化を図るとともに、噴射特性の安定化を図ることができる。

（その他の実施形態）
以上説明した本実施形態では、メインオリフィス２４とサブオリフィス４１の両方を設けているが、サブオリフィス４１を設けない構成とすることもできる。

本発明の実施形態の燃料噴射装置の構成を示す断面図である。 図１中の駆動力伝達装置部の周りを示す図であって、図２（ａ）は部分断面図、図２（ｂ）、図２（ｃ）、および図２（ｄ）はそれぞれ燃料充填通路のうちの絞り後、絞り前、およびリターン通路内の圧力脈動を示す模式図である。 図１中のチェック弁を示す図であって、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）はチェック弁直前の燃料の圧力脈動を示す模式図である。 燃料噴射装置の作動を説明するための図であって、図４（ａ）は無噴射時の状態、図４（ｂ）は噴射時の状態を表す断面図である。

符号の説明

１ 燃料噴射装置
１０１ ノズル部
１０２ 背圧制御部（制御弁）
１０３ ピエゾ駆動部（駆動力伝達部）
１０５ 高圧通路
１０６ ドレーン通路（リターン通路）
１０ バルブニードル
１１ 弁部
１２ 摺動部
２１ 弁室
２２ ドレーンポート
２３ 高圧ポート
３ ノズルニードル
３２ 油溜り室
３４ 噴孔
４ 制御室（背圧室）
５１ ピエゾスタック
５２ 大径ピストン（第１ピストン）
５３ 油密室（変位拡大室）
５４ 小径ピストン（第２ピストン）
５８ ピエゾスプリング室（第１燃料充填通路部）
５７ 連通路（第１燃料充填通路部）
５９ 第１燃料充填通路部
５９ａ 絞り（連通孔）
７ チェック弁
７１ 弁体
７２ スプリング（付勢手段）
７４ 収容部材

Claims (6)

1. ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、
   前記制御室とリターン通路の間を開閉することにより前記制御室の圧力を増減させる制御弁と、
   前記制御弁を駆動する駆動力伝達部とを備え、
   前記駆動力伝達部には、アクチュエータの伸縮に伴って摺動する第１ピストンと、前記制御弁に当接してこれと一体に摺動する第２ピストンと、前記第１ピストンと前記第２ピストンとの間に配置される油密室とを有し、前記アクチュエータの変位を前記油密室の圧力変化に変換することにより燃料噴射を行う燃料噴射装置において、
   前記油密室に充填する燃料を導くチェック弁と、
   前記リーク通路から分岐し、該充填燃料を前記チェック弁に供給する燃料充填通路と、
   前記燃料充填通路内のうち前記チェック弁の上流側に設けた絞りを有することを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記チェック弁には、前記油密室内へのみ燃料を導くための所定の開弁圧を有する付勢手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記チェック弁は、前記油密室を区画する第１ピストンの端面側に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記燃料充填通路は、前記第１ピストン内に設けられた第１燃料充填通路部と、前記第２ピストンの外周に設けられた第２燃料充填通路部とを備え、
   前記絞りは、前記第１燃料充填通路部と前記第２燃料充填通路部とを連通する連通孔であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
5. 前記絞りの孔径ФＤは、Ф０．１ｍｍ≦ФＤ≦Ф０．５ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
6. 前記第１ピストンは、前記第２ピストンの外径に比べて大きく形成されており、
   前記油密室は、前記第１ピストンの摺動方向の変位を前記第２ピストンの変位に拡大する変位拡大室を構成していることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。

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