JP2009215892A - 制御弁およびインジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】 ３方弁構造の制御弁において、両シートの軸ずれおよび弁体の回転による、流路面積の変動を回避可能な構造とし、燃料噴射量の変動を抑制する。
【解決手段】 ピエゾスタック１の通電終了時に、駆動力伝達機構６によりピン部材７を介して制御弁Ｖへの押圧力を解除すると、弁室２内の弁体３が移動し、高圧ポート２３が開放される。弁体３は、高圧ポート２３に対向する下端面に座ぐり部３４を形成して、高圧シート径＞高圧ポート径となる形状であり、シートの位置ずれをキャンセルして、弁体の傾きや回転により流路面積が変化するのを抑制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば内燃機関用インジェクタに適用されて、ノズルニードルを昇降させる３方弁構造の制御弁に関する。

例えばディーゼルエンジンにおいて、コモンレール式燃料噴射装置が知られている。各気筒に共通のコモンレールには、燃料供給ポンプから高圧燃料が圧送されて所定の燃料噴射圧となるように制御される。コモンレール用のインジェクタは、通常、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、制御室の圧力を制御する制御弁を有し、ピエゾアクチュエータで制御弁を駆動して制御室の圧力を増減する。

例えば特許文献１に記載されているように、制御弁は、３方弁構造を有し、高圧通路に連通する高圧ポートと低圧通路に連通する低圧ポートを開閉して制御室の圧力を増減する。このような制御弁の一例を、図７に示す。図７（ａ）において、制御弁１００の弁体１０１は、高圧ポート１０２と低圧ポート１０３が開口する弁室１０４内に位置し、ピストン部材１０５によって駆動されて、高圧ポート１０２に続く高圧シート１０６および低圧ポート１０３に続く低圧シート１０７の一方に選択的に着座する。弁室１０４は、図示しない制御室と連通路にて常時連通しており、弁体１０１のシート位置を切り換えると、高圧ポートまたは低圧ポートと制御室が弁室１０４を介して連通する。弁体１０１形状は、例えば、高圧シート１０６側の下端面が平面状、低圧ポート１０３側の上端面が球面状に形成されている。
特開２００６−０４６３２３号公報

ところで、図示の制御弁構造において、高圧ポート１０２開放時の弁室１０４から制御室への燃料の流入は、制御弁１００の弁体１０１が低圧シート１０７に着座した状態でのリフト量と高圧シート径に依存する。ここでは、高圧シート径＝高圧ポート径であり、燃料流入量が、高圧シート周長さ×制御弁リフト量で表される流路面積Ｓにより決まる構造となっている。ただし実際には、弁体１０１相手部品を分割する必要があり、弁体１０１に加工精度の問題や、組み付け時の高圧ポートおよび低圧ポートの位置ずれ等により、図７（ｂ）のように、組み付け状態において弁体１０１に傾きが生じることがある。

さらに、弁室１０４に燃料が流入する際の流体力等により弁体１０１が回転すると、図７（ｃ）のように、面積Ｓは変動する。この場合、制御室への燃料流入量が変化することになるため、安定した噴射量を供給することが困難である。位置ずれの対策としては、弁体を複数部材で構成することにより相対移動可能としたものがあるが、構成が複雑となる。

そこで、本発明は、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置のインジェクタ等に使用され、軸方向の両端にシート部を構成した３方弁構造の制御弁において、両シートの軸ずれおよび弁体の回転による、流路面積の変動を回避可能な構造とし、燃料噴射量の変動を防ぐことを目的とする。

請求項１の発明は、アクチュエータで駆動されるピストン部材が、弁室内に配置された弁体を軸方向に駆動して、上記弁室の対向面に設けた高圧シートおよび低圧シートの一方に選択的に着座させることにより、上記高圧シートに連通する高圧ポートおよび上記低圧シートに連通する低圧ポートを開閉して、上記弁室と常時連通する制御室の制御圧力を増減する制御弁であって、
上記弁体は、駆動方向の一方の端面側に、上記高圧シートに着座する高圧シート部を設け、他方の端面側に、上記低圧シートに着座する低圧シート部を設けるとともに、上記高圧シート部には、上記高圧ポートの対向位置を凹陥させた座ぐり部を形成して、該座ぐり部の外周縁部が着座時の高圧シート位置となり、かつ、高圧シート径＞高圧ポート径となる形状としたことを特徴とする。

上記構成によれば、高圧ポート径より大きい座ぐり部を形成することで、座ぐり径が高圧シート径となり、シートの位置ずれをキャンセルして、弁体の傾きや回転により流路面積が変化するのを抑制することができる。よって、流量変動による制御圧の変化を抑制し、例えばインジェクタの背圧制御に適用されて、安定した燃料噴射を可能とする。

請求項２の発明では、上記弁体は、上記座ぐり部外周縁部の周長さをＬ１、上記座ぐり部の深さをＤ１、上記高圧ポート開口縁部の周長さをＬ２、上記高圧ポート開放時の上記弁体のリフト量をＨ１とした時に、下記式（１）〜（３）が成立する構成とした。
式（１）：Ｓ１＝Ｌ１×Ｈ１
式（２）：Ｓ２＝Ｌ２×（Ｈ１＋Ｄ１）
式（３）：Ｓ１＜Ｓ２

この時、流路面積Ｓ１が高圧シート開弁時の絞り部となり、高圧シートと低圧シートの位置ずれ、弁体の傾きによる回転が生じても、流路面積が変化しないので、燃料流入量の変動を抑制する効果が高い。

請求項３の発明では、上記高圧シート位置を除く、上記制御室への流入通路の最小断面積をＳ３とした時に、下記式（４）が成立する構成とした。
式（４）：Ｓ１／Ｓ３＜２

この範囲では、高圧シート部における流路面積Ｓ１と、その他通路の最小断面積Ｓ３との面積比に対する流量変化が大きいので、本発明を適用することによる効果が高い。

請求項４の発明では、上記弁体は、上記一方の端面側の低圧シート部が球面または円錐状に形成されて、円錐状に形成された上記低圧シートに対向する一方、上記他方の端面側の高圧シート部が平面状に形成されて、平面状に形成された上記高圧シートに対向している。

このように、シート部の一方を平面シートとすると、位置ずれに対応しやすく、加工も容易となる。また、異物の噛みこみによるシート不良にも対応しやすい。

請求項５の発明では、上記弁体は、上記座ぐり部の内周面が上記一方の端面に向けて拡径するテーパ面形状を有し、該テーパ面の傾斜角度が３０°以上９０°未満である。

テーパ面とすることで加工が容易になり、シート位置も設定しやすい。ただし、傾斜角度が小さいと、研削による径変化が大きいので３０°以上とするのがよい。

請求項６の発明では、アクチュエータをピエゾ式アクチュエータとする。応答性のよいピエゾアクチュエータを用い、本発明を適用することで、制御性をより向上させることができる。

請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれか記載の制御弁を用いたインジェクタであって、上記制御室の圧力を、噴孔を開閉するノズルニードルの閉弁方向に作用させ、上記アクチュエータが上記ピストン部材を介して上記弁体を開閉することにより燃料噴射を行う。

以下、図面に基づいて本発明の第１の実施形態を説明する。図１は本発明の制御弁Ｖ構成を、図２はこの制御弁Ｖを組み込んだインジェクタＩの概略構成を示す図で、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射装置への適用例として説明する。図２において、エンジンの各気筒に対応して設けられるインジェクタＩは、各気筒に共通のコモンレール（図示せず）に接続され、コモンレールには高圧サプライポンプ（図示せず）により圧送される燃料が噴射圧力に相当する所定の高圧で蓄えられている。

図２（ａ）において、インジェクタＩは、ハウジングＨ内の中間部に制御弁Ｖを、上半部に、ピエゾ式アクチュエータを構成するピエゾスタック１と駆動力伝達機構６を収容している。ハウジングＨの下半部には、ノズルニードル５が収容され、図示の状態では、先端が噴孔５４を閉鎖している。ハウジングＨ内には、また、軸方向に延びる高圧通路１２と低圧通路１３が設けられ、ハウジングＨ側壁に開口する高圧通路１２の通路入口１１はコモンレールに、ハウジングＨ上壁に開口する低圧通路１３の通路出口１４は図示しない燃料タンクへ連通している。

ハウジングＨ内において、ノズルニードル５周りの空間は、油溜まり室５２を構成している。油溜まり室５２には、その上部壁に開口する高圧通路１２を介してコモンレールから高圧燃料が供給されている。ノズルニードル５の上端部は、油溜まり室５２の上部壁に固定された筒状部４２内に摺動自在に保持され、ノズルニードル５の中間部外周に設けたフランジ５１と筒状部４２下端部との間に配設したスプリング５６がノズルニードル５を閉弁方向に付勢している。

油溜まり室５２には、その上部壁に開口する高圧通路１２を介してコモンレールから高圧燃料が供給されている。ハウジングＨの下端面中央には、サック部５３形成壁を貫通して噴孔５４が形成されており、ノズルニードル５は図示の下端位置において、円錐形状の先端部がノズルシート５５に着座してサック部５３を閉じ、油溜まり室５２から噴孔５４への燃料供給を遮断する。

ノズルニードル５の上端面は、制御室であるノズル背圧室４に面している。ノズル背圧室４は、連通路４１を介して制御弁Ｖの弁室２と常時連通し、油溜まり室５２から弁室２を経由して導入される燃料の圧力が開弁方向に作用している。一方、油溜まり室５２の高圧燃料がノズルニードル５先端部の円錐面に上向きに作用しノズルニードル５を開弁方向に付勢している。３方弁構造の制御弁Ｖを用いてノズル背圧室４の圧力を増減させると、ノズルニードル５が昇降する。

３方弁構造の制御弁Ｖは、弁室２内に収容した弁体３を、弁室２の底面に設けた高圧シート２１と、天井面に設けた低圧シート２２のいずれか一方に選択的に着座させることにより、ノズル背圧室４の圧力を制御する。弁室２の平坦な底面には、高圧ポート２３が開口し、その開口部周りの環状平面部を高圧シート２１としている。同様に、弁室２の天井面に開口する低圧ポート２４周りの環状テーパ面にて低圧シート２２が形成され、高圧ポート２３と低圧ポート２４は、弁体３の駆動方向に対向位置している。高圧ポート２３は、連通路２５を介して油溜まり室５２に連通し、高圧通路１２から燃料が供給されている。一方、低圧ポート２４は絞り通路１５にて低圧通路１３に連通している。弁体３は、外周に設けたフランジ３３と弁室２底面の間に配設したスプリング２６にて上方に付勢され、初期位置において低圧シート２２に着座する図示の位置にある。制御弁Ｖの詳細、特に弁体３形状については後述する。

駆動力伝達機構６は、応答性の良好なピエゾ式アクチュエータの駆動力を、大小２つのピストン部材を用いて制御弁Ｖの弁体３に伝達する。ピエゾスタック１はＰＺＴ等の圧電セラミック層と電極層を交互に積層したもので、図示しない駆動回路により充放電されて、積層方向（図の上下方向）に伸縮する。駆動力伝達機構６は、筒状のシリンダ部材６１内に、大径のピエゾピストン６２と小径のバルブピストン６４を摺動自在に設け、両ピストン部材の間に作動油を充填した油密室６３を設けている。ピエゾピストン６２は、シリンダ部材６１の上方に突出する大径の円盤部がピエゾスタック１の下端面に当接し、この円盤部とシリンダ部材６１下端外周縁部との間に配設したピエゾスプリング６５によってピエゾスタック１に一定の初期荷重を印加している。これにより、ピエゾピストン６２はピエゾスタック１の伸縮に伴い一体に上下動する。

バルブピストン６４の下端面は、その下方のピン部材７に当接している。ピン部材７は、高圧ポート２３内に摺動自在に保持され、下端が弁室２１内の弁体３に当接している。バルブピストン６４は下端大径部とシリンダ部材６１の間に配設したバルブスプリング６６によって下方に付勢されており、これにより、ピン部材７と一体に上下動可能である。ピエゾスタック１が伸長してピエゾピストン６２を押圧すると、油密室６３の圧力が上昇しバルブピストン６４を駆動する。この時、ピエゾピストン６２とバルブピストン６４の径差に応じて移動量が増加するので、変位を拡大して伝達することができる。

ここで、図１により本発明の制御弁Ｖについて説明する。図１（ａ）に示すように、弁体３は、フランジ３３より下方が略円柱状、上方が略半球状の形状を有するブロック状で、略円柱状の下半部底面に高圧シート部３１を形成し、略半球状の上半部頂面に低圧シート部３２を形成している。弁体３は、一方の端部（図の下端部）において、高圧ポート２３に対向する下端面中央部に、座ぐり部３４となる凹陥部を形成し、その外周に形成される環状平面部を高圧シート部３１として、該高圧シート部３１が、対向する高圧シート２１に着座して高圧ポート２３を閉鎖するようになっている。弁体３の他方の端部（図の上端部）は、ピン部材７に当接する平坦な頂部外周に、球面状の低圧シート部３２を形成し、該低圧シート部３２が、対向する低圧シート２２に着座して低圧ポート２４を閉鎖する。

シート形状は、高圧側では、弁体３側の高圧シート部３１が平面、対向する高圧シート２１が平面であり、低圧側では、弁体３側の低圧シート部３１が球面または円錐面、対向する低圧シート２２が円錐面であることが望ましい。このように、１つの弁体３で２つの通路をシートする場合には、高圧側または低圧側の一方を平面シートとするとよく、上下シートの軸ずれに対応しやすくなる。本発明では、高圧側を平面シートとして、さらに座ぐり部３４を設定することで、上下シートの軸ずれによる流量変動を抑制することができる。

図１（ｂ）は、制御弁Ｖの高圧ポート２３近傍を拡大して示す断面図である。本実施形態において、弁体３の座ぐり部３４は、平坦面に座ぐり加工を施すことにより形成された、略台形断面形状の凹陥部で、内周側面は下方へ向けて拡径するテーパ面となっている。開口縁部（図の下端部）の径、すなわち座ぐり径は、高圧ポート２３より大径となっている。この時、高圧シート部３１の内周縁部となる、座ぐり部３４の開口縁部（図の下端部）は、弁体３が対向する高圧シート２１に着座した時の、高圧シート位置となる。このように本発明では、座ぐり径＝高圧シート径＞高圧ポート径となるように、弁体３の座ぐり部３４形状を設定しており、これにより、シート部流量を安定にすることができる。

好適には、座ぐり部３４開口縁部の周長さをＬ１、座ぐり部３４の深さをＤ１、高圧ポート２３開口縁部の周長さをＬ２、高圧ポート２３開放時の弁体３のリフト量をＨ１とした時に、下記式（１）〜（３）が成立する構成とする。
式（１）：Ｓ１＝Ｌ１×Ｈ１
式（２）：Ｓ２＝Ｌ２×（Ｈ１＋Ｄ１）
式（３）：Ｓ１＜Ｓ２

式（１）で表されるＳ１は、弁体３がリフトした時の高圧シート部３１から弁室２へ至る流路の開口面積を示し、式（２）で表されるＳ２は、弁体３がリフトした時の高圧ポート２３出口部における流路の開口面積を示している。式（３）は、高圧シート部３１における流路面積Ｓ１が、高圧ポート２３における流路面積Ｓ２より小さく、高圧ポート２３から弁室２への燃料流入量が、絞り部となる弁体３の高圧シート位置における流路面積Ｓ１に依存することを示す。式（３）のようにすると、流路面積Ｓ１は、弁体２の傾きやシート位置のずれによらず、ほぼ一定となるので、流量の変動を抑制することができる。

図１（ａ）に示すように、弁体３の座ぐり角度、すなわち、弁体３下端面と座ぐり部３４の内周側面とのなす角度は、９０°未満とすることで内周側面がテーパ面となり、座ぐり加工が容易になって、高圧シート位置が設定しやすくなる。弁体３下端面の座ぐり径は、ノズル背圧室４への燃料流入量を決定するための重要な寸法で、精度よく加工する必要があり、また、弁体３は高圧燃料をシールする構造であるから、高硬度、高精度（平面度、面粗度等）である必要がある。これを実現するため、通常は、テーパ形状切削後、熱処理、研削により座ぐり径を設定することになる。ただし、テーパ角度が小さくなるほど、研削による径変化が大きく、またエッジ（座ぐり径部）のだれにより径測定（エッジが不明瞭）が困難となるおそれがある。そこで、量産を考慮した、実現可能な角度として、通常は、座ぐり角度を３０°以上９０°未満とすることが好ましい。

上記構成のインジェクタＩの作動と、弁体３形状による効果について説明する。図２（ａ）は無噴射時の状態で、ピエゾスタック１は放電状態で縮小している。弁体３は、上端位置にあって低圧シート２２に続く低圧ポート２４を閉鎖し、これにより、低圧通路１３と弁室２との連通が遮断される。この時、低圧シート２２に対向する高圧シート２１が開放され、弁室２は、高圧通路１２から高圧ポート２３、高圧シート２１を介して流入する燃料により高圧となっている。連通路４１を介して弁室２と常時連通するノズル背圧室４も高圧となる。ノズルニードル５は、ノズル背圧室４の圧力とスプリング５６の付勢力によってノズルシート５５に着座し、噴孔５４は閉鎖されている。

図２（ｂ）は噴射時の状態で、図示しない駆動回路からピエゾスタック１に通電すると、ピエゾスタック１が充電されて伸長する。ピエゾスタック１とともにピエゾピストン６２が下方に移動し、油密室６３の作動油（ここでは軽油）が圧縮されると、この作動油の圧力でバルブピストン６４が下方に移動する。そして、ピン部材７が弁体３を押し下げて低圧シート２２から離座させ、さらに下方変位して高圧シート２１に着座させる。この時、ノズル背圧室４が弁室２１、低圧シート２２、低圧ポート２４を介して低圧通路１３に連通し、ノズル背圧室４の圧力が降下する。ノズルニードル５に作用する下向きの付勢力が上向きの付勢力を下回ると、ノズルシート５５から離座し、噴孔５４が開放されて燃料噴射が開始される。ここで、低圧シート２２下流に絞り部１５を有する流路構成とすると、ノズル背圧室４の圧力降下は緩やかとなり、ノズル開弁速度を小さくすることができる。

ピエゾスタック１への通電が終了し、ピエゾスタック１を放電して収縮させると、ピエゾピストン６２が上方へ移動し、油密室６３の圧力が降下する。これによりバルブピストン６４およびピン部材７による弁体３の押し下げ力が解除され、弁体３が高圧シート２１から離座し、さらに上方変位して低圧シート２２に着座する。弁室２に高圧通路１２から高圧ポート２３、高圧シート２１を介して燃料が流入し、さらに連通路４１から流入する燃料でノズル背圧室４が所定の高圧となると、ノズルニードル５が下降して閉弁し、噴射を終了する。

この時、ノズルニードル５の閉弁速度は、ノズル背圧室４への燃料流入量により決まることになる。本実施形態において使用しているピエゾスタック１は、非常に微小変位であることから、制御弁Ｖにて設定できる弁体３のリフト量も小さくなる。このため、高圧通路１２から弁室２を経てノズル背圧室４へ至る燃料流入通路は、通常、高圧ポート２３の出口部付近で最も絞る構造、またはノズル背圧室４へ至る通路の最小断面積、例えば連通路４１との２重絞りとなる可能性が高い。一方、本構造を具現化すると、弁体３を弁室２に収容するために相手部品である高圧シート２１、低圧シート２２を分割する必要があり、通常はノックピンで両部品の位置決めをするが、ノック穴位置および内径、ノックピン外径等に公差を持たせる必要がある。このため図３（ａ）に示すように、実際の組み付け状態では、各公差範囲内で高圧シート２１、低圧シート２２の軸心が一致しない軸ずれが発生する。また、弁体３をピン部材７で押す構造においては、両当接面の加工精度に限界があり、例えば数μｍの傾斜が発生して、弁体３が傾きが生じるおそれがある。

この状態で、高圧シート２１開弁時に、流体力等により弁体３が回転すると、上記図７（ｃ）に示した通り、従来の制御弁構造では、絞り部となる高圧ポート１０２出口部の面積Ｓが変動する。すると、図４に示すように、回転位置に応じてシート部開口面積が変化し、高圧ポート１０２から弁室１０４、さらには連通路４１を経てノズル背圧室４への燃料流入量が周期的に変化することにより、ノズルニードル５の閉弁速度が変動する。例えば、制御弁の弁体リフトは、通常２０μｍ程度であり、弁体上下面は数μｍの傾斜でも、軸ずれと弁体回転により、シート開口面積は大きく変化することになる。このため目標とする噴射量に対して実際の噴射量が増減し、安定した噴射量を供給することが困難である。

これに対して本発明では、上記図１（ｂ）のように、弁体３の高圧シート２１側に、座ぐり部３４を設け、かつＳ１（座ぐり周長さＬ１×弁体リフトＨ１）＜Ｓ２（高圧ポート周長さＬ２×（弁体リフトＨ１＋座ぐり深さＤ１））となる構成としたので、流路面積Ｓ１が高圧シート２１開弁時の絞り部となり、高圧シートと低圧シートの位置ずれをキャンセルすることができる。図３（ａ）に示すように、高圧シート２１と低圧シート２２の軸心にずれが生じ、さらに弁体３が傾いて下端面の低圧シート部３１と対向する低圧シート２１との位置ずれが発生した場合でも、図３（ｂ）に示すように、高圧シート２１開弁時の絞り部となる流路面積Ｓ１は、弁体が１８０°回転しても変化しない。この構造により上記図５に示したノズル背圧室４の燃料流入量、ノズルニードル閉弁速度の周期的な変化を抑制し、安定した燃料噴射を可能とする。

なお、高圧シート２１と低圧シート２２の位置ずれや弁体３の傾きを有する状態で、再び高圧シート２１を閉弁する場合、図５（ａ）に示すように、まず、弁体３の一部のみが高圧シート２１に当接する。この時点で、高圧ポート２３は完全には閉鎖されていない。次いで、この当接部が支点となり、弁体３頂面のピン部材７との当接部が力点となって、弁体３が回転すると、図５（ｂ）に示すように、シート可能な位置に弁体がずれ、高圧ポート２３を閉鎖することができる。このように、支点より力点が中心側にあればシート可能方向に回転力が作用するため、シート可能と考えられる。また、図は実際よりもずれを強調した模式的な図であり、噴射特性への影響はほとんどない。

また、弁室２からノズル背圧室４への流入通路において、高圧シート部の流路面積Ｓ１が最小絞り部となる構成であれば、本発明の効果が大きいことは上述した通りであるが、ノズル背圧室４への流入通路が２重絞りとなる構成であってもよい。この場合、好適には、絞り部となる流路面積Ｓ１以外の流入通路の最小断面積、本実施形態では連通路４１の断面積をＳ３とした時に、高圧シート部の流路面積Ｓ１との関係が、下記式（４）を満足するように構成するとよい。
式（４）：Ｓ１／Ｓ３＜２

図６（ａ）は、燃料噴射終了時（高圧側開弁時）の、高圧通路１２から、燃料溜まり室５２、高圧ポート２３、高圧シート２１、弁室２、連通路４１を経てノズル背圧室４へ流入する燃料の流れを示しており（図中、矢印）、図６（ｂ）は、流路面積Ｓ１を変化させた時（その他の通路面積は固定とする）の流量変化と、その他通路最小面積Ｓ３に対する面積比との関係を示している。図示のように、流路面積Ｓ１以外の燃料通路の最小面積Ｓ３に対し、流路面積Ｓ１が２倍（面積比２）程度までは、面積比が大きくなるほど流量が増加しており、面積比に対する流量変化が大きい。すなわち、ノズル背圧室４への流量への感度が高いため、弁体３が傾いて流量が変化した時の影響が大きく、本発明の効果が得られる。

以上により、本発明によれば、３方弁構造の制御弁において、加工精度や組付けのずれ、弁体の回転が生じても、燃料流入量の変動が抑制され、制御圧の変動を抑制することができる。よって、背圧式のインジェクタ等に利用されてノズルニードルの閉弁速度、噴射終了タイミングを安定させ、噴射量を安定して制御することができる。

上記実施形態では、駆動力伝達機構に大径のピエゾピストンと小径のバルブピストンを用いたが、これら両ピストンを同径とすることもでき、油圧を介して安定して駆動力を伝達することができる。この場合、変位を拡大して伝達できるので、より効率よく動力を伝達することができる。また、アクチュエータは、通電により変位を発生する素子であれば、上記実施形態で使用したピエゾ素子以外の素子を用いてもよい。その他、本発明の制御弁を、インジェクタ以外の圧力制御に使用することもできる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態における制御弁の全体構成を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大断面図である。 第１の実施形態における制御弁の作動を説明するための図で、（ａ）は低圧側シートが開弁している状態を示す図、（ｂ）は高圧側シートが閉弁している状態を示す図である。 本発明の効果を説明するための図で、（ａ）は制御弁の全体構成を示す図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大断面図である。 従来の制御弁による作動と、噴射量変動の影響を説明するための図である。 第１の実施形態における制御弁の作動を説明するための図で、（ａ）は噴射時の弁体の作動を示す図、（ｂ）は弁体が高圧シートを閉鎖した状態を示す図である。 （ａ）はインジェクタの全体構成図、（ｂ）は燃料通路絞り部の面積比と流量の関係を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は従来のインジェクタの全体構成を示す断面図、（ｃ）はその部分拡大断面図である。

符号の説明

Ｈ ハウジング部材
Ｉ インジェクタ
Ｖ 制御弁
１ ピエゾスタック（アクチュエータ）
１１ 燃料導入口
１２ 高圧通路
１３ 低圧通路
１４ 燃料導出口
２ 弁室
２１ 高圧シート
２２ 低圧シート
２３ 高圧ポート
２４ 低圧ポート
３ 弁体
３１ 高圧シート部
３２ 低圧シート部
４ ノズル背圧室（制御室）
４１ 連通路
５ ノズルニードル
５２ 油溜まり室
５４ 噴孔
６ 駆動力伝達機構
６２ ピエゾピストン（ピストン部材）
６３ 油密室
６４ バルブピストン（ピストン部材）
７ ピン部材

Claims (7)

1. アクチュエータで駆動されるピストン部材が、弁室内に配置された弁体を軸方向に駆動して、上記弁室の対向面に設けた高圧シートおよび低圧シートの一方に選択的に着座させることにより、上記高圧シートに連通する高圧ポートおよび上記低圧シートに連通する低圧ポートを開閉して、上記弁室と常時連通する制御室の制御圧力を増減する制御弁であって、
   上記弁体は、駆動方向の一方の端部に、上記高圧シートに着座する高圧シート部を設け、他方の端部に、上記低圧シートに着座する低圧シート部を設けるとともに、上記高圧シート部が形成される上記一方の端部には、上記高圧ポートの対向位置を凹陥させた座ぐり部を形成して、該座ぐり部の開口縁部が着座時の高圧シート位置となり、かつ、高圧シート径＞高圧ポート径となる形状としたことを特徴とする制御弁。
2. 上記弁体は、上記座ぐり部開口縁部の周長さをＬ１、上記座ぐり部の深さをＤ１、上記高圧ポート開口縁部の周長さをＬ２、上記高圧ポート開放時の上記弁体のリフト量をＨ１とした時に、下記式（１）〜（３）が成立する構成とした請求項１記載の制御弁。
   式（１）：Ｓ１＝Ｌ１×Ｈ１
   式（２）：Ｓ２＝Ｌ２×（Ｈ１＋Ｄ１）
   式（３）：Ｓ１＜Ｓ２
3. 上記高圧シート位置を除く、上記制御室への流入通路の最小断面積をＳ３とした時に、下記式（４）が成立する構成とした請求項２記載の制御弁。
   式（４）：Ｓ１／Ｓ３＜２
4. 上記弁体は、上記一方の端部側の低圧シート部が球面または円錐状に形成されて、円錐状に形成された上記低圧シートに対向する一方、上記他方の端部側の高圧シート部が平面状に形成されて、平面状に形成された上記高圧シートに対向している請求項１ないし３のいずれか記載の制御弁。
5. 上記弁体は、上記座ぐり部の内周面が上記一方の端部に向けて拡径するテーパ面形状を有し、該テーパ面の傾斜角度が３０°以上９０°未満である請求項１ないし４のいずれか記載の制御弁。
6. 上記アクチュエータがピエゾ式アクチュエータである請求項１ないし５のいずれか記載の制御弁。
7. 請求項１ないし６のいずれか記載の制御弁を用いたインジェクタであって、上記制御室の圧力を、噴孔を開閉するノズルニードルの閉弁方向に作用させ、上記アクチュエータが上記ピストン部材を介して上記弁体を開閉することにより燃料噴射を行うことを特徴とするインジェクタ。

Images