JP2010174736A - インジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】ニードルが閉弁しなくなった場合に噴射流体が噴射されっ放しになってしまうことを防止する。
【解決手段】噴射流体が流れる噴射流体通路部２７、３４、６２、２１２、２２２、２３３、および噴射流体通路部を流れた噴射流体を噴射する噴孔２８が形成されたハウジング２０と、噴孔２８を開閉するニードル３０と、ニードル３０を駆動する駆動部４０と、噴射流体通路部における噴射流体の動圧が過大になったときに噴射流体通路部から噴孔２８への噴射流体の供給を遮断する遮断弁９５とを備える。例えば、遮断弁９５はボール弁で構成することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体を噴射するインジェクタに関し、特に噴射流体と異なる作動流体を用いて駆動力を伝達するインジェクタに好適である。

従来、この種のインジェクタが特許文献１に記載されている。この従来技術では、ニードル（針弁）に対してばねの弾性力が閉弁方向に作用しており、ニードルを作動流体（作動油）の圧力によってばねの弾性力に抗して駆動することにより噴射流体の噴射を断続している。

実開昭６３−４３６５号公報

しかしながら、上記従来技術では、故障によって噴射流体が噴射されっ放しになってしまう虞がある。例えば、ばねが破損してニードルに弾性力を作用させることができなくなった場合には、ニードルを閉弁させることができなくなって開弁しっ放しになってしまうので、噴射流体が噴射されっ放しになってしまう。また、作動流体の圧力が過大になる等、ニードルの駆動機構に異常が発生した場合にも、ニードルが開弁しっ放しになって噴射流体が噴射されっ放しになってしまう虞がある。

本発明は上記点に鑑みて、ニードルが閉弁しなくなった場合に噴射流体が噴射されっ放しになってしまうことを防止することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、噴射流体が流れる噴射流体通路部（２７、３４、６２、２１２、２２２、２３３）、および噴射流体通路部を流れた噴射流体を噴射する噴孔（２８）が形成されたハウジング（２０）と、
噴孔（２８）を開閉するニードル（３０）と、
ニードル（３０）を駆動する駆動部（４０）と、
噴射流体通路部における噴射流体の動圧が過大になったときに噴射流体通路部への噴射流体の流入を遮断する遮断弁（９５）とを備えることを特徴とする。

これによると、噴射流体通路部における噴射流体の動圧が過大になると遮断弁（９５）が噴射流体通路部から噴孔（２８）への噴射流体の供給を遮断するので、噴射流体通路部における噴射流体の動圧が過大になった場合、すなわちニードル（３０）が閉弁しなくなった場合に噴射流体が噴射されっ放しになってしまうことを防止できる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のインジェクタにおいて、遮断弁（９５）は、
前記動圧の作用によって変位する球状の弁体（９６）と、
前記動圧の作用方向に変位した弁体（９６）が着座する弁座（９７）と、
弁体（９６）に対して弁座（９７）から離れる方向に弾性力を作用させる弾性部材（９８）とを有していることを特徴とする。

これによると、遮断弁（９５）は、噴射流体の動圧を利用して噴射流体通路部への噴射流体の流入を遮断することができるので、遮断弁（９５）の構成を簡素化できる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載のインジェクタにおいて、遮断弁（９５）が閉弁状態にあることを検出する検出手段（４４）を備えることを特徴とする。

これによると、遮断弁（９５）が閉弁状態にあることを検出手段（４４）によって検出するので、インジェクタの故障を速やかに検出することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のインジェクタにおいて、駆動部（４０）からの駆動力をニードル（３０）に伝達する駆動力伝達部（５０）と、
ハウジング（２０）に形成され、噴射流体と異なる流体である作動流体が封入された作動流体封入部（２１１、２２１）と、
ハウジング（２０）内に配置され、噴射流体通路部と作動流体封入部との間を仕切る仕切部材（６０）と、
噴射流体通路部および作動流体封入部に接続され、噴射流体通路部における噴射流体の圧力と作動流体封入部における作動流体の圧力とを均衡させる圧力調整部（７０）とを備え、
駆動部（４０）は、駆動電圧が印可されることにより伸長する圧電素子（４１）を有し、
駆動力伝達部（５０）は、圧電素子（４１）の伸長による駆動力を、作動流体封入部から供給される作動流体を介してニードル（３０）に伝達するとともに、ニードル（３０）の変位量を圧電素子（４１）の伸長量に対して拡大させる変位拡大室（５４）を有し、
検出手段（４４）は、圧電素子（４１）の駆動電圧を監視することによって遮断弁（９５）が閉弁状態にあることを検出することを特徴とする。

これによると、遮断弁（９５）が閉弁状態になって噴射流体通路部への噴射流体の流入を遮断すると、噴射流体通路部における噴射流体の圧力が低下する。すると、圧力調整部（７０）は、作動流体封入部における作動流体の圧力を低下させて、噴射流体通路部における噴射流体の圧力と作動流体封入部における作動流体の圧力とを均衡させる。

その結果、圧電素子（４１）に作用する作動流体の圧力負荷が小さくなるので、圧電素子（４１）に駆動電圧を印可し始めてから駆動電圧が所定電圧値（Ｖ１）まで上昇するまでに要する時間（ΔＴ２）は、遮断弁（９５）が開弁状態にあるときの当該時間（ΔＴ１）と比較して短くなる（後述する図６を参照）。

したがって、圧電素子（４１）の駆動電圧を監視するといった簡便な手段によって、遮断弁（９５）が閉弁状態にあることを検出することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態における燃料噴射システムの全体構成図である。 図１のインジェクタの断面図である。 図２のスペーサ近傍部位の拡大図である。 図２のダイヤフラム近傍部位の拡大図である。 図２の圧力調整部近傍部位の拡大図である。 一実施形態における圧電素子駆動電圧の時間変化を示すグラフである。

本発明の一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態は、本発明のインジェクタを車両の内燃機関用燃料噴射システムに適用したものである。図１に示すように、燃料噴射システム１００は、インジェクタ１０、燃料ボンベ１１、サージタンク１２、配管部１３および逆止弁部１４を備えている。

図示を省略しているが、インジェクタ１０は、車両の内燃機関（以下、エンジンと言う）の気筒数に応じて各気筒に備えられる。一般的には、例えばエンジンが４気筒である場合には、インジェクタ１０は合計４個備えられる。

燃料ボンベ１１は、例えば水素やＣＮＧ（圧縮天然ガス）などの燃料となる噴射流体を気体状態で貯えている。配管部１３は、燃料ボンベ１１とインジェクタ１０との間を接続している。サージタンク１２は、配管部１３の途中に設けられている。

サージタンク１２は、燃料ボンベ１１から供給された噴射流体を、燃料ボンベ１１に貯えられている噴射流体よりも低圧で保持する。配管部１３の途中に容量の大きなサージタンク１２を設けることにより、インジェクタ１０へ供給される噴射流体の圧力変動が低減される。

サージタンク１２と配管部１３の燃料ボンベ１１側との間には、逆止弁部１４が設けられている。逆止弁部１４は、逆止弁通路１５および逆止弁１６を有している。逆止弁１６は、サージタンク１２の圧力が過大になると開弁する。これにより、サージタンク１２の圧力が過大になると、サージタンク１２から燃料ボンベ１１側へ噴射流体が戻される。

図２に示すように、インジェクタ１０は、ハウジング２０、ニードル３０、駆動部４０、駆動力伝達部５０、仕切部材としてのダイアフラム６０、および圧力調整部７０を備えている。

ハウジング２０は、ボディ２１、スペーサ２２、パイプ２３およびノズルボディ２４を有している。ボディ２１は筒状に形成され、その中心部に駆動部４０および駆動力伝達部５０を収容する収容孔部２１１を有している。収容孔部２１１はボディ２１を軸方向に貫いている。

ボディ２１は、収容孔部２１１の径方向外側に燃料供給部２５を有している。燃料供給部２５には、燃料である噴射流体が配管部１３を経由して供給される。ボディ２１は、収容孔部２１１を挟んで燃料供給部２５と反対側に圧力調整部７０を有している。

ボディ２１は、噴射流体が流れる２つの噴射流体孔部２１２、２１３を収容孔部２１１の径方向外側に有している。一方の噴射流体孔部２１２は、主にボディ２１の軸方向に延びており、一端部が燃料供給部２５に接続している。他方の噴射流体孔部２１３は、主にボディ２１の軸方向に延びており、一端部が圧力調整部７０に接続している。

ボディ２１は、先端側すなわち軸方向において燃料供給部２５および圧力調整部７０と反対側がスペーサ２２に接している。スペーサ２２は、筒状に形成され、軸方向の一端部がボディ２１に接し、他端部がダイアフラム６０に接している。ダイアフラム６０は、膜板状に形成され、一方の面がスペーサ２２に接し、他方の面がパイプ２３に接している。

すなわち、スペーサ２２およびダイアフラム６０は、ボディ２１とパイプ２３との間に挟み込まれている。パイプ２３は、スペーサ２２と反対側の端部にノズルボディ２４を保持している。すなわち、ノズルボディ２４はパイプ２３の端部に固定されている。

これらスペーサ２２、ダイアフラム６０、パイプ２３およびノズルボディ２４は、リテーニングナット２６によってボディ２１に固定されている。これにより、ボディ２１、スペーサ２２、パイプ２３およびノズルボディ２４は、一体のハウジング２０を構成している。

図３に示すように、スペーサ２２は、その中心部を軸方向に貫く孔部２２１を有している。孔部２２１は、ボディ２１の収容孔部２１１に接続している。また、スペーサ２２は、噴射流体が流れる２つの流体孔部２２２、２２３を孔部２２１の径方向外側に有している。

一方の流体孔部２２２は、スペーサ２２を軸方向に貫いており、ボディ２１の噴射流体孔部２１２の他端部（燃料供給部２５と反対側の端部）に接続している。他方の流体孔部２２３は、スペーサ２２を軸方向に貫いており、ボディ２１の噴射流体孔部２１３の他端部（圧力調整部７０と反対側の端部）に接続している。

パイプ２３は、その中心部を軸方向に貫く小径孔部２３１および大径孔部２３２を有している。小径孔部２３１および大径孔部２３２は同軸上に設けられている。小径孔部２３１は、大径孔部２３２のスペーサ２２側の端部に接続している。

また、パイプ２３は、噴射流体が流れる２つの流体孔部２３３、２３４を小径孔部２３１の径方向外側に有している。一方の流体孔部２３３は、一端部がスペーサ２２の流体孔部２２２に接続し、他端部が大径孔部２３２に接続している。他方の流体孔部２３４は、一端部がスペーサ２２の流体孔部２２３に接続し、他端部が大径孔部２３２に接続している。

図２に示すようにノズルボディ２４は、その中心部を軸方向に貫くニードル孔２４１を有している。ニードル孔２４１の内径は、ニードル３０の外径よりもやや大きくなっている。

ニードル孔２４１の内壁とニードル３０の外壁との間には、噴射流体が流れる噴射流体通路２７が形成されている。噴射流体通路２７は、パイプ２３側の端部がパイプ２３の大径孔部２３２に接続している。ノズルボディ２４は、先端すなわちニードル孔２４１の開口側の端部に噴孔２８を有している。また、ノズルボディ２４は、噴孔２８の径方向外側にシート部２９を有している。

ニードル３０は、全体として円柱状に形成され、噴孔２８側の先端部にシール部３１を有している。ニードル３０のシール部３１がノズルボディ２４のシート部２９に接してシール部３１がシート部２９に着座すると、ノズルボディ２４先端の噴孔２８が閉塞される。一方、ニードル３０のシール部３１がノズルボディ２４のシート部２９から離れてシール部３１がシート部２９から離座すると、ノズルボディ２４先端の噴孔２８が開放される。

図３に示すように、ニードル３０は、シール部３１と反対側の端部に小径部３２を有している。小径部３２は、スペーサ２２の孔部２２１内に位置している。小径部３２にはキャップ３３が溶接等によって固定されている。キャップ３３は小径部３２に圧入されている。

図２に示すように、ニードル３０とパイプ２３の大径孔部２３２との間には噴射流体室３４が形成されている。噴射流体室３４は、ニードル３０の外壁と、大径孔部２３２の内壁と、ノズルボディ２４のパイプ２３側の端面２４２とに囲まれて形成されている。

噴射流体室３４は、スペーサ２２側の端部が２つの流体孔部２３３、２３４に接続している。噴射流体室３４は、流体孔部２３３、２３４と反対側の端部がノズルボディ２４内の噴射流体通路２７に接続している。

噴射流体室３４には弾性部材３５が収容されている。本例では、弾性部材３５として断面矩形状の角ばねを用いている。弾性部材３５の一端部はノズルボディ２４のパイプ２３側の端面２４２に接している。弾性部材３５の他端部はニードル３０に係止されている。

弾性部材３５は、ニードル３０に対して閉弁方向に弾性力を作用させている。すなわち弾性部材３５からニードル３０に作用する弾性力の方向は、ニードル３０のシール部３１がノズルボディ２４のシート部２９に着座する方向になっている。

駆動部４０は、例えばピエゾ素子などが積層された圧電素子４１を有している。圧電素子４１は、配線部４２および端子部４３を介して制御装置４４に接続されている。圧電素子４１は、制御装置４４からの通電の断続によって伸縮する。より具体的には、圧電素子４１は、制御装置４４から駆動電圧が印可されていないときに全長が最短になり、制御装置４４から駆動電圧が印可されたときに伸長する。

駆動部４０の端子部４３は、ボディ２１のうち噴孔２８と反対側の端部に設けられている。制御装置４４としては、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を用いることができる。ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶された各種処理を順に実行する。

駆動力伝達部５０は、第１ピストン５１および第２ピストン５２を有している。第１ピストン５１は、噴孔２８と反対側の端部が駆動部４０の圧電素子４１に接続している。これにより、第１ピストン５１は、圧電素子４１の伸縮にしたがって軸方向に往復移動する。

第２ピストン５２は、第１ピストン５１側の端部が第１ピストン５１と空隙５４を介して対向している。図３に示すように、第２ピストン５２は、第１ピストン５１と反対側の端部がキャップ３３を介してニードル３０に接している。

図２に示すように、第１ピストン５１および第２ピストン５２は、筒状のガイド部材５３に摺動可能に収容されている。ガイド部材５３は、例えば圧入などによりボディ２１の収容孔部２１１に固定されている。ガイド部材５３は、ボディ２１とともにハウジング２０を構成している。

第１ピストン５１と第２ピストン５２との間の空隙５４は、ガイド部材５３と第１ピストン５１と第２ピストン５２とに囲まれた空間であり、第２ピストン５２の変位量を第１ピストン５１の変位量に対して拡大する変位拡大室としての役割を果たす。

収容孔部２１１には作動流体が封止されている。作動流体は、噴射流体と種類の異なる流体であり、本例ではシリコンオイルなどの液体が用いられている。作動流体は、ボディ２１と圧電素子４１との間、およびガイド部材５３と第１、第２ピストン５１、５２との間を潤滑する。

また、作動流体は、ガイド部材５３と第１、第２ピストン５１、５２との摺動部分を経由して変位拡大室５４に流入する。これにより、圧電素子４１によって駆動された第１ピストン５１の駆動力は、変位拡大室５４に貯えられている作動流体を介して第２ピストン５２に伝達される。

第２ピストン５２の断面積は第１ピストン５１の断面積よりも小さい。そのため、第１ピストン５１の変位が変位拡大室５４の作動流体を介して第２ピストン５２へ伝わることにより、第２ピストン５２の変位量は第１ピストン５１の変位量よりも大きくなる。

すなわち、第２ピストン５２の移動量は圧電素子４１の伸長量に対して拡大される。したがって、第２ピストン５２によって押されるニードル３０の移動量も圧電素子４１の伸長量に対して拡大される。

図３に示すように、スペーサ２２の孔部２２１の内径は、キャップ３３の外径よりもわずかに大きい。そのため、孔部２２１とキャップ３３との間には、ボディ２１の収容孔部２１１から作動流体が流入する。

第２ピストン５２とガイド部材５３との間には、例えばコイルばねなどの弾性部材５５が設けられている。弾性部材５５は、第２ピストン５２に対して、ガイド部材５３から遠ざかる方向すなわちニードル３０側へ押し付ける方向に弾性力を作用させる。

図４に示すように、ダイアフラム６０はスペーサ２２とパイプ２３との間に挟み込まれている。ダイアフラム６０は、その中心部に孔部６１を有している。ニードル３０の小径部３２は孔部６１を貫いている。

ダイアフラム６０は、噴射流体が流れる２つの流体孔部６２、６３を孔部６１の径方向外側に有している。一方の流体孔部６２は、スペーサ２２の流体孔部２２２とパイプ２３の流体孔部２３３とを接続している。他方の流体孔部６３は、スペーサ２２の流体孔部２２３とパイプ２３の流体孔部２３４とを接続している。

図２および図５に示すように、圧力調整部７０はピストン部材７１を有している。ピストン部材７１は、ボディ２１に形成された収容室７２に軸方向に往復移動可能に収容されている。収容室７２は、その端部がプラグ７３によって密閉されている。

収容室７２にピストン部材７１を収容することにより、収容室７２内の空間は、プラグ７３と反対側の噴射流体室７４と、プラグ７３側の作動流体室７５とに仕切られることとなる。

噴射流体室７４は、ボディ２１に形成された噴射流体孔部７６を介して噴射流体孔部２１３に接続している。これにより、噴射流体室７４に噴射流体が導入される。作動流体室７５は、ボディ２１に形成された作動流体孔部７７を介して収容孔部２１１に接続している。これにより、作動流体室７５に作動流体が導入される。

図５に示すように、ピストン部材７１は、噴射流体室７４側の端部に噴射流体受圧面７８を有し、作動流体室７５側の端部に作動流体受圧面７９を有している。図５の例では、噴射流体受圧面７８と作動流体受圧面７９は互いに同一の面積に設定されている。

ピストン部材７１と収容室７２の内壁との間には、噴射流体室７４と作動流体室７５との間を密にシールするシール部材８１が設けられている。これにより、ピストン部材７１の移動を確保しつつ、噴射流体室７４と作動流体室７５との間の流体の流れが遮断されている。

噴射流体室７４には、例えばコイルばねなどの弾性部材８２が収容されている。また、作動流体室７５にも、例えばコイルばねなどの弾性部材８３が収容されている。この２つの弾性部材８２、８３は、噴射流体および作動流体の圧力が加わっていないときに、ピストン部材７１を初期位置である収容室７２の中間部に位置させる。

ダイアフラム６０は、ハウジング２０内に配置され、噴射流体が流れる噴射流体通路部と、作動流体が封入された作動流体封入部との間を仕切る仕切り部材としての役割を果たす。

ここで、噴射流体通路部は、燃料供給部２５と噴孔２８との間に設けられる通路であり、本例では、ボディ２１の噴射流体孔部２１２、スペーサ２２の流体孔部２２２、ダイアフラム６０の流体孔部６２、パイプ２３の流体孔部２３３および噴射流体室３４、ならびにノズルボディ２４の噴射流体通路２７で構成されている。

また、作動流体封入部は、変位拡大室５４に接続する空間であり、本例では、ボディ２１の収容孔部２１１、およびスペーサ２２の孔部２２１で構成されている。

ダイアフラム６０は、より具体的には、スペーサ２２とパイプ２３との間に挟み込まれることにより、スペーサ２２の孔部２２１とパイプ２３の小径孔部２３１との間を仕切っている。

図４に示すように、スペーサ２２とダイアフラム６０との間には、スペーサ２２の孔部２２１から作動流体が流入する作動流体室９１が形成されている。一方、パイプ２３とダイアフラム６０との間には、パイプ２３の小径孔部２３１から噴射流体が流入する噴射流体室９２が形成されている。

これにより、ダイアフラム６０は、噴射流体室９２の噴射流体と作動流体室９１の作動流体とから力を受ける。噴射流体室９２に面するダイアフラム６０の面積と作動流体室９１に面するダイアフラム６０の面積は、互いに同一に設定されている。

ニードル３０の小径部３２の外周側においてキャップ３３とダイアフラム６０との間には、伸縮可能なパッキン９３が設けられている。パッキン９３は、軸方向の一端部がキャップ３３の下端部すなわち噴孔２８側の端部に密着し、軸方向の他端部がダイアフラム６０の上面すなわちキャップ３３側の面に密着している。これにより、パイプ２３の小径孔部２３１の噴射流体とスペーサ２２の孔部２２１の作動流体との混合は防止される。

図２に示すように、ボディ２１内において噴射流体通路部の入口部、すなわち噴射流体孔部２１２の燃料供給部２５側部位には、噴射流体通路部における噴射燃料の動圧が過大になったときに噴射流体通路部から噴孔２８への噴射燃料の供給を遮断する遮断弁９５が設けられている。

本例では、遮断弁９５としてボール弁を用いている。具体的には、遮断弁９５は、噴射流体の動圧の作用によって変位する球状の弁体９６と、噴射流体の動圧の作用方向に変位した弁体９６が着座する弁座９７と、弁体９６に対して弁座９７から離れる方向に弾性力を作用させる弾性部材９８とで構成されている。

弁座９７は、ボディ２１に形成されており、弁体９６よりも噴射流体の動圧の作用方向側、すなわち燃料供給部２５と反対側に配置されている。弾性部材９８は、例えばコイルばね等が用いられる。なお、遮断弁９５としてニードル弁等を用いてもよい。

次に、上記構成におけるインジェクタ１０の作動について簡単に説明する。駆動部４０に通電していないとき、駆動部４０の圧電素子４１の全長は最短となる。そのため、第１ピストン５１は圧電素子４１から力を受けない。

これにより、変位拡大室５４を挟んで第１ピストン５１と対向する第２ピストン５２、および第２ピストン５２と接するニードル３０は、駆動部４０の圧電素子４１から力を受けない。その結果、ニードル３０は、弾性部材３５の弾性力によって第２ピストン５２側に押し上げられており、シール部３１がシート部２９に着座している。したがって、駆動部４０に通電していないときは、噴孔２８から噴射流体は噴射されない。

駆動部４０に通電すると、駆動部４０の圧電素子４１は全長が拡大する。そのため、圧電素子４１は、第１ピストン５１を変位拡大室５４側へ駆動する。第１ピストン５１が変位拡大室５４側へ変位することにより、第１ピストン５１の駆動力が変位拡大室５４の作動流体を介して第２ピストン５２に伝達される。

このとき、変位拡大室５４に面する第１ピストン５１の断面積に比較して第２ピストン５２の断面積は小さいため、第２ピストン５２の変位量は第１ピストン５１の変位量に対して拡大される。第２ピストン５２が変位すると、ニードル３０の端部に設けられているキャップ３３は第２ピストン５２によってノズルボディ２４側に押し付けられる。

これにより、キャップ３３と一体のニードル３０は、弾性部材３５の弾性力に抗してノズルボディ２４側すなわち図２の下方側に変位する。このとき、ニードル３０と一体のキャップ３３の変位によって、キャップ３３とダイアフラム６０との間に挟み込まれているパッキン９３は圧縮される。

ニードル３０がノズルボディ２４側に変位することにより、ニードル３０のシール部３１はノズルボディ２４のシート部２９から離座する。したがって、駆動部４０に通電すると噴孔２８から噴射流体が噴射される。

再び駆動部４０への通電を停止すると、圧電素子４１の全長は減少する。そのため、第１ピストン５１を変位拡大室５４側へ押し付ける力が消滅し、第１ピストン５１は変位拡大室５４の作動流体から圧電素子４１側へ力を受ける。

これにより、第１ピストン５１は、圧電素子４１の短縮とともに圧電素子４１側へ移動する。第１ピストン５１が圧電素子４１側へ移動することにより変位拡大室５４の作動流体の圧力も低下するため、第２ピストン５２およびニードル３０を押し付ける力も低下する。

そのため、ニードル３０および第２ピストン５２は、弾性部材３５の弾性力により再びボディ２１側すなわち図２の上方側に変位する。その結果、ニードル３０のシール部３１はノズルボディ２４のシート部２９に再び着座する。したがって、駆動部４０への通電を停止することにより、噴孔２８からの噴射流体の噴射が終了する。

以上のように、駆動部４０への通電を断続することにより、噴孔２８からの噴射流体の噴射も断続される。なお、噴孔２８からの噴射流体の噴射が断続される通常作動時においては、噴射流体通路部（噴射流体孔部２１２等）における噴射燃料の流速および動圧が過大にならないので、遮断弁９５は開弁している。

次に、圧力調整部７０の作動、およびこれによるダイアフラム６０の変形の低減について説明する。圧力調整部７０のピストン部材７１は、上述のように噴射流体通路部に接続する噴射流体室７４と作動流体封入部に接続する作動流体室７５との間に設けられている。ピストン部材７１は、収容室７２を形成するボディ２１の内側を軸方向に移動可能である。

そのため、噴射流体室７４における噴射流体の圧力または作動流体室７５における作動流体の圧力が変化すると、ピストン部材７１は収容室７２の内部を移動する。ピストン部材７１が移動することにより、噴射流体室７４の噴射流体の圧力と作動流体室７５の作動流体の圧力は均衡が図られる。例えば燃料である噴射流体の欠乏などにより噴射流体の圧力が低下すると、ピストン部材７１には噴射流体室７４側へ移動する力が加わる。

ピストン部材７１は、噴射流体室７４に面する噴射流体受圧面７８と作動流体室７５に面する作動流体受圧面７９とが互いに同一の面積を有している。そのため、噴射流体室７４における噴射流体の圧力が低下すると、ピストン部材７１が噴射流体室７４の噴射流体から受ける力よりも作動流体室７５の作動流体から受ける力が大きくなる。これにより、ピストン部材７１が噴射流体室７４側へ移動し、噴射流体室７４の容積は減少する。

噴射流体室７４の容積が減少することにより、密閉された作動流体封入部に封入されている作動流体の圧力は低下する。その結果、噴射流体室７４に接続する噴射流体通路部における噴射流体の圧力と、作動流体室７５に接続する作動流体封入部における作動流体の圧力とが同一に維持される。

このように圧力調整部７０のピストン部材７１の移動によって噴射流体の圧力と作動流体の圧力との均衡が図られる。そのため、噴射流体室９２を形成するパイプ２３と作動流体室９１を形成するスペーサ２２との間に挟まれるダイアフラム６０では、噴射流体室９２に存在する噴射流体から受ける力と作動流体室９１に存在する作動流体から受ける力とが均衡する。これにより、噴射流体と作動流体との圧力差によるダイアフラム６０の変形、具体的にはスペーサ２２側またはパイプ２３側への変形が低減される。

また、噴射流体または作動流体に生じる圧力の変化は、圧力調整部７０のピストン部材７１の移動によって低減される。そのため、例えば圧力脈動などによって噴射流体に圧力の変化が生じても、その変化はピストン部材７１の移動によって吸収される。その結果、噴射流体の圧力変化にともなうダイアフラム６０の振動は低減される。

このように、ダイアフラム６０の変形および振動を低減することにより、ダイアフラム６０の強度および耐久性を確保するためにダイアフラム６０の板厚を増加させる必要がない。換言すれば、ダイアフラム６０を薄くしても強度および耐久性を確保することができる。

そのため、ニードル３０およびダイアフラム６０を駆動するために駆動部４０に要求される駆動力は低減される。その結果、駆動部４０の大型化および消費電力の増大が抑制される。

本例では、圧力調整部７０の噴射流体受圧面７８と作動流体受圧面７９とを互いに同一の面積としているため、圧力調整部７０は噴射流体と作動流体とを同一の圧力に調整する。そのため、ニードル３０が噴射流体側から受ける力と作動流体側から受ける力とが均衡する。

これにより、ニードル３０を駆動するための駆動部４０の駆動力、および弾性部材３５の弾性力がいずれも小さく設定される。したがって、駆動部４０および弾性部材３５の大型化を低減することができ、駆動時の応答性を高めることができる。

また、スペーサ２２とパイプ２３との間にダイアフラム６０を挟み込むことにより、例えば水素などの気体の噴射流体とシリコンオイルなどの液体の作動流体との混合が防止される。これにより、作動流体に噴射流体の気泡が含まれることが防止される。したがって、気泡による作動流体の流動不良、および作動流体の流動不良にともなう駆動部および駆動力伝達部の動作不良を防止することができる。

次に、上記構成におけるインジェクタ１０の故障時の作動について説明する。万が一、弾性部材３５が破損した場合には、ニードル３０を弾性部材３５の弾性力によって第２ピストン５２側に押し上げてシール部３１をシート部２９に着座させることができなくなる。換言すれば、噴孔２８を閉塞することができなくなって噴孔２８が開きっ放しになってしまう。

このため、噴孔２８から噴射流体が噴射されっ放しになってしまうのであるが、噴孔２８から噴射流体が噴射されっ放しになると噴射流体通路部（噴射流体孔部２１２等）における噴射燃料の流速および動圧が過大になるので、噴射燃料の過大な動圧によって遮断弁９５が速やかに閉弁される。

具体的には、遮断弁９５の弁体９６が噴射流体の過大な動圧を受けることで弾性部材９８の弾性力に抗して弁座９７に速やかに着座する。その結果、噴射流体通路部から噴孔２８への噴射燃料の供給が速やかに遮断され、噴孔２８からの噴射流体の噴射が速やかに停止される。したがって、インジェクタ１０の故障時に噴射流体が噴射されっ放しになることを防止できる。

本例では、遮断弁９５としてボール弁を用いているので、噴射流体の動圧を利用して噴孔２８への噴射燃料の供給を遮断することができる。このため、遮断弁９５の構成を簡素化できる。

図６は、本実施形態における圧電素子４１に対する印可電圧（以下、圧電素子駆動電圧と言う。）の時間変化を示すグラフであり、実線が故障時すなわち遮断弁９５の閉弁時を示し、２点鎖線が正常時すなわち遮断弁９５の開弁時を示している。

図６中、圧電素子駆動電圧の電圧値Ｖ１は、ニードル３０が噴孔２８を閉塞している時における圧電素子４１に対する印可電圧の値である。以下、この電圧値Ｖ１を閉弁電圧値と言う。

上記構成においては、圧電素子４１が伸長する際に作動流体の圧力負荷が作用する。換言すれば、駆動部４０に駆動電圧が印可されると、圧電素子４１は作動流体の圧力に抗して全長を拡大する。

したがって、駆動部４０に駆動電圧を印可し始めてから駆動電圧が所定電圧値Ｖ１まで上昇するまでにある程度の時間を要することとなる。駆動部４０に駆動電圧を印可し始めてから駆動電圧が所定電圧値Ｖ１まで上昇するまでに要する時間を以下、駆動電圧上昇時間と言う。

図６のΔＴ１は正常時における駆動電圧上昇時間を示している。駆動電圧上昇時間ΔＴ１は、圧電素子４１に作用する作動流体の圧力負荷が大きいほど長くなり、圧電素子４１に作用する作動流体の圧力負荷が大きいほど短くなる。

一方、図６のΔＴ２は故障時における駆動電圧上昇時間を示している。故障時における駆動電圧上昇時間ΔＴ２は正常時における駆動電圧上昇時間ΔＴ１と比較して大幅に短くなる。これは以下の理由による。

故障時においては、遮断弁９５が閉弁されることによって噴射流体室７４における噴射流体の圧力は著しく低下する。すると、圧力調整部７０の作動によって作動流体室７５の作動流体の圧力も著しく低下する。その結果、故障時には、圧電素子４１に作用する作動流体の圧力負荷が著しく小さくなるので、駆動電圧上昇時間が正常時と比較して大幅に短くなるのである。

したがって、制御装置４４が圧電素子駆動電圧をモニター（監視）することによって、遮断弁９５が閉弁状態にあることを検出することができる。例えば、制御装置４４は、駆動電圧上昇時間が予め設定された所定時間よりも短いときに遮断弁９５が閉弁状態にあると判定することができる。

このように、本実施形態では、制御装置４４は、遮断弁９５が閉弁状態にあることを検出する検出手段としての役割を果たす。このため、インジェクタ１０の故障を速やかに検出することができるので、ランプやブザーの作動等により運転者にインジェクタ１０の故障を知らせることが可能になるとともに、インジェクタ１０の故障時に必要最低限のエンジンの運転（リンプホーム運転）を行うことが可能になる。

（他の実施形態）
なお、上記一実施形態では、遮断弁９５をボディ２１の内部に設けた構成になっているが、これに限定されることなく、遮断弁９５をボディ２１の外部に設けてもよい。

また、上記一実施形態では、圧電素子駆動電圧をモニターすることによって遮断弁９５の作動を検出しているが、これに限定されることなく、例えば遮断弁９５の弁体９６の位置を検出することによって遮断弁９５の作動を検出してもよい。

また、上記一実施形態では、ハウジング２０をボディ２１、スペーサ２２、パイプ２３およびノズルボディ２４に分割し、スペーサ２２とパイプ２３との間にダイアフラム６０を挟み込む構成になっているが、これに限定されることなく、ハウジング２０の分割形態およびダイアフラム６０の位置等を任意に設定可能である。

また、上記一実施形態では、ニードル３０を圧電素子４１によって駆動しているが、これに限定されることなく、例えばコイルなどによって電磁的にニードル３０を駆動してもよい。また、上記従来技術のように作動流体の圧力によってニードル３０を駆動してもよい。

また、上記一実施形態では、弾性部材３５の弾性力によってニードル３０を閉弁方向に変位させているが、必ずしも弾性部材３５を用いる必要はなく、例えばコイルなどによって電磁的にニードル３０を閉弁方向に変位させてもよい。

また、上記一実施形態では、圧力調整部７０のピストン部材７１をボディ２１の収容室７２に一体的に収容する構成になっているが、これに限定されることなく、圧力調整部７０をボディ２１と別体すなわちボディ２１の外部に設けてもよい。

また、上記一実施形態では、噴射流体が気体であり、作動流体が液体であるが、噴射流体および作動流体は互いに異なる種類の流体であればよく、例えば噴射流体および作動流体が液体同士でもよい。

また、上記一実施形態では、本発明のインジェクタを車両の内燃機関用燃料噴射システムに適用した例を示したが、これに限定されることなく、本発明は流体を噴射する種々のインジェクタに適用可能である。

２０ ハウジング
２８ 噴孔
３０ ニードル
３４ 噴射流体室（噴射流体通路部）
４０ 駆動部
４１ 圧電素子
４４ 制御装置（検出手段）
５０ 駆動力伝達部
５４ 変位拡大室
６０ ダイアフラム（仕切部材）
７０ 圧力調整部
９５ 遮断弁
２１１ 収容孔部（作動流体封入部）
２１２ 噴射流体孔部（噴射流体通路部）

Claims (4)

1. 噴射流体が流れる噴射流体通路部（２７、３４、６２、２１２、２２２、２３３）、および前記噴射流体通路部を流れた前記噴射流体を噴射する噴孔（２８）が形成されたハウジング（２０）と、
   前記噴孔（２８）を開閉するニードル（３０）と、
   前記ニードル（３０）を駆動する駆動部（４０）と、
   前記噴射流体通路部における前記噴射流体の動圧が過大になったときに前記噴射流体通路部から前記噴孔（２８）への前記噴射流体の供給を遮断する遮断弁（９５）とを備えることを特徴とするインジェクタ。
2. 前記遮断弁（９５）は、
   前記動圧の作用により変位する球状の弁体（９６）と、
   前記動圧の作用方向に変位した前記弁体（９６）が着座する弁座（９７）と、
   前記弁体（９６）に対して前記弁座（９７）から離れる方向に弾性力を作用させる弾性部材（９８）とを有していることを特徴とする請求項１に記載のインジェクタ。
3. 前記遮断弁（９５）が閉弁状態にあることを検出する検出手段（４４）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のインジェクタ。
4. 前記駆動部（４０）からの駆動力を前記ニードル（３０）に伝達する駆動力伝達部（５０）と、
   前記ハウジング（２０）に形成され、前記噴射流体と異なる流体である作動流体が封入された作動流体封入部（２１１、２２１）と、
   前記ハウジング（２０）内に配置され、前記噴射流体通路部と前記作動流体封入部との間を仕切る仕切部材（６０）と、
   前記噴射流体通路部および前記作動流体封入部に接続され、前記噴射流体通路部における前記噴射流体の圧力と前記作動流体封入部における前記作動流体の圧力とを均衡させる圧力調整部（７０）とを備え、
   前記駆動部（４０）は、駆動電圧が印可されることにより伸長する圧電素子（４１）を有し、
   前記駆動力伝達部（５０）は、前記圧電素子（４１）の伸長による駆動力を、前記作動流体封入部から供給される前記作動流体を介して前記ニードル（３０）に伝達するとともに、前記ニードル（３０）の変位量を前記圧電素子（４１）の伸長量に対して拡大させる変位拡大室（５４）を有し、
   前記検出手段（４４）は、前記圧電素子（４１）の駆動電圧を監視することによって前記遮断弁（９５）が閉弁状態にあることを検出することを特徴とする請求項３に記載のインジェクタ。

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