JP2017015069A - インジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】噴孔開弁に伴うニードルの揺動を緩和することができるインジェクタを提供する。【解決手段】包囲部材３０は、蓋部３０ａを貫通する貫通孔５０を有している。蓋部３０ａは、壁部３２の当接を受けることで流出路７の開口７ｂを包囲部材３０の外側の空間に対して閉じる閉鎖部５６、５８を有している。閉鎖部５９は、貫通孔５０の開口を包囲するように設けられ、貫通孔５０は、壁部３２に当接しているときにも流出路７に連通している。また、バネ３１は、背圧室の外側で包囲部材３０を付勢する。包囲部材３０自身により外部の空間と背圧室との間を開閉させることで、高圧の燃料の消費を抑制しつつ、ニードルによる噴孔の開閉を可能にすることができる。このような包囲部材３０の動作は、バネ３１を背圧室６の外部に配置しても実現可能である。従って、バネ３１を背圧室６の外側に配置することで背圧室６の容積を低減することができ、揺動を抑制できる。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料を噴射するインジェクタに関する。

従来から、以下に説明するニードル、ボディ、背圧室、流入路、流出路、および、駆動部を備えるインジェクタが周知となっている。
ニードルは、燃料の噴射する噴孔を開閉する弁体である。
ボディは、筒状に設けられて内周にニードルを収容するとともに、噴孔を有する。
背圧室は、ニードルに対し、噴孔を閉じる方向に燃料の背圧を及ぼすために設けられる。
流入路は、背圧室に燃料を流入させるために設けられ、流入路から背圧室にはサプライポンプで高圧化された燃料が常時流入可能になっている。
流出路は、背圧室から燃料を流出させるために設けられる。
駆動部は、制御部から与えられる制御信号に基づき流出路を開閉することで、背圧を低減または増加させてニードルによる噴孔の開閉を操作する。

しかし、このインジェクタによれば、流出路の開放時に流入路と流出路との連通が維持されて高圧の燃料が消費され続けるので、サプライポンプの負荷が大きくなってしまう。また、流出路を閉鎖するときに、大きな力が必要となり、駆動部の体格を大きくする必要がある。

そこで、インジェクタに関し、背圧室内にフローティング状態の可動プレートを配する構成が周知となっている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１の構成においては、流出路が開放されるときに可動プレートが差圧によって駆動され、流入路の開口を閉鎖する。
このため、流出路の開放時に流入路と流出路の連通は遮断されて高圧の燃料が消費されなくなるのでサプライポンプの負荷を小さくすることができる。また、流出路を閉鎖するときも大きな力が不要となり、駆動部の体格を小さくすることができる。

ところで、特許文献１の構成によると、可動プレートは、フローティング状態で駆動されるため燃料の流れや重力の影響を受けやすく動作中の姿勢が安定しない問題があった。
そこで、対策として、可動プレートをバネで付勢する構成が公知となっている（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献２の構成によれば、背圧室にバネを配置して可動プレートを付勢することで可動プレートの動作を安定させている。

しかし、特許文献２の構成によると、バネの設置部分だけ背圧室の容積を余分に確保しなければならず、容積が大きくなってしまい以下の問題が生じてしまう。
すなわち、インジェクタにおいては、閉弁時にニードルのシート部より先端側は高圧燃料に晒されていない。そして、開弁時にシート部より先端側が急激に高圧燃料に晒されることでニードルは軸方向に力を受ける。
そして、この受ける力によって弁体が揺動し、燃料噴射制御に悪影響を及ぼす問題が従来から知られている。
なお、この揺動の大きさは背圧室の容積に比例することが知られている。

特開２０１４−９８３２３号公報 特開２０１１−１２６７０号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、噴孔開弁に伴うニードルの揺動を緩和することができるインジェクタを提供することにある。

本願の第１発明によれば、インジェクタは、以下に説明するニードル、ボディ、背圧室、流出路、駆動部、包囲部材、バネ、および、壁部を備える。
ニードルは、燃料の噴射する噴孔を開閉する弁体である。
ボディは、筒状に設けられて内周にニードルを収容するとともに、噴孔を有する。
背圧室は、ニードルに対し、噴孔を閉じる方向に燃料の背圧を及ぼすために設けられる。
流出路は、背圧室から燃料を流出させる。
駆動部は、制御部から与えられる制御信号に基づき流出路を開閉することで、背圧を低減または増加させてニードルによる噴孔の開閉を操作する。

包囲部材は、ニードルの後端を後方から覆う蓋部、および、ニードルの外周面に摺接してニードルを摺接自在に支持する筒部を有し、蓋部および筒部によりニードルの後端を包囲することで、ニードルの後端側に背圧室を形成する。
バネは、包囲部材を後端側に付勢する。
壁部は、蓋部の後端側に設けられ、蓋部の当接を受けることで包囲部材の後端側への移動を規制するとともに、流出路の開口を有する。

ここで、包囲部材は、蓋部を貫通する少なくとも１つの貫通孔を有している。
そして、蓋部は、壁部に当接しているとき、流出路の開口を包囲部材の外側の空間に対して閉じる閉鎖部を有している。
そして、閉鎖部は、貫通孔の開口を包囲するように設けられ、貫通孔は、壁部に当接しているときにも流出路に連通している。
また、バネは、背圧室の外側で包囲部材を付勢する。

これにより、包囲部材の外側の空間に高圧の燃料を満たしておくことで、ニードルによる噴孔の開閉が可能になる。
すなわち、駆動部による流出路の開放に伴い、背圧室から流出路に向かう燃料の流れが発生すると、包囲部材は、燃料の流れの差圧、および、バネの付勢力によって後端側に強く付勢され、流出路の開口は、閉鎖部により強固に閉じられる。このため、包囲部材の外側を流出路及び背圧室に対して遮断しながら、流出路と背圧室との連通を維持することができる。この結果、高圧の燃料の消費を抑制しつつ、背圧を低減してニードルをボディから離座させ、噴孔を開くことができる。

また、駆動部による流出路の閉鎖に伴い、背圧室から流出路に向かう燃料の流れが停止すると、包囲部材は、自身の外側の燃料圧により付勢されて、一時的にバネを圧縮して先端側に移動する。このため、背圧室が包囲部材の外側に対して一時的に開かれ、高圧の燃料が背圧室に流入する。この結果、背圧が増加するので、ニードルをボディに着座させ、噴孔を閉じることができる。

以上のように、本願発明のインジェクタによれば、包囲部材自身により外部の空間と背圧室との間を開閉させることで、高圧の燃料の消費を抑制しつつ、背圧の操作、ひいてはニードルによる噴孔の開閉を可能にすることができる。また、このような包囲部材の動作は、バネを背圧室の外部に配置しても実現可能である。
従って、バネを背圧室の外側に配置することで背圧室の容積を低減することができるので、噴孔開弁に伴うニードルの揺動を緩和することができる。

本願の第２発明によれば、インジェクタは、以下に説明するニードル、ボディ、背圧室、流出路、駆動部、包囲部材、バネ、および、壁部を備える。
ニードルは、燃料の噴射する噴孔を開閉する弁体である。
ボディは、筒状に設けられて内周にニードルを収容するとともに、噴孔を有する。
背圧室は、ニードルに対し、噴孔を閉じる方向に燃料の背圧を及ぼすために設けられる。
流出路は、背圧室から燃料を流出させる。
駆動部は、制御部から与えられる制御信号に基づき背圧を低減または増加させてニードルによる噴孔の開閉を操作する。ここで、駆動部は、流出路を２つの接続先の間で切り替える３方切替弁を有し、背圧を低減させるときに流出路を一方の接続先に接続させ、背圧を増加させるときに流出路を他方の接続先に接続させる。

包囲部材は、ニードルの後端を後方から覆う蓋部、および、ニードルの外周面に摺接してニードルを摺接自在に支持する筒部を有し、蓋部および筒部によりニードルの後端を包囲することで、ニードルの後端側に背圧室を形成する。
バネは、包囲部材を後端側に付勢する。
壁部は、蓋部の後端側に設けられ、蓋部の当接を受けることで包囲部材の後端側への移動を規制するとともに、流出路の開口を有する。

ここで、包囲部材は、蓋部を貫通する少なくとも１つの貫通孔を有している。
そして、蓋部は、壁部に当接しているとき、流出路の開口を包囲部材の外側の空間に対して閉じる閉鎖部を有している。
そして、閉鎖部は、貫通孔の開口を包囲するように設けられ、貫通孔は、壁部に当接しているときにも流出路に連通している。
また、バネは、背圧室の外側で包囲部材を付勢する。

これにより、包囲部材の外側の空間に高圧の燃料を満たすとともに、流出路の接続先を低圧路と高圧路との間で切り替えることでニードルによる噴孔の開閉が可能になる。
すなわち、駆動部による流出路と低圧路との接続に伴い、背圧室から流出路に向かう燃料の流れが発生すると、包囲部材は、燃料の流れの差圧、および、バネの付勢力によって後端側に強く付勢され、流出路の開口は、閉鎖部により強固に閉じられる。このため、包囲部材の外側を流出路及び背圧室に対して遮断しながら、流出路と背圧室との連通を維持することができる。この結果、第１発明と同様に高圧の燃料の消費を抑制しつつ、背圧を低減してニードルをボディから離座させ、噴孔を開くことができる。

また、駆動部によって流出路の接続先を高圧路に切り替えることにより、包囲部材は、高圧路から流出路に導入される燃料圧、および、自身の外側の燃料圧に付勢されて、一時的にバネを圧縮して先端側に移動する。このため、背圧室が包囲部材の外側に対して一時的に開かれ、高圧の燃料が背圧室に流入する。この結果、背圧が増加するので、ニードルをボディに着座させ、噴孔を閉じることができる。
このとき、包囲部材は、高圧路から流出路に導入される燃料圧、および、自身の外側の燃料圧によって付勢されるため、第１発明より早く先端側に移動することができる。このため、第１発明よりも、背圧室への燃料の流入開始時期を早める事ができ、噴孔を早く閉じることができる。

インジェクタの全体を示す断面図である（実施例１）。 インジェクタの要部断面図である（実施例１）。 包囲部材の断面図である（実施例１）。 包囲部材の動作説明図である（実施例１）。 インジェクタの全体を示す断面図である（実施例２）。 （ａ）３方切替弁における高圧路と流出路の連通状態、および、（ｂ）低圧路と流出路の連通状態を表す断面図である（実施例２）。 インジェクタの要部断面図である（変形例）。 インジェクタの要部断面図である（変形例）。

以下、発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明する。なお、実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

[実施例１]
実施例１のインジェクタ１の構成を、図１を用いて説明する。
インジェクタ１は、サプライポンプ（図示しない。）、コモンレール（図示しない。）、ＥＣＵ２とともに燃料供給装置を構成する１要素となっている。サプライポンプは、燃料を高圧化させるものであり、コモンレールは、サプライポンプによって高圧化された燃料を一時的に蓄えるものである。
そして、コモンレールから高圧の燃料がインジェクタ１に分配供給されている。
ＥＣＵ２は、内燃機関の負荷や、内燃機関の回転速度等に基づき噴射量を算出し、インジェクタ１に供給されるコモンレールのレール圧に応じて、噴射開始時期、および、噴射量に相当する噴射期間を算出する。

インジェクタ１は、内燃機関（図示しない。）に搭載され、例えば、２５０ＭＰａを超える高圧の燃料を気筒内に直接噴射するために用いられる。
インジェクタ１は、以下に説明するニードル４、ボディ５、背圧室６、流出路７、および、駆動部８を備える。以下の説明では、軸方向先端側、軸方向後端側を単に先端側、後端側と呼ぶ。
ニードル４は、円柱状であり、燃料の噴射する噴孔９を開閉する弁体である。ニードル４は、先端部に噴孔９の開閉を行うシート部１０が設けられる。

ボディ５は、円筒状であり、内周にニードル４を摺動自在に収容する。ボディ５の先端部には、噴孔９が形成されている。また、ボディ５の内壁にはシート部１０の離着座するシート面１１が形成されている。そして、シート部１０がシート面１１から離座することで噴孔９が開かれ燃料が噴射され、シート面１０にシート部１１が着座することで噴孔９が閉じられ燃料噴射が停止する。

背圧室６は、ニードル４の後端面によって区画され、ニードル４に対し、噴孔９を閉じる方向に燃料の背圧を及ぼすために設けられる。
流出路７は、背圧室６から燃料を流出させる。
なお、背圧室６、および、流出路７の詳細は後述する。

駆動部８は、ＥＣＵ２から与えられる制御信号に基づき流出路７を開閉する。
そして、駆動部８は、流出路７の開閉によって背圧を低減または増加させてニードル４による噴孔９の開閉を操作する。

ここで、駆動部８は保持体１２に収容されている。そして、保持体１２とボディ５とは金属製のプレート１３を挟んで、リテーリングナット１５によって締結されている。また、保持体１２、プレート１３、ボディ５にはそれぞれコモンレールから供給される高圧燃料を噴孔９へと導く高圧路１７、１８、１９が形成されている。
さらに、プレート１３には流出路７が形成されており、流出路７はプレート１３を軸方向に貫通している。そして、流出路７は、プレート１３の後端側の面に開口７ａ、先端側の面に開口７ｂを開いている。

ここで、駆動部８は、例えば、電磁ソレノイドであり、コイル２０、アーマチャ２１、および、リターンスプリング２３を備えている。また、アーマチャ２１と一体に移動する摺動軸部２４の先端に弁体２５を収容している。
そして、駆動部８は、コイル２０への通電によりアーマチャ２１を後端側に吸引することで、弁体２５を後端側に移動させる。
そして、開口７ａを開放し、流出路７と低圧路２６とを連通させる。

一方、駆動部８は、コイル２０への通電の停止によりアーマチャ２１を先端側にリターンスプリング２３によって移動させる。
そして、弁体２５を先端側に移動させて開口７ａを閉鎖する。
なお、実施例１においては、駆動部８として電磁ソレノイドを用いているが、軸方向に伸長するピエゾ素子を用いたピエゾアクチュエータを用いてもよい。

[実施例１の特徴]
実施例１の特徴を、図２、図３を用いて説明する。
インジェクタ１は、以下に説明する包囲部材３０、バネ３１、および、壁部３２を備える。
包囲部材３０は、プレート１３の先端側に配されている。そして、包囲部材３０は、蓋部３０ａ、および、筒部３０ｂを有し、蓋部３０ａと筒部３０ｂとは一体に形成されている。
蓋部３０ａは、ニードル４の後端を後端側から覆っている。そして、筒部３０ｂは、ニードル４の外周面に摺接することで、ニードル４に摺接している。
そして、蓋部３０ａおよび筒部３０ｂによりニードル４の後端を包囲するように包囲部材３０をニードル４の後端に嵌め込むことで、背圧室６が形成される。

ここで、包囲部材３０の内周後端面の外周部にはリセス加工部３５が設けられている。リセス加工部３５は、外周側かつ後端側に窪む溝となっている。
これにより、研磨加工用の装置を背圧室６の後端側の奥まで嵌め込むことができる。このため、筒部３０ｂの内周面の研磨加工を後端側の奥まで行うことができ、ニードル４との摺接特性を向上させることができる。

バネ３１は、背圧室６の外部に設けられ、包囲部材３０を、ストッパ３７を介して後端側に付勢している。
なお、ストッパ３７は、包囲部材３０の先端側に固定される環状部材であり、外周側に突き出す係合部３７ａがボディ５の内壁に係合することで先端側への移動が規制される。そして、ストッパ３７の移動が規制されることで、包囲部材３０の移動も規制される。

さらに、バネ３１は、バネ座３８を介してニードル４を先端側に付勢するようにもセットされており、ニードル４は、バネ３１の付勢力と背圧により先端側に移動して噴孔９を閉じる。
すなわち、バネ３１は、包囲部材３０を後端側に付勢するとともにニードル４を先端側に付勢するようにセットされている。

壁部３２は、プレート１３の先端側の部分であり、蓋部３０ａが当接することで包囲部材３０の後端側への移動を規制する。
また、壁部３２の先端面３２ａには、開口７ｂが開いている。
ここで、蓋部３０ａには、先端面３２ａに当接する平面部４５と、平面部４５の外周縁に配されるテーパ面部４６とが設けられている。ここで、テーパ面部４６は、先端面３２ａと平面部４５とが当接するときも先端面３２ａとの間に隙間４８が生じている。なお、テーパ面部４６は外周側ほど先端面３２ａとの軸方向の距離が大きくなっている。

また、平面部４５、および、先端面３２ａには、それぞれ耐摩耗処理が施されている。
ここで、耐摩耗処理とは、例えば、表面上にＤＬＣをコーティングしたり、硬質クロムメッキ処理を施したりすることである。

包囲部材３０の詳細について図３を用いて説明する。
蓋部３０ａには、中央部に軸方向貫通孔である流出入孔５０が形成される。そして、別の軸方向貫通孔である流入孔５１も形成される。流入孔５１は２つ設けられ、流出入孔５０を中心として径方向に等距離離れた位置に配されている。
なお、後において詳述するが、流出入孔５０は背圧室６内に燃料を流出入させる通路となっている。また、流入孔５１は、背圧室６内に燃料を流入させる通路となっている。
ここで、流出入孔５０、流入孔５１はすべて平面部４５に開口している。

また、壁部３２には開口７ｂを取り囲むように環状溝５３が形成されており、蓋部３０ａが壁部３２に当接したときに２つの流入孔５１の開口は環状溝５３内に臨んでいる。
なお、流出入孔５０、流入孔５１には、それぞれ絞り５０ａ、５１ａが設けられており、流出入孔５０では後端側の部分の通路断面積が小さくなって絞り５０ａをなし、流入孔５１では先端側の部分の通路断面積が小さくなって絞り５１ａをなしている。

また、蓋部３０ａが壁部３２に当接するとき、環状平面部５５と環状平面部５６とが当接する。ここで、環状平面部５５は、先端面３２ａの一部であり、開口７ｂと環状溝５３との間に環状に形成されている。また、環状平面部５６は、平面部４５の一部であり、流出入孔５０の開口を包囲するように形成されている。
ここで、流出入孔５０は、環状平面部５５と環状平面部５６とが当接しているときにも開口７ｂに臨んでおり、流出路７に連通している。

そして、蓋部３０ａが壁部３２に当接するとき、環状平面部５５と環状平面部５６とが当接し、さらに、環状平面部５７と環状平面部５８とが当接することで開口７ｂを包囲部材３０の外側の空間に対して閉じている。ここで、環状平面部５７は、壁部３２の環状溝５３を包囲するように形成されている。また、環状平面部５８は、流出入孔５０、および、２つの流入孔５１の平面部４５に形成される３つの開口を包囲するように円環状に形成されている。
すなわち、環状平面部５６、および、環状平面部５８は、蓋部３０ａが壁部３２に当接するときに開口７ｂを包囲部材３０の外側の空間に対して閉じる閉鎖部５９となっている。

また、壁部３２の環状平面部５７の外周には、テーパ面部４６を覆うように環状溝６０が形成されている。
ここで、隙間４８と環状溝６０とで形成される空間は、高圧路１８、１９の一部をなし、筒部３０ｂの外周側の空間も高圧路１９の一部をなし、それぞれ、包囲部材３０の外側の空間を形成している。そして、これらの空間は、それぞれ高圧の燃料で満たされている。

[実施例１の動作]
インジェクタ１の動作について図１〜図４を用いて説明する。
ＥＣＵ２から与えられる制御信号に基づきコイル２０に通電されることで弁体２５が流出路７を低圧路２６に対して開放する。
流出路７からの燃料の流出が始まることにより、流出路７の圧力が減少する。
包囲部材３０は、バネ３１によって、予め壁部３２に当接するように後端側に付勢されている。そして、包囲部材３０は、絞り５０ａによって生じる背圧室６と流出路７との差圧によってさらに後端側に付勢される。
以上により、包囲部材３０は、隙間４８と背圧室６、および、開口７ｂとの連通を遮断する（図４（ａ）参照。）。

背圧室６の燃料は、包囲部材３０の流出入孔５０を通過し（図４（ａ）矢印参照。）、流出路７を介して低圧路２６に流出する。これにより、背圧室６は圧力が減少する。このため、ニードル４の先端部の受ける力が背圧とバネ３１の付勢力を上回る。この結果、ニードル４は後端側に押し上げられ、変位を開始する。
そして、ニードル４のシート部１０がボディ５のシート面１１から離座することで、噴孔９を開く。
なお、離座前におけるニードル４の先端部の受ける力とは、ニードル４のシート部１０より外周側の部分が受ける力のことである。

ＥＣＵ２から与えられる制御信号に基づきコイル２０への通電が停止することで弁体２５が流出路７を閉鎖する。流出路７が閉鎖されることで、流出路７と低圧路２６との連通が遮断され、流出路７からの燃料の流出は停止する。これにより、背圧室６と流出路７との差圧が減少し、後端側への付勢力が減少する。このため、包囲部材３０は、テーパ面４６に作用する高圧の燃料によって先端側に押される。そして、包囲部材３０は、平面部４５を先端面３２ａから離間させるように先端側に変位する（図４（ｂ）参照。）。

包囲部材３０の先端側への変位によって、隙間４８と背圧室６とは、流出入孔５０、流入孔５１を介して連通し、背圧室６内への燃料の流入が始まる（図４（ｂ）矢印参照。）。
これにより、背圧室６内の圧力は上昇し、背圧とバネ３１の付勢力はニードル４の先端部の受ける力を上回る。このため、ニードル４は先端側に押し下げられシート面１１にシート部１０が着座することで噴孔９を閉じる。

ここで、隙間４８からの燃料は平面部４５と先端面３２ａの間に形成される空間を通過する。
なお、この形成される空間の流路断面積は、環状平面部５８の内周長に包囲部材３０の変位量を乗じた値となっている。
そして、この流路断面積の値が、絞り５１ａの通路断面積の総和より十分大きくなるように包囲部材３０の変位量を確保することが望ましい。
こうすることにより、絞り５１ａによって、背圧室６への燃料の流入量を調整できる構成とすることができる。

〔実施例１の効果〕
実施例１のインジェクタ１において、包囲部材３０は、ニードル４の後端を後方から覆う蓋部３０ａ、および、ニードル４の外周面に摺接してニードル４を摺接自在に支持する筒部３０ｂを有し、蓋部３０ａおよび筒部３０ｂによりニードル４の後端を包囲することで、ニードル４の後端側に背圧室６を形成する。バネ３１は、包囲部材３０を後端側に付勢する。壁部３２は、蓋部３０ａの後端側に設けられ、蓋部３０ａの当接を受けることで包囲部材３０の後端側への移動を規制するとともに、流出路７の開口７ｂを有する。

ここで、包囲部材３０は、蓋部３０ａを貫通する流出入孔５０、流入孔５１を有している。そして、蓋部３０ａは、壁部３２に当接しているとき、開口７ｂを包囲部材３０の外側の空間に対して閉じる閉鎖部５９を有している。そして、閉鎖部５９は、流出入孔５０、流入孔５１の平面部４５の開口を包囲するように設けられ、流出入孔５０は、壁部３２に当接しているときにも流出路７に連通している。
また、バネ３１は、背圧室６の外側で包囲部材３０を付勢する。

これにより、包囲部材３０の外側の隙間４８等に高圧の燃料を満たしておくことで、ニードル４による噴孔９の開閉が可能になる。
すなわち、駆動部８による流出路７の開放に伴い、背圧室６から流出路７に向かう燃料の流れが発生すると、包囲部材３０は、燃料の流れの差圧、および、バネ３１の付勢力によって後端側に強く付勢され、流出路７の開口７ｂは、閉鎖部５９により強固に閉じられる。このため、包囲部材３０の外側を流出路７および背圧室６に対して遮断しながら、流出路７と背圧室６との連通を維持することができる。この結果、高圧の燃料の消費を抑制しつつ、背圧を低減してニードル４のシート部１０をボディ５のシート面１１から離座させ、噴孔９を開くことができる。

また、駆動部８による流出路７の閉鎖に伴い、背圧室６から流出路７に向かう燃料の流れが停止すると、包囲部材３０は、自身の外側の燃料圧、特にテーパ面部４６に作用する燃料圧により付勢されて、一時的にバネ３１を圧縮して先端側に移動する。このため、背圧室６が包囲部材３０の外側に対して一時的に開かれ、高圧の燃料が背圧室６に流入する。この結果、背圧が増加するので、ニードル４のシート部１０をボディ５のシート面１１に着座させ、噴孔９を閉じる。

以上のように、実施例１のインジェクタ１によれば、包囲部材３０自身により外部の空間と背圧室６との間を開閉させることで、高圧の燃料の消費を抑制しつつ、背圧の操作、ひいてはニードル４による噴孔９の開閉を可能にすることができる。また、このような包囲部材３０の動作は、バネ３１を背圧室６の外部に配置しても実現可能である。
従って、バネ３１を背圧室６の外側に配置することで背圧室６の容積を低減することができるので、噴孔９開弁に伴うニードル４の揺動を緩和することができる。

また、実施例１のインジェクタ１において、バネ３１は、包囲部材３０を後端側に付勢するとともにニードル４を先端側に付勢するようにセットされており、ニードル４はバネ３１の付勢力と背圧により先端側に移動して噴孔９を閉じる。
これにより、バネ３１をニードル４および包囲部材３０の両方の付勢手段として利用でき、部品点数を削減できる。

また、実施例１のインジェクタ１において、平面部４５、および、先端面３２ａに耐摩耗処理が施されている。
これにより、環状平面部５５、５６、および、環状平面部５７、５８間で当接を繰り返しても摩耗が抑制されるため、長期にわたって安定的に使用することができる。

[実施例２]
実施例２の特徴を、実施例１と異なる部分を中心に図５、図６を用いて説明する。
なお、実施例２においては、実施例１と同一機能物には同一符号を付して表している。
実施例２における駆動部８は、ＥＣＵ２から与えられる制御信号に基づき背圧を低減または増加させてニードル４による噴孔９の開閉を操作する。ここで、駆動部８は、流出路７を２つの接続先の間で切り替える３方切替弁６１を有し、背圧を低減させるときに流出路７を低圧路２６に接続させ、背圧を増加させるときに流出路７を高圧路１８に接続させる。

より具体的には、駆動部８は、例えば、ピエゾアクチュエータであり、３方切替弁６１、ピエゾ素子積層体６２、ピエゾピストン６３、バルブピストン６４、シリンダ６５、リターンスプリング６６、弁軸部６７、および、弁体６８を備えている。
なお、弁体６８は、３方切替弁６１の一部を構成している。
また、実施例２においては、駆動部８としてピエゾアクチュエータを用いているが、電磁ソレノイドを用いてもよい。

３方切替弁６１は、弁体６８および弁体６８を収容する弁室６９を有する。
弁室６９は、流出路７と常時連通している。また、弁室６９は、後端側に低圧路２６の開口７０が開き、先端側に高圧路１８の開口７１が開いている。

ここで、弁体６８は、ピエゾ素子積層体６２に電圧が印加されないとき、弁室６９の後端面に弁部６８ａが当接し、開口７０を閉塞するとともに開口７１を開放する。これにより、流出路７と高圧路１８とは、弁室６９を介して連通する（図６（ａ）参照。）。
一方、弁体６８は、ピエゾ素子積層体６２に電圧が印加されるとき、ピエゾ素子積層体６２の伸長に伴い先端側に移動し弁部６８ｂが開口７１を閉塞するとともに、開口７０を開放する。これにより、流出路７と低圧路２６とは、弁室６９を介して連通する（図６（ｂ）参照。）。
なお、図６における矢印は燃料の流れを表している。

ピエゾ素子積層体６２は、電圧の印加により軸方向に伸長するピエゾ素子を複数軸方向に積層したものであり、ＥＣＵ２からの信号により電圧が印加されると軸方向に伸長する。
ピエゾピストン６３は、ピエゾ素子積層体６２の先端側に配され、ピエゾ素子積層体６２の伸縮に伴いピエゾ素子積層体６２に当接して軸方向に往復動する金属円柱体である。
バルブピストン６４は、ピエゾピストン６３の先端側に配され、ピエゾピストン６３の往復動に伴い軸方向に往復動する金属円柱体である。
シリンダ６５は、ピエゾピストン６３とバルブピストン６４とを、それぞれ後端側、先端側に摺動自在に保持する。ここで、ピエゾピストン６３とバルブピストン６４との間には、燃料の満たされた空間７２が形成されている。なお、シリンダ６５は保持体１２に固定されている。

ここで、ピエゾピストン６３の径はバルブピストン６４の径より大きくなっているため、ピエゾピストン６３の先端側への変位量に対して、バルブピストン６４の先端側への変位量が大きくなっている。すなわち、ピエゾ素子積層体６２の伸長量が空間７２を介して拡大され、バルブピストン６４に伝わる。

リターンスプリング６６は、ピエゾピストン６３とシリンダ６５との間に配され、ピエゾピストン６３を常時後端側に付勢する。
なお、リターンスプリング６６は、多数のスリット孔の設けられた金属円柱体である。
また、バルブピストン６４とシリンダ６５との間には、スプリング７３が配され、バルブピストン６４を常時先端側へと付勢している。

弁軸部６７は、バルブピストン６４の先端側に配され、バルブピストン６４の往復動に伴い、バルブピストン６４に当接して、軸方向に往復動する金属円柱体である。
そして、弁軸部６７の先端には、弁体６８が弁軸部６７と一体に形成されている。なお、弁体６８はスプリング７５によって常時後端側に付勢されている。
すなわち、バルブピストン６４は、スプリング７３によって先端側に付勢され、弁軸部６７はスプリング７５によって後端側に付勢されているため、バルブピストン６４と弁軸部６７は強固に当接している。

[実施例２の動作]
ＥＣＵ２から与えられる制御信号に基づきピエゾ素子積層体６２に電圧が印加される場合、弁体６８が流出路７を低圧路２６に対して開放する（図６（ｂ）参照。）。
この場合、実施例１と同様に背圧を低減してニードル４を操作することで、噴孔９を開くことができる。

ＥＣＵ２から与えられる制御信号に基づきピエゾ素子積層体６２への電圧印加が停止することで弁体６８は流出路７と高圧路１８とを連通させる（図６（ａ）参照。）。
このとき、包囲部材３０は、テーパ面４６に作用する高圧の燃料だけではなく、流出路７からの高圧の燃料によっても先端側に押され，先端側に変位する。
そして、実施例１と同様に、包囲部材３０の変位によって、背圧室６に燃料の流入が始まりニードル４は先端側に押し下げられ噴孔９を閉じる。

〔実施例２の効果〕
実施例２のインジェクタ１において、駆動部８は、ＥＣＵ２から与えられる制御信号に基づき背圧を低減または増加させてニードル４による噴孔９の開閉を操作する。ここで、駆動部８は、流出路７を２つの接続先の間で切り替える３方切替弁６１を有し、背圧を低減させるときに流出路７を低圧路２６に接続させ、背圧を増加させるときに流出路７を高圧路１８に接続させる。

これにより、包囲部材３０の外側の空間に高圧の燃料を満たすとともに、流出路７の接続先を低圧路２６と高圧路１８との間で切り替えることでニードル４による噴孔９の開閉が可能になる。
すなわち、駆動部８による流出路７と低圧路２６との接続に伴い、背圧室６から流出路７に向かう燃料の流れが発生すると、包囲部材３０は、燃料の流れの差圧、および、バネ３１の付勢力によって後端側に強く付勢され、流出路７の開口７ｂは、閉鎖部５９により強固に閉じられる。このため、包囲部材３０の外側を流出路２６及び背圧室６に対して遮断しながら、流出路７と背圧室６との連通を維持することができる。この結果、第１実施例と同様に高圧の燃料の消費を抑制しつつ、背圧を低減してニードル４をボディ５から離座させ、噴孔９を開くことができる。

また、駆動部８によって流出路７の接続先を高圧路１８に切り替えることにより、包囲部材３０は、高圧路１８から流出路７に導入される燃料圧、および、自身の外側の燃料圧に付勢されて、一時的にバネを圧縮して先端側に移動する。このため、背圧室６が包囲部材３０の外側に対して一時的に開かれ、高圧の燃料が背圧室６に流入する。この結果、背圧が増加するので、ニードル４をボディ５に着座させ、噴孔９を閉じることができる。
このとき、包囲部材３０は、高圧路１８から流出路７に導入される燃料圧、および、自身の外側の燃料圧によって付勢されるため、第１実施例より早く先端側に移動することができる。このため、第１実施例よりも、背圧室６への燃料の流入開始時期を早める事ができ、噴孔９を早く閉じることができる。

［変形例］
本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。
なお、変形例においては、実施例１、２と同一機能物には同一符号を付して表している。
実施例１においては、包囲部材３０は一体として形成されていたが、図７（ａ）、（ｂ）において示すように蓋部３０ａと筒部３０ｂを別体とし、両者を圧接させることで包囲部材３０を形成してもよい。
これにより、予め、形の異なる蓋部３０ａ、筒部３０ｂを多数用意し、蓋部３０ａ、および、筒部３０ｂの組み合わせを変更することで様々なタイプの包囲部材３０を形成することができる。例えば、筒部３０ｂの内径を変更することで、異なる径のニードル４に対応する包囲部材３０を形成することができる。

また、蓋部３０ａ、筒部３０ｂを別体とするときに、包囲部材３０は、球面凸部８１と球面凹部８２とを圧接して形成される構成としてもよい。ここで、球面凸部８１と球面凹部８２とは同一曲率となっており、球面凹部８２に球面凸部８１が嵌り込んでいる。
すなわち、図７（ｃ）に示すように、蓋部３０ａの先端面が球面凸部８１、筒部３０ｂの後端面が球面凹部８２となる構成としてもよい。
また、図７（ｄ）に示すように、蓋部３０ａの先端面が球面凹部８２、筒部３０ｂの後端面が球面凸部８１となる構成としてもよい。

これにより、ニードル４が傾き，筒部３０ｂが傾いた場合でも、蓋部３０ａへの傾きの伝播を抑制することができる。すなわち、筒部３０ｂは、傾いた場合でも、蓋部３０ａの球面凸部８１、または、球面凹部８２に沿って移動することになる。このため、蓋部３０ａは、筒部３０ｂが傾いても傾きが抑制される構成となっている。
なお、蓋部３０ａと筒部３０ｂとを別体として圧接される構成とした場合、両者の隙間から高圧燃料が背圧室６内に流入することが懸念される。しかし、蓋部３０ａと筒部３０ｂとは高圧燃料の圧力を受け隙間を塞ぐ方向に圧縮力を受けているため、背圧室６内への燃料流入は抑制されている。

実施例１においては、ストッパ３７と包囲部材３０とは直接に接触する構成であったが、ストッパ３７と包囲部材３０との間にスペーサを挟む構成としてもよい。これにより、係合部３７ａとボディ５の内壁の間の距離を調整することができる。
なお、スペーサは、ストッパ３７とバネ３１との間に設けることもでき、ストッパ３７とボディ５との間に設けることもできる。

実施例１においては、流入孔５１は２つ形成されていたが、図８（ａ）に示すように流入孔５１は１つでもよい。これにより、流入孔５１形成の手間を減らすことができる。
実施例においては、蓋部３０ａの中央部に流出入孔５０が形成され、周辺部に流入孔５１が形成されていたが、図８（ｂ）に示すように、中央部に流入孔５１、周辺部に流出入孔５１を配してもよい。これにより、流出路７は環状溝８４のどこに配置してもよくなり、流出路７の配置の自由度が高まる。
なお、環状溝８４は、蓋部３０ａが壁部３２に当接するときに、流出入孔５１の開口が臨むように壁部３２に形成される環状溝である。

実施例１においては、ニードル４を先端側に付勢するバネ３１は１つであったが、図８（ｃ）に示すように、新たにバネ８５を追加する構成とすることもできる。
これにより、ニードル４の先端側への付勢力と包囲部材３０の後端側への付勢力との組み合わせを増やすことができる。

１ インジェクタ ２ ＥＣＵ（制御部） ４ ニードル ６ 背圧室 ７流出路
７ｂ 開口 ３０ 包囲部材 ３０ａ 蓋部 ３０ｂ 筒部 ３１ バネ ３２ 壁部
５０ 流出入孔（貫通孔） ５１ 流入孔（貫通孔） ５９ 閉鎖部

Claims (4)

1. 燃料の噴射する噴孔（９）を開閉する弁体としてのニードル（４）と、
   筒状に設けられて内周に前記ニードルを収容するとともに、前記噴孔を有するボディ（５）と、
   前記ニードルに対し、前記噴孔を閉じる方向に燃料の背圧を及ぼすための背圧室（６）と、
   この背圧室から燃料を流出させる流出路（７）と、
   制御部（２）から与えられる制御信号に基づき前記流出路を開閉することで、背圧を低減または増加させて前記ニードルによる前記噴孔の開閉を操作する駆動部（８）とを備えるインジェクタ（１）において、
   前記ニードルの後端を後端側から覆う蓋部（３０ａ）、および、前記ニードルの外周面に摺接して前記ニードルを摺接自在に支持する筒部（３０ｂ）を有し、前記蓋部および前記筒部により前記ニードルの後端を包囲することで、前記ニードルの後端側に前記背圧室を形成する包囲部材（３０）と、
   この包囲部材を後端側に付勢するバネ（３１）と、
   前記蓋部の後端側に設けられ、前記蓋部の当接を受けることで前記包囲部材の後端側への移動を規制するとともに、前記流出路の開口（７ｂ）を有する壁部（３２）とを備え、
   前記包囲部材は、前記蓋部を貫通する少なくとも１つの貫通孔（５０、５１）を有し、
   前記蓋部は、前記壁部に当接しているとき、前記流出路の開口を前記包囲部材の外側の空間に対して閉じる閉鎖部（５９）を有し、
   この閉鎖部は、前記貫通孔の開口を包囲するように設けられ、前記貫通孔は、前記蓋部に当接しているときにも前記流出路に連通しており、
   前記バネは、前記背圧室の外側で前記包囲部材を付勢することを特徴とするインジェクタ。
2. 燃料の噴射する噴孔を開閉する弁体としてのニードルと、
   筒状に設けられて内周に前記ニードルを収容するとともに、前記噴孔を有するボディと、
   前記ニードルに対し、前記噴孔を閉じる方向に燃料の背圧を及ぼすための背圧室と、
   この背圧室から燃料を流出させる流出路と、
   制御部から与えられる制御信号に基づき背圧を低減または増加させて前記ニードルによる前記噴孔の開閉を操作する駆動部とを備えるインジェクタにおいて、
   前記駆動部は、前記流出路を２つの接続先の間で切り替える３方切替弁（６１）を有し、背圧を低減させるときに前記流出路を一方の接続先に接続させ、背圧を増加させるときに前記流出路を他方の接続先に接続させ、
   前記ニードルの後端を後端側から覆う蓋部、および、前記ニードルの外周面に摺接して前記ニードルを摺接自在に支持する筒部を有し、前記蓋部および前記筒部により前記ニードルの後端を包囲することで、前記ニードルの後端側に前記背圧室を形成する包囲部材と、
   この包囲部材を後端側に付勢するバネと、
   前記蓋部の後端側に設けられ、前記蓋部の当接を受けることで前記包囲部材の後端側への移動を規制するとともに、前記流出路の開口を有する壁部とを備え、
   前記包囲部材は、前記蓋部を貫通する少なくとも１つの貫通孔を有し、
   前記蓋部は、前記壁部に当接しているとき、前記流出路の開口を前記包囲部材の外側の空間に対して閉じる閉鎖部を有し、
   この閉鎖部は、前記貫通孔の開口を包囲するように設けられ、前記貫通孔は、前記蓋部に当接しているときにも前記流出路に連通しており、
   前記バネは、前記背圧室の外側で前記包囲部材を付勢することを特徴とするインジェクタ。
3. 請求項１または請求項２に記載のインジェクタにおいて、
   前記バネは、前記包囲部材を後端側に付勢するとともに前記ニードルを先端側に付勢するようにセットされており、前記ニードルは前記バネの付勢力と前記背圧により先端側に移動して前記噴孔を閉じることを特徴とするインジェクタ。
4. 請求項１ないし請求項３のうちの何れか１つに記載のインジェクタにおいて、
   前記閉鎖部、および、前記壁部に耐摩耗処理が施されていることを特徴とするインジェクタ。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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