JP3740733B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，燃焼室に燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，インジェクタ即ち燃料噴射弁として，例えば，特開平７−１３３７４８号公報に開示されたものがある。該燃料噴射弁は，ニードル弁を圧電素子を用いて制御するものであり，ニードル弁に押しばねの内径側を挿通して圧力制御室の絞り部材に向かって延びる延長部を形成し，圧力制御室の絞り部周辺の壁面にニードルストッパを形成している。押しばねが圧力制御室の外にあり，延長部を圧力制御室内に突入させたので圧力制御室の容積が低減される。絞り部の内径を低減させることにより押しばねと無関係にストッパ面積を増加できる。上記燃料噴射弁は，圧電素子の変位量が小さいので面積比でニードル弁の変位量に対応する方式をとっている。圧電素子が電圧印加される状態は，ニードル弁が閉じる方向に圧力制御室の圧力がニードル軸部の上端面に作用している。圧電素子の印加が解除されると，圧力制御室の圧力が絞りから上方に抜けることにより，ニードル弁は高圧燃料で押し上げられ，リフトし燃料を噴射する。ニードル軸の上端面がリフトのストッパとなっている。圧力制御室の容積を小さくする工夫をしている。また，圧電素子の変位時のリターン力として皿ばねを利用している。
【０００３】
また，ディーゼル機関用電磁燃料噴射装置として，特開平３−９６４号公報に開示されたものがある。該ディーゼル機関用電磁燃料噴射装置は，圧力制御室の制御をソレノイドで行っているものであり，コントロールピストンとプランジャの回りが燃料の高圧室となっており，プランジャへは送油穴は形成されておらず，プランジャとコントロールピストンが一体に構成されている。上記電磁燃料噴射装置は，本体とスリーブで形成されたプランジャを制御するコントロール室と，燃料を噴射するため燃料が溜められた噴射室とに，加圧燃料を供給するため，２つに分離された通路が本体とスリーブに形成されている。コントロール室への燃料の供給は，本体に形成した供給オリフィスや環状凹部を通じて行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の上記燃料噴射弁は，ニードル弁の上部の摺動軸部が短いため，圧力制御室が高圧の場合，及びニードル弁がリフト時に燃料が漏洩し易いという問題がある。また，圧電素子とニードル弁とが近くて短く構成されているが，燃料噴射弁をシリンダヘッドに実際に挿入して取り付ける場合には，周囲にポートが存在するためスペース上，成立させることが困難になる。更に，圧電素子の変位を面積比で拡大しているが，絞りがあり，圧縮性の液体を介して力を伝えているため，圧電素子の持つ特性を活かして噴射インタバルを小さくしたパイロット噴射に対して応答性が悪化するという問題がある。
【０００５】
上記燃料噴射弁は，特に，圧電素子を圧力制御室の制御に使用しているが，圧電素子の変位量はインジェクタに使用する一般的な径と長さにおいては，０．１ｍｍ程度である。従って，圧電素子の変位量の小さいことをカバーする技術開発が圧電素子を使用する上で不可欠となる。その場合に，圧電素子を用いた利点を充分に発揮させるためには，ニードル弁の応答性を悪化させないことが重要であり，この点が燃料噴射の制御において求められることである。
【０００６】
また，上記ディーゼル機関用電磁燃料噴射装置は，ソレノイドによって圧力制御室の圧力を制御しているが，上記圧電素子に比較すると，変位量が大きくとれるという利点はあるが，応答性が遅くなり，高精度の微妙なタイミングが要求されるパイロット噴射に対しての制御性に好ましくない。また，メインの燃料噴射についても噴射終わりの切れ即ちスピスが圧電素子に比較して応答性が悪い分遅れ気味であることは圧力制御室の圧力を制御する方法としては，ソレノイドによる制御は圧電素子に比較して劣っているといえる。更に，ソレノイドによって発生する力の性能を向上させるためには，径が大きくなるため，レイアウト上，要求されるコンパクト性に問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，圧電素子を燃料噴射の制御に利用して圧電素子の応答性の利点を発揮させ，圧電素子への電圧印加による変位を変位拡大機構を組み込んで増大させ，コントロールピストンの制御に適用できるように構成し，コントロールピストンとスリーブを介してニードル弁のリフト量を適正に確保すると共にニードル弁の応答性を向上させ，摺動部の長さを充分に確保して高圧燃料のリーク量を最小限に止めると共に，シリンダヘッドへの取付けを適正な長さに構成した内燃機関の燃料噴射装置を提供することである。
【０００８】
この発明は，燃料を噴射する噴口を備えた本体，前記本体内をリフトして前記噴口を開放するニードル弁，前記ニードル弁に連結して前記ニードル弁の摺動を制御するコントロールピストン，前記本体内に燃料を溜める前記本体内に形成された燃料チャンバ，前記燃料チャンバ内に配置され且つ前記ニードル弁を噴口閉鎖方向に付勢するリターンスプリング，前記コントロールピストンのリフトを制御する電圧変化によって変位する圧電素子，及び前記ニードル弁をリフトさせるため前記圧電素子の変位を増大させて前記コントロールピストンに伝達する変位拡大機構を有し，前記変位拡大機構は，前記圧電素子に固定された変位力の作用点の凸部を外周部上に備えた押圧部材，前記本体内に固定された支点の凸部を備えた中空状の支持部材，前記支持部材の中空部にリフト可能に配置されたリフト部材，及び内周端部が前記リフト部材に係止されて前記押圧部材と前記支持部材との間に設定された皿ばねから構成されていることから成る内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００９】
また，前記皿ばねは，その外側部が前記押圧部材の前記作用点の凸部に当接し且つ中央より外側の部分が前記支持部材の前記支点の凸部に当接するように，前記押圧部材と前記支持部材との間に配置されている。更に，前記押圧部材の前記作用点の凸部と前記支持部材の前記支点の凸部との間の距離は，前記支点の凸部と前記皿ばねが係止する前記リフト部材の係止点との距離より小さくなるように設定されている。
【００１０】
また，前記リフト部材は，前記本体に固定されたコントロールスリーブによって形成された燃料圧で前記ニードル弁のリフトを制御するバランスチャンバ内の燃料圧を解放する排出路を開閉する開閉弁である。
【００１１】
又は，前記リフト部材は，前記本体に固定された前記支持部材と一体構造のコントロールスリーブ内に摺動可能に配置され且つ前記ニードル弁と連結された前記コントロールピストンの上端部に固定されている。
【００１２】
或いは，前記リフト部材の下端面は，前記本体に固定された前記支持部材と一体構造のコントロールスリーブ内に摺動可能に配置され且つ前記ニードル弁と連結された前記コントロールピストンの上端面に当接されている。
【００１３】
この燃料噴射装置は，上記のように，前記変位拡大機構を変位力の作用点の凸部を備えた前記押圧部材，支点の凸部を備えた前記支持部材及び前記押圧部材と前記支持部材との間に配置した前記皿ばねによってリフト可能なリフト部材から構成したので，てこの原理によって前記圧電素子の変位が等倍で伝達された前記押圧部材の変位を前記支持部材を支点として前記リフト部材へ拡大して伝達される。また，前記リフト部材は，前記コントロールピストンを押し下げる前記バランスチャンバ内の燃料圧を解放させたり，前記コントロールピストンに直結して前記コントロールピストンを直接リフトさせるように構成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による内燃機関の燃料噴射装置の実施例を説明する。この内燃機関の燃料噴射装置は，図示していないが，シリンダヘッド等のベースに設けた穴部にシール部材を介して密封状態に取り付けられ，コモンレール噴射システム，或いはアキュムレータ噴射システムに適用され，燃料噴射ポンプから燃料が供給される共通の通路や蓄圧室（コモンレール）を通じて供給される高圧燃料を内燃機関に設けた各燃焼室に噴射するものである。
【００１５】
まず，図１を参照して，この発明による内燃機関の燃料噴射装置の第１実施例を説明する。図１はこの発明による内燃機関の燃料噴射装置の第１実施例を示す断面図である。この内燃機関の燃料噴射装置は，燃料を噴射する噴口５０を備えたノズル本体４を取り付けたホルダ本体１，ホルダ本体１とノズル本体４内をリフトして噴口５０を開放するニードル弁３，ニードル弁３に連結してニードル弁３の摺動を制御するコントロールピストン２，ホルダ本体１とノズル本体４内に燃料を溜める本体１，４内に形成された燃料チャンバ３７，燃料チャンバ３７内に配置され且つニードル弁３を噴口閉鎖方向に付勢するリターンスプリング２８，コントロールピストン２のリフトを制御する電圧変化によって変位する圧電素子５，及びニードル弁３をリフトさせるため圧電素子５の変位を増大させてコントロールピストン２に伝達する変位拡大機構１０から構成されている。
【００１６】
また，変位拡大機構１０は，圧電素子５に固定された変位力の作用点の凸部１２を外周部上に備えた押圧部材９，ホルダ本体１内に固定された支点の凸部１３を備えた中空状の支持部材８，支持部材８の中空孔６０にリフト可能に配置されたリフト部材１５，及び内周端部１４がリフト部材１５に係止されて押圧部材９と支持部材８との間に設定された皿ばね１１から構成されている。更に，皿ばね１１は，その外側部が押圧部材９の作用点の凸部１２に当接し且つ中央より外側の部分が支持部材８の支点の凸部１３に当接するように，押圧部材９と支持部材８との間に配置されている。特に，押圧部材９の作用点の凸部１２と支持部材８の支点の凸部１３との間の距離は，支点の凸部１３と皿ばね１１が係止するリフト部材１５の係止点との距離より小さくなるように設定されている。
【００１７】
この内燃機関の燃料噴射装置では，支持部材８は，その外周にねじ５３を備えており，支持部材８のねじ５３がホルダ本体１の中央貫通孔３８に形成されたねじに螺入されて固定されている。リフト部材１５は，支持部材８の中空孔６０にリフト可能に摺動自在に配置され，圧電素子５が印加されていない時には皿ばね１１のばね力でボール２１をコントロールスリーブ７の弁座に押し付け，オリフィス２５を閉鎖している。圧電素子５がコントロールユニット３４から電圧印加されると，圧電素子５自体が変位し，その変位量は押圧部材９に与えられて押し下げられる。押圧部材９の押し下げ力は，押圧部材９の凸部１２が皿ばね１１の外周面をばね力に抗して下方へ押し下げる。皿ばね１１の外周面の下方への変位量は，支持部材８の凸部１３を支点にして皿ばね１１の内周面が上方に変位し，この時，変位拡大機構１０のてこの原理で皿ばね１１の内周面の上方変位量が拡大される。この上方変位量はコントロールピストン２をリフトさせるのに十分なリフト量になる。
【００１８】
第１実施例では，リフト部材１５は，圧電素子５の印加によって変位拡大機構１０を通じてリフト量を増大してリフトし，オリフィス２５を閉鎖しているボール２１の押し下げ力を解放し，ホルダ本体１に固定されたコントロールスリーブ７に形成されたバランスチャンバ３５内の燃料圧をオリフィス２５を通じて排出するようにボール２１と共働して作動する開閉弁を構成する。即ち，圧電素子５の印加によってバランスチャンバ３５内の燃料圧がリークされ，ニードル弁３が燃料圧でリフトし，また，圧電素子５の印加が停止されると，バランスチャンバ３５内に高圧燃料が供給され，その燃料圧とリターンスプリング２８のばね力でコントロールピストン２がニードル弁３を押し下げて噴口５０を閉鎖する。
【００１９】
この内燃機関の燃料噴射装置は，ホルダ本体１の下端部には，ノズル本体４がスリーブナット４０をホルダ本体１のねじ部に螺入することによって固定され，ホルダ本体１の下端面とノズル本体４との上端面とはシール面を構成する合わせ面２２を構成している。ノズル本体４の外周面は上部が大径部に且つ下部が小径部に形成され，スリーブナット４０はノズル本体４の下部の段差面５５に嵌合した状態でホルダ本体１のねじ部に螺入されている。
【００２０】
ホルダ本体１の上部には，ねじ付き燃料供給プラグ１６とリークオフプラグ１７を取り付けるためのねじ穴４５，４６が形成されている。燃料供給プラグ１６とリークオフプラグ１７はホルダ本体１のねじ穴４５，４６に螺入して取り付けられている。また，ホルダ本体１の上端部には，圧電素子５がスリーブナット４７をホルダ本体１のねじ部に螺入することによって固定される。圧電素子５及びホルダ本体１とスリーブナット４７との間のシールはシール部材３１で行われている。この燃料噴射装置には，高圧燃料燃料源であるコモンレール２９からの燃料が燃料供給プラグ１６を通じて供給される。また，この燃料噴射装置では，コントロールユニット３４からの作動信号の電圧は，コネクタ或いはハーネス７６を通じて端子から圧電素子５へ印加されるものである。圧電素子５は，ニードル弁３に負荷されるバランスチャンバ３５の燃料圧を排出路（オリフィス２５，リフト部材１５の中空孔２６，押圧部材９の通孔２７）を通じて解放する圧電アクチュエータを構成している。
【００２１】
ホルダ本体１と燃料供給プラグ１６及びリークオフプラグ１７との間のシールは，シール部材を介在させることによって達成されている。ホルダ本体１には弁体を貫通させる中央貫通孔３８が形成されると共に，中央貫通孔３８と燃料供給プラグ１６の燃料入口とを連通する燃料通路６が形成されている。また，ホルダ本体１の中央貫通孔３８のほぼ中央部には，中央貫通孔３８が縮径されたガイド部３９が形成され，ガイド部３９には弁体のコントロールピストン２が貫通してガイド面３６を形成している。ホルダ本体１の中央貫通孔３８はそれを貫通してコントロールピストン２の回りに燃料を溜める燃料チャンバ３７を形成している。また，ノズル本体４には，中央貫通孔３８と連通する弁体のニードル弁３を挿入させる中央貫通穴４８が形成されると共に，燃料を燃焼室（図示せず）に噴射する噴孔５０が形成されている。
【００２２】
コントロールピストン２とニードル弁３とは，接続部材４９で連結されている。コントロールピストン２とニードル弁３とは，各端面が当接面５７で突き当たった状態に配置され，両者の軸芯方向に直交する方向の軸芯ずれを許容するばね力を有する接続部材４９によって軸芯方向に一体的に保持されている。接続部材４９は板ばね等の弾性体で割りリング状に形成され，リング径方向には弾性変形可能に構成されている。コントロールピストン２の下端部には環状溝５８が形成され，ニードル弁３の上端部には環状溝５８が形成されている。また，接続部材４９の両端部には内側へ突出する係止部を構成するビード５９が形成されている。接続部材４９は，ニードル弁３とコントロールピストン２との端部に跨がって嵌入され，接続部材４９のビード５９がコントロールピストン２の環状溝５８とニードル弁３の環状溝５８に嵌入されている。
【００２３】
コントロールピストン２とニードル弁３とが接続部材４９で連結された領域には，燃料チャンバ３７と連通する燃料チャンバ５６が形成されている。ニードル弁３は，ノズル本体４の中央貫通穴４８に隙間５２を形成する状態で摺動可能に挿入され，その先端部のフェース面はノズル本体４に形成された噴口５０が形成されたシート面に着座している。ニードル弁３の回りに形成される隙間５２は高圧燃料の通路を形成する。また，ノズル本体４の中央貫通穴４８とニードル弁３の外周面との間には隙間５２を持った摺動面が構成される。コントロールピストン２が燃料チャンバ３７に露出されている外面にかかる燃料圧は総和で零になるように形成されている。コントロールピストン２とニードル弁３とから成る弁体は，ニードル弁３にかかる燃料圧で上昇して噴口５０を開放できる構造に構成されるが，第１実施例では，ノズル本体４の噴口５０に着座して噴口５０を開閉するニードル弁３の先端のテーパ面にかかる燃料圧が，リターンスプリング２８のばね力とコントロールピストン２の上面にかかるバランスチャンバ３５の燃料圧との総和より大きくなって上昇させられる。
【００２４】
ホルダ本体１の中央貫通孔３８には，コントロールスリーブ７が嵌合してシールを兼ねた嵌合面１９を構成すると共に，中央貫通孔３８の上部段部にコントロールスリーブ７の肩部が当接して突き当てシール面２３が形成されている。また，コントロールスリーブ７の外周面とホルダ本体１と中央貫通孔３８との間に環状チャンバ１８が形成されている。コントロールスリーブ７は，ホルダ本体１のねじ部に螺入された中空孔６０を備えた支持部材８によってホルダ本体１に固定されている。ホルダ本体１とコントロールスリーブ７との間のシールは，シール部材３２によって達成されている。環状チャンバ１８は燃料通路６に連通されている。コントロールスリーブ７の下方に開放する中空穴部５４には，コントロールピストン２が摺動可能に嵌入される摺動面２０が形成されると共に，穴部５４の上部にはコントロールピストン２の上面との間でバランスチャンバ３５が形成されている。バランスチャンバ３５はオリフィス２４を通じて環状チャンバ１８と連通している。更に，コントロールスリーブ７には，バランスチャンバ３５と環状チャンバ１８とを連通するオリフィス２４と，コントロールスリーブ７の上面に通じるオリフィス２５とが形成されている。バランスチャンバ３５は，その燃料圧によってコントロールピストン２のリフトを制御する機能を有している。
【００２５】
この燃料噴射装置は，コントロールスリーブ７をホルダ本体１に固定する支持部材８には中空部が形成され，中空部にはリフト部材１５が嵌合している。リフト部材１５の中空孔２６にはオリフィス２５の出口を開閉できるボール２１が配設されている。ボール２１は，圧電素子５の印加によってリフト部材１５がリフトすることによって，オリフィス２５が中空孔２６に開放する。中空孔２６は押圧部材９の通孔２７に連通しているので，バランスチャンバ３５内に供給されている燃料は，ボール２１がオリフィス２５を開放することによって，バランスチャンバ３５からオリフィス２５及び中空孔２６を通じてリークオフプラグ１７へ排出される。
【００２６】
更に，この燃料噴射装置は，上記の構成において，燃料チャンバ３７内に配置されたリターンスプリング２８，リターンスプリング２８の下端を支持すると共にコントロールピストン２に固着されたスプリングリテーナ３０及びリターンスプリング２８の上端を受けるホルダ本体１に形成された段部３３を有している。リターンスプリング２８は，ニードル弁３による噴口５０を閉鎖する方向へばね力を付勢してリターン作動させる機能を有する。
【００２７】
この発明による燃料噴射装置は，上記のように構成されており，次のように作動する。この燃料噴射装置では，圧電素子５が印加されておらず，ボール２１がリフト部材１５で下方へオリフィス２５を閉鎖する方向に押し付けられ，オリフィス２５はボール２１によって閉鎖されている。この状態でコモンレール２９からの高圧燃料は燃料入口プラグ１６を通じて燃料通路６に供給されている。コントロールピストン２とニードル弁３の周囲に形成された燃料チャンバ３７には，高圧燃料が燃料通路６を通じて充満されている。ニードル弁３の外周のノズル本体４との間に形成される隙間５２には高圧燃料が充満している。また，環状チャンバ１８内には高圧燃料が燃料通路６を通じて充満され，バランスチャンバ３５内には高圧燃料が環状チャンバ１８からオリフィス２４を通じて充満されている。燃料チャンバ３７に充填された高圧燃料は，シール部材３２によって密封されている。【００２８】
ボール２１によってオリフィス２５が閉鎖されている時には，燃料通路６，環状チャンバ１８及びオリフィス２４を通じて供給されたバランスチャンバ３５内の高圧燃料はコントロールピストン２の上面にその燃料圧が付与され，コントロールピストン２を下方へ押し下げる押圧力として作用する。また，リターンスプリング２８のばね力は弁体を押し下げるばね力として作用する。一方，ノズル本体４の噴口５０に着座してニードル弁３の先端のテーパ面にかかる燃料圧は，弁体を上昇させる力として作用する。ここで，バランスチャンバ３５内のコントロールピストン２に作用する押圧力とリターンスプリング２８のばね力との総和の押し下げ力は，ニードル弁３の先端のテーパ面にかかる燃料圧より大きくなるように設定され，ニードル弁３が噴口５０を閉鎖する状態にバランスされる。
【００２９】
そこで，コントロールユニット３４からの指令で圧電素子５に電圧が印加されると，圧電素子５は変位する。圧電素子５の変位は変位拡大機構１０のてこ作用によって増大され，皿ばね１１がリフト部材１５をリフトさせる。リフト部材１５がリフトすると，ボール２１が解放され，オリフィス２５が開放する。オリフィス２５が開放すると，バランスチャンバ３５内の高圧燃料がオリフィス２５を通じて中空孔２６に排出され，次いで，中空孔２６から通孔２７を通じてリークオフプラグ１７へ放出され，次いで，燃料タンクへ戻される。バランスチャンバ３５内の高圧燃料が排出されると，コントロールピストン２は，バランスチャンバ３５内の押下力が零になってリターンスプリング２８のばね力のみになり，そこで，ニードル弁３に掛かる燃料圧は，リターンスプリング２８のばね力に打ち勝ってニードル弁３が上昇し，噴孔５０が開放して燃焼室（図示せず）への燃料噴射が行われる。
【００３０】
次いで，コントロールユニット３４からの指令で圧電素子５への印加が絶たれると，押圧部材９の皿ばね１１への押し下げ力が無くなって変位拡大機構が無効になり，皿ばね１１のばね力がリフト部材１５に作用してリフト部材１５を押し下げ，ボール２１をオリフィス２５へ押し付けてオリフィス２５を閉鎖する。オリフィス２５が閉鎖すると，コモンレール２９からの高圧燃料が燃料通路６，環状チャンバ１８及びオリフィス２４を通じてバランスチャンバ３５に供給され，高圧燃料が再びバランスチャンバ３５内に溜められ，バランスチャンバ３５内の高圧燃料は再びコントロールピストン２の上面に作用してコントロールピストン２を押し下げ，ニードル弁３に掛かる燃料圧に打ち勝ってニードル弁３を押し下げ，ニードル弁３が噴口５０を閉鎖し，噴孔５０からの燃料噴射が終了する。この燃料噴射装置は，上記の作動を繰り返して燃焼室へ燃料を間欠的に噴射させることができる。
【００３１】
次に，図２を参照して，この発明による内燃機関の燃料噴射装置の第２実施例を説明する。第２実施例は，第１実施例と比較して，圧力制御室のバランスチャンバを備えておらず，リフト部材４１の中空孔２６にはねじ４２が形成されているものであり，図２では，図１の部品と同一部品には同一の符号を付し，重複する説明を省略する。リフト部材４１のねじ４２は，コントロールピストン２の上端部に形成されたねじ４３に螺入し，リフト部材４１はニードル弁３に連結されているコントロールピストン２に固定され，支持部材８と一体構造のコントロールスリーブ７内を摺動する。更に，支持部材８は，コントロールピストン２と一体構造に構成されている。コントロールピストン２とニードル弁３とは接続部材４９で連結しているので，コントロールピストン２の上下動はニードル弁３の上下動として伝達される。コントロールピストン２は，皿ばね１１とリターンスプリング２８とで下方へ押し下げられ，ニードル弁３が噴口５０を閉鎖する。皿ばね１１のばね力が解放さると，ニードル弁３は，ニードル弁３にかかる燃料圧がリターンスプリング２８のばね力に抗してリフトされる。第２実施例の変位拡大機構１０は，第１実施例の変位拡大機構１０と実質的に同一の構成及び同一の機能を有しているので，ここではその説明を省略する。
【００３２】
次に，図３を参照して，この発明による内燃機関の燃料噴射装置の第３実施例を説明する。第３実施例は，第１実施例と比較して，圧力制御室のバランスチャンバを備えておらず，リフト部材１５の下端面にはコントロールピストン２の上端面が突き当たるものであり，図３では，図１の部品と同一部品には同一の符号を付し，重複する説明を省略する。コントロールスリーブ７は，ホルダ本体１に固定された支持部材８と一体構造に構成されている。コントロールピストン２は，コントロールスリーブ７内に摺動可能に配置され且つニードル弁３と連結されている。リフト部材１５の下端面５１は，皿ばね１１のばね力でコントロールピストン２の上端面に当接した状態であり，両者は固定されていない。リフト部材１５は，支持部材８の中空穴６０内を摺動し，コントロールピストン２とコントロールスリーブ７の貫通孔５４との隙間を通じて高圧燃料が燃料チャンバ３７からリークしてくるが，中空穴６０内はリークオフプラグ１７に連通して高圧室を構成することがないので，コントロールピストン２に対する圧力バランスが崩れることがない。コントロールピストン２は，皿ばね１１とリターンスプリング２８とで下方へ押し下げられ，ニードル弁３が噴口５０を閉鎖する。圧電素子５の印加で皿ばね１１のばね力が解放さると，ニードル弁３は，ニードル弁３にかかる燃料圧がリターンスプリング２８のばね力に抗してリフトされる。第３実施例の変位拡大機構１０は，第１実施例の変位拡大機構１０と実質的に同一の構成及び同一の機能を有しているので，ここではその説明を省略する。
【００３３】
【発明の効果】
この燃料噴射装置は，上記のように構成したので，圧電素子の良好な応答性を活かした噴射インタバルを小さくしたパイロット噴射，数回のパイロット噴射等のきめの細かい噴射量制御や噴射率の制御を可能にし，コントロールピストンとスリーブとを使用することによって摺動部の長さを確保して高圧燃料のリーク量を最小限にすると共に，シリンダヘッドへの圧電素子とニードル弁との間に適正な間隔を確保でき，取付スペース上の厳しい部分の軸径を細く形成でき，取付レイアウト上，容易に適用させることができ，コンパクトな構造に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による内燃機関の燃料噴射装置の第１実施例を示す断面図である。
【図２】 この発明による内燃機関の燃料噴射装置の第２実施例を示す断面図である。
【図３】 この発明による内燃機関の燃料噴射装置の第３実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ホルダ本体
２ コントロールピストン
３ ニードル弁
４ ノズル本体
５ 圧電素子
７ コントロールスリーブ
８ 支持部材
９ 押圧部材
１０ 変位拡大機構
１１ 皿ばね
１２，１３ 凸部
１５，４１ リフト部材
２１ ボール
２４，２５ オリフィス
２６ 中空孔
２７ 通孔
２８ リターンスプリング
３５ バランスチャンバ
３７ 燃料チャンバ
５０ 噴口
【発明の属する技術分野】
この発明は，燃焼室に燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，インジェクタ即ち燃料噴射弁として，例えば，特開平７−１３３７４８号公報に開示されたものがある。該燃料噴射弁は，ニードル弁を圧電素子を用いて制御するものであり，ニードル弁に押しばねの内径側を挿通して圧力制御室の絞り部材に向かって延びる延長部を形成し，圧力制御室の絞り部周辺の壁面にニードルストッパを形成している。押しばねが圧力制御室の外にあり，延長部を圧力制御室内に突入させたので圧力制御室の容積が低減される。絞り部の内径を低減させることにより押しばねと無関係にストッパ面積を増加できる。上記燃料噴射弁は，圧電素子の変位量が小さいので面積比でニードル弁の変位量に対応する方式をとっている。圧電素子が電圧印加される状態は，ニードル弁が閉じる方向に圧力制御室の圧力がニードル軸部の上端面に作用している。圧電素子の印加が解除されると，圧力制御室の圧力が絞りから上方に抜けることにより，ニードル弁は高圧燃料で押し上げられ，リフトし燃料を噴射する。ニードル軸の上端面がリフトのストッパとなっている。圧力制御室の容積を小さくする工夫をしている。また，圧電素子の変位時のリターン力として皿ばねを利用している。
【０００３】
また，ディーゼル機関用電磁燃料噴射装置として，特開平３−９６４号公報に開示されたものがある。該ディーゼル機関用電磁燃料噴射装置は，圧力制御室の制御をソレノイドで行っているものであり，コントロールピストンとプランジャの回りが燃料の高圧室となっており，プランジャへは送油穴は形成されておらず，プランジャとコントロールピストンが一体に構成されている。上記電磁燃料噴射装置は，本体とスリーブで形成されたプランジャを制御するコントロール室と，燃料を噴射するため燃料が溜められた噴射室とに，加圧燃料を供給するため，２つに分離された通路が本体とスリーブに形成されている。コントロール室への燃料の供給は，本体に形成した供給オリフィスや環状凹部を通じて行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の上記燃料噴射弁は，ニードル弁の上部の摺動軸部が短いため，圧力制御室が高圧の場合，及びニードル弁がリフト時に燃料が漏洩し易いという問題がある。また，圧電素子とニードル弁とが近くて短く構成されているが，燃料噴射弁をシリンダヘッドに実際に挿入して取り付ける場合には，周囲にポートが存在するためスペース上，成立させることが困難になる。更に，圧電素子の変位を面積比で拡大しているが，絞りがあり，圧縮性の液体を介して力を伝えているため，圧電素子の持つ特性を活かして噴射インタバルを小さくしたパイロット噴射に対して応答性が悪化するという問題がある。
【０００５】
上記燃料噴射弁は，特に，圧電素子を圧力制御室の制御に使用しているが，圧電素子の変位量はインジェクタに使用する一般的な径と長さにおいては，０．１ｍｍ程度である。従って，圧電素子の変位量の小さいことをカバーする技術開発が圧電素子を使用する上で不可欠となる。その場合に，圧電素子を用いた利点を充分に発揮させるためには，ニードル弁の応答性を悪化させないことが重要であり，この点が燃料噴射の制御において求められることである。
【０００６】
また，上記ディーゼル機関用電磁燃料噴射装置は，ソレノイドによって圧力制御室の圧力を制御しているが，上記圧電素子に比較すると，変位量が大きくとれるという利点はあるが，応答性が遅くなり，高精度の微妙なタイミングが要求されるパイロット噴射に対しての制御性に好ましくない。また，メインの燃料噴射についても噴射終わりの切れ即ちスピスが圧電素子に比較して応答性が悪い分遅れ気味であることは圧力制御室の圧力を制御する方法としては，ソレノイドによる制御は圧電素子に比較して劣っているといえる。更に，ソレノイドによって発生する力の性能を向上させるためには，径が大きくなるため，レイアウト上，要求されるコンパクト性に問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，圧電素子を燃料噴射の制御に利用して圧電素子の応答性の利点を発揮させ，圧電素子への電圧印加による変位を変位拡大機構を組み込んで増大させ，コントロールピストンの制御に適用できるように構成し，コントロールピストンとスリーブを介してニードル弁のリフト量を適正に確保すると共にニードル弁の応答性を向上させ，摺動部の長さを充分に確保して高圧燃料のリーク量を最小限に止めると共に，シリンダヘッドへの取付けを適正な長さに構成した内燃機関の燃料噴射装置を提供することである。
【０００８】
この発明は，燃料を噴射する噴口を備えた本体，前記本体内をリフトして前記噴口を開放するニードル弁，前記ニードル弁に連結して前記ニードル弁の摺動を制御するコントロールピストン，前記本体内に燃料を溜める前記本体内に形成された燃料チャンバ，前記燃料チャンバ内に配置され且つ前記ニードル弁を噴口閉鎖方向に付勢するリターンスプリング，前記コントロールピストンのリフトを制御する電圧変化によって変位する圧電素子，及び前記ニードル弁をリフトさせるため前記圧電素子の変位を増大させて前記コントロールピストンに伝達する変位拡大機構を有し，前記変位拡大機構は，前記圧電素子に固定された変位力の作用点の凸部を外周部上に備えた押圧部材，前記本体内に固定された支点の凸部を備えた中空状の支持部材，前記支持部材の中空部にリフト可能に配置されたリフト部材，及び内周端部が前記リフト部材に係止されて前記押圧部材と前記支持部材との間に設定された皿ばねから構成されていることから成る内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００９】
また，前記皿ばねは，その外側部が前記押圧部材の前記作用点の凸部に当接し且つ中央より外側の部分が前記支持部材の前記支点の凸部に当接するように，前記押圧部材と前記支持部材との間に配置されている。更に，前記押圧部材の前記作用点の凸部と前記支持部材の前記支点の凸部との間の距離は，前記支点の凸部と前記皿ばねが係止する前記リフト部材の係止点との距離より小さくなるように設定されている。
【００１０】
また，前記リフト部材は，前記本体に固定されたコントロールスリーブによって形成された燃料圧で前記ニードル弁のリフトを制御するバランスチャンバ内の燃料圧を解放する排出路を開閉する開閉弁である。
【００１１】
又は，前記リフト部材は，前記本体に固定された前記支持部材と一体構造のコントロールスリーブ内に摺動可能に配置され且つ前記ニードル弁と連結された前記コントロールピストンの上端部に固定されている。
【００１２】
或いは，前記リフト部材の下端面は，前記本体に固定された前記支持部材と一体構造のコントロールスリーブ内に摺動可能に配置され且つ前記ニードル弁と連結された前記コントロールピストンの上端面に当接されている。
【００１３】
この燃料噴射装置は，上記のように，前記変位拡大機構を変位力の作用点の凸部を備えた前記押圧部材，支点の凸部を備えた前記支持部材及び前記押圧部材と前記支持部材との間に配置した前記皿ばねによってリフト可能なリフト部材から構成したので，てこの原理によって前記圧電素子の変位が等倍で伝達された前記押圧部材の変位を前記支持部材を支点として前記リフト部材へ拡大して伝達される。また，前記リフト部材は，前記コントロールピストンを押し下げる前記バランスチャンバ内の燃料圧を解放させたり，前記コントロールピストンに直結して前記コントロールピストンを直接リフトさせるように構成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による内燃機関の燃料噴射装置の実施例を説明する。この内燃機関の燃料噴射装置は，図示していないが，シリンダヘッド等のベースに設けた穴部にシール部材を介して密封状態に取り付けられ，コモンレール噴射システム，或いはアキュムレータ噴射システムに適用され，燃料噴射ポンプから燃料が供給される共通の通路や蓄圧室（コモンレール）を通じて供給される高圧燃料を内燃機関に設けた各燃焼室に噴射するものである。
【００１５】
まず，図１を参照して，この発明による内燃機関の燃料噴射装置の第１実施例を説明する。図１はこの発明による内燃機関の燃料噴射装置の第１実施例を示す断面図である。この内燃機関の燃料噴射装置は，燃料を噴射する噴口５０を備えたノズル本体４を取り付けたホルダ本体１，ホルダ本体１とノズル本体４内をリフトして噴口５０を開放するニードル弁３，ニードル弁３に連結してニードル弁３の摺動を制御するコントロールピストン２，ホルダ本体１とノズル本体４内に燃料を溜める本体１，４内に形成された燃料チャンバ３７，燃料チャンバ３７内に配置され且つニードル弁３を噴口閉鎖方向に付勢するリターンスプリング２８，コントロールピストン２のリフトを制御する電圧変化によって変位する圧電素子５，及びニードル弁３をリフトさせるため圧電素子５の変位を増大させてコントロールピストン２に伝達する変位拡大機構１０から構成されている。
【００１６】
また，変位拡大機構１０は，圧電素子５に固定された変位力の作用点の凸部１２を外周部上に備えた押圧部材９，ホルダ本体１内に固定された支点の凸部１３を備えた中空状の支持部材８，支持部材８の中空孔６０にリフト可能に配置されたリフト部材１５，及び内周端部１４がリフト部材１５に係止されて押圧部材９と支持部材８との間に設定された皿ばね１１から構成されている。更に，皿ばね１１は，その外側部が押圧部材９の作用点の凸部１２に当接し且つ中央より外側の部分が支持部材８の支点の凸部１３に当接するように，押圧部材９と支持部材８との間に配置されている。特に，押圧部材９の作用点の凸部１２と支持部材８の支点の凸部１３との間の距離は，支点の凸部１３と皿ばね１１が係止するリフト部材１５の係止点との距離より小さくなるように設定されている。
【００１７】
この内燃機関の燃料噴射装置では，支持部材８は，その外周にねじ５３を備えており，支持部材８のねじ５３がホルダ本体１の中央貫通孔３８に形成されたねじに螺入されて固定されている。リフト部材１５は，支持部材８の中空孔６０にリフト可能に摺動自在に配置され，圧電素子５が印加されていない時には皿ばね１１のばね力でボール２１をコントロールスリーブ７の弁座に押し付け，オリフィス２５を閉鎖している。圧電素子５がコントロールユニット３４から電圧印加されると，圧電素子５自体が変位し，その変位量は押圧部材９に与えられて押し下げられる。押圧部材９の押し下げ力は，押圧部材９の凸部１２が皿ばね１１の外周面をばね力に抗して下方へ押し下げる。皿ばね１１の外周面の下方への変位量は，支持部材８の凸部１３を支点にして皿ばね１１の内周面が上方に変位し，この時，変位拡大機構１０のてこの原理で皿ばね１１の内周面の上方変位量が拡大される。この上方変位量はコントロールピストン２をリフトさせるのに十分なリフト量になる。
【００１８】
第１実施例では，リフト部材１５は，圧電素子５の印加によって変位拡大機構１０を通じてリフト量を増大してリフトし，オリフィス２５を閉鎖しているボール２１の押し下げ力を解放し，ホルダ本体１に固定されたコントロールスリーブ７に形成されたバランスチャンバ３５内の燃料圧をオリフィス２５を通じて排出するようにボール２１と共働して作動する開閉弁を構成する。即ち，圧電素子５の印加によってバランスチャンバ３５内の燃料圧がリークされ，ニードル弁３が燃料圧でリフトし，また，圧電素子５の印加が停止されると，バランスチャンバ３５内に高圧燃料が供給され，その燃料圧とリターンスプリング２８のばね力でコントロールピストン２がニードル弁３を押し下げて噴口５０を閉鎖する。
【００１９】
この内燃機関の燃料噴射装置は，ホルダ本体１の下端部には，ノズル本体４がスリーブナット４０をホルダ本体１のねじ部に螺入することによって固定され，ホルダ本体１の下端面とノズル本体４との上端面とはシール面を構成する合わせ面２２を構成している。ノズル本体４の外周面は上部が大径部に且つ下部が小径部に形成され，スリーブナット４０はノズル本体４の下部の段差面５５に嵌合した状態でホルダ本体１のねじ部に螺入されている。
【００２０】
ホルダ本体１の上部には，ねじ付き燃料供給プラグ１６とリークオフプラグ１７を取り付けるためのねじ穴４５，４６が形成されている。燃料供給プラグ１６とリークオフプラグ１７はホルダ本体１のねじ穴４５，４６に螺入して取り付けられている。また，ホルダ本体１の上端部には，圧電素子５がスリーブナット４７をホルダ本体１のねじ部に螺入することによって固定される。圧電素子５及びホルダ本体１とスリーブナット４７との間のシールはシール部材３１で行われている。この燃料噴射装置には，高圧燃料燃料源であるコモンレール２９からの燃料が燃料供給プラグ１６を通じて供給される。また，この燃料噴射装置では，コントロールユニット３４からの作動信号の電圧は，コネクタ或いはハーネス７６を通じて端子から圧電素子５へ印加されるものである。圧電素子５は，ニードル弁３に負荷されるバランスチャンバ３５の燃料圧を排出路（オリフィス２５，リフト部材１５の中空孔２６，押圧部材９の通孔２７）を通じて解放する圧電アクチュエータを構成している。
【００２１】
ホルダ本体１と燃料供給プラグ１６及びリークオフプラグ１７との間のシールは，シール部材を介在させることによって達成されている。ホルダ本体１には弁体を貫通させる中央貫通孔３８が形成されると共に，中央貫通孔３８と燃料供給プラグ１６の燃料入口とを連通する燃料通路６が形成されている。また，ホルダ本体１の中央貫通孔３８のほぼ中央部には，中央貫通孔３８が縮径されたガイド部３９が形成され，ガイド部３９には弁体のコントロールピストン２が貫通してガイド面３６を形成している。ホルダ本体１の中央貫通孔３８はそれを貫通してコントロールピストン２の回りに燃料を溜める燃料チャンバ３７を形成している。また，ノズル本体４には，中央貫通孔３８と連通する弁体のニードル弁３を挿入させる中央貫通穴４８が形成されると共に，燃料を燃焼室（図示せず）に噴射する噴孔５０が形成されている。
【００２２】
コントロールピストン２とニードル弁３とは，接続部材４９で連結されている。コントロールピストン２とニードル弁３とは，各端面が当接面５７で突き当たった状態に配置され，両者の軸芯方向に直交する方向の軸芯ずれを許容するばね力を有する接続部材４９によって軸芯方向に一体的に保持されている。接続部材４９は板ばね等の弾性体で割りリング状に形成され，リング径方向には弾性変形可能に構成されている。コントロールピストン２の下端部には環状溝５８が形成され，ニードル弁３の上端部には環状溝５８が形成されている。また，接続部材４９の両端部には内側へ突出する係止部を構成するビード５９が形成されている。接続部材４９は，ニードル弁３とコントロールピストン２との端部に跨がって嵌入され，接続部材４９のビード５９がコントロールピストン２の環状溝５８とニードル弁３の環状溝５８に嵌入されている。
【００２３】
コントロールピストン２とニードル弁３とが接続部材４９で連結された領域には，燃料チャンバ３７と連通する燃料チャンバ５６が形成されている。ニードル弁３は，ノズル本体４の中央貫通穴４８に隙間５２を形成する状態で摺動可能に挿入され，その先端部のフェース面はノズル本体４に形成された噴口５０が形成されたシート面に着座している。ニードル弁３の回りに形成される隙間５２は高圧燃料の通路を形成する。また，ノズル本体４の中央貫通穴４８とニードル弁３の外周面との間には隙間５２を持った摺動面が構成される。コントロールピストン２が燃料チャンバ３７に露出されている外面にかかる燃料圧は総和で零になるように形成されている。コントロールピストン２とニードル弁３とから成る弁体は，ニードル弁３にかかる燃料圧で上昇して噴口５０を開放できる構造に構成されるが，第１実施例では，ノズル本体４の噴口５０に着座して噴口５０を開閉するニードル弁３の先端のテーパ面にかかる燃料圧が，リターンスプリング２８のばね力とコントロールピストン２の上面にかかるバランスチャンバ３５の燃料圧との総和より大きくなって上昇させられる。
【００２４】
ホルダ本体１の中央貫通孔３８には，コントロールスリーブ７が嵌合してシールを兼ねた嵌合面１９を構成すると共に，中央貫通孔３８の上部段部にコントロールスリーブ７の肩部が当接して突き当てシール面２３が形成されている。また，コントロールスリーブ７の外周面とホルダ本体１と中央貫通孔３８との間に環状チャンバ１８が形成されている。コントロールスリーブ７は，ホルダ本体１のねじ部に螺入された中空孔６０を備えた支持部材８によってホルダ本体１に固定されている。ホルダ本体１とコントロールスリーブ７との間のシールは，シール部材３２によって達成されている。環状チャンバ１８は燃料通路６に連通されている。コントロールスリーブ７の下方に開放する中空穴部５４には，コントロールピストン２が摺動可能に嵌入される摺動面２０が形成されると共に，穴部５４の上部にはコントロールピストン２の上面との間でバランスチャンバ３５が形成されている。バランスチャンバ３５はオリフィス２４を通じて環状チャンバ１８と連通している。更に，コントロールスリーブ７には，バランスチャンバ３５と環状チャンバ１８とを連通するオリフィス２４と，コントロールスリーブ７の上面に通じるオリフィス２５とが形成されている。バランスチャンバ３５は，その燃料圧によってコントロールピストン２のリフトを制御する機能を有している。
【００２５】
この燃料噴射装置は，コントロールスリーブ７をホルダ本体１に固定する支持部材８には中空部が形成され，中空部にはリフト部材１５が嵌合している。リフト部材１５の中空孔２６にはオリフィス２５の出口を開閉できるボール２１が配設されている。ボール２１は，圧電素子５の印加によってリフト部材１５がリフトすることによって，オリフィス２５が中空孔２６に開放する。中空孔２６は押圧部材９の通孔２７に連通しているので，バランスチャンバ３５内に供給されている燃料は，ボール２１がオリフィス２５を開放することによって，バランスチャンバ３５からオリフィス２５及び中空孔２６を通じてリークオフプラグ１７へ排出される。
【００２６】
更に，この燃料噴射装置は，上記の構成において，燃料チャンバ３７内に配置されたリターンスプリング２８，リターンスプリング２８の下端を支持すると共にコントロールピストン２に固着されたスプリングリテーナ３０及びリターンスプリング２８の上端を受けるホルダ本体１に形成された段部３３を有している。リターンスプリング２８は，ニードル弁３による噴口５０を閉鎖する方向へばね力を付勢してリターン作動させる機能を有する。
【００２７】
この発明による燃料噴射装置は，上記のように構成されており，次のように作動する。この燃料噴射装置では，圧電素子５が印加されておらず，ボール２１がリフト部材１５で下方へオリフィス２５を閉鎖する方向に押し付けられ，オリフィス２５はボール２１によって閉鎖されている。この状態でコモンレール２９からの高圧燃料は燃料入口プラグ１６を通じて燃料通路６に供給されている。コントロールピストン２とニードル弁３の周囲に形成された燃料チャンバ３７には，高圧燃料が燃料通路６を通じて充満されている。ニードル弁３の外周のノズル本体４との間に形成される隙間５２には高圧燃料が充満している。また，環状チャンバ１８内には高圧燃料が燃料通路６を通じて充満され，バランスチャンバ３５内には高圧燃料が環状チャンバ１８からオリフィス２４を通じて充満されている。燃料チャンバ３７に充填された高圧燃料は，シール部材３２によって密封されている。【００２８】
ボール２１によってオリフィス２５が閉鎖されている時には，燃料通路６，環状チャンバ１８及びオリフィス２４を通じて供給されたバランスチャンバ３５内の高圧燃料はコントロールピストン２の上面にその燃料圧が付与され，コントロールピストン２を下方へ押し下げる押圧力として作用する。また，リターンスプリング２８のばね力は弁体を押し下げるばね力として作用する。一方，ノズル本体４の噴口５０に着座してニードル弁３の先端のテーパ面にかかる燃料圧は，弁体を上昇させる力として作用する。ここで，バランスチャンバ３５内のコントロールピストン２に作用する押圧力とリターンスプリング２８のばね力との総和の押し下げ力は，ニードル弁３の先端のテーパ面にかかる燃料圧より大きくなるように設定され，ニードル弁３が噴口５０を閉鎖する状態にバランスされる。
【００２９】
そこで，コントロールユニット３４からの指令で圧電素子５に電圧が印加されると，圧電素子５は変位する。圧電素子５の変位は変位拡大機構１０のてこ作用によって増大され，皿ばね１１がリフト部材１５をリフトさせる。リフト部材１５がリフトすると，ボール２１が解放され，オリフィス２５が開放する。オリフィス２５が開放すると，バランスチャンバ３５内の高圧燃料がオリフィス２５を通じて中空孔２６に排出され，次いで，中空孔２６から通孔２７を通じてリークオフプラグ１７へ放出され，次いで，燃料タンクへ戻される。バランスチャンバ３５内の高圧燃料が排出されると，コントロールピストン２は，バランスチャンバ３５内の押下力が零になってリターンスプリング２８のばね力のみになり，そこで，ニードル弁３に掛かる燃料圧は，リターンスプリング２８のばね力に打ち勝ってニードル弁３が上昇し，噴孔５０が開放して燃焼室（図示せず）への燃料噴射が行われる。
【００３０】
次いで，コントロールユニット３４からの指令で圧電素子５への印加が絶たれると，押圧部材９の皿ばね１１への押し下げ力が無くなって変位拡大機構が無効になり，皿ばね１１のばね力がリフト部材１５に作用してリフト部材１５を押し下げ，ボール２１をオリフィス２５へ押し付けてオリフィス２５を閉鎖する。オリフィス２５が閉鎖すると，コモンレール２９からの高圧燃料が燃料通路６，環状チャンバ１８及びオリフィス２４を通じてバランスチャンバ３５に供給され，高圧燃料が再びバランスチャンバ３５内に溜められ，バランスチャンバ３５内の高圧燃料は再びコントロールピストン２の上面に作用してコントロールピストン２を押し下げ，ニードル弁３に掛かる燃料圧に打ち勝ってニードル弁３を押し下げ，ニードル弁３が噴口５０を閉鎖し，噴孔５０からの燃料噴射が終了する。この燃料噴射装置は，上記の作動を繰り返して燃焼室へ燃料を間欠的に噴射させることができる。
【００３１】
次に，図２を参照して，この発明による内燃機関の燃料噴射装置の第２実施例を説明する。第２実施例は，第１実施例と比較して，圧力制御室のバランスチャンバを備えておらず，リフト部材４１の中空孔２６にはねじ４２が形成されているものであり，図２では，図１の部品と同一部品には同一の符号を付し，重複する説明を省略する。リフト部材４１のねじ４２は，コントロールピストン２の上端部に形成されたねじ４３に螺入し，リフト部材４１はニードル弁３に連結されているコントロールピストン２に固定され，支持部材８と一体構造のコントロールスリーブ７内を摺動する。更に，支持部材８は，コントロールピストン２と一体構造に構成されている。コントロールピストン２とニードル弁３とは接続部材４９で連結しているので，コントロールピストン２の上下動はニードル弁３の上下動として伝達される。コントロールピストン２は，皿ばね１１とリターンスプリング２８とで下方へ押し下げられ，ニードル弁３が噴口５０を閉鎖する。皿ばね１１のばね力が解放さると，ニードル弁３は，ニードル弁３にかかる燃料圧がリターンスプリング２８のばね力に抗してリフトされる。第２実施例の変位拡大機構１０は，第１実施例の変位拡大機構１０と実質的に同一の構成及び同一の機能を有しているので，ここではその説明を省略する。
【００３２】
次に，図３を参照して，この発明による内燃機関の燃料噴射装置の第３実施例を説明する。第３実施例は，第１実施例と比較して，圧力制御室のバランスチャンバを備えておらず，リフト部材１５の下端面にはコントロールピストン２の上端面が突き当たるものであり，図３では，図１の部品と同一部品には同一の符号を付し，重複する説明を省略する。コントロールスリーブ７は，ホルダ本体１に固定された支持部材８と一体構造に構成されている。コントロールピストン２は，コントロールスリーブ７内に摺動可能に配置され且つニードル弁３と連結されている。リフト部材１５の下端面５１は，皿ばね１１のばね力でコントロールピストン２の上端面に当接した状態であり，両者は固定されていない。リフト部材１５は，支持部材８の中空穴６０内を摺動し，コントロールピストン２とコントロールスリーブ７の貫通孔５４との隙間を通じて高圧燃料が燃料チャンバ３７からリークしてくるが，中空穴６０内はリークオフプラグ１７に連通して高圧室を構成することがないので，コントロールピストン２に対する圧力バランスが崩れることがない。コントロールピストン２は，皿ばね１１とリターンスプリング２８とで下方へ押し下げられ，ニードル弁３が噴口５０を閉鎖する。圧電素子５の印加で皿ばね１１のばね力が解放さると，ニードル弁３は，ニードル弁３にかかる燃料圧がリターンスプリング２８のばね力に抗してリフトされる。第３実施例の変位拡大機構１０は，第１実施例の変位拡大機構１０と実質的に同一の構成及び同一の機能を有しているので，ここではその説明を省略する。
【００３３】
【発明の効果】
この燃料噴射装置は，上記のように構成したので，圧電素子の良好な応答性を活かした噴射インタバルを小さくしたパイロット噴射，数回のパイロット噴射等のきめの細かい噴射量制御や噴射率の制御を可能にし，コントロールピストンとスリーブとを使用することによって摺動部の長さを確保して高圧燃料のリーク量を最小限にすると共に，シリンダヘッドへの圧電素子とニードル弁との間に適正な間隔を確保でき，取付スペース上の厳しい部分の軸径を細く形成でき，取付レイアウト上，容易に適用させることができ，コンパクトな構造に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による内燃機関の燃料噴射装置の第１実施例を示す断面図である。
【図２】 この発明による内燃機関の燃料噴射装置の第２実施例を示す断面図である。
【図３】 この発明による内燃機関の燃料噴射装置の第３実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ホルダ本体
２ コントロールピストン
３ ニードル弁
４ ノズル本体
５ 圧電素子
７ コントロールスリーブ
８ 支持部材
９ 押圧部材
１０ 変位拡大機構
１１ 皿ばね
１２，１３ 凸部
１５，４１ リフト部材
２１ ボール
２４，２５ オリフィス
２６ 中空孔
２７ 通孔
２８ リターンスプリング
３５ バランスチャンバ
３７ 燃料チャンバ
５０ 噴口
Claims (6)
- 燃料を噴射する噴口を備えた本体，前記本体内をリフトして前記噴口を開放するニードル弁，前記ニードル弁に連結して前記ニードル弁の摺動を制御するコントロールピストン，前記本体内に燃料を溜める前記本体内に形成された燃料チャンバ，前記燃料チャンバ内に配置され且つ前記ニードル弁を噴口閉鎖方向に付勢するリターンスプリング，前記コントロールピストンのリフトを制御する電圧変化によって変位する圧電素子，及び前記ニードル弁をリフトさせるため前記圧電素子の変位を増大させて前記コントロールピストンに伝達する変位拡大機構を有し，
前記変位拡大機構は，前記圧電素子に固定された変位力の作用点の凸部を外周部上に備えた押圧部材，前記本体内に固定された支点の凸部を備えた中空状の支持部材，前記支持部材の中空部にリフト可能に配置されたリフト部材，及び内周端部が前記リフト部材に係止されて前記押圧部材と前記支持部材との間に設定された皿ばねから構成されていることから成る内燃機関の燃料噴射装置。 - 前記皿ばねは，その外側部が前記押圧部材の前記作用点の凸部に当接し且つ中央より外側の部分が前記支持部材の前記支点の凸部に当接するように，前記押圧部材と前記支持部材との間に配置されていることから成る請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記押圧部材の前記作用点の凸部と前記支持部材の前記支点の凸部との間の距離は，前記支点の凸部と前記皿ばねが係止する前記リフト部材の係止点との距離より小さくなるように設定されていることから成る請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記リフト部材は，前記本体に固定されたコントロールスリーブによって形成された燃料圧で前記ニードル弁のリフトを制御するバランスチャンバ内の燃料圧を解放する排出路を開閉する開閉弁であることから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記リフト部材は，前記本体に固定された前記支持部材と一体構造のコントロールスリーブ内に摺動可能に配置され且つ前記ニードル弁と連結された前記コントロールピストンの上端部に固定されていることから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
- 前記リフト部材の下端面は，前記本体に固定された前記支持部材と一体構造のコントロールスリーブ内に摺動可能に配置され且つ前記ニードル弁と連結された前記コントロールピストンの上端面に当接されていることから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
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