JP3865222B2

JP3865222B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP3865222B2
Application number: JP2002058639A
Authority: JP
Inventors: 涼桂; 健治伊達
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-03-05
Filing date: 2002-03-05
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2022-03-05
Also published as: JP2003254188A; DE10309387A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御室の圧力により燃料噴射を制御する燃料噴射装置（以下、「燃料噴射装置」をインジェクタという）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弁ボディのシート部に着座する方向にノズルニードルに燃料圧力を加える制御室を設置し、制御室の圧力を制御することにより噴孔からの燃料噴射を制御するインジェクタが知られている。制御室にはコモンレールから高圧燃料が供給されており、制御室と低圧側との間に電気駆動式の開閉弁が設置されている。開閉弁が制御室と低圧側との連通を遮断すると、制御室の圧力はコモンレールから供給される高圧燃料により高圧になりノズルニードルはシート部に着座する。開閉弁が制御室と低圧側とを連通させると、制御室の高圧燃料は低圧側に流出し制御室の圧力は低下するので、ノズルニードルはシート部から離座し噴孔から燃料が噴射される。
【０００３】
シート部に着座する方向に制御室の燃料からノズルニードルが受ける力は制御室から燃料圧力を受けるノズルニードルの受圧面積に比例する。シート部から離座する方向にノズルニードル周囲の燃料圧力からノズルニードルが受ける力は、（ノズルニードルの断面積−ノズルニードルのシート面積）に比例する。燃料圧力以外に、ノズルニードルはコイルスプリング等のばね部材からシート部に着座する方向に付勢力を受ける。
【０００４】
開閉弁が制御室と低圧側との連通を遮断している状態で、シート部に着座する方向に制御室の燃料からノズルニードルが受ける力と、シート部から離座する方向にノズルニードル周囲の燃料からノズルニードルが受ける力との差が小さくなり、シート部に着座する方向にノズルニードルを付勢するばね部材の付勢力を含みノズルニードルが全体としてシート部に着座する方向に受ける力が小さくなると、次のような利点が生じる。
(1) ノズルニードルがシート部に押しつけられる力が小さくなるので、ノズルニードルおよびシート部の摩耗が低減する。
(2) コモンレールからインジェクタに供給される燃料圧力が低く燃料から開弁方向に受ける力が小さくなっても、制御室の小さな圧力低下によりノズルニードルはシート部から離座する。したがって、コモンレールから供給される燃料の圧力に関し、噴射可能な最低圧力が低下する。
(3) 制御室の圧力低下が小さくてもノズルニードルはシート部から離座するので、開閉弁を開弁し制御室から低圧側に燃料が流出するときの単位時間当たりの燃料量、つまり開閉弁のリフト量を小さくすることができる。開閉弁を駆動する駆動力を低減できるので、開閉弁の電気駆動部を小型化できる。
【０００５】
ばね部材の付勢力を小さくしても、ノズルニードルが全体としてシート部に着座する方向に受ける力は小さくなる。しかし、燃料噴射遮断時にノズルニードルがシート部に向かう速度が遅くなり、速やかに燃料噴射を遮断できないという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
開閉弁が制御室と低圧側との連通を遮断している状態で、シート部に着座する方向に制御室の燃料からノズルニードルが受ける力と、シート部から離座する方向にノズルニードル周囲の燃料からノズルニードルが受ける力との差を小さくするためには、シート部に着座する方向に制御室の燃料からノズルニードルが受ける力を小さくするか、シート部から離座する方向にノズルニードル周囲の燃料からノズルニードルが受ける力を大きくすればよい。制御室の燃料圧力を受けるノズルニードルの受圧面積を小さくすると、シート部に着座する方向にノズルニードルが受ける力は小さくなる。また、ノズルニードルのシート面積を小さくすると、シート部から離座する方向にノズルニードルが受ける力は大きくなる。
【０００７】
しかしながら、制御室の燃料圧力を受けるノズルニードルの受圧面積を小さくするとことは、制御室に位置するノズルニードルの受圧部の外径を小さくすることになる。シート部に着座する方向にノズルニードルを付勢するばね部材の径方向の体格が小さくなるので、シート部に着座する方向にノズルニードルを付勢するばね部材の付勢力が小さくなるという問題がある。
【０００８】
また、ノズルニードルのシート面積を小さくすると、ノズルニードルがシート部から離座しリフトしたときの開口面積が小さくなるので、同じ燃料量を噴射する場合、噴射期間が長くなるという問題がある。
本発明の目的は、弁部材および弁ボディの摩耗を低減し、最低噴射圧を低下し、電気駆動部を小型化するインジェクタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載のインジェクタによると、弁部材を往復移動方向に貫通する貫通孔に挿入部材を挿入している。弁部材は挿入部材に対し往復移動自在である。弁シート部に着座する方向に制御室の燃料から弁部材が受ける力は貫通孔の断面積分減少する。制御室に位置する弁部材の受圧面積を小さくすることなく、弁シート部に着座する方向に制御室の燃料から弁部材が受ける力と、弁シート部から離座する方向に弁部材周囲の燃料から弁部材が受ける力との差を小さくすることができる。したがって、弁部材が弁シート部に押しつけられる力が小さくなるので、弁部材および弁ボディの摩耗を低減できる。
【００１０】
また、圧力制御手段が制御室と低圧側とを連通するとき、制御室の圧力低下が小さくても弁部材は弁シート部から離座する。圧力制御手段の電気駆動力を低下して制御室と低圧側とを連通する開口面積を小さくし、制御室から低圧側に流出する単位時間当たりの燃料量が減少しても、制御室の燃料圧力は弁部材が弁シート部から離座するために必要な圧力に速やかに低下する。したがって、圧力制御手段の電気駆動部を小型化できる。
【００１１】
また、弁シート部から離座する方向に弁部材に力を加える燃料噴射圧が低くても、制御室の燃料圧力を低下させることにより弁部材が弁シート部から離座し燃料を噴射できる。インジェクタに供給する燃料圧力を低下できるので、弁部材が弁シート部に着座するときの水撃音を低減できる。
【００１２】
弁シート部に着座する方向に弁部材が受ける力と弁シート部から離座する方向に弁部材が受ける力との差を小さくするために、弁シート部に着座する弁部材のシート面積を小さくし、弁シート部から離座する方向に弁部材が受ける力を大きくする必要がない。弁部材が弁シート部から離座したときの開口面積の減少を防止できるので、単位時間当たりの噴射量の減少を防止し、噴射期間が長くなることを防止する。
また、弁シート部から離座してから弁部材が燃料からリフト方向に受ける力は、貫通孔の断面積分減少する。弁シート部から離座してから弁部材のリフト速度が急激に増加することを防止できるので、弁部材のリフト量を高精度に制御しやすくなる。
【００１３】
また、本発明の請求項１記載のインジェクタによると、内周壁と固定部材との間に挿入部材が挟持され挿入部材の往復移動が禁止されるので、挿入部材が内周壁に衝突する音の発生を防止する。
本発明の請求項２記載のインジェクタによると、弁シート部に着座する弁部材の当接部は弾性変形する。弁部材の孔シート部または当接部、あるいは挿入部材の挟持部の加工精度が低くても、弁部材の当接部と孔シート部との距離を長めに加工しておけば、弁部材の当接部が弁シート部に着座するときに弁部材の当接部が弾性変形することにより、孔シート部と挟持部とが当接するとともに弁部材は弁シート部に着座できる。加工精度の低さを吸収できるので、加工が容易である。
【００１４】
本発明の請求項３記載のインジェクタによると、孔シート部と当接する挿入部材の遮断部は、弁部材が弁シート部に着座するとき弾性変形する。弁シート部に当接する弁部材の当接部または孔シート部、あるいは挿入部材の挟持部の加工精度が低くても、挟持部の長さを長めに加工しておけば、孔シート部に挿入部材の遮断部が当接するときに遮断部が弾性変形することにより、孔シート部と遮断部とが当接するとともに弁部材は弁シート部に着座できる。加工精度の低さを吸収できるので、加工が容易である。
【００１５】
本発明の請求項５記載のインジェクタによると、外側弁部材を往復移動方向に貫通する貫通孔に内側弁部材を挿入している。外側弁部材と内側弁部材とは互いに往復移動自在である。第１制御室に位置している外側弁部材の受圧面積を小さくすることなく、第１制御室から弁シート部に着座する方向に外側弁部材が受ける力は貫通孔の断面積分減少するので、外側弁部材が弁シート部に着座する方向に受ける力と弁シート部から離座する方向に受ける力との差を小さくすることができる。したがって、外側弁部材が弁シート部に着座する力が小さくなるので、外側弁部材および弁ボディの摩耗を低減できる。
【００１６】
また、圧力制御手段が第１制御室と低圧側とを連通するとき、第１制御室の圧力低下が小さくても外側弁部材は弁シート部から離座する。圧力制御手段の電気駆動力を低下して第１制御室と低圧側とを連通する開口面積を小さくし、第１制御室から低圧側に流出する単位時間当たりの燃料量が減少しても、第１制御室の燃料圧力は外側弁部材が弁シート部から離座するために必要な圧力に速やかに低下する。したがって、圧力制御手段の電気駆動部を小型化できる。
【００１７】
また、弁シート部から離座する方向に外側弁部材に力を加える燃料噴射圧が低くても、第１制御室の圧力を低下させることにより外側弁部材が弁シート部から離座し燃料を噴射できる。インジェクタに供給する燃料圧力を低下できるので、外側弁部材が弁シート部に着座するときの水撃音を低減できる。
【００１８】
弁シート部に着座する方向に外側弁部材が受ける力と弁シート部から離座する方向に外側弁部材が受ける力との差を小さくするために、弁シート部に着座する外側弁部材のシート面積を小さくし、弁シート部から離座する方向に外側弁部材が受ける力を大きくする必要がない。外側弁部材が弁シート部から離座したときの開口面積の減少を防止できるので、単位時間当たりの噴射量の減少を防止し、噴射期間が長くなることを防止する。
【００１９】
また、弁シート部から離座してから外側弁部材が燃料からリフト方向に受ける力は貫通孔の断面積分減少する。外側弁部材のリフト速度が急激に増加することを防止するので、外側弁部材のリフト量を高精度に制御しやすくなる。
さらに、外側弁部材が弁シート部から離座し内側弁部材が弁シート部に着座すると第１噴孔だけから噴射し、外側弁部材および内側弁部材が弁シート部から離座すると第１噴孔および第２噴孔から噴射する。圧力制御手段が第１制御室および第２制御室の燃料圧力を制御することにより、噴射率を変更することができる。
【００２０】
本発明の請求項６記載のインジェクタによると、圧力制御手段が第１制御室と低圧側とを連通し第２制御室と低圧側との連通を遮断することにより、第１制御室を低圧にし、第２制御室を高圧にする。外側弁部材および内側弁部材が弁シート部から離座するので、第１噴孔および第２噴孔から燃料を噴射する。
【００２１】
また、圧力制御手段が第１制御室および第２制御室と低圧側とを連通することにより、第１制御室をおよび第２制御室を低圧にする。外側弁部材は弁シート部から離座し、内側弁部材は弁シート部に着座するので、第１噴孔からだけ燃料を噴射する。圧力制御手段が断続状態を選択することにより、２段階に噴射率を切り換えることが可能となりエンジンの運転状態に応じた噴射率を選択できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例によるインジェクタを図１に示す。インジェクタ１はディーゼルエンジン用のインジェクタである。図示しないコモンレールからインジェクタ１の高圧燃料通路２００に高圧燃料が供給されている。弁ボディ１２、オリフィスプレート１４および弁ハウジング１６はリテーニングナット１８で結合されている。弁ボディ１２は有底円筒状に形成されており、底部に複数の噴孔１２ａが形成されている。
【００２３】
弁部材２０は往復移動方向に貫通する貫通孔２２を有している。貫通孔２２を形成する弁部材２０の内周壁に環状の孔シート部２４が形成されている。弁部材２０は弁ボディ１２に往復移動自在に収容されており、弁部材２０の当接部２６は噴孔１２ａの外側、つまり噴孔１２ａの燃料上流側で弁ボディ１２の内周壁に形成されている弁シート部１３に着座する。弁部材２０は、ばね部材としてのコイルスプリング２８により弁シート部１３に着座する方向に付勢されている。弁部材２０が弁シート部１３に着座することにより、燃料上流側から噴孔１２ａに燃料が流入することを遮断する。
弁ボディ１２と弁部材２０との間に燃料室２０２が形成されている。高圧燃料通路２００と燃料室２０２とは連通している。弁部材２０は燃料室２０２の高圧燃料から弁シート部１３から離座する方向に力を受ける。
【００２４】
挿入部材としてのロッド３０は貫通孔２２に挿入されている。ロッド３０に対し弁部材２０は往復移動自在である。ロッド３０の反噴孔側の端部３２は固定部材としてのオリフィスプレート１４に挿入されている。ロッド３０は噴孔１２ａの燃料下流側の弁シート部１３とオリフィスプレート１４との間に挟持され、往復移動を禁止されている。ロッド３０は噴孔１２ａ側端部に挟持部としての頭部３４を有している。頭部３４は、弁シート部１３に当接している当接部３５と、孔シート部２４に当接可能な遮断部３６とを有している。図１に示すように弁部材２０が弁シート部１３に着座している状態で、頭部３４は孔シート部２４と弁シート部１３との間に挟持され、遮断部３６は孔シート部２４と当接している。孔シート部２４と遮断部３６とが当接することにより、貫通孔２２から噴孔１２ａに燃料が流入することを遮断する。
【００２５】
弁部材２０の反噴孔側に制御室４０が形成されている。高圧燃料通路２００から連通路２０４を通り制御室４０に高圧燃料が供給されている。連通路２０４に絞り２０５が形成されている。連通路２１０は制御室４０と連通している。連通路２１０に絞り２１１が形成されている。連通路２１０の低圧側に断続手段としての電気駆動式の図示しない開閉弁が設置されている。開閉弁が開弁すると、制御室４０の高圧燃料は低圧側に流出する。図示しない開閉弁および制御室４０は圧力制御手段を構成している。
【００２６】
開閉弁が閉弁していると制御室４０の圧力は高圧である。弁部材２０の外径をａ、貫通孔２２の径をｂ、制御室４０の燃料から弁部材２０が弁シート部１３に着座する方向に受ける力をＦ₁とすると、ロッド３０に対し弁部材２０は往復移動自在であるから、Ｆ₁＝（π／４）（ａ²−ｂ²）である。弁部材２０のシート径をｃとすると、弁部材２０が弁シート部１３に着座している状態で、弁シート部１３から離座する方向に燃料室２０２の燃料から弁部材２０が受ける力をＦ₂とすると、Ｆ₂＝（π／４）（ａ²−ｃ²）である。コイルスプリング２８の付勢力をＦｓとすると、弁部材２０が弁シート部１３に着座した状態で、Ｆ₁＋Ｆｓ＞Ｆ₂である。
【００２７】
絞り２１１の通路面積は絞り２０５の通路面積よりも大きいので、開閉弁を開弁すると制御室４０の圧力は低下する。制御室４０の圧力が低下しＦ₁＋Ｆｓ＜Ｆ₂になると、図２に示すように弁部材２０は弁シート部１３から離座し、噴孔１２ａから燃料を噴射する。頭部３４を収容している弁部材２０の内径をｄ、弁部材２０が燃料室２０２からリフト方向に受ける力をＦ₃とすると、弁部材２０が弁シート部１３から離座した状態で、Ｆ₃＝（π／４）（ａ²−ｄ²）である。弁部材２０が弁シート部１３から離座しても弁部材２０がリフト方向に受ける力は急激に上昇しないので、弁部材２０のリフト量の制御が容易である。
【００２８】
図２に示す状態から開閉弁を閉弁すると制御室４０の圧力が上昇する。制御室４０の圧力が上昇し、Ｆ₁＋Ｆｓ＞Ｆ₃になると弁部材２０は弁シート部１３に向けて移動し弁シート部１３に着座する。これにより、噴孔１２ａからの燃料噴射が遮断される。
【００２９】
制御室４０の高圧燃料から弁部材２０が受ける力Ｆ₁は、Ｆ₁＝（π／４）（ａ²−ｂ²）である。弁部材２０の外径ａにより規定される面積（π／４）ａ²よりも制御室４０から弁部材２０が燃料圧力を受ける受圧面積（π／４）（ａ²−ｂ²）は貫通孔２２の断面積πｂ²／４分小さいので、制御室４０の高圧燃料から弁部材２０が弁シート部１３に着座する方向に受ける力が小さくなる。
【００３０】
弁部材２０が弁シート部１３に着座する方向に押しつけられる力が小さくなるので、弁部材２０および弁シート部１３の摩耗を低減できる。また、弁部材２０の外径を小さくすることなく、弁部材２０が弁シート部１３に着座する方向に受ける力と弁シート部１３から離座する方向に受ける力との差を小さくすることができる。コイルスプリング２８の径が小さくなることを防止するので、弁シート部１３に向けコイルスプリング２８が弁部材２０を付勢する力が低減することを防止する。これにより、燃料噴射遮断時に弁シート部１３に向かう弁部材２０の速度の低下を防止することができる。
【００３１】
また、コイルスプリング２８の付勢力を含め、弁部材２０が弁シート部１３に着座する方向に受ける力と弁シート部１３から離座する方向に受ける力との差が小さくなっている。制御室４０の圧力低下が小さくても弁部材２０は弁シート部１３から離座するので、制御室４０から単位時間当たりに低圧側に流出する燃料量を小さくすることができる。開閉弁の開口面積、つまり最大リフト量を小さくできるので、電気駆動式の開閉弁の駆動力を小さくし、開閉弁の電気駆動部を小型化できる。
【００３２】
弁部材２０のシート径ｃを小さくして弁部材２０が弁シート部１３から離座する方向に受ける力を大きくすることなく、弁部材２０が弁シート部１３に着座する方向に受ける力と弁シート部１３から離座する方向に受ける力との差を小さくすることができる。リフトしたときに弁部材２０が弁シート部１３と形成する開口面積が小さくならないので、単位時間当たりに噴射する燃料量が減少しない。したがって、同一の燃料量を噴射するときに噴射期間が長くなることを防止する。
【００３３】
第１実施例では、弁部材２０の貫通孔２２に挿入している挿入部材としてのロッド３０をオリフィスプレート１４と弁シート部１３との間に挟持し、ロッド３０の往復移動を禁止した。これに対し、ロッド３０の反噴孔側の長さを短縮してオリフィスプレート１４と弁シート部１３との間にロッド３０を挟持せず、ロッド３０の往復移動を許容してもよい。
【００３４】
（第２実施例）
本発明の第２実施例によるインジェクタを図３に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
挿入部材としてのロッド５０は貫通孔２２に挿入されている。ロッド５０に対し弁部材２０は往復移動自在である。ロッド５０は噴孔１２ａの燃料下流側の弁シート部１３とオリフィスプレート１４との間に挟持され、往復移動を禁止されている。ロッド５０は噴孔１２ａ側端部に挟持部としての頭部５２を有している。図３に示すように弁部材２０が弁シート部１３に着座している状態で、頭部５２は、孔シート部２４と弁シート部１３との間に挟持されている。頭部５２は、孔シート部２４と当接可能な遮断部５３を有している。遮断部５３は傘状に形成されており、弾性変形可能である。弁部材２０が弁シート部１３に着座している状態で孔シート部２４と遮断部５３とは当接し、遮断部５３は弾性変形している。孔シート部２４と遮断部５３とが当接することにより、貫通孔２２から噴孔１２ａに燃料が流入することを遮断している。図４に示すように弁部材２０が弁シート部１３から離座し孔シート部２４が遮断部５３から離れると、遮断部５３は弾性変形前の形状に戻る。
【００３５】
孔シート部２４と当接部２６との距離、または頭部５２の長さの加工精度が低くても、孔シート部２４と当接部２６との距離を遮断部５３の弾性変形の範囲内で頭部５２の長さよりも短くすれば、弁部材２０が弁シート部１３に着座するときに遮断部５３が弾性変形することにより当接部２６は弁シート部１３に着座できる。したがって、弁部材２０およびロッド５０の加工が容易である。
【００３６】
（第３実施例、第４実施例）
本発明の第３実施例によるインジェクタを図５に示し、第４実施例によるインジェクタを図６に示す。第３実施例および第４実施例は、第２実施例のインジェクタにおいて、制御室４０と低圧側とを断続する圧力制御手段の断続手段としての開閉弁の構成を示したものである。第３実施例および第４実施例の開閉弁の電気駆動部として、圧電素子またはソレノイドを用いる。第２実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
【００３７】
図５に示す第３実施例の開閉弁において、電気駆動部への通電時に弁部材６０は連通路２１０の出口側であるオリフィスプレート１４の端面１４ａに着座し、制御室４０と低圧側との連通を遮断する。開閉弁の電気駆動部への通電を遮断すると、弁部材６０は端面１４ａから離れ、制御室４０と低圧側とが連通する。
【００３８】
図６に示す第４実施例の開閉弁において、弁部材７０のロッド７２とボール７４とは当接可能である。電気駆動部への通電遮断時、弁部材７０は図６よりも上方に位置し、ボール７４は弁ハウジング１６のシート部７６に着座する。これにより、連通路２１０の低圧側出口は閉塞され、制御室４０と低圧側との連通は遮断される。開閉弁の電気駆動部に通電すると、弁部材７０は図６の下方に移動し、ボール７４はシート部７６から離座する。これにより、制御室４０と低圧側とが連通する。
【００３９】
（第５実施例）
本発明の第５実施例によるインジェクタを図７に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
弁シート部１３と当接する弁部材８０の当接部８２は薄肉の環状に形成されており、弾性変形可能である。当接部８２の根本である貫通孔２２を形成する弁部材８０の内周壁に、孔シート部８３が形成されている。
【００４０】
挿入部材としてのロッド８４は貫通孔２２に挿入されている。ロッド８４に対し弁部材８０は往復移動自在である。ロッド８４は噴孔１２ａの燃料下流側の弁シート部１３とオリフィスプレート１４との間に挟持され、往復移動を禁止されている。ロッド８４は噴孔１２ａ側端部に挟持部としての頭部８６を有している。図７に示すように弁部材８０が弁シート部１３に着座している状態で、頭部８６は、孔シート部８３と弁シート部１３との間に挟持されている。孔シート部８３と頭部８６とが当接することにより、貫通孔２２から噴孔１２ａに燃料が漏れ出すことを遮断している。当接部８２が弁シート部１３に着座している状態で当接部８２は弾性変形している。
【００４１】
孔シート部８３と当接部８２との距離、または頭部８６の長さの加工精度が低くても、孔シート部８３と当接部８２との距離を当接部８２の弾性変形の範囲内で頭部８６の長さよりも長くすれば、弁部材８０が弁シート部１３に着座するときに当接部８２が弾性変形することにより、当接部８２が弁シート部１３に着座した状態で孔シート部８３は頭部８６に当接できる。したがって、弁部材８０およびロッド８４の加工が容易である。
【００４２】
（第６実施例）
本発明の第６実施例によるインジェクタを図８に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
弁ボディ１２に、第１噴孔１２ａと、第１噴孔１２ａの燃料下流側に第２噴孔１２ｂとがそれぞれ複数形成されている。外側弁部材９０は第１噴孔１２ａの燃料上流側の弁シート部１３に着座可能であり、内側弁部材１００は第１噴孔１２ａと第２噴孔１２ｂとの間の弁シート部１３に着座可能である。
【００４３】
外側弁部材９０は往復移動方向に貫通する貫通孔９２を有しており、貫通孔９２を形成する内周壁に孔シート部９４を有している。内側弁部材１００は貫通孔９２に挿入されている。外側弁部材９０と内側弁部材１００とは互いに往復移動自在である。内側弁部材１００は噴孔側端部に頭部１０２を有している。頭部１０２は反噴孔側に外側弁部材９０の孔シート部９４と当接可能な遮断部１０３を有している。遮断部１０３が孔シート部９４と当接すると、貫通孔９２から第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂに燃料が流入することを遮断する。
【００４４】
外側弁部材９０の反噴孔側に第１制御室としての制御室４０が形成されている。内側弁部材１００の反噴孔側に高圧室２２０が形成されている。高圧室２２０は連通路２２２を介して高圧燃料通路２００と連通しており、弁シート部１３に着座する方向に内側弁部材１００に高圧の燃料圧力を加える。第２制御室としての制御室２３０は連通路２３２を介して高圧燃料通路２００と連通している。連通路２３２に絞り２３３が形成されている。制御室２３０の燃料圧力は弁シート部１３から離座する方向に内側弁部材１００に加わる。ばね部材としてのコイルスプリング１２０は弁シート部１３から離座する方向に内側弁部材１００に加わる。また制御室２３０は、連通路２３４により図示しない開閉弁に接続している。連通路２３４に絞り２３５が形成されている。絞り２３５の通路面積は絞り２３３の通路面積よりも大きい。
【００４５】
制御室４０、高圧室２２０、制御室２３０、ならびに制御室４０および制御室２３０と低圧側との連通を断続する断続手段としての図示しない開閉弁は圧力制御手段を構成している。制御室４０および制御室２３０と低圧側との連通を断続する圧力制御手段の開閉弁として、第３実施例または第４実施例に示した電気駆動式の開閉弁を用いることができる。第６実施例では、第４実施例で示した一つの開閉弁で制御室４０および制御室２３０と低圧側との連通を断続する構成とする。
【００４６】
開閉弁への通電を遮断しているとき、コイルスプリング２８の付勢力および制御室４０の燃料圧力から外側弁部材９０が弁シート部１３に着座する方向に受ける力は、燃料室２０２の燃料から弁シート部１３から離座する方向に外側弁部材９０が受ける力よりも大きいので、外側弁部材９０は弁シート部１３に着座している。また、コイルスプリング１２０の付勢力および制御室２３０の燃料圧力から弁シート部１３から離座する方向に内側弁部材１００が受ける力は、高圧室２２０から弁シート部１３に着座する方向に内側弁部材１００が受ける力よりも大きいので、内側弁部材１００の噴孔側端部である頭部１０２は弁シート部１３から離座している。そして、頭部１０２の遮断部１０３は孔シート部９４と当接している。したがって、第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂから燃料は噴射されない。
【００４７】
開閉弁に通電すると、連通路２１０および連通路２３４は低圧側と連通する。制御室２３０の容積は制御室４０の容積よりも小さいので、流出する燃料量が同じであれば制御室２３０の方が制御室４０よりも圧力の低下率が大きい。したがって、制御室２３０の燃料圧力およびコイルスプリング１２０の付勢力から内側弁部材１００が弁シート部１３から離座する方向に受ける力よりも高圧室２２０の燃料圧力から内側弁部材１００が弁シート部１３に着座する方向に受ける力が大きくなるタイミングは、燃料室２０２の燃料から外側弁部材９０が弁シート部１３から離座する方向に受ける力が、制御室４０の燃料圧力およびコイルスプリング２８の付勢力から内側弁部材１００が弁シート部１３に着座する方向に受ける力よりも大きくなるタイミングよりも早い。したがって、外側弁部材９０が弁シート部１３から離座する前に、内側弁部材１００の遮断部１０３は孔シート部９４から離れ頭部９２が弁シート部１３に着座する。この状態では、遮断部１０３が孔シート部９４から離れているので、貫通孔９２の燃料が僅かに第１噴孔１２ａから漏れ出る可能性がある。しかし、次に第１噴孔１２ａから噴射を開始するまでの短時間であり微量である。
【００４８】
制御室４０から高圧燃料がさらに流出し制御室４０の燃料圧力が低下し、燃料室２０２の燃料から外側弁部材９０が弁シート部１３から離座する方向に受ける力が、制御室４０の燃料圧力およびコイルスプリング２８の付勢力から内側弁部材１００が弁シート部１３に着座する方向に受ける力よりも大きくなると、内側弁部材１００が弁シート部１３に着座した状態で外側弁部材９０は弁シート部１３から離座する。すると、図９の期間ｔ１に示すように、第１噴孔１２ａから燃料が噴射される。
【００４９】
第１噴孔１２ａから燃料を噴射している状態で開閉弁への通電を遮断すると、制御室４０および制御室２３０と低圧側との連通が遮断され、制御室４０および制御室２３０の燃料圧力が上昇する。すると、外側弁部材９０が弁シート部１３に着座する前に内側弁部材１００が弁シート部１３から離座し、遮断部１０３は孔シート部９４と当接する。すなわち図９の期間ｔ２に示すように、噴射終了前に第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂから燃料が噴射され、噴射率が上昇する。
【００５０】
制御室４０の圧力がさらに上昇すると、遮断部１０３が孔シート部９４と当接した状態で外側弁部材９０は弁シート部１３に着座し、第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂからの燃料噴射が遮断される。第６実施例では、１回の噴射で噴射率を変更できる。
【００５１】
（第７実施例）
本発明の第７実施例によるインジェクタの電気駆動式開閉弁を図１０に示す。図１０に示す開閉弁以外のインジェクタの構成は第６実施例と実質的に同一である。
圧力制御手段の断続手段としての開閉弁２４０は圧電素子２４２を電気駆動源としている。圧電素子２４２に代えてソレノイドを駆動源としてもよい。駆動ピストン２４４は圧電素子２４２の伸縮に応じて往復移動する。第１ピストン２４６のピストン径ｄ１は第２ピストン２５０のピストン径ｄ２よりも大きい。駆動ピストン２４４、第１ピストン２４６および第２ピストン２５０は圧力室２４５に面している。当接部２４７は第１ピストン２４６と連結し、当接部２５１は第２ピストン２５０と連結している。コイルスプリング２４８は当接部２４７がシート部２５４に着座する方向に第１ピストン２４６を付勢し、コイルスプリング２５２は当接部２５１がシート部２５６に着座する方向に第２ピストン２５０を付勢している。当接部２４７がシート部２５４から離座すると、制御室４０と低圧側とが連通し、当接部２５１がシート部２５６から離座すると制御室２３０と低圧側とが連通する。
【００５２】
圧電素子２４２に電圧を加えると、所定範囲の電圧の高低に比例して圧電素子２４２は伸縮する。圧電素子２４２の伸び量が大きくなると圧力室２４５の圧力は高くなる。ピストン径の違いにより、当接部２４７がシート部２５４から離座し、当接部２５１がシート部２５６から離座しない圧力室２４５の中間圧力が存在する。
【００５３】
圧力室２４５の圧力を中間圧力よりも高くすると、当接部２４７はシート部２５４から離座し、当接部２５１はシート部２５６から離座する。制御室４０および制御室２３０の圧力が低下するので、弁シート部１３から外側弁部材９０は離座し、弁シート部１３に内側弁部材１００は着座する。開閉弁２４０以外の構成が第７実施例と実質的に同一である第６実施例の第１噴孔１２ａだけから燃料が噴射されるので、低噴射率で噴射可能である。
【００５４】
圧力室２４５の圧力を中間圧力にすると、当接部２４７はシート部２５４から離座し、当接部２５１はシート部２５６に着座したままである。制御室４０の圧力は低下し弁シート部１３から外側弁部材９０は離座する。制御室２３０の圧力は保持され内側弁部材１００は弁シート部１３から離座したままである。第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂから燃料が噴射されるので、高噴射率で噴射可能である。したがって、噴射率を２段階に切り換え可能になる。
【００５５】
第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂから噴射する場合、第７実施例では、図１１の特性曲線３００に示すように第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂから殆ど同時に噴射する。これに対し、弁部材のリフト方向に離れて第１噴孔および第２噴孔を形成し、弁部材のリフト量の大きさにより第１噴孔だけから、または第１噴孔および第２噴孔両方からの噴射を選択する従来のインジェクタでは、第１噴孔および第２噴孔から噴射する場合、図１１の特性曲線３１０に示すように弁部材のリフトに伴い第１噴孔と第２噴孔の噴射タイミングに時間差が生じる。したがって、同一の燃料量を噴射する場合、第７実施例のインジェクタの方がリフト量の大きさにより噴射量を制御する構成に比べ噴射期間が短くなる。
【００５６】
（第８実施例）
本発明の第８実施例によるインジェクタの電気駆動式開閉弁を図１２に示す。圧力制御手段の断続手段としての図１２に示す開閉弁２６０以外のインジェクタの構成は第６実施例と実質的に同一である。
第１ピストン２６２と第２ピストン２６５のピストン径は同一である。第１ピストン２６２はボール２６４と当接可能なロッド２６３を有している。第２ピストン２６５はボール２６７と当接可能なロッド２６６を有している。ボール２６４の径ｒ１はボール２６７の径ｒ２よりも小さい。つまり、ボール２６４のシート径はボール２６７のシート径よりも小さい。したがって、制御室４０の圧力からシート部２６８に着座する方向にボール２６４が受ける力は、制御室２３０の圧力からシート部２６９に着座する方向にボール２６７が受ける力よりも小さい。
【００５７】
圧力室２４５の圧力が低圧のとき、ボール２６４はシート部２６９に着座し、ボール２６７はシート部２６９に着座している。このとき、制御室４０および制御室２３０の圧力は高圧であるから、第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂから燃料は噴射されない。
【００５８】
シート径の違いにより、ボール２６４がシート部２６８から離座し、ボール２６７がシート部２６９から離座しない圧力室２４５の中間圧力が存在する。中間圧力を生成する圧電素子２４２の伸び量よりも圧電素子２４２に印加する電圧が上昇し伸び量が増加すると、圧力室２４５の圧力が中間圧力よりも上昇する。すると、ボール２６４はシート部２６８から、ボール２６７はシート部２６９からそれぞれ離座する。
【００５９】
圧力室２４５の圧力を制御することにより、第７実施例と同様にエンジン運転状態に応じ、第１噴孔１２ａからだけ噴射する場合と、第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂ両方から噴射する場合とに噴射率を選択できる。第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂから噴射する場合、第７実施例と同様に第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂから殆ど同時に噴射する。
【００６０】
（第９実施例）
本発明の第９実施例によるインジェクタの電気駆動式開閉弁を図１３に示す。圧力制御手段の断続手段としての図１３に示す開閉弁２７０以外のインジェクタの構成は第６実施例と実質的に同一である。駆動ピストン２４４、圧力室２４５、第１ピストン２６２および第２ピストン２６５の構成は、第８実施例と実質的に同一である。
【００６１】
第１ピストン２６２と第１弁部材２７４とは第１てこ２７２により連結しており、第２ピストン２６５と第２弁部材２７７とは第２てこ２７５により連結している。第１弁部材２７４および第２弁部材２７７は、それぞれコイルスプリング等によりシート部２７８、２７９に向けて付勢されている。第１ピストン２６２および第２ピストン２６５は同じピストン径であるから、圧力の上昇により圧力室２４５から両ピストンが受ける力、すなわち第１てこ２７２および第２てこ２７５の力点に加わる力は等しい。
【００６２】
第１てこ２７２における（作用点と支点２７３との距離）／（力点と支点２７３との距離）は、第２てこ２７５における（作用点と支点２７６との距離）／（力点と支点２７６との距離）よりも小さい。したがって、第１てこ２７２を介し第１ピストン２６２から第１弁部材２７４にシート部２７８から離座する方向に加わる力は、第２てこ２７５を介し第２ピストン２６５から第２弁部材２７７にシート部２７９から離座する方向に加わる力よりも大きい。したがって、第１弁部材２７４はシート部２７８から離座し、第２弁部材２７７はシート部２７９に着座したままになる圧力室２４５の中間圧力が存在する。圧力室２４５の圧力が中間圧力よりも上昇すると、第１弁部材２７４はシート部２７８から、第２弁部材２７７はシート部２７９からそれぞれ離座する。
【００６３】
圧力室２４５の圧力を制御することにより、第７実施例と同様にエンジン運転状態に応じ、第１噴孔１２ａからだけ噴射する場合と、第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂ両方から噴射する場合とに噴射率を選択できる。第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂから噴射する場合、第７実施例と同様に第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂから殆ど同時に噴射する。
【００６４】
（第１０実施例）
本発明の第１０実施例によるインジェクタの電気駆動式開閉弁を図１４に示す。圧力制御手段の断続手段としての図１４に示す開閉弁２８０以外のインジェクタの構成は第６実施例と実質的に同一である。
駆動ピストン２８２およびロッド２８４は圧電素子とともに往復移動する。圧電素子に電圧が印加されていない状態において、ボール２８６はシート部２８８に着座し、ボール２９２はシート部２９４に着座している。ボール２８６がシート部２８８から離座し、ロッド２９０と当接した状態で駆動ピストン２８２およびロッド２８４がさらに図１４の下方に移動すると、ボール２９２はシート部２９４から離座する。
【００６５】
圧電素子の伸び量には、図１４に示すように、ボール２８６はシート部２８８から離座し、ボール２９２はシート部２９４に着座したままになる中間値が存在する。中間値を生成する電圧よりも圧電素子に印加する電圧が上昇し伸び量が増加すると、ボール２８６はシート部２８８から、ボール２９２はシート部２９４からそれぞれ離座する。
【００６６】
圧電素子に印加する印加電圧を制御し圧電素子の伸び量を調整することにより、第７実施例と同様にエンジン運転状態に応じ、第１噴孔１２ａからだけ噴射する場合と、第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂ両方から噴射する場合とに噴射率を選択できる。第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂから噴射する場合、第７実施例と同様に第１噴孔１２ａおよび第２噴孔１２ｂから殆ど同時に噴射する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるインジェクタを示す模式的断面図である。
【図２】第１実施例のインジェクタによる燃料噴射状態を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の第２実施例によるインジェクタを示す模式的断面図である。
【図４】第２実施例のインジェクタによる燃料噴射状態を示す模式的断面図である。
【図５】本発明の第３実施例によるインジェクタを示す模式的断面図である。
【図６】本発明の第４実施例によるインジェクタを示す模式的断面図である。
【図７】本発明の第５実施例によるインジェクタを示す模式的断面図である。
【図８】本発明の第６実施例によるインジェクタを示す模式的断面図である。
【図９】第６実施例のインジェクタによる噴射率を示す特性図である。
【図１０】本発明の第７実施例によるインジェクタの開閉弁を示す模式的図である。
【図１１】第７実施例のインジェクタによる噴射率を示す特性図である。
【図１２】本発明の第８実施例によるインジェクタの開閉弁を示す模式的図である。
【図１３】本発明の第９実施例によるインジェクタの開閉弁を示す模式的図である。
【図１４】本発明の第１０実施例によるインジェクタの開閉弁を示す模式的図である。
【符号の説明】
１インジェクタ（燃料噴射装置）
１２弁ボディ
１２ａ噴孔（第１噴孔）
１２ｂ噴孔（第２噴孔）
１３弁シート部
１４オリフィスプレート（固定部材）
２０、８０弁部材
２２貫通孔
２４、８３孔シート部
２６、８２当接部
２８コイルスプリング（ばね部材）
３０、５０、８４ロッド（挿入部材）
３４、５２、８６頭部（挟持部）
３６、５３遮断部
４０制御室（第１制御室、圧力制御手段）
６０弁部材（圧力制御手段）
７０弁部材（圧力制御手段）
７４ボール（圧力制御手段）
７６シート部（圧力制御手段）
９０外側弁部材
９２貫通孔
９４孔シート部
１００内側弁部材
１０２頭部
１０３遮断部
１２０コイルスプリング（ばね部材）
２００高圧燃料通路
２２０高圧室（圧力制御手段）
２３０制御室（第２制御室、圧力制御手段）
２４０、２６０、２７０、２８０開閉弁（圧力制御手段）

Claims

有底筒状に形成されて筒内に燃料を供給され、底側に噴孔を有し、内周壁に弁シート部を有する弁ボディと、
前記弁ボディ内に往復移動自在に収容され、往復移動方向に貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔を形成する内周壁に孔シート部を有し、前記弁シート部において前記噴孔よりも外周側に着座することにより燃料上流側から前記噴孔に燃料が流入することを遮断する弁部材と、
前記弁シート部に着座する方向に前記弁部材を付勢するばね部材と、
前記貫通孔に挿入されている挿入部材であって、前記挿入部材に対し前記弁部材は往復移動自在であり、前記弁部材が前記弁シート部に着座しているときに、前記孔シート部と前記弁シート部において前記噴孔よりも内周側との間に挟持される挟持部を有し、前記挟持部が前記孔シート部と当接することにより前記貫通孔から前記噴孔に燃料が流入することを遮断する挿入部材と、
前記弁シート部に着座する方向に前記弁部材に燃料圧力を加える制御室を有し、前記制御室と低圧側との連通を断続する電気駆動式の圧力制御手段と、
前記制御室の前記弁部材と反対側に設置され、前記弁シート部との間で前記挿入部材を挟持し前記挿入部材の往復移動を禁止する固定部材と、
を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
前記弁シート部に着座する前記弁部材の当接部は弾性変形することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
前記挟持部は前記孔シート部と当接することにより前記貫通孔から前記噴孔に燃料が流入することを遮断する遮断部を有し、前記遮断部は弾性変形することを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射装置。
前記遮断部は傘状に形成されていることを特徴とする請求項３記載の燃料噴射装置。
有底筒状に形成されて筒内に燃料を供給され、内周壁に弁シート部を有し、底側に第１噴孔、ならびに前記弁シート部において前記第１噴孔よりも内周側に開口している第２噴孔を有している弁ボディと、
前記弁ボディ内に往復移動自在に収容され、往復移動方向に貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔を形成する内周壁に孔シート部を有し、前記弁シート部において前記第１噴孔の燃料上流側に着座することにより燃料上流側から前記第１噴孔および前記第２噴孔に燃料が流入することを遮断する外側弁部材と、
前記弁シート部に着座する方向に前記外側弁部材を付勢するばね部材と、
前記外側弁部材と互いに往復移動自在に前記貫通孔に挿入され前記第１噴孔と前記第２噴孔との間で前記弁シート部に着座することにより燃料上流側から前記第２噴孔に燃料が流入することを遮断する内側弁部材であって、前記弁シート部から前記内側弁部材が離座した状態で前記孔シート部と当接することにより前記貫通孔から前記第１噴孔および前記第２噴孔に燃料が流入することを遮断する遮断部を有する内側弁部材と、
前記弁シート部に着座する方向に前記外側弁部材に燃料圧力を加える第１制御室、前記弁シート部に着座する方向に前記内側弁部材に燃料圧力を加える高圧室、ならびに前記弁シート部から離座する方向に前記内側弁部材に燃料圧力を加える第２制御室を有し、前記第１制御室および前記第２制御室と低圧側との連通を断続する電気駆動式の圧力制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
前記圧力制御手段は、前記第１制御室および前記第２制御室と低圧側との連通を遮断するか、前記第１制御室と低圧側とを連通し前記第２制御室と低圧側との連通を遮断するか、前記第１制御室および前記第２制御室と低圧側とを連通するかの３通りの断続状態を選択することにより噴射率を２段階に切り換えることを特徴とする請求項５記載の燃料噴射装置。