JP5051102B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を内燃機関に噴射するための燃料噴射弁に関する。

特許文献１に示された燃料噴射弁は、ピエゾスタックと一体化されたピエゾピストン、およびノズルニードルにおける反噴口側に形成されたニードルピストン部が、段付きシリンダ内に摺動自在に挿入されている。そして、電荷が充電されてピエゾスタックが伸長すると、段付きシリンダ内に区画形成された油密室の圧力が上昇してノズルニードルが閉弁作動し（すなわち、噴孔を閉じる）、電荷が放電されてピエゾスタックが収縮すると、油密室の圧力が低下してノズルニードルが開弁作動するようになっている。
国際公開第２００６／００３０４８号パンフレット

しかしながら、特許文献１に示された燃料噴射弁は、ピエゾスタックのピエゾピストンおよびノズルニードルのニードルピストン部が共通の段付きシリンダに挿入されるため、ピエゾスタックとノズルニードルは極めて高い同軸精度を確保してボディに組み付ける必要がある。そして、ピエゾスタックおよびノズルニードルはボディにて径方向位置が決められるため、ピエゾスタックとノズルニードルの高い同軸精度を確保するためには、ボディを精度よく加工する必要があり、ボディの加工が難しいという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、ボディの加工を容易に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、高圧燃料が流通する高圧燃料通路（１００、１１０）および高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させる噴孔（１０１、１０３、１０４）が形成されたボディ（１０、１１）と、第１シリンダ孔（１６０）および第１シリンダ孔（１６０）よりも小径の第２シリンダ孔（１４０）が形成されるとともに、第１シリンダ孔（１６０）および第２シリンダ孔（１４０）の一部が油密室（２２）として区画形成されたシリンダ（１４、１６）と、第１シリンダ孔（１６０）に摺動自在に挿入されたピストン（１９、４１）と、ニードルピストン部（１３１、３０１）が第２シリンダ孔（１４０）に摺動自在に挿入され、油密室（２２）の圧力により噴孔（１０１、１０３、１０４）を閉じる向きに付勢されるとともに、高圧燃料により開弁向きに付勢されるノズルニードル（１３）と、電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック（１７）とを備え、ピエゾスタック（１７）の伸縮により油密室（２２）の容積を変化させてノズルニードル（１３）の開閉作動を制御する燃料噴射弁において、シリンダは、第１シリンダ孔（１６０）が形成された第１シリンダ（１６）と、第２シリンダ孔（１４０）が形成された第２シリンダ（１４）とに分割され、スプリング（１５、２１、３２）により第２シリンダ（１４）が第１シリンダ（１６）に向かって付勢されて、第１シリンダ（１６）と第２シリンダ（１４）が当接していることを特徴とする。

これによると、シリンダが第１シリンダ（１６）と第２シリンダ（１４）に分割されているため、ピストン（１９、４１）とノズルニードル（１３）の高い同軸精度は不要となり、ボディ（１０、１１）の加工が容易になる。

請求項２に記載の発明では、高圧燃料が流通する高圧燃料通路（１００、１１０）および高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させる噴孔（１０１、１０３、１０４）がボディ（１０、１１）に形成され、高圧燃料により開弁向きに付勢されるノズルニードル（１３）により噴孔（１０１、１０３、１０４）を開閉する燃料噴射弁であって、電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック（１７）と、第１シリンダ孔（１６０）が形成され、ピエゾスタック（１７）により駆動される第１シリンダ（１６）と、第１シリンダ孔（１６０）よりも小径の第２シリンダ孔（１４０）が形成され、第１シリンダ（１６）の端面に当接して移動する第２シリンダ（１４）と、第２シリンダ（１４）を第１シリンダ（１６）に向かって付勢するスプリング（１５、２１、３２）と、ボディ（１０、１１）に位置決め固定されるとともに、第１シリンダ孔（１６０）に摺動自在に挿入された固定ピストン（１９）とを備え、ノズルニードル（１３）における反噴口側に形成されたニードルピストン部（１３１、３０１）が第２シリンダ孔（１４０）に摺動自在に挿入され、第１シリンダ（１６）および第２シリンダ（１４）の内部に油密室（２２）が区画形成され、ピエゾスタック（１７）の伸長により、第１シリンダ（１６）および第２シリンダ（１４）を油密室（２２）の容積が拡大する向きに移動させて、ノズルニードル（１３）を開弁作動させるように構成され、ピエゾスタック（１７）の収縮により、第１シリンダ（１６）および第２シリンダ（１４）を油密室（２２）の容積が縮小する向きに移動させて、ノズルニードル（１３）を閉弁作動させるように構成されていることを特徴とする。

これによると、シリンダが第１シリンダ（１６）と第２シリンダ（１４）に分割されているため、固定ピストン（１９）とノズルニードル（１３）の高い同軸精度は不要となり、ボディ（１０、１１）の加工が容易になる。

請求項３に記載の発明では、高圧燃料が流通する高圧燃料通路（１００、１１０）および高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させる噴孔（１０１）がボディ（１０、１１）に形成され、高圧燃料により開弁向きに付勢されるノズルニードル（１３）により噴孔（１０１）を開閉する燃料噴射弁であって、電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック（１７）と、第１シリンダ孔（１６０）が形成され、ボディ（１０、１１）に位置決め固定された第１シリンダ（１６）と、第１シリンダ孔（１６０）よりも小径の第２シリンダ孔（１４０）が形成され、第１シリンダ（１６）の端面に当接して配置された第２シリンダ（１４）と、第２シリンダ（１４）を第１シリンダ（１６）に向かって付勢するスプリング（１５）と、第１シリンダ孔（１６０）に摺動自在に挿入され、ピエゾスタック（１７）に駆動されるピエゾピストン（４１）とを備え、ノズルニードル（１３）における反噴口側に形成されたニードルピストン部（１３１）が第２シリンダ孔（１４０）に摺動自在に挿入され、第１シリンダ（１６）および第２シリンダ（１４）の内部に油密室（２２）が区画形成され、ピエゾスタック（１７）の収縮により、ピエゾピストン（４１）を油密室（２２）の容積が拡大する向きに移動させて、ノズルニードル（１３）を開弁作動させるように構成され、ピエゾスタック（１７）の伸長により、ピエゾピストン（４１）を油密室（２２）の容積が縮小する向きに移動させて、ノズルニードル（１３）を閉弁作動させるように構成されていることを特徴とする。

これによると、シリンダが第１シリンダ（１６）と第２シリンダ（１４）に分割されているため、ピエゾピストン（４１）とノズルニードル（１３）の高い同軸精度は不要となり、ボディ（１０、１１）の加工が容易になる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、スプリング（１５、３２）は、第２シリンダ（１４）とノズルニードル（１３）とに挟持されて、第２シリンダ（１４）を第１シリンダ（１６）に向かって付勢するとともに、ノズルニードル（１３）を閉弁向きに付勢することを特徴とする。

これによると、１つのスプリング（１５、３２）よって第２シリンダ（１４）およびノズルニードル（１３）を付勢するため、燃料噴射弁の構成を簡素にすることができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、スプリング（２１）は、ボディ（１０、１１）と第２シリンダ（１４）とに挟持されて、第２シリンダ（１４）を第１シリンダ（１６）に向かって付勢することを特徴とする。

これによると、作動中に第１シリンダ（１６）と第２シリンダ（１４）が離れることを確実に防止することができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、スプリング（１５、２１、３２）は、第２シリンダ（１４）とノズルニードル（１３）とに挟持されて、第２シリンダ（１４）を第１シリンダ（１６）に向かって付勢するとともに、ノズルニードル（１３）を閉弁向きに付勢するニードルスプリング（１５、３２）と、ボディ（１０、１１）と第２シリンダ（１４）とに挟持されて、第２シリンダ（１４）を第１シリンダ（１６）に向かって付勢するシリンダスプリング（２１）とからなることを特徴とする。

これによると、ノズルニードル（１３）を確実に閉弁させることができるとともに、作動中に第１シリンダ（１６）と第２シリンダ（１４）が離れることを確実に防止することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄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。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。

燃料噴射弁は、内燃機関（より詳細にはディーゼルエンジン、図示せず）のシリンダヘッドに装着され、蓄圧器（図示せず）内に蓄えられた高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射するものである。

図１に示すように、燃料噴射弁のボディは、略円筒状のノズルボディ１０と略円筒状のピエゾボディ１１に分割されており、それらのボディ１０、１１は噴射弁軸方向に直列に配置されて、略円筒状のリテーニングナット１２によって一体的に保持されている。

ピエゾボディ１１には、蓄圧器から供給される高圧燃料が流通する上流側高圧燃料通路１１０が形成されている。ノズルボディ１０には、上流側高圧燃料通路１１０を介して供給される高圧燃料をノズルボディ１０の先端側まで導く下流側高圧燃料通路１００が形成されている。ノズルボディ１０の先端側には、下流側高圧燃料通路１００を介して供給される高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させる噴孔１０１が形成されている。

下流側高圧燃料通路１００には、噴孔１０１を開閉する略円柱状のノズルニードル１３がノズルボディ１０に摺動自在に保持されて配置されている。ノズルボディ１０には噴孔１０１の上流側にボディシート部１０２が形成されており、ノズルニードル１３には噴孔１０１側の端部にテーパ状のニードルシート部１３０が形成されており、ノズルニードル１３の往復動に伴ってニードルシート部１３０がボディシート部１０２に接離することにより噴孔１０１が開閉される。ノズルニードル１３は、ニードルシート部１３０に作用する高圧燃料により開弁向きに付勢される。

ノズルニードル１３には、反噴孔側に円柱状のニードルピストン部１３１が形成されている。そして、このニードルピストン部１３１は、第２シリンダ１４の第２シリンダ孔１４０に摺動自在に挿入されている。

ノズルニードル１３には、径方向外側に突出するニードルフランジ部１３２が軸方向中間部に形成され、このニードルフランジ部１３２と第２シリンダ１４との間にニードルスプリング１５が挟持されている。このニードルスプリング１５は、第２シリンダ１４を第１シリンダ１６に向かって付勢するとともに、ノズルニードル１３を閉弁向きに付勢する。

ニードルフランジ部１３２の外周面には、面取り１３３が複数個形成されている。そして、下流側高圧燃料通路１００におけるニードルフランジ部１３２よりも上流側部位とニードルフランジ部１３２よりも下流側部位は、これらの面取り１３３とノズルボディ１０との隙間を介して連通している。

上流側高圧燃料通路１１０には、ピエゾ素子が多数積層されて電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック１７が収容されている。そして、ピエゾスタック１７と第１シリンダ１６との間にプッシュプレート１８（詳細後述）が配置され、ピエゾスタック１７の伸長時には、ピエゾスタック１７によりプッシュプレート１８を介して第１シリンダ１６が駆動されるようになっている。

第１シリンダ１６は円筒状であり、この第１シリンダ１６には、第２シリンダ孔１４０よりも大径の第１シリンダ孔１６０が形成されており、この第１シリンダ孔１６０に固定ピストン１９（詳細後述）が摺動自在に挿入されている。この固定ピストン１９は、皿ばねよりなる保持スプリング２０によって、ノズルボディ１０の反噴孔側の端面に押し付けられて、ノズルボディ１０に対して位置決め固定されている。

第２シリンダ１４は、第１シリンダ１６よりも噴孔１０１側に位置している。また、第２シリンダ１４は鍔付き円筒状であり、径方向外側に突出する第２シリンダフランジ部１４１が反噴孔側の端部に形成されており、この第２シリンダフランジ部１４１における反噴孔側の端面と第１シリンダ１６における噴孔１０１側の端面とが当接している。

ノズルボディ１０と第２シリンダフランジ部１４１との間にシリンダスプリング２１が挟持されている。このシリンダスプリング２１は、第２シリンダ１４を第１シリンダ１６に向かって付勢する。

第１シリンダ１６および第２シリンダ１４内において、ニードルピストン部１３１と固定ピストン１９との間には、燃料で満たされた油密室２２が区画形成されている。

図２は、第１シリンダ１６、プッシュプレート１８、および固定ピストン１９の分解斜視図である。図１、図２に示すように、固定ピストン１９には、第１シリンダ１６に挿入される円柱状の固定ピストン部１９０が形成されるとともに、固定ピストン部１９０よりも反噴孔側に位置し、径方向外側に突出して保持スプリング２０とノズルボディ１０とに挟持される腕部１９１が形成されている。この腕部１９１には、周方向に沿って３つの切り欠き部１９２が形成されている。

プッシュプレート１８には、円柱状の円板部１８０が形成されており、この円板部１８０がピエゾスタック１７に当接している。また、プッシュプレート１８には、円板部１８０から噴孔１０１側に向かって突出する円柱状の脚部１８１が形成されている。この脚部１８１は、周方向に沿って３個設けられ、固定ピストン１９の切り欠き部１９２を貫通して先端部が第１シリンダ１６に当接している。

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。図１は燃料噴射弁の閉弁状態を示している。このときには、第２シリンダ孔１４０とニードルピストン部１３１とのクリアランス、および第１シリンダ孔１６０と固定ピストン部１９０とのクリアランスを介して、上流側高圧燃料通路１１０や下流側高圧燃料通路１００から油密室２２に高圧燃料が流入し、油密室２２の圧力は上流側高圧燃料通路１１０や下流側高圧燃料通路１００の圧力と等しくなっている。そして、ノズルニードル１３は、ニードルピストン部１３１に作用する油密室２２の圧力により閉弁向きに付勢されるとともに、ニードルスプリング１５により閉弁向きに付勢されて、閉弁状態になっている。

次に、ピエゾスタック１７に充電電流が供給されて（すなわち、電荷が充電されて）ピエゾ電圧が上昇すると、ピエゾスタック１７が伸長し、プッシュプレート１８を介して第１シリンダ１６および第２シリンダ１４が噴孔１０１側に向かって駆動され、油密室２２の容積が拡大されて油密室２２の圧力が低下し、ノズルニードル１３を閉弁向きに付勢する力が小さくなる。

そして、ニードルシート部１３０に作用する高圧燃料によりノズルニードル１３を開弁向きに付勢する力の方が、ノズルニードル１３を閉弁向きに付勢する力よりも大きくなると、ノズルニードル１３が開弁向きに移動し、ニードルシート部１３０がボディシート部１０２から離れて噴孔１０１が開かれ、噴孔１０１から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。

その後、ピエゾスタック１７から電荷が放電されてピエゾ電圧が低下すると、ピエゾスタック１７が収縮し、第１シリンダ１６および第２シリンダ１４はニードルスプリング１５およびシリンダスプリング２１により反噴孔側（すなわち、ピエゾスタック１７側）に戻され、油密室２２の容積が縮小される。これにより、油密室２２の圧力が上昇し、ノズルニードル１３を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ノズルニードル１３が閉弁向きに移動し、ニードルシート部１３０がボディシート部１０２に当接して噴孔１０１が閉じられ、燃料噴射が終了する。

本実施形態の燃料噴射弁では、シリンダが第１シリンダ１６と第２シリンダ１４に分割されているため、固定ピストン１９とノズルニードル１３の高い同軸精度は不要となり、ノズルボディ１０およびピエゾボディ１１の加工が容易になる。

ところで、ピエゾスタック１７とノズルニードル１３の高い同軸精度を確保できない場合には、ピエゾスタック１７とノズルニードル１３の軸ずれを吸収するために、第２シリンダ孔１４０とニードルピストン部１３１とのクリアランス、および第１シリンダ孔１６０と固定ピストン部１９０とのクリアランスを大きくする必要が生じる。そして、クリアランスを大きくするとそこからの洩れが大きくなるため、洩れ量増加分を補うためにピエゾスタック１７の伸縮量を大きくする必要が生じ、その結果ピエゾスタック１７への供給エネルギーが増加してしまうという問題が発生する。

本実施形態の燃料噴射弁では、固定ピストン１９とノズルニードル１３の高い同軸精度は不要であり、第２シリンダ孔１４０とニードルピストン部１３１とのクリアランス、および第１シリンダ孔１６０と固定ピストン部１９０とのクリアランスを小さくすることができるため、クリアランスからの洩れを少なくして、ピエゾスタック１７への供給エネルギーを抑制することができる。

また、ニードルスプリング１５およびシリンダスプリング２１により、第２シリンダ１４は第１シリンダ１６に向かって付勢されているため、作動中に第１シリンダ１６と第２シリンダ１４が離れることを確実に防止することができる。

なお、本実施形態では、ニードルフランジ部１３２と第２シリンダ１４との間にニードルスプリング１５を挟持させたが、ニードルスプリング１５を油密室２２に配置し、ニードルピストン部１３１と固定ピストン部１９０との間にニードルスプリング１５を挟持させてもよい。

また、本実施形態のようにニードルフランジ部１３２と第２シリンダ１４との間にニードルスプリング１５が挟持されている場合は、シリンダスプリング２１を廃止してもよい。この場合、第２シリンダ１４はニードルスプリング１５によって第１シリンダ１６に押し付けられる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図３は第２実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。

本実施形態は、複数の噴孔を複数のノズルニードルによって開閉するようにしたものである。その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図３に示すように、ノズルボディ１０の先端側には、下流側高圧燃料通路１００を介して供給される高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させる第１噴孔１０３および第２噴孔１０４が形成されている。第１噴孔１０３および第２噴孔１０４は一端がボディシート部１０２に開口している。また、第２噴孔１０４は第１噴孔１０３よりも内周側に配置されている。

ノズルニードル１３は、ノズルボディ１０に摺動自在に保持された略円筒状の第１ニードル３０と、第１ニードル３０内に摺動自在に挿入された略円柱状の第２ニードル３１とを備えている。

第１ニードル３０には第１噴孔１０３側の端部にテーパ状の第１ニードルシート部３００が形成されており、第１ニードル３０の往復動に伴って第１ニードルシート部３００がボディシート部１０２に接離することにより第１噴孔１０３が開閉される。第１ニードル３０は、第１ニードルシート部３００に作用する高圧燃料により開弁向きに付勢される。

第１ニードル３０には、反噴孔側に円筒状の第１ニードルピストン部３０１が形成されている。そして、この第１ニードルピストン部３０１は、第２シリンダ１４の第２シリンダ孔１４０に摺動自在に挿入されている。

第１ニードル３０には、径方向外側に突出する第１ニードルフランジ部３０２が軸方向中間部に形成され、この第１ニードルフランジ部３０２と第２シリンダ１４との間に第１ニードルスプリング３２が挟持されている。この第１ニードルスプリング３２は、第２シリンダ１４を第１シリンダ１６に向かって付勢するとともに、第１ニードル３０を閉弁向きに付勢する。

第１ニードルフランジ部３０２の外周面には、面取り３０３が複数個形成されている。そして、下流側高圧燃料通路１００における第１ニードルフランジ部３０２よりも上流側部位と第１ニードルフランジ部３０２よりも下流側部位は、これらの面取り３０３とノズルボディ１０との隙間を介して連通している。

第２ニードル３１には第２噴孔１０４側の端部にテーパ状の第２ニードルシート部３１０が形成されており、第２ニードル３１の往復動に伴って第２ニードルシート部３１０がボディシート部１０２に接離することにより第２噴孔１０４が開閉される。

第２ニードル３１には、径方向外側に突出する第２ニードルフランジ部３１１が反噴孔側の端部近傍に形成されている。この第２ニードルフランジ部３１１は油密室２２に配置されており、第２ニードルフランジ部３１１と固定ピストン１９との間に第２ニードルスプリング３３が挟持されている。この第２ニードルスプリング３３は、第２ニードル３１を閉弁向きに付勢する。

第１ニードル３０および第２ニードル３１がともに閉弁している状態（図３に示す状態）では、第１ニードル３０の反噴孔側の端部と第２ニードルフランジ部３１１との間に、軸方向間隔Ｈ１の隙間が設定されている。

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。第１ニードル３０および第２ニードル３１がともに閉弁している状態から、ピエゾスタック１７に充電電流が供給されてピエゾ電圧が上昇すると、ピエゾスタック１７が伸長し、プッシュプレート１８を介して第１シリンダ１６および第２シリンダ１４が噴孔１０３、１０４側に向かって駆動され、油密室２２の容積が拡大されて油密室２２の圧力が低下し、第１ニードル３０を閉弁向きに付勢する力が小さくなる。

そして、第１ニードルシート部３００に作用する高圧燃料により第１ニードル３０を開弁向きに付勢する力の方が、第１ニードル３０を閉弁向きに付勢する力よりも大きくなった時点で、第１ニードル３０が開弁向きに移動し、第１ニードルシート部３００がボディシート部１０２から離れて第１噴孔１０３が開かれ、第１噴孔１０３から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。このときには第２噴孔１０４は閉じられているため、噴射率は低い。

第１ニードル３０が軸方向間隔Ｈ１だけリフトして、第１ニードル３０の反噴孔側の端部と第２ニードルフランジ部３１１とが当接すると、第２ニードルスプリング３３のばね力が作用するため、第１ニードル３０の開弁向きの移動が一旦停止される。そして、ピエゾスタック１７がさらに伸長して油密室２２の圧力がさらに低下すると、第１ニードル３０および第２ニードル３１がともに開弁向きに移動し、第２ニードルシート部３１０がボディシート部１０２から離れて第２噴孔１０４が開かれ、第２噴孔１０４からも内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。このときには、第１噴孔１０３および第２噴孔１０４の両方から燃料が噴射されるため、噴射率は高くなる。

その後、ピエゾスタック１７から電荷が放電されてピエゾ電圧が低下すると、ピエゾスタック１７が収縮し、第１シリンダ１６および第２シリンダ１４は第１ニードルスプリング３２およびシリンダスプリング２１により反噴孔側に戻され、油密室２２の容積が縮小される。これにより、油密室２２の圧力が上昇し、第１ニードル３０および第２ニードル３１を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、第１ニードル３０および第２ニードル３１が閉弁向きに移動し、第１ニードルシート部３００がボディシート部１０２に当接して第１噴孔１０３が閉じられるとともに、第２ニードルシート部３１０がボディシート部１０２に当接して第２噴孔１０４が閉じられ、燃料噴射が終了する。

本実施形態の燃料噴射弁によると、噴射開始初期の噴射率を低くし、その後噴射率を高くすることができる。また、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、第１ニードルフランジ部３０２と第２シリンダ１４との間に第１ニードルスプリング３２を挟持させたが、第１ニードルスプリング３２を油密室２２に配置し、第１ニードルピストン部３０１と固定ピストン部１９０との間に第１ニードルスプリング３２を挟持させてもよい。

また、本実施形態のように第１ニードルフランジ部３０２と第２シリンダ１４との間に第１ニードルスプリング３２が挟持されている場合は、シリンダスプリング２１を廃止してもよい。この場合、第２シリンダ１４は第１ニードルスプリング３２によって第１シリンダ１６に押し付けられる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図４は第３実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。

本実施形態は、ピエゾスタック１７の収縮により開弁し、ピエゾスタック１７の伸長により閉弁するようにしたものである。その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図４に示すように、上流側高圧燃料通路１１０には、ピエゾボディ１１と係合する薄板リング状のプレート４０が配置されている。そして、第１シリンダ１６はニードルスプリング１５によりプレート４０に押し付けられて、ピエゾボディ１１に対して位置決め固定されている。

プレート４０の板部には貫通孔４００が複数個形成され、第１シリンダ１６の外周部には切り欠き溝１６１が複数個形成されている。そして、上流側高圧燃料通路１１０におけるプレート４０よりも上流側部位とプレート４０よりも下流側部位は、これらの貫通孔４００および切り欠き溝１６１を介して連通している。

ピエゾスタック１７には噴孔１０１側の端部に円柱状のピエゾピストン４１が一体的に装着されている。そして、このピエゾピストン４１は、第１シリンダ１６の第１シリンダ孔１６０に摺動自在に挿入されている。

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。図４は燃料噴射弁の閉弁状態を示している。このときには、ピエゾスタック１７に充電電流が供給されてピエゾスタック１７が伸長し、ピエゾピストン４１が噴孔１０１側に向かって駆動され、油密室２２の容積が縮小されている。これにより、油密室２２の圧力が上昇し、油密室２２の圧力およびニードルスプリング１５のばね力によってノズルニードル１３が閉弁向きに移動され、ニードルシート部１３０がボディシート部１０２に当接して噴孔１０１が閉じられている。

次に、ピエゾスタック１７から電荷が放電されてピエゾスタック１７が収縮すると、ピエゾピストン４１が反噴孔側に戻され、油密室２２の容積が拡大されて油密室２２の圧力が低下し、ノズルニードル１３を閉弁向きに付勢する力が小さくなる。そして、ニードルシート部１３０に作用する高圧燃料によりノズルニードル１３を開弁向きに付勢する力の方が、ノズルニードル１３を閉弁向きに付勢する力よりも大きくなると、ノズルニードル１３が開弁向きに移動し、ニードルシート部１３０がボディシート部１０２から離れて噴孔１０１が開かれ、噴孔１０１から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。

再びピエゾスタック１７に充電電流が供給されると、ピエゾスタック１７が伸長し、ピエゾピストン４１が噴孔１０１側に向かって駆動され、油密室２２の容積が縮小される。これにより、油密室２２の圧力が上昇し、油密室２２の圧力およびニードルスプリング１５のばね力によってノズルニードル１３が閉弁向きに移動し、ニードルシート部１３０がボディシート部１０２に当接して噴孔１０１が閉じられ、燃料噴射が終了する。

本実施形態の燃料噴射弁では、シリンダが第１シリンダ１６と第２シリンダ１４に分割されているため、ピエゾピストン４０とノズルニードル１３の高い同軸精度は不要となり、ノズルボディ１０およびピエゾボディ１１の加工が容易になる。

また、ピエゾピストン４０とノズルニードル１３の高い同軸精度が不要になることに伴い、第１シリンダ１６とピエゾピストン４０との間のクリアランス、および第２シリンダ１４とニードルピストン部１３１との間のクリアランスを小さくすることができるため、クリアランスからの洩れを少なくして、ピエゾスタック１７への供給エネルギーを抑制することができる。

なお、本実施形態において、第１実施形態と同様に、ノズルボディ１０と第２シリンダフランジ部１４１との間にシリンダスプリング２１（図１参照）を挟持させてもよい。この場合は、ニードルスプリング１５を油密室２２に配置し、ニードルピストン部１３１とピエゾピストン４０との間にニードルスプリング１５を挟持させてもよい。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図５は第４実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。

本実施形態は、第１シリンダ１６および第２シリンダ１４の形状、さらには、シリンダスプリング２１の配置が、第１実施形態と異なっている。その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。

図５に示すように、第１シリンダ１６は鍔付き円筒状であり、径方向内側に突出する第１シリンダフランジ部１６２が噴孔側の端部に形成されている。第２シリンダ１４は円筒状であり、第１シリンダフランジ部１６２の噴孔側の端面と第２シリンダ１６における反噴孔側の端面とが当接している。シリンダスプリング２１は、ノズルボディ１０と第１シリンダフランジ部１６２との間に挟持されている。このシリンダスプリング２１は、第１シリンダ１６をピエゾスタック１７に向かって付勢する。

上記構成において、ピエゾスタック１７から電荷が放電されてピエゾ電圧が低下すると、ピエゾスタック１７が収縮し、第１シリンダ１６および第２シリンダ１４はニードルスプリング１５およびシリンダスプリング２１により反噴孔側に戻され、油密室２２の容積が縮小される。これにより、油密室２２の圧力が上昇し、ノズルニードル１３を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ノズルニードル１３が閉弁向きに移動し、ニードルシート部１３０がボディシート部１０２に当接して噴孔１０１が閉じられ、燃料噴射が終了する。

この閉弁作動中に、油密室２２の圧力が下流側高圧燃料通路１００の圧力よりも高くなると、油密室２２と下流側高圧燃料通路１００の圧力が第１シリンダフランジ部１６２に作用して、油密室２２と下流側高圧燃料通路１００との圧力差により第１シリンダ１６は第２シリンダ１４側に付勢される。したがって、閉弁作動中に第１シリンダ１６と第２シリンダ１４が離れることを確実に防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。 図１の第１シリンダ１６、プッシュプレート１８、および固定ピストン１９の分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。

符号の説明

１０ ノズルボディ
１１ ピエゾボディ
１３ ノズルニードル
１４ 第２シリンダ
１５ ニードルスプリング
１６ 第１シリンダ
１７ ピエゾスタック
１９ 固定ピストン
２１ シリンダスプリング
３２ 第１ニードルスプリング
２２ 油密室
１００ 高圧燃料通路
１０１ 噴孔
１０３ 噴孔
１０４ 噴孔
１１０ 高圧燃料通路
１３１ ニードルピストン部
１４０ 第２シリンダ孔
１６０ 第１シリンダ孔
３０１ 第１ニードルピストン部

Claims (6)

1. 高圧燃料が流通する高圧燃料通路（１００、１１０）および高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させる噴孔（１０１、１０３、１０４）が形成されたボディ（１０、１１）と、
   第１シリンダ孔（１６０）および前記第１シリンダ孔（１６０）よりも小径の第２シリンダ孔（１４０）が形成されるとともに、前記第１シリンダ孔（１６０）および第２シリンダ孔（１４０）の一部が油密室（２２）として区画形成されたシリンダ（１４、１６）と、
   前記第１シリンダ孔（１６０）に摺動自在に挿入されたピストン（１９、４１）と、
   ニードルピストン部（１３１、３０１）が前記第２シリンダ孔（１４０）に摺動自在に挿入され、前記油密室（２２）の圧力により前記噴孔（１０１、１０３、１０４）を閉じる向きに付勢されるとともに、前記高圧燃料により開弁向きに付勢されるノズルニードル（１３）と、
   電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック（１７）とを備え、
   前記ピエゾスタック（１７）の伸縮により前記油密室（２２）の容積を変化させて前記ノズルニードル（１３）の開閉作動を制御する燃料噴射弁において、
   前記シリンダは、前記第１シリンダ孔（１６０）が形成された第１シリンダ（１６）と、前記第２シリンダ孔（１４０）が形成された第２シリンダ（１４）とに分割され、
   スプリング（１５、２１、３２）により前記第２シリンダ（１４）が前記第１シリンダ（１６）に向かって付勢されて、前記第１シリンダ（１６）と前記第２シリンダ（１４）が当接していることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 高圧燃料が流通する高圧燃料通路（１００、１１０）および高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させる噴孔（１０１、１０３、１０４）がボディ（１０、１１）に形成され、前記高圧燃料により開弁向きに付勢されるノズルニードル（１３）により前記噴孔（１０１、１０３、１０４）を開閉する燃料噴射弁であって、
   電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック（１７）と、
   第１シリンダ孔（１６０）が形成され、前記ピエゾスタック（１７）により駆動される第１シリンダ（１６）と、
   前記第１シリンダ孔（１６０）よりも小径の第２シリンダ孔（１４０）が形成され、前記第１シリンダ（１６）の端面に当接して移動する第２シリンダ（１４）と、
   前記第２シリンダ（１４）を前記第１シリンダ（１６）に向かって付勢するスプリング（１５、２１、３２）と、
   前記ボディ（１０、１１）に位置決め固定されるとともに、前記第１シリンダ孔（１６０）に摺動自在に挿入された固定ピストン（１９）とを備え、
   前記ノズルニードル（１３）における反噴口側に形成されたニードルピストン部（１３１、３０１）が前記第２シリンダ孔（１４０）に摺動自在に挿入され、
   前記第１シリンダ（１６）および前記第２シリンダ（１４）の内部に油密室（２２）が区画形成され、
   前記ピエゾスタック（１７）の伸長により、前記第１シリンダ（１６）および前記第２シリンダ（１４）を前記油密室（２２）の容積が拡大する向きに移動させて、前記ノズルニードル（１３）を開弁作動させるように構成され、
   前記ピエゾスタック（１７）の収縮により、前記第１シリンダ（１６）および前記第２シリンダ（１４）を前記油密室（２２）の容積が縮小する向きに移動させて、前記ノズルニードル（１３）を閉弁作動させるように構成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 高圧燃料が流通する高圧燃料通路（１００、１１０）および高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させる噴孔（１０１）がボディ（１０、１１）に形成され、前記高圧燃料により開弁向きに付勢されるノズルニードル（１３）により前記噴孔（１０１）を開閉する燃料噴射弁であって、
   電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック（１７）と、
   第１シリンダ孔（１６０）が形成され、前記ボディ（１０、１１）に位置決め固定された第１シリンダ（１６）と、
   前記第１シリンダ孔（１６０）よりも小径の第２シリンダ孔（１４０）が形成され、前記第１シリンダ（１６）の端面に当接して配置された第２シリンダ（１４）と、
   前記第２シリンダ（１４）を前記第１シリンダ（１６）に向かって付勢するスプリング（１５）と、
   前記第１シリンダ孔（１６０）に摺動自在に挿入され、前記ピエゾスタック（１７）に駆動されるピエゾピストン（４１）とを備え、
   前記ノズルニードル（１３）における反噴口側に形成されたニードルピストン部（１３１）が前記第２シリンダ孔（１４０）に摺動自在に挿入され、
   前記第１シリンダ（１６）および前記第２シリンダ（１４）の内部に油密室（２２）が区画形成され、
   前記ピエゾスタック（１７）の収縮により、前記ピエゾピストン（４１）を前記油密室（２２）の容積が拡大する向きに移動させて、前記ノズルニードル（１３）を開弁作動させるように構成され、
   前記ピエゾスタック（１７）の伸長により、前記ピエゾピストン（４１）を前記油密室（２２）の容積が縮小する向きに移動させて、前記ノズルニードル（１３）を閉弁作動させるように構成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
4. 前記スプリング（１５、３２）は、前記第２シリンダ（１４）と前記ノズルニードル（１３）とに挟持されて、前記第２シリンダ（１４）を前記第１シリンダ（１６）に向かって付勢するとともに、前記ノズルニードル（１３）を閉弁向きに付勢することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
5. 前記スプリング（２１）は、前記ボディ（１０、１１）と前記第２シリンダ（１４）とに挟持されて、前記第２シリンダ（１４）を前記第１シリンダ（１６）に向かって付勢することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
6. 前記スプリング（１５、２１、３２）は、
   前記第２シリンダ（１４）と前記ノズルニードル（１３）とに挟持されて、前記第２シリンダ（１４）を前記第１シリンダ（１６）に向かって付勢するとともに、前記ノズルニードル（１３）を閉弁向きに付勢するニードルスプリング（１５、３２）と、
   前記ボディ（１０、１１）と前記第２シリンダ（１４）とに挟持されて、前記第２シリンダ（１４）を前記第１シリンダ（１６）に向かって付勢するシリンダスプリング（２１）とからなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。

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