JP6919344B2 - Fuel injection device - Google Patents
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Description
この明細書による開示は、噴孔から燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。 The disclosure by this specification relates to a fuel injection device that injects fuel from a injection hole.
従来、油圧サーボ方式の燃料噴射装置とニードル直動方式の燃料噴射装置とが知られている。油圧サーボ方式の燃料噴射装置では、アクチュエータは、制御室への燃料の流入及び制御室からの燃料の流出を制御する弁体を駆動する。弁体の作動によって制御室が減圧されると、ニードルは、噴孔を開く開弁方向に変位する。 Conventionally, a hydraulic servo type fuel injection device and a needle direct motion type fuel injection device are known. In a hydraulic servo type fuel injection device, an actuator drives a valve body that controls the inflow of fuel into the control chamber and the outflow of fuel from the control chamber. When the control chamber is depressurized by the operation of the valve body, the needle is displaced in the valve opening direction to open the injection hole.
一方、ニードル直動方式の燃料噴射装置では、例えば特許文献１に開示されているように、アクチュエータがニードルを直接的に変位させる。詳記すると、特許文献１の燃料噴射装置のボデーには、カプラ室と制御室とが区画されている。カプラ室及び制御室は、カプラピストンの両側に位置しており、カプラピストンに形成された燃料通路によって接続されている。アクチュエータの作動によってカプラピストンが変位すると、カプラ室の容積が増加する一方で、カプラ室に接続された制御室では減圧が生じる。その結果、ニードルは、噴孔を開く開弁方向に変位する。
On the other hand, in the needle direct-acting fuel injection device, for example, as disclosed in
さて、アクチュエータでニードルを駆動するニードル直動方式の燃料噴射装置では、油圧サーボ方式の燃料噴射装置よりも、ニードルの開弁速度が高く規定され得る。一方で、ニードルの変位に必要な駆動エネルギは、油圧サーボ方式の燃料噴射装置よりも、ニードル直動方式の燃料噴射装置の方が高くなる。 By the way, in the needle direct-acting type fuel injection device in which the needle is driven by the actuator, the valve opening speed of the needle can be specified to be higher than that in the hydraulic servo type fuel injection device. On the other hand, the driving energy required for the displacement of the needle is higher in the needle direct-acting type fuel injection device than in the hydraulic servo type fuel injection device.
こうした各方式の特徴を鑑み、本開示の発明者らは、アクチュエータでニードルを駆動するニードル直動モードと、低圧側への燃料流出に伴う制御室の減圧によってニードルを変位させる油圧サーボモードとを切り替え可能な燃料噴射装置を検討した。そして、直動モードと油圧サーボモードとを切り替え可能な燃料噴射装置では、切り替えに伴うニードルの開弁速度の変化を大きくできることが望ましいと考えた。 In view of the characteristics of each of these methods, the inventors of the present disclosure have set a needle linear motion mode in which the needle is driven by an actuator and a hydraulic servo mode in which the needle is displaced by decompression of the control chamber due to fuel outflow to the low pressure side. A switchable fuel injection device was examined. Then, in a fuel injection device capable of switching between the linear motion mode and the hydraulic servo mode, it is desirable that the change in the valve opening speed of the needle due to the switching can be made large.
本開示は、油圧サーボモードと直動モードとの切り替えに伴う開弁速度の可変レンジを拡大可能な燃料噴射装置の提供を目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a fuel injection device capable of expanding the variable range of the valve opening speed when switching between the hydraulic servo mode and the linear motion mode.
上記目的を達成するため、開示された一つの態様は、燃料を噴射する噴孔（２３）が形成されており、第一圧力の燃料が供給される第一室（２１ａ）、第一圧力よりも低い第二圧力の燃料が供給される第二室（２２）、並びに第一室及び第二室に接続可能な弁室（２５）が内部に設けられた本体（２０）と、第一室及び弁室に接続可能な制御室（２７）を区画する制御室部材（６０）と、制御室の燃料圧力によって噴孔を閉じる方向に押圧され、制御室の減圧によって噴孔を開ける方向に変位するニードル（５０）と、ニードルの変位方向に沿った伸縮作動を行うアクチュエータ（３１）と、アクチュエータが縮んだ状態で第二室と弁室との接続を遮断し且つ第一室と制御室とを接続し、アクチュエータの伸長作動による変位で第二室と弁室とを接続する弁体（１１０，２１０）と、本体の内壁面（２０ｂ）と変位方向に対向し当該内壁面と共に弁室を区画するピストン端面（１３１）、及びアクチュエータが縮んだ状態で弁体との間に変位方向の隙間（ＧＰ）を形成するシート面部（１２８）を有し、アクチュエータの伸長作動によって変位した弁体がシート面部に当接すると、弁体からシート面部に伝達される力により、ピストン端面を内壁面から離間させ弁室の容積を増加させる拡大方向に変位して制御室を減圧するピストン（１２０，２２０）と、を備え、本体には、弁室から第二室に流出する燃料の流量を制限する流出絞り部（２２ａ）が設けられ、制御室と弁室とを接続する中間流路（１０７，２０７）には、制御室から弁室に流通する燃料の流量を制限可能な中間絞り部（１１７ａ）が設けられた燃料噴射装置とされる。 In order to achieve the above object, one aspect disclosed is from the first chamber (21a), the first pressure, in which the injection hole (23) for injecting the fuel is formed and the fuel of the first pressure is supplied. The second chamber (22) to which fuel with a lower second pressure is supplied, and the main body (20) having a valve chamber (25) connectable to the first chamber and the second chamber inside, and the first chamber. And the control chamber member (60) that partitions the control chamber (27) that can be connected to the valve chamber, is pressed in the direction of closing the injection hole by the fuel pressure in the control chamber, and is displaced in the direction of opening the injection hole by the decompression of the control chamber. The needle (50), the actuator (31) that expands and contracts along the displacement direction of the needle, and the first chamber and the control chamber while the actuator is contracted to cut off the connection between the second chamber and the valve chamber. The valve body (110, 210) that connects the second chamber and the valve chamber by the displacement due to the extension operation of the actuator, and the valve chamber that faces the inner wall surface (20b) of the main body in the displacement direction and the valve chamber together with the inner wall surface. piston end face defining (131), and have a seat surface portion (128) which forms displacement direction of the gaps (GP) between the valve body in a state where the contracting actuator, valve body displaced by extension operation of the actuator When it comes into contact with the seat surface, the force transmitted from the valve body to the seat surface separates the piston end surface from the inner wall surface and displaces it in the expansion direction to increase the volume of the valve chamber to reduce the pressure in the control chamber (120, 220). ), And the main body is provided with an outflow throttle portion (22a) that limits the flow rate of fuel flowing out from the valve chamber to the second chamber, and an intermediate flow path (107,) connecting the control chamber and the valve chamber. 207) is a fuel injection device provided with an intermediate throttle portion (117a) capable of limiting the flow rate of fuel flowing from the control chamber to the valve chamber.
また開示された一つの態様は、燃料を噴射する噴孔（２３）が形成されており、第一圧力の燃料が供給される第一室（２１ａ）、第一圧力よりも低い第二圧力の燃料が供給される第二室（２２）、第二室に接続可能な弁室（３２５）、並びに第一室と接続され且つ弁室に接続可能な中間室（２９）が内部に設けられた本体（２０）と、中間室に接続可能な制御室（２７）を区画する制御室部材（６０）と、制御室の燃料圧力によって噴孔を閉じる方向に押圧され、制御室の減圧によって噴孔を開ける方向に変位するニードル（５０）と、ニードルの変位方向に沿った伸縮作動を行うアクチュエータ（３１）と、アクチュエータが縮んだ状態で第二室と弁室との接続を遮断し且つ中間室と制御室とを接続し、アクチュエータの伸長作動による変位で第二室と弁室とを接続する弁体（２１０）と、本体の内壁面（２０ｂ）と変位方向に対向し当該内壁面と共に弁室を区画するピストン端面（１３１）、及びアクチュエータが縮んだ状態で弁体との間に変位方向の隙間（ＧＰ）を形成するシート面部（１２８）を有し、アクチュエータの伸長作動によって変位した弁体がシート面部に当接すると、弁体から伝達される力により、ピストン端面を内壁面から離間させ弁室の容積を増加させる拡大方向に変位して制御室を減圧するピストン（１２０）と、を備え、本体には、弁室から第二室に流出する燃料の流量を制限する流出絞り部（２２ａ）が設けられ、中間室と弁室とを接続する中間流路（２１７）には、制御室から弁室に流通する燃料の流量を制限可能な中間絞り部（１１７ａ）が設けられた燃料噴射装置とされる。 Further, in one disclosed aspect, a injection hole (23) for injecting fuel is formed, and a first chamber (21a) to which fuel of the first pressure is supplied, a second pressure lower than the first pressure. A second chamber (22) to which fuel is supplied, a valve chamber (325) that can be connected to the second chamber, and an intermediate chamber (29) that is connected to the first chamber and can be connected to the valve chamber are provided inside. The main body (20), the control chamber member (60) that partitions the control chamber (27) that can be connected to the intermediate chamber, and the fuel pressure in the control chamber are pressed in the direction of closing the injection hole, and the pressure reduction in the control chamber causes the injection hole. The needle (50) that is displaced in the opening direction, the actuator (31) that expands and contracts along the displacement direction of the needle, and the intermediate chamber that cuts off the connection between the second chamber and the valve chamber while the actuator is contracted. The valve body (210), which connects the control chamber to the control chamber and connects the second chamber and the valve chamber by displacement due to the extension operation of the actuator, and the inner wall surface (20b) of the main body, which faces the inner wall surface in the displacement direction and the valve together with the inner wall surface. piston end face defining a chamber (131), and have a seat surface portion (128) which forms displacement direction of the gaps (GP) between the valve body in a state where the contracting actuator, displaced the valve by extending action of the actuator When the body comes into contact with the seat surface, the force transmitted from the valve body separates the piston end surface from the inner wall surface and displaces it in the expansion direction to increase the volume of the valve chamber, and the piston (120) depressurizes the control chamber. The main body is provided with an outflow throttle portion (22a) for limiting the flow rate of fuel flowing out from the valve chamber to the second chamber, and an intermediate flow path (217) connecting the intermediate chamber and the valve chamber is provided. It is a fuel injection device provided with an intermediate throttle portion (117a) capable of limiting the flow rate of fuel flowing from the control chamber to the valve chamber.
これらの態様における弁体は、アクチュエータの伸長作動によってピストンとの間の隙間を消失させ、ピストンに当接する。その結果、弁室の容積を増加させる方向へのピストンの変位によって制御室が減圧され、ニードルは、噴孔を開く方向に変位する。以上のように、燃料噴射装置は、直動モードとして、弁体、ピストン及び燃料を介してアクチュエータでニードルを駆動し、噴孔を開弁させることができる。 The valve body in these embodiments eliminates the gap between the valve body and the piston by the extension operation of the actuator, and abuts on the piston. As a result, the control chamber is depressurized by the displacement of the piston in the direction of increasing the volume of the valve chamber, and the needle is displaced in the direction of opening the injection hole. As described above, the fuel injection device can open the injection hole by driving the needle with the actuator via the valve body, the piston and the fuel in the linear motion mode.
加えて、弁体とピストンとの間に変位方向の隙間が形成された構成により、弁体は、アクチュエータの作動によってピストンを変位させなくても、弁室と第二室とを接続させて、制御室から第二室への燃料流出を可能にできる。これにより燃料噴射装置は、油圧サーボモードとして、燃料流出に伴う制御室の減圧によってニードルを変位させ、噴孔を開弁させることができる。 In addition, due to the configuration in which a gap in the displacement direction is formed between the valve body and the piston, the valve body connects the valve chamber and the second chamber without displacement of the piston by the operation of the actuator. It is possible to allow fuel to flow from the control room to the second room. As a result, the fuel injection device can displace the needle by depressurizing the control chamber due to the outflow of fuel and open the injection hole in the hydraulic servo mode.
そして、本体及び中間流路には、それぞれ流出絞り部及び中間絞り部が設けられている。故に、上記の油圧サーボモードの作動では、制御室から第二室への燃料の流出流量は、中間絞り部及び流出絞り部の両方によって制限される。二つの絞り部を連続的に用いる構成であれば、少ない流出流量が安定的に制御され得る。故に、油圧サーボモードにおけるニードルの開弁速度を遅く規定することが可能となる。 The main body and the intermediate flow path are provided with an outflow throttle portion and an intermediate throttle portion, respectively. Therefore, in the above-mentioned operation of the hydraulic servo mode, the outflow flow rate of fuel from the control chamber to the second chamber is limited by both the intermediate throttle portion and the outflow throttle portion. If the configuration uses two throttles continuously, a small outflow flow rate can be controlled stably. Therefore, it is possible to slow down the valve opening speed of the needle in the hydraulic servo mode.
したがって、油圧サーボモードと直動モードとの切り替えに伴う開弁速度の可変レンジが拡大可能になる。 Therefore, the variable range of the valve opening speed that accompanies the switching between the hydraulic servo mode and the linear motion mode can be expanded.
尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。 The reference numbers in parentheses are merely examples of the correspondence with the specific configuration in the embodiment described later, and do not limit the technical scope at all.
以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。 Hereinafter, a plurality of embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. By assigning the same reference numerals to the corresponding components in each embodiment, duplicate description may be omitted. When only a part of the configuration is described in each embodiment, the configuration of the other embodiment described above can be applied to the other parts of the configuration. Further, not only the combination of the configurations specified in the description of each embodiment but also the configurations of a plurality of embodiments can be partially combined even if the combination is not specified. Further, it is assumed that the unspecified combination of the configurations described in the plurality of embodiments and modifications is also disclosed by the following description.
（第一実施形態）
本開示の第一実施形態による燃料噴射装置１０は、図１に示す燃料供給システム１に用いられている。燃料噴射装置１０は、内燃機関であるディーゼルエンジン（以下、「エンジン２」）の各燃焼室２ｂに、燃料タンク４に貯留された燃料を供給する。燃料供給システム１は、フィードポンプ５、高圧燃料ポンプ６、コモンレール３、及び制御装置７０等を、燃料噴射装置１０と共に備えている。
(First Embodiment)
The
フィードポンプ５は、例えばトロコイド式の電動ポンプである。フィードポンプ５は、高圧燃料ポンプ６に内蔵されている。フィードポンプ５は、燃料タンク４に貯留された燃料としての軽油を、高圧燃料ポンプ６に圧送する。フィードポンプ５は、高圧燃料ポンプ６と別体で、例えば燃料タンク４の内部に配置される構成であってもよい。
The
高圧燃料ポンプ６は、例えばプランジャ式のポンプである。高圧燃料ポンプ６は、エンジン２の出力軸によって駆動される。高圧燃料ポンプ６は、燃料配管６ａによってコモンレール３と接続されている。高圧燃料ポンプ６は、フィードポンプ５により供給された燃料をさらに昇圧し、高圧燃料としてコモンレール３に供給する。
The high-
コモンレール３は、高圧燃料配管３ｂを介して複数の燃料噴射装置１０と接続されている。コモンレール３は、余剰燃料配管８ａを介して燃料タンク４と接続されている。コモンレール３は、高圧燃料ポンプ６から供給される高圧燃料を一時的に蓄え、圧力を保持したまま各燃料噴射装置１０に分配する。コモンレール３には、圧力センサ３ａ及び減圧弁８が備えられている。圧力センサ３ａはコモンレール３に蓄えられた燃料圧力を検出する。減圧弁８は、圧力センサ３ａによる検出値が目標圧力よりも高い場合に、余剰になった燃料を余剰燃料配管８ａへ排出する。
The
制御装置７０は、図１及び図２に示すＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０ａ及びＥＤＵ（Electronic Driver Unit）７０ｂを含む電子制御ユニットである。制御装置７０は、燃料噴射装置１０と共に燃料噴射システム９０を構成する。制御装置７０は、各燃料噴射装置１０と電気的に接続されている。制御装置７０は、エンジン２の稼動状態に応じて、各燃料噴射装置１０による燃料の噴射を制御する。
The
ＥＣＵ７０ａは、マイクロコンピュータ又はマイクロコントローラを主体に構成された演算回路を備えている。演算回路には、プロセッサ、ＲＡＭ、及び書き換え可能な不揮発性のメモリ装置が含まれている。ＥＤＵ７０ｂは、ＥＣＵ７０ａから入力される指令信号に基づき、燃料噴射装置１０の駆動部３０に駆動電圧を印加する。
The
ＥＣＵ７０ａには、噴射圧取得部７１及び充電制御部７２が設けられている。噴射圧取得部７１及び充電制御部７２は、噴射制御プログラムに基づいて構築される機能ブロックであってもよく、複数の集積回路及び受動素子等を組み合わせてなる専用の電気回路部であってもよい。
The
噴射圧取得部７１は、燃料噴射装置１０における噴射圧を取得する。噴射圧は、コモンレール３から燃料噴射装置１０の間のいずれの箇所で検出されてもよい。例えば噴射圧は、圧力センサ３ａによって取得される燃料圧力であってよい。噴射圧は、各燃料噴射装置１０に内蔵された圧力センサにて検出される燃料圧力の値であってもよい。
The injection
充電制御部７２は、後述するピエゾアクチュエータ３１の充放電を制御する。充電制御部７２は、ＥＤＵ７０ｂに出力する指令信号の値（以下「指令値」）の増減により、ＥＤＵ７０ｂからピエゾアクチュエータ３１に投入される駆動エネルギの大きさを増減させる。充電制御部７２は、噴射圧取得部７１にて取得される噴射圧に基づき、ＥＤＵ７０ｂへ向けて出力する指令値を調整可能である。
The
燃料噴射装置１０は、燃焼室２ｂを形成するヘッド部材２ａの挿入孔に挿入された状態で、ヘッド部材２ａに取り付けられている。燃料噴射装置１０は、高圧燃料配管３ｂを介して供給される高圧燃料を、噴孔２３から燃焼室２ｂへ向けて直接的に噴射する。燃料噴射装置１０は、噴孔２３からの燃料の噴射を制御する弁構造を備えている。燃料噴射装置１０は、高圧燃料の一部を、噴孔２３の開閉に使用する。燃料噴射装置１０に供給された燃料の一部は、戻り配管８ｂ及び余剰燃料配管８ａを通じて燃料タンク４へ戻される。
The
燃料噴射装置１０は、図２及び図３に示すように、弁ボデー２０、ノズルニードル５０、ニードルシリンダ６０、駆動部３０、並びに制御弁体１１０及びピストン１２０を有する圧力制御機構１００を備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
弁ボデー２０は、インジェクターボデー部材２０ａ、バルブボデー部材２０ｃ、ノズルボデー部材２０ｄ、リテーニングナット２０ｅ等の複数の金属部材を組み合わせることによって構成されている。弁ボデー２０の内部には、高圧燃料通路２１、低圧燃料通路２２、高圧室２１ａ、機構収容穴２０ｇ、弁室２５、及び制御室２７が設けられている。加えて弁ボデー２０には、噴孔２３が形成されている。
The
高圧燃料通路２１は、インジェクターボデー部材２０ａ及びバルブボデー部材２０ｃに形成されている。高圧燃料通路２１は、高圧燃料配管３ｂ（図１参照）と接続されている。高圧燃料通路２１は、高圧燃料配管３ｂを通じてコモンレール３（図１参照）から供給される高圧燃料を、高圧室２１ａに供給する。
The high-
低圧燃料通路２２は、バルブボデー部材２０ｃに形成されている。低圧燃料通路２２は、燃料噴射装置１０に供給された燃料を戻り配管８ｂ（図１参照）に流出させる通路である。低圧燃料通路２２は、バルブボデー部材２０ｃの中央を軸方向に貫通するピン収容孔２０ｆと接続されており、ピン収容孔２０ｆに対して傾斜した姿勢で延伸している。ピン収容孔２０ｆに臨む低圧燃料通路２２の入口部分には、第一アウトオリフィス２２ａが形成されている。第一アウトオリフィス２２ａは、ピン収容孔２０ｆを通じて弁室２５から低圧燃料通路２２に流出する燃料の流量を制限する。第一アウトオリフィス２２ａの通過によって低圧燃料通路２２に供給される燃料は、高圧燃料通路２１を流通する高圧燃料よりも低圧となる。
The low
高圧室２１ａは、ノズルボデー部材２０ｄに円柱状に形成された空間である。高圧室２１ａには、ノズルニードル５０及びニードルシリンダ６０が収容されている。高圧室２１ａは、高圧燃料通路２１と接続されている。高圧室２１ａは、高圧燃料通路２１を通じて供給される高圧燃料で満たされている。高圧室２１ａは、高圧燃料を噴孔２３まで流通させる。尚、高圧室２１ａの燃料圧力が「第一圧力」であり、第一圧力よりも低圧な低圧燃料通路２２の燃料圧力が「第二圧力」である。
The high-
機構収容穴２０ｇは、バルブボデー部材２０ｃに設けられた円筒穴である。機構収容穴２０ｇは、圧力制御機構１００を収容する円柱状の空間を区画している。機構収容穴２０ｇの内周壁面には、圧力制御機構１００が摺動可能に内嵌されている。機構収容穴２０ｇの収容底面２０ｂは、圧力制御機構１００の上端面と軸方向にて対向している。収容底面２０ｂの中央には、流出開口２６が開口している。収容底面２０ｂには、流出開口２６の周囲を円環状に囲む第一シート面部２８が形成されている。
The mechanism
弁室２５には、燃料が充填されている。弁室２５は、高圧室２１ａ及び低圧燃料通路２２に接続可能である。弁室２５は、駆動部３０と制御室２７との間に位置している。弁室２５は、制御弁体１１０によって上下に区分けされている。弁室２５のうちで、圧力制御機構１００及び収容底面２０ｂの間に形成されている空間が、上弁室部２５ｂである。弁室２５のうちで、圧力制御機構１００の内部に区画されている空間が、下弁室部２５ａである。上弁室部２５ｂ及び下弁室部２５ａは、互いに接続可能である。
The
制御室２７には、弁室２５を通じて燃料が供給される。制御室２７は、弁室２５に接続可能である。制御室２７は、弁室２５を介して高圧室２１ａ及び低圧燃料通路２２にそれぞれ接続可能である。制御室２７には、燃料が充填されている。制御室２７は、ピストン１２０、ノズルニードル５０、及びニードルシリンダ６０によって区画された扁平な円柱状の空間である。制御室２７は、ノズルニードル５０を挟んで噴孔２３の反対側に位置している。
Fuel is supplied to the
噴孔２３は、ヘッド部材２ａ（図１参照）へ挿入される弁ボデー２０において、挿入方向の先端部に形成されている。噴孔２３は、燃焼室２ｂ（図１参照）に露出している。弁ボデー２０の先端部は、円錐状又は半球状に形成されている。噴孔２３は、弁ボデー２０の内側から外側に向けて放射状に複数設けられている。各噴孔２３は、燃焼室２ｂへ向けて高圧燃料を噴射する。高圧燃料は、噴孔２３を通過することによって霧化され、空気と混合し易い状態となる。
The
ノズルニードル５０は、金属材料により円柱形に形成されている。ノズルニードル５０の噴孔２３側の先端は円錐形に形成されている。ノズルニードル５０は、高圧室２１ａに収容されており、高圧室２１ａの高圧燃料から噴孔２３を開く方向（以下、「開弁方向」）の力を受ける。ノズルニードル５０には、ニードル受圧面５１、スプリングシート部５３、及びニードル摺動面５４が形成されている。
The
ニードル受圧面５１は、制御室２７に臨むノズルニードル５０の円状の端面である。ニードル受圧面５１は、制御室２７に充填された燃料から、噴孔２３を閉じる方向（以下、「閉弁方向」）の力を受ける。ノズルニードル５０は、制御室２７の燃料圧力によって閉弁方向に押圧されている。ノズルニードル５０は、制御室２７の燃料圧力の変動により、軸方向に沿って弁ボデー２０に対し相対変位し、噴孔２３の開閉を行う。
The needle
スプリングシート部５３は、ノズルニードル５０に鍔状に設けられている。スプリングシート部５３及びニードルシリンダ６０の間には、ニードルスプリング５２が軸方向に押し縮められた状態で設置されている。ニードルスプリング５２は、円筒螺旋状に形成されたコイルスプリングである。ニードルスプリング５２は、噴孔２３を閉じる方向への付勢力をスプリングシート部５３に印加している。
The
ニードル摺動面５４は、ノズルニードル５０の外周壁面のうちで、ニードルシリンダ６０に内嵌される部分である。ニードル摺動面５４は、ニードルシリンダ６０に対し摺動可能に支持されている。ニードル摺動面５４は、ニードルシリンダ６０の内周壁面との間で、制御室２７及び高圧室２１ａの間の油密を形成している。
The
以上のノズルニードル５０は、制御室２７の減圧により、高圧室２１ａの燃料に押し上げられ、開弁方向へ向けて変位する。その結果、高圧室２１ａに充填された高圧燃料は、噴孔２３から燃焼室２ｂ（図１参照）へ向けて噴射される。一方、制御室２７の圧力回復によれば、ノズルニードル５０は閉弁方向に押し下げられる。その結果、噴孔２３からの燃料噴射は、停止される。尚、開弁方向及び閉弁方向は、共にノズルニードル５０の変位方向である。
The
ニードルシリンダ６０は、金属材料等により円筒状に形成されている。ニードルシリンダ６０は、ニードル摺動面５４に外嵌される。ニードルシリンダ６０は、ニードル摺動面５４との間で油密を形成している。ニードルシリンダ６０は、ニードルスプリング５２の付勢力により、ピストン１２０の下端面に押し当てられている。ニードルシリンダ６０は、ニードルスプリング５２の付勢力をピストン１２０に伝達する。
The
駆動部３０は、圧力制御機構１００を駆動する。駆動部３０は、ピエゾアクチュエータ３１及び駆動伝達ピン３２を有している。ピエゾアクチュエータ３１は、ピエゾ素子によって構成された層と薄い電極層とが交互に積まれた積層体である。ピエゾアクチュエータ３１には、指令信号に基づいて規定された駆動電圧がＥＤＵ７０ｂによって印加される。ピエゾアクチュエータ３１は、ＥＤＵ７０ｂによって投入される駆動エネルギの充電により、ピエゾ素子の特性である逆電圧効果によって伸長する。ピエゾアクチュエータ３１は、投入された駆動エネルギの放電により、縮んだ状態となる。以上のように、ピエゾアクチュエータ３１は、ノズルニードル５０の変位方向に沿った伸縮作動を行う。
The
駆動伝達ピン３２は、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動を圧力制御機構１００に伝達する押圧軸部である。駆動伝達ピン３２は、バルブボデー部材２０ｃに形成されたピン収容孔２０ｆに収容されている。駆動伝達ピン３２の先端部は、制御弁体１１０に突き当てられる。駆動部３０は、電荷の蓄積によって伸長したピエゾアクチュエータ３１により、駆動伝達ピン３２を弁室２５に突き出す方向へ変位させる。一方、駆動部３０は、電荷の放出によるピエゾアクチュエータ３１の収縮により、駆動伝達ピン３２をピン収容孔２０ｆへと引き戻す。
The
圧力制御機構１００は、全体として円柱状を呈しており、バルブボデー部材２０ｃに収容されている。圧力制御機構１００は、駆動部３０によって閉弁方向に押圧されることにより、制御室２７の燃料圧力を増減させる機構である。圧力制御機構１００は、駆動伝達ピン３２の変位により、制御室２７に燃料を流入させる流入状態と制御室２７からの燃料を流出させる流出状態とを切り替える三方弁の機能を有している。加えて圧力制御機構１００は、駆動伝達ピン３２の変位を、制御室２７の燃料を用いて方向を反転させつつ、ノズルニードル５０に伝達する駆動伝達部材の機能を有している。
The
圧力制御機構１００は、制御弁体１１０、ピストン１２０、及びバルブスプリング１４０等によって構成されている。圧力制御機構１００には、制御室２７と弁室２５とを接続する中間流路１０７が形成されている。
The
制御弁体１１０は、大径部１１３ａ及び小径部１１３ｂを有する二段円柱状に形成されている。制御弁体１１０は、小径部１１３ｂに対し大径部１１３ａを収容底面２０ｂ側に位置させた姿勢で、弁室２５に収容されている。制御弁体１１０は、ピエゾアクチュエータ３１の伸縮作動により、弁室２５に臨むピン収容孔２０ｆの流出開口２６を開閉する。制御弁体１１０は、ピエゾアクチュエータ３１が縮んだ状態で、制御室２７から低圧燃料通路２２への燃料流出を停止させる。制御弁体１１０は、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動による変位で制御室２７から低圧燃料通路２２への燃料流出を可能にする。制御弁体１１０には、閉塞部１１２ａ、弁体摺動面１１４、及び弁連通路１１７が形成されている。
The
閉塞部１１２ａは、流出開口２６よりも直径の大きい円形の平面状に形成されている。閉塞部１１２ａは、第一シート面部２８と対向している。閉塞部１１２ａの中央には、駆動伝達ピン３２が当接している。駆動伝達ピン３２を通じて制御弁体１１０にピエゾアクチュエータ３１の伸長作動が伝達されることで、閉塞部１１２ａは、第一シート面部２８から離座する。その結果、流出開口２６が開状態となる。一方、ピエゾアクチュエータ３１が縮んだ状態で、閉塞部１１２ａは、第一シート面部２８に着座している。その結果、流出開口２６が閉じられる。
The closing
弁体摺動面１１４は、大径部１１３ａの外周壁面である。弁体摺動面１１４は、円筒面状に形成されている。弁体摺動面１１４は、ピストン１２０の内周壁面に内嵌されている。弁体摺動面１１４は、ピストン１２０に対して摺動可能である。
The valve
弁連通路１１７は、制御弁体１１０を軸方向に貫通する貫通孔によって形成されている。弁連通路１１７の両端は、制御弁体１１０の軸方向の各端面に開口している。弁連通路１１７は、ピエゾアクチュエータ３１の収縮によって制御弁体１１０が第一シート面部２８に押し当てられた状態で、下弁室部２５ａ及び上弁室部２５ｂの間を連通している。弁連通路１１７は、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動によって制御弁体１１０がピストン１２０に押し当てられた状態で、中間流路１０７の一部となる。弁連通路１１７には、上流区間１１８ａ、下流区間１１８ｂ、第二アウトオリフィス１１７ａが設けられている。
The
上流区間１１８ａは、弁連通路１１７のうちで、下端面に形成された下開口から第二アウトオリフィス１１７ａまでの区間である。上流区間１１８ａは、制御弁体１１０の径方向の中央に、制御弁体１１０の軸方向に沿って形成されている。下流区間１１８ｂは、弁連通路１１７のうちで、第二アウトオリフィス１１７ａから上端面に形成された上開口までの区間である。下流区間１１８ｂは、制御弁体１１０の軸方向に対して形成した姿勢に形成されている。
The
第二アウトオリフィス１１７ａは、上流区間１１８ａ及び下流区間１１８ｂの間に位置している。第二アウトオリフィス１１７ａの流路面積は、上流区間１１８ａ及び下流区間１１８ｂの流路面積よりも狭くされている。こうした構成により、第二アウトオリフィス１１７ａは、弁連通路１１７を流通する燃料の流量を制限する。第二アウトオリフィス１１７ａは、中間流路１０７を制御室２７から弁室２５に流通する燃料流量を制限可能である。第二アウトオリフィス１１７ａの流路面積は、第一アウトオリフィス２２ａの流路面積よりも小さい。
The
ピストン１２０は、全体として円柱状に形成され、バルブボデー部材２０ｃの内周壁面に摺動可能に支持されている。ピストン１２０は、ノズルニードル５０の変位方向に沿って変位可能である。ピストン１２０は、ピエゾアクチュエータ３１が縮んだ状態で、制御弁体１１０との間に変位方向の隙間ＧＰを形成している。隙間ＧＰの大きさは、例えば１０〜３０μｍ程度である。隙間ＧＰは、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動に伴う制御弁体１１０の閉弁方向への変位によって消失する。ピストン１２０は、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動によって変位した制御弁体１１０と当接する。ピストン１２０は、制御弁体１１０から伝達される力によって閉弁方向に変位することで、上弁室部２５ｂの容積を増加させる。その結果、ピストン１２０は、制御室２７に減圧を生じさせる。尚、ノズルニードル５０の閉弁方向が、ピストン１２０の拡大方向に相当する。
The
ピストン１２０には、弁体収容孔１２１、流入流路１２２、ピストン摺動面１２４、第一ピストン連通路１２７、第二シート面部１２８、ピストン受圧面１３１、円筒壁部１３２、及び第二ピストン連通路１３７が形成されている。
The
弁体収容孔１２１は、ピストン１２０の上端面に開口する円筒孔である。弁体収容孔１２１は、制御弁体１１０を収容する円柱状の空間を形成している。弁体収容孔１２１のピストン内底面１２１ａの中央には、制御弁体１１０が当接する。
The valve
流入流路１２２は、ピストン１２０の外周壁面から、弁体収容孔１２１のピストン内底面１２１ａへ向けて延伸する貫通孔によって形成されている。流入流路１２２は、高圧室２１ａと弁室２５との連通を形成している。弁室２５に臨む流入流路１２２の流入開口１２２ａは、弁体収容孔１２１のピストン内底面１２１ａのうちで、制御弁体１１０と当接する範囲の外側に形成されている。流入流路１２２は、高圧室２１ａと下弁室部２５ａを常に連通させており、高圧室２１ａの燃料を下弁室部２５ａに流入させる。流入流路１２２には、インオリフィス１２３が形成されている。インオリフィス１２３は、高圧室２１ａから下弁室部２５ａに流入する燃料の流量を制限する。インオリフィス１２３の流路面積は、第一アウトオリフィス２２ａ及び第二アウトオリフィス１１７ａの各流路面積よりも大きい。
The
ピストン摺動面１２４は、ピストン１２０の外周壁面である。ピストン摺動面１２４は、円筒面状に形成されている。ピストン摺動面１２４は、バルブボデー部材２０ｃの内周壁面に内嵌されている。ピストン摺動面１２４は、バルブボデー部材２０ｃに対して摺動可能である。
The
第一ピストン連通路１２７は、ピストン１２０の中央を軸方向に沿って貫通する貫通孔によって形成されている。第一ピストン連通路１２７は、弁連通路１１７と同軸上に位置している。第一ピストン連通路１２７の一端は、ピストン１２０の下端面の中央に開口し、制御室２７に臨んでいる。第一ピストン連通路１２７の他端は、ピストン内底面１２１ａの中央に開口する中間開口１２７ａである。中間開口１２７ａは、ピエゾアクチュエータ３１の収縮によって制御弁体１１０がピストン内底面１２１ａから離間した状態で、下弁室部２５ａに臨む。これにより、第一ピストン連通路１２７は、制御室２７及び下弁室部２５ａの間を連通させる。一方、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動によって制御弁体１１０がピストン内底面１２１ａに押し当てられると、中間開口１２７ａは、制御弁体１１０によって閉じられる。これにより、第一ピストン連通路１２７は、弁連通路１１７と連結され、制御室２７と弁室２５とを接続する中間流路１０７の一部となる。
The first
第二シート面部１２８は、ピストン内底面１２１ａのうちで、軸方向にて制御弁体１１０の下端面と対向する中央の範囲に設けられている。第二シート面部１２８は、平坦な平面状に形成されている。第二シート面部１２８は、中間開口１２７ａの周囲を囲む円環状である。ピエゾアクチュエータ３１が縮んだ状態にて、第二シート面部１２８と制御弁体１１０の下端面との間には、上述の隙間ＧＰが形成される。制御弁体１１０のピストン１２０への当接により、第二シート面部１２８は、制御弁体１１０の下端面との間で油密を形成する。
The second
ピストン受圧面１３１は、軸方向にて収容底面２０ｂと対向するピストン１２０の上端面である。ピストン受圧面１３１は、円環状に形成されている。ノズルニードル５０の変位方向に沿って見たピストン受圧面１３１の投影面積は、当該変位方向に沿って見たニードル受圧面５１の投影面積よりも大きい。ピストン受圧面１３１は、ピエゾアクチュエータ３１が縮んだ状態でニードルスプリング５２の付勢力によって収容底面２０ｂに押し当てられている。
The piston
ピストン受圧面１３１は、ピストン１２０及び制御弁体１１０の閉弁方向への変位によって収容底面２０ｂから離間し、上弁室部２５ｂの容積を拡大させる。一方で、ピストン１２０の閉弁方向への変位によれば、制御室２７の容積が減少する。上述したように、ピストン受圧面１３１の投影面積がニードル受圧面５１の投影面積よりも大きいため、上弁室部２５ｂの容積の増加分は、制御室２７の容積の減少分よりも大きくなる。その結果、ピストン１２０及び制御弁体１１０の閉弁方向への変位によれば、弁室２５及び制御室２７の総容積が増加する。
The piston
円筒壁部１３２は、制御弁体１１０の大径部１１３ａを軸方向に変位可能に支持し、且つ、バルブボデー部材２０ｃの内周壁面によって変位可能に支持されている。円筒壁部１３２の軸方向の長さは、制御弁体１１０の軸方向の長さよりも、隙間ＧＰの間隔分だけ、長くされている。
The
第二ピストン連通路１３７は、ピストン１２０を軸方向に沿って貫通する貫通孔によって形成されている。第二ピストン連通路１３７の両端は、ピストン１２０の軸方向の各端面に開口している。第二ピストン連通路１３７は、第一ピストン連通路１２７の外周側に位置しており、円筒壁部１３２の内部を貫通している。ピストン受圧面１３１に開口する第二ピストン連通路１３７の連通開口１３７ａは、ピストン１２０の収容底面２０ｂへの当接によって閉じられている。連通開口１３７ａは、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動に伴うピストン１２０の拡大方向への変位によって開かれ、上弁室部２５ｂに臨む。これにより、第二ピストン連通路１３７は、制御室２７と弁室２５とを接続する中間流路１０７の一部となる。第二ピストン連通路１３７の流路面積は、全域に亘って、第二アウトオリフィス１１７ａの流路面積よりも大きく規定されている。第二ピストン連通路１３７は、弁連通路１１７及び第一ピストン連通路１２７とは別の連通路として、第二アウトオリフィス１１７ａを迂回しつつ、制御室２７及び弁室２５の間を連通させる。
The second
バルブスプリング１４０は、円筒螺旋状に形成されたコイルスプリングである。バルブスプリング１４０は、軸方向に押し縮められた状態で、大径部１１３ａとピストン内底面１２１ａとの間に配置されている。バルブスプリング１４０は、下弁室部２５ａに収容されており、小径部１１３ｂの外周側に位置している。バルブスプリング１４０は、ピストン内底面１２１ａに対し、制御弁体１１０を流出開口２６へ向けて付勢している。
The
ここまで説明した燃料噴射装置１０は、低速開弁モードによる燃料噴射（図４参照）と、高速開弁モードによる燃料噴射（図５参照）とを切り替え可能である。以下、燃料噴射装置１０による燃料噴射の作動の詳細を、図３〜図６に基づき、図２を参照しつつ説明する。
The
図３には、ピエゾアクチュエータ３１の無通電時、即ち、ピエゾアクチュエータ３１の縮んだ状態が示されている。この状態における制御弁体１１０は、初期位置として、閉塞部１１２ａを第一シート面部２８に着座させている。ピストン１２０は、初期位置として、ピストン受圧面１３１を収容底面２０ｂに当接させている。
FIG. 3 shows a state in which the
初期位置の制御弁体１１０は、低圧燃料通路２２と弁室２５との接続を遮断している。故に、弁室２５及び制御室２７から低圧燃料通路２２への燃料の流出は、中断される。一方、制御弁体１１０の下端面は、第二シート面部１２８から離座しており、第二シート面部１２８との間に微小な隙間ＧＰを形成している。こうした制御弁体１１０の初期位置では、第一ピストン連通路１２７が下弁室部２５ａと制御室２７とを連通させる。よって、高圧室２１ａは、弁室２５を介して制御室２７と接続された状態となる。そのため制御室２７の燃料圧力は、高圧室２１ａの燃料圧力と実質同一となる。ノズルニードル５０は、制御室２７の燃料から受ける油圧力により、噴孔２３の閉弁状態を維持する。
The
図４に示す低速開弁モードでは、ピエゾアクチュエータ３１に第一駆動エネルギが投入される。低速開弁モードにおける圧力制御機構１００は、油圧サーボアクチュエータとして機能し、高圧燃料の油圧を利用したノズルニードル５０の開閉弁を行う。故に、低速開弁モードは、油圧サーボモードである。尚、第一駆動エネルギは、制御弁体１１０を変位させる一方で、ピストン１２０の変位を実質的に生じさせない駆動エネルギである。
In the low-speed valve opening mode shown in FIG. 4, the first drive energy is applied to the
低速開弁モードにおける駆動部３０は、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動により、駆動伝達ピン３２によって制御弁体１１０を押し下げる。これにより、制御弁体１１０の上端面が第一シート面部２８から離間し、流出開口２６の開放によって上弁室部２５ｂと低圧燃料通路２２とが接続される。一方、制御弁体１１０の下端面が第二シート面部１２８に着座し、中間開口１２７ａを閉じる。これにより、下弁室部２５ａと制御室２７との接続が遮断される。その結果、高圧室２１ａから低圧燃料通路２２への燃料リークが抑制される。
The
加えて、第一ピストン連通路１２７及び弁連通路１１７の連結により、制御室２７及び上弁室部２５ｂが連通状態となる。一方で、連通開口１３７ａは、ピストン受圧面１３１の収容底面２０ｂへの当接によって閉じられている。故に、第二ピストン連通路１３７を通じた制御室２７から上弁室部２５ｂへの燃料の流通は、実質的に生じない。
In addition, by connecting the first
以上により、制御室２７の燃料は、第一ピストン連通路１２７、弁連通路１１７、上弁室部２５ｂ、ピン収容孔２０ｆを通じて、低圧燃料通路２２に流出する。このとき、制御室２７から低圧燃料通路２２に流出燃料は、第二アウトオリフィス１１７ａ及び第一アウトオリフィス２２ａを順に通過する。故に、制御室２７から低圧燃料通路２２に流出する燃料流量は、第二アウトオリフィス１１７ａ及び第一アウトオリフィス２２ａの両方によって制御される。
As described above, the fuel in the
低圧燃料通路２２への燃料流出に伴う制御室２７の減圧により、ニードル受圧面５１に作用する閉弁方向の油圧力が減少する。制御室２７の燃料圧力が開弁圧を下回ると、ノズルニードル５０は、高圧室２１ａの高圧燃料の油圧力によって開弁方向への変位を開始する。以上により、噴孔２３が開弁状態となる。
Due to the depressurization of the
そして、ノズルニードル５０の開弁方向への変位によれば、制御室２７の容積が減少する。故に、燃料流出によって減少した制御室２７の燃料圧力が回復する。ノズルニードル５０の変位量が特定のリフト量に到達すると、容積減少に伴う制御室２７の圧力回復により、ノズルニードル５０に作用する油圧力が軸方向にて概ね釣り合うようになる。その結果、開弁方向へ変位するノズルニードル５０の変位速度が低下する。ノズルニードル５０は、第二アウトオリフィス１１７ａ及び第一アウトオリフィス２２ａによって制御された燃料の流出流量に応じて、実質的に一定の速度で開弁方向への変位を継続する。
Then, according to the displacement of the
図５に示す高速開弁モードでは、ピエゾアクチュエータ３１に第二駆動エネルギが投入される。第二駆動エネルギは、第一駆動エネルギよりも大きな駆動エネルギである。高速開弁モードにおける圧力制御機構１００は、燃料流出に伴う制御室２７の減圧によって得られる油圧力をアシスト力として利用しつつ、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動の伝達によってノズルニードル５０を変位させる。故に、高速開弁モードは、実質的に、駆動部３０がノズルニードル５０を直接的に駆動する直動モードである。加えて、油圧力の利用によれば、ノズルニードル５０を駆動する駆動部３０の負荷の軽減が図られる。
In the high-speed valve opening mode shown in FIG. 5, the second drive energy is input to the
高速開弁モードにおける駆動部３０は、低速開弁モードよりも大きな伸長作動を行い、駆動伝達ピン３２によって制御弁体１１０をさらに押し下げる。制御弁体１１０は、ピストン１２０との間の隙間ＧＰを消失させ、当接したピストン１２０を拡大方向へ向けて変位させる。制御弁体１１０及びピストン１２０は、ニードルシリンダ６０を押し下げつつ、ノズルニードル５０へ向けて一体的に変位する。
The
以上により、制御弁体１１０の上端面が第一シート面部２８から離間し、流出開口２６が開かれる。一方、制御弁体１１０の下端面の第二シート面部１２８への着座により、下弁室部２５ａと制御室２７との接続が遮断されると共に、第一ピストン連通路１２７及び弁連通路１１７が互いに連結される。加えて、ピストン受圧面１３１の収容底面２０ｂからの離間により、連通開口１３７ａが開かれる。そのため、中間流路１０７は、第二アウトオリフィス１１７ａを流通する燃料経路に加えて、第二アウトオリフィス１１７ａを迂回する第二ピストン連通路１３７の燃料経路も用いて、制御室２７から上弁室部２５ｂに燃料を流出させる。
As a result, the upper end surface of the
高速開弁モードでは、第二アウトオリフィス１１７ａが実質的に無効化され、制御室２７から低圧燃料通路２２へ流出する流量は、実質的に第一アウトオリフィス２２ａのみによって規定される。故に、高速開弁モードでの燃料の流出流量は、低速開弁モードでの流出流量よりも多くなる。
In the fast valve opening mode, the second out-
さらに、ピストン１２０は、制御弁体１１０から伝達されるピエゾアクチュエータ３１の力で拡大方向に変位し、弁室２５及び制御室２７の総容積を増加させることで、制御室２７の減圧を生じさせる。圧力制御機構１００は、弁室２５の容積拡大に加えて、第二ピストン連通路１３７を通じた燃料流出を行うことにより、低速開弁モードよりも急速に制御室２７の燃料圧力を降下させる。その結果、ニードル受圧面５１に作用する閉弁方向の油圧力の減少により、ノズルニードル５０は、低速開弁モードよりも高速で、開弁方向への変位を開始する。以上により、噴孔２３が開弁状態となる。
Further, the
図６に示す閉弁期間では、ピエゾアクチュエータ３１への通電が遮断される。通電停止後、ピエゾアクチュエータ３１に蓄えられていた電荷が放出されると、ピエゾアクチュエータ３１は、軸方向に収縮する。高速開弁モードにおける閉弁期間では、駆動部３０の駆動力の消失に伴い、ピストン１２０が、ニードルシリンダ６０によって伝達されるニードルスプリング５２の復元力及びピストン１２０に作用する油圧力等に押され、流出開口２６へ向けて変位する。これにより、ピストン受圧面１３１が収容底面２０ｂに当接し、連通開口１３７ａが閉じられる。
During the valve closing period shown in FIG. 6, the energization of the
加えて、各開弁モードの閉弁期間にて、制御弁体１１０は、バルブスプリング１４０の復元力及び制御弁体１１０に作用する油圧力等により、ピストン１２０に対し流出開口２６へ向けて変位する。制御弁体１１０は、閉塞部１１２ａを第一シート面部２８に着座させ、流出開口２６を閉じる。以上により、上弁室部２５ｂと低圧燃料通路２２との接続が遮断され、弁室２５及び制御室２７から低圧燃料通路２２への燃料流出が停止される。
In addition, during the valve closing period of each valve opening mode, the
さらに、制御弁体１１０は、第二シート面部１２８から下端面を離座させ、中間開口１２７ａを下弁室部２５ａに開放する。これにより、制御弁体１１０の下端面及びピストン内底面１２１ａの間には、隙間ＧＰが確保される。その結果、弁室２５を介して高圧室２１ａと接続された制御室２７には、流入流路１２２、隙間ＧＰ、及び第一ピストン連通路１２７を通じて、インオリフィス１２３によって流量を制限されつつ、高圧室２１ａの燃料が流入する。以上により、制御室２７の燃料圧力が高圧室２１ａと同程度の初期圧力まで回復する。その結果、ノズルニードル５０は、ニードルスプリング５２の復元力及び油圧力等によって閉弁方向に押し下げられ、噴孔２３を閉弁状態とする。
Further, the
ここまで説明した第一実施形態における制御弁体１１０は、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動によってピストン１２０との間の隙間ＧＰを消失させ、ピストン１２０に当接する。その結果、弁室２５の容積を増加させる方向へのピストン１２０の変位によって制御室２７が減圧され、ノズルニードル５０は、閉弁方向に変位する。以上のように、燃料噴射装置１０は、直動モードとしての高速開弁モードにて、制御弁体１１０、ピストン１２０及び燃料を介してピエゾアクチュエータ３１でノズルニードル５０を駆動し、噴孔２３を開弁できる。
The
加えて、制御弁体１１０とピストン１２０との間には、隙間ＧＰが形成されている。故に、制御弁体１１０は、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動によってピストン１２０を変位させなくても、弁室２５と低圧燃料通路２２とを接続させて、制御室２７から低圧燃料通路２２への燃料流出を可能にできる。これにより燃料噴射装置１０は、油圧サーボモードとしての低速開弁モードにて、圧力制御機構１００を油圧サーボアクチュエータとして機能させ、燃料流出に伴う制御室２７の減圧によるノズルニードル５０の変位により、噴孔２３を開弁できる。
In addition, a gap GP is formed between the
そして、弁ボデー２０及び中間流路１０７には、それぞれ第一アウトオリフィス２２ａ及び第二アウトオリフィス１１７ａが設けられている。故に、低速開弁モードの作動では、制御室２７から低圧燃料通路２２への燃料の流出流量は、第二アウトオリフィス１１７ａ及び第一アウトオリフィス２２ａの両方によって制限される。二つのアウトオリフィス２２ａ，１１７ａを連続的に用いる構成であれば、少ない流出流量が安定的に制御され得る。故に、低速開弁モードにおけるノズルニードル５０の開弁速度を遅く規定することが可能となる。したがって、油圧サーボモードである低速開弁モードと直動モードである高速開弁モードとの切り替えに伴う開弁速度の可変レンジが拡大可能になる。
The
加えて第一実施形態では、ピストン１２０の拡大方向への変位により、中間流路１０７では、第二アウトオリフィス１１７ａを迂回した燃料の流通が許容される。故に、高速開弁モードにて、制御室２７から低圧燃料通路２２への燃料の流出流量は、第二アウトオリフィス１１７ａの制限を受け難くなる。その結果、低圧燃料通路２２への燃料流出による制御室２７の減圧は、低速開弁モードよりも急速に生じ得る。以上によれば、高速開弁モードでの開弁速度をさらに高めることが可能になるため、低速開弁モードと高速開弁モードとの切り替えに伴う開弁速度の可変レンジは、いっそう拡大可能になる。
In addition, in the first embodiment, the displacement of the
また第一実施形態では、駆動部３０によって押し下げられた制御弁体１１０が、下弁室部２５ａと上弁室部２５ｂとの連通を遮断する。その結果、高圧室２１ａから低圧燃料通路２２への燃料流出が防がれる。以上によれば、ノズルニードル５０の駆動に用いられないリーク燃料の消費量が低減され得る。
Further, in the first embodiment, the
さらに第一実施形態のピストン１２０に設けられた第二ピストン連通路１３７の連通開口１３７ａは、ピエゾアクチュエータ３１が縮んだ状態で閉じられている。故に、ピストン１２０を変位させない低速開弁モードでは、第二ピストン連通路１３７は、燃料を流通させなくなる。その結果、制御室２７から流出する燃料は、実質的に全て第二アウトオリフィス１１７ａを通過する。故に、低速開弁モードにおける燃料の流出流量は、第一アウトオリフィス２２ａ及び第二アウトオリフィス１１７ａの協働によって、低速に制御され得る。
Further, the
加えて第一実施形態では、第二アウトオリフィス１１７ａの流路面積が、第一アウトオリフィス２２ａの流路面積よりも小さい。故に、低速開弁モードから高速開弁モードへの切り替えにより、制御室２７から流出する燃料流量が、顕著に変化し得る。その結果、低速開弁モードと高速開弁モードとの切り替えに伴う開弁速度の可変レンジは、いっそう拡大可能になる。
In addition, in the first embodiment, the flow path area of the
また第一実施形態では、ニードル受圧面５１の投影面積よりもピストン受圧面１３１の投影面積が小さい。故に、ピストン１２０の変位による弁室２５の容積増加分は、制御室２７の容積減少分よりも大きくなる。さらに第一実施形態では、制御弁体１１０の変位によっても、上弁室部２５ｂの容積が拡大する。故に、弁室２５の容積増加分は、制御室２７の容積減少分よりもいっそう大きくなる。以上によれば、高速開弁モードでは、ピストン１２０の変位に伴う制御室２７の減圧が顕著に生じ得る。したがって、高速開弁モードにおけるノズルニードル５０の開弁速度は、いっそう高速化され得る。
Further, in the first embodiment, the projected area of the piston
さらに第一実施形態では、制御弁体１１０を流出開口２６へ向けて付勢するバルブスプリング１４０が設けられている。故に、制御弁体１１０は、ピエゾアクチュエータ３１の収縮作動に伴い、初期位置に戻り得る。制御弁体１１０の変位がピエゾアクチュエータ３１の作動に円滑に追従すれば、圧力制御機構１００及びノズルニードル５０は、安定的な動作を行うことができる。
Further, in the first embodiment, a
尚、第一実施形態では、弁ボデー２０が「本体」に相当し、高圧室２１ａが「第一室」に相当し、低圧燃料通路２２が「第二室」に相当し、第一アウトオリフィス２２ａが「流出絞り部」に相当し、ピエゾアクチュエータ３１が「アクチュエータ」に相当する。また、ノズルニードル５０が「ニードル」に相当し、ニードル受圧面５１が「ニードル受圧部」に相当し、ニードルシリンダ６０が「制御室部材」に相当し、制御弁体１１０が「弁体」に相当し、第二アウトオリフィス１１７ａが「中間絞り部」に相当する。さらに、ピストン受圧面１３１が「ピストン受圧部」に相当し、第二ピストン連通路１３７が「連通路」に相当し、バルブスプリング１４０が「弁体付勢部材」に相当する。
In the first embodiment, the
（第二実施形態）
図７〜図１０に示す第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態の圧力制御機構２００では、中間流路２０７の構成が、第一実施形態とは異なっている。以下、第二実施形態の圧力制御機構２００の構成を、図７に基づき説明する。
(Second Embodiment)
The second embodiment shown in FIGS. 7 to 10 is a modification of the first embodiment. In the
圧力制御機構２００は、第一実施形態と実質同一の外観形状を有する制御弁体２１０及びピストン２２０を有している。制御弁体２１０及びピストン２２０の間には、バルブスプリング１４０が配置されている。中間流路２０７は、弁連通路２１７、第一ピストン連通路２２７及び第二ピストン連通路１３７を含んでいる。
The
制御弁体２１０には、弁連通路２１７が形成されている。弁連通路２１７は、制御弁体２１０の径方向の中央から外周側にずれた位置に形成されている。弁連通路２１７は、大径部１１３ａを軸方向に沿って貫通する貫通孔によって形成されている。弁連通路２１７は、下弁室部２５ａ及び上弁室部２５ｂを連通している。弁連通路２１７には、第一実施形態と実質同一の第二アウトオリフィス１１７ａが形成されている。
A
ピストン２２０には、第一実施形態と実質同一の第二ピストン連通路１３７に加えて、流入流路２２２及び第一ピストン連通路２２７が形成されている。流入流路２２２は、ピストン２２０の外周壁面から、ピストン内底面１２１ａへ向けて延伸する貫通孔によって形成されている。弁室２５に臨む流入流路２２２の流入開口２２２ａは、ピストン内底面１２１ａの中央に開口している。流入開口２２２ａの周囲には、第二シート面部１２８が円環状に形成されている。流入流路２２２には、インオリフィス１２３が形成されている。
The
第一ピストン連通路２２７は、ピストン２２０を軸方向に沿って貫通する貫通孔によって形成されている。第一ピストン連通路２２７は、ピストン２２０の径方向の中央から外れた位置に設けられている。第一ピストン連通路２２７の連結開口２２７ａは、ピストン内底面１２１ａのうちで制御弁体２１０の下端面と当接しない位置に開口している。第一ピストン連通路２２７は、制御室２７と下弁室部２５ａとを常に連通させている。第一ピストン連通路２２７は、弁連通路２１７と共に中間流路２０７として、制御室２７と下弁室部２５ａとを接続する。
The first
次に、第二実施形態の圧力制御機構２００の作動の詳細を説明する。
Next, the details of the operation of the
図７に示すように、ピエゾアクチュエータ３１（図２参照）が縮んだ状態にて、制御弁体２１０は、初期位置として、閉塞部１１２ａを第一シート面部２８に着座させ、低圧燃料通路２２と弁室２５との接続を遮断する。一方で、制御弁体２１０は、下端面を第二シート面部１２８から離間させており、ピストン内底面１２１ａとの間に隙間ＧＰを形成している。これにより、流入開口２２２ａが開かれた状態となり、弁室２５は、高圧室２１ａと接続される。加えて、ピストン２２０は、ピストン受圧面１３１を収容底面２０ｂに当接させており、連通開口１３７ａを閉塞させている。
As shown in FIG. 7, in the state where the piezo actuator 31 (see FIG. 2) is contracted, the
図８に示す低速開弁モードにて、駆動部３０が駆動伝達ピン３２で制御弁体２１０を押し下げると、制御弁体２１０の上端面が第一シート面部２８から離間する。その結果、流出開口２６が開かれる。そして、上弁室部２５ｂと低圧燃料通路２２とが接続される。一方で、制御弁体２１０は、下端面を第二シート面部１２８に着座させ、流入開口２２２ａを閉じる。これにより、高圧室２１ａと弁室２５との接続が遮断される。また、低速開弁モードでは、ピストン２２０の拡大方向への変位が実施されないため、連通開口１３７ａは、閉じられたままである。
In the low-speed valve opening mode shown in FIG. 8, when the
以上の制御弁体２１０の作動により、制御室２７の燃料は、第一ピストン連通路２２７、上弁室部２５ｂ、弁連通路２１７、上弁室部２５ｂ、及びピン収容孔２０ｆを通じて、低圧燃料通路２２に流出する。このとき、制御室２７から流出する燃料の流量は、第二アウトオリフィス１１７ａ及び第一アウトオリフィス２２ａの両方によって制御される。低圧燃料通路２２への燃料流出に伴う制御室２７の減圧により、ノズルニードル５０は、開弁方向への変位を開始する。以上により、噴孔２３（図２参照）が開弁状態となる。
By operating the
図９に示す高速開弁モードでは、低速開弁モードと同様に、制御弁体２１０は、第一シート面部２８から離座し、第二シート面部１２８に着座する。その結果、流出開口２６が開かれる一方で、流入開口２２２ａが閉じられる。加えて高速開弁モードでは、低速開弁モードよりも大きなピエゾアクチュエータ３１（図２参照）の伸長作動により、ピストン２２０は、拡大方向に変位し、ピストン受圧面１３１を収容底面２０ｂから離座させる。これにより、連通開口１３７ａは、上弁室部２５ｂに開放される。以上により、中間流路２０７は、第二ピストン連通路１３７を用いることで、第二アウトオリフィス１１７ａを迂回させつつ、制御室２７から上弁室部２５ｂへ向けて、燃料を流出させることができる。中間流路２０７における第二アウトオリフィス１１７ａの実質的な無効化により、制御室２７から低圧燃料通路２２へ流出する燃料流量は、実質的に第一アウトオリフィス２２ａのみによって規定されるようになる。その結果、高速開弁モードにおける燃料の流出流量は、低速開弁モードでの流出流量よりも多くなる。
In the high-speed valve opening mode shown in FIG. 9, the
さらに、ピストン２２０の拡大方向への変位によれば、上弁室部２５ｂの容積が増加する。圧力制御機構２００は、弁室２５の容積拡大と、第二ピストン連通路１３７を通じた燃料流出とにより、制御室２７の燃料圧力を急速に降下させる。その結果、ノズルニードル５０は、低速開弁モードよりも高速で、開弁方向への変位を開始する。以上により、噴孔２３（図２参照）が開弁状態となる。
Further, the displacement of the
図１０に示す閉弁期間では、ピエゾアクチュエータ３１（図２参照）への通電の遮断により、駆動部３０の駆動力が消失する。これにより圧力制御機構２００は、ピストン２２０及び制御弁体２１０をそれぞれ初期位置へ向けて変位させる。具体的に、ピストン２２０は、ピストン受圧面１３１を収容底面２０ｂに当接させ、連通開口１３７ａを閉じる。制御弁体２１０は、第二シート面部１２８から下端面を離座させ、第一シート面部２８に上端面を着座させる。
During the valve closing period shown in FIG. 10, the driving force of the driving
以上により、流出開口２６が閉じられる一方で、流入開口２２２ａが開かれる。弁室２５を介して高圧室２１ａと接続された制御室２７には、流入流路２２２、下弁室部２５ａの隙間ＧＰ、及び第一ピストン連通路２２７を通じて、インオリフィス１２３によって流量を制限されつつ、高圧室２１ａの燃料が流入する。以上により、ノズルニードル５０は、閉弁方向に押し下げられて噴孔２３（図２参照）を閉弁状態とする。
As a result, the
ここまで説明した第二実施形態でも、制御室２７から流出する燃料は、低速開弁モードにて二つのアウトオリフィス１１７ａ，２２ａを共に通過する一方で、高速開弁モードでは、第一アウトオリフィス２２ａのみを通過する。故に、第一実施形態と同様の効果を奏し、低速開弁モードと高速開弁モードとの切り替えに伴う開弁速度の可変レンジが拡大可能になる。
Also in the second embodiment described so far, the fuel flowing out from the
また第二実施形態では、駆動部３０によって押し下げられた制御弁体２１０が、流入開口２２２ａを閉じ、高圧室２１ａと弁室２５との接続を遮断する。その結果、高圧室２１ａから低圧燃料通路２２への燃料流出が防がれるので、ノズルニードル５０の駆動に用いられないリーク燃料の消費量が低減され得る。尚、第二実施形態では、制御弁体２１０が「弁体」に相当する。
Further, in the second embodiment, the
（第三実施形態）
図１１〜図１５に示す第三実施形態は、第一実施形態の別の変形例である。第三実施形態の弁ボデー２０の内部には、中間室２９がさらに設けられている。中間室２９は、圧力制御機構３００によって区画されている。以下、第三実施形態の圧力制御機構３００の構成を、図１１に基づき説明する。
(Third Embodiment)
The third embodiment shown in FIGS. 11 to 15 is another modification of the first embodiment. An
圧力制御機構３００は、第二実施形態と実質同一の制御弁体２１０と、第一実施形態と実質同一のピストン１２０及びバルブスプリング１４０等によって構成されている。中間室２９は、径方向にて小径部１１３ｂと円筒壁部１３２との間に形成される円筒状の空間である。中間室２９には、バルブスプリング１４０が収容されている。
The
圧力制御機構３００には、流入流路１２２、弁連通路２１７、第一ピストン連通路１２７及び第二ピストン連通路１３７が設けられている。流入流路１２２は、ピストン１２０に形成されており、高圧室２１ａと中間室２９とを連通させている。流入流路１２２の流入開口１２２ａは、中間室２９に臨むピストン内底面１２１ａに開口している。弁連通路２１７は、制御弁体２１０に形成されており、中間室２９と弁室３２５とを接続可能である。弁連通路２１７には、第二アウトオリフィス１１７ａが設けられている。第一ピストン連通路１２７は、ピストン１２０に形成されており、中間室２９と制御室２７とを接続可能である。第二ピストン連通路１３７は、ピストン１２０に形成されており、制御室２７と弁室３２５とを接続可能である。
The
以上の圧力制御機構３００では、低速開弁モード及び高速開弁モードニに加えて、ニードル停止モード（図１３参照）を実現する。ニードル停止モードでは、充電制御部７２（図２参照）によるピエゾアクチュエータ３１（図２参照）の伸長作動の制御により、開弁途中のノズルニードル５０の変位が一時的に停止される。以下、第三実施形態の圧力制御機構３００の作動の詳細を説明する。
In the above
図１１に示すように、ピエゾアクチュエータ３１（図２参照）が縮んだ状態にて、制御弁体２１０は、初期位置として、閉塞部１１２ａを第一シート面部２８に着座させ、低圧燃料通路２２と弁室３２５との接続を遮断する。一方で、制御弁体２１０は、第二シート面部１２８から離間させた下端面とピストン内底面１２１ａとの間に、隙間ＧＰを形成している。これにより、中間開口１２７ａが開かれた状態となり、制御室２７は、中間室２９と接続される。加えて、第二ピストン連通路１３７の連通開口１３７ａは、ピストン受圧面１３１の収容底面２０ｂへの当接により、閉じられている。
As shown in FIG. 11, in a state where the piezo actuator 31 (see FIG. 2) is contracted, the
図１２に示す低速開弁モードにて、駆動部３０によって押し下げられた制御弁体２１０が、上端面を第一シート面部２８から離間させ、流出開口２６を開く。これにより、弁室３２５が低圧燃料通路２２と接続される。加えて、制御弁体２１０は、隙間ＧＰを消失させることなく、第二シート面部１２８から下端面を離間させた状態を維持する。よって、中間開口１２７ａが開かれた状態となり、中間室２９は、制御室２７及び高圧室２１ａの両方と接続された状態となる。尚、ピストン１２０は、ピストン受圧面１３１を収容底面２０ｂに当接させており、連通開口１３７ａを閉じた状態を維持する。
In the low-speed valve opening mode shown in FIG. 12, the
以上の制御弁体２１０の作動により、制御室２７の燃料が第一ピストン連通路１２７を通じて中間室２９に流出する。加えて、高圧室２１ａの燃料も、流入流路１２２を通じて、中間室２９に流入する。中間室２９の燃料は、弁連通路２１７、弁室３２５、ピン収容孔２０ｆを流れ、低圧燃料通路２２に流出する。燃料の流出流量は、第二アウトオリフィス１１７ａ及び第一アウトオリフィス２２ａの両方によって制御される。低圧燃料通路２２への燃料流出に伴う制御室２７の減圧により、ノズルニードル５０は、開弁方向への変位を開始する。
By the operation of the
図１３に示すニードル停止モードでは、低速開弁モードよりも大きな駆動エネルギがピエゾアクチュエータ３１に投入される。ニードル停止モードでは、低速開弁モードよりも大きなピエゾアクチュエータ３１の伸長作動により、制御弁体２１０の下端面が、第二シート面部１２８に着座し、中間開口１２７ａを閉じる。これにより、中間室２９と制御室２７との接続が遮断される。尚、ニードル停止モードでも、ピストン１２０は、ピストン受圧面１３１を収容底面２０ｂに当接させており、連通開口１３７ａを閉じた状態を維持する。
In the needle stop mode shown in FIG. 13, a larger drive energy than in the low-speed valve opening mode is applied to the
以上の制御弁体２１０の作動により、高圧室２１ａから低圧燃料通路２２への燃料流出が継続される一方で、制御室２７の燃料の流出が停止される。その結果、制御室２７の減圧も実質的に停止するため、開弁方向へのノズルニードル５０の変位は、中断される。
By operating the
図１４に示す高速開弁モードでは、ニードル停止モードよりも大きな駆動エネルギ（第二駆動エネルギ）がピエゾアクチュエータ３１に投入される。その結果、ニードル停止モードよりも大きなピエゾアクチュエータ３１の伸長作動によって拡大方向へ変位するピストン１２０が、ピストン受圧面１３１を収容底面２０ｂから離座させる。以上により、弁室３２５に臨む連通開口１３７ａが開かれた状態となる。このとき、ニードル停止モードと同様に、流出開口２６は開かれた状態であり、中間開口１２７ａは閉じられた状態である。
In the high-speed valve opening mode shown in FIG. 14, a larger driving energy (second driving energy) than in the needle stop mode is applied to the
以上のピストン１２０の作動により、制御室２７の燃料は、第二アウトオリフィス１１７ａを通過することなく、第二ピストン連通路１３７を流通して弁室３２５に移動する。第二アウトオリフィス１１７ａの迂回により、制御室２７から低圧燃料通路２２に流出する燃料流量は、第一アウトオリフィス２２ａによって規定されるようになる。その結果、高速開弁モードにおける燃料の流出流量は、低速開弁モードでの流出流量よりも多くなる。
By the operation of the
さらに、ピストン１２０の拡大方向への変位によれば、弁室３２５の容積が増加する。圧力制御機構３００は、弁室３２５の容積拡大と、第二ピストン連通路１３７を通じた燃料流出とにより、制御室２７の燃料圧力を急速に降下させる。その結果、ノズルニードル５０は、低速開弁モードよりも高速で、開弁方向への変位可能となる。
Further, the displacement of the
図１５に示す閉弁期間では、駆動部３０の駆動力の消失により、圧力制御機構３００は、ピストン１２０及び制御弁体２１０をそれぞれ初期位置へ向けて変位させる。その結果、流出開口２６及び連通開口１３７ａが、それぞれ制御弁体２１０及びピストン１２０によって閉じられる。加えて、第二シート面部１２８からの制御弁体２１０の離座により、中間開口１２７ａが開かれる。その結果、制御室２７には、流入流路１２２、中間室２９の隙間ＧＰ、及び第一ピストン連通路１２７を通じて、インオリフィス１２３によって流量を制限されつつ、高圧室２１ａの燃料が流入する。以上により、ノズルニードル５０は、制御室２７の圧力回復によって、閉弁方向に押し下げられる。
During the valve closing period shown in FIG. 15, the
ここまで説明した第三実施形態でも、制御室２７から流出する燃料は、低速開弁モードにて二つのアウトオリフィス１１７ａ，２２ａを共に通過する一方で、高速開弁モードでは、第一アウトオリフィス２２ａのみを通過する。故に、第一実施形態と同様の効果を奏し、低速開弁モードと高速開弁モードとの切り替えに伴う開弁速度の可変レンジが拡大可能になる。
Also in the third embodiment described so far, the fuel flowing out from the
加えて第三実施形態では、制御室２７及び弁室３２５の間に中間室２９を区画し、制御弁体２１０の制御によって制御室２７と中間室２９との連通が遮断されることで、制御室２７からの燃料流出、ひいては、制御室２７の減圧を中断し得る。以上によれば、ノズルニードル５０の変位を一時的に中断し、ブーツ型の噴射を可能にできる。尚、第三実施形態では、弁連通路２１７が「中間流路」に相当する。
In addition, in the third embodiment, the
（第四実施形態）
図１６及び図１７に示す第四実施形態による燃料噴射装置は、第一実施形態の別の変形例である。図１６に示す第四実施形態の弁ボデー４２０は、バルブボデー部材４２０ｂを有している。バルブボデー部材４２０ｂには、中間室２９が区画されている。中間室２９には、制御弁体４１０が配置されている。ピエゾアクチュエータ３１が縮んだ状態で、制御弁体４１０は、閉弁状態となり、低圧燃料通路２２と中間室２９との接続を遮断している。一方、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動により、制御弁体４１０は、開弁状態となり、低圧燃料通路２２と中間室２９とを接続させている。
(Fourth Embodiment)
The fuel injection device according to the fourth embodiment shown in FIGS. 16 and 17 is another modification of the first embodiment. The
バルブボデー部材２０ｃ及びノズルボデー部材２０ｄの内部に区画された高圧室２１ａには、ニードルシリンダ４６０及びバルブシリンダ４５０が収容されている。ニードルシリンダ４６０の内部には、ノズルニードル５０及びニードルスプリング５２が配置されている。ニードルシリンダ４６０は、バルブシリンダ４５０に対して摺動可能となっている。バルブシリンダ４５０は、バルブボデー部材４２０ｂと当接可能であり、バルブボデー部材４２０ｂとの当接によって高圧室２１ａと中間室２９との連通を遮断する。
The
ニードルシリンダ４６０よりも噴孔２３側には、ノズルガイド４６１及びピストンガイド４６２が配置されている。ニードルシリンダ４６０、ノズルニードル５０、ノズルガイド４６１、及びピストンガイド４６２は、直動油密室４６３を区画している。直動油密室４６３に充填された燃料は、ニードルシリンダ４６０によって伝達される駆動伝達ピン３２の変位の方向を反転させ、ノズルニードル５０を開弁方向に押し上げる。
A
第四実施形態の駆動部３０には、図１６及び図１７に示す応力緩衝機構４００が設けられている。応力緩衝機構４００は、ピエゾアクチュエータ３１と共に、弁ボデー４２０の内部に設けられた低圧室２２ｂに収容されている。低圧室２２ｂは、低圧燃料通路２２の一部である。低圧室２２ｂは、第二圧力の燃料によって満たされている。
The
応力緩衝機構４００には、緩衝室３９が設けられている。緩衝室３９は、ピエゾアクチュエータ３１及び応力緩衝機構４００の各部材の軸方向長さのばらつきを吸収する機能を有している。加えて緩衝室３９は、温度変化に伴う軸方向への伸縮（線膨張）を吸収する機能を有している。応力緩衝機構４００は、ピエゾアクチュエータ３１の伸縮作動を、緩衝室３９に充填された燃料を介して制御弁体４１０等に伝達する機構である。応力緩衝機構４００は、駆動伝達ピン３２に加えて、駆動伝達ロッド３３、入力シリンダ３４、出力ピストン３６、及びシリンダスプリング３７等によって構成されている。
The
駆動伝達ロッド３３は、金属材料により、全体として円柱状に形成されている。駆動伝達ロッド３３は、ピエゾアクチュエータ３１と直接的又は間接的に接しており、ピエゾアクチュエータ３１の伸縮作動に追従して、変位方向に変位する。駆動伝達ロッド３３は、当接面３３ａを有している。
The
当接面３３ａは、駆動伝達ロッド３３の軸方向の両端面のうちで、入力シリンダ３４に当接する一方に形成されている。当接面３３ａは、部分球面状に形成されている。当接面３３ａは、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動によって入力シリンダ３４に押し付けられる。当接面３３ａは、ピエゾアクチュエータ３１の収縮作動によって、入力シリンダ３４から離間可能である。
The
入力シリンダ３４は、金属材料により、全体として有底の円筒状に形成されている。入力シリンダ３４は、駆動伝達ロッド３３と当接可能に配置されている。駆動伝達ロッド３３との接触により、入力シリンダ３４にはピエゾアクチュエータ３１の伸縮作動が伝達される。入力シリンダ３４は、出力ピストン３６と共に緩衝室３９を区画している。入力シリンダ３４は、供給連通路３４ａ、ロッドシート面部３４ｂ、油密摺動部３４ｃ、及びシリンダ載置部３４ｄを有している。
The input cylinder 34 is made of a metal material and is formed in a bottomed cylindrical shape as a whole. The input cylinder 34 is arranged so as to be in contact with the
供給連通路３４ａは、入力シリンダ３４の底壁を軸方向に貫通する貫通孔によって形成されている。供給連通路３４ａは、底壁の径方向の中央に形成されている。供給連通路３４ａは、低圧室２２ｂと緩衝室３９とを連通可能であり、低圧室２２ｂの燃料を緩衝室３９に供給できる。
The
ロッドシート面部３４ｂは、供給連通路３４ａを形成する内周壁面によって円錐面状に形成されている。ロッドシート面部３４ｂの内径は、入力シリンダ３４の軸方向に沿って、緩衝室３９から離れるに従って拡大している。ロッドシート面部３４ｂには、当接面３３ａが離着座する。ロッドシート面部３４ｂは、当接面３３ａと円環状に当接し、油密を形成可能である。ロッドシート面部３４ｂへの当接面３３ａの着座によれば、供給連通路３４ａによる低圧室２２ｂと緩衝室３９との連通が遮断される。一方、ロッドシート面部３４ｂからの当接面３３ａの離座によれば、供給連通路３４ａによる低圧室２２ｂと緩衝室３９との連通が許容される。
The rod seat surface portion 34b is formed in a conical surface shape by the inner peripheral wall surface forming the
油密摺動部３４ｃは、入力シリンダ３４の周壁の内周面に設けられている。油密摺動部３４ｃは、円筒面状に形成されており、出力ピストン３６に摺動可能に外嵌されている。油密摺動部３４ｃは、出力ピストン３６との間で油密を形成している。油密摺動部３４ｃは、出力ピストン３６に対して摺動可能である。
The oil-tight sliding
シリンダ載置部３４ｄは、入力シリンダ３４の周壁の外周面に設けられている。シリンダ載置部３４ｄは、径方向の段差部であって、円環状に形成されている。シリンダ載置部３４ｄには、シリンダスプリング３７の一端が載置されている。
The
出力ピストン３６は、金属材料により、全体として円柱状に形成されている。出力ピストン３６の頂面と、入力シリンダ３４の底壁との間に、緩衝室３９が扁平な円盤状に設けられている。出力ピストン３６には、緩衝室３９に充填された燃料を介して、入力シリンダ３４の変位が伝達される。ノズルニードル５０は、出力ピストン３６の変位に追従して噴孔２３を開閉する。出力ピストン３６は、油密嵌合部３６ａ、ピストン載置部３６ｂ、及び伝達面部３６ｃを有している。
The
油密嵌合部３６ａは、出力ピストン３６の外周壁面によって形成されている。油密嵌合部３６ａは、円筒面状に形成されており、油密摺動部３４ｃに内嵌されている。油密嵌合部３６ａは、油密摺動部３４ｃとの間で形成する油密により、低圧室２２ｂから緩衝室３９への燃料のゆっくりとした浸入を許容する。一方で、油密嵌合部３６ａ及び油密摺動部３４ｃは、駆動力の伝達時において、緩衝室３９から低圧室２２ｂへの燃料の漏出を実質的に防止している。
The oil-tight
ピストン載置部３６ｂは、出力ピストン３６に鍔状に設けられており、油密嵌合部３６ａよりも径方向の外側に突出している。ピストン載置部３６ｂは、シリンダ載置部３４ｄと軸方向に対向する円環状の平面を形成している。ピストン載置部３６ｂには、シリンダスプリング３７の他端が載置されている。
The
伝達面部３６ｃは、駆動伝達ロッド３３の軸方向の両端面のうちで、緩衝室３９とは反対側に位置する端面に設けられている。伝達面部３６ｃは、端面の径方向の中央に位置し、湾曲した凸状に形成されている。伝達面部３６ｃは、駆動伝達ピン３２に当接する。伝達面部３６ｃは、出力ピストン３６に生じる変位を駆動伝達ピン３２に伝達する。
The
シリンダスプリング３７は、円筒螺旋状に形成されたコイルスプリングである。シリンダスプリング３７は、シリンダ載置部３４ｄ及びピストン載置部３６ｂの間に、軸方向に押し縮められた状態で配置されている。シリンダスプリング３７は、出力ピストン３６及び入力シリンダ３４を互いに離間させる方向であって、緩衝室３９を軸方向に拡張させる方向の力を、入力シリンダ３４及び出力ピストン３６に作用させている。即ち、シリンダスプリング３７は、入力シリンダ３４を駆動伝達ロッド３３へ向けて付勢している。
The
ここまで説明したような応力緩衝機構では、噴射圧力の高圧化やノズルニードルの開弁速度の高速化を図ると、ピエゾアクチュエータ３１を伸長作動させた場合に緩衝室３９から外部へ漏出する燃料量が増加する。故に、ピエゾアクチュエータ３１が収縮したとき、緩衝室３９への燃料の吸い戻すための時間が長く必要となる。そのため、燃料噴射を短いインターバルで連続的に実施することが困難となり得た。
In the stress buffering mechanism as described above, if the injection pressure is increased and the valve opening speed of the nozzle needle is increased, the amount of fuel leaking from the
そこで第四実施形態の応力緩衝機構４００では、駆動伝達ロッド３３が、緩衝室３９及び低圧室２２ｂの接続を許容する弁体の機能を兼ねている。詳記すると、駆動伝達ロッド３３は、入力シリンダ３４への当接によって供給連通路３４ａを介した低圧室２２ｂと緩衝室３９との連通を遮断し、入力シリンダ３４からの離間によって低圧燃料通路２２と緩衝室３９とを連通させる。そのため、ピエゾアクチュエータ３１の収縮作動中にて、緩衝室３９には、低圧室２２ｂの燃料が供給連通路３４ａを通じて流入する。一方で、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動中では、緩衝室３９及び低圧室２２ｂの連通は、駆動伝達ロッド３３によって遮断される。以上によれば、ピエゾアクチュエータ３１の伸縮作動が短いインターバルで繰り返されても、緩衝室３９に燃料を充填させた状態が維持され得る。故に、燃料噴射装置は、短いインターバルでの燃料噴射を安定的に行なうことができる。
Therefore, in the
（第五実施形態）
図１８〜図２０に示す第五実施形態は、第四実施形態の変形例である。図１８に示す応力緩衝機構５００は、駆動伝達ピン３２に加えて、ピストン駆動部材５３３、入力ピストン５３４、緩衝シリンダ５３５、出力ピストン５３６、シリンダスプリング５３７、リング部材５３９及びスリットスプリング５３８等により構成されている。
(Fifth Embodiment)
The fifth embodiment shown in FIGS. 18 to 20 is a modification of the fourth embodiment. The stress buffer mechanism 500 shown in FIG. 18 is composed of a
ピストン駆動部材５３３は、金属材料により、全体として扁平な円盤状に形成されている。ピストン駆動部材５３３は、ピエゾアクチュエータの伸縮作動によって軸方向に変位する。ピストン駆動部材５３３は、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動によって入力ピストン５３４に押し付けられ、緩衝室３９へ向けて変位する。
The
入力ピストン５３４は、金属材料等により、全体として円柱状に形成されている。入力ピストン５３４の頂面と、出力ピストン５３６の頂面との間に、緩衝室３９が扁平な円盤状に設けられている。入力ピストン５３４は、入力面部５３４ａ及び油密嵌合部５３４ｂを有している。
The
入力面部５３４ａは、鍔状に設けられた入力ピストン５３４の底壁によって形成されている。入力面部５３４ａには、ピストン駆動部材５３３が載置されている。油密嵌合部５３４ｂは、入力ピストン５３４の外周壁面によって形成されている。油密嵌合部５３４ｂは、円筒面状に形成されており、緩衝シリンダ５３５に摺動可能に内嵌されている。
The
緩衝シリンダ５３５は、金属材料等により、全体として円筒状に形成されている。緩衝シリンダ５３５は、入力ピストン５３４及び出力ピストン５３６と共に緩衝室３９を区画している。緩衝シリンダ５３５は、入力摺動部５３５ａ、出力摺動部５３５ｂ、内載置部５３５ｃ、及び外載置部５３５ｄを有している。
The buffer cylinder 535 is formed in a cylindrical shape as a whole by using a metal material or the like. The buffer cylinder 535 partitions the
入力摺動部５３５ａ及び出力摺動部５３５ｂは、緩衝シリンダ５３５の内周面に設けられている。入力摺動部５３５ａ及び出力摺動部５３５ｂは、それぞれ円筒面状に形成されている。入力摺動部５３５ａは、油密嵌合部５３４ｂに摺動可能に外嵌されている。出力摺動部５３５ｂは、出力ピストン５３６に摺動可能に外嵌されている。
The
内載置部５３５ｃは、緩衝シリンダ５３５の内周壁面に設けられている。内載置部５３５ｃは、径方向の段差部であって、円環状に形成されている。内載置部５３５ｃには、シリンダスプリング５３７の一端が載置されている。
The
外載置部５３５ｄは、緩衝シリンダ５３５の外周壁面に設けられている。外載置部５３５ｄは、径方向の段差部であって、円環状に形成されている。外載置部５３５ｄは、内載置部５３５ｃとは反対の方向を向いている。外載置部５３５ｄには、スリットスプリング５３８の一端が載置されている。
The external mounting portion 535d is provided on the outer peripheral wall surface of the buffer cylinder 535. The external mounting portion 535d is a stepped portion in the radial direction and is formed in an annular shape. The external mounting portion 535d faces in the opposite direction to the internal mounting
出力ピストン５３６は、金属材料により、全体として円柱状に形成されている。出力ピストン５３６は、第四実施形態と実質同一の伝達面部３６ｃ及びピストン載置部３６ｂに加えて、規制当接部５３６ａ及び油密嵌合部５３６ｂを有している。
The
規制当接部５３６ａは、出力ピストン５３６の外周壁面に設けられた径方向の段差部である。規制当接部５３６ａは、出力ピストン５３６の軸方向にて、内載置部５３５ｃと対向している。出力ピストン５３６の初期位置にて、規制当接部５３６ａと内載置部５３５ｃとの間には、数μｍ程度の微小隙間が形成されている。規制当接部５３６ａは、入力ピストン５３４へ向けた出力ピストン５３６の変位によって内載置部５３５ｃに当接し、出力ピストン５３６の変位を規制する。
The
油密嵌合部５３６ｂは、出力ピストン５３６の外周壁面によって形成されている。油密嵌合部５３６ｂは、円筒面状に形成されており、出力摺動部５３５ｂに摺動可能に内嵌されている。尚、出力ピストン５３６の外径は、入力ピストン５３４の外径と実質同一でなくてもよい。或いは、出力ピストン５３６は、入力ピストン５３４よりも小径であってもよく、又は大径であってもよい。
The oil-tight
シリンダスプリング５３７は、円筒螺旋状に形成されたコイルスプリングである。シリンダスプリング５３７は、内載置部５３５ｃ及びピストン載置部３６ｂの間に、軸方向に押し縮められた状態で配置されている。シリンダスプリング５３７は、緩衝室３９を軸方向に拡張させる方向の力を、緩衝シリンダ５３５及び出力ピストン５３６に作用させている。シリンダスプリング５３７は、出力ピストン５３６を駆動伝達ピン３２へ向けて付勢している。
The
リング部材５３９は、金属材料等により、全体としてリング状に形成されている。リング部材５３９は、入力ピストン５３４に外嵌されており、入力ピストン５３４の底壁及び緩衝シリンダ５３５の間に位置している。リング部材５３９には、リング載置部５３９ａが設けられている。リング載置部５３９ａは、緩衝シリンダ５３５の軸方向にて、外載置部５３５ｄと対向している。
The
スリットスプリング５３８は、円筒状に形成されたスプリングである。スリットスプリング５３８は、リング載置部５３９ａ及び外載置部５３５ｄの間に、軸方向に押し縮められた状態で配置されている。スリットスプリング５３８のばね定数は、シリンダスプリング５３７のばね定数よりも大きい値に設定されている。スリットスプリング５３８は、緩衝室３９を軸方向に拡張させる方向の力を、緩衝シリンダ５３５及び入力ピストン５３４に作用させている。スリットスプリング５３８は、リング部材５３９及び入力ピストン５３４を、ピエゾアクチュエータ３１へ向けて付勢している。
The
応力緩衝機構５００では、ピエゾアクチュエータの収縮作動中にて、図１９に示すように入力ピストン５３４及びリング部材５３９をスリットスプリング５３８が押し上げると、出力ピストン５３６もピエゾアクチュエータ３１へ向けて変位する。ここで、規制当接部５３６ａの内載置部５３５ｃへの当接により、出力ピストン５３６の変位は規制される。その結果、緩衝室３９が急速に拡張され、低圧室２２ｂと緩衝室３９との差圧が拡大する。以上により、油密嵌合部５３４ｂ及び入力摺動部５３５ａの間を通じた低圧室２２ｂから緩衝室３９への燃料供給が行われる。
In the stress buffer mechanism 500, when the
さらに、ピエゾアクチュエータ３１の収縮作動が停止するタイミングにて、図２０に示すシリンダスプリング５３７は、出力ピストン５３６を駆動伝達ピン３２へ向けて押し下げる。その結果、規制当接部５３６ａが内載置部５３５ｃから離間する方向への出力ピストン５３６の変位により、緩衝室３９の拡張が継続される。以上により、油密嵌合部５３４ｂ及び入力摺動部５３５ａの間を通じた低圧室２２ｂから緩衝室３９への燃料供給に加えて、油密嵌合部５３６ｂ及び出力摺動部５３５ｂの間を通じた燃料供給も行われる。
Further, at the timing when the contraction operation of the
以上によれれば、第五実施形態でも、第四実施形態と同様の効果を奏し、ピエゾアクチュエータ３１の伸長作動中にて、低圧室２２ｂから緩衝室３９に供給される燃料量が確保され得る。故に、ピエゾアクチュエータ３１の伸縮作動が短いインターバルで繰り返されても、緩衝室３９に燃料を充填させた状態が維持され得る。故に、燃料噴射装置は、短いインターバルでの燃料噴射を安定的に行なうことができる。
Based on the above, the fifth embodiment also has the same effect as that of the fourth embodiment, and the amount of fuel supplied from the
（第六実施形態）
図２１に示す第六実施形態は、第五実施形態の変形例である。第六実施形態の応力緩衝機構６００は、第五実施形態のピストン駆動部材５３３、入力ピストン５３４、及び緩衝シリンダ５３５（図１８参照）に相当する構成として、入力シリンダ６３４を備えている。入力シリンダ６３４は、出力ピストン５３６と共に緩衝室３９を区画している。入力シリンダ６３４は、油密摺動部３４ｃ及びシリンダ載置部３４ｄを有している。入力シリンダ６３４には、リング載置部５３９ａ（図１８参照）に相当する構成として、外載置部６３４ｅが設けられている。
(Sixth Embodiment)
The sixth embodiment shown in FIG. 21 is a modification of the fifth embodiment. The
弁ボデー２０には、変位規制部６３５ｃ及び外載置部６３５ｄが形成されている。変位規制部６３５ｃ及び外載置部６３５ｄは、低圧室２２ｂを区画する内周壁に設けられている。変位規制部６３５ｃは、規制当接部５３６ａとの当接により、出力ピストン５３６の変位を規制する。外載置部６３５ｄは、入力シリンダ６３４の外載置部６３４ｅと軸方向にて対向している。二つの外載置部６３５ｄ，６３４ｅの間には、スリットスプリング５３８が押し縮められた状態で配置されている。
The
以上の応力緩衝機構６００では、ピエゾアクチュエータの収縮作動中にて、スリットスプリング５３８が入力シリンダ６３４を押し上げると、規制当接部５３６ａの変位規制部６３５ｃへの当接により、出力ピストン５３６の変位が規制される。その結果、緩衝室３９が急速に拡張され、油密摺動部３４ｃ及び油密嵌合部５３６ｂの間を通じた低圧室２２ｂから緩衝室３９への燃料供給が行われる。
In the above
さらに、ピエゾアクチュエータの収縮作動が終了すると、シリンダスプリング５３７が出力ピストン５３６を押し下げる。その結果、緩衝室３９の拡張継続により、低圧室２２ｂから緩衝室３９への燃料供給が継続される。以上によれれば、第六実施形態でも、第五実施形態と同様の効果を奏し、ピエゾアクチュエータの伸縮作動が短いインターバルで繰り返されても、低圧室２２ｂから緩衝室３９に供給される燃料量が確保可能となる。
Further, when the contraction operation of the piezo actuator is completed, the
（第七実施形態）
図２２に示す第七実施形態は、第六実施形態の変形例である。第七実施形態の応力緩衝機構７００は、第六実施形態の入力シリンダ６３４及び出力ピストン５３６（図２１参照）に替えて、入力ピストン７３４及び出力シリンダ７３６を備えている。入力ピストン７３４の頂面と出力シリンダ７３６の底面との間に、緩衝室３９が区画されている。入力ピストン７３４には、油密嵌合部７３４ａ、内載置部７３４ｂ、及び外載置部７３４ｃが設けられている。出力シリンダ７３６には、規制当接部７３６ａ、油密摺動部７３６ｂ、及びシリンダ載置部７３６ｃが設けられている。内載置部７３４ｂ及びシリンダ載置部７３６ｃ間には、シリンダスプリング５３７が押し縮められた状態で配置されている。外載置部７３４ｃ及び弁ボデー２０の外載置部６３５ｄの間には、スリットスプリング５３８が押し縮められた状態で配置されている。
(Seventh Embodiment)
The seventh embodiment shown in FIG. 22 is a modification of the sixth embodiment. The
以上の応力緩衝機構７００では、ピエゾアクチュエータの収縮作動中にて、スリットスプリング５３８が入力ピストン７３４を押し上げると、規制当接部７３６ａの変位規制部６３５ｃへの当接により、出力シリンダ７３６の変位が規制される。その結果、緩衝室３９が急速に拡張され、油密嵌合部７３４ａ及び油密摺動部７３６ｂの間を通じた低圧室２２ｂから緩衝室３９への燃料供給が行われる。
In the above
さらに、ピエゾアクチュエータの収縮作動の終了も、シリンダスプリング５３７の出力シリンダ７３６の押し下げにより、緩衝室３９の拡張が継続され、低圧室２２ｂから緩衝室３９への燃料供給は、継続される。以上によれれば、第七実施形態でも、第六実施形態と同様の効果を奏し、ピエゾアクチュエータの伸縮作動が短いインターバルで繰り返されても、低圧室２２ｂから緩衝室３９に供給される燃料量が確保可能となる。
Further, even at the end of the contraction operation of the piezo actuator, the expansion of the
（第八実施形態）
図２３及び図２４に示す第八実施形態は、第五実施形態の別の変形例である。第八実施形態の応力緩衝機構８００は、第五実施形態の入力ピストン５３４、緩衝シリンダ５３５、及び出力ピストン５３６（図１８参照）に相当する構成として、入力ピストン８３４、緩衝シリンダ８３５、及び出力ピストン８３６を備えている。
(Eighth embodiment)
The eighth embodiment shown in FIGS. 23 and 24 is another modification of the fifth embodiment. The
入力ピストン８３４には、油密嵌合部８３４ｂが設けられている。油密嵌合部８３４ｂは、入力ピストン８３４の外周壁面によって形成されている。油密嵌合部８３４ｂは、ピエゾアクチュエータの伸長方向に沿って入力面部５３４ａから緩衝室３９へ向かうに従って縮径された円錐面状に形成されている。油密嵌合部８３４ｂは、緩衝シリンダ８３５に摺動可能に内嵌されている。
The
緩衝シリンダ８３５の内周面には、入力摺動部８３５ａ及び出力摺動部８３５ｂが設けられている。入力摺動部８３５ａ及び出力摺動部８３５ｂはそれぞれ、ピストン駆動部材５３３から駆動伝達ピン３２へ向かうに従って内径が小さくなる円錐面状に形成されている。入力摺動部８３５ａは、油密嵌合部８３４ｂに摺動可能に外嵌されている。出力摺動部８３５ｂは、出力ピストン８３６に摺動可能に外嵌されている。
An
出力ピストン８３６には、油密嵌合部８３６ｂが設けられている。油密嵌合部８３６ｂは、出力ピストン８３６の外周壁面によって形成されている。油密嵌合部８３６ｂは、ピエゾアクチュエータの収縮方向に沿って伝達面部３６ｃから緩衝室３９へ向かうに従って拡径された円錐面状に形成されている。油密嵌合部８３６ｂは、出力摺動部８３５ｂに摺動可能に内嵌されている。
The
応力緩衝機構８００では、ピエゾアクチュエータの収縮作動中にて、図２３に示すように、スリットスプリング５３８が、入力ピストン８３４を押し上げる。すると、出力ピストン８３６は、緩衝室３９の圧力降下により、入力ピストン８３４に追従するよう上昇する。その結果、油密嵌合部８３４ｂ及び入力摺動部８３５ａの間のクリアランス、並びに油密嵌合部８３６ｂ及び出力摺動部８３５ｂの間のクリアランスが、それぞれ拡大される。故に、低圧室２２ｂから緩衝室３９への燃料供給量が確保され得る。
In the
そして、ピエゾアクチュエータの収縮作動が停止するタイミングにて、図２４に示すように、シリンダスプリング５３７は、出力ピストン８３６を駆動伝達ピン３２へ向けて押し下げる。その結果、油密嵌合部８３４ｂ及び入力摺動部８３５ａの間のクリアランス、並びに油密嵌合部８３６ｂ及び出力摺動部８３５ｂの間のクリアランスは、それぞれ実質的に消失する。以上により、ピエゾアクチュエータの伸長作動時では、入力ピストン８３４へ入力された駆動力は、油密を維持された緩衝室３９の燃料によって出力ピストン８３６に伝達可能となる。
Then, at the timing when the contraction operation of the piezo actuator is stopped, as shown in FIG. 24, the
ここまで説明した第八実施形態では、各油密嵌合部８３４ｂ，８３６ｂ並びに入力摺動部８３５ａ及び出力摺動部８３５ｂのテーパ面状の形状により、ピエゾアクチュエータの伸長作動時にて、収縮作動時と比較して、摺動部分のクリアランスが小さくなる。詳記すると、収縮作動時のクリアランスＸｃに対し、伸長作動時のクリアランスＸｅは、ピエゾアクチュエータの伸長長さをＬ、各摺動面のテーパ角をθとした場合、Ｘｅ＝Ｘｃ−Ｌ×arctanθとなる。以上によれば、ピエゾアクチュエータの収縮作動中にて、緩衝室３９に供給される燃料量が確保され得る。故に、緩衝室３９の容積を増加させなくてもよい。そして、ピエゾアクチュエータの伸縮作動が短いインターバルで繰り返されても、緩衝室３９に燃料を充填させた状態が維持され得る。さらに、摺動クリアランスを小さく設計可能となるため、駆動力の伝達効率の悪化が抑制され得る。
In the eighth embodiment described so far, due to the tapered surface shape of the oil-tight
（第九実施形態及び第十実施形態）
図２５に示す第九実施形態及び図２６に示す第十実施形態は、それぞれ第五実施形態のさらに別の変形例である。第九実施形態の応力緩衝機構９００は、図２５に示すように、第五実施形態の入力ピストン５３４及び緩衝シリンダ５３５（図１８参照）に相当する構成として、入力ピストン９３４及び緩衝シリンダ９３５を備えている。入力ピストン９３４は、第八実施形態の入力ピストン８３４（図２３参照）と実質同一の構成であって、円錐面状に形成された油密嵌合部９３４ｂを有している。
(9th and 10th embodiments)
The ninth embodiment shown in FIG. 25 and the tenth embodiment shown in FIG. 26 are still other modifications of the fifth embodiment, respectively. As shown in FIG. 25, the
緩衝シリンダ９３５の内周面には、入力摺動部９３５ａ及び出力摺動部９３５ｂが形成されている。入力摺動部９３５ａは、第八実施形態と同様に、入力面部５３４ａから緩衝室３９へ向かうに従って内径が小さくなる円錐面状に形成されており、油密嵌合部９３４ｂに外嵌されている。出力摺動部９３５ｂは、第五実施形態と同様に、円筒面状に形成されている。出力摺動部９３５ｂは、出力ピストン５３６の油密嵌合部５３６ｂに外嵌されている。
An
以上の応力緩衝機構９００では、ピエゾアクチュエータの収縮作動中にて、スリットスプリング５３８が入力ピストン９３４を押し上げることにより、出力ピストン５３６も上昇する。その結果、油密嵌合部９３４ｂ及び入力摺動部９３５ａの間のクリアランス、並びに油密嵌合部５３６ｂ及び出力摺動部９３５ｂの間のクリアランスが、それぞれ拡大される。故に、低圧室２２ｂから緩衝室３９への燃料供給量が確保され得る。
In the above
図２６に示す第十実施形態の応力緩衝機構１０００は、第五実施形態の出力ピストン５３６及び緩衝シリンダ５３５（図１８参照）に相当する構成として、出力ピストン１０３６及び緩衝シリンダ１０３５を備えている。出力ピストン１０３６は、第八実施形態の出力ピストン８３６（図２３参照）と実質同一の構成であって、円錐面状に形成された油密嵌合部１０３６ｂを有している。
The
緩衝シリンダ１０３５の内周面には、入力摺動部１０３５ａ及び出力摺動部１０３５ｂが形成されている。入力摺動部１０３５ａは、第五実施形態と同様に、円筒面状に形成されており、入力ピストン５３４の油密嵌合部５３４ｂに外嵌されている。出力摺動部１０３５ｂは、第八実施形態と同様に、伝達面部３６ｃから緩衝室３９へ向かうに従って内径が大きくなる円錐面状に形成されている。出力摺動部１０３５ｂは、出力ピストン１０３６の油密嵌合部１０３６ｂに外嵌されている。
An
以上の応力緩衝機構１０００では、ピエゾアクチュエータの収縮作動中にて、スリットスプリング５３８が入力ピストン５３４を押し上げることにより、出力ピストン１０３６も上昇する。その結果、油密嵌合部５３４ｂ及び入力摺動部１０３５ａの間のクリアランス、並びに油密嵌合部１０３６ｂ及び出力摺動部１０３５ｂの間のクリアランスが、それぞれ拡大される。故に、低圧室２２ｂから緩衝室３９への燃料供給量が確保され得る。
In the above
（第十一実施形態）
図２７〜図２９に示す第十一実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第十一実施形態の弁ボデー１０２０の内部には、高圧室２１ａ、弁室２５及び制御室２７等と共に、直動油密室２４が設けられている。弁ボデー１０２０は、ノズルボデー部材２０ｄ及びリテーニングナット２０ｅ等に加えて、バルブボデー部材１０２０ａ、ピストンボデー部材１０２０ｂ、及びシリンダ収容部材１０２０ｃ等によって構成されている。弁ボデー１０２０には、圧力制御機構１１００、ニードル内シリンダ１１４０及びニードル外シリンダ１１６０等が収容されている。
(Eleventh Embodiment)
The eleventh embodiment shown in FIGS. 27 to 29 is still another modification of the first embodiment. Inside the
バルブボデー部材１０２０ａは、弁室２５を区画している。ピストンボデー部材１０２０ｂには、流入流路１０２２及び収容円筒部１０２４等が設けられている。流入流路１０２２には、高圧室２１ａから弁室２５へ流入する燃料の流量を制限するインオリフィス１０２３が形成されている。収容円筒部１０２４は、円筒状の収容空間を形成している。シリンダ収容部材１０２０ｃは、高圧室２１ａを区画している。
The
圧力制御機構１１００は、制御弁体１１１０、小径ピストン１１２０及び大径ピストン１１３０等によって構成されている。
The
制御弁体１１１０は、弁室２５に収容されている。制御弁体１１１０は、バルブボデー部材１０２０ａに設けられたシート面部１０２１へ向けて、バルブスプリング１１１９によって押圧されている。制御弁体１１１０は、ピエゾアクチュエータの伸縮作動により、弁室２５の流出開口の開閉を行なうバルブである。流出開口は、低圧燃料通路に繋がっており、弁室２５の燃料を低圧燃料通路に流出させる。制御弁体１１１０は、閉塞部１１１１及び当接端面１１１２を有している。
The
閉塞部１１１１は、制御弁体１１１０軸方向の一方の端部に設けられている。閉塞部１１１１は、シート面部１０２１に離着座する。閉塞部１１１１のシート面部１０２１への着座によれば、弁室２５と低圧燃料通路との連通が遮断される。閉塞部１１１１のシート面部１０２１からの離座により、弁室２５の燃料は、低圧燃料通路へ向けて流出する。
The
当接端面１１１２は、軸方向にて閉塞部１１１１とは反対側の端面に設けられている。当接端面１１１２は、閉塞部１１１１がシート面部１０２１に着座した状態で、小径ピストン１１２０の端面との間に微小な隙間ＧＰを形成している。当接端面１１１２は、ピエゾアクチュエータの伸長作動に伴う制御弁体１１１０の変位によって小径ピストン１１２０に当接可能である。
The
小径ピストン１１２０は、金属材料によって円筒状に形成されている。小径ピストン１１２０は、収容円筒部１０２４によって区画された収容空間に収容されている。小径ピストン１１２０は、制御弁体１１１０から作用する押圧力により、制御室２７へ向けて押し下げられる。小径ピストン１１２０は、ニードル内シリンダ１１４０から作用する押圧力により、弁室２５へ向けて押し上げられる。小径ピストン１１２０には、ピストン連通路１１２１及びピストン摺動面１１２２が設けられている。
The
ピストン連通路１１２１は、小径ピストン１１２０を軸方向に貫通する貫通孔によって形成されている。ピストン連通路１１２１は、小径ピストン１１２０の径方向の中央に位置している。ピストン連通路１１２１は、弁室２５と制御室２７とを接続する燃料流路の一部を形成している。
The
ピストン摺動面１１２２は、小径ピストン１１２０の外周壁面である。ピストン摺動面１１２２は、円筒面状に形成されている。ピストン摺動面１１２２は、収容円筒部１０２４の内周壁面に内嵌されている。ピストン摺動面１１２２は、収容円筒部１０２４によって摺動可能に支持されている。
The
大径ピストン１１３０は、金属材料によって有底の円筒状に形成されている。大径ピストン１１３０の外径は、小径ピストン１１２０の外径よりも大きい。大径ピストン１１３０は、収容円筒部１０２４に外嵌されている。大径ピストン１１３０は、収容円筒部１０２４に対して摺動可能である。大径ピストン１１３０の底壁には、小径ピストン１１２０の下端面が当接している。
The large-
大径ピストン１１３０は、直動油密室２４を下油密室部２４ａと上油密室部２４ｂとに区分けしている。下油密室部２４ａは、大径ピストン１１３０、ニードル内シリンダ１１４０、ニードル外シリンダ１１６０、及びノズルニードル５０等によって区画されている。上油密室部２４ｂは、大径ピストン１１３０の底壁と、収容円筒部１０２４の頂面との間に形成されている。大径ピストン１１３０には、油密連通路１１３１及びシリンダ挿通孔１１３２が設けられている。
The large-
油密連通路１１３１及びシリンダ挿通孔１１３２は、大径ピストン１１３０の底壁を貫通する貫通孔によって形成されている。油密連通路１１３１は、シリンダ挿通孔１１３２の外周側に複数形成されている。油密連通路１１３１は、下油密室部２４ａと上油密室部２４ｂとを連通させている。シリンダ挿通孔１１３２は、底壁の中央に形成されている。シリンダ挿通孔１１３２には、ニードル内シリンダ１１４０が挿通されている。
The oil-
ニードル内シリンダ１１４０は、ニードル外シリンダ１１６０の径方向の内側に配置され、下油密室部２４ａに収容されている。ニードル内シリンダ１１４０は、ノズルニードル５０と共に制御室２７を区画している。ニードル内シリンダ１１４０は、制御室２７と直動油密室２４とを実質的に分離させている。ニードル内シリンダ１１４０は、ノズルニードル５０を摺動可能に支持している。ニードル内シリンダ１１４０には、シリンダ連通路１１４１が形成されている。
The cylinder inside the needle 1140 is arranged inside the cylinder outside the
シリンダ連通路１１４１は、ニードル内シリンダ１１４０を軸方向に貫通する貫通孔によって形成されている。シリンダ連通路１１４１は、ニードル内シリンダ１１４０の径方向の中央に位置しており、ピストン連通路１１２１と連続している。シリンダ連通路１１４１は、ピストン連通路１１２１と共に弁室２５と制御室２７とを接続する燃料流路を形成している。
The
ニードル内シリンダ１１４０及びニードル外シリンダ１１６０の間には、シリンダスプリング１１４２が配置されている。シリンダスプリング１１４２は、ニードル外シリンダ１１６０に対しニードル内シリンダ１１４０を弁室２５へ向けて付勢している。
A
ニードル外シリンダ１１６０は、金属材料によって円筒状に形成されている。ニードル外シリンダ１１６０には、ノズルニードル５０が内嵌されている。ニードル外シリンダ１１６０の下端面には、ニードルスプリング５２の一端が載置されている。ニードル外シリンダ１１６０は、ニードルスプリング５２の復元力により、大径ピストン１１３０を弁室２５へ向けて押し上げている。
The needle
次に、第十一実施形態による燃料噴射装置の作動の詳細を、図２８及び図２９に基づき説明する。燃料噴射装置は、油圧サーボモードでの開弁作動（図２９の破線参照）に加えて、直動アシストモードでの開弁作動（図２９の実線参照）を行なうことができる。 Next, the details of the operation of the fuel injection device according to the eleventh embodiment will be described with reference to FIGS. 28 and 29. The fuel injection device can perform the valve opening operation in the linear motion assist mode (see the solid line in FIG. 29) in addition to the valve opening operation in the hydraulic servo mode (see the broken line in FIG. 29).
油圧サーボモードにおけるピエゾアクチュエータには、開弁させた制御弁体１１１０を小径ピストン１１２０に当接させるだけの駆動エネルギ（バルブ開弁エネルギＥＶＬＶ）が投入される。即ち、油圧サーボモードでは、小径ピストン１１２０等は実質的に変位しない。
Drive energy (valve valve opening energy E VLV ) sufficient to bring the opened
ＥＤＵ７０ｂによるピエゾアクチュエータの充電開始により（時刻ｔ０）、充電された駆動エネルギがバルブ開弁エネルギＥＶＬＶに達すると（時刻ｔ１）、ピエゾアクチュエータの伸長作動により、駆動伝達ピン３２が制御弁体１１１０を押し下げる。その結果、閉塞部１１１１がシート面部１０２１から離間し、制御室２７の燃料は、シリンダ連通路１１４１及びピストン連通路１１２１を通じて弁室２５に流通し、弁室２５から低圧燃料通路へと流出する。
When the charged drive energy reaches the valve opening energy EVLV (time t1) due to the start of charging of the piezo actuator by the
以上により、レール圧と実質的に同等であった制御室２７の圧力は、低圧燃料通路への燃料流出に伴って減少する。燃料流出に伴って制御室２７の圧力が開弁圧力まで降下すると（時刻ｔ２）、ノズルニードル５０は、開弁方向への変位を開始する。こうした油圧サーボモードでのノズルニードル５０の開弁変位により、噴孔が開弁状態となる。
As described above, the pressure in the
一方、直動アシストモードにおける圧力制御機構１１００は、直動油密室２４にも減圧を生じさせる。直動油密室２４の減圧によれば、ノズルニードル５０の開弁変位が補助される。具体的に、直動アシストモードにおけるピエゾアクチュエータには、制御弁体１１１０に加えて、小径ピストン１１２０及び大径ピストン１１３０等を変位させる駆動エネルギ（ニードル開弁エネルギＥＮＤＬ）が投入される。
On the other hand, the
ＥＤＵによるピエゾアクチュエータの充電開始により（時刻ｔ０）、充電された駆動エネルギがニードル開弁エネルギＥＮＤＬに達すると（時刻ｔ１）、制御弁体１１１０の開弁により、制御室２７の燃料は、弁室２５を経由して低圧燃料通路へと流出する。さらに、燃料流出に伴う制御室２７の減圧によってノズルニードル５０が変位を開始すると共に（時刻ｔ２）、制御弁体１１１０は、隙間ＧＰを消失させ、小径ピストン１１２０及び大径ピストン１１３０を押し下げる。そして、ノズルニードル５０のリフト量が目標リフト量に到達すると（時刻ｔ２）、ＥＤＵによるピエゾアクチュエータへの電圧の印加が終了される。
When the charged drive energy reaches the needle valve opening energy ENDL (time t1) when the EDU starts charging the piezo actuator (time t0), the fuel in the
以上によれば、大径ピストン１１３０の変位により、収容円筒部１０２４の頂面と大径ピストン１１３０の底壁との間に区画された上油密室部２４ｂが拡張される。その結果、直動油密室２４では、容積の増加に伴う減圧が生じる。故に、ノズルニードル５０は、制御室２７の減圧によって生じる力に加えて、直動油密室２４の減圧によって生じる力を利用して、開弁方向への変位を行なうことができる。そのため、直動アシストモードでは、ノズルニードル５０の開弁方向への変位速度を、油圧サーボモードよりも高速化することが可能となる。以上により、直動アシストモードにおける噴射率の推移は、油圧サーボモードよりも矩形度の高いブーツ型の態様となる。したがって、第十一実施形態による燃料噴射装置でも、油圧サーボモードと直動アシストモードとの切り替えにより、燃料噴射の態様が大きく変更可能となる。
According to the above, the displacement of the large-
さらに、ノズルニードル５０の最大リフト量は、シート部分の最小面積が噴孔２３の開口面積に対し十分大きくなるように、例えば３００μｍ以上に設定されている。故に、ノズルニードル５０を直動モードで駆動する場合、ピエゾアクチュエータの変位量は、最大リフト量／変位拡大率が必要とされる。仮に変位拡大率を「３」とすると、ピエゾアクチュエータの変位量は、１００μｍ程度必要となる。
Further, the maximum lift amount of the
第十一実施形態では、シート部分にて絞りとなる最小面積は、ノズルニードル５０のリフト量が１００μｍ程度となる時点で、噴射率の９０％程度確保できる設定となっている。そのため、特に高速開弁させる場合において、リフト量が１００μｍ相当のピエゾアクチュエータの変位量（３３．３μｍ）まで、高速開弁のため電圧が印加される。この目標リフト量に到達の後、充電の終了によってニードル開弁速度は、低速に切り替えられる。この時点でシート部分にて絞られる領域を通過しているため、噴射率の立ち上り波形は、実質的に変化しない。こうした噴射制御により、ピエゾアクチュエータの変位量を３分の１程度に抑えることができる。さらに、投入される駆動エネルギは、電圧の２乗に比例するため、９分の１程度に抑制可能となる。
In the eleventh embodiment, the minimum area of the sheet portion to be drawn is set so that about 90% of the injection rate can be secured when the lift amount of the
（第十二実施形態）
図３０に示す第十二実施形態は、第十一実施形態の変形例である。第十二実施形態による圧力制御機構１２００では、ニードル内シリンダ１２４０及び大径ピストン１２３０の構成が第十一実施形態とは異なっている。ニードル内シリンダ１２４０からは、シリンダ連通路１１４１（図２７参照）に相当する構成が省略されている。ニードル内シリンダ１２４０は、大径ピストン１２３０の底壁に当接しており、小径ピストン１１２０には当接していない。
(Twelfth Embodiment)
The twelfth embodiment shown in FIG. 30 is a modification of the eleventh embodiment. In the
大径ピストン１２３０の底壁には、シリンダ挿通孔１１３２（図２７参照）に替えて、ピストン連通路１２３３が設けられている。ピストン連通路１２３３は、シリンダ連通路１１４１（図２７参照）に相当する構成であって、小径ピストン１１２０のピストン連通路１１２１と連続している。ピストン連通路１２３３は、ピストン連通路１１２１と共に弁室２５と制御室２７とを接続する燃料流路を形成している。
The bottom wall of the large-
以上の第十二実施形態の圧力制御機構１２００を備えることで、燃料噴射装置は、第十一実施形態と同様に、油圧サーボモードと直動アシストモードとを切り替え可能となる。
By providing the
（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
(Other embodiments)
Although a plurality of embodiments have been described above, the present disclosure is not construed as being limited to the above embodiments, and may be applied to various embodiments and combinations without departing from the gist of the present disclosure. can.
上記第一実施形態での高速開弁モードでは、第二ピストン連通路１３７を通じた燃料流通が可能にされることで、第二アウトオリフィス１１７ａの流量制限機能が無効化されていた。しかし、高速開弁モードにて、第二アウトオリフィスの流量制限機能を弱めることができれば、中間流路の構成は、適宜変更されてよい。
In the high-speed valve opening mode in the first embodiment, the flow rate limiting function of the
上記第一実施形態等では、高速開弁モードでの燃料噴射と低速開弁モードでの燃料噴射とを個別に説明した。しかし、一回の燃料噴射期間において、ピエゾアクチュエータに投入する駆動エネルギを適宜切り替え、直動モードと油圧サーボモードとの切り替えが少なくとも一回以上、実行されてもよい。例えば、油圧サーボモードにてノズルニードルの変位が開始された後で直動モードへ切り替えられてもよく、或いはその逆の切り替えが実施されてもよい。 In the first embodiment and the like, the fuel injection in the high-speed valve opening mode and the fuel injection in the low-speed valve opening mode have been described individually. However, in one fuel injection period, the drive energy to be input to the piezo actuator may be appropriately switched, and the switching between the linear motion mode and the hydraulic servo mode may be executed at least once. For example, in the hydraulic servo mode, the nozzle needle may be switched to the linear motion mode after the displacement of the nozzle needle is started, or vice versa.
上記実施形態では、駆動部のアクチュエータとして、ピエゾアクチュエータが採用されていた。しかし、アクチュエータは、例えば磁電アクチュエータ等であってもよい。 In the above embodiment, a piezo actuator has been adopted as the actuator of the drive unit. However, the actuator may be, for example, a magnetron actuator or the like.
上記実施形態では、燃料として軽油を噴射する燃料噴射装置に本開示の圧力制御機構等を適用した例を説明したが、上記の圧力制御機構は、軽油以外の燃料、例えばジメチルエーテル等の液化ガス燃料を噴射する燃料噴射装置にも適用可能である。 In the above embodiment, an example in which the pressure control mechanism or the like of the present disclosure is applied to a fuel injection device that injects light oil as fuel has been described. However, the pressure control mechanism described above is a fuel other than light oil, for example, a liquefied gas fuel such as dimethyl ether. It can also be applied to a fuel injection device that injects fuel.
次に、上記第四〜第十実施形態等から把握できる技術的思想を以下に追記する。 Next, the technical ideas that can be grasped from the fourth to tenth embodiments and the like are added below.
（付記１）
噴孔（２３）から燃料を噴射する燃料噴射装置であって、
本体（４２０）の内部に設けられた燃料室（２２ｂ）に配置され、伸縮作動を行うアクチュエータ（３１）と、
前記アクチュエータの伸縮作動に追従して変位方向に変位する第一伝達部材（３３）と、
前記第一伝達部材と当接可能に配置され、前記第一伝達部材との接触によって前記アクチュエータの伸縮作動が伝達される第二伝達部材（３４）と、
前記第二伝達部材を前記第一伝達部材へ向けて付勢する付勢部材（３７）と、
前記第二伝達部材との間に燃料が充填された油密室（３９）を形成し、前記油密室の燃料を介して前記第二伝達部材の変位が伝達される第三伝達部材（３６）と、
前記第三伝達部材の変位に追従して前記噴孔を開閉するニードル（５０）と、を備え、
前記第二伝達部材には、前記燃料室と前記油密室とを連通する連通路（３４ａ）が設けられ、
前記第一伝達部材は、前記第二伝達部材への当接により前記連通路を介した前記燃料室と前記油密室との連通を遮断し、前記第二伝達部材からの離間によって前記燃料室と前記油密室とを連通させる燃料噴射装置。
(Appendix 1)
A fuel injection device that injects fuel from the injection hole (23).
An actuator (31) arranged in a fuel chamber (22b) provided inside the main body (420) and performing expansion / contraction operation, and an actuator (31).
A first transmission member (33) that displaces in the displacement direction following the expansion and contraction operation of the actuator.
A second transmission member (34), which is arranged so as to be in contact with the first transmission member and to which the expansion / contraction operation of the actuator is transmitted by contact with the first transmission member,
An urging member (37) that urges the second transmission member toward the first transmission member,
With the third transmission member (36), an oil-tight chamber (39) filled with fuel is formed between the second transmission member and the displacement of the second transmission member is transmitted via the fuel in the oil-tight chamber. ,
A needle (50) that opens and closes the injection hole according to the displacement of the third transmission member is provided.
The second transmission member is provided with a communication passage (34a) for communicating the fuel chamber and the oil-tight chamber.
The first transmission member blocks communication between the fuel chamber and the oil-tight chamber through the communication passage by abutting on the second transmission member, and separates the fuel chamber from the second transmission member. A fuel injection device that communicates with the oil-tight chamber.
この態様によれば、連通路を通じて燃料室から油密室への燃料の吸い戻しが、アクチュエータの伸縮作動に伴って実施される。故に、短いインターバルでのニードルの連続作動が可能になる。 According to this aspect, the suction of fuel from the fuel chamber to the oil-tight chamber through the communication passage is performed as the actuator expands and contracts. Therefore, continuous operation of the needle at short intervals becomes possible.
（付記２）
噴孔（２３）から燃料を噴射する燃料噴射装置であって、
本体（４２０）の内部に区画された燃料室（２２ｂ）に配置され、伸縮作動を行うアクチュエータ（３１）と、
前記アクチュエータの伸縮作動に追従して変位方向に変位する第一伝達部材（５３３）と、
前記第一伝達部材と当接可能に配置され、前記第一伝達部材との接触によって前記アクチュエータの伸縮作動が伝達される第二伝達部材（５３４）と、
前記第二伝達部材を前記第一伝達部材へ向けて付勢する付勢部材（５３７）と、
前記第二伝達部材との間に燃料が充填された油密室（３９）を形成し、前記油密室の燃料を介して前記第二伝達部材の変位が伝達される第三伝達部材（５３６）と、
前記第二伝達部材及び前記第三部材に外嵌されるシリンダ部材（５３５）と、
前記第三伝達部材の変位に追従して前記噴孔を開閉するニードル（５０）と、を備え、
前記第三伝達部材には、前記シリンダ部材との当接によって前記第二伝達部材に近づく方向への変位を規制する当接部（５３６ａ）が設けられる燃料噴射装置。
(Appendix 2)
A fuel injection device that injects fuel from the injection hole (23).
An actuator (31) arranged in a fuel chamber (22b) partitioned inside the main body (420) and performing expansion / contraction operation, and an actuator (31).
A first transmission member (533) that displaces in the displacement direction following the expansion and contraction operation of the actuator.
A second transmission member (534), which is arranged so as to be in contact with the first transmission member and to which the expansion / contraction operation of the actuator is transmitted by contact with the first transmission member,
An urging member (537) that urges the second transmission member toward the first transmission member,
An oil-tight chamber (39) filled with fuel is formed between the second transmission member and the third transmission member (536) to which the displacement of the second transmission member is transmitted via the fuel in the oil-tight chamber. ,
The second transmission member and the cylinder member (535) externally fitted to the third member,
A needle (50) that opens and closes the injection hole according to the displacement of the third transmission member is provided.
A fuel injection device provided with a contact portion (536a) that regulates displacement of the third transmission member in a direction approaching the second transmission member by contact with the cylinder member.
この態様によれば、第二伝達部材に近づく方向への第三伝達部材の変位は、当接部のシリンダ部材への当接によって規制される。故に、第二伝達部材及び第三伝達部材の間の油密室は、付勢部材の付勢力により強制的に拡大される。以上によれば、アクチュエータの縮む作動の際に、シリンダ部材と第二伝達部材及び第三伝達部材との間を通じた燃料の吸い戻しが可能なる。したがって、短いインターバルでのニードルの連続作動が可能になる。 According to this aspect, the displacement of the third transmission member in the direction approaching the second transmission member is regulated by the contact of the contact portion with the cylinder member. Therefore, the oil-tight chamber between the second transmission member and the third transmission member is forcibly expanded by the urging force of the urging member. According to the above, when the actuator contracts, the fuel can be sucked back through between the cylinder member and the second transmission member and the third transmission member. Therefore, the needle can be continuously operated at short intervals.
（付記３）
噴孔（２３）から燃料を噴射する燃料噴射装置であって、
本体（４２０）の内部に区画された燃料室（２２ｂ）に配置され、伸縮作動を行うアクチュエータ（３１）と、
前記アクチュエータの伸縮作動に追従して変位方向に変位する第一伝達部材（５３３）と、
前記第一伝達部材と当接可能に配置され、前記第一伝達部材との接触によって前記アクチュエータの伸縮作動が伝達される第二伝達部材（８３４，９３４）と、
前記第二伝達部材を前記第一伝達部材へ向けて付勢する付勢部材（５３７）と、
前記第二伝達部材との間に燃料が充填された油密室（３９）を形成し、前記油密室の燃料を介して前記第二伝達部材の変位が伝達される第三伝達部材（８３６，５３６）と、
前記第二伝達部材及び前記第三部材に外嵌されるシリンダ部材（８３５，９３５）と、
前記第三伝達部材の変位に追従して前記噴孔を開閉するニードル（５０）と、を備え、
前記第二伝達部材の第二外周面（８３４ｂ，９３４ｂ）及び前記シリンダ部材の内周面のうちで前記第二外周面と対向する部分（８３５ａ，９３５ａ）は、前記アクチュエータの伸長方向へ向かうに従って縮径するテーパ面形状である燃料噴射装置。
(Appendix 3)
A fuel injection device that injects fuel from the injection hole (23).
An actuator (31) arranged in a fuel chamber (22b) partitioned inside the main body (420) and performing expansion / contraction operation, and an actuator (31).
A first transmission member (533) that displaces in the displacement direction following the expansion and contraction operation of the actuator.
A second transmission member (834,934) which is arranged so as to be in contact with the first transmission member and whose expansion / contraction operation of the actuator is transmitted by contact with the first transmission member.
An urging member (537) that urges the second transmission member toward the first transmission member,
A third transmission member (863,536) is formed with a fuel-filled oil-tight chamber (39) with the second transmission member, and the displacement of the second transmission member is transmitted via the fuel in the oil-tight chamber. )When,
The second transmission member and the cylinder member (835,935) externally fitted to the third member, and
A needle (50) that opens and closes the injection hole according to the displacement of the third transmission member is provided.
The second outer peripheral surfaces (834b, 934b) of the second transmission member and the portions (835a, 935a) of the inner peripheral surfaces of the cylinder member facing the second outer peripheral surface are oriented toward the extension direction of the actuator. A fuel injection device with a tapered surface shape that reduces the diameter.
（付記４）
噴孔（２３）から燃料を噴射する燃料噴射装置であって、
本体（４２０）の内部に区画された燃料室（２２ｂ）に配置され、伸縮作動を行うアクチュエータ（３１）と、
前記アクチュエータの伸縮作動に追従して変位方向に変位する第一伝達部材（５３３）と、
前記第一伝達部材と当接可能に配置され、前記第一伝達部材との接触によって前記アクチュエータの伸縮作動が伝達される第二伝達部材（８３４，５３４）と、
前記第二伝達部材を前記第一伝達部材へ向けて付勢する付勢部材（５３７）と、
前記第二伝達部材との間に燃料が充填された油密室（３９）を形成し、前記油密室の燃料を介して前記第二伝達部材の変位が伝達される第三伝達部材（８３６，１０３６）と、
前記第二伝達部材及び前記第三部材に外嵌されるシリンダ部材（８３５，１０３５）と、
前記第三伝達部材の変位に追従して前記噴孔を開閉するニードル（５０）と、を備え、
前記第三伝達部材の第三外周面（８３６ｂ，１０３６ｂ）及び前記シリンダ部材の内周面のうちで前記第三外周面と対向する部分（８３５ｂ，１０３５ｂ）は、前記アクチュエータの伸長方向へ向かうに従って縮径するテーパ面形状である燃料噴射装置。
(Appendix 4)
A fuel injection device that injects fuel from the injection hole (23).
An actuator (31) arranged in a fuel chamber (22b) partitioned inside the main body (420) and performing expansion / contraction operation, and an actuator (31).
A first transmission member (533) that displaces in the displacement direction following the expansion and contraction operation of the actuator.
A second transmission member (834,534) which is arranged so as to be in contact with the first transmission member and whose expansion / contraction operation of the actuator is transmitted by contact with the first transmission member.
An urging member (537) that urges the second transmission member toward the first transmission member,
A third transmission member (863, 1036) is formed with a fuel-filled oil-tight chamber (39) with the second transmission member, and the displacement of the second transmission member is transmitted via the fuel in the oil-tight chamber. )When,
The second transmission member and the cylinder member (835,1035) externally fitted to the third member,
A needle (50) that opens and closes the injection hole according to the displacement of the third transmission member is provided.
The third outer peripheral surfaces (836b, 1036b) of the third transmission member and the portions (835b, 1035b) of the inner peripheral surfaces of the cylinder member facing the third outer peripheral surface are oriented toward the extension direction of the actuator. A fuel injection device with a tapered surface shape that reduces the diameter.
これらの態様では、アクチュエータの収縮動作により、第三伝達部材が第二付勢部材へ向けて引き寄せられると、第二外周面及び内周面との間のクリアランス、又は第三外周面及び内周面と間のクリアランスが拡大する。故に、燃料の吸い戻しが可能なる。したがって、短いインターバルでのニードルの連続作動が可能になる。 In these aspects, when the third transmission member is pulled toward the second urging member by the contraction operation of the actuator, the clearance between the second outer peripheral surface and the inner peripheral surface, or the third outer peripheral surface and the inner peripheral surface The clearance between the surface and the surface is increased. Therefore, the fuel can be sucked back. Therefore, the needle can be continuously operated at short intervals.
次に、上記第十一実施形態及び第十二実施形態等から把握できる技術的思想を以下に追記する。 Next, the technical ideas that can be grasped from the eleventh embodiment and the twelfth embodiment will be added below.
（付記５）
燃料を噴射する噴孔（２３）が形成され、第一圧力の燃料が供給される第一室（２１ａ）、前記第一圧力よりも低い第二圧力の燃料が供給される第二室（２２）、前記第一室と接続され前記第二室に接続可能な弁室（２５）、前記第一室の内部に区画された油密室（２４）が内部に設けられた本体（１０２０）と、
前記弁室と接続される制御室（２７）を区画する制御室部材（１１４０）と、
前記制御室及び前記油密室の燃料圧力によって前記噴孔を閉じる方向に押圧され、前記制御室及び前記油密室の減圧によって前記噴孔を開けるリフト方向に変位するニードル（５０）と、
前記ニードルの変位方向に沿った伸縮作動を行うアクチュエータ（３１）と、
前記アクチュエータが縮んだ状態で前記第二室と前記弁室との接続を遮断し、前記アクチュエータの伸長作動によって前記第二室と前記弁室とを接続する弁体（１１１０）と、
前記制御室と前記弁室とを接続する接続流路の少なくとも一部（１１２１）が設けられ、前記アクチュエータが縮んだ状態で前記弁体との間に前記変位方向の隙間（ＧＰ）を形成し、前記アクチュエータの伸長作動によって前記弁体と当接する第一ピストン（１１２０）と、
前記油密室を上室部（２４ｂ）と下室部（２４ａ）とに区分けし、前記上室部と前記下室部とを連通する連通路（１１３１）が設けられ、前記ピストンから伝達される力で前記上室部の容積を増加させる方向に変位し、前記ニードルに燃料圧力を作用させる前記下室部を減圧する第二ピストン（１１３０，１２３０）と、を備える燃料噴射装置。
(Appendix 5)
A first chamber (21a) in which a fuel injection hole (23) is formed and a fuel of a first pressure is supplied, and a second chamber (22) in which a fuel of a second pressure lower than the first pressure is supplied. ), A valve chamber (25) connected to the first chamber and connectable to the second chamber, a main body (1020) provided with an oil-tight chamber (24) partitioned inside the first chamber, and the like.
A control chamber member (1140) that partitions the control chamber (27) connected to the valve chamber,
A needle (50) that is pressed in the direction of closing the injection hole by the fuel pressure of the control chamber and the oil-tight chamber and is displaced in the lift direction to open the injection hole by decompression of the control chamber and the oil-tight chamber.
An actuator (31) that expands and contracts along the displacement direction of the needle, and
A valve body (1110) that cuts off the connection between the second chamber and the valve chamber in the contracted state of the actuator and connects the second chamber and the valve chamber by the extension operation of the actuator.
At least a part (1121) of a connection flow path connecting the control chamber and the valve chamber is provided, and a gap (GP) in the displacement direction is formed between the actuator and the valve body in a contracted state. , The first piston (1120) that comes into contact with the valve body by the extension operation of the actuator,
The oil-tight chamber is divided into an upper chamber portion (24b) and a lower chamber portion (24a), and a communication passage (1131) for communicating the upper chamber portion and the lower chamber portion is provided and transmitted from the piston. A fuel injection device including second pistons (1130, 1230) that are displaced in a direction to increase the volume of the upper chamber portion by force and depressurize the lower chamber portion by applying fuel pressure to the needle.
この態様では、弁体と第一ピストンとの間には変位方向の隙間が形成されている。故に弁体は、アクチュエータの伸長作動により、第一ピストンを変位させることなく、弁室と第二室とを接続し得る。弁体の変位によって弁室と第二室とが接続されると、制御室の燃料は、第一ピストンに少なくとも一部が形成された接続流路及び弁室を経由して、第二室に流出する。その結果生じる制御室の減圧により、ニードルは、リフト方向への変位を開始する。 In this aspect, a gap in the displacement direction is formed between the valve body and the first piston. Therefore, the valve body can connect the valve chamber and the second chamber by the extension operation of the actuator without displace the first piston. When the valve chamber and the second chamber are connected by the displacement of the valve body, the fuel in the control chamber is transferred to the second chamber via the connection flow path and the valve chamber in which at least a part is formed in the first piston. leak. The resulting decompression of the control chamber initiates the needle displacement in the lift direction.
一方、上記の油圧サーボモードよりも大きな伸長作動によれば、弁体は、第一ピストンとの間の隙間を消失させ、第一ピストンに当接する。その結果、アクチュエータの力を伝達された第一ピストンは、第二ピストンと共に上室部の容積を増加させる方向へ変位する。その結果、連通路を通じた下室部から上室部への燃料の移動に伴い、下室部が減圧される。こうした直動補助モードでは、制御室の減圧に加えて、油密室の下室部の減圧によってもニードルは、リフト方向への変位を開始する。以上のように、燃料噴射装置は、制御室の減圧に加えて、油密室の減圧を行うか否かにより、噴孔の開弁速度の可変化を実現できる。 On the other hand, according to the extension operation larger than the above-mentioned hydraulic servo mode, the valve body eliminates the gap between the valve body and the first piston and comes into contact with the first piston. As a result, the first piston to which the force of the actuator is transmitted is displaced together with the second piston in the direction of increasing the volume of the upper chamber portion. As a result, the pressure in the lower chamber is reduced as the fuel moves from the lower chamber to the upper chamber through the communication passage. In such a linear motion assist mode, the needle starts to be displaced in the lift direction not only by depressurizing the control chamber but also by depressurizing the lower chamber portion of the oil-tight chamber. As described above, the fuel injection device can realize the variable valve opening speed of the injection hole depending on whether or not the oil-tight chamber is depressurized in addition to the depressurization of the control chamber.
１０ 燃料噴射装置、２０ 弁ボデー（本体）、２１ａ 高圧室（第一室）、２２ 低圧燃料通路（第二室）、２２ａ 第一アウトオリフィス（流出絞り部）、２３ 噴孔、２５，３２５ 弁室、２７ 制御室、２９ 中間室、３１ ピエゾアクチュエータ（アクチュエータ）、５０ ノズルニードル（ニードル）、５１ ニードル受圧面（ニードル受圧部）、６０ ニードルシリンダ（制御室部材）、１０７，２０７ 中間流路、１１０，２１０ 制御弁体（弁体）、２１７ 弁連通路（中間流路）、１１７ａ 第二アウトオリフィス（中間絞り部）、１２０，２２０ ピストン、１２２ａ，２２２ａ 流入開口、１３１ ピストン受圧面（ピストン受圧部）、１３７ 第二ピストン連通路（連通路）、１３７ａ 連通開口、１４０ バルブスプリング（弁体付勢部材）、ＧＰ 隙間 10 Fuel injection device, 20 valve body (main body), 21a high pressure chamber (first chamber), 22 low pressure fuel passage (second chamber), 22a first out orifice (outflow throttle), 23 injection holes, 25,325 valves Chamber, 27 control chamber, 29 intermediate chamber, 31 piezo actuator (actuator), 50 nozzle needle (needle), 51 needle pressure receiving surface (needle pressure receiving part), 60 needle cylinder (control chamber member), 107, 207 intermediate flow path, 110, 210 Control valve body (valve body), 217 valve connection passage (intermediate flow path), 117a second out orifice (intermediate throttle part), 120, 220 piston, 122a, 222a inflow opening, 131 piston pressure receiving surface (piston receiving pressure) Part), 137 Second piston communication passage (communication passage), 137a communication opening, 140 valve spring (valve body urging member), GP gap
Claims (9)
前記第一室及び前記弁室に接続可能な制御室（２７）を区画する制御室部材（６０）と、
前記制御室の燃料圧力によって前記噴孔を閉じる方向に押圧され、前記制御室の減圧によって前記噴孔を開ける方向に変位するニードル（５０）と、
前記ニードルの変位方向に沿った伸縮作動を行うアクチュエータ（３１）と、
前記アクチュエータが縮んだ状態で前記第二室と前記弁室との接続を遮断し且つ前記第一室と前記制御室とを接続し、前記アクチュエータの伸長作動による変位で前記第二室と前記弁室とを接続する弁体（１１０，２１０）と、
前記本体の内壁面（２０ｂ）と前記変位方向に対向し当該内壁面と共に前記弁室を区画するピストン端面（１３１）、及び前記アクチュエータが縮んだ状態で前記弁体との間に前記変位方向の隙間（ＧＰ）を形成するシート面部（１２８）を有し、前記アクチュエータの伸長作動によって変位した前記弁体が前記シート面部に当接すると、前記弁体から前記シート面部に伝達される力により、前記ピストン端面を前記内壁面から離間させ前記弁室の容積を増加させる拡大方向に変位して前記制御室を減圧するピストン（１２０，２２０）と、を備え、
前記本体には、前記弁室から前記第二室に流出する燃料の流量を制限する流出絞り部（２２ａ）が設けられ、
前記制御室と前記弁室とを接続する中間流路（１０７，２０７）には、前記制御室から前記弁室に流通する燃料の流量を制限可能な中間絞り部（１１７ａ）が設けられた燃料噴射装置。 A injection hole (23) for injecting fuel is formed, and a first chamber (21a) to which fuel of the first pressure is supplied and a second chamber (21a) to which fuel of a second pressure lower than the first pressure is supplied. (22), and the main body (20) provided inside with a valve chamber (25) connectable to the first chamber and the second chamber.
A control chamber member (60) that partitions the control chamber (27) that can be connected to the first chamber and the valve chamber, and
A needle (50) that is pressed in the direction of closing the injection hole by the fuel pressure in the control chamber and displaced in the direction of opening the injection hole by the decompression of the control chamber.
An actuator (31) that expands and contracts along the displacement direction of the needle, and
The connection between the second chamber and the valve chamber is cut off in a state where the actuator is contracted, the first chamber and the control chamber are connected, and the second chamber and the valve are displaced by the displacement due to the extension operation of the actuator. Valves (110, 210) that connect to the chamber and
The piston end surface (131) facing the inner wall surface (20b) of the main body and the inner wall surface and partitioning the valve chamber together with the inner wall surface, and the valve body in the contracted state of the actuator in the displacement direction. have a seat surface portion (128) forming a gap (GP), abutting the valve body displaced by extension operation of the actuator to the seat surface portion then, the force transmitted to the seat surface from the valve body, A piston (120, 220) for depressurizing the control chamber by displacing the piston end surface from the inner wall surface and displacing the valve chamber in an expansion direction to increase the volume of the valve chamber is provided.
The main body is provided with an outflow throttle portion (22a) that limits the flow rate of fuel flowing out from the valve chamber to the second chamber.
The intermediate flow path (107, 207) connecting the control chamber and the valve chamber is provided with an intermediate throttle portion (117a) capable of limiting the flow rate of the fuel flowing from the control chamber to the valve chamber. Injection device.
前記アクチュエータが縮んだ状態で前記制御室から前記弁室へ流れる燃料の流量を前記中間絞り部によって制御し、
前記ピストンの拡大方向への変位によって前記中間絞り部を迂回した前記制御室から前記弁室への燃料の流通を許容する請求項１に記載の燃料噴射装置。 The intermediate flow path is
The flow rate of fuel flowing from the control chamber to the valve chamber in the contracted state of the actuator is controlled by the intermediate throttle portion.
The fuel injection device according to claim 1, wherein the fuel is allowed to flow from the control chamber to the valve chamber by bypassing the intermediate throttle portion due to the displacement of the piston in the expansion direction.
前記弁体は、前記ピストンへの当接により、前記弁室に臨む前記流入流路の流入開口（２２２ａ）を閉じる請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。 The piston is formed with an inflow flow path for allowing fuel to flow from the first chamber to the valve chamber.
The fuel injection device according to claim 1 or 2, wherein the valve body closes an inflow opening (222a) of the inflow flow path facing the valve chamber by abutting on the piston.
前記弁室に臨む前記連通路の連通開口（１３７ａ）は、前記アクチュエータが縮んだ状態で閉じられる請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。 The intermediate flow path includes a communication passage (137) formed in the piston and communicating between the control chamber and the valve chamber while bypassing the intermediate throttle portion.
The fuel injection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the communication opening (137a) of the communication passage facing the valve chamber is closed in a state where the actuator is contracted.
前記中間室に接続可能な制御室（２７）を区画する制御室部材（６０）と、
前記制御室の燃料圧力によって前記噴孔を閉じる方向に押圧され、前記制御室の減圧によって前記噴孔を開ける方向に変位するニードル（５０）と、
前記ニードルの変位方向に沿った伸縮作動を行うアクチュエータ（３１）と、
前記アクチュエータが縮んだ状態で前記第二室と前記弁室との接続を遮断し且つ前記中間室と前記制御室とを接続し、前記アクチュエータの伸長作動による変位で前記第二室と前記弁室とを接続する弁体（２１０）と、
前記本体の内壁面（２０ｂ）と前記変位方向に対向し当該内壁面と共に前記弁室を区画するピストン端面（１３１）、及び前記アクチュエータが縮んだ状態で前記弁体との間に前記変位方向の隙間（ＧＰ）を形成するシート面部（１２８）を有し、前記アクチュエータの伸長作動によって変位した前記弁体が前記シート面部に当接すると、前記弁体から伝達される力により、前記ピストン端面を前記内壁面から離間させ前記弁室の容積を増加させる拡大方向に変位して前記制御室を減圧するピストン（１２０）と、を備え、
前記本体には、前記弁室から前記第二室に流出する燃料の流量を制限する流出絞り部（２２ａ）が設けられ、
前記中間室と前記弁室とを接続する中間流路（２１７）には、前記制御室から前記弁室に流通する燃料の流量を制限可能な中間絞り部（１１７ａ）が設けられた燃料噴射装置。 A injection hole (23) for injecting fuel is formed, and a first chamber (21a) to which fuel of the first pressure is supplied and a second chamber (21a) to which fuel of a second pressure lower than the first pressure is supplied. (22), a valve chamber (325) that can be connected to the second chamber, and a main body (20) that is internally provided with an intermediate chamber (29) that is connected to the first chamber and can be connected to the valve chamber. ,
A control chamber member (60) that partitions the control chamber (27) that can be connected to the intermediate chamber,
A needle (50) that is pressed in the direction of closing the injection hole by the fuel pressure in the control chamber and displaced in the direction of opening the injection hole by the decompression of the control chamber.
An actuator (31) that expands and contracts along the displacement direction of the needle, and
The connection between the second chamber and the valve chamber is cut off in a state where the actuator is contracted, the intermediate chamber and the control chamber are connected, and the second chamber and the valve chamber are displaced by the displacement due to the extension operation of the actuator. The valve body (210) that connects to and
The piston end surface (131) facing the inner wall surface (20b) of the main body and the inner wall surface and partitioning the valve chamber together with the inner wall surface, and the valve body in the contracted state of the actuator in the displacement direction. have a seat surface portion (128) forming a gap (GP), abutting the valve body displaced by extension operation of the actuator to the seat surface portion then, the force transmitted from said valve body, said piston end face A piston (120) that depressurizes the control chamber by being displaced from the inner wall surface and displaced in an expansion direction to increase the volume of the valve chamber is provided.
The main body is provided with an outflow throttle portion (22a) that limits the flow rate of fuel flowing out from the valve chamber to the second chamber.
A fuel injection device provided with an intermediate throttle portion (117a) capable of limiting the flow rate of fuel flowing from the control chamber to the valve chamber in the intermediate flow path (217) connecting the intermediate chamber and the valve chamber. ..
前記弁室に臨む前記連通路の連通開口（１３７ａ）は、前記アクチュエータが縮んだ状態で閉じられ、前記ピストンの拡大方向への変位によって開かれる請求項５に記載の燃料噴射装置。 The piston is provided with a communication passage (137) capable of connecting the control chamber and the valve chamber.
The fuel injection device according to claim 5, wherein the communication opening (137a) of the communication passage facing the valve chamber is closed in a contracted state of the actuator and opened by displacement of the piston in the expanding direction.
前記ニードルは、前記制御室の燃料の圧力を受けるニードル受圧部（５１）を有し、
前記変位方向に沿って見た前記ニードル受圧部の投影面積は、前記変位方向に沿って見た前記ピストン受圧部の投影面積よりも小さい請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。 The piston has a piston pressure receiving portion (131) that receives the pressure of the fuel in the valve chamber.
The needle has a needle pressure receiving portion (51) that receives the pressure of fuel in the control chamber.
The fuel injection according to any one of claims 1 to 7, wherein the projected area of the needle pressure receiving portion viewed along the displacement direction is smaller than the projected area of the piston pressure receiving portion viewed along the displacement direction. Device.
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