JP4286770B2 - 制御弁およびそれを備えた燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、内燃機関の燃料噴射弁に好適に使用される制御弁に関する。詳しくは、燃料噴射弁に設けた増圧装置において増圧作動を制御する制御弁に関する。

内燃機関の各気筒に設けた燃料噴射弁に、共通の蓄圧器（コモンレール）から燃料を供給するコモンレール式燃料噴射システムが注目されている。また、近年、高出力化、および、燃費や排気ガス浄化性能を向上させる目的で、燃料の噴射圧力を高めることが要求されており、これを簡易に実現する燃料噴射弁用の増圧装置が提案されている（例えば、特許文献１等）。
特表２００２−５３９３７２号公報

燃料噴射弁用の増圧装置は、一般に、コモンレールから供給される燃料を増圧ピストンで加圧して、噴射圧を高圧にするものである。その一例として、例えば、特許文献１の構成を図５に示すと、コモンレール１０には高圧ポンプＰで加圧した燃料タンクＴの燃料が蓄圧されており、コモンレール１０から燃料噴射弁１００の燃料溜まり１０１に所定圧の燃料が供給されるようになっている。増圧器はコモンレール１０と燃料溜まり１０１の間に配置され、増圧ピストン１０３を用いて増圧室１０４に供給される燃料を増圧した後、燃料溜まり１０１に供給する。増圧ピストン１０３の駆動は、電磁駆動式の増圧制御弁１０５を用いて圧力室１０６の油圧を増減することにより制御される。

コモンレール１０の燃料は、また、噴孔を開閉するニードル１０９の背圧室１０８にも供給されている。噴射制御弁１０７を開いて背圧室１０８の油圧を低下させると、ニードル１０９がリフトしてコモンレール１０の燃料または増圧器で増圧された燃料を噴射する。このような増圧装置を付設することで、より高圧での噴射を可能にするとともに、運転状態に応じたよりきめ細かい制御を行って、所望の噴射率を実現可能となる。

ここで、増圧作動を制御する増圧制御弁１０５は２位置３方弁で、弁体のシート位置を切り換えることにより、圧力室１０６をコモンレール１０またはリターン通路に選択的に連通させて、圧力室１０６の油圧を増減させる。一般的に、２位置３方弁の弁体には、円筒シール部を有するスプール弁や、２つのテーパシート部を有する弁が用いられる。また、特許文献２には、燃料噴射弁のノズル制御用として、弁部材にテーパシートとパイプ状のフラットシートを設けた制御弁が開示されている。バルブシート部の一方をフラットとすると、組み付け時の位置決め精度が要求されない利点がある。
特開２００１−９０６３４号公報

一般的に制御弁は、大流量を制御するためシート径を大きくすると、大きな駆動エネルギーを必要とする。特許文献２で提案されているテーパシートとパイプシートを１つの弁部材に備えた３方制御弁は、上下のシート径を同じにすることで油圧バランスさせて駆動エネルギーを低減しようとするものであるが、パイプシートからのリークを防ぐための精密加工が必要である。さらに、閉弁時にパイプシートの油膜により開弁力が発生し、それを抑えるための強い閉弁力が必要となるという問題がある。

そこで、本発明では、高度な加工精度や位置決め精度を必要とせず、製作や組付けを容易にすること、また、駆動エネルギーを低減することにより、高性能で信頼性の高い制御弁を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、高圧流体通路から供給される燃料を、増圧ピストンで増圧して噴射する増圧式燃料噴射弁であって、上記増圧ピストンの制御室に連通する制御通路と、低圧流体通路に連通する第１ポートまたは高圧流体通路に連通する第２ポートを選択的に連通させる制御弁を有しており、該制御弁は、
電気的アクチュエータによって駆動されて、弁ハウジングに設けたシリンダ内を摺動し、低圧の上記第１ポートに至る第１弁座を開閉する第１弁部材と、
該第１弁部材の内部に挿入配置され、高圧の上記第２ポートに至る第２弁座を開閉する第２弁部材を備え、
上記第１弁部材の摺動径に対して、上記第１、第２弁座のシート径を小さく形成し、
上記弁ハウジングには、上記第１弁座と第２弁座の間に上記制御通路を接続して、
上記第１弁部材が上記第１弁座に着座する時、上記第２弁部材は上記第１弁部材と一体的に移動して上記第２弁座から離座することで、高圧の上記第２ポートと上記制御通路が連通し、
上記第１弁部材が上記第１弁座から離座する時、低圧の上記第１ポートに連通する上記制御通路の圧力が減少し、高圧の上記第２ポートからの油圧力が作用して上記第２弁部材が上記第２弁座に着座する。以上により、上記制御通路と上記第１ポートまたは上記第２ポートを選択的に連通させる。
さらに、上記第１弁部材の摺動部端面と上記弁ハウジングに設けたシリンダ内壁面とで囲まれる油圧室を設け、この油圧室の圧力を電気的アクチュエータで制御することにより上記第１弁部材を駆動する構成となしたものである。

本発明によれば、３方向制御弁をそれぞれにシートが形成される２つの弁部材で構成したので、高度な加工精度や位置決め精度が不要となる。よって製作や組付けが容易となり、簡易に高性能で信頼性の高い弁装置を提供することができる。
また、第１弁部材が第１弁座から離座すると、制御通路の圧力が減少し、高圧流体通路との圧力差により第２弁部材が第２弁座に着座する。このようにすると、第１弁体と第２弁体が分離しても確実に第２弁体を着座することができる。
さらに、第１弁部材の摺動部端面と弁ハウジングに設けたシリンダ内壁面とで囲まれる油圧室を設け、この油圧室の圧力を電気的アクチュエータで制御することにより第１弁部材を駆動する。このようにすると、電気的アクチュエータは油圧室の圧力を制御する小さな力で、大きな力を必要とする制御弁を駆動することができる。

本発明において、制御弁は、第１弁座と第２弁座の間に制御通路を配置する。そして、第１弁座に対して制御通路と反対側に第１ポートを配置し、第２弁座に対して制御通路と反対側に第２ポートを配置することにより、制御通路と第１ポートまたは第２ポートを選択的に連通させて制御通路の油圧を切り替えることができる。

本発明において、制御弁の第１弁部材は弁ハウジングに設けたシリンダ内を摺動し、第１弁部材の摺動径に対して第１弁部材のシート径、および第２弁部材のシート径を小さくしている。これにより、第１弁部材の摺動径に加わる油圧力を、シート径に加わる油圧力より大きくすることができ、第１弁部材の摺動径に加わる油圧力を制御することで弁部材を移動できる。

請求項２において、制御弁の第２弁部材は弁ハウジングおよび第１弁部材に対して摺動部を持たない。そのため第２弁部材は高精度な摺動加工が不要である。

請求項３において、制御弁は、弁ハウジングに設けたシリンダ内周に第１弁座および第２弁座を設け、軸方向の異なる位置に配置する。これにより第１弁部材と第２弁部材をそれぞれ弁ハウジングに対して対向する方向から挿入することができ、組付けが容易になる。

請求項４において、制御弁は、第１ポートが低圧流体通路に、第２ポートが高圧流体通路に連通し、第１弁体のシート径と上記第２弁体のシート径が同等である。このようにすると、流体圧力は弁体に対して第１弁体を閉弁し、第２弁体を開弁するよう作用するため、制御室を高圧にすることが安全であるシステムに対して安全性を高めることができる。

請求項５において、制御弁は、第１ポートが低圧流体通路に、第２ポートが高圧流体通路に連通し、上記第１弁体のシート径が上記第２弁体のシート径より小さい。このようにすると、制御室の圧力をゆるやかに低圧にし、すばやく高圧にすることができる。よって、例えば燃料噴射弁に適用した場合、ノズルニードルの開弁速度を遅く、閉弁速度を速くして噴射率をデルタ型にすることができ、ＮＯｘ低減に好適である。

請求項６において、制御弁は、油圧室が第１オリフィスを介して高圧流体通路に連通する通路と、第２オリフィスと電気的アクチュエータで制御される弁体を介して低圧流体通路に連通する通路を備える。このようにすると、第１オリフィスで油圧室に流入する高圧流体を制限し、第２オリフィスを第１オリフィスより大きくすることで、駆動時に油圧室からリークする燃料を低減することができる。

請求項７において、制御弁は、第１弁部材のシートが略円錐面になっており、第２弁部材のシートが略円錐面になっている。このようにすると、容易な加工で精度の高いシートを製造できる。

請求項８において、制御弁は、第１弁部材のシートが略円錐面になっており、第２弁部材のシートが略球面になっている。このようにすると、第２弁部材が傾くようなことがあっても確実にシートできる。

請求項９において、制御弁は、第１弁部材のシートが略円錐面になっており、第２弁部材のシートが平面になっている。このようにすると、第１弁部材と第２弁部材の軸が大きくズレても確実に第２弁部材が着座する。さらに、第２弁座着座時の面圧を小さくすることができ、高圧のシステムでも信頼性の高い制御弁が得られる。

請求項１０の燃料噴射弁は、上記制御弁の制御通路が増圧ピストンの制御室とノズルニードルの制御室に連通し、電気的アクチュエータ駆動時に第１弁部材を開弁し第２弁部材を閉弁して制御室を低圧にすることで増圧ピストンを駆動して噴射燃料を増圧するとともにノズルニードルを開弁して噴射を行う。一方、電気的アクチュエータ停止時に第１弁体を閉弁し第２弁体を開弁して制御室を高圧にすることで増圧ピストンをリセットするとともにノズルニードルを閉弁して噴射停止する。このようにして燃料噴射を制御することができる。

請求項１１の燃料噴射弁は制御通路にオリフィスを備え、オリフィス流量を調整することで噴射と増圧のタイミングを設定できる。増圧ピストンの制御通路のオリフィス流量を調整することで駆動信号オンから増圧開始までの時間を調整でき、ノズルニードルの制御通路のオリフィス流量を調整することで駆動信号オンから噴射開始までの時間を調整できる。そして増圧と噴射のタイミングを設定することで噴射弁の噴射率波形を設定できる。

以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明を適用した３方向制御弁である油圧サーボ弁３を用いたディーゼルエンジン用の増圧式コモンレールインジェクタ１の構成図である。図１において、インジェクタ１は、高圧流体通路である高圧燃料通路２１を介して、高圧燃料を蓄圧するコモンレール２に接続している。コモンレール２には、吐出量の可変機構を備える公知の高圧サプライポンプ２３が接続され、燃料タンク２４の燃料を加圧してコモンレール２に圧送するようになっている。

インジェクタ１は、コモンレール２の燃料を増圧する増圧装置４と、増圧装置４で増圧された燃料を噴射する噴射ノズル７を有している。増圧装置４および噴射ノズル７の作動は、電磁弁５と油圧サーボ弁３によって制御される。電磁弁５は２位置２方弁で、燃料タンク２４に至る低圧流体通路としてのリターン通路２７と油圧サーボ弁３との間を開閉することにより、油圧室であるサーボ弁制御室１３の制御油圧を増減させる。電磁弁５は電気的アクチュエータであるソレノイドで弁体を開閉制御する公知の構成のものが用いられる。本発明の特徴である油圧サーボ弁３については、詳細を後述する。

増圧装置４は、大小二段径の段付シリンダ４５内を図の上下方向に摺動する増圧ピストン４４によって、シリンダ４５の下端部に形成される増圧室４１の圧力を増減する。増圧ピストン４４は大小二段径の段付形状で、大径の上ピストンが大径の上シリンダ内を、小径の下ピストンの下端部が小径の下シリンダ内を、それぞれ油密を保って摺動するようになっており、増圧室４１は小径の下ピストン下端面とシリンダ４５内壁面を室壁として形成される。シリンダ４５の上端部には、増圧ピストン４４の大径の上ピストン上端面とシリンダ４５内壁面を室壁とする高圧室４２が形成され、高圧燃料通路２１を介してコモンレール２に接続されている。

シリンダ４５の大径の上シリンダ内には、増圧ピストン４４の小径の下ピストン周りに、増圧制御室１１が形成される。増圧制御室１１はオリフィス１４１を有する増圧制御通路１４によって油圧サーボ弁３と連通するとともに、逆止弁１６を有する流路によって増圧室４１と連通している。増圧制御室１１にはスプリング４３が配設されて増圧ピストン４４を上方に付勢している。この時、増圧ピストン４４の上端面には、高圧室４２の油圧力が、下端面には増圧制御室１１の油圧力とスプリング４３のバネ力が作用しており、増圧制御室１１の圧力を低下させると、増圧ピストン４４が下降して増圧室４１に供給される燃料を増圧する。

噴射ノズル７は、ノズルボデー７２内にノズルニードル７１を摺動自在に収容してなる。ノズルニードル７１は、コマンドピストン７３によって駆動されてノズルボデー７２先端部に設けた噴孔７４を開閉する。燃料溜まり７５は流路１７により増圧室４１と連通している。コマンドピストン７３の上方には噴射制御室１２が設けられ、噴射制御室１２はオリフィス１５１を有する噴射制御通路１５によって油圧サーボ弁３と連通している。コマンドピストン７３はノズルニードル７１よりも大径としてあり、コマンドピストン７３とノズルニードル７１の連結部周りには、スプリング７６が配設されてコマンドピストン７３に上向きの付勢力を、ノズルニードル７１に下向きの付勢力を与えている。この構成において、噴射制御室１２の圧力を低下させると、コマンドピストン７３とともにノズルニードル７１が上昇して、燃料溜まり７５から供給される燃料を噴射する。

次に、図２を用いて本発明の特徴である油圧サーボ弁３の構造について説明する。図示するように、油圧サーボ弁３は、弁ハウジングに設けたシリンダ６５に、第１弁部材である上バルブ３１と第２弁部材である下バルブ３２を収容してなる。上バルブ３１は上端が閉鎖する略円筒状で、上半部を摺動部とし、小径とした下半部の開口端部に下方へ向けて縮径させてテーパ面（円錐面）状の上シート３３を形成している。下バルブ３２は略円柱状で、上半部が上バルブ３１の筒内に挿通保持され、下端部を下方へ向けて拡径させてテーパ面（円錐面）状の下シート３４を形成している。シリンダ６５は、中間部が小径の段付き形状となっており、その上端側の段部を上バルブ３１が着座する第１弁座としての上弁座６３、下端側の段部を下バルブ３２が着座する第２弁座としての下弁座６４としてある。下バルブ３２はシリンダ６５中間部から下方へ延出し、下シート３４を設けた下端部が大径のシリンダ６５下端部内に収容されている。

弁ハウジングは、シリンダ６５の上端部と弁座６３、６４を設けた小径中間部を構成する座面部材６１と、シリンダ６５の下端部を構成するハウジング部材６２を衝合してなる。座面部材６１には、上弁座６３上方のシリンダ６５側面に開口して、上バルブ３１の小径下半部周りの空間に連通する、第１ポートとしてのリターンポート２８が形成されている。リターンポート２８の他端はリターン通路２７に連通している。座面部材６１には、さらに、弁座６３、６４間のシリンダ６５側面に開口して、下バルブ３２の中間部周りの空間に連通する増圧制御通路１４と噴射制御通路１５が形成される。これら増圧制御通路１４および噴射制御通路１５の他端は、それぞれ増圧装置４の増圧制御室１１、噴射ノズル７の噴射制御室１２に連通している。一方、ハウジング部材６２には、シリンダ６５の下端面中央に開口して、下バルブ３１の下端部周りの空間に開口する、第２ポートとしての高圧ポート２２が形成されている。なお、高圧ポート２２に対向する下バルブ３２の下端面は、半円筒状の溝を有しており、下バルブ３２開弁時に高圧ポート２２から流入する燃料の流れを絞らないようにしてある。

サーボ弁制御室１３は、上バルブ３１が摺動するシリンダ６５の上端部に、上バルブ３１の上端面とシリンダ６５の内壁面を室壁として形成される。サーボ弁制御室１３は、側面に開口するインオリフィス２５を有する通路にて増圧装置４の高圧室４２に連通するとともに、頂面に開口するアウトオリフィス２６を有する通路にて電磁弁５を介してリターン通路２７に連通する。この電磁弁５を駆動することにより、サーボ弁制御室１３とリターン通路２７との連通が制御され、上バルブ３１および下バルブ３２が一体で上下動する。ここで、図３（ａ）、（ｅ）に示すように、詳細には、上バルブ３１の上端面は中央部が凹陥しており、上方に突出する外周縁部には一箇所に径方向の溝３１１が設けられる。この溝３１１は、上バルブ３１が上方位置にある時もインオリフィス２５からサーボ弁制御室１３に燃料が流入するようにしている。

油圧サーボ弁３は、上バルブ３１の上端面の面積Ａ１を下バルブ３２の下端面の面積Ａ４より大きくし、摺動部と上シート３３の間にリターンポート２８に連通する低圧部を設けている。本実施形態では、上シート３３と下シート３４の面積は同じとしたが、上シート３３の面積より下端面の面積Ａ４が大きければシート面積の差があってもよい。この構成により、制御室１３の圧力によってシート位置が切り替わり、制御室１３が高圧の時は、下方向の油圧力が大きくなり、油圧サーボ弁３の上シート３３が閉じる。制御室１３が低圧になると上方向の油圧力が大きくなり、下シート３４が閉じる。

図１、２を用いて油圧サーボ弁３およびインジェクタ１の作動を説明する。図１に示すように、電磁弁（２／２弁）５は非通電状態で閉弁するように構成されており、油圧サーボ弁３のアウトオリフィス２６とリターン通路２７の連通は遮断されている。この時、図２に示すように、インオリフィス２５から流入するコモンレール２の圧力で、サーボ弁制御室１３は高圧となっており、上バルブ３１の上シート３３が上弁座６３に着座し、下バルブ３２の下シート３４は下弁座６４から離座している。従って、増圧制御通路１４および噴射制御通路１５は高圧ポート２２と連通し、増圧制御室１１および噴射制御室１２も高圧となっている。このため、噴射ノズル７のノズルニードル７１は下端位置にあり燃料は噴射されない。

噴射時に、電磁弁５に通電してこれを開弁駆動すると、油圧サーボ弁３のアウトオリフィス２６とリターン通路２７が連通して、サーボ弁制御室１３の油圧が低圧になる（図２の電磁弁ＯＮ行程）。すると、
上向き力＝（Ａ２＋Ａ４）×Ｆｐ＞下向き力＝Ａ３×Ｆｐ・・・（１）
となり、上下バルブ３１、３２は上下の油圧力差により図の上方に移動する。これに伴い、上バルブ３１の上シート３３が上弁座６３から離座し、次いで下バルブ３２の下シート３４が下弁座６４に着座する。すなわち、
上向き力＝Ａ４×Ｆｐ＞下向き力＝Ａ５×Ｆｐ・・・（２）
となり、下バルブ３２の下シート３４は閉鎖状態を保持する。

これにより、増圧制御通路１４および噴射制御通路１５がリターンポート２８と連通し、増圧制御室１１および噴射制御室１２の燃料は、油圧サーボ弁３の上シート３３を通過してリターン通路２７へ流出する。ノズルニードル７１は、噴射制御室１２の油圧力が低下して、開弁方向の油圧力がスプリング７６の力より大きくなると開弁して、噴孔７４を開放する。また、増圧制御室１１が低圧になると増圧ピストン４４は上下の油圧力差をバランスするように図の下方に移動し、増圧室４１の燃料を加圧して燃料溜まり１７へ送出する。これにより、増圧された燃料を噴射することができる。

ここで、増圧制御室１１へ至る増圧制御通路１４と噴射制御室１２へ至る噴射制御通路１５を独立して設けたので、それぞれオリフィス１４１、オリフィス１５１で流量を制御可能である。本実施形態では、噴射制御室１２の圧力が先に低下するようにすることで、ノズルニードル７１の開弁が速くなり噴射応答性が向上する。この場合、噴射される燃料は、噴射開始時はコモンレール圧であるが、増圧ピストン４４が増圧室４１の燃料を加圧することにより、噴射中に超高圧になる。このため初期が低く後期が高いデルタ状の噴射率波形を成形でき、エミッションの低減と高出力化の両立に有利である。

噴射終了時は、電磁弁５への通電を停止し、油圧サーボ弁３のアウトオリフィス２６とリターン通路２７の連通を遮断する。これにより、サーボ弁制御室１３の油圧が再び上昇して高圧になる（図２の電磁弁ＯＦＦ行程）。すると、
上向き力＝Ａ４×Ｆｐ＜下向き力＝（Ａ１＋Ａ５）×Ｆｐ・・・（３）
となり、上下バルブ３１、３２が上下の油圧力差により図の下方に移動する。これに伴い、下バルブ３２の下シート３４が下弁座６４から離座し、次いで上バルブ３１の上シート３３が上弁座６に着座して、
上向き力＝（Ａ２＋Ａ４）×Ｆｐ＜下向き力＝（Ａ１＋Ａ３）×Ｆｐ・・・（４）
となり、上バルブ３１の上シート３３は閉鎖状態を保持する。

これにより、増圧制御通路１４および噴射制御通路１５と高圧ポート２２が連通し、増圧制御室１１および噴射制御室１２に、油圧サーボ弁３の下シート３４を通りコモンレール圧の燃料が流入して再び高圧となる。すると、噴射ノズル７のノズルニードル７１が下降して噴孔を閉鎖するとともに、増圧装置４の増圧ピストン４４が初期位置へ戻る。

ここで、上述したように、増圧制御通路１４と噴射制御通路１５はオリフィス１４１とオリフィス１５１により流量を独立して制御可能であり、本実施形態では、噴射制御室１２の圧力が先に上昇するように構成される。従って、まず噴射制御室１２が高圧になり、コマンドピストン７３とノズルニードル７１の面積差により、ノズルニードル７１が高速で閉弁するためシャープカットが可能である。次いで増圧制御室１１が高圧になり、スプリング４３により増圧ピストン４４が復帰方向（図の上方）に移動する。この時、増圧室４１は、逆止弁１６から燃料が流入してコモンレール圧を維持する。

以上のように、本発明によれば、電磁弁５の駆動エネルギーを低減できるとともに、高度な加工精度や位置決め精度を要さずに常時リークを低減できる油圧サーボ弁６を提供できる。また、油圧サーボ弁６の複数の弁部材、すなわち、上シート３３をもつ上バルブ３１と下シート３４をもつ下バルブ３２で構成することで、弁座６３、６４を有する座面部材６１に対してバルブ３１、３２を両側から挿入することができ、容易に組付け可能となる。図３（ａ）に示すように、下バルブ３２は上バルブ３１の中心穴にラフガイドされ、先端のテーパ部が接触した状態で規定のリフト量を確保できるように調整してある。これにより、上シート３３が閉じる時、上バルブ３１は下バルブ３２を押し下げて下シート３４を開き、下シート３４が閉じる時、下バルブ３２は上バルブ３１を押し上げて上シート３３を開く。なお、下バルブ３２は開弁後に上バルブ３１と分離することで、上バルブ３１の着座時のエネルギーを分散してバウンスを防止することができる。

図３（ｂ）〜（ｄ）に油圧サーボ弁６の他の実施形態を示す。図３（ｂ）は、本発明の第２の実施形態であり、上バルブ３１の上シート３３が着座する上弁座６３の座面を、対向する上シート３３同様、下方に向けて縮径するテーパ面とし、下バルブ３２の下シート３４が着座する下弁座６４の座面を、対向する下シート３４同様、下方に向けて拡径するテーパ面とする。このようにシート座面をテーパ状にすると、容易な加工で信頼性の高いシートを製造できる。

図３（ｃ）は、本発明の第３の実施形態であり、上下弁座６３、６４は第２実施形態と同様のテーパ面とし、下バルブ３２の下シート３４を球面状に構成する。このようにすると、下バルブ３２の軸が傾いてもシートできるので、信頼性がより向上する。

図３（ｄ）は、本発明の第４の実施形態であり、下バルブ３２の下シート３４をフラット（平面）に構成した。このようにすると、上バルブ３１と下バルブ３２に軸ズレが生じた場合、上バルブ３１の筒内周面と下バルブ３２外周面とのクリアランスが小さくても確実にシールすることができる。さらに、下シート３４着座時の面圧を小さくすることができ、高圧のシステムでも信頼性の高い制御弁が得られる。また、本実施形態では、上バルブ３１と下バルブ３２を貫通する貫通穴３５を形成し、その上端にインオリフィス２５を設けている。これにより、サーボ弁制御室１３が高圧ポート２２を介してコモンレール２に連通するので、通路構成がより簡易になる。

図４（ａ）〜（ｃ）に油圧サーボ弁６の他の形態を示す。上記実施形態では、上バルブ３１内に下バルブを挿通保持したが、図示するように上バルブ３１に下バルブ３２をガイドする軸を設け、上バルブ３１に下バルブ３２を付勢部材であるスプリング３７で付勢することにより、一体に移動する構成としてもよい。図４（ａ）は、本発明の参考例である第５の形態であり、上バルブ３１は上シート３３の下方に延出した細径部がガイド軸３６となっており、その下端はシリンダ６５の下端大径部内に位置している。下バルブ３２は半球状で上シート３４が球面となっており、上面中央にガイド軸３６が嵌合される凹部３８を有している。下バルブ３２はその下面側に配設されるスプリング３７により、上バルブ３１と分離しないように押圧されている。

図４（ｂ）は、第６の形態であり、上記第５の形態の基本構成において、下バルブ３２の下シート３４を球面とする代わりに、テーパ面としていある。図４（ｃ）は、第７の形態であり、上記第５の形態の基本構成において、下バルブ３２をＴ字断面のブロック状とし、下シート３４を球面とする代わりにフラットにしてある。スプリング３７は下バルブ３２の小径下半部周りに配設される。この構成では、上バルブ３１と下バルブ３２の軸がズレてもシートできるので、下バルブ３２に凹部３８を設けていない。

以上、本発明によれば、簡易な構成で高精度な増圧制御、噴射制御が可能な制御弁を実現できる。なお、本発明は、２つのアクチュエータを備える従来の増圧式インジェクタにおいて、小型のソレノイドで駆動する制御弁としても適用可能である。また、燃料噴射弁以外の流体制御弁としても適用可能である。

本発明の制御弁を適用したディーゼルエンジン用の増圧式コモンレールインジェクタの全体構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態における油圧サーボ弁の構成と作動を説明するための図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の第１〜第４の実施形態における油圧サーボ弁の詳細構成図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の参考例である第５〜第７の形態における油圧サーボ弁の詳細構成図である。 従来の増圧式コモンレールインジェクタの全体構成を示す図である。

符号の説明

１ インジェクタ
１１ 増圧制御室（制御室）
１２ 噴射制御室（制御室）
１３ サーボ弁制御室（油圧室）
１４ 増圧制御通路（制御通路）
１５ 噴射制御通路（制御通路）
２ コモンレール
２１ 高圧燃料通路（高圧流体通路）
２２ 高圧ポート（第２ポート）
２３ 燃料ポンプ
２４ 燃料タンク
２５ インオリフィス（第１オリフィス）
２６ アウトオリフィス（第２オリフィス）
２７ リターン通路（低圧流体通路）
２８ リターンポート（第１ポート）
３ 油圧サーボ弁（制御弁）
３１ 上バルブ（第１の弁部材）
３２ 下バルブ（第２の弁部材）
３３ 上シート（第１の弁部材）
３４ 下シート（第２の弁部材）
４ 増圧制御弁
４１ 増圧室
４２ 高圧室
４３ スプリング
４４ 増圧ピストン
５ 電磁弁
６１ 座面部材（弁ハウジング）
６２ ハウジング部材（弁ハウジング）
６３ 上弁座（第１弁座）
６４ 下弁座（第２弁座）
６５ シリンダ
７ 噴射ノズル
７１ ノズルニードル

Claims (11)

1. 高圧流体通路から供給される燃料を、増圧ピストンで増圧して噴射する増圧式燃料噴射弁であって、上記増圧ピストンの制御室に連通する制御通路と、低圧流体通路に連通する第１ポートまたは高圧流体通路に連通する第２ポートを選択的に連通させる制御弁を有しており、該制御弁は、
   電気的アクチュエータによって駆動されて、弁ハウジングに設けたシリンダ内を摺動し、低圧の上記第１ポートに至る第１弁座を開閉する第１弁部材と、
   該第１弁部材の内部に挿入配置され、高圧の上記第２ポートに至る第２弁座を開閉する第２弁部材を備え、
   上記第１弁部材の摺動径に対して、上記第１、第２弁座のシート径を小さく形成し、
   上記弁ハウジングには、上記第１弁座と第２弁座の間に上記制御通路を接続して、
   上記第１弁部材が上記第１弁座に着座する時、上記第２弁部材は上記第１弁部材と一体的に移動して上記第２弁座から離座することで、高圧の上記第２ポートと上記制御通路が連通し、
   上記第１弁部材が上記第１弁座から離座する時、低圧の上記第１ポートに連通する上記制御通路の圧力が減少し、高圧の上記第２ポートからの油圧力が作用して上記第２弁部材が上記第２弁座に着座することで、上記制御通路と上記第１ポートまたは上記第２ポートを選択的に連通させるとともに、
   上記第１弁部材の摺動部端面と上記弁ハウジングに設けたシリンダ内壁面とで囲まれる油圧室を設け、この油圧室の圧力を電気的アクチュエータで制御することにより上記第１弁部材を駆動する構成となしたことを特徴とする増圧式燃料噴射弁。
2. 上記第２弁部材は上記弁ハウジングおよび上記第１弁部材に対して摺動部を持たない請求項１記載の増圧式燃料噴射弁。
3. 上記弁ハウジングに設けたシリンダ内周に上記第１弁座および上記第２弁座を軸方向に位置を異ならせて配置した請求項１または２記載の増圧式燃料噴射弁。
4. 上記第１弁部材のシート径と上記第２弁部材のシート径が同等である請求項１ないし３のいずれか記載の増圧式燃料噴射弁。
5. 上記第１弁部材のシート径が上記第２弁部材のシート径より小さい請求項１ないし３のいずれか記載の増圧式燃料噴射弁。
6. 上記油圧室が第１オリフィスを介して高圧流体通路に連通する通路と、第２オリフィスと電気的アクチュエータで制御される弁体を介して低圧流体通路に連通する通路を備えた請求項１ないし５のいずれか記載の増圧式燃料噴射弁。
7. 上記第１弁部材のシートが略円錐面になっており、上記第２弁部材のシートが略円錐面になっている請求項１ないし６いずれか記載の増圧式燃料噴射弁。
8. 上記第１弁部材のシートが略円錐面になっており、上記第２弁部材のシートが略球面になっている請求項１ないし６のいずれか記載の増圧式燃料噴射弁。
9. 上記第１弁部材のシートが略円錐面になっており、上記第２弁部材のシートが平面になっている請求項１ないし６のいずれか記載の増圧式燃料噴射弁。
10. 上記制御弁の上記制御通路が増圧ピストンの制御室とノズルニードルの制御室に連通し、上記電気的アクチュエータ駆動時に上記第１弁部材を開弁し上記第２弁部材を閉弁して上記制御室を低圧にすることで、上記増圧ピストンを駆動して噴射燃料を増圧するとともに上記ノズルニードルを開弁して噴射を行い、上記電気的アクチュエータ停止時に上記第１弁部材を閉弁し上記第２弁部材を開弁して上記制御室を高圧にすることで、上記増圧ピストンをリセットするとともに上記ノズルニードルを閉弁して噴射停止する請求項１ないし９いずれか記載の増圧式燃料噴射弁。
11. 上記制御通路にオリフィスを備え、該オリフィス流量を調整することで、噴射と増圧のタイミングを設定可能に構成した請求項１ないし１０のいずれか記載の増圧式燃料噴射弁。

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