JP4579997B2 - 調圧逆止弁及びそれを備えた燃料噴射装置。 - Google Patents

Description

本発明は、高圧機器に用いられる調圧逆止弁、及び、これを備えた高圧機器として、圧電アクチュエータを駆動源とし、内燃機関に高圧燃料を噴射する燃料噴射装置に関するものである。

近年、環境保護の見地から、燃焼排気中のエミッション低減や更なる燃費向上のために、自動車エンジン等の内燃機関に高圧燃料を噴射する燃料噴射装置において、極めて高い精度での噴射量の調整と速やかな応答とが要求されている。このような燃料噴射装置の更なる噴射精度向上、応答性向上の要求に対し、従来の電磁弁を駆動源とする燃料噴射装置に比べ、発生力が大きく、応答性に優れた圧電アクチュエータを駆動源とする燃料噴射装置が種々と提案されている。

特許文献１には、噴射燃料圧通路と噴孔との連通と遮断可能な先端部及び前記先端部の反対側に位置して先端側より大きな直径を有する大径基部を有して燃料噴射弁体婦負を軸線方向に摺動する噴孔用弁体を具備し、アクチュエータによりピストンを変位させることによって前記大径基部の段差面により形成される圧力室内の燃料圧力を噴射燃料圧力より高めて前記噴孔用弁体を押し上げ、前記噴射燃料圧力通路と前記噴孔とを連通させる燃料噴射弁において、前記大径基部の端面により形成される背圧室は、前記噴射燃料圧力通路と連通していることを特徴とする燃料噴射弁が開示されている。

このような燃料噴射弁では、噴射信号を受けて圧電アクチュエータが伸長し加圧ピストンの変位によって制御室内の圧力が高められ、ニードルが押し上げられ、これに伴い噴孔が開口し、燃料噴射を開始する。また、ピストンの先端面により形成されるピストン室は、逆止弁を介して噴射燃料圧通路及び背圧室と連通しており、この逆止弁は、燃料噴射時には閉弁して制御室内の圧力上昇を保つとともに背圧室への逆流を防ぎ、燃料噴射終了時には開弁して、摺動部からの漏れにより減じた制御室内の燃料を噴射燃料圧流路から補充することができる。

また、特許文献２には、コモンレールから燃料噴射弁に至る燃料流路での高圧供給ポンプから高圧燃料を吐出するときの吐出水撃や高圧燃料噴射時の噴射水撃の伝播による圧力脈動に対して、コモンレールかと燃料供給流路との接合点に絞り流路を設けて、脈動を抑制する技術が開示されている。

特開２００６−２１４３１７号公報 特開平９−１７０５１４号公報

ところが、特許文献１にあるような制御圧室と噴射燃料圧通路及び背圧室とを通常の逆止弁を介して連通する燃料噴射弁では、制御圧室の圧力が噴射燃料圧通路及び背圧室の圧力よりも高い場合には、常に閉弁されており、制御圧室から背圧室への燃料の逆流は常に阻止されている。このため、燃料噴射直後に急激な圧力低下が起きると、制御室内の圧力よりもニードルの背面に作用する閉弁方向の圧力が相対的に低くなるので、圧電アクチュエータが駆動していないにも関わらず、制御室の圧力によりニードルが開弁方向に押し上げられ、意図しない燃料噴射が発生する虞がある。
また、燃料噴射による急激な圧力変化は、燃料供給配管を音速で伝播する衝撃波を発生し、その反射波によって、燃料配管内の圧力に脈動を生じる虞がある。従来の燃料噴射弁では、このような脈動により燃料供給圧力が一時的に低くなった場合にも、逆止弁が閉弁されたままとなり、制御室の圧力が噴射燃料圧通路及び背圧室よりも相対的に高くなり、圧電アクチュエータの駆動とは無関係に燃料噴射される虞もある。

さらに、特許文献２にあるように、脈動を防止すべく、燃料噴射弁の高圧燃料導入孔との接続部に絞り流路を設けると、高圧燃料供給配管内の脈動の影響は抑制できるが、絞り部での圧力低下により実質的な燃料噴射圧力の低下を招く虞がある。

本発明は、係る実情に鑑み、所望の圧力に対して流路の連通と遮断とを切り換え可能とする新規な構造の調圧逆止弁を提供するとともに、内燃機関に高圧燃料を噴射する燃料噴射弁に上記調圧逆止弁を用いて、噴射直後の減圧による誤噴射や高圧配管の脈動による誤噴射を防ぎ、噴射精度の高い燃料噴射弁を提供することを目的とする。

請求項１の発明では、内部に圧力流体の流れる少なくとも２つの流路を含む圧力機器に配設され、上記複数の流路の第１の流路と第２の流路とを繋ぐ連通路を所定の圧力で開閉する調圧逆止弁であって、
上記調圧逆止弁は、弁基体と弁体とバネ部材とによって構成し、
上記弁基体は、有底筒状に形成し、内部に上記弁体を収納する弁室と、該弁室に連通しつつ上記第１の流路に開口して上記第１の流路内の圧力Ｐ_１を上記弁体の開弁方向に作用せしめる第１の連通孔と、上記弁室に連通しつつ上記第２の流路に開口して上記第２の流路内の圧力Ｐ_２を上記弁体の閉弁方向に作用せしめる第２の連通孔と、上記弁体に形成したシート部の離着座によって上記第１の連通孔を開閉する弁座部とを具備するとともに、
上記弁座部は、上記弁基体の底部に第１の流路側に向かって窪ませた略すり鉢状に形成し、上記シート部は、上記弁体の上記第１の流路側を球面状又は略切頭円錐状に形成し、
上記弁体の上記第２の流路側には、外周方向に向かって張り出しつつ、上記弁基体の内周壁に摺動可能に保持される鍔部を形成し、
上記バネ部材は、上記弁体と上記弁座部との間であって、上記弁基体の底部と上記鍔部との間に介装して上記バネ部材からの荷重を上記弁体の開弁方向に作用せしめ、
上記シート部が上記着座部に着座したときには、上記鍔部の側面によって閉鎖される位置であって、上記シート部と上記着座部とが離隔するときには、上記弁室に露出する位置において、上記弁基体の内周壁の一部を外径方向に窪ませた環状溝を穿設し、上記弁基体の側壁に上記第２の流路側から上記環状溝に連通する第３の連通孔を穿設する。

請求項１の発明によれば、上記第１の流路内の圧力Ｐ_１が上記第２の圧力Ｐ_２以上の場合及び、上記第２の流路内の圧力Ｐ_２が上記第１の圧力Ｐ_１以上で、かつ、その差圧が上記バネ部材による開弁荷重よりも小さい場合には、上記調圧逆止弁は開弁状態となり、上記第１の流路と上記第２の流路とは上記第１の連通路、上記第３の連通路を介して連通状態となり、上記第１の流路内の圧力Ｐ_１と上記第２の流路内の圧力Ｐ_２とが等しくなるまで順方向の流体の流れを許容する調圧弁として作用し、上記第２の流路内の圧力Ｐ_２が上記第１の流路内の圧力Ｐ_１以上で、かつ、その差圧が上記バネ部材による開弁荷重よりも大きい場合には、上記調圧逆止弁は閉弁状態となり上記第２の流路から上記第１への逆方向の流れを遮断する逆止弁として作用する。 上記鍔部に作用する上記第２の流路内の圧力Ｐ_２が上記バネ部材からの開弁方向の荷重に抗して、上記弁体を押し下げ、上記シート部が上記弁座部に着座して上記第１の連通孔を閉鎖するとともに、上記鍔部の側面によって上記第３の連通孔が閉鎖され、上記第３の連通孔から上記弁室内への高圧流体の流入が阻止される。
このため、上記調圧逆止弁は、より確実に閉弁され、逆止弁として作用し、上記第１の流路と上記第２の流路との連通を遮断し、上記第１の流路内の圧力は圧力Ｐ_１を維持し、上記第２の流路内の圧力は圧力Ｐ_２を維持できる。
さらに、上記第１の流路内の圧力Ｐ_１が上記第２の流路内の圧力Ｐ_２よりも低く、かつ、その圧力差（Ｐ_２−Ｐ_１）が上記バネ部材のバネ定数と自由長からの変位によって決まる所定の荷重以下の場合には、上記第２の流路内の圧力Ｐ_２によって、上記弁体が押し下げられることなく、上記第１の連通路、上記第３の連通路を介して上記第１の流路と上記第２の流路との連通が維持される。
このため、上記調圧逆止弁は、調圧弁として作用し、上記第２の流路内の流体は、上記第１の流路内に流出し、上記第１の流路内の圧力Ｐ_１と上記第２の流路内の圧力Ｐ_２とを等しくできる。
したがって、調圧弁の機能と逆止弁の機能とを兼ね備え、所望の圧力に対して流路の連通と遮断とを切り換え可能で、高い応答性と信頼性を備えた新規な調圧逆止弁が実現できる。

請求項２の発明では、上記高圧機器は、上記圧力流体として高圧源から高圧燃料を高圧燃料供給配管を経由して内部に導入し、該高圧燃料の圧力をノズル基体内に摺動可能に保持されたニードルの開弁方向と閉弁方向とに作用させ、圧電アクチュエータを駆動源として、開弁方向の圧力を増減して、上記ニードルを昇降せしめて、先端に設けた噴孔を開閉して内燃機関内への高圧燃料の噴射と停止とを制御する燃料噴射弁であって、上記燃料噴射弁は、上記第１の流路として、上記ニードルの背面側に高圧燃料を導入して閉弁方向の圧力を作用させる背圧室を区画し、上記第２の流路として、上記圧電アクチュエータの変位に応じて昇降する加圧ピストンの下面側に加圧室を区画し、上記背圧室と上記加圧室とを請求項１に記載の調圧逆止弁を介して連通せしめる。

請求項２の発明によれば、高圧燃料供給配管内の高圧燃料の脈動によりバランス室内の圧力が大きな振幅で変動しても、圧電アクチュエータの駆動時以外は本発明の調圧逆止弁が開弁しており、上記背圧室内の圧力Ｐ_１が上記加圧室内の圧力Ｐ_２よりも高い場合には上記背圧室から上記加圧室へ高圧燃料が流出し、上記背圧室内の圧力Ｐ_１が上記加圧室内の圧力Ｐ_２よりも低い場合には、上記加圧室から上記背圧室へ高圧燃料が流出するので、上記背圧室内の圧力Ｐ_１及び上記加圧室内の圧力Ｐ_２の変動幅は小さくなる。また、上記圧電アクチュエータの駆動により上記加圧室内の圧力が高くなったとき以外における上記背圧室内の圧力Ｐ_１と上記加圧室内の圧力Ｐ_２との差を小さくすることができ、意図しないニードル上昇が防止される。さらに、一般的には、高圧燃料供給配管内の脈動の影響を防ぐために、燃料噴射弁の高圧燃料導入孔との接続部に絞り流路を設けているが、このような絞り流路を設けると絞り部での圧力低下により実質的な燃料噴射圧力の低下を招く虞がある。本発明の燃料噴射弁によれば、このような絞り流路の絞り径を大きくできる、若しくは、このような絞り流路を廃止できるので、実効燃料噴射圧力を高く維持することが可能となり、噴射燃料の更なる微粒化、排気エミッションの低下、燃費の向上を図ることができる。

図１を参照して、本発明の第１の実施形態における調圧逆止弁１の構造について説明する。図１は、調圧逆止弁１の概要を示す断面図である。
調圧逆止弁１は、内部に圧力の変化する流体の流れる２つの流路を有する圧力流体機器に用いられ、第１の流路１０１と第２の流路１０２とを連通する連通流路に設けられ、それぞれの流路内の圧力変化に応じて連通と遮断とを切り換えることができる。

第２の流路１０２内の圧力Ｐ_２が第１の流路１０１内の圧力Ｐ_１よりも低い場合、及び、第２の流路１０２内の圧力Ｐ_２と第１の流路１０１内の圧力Ｐ_１との差（Ｐ_２−Ｐ_１）が、後述する所定の圧力（−Ｋ・Ｘ／Ａ）以下の場合には、開弁状態を維持し、第１の流路１０１と第２の流路１０２とを連通せしめて第１の流路１０１と第２の流路１０２とのいずれか一方の高圧側から低圧側への流体の移動を許容し、第１の流路１０１内の圧力Ｐ_１と第２の流路１０２内の圧力Ｐ_２とを速やかに同一にすることができる。

また、第２の流路１０２内の圧力Ｐ_２と第１の流路１０１内の圧力Ｐ_１との差（Ｐ_２―Ｐ_１）が所定の圧力（−Ｋ・Ｘ／Ａ）よりも大きい場合には、調圧逆止弁１は、閉弁状態となり、第１の流路１０１と第２の流路１０２との連通を遮断し、第２の流路１０２から第１の流路１０１への流体の移動を阻止することができる。
即ち、本発明の調圧逆止弁１は、流路内の圧力変化に応じて２つの流路を連通し、流路内の圧力を所望の圧力に調整する調圧弁としての機能と、２つの流路の連通を遮断する逆止弁としての機能とを果たすことができる。

図１に示すように、調圧逆止弁１は、弁座部１３１を形成した弁基体１０と弁体２０とバネ部材２４とによって構成されている。
弁基体１０は、弁体２０を摺動可能に保持する弁基体１０の内周壁１５１によって区画された弁室１５を有する有底筒状に形成され、底部１３には第１の流路１０１に開口する第１の連通孔１１が穿設され、さらに第１の流路１０１側に向かってすり鉢状に窪ませた弁座部１３１が形成され、底部１３に対向する側には第２の流路１０２に開口する第２の連通孔１２が形成され、第１の連通孔１１と第２の連通孔１２とは、弁体２０の離着座に連動して弁室１５との連通が開閉される第３の連通孔１７を介して連通している。

弁体２０は、第１の連通孔１１側には弁座部１３１への着座によって第１の連通孔１１を閉鎖する球面状に形成されたシート部２１が設けられ、第２の連通孔１２側には、外径方向に張り出す鍔部２２が形成され、鍔部２２の側面２３は、弁室内周壁１５１に摺動可能に保持されている。
底部１３と鍔部２２との間には、鍔部２２を弁体２０の離座方向に押圧するコイル状のバネ部材２４が配設されている。
弁基体１０に第２の流路１０２側には、弁体２０を弁基体１０内に保持する保持部１４が形成され、バネ部材２４によって、弁体２０が第２の流路１０２側に押圧され、鍔部２２の上面が保持部１４に当接している。

なお、本実施形態においては、鍔部２２の全面に第２の流路１０２内の圧力Ｐ_２が作用するように、保持部１４と鍔部２２とが点接触すべく保持部１４の下面又は鍔部２２の上面のいずれかに突起部１４１が設けられている。
さらに、弁基体１０には、内周壁１５１の一部を鍔部２２の下端面よりも僅かに下方の位置で外径方向に向かって窪ませた環状溝１６が形成され、環状溝１６と第２の流路１０２とを連通する第３の連通孔１７が形成されている。なお、第３の連通孔１７は、内径に小径部を設けた絞り流路とするのが望ましい。
また、環状溝１６は、弁体２０のシート部２１が弁座部１３１に当接したときには、鍔部１１の側面２３によって閉鎖される位置及び大きさに形成してある。

図２を参照して、本発明の第１の実施形態における調圧逆止弁の効果について説明する。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１の流路１０１内の圧力Ｐ_１と第２の流路１０２内の圧力Ｐ_２とが変化した場合の調圧弁逆止弁１の動作を示す断面図である。
図２（ａ）に示すように、第２の流路１０２内の圧力Ｐ_２が第１の流路１０１内の圧力Ｐ_１以下（Ｐ_２≦Ｐ_１）の場合には、弁体２０は、バネ部材２４によって開弁方向に付勢されているので、シート部２１は、弁座部１３１と離間しており、かつ、第１の流路１０１と第２の流路１０２とは、第１の連通孔１１、環状溝１６、第３の連通孔１７を介して連通状態となる。このため、調圧逆止弁１は、調圧弁として作用し、第１の流路１０１内の圧力Ｐ_１と第２の流路１０２内の圧力Ｐ_２とを等しくすることができる。

図２（ｂ）に示すように、バネ部材２４のバネ常数をＫ、自由長からの変位をＸ、鍔部２２の受圧断面積をＡとしたとき、第２の流路１０２内の圧力Ｐ_２が第１の流路１０１内の圧力Ｐ_１よりも高く、かつ、その圧力差（Ｐ_２―Ｐ_１）が所定値（−Ｋ・Ｘ／Ａ）より大きい場合には、鍔部２２に作用する第２の流路１０２内の圧力Ｐ_２がバネ部材２４の押圧力に抗して、弁体２０を押し下げ、シート部２１が弁座部１３１に着座して第１の連通孔１１を閉鎖するとともに、鍔部２２の側面２３が環状溝１６を閉鎖するので、第３の連通孔１７から弁室１５内への高圧流体の流入が阻止される。このため、調圧逆止弁１は、逆止弁として作用し、第１の流路１０１と第２の流路１０２との連通を遮断し、第１の流路１０１内の圧力はＰ_１を維持し、第２の流路１０２内の圧力はＰ_２を維持する。

図２（ｃ）に示すように、第１の流路１０１内の圧力Ｐ_１が第２の流路１０２内の圧力Ｐ_２よりも低く、かつ、その圧力差（Ｐ_２−Ｐ_１）が所定値（−Ｋ・Ｘ／Ａ）以下の場合には、第２の流路１０２内の圧力Ｐ_２によって、弁体２０が押し下げられることなく、第１の流路１０１と第２の流路１０２との連通が維持される。このため、調圧逆止弁１は、調圧弁として作用し、第２の流路１０２内の流体は、第１の流路１０１内の圧力Ｐ_１が第２の流路１０２内の圧力Ｐ_２と等しくなるまで第１の流路１０１内に流出する。
通常の逆止弁は、順方向の流れを許容し、逆方向の流れを常に遮断するが、本発明の調圧逆止弁１は、順方向の流れを許容し、圧力差が所定の値よりも小さい場合には逆方向の流れを許容し、圧力差が所定の値よりも大きい場合には逆方向の流れを遮断することができる。

図３（ａ）に本発明の他の実施形態における調圧逆止弁１ａを示す。なお、本図において、中心線の右側は開弁状態を示し、中心線の左側は、閉弁状態を示す断面図である。以下の実施形態において、上記第１の実施形態との相違点のみを説明する。
第１の実施形態においては、弁体２０のシート部２１を球面状に形成したが、本発明の第２の実施形態における調圧逆止弁１ａでは、図３（ａ）に示すように、シート部２１ａを円錐状に形成した点が相違する。このような形状にすることによって、上記第１の実施形態と同様の効果に加え、シート部２１ａと弁座部１３１ａとの間隙を小さくでき、引込み効果により流速を早くすることができるので、さらに応答性の向上を図ることができる。

第１の実施形態においては、第３の連通孔１７、環状溝１６を弁基体１０に形成したが、参考例における調圧逆止弁１ｂでは、図３（ｂ）に示すように、鍔部２２ｂに第３の連通孔２７ｂを穿設し、弁基体１０ｂの内周壁１５１ｂを径小に縮径した小径部１５２ｂを設け、この間の段差部に第３の連通孔２７ｂを開閉する弁部１８ｂを形成した点が相違する。また、第１の実施形態においては、保持部１４は、蓋状に形成したが、本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、内周壁１５１ｂの一部を外径方向に環状溝を形成し、スナップリング１４ｂを挿嵌して、鍔部２２ｂの外周縁を係止して保持する構造としても良い。
また、図には、第３の連通孔２７ｂの下端と弁部１８ｂとが当接して第３の連通孔２７ｂを閉鎖すべく、弁部１８ｂを円錐状に形成した例を示したが、弁部１８ｂは、閉弁時には弁部１８ｂが第３の連通孔２７ｂ内に挿入可能とする柱状に形成しても良い。

また、第１の実施形態においては、第３の連通孔１７、環状溝１６を弁基体１０に形成したが、他の参考例における調圧逆止弁１ｃでは、図３（ｃ）に示すように、鍔部２２ｃと内周壁１５１ｃとの間に間隙を設け第３の連通孔１７ｃとし、鍔部２２ｃの下端面２３ｃと内周壁１５１ｃの一部を中心方向に縮径した小径部１５２ｃの段部の上面１６ｃとが当接することによって、第３の連通孔１７ｃを閉鎖する構造としても良い。
また、第１の実施形態では、バネ部材としてコイル状のバネを用いたが、参考例のように、波板状の板バネ部材２４ｃを用いても良い。さらに、第１の実施形態では、保持部１４に突起部１４１を設けたが、本参考例のように、弁体２０ｃのシート部２１に用いたボール弁体の一部が第２の流路側にも露出するように、鍔部２２ｃを形成して、保持部１４の下端面と点接触するようにしても良い。

図４に他の参考例における調圧逆止弁１ｄを示す。

弁基体１０ｄは、弁体２０ｄを遊動可能に保持する弁基体１０ｄの内周壁１５１ｄによって区画された弁室１５ｄを有する有底筒状に形成され、底部１３ｄには第１の流路１０１に開口する第１の連通孔１１ｄが穿設され、さらに第１の流路１０１側に向かってすり鉢状に窪ませた弁座部１３１ｄが形成され、底部１３ｄに対向する側には第２の流路１０２に開口する第２の連通孔１２ｄが形成され、第１の連通孔１１ｄと第２の連通孔１２ｄとは、弁室１５ｄを介して連通している。
弁体２０ｄは、第１の連通孔１１ｄ側には弁座部１３１ｄへの着座によって第１の連通孔１１ｄを閉鎖する球面状に形成されたシート部２１ｄが設けられ、第２の連通孔１２ｄ側には、外径方向に張り出す鍔部２２ｄが形成され、鍔部２２ｄの側面２３ｄは、弁室内周壁１５１との間に第３の連通孔１７ｄを構成する間隙を設けて遊動可能に保持されている。
底部１３ｄと鍔部２２ｄとの間には、鍔部２２ｄを弁体２０ｄの離座方向に押圧するコイル状のバネ部材２４ｄが配設されている。
弁基体１０ｄに第２の流路１０２側には、弁体２０ｄを弁基体１０ｄ内に保持する保持部１４ｄが形成され、バネ部材２４ｄによって、弁体２０ｄが第２の流路１０２側に押圧され、弁体２０ｄの突出部が保持部１４ｄに当接している。
本参考例によれば、第２の流路１０２内の圧力Ｐ _２ が第１の流路内の圧力Ｐ _１ よりも遙かに大きく、シート部２１ｄのシート断面積Ａ _Ｓ に作用する圧力Ａ _Ｓ ・（Ｐ _２ −Ｐ _１ ）が、バネ部材２４ｄによる開弁方向のバネ荷重（−Ｋ・Ｘ）を上回るときには、シート部２１ｄが着座部１３１ｄに着座し閉弁される。
本参考例において、第１の流路内の圧力と第２の流路内の圧力との圧力差が大きく、第３の連通孔１７ｄの間隙は、第１の連通孔１１ｄの断面積に対して十分小さく設定した場合に上記実施形態と同様の効果を発揮し得る。

本発明は上記実施形態に限定するものではなく、弁体と弁座部との間にバネ部材を介装して開弁方向の圧力を弁体に作用せしめて、所定の圧力で開閉可能とすると共に、弁体の離着座に連動して開閉される第３の連通孔を介して第１の流路と第２の流路とを連通することにより、閉弁時の応答性向上を図ろうとする本発明の趣旨を逸脱しない範囲でバネ部材の形状等、上記実施形態と上記参考例における相違点とを適宜組み合わせた構成としても良い。

図５を参照して、本発明の第２の実施形態における燃料噴射弁Ｉについて説明する。図５は、燃料噴射弁Ｉの概要並びに閉弁時の状態を示している。
燃料噴射弁Ｉは、ノズル基体１００と、本発明の調圧逆止弁１と、圧電アクチュエータ３０とニードル４０とを具備し、図略の内燃機関に設けられ、コモンレールＲによって例えば３０ＭＰａの高圧に蓄圧された高圧燃料を、燃料供給配管５０を介して燃料噴射弁Ｉ内に導入し、アクチュエータ３０の駆動によって、ニードル４０を昇降し、ノズル基体１００の先端に設けた噴孔１１３を開閉して、上記内燃機関内への高圧燃料の噴射と停止とを制御している。
なお、以下の説明において、図の上側を基端側、下側を先端側とし、基端側に向かう方向を開弁方向、先端側に向かう方向を閉弁方向とする。

燃料噴射弁Ｉは、略筒状に形成されたノズル基体１００の内側にニードル４０が摺動可能に保持している。
ニードル４０は、段付き柱状に形成され、中径部４１がノズル基体１００に形成されたニードル摺動部１１５に摺動可能に保持されている。
中径部４１の基端側には、中径部４１よりも径大となる大径部４１が形成され、先端側に摺動部４１よりも径小となる小径部４３が形成され、小径部４３の先端には、略円錐状のシート部４４が形成されている。

ノズル基体１００は大径部４１を摺動可能に保持しており、大径部４１の基端側には、ニードル４０の背面側に閉弁方向の圧力を作用させる背圧室１０１が区画され、大径部４１の先端側には、大径部４１の底面に開弁方向の圧力を作用させる制御室１０４が区画されている。
背圧室１０１には、背圧導入流路１０５を介して高圧導入孔１０９から高圧流路１０６に導入された高圧燃料の一部が導入されている。
さらに、背圧室１０１には、ニードル４０を閉弁方向に付勢する閉弁バネ４５が収納されている。

ノズル基体１００の基端側には、圧電アクチュエータ３０が内蔵固定されている。圧電アクチュエータ３０は、充放電によって伸縮し、圧電アクチュエータ３０の変位を伝達するアクチュエータヘッド３１が隔壁部１１６に摺動可能に保持されている。アクチュエータヘッド３１は、ピストン戻しバネ３３によって、開弁方向に付勢され、基端側で圧電アクチュエータ３０に当接している。さらに、アクチュエータヘッド３１の先端には、アクチュエータヘッド３１と連動すべく加圧ピストン３２が固定されている。

加圧ピストン３２は略柱状に形成され、加圧ピストン３２はノズル基体１００内に摺動可能に保持されている。
加圧ピストンの基端側には、カウンタバランス圧力として加圧ピストン３２の閉弁方向に圧力を作用させるバランス室１０７が区画され、加圧ピストン３２の先端側には、加圧ピストン３２の上下動によって圧力を増減する加圧室１０２が区画されている。

バランス室１０７には、バランス圧力導入孔１０８を介して、高圧導入孔１０９から高圧流路１０６に高圧燃料の一部が導入されている。
バランス室１０７の基端側には、シール部材３４が挿嵌され、アクチュエータヘッド３１を摺動可能に保持しつつ、アクチュエータヘッド３０の収納された収納室への高圧燃料の漏れを防ぐべく油密を保持している。

加圧室１０２は、本発明の要部である調圧逆止弁１を介して背圧室１０１に接続され、背圧室１０１内に導入された高圧燃料が調圧逆止弁１を介して加圧室１０２内に導入されている。
本実施形態においては、背圧室１０１を第１の流路とし、加圧室１０２を第２の流路として、本発明の要部である調圧弁１の第１の連通孔１１が背圧室１０１に開口し、第２の連通路が加圧室１０２に開口するように配設してある。

加圧ピストン３２には、バランス室１０７に導入された高圧燃料の圧力が閉弁方向に作用し、加圧室１０２内に導入された高圧燃料の圧力が開弁方向に作用しているので圧電アクチュエータ３０の伸長によって、加圧室１０２内の圧力を確実に高圧燃料の導入圧力以上とすることができる。

さらに、加圧室１０２には、圧力伝達流路１０３が形成され、さらに制御室１０４に連通している。制御室１０４内の圧力は、ニードル４０の開弁方向に作用し、圧電アクチュエータ３０の変位によって変化する加圧室１０２の容積変化に応じて制御室１０４の容積も変化するが、加圧室１０２の断面積は、制御室１０４の断面積よりも遙かに大きく形成されており、制御室１０４の軸方向の変位は圧電アクチュエータ３０の変位よりも遙かに大きく拡大され、ニードル４１の大径部４１を大きく変位させることができる。

小径部４３の周囲には、高圧燃料供給路１１０を介して、高圧流路１０６に導入された高圧燃料を貯留する燃料貯留室１１１が区画されている。
燃料貯留室１１の先端には、サック室１１２を経由して噴孔１１３が穿設されている。噴孔１１３は、ニードル着座部１１４において、シート部４４の離着座によって開閉される。

圧電アクチュエータ３０は、例えば、ＰＺＴ等の圧電セラミック材料からなり、厚さ方向に分極した圧電セラミック層が分極方向を交互に換えて数十から数百枚積層された積層型圧電素子が用いられている。

図５に示すように、閉弁時には、圧電アクチュエータ３０は収縮しており、第１の流路としての背圧室１０１内の圧力Ｐ_１と第２の流路としての加圧室１０２内の圧力Ｐ_２とは、ともにコモンレールＲからの高圧燃料の標準供給圧力Ｐ_Ｆに等しく、調圧逆止弁１は開弁状態となっている。この時、バランス室１０７内の圧力Ｐ_Ｂと加圧室１０２内の圧力Ｐ_２と制御室１０４内の圧力と背圧室１０１内の圧力と燃料貯留室１１１内の圧力は全て標準供給圧力Ｐ_Ｆに等しく、ニードル４０には、開弁方向に作用する燃料圧力と閉弁方向に作用する燃料圧力とはバランスされ、閉弁バネ４５の荷重によって閉弁方向に押圧されているので、燃料噴射弁Ｉは閉弁状態を維持している。

図６を参照して、燃料噴射弁Ｉの開弁時の状態について説明する。
圧電アクチュエータ３０に通電されると圧電アクチュエータ３０が伸長し、アクチュエータヘッド３３を先端側に押し下げ、これに連動して加圧ピストン３２が、加圧室１０２内の圧力を増加させる。このとき、加圧室１０２内の圧力Ｐ_２は、背圧室１０１内の圧力Ｐ_１よりも調圧逆止弁１のバネ荷重（−Ｋ・Ｘ／Ａ）以上に高い加圧時圧Ｐ_Ｃとなり、調圧逆止弁１は閉弁状態となる。
このため、加圧室１０２内の圧力Ｐ_２が背圧室１０１内の圧力Ｐ_１よりも高い加圧時圧Ｐ_Ｃとなっても加圧室１０２から背圧室１０１への燃料の流入が阻止され、背圧室１０１内の圧力は、標準供給圧力Ｐ_Ｆが維持される。
一方、加圧室１０２内の圧力Ｐ_２は、圧力伝達流路１０３を介して、制御室１０４に伝達され、制御室１０４内の圧力も増加する。
制御室１０４内の圧力の増加に伴い、閉弁バネ４５のバネ荷重に抗してニードル４０が上昇し、シート部４４がノズル弁座部１１４から離座して、燃料貯留室１１１内の高圧燃料がサック室１１２を経由して噴孔１１３から図略の内燃機関内へ噴射される。

図７を参照して、燃料噴射弁Ｉから高圧燃料が噴射された直後の急激な圧力低下が発生した場合、及び、高圧燃料供給配管５０内の圧力が脈動により低下した場合に発揮される本発明の効果について説明する。
燃料噴射弁Ｉから高圧燃料が噴射された直後、及び、高圧燃料供給配管５０内の圧力が脈動により低下したときには、高圧流路１０６内の圧力、バランス室１０７内の圧力Ｐ_Ｂ、背圧室１０１内の圧力Ｐ_１、燃料貯留室１１１内の圧力は全て低圧Ｐ_Ｆｄとなる。
一方、加圧室１０２内の圧力Ｐ_２及び、制御室１０４内の圧力は、圧電アクチュエータ３０の収縮により加圧ピストン３２が引き上げられ、加圧時圧力Ｐ_Ｃから標準供給圧力Ｐ_Ｆへと戻るので、瞬間的には制御室１０４内の圧力は背圧室１０１内の圧力よりも高くなり、ニードル４０の上昇が起こりえるが、加圧室１０２内の圧力ＰＦが調圧逆止弁１のバネ荷重よりも低いので調圧逆止弁１は開弁状態となり、加圧室１０２内の高圧燃料は速やかに背圧室１０１内に流出して、背圧室１０１内の圧力Ｐ１と加圧室１０２内の圧力Ｐ２並びに制御室１０４内の圧力は等しくなる。したがって、高圧流路１０６内の圧力、バランス室１０７内の圧力Ｐ_Ｂ、背圧室１０１内の圧力Ｐ_１、燃料貯留室１１１内の急激な圧力低下が起こっても、ニードル４０の上昇が起こらず、噴孔１１３は閉弁された状態を維持され、圧電アクチュエータ３０の駆動と無関係の意図しない燃料噴射を防止できる。したがって、極めて信頼性の高い燃料噴射弁を実現できる。

図８に本発明の効果を比較例とともに示す。本発明の第２の実施形態に示した燃料噴射弁Ｉのタイムチャートを実施例１として実線で示し、本発明の調圧逆止弁１に換えて、通常の逆止弁を設けた燃料噴射弁のタイムチャートを比較例１として点線で示す。
図８に示すように、実施例１においては、高圧燃料供給配管５０内の高圧燃料の脈動によりバランス室１０７内の圧力ＰＢが大きな振幅で変動しても、圧電アクチュエータ３０の駆動時以外は本発明の調圧逆止弁１が開弁しており、背圧室１０１内の圧力Ｐ１が加圧室１０２内の圧力Ｐ２よりも高い場合には背圧室１０１から加圧室１０２へ高圧燃料が流出し、背圧室１０１内の圧力Ｐ１が加圧室１０２内の圧力Ｐ_２よりも低い場合には、加圧室１０２から背圧室１０１へ高圧燃料が流出するので、背圧室１０１内の圧力Ｐ１及び加圧室１０２内の圧力Ｐ２の変動幅は、バランス室１０７内の圧力変動の幅に比べて小さくなっている。また、圧電アクチュエータ３０の駆動により加圧室１０２内の圧力が高くなったとき以外における背圧室１０１内の圧力Ｐ_１と加圧室１０２内の圧力Ｐ_２との差が小さくなり、意図しないニードル４０のリフトが防止されている。したがって、燃料噴射率Ｑの上昇は、圧電アクチュエータ３０の駆動時のみとなっている。
一方、比較例１においては、背圧室１０１内の圧力Ｐ_１は、バランス室１０７内の圧力Ｐ_Ｂと同様に、脈動により大きな振幅で変動している。通常の逆止弁では、加圧室１０２内の圧力Ｐ_２が背圧室１０１内の圧力Ｐ_１よりも高い場合には、圧電アクチュエータ３０の駆動とは、無関係に閉弁されている。このため、加圧室Ｐ_２の圧力が背圧室Ｐ_１の圧力よりも高い場合にはニードル４０が上昇し、燃料噴射が起こっている。

したがって、本実施形態における燃料噴射弁Ｉによれば、圧電アクチュエータ３０の駆動とは無関係の燃料噴射を防止できる。一般的には、高圧燃料供給配管５０内の脈動の影響を防ぐために、燃料噴射弁の高圧燃料導入孔との接続部に絞り流路を設けているが、このような絞り流路を設けると絞り部での圧力低下により実質的な燃料噴射圧力の低下を招く虞がある。
本発明の調圧逆止弁を備えた燃料噴射弁によれば、このような絞り流路の絞り径を大きくできる、若しくは、このような絞り流路を廃止できるので、実効燃料噴射圧力を高く維持することが可能となり、噴射燃料の更なる微粒化、排気エミッションの低下、燃費の向上を図ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本発明は、燃料噴射弁として上記実施形態に示した高圧燃料を直接に燃料貯留室に導入する構造のものに限定するものではなく、ニードル内に設けたニードル内流路を経由して燃料貯留室に高圧燃料を導入する構造の燃料噴射弁等にも適宜採用し得るものでも良い。

本発明の第１の実施形態における調圧逆止弁の概要を示す断面図。 （ａ）から（ｃ）は、本発明の第１の実施形態における調圧逆止弁の効果を示す動作説明図である。 （ａ）は、本発明の他の実施形態における調圧逆止弁の概要を示す断面図、 本図（ｂ）、（ｃ）は、参考例における調圧逆止弁の概要を示す断面図。 参考例における調圧逆止弁の概要を示す断面図。 本発明の第２の実施形態における燃料噴射弁の概要並びに閉弁状態を示す断面図。 本発明の第２の実施形態における燃料噴射弁の開弁状態を示す断面図。 本発明の効果を示し、第２の実施形態における燃料噴射弁の脈動発生時の閉弁状態を示す断面図。 本発明の効果を比較例とともに示すタイムチャート図。

符号の説明

１ 調圧逆止弁
１０ 弁基体
１１ 第１の連通孔
１２ 第２の連通孔
１３ 弁座部
２０ 弁体
２１ シート部
２４ バネ部材
１０１ 第１の流路（背圧室）
１０２ 第２の流路（加圧室）
Ｉ 高圧機器（燃料噴射弁）
５０ 高圧燃料供給配管
Ｐ_１ 第１の流路内圧力
Ｐ_２ 第２の流路内圧力

Claims (2)

1. 内部に圧力流体の流れる少なくとも２つの流路を含む圧力機器に配設され、上記複数の流路の第１の流路と第２の流路とを繋ぐ連通路を所定の圧力で開閉する調圧逆止弁であって、
   上記調圧逆止弁は、弁基体と弁体とバネ部材とによって構成し、
   上記弁基体は、有底筒状に形成し、内部に上記弁体を収納する弁室と、該弁室に連通しつつ上記第１の流路に開口して上記第１の流路内の圧力Ｐ_１を上記弁体の開弁方向に作用せしめる第１の連通孔と、上記弁室に連通しつつ上記第２の流路に開口して上記第２の流路内の圧力Ｐ_２を上記弁体の閉弁方向に作用せしめる第２の連通孔と、上記弁体に形成したシート部の離着座によって上記第１の連通孔を開閉する弁座部とを具備するとともに、
   上記弁座部は、上記弁基体の底部に第１の流路側に向かって窪ませた略すり鉢状に形成し、上記シート部は、上記弁体の上記第１の流路側を球面状又は略切頭円錐状に形成し、
   上記弁体の上記第２の流路側には、外周方向に向かって張り出しつつ、上記弁基体の内周壁に摺動可能に保持される鍔部を形成し、
   上記バネ部材は、上記弁体と上記弁座部との間であって、上記弁基体の底部と上記鍔部との間に介装して上記バネ部材からの荷重を上記弁体の開弁方向に作用せしめ、
   上記シート部が上記着座部に着座したときには、上記鍔部の側面によって閉鎖される位置であって、上記シート部と上記着座部とが離隔するときには、上記弁室に露出する位置において、上記弁基体の内周壁の一部を外径方向に窪ませた環状溝を穿設し、上記弁基体の側壁に上記第２の流路側から上記環状溝に連通する第３の連通孔を穿設したことを特徴とする調圧逆止弁。
2. 上記高圧機器は、上記圧力流体として高圧源から高圧燃料を高圧燃料供給配管を経由して内部に導入し、該高圧燃料の圧力をノズル基体内に摺動可能に保持されたニードルの開弁方向と閉弁方向とに作用させ、圧電アクチュエータを駆動源として、開弁方向の圧力を増減して、上記ニードルを昇降せしめて、先端に設けた噴孔を開閉して内燃機関内への高圧燃料の噴射と停止とを制御する燃料噴射弁であって、
   上記燃料噴射弁は、上記第１の流路として、上記ニードルの背面側に高圧燃料を導入して閉弁方向の圧力を作用させる背圧室を区画し、上記第２の流路として、上記圧電アクチュエータの変位に応じて昇降する加圧ピストンの下面側に加圧室を区画し、
   上記背圧室と上記加圧室とを請求項１に記載の調圧逆止弁を介して連通せしめたことを特徴とする燃料噴射弁。

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