JP2003148283A

JP2003148283A - 弁装置およびそれを用いた燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2003148283A
Application number: JP2001340390A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Ito; 猪頭　　敏彦
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2003-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒステリシスを低減することにより駆動手段
におけるエネルギーロスを低減する弁装置およびそれを
用いた燃料噴射装置を提供する。【解決手段】ピエゾ素子７１が伸長すると、第一ピス
トン７２の移動により油圧室７４の油圧が増大し、第二
ピストン７３がピン部材７６を介して弁部材６１を駆動
し、低圧ポート３３を開放した後、高圧ポート２１２を
閉塞する。高圧ポート２１２の内径をＤ１、低圧ポート
３３の内径をＤ２とし、Ｄ１＞Ｄ２とすることにより、
弁部材６１の受圧面積が異なり、弁部材６１が弁座部３
２から離座し低圧ポート３３を開放するときよりも、弁
部材６１がフルリフトして高圧ポート２１２を閉塞する
ときに必要となる力が大きくなる。その結果、ピエゾア
クチュエータ７０の作動ヒステリシスが低減され、エネ
ルギーロスを低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弁装置およびそれ
を用いた燃料噴射装置に関し、特に圧電素子により油圧
を制御し、圧電素子から発生する電力を回収する弁装置
およびそれを用いた燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ディーゼルエンジンなどのエン
ジンに燃料を供給するシステムとしてコモンレール式の
燃料噴射システムが知られている。コモンレール式の燃
料噴射システムに用いられる燃料噴射装置では、ノズル
ニードルを閉弁方向へ付勢する燃料が蓄えられる背圧室
と高圧側または低圧側との連通を切り替えることにより
ノズルニードルを駆動している。これにより、噴孔の開
閉を制御し、噴孔からの燃料の噴射を断続している。従
来、背圧室と高圧側または低圧側との連通を切り替え
は、例えば欧州特許庁ＥＰ０９７６９２４に開示されて
いるように、ピエゾ素子などの圧電素子を有する駆動手
段を用いて弁体を移動させることによって実施されてい
る。

【０００３】上記のように圧電素子を用いた燃料噴射装
置では、例えば特表２０００−５０３８０７号公報に開
示されているように、例えばコンデンサなどのエネルギ
ー保持手段に蓄えられた電気的エネルギーを供給するこ
とにより駆動手段の圧電素子を伸長させ、そのエネルギ
ーを回収することにより圧電素子を収縮させるのが一般
的である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電素
子を収縮させる際に回収されるエネルギーは、通常伸長
させるときに供給されるエネルギーよりも小さい。その
ため、駆動手段に供給されるエネルギーと回収されるエ
ネルギーとの間の差が大きなほど電源の負荷の増大を招
き、駆動回路の体格の大型化ならびにコストの増大を招
いている。これら供給されるエネルギーと回収されるエ
ネルギーとの間に差が生じる最大の要因は、駆動手段の
発生力と弁体の変位特性との間に生じるヒステリシスで
ある。

【０００５】駆動手段の圧電素子にエネルギーを供給し
たとき駆動手段から発生する力と弁体の変位とが線形に
増加し、エネルギーを回収するとき駆動手段へ加わる力
と弁体の変位とがエネルギーが供給されているときと逆
の経過で減少するとヒステリシスは０となる。その結
果、ロスを生じることなくエネルギーを回収することが
できる。

【０００６】しかし、ＥＰ０９７６９２４に開示されて
いる燃料噴射装置では、弁体が低圧ポートの閉塞を解除
するときに最も大きな力を必要とし、弁体がフルリフト
して高圧ポートを閉塞するとき必要な力は小さくなり、
かつ最も大きな変位量を必要とする。そのため、駆動手
段の発生力と変位特性の関係は、図４に示すようにＯ−
Ａｐ（低圧ポートの閉塞解除）−Ｂｐ（高圧ポートの閉
塞）−Ｏ（低圧ポートの閉塞）の順に変化する。その結
果、面積Ｓｐに相当するヒステリシスすなわちエネルギ
ーのロスを生じる。

【０００７】そこで、本発明の目的は、ヒステリシスを
低減することにより駆動手段におけるエネルギーロスを
低減する弁装置およびそれを用いた燃料噴射装置を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１、２ま
たは５記載の弁装置によると、弁部材のリフト量が最大
となるときに必要な油圧は、弁部材が弁座部から離座す
るときに必要な油圧よりも大きい。そのため、駆動手段
の発生力と弁部材の変位特性との間に生じるヒステリシ
スが低下する。したがって、駆動手段で発生するエネル
ギーロスを低減することができ、駆動回路の小型化を図
ることができる。

【０００９】本発明の請求項３記載の燃料噴射装置によ
ると、請求項２記載の弁装置を備えている。弁部材は、
制御室内の油圧により低圧ポートを閉塞する方向の力を
受け、圧電素子の伸長により高圧ポートを閉塞する方向
の力を受ける。そして、弁部材が高圧ポートを閉塞して
いるとき、高圧側の油圧により弁部材に高圧ポートを開
放する方向へ加わる力は、弁部材が低圧ポートを閉塞し
ているとき、弁部材に制御室内の油圧により低圧ポート
を閉塞する方向へ加わる力より大きい。そのため、駆動
手段の発生力と弁部材の変位特性との間に生じるヒステ
リシスが低下し、駆動手段で発生するエネルギーロスを
低減する。したがって、駆動回路の小型化を図ることが
できる。

【００１０】本発明の請求項４記載の燃料噴射装置によ
ると、高圧ポートの内径をＤ１、ならびに低圧ポートの
内径をＤ２とすると、Ｄ１＞Ｄ２である。そのため、弁
部材がフルリフト状態となったとき、すなわち弁部材が
高圧ポートを閉塞するときに高圧側の油圧により高圧ポ
ートを開放する方向へ弁部材が受ける力は、弁部材が弁
座部から離座するとき、すなわち低圧ポートを開放する
ときに制御室の油圧により低圧ポートを閉塞する方向へ
弁部材が受ける力よりも小さくなる。したがって、駆動
手段の発生力と弁部材の変位特性との間に生じるヒステ
リシスが低下し、駆動手段で発生するエネルギーロスを
低減することができる。

【００１１】本発明の請求項６記載の燃料噴射装置によ
ると、請求項５記載の弁装置を備えている。弁部材は、
制御室内の油圧により低圧ポートを閉塞する方向の力を
受け、圧電素子の伸長により高圧ポートを閉塞する方向
の力を受ける。そして、弁部材が高圧ポートを閉塞して
いるとき、高圧側の油圧により弁部材に高圧ポートを開
放する方向へ加わる力は、弁部材が低圧ポートを閉塞し
ているとき、弁部材に制御室内の油圧により低圧ポート
を閉塞する方向へ加わる力より大きい。そのため、駆動
手段の発生力と弁部材の変位特性との間に生じるヒステ
リシスが低下し、駆動手段で発生するエネルギーロスを
低減する。したがって、駆動回路の小型化を図ることが
できる。

【００１２】本発明の請求項７記載の燃料噴射装置によ
ると、大ピストンの外径をｄ１、小ピストンの外径をｄ
２、高圧ポートの内径をＤ１、ならびに低圧ポートの内
径をＤ２とすると、Ｄ１／ｄ２＞Ｄ２／ｄ１である。そ
のため、弁部材がフルリフト状態となったとき、すなわ
ち弁部材が高圧ポートを閉塞するときに高圧側の油圧に
より高圧ポートを開放する方向へ弁部材が受ける力は、
弁部材が弁座部から離座するとき、すなわち低圧ポート
を開放するときに制御室の油圧により低圧ポートを閉塞
する方向へ弁部材が受ける力よりも小さくなる。したが
って、駆動手段の発生力と弁部材の変位特性との間に生
じるヒステリシスが低下し、駆動手段で発生するエネル
ギーロスを低減することができる。

【００１３】本発明の請求項８記載の燃料噴射装置によ
ると、噴孔からの燃料の噴射を断続する弁部材は、制御
室内の油圧により弁座部に着座する方向の力を受け、圧
電素子の伸長により弁座部から離座する方向の力を受け
る。ノズルニードルのリフト量が最大となるときに必要
となる制御室の油圧は、ノズルニードルが弁座部から離
座するときに必要な制御室の油圧よりも大きい。そのた
め、駆動手段の発生力と弁部材の変位特性との間に生じ
るヒステリシスが低下し、駆動手段で発生するエネルギ
ーロスを低減する。したがって、駆動回路の小型化を図
ることができる。

【００１４】本発明の請求項９記載の燃料噴射装置によ
ると、大ピストンの外径をｄ１、小ピストンの外径をｄ
２、弁座部の内径をｄ３、ノズルニードルの外径をｄ
４、付勢手段の付勢力をｆｓ、ならびに燃料の圧力をＰ
ｃとすると、ｆｓ＞π／４×４×ｄ３²×（ｄ２²−ｄ４
²）／（ｄ１²−ｄ２²）である。そのため、ノズルニー
ドルがフルリフト状態となったとき、ノズルニードルが
制御室の油圧により受ける力は、ノズルニードルが弁座
部から離座するとき、ノズルニードルが制御室の油圧に
より受ける力よりも小さくなる。したがって、駆動手段
の発生力と弁部材の変位特性との間に生じるヒステリシ
スが低下し、駆動手段で発生するエネルギーロスを低減
することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
複数の実施例を図面に基づいて説明する。（第１実施例）本発明の第１実施例による燃料噴射装置
を図１に示す。本実施例による燃料噴射装置は、コモン
レール式の燃料噴射システムに適用される。図１に示す
ように、燃料噴射装置１は、ハウジング１０、ならびに
プレート部材２１、プレート部材２２および制御室形成
部材３０を挟んでハウジング１０とリテーニングナット
２３により結合されているノズルボディ４０とを備えて
いる。

【００１６】ノズルボディ４０の先端には噴孔４１が形
成されている。ノズルボディ４０の内部には、ノズルニ
ードル５０が軸方向へ往復移動可能に収容されている。
ノズルボディ４０およびノズルニードル５０から特許請
求の範囲に記載のノズル部が構成されている。ノズルニ
ードル５０の先端部にはシート部５１が形成されてお
り、シート部５１はノズルボディ４０の噴孔４１の入口
側に形成されている弁座部４２と当接可能である。ノズ
ルニードル５０が図１の上方へ移動しシート部５１が弁
座部４２から離座することにより、噴孔４１から燃料が
噴射される。一方、ノズルニードル５０が図１の下方へ
移動しシート部５１が弁座部４２へ着座することによ
り、噴孔４１からの燃料の噴射が閉塞される。ノズルボ
ディ４０には、反噴孔側の端部のプレート部材２２との
間に背圧室４３が形成されている。背圧室４３にはスプ
リング４４が収容されており、背圧室４３に蓄えられて
いる高圧の燃料およびスプリング４４の付勢力によりノ
ズルニードル５０は噴孔閉塞方向すなわちシート部５１
が弁座部４２へ着座する方向へ付勢されている。背圧室
４３およびスプリング４４により特許請求の範囲に記載
の付勢部が構成されている。

【００１７】図示しないコモンレールから高圧燃料通路
１１を経由してノズルボディ４０の燃料通路４５に供給
された燃料は、燃料溜まり４６、ノズルニードル５０と
ノズルボディ４０との間に形成される隙間を経由してノ
ズルニードル５０の先端に供給される。高圧燃料通路１
１を経由してコモンレールから供給された燃料の一部
は、ノズルボディ４０の反噴孔側に設置されているプレ
ート部材２１の燃料通路２１１を経て制御室形成部材３
０に形成されている制御室３１に供給される。

【００１８】弁装置６０は、弁部材６１および駆動手段
としてピエゾアクチュエータ７０を備えている。弁装置
６０は、弁部材６１、ピエゾアクチュエータ７０、ハウ
ジング１０、プレート部材２１および制御室形成部材３
０から構成されている。ピエゾアクチュエータ７０のピ
エゾ素子７１は、図２に示すように駆動回路１００に接
続されている。弁部材６１は半球状に形成されており、
制御室形成部材３０に形成されている制御室３１に設置
されている。弁部材６１は、制御室３１の内部を図１の
上下方向へ往復移動可能である。制御室形成部材３０の
内周面はテーパ状に形成されており、テーパ状の内周面
に弁部材６１が着座可能な弁座部３２が形成されてい
る。制御室形成部材３０には、低圧側に連通する低圧ポ
ート３３が形成されており、弁部材６１が弁座部３２に
着座することにより制御室３１と低圧ポート３３との連
通は閉塞される。低圧側は、ハウジング１０に形成され
ている低圧室１２と、ハウジング１０および制御室形成
部材３０に形成されている低圧通路１３、３４とから構
成されている。

【００１９】制御室３１には高圧側に連通する高圧ポー
ト２１２が連通している。高圧ポート２１２はプレート
部材２１に形成されており、高圧ポート２１２は燃料通
路２１１を経由して高圧燃料通路１１と連通している。
また、制御室３１には背圧室４３に連通する制御油圧通
路２４が連通している。制御油圧通路２４は、制御室３
１からプレート部材２１およびプレート部材２２を経由
して背圧室４３へ連通している。制御油圧通路２４には
オリフィス２４１が設置されている。高圧ポート２１２
の内径は低圧ポート３３の内径よりも大きく形成されて
いる。すなわち、高圧ポート２１２の内径をＤ１、低圧
ポート３３の内径をＤ２とすると、Ｄ１＞Ｄ２である。

【００２０】ピエゾアクチュエータ７０は、圧電素子と
してのピエゾ素子７１、第一ピストン７２および第二ピ
ストン７３を有している。ピエゾ素子７１は、図２に示
すように駆動回路１００に接続され、図示しないＥＣＵ
からの命令にしたがって電気的なエネルギーが供給され
る。ピエゾ素子７１は、エネルギーの供給が断続される
と伸縮する。ピエゾ素子７１が収縮するときピエゾ素子
７１から発生するエネルギーは、駆動回路１００のエネ
ルギー保持手段としてのコンデンサ１０７に回収され
る。ピエゾ素子７１および第一ピストン７２は、ハウジ
ング１０に形成されているピエゾシリンダ１４に収容さ
れている。第一ピストン７２はピエゾ素子７１の噴孔４
１側の端部に当接しており、ピエゾ素子７１の伸縮にと
もなってピエゾシリンダ１４の内部を往復摺動する。第
一ピストン７２の反ピエゾ素子７１側には、油圧室７４
が形成されている。油圧室７４は、第一ピストン７２の
移動により容積が変化する。油圧室７４には皿ばね７５
が設置されており、皿ばね７５は第一ピストン７２をピ
エゾ素子７１方向へ付勢している。これにより、ピエゾ
素子７１へのエネルギーの供給が停止されると、第一ピ
ストン７２は図１の上方へ移動する。

【００２１】第二ピストン７３は、ハウジング１０に形
成されているシリンダ１５に図１の上下方向へ往復摺動
可能に収容されている。第二ピストン７３の一方の端部
は油圧室７４に面しており、第二ピストン７３は油圧室
７４の油圧を受けて図１の下方へ移動可能である。ま
た、第二ピストン７３の他方の端部は低圧室１２に面し
ている。第二ピストン７３の他方の端部にはピン部材７
６が接続されている。ピン部材７６の反第二ピストン７
３側の端部は弁部材６１と当接可能である。ピン部材７
６と弁部材６１とが当接することにより、弁部材６１は
第二ピストン７３の移動に合わせて図１の上下方向へ移
動する。

【００２２】駆動回路１００は、図２に示すようにＤＣ
／ＤＣコンバータ１０１、ダイオード１０２、１０３、
１０４、１０５、１０６、コンデンサ１０７およびコイ
ル１０８などから構成されている。ピエゾアクチュエー
タ７０のピエゾ素子７１は駆動回路１００のコンデンサ
１０７と並列に接続されている。ピエゾ素子７１が伸長
するときコンデンサ１０７および図示しない電源からピ
エゾ素子７１へ電気的なエネルギーが供給され、ピエゾ
素子７１が収縮するときピエゾ素子７１から放出される
電気的エネルギーはコンデンサ１０７に回収される。こ
の場合、ＳＷ３をＯＮにし、ＳＷ１のＯＮ−ＯＦＦを切
り替えることにより、コンデンサ１０７に蓄えられたエ
ネルギーがコイル１０８を介してピエゾ素子７１へ供給
される。ＳＷ３をＯＦＦにし、ＳＷ２のＯＮ−ＯＦＦを
切り替えることによりピエゾ素子７１から発生するエネ
ルギーはコンデンサ１０７に回収される。

【００２３】また、図３に示すような駆動回路１１０を
使用することも可能である。この場合、ＳＷ３をＯＮす
ることによりコンデンサ１１１に蓄えられているエネル
ギーがコイル１１２を介してピエゾ素子７１へ供給され
る。ＳＷ３をＯＦＦにし、ＳＷ４をＯＮにすると、ピエ
ゾ素子７１から放出されるエネルギーはコンデンサ１１
１に回収される。なお、第１実施例では、図２に示す駆
動回路１００または図３に示す駆動回路１１０のいずれ
を用いてもよい。

【００２４】次に、第１実施例による燃料噴射装置１の
作動について説明する。ピエゾ素子７１にエネルギーが
供給されていないとき、皿ばね７５の付勢力により第一
ピストン７２は図１の上方へ移動し、油圧室７４の容積
が最大となる位置で停止している。このとき、弁部材６
１は制御室３１に高圧燃料通路１１から供給されている
高圧の燃料の圧力により図１の上方への力を受け、弁座
部３２に着座している。弁部材６１とピン部材７６を介
して当接している第二ピストン７３は、油圧室７４の油
圧による力が加えられないため、弁部材６１とともに図
１の上方へ移動し停止している。

【００２５】さらに、このとき、背圧室４３には高圧燃
料通路１１から制御室３１および制御油圧通路２４を経
て高圧の燃料が供給されている。また、ノズルニードル
５０のシート部５１の周囲にも高圧燃料通路１１から高
圧の燃料が供給されている。ノズルニードル５０のシー
ト部５１の周囲の燃料によりノズルニードル５０が噴孔
開放方向へ受ける力は、ノズルニードル５０が背圧室４
３に蓄えられている高圧の燃料およびスプリング４４の
付勢力により噴孔閉塞方向へ受ける力より小さい。その
ため、シート部５１は弁座部４２に着座している。した
がって、ピエゾ素子７１にエネルギーが供給されていな
いとき、噴孔４１からの燃料の噴射は停止されている。

【００２６】ピエゾ素子７１にエネルギーが供給される
と、ピエゾ素子７１は図１の下方へ伸長する。ピエゾ素
子７１の伸長にともなって第一ピストン７２は油圧室７
４方向へ移動し、油圧室７４の容積が小さくなる。その
ため、油圧室７４の油圧は増大する。油圧室７４の油圧
が増大し、第二ピストン７３を弁部材６１方向へ移動さ
せる力が制御室３１の油圧により弁部材６１を弁座部３
２に着座させる力よりも大きくなると、第二ピストン７
３は図１の下方へ移動する。第二ピストン７３の移動に
ともなってピン部材７６と当接している弁部材６１は図
１の下方へ移動する。これにより、低圧ポート３３は開
放され、制御室３１と低圧側とは連通する。制御室３１
と低圧側とが連通すると、制御室３１内の燃料は低圧室
１２および燃料通路３４、１３へと流出する。一方、弁
部材６１は第二ピストン７３の移動にともなってプレー
ト部材２１に形成されている高圧ポート２１２を閉塞す
る。高圧ポート２１２が閉塞されると制御室３１への高
圧の燃料の供給が停止されるため、制御室３１の内部の
圧力が低下する。これにより、制御室３１に連通してい
る背圧室４３の圧力も低下し、ノズルニードル５０を噴
孔閉塞方向へ付勢する力が減少する。そして、ノズルニ
ードル５０のシート部５１の周辺に供給されている高圧
の燃料によりノズルニードル５０が噴孔開放方向へ受け
る力が背圧室４３の燃料の圧力およびスプリング４４の
付勢力により噴孔閉塞方向へ受ける力より大きくなる
と、ノズルニードル５０は図１の上方へリフトする。そ
の結果、シート部５１は弁座部４２から離座し、噴孔４
１から燃料が噴射される。

【００２７】ピエゾ素子７１へ供給されたエネルギーを
放出させると、ピエゾ素子７１は図１の上方へ収縮す
る。ピエゾ素子７１が収縮することにより、皿ばね７５
の付勢力によって第一ピストン７２は図１の上方へ移動
し、油圧室７４の容積が拡大する。そのため、油圧室７
４の油圧は低下する。油圧室７４の油圧が低下し第二ピ
ストン７３を弁部材６１方向へ移動させる力が制御室３
１の油圧により弁部材６１を弁座部３２へ着座させる力
よりも小さくなると、第二ピストン７３は図１の上方へ
移動する。そして、高圧ポート２１２の燃料の圧力によ
り、弁部材６１は図１の上方へ移動し弁座部３２に着座
する。これにより、制御室３１は高圧側と連通し、再び
制御室３１の内部の圧力は上昇する。その結果、制御室
３１に連通している背圧室４３の圧力も増大し、ノズル
ニードル５０を噴孔閉塞方向へ付勢する力が増大する。
そして、ノズルニードル５０が背圧室４３の燃料および
スプリング４４の付勢力により噴孔閉塞方向へ受ける力
がシート部５１周辺の燃料により噴孔開放方向へ受ける
力より大きくなると、ノズルニードル５０は図１の下方
へ移動し、シート部５１は弁座部４２に着座する。これ
により、噴孔４１からの燃料の噴射が終了する。

【００２８】また、このときピエゾ素子７１は油圧室７
４の油圧および皿ばね７５の付勢力により収縮する力を
受けるため、ピエゾ素子７１からは電気的なエネルギー
が放出される。ピエゾ素子７１から放出されたエネルギ
ーは駆動回路１００へ出力され、駆動回路１００のコン
デンサ１０７に一時的に蓄えられる。コンデンサ１０７
に蓄えられたエネルギーは、次の作動においてピエゾ素
子７１へ供給されるエネルギーとして利用される。

【００２９】次に、第１実施例の燃料噴射装置１の作動
特性について説明する。第１実施例では、高圧ポート２
１２の内径をＤ１とし、低圧ポート３３の内径をＤ２と
すると、Ｄ１＞Ｄ２に設定している。これにより、弁部
材６１がフルリフトし高圧ポート２１２を閉塞すると
き、弁部材６１に高圧ポート２１２を閉塞する方向へ加
える力をＦｆとし、弁部材６１が弁座部３２から離座し
低圧ポート３３を開放するとき、弁部材６１に低圧ポー
ト３３を開放する方向へ加える力をＦｐとすると、Ｆｆ
＞Ｆｐとなる。これは、下記の理由による。

【００３０】弁部材６１が高圧ポート２１２を閉塞する
とき、ならびに弁部材６１が低圧ポート３３を開放する
とき、いずれも制御室３１には高圧燃料通路１１から高
圧の燃料が供給されている。そのため、弁部材６１の移
動に必要となる力は、弁部材６１が高圧ポート２１２を
閉塞するときの受圧面積、ならびに弁部材６１が低圧ポ
ート３３を開放するときの受圧面積に相関する。その結
果、弁部材６１が弁座部３２から離座するとき、弁部材
６１に加える力は低圧ポート３３の外径Ｄ２に対応する
大きさであり、弁部材６１がフルリフトするとき、弁部
材６１に加える力は高圧ポート２１２の外径Ｄ１に対応
する大きさとなる。したがって、弁部材６１がフルリフ
トするときに必要な力Ｆｆは、弁部材６１が弁座部３２
から離座するときに必要な力Ｆｐよりも大きくなる。

【００３１】上記の結果、第１実施例の燃料噴射装置１
では、次のような作動特性を有する。図４に示すように
低圧ポート３３を閉塞した状態Ｏからピエゾ素子７１に
エネルギーを供給すると、ピエゾ素子７１の変位量にと
もなって弁部材６１の駆動に必要となる発生力が増大
し、エネルギーＥ１で発生力がＡ１（＝Ｆｐ）に達し、
弁部材６１は弁座部３２から離座し低圧ポート３３を開
放する。低圧ポート３３を開放した後、ピエゾ素子７１
の変位量とともに発生力が増大し、ピエゾ素子７１に供
給されるエネルギーがＥ３で発生力がＢ１（＝Ｆｆ）に
達し、弁部材６１はフルリフトとなり高圧ポート２１２
を閉塞する。ピエゾ素子７１のエネルギーを放出させる
と、低圧ポート３３を閉塞した状態Ｏへと移行する。こ
のとき、発生力と変位との関係はＯ−Ａ１−Ｂ１−Ｏと
なり、このＯ−Ａ１−Ｂ１−Ｏにより包囲された面積Ｓ
１が第１実施例による燃料噴射装置１の作動ヒステリシ
スとなる。

【００３２】従来の場合、弁部材が弁座部から離座し低
圧ポートを開放するとき弁部材の駆動に必要となる力Ａ
ｐは、弁部材がフルリフトし高圧ポートを閉塞するとき
弁部材の駆動に必要となる力Ｂｐよりも小さい。そのた
め、発生力と変位との関係はＯ−Ａｐ−Ｂｐ−Ｏとな
り、このＯ−Ａｐ−Ｂｐ−Ｏにより包囲された面積Ｓｐ
が従来の燃料噴射装置の作動ヒステリシスとなる。

【００３３】以上、説明したように、本発明の第１実施
例による燃料噴射装置１によると、弁部材６１がフルリ
フトとなるときに必要な力Ｆｆならびに必要な油圧Ｐｆ
は、弁部材６１が弁座部３２から離座するときに必要な
力Ｆｐならびに必要な油圧Ｐｐよりも大きい。そのた
め、ピエゾアクチュエータ７０の作動ヒステリシスを大
幅に減少することができる。したがって、ピエゾアクチ
ュエータ７０におけるエネルギーロスを低減することが
でき、ピエゾアクチュエータ７０および駆動回路１００
の小型化を図ることができる。また、第１実施例では、
高圧ポート２１２の内径を低圧ポート３３の外径よりも
大きくするだけであるので、簡単な構造とすることがで
きる。

【００３４】（第２実施例）本発明の第２実施例による
燃料噴射装置２を図５に示す。第１実施例と実質的に同
一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第２実施例による燃料噴射装置２は、ピエゾアクチュエ
ータ８０の構成が第１実施例と異なる。その他の構成は
第１実施例と同一である。

【００３５】ピエゾアクチュエータ８０は、ピエゾ素子
８１、ピエゾピストン８２、大ピストン８３および小ピ
ストン８４を有している。ピエゾ素子８１およびピエゾ
ピストン８２は、ハウジング１０に形成されているピエ
ゾシリンダ１４に収容されている。ピエゾピストン８２
はピエゾ素子８１の噴孔４１側の端部に当接しており、
ピエゾ素子８１の伸縮にともなってピエゾシリンダ１４
の内部を往復摺動する。ピエゾピストン８２の反ピエゾ
素子８１側には、油圧室８５が形成されている。油圧室
８５は、ピエゾピストン８２の移動により容積が変化す
る。油圧室８５には皿ばね８６が設置されており、皿ば
ね８６はピエゾピストン８２をピエゾ素子８１方向へ付
勢している。これにより、ピエゾ素子８１のエネルギー
が放出されると、ピエゾピストン８２はピエゾ素子８１
の収縮にともなって図５の上方へ移動する。

【００３６】大ピストン８３は、ハウジング１０に形成
されている大シリンダ１６に図５の上下方向へ往復摺動
可能に収容されている。大ピストン８３の一方の端部は
油圧室８５に面しており、油圧室８５の油圧を受けて図
５の下方へ移動可能である。また、大ピストン８３の他
方の端部はハウジング１０の大シリンダ１６の端部に形
成されているストッパ１７と当接可能である。大ピスト
ン８３は所定のストローク移動すると、ストッパ１７と
当接し移動を停止する。大ピストン８３は、筒状に形成
されており、内部に小ピストン８４を収容する小シリン
ダ８３１を有している。大ピストン８３の油圧室８５側
の端部と小シリンダ８３１とは小孔８３２により連通し
ている。

【００３７】小ピストン８４は、大ピストン８３の内部
に形成されている小シリンダ８３１に図５の上下方向へ
往復摺動可能に収容されている。小ピストン８４の一方
の端部は小孔８３２に面しており、小ピストン８４は小
孔８３２を介して油圧室８５の油圧を受けて図５の下方
へ移動可能である。また、小ピストン８４の他方の端部
は低圧室１２に面している。小ピストン８４の他方の端
部にはピン部材８７が接続されている。ピン部材８７の
反小ピストン８４側の端部は弁部材６１と当接可能であ
る。ピン部材８７と弁部材６１とが当接することによ
り、弁部材６１は小ピストン８４の移動に合わせて図５
の上下方向へ移動する。

【００３８】第２実施例では、ピエゾピストン８２の外
径をｄｐ、大ピストン８３の外径をｄ１、小ピストン８
４の外径をｄ２、高圧ポート２１２の内径をＤ１、低圧
ポート３３の内径をＤ２、およびピン部材８７の外径を
ｄｉとすると、ｄｐ＞ｄ１＞ｄ２＞Ｄ１＞Ｄ２＞ｄｉで
ある。また、ピエゾピストン８２の移動量は１５〜２５
μｍ、大ピストン８３の移動量は５〜１０μｍ、小ピス
トン８４の移動量および弁部材６１の移動量はそれぞれ
２０〜４０μｍに設定している。

【００３９】次に、第２実施例による燃料噴射装置２の
作動について説明する。ピエゾ素子８１にエネルギーが
供給されていないとき、皿ばね８６の付勢力によりピエ
ゾピストン８２は図５の上方へ移動し、油圧室８５の容
積が最大となる位置で停止している。このとき、弁部材
６１は制御室３１に高圧燃料通路１１から供給されてい
る高圧の燃料の圧力により図５の上方への力を受け、弁
座部３２に着座している。弁部材６１とピン部材８７を
介して当接している小ピストン８４、ならびに小ピスト
ン８４と当接している大ピストン８３は、油圧室８５の
油圧による力が加えられないため、弁部材６１とともに
図５の上方へ移動し停止している。

【００４０】さらに、このとき、背圧室４３には高圧燃
料通路１１から制御室３１および制御油圧通路２４を経
て高圧の燃料が供給されている。また、ノズルニードル
５０のシート部５１の周囲にも高圧燃料通路１１から高
圧の燃料が供給されている。ノズルニードル５０のシー
ト部５１の周囲の燃料によりノズルニードル５０が噴孔
開放方向へ受ける力は、ノズルニードル５０が背圧室４
３に蓄えられている高圧の燃料およびスプリング４４の
付勢力により噴孔閉塞方向へ受ける力より小さい。その
ため、シート部５１は弁座部４２に着座している。した
がって、ピエゾ素子７１にエネルギーが供給されていな
いとき、噴孔４１からの燃料の噴射は停止されている。

【００４１】ピエゾ素子７１にエネルギーが供給される
と、ピエゾ素子７１は図５の下方へ伸長する。ピエゾ素
子７１の伸長にともなってピエゾピストン８２は油圧室
８５方向へ移動し、油圧室８５の容積が小さくなる。そ
のため、油圧室８５の油圧は増大する。油圧室８５の油
圧が増大し、大ピストン８３および小ピストン８４を弁
部材６１方向へ移動させる力が制御室３１の油圧により
弁部材６１を弁座部３２に着座させる力よりも大きくな
ると、大ピストン８３および小ピストン８４は一体とな
って弁部材６１方向へ移動する。

【００４２】このとき、大シリンダ１６の弁部材６１側
の端部にはストッパ１７が形成されているため、大ピス
トン８３とストッパ１７とが当接すると、大ピストン８
３の移動は制限される。一方、小ピストン８４は大ピス
トン８３の内部に形成されている小シリンダ８３１の内
部を移動可能であるため、小ピストン８４は大ピストン
８３の移動が制限された後も小孔８３２を介して油圧室
８５から導入された油圧により図５の下方への移動を継
続する。大ピストン８３および小ピストン８４の移動に
ともなってピン部材８７と当接している弁部材６１は図
５の下方へ移動する。これにより、低圧ポート３３は開
放され、制御室３１と低圧側とは連通する。

【００４３】制御室３１と低圧側とが連通すると、制御
室３１内の燃料は低圧室１２および燃料通路３４、１３
へと流出する。一方、弁部材６１は大ピストン８３およ
び小ピストン８４の移動にともなってプレート部材２１
に形成されている高圧ポート２１２を閉塞する。高圧ポ
ート２１２が閉塞されると制御室３１への高圧の燃料の
供給が停止されるため、制御室３１の内部の圧力が低下
する。これにより、制御室３１に連通している背圧室４
３の圧力も低下し、ノズルニードル５０を噴孔閉塞方向
へ付勢する力が減少する。そして、ノズルニードル５０
のシート部５１の周辺に供給されている高圧の燃料によ
りノズルニードル５０が噴孔開放方向へ受ける力が背圧
室４３の燃料の圧力およびスプリング４４の付勢力によ
り噴孔閉塞方向へ受ける力より大きくなると、ノズルニ
ードル５０は図５の上方へリフトする。その結果、シー
ト部５１は弁座部４２から離座し、噴孔４１から燃料が
噴射される。

【００４４】ピエゾ素子８１のエネルギーが放出される
と、ピエゾ素子８１は図５の上方へ収縮する。ピエゾ素
子８１が収縮することにより、皿ばね８６の付勢力によ
ってピエゾピストン８２は図５の上方へ移動し、油圧室
８５の容積が拡大する。そのため、油圧室８５の油圧は
低下する。油圧室８５の油圧が低下し小ピストン８４を
弁部材６１方向へ移動させる力が制御室３１の油圧によ
り弁部材６１を弁座部３２に着座させる力よりも小さく
なると、小ピストン８４は大ピストン８３方向へ移動す
る。そして、高圧ポート２１２の燃料の圧力により、弁
部材６１は図５の上方へ移動し弁座部３２に着座する。
小ピストン８４が図５の上方へ移動し大ピストン８３と
当接すると、小ピストン８４および大ピストン８３は一
体となって図５の上方へ移動する。弁部材６１が弁座部
３２に着座することにより、制御室３１は高圧側と連通
し、再び制御室３１の内部の圧力は上昇する。その結
果、制御室３１に連通している背圧室４３の圧力も増大
し、ノズルニードル５０を噴孔閉塞方向へ付勢する力が
増大する。そして、ノズルニードル５０は図５の下方へ
移動し、シート部５１は弁座部４２に着座する。これに
より、噴孔４１からの燃料の噴射が終了する。

【００４５】次に、第２実施例による燃料噴射装置２の
作動特性について説明する。上述のように、大ピストン
８３の外径はｄ１、小ピストン８４の外径はｄ２、高圧
ポート２１２の内径はＤ１、および低圧ポート３３の内
径はＤ２とする。また、高圧ポート２１２の燃料の圧力
すなわちコモンレールに蓄えられている燃料の圧力をＰ
ｃとする。さらに、ピエゾ素子７１が伸長し、弁部材６
１が弁座部３２から離座して低圧ポート３３を開放する
ときの油圧室８５の油圧をＰｐ、ならびに弁部材６１が
フルリフトして高圧ポート２１２を閉塞するときの油圧
室８５の油圧をＰｆとする。この場合、低圧ポート３３
を開放するために必要な力Ｆｐならびに高圧ポート２１
２を閉塞するために必要な力Ｆｆは、次のようになる。

【００４６】Ｆｐ＝π／４×Ｄ２²×Ｐｃ＝π／４×ｄ１²×ＰｐＦｆ＝π／４×Ｄ１²×Ｐｃ＝π／４×ｄ２²×Ｐｆ以上の２式から、ピエゾ素子８１から発生する発生力に
必要となる条件はＰｆ＞Ｐｐであるため、Ｄ１／ｄ２＞
Ｄ２／ｄ１となる。したがって、第２実施例では、この
関係を満たすように大ピストン８３の外径ｄ１、小ピス
トン８４の外径ｄ２、高圧ポート２１２の内径Ｄ１、お
よび低圧ポート３３の内径Ｄを設定する必要がある。

【００４７】上記の結果、第２実施例の燃料噴射装置２
では、次のような作動特性を有する。第２実施例では、
大ピストン８３の外径は大きいため、油圧室８５の油圧
を受ける受圧面積が増大する。その結果、より小さな油
圧室８５の油圧により大ピストン８３、小ピストン８４
および弁部材６１を移動させることができる。これによ
り、図４に示すように従来の発生力Ａｐよりも小さな発
生力Ａ２（＝Ｆｐ）のとき低圧ポート３３は開放され
る。このとき、ピエゾ素子８１に供給されるエネルギー
も小さくすることができる。

【００４８】一方、大ピストン８３の受圧面積が拡大し
ているため、ピエゾ素子８１の変位量を増大しなければ
弁部材６１を駆動することができない。第２実施例で
は、大ピストン８３と小ピストン８４とを別部材として
構成することにより、大ピストン８３が移動しストッパ
１７と当接すると、大ピストン８３の移動は規制され
る。そのため、受圧面積の小さな小ピストン８４のみが
移動し、ピエゾ素子８１に必要とされる変位量は低減す
ることができる。但し、受圧面積の小さな小ピストン８
４を駆動するために必要となる力は大きくなり、従来の
Ｂｐよりも変位量が小さく発生力が大きなＢ２（＝Ｆ
ｆ）になったとき高圧ポート２１２は閉塞される。この
とき、ピエゾ素子８１に供給されるエネルギーはＥ２で
ある。したがって、発生力と変位との関係は、Ｏ−Ａ２
−Ｂ２−Ｏとなり、このＯ−Ａ２−Ｂ２−Ｏにより包囲
された面積Ｓ２が第２実施例による燃料噴射装置の作動
ヒステリシスとなる。

【００４９】以上、説明したように、本発明の第２実施
例による燃料噴射装置２によると、第１実施例と同様
に、弁部材６１がフルリフトとなるときに必要な力Ｆｆ
ならびに必要な油圧Ｐｆは、弁部材６１が弁座部３２か
ら離座するときに必要な力Ｆｐならびに必要な油圧Ｐｐ
よりも大きい。そのため、ピエゾアクチュエータ８０の
作動ヒステリシスを大幅に減少することができる。ま
た、第２実施例では、大ピストン８３と小ピストン８４
を別体の構成とし、大ピストン８３の移動量を小ピスト
ン８４の移動量よりも小さくすることにより、ピエゾ素
子８１の変位量を小さくすることができる。したがっ
て、ピエゾアクチュエータ８０を小型化することができ
る。

【００５０】（第３実施例）本発明の第３実施例による
燃料噴射装置を図６に示す。第１実施例と実質的に同一
の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。第
３実施例では、ピエゾアクチュエータにより直接弁装置
としての燃料噴射装置を駆動する。すなわち、第３実施
例のノズルニードルは第１実施例の弁部材に相当する。
第１実施例および第２実施例ではピエゾアクチュエータ
の伸縮によって駆動される弁部材により背圧室の圧力を
制御することによりノズルニードルを駆動していたが、
第３実施例ではピエゾアクチュエータの伸縮によってノ
ズルニードルを直接駆動している。

【００５１】図６に示すように、本発明の第３実施例に
よる燃料噴射装置３は、ノズルボディ４０、弁部材とし
てのノズルニードル１２０、駆動手段としての小ピスト
ン１３０、大ピストン１４０、図示しないハウジング、
およびピエゾアクチュエータ１５０、ならびに駆動回路
１００から構成されている。ノズルボディ４０および駆
動回路１００は、上述の第１実施例と同様である。

【００５２】ノズルニードル１２０は、ノズルボディ４
０の内部に軸方向へ往復移動可能に収容されている。ノ
ズルニードル１２０には噴孔４１側の端部にシート部１
２１が形成されており、シート部１２１はノズルボディ
４０の弁座部４２と当接可能である。ノズルニードル１
２０の反シート部側の端部には小ピストン１３０が一体
に接続されている。小ピストン１３０は、筒形状に形成
されており、内部に形成されているスプリング室１３１
に付勢手段としてのスプリング１３２を収容している。
スプリング１３２は、小ピストン１３０を噴孔閉塞方向
すなわちシート部１２１が弁座部４２へ着座する方向へ
付勢している。小ピストン１３０は、筒状に形成されて
いる大ピストン１４０の内周側に摺動可能に収容されて
いる。小ピストン１３０および大ピストン１４０は、図
示しないハウジングに形成されている大シリンダ１６０
に収容されている。大ピストン１４０は、大シリンダ１
６０の内部に軸方向へ往復移動可能に収容されている。
大シリンダ１６０の噴孔４１側の端部には制御室１６１
が形成されている。制御室１６１は高圧燃料通路１１と
連通しており、オリフィス１６２を経由してコモンレー
ルに蓄わえらている高圧の燃料が供給される。制御室１
６１には皿ばね１６３が収容されており、皿ばね１６３
は大ピストン１４０を図６の上方へ付勢している。

【００５３】ピエゾアクチュエータ１５０は、ピエゾ素
子１５１およびピエゾピストン１５２を有している。ピ
エゾ素子１５１およびピエゾピストン１５２は、図示し
ないハウジングに形成されているピエゾシリンダ１７０
の内部に収容されている。ピエゾピストン１５２は、ピ
エゾシリンダ１７０の内部を軸方向へ往復移動可能であ
る。ピエゾシリンダ１７０の反ピエゾ素子１５１側には
油圧室１７１が形成されている。油圧室１７１には皿ば
ね１７２が収容されており、皿ばね１７２はピエゾピス
トン１５２をピエゾ素子１５１方向へ付勢している。油
圧室１７１は、油圧通路１８０を経由して制御室１６１
と連通している。

【００５４】次に、第３実施例による燃料噴射装置３の
作動について説明する。ピエゾ素子１５１にエネルギー
が供給されていないとき、皿ばね１７２の付勢力により
ピエゾピストン１５２は図６の上方へ移動し、油圧室１
７１の容積が最大となる位置で停止している。このと
き、スプリング室１３１に導入されている高圧の燃料お
よびスプリング１３２の付勢力により小ピストン１３
０、小ピストン１３０に当接している大ピストン１４
０、ならびに小ピストン１３０と一体のノズルニードル
１２０は図６の下方への力を受け、ノズルニードル１２
０のシート部１２１は弁座部４２に着座している。した
がって、ピエゾ素子１５１にエネルギーが供給されてい
ないとき、噴孔４１からの燃料の噴射は停止されてい
る。

【００５５】ピエゾ素子１５１にエネルギーが供給され
ると、ピエゾ素子１５１は図６の下方へ伸長する。ピエ
ゾ素子１５１の伸長にともなってピエゾピストン１５２
は油圧室１７１方向へ移動し、油圧室１７１の容積が小
さくなる。そのため、油圧室１７１の油圧は増大する。
増大した油圧は油圧室１７１から制御室１６１へ導入さ
れ、制御室１６１の圧力が増大する。増大した制御室１
６１の油圧により大ピストン１４０および小ピストン１
３０は一体となって図６の上方へ移動する。これによ
り、小ピストン１３０と一体のノズルニードル１２０は
図６の上方へ移動し、シート部１２１が弁座部４２から
離座する。その結果、噴孔４１から燃料が噴射される。

【００５６】一方、小ピストン１３０と一体となって図
６の上方へ移動した大ピストン１４０は、大シリンダ１
６０の反噴孔側の端面であるストッパ１６４と当接して
移動が規制される。そのため、大ピストン１４０の移動
が規制された後は、小ピストン１３０が単独で図６の上
方へ移動する。

【００５７】ノズルニードル１２０のシート部１２１が
弁座部４２に着座しているとき、スプリング室１３１に
供給される高圧の燃料により弁座部４２の内周側の面積
に加わる油圧がノズルニードル１２０に加わる噴孔閉塞
方向の力となる。そのため、制御室１６１で増大する油
圧と大ピストン１４０および小ピストン１３０の受圧面
積の積がノズルニードル１２０に加わる噴孔開放方向の
力となる。したがって、ノズルニードル１２０に加わる
噴孔開放方向の力が噴孔閉塞方向の力を上回ったとき、
小ピストン１３０、大ピストン１４０およびノズルニー
ドル１２０はリフトし、噴孔４１から燃料が噴射され
る。

【００５８】大ピストン１４０および小ピストン１３０
を別体に構成することにより、大ピストン１４０の受圧
面積が拡大されることから、ピエゾ素子１５１の伸長に
よる油圧の増大が小さくても大ピストン１４０、小ピス
トン１３０およびノズルニードル１２０を駆動すること
ができる。また、大ピストン１４０が所定のストローク
移動した後、ストッパ１６４によりその移動が規制さ
れ、小ピストン１３０のみが移動するため、小ピストン
１３０の移動のために必要な油圧を低減することができ
る。すなわち、ノズルニードル１２０のシート部１２１
が弁座部４２から離座するときに必要な力Ｆｐは、ノズ
ルニードル１２０がフルリフトするときに必要な力Ｆｆ
よりも小さくすることができる。

【００５９】ピエゾ素子１５１のエネルギーが放出され
ると、ピエゾ素子１５１は図６の上方へ収縮する。ピエ
ゾ素子１５１が収縮することにより、皿ばね１７２の付
勢力によりピエゾピストン１５２は図６の上方へ移動
し、油圧室１７１の容積が拡大する。そのため、油圧室
１７１の油圧は低下する。油圧室１７１の油圧が低下す
ると、制御室１６１の油圧も低下し、スプリング１３２
の付勢力により小ピストン１３０、大ピストン１４０お
よびノズルニードル１２０は図６の下方へ移動し、シー
ト部１２１は弁座部４２に着座する。これにより、噴孔
４１からの燃料の噴射が終了する。

【００６０】次に、第３実施例による燃料噴射装置３の
作動特性について説明する。大ピストン１４０の外径は
ｄ１、小ピストン１３０の外径はｄ２、弁座部４２の内
径はｄ３、ならびにノズルボディ４０の内周側における
ノズルニードル１２０の外径はｄ４とする。また、スプ
リング１３２の付勢力をｆｓとし、コモンレールに蓄え
られている燃料の圧力をＰｃとし、ピエゾ素子１５１が
伸長し、ノズルニードル１２０のシート部１２１が弁座
部４２から離座するときの油圧室１７１の油圧をＰｐ、
ならびにノズルニードル１２０がフルリフトするときの
油圧室１７１の油圧をＰｆとする。このとき、ノズルニ
ードル１２０が開弁するために必要な力Ｆｐならびにノ
ズルニードル１２０がフルリフトするために必要な力Ｆ
ｆは、次のようになる。

【００６１】Ｆｐ＝π／４×ｄ３²×Ｐｃ＋ｆｓ＝π／
４（ｄ１²−ｄ４²）×ＰｐＦｆ＝ｆｓ＝π／４（ｄ２²−ｄ４²）×Ｐｆ以上の２式から、ピエゾ素子１５１から発生する発生力
に必要となる条件はＰｆ＞Ｐｐであるため、４／π×ｆｓ／（ｄ２²−ｄ４²）＞ｄ３²×Ｐｃ／（ｄ１²−ｄ４²）＋π／４×ｆｓ／
（ｄ１²−ｄ４²）となる。したがって、ｆｓ＞π／４×ｄ３²×（ｄ２²−ｄ４²）／（ｄ１²−ｄ
２²）×Ｐｃとなる。したがって、第３実施例では、この関係を満た
すように大ピストン１４０の外径をｄ１、小ピストン１
３０の外径をｄ２、弁座部４２の内径をｄ３、およびノ
ズルニードル１２０の外径をｄ４と設定する必要があ
る。

【００６２】以上、説明したように、本発明の第３実施
例による燃料噴射装置３によると、上述の第１実施例お
よび第２実施例と同様に、ノズルニードル１２０がフル
リフトとなるときに必要な力Ｆｆならびに必要な油圧Ｐ
ｆは、ノズルニードル１２０が弁座部４２から離座する
ときに必要な力Ｆｐならびに必要な油圧Ｐｐよりも大き
い。そのため、ピエゾアクチュエータ１５０の作動ヒス
テリシスを大幅に減少することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射装置の要部
を示す模式的な断面図である。

【図２】本発明の第１実施例による燃料噴射装置に適用
される駆動回路を示す模式図である。

【図３】本発明の第１実施例による燃料噴射装置に適用
される駆動回路を示す模式図である。

【図４】本発明の複数の実施例および従来例による作動
特性を示す図であって、ピエゾ素子からの発生力と変位
との関係から作動ヒステリシスを示す図である。

【図５】本発明の第２実施例による燃料噴射装置の要部
を示す模式的な断面図である。

【図６】本発明の第３実施例による燃料噴射装置を示す
模式図である。

【符号の説明】

１、２、３燃料噴射装置１０ハウジング１１高圧燃料通路（高圧側）１２低圧室（低圧側）１３低圧通路（低圧側）２１プレート部材（弁装置）３０制御室形成部材３１制御室３２弁座部３３低圧ポート３４低圧通路（低圧側）４０ノズルボディ（ノズル部）４１噴孔４２弁座部４３背圧室（付勢部）４４スプリング（付勢部）５０ノズルニードル（ノズル部）５１シート部６０弁装置６１弁部材７０、８０、１５０ピエゾアクチュエータ（駆動手
段）７１、８１、１５１ピエゾ素子（圧電素子）７２第一ピストン７３第二ピストン７４油圧室８３大ピストン８４小ピストン８５油圧室１００、１１０駆動回路１０７、１１１コンデンサ（エネルギー保持手段）１２０ノズルニードル（弁部材）１２１シート部１３０小ピストン１３２スプリング（付勢手段）１４０大ピストン１６１制御室１７１油圧室２１１燃料通路（高圧側）２１２高圧ポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｍ 47/02 Ｆ０２Ｍ 47/02 51/00 51/00 ＧＨ０１Ｌ 41/083 Ｆ１６Ｋ 31/02 Ａ 41/09 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｕ // Ｆ１６Ｋ 31/02 ＰＦターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA00 BA17 BA67 CC06T CC08T CC08U CC14 CC64U CC66 CC67 CC68T CC68U CC69 CC70 CD26 CD30 CE27 CE29 3G301 HA02 HA06 JA00 JA02 LB11 LC05 LC08 LC10 3H062 AA02 AA12 BB11 BB30 BB33 CC05 EE06 HH03 HH10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弁座部と当接可能な弁部材と、圧電素子を有し、前記圧電素子の伸縮により加減される
油圧を前記弁部材に伝達し前記弁部材のリフト量が最大
となるとき、前記弁部材が前記弁座部から離座するとき
に必要な油圧よりも大きな油圧により前記弁部材を駆動
する駆動手段と、前記圧電素子が収縮するとき前記圧電素子から発生する
電力を回収するエネルギー保持手段と、を備えることを特徴とする弁装置。
【請求項２】前記駆動手段は、前記圧電素子の伸縮に
ともなって駆動される第一ピストンと、前記第一ピスト
ンの移動により容積が変化する油圧室と、前記油圧室の
油圧により駆動され駆動力を前記弁部材へ伝達する第二
ピストンとを有することを特徴とする請求項１記載の弁
装置。
【請求項３】噴孔、ならびに前記噴孔を開閉可能なノ
ズルニードルを有するノズル部と、前記ノズルニードルを前記噴孔閉塞方向へ付勢する油圧
が導入される背圧室が形成されている付勢部と、前記背圧室と高圧側とを連通する高圧ポート、ならびに
前記背圧室と低圧側とを連通し前記弁座部が形成されて
いる低圧ポートが連通している制御室を有し、前記弁部
材により前記背圧室と前記高圧側または前記低圧側との
導通を切り替える請求項２記載の弁装置とを備え、前記弁部材は、前記制御室内の油圧により前記低圧ポー
トを閉塞する方向の力を受け、前記圧電素子の伸長によ
り前記高圧ポートを閉塞する方向の力を受け、前記弁部材が前記高圧ポートを閉塞しているとき、前記
高圧側の油圧により前記弁部材に前記高圧ポートを開放
する方向へ加わる力は、前記弁部材が前記低圧ポートを
閉塞しているとき、前記弁部材に前記制御室内の油圧に
より前記低圧ポートを閉塞する方向へ加わる力より大き
いことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】前記高圧ポートの内径をＤ１、ならびに
前記低圧ポートの内径をＤ２とすると、Ｄ１＞Ｄ２であ
ることを特徴とする請求項３記載の燃料噴射装置。
【請求項５】前記駆動手段は、前記圧電素子の伸縮に
ともなって駆動されるピストンと、前記ピストンの移動
により容積が変化する油圧室と、前記油圧室の油圧によ
り駆動される大ピストンと、前記大ピストンの移動量よ
りも小さく前記大ピストンおよび前記油圧室の油圧によ
り駆動され駆動力を前記弁部材へ伝達する小ピストンと
を有することを特徴とする請求項１記載の弁装置。
【請求項６】噴孔、ならびに前記噴孔を開閉可能なノ
ズルニードルを有するノズル部と、前記ノズルニードルを前記噴孔閉塞方向へ付勢する油圧
が導入される背圧室が形成されている付勢部と、前記背圧室と高圧側とを連通する高圧ポート、ならびに
前記背圧室と低圧側とを連通し周囲に前記弁座部が形成
されている低圧ポートが連通している制御室を有し、前
記弁部材により前記背圧室と前記高圧側または前記低圧
側との導通を切り替える請求項５記載の弁装置とを備
え、前記弁部材は、前記制御室内の油圧により前記低圧ポー
トを閉塞する方向の力を受け、前記圧電素子の伸長によ
り前記高圧ポートを閉塞する方向の力を受け、前記弁部材が前記高圧ポートを閉塞しているとき、前記
高圧側の油圧により前記弁部材に前記高圧ポートを開放
する方向へ加わる力は、前記弁部材が前記低圧ポートを
閉塞しているとき、前記弁部材に前記制御室内の油圧に
より前記低圧ポートを閉塞する方向へ加わる力より大き
いことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項７】前記大ピストンの外径をｄ１、前記小ピ
ストンの外径をｄ２、前記高圧ポートの内径をＤ１、な
らびに前記低圧ポートの内径をＤ２とすると、Ｄ１／ｄ
２＞Ｄ２／ｄ１であることを特徴とする請求項６記載の
燃料噴射装置。
【請求項８】請求項１記載の弁装置と、噴孔および前記噴孔の入口側に前記弁座部が形成されて
いるノズルボディとを備え、前記駆動手段は、前記弁部材の反噴孔側の端部に設置さ
れ付勢手段および燃料の圧力により噴孔閉塞方向へ付勢
されている小ピストンと、前記小ピストンより軸方向へ
の移動距離が小さく前記小ピストンを軸方向へ移動可能
に内部に収容している大ピストンと、内部に前記大ピス
トンを軸方向へ移動可能に収容する収容部、ならびに前
記大ピストンおよび前記小ピストンを前記付勢手段およ
び前記燃料の圧力により付勢されている方向とは逆方向
に付勢する油圧が導入される制御室を有するハウジング
とを有することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項９】前記大ピストンの外径をｄ１、前記小ピ
ストンの外径をｄ２、前記弁座部の内径をｄ３、前記弁
部材の外径をｄ４、前記付勢手段の付勢力をｆｓ、なら
びに前記燃料の圧力をＰｃとすると、ｆｓ＞π／４×ｄ３²×（ｄ２²−ｄ４²）／（ｄ１²−ｄ
２²）であることを特徴とする請求項８記載の燃料噴射装置。