JP2015117655A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】油密室内が燃料蒸気圧以下に低下することを抑制する。
【解決手段】大径ピストンを、アクチュエータ４の伸縮に伴ってアクチュエータ４と一体的に作動する第１大径ピストン５２と、一端側が第１大径ピストン５２と当接可能で且つ他端側が油密室５７に露出する第２大径ピストン５３に分割する。そして、ピストンスプリング５６のセット荷重等を適宜に設定することにより、アクチュエータ４の収縮時には、第２大径ピストン５３を第１大径ピストン５２よりも低速で移動させることができるため、油密室５７内が燃料蒸気圧以下に低下することを抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための燃料噴射弁に関する。

従来、この種の燃料噴射弁として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された燃料噴射弁は、噴孔を開閉するノズルニードルを備え、制御室の燃料圧力によりノズルニードルが閉弁向きに付勢され、制御弁機構にて制御室の圧力を制御してノズルニードルの開閉弁作動を制御するようになっている。

また、ピエゾ素子積層体の伸縮変位を変位伝達機構で拡大して制御弁機構の弁体に伝達するようになっている。この変位伝達機構は、燃料が充填された油密室を形成するピストンシリンダと、ピエゾ素子積層体により駆動され、ピエゾ素子積層体の伸長時に油密室の圧力を上昇させる大径ピストンと、油密室の圧力を受けて作動する小径ピストンとを備えている。さらに、大径ピストンはスプリングによりピエゾ素子積層体側に付勢されており、ピエゾ素子積層体はそのスプリングにより予荷重が与えられている。

そして、この燃料噴射弁は、ピエゾ素子積層体が伸長すると大径ピストンが駆動されて油密室の圧力が上昇し、その圧力を受けて小径ピストンが駆動され、さらに小径ピストンにより制御弁機構の弁体が駆動され、制御室内の圧力が低下して内燃機関の燃焼室に燃料が噴射されるようになっている。

一方、ピエゾ素子積層体が収縮すると大径ピストンが駆動されて油密室の圧力が低下し、その圧力低下により小径ピストンおよび制御弁機構の弁体が元の位置に戻され、制御室内の圧力が上昇して燃料噴射が終了するようになっている。

特許第３８２７００３号明細書

しかしながら、従来の燃料噴射弁は、大径ピストンが高応答なピエゾ素子積層体と一体的に移動するため、ピエゾ素子積層体の収縮時には油密室内が急速に減圧され、その結果、油密室内の燃料が減圧沸騰により一部気化する場合がある。

そして、油密室内の燃料が気化した場合、次の燃料噴射開始時に、すなわちピエゾ素子積層体の伸長時に、油密室内の燃料圧力の回復遅れが発生する。このため、小径ピストンおよび制御弁機構の弁体の作動遅れが発生し、ひいては燃料噴射が遅れるという問題が発生する。

また、一般に気泡が急速に崩壊する際には、強い衝撃波の発生を伴うことから、上記衝撃波を繰返し受けることにより油密室を構成する部材にエロージョン（壊食）が生じることもある。

本発明は上記点に鑑みて、油密室内が燃料蒸気圧以下に低下することを抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔（２１１）を有するノズルボデー（２１）と、ノズルボデー内で往復動して噴孔を開閉するノズルニードル（２２）と、燃料が充填された油密室（５７、８８）を形成するピストンシリンダ（５１、８１）と、低圧の収容室（１３）に配置されて伸縮する駆動手段（４）と、駆動手段により駆動され、駆動手段の伸長時に油密室の圧力を上昇させる大径ピストン（５２、５３、８３、８４）と、大径ピストンよりも小径で、油密室の圧力を受けて作動する小径ピストン（５４、８５）とを備え、小径ピストンの作動に応じてノズルニードルが作動して噴孔が開閉される燃料噴射弁において、大径ピストンは、駆動手段の伸縮に伴って駆動手段と一体的に作動する第１大径ピストン（５２、８３）と、一端側が第１大径ピストンと当接可能で且つ他端側が油密室に露出する第２大径ピストン（５３、８４）とからなり、さらに、第２大径ピストンを第１大径ピストンに向かって付勢するピストンスプリング（５６、８７）を備えることを特徴とする。

これによると、大径ピストンを第１大径ピストンと第２大径ピストンに分割しているため、駆動手段の収縮時には、第１大径ピストンと第２大径ピストンは離れて移動することができる。

そして、ピストンスプリングのセット荷重等を適宜に設定することにより、駆動手段の収縮時には、第２大径ピストンを第１大径ピストンよりも低速で移動させることができるため、油密室内が燃料蒸気圧以下に低下することを抑制することができる。

したがって、油密室内の燃料の減圧沸騰による燃料噴射遅れやエロージョンを防止することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る燃料噴射弁の他の作動状態を示す断面図である。 第１実施形態に係る燃料噴射弁のさらに他の作動状態を示す断面図である。 第１実施形態に係る燃料噴射弁および従来の燃料噴射弁の作動特性を比較するためのタイムチャートである。 本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。 図５の燃料噴射弁の要部の拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁の他の作動状態を示す断面図である。 図７の燃料噴射弁の要部の拡大断面図である。

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

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。

図１に示す本実施形態の燃料噴射弁は、コモンレール（図示せず）から供給される高圧燃料を、圧縮着火式内燃機関（以下、内燃機関という。図示せず）の燃焼室に噴射するものである。

燃料噴射弁は、インジェクタボデー１、ノズル２、制御弁機構３、アクチュエータ４、変位伝達機構５、リテーニングナット６を、主要構成要素として備えている。

略有底円筒状のインジェクタボデー１には、コモンレールから供給される高圧燃料が流通する高圧燃料通路１１、図示しない燃料タンクに接続されて常に低圧になっている低圧燃料通路１２、アクチュエータ４および変位伝達機構５が収納される収納室１３、および低圧燃料通路１２と収納室１３とを連通させる低圧連通孔１４が形成されている。なお、低圧燃料通路１２および収納室１３は、本発明の低圧部に相当する。

ノズル２は、略有底円筒状のノズルボデー２１、ノズルボデー２１に摺動自在に挿入された略円柱状のノズルニードル２２、ノズルニードル２２を閉弁向きに付勢するノズルスプリング２３、およびノズルシリンダ２４を備えている。

ノズルボデー２１には、高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴出させる噴孔２１１が形成され、ノズルニードル２２の先端部（すなわち、噴孔側端部）がノズルボデー２１に接離することにより噴孔２１１が開閉されるようになっている。

ノズルボデー２１内には、コモンレールから高圧燃料が常時供給される燃料溜まり室２５が形成され、コモンレールからの高圧燃料は燃料溜まり室２５を介して噴孔２１１に向かって流れるようになっている。

円筒状のノズルシリンダ２４は、ノズルスプリング２３によって後述する第２中間ボデー３２に押し付けられ、ノズルニードル２２の後端部（すなわち、反噴孔側端部）がノズルシリンダ２４に挿入されている。

このノズルシリンダ２４内には、内部の燃料圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室２６が形成されている。そして、ノズルニードル２２は、制御室２６内の燃料圧力により閉弁向きに付勢されるとともに、燃料溜まり室２５の燃料圧力により開弁向きに付勢される。

制御室２６の圧力を制御する制御弁機構３は、インジェクタボデー１とノズル２との間に配置されている。そして、インジェクタボデー１とリテーニングナット６とを螺合させることにより、燃料噴射弁の構成要素が一体化されている。

制御弁機構３は、第１中間ボデー３１、第２中間ボデー３２、弁体３３、弁体スプリング３４、およびロッド３５を備えている。

第１中間ボデー３１と第２中間ボデー３２は積層され、第１中間ボデー３１がインジェクタボデー１と当接し、第２中間ボデー３２がノズルボデー２１と当接している。

第１中間ボデー３１および第２中間ボデー３２には、インジェクタボデー１の高圧燃料通路１１とノズルボデー２１内の燃料溜まり室２５とを連通させる高圧燃料通路３１１、３２１が形成されている。

第１中間ボデー３１における第２中間ボデー３２側には、凹形状の弁室３１２が形成されている。第１中間ボデー３１には、収納室１３と弁室３１２とを連通させ、且つロッド３５が摺動自在に挿入されたロッド挿入孔３１３が形成されている。第１中間ボデー３１には、ロッド挿入孔３１３における弁室３１２側の開口部周囲に、テーパ状の低圧シート面３１４が形成されている。第１中間ボデー３１には、低圧燃料通路１２とロッド挿入孔３１３とを連通させる排出通路３１５が形成されている。

第２中間ボデー３２には、制御室２６と弁室３１２とを常時連通させる連絡通路３２２が形成されている。第２中間ボデー３２には、燃料溜まり室２５と弁室３１２とを連通させる高圧供給通路３２３が形成されている。第２中間ボデー３２には、高圧供給通路３２３における弁室３１２側の開口部周囲に、高圧シート面３２４が形成されている。

弁体３３は、弁室３１２に配置され、低圧シート面３１４と接離して制御室２６と排出通路３１５との間を開閉するとともに、高圧シート面３２４と接離して制御室２６と高圧供給通路３２３との間を開閉するようになっている。

弁体スプリング３４は、制御室２６に配置され、弁体３３を低圧シート面３１４に向かって付勢している。

駆動手段としてのアクチュエータ４は、ピエゾ素子が多数積層されて電荷の充放電により伸縮する円柱状のピエゾ素子積層体にて構成されている。

変位伝達機構５は、ピストンシリンダ５１、第１大径ピストン５２、第２大径ピストン５３、小径ピストン５４、ピエゾスプリング５５、およびピストンスプリング５６を備えている。

円筒状のピストンシリンダ５１内には、円柱状空間の大径シリンダ孔５１１と、大径シリンダ５１１よりも小径の円柱状空間である小径シリンダ孔５１２が形成されている。また、大径シリンダ孔５１１および小径シリンダ孔５１２の空間のうち、第２大径ピストン５３と小径ピストン５４との間は、燃料が充填された油密室５７になっている。

段付き円柱状の第１大径ピストン５２は、ピストン部５２１と鍔部５２２とを備えている。ピストン部５２１の一端側は、大径シリンダ孔５１１に摺動自在に挿入され、鍔部５２２は、収納室１３に露出している。

そして、鍔部５２２とピストンシリンダ５１との間に配置されたピエゾスプリング５５により、第１大径ピストン５２はアクチュエータ４に向かって付勢されている。これにより、アクチュエータ４に予荷重が与えられるとともに、アクチュエータ４の伸縮に伴って第１大径ピストン５２がアクチュエータ４と一体的に作動するようになっている。

円柱状の第２大径ピストン５３は、大径シリンダ孔５１１に摺動自在に挿入され、一端側が第１大径ピストン５２と当接可能で、且つ他端側の端面が油密室５７に露出している。そして、油密室５７に配置されたピストンスプリング５６により、第２大径ピストン５３は第１大径ピストン５２に向かって付勢されている。

円柱状で且つ第２大径ピストン５３よりも小径の小径ピストン５４は、小径シリンダ孔５１２に摺動自在に挿入され、一端側の端面が油密室５７に露出し、ピストンスプリング５６によりロッド３５に向かって付勢されている。そして、ロッド３５は小径ピストン５４と弁体３３との間に配置されており、小径ピストン５４の変位がロッド３５を介して弁体３３に伝達されるようになっている。

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。まず、図１に示すニードル閉弁状態のときに、アクチュエータ４に電荷が充電されると、アクチュエータ４が伸長する。それに伴い、第１大径ピストン５２および第２大径ピストン５３がアクチュエータ４から遠ざかる向きに駆動され、第２大径ピストン５３により油密室５７の圧力が高められる。

また、高圧化された油密室５７の圧力により、小径ピストン５４がアクチュエータ４から遠ざかる向きに駆動され、さらにロッド３５を介して弁体３３がアクチュエータ４から遠ざかる向きに駆動される。このように、本実施形態の燃料噴射弁は、アクチュエータ４の伸長に伴う第２大径ピストン５３の移動向きと小径ピストン５４の移動向きが一致している。

そして、図２に示すように、弁体３３の移動により、弁体３３が低圧シート面３１４から離れて制御室２６と排出通路３１５との間が開かれるとともに、弁体３３が高圧シート面３２４に当接して制御室２６と高圧供給通路３２３との間が閉じられる。

したがって、制御室２６の高圧の燃料は、連絡通路３２２、弁室３１２、排出通路３１５、および低圧燃料通路１２を介して、燃料タンク側に逃がされる。

その結果、制御室２６の圧力が低下してノズルニードル２２を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ノズルニードル２２が開弁向きに移動し、噴孔２１１から燃料が噴射される。

このとき、アクチュエータ４の長さの変化量は、第２大径ピストン５３と小径ピストン５４の受圧面積比分拡大されて、弁体３３に伝達される。

一方、図２に示すニードル開弁状態のときに、アクチュエータ４の電荷を放電させると、アクチュエータ４が収縮する。それに伴い、ピエゾスプリング５５に付勢される第１大径ピストン５２は、アクチュエータ４に追従して、アクチュエータ４側に向かって移動する。

また、第２大径ピストン５３もピストンスプリング５６に付勢されてアクチュエータ４側に向かって移動し、油密室５７の圧力が低下する。したがって、小径ピストン５４、ロッド３５、および弁体３３は、弁体スプリング３４の付勢力により、アクチュエータ４側に向かって駆動される。このように、本実施形態の燃料噴射弁は、アクチュエータ４の収縮に伴う第２大径ピストン５３の移動向きと小径ピストン５４の移動向きが一致している。

弁体３３の移動により、弁体３３が低圧シート面３１４に当接して制御室２６と排出通路３１５との間が閉じられるとともに、弁体３３が高圧シート面３２４から離れて制御室２６と高圧供給通路３２３との間が開かれる。

したがって、燃料溜まり室２５の高圧の燃料が、高圧供給通路３２３、弁室３１２、および連絡通路３２２を介して、制御室２６に導入される。

その結果、制御室２６の圧力が上昇してノズルニードル２２を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ノズルニードル２２が閉弁向きに移動し、噴孔２１１が閉じられて燃料噴射が終了する。

ところで、アクチュエータ４の収縮に伴って第２大径ピストン５３がアクチュエータ４側に向かって移動する際、油密室５７の圧力が低下するため、第２大径ピストン５３をアクチュエータ４側に向かって付勢する力が小さくなる。その結果、図３に示すように、第２大径ピストン５３は、第１大径ピストン５２から離れて、第１大径ピストン５２よりも低速で移動する。これにより、油密室５７の急速な減圧が防止され、油密室５７の燃料の減圧沸騰が防止される。

ここで、ピストンスプリング５６のセット荷重をＦｓ、油密室５７の燃料圧力をＰｉｎ、収容室１３の燃料圧力をＰｌ、燃料の蒸気圧をＰｖ、第２大径ピストン５３の受圧面積をＳとする。

そして、アクチュエータ４が収縮する際（すなわち、図３に示すように、第２大径ピストン５３が第１大径ピストン５２から離れている状態）の第２大径ピストン５３にかかる力の釣り合いは、Ｆｓ＋Ｐｉｎ・Ｓ＝Ｐｌ・Ｓ…（式１）である。

式１より、アクチュエータ４が収縮する際のＰｉｎは、Ｐｉｎ＝Ｐｌ−Ｆｓ／Ｓ…（式２）である。また、油密室５７の燃料の減圧沸騰が生じない条件は、Ｐｉｎ＞Ｐｖ…（式３）である。式２、式３より、Ｐｉｎ＝Ｐｌ−Ｆｓ／Ｓ＞Ｐｖ…（式４）である。

式４より、Ｆｓ＜Ｓ・（Ｐｌ−Ｐｖ）…（式５）が得られ、式５の条件を満足するようにピストンスプリング５６のセット荷重Ｆｓを設定することにより、油密室５７の燃料の減圧沸騰を防止することができる。

次に、本実施形態の燃料噴射弁および従来の燃料噴射弁の作動特性の違いを、図４に基づいて説明する。

なお、この図４では、パイロット噴射とメイン噴射を行う噴射パターンでの作動特性を示している（（ａ）指令値を参照）。また、図４において、実線は本実施形態に係る燃料噴射弁の特性線であり、一点鎖線は従来の燃料噴射弁の特性線である。さらに、図４において、Ｐｌは収容室１３の燃料圧力、Ｐｖは燃料の蒸気圧である。

まず、従来の燃料噴射弁は、パイロット噴射指令が終了した後に大径ピストンが高速で移動し（（ｂ）大径ピストン変位を参照）、油密室内が急速に減圧されて油密室内の燃料圧力は燃料の蒸気圧Ｐｖまで低下し（（ｃ）油密室圧を参照）、油密室内の燃料が減圧沸騰により一部気化する。

そして、油密室内の燃料気化の影響により、メイン噴射の際、大径ピストンの移動開始直後に油密室内の燃料圧力の回復遅れが発生するため、小径ピストンおよび制御弁の弁体の作動遅れが発生し、ひいては燃料噴射が遅れる。

一方、本実施形態の燃料噴射弁は、パイロット噴射指令が終了した後に、第２大径ピストン５３は第１大径ピストン５２よりも低速で移動するため（（ｂ）大径ピストン変位を参照）、油密室５７の圧力は緩やかに低下し、燃料の蒸気圧Ｐｖまで低下せず（（ｃ）油密室圧を参照）、油密室５７の燃料の減圧沸騰は発生しない。

そして、油密室５７の燃料の減圧沸騰は発生しないため、メイン噴射の際、第１大径ピストン５２および第２大径ピストン５３の移動開始直後に油密室５７内の燃料圧力はすぐに上昇し（（ｃ）油密室圧を参照）、小径ピストン５４および弁体３３の作動遅れが発生しない（（ｄ）弁体変位を参照）。したがって、本実施形態の燃料噴射弁は、従来の燃料噴射弁よりも、噴射開始が早くなる（（ｅ）ノズルニードルリフト、および（ｆ）噴射率を参照）。

以上述べたように、本実施形態では、アクチュエータ４の収縮時には、第２大径ピストン５３を第１大径ピストン５２よりも低速で移動させることができるため、油密室５７内が燃料蒸気圧以下に低下することを抑制することができる。したがって、油密室５７内の燃料の減圧沸騰による燃料噴射遅れやエロージョンを防止することができる。

なお、本実施形態において、制御弁機構３を廃止し、小径ピストン５４をノズルニードル２２に当接させる構成とし、アクチュエータ４の伸長に伴って小径ピストン５４によりノズルニードル２２を閉弁向きに移動させ、アクチュエータ４の収縮に伴う小径ピストン５４の移動にノズルニードル２２を追従させてノズルニードル２２を開弁向きに移動させるようにしてもよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。

第１実施形態では、アクチュエータ４の伸縮に伴う第２大径ピストン５３の移動向きと小径ピストン５４の移動向きが一致し、且つアクチュエータ４の伸長により弁体３３が押されるようにしたが、本実施形態は、アクチュエータ４の伸縮に伴う第２大径ピストンの移動向きと小径ピストンの移動向きが逆向きとなり、且つアクチュエータの伸長により弁体が引かれるようにしたものである。

なお、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５〜図８に示すように、インジェクタボデー１は、低圧連通孔１４が廃止され、低圧燃料通路１２と収納室１３が直接的に連通されている。

制御弁機構７は、中間ボデー７１、弁体７２、制御プレート７３、およびプレートスプリング７４を備えている。

円板状の中間ボデー７１は、インジェクタボデー１とノズルボデー２１に挟持されている。そして、中間ボデー７１におけるノズルボデー２１側の端面に、ノズルスプリング２３によってノズルシリンダ２４が押し付けられている。

また、中間ボデー７１には、インジェクタボデー１の高圧燃料通路１１とノズルボデー２１内の燃料溜まり室２５とを連通させる高圧燃料通路７１１、高圧燃料通路７１１と制御室２６とを連通させる高圧供給通路７１２、および収納室１３と制御室２６とを連通させる排出通路７１３が形成されている。

制御室２６内には、円板状の制御プレート７３、および制御プレート７３を中間ボデー７１側に向かって付勢するプレートスプリング７４が配置されている。

ノズルシリンダ２４には、制御室２６を区画する内壁面にストッパ面２４１が形成されている。そして、制御プレート７３は、このストッパ面２４１と中間ボデー７１との間で往復変位するようになっている。

なお、制御プレート７３がストッパ面２４１に当接した状態では、制御プレート７３により制御室２６は２つの空間に分離される。具体的には、中間ボデー７１側の空間である中間ボデー側制御室２６ａと、ノズルニードル２側の空間であるニードル側制御室２６ｂとに分離される。以下、必要に応じて、制御室２６と、中間ボデー側制御室２６ａと、ニードル側制御室２６ｂを、使い分ける。

制御プレート７３の径方向中心部には、制御プレート７３の軸方向に貫通する連通孔７３１が形成されている。

そして、制御プレート７３が中間ボデー７１に当接することにより、高圧供給通路７１２が閉塞されて、高圧燃料通路７１１と制御室２６との連通が遮断されるようになっている。また、制御プレート７３が中間ボデー７１に当接した状態のとき、連通孔７３１と排出通路７１３は連通している。

弁体７２は、収納室１３内に配置され、中間ボデー７１と接離して収納室１３と排出通路７１３との間を開閉するようになっている。

変位伝達機構８は、第１ピストンシリンダ８１、第２ピストンシリンダ８２、第１大径ピストン８３、第２大径ピストン８４、小径ピストン８５、ピエゾスプリング８６、およびピストンスプリング８７を備えている。

円筒状の第１ピストンシリンダ８１内には、円柱状空間の大径シリンダ孔８１１が形成されている。

この大径シリンダ孔８１１の空間のうち、第２ピストンシリンダ８２と第２大径ピストン８４との間で、且つ小径ピストン８５の外周側の空間は、燃料が充填された油密室８８になっている。

円筒状の第２ピストンシリンダ８２内には、大径シリンダ孔８１１よりも小径の円柱状空間である小径シリンダ孔８２１が形成されている。

そして、ピエゾスプリング８６により、第１ピストンシリンダ８１が第２ピストンシリンダ８２に向かって付勢され、第１ピストンシリンダ８１の端面が第２ピストンシリンダ８２の端面に押し付けられている。

段付き円柱状の第１大径ピストン８３は、大径ピストン部８３１と鍔部８３２とを備え、収納室１３内に配置されている。そして、鍔部８３２と第１ピストンシリンダ８１との間に配置されたピエゾスプリング８６により、第１大径ピストン８３はアクチュエータ４に向かって付勢されている。これにより、アクチュエータ４に予荷重が与えられるとともに、アクチュエータ４の伸縮に伴って第１大径ピストン８３がアクチュエータ４と一体的に作動するようになっている。

有底円筒状の第２大径ピストン８４は、大径シリンダ孔８１１に摺動自在に挿入され、ピストンスプリング８７により第１大径ピストン８３に向かって付勢され、第１大径ピストン８３と当接可能になっている。

第２大径ピストン８４内には、円柱状空間の大径ピストン孔８４１が形成されている。この大径ピストン孔８４１の一部は、小径ピストン８５が摺動する摺動部になっており、大径ピストン孔８４１の残部は、ピストンスプリング８７が配置されたスプリング室８４２になっている。このスプリング室８４２は、第２大径ピストン８４に形成された連通孔８４３により、収納室１３に連通されている。また、第２大径ピストン８４における開口部側端面８４４は、油密室８８に露出している。

段付き円柱状の小径ピストン８５は、大径ピストン孔８４１に摺動自在に挿入された第１小径ピストン部８５１と、第１小径ピストン部８５１よりも小径で、小径シリンダ孔８２１に摺動自在に挿入された第２小径ピストン部８５２とを備えている。

第１小径ピストン部８５１と第２小径ピストン部８５２との境界部である段差面８５３は、油密室８８に露出している。

第２小径ピストン部８５２の先端側は、小径シリンダ孔８２１から突出して収納室１３内に位置している。そして、第２小径ピストン部８５２の先端部には、弁体７２が装着されている。

小径ピストン８５は、ピストンスプリング８７により中間ボデー７１に向かって付勢されている。

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。まず、図５、図６に示すニードル閉弁状態のときに、アクチュエータ４に電荷が充電されると、アクチュエータ４が伸長する。それに伴い、第１大径ピストン８３および第２大径ピストン８４がアクチュエータ４から遠ざかる向きに駆動され、第２大径ピストン８４により油密室８８の圧力が高められる。

また、高圧化された油密室８８の圧力が、小径ピストン８５の段差面８５３に作用し、小径ピストン８５および弁体７２がアクチュエータ４側に向かって駆動される。このように、本実施形態の燃料噴射弁は、アクチュエータ４の伸長に伴う第２大径ピストン８４の移動向きと小径ピストン８５の移動向きが逆向きとなり、且つアクチュエータ４の伸長に伴い小径ピストン８５により弁体７２が引かれるようになっている。

そして、弁体７２の移動により、弁体７２が中間ボデー７１から離れて排出通路７１３が開かれると、排出通路７１３の燃料が収納室１３に流出して排出通路７１３および中間ボデー側制御室２６ａの圧力が下がる。これにより、中間ボデー側制御室２６ａの圧力にて制御プレート７３がノズルニードル２側に向かって付勢される力よりも、ニードル側制御室２６ｂの圧力にて制御プレート７３が中間ボデー７１側に向かって付勢される力の方が大きくなるため、制御プレート７３が中間ボデー７１側に向かって移動する。

そして、図７、図８に示すように、制御プレート７３が中間ボデー７１に当接し、制御プレート７３により高圧供給通路７１２が閉塞されて、高圧燃料通路１１と制御室２６との連通が遮断される。また、制御室２６の燃料が、連通孔７３１および排出通路７１３を介して収納室１３に流出し、制御室２６の圧力が下がる。これにより、ノズルニードル２２を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ノズルニードル２２が開弁向きに移動し、噴孔２１１から燃料が噴射される。

このとき、アクチュエータ４の長さの変化量は、第２大径ピストン８４の開口部側端面８４４と小径ピストン８５の段差面８５３の受圧面積比分拡大されて、小径ピストン８５および弁体７２に伝達される。

一方、図７、図８に示すニードル開弁状態のときに、アクチュエータ４の電荷を放電させると、アクチュエータ４が収縮する。それに伴い、ピエゾスプリング８６に付勢される第１大径ピストン８３は、アクチュエータ４に追従して、アクチュエータ４側に向かって移動する。

また、第２大径ピストン８４もピストンスプリング８７に付勢されてアクチュエータ４側に向かって移動し、油密室８８の圧力が低下する。したがって、小径ピストン８５および弁体７２は、ピストンスプリング８７の付勢力により、中間ボデー７１側に向かって移動する。このように、本実施形態の燃料噴射弁は、アクチュエータ４の収縮に伴う第２大径ピストン８４の移動向きと小径ピストン８５の移動向きが逆向きとなる。

この弁体７２の移動により、弁体７２が中間ボデー７１に当接して排出通路７１３が閉じられると、排出通路７１３の燃料の流出が止まり、排出通路７１３と制御室２６が同圧になる。これにより、制御室２６の圧力にて制御プレート７３が中間ボデー７１側に向かって付勢される力よりも、排出通路７１３および高圧供給通路７１２の圧力にて制御プレート７３がノズルニードル２側に向かって付勢される力の方が大きくなるため、制御プレート７３がノズルニードル２側に向かって移動する。

そして、制御プレート７３がストッパ面２４１に当接し、高圧供給通路７１２から中間ボデー側制御室２６ａに流入した高圧燃料は、連通孔７３１を介してニードル側制御室２６ｂに流入する。

このように、ニードル側制御室２６ｂに高圧燃料が流入することにより、ノズルニードル２が閉弁向きに移動し、噴孔２１１が閉じられて燃料噴射が終了する。

ところで、アクチュエータ４の収縮に伴って第２大径ピストン８４がアクチュエータ４側に向かって移動する際、油密室８８の圧力が低下するため、第２大径ピストン８４をアクチュエータ４側に向かって付勢する力が小さくなる。その結果、第２大径ピストン８４は、第１大径ピストン８３から離れて、第１大径ピストン８３よりも低速で移動する。これにより、油密室８８の急速な減圧が防止され、油密室８８の燃料の減圧沸騰が防止される。

したがって、本実施形態によると、油密室８８内の燃料の減圧沸騰による燃料噴射遅れやエロージョンを防止することができる。

なお、本実施形態において、制御弁機構７を廃止し、小径ピストン８５とノズルニードル２２が連結された構成とし、アクチュエータ４の伸長に伴う小径ピストン８５の移動によりノズルニードル２２を開弁向きに移動させ、アクチュエータ４の収縮に伴う小径ピストン８５の移動にノズルニードル２２を追従させてノズルニードル２２を閉弁向きに移動させるようにしてもよい。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、アクチュエータ４としてピエゾ素子を用いたが、アクチュエータ４として磁歪素子を用いてもよい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

４ アクチュエータ（駆動手段）
１３ 収容室
２１ ノズルボデー
２２ ノズルニードル
５１ ピストンシリンダ
５２ 第１大径ピストン
５３ 第２大径ピストン
５４ 小径ピストン
５６ ピストンスプリング
５７ 油密室
８１ ピストンシリンダ
８３ 第１大径ピストン
８４ 第２大径ピストン
８５ 小径ピストン
８７ ピストンスプリング
８８ 油密室
２１１ 噴孔

Claims (7)

1. 高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔（２１１）を有するノズルボデー（２１）と、
   前記ノズルボデー内で往復動して前記噴孔を開閉するノズルニードル（２２）と、
   燃料が充填された油密室（５７、８８）を形成するピストンシリンダ（５１、８１）と、
   低圧の収容室（１３）に配置されて伸縮する駆動手段（４）と、
   前記駆動手段により駆動され、前記駆動手段の伸長時に前記油密室の圧力を上昇させる大径ピストン（５２、５３、８３、８４）と、
   前記大径ピストンよりも小径で、前記油密室の圧力を受けて作動する小径ピストン（５４、８５）とを備え、
   前記小径ピストンの作動に応じて前記ノズルニードルが作動して前記噴孔が開閉される燃料噴射弁において、
   前記大径ピストンは、前記駆動手段の伸縮に伴って前記駆動手段と一体的に作動する第１大径ピストン（５２、８３）と、一端側が前記第１大径ピストンと当接可能で且つ他端側が前記油密室に露出する第２大径ピストン（５３、８４）とからなり、
   さらに、前記第２大径ピストンを前記第１大径ピストンに向かって付勢するピストンスプリング（５６、８７）を備えることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記駆動手段の伸縮に伴う前記第２大径ピストン（５３）の移動向きと前記小径ピストン（５４）の移動向きが一致していることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記ノズルニードルの一端側が挿入され、前記ノズルニードルに閉弁向きの燃料圧力を作用させる制御室（２６）を有するノズルシリンダ（２４）と、
   前記制御室と常時連通される弁室（３１２）、前記弁室の燃料を低圧部（１２、１３）に排出させる排出通路（３１５）、および前記弁室に高圧燃料を供給する高圧供給通路（３２３）を有する中間ボデー（３１、３２）と、
   前記弁室に配置され、前記小径ピストンに連動して前記排出通路および前記高圧供給通路を開閉する弁体（３３）とを備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記ピストンスプリング（５６）のセット荷重をＦｓ、前記収容室の燃料圧力をＰｌ、燃料の蒸気圧をＰｖ、および前記第２大径ピストン（５３）の受圧面積をＳとしたとき、Ｆｓ＜Ｓ・（Ｐｌ−Ｐｖ）であることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁。
5. 前記駆動手段の伸縮に伴う前記第２大径ピストン（８４）の移動向きと前記小径ピストン（８５）の移動向きが逆向きであることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
6. 前記ノズルニードルの一端側が挿入され、前記ノズルニードルに閉弁向きの燃料圧力を作用させる制御室（２６）を有するノズルシリンダ（２４）と、
   前記制御室の燃料を低圧部（１２、１３）に排出させる排出通路（７１３）を有する中間ボデー（７１）と、
   前記収容室に配置され、前記小径ピストンに連動して前記排出通路を開閉する弁体（７２）とを備えることを特徴とする請求項５に記載の燃料噴射弁。
7. 前記駆動手段は、電荷の充放電により伸縮するピエゾ素子積層体であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。

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