JP2019007413A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化を回避しつつ、ノズルニードルの変位速度を切り替え可能な燃料噴射装置の提供。【解決手段】燃料噴射装置１０は、弁ボデー２０、駆動部４０、ノズルニードル５０、制御バルブ７０及び制御プレート８０を備えている。弁ボデー２０の内部には、制御室３５及び低圧室３６と、これらを連通する第一流出路３３及び第二流出路３４とが設けられている。制御バルブ７０は、駆動部４０が縮んだ状態で第一流出路３３による連通を遮断し、駆動部４０の第一伸長作動によってこれらの連通を許容する。制御プレート８０は、駆動部４０が縮んだ状態で第二流出路３４による連通を遮断している。制御プレート８０には、第一伸長作動よりも大きな第二伸長作動を行なう駆動部４０の駆動力が制御バルブ７０を介して伝達される。こうした第二伸長作動によれば、制御プレート８０は、第二流出路３４による制御室３５及び低圧室３６の連通を許容する。【選択図】図２

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。

従来、ハウジングの内部に設けられたチャンバの燃料圧力によって変位するニードルと、チャンバの燃料圧力を制御する弁体とを備えた燃料噴射装置が知られている。こうした燃料噴射装置の一種として、例えば特許文献１に開示の構成は、チャンバへの燃料の供給を制御するソレノイド弁と、チャンバからの燃料の流出を制御するソレノイド弁とを備えている。

米国特許出願公開第２０１３／０２３３９４１号明細書

特許文献１の燃料噴射装置は、二つのソレノイド弁の個別の開閉によってチャンバの燃料圧力を制御することにより、ニードルの変位速度を切り替えることができる。しかし、特許文献１の燃料噴射装置は、二つのソレノイド弁を備えることにより、大型化し易い構成であった。

本開示は、大型化を回避しつつ、ニードルの変位速度を切り替え可能な燃料噴射装置の提供を目的とする。

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（３８）が形成され、燃料が充填される制御室（３５）、制御室に燃料を供給する高圧室（３１ａ）、制御室の燃料が流出する低圧室（３６）、並びに制御室及び低圧室を連通する第一連通路（３３）及び第二連通路（３４）、が内部に設けられたボデー（２０，２２０，３２０）と、第一伸長作動及び第一伸長作動よりも大きな第二伸長作動を行なう駆動部（４０）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、駆動部が縮んだ状態で第一連通路による制御室及び低圧室の連通を遮断し、駆動部の第一伸長作動によって第一連通路による制御室及び低圧室の連通を許容する第一弁体（７０，２７０）と、駆動部が縮んだ状態で第二連通路による制御室及び低圧室の連通を遮断し、第二伸長作動を行なう駆動部の駆動力が第一弁体を介して伝達されることにより、第二連通路による制御室及び低圧室の連通を許容する第二弁体（８０，２８０，４８０，５８０）と、を備える燃料噴射装置とされる。

この態様では、駆動部の第一伸長作動により、第一弁体が、第一連通路による制御室及び低圧室の連通を許容する。さらに、第一伸長作動よりも大きな第二伸長作動によれば、第一弁体を介して伝達される駆動部の駆動力により、第二弁体が、第二連通路による制御室及び低圧室の連通を許容する。

以上のように、駆動部における伸長作動の大きさの制御によれば、第二連通路を通じた燃料流出の実施及び不実施が切り替えられる。これにより、制御室から低圧室へ流出する燃料流量が増減するため、制御室の圧力降下の態様が変更され得る。その結果、燃料噴射装置の大型化を回避するために、第一弁体及び第二弁体の開閉を一つの駆動部で行う構成であっても、ニードルの変位速度の切り替えが可能となる。

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。

第一実施形態による燃料噴射装置及び制御装置を含む燃料供給システムの全体構成を示す図である。 燃料噴射装置の縦断面図である。 圧力制御機構の詳細な構成を示す縦断面図である。 低速開弁モードにおける圧力制御機構の詳細を示す図である。 高速開弁モードにおける圧力制御機構の詳細を示す図である。 閉弁期間における圧力制御機構の詳細を示す図である。 第二実施形態による燃料噴射装置の縦断面図である。 圧力制御機構の詳細な構成を示す縦断面図である。 低速開弁モードにおける圧力制御機構の詳細を示す図である。 高速開弁モードにおける圧力制御機構の詳細を示す図である。 無噴射期間における圧力制御機構の詳細を示す図である。 無噴射期間を含む燃料噴射での燃料噴射装置の作動の詳細を示すタイムチャートである。 閉弁期間における圧力制御機構の詳細を示す図である。 第三実施形態による圧力制御機構の詳細を示す図である。 第四実施形態による圧力制御機構の詳細を示す図である。 第五実施形態による圧力制御機構の詳細を示す図である。 第六実施形態による圧力制御機構の詳細を示す図である。

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。

（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９等を、燃料噴射装置１０と共に備えている。

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。

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。

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。

制御装置９は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９ａ及びＥＤＵ（Electronic Driver Unit）９ｂを含む電子制御ユニットである。制御装置９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９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。

ＥＣＵ９ａ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。ＥＤＵ９ｂは、ＥＣＵ９ａ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４０（図２参照）に駆動電圧を印加する。

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３８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３８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３８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。

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、駆動部４０、並びに制御バルブ７０及び制御プレート８０を有する圧力制御機構６０を備えている。

弁ボデー２０は、インジェクターボデー部材２１、上バルブボデー部材２２、下バルブボデー部材２３、ノズルボデー部材２４、リテーニングナット２５、及びニードルシリンダ２６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３１、高圧室３１ａ、供給連通路３２、低圧室３６、制御室３５、第一流出路３３、及び第二流出路３４が設けられている。加えて弁ボデー２０には、第一シート面部２７、第二シート面部２８、第三シート面部２９、及び噴孔３８が形成されている。

高圧燃料通路３１は、インジェクターボデー部材２１、上バルブボデー部材２２、及び下バルブボデー部材２３に亘って形成されている。高圧燃料通路３１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３１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３１ａに供給する。

高圧室３１ａは、ノズルボデー部材２４に円柱状に形成された空間である。高圧室３１ａには、ノズルニードル５０及びニードルシリンダ２６が収容されている。高圧室３１ａは、高圧燃料通路３１と接続されている。高圧室３１ａは、高圧燃料通路３１を通じて供給される高圧燃料で満たされている。高圧室３１ａは、高圧燃料を噴孔３８まで流通させる。

供給連通路３２は、高圧室３１ａ及び制御室３５を連通する燃料通路である。供給連通路３２には、インオリフィス３２ａが形成されている。インオリフィス３２ａにおける流路面積（以下「絞り面積Ｓｉ１」）は、供給連通路３２のうちでインオリフィス３２ａを除く部分の流路面積よりも狭くされている。インオリフィス３２ａは、供給連通路３２によって高圧室３１ａ及び制御室３５が接続された状態で、高圧室３１ａから制御室３５に流入する燃料の流量を制限する。

低圧室３６は、インジェクターボデー部材２１に形成されている。低圧室３６は、戻り配管８ｂ（図１参照）と接続されており、余剰燃料を戻り配管８ｂに流通させる。低圧室３６は、高圧室３１ａよりも低圧な燃料によって満たされている。低圧室３６には、制御室３５の燃料が流出する。

制御室３５は、上バルブボデー部材２２、下バルブボデー部材２３、ニードルシリンダ２６、及びノズルニードル５０等によって区画された円柱状の空間である。制御室３５には、供給連通路３２を通じて供給された燃料が充填されている。制御室３５は、高圧室３１ａ及び低圧室３６に接続可能である。制御室３５は、駆動部４０とノズルニードル５０の間であって、ノズルニードル５０を挟んで噴孔３８の反対側に位置している。制御室３５は、後述する制御プレート８０によって上下に区分けされている。制御室３５のうちで、制御プレート８０及び駆動部４０の間に形成される空間が、バルブ室部３５ｂである。制御室３５のうちで、制御プレート８０及びノズルニードル５０の間に形成される空間が、主制御室部３５ａである。

第一流出路３３及び第二流出路３４は、共に上バルブボデー部材２２に形成されている。第一流出路３３及び第二流出路３４は、制御室３５及び低圧室３６を連通する燃料通路である。第一流出路３３及び第二流出路３４は、制御室３５の燃料を低圧室３６に流出させる。

第一流出路３３は、上バルブボデー部材２２の中央を軸方向に貫通するピン収容孔２２ａと接続されており、ピン収容孔２２ａに対して傾斜した姿勢で延伸している。ピン収容孔２２ａに臨む第一流出路３３の入口部分には、第一アウトオリフィス３３ａが形成されている。第一アウトオリフィス３３ａにおける流路面積（以下「絞り面積Ｓｏ１」）は、第一流出路３３のうちで第一アウトオリフィス３３ａを除く部分の流路面積よりも狭くされている。第一アウトオリフィス３３ａは、ピン収容孔２２ａ及び第一流出路３３によって制御室３５及び低圧室３６が接続された状態で、第一流出路３３を通じて制御室３５から低圧室３６に流出する燃料の流量を制限する。

第二流出路３４は、バルブ室部３５ｂの外周側に設けられており、上バルブボデー部材２２を軸方向に貫通している。第二流出路３４は、上バルブボデー部材２２の軸方向に対して傾斜した姿勢で延伸している。制御室３５に臨む第二流出路３４の入口部分には、第二アウトオリフィス３４ａが形成されている。第二アウトオリフィス３４ａにおける流路面積（以下「絞り面積Ｓｏ２」）は、第二流路のうちで第二アウトオリフィス３４ａを除く部分の流路面積よりも狭くされている。第二アウトオリフィス３４ａは、第二流出路３４によって制御室３５及び低圧室３６が接続された状態で、第二流出路３４を通じて制御室３５から低圧室３６に流出する燃料の流量を制限する。第二アウトオリフィス３４ａの絞り面積Ｓｏ２は、第一アウトオリフィス３３ａの絞り面積Ｓｏ１よりも大きく規定されている。

第一シート面部２７及び第二シート面部２８は、上バルブボデー部材２２に設けられている。第一シート面部２７は、バルブ室部３５ｂに臨むピン収容孔２２ａの開口の周囲に円環状に設けられている。第一シート面部２７の周囲は、第一シート面部２７に対して凹んでいる。第一シート面部２７には、制御バルブ７０が離着座する。

第二シート面部２８は、下バルブボデー部材２３と対向する上バルブボデー部材２２の下端面に形成されている。第二シート面部２８には、制御プレート８０の頂面が離着座する。第二シート面部２８は、制御プレート８０の頂面の外縁形状に沿った円環状に形成されている。第二シート面部２８には、上環状溝２８ａが形成されている。上環状溝２８ａは、第二シート面部２８に対して窪んでおり、第二シート面部２８の形状に沿って円環状に延伸している。上環状溝２８ａは、第二流出路３４と接続されている。

第三シート面部２９は、下バルブボデー部材２３に設けられている。第三シート面部２９は、下バルブボデー部材２３の内周壁に設けられた径方向の段差面によって形成されている。第三シート面部２９は、下バルブボデー部材２３の軸方向にて、第二シート面部２８と対向している。第三シート面部２９には、制御プレート８０の底面が離着座する。第三シート面部２９は、制御プレート８０の底面の外縁形状に沿った円環状に形成されている。第三シート面部２９には、下環状溝２９ａが形成されている。下環状溝２９ａは、第三シート面部２９に対して窪んでおり、第三シート面部２９の形状に沿って円環状に延伸している。下環状溝２９ａは、供給連通路３２と接続されている。

噴孔３８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３８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３８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３８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３８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。

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３８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３１ａに収容されており、高圧室３１ａの高圧燃料から噴孔３８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、ニードル受圧部５１、スプリングシート部５４、及びニードル摺動面５５が形成されている。

ニードル受圧部５１は、制御室３５に臨むノズルニードル５０の軸方向の端部である。ニードル受圧部５１の径方向の中央には、円柱状の突起部５２が設けられている。ニードル受圧部５１は、制御室３５に充填された高圧燃料から、噴孔３８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３５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３５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３８の開閉を行う。

スプリングシート部５４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５４及びニードルシリンダ２６の間には、ニードルスプリング５３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５３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５３は、閉弁方向への付勢力をスプリングシート部５４に印加している。

ニードル摺動面５５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２６に内嵌される部分である。ニードル摺動面５５は、ニードルシリンダ２６に対し摺動可能に支持されている。ニードル摺動面５５は、ニードルシリンダ２６の内周壁面との間で、制御室３５及び高圧室３１ａの間の油密を形成している。

以上のノズルニードル５０は、制御室３５の減圧により、高圧室３１ａ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３１ａに充填された高圧燃料は、噴孔３８から燃焼室２ｂ（図１参照）へ向けて噴射される。一方、制御室３５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３８からの燃料噴射は、停止される。

駆動部４０は、圧力制御機構６０を駆動する。駆動部４０は、圧電素子積層体、応力緩衝部４１、及び駆動伝達ピン４２等によって構成されている。圧電素子積層体は、例えばＰＺＴ（ＰｂＺｒＴｉＯ３）と呼ばれる層と薄い電極層が交互に積まれた積層体である。圧電素子積層体には、制御装置９（図１参照）から出力された駆動電圧が入力される。圧電素子積層体は、駆動電圧の入力に基づき、ピエゾ素子の特性である逆圧電効果によって伸縮する。

応力緩衝部４１は、圧電素子積層体の伸縮を駆動伝達ピン４２に伝達すると共に、圧電素子積層体に入力される応力を緩衝させる。駆動伝達ピン４２は、圧電素子積層体の伸長作動を圧力制御機構６０に伝達する押圧軸部である。駆動伝達ピン４２は、上バルブボデー部材２２のピン収容孔２２ａに収容されている。駆動伝達ピン４２の先端部は、制御バルブ７０の上端面に突き当てられている。

駆動部４０は、電荷の蓄積によって伸長した圧電素子積層体により、駆動伝達ピン４２をバルブ室部３５ｂに突き出す方向へ変位させ、電荷の放出による圧電素子積層体の収縮により、駆動伝達ピン４２をピン収容孔２２ａへと引き戻す。駆動伝達ピン４２の伸長作動の大きさは、圧電素子積層体に投入される駆動エネルギの大きさ、換言すれば、圧電素子積層体に投入される電荷量に対応している。駆動部４０における駆動伝達ピン４２の伸長作動の大きさは、制御装置９（図１参照）によって多段階に制御可能である。

圧力制御機構６０は、制御室３５に収容されている。圧力制御機構６０は、駆動部４０によって閉弁方向に押圧されることにより、制御室３５に燃料を流入させる流入状態と制御室３５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。圧力制御機構６０は、上述の制御バルブ７０及び制御プレート８０に加えて、第一スプリング６１及び第二スプリング６２等によって構成されている。これらの構成は、互いに同軸となるように配置されている。

制御バルブ７０は、金属材料により、全体として小径部７０ａ及び大径部７０ｂを有する二段円柱状に形成されている。制御バルブ７０は、大径部７０ｂを駆動伝達ピン４２側へ向けた姿勢で、バルブ室部３５ｂに収容されている。大径部７０ｂの外径は、バルブ室部３５ｂを区画する上バルブボデー部材２２の内周面の内径よりも小さく規定されている。制御バルブ７０は、上バルブボデー部材２２の内周面に実質的に非接触な状態で、軸方向に変位可能である。制御バルブ７０には、閉塞部７１、押圧部７２、及び連通溝７３が形成されている。

閉塞部７１は、制御バルブ７０の軸方向の両端面のうちで、駆動部４０側を向く上端面に形成されている。閉塞部７１は、ピン収容孔２２ａの開口よりも大きい平坦な円形の平面状に形成されている。閉塞部７１は、第一シート面部２７と対向しており、制御バルブ７０の軸方向の変位によって第一シート面部２７と離着座する。閉塞部７１の中央には、駆動伝達ピン４２が当接している。制御バルブ７０には、駆動部４０の伸長作動が駆動伝達ピン４２によって直接的に入力される。

押圧部７２は、制御バルブ７０の軸方向の両端面のうちで、制御プレート８０と対向する下端面に形成されている。駆動部４０が縮んだ状態にて、押圧部７２及び制御プレート８０の間には、僅かな隙間ＧＰが形成されている。隙間ＧＰの大きさは、例えば１０〜３０μｍ程度である。押圧部７２は、駆動部４０の伸長作動によって制御プレート８０の頂面に当接し、伸長作動する駆動部４０の駆動力を制御プレート８０に伝達する。

連通溝７３は、制御バルブ７０の下端面に、例えば十字状に形成されている。連通溝７３は、下端面に設けられた窪みであって、下端面の中央を通るように径方向に沿って延伸している。連通溝７３は、制御バルブ７０が制御プレート８０に押し当てられた状態で、主制御室部３５ａ及びバルブ室部３５ｂの間の燃料の流通を可能にする。

以上の制御バルブ７０は、駆動部４０が縮んだ状態で、閉塞部７１を第一シート面部２７に着座させている。これにより制御バルブ７０は、第一流出路３３による制御室３５及び低圧室３６の連通を遮断する。一方で、制御バルブ７０は、駆動部４０の伸長作動により、閉塞部７１を第一シート面部２７から離座させ、押圧部７２を制御プレート８０に当接させる。これにより制御バルブ７０は、第一流出路３３による制御室３５及び低圧室３６の連通を許容する。

尚、制御バルブ７０及び制御プレート８０のうちで制御バルブ７０のみを開弁させ、第一流出路３３及び第二流出路３４のうちで第一流出路３３のみに燃料を流通させる駆動部４０の伸長作動を、以下、「第一伸長作動」という。第一伸長作動の大きさは、制御バルブ７０及び制御プレート８０の間の隙間ＧＰと実質的に同一となる。

制御プレート８０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。制御プレート８０は、ピン収容孔２２ａ及び制御バルブ７０と実質的に同軸の配置にて、制御室３５に収容されている。制御プレート８０には、上着座面８１、下着座面８２、及び連通孔８３が形成されている。

上着座面８１は、制御プレート８０の頂面の外縁部分に形成されている。上着座面８１は、平坦な平面状とされている。上着座面８１は、第二シート面部２８と対向しており、制御プレート８０の変位によって第二シート面部２８に対し離着座する。上着座面８１は、第二シート面部２８への着座により、上環状溝２８ａを閉じる。

下着座面８２は、制御プレート８０の底面の外縁部分に形成されている。下着座面８２は、平坦な平面状とされている。下着座面８２は、第三シート面部２９と対向しており、制御プレート８０の変位によって第三シート面部２９に対し離着座する。下着座面８２は、第三シート面部２９への着座により、下環状溝２９ａを閉じる。

連通孔８３は、制御プレート８０の径方向の中央に設けられており、制御プレート８０を軸方向に貫通する円筒状の貫通孔によって形成されている。連通孔８３は、主制御室部３５ａ及びバルブ室部３５ｂを互いに連通させている。連通孔８３の流路面積は、各絞り面積Ｓｏ１，Ｓｏ２の合計よりも大きく規定されている。

以上の制御プレート８０は、駆動部４０が縮んだ状態で、上着座面８１を第二シート面部２８に着座させ、且つ、下着座面８２を第三シート面部２９から離座させている。これにより制御プレート８０は、第二流出路３４による制御室３５及び低圧室３６の連通を遮断しつつ、供給連通路３２による高圧室３１ａ及び制御室３５の連通を許容する。

また制御プレート８０は、伸長作動に伴う駆動部４０の駆動力が制御バルブ７０を介して伝達されることにより、上着座面８１を第二シート面部２８から離座させ、且つ、下着座面８２を第三シート面部２９に着座させる。これにより制御プレート８０は、第二流出路３４による制御室３５及び低圧室３６の連通を許容しつつ、供給連通路３２による高圧室３１ａ及び制御室３５の連通を遮断する。

尚、制御バルブ７０及び制御プレート８０の両方を開弁させ、且つ、制御プレート８０を第三シート面部２９に当接させる駆動部４０の伸長作動を、以下、「第二伸長作動」という。第二伸長作動の大きさは、第一伸長作動よりも大きくされている。加えて、第一伸長作動と第二伸長作動との作動量の差分は、制御プレート８０のストローク量ＤＰに相当する。制御プレート８０のストローク量ＤＰは、インオリフィス３２ａ及び第二アウトオリフィス３４ａの各絞り面積Ｓｉ１，Ｓｏ２よりも、各着座面８１，８２及び各シート面部２８，２９の間の流路面積が大きくなるように設定されている。

詳記すると、制御プレート８０のストローク量ＤＰとし、バルブ室部３５ｂの内径をｄ１とした場合、制御プレート８０が第三シート面部２９に着座した状態で、第二シート面部２８及び上着座面８１の間の最小流路面積は、「２π×ｄ１×ＤＰ」となる。同様に、主制御室部３５ａの内径をｄ２とした場合、制御プレート８０が第二シート面部２８に着座した状態で、第三シート面部２９及び下着座面８２の間の最小流路面積は、「２π×ｄ２×ＤＰ」となる。ストローク量ＤＰは、インオリフィス３２ａ及び第二アウトオリフィス３４ａにて流量が規定可能なように、それぞれＳｏ２＜２π×ｄ１×ＤＰ、及びＳｉ１＜２π×ｄ２×ＤＰとなるように設定されている。

第一スプリング６１及び第二スプリング６２は、共に円筒螺旋状に形成されたコイルスプリングである。第一スプリング６１及び第二スプリング６２は、制御室３５に収容されている。第一スプリング６１は、小径部７０ａの外周側に位置しており、軸方向に押し縮められた状態で大径部７０ｂ及び制御プレート８０の間に配置されている。第一スプリング６１は、制御バルブ７０を第一シート面部２７へ向けて付勢している。第二スプリング６２は、突起部５２の外周側に位置しており、軸方向に押し縮められた状態で、制御プレート８０及びノズルニードル５０の間に配置されている。第二スプリング６２は、制御プレート８０を第二シート面部２８へ向けて付勢している。加えて第二スプリング６２は、制御プレート８０及び第一スプリング６１を介して、制御バルブ７０を第二シート面部２８へ向けて付勢している。

ここまで説明した燃料噴射装置１０は、燃料噴射における噴射率の推移の態様を変更可能である。具体的に、燃料噴射装置１０は、噴射率を標準的に立ち上げる低速開弁モードでの燃料噴射と、低速開弁モードよりも噴射率を急峻に立ち上げる高速開弁モードでの燃料噴射とを行うことができる。以下、低速開弁モード及び高速開弁モードを比較しつつ、燃料噴射装置１０におけ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。

図３には、圧電素子積層体への通電が行われておらず、駆動部４０の縮んだ状態が示されている。この状態における制御バルブ７０は、第一スプリング６１の付勢力等により、初期位置として、閉塞部７１を第一シート面部２７に着座させている。初期位置の制御バルブ７０は、第一流出路３３による制御室３５及び低圧室３６の接続を遮断している。同様に、制御プレート８０は、主制御室部３５ａ及び上環状溝２８ａの圧力差や第二スプリング６２の付勢力等により、初期位置として、上着座面８１を第二シート面部２８に着座させている。初期位置の制御プレート８０は、第二流出路３４による制御室３５及び低圧室３６の接続を遮断している。以上により、制御室３５から低圧室３６への燃料の流出は、中断されている。

一方、制御プレート８０の下着座面８２は、第三シート面部２９から離座している。故に、供給連通路３２による高圧室３１ａと制御室３５との連通が許容され、制御室３５の燃料圧力は、高圧室３１ａ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３５の燃料から受ける油圧力により、噴孔３８の閉弁状態を維持する。

図４に示す低速開弁モードでは、駆動部４０に第一伸長作動を生じさせる駆動エネルギ（以下、「第一駆動エネルギ」）が、圧電素子積層体に投入される。低速開弁モードにおける駆動部４０は、駆動伝達ピン４２によって制御バルブ７０を押し下げ、押し下げた制御バルブ７０の押圧部７２を制御プレート８０の頂面に当接させる。制御バルブ７０の開弁によって閉塞部７１が第一シート面部２７から離座することで、バルブ室部３５ｂは、ピン収容孔２２ａ及び第一流出路３３を介して、低圧室３６と接続される。これにより主制御室部３５ａの燃料は、連通孔８３及び連通溝７３を通じてバルブ室部３５ｂに移動し、第一流出路３３を経由して、低圧室３６に流出可能となる。

低速開弁モードにおける制御プレート８０は、上環状溝２８ａの低圧により、制御バルブ７０の当接によっても、第二シート面部２８に上着座面８１を着座させた状態を維持する。故に、第二流出路３４による制御室３５及び低圧室３６の連通は、遮断された状態となる。また、供給連通路３２による高圧室３１ａ及び制御室３５の連通状態は、維持される。

以上の低速開弁モードでは、第一流出路３３及び第二流出路３４のうちで第一流出路３３のみが、制御室３５から低圧室３６へと燃料を流通させる。第一アウトオリフィス３３ａによって律速された燃料流出に伴う制御室３５の減圧により、ニードル受圧部５１に作用する閉弁方向の油圧力が減少する。その結果、制御室３５の燃料圧力が開弁圧を下回り、ノズルニードル５０は、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３８が開弁状態となる。

図５に示す高速開弁モードでは、駆動部４０に第二伸長作動を生じさせる駆動エネルギ（以下、「第二駆動エネルギ」）が、圧電素子積層体に投入される。第二駆動エネルギは、第一駆動エネルギよりも大きい。高速開弁モードにおける駆動部４０は、制御バルブ７０と共に制御プレート８０を押し下げる。制御プレート８０の変位によれば、上着座面８１が第二シート面部２８から離座すると共に、下着座面８２が第三シート面部２９に着座する。以上により、バルブ室部３５ｂは、第二流出路３４を介して低圧室３６と接続される。加えて、下着座面８２による下環状溝２９ａの閉塞により、供給連通路３２による高圧室３１ａ及び制御室３５の連通が遮断される。これにより、高圧室３１ａから制御室３５への燃料の供給が中断される。

以上の高速開弁モードでは、第一流出路３３及び第二流出路３４の両方が、制御室３５から低圧室３６へと燃料を流通させる。このように、各アウトオリフィス３３ａ，３４ａによって律速された燃料流出に伴う制御室３５の減圧によれば、ニードル受圧部５１に作用する閉弁方向の油圧力は、急速に減少する。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に変位可能となる。

図６に示す閉弁期間では、圧電素子積層体への通電が停止される。通電停止に伴い、圧電素子積層体に蓄えられていた電荷が放出されると、駆動部４０の駆動力が消失する。これにより、高速開弁モードでの閉弁期間では、下環状溝２９ａの油圧力及び第二スプリング６２の付勢力により、制御プレート８０は、第二シート面部２８へ向けて変位する。その結果、供給連通路３２によって高圧室３１ａと制御室３５とが接続され、制御室３５への燃料の流入が開始される。さらに、第二流出路３４による制御室３５と低圧室３６との連通が、制御プレート８０によって遮断される。その結果、第二流出路３４を通じた制御室３５から低圧室３６への燃料の流出が停止される。

加えて、各開弁モードの閉弁期間では、制御バルブ７０が、第一スプリング６１の付勢力及び油圧力等により、第一シート面部２７へ向けて変位する。制御バルブ７０は、閉塞部７１を第一シート面部２７に着座させて、制御室３５と低圧室３６との連通を遮断する。その結果、第一流出路３３を通じた制御室３５から低圧室３６への燃料の流出が停止される。

以上により、制御室３５の燃料圧力は、供給連通路３２を通じて供給される燃料により、高圧室３１ａ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５３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３８を閉弁状態とする。

ここまで説明した第一実施形態では、駆動部４０の第一伸長作動により、制御バルブ７０が、第一流出路３３による制御室３５及び低圧室３６の連通を許容する。さらに、第一伸長作動よりも大きな第二伸長作動によれば、制御バルブ７０を介して伝達される駆動部４０の駆動力により、制御プレート８０が、第二流出路３４による制御室３５及び低圧室３６の連通を許容する。

以上のように、駆動部４０における伸長作動の大きさの制御によれば、第二流出路３４を通じた燃料流出の実施及び不実施が切り替えられる。これにより、制御室３５から低圧室３６へ流出する燃料流量が増減するため、制御室３５の圧力降下の態様が変更され得る。その結果、燃料噴射装置１０の大型化を回避するために、制御バルブ７０及び制御プレート８０の開閉を一つの駆動部４０で行う構成であっても、ノズルニードル５０の変位速度の切り替えが可能となる。

加えて第一実施形態では、駆動部４０の第二伸長作動により、供給連通路３２を通じた高圧室３１ａと制御室３５との連通が遮断され、高圧室３１ａから制御室３５への燃料の流入が中断される。以上によれば、第二伸長作動に伴う制御室３５の圧力降下は、第一伸長作動に伴う制御室の圧力降下よりもさらに急速に生じるようになる。したがって、駆動部４０の作動量の変更に伴い、ノズルニードル５０の変位速度を切り替えレンジがいっそう拡大可能になる。

また第一実施形態の第三シート面部２９には、供給連通路３２と接続された下環状溝２９ａが設けられている。第三シート面部２９に制御プレート８０が着座した状態では、下環状溝２９ａを満たしている燃料は、高圧室３１ａと実質的に同一の圧力となる。故に、制御プレート８０は、下環状溝２９ａ及び制御室３５の燃料圧力差により、第三シート面部２９から離れる方向に押し上げられる。以上によれば、閉弁期間にて第三シート面部２９から離座する制御プレート８０の作動が下環状溝２９ａの燃料によって支援されるため、制御室３５の圧力回復、ひいてはノズルニードル５０の閉弁方向への変位が速やかに行われる。

加えて第一実施形態のように、下環状溝２９ａが第三シート面部２９に沿って延伸した形状であれば、供給連通路３２を流通した燃料は、下環状溝２９ａの全体から制御室３５に流入できる。そのため、制御プレート８０に確保されたストローク量ＤＰ、即ち、第三シート面部２９と下着座面８２との隙間が小さくても、供給連通路３２の燃料は、第三シート面部２９と下着座面８２との間で実質的に絞られることなく、制御室３５に流入できる。このように、制御プレート８０のストローク量ＤＰを短くしつつ、制御室３５に流入する燃料流量を確保できれば、高速開弁モードにて圧電素子積層体に投入される駆動エネルギの低減と、高速な閉弁作動との両立が可能となる。

さらに第一実施形態のように、下環状溝２９ａが下着座面８２の外縁形状に沿った円環状に形成されていれば、下環状溝２９ａの燃料は、制御プレート８０に周方向にて偏りを抑制された均等な油圧力を下着座面８２に作用させ得る。以上によれば、制御プレート８０は、駆動部４０の縮む作動に追従し、軸方向を傾斜させることなく、安定した姿勢を維持して第三シート面部２９から離座可能となる。

また第一実施形態の第二シート面部２８には、第二流出路３４と接続された上環状溝２８ａが設けられている。第二シート面部２８に制御プレート８０が着座した状態では、上環状溝２８ａを満たしている燃料は、低圧室３６と実質的に同一の圧力となる。故に、制御プレート８０は、上環状溝２８ａ及び制御室３５の燃料圧力の差により、第二シート面部２８に押し付けられる。

以上によれば、低速開弁モードにて制御バルブ７０が制御プレート８０に当接しても、制御プレート８０は、上環状溝２８ａの低圧を利用して第二シート面部２８に上着座面８１を着座させた状態を維持できる。故に、第一伸長作動から第二伸長作動への切り替えにより、ノズルニードル５０の変位速度、ひいては噴射率の変化の態様が、明確に切り替わるようになる。

加えて第一実施形態のように、上環状溝２８ａが第二シート面部２８に沿って延伸した形状であれば、制御室３５の燃料は、上環状溝２８ａの全体に流入し、第二流出路３４を通じて低圧室３６に流出される。こうした構成であれば、第二シート面部２８と上着座面８１との隙間が小さくても、制御室３５の燃料は、第二シート面部２８と上着座面８１との間で実質的に絞られることなく、第二流出路３４に流通できる。このように、制御プレート８０のストローク量ＤＰを短くしつつ、制御室３５から流出する燃料流量を確保できれば、高速開弁モードにて圧電素子積層体に投入される駆動エネルギの低減と、高速な開弁作動との両立が可能となる。

さらに第一実施形態では、上環状溝２８ａが上着座面８１の外縁形状に沿った円環状に形成されている。故に、上環状溝２８ａの燃料は、制御プレート８０に周方向にて均等な吸引力を作用させ、制御プレート８０を第二シート面部２８に着座させておくことができる。加えて、上環状溝２８ａは、油圧力の偏りを低減して制御プレート８０に生じる傾きを抑制し、制御プレート８０の変位を安定化させることができる。

また第一実施形態では、第一アウトオリフィス３３ａの絞り面積Ｓｏ１よりも第二アウトオリフィス３４ａの絞り面積Ｓｏ２が大きく規定されている。故に、低速開弁モード及び高速開弁モードの切り替えに伴って、制御室３５から流出する燃料流量が顕著に変化する。以上によれば、開弁モード、即ち、駆動部４０の伸長作動の切り替えに伴う噴射率の可変レンジの拡大が可能になる。

加えて第一実施形態では、制御バルブ７０及び制御プレート８０は、それぞれ第一スプリング６１及び第二スプリング６２の付勢力によって駆動伝達ピン４２へ向けて付勢されている。こうした構成であれば、制御バルブ７０及び制御プレート８０は、駆動部４０の伸縮作動に正確に追従し得る。したがって、燃料噴射装置１０の作動が安定化する。

尚、第一実施形態において、弁ボデー２０が「べデー」に相当し、第二シート面部２８が「流出シート面部」に相当し、上環状溝２８ａが「流出溝部」に相当し、第三シート面部２９が「流入シート面部」に相当し、下環状溝２９ａが「流入溝部」に相当する。また、第一流出路３３が「第一連通路」に相当し、第一アウトオリフィス３３ａが「第一オリフィス」に相当し、第二流出路３４が「第二連通路」に相当し、第二アウトオリフィス３４ａが「第二オリフィス」に相当する。さらに、ノズルニードル５０が「ニードル」に相当し、第二スプリング６２が「弁体弾性部材」に相当し、制御バルブ７０が「第一弁体」に相当し、制御プレート８０が「第二弁体」に相当する。

（第二実施形態）
図７〜図１２に示す第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態では、図７及び図８に示すように、弁ボデー２２０及び圧力制御機構２６０の構成が第一実施形態とは異なっている。以下、弁ボデー２２０及び圧力制御機構２６０の詳細を説明する。

弁ボデー２２０は、上バルブボデー部材２２及び下バルブボデー部材２３（図３参照）に相当する構成として、バルブボデー部材２２２を備えている。バルブボデー部材２２２には、ピン収容孔２２ａ、第一シート面部２７及び第二シート面部２８に加えて、機構収容穴２６０ａが設けられている。機構収容穴２６０ａは、二段円柱状の空間を区画しており、圧力制御機構２６０を収容している。機構収容穴２６０ａは、高圧室３１ａの一部を形成している。

圧力制御機構２６０は、制御バルブ２７０、制御内シリンダ２８０、制御外シリンダ２９０、第一スプリング６１及び第二スプリング６２等によって構成されている。

制御バルブ２７０は、扁平な円柱状に形成されている。制御バルブ２７０は、軸方向に変位可能な状態で機構収容穴２６０ａに収容されている。制御バルブ２７０の外周壁面と、弁ボデー２２０の内周壁面との間には、燃料を流通させるクリアランスが確保されている。制御バルブ２７０には、閉塞部７１及び押圧部７２に加えて、連通路２７４が形成されている。連通路２７４は、制御バルブ２７０を軸方向に貫通する貫通孔によって形成されている。連通路２７４の一端は、主制御室部３５ａに接続されている。連通路２７４の他端は、制御室３５のうちで第一シート面部２７の周囲に確保された空間部と接続されている。連通路２７４は、主制御室部３５ａの燃料をピン収容孔２２ａへ向けて流通させる。

制御内シリンダ２８０は、全体として円筒状に形成されている。制御内シリンダ２８０は、制御外シリンダ２９０の内側に収容されている。制御内シリンダ２８０と制御外シリンダ２９０との間には、中間室部２６３が区画されている。中間室部２６３は、円筒状の空間であって、高圧室３１ａの一部である。中間室部２６３は、高圧燃料によって満たされており、主制御室部３５ａと接続可能である。

制御内シリンダ２８０には、径方向の外側に突き出した鍔部２８０ａが設けられている。鍔部２８０ａは、制御内シリンダ２８０の軸方向の両端部のうちで、制御バルブ２７０と対向する一方の端部に円環状に形成されている。鍔部２８０ａの外径は、制御外シリンダ２９０の内径よりも小さく規定されている。こうした構成により、制御内シリンダ２８０は、鍔部２８０ａを制御外シリンダ２９０に摺動させることなく、軸方向に変位可能である。

制御内シリンダ２８０には、上着座面８１及び下着座面８２に加えて、流入シート面部２８５及び供給連通路２８４が設けられている。上着座面８１は、制御内シリンダ２８０の軸方向の両端面のうちで、制御バルブ２７０と対向する上端面に形成されている。上着座面８１は、上端面のうちで鍔部２８０ａによって形成された外縁部分に設けられている。上着座面８１は、第二シート面部２８への当接により、第二シート面部２８に設けられた上環状溝２８ａを閉塞する。下着座面８２は、制御内シリンダ２８０の軸方向の両端面のうちで、噴孔３８側を向く下端面に形成されている。下着座面８２は、制御内シリンダ２８０の軸方向への変位により、制御外シリンダ２９０に離着座する。

流入シート面部２８５は、第一実施形態の第三シート面部２９（図３参照）に相当する構成である。流入シート面部２８５は、制御内シリンダ２８０の上端面のうちで上着座面８１の内周側に円環状に形成されている。流入シート面部２８５は、制御バルブ２７０の押圧部７２と対向している。流入シート面部２８５には、押圧部７２が離着座する。流入シート面部２８５には、流入環状溝２８５ａが形成されている。流入環状溝２８５ａは、上端面に対して窪んでおり、流入シート面部２８５の形状に沿って円環状に延伸している。流入環状溝２８５ａは、供給連通路２８４と接続されている。流入環状溝２８５ａは、流入シート面部２８５に着座した押圧部７２によって閉塞される。

供給連通路２８４は、中間室部２６３及び主制御室部３５ａを連通する燃料通路である。供給連通路２８４は、制御内シリンダ２８０の壁部を貫通する貫通孔によって形成されている。供給連通路２８４には、インオリフィス２８４ａが設けられている。第二実施形態では、供給連通路２８４の全体がインオリフィス２８４ａとされている。インオリフィス２８４ａは、中間室部２６３及び主制御室部３５ａが接続された状態で、中間室部２６３から主制御室部３５ａに流入する燃料の流量を制限する。インオリフィス２８４ａの流路面積が、第一実施形態の絞り面積Ｓｉ１に相当する。

制御外シリンダ２９０は、金属材料により、有底の円筒状に形成されている。制御外シリンダ２９０は、ニードルスプリング５３によって駆動部４０へ向けて付勢されている。制御外シリンダ２９０には、伸長作動を行なう駆動部４０の駆動力が、制御バルブ２７０及び制御内シリンダ２８０を介して伝達される。制御外シリンダ２９０は、駆動部４０の伸長作動によって変位可能である。以下、制御外シリンダ２９０を第二シート面部２８から離座させる伸長作動を、「第三伸長作動」という。第三伸長作動は、第二伸長作動よりもさらに大きい伸長作動である。

制御外シリンダ２９０には、上当接面部２９１、ニードル挿通開口２９２、及び中間シート面部２９３が設けられている。上当接面部２９１は、第二シート面部２８と対向する制御外シリンダ２９０の上端面によって形成されている。上当接面部２９１は、上着座面８１の外周側に位置し、第二シート面部２８に離着座可能である。上当接面部２９１は、制御外シリンダ２９０に作用するニードルスプリング５３の付勢力により、第二シート面部２８に押圧されている。

ニードル挿通開口２９２は、制御外シリンダ２９０の底壁の中央に形成された貫通開口である。ニードル挿通開口２９２は、ノズルニードル５０を挿通させている。ニードル挿通開口２９２とノズルニードル５０との間には、流通隙間ＩＳ２が設けられている。流通隙間ＩＳ２は、中間室部２６３に流入する高圧燃料の通路となる径方向の隙間である。流通隙間ＩＳ２の流路面積Ｓｉ２は、横断面における円環状の部分の面積であり、インオリフィス２８４ａの絞り面積Ｓｉ１よりも大きくされている。

中間シート面部２９３は、制御外シリンダ２９０の底壁のうちで、ニードル挿通開口２９２の周囲を囲む部分に形成されている。中間シート面部２９３は、下着座面８２と軸方向に対向している。中間シート面部２９３への下着座面８２の着座により、中間室部２６３は、高圧室３１ａの主要な部分から遮断される。これにより、中間室部２６３への高圧燃料の供給が停止される。駆動部４０が縮んだ状態であって、制御内シリンダ２８０及び制御外シリンダ２９０が共に第二シート面部２８に着座した状態にて、中間シート面部２９３と下着座面８２との間には、流通隙間ＩＳ３が生じている。流通隙間ＩＳ３は、中間室部２６３に流入する高圧燃料の通路となる軸方向の隙間である。流通隙間の流路面積Ｓｉ３は、ニードル挿通開口２９２と同一内径となる円筒の外周面の面積であり、インオリフィス２８４ａの絞り面積Ｓｉ１よりも大きくされている。

第一スプリング６１は、主制御室部３５ａに収容されている。第一スプリング６１は、軸方向に押し縮められた状態で制御バルブ２７０及びノズルニードル５０の間に配置されている。第二スプリング６２は、中間室部２６３に収容されている。第二スプリング６２は、軸方向に押し縮められた状態で、制御内シリンダ２８０の鍔部２８０ａと制御外シリンダ２９０の底壁の間に配置されている。

以上の構成の燃料噴射装置２１０は、第一実施形態と同様に、低速開弁モードによる燃料噴射と、高速開弁モードによる燃料噴射とを切り替えることができる。加えて燃料噴射装置２１０は、一回の噴射期間のうちで、燃料噴射を一時的に中断する中断期間を設けることができる。以下、燃料噴射装置２１０による燃料噴射の作動の詳細を、図８〜図１２に基づき、図７を参照しつつ説明する。

図８には、駆動部４０が縮んだ状態での圧力制御機構２６０が示されている。この状態における制御バルブ２７０は、第一スプリング６１の付勢力等により、初期位置として、閉塞部７１を第一シート面部２７に着座させている。制御内シリンダ２８０は、第二スプリング６２の付勢力等により、初期位置として、上着座面８１を第二シート面部２８に着座させている。制御外シリンダ２９０は、ニードルスプリング５３の付勢力等により、初期位置として、上当接面部２９１を第二シート面部２８に着座させている。

一方、制御バルブ２７０の押圧部７２は、第二シート面部２８から離座している。加えて、制御内シリンダ２８０の下着座面８２は、中間シート面部２９３から離座している。故に、高圧燃料は、中間室部２６３及び供給連通路２８４を通じて、制御室３５に供給可能となる。これにより制御室３５の燃料圧力が高圧室３１ａの燃料圧力と実質同一となるため、ノズルニードル５０は、制御室３５の燃料から受ける油圧力により、噴孔３８の閉弁状態を維持する。

図９に示す低速開弁モードでは、第一伸長作動を行なう駆動伝達ピン４２により、制御バルブ２７０は、上環状溝２８ａの低圧で第二シート面部２８に固定された制御内シリンダ２８０に当接する位置まで押し下げられる。制御バルブ２７０は、押圧部７２によって上環状溝２８ａを閉塞する。その結果、供給連通路２８４による中間室部２６３と主制御室部３５ａとの連通が遮断され、主制御室部３５ａへの燃料の供給が中断される。さらに、制御バルブ２７０の開弁による閉塞部７１の第一シート面部２７からの離座により、主制御室部３５ａの燃料は、連通路２７４、ピン収容孔２２ａ及び第一流出路３３を流通し、低圧室３６に流出される。第二実施形態の低速開弁モードでも、制御室３５から低圧室３６に流出する燃料流量は、第一アウトオリフィス３３ａによって規定される。燃料流出に伴う制御室３５の減圧によれば、ニードル受圧部５１に作用する閉弁方向の油圧力が減少する。その結果、ノズルニードル５０は、高圧燃料の油圧力によって開弁方向への変位を開始し、噴孔３８を開弁状態とする。

図１０に示す高速開弁モードにおける駆動部４０は、第二伸長作動により、制御バルブ２７０と共に制御内シリンダ２８０を押し下げる。制御内シリンダ２８０の変位によれば、上着座面８１が第二シート面部２８から離座し、下着座面８２が中間シート面部２９３に着座する。これにより、主制御室部３５ａは、第二流出路３４を介して低圧室３６と接続される。加えて、下着座面８２の中間シート面部２９３への着座により、高圧室３１ａから中間室部２６３への燃料流通が遮られるため、低速開弁モードと同様に、高圧室３１ａから制御室３５への燃料の供給は、実質的に行われない。

以上の高速開弁モードでは、第一流出路３３及び第二流出路３４の両方を通じて、制御室３５の燃料は、低圧室３６へと流通する。その結果、制御室３５の燃料圧力が低速開弁モードよりも急速に降下し、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に変位する。

図１１及び図１２のように、燃料噴射装置２１０は、例えば高速開弁モードでの燃料噴射の途中に無噴射期間を設けることができる（時刻ｔ３〜ｔ４）。無噴射期間を実現するために、圧電素子積層体には、駆動伝達ピン４２に第三伸長作動を生じさせる駆動エネルギ（以下、「第三駆動エネルギ」）が投入される。第三駆動エネルギは、第二駆動エネルギよりも大きい。駆動部４０の第三伸長作動によれば、制御外シリンダ２９０は、上当接面部２９１を第二シート面部２８から離座させる。

具体的に、駆動部４０には、一旦、第二駆動エネルギが投入される。これにより、制御バルブ２７０の開弁（時刻ｔ１）と、制御内シリンダ２８０の開弁とが順に行われ、制御内シリンダ２８０は、制御外シリンダ２９０に当接して停止する（時刻ｔ２）。その後、駆動部４０への第三駆動エネルギの投入が行われると、制御バルブ２７０及び制御内シリンダ２８０と共に、制御外シリンダ２９０が押し下げられる。

以上によれば、上当接面部２９１及び上着座面８１が共に第二シート面部２８から離座した状態となるため、高圧室３１ａの燃料は、中間室部２６３を経由することなく、第二シート面部２８と上当接面部２９１及び上着座面８１との間を流通できる。故に、高圧室３１ａの燃料は、制御バルブ２７０の外周壁と機構収容穴２６０ａの内周壁との間、さらに連通路２７４を通じて、主制御室部３５ａに流入する。こうして、高圧室３１ａから制御室３５への燃料の流入が可能になり、主制御室部３５ａの燃料圧力が回復することによれば、ノズルニードル５０は、閉弁方向に押し下げられて、噴孔３８を閉弁状態とする（時刻ｔ３）。

そして、圧電素子積層体に蓄積された電荷の一部が放電され、駆動伝達ピン４２の作動量は、第二伸長作動相当まで減少する。これにより、主制御室部３５ａへの燃料の供給が停止されると共に、第一流出路３３及び第二流出路３４を経由した主制御室部３５ａからの燃料の流出が再開される。その結果、ノズルニードル５０は、再び開弁方向への変位を開始し、噴孔３８からの燃料噴射を再開させる（時刻ｔ３）。尚、時刻ｔ３までが第一噴射の期間であり、時刻ｔ４以降が第二噴射の期間となる。

図１３に示す閉弁期間では、圧電素子積層体への通電停止により、駆動部４０の駆動力が消失する。制御内シリンダ２８０は、駆動力の消失に伴い、第二シート面部２８へ向けた変位を開始し（図１２ 時刻ｔ５）する。その結果、制御内シリンダ２８０は、中間シート面部２９３から下着座面８２を離座させ、第二シート面部２８に上着座面８１を着座させた初期位置に戻る。また制御バルブ２７０は、流入シート面部２８５から押圧部７２を離座させ（図１２ 時刻ｔ６）、閉塞部７１を第一シート面部２７に着座させた初期位置に戻る。以上により、制御室３５から燃料流出が停止され、且つ、制御室３５への燃料供給が開始されることのより、ノズルニードル５０は、閉弁方向に変位して、噴孔３８を閉弁状態とする（図１２ 時刻ｔ７）。

ここまで説明した第二実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、一つの駆動部４０で制御バルブ２７０及び制御内シリンダ２８０の開閉を制御して、ノズルニードル５０の変位速度の切り替えが可能となっている。

加えて第二実施形態では、低速開弁モードでも、供給連通路２８４を通じた高圧室３１ａと制御室３５との連通が遮断される。こうして、制御室３５への燃料の流入が中断されることによれば、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は、低減可能となる。これにより、高圧燃料ポンプ６（図１）の負荷増大の抑制、燃料温度の上昇抑制、デポジットの発生抑制等が可能になる。

また第二実施形態の制御内シリンダ２８０は、駆動部４０の第二伸長作動によって制御外シリンダ２９０に下着座面８２を当接させ、高圧室３１ａから制御室３５への燃料の流入を遮ることができる。このように、制御内シリンダ２８０と制御外シリンダ２９０との当接で高圧室３１ａから制御室３５への燃料流通を遮断できる構成であれば、制御外シリンダ２９０と制御内シリンダ２８０との間を摺動構造にする必要がなくなる。以上によれば、制御外シリンダ２９０、制御内シリンダ２８０、及びノズルニードル５０が径方向に重ねられる構成であっても、個々に必要とされる寸法精度の緩和が可能になる。

さらに第二実施形態では、ノズルニードル５０の開弁速度を切り替える少なくとも二つの充電制御パターンが設定されたうえで、さらに、燃料噴射の期間中に追加充電が実施される。こうした制御によれば、ノズルニードル５０は、一旦閉じられる。そして、追加充電された電荷の放電により、ノズルニードル５０が再度開弁する。

以上のように、駆動部４０の第三伸長作動によって制御室３５への燃料の流入が可能となれば、一時的に噴孔３８を閉じることができる。そして、電荷の放電によって駆動部４０が第二伸長作動の状態に戻れば、ノズルニードル５０は、再び噴孔３８を開く方向へ変位するようになる。以上のように、無噴射期間を設けることができれば、多段噴射のパターンを増やすことが可能になる。

加えて第二実施形態の構成では、制御外シリンダ２９０及びノズルニードル５０の間の流通隙間ＩＳ２の大きさは、個々の部品の寸法公差及び組み付けの公差等に起因して、ばらつき易い。同様に、制御外シリンダ２９０及び制御内シリンダ２８０の間の流通隙間ＩＳ３の大きさにも、ばらつきが生じ易い。そのため、各流通隙間ＩＳ２，ＩＳ３の流路面積Ｓｉ２，Ｓｉ３は、インオリフィス２８４ａの絞り面積Ｓｉ１よりも大きくされている。こうした設計によれば、中間室部２６３を経由して主制御室部３５ａに流入する燃料流量は、インオリフィス２８４ａによって制御されるため、安定的となる。その結果、ノズルニードル５０の閉弁時の挙動も、安定化する。

尚、第二実施形態において、弁ボデー２２０が「ボデー」に相当し、制御バルブ２７０が「第一弁体」に相当し、制御内シリンダ２８０が「第二弁体」に相当し、制御外シリンダ２９０が「シリンダ」に相当する。また、流入環状溝２８５ａが「流入溝部」に相当し、流通隙間ＩＳ２，ＩＳ３がそれぞれ「隙間」に相当する。

（第三実施形態）
図１４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３２０からは、ニードルシリンダ２６（図３参照）が省略されている。弁ボデー３２０において、下バルブボデー部材２３及びノズルボデー部材２４の間には、ニードル支持部材３２３が設けられている。ノズルニードル５０のニードル摺動面５５は、ニードル支持部材３２３の内周壁３２３ａによって摺動可能に支持されている。こうした第三実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、一つの駆動部４０で制御バルブ７０及び制御プレート８０の開閉を制御して、ノズルニードル５０の変位速度の切り替えが可能となる。尚、第三実施形態では、弁ボデー３２０が「ボデー」に相当する。

（第四実施形態）
図１５に示す第四実施形態は、第一実施形態のさらに別の変形例である。第四実施形態のノズルニードル５０からは、突起部５２（図３参照）に相当する部位が省略されている。一方で、制御プレート４８０には、円筒部４８５が設けられている。円筒部４８５は、制御プレート４８０にて円盤状を呈する本体部分４８０ａから、軸方向に沿ってノズルニードル５０のニードル受圧部５１へ向かって円筒状に突出している。円筒部４８５は、第二スプリング６２の内周側に配置されている。円筒部４８５及び本体部分４８０ａの内部には、連通孔８３が形成されている。円筒部４８５は、主制御室部３５ａの容積を低減させている。

以上の第四実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、一つの駆動部４０で制御バルブ７０及び制御プレート４８０の開閉を制御して、ノズルニードル５０の変位速度の切り替えが可能となる。尚、第四実施形態では、制御プレート４８０が「第二弁体」に相当する。

（第五実施形態）
図１６に示す第五実施形態は、第二実施形態の変形例である。第五実施形態の圧力制御機構５６０において、制御内シリンダ５８０及び制御外シリンダ５９０の間は、摺動構造とされている。

制御内シリンダ５８０には、第二実施形態と同様に鍔部５８０ａが設けられている。鍔部５８０ａには、供給連通路５８４及びシリンダ摺動面５８５が形成されている。供給連通路５８４は、高圧室３１ａと制御室３５とを連通している。供給連通路５８４には、インオリフィス５８４ａが設けられている。シリンダ摺動面５８５は、鍔部５８０ａの外周壁面によって形成されている。シリンダ摺動面５８５は、制御外シリンダ５９０の内周壁面５９４に内嵌されている。シリンダ摺動面５８５は、内周壁面５９４との間で油密を形成しつつ、内周壁面５９４に対して摺動可能に制御内シリンダ５８０を支持している。制御外シリンダ５９０は、円筒状に形成されている。制御外シリンダ５９０からは、ニードル挿通開口２９２及び中間シート面部２９３（図９参照）に相当する構成が省略されている。

以上の第五実施形態でも、第二実施形態と同様の効果を奏し、一つの駆動部４０で制御バルブ２７０、制御内シリンダ５８０及び制御外シリンダ５９０の開閉を制御して、ノズルニードル５０の変位速度の切り替えが可能となる。尚、第五実施形態では、制御内シリンダ５８０が「第二弁体」に相当し、制御外シリンダ５９０が「シリンダ」に相当する。

（第六実施形態）
図１７に示す第六実施形態は、第二実施形態の別の変形例である。第六実施形態の圧力制御機構６６０では、第一スプリング６１及び第二スプリング６２に加えて、第三スプリング６３が設けられている。

第三スプリング６３は、円筒螺旋状に形成されたコイルスプリングである。第三スプリング６３のばね定数は、ニードルスプリング５３のばね定数よりも高く設定されている。第三スプリング６３は、高圧室３１ａに収容されている。第三スプリング６３は、軸方向に押し縮められた状態でノズルボデー部材２４と制御外シリンダ２９０との間に配置されている。第三スプリング６３は、ニードルスプリング５３と共に、制御外シリンダ２９０を第二シート面部２８へ向けて付勢している。

以上の第六実施形態でも、第二実施形態と同様の効果を奏し、一つの駆動部４０で制御バルブ２７０、制御内シリンダ２８０及び制御外シリンダ２９０の開閉を制御して、ノズルニードル５０の変位速度の切り替えが可能となる。加えて第六実施形態では、制御外シリンダ２９０を第二シート面部２８に押し付ける機能の大部分が、第三スプリング６３によって果たされている。故に、ニードルスプリング５３のみで制御外シリンダ２９０を付勢する形態と比較して、ニードルスプリング５３のばね定数は、低く設定され得る。以上によれば、ノズルニードル５０のリフト開始のタイミングを早めることができる。

（他の実施形態）
以上、本開示の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。

上記実施形態では、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、圧電素子積層体に投入する駆動エネルギを増減させる制御により、高速開弁モード及び低速開弁モードの各作動が少なくとも一回以上、切り替えられてもよい。例えば、低速開弁モードでの噴射開始後に、高速開弁モードへの切り替えが実施されてもよい。或いは、その逆の切り替えが実施されてもよい。さらに、第二実施形態による燃料噴射装置であっても、無噴射期間が設けられなくてもよい。

上記第一実施形態では、高速開弁モードにて、供給連通路が閉じられていた。また上記第二実施形態では、低速開弁モードにて、供給連通路が閉じられていた。しかし、リーク燃料量が許容され得るのであれば、制御室へ燃料を供給する供給連通路は、閉じられなくてもよい。また、「第一弁体」、「第二弁体」、及び「シリンダ」に相当する構成の形状は、適宜変更可能である。加えて、「第一弁体」、「第二弁体」、及び「シリンダ」は、それぞれ複数の部品を組み立ててなる構成であってもよい。さらに、「第一弁体」、「第二弁体」、及び「シリンダ」の間に、駆動力を伝達するための部材が介在していてもよい。

上記実施形態における第一流出路及び第二流出路は、低圧室側の端部の少なくとも一部を合流させる形態であった。このように第一流出路及び第二流出路は、最も流路面積が狭くなる各オリフィス区間が別々でれば、各オリフィス区間の下流（低圧室）側にて、互いに合流していてもよい。また、制御室と低圧室との間に流路を形成するスペースが確保可能であれば、第一流出路及び第二流出路は、各全体を分離させた形態であってもよい。

上記実施形態では、各シート面部に円環状の溝が設けられていた。しかし、こうした円環状の溝は、設けられなくてもよい。さらに、円環状とは異なる形態の溝が、各シート面部に形成されていてもよい。また、上記実施形態の第一スプリング及び第二スプリングに相当する構成は、制御バルブ及び制御プレートの初期位置への移動が確実に行われるようであれば、適宜省略されてよい。

上記実施形態では、第一アウトオリフィスの絞り面積よりも第二アウトオリフィスの絞り面積の方が大きくされていた。しかし、燃料噴射装置に要求される噴射率の特性に応じて、個々のアウトオリフィスの絞り面積は、適宜調整されてよい。具体的には、第一アウトオリフィスの絞り面積が第二アウトオリフィスの絞り面積よりも大きくされていてもよい。

上記実施形態の駆動部における第一伸長作動、第二伸長作動、及び第三伸長作動の各作動量は、それぞれの大小関係が維持されていれは、適宜変更されてよい。また上記実施形態では、圧電素子積層体が駆動部のアクチュエータとして採用されていた。しかし、駆動部は、例えば磁電アクチュエータ等を有する構成であってもよい。

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。しかし、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。

１０，２１０ 燃料噴射装置、２０，２２０，３２０ 弁ボデー（ボデー）、２８ 第二シート面部（流出シート面部）、２８ａ 上環状溝（流出溝部）、２９ 第三シート面部（流入シート面部）、２９ａ 下環状溝（流入溝部）、３１ａ 高圧室、３２ 供給連通路、３３ 第一流出路（第一連通路）、３３ａ 第一アウトオリフィス（第一オリフィス）、３４ 第二流出路（第二連通路）、３４ａ 第二アウトオリフィス（第二オリフィス）、３５ 制御室、３６ 低圧室、３８ 噴孔、４０ 駆動部、５０ ノズルニードル、６２ 第二スプリング（弁体弾性部材）、７０，２７０ 制御バルブ（第一弁体）、８０，４８０ 制御プレート（第二弁体）、２８０，５８０ 制御内シリンダ（第二弁体）、２８４，５８４ 供給連通路、２８４ａ，５８４ａ インオリフィス、２８５ 流入シート面部、２８５ａ 流入環状溝（流入溝部）、２９０，５９０ 制御外シリンダ（シリンダ）、ＩＳ２，ＩＳ３ 流通隙間、Ｓｉ１，Ｓｏ１，Ｓｏ２ 絞り面積、Ｓｉ２，Ｓｉ３ 流路面積

Claims (16)

1. 燃料を噴射する噴孔（３８）が形成され、燃料が充填される制御室（３５）、前記制御室に燃料を供給する高圧室（３１ａ）、前記制御室の燃料が流出する低圧室（３６）、並びに前記制御室及び前記低圧室を連通する第一連通路（３３）及び第二連通路（３４）、が内部に設けられたボデー（２０，２２０，３２０）と、
   第一伸長作動及び前記第一伸長作動よりも大きな第二伸長作動を行なう駆動部（４０）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、
   前記駆動部が縮んだ状態で前記第一連通路による前記制御室及び前記低圧室の連通を遮断し、前記駆動部の前記第一伸長作動によって前記第一連通路による前記制御室及び前記低圧室の連通を許容する第一弁体（７０，２７０）と、
   前記駆動部が縮んだ状態で前記第二連通路による前記制御室及び前記低圧室の連通を遮断し、前記第二伸長作動を行なう前記駆動部の駆動力が前記第一弁体を介して伝達されることにより、前記第二連通路による前記制御室及び前記低圧室の連通を許容する第二弁体（８０，２８０，４８０，５８０）と、を備える燃料噴射装置。
2. 前記ボデーの内部には、前記高圧室及び前記制御室を連通する供給連通路（３２）がさらに設けられており、
   前記第二弁体は、前記駆動部が縮んだ状態で前記供給連通路による前記高圧室及び前記制御室の連通を許容し、前記駆動部の前記第二伸長作動により、前記供給連通路による前記高圧室及び前記制御室の連通を遮断する請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記ボデーには、前記駆動部が前記第二伸長作動を行った状態で前記第二弁体を着座させる流入シート面部（２９）、が形成されており、
   前記流入シート面部には、前記供給連通路と接続された流入溝部（２９ａ）が形成されている請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記流入シート面部は、前記第二弁体の外縁形状に沿った環状に形成されており、
   前記流入溝部は、前記流入シート面部の形状に沿って環状に延伸している請求項３に記載の燃料噴射装置。
5. 前記第二弁体には、前記高圧室及び前記制御室を連通する供給連通路（２８４，５８４）が設けられており、
   前記第一弁体は、前記駆動部が縮んだ状態で前記供給連通路による前記高圧室及び前記制御室の連通を許容し、前記駆動部の前記第一伸長作動により、前記供給連通路による前記高圧室及び前記制御室の連通を遮断する請求項１に記載の燃料噴射装置。
6. 前記第二弁体を収容するシリンダ（２９０，５９０）、をさらに備え、
   前記第二弁体は、前記駆動部の前記第二伸長作動によって前記シリンダに当接し、前記高圧室から前記制御室への燃料の流入を遮る請求項５に記載の燃料噴射装置。
7. 前記シリンダは、前記第二伸長作動よりも大きな第三伸長作動を行なう前記駆動部の駆動力が前記第一弁体及び前記第二弁体を介して伝達されることにより、前記高圧室から前記制御室への燃料の流入を可能にする請求項６に記載の燃料噴射装置。
8. 前記供給連通路には、前記高圧室から前記制御室へ向けて流れる燃料の流量を制限するインオリフィス（２８４ａ，５８４ａ）が設けられている請求項６又は７に記載の燃料噴射装置。
9. 前記インオリフィスの絞り面積（Ｓｉ１）は、前記シリンダ及び前記ニードルの間に設けられた流通隙間（ＩＳ２）の流路面積（Ｓｉ２）よりも小さい請求項８に記載の燃料噴射装置。
10. 前記供給連通路の絞り面積（Ｓｉ１）は、前記駆動部が縮んだ状態で前記第二弁体及び前記シリンダの間に生じる流通隙間（ＩＳ３）の流路面積（Ｓｉ３）よりも小さい請求項８又は９に記載の燃料噴射装置。
11. 前記第二弁体には、前記駆動部が前記第二伸長作動を行った状態で前記第一弁体を着座させる流入シート面部（２８５）、が形成されており、
    前記流入シート面部には、前記供給連通路と接続された流入溝部（２８５ａ）が形成されている請求項５〜１０のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
12. 前記流入シート面部は、前記第一弁体の外縁形状に沿った環状に形成されており、
    前記流入溝部は、前記流入シート面部の形状に沿って環状に延伸している請求項１１に記載の燃料噴射装置。
13. 前記ボデーには、前記駆動部が縮んだ状態で前記第二弁体を着座させる流出シート面部（２８）、が形成されており、
    前記流出シート面部には、前記第二連通路と接続された流出溝部（２８ａ）が形成されている請求項１〜１２のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
14. 前記流出シート面部は、前記第二弁体の外縁形状に沿った環状に形成されており、
    前記流出溝部は、前記流出シート面部の形状に沿って環状に延伸している請求項１３に記載の燃料噴射装置。
15. 前記第一連通路には、前記制御室から前記低圧室へ向けて流れる燃料の流量を制限する第一オリフィス（３３ａ）が設けられており、
    前記第二連通路には、前記制御室から前記低圧室へ向けて流れる燃料の流量を制限する第二オリフィス（３４ａ）が設けられており、
    前記第二オリフィスの絞り面積（Ｓｏ２）は、前記第一オリフィスの絞り面積（Ｓｏ１）よりも大きい請求項１〜１４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
16. 前記第一弁体及び前記第二弁体を前記駆動部へ向けて付勢する弁体弾性部材（６２）、をさらに備える請求項１〜１５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。

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