JP2019148192A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの駆動負荷を低減することが可能であるとともに、低圧室への高圧燃料の漏れを抑制することの可能な燃料噴射装置を提供する。【解決手段】燃料噴射装置ＦＩは、制御室１９と、制御弁２２と、アウトオリフィス２５１と、を備える。制御室１９には、ノズルニードル１３に閉弁方向の圧力を付与する高圧の燃料が充填される。制御弁２２は、シート座面１１４に着座して閉弁状態になることにより制御室１９及び低圧室２９の連通を遮断する。制御弁は、閉弁状態から開弁状態になる際に、シート座面１１４から低圧室２９に向かう所定方向に変位する。制御弁２２及びアウトオリフィス２５１は、シート座面１１４よりも低圧室２９側に配置されている。【選択図】図２

Description

本開示は、燃料噴射装置に関する。

従来、燃料噴射装置には、ニードル直動式の燃料噴射装置と、油圧サーボ式の燃料噴射装置とがある。ニードル直動式の燃料噴射装置は、ピエゾ素子の積層体からなるアクチュエータを用いてノズルニードルを直接開閉動作させる構造からなる。油圧サーボ式の燃料噴射装置は、ノズルニードルの直上に設けられる制御室と、制御室及び低圧室を連通する連通路を開閉させる制御弁と、制御弁を開閉動作させるアクチュエータとを備えている。油圧サーボ式の燃料噴射装置は、制御弁の開閉動作に基づいて制御室内の燃料圧力を変化させることによりノズルニードルを開閉動作させる構造からなる。このような構造の違いにより、油圧サーボ式の燃料噴射装置よりも、ニードル直動式の燃料噴射装置の方が燃料噴射圧に依存せずにノズルニードルの挙動、すなわち噴射率をコントロールし易いという特徴を有している。しかしながら、ニードル直動式の燃料噴射装置は、油圧サーボ式の燃料噴射装置と比較すると、ノズルニードルの駆動に必要な負荷が大きくなるため、アクチュエータの駆動負荷が増加するという課題を有している。

そこで、下記の特許文献１に記載の燃料噴射装置では、油圧サーボ機構と直動機構とが併用されている。具体的には、特許文献１に記載の燃料噴射装置は、制御室及び低圧室の連通を遮断する制御弁を備えている。燃料噴射装置には、制御弁が着座するシート座面が形成されている。制御弁は、シート座面に着座することにより、制御室及び低圧室の連通を遮断する閉弁状態になっている。シート座面には、制御弁が配置されるバルブ室から低圧室に貫通する挿通孔が形成されている。この挿通孔には、アクチュエータの駆動力を制御弁に伝達するための駆動伝達部材が挿通されている。

特許文献１に記載の燃料噴射装置では、アクチュエータの伸張によりその駆動力が駆動伝達部材を介して制御弁に伝達されると、制御弁がシート座面から離座して開弁状態になる。これにより、制御室が低圧室に連通されて制御室内の燃料圧力が低下するため、ノズルニードルが開弁する。特許文献１に記載の燃料噴射装置は、このような制御室の減圧に基づきノズルニードルを開弁させる油圧サーボ機構を有している。

また、特許文献１に記載の燃料噴射装置は、油圧力を介してアクチュエータの駆動力をノズルニードルに伝達するピストンを備えている。具体的には、ピストンには、アクチュエータの駆動力が制御弁を介して伝達される。ピストンは、制御弁を介して伝達されるアクチュエータの駆動力に基づいて変位することにより、ノズルニードルを開弁動作させる油圧力を発生させる。このように、特許文献１に記載の燃料噴射装置は、アクチュエータの駆動力をピストンの油圧力を介してノズルニードルに伝達することによりノズルニードルを開弁させる直動機構を有している。

このように、特許文献１に記載の燃料噴射装置は、油圧サーボ機構と直動機構とを有することにより、アクチュエータの負荷を低減しつつ、噴射率の自由度を向上させている。

特開２０１７−２８９１号公報

ところで、特許文献１に記載の燃料噴射装置では、駆動伝達部材を低圧室からバルブ室に挿通させるための挿通孔がシート座面に形成されているため、その挿通孔の内径の分だけシート座面が大きくなるとともに、制御弁の直径も大きくなる。制御弁の直径が大きくなると、バルブ室内の燃料圧力に基づき制御弁に作用する力が大きくなるため、結果として制御弁の開弁時に必要な動力が大きくなる。これが、アクチュエータの駆動負荷を大きくさせる要因となっている。

また、特許文献１に記載の燃料噴射装置には、アクチュエータの駆動に伴うピストンの変位に基づいて摺動する部位が複数存在する。これらの摺動部位の一端部が高圧燃料の流通部に面し、他端部が低圧燃料の流通部に面しているため、高圧燃料が摺動部分を通じて低圧燃料の流通部分に漏れる可能性がある。高圧燃料の流通部から低圧燃料の流通部への燃料漏れが生じると、燃料噴射装置に高圧の燃料を供給するためのポンプの仕事量が増加するため、燃料噴射装置及びポンプを含むシステムのエネルギ効率が悪化するおそれがある。

本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アクチュエータの駆動負荷を低減することが可能であるとともに、低圧室への高圧燃料の漏れを抑制することの可能な燃料噴射装置を提供することにある。

上記課題を解決する燃料噴射装置（ＦＩ）は、本体（１０，１１，１２）と、ノズルニードル（１３）と、制御室（１９）と、制御弁（２２）と、アクチュエータ（１４）と、オリフィス（２５１）と、を備える。本体は、高圧の燃料が流通する高圧燃料通路（１６）、高圧燃料通路を流れる燃料よりも低圧の燃料が流通する低圧室（２９）、及び高圧燃料通路を流通する燃料を噴射する噴射孔（１２１）を有する。ノズルニードルは、本体の内部に往復動可能に収容され、噴射孔を開閉する。制御室には、ノズルニードルに閉弁方向の圧力を付与する高圧の燃料が充填される。制御弁は、本体に設けられたシート座面（１１４）に着座して閉弁状態になることにより制御室及び低圧室の連通を遮断する。アクチュエータは、制御弁をシート座面から離座させて制御弁を開弁状態にすることにより制御室及び低圧室を連通させる。オリフィスは、制御弁が開弁状態になった際に、制御室から低圧室への燃料の流通を規制する。制御弁は、閉弁状態から開弁状態になる際に、シート座面から低圧室に向かう所定方向に変位するとともに、開弁状態になった後にアクチュエータの駆動力に基づいて所定方向に更に変位することによりノズルニードルをリフト動作させる油圧力を制御室に発生させる。制御弁及びオリフィスは、シート座面よりも低圧室側に配置されている。

この構成によれば、アクチュエータの駆動力を制御弁に伝達するための駆動伝達部材が不要になるため、駆動伝達部材を挿通するための挿通孔をシート座面に形成する必要がない。したがって、シート座面を小さくすることができるため、制御弁の直径を小さくすることができる。結果的に、制御弁を開弁させる際に必要なアクチュエータの駆動力を小さくすることができるため、アクチュエータの駆動負荷を低減することができる。また、上記構成のように、制御弁がシート座面よりも低圧室側に配置されていれば、制御弁の摺動部分が高圧燃料の流通部に配置されることがない。そのため、高圧燃料が制御弁の摺動を介して低圧室に漏れることを抑制できる。

なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、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一例である。

本開示によれば、アクチュエータの駆動負荷を低減することが可能であるとともに、低圧室への高圧燃料の漏れを抑制することの可能な燃料噴射装置を提供できる。

図１は、第１実施形態の燃料噴射装置の断面構造を示す断面図である。 図２は、第１実施形態の燃料噴射装置の拡大断面構造を示す断面図である。 図３は、第１実施形態の燃料噴射装置の動作例を示す断面図である。 図４は、第１実施形態の燃料噴射装置の動作例を示す断面図である。 図５は、第２実施形態の燃料噴射装置の拡大断面構造を示す断面図である。 図６は、第３実施形態の燃料噴射装置の拡大断面構造を示す断面図である。 図７は、第４実施形態の燃料噴射装置の拡大断面構造を示す断面図である。

以下、燃料噴射装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
はじめに、燃料噴射装置の第１実施形態について説明する。

図１に示されるように、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩは、インジェクタボディ１０、オリフィスプレート１１、ノズルボディ１２、ノズルニードル１３、及びアクチュエータ１４等を備えている。オリフィスプレート１１及びノズルボディ１２はノズルリテーリングナット１５によりインジェクタボディ１０の下方に固定されている。本実施形態では、インジェクタボディ１０、オリフィスプレート１１、及びノズルボディ１２により本体が構成されている。以下では、インジェクタボディ１０からノズルボディ１２に向かう方向を「下方」と称し、その逆の方向を「上方」と称する。

ノズルボディ１２は、軸線ｍ１を中心に略有底筒状に形成されている。ノズルボディ１２の内部には、軸線ｍ１を中心に略円柱状に形成されたノズルニードル１３が収容されている。したがって、軸線ｍ１はノズルニードル１３の中心軸に相当する。ノズルボディ１２の内部空間は、ノズルニードル１３を収容するニードル収容孔１２０を構成している。ノズルニードル１３は、ニードル収容孔１２０の内壁面に対して摺動可能に接することにより、軸線ｍ１に沿った方向に往復動可能に支持されている。ニードル収容孔１２０は、ノズルボディ１２の上面において開口している。ニードル収容孔１２０には、インジェクタボディ１０の燃料通路１０１及びオリフィスプレート１１の燃料通路１１０を通じて高圧の燃料が供給されている。以下では、これらの燃料通路１０１，１１０をまとめて「高圧燃料通路１６」とも称する。

ノズルボディ１２の先端部には、燃料が噴射される噴射孔１２１が形成されている。ノズルボディ１２の先端部の内壁面には、円錐状の着座面１２２が形成されている。ノズルニードル１３の先端部には、着座面１２２に着座するシート面１３０が形成されている。シート面１３０が着座面１２２に着座している場合、ノズルニードル１３により噴射孔１２１が閉塞されているため、噴射孔１２１からの燃料の噴射が遮断された状態となる。シート面１３０が着座面１２２から離座すると、噴射孔１２１が開口して、ニードル収容孔１２０内の高圧の燃料が噴射孔１２１から噴射される。このように、ノズルニードル１３は、軸線ｍ１に沿った方向に往復動することにより噴射孔１２１を開閉する。

図２に示されるように、ニードル収容孔１２０の上方には、ノズルシリンダ１７が収容されている。ノズルシリンダ１７は、軸線ｍ１を中心に円筒状に形成されている。ノズルシリンダ１７は、ノズルボディ１２の内部に収容されたスプリング１８によりオリフィスプレート１１の底面に向かって付勢されている。

ノズルシリンダ１７の内部には、ノズルニードル１３における先端部とは反対側の基端部が挿入されている。ノズルニードル１３の基端部は、ノズルシリンダ１７の内壁面に摺動可能に接することにより、軸線ｍ１に沿った方向に往復動可能に支持されている。ノズルニードル１３の上端面、ノズルシリンダ１７の内壁面、及びオリフィスプレート１１の底面により囲まれる空間によって制御室１９が構成されている。制御室１９には、ノズルニードル１３に閉弁方向の圧力を付与するための高圧の燃料が充填されている。

オリフィスプレート１１には、高圧ポート１１１、及び連通路１１２が形成されている。
高圧ポート１１１は、オリフィスプレート１１の底面において制御室１９に面する部分から高圧燃料通路１６までオリフィスプレート１１の内部を延びるように形成されている。したがって、制御室１９には、高圧燃料通路１６を流れる高圧の燃料が高圧ポート１１１を通じて流入可能となっている。高圧ポート１１１には、高圧燃料通路１６から制御室１９への高圧燃料の流入を規制するインオリフィス１１３が形成されている。

連通路１１２は、オリフィスプレート１１の底面において制御室１９に面する部分から、オリフィスプレート１１の上面に設けられるシート座面１１４までオリフィスプレート１１の内部を延びるように形成されている。シート座面１１４は、制御弁２２の下端面が当接する部分、すなわち制御弁２２が着座する部分である。

インジェクタボディ１０の内部には、軸線ｍ２に沿って延びるように収容孔１０２が形成されている。軸線ｍ２は、軸線ｍ１に対して高圧燃料通路１６が配置されている方向とは逆方向にずれて位置している。図１に示されるように、収容孔１０２には、アクチュエータ１４、ピストン２１、制御弁２２、シリンダアッパ２３、及びシリンダロア２５が収容されている。

アクチュエータ１４は、電荷の充放電により軸線ｍ２に沿った方向に伸縮するピエゾ素子を多数積層してなるピエゾ素子積層体と、ピエゾ素子積層体を保護する筒状の絶縁スリーブと、ピエゾ素子積層体の軸方向の両端に設けられる絶縁基板とを備えている。ピエゾ素子積層体への電圧の印加に基づきピエゾ素子積層体に電荷が充電されることにより、アクチュエータ１４が軸線ｍ２に沿って下方に伸張する。ピエゾ素子積層体が放電すると、アクチュエータ１４が軸線ｍ２に沿って上方に収縮する。アクチュエータ１４の伸張変位及び収縮変位に応じた駆動力がスペーサ２０を介してピストン２１に伝達されることにより、ピストン２１が軸線ｍ２に沿った方向に変位する。

シリンダアッパ２３は、軸線ｍ２を中心に円筒状に形成されている。シリンダアッパ２３の内部には、ピストン２１の中央部分から下方部分が収容されている。ピストン２１は、シリンダアッパ２３の内壁面に対して摺動可能に接することにより、軸線ｍ２に沿った方向に往復動可能に支持されている。ピストン２１の上部には、環状のリング部材２１２が固定されている。環状のリング部材２１２とシリンダアッパ２３との間には、ピストンスプリング２４が配置されている。ピストンスプリング２４は、リング部材２１２を介してピストン２１を上方に付勢している。このピストン２１に付与されるピストンスプリング２４の付勢力により、アクチュエータ１４のピエゾ素子積層体にプリセット荷重が付与されている。

ピストン２１は、軸線ｍ２を中心に略有底円筒状に形成されている。ピストン２１は、その開口部分が下方を向く姿勢でシリンダアッパ２３により支持されている。ピストン２１の下方の開口部分には、制御弁２２の大径部２２０が挿入されている。ピストン２１の内壁面、及び制御弁２２の大径部２２０の上端面により囲まれる空間には、バルブスプリング２６が収容されている。バルブスプリング２６は、ピストン２１の内部の上壁面に設けられたスペーサ２７と、制御弁２２の大径部２２０の上端面との間に圧縮された状態で配置されている。このバルブスプリング２６の弾性力により制御弁２２がオリフィスプレート１１に向かって付勢されている。

インジェクタボディ１０の収容孔１０２の内部空間は、低圧室２９となっている。低圧室２９には、高圧燃料通路１６を流通する高圧の燃料よりも低圧の燃料が流通している。ピストン２１には、その内部空間２１０と低圧室２９とを連通させる連通路２１１が形成されている。すなわち、ピストン２１の内部空間２１０には、低圧の燃料が流通している。よって、低圧室２９には、ピストン２１の内部空間２１０が含まれている。

制御弁２２は、軸線ｍ２を中心に円柱状に形成されている。制御弁２２は、大径部２２０と、大径部２２０の外径よりも小さい外径を有する小径部２２１とを有している。小径部２２１は、大径部２２０の下端面から軸線ｍ２に沿って下方に延びるように形成されている。図２に示されるように、大径部２２０及び小径部２２１のそれぞれの外径の違いにより、大径部２２０の下端面には段差面２２２が形成されている。小径部２２１の下端面は、オリフィスプレート１１のシート座面１１４に当接している。

シリンダロア２５は、軸線ｍ２を中心に円筒状に形成されている。シリンダロア２５の内部には、制御弁２２の小径部２２１が収容されている。制御弁２２の小径部２２１は、シリンダロア２５の内壁面に対して摺動可能に接することにより、軸線ｍ２に沿った方向に往復動可能に支持されている。シリンダロア２５の上面と制御弁２２の段差面２２２との間には、所定の隙間が形成されている。シリンダロア２５の上面、制御弁２２の段差面２２２、制御弁２２の大径部２２０及び小径部２２１の外壁面、ピストン２１の底面、並びにシリンダアッパ２３の内壁面により囲まれる空間によって油密室２８が形成されている。油密室２８には、作動油としての燃料が充填されている。

シリンダロア２５の外壁面には、連通溝２５２が形成されている。連通溝２５２は、低圧室２９に連通されている。シリンダロア２５には、その内壁面の下方の部分から連通溝２５２に貫通する低圧ポート２５０が形成されている。制御弁２２がシート座面１１４に着座している場合、すなわち制御弁２２が閉弁状態である場合、連通路１１２を介した制御室１９と低圧ポート２５０との連通が遮断されている。制御弁２２がシート座面１１４から離座して開弁状態になることにより、制御室１９が連通路１１２を通じて低圧ポート２５０に連通される。

低圧ポート２５０には、アウトオリフィス２５１が形成されている。アウトオリフィス２５１は、連通路１１２から低圧ポート２５０への燃料の流通を規制している。
図１に示されるように、燃料噴射装置ＦＩは、アクチュエータ１４を駆動させる駆動部４０を更に備えている。駆動部４０は、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）４００や、電子駆動装置（ＥＤＵ：Electronic Driving Unit）４０１等から構成されている。

ＥＣＵ４００は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。ＥＣＵ４００は、より上位のＥＣＵから受信した信号に基づいてＲＯＭに記憶されている制御プログラムを実行する。これにより、ＥＣＵ４００は、燃料噴射装置ＦＩを駆動するための各種制御を実行する。例えば、ＥＣＵ４００は、アクチュエータ１４の伸縮駆動を制御する制御信号をＥＤＵ４０１に送信する。

ＥＤＵ４０１は、アクチュエータ１４に印加させる高電圧を発生する高電圧発生回路と、複数のスイッチング素子とを有している。ＥＤＵ４０１は、ＥＣＵ４００からの制御信号である噴射信号に基づいて複数のスイッチング素子のオン及びオフを切り替えることによりアクチュエータ１４への電力供給を制御する。すなわち、ＥＣＵ４００からＥＤＵ４０１に送信される制御信号に基づいてアクチュエータ１４の駆動が制御される。具体的には、ＥＣＵ４００が制御信号として開弁指令をＥＤＵ４０１に送信すると、ＥＤＵ４０１からアクチュエータ１４のピエゾ素子積層体に電圧が印加され、アクチュエータ１４が伸張する。また、ＥＣＵ４００が制御信号として閉弁指令をＥＤＵ４０１に送信すると、ＥＤＵ４０１がアクチュエータ１４のピエゾ素子積層体を放電させる。これにより、アクチュエータ１４が収縮する。

次に、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩの動作例について説明する。
ＥＣＵ４００からＥＤＵ４０１に対して閉弁指令が送信されている場合、ＥＤＵ４０１がアクチュエータ１４への電圧の印加を停止しているため、アクチュエータ１４は収縮状態になっている。この場合、ピストン２１及び制御弁２２は図１に示される位置に配置されている。すなわち、制御弁２２は閉弁状態になっている。そのため、制御室１９と低圧ポート２５０との連通が遮断されている。このとき、高圧燃料通路１６を流通する高圧の燃料が制御室１９に流入しているため、制御室１９には高圧の燃料が充填されている。制御室１９内の燃料圧力によりノズルニードル１３が下方に押圧されることによりノズルニードル１３が噴射孔１２１を閉塞している。すなわち、燃料噴射装置ＦＩは閉弁状態になっている。

この状態でＥＣＵ４００からＥＤＵ４０１に対して開弁指令が送信されると、ＥＤＵ４０１がアクチュエータ１４への電圧の印加を行うため、アクチュエータ１４のピエゾ素子積層体が充電される。これによりアクチュエータ１４が伸張すると、ピストン２１が下方に変位するため、油密室２８内の燃料が押圧される。したがって、図３に示されるように、油密室２８内の燃料圧力が制御弁２２の段差面２２２に対して上方に加わるため、制御弁２２が上方に押圧される。よって、制御弁２２が上方に変位するため、制御弁２２がオリフィスプレート１１のシート座面１１４から離座して開弁状態になる。よって、制御室１９内の燃料がオリフィスプレート１１の連通路１１２を通じてシリンダロア２５の低圧ポート２５０に流入する。低圧ポート２５０に流入した燃料はアウトオリフィス２５１を通じて減圧されつつ連通溝２５２を通じて低圧室２９に流入する。また、高圧燃料通路１６から制御室１９への高圧燃料の流入は、高圧ポート１１１に形成されたインオリフィス１１３により規制される。燃料噴射装置ＦＩでは、インオリフィス１１３を流通する燃料の流量が、アウトオリフィス２５１を流通する燃料の流量よりも小さくなるように、インオリフィス１１３及びアウトオリフィス２５１のそれぞれの絞り直径が設定されている。これにより、高圧ポート１１１から制御室１９に流入する燃料の流量よりも、制御室１９から低圧ポート２５０に流出する燃料の流量の方が多くなるため、制御室１９内の燃料圧力が徐々に低下する。

制御室１９内の燃料圧力が低下すると、制御室１９内の燃料圧力とニードル収容孔１２０内の燃料圧力との差圧により、ノズルニードル１３に上方の力が付与されるため、ノズルニードル１３が上方にリフト動作する。よって、噴射孔１２１が開放されるため、噴射孔１２１から高圧の燃料が噴射される。すなわち、燃料噴射装置ＦＩは開弁状態になる。図３に示される状態では、燃料噴射装置ＦＩは、制御室１９内の燃料圧力の低下に基づいてノズルニードル１３を開弁方向にリフト動作させる油圧サーボ駆動で動作する。

なお、図３に示されるように、ピストン２１において油密室２８の油圧力が作用する受圧面、すなわちピストン２１の下端面の面積を「Ｓ１」とし、制御弁２２において油密室２８の油圧力が作用する受圧面、すなわち制御弁２２の段差面２２２の面積を「Ｓ２」とすると、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、受圧面の面積Ｓ１よりも受圧面の面積Ｓ２の方が小さくなっている。これにより、ピストン２１の変位量よりも制御弁２２の変位量を大きくすることができる。本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、このような構造により、アクチュエータ１４の伸張量よりも制御弁２２の変位量を大きくすることの可能な変位拡大機構が構成されている。

図３に示される状態から更にアクチュエータ１４に電圧が印加され続けることによりアクチュエータ１４が伸張してピストン２１が更に下方に変位すると、制御弁２２が更に上方に変位する。これにより、図４に示されるように、制御弁２２の下端面、シリンダロア２５の内壁面、及びオリフィスプレート１１のシート座面１１４により囲まれた空間からなる減圧室３８の容積が拡大する。減圧室３８の容積の拡大に伴って制御室１９内の燃料が減圧室３８に流入するため、制御室１９内の燃料が減少する。

制御室１９内の燃料が減少することにより、ノズルニードル１３には、上方に向かう油圧力が作用するため、ノズルニードル１３が上方に更に変位する。すなわち、ノズルニードル１３が開弁方向に更にリフト動作するため、噴射孔１２１から噴射される燃料量が増加する。このように、制御弁２２は、アクチュエータ１４の伸張に基づいてノズルニードル１３をリフト動作させる油圧力を発生させる。図４に示される状態では、燃料噴射装置ＦＩは、アクチュエータ１４の駆動力を制御室１９の油圧力を介してノズルニードル１３に伝達することによりノズルニードル１３を開弁方向にリフト動作させる直動駆動で動作する。

その後、ＥＣＵ４００からＥＤＵ４０１に対して閉弁指令が送信されると、アクチュエータ１４が収縮する。アクチュエータ１４の収縮によりピストン２１が上方に変位することにより、制御弁２２が図２に示される状態に戻る。すなわち、制御弁２２が閉弁状態に戻るため、制御室１９と低圧ポート２５０との連通が遮断される。一方、高圧燃料通路１６を流れる高圧の燃料が高圧ポート１１１を通じて制御室１９に流入する。そのため、制御室１９に高圧の燃料が充填される。これにより、制御室１９内の燃料圧力によりノズルニードル１３が下方に押圧されて噴射孔１２１を閉塞する。すなわち、燃料噴射装置ＦＩは閉弁状態になる。

以上説明した本実施形態の燃料噴射装置ＦＩによれば、以下の（１）〜（３）に示される作用及び効果を得ることができる。
（１）本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、制御弁２２が閉弁状態から開弁状態になる際に、制御弁２２がシート座面１１４から上方に、すなわちシート座面１１４から低圧室２９に向かう方向に変位する。このような構造であれば、アクチュエータ１４の駆動力を制御弁２２に伝達するための駆動伝達部材が不要になるため、駆動伝達部材を挿通するための挿通孔をシート座面１１４に形成する必要がない。したがって、シート座面１１４を小さくすることができるため、制御弁２２の直径を小さくすることができる。結果的に、制御弁２２を開弁させる際に必要なアクチュエータ１４の駆動力を小さくすることができるため、アクチュエータ１４の駆動負荷を低減することができる。なお、本実施形態では、シート座面１１４から低圧室２９に向かう方向が所定方向に相当する。また、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、制御弁２２がシート座面１１４よりも低圧室２９側に配置されているため、制御弁２２の摺動部分が高圧燃料の流通部に配置されることがない。そのため、高圧燃料が制御弁２２の摺動部分を介して低圧室２９に漏れることを抑制できる。

（２）本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、ピストン２１の底面が、アクチュエータ１４の伸張方向において油密室２８の油圧力が作用する受圧面となっている。また、制御弁２２の段差面２２２は、アクチュエータ１４の伸張方向とは逆方向において油密室２８の油圧力が作用する受圧面となっている。このような構成によれば、ピストン２１及び制御弁２２のそれぞれの線膨張係数の差に基づくピストン２１及び制御弁２２のそれぞれの初期位置のばらつきを油密室２８にて吸収することが可能となる。

（３）ピストン２１の受圧面である底面の面積Ｓ１よりも、制御弁２２の受圧面である段差面２２２の面積Ｓ２の方が小さい。これにより、ピストン２１の変位量よりも制御弁２２の変位量を大きくすることが可能となる。
＜第２実施形態＞
次に、燃料噴射装置ＦＩの第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態の燃料噴射装置ＦＩとの相違点を中心に説明する。なお、本実施形態では、制御弁２２が第１制御弁に相当する。

図５に示されるように、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩは、制御室１９内に配置される圧力従動弁３０を更に備えている。圧力従動弁３０は、軸線ｍ１を中心に円盤状に形成されている。圧力従動弁３０は、制御室１９内に配置されたスプリング３１によりオリフィスプレート１１に向かって付勢されている。本実施形態では、圧力従動弁３０が第２制御弁に相当する。

圧力従動弁３０の中央部には、軸線ｍ１に沿って底面から上面に貫通する貫通孔３０１が形成されている。貫通孔３０１は、制御室１９とオリフィスプレート１１の連通路１１２とを連通させている。貫通孔３０１には、制御室１９からオリフィスプレート１１の連通路１１２への燃料の流通を規制するアウトオリフィス３０２が形成されている。圧力従動弁３０は、オリフィスプレート１１の底面に当接している場合、制御室１９と高圧ポート１１１との連通を遮断する。圧力従動弁３０がオリフィスプレート１１の底面から離間することにより、制御室１９と高圧ポート１１１とが連通される。

次に、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩの動作例について説明する。
本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、制御弁２２が閉弁状態である場合、制御室１９から低圧ポート２５０への燃料の流通が遮断されている。このとき、制御室１９内の燃料の圧力が、高圧ポート１１１を流通する燃料の圧力よりも低い場合には、それらの差圧に基づく油圧力が圧力従動弁３０に対して下方に作用する。この油圧力に基づいて圧力従動弁３０がスプリング３１の付勢力に抗してオリフィスプレート１１の底面から離間することにより、高圧ポート１１１と制御室１９とが連通される。これにより、制御室１９に高圧の燃料が流入可能となるため、制御室１９に高圧の燃料が充填される。この制御室１９内の燃料圧力によりノズルニードル１３が下方に押圧されることで、ノズルニードル１３が噴射孔１２１を閉塞している。よって、燃料噴射装置ＦＩは閉弁状態になっている。

アクチュエータ１４の伸張に基づき制御弁２２が開弁状態になると、制御室１９内の燃料が圧力従動弁３０の貫通孔３０１及びオリフィスプレート１１の連通路１１２を通じて低圧ポート２５０に流入する。このとき、制御室１９内の高圧の燃料がアウトオリフィス３０２を通過する際に減圧されるため、圧力従動弁３０の底面に作用する燃料圧力よりも、圧力従動弁３０の上面に作用する燃料圧力の方が小さくなる。そのため、圧力従動弁３０には、制御室１９からオリフィスプレート１１に向かう方向の油圧力が作用する。この油圧力によって圧力従動弁３０がオリフィスプレート１１の底面に当接することにより、オリフィスプレート１１の高圧ポート１１１が閉塞される。すなわち、圧力従動弁３０は、制御室１９内の燃料圧力の変化に基づいて高圧ポート１１１を閉塞する。高圧ポート１１１が閉塞されることにより高圧燃料通路１６と制御室１９との連通が遮断されるため、制御室１９への高圧燃料の流入が規制される。このとき、制御室１９内の燃料が圧力従動弁３０の貫通孔３０１及びオリフィスプレート１１の連通路１１２を通じて低圧ポート２５０に流出するため、制御室１９内の燃料圧力が徐々に低下する。この制御室１９内の燃料圧力の低下に基づいてノズルニードル１３がリフト動作することにより、燃料噴射装置ＦＩが開弁状態になる。

その後、アクチュエータ１４の収縮に基づき制御弁２２が閉弁状態になると、制御室１９内の燃料の圧力と、高圧ポート１１１を流通する燃料の圧力との差に応じた油圧力が圧力従動弁３０に対して下方に作用するため、圧力従動弁３０がオリフィスプレート１１の底面から離間する。これにより、高圧ポート１１１から制御室１９に高圧の燃料が流入するため、制御室１９に高圧の燃料が充填される。この制御室１９内の燃料圧力によりノズルニードル１３が下方に押圧されることで、ノズルニードル１３が噴射孔１２１を閉塞する。よって、燃料噴射装置ＦＩは閉弁状態になる。

以上説明した本実施形態の燃料噴射装置ＦＩによれば、以下の（４）に示される作用及び効果を更に得ることができる。
（４）圧力従動弁３０により高圧ポート１１１を遮断することができるため、第１実施形態の燃料噴射装置ＦＩのように、インオリフィス１１３を流通する燃料の流量が、アウトオリフィス２５１を流通する燃料の流量よりも小さくなるように、インオリフィス１１３及びアウトオリフィス２５１のそれぞれの絞り直径を設定する必要がない。したがって、インオリフィス１１３及びアウトオリフィス２５１のそれぞれの絞り直径を独立して設定可能であるため、燃料噴射装置ＦＩの設計の自由度を向上させることができる。

＜第３実施形態＞
次に、燃料噴射装置ＦＩの第３実施形態について説明する。以下、第２実施形態の燃料噴射装置ＦＩとの相違点を中心に説明する。
図６に示されるように、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩは、第２実施形態のシリンダアッパ２３及びシリンダロア２５に代えて、シリンダ３２を備えている。シリンダ３２は、軸線ｍ２を中心に円筒状に形成されている。シリンダ３２の内部には、ピストン２１及び制御弁２２が収容されている。

ピストン２１は、軸線ｍ２を中心に円柱状に形成されている。ピストン２１は、シリンダ３２の内壁面に摺動可能に接することにより、軸線ｍ２に沿った方向に往復動可能に支持されている。
制御弁２２の大径部２２０及び小径部２２１は、シリンダ３２の内壁面に摺動可能に接することにより、軸線ｍ２に沿った方向に往復動可能に支持されている。制御弁２２の段差面２２２とシリンダ３２の内壁面との間には、バルブスプリング２６が圧縮された状態で配置されている。このバルブスプリング２６の弾性力により、制御弁２２がピストン２１に向かう方向に付勢されている。

ピストン２１の底面と制御弁２２の上面との間には、隙間が形成されている。ピストン２１の底面、制御弁２２の上面、及びシリンダ３２の内壁面によって囲まれる空間により油密室２８が形成されている。油密室２８には、作動油としての燃料が充填されている。
次に、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩの動作例について説明する。

本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、ＥＣＵ４００からＥＤＵ４０１に対して閉弁指令が送信されている場合、ＥＤＵ４０１がアクチュエータ１４への電圧の印加を行っているため、アクチュエータ１４のピエゾ素子積層体が充電状態になっている。すなわち、アクチュエータ１４は伸張状態になっている。このとき、ピストン２１は、図６に示される位置に保持されているため、制御弁２２は、油密室２８内の燃料圧力により下方に押圧されている。したがって、制御弁２２が閉弁状態に維持されているため、制御室１９と低圧ポート２５０との連通が遮断されている。よって、燃料噴射装置ＦＩは閉弁状態になっている。

この状態でＥＣＵ４００からＥＤＵ４０１に対して開弁指令が送信された場合、ＥＤＵ４０１がアクチュエータ１４への電圧の印加を停止するため、アクチュエータ１４が収縮する。アクチュエータ１４の収縮によりピストン２１が上方に変位するため、油密室２８の油圧力により制御弁２２も上方に変位する。これにより、制御弁２２が開弁状態となり、制御室１９と低圧ポート２５０とが連通される。よって、燃料噴射装置ＦＩは開弁状態になる。

このように、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩは、アクチュエータ１４への通電が停止されることにより閉弁状態になる、いわゆるノーマリオープン式の燃料噴射装置である。本実施形態の燃料噴射装置ＦＩであっても、上記の第２実施形態の燃料噴射装置ＦＩと同等又は類似の作用及び効果を得ることができる。

＜第４実施形態＞
次に、燃料噴射装置ＦＩの第４実施形態について説明する。以下、第１実施形態の燃料噴射装置ＦＩとの相違点を中心に説明する。なお、本実施形態では、シリンダロア２５を「シリンダ２５」と称する。

図７に示されるように、本実施形態のピストン２１の下端に設けられた開口部は、低圧室２９に開口している。制御弁２２の大径部２２０は、ピストン２１の開口部からその内部に挿入されている。制御弁２２の大径部２２０の上面とピストン２１の内部の上壁面との間には、バルブスプリング２６が圧縮された状態で収容されている。このバルブスプリング２６の弾性力により、制御弁２２がシート座面１１４に向かって付勢されている。

ピストン２１の底面とシリンダ２５の上面との間には、動力伝達部材３６が配置されている。動力伝達部材３６は、板状のベース部３６０と、ベース部３６０の上面に形成される力点部３６１及び作用点部３６２と、ベース部３６０の底面に形成される支点部３６３とを有している。力点部３６１は、ピストン２１の底面に当接している。作用点部３６２は、制御弁２２の段差面２２２に当接している。支点部３６３は、シリンダ２５の上面に当接している。

次に、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩの動作例について説明する。
本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、アクチュエータ１４の伸張に基づきピストン２１が下方に変位すると、動力伝達部材３６の力点部３６１が下方に押圧される。これにより、動力伝達部材３６が支点部３６３を支点として揺動することにより、作用点部３６２が上方に変位する。この作用点部３６２の変位に基づいて制御弁２２が上方に押圧されることにより、制御弁２２が開弁する。すなわち、動力伝達部材３６は、アクチュエータ１４からピストン２１を介して伝達される駆動力を、てこの原理で制御弁２２に伝達することにより、制御弁２２を機械的に開弁させるものである。本実施形態の燃料噴射装置ＦＩは、このように制御弁２２を機械的に変位させる構造を有する点で、油圧力により制御弁２２を変位させる第１実施形態の燃料噴射装置ＦＩと異なる。

本実施形態の燃料噴射装置ＦＩであっても、上記の第１実施形態の燃料噴射装置ＦＩと同等又は類似の作用及び効果を得ることができる。
＜他の実施形態＞
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。

・第３実施形態の燃料噴射装置ＦＩの構成は、第１実施形態の燃料噴射装置ＦＩにも適用可能である。
・第４実施形態の燃料噴射装置ＦＩの構成は、第３及び第４実施形態の燃料噴射装置ＦＩにも適用可能である。

・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

ＦＩ：燃料噴射装置
１０：インジェクタボディ（本体）
１１：オリフィスプレート（本体）
１２：ノズルボディ（本体）
１３：ノズルニードル
１４：アクチュエータ
１６：高圧燃料通路
１９：制御室
２１：ピストン
２２：制御弁
２８：油密室
２９：低圧室
３０：圧力従動弁（第２制御弁）
１１４：シート座面
１２１：噴射孔
２５１：アウトオリフィス

Claims (5)

1. 高圧の燃料が流通する高圧燃料通路（１６）、前記高圧燃料通路を流れる燃料よりも低圧の燃料が流通する低圧室（２９）、及び前記高圧燃料通路を流通する燃料を噴射する噴射孔（１２１）を有する本体（１０，１１，１２）と、
   前記本体の内部に往復動可能に収容され、前記噴射孔を開閉するノズルニードル（１３）と、
   前記ノズルニードルに閉弁方向の圧力を付与する高圧の燃料が充填される制御室（１９）と、
   前記本体に設けられたシート座面（１１４）に着座して閉弁状態になることにより前記制御室及び前記低圧室の連通を遮断する制御弁（２２）と、
   前記制御弁を前記シート座面から離座させて前記制御弁を開弁状態にすることにより前記制御室及び前記低圧室を連通させるアクチュエータ（１４）と、
   前記制御弁が開弁状態になった際に、前記制御室から前記低圧室への燃料の流通を規制するオリフィス（２５１）と、を備え、
   前記制御弁は、閉弁状態から開弁状態になる際に、前記シート座面から前記低圧室に向かう所定方向に変位するとともに、開弁状態になった後に前記アクチュエータの駆動力に基づいて前記所定方向に更に変位することにより前記ノズルニードルをリフト動作させる油圧力を前記制御室に発生させ、
   前記制御弁及び前記オリフィスは、前記シート座面よりも前記低圧室側に配置されている
   燃料噴射装置。
2. 前記アクチュエータの駆動力が伝達されることにより、前記アクチュエータの伸張方向に変位するピストン（２１）と、
   前記ピストン及び前記制御弁の間に配置され、作動油が充填される油密室（２８）と、を更に備え、
   前記所定方向は、前記アクチュエータの伸張方向とは逆の方向であり、
   前記ピストンは、前記アクチュエータの伸張方向において前記油密室の油圧力が作用する受圧面を有し、
   前記制御弁は、前記所定方向において前記油密室の油圧力が作用する受圧面を有する
   請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記ピストンの受圧面の面積よりも、前記制御弁の受圧面の面積の方が小さい
   請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記制御弁を第１制御弁とするとき、
   前記高圧燃料通路から前記制御室に高圧の燃料を流入させる高圧ポートと、
   前記制御弁が開弁することに基づいて前記高圧ポートを閉塞する第２制御弁（３０）と、を更に備える
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
5. 前記第２制御弁は、前記制御室内の燃料圧力の変化に基づいて前記高圧ポートを閉塞する圧力従動弁である
   請求項４に記載の燃料噴射装置。

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