特許 5874696 燃料噴射弁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5874696

(24)【登録日】2016年1月29日

(45)【発行日】2016年3月2日

(54)【発明の名称】燃料噴射弁

(51)【国際特許分類】

   F02M 61/10 20060101AFI20160218BHJP

   F02M 47/00 20060101ALI20160218BHJP

   F02M 51/06 20060101ALI20160218BHJP

【ＦＩ】

   F02M61/10 A

   F02M61/10 K

   F02M47/00 P

   F02M51/06 L

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-175817(P2013-175817)

(22)【出願日】2013年8月27日

(65)【公開番号】特開2015-45239(P2015-45239A)

(43)【公開日】2015年3月12日

【審査請求日】2015年5月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社日本自動車部品総合研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100106149

【弁理士】

【氏名又は名称】矢作 和行

(74)【代理人】

【識別番号】100121991

【弁理士】

【氏名又は名称】野々部 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】100145595

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 貴則

(72)【発明者】

【氏名】野々山 由晴

(72)【発明者】

【氏名】永友 宏明

【審査官】 小林 勝広

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０９０３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００４−５０４５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１２９５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ３９／００−７１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料を噴射する噴孔（１０ａ）を有するとともに、前記噴孔へ燃料を流通させるメイン通路（３１ａ、１１、１２、１３）、および前記メイン通路から分岐して前記噴孔へ燃料を流通させるサブ通路（４５、４４、４３、５０ａ）が内部に設けられたボデー（１０）と、
前記メイン通路を開閉するメイン弁体（５０）と、
前記サブ通路を開閉するサブ弁体（４１）と、
前記サブ弁体に開弁力を付与する電気アクチュエータ（２０、３０、４０）と、
前記サブ弁体の開弁ストロークが所定量以上であることを条件として、前記サブ弁体の開弁力を前記メイン弁体に伝達して前記メイン弁体を開弁させる開弁力伝達機構（４１ｂ、５１）と、
を備え、
前記ボデーの内部には、前記サブ通路と連通し、前記サブ弁体に燃料圧力を閉弁側へ付与させる制御室（４２）が設けられており、
前記サブ通路には、前記サブ弁体に燃料圧力を開弁側へ付与させる燃料溜り室（４３）と、前記制御室および前記燃料溜り室を連通させる連通路（４４）と、が含まれていることを特徴とする燃料噴射弁。

【請求項2】

前記サブ通路には、前記メイン通路からの燃料の流入流量を制限するサブ流通量制限手段（４５ａ）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。

【請求項3】

前記メイン弁体に弾性力を開弁側へ付与する開弁側弾性手段（ＳＰａ）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁。

【請求項4】

燃料を噴射する噴孔（１０ａ）を有するとともに、前記噴孔へ燃料を流通させるメイン通路（３１ａ、１１、１２、１３）、および前記メイン通路から分岐して前記噴孔へ燃料を流通させるサブ通路（４５、４４、４３、５０ａ）が内部に設けられたボデー（１０）と、
前記メイン通路を開閉するメイン弁体（５０）と、
前記サブ通路を開閉するサブ弁体（４１）と、
前記サブ弁体に開弁力を付与する電気アクチュエータ（２０、３０、４０）と、
前記サブ弁体の開弁ストロークが所定量以上であることを条件として、前記サブ弁体の開弁力を前記メイン弁体に伝達して前記メイン弁体を開弁させる開弁力伝達機構（４１ｂ、５１）と、
を備え、
前記メイン弁体に弾性力を開弁側へ付与する開弁側弾性手段（ＳＰａ）を備えることを特徴とする燃料噴射弁。

【請求項5】

前記メイン通路には、
前記サブ弁体に燃料圧力を開弁側へ付与させる下流側燃料溜り室（１１ｂ）と、前記下流側燃料溜り室よりも上流側に位置し、前記サブ弁体に燃料圧力を閉弁側へ付与させる上流側燃料溜り室（１１ａ）とが含まれるとともに、
前記上流側燃料溜り室から前記下流側燃料溜り室への燃料の流入流量を制限するメイン流通量制限手段（１５ａ）が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。

【請求項6】

燃料を噴射する噴孔（１０ａ）を有するとともに、前記噴孔へ燃料を流通させるメイン通路（３１ａ、１１、１２、１３）、および前記メイン通路から分岐して前記噴孔へ燃料を流通させるサブ通路（４５、４４、４３、５０ａ）が内部に設けられたボデー（１０）と、
前記メイン通路を開閉するメイン弁体（５０）と、
前記サブ通路を開閉するサブ弁体（４１）と、
前記サブ弁体に開弁力を付与する電気アクチュエータ（２０、３０、４０）と、
前記サブ弁体の開弁ストロークが所定量以上であることを条件として、前記サブ弁体の開弁力を前記メイン弁体に伝達して前記メイン弁体を開弁させる開弁力伝達機構（４１ｂ、５１）と、
を備え、
前記メイン通路には、
前記サブ弁体に燃料圧力を開弁側へ付与させる下流側燃料溜り室（１１ｂ）と、前記下流側燃料溜り室よりも上流側に位置し、前記サブ弁体に燃料圧力を閉弁側へ付与させる上流側燃料溜り室（１１ａ）とが含まれるとともに、
前記上流側燃料溜り室から前記下流側燃料溜り室への燃料の流入流量を制限するメイン流通量制限手段（１５ａ）が設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。

【請求項7】

前記サブ弁体に弾性力を閉弁側へ付与する閉弁側弾性手段（ＳＰ）を備え、
前記サブ弁体が閉弁している状態では、前記閉弁側弾性手段による弾性力が前記サブ弁体を介して前記メイン弁体に閉弁側へ付与されるように構成され、
前記電気アクチュエータへの通電をオンからオフに切り替えると、前記サブ弁体が前記メイン弁体よりも先に閉弁するように、前記閉弁側弾性手段の弾性係数が所定値以上に設定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気アクチュエータにより噴孔の開閉を制御する燃料噴射弁に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の燃料噴射弁は、燃料を噴射する噴孔が形成されたボデーと、噴孔を開閉する弁体と、磁気吸引力により弁体を開弁作動させる電気アクチュエータと、を備えるのが一般的である。

【0003】

そして特許文献１には、小さい磁気吸引力で弁体を開弁可能にするべく、以下の構造の燃料噴射弁が開示されている。この燃料噴射弁は、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力（以下、供給燃圧と呼ぶ）を弁体に閉弁側へ付与する制御室と、供給燃圧を弁体に開弁側へ付与する燃料溜り室と、制御室と噴孔との連通状態を開閉する制御弁と、を備える。電気アクチュエータへの通電をオンにすると、磁気吸引力により制御弁が開弁作動して制御室の圧力が低下する。その結果、弁体に付与される閉弁力が低下して弁体が開弁作動する。

【0004】

これによれば、燃料溜り室と制御室との圧力差で弁体を開弁させるので、磁気吸引力は制御弁の開弁に要する力で十分となる。よって、磁気吸引力で弁体を直接開弁作動させる場合に比べて、要求される磁気吸引力を小さくできる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−３４８８４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１の構造では、供給燃圧が小さい場合には、燃料溜り室の燃料圧力が十分に高くならないので、制御室の圧力を低下させても弁体が開弁しないといった課題が生じる。なお、電気アクチュエータが磁気吸引力以外の力（例えばピエゾ素子による伸縮力）を発揮するものである場合であっても、上記課題は同様に生じる。

【0007】

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、電気アクチュエータに要求される力を小さくすることと、供給燃圧が小さい場合であっても燃料噴射を可能にすることとの両立を図った燃料噴射弁を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として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って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【0009】

開示された第１の発明は、燃料を噴射する噴孔（１０ａ）を有するとともに、噴孔へ燃料を流通させるメイン通路（３１ａ、１１、１２、１３）、およびメイン通路から分岐して噴孔へ燃料を流通させるサブ通路（４５、４４、４３、５０ａ）が内部に設けられたボデー（１０）と、メイン通路を開閉するメイン弁体（５０）と、サブ通路を開閉するサブ弁体（４１）と、サブ弁体に開弁力を付与する電気アクチュエータ（２０、３０、４０）と、サブ弁体の開弁ストロークが所定量以上であることを条件として、サブ弁体の開弁力をメイン弁体に伝達してメイン弁体を開弁させる開弁力伝達機構（４１ｂ、５１）と、を備え、ボデーの内部には、サブ通路と連通し、サブ弁体に燃料圧力を閉弁側へ付与させる制御室（４２）が設けられており、サブ通路には、サブ弁体に燃料圧力を開弁側へ付与させる燃料溜り室（４３）と、制御室および燃料溜り室を連通させる連通路（４４）と、が含まれていることを特徴とする。

【0010】

これによれば、電気アクチュエータへの通電をオンにすると、サブ弁体がメイン弁体よりも先に開弁することとなる。そして、サブ弁体の開弁ストロークが所定量に達した時点で、開弁力伝達機構によりメイン弁体が開弁する。そのため、サブ弁体に付与されていた燃料圧力による閉弁力がサブ弁体の開弁により低下した状態、つまりサブ弁体が開弁しやすい状態でメイン弁体を開弁させることとなる。よって、サブ弁体を閉弁させたままサブ弁体とともにメイン弁体を開弁させる場合に比べて、メイン弁体の開弁に要する力を小さくできる。つまり、サブ弁体とメイン弁体が一体になった従来構造の燃料噴射弁に比べて、電気アクチュエータに要求される力を小さくできる。

【0011】

さらに、上記第１の発明によれば、電気アクチュエータによる開弁力をメイン弁体に伝達してメイン弁体を開弁させるので、供給燃圧が小さい場合であってもメイン弁体を開弁できる。よって、電気アクチュエータに要求される力を小さくすることと、供給燃圧が小さい場合であっても燃料噴射を可能にすることとの両立を図ることができる。
また、開示された第２の発明は、燃料を噴射する噴孔（１０ａ）を有するとともに、噴孔へ燃料を流通させるメイン通路（３１ａ、１１、１２、１３）、およびメイン通路から分岐して噴孔へ燃料を流通させるサブ通路（４５、４４、４３、５０ａ）が内部に設けられたボデー（１０）と、メイン通路を開閉するメイン弁体（５０）と、サブ通路を開閉するサブ弁体（４１）と、サブ弁体に開弁力を付与する電気アクチュエータ（２０、３０、４０）と、サブ弁体の開弁ストロークが所定量以上であることを条件として、サブ弁体の開弁力をメイン弁体に伝達してメイン弁体を開弁させる開弁力伝達機構（４１ｂ、５１）と、を備え、メイン弁体に弾性力を開弁側へ付与する開弁側弾性手段（ＳＰａ）を備えることを特徴とする。
また、開示された第３の発明は、燃料を噴射する噴孔（１０ａ）を有するとともに、噴孔へ燃料を流通させるメイン通路（３１ａ、１１、１２、１３）、およびメイン通路から分岐して噴孔へ燃料を流通させるサブ通路（４５、４４、４３、５０ａ）が内部に設けられたボデー（１０）と、メイン通路を開閉するメイン弁体（５０）と、サブ通路を開閉するサブ弁体（４１）と、サブ弁体に開弁力を付与する電気アクチュエータ（２０、３０、４０）と、サブ弁体の開弁ストロークが所定量以上であることを条件として、サブ弁体の開弁力をメイン弁体に伝達してメイン弁体を開弁させる開弁力伝達機構（４１ｂ、５１）と、を備え、メイン通路には、サブ弁体に燃料圧力を開弁側へ付与させる下流側燃料溜り室（１１ｂ）と、下流側燃料溜り室よりも上流側に位置し、サブ弁体に燃料圧力を閉弁側へ付与させる上流側燃料溜り室（１１ａ）とが含まれるとともに、上流側燃料溜り室から下流側燃料溜り室への燃料の流入流量を制限するメイン流通量制限手段（１５ａ）が設けられていることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁を模式的に示した断面図であって、燃料噴射を停止させている状態を示す図。

【図2】図１に示す燃料噴射弁において、サブ弁体が開弁しメイン弁体が閉弁している通電開始直後の状態を示す図。

【図3】図１に示す燃料噴射弁において、サブ弁体とともにメイン弁体が開弁した状態を示す図。

【図4】図１に示す燃料噴射弁において、開弁作動および閉弁作動に伴い生じる各種変化を示す試験結果であって、（ａ）は吸引力の変化、（ｂ）はリフト量の変化、（ｃ）は圧力の変化、（ｄ）は流量の変化を示す図。

【図5】本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁を模式的に示した断面図。

【図6】本発明の第３実施形態に係る燃料噴射弁を模式的に示した断面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

【0014】

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係る燃料噴射弁は、以下に説明するボデー１０、電磁コイル２０、固定コア３０、可動コア４０、サブ弁体４１、メイン弁体５０等を備えて構成されている。なお、本実施形態に係る燃料噴射弁は、内燃機関の燃焼に用いる燃料を噴射するものであり、詳細には、燃焼室へ直接燃料を噴射する直噴式の内燃機関に搭載されたものである。

【0015】

ボデー１０は、固定コア３０、可動コア４０、サブ弁体４１およびメイン弁体５０等の各種部品を内部に収容するとともに、電磁コイル２０を保持する。燃料噴射弁の外部から供給される燃料（以下、供給燃料と呼ぶ）は、ボデー１０内部の通路を流通し、ボデー１０の先端に形成された噴孔１０ａから噴射される。

【0016】

電磁コイル２０は通電により磁束を生じさせる。固定コア３０はボデー１０に固定されている。可動コア４０は、燃料噴射弁の軸方向（つまり図１の上下方向）に移動可能な状態でボデー１０内部に収容されている。固定コア３０および可動コア４０は磁気回路を形成し、電磁コイル２０により生じた磁束の経路を形成する。したがって、電磁コイル２０へ通電すると、固定コア３０と可動コア４０との間で磁気吸引力Ｆｍａｇが発生し、可動コア４０が固定コア３０へ吸引される。電磁コイル２０、固定コア３０および可動コア４０は、特許請求の範囲に記載の電気アクチュエータに相当する。

【0017】

固定コア３０は円筒形状であり、固定コア３０の円筒内部の貫通穴３０ａにはロッド３１が取り付けられている。ロッド３１は、溶接等の手段により固定コア３０に固定されている。可動コア４０は円筒形状であり、可動コア４０の円筒内部の貫通穴４０ａにはロッド３１が挿入されている。可動コア４０は、ロッド３１により径方向への移動が規制され、ロッド３１の外周面にガイドされながら軸方向に移動可能に保持されている。図中の符号Ｈ１は、可動コア４０が移動可能なストローク量を示しており、可動コア４０が固定コア３０に接触した状態（図３参照）で、ストローク量は最大値（例えば１００μｍ）となる。

【0018】

ロッド３１と可動コア４０の間には、スプリングＳＰが圧縮方向に弾性変形した状態で配置されている。スプリングＳＰの弾性力Ｆｓｐは、可動コア４０が固定コア３０へ吸引される向きの反対側へ、可動コア４０に作用する。このスプリングＳＰは、特許請求の範囲に記載の「閉弁側弾性手段」に相当する。

【0019】

可動コア４０には、溶接等の手段によりサブ弁体４１が取り付けられている。サブ弁体４１のうち反噴孔側部分は円筒形状に形成されており、この円筒内部にはロッド３１が挿入されている。サブ弁体４１は、ロッド３１の外周面にガイドされながら可動コア４０とともに軸方向に移動するように保持されている。

【0020】

メイン弁体５０は有底円筒形状に形成されている。メイン弁体５０の底部には流出口５０ａが形成されており、メイン弁体５０の円筒内部にはサブ弁体４１が挿入されている。メイン弁体５０は、サブ弁体４１の摺動面４１ａに嵌合しており、サブ弁体４１はメイン弁体５０に対して相対的に移動可能に組み付けられている。

【0021】

ボデー１０の内部には第１通路３１ａ、第２通路１１、第３通路１２およびサック室１３が設けられている。サック室１３は噴孔１０ａ及び流出口５０ａと連通し、第３通路１２はサック室１３と連通し、第２通路１１は第３通路１２と連通し、第１通路３１ａは第２通路１１と連通する。第１通路３１ａは、ロッド３１と固定コア３０との間に形成されている。第２通路１１は、ボデー１０のうち可動コア４０を収容する収容室としても機能しており、可動コア４０およびサブ弁体４１の周囲を取り囲む環状の形状である。第３通路１２は、ボデー１０のうちメイン弁体５０を収容する収容室としても機能しており、メイン弁体５０の周囲を取り囲む環状の形状である。

【0022】

これら第１通路３１ａ、第２通路１１、第３通路１２およびサック室１３は、特許請求の範囲に記載の「メイン通路」に相当する。メイン弁体５０は、第３通路１２とサック室１３との連通状態を開閉する。具体的には、メイン弁体５０の底部に形成されたシート面（以下、アウタシート５０ｓと呼ぶ）がボデー１０の内壁面に着座すると、第３通路１２とサック室１３との連通が遮断される。一方、ボデー１０の内壁面からアウタシート５０ｓが離座すると、第３通路１２とサック室１３とが連通状態になり、供給燃料がメイン通路を通じて噴孔１０ａから噴射される。

【0023】

サブ弁体４１の円筒内部には、ロッド３１の先端により仕切られた制御室４２が形成されている。サブ弁体４１の外周面とメイン弁体５０の内周面との間には燃料溜り室４３が形成されている。燃料溜り室４３は、サブ弁体４１の周囲を取り囲む環状の形状である。サブ弁体４１の内部には、制御室４２と燃料溜り室４３とを連通させる連通路４４が形成されている。さらにサブ弁体４１には、第２通路１１の燃料を連通路４４へ流入させる流入路４５が形成されている。流入路４５には、第２通路１１からの燃料の流入流量を制限するオリフィス４５ａが設けられている。

【0024】

メイン弁体５０の底部には流出口５０ａが形成されており、燃料溜り室４３およびサック室１３は、流出口５０ａを介して連通している。流入路４５は、メイン通路から分岐していると言える。そして、これら流入路４５、連通路４４、燃料溜り室４３および流出口５０ａは、特許請求の範囲に記載の「サブ通路」に相当する。また、上記オリフィス４５ａは、特許請求の範囲に記載の「サブ流通量制限手段」に相当する。

【0025】

サブ弁体４１は、燃料溜り室４３と流出口５０ａとの連通状態を開閉する。具体的には、サブ弁体４１の底部に形成されたシート面（以下、インナシート４１ｓと呼ぶ）がメイン弁体５０の内壁面に着座すると、燃料溜り室４３と流出口５０ａとの連通が遮断される。一方、メイン弁体５０の内壁面からインナシート４１ｓが離座すると、燃料溜り室４３と流出口５０ａとが連通状態になり、供給燃料がサブ通路およびサック室１３を通じて噴孔１０ａから噴射される。

【0026】

メイン弁体５０が閉弁状態であっても、サブ弁体４１が開弁状態であれば、メイン通路へ供給された供給燃料の一部が、サブ通路を通じて噴孔１０ａから噴射される。また、メイン弁体５０およびサブ弁体４１が開弁状態であれば、メイン通路およびサブ通路の両方を通じて噴孔１０ａから燃料が噴射される。但し、メイン弁体５０およびサブ弁体４１がともにフルリフト状態の場合には、インナシート４１ｓで流量が絞られる度合いの方が、アウタシート５０ｓで流量が絞られる度合いよりも大きく設定されている。そのため、この場合には主にメイン通路を通じて噴孔１０ａから燃料が噴射されることになる。

【0027】

制御室４２内の燃料圧力は、サブ弁体４１に閉弁力（以下、燃圧閉弁力Ｆｆｃと記載）を付与するように作用する。燃料溜り室４３の燃料圧力は、サブ弁体４１に開弁力（以下、燃圧開弁力Ｆｆｏと記載）を付与するように作用する。サブ弁体４１の摺動面４１ａの直径ｄ１は、ロッド３１の摺動面の直径ｄ２よりも小さく設定されている。このことは、制御室４２の直径の方が燃料溜り室４３の直径よりも大きいことを意味し、制御室４２および燃料溜り室４３の燃料圧力が同じであれば、燃圧閉弁力Ｆｆｃの方が燃圧開弁力Ｆｆｏよりも大きいことを意味する。さらに、閉弁状態にあるサブ弁体４１には、インナシート４１ｓの投影面積Ｓ１にかかる燃料圧力の分だけ、燃圧閉弁力（以下、シート閉弁力Ｆｓｃ１と記載）が付与されている。

【0028】

よって、燃圧閉弁力Ｆｆｃおよびシート閉弁力Ｆｓｃ１と、燃圧開弁力Ｆｆｏとの差分（以下、差分燃圧閉弁力ΔＦｆｃと記載）が、サブ弁体４１に閉弁側へ付与される。そして、サブ通路内の燃料圧力が小さいほど、差分燃圧閉弁力ΔＦｆｃが小さくなり、サブ弁体４１が開弁し易い状態になる。そして、サブ弁体４１には主に、上述した差分燃圧閉弁力ΔＦｆｃおよび弾性力Ｆｓｐが閉弁側へ付与されるとともに、磁気吸引力Ｆｍａｇが開弁側へ付与される。

【0029】

図１に示すように、スイッチＳＷをオフ作動させて電磁コイル２０への通電をオフにすると、磁気吸引力Ｆｍａｇがゼロになる。すると、差分燃圧閉弁力ΔＦｆｃおよび弾性力Ｆｓｐにより、インナシート４１ｓがメイン弁体５０に押し付けられ、サブ弁体４１は閉弁する。また、この押付力（＝ΔＦｆｃ＋Ｆｓｐ）により、アウタシート５０ｓがボデー１０の内壁面に押し付けられ、メイン弁体５０も閉弁する。なお、スイッチＳＷの作動は、燃料噴射弁の外部に配置された電子制御装置により制御される。

【0030】

さて、先述したように、サブ弁体４１はメイン弁体５０に対して相対移動可能に組み付けられている。図中の符号Ｈ２は、サブ弁体４１が相対移動可能なストローク量を示しており、図１に示すように、サブ弁体４１が閉弁した状態ではストローク量Ｈ２はゼロである。メイン弁体５０およびサブ弁体４１の各々は、ストローク量Ｈ２が最大になると互いに接触する係止部４１ｂ、５１を有する。これにより、ストローク量Ｈ２の値が制限される。つまり、図２に示すように、係止部４１ｂ、５１が互いに接触した状態で、ストローク量Ｈ２は最大値（例えば１０μｍ）となる。サブ弁体４１の相対移動に係るストローク量Ｈ２の最大値は、可動コア４０のストローク量Ｈ１の最大値よりも小さく設定されている。

【0031】

次に、メイン弁体５０およびサブ弁体４１の開弁作動について説明する。

【0032】

図２に示すように、スイッチＳＷをオン作動させて磁気吸引力Ｆｍａｇを生じさせると、磁気吸引力Ｆｍａｇが押付力（＝ΔＦｆｃ＋Ｆｓｐ）を超えた時点でサブ弁体４１が開弁を開始する。但し、係止部４１ｂ、５１が互いに接触するまでの期間（つまりストローク量Ｈ２が最大値に達するまでの期間）は、メイン弁体５０は閉弁したままであり、インナシート４１ｓで絞られた流量の燃料が噴孔１０ａから噴射される。

【0033】

図２に示す如くサブ弁体４１が開弁した状態において、オリフィス４５ａにより絞られて流入路４５を流通する燃料の流量は、インナシート４１ｓで絞られて噴孔１０ａから噴射される燃料の流量よりも少なくなるように設定されている。したがって、メイン弁体５０が閉弁したままサブ弁体４１が開弁している期間中、サブ通路の燃料圧力は低下する。

【0034】

さて、先述した通り、制御室４２の直径の方が燃料溜り室４３の直径よりも大きい。そのため、サブ通路の燃料圧力が低いほど、差分燃圧閉弁力ΔＦｆｃは小さくなる。また、図２の如くサブ弁体４１が開弁した状態では、先述したシート閉弁力Ｆｓｃ１も小さくなっている。したがって、メイン弁体５０が閉弁したままサブ弁体４１が開弁している図２の状態では、差分燃圧閉弁力ΔＦｆｃは極めて小さくなっている。

【0035】

その後、電磁コイル２０への通電を継続させてサブ弁体４１をさらにリフトアップさせて、ストローク量Ｈ２が最大値に達すると、図３に示す如く係止部４１ｂ、５１が互いに接触し、メイン弁体５０が開弁を開始する。これにより、インナシート４１ｓで絞られた流量の燃料に加え、アウタシート５０ｓで絞られた流量の燃料が噴孔１０ａから噴射される。なお、可動コア４０のストローク量が十分に大きくなりメイン弁体５０のリフト量が十分に大きくなれば、アウタシート５０ｓで流量が絞られる度合いは噴孔１０ａで絞られる度合いよりも小さくなり、十分な量の燃料が噴孔１０ａから噴射されることとなる。

【0036】

要するに、サブ弁体４１の開弁ストロークが所定量（つまりストローク量Ｈ２の最大値）以上であることを条件として、サブ弁体４１の開弁力（つまりＦｍａｇ−（ΔＦｆｃ＋Ｆｓｐ））をメイン弁体５０に伝達してメイン弁体５０を開弁させる。そして、噴孔１０ａから噴射させる燃料の目標噴射量に応じた通電時間だけ、電磁コイル２０への通電をオンにすることで、目標噴射量に応じた時間だけメイン弁体５０を開弁させる。但し、目標噴射量が所定値未満であれば、サブ弁体４１のストローク量Ｈ２が最大値に達する前に電磁コイル２０への通電をオフさせて、メイン通路からの噴射をさせることなくサブ通路からの噴射のみで噴射停止させる。

【0037】

次に、メイン弁体５０およびサブ弁体４１の閉弁作動について説明する。

【0038】

図３の如くメイン弁体５０およびサブ弁体４１が開弁した状態で電磁コイル２０への通電をオフにすると、メイン弁体５０はフルリフト状態のまま、サブ弁体４１が押付力（＝ΔＦｆｃ＋Ｆｓｐ）により閉弁作動を開始する。その後、インナシート４１ｓがメイン弁体５０に接触してサブ弁体４１が閉弁すると、メイン弁体５０はサブ弁体４１により閉弁側に押し付けられる。これにより、メイン弁体５０は閉弁作動を開始し、ストローク量Ｈ１、Ｈ２がともにゼロになった時点でメイン弁体５０は閉弁する。

【0039】

次に、図４を用いて、メイン弁体５０およびサブ弁体４１の開閉作動に伴い生じる各種変化について説明する。なお、図４の横軸は、電磁コイル２０への通電を開始してからの経過時間を示す。

【0040】

図４（ａ）に示すように、通電開始とともに磁気吸引力Ｆｍａｇは上昇していく。そして、磁気吸引力Ｆｍａｇが押付力（＝ΔＦｆｃ＋Ｆｓｐ）まで上昇したｔ１時点で、サブ弁体４１が開弁してリフト量が上昇していく（符号Ｌ１参照）。すると、サブ通路内の燃料が流出口５０ａを通じてサック室１３に流れ込み、噴孔１０ａから噴射される。そのため、サック室１３の燃圧（符号Ｌ３参照）は、サブ弁体４１の開弁とともに上昇を開始する。

【0041】

制御室４２の燃圧（符号Ｌ４参照）は、サブ弁体４１が開弁するｔ１時点前では第２通路１１の燃圧（符号Ｌ５参照）と同じであるが、サブ弁体４１が開弁すると低下していく。この理由は、オリフィス４５ａにより流入路４５が絞られていることに起因して、流入路４５から連通路４４へ流入する流量が、流出口５０ａから流出する流量よりも少なくなっているからである。

【0042】

その後、サブ弁体４１のリフト量が所定量に達したｔ２時点、つまり先述したストローク量Ｈ２が最大値に達したｔ２時点で、メイン弁体５０が開弁を開始し、メイン弁体５０のリフト量がサブ弁体４１とともに上昇していく（符号Ｌ２参照）。メイン弁体５０が開弁すると、メイン通路を通じて噴孔１０ａから燃料が噴射されることに伴い、サック室１３の燃圧は上昇し（符号Ｌ３参照）、第２通路１１内の燃圧は低下し（符号Ｌ５参照）、制御室４２の燃圧は上昇する。

【0043】

また、メイン弁体５０が開弁すると、噴孔１０ａの流量が急激に上昇していき（符号Ｌ６参照）、インナシート４１ｓの流量は低下しはじめる（符号Ｌ７参照）。オリフィス４５ａの流量は、サブ弁体４１の開弁とともに上昇し、メイン弁体５０が開弁した後に低下していく。

【0044】

その後、通電オンからオフに切り替えたｔ３時点以降、磁気吸引力Ｆｍａｇは低下していく。そして、磁気吸引力Ｆｍａｇが押付力（＝ΔＦｆｃ＋Ｆｓｐ）まで低下したｔ４時点で、サブ弁体４１が閉弁作動を開始してリフト量が低下していく（符号Ｌ１参照）。この低下に伴い、サック室１３および制御室４２の燃圧は低下する（符号Ｌ３、Ｌ４参照）。

【0045】

その後、サブ弁体４１がメイン弁体５０に接触してストローク量Ｈ２がゼロになったｔ５時点、つまりサブ弁体４１が閉弁したｔ５時点で、メイン弁体５０が閉弁作動を開始してリフト量が低下していく（符号Ｌ２参照）。すると、サック室１３の燃圧が急激に低下するとともに、噴孔１０ａの流量も急激に低下する（符号Ｌ３、Ｌ６参照）。その後、ｔ６時点でメイン弁体５０が閉弁する。

【0046】

以上に説明した本実施形態の燃料噴射弁は、要するに、以下に列挙する特徴を備える。そして、それらの各特徴により以下に説明する作用効果が発揮される。

【0047】

＜特徴１＞
噴孔１０ａを開閉する弁体は、メイン通路を開閉するメイン弁体５０およびサブ通路を開閉するサブ弁体４１の２つで構成されている。そして、サブ弁体４１の開弁ストロークが所定量以上であることを条件として、係止部４１ｂ、５１（つまり開弁力伝達機構）により、サブ弁体４１の開弁力がメイン弁体５０に伝達される。

【0048】

これによれば、通電オンするとサブ弁体４１がメイン弁体５０よりも先に開弁する。そして、サブ弁体４１の相対ストローク量Ｈ２が最大値に達した時点で、互いの係止部４１ｂ、５１が接触し、サブ弁体４１によりメイン弁体が引き上げられて開弁する。

【0049】

さて、図４を用いて先述したように、サブ弁体４１が開弁開始するｔ１時点からメイン弁体５０が開弁開始するｔ２時点までの期間、制御室４２の燃圧は低下する（符号Ｌ４参照）。そのため、差分燃圧閉弁力ΔＦｆｃが低下した状態、つまりサブ弁体４１が開弁しやすい状態でメイン弁体５０を開弁させることとなる。よって、電気アクチュエータに要求される磁気吸引力Ｆｍａｇを小さくできる。しかも、磁気吸引力Ｆｍａｇによる開弁力をメイン弁体５０に伝達してメイン弁体５０を開弁させるので、供給燃圧が小さい場合であってもメイン弁体５０を開弁できる。よって、磁気吸引力Ｆｍａｇの要求値低下と、供給燃圧が低くても燃料噴射を可能にすることとを両立できる。

【0050】

＜特徴２＞
ボデー１０の内部には、サブ通路と連通し、サブ弁体４１に燃料圧力を閉弁側へ付与させる制御室４２が設けられている。また、サブ通路には、サブ弁体４１に燃料圧力を開弁側へ付与させる燃料溜り室４３と、制御室４２および燃料溜り室４３を連通させる連通路４４と、が含まれている。

【0051】

これによれば、サブ弁体４１を開弁しやすい状態にするべく制御室４２から排出された燃料は、連通路４４および燃料溜り室４３を通じて噴孔１０ａから噴射される。そのため、制御室４２から排出された燃料を燃料タンクに戻すリターン通路を不要にできる。

【0052】

＜特徴３＞
サブ通路には、メイン通路からの燃料の流入流量を制限するオリフィス４５ａ（つまりサブ流通量制限手段）が設けられている。

【0053】

これによれば、サブ弁体４１の開弁作動時（つまりｔ１時点からｔ２時点までの期間）において、メイン通路から高圧燃料が制御室４２へ流入する流量が制限される。よって、サブ弁体４１の開弁直後において、制御室４２の燃圧降下が促進される（図４中の符号Ｌ４参照）。よって、サブ弁体４１を開弁しやすい状態でメイン弁体５０を開弁させることを確実にできる。

【0054】

さらに、上記特徴によれば、サブ弁体４１の開弁直後（つまりｔ１時点直後）に、サブ弁体４１のリフトアップにより制御室４２にてサブ弁体４１により圧縮される燃料が、オリフィス４５ａを通じてメイン通路へ抜け出ることが可能になる。よって、サブ弁体４１のリフトアップにより制御室４２の燃料が圧縮されて圧力上昇することが抑制されるので、サブ弁体４１の開弁直後において、制御室４２の燃圧が一時的に上昇してサブ弁体４１の開弁速度が遅くなることを防止できる。

【0055】

＜特徴４＞
燃料噴射弁は、サブ弁体４１に弾性力を閉弁側へ付与するスプリングＳＰ（つまり閉弁側弾性手段）を備える。さらに燃料噴射弁は、サブ弁体４１が閉弁している状態では、スプリングＳＰによる弾性力がサブ弁体４１を介してメイン弁体５０に閉弁側へ付与されるように構成されている。そして、電気アクチュエータへの通電をオンからオフに切り替えると、サブ弁体４１がメイン弁体５０よりも先に閉弁するように、スプリングＳＰの弾性係数が所定値以上に設定されている。

【0056】

ここで、本実施形態に反し、スプリングＳＰの弾性係数が所定値未満に設定されていると、通電をオンからオフに切り替えた後、メイン弁体５０がサブ弁体４１よりも先に閉弁する場合が生じる。この場合には、サブ弁体４１が閉弁前に開弁しやすい状態になってしまい、サブ弁体４１が閉弁作動の途中で開弁作動に転じる懸念が生じる。これに対し本実施形態では、サブ弁体４１がメイン弁体５０よりも先に閉弁するように、スプリングＳＰの弾性係数が設定されているので、上記懸念を抑制できる。

【0057】

（第２実施形態）
図５に示すように、本実施形態に係る燃料噴射弁は、メイン弁体５０に弾性力を開弁側へ付与するサブスプリングＳＰａを備えている。このサブスプリングＳＰａは、圧縮方向に弾性変形した状態で、メイン弁体５０とボデー１０の間に配置されている。サブスプリングＳＰａの弾性力は、サブ弁体４１が閉弁状態である場合にはインナシート４１ｓを介してサブ弁体４１に伝達される。

【0058】

したがって、閉弁時のサブ弁体４１にはサブスプリングＳＰａの弾性力が開弁側へ付与されることとなる。よって、サブスプリングＳＰａの弾性力の分だけ、スプリングＳＰの弾性係数を第１実施形態よりも大きく設定している。なお、サブスプリングＳＰａは、特許請求の範囲に記載の「開弁側弾性手段」に相当する。

【0059】

ここで、本実施形態に反してサブスプリングＳＰａを備えていない場合、サブ弁体４１がメイン弁体５０とともに閉弁作動している時に、メイン弁体５０がインナシート４１ｓから離れてサブ弁体４１よりも先に閉弁することが懸念される。すると、サブ弁体４１が閉弁する前にサブ通路の燃圧が低下し、その結果、サブ弁体４１が閉弁前に開弁しやすい状態になってしまい、サブ弁体４１が閉弁作動の途中で開弁作動に転じる懸念が生じる。

【0060】

この懸念に対し本実施形態によれば、サブスプリングＳＰａによりメイン弁体５０がサブ弁体４１に押し付けられるので、閉弁作動時においてメイン弁体５０がサブ弁体４１よりも先に閉弁することを抑制できる。よって、上記懸念の解消を促進できる。

【0061】

（第３実施形態）
図６に示すように、本実施形態に係る燃料噴射弁は、以下に説明する仕切り部材１４を備える。仕切り部材１４は、ボデー１０内部に設けられ、図１に示す第２通路１１を上流側燃料溜り室１１ａと下流側燃料溜り室１１ｂに仕切る。仕切り部材１４には、上流側燃料溜り室１１ａと下流側燃料溜り室１１ｂとを連通する連通穴１５が形成されている。連通穴１５には、燃料の流量を制限するオリフィス１５ａが設けられている。このオリフィス１５ａは、特許請求の範囲に記載のメイン流通量制限手段に相当する。

【0062】

要するに、メイン通路には、下流側燃料溜り室１１ｂおよび上流側燃料溜り室１１ａが含まれるとともに、上流側燃料溜り室１１ａから下流側燃料溜り室１１ｂへの燃料の流入流量を制限するメイン流通量制限手段が設けられている。上流側燃料溜り室１１ａは下流側燃料溜り室１１ｂよりも上流側に位置する。そして、下流側燃料溜り室１１ｂ内の燃料圧力は、サブ弁体４１に開弁力（以下、燃圧開弁力Ｆｆｏ’と記載）を付与するように作用する。また、上流側燃料溜り室１１ａ内の燃料圧力は、サブ弁体４１に閉弁力（以下、燃圧閉弁力Ｆｆｃ’と記載）を付与するように作用する。

【0063】

以上により、本実施形態によれば、メイン弁体５０が開弁して燃料噴射している時には、オリフィス１５ａの流量制限作用により、下流側燃料溜り室１１ｂの燃圧が上流側燃料溜り室１１ａの燃圧よりも低くなる。そのため、燃圧開弁力Ｆｆｏ’が小さくなるので、スプリングＳＰによる閉弁作動するメイン弁体５０およびサブ弁体４１の、作動速度が速くなる。よって、本実施形態によれば、通電をオフさせてから燃料噴射量がゼロになるまでの閉弁遅れ時間を短くでき、閉弁の応答性を向上できる。

【0064】

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

【0065】

・上記実施形態では、電気アクチュエータに、磁気吸引力を生じさせる電磁式アクチュエータを採用しているが、ピエゾ素子を採用してもよい。

【0066】

・ここで、メイン弁体５０に対するサブ弁体４１の相対ストローク量Ｈ２を大きくするほど、メイン弁体５０のフルリフト量が小さくなる。すると、単位時間当たりに噴孔１０ａから噴射される量（つまり噴射率）が、十分に得られなくなる。この点を鑑み、メイン弁体５０のフルリフト時において、アウタシート５０ｓで流量が絞られる度合いが噴孔１０ａで絞られる度合いより小さくなるように、上記相対ストローク量Ｈ２は所定の上限値未満に設定されていることが望ましい。

【0067】

・また、上記相対ストローク量Ｈ２を小さくするほど、サブ弁体４１の開弁作動時（つまりｔ１時点からｔ２時点までの期間）において、制御室４２の燃圧低下速度が遅くなる。すると、メイン弁体５０の開弁時に制御室４２の燃圧が十分に低下しなくなる。その結果、制御室４２の燃圧低下によりサブ弁体４１を開弁しやすい状態にしてメイン弁体５０を開弁させることにより、磁気吸引力Ｆｍａｇの要求値を低減できる、といった効果が十分に発揮されなくなる。この点を鑑み、上記相対ストローク量Ｈ２は所定の下限値以上に設定されていることが望ましい。

【0068】

・上記各実施形態に係る燃料噴射弁は、制御室４２から排出した燃料を噴孔１０ａから噴射するように構成されている。これに対し、燃料噴射弁は、制御室４２から排出した燃料を燃料タンクに戻すリターン通路を備え、上記排出した燃料を噴孔１０ａから噴射させずに燃料タンクに戻すように構成されていてもよい。

【0069】

・上記各実施形態では、サブ通路にオリフィス４５ａを設けているが、このオリフィス４５ａに替えて、例えば開閉弁を設けるようにしてもよい。

【0070】

・上記各実施形態では、サブ弁体４１がメイン弁体５０よりも先に閉弁するように、スプリングＳＰの弾性係数が所定値以上に設定されている。これに対し、このような弾性係数の設定を廃止してもよい。

【符号の説明】

【0071】

１０…ボデー、１０ａ…噴孔、１１…第２通路（メイン通路）、１２…第３通路（メイン通路）、１３…サック室（メイン通路）、２０…電磁コイル（電気アクチュエータ）、３０…固定コア（電気アクチュエータ）、３１ａ…第１通路（メイン通路）、４０…可動コア（電気アクチュエータ）、４１…サブ弁体、４１ｂ…係止部（開弁力伝達機構）、４３…燃料溜り室（サブ通路）、４４…連通路（サブ通路）、４５…流入路（サブ通路）、５０…メイン弁体、５０ａ…流出口（サブ通路）、５１…係止部（開弁力伝達機構）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】