特許 6149766 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】6149766

(24)【登録日】2017年6月2日

(45)【発行日】2017年6月21日

(54)【発明の名称】燃料噴射弁

(51)【国際特許分類】

   F02M 47/00 20060101AFI20170612BHJP

【ＦＩ】

   F02M47/00 A

   F02M47/00 L

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-47424(P2014-47424)

(22)【出願日】2014年3月11日

(65)【公開番号】特開2015-172332(P2015-172332A)

(43)【公開日】2015年10月1日

【審査請求日】2016年7月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(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】110001128

【氏名又は名称】特許業務法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鎌原 本也

(72)【発明者】

【氏名】有川 文明

(72)【発明者】

【氏名】近藤 淳

(72)【発明者】

【氏名】田名田 祐樹

【審査官】 堀内 亮吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２２３１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２３１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２３１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９０７４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ３９／００−７１／０４

Ｆ１５Ｂ １５／００−１５／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、
第１シリンダ孔（５１１）および前記第１シリンダ孔よりも大径の第２シリンダ孔（５１２）を有する可動シリンダ（５１）と、
前記第１シリンダ孔に摺動自在に挿入される可動ピストン（５２）と、
前記第２シリンダ孔に摺動自在に挿入されるとともに、位置が固定された固定ピストン（５３）と、
前記可動シリンダと前記可動ピストンと前記固定ピストンとによって区画形成されて燃料が充填される油密室（５７）と、
伸縮して前記可動ピストンを移動させるとともに、伸長に伴う前記可動ピストンの移動により前記油密室の圧力を上昇させるアクチュエータ（４）と、
前記可動シリンダの移動に応じて作動して前記噴孔を開閉するノズルニードル（２２）とを備え、
前記可動シリンダは、前記第１シリンダ孔と前記第２シリンダ孔との境界部に形成されて前記油密室の圧力を受けるシリンダ受圧面（５１３）を備え、
前記可動ピストンは、前記油密室の圧力を受けるとともに前記シリンダ受圧面よりも受圧面積が大きいピストン受圧面（５２１）を備えることを特徴とする燃料噴射弁。

【請求項2】

前記ノズルニードルの一端側が摺動自在に挿入され、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）を形成するノズルシリンダ（２４）と、
前記制御室の燃料を低圧部（１２）に排出させる排出通路（３１５）を有する中間ボデー（３１）と、
前記可動シリンダに追従作動して前記中間ボデーに接離することにより、前記排出通路を開閉する排出弁（３２）と、
前記可動シリンダを介して前記排出弁を閉弁向きに付勢する第１バルブスプリング（５５）と、
前記排出弁を開弁向きに付勢する第２バルブスプリング（５６）とを備え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】

前記第１バルブスプリングのセット荷重をＦ１、前記第２バルブスプリングのセット荷重をＦ２、前記制御室の燃料圧力にて前記排出弁が開弁向きに付勢される最大付勢力をＦ３としたとき、Ｆ１＞Ｆ２であり、Ｆ１−Ｆ２＞Ｆ３であることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。

【請求項4】

前記可動シリンダを介して前記ノズルニードルを閉弁向きに付勢する第１バルブスプリング（５５）と、
前記ノズルニードルを開弁向きに付勢するノズルスプリング（２３）とを備え、
前記ノズルニードルは、高圧燃料の圧力にて閉弁向きに付勢され、前記アクチュエータが伸長する際には前記可動シリンダに追従作動して前記噴孔を開く向きに移動するように構成さ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5】

前記第１バルブスプリングのセット荷重をＦ１、前記ノズルスプリングのセット荷重をＦ４、高圧燃料の圧力にて前記ノズルニードルが閉弁向きに付勢される最大付勢力をＦ５としたとき、Ｆ４＞Ｆ５であり、Ｆ１＞Ｆ４−Ｆ５であることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。

【請求項6】

前記アクチュエータは、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５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、燃料を内燃機関に噴射するための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、噴孔を開閉する弁部材や、圧力制御室と低圧部との間を開閉する制御弁部材を備え、圧力制御室の燃料圧力により弁部材が閉弁向きに付勢されている。そして、制御弁部材が開弁して（すなわち、圧力制御室と低圧部とが連通して）圧力制御室の圧力が低下すると、弁部材が開弁向きに移動して噴孔が開かれ、燃料が噴射されるようになっている。

【0003】

また、アクチュエータにより変位取り出し部を駆動して液圧発生部に圧力を発生させ、液圧発生部の圧力にて制御弁部材を開弁させるようにしている。

【0004】

具体的には、変位取り出し部は、液圧発生部内に充填された燃料を加圧するピストン部を備えている。また、変位取り出し部の移動向きと制御弁部材の移動向きが反対になるようにするために、制御弁部材は、液圧発生部の圧力を受ける大径部と、液圧発生部内に配置された小径部とを備えている。なお、制御弁部材の受圧面積は、大径部の断面積から小径部の断面積を減算した面積である。

【0005】

そして、制御弁部材の受圧面積を変位取り出し部の受圧面積よりも小さくして、アクチュエータの伸縮量（すなわち、変位量）を拡大して制御弁部材に伝達するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−２３６３７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、従来の燃料噴射弁は、制御弁部材の小径部が液圧発生部内に配置されているため、制御弁部材の受圧面積および変位取り出し部の受圧面積を大きくとることができない。また、制御弁部材および変位取り出し部が並列に配置されているため、制御弁部材および変位取り出し部の外径を小さくせざるを得ず、この点からも制御弁部材の受圧面積および変位取り出し部の受圧面積を大きくとることができない。

【0008】

したがって、制御弁部材を開弁させるために必要な液圧発生部の圧力が上昇する。この液圧発生部の圧力上昇は、摺動部からの燃料リークの増加とそれに伴う液圧発生部の圧力低下を招き、最悪の場合、制御弁部材は開弁状態を保持することが出来ず、制御弁部材が早期に閉弁してしまう。その結果、燃料噴射が本来のタイミングよりも早期に終了し、燃料噴射期間が不安定になってしまうという問題が発生する。

【0009】

本発明は上記点に鑑みて、燃料噴射期間を安定させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

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、第１シリンダ孔（５１１）および第１シリンダ孔よりも大径の第２シリンダ孔（５１２）を有する可動シリンダ（５１）と、第１シリンダ孔に摺動自在に挿入される可動ピストン（５２）と、第２シリンダ孔に摺動自在に挿入されるとともに、位置が固定された固定ピストン（５３）と、可動シリンダと可動ピストンと固定ピストンとによって区画形成されて燃料が充填される油密室（５７）と、伸縮して可動ピストンを移動させるとともに、伸長に伴う可動ピストンの移動により油密室の圧力を上昇させるアクチュエータ（４）と、可動シリンダの移動に応じて作動して噴孔を開閉するノズルニードル（２２）とを備え、可動シリンダは、第１シリンダ孔と第２シリンダ孔との境界部に形成されて油密室の圧力を受けるシリンダ受圧面（５１３）を備え、可動ピストンは、油密室の圧力を受けるとともにシリンダ受圧面よりも受圧面積が大きいピストン受圧面（５２１）を備えることを特徴とする。

【0011】

これによると、従来の燃料噴射弁における液圧発生部内に配置される小径部を備えておらず、また、可動シリンダと可動ピストンが同軸に配置されるため、シリンダ受圧面およびピストン受圧面の各受圧面積を大きくすることができる。

【0012】

したがって、可動シリンダを駆動するために必要な油密室の圧力を低くすることが可能になり、摺動部からの燃料リークを減少させ、油密室の圧力低下を小さくすることができる。その結果、可動シリンダの所定の状態を長い時間保持することができ、燃料噴射期間を安定させることができる。

【0013】

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。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】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。

【図2】図１の燃料噴射弁における要部の拡大断面図である。

【図3】図１のＡ部の拡大断面図である。

【図4】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図5】図１の燃料噴射弁における固定ピストンの斜視図である。

【図6】図１の燃料噴射弁における排出弁の斜視図である。

【図7】本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁と従来の燃料噴射弁の圧力変化特性を示す図である。

【図8】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9】図８のＣ部の拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。

【0016】

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。

【0017】

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。

【0018】

図１〜図３に示すように、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。

【0019】

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と、アクチュエータ４および変位伝達機構５が収容される低圧部としての収容室１２が形成されている。この収容室１２は、図示しない燃料タンクに接続されており、常に低圧になっている。

【0020】

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る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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

円筒状のノズルシリンダ２４は、ノズルスプリング２３によって後述する中間ボデー３１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に摺動自在に挿入されている。

【0024】

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。

【0025】

制御室２６の圧力を制御する制御弁機構３は、中間ボデー３１、排出弁３２、制御プレート３３、およびプレートスプリング３４を備えている。

【0026】

円板状の中間ボデー３１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。なお、インジェクタボデー１とノズルボデー２１との間に中間ボデー３１を挟持して、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。

【0027】

中間ボデー３１におけるインジェクタボデー１側の収容室側シート面３１１は、収容室１２に露出している。中間ボデー３１におけるノズルボデー２１側の制御室側シート面３１２は、燃料溜まり室２５および制御室２６に露出している。

【0028】

また、中間ボデー３１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３１３、高圧燃料通路３１３と制御室２６とを連通させる高圧供給通路３１４、および収容室１２と制御室２６とを連通させる排出通路３１５が形成されている。

【0029】

そして、制御室側シート面３１２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。

【0030】

制御室２６内には、円板状の制御プレート３３、および制御プレート３３を中間ボデー３１側に向かって付勢するプレートスプリング３４が配置されている。

【0031】

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３３は、このストッパ面２４１と制御室側シート面３１２との間で往復変位するようになっている。

【0032】

なお、制御プレート３３がストッパ面２４１に当接した状態では、制御プレート３３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３１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。

【0033】

制御プレート３３の径方向中心部には、制御プレート３３の軸方向に貫通する連通孔３３１が形成されている。

【0034】

そして、制御プレート３３が制御室側シート面３１２に当接することにより、高圧供給通路３１４が閉塞されて、高圧燃料通路３１３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３３が制御室側シート面３１２に当接した状態のとき、連通孔３３１と排出通路３１５は連通している。

【0035】

排出弁３２は、バルブボデー３２１（詳細後述）と弁体３２２とからなる。そして、排出弁３２は、収容室１２内に配置され、弁体３２２が収容室側シート面３１１と接離して収容室１２と排出通路３１５との間を開閉するようになっている。

【0036】

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。

【0037】

伝達手段としての変位伝達機構５は、ピエゾスプリング５０、可動シリンダ５１、可動ピストン５２、固定ピストン５３、スペーサ５４、第１バルブスプリング５５、および第２バルブスプリング５６を備えている。

【0038】

円筒状の可動シリンダ５１内には、円柱状空間である第１シリンダ孔５１１、第１シリンダ孔５１１よりも大径の円柱状空間である第２シリンダ孔５１２、および第１シリンダ孔５１１と第２シリンダ孔５１２との境界部に位置して後述する油密室５７の圧力を受けるシリンダ受圧面５１３が形成されている。また、可動シリンダ５１は、第２シリンダ孔５１２側の端部が排出弁３２のバルブボデー３２１に当接している。

【0039】

第１シリンダ孔５１１に、円柱状の可動ピストン５２が摺動自在に挿入されている。この可動ピストン５２における油密室５７の端部には、油密室５７の圧力を受けるピストン受圧面５２１が形成されている。このピストン受圧面５２１の受圧面積は、シリンダ受圧面５１３の受圧面積よりも大きく設定されている。また、可動ピストン５２は、油密室５７とは反対側の端部がアクチュエータ４に当接している。

【0040】

第２シリンダ孔５１２に、円柱状の固定ピストン５３（詳細後述）が摺動自在に挿入されている。そして、可動シリンダ５１と可動ピストン５２と固定ピストン５３とによって、燃料が充填される油密室５７が区画形成されている。

【0041】

スペーサ５４は、円筒状であり、スペーサ５４の内部に排出弁３２および第２バルブスプリング５６が配置されている。また、スペーサ５４は、一端側が中間ボデー３１に当接し、他端側が固定ピストン５３に当接している。そして、可動ピストン５２と固定ピストン５３とに挟持されたピエゾスプリング５０により、固定ピストン５３がスペーサ５４に押し付けられ、スペーサ５４が中間ボデー３１に押し付けられている。換言すると、固定ピストン５３は中間ボデー３１に対して位置決め固定されている。

【0042】

第１バルブスプリング５５は、可動シリンダ５１と可動ピストン５２とに挟持されている。そして、第１バルブスプリング５５は、可動ピストン５２をアクチュエータ４に向かって付勢し、これにより、アクチュエータ４の伸縮に伴って可動ピストン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。また、第１バルブスプリング５５は、可動シリンダ５１を介して排出弁３２を閉弁向きに付勢している。

【0043】

第２バルブスプリング５６は、中間ボデー３１と排出弁３２とに挟持されている。そして、第２バルブスプリング５６は、排出弁３２を開弁向きに付勢している。

【0044】

排出弁３２が閉弁状態のとき、排出弁３２と固定ピストン５３との間には、排出弁３２の最大リフト量に相当する隙間Ｌがある。

【0045】

図２、図５に示すように、固定ピストン５３には、第２シリンダ孔５１２に挿入される円柱状の固定ピストン部５３１が形成されるとともに、固定ピストン部５３１における油密室５７とは反対側の端部に、径方向外側に突出する３つの固定ピストン腕部５３２が形成されている。この固定ピストン腕部５３２間には、周方向に沿って３つの固定ピストン切り欠き部５３３が形成されている。

【0046】

図２、図６に示すように、排出弁３２のバルブボデー３２１には、弁体３２２とは反対側の端部に、軸方向に突出する３つの排出弁脚部３２１ａが形成されている。この排出弁脚部３２１ａ間には、周方向に沿って３つの排出弁切り欠き部３２１ｂが形成されている。

【0047】

そして、図２、図４に示すように、固定ピストン腕部５３２が排出弁切り欠き部３２１ｂに挿入され、排出弁脚部３２１ａが固定ピストン切り欠き部５３３に挿入されている。

【0048】

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。まず、図１、図２に示すニードル閉弁状態のとき、すなわち排出弁３２が収容室側シート面３１１に当接しているときに、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、可動ピストン５２がアクチュエータ４から遠ざかる向きに駆動され、可動ピストン５２により油密室５７の圧力が高められる。

【0049】

また、高圧化された油密室５７の圧力が、シリンダ受圧面５１３に作用し、可動シリンダ５１がアクチュエータ４側に向かって駆動される。さらに、排出弁３２は、第２バルブスプリング５６に付勢されて、可動シリンダ５１に追従してアクチュエータ４側に向かって移動する。

【0050】

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の伸長に伴う可動ピストン５２の移動向きと可動シリンダ５１の移動向きが逆向きとなり、且つアクチュエータ４の伸長に伴い排出弁３２が収容室側シート面３１１から離れる向きに駆動されるようになっている。

【0051】

そして、排出弁３２の移動により、弁体３２２が収容室側シート面３１１から離れて排出通路３１５が開かれると、排出通路３１５の燃料が収容室１２に流出して排出通路３１５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３３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３３が中間ボデー３１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３３が中間ボデー３１側に向かって移動する。

【0052】

これにより、制御プレート３３が制御室側シート面３１２に当接し、制御プレート３３により高圧供給通路３１４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３３１および排出通路３１５を介して収容室１２に流出し、制御室２６の圧力が下がる。その結果、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。

【0053】

なお、アクチュエータ４の長さの変化量（≒可動ピストン５２の変位量）と可動シリンダ５１の変位量との比である変位拡大率は、ピストン受圧面５２１の受圧面積Ｓｌａｒｇｅ（図３参照）とシリンダ受圧面５１３の受圧面積Ｓｓｍａｌｌ（図３参照）との比（Ｓｌａｒｇｅ／Ｓｓｍａｌｌ）により決まる。

【0054】

また、アクチュエータ４が伸長する際に油密室５７の圧力によって可動シリンダ５１が押される力は、油密室５７の圧力とシリンダ受圧面５１３の受圧面積Ｓｓｍａｌｌの積で表される。そのため、シリンダ受圧面５１３の受圧面積Ｓｓｍａｌｌを大きくとることが出来れば、排出弁３２の開弁に必要な油密室５７の圧力を低くすることが可能である。その結果、可動シリンダ５１と可動ピストン５２との摺動部や、可動シリンダ５１と固定ピストン５３との摺動部からの、開弁保持中の燃料リーク量が低減される。

【0055】

ここで、本実施形態に係る燃料噴射弁と従来の燃料噴射弁について、性能比較を行った。比較対象品は、燃料噴射弁の体格を等しくし、変位拡大率を１．６７に統一し、その条件の下で、本実施形態に係る燃料噴射弁（以下、実施形態品という）におけるシリンダ受圧面５１３の受圧面積Ｓｓｍａｌｌを最大にするとともに、従来の燃料噴射弁（以下、従来品という）における制御弁部材の受圧面積を最大にした。この比較対象品においては、実施形態品におけるシリンダ受圧面５１３の受圧面積Ｓｓｍａｌｌが、従来品における制御弁部材の受圧面積の１．１７倍になった。

【0056】

因みに、本実施形態は、従来の燃料噴射弁における液圧発生部内に配置される小径部を備えておらず、また、可動シリンダ５１と可動ピストン５２が同軸に配置されるため、シリンダ受圧面５１３およびピストン受圧面５２１の各受圧面積を大きくし易い。

【0057】

図７は、上記の比較対象品における、燃料噴射開始後の油密室の圧力変化特性を示してる。なお、図７において、実線は実施形態品の圧力変化特性を示し、一点鎖線は従来品の圧力変化特性を示している。

【0058】

図７に示すように、実施形態品における燃料噴射開始後の油密室の圧力は、従来品よりも緩やかに低下する、また、実施形態品における開弁保持可能限界圧力は、従来品よりも低くなる。したがって、それらが相俟って、実施形態品における開弁可能期間は、従来品よりも大幅に（約５０％）長くなる。

【0059】

一方、ニードル開弁状態のとき、すなわち排出弁３２が収容室側シート面３１１から離れているときに、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、第１バルブスプリング５５に付勢される可動ピストン５２は、アクチュエータ４に追従してアクチュエータ４側に向かって移動し、油密室５７の圧力が低下する。

【0060】

したがって、可動シリンダ５１および排出弁３２は、第１バルブスプリング５５の付勢力により、中間ボデー３１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の収縮に伴う可動ピストン５２の移動向きと可動シリンダ５１の移動向きが逆向きとなる。

【0061】

この排出弁３２の移動により、排出弁３２が収容室側シート面３１１に当接して排出通路３１５が閉じられると、排出通路３１５の燃料の流出が止まり、排出通路３１５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３３が中間ボデー３１側に向かって付勢される力よりも、排出通路３１５および高圧供給通路３１４の圧力にて制御プレート３３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３３がノズルニードル２側に向かって移動する。

【0062】

そして、制御プレート３３がストッパ面２４１に当接し、高圧供給通路３１４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３３１を介してニードル側制御室２６ｂに流入する。

【0063】

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。

【0064】

ここで、第１バルブスプリング５５のセット荷重をＦ１、第２バルブスプリング５６のセット荷重をＦ２、制御室２６の燃料圧力にて排出弁３２が開弁向きに付勢される最大付勢力をＦ３としたとき、Ｆ１＞Ｆ２とし、Ｆ１−Ｆ２＞Ｆ３としている。これにより、アクチュエータ４が収縮する際に、可動シリンダ５１および排出弁３２を中間ボデー３１側に向かって一体的に移動させることができる。

【0065】

以上述べたように、本実施形態は、シリンダ受圧面５１３およびピストン受圧面５２１の各受圧面積を大きくすることができる。したがって、排出弁３２の開弁に必要な油密室５７の圧力（すなわち、可動シリンダ５１を駆動するために必要な油密室５７の圧力）を低くすることが可能になり、摺動部からの燃料リークを減少させ、油密室５７の圧力低下を小さくすることができる。その結果、排出弁３２の開弁状態を長い時間保持することができる。よって、燃料噴射が本来のタイミングよりも早期に終了し、燃料噴射期間が不安定になってしまうという問題を回避することができる。

【0066】

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、ノズルニードルと可動シリンダが一体的に作動するようにしたものであり、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。

【0067】

図８、図９に示すように、本実施形態では、第１実施形態における制御弁機構３、ノズルシリンダ２４、第２バルブスプリング５６を廃止している。

【0068】

収容室１２は、燃料タンクには接続されず、燃料溜まり室２５と連通して常に高圧になっている。そして、ノズルニードル２２は、高圧燃料の圧力にて閉弁向きに付勢されるようになっている。

【0069】

ノズルニードル２２の後端部（すなわち、反噴孔側端部）には、軸方向に突出する３つのノズル脚部２２１が形成されている。このノズル脚部２２１間には、周方向に沿って３つのノズル切り欠き部２２２が形成されている。なお、ノズル脚部２２１およびノズル切り欠き部２２２は、第１実施形態における排出弁脚部３２１ａおよび排出弁切り欠き部３２１ｂと同様の構成になっている。

【0070】

そして、固定ピストン腕部５３２がノズル切り欠き部２２２に挿入され、ノズル脚部２２１が固定ピストン切り欠き部５３３に挿入されている。また、ノズル脚部２２１の先端が、可動シリンダ５１における第２シリンダ孔５１２側の端部に当接している。

【0071】

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る略円柱状のノズルニードル２２、およびノズルニードル２２を閉弁向きに付勢するノズルスプリング２３を備えている。

【0072】

ノズルスプリング２３は、ノズルボデー２１とノズルニードル２２とに挟持されている。そして、ノズルスプリング２３は、ノズルニードル２２を開弁向きに付勢している。また、ノズルスプリング２３は、ノズルニードル２２を可動シリンダ５１に向かって付勢し、これにより、ノズルニードル２２と可動シリンダ５１が一体的に作動するようになっている。

【0073】

なお、ノズルニードル２２が閉弁状態のとき、ノズルニードル２２と固定ピストン５３との間には隙間がある。

【0074】

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。まず、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、可動ピストン５２がアクチュエータ４から遠ざかる向きに駆動され、可動ピストン５２により油密室５７の圧力が高められる。

【0075】

また、高圧化された油密室５７の圧力が、シリンダ受圧面５１３に作用し、可動シリンダ５１がアクチュエータ４側に向かって駆動される。

【0076】

それに伴い、ノズルスプリング２３に付勢されるノズルニードル２２は、可動シリンダ５１に追従して、アクチュエータ４側に向かって移動する。すなわち、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。

【0077】

一方、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、第１バルブスプリング５５に付勢される可動ピストン５２は、アクチュエータ４に追従してアクチュエータ４側に向かって移動し、油密室５７の圧力が低下する。

【0078】

したがって、高圧燃料の圧力にてノズルニードル２２を閉弁向きに付勢する力と第１バルブスプリング５５の付勢力により、可動シリンダ５１およびノズルニードル２２は閉弁向きに移動し、噴孔２１１が閉じられて燃料噴射が終了する。

【0079】

ここで、第１バルブスプリング５５のセット荷重をＦ１、ノズルスプリング２３のセット荷重をＦ４、高圧燃料の圧力にてノズルニードル２２が閉弁向きに付勢される最大付勢力をＦ５としたとき、Ｆ４＞Ｆ５とし、Ｆ１＞Ｆ４−Ｆ５としている。これにより、アクチュエータ４が収縮する際に、可動シリンダ５１およびノズルニードル２２を閉弁向きに一体的に移動させることができる。

【0080】

以上述べたように、本実施形態は、第１実施形態と同様にシリンダ受圧面５１３およびピストン受圧面５２１の各受圧面積を大きくすることができる。したがって、ノズルニードル２２の開弁に必要な油密室５７の圧力（すなわち、可動シリンダ５１を駆動するために必要な油密室５７の圧力）を低くすることが可能になり、摺動部からの燃料リークを減少させ、油密室５７の圧力低下を小さくすることができる。その結果、ノズルニードル２２の開弁状態を長い時間保持することができる。よって、燃料噴射が本来のタイミングよりも早期に終了し、燃料噴射期間が不安定になってしまうという問題を回避することができる。

【0081】

（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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【符号の説明】

【0087】

４ アクチュエータ
２１ ノズルボデー
２２ ノズルニードル
５１ 可動シリンダ
５２ 可動ピストン
５３ 固定ピストン
５７ 油密室
２１１ 噴孔
５１１ 第１シリンダ孔
５１２ 第２シリンダ孔
５１３ シリンダ受圧面
５２１ ピストン受圧面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】