特許 6233109 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】6233109

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】燃料噴射弁

(51)【国際特許分類】

   F02M 47/00 20060101AFI20171113BHJP

【ＦＩ】

   F02M47/00 A

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-47425(P2014-47425)

(22)【出願日】2014年3月11日

(65)【公開番号】特開2015-172333(P2015-172333A)

(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】 特表２００１−５０５９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０１４２９６（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】

制御室（２６）の燃料圧力により噴孔（２１１）を閉じる向きに駆動されるノズルニードル（２２）と、
電荷の充放電により伸縮するピエゾ素子積層体（４）と、
前記ピエゾ素子積層体により駆動され、前記ピエゾ素子積層体の伸長に伴って油密室（６０）の燃料を加圧する加圧部材（５２）と、
前記油密室の燃料圧力を受けて移動する受圧部材（５１）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）を開閉するとともに、前記ピエゾ素子積層体の伸長に伴う前記受圧部材の動きに連動して前記排出通路を開く排出弁（３２）と、
前記排出弁を閉弁向きに付勢するメインスプリング（５７）と、
前記排出弁のリフト量が所定シフト量以上の領域でのみ前記排出弁を閉弁向きに付勢するように、一端側が前記排出弁に当接するサブスプリング（５９）と、
前記サブスプリングを前記排出弁との間に挟持するとともに、前記排出弁のリフト量が前記所定シフト量未満の領域では前記排出弁と一体的に移動するロッド（５６）と、
前記排出弁のリフト量が前記所定シフト量以上の領域で前記ロッドの移動を阻止するストッパ部材（５３）とを備えることを特徴とする燃料噴射弁。

【請求項2】

制御室（２６）の燃料圧力により噴孔（２１１）を閉じる向きに駆動されるノズルニードル（２２）と、
電荷の充放電により伸縮するピエゾ素子積層体（４）と、
前記ピエゾ素子積層体により駆動され、前記ピエゾ素子積層体の伸長に伴って油密室（６０）の燃料を加圧する加圧部材（５２）と、
前記油密室の燃料圧力を受けて移動する受圧部材（５１）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）を開閉するとともに、前記ピエゾ素子積層体の伸長に伴う前記受圧部材の動きに連動して前記排出通路を開く排出弁（３２）と、
前記排出弁を閉弁向きに付勢するメインスプリング（５７）と、
前記排出弁と一体的に移動可能に設けられたロッド（５６）と、
前記排出弁の閉弁状態にて前記ロッドとの間に所定リフト量に相当する隙間を有することで、前記排出弁のリフト量が前記所定シフト量未満の領域にて前記ロッドと当接しない一方で、前記排出弁のリフト量が前記所定シフト量以上の領域で前記ロッドと当接して前記ロッドの移動を阻止するように設けられたストッパ部材（５３）と、
一端側が前記排出弁に当接することで前記排出弁と前記ロッドとの間に挟持され、前記排出弁のリフト量が前記所定シフト量未満の領域であって前記ロッドが前記ストッパ部材に当接せず前記排出弁と一体的に移動する領域にて前記排出弁を閉弁向きに付勢しない一方で、前記排出弁のリフト量が前記所定シフト量以上の領域であって前記ロッドが前記ストッパ部材に当接する領域にて前記排出弁を閉弁向きに付勢するサブスプリング（５９）とを備えることを特徴とする燃料噴射弁。

【請求項3】

前記メインスプリングは、前記受圧部材を介して前記排出弁を閉弁向きに付勢するように構成されてい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】

前記加圧部材の移動向きと前記受圧部材の移動向きが逆向きになるように構成され、
前記加圧部材、前記受圧部材、および前記排出弁は、前記低圧部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３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ている。また、高圧燃料を制御室に供給する高圧供給通路と、制御室の燃料を低圧部に排出させる排出通路と、排出通路を開閉する排出弁と、排出弁を閉弁向きに付勢するスプリングとを備えている。

【0003】

また、電荷の充放電により伸縮するピエゾ素子積層体を備え、ピエゾ素子積層体の長さの変化を変位伝達機構により拡大して排出弁に伝達し、排出弁を開閉作動させるようになっている。

【0004】

そして、排出弁を開弁させて制御室の燃料を低圧部に排出させることにより、ノズルニードルを開弁向きに作動させて燃料噴射を開始し、また、排出弁を閉弁させて制御室に高圧燃料を流入させることにより、ノズルニードルを閉弁向きに作動させて燃料噴射を終了させるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第３８２７００３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、従来の燃料噴射弁は、排出弁開弁時に排出通路を流れる燃料の流量を増加（すなわち、シート径を拡大）させることで、ノズルニードルの開弁速度を高めて噴射率矩形度を向上させている。因みに、噴射率矩形度向上のメリットとしては、等容度の向上による燃焼効率の向上、煤再燃焼時間の増加によるエミッション低減等がある。

【0007】

しかしながら、排出通路の通過流量を増加させてノズルニードルの開弁速度を高めた場合、噴射弁に指令値を出力してから噴射開始までの遅れも短縮されるため、同一指令値での噴射量が増大する。

【0008】

その結果、微小量の燃料噴射時の指令値が極端に短くなり、指令値（すなわち、ピエゾ素子積層体の充電期間）はピエゾ素子積層体の最小充電期間（１００ｍｓｅｃ程度）以下となる。

【0009】

そして、ピエゾ素子積層体の最小充電期間以下の指令値は、排出弁の開弁挙動が不安定となるため使用が困難であり、したがって、制御可能な最小噴射量が大きくなるという問題が発生する。

【0010】

この問題に対しては、排出弁を閉弁向きに付勢するスプリングのセット荷重を増加させることで噴射開始遅れ時間を増加させて対処することが可能である。しかし、セット荷重を増加させた場合、排出弁の閉弁速度が高くなって閉弁時のバウンスが顕著になり、排出弁の作動が不安定になって排出通路の通過流量がばらついてしまい、燃料噴射量がばらついてしまうという問題が発生する。

【0011】

本発明は上記点に鑑みて、ピエゾ素子積層体を備える燃料噴射弁において、制御可能な最小噴射量を小さくするとともに、燃料噴射量のばらつきを少なくすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、制御室（２６）の燃料圧力により噴孔（２１１）を閉じる向きに駆動されるノズルニードル（２２）と、電荷の充放電により伸縮するピエゾ素子積層体（４）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に伴って油密室（６０）の燃料を加圧する加圧部材（５２）と、油密室の燃料圧力を受けて移動する受圧部材（５１）と、制御室の燃料を低圧部（１２）に排出させる排出通路（３１５）を開閉するとともに、ピエゾ素子積層体の伸長に伴う受圧部材の動きに連動して排出通路を開く排出弁（３２）と、排出弁を閉弁向きに付勢するメインスプリング（５７）と、排出弁のリフト量が所定シフト量以上の領域でのみ排出弁を閉弁向きに付勢するように一端側が排出弁に当接するサブスプリング（５９）と、サブスプリングを排出弁との間に挟持するとともに排出弁のリフト量が所定シフト量未満の領域では排出弁と一体的に移動するロッド（５６）と、排出弁のリフト量が所定シフト量以上の領域でロッドの移動を阻止するストッパ部材（５３）とを備えることを特徴とする。

【0013】

これによると、サブスプリングを備えることにより、排出弁を閉弁向きに付勢する荷重を増加させて噴射開始遅れ時間を増加させ、制御可能な最小噴射量を小さくすることができる。

【0014】

また、排出弁のリフト量が小さい領域ではサブスプリングは作用しないため、排出弁の着座速度が低下して閉弁時のバウンスが抑制される。したがって、排出弁の閉弁時の作動が安定して燃料噴射量のばらつきを少なくすることができる。

【0015】

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】

【0016】

【図1】本発明の一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伝達部材の斜視図である。

【図7】図１のＣ部の拡大断面図である。

【図8】図１のＣ部の他の作動状態を示す拡大断面図である。

【図9】本発明の一実施形態に係る燃料噴射弁と従来の燃料噴射弁の作動説明に供する図である。

【図10】本発明の一実施形態に係る燃料噴射弁の効果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の一実施形態について図に基づいて説明する。

【0018】

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。

【0019】

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、ピエゾ素子積層体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。

【0020】

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、ピエゾ素子積層体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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

排出弁３２は、バルブボデー３２１と弁体３２２とからなる。バルブボデー３２１は、有底円筒状であり、円柱状空間である排出弁凹部３２１ａが形成されている。弁体３２２は、バルブボデー３２１の底部の外表面に接合されている。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。

【0037】

ピエゾ素子積層体４は、電荷の充放電により伸縮するピエゾ素子が多数積層されて構成されている。

【0038】

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、伝達部材５５、ロッド５６、第１バルブスプリング５７、第２バルブスプリング５８、および第３バルブスプリング５９を備えている。

【0039】

受圧部材としての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６０の圧力を受けるシリンダ受圧面５１３が形成されている。

【0040】

第１シリンダ孔５１１に、加圧部材としての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６０の端部には、油密室６０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６０とは反対側の端面がピエゾ素子積層体４に当接している。

【0041】

第２シリンダ孔５１２に、ストッパ部材としての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６０が区画形成されている。

【0042】

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５８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。

【0043】

伝達部材５５は、排出弁３２と可動シリンダ５１との間に配置されている。そして、伝達部材５５の一端側は、排出弁凹部３２１ａを塞ぐようにして排出弁３２の開口側端面に当接している。また、伝達部材５５の他端側は、可動シリンダ５１における第２シリンダ孔５１２側の端面に当接している。

【0044】

ロッド５６は、円柱状のロッド本体部５６１と、ロッド本体部５６１よりも大径のロッド鍔部５６２とを備えている。そして、ロッド本体部５６１は、伝達部材５５に形成された伝達部材貫通孔５５１に挿入され、その先端面が固定ピストン５３の端面に対向している。また、ロッド鍔部５６２は、排出弁凹部３２１ａ内に配置されている。

【0045】

メインスプリングとしての第１バルブスプリング５７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５７は、可動ピストン５２をピエゾ素子積層体４に向かって付勢し、これにより、ピエゾ素子積層体４の伸縮に伴って可動ピストン５２がピエゾ素子積層体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５７は、可動シリンダ５１および伝達部材５５を介して排出弁３２を閉弁向きに付勢している。

【0046】

第２バルブスプリング５８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５８は、排出弁３２を開弁向きに付勢している。

【0047】

サブスプリングとしての第３バルブスプリング５９は、排出弁凹部３２１ａ内に配置され、バルブボデー３２１の底部とロッド鍔部５６２とに挟持されている。そして、排出弁３２が閉弁状態のとき、ロッド鍔部５６２は第３バルブスプリング５９に付勢されて伝達部材５５に当接するとともに、ロッド本体部６１の先端面と固定ピストン５３との間には所定シフト量としての隙間Ｌ１（図７参照）がある。

【0048】

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６０とは反対側の端面に、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。

【0049】

図２、図６に示すように、伝達部材５５には、中央部に伝達部材貫通孔５５１が形成されている。また、伝達部材５５には、排出弁３２とは反対側の端面に、軸方向に突出する３つの伝達部材脚部５５２が形成されている。この伝達部材脚部５５２間には、周方向に沿って３つの伝達部材切り欠き部５５３が形成されている。

【0050】

そして、図２、図４に示すように、固定ピストン腕部５３２が伝達部材切り欠き部５５３に挿入され、伝達部材脚部５５２が固定ピストン切り欠き部５３３に挿入されている。

【0051】

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。

【0052】

まず、ニードル閉弁状態のとき、すなわち弁体３２２が収容室側シート面３１１に当接しているときに、指令値が出力されてピエゾ素子積層体４に電荷が充電されると、ピエゾ素子積層体４が伸長する。それに伴い、可動ピストン５２がピエゾ素子積層体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６０の圧力が高められる。

【0053】

また、高圧化された油密室６０の圧力が、シリンダ受圧面５１３に作用し、可動シリンダ５１がピエゾ素子積層体４側に向かって駆動される。さらに、排出弁３２および伝達部材５５は、第２バルブスプリング５８に付勢されて、可動シリンダ５１に追従してピエゾ素子積層体４側に向かって移動する。

【0054】

このように、本実施形態の燃料噴射弁は、ピエゾ素子積層体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、且つピエゾ素子積層体４の伸長に伴い弁体３２２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。

【0055】

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２２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。

【0056】

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。

【0057】

なお、ピエゾ素子積層体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。

【0058】

また、ピエゾ素子積層体４が伸長する際に油密室６０の圧力によって可動シリンダ５１が押される力は、油密室６０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６０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。

【0059】

一方、ニードル開弁状態のとき、すなわち弁体３２２が収容室側シート面３１１から離れているときに、ピエゾ素子積層体４の電荷を放電させると、ピエゾ素子積層体４が収縮する。それに伴い、第１バルブスプリング５７に付勢される可動ピストン５２は、ピエゾ素子積層体４に追従してピエゾ素子積層体４側に向かって移動し、油密室６０の圧力が低下する。

【0060】

したがって、可動シリンダ５１、排出弁３２および伝達部材５５は、第１バルブスプリング５７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、ピエゾ素子積層体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、弁体３２２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２２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２２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】

次に、図７〜図９に基づいて、さらに作動を説明する。

【0065】

なお、図９において、実線は本発明の一実施形態に係る燃料噴射弁の特性を示し、一点鎖線は従来の燃料噴射弁の特性を示している。

【0066】

ここで、排出弁３２のリフト量をＬ、排出弁３２に作用する閉弁向きの合力をＦ、第１バルブスプリング５７のセット荷重をＦ１、第２バルブスプリング５８のセット荷重をＦ２、第３バルブスプリング５９のセット荷重をＦ３とする。

【0067】

まず、指令値が出力されてから燃料が噴射されるまでにおいて、Ｌ＜Ｌ１の領域では、すなわち図７に示すようにロッド５６が固定ピストン５３に当接していない領域では、ロッド５６は排出弁３２と一体的に移動し、第３バルブスプリング５９は、排出弁３２を直接的に閉弁向きに付勢するとともに、可動シリンダ５１および伝達部材５５を介して第１バルブスプリング５７に対抗する。

【0068】

換言すると、Ｌ＜Ｌ１の領域では、第３バルブスプリング５９が排出弁３２を付勢する力は、第３バルブスプリング５９が第１バルブスプリング５７に対抗する力にてキャンセルされるため、実質的には、Ｌ＜Ｌ１の領域では排出弁３２は第３バルブスプリング５９により閉弁向きに付勢されていない。

【0069】

したがって、Ｌ＜Ｌ１の領域では、Ｆ＝Ｆ１−Ｆ３−Ｆ２＋Ｆ３＝Ｆ１−Ｆ２である。

【0070】

また、排出弁３２がさらにリフトし、Ｌ≧Ｌ１となった場合には（すなわち、図８の状態）、ロッド５６が固定ピストン５３に当接して、固定ピストン５３によりロッド５６の移動が阻止される。このため、Ｌ≧Ｌ１の領域では、第３バルブスプリング５９は、排出弁３２を閉弁向きに付勢するが、第１バルブスプリング５７には対抗しない。換言すると、第３バルブスプリング５９は、Ｌ≧Ｌ１の領域でのみ実質的に排出弁３２を閉弁向きに付勢する。

【0071】

したがって、Ｌ≧Ｌ１の領域での合力Ｆは、Ｆ＝Ｆ１−Ｆ２＋Ｆ３となり、Ｌ＜Ｌ１のときよりも増加することになる。

【0072】

その結果、Ｌ≧Ｌ１では、Ｌ＜Ｌ１のときよりも、排出弁３２のリフトに必要な油密室６０の圧力が上昇するため、油密室圧が上昇するまでの間排出弁３２のリフトが増加しない期間が生じるとともに、Ｌ≧Ｌ１での排出弁３２の開弁向き移動速度が低下する。その結果、指令値が出力されてから排出弁３２がフルリフトするまでの時間が従来よりも増加し、噴射開始遅れ時間が従来よりも増加する。

【0073】

一方、燃料噴射を終了させる際、Ｌ≧Ｌ１の領域では、合力Ｆが大きいため排出弁３２の閉弁向き移動速度が高くなる。したがって、指令値の出力が停止されてから排出弁３２が閉弁するまでの時間が従来よりも短くなり、噴射終了遅れ時間が従来よりも短くなる。

【0074】

また、燃料噴射を終了させる際、Ｌ＜Ｌ１の領域では、第３バルブスプリング５９は実質的に作用しないため、排出弁３２の開弁向き移動速度が低下し、弁体３２２が収容室側シート面３１１に着座するときの速度が低下する。

【0075】

以上述べたように、本実施形態によると、噴射開始遅れ時間が従来よりも増加するとともに噴射終了遅れ時間が従来よりも短くなるため、同一指令値で比較して従来よりも噴射量が少なくなる。したがって、図１０に示すように、制御可能な最小噴射量を小さくすることができる。

【0076】

また、弁体３２２が収容室側シート面３１１に着座するときの速度が低下するため、排出弁３２の閉弁時のバウンスが抑制される。したがって、排出弁３２の閉弁時の作動が安定して燃料噴射量のばらつきを少なくすることができる。

【0077】

（他の実施形態）
上記実施形態では、加圧部材（可動ピストン５２）の移動向きと受圧部材（可動シリンダ５１）の移動向きが逆向きとなる燃料噴射弁に本発明を適用したが、本発明は、特許文献１に記載されたような加圧部材の移動向きと受圧部材の移動向きが同じ向きとなる燃料噴射弁にも適用することができる。

【0078】

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。

【0079】

また、上記実施形態において、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。

【0080】

また、上記実施形態において、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。

【0081】

また、上記実施形態において、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】

【0082】

４ ピエゾ素子積層体
１２ 収容室（低圧部）
２２ ノズルニードル
２６ 制御室
３２ 排出弁
５１ 可動シリンダ（受圧部材）
５２ 可動ピストン（加圧部材）
５７ 第１バルブスプリング（メインスプリング）
５９ 第３バルブスプリング（サブスプリング）
６０ 油密室
２１１ 噴孔
３１５ 排出通路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】