燃料噴射弁
【課題】摩耗による作動不良などの信頼性低下の抑制と、変位拡大機能の安定化が両立する燃料噴射弁を提供。
【解決手段】噴孔５７を開閉する弁要素の開閉動作を制御する制御弁と、弁要素を間接的に制御するべく制御弁を駆動するアクチュエータ２を備え、変位をアクチュエータ２の外部に取り出すピストン状の変位取り出し部２４を有し、変位取り出し部の変位を燃圧に変化する燃圧発生部３６と、燃圧発生部の燃圧を駆動源とし、前記制御弁の弁座６６に離座及び着座する制御弁部材６２と、制御弁における弁座６６の上流側に設けられ、制御弁部材６２が弁座６６から離座及び着座することにより、弁室の内部の燃圧を増減する弁室１０３と、弁座の上流側に設けられ、弁要素に背圧を付与する圧力制御室１０４とを備え、制御弁部材は、弁室、液圧発生部、及び低圧部１０９間に介設され、かつ弁室は、弁室と低圧部の間にオリフィス６８を有する連絡流路６７が設けられる。
【解決手段】噴孔５７を開閉する弁要素の開閉動作を制御する制御弁と、弁要素を間接的に制御するべく制御弁を駆動するアクチュエータ２を備え、変位をアクチュエータ２の外部に取り出すピストン状の変位取り出し部２４を有し、変位取り出し部の変位を燃圧に変化する燃圧発生部３６と、燃圧発生部の燃圧を駆動源とし、前記制御弁の弁座６６に離座及び着座する制御弁部材６２と、制御弁における弁座６６の上流側に設けられ、制御弁部材６２が弁座６６から離座及び着座することにより、弁室の内部の燃圧を増減する弁室１０３と、弁座の上流側に設けられ、弁要素に背圧を付与する圧力制御室１０４とを備え、制御弁部材は、弁室、液圧発生部、及び低圧部１０９間に介設され、かつ弁室は、弁室と低圧部の間にオリフィス６８を有する連絡流路６７が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
噴孔を開閉する弁要素の駆動を制御するアクチュエータとして、ピエゾ素子を用いたピエゾアクチュエータを利用した燃料噴射弁が知られている（特許文献１参照）。この種の燃料噴射弁は、弁要素を直接的に駆動するものや、弁要素の背圧を制御する制御弁を駆動することにより弁要素を間接的に駆動するものがある。
【０００３】
このような燃料噴射弁の一種として特許文献１に開示の装置では、弁要素の背圧を制御する制御弁を駆動することにより弁要素を間接的に駆動するものにおいて、ピエゾ素子の伸縮による微小な変位量を、「機械式のてこの原理」を利用して当該微小変位量を拡大させることで、制御弁を駆動するようにしている。この技術では、「機械式のてこの原理」を利用するレバー部材を設け、このレバー部材における力点―支点―作用点の各レバー間隔を変更することで、狙いの変位量の伝達比を容易に設定可能とし、ひいてはピエゾアクチュエータを小型化することを可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３８８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１による従来技術では、「機械式のてこの原理」であるレバー部材を使用するため、レバー部材が、その部材の力点、支点、及ぶ作用点の各部で摩耗を招く懸念がある。この摩耗が過度に大きくなると、作動不良などの信頼性低下を招くおそれがある。また、燃料噴射弁の製造時において、狙いの変位量の伝達比となるように、各点の位置合せをする組付け管理が難しいため、変位量の変位ロスが発生する可能性があり、ひいては変位量を拡大する変位拡大機能が不安定になるおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、摩耗による作動不良などの信頼性低下を抑制することと、変位量の変位拡大機能の安定化が図れることが両立する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】
【０００７】
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備える。
【０００８】
即ち、請求項１に記載の発明では、燃料を噴射する燃料噴射弁において、噴孔が形成されているハウジングと、ハウジングに収容され、噴孔を開閉する弁要素と、弁要素の開閉動作を制御する制御弁と、弁要素を間接的に制御するように、制御弁を駆動するアクチュエータを備え、アクチュエータは、電圧を印加することにより伸縮するピエゾ素子、及びピエゾ素子の伸縮する際の変位をアクチュエータの外部に取り出すピストン状の変位取り出し部を有し、
変位取り出し部の変位を燃圧に変化する燃圧発生部と、燃圧発生部にて発生した燃圧を駆動源とし、制御弁の弁座に離座及び着座する制御弁部材であって、液圧発生部で発生する燃圧を受ける制御弁部材の受圧面が、変位取り出し部の受圧面より小さく形成されている制御弁部材と、制御弁部材における液圧発生部で挟み込まれる部位とは異なる部位を挟み込み、かつ弁座の上流側に設けられる弁室であって、制御弁部材が弁座から離座及び着座することにより、弁室の内部の燃圧を増減する弁室と、弁室に設けられる弁座の上流側に設けられ、弁座に連通する圧力制御室であって、燃料が導入されて弁要素に背圧を付与する圧力制御室と、を備え、
制御弁部材は、弁室、液圧発生部、及び燃料を低圧源に戻すための低圧部間に介設されるとともに、ハウジングに摺動可能に支持され、
弁室は、低圧部に接続する連絡流路であって、弁室と低圧部の間にオリフィスを有する連絡流路が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
これによると、変位取り出し部、燃圧発生部、及び制御弁の制御弁部材は、変位取り出し部の変位を燃圧に変化する液圧発生部で発生する燃圧を受ける制御弁部材の受圧面が、変位取り出し部の受圧面より小さく形成される構成とするので、ピエゾ素子の伸縮による変位が入力される変位取り出し部側の当該変位量を、制御弁部材で拡大して出力可能となる。
【００１０】
言い換えると、変位取り出し部、燃圧発生部、及び制御弁部材は、ピエゾ素子の伸縮による変位を、油圧（燃圧）により変位拡大する作用を実現できる。それ故に、「機械式のてこの原理」を利用し変位拡大する作用を実現するもののように力点、支点、及ぶ作用点の各部で摩耗を招くことはなく、摩耗による作動不良などの信頼性低下を抑制することができる。
【００１１】
ここで、かかる発明による変位取り出し部、燃圧発生部、及び制御弁の制御弁部材の如き、油圧により変位拡大する変位拡大要素では、燃圧発生部内の燃料の一部が、一方向の変位に対応した燃圧上昇に伴い燃圧発生部の外部へ漏れ出る可能性がある。外部へ漏れ出た燃料分があると、一方向とは逆方向の変位に対応して生じる燃圧低下時に補充されずに、燃圧発生部内の燃料が充填不足に陥るおそれがあるため、変位量を拡大する変位拡大機能が不安定になるという懸念がある。
【００１２】
これに対し請求項１に記載の構成によれば、弁室には、制御弁の開弁時に、弁座の上流側に設けられた圧力制御室内の燃料が流入する。そして、弁室は、低圧部に接続する連絡流路であって、弁室と低圧部の間に、弁室から連絡流路に流出する燃料の流量を制限するオリフィスを有する連絡流路が設けられる構成とするので、ピエゾ素子の変位が逆方向の変位に転じて燃圧発生部が燃圧低下した後も、弁室内の燃圧が増加した状態を維持することが可能となる。それによって、ピエゾ素子の変位が逆方向の変位に転じて燃圧発生部の燃圧低下時に、弁室内の燃圧が燃圧発生部内の燃圧を上回るように、弁室内と燃圧発生部との差圧を形成し得るのである。
【００１３】
制御弁部材は、弁室、液圧発生部、及び低圧源に排出した燃料を戻す低圧部間に介設されるとともに、ハウジングに摺動可能に支持されているため、弁室及び液圧発生部間は、弁室と液圧発生部の間の差圧に応じて摺動隙間をリーク燃料が流れる。したがって、燃圧発生部の燃圧低下時に、弁室内の燃圧が燃圧発生部内の燃圧を上回る差圧によって弁室から液圧発生部へのリーク燃料が形成され、よって燃圧発生部内の燃料の充填不足が解消する。それによって、上記変位拡大要素は、その変位量を拡大する変位拡大機能の安定化が図れる。
【００１４】
以上の請求項１の記載の発明によれば、摩耗による作動不良などの信頼性低下を抑制することと、変位量の変位拡大機能の安定化が図れることが両立し得るのである。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明では、連絡流路は、前記制御弁部材を貫通する連絡孔であることを特徴とする。
【００１６】
これによると、連絡流路を制御弁部材を貫通する連絡孔で構成するため、例えばハウジングに制御弁部材を迂回し、弁室と低圧部とを接続する孔を形成する場合に比べて孔開け工数の低減が図れる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明では、制御弁部材は、制御弁部材の外壁面に連絡孔が開口する開口部であって、ハウジング内を制御弁部材が摺動することにより、開口部がハウジングの内壁面により閉塞または絞られる開口部を有していることを特徴とする。
【００１８】
これによると、連絡流路を構成する連絡孔は、ハウジング内を制御弁部材が摺動することによってその開口部が閉塞または絞られるオリフィスとして機能する。それにより、燃圧発生部の燃圧低下時に、一時的に燃料不充填に陥る場合があったとしても、燃圧発生部内の燃料の充填状態となる圧力回復を更に促進可能となる。
【００１９】
また、請求項４乃至５に記載の発明では、ハウジング内に摺動可能に支持される制御弁部材の摺動隙間は、液圧発生部及び低圧部間の第１摺動隙間部と、弁室及び液圧発生部間の第２摺動隙間部とを有し、第２摺動隙間部が第１摺動隙間部に比べてその流路断面積を大きくすること、及びその流路長さを短くすることのうち少なくともいずれかの特徴を有する。これにより、弁室及び液圧発生部間のリーク燃料が流れる第２摺動隙間部のリーク燃料量を増やすことができ、ひいては、燃圧発生部の燃圧低下時に、一時的に燃料不充填に陥る場合があったとしても、燃圧発生部内の燃料の充填状態となる圧力回復の促進が図れる。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明では、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁において、変位取り出し部と、制御弁部材は、燃料噴射弁の中心軸線に対して平行に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
これによると、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明による燃料噴射弁は、油圧により変位拡大変位拡大機能を有し、かつその変位拡大機能の安定化が図れる変位拡大要素が実現できる。そのため、例えばピエゾ素子の積層数を減らし、駆動力の省力化と、ピエゾ素子を積層する軸方向（積層方向）のアクチュエータの小型化が図れる。
【００２２】
さらに、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明による燃料噴射弁に、請求項６に記載の発明を適用することにより、アクチュエータの一部である変位取り出し部と、制御弁部材とを燃料噴射弁の中心軸線に沿って平行に配置でき、ひいては更に軸方向の燃料噴射弁の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を適用した燃料噴射装置を示す断面図である。
【図２】図１中の燃料噴射弁の燃料流路に係る構成を示す模式図である。
【図３】図１の燃料噴射弁の作動を説明するタイムチャートである。
【図４】図３中の液圧発生部及び弁室の両者に発生する燃圧、両者の差圧、並びにその差圧による燃料リーク量の関係を示す模式的特性図である。
【図５】第２実施形態に係わる燃料噴射弁の特徴部分を示す図であって、図１に対応する断面図である。
【図６】第３実施形態に係わる燃料噴射弁の特徴部分を示す図であって、図１に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、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。
【００２５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本実施形態による燃料噴射弁１を示している。図１は本実施形態による燃料噴射弁１を適用した燃料噴射装置の全体構成を模式的に示しており、また図２は図１中の燃料噴射弁１の燃料流路に係る構成を示すものである。
【００２６】
図１に示すように、燃料噴射装置は、燃料噴射ポンプ３００、コモンレール４００、及び燃料噴射弁１を備えている。燃料噴射ポンプ３００は、燃料タンク５００から吸入通路６０１を経由して燃料を吸入する。燃料噴射ポンプ３００は、吸入した燃料を所定の圧力まで加圧しコモンレール４００に供給する。燃料噴射ポンプ３００は、供給配管６０２を経由して加圧した燃料をコモンレール４００に供給する。コモンレール４００は、燃料噴射ポンプ３００で加圧された燃料を所定の圧力で維持したまま、いわゆる蓄圧状態で蓄える。
【００２７】
コモンレール４００は、燃料配管６０３を経由して蓄圧された燃料を、図示しないエンジンの各気筒に搭載される燃料噴射弁１に分配する。燃料噴射弁１は、コモンレール４００内に蓄圧された燃料を、気筒の燃焼室に噴射供給するものである。コモンレール４００内に蓄圧された燃料の燃圧は、５０Ｍｐａから３００Ｍｐａの範囲に設定されており、燃料噴射弁１は燃焼室へ当該範囲相当の燃料噴射圧の燃料を噴射する。
【００２８】
また、この燃料噴射装置は、燃料噴射ポンプ３００及び燃料噴射弁１を駆動制御する制御回路（図示せず）を備えており、制御回路によって燃料噴射ポンプ３００及び燃料噴射弁１が制御される。燃料噴射弁１は、燃料の噴射時期および噴射量が制御回路によって制御される。また、燃料噴射弁１は、コモンレール４００から供給された燃料のうち、噴射に寄与しない余剰燃料（燃料噴射弁１からの排出燃料）を、燃料配管６０４を経由して、燃料タンク５００に戻す。
【００２９】
この燃料配管６０４には、圧力調整弁７００が設けられており、圧力調整弁７００は例えば圧力が所定値以上になると開弁するチェック弁で構成されている。この圧力調整弁７００は、燃料噴射弁１から排出される低圧燃料の圧力を、所定の圧力（例えば、１〜２Ｍｐａ）の範囲に調整するものである。
【００３０】
ここで、燃料タンク５００は、燃料噴射弁１から排出された燃料を戻す低圧源に相当する。なお、上記燃料配管６０４における燃料噴射弁１と燃料タンク５００の間に圧力調整弁７００が設けられるものでは、圧力調整弁７００により圧力が所定の圧力（例えば、１〜２Ｍｐａ）に調整された低圧燃料を、低圧源と呼ぶ。
【００３１】
以上、燃料噴射弁１を主たる構成とする燃料噴射装置の全体構成について説明した。以下、燃料噴射弁１の構成について説明する。
【００３２】
（燃料噴射弁１の構成）
燃料噴射弁１は、アクチュエータ２、液圧発生部３６、及び弁要素３を備えている。アクチュエータ２および弁要素３は、棒状のハウジング５内に軸方向に並んで収容されている。
【００３３】
ハウジング５は、アクチュエータ２を収容するホルダボデー５１と、液圧発生部３６及び弁要素３の一部を収容するバルブボデー５３と、弁要素３の一部を収容するノズルボデー５５から構成されている。ホルダボデー５１、バルブボデー５３、及びノズルボデー５５は、内部にアクチュエータ２、液圧発生部３６、及び弁要素３を収容し、これらの構成要素５１、５３、５５がリテーニグナット５８などの締結手段により締付固定されている。
【００３４】
ホルダボデー５１は、内部に空洞を有する筒状に形成されている。ホルダボデー５１には、アクチュエータ２を収容する有底孔状のアクチュエータ孔７１と、スプリング４９を収容する有底孔状の収容孔７２とが形成されている。ホルダボデー５１の上端部５２（ノズルボデー５５とは反対側の端部）では、アクチュエータ２の上端部を支持している。アクチュエータ２の下端部には、液圧発生部３６を介して弁要素３が配置されている。ホルダボデー５１の下端部は、上端部が開口するバルブボデー５３が接続されている。ホルダボデー５１の側壁部には、ホルダボデー５１内部に燃料を供給する吸入口５４が形成されている。
【００３５】
バルブボデー５３は、内部に空洞を有する筒状に形成されており、バルブボデー５３の上端部には、下端部が開口するホルダボデー５１が接続されると共に、バルブボデー５３の下端部には、上端部が開口するノズルボデー５５が接続されている。バルブボデー５３の内部構造の詳細は後述する。
【００３６】
ノズルボデー５５は、内部に空洞を有する筒状に形成されており、下端部５６（ホルダボデー５１とは反対側）は塞がっている。ノズルボデー５５の空洞は、バルブボデー５３の空洞、並びにホルダボデー５１の空洞と繋がっている。下端部５６には、ノズルボデー５５の内部とノズルボデー５５の外部とを連通する噴孔５７が形成されている。噴孔５７は、図１に示すように複数設けられるものに限らず、一つ設けられるものであってもよい。
【００３７】
ホルダボデー５１の内部に流入した燃料は、ホルダボデー５１及びバルブボデー５３を貫通する燃料供給通路１０１を経由してノズルボデー５５の内部に流入し、噴孔５７を介して噴射される。噴孔５７は、弁要素３により開閉が制御される。
【００３８】
アクチュエータ２は、ピエゾスタック２１、固定部材２３、変位取り出し部２４、及びケーシング２６等から構成されている。ピエゾスタック２１は、複数の板状のピエゾ素子２２を板厚方向に積み重ねて形成されるものであり、筒状に形成されているケーシング２６内に収容される。ピエゾスタック２１は、図１に示すように燃料噴射弁１の外部より電圧が印加されると、印加された電圧の大きさに応じてピエゾ素子２２の板厚方向に伸長し、電圧の印加が解除されるとピエゾ素子２２は収縮し、電圧が印加される前の状態にまで戻る。
【００３９】
固定部材２３は、ケーシング２６の一方の端部に固定されている。固定部材２３は、ピエゾスタック２１の弁要素３とは反対側の一方の端部を支持する。
【００４０】
変位取り出し部２４は、ケーシング２６の下端部側に軸方向に摺動可能に支持されている。変位取り出し部２４は、ピエゾスタック２１の他方の端部に支持されている。変位取り出し部２４の弁要素３側の端部は、ピストン状に形成され、ケーシング２６の端部より下方に突き出ている。変位取り出し部２４の下端部が、液圧発生部３６に常に油密に接続している。
【００４１】
変位取り出し部２４は、図１に示すように、ピストン部２４ａと、ピストン部２４ａの上端部に設けられ、ピストン部２４ａの径方向外側に延びる平板状の支持部２４ｂとを備えている。ピストン部２４ａと支持部２４ｂは、図１に示すように一体に形成されているものに限らず、ピストン部２４ａと支持部２４ｂとを圧入などの接合手段により一体的に固定しているものであってもよい。
【００４２】
支持部２４ｂは、弁要素３側の端部に、「付勢部材」としてのスプリング４４が設けられている。このスプリング４４は支持部２４ｂと、ホルダボデー５１の内壁とに挟み込まれるように配置されている。変位取り出し部２４の支持部２４ｂの上端部が、ピエゾスタック２１の下端部に常に当接している。スプリング４４は、支持部２４ｂを介してピエゾスタック２１に予備荷重を付与する。予備荷重は、ピエゾスタック２１が伸長する際の妨げとならない程度に設定されている。
【００４３】
ピストン部２４ａは、バルブボデー５３のシリンダ孔６１内に摺動可能に支持されている。ピストン部２４ａは、シリンダ孔６１の内壁面との間に、第１摺動隙間ａを形成している。
【００４４】
アクチュエータ２のピエゾスタック２１に所定の電圧が印加されると、印加された電圧の大きさに応じてピエゾスタック２１が所定の長さ伸長する。ピエゾスタック２１の上方は、固定部材２３にて移動が規制されているため、ピエゾスタック２１が伸長すると、ピエゾスタック２１の変位取り出し部２４が当接されている他方の端部が下方に伸長量に応じた分だけ移動する。それに伴い、ピエゾスタック２１の伸長量に応じた分だけ、変位取り出し部２４も下方に移動する。
【００４５】
その後、電圧の印加を解除するとピエゾスタック２１は収縮し、電圧が印加される前の状態まで戻る。それに伴い、変位取り出し部２４も元の位置に移動する。
【００４６】
アクチュエータ２の下方に配置されている弁要素３は、後述の液圧発生部３６、及び制御弁部材６２を含む制御弁を介して制御される、弁部材３１などから構成されている。
【００４７】
バルブボデー５３は、シリンダ孔６１と、制御弁部材６２を摺動可能に支持する支持孔６３、６４と、第２支持孔６４とシリンダ孔６１を接続する燃料連絡通路６５とが形成されている。
【００４８】
支持孔６３、６４とシリンダ孔６１とは、燃料噴射弁１の中心軸線に対し平行に配置されている。言い換えると、変位取り出し部２４のピストン部２４ａと制御弁部材６２が、燃料噴射弁１の中心軸線に対し平行に配置されている。
【００４９】
支持孔６３、６４は、第１支持孔６３及び第２支持孔６４が異なる内径を有し、制御弁部材６２の中心軸に対して同軸に配置されている。第１支持孔６３及び第２支持孔６４は、制御弁部材６２の外壁面との間で、それぞれ、第２摺動隙間ｂ、及び第３摺動隙間ｃを形成している。
【００５０】
また、バルブボデー５３は、第１支持孔６３が有底孔状に形成されている。第１支持孔６３の第２支持孔６４とは反対側に底部には、弁座６６が設けられている。この弁座６６は、制御弁部材６２が着座及び離座可能である。
【００５１】
また、バルブボデー５３は、外周部側を軸方向（図示上下方向）に貫通する燃料供給通路１０１と、低圧燃料通路１０２とが形成されている。この低圧燃料通路１０２はボデー５１、５３を貫通しており、低圧燃料通路１０２に連通する排出口７３がホルダボデー５１の側壁部に形成されている。
【００５２】
また、バルブボデー５３には、低圧燃料通路１０２に接続する弁室通路６７が形成されている。弁室通路６７は、第１支持孔６３の弁座６６の下流側に接続しており、弁座６６の下流側と低圧燃料通路１０２とを連通している。この弁室通路６７には、オリフィス６８が設けられており、オリフィス６８は、弁室通路６７を流れる燃料の流量を制限している。
【００５３】
また、バルブボデー５３の下端部には、燃料供給通路１０１及び低圧燃料通路１０２の内側に、背圧孔６９が形成されている。この背圧孔６９には、燃料供給通路１０１に連通する第１連通路７４と、弁座６６に連通する第２連通路７５とがそれぞれ接続している。
【００５４】
制御弁部材６２は、弁座６６に着座及び離座する制御弁を構成している。制御弁部材６２は、段付き円柱状に形成され、小径部６２ａと、小径部６２ａより外径が大きい大径部６２ｂを有している。小径部６２ａの先端部は弁座６６に着座及び離座する。小径部６２ａの先端部は、図１に示すように半球状の弁体が介装され、半球状の弁体の端面で弁座６６に当接するものに限らず、先端部が平坦面で形成され、平坦面で弁座６６に当接するものであってもよい。
【００５５】
制御弁部材６２は、小径部６２ａが第１支持孔６３に摺動可能に支持されるとともに、大径部６２ｂが第２支持孔６４に摺動可能に支持されている。
【００５６】
制御弁部材６２の大径部６２ｂの上端部に、スプリング４８が設けられている。このスプリング４８は、制御弁部材６２の大径部６２ｂとホルダボデー５１の内壁（詳しくは、収容孔７２）とに挟み込まれるように配置されている。スプリング４８は、制御弁部材６２を弁座６６方向（図中下方）に付勢している。
【００５７】
ここで、図１に示すように、液圧発生部３６は、制御弁部材６２の外壁面（詳しくは、大径部６２ｂの下端面、小径部６２ａの外壁面）と第２支持孔６４とで区画される燃料空間、変位取り出し部２４のピストン部２４ａの外壁面とシリンダ孔６１とで区画される燃料空間、及び燃料連絡通路６５で形成されている。液圧発生部３６内に発生する燃圧（圧力）に対し、制御弁部材６２の受圧面がピストン部２４ａの受圧面の面積より小さい。液圧発生部３６は、アクチュエータ２の変位取り出し部２４の変位量を、油圧（燃圧）により拡大する要素である。ピストン部２４ａとシリンダ孔６１との間の第１摺動隙間ａ、並びに制御弁部材６２と支持孔６３、６４との間の第２摺動隙間ｂ及び第３摺動隙間ｃは、液圧発生部３６を液密にするように、僅かな隙間に設定されている。
【００５８】
上記第１摺動隙間ａ〜第３摺動隙間ｃのうち、第２摺動隙間ｂが少なくとも第３摺動隙間ｃより大きく設定されていることが好ましい。
【００５９】
また、図１に示すように、弁室１０３は、第１支持孔６３の弁座６６側の内壁面と小径部６２ａの外壁面とで区画される燃料空間で形成され、この弁室１０３には、弁室通路６７が接続している。弁室１０３は、制御弁の開弁時、つまり制御弁部材６２が弁座６６から離座時に、後述の背圧孔６９とで区画される圧力制御室１０４からの燃料が流入する。圧力制御室１０４から弁室１０３への流入した燃料は、弁室通路６７のオリフィス６８を通って低圧燃料通路１０２に排出される。ここで、弁室通路６７は請求範囲に記載の連絡流路に相当する。
【００６０】
また、図１に示すように、アクチュエータ孔７１及び収容孔７２は低圧燃料通路１０２に接続しており、燃料を低圧源に戻す低圧部１０９を構成している。
【００６１】
弁部材３１は、先端３２がノズルボデー５５の下端部５６の内壁のシート部５５ａに離座及び着座することにより、噴孔５７からの燃料の噴射、及び非噴射を制御する。弁部材３１は、略棒状に形成されている。弁部材３１の先端３２の反対側の端部には、弁部材３１の軸方向に摺動可能に支持する略円筒状のシリンダ４７が設けられている。
【００６２】
弁部材３１の先端３２と上記反対側の端部との間には、段差が形成されており、その段差には、スプリング４９の下端部を支持する支持リング４６が設けられている。スプリング４９の上端部は、シリンダ４７に支持される。スプリング４９は、支持リング４６とシリンダ４７との間に、ある程度軸方向に圧縮された状態で配置される。このスプリング４９の圧縮荷重（付勢力）により、シリンダ４７はバルブボデー５３の下端面に押し付けられ、弁部材３１は下方（閉弁方向）に押し付けられる。
【００６３】
図１に示すように、圧力制御室１０４は、バルブボデー５３の下端面の背圧孔６９と、シリンダ４７の内壁面と、弁部材３１の上端面と区画されることで形成される。圧力制御室１０４内の燃圧は、噴孔５７を開閉動作する弁部材３１に背圧を付与するものである。
【００６４】
圧力制御室１０４は、第１連通路７４及び第２連通路７５が接続している。第１連通路７４及び第２連通路７５には、それぞれ、インオリフィス７４ａ、アウトオリフィス７５ａが設けられている。第１連通路７４の上流側、即ち燃料供給通路１０１から流入した燃料は、第１連通路７４のインオリフィス７４ａを通って、圧力制御室１０４に供給される。制御弁部材６２の閉弁時には、圧力制御室１０４内の燃圧は、燃料供給通路１０１に供給される燃料の圧力と同じである。制御弁部材６２が開弁されると、燃料供給通路１０１によって圧力制御室１０４に供給される燃料は、第２連通路７５のアウトオリフィス７５ａを通って、弁室１０３に排出される。
【００６５】
シリンダ４７と弁部材３１の間に形成される第４摺動隙間ｄは、圧力制御室１０４を液密にするように、僅かな隙間に設定されている。
【００６６】
ノズルボデー５５は、弁部材３１の上端部との間に、弁部材３１の上端部を取り囲むような上部燃料溜り室１０５を形成している。また、ノズルボデー５５は、弁部材３１の下端部との間に、弁部材３１の下端部を取り囲むような下部燃料溜り室１０６を形成している。上部燃料溜り室１０５と下部燃料溜り室１０６は、弁部材３１の外壁面に二面幅状に形成される段差部を介して常に連通している。燃料溜り室１０５、１０６は、燃料供給通路１０１に供給される燃料を、弁部材３１の開弁時に、噴孔５７の上流のサック部５９に導く。また、弁部材３１の閉弁時には、燃料溜り室１０５、１０６とサック部５９は閉塞し、燃料供給通路１０１に供給される燃料は、燃料溜り室１０５、１０６に溜められたままとなる。
【００６７】
次に、弁部材３１の開閉動作の仕組みについて説明する。
【００６８】
弁部材３１の開閉動作は、吸入口５４から燃料供給通路１０１を通じて燃料噴射弁１内に供給される上記燃料の圧力、圧力制御室１０４内で生じた背圧を受けることによる発生する力や、スプリング４９の付勢力の釣り合いによって決定される。
【００６９】
弁部材３１には、先端３２に上記燃料の圧力が作用することによって上方に向かう力（以下、「上方の力」という）が発生する。上方の力は、上記燃料の圧力が作用する先端３２の受圧面積、並びに上記燃料の圧力の大きさによって定まる。
【００７０】
そして、弁部材３１には、圧力制御室１０４内の背圧が作用すること、及びスプリング４９の付勢力によって下方に向かう力（以下、「下方の力」という）が発生する。下方の力は、圧力制御室１０４内の背圧が作用する弁部材３１の受圧面積並びに背圧の大きさ、及びスプリング４９の付勢力によって定まる。
【００７１】
上方の力が下方の力よりも勝ったとき、弁部材３１は開弁方向に移動を開始し、下方の力が上方の力よりも勝ったとき、弁部材３１は閉弁方向に移動を開始する。ここで、弁部材３１が開弁方向に移動を開始すると、弁部材３１の先端３２がノズルボデー５５のシート部５５ａから離座するので、先端３２の全体にわたって上方の力が作用する。弁部材３１は速やかにリフトし、開弁状態となる。
【００７２】
次に、燃料噴射弁１の動作について図１〜図４に基づき説明する。図３は燃料噴射弁１の動作を説明するためのタイムチャートである。図中の破線で示す特性は比較例の特性を示している。また図中の実線及び二点鎖線で示す特性は本実施形態の特性を示しており、二点鎖線で示す特性は次回噴射時の特性を示すものである。
【００７３】
ここで、比較例は、本実施形態による燃料噴射弁１の構成に対し、弁室通路６７にオリフィス６８を有しないものである。
【００７４】
図３（ａ）は、図示しない制御回路からアクチュエータ２に送信される駆動信号（パルス）の状態を示している。図中、ＯＮの状態のときに、アクチュエータ２に所定の電圧が印加され、ＯＦＦの状態のときに、アクチュエータ２への所定の電圧の印加が終了する。図３（ｂ）は、アクチュエータ２の出力取り出し部２４の変位を示している。図中、ゼロの状態は、出力取り出し部２４のピストン部２４ａが上方に位置している状態を示している。図３（ｃ）は、液圧発生部３６内の燃圧（圧力）状態を示している。
【００７５】
図３（ｄ）は制御弁の制御弁部材６２の変位を示している。図中、ＯＦＦの状態のときに、制御弁部材６２が弁座６６に着座状態にあることを示し、またＯＮの状態のときに、制御弁部材６２が弁座６６から離座状態にあることを示している。図３（ｅ）は、弁室１０３内の燃圧（圧力）状態を示している。図３（ｆ）は、圧力制御室１０４内の燃圧（圧力）状態を示している。図３（ｇ）は、弁部材３１のリフト量を示しており、図中、リフトがゼロの状態は、閉弁状態にあることを示している。
【００７６】
時刻ｔ１、つまり駆動信号がＯＦＦからＯＮに切替わるまでは、出力取り出し部２４のピストン部２４ａの位置は、上方にある（図３（ｂ）参照）。このため、圧力制御室１０４の燃圧（圧力）は、燃料供給通路１０１及び燃料溜り室１０５、１０６とほぼ同じ圧力Ｐ１となっている（図３（ｆ）参照）。この状態では、弁部材３１に発生する上方の力は、下方の力よりも低いため、弁部材３１の先端３２は、ノズルボデー５５のシート部５５ａに着座した状態を維持し、噴孔５７から燃料は噴射されない。また、液圧発生部３６の燃圧（圧力）は、低圧部１０９とほぼ同じ圧力Ｐ０となっている（図３（ｃ）参照）。
【００７７】
時刻ｔ１となり駆動信号がＯＮとなると、出力取り出し部２４のピストン部２４ａは、ピエゾスタック２１に発生した変位によって下方に移動させられる。そして、ピストン部２４ａが下方に押されるとともに、液圧発生部３６内の燃圧（圧力）が上昇し始める。
【００７８】
液圧発生部３６内の燃圧（圧力）がある程度上昇し、時刻ｔ２となると、ピストン部２４ａが受ける液圧発生部３６内の燃圧（圧力）による力が、制御弁部材６２を閉弁方向に付勢するスプリング４９の付勢力よりも勝る。これにより、制御弁部材６２が弁座６６から離座し、開弁方向にリフトし始める。制御弁部材６２が開弁方向にリフトすると、圧力制御室１０４内の燃料が、第２連通路７５を経由して弁座６６の下流側の弁室１０３に流入する。
【００７９】
時刻ｔ２から時刻ｔ５までは、制御弁部材６２が開弁しているので、圧力制御室１０４内の燃圧（圧力）が低下する。圧力制御室１０４内の燃圧（圧力）がある程度低下し、時刻ｔ３となると、弁部材３１に発生する下方の力が更に低められるため、弁部材３１に発生する上方の力が下方の力よりも勝る。これにより、弁部材３１が開弁方向にリフトし始める（図３（ｇ）参照）。弁部材３１が開弁方向にリフトすると、燃料供給通路１０１及び燃料溜り室１０５、１０６内の燃料が噴孔５７より噴射される。
【００８０】
時刻ｔ４となり駆動信号がＯＮからＯＦＦに切替わると、ピストン部２４ａはスプリング４４によって上方移動させられるので、液圧発生部３６内の燃圧（圧力）が減圧される（図３（ｃ）参照）。時刻ｔ４から時刻ｔ５までは、ピストン部２４ａの上方移動に従い、液圧発生部３６内の燃圧（圧力）が更に低下する。
【００８１】
ここで、本実施形態による燃料噴射弁１の構成に対し、弁室通路６７にオリフィス６８を有しない比較例の場合を説明する。比較例の図３（ｃ）の破線の特性に示すように、液圧発生部３６内の燃料の一部は、ピストン部２４ａの下方移動時の燃圧（圧力）上昇により第１〜第３摺動隙間ａ、ｂ、ｃを通じてリーク燃料として低圧部１０９または弁室１０３に排出される。続いてピストン部２４ａの上方移動時に、ピストン部２４ａが元の位置に戻っても、上記排出燃料分が充分に補充されずに、液圧発生部３６内の燃圧（圧力）が元に圧力Ｐ０に戻らない。次回噴射時までに元の圧力Ｐ０に回復しないと、制御弁部材６２の開弁時期が遅れ、よって弁部材３１の開弁時期の遅れを招くのである。
【００８２】
万が一、液圧発生部３６の排出分の燃料（リーク燃料）が充分に補充されないまま、噴射が繰返されると、噴孔５７から噴射される燃料の噴射量が徐々に少なくなり、無噴射となる可能性がある。
【００８３】
これに対し本実施形態では、弁室通路６７に、弁室１０３から流出する燃料の流量を制限するオリフィス６８を設けているため、図３（ｅ）に示すように、弁室１０３に生じる燃圧を高められるので、比較例に比べて弁室１０３の燃圧（圧力）が増加した状態を維持することが可能となる。これにより、ピストン部２４ａの上方移動時、図４（ａ）に示すように、弁室１０３内の燃圧を液圧発生部３６内の燃圧に対し高くでき、その差圧ΔＰを利用して弁室１０３から液圧発生部３６へ流入する流入量を増加することができる（図４（ｂ）参照）。
【００８４】
それによって、ピストン部２４ａの上方移動時に、液圧発生部３６内の燃料の充填不足が解消し得るので、制御弁部材６２の開閉動作が安定した、液圧発生部３６の変位拡大作用を実現できる。
【００８５】
以上説明した本実施形態では、変位取り出し部２４のピストン部２４ａ、制御弁部材６２、及び液圧発生部３６の構成は、液圧発生部３６内に発生する燃圧（圧力）に対し、制御弁部材６２の受圧面がピストン部２４ａの受圧面の面積より小さく形成される構成としている。これにより、ピエゾスタック２１の伸縮による変位が入力される変位取り出し部２４側の当該変位量を、制御弁部材６２で拡大して出力可能となるため、ピエゾスタック２１の伸縮による変位を、油圧（燃圧）により変位拡大する作用を実現できる。
【００８６】
それ故に、「機械式のてこの原理」を利用し変位拡大する作用を実現するもののように力点、支点、及ぶ作用点の各部で摩耗を招くことはなく、摩耗による作動不良などの信頼性低下を抑制することができる。
【００８７】
また、以上説明した本実施形態では、弁室通路６７に、弁室１０３から流出する燃料の流量を制限するオリフィス６８を設けているので、ピエゾスタック２１が収縮に転じ、液圧発生部３６内の燃圧（圧力）が低下後も、弁室１０３の燃圧（圧力）が増加した状態を維持することが可能となる。それによって、弁室１０３内の燃圧が液圧発生部３６内の燃圧を上回るように、弁室１０３内の燃圧と液圧発生部３６内の燃圧との差圧を形成し得る。これにより、その差圧ΔＰを利用して弁室１０３から液圧発生部３６へ流入する流入量を増加することができる。それによって、ピストン部２４ａの上方移動時に、液圧発生部３６内の燃料の充填不足が解消し得るので、制御弁部材６２の開閉動作が安定した、液圧発生部３６の変位拡大作用を実現できる。
【００８８】
以上の本実施形態による燃料噴射弁１によれば、摩耗による作動不良などの信頼性低下を抑制することと、変位量の変位拡大機能の安定化が図れることが両立することができる。
【００８９】
また、以上説明した本実施形態では、ピストン部２４ａとシリンダ孔６１との間の第１摺動隙間ａ、並びに制御弁部材６２と支持孔６３、６４との間の第２摺動隙間ｂ及び第３摺動隙間ｃを、液圧発生部３６を液密にするように、僅かな隙間に設定する構成としている。さらに、上記第１摺動隙間ａ〜第３摺動隙間ｃのうち、第２摺動隙間ｂを少なくとも第３摺動隙間ｃより大きく設定することが好ましい。これにより、弁室１０３及び液圧発生部３６間のリーク燃料が流れる第２摺動隙間ｂ部のリーク燃料量を増やすことができ、ひいては、燃圧発生部３６の燃圧低下時に、一時的に燃料不充填に陥る場合があったとしても、燃圧発生部３６内の燃料の充填状態となる圧力回復の促進が図れる。
【００９０】
なお、上記第２摺動隙間部ｂが第３摺動隙間部ｃに比べてその流路断面積を大きくするものことに限らず、その流路長さを短くするものであってもよい。
【００９１】
また、変位取り出し部２４のピストン部２４ａの移動方向とは反対方向に、制御弁部材６２の移動方向を設定している。そして、変位取り出し部２４のピストン部２４ａと制御弁部材６２を、燃料噴射弁１の中心軸線に対し平行に配置する構成としている。
【００９２】
これにより、例えばピエゾ素子２２の積層数を減らし、駆動力の省力化と、ピエゾ素子２２を積層する軸方向（積層方向）のアクチュエータ２の小型化が図れる。さらに、アクチュエータ２の一部である変位取り出し部２４と、制御弁部材６２とを燃料噴射弁１の中心軸線に沿って平行に配置でき、ひいては更に軸方向の燃料噴射弁１の小型化が図れる。
【００９３】
（第２実施形態）
第２実施形態を図５に示す。第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態は、弁室通路１６７を制御弁部材６２に設ける一例を示すものである。図５は、燃料噴射弁１の一部を示し、燃料噴射弁１の特徴部分に係る構造を示している。
【００９４】
図５に示しように、弁室通路１６７は、制御弁部材６２を貫通するように形成されており、低圧部１０９と弁室１０３を連通している。弁室通路１６７の途中には、オリフィス６８が設けられている。
【００９５】
このような構成であっても、第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００９６】
また、上記構成により、弁室通路１６７を、制御弁部材６２に貫通する連絡孔で構成することになるため、例えばハウジング５に制御弁部材６２を迂回し、弁室１０３と低圧部１０９とを接続する孔を形成する場合に比べて、孔開け工数の低減が図れる。
【００９７】
（第３実施形態）
第２実施形態を図６に示す。第２実施形態は第２実施形態の変形例である。図６は、燃料噴射弁１の一部を示し、燃料噴射弁１の特徴部分に係る構造を示している。
【００９８】
図６に示すように、弁室通路１６７において制御弁部材６２の外壁面に開口する開口部１６７ａが、制御弁部材６２の摺動移動によりバルブボデー５３の内壁面によって閉塞または絞られる構成としている。これにより、弁室通路１６７の開口部１６７ａは、第１実施形態及び第２実施形態に説明したオリフィス６８と同様に、通路６７、１６７内を流れる燃料の流量を制限する流量制限手段として機能する。
【００９９】
さらに、制御弁部材６２の摺動移動により開口部１６７ａが閉塞または絞られるため、燃圧発生部３６の燃圧低下時に、一時的に燃料不充填に陥る場合があったとしても、燃圧発生部３６内の燃料の充填状態となる圧力回復の促進が更に一層図れる。
【０１００】
（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
【０１０１】
（１）以上説明した本実施形態では、弁要素としての弁部材３１を制御する制御弁を構成する「制御弁部材６２、弁座６６、及び弁室１０３」に関し、その弁室１０３に、オリフィス６８を有する弁室通路６７を接続する構成とした。この構成により、弁室１０３に生じる燃圧を高める作用を実現し得ると説明した。
【０１０２】
それによって、制御弁部材６２の閉弁時に、制御弁部材６２が弁座６６に向けて下方移動する際に、弁室１０３内の燃圧によって生じる制御弁部材６２の上方に向かう力を、上記作用により増やす相乗効果がある。これにより、制御弁部材６２が弁座６６に向けて下方移動する運動エネルギーが過度な大きさになるのを抑制し、ひいては制御弁部材６２が弁座６６に着座時の衝突力を緩和することが可能となる。
【０１０３】
（２）また、以上説明した本実施形態では、弁要素として、弁部材３１を有する構成で説明した。弁要素は、これに限らず、例えば上記制御弁の制御弁部材６２と、弁部材３１との間に、例えば、圧力制御室を制御する別の制御弁を設け、当該別の制御弁の弁動作を、上記制御弁の制御弁部材６２の開閉動作によって駆動制御する構成とするものであってもよい。
【０１０４】
（３）また、以上説明した本実施形態では、ピストン状に形成される変位取り出し部２４のピストン部２４ａを、ピエゾスタック２１を含むアクチュエータ２の構成要素の一部として説明した。これに限らず、変位取り出し部２４のうちの支持部２４ｂと、ピストン部２４ａとを別部材とし、ピエゾスタック２１の伸縮による変位発生時に、支持部２４ｂがピストン部２４ａに常に当接する構成とするものであってもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 燃料噴射弁
２ アクチュエータ
３ 弁要素
５ ハウジング
２１ ピエゾスタック
２２ ピエゾ素子
２４ 変位取り出し部
２４ａ ピストン部
２４ｂ 支持部
３１ 弁部材（弁要素）
３６ 液圧発生部
４４ スプリング
４８ スプリング
５１ ホルダボデー（ハウジング）
５３ バルブボデー（ハウジング）
５５ ノズルボデー（ハウジング）
５５ａ シート部
５７ 噴孔
６１ シリンダ孔
６２ 制御弁部材
６２ａ 小径部
６２ｂ 大径部
６３ 第１支持孔
６４ 第２支持孔
６５ 燃料連絡通路
６６ 弁座
６７ 弁室通路（連絡流路）
６８ オリフィス
７１ アクチュエータ孔
７２ 収容孔
１０１ 燃料供給通路
１０２ 低圧燃料通路（低圧部）
１０３ 弁室
１０４ 圧力制御室
１０９ 低圧部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
噴孔を開閉する弁要素の駆動を制御するアクチュエータとして、ピエゾ素子を用いたピエゾアクチュエータを利用した燃料噴射弁が知られている（特許文献１参照）。この種の燃料噴射弁は、弁要素を直接的に駆動するものや、弁要素の背圧を制御する制御弁を駆動することにより弁要素を間接的に駆動するものがある。
【０００３】
このような燃料噴射弁の一種として特許文献１に開示の装置では、弁要素の背圧を制御する制御弁を駆動することにより弁要素を間接的に駆動するものにおいて、ピエゾ素子の伸縮による微小な変位量を、「機械式のてこの原理」を利用して当該微小変位量を拡大させることで、制御弁を駆動するようにしている。この技術では、「機械式のてこの原理」を利用するレバー部材を設け、このレバー部材における力点―支点―作用点の各レバー間隔を変更することで、狙いの変位量の伝達比を容易に設定可能とし、ひいてはピエゾアクチュエータを小型化することを可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１３８８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１による従来技術では、「機械式のてこの原理」であるレバー部材を使用するため、レバー部材が、その部材の力点、支点、及ぶ作用点の各部で摩耗を招く懸念がある。この摩耗が過度に大きくなると、作動不良などの信頼性低下を招くおそれがある。また、燃料噴射弁の製造時において、狙いの変位量の伝達比となるように、各点の位置合せをする組付け管理が難しいため、変位量の変位ロスが発生する可能性があり、ひいては変位量を拡大する変位拡大機能が不安定になるおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、摩耗による作動不良などの信頼性低下を抑制することと、変位量の変位拡大機能の安定化が図れることが両立する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】
【０００７】
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備える。
【０００８】
即ち、請求項１に記載の発明では、燃料を噴射する燃料噴射弁において、噴孔が形成されているハウジングと、ハウジングに収容され、噴孔を開閉する弁要素と、弁要素の開閉動作を制御する制御弁と、弁要素を間接的に制御するように、制御弁を駆動するアクチュエータを備え、アクチュエータは、電圧を印加することにより伸縮するピエゾ素子、及びピエゾ素子の伸縮する際の変位をアクチュエータの外部に取り出すピストン状の変位取り出し部を有し、
変位取り出し部の変位を燃圧に変化する燃圧発生部と、燃圧発生部にて発生した燃圧を駆動源とし、制御弁の弁座に離座及び着座する制御弁部材であって、液圧発生部で発生する燃圧を受ける制御弁部材の受圧面が、変位取り出し部の受圧面より小さく形成されている制御弁部材と、制御弁部材における液圧発生部で挟み込まれる部位とは異なる部位を挟み込み、かつ弁座の上流側に設けられる弁室であって、制御弁部材が弁座から離座及び着座することにより、弁室の内部の燃圧を増減する弁室と、弁室に設けられる弁座の上流側に設けられ、弁座に連通する圧力制御室であって、燃料が導入されて弁要素に背圧を付与する圧力制御室と、を備え、
制御弁部材は、弁室、液圧発生部、及び燃料を低圧源に戻すための低圧部間に介設されるとともに、ハウジングに摺動可能に支持され、
弁室は、低圧部に接続する連絡流路であって、弁室と低圧部の間にオリフィスを有する連絡流路が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
これによると、変位取り出し部、燃圧発生部、及び制御弁の制御弁部材は、変位取り出し部の変位を燃圧に変化する液圧発生部で発生する燃圧を受ける制御弁部材の受圧面が、変位取り出し部の受圧面より小さく形成される構成とするので、ピエゾ素子の伸縮による変位が入力される変位取り出し部側の当該変位量を、制御弁部材で拡大して出力可能となる。
【００１０】
言い換えると、変位取り出し部、燃圧発生部、及び制御弁部材は、ピエゾ素子の伸縮による変位を、油圧（燃圧）により変位拡大する作用を実現できる。それ故に、「機械式のてこの原理」を利用し変位拡大する作用を実現するもののように力点、支点、及ぶ作用点の各部で摩耗を招くことはなく、摩耗による作動不良などの信頼性低下を抑制することができる。
【００１１】
ここで、かかる発明による変位取り出し部、燃圧発生部、及び制御弁の制御弁部材の如き、油圧により変位拡大する変位拡大要素では、燃圧発生部内の燃料の一部が、一方向の変位に対応した燃圧上昇に伴い燃圧発生部の外部へ漏れ出る可能性がある。外部へ漏れ出た燃料分があると、一方向とは逆方向の変位に対応して生じる燃圧低下時に補充されずに、燃圧発生部内の燃料が充填不足に陥るおそれがあるため、変位量を拡大する変位拡大機能が不安定になるという懸念がある。
【００１２】
これに対し請求項１に記載の構成によれば、弁室には、制御弁の開弁時に、弁座の上流側に設けられた圧力制御室内の燃料が流入する。そして、弁室は、低圧部に接続する連絡流路であって、弁室と低圧部の間に、弁室から連絡流路に流出する燃料の流量を制限するオリフィスを有する連絡流路が設けられる構成とするので、ピエゾ素子の変位が逆方向の変位に転じて燃圧発生部が燃圧低下した後も、弁室内の燃圧が増加した状態を維持することが可能となる。それによって、ピエゾ素子の変位が逆方向の変位に転じて燃圧発生部の燃圧低下時に、弁室内の燃圧が燃圧発生部内の燃圧を上回るように、弁室内と燃圧発生部との差圧を形成し得るのである。
【００１３】
制御弁部材は、弁室、液圧発生部、及び低圧源に排出した燃料を戻す低圧部間に介設されるとともに、ハウジングに摺動可能に支持されているため、弁室及び液圧発生部間は、弁室と液圧発生部の間の差圧に応じて摺動隙間をリーク燃料が流れる。したがって、燃圧発生部の燃圧低下時に、弁室内の燃圧が燃圧発生部内の燃圧を上回る差圧によって弁室から液圧発生部へのリーク燃料が形成され、よって燃圧発生部内の燃料の充填不足が解消する。それによって、上記変位拡大要素は、その変位量を拡大する変位拡大機能の安定化が図れる。
【００１４】
以上の請求項１の記載の発明によれば、摩耗による作動不良などの信頼性低下を抑制することと、変位量の変位拡大機能の安定化が図れることが両立し得るのである。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明では、連絡流路は、前記制御弁部材を貫通する連絡孔であることを特徴とする。
【００１６】
これによると、連絡流路を制御弁部材を貫通する連絡孔で構成するため、例えばハウジングに制御弁部材を迂回し、弁室と低圧部とを接続する孔を形成する場合に比べて孔開け工数の低減が図れる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明では、制御弁部材は、制御弁部材の外壁面に連絡孔が開口する開口部であって、ハウジング内を制御弁部材が摺動することにより、開口部がハウジングの内壁面により閉塞または絞られる開口部を有していることを特徴とする。
【００１８】
これによると、連絡流路を構成する連絡孔は、ハウジング内を制御弁部材が摺動することによってその開口部が閉塞または絞られるオリフィスとして機能する。それにより、燃圧発生部の燃圧低下時に、一時的に燃料不充填に陥る場合があったとしても、燃圧発生部内の燃料の充填状態となる圧力回復を更に促進可能となる。
【００１９】
また、請求項４乃至５に記載の発明では、ハウジング内に摺動可能に支持される制御弁部材の摺動隙間は、液圧発生部及び低圧部間の第１摺動隙間部と、弁室及び液圧発生部間の第２摺動隙間部とを有し、第２摺動隙間部が第１摺動隙間部に比べてその流路断面積を大きくすること、及びその流路長さを短くすることのうち少なくともいずれかの特徴を有する。これにより、弁室及び液圧発生部間のリーク燃料が流れる第２摺動隙間部のリーク燃料量を増やすことができ、ひいては、燃圧発生部の燃圧低下時に、一時的に燃料不充填に陥る場合があったとしても、燃圧発生部内の燃料の充填状態となる圧力回復の促進が図れる。
【００２０】
また、請求項６に記載の発明では、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁において、変位取り出し部と、制御弁部材は、燃料噴射弁の中心軸線に対して平行に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
これによると、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明による燃料噴射弁は、油圧により変位拡大変位拡大機能を有し、かつその変位拡大機能の安定化が図れる変位拡大要素が実現できる。そのため、例えばピエゾ素子の積層数を減らし、駆動力の省力化と、ピエゾ素子を積層する軸方向（積層方向）のアクチュエータの小型化が図れる。
【００２２】
さらに、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明による燃料噴射弁に、請求項６に記載の発明を適用することにより、アクチュエータの一部である変位取り出し部と、制御弁部材とを燃料噴射弁の中心軸線に沿って平行に配置でき、ひいては更に軸方向の燃料噴射弁の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁を適用した燃料噴射装置を示す断面図である。
【図２】図１中の燃料噴射弁の燃料流路に係る構成を示す模式図である。
【図３】図１の燃料噴射弁の作動を説明するタイムチャートである。
【図４】図３中の液圧発生部及び弁室の両者に発生する燃圧、両者の差圧、並びにその差圧による燃料リーク量の関係を示す模式的特性図である。
【図５】第２実施形態に係わる燃料噴射弁の特徴部分を示す図であって、図１に対応する断面図である。
【図６】第３実施形態に係わる燃料噴射弁の特徴部分を示す図であって、図１に対応する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、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。
【００２５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本実施形態による燃料噴射弁１を示している。図１は本実施形態による燃料噴射弁１を適用した燃料噴射装置の全体構成を模式的に示しており、また図２は図１中の燃料噴射弁１の燃料流路に係る構成を示すものである。
【００２６】
図１に示すように、燃料噴射装置は、燃料噴射ポンプ３００、コモンレール４００、及び燃料噴射弁１を備えている。燃料噴射ポンプ３００は、燃料タンク５００から吸入通路６０１を経由して燃料を吸入する。燃料噴射ポンプ３００は、吸入した燃料を所定の圧力まで加圧しコモンレール４００に供給する。燃料噴射ポンプ３００は、供給配管６０２を経由して加圧した燃料をコモンレール４００に供給する。コモンレール４００は、燃料噴射ポンプ３００で加圧された燃料を所定の圧力で維持したまま、いわゆる蓄圧状態で蓄える。
【００２７】
コモンレール４００は、燃料配管６０３を経由して蓄圧された燃料を、図示しないエンジンの各気筒に搭載される燃料噴射弁１に分配する。燃料噴射弁１は、コモンレール４００内に蓄圧された燃料を、気筒の燃焼室に噴射供給するものである。コモンレール４００内に蓄圧された燃料の燃圧は、５０Ｍｐａから３００Ｍｐａの範囲に設定されており、燃料噴射弁１は燃焼室へ当該範囲相当の燃料噴射圧の燃料を噴射する。
【００２８】
また、この燃料噴射装置は、燃料噴射ポンプ３００及び燃料噴射弁１を駆動制御する制御回路（図示せず）を備えており、制御回路によって燃料噴射ポンプ３００及び燃料噴射弁１が制御される。燃料噴射弁１は、燃料の噴射時期および噴射量が制御回路によって制御される。また、燃料噴射弁１は、コモンレール４００から供給された燃料のうち、噴射に寄与しない余剰燃料（燃料噴射弁１からの排出燃料）を、燃料配管６０４を経由して、燃料タンク５００に戻す。
【００２９】
この燃料配管６０４には、圧力調整弁７００が設けられており、圧力調整弁７００は例えば圧力が所定値以上になると開弁するチェック弁で構成されている。この圧力調整弁７００は、燃料噴射弁１から排出される低圧燃料の圧力を、所定の圧力（例えば、１〜２Ｍｐａ）の範囲に調整するものである。
【００３０】
ここで、燃料タンク５００は、燃料噴射弁１から排出された燃料を戻す低圧源に相当する。なお、上記燃料配管６０４における燃料噴射弁１と燃料タンク５００の間に圧力調整弁７００が設けられるものでは、圧力調整弁７００により圧力が所定の圧力（例えば、１〜２Ｍｐａ）に調整された低圧燃料を、低圧源と呼ぶ。
【００３１】
以上、燃料噴射弁１を主たる構成とする燃料噴射装置の全体構成について説明した。以下、燃料噴射弁１の構成について説明する。
【００３２】
（燃料噴射弁１の構成）
燃料噴射弁１は、アクチュエータ２、液圧発生部３６、及び弁要素３を備えている。アクチュエータ２および弁要素３は、棒状のハウジング５内に軸方向に並んで収容されている。
【００３３】
ハウジング５は、アクチュエータ２を収容するホルダボデー５１と、液圧発生部３６及び弁要素３の一部を収容するバルブボデー５３と、弁要素３の一部を収容するノズルボデー５５から構成されている。ホルダボデー５１、バルブボデー５３、及びノズルボデー５５は、内部にアクチュエータ２、液圧発生部３６、及び弁要素３を収容し、これらの構成要素５１、５３、５５がリテーニグナット５８などの締結手段により締付固定されている。
【００３４】
ホルダボデー５１は、内部に空洞を有する筒状に形成されている。ホルダボデー５１には、アクチュエータ２を収容する有底孔状のアクチュエータ孔７１と、スプリング４９を収容する有底孔状の収容孔７２とが形成されている。ホルダボデー５１の上端部５２（ノズルボデー５５とは反対側の端部）では、アクチュエータ２の上端部を支持している。アクチュエータ２の下端部には、液圧発生部３６を介して弁要素３が配置されている。ホルダボデー５１の下端部は、上端部が開口するバルブボデー５３が接続されている。ホルダボデー５１の側壁部には、ホルダボデー５１内部に燃料を供給する吸入口５４が形成されている。
【００３５】
バルブボデー５３は、内部に空洞を有する筒状に形成されており、バルブボデー５３の上端部には、下端部が開口するホルダボデー５１が接続されると共に、バルブボデー５３の下端部には、上端部が開口するノズルボデー５５が接続されている。バルブボデー５３の内部構造の詳細は後述する。
【００３６】
ノズルボデー５５は、内部に空洞を有する筒状に形成されており、下端部５６（ホルダボデー５１とは反対側）は塞がっている。ノズルボデー５５の空洞は、バルブボデー５３の空洞、並びにホルダボデー５１の空洞と繋がっている。下端部５６には、ノズルボデー５５の内部とノズルボデー５５の外部とを連通する噴孔５７が形成されている。噴孔５７は、図１に示すように複数設けられるものに限らず、一つ設けられるものであってもよい。
【００３７】
ホルダボデー５１の内部に流入した燃料は、ホルダボデー５１及びバルブボデー５３を貫通する燃料供給通路１０１を経由してノズルボデー５５の内部に流入し、噴孔５７を介して噴射される。噴孔５７は、弁要素３により開閉が制御される。
【００３８】
アクチュエータ２は、ピエゾスタック２１、固定部材２３、変位取り出し部２４、及びケーシング２６等から構成されている。ピエゾスタック２１は、複数の板状のピエゾ素子２２を板厚方向に積み重ねて形成されるものであり、筒状に形成されているケーシング２６内に収容される。ピエゾスタック２１は、図１に示すように燃料噴射弁１の外部より電圧が印加されると、印加された電圧の大きさに応じてピエゾ素子２２の板厚方向に伸長し、電圧の印加が解除されるとピエゾ素子２２は収縮し、電圧が印加される前の状態にまで戻る。
【００３９】
固定部材２３は、ケーシング２６の一方の端部に固定されている。固定部材２３は、ピエゾスタック２１の弁要素３とは反対側の一方の端部を支持する。
【００４０】
変位取り出し部２４は、ケーシング２６の下端部側に軸方向に摺動可能に支持されている。変位取り出し部２４は、ピエゾスタック２１の他方の端部に支持されている。変位取り出し部２４の弁要素３側の端部は、ピストン状に形成され、ケーシング２６の端部より下方に突き出ている。変位取り出し部２４の下端部が、液圧発生部３６に常に油密に接続している。
【００４１】
変位取り出し部２４は、図１に示すように、ピストン部２４ａと、ピストン部２４ａの上端部に設けられ、ピストン部２４ａの径方向外側に延びる平板状の支持部２４ｂとを備えている。ピストン部２４ａと支持部２４ｂは、図１に示すように一体に形成されているものに限らず、ピストン部２４ａと支持部２４ｂとを圧入などの接合手段により一体的に固定しているものであってもよい。
【００４２】
支持部２４ｂは、弁要素３側の端部に、「付勢部材」としてのスプリング４４が設けられている。このスプリング４４は支持部２４ｂと、ホルダボデー５１の内壁とに挟み込まれるように配置されている。変位取り出し部２４の支持部２４ｂの上端部が、ピエゾスタック２１の下端部に常に当接している。スプリング４４は、支持部２４ｂを介してピエゾスタック２１に予備荷重を付与する。予備荷重は、ピエゾスタック２１が伸長する際の妨げとならない程度に設定されている。
【００４３】
ピストン部２４ａは、バルブボデー５３のシリンダ孔６１内に摺動可能に支持されている。ピストン部２４ａは、シリンダ孔６１の内壁面との間に、第１摺動隙間ａを形成している。
【００４４】
アクチュエータ２のピエゾスタック２１に所定の電圧が印加されると、印加された電圧の大きさに応じてピエゾスタック２１が所定の長さ伸長する。ピエゾスタック２１の上方は、固定部材２３にて移動が規制されているため、ピエゾスタック２１が伸長すると、ピエゾスタック２１の変位取り出し部２４が当接されている他方の端部が下方に伸長量に応じた分だけ移動する。それに伴い、ピエゾスタック２１の伸長量に応じた分だけ、変位取り出し部２４も下方に移動する。
【００４５】
その後、電圧の印加を解除するとピエゾスタック２１は収縮し、電圧が印加される前の状態まで戻る。それに伴い、変位取り出し部２４も元の位置に移動する。
【００４６】
アクチュエータ２の下方に配置されている弁要素３は、後述の液圧発生部３６、及び制御弁部材６２を含む制御弁を介して制御される、弁部材３１などから構成されている。
【００４７】
バルブボデー５３は、シリンダ孔６１と、制御弁部材６２を摺動可能に支持する支持孔６３、６４と、第２支持孔６４とシリンダ孔６１を接続する燃料連絡通路６５とが形成されている。
【００４８】
支持孔６３、６４とシリンダ孔６１とは、燃料噴射弁１の中心軸線に対し平行に配置されている。言い換えると、変位取り出し部２４のピストン部２４ａと制御弁部材６２が、燃料噴射弁１の中心軸線に対し平行に配置されている。
【００４９】
支持孔６３、６４は、第１支持孔６３及び第２支持孔６４が異なる内径を有し、制御弁部材６２の中心軸に対して同軸に配置されている。第１支持孔６３及び第２支持孔６４は、制御弁部材６２の外壁面との間で、それぞれ、第２摺動隙間ｂ、及び第３摺動隙間ｃを形成している。
【００５０】
また、バルブボデー５３は、第１支持孔６３が有底孔状に形成されている。第１支持孔６３の第２支持孔６４とは反対側に底部には、弁座６６が設けられている。この弁座６６は、制御弁部材６２が着座及び離座可能である。
【００５１】
また、バルブボデー５３は、外周部側を軸方向（図示上下方向）に貫通する燃料供給通路１０１と、低圧燃料通路１０２とが形成されている。この低圧燃料通路１０２はボデー５１、５３を貫通しており、低圧燃料通路１０２に連通する排出口７３がホルダボデー５１の側壁部に形成されている。
【００５２】
また、バルブボデー５３には、低圧燃料通路１０２に接続する弁室通路６７が形成されている。弁室通路６７は、第１支持孔６３の弁座６６の下流側に接続しており、弁座６６の下流側と低圧燃料通路１０２とを連通している。この弁室通路６７には、オリフィス６８が設けられており、オリフィス６８は、弁室通路６７を流れる燃料の流量を制限している。
【００５３】
また、バルブボデー５３の下端部には、燃料供給通路１０１及び低圧燃料通路１０２の内側に、背圧孔６９が形成されている。この背圧孔６９には、燃料供給通路１０１に連通する第１連通路７４と、弁座６６に連通する第２連通路７５とがそれぞれ接続している。
【００５４】
制御弁部材６２は、弁座６６に着座及び離座する制御弁を構成している。制御弁部材６２は、段付き円柱状に形成され、小径部６２ａと、小径部６２ａより外径が大きい大径部６２ｂを有している。小径部６２ａの先端部は弁座６６に着座及び離座する。小径部６２ａの先端部は、図１に示すように半球状の弁体が介装され、半球状の弁体の端面で弁座６６に当接するものに限らず、先端部が平坦面で形成され、平坦面で弁座６６に当接するものであってもよい。
【００５５】
制御弁部材６２は、小径部６２ａが第１支持孔６３に摺動可能に支持されるとともに、大径部６２ｂが第２支持孔６４に摺動可能に支持されている。
【００５６】
制御弁部材６２の大径部６２ｂの上端部に、スプリング４８が設けられている。このスプリング４８は、制御弁部材６２の大径部６２ｂとホルダボデー５１の内壁（詳しくは、収容孔７２）とに挟み込まれるように配置されている。スプリング４８は、制御弁部材６２を弁座６６方向（図中下方）に付勢している。
【００５７】
ここで、図１に示すように、液圧発生部３６は、制御弁部材６２の外壁面（詳しくは、大径部６２ｂの下端面、小径部６２ａの外壁面）と第２支持孔６４とで区画される燃料空間、変位取り出し部２４のピストン部２４ａの外壁面とシリンダ孔６１とで区画される燃料空間、及び燃料連絡通路６５で形成されている。液圧発生部３６内に発生する燃圧（圧力）に対し、制御弁部材６２の受圧面がピストン部２４ａの受圧面の面積より小さい。液圧発生部３６は、アクチュエータ２の変位取り出し部２４の変位量を、油圧（燃圧）により拡大する要素である。ピストン部２４ａとシリンダ孔６１との間の第１摺動隙間ａ、並びに制御弁部材６２と支持孔６３、６４との間の第２摺動隙間ｂ及び第３摺動隙間ｃは、液圧発生部３６を液密にするように、僅かな隙間に設定されている。
【００５８】
上記第１摺動隙間ａ〜第３摺動隙間ｃのうち、第２摺動隙間ｂが少なくとも第３摺動隙間ｃより大きく設定されていることが好ましい。
【００５９】
また、図１に示すように、弁室１０３は、第１支持孔６３の弁座６６側の内壁面と小径部６２ａの外壁面とで区画される燃料空間で形成され、この弁室１０３には、弁室通路６７が接続している。弁室１０３は、制御弁の開弁時、つまり制御弁部材６２が弁座６６から離座時に、後述の背圧孔６９とで区画される圧力制御室１０４からの燃料が流入する。圧力制御室１０４から弁室１０３への流入した燃料は、弁室通路６７のオリフィス６８を通って低圧燃料通路１０２に排出される。ここで、弁室通路６７は請求範囲に記載の連絡流路に相当する。
【００６０】
また、図１に示すように、アクチュエータ孔７１及び収容孔７２は低圧燃料通路１０２に接続しており、燃料を低圧源に戻す低圧部１０９を構成している。
【００６１】
弁部材３１は、先端３２がノズルボデー５５の下端部５６の内壁のシート部５５ａに離座及び着座することにより、噴孔５７からの燃料の噴射、及び非噴射を制御する。弁部材３１は、略棒状に形成されている。弁部材３１の先端３２の反対側の端部には、弁部材３１の軸方向に摺動可能に支持する略円筒状のシリンダ４７が設けられている。
【００６２】
弁部材３１の先端３２と上記反対側の端部との間には、段差が形成されており、その段差には、スプリング４９の下端部を支持する支持リング４６が設けられている。スプリング４９の上端部は、シリンダ４７に支持される。スプリング４９は、支持リング４６とシリンダ４７との間に、ある程度軸方向に圧縮された状態で配置される。このスプリング４９の圧縮荷重（付勢力）により、シリンダ４７はバルブボデー５３の下端面に押し付けられ、弁部材３１は下方（閉弁方向）に押し付けられる。
【００６３】
図１に示すように、圧力制御室１０４は、バルブボデー５３の下端面の背圧孔６９と、シリンダ４７の内壁面と、弁部材３１の上端面と区画されることで形成される。圧力制御室１０４内の燃圧は、噴孔５７を開閉動作する弁部材３１に背圧を付与するものである。
【００６４】
圧力制御室１０４は、第１連通路７４及び第２連通路７５が接続している。第１連通路７４及び第２連通路７５には、それぞれ、インオリフィス７４ａ、アウトオリフィス７５ａが設けられている。第１連通路７４の上流側、即ち燃料供給通路１０１から流入した燃料は、第１連通路７４のインオリフィス７４ａを通って、圧力制御室１０４に供給される。制御弁部材６２の閉弁時には、圧力制御室１０４内の燃圧は、燃料供給通路１０１に供給される燃料の圧力と同じである。制御弁部材６２が開弁されると、燃料供給通路１０１によって圧力制御室１０４に供給される燃料は、第２連通路７５のアウトオリフィス７５ａを通って、弁室１０３に排出される。
【００６５】
シリンダ４７と弁部材３１の間に形成される第４摺動隙間ｄは、圧力制御室１０４を液密にするように、僅かな隙間に設定されている。
【００６６】
ノズルボデー５５は、弁部材３１の上端部との間に、弁部材３１の上端部を取り囲むような上部燃料溜り室１０５を形成している。また、ノズルボデー５５は、弁部材３１の下端部との間に、弁部材３１の下端部を取り囲むような下部燃料溜り室１０６を形成している。上部燃料溜り室１０５と下部燃料溜り室１０６は、弁部材３１の外壁面に二面幅状に形成される段差部を介して常に連通している。燃料溜り室１０５、１０６は、燃料供給通路１０１に供給される燃料を、弁部材３１の開弁時に、噴孔５７の上流のサック部５９に導く。また、弁部材３１の閉弁時には、燃料溜り室１０５、１０６とサック部５９は閉塞し、燃料供給通路１０１に供給される燃料は、燃料溜り室１０５、１０６に溜められたままとなる。
【００６７】
次に、弁部材３１の開閉動作の仕組みについて説明する。
【００６８】
弁部材３１の開閉動作は、吸入口５４から燃料供給通路１０１を通じて燃料噴射弁１内に供給される上記燃料の圧力、圧力制御室１０４内で生じた背圧を受けることによる発生する力や、スプリング４９の付勢力の釣り合いによって決定される。
【００６９】
弁部材３１には、先端３２に上記燃料の圧力が作用することによって上方に向かう力（以下、「上方の力」という）が発生する。上方の力は、上記燃料の圧力が作用する先端３２の受圧面積、並びに上記燃料の圧力の大きさによって定まる。
【００７０】
そして、弁部材３１には、圧力制御室１０４内の背圧が作用すること、及びスプリング４９の付勢力によって下方に向かう力（以下、「下方の力」という）が発生する。下方の力は、圧力制御室１０４内の背圧が作用する弁部材３１の受圧面積並びに背圧の大きさ、及びスプリング４９の付勢力によって定まる。
【００７１】
上方の力が下方の力よりも勝ったとき、弁部材３１は開弁方向に移動を開始し、下方の力が上方の力よりも勝ったとき、弁部材３１は閉弁方向に移動を開始する。ここで、弁部材３１が開弁方向に移動を開始すると、弁部材３１の先端３２がノズルボデー５５のシート部５５ａから離座するので、先端３２の全体にわたって上方の力が作用する。弁部材３１は速やかにリフトし、開弁状態となる。
【００７２】
次に、燃料噴射弁１の動作について図１〜図４に基づき説明する。図３は燃料噴射弁１の動作を説明するためのタイムチャートである。図中の破線で示す特性は比較例の特性を示している。また図中の実線及び二点鎖線で示す特性は本実施形態の特性を示しており、二点鎖線で示す特性は次回噴射時の特性を示すものである。
【００７３】
ここで、比較例は、本実施形態による燃料噴射弁１の構成に対し、弁室通路６７にオリフィス６８を有しないものである。
【００７４】
図３（ａ）は、図示しない制御回路からアクチュエータ２に送信される駆動信号（パルス）の状態を示している。図中、ＯＮの状態のときに、アクチュエータ２に所定の電圧が印加され、ＯＦＦの状態のときに、アクチュエータ２への所定の電圧の印加が終了する。図３（ｂ）は、アクチュエータ２の出力取り出し部２４の変位を示している。図中、ゼロの状態は、出力取り出し部２４のピストン部２４ａが上方に位置している状態を示している。図３（ｃ）は、液圧発生部３６内の燃圧（圧力）状態を示している。
【００７５】
図３（ｄ）は制御弁の制御弁部材６２の変位を示している。図中、ＯＦＦの状態のときに、制御弁部材６２が弁座６６に着座状態にあることを示し、またＯＮの状態のときに、制御弁部材６２が弁座６６から離座状態にあることを示している。図３（ｅ）は、弁室１０３内の燃圧（圧力）状態を示している。図３（ｆ）は、圧力制御室１０４内の燃圧（圧力）状態を示している。図３（ｇ）は、弁部材３１のリフト量を示しており、図中、リフトがゼロの状態は、閉弁状態にあることを示している。
【００７６】
時刻ｔ１、つまり駆動信号がＯＦＦからＯＮに切替わるまでは、出力取り出し部２４のピストン部２４ａの位置は、上方にある（図３（ｂ）参照）。このため、圧力制御室１０４の燃圧（圧力）は、燃料供給通路１０１及び燃料溜り室１０５、１０６とほぼ同じ圧力Ｐ１となっている（図３（ｆ）参照）。この状態では、弁部材３１に発生する上方の力は、下方の力よりも低いため、弁部材３１の先端３２は、ノズルボデー５５のシート部５５ａに着座した状態を維持し、噴孔５７から燃料は噴射されない。また、液圧発生部３６の燃圧（圧力）は、低圧部１０９とほぼ同じ圧力Ｐ０となっている（図３（ｃ）参照）。
【００７７】
時刻ｔ１となり駆動信号がＯＮとなると、出力取り出し部２４のピストン部２４ａは、ピエゾスタック２１に発生した変位によって下方に移動させられる。そして、ピストン部２４ａが下方に押されるとともに、液圧発生部３６内の燃圧（圧力）が上昇し始める。
【００７８】
液圧発生部３６内の燃圧（圧力）がある程度上昇し、時刻ｔ２となると、ピストン部２４ａが受ける液圧発生部３６内の燃圧（圧力）による力が、制御弁部材６２を閉弁方向に付勢するスプリング４９の付勢力よりも勝る。これにより、制御弁部材６２が弁座６６から離座し、開弁方向にリフトし始める。制御弁部材６２が開弁方向にリフトすると、圧力制御室１０４内の燃料が、第２連通路７５を経由して弁座６６の下流側の弁室１０３に流入する。
【００７９】
時刻ｔ２から時刻ｔ５までは、制御弁部材６２が開弁しているので、圧力制御室１０４内の燃圧（圧力）が低下する。圧力制御室１０４内の燃圧（圧力）がある程度低下し、時刻ｔ３となると、弁部材３１に発生する下方の力が更に低められるため、弁部材３１に発生する上方の力が下方の力よりも勝る。これにより、弁部材３１が開弁方向にリフトし始める（図３（ｇ）参照）。弁部材３１が開弁方向にリフトすると、燃料供給通路１０１及び燃料溜り室１０５、１０６内の燃料が噴孔５７より噴射される。
【００８０】
時刻ｔ４となり駆動信号がＯＮからＯＦＦに切替わると、ピストン部２４ａはスプリング４４によって上方移動させられるので、液圧発生部３６内の燃圧（圧力）が減圧される（図３（ｃ）参照）。時刻ｔ４から時刻ｔ５までは、ピストン部２４ａの上方移動に従い、液圧発生部３６内の燃圧（圧力）が更に低下する。
【００８１】
ここで、本実施形態による燃料噴射弁１の構成に対し、弁室通路６７にオリフィス６８を有しない比較例の場合を説明する。比較例の図３（ｃ）の破線の特性に示すように、液圧発生部３６内の燃料の一部は、ピストン部２４ａの下方移動時の燃圧（圧力）上昇により第１〜第３摺動隙間ａ、ｂ、ｃを通じてリーク燃料として低圧部１０９または弁室１０３に排出される。続いてピストン部２４ａの上方移動時に、ピストン部２４ａが元の位置に戻っても、上記排出燃料分が充分に補充されずに、液圧発生部３６内の燃圧（圧力）が元に圧力Ｐ０に戻らない。次回噴射時までに元の圧力Ｐ０に回復しないと、制御弁部材６２の開弁時期が遅れ、よって弁部材３１の開弁時期の遅れを招くのである。
【００８２】
万が一、液圧発生部３６の排出分の燃料（リーク燃料）が充分に補充されないまま、噴射が繰返されると、噴孔５７から噴射される燃料の噴射量が徐々に少なくなり、無噴射となる可能性がある。
【００８３】
これに対し本実施形態では、弁室通路６７に、弁室１０３から流出する燃料の流量を制限するオリフィス６８を設けているため、図３（ｅ）に示すように、弁室１０３に生じる燃圧を高められるので、比較例に比べて弁室１０３の燃圧（圧力）が増加した状態を維持することが可能となる。これにより、ピストン部２４ａの上方移動時、図４（ａ）に示すように、弁室１０３内の燃圧を液圧発生部３６内の燃圧に対し高くでき、その差圧ΔＰを利用して弁室１０３から液圧発生部３６へ流入する流入量を増加することができる（図４（ｂ）参照）。
【００８４】
それによって、ピストン部２４ａの上方移動時に、液圧発生部３６内の燃料の充填不足が解消し得るので、制御弁部材６２の開閉動作が安定した、液圧発生部３６の変位拡大作用を実現できる。
【００８５】
以上説明した本実施形態では、変位取り出し部２４のピストン部２４ａ、制御弁部材６２、及び液圧発生部３６の構成は、液圧発生部３６内に発生する燃圧（圧力）に対し、制御弁部材６２の受圧面がピストン部２４ａの受圧面の面積より小さく形成される構成としている。これにより、ピエゾスタック２１の伸縮による変位が入力される変位取り出し部２４側の当該変位量を、制御弁部材６２で拡大して出力可能となるため、ピエゾスタック２１の伸縮による変位を、油圧（燃圧）により変位拡大する作用を実現できる。
【００８６】
それ故に、「機械式のてこの原理」を利用し変位拡大する作用を実現するもののように力点、支点、及ぶ作用点の各部で摩耗を招くことはなく、摩耗による作動不良などの信頼性低下を抑制することができる。
【００８７】
また、以上説明した本実施形態では、弁室通路６７に、弁室１０３から流出する燃料の流量を制限するオリフィス６８を設けているので、ピエゾスタック２１が収縮に転じ、液圧発生部３６内の燃圧（圧力）が低下後も、弁室１０３の燃圧（圧力）が増加した状態を維持することが可能となる。それによって、弁室１０３内の燃圧が液圧発生部３６内の燃圧を上回るように、弁室１０３内の燃圧と液圧発生部３６内の燃圧との差圧を形成し得る。これにより、その差圧ΔＰを利用して弁室１０３から液圧発生部３６へ流入する流入量を増加することができる。それによって、ピストン部２４ａの上方移動時に、液圧発生部３６内の燃料の充填不足が解消し得るので、制御弁部材６２の開閉動作が安定した、液圧発生部３６の変位拡大作用を実現できる。
【００８８】
以上の本実施形態による燃料噴射弁１によれば、摩耗による作動不良などの信頼性低下を抑制することと、変位量の変位拡大機能の安定化が図れることが両立することができる。
【００８９】
また、以上説明した本実施形態では、ピストン部２４ａとシリンダ孔６１との間の第１摺動隙間ａ、並びに制御弁部材６２と支持孔６３、６４との間の第２摺動隙間ｂ及び第３摺動隙間ｃを、液圧発生部３６を液密にするように、僅かな隙間に設定する構成としている。さらに、上記第１摺動隙間ａ〜第３摺動隙間ｃのうち、第２摺動隙間ｂを少なくとも第３摺動隙間ｃより大きく設定することが好ましい。これにより、弁室１０３及び液圧発生部３６間のリーク燃料が流れる第２摺動隙間ｂ部のリーク燃料量を増やすことができ、ひいては、燃圧発生部３６の燃圧低下時に、一時的に燃料不充填に陥る場合があったとしても、燃圧発生部３６内の燃料の充填状態となる圧力回復の促進が図れる。
【００９０】
なお、上記第２摺動隙間部ｂが第３摺動隙間部ｃに比べてその流路断面積を大きくするものことに限らず、その流路長さを短くするものであってもよい。
【００９１】
また、変位取り出し部２４のピストン部２４ａの移動方向とは反対方向に、制御弁部材６２の移動方向を設定している。そして、変位取り出し部２４のピストン部２４ａと制御弁部材６２を、燃料噴射弁１の中心軸線に対し平行に配置する構成としている。
【００９２】
これにより、例えばピエゾ素子２２の積層数を減らし、駆動力の省力化と、ピエゾ素子２２を積層する軸方向（積層方向）のアクチュエータ２の小型化が図れる。さらに、アクチュエータ２の一部である変位取り出し部２４と、制御弁部材６２とを燃料噴射弁１の中心軸線に沿って平行に配置でき、ひいては更に軸方向の燃料噴射弁１の小型化が図れる。
【００９３】
（第２実施形態）
第２実施形態を図５に示す。第２実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態は、弁室通路１６７を制御弁部材６２に設ける一例を示すものである。図５は、燃料噴射弁１の一部を示し、燃料噴射弁１の特徴部分に係る構造を示している。
【００９４】
図５に示しように、弁室通路１６７は、制御弁部材６２を貫通するように形成されており、低圧部１０９と弁室１０３を連通している。弁室通路１６７の途中には、オリフィス６８が設けられている。
【００９５】
このような構成であっても、第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００９６】
また、上記構成により、弁室通路１６７を、制御弁部材６２に貫通する連絡孔で構成することになるため、例えばハウジング５に制御弁部材６２を迂回し、弁室１０３と低圧部１０９とを接続する孔を形成する場合に比べて、孔開け工数の低減が図れる。
【００９７】
（第３実施形態）
第２実施形態を図６に示す。第２実施形態は第２実施形態の変形例である。図６は、燃料噴射弁１の一部を示し、燃料噴射弁１の特徴部分に係る構造を示している。
【００９８】
図６に示すように、弁室通路１６７において制御弁部材６２の外壁面に開口する開口部１６７ａが、制御弁部材６２の摺動移動によりバルブボデー５３の内壁面によって閉塞または絞られる構成としている。これにより、弁室通路１６７の開口部１６７ａは、第１実施形態及び第２実施形態に説明したオリフィス６８と同様に、通路６７、１６７内を流れる燃料の流量を制限する流量制限手段として機能する。
【００９９】
さらに、制御弁部材６２の摺動移動により開口部１６７ａが閉塞または絞られるため、燃圧発生部３６の燃圧低下時に、一時的に燃料不充填に陥る場合があったとしても、燃圧発生部３６内の燃料の充填状態となる圧力回復の促進が更に一層図れる。
【０１００】
（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
【０１０１】
（１）以上説明した本実施形態では、弁要素としての弁部材３１を制御する制御弁を構成する「制御弁部材６２、弁座６６、及び弁室１０３」に関し、その弁室１０３に、オリフィス６８を有する弁室通路６７を接続する構成とした。この構成により、弁室１０３に生じる燃圧を高める作用を実現し得ると説明した。
【０１０２】
それによって、制御弁部材６２の閉弁時に、制御弁部材６２が弁座６６に向けて下方移動する際に、弁室１０３内の燃圧によって生じる制御弁部材６２の上方に向かう力を、上記作用により増やす相乗効果がある。これにより、制御弁部材６２が弁座６６に向けて下方移動する運動エネルギーが過度な大きさになるのを抑制し、ひいては制御弁部材６２が弁座６６に着座時の衝突力を緩和することが可能となる。
【０１０３】
（２）また、以上説明した本実施形態では、弁要素として、弁部材３１を有する構成で説明した。弁要素は、これに限らず、例えば上記制御弁の制御弁部材６２と、弁部材３１との間に、例えば、圧力制御室を制御する別の制御弁を設け、当該別の制御弁の弁動作を、上記制御弁の制御弁部材６２の開閉動作によって駆動制御する構成とするものであってもよい。
【０１０４】
（３）また、以上説明した本実施形態では、ピストン状に形成される変位取り出し部２４のピストン部２４ａを、ピエゾスタック２１を含むアクチュエータ２の構成要素の一部として説明した。これに限らず、変位取り出し部２４のうちの支持部２４ｂと、ピストン部２４ａとを別部材とし、ピエゾスタック２１の伸縮による変位発生時に、支持部２４ｂがピストン部２４ａに常に当接する構成とするものであってもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 燃料噴射弁
２ アクチュエータ
３ 弁要素
５ ハウジング
２１ ピエゾスタック
２２ ピエゾ素子
２４ 変位取り出し部
２４ａ ピストン部
２４ｂ 支持部
３１ 弁部材（弁要素）
３６ 液圧発生部
４４ スプリング
４８ スプリング
５１ ホルダボデー（ハウジング）
５３ バルブボデー（ハウジング）
５５ ノズルボデー（ハウジング）
５５ａ シート部
５７ 噴孔
６１ シリンダ孔
６２ 制御弁部材
６２ａ 小径部
６２ｂ 大径部
６３ 第１支持孔
６４ 第２支持孔
６５ 燃料連絡通路
６６ 弁座
６７ 弁室通路（連絡流路）
６８ オリフィス
７１ アクチュエータ孔
７２ 収容孔
１０１ 燃料供給通路
１０２ 低圧燃料通路（低圧部）
１０３ 弁室
１０４ 圧力制御室
１０９ 低圧部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する燃料噴射弁において、
噴孔が形成されているハウジングと、前記ハウジングに収容され、前記噴孔を開閉する弁要素と、前記弁要素の開閉動作を制御する制御弁と、前記弁要素を間接的に制御するように、前記制御弁を駆動するアクチュエータを備え、
前記アクチュエータは、電圧を印加することにより伸縮するピエゾ素子、及び前記ピエゾ素子の伸縮する際の変位を前記アクチュエータの外部に取り出すピストン状の変位取り出し部を有し、
前記変位取り出し部の変位を燃圧に変化する燃圧発生部と、
前記燃圧発生部にて発生した燃圧を駆動源とし、前記制御弁の弁座に離座及び着座する制御弁部材であって、前記液圧発生部で発生する燃圧を受ける前記制御弁部材の受圧面が、前記変位取り出し部の受圧面より小さく形成されている制御弁部材と、
前記制御弁部材における前記液圧発生部で挟み込まれる部位とは異なる部位を挟み込み、かつ前記弁座の下流側に設けられる弁室であって、前記制御弁部材が前記弁座から離座及び着座することにより、前記弁室の内部の燃圧を増減する弁室と、
前記弁室に設けられる前記弁座の上流側に設けられ、前記弁座に連通する圧力制御室であって、燃料が導入されて前記弁要素に背圧を付与する圧力制御室と、
を備え、
前記制御弁部材は、前記弁室、前記液圧発生部、及び燃料を低圧源に戻すための低圧部間に介設されるとともに、前記ハウジングに摺動可能に支持され、
前記弁室は、前記低圧部に接続する連絡流路であって、前記弁室と前記低圧部の間にオリフィスを有する連絡流路が設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記連絡流路は、前記制御弁部材を貫通する連絡孔であ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】
前記制御弁部材は、前記制御弁部材の外壁面に前記連絡孔が開口する開口部であって、前記ハウジング内を前記制御弁部材が摺動することにより、前記開口部が前記ハウジングの内壁面により閉塞または絞られる開口部を有してい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】
前記ハウジング内に摺動可能に支持される前記制御弁部材の摺動隙間は、前記液圧発生部及び前記低圧部間の第１摺動隙間部と、前記弁室及び前記液圧発生部間の第２摺動隙間部とを有し、
前記第２摺動隙間部の流路断面積が前記第１摺動隙間部の流路断面積より大きく設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記ハウジング内に摺動可能に支持される前記制御弁部材の摺動隙間は、前記液圧発生部及び前記低圧部間の第１摺動隙間部と、前記弁室及び前記液圧発生部間の第２摺動隙間部とを有し、
前記第２摺動隙間部の流路長さが前記第１摺動隙間部の流路長さより短く設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁において、
前記変位取り出し部と、前記制御弁部材は、前記燃料噴射弁の中心軸線に対して平行に配置されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項１】
燃料を噴射する燃料噴射弁において、
噴孔が形成されているハウジングと、前記ハウジングに収容され、前記噴孔を開閉する弁要素と、前記弁要素の開閉動作を制御する制御弁と、前記弁要素を間接的に制御するように、前記制御弁を駆動するアクチュエータを備え、
前記アクチュエータは、電圧を印加することにより伸縮するピエゾ素子、及び前記ピエゾ素子の伸縮する際の変位を前記アクチュエータの外部に取り出すピストン状の変位取り出し部を有し、
前記変位取り出し部の変位を燃圧に変化する燃圧発生部と、
前記燃圧発生部にて発生した燃圧を駆動源とし、前記制御弁の弁座に離座及び着座する制御弁部材であって、前記液圧発生部で発生する燃圧を受ける前記制御弁部材の受圧面が、前記変位取り出し部の受圧面より小さく形成されている制御弁部材と、
前記制御弁部材における前記液圧発生部で挟み込まれる部位とは異なる部位を挟み込み、かつ前記弁座の下流側に設けられる弁室であって、前記制御弁部材が前記弁座から離座及び着座することにより、前記弁室の内部の燃圧を増減する弁室と、
前記弁室に設けられる前記弁座の上流側に設けられ、前記弁座に連通する圧力制御室であって、燃料が導入されて前記弁要素に背圧を付与する圧力制御室と、
を備え、
前記制御弁部材は、前記弁室、前記液圧発生部、及び燃料を低圧源に戻すための低圧部間に介設されるとともに、前記ハウジングに摺動可能に支持され、
前記弁室は、前記低圧部に接続する連絡流路であって、前記弁室と前記低圧部の間にオリフィスを有する連絡流路が設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記連絡流路は、前記制御弁部材を貫通する連絡孔であ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】
前記制御弁部材は、前記制御弁部材の外壁面に前記連絡孔が開口する開口部であって、前記ハウジング内を前記制御弁部材が摺動することにより、前記開口部が前記ハウジングの内壁面により閉塞または絞られる開口部を有してい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】
前記ハウジング内に摺動可能に支持される前記制御弁部材の摺動隙間は、前記液圧発生部及び前記低圧部間の第１摺動隙間部と、前記弁室及び前記液圧発生部間の第２摺動隙間部とを有し、
前記第２摺動隙間部の流路断面積が前記第１摺動隙間部の流路断面積より大きく設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記ハウジング内に摺動可能に支持される前記制御弁部材の摺動隙間は、前記液圧発生部及び前記低圧部間の第１摺動隙間部と、前記弁室及び前記液圧発生部間の第２摺動隙間部とを有し、
前記第２摺動隙間部の流路長さが前記第１摺動隙間部の流路長さより短く設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁において、
前記変位取り出し部と、前記制御弁部材は、前記燃料噴射弁の中心軸線に対して平行に配置されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２３６３７５（Ｐ２０１０−２３６３７５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８２６７４（Ｐ２００９−８２６７４）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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