(57)【要約】【課題】アクチュエータへの投入エネルギーを少なくしつつ、噴射量精度の向上または噴霧の微粒化促進を図る。【解決手段】アウタニードル１８は、アクチュエータ３５にて発生させた圧力により開弁向きに駆動される直動式として、噴射量精度の向上または噴霧の微粒化促進を図る。インナニードル１９は、弁体２７が弁室流出通路１３０を開くことによりインナニードル制御室２２の圧力が低下して開弁向きに駆動される弁駆動式として、アクチュエータ３５への投入エネルギーを抑制する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が噴射される第１噴孔（１０１）および第２噴孔（１０２）が設けられたノズルボディ（１０）と、
前記ノズルボディ（１０）に摺動自在に収容されるとともに前記第１噴孔（１０１）を開閉する筒状のアウタニードル（１８）と、
前記アウタニードル（１８）に摺動自在に収容されるとともに前記第２噴孔（１０２）を開閉するインナニードル（１９）とを備える燃料噴射弁において、
アクチュエータ（３５）により加圧ピストン（３３）を駆動して圧力を発生させる加圧手段（３３、３５）を備え、
前記加圧手段（３３、３５）の発生圧力により前記アウタニードル（１８）が開弁向きに付勢されて、前記加圧手段（３３、３５）の発生圧力が第１設定圧以上になると前記アウタニードル（１８）が開弁するように構成され、
前記インナニードル（１９）の反噴口側に形成されたインナニードル制御室（２２）の燃料の圧力により前記インナニードル（１９）が閉弁向きに付勢されるように構成され、
前記インナニードル制御室（２２）の高圧燃料を低圧部（９３０）に逃がす逃がし流路（１２４、１３０）と、
前記加圧手段（３３、３５）の発生圧力により作動して、前記加圧手段（３３、３５）の発生圧力が第２設定圧以上になると前記逃がし流路（１２４、１３０）を開いて前記インナニードル（１９）を開弁させる弁手段（２７、２８、３０、３１、３２）とを備えることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記第１設定圧は前記第２設定圧よりも低く設定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３】
前記第１設定圧は前記第２設定圧よりも高く設定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４】
燃料が噴射される第１噴孔（１０１）および第２噴孔（１０２）が設けられたノズルボディ（１０）と、
前記ノズルボディ（１０）に摺動自在に収容されるとともに前記第１噴孔（１０１）を開閉する筒状のアウタニードル（１８）と、
前記アウタニードル（１８）に摺動自在に収容されるとともに前記第２噴孔（１０２）を開閉するインナニードル（１９）とを備える燃料噴射弁において、
アクチュエータ（３５）により加圧ピストン（３３）を駆動して圧力を発生させる加圧手段（３３、３５）を備え、
前記加圧手段（３３、３５）の発生圧力により前記インナニードル（１９）が開弁向きに付勢されて、前記加圧手段（３３、３５）の発生圧力が第１設定圧以上になると前記インナニードル（１９）が開弁するように構成され、
前記アウタニードル（１８）の反噴口側に形成されたアウタニードル制御室（３６）の燃料の圧力により前記アウタニードル（１８）が閉弁向きに付勢されるように構成され、
前記アウタニードル制御室（３６）の高圧燃料を低圧部（９３０）に逃がす逃がし流路（１１２、１２６）と、
前記加圧手段（３３、３５）の発生圧力により作動して、前記加圧手段（３３、３５）の発生圧力が第２設定圧以上になると前記逃がし流路（１１２、１２６）を開いて前記アウタニードル（１８）を開弁させる弁手段（３９、４０、４１、４２、４３）とを備えることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項５】
前記第１設定圧は前記第２設定圧よりも低く設定されてい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】
前記第１設定圧は前記第２設定圧よりも高く設定されてい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７】
前記加圧手段（３３、３５）は、発生圧力を段階的に上昇させることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
前記アクチュエータ（３５）は、電荷の充放電により伸縮するピエゾアクチュエータであることを特徴とする請求項１ないし７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、２つのニードルを備える燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示された燃料噴射弁は、ピエゾアクチュエータによりピストンを駆動して圧力を発生させ、その圧力により２つのニードルを開弁向きに順次駆動するようになっている。
【０００３】
一方、本発明者が特願２００８−２８６２４４にて提案した燃料噴射弁（以下、先願の燃料噴射弁という）は、アウタニードルの反噴口側に形成されたアウタニードル制御室の燃料の圧力によりアウタニードルが閉弁向きに付勢され、インナニードルの反噴口側に形成されたインナニードル制御室の燃料の圧力によりインナニードルが閉弁向きに付勢されるように構成されている。また、アウタニードル制御室の高圧燃料を低圧部に逃がす第１逃がし流路と、第１逃がし流路を開閉する第１弁手段と、インナニードル制御室の高圧燃料を低圧部に逃がす第２逃がし流路と、第２逃がし流路を開閉する第２弁手段とを備えている。
【０００４】
そして、ピエゾアクチュエータによりピストンを駆動して圧力を発生させ、その発生圧力が第１設定圧に達すると第１弁手段が第１逃がし流路を開くことにより、アウタニードル制御室の圧力が低下してアウタニードルが開弁し、発生圧力が第２設定圧に達すると第２弁手段が第２逃がし流路を開くことにより、インナニードル制御室の圧力が低下してインナニードルが開弁す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】特開２００７−１３８８５２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、特許文献１に示された燃料噴射弁のような、ピエゾアクチュエータにて発生させた圧力によりニードルを開弁向きに駆動する直動式の燃料噴射弁は、高い圧力を発生させる必要があり、ピエゾアクチュエータへの投入エネルギーが過大になるという問題があった。
【０００７】
また、先願の燃料噴射弁のような、弁手段が逃がし流路を開くことにより制御室の圧力が低下してニードルが開弁する弁駆動式の燃料噴射弁は、ニードルの作動速度は制御室からの作動油の流出流量によってきまり、この流量は噴射履歴などできまる圧力変動の影響を受けやすいため、噴射量精度は直動式の燃料噴射弁に比べて低くなってしまう。さらに、弁駆動式の燃料噴射弁は、開弁初期のニードル上昇速度が低いために噴霧の初速度が低く、噴霧の微粒化が促進されにくいという問題がある。
【０００８】
本発明は上記点に鑑みて、アクチュエータへの投入エネルギーを少なくしつつ、噴射量精度の向上または噴霧の微粒化促進を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、アクチュエータ（３５）により加圧ピストン（３３）を駆動して圧力を発生させる加圧手段（３３、３５）を備え、加圧手段（３３、３５）の発生圧力によりアウタニードル（１８）が開弁向きに付勢されて、加圧手段（３３、３５）の発生圧力が第１設定圧以上になるとアウタニードル（１８）が開弁するように構成され、インナニードル（１９）の反噴口側に形成されたインナニードル制御室（２２）の燃料の圧力によりインナニードル（１９）が閉弁向きに付勢されるように構成され、インナニードル制御室（２２）の高圧燃料を低圧部（９３０）に逃がす逃がし流路（１２４、１３０）と、加圧手段（３３、３５）の発生圧力により作動して、加圧手段（３３、３５）の発生圧力が第２設定圧以上になると逃がし流路（１２４、１３０）を開いてインナニードル（１９）を開弁させる弁手段（２７、２８、３０、３１、３２）とを備えることを特徴とする。
【００１０】
これによると、インナニードル（１９）は弁駆動式であるため、２本のニードルがともに直動式である場合よりも、加圧手段（３３、３５）のアクチュエータ（３５）への投入エネルギーを抑制することができる。
【００１１】
また、第１設定圧が第２設定圧よりも低く設定されている場合、すなわち、直動式のアウタニードル（１８）がインナニードル（１９）よりも先に開弁する場合、アウタニードル（１８）の開弁時に噴射される燃料（例えばパイロット噴射）の噴射量精度が向上する。一方、第１設定圧が第２設定圧よりも高く設定されている場合、すなわち、直動式のアウタニードル（１８）がインナニードル（１９）よりも後に開弁する場合、アウタニードル（１８）の開弁時に噴射される燃料の噴霧（例えばメイン噴射中の後発噴霧）の微粒化が促進される。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の燃料噴射弁において、第１設定圧は第２設定圧よりも低く設定されていることを特徴とする。
【００１３】
これによると、直動式のアウタニードル（１８）がインナニードル（１９）よりも先に開弁し、アウタニードル（１８）の開弁時に噴射される燃料の噴射量精度を向上させることができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の燃料噴射弁において、第１設定圧は第２設定圧よりも高く設定されていることを特徴とする。
【００１５】
これによると、直動式のアウタニードル（１８）がインナニードル（１９）よりも後に開弁し、アウタニードル（１８）の開弁時に噴射される燃料の噴霧の微粒化を促進することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、アクチュエータ（３５）により加圧ピストン（３３）を駆動して圧力を発生させる加圧手段（３３、３５）を備え、加圧手段（３３、３５）の発生圧力によりインナニードル（１９）が開弁向きに付勢されて、加圧手段（３３、３５）の発生圧力が第１設定圧以上になるとインナニードル（１９）が開弁するように構成され、アウタニードル（１８）の反噴口側に形成されたアウタニードル制御室（３６）の燃料の圧力によりアウタニードル（１８）が閉弁向きに付勢されるように構成され、アウタニードル制御室（３６）の高圧燃料を低圧部（９３０）に逃がす逃がし流路（１１２、１２６）と、加圧手段（３３、３５）の発生圧力により作動して、加圧手段（３３、３５）の発生圧力が第２設定圧以上になると逃がし流路（１１２、１２６）を開いてアウタニードル（１８）を開弁させる弁手段（３９、４０、４１、４２、４３）とを備えることを特徴とする。
【００１７】
これによると、アウタニードル（１８）は弁駆動式であるため、２本のニードルがともに直動式である場合よりも、加圧手段（３３、３５）のアクチュエータ（３５）への投入エネルギーを抑制することができる。
【００１８】
また、第１設定圧が第２設定圧よりも低く設定されている場合、すなわち、直動式のインナニードル（１９）がアウタニードル（１８）よりも先に開弁する場合、インナニードル（１９）の開弁時に噴射される燃料（例えばパイロット噴射）の噴射量精度が向上する。一方、第１設定圧が第２設定圧よりも高く設定されている場合、すなわち、直動式のインナニードル（１９）がアウタニードル（１８）よりも後に開弁する場合、インナニードル（１９）の開弁時に噴射される燃料の噴霧（例えばメイン噴射中の後発噴霧）の微粒化が促進される。
【００１９】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の燃料噴射弁において、第１設定圧は第２設定圧よりも低く設定されていることを特徴とする。
【００２０】
これによると、直動式のインナニードル（１９）がアウタニードル（１８）よりも先に開弁するため、インナニードル（１９）の開弁時に噴射される燃料の噴射量精度を向上させることができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明では、請求項４に記載の燃料噴射弁において、第１設定圧は第２設定圧よりも高く設定されていることを特徴とする。
【００２２】
これによると、直動式のインナニードル（１９）がアウタニードル（１８）よりも後に開弁し、インナニードル（１９）の開弁時に噴射される燃料の噴霧の微粒化を促進することができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、加圧手段（３３、３５）は、発生圧力を段階的に上昇させることを特徴とする。
【００２４】
これによると、加圧室（３０）の圧力を段階的に上昇させるため、アウタニードル（１８）およびインナニードル（１９）の開弁タイミングを独立して正確に制御することができる。
【００２５】
請求項８請求項１ないし７のいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、アクチュエータ（３５）は、電荷の充放電により伸縮するピエゾアクチュエータであることを特徴とする。
【００２６】
これによると、アクチュエータ（３５）の充電や放電を段階的に行わせることにより、発生圧力を段階的に上昇または下降させることができる。
【００２７】
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】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁の断面図である。
【図２】図１のＡ部（先端部）を拡大して示す断面図である。
【図３】図１の燃料噴射弁１の要部（中間部）を拡大して示す断面図である。
【図４】図１の燃料噴射弁１の作動例を示すタイムチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁の断面図である。
【図６】図５の燃料噴射弁１の要部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の燃料噴射弁は、コモンレール式燃料噴射装置に用いられる。コモンレール式燃料噴射装置は、図示しない内燃機関（例えば、ディーゼルエンジン。以下、エンジンという）の各気筒に燃料を噴射するシステムであり、燃料噴射弁１、コモンレール９００、サプライポンプ９１０、制御装置９２０、燃料タンク９３０等によって構成される。なお、制御装置９２０は、ＥＣＵ９２１とＥＤＵ９２２で構成される。
【００３１】
サプライポンプ９１０は、燃料タンク９３０内の燃料を吸引するフィードポンプ（図示せず）と、このフィードポンプが吸引した燃料を圧縮してコモンレール９００へ吐出する高圧ポンプ（図示せず）とを備えている。フィードポンプおよび高圧ポンプは、エンジンによって駆動される共通のカムシャフト（図示せず）によって駆動される。
【００３２】
コモンレール９００は、サプライポンプ９１０から供給された燃料を燃料噴射圧に相当するコモンレール圧に維持して蓄える蓄圧容器である。
【００３３】
燃料噴射弁１（詳細後述）は、エンジンの各気筒毎に搭載されて、コモンレール９００から供給される高圧燃料を各気筒内に噴射供給するものである。なお、燃料噴射弁１のリーク燃料は燃料タンク９３０に戻される。
【００３４】
制御装置９２０は、上述したように、ＥＣＵ９２１とＥＤＵ９２２より構成される。ＥＣＵ９２１は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置（すなわち、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路を含んで構成される周知構造のコンピュータよりなる。
【００３５】
ＥＣＵ９２１は、読み込まれたセンサ類の信号（すなわち、エンジンパラメータ：乗員の操作状態およびエンジンの運転状態に応じた信号）に基づいて各種の演算処理を行う。なお、ＥＣＵ９２１には、エンジンパラメータを検出するセンサ類として、アクセル開度を検出するアクセルセンサ、エンジン回転数やクランク角を検出する回転数センサ、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ、コモンレール圧を検出するレール圧センサなど、各種のセンサが接続されている。
【００３６】
ＥＣＵ９２１には、燃料噴射弁１の噴射制御を行うための「充放電制御機能」が搭載されている。この充放電制御機能は、現在の運転状態に応じたタイミングで燃料噴射弁１に搭載されたピエゾアクチュエータ（詳細後述）の充放電を制御する機能であり、予め搭載されたプログラムと、ＥＣＵ９２１に読み込まれた各種センサ信号（エンジンパラメータ）とに基づいて、各噴射毎の「噴射開始時期」、各噴射毎の「噴射期間（噴射量）」等を算出し、噴射開始時期、噴射期間等に基づいて、ピエゾアクチュエータの充電時期・量と放電時期・量を制御する。また、ＥＤＵ９２２は、ＥＣＵ９２１の指令に基づいてピエゾアクチュエータの充電と放電を実行する周知の駆動回路である。
【００３７】
燃料噴射弁１のボディは、ノズルボディ１０、第１〜第４中間ボディ１１〜１４、およびピエゾボディ１５の６部品に分割されており、それらのボディ１０〜１５は噴射弁軸方向に直列に配置されて、リテーニングナット１６によって一体的に保持・固定されている。それらのボディ１０〜１５には、コモンレール９００から供給される高圧燃料をノズルボディ１０の先端側まで導く高圧流路１７が形成されている。
【００３８】
図１〜図３に示すように、ノズルボディ１０には、その先端側の内面にシート面１００が形成されている。また、ノズルボディ１０の先端側には、燃料が噴射される第１噴孔１０１および第２噴孔１０２が形成されている。第１噴孔１０１および第２噴孔１０２は一端がシート面１００に開口している。また、第２噴孔１０２は第１噴孔１０１よりも内周側に配置されている。
【００３９】
ノズルボディ１０内には、筒状のアウタニードル１８が摺動自在に収容されている。このアウタニードル１８は、その先端部（すなわち、噴口側端部）がシート面１００と接離することにより第１噴孔１０１を開閉するようになっている。
【００４０】
アウタニードル１８の後端側（すなわち、反噴口側）近傍は、第１中間ボディ１１に摺動自在に支持されている。また、アウタニードル１８の後端部（すなわち、反噴口側端部）には、径方向外側に突出する鍔部１８０が形成されている。第１中間ボディ１１内には、鍔部１８０よりも噴口側にアウタニードル制御室２０が形成され、アウタニードル１８は、アウタニードル制御室２０の圧力により開弁向きに付勢される。第１中間ボディ１１内には、鍔部１８０よりも反噴口側にアウタニードル背圧室２１が形成され、このアウタニードル背圧室２１は、図示しない通路を介して、低圧部としての燃料タンク９３０（図１参照）に常時接続されている。また、アウタニードル１８は、ノズルボディ１０内の高圧流路１７の圧力により開弁向きに付勢されている。
【００４１】
アウタニードル１８内には、柱状のインナニードル１９が摺動自在に収容されている。このインナニードル１９は、その先端部（すなわち、噴口側端部）がシート面１００と接離することにより第２噴孔１０２を開閉するようになっている。
【００４２】
インナニードル１９の後端側（すなわち、反噴口側）近傍は、第２中間ボディ１２に摺動自在に支持され、インナニードル１９の後端部（すなわち、反噴口側端部）は、第２中間ボディ１２に形成されたインナニードル制御室２２に侵入している。このインナニードル制御室２２には、第２中間ボディ１２に形成された制御室流入通路１２１を介して高圧流路１７から高圧燃料が流入するとともに、インナニードルスプリング２３が配置されている。そして、インナニードル１９は、このインナニードル制御室２２の圧力およびインナニードルスプリング２３により閉弁向きに付勢されている。また、インナニードル１９は、ノズルボディ１０内の高圧流路１７の圧力により開弁向きに付勢されている。インナニードル１９は、その後端側の端面が第３中間ボディ１３に当接する位置までリフト可能になっている。
【００４３】
インナニードル１９の外周側には、円筒状のバランスピストン２４が摺動自在に装着されている。また、バランスピストン２４は、第２中間ボディ１２に摺動自在に支持されている。バランスピストン２４は、噴口側端面がアウタニードル１８に当接している。
【００４４】
第２中間ボディ１２内には、バランスピストン２４よりも反噴口側にバランスピストン背圧室２５が形成され、このバランスピストン背圧室２５には、第２中間ボディ１２に形成された背圧室流入通路１２２を介して高圧流路１７から高圧燃料が流入するようになっている。そして、このバランスピストン背圧室２５の圧力により、バランスピストン２４を介してアウタニードル１８が閉弁向きに付勢されている。
【００４５】
第２中間ボディ１２内においてバランスピストン２４が収納された部位は段付きになっていて、肩部１２３が形成されている。そして、バランスピストン２４がこの肩部１２３に当接する位置まで、アウタニードル１８はリフト可能になっている。
【００４６】
第３中間ボディ１３には、その径方向中心部からずれた位置に弁室２６が形成されている。この弁室２６は、第２中間ボディ１２に形成された制御室流出通路１２４を介してインナニードル制御室２２からの燃料が流入するとともに、第３中間ボディ１３に形成された弁室流出通路１３０等を介して、燃料が燃料タンク９３０に流出するようになっている。なお、制御室流出通路１２４および弁室流出通路１３０は、本発明の逃がし流路を構成している。また、弁室２６には、弁室流出通路１３０を開閉する弁体２７、および、弁体２７を閉弁向きに付勢する弁体スプリング２８が配置されている。
【００４７】
第３中間ボディ１３には、その径方向中心部からずれた位置に、制御ピストン挿入孔１３１が形成されている。また、第３中間ボディ１３には、反噴口側（すなわち、第４中間ボディ１４側）に、制御ピストン挿入孔１３１に連通する加圧室２９が形成されている。この加圧室２９は、第１〜第３中間ボディ１１、１２、１３に形成された連通路１１０、１２５、１３２を介して、アウタニードル制御室２０と連通している。
【００４８】
制御ピストン挿入孔１３１には、制御ピストン３０が摺動自在に挿入されるとともに、制御ピストン３０を加圧室２９側に向かって付勢するピストンスプリング３１が配置されている。制御ピストン３０と弁体２７は、第３中間ボディ１３を貫通して配置されたロッド３２により連絡されている。
【００４９】
そして、制御ピストン３０は、加圧室２９の圧力を受けて弁体２７を開弁向きに付勢するように構成されている。具体的には、加圧室２９の圧力が高くなると、制御ピストン３０は、弁体スプリング２８および制御ピストンスプリング３１に抗して移動する。この制御ピストン３０の移動により、ロッド３２を介して弁体２７が駆動され、弁体２７は弁室流出通路１３０を開くようになっている。なお、弁体２７、弁体スプリング２８、制御ピストン３０、制御ピストンスプリング３１、およびロッド３２は、本発明の弁手段を構成している。
【００５０】
第４中間ボディ１４には、その径方向中心部からずれた位置に、加圧室２９と連通する加圧ピストン挿入孔１４０が形成されている。加圧ピストン挿入孔１４０には、加圧ピストン３３が摺動自在に挿入されるとともに、加圧ピストン３３を後述するアクチュエータ３５側に向かって付勢する加圧ピストンスプリング３４が配置されている。
【００５１】
第４中間ボディ１４に隣接するピエゾボディ１５には、アクチュエータ収容孔１５０が形成され、このアクチュエータ収容孔１５０に、加圧ピストン３３を駆動するアクチュエータ３５が配置されている。具体的には、このアクチュエータ３５は、電荷の充放電により伸縮するピエゾアクチュエータである。そして、アクチュエータ３５に充電されてアクチュエータ３５が伸びることにより、加圧ピストン３３が加圧ピストンスプリング３４に抗して駆動されて、加圧室２９の圧力が上昇するようになっている。なお、アクチュエータ３５および加圧ピストン３３は、本発明の加圧手段を構成している。
【００５２】
ここで、アウタニードル１８は、ノズルボディ１０内の高圧流路１７の圧力により開弁向きに付勢され、アウタニードル制御室２０の圧力により開弁向きに付勢され、バランスピストン背圧室２５の圧力により閉弁向きに付勢される。
【００５３】
そして、アウタニードル１８がノズルボディ１０内で高圧流路１７の圧力を受ける部位の面積をアウタニードル受圧面積とすると、アウタニードル受圧面積よりもバランスピストン２４の受圧面積の方が広いため、アウタニードル受圧面積とバランスピストン２４の受圧面積との面積差に高圧流路１７の圧力（すなわち、コモンレール圧）を乗じた値であるアウタニードル閉弁向き荷重がアウタニードル１８に作用し、アウタニードル制御室２０の圧力が高圧流路１７の圧力よりも充分に低い場合には、アウタニードル１８は閉弁する。
【００５４】
一方、加圧室２９の圧力の上昇に伴ってアウタニードル制御室２０の圧力が上昇し、アウタニードル制御室２０の圧力が第１設定圧以上になると、鍔部１８０の受圧面積とアウタニードル制御室２０の圧力との積であるアウタニードル開弁向き荷重がアウタニードル閉弁向き荷重を上回り、アウタニードル１８が開弁する。このように、アウタニードル１８は、アクチュエータ３５にて発生させた圧力により開弁向きに駆動される直動式である。
【００５５】
また、インナニードル１９は、インナニードル制御室２２の圧力およびインナニードルスプリング２３により閉弁向きに付勢され、ノズルボディ１０内の高圧流路１７の圧力により開弁向きに付勢されている。
【００５６】
そして、前述したように、加圧室２９の圧力が高くなると、制御ピストン３０は、弁体スプリング２８および制御ピストンスプリング３１に抗して弁体２７を駆動し、弁室流出通路１３０を開く。これにより、インナニードル制御室２２の圧力が低下し、インナニードル１９が開弁する。このように、インナニードル１９は、弁体２７が弁室流出通路１３０を開くことによりインナニードル制御室２２の圧力が低下して開弁向きに駆動される弁駆動式である。なお、制御ピストン３０が弁室流出通路１３０を開く際の加圧室２９の圧力を、第２設定圧とする。本実施形態では、第１設定圧は第２設定圧よりも低く設定されている。
【００５７】
次に、本実施形態に係る燃料噴射弁１の作動を、図１〜図４に基づいて説明する。燃料噴射時には、アクチュエータ３５の充電を第１充電と第２充電の２段階に分けて行い、アクチュエータ３５の伸び量を２段階に制御することにより、加圧室２９の圧力を２段階で上昇させる。なお、第１充電により、加圧室２９に第１設定圧以上で第２設定圧未満の圧力が発生するように、第１充電の際の駆動電圧が設定されている。また、第２充電により、加圧室２９に第２設定圧以上の圧力が発生するように、第２充電の際の駆動電圧が設定されている。
【００５８】
まず、制御装置９２０の作動によりアクチュエータ３５に対して第１充電が行われると（図４中ａ１参照）、アクチュエータ３５がハーフ伸張（一段目伸張）する（図４中ａ２参照）。すると、加圧ピストン３３が加圧ピストンスプリング３４に抗して駆動されて、加圧室２９の圧力が第１設定圧以上で第２設定圧未満のレベルまで上昇する。
【００５９】
この加圧室２９の圧力の上昇に伴ってアウタニードル制御室２０の圧力が上昇し、その圧力を受けて、バランスピストン２４が肩部１２３に当接する位置までアウタニードル１８はリフトし（図４中ａ３参照）、第１噴孔１０１から高圧燃料の噴射が開始される。なお、このときには第２噴孔１０２は閉じられているため、噴射率は低くなっている（図４中ａ４参照）。
【００６０】
続いて、制御装置９２０の作動によりアクチュエータ３５に対して第２充電が行われると（図４中ｂ１参照）、アクチュエータ３５が全伸張（二段目伸張）する（図４中ｂ２参照）。すると、加圧ピストン３３が加圧ピストンスプリング３４に抗して駆動されて、加圧室２９の圧力が第２設定圧以上のレベルまで上昇する。
【００６１】
この加圧室２９の圧力を受けて、制御ピストン３０は、ロッド３２を介して弁体２７を開弁向きに駆動する。これにより、弁室流出通路１３０が開かれ、インナニードル制御室２２の高圧燃料は、制御室流出通路１２４、弁室２６、弁室流出通路１３０等を介して、燃料タンク９３０に流出する。この結果、インナニードル制御室２２の圧力が低下し、インナニードル１９はノズルボディ１０内の高圧流路１７の圧力を受けて開弁し（図４中ｂ３参照）、第２噴孔１０２からも高圧燃料が噴射される。このように、第１噴孔１０１および第２噴孔１０２の両方から燃料が噴射されるため、噴射率は高くなる（図４中ｂ４参照）。
【００６２】
続いて、制御装置９２０によってアクチュエータ３５が放電されると、アクチュエータ３５が収縮することにより、加圧ピストン３３は加圧ピストンスプリング３４により押し戻され、加圧室２９の圧力が低下する。
【００６３】
この加圧室２９の圧力が第２設定圧を下回った時点で、弁体２７、制御ピストン３０およびロッド３２は、弁体スプリング２８および制御ピストンスプリング３１により押し戻され、弁体２７が弁室流出通路１３０を閉じて、インナニードル制御室２２の燃料の流出が停止される。したがって、高圧流路１７から制御室流入通路１２１を介してインナニードル制御室２２に流入する高圧燃料により、インナニードル制御室２２の圧力が上昇し、インナニードル１９はインナニードル制御室２２の圧力とインナニードルスプリング２３により押し戻されて閉弁し、第２噴孔１０２からの燃料噴射が停止される。
【００６４】
また、加圧室２９の圧力の低下に伴ってアウタニードル制御室２０の圧力が低下し、加圧室２９の圧力が第１設定圧を下回った時点でアウタニードル１８は閉弁し、第１噴孔１０１からの燃料噴射も停止される。すなわち、燃料噴射が終了する。
【００６５】
本実施形態は、インナニードル１９は弁駆動式であるため、２本のニードルがともに直動式である場合よりも、アクチュエータ３５への投入エネルギーを抑制することができる。
【００６６】
また、メイン噴射の前に、アウタニードル１８のみを開弁させてパイロット噴射を行う場合、アウタニードル１８は直動式であるため、パイロット噴射の噴射量精度が向上する。
【００６７】
さらに、加圧室２９の圧力を段階的に上昇させるため、アウタニードル１８およびインナニードル１９の開弁タイミングを独立して正確に制御することができる。
【００６８】
なお、上記実施形態においては、第１設定圧を第２設定圧よりも高く設定したが、第１設定圧を第２設定圧よりも高く設定してもよい。この場合には、アウタニードル１８がインナニードル１９よりも後に開弁し、直動式のアウタニードル１８の開弁時に噴射される燃料の噴霧（例えばメイン噴射中の後発噴霧）の微粒化を促進することができる。
【００６９】
（第２実施形態）
本実施形態は、アウタニードル１８を弁駆動式とし、インナニードル１９を直動式にしたものである。なお、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００７０】
図５、図６に示すように、第１中間ボディ１１には、アウタニードル制御室３６が形成されている。このアウタニードル制御室３６には、アウタニードル１８を閉弁向きに付勢するアウタニードルスプリング３７が配置されている。また、アウタニードル１８の後端部が第１中間ボディ１１に摺動自在に挿入されていて、アウタニードル制御室３６の圧力がアウタニードル１８の後端面に作用し、アウタニードル１８は、このアウタニードル制御室３６の圧力により閉弁向きに付勢されるようになっている。
【００７１】
第１中間ボディ１１に形成された制御室流入通路１１１を介してアウタニードル制御室３６に高圧流路１７から高圧燃料が流入し、第１中間ボディ１１に形成された制御室流出通路１１２を介してアウタニードル制御室３６の燃料が後述する弁室３８に流出するようになっている。
【００７２】
第２中間ボディ１２には、その径方向中心部からずれた位置に弁室３８が形成されている。この弁室３８は、制御室流出通路１１２を介してアウタニードル制御室３６からの燃料が流入するとともに、第２中間ボディ１２に形成された弁室流出通路１２６等を介して、燃料が燃料タンク９３０に流出するようになっている。なお、制御室流出通路１１２および弁室流出通路１２６は、本発明の逃がし流路を構成している。また、弁室３８には、弁室流出通路１２６を開閉する弁体３９、および、弁体３９を閉弁向きに付勢する弁体スプリング４０が配置されている。
【００７３】
第３中間ボディ１３には、その径方向中心部からずれた位置に、制御ピストン挿入孔１３３が形成されている。この制御ピストン挿入孔１３３には、制御ピストン４１が摺動自在に挿入されるとともに、制御ピストン４１を加圧室２９側に向かって付勢するピストンスプリング４２が配置されている。制御ピストン４１と弁体３９は、第２中間ボディ１２および第３中間ボディ１３を貫通して配置されたロッド４３により連絡されている。
【００７４】
そして、制御ピストン４１は、加圧室２９の圧力を受けて弁体３９を開弁向きに付勢するように構成されている。具体的には、加圧室２９の圧力が高くなると、制御ピストン４１は、弁体スプリング４０および制御ピストンスプリング４２に抗して移動する。この制御ピストン４１の移動により、ロッド４３を介して弁体３９が駆動され、弁体３９は弁室流出通路１２６を開くようになっている。なお、弁体３９、弁体スプリング４０、制御ピストン４１、制御ピストンスプリング４２、およびロッド４３は、本発明の弁手段を構成している。
【００７５】
アウタニードル１８の外周面には肩部１８１が形成されており、この肩部１８１が第１中間ボディ１１に当接する位置までアウタニードル１８はリフト可能になっている。また、アウタニードル１８には、径方向に貫通する連通穴１８２が形成されている。
【００７６】
アウタニードル１８とインナニードル１９との間には、連通穴１８２からノズルボディ１０のシート面１００（図２参照）まで延びるニードル間高圧流路（図示せず）が形成されており、高圧流路１７の燃料が連通穴１８２およびニードル間高圧流路を介してシート面１００まで導かれるようになっている。
【００７７】
インナニードル１９の後端部（すなわち、反噴口側端部）には、径方向外側に突出する鍔部１９０が形成されている。第２中間ボディ１２内には、鍔部１９０よりも噴口側にインナニードル制御室４４が形成されている。このインナニードル制御室４４は、第２中間ボディ１２および第３中間ボディ１３に形成された連通路１２７、１３４を介して加圧室２９と連通しており、インナニードル制御室４４の圧力によりインナニードル１９は開弁向きに付勢される。第２中間ボディ１２内には、鍔部１９０よりも反噴口側にインナニードル背圧室４５が形成され、このインナニードル背圧室４５は、図示しない通路を介して、低圧部としての燃料タンク９３０に常時接続されている。
【００７８】
インナニードル１９の後端部側には、円柱状のバランスピストン４６が配置されており、このバランスピストン４６は、第３中間ボディ１３に摺動自在に支持されている。バランスピストン４６は、噴口側端面がインナニードル１９に当接している。
【００７９】
第３中間ボディ１３内には、バランスピストン４６よりも反噴口側にバランスピストン背圧室４７が形成され、このバランスピストン背圧室４７には、第３中間ボディ１３に形成された背圧室流入通路１３５を介して高圧流路１７から高圧燃料が流入するようになっている。そして、このバランスピストン背圧室４７の圧力により、バランスピストン４６を介してインナニードル１９が閉弁向きに付勢されている。
【００８０】
第３中間ボディ１３内においてバランスピストン４６が収納された部位は段付きになっていて、肩部１３６が形成されている。そして、バランスピストン４６がこの肩部１３６に当接する位置まで、インナニードル１９はリフト可能になっている。
【００８１】
ここで、インナニードル１９は、ノズルボディ１０内の高圧流路１７の圧力により開弁向きに付勢され、インナニードル制御室４４の圧力により開弁向きに付勢され、バランスピストン背圧室４７の圧力により閉弁向きに付勢される。
【００８２】
そして、インナニードル１９がノズルボディ１０内で高圧流路１７の圧力を受ける部位の面積をインナニードル受圧面積とすると、インナニードル受圧面積よりもバランスピストン４６の受圧面積の方が広いため、インナニードル受圧面積とバランスピストン４６の受圧面積との面積差に高圧流路１７の圧力（すなわち、コモンレール圧）を乗じた値であるインナニードル閉弁向き荷重がインナニードル１９に作用し、インナニードル制御室４４の圧力が高圧流路１７の圧力よりも充分に低い場合には、インナニードル１９は閉弁する。
【００８３】
一方、加圧室２９の圧力の上昇に伴ってインナニードル制御室４４の圧力が上昇し、インナニードル制御室４４の圧力が第１設定圧以上になると、鍔部１９０の受圧面積とインナニードル制御室４４の圧力との積であるインナニードル開弁向き荷重がインナニードル閉弁向き荷重を上回り、インナニードル１９が開弁する。このように、インナニードル１９は、アクチュエータ３５にて発生させた圧力により開弁向きに駆動される直動式である。
【００８４】
また、アウタニードル１８は、アウタニードル制御室３６の圧力およびアウタニードルスプリング３７により閉弁向きに付勢され、ノズルボディ１０内の高圧流路１７の圧力により開弁向きに付勢されている。
【００８５】
そして、前述したように、加圧室２９の圧力が高くなると、制御ピストン４１は、弁体スプリング４０および制御ピストンスプリング４２に抗して弁体３９を駆動し、弁室流出通路１２６を開く。これにより、アウタニードル制御室３６の圧力が低下し、アウタニードル１８が開弁する。このように、アウタニードル１８は、弁体３９が弁室流出通路１２６を開くことによりアウタニードル制御室３６の圧力が低下して開弁向きに駆動される弁駆動式である。なお、制御ピストン４１が弁室流出通路１２６を開く際の加圧室２９の圧力を、第２設定圧とする。本実施形態では、第１設定圧は第２設定圧よりも低く設定されている。
【００８６】
本実施形態に係る燃料噴射弁１の作動を説明する。燃料噴射時には、第１実施形態と同様に、アクチュエータ３５に対する第１充電により加圧室２９に第１設定圧以上で第２設定圧未満の圧力を発生させ、アクチュエータ３５に対する第２充電により加圧室２９に第２設定圧以上の圧力を発生させる。
【００８７】
そして、第１充電が行われて加圧室２９の圧力が第１設定圧以上で第２設定圧未満のレベルまで上昇すると、この加圧室２９の圧力の上昇に伴ってインナニードル制御室４４の圧力が上昇し、その圧力を受けて、バランスピストン４６が肩部１３６に当接する位置までインナニードル１９はリフトする。これにより、連通穴１８２およびニードル間高圧流路を介してシート面１００まで導かれていた燃料が第２噴孔１０２（図１参照）から噴射される。なお、このときには第１噴孔１０１（図１参照）は閉じられているため、噴射率は低くなっている。
【００８８】
続いて、第２充電が行われて加圧室２９の圧力が第２設定圧以上のレベルまで上昇すると、この加圧室２９の圧力を受けて、制御ピストン４１は、ロッド４３を介して弁体３９を開弁向きに駆動する。これにより、弁室流出通路１２６が開かれ、アウタニードル制御室３６の高圧燃料は、制御室流出通路１１２、弁室３８、弁室流出通路１２６等を介して、燃料タンク９３０に流出する。この結果、アウタニードル制御室３６の圧力が低下し、アウタニードル１８はノズルボディ１０内の高圧流路１７の圧力を受けて開弁し、第１噴孔１０１からも高圧燃料が噴射される。このように、第２噴孔１０２および第１噴孔１０１の両方から燃料が噴射されるため、噴射率は高くなる。
【００８９】
続いて、アクチュエータ３５が放電されて加圧室２９の圧力が低下すると、この加圧室２９の圧力が第２設定圧を下回った時点で、弁体３９、制御ピストン４１およびロッド４３は、弁体スプリング４０および制御ピストンスプリング４２により押し戻され、弁体３９が弁室流出通路１２６を閉じて、アウタニードル制御室３６の燃料の流出が停止される。したがって、高圧流路１７から制御室流入通路１１１を介してアウタニードル制御室３６に流入する高圧燃料により、アウタニードル制御室３６の圧力が上昇し、アウタニードル１８はアウタニードル制御室３６の圧力とアウタニードルスプリング３７により押し戻されて閉弁し、第１噴孔１０１からの燃料噴射が停止される。
【００９０】
また、加圧室２９の圧力の低下に伴ってインナニードル制御室４４の圧力が低下し、加圧室２９の圧力が第１設定圧を下回った時点でインナニードル１９は閉弁し、第２噴孔１０２からの燃料噴射も停止される。すなわち、燃料噴射が終了する。
【００９１】
本実施形態は、アウタニードル１８は弁駆動式であるため、２本のニードルがともに直動式である場合よりも、アクチュエータ３５への投入エネルギーを抑制することができる。
【００９２】
また、メイン噴射の前に、インナニードル１９のみを開弁させてパイロット噴射を行う場合、インナニードル１９は直動式であるため、パイロット噴射の噴射量精度が向上する。
【００９３】
なお、上記実施形態においては、第１設定圧を第２設定圧よりも高く設定したが、第１設定圧を第２設定圧よりも高く設定してもよい。この場合には、インナニードル１９がアウタニードル１８よりも後に開弁し、直動式のインナニードル１９の開弁時に噴射される燃料の噴霧（例えばメイン噴射中の後発噴霧）の微粒化を促進することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１０    ノズルボディ
１８    アウタニードル
１９    インナニードル
２７    弁体（弁手段）
２８    弁体スプリング（弁手段）
３０    制御ピストン（弁手段）
３１    制御ピストンスプリング（弁手段）
３２    ロッド（弁手段）
３３    加圧ピストン（加圧手段）
３５    アクチュエータ（加圧手段）
１０１  第１噴孔
１０２  第２噴孔
１２４  制御室流出通路（逃がし流路）
１３０  弁室流出通路（逃がし流路）
９３０  燃料タンク（低圧部）
【図１】
2010174781.tif 000003
【図２】
2010174781.tif 000004
【図３】
2010174781.tif 000005
【図４】
2010174781.tif 000006
【図５】
2010174781.tif 000007
【図６】
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