(57)【要約】【課題】変位拡大率を変化させる直動式の燃料噴射弁を、ピエゾアクチュエータの伸長に伴って（すなわち、電荷を充電して）開弁させる方式で実現して、エネルギ効率を良くしつつ、ピエゾアクチュエータの信頼性を向上させる。【解決手段】ピエゾアクチュエータ１４の伸長に伴って、シリンダ２２は第２ガイド孔２２１がピストン部２１０から遠ざかる向きに駆動され、第１油密室２６の容積が拡大されて第１油密室２６の圧力が低下する。この第１油密室２６の圧力低下により、引き上げ部材２３がノズルニードル１３を開弁向きに駆動する。この引き上げ部材２３の移動に伴って第２油密室２７の容積が拡大されて第２油密室２７の圧力が低下し、この第２油密室２７の圧力低下によりノズルニードル１３は引き続き開弁向きに駆動される。このときの引き上げ部材２３の移動量よりもノズルニードル１３の移動量が大きくなるように、変位拡大率を設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧燃料が流通する高圧燃料通路（１００、１１０）およびこの高圧燃料通路（１００、１１０）に接続された噴孔（１０１）がボデー（１０、１１、１１ａ、１１ｂ）に形成され、前記噴孔（１０１）をノズルニードル（１３）の先端面にて開閉する燃料噴射弁であって、
電荷の充放電により伸縮するピエゾアクチュエータ（１４）と、
前記ピエゾアクチュエータ（１４）にて駆動される被駆動部材（２２、３０）と、
前記ボデー（１０、１１、１１ａ、１１ｂ）に対する位置が固定されるとともに、前記被駆動部材（２２、３０）に摺動自在に組み付けられた固定部材（２１、３１）と、
前記ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長に伴って減圧される第１油密室（２６、３５）を前記被駆動部材（２２、３０）および前記固定部材（２１、３１）と協同して形成するとともに、前記第１油密室（２６、３５）の圧力が低下したときに前記ノズルニードル（１３）に係合して前記ノズルニードル（１３）を開弁向きに駆動する引き上げ部材（２３、３２）とを備え、
前記第１油密室（２６、３５）の圧力低下による前記引き上げ部材（２３、３２）の移動に伴って減圧される第２油密室（２７、３６）が前記引き上げ部材（２３、３２）を含む部材によって区画形成され、
前記第２油密室（２７、３６）に前記ノズルニードル（１３）の後端部が挿入されて、前記第２油密室（２７、３６）の圧力が低下したときに前記ノズルニードル（１３）が開弁向きに駆動される構成であり、
さらに、前記被駆動部材（２２、３０）のうち前記第１油密室（２６、３５）の圧力を受ける部位の面積を第１受圧面積、前記引き上げ部材（２３、３２）のうち前記第１油密室（２６、３５）の圧力を受ける部位の面積を第２受圧面積、前記引き上げ部材（２３、３２）のうち前記第２油密室（２７、３６）の圧力を受ける部位の面積を第３受圧面積、前記ノズルニードル（１３）のうち前記第２油密室（２７、３６）の圧力を受ける部位の面積を第４受圧面積、第１受圧面積／第２受圧面積＝第１変位拡大率、第１変位拡大率×第３受圧面積／第４受圧面積＝第２変位拡大率としたとき、第１変位拡大率よりも第２変位拡大率が大きく設定されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記被駆動部材（２２）は、筒状の部材であって、被駆動部材第１ガイド孔（２２０）および前記被駆動部材第１ガイド孔（２２０）よりも小径の被駆動部材第２ガイド孔（２２１）が形成され、
前記固定部材（２１）は、円柱状のピストン部（２１０）が前記被駆動部材第１ガイド孔（２２０）に摺動自在に挿入され、
前記引き上げ部材（２３）は、有底筒状の部材であって、底部側の円筒部（２３０）が前記被駆動部材第２ガイド孔（２２１）に摺動自在に挿入され、
前記ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長に伴って前記被駆動部材（２２）は前記被駆動部材第２ガイド孔（２２１）が前記ピストン部（２１０）から遠ざかる向きに駆動され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３】
前記引き上げ部材（２３）は、底部を有する第１円筒部（２３０）および前記第１円筒部（２３０）よりも大径の第２円筒部（２３１）が形成され、
前記第１円筒部（２３０）が前記被駆動部材第２ガイド孔（２２１）に摺動自在に挿入されるとともに、前記第２円筒部（２３１）が前記ボデー（１０、１１ａ、１１ｂ）に摺動自在に挿入され、
前記第２油密室（２７）は、前記引き上げ部材（２３）と前記ボデー（１０、１１ａ、１１ｂ）とによって区画形成され、
前記第３受圧面積よりも前記第４受圧面積が小さく設定され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】
前記固定部材（３１）は、有底筒状の部材であって、筒部に固定部材第１ガイド孔（３１０）が形成されるとともに、底部に前記固定部材第１ガイド孔（３１０）よりも小径の固定部材第２ガイド孔（３１１）が形成され、
前記引き上げ部材（３２）は、前記固定部材第２ガイド孔（３１１）よりも大径の引き上げ部材ガイド孔（３２０）が形成された筒状の部材であって、前記固定部材第１ガイド孔（３１０）に摺動自在に挿入され、
前記被駆動部材（３０）は、柱状の部材であって、前記引き上げ部材ガイド孔（３２０）に摺動自在に挿入される第１ピストン部（３００）、および前記固定部材第２ガイド孔（３１１）に摺動自在に挿入されるとともに一端が前記固定部材第２ガイド孔（３１１）から突出して前記ピエゾアクチュエータ（１４）に当接する第２ピストン部（３０１）を備え、
前記ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長に伴って前記被駆動部材（３０）は前記第１ピストン部（３００）が前記固定部材第２ガイド孔（３１１）から遠ざかる向きに駆動され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】
前記固定部材（３１）は、反底部側の開口端面が前記ボデー（１０）に当接し、
前記第２油密室（３６）は、前記固定部材（３１）と前記引き上げ部材（３２）と前記ボデー（１０）とによって区画形成され、
前記第３受圧面積よりも前記第４受圧面積が小さ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。
【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】
ピエゾアクチュエータの駆動力を油圧もしくは機械的な機構を介してノズルニードルへ伝えることでノズルニードルを駆動する燃料噴射弁を、直動式と称している。そして、直動式の燃料噴射弁においては、開弁開始時にはノズルニードルを駆動するために大きな力を必要とする。また、開弁後のノズルリフト時には、ノズルニードルを閉弁向きに付勢する圧力とノズルニードルを開弁向きに付勢する圧力とがバランスするため、大きな駆動力は必要がないが、ノズルニードルの大きな変位量を確保する必要がある。
【０００３】
特許文献１に示された燃料噴射弁は、直動式の燃料噴射弁であり、電荷を充電してピエゾアクチュエータを伸長させることによりノズルニードルを閉弁向きに駆動し、電荷を放電させてピエゾアクチュエータを収縮させることによりノズルニードルを開弁向きに駆動するようになっている。
【０００４】
また、この特許文献１に示された燃料噴射弁は、開弁開始時の変位拡大率（但し、変位拡大率＝ノズルニードルの変位量／ピエゾアクチュエータの伸縮量）よりも開弁後の変位拡大率が大きくなるようにしているため、開弁開始時には大きな駆動力が得られ、開弁後のノズルリフト時にはノズルニードルの大きな変位量を確保することができる。その結果、変位拡大率が一定の燃料噴射弁よりも、ピエゾアクチュエータへの充電エネルギを少なくすることができる。すなわち、エネルギ効率を良くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６７７６３５４号明細書
【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に電荷を充電して閉弁させる方式の場合、内燃機関の運転中には、ピエゾアクチュエータが高電圧になっている時間が、ピエゾアクチュエータが低電圧になっている時間よりも長くなるため、ピエゾアクチュエータが絶縁破壊を生じやすく、ピエゾアクチュエータの信頼性（耐久性等）の面で望ましくない。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、変位拡大率を変化させてエネルギ効率を良くする直動式の燃料噴射弁において、ピエゾアクチュエータの信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電荷の充放電により伸縮するピエゾアクチュエータ（１４）と、ピエゾアクチュエータ（１４）にて駆動される被駆動部材（２２、３０）と、ボデー（１０、１１、１１ａ、１１ｂ）に対する位置が固定されるとともに、被駆動部材（２２、３０）に摺動自在に組み付けられた固定部材（２１、３１）と、ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長に伴って減圧される第１油密室（２６、３５）を被駆動部材（２２、３０）および固定部材（２１、３１）と協同して形成するとともに、第１油密室（２６、３５）の圧力が低下したときにノズルニードル（１３）に係合してノズルニードル（１３）を開弁向きに駆動する引き上げ部材（２３、３２）とを備え、第１油密室（２６、３５）の圧力低下による引き上げ部材（２３、３２）の移動に伴って減圧される第２油密室（２７、３６）が引き上げ部材（２３、３２）を含む部材によって区画形成され、第２油密室（２７、３６）にノズルニードル（１３）の後端部が挿入されて、第２油密室（２７、３６）の圧力が低下したときにノズルニードル（１３）が開弁向きに駆動される構成であり、さらに、被駆動部材（２２、３０）のうち第１油密室（２６、３５）の圧力を受ける部位の面積を第１受圧面積、引き上げ部材（２３、３２）のうち第１油密室（２６、３５）の圧力を受ける部位の面積を第２受圧面積、引き上げ部材（２３、３２）のうち第２油密室（２７、３６）の圧力を受ける部位の面積を第３受圧面積、ノズルニードル（１３）のうち第２油密室（２７、３６）の圧力を受ける部位の面積を第４受圧面積、第１受圧面積／第２受圧面積＝第１変位拡大率、第１変位拡大率×第３受圧面積／第４受圧面積＝第２変位拡大率としたとき、第１変位拡大率よりも第２変位拡大率が大きく設定されていることを特徴とする。
【０００９】
これによると、変位拡大率を変化させる直動式の燃料噴射弁を、ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長に伴って（すなわち、電荷を充電して）開弁させる方式で実現させているため、エネルギ効率を良くしつつ、ピエゾアクチュエータ（１４）の信頼性を向上させることができる。
【００１０】
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、被駆動部材（２２）は、筒状の部材であって、被駆動部材第１ガイド孔（２２０）および被駆動部材第１ガイド孔（２２０）よりも小径の被駆動部材第２ガイド孔（２２１）が形成され、固定部材（２１）は、円柱状のピストン部（２１０）が被駆動部材第１ガイド孔（２２０）に摺動自在に挿入され、引き上げ部材（２３）は、有底筒状の部材であって、底部側の円筒部（２３０）が被駆動部材第２ガイド孔（２２１）に摺動自在に挿入され、ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長に伴って被駆動部材（２２）は被駆動部材第２ガイド孔（２２１）がピストン部（２１０）から遠ざかる向きに駆動されるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
これによると、ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長に伴って第１油密室（２６）の容積が拡大されて第１油密室（２６）が減圧される。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の燃料噴射弁において、引き上げ部材（２３）は、底部を有する第１円筒部（２３０）および第１円筒部（２３０）よりも大径の第２円筒部（２３１）が形成され、第１円筒部（２３０）が被駆動部材第２ガイド孔（２２１）に摺動自在に挿入されるとともに、第２円筒部（２３１）がボデー（１０、１１ａ、１１ｂ）に摺動自在に挿入され、第２油密室（２７）は、引き上げ部材（２３）とボデー（１０、１１ａ、１１ｂ）とによって区画形成され、第３受圧面積よりも第４受圧面積が小さく設定されていることを特徴とする。
【００１３】
これによると、第１変位拡大率よりも第２変位拡大率が大きくなるため、開弁行程の途中からは引き上げ部材（２３）の移動量よりもノズルニードル（１３）の移動量が大きくなり、ノズルニードル（１３）の変位量を十分に確保することができる。
【００１４】
請求項４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、固定部材（３１）は、有底筒状の部材であって、筒部に固定部材第１ガイド孔（３１０）が形成されるとともに、底部に固定部材第１ガイド孔（３１０）よりも小径の固定部材第２ガイド孔（３１１）が形成され、引き上げ部材（３２）は、固定部材第２ガイド孔（３１１）よりも大径の引き上げ部材ガイド孔（３２０）が形成された筒状の部材であって、固定部材第１ガイド孔（３１０）に摺動自在に挿入され、被駆動部材（３０）は、柱状の部材であって、引き上げ部材ガイド孔（３２０）に摺動自在に挿入される第１ピストン部（３００）、および固定部材第２ガイド孔（３１１）に摺動自在に挿入されるとともに一端が固定部材第２ガイド孔（３１１）から突出してピエゾアクチュエータ（１４）に当接する第２ピストン部（３０１）を備え、ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長に伴って被駆動部材（３０）は第１ピストン部（３００）が固定部材第２ガイド孔（３１１）から遠ざかる向きに駆動されるように構成されていることを特徴とする。
【００１５】
これによると、ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長に伴って第１油密室（３５）の容積が拡大されて第１油密室（３５）が減圧される。
【００１６】
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、固定部材（３１）は、反底部側の開口端面がボデー（１０）に当接し、第２油密室（３６）は、固定部材（３１）と引き上げ部材（３２）とボデー（１０）とによって区画形成され、第３受圧面積よりも第４受圧面積が小さく設定されていることを特徴とする。
【００１７】
これによると、第１変位拡大率よりも第２変位拡大率が大きくなるため、開弁行程の途中からは引き上げ部材（３２）の移動量よりもノズルニードル（１３）の移動量が大きくなり、ノズルニードル（１３）の変位量を十分に確保することができる。
【００１８】
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】
【００１９】
【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正面断面図である。
【図２】（ａ）は図１のプッシュプレート２０の正面図、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図３】図１のピストン２１の下面図である。
【図４】ノズルニードルに対して開弁向きに作用する荷重とノズルニードルの変位量との関係を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
（第１実施形態）
本実施形態の燃料噴射弁は、内燃機関（より詳細にはディーゼルエンジン、図示せず）のシリンダヘッドに装着され、蓄圧器（図示せず）内に蓄えられた高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴射するものである。
【００２２】
図１に示すように、燃料噴射弁のボデーは、略円筒状のノズルボデー１０と略円筒状の第１ピエゾボデー１１ａと略円筒状の第２ピエゾボデー１１ｂに分割されており、それらのボデー１０、１１ａ、１１ｂは噴射弁軸方向に直列に配置されて、略円筒状のリテーニングナット１２によって一体的に保持されている。
【００２３】
ピエゾボデー１１ａ、１１ｂには、蓄圧器から供給される高圧燃料が流通する上流側高圧燃料通路１１０が形成されている。ノズルボデー１０には、上流側高圧燃料通路１１０を介して供給される高圧燃料をノズルボデー１０の先端側まで導く下流側高圧燃料通路１００が形成されている。
【００２４】
ノズルボデー１０の先端側には、下流側高圧燃料通路１００を介して供給される高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させる噴孔１０１が形成されている。また、ノズルボデー１０の先端側には、噴孔１０１の上流側にボデーシート部１０２が形成されている。
【００２５】
噴孔１０１を開閉する略円柱状のノズルニードル１３は、円柱状のニードル第１ピストン部１３０がノズルボデー１０のノズルボデーガイド孔１０３に摺動自在に保持されている。ノズルニードル１３には、噴孔１０１側の端部（すなわち先端部）にテーパ状のニードルシート部１３１が形成されており、ノズルニードル１３の往復動に伴ってニードルシート部１３１がボデーシート部１０２に接離することにより噴孔１０１が開閉される。
【００２６】
ノズルニードル１３の反噴孔側端部（すなわち後端部）は、ノズルボデー１０の反噴孔側端面（以下、ノズルボデー後端面という）１０４から突出しており、このノズルニードル１３の反噴孔側端部には、径方向外側に突出するニードルフランジ部１３２が形成されている。
【００２７】
上流側高圧燃料通路１１０には、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ピエゾアクチュエータ１４が収容されている。また、上流側高圧燃料通路１１０には、プッシュプレート２０、ピストン２１、シリンダ２２、および引き上げ部材２３が配置されている。
【００２８】
図２に示すように、プッシュプレート２０は、円柱状の円板部２００と、この円板部２００の一端面から軸方向に突出する円柱状の脚部２０１とを備えている。この脚部２０１は、周方向に沿って３個設けられている。
【００２９】
図３に示すように、固定部材としてのピストン２１は、円柱状のピストン部２１０、およびピストン部２１０から径方向外側に突出するフランジ部２１１を備えている。このフランジ部２１１には、脚部通し孔２１２が周方向に沿って３個所に形成されている。
【００３０】
図１に示すように、ピストン２１は、フランジ部２１１の外周部が第１ピエゾボデー１１ａと第２ピエゾボデー１１ｂとによって挟持され、これによりピエゾボデー１１ａ、１１ｂに対してピストン２１が位置決め固定されている。
【００３１】
プッシュプレート２０は、円板部２００がピエゾアクチュエータ１４に当接している。また、脚部２０１は、ピストン２１の脚部通し孔２１２を貫通して先端部がシリンダ２２に当接している。そして、ピエゾアクチュエータ１４の伸長時には、ピエゾアクチュエータ１４によりプッシュプレート２０を介してシリンダ２２が駆動されるようになっている。
【００３２】
被駆動部材としてのシリンダ２２は円筒状であり、シリンダ２２には、被駆動部材第１ガイド孔２２０、および被駆動部材第１ガイド孔２２０よりも小径の被駆動部材第２ガイド孔２２１が形成されている。そして、ピストン２１のピストン部２１０が、被駆動部材第１ガイド孔２２０に摺動自在に挿入されている。
【００３３】
引き上げ部材２３には、第１円筒部２３０、および第１円筒部２３０よりも大径の第２円筒部２３１が形成されている。引き上げ部材２３は有底円筒状であり、第１円筒部２３０の一端に底部を有し、第２円筒部２３１の一端が開口している。そして、第１円筒部２３０が、シリンダ２２の被駆動部材第２ガイド孔２２１に摺動自在に挿入されている。また、第２円筒部２３１が、第２ピエゾボデー１１ｂに形成されたピエゾボデーガイド孔１１１に摺動自在に挿入されている。さらに、第２円筒部２３１の開口端部側には、径方向内側に突出する爪部２３２が形成されている。
【００３４】
シリンダ２２と引き上げ部材２３との間には、第１スプリング２４が挟持されており、この第１スプリング２４は、シリンダ２２をピエゾアクチュエータ１４に向かって付勢している。また、引き上げ部材２３とノズルニードル１３との間には、第２スプリング２５が挟持されており、この第２スプリング２５は、引き上げ部材２３をピストン部２１０側に向かって付勢している。
【００３５】
シリンダ２２とピストン２１のピストン部２１０と引き上げ部材２３の第１円筒部２３０とによって、第１油密室２６が形成されている。また、引き上げ部材２３とピエゾボデーガイド孔１１１とノズルボデー後端面１０４とによって、第２油密室２７が形成されている。
【００３６】
そして、第２油密室２７にノズルニードル１３の後端部が挿入されている。また、第２油密室２７内において引き上げ部材２３の内部空間にノズルニードル１３のニードルフランジ部１３２が侵入していて、引き上げ部材２３の爪部２３２がニードルフランジ部１３２と係合可能になっている。
【００３７】
ここで、被駆動部材第１ガイド孔２２０の内径（＝ピストン部２１０の外径）をｄ１、被駆動部材第２ガイド孔２２１の内径（＝第１円筒部２３０の外径）をｄ２、第２円筒部２３１の外径（＝ピエゾボデーガイド孔１１１の内径）をｄ３、ニードル第１ピストン部１３０の外径をｄ４とする。
【００３８】
また、シリンダ２２のうち第１油密室２６の圧力を受ける部位の面積を第１受圧面積Ａ１、引き上げ部材２３のうち第１油密室２６の圧力を受ける部位の面積を第２受圧面積Ａ２、引き上げ部材２３のうち第２油密室２７の圧力を受ける部位の面積を第３受圧面積Ａ３、ノズルニードル１３のうち第２油密室２７の圧力を受ける部位の面積を第４受圧面積Ａ４とする。因みに、Ａ１＝π／４×（ｄ１2−ｄ２2）、Ａ２＝π／４×ｄ２2、Ａ３＝π／４×ｄ３2、Ａ４＝π／４×ｄ４2、である。
【００３９】
さらに、Ａ１／Ａ２を第１変位拡大率λ１、λ１×Ａ３／Ａ４を第２変位拡大率λ２とする。そして、本実施形態では、第２円筒部２３１の外径ｄ３よりもニードル第１ピストン部１３０の外径ｄ４が小さいため、すなわち、第３受圧面積Ａ３よりも第４受圧面積Ａ４が小さいため、第１変位拡大率λ１よりも第２変位拡大率λ２が大である。
【００４０】
次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。図１は燃料噴射弁の閉弁状態を示している。このときには、ピエゾアクチュエータ１４は電荷が放電されて収縮している。そして、ノズルニードル１３は、第２油密室２７の圧力により閉弁向きに付勢され、ニードルシート部１３１がボデーシート部１０２に当接して噴孔１０１を閉じている。
【００４１】
次に、ピエゾアクチュエータ１４に電荷が充電されると、ピエゾアクチュエータ１４が伸長し、プッシュプレート２０を介してシリンダ２２が駆動される。より詳細には、ピエゾアクチュエータ１４の伸長に伴って、シリンダ２２は被駆動部材第２ガイド孔２２１がピストン部２１０から遠ざかる向きに駆動される。
【００４２】
そして、被駆動部材第１ガイド孔２２０の内径ｄ１よりも被駆動部材第２ガイド孔２２１の内径ｄ２が小さいため、このシリンダ２２の移動に伴って第１油密室２６の容積が拡大されて第１油密室２６の圧力が低下する。
【００４３】
この第１油密室２６の圧力低下により、引き上げ部材２３はピストン部２１０側に向かって駆動される。そして、引き上げ部材２３の爪部２３２がニードルフランジ部１３２と係合しているため、この引き上げ部材２３の移動に伴ってノズルニードル１３が開弁向きに駆動され、ニードルシート部１３１がボデーシート部１０２から離れて噴孔１０１が開かれ、内燃機関の気筒内への燃料噴射が開始される。
【００４４】
この引き上げ部材２３の移動に伴って第２油密室２７の容積が拡大されて第２油密室２７の圧力が低下し、この第２油密室２７の圧力低下によりノズルニードル１３は引き続き開弁向きに駆動される。そして、第１変位拡大率λ１よりも第２変位拡大率λ２が大であるため、引き上げ部材２３の移動量よりもノズルニードル１３の移動量が大きくなり、ノズルニードル１３は爪部２３２から離れて全開位置まで移動する。
【００４５】
その後、ピエゾアクチュエータ１４から電荷が放電されると、ピエゾアクチュエータ１４が収縮し、プッシュプレート２０およびシリンダ２２が第１スプリング２４によりピエゾアクチュエータ１４側に押し戻される。これにより、第１油密室２６の容積が縮小されて第１油密室２６の圧力が上昇し、引き上げ部材２３は反ピストン部側に向かって駆動される。この引き上げ部材２３の移動に伴って第２油密室２７の容積が縮小されて第２油密室２７の圧力が上昇し、ノズルニードル１３は閉弁向きに駆動され、ニードルシート部１３１がボデーシート部１０２に当接して噴孔１０１が閉じられ、燃料噴射が終了する。
【００４６】
次に、ピエゾアクチュエータ１４に充電した際の、ノズルニードル１３に対して開弁向きに作用する荷重（開弁駆動力）とノズルニードル１３の変位量とに関する特性について、変位拡大率を変化させる燃料噴射弁の場合の特性と、変位拡大率が一定の燃料噴射弁の場合の特性を説明する。
【００４７】
図４に示すように、開弁開始時には点ａのように大きな荷重が要求され、開弁後のノズルリフト時には点ｂのようにノズルニードル１４の大きな変位量が要求される。
【００４８】
本実施形態の燃料噴射弁においては、ピエゾアクチュエータ１４への充電エネルギを所定値に制御した場合、開弁開始時には第１変位拡大率λ１となるため線ｃのような大きな荷重が得られる特性となり、開弁後のノズルリフト時には第２変位拡大率λ２となるため線ｄのようなノズルニードル１４の大きな変位量が得られる特性となる。そして、第１変位拡大率λ１および第２変位拡大率λ２を適宜に設定することにより、点ａを通る特性と点ｂを通る特性とを設定することができる。
【００４９】
一方、変位拡大率が一定の燃料噴射弁の場合は、ピエゾアクチュエータへの充電エネルギを本実施形態の場合と同じ値にすると、線ｅのように、開弁開始時の要求荷重および開弁後のノズルリフト時の要求変位量のいずれも達成できない。そして、変位拡大率が一定の燃料噴射弁において、点ａ、ｂをともに通る特性ｆを得ようとすると、ピエゾアクチュエータへの充電エネルギを本実施形態の場合よりも多くしなければならない。
【００５０】
したがって、変位拡大率を変化させる燃料噴射弁の方が、変位拡大率が一定の燃料噴射弁よりも、ピエゾアクチュエータ１４への充電エネルギを少なくすることができる。
【００５１】
以上述べたように、本実施形態では、第１変位拡大率λ１よりも第２変位拡大率λ２を大きく設定しているため、開弁開始時には大きな駆動力が得られ、また、開弁後のノズルリフト時にはノズルニードル１３の変位量を十分に確保することができる。その結果、変位拡大率が一定の燃料噴射弁よりも、ピエゾアクチュエータ１４への充電エネルギを少なくすることができる。すなわち、エネルギ効率を良くすることができる。
【００５２】
また、変位拡大率を変化させる直動式の燃料噴射弁を、ピエゾアクチュエータ１４の伸長に伴って（すなわち、電荷を充電して）開弁させる方式で実現しているため、エネルギ効率を良くしつつ、ピエゾアクチュエータ１４の信頼性を向上させることができる。
【００５３】
（第２実施形態）
本実施形態は、第１油密室や第２油密室を形成する部材の構成が第１実施形態と異なっている。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。
【００５４】
図５に示すように、ノズルニードル１３は、噴孔１０１を開閉する略円柱状のニードル第１部材１３ａと、ニードル第２部材１３ｂとに分割されている。ニードル第１部材１３ａの反噴孔側端部（すなわち後端部）には、引き上げ部材３２（詳細後述）に摺動自在に挿入されるニードル第２ピストン部１３３が形成されている。ニードル第２部材１３ｂは、引き上げ部材３２と係合可能なニードルフランジ部１３２および引き上げ部材３２に摺動自在に挿入されるニードル第３ピストン部１３４を備えている。ピエゾボデー１１は、第１実施形態では２つに分割されていたが、本実施形態では一体化されている。
【００５５】
上流側高圧燃料通路１１０には、ピエゾアクチュエータ１４にて駆動される被駆動部材としてのピストン３０が配置されている。ピストン３０は、円柱状の第１ピストン部３００、および第１ピストン部３００よりも小径の第２ピストン部３０１を備えている。
【００５６】
また、上流側高圧燃料通路１１０には、固定部材としてのシリンダ３１が配置されている。シリンダ３１は有底筒状であり、シリンダ３１には、筒部に固定部材第１ガイド孔３１０が形成されるとともに、底部に固定部材第１ガイド孔３１０よりも小径の固定部材第２ガイド孔３１１が形成されている。この固定部材第２ガイド孔３１１は、底部を貫通している。シリンダ３１の筒部の軸方向中間部には、筒部の内外を連通させる固定部材連通孔３１２が形成されている。シリンダ３１は、底部がピエゾアクチュエータ１４側に位置し、反底部側の開口端面がノズルボデー後端面１０４に気密的に当接している。
【００５７】
そして、固定部材第２ガイド孔３１１に、ピストン３０の第２ピストン部３０１が摺動自在に挿入されている。この第２ピストン部３０１は、一端が固定部材第２ガイド孔３１１から突出してピエゾアクチュエータ１４に当接している。
【００５８】
固定部材第１ガイド孔３１０には、円筒状の引き上げ部材３２が摺動自在に挿入されている。この引き上げ部材３２は、その軸方向長さが固定部材第１ガイド孔３１０の軸方向長さよりも短くなっており、引き上げ部材３２全体が固定部材第１ガイド孔３１０内に収容されている。
【００５９】
引き上げ部材３２には、固定部材第２ガイド孔３１１よりも大径の引き上げ部材第１ガイド孔３２０、および引き上げ部材第１ガイド孔３２０よりも小径の引き上げ部材第２ガイド孔３２１が形成されている。以下、引き上げ部材３２において引き上げ部材第１ガイド孔３２０が形成された円筒部を第１円筒部３２２といい、引き上げ部材３２において引き上げ部材第２ガイド孔３２１が形成された円筒部を第２円筒部３２３という。
【００６０】
引き上げ部材３２は、第１円筒部３２２がシリンダ３１の底部側に位置し、第２円筒部３２３がシリンダ３１の開口部側に位置するようにして、配置されている。第１円筒部３２２には、引き上げ部材３２の内外を連通させる引き上げ部材連通孔３２４が形成されている。この引き上げ部材連通孔３２４は、固定部材連通孔３１２と常時連通している。
【００６１】
引き上げ部材第１ガイド孔３２０に、ピストン３０の第１ピストン部３００が摺動自在に挿入されている。引き上げ部材第１ガイド孔３２０内において、第１ピストン部３００よりも引き上げ部材第２ガイド孔３２１側に、ニードル第２部材１３ｂのニードルフランジ部１３２が配置されている。引き上げ部材第２ガイド孔３２１に、ニードル第１部材１３ａのニードル第２ピストン部１３３が摺動自在に挿入されるともに、ニードル第２部材１３ｂのニードル第３ピストン部１３４が摺動自在に挿入されている。そして、引き上げ部材第１ガイド孔３２０と引き上げ部材第２ガイド孔３２１との境界部は段付き形状になっており、その段付き部３２５がニードルフランジ部１３２と係合可能になっている。
【００６２】
ピエゾアクチュエータ１４とシリンダ３１との間には、第１スプリング３３が挟持されており、この第１スプリング３３は、シリンダ３１をノズルボデー１０に向かって付勢している。また、引き上げ部材３２とノズルボデー１０との間には、第２スプリング３４が挟持されており、この第２スプリング３４は、段付き部３２５がニードルフランジ部１３２に係合する向きに引き上げ部材３２を付勢している。さらに、ピストン３０とニードル第２部材１３ｂとの間には、第３スプリング３９が挟持されており、この第３スプリング３９は、ニードル第２部材１３ｂをニードル第１部材１３ａに向かって付勢している。
【００６３】
ピストン３０とシリンダ３１と引き上げ部材３２とによって、第１油密室３５が形成されている。また、シリンダ３１と引き上げ部材３２とノズルボデー１０とニードル第１部材１３ａとによって、第２油密室３６が形成されている。そして、第２油密室２７にニードル第１ピストン部１３０の一部およびニードル第２ピストン部１３３の一部が挿入されている。
【００６４】
引き上げ部材３２とニードル第１部材１３ａとニードル第２部材１３ｂとによって、第３油密室３７が形成されている。また、引き上げ部材３２とピストン３０とニードル第２部材１３ｂとによって、油室３８が形成されている。この油室３８にニードルフランジ部１３２が配置されるとともに、油室３８は引き上げ部材連通孔３２４および固定部材連通孔３１２を介して上流側高圧燃料通路１１０に常時連通している。
【００６５】
ここで、固定部材第１ガイド孔３１０の内径（＝引き上げ部材３２の外径）をｄ１１、固定部材第２ガイド孔３１１の内径（＝第２ピストン部３０１の外径）をｄ１２、引き上げ部材第１ガイド孔３２０の内径（＝第１ピストン部３００の外径）をｄ１３、引き上げ部材第２ガイド孔３２１の内径（＝ニードル第２ピストン部１３３の外径）をｄ１４、ニードル第１ピストン部１３０の外径をｄ１５とする。
【００６６】
また、ニードル第１ピストン部１３０のうち第１油密室３５の圧力を受ける部位の面積を第１受圧面積Ａ１１、引き上げ部材３２のうち第１油密室３５の圧力を受ける部位の面積を第２受圧面積Ａ１２、引き上げ部材３２のうち第２油密室３６の圧力を受ける部位の面積を第３受圧面積Ａ１３、ノズルニードル１３のうち第２油密室の圧力を受ける部位の面積を第４受圧面積Ａ１４とする。因みに、Ａ１１＝π／４×（ｄ１３2−ｄ１２2）、Ａ１２＝π／４×（ｄ１１2−ｄ１３2）、Ａ１３＝π／４×（ｄ１１2−ｄ１４2）、Ａ１４＝π／４×（ｄ１５2−ｄ１４2）、である。
【００６７】
さらに、Ａ１１／Ａ１２を第１変位拡大率λ１１、λ１１×Ａ１３／Ａ１４を第２変位拡大率λ１２とする。そして、本実施形態では、引き上げ部材３２の外径ｄ１１よりもニードル第１ピストン部１３０の外径ｄ１５が小さいため、すなわち、第３受圧面積Ａ１３よりも第４受圧面積Ａ１４が小さいため、第１変位拡大率λ１１よりも第２変位拡大率λ１２が大である。
【００６８】
次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。図５は燃料噴射弁の閉弁状態を示している。このときには、ピエゾアクチュエータ１４は電荷が放電されて収縮している。そして、ズルニードル１３は、第２油密室３６の圧力により閉弁向きに付勢され、ニードルシート部１３１がボデーシート部１０２に当接して噴孔１０１を閉じている。また、ニードル第２部材１３ｂは、第３スプリング３９に付勢されてニードル第１部材１３ａに当接している。
【００６９】
次に、ピエゾアクチュエータ１４に電荷が充電されると、ピエゾアクチュエータ１４が伸長してピストン３０が駆動される。より詳細には、ピエゾアクチュエータ１４の伸長に伴って、ピストン３０は第１ピストン部３００が固定部材第２ガイド孔３１１から遠ざかる向きに駆動される。
【００７０】
そして、第２ピストン部３０１の外径ｄ１２よりも第１ピストン部３００の外径１３が大きいため、このピストン３０の移動に伴って第１油密室３５の容積が拡大されて第１油密室３５の圧力が低下する。
【００７１】
この第１油密室３５の圧力低下により、引き上げ部材３２は固定部材第２ガイド孔３１１側（すなわち、シリンダ３１の底部側）に向かって駆動される。そして、引き上げ部材３２の段付き部３２５がニードルフランジ部１３２と係合しているため、この引き上げ部材３２の移動に伴ってニードル第２部材１３ｂが固定部材第２ガイド孔３１１側に向かって駆動される。
【００７２】
このニードル第２部材１３ｂの移動に伴って第３油密室３７の圧力が低下し、この第３油密室３７の圧力低下によりニードル第１部材１３ａが開弁向きに駆動され、ニードルシート部１３１がボデーシート部１０２から離れて噴孔１０１が開かれ、内燃機関の気筒内への燃料噴射が開始される。
【００７３】
この引き上げ部材３２の移動に伴って第２油密室３６の容積が拡大されて第２油密室３６の圧力が低下し、この第２油密室３６の圧力低下によりニードル第１部材１３ａは引き続き開弁向きに駆動される。そして、第１変位拡大率λ１１よりも第２変位拡大率λ１２が大であるため、引き上げ部材３２の移動量よりもニードル第１部材１３ａの移動量が大きくなり、ニードル第１部材１３ａは全開位置まで移動する。このとき、ニードル第１部材１３ａの移動に伴って第３油密室３７の圧力が上昇するため、ニードル第２部材１３ｂはニードルフランジ部１３２が段付き部３２５から離れて固定部材第２ガイド孔３１１側に向かって移動する。
【００７４】
その後、ピエゾアクチュエータ１４から電荷が放電されると、ピエゾアクチュエータ１４が収縮し、油室３８の圧力によりピストン３０がピエゾアクチュエータ１４側に押し戻される。これにより、第１油密室３５の容積が縮小されて第１油密室３５の圧力が上昇し、引き上げ部材３２はシリンダ３１の開口部側に向かって駆動される。この引き上げ部材３２の移動に伴って第２油密室３６の容積が縮小されて第２油密室３６の圧力が上昇し、ニードル第１部材１３ａは閉弁向きに駆動され、ニードルシート部１３１がボデーシート部１０２に当接して噴孔１０１が閉じられ、燃料噴射が終了する。このとき、ニードル第１部材１３ａの移動に伴って第３油密室３７の圧力が低下するため、ニードル第２部材１３ｂはニードル第１部材１３ａに追従して移動する。
【００７５】
本実施形態では、第１変位拡大率λ１１よりも第２変位拡大率λ１２を大きく設定しているため、開弁開始時には大きな駆動力が得られ、また、開弁後のノズルリフト時にはノズルニードル１３の変位量を十分に確保することができる。その結果、変位拡大率が一定の燃料噴射弁よりも、ピエゾアクチュエータ１４への充電エネルギを少なくすることができる。すなわち、エネルギ効率を良くすることができる。
【００７６】
また、変位拡大率を変化させる直動式の燃料噴射弁を、ピエゾアクチュエータ１４の伸長に伴って（すなわち、電荷を充電して）開弁させる方式で実現しているため、エネルギ効率を良くしつつ、ピエゾアクチュエータ１４の信頼性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７７】
１０    ノズルボデー
１１    ピエゾボデー１１
１３    ノズルニードル
１４    ピエゾアクチュエータ
２１    ピストン（固定部材）
２２    シリンダ（被駆動部材）
２３    引き上げ部材
２６    第１油密室
２７    第２油密室
３０    ピストン３０（被駆動部材）
３１    シリンダ（固定部材）
３２    引き上げ部材
３５    第１油密室
３６    第２油密室
１００  下流側高圧燃料通路
１０１  噴孔
１１０  上流側高圧燃料通路
１１ａ  第１ピエゾボデー
１１ｂ  第２ピエゾボデー
【図１】
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【図２】
2010223194.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010223194.tif 000006
【図５】
2010223194.tif 000007