(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はノズルボデー１０側に向かって駆動され、第１油密室２６の容積が縮小されて第１油密室２６の圧力が上昇する。この第１油密室２６の圧力上昇により、押し上げ部材２３がノズルニードル１３を開弁向きに駆動する。また、シリンダ２２の移動に伴って、第２油密室２８の容積が拡大されて第２油密室２８の圧力が低下し、この第２油密室２８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。このときの押し上げ部材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
2010223197.tif 000002
【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、３１、５１）と、
前記ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長による前記被駆動部材（２２、３１、５１）の移動に伴って増圧される第１油密室（２６、３５）と、
前記ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長による前記被駆動部材（２２、３１、５１）の移動に伴って減圧される第２油密室（２８、３６）と、
前記第１油密室（２６、３５）の圧力が上昇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押し上げ部材（２３）とを備え、
前記第２油密室（２８、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（２８、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ように構成され、
さらに、ノズルニードル（１３）の変位量／ピエゾアクチュエータ（１４）の伸縮量＝変位拡大率としたとき、前記押し上げ部材（２３）にて前記ノズルニードル（１３）が開弁向きに駆動されるときの変位拡大率よりも、前記第２油密室（２８、３６）の圧力低下により前記ノズルニードル（１３）が開弁向きに駆動されるときの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。
【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、３１、５１）と、ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長による被駆動部材（２２、３１、５１）の移動に伴って増圧される第１油密室（２６、３５）と、ピエゾアクチュエータ（１４）の伸長による被駆動部材（２２、３１、５１）の移動に伴って減圧される第２油密室（２８、３６）と、第１油密室（２６、３５）の圧力が上昇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押し上げ部材（２３）とを備え、第２油密室（２８、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（２８、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ように構成され、さらに、ノズルニードル（１３）の変位量／ピエゾアクチュエータ（１４）の伸縮量＝変位拡大率としたとき、押し上げ部材（２３）にてノズルニードル（１３）が開弁向きに駆動されるときの変位拡大率よりも、第２油密室（２８、３６）の圧力低下によりノズルニードル（１３）が開弁向きに駆動されるときの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】
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】
【００１１】
【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。
【図６】本発明の第３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７】本発明の第４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】
【００１２】
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。
【００１３】
（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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。ノズルボデー１０の反噴孔側には、ノズルボデー後端面１０３から突出する円筒状のノズルボデーシリンダ１０４が形成されている。
【００１７】
噴孔１０１を開閉する略円柱状のノズルニードル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１３０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１３０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。
【００１８】
ノズルニードル１３の軸方向中間部には、円柱状のニードル第１ピストン部１３１が形成されており、このニードル第１ピストン部１３１が、ノズルボデー１０のノズルボデー第１ガイド孔１０５および押し上げ部材２３（詳細後述）に摺動自在に挿入されている。
【００１９】
ノズルニードル１３の反噴孔側端部（すなわち後端部）には、円柱状のニードル第２ピストン部１３２が形成されており、このニードル第２ピストン部１３２がシリンダ２２（詳細後述）に摺動自在に挿入されている。さらに、ノズルニードル１３には、ニードル第１ピストン部１３１とニードル第２ピストン部１３２との間に、径方向外側に突出するニードルフランジ部１３３が形成されている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
図３に示すように、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。尚、第１ピエゾボデー１１ａ内の上流側高圧燃料通路１１０と第２ピエゾボデー１１ｂ内の上流側高圧燃料通路１１０は、脚部通し穴２１２によって連通している。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、ピエゾアクチュエータ１４側の端部からノズルボデー１０側の端部に向かって順に、シリンダ第１ガイド孔２２０、シリンダ第２ガイド孔２２１、シリンダ第３ガイド孔２２２、およびシリンダ第４ガイド孔２２３が形成されている。
【００２６】
具体的には、シリンダ第１ガイド孔２２０とシリンダ第３ガイド孔２２２との間には隔壁部２２４が設けられ、この隔壁部２２４に、シリンダ第１ガイド孔２２０およびシリンダ第３ガイド孔２２２よりも小径のシリンダ第２ガイド孔２２１が形成されている。シリンダ第４ガイド孔２２３は、シリンダ第３ガイド孔２２２よりも大径である。
【００２７】
そして、シリンダ第１ガイド孔２２０に、ピストン２１のピストン部２１０が摺動自在に挿入されている。シリンダ第２ガイド孔２２１に、ニードル第２ピストン部１３２が摺動自在に挿入されている。
【００２８】
また、シリンダ第３ガイド孔２２２に、押し上げ部材２３が摺動自在に挿入されている。この押し上げ部材２３は円筒状であり、押し上げ部材２３の内部には、押し上げ部材第１ガイド孔２３０が形成されている。そして、この押し上げ部材第１ガイド孔２３０に、ニードル第１ピストン部１３１が摺動自在に挿入されるとともに、押し上げ部材２３とニードルフランジ部１３３とが係合可能になっている。また、シリンダ第４ガイド孔２２３に、ノズルボデーシリンダ１０４が摺動自在に挿入されている。
【００２９】
シリンダ第３ガイド孔２２２内において、隔壁部２２４と押し上げ部材２３との間に油室２４が形成されている。この油室２４は、シリンダ２２に形成されたシリンダ連通孔２２５を介して上流側高圧燃料通路１１０と常時連通している。
【００３０】
この油室２４にはニードルフランジ部１３３が配置されている。また、油室２４内において、隔壁部２２４とニードルフランジ部１３３との間にはニードルスプリング２５が挟持されており、このニードルスプリング２５は、シリンダ２２をピエゾアクチュエータ１４に向かって付勢するとともに、ノズルニードル１３を閉弁向きに付勢している。
【００３１】
ノズルボデーシリンダ１０４と、ニードル第１ピストン部１３１と、シリンダ２２と、押し上げ部材２３とによって、第１油密室２６が形成されている。この第１油密室２６には押し上げ部材スプリング２７が配置されており、この押し上げ部材スプリング２７は、ノズルボデー１０と押し上げ部材２３との間に挟持されて、押し上げ部材２３をニードルフランジ部１３３に向かって付勢している。
【００３２】
シリンダ第１ガイド孔２２０内において、ピストン２１のピストン部２１０と隔壁部２２４とニードル第２ピストン部１３２とによって、第２油密室２８が区画形成されている。
【００３３】
ここで、シリンダ第１ガイド孔２２０の内径（＝ピストン部２１０の外径）をｄ１、シリンダ第２ガイド孔２２１の内径（＝ニードル第２ピストン部１３２の外径）をｄ２、シリンダ第３ガイド孔２２２の内径（＝押し上げ部材２３の外径）をｄ３、シリンダ第４ガイド孔２２３の内径（＝ノズルボデーシリンダ１０４の外径）をｄ４、押し上げ部材２３の内径（＝ニードル第１ピストン部１３１の外径）をｄ５とする。
【００３４】
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、押し上げ部材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、シリンダ２２のうち第２油密室２８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２８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×（ｄ４2−ｄ３2）、Ａ２＝π／４×（ｄ３2−ｄ５2）、Ａ３＝π／４×（ｄ１2−ｄ２2）、Ａ４＝π／４×ｄ２2、である。
【００３５】
さらに、Ａ１／Ａ２を第１変位拡大率λ１、Ａ３／Ａ４を第２変位拡大率λ２とする。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が大となるように、各部の寸法が設定されている。
【００３６】
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、その後端部側に作用する高圧燃料の圧力およびニードルスプリング２５により閉弁向きに付勢され、ニードルシート部１３０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、押し上げ部材２３とニードルフランジ部１３３は当接している。
【００３７】
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はピエゾアクチュエータ１４側からノズルボデー１０側に向かって駆動される。
【００３８】
このシリンダ２２の移動に伴って第１油密室２６の容積が縮小されて第１油密室２６の圧力が上昇する。この第１油密室２６の圧力上昇により、押し上げ部材２３はピエゾアクチュエータ１４側に向かって駆動される。そして、押し上げ部材２３とニードルフランジ部１３３とが係合しているため、この押し上げ部材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１３０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。このときは、押し上げ部材２３およびノズルニードル１３がともに移動するため、変位拡大率は第１変位拡大率λ１となる。
【００３９】
この開弁開始時（すなわち、ピエゾアクチュエータ１４の伸長初期）のシリンダ２２の移動に伴って、第２油密室２８の容積が拡大されて第２油密室２８の圧力が低下し、この第２油密室２８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、押し上げ部材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は押し上げ部材２３から離れて全開位置まで移動する。
【００４０】
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がニードルスプリング２５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の容積が拡大されて第１油密室２６の圧力が低下するとともに、第２油密室２８の容積が縮小されて第２油密室２８の圧力が上昇する。
【００４１】
そして、第１油密室２６の圧力低下により押し上げ部材２３はノズルボデー１０側に向かって駆動される。また、第２油密室２８の圧力上昇によりノズルニードル１３は閉弁向きに駆動され、ニードルシート部１３０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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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が大きくなるため、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。
【００４８】
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。
【００４９】
（第２実施形態）
本実施形態は、第１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。
【００５０】
図５に示すように、ノズルボデー１０は、ノズルボデーシリンダ１０４が廃止されている。ノズルボデー１０の反噴孔側には、ノズルボデー第２ガイド孔１０６が形成されている。さらに、ノズルボデー１０には、ノズルボデー第２ガイド孔１０６よりも噴孔側にノズルボデー第３ガイド孔１０７が形成されている。
【００５１】
被駆動部材としてのシリンダ２２は、シリンダ第４ガイド孔２２３が廃止されている。そして、シリンダ２２は、ノズルボデー１０側の円筒部２２６（換言するとシリンダ第３ガイド孔２２２を形成している円筒部、以下、シリンダ第１円筒部という）が、ノズルボデー第２ガイド孔１０６に摺動自在に挿入されている。
【００５２】
押し上げ部材２３は円筒状であり、押し上げ部材２３には、押し上げ部材第１円筒部２３１および押し上げ部材第２円筒部２３２が形成されている。押し上げ部材第１円筒部２３１の外径は、押し上げ部材第２円筒部２３２の外径よりも大である。そして、押し上げ部材第１円筒部２３１は、シリンダ第３ガイド孔２２２に摺動自在に挿入されている。また、押し上げ部材第２円筒部２３２は、ノズルボデー第３ガイド孔１０７に摺動自在に挿入されている。さらに、押し上げ部材２３の内周部には、ニードルフランジ部１３３と係合可能な押し上げ部材段付き部２３３が形成されている。
【００５３】
ノズルニードル１３には、ニードルフランジ部１３３に切り欠き部１３４が形成されている。また、ニードルフランジ部１３３とニードル第１ピストン部１３１との間には、押し上げ部材２３の内径よりも小径のニードル第３ピストン部１３５が形成されている。そして、シリンダ連通孔２２５、油室２４、切り欠き部１３４、および押し上げ部材２３とニードル第３ピストン部１３５との隙間を介して、上流側高圧燃料通路１１０と下流側高圧燃料通路１００との間が常時連通している。
【００５４】
本実施形態では、ノズルボデー第２ガイド孔１０６内に、シリンダ第１円筒部２２６と押し上げ部材２３とによって、第１油密室２６が区画形成されている。
【００５５】
ここで、シリンダ第１ガイド孔２２０の内径（＝ピストン部２１０の外径）をｄ１１、シリンダ第２ガイド孔２２１の内径（＝ニードル第２ピストン部１３２の外径）をｄ１２、シリンダ第３ガイド孔２２２の内径（＝押し上げ部材第１円筒部２３１の外径）をｄ１３、シリンダ第１円筒部２２６の外径（＝ノズルボデー第２ガイド孔１０６の内径）をｄ１４、押し上げ部材第２円筒部２３２の外径（＝ノズルボデー第３ガイド孔１０７の内径）をｄ１５とする。
【００５６】
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Ａ１１、押し上げ部材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Ａ１２、シリンダ２２のうち第２油密室２８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２８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×（ｄ１４2−ｄ１３2）、Ａ１２＝π／４×（ｄ１３2−ｄ１５2）、Ａ１３＝π／４×（ｄ１１2−ｄ１２2）、Ａ１４＝π／４×ｄ１２2、である。
【００５７】
さらに、Ａ１１／Ａ１２を第１変位拡大率λ１１、Ａ１３／Ａ１４を第２変位拡大率λ１２とする。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が大となるように、各部の寸法が設定されている。
【００５８】
次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。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。このシリンダ２２の移動に伴って第１油密室２６の容積が縮小されて第１油密室２６の圧力が上昇する。
【００５９】
この第１油密室２６の圧力上昇により、押し上げ部材２３はピエゾアクチュエータ１４側に向かって駆動され、押し上げ部材段付き部２３３とニードルフランジ部１３３とが係合しているため、この押し上げ部材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１３０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。このときは、押し上げ部材２３およびノズルニードル１３がともに移動するため、変位拡大率は第１変位拡大率λ１１となる。
【００６０】
この開弁開始時（すなわち、ピエゾアクチュエータ１４の伸長初期）のシリンダ２２の移動に伴って、第２油密室２８の容積が拡大されて第２油密室２８の圧力が低下し、この第２油密室２８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λ１１よりも第２変位拡大率λ１２が大であるため、押し上げ部材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は押し上げ部材２３から離れて全開位置まで移動する。
【００６１】
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がニードルスプリング２５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の容積が拡大されて第１油密室２６の圧力が低下するとともに、第２油密室２８の容積が縮小されて第２油密室２８の圧力が上昇する。
【００６２】
そして、第１油密室２６の圧力低下により押し上げ部材２３はノズルボデー１０側に向かって駆動される。また、第２油密室２８の圧力上昇によりノズルニードル１３は閉弁向きに駆動され、ニードルシート部１３０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。
【００６３】
以上述べたように、本実施形態によると、第１実施形態と同様に、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とともに、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。
【００６４】
（第３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。また、ピエゾアクチュエータにてピストンが駆動され、シリンダは移動しないようになっている。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。
【００６５】
図６に示すように、ピエゾボデー１１は、第１実施形態では第１ピエゾボデー１１ａと第２ピエゾボデー１１ｂに分割されていたが、本実施形態ではそれらは一体化されている。
【００６６】
ノズルボデー１０は、ノズルボデーシリンダ１０４が廃止されている。ノズルボデー１０の反噴孔側には、ノズルボデー第２ガイド孔１０６が形成されている。
【００６７】
上流側高圧燃料通路１１０にはシリンダ３０が配置されている。シリンダ３０は有底筒状であり、シリンダ３０には、ピエゾアクチュエータ１４側の端部からノズルボデー１０側の端部に向かって順に、シリンダ底部３００、円筒状のシリンダ第１筒部３０１、シリンダ第１筒部３０１の外径よりも外径が大きい円筒状のシリンダ第２筒部３０２が形成されている。
【００６８】
また、シリンダ底部３００には、このシリンダ底部３００を貫通するシリンダ第１ガイド孔３０３が形成されている。シリンダ第１筒部３０１の内側には、シリンダ第１ガイド孔３０３よりも大径のシリンダ第２ガイド孔３０４が形成されている。さらに、シリンダ第２円筒部３０２の内側には、シリンダ第２ガイド孔３０４よりも大径のシリンダ第３ガイド孔３０５が形成されている。
【００６９】
シリンダ３０は、シリンダ底部３００がピエゾアクチュエータ１４側に位置している。そして、ピエゾアクチュエータ１４とシリンダ底部３００との間に挟持されたシリンダスプリング４０により、シリンダ３０がノズルボデー１０に向かって付勢され、シリンダ３０の反底部側の開口端面がノズルボデー後端面１０３に気密的に当接している。
【００７０】
シリンダ３０の内側には、ピエゾアクチュエータ１４にて駆動されるピストン３１が配置されている。被駆動部材としてのピストン３１には、ピエゾアクチュエータ１４側の端部からノズルボデー１０側の端部に向かって順に、円柱状の第１ピストン部３１０、第１ピストン部３１０よりも外径が大きい有底円筒状の第２ピストン部３１１、第２ピストン部３１１の外径よりも外径が大きい円筒状の第３ピストン部３１２が形成されている。
【００７１】
また、第２ピストン部３１１の内側には、ピストン第１ガイド孔３１３が形成されている。このピストン第１ガイド孔３１３には、ニードル第２ピストン部１３２が摺動自在に挿入されている。さらに、第３ピストン部３１２の内側には、ピストン第１ガイド孔３１３よりも大径のピストン第２ガイド孔３１４が形成されている。
【００７２】
そして、シリンダ第１ガイド孔３０３に、第１ピストン部３１０が摺動自在に挿入されている。この第１ピストン部３１０は、一端がシリンダ第１ガイド孔３０３から突出してピエゾアクチュエータ１４に当接している。また、シリンダ第２ガイド孔３０４に第２ピストン部３１１が摺動自在に挿入され、シリンダ第３ガイド孔３０５に第３ピストン部３１２が摺動自在に挿入されている。
【００７３】
ピストン３１には、押し上げ部材２３が摺動自在に挿入されている。この押し上げ部材２３には、押し上げ部材第１円筒部２３１および押し上げ部材第２円筒部２３２が形成されている。押し上げ部材第１円筒部２３１の外径は、押し上げ部材第２円筒部２３２の外径よりも大である。
【００７４】
そして、押し上げ部材第１円筒部２３１は、ピストン第２ガイド孔３１４に摺動自在に挿入されている。また、押し上げ部材第２円筒部２３２は、ノズルボデー第２ガイド孔１０６に摺動自在に挿入されている。さらに、押し上げ部材２３の内周部には、ニードルフランジ部１３３と係合可能な押し上げ部材段付き部２３３が形成されている。そして、押し上げ部材２３は、押し上げ部材スプリング２７により、押し上げ部材段付き部２３３とニードルフランジ部１３３が係合する向きに付勢されている。
【００７５】
本実施形態では、シリンダ第３ガイド孔３０５内に、第３ピストン部３１２と押し上げ部材２３とノズルボデー後端面１０３とによって、第１油密室３５が区画形成されている。
【００７６】
また、第２油密室３６は、第２油密主室３６ａと第２油密副室３６ｂとからなる。第２油密主室３６ａは、シリンダ第２ガイド孔３０４内に、第１ピストン部３１０と第２ピストン部３１１とによって区画形成されている。第２油密副室３６ｂは、ピストン第１ガイド孔３１３内にニードル第２ピストン部１３２によって区画形成されている。そして、第２油密主室３６ａと第２油密副室３６ｂは、第２ピストン部３１１の底部に形成されたピストン第１連通孔３１５を介して常時連通している。
【００７７】
シリンダ３０内において第２ピストン部３１１の外周側には、第１油室４１が形成されている。この第１油室４１は、シリンダ３０に形成されたシリンダ連通孔３０６を介して上流側高圧燃料通路１１０と常時連通している。
【００７８】
第３ピストン部３１２内には、ノズルニードル１３と押し上げ部材２３とによって第２油室４２が区画形成されている。この第２油室４２は、第３ピストン部３１２に形成されたピストン第２連通孔３１６を介して第１油室４１と常時連通している。
【００７９】
ノズルニードル１３には、ニードルフランジ部１３３に切り欠き部１３４が形成されている。また、ニードルフランジ部１３３とニードル第１ピストン部１３１との間には、押し上げ部材２３の内径よりも小径のニードル第３ピストン部１３５が形成されている。そして、切り欠き部１３４、および押し上げ部材２３とニードル第３ピストン部１３５との隙間を介して、第２油室４２と下流側高圧燃料通路１００との間が常時連通している。
【００８０】
第２油室４２にはニードルフランジ部１３３およびニードルスプリング２５が配置されている。このニードルスプリング２５は、ピストン３１とニードルフランジ部１３３との間に挟持されており、ピストン３１をピエゾアクチュエータ１４に向かって付勢するとともに、ノズルニードル１３を閉弁向きに付勢している。
【００８１】
ここで、シリンダ第１ガイド孔３０３の内径（＝第１ピストン部３１０の外径）をｄ２１、シリンダ第２ガイド孔３０４の内径（＝第２ピストン部３１１の外径）をｄ２２、シリンダ第３ガイド孔３０５の内径（＝第３ピストン部３１２の外径）をｄ２３、ピストン第１ガイド孔３１３の内径（＝ニードル第２ピストン部１３２の外径）をｄ２４、ピストン第２ガイド孔３１４の内径（＝押し上げ部材第１円筒部２３１の外径）をｄ２５、押し上げ部材第２円筒部２３２の外径（＝ノズルボデー第２ガイド孔１０６の内径）をｄ２６とする。
【００８２】
また、シリンダ３０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Ａ２１、押し上げ部材２３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Ａ２２、ピストン３１のうち第２油密主室３６ａの圧力を受ける部位の面積を第３受圧面積Ａ２３、ノズルニードル１３のうち第２油密副室３６ｂの圧力を受ける部位の面積を第４受圧面積Ａ２４とする。
【００８３】
因みに、Ａ２１＝π／４×（ｄ２３2−ｄ２５2）、Ａ２２＝π／４×（ｄ２５2−ｄ２６2）、Ａ２３＝π／４×（ｄ２２2−ｄ２１2）、Ａ２４＝π／４×ｄ２４2、である。本実施形態では、第３受圧面積Ａ２３よりも第４受圧面積Ａ２４が小となるように、各部の寸法が設定されている。
【００８４】
さらに、Ａ２１／Ａ２２を第１変位拡大率λ２１、（Ａ２３−Ａ２４）／Ａ２４を第２変位拡大率λ２２とする。本実施形態では、第１変位拡大率λ２１よりも第２変位拡大率λ２２が大となるように、各部の寸法が設定されている。
【００８５】
次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。図６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、その後端部側に作用する高圧燃料の圧力およびニードルスプリング２５により閉弁向きに付勢され、ニードルシート部１３０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、押し上げ部材段付き部２３３とニードルフランジ部１３３は当接している。
【００８６】
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３１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３１はピエゾアクチュエータ１４側からノズルボデー１０側に向かって駆動される。
【００８７】
このピストン３１の移動に伴って第１油密室３５の容積が縮小されて第１油密室３５の圧力が上昇する。この第１油密室３５の圧力上昇により、押し上げ部材２３はピエゾアクチュエータ１４側に向かって駆動される。そして、押し上げ部材２３とニードルフランジ部１３３とが係合しているため、この押し上げ部材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１３０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。このときは、押し上げ部材２３およびノズルニードル１３がともに移動するため、変位拡大率は第１変位拡大率λ２１となる。
【００８８】
この開弁開始時（すなわち、ピエゾアクチュエータ１４の伸長初期）のピストン３１の移動に伴って、第２油密主室３６ａの容積が拡大されるとともに、第２油密副室３６ｂの容積が縮小される。本実施形態では、第３受圧面積Ａ２３よりも第４受圧面積Ａ２４が小であるため、このときには第２油密室３６の圧力は低下し、この第２油密室３６の圧力低下によりノズルニードル１３は開弁向きに駆動される。そして、第１変位拡大率λ２１よりも第２変位拡大率λ２２が大であるため、押し上げ部材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は押し上げ部材２３から離れて全開位置まで移動する。
【００８９】
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、ピストン３１がニードルスプリング２５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３５の容積が拡大されて第１油密室３５の圧力が低下するとともに、第２油密室３６の容積が縮小されて第２油密室３６の圧力が上昇する。
【００９０】
そして、第１油密室３５の圧力低下により押し上げ部材２３はノズルボデー１０側に向かって駆動される。また、第２油密室３６の圧力上昇によりノズルニードル１３は閉弁向きに駆動され、ニードルシート部１３０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。
【００９１】
以上述べたように、本実施形態によると、第１実施形態と同様に、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とともに、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。
【００９２】
（第４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。
【００９３】
図７に示すように、ピエゾボデー１１は、第１実施形態では第１ピエゾボデー１１ａと第２ピエゾボデー１１ｂに分割されていたが、本実施形態ではそれらは一体化されている。
【００９４】
プッシュプレート５０は、円板状になっており、その一端側がピエゾアクチュエータ１４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５０を介してシリンダ５１が駆動されるようになっている。
【００９５】
被駆動部材としてのシリンダ５１は、主シリンダ５１ａと副シリンダ５１ｂとからなる。主シリンダ５１ａは円筒状であり、主シリンダ５１ａには、ピエゾアクチュエータ１４側にシリンダ第１ガイド孔５１０が形成され、ノズルボデー１０側にシリンダ第２ガイド孔５１１が形成されている。シリンダ第１ガイド孔５１０とシリンダ第２ガイド孔５１１との間に隔壁部５１２が形成され、この隔壁部５１２に隔壁部連通孔５１３が形成されている。また、主シリンダ５１ａは、主シリンダ５１ａとノズルボデー後端面１０３との間に挟持された主シリンダスプリング５２により、ピエゾアクチュエータ１４側に向かって付勢されている。
【００９６】
副シリンダ５１ｂは円筒状であり、副シリンダ５１ｂには、シリンダ第３ガイド孔５１４が形成されている。副シリンダ５１ｂは、シリンダ第２ガイド孔５１１の内側に配置されている。また、副シリンダ５１ｂは、副シリンダ５１ｂとノズルボデーシリンダ１０４との間に挟持された副シリンダスプリング５３により、隔壁部５１２に向かって付勢され、副シリンダ５１ｂの端面が隔壁部５１２に気密的に当接している。
【００９７】
シリンダ第１ガイド孔５１０に、有底円筒状のピストン５４が摺動自在に挿入されている。このピストン５４は、ピストン５４とプッシュプレート５０との間に挟持されたピストンスプリング５５により、隔壁部５１２に向かって付勢されている。
【００９８】
シリンダ第２ガイド孔５１１に、ノズルボデーシリンダ１０４が摺動自在に挿入されている。シリンダ第３ガイド孔５１４に、押し上げ部材２３が摺動自在に挿入されている。押し上げ部材第１ガイド孔２３０に、ニードル第１ピストン部１３１が摺動自在に挿入されている。押し上げ部材２３の内周部には、ニードルフランジ部１３３と係合可能な押し上げ部材段付き部２３３が形成されている。押し上げ部材２３の一端側は、隔壁部連通孔５１３内を通ってピストン５４と当接可能になっている。
【００９９】
シリンダ第２ガイド孔５１１内には、ノズルボデーシリンダ１０４と、ニードル第１ピストン部１３１と、主シリンダ５１ａと、副シリンダ５１ｂと、押し上げ部材２３とによって、第１油密室２６が形成されている。
【０１００】
シリンダ第１ガイド孔５１０内には、ピストン５４と、ニードル第１ピストン部１３１と、主シリンダ５１ａと、副シリンダ５１ｂと、押し上げ部材２３とによって、第２油密室２８が形成されている。ニードルフランジ部１３３およびニードルスプリング２５は、第２油密室２８に配置されている。
【０１０１】
プッシュプレート５０とピストン５４との間に油室５６が形成されている。この油室５６は、主シリンダ５１ａに形成されたシリンダ連通孔５１５を介して上流側高圧燃料通路１１０と常時連通している。
【０１０２】
ここで、シリンダ第１ガイド孔５１０の内径（＝ピストン５４の外径）をｄ３１、シリンダ第２ガイド孔５１１の内径（＝ノズルボデーシリンダ１０４の外径）をｄ３２、シリンダ第３ガイド孔５１４の内径（＝押し上げ部材２３の外径）をｄ３３、押し上げ部材２３の内径（＝ニードル第１ピストン部１３１の外径）をｄ３４とする。
【０１０３】
そして、開弁行程において押し上げ部材２３およびノズルニードル１３が一体的に移動するときの変位拡大率を第１変位拡大率λ３１とすると、λ３１＝（ｄ３２2−ｄ３３2）／（ｄ３３2−ｄ３４2）、である。
【０１０４】
また、開弁行程においてノズルニードル１３が押し上げ部材２３から離れて移動するときの変位拡大率を第２変位拡大率λ３２とすると、λ３２＝｛（ｄ３１2−ｄ３３2）＋λ３１・（ｄ３１2−ｄ３３2＋ｄ３４2）｝／ｄ３４2、である。そして、本実施形態の構成では、第１変位拡大率λ３１よりも第２変位拡大率λ３２が大となる。
【０１０５】
次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。図７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、その後端部側に作用する高圧燃料の圧力およびニードルスプリング２５により閉弁向きに付勢され、ニードルシート部１３０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、押し上げ部材段付き部２３３とニードルフランジ部１３３が当接し、押し上げ部材２３とピストン５４が当接している。
【０１０６】
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５０を介して主シリンダ５１ａおよび副シリンダ５１ｂ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、主シリンダ５１ａおよび副シリンダ５１ｂはピエゾアクチュエータ１４側からノズルボデー１０側に向かって駆動される。
【０１０７】
この主シリンダ５１ａおよび副シリンダ５１ｂの移動に伴って第１油密室２６の容積が縮小されて第１油密室２６の圧力が上昇する。この第１油密室２６の圧力上昇により、押し上げ部材２３はピエゾアクチュエータ１４側に向かって駆動される。そして、押し上げ部材段付き部２３３とニードルフランジ部１３３とが係合しているため、この押し上げ部材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１３０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。このときは、押し上げ部材２３およびノズルニードル１３が一体的に移動するため、変位拡大率は第１変位拡大率λ３１となる。
【０１０８】
この開弁開始時（すなわち、ピエゾアクチュエータ１４の伸長初期）の主シリンダ５１ａおよび副シリンダ５１ｂの移動に伴って、第２油密室２８の容積が拡大されて第２油密室２８の圧力が低下する。また、開弁開始時の押し上げ部材２３の移動によりピストン５４がピエゾアクチュエータ１４側に向かって駆動され、このピストン５４の移動に伴って第２油密室２８の容積が拡大されて第２油密室２８の圧力が低下する。
【０１０９】
この第２油密室２８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λ３１よりも第２変位拡大率λ３２が大であるため、押し上げ部材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は押し上げ部材２３から離れて全開位置まで移動する。
【０１１０】
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５０および主シリンダ５１ａが主シリンダスプリング５２によりピエゾアクチュエータ１４側に押し戻されるとともに、副シリンダ５１ｂが副シリンダスプリング５３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の容積が拡大されて第１油密室２６の圧力が低下する。
【０１１１】
この第１油密室２６の圧力低下により押し上げ部材２３がノズルボデー１０側に向かって駆動され、ピストン５４はピストンスプリング５５の付勢力により押し上げ部材２３に追従して移動する。このピストン５４の移動に伴って第２油密室２８の容積が縮小されて第２油密室２８の圧力が上昇する。
【０１１２】
そして、ノズルニードル１３は、第２油密室２８の圧力とニードルスプリング２５により閉弁向きに駆動され、ニードルシート部１３０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。
【０１１３】
以上述べたように、本実施形態によると、第１実施形態と同様に、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とともに、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】
【０１１４】
１０    ノズルボデー
１１    ピエゾボデー
１３    ノズルニードル
１４    ピエゾアクチュエータ
２３    押し上げ部材
２６    第１油密室
２８    第２油密室
３１    ピストン（被駆動部材）
３５    第１油密室
３６    第２油密室
５１    シリンダ（被駆動部材）
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】
2010223197.tif 000003
【図２】
2010223197.tif 000004
【図３】
2010223197.tif 000005
【図４】
2010223197.tif 000006
【図５】
2010223197.tif 000007
【図６】
2010223197.tif 000008
【図７】
2010223197.tif 000009