(57)【要約】【課題】駆動部の数及び負荷の増加を抑えつつ、噴射率特性の切り替えと噴射の応答性の向上とが共に可能な燃料噴射装置の提供。【解決手段】燃料噴射装置１０は、弁機構１００及び駆動部３０を備えている。弁機構１００は、駆動部３０に駆動されて流出開口部２８を開閉する第一制御弁体１１０、圧力差で流入開口部２７の開閉を行う油圧作動弁体１２０、及び第一制御弁体１１０を介して駆動部３０に駆動される第二制御弁体１３０を有する。駆動部３０に第一駆動エネルギが投入された場合、第二制御弁体１３０は、油圧作動弁体１２０への着座状態を維持する。駆動部３０に第二駆動エネルギが投入されると、第二制御弁体１３０は、油圧作動弁体１２０から離座する。第二制御弁体１３０の離着座によれば、上制御室部４２と下制御室部４３とを連通させる連通通路１２１の流路面積が切り替わる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室（２ｂ）へ向けて噴孔（２３）から燃料を噴射する燃料噴射装置であって、
前記噴孔、燃料が充填される圧力制御室（４０，２４０）、前記圧力制御室に燃料を流入させる流入通路（２１ａ）、及び前記圧力制御室の燃料を流出させる流出通路（２４ａ）、が形成され、前記圧力制御室を区画する開口壁（２５ａ）に前記流入通路の流入開口部（２７）及び前記流出通路の流出開口部（２８）が開口している弁ボデー（２０）と、
前記圧力制御室の燃料圧力の変動により前記弁ボデーに対して相対変位し、前記噴孔の開閉を行うノズルニードル（５０）と、
前記流出開口部に臨む上制御室部（４２）と下制御室部（４３）とに前記圧力制御室を区分けし、前記上制御室部と前記下制御室部とを連通させる連通通路（１２１，２２１）が少なくとも一つ形成され、前記流出開口部及び前記流入開口部の開閉と前記連通通路の流路面積の切り替えとを行う弁機構（１００，２００）と、
前記弁機構を駆動し、投入される駆動エネルギが増減される駆動部（３０）と、を備え、
前記弁機構は、
前記駆動部の駆動によって前記開口壁に離着座し、前記流出開口部の開閉を行う第一制御弁体（１１０，２１０）と、
前記第一制御弁体の外周面（１１０ｆ）に対して摺動可能であり、前記上制御室部と前記下制御室部との間に生じる圧力差で前記開口壁に離着座し、前記流入開口部の開閉を行う油圧作動弁体（１２０，２２０）と、
前記第一制御弁体を介して前記駆動部に駆動されて前記油圧作動弁体から離着座し、前記油圧作動弁体からの離座により、第一絞り状態から当該第一絞り状態よりも流路面積が大きい第二絞り状態に前記連通通路を切り替える第二制御弁体（１３０，２３０）と、を有し、
前記油圧作動弁体は、前記第一制御弁体の離座による前記上制御室部と前記流出通路との連通により、前記下制御室部の燃料から受ける力で前記流入開口部を閉じ、
前記連通通路は、前記油圧作動弁体が前記流入開口部を閉じた状態で、前記下制御室部から前記流出通路への燃料の流出流量を制御し、
第一駆動エネルギを投入された前記駆動部は、前記第二制御弁体の前記油圧作動弁体への着座を維持させつつ前記第一制御弁体を前記開口壁から離座させ、前記第一絞り状態の前記連通通路を通じて前記下制御室部から前記流出通路に燃料を流出させ、
前記第一駆動エネルギよりも大きい第二駆動エネルギを投入された前記駆動部は、前記第一制御弁体及び前記第二制御弁体を共に離座させ、前記第二絞り状態の前記連通通路を通じて前記下制御室部から前記流出通路に燃料を流出させる燃料噴射装置。
【請求項２】
前記油圧作動弁体には、前記連通通路として、第一連通通路（１２２）及び第二連通通路（１２４）が形成され、
前記第一連通通路は、前記第二制御弁体が前記油圧作動弁体に着座した状態でも、前記上制御室部と前記下制御室部とを連通させており、
前記第二連通通路は、前記第二制御弁体の前記油圧作動弁体からの離座により、前記上制御室部と前記下制御室部とを連通させる請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記第一連通通路の流路面積は、前記第二連通通路の流路面積よりも狭い請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記第一制御弁体には、前記連通通路の一部である第一通路区間（２１２）が形成され、
前記第二制御弁体には、前記第一通路区間よりも流路面積の狭い第二通路区間（２３８）が、前記連通通路の一部として形成され、
前記連通通路は、
前記第二制御弁体の前記油圧作動弁体への着座により、前記第一通路区間と前記第二通路区間とを連続させて、前記下制御室部から前記流出通路への燃料の流出流量を前記第二通路区間によって制御し、
前記第二制御弁体の前記油圧作動弁体からの離座により、前記第二通路区間を前記第一通路区間から分離させて、前記下制御室部から前記流出通路への燃料の流出流量を前記第一通路区間によって制御する請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記第二通路区間は、前記駆動部が前記第一制御弁体を変位させる変位方向において、前記第一通路区間と直列に並んでいる請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記油圧作動弁体は、前記第一制御弁体の閉弁後にて、前記連通通路を通じた燃料流通による前記圧力差の縮小により、前記流入通路の高圧燃料から受ける力によって前記開口壁から離座する請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記油圧作動弁体は、前記開口壁からの離座により、前記第二制御弁体を前記第一制御弁体から離れる方向へ変位させる請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記第一制御弁体には、前記上制御室部及び前記下制御室部の間の液密状態を維持しつつ前記油圧作動弁体に摺動可能に嵌合する嵌合部（１１７）、が形成されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項９】
前記第一制御弁体は、
前記開口壁への着座によって前記流出開口部を塞ぐ閉塞部（１１２）及び部分球面状に形成される球面状部（１１３）が形成され、前記駆動部の変位が伝達される閉弁部材（１１１）と、
前記嵌合部及び前記球面状部に接触する凹球面状の接触部（１１６）が形成され、前記閉弁部材の変位を前記第二制御弁体に伝達する嵌合部材（１１５，２１５）と、を有する請求項８に記載の燃料噴射装置。
【請求項１０】
前記弁機構は、前記流出開口部を閉じる方向に前記第一制御弁体を付勢する付勢部材（１４１）、をさらに備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１１】
前記付勢部材は、前記圧力制御室のうちで前記上制御室部以外の空間に収容されている請求項１０に記載の燃料噴射装置。
【請求項１２】
前記弁機構は、前記上制御室部以外の空間に収容された前記付勢部材の付勢力を、前記上制御室部に少なくとも一部が収容された前記第一制御弁体に伝達する中間部材（１４３）、をさらに備える請求項１１に記載の燃料噴射装置。
【請求項１３】
前記弁機構は、筒状に形成されており、前記流入開口部を閉じる方向に前記油圧作動弁体を付勢する筒状部材（１４２，２４２）、をさらの備え、
前記第二制御弁体は、前記筒状部材の内周側に収容されている請求項１〜１２のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１４】
前記圧力制御室は、
前記弁機構を収容する弁体収容空間（４１，２４１）と、
前記ノズルニードルに燃料圧力を作用させる圧力作用空間（４４）と、
前記弁体収容空間及び前記圧力作用空間の間を連通させ、前記圧力作用空間の燃料圧力を前記弁体収容空間の燃料圧力に追従させる圧力制御連通路（４６）と、を含む請求項１〜１３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１５】
前記弁体収容空間は、円柱状の空間であり、
前記油圧作動弁体は、円筒状の第一外周壁（１２９）を有し、
前記第二制御弁体は、前記第一外周壁よりも外径の小さい第二外周壁（１３９）を有し
前記弁体収容空間を区画する円筒状の内周壁（２６）のうちで前記第一外周壁と径方向に対向する第一壁部（２６ａ）の内径は、前記第二外周壁と径方向に対向する第二壁部（２６ｂ）の内径よりも大きい請求項１４に記載の燃料噴射装置。
【請求項１６】
前記圧力作用空間の容積は、前記弁体収容空間の容積よりも小さい請求項１４又は１５に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この明細書による開示は、燃焼室へ向けて噴孔から燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示された燃料噴射装置は、インジェクタボディに形成された圧力室の燃料圧力の変動によってピストン及び針弁を変位させることにより、噴孔の開閉を行っている。圧力室の燃料圧力は、圧力室と燃料出口室との間に設けられた弁体をソレノイドによって開閉弁させることにより、制御される。
【０００３】
加えて特許文献１の燃料噴射装置には、二つの弁体と二つのソレノイドが設けられている。以上の構成によれば、各弁体の開弁を各ソレノイドによって個別に制御することにより、圧力室における燃料圧力の降下の態様を変化させることができる。その結果、燃料噴射の噴射率特性は、運転状態に応じて切り替え可能となり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００‐２９７７１９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、特許文献１の燃料噴射装置では、二つの弁体の開閉を制御するために、ソレノイドのような駆動部が個別に複数必要とされていた。加えて、特許文献１の燃料噴射装置には、圧力室に燃料を流入させる充填オリフィスを閉じる弁体が設けられていない。そのため、圧力室及び燃料出口室の間の弁体が開弁した後も、充填オリフィスから圧力室への燃料の流入は、継続されてしまう。その結果、圧力室の燃料圧力の降下が遅くなり、ピストン及び針弁の応答性、ひいては噴射の応答性が向上困難となっていた。こうした問題の解決には、充填オリフィスを閉じる弁体の追加が望ましい。しかし、追加した弁体を閉じるために、駆動部の追加又は駆動部の負荷の増加が引き起こされ得た。
【０００６】
本開示は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動部の数及び負荷の増加を抑えつつ、噴射率特性の切り替えと噴射の応答性の向上とが共に可能な燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、開示された一つの態様は、燃焼室（２ｂ）へ向けて噴孔（２３）から燃料を噴射する燃料噴射装置であって、噴孔、燃料が充填される圧力制御室（４０，２４０）、圧力制御室に燃料を流入させる流入通路（２１ａ）、及び圧力制御室の燃料を流出させる流出通路（２４ａ）、が形成され、圧力制御室を区画する開口壁（２５ａ）に流入通路の流入開口部（２７）及び流出通路の流出開口部（２８）が開口している弁ボデー（２０）と、圧力制御室の燃料圧力の変動により弁ボデーに対して相対変位し、噴孔の開閉を行うノズルニードル（５０）と、流出開口部に臨む上制御室部（４２）と下制御室部（４３）とに圧力制御室を区分けし、上制御室部と下制御室部とを連通させる連通通路（１２１，２２１）が少なくとも一つ形成され、流出開口部及び流入開口部の開閉と連通通路の流路面積の切り替えとを行う弁機構（１００，２００）と、弁機構を駆動し、投入される駆動エネルギが増減される駆動部（３０）と、を備え、弁機構は、駆動部の駆動によって開口壁に離着座し、流出開口部の開閉を行う第一制御弁体（１１０，２１０）と、第一制御弁体の外周面（１１０ｆ）に対して摺動可能であり、上制御室部と下制御室部との間に生じる圧力差で開口壁に離着座し、流入開口部の開閉を行う油圧作動弁体（１２０，２２０）と、第一制御弁体を介して駆動部に駆動されて油圧作動弁体から離着座し、油圧作動弁体からの離座により、第一絞り状態から当該第一絞り状態よりも流路面積が大きい第二絞り状態に連通通路を切り替える第二制御弁体（１３０，２３０）と、を有し、油圧作動弁体は、第一制御弁体の離座による上制御室部と流出通路との連通により、下制御室部の燃料から受ける力で流入開口部を閉じ、連通通路は、油圧作動弁体が流入開口部を閉じた状態で、下制御室部から流出通路への燃料の流出流量を制御し、第一駆動エネルギを投入された駆動部は、第二制御弁体の油圧作動弁体への着座を維持させつつ第一制御弁体を開口壁から離座させ、第一絞り状態の連通通路を通じて下制御室部から流出通路に燃料を流出させ、第一駆動エネルギよりも大きい第二駆動エネルギを投入された駆動部は、第一制御弁体及び第二制御弁体を共に離座させ、第二絞り状態の連通通路を通じて下制御室部から流出通路に燃料を流出させる燃料噴射装置とされている。
【０００８】
この態様における弁機構は、上制御室部と下制御室部との間に生じる圧力差で開口壁に離着座し、流入開口部の開閉を行う油圧作動弁体を有している。油圧作動弁体は、駆動部に駆動されなくても、第一制御弁体の離座による上制御室部と流出通路との連通により、下制御室部の燃料から受ける力で、流入開口部を閉じる。故に、ノズルニードルの閉弁時の応答性を向上させるべく、流入開口部を閉じる弁体を追加しても、当該弁体が油圧作動弁体であれば、駆動部の負荷の増加は、引き起こされ難い。
【０００９】
また、油圧作動弁体が流入開口部を閉じた状態では、下制御室部から流出通路への燃料の流出流量は、上制御室部と下制御室部とを連通する連通通路によって制御される。この連通通路の流路面積は、第一制御弁体を介して駆動部に駆動される第二制御弁体の油圧作動弁体からの離着座により、切り替えられる。具体的には、第二制御弁体が油圧作動弁体から離座すると、連通通路は、第一絞り状態から、第一絞り状態よりも流路面積の大きい第二絞り状態へと切り替えられる。
【００１０】
そして、駆動部への第一駆動エネルギの投入によれば、第一制御弁体が開口壁から離座する一方で、第二制御弁体は、油圧作動弁体に着座した状態を維持する。故に、第一絞り状態の連通通路を通じて、下制御室部から流出通路へと燃料が流出する。さらに、第一駆動エネルギよりも大きい第二駆動エネルギの駆動部への投入によれば、第一制御弁体及び第二制御弁体は、それぞれ開口壁及び油圧作動弁から離座する。故に、第一絞り状態よりも流路面積の大きい第二絞り状態の連通通路を通じて、下制御室部から流出通路へと燃料が流出する。以上のように、駆動部に投入される駆動エネルギの増減で、弁機構は、連通通路の流路面積を切り替えて、圧力制御室の圧力降下の態様を変更し得る。故に、ノズルニードルの開弁速度、ひいては噴射率特性の切り替えが、第一制御弁体を駆動する駆動部の制御によって実現され得る。
【００１１】
したがって、駆動部の数及び負荷の増加を抑えつつ、噴射率特性の切り替えと噴射の応答性の向上とが共に可能な燃料噴射装置を提供できる。
【００１２】
尚、上記括弧内の参照番号は、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一実施形態による燃料噴射装置が適用される燃料供給システムの全体構成を示す図である。
【図２】燃料噴射装置の縦断面図である。
【図３】図２の領域ＩＩＩの拡大図であって、弁機構の詳細な構成を示す図である。
【図４】開口壁に開口する流出開口部及び流入開口部等の位置関係を示す図であって、図２のＩＶ−ＩＶ線の断面図である。
【図５】低速開弁モードの作動を示すタイムチャートである。
【図６】高速開弁モードの作動を示すタイムチャートである。
【図７】切替開弁モードの作動を示すタイムチャートである。
【図８】第二実施形態による燃料噴射装置の縦断面図である。
【図９】第二実施形態の弁機構の詳細な構成を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、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場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合わせることができる。そして、複数の実施形態及び変形例に記述された構成同士の明示されていない組み合わせも、以下の説明によって開示されているものとする。
【００１５】
（第一実施形態）
本開示の第一実施形態による燃料噴射装置１０は、図１に示す燃料供給システム１に用いられている。燃料噴射装置１０は、内燃機関であるディーゼルエンジン（以下、「エンジン２」）の各燃焼室２ｂに、燃料タンク４に貯留された燃料を供給する。燃料供給システム１は、フィードポンプ５、高圧燃料ポンプ６、コモンレール３、及び制御装置７等を、燃料噴射装置１０と共に備えている。
【００１６】
フィードポンプ５は、例えばトロコイド式の電動ポンプである。フィードポンプ５は、高圧燃料ポンプ６に内蔵されている。フィードポンプ５は、燃料タンク４に貯留された燃料としての軽油を、高圧燃料ポンプ６に圧送する。フィードポンプ５は、高圧燃料ポンプ６と別体で、例えば燃料タンク４の内部に配置される構成であってもよい。
【００１７】
高圧燃料ポンプ６は、例えばプランジャ式のポンプである。高圧燃料ポンプ６は、エンジン２の出力軸によって駆動される。高圧燃料ポンプ６は、燃料配管６ａによってコモンレール３と接続されている。高圧燃料ポンプ６は、フィードポンプ５により供給された燃料をさらに昇圧し、高圧燃料としてコモンレール３に供給する。
【００１８】
コモンレール３は、高圧燃料配管３ｂを介して複数の燃料噴射装置１０と接続されている。コモンレール３は、余剰燃料配管８ａを介して燃料タンク４と接続されている。コモンレール３は、高圧燃料ポンプ６から供給される高圧燃料を一時的に蓄え、圧力を保持したまま各燃料噴射装置１０に配分する。コモンレール３には、圧力センサ３ａ及び減圧弁８が備えられている。圧力センサ３ａはコモンレール３に蓄えられた燃料圧力を検出する。減圧弁８は、圧力センサ３ａによる検出値が目標圧力よりも高い場合に、余剰になった燃料を余剰燃料配管８ａへ排出する。
【００１９】
制御装置７は、マイクロコンピュータ又はマイクロコントローラを主体に構成された演算回路を備えている。演算回路には、プロセッサ、ＲＡＭ、及び書き換え可能な不揮発性のメモリ装置が含まれている。制御装置７は、各燃料噴射装置１０と電気的に接続されている（図１  破線参照）。制御装置７は、エンジン２の稼動状態に応じて、各燃料噴射装置１０の作動を制御する。
【００２０】
燃料噴射装置１０は、燃焼室２ｂを形成するヘッド部材２ａの挿入孔に挿入された状態で、ヘッド部材２ａに取り付けられている。燃料噴射装置１０は、高圧燃料配管３ｂを介して供給される高圧燃料を、噴孔２３から燃焼室２ｂへ向けて直接的に噴射する。燃料噴射装置１０は、噴孔２３からの燃料の噴射を制御する弁構造を備えている。燃料噴射装置１０は、高圧燃料の一部を、噴孔２３の開閉に使用する。燃料噴射装置１０に供給された燃料の一部は、戻り配管８ｂを通り余剰燃料配管８ａから燃料タンク４へ戻される。
【００２１】
燃料噴射装置１０は、図２及び図１に示すように、弁ボデー２０、ノズルニードル５０、駆動部３０、及び弁機構１００を含んで構成されている。
【００２２】
弁ボデー２０は、金属材料により形成された複数の部材を組み合わせることによって構成されている。弁ボデー２０には、高圧通路２１、低圧通路２４、圧力制御室４０、流入通路２１ａ、流出通路２４ａ、噴孔２３、及びニードル室２２が形成されている。
【００２３】
高圧通路２１は、高圧燃料配管３ｂ（図１参照）と接続されている。高圧通路２１は、高圧燃料配管３ｂを通じてコモンレール３から供給される高圧燃料を、ニードル室２２に供給する。低圧通路２４は、燃料噴射装置１０に供給された燃料を戻り配管８ｂ（図１参照）に流出させる通路である。低圧通路２４を流通する燃料は、高圧通路２１を流通する燃料よりも低圧である。
【００２４】
圧力制御室４０には、高圧燃料が充填されている。圧力制御室４０は、弁ボデー２０の内部において、ノズルニードル５０を挟んで噴孔２３の反対側に設けられている。圧力制御室４０は、駆動部３０とニードル室２２との間に形成されている。尚、圧力制御室４０の詳細は、後述する。
【００２５】
流入通路２１ａは、高圧通路２１から分岐している。流入通路２１ａは、高圧通路２１を流通する高圧燃料の一部を圧力制御室４０へ流入させる。流出通路２４ａは、圧力制御室４０の燃料を低圧通路２４へ流出させる。
【００２６】
噴孔２３は、ヘッド部材２ａへ挿入される弁ボデー２０において、挿入方向の先端部に形成されている。噴孔２３は、燃焼室２ｂに露出している。弁ボデー２０の先端部は、円錐状または半球状に形成されている。噴孔２３は、弁ボデー２０の内側から外側に向けて放射状に複数設けられている。高圧燃料は、各噴孔２３から燃焼室２ｂに向けて噴射される。高圧燃料は、噴孔２３を通過することによって霧化され、空気と混合し易い状態となる。
【００２７】
ニードル室２２は、弁ボデー２０の内部に円柱状に形成された空間である。ニードル室２２には、ノズルニードル５０が収容されている。ニードル室２２は、高圧通路２１と接続されている。ニードル室２２は、高圧通路２１を通じて供給される高圧燃料で満たされている。ニードル室２２には、円筒状に形成されたニードル壁２２ａが設けられている。
【００２８】
ノズルニードル５０は、金属材料により円柱形に形成されている。ノズルニードル５０の噴孔２３側の先端は円錐形に形成されている。ノズルニードル５０は、ニードル室２２の内部でニードル壁２２ａに摺動可能に保持されている。ノズルニードル５０には、ニードル室２２の高圧燃料から開弁方向の力が作用する。ノズルニードル５０には、受圧面５１及びニードルスプリング５２が設けられている。受圧面５１は、ニードル壁２２ａの内周側にて圧力制御室４０に臨むノズルニードル５０の端面である。受圧面５１には、圧力制御室４０の燃料から閉弁方向の力が作用する。ニードルスプリング５２は、ノズルニードル５０に閉弁方向の力を作用させるコイルスプリングである。ノズルニードル５０は、圧力制御室４０の燃料圧力の変動により弁ボデー２０に対して相対変位することにより、噴孔２３の開閉を行う。ノズルニードル５０の開弁によって噴孔２３が開状態となることで、ニードル室２２に充填された高圧燃料が噴孔２３から燃焼室２ｂ（図１参照）へ向けて噴射される。
【００２９】
駆動部３０は、弁機構１００を駆動する。駆動部３０は、ピエゾアクチュエータ３１及び伝達機構３２等によって構成されている。ピエゾアクチュエータ３１は、ピエゾ素子によって構成された層と薄い電極層とが交互に積まれた積層体を有している。ピエゾアクチュエータ３１には、制御装置７によって生成される駆動信号に応じた電圧（以下、「駆動電圧」）が入力される。ピエゾアクチュエータ３１は、駆動電圧によって投入される駆動エネルギに従い、ピエゾ素子の特性である逆電圧効果によって伸長する。ピエゾアクチュエータ３１に投入される駆動エネルギは、制御装置７の制御によって増減される。投入される駆動エネルギが増加するほど、ピエゾアクチュエータ３１の伸長量は、大きくなる。
【００３０】
伝達機構３２は、ピエゾアクチュエータ３１の伸長を弁機構１００に伝達する機構である。伝達機構３２は、第一ピストン３３及び第二ピストン３４を有している。第一ピストン３３及び第二ピストン３４は、円柱状に形成されている。第二ピストン３４は、第一ピストン３３よりも小径である。第二ピストン３４には、伝達部３５が形成されている。第一ピストン３３及び第二ピストン３４の間には、油密室３６が区画されている。油密室３６には、実質的に油密の状態で燃料が充填されている。
【００３１】
駆動部３０は、駆動エネルギの投入によって伸長したピエゾアクチュエータ３１により、第一ピストン３３を油密室３６へ向けて変位させる。第一ピストン３３の動きは、油密室３６の燃料によって拡大されて、第二ピストン３４に伝達される。第二ピストン３４の変位量は、第一ピストン３３の変位量よりも大きくなる。第二ピストン３４の動きは、伝達部３５から弁機構１００に伝達される。
【００３２】
図２〜図４に示す弁機構１００は、圧力制御室４０に収容されている。圧力制御室４０には、弁体収容空間４１、圧力作用空間４４、及び圧力制御連通路４６等が設けられている。弁機構１００は、第一制御弁体１１０、油圧作動弁体１２０、第二制御弁体１３０、中間部材１４３及び第一付勢部材１４１、並びに第二付勢部材１４２等によって構成されている。弁機構１００の各構成は、互いに同軸となるように配置されている。
【００３３】
弁体収容空間４１は、全体として多段（三段）円柱状に区画された空間である。弁ボデー２０に形成された区画壁２５のうちで、弁体収容空間４１には、開口壁２５ａ、内周壁２６、段差壁２５ｂ、及び載置壁２５ｃが面している。開口壁２５ａは、区画壁２５のうちで最も駆動部３０に近い位置にある一つの壁面である。開口壁２５ａは、噴孔側を向く平面状に形成されている。開口壁２５ａには、流出通路２４ａの流出開口部２８及び流入通路２１ａの流入開口部２７が開口している。流出開口部２８は、円形状に形成されている。流入開口部２７は、流出開口部２８を囲うように形成された円環状の溝部である。開口壁２５ａにて、流出開口部２８及び流入開口部２７の間には、流入開口部２７よりも浅い円環状の窪み部２９が形成されている。弁体収容空間４１の軸方向は、流入開口部２７及び流出開口部２８の各軸方向に沿っており、開口壁２５ａに対して実質的に直交している。
【００３４】
内周壁２６は、第一壁部２６ａ、第二壁部２６ｂ、及び第三壁部２６ｃを有している。各壁部２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、互いに内径の異なった円筒壁であって、実質的に同軸となるように形成されている。第一壁部２６ａの内径は、第二壁部２６ｂの内径よりも大きい。第二壁部２６ｂの内径は、第三壁部２６ｃの内径よりも大きい。第二壁部２６ｂは、弁体収容空間４１の軸方向において、第一壁部２６ａよりも噴孔側に形成されている。第三壁部２６ｃは、弁体収容空間４１の軸方向において、第二壁部２６ｂよりも噴孔側に形成されている。
【００３５】
段差壁２５ｂ及び載置壁２５ｃは、弁体収容空間４１の軸方向において、開口壁２５ａと対向している。段差壁２５ｂは、第一壁部２６ａ及び第二壁部２６ｂの間に形成された円環状の平面である。載置壁２５ｃは、段差壁２５ｂを挟んで、開口壁２５ａの反対側に形成された円形状の平面である。載置壁２５ｃには、弁体収容空間４１に臨む圧力制御連通路４６の一方の端部が開口している。
【００３６】
弁体収容空間４１は、上制御室部４２と下制御室部４３とに弁機構１００によって区分けされる。上制御室部４２は、弁体収容空間４１の軸方向において、主に弁機構１００と開口壁２５ａとの間に形成されている。上制御室部４２には、流出開口部２８が臨んでいる。上制御室部４２は、弁体収容空間４１の径方向において、流入開口部２７の内周側に形成されている。下制御室部４３は、油圧作動弁体１２０を挟んで、上制御室部４２とは反対側に位置している。下制御室部４３に充填された燃料は、閉弁方向の力を油圧作動弁体１２０に作用させる。
【００３７】
圧力作用空間４４は、ニードル壁２２ａ及び受圧面５１等によって区画された円盤状の空間である。圧力作用空間４４は、圧力制御連通路４６を挟んで弁体収容空間４１の反対側に形成されている。圧力作用空間４４の容積は、弁体収容空間４１の容積よりも小さい。圧力作用空間４４は、受圧面５１に燃料圧力を作用させる。圧力作用空間４４の燃料圧力の変動に伴い、ノズルニードル５０は、弁ボデー２０に対して相対的に変位する。圧力作用空間４４の燃料圧力が降下すると、ノズルニードル５０は、開弁方向に変位する。一方、圧力作用空間４４の燃料圧力が回復すると、ノズルニードル５０は、閉弁方向に変位する。
【００３８】
圧力制御連通路４６は、弁体収容空間４１と圧力作用空間４４との間に形成された燃料通路である。圧力制御連通路４６は、弁体収容空間４１及び圧力作用空間４４の間を連通させている。圧力制御連通路４６は、圧力作用空間４４の燃料圧力を弁体収容空間４１の燃料圧力に追従させる。
【００３９】
第一制御弁体１１０は、駆動部３０の駆動によって開口壁２５ａに離着座することで、流出開口部２８の開閉を行う。第一制御弁体１１０は、静リークが実質的に無いアンバランス弁である。第一制御弁体１１０の一部は、上制御室部４２に収容されている。第一制御弁体１１０の開弁によれば、上制御室部４２は、流出開口部２８と連通状態となる。第一制御弁体１１０の閉弁によれば、上制御室部４２と流出開口部２８との連通が遮断される。第一制御弁体１１０は、全体として円柱状に形成されている。第一制御弁体１１０の円筒状の外周面１１０ｆは、油圧作動弁体１２０に対して、摺動可能に嵌合している。第一制御弁体１１０は、金属材料等によって形成された閉弁部材１１１及び嵌合部材１１５等により構成されている。
【００４０】
閉弁部材１１１には、閉塞部１１２及び球面状部１１３が形成されている。閉塞部１１２は、平面状に形成されており、開口壁２５ａに対向している。閉弁部材１１１は、流出開口部２８よりも直径の大きい円形状である。閉塞部１１２の中央には、伝達部３５が当接している。伝達部３５を通じて閉弁部材１１１に駆動部３０の変位が伝達されることで、閉塞部１１２は、開口壁２５ａから離座する。閉塞部１１２は、開口壁２５ａへの着座によって流出開口部２８を塞ぐことができる。球面状部１１３は、閉塞部１１２の外縁と連続した部分球面状に形成されている。
【００４１】
嵌合部材１１５は、円柱状に形成されている。嵌合部材１１５は、駆動部３０に駆動された閉弁部材１１１の変位を、第二制御弁体１３０に伝達する。嵌合部材１１５には、接触部１１６、嵌合部１１７、及び入力端面１１８が形成されている。接触部１１６は、嵌合部材１１５の軸方向の両端部のうちで、閉弁部材１１１に近い一方に形成されている。接触部１１６は、凹球面状に形成されている。接触部１１６の湾曲の曲率は、球面状部１１３の曲率と実質同一か、又は僅かに大きく設定されている。接触部１１６は、球面状部１１３に面接触している。接触部１１６及び球面状部１１３の間の摺動により、嵌合部材１１５は、閉弁部材１１１に対する相対的な傾きを許容される。
【００４２】
嵌合部１１７は、嵌合部材１１５の側面に形成されている。嵌合部１１７は、上制御室部４２及び下制御室部４３の間の液密状態を維持しつつ、油圧作動弁体１２０に摺動可能に嵌合している。入力端面１１８は、嵌合部材１１５の軸方向にて、接触部１１６とは反対側に平面状に形成されている。入力端面１１８の中央には、中間部材１４３が接触している。嵌合部材１１５は、入力端面１１８に入力される閉弁方向の力を、閉弁部材１１１に伝達する。
【００４３】
油圧作動弁体１２０は、上制御室部４２と下制御室部４３との間に生じる圧力差によって変位する油圧従動弁である。油圧作動弁体１２０は、第一制御弁体１１０の外周面１１０ｆに対して摺動可能であり、第一制御弁体１１０から独立して変位可能である。油圧作動弁体１２０の軸方向は、第一制御弁体１１０及び第一壁部２６ａの各軸方向に沿っている。油圧作動弁体１２０は、上下の圧力差で軸方向に変位し、開口壁２５ａに離着座することで、流入開口部２７の開閉を行う。
【００４４】
油圧作動弁体１２０は、金属材料等により、全体として扁平な円柱状に形成されている。油圧作動弁体１２０は、弁体収容空間４１のうちで第一壁部２６ａの内周側の空間に収容されている。油圧作動弁体１２０には、上着座面１２０ａ、下着座面１２０ｂ、大径外周壁１２９、貫通孔１２６、及び複数（二つ）の連通通路１２１が形成されている。上着座面１２０ａは、開口壁２５ａと対向する油圧作動弁体１２０の軸方向の端面である。下着座面１２０ｂは、軸方向にて上着座面１２０ａの反対側に形成される円形状の端面である。大径外周壁１２９は、円筒状に形成された油圧作動弁体１２０の側壁である。大径外周壁１２９は、径方向にて第一壁部２６ａと対向している。大径外周壁１２９と第一壁部２６ａとの間には、円筒状の隙間１２０ｃが形成されている。隙間１２０ｃは、流入開口部２７から下制御室部４３へ向けて流れる高圧燃料の流路となる。
【００４５】
貫通孔１２６は、油圧作動弁体１２０の径方向の中央に形成された円柱状の貫通孔である。貫通孔１２６は、油圧作動弁体１２０の中心軸線に沿って延伸している。貫通孔１２６には、嵌合孔部１２７及び収容端部１２８が設けられている。嵌合孔部１２７は、嵌合部１１７と嵌合しており、上述した上制御室部４２及び下制御室部４３の間の液密を形成している。収容端部１２８は、閉弁部材１１１を収容している。収容端部１２８の内径は、嵌合孔部１２７の内径よりも大きい。
【００４６】
連通通路１２１は、上制御室部４２と下制御室部４３とを連通させる燃料通路である。油圧作動弁体１２０が流入開口部２７を閉じた状態で、連通通路１２１は、圧力制御室４０から流出通路２４ａへの燃料の流出流量を制御する。油圧作動弁体１２０には、連通通路１２１として、第一連通通路１２２及び第二連通通路１２４が形成されている。第一連通通路１２２及び第二連通通路１２４は、径方向にて、貫通孔１２６及び大径外周壁１２９の間に形成されている。第一連通通路１２２及び第二連通通路１２４は、周方向に概ね１８０°離れた位置に形成されている。
【００４７】
第一連通通路１２２は、上着座面１２０ａ及び下着座面１２０ｂの間を軸方向に貫通している。第一連通通路１２２には、小径オリフィス１２３が形成されている。小径オリフィス１２３は、第一連通通路１２２の流路面積を規定しており、第一連通通路１２２を流通する燃料流量を制御する。第二連通通路１２４には、主孔部１２４ａ及び大径オリフィス１２５が形成されている。主孔部１２４ａは、軸方向に沿って延伸する円筒孔であって、上着座面１２０ａ及び下着座面１２０ｂのうちで、上着座面１２０ａのみに開口している。大径オリフィス１２５は、主孔部１２４ａと貫通孔１２６とを連通させている。大径オリフィス１２５は、第二連通通路１２４の流路面積を規定しており、第二連通通路１２４を流通する燃料流量を制御する。大径オリフィス１２５の絞り面積は、小径オリフィス１２３の絞り面積よりも大きい。そのため、第一連通通路１２２の流路面積は、第二連通通路１２４の流路面積よりも狭くなっている。
【００４８】
油圧作動弁体１２０は、第一制御弁体１１０の開口壁２５ａからの離座により、上制御室部４２と流出通路２４ａとが連通状態になると、下制御室部４３の燃料から受ける力で流入開口部２７を閉じる。油圧作動弁体１２０の閉弁によれば、流入開口部２７と圧力制御室４０との連通が遮断され、且つ、弁体収容空間４１は、上制御室部４２と下制御室部４３とに区分けされる。尚、第一連通通路１２２及び第二連通通路１２４のうちで、各オリフィス１２３，１２５よりも上制御室部４２側となる通路区間は、上制御室部４２に属する。同様に、収容端部１２８内の空間も、上制御室部４２に属する。これらの空間は、互いに実質同一の燃料圧力となる。
【００４９】
一方、第一制御弁体１１０の閉弁後にて、連通通路１２１を通じた燃料流通により、上下間の圧力差が縮小すると、油圧作動弁体１２０は、流入通路２１ａの高圧燃料から受ける力により、開口壁２５ａから離座する。油圧作動弁体１２０の開弁によれば、流入開口部２７は、圧力制御室４０と連通状態となる。こうした油圧作動弁体１２０の開口壁２５ａからの離座によれば、第二制御弁体１３０は、第一制御弁体１１０から離れる方向へ向けて変位する。
【００５０】
第二制御弁体１３０は、第一制御弁体１１０を介して駆動部３０に間接的に駆動されることで、油圧作動弁体１２０の下着座面１２０ｂから離着座する。第二制御弁体１３０は、駆動部３０に駆動される第一制御弁体１１０の変位方向に沿って、第一制御弁体１１０と直列に並ぶよう配置されている。第二制御弁体１３０は、下着座面１２０ｂへの離着座により、連通通路１２１の流路面積を切り替える。第二制御弁体１３０が下着座面１２０ｂから離座すると、連通通路１２１の流路面積は、増加する。
【００５１】
第二制御弁体１３０は、弁本体１３０ａ、第一リフト調整シム１３８、及び第二リフト調整シム１５２等によって構成されている。弁本体１３０ａは、金属材料等により、全体として扁平な円柱状に形成されている。弁本体１３０ａには、小径外周壁１３９、挿通孔部１３１及びシム収容孔部１３２、シート面１３３、当接面１３４、及び鍔部１３５が形成されている。
【００５２】
小径外周壁１３９は、円筒状に形成された弁本体１３０ａの側壁である。小径外周壁１３９は、径方向にて第二壁部２６ｂと対向している。小径外周壁１３９の外径は、大径外周壁１２９の外径よりも小さい。挿通孔部１３１及びシム収容孔部１３２は、弁本体１３０ａの径方向の中央に円柱状の一つの貫通孔を形成している。貫通孔は、弁本体１３０ａの中心軸線に沿って延伸している。挿通孔部１３１の内径は、シム収容孔部１３２の内径よりも小さい。挿通孔部１３１とシム収容孔部１３２との間には、入力端面１１８と対向する段差面１３２ａが形成されている。挿通孔部１３１は、中間部材１４３を挿通させている。シム収容孔部１３２は、挿通孔部１３１に対して油圧作動弁体１２０側に設けられている。
【００５３】
シート面１３３は、シム収容孔部１３２の開口を囲むように、円環状に形成されている。シート面１３３は、下着座面１２０ｂと対向する弁本体１３０ａの端面から、凸状に突き出している。シート面１３３の内径は、貫通孔１２６の内径よりも大きくされている。シート面１３３は、下着座面１２０ｂへの当接により、シート面１３３の外周側から内周側へと向かう燃料の流通を遮断する。当接面１３４は、第二リフト調整シム１５２に離着座可能である。鍔部１３５は、小径外周壁１３９から外周側に突き出した円環状の部位である。鍔部１３５には、第二付勢部材１４２の一端が載置されている。
【００５４】
第一リフト調整シム１３８は、金属材料によって円筒状に形成されている。第一リフト調整シム１３８は、その軸方向を弁本体１３０ａの軸方向に沿わせた姿勢でシム収容孔部１３２に収容されており、段差面１３２ａに突き当てられている。第一リフト調整シム１３８は、入力端面１１８と段差面１３２ａとの間に配置されており、接触端面１３８ａを入力端面１１８と対向させている。第一制御弁体１１０が閉弁しているとき、接触端面１３８ａと入力端面１１８との間には、隙間（以下「第一隙間」）が形成されている。第一制御弁体１１０の変位によって第一隙間が消失すると、第二制御弁体１３０は、第一制御弁体１１０に押され、開弁方向へ向けて変位する。第一隙間の寸法は、例えば１０〜２０μｍ程度である。第一隙間の寸法は、第一リフト調整シム１３８の軸方向の長さの変更により、例えば燃料噴射装置１０の製造時に調整される。
【００５５】
第二リフト調整シム１５２は、金属材料によって円盤状に形成されている。第二リフト調整シム１５２は、その軸方向を弁本体１３０ａの軸方向に沿わせた姿勢で第二壁部２６ｂの内周側に収容されており、段差壁２５ｂに突き当てられている。第二リフト調整シム１５２は、弁本体１３０ａと段差面１３２ａとの間に配置されており、上シム面１５５を弁本体１３０ａの下端の当接面１３４と対向させている。油圧作動弁体１２０及び第二制御弁体１３０が共に閉弁しているとき、上シム面１５５と当接面１３４との間には、隙間（以下「第二隙間」）が形成されている。第二隙間は、第二制御弁体１３０の最大変位量（リフト量）を規定している。第二隙間の寸法は、第一隙間の寸法と同様に、例えば１０〜２０μｍ程度である。第二隙間の寸法は、第二リフト調整シム１５２の厚さの変更により、例えば燃料噴射装置１０の製造時に調整される。
【００５６】
第二リフト調整シム１５２には、第二リフト調整シム１５２を軸方向に貫通する貫通孔として、挿通孔１５３及び複数の流通孔１５４が形成されている。挿通孔１５３は、第二リフト調整シム１５２の径方向の中央に位置している。挿通孔１５３は、中間部材１４３を挿通させる。流通孔１５４は、挿通孔１５３の外周側に、互いに間隔を開けて形成されている。流通孔１５４は、燃料を流通させる。
【００５７】
以上の第二制御弁体１３０は、油圧作動弁体１２０からの離座により、連通通路１２１の状態を、第一絞り状態から第二絞り状態へと切り替える。具体的に、第一絞り状態では、第二制御弁体１３０は、シート面１３３を下着座面１２０ｂに着座させている。この状態でも、第一連通通路１２２は、上制御室部４２と下制御室部４３とを連通させている。対して、第二連通通路１２４は、燃料を流通させることができない。
【００５８】
一方、第二絞り状態では、シート面１３３の下着座面１２０ｂからの離座により、貫通孔１２６及び大径オリフィス１２５への燃料の流入が許容される。その結果、第二連通通路１２４は、上制御室部４２と下制御室部４３とを連通させる。以上のように、第一絞り状態では、二つの連通通路１２１のうちで、第一連通通路１２２のみが連通状態となるため、流路面積は小さくなる。一方で、第二絞り状態では、第一連通通路１２２及び第二連通通路１２４の両方が連通状態となるため、流路面積は、第一絞り状態よりも大きく確保される。
【００５９】
中間部材１４３及び第一付勢部材１４１は、弁体収容空間４１のうちで第三壁部２６ｃの内周側の空間に収容されている。中間部材１４３は、ロッド部１４４及び鍔部１４５を有している。ロッド部１４４は、中間部材１４３の本体部から、嵌合部材１１５へ向かって円柱状に突出している。ロッド部１４４は、第二リフト調整シム１５２の挿通孔１５３及び第二制御弁体１３０の挿通孔部１３１に挿通されている。ロッド部１４４の先端は、入力端面１１８に押し当てられている。鍔部１４５は、中間部材１４３の本体部から外周側に突き出した円環状の部位である。鍔部１４５には、第一付勢部材１４１の軸方向の一端が当接している。
【００６０】
第一付勢部材１４１は、円筒螺旋状に形成されたコイルスプリングである。第一付勢部材１４１は、油圧作動弁体１２０に対し下制御室部４３側に配置されている。第一付勢部材１４１は、圧力制御室４０のうちで上制御室部４２以外の空間に収容されている。第一付勢部材１４１は、鍔部１４５と載置壁２５ｃとの間に、軸方向に押し縮めされた状態で配置されている。第一付勢部材１４１の内周側には、中間部材１４３の円柱状の本体部が収容されている。第一付勢部材１４１は、第一制御弁体１１０を閉弁方向に付勢する復元力を、鍔部１３５に作用させている。中間部材１４３は、上制御室部４２以外の空間に収容された第一付勢部材１４１から作用する復元力を、上制御室部４２に少なくとも一部が収容され第一制御弁体１１０に伝達し、第一制御弁体１１０を閉弁方向に付勢する。
【００６１】
第二付勢部材１４２は、第一付勢部材１４１よりも大径の円筒螺旋状に形成されたコイルスプリングである。第二付勢部材１４２のばね定数は、第一付勢部材１４１のばね定数よりも大きい。第二付勢部材１４２は、鍔部１３５と第二リフト調整シム１５２との間に、軸方向に押し縮められた状態で配置されている。第二付勢部材１４２の内周側には、第二制御弁体１３０が収容されている。第二付勢部材１４２は、第二制御弁体１３０を下着座面１２０ｂへ向けて付勢する復元力を、鍔部１３５に作用させている。第二付勢部材１４２は、第二制御弁体１３０を介して、流入開口部２７を閉じる方向に油圧作動弁体１２０を付勢する。
【００６２】
次に燃料噴射装置１０の作動について図３及び図５〜図７を用いて説明する。燃料噴射装置１０は、一例として、少なくとも三つの開弁モードで作動可能である。燃料噴射装置１０の開弁モードには、互いに噴射率特性の異なる低速開弁モード、高速開弁モード、及び切替開弁モードが含まれている。
【００６３】
低速開弁モードは、噴射率の低い燃料噴射を行う開弁モードである。低速開弁モードにて投入される第一駆動エネルギは、第一制御弁体１１０を離座させることが可能な変位を伝達部３５に生じさせる駆動エネルギ以上であり、且つ、第二制御弁体１３０を油圧作動弁体１２０から離座させる駆動エネルギ未満である。低速開弁モードにおける燃料噴射装置１０の作動を、以下、図５に基づき、図３を参照しつつ説明する。
【００６４】
ピエゾアクチュエータ３１への通電が行われる時刻ｔ１以前では、弁機構１００は、下制御室部４３の燃料及び各付勢部材１４１，１４２から受ける閉弁方向の力により、流入開口部２７及び流出開口部２８を共に閉弁状態としている。
【００６５】
時刻ｔ１では、ピエゾアクチュエータ３１に第一駆動エネルギが投入される。駆動部３０は、ピエゾアクチュエータ３１を伸長させて、開口壁２５ａから離座させる開弁方向へ第一制御弁体１１０を変位させる。以上により、流出開口部２８と上制御室部４２とが連通状態になり、上制御室部４２の燃料は、流出開口部２８を通り、流出通路２４ａから流出する。こうして上制御室部４２の燃料圧力が降下すると、油圧作動弁体１２０は、下制御室部４３の燃料圧力によって開口壁２５ａに押し当てられ、流入開口部２７を閉塞させる。よって高圧燃料の動リークは、最小限に抑制される。
【００６６】
上述のように、低速開弁モードでは、ピエゾアクチュエータ３１に投入される第一駆動エネルギが低く抑えられている。そのため、第一制御弁体１１０は、伝達部３５に駆動されて開口壁２５ａから離座し、入力端面１１８を接触端面１３８ａに押し当てた状態で静止する。一方で、第二制御弁体１３０の油圧作動弁体１２０への着座状態は、維持される。故に、連通通路１２１は、第一連通通路１２２及び第二連通通路１２４のうちで第一連通通路１２２のみが下制御室部４３と上制御室部４２とを連通させた第一絞り状態となる。
【００６７】
上述したように、油圧作動弁体１２０が流入開口部２７を閉じた状態では、下制御室部４３から流出通路２４ａへの燃料の流出流量は、連通通路１２１によって制御される。故に低速開弁モードでは、下制御室部４３から流出通路２４ａへの燃料流出は、小径オリフィス１２３によって制御される。そのため、下制御室部４３の減圧は、上制御室部４２の減圧に対して、低速となる。こうして生じる下制御室部４３及び上制御室部４２の間の圧力差により、油圧作動弁体１２０は、開口壁２５ａにいっそう強く押し付けられて、流入開口部２７の閉弁状態を維持する。
【００６８】
圧力作用空間４４の燃料圧力は、下制御室部４３の燃料圧力に追従して、低下する。時刻ｔ２にて、下制御室部４３及び圧力作用空間４４の燃料圧力が所定の圧力まで低下すると、ノズルニードル５０を閉弁方向に押す力よりも、ノズルニードル５０を開弁方向に押す力の方が大きくなる。その結果、ノズルニードル５０は、開弁方向への変位を開始する。以上により、噴孔２３から燃焼室２ｂ（図１参照）への燃料噴射が開始される。尚、低速開弁モードにおけるノズルニードル５０の開弁（リフト）速度は、第二連通通路１２４の燃料流通が許容されていないため、後述する高速開弁モードよりも低速となる。
【００６９】
ピエゾアクチュエータ３１への通電が停止されると、駆動エネルギの放出により、ピエゾアクチュエータ３１は収縮する。その結果、第一制御弁体１１０は、下制御室部４３の燃料圧力と第一付勢部材１４１に付勢された中間部材１４３の押圧力とを受けて、開口壁２５ａへ向けた変位を開始する。そして時刻ｔ３にて、第一制御弁体１１０は、流出開口部２８を閉弁する。
【００７０】
時刻ｔ３以降では、第一連通通路１２２を通じた燃料の流通により、上制御室部４２及び下制御室部４３の間の圧力差が低減又は解消される。すると時刻ｔ４にて、油圧作動弁体１２０は、流入開口部２７の高圧燃料から受ける開弁方向の力により、第二制御弁体１３０と共に開弁方向に変位し、開口壁２５ａから離座する。その結果、流入開口部２７から圧力制御室４０への高圧燃料の流入が開始される。
【００７１】
時刻ｔ４にて圧力制御室４０への流入を開始した高圧燃料は、所定の隙間１２０ｃ及び圧力制御連通路４６等を流通し、圧力作用空間４４に流入する。以上により、圧力作用空間４４の圧力が回復し、圧力作用空間４４から受圧面５１に作用する圧力が上昇する。その結果、時刻ｔ５にて、ノズルニードル５０は、開弁方向への変位を停止し、閉弁方向への変位を開始する。そして、時刻ｔ６にて、ノズルニードル５０は、噴孔２３を閉じる。
【００７２】
ノズルニードル５０による噴孔２３の閉弁後も高圧燃料の流入が継続されることで、時刻ｔ７にて、圧力制御室４０の燃料圧力は、流入通路２１ａの高圧燃料と実質同一の圧力となる。そのため、油圧作動弁体１２０は、第二付勢部材１４２の付勢力により、第二制御弁体１３０と共に閉弁方向への変位を開始する。そして、時刻ｔ８にて、油圧作動弁体１２０は、開口壁２５ａに着座し、流入開口部２７を閉じる。
【００７３】
高速開弁モードは、低速開弁モードよりも噴射率の高い燃料噴射を行う開弁モードである。高速開弁モードにてピエゾアクチュエータ３１に投入される第二駆動エネルギは、第一駆動エネルギよりも大きく、第二制御弁体１３０を油圧作動弁体１２０から離座させることが可能な駆動エネルギである。高速開弁モードにおける燃料噴射装置１０の作動を、以下、図６に基づき、図３を参照しつつ説明する。尚、時刻ｔ１以前の弁機構１００は、低速開弁モードと同様に、流入開口部２７及び流出開口部２８を共に閉弁状態としている。
【００７４】
時刻ｔ１では、ピエゾアクチュエータ３１に第二駆動エネルギが投入される。駆動部３０は、ピエゾアクチュエータ３１の伸長により、第一制御弁体１１０を開弁方向へ向けて変位させ、且つ、第一制御弁体１１０を介して、第二制御弁体１３０を油圧作動弁体１２０の下着座面１２０ｂから離座させる。以上により、流出開口部２８と上制御室部４２とが連通状態になり、油圧作動弁体１２０は、上制御室部４２の減圧によって開口壁２５ａに押し当てられる。
【００７５】
上述したように、連通通路１２１の流路面積は、第二制御弁体１３０の油圧作動弁体１２０からの離着座により、切り替えられる。第二制御弁体１３０が上着座面１２０ａから離座することで、連通通路１２１は、第一連通通路１２２及び第二連通通路１２４の両方が下制御室部４３と上制御室部４２とを連通させた第二絞り状態となる。その結果、下制御室部４３から流出通路２４ａへの燃料流出は、小径オリフィス１２３及び大径オリフィス１２５の両方によって制御される。故に、高速開弁モードにおける下制御室部４３の減圧は、低速開弁モードと比較して、高速で生じる。
【００７６】
時刻ｔ２にて、下制御室部４３及び圧力作用空間４４の燃料圧力が所定の圧力まで低下すると、ノズルニードル５０は、開弁方向への変位を開始する。高速開弁モードにおける時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間は、低速開弁モードにおける時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間よりも短くなる。加えて、下制御室部４３から流出通路２４ａへの燃料の流出量が多くなるため、ノズルニードル５０は、開弁方向へ向けて、低速開弁モードよりも高速で変位可能となる。
【００７７】
ピエゾアクチュエータ３１への通電が停止された後、第一制御弁体１１０及び第二制御弁体１３０は、下制御室部４３の燃料圧力と各付勢部材１４１，１４２及び中間部材１４３とによって押されて、閉弁方向への変位を開始する。第二制御弁体１３０は、下着座面１２０ｂに着座する。同様に、第一制御弁体１１０は、時刻ｔ３にて開口壁２５ａに着座し、流出開口部２８を閉弁する。
【００７８】
時刻ｔ３での流出開口部２８の閉弁により、上制御室部４２及び下制御室部４３の間の圧力差が低減又は解消される。その結果、時刻ｔ４にて、油圧作動弁体１２０は、流入開口部２７の高圧燃料から受ける開弁方向の力により、第二制御弁体１３０と共に開弁方向に変位し、開口壁２５ａから離座する。以上により、流入開口部２７から圧力制御室４０への高圧燃料の流入が開始される。
【００７９】
時刻ｔ４にて開始された圧力制御室４０への高圧燃料の流入により、圧力作用空間４４の圧力が回復する。こうして圧力作用空間４４から受圧面５１に作用する圧力が上昇する。そして、ノズルニードル５０は、時刻ｔ５にて、開弁方向への変位を停止し、閉弁方向への変位を開始し、さらに時刻ｔ６にて、噴孔２３を閉じる。時刻ｔ６以降では、低速開弁モードの場合と同様に、油圧作動弁体１２０の閉弁によって流入開口部２７が閉じられる。
【００８０】
切替開弁モードでは、一回の噴射の途中で、ピエゾアクチュエータ３１に投入される駆動エネルギが増減される。切替開弁モードとしては、低速開弁モードから高速開弁モードへと切り替えられる開弁モードと、高速開弁モードから低速開弁モードへと切り替えられる開弁モードとが想定される。以下、低速開弁モードから高速開弁モードへと切り替えられる切替開弁モードでの燃料噴射装置１０の作動を、図７に基づき、図３を参照しつつ説明する。
【００８１】
尚、時刻ｔ１以前では、弁機構１００は、低速開弁モード及び高速開弁モードと同様に、流入開口部２７及び流出開口部２８を共に閉弁状態としている。また、時刻ｔ３以後では、弁機構１００は、高速開弁モードと同様に、第一制御弁体１１０及び第二制御弁体１３０を共に閉弁させた後、油圧作動弁体１２０を開弁させて、ノズルニードル５０を閉弁させる。
【００８２】
時刻ｔ１では、ピエゾアクチュエータ３１に第一駆動エネルギが投入されることで、第一制御弁体１１０は、開弁方向へ向けて変位する。このとき、第二制御弁体１３０の油圧作動弁体１２０への着座状態は、維持される。故に、低速開弁モードと同様に、連通通路１２１は、第一絞り状態となる。そして、小径オリフィス１２３を通じた下制御室部４３から流出通路２４ａへの燃料流出により、時刻ｔ２にて、下制御室部４３及び圧力作用空間４４の燃料圧力が所定の圧力まで低下すると、ノズルニードル５０は、開弁方向への変位を開始する。燃料の流出流量が小径オリフィス１２３のみによって制御されているため、開弁の初期では、ノズルニードル５０の開弁速度は、低速に抑えられる。
【００８３】
時刻ｔｃでは、ピエゾアクチュエータ３１に投入される駆動エネルギが、第一駆動エネルギから第二駆動エネルギに切り替えられる。駆動部３０は、第一制御弁体１１０を介して、第二制御弁体１３０を油圧作動弁体１２０の下着座面１２０ｂから離座させる。その結果、連通通路１２１は、第一絞り状態から、第一絞り状態よりも流路面積の大きい第二絞り状態へと切り替わり、第二連通通路１２４を通じた燃料の流通を許容する。時刻ｔｃ以降である開弁の後期では、ノズルニードル５０の開弁速度は、時刻ｔｃ以前の開弁の初期よりも、高速となる。そして、第一制御弁体１１０及び第二制御弁体１３０が共に閉弁される時刻ｔ３まで、小径オリフィス１２３及び大径オリフィス１２５を通じた燃料流出が継続される。
【００８４】
ここまで説明した第一実施形態の弁機構１００は、上制御室部４２と下制御室部４３との間に生じる圧力差で開口壁２５ａに離着座し、流入開口部２７の開閉を行う油圧作動弁体１２０を有している。油圧作動弁体１２０は、駆動部３０に駆動されなくても、上制御室部４２と流出通路２４ａとの連通により、下制御室部４３の燃料から受ける力で、流入開口部２７を閉じ得る。故に、ノズルニードル５０の閉弁時の応答性を向上させるべく、流入開口部２７を閉じるための弁体を追加しても、当該弁体が油圧作動弁体１２０であれば、駆動部３０の負荷の増加は、引き起こされ難い。
【００８５】
加えて、駆動部３０への第一駆動エネルギの投入によれば、第一絞り状態の連通通路１２１を通じて、下制御室部４３から流出通路２４ａへと燃料が流出する。さらに、第一駆動エネルギよりも大きい第二駆動エネルギの駆動部３０への投入によれば、流路面積を拡大された第二絞り状態の連通通路１２１を通じて、下制御室部４３から流出通路２４ａへと燃料が流出する。
【００８６】
以上のように、駆動部３０に投入される駆動エネルギの増減で、弁機構１００は、連通通路１２１の流路面積を切り替えて、圧力制御室４０の圧力降下の態様を変更し得る。故に、ノズルニードル５０の開弁速度の二段階の切り替え、ひいては噴射率特性の切り替えが、第一制御弁体１１０を駆動する駆動部３０の制御によって実現され得る。
【００８７】
したがって、駆動部３０の数及び負荷の増加を抑えつつ、噴射率特性の切り替えと噴射の応答性の向上とが共に可能な燃料噴射装置１０を提供できる。その結果、エンジン２の負荷に応じて適切な燃焼室２ｂ内の熱発生率制御が可能となり、ひいては燃費、騒音、排気等の改善が可能となる。
【００８８】
加えて第一実施形態では、油圧作動弁体１２０に複数の通路、即ち、第一連通通路１２２及び第二連通通路１２４を設けて、連通状態にある通路の数を切り替えることにより、連通通路１２１の流路面積が切り替え可能とされている。このように、弁機構１００を構成する複数の部材のうちで最もサイズの大きい油圧作動弁体１２０に連通通路１２１を設ける構成であれば、連通通路１２１の形成工程は、困難とはなり難い。
【００８９】
また第一実施形態では、第二制御弁体１３０の開弁によって連通状態になる第二連通通路１２４の流路面積が、第一連通通路１２２の流路面積よりも大きく規定されている。以上によれば、連通通路１２１を第一絞り状態から第二絞り状態へと切り替えることによる面積変化が、大きくなる。そのため、弁機構１００の作動により、燃料噴射装置１０の噴射率特性を明確に切り替えることが可能になる。
【００９０】
さらに第一実施形態のように、第二制御弁体１３０が油圧作動弁体１２０に着座する構成であるため、第二制御弁体１３０は、油圧作動弁体１２０の変位時に、油圧作動弁体１２０に追従して、第一制御弁体１１０に対して相対変位する。こうした構成の弁機構１００であれば、一つの駆動部３０の制御により、流出開口部２８の開閉弁と連通通路１２１の切り替えとが、共に可能となる。
【００９１】
加えて第一実施形態では、油圧作動弁体１２０に摺動可能に嵌合した嵌合部１１７が、上制御室部４２及び下制御室部４３の間の液密状態を維持している。このように、第一制御弁体１１０と油圧作動弁体１２０との間を通じた燃料流通が抑制されれば、油圧作動弁体１２０の作動に必要な圧力差は、確実に発生し得る。尚、液密状態とは、嵌合部１１７及び嵌合孔部１２７の間を流通する燃料量が、小径オリフィス１２３を流通する燃料量よりも少ない状態とする。
【００９２】
また第一実施形態の第一制御弁体１１０では、閉弁部材１１１及び嵌合部材１１５が、それぞれ球面状に形成された球面状部１１３及び接触部１１６を互いに接触させている。故に、例えば油圧作動弁体１２０の傾斜によって嵌合部材１１５の姿勢が変化しても、閉弁部材１１１は、嵌合部材１１５に対して相対的に回転し、閉塞部１１２を開口壁２５ａに正対させた姿勢を維持できる。以上によれば、第一制御弁体１１０は、閉塞部１１２によって流出開口部２８を塞いで、圧力制御室４０と流出通路２４ａとの連通を遮断できる。
【００９３】
さらに第一実施形態の第一付勢部材１４１及び第二付勢部材１４２は、上制御室部４２と下制御室部４３のうちで、下制御室部４３に収容されている。このように、第一付勢部材１４１及び第二付勢部材１４２を上制御室部４２に収容しない構成であれば、上制御室部４２の容積は、当該上制御室部に付勢部材を収容する形態よりも、十分に小さく抑えられ得る。その結果、第一制御弁体１１０が流出開口部２８を閉弁後、上制御室部４２の燃料圧力は、速やかに下制御室部４３の燃料圧力に近づく。故に、第一制御弁体１１０の閉弁から油圧作動弁体１２０の開弁までの時間（図５  時刻ｔ３〜ｔ４参照）が短縮される。このような油圧作動弁体１２０の開弁応答性の向上によれば、圧力作用空間４４の燃料圧力は、早急に上昇し得る。したがって、ノズルニードル５０の閉弁応答性が向上可能となる。
【００９４】
また第一実施形態では、第一付勢部材１４１が上制御室部４２に配置されていても、中間部材１４３が、第一付勢部材１４１の付勢力を第一制御弁体１１０に伝達できる。こうした構成であれば、上制御室部４２の容積を低減しつつ、第一制御弁体１１０の閉弁作動の確実性を高めることが可能となる。
【００９５】
加えて第一実施形態では、第二付勢部材１４２の内周側に第二制御弁体１３０が収容されている。こうした配置によれば、圧力制御室４０に充填される燃料の容積は、少なく抑えられ得る。そのため、油圧作動弁体１２０の開弁後、圧力作用空間４４の燃料圧力の回復が迅速に行われ得る。したがって、ノズルニードル５０の閉弁応答性は、いっそう向上し易くなる。
【００９６】
また第一実施形態では、弁体収容空間４１と圧力作用空間４４とを圧力制御連通路４６で連通させる構成により、それぞれの空間に必要な容積が適宜確保されている。こうした圧力制御室４０の構成であれば、圧力制御室４０に充填される燃料の容積を減らすことができる。以上によれば、第一制御弁体１１０の開弁後に圧力制御室４０の燃料圧力が速やかに降下し、且つ、油圧作動弁体１２０の開弁後に圧力制御室４０の燃料圧力が速やかに回復する。以上によれば、ノズルニードル５０の応答性は、いっそう向上し易くなる。
【００９７】
さらに第一実施形態では、油圧作動弁体１２０及び第二制御弁体１３０の外径に合わせて、弁体収容空間４１を区画する第一壁部２６ａ及び第二壁部２６ｂの内径が規定されている。こうした構成であれば、圧力制御室４０に充填される燃料の容積は、いっそう低減され得る。その結果、第一制御弁体１１０の開弁後の圧力制御室４０の減圧及び油圧作動弁体１２０の開弁後の圧力制御室４０の圧力回復が共に高速で生じるようになる。故に、ノズルニードル５０の開弁応答性及び閉弁応答性は、向上可能となる。
【００９８】
加えて第一実施形態のように、圧力作用空間４４の容積が弁体収容空間４１の容積よりも小さければ、圧力作用空間４４の燃料圧力は、弁体収容空間４１の燃料圧力に迅速に追従し得る。故に、ノズルニードル５０の制御性は、高く維持可能となる。
【００９９】
尚、第一実施形態では、大径外周壁１２９が「第一外周壁」に相当し、小径外周壁１３９が「第二外周壁」に相当し、第一付勢部材１４１が「付勢部材」に相当し、第二付勢部材１４２が「筒状部材」に相当する。
【０１００】
（第二実施形態）
図８及び図９に示す第二実施形態は、第一実施形態の変形例である。第二実施形態の燃料噴射装置では、弁機構２００の構成、及び弁機構２００を収容する圧力制御室２４０の形状が、第一実施形態とは異なっている。以下、弁機構２００及び圧力制御室２４０の詳細を順に説明する。
【０１０１】
弁機構２００は、第二付勢部材１４２（図３参照）と実質同一の付勢部材２４２に加えて、第一制御弁体２１０、油圧作動弁体２２０、及び第二制御弁体２３０等によって構成されている。弁機構２００には、第一実施形態とは異なる形態の連通通路２２１が形成されている。弁機構２００の各構成は、互いに同軸となるように組み立てられている。
【０１０２】
第一制御弁体２１０は、第一実施形態の第一制御弁体１１０（図３参照）に相当する構成である。第一制御弁体２１０は、閉弁部材１１１及び嵌合部材２１５等により構成されている。嵌合部材２１５には、接触部１１６、嵌合部１１７、及び入力端面１１８に加えて、連通通路２２１の第一通路区間２１２、上流出口部２１４、及び中間流入口部２１６が形成されている。
【０１０３】
第一通路区間２１２は、円柱状の嵌合部材２１５を軸方向に貫通する貫通孔である。第一通路区間２１２は、嵌合部材２１５の径方向の中央に設けられている。第一通路区間２１２は、接触部１１６及び入力端面１１８の各中央に円形状に開口している。第一通路区間２１２には、大径オリフィス２１３が形成されている。
【０１０４】
大径オリフィス２１３は、第一通路区間２１２にて、入力端面１１８よりも接触部１１６に近い位置に形成されている。大径オリフィス２１３は、第一通路区間２１２のうちで最も流路面積の狭い箇所である。第一通路区間２１２の流路面積は、大径オリフィス２１３によって規定されている。
【０１０５】
上流出口部２１４は、接触部１１６を形成する嵌合部材２１５の上方の端面に設けられた溝部である。上流出口部２１４は、第一通路区間２１２から径方向に沿って外周側に延びている。上流出口部２１４は、接触部１１６と球面状部１１３とが接触した状態でも、第一通路区間２１２及び上制御室部４２の間の燃料流通を可能にしている。上流出口部２１４の流路面積は、大径オリフィス２１３の絞り面積よりも大きく規定されている。
【０１０６】
中間流入口部２１６は、入力端面１１８を形成する嵌合部材２１５の下方の端面に設けられた溝部である。中間流入口部２１６は、第一通路区間２１２から径方向に沿って外周側に延びている。中間流入口部２１６は、入力端面１１８と第二制御弁体２３０とが接触した状態でも、嵌合部材２１５の外周側と第一通路区間２１２との間の燃料流通を可能にしている。中間流入口部２１６の流路面積は、大径オリフィス２１３の絞り面積よりも大きく規定されている。
【０１０７】
油圧作動弁体２２０は、第一実施形態の油圧作動弁体１２０（図３参照）に相当する構成である。油圧作動弁体２２０には、開口壁２５ａに着座する上着座面１２０ａと、第二制御弁体２３０を着座させる下着座面１２０ｂとが形成されている。一方で、油圧作動弁体２２０からは、第一連通通路１２２及び第二連通通路１２４（図３参照）に相当する燃料通路が省略されている。そのため、油圧作動弁体２２０の大径外周壁１２９は、連通通路が形成された形態と比較して、小径となっている。大径外周壁１２９は、第一実施形態と同様に、第一壁部２６ａとの間に、所定の隙間１２０ｃを形成している。
【０１０８】
第二制御弁体２３０は、第一実施形態の第二制御弁体１３０（図３参照）に相当する構成である。第二制御弁体２３０は、第二リフト調整シム１５２（図３参照）に相当するリフト調整シム２５２に加えて、弁本体２３０ａ及び通路形成部材２３７等によって構成されている。
【０１０９】
弁本体２３０ａには、小径外周壁１３９、シート面１３３、及び当接面１３４等に加えて、嵌合孔２３１、連通孔２３２、及び下流入口部２３４が形成されている。嵌合孔２３１及び連通孔２３２は、弁本体２３０ａの径方向の中央に協働で一つの貫通孔を形成している。嵌合孔２３１及び連通孔２３２は、弁本体２３０ａの軸方向に直列に並ぶ配置にて、互いに連続するように形成されている。嵌合孔２３１及び連通孔２３２は、互いに内径の異なる円筒孔である。嵌合孔２３１の内径は、連通孔２３２の内径よりも大きく、通路形成部材２３７の外径と実質同一である。嵌合孔２３１は、中間流入口部２１６の一部と通路形成部材２３７とを収容している。連通孔２３２は、連通通路２２１の一部であり、下制御室部４３に開口している。
【０１１０】
弁本体２３０ａは、シート面１３３を油圧作動弁体２２０の下着座面１２０ｂに着座させた状態で、当接面１３４とリフト調整シム２５２との間に、第一実施形態と実質同一の第二隙間を形成している。第二制御弁体２３０の開弁方向への変位によれば、第二隙間は消失する。第二隙間は、第二制御弁体２３０の最大リフト量を規定している。
【０１１１】
下流入口部２３４は、当接面１３４を形成する弁本体２３０ａの下方の端面に設けられた溝部である。下流入口部２３４は、連通孔２３２から径方向に沿って外周側に延びている。下流入口部２３４は、当接面１３４とリフト調整シム２５２とが接触した状態でも、下制御室部４３と連通孔２３２との間の燃料流通を可能にしている。下流入口部２３４の流路面積は、後述する小径オリフィス２３９の絞り面積よりも大きく規定されている。
【０１１２】
通路形成部材２３７は、金属材料によって円筒状に形成されている。通路形成部材２３７は、嵌合孔２３１に収容され、嵌合孔２３１を区画する内周壁２６に内嵌されている。通路形成部材２３７には、接触端面１３８ａに加えて、第二通路区間２３８が形成されている。
【０１１３】
第二通路区間２３８は、通路形成部材２３７を軸方向に貫通する貫通孔である。第二通路区間２３８は、通路形成部材２３７の径方向の中央に設けられている。第二通路区間２３８は、連通孔２３２と連続している。第二通路区間２３８は、連通通路２２１の一部である。第二通路区間２３８は、駆動部３０が第一制御弁体２１０を変位させる変位方向において、第一通路区間２１２と直列に並んでいる。第一通路区間２１２及び第二通路区間２３８は、互いに直列に配置されることで、連通通路２２１の少なくとも一部を形成している。第二通路区間２３８には、小径オリフィス２３９が形成されている。
【０１１４】
小径オリフィス２３９は、第二通路区間２３８にて、連通孔２３２よりも接触端面１３８ａに近い位置に形成されている。小径オリフィス２３９の絞り面積は、大径オリフィス２１３の絞り面積よりも小さくされている。小径オリフィス２３９により、第二通路区間２３８の流路面積は、第一通路区間２１２よりも流路面積よりも狭く規定されている。
【０１１５】
以上の弁機構２００に形成される連通通路２２１は、第一実施形態と同様に、上制御室部４２と下制御室部４３とを連通させる燃料通路である。低速開弁モードにて、第二制御弁体２３０が油圧作動弁体２２０に着座している第一絞り状態では、連通通路２２１は、第一通路区間２１２と第二通路区間２３８とを連続させている。この場合、下制御室部４３の燃料は、下流入口部２３４から連通孔２３２を通り、第二通路区間２３８及び第一通路区間２１２を順に流通して、上流出口部２１４から上制御室部４２に流れ出る。このように、第一絞り状態では、小径オリフィス２３９及び大径オリフィス２１３の両方を燃料が通過する。故に、下制御室部４３から流出通路２４ａへの燃料の流出流量は、第二通路区間２３８の小径オリフィス２３９によって制御される。
【０１１６】
一方、高速開弁モードにて、駆動部３０に第二駆動エネルギが投入されると、第一制御弁体２１０は、入力端面１１８によって接触端面１３８ａを押し、第二制御弁体２３０を下着座面１２０ｂから離座させる。その結果、シート面１３３及び下着座面１２０ｂの間の燃料流通が可能になると共に、第二通路区間２３８の第一通路区間２１２からの分離により、連通通路２２１は、第二絞り状態となる。以上により、下制御室部４３の燃料は、主にシート面１３３と下着座面１２０ｂとの間を通り、中間流入口部２１６及び第一通路区間２１２を順に流通して、上流出口部２１４から上制御室部４２に流れ出る。このように、第二絞り状態では、大径オリフィス２１３のみを燃料が流通し得る。故に、下制御室部４３から流出通路２４ａへの燃料の流出流量は、第一通路区間２１２の大径オリフィス２１３によって制御される。
【０１１７】
圧力制御室２４０は、圧力作用空間４４及び圧力制御連通路４６に加えて、弁機構２００の形状に対応した弁体収容空間２４１を含んでいる。弁体収容空間２４１は、全体として二段円柱状に区画されている。弁体収容空間２４１を区画している内周壁２６は、第一壁部２６ａ及び第二壁部２６ｂを有している。第一壁部２６ａは、油圧作動弁体２２０の大径外周壁１２９と径方向に対向している。第一壁部２６ａの内径は、油圧作動弁体２２０の大径外周壁１２９の外径よりも、僅かに大きく規定されている。第二壁部２６ｂは、第二制御弁体２３０の小径外周壁１３９と径方向に対向している。第二壁部２６ｂの内径は、第一壁部２６ａの内径よりも僅かに小さく規定されており、且つ、付勢部材２４２の外径よりも僅かに大きく規定されている。
【０１１８】
ここまで説明した第二実施形態の弁機構２００でも、油圧作動弁体２２０が流入開口部２７を閉じ得る。加えて弁機構２００は、駆動部３０に投入される駆動エネルギの増減で、連通通路２２１の流路面積を切り替えて、圧力制御室２４０の圧力降下の態様を変更し得る。以上によれば、第二実施形態でも、第一実施形態と同様の効果を奏し、駆動部３０の数及び負荷の増加を抑えつつ、噴射率特性の切り替えと噴射の応答性の向上とを両立させることが可能である。
【０１１９】
加えて第二実施形態の連通通路２２１は、油圧作動弁体２２０ではなく、第一制御弁体２１０及び第二制御弁体２３０に形成されている。このように、油圧作動弁体２２０への連通通路２２１の形成が省略されていれば、連通通路が形成された形態と比較して、油圧作動弁体２２０の外径の縮小が容易となり得る。以上によれば、弁体収容空間２４１の第一壁部２６ａの内径を小さく抑えて、圧力制御室２４０の容積を少なくすることで、ノズルニードル５０の応答性の確保が可能になる。
【０１２０】
また第二実施形態の連通通路２２１のように、第一通路区間２１２と第二通路区間２３８とが直列に配置されていれば、第一制御弁体２１０を介した第二制御弁体２３０の変位により、各通路区間２１２，２３８の接続と分離とが切り替えられる。故に、各通路区間２１２，２３８の流路面積を互いに異なる大きさに設定すれば、駆動部３０の数を増やすことなく、一つの駆動部３０の制御によって連通通路２２１の流路面積の変更が可能になる。
【０１２１】
さらに第二実施形態では、第一通路区間２１２及び第二通路区間２３８は、第一制御弁体２１０及び第二制御弁体２３０の各中心に形成されており、各中心から偏心していない。このような配置であれば、第一制御弁体２１０及び第二制御弁体２３０に各通路区間２１２，２３８を形成する加工時にて、各通路区間２１２，２３８の形成位置の精度が高く維持され易くなる。
【０１２２】
加えて第二実施形態における第一絞り状態では、小径オリフィス２３９が流出流量を制御し、第二絞り状態では、大径オリフィス２１３が流出流量を制御する。以上のように、絞り状態が切り替えられても、連通通路２２１は、特定の一つのオリフィスで燃料の流出流量を制御する。仮に、複数のオリフィスで流出流量を制御する場合、各オリフィスの絞り面積のばらつきがそれぞれ流出流量に影響を与える。故に、一つのオリフィスで流出流量を管理すれば、複数のオリフィスを通過させる形態と比較して、絞り面積のばらつきが小さくなる。したがって、連通通路２２１は、各絞り状態での流出流量を精度良く制御できる。尚、第二実施形態では、付勢部材２４２が「筒状部材」に相当する。
【０１２３】
（他の実施形態）
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
【０１２４】
上記実施形態の第一制御弁体は、低速開弁モードにて、第二制御弁体に突き当てられた状態で静止していた。また、高速開弁モードにて、第二制御弁体は、リフト調整シムに突き当てられた状態で静止していた。しかし、低速開弁モードにて開弁状態にある第一制御弁体は、第二制御弁体に当接しない状態で静止していてもよい。同様に、高速開弁モードにて開弁状態にある第二制御弁体は、リフト調整シムに当接しない状態で静止していてもよい。尚、第一隙間及び第二隙間の各寸法は、適宜変更されてよい。
【０１２５】
上記実施形態の弁体収容空間は、弁機構の形状に対応した多段円柱状に形成されていた。しかし、弁体収容空間を含む圧力制御室の形状は、適宜変更されてよい。例えば、弁体収容空間は、単純な円柱状の空間であってもよい。さらに、圧力制御室は、弁体収容空間及び圧力作用空間に分けられていなくてもよい。
【０１２６】
上記実施形態の第一制御弁体は、閉弁部材及び嵌合部材に分割されていた。しかし、第一制御弁体は、例えば閉弁部材及び嵌合部を共に有する一つの円柱状の部材によって形成されていてもよい。加えて、第一実施形態の第一リフト調整シム及び第二リフト調整シム、並びに第二実施形態のリフト調整シムは、適宜省略されてよい。同様に、第一実施形態の第二付勢部材であって、第二実施形態の付勢部材に相当する構成も、適宜省略されてよい。
【０１２７】
尚、油圧作動弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材が省略される形態では、油圧作動弁体は、第一制御弁体の開弁する時刻ｔ１（図５等参照）にて、開口壁から離座している。油圧作動弁体は、時刻ｔ１での第一制御弁体の開弁後に、流出開口部の相対的な負圧に引き寄せられて開口壁に着座し、流入開口部を塞ぐことができる。
【０１２８】
上記第一実施形態では、切替開弁モードとして、低速開弁モードから高速開弁モードへと切り替える制御の詳細を説明した。しかし、切替開弁モードとして、高速開弁モードから低速開弁モードへと切り替える制御が実施されてもよい。加えて、切替開弁モードにて駆動エネルギが増減されるタイミングも、適宜変更されてよい。さらに、一回の噴射中に複数回の駆動エネルギの切り替えが実施されてもよい。
【０１２９】
上記実施形態では、燃料として軽油を噴射する燃料噴射装置に本開示の弁機構等を適用した例を説明したが、本開示の弁機構等は、軽油以外の燃料、例えばジメチルエーテル等の液化ガス燃料を噴射する燃料噴射装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【０１３０】
１０  燃料噴射装置、２ｂ  燃焼室、２０  弁ボデー、２１ａ  流入通路、２３  噴孔、２４ａ  流出通路、２５ａ  開口壁、２６  内周壁、２６ａ  第一壁部、２６ｂ  第二壁部、２７  流入開口部、２８  流出開口部、３０  駆動部、４０，２４０  圧力制御室、４１，２４１  弁体収容空間、４２  上制御室部、４３  下制御室部、４４  圧力作用空間、４６  圧力制御連通路、５０  ノズルニードル、１００，２００  弁機構、１１０，２１０  第一制御弁体、１１０ｆ  外周面、１１１  閉弁部材、１１２  閉塞部、１１３  球面状部、１１５，２１５  嵌合部材、１１６  接触部、１１７  嵌合部、１２０，２２０  油圧作動弁体、１２１，２２１  連通通路、１２２  第一連通通路、１２４  第二連通通路、１２９  大径外周壁（第一外周壁）、１３０，２３０  第二制御弁体、１３９  小径外周壁（第二外周壁）、１４１  第一付勢部材（付勢部材）、１４２  第二付勢部材（筒状部材）、１４３  中間部材、２４２  付勢部材（筒状部材）、２１２  第一通路区間、２３８  第二通路区間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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