(57)【要約】【課題】噴射される燃料の微粒化効果を向上した燃料噴射装置を提供する。【解決手段】本体部４の内部には、ボルト締めランジュバン１１が設けられている。ボルト締めランジュバン１１は、円筒状のホーン１２と、ホーン１２に設けられた円盤形状のフランジ部１３と、複数枚の円環状の圧電素子１４とを備えている。フランジ部１３は、ノズル部２ｂの縁部２ｂ１と上部ケーシング３の下端部とに挟まれることによって本体部４に対して固定されている。圧電素子１４は、圧電素子１４の穴にホーン１２が挿入されるようにしてフランジ部１３に対してボルトで固定されている。ホーン１２は、圧電素子１４によって振動するが、この振動の節に相当する位置にフランジ部１３が設けられている。【選択図】図１
2011047292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が噴射される噴孔及び該噴孔に連通する燃料通路が設けられた本体部と、
該本体部の内部に設けられ、前記噴孔と前記燃料通路とを連通または遮断する弁部材と、
前記燃料通路に設けられたホーンと、
前記ホーンを振動させる振動子と
を備え、
該ホーンには、前記本体部に対して固定されるフランジ部が形成され、
該フランジ部は、前記ホーンの振動の節に相当する位置に設けられる燃料噴射装置。
【請求項２】
前記弁部材は、前記ホーンに沿って摺動可能である、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記ホーンの少なくとも一部は、前記弁部材の径方向内側に配置されている、請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記本体部の内部には、前記噴孔に連通すると共に燃料を貯留する貯留室が設けられ、前記ホーンの先端が前記貯留室内に位置する、請求項３に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記弁部材の少なくとも一部は、前記ホーンの径方向内側に配置されている、請求項３に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記ホーン及び前記振動子は、ボルト締めランジュバンである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料噴射装置に係り、特に、ボルト締めランジュバン振動子により燃料を振動させて微粒化する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、燃料噴射装置から液体燃料を噴射させて燃焼させる場合、燃焼性は燃料の微粒化に大きな影響を受ける。そこで、噴射される燃料の粒径の均一性を高めることを目的として、弁の開閉に使用されるピエゾアクチュエータを利用し、ニードルを周期的に変動させて燃料に圧力変動を起こす燃料噴射装置が特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ピエゾアクチュエータは一般に長く体積が大きいので、共振点が低い。そのため、最近のコモンレールで採用されている非常に短時間（１〜１．５ミリ秒）の噴射では、十分な振動回数が得られないといった問題点があった。また、共振により素子が破壊するおそれがあるため、電力を大きくできず、その結果、微粒化効果が小さくなるといった問題点もあった。尚、ピエゾアクチュエータの共振を利用しなければこのような問題は生じないが、この場合には、振幅が大きくとれないため、微粒化効果がほとんどなくなってしまう。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、噴射される燃料の微粒化効果を向上した燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る燃料噴射装置は、燃料が噴射される噴孔及び噴孔に連通する燃料通路が設けられた本体部と、本体部の内部に設けられ、噴孔と燃料通路とを連通または遮断する弁部材と、燃料通路に設けられたホーンと、ホーンを振動させる振動子とを備え、ホーンには、本体部に対して固定されるフランジ部が形成され、フランジ部は、ホーンの振動の節に相当する位置に設けられる。ホーンの振動の節に相当する位置に設けられたフランジ部を本体部に対して固定すると、ホーンの先端が、ホーンの振動の腹になる。弁部材が噴孔と燃料通路とを連通したときに、ホーンを共振させると、ホーンの先端が大きく振動し、燃料にキャビテーションや流量変動を発生させる。
弁部材は、ホーンに沿って摺動可能であってもよい。
ホーンの少なくとも一部は、弁部材の径方向内側に配置されてもよい。
本体部の内部には、噴孔に連通すると共に燃料を貯留する貯留室が設けられ、ホーンの先端が貯留室内に位置してもよい。
弁部材の少なくとも一部は、ホーンの径方向内側に配置されてもよい。
ホーン及び振動子は、ボルト締めランジュバンであってもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、ホーンの振動の節に相当する位置に設けられたフランジ部が本体部に固定されていることにより、弁部材が噴孔と燃料通路とを連通したときに、ホーンを共振させると、ホーンの先端が大きく振動し、燃料にキャビテーションや流量変動を発生させるので、噴孔から噴射される燃料の微粒化を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る燃料噴射装置の断面図である。
【図２】実施の形態１に係る燃料噴射装置の先端部分の拡大断面図である。
【図３】実施の形態２に係る燃料噴射装置の断面図である。
【図４】実施の形態２に係る燃料噴射装置の先端部分の拡大断面図である。
【図５】実施の形態３に係る燃料噴射装置の断面図である。
【図６】実施の形態３に係る燃料噴射装置の先端部分の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る燃料噴射装置の構成を図１に示す。燃料噴射装置１は、下部ケーシング２と上部ケーシング３とからなる本体部４を備えている。下部ケーシング２は、上部が開口すると共に上部の開口の直径よりも小さな直径の円形の穴２ａ１が下部に形成された円筒形状の固定部２ａと、固定部２ａの外径よりも小さな外径を有する円筒形状のノズル部２ｂとから構成されている。ノズル部２ｂの上端には、円環状の縁部２ｂ１が設けられており、ノズル部２ｂが固定部２ａの内部から穴２ａ１に挿入されて縁部２ｂ１が固定部２ａの内部底面２ａ２に当接するようにして、下部ケーシング２が構成されている。下部ケーシング２の固定部２ａの上部の開口付近の内周面には、図示しない雌ねじ部が形成されている。上部ケーシング３は、上部が閉じると共に下部が開口した円筒形状を有しており、下部の外周面には、図示しない雄ねじ部が形成されている。下部ケーシング２の雌ねじ部と、上部ケーシング３の雄ねじ部とが螺合することにより、下部ケーシング２と上部ケーシング３とが固定されて本体部４が構成されている。上部ケーシング３の側面には、連通孔５が設けられており、連通孔５に配管６を介して、コモンレール７及びポンプ８が接続されており、コモンレール７内の燃料が連通孔５を介して上部ケーシング３の内部空間３ａに供給されるようになっている。
【００１０】
ノズル部２ｂの下端部は、先細り形状を有すると共に円形の下部端面２ｂ２で閉じている。円筒形状の円筒側面部２ｂ３の下端部と下部端面２ｂ２とを接続する傾斜した傾斜側面部２ｂ４に、傾斜側面部２ｂ４を貫通する噴孔９が設けられている。ノズル部２ｂの内部の下端には、噴孔９と連通するように、燃料が貯留される貯留室１０が設けられている。
【００１１】
下部ケーシング２及び上部ケーシング３の内部、すなわち、本体部４の内部には、ボルト締めランジュバン１１が設けられている。ボルト締めランジュバン１１は、上部ケーシング３の内部空間３ａから下部ケーシング２の内部の下端部に向かって延びるように設けられた円筒状のホーン１２と、ホーン１２に設けられた円盤形状のフランジ部１３と、ホーン１２を振動させる振動子である複数枚の円環状の圧電素子１４とを備えている。圧電素子１４は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）から形成され、ホーン１２は、スチールから形成されている。尚、ホーン１２は、アルミニウムから形成されてもよい。ホーン１２の外径は、ノズル部２ｂの内径よりも小さいので、ホーン１２の外周面とノズル部２ｂの内周面との間には、隙間２１が構成されている。フランジ部１３は、ノズル部２ｂの縁部２ｂ１と上部ケーシング３の下端部とに挟まれることによって本体部４に対して固定されている。圧電素子１４は、圧電素子１４の穴にホーン１２が挿入されるようにしてフランジ部１３に対してボルトで固定されている。
【００１２】
ここで、ホーン１２におけるフランジ部１３の位置について説明する。ホーン１２は、圧電素子１４によって振動するが、この振動の節に相当する位置にフランジ部１３が設けられ、ホーン１２の先端が振動の腹になるようにホーン１２の長さが設定されている。振動の節に相当する位置及びホーン１２の長さは、当業者に周知の技術である固有値解析により求めることができる。
【００１３】
ホーン１２の上端部分が内部に挿入されるようにして、円筒形状のシリンダ部材１５がホーン１２に取り付けられている。シリンダ部材１５の内部には、上下方向に摺動可能なピストン部材１６が設けられており、ピストン部材１６に接するように、ピストン部材１６を下方に摺動させるピエゾアクチュエータ１７が設けられている。ホーン１２と、シリンダ部材１５と、ピストン部材１６とによって、シリンダ部材１５の内部に、上部ケーシング３の内部空間３ａと隔離された圧力室１８が形成されている。シリンダ部材１５には、内部空間３ａと圧力室１８とを連通する小孔１９が設けられている。小孔１９は、シリンダ部材１５内をピストン部材１６が下方に摺動していくと、ピストン部材１６によって塞がれて、内部空間３ａと圧力室との連通が遮断されるようになっている。
【００１４】
ホーン１２には、その軸方向に貫通するように設けられた貫通穴部１２ａ内に含まれるようにして、弁部材であるニードル２０が設けられている。ニードル２０は、上方部分の摺動固定部２０ａと、下方部分の弁体部２０ｂとから構成されている。摺動固定部２０ａは、貫通穴部１２ａの内径と同じ大きさの外径の円柱形状を有して、ニードル２０を貫通穴部１２ａ内に摺動可能に固定すると共に、圧力室１８と、貫通穴部１２ａのうち摺動固定部２０ａよりも下方の領域とを隔離するようになっている。弁体部２０ｂは、摺動固定部２０ａの外径よりも小さな外径を有する円柱形状を有している。圧力室１８には、一端がピストン部材１６に接続されると共に他端が摺動固定部２０ａに接続されたスプリング２４が設けられている。弁体部２０ｂと、貫通穴部１２ａの内周面との間には、隙間２３が構成されている。隙間２３は、経路２２を介して、上部ケーシング３の内部空間３ａと連通されている。ここで、連通孔５と、内部空間３ａと、経路２２と、隙間２３とは、燃料が流通する燃料通路を構成する。ニードル２０は、圧力室１８内の圧力によって、貫通穴部１２ａ内を上下方向に摺動するようになっている。弁体部２０ｂと貫通穴部１２ａの内周面との間に隙間２３が形成されていることにより、ニードル２０は、ホーン１２と干渉しないで摺動することができる。
【００１５】
図２に示されるように、ニードル２０の弁体部２０ｂの下端部分には、円形の下部端面２０ｂ１と、ノズル部２ｂの傾斜側面部２ｂ４の内周面２ｂ５と同じ傾斜角を有すると共に下部端面２０ｂ１の周囲に沿って形成された傾斜面２０ｂ２とが設けられている。下部端面２０ｂ１の直径は、貯留室１０内の上方の開口と同じ直径となっている。エンジン停止時には、スプリング２４（図１参照）の弾性力によってニードル２０が下方に摺動し、傾斜面２０ｂ２と内周面２ｂ５とが重なり合うように接触する。すると、ノズル部２ｂの内部の空間は、ニードル２０によって、貯留室１０と、貯留室１０よりも上方の空間とに隔離されるようになる。この状態では、噴孔９と燃料通路とが遮断された状態となっている。
【００１６】
次に、この実施の形態１に係る燃料噴射装置の動作を、図１及び２に基づいて説明する。
コモンレール７内には、ポンプ８により圧送された燃料が貯留されており、この燃料が配管６及び連通孔５を介して、上部ケーシング３の内部空間３ａに供給される。内部空間３ａに供給された燃料は、小孔１９を介して圧力室１８内に流入すると共に、経路２２を介して隙間２３及び２１に流入することにより、本体部４の内部が燃料で充填される。
【００１７】
ピエゾアクチュエータ１７に電流が通電されると、ピエゾアクチュエータ１７がピストン部材１６を下方に押し下げる。すると、圧力室１８内の燃料は、小孔１９を介して内部空間３ａに排出されるが、ピストン部材１６が小孔１９を塞ぐ位置まで押し下げられると、圧力室１８内の燃料は排出されなくなり、この状態でピストン部材１６がさらに下方に押されると、圧力室１８内の圧力が上昇し、この圧力によってニードル２０の摺動固定部２０ａが下方に押され、ニードル２０が下方に押し下げられる。その結果、下部ケーシング２の内部の空間は、ニードル２０によって、貯留室１０と、貯留室１０よりも上方の空間とに隔離されるので、この状態では、本体部４内の燃料は、噴孔９から流出しない。
【００１８】
噴孔９から燃料を噴射させるには、ピエゾアクチュエータ１７への通電を停止し、ピエゾアクチュエータ１７によるピストン部材１６の押し下げを停止する。すると、圧力室１８内の圧力によってピストン部材１６が上方に押し上げられ、これに伴い、圧力室１８内の圧力が低下する。すると、隙間２１及び２３内の圧力と圧力室１８内の圧力との圧力差が、スプリング２４の弾性力より大きくなり、その結果、ニードル２０が上方に移動し、貯留室１０と、貯留室１０よりも上方の空間とが連通するので、貯留室１０へ燃料が流入し、噴孔９から燃料が噴射される。
【００１９】
噴孔９から燃料が断続的に噴射される状態である燃料供給時には、圧電素子１４に対して電流が連続的に通電される。そして、例えばフューエルカット時のように噴孔９から燃料が噴射されない状態が続く場合には、圧電素子１４に対して電流は通電されない。圧電素子１４に共振周波数の振動電流が通電されることにより、ホーン１２は共振する。ホーン１２の振動により、隙間２１及び２３内の燃料が振動する。また、ホーン１２には、振動の節に相当する位置にフランジ部１３が設けられ、ホーン１２は、その先端が振動の腹になる長さに設定されているので、噴孔９付近、例えば貯留室１０内の燃料において、キャビテーションや流量変動が発生し、噴孔９から噴射されるときに燃料が微粒化する。微粒化した燃料の粒径は、ホーン１２の周波数に逆比例して小さくなるので、ホーン１２の先端が振動の腹になるようにすることにより、燃料の微粒化効果が向上する。また、ホーン１２の共振により振幅が大きくなるので、燃料噴射の周期的変動効果も見込め、エントレイン効果により燃料と空気との混合を促進し、燃焼性の改善も期待できる。さらに、燃料はこのような作用を受けながら噴孔９から噴射されるので、噴孔９のつまり防止効果も期待できる。尚、噴孔９から燃料が噴射されるタイミングだけ圧電素子１４に電流が流れるように、圧電素子１４に対して電流を断続的に通電するようにしてもよい。ただし、断続的に通電する場合には、通電制御のやり方によっては共振が起こらなくなる場合があり、通電制御が少し難しくなる。
【００２０】
このように、ホーン１２の振動の節に相当する位置に設けられたフランジ部１３が本体部４に対して固定されていることにより、ニードル２０が噴孔９と燃料通路とを連通したときに、ホーン１２を共振させると、振動の腹に相当するホーン１２の先端が大きく振動し、燃料にキャビテーションや流量変動を発生させるので、噴孔９から噴射される燃料の微粒化を向上することができる。
【００２１】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る燃料噴射装置について説明する。尚、以下の実施の形態において、図１及び２の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る燃料噴射装置は、実施の形態１に対して、ニードルの移動機構を変更したものである。この実施の形態２に係る燃料噴射装置は、ガソリンエンジンや排気燃料添加用の低圧インジェクタ（例えば１０ＭＰａ以下）に用いられる。
【００２２】
図３に示されるように、燃料噴射装置３０は、下部ケーシング３２と上部ケーシング３３とからなる本体部３４を備えている。下部ケーシング３２は、上部が開口すると共に上部の開口の直径よりも小さな直径の円形の穴３２ａ１が下部に形成された円筒形状の固定部３２ａと、固定部３２ａの外径よりも小さな外径を有する円筒形状のノズル部３２ｂとから構成されている。ノズル部３２ｂの上端には、円環状の縁部３２ｂ１が設けられており、ノズル部３２ｂが固定部３２ａの内部から穴３２ａ１に挿入されて縁部３２ｂ１が固定部３２ａの内部底面３２ａ２に当接するようにして、下部ケーシング３２が構成されている。下部ケーシング３２の固定部３２ａの上部の開口付近の内周面には、図示しない雌ねじ部が形成されている。上部ケーシング３３は、上端部３３ｂ１が閉じた円筒形状の小径部３３ｂと、下部が開口すると共に小径部３３ｂの外径よりも大きな外径の円筒形状の大径部３３ａとを有しており、大径部３３ａの下部の外周面には、図示しない雄ねじ部が形成されている。下部ケーシング３２の雌ねじ部と、上部ケーシング３３の雄ねじ部とが螺合することにより、上部ケーシング３３と下部ケーシング３２とが固定されて本体部３４が構成されている。上部ケーシング３３の小径部３３ｂの上端部３３ｂ１には、連通孔３５が設けられている。連通孔３５には、配管３６を介して、ポンプ３８が接続されており、連通孔３５を介して上部ケーシング３３の内部空間３３ｃに燃料が供給されるようになっている。
【００２３】
ノズル部３２ｂの下端部は、先細り形状を有すると共に円形の下部端面３２ｂ２で閉じている。円筒形状の円筒側面部３２ｂ３の下端部と下部端面３２ｂ２とを接続する傾斜した傾斜側面部３２ｂ４に、傾斜側面部３２ｂ４を貫通する噴孔９が設けられている。下部ケーシング３２及び上部ケーシング３３の内部、すなわち、本体部３４の内部には、ボルト締めランジュバン３１が設けられている。ボルト締めランジュバン３１は、経路２２（図１参照）が設けられていない点以外は、実施の形態１のボルト締めランジュバン１１（図１参照）の構成とほぼ同じである。
【００２４】
ホーン１２には、その軸方向に貫通するように設けられた貫通穴部１２ａ内に含まれるようにして、弁部材であるニードル４０が設けられている。ニードル４０は、棒状の弁体部４０ｂと、弁体部４０ｂの上端に設けられた円柱形状の中間部４０ｃと、中間部４０ｃの上部に設けられ中間部４０ｃの外径よりも大きな外形を有する円柱形状の頭部４０ａとから構成されている。頭部４０ａは、磁性体で形成されている。頭部４０ａ及び中間部４０ｃには、頭部４０ａの上面から中間部４０ｃの側面にかけて連通する経路４０ｄが形成されている。弁体部４０ｂは、貫通穴部１２ａの内径よりも小さい外径を有すると共に、頭部４０ａ及び中間部４０ｃは、貫通穴部１２ａの内径よりも大きい外径を有することにより、弁体部４０ｂのみが貫通穴部１２ａ内に挿入されている。弁体部４０ｂと、貫通穴部１２ａの内周面との間には、隙間２３が構成されている。また、ホーン１２の外周面とノズル部３２ｂの内周面との間には、隙間２１が構成されている。
【００２５】
上部ケーシング３３の内部空間３３ｃには、上端部３３ｂ１の下面に接するように、円筒形状の燃料経路部材４１が設けられている。燃料経路部材４１をその軸線方向に貫通するように、燃料経路部材４１に貫通穴部４２が設けられ、貫通穴部４２は、連通孔３５と同軸状に位置している。また、内部空間３３ｃには、燃料経路部材４１の外周を囲むように、円筒形状の金属製の内挿部材４３が設けられている。内挿部材４３の軸線方向の長さは、燃料経路部材４１の軸線方向の長さよりも長くなっている。内挿部材４３をその軸線方向に貫通する貫通穴部４３ａの内部には、一端がニードル４０の頭部４０ａに接続されると共に他端が燃料経路部材４１の下端部に接続されたスプリング４４が設けられている。小径部３３ｂの外周面には、スプリング４４に対応する位置に、円筒形状の電磁石４５が設けられている。ここで、連通孔３５と、貫通穴部４２と、貫通穴部４３ａと、内部空間３３ｃと、経路４０ｄと、隙間２３とは、燃料通路を構成する。このような構成により、ニードル４０は、後述する動作に従って、貫通穴部１２ａ内を上下方向に摺動するようになっている。
【００２６】
図４に示されるように、ニードル４０の弁体部４０ｂの下端部分には、円形の下部端面４０ｂ１と、ノズル部３２ｂの傾斜側面部３２ｂ４の内周面３２ｂ５と同じ傾斜角を有すると共に下部端面４０ｂ１の周囲に沿って形成された傾斜面４０ｂ２とが設けられている。ニードル４０が下方に摺動して傾斜面４０ｂ２と内周面３２ｂ５とが重なり合うように接触すると、噴孔９は、傾斜面４０ｂ２によって直接塞がれ、噴孔９と燃料通路とが遮断されるようになっている。
【００２７】
次に、この実施の形態２に係る燃料噴射装置の動作を、図３及び４に基づいて説明する。
燃料は、ポンプ３８によって、配管３６と、連通孔３５と、貫通穴部４２と、貫通穴部４３ａとを順次流通し、内挿部材４３とニードル４０の頭部４０ａとの間及び経路４０ｄを通り抜けて、上部ケーシング３の内部空間３３ｃに燃料が充填される。内部空間３３ｃに供給された燃料は、隙間２３を介して、隙間２１に流入することにより、本体部３４の内部が燃料で充填される。
【００２８】
電磁石４５に電流が通電されていない場合、スプリング４４は、その弾性力によって、ニードル４０の頭部４０ａを下方に押している状態となる。すると、ニードル４０は下方に押し下げられるので、ニードル４０の弁体部４０ｂの傾斜面４０ｂ２によって噴孔９が塞がれ、本体部３４内の燃料は、噴孔９からは流出しない状態となっている。尚、本体部３４内の燃料は、ポンプ３８により圧送されているので、加圧された状態となっている。
【００２９】
噴孔９から燃料を噴射させるには、電磁石４５に電流を通電させる。すると、電磁石４５の磁力がスプリング４４の弾性力に打ち勝って、ニードル４０を電磁石４５の内部に位置するように吸引する。これにより、ニードル４０は上方に押し上げられるので、傾斜面４０ｂ２によって塞がれていた噴孔９が開口する。本体部３４内に充填されている燃料はポンプ３８によって加圧された状態なので、その圧力により、噴孔９から燃料が噴射される。
【００３０】
実施の形態１と同様に、圧電素子１４に共振周波数の振動電流が通電されることにより、ホーン１２は共振するので、燃料噴射装置３０においても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る燃料噴射装置について説明する。この発明の実施の形態３に係る燃料噴射装置は、実施の形態１に対して、円筒状のニードルがホーンを内部に含むような構成、すなわち、ホーンがニードルの径方向内側に配置されるようにしたものである。
【００３２】
図５に示されるように、燃料噴射装置５０は、下部ケーシング５２と上部ケーシング５３とからなる本体部５４を備えている。下部ケーシング５２は、上部が開口すると共に上部の開口の直径よりも小さな直径を有する円形の穴５２ａ１が下部に形成された円筒形状の固定部５２ａと、固定部５２ａの外径よりも小さな外径を有する円筒形状のノズル部５２ｂとから構成されている。ノズル部５２ｂの上部には、円筒形状の挿入部材５２ｂ１と、挿入部材５２ｂ１の上に配置された挿入部材５２ｂ２とが設けられており、ノズル部５２ｂが固定部５２ａの内部から穴５２ａ１に挿入されると共に挿入部材５２ｂ１が固定部５２ａの内部底面５２ａ２に当接するようにして、下部ケーシング５２が構成されている。固定部５２ａの上部の開口付近の内周面には、図示しない雌ねじ部が形成されている。ノズル部５２ｂの下端部は、先細り形状を有すると共に円形の下部端面５２ｂ２で閉じている。円筒形状の円筒側面部５２ｂ３の下端部と下部端面５２ｂ２とは、異なる角度の傾斜を有する第１傾斜側面部５２ｂ４及び第２傾斜側面部５２ｂ５を介して接続されており、第２傾斜側面部５２ｂ５には、第２傾斜側面部５２ｂ５を貫通する噴孔９が設けられている。ノズル部５２ｂの内部の下端には、噴孔９と連通するように、燃料が貯留される貯留室６０が設けられている。
【００３３】
下部ケーシング５２の内部には、ボルト締めランジュバン５１が設けられている。ボルト締めランジュバン５１は、下部ケーシング５２内の挿入部材５２ｂ２からノズル部５２ｂの内部の下端部に向かって延びるように設けられたホーン６２を備えている。ホーン６２は、ノズル部５２ｂの貫通穴部５５内を延びる棒状の第１振動本体６２ａと、第１振動本体部６２ａの上端に設けられると共に貫通穴部５５内を延び、かつ、第１振動本体６２ａの外径よりも大きな外径を有する第２振動本体６２ｂと、第２振動本体６２ｂの上端に設けられると共に円錐台形状部分を有する頭部６２ｃと、頭部６２ｃの上部に設けられた円盤形状のフランジ部６２ｄとを備えている。フランジ部６２ｄの下面は、挿入部材５２ｂ２の上面に当接している。
【００３４】
また、ボルト締めランジュバン５１は、ボルト６３によってフランジ部６２ｄに対して固定された複数枚の円環状の圧電素子６４を備えている。ここで、ホーン６２におけるフランジ部６２ｄの位置については、実施の形態１と同様に、圧電素子６４によるホーン６２の振動の節に相当する位置であり、この位置は、当業者に周知の技術である固有値解析により求めることができる。また、ホーン６２の長さについても、実施の形態１と同様である。
【００３５】
ノズル部５２ｂの内部には、弁部材である略円筒形状のニードル７０が設けられている。ニードル７０は、上方部分の摺動固定部７０ａと、下方部分の弁体部７０ｂとから構成され、その軸方向に貫通する貫通穴部７０ｃを内部に有している。摺動固定部７０ａは、ノズル部５２ｂの貫通穴部５５の円形断面の直径と同じ大きさの外径を有する円筒形状を有しており、ニードル７０を貫通穴部５５内に摺動可能に固定するようになっている。弁体部７０ｂは、摺動固定部７０ａの外径よりも小さな外径を有する円筒形状を有しており、弁体部７０ｂとノズル部５２ｂの内周面との間には、隙間８１が形成されている。
【００３６】
ホーン６２の第２振動本体６２ｂは、ニードル７０の貫通穴部７０ｃの円形断面の直径と同じ大きさの外径を有しているため、ニードル７０は、第２振動本体６２ｂに沿って摺動可能となるように、第２振動本体６２ｂに固定されている。ホーン６２の第１振動本体６２ａは第２振動本体６２ｂの外径よりも小さな外径を有しているので、第１振動本体６２ａと弁体部７０ｂの内周面との間に、隙間８２が形成されている。すなわち、ニードル７０は、貫通穴部７０ｃの内部にホーン６２の第１振動本体６２ａ及び第２振動本体６２ｂを含むようにして設けられ、後述する機構により、第１振動本体６２ａ及び第２振動本体６２ｂに沿って上下に摺動可能である。
【００３７】
ノズル部５２ｂの貫通穴部５５において、ニードル７０の摺動固定部７０ａよりも上方の領域では、挿入部材５２ｂ１の内周面と第２振動本体６２ｂとの間、及び挿入部材５２ｂ２の内周面と頭部６２ｃとの間に隙間が形成されており、この隙間が圧力室５６を構成する。圧力室５６の上部は、フランジ部６２ｄにより塞がれている。また、摺動固定部７０ａにより、圧力室５６と隙間８１とが隔離され、第２振動本体６２ｂにより、圧力室５６と隙間８２とが隔離されている。圧力室５６には、摺動固定部７０ａの上端面に下向き（貯留室６０の方向）の弾性力を与えるスプリング５７が設けられている。
【００３８】
上部ケーシング５３は、円柱形状の上部本体５３ａと、上部本体５３ａの下端に設けられ上部本体５３ａの外径と同じ外径を有する円柱形状の中間本体５３ｃと、中間本体５３ｃの下端に設けられ中間本体５３ｃの外径と同じ外径を有する円筒形状の円筒部５３ｂとを備えている。上部本体５３ａの下方の外周面には、図示しない雄ねじ部が形成されている。円筒部５３ｂを下部ケーシング５２の固定部５２ａ内に挿入して円筒部５３ｂの内部にボルト６３及び圧電素子６４が収容されるようにして、上部本体５３ａの雄ねじ部と固定部５２ａの雌ねじ部とを螺合することにより、上部本体５３ａと固定部５２ａとが固定されて本体部５４が構成されている。また、円筒部５３ｂの下端がフランジ部６２ｄに当接している。これにより、フランジ部６２ｄが挿入部材５２ｂ２と円筒部５３ｂとに挟まれる構成となるので、フランジ部６２ｄは、本体部５４に対して固定されるようになる。
【００３９】
上部ケーシング５３の上部本体５３ａ及び中間本体５３ｃの内部には、内部空間５８が設けられている。内部空間５８には、ピエゾアクチュエータ７１と、制御弁部７２と、スプリング７３とが設けられている。制御弁部７２は、円錐台形状部分及びその上に設けられた円柱形状部分を有する弁体部７２ａと、弁体部７２ａの下部に設けられ下方に向かって延びる棒状の伝達部材７２ｂとを有している。伝達部材７２ｂは、第１部材７２ｂ１と、第２部材７２ｂ２と、第３部材７２ｂ３とを有し、これらはそれぞれ外径の異なる円柱形状を有しており、第２部材７２ｂ２の外径が最も大きくなっている。内部空間５８は、第２部材７２ｂ２が位置する領域において、第２部材７２ｂ２の外径と同じ直径を有する円柱形状を有し、第２部材７２ｂ２は、それよりも下方の領域を第１空間５８ａとして、第２部材７２ｂ２よりも上方の領域から隔離している。スプリング７３は、第１空間５８ａ内に設けられている。制御弁部７２は、ピエゾアクチュエータ７１による下方の力と、スプリング７３による上方の弾性力との差に応じて、内部空間５８を上下に移動可能であり、弁体部７２ａの円錐台形状部分が、この円錐台形状部分と同じ傾斜角を有するようにして内部空間５８内に設けられた下方弁座部７４に当接すると、弁体部７２ａは、伝達部材７２ｂの第２部材７２ｂ２よりも上方かつ弁体部７２ａよりも下方の領域を第２空間５８ｂとして、下方弁座部７４よりも上方の領域から隔離するようになっている。また、ピエゾアクチュエータ７１の動作を停止すると、スプリング７３によって制御弁部７２が上方に移動し、弁体部７２ａの円柱形状部分が、内部空間５８内に設けられた上方弁座部７５に当接すると、弁体部７２ａは、下方弁座部７４よりも上方かつ上方弁座部７５よりも下方の領域を第３空間５８ｃとして、上方弁座部７５よりも上方の領域である第４空間５８ｄから隔離するようになっている。
【００４０】
圧力室５６と第３空間５８ｃとは、挿入部材５２ｂ１と、挿入部材５２ｂ２と、円筒部５３ｂと、中間本体５３ｃとの内部を延びる圧力バランス経路９１によって連通されている。第１空間５８ａと第４空間５８ｄとは、中間本体５３ｃ及び上部本体５３ａの内部を延びるバイパス経路９２によって連通されている。第４空間５８ｄは、燃料排出経路９３を介して、上部本体５３ａの外部と連通しており、燃料排出経路９３と接続された図示しない外部の配管を介して、第４空間５８ｃと、図示しない燃料タンクとが連通されている。
【００４１】
挿入部材５２ｂ１には、隙間８１と連通する燃料滞留室９５が形成されており、燃料滞留室９５には、挿入部材５２ｂ１と挿入部材５２ｂ２と円筒部５３ｂと上部本体５３ａとの内部を延びる燃料供給経路９４の一端が連通している。燃料供給経路９４の他端は、上部本体５３ａにおいて、上部本体５３ａの外部と連通しており、燃料供給経路９４の他端と接続された図示しない外部の配管を介して、燃料供給経路９４と図示しないコモンレールとが連通されている。ここで、燃料供給経路９４と、隙間８１とは、燃料通路を構成する。また、中間本体５３ｃの内部において、燃料供給経路９４は、分岐経路９６を介して、内部空間５８の第２空間５８ｂと連通している。
【００４２】
図６に示されるように、ホーン６２の第１振動本体６２ａの下端には、第１振動本体６２ａの外径よりも小さな直径を有する円形の下部端面６２ａ１が形成されており、下部端面６２ａ１は、貯留室６０内に位置している。ニードル７０の弁体部７０ｂの下端部分には、ノズル部５２ｂの第１傾斜側面部５２ｂ４の内周面５２ｂ６と同じ傾斜角を有すると共に下端の周囲に沿って形成された傾斜面７０ｂ２が設けられている。ニードル７０が下方に摺動して傾斜面７０ｂ２と内周面５２ｂ６とが重なり合うように接触すると、ニードル７０の弁体部７０ｂによって、ノズル部５２ｂの内部は、貯留室６０及び隙間８２と、隙間８１とに隔離されるようになっている。すなわち、この状態では、噴孔９と燃料通路とが遮断された状態となっている。
【００４３】
次に、この実施の形態３に係る燃料噴射装置の動作を、図５及び６に基づいて説明する。
図示しないコモンレール内の高圧の燃料を燃料噴射装置５０に供給する前には、ニードル７０は、スプリング５７の弾性力によって下方に押し下げられ、噴孔９と燃料通路とが遮断された状態となっている。また、ピエゾアクチュエータ７１を駆動させる前には、スプリング７３の弾性力によって制御弁部７２が上方に押し上げられて、弁体部７２ａが上方弁座部７５に当接し、第３空間５８ｃと第４空間５８ｄとが隔離された状態になっている。
【００４４】
図示しないコモンレール内の燃料が、燃料供給経路９４内に供給されると、燃料は、燃料滞留室９５及び隙間８１内に充填される。また、燃料供給経路９４を流通する燃料の一部は、分岐経路９６を介して第２空間５８ｂに流入する。このとき、弁体部７２ａは上方弁座部７５に当接し、第２空間５８ｂと第３空間５８ｃとが連通しているので、第３空間５８ｃにも燃料が流入する。第３空間５８ｃに流入した燃料はさらに、圧力バランス経路９１を介して圧力室５６に流入する。ここで、圧力室５６内と燃料滞留室９５内とはともに、コモンレールからの高圧の燃料が充填されていることから同じ圧力であるため、ニードル７０は、スプリング５７の弾性力のみによって下方に押し下げられて噴孔９を閉じている。
【００４５】
この状態でピエゾアクチュエータ７１が駆動して制御弁部７２を押し下げ、弁体部７２ａの円錐台形状部分が下方弁座部７４に当接して、第２空間５８ｂと第３空間５８ｃとを隔離すると、第３空間５８ｃが第４空間５８ｄと連通するようになるので、圧力室５６内の燃料が、圧力バランス経路９１、第３空間５８ｃ、第４空間５８ｄ、燃料排出経路９３を順次流通して、図示しない燃料タンクへ流出する。この結果、圧力室５６内の圧力は、燃料タンク内の圧力とほぼ等しくなる。燃料タンク内の圧力は、コモンレール内の燃料の圧力よりも低いので、圧力室５６と燃料滞留室９５との間で圧力差が生じる。この圧力差がスプリング５７の弾性力より大きくなることから、ニードル７０が上方に押し上げられて、噴孔９が開き、隙間８１内の燃料が、隙間８２及び貯留室６０に流入する。
【００４６】
ピエゾアクチュエータ７１が駆動する際に、圧電素子６４に共振周波数の振動電流が通電されることにより、ホーン６２は共振する。ホーン６２の振動により、隙間８２内の高圧燃料が振動する。また、ホーン６２には、振動の節に相当する位置にフランジ部６２ｄが設けられ、フランジ部６２ｄが本体部５４に対して固定されていることにより、振動の腹に相当するホーン６２の先端が大きく振動するので、貯留室６０内に位置する下部端面６２ａ１が、貯留室６０内の高圧燃料にキャビテーションや流量変動を発生させ、噴孔９から噴射された燃料が微粒化する。燃料噴射装置５０においても、振動の腹に相当するホーン６２の先端が大きく振動するので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
実施の形態１〜３では、圧電素子がボルトによってホーンに固定されたボルト締めランジュバンを使用しているが、これに限定するものではない。固定方法はどのようなものであってもよく、例えば、圧電素子が接着材等によりホーンに接着されたものであってもよい。
【００４８】
実施の形態１及び２では、ニードルの外周全体がホーンに囲まれ、実施の形態３では、ホーンの外周全体がニードルに囲まれているが、この形態に限定するものではない。実施の形態１及び２では、ニードルの外周の一部がホーンの径方向内側に配置される構成でもよく、実施の形態３では、ホーンの外周の一部がニードルの径方向内側に配置される構成でもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１，３０，５０  燃料噴射装置、３ａ  （上部ケーシング３の）内部空間、４，３４，５４  本体部、５，３５  連通孔（燃料通路）、９  噴孔、１４，６４  圧電素子（振動子）、１２，６２  ホーン、１３，６２ｄ  フランジ部、２０，４０，７０  ニードル（弁部材）、２１，２３，８１  隙間（燃料通路）、２２  経路（燃料通路）、３３ｃ  （上部ケーシング３３の）内部空間、４２，４３ａ  貫通穴部、９４  燃料供給経路（燃料通路）。
【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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