(57)【要約】【課題】より高い精度でノズルニードルの開弁量を制御することの可能な燃料噴射装置を提供する。【解決手段】燃料噴射装置ＦＩは、制御室２８と、制御弁アッパ１０と、直動ピストン２１，２４とを備える。制御室２８には、ノズルニードル２７に閉弁方向の圧力を付与する高圧の燃料が充填される。制御弁アッパ１０は、アクチュエータが収縮状態である場合には制御室２８及び低圧室の連通を遮断するとともに、アクチュエータの伸張に基づいて変位することにより制御室２８及び低圧室を連通させる。制御弁アッパ１０は、ノズルニードル２７をリフト動作させる油圧力を直動ピストン２１，２４により発生させる際に、制御室２８及び低圧室を連通させる連通路２１２を閉塞する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧の燃料が流通する高圧燃料通路（３）、前記高圧燃料通路を流れる燃料よりも低圧の燃料が流通する低圧室（３５）、及び前記高圧燃料通路を流通する燃料を噴射する噴射孔（３２）を有する本体（１，１５，２３，３１，４８，５１）と、
前記本体の内部に往復動可能に収容され、前記噴射孔を開閉するノズルニードル（２７）と、
前記ノズルニードルに閉弁方向の圧力を付与する高圧の燃料が充填される制御室（２８）と、
アクチュエータ（２）が収縮状態である場合に前記制御室及び前記低圧室の連通を遮断するとともに、前記アクチュエータの伸張に基づいて変位することにより前記制御室及び前記低圧室を連通させる制御弁（１０，１６）と、
前記アクチュエータの伸張に基づいて、前記ノズルニードルをリフト動作させる油圧力を発生させる直動ピストン（２１，２４，３９）と、を備え、
前記制御弁は、前記ノズルニードルをリフト動作させる油圧力を前記直動ピストンにより発生させる際に、前記制御室及び前記低圧室を連通させる連通路（２１２，３７３）を閉塞する
燃料噴射装置。
【請求項２】
前記制御室を第１制御室とするとき、
前記第１制御室に連通され、且つ前記直動ピストンの変位に基づき容積の変化する第２制御室（２６）を更に備え、
前記ノズルニードルの中心軸に直交する前記第２制御室の断面積が、前記ノズルニードルの中心軸に直交する前記第１制御室の断面積よりも大きい
請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記直動ピストンは、前記制御弁により直接押圧されることにより、前記ノズルニードルをリフト動作させる油圧力を発生させるものであり、
前記制御弁は、前記直動ピストンを押圧するのと同時に前記連通路を閉塞する
請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
作動油が充填され、前記直動ピストンの変位に基づいて容積の変化する第１油密室（４３）と、
前記アクチュエータの伸張に基づいて変位する駆動伝達部材と、
前記第１油密室に連通され、前記駆動伝達部材の変位に基づいて容積の変化する第２油密室（４４）と、を備え、
前記ノズルニードルの中心軸に直交する第２油密室の断面積が、前記ノズルニードルの中心軸に直交する前記第１油密室の断面積よりも大きい
請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記制御弁には、
前記アクチュエータが収縮状態である場合に前記制御室及び前記低圧室の連通を遮断する閉弁状態であるとともに、前記アクチュエータの伸張に基づいて開弁することにより前記制御室及び前記低圧室を連通させる第１制御弁（１０）と、
前記アクチュエータが収縮状態である場合に前記制御室及び前記高圧燃料通路の連通を遮断する閉弁状態である第２制御弁（１６）と、が含まれ、
前記第２制御弁は、前記第１制御弁が開弁方向に変位することに基づいて開弁することにより前記制御室及び前記高圧燃料通路を連通させる
請求項４に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記第１制御弁を開弁状態にするために前記アクチュエータへの充電を開始する第１充電モード開始時期から、前記第２制御弁を開弁状態にするために前記アクチュエータへの充電を開始する第２充電モード開始時期まで時間を第１設定時間とし、
前記第１制御弁を開弁状態にした後に前記制御室内の燃料圧力が前記ノズルニードルの開弁圧まで低下するまでの時間を第２設定時間とするとき、
前記第１設定時間が前記第２設定時間よりも長い時間に設定されている
請求項５に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料噴射装置には、ニードル直動式の燃料噴射装置と、油圧サーボ式の燃料噴射装置とがある。ニードル直動式の燃料噴射装置は、ピエゾ素子の積層体からなるアクチュエータを用いてノズルニードルを直接開閉動作させる構造からなる。油圧サーボ式の燃料噴射装置は、ノズルニードルの直上に設けられる制御室と、制御室及び低圧室を連通する連通路を開閉させる制御弁と、制御弁を開閉動作させるアクチュエータとを備えている。油圧サーボ式の燃料噴射装置は、制御弁の開閉動作に基づいて制御室内の燃料圧力を変化させることによりノズルニードルを開閉動作させる構造からなる。このような構造の違いにより、油圧サーボ式の燃料噴射装置よりも、ニードル直動式の燃料噴射装置の方が燃料噴射圧に依存せずにノズルニードルの挙動、すなわち噴射率をコントロールし易いという特徴を有している。しかしながら、ニードル直動式の燃料噴射装置は、油圧サーボ式の燃料噴射装置と比較すると、ノズルニードルの駆動に必要な負荷が大きくなるため、アクチュエータの駆動負荷が増加するという課題を有している。
【０００３】
そこで、下記の特許文献１に記載の燃料噴射装置は、制御弁の開弁動作により制御室を減圧させる油圧サーボ機構と、アクチュエータの駆動力を制御弁及び油圧力を介してノズルニードルに伝達する直動機構とを有することにより、アクチュエータの負荷を低減しつつ、噴射率の自由度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の燃料噴射装置では、直動機構を用いてアクチュエータの駆動力によりノズルニードルを直接開弁させる際に、制御室と低圧室とが連通されているため、制御室の燃料圧力が減少する。そのため、アクチュエータの駆動力だけでなく制御室の燃料圧力の変化に基づいてノズルニードルがリフト動作するため、ノズルニードルの開弁量を精度良く制御することが困難である。これが、燃料噴射量の精度を悪化させる要因となっている。
【０００６】
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、より高い精度でノズルニードルの開弁量を制御することの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】
上記課題を解決する燃料噴射装置（ＦＩ）は、本体（１，１５，２３，３１，４８，５１）と、ノズルニードル（２７）と、制御室（２８）と、制御弁（１０）と、直動ピストン（２１，２４，３９）と、を備える。本体は、高圧の燃料が流通する高圧燃料通路（３）、高圧燃料通路を流れる燃料よりも低圧の燃料が流通する低圧室（３５）、及び高圧燃料通路を流通する燃料を噴射する噴射孔（３２）を有する。ノズルニードルは、本体の内部に往復動可能に収容され、噴射孔を開閉する。制御室には、ノズルニードルに閉弁方向の圧力を付与する高圧の燃料が充填される。制御弁は、アクチュエータ（２）が収縮状態である場合に制御室及び低圧室の連通を遮断するとともに、アクチュエータの伸張に基づいて変位することにより制御室及び低圧室を連通させる。直動ピストンは、アクチュエータの伸張に基づいて、ノズルニードルをリフト動作させる油圧力を発生させる。制御弁は、ノズルニードルをリフト動作させる油圧力を直動ピストンにより発生させる際に、制御室及び低圧室を連通させる連通路（２１２，３７３）を閉塞する。
【０００８】
この構成によれば、制御弁が開弁方向に変位すると、制御室及び低圧室を連通させる連通路が制御弁により閉塞されるため、アクチュエータの伸張に基づいてノズルニードルをリフト動作させる油圧力を直動ピストンが発生する際に制御室内の燃料圧力が維持され易くなる。これにより、アクチュエータの伸張量とノズルニードルのリフト量との対応関係をより的確に維持することができるため、より高い精度でノズルニードルの開弁量を制御することが可能となる。
【０００９】
なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、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一例である。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、より高い精度でノズルニードルの開弁量を制御することの可能な燃料噴射装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１実施形態の燃料噴射装置の断面構造を示す断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態の燃料噴射装置の拡大断面構造を示す断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態の燃料噴射装置の動作例を示す断面図である。
【図４】図４は、第１実施形態の燃料噴射装置の動作例を示す断面図である。
【図５】図５は、第１実施形態の燃料噴射装置の動作例を示す断面図である。
【図６】図６（Ａ）〜（Ｄ）は、第１実施形態の燃料噴射装置におけるアクチュエータの伸張量、制御弁アッパの変位量、第１制御室内の燃料圧力、及びノズルニードルのリフト量の推移を示すタイミングチャートである。
【図７】図７は、第１実施形態の第１変形例の燃料噴射装置の断面構造を示す断面図である。
【図８】図８は、第１実施形態の第２変形例の燃料噴射装置の断面構造を示す断面図である。
【図９】図９は、第１実施形態の第３変形例の燃料噴射装置の断面構造を示す断面図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態の燃料噴射装置の拡大断面構造を示す断面図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態の燃料噴射装置の動作例を示す断面図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態の燃料噴射装置の動作例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、燃料噴射装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
＜第１実施形態＞
はじめに、燃料噴射装置の第１実施形態について説明する。図１に示されるように、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩは、インジェクタボディ１と、制御室プレート１５と、ピストンプレート２３と、ノズルボディ３１と、ノズルニードル２７と、アクチュエータ２と、駆動部４６等を備えている。制御室プレート１５、ピストンプレート２３、及びノズルボディ３１は、ノズルリテーリングナット３３により、インジェクタボディ１の下方に固定されている。本実施形態では、インジェクタボディ１、制御室プレート１５、ピストンプレート２３、及びノズルボディ３１により本体が構成されている。以下では、インジェクタボディ１からノズルボディ３１に向かう方向を「下方」と称し、その逆の方向を「上方」と称する。
【００１３】
ノズルボディ３１は、軸線ｍ１を中心に略筒状に形成されている。ノズルボディ３１の内部には、軸線ｍ１を中心に略円柱状に形成されたノズルニードル２７が収容されている。したがって、軸線ｍ１はノズルニードル２７の中心軸に相当する。ノズルボディ３１の内部空間は、ノズルニードル２７を収容するニードル収容孔３１０を構成している。ノズルニードル２７は、ニードル収容孔３１０の内壁面に対して摺動可能に接することにより、軸線ｍ１に沿った方向に往復動可能に支持されている。ニードル収容孔３１０は、ノズルボディ３１の上面において開口している。ニードル収容孔３１０には、インジェクタボディ１の燃料通路１１０、制御室プレート１５の燃料通路１５９、及びピストンプレート２３の燃料通路２３２を通じて高圧の燃料が供給されている。以下では、これらの燃料通路１１０，１５９，２３２をまとめて「高圧燃料通路３」とも称する。
【００１４】
ノズルボディ３１の先端部には、燃料が噴射される噴射孔３２が形成されている。ノズルボディ３１の先端部の内壁面には、円錐状の着座面３１１が形成されている。ノズルニードル２７の先端部には、着座面３１１に着座するシート面２７０が形成されている。シート面２７０が着座面３１１に着座している場合、ノズルニードル２７により噴射孔３２が閉塞されているため、噴射孔３２からの燃料の噴射が遮断された状態となる。シート面２７０が着座面３１１から離座すると、噴射孔３２が開口して、ニードル収容孔３１０内の高圧の燃料が噴射孔３２から噴射される。このように、ノズルニードル２７は、軸線ｍ１に沿った方向に往復動することにより噴射孔３２を開閉する。
【００１５】
図２に示されるように、ニードル収容孔３１０の上方には、ノズルシリンダ２５が収容されている。ノズルシリンダ２５は、軸線ｍ１を中心に円筒状に形成されている。ノズルシリンダ２５は、ノズルボディ３１の内部に収容されたスプリング３０によりピストンプレート２３に向かって付勢されている。ノズルシリンダ２５の内部には、直動ピストンロア２４が収容されている。
【００１６】
直動ピストンロア２４は、軸線ｍ１を中心に略有底円筒状に形成されている。直動ピストンロア２４は、その開口部分が下方を向く姿勢でノズルシリンダ２５の内部に収容されている。直動ピストンロア２４は、ノズルシリンダ２５の内壁面に摺動可能に接することにより、軸線ｍ１に沿った方向に往復動可能に支持されている。直動ピストンロア２４は、ニードル収容孔３１０内の燃料圧力及びスプリング２９によりピストンプレート２３に向かって付勢されている。
【００１７】
ノズルニードル２７における先端部とは反対側の基端部は、直動ピストンロア２４の下方の開口部から直動ピストンロア２４の内部に挿入されている。ノズルニードル２７の基端部は、直動ピストンロア２４の内壁面に摺動可能に接することにより、軸線ｍ１に沿った方向に往復動可能に支持されている。ノズルニードル２７の端面、及び直動ピストンロア２４の内壁面により囲まれる空間により第１制御室２８が構成されている。第１制御室２８には、ノズルニードル２７に閉弁方向の圧力を付与するための高圧の燃料が充填されている。
【００１８】
ピストンプレート２３は、軸線ｍ１を中心に略円筒状に形成されている。ピストンプレート２３の内部空間は、直動ピストンアッパ２１及び制御弁ロア１６を収容するピストン収容孔２３０を構成している。直動ピストンアッパ２１は、ピストン収容孔２３０の下方に配置されており、制御弁ロア１６は、ピストン収容孔２３０の上方に配置されている。ピストン収容孔２３０の内径は、ノズルシリンダ２５の内径よりも小さい。本実施形態では、直動ピストンアッパ２１及び直動ピストンロア２４により直動ピストンが構成されている。以下では、直動ピストンアッパ２１及び直動ピストンロア２４をまとめて「直動ピストン２１，２４」とも称する。
【００１９】
直動ピストンアッパ２１は、軸線ｍ１を中心に略円柱状に形成されている。直動ピストンアッパ２１は、ピストン収容孔２３０に収容される小径部２１０と、ノズルシリンダ２５の内部に収容される大径部２１１とを有している。大径部２１１の上面と制御弁ロア１６の底面との間には、隙間が形成されている。大径部２１１の上面、制御弁ロア１６の底面、及びピストン収容孔２３０の内壁面によって囲まれる空間によりピストン収容室１９が構成されている。
【００２０】
小径部２１０は、大径部２１１の外径よりも小さい外径を有している。小径部２１０は、ピストン収容孔２３０の内壁面に摺動可能に接することにより、軸線ｍ１に沿った方向に往復動可能に支持されている。
大径部２１１は、ノズルシリンダ２５の内径よりも小さい外径を有している。大径部２１１の底面は、直動ピストンロア２４の上面に接している。ニードル収容孔３１０内の燃料圧力及びスプリング２９の付勢力が直動ピストンロア２４を介して大径部２１１に加わることにより、大径部２１１は、その上面がピストンプレート２３の底面に接した状態で保持されている。大径部２１１の外周面及びノズルシリンダ２５の内周面により囲まれる空間により第２制御室２６が構成されている。
【００２１】
直動ピストンアッパ２１及び直動ピストンロア２４には、ピストン収容室１９と第１制御室２８とを連通させる連通路２１２，２４０がそれぞれ形成されている。また、直動ピストンアッパ２１には、第２制御室２６と連通路２１２とを連通させる連通路２１３が形成されている。したがって、第２制御室２６は、ピストン収容室１９及び第１制御室２８に連通されている。以下では、第１制御室２８及び第２制御室２６をまとめて「制御室２６，２８」とも称する。
【００２２】
直動ピストンアッパ２１の連通路２１２には、制御室オリフィス２２が形成されている。よって、第１制御室２８及び第２制御室２６内の燃料は、制御室オリフィス２２により減圧されてピストン収容室１９に流入可能となっている。
制御弁ロア１６は、軸線ｍ１を中心に略円柱状に形成されている。制御弁ロア１６は、ピストン収容孔２３０の内壁面に摺動可能に接することにより、軸線ｍ１に沿った方向に往復動可能に支持されている。制御弁ロア１６の底面には、ピストン収容室１９内に突出する突出部１６０が形成されている。突出部１６０は、制御弁ロア１６が下方に変位した際に直動ピストンアッパ２１に接することにより直動ピストンアッパ２１を下方に直接押圧する部分である。
【００２３】
制御弁ロア１６の底面と直動ピストンアッパ２１の上面との間には、スプリング２０が圧縮された状態で収容されている。このスプリング２０により制御弁ロア１６が上方に付勢されている。
制御弁ロア１６には、制御室プレート１５に形成された制御弁アッパ収容室１３とピストン収容室１９とを連通させる連通路１８が形成されている。また、制御弁ロア１６には、ピストンプレート２３に形成された連通路２１３の一端部に連通される連通路１６１が形成されている。ピストンプレート２３の連通路２１３の他端部は、高圧燃料通路３に連通されている。したがって、高圧燃料通路３内を流れる高圧の燃料は、ピストンプレート２３の連通路２１３及び制御弁ロア１６の連通路１６１を通じて制御弁アッパ収容室１３に流入可能となっている。
【００２４】
制御弁ロア１６の連通路１６１には、インオリフィス１７が形成されている。インオリフィス１７は、高圧燃料通路３内を流れる高圧の燃料を減圧させて制御弁アッパ収容室１３に流入させる。
制御室プレート１５には、制御弁収容孔１５０と、挿通孔１５１と、低圧ポート１１とが形成されている。
【００２５】
制御弁収容孔１５０は、軸線ｍ１に沿って制御室プレート１５の底面から上方に向かって延びるように形成されている。軸線ｍ１に直交する制御弁収容孔１５０の断面形状は凹字状をなしている。制御弁アッパ収容室１３の内部空間は、制御弁アッパ１０を収容するための制御弁アッパ収容室１３を構成している。
【００２６】
制御弁アッパ１０と制御弁ロア１６との間には、スプリング１４が圧縮された状態で収容されている。このスプリング１４の付勢力により、制御弁アッパ１０は、制御弁アッパ収容室１３の上壁面に形成された断面略円錐状の着座部１３１に着座した状態で、すなわち閉弁状態で保持されている。以下では、制御弁アッパ１０及び制御弁ロア１６をまとめて「制御弁１０，１６」とも称する。
【００２７】
挿通孔１５１は、制御弁アッパ収容室１３の着座部１３１から軸線ｍ１に沿って制御室プレート１５の上面に貫通するように形成されている。挿通孔１５１には、駆動伝達部材９が軸線ｍ１に沿った方向に往復動可能に挿通されている。駆動伝達部材９の下端部は、制御弁アッパ１０に当接している。図１に示されるように、駆動伝達部材９の上端部は、インジェクタボディ１の内部に収容された小径ピストン８に当接している。駆動伝達部材９は、小径ピストン８が下方に変位した際に制御弁アッパ１０を下方に押圧することにより、制御弁アッパ１０を開弁させる。
【００２８】
図２に示されるように、制御弁アッパ１０の底面には、円柱状の突出部１２０が形成されている。駆動伝達部材９により押圧されることにより制御弁アッパ１０が下方に変位した際、突出部１２０が制御弁ロア１６の上面に当接する。これにより、連通路１６１が閉塞されることにより、高圧燃料通路３と制御弁アッパ収容室１３との連通が遮断される。
【００２９】
低圧ポート１１は、制御弁アッパ収容室１３の着座部１３１から軸線ｍ１と交差する方向に延びて制御室プレート１５の上面に貫通するように形成されている。図１に示されるように、低圧ポート１１は、制御弁アッパ収容室１３とインジェクタボディ１の内部空間とを連通させている。インジェクタボディ１の内部空間は、高圧燃料通路３を流れる燃料よりも低圧の燃料が充填された低圧室３５を構成している。したがって、制御弁アッパ収容室１３は、低圧ポート１１を介して低圧室３５に連通されている。また、制御弁アッパ収容室１３は、制御弁ロア１６の連通路１８、ピストン収容室１９、直動ピストンアッパ２１の連通路２１２，２１３を通じて第１制御室２８及び第２制御室２６に連通されている。
【００３０】
低圧ポート１１には、アウトオリフィス１２が形成されている。したがって、制御弁アッパ収容室１３内の燃料は、アウトオリフィス１２により減圧されて低圧室３５に流入可能となっている。図２に示されるように、制御弁アッパ１０が閉弁状態であるとき、低圧ポート１１と制御弁アッパ収容室１３との連通が遮断されている。制御弁アッパ１０が駆動伝達部材９により下方に押圧されることにより制御弁アッパ収容室１３の着座部１３１から離座すると、すなわち制御弁アッパ１０が開弁状態になると、低圧ポート１１及び制御弁アッパ収容室１３が連通される。
【００３１】
図１に示されるように、インジェクタボディ１の内部には、軸線ｍ２に沿って延びるように収容孔１１１が形成されている。収容孔１１１には、アクチュエータ２と、大径ピストン５と、シリンダアッパ７と、小径ピストン８と、シリンダロア３４とが収容されている。
【００３２】
アクチュエータ２は、電荷の充放電により軸線ｍ２に沿った方向に伸縮するピエゾ素子を多数積層してなるピエゾ素子積層体と、ピエゾ素子積層体を保護する筒状の絶縁スリーブと、ピエゾ素子積層体の軸方向の両端に設けられる絶縁基板とを備えている。ピエゾ素子積層体への電圧の印加に基づきピエゾ積層体に電荷が充電されることにより、アクチュエータ２が軸線ｍ２に沿って下方に伸張する。ピエゾ素子積層体への電圧の印加の停止に基づきピエゾ素子から電荷が放電されると、アクチュエータ２が軸線ｍ２に沿って上方に収縮する。アクチュエータ２の伸張変位及び収縮変位が駆動伝達部材４を介して大径ピストン５に伝達されることにより、大径ピストン５が軸線ｍ２に沿った方向に変位する。
【００３３】
シリンダアッパ７は、軸線ｍ２を中心に円筒状に形成されている。シリンダアッパ７の内部には、円柱状の大径ピストン５が収容されている。大径ピストン５は、シリンダアッパ７の内壁面に対して摺動可能に接することにより、軸線ｍ２に沿った方向に往復動可能に支持されている。大径ピストン５の上部には、環状のリング部材４５が固定されている。リング部材４５とシリンダアッパ７との間には、ピストンスプリング３６が配置されている。ピストンスプリング３６は、リング部材４５を介して大径ピストン５を上方に付勢している。この大径ピストン５に付与されるピストンスプリング３６の付勢力により、アクチュエータ２のピエゾ素子積層体にプリセット荷重が付与されている。
【００３４】
シリンダロア３４には、小径ピストン８を収容する収容孔３４０が形成されている。収容孔３４０は、軸線ｍ１に沿って延びるように形成されている。小径ピストン８は、収容孔３４０の内壁面に対して摺動可能に接することにより、軸線ｍ１に沿った方向に往復動可能に支持されている。すなわち、小径ピストン８は、大径ピストン５に対して偏芯して配置されている。シリンダロア３４の底面とインジェクタボディ１の収容孔１１１の内壁面とにより囲まれる空間により低圧室３５が構成されている。小径ピストン８は、低圧室３５の内部まで延びるように配置されている。小径ピストン８の底面には、駆動伝達部材９の上端が当接している。
【００３５】
小径ピストン８の下端部には、フランジ部１８０が形成されている。フランジ部１８０とシリンダロア３４の底面との間には、スプリング６が圧縮された状態で配置されている。このスプリング６により、小径ピストン８は下方に付勢されている。
大径ピストン５の下端面と小径ピストン８の上端面との間には隙間が形成されている。大径ピストン５の下端面、小径ピストン８の上端面、シリンダアッパ７の内壁面、及びシリンダロア３４の内壁面により囲われた空間により、油密室５２が形成されている。油密室５２には、作動油としての燃料が充填されている。したがって、アクチュエータ２が伸張して大径ピストン５が下方に変位すると、油密室５２内の油圧力を介して小径ピストン８が下方に押圧されることにより小径ピストン８が下方に変位する。
【００３６】
また、油密室５２では、大径ピストン５に対する受圧面積よりも、小径ピストン８に対する受圧面積の方が小さい。そのため、大径ピストン５の変位量よりも小径ピストン８の変位量の方が大きくなる。これにより、アクチュエータ２及び大径ピストン５の変位量よりも小径ピストン８、駆動伝達部材９、及び制御弁アッパ１０の変位量を大きくすることが可能である。このように、大径ピストン５、油密室５２、及び小径ピストン８は、アクチュエータ２の変位量よりも制御弁アッパ１０の変位量を大きくさせる変位拡大機構を構成している。
【００３７】
図１に示されるように、駆動部４６は、アクチュエータ２を駆動させる部分である。駆動部４６は、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）４６０や、電子駆動装置（ＥＤＵ：Electronic Driving Unit）４６１等から構成されている。
【００３８】
ＥＣＵ４６０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。ＥＣＵ４６０は、より上位のＥＣＵから受信した信号に基づいてＲＯＭに記憶されている制御プログラムを実行する。これにより、ＥＣＵ４６０は、燃料噴射装置ＦＩを駆動するための各種制御を実行する。例えば、ＥＣＵ４６０は、アクチュエータ２の伸縮駆動を制御する制御信号をＥＤＵ４６１に送信する。
【００３９】
ＥＤＵ４６１は、アクチュエータ２に印加させる高電圧を発生する高電圧発生回路と、複数のスイッチング素子とを有している。ＥＤＵ４６１は、ＥＣＵ４６０からの制御信号である噴射信号に基づいて複数のスイッチング素子のオン及びオフを切り替えることによりアクチュエータ２への電力供給を制御する。すなわち、ＥＣＵ４６０からＥＤＵ４６１に送信される制御信号に基づいてアクチュエータ２の駆動が制御される。具体的には、ＥＣＵ４６０が制御信号として開弁指令をＥＤＵ４６１に送信すると、ＥＤＵ４６１からアクチュエータ２のピエゾ素子積層体に電圧が印加され、アクチュエータ２が伸張する。また、ＥＣＵ４６０が制御信号として閉弁指令をＥＤＵ４６１に送信すると、ＥＤＵ４６１からアクチュエータ２のピエゾ素子積層体への電圧の印加が停止され、アクチュエータ２が収縮する。
【００４０】
次に、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩの動作例について説明する。
ＥＣＵ４６０からＥＤＵ４６１に対して閉弁指令が送信されている場合、アクチュエータ２は収縮状態になっている。この場合、大径ピストン５、小径ピストン８、及び駆動伝達部材９は図１に示される位置に配置されているため、図２に示されるように、制御弁アッパ１０が制御弁アッパ収容室１３の着座部１３１に着座した閉弁状態になっている。そのため、低圧ポート１１を介した制御弁アッパ収容室１３と低圧室３５との連通が遮断されている。
【００４１】
また、制御弁アッパ１０の突出部１２０が制御弁ロア１６の上面から離間しているため、制御弁アッパ収容室１３は制御弁ロア１６の連通路１６１及びピストンプレート２３の連通路２１３を通じて高圧燃料通路３に連通されている。そのため、高圧燃料通路３を流れる高圧の燃料が制御弁アッパ収容室１３に流入している。また、制御弁アッパ収容室１３に流入した高圧の燃料が制御弁ロア１６の連通路１８、ピストン収容室１９、及び直動ピストン２１，２４の連通路２１２，２１３，２４０を通じて第１制御室２８及び第２制御室２６に流入することにより、第１制御室２８及び第２制御室２６には高圧の燃料が充填されている。第１制御室２８内の燃料圧力によりノズルニードル２７が下方に押圧されることによりノズルニードル２７が噴射孔３２を閉塞している。すなわち、燃料噴射装置ＦＩは閉弁状態になっている。
【００４２】
この状態でＥＣＵ４６０からＥＤＵ４６１に対して開弁指令が送信されると、アクチュエータ２が伸張する。このアクチュエータ２の伸張により、大径ピストン５、小径ピストン８、及び駆動伝達部材９が下方に変位する。これにより、図３に示されるように、制御弁アッパ１０が駆動伝達部材９により下方に押圧されるため、制御弁アッパ１０は、制御弁アッパ収容室１３の着座部１３１から離座した開弁状態になる。そして、制御弁アッパ１０の突出部１２０が制御弁ロア１６の上面に当接することにより、制御弁ロア１６の連通路１６１が閉塞される。すなわち、高圧燃料通路３から制御弁アッパ収容室１３への高圧燃料の流入が遮断される。
【００４３】
制御弁アッパ１０が開弁状態になることにより、制御弁アッパ収容室１３内の高圧の燃料がアウトオリフィス１２によって減圧されつつ低圧ポート１１を通じて低圧室３５に流入するため、制御弁アッパ収容室１３内の燃料圧力が低下する。これに伴い、ピストン収容室１９内の燃料が制御弁ロア１６の連通路１８を通じて制御弁アッパ収容室１３内に流入することにより、ピストン収容室１９内の燃料圧力が低下する。これにより、第１制御室２８及び第２制御室２６内の燃料が制御室オリフィス２２によって減圧されつつ直動ピストンアッパ２１の連通路２１２，２１３を通じてピストン収容室１９に流入するため、第１制御室２８及び第２制御室２６内の燃料圧力が徐々に低下する。したがって、第１制御室２８内の燃料圧力とニードル収容孔３１０内の燃料圧力との差圧により、ノズルニードル２７に上方の力が付与されるため、ノズルニードル２７が上方に変位する。よって、噴射孔３２が開放されるため、噴射孔３２から高圧の燃料が噴射される。すなわち、燃料噴射装置ＦＩは開弁状態になる。図３に示される状態では、燃料噴射装置ＦＩは、第１制御室２８内の燃料圧力の低下に基づいてノズルニードル２７を開弁方向にリフト動作させる油圧サーボ駆動で動作する。
【００４４】
図３に示される状態から更にアクチュエータ２に電圧が印加され続けることによりアクチュエータ２が伸張して大径ピストン５が下方に変位すると、小径ピストン８、駆動伝達部材９、及び制御弁アッパ１０が更に下方に変位する。これにより、図４に示されるように、制御弁アッパ１０の突出部１２０により制御弁ロア１６が下方に押圧されることで、制御弁ロア１６が下方に変位するため、制御弁ロア１６の突出部１６０が直動ピストンアッパ２１の上面に当接することにより、制御弁ロア１６が直動ピストンアッパ２１の押圧を開始する。この際、制御弁ロア１６の連通路２１２が閉塞されるため、制御室２６，２８とピストン収容室１９との連通が遮断される。すなわち、制御弁ロア１６は、直動ピストンアッパ２１の押圧を開始するのと同時に連通路２１２を閉塞する。連通路２１２が閉塞されることにより、第１制御室２８及び第２制御室２６は、直動ピストン２１，２４の連通路２１２，２１３，２４０を通じて互いに連通された油密室を構成する。
【００４５】
これ以降、アクチュエータ２の伸張に基づき制御弁アッパ１０が下方に変位すると、制御弁アッパ１０と一体となって制御弁ロア１６、直動ピストンアッパ２１、及び直動ピストンロア２４も下方に変位する。直動ピストンロア２４が下方に変位することにより、図５に示されるように、第２制御室２６の容積が増加するため、第１制御室２８内の燃料が直動ピストン２１，２４の連通路２１２，２１３，２４０を通じて第２制御室２６内に流入する。そのため、第１制御室２８の容積が減少する。この第１制御室２８の容積の減少に基づきノズルニードル２７が上方に更に変位する。すなわち、ノズルニードル２７が開弁方向に更にリフト動作するため、噴射孔３２から噴射される燃料量が増加する。このように、直動ピストンアッパ２１及び直動ピストンロア２４は、アクチュエータ２の伸張に基づいてノズルニードル２７をリフト動作させる油圧力を発生させる。図５に示される状態では、燃料噴射装置ＦＩは、アクチュエータ２の駆動力を第１制御室２８の油圧力を介してノズルニードル２７に伝達することによりノズルニードル２７を開弁方向にリフト動作させる直動駆動で動作する。
【００４６】
なお、図５に示されるように、軸線ｍ１に直交する第１制御室２８の断面積を「Ｓ１１」とし、軸線ｍ１に直交する第２制御室２６の断面積を「Ｓ１２」とすると、直動ピストンロア２４の変位量が「Ｌ１０」である場合、ノズルニードル２７のリフト量は「Ｌ１０×（Ｓ１２／Ｓ１１）」となる。ここで、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、第１制御室２８の断面積Ｓ１１よりも、第２制御室２６の断面積Ｓ１２の方が大きく設定されているため、「Ｓ１２／Ｓ１１」が「１」よりも大きい値となる。すなわち、ノズルニードル２７のリフト量を、直動ピストンロア２４の変位Ｌ１０よりも大きくすることができる。本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、このような構造により、直動ピストンロア２４の変位量よりもノズルニードル２７の変位量を大きくすることの可能な変位拡大機構が構成されている。
【００４７】
その後、ＥＣＵ４６０からＥＤＵ４６１に対して閉弁指令が送信されると、アクチュエータ２が収縮する。アクチュエータ２の収縮により大径ピストン５、小径ピストン８、駆動伝達部材９が上方に変位することにより、制御弁アッパ１０が図２に示される状態に戻る。これにより、高圧燃料通路３を流れる高圧の燃料が、制御弁ロア１６の連通路１６１、制御弁アッパ収容室１３、制御弁ロア１６の連通路１８、ピストン収容室１９、及び直動ピストン２１，２４の連通路２１２，２１３，２４０を通じて第１制御室２８及び第２制御室２６に流入する。よって、第１制御室２８及び第２制御室２６に高圧の燃料が充填される。これにより、第１制御室２８内の燃料圧力によりノズルニードル２７が下方に押圧されて噴射孔３２を閉塞する。すなわち、燃料噴射装置ＦＩは閉弁状態になる。
【００４８】
次に、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩの作用及び効果について説明する。
本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、図６（Ａ）に示されるように、時刻ｔ１０でアクチュエータ２の伸張が開始されたとすると、図６（Ｂ）に示されるように、時刻ｔ１０から制御弁アッパ１０が開弁方向に変位する。これにより、図６（Ｃ）に示されるように、第１制御室２８内の燃料圧力が低下するため、図６（Ｄ）に示されるように、ノズルニードル２７のリフト量が増加する。この際、ノズルニードル２７は、第１制御室２８内の燃料圧力の変化に基づいて緩やかにリフト動作する。すなわち、燃料噴射装置ＦＩは油圧サーボ駆動で動作する。燃料噴射装置ＦＩは、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間、油圧サーボ駆動を継続する。時刻ｔ１１は、制御弁ロア１６の突出部１６０が直動ピストンアッパ２１の上面に当接することにより直動ピストンアッパ２１の連通路２１２が閉塞される時刻に相当する。
【００４９】
時刻ｔ１１で制御弁ロア１６の突出部１６０が直動ピストンアッパ２１の連通路２１２を閉塞すると、第１制御室２８からの燃料の流出が抑制されるため、図６（Ｃ）に示されるように、第１制御室２８内の燃料圧力が維持される。これにより、アクチュエータ２の駆動力が制御室２６，２８の油圧力を介してノズルニードル２７に伝達されることによりノズルニードル２７が開弁方向にリフト動作ようになる。すなわち、燃料噴射装置ＦＩは直動駆動で動作する。これにより、図６（Ａ），（Ｄ）に示されるように、アクチュエータ２の伸張量とノズルニードル２７のリフト量とが対応するようになる。燃料噴射装置ＦＩが直動駆動で動作している場合、図６（Ｄ）に示されるように、油圧サーボ駆動で動作している場合と比較すると、より速くノズルニードル２７がリフト動作する。
【００５０】
図６（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように、時刻ｔ１１以降、第１制御室２８内の燃料圧力が維持されたまま、アクチュエータ２が伸張及び停止を繰り返すことにより、ノズルニードル２７のリフト量が調整される。そして、時刻ｔ１２以降、アクチュエータ２が収縮することにより、制御弁アッパ１０及びノズルニードル２７が元の位置に戻るとともに、第１制御室２８内の燃料圧力が元の圧力に戻る。
【００５１】
ここで、従来の燃料噴射装置の構造、すなわちアクチュエータの駆動力を制御室の油圧力を介してノズルニードルに伝達させる際に制御室内の燃料圧力が低下する構造の場合、図６（Ｃ）に二点鎖線で示されるように、時刻ｔ１１以降、制御室の燃料圧力が徐々に低下する。したがって、図６（Ｄ）に二点鎖線で示されるように、制御室の燃料圧力の低下に基づいてノズルニードル２７がリフト動作するため、ノズルニードル２７の開弁量を制御し難くなる。
【００５２】
これに対し、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、直動駆動で動作する際に、すなわちノズルニードル２７をリフト動作させる油圧力をアクチュエータ２の伸張に基づいて直動ピストン２１，２４により発生させる際に制御室２６，２８の油圧力が維持されるため、アクチュエータ２の伸張量とノズルニードル２７のリフト量との対応関係をより的確に維持することができる。よって、より高い精度でノズルニードル２７の開弁量を制御することが可能となる。
【００５３】
（第１変形例）
次に、第１実施形態の燃料噴射装置ＦＩの第１変形例について説明する。
図７に示されるように、本変形例の燃料噴射装置ＦＩは、第１実施形態の制御弁ロア１６に代えて、制御弁ミドル１００及び制御弁ロア１０１を備えている。制御弁ミドル１００は、第１実施形態の制御弁ロア１６と略同一の構造を有している。ただし、制御弁ミドル１００は、その底面に溝状の着座部１３０を有している点で第１実施形態の制御弁ロア１６と異なる。着座部１３０は、上方に向かうほど幅が狭くなるように略円錐状に形成されている。
【００５４】
制御弁ロア１０１の上部１４０は、球面状に形成されている。制御弁ロア１０１には、フランジ部１４１が形成されている。フランジ部１４１と直動ピストンアッパ２１の上面との間には、スプリング２０が圧縮された状態で収容されている。このスプリング２０により、制御弁ロア１０１が制御弁ミドル１００の着座部１３０に向かって付勢されており、制御弁ロア１０１の球面状の上部１４０が着座部１３０に当接している。
【００５５】
本変形例の燃料噴射装置ＦＩによれば、アクチュエータ２の伸張に基づき制御弁アッパ１０が下方に変位して制御弁ミドル１００の上面に当接した後、制御弁アッパ１０が更に下方に変位すると、制御弁ミドル１００が制御弁アッパ１０により押圧される。これにより、制御弁ミドル１００及び制御弁ロア１０１が一体となって下方に変位するため、制御弁ロア１０１の突出部１６０に当接する。この際、制御弁ロア１０１が制御弁ミドル１００に対して相対変位することにより、より確実に制御弁ロア１０１の突出部１６０の底面が直動ピストンアッパ２１の上面に面接触するようになる。そのため、直動ピストンアッパ２１の上面に対する制御弁ロア１０１の突出部１６０のシール性を向上させることができる。これにより、より的確に制御室２６，２８の燃料圧力の低下を抑制することができるため、結果的により高い精度でノズルニードル２７の開弁量を制御することが可能となる。
【００５６】
（第２変形例）
次に、第１実施形態の燃料噴射装置ＦＩの第２変形例について説明する。
図８に示されるように、本変形例の燃料噴射装置ＦＩでは、制御弁ロア１０１の突出部１６０が球面状に形成されている。直動ピストンアッパ２１の上面には、略円錐状の溝からなる着座部２１４が形成されている。
【００５７】
本変形例の燃料噴射装置ＦＩでは、制御弁ロア１０１の突出部１６０が下方に変位した際に、突出部１６０の外面が着座部２１４の内壁面に接触するため、突出部１６０と着座部２１４との間のシール性を向上させることができる。これにより、より的確に制御室２６，２８の燃料圧力の低下を抑制することができるため、結果的により高い精度でノズルニードル２７の開弁量を制御することが可能となる。
【００５８】
（第３変形例）
次に、第１実施形態の燃料噴射装置ＦＩの第３変形例について説明する。なお、以下では、ピストンプレート２３を「ピストンプレートアッパ２３」と称する。
第１実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、ピストン収容室１９内の燃料圧力が低下した際に、ピストン収容室１９内の燃料圧力と第１制御室２８内の燃料圧力との差に応じた油圧力が直動ピストン２１，２４に加わる。したがって、直動ピストン２１，２４を下方に変位させるためには、上記油圧力よりも大きな力をアクチュエータ２が直動ピストン２１，２４に付与する必要があるため、アクチュエータ２の駆動負荷が大きくなる。本変形例の燃料噴射装置ＦＩでは、直動ピストン２１，２４に加わる油圧力を小さくすることにより、アクチュエータ２の駆動負荷を小さくしている。
【００５９】
具体的には、図９に示されるように、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、直動ピストンアッパ２１の小径部２１０が管状に形成されている。よって、直動ピストンアッパ２１の小径部２１０の外径はピストン収容孔２３０の内径と比較して極めて小さい。
ピストンプレートアッパ２３とノズルボディ３１との間には、ピストンプレートロア４７が配置されている。ピストンプレートロア４７には、直動ピストンアッパ２１の小径部２１０が挿通される挿通孔４７０が形成されている。また、ピストンプレートロア４７には、ピストンプレート２３の燃料通路２３２をニードル収容孔３１０に連通させるための燃料通路４７１が形成されている。この燃料通路４７１は高圧燃料通路３の一部を構成している。
【００６０】
直動ピストンアッパ２１の大径部２１１の上面は、ピストンプレートロア４７の底面に接触している。直動ピストンロア２４には、その内部に形成された連通路２４０と第２制御室２６とを連通させる連通路２４１が形成されている。
本変形例の燃料噴射装置ＦＩでは、制御弁ロア１０１が下方に変位して直動ピストンアッパ２１の小径部２１０の上面に接触した後、制御弁ロア１０１により直動ピストンアッパ２１の小径部２１０が下方に押圧されることにより、直動ピストンアッパ２１が下方に変位する。この際、直動ピストンアッパ２１の小径部２１０の外径が極めて小さければ、ピストン収容室１９内の燃料圧力が低圧になった際に、直動ピストンアッパ２１においてピストン収容室１９内の低圧の燃料圧力が作用する面積を小さくすることができる。また、直動ピストンアッパ２１の上面がピストンプレートロア４７の底面から離間した際に、第２制御室２６内の燃料圧力が直動ピストンアッパ２１の上面に加わる。これにより、直動ピストンアッパ２１及び直動ピストンロア２４に加わる油圧力を小さくすることができるため、結果的にアクチュエータ２の駆動負荷を軽減することができる。
【００６１】
＜第２実施形態＞
次に、燃料噴射装置ＦＩの第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態の燃料噴射装置ＦＩとの相違点を中心に説明する。なお、以下では、ピストンプレート２３を「ピストンプレートアッパ２３」と称する。また、制御室プレート１５を「制御室プレートアッパ１５」と称する。
【００６２】
図１０に示されるように、ピストンプレートアッパ２３とノズルボディ３１との間にはピストンプレートロア４８が配置されている。また、ピストンプレートアッパ２３と制御室プレートアッパ１５との間には制御室プレートロア５１が配置されている。本実施形態では、インジェクタボディ１、制御室プレートアッパ１５、ピストンプレートアッパ２３、ノズルボディ３１、ピストンプレートロア４８、及び制御室プレートロア５１により本体が構成されている。
【００６３】
ピストンプレートロア４８には、燃料通路４８７が形成されている。燃料通路４８７は、ピストンプレート２３の燃料通路２３２をノズルボディ３１の連通路３１４を通じてニードル収容孔３１０に連通させている。したがって、燃料通路４８７は高圧燃料通路３の一部を構成している。ピストンプレートロア４８には、ピストン収容孔４８０と、制御弁収容孔４８１とが形成されている。
【００６４】
ピストン収容孔４８０は、軸線ｍ１に沿ってピストンプレートロア４８の底面からその上面に貫通するように形成されている。ピストン収容孔４８０の内部には、円柱状の直動ピストンロア２４が収容されている。直動ピストンロア２４は、ピストン収容孔４８０の内壁面に摺動可能に接することにより、軸線ｍ１に沿った方向に往復動可能に支持されている。直動ピストンロア２４の両端面は、平面状に形成されている。
【００６５】
制御弁収容孔４８１は、軸線ｍ３に沿ってピストンプレートロア４８の底面から上方に延びるように形成されている。軸線ｍ３に直交する制御弁収容孔４８１の断面形状は凹字状をなしている。軸線ｍ３は、軸線ｍ２に対して軸線ｍ１が位置する方向とは反対側にずれて位置している。制御弁収容孔４８１の内部空間は、制御弁ロア１６を収容するための制御弁ロア収容室４８５を構成している。制御弁ロア１６は、制御弁収容孔４８１の内部に収容されたスプリング２０により制御弁収容孔４８１の上壁面に向かって付勢されている。これにより、制御弁ロア１６は、制御弁収容孔４８１の上壁面に形成された断面略円錐状の溝からなる着座部４８４に着座した状態、すなわち閉弁状態になっている。本実施形態では、制御弁ロア１６が第２制御弁に相当する。
【００６６】
制御弁ロア収容室４８５は、ノズルボディ３１に形成された連通路３１２を通じて高圧燃料通路３に連通されている。したがって、制御弁ロア収容室４８５には、高圧燃料通路３から連通路３１２を通じて高圧の燃料が供給されている。
ピストンプレートロア４８には、制御弁ロア収容室４８５の着座部４８４から軸線ｍ３に沿ってピストンプレートロア４８の上面に貫通する挿通孔４８２が形成されている。挿通孔４８２には、駆動伝達部材４９が挿通されている。駆動伝達部材４９の下端は、制御弁ロア１６に接している。駆動伝達部材４９の上端は、ピストンプレートアッパ２３の制御弁ミドル収容室２３６内に収容された制御弁ミドル４０に接している。駆動伝達部材４９は、制御弁ミドル４０が下方に変位した際に制御弁ロア１６を下方に押圧することにより、制御弁ロア１６を着座部４８４から離座させる、すなわち制御弁ロア１６を開弁状態にする。
【００６７】
ピストンプレートロア４８には、制御弁ロア収容室４８５の着座部４８４から軸線ｍ３と交差する方向に延びてピストンプレートロア４８の上面に貫通する連通路４８３が形成されている。連通路４８３は、制御弁ロア収容室４８５と、ピストンプレートアッパ２３に形成された連通路２３１とを連通させている。連通路４８３には、制御室オリフィス２２が設けられている。
【００６８】
ノズルボディ３１の上面には、ピストンプレートロア４８のピストン収容孔４８０に連通される溝３１３が形成されている。溝３１３の内壁面、ノズルニードル２７の上部、及び直動ピストンロア２４の底面により囲まれる空間により第１油密室４３が構成されている。
【００６９】
ピストンプレートアッパ２３には、第１ピストン収容孔２３０と、第２ピストン収容孔２３３とが形成されている。
第１ピストン収容孔２３０は、軸線ｍ１を中心に延びるように形成されている。第１ピストン収容孔２３０は、ピストンプレートアッパ２３の底面からその上面に貫通するように形成されている。第１ピストン収容孔２３０の下端部は、ピストンプレートロア４８のピストン収容孔４８０に連通されている。
【００７０】
第１ピストン収容孔２３０には、直動ピストンアッパ２１と、直動ピストンミドル３９とが収容されている。直動ピストンミドル３９は、直動ピストンアッパ２１の下方に配置されている。直動ピストンアッパ２１及び直動ピストンミドル３９は、軸線ｍ１を中心に円柱状に形成されている。直動ピストンアッパ２１の外径は直動ピストンミドル３９の外径よりも小さい。直動ピストンアッパ２１及び直動ピストンミドル３９は、第１ピストン収容孔２３０の内壁面に摺動可能に接することにより、軸線ｍ１に沿った方向に往復動可能に支持されている。
【００７１】
直動ピストンミドル３９の下端部は、球面状に形成されている。直動ピストンミドル３９の下端部は、直動ピストンロア２４の上端部に接している。直動ピストンミドル３９の上端部は、平面状に形成されている。直動ピストンミドル３９の上端部は、直動ピストンアッパ２１の下端部に接している。直動ピストンアッパ２１の下端部は、球面状に形成されている。直動ピストンミドル３９の上面、直動ピストンアッパ２１の底面、及び第１ピストン収容孔２３０により囲まれる空間によって制御室２８が構成されている。
【００７２】
直動ピストンアッパ２１の上方には、ピストン収容室１９が形成されている。ピストン収容室１９は、直動ピストンアッパ２１の上面、第１ピストン収容孔２３０の内壁面、及び制御室プレートロア５１の底面により囲まれる空間からなる。ピストン収容室１９には、スプリング３０が圧縮された状態で収容されている。このスプリング３０の付勢力によって直動ピストンアッパ２１が下方に押圧されることにより、直動ピストンアッパ２１、直動ピストンミドル３９、直動ピストンロア２４、及びノズルニードル２７が互いに接した状態が保持されている。
【００７３】
ピストン収容室１９は、直動ピストンミドル３９に形成された連通路２３４を通じてピストンプレート２３の燃料通路２３２に連通されている。したがって、ピストン収容室１９には、高圧燃料通路３から連通路２３４を通じて高圧の燃料が供給されている。
第２ピストン収容孔２３３は、軸線ｍ３を中心に延びるように形成されている。第２ピストン収容孔２３３は、ピストンプレートアッパ２３の底面から上面に貫通するように形成されている。第２ピストン収容孔２３３には、制御ピストン３７と、制御弁ミドル４０とが収容されている。
【００７４】
制御ピストン３７は、軸線ｍ３を中心に円柱状に形成されている。制御ピストン３７は、第２ピストン収容孔２３３の内壁面に摺動可能に接することにより、軸線ｍ３に沿った方向に往復動可能に支持されている。制御弁ミドル４０は、制御ピストン３７の底面、第２ピストン収容孔２３３の内壁面、及びピストンプレートロア４８の上面により囲まれる空間に収容されている。以下では、制御弁ミドル４０が収容されている空間を制御弁ミドル収容室２３６とも称する。
【００７５】
制御弁ミドル４０は、制御ピストン３７の底面に形成された略円錐状の溝からなる着座部３７０に対向するように配置されている。制御ピストン３７と制御弁ミドル４０との間にはスプリング４１が圧縮された状態で収容されている。このスプリング４１の付勢力により、制御弁ミドル４０は、着座部３７０から離座した状態で、すなわち開弁状態で保持されている。
【００７６】
制御ピストン３７には、その底面から上面に貫通する連通路３７３が形成されている。この連通路３７３により、制御弁ミドル収容室２３６が制御室プレートロア５１の制御弁アッパ収容室１３に連通されている。
制御ピストン３７の外周面には、断面凹字状の連通溝３７１，３７２が形成されている。連通溝３７１は、制御ピストン３７の内部に形成された連通路３７５を通じて着座部３７０に連通されている。また、連通溝３７１は、ピストンプレート２３に形成された連通路２３５を通じて制御室２８に連通されている。したがって、制御弁ミドル収容室２３６と制御室２８との間で燃料が流通することが可能となっている。また、連通溝３７１は、ピストンプレートアッパ２３の連通路２３１及びピストンプレートロア４８の連通路４８３を通じて制御弁ロア収容室４８５に連通されている。
【００７７】
連通溝３７２は、制御ピストン３７の内部に形成された連通路３７４を通じて制御室プレートロア５１の制御弁アッパ収容室１３に連通されている。また、連通溝３７２は、ピストンプレート２３に形成された連通路２３７を通じてピストン収容室１９に連通されている。したがって、高圧燃料通路３を流れる高圧の燃料は、ピストンプレート２３の連通路２３４、ピストン収容室１９、ピストンプレート２３の連通路２３７、制御ピストン３７の連通溝３７２、及び連通路３７４を通じて制御弁アッパ収容室１３に流入可能となっている。連通路３７４には、インオリフィス１７が形成されている。
【００７８】
制御室プレートロア５１には、制御室プレートアッパ１５の燃料通路１５９とピストンプレート２３の燃料通路２３２とを連通させる燃料通路５１０が形成されている。燃料通路５１０は、高圧燃料通路３の一部を構成している。また、制御室プレートロア５１には、制御弁収容孔１５０と、ピストン収容孔１５２とが形成されている。
【００７９】
制御弁収容孔１５０は、軸線ｍ２に沿って制御室プレートロア５１の底面から上方に延びるように形成されている。軸線ｍ２に直交する制御弁収容孔１５０の断面形状は凹字状をなしている。制御弁収容孔１５０の内部空間は、制御弁アッパ１０を収容するための制御弁アッパ収容室１３を構成している。制御弁アッパ１０と制御ピストン３７との間には、スプリング１４が圧縮された状態で配置されている。このスプリング１４の付勢力により、制御弁アッパ１０は、制御弁収容孔１５０の上壁面に形成された断面略円錐状の溝からなる着座部１５３に着座した状態で、すなわち閉弁状態で保持されている。制御弁アッパ１０の突出部１２０は、制御ピストン３７の上面に形成された連通路３７４の開口部に対向して配置されている。すなわち、制御弁アッパ１０が開弁して突出部１２０が制御ピストン３７の上面に当接することにより、連通路３７４が閉塞される。本実施形態では、制御弁アッパ１０が第１制御弁に相当する。
【００８０】
ピストン収容孔１５２は、軸線ｍ２に沿って制御室プレートロア５１の上面から下方に向かって延びるように形成されている。軸線ｍ２に直交するピストン収容孔１５２の断面形状は凹字状をなしている。ピストン収容孔１５２の内部空間は、円柱状のバルブピストン４２を収容するためのピストン収容室１５４を構成している。バルブピストン４２は、ピストン収容孔１５２の内壁面に摺動可能に接することにより、軸線ｍ３に沿った方向に摺動可能に支持されている。
【００８１】
制御室プレートロア５１には、制御弁収容孔１５０の上壁面に形成された着座部１５３からピストン収容孔１５２の底面に貫通する挿通孔１５５が形成されている。したがって、制御弁アッパ収容室１３及びピストン収容室１５４は、挿通孔１５５を通じて連通されている。
【００８２】
挿通孔１５５には、駆動伝達部材５０が挿通されている。駆動伝達部材５０の上端部はバルブピストン４２に接している。駆動伝達部材５０の下端部は制御弁アッパ１０に接している。駆動伝達部材５０は、バルブピストン４２が下方に変位した際に制御弁アッパ１０を下方に押圧することにより、制御弁アッパ１０を着座部１５３から離座させる、すなわち制御弁アッパ１０を開弁状態にする。
【００８３】
制御室プレートロア５１には、制御弁アッパ収容室１３を制御室プレートアッパ１５の低圧ポート１１に連通させる連通路１５６が形成されている。連通路１５６には、アウトオリフィス１２が設けられている。
制御室プレートロア５１の上面には、制御室プレートアッパ１５の挿通孔１５１に連通される溝１５７が形成されている。溝１５７の底面には、ピストン収容孔１５２の上端部が開口している。このピストン収容孔１５２を通じて、バルブピストン４２の上面が溝１５７の内部に露出している。制御室プレートアッパ１５の挿通孔１５１の内壁面、挿通孔１５１に挿通される駆動伝達部材９の底面、溝１５７の内壁面、及びバルブピストン４２の上面により囲まれる空間により第２油密室４４が構成されている。
【００８４】
第２油密室４４は、制御室プレートロア５１に形成された連通路１５８、ピストンプレートアッパ２３に形成された連通路２３８、及びピストンプレートロア４８に形成された連通路４８６を通じてノズルボディ３１の第１油密室４３に連通されている。第１油密室４３及び第２油密室４４は、高圧燃料通路３及び低圧室３５に連通されていない閉空間からなる。第１油密室４３及び第２油密室４４には、燃料が充填されている。
【００８５】
なお、ピストンプレートロア４８のピストン収容孔４８０の内壁面、直動ピストンロア２４の上面、及び直動ピストンミドル３９の底面により囲まれる空間も第１油密室４３及び第２油密室４４に連通されている。
次に、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩの動作例について説明する。
【００８６】
ＥＣＵ４６０からＥＤＵ４６１に対して閉弁指令が送信されている場合、アクチュエータ２は収縮状態になっている。この場合、図１０に示されるように、制御弁アッパ１０が制御弁アッパ収容室１３の着座部１５３に着座した閉弁状態になっている。制御弁アッパ１０が閉弁状態である場合、低圧ポート１１を介した制御弁アッパ収容室１３と低圧室３５との連通が遮断されている。
【００８７】
また、制御弁アッパ１０の突出部１２０が制御ピストン３７の上面から離間しているため、制御弁アッパ収容室１３は、制御ピストン３７の連通路３７４、連通溝３７２、ピストンプレート２３の連通路２３７、ピストン収容室１９、及びピストンプレート２３の連通路２３４を通じて高圧燃料通路３に連通されている。そのため、制御弁アッパ収容室１３には高圧の燃料が供給されている。この制御弁アッパ収容室１３内の高圧の燃料は、制御ピストン３７の連通路３７３、制御弁ミドル収容室２３６、制御ピストン３７の連通路３７５、連通溝３７１、ピストンプレート２３の連通路２３５を通じて制御室２８に供給されている。したがって、制御室２８には、高圧の燃料が充填されている。制御室２８内の燃料圧力により直動ピストンミドル３９及び直動ピストンロア２４を介してノズルニードル２７が下方に押圧されることによりノズルニードル２７が噴射孔３２を閉塞している。すなわち、燃料噴射装置ＦＩは閉弁状態になっている。
【００８８】
この状態でＥＣＵ４６０からＥＤＵ４６１に対して開弁指令が送信されると、アクチュエータ２が伸張する。アクチュエータ２の伸張により駆動伝達部材９が下方に変位すると、図１１に示されるように、第２油密室４４の油圧力によりバルブピストン４２が下方に押圧される。これにより、制御弁アッパ１０は、制御弁アッパ収容室１３の着座部１５３から離座した開弁状態になる。また、制御弁アッパ１０の突出部１２０が制御ピストン３７の上面に当接するため、制御ピストン３７の連通路３７４が閉塞される。すなわち、高圧燃料通路３から制御弁アッパ収容室１３への高圧燃料の流入が遮断される。
【００８９】
制御弁アッパ１０が開弁状態になることにより、制御弁アッパ収容室１３内の高圧の燃料がアウトオリフィス１２によって減圧されつつ低圧ポート１１を通じて低圧室３５に流入するため、制御弁アッパ収容室１３内の燃料圧力が低下する。これに伴い、制御弁ミドル収容室２３６内の燃料が制御ピストン３７の連通路３７３を通じて制御弁アッパ収容室１３内に流入することにより、制御弁ミドル収容室２３６内の燃料圧力が低下する。さらに、制御室２８内の燃料がピストンプレート２３の連通路２３５、制御ピストン３７の連通溝３７１、及び連通路３７５を通じて制御弁ミドル収容室２３６に流入することにより、制御室２８内の燃料圧力が低下する。これにより、制御室２８内の燃料圧力によりノズルニードル２７に付与されている閉弁方向の力が減少するため、ノズルニードル２７が上方に変位する。よって、噴射孔３２が開放されるため、噴射孔３２から高圧の燃料が噴射される。すなわち、燃料噴射装置ＦＩが開弁状態になる。図１１に示される状態では、燃料噴射装置ＦＩは、第１制御室２８内の燃料圧力の低下に基づいてノズルニードル２７を開弁方向にリフト動作させる油圧サーボ駆動で動作する。
【００９０】
図１１に示される状態から更にアクチュエータ２に電圧が印加され続けることによりアクチュエータ２が伸張して駆動伝達部材９が更に下方に変位すると、図１２に示されるように、第２油密室４４の油圧力によりバルブピストン４２が更に下方に押圧される。このバルブピストン４２に加わる押圧力が駆動伝達部材５０及び制御弁アッパ１０を介して制御ピストン３７に加わることにより、制御ピストン３７が下方に変位する。これにより、制御ピストン３７の着座部３７０に制御弁ミドル４０が当接することにより、制御ピストン３７が閉弁状態になる。そのため、制御室２８から制御弁ミドル収容室２３６への燃料の流出が停止される。
【００９１】
また、制御ピストン３７に加わる押圧力が制御弁ミドル４０及び駆動伝達部材４９を介して制御弁ロア１６に加わることにより、制御弁ロア１６がピストンプレートロア４８の着座部４８４から離座する。すなわち、制御弁ロア１６が開弁状態になる。これにより、高圧燃料通路３を流れる高圧の燃料がノズルボディ３１の連通路３１２、制御弁ロア収容室４８５、ピストンプレートロア４８の連通路４８３、ピストンプレートアッパ２３の連通路２３１、制御ピストン３７の連通溝３７１、ピストンプレートアッパ２３の連通路２３５を通じて制御室２８に流入する。したがって、制御室２８は、高圧の燃料が充填された状態になる。
【００９２】
一方、駆動伝達部材９が下方に変位するほど、第２油密室４４内の容積が減少するとともに、減少した容積分の燃料が第１油密室４３内に流入する。この第１油密室４３に流入する燃料により、直動ピストンロア２４が上方に押し上げられるため、ノズルニードル２７が更に上方に変位する。すなわち、ノズルニードル２７が開弁方向に更にリフト動作するため、噴射孔３２から噴射される燃料量が増加する。図１２に示される状態では、燃料噴射装置ＦＩは、アクチュエータ２の駆動力を第１油密室４３及び第２油密室４４の油圧力を介してノズルニードル２７に直接伝達することによりノズルニードル２７を開弁方向に変位させる直動駆動で動作する。
【００９３】
なお、図１２に示されるように、軸線ｍ１に直交する第１油密室４３の断面積を「Ｓ２１」とし、軸線ｍ１に直交する第２油密室４４の断面積を「Ｓ２２」とすると、駆動伝達部材９の変位量が「Ｌ２０」である場合、ノズルニードル２７のリフト量は「Ｌ２０×（Ｓ２２／Ｓ２１）」となる。ここで、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、第１油密室４３の断面積Ｓ２１よりも、第２油密室４４の断面積Ｓ２２の方が大きく設定されているため、「Ｓ２２／Ｓ２１」が「１」よりも大きい値になる。すなわち、ノズルニードル２７のリフト量を、駆動伝達部材９の変位Ｌ２０よりも大きくすることができる。本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、このような構造により、駆動伝達部材９の変位量よりもノズルニードル２７の変位量を大きくすることの可能な変位拡大機構が構成されている。
【００９４】
その後、ＥＣＵ４６０からＥＤＵ４６１に対して閉弁指令が送信されると、アクチュエータ２が収縮する。このアクチュエータ２の収縮により駆動伝達部材９が上方に変位することにより、制御弁アッパ１０が図１０に示される状態に戻る。このとき、第２油密室４４の容積が増加するため、第１油密室４３内の燃料が第２油密室４４に流れることにより、第１油密室４３の容積が減少する。これにより、ノズルニードル２７が下方に変位して噴射孔３２を閉塞する。すなわち、燃料噴射装置ＦＩは閉弁状態になる。
【００９５】
このように、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、直動駆動で動作する際に、すなわちノズルニードル２７をリフト動作させる油圧力をアクチュエータ２の伸張に基づいて直動ピストン２１，２４，３９により発生させる際に制御室２８の油圧力が維持されるため、アクチュエータ２の伸張量とノズルニードル２７のリフト量との対応関係をより的確に維持することができる。よって、より高い精度でノズルニードル２７の開弁量を制御することが可能となる。
【００９６】
なお、本実施形態の燃料噴射装置ＦＩでは、制御弁アッパ１０を開弁状態にするためにアクチュエータ２への充電を開始する第１充電モード開始時期から、制御弁ロア１６を開弁状態にするためにアクチュエータ２への充電を開始する第２充電モード開始時期までの時間が第１設定時間として設定されている。また、制御弁アッパ１０を開弁状態にした後に制御室２８内の燃料圧力がノズルニードル２７の開弁圧まで低下するまでの時間が第２設定時間として設定されている。そして、第１設定時間が第２設定時間よりも長い時間に設定されている。これにより、制御室２８内の燃料圧力の低下によりノズルニードル２７をリフト動作させた後、燃料噴射装置ＦＩが直動駆動を開始するまでの間に、制御室２８内の燃料圧力を高圧状態に回復させることができる。よって、制御室２８が高圧状態である状態をより確実に実現しつつ燃料噴射装置ＦＩの直動駆動を開始することができるため、より高い精度でノズルニードルの開弁量を制御することが可能となる。
【００９７】
＜他の実施形態＞
本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【００９８】
ＦＩ：燃料噴射装置
１：インジェクタボディ（本体）
２：アクチュエータ
３：高圧燃料通路
１０：制御弁アッパ（制御弁、第１制御弁）
１５：制御室プレート、制御室プレートアッパ（本体）
１６：制御弁ロア（第２制御弁）
２１：直動ピストンアッパ（直動ピストン）
２３：ピストンプレート、ピストンプレートアッパ（本体）
２４：直動ピストンロア（直動ピストン）
２６：第２制御室
２７：ノズルニードル
２８：第１制御室、制御室
３１：ノズルボディ（本体）
３２：噴射孔
３５：低圧室
３９：直動ピストンミドル（直動ピストン）
４３：第１油密室
４４：第２油密室
４８：ピストンプレートロア（本体）
５１：制御室プレートロア（本体）
２１２：連通路
３７３：連通路
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
2019148194.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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