(57)【要約】【課題】燃料噴射弁の軸方向の長さを短くして搭載性の向上を図る。【解決手段】燃料噴射弁１１は、圧電素子からなるアクチュエータ２８、変位拡大機構３０及びニードル弁２２を備える。変位拡大機構３０は、燃料が貯留された一定容積の変位拡大室３３を介して配置された第１ピストン３１及び第２ピストン３２を備える。第２ピストン３２の受圧面積は第１ピストン３１の受圧面積よりも小さい。変位拡大機構３０は、アクチュエータ２８の伸縮に伴う第１ピストン３１の変位を変位拡大室３３にて拡大して第２ピストン３２に伝達する。こうした燃料噴射弁１１において、第２ピストン３２が第１ピストン３１とは逆方向へ変位し、かつ第２ピストン３２の可動範囲の少なくとも一部が第１ピストン３１の可動範囲と重複するように両ピストン３１，３２を配置する。そして、両ピストン３１，３２の互いに同じ側の端部（下端部）に変位拡大室３３を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子又は磁歪素子を変位発生源とするアクチュエータと、
液体が貯留された一定容積の変位拡大室を介して配置された第１ピストン及び第２ピストンを有し、同第２ピストンの受圧面積が同第１ピストンの受圧面積よりも小さく設定され、前記アクチュエータの伸縮に伴う前記第１ピストンの変位を前記変位拡大室にて拡大して前記第２ピストンに伝達する変位拡大機構と、
前記第２ピストンの変位に応じてリフトして噴孔を開閉するニードル弁と
を備える燃料噴射弁において、
前記第２ピストンが前記第１ピストンとは逆方向へ変位し、かつ前記第２ピストンの可動範囲の少なくとも一部が前記第１ピストンの可動範囲と重複するように両ピストンを配置するとともに、同両ピストンの互いに同じ側の端部に前記変位拡大室を設けることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記第２ピストンの少なくとも一部は、前記第１ピストンをシリンダとして、そのシリンダ内に摺動可能に設けられている請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記ニードル弁にリフト用の背圧を作用させる制御室と、
前記両ピストンの変位に応じて開閉して前記制御室の圧力を調整する制御弁と
をさらに備え、前記制御弁は、
前記第１ピストン又は前記第２ピストンに設けられた弁座と、
前記第２ピストン又は前記第１ピストンに設けられ、両ピストンの変位に伴い前記弁座に着座又は離座する弁体と
を備える請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記弁座は前記第１ピストン又は前記第２ピストンの一部として設けられ、前記弁体は前記第２ピストン又は前記第１ピストンの一部として設けられている請求項３に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記ニードル弁にリフト用の背圧を作用させる制御室と、
前記両ピストンの変位に応じて開閉して前記制御室の圧力を調整する制御弁と
をさらに備え、前記制御弁は、
前記第１ピストン及び前記第２ピストンから離れた箇所に設けられた弁座と、
前記弁座に着座又は離座する弁体と、
前記第２ピストンの変位を前記弁体に伝達する伝達部材と
を備える請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記アクチュエータの伸長方向とは逆方向へ前記第１ピストンを付勢する第１付勢部材と、同伸長方向と同一方向へ前記第２ピストンを付勢する第２付勢部材とを備える請求項５に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子又は磁歪素子を変位発生源とするアクチュエータを用いてニードル弁をリフトさせ、噴孔から燃料を噴射させるようにした燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ディーゼルエンジンの燃料噴射システムとして、高圧ポンプから圧送される高圧燃料を各気筒に共通のコモンレール（蓄圧室）で蓄圧するコモンレールシステムが知られている。このシステムで用いられる燃料噴射弁として、例えば、噴孔を開閉するニードル弁と、ニードル弁に閉弁方向の圧力（背圧）を作用させる制御室と、制御室及び低圧燃料通路間を開閉して制御室の圧力を調整する制御弁とを有するものがある。この燃料噴射弁では、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて制御弁を駆動し、制御室の圧力を低下させている。この圧力低下によりニードル弁がリフトして噴孔が開放され、高圧燃料が燃焼室に噴射される。
【０００３】
上記アクチュエータとして、近年、応答性に優れた圧電素子又は磁歪素子を変位発生源とするものが着目されている。この場合、アクチュエータの変位量が少ないため、この変位を拡大して制御弁に効率よく伝達することが行われる。例えば、特許文献１では、アクチュエータの伸縮に伴い変位する大径の第１ピストンと、一定容積の変位拡大室を介して第１ピストンと同軸上に変位可能に設けられた小径の第２ピストンとを有し、これら第１ピストン、変位拡大室及び第２ピストンを直列に配してなる変位拡大機構を、アクチュエータ及び制御弁間に設けている。
【０００４】
なお、本発明にかかる先行技術文献としては、上述した特許文献１のほかに次の特許文献２が挙げられる。
【特許文献１】特開２００２−２５７００２号公報（第４−５頁、第１図）
【特許文献２】特開平１１−１６６６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述した特許文献１に記載の燃料噴射弁では、変位拡大機構の構成部品である第１ピストン、変位拡大室及び第２ピストンを直列に配置する構成を採っている。そのため、変位拡大機構が軸方向に長くなり、これに伴いアクチュエータ及び制御弁の間隔が広くなる。その結果、燃料噴射弁の軸方向における寸法が大きくなってしまいディーゼルエンジンへの搭載性が低下する。
【０００６】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、軸方向の長さを短くして搭載性の向上を図ることのできる燃料噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、圧電素子又は磁歪素子を変位発生源とするアクチュエータと、液体が貯留された一定容積の変位拡大室を介して配置された第１ピストン及び第２ピストンを有し、同第２ピストンの受圧面積が同第１ピストンの受圧面積よりも小さく設定され、前記アクチュエータの伸縮に伴う前記第１ピストンの変位を前記変位拡大室にて拡大して前記第２ピストンに伝達する変位拡大機構と、前記第２ピストンの変位に応じてリフトして噴孔を開閉するニードル弁とを備える燃料噴射弁において、前記第２ピストンが前記第１ピストンとは逆方向へ変位し、かつ前記第２ピストンの可動範囲の少なくとも一部が前記第１ピストンの可動範囲と重複するように両ピストンを配置するとともに、同両ピストンの互いに同じ側の端部に前記変位拡大室を設けている。
【０００８】
上記の構成によれば、アクチュエータが伸縮すると、それに伴い第１ピストンが変位する。この変位が変位拡大室で拡大されて第２ピストンに伝達され、同第２ピストンが第１ピストンとは逆方向へ変位する。そして、第２ピストンの変位に応じてニードル弁がリフトし、噴孔が開閉されて燃料が噴射又は停止される。
【０００９】
ところで、変位拡大機構では、第２ピストンの可動範囲の少なくとも一部が第１ピストンの可動範囲と重複している。また、変位拡大室が、両ピストンの互いに同じ側の端部に設けられている。このため、変位拡大機構の軸方向における寸法は、これら第１ピストン、変位拡大室及び第２ピストンを軸方向に直列に配置した場合よりも短くなる。その結果、燃料噴射弁の軸方向の寸法が小さくなり、エンジン等への搭載性が向上する。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記第２ピストンの少なくとも一部は、前記第１ピストンをシリンダとして、そのシリンダ内に摺動可能に設けられているとする。
【００１１】
上記の構成によれば、第１ピストンはアクチュエータの伸縮に伴い変位するほか、第２ピストンのシリンダとしても機能する。また、第２ピストンは変位に際し、その少なくとも一部が第１ピストン内で摺動する。このように、第２ピストンの少なくとも一部が第１ピストン内に設けられていることから、第２ピストンを第１ピストンの外側に並列に配置した場合に比べ、変位拡大機構、ひいては燃料噴射弁の径方向の寸法が小さくなって、搭載性がさらに向上する。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記ニードル弁にリフト用の背圧を作用させる制御室と、前記両ピストンの変位に応じて開閉して前記制御室の圧力を調整する制御弁とをさらに備え、前記制御弁は、前記第１ピストン又は前記第２ピストンに設けられた弁座と、前記第２ピストン又は前記第１ピストンに設けられ、両ピストンの変位に伴い前記弁座に着座又は離座する弁体とを備えるとする。
【００１３】
上記の構成によれば、アクチュエータが伸縮すると、第１ピストン及び第２ピストンが互いに逆方向へ変位する。これらの変位に伴い弁座及び弁体が変位し、弁体が弁座に着座又は離座する。このようにして制御弁が開閉するが、この際には、弁座及び弁体が互いに逆方向へ変位する。このため、弁座及び弁体の一方のみを変位させる構成とした場合に比べ、弁座及び弁体の相対速度が速くなり、制御弁の開閉の応答性が向上する。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記弁座は前記第１ピストン又は前記第２ピストンの一部として設けられ、前記弁体は前記第２ピストン又は前記第１ピストンの一部として設けられているとする。
【００１５】
上記の構成によれば、アクチュエータの伸縮に伴い第１ピストン及び第２ピストンが変位すると、それらの一部として設けられた弁座及び弁体もまた変位する。これらの変位によって弁体が弁座に着座又は離座する。このように、弁体及び弁座が両ピストンの一部として設けられていることから、弁座を第１ピストン又は第２ピストンとは別部材として設け、弁体を第２ピストン又は第１ピストンとは別部材として設けた場合に比べ、制御弁の部品点数が少なくてすむ。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、請求項１又は２に記載の発明において、前記ニードル弁にリフト用の背圧を作用させる制御室と、前記両ピストンの変位に応じて開閉して前記制御室の圧力を調整する制御弁とをさらに備え、前記制御弁は、前記第１ピストン及び前記第２ピストンから離れた箇所に設けられた弁座と、前記弁座に着座又は離座する弁体と、前記第２ピストンの変位を前記弁体に伝達する伝達部材とを備えるとする。
【００１７】
上記の構成によれば、アクチュエータが伸縮すると、第１ピストン及び第２ピストンが変位する。第２ピストンの変位は伝達部材を介して弁体に伝達される。この弁体が変位して、第１ピストン及び第２ピストンから離れた箇所に設けられた弁座に着座又は離座する。このようにして制御弁が開閉すると、制御室の圧力が変化し、ニードル弁に作用する背圧が変化して同ニードル弁がリフトし噴孔を開閉する。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の発明において、前記アクチュエータの伸長方向とは逆方向へ前記第１ピストンを付勢する第１付勢部材と、同伸長方向と同一方向へ前記第２ピストンを付勢する第２付勢部材とを備えるとする。
【００１９】
上記の構成によれば、アクチュエータが伸長するときには、第１ピストンが第１付勢部材を収縮させながらアクチュエータの伸長方向と同一方向へ変位し、第２ピストンが第２付勢部材を収縮させながら前記伸長方向とは逆方向へ変位する。これに対し、アクチュエータが収縮するときには、第１付勢部材が伸長して第１ピストンが前記アクチュエータの伸長方向とは逆方向へ変位する。また、第２付勢部材が伸長して第２ピストンが前記アクチュエータの伸長方向と同一方向へ変位する。
【００２０】
ところで、上記したように制御弁が変位拡大機構から離れた箇所に位置していて、制御室の高い圧力が変位拡大機構には直接作用しない。このため、第１付勢部材及び第２付勢部材としては、こうした高い圧力に抗する付勢力を発揮するものを用いなくてもよい。付勢力の小さな部材でよいため、その分、両付勢部材の設計自由度が増す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明を、ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴射システムに用いられる燃料噴射弁に具体化した第１実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
【００２２】
図１に示すように、燃料噴射弁１１は、上端を開放した有底円筒状のノズルホルダ１２を備えている。ノズルホルダ１２には、その底部を貫通した状態でノズルボディ１３が取付けられている。ノズルホルダ１２の内部であって、ノズルボディ１３の上にはプレート１４及びバルブボディ１５が順に重ねられている。さらに、ノズルホルダ１２上端の開放端にはハウジング１６の下端部が螺合されている。
【００２３】
ノズルボディ１３の先端（図１の下端）には噴孔１７があけられている。ノズルボディ１３、プレート１４、バルブボディ１５及びハウジング１６には、高圧ポンプ（図示略）から供給された高圧燃料を噴孔１７へ導く高圧通路１８が設けられている。高圧通路１８の途中には燃料溜まり１９が設けられている。また、プレート１４、バルブボディ１５及びハウジング１６には、余剰の燃料を燃料タンク（図示略）に戻すための燃料戻し用低圧通路としてドレン通路２１が設けられている。
【００２４】
ノズルボディ１３内には、ニードル弁２２が軸方向（図１の上下方向）へのリフト可能に配設されている。ニードル弁２２とプレート１４との間には、そのニードル弁２２に背圧を作用させるための制御室２３が設けられている。制御室２３内には、ニードル弁２２を閉弁方向（図１の下方）へ付勢するスプリング２４が配置されている。バルブボディ１５及びプレート１４には、高圧通路１８から分岐して制御室２３に通ずる高圧ポート２５が設けられている。
【００２５】
従って、ニードル弁２２に対しては、閉弁方向の力として、制御室２３内の流体（ここでは燃料）の圧力とスプリング２４の付勢力とが作用する。また、開弁方向の力として、燃料溜まり１９内の燃料の圧力がニードル弁２２に作用する。これら両方向の力がつり合うようにニードル弁２２が軸方向へリフトして噴孔１７を開閉する。ニードル弁２２は、下降してノズルボディ１３内の弁座２６に着座すると噴孔１７を閉じる。この状態では高圧通路１８が遮断され、噴孔１７からの高圧燃料の噴射が停止される。一方、ニードル弁２２は、上昇して弁座２６から離座すると噴孔１７を開く。この状態では、高圧通路１８を通じて導かれた高圧燃料が噴孔１７から燃焼室へ噴射される。
【００２６】
燃料噴射弁１１は、制御室２３内の燃料の圧力を調整する制御弁２７を備えている。これについては後で説明する。ハウジング１６内には、圧電素子を変位発生源とし、制御弁２７を開閉駆動して制御室２３内の燃料の圧力を変化させるアクチュエータ２８が組込まれている。アクチュエータ２８は、ＰＺＴ等の圧電体を軸方向に積層したピエゾスタックからなり、外部からのエネルギー供給を受けることによって下方へ伸長し、注入されたエネルギーを放出することによって上方へ収縮する特性を有する。
【００２７】
ハウジング１６内であってアクチュエータ２８とバルブボディ１５との間には低圧室２９が設けられ、この低圧室２９がドレン通路２１に繋がっている。低圧室２９内及びバルブボディ１５内には、アクチュエータ２８の伸縮を拡大する変位拡大機構３０が設けられている。変位拡大機構３０は、アクチュエータ２８の伸縮に伴い軸方向へ変位する第１ピストン３１、及び一定容積の変位拡大室３３を介して第１ピストン３１と同軸上に変位可能に設けられた第２ピストン３２を備える。
【００２８】
第１ピストン３１の下半部は、バルブボディ１５をシリンダとして、このシリンダ内に軸方向への摺動可能に収容されている。第１ピストン３１の上半部は低圧室２９に入り込んでいる。
【００２９】
低圧室２９内であって、第１ピストン３１とアクチュエータ２８との間には、そのアクチュエータ２８の伸縮を第１ピストン３１に伝達するための剛体からなる伝達部材３４，３５が介在されている。後者の伝達部材３５は有蓋状の略円筒状をなしており、この伝達部材３５の下端部が第１ピストン３１の上端部に当接している。前者の伝達部材３４としては、アクチュエータ２８の変位を伝達部材３５に伝達するものであればよく、形状は特に限定されない。例えばロッドを伝達部材として用いることができる。ただし、自身の下端面が傾いた状態でアクチュエータ２８が伸縮した場合にも、その伸縮を伝達部材３５に確実に伝達する観点からは、伝達部材３４の伝達部材３５との接触面（下面）を球面状に形成することが望ましい。
【００３０】
第１ピストン３１の周りであってその上端部とバルブボディ１５との間には、第１ピストン３１をアクチュエータ２８の伸長方向とは逆方向へ付勢する第１付勢部材として、スプリング３６が配置されている。このスプリング３６は、アクチュエータ２８の収縮時に第１ピストン３１をその収縮に追従させて変位させるためのものである。
【００３１】
第１ピストン３１は上下両端を開放した筒状をなしている。第２ピストン３２の一部は、第１ピストン３１をシリンダとして、このシリンダ内に軸方向への摺動可能に収容されている。第２ピストン３２の上部には他の箇所よりも大径状の弁体３７がその第２ピストンの一部として設けられており、この弁体３７を含む第２ピストン３２の上部が伝達部材３５内に入り込んでいる。弁体３７と伝達部材３５の天井部分との間には、第２ピストン３２を常にアクチュエータ２８の伸長方向と同一方向（図１の下方）へ付勢する第２付勢部材として、スプリング３８が配置されている。
【００３２】
変位拡大室３３は、バルブボディ１５の内部であって、プレート１４、第１ピストン３１及び第２ピストン３２によって囲まれる空間からなり、液体（ここでは燃料）が充填されている。変位拡大室３３の容積は常に一定であることが必要である。一方、変位拡大室３３内の燃料は、バルブボディ１５とプレート１４との隙間、第１ピストン３１とバルブボディ１５との隙間、第１ピストン３１と第２ピストン３２との隙間等から漏出するおそれがある。そこで、こうした漏出にも拘らず変位拡大室３３の容積を略一定に維持するための工夫がなされている。
【００３３】
詳しくは、プレート１４上面の変位拡大室３３に面する箇所にはドレン通路２１の一部が開口している。この開口を開閉するために逆止弁４１が設けられている。逆止弁４１は、プレート１４上面のドレン通路２１の開口部分の周囲に設けられた弁座と、この弁座に着座又は離座する弁体とからなる。弁体は、アクチュエータ２８の伸長に伴い第１ピストン３１が下降するときに押下げられて弁座に着座する。この着座によりドレン通路２１の開口が閉鎖され、ドレン通路２１から変位拡大室３３への燃料の流入が遮断される。これに対し、弁体は、アクチュエータ２８の収縮に伴い第１ピストン３１が上昇するときに負圧により上昇して弁座から離座する。ドレン通路２１の開口が開放され、ドレン通路２１から変位拡大室３３への燃料の流入（補充）が可能となる。
【００３４】
第１ピストン３１及び第２ピストン３２の各下端面は、変位拡大室３３の燃料の圧力を受ける面（受圧面）となる。第１ピストン３１の下端面の受圧面積Ｓ１は、第２ピストン３２の下端面の受圧面積Ｓ２よりも大きな値（ここでは２倍の値）に設定されている。これらの受圧面積の比（Ｓ１／Ｓ２）が変位拡大機構３０による変位拡大率（＝２）となる。
【００３５】
制御室２３の燃料の圧力を調整するために、前記高圧ポート２５とドレン通路２１とを繋ぐ油路４３が設けられている。本実施形態では、この油路４３が第１ピストン３１及び第２ピストン３２間と低圧室２９とを通る構成を採用している。具体的には、油路４３の一部はバルブボディ１５の内部に設けられており、その一端（図１の左端）が高圧ポート２５に、他端（図１の右端）がバルブボディ１５の内壁面にそれぞれ開口している。第１ピストン３１の外周には、前記開口に常に面する環状溝４４が全周にわたって形成されている。また、第１ピストン３１には、その径方向に延びて環状溝４４と第１ピストン３１の内壁面とを連通させる導通孔４５があけられている。図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、第２ピストン３２の外周には軸方向（図２の上下方向）に延びる複数のランド４６と、隣合うランド４６間の溝４７とがそれぞれ形成されており、各ランド４６が第２ピストン３２の第１ピストン３１に対する摺動ガイドとして機能し、溝４７が導通孔４５と伝達部材３５の内部空間とを繋ぐ油路として機能する。また、図１に示すように、伝達部材３５には、低圧室２９と同伝達部材３５の内部空間とを連通させる連通孔４８があけられている。
【００３６】
前述した制御室２３の圧力を調整する制御弁２７は、第１ピストン３１の上端開口に同第１ピストン３１の一部として設けられた弁座４９と、第２ピストン３２の一部として設けられた前記弁体３７とによって構成されている。この弁体３７は、アクチュエータ２８の伸長に伴い第１ピストン３１が下降し、第２ピストン３２が上昇するときに弁座４９から離座する。この離座（制御弁２７の開弁）により、制御室２３内の燃料が高圧ポート２５、油路４３及び低圧室２９を通じてドレン通路２１へ流出可能となって、同制御室２３内の燃料の圧力が低下する。これに対し、弁体３７は、アクチュエータ２８の収縮に伴い第１ピストン３１が上昇し、第２ピストン３２が下降するときに弁座４９に着座する。この着座（制御弁２７の閉弁）により、制御室２３内の燃料の低圧室２９及びドレン通路２１への流出が遮断され、同制御室２３内の燃料の圧力が上昇する。
【００３７】
次に、上記のようにして構成された本実施形態の燃料噴射弁１１の作用について説明する。
図１は、アクチュエータ２８が収縮しているときの燃料噴射弁１１の状態を示している。この状態では、スプリング３６により上方へ付勢された第１ピストン３１が伝達部材３５に押付けられて可動範囲の上端に位置している。また、第２ピストン３２は、スプリング３８の下向きの付勢力と変位拡大室３３内の燃料の圧力とがつり合う箇所に位置し、弁体３７が弁座４９に着座して制御弁２７が閉弁している。このため、高圧通路１８からの高圧燃料の流入により制御室２３内の燃料の圧力が高く、この圧力とスプリング２４の付勢力とによる下向きの力が、燃料溜まり１９での燃料の圧力による上向きの力に打ち勝ち、ニードル弁２２が弁座２６に着座して噴孔１７が閉鎖されている。このため、噴孔１７から高圧燃料は噴射されない。
【００３８】
前記の状態からアクチュエータ２８に対し所定の電圧が印加されると、図４に示すように、アクチュエータ２８が電圧に比例した量下方へ伸長する。この伸長に伴い伝達部材３４，３５及び第１ピストン３１がスプリング３６の付勢力に抗し、アクチュエータ２８と同じ量下方へ変位する。第１ピストン３１の下方への変位により、その変位量に変位拡大率（第１ピストン３１と第２ピストン３２の受圧面積比：Ｓ１／Ｓ２）を乗じた量、第２ピストン３２がスプリング３８の付勢力に抗して上方へ変位する。
【００３９】
第１ピストン３１の下方への変位に伴い弁座４９が下降するのに対し、第２ピストン３２の上方への変位に伴い弁体３７が上昇する。これらの逆方向の変位により弁体３７が弁座４９から離座して制御弁２７が開弁する。この開弁により制御室２３と低圧室２９とが高圧ポート２５及び油路４３を通じて繋がり、制御室２３内の燃料の圧力が低下する。燃料溜まり１９の燃料の圧力による上向きの力が、制御室２３内の燃料の圧力とスプリング２４の付勢力とによる下向きの力に打ち勝ち、ニードル弁２２が弁座２６から離座して噴孔１７が開放される。このため、高圧通路１８を通じて供給された高圧燃料が噴孔１７から噴射される。
【００４０】
上記の状態からアクチュエータ２８への電圧印加が停止されて電荷が放出されると、図１に示すようにアクチュエータ２８が、電圧印加時の変位量と同量収縮して元の長さに戻る。この収縮に伴い伝達部材３４，３５及び第１ピストン３１がスプリング３６により、アクチュエータ２８と同じ量上方へ変位する。第１ピストン３１の上方への変位により変位拡大室３３の燃料の圧力が低下し、スプリング３８によって付勢された第２ピストン３２が第１ピストン３１の変位量に変位拡大率を乗じた量、下方へ変位する。
【００４１】
第１ピストン３１の上方への変位に伴い弁座４９が上昇するのに対し、第２ピストン３２の下方への変位に伴い弁体３７が下降する。これらの逆方向の変位により弁体３７が弁座４９に着座して制御弁２７が閉弁する。この閉弁により制御室２３及び低圧室２９間が遮断され、制御室２３内の燃料の圧力が上昇する。制御室２３内の燃料の圧力とスプリング２４の付勢力とによる下向きの力が、燃料溜まり１９内の燃料の圧力による上向きの力に打ち勝ち、ニードル弁２２が弁座２６に着座して噴孔１７が閉鎖され、高圧燃料の噴孔１７からの噴射が停止される。
【００４２】
以上詳述した第１実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）第２ピストン３２が第１ピストン３１とは逆方向へ変位し、かつ第２ピストン３２の可動範囲の少なくとも一部が第１ピストン３１の可動範囲と重複するように両ピストン３１，３２を配置している。また、両ピストン３１，３２の互いに同じ側の端部（下端部）に変位拡大室３３を設けている。このため、変位拡大機構３０の軸方向（図１の上下方向）における寸法が、第１ピストン、変位拡大室及び第２ピストンを軸方向に直列に配置した場合（特許文献１に相当）よりも短くなる。これに伴い、燃料噴射弁１１の軸方向の寸法が小さくなり、その分、ディーゼルエンジンへの搭載性が向上する。
【００４３】
（２）変位拡大機構３０において、第１ピストン３１を略円筒状とすることでシリンダとして機能させ、このシリンダ内に第２ピストン３２の一部を摺動可能に収容している。このように、第２ピストン３２の少なくとも一部を第１ピストン３１内に設けていることから、同第２ピストンを単に第１ピストンの外側に並列に配置した場合に比べ、変位拡大機構３０、ひいては燃料噴射弁１１の径方向の寸法が小さくなって、ディーゼルエンジンへの搭載性がさらに向上する。
【００４４】
（３）制御弁２７を、第１ピストン３１に設けられた弁座４９と、第２ピストン３２に設けられ、両ピストン３１，３２の変位に伴い弁座４９に着座又は離座する弁体３７とによって構成し、アクチュエータ２８の伸縮に伴う両ピストン３１，３２の変位により、弁座４９及び弁体３７を互いに逆方向へ変位させるようにしている。従って、弁座及び弁体の一方のみを変位させる（他方を変位不能とする）構成とした場合に比べ、弁座４９及び弁体３７の相対速度を速くして、制御弁２７の開閉時の応答性を向上させることができる。
【００４５】
ここで、図５及び図６に示すように、アクチュエータ２８の変位速度をＶｐ（−Ｖｐ）とし、弁座４９の変位速度をＶｓ（−Ｖｓ）とし、弁体３７の変位速度をＶｂ（−Ｖｂ）とすると、制御弁２７の開弁速度及び閉弁速度は次式（ｉ），（ii）で表される。これらの開弁速度及び閉弁速度は、弁座４９及び弁体３７の相対速度である。なお、図５中及び図６中では、便宜上、アクチュエータ２８が伸長する方向（図の下方）を正（＋）とし、収縮する方向（図の上方）を負（−）としている。アクチュエータ２８及び第１ピストン３１間には剛体からなる伝達部材３４，３５が介在されているに過ぎないため、「Ｖｓ＝Ｖｐ」又は「−Ｖｓ＝−Ｖｐ」といえる。また、変位拡大率を「２」とすると、弁座４９及び弁体３７の変位方向が逆であることから、「−Ｖｂ＝−２Ｖｓ」又は「Ｖｂ＝２Ｖｓ」といえる。
【００４６】
開弁速度＝Ｖｓ−（−Ｖｂ）
＝Ｖｓ−（−２Ｖｓ）
＝３Ｖｓ＝│３Ｖｓ│＝│３Ｖｐ│      ・・・（ｉ）
閉弁速度＝−Ｖｓ−（Ｖｂ）
＝−Ｖｓ−２Ｖｓ
＝−３Ｖｓ＝│３Ｖｓ│＝│３Ｖｐ│    ・・・（ii）
これに対し、仮に弁座を変位させない構成とすると（特許文献１に相当）、弁座の変位速度Ｖｓが「０」となるため、開弁速度及び閉弁速度は│２Ｖｐ│となって、本実施形態（│３Ｖｐ│）よりも遅くなる。
【００４７】
従って、図３の燃料噴射弁１１の噴射特性（噴射率の時間変化）において実線で示すように、燃料噴射の開始時には噴射率が急激に立ち上がり、噴射停止時には噴射率が急激に低下する。噴射率は、単位時間当りの噴射流量である。なお、図３中の二点鎖線は、弁座を変位させない構成とした場合の噴射特性を示している。図３から制御弁２７の開閉の速度が速くなって応答性が向上していることが判る。
【００４８】
（４）弁座４９を第１ピストン３１の一部として設けるとともに、弁体３７を第２ピストン３２の一部として設けている。このため、弁座及び弁体を両ピストンとは別部材として設けた場合に比べ、制御弁２７の部品点数を少なくすることができる。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態について、図７を参照して説明する。第２実施形態は、制御弁が変位拡大機構３０とは異なる箇所に設けられている点において、制御弁２７が第１ピストン３１及び第２ピストン３２に設けられている第１実施形態と異なっている。以下、この相違点を中心に第２実施形態について説明し、第１実施形態と同様の部材については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５０】
変位拡大機構３０の第１ピストン３１の上端部には蓋部３１Ａが設けられており、この蓋部３１Ａが伝達部材３４に直接接触している。蓋部３１Ａは伝達部材の機能を兼ねるものであり、このことから、第１実施形態で用いられた伝達部材３５は割愛されている。第１ピストン３１には径方向に延びる連通孔５２があけられており、この連通孔５２を通じて第１ピストン３１の内部と外部（低圧室２９）とが連通している。蓋部３１Ａの外周部分とバルブボディ１５との間にスプリング３６が設けられている点、第２ピストン３２が第１ピストン３１をシリンダとして、その中に摺動可能に収容されている点は第１実施形態と同様である。ただし、第１実施形態では第２ピストン３２の上部が第１ピストン３１から上方に露出しているのに対し、本実施形態では第２ピストン３２の全体が第１ピストン３１内に収容されている。また、第２ピストン３２を下方へ付勢するスプリング３８は、蓋部３１Ａと第２ピストン３２との間に配置されている。
【００５１】
制御室２３内の燃料の圧力を調整するために、制御室２３とドレン通路２１とを繋ぐ油路５３が設けられ、その油路５３の途中に制御弁５４が設けられている。具体的には、プレート１４の下部であって制御室２３の直上には、有底の筒状部材５５が嵌入されている。筒状部材５５とプレート１４とによって囲まれた空間は弁室５６をなしている。筒状部材５５の底部には、弁室５６と制御室２３とを連通させる孔５７があけられている。また、弁室５６とドレン通路２１とは、プレート１４に設けられた油路５８によって連通されている。弁室５６と孔５７との境界部分には弁座５９が設けられている。また、弁室５６内には球状の弁体６１が燃料噴射弁１１の軸方向（図７の上下方向）への変位可能に収容されている。第２ピストン３２と弁体６１との間には、その第２ピストン３２の変位を弁体６１に伝達する伝達部材としてのコマンドピストン６２が、プレート１４を貫通した状態で介在されている。
【００５２】
このようにして構成された制御弁５４では、アクチュエータ２８の収縮に伴う第２ピストン３２の下方への変位がコマンドピストン６２を介して弁体６１に伝達されて弁体６１が弁座５９に着座する。この着座（制御弁５４の閉弁）により、制御室２３内の燃料が油路５３を通じてドレン通路２１に流出することが遮断され、同制御室２３内の燃料の圧力が上昇する。これに対し、アクチュエータ２８の伸長に伴い第２ピストン３２が上方へ変位すると、弁体６１が上方へ変位して弁座５９から離座する。この離座（制御弁５４の開弁）により、制御室２３内の燃料が弁室５６及び油路５３を通じてドレン通路２１に流出可能となって、同制御室２３内の燃料の圧力が低下する。
【００５３】
なお、上記のようにコマンドピストン６２が第２ピストン３２の下面に接触していることから、本実施形態ではその接触分だけ第２ピストン３２の受圧面積が狭くなっている。また、コマンドピストン６２が第２ピストン３２の直下に位置することから、このコマンドピストン６２との干渉を防ぐために、逆止弁４１がコマンドピストン６２から側方へ離れた箇所に配置されている。
【００５４】
上記のように構成された第２実施形態の燃料噴射弁１１は、基本的には第１実施形態の燃料噴射弁１１と同様の作動をする。すなわち、アクチュエータ２８が伸縮すると、第１ピストン３１及び第２ピストン３２が変位する。第２ピストン３２の変位はコマンドピストン６２を介して弁体６１に伝達される。この弁体６１が変位して、第１ピストン３１及び第２ピストン３２から離れた箇所に設けられた弁座５９に対し着座又は離座する。このようにして制御弁５４が開閉すると、制御室２３の圧力が変化し、ニードル弁２２に作用する背圧が変化して同ニードル弁２２がリフトし噴孔１７を開閉する。
【００５５】
従って、第２実施形態によれば前述した第１実施形態での（１），（２）と同様の効果が得られるほか、次の（５），（６）の効果が得られる。なお、（１）の軸方向の寸法縮小効果は、コマンドピストン６２の付加により若干薄れる。しかし、両ピストン３１，３２の可動範囲の重複部分及びコマンドピストン６２の各長さの設定の仕方によっては、単に両ピストンを直列に配置した場合よりも、前記軸方向の寸法を小さくすることが可能である。
【００５６】
（５）制御室２３では、高い圧力を発生させるため燃料の漏出対策が必要となる。この点、第２実施形態では、制御弁５４が変位拡大機構３０から下方へ離れた箇所に配置されている。このため、変位拡大機構３０ではこうした高圧燃料の漏出対策が不要となる。その結果、変位拡大機構３０の構成部品の加工精度を高くしなくてすみ、加工が容易となる。
【００５７】
（６）制御弁５４が変位拡大機構３０から離れた箇所に位置していて、制御室２３内の燃料の高い圧力が変位拡大機構３０には直接作用しない。このため、第１ピストン３１をアクチュエータ２８の伸長方向とは逆方向（上方）へ付勢するスプリング３６、及び第２ピストン３２を前記伸長方向と同一方向（下方）へ付勢するスプリング３８としては、こうした高い圧力に抗する付勢力を発揮するものを用いなくてもよい。付勢力の小さな部材でよいため、その分、両スプリング３６，３８の設計自由度が増す。
【００５８】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・アクチュエータを圧電素子に代えて磁歪素子によって構成してもよい。
・第１実施形態における逆止弁４１を第２ピストン３２の直下とは異なる箇所に設けてもよい。要は、変位拡大室３３に面する箇所であればよい。
【００５９】
・本発明は、第２ピストンが第１ピストンとは逆方向へ変位し、かつ第２ピストンの可動範囲の少なくとも一部が第１ピストンの可動範囲と重複することを条件に、両ピストンの位置を変更してもよい。従って、例えば第２ピストンを第１ピストンの外側に並列に配置してもよい。
【００６０】
・第１実施形態において、制御弁２７の弁座４９を第１ピストン３１に代えて第２ピストン３２に設け、弁体３７を第２ピストン３２に代えて第１ピストン３１に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１実施形態において、燃料噴射弁の燃料噴射停止時の状態を示す部分断面図。
【図２】（Ａ）は第２ピストンの断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ線断面図。
【図３】燃料噴射弁の噴射特性を示す特性図。
【図４】燃料噴射弁の燃料噴射時の状態を示す部分断面図。
【図５】図１のＸ部について制御弁各部の作動速度を説明するための部分断面図。
【図６】図４のＺ部について制御弁各部の作動速度を説明するための部分断面図。
【図７】第２実施形態における燃料噴射弁の部分断面図。
【符号の説明】
【００６２】
１１…燃料噴射弁、１７…噴孔、２２…ニードル弁、２３…制御室、２７，５４…制御弁、２８…アクチュエータ、３０…変位拡大機構、３１…第１ピストン、３２…第２ピストン、３３…変位拡大室、３６…スプリング（第１付勢部材）、３７，６１…弁体、３８…スプリング（第２付勢部材）、４９，５９…弁座、６２…コマンドピストン（伝達部材）、Ｓ１，Ｓ２…受圧面積。
【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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