(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴孔を開閉する弁部材と、前記噴孔の燃料上流側に弁座を有し前記弁部材が前記弁座に着座することにより前記噴孔を閉塞し、前記弁部材が前記弁座から離座することにより前記噴孔を開放する弁体と、前記弁部材を閉塞方向に付勢する付勢手段と前記弁部材の上昇作動を段階的に制御する制御装置と、前記制御装置に対して高圧燃料が導入される高圧通路および高圧燃料が排出される低圧通路とを備えた燃料噴射装置であって、前記制御装置は、複数の制御室を有すると共に、前記複数の制御室の前記低圧通路側の出口を開閉する切替え手段を有し、前記複数の制御室として第１制御室と第２制御室を有すると共に、前記第１制御室は前記切替え手段に連通し、前記第２制御室は前記切替え手段と前記高圧通路に連通し、前記切替え手段は前記第１制御室、前記第２制御室、前記高圧通路および前記低圧通路に連通し、前記切替え手段の開閉により弁部材が前記第１制御室の燃料圧力から噴孔閉塞方向に受ける力と、弁部材が前記第２制御室の燃料圧力から噴孔開放方向に受ける力と、弁部材が付勢手段により噴孔閉塞方向に受ける力と、弁部材が燃料溜まりの燃料圧力により噴孔開放方向に受ける力との大小関係を切替えて、弁部材を段階的に上昇させるように構成されており、前記切替え手段は電気的手段により駆動される第１制御弁とこの第１制御弁と当接して前記第１制御弁と一体となって駆動される第２制御弁とを有し、前記電気的手段の一方の駆動状態においては、前記第１制御弁は移動して前記第１制御室と前記低圧通路とを連通し、前記電気的手段の他方の駆動状態においては、前記第１制御弁は移動して前記第２制御弁と当接し、さらに前記第１制御弁および前記第２制御弁が一体的に移動して、前記第１制御室および前記第２制御室と前記低圧通路とを連通することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記第１制御室および前記第２制御室は、一つの制御室を、その中に摺動自在に内挿される第２伝達部材により２つの制御室に分割することにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記第２伝達部材には、ノズル側端面に開口する有底孔部が設けられ、前記孔部に第１伝達部材を摺動自在に保持すると共に、前記第２伝達部材の前記底部には前記第１制御室と前記孔部とを連通する直径が前記孔部より小さい連通孔が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記電気的手段は圧電素子であることを特徴とする請求項１または請求項３のいずれか一つに記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンに使用される燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンにおいて排気中の有害物質（例えば、ＮＯｘ、ＨＣ、黒煙、微粒子）量を低減しつつ高出力かつ低燃費を実現するためには、噴射率をエンジン運転状態に応じて常に最適に制御する必要がある。この目的で、ノズル針弁リフトを燃料圧力により変化させ噴射率を可変にしようとする技術が提案されている。
【０００３】
例えば、所定の針弁リフト間隔をおいて針弁を付勢するように２個のばねを構成した２段開弁圧ノズルが公知となっている。この技術によれば、針弁は燃料噴射ポンプから圧送される燃料圧力に従いリフトする。しかし、燃料噴射ポンプから燃料噴射装置に圧送される燃料圧力はエンジンの運転状態によって変動するので、エンジンの要求する最適な噴射率を全運転状態において実現するのは困難であった。
【０００４】
そこで、特開平８−３２６６１９号公報に記載の燃料噴射装置のように、噴孔閉塞方向に針弁に燃料圧力を加える制御室を設けるものが知られている。ノズルの燃料溜まりに導入される燃料圧力により噴孔開放方向に受ける力と、制御室の燃料圧力から噴孔閉塞方向に受ける力と、スプリングから噴孔閉塞方向に受ける力との大小関係により針弁のリフトを制御している。エンジンの運転状態によって燃料圧力が変動しても制御室の圧力を制御することにより、針弁の開閉タイミングを高精度に制御しようとしている。また、この制御室の低圧通路側出口に設けた電磁力駆動式の制御弁のリフトを２段階に制御して制御室の燃料圧力を変化させることことにより、針弁を段階的にリフトさせ、所望の噴射率を得ようとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の燃料噴射装置の構成では、針弁は制御室の圧力変化とスプリングと、燃料溜まりの燃料圧力との大小関係でリフトするので、制御弁が段階的にリフトしても針弁は制御弁と同様に段階的にリフトするとは限らない。さらに、温度変化等により電磁力が変化すると制御弁のリフト特性が変化し制御弁の開口面積特性が変化する。また、粘性等の燃料特性の変化により制御室の圧力変化が不安定になり、これに伴い針弁のリフト特性が変化して噴射率が不安定になることがある。また、制御弁の非常に小さいリフト量を制御するので、燃料噴射装置の固体間のばらつきを押さえることが難しく、高精度に安定した噴射制御は困難であった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、エンジンの運転状態に応じて最適な噴射率を高精度に実現可能な燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１、請求項２および請求項３に記載の燃料噴射装置によれば、弁部材が燃料溜まりの燃料圧力から噴孔開放方向に受ける力と、付勢手段により噴孔閉塞方向に受ける力と、第１制御室の燃料圧力から噴孔閉塞方向に受ける力と、第２制御室の燃料圧力から噴孔開放方向に受ける力との大小関係により弁部材のリフト量が制御されるような構成において、弁部材が第１制御室の燃料圧力から受ける力および第２制御室の燃料圧力から受ける力を段階的に変えることにより、針弁のリフトを段階的に制御するような構成を採用して、エンジンの運転条件全域において所望の噴射率を得られるようにしている。各制御室の低圧通路側出口に切替え手段を設けている。そして、切替え手段により各制御室の燃料圧力をそれぞれ高圧あるいは低圧に制御して、弁部材に対して噴孔閉塞方向に作用する力を段階的に変えている。これにより、弁部材に作用する四つの力、すなわち、燃料圧力から噴孔開放方向に受ける力、付勢手段から噴孔閉塞方向に受ける力、第１制御室の燃料圧力から噴孔閉塞方向に受ける力および第２制御室の燃料圧力から噴孔開放方向に受ける力の大小関係が段階的に変るので弁部材のリフト量を段階的に制御できると共に、弁部材の開閉タイミングを制御できる。弁部材のリフト量および開閉タイミングは、燃料噴射装置に導入される燃料圧力に係わらず、前述の弁部材に作用する四つの力、すなわち、燃料圧力から噴孔開放方向に受ける力、付勢手段から噴孔閉塞方向に受ける力、第１制御室の燃料圧力から噴孔閉塞方向に受ける力および第２制御室の燃料圧力から噴孔開放方向に受ける力の大小関係を変えることで制御できる。したがって、エンジンの全運転領域において所望の燃料噴射率を得ることができる。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の燃料噴射装置によれば、切替え手段は複数の弁体により構成され、電気的に駆動される弁体の移動量に応じて他の弁体と協動させることができるので複数の制御室の圧力を確実に制御可能である。また、電気的な力によって切替え手段を駆動するので、切替え手段の作動を高精度に制御し、燃料噴射率を高精度に制御できる。
【０００９】
本発明の請求項４に記載の燃料噴射装置によれば、圧電素子によって切替え手段を駆動するので、切替え手段の動きを高精度に制御し、燃料噴射率を高精度に制御できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態による燃料噴射装置であるインジェクタ１を図１に示す。また、インジェクタ１の部分的拡大断面を図２に示す。なお、各図とも、同一構成部分には同一符号を付してある。
【００１２】
インジェクタ１は図示しないエンジンのシリンダヘッドに挿入固定され、エンジンの各気筒内に燃料を直接噴射するように構成されている。燃料噴射ポンプから吐出された高圧燃料は図示しない燃料供給管を経由してインジェクタ１に供給される。燃料噴射ポンプは、エンジンの回転数、負荷、あるいは吸入空気量等に従い吐出圧力を調整する。
【００１３】
インジェクタ１のハウジング１１と弁ボディ（弁体）１２とはチップパッキン１３、第１バルブホルダ１６、第２バルブホルダ１７を挟みリテーニングナット１４で締結されている。弁部材２０は、噴孔１２ｂ側からニードル２１、第１ピストン（第１伝達部材）２２、第２ピストン（第２伝達部材）２３により構成されている。
【００１４】
図示しない燃料噴射ポンプから供給される高圧燃料は、ハウジング１１に形成された燃料流入通路５０、燃料通路５１、第１バルブホルダ１６に形成された燃料通路５２、第２バルブホルダ１７に形成された燃料通路５３、チップパッキン１３に形成された燃料通路５４、弁ボディ１２に形成された燃料通路５５、燃料溜まり５６からニードル２１周囲の燃料通路５７を経てニードル２１と弁座１２ａとで形成する弁部２に至る。一方、弁ボディ１２とニードル２１との隙間からのリーク燃料は、チップパッキン１３に形成された燃料通路６０、第２バルブホルダ１７に形成された燃料通路６１、第１バルブホルダ１６に形成された燃料通路６２、ハウジング１１に形成された燃料通路６３を経由して、図示しない燃料タンクに排出される。
【００１５】
ニードル２１は弁ボディ１２に往復移動自在に支持されている。ニードル２１は、スプリング（付勢手段）１５により弁ボディ１２に形成した弁座１２ａに付勢されている。スプリング１５はチップパッキン１３に収容されている。
【００１６】
チップパッキン１３の反弁ボディ１２側端部に凹部１３ａが設けられている。凹部１３ａには第２ピストン２３が往復移動自在に保持されている。ここで、凹部１３ａは第２ピストン２３によって弁ボディ１２側部と反弁ボディ１２側部とに二分され、弁ボディ１２側部に第２制御室２６が、反弁ボディ１２側部に第１制御室２５が形成されている。
【００１７】
第２ピストン２３には、弁ボディ１２側端面２３ａに開口する有底孔部２３ｂが設けられると共に、弁ボディ１２側端面２３ａの外周部には段部２３ｃが設けられている。また、第２ピストン２３の孔部２３ｂの底部２３ｄには反弁ボディ１２側端面２３ｅに開口する直径が孔部２３ｂより小さい孔２３ｆが設けられている。
【００１８】
第１ピストン２２は、前記第２ピストンの孔部２３ｂおよび前記チップパッキン１３に往復移動自在に保持されると共に、その弁ボディ１２側端部が前記ニードル２１に当接している。
【００１９】
第１制御室２５は、絞り７２および燃料通路７３を介して制御弁３７の周囲の燃料空間９０に連通している。また、第１制御室内にはスプリング１６が配置され、第２ピストン２３を弁ボディ１２側（図１の下方）に付勢している。
【００２０】
第２制御室２６は、燃料通路７６および燃料通路７７を介して制御弁３８の周囲の燃料空間９１に連通している。
【００２１】
圧電素子３０はコネクタ４０に埋設されているピン４１と電気的に接続している。圧電素子３０に電圧が印加されると、圧電素子３０が図１の下方に延びる。印加電圧が高くなると圧電素子の延び量が大きくなる。
【００２２】
油圧ピストン３１の一端は圧電素子３０と当接しており、他端は皿ばね３２と当接している。皿ばね３２はばね座３３と当接しており、油圧ピストン３１を圧電素子３０に向けて付勢している。油圧ピストン３４はスプリング３６により油圧ピストン３１に向けて付勢されている。油圧ピストン３４のロッド３５は制御弁３７と当接している。
【００２３】
制御弁３７は第１バルブホルダ１６内に往復移動自在に収容されている。第１バルブホルダ１６には制御弁３７の弁座１６ａが設けられている。
【００２４】
制御弁３８は第２バルブホルダ１７内に往復移動自在に収容されている。制御弁３８には図２の上下方向に貫通孔３８ａが設けられている。スプリング３９は制御弁３８を第１バルブホルダ１６の弁ボディ１２側の端面１６ｂに向けて付勢している。
【００２５】
図２に示すように、制御弁３７の周囲に形成されている燃料空間９０は、制御弁３７の位置に関わらず燃料通路７８、燃料通路７３および絞り７２を介して第１制御室２５と連通している。
【００２６】
制御弁３８の周囲に形成されている燃料空間９１には、制御弁３８の位置に関わらず燃料通路５３から絞り７０、燃料通路７１を介し高圧燃料が供給されている。さらに、燃料空間９１は燃料通路７７、燃料通路７６を介して第２制御室２６に連通している。燃料通路７７の燃料空間９１側開口部７７ａは、制御弁３８が第１バルブホルダ１６の端面１６ｂに当接している時は制御弁３８により閉塞されている。
【００２７】
ロッド３５の周囲の燃料空間９２は燃料通路７９を介して低圧側の燃料通路６３と連通している。
【００２８】
次に、インジェクタ１の作動について説明する。
【００２９】
（１）圧電素子３０に電圧を印加していない状態では、油圧ピストン３４は図２に示す位置にある。制御弁３８はスプリング３９の付勢力により第１バルブホルダ１６の端面１６ｂに当接している。燃料空間９１には燃料通路５３から高圧燃料が供給され、この高圧燃料は制御弁３８の貫通孔３８ａを経由して制御弁３７に達する。一方、制御弁３７が第１バルブホルダ１６の弁座１６ａから離れている場合、燃料空間９０は燃料空間９２を介して低圧側燃料通路６３に連通しており低圧である。そのため、制御弁３７は燃料空間９１内の燃料圧力により図２の上方へ押上げられて第１バルブホルダ１６の弁座１６ａに当接し、燃料空間９０内圧力は燃料空間９１と同様に高圧になる。この状態では、高圧燃料が燃料通路５３、絞り７０、燃料通路７１、燃料空間９１、貫通路３８ａ、燃料空間９０、燃料通路７８、燃料通路７３および絞り７２を経由して第１制御室２５に達し、第１ピストン２２は燃料圧力により噴孔閉塞方向の力を受ける。第１ピストン２２の受圧面積は、ニードル２１が燃料溜まり５６において燃料圧力により噴孔開放方向の力を受ける受圧面積よりも大きく設定されている。従って、ニードル２１は弁座１２ａに着座し噴孔は閉塞されるので燃料は噴射されない。
【００３０】
（２）圧電素子３０に電圧を印加して圧電素子３０が延びると、圧電素子３０と共に油圧ピストン３１が図１の下方に移動する。圧電素子３０の延び量および油圧ピストン３１の移動量をＬ、油圧ピストン３１の断面積をＡｈｌ、油圧ピストン３４の断面積をＡｈｓとすると、油圧ピストン３４は圧電素子３０により図１の下方に（Ｌ×Ａｈｌ／Ａｈｓ）だけ移動するように駆動される。油圧ピストン３４のロッド３５は制御弁３７に当接しているので、圧電素子３０が図１の下方にＬ延びると、制御弁３７も図１の下方に（Ｌ×Ａｈｌ／Ａｈｓ）だけ移動するように駆動される。
【００３１】
以下に、圧電素子３０に電圧を印加した場合の各部の作動について詳しく説明する。図３（Ａ）〜（Ｆ）には圧電素子３０への印加電圧とニードル２１のリフト、および各部の圧力のタイムチャートを示す。図４には圧電素子３０への印加電圧の切替え状態に応じた、インジェクタ１内における各燃料通路の連通状態を示す。図４において、ａはニードル２１のリフトがリフト量Ｈ１、ｂはニードル２１のリフトがリフト量Ｈ２、ｃはニードル２１のリフトがリフト量０（無噴射時）を示す。なお、下記の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図３における横軸（時間経過）の各タイミングの（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応している。さらに、下記の（ａ）、（ｂ）は、図４のａ、ｂに対応している。
【００３２】
（ａ）圧電素子３０に電圧を印加することにより圧電素子３０が延び、制御弁３７が弁座１６ａから離座し、さらに制御弁３７が制御弁３８に当接して貫通部３８ａを閉塞し、さらに制御弁３７と制御弁３８が一体となって図１の下方に移動し燃料通路６１の開口部６１ａは開放され、燃料通路６１は燃料空間９１と連通する。この状態において、第１制御室２５は絞り７２、燃料通路７３、燃料通路７８、燃料空間９０、燃料空間９２、燃料通路７９を介して低圧側燃料通路６３に連通するので第１制御室２５の燃料圧力は低下する。第１ピストン２２に燃料圧力により作用する噴孔閉塞方向の力が減少するので、ニードル２１においては噴孔閉塞方向の力より噴孔開放方向の力が大きくなりニードル２１がリフトして燃料が噴射される。第１ピストン２２がリフト量Ｈ１だけリフトして第２ピストン２３に当接する。この時点において、ニードル２１に作用する噴孔閉塞方向の力は、第２ピストン２３に作用する第１制御室２５の燃料圧力による図１の下向きの力およびスプリング１５による力である。一方、ニードル２１に作用する噴孔開放方向の力は、第２ピストン２３に作用する第２制御室２６の燃料圧力による図１の上向きの力およびニードル２１が燃料溜まり５６における高圧燃料圧力により受ける力である。ここで、第２ピストン２３に作用する第１制御室２５の燃料圧力による図１の下向きの力が、第２ピストン２３に作用する第２制御室２６の燃料圧力による図１の上向きの力およびニードル２１が燃料溜まり５６における高圧燃料圧力により受ける力より大きくなるように、第２ピストン２３の第１制御室２５側受圧面積と第２ピストン２３の第２制御室２６側受圧面積を設定してあるので、ニードル２１はリフト量Ｈ１だけリフトして停止する。
【００３３】
（ｂ）圧電素子３０に印加する電圧を上記（ａ）よりも低下させ制御弁３７の移動量（Ｌ×Ａｈｌ／Ａｈｓ）を小さくすると、制御弁３７は、制御弁３８に当接し、かつ制御弁３８がバルブボディ１６の端面１６ｂに当接する位置に移動する。すると、第１制御室２５は、燃料空間９０、燃料空間９２、燃料通路７９を介して低圧側燃料通路６３と連通するので第１制御室２５内燃料圧力は低下する。一方、第２制御室２６は、燃料通路７７の燃料空間９１側出口７７ａが制御弁３８により閉塞されると共に高圧側燃料通路５４より燃料通路７５を介して高圧燃料が供給されるので、第２制御室２６内燃料圧力は高圧になる。従って、第２ピストン２３を上向きに押す力が大きくなり、第１ピストン２２と離れて図１の上方へ移動する。すると、ニードル２１の噴孔閉塞方向に作用する力が上記（ａ）の場合より低下しニードル２１はさらにリフトする。ニードル２１は、ニードル２１の段部２１ａがチップパッキン１３の弁ボディ１２側端部１３ａに当接するまでリフト量Ｈ２だけリフトする。
【００３４】
（ｃ）燃料噴射中に圧電素子３０に印加する電圧を変更することにより、図３（ｃ）に示すように、燃料噴射中に噴射率を変更することができる。
【００３５】
（３）所定時間が経過し圧電素子３０への通電を遮断すると、圧電素子３０は図１に示す状態まで収縮する。すると、油圧ピストン３４がスプリング３６の付勢力により図１の上方に移動する。この時、燃料空間９１は高圧側燃料通路５３から絞り７３、燃料通路７１を介して供給される高圧燃料により高圧になっているので、制御弁３７は、制御弁３８の貫通孔３８ａから受ける燃料圧力により上昇しバルブホルダ１６の弁座１６ａに着座する。すると、燃料空間９０内燃料圧力も高圧になる。従って、第１制御室２５は絞り７２、燃料通路７３、燃料通路７８、燃料空間９０、燃料空間９１、燃料通路７１、絞り７０を介して高圧側燃料通路５３に連通しする。このため、第１制御室２５内燃料圧力は高圧となり第１ピストン２２およびニードル２１が噴孔閉塞方向に付勢され、ニードル２１が噴孔を閉塞し燃料噴射が終了する。また、第１制御室２５内燃料圧力および第２制御室２６内燃料圧力は共に高圧となり、第２ピストン２３に作用する噴孔閉塞方向および噴孔開放方向の力は等しくなる。従って、第２ピストン２３はスプリング２４の付勢力により噴孔閉塞方向に移動して初期位置に復帰する。
【００３６】
以上説明した本発明の実施の形態においては、圧電素子に電圧を段階的に印加することにより、燃料圧力の高低にかかわらず自由に、ニードル２１のリフト量を段階的に高精度に制御できる。従って、任意の噴射率を高精度に実現できる。
【００３７】
また、本実施の形態においては、圧電素子３０の伸縮により制御弁３７および制御弁３８を駆動しているので、コイルに通電して発生する磁力により制御弁を駆動する場合に比べ、インジェクタ１の弁部２の開閉応答性が向上できる。従って、燃料噴射時期および燃料噴射量を高精度に制御できる。
【００３８】
また、本実施の形態においては、ニードル２１に当接している第１ピストン２２は、第２ピストンに摺動自在に保持されている。このため、インジェクタ１の軸方向長さを短縮して小型化することができる。
【００３９】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態による燃料噴射装置であるインジェクタ１を図５に示す。また、インジェクタ１の部分的拡大断面を図６に示す。なお、第１の実施形態と実質的に同一構成部分には同一番号を付し説明を省略する。
【００４０】
本発明の第２の実施形態においては、第１ピストン２２と第２ピストン２３との間に第１制御室２５を配置し、第２ピストン２３の第１制御室２５と反対側に第２制御室２６が形成されている。本構成にすることにより、第１ピストン２２と第２ピストン２３の受圧面積差を大きくすることができるため、ニードル２１のリフト量の制御が確実に実施可能となる。
【００４１】
次に、インジェクタ１の作動について説明する。図７（Ａ）〜（Ｆ）には圧電素子３０への印加電圧とニードル２１のリフト、および各部の圧力のタイムチャートを示す。
【００４２】
（１）圧電素子３０に電圧を印加していない状態では、油圧ピストン３４は図６に示す位置にある。制御弁３８はスプリング３９の付勢力により第１バルブホルダ１６の端面１６ｂに当接している。燃料空間９１には燃料通路５３から高圧燃料が供給され、この高圧燃料は制御弁３８の貫通孔３８ａを経由して制御弁３７に達する。一方、制御弁３７が第１バルブホルダ１６の弁座１６ａから離れている場合、燃料空間９０は燃料空間９２を介して低圧側燃料通路６３に連通しており低圧である。そのため、制御弁３７は燃料空間９１内の燃料圧力により図２の上方へ押上げられて第１バルブホルダ１６の弁座１６ａに着座し燃料空間９０内圧力は燃料空間９１と同様に高圧になる。この状態では、高圧燃料が燃料通路５３、絞り７０、燃料通路７１、燃料空間９１、貫通路３８ａ、燃料空間９０、燃料通路７８、燃料通路７３、絞り７２および燃料通路８２を経由して第１制御室２５に達し、第１ピストン２２は燃料圧力により噴孔閉塞方向の力を受ける。第１ピストン２２の受圧面積は、ニードル２１が燃料溜まり５６において噴孔開放方向の力を受ける受圧面積よりも大きく設定されている。従って、ニードル２１は弁座１２ａに着座し噴孔は閉塞されるので燃料は噴射されない。
【００４３】
（２）次に、圧電素子３０に電圧を印加した場合の各部の作動について説明する。下記の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図７における横軸（時間経過）の各タイミングの（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応している。
【００４４】
（ａ）圧電素子３０に電圧を印加すると圧電素子３０が延び、制御弁３７は弁座１６ａから離座し、さらに制御弁３７は制御弁３８に当接して制御弁３８の貫通孔３８ａが閉塞される。すると、燃料空間９０は、高圧燃料の供給が断たれると共に燃料空間９２および燃料通路７９を介して低圧側の燃料通路６３に連通する。このため、第１制御室２５も低圧側の燃料通路６３と連通するので第１制御室２５内燃料圧力は低下する。従って、第１ピストン２２に燃料圧力により作用する噴孔閉塞方向の力が減少するので、ニードル２１においては、噴孔閉塞方向の力より噴孔開放方向の力が大きくなり、ニードル２１がリフトして燃料が噴射される。第１ピストン２２がリフト量Ｈ１だけリフトして第２ピストン２３に当接する。ところで、第２制御室２６は、燃料通路７７の燃料空間９１側出口７７ａが制御弁３８により閉塞されると共に、高圧燃料通路５４よりオリフィス７４および燃料通路７５を経由して高圧燃料が供給されるので、第２制御室２６内燃料圧力は高圧である。第２ピストンに燃料圧力により作用する噴孔閉塞方向の力は、ニードル２１に作用する噴孔開放方向の力より大きいため、ニードル２１はリフト量Ｈ１だけリフトして停止する。
【００４５】
（ｂ）上記（ａ）の場合よりも高い電圧を圧電素子３０に印加すると、制御弁３７は制御弁３８に当接して貫通部３８ａを閉塞し、さらに制御弁３７と制御弁３８が一体となって図６の下方に移動する。すると、燃料通路７７の制御弁３８側開口部７７ａが開放され、第２制御室２６はオリフィス８１および燃料通路７７を経由して燃料空間９０と連通する。従って、第１制御室２５と第２制御室２６は燃料空間９０、燃料空間９２および燃料通路７９を介して低圧側の燃料通路６３と連通するので、第１制御室２５および第２制御室２６内燃料圧力は低下する。すると、ニードル２１に噴孔閉塞方向に作用する力が上記（ａ）よりも低下しニードル２１はリフト量Ｈ２までリフトして停止する。
【００４６】
（ｃ）燃料噴射中に圧電素子３０に印加する電圧を変更することによりニードル２１のリフトを変更することができる。つまり、噴射率を変更することができる。
【００４７】
（３）所定時間が経過し圧電素子３０への通電を遮断すると、圧電素子３０は図５に示す状態まで収縮する。すると、油圧ピストン３４がスプリング３６の付勢力により図５の上方に移動する。この時、燃料空間９１には高圧側燃料通路５３から絞り７３、燃料通路７１を介して高圧燃料が供給されている。制御弁３７は、制御弁３８の貫通孔３８ａから受ける燃料圧力により上昇しバルブホルダ１６の弁座１６ａに着座する。すると、燃料空間９０内燃料圧力も高圧になる。従って、第１制御室２５は燃料通路８２、絞り７２、燃料通路７３、燃料通路７８、燃料空間９０、燃料空間９１、燃料通路７１および絞り７０を経由して高圧側燃料通路５３に連通し、第１制御室２５内燃料圧力は高圧となる。このため、第１ピストン２２に作用する噴孔閉塞方向の力が大きくなり、ニードル２１が噴孔閉塞方向に付勢され弁座１２ａに着座して燃料噴射が終了する。また、燃料通路７７の制御弁３８側開口部７７ａが制御弁３８により閉塞されるので第２制御室２６内燃料圧力は高圧となる。この時、第２ピストン２３に燃料圧力により作用する噴孔閉塞方向および噴孔開放方向の力は等しくなる。従って、第２ピストン２３はスプリング２４の付勢力により噴孔閉塞方向に移動して初期位置に復帰する。
【００４８】
第２の実施形態の構成によれば、ニードル２１のリフト量をＨ１で停止させる場合において、第２ピストン２３に作用する噴孔閉塞方向の力を大きくすることができるので、確実にリフト量を制御することが可能になる。
【００４９】
また、第２の実施形態では、第２ピストン２３および第１ピストン２２共に全断面積が受圧面積となるので、上記の確実な作動に必要な第２ピストン２３と第１ピストン２２の受圧面積差を設定した場合、第２ピストン２３と第１ピストン２２の直径差を小さくできるので、インジェクタ１の外径を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態によるインジェクタの全体断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるインジェクタの部分拡大断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の段階的ニードルリフトを実現するタイムチャートである。
【図４】本発明の第１の実施形態によるインジェクタの模式的断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態によるインジェクタの全体断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態によるインジェクタの部分拡大断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態の段階的ニードルリフトを実現するタイムチャートである。
【符号の説明】
１  インジェクタ
２  弁部
１１  ハウジング
１２  弁ボディ
１２ａ  弁座
１２ｂ  噴孔
１３  チップパッキン
１５  スプリング
２１  ニードル
２２  第１ピストン
２３  第２ピストン
２４  スプリング
２５  第１制御室
２６  第２制御室
３０  圧電素子
３１  油圧ピストン
３４  油圧ピストン
３７  制御弁
３８  制御弁
【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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