JP2018135821A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動部への負荷の増加を抑制しつつ、ノズルニードルの制御性を向上させることが可能な燃料噴射装置を提供する。【解決手段】第一弁体１１０は、圧力制御室２５に収容され、流出開口部２８の閉弁および開弁を行う。第二弁体１２０は、圧力制御室２５に収容され、流入開口部２７の閉弁および開弁を行う。圧力制御室２５は、第二弁体１２０の閉弁により、第一弁体１１０を収容する上圧力制御室部２５１ａと下圧力制御室部２５１ｂとに区分けされている。第二弁体１２０には、上圧力制御室部２５１ａと下圧力制御室部２５１ｂとを連通し、圧力差を生じさせる第一絞り部１２０ｂを有する連通通路１２０ａが形成されている。第二弁体１２０は、第一弁体１１０の開弁による上圧力制御室部２５１ａと流出通路２４ａとの連通により、下圧力制御室部２５１ｂに充填された燃料から受ける力によって流入開口部２７を閉弁する燃料噴射装置。【選択図】図３

Description

本発明は、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。

従来、特許文献１のように、ハウジング部材に形成された噴孔から燃料を噴射するインジェクタが提案されている。このインジェクタは、制御室が区画された上記のハウジング部材に加えて、噴孔の開弁および閉弁を行うノズルニードル、およびピエゾアクチュエータを有する。ノズルニードルは、制御室に充填された燃料から受ける閉弁方向の燃料圧力の上昇および降下を行うことにより、ハウジン部材に対して相対変位する。

加えてハウジング部材には、制御室と連通する弁室が形成されている。弁室には、高圧燃料を制御室に流入させる通路と、制御室内の燃料を流出させる連通路とが繋げられている。

さらに弁室に収容される弁体は、ピエゾアクチュエータから伝達される駆動力で作動し、弁室に臨む通路の開口を閉弁し、弁室に臨む連通路の開口を開弁する。すると、通路から制御室への高圧燃料の流入が停止し、制御室の燃料は連通路から流出する。これにより制御室の燃料圧力は降下しノズルニードルが開弁する。

特開２００６−４６３２３号公報

上述のようにノズルニードルは、制御室の燃料圧力の変化に伴い弁ボデーに対して相対変位する。そのため、噴孔の閉弁方向へのノズルニードルの作動速度は、制御室の燃料圧力を上昇させる速度に依存する。よって、ノズルニードルの制御性を向上するためには、高圧燃料を制御室に流入させる通路の開口面積を大きくして高圧燃料の流入量を増やし、燃料圧力の上昇速度を向上する必要がある。

しかしながら、通路の開口面積を大きくするほど、通路の高圧燃料と弁体との接触面積も大きくなる。そのため、弁体が通路を閉弁する特許文献１の構成では、通路の高圧燃料が弁体を開弁方向に押す力も大きくなる。したがって、通路の開口面積を大きくすると、ピエゾアクチュエータのような駆動部への負荷が増大する可能性がある。

そこで、本発明は上記事項を鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動部への負荷の増加を抑制しつつ、ノズルニードルの制御性を向上させることが可能な燃料噴射装置を提供することである。

ここに開示される態様は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。尚、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、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ものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示される態様の一つは、噴孔（２３）から燃料を噴射する燃料噴射装置（１０）であって、噴孔、燃料が充填された圧力制御室（２５）、圧力制御室に高圧燃料を流入させる流入通路（２１ａ）、およ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区画壁（２５ａ）に流入通路の流入開口部（２７）およ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、圧力制御室の燃料から閉弁方向の力を受け、圧力制御室の燃料圧力の上昇および降下によって弁ボデーに対して相対変位することで、噴孔の開弁および閉弁を行うノズルニードル（５０）と、圧力制御室に収容され、流出開口部の閉弁および開弁を行う第一弁体（１１０）と、第一弁体を駆動し、第一弁体の開弁によって圧力制御室と流出通路とを連通させ、第一弁体の閉弁によって圧力制御室と流出通路との連通を遮断する駆動部（３０）と、駆動部に駆動される第一弁体の外周面（１１０ｆ）に対し摺動可能に配置され、流入開口部の閉弁および開弁を行う第二弁体（１２０）と、を備え、圧力制御室は、第二弁体の閉弁により、第一弁体を収容する上圧力制御室部（２５１ａ）と、第二弁体を挟んで上圧力制御室部とは反対側に位置する下圧力制御室部（２５１ｂ）と、に区分けされ、第二弁体には、上圧力制御室部と下圧力制御室部とを連通し、上圧力制御室部と下圧力制御室部との間に圧力差を生じさせる第一絞り部（１２０ｂ）を有する連通通路（１２０ａ）が形成され、第二弁体は、第一弁体の開弁による上圧力制御室部と流出通路との連通により、下圧力制御室部に充填された燃料から受ける力によって流入開口部を閉弁する燃料噴射装置である。

上記態様によれば、圧力制御室は、第二弁体により、上圧力制御室部と下圧力制御室部とに区分けされる。そして、駆動部により第一弁体が開弁し、上圧力制御室部と流出通路とが連通すると、上圧力制御室部の圧力は下がる。上圧力制御室部と下圧力制御室部とを連通する連通通路には第一絞り部が形成されている。そのため、上圧力制御室部の圧力が低下したとしても下圧力制御室部の圧力はすぐには下がらず、上圧力制御室部と下圧力制御室部との間に圧力差が生じる。つまり、上圧力制御室部よりも下圧力制御室部の燃料の方が高圧になる。これにより、第二弁体は、上圧力制御室部の燃料および流入通路の高圧燃料よりも、下圧力制御室部の燃料から大きな力を受ける。つまり、第二弁体は、駆動部により駆動されなくても、下圧力制御室部に充填された燃料から受ける力により流入開口部を閉弁し得る。

そのため、ノズルニードルの閉弁時における、応答性を向上させるべく、仮に、流入開口部の開口面積を大きくし、第二弁体が流入通路の高圧燃料から受ける力が増加したとしても、駆動部の負荷の増加が引き起こされ難い。

よって、駆動部への負荷の増加を抑制しつつ、圧力制御室への高圧燃料の流入量を増加させて、ノズルニードルの制御性を向上させることが可能な燃料噴射装置を提供することが可能である。

第一実施形態における燃料供給システムの全体構成を示す図。 第一実施形態における燃料噴射装置の縦断面図。 図２のＩＩＩ部の拡大図。 図２のＩＶ−ＩＶ線の断面図。 弁体およびノズルニードルの変位などの相関を示すタイムチャート。 第二実施形態における拡大図。 第二実施形態における弁体およびノズルニードルの変位などの相関を示すタイムチャート。

以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態に関して、図１から図５を用いて説明する。図１に示す燃料供給システム１には、第一実施形態による燃料噴射装置１０が用いられている。燃料供給システム１の燃料噴射装置１０は、内燃機関であるディーゼルエンジン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。以下、ディーゼルエンジン２を単にエンジン２と表記する。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および制御装置７等を、燃料噴射装置１０と共に備えている。

フィードポンプ５は、高圧燃料ポンプ６に内蔵された電動式のポンプである。フィードポンプ５は、具体的には、トロコイド式のポンプである。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と別体であってもよい。

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、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、コモンレール３に供給する。

コモンレール３は、高圧燃料配管３ｂを介して各燃料噴射装置１０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に高圧燃料を配分する。コモンレール３には、圧力センサ３ａおよび減圧弁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とする圧力よりも高い場合に、余剰になった燃料を燃料タンク４に繋がっている余剰燃料配管８ａへ排出する。

制御装置７は、プロセッサ、ＲＡＭおよび書き換え可能な不揮発性のメモリ装置を含むマイクロコンピュータまたはマイクロコントローラを主体に構成された演算回路等により構成されている。制御装置７は、図１にて破線で示すように、各燃料噴射装置１０と電気的に接続されている。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。

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、高圧燃料配管３ｂを介して供給される高圧燃料の一部を、噴孔２３の開閉に使用する。また、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。

次に燃料噴射装置１０の詳細な構造に関して、図２から図４を用いて説明する。燃料噴射装置１０は、図２のように弁ボデー２０、ノズルニードル５０、駆動部３０および弁体１００を含んで構成されている。

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２５、流入通路２１ａ、流出通路２４ａ、噴孔２３およびニードル室２２が形成されている。

高圧通路２１は、図１に示す高圧燃料配管３ｂ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。

圧力制御室２５は、高圧燃料が充填されている。尚、圧力制御室２５の詳細は後述する。流入通路２１ａは、高圧通路２１から分岐する。流入通路２１ａは、高圧通路２１を流通する高圧の燃料の一部を圧力制御室２５へ流入させる。流出通路２４ａは、圧力制御室２５の燃料を低圧通路２４へ流出させる。

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。

ニードル室２２は、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には、高圧通路２１を通じて供給される高圧燃料が充填されている。

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側の先端は円錐形を有している。ノズルニードル５０は、ニードル室２２の内部に円筒形に形成されたニードル壁５１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付与されている。ノズルニードル５０には、ニードルスプリング５２から閉弁方向の力が付与されている。ノズルニードル５０が弁ボデー２０に対して相対変位することにより、噴孔２３は、開閉弁する。噴孔２３が開弁状態となることで、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へ向けて噴射される。

駆動部３０は、ピエゾアクチュエータ３１および伝達機構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から出力された入力駆動信号が入力される。ピエゾアクチュエータ３１は、駆動信号に応じた電圧（以下、駆動電圧）に従ってピエゾ素子の特性である逆電圧効果により、ノズルニードル５０の摺動方向に沿って伸長する。

伝達機構３２は、ピエゾアクチュエータ３１の伸長を弁体１００に伝達する機構である。伝達機構３２は、第一ピストン３２１および第二ピストン３２２を有している。第一ピストン３２１および第二ピストン３２２は円筒状に形成されている。第二ピストン３２２は第一ピストン３２１よりも小径である。第一ピストン３２１はピエゾアクチュエータ３１と接している。第二ピストン３２２には、第二ピストンの軸方向に沿って噴孔方向に延びた突起部３２２ａが形成されている。第一ピストン３２１および第二ピストン３２２の間には、油密室３２３が区画されている。油密室３２３には、実質的に油密の状態で燃料が充填されている。

駆動部３０は、駆動信号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３２１が押される。第一ピストン３２１の動きは、油密室３２３の燃料によって第二ピストン３２２に伝達される。第二ピストン３２２は第一ピストン３２１よりも小径なため、ピエゾアクチュエータ３１の伸長による第一ピストン３２１の変位は、油密室３２３の燃料によって拡大されて第二ピストン３２２に伝達される。つまり、第二ピストン３２２の変位量は、第一ピストン３２１の変位量よりも大きくなる。

図２から図４に基づき、圧力制御室２５の詳細をさらに説明する。圧力制御室２５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。つまり、圧力制御室２５は、駆動部３０とニードル室２２との間に形成されている。圧力制御室２５は、図３のように、弁ボデー２０に形成された区画壁２５ａによって区画されている。区画壁２５ａのうち、駆動部３０の摺動方向と垂直で最も駆動部３０に近い一面に着座壁面２５ｂが形成されている。着座壁面２５ｂには、流出通路２４ａの流出開口部２８および流入通路２１ａの流入開口部２７が開口している。図４のように、流出開口部２８は円形であり、流入開口部２７は、流出開口部２８を囲うように円環状に形成されている。

圧力制御室２５は、駆動部３０から噴孔２３方向に向かって、弁体収容空間２５１、付勢部材収容空間２５４および圧力作用空間２５２を含んでいる。さらに、圧力制御室２５は、付勢部材収容空間２５４と圧力作用空間２５２との間に、圧力制御連通路２５３を有する。

弁体収容空間２５１は、円柱状の空間である。弁体収容空間２５１は、流入開口部２７および流出開口部２８それぞれの仮想の中心軸線と同軸配置されている。弁体収容空間２５１を区画する区画壁２５ａのうちの一面が着座壁面２５ｂに該当する。弁体収容空間２５１には、弁体１００が収容されている。付勢部材収容空間２５４は、弁体収容空間２５１よりも小径な円柱状の空間である。付勢部材収容空間２５４の高さは、弁体収容空間２５１の高さよりも低い。また、付勢部材収容空間２５４の容積は、弁体収容空間２５１の容積よりも小さい。付勢部材収容空間２５４は、弁体１００を挟んで着座壁面２５ｂとは反対側に形成されている。

付勢部材収容空間２５４は、弁体１００の閉弁方向に付勢力を加える付勢部材１３０を収容する空間である。尚、付勢部材１３０についての詳細は後述する。

圧力作用空間２５２は、ニードル壁５１およびノズルニードル５０の端面により区画された円盤状の空間である。圧力作用空間２５２は、付勢部材収容空間２５４を挟んで弁体収容空間２５１の反対側に形成されている。圧力作用空間２５２の燃料は閉弁方向の力をノズルニードル５０に付与している。そのため、圧力作用空間２５２の燃料圧力の変化に伴って、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。具体的には、圧力作用空間２５２の燃料圧力が低くなると、ノズルニードル５０に対して閉弁方向の力を付与する燃料圧力が低くなるため、ノズルニードル５０は開弁方向に変位する。

圧力制御連通路２５３は、付勢部材収容空間２５４と圧力作用空間２５２との間に形成された燃料通路である。圧力制御連通路２５３は、付勢部材収容空間２５４と圧力作用空間２５２とを連通させており、圧力作用空間２５２の燃料圧力を、弁体収容空間２５１および付勢部材収容空間２５４の燃料圧力に追従させる。

弁体１００は、第一弁体１１０と第二弁体１２０とを有する。第一弁体１１０は、弁体収容空間２５１に収容され、流出開口部２８の閉弁および開弁を行う。第二弁体１２０は、第一弁体１１０の外周面１１０ｆに対し摺動可能に配置され、流入開口部２７の閉弁および開弁を行う。第二弁体１２０は、着座壁面２５ｂに着座し流入開口部２７を閉弁することにより、第一弁体１１０を収容する上圧力制御室部２５１ａと、第二弁体１２０を収容する下圧力制御室部２５１ｂとに弁体収容空間２５１を区分けする。

上圧力制御室部２５１ａは、弁体１００と着座壁面２５ｂとの間に形成される空間である。上圧力制御室部２５１ａは、流出開口部２８と流入開口部２７との間に形成されており、流出開口部２８を囲うように円環状に形成されている。上圧力制御室部２５１ａは、流出開口部２８と同軸となるに形成されている。

下圧力制御室部２５１ｂは、第二弁体１２０を挟んで上圧力制御室部２５１ａとは反対側に位置する。下圧力制御室部２５１ｂに充填された燃料は、閉弁方向の力を第一弁体１１０に付与している。

弁体１００には、付勢部材１３０によって閉弁方向の付勢力が加えられている。付勢部材１３０は、第二弁体１２０に対して下圧力制御室部２５１ｂ側となる付勢部材収容空間２５４に収容されている。付勢部材１３０は、第一付勢部材１３０ａと第二付勢部材１３０ｂとを有する。第一付勢部材１３０ａおよび第二付勢部材１３０ｂは共に、圧力制御室２５のうちで上圧力制御室部２５１ａ以外の空間に収容されている。

第一付勢部材１３０ａは、線状の金属材料を円筒状に巻くことで形成されている。第一付勢部材１３０ａは付勢部材収容空間２５４の仮想の中心軸線と同軸配置されるように付勢部材収容空間２５４に収容されている。第一付勢部材１３０ａは、閉弁方向の力を第一弁体１１０に付与している。

第二付勢部材１３０ｂは、線状の金属材料を円筒状に巻くことで形成される。第二付勢部材１３０ｂの直径は、第一付勢部材１３０ａの直径よりも大きく、第一付勢部材１３０ａを円筒状の内部に収容することが可能な大きさに形成されている。第二付勢部材１３０ｂは、付勢部材収容空間２５４の仮想の中心軸線と同軸配置されるように付勢部材収容空間２５４に収容されている。第二付勢部材１３０ｂは、閉弁方向の力を第二弁体１２０に付与している。

第一弁体１１０は、駆動部３０からの駆動力により変位し、着座壁面２５ｂに離着座する。第一弁体１１０の開弁により圧力制御室２５と流出通路２４ａとが連通状態になる。第一弁体１１０の閉弁により圧力制御室２５と流出通路２４ａとの連通が遮断状態になる。第一弁体１１０は、閉弁部材１１１と嵌合部材１１２とを有している。

閉弁部材１１１は、例えば金属材料により形成されている。閉弁部材１１１は、閉弁部１１１ａおよび球面部１１１ｂを有している。閉弁部１１１ａは、円形の平面形状に形成されている。閉弁部１１１ａの直径は、流出開口部２８の直径よりも大きい。閉弁部１１１ａは、着座壁面２５ｂに着座することで流出開口部２８を閉弁する。球面部１１１ｂは、略球面状に形成されている。球面部１１１ｂは、嵌合部材１１２の軸方向の端部と接触している。

嵌合部材１１２は、例えば金属材料により円柱状に形成されている。嵌合部材１１２は嵌合部１１２ａを有する。嵌合部１１２ａは、上圧力制御室部２５１ａおよび下圧力制御室部２５１ｂの間の液密状態を維持しつつ第二弁体１２０に摺動可能に嵌合している。嵌合部材１１２は、第一付勢部材１３０ａからの付勢力および弁体収容空間２５１の燃料から受ける閉弁方向の力を閉弁部材１１１に伝達する。

第二弁体１２０は、金属材料により円筒状に形成されている。第二弁体１２０は、弁体収容空間２５１に収容されている。第二弁体１２０は、流入開口部２７および流出開口部２８の各中心軸線と同軸配置されている。また、第二弁体１２０は、弁体収容空間２５１の中心軸線と同軸配置されている。第二弁体１２０の外周壁と、弁体収容空間２５１の内周壁との間には、円筒状の隙間１２０ｅが形成されている。隙間１２０ｅは、流入開口部２７から下圧力制御室部２５１ｂへ向けて流れる高圧燃料の流路となる。

第二弁体１２０には、第二着座面１２０ｄ、嵌合穴１２０ｃおよび連通通路１２０ａが形成されている。第二着座面１２０ｄは、着座壁面２５ｂと平行な平面として形成されている。第二着座面１２０ｄが着座壁面２５ｂに着座することにより、第二弁体１２０は、流入開口部２７を閉弁する。

嵌合穴１２０ｃは、第二弁体１２０の径方向の中央に形成された円柱状の貫通孔である。嵌合穴１２０ｃは、第二弁体１２０の中心軸線と同軸となるように延伸している。嵌合穴１２０ｃは、第二弁体１２０を軸方向に貫通している。嵌合穴１２０ｃの直径は、嵌合穴１２０ｃに球面部１１１ｂが収容可能な大きさで形成されている。

嵌合穴１２０ｃには、嵌合部１１２ａが摺動可能に嵌合している。嵌合穴１２０ｃへの嵌合部１１２ａの嵌合により、上述した上圧力制御室部２５１ａおよび下圧力制御室部２５１ｂの間の液密状態が維持されている。嵌合穴１２０ｃの両端部のうちで、第二着座面１２０ｄと連続する一方の端部の内径は、他の部分よりも拡大されており球面部１１１ｂを収容可能な大きさで形成されている。

連通通路１２０ａは、第二弁体１２０の軸方向に貫通している。連通通路１２０ａは、円柱状の貫通孔である。連通通路１２０ａは、上圧力制御室部２５１ａと下圧力制御室部２５１ｂとを連通しする。連通通路１２０ａには、第一絞り部１２０ｂが形成されている。第一絞り部１２０ｂは、連通通路１２０ａのうち中央よりも駆動部３０側に近い位置に形成されている。第一絞り部１２０ｂは、円柱状の貫通孔であり、その直径は連通通路１２０ａより小さい。第一絞り部１２０ｂは、上圧力制御室部２５１ａおよび下圧力制御室部２５１ｂの間の燃料の流通量を規制することにより、上圧力制御室部２５１ａと下圧力制御室部２５１ｂとの間に圧力差を生じさせる。

第二弁体１２０は、第一弁体１１０の外周面１１０ｆに対し摺動可能に配置されている。第二弁体１２０が変位する場合であっても第一弁体１１０は変位しない。第二弁体１２０は、下圧力制御室部２５１ｂの燃料および第二付勢部材１３０ｂから閉弁方向の力を受ける。また、第二弁体１２０は、流入開口部２７の高圧燃料から開弁方向の力を受ける。第二弁体１２０は、第二弁体１２０に形成された第二着座面１２０ｄが着座壁面２５ｂに着座することにより、流入開口部２７を閉弁する。

次に燃料噴射装置１０の作動について図３および図５を用いて説明する。

時刻ｔ１でピエゾアクチュエータ３１への通電が開始される前では、第一弁体１１０は、下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力および第一付勢部材１３０ａから受ける閉弁力により、着座壁面２５ｂに着座している。つまり、第一弁体１１０は、流出開口部２８と上圧力制御室部２５１ａとの連通を遮断している。第二弁体１２０は、下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力および第二付勢部材１３０ｂから受ける閉弁力により、着座壁面２５ｂに着座している。第二弁体１２０は、圧力制御室２５を上圧力制御室部２５１ａと下圧力制御室部２５１ｂとに区分けしている。

時刻ｔ１では、ピエゾアクチュエータ３１への通電が開始されると、ピエゾアクチュエータ３１の伸長により、突起部３２２ａが第一弁体１１０を噴孔方向、つまり、開弁方向へ押す。第一弁体１１０が噴孔方向へ変位すると、閉弁部１１１ａが着座壁面２５ｂから離座する。閉弁部１１１ａが着座壁面２５ｂから離座すると、流出開口部２８が上圧力制御室部２５１ａと連通状態になる。

流出開口部２８が上圧力制御室部２５１ａと連通状態になると、上圧力制御室部２５１ａの燃料は、流出開口部２８を通り、流出通路２４ａから流出する。これにより、上圧力制御室部２５１ａの燃料圧力は降下する。

下圧力制御室部２５１ｂの燃料は、連通通路１２０ａを通じて上圧力制御室部２５１ａに流入する。そのため、上圧力制御室部２５１ａの燃料圧力の降下に追従して、下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力も降下する。連通通路１２０ａに第一絞り部１２０ｂが形成されているため、上圧力制御室部２５１ａからの燃料の流出速度と比較して、下圧力制御室部２５１ｂから上圧力制御室部２５１ａへの燃料の流通速度は遅くなる。そのため、下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力と上圧力制御室部２５１ａの燃料圧力との間に差が生じる。つまり、上圧力制御室部２５１ａの燃料圧力よりも下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力の方が高圧になる。第二弁体１２０は、上圧力制御室部２５１ａの圧力降下により、下圧力制御室部２５１ｂの燃料から受ける閉弁方向の力によって流入開口部２７に押しつけられ、流入開口部２７の閉弁状態を維持する。

ここで、下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力が低下すると、付勢部材収容空間２５４および圧力制御連通路２５３を介して下圧力制御室部２５１ｂと繋がっている圧力作用空間２５２の燃料圧力も低下する。

時刻ｔ２では、下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力が所定の圧力まで低下すると、圧力作用空間２５２の燃料圧力も所定の圧力まで低下する。すると、ノズルニードル５０が、圧力作用空間２５２の燃料圧力およびニードルスプリング５２から閉弁方向に受ける力よりも、ニードル室２２の燃料圧力から受ける開弁方向の力の方が大きくなる。そのため、ノズルニードル５０は開弁を開始する。

時刻ｔ３では、ピエゾアクチュエータ３１への通電を停止すると、ピエゾアクチュエータ３１が収縮する。その結果、第一弁体１１０を開弁方向に押す駆動部３０からの駆動力が作用しなくなるため、第一弁体１１０は、閉弁方向に向けた変位を開始する。

時刻ｔ４では、第一弁体１１０が閉弁すると、上圧力制御室部２５１ａの燃料の流出開口部２８からの流出が止まる。ここで、時刻ｔ４では、上圧力制御室部２５１ａの燃料圧力と下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力との間には差があり、下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力の方が高い。そのため、下圧力制御室部２５１ｂの燃料は連通通路１２０ａを通り、上圧力制御室部２５１ａへと流出する。下圧力制御室部２５１ｂの燃料が上圧力制御室部２５１ａへ流出することにより、上圧力制御室部２５１ａの燃料圧力は上昇する。

時刻ｔ５では、上圧力制御室部２５１ａの燃料圧力と下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力との差が小さくなる、または実質的に解消される。すると、第二弁体１２０が流入開口部２７の高圧燃料から開弁方向に受ける力よりも、下圧力制御室部２５１ｂの燃料から閉弁方向に受ける力の方が小さくなる。その結果、第二弁体１２０が開弁を開始する。第二弁体１２０の開弁により、流入開口部２７から上圧力制御室部２５１ａに高圧燃料が流入する。さらに、第二弁体１２０の開弁によれば、所定の隙間１２０ｅを介して流入開口部２７から下圧力制御室部２５１ｂにも高圧燃料が流入する。

時刻ｔ６では、上圧力制御室部２５１ａおよび下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力が所定の圧力まで上昇する。すると、下圧力制御室部２５１ｂと間接的に繋がっている圧力作用空間２５２の燃料圧力も、下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力と同様に上昇する。すると、ニードル室２２の燃料圧力からノズルニードル５０へ開弁方向に作用する力よりも、圧力作用空間２５２の燃料圧力およびニードルスプリング５２からノズルニードル５０へ閉弁方向に作用する力の方が大きくなる。そのため、圧力作用空間２５２の燃料によりノズルニードル５０の閉弁方向に付与される力が大きくなり、ノズルニードル５０は閉弁を開始する。時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間においては、ノズルニードル５０が閉弁方向に変位することにより圧力作用空間２５２の体積が変化するため、流入開口部２７から弁体収容空間２５１に燃料が流入したとしても、弁体収容空間２５１の圧力は一定を維持する。

時刻ｔ７では、ノズルニードル５０が閉弁する。ノズルニードル５０の開弁後、弁体収容空間２５１の燃料圧力は、流入通路２１ａの燃料圧力まで上昇する。よって、第二弁体１２０が下圧力制御室部２５１ｂの燃料から閉弁方向に受ける力と、流入開口部２７の燃料から開弁方向に受ける力との差が小さくなる。すると、第二弁体１２０が、流入開口部２７の燃料圧力から受ける開弁方向の力よりも、下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力および第二付勢部材１３０ｂから受ける閉弁方向の力の方が大きくなる。そのため、第二弁体１２０は下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力および第二付勢部材１３０ｂから受ける閉弁方向の力により着座壁面２５ｂに着座し、流入開口部２７を閉弁する。

以上のように、本実施形態によれば、第二弁体１２０は、駆動部３０により駆動されなくても、下圧力制御室部２５１ｂに充填された燃料から受ける力により流入開口部２７を閉弁し得る。そのため、ノズルニードル５０の閉弁時における、応答性を向上させるべく、仮に、流入開口部２７の開口面積を大きくし、第二弁体１２０が流入通路２１ａの高圧燃料から受ける力が増加したとしても、駆動部３０の負荷の増加が引き起こされ難い。よって、駆動部３０への負荷の増加を抑制しつつ、圧力制御室２５への高圧燃料の流入量を増加させて、ノズルニードル５０の制御性を向上させることが可能な燃料噴射装置１０を提供することが可能である。

また、本実施形態によれば、第一弁体１１０の閉弁により、連通通路１２０ａを通じて下圧力制御室部２５１ｂの燃料が上圧力制御室部２５１ａへ流れ、上圧力制御室部２５１ａの燃料圧力と下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力との差が小さくなる。これにより、上圧力制御室部２５１ａの燃料が第二弁体１２０を閉弁方向へ押す力が小さくなるため、第二弁体１２０は、流入通路２１ａの高圧燃料から受ける力により流入開口部２７を開弁する。よって、第二弁体１２０は、駆動部３０により駆動されなくとも閉弁制御および開弁制御される。

また、本実施形態によれば、流出開口部２８および流入開口部２７は、区画壁２５ａのうち第一弁体１１０および第二弁体１２０を共に着座させる着座壁面２５ｂに開口している。故に、第一弁体１１０および第二弁体１２０と着座壁面２５ｂとの間には、隙間が形成され難くなる。よって、上圧力制御室部２５１ａの容積を低減しやすい。

また、本実施形態によれば、嵌合部材１１２は、第二弁体１２０に対して摺動可能に嵌合しており、かつ上圧力制御室部２５１ａと下圧力制御室部２５１ｂとの間の液密状態を維持している。そのため、第一弁体１１０が付勢部材１３０から付勢力を受けることにより摺動したとしても、上圧力制御室部２５１ａと下圧力制御室部２５１ｂとは嵌合部材１１２により圧力差が生じる状態で区分けされる。よって、下圧力制御室部２５１ｂに付勢部材１３０を収容しつつ、付勢部材１３０の付勢力で閉弁部材１１１を閉弁方向に押すことができる。尚、液密状態とは、嵌合部材１１２および第二弁体１２０の間を流通する燃料量が、第一絞り部１２０ｂを流通する燃料量よりも少ない状態とする。

また、本実施形態によれば、閉弁部材１１１と嵌合部材１１２とは別体で形成され、閉弁部材１１１は閉弁部１１１ａと球面部１１１ｂとを備える。そして、球面部１１１ｂは、球面部１１１ｂが接触している嵌合部材１１２から閉弁方向の力を受ける。これにより、仮に、嵌合部材１１２の変位方向が着座壁面２５ｂに対して傾いていたとしても、嵌合部材１１２の上圧力制御室部２５１ａ側の端面と球面部１１１ｂとの接触部分で嵌合部材１１２に対する閉弁部材１１１の相対的な回転が許容される。そのため、閉弁部材１１１は、着座壁面２５ｂに閉弁部１１１ａを着座させることができる。

また、本実施形態によれば、第二弁体１２０に閉弁方向の付勢力を作用させる付勢部材１３０が下圧力制御室部２５１ｂに収容される。そして、上圧力制御室部２５１ａには、付勢部材１３０が収容されていない。このように、上圧力制御室部２５１ａに付勢部材１３０を配置しない構成であれば、上圧力制御室部２５１ａに付勢部材１３０を配置する場合と比較して、上圧力制御室部２５１ａの容積を小さくすることが可能である。

以上の上圧力制御室部２５１ａの容積低減によれば、第一弁体１１０が流出開口部２８を閉弁後、上圧力制御室部２５１ａの燃料圧力は、速やかに下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力に近づく。その結果、第一弁体１１０の閉弁から第二弁体１２０の開弁までの時間（図５ 時刻ｔ４〜ｔ５参照）が短縮される。このような第二弁体１２０の開弁応答性の向上によれば、圧力作用空間２５２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。

また、本実施形態によれば、第一弁体１１０および第二弁体１２０が収容される弁体収容空間２５１と、ノズルニードル５０に圧力を作用させる燃料が充填される圧力作用空間２５２とに分かれている。そして、弁体収容空間２５１と圧力作用空間２５２とは圧力制御連通路２５３で連通されている。このような構成により、弁体収容空間２５１の容積を小さくし易くなるため、ノズルニードル５０に作用する燃料の上昇および降下を短い時間で行うことができる。

また、本実施形態によれば、第二弁体１２０と弁体収容空間２５１とは概ね相似な形状に形成されている。そして、第二弁体１２０は、弁体収容空間２５１の中心軸線と同軸になるように、この弁体収容空間２５１に収容されている。これらの構成により、弁体収容空間２５１と第二弁体１２０との間に形成される空間、即ち燃料が充填される燃料空間の容積が低減されやすくなる。

そのため、容積が大きい形態と比較して弁体収容空間２５１の燃料圧力の上昇および降下を短い時間で行うことができる。よって、第二弁体１２０の応答性を向上することができ、延いては、ノズルニードル５０の制御性を向上することが可能になる。

また、本実施形態によれば、流入開口部２７は環状に形成され、流入開口部２７と同軸となるように第二弁体１２０は弁体収容空間２５１に収容される。そのため、第二弁体１２０は、流入通路２１ａの高圧燃料から受ける力を、周方向に概ね均一に受けることが可能である。よって、流入通路２１ａの高圧燃料から受ける力で第二弁体１２０が開弁する場合に、第二弁体１２０は、弁体収容空間２５１に対して斜めになり難い。これにより、第二弁体１２０は円滑に開弁できる。

（第二実施形態）
次に、第二実施形態に関して図６および図７を用いて説明する。本実施形態では、圧力制御室２５の構成が第一実施形態とは異なっている。

図６のように、燃料噴射装置１０は、付勢部材１３０を備えない。そのため、圧力制御室２５には、付勢部材を収容するための付勢部材収容空間２５４が形成されていない。よって、弁体収容空間２５１と圧力作用空間２５２とが圧力制御連通路２５３で直接的に繋がっている。

嵌合部材１１２の下圧力制御室部２５１ｂ側に形成された端面１１２ｃには、小突起部１１２ｂが形成されている。小突起部１１２ｂは、嵌合部材１１２のうち、下圧力制御室部２５１ｂの底面２５ｃに対向する端面１１２ｃに形成され、端面１１２ｃから底面２５ｃ方向へ突出している。第一弁体１１０の閉弁状態において、小突起部１１２ｂと底面２５ｃとの間には、隙間が形成されている。また、第一弁体１１０の閉弁状態において、端面１１２ｃと底面２５ｃとの間には、小突起部１１２ｂと底面２５ｃとの間に形成された隙間よりも広い隙間が形成されている。第一弁体１１０が開弁し、嵌合部材１１２が変位すると、小突起部１１２ｂの先端は底面２５ｃに密着する。小突起部１１２ｂの先端と底面２５ｃとが密着した状態において、端面１１２ｃと底面２５ｃとの間の隙間は維持されている。

次に燃料噴射装置１０の作動について図７を用いて説明する。尚、時刻ｔ２から時刻ｔ７までの作動は、第一実施形態と実質同一である。

時刻ｔ１でピエゾアクチュエータ３１への通電が開始される前では、上圧力制御室部２５１ａ、下圧力制御室部２５１ｂおとび流入通路２１ａの燃料圧力の実質的な差がない。そのため、上圧力制御室部２５１ａおよび流入開口部２７の燃料圧力から第二弁体１２０が受ける開弁方向の力と、下圧力制御室部２５１ｂから第二弁体１２０が受ける閉弁方向の力とが釣り合う。よって、第二弁体１２０、着座壁面２５ｂに押し付けられていない。

時刻ｔ１では、ピエゾアクチュエータ３１の伸長により、突起部３２２ａが第一弁体１１０を噴孔方向、つまり、開弁方向へ押す。第一弁体１１０が噴孔２３方向へ変位すると、閉弁部１１１ａが着座壁面２５ｂから離座する。閉弁部１１１ａが着座壁面２５ｂから離座すると、流出開口部２８が上圧力制御室部２５１ａと連通状態になる。そのため、上圧力制御室部２５１ａの燃料圧力は、下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力に対して、相対的に負圧となる。よって、第二弁体１２０は、上圧力制御室部２５１ａの燃料に吸い寄せられて閉弁方向の力を受け着座壁面２５ｂに着座する。以上により、流入開口部２７と弁体収容空間２５１との連通が遮断状態となる。

時刻ｔ８では、時刻ｔ５で開始された高圧燃料の流入により、上圧力制御室部２５１ａ、下圧力制御室部２５１ｂおよび流入通路２１ａの燃料圧力の実質的な差がなくなる。そのため、第二弁体１２０が周囲の燃料から受ける閉弁方向の力が釣り合った状態となる。よって第二弁体１２０は時刻ｔ８では着座壁面２５ｂに着座せず、弁体収容空間２５１と流入開口部２７との連通状態は維持される。そして、次回の噴射の時刻ｔ１で流出開口部２８が開弁されると、第二弁体１２０は閉弁する。

以上のように、本実施形態の第二弁体１２０は、第一弁体１１０の開弁により生じる燃料負圧により閉弁方向へ引き寄せられる。そのため、第二弁体１２０は、駆動部３０により駆動されず、且つ、第二付勢部材１３０ｂに付勢されなくても、流入開口部２７を適切に閉弁できる。

また、本実施形態によれば、圧力制御室２５には、付勢部材収容空間２５４が形成されていない。そのため、付勢部材収容空間２５４が形成された構成と比較して、圧力制御室２５の容積を小さくすることが可能である。そのため、容積が大きい形態と比較して弁体収容空間２５１の燃料圧力の上昇および降下を短い時間で行うことができる。よって、第二弁体１２０の応答性を向上することができ、延いては、ノズルニードル５０の制御性を向上することが可能になる。

また、第二実施形態によれば、嵌合部材１１２のうち、下圧力制御室部２５１ｂ側の端面１１２ｃには、小突起部１１２ｂが形成されている。これにより、第一弁体１１０の開弁状態において、小突起部１１２ｂの先端が弁体収容空間２５１の底面２５ｃと接触する。そのため、第一弁体１１０の開弁状態において、端面１１２ｃと底面２５ｃとの間に形成された隙間を維持することが可能である。つまり、端面１１２ｃ全体が弁体収容空間２５１の底面２５ｃに密着することを抑制することができる。これにより、端面１１２ｃと底面２５ｃとの隙間に燃料を介在させておくことが可能である。よって、下圧力制御室部２５１ｂの燃料圧力から受ける閉弁方向の力を嵌合部材１１２に作用させることが可能である。

（他の実施形態）
以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は、上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

なお、第一実施形態では、第一弁体１１０は、閉弁部１１１ａおよび嵌合部１１２ａを有する二つの部材で形成されている。しかしながら、第一弁体１１０は、閉弁部１１１ａおよび嵌合部１１２ａを有する一つの部材によって形成されていてもよい。

なお、第一実施形態では、付勢部材１３０は、第一付勢部材１３０ａと第二付勢部材１３０ｂとを有していたが、第一付勢部材１３０ａを有していなくてもよい。

なお、第二実施形態では、小突起部１１２ｂは端面１１２ｃに形成されていたが、底面２５ｃのうち、端面１１２ｃに対向する位置に形成してもよい。つまり、端面１１２ｃの全体と底面２５ｃの全体とが密着することを抑制することができる位置であれば、どのような位置に形成してもよい。

１０ 燃料噴射装置 １１２ 嵌合部材
２０ 弁ボデー １１０ｆ 外周面
２１ａ 流入通路 １２０ 第二弁体
２３ 噴孔 １２０ａ 連通通路
２４ａ 流出通路 １２０ｂ 第一絞り部
２５ 圧力制御室 １１１ａ 閉弁部
２５ａ 区画壁 １１１ｂ 球面部
２５ｂ 着座壁面 １３０ 付勢部材
２７ 流入開口部 ２５１ 弁体収容空間
２８ 流出開口部 ２５１ａ 上圧力制御室部
３０ 駆動部 ２５１ｂ 下圧力制御室部
５０ ノズルニードル ２５２ 圧力作用空間
１１０ 第一弁体 ２５３ 圧力制御連通路
１１１ 閉弁部材

Claims (10)

1. 噴孔（２３）から燃料を噴射する燃料噴射装置（１０）であって、
   前記噴孔、燃料が充填された圧力制御室（２５）、前記圧力制御室に高圧燃料を流入させる流入通路（２１ａ）、およ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区画壁（２５ａ）に前記流入通路の流入開口部（２７）およ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から閉弁方向の力を受け、前記圧力制御室の燃料圧力の上昇および降下によって前記弁ボデーに対して相対変位することで、前記噴孔の開弁および閉弁を行うノズルニードル（５０）と、
   前記圧力制御室に収容され、前記流出開口部の閉弁および開弁を行う第一弁体（１１０）と、
   前記第一弁体を駆動し、前記第一弁体の開弁によって前記圧力制御室と前記流出通路とを連通させ、前記第一弁体の閉弁によって前記圧力制御室と前記流出通路との連通を遮断する駆動部（３０）と、
   前記駆動部に駆動される前記第一弁体の外周面（１１０ｆ）に対し摺動可能に配置され、前記流入開口部の閉弁および開弁を行う第二弁体（１２０）と、を備え、
   前記圧力制御室は、前記第二弁体の閉弁により、前記第一弁体を収容する上圧力制御室部（２５１ａ）と、前記第二弁体を挟んで前記上圧力制御室部とは反対側に位置する下圧力制御室部（２５１ｂ）と、に区分けされ、
   前記第二弁体には、前記上圧力制御室部と前記下圧力制御室部とを連通し、前記上圧力制御室部と前記下圧力制御室部との間に圧力差を生じさせる第一絞り部（１２０ｂ）を有する連通通路（１２０ａ）が形成され、
   前記第二弁体は、前記第一弁体の開弁による前記上圧力制御室部と前記流出通路との連通により、前記下圧力制御室部に充填された燃料から受ける力によって前記流入開口部を閉弁する燃料噴射装置。
2. 前記第二弁体は、前記第一弁体の閉弁後における前記下圧力制御室部から前記上圧力制御室部への前記連通通路を通じた燃料の流通により前記圧力差が小さくなると、前記流入通路の高圧燃料から受ける力により開弁する請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記流出開口部および前記流入開口部は、前記区画壁のうち前記第一弁体および前記第二弁体がともに着座する着座壁面（２５ｂ）に開口している請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記第一弁体は、
   前記流出開口部を閉弁する閉弁部（１１１ａ）と、
   前記上圧力制御室部および前記下圧力制御室部の間の液密状態を維持しつつ前記第二弁体に摺動可能に嵌合する嵌合部（１１２ａ）と、を有する請求項１乃至３のいずれか１つに記載の燃料噴射装置。
5. 前記第一弁体は、閉弁部材（１１１）と嵌合部材（１１２）とを有し、
   前記嵌合部材は、前記嵌合部を有し、
   前記閉弁部材は、前記閉弁部と、前記嵌合部材と接触し前記嵌合部材の摺動に伴う力を受ける略球面上の球面部（１１１ｂ）と、を備える請求項４に記載の燃料噴射装置。
6. 前記流出開口部を閉弁する方向への付勢力を前記第一弁体に作用させる付勢部材（１３０）、をさらに備える請求項５に記載の燃料噴射装置。
7. 前記付勢部材は、前記圧力制御室のうちで前記上圧力制御室部以外の空間に収容されている請求項６に記載の燃料噴射装置。
8. 前記圧力制御室は、
   前記第一弁体および前記第二弁体を収容し、前記上圧力制御室部を含む弁体収容空間（２５１）と、
   前記ノズルニードルに圧力を作用させる燃料が充填される圧力作用空間（２５２）と、
   前記弁体収容空間と前記圧力作用空間とを連通させる圧力制御連通路（２５３）と、を有する請求項１乃至７のいずれか１つに記載の燃料噴射装置。
9. 前記弁体収容空間は円柱状の空間であり、
   前記第二弁体は、円筒状に形成され、前記弁体収容空間の仮想の中心軸線と同軸配置されるように前記弁体収容空間に収容されている請求項８に記載の燃料噴射装置。
10. 前記流入開口部は、円環状に形成されており、
    前記第二弁体は、前記流入開口部と同軸となるように前記弁体収容空間に収容されている請求項８または９に記載の燃料噴射装置。

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