JP6443109B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための燃料噴射弁に関する。

従来、この種の燃料噴射弁として、ピエゾアクチュエータを高圧燃料中に配置した燃料噴射弁が知られている。この場合、ピエゾアクチュエータの保護、信頼性確保のため高圧燃料の圧力に耐えうる強固な構造とする必要があり、ピエゾアクチュエータの駆動ロスの増加（効率低下）等の問題を招く。

一方、特許文献１に記載された燃料噴射弁は、ピエゾアクチュエータの駆動効率向上のため、ピエゾアクチュエータを低圧燃料で満たされた低圧部に配置している。この低圧部は、ケーシングに摺動自在に挿入されたピストンにより高圧部と分離されている。

特開平１１−２００９８１号公報

しかしながら、後者の燃料噴射弁は、ケーシングとピストンとの摺動部を介して高圧部から低圧部へ燃料リーク（より詳細には、静リークおよび動リーク）が発生する。静リークの発生による弊害としては、ポンプ仕事の増加による燃費の悪化等が挙げられる。

本発明は上記点に鑑みて、アクチュエータを低圧部に配置した場合のリークを抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、高圧部（１１、２５、３１１、３２１、３２２、３３１、３４１、３５１、３６１、３７１）に供給された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔（２１１）を有するボデー（１、３、２１）と、ボデー内で往復動して噴孔を開閉するノズルニードル（２２）と、低圧燃料で満たされた低圧部（１３）に配置されて伸縮する駆動手段（４）と、 駆動手段の伸縮をノズルニードルに伝達してノズルニードルを往復動させる伝達手段（５）とを備え、伝達手段は、高圧部および低圧部に連通するバルブ室（３１２、３４２）に配置されて、噴孔が閉じられた状態のときに低圧部とバルブ室との間を遮断する制御弁（５７）を有し、駆動手段の伸長によりノズルニードルが噴孔を開く向きに駆動され、駆動手段は、当該駆動手段の伸縮に伴って自由端（４２）が往復動するように構成され、伝達手段は、駆動手段が伸長する際の駆動手段の自由端の移動向きとは逆向きにノズルニードルを移動させるように構成され、伝達手段は、駆動手段が伸長する際の駆動手段の自由端の変位の向きを反転させてノズルニードルに伝達するレバー（６１）を有することを特徴とする。

これによると、噴孔が閉じられた状態のときの燃料リーク（すなわち静リーク）を抑制することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、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ものである。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。 第１実施形態に係る燃料噴射弁におけるニードル閉弁時の状態を示す要部の拡大断面図である。 図２のレバーの斜視図である。 第１実施形態に係る燃料噴射弁におけるニードル開弁時の状態を示す要部の拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。 第２実施形態に係る燃料噴射弁におけるニードル閉弁時の状態を示す要部の拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。 第３実施形態に係る燃料噴射弁におけるニードル閉弁時の状態を示す要部の拡大断面図である。 本発明の第４実施形態に係る燃料噴射弁の構成を示す断面図である。 第４実施形態に係る燃料噴射弁におけるニードル開弁時の状態を示す要部の拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態の燃料噴射弁は、コモンレールから供給される高圧燃料を、圧縮着火式内燃機関（以下、内燃機関という。）の燃焼室に噴射するものである。

図１に示すように、燃料噴射弁は、インジェクタボデー１、ノズル２、中間ボデー３、アクチュエータ４、変位伝達機構５、およびリテーニングナット６を、主要構成要素として備えている。

略円筒状のインジェクタボデー１には、図示しないコモンレールから供給される高圧燃料が流通する高圧燃料通路１１と、図示しない燃料タンクに接続されてリーク燃料等を燃料タンクに戻す低圧燃料通路１２と、アクチュエータ４および変位伝達機構５の一部が収納される収納室１３とを備えている。この収納室１３は、連通孔１４を介して低圧燃料通路１２に接続されており、常に低圧燃料で満たされている。なお、収納室１３は、本発明の低圧部に相当する。

ノズル２は、略有底円筒状のノズルボデー２１、ノズルボデー２１に往復動自在に挿入された略円柱状のノズルニードル２２、ノズルニードル２２を閉弁向きに付勢するノズルスプリング２３、およびノズルスプリング２３の一端側を支持するスプリングシート２４を備えている。

ノズルボデー２１には、高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴出させる噴孔２１１が形成され、ノズルニードル２２の先端部（すなわち、噴孔側端部）がノズルボデー２１に接離することにより噴孔２１１が開閉されるようになっている。また、ノズルニードル２２の反噴孔側端部には、径方向外側に向かって突出するニードルフランジ部２２１が形成されている。

ノズルボデー２１内には、コモンレールから高圧燃料が常時供給される燃料溜まり室２５が形成され、コモンレールからの高圧燃料は燃料溜まり室２５を介して噴孔２１１に向かって流れるようになっている。

中間ボデー３は、第１中間ボデー３１、第２中間ボデー３２、および第３中間ボデー３３を備えている。第１中間ボデー３１、第２中間ボデー３２、および第３中間ボデー３３は、インジェクタボデー１とノズル２との間に挟持されている。より詳細には、インジェクタボデー１側からノズル２側に向かって、第１中間ボデー３１、第２中間ボデー３２、第３中間ボデー３３の順に積層されている。

そして、ノズルボデー２１と中間ボデー３は、インジェクタボデー１とリテーニングナット６とを螺合させることにより一体的に保持されている。

図１〜図３に示すように、第１〜第３中間ボデー３１、３２、３３には、インジェクタボデー１の高圧燃料通路１１とノズルボデー２１内の燃料溜まり室２５とを連通させる高圧燃料通路３１１、３２１、３３１が形成されている。なお、インジェクタボデー１の高圧燃料通路１１、ノズルボデー２１内の燃料溜まり室２５、および中間ボデー３の各高圧燃料通路３１１、３２１、３３１は、本発明の高圧部を構成している。また、インジェクタボデー１、ノズルボデー２１、および中間ボデー３は、本発明のボデーを構成している。

第１中間ボデー３１には、後述する制御弁５７および制御弁スプリング５８が配置されるバルブ室３１２、バルブ室３１２と収納室１３とを連通させる第１中間ボデー連通孔３１３、および、制御弁５７が接離する第１弁座３１４が形成されている。

第２中間ボデー３２には、後述する伝達カップ６０、レバー６１、およびノズルニードル２２の一部が配置されるカップ室３２２が形成されている。このカップ室３２２は、高圧燃料通路３２１と燃料溜まり室２５とに連通しており、本発明の高圧部を構成している。また、第２中間ボデー３２には、後述する伝達ピン５９が摺動自在に挿入される伝達ピン摺動孔３２３、および、制御弁５７が接離する第２弁座３２４が形成されている。

駆動手段としてのアクチュエータ４は、ピエゾ素子が多数積層されて電荷の充放電により伸縮する円柱状のピエゾ素子積層体にて構成されている。アクチュエータ４の一端側端部である固定端４１は、インジェクタボデー１に位置決めされている。アクチュエータ４の他端側端部である自由端４２は、アクチュエータ４の伸縮に伴ってアクチュエータ軸方向に変位するようになっている。

変位伝達機構５は、アクチュエータ４の伸縮をノズルニードル２２に伝達してノズルニードル２２を往復動させるものであり、本発明の伝達手段に相当する。

そして、変位伝達機構５は、伝達リング５１、ピエゾピストン５２、シリンダ５３、バルブピストン５４、ピエゾスプリング５５、バルブピストンスプリング５６、制御弁５７、制御弁スプリング５８、伝達ピン５９、伝達カップ６０、およびレバー６１を備えている。

伝達リング５１、ピエゾピストン５２、シリンダ５３、バルブピストン５４、ピエゾスプリング５５、およびバルブピストンスプリング５６は、収納室１３内に配置されている。

リング状の伝達リング５１および円板状のピエゾピストン５２は、円筒状のシリンダ５３とアクチュエータ４との間に積層配置され、伝達リング５１とアクチュエータ４の自由端４２が当接し、ピエゾピストン５２とシリンダ５３が当接している。

伝達リング５１、ピエゾピストン５２、およびシリンダ５３は、シリンダ５３と第１中間ボデー３１との間に配置されたピエゾスプリング５５によって、アクチュエータ４側に向かって付勢されている。

そして、伝達リング５１、ピエゾピストン５２、およびシリンダ５３は、アクチュエータ４の伸長時にはアクチュエータ４によって固定端４１から遠ざかる向き（すなわち、図１の紙面下向き）に駆動され、アクチュエータ４の収縮時にはピエゾスプリング５５によって固定端４１に近づく向きに移動されるようになっている。

円柱状のバルブピストン５４は、シリンダ５３内に摺動自在に挿入されている。そして、ピエゾピストン５２、シリンダ５３、およびバルブピストン５４によって、燃料が充填された油密室６２が形成されている。また、バルブピストン５４は、バルブピストンスプリング５６によって制御弁５７側に向かって付勢され、その先端部が制御弁５７に当接している。

そして、アクチュエータ４の伸長時には、ピエゾピストン５２やシリンダ５３が駆動されて油密室６２の圧力が上昇し、油密室６２の圧力によりバルブピストン５４が駆動されるようになっている。

制御弁５７および制御弁スプリング５８は、バルブ室３１２内に配置されている。このバルブ室３１２は、第１中間ボデー連通孔３１３を介して低圧の収納室１３に連通するとともに、伝達ピン５９と伝達ピン摺動孔３２３との隙間を介して高圧のカップ室３２２に連通している。

そして、制御弁５７は、第１弁座３１４に接離することにより、バルブ室３１２と収納室１３との間を開閉し、第２弁座３２４に接離することにより、バルブ室３１２とカップ室３２２との間を開閉するようになっている。

また、制御弁５７は、制御弁スプリング５８にて第１弁座３１４側に向かって、換言すると、バルブ室３１２と収納室１３との間を遮断する向きに、付勢されている。

伝達ピン５９は伝達ピン摺動孔３２３内に配置され、伝達カップ６０およびレバー６１は、カップ室３２２内に配置されている。

伝達カップ６０は、カップ状ないしは有底円筒状に形成されている。そして、伝達カップ６０の内部空間に、ニードルフランジ部２２１が挿入されている。

板状のレバー６１は、第３中間ボデー３３に当接する部位が支点６１１、伝達カップ６０に当接する部位が力点６１２、ニードルフランジ部２２１に当接する部位が作用点６１３になっている。

そして、アクチュエータ４の伸長時には、伝達カップ６０の移動に伴ってレバー６１が回動され、レバー６１の回動に伴ってノズルニードル２２が噴孔２１１を開く向きに駆動されるようになっている。

ここで、レバー６１における支点６１１側の面は円弧状に形成され、これにより、レバー６１の回動に伴って支点６１１の位置が移動してレバー比が変化するようになっている。

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。まず、図１、図２に示すニードル閉弁状態（すなわち、噴孔２１１が閉状態）のときには、アクチュエータ４の電荷が放電されてアクチュエータ４は収縮している。

ニードル閉弁状態のときにアクチュエータ４に電荷が充電されると、アクチュエータ４が伸長して自由端４２が図１、図２の紙面下向きに変位する。このアクチュエータ４の伸長によりピエゾピストン５２やシリンダ５３が駆動されて油密室６２の圧力が上昇し、油密室６２の圧力によりバルブピストン５４が駆動される。

そして、図４に示すように、制御弁５７は、バルブピストン５４に押されて図４の紙面下向きに移動し、第１弁座３１４から離れ、第２弁座３２４に当接する位置まで移動する。換言すると、制御弁５７は、バルブ室３１２と収納室１３との間を遮断する位置から、バルブ室３１２とカップ室３２２との間を遮断する位置に移動する。

ここで、アクチュエータ４の伸縮を制御弁５７に直接伝達するのではなく、油密室６２を介して伝達する構造とすることで、温度変化時におけるアクチュエータ４とインジェクタボデー１の線膨張係数の違いに起因した自由端４２の初期位置の変化を補償することが可能である。

制御弁５７の変位は伝達ピン５９を介して伝達カップ６０に伝達され、伝達カップ６０の変位はレバー６１を介してノズルニードル２２に伝達される。このとき、レバー６１は、アクチュエータ４が伸長する際の自由端４２の変位を、向きを反転させてノズルニードル２２に伝達する。これにより、ノズルニードル２２が噴孔２１１を開く向き（すなわち、図４の紙面上向き）に駆動されてニードル開弁状態になり、噴孔２１１から内燃機関の燃焼室内に燃料が噴射される。

ここで、レバー６１の回動に伴って支点６１１の位置が移動してレバー比が変化するようになっている。具体的には、ノズルニードル２２の変位量をＳ１、自由端４２の変位量をＳ２とし、Ｓ１／Ｓ２を変位拡大率としたとき、ノズルニードル２２が噴孔２１１を閉じた位置での変位拡大率よりも、ノズルニードル２２が噴孔２１１を開いた位置での変位拡大率が大きくなるように、レバー６１のレバー比が変化する。

これによると、特に力が必要なニードル開弁初期時には、変位拡大率が小さいため駆動力を大きくすることができる。一方、ニードル開弁後期には、変位拡大率が大きいため、自由端４２の変位量の小ささを補って、ノズルニードル２２のリフト量を十分に確保することができる。

また、ニードル開弁状態のときには、バルブ室３１２とカップ室３２２との間が制御弁５７によって遮断されるため、カップ室３２２の高圧燃料がバルブ室３１２を介して収納室１３へリークすること（すなわち動リーク）を、抑制することができる。

一方、ニードル開弁状態のときにアクチュエータ４の電荷を放電させると、アクチュエータ４が収縮して自由端４２が図２の紙面上向きに変位する。アクチュエータ４が収縮すると、ピエゾピストン５２やシリンダ５３はピエゾスプリング５５に付勢されて自由端４２の変位に追従作動し、油密室６２の圧力が低下する。油密室６２の圧力低下により、ノズルニードル２２を開弁向きに駆動する力が減少し、ノズルニードル２２はノズルスプリング２３に付勢されて閉弁向きに移動（すなわち、図２の紙面下向きに移動）し、噴孔２１１が閉じられて燃料噴射が終了する。

このノズルニードル２２の閉弁向きへの移動に伴い、レバー６１を介して伝達カップ６０が図２の紙面上向きに押され、さらに、伝達ピン５９、制御弁５７、およびバルブピストン５４も図２の紙面上向きに押される。

これにより、制御弁５７は、第２弁座３２４から離れ、第１弁座３１４に当接する位置まで移動する。換言すると、制御弁５７は、バルブ室３１２とカップ室３２２との間を遮断する位置から、バルブ室３１２と収納室１３との間を遮断する位置に移動する。

したがって、ニードル閉弁状態のときには、バルブ室３１２と収納室１３との間が制御弁５７によって遮断されるため、バルブ室３１２の高圧燃料が収納室１３へリークすること（すなわち静リーク）を、抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態における中間ボデー３および変位伝達機構５の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５、図６に示すように、中間ボデー３は、第１中間ボデー３４、第２中間ボデー３５、第３中間ボデー３６、および第４中間ボデー３７を備えている。そして、インジェクタボデー１側からノズル２側に向かって、第１中間ボデー３４、第２中間ボデー３５、第３中間ボデー３６、および第４中間ボデー３７の順に積層されている。

第１〜第４中間ボデー３４〜３７には、インジェクタボデー１の高圧燃料通路１１とノズルボデー２１内の燃料溜まり室２５とを連通させる高圧燃料通路３４１、３５１、３６１、３７１が形成されている。なお、インジェクタボデー１の高圧燃料通路１１、ノズルボデー２１内の燃料溜まり室２５、および中間ボデー３の各高圧燃料通路３４１、３５１、３６１、３７１は、本発明の高圧部を構成している。また、インジェクタボデー１、ノズルボデー２１、および中間ボデー３は、本発明のボデーを構成している。

第１中間ボデー３４には、制御弁５７および制御弁スプリング５８が配置されるバルブ室３４２、バルブ室３４２と収納室１３とを連通させるとともに後述する第１伝達ピン６３が摺動自在に挿入される第１中間ボデー連通孔３４３、および、制御弁５７が接離する第１弁座３４４が形成されている。

第２中間ボデー３５には、後述する第２伝達ピン６４が摺動自在に挿入される伝達ピン摺動孔３５２、および、制御弁５７が接離する第２弁座３５３が形成されている。

第４中間ボデー３７には、後述するニードルピストン６７が摺動自在に挿入されるニードルピストン摺動孔３７２が形成されている。

変位伝達機構５は、伝達リング５１、ピエゾスプリング５５、制御弁５７、制御弁スプリング５８、第１伝達ピン６３、第２伝達ピン６４、ピエゾピストン６５、シリンダ６６、ニードルピストン６７、および連結部材６８を備えている。

制御弁５７および制御弁スプリング５８は、バルブ室３４２内に配置されている。このバルブ室３４２は、第１中間ボデー連通孔３４３を介して低圧の収納室１３に連通するとともに、第２伝達ピン６４と伝達ピン摺動孔３５２との隙間を介して第３中間ボデー３６の高圧燃料通路３６１に連通している。

そして、制御弁５７は、第１弁座３４４に接離することにより、バルブ室３４２と収納室１３との間を開閉し、第２弁座３５３に接離することにより、バルブ室３４２と第３中間ボデー３６の高圧燃料通路３６１との間を開閉するようになっている。

また、制御弁５７は、制御弁スプリング５８にて第１弁座３４４側に向かって、換言すると、バルブ室３４２と収納室１３との間を遮断する向きに、付勢されている。

第２伝達ピン６４は伝達ピン摺動孔３５２に挿入され、第２伝達ピン６４の一端と制御弁５７が当接し、第２伝達ピン６４の他端とピエゾピストン６５が当接している。

ピエゾスプリング５５、ピエゾピストン６５、シリンダ６６、ニードルピストン６７、および連結部材６８は、第３中間ボデー３６の高圧燃料通路３６１内に配置されている。

ピエゾピストン６５は、有底円筒状で、内部にバルブピストン孔６５１が形成されている。また、ピエゾピストン６５は、円筒状のシリンダ６６内に摺動自在に挿入されている。

そして、第２伝達ピン６４、およびピエゾピストン６５は、ピエゾピストン６５とシリンダ６６との間に配置されたピエゾスプリング５５によって、アクチュエータ４側に向かって付勢されている。

ニードルピストン６７は、円柱状の大径ピストン部６７１と、円柱状で且つ大径ピストン部６７１よりも小径の小径ピストン部６７２とを備えている。そして、大径ピストン部６７１は、バルブピストン孔６５１に摺動自在に挿入され、小径ピストン部６７２は、ニードルピストン摺動孔３７２に摺動自在に挿入されている。

また、ニードルピストン６７は、燃料溜まり室２５内に位置するピストンフランジ部６７３を備えている。そして、このピストンフランジ部６７３およびニードルフランジ部２２１が連結部材６８と係合することにより、ニードルピストン６７とノズルニードル２２が連結されている。

バルブピストン孔６５１内において、大径ピストン部６７１とピエゾピストン６５の底部との間に、ノズルスプリング２３が配置されている。そして、このノズルスプリング２３により、ニードルピストン６７を介してノズルニードル２２が閉弁向きに付勢されている。

ピエゾピストン６５、シリンダ６６、ニードルピストン６７、および第４中間ボデー３７によって、燃料が充填された油密室６９が形成されている。そして、アクチュエータ４の伸長時には、アクチュエータ４により制御弁５７等を介してピエゾピストン６５が駆動されて油密室６９の圧力が上昇し、油密室６９の圧力によりニードルピストン６７が駆動されるようになっている。

ここで、ピエゾピストン６５における第４中間ボデー３７に対向する面がピエゾピストン６５の受圧面積であり、大径ピストン部６７１における第４中間ボデー３７に対向する面がニードルピストン６７の受圧面積である。そして、本実施形態では、ピエゾピストン６５の受圧面積は、ニードルピストン６７の受圧面積よりも大きく設定されている。

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。まず、図５、図６に示すニードル閉弁状態（すなわち、噴孔２１１が閉状態）のときには、アクチュエータ４の電荷が放電されてアクチュエータ４は収縮している。

ニードル閉弁状態のときにアクチュエータ４に電荷が充電されると、アクチュエータ４が伸長して自由端４２が図５、図６の紙面下向きに変位する。このアクチュエータ４の伸長により、伝達リング５１および第１伝達ピン６３を介して制御弁５７が図５、図６の紙面下向きに駆動される。そして、制御弁５７は、第１弁座３４４から離れ、第２弁座３５３に当接する。

また、この制御弁５７の移動に伴い、第２伝達ピン６４を介してピエゾピストン６５が図５、図６の紙面下向きに駆動され、油密室６９の圧力が上昇し、油密室６９の圧力によりニードルピストン６７が駆動される。

油密室６９の圧力は、大径ピストン部６７１における第４中間ボデー３７に対向する面に作用する。したがって、ニードルピストン６７は、油密室６９の増圧に伴ってピエゾピストン６５とは逆向き（すなわち、図５、図６の紙面上向き）に移動する。これにより、ノズルニードル２２が噴孔２１１を開く向きに駆動されてニードル開弁状態になり、噴孔２１１から内燃機関の燃焼室内に燃料が噴射される。

ここで、ピエゾピストン６５の受圧面積を、ニードルピストン６７の受圧面積よりも大きく設定しているため、自由端４２の変位が拡大されてノズルニードル２２に伝達される。したがって、ノズルニードル２２のリフト量を十分に確保することができる。

また、ニードル開弁状態のときには、バルブ室３４２と第３中間ボデー３６の高圧燃料通路３６１との間が制御弁５７によって遮断されるため、高圧燃料通路３６１の高圧燃料がバルブ室３４２を介して収納室１３へリークすること（すなわち動リーク）を、抑制することができる。

一方、ニードル開弁状態のときにアクチュエータ４の電荷を放電させると、アクチュエータ４が収縮して自由端４２が図５、図６の紙面上向きに変位する。アクチュエータ４が収縮すると、伝達リング５１、制御弁５７、第１伝達ピン６３、第２伝達ピン６４、およびピエゾピストン６５は、ピエゾスプリング５５に付勢されて自由端４２の変位に追従作動する。これにより。油密室６９の圧力が低下する。また、制御弁５７は、第２弁座３５３から離れ、第１弁座３４４に当接する。

油密室６９の圧力低下により、ニードルピストン６７を駆動する力が減少し、ニードルピストン６７およびノズルニードル２２はノズルスプリング２３に付勢されて閉弁向きに移動（すなわち、図５、図６の紙面下向きに移動）し、噴孔２１１が閉じられて燃料噴射が終了する。

そして、ニードル閉弁状態のときには、バルブ室３４２と収納室１３との間が制御弁５７によって遮断されるため、バルブ室３４２の高圧燃料が収納室１３へリークすること（すなわち静リーク）を、抑制することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態におけるノズル２、中間ボデー３、および変位伝達機構５の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図７に示すように、ノズル２のノズルニードル２２は、ノズルニードル本体部２２１とノズルニードル弁体部２２２とからなり、ノズルニードル本体部２２１とノズルニードル弁体部２２２は圧入にて連結されている。

ノズルニードル弁体部２２２は、ノズルボデー２１の外部に突出しており、ノズルボデー２１の外表面に接離することにより噴孔２１１を開閉するようになっている。すなわち、本実施形態のノズル２は外開式ノズルである。

図７、図８に示すように、中間ボデー３は、第１中間ボデー３４および第２中間ボデー３５を備えている。そして、インジェクタボデー１側からノズル２側に向かって、第１中間ボデー３４、第２中間ボデー３５の順に積層されている。

第１、第２中間ボデー３４、３５には、インジェクタボデー１の高圧燃料通路１１とノズルボデー２１内の燃料溜まり室２５とを連通させる高圧燃料通路３４１、３５１が形成されている。なお、インジェクタボデー１の高圧燃料通路１１、ノズルボデー２１内の燃料溜まり室２５、および中間ボデー３の各高圧燃料通路３４１、３５１は、本発明の高圧部を構成している。また、インジェクタボデー１、ノズルボデー２１、および中間ボデー３は、本発明のボデーを構成している。

第１中間ボデー３４には、制御弁５７および制御弁スプリング５８が配置されるバルブ室３４２、バルブ室３４２と収納室１３とを連通させるとともに後述する第１伝達ピン６３が摺動自在に挿入される第１中間ボデー連通孔３４３、および、制御弁５７が接離する第１弁座３４４が形成されている。

第２中間ボデー３５には、後述する第２伝達ピン６４が摺動自在に挿入される伝達ピン摺動孔３５２、および、制御弁５７が接離する第２弁座３５３が形成されている。

変位伝達機構５は、伝達リング５１、ピエゾピストン７０、シリンダ７１、バルブピストン５４、ピエゾスプリング５５、バルブピストンスプリング５６、制御弁５７、制御弁スプリング５８、第１伝達ピン６３、および第２伝達ピン６４を備えている。

伝達リング５１、ピエゾピストン７０、シリンダ７１、バルブピストン５４、ピエゾスプリング５５、およびバルブピストンスプリング５６は、収納室１３内に配置されている。

円柱状のピエゾピストン７０は、シリンダ７１内に摺動自在に挿入されている。また、ピエゾピストン７０は、伝達リング５１を介してアクチュエータ４にて駆動されるようになっている。

そして、伝達リング５１およびピエゾピストン７０は、アクチュエータ４の伸長時にはアクチュエータ４によって固定端４１から遠ざかる向き（すなわち、図７、図８の紙面下向き）に駆動され、アクチュエータ４の収縮時にはピエゾスプリング５５によって固定端４１に近づく向きに移動されるようになっている。

伝達リング５１およびピエゾピストン７０は、シリンダ７１とピエゾピストン７０との間に配置されたピエゾスプリング５５によって、アクチュエータ４側に向かって付勢されている。

バルブピストン５４は、ピエゾピストン７０よりも小径で、シリンダ７１内に摺動自在に挿入されている。

シリンダ７１、ピエゾピストン７０、およびバルブピストン５４によって、燃料が充填された油密室７２が形成されている。

そして、アクチュエータ４の伸長時には、ピエゾピストン７０が駆動されて油密室７２の圧力が上昇し、油密室７２の圧力によりバルブピストン５４が駆動されるようになっている。

第１伝達ピン６３は第１中間ボデー連通孔３４３に挿入され、第１伝達ピン６３の一端とバルブピストン５４が当接し、第１伝達ピン６３の他端と制御弁５７が当接している。

制御弁５７および制御弁スプリング５８は、バルブ室３４２内に配置されている。このバルブ室３４２は、第１中間ボデー連通孔３４３を介して低圧の収納室１３に連通するとともに、第２伝達ピン６４と伝達ピン摺動孔３５２との隙間を介して燃料溜まり室２５に連通している。

そして、制御弁５７は、第１弁座３４４に接離することにより、バルブ室３４２と収納室１３との間を開閉し、第２弁座３５３に接離することにより、バルブ室３４２と燃料溜まり室２５との間を開閉するようになっている。

また、制御弁５７は、制御弁スプリング５８にて第１弁座３４４側に向かって、換言すると、バルブ室３４２と収納室１３との間を遮断する向きに、付勢されている。
次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。まず、図７、図８に示すニードル閉弁状態のときには、アクチュエータ４の電荷が放電されてアクチュエータ４は収縮している。

ニードル閉弁状態のときにアクチュエータ４に電荷が充電されると、アクチュエータ４が伸長して自由端４２が図７、図８の紙面下向きに変位する。このアクチュエータ４の伸長により、ピエゾピストン７０が図７、図８の紙面下向きに駆動され、油密室７２の圧力が上昇し、油密室７２の圧力によりバルブピストン５４が駆動される。

そして、制御弁５７は、バルブピストン５４に押されて図７、図８の紙面下向きに移動し、第１弁座３４４から離れ、第２弁座３５３に当接する。

また、この制御弁５７の移動に伴い、第２伝達ピン６４を介してノズルニードル２２が図７、図８の紙面下向きに駆動される。すなわち、自由端４２の移動向きと同じ向きにノズルニードル２２が移動する。これにより、ノズルニードル２２が噴孔２１１を開く向きに駆動されてニードル開弁状態になり、噴孔２１１から内燃機関の燃焼室内に燃料が噴射される。

ここで、ピエゾピストン７０の受圧面積は、バルブピストン５４の受圧面積よりも大きいため、自由端４２の変位が拡大されてバルブピストン５４に伝達される。したがって、ノズルニードル２２のリフト量を十分に確保することができる。

また、ニードル開弁状態のときには、バルブ室３４２と燃料溜まり室２５との間が制御弁５７によって遮断されるため、燃料溜まり室２５の高圧燃料がバルブ室３４２を介して収納室１３へリークすること（すなわち動リーク）を、抑制することができる。

一方、ニードル開弁状態のときにアクチュエータ４の電荷を放電させると、アクチュエータ４が収縮して自由端４２が図７、図８の紙面上向きに変位する。アクチュエータ４が収縮すると、伝達リング５１およびピエゾピストン７０は、ピエゾスプリング５５に付勢されて自由端４２の変位に追従作動する。これにより。油密室７２の圧力が低下する。

油密室７２の圧力低下により、バルブピストン５４を駆動する力が減少し、バルブピストン５４、制御弁５７、およびノズルニードル２２は、ノズルスプリング２３に付勢されて閉弁向きに移動（すなわち、図７、図８の紙面上向きに移動）し、噴孔２１１が閉じられて燃料噴射が終了する。

また、ニードル閉弁状態のときには、制御弁５７が第１弁座３４４に当接して、バルブ室３４２と収納室１３との間が遮断されるため、バルブ室３４２の高圧燃料が収納室１３へリークすること（すなわち静リーク）を、抑制することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。第１〜３実施形態は、いずれもアクチュエータ４の伸長によりノズルニードル２２が噴孔２１１を開く向きに駆動されるノーマリクローズ弁であるが、本実施形態は、アクチュエータ４の伸長によりノズルニードル２２が噴孔２１１を閉じる向きに駆動されるノーマリオープン弁である。

本実施形態は、第１実施形態における中間ボデー３、および変位伝達機構５の構成を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図９、図１０に示すように、ノズルスプリング２３は、ノズルニードル２２を開弁向きに付勢している。

中間ボデー３は、第１中間ボデー３１および第２中間ボデー３５を備えている。そして、インジェクタボデー１側からノズル２側に向かって、第１中間ボデー３１、第２中間ボデー３５の順に積層されている。

第１、第２中間ボデー３１、３５には、インジェクタボデー１の高圧燃料通路１１とノズルボデー２１内の燃料溜まり室２５とを連通させる高圧燃料通路３１１、３５１が形成されている。なお、インジェクタボデー１の高圧燃料通路１１、ノズルボデー２１内の燃料溜まり室２５、および中間ボデー３の各高圧燃料通路３１１、３５１は、本発明の高圧部を構成している。また、インジェクタボデー１、ノズルボデー２１、および中間ボデー３は、本発明のボデーを構成している。

第２中間ボデー３５には、後述する第２伝達ピン６４が摺動自在に挿入される伝達ピン摺動孔３５２、および、制御弁５７が接離する第２弁座３５３が形成されている。

変位伝達機構５は、伝達リング５１、ピエゾピストン７０、シリンダ７１、バルブピストン５４、ピエゾスプリング５５、バルブピストンスプリング５６、制御弁５７、制御弁スプリング５８、および伝達ピン６４を備えている。

伝達リング５１、ピエゾピストン７０、シリンダ７１、バルブピストン５４、ピエゾスプリング５５、およびバルブピストンスプリング５６は、収納室１３内に配置されている。

円柱状のピエゾピストン７０は、シリンダ７１内に摺動自在に挿入されている。また、ピエゾピストン７０は、伝達リング５１を介してアクチュエータ４にて駆動されるようになっている。

そして、伝達リング５１およびピエゾピストン７０は、アクチュエータ４の伸長時にはアクチュエータ４によって固定端４１から遠ざかる向き（すなわち、図９、図１０の紙面下向き）に駆動され、アクチュエータ４の収縮時にはピエゾスプリング５５によって固定端４１に近づく向きに移動されるようになっている。

伝達リング５１およびピエゾピストン７０は、シリンダ７１とピエゾピストン７０との間に配置されたピエゾスプリング５５によって、アクチュエータ４側に向かって付勢されている。

バルブピストン５４は、ピエゾピストン７０よりも小径で、シリンダ７１内に摺動自在に挿入されている。また、バルブピストン５４は、バルブピストンスプリング５６によって制御弁５７側に向かって付勢され、その先端部が制御弁５７に当接している。

シリンダ７１、ピエゾピストン７０、およびバルブピストン５４によって、燃料が充填された油密室７２が形成されている。

そして、アクチュエータ４の伸長時には、ピエゾピストン７０が駆動されて油密室７２の圧力が上昇し、油密室７２の圧力によりバルブピストン５４が駆動されるようになっている。

バルブ室３１２は、第１中間ボデー連通孔３１３を介して低圧の収納室１３に連通するとともに、伝達ピン６４と伝達ピン摺動孔３５２との隙間を介して燃料溜まり室２５に連通している。

そして、制御弁５７は、第１弁座３１４に接離することにより、バルブ室３１２と収納室１３との間を開閉し、第２弁座３５３に接離することにより、バルブ室３１２と燃料溜まり室２５との間を開閉するようになっている。

また、制御弁５７は、制御弁スプリング５８にて第１弁座３１４側に向かって、換言すると、バルブ室３１２と収納室１３との間を遮断する向きに、付勢されている。

伝達ピン６４は伝達ピン摺動孔３５２に挿入され、伝達ピン６４の一端と制御弁５７が当接し、伝達ピン６４の他端とノズルニードル２２が当接している。

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。まず、図９、図１０に示すニードル開弁状態のときには、アクチュエータ４の電荷が放電されてアクチュエータ４は収縮している。

ニードル開弁状態のときにアクチュエータ４に電荷が充電されると、アクチュエータ４が伸長して自由端４２が図９、図１０の紙面下向きに変位する。このアクチュエータ４の伸長により、ピエゾピストン７０が図９、図１０の紙面下向きに駆動され、油密室７２の圧力が上昇し、油密室７２の圧力によりバルブピストン５４が駆動される。

そして、制御弁５７は、バルブピストン５４に押されて図９、図１０の紙面下向きに移動し、第１弁座３１４から離れ、第２弁座３５３に当接する。

また、この制御弁５７の移動に伴い、伝達ピン６４を介してノズルニードル２２が図９、図１０の紙面下向きに駆動される。すなわち、自由端４２の移動向きと同じ向きにノズルニードル２２が移動する。これにより、ノズルニードル２２が噴孔２１１を閉じる向きに駆動されてニードル閉弁状態になり、噴孔２１１が閉じられて燃料噴射が終了する。

ここで、ピエゾピストン７０の受圧面積は、バルブピストン５４の受圧面積よりも大きいため、自由端４２の変位が拡大されてバルブピストン５４に伝達される。したがって、ノズルニードル２２のリフト量が大きい場合でも、確実に閉弁させることができる。

また、ニードル閉弁状態のときには、バルブ室３１２と燃料溜まり室２５との間が制御弁５７によって遮断されるため、燃料溜まり室２５の高圧燃料がバルブ室３１２を介して収納室１３へリークすること（すなわち静リーク）を、抑制することができる。

一方、ニードル閉弁状態のときにアクチュエータ４の電荷を放電させると、アクチュエータ４が収縮して自由端４２が図９、図１０の紙面上向きに変位する。アクチュエータ４が収縮すると、伝達リング５１およびピエゾピストン７０は、ピエゾスプリング５５に付勢されて自由端４２の変位に追従作動する。これにより。油密室７２の圧力が低下する。

油密室７２の圧力低下により、バルブピストン５４を駆動する力が減少し、バルブピストン５４、制御弁５７、およびノズルニードル２２は、ノズルスプリング２３に付勢されて開弁向きに移動（すなわち、図９、図１０の紙面上向きに移動）する。これにより、ノズルニードル２２が噴孔２１１を開く向きに駆動されてニードル開弁状態になり、噴孔２１１から内燃機関の燃焼室内に燃料が噴射される。

そして、ニードル開弁状態のときには、バルブ室３１２と収納室１３との間が制御弁５７によって遮断されるため、バルブ室３１２の高圧燃料が収納室１３へリークすること（すなわち動リーク）を、抑制することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、アクチュエータ４としてピエゾ素子を用いたが、アクチュエータ４として磁歪素子を用いてもよい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１ インジェクタボデー（ボデー）
３ 中間ボデー（ボデー）
４ アクチュエータ（駆動手段）
５ 変位伝達機構（伝達手段）
１１ 高圧燃料通路（高圧部）
１３ 収納室（低圧部）
２１ ノズルボデー（ボデー）
２２ ノズルニードル
２５ 燃料溜まり室（高圧部）
５７ 制御弁
２１１ 噴孔
３１１ 高圧燃料通路（高圧部）
３１２ バルブ室
３２２ カップ室（高圧部）
３２１ 高圧燃料通路（高圧部）
３３１ 高圧燃料通路（高圧部）
３４１ 高圧燃料通路（高圧部）
３４２ バルブ室
３５１ 高圧燃料通路（高圧部）
３６１ 高圧燃料通路（高圧部）
３７１ 高圧燃料通路（高圧部）

Claims (11)

1. 高圧部（１１、２５、３１１、３２１、３２２、３３１、３４１、３５１、３６１、３７１）に供給された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔（２１１）を有するボデー（１、３、２１）と、
   前記ボデー内で往復動して前記噴孔を開閉するノズルニードル（２２）と、
   低圧燃料で満たされた低圧部（１３）に配置されて伸縮する駆動手段（４）と、 前記駆動手段の伸縮を前記ノズルニードルに伝達して前記ノズルニードルを往復動させる伝達手段（５）とを備え、
   前記伝達手段は、前記高圧部および前記低圧部に連通するバルブ室（３１２、３４２）に配置されて、前記噴孔が閉じられた状態のときに前記低圧部と前記バルブ室との間を遮断する制御弁（５７）を有し、
   前記駆動手段の伸長により前記ノズルニードルが前記噴孔を開く向きに駆動され、
   前記駆動手段は、当該駆動手段の伸縮に伴って自由端（４２）が往復動するように構成され、
   前記伝達手段は、前記駆動手段が伸長する際の前記駆動手段の自由端の移動向きとは逆向きに前記ノズルニードルを移動させるように構成され、
   前記伝達手段は、前記駆動手段が伸長する際の前記駆動手段の自由端の変位の向きを反転させて前記ノズルニードルに伝達するレバー（６１）を有することを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記ノズルニードルの変位量をＳ１、前記駆動手段の自由端の変位量をＳ２とし、Ｓ１／Ｓ２を変位拡大率としたとき、
   前記ノズルニードルが前記噴孔を閉じた位置での前記変位拡大率よりも、前記ノズルニードルが前記噴孔を開いた位置での前記変位拡大率が大きくなるように、前記レバーのレバー比が変化することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記制御弁は、前記噴孔が開かれた状態のときに前記高圧部と前記バルブ室との間を遮断するように構成され、
   前記駆動手段は、電荷の充放電により伸縮するピエゾ素子積層体であり、
   前記伝達手段は、前記駆動手段により駆動されるピエゾピストン（５２）と、前記ピエゾピストンとともに移動するシリンダ（５３）と、前記シリンダに摺動自在に挿入されたバルブピストン（５４）とを有し、前記ピエゾピストンと前記シリンダと前記バルブピストンとによって形成された油密室（６２）の圧力が前記駆動手段の伸長に伴って上昇するように構成され、前記油密室の増圧に伴う前記バルブピストンの移動により、前記制御弁が前記低圧部と前記バルブ室との間を遮断する位置から前記高圧部と前記バルブ室との間を遮断する位置に移動するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
4. 高圧部（１１、２５、３１１、３２１、３２２、３３１、３４１、３５１、３６１、３７１）に供給された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔（２１１）を有するボデー（１、３、２１）と、
   前記ボデー内で往復動して前記噴孔を開閉するノズルニードル（２２）と、
   低圧燃料で満たされた低圧部（１３）に配置されて伸縮する駆動手段（４）と、 前記駆動手段の伸縮を前記ノズルニードルに伝達して前記ノズルニードルを往復動させる伝達手段（５）とを備え、
   前記伝達手段は、前記高圧部および前記低圧部に連通するバルブ室（３１２、３４２）に配置されて、前記噴孔が閉じられた状態のときに前記低圧部と前記バルブ室との間を遮断する制御弁（５７）を有し、
   前記駆動手段の伸長により前記ノズルニードルが前記噴孔を開く向きに駆動され、
   前記駆動手段は、当該駆動手段の伸縮に伴って自由端（４２）が往復動するように構成され、
   前記伝達手段は、前記駆動手段が伸長する際の前記駆動手段の自由端の移動向きとは逆向きに前記ノズルニードルを移動させるように構成され、
   前記駆動手段は、電荷の充放電により伸縮するピエゾ素子積層体であり、
   前記伝達手段は、前記駆動手段により前記制御弁を介して駆動されるピエゾピストン（６５）と、前記ピエゾピストンが摺動自在に挿入されるシリンダ（６６）と、前記ピエゾピストンに形成されたピエゾピストン孔（６５１）に摺動自在に挿入されるとともに前記ノズルニードルと連結されたニードルピストン（６７）とを有し、前記ピエゾピストンおよび前記ニードルピストンの一端側に形成された油密室（６９）の圧力が前記駆動手段の伸長に伴う前記ピエゾピストンの移動によって上昇するように構成され、前記油密室の増圧に伴って前記ニードルピストンが前記ピエゾピストンとは逆向きに移動して前記ノズルニードルが前記噴孔を開く向きに駆動されるように構成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
5. 前記ピエゾピストンにおける前記油密室側の受圧面積は、前記ニードルピストンにおける前記油密室側の受圧面積よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。
6. 高圧部（１１、２５、３１１、３２１、３２２、３３１、３４１、３５１、３６１、３７１）に供給された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔（２１１）を有するボデー（１、３、２１）と、
   前記ボデー内で往復動して前記噴孔を開閉するノズルニードル（２２）と、
   低圧燃料で満たされた低圧部（１３）に配置されて伸縮する駆動手段（４）と、 前記駆動手段の伸縮を前記ノズルニードルに伝達して前記ノズルニードルを往復動させる伝達手段（５）とを備え、
   前記伝達手段は、前記高圧部および前記低圧部に連通するバルブ室（３１２、３４２）に配置されて、前記噴孔が閉じられた状態のときに前記低圧部と前記バルブ室との間を遮断する制御弁（５７）を有し、
   前記駆動手段の伸長により前記ノズルニードルが前記噴孔を開く向きに駆動され、
   前記駆動手段は、当該駆動手段の伸縮に伴って自由端（４２）が往復動するように構成され、
   前記伝達手段は、前記駆動手段が伸長する際の前記駆動手段の自由端の移動向きと同じ向きに前記ノズルニードルを移動させるように構成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
7. 前記制御弁は、前記噴孔が開かれた状態のときに前記高圧部と前記バルブ室との間を遮断するように構成され、
   前記駆動手段は、電荷の充放電により伸縮するピエゾ素子積層体であり、
   前記伝達手段は、シリンダ（７１）と、前記駆動手段により駆動されるとともに前記シリンダに摺動自在に挿入されたピエゾピストン（７０）と、前記シリンダに摺動自在に挿入されたバルブピストン（５４）とを有し、前記シリンダと前記ピエゾピストンと前記バルブピストンとによって形成された油密室（７２）の圧力が前記駆動手段の伸長に伴って上昇するように構成され、前記油密室の増圧に伴う前記バルブピストンの移動により、前記制御弁が前記低圧部と前記バルブ室との間を遮断する位置から前記高圧部と前記バルブ室との間を遮断する位置に移動するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射弁。
8. 前記ピエゾピストンにおける前記油密室側の受圧面積は、前記バルブピストンにおける前記油密室側の受圧面積よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射弁。
9. 高圧部（１１、２５、３１１、３２１、３２２、３３１、３４１、３５１、３６１、３７１）に供給された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔（２１１）を有するボデー（１、３、２１）と、
   前記ボデー内で往復動して前記噴孔を開閉するノズルニードル（２２）と、
   低圧燃料で満たされた低圧部（１３）に配置されて伸縮する駆動手段（４）と、 前記駆動手段の伸縮を前記ノズルニードルに伝達して前記ノズルニードルを往復動させる伝達手段（５）とを備え、
   前記伝達手段は、前記高圧部および前記低圧部に連通するバルブ室（３１２、３４２）に配置されて、前記噴孔が閉じられた状態のときに前記低圧部と前記バルブ室との間を遮断する制御弁（５７）を有し、
   前記駆動手段の伸長により前記ノズルニードルが前記噴孔を閉じる向きに駆動されることを特徴とする燃料噴射弁。
10. 前記制御弁は、前記噴孔が開かれた状態のときに前記高圧部と前記バルブ室との間を遮断することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。
11. 前記低圧部と前記バルブ室との間が遮断される向きに前記制御弁を付勢する制御弁スプリング（５８）を備えることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の燃料噴射弁。

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