JP6547660B2 - 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ものである。

従来、この種の燃料噴射弁として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された燃料噴射弁は、噴孔を開閉するノズルニードルを備え、制御室の燃料圧力によりノズルニードルが閉弁向きに付勢されている。そして、制御室の燃料を低圧部に排出させることにより、ノズルニードルを開弁向きに作動させて燃料噴射を開始し、制御室に高圧燃料を流入させることにより、ノズルニードルを閉弁向きに作動させて燃料噴射を終了させる。

また、制御室の燃料を低圧部に排出させる経路を開閉する電磁弁を２個設置し、その電磁弁をそれぞれ独立して作動させることで、制御室から流出する燃料の排出速度を２段階に切り替えるようにしている。これにより、ノズルニードルの開弁速度を切り替えて、噴射初期の噴射率特性を切り替えるようにしている。

米国特許出願公開第２０１３／０２３３９４１号明細書

しかしながら、従来の燃料噴射弁は、制御室から流出する燃料の排出速度を２段階に切り替えるために電磁弁を２個用いるため、燃料噴射弁が大型化するという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、制御室から流出する燃料の排出速度を２段階に切り替える燃料噴射弁の小型化を図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）を有するノズルボデー（２１）と、ノズル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、ノズルニードルに閉弁向きの燃料圧力を作用させる制御室（２６、９１２）と、制御室の燃料を低圧部（１２）に排出させる排出通路（３１５）と、高圧燃料を制御室に供給する高圧供給通路（３２２）と、制御室と排出通路との間を開閉する第１弁体（３３）と、制御室と高圧供給通路との間を開閉する第２弁体（３６）と、電荷の充放電により伸縮して、第１弁体および第２弁体を駆動するピエゾアクチュエータ（４）と、ピエゾアクチュエータに印加する駆動電圧を、第１駆動電圧および当該第１駆動電圧よりも電圧が高い第２駆動電圧に切り替える駆動電圧印加装置（７）とを備え、ピエゾアクチュエータに駆動電圧が印加されていないときには、第１弁体は制御室と排出通路との間を閉じ、ピエゾアクチュエータに第１駆動電圧が印加されたときには、第１弁体および第２弁体のうち第１弁体のみが駆動されて、制御室と排出通路との間が開かれ、ピエゾアクチュエータに第２駆動電圧が印加されたときには、第１弁体が駆動されて制御室と排出通路との間が開かれるとともに、第２弁体が駆動されて制御室と高圧供給通路との間が開かれる。

これによると、１個のピエゾアクチュエータにて、制御室から流出する燃料の排出速度を２段階に切り替えることができるため、燃料噴射弁の小型化を図ることができる。

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を示す断面図である。 第１実施形態に係る燃料噴射弁の要部の拡大断面図である。 第１実施形態に係る燃料噴射弁の他の作動状態を示す要部の拡大断面図である。 第１実施形態に係る燃料噴射弁の作動説明に供するタイムチャートである。 本発明の第２実施形態に係る燃料噴射弁の要部を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る燃料噴射弁の要部を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、各実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。

図１〜図３に示す本実施形態の燃料噴射弁は、コモンレール（図示せず）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。図示せず）の燃焼室に噴射するものである。

燃料噴射弁は、インジェクタボデー１、ノズル２、制御弁機構３、ピエゾアクチュエータ４、変位伝達機構５、リテーニングナット６、および駆動電圧印加装置７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、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、ピエゾアクチュエータ４および変位伝達機構５が収納される収納室１２が形成されている。この収納室１２は、図示しない燃料タンクに接続されており、常に低圧になっている。なお、収納室１２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に摺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、および円筒状のニードルシリンダ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。

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高圧部としての燃料溜まり室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。

ニードルシリンダ２４は、ノズルスプリング２３によって後述する第２中間ボデー３２に押し付けられ、ノズルニードル２２の後端部（すなわち、反噴孔側端部）がニードルシリンダ２４に挿入されている。

このニードルシリンダ２４内には、内部の燃料圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室２６が形成されている。そして、ノズルニードル２２は、制御室２６内の燃料圧力により閉弁向きに付勢されるとともに、燃料溜まり室２５の燃料圧力により開弁向きに付勢される。

制御室２６の圧力を制御する制御弁機構３は、第１中間ボデー３１、第２中間ボデー３２、第１弁体３３、第１弁体スプリング３４、第１ロッド３５、第２弁体３６、第２弁体スプリング３７、および第２ロッド３８を備えている。

そして、第１中間ボデー３１および第２中間ボデー３２をインジェクタボデー１とノズル２との間に挟持し、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、燃料噴射弁の構成要素が一体化されている。

第１中間ボデー３１と第２中間ボデー３２は積層され、第１中間ボデー３１がインジェクタボデー１と当接し、第２中間ボデー３２がノズルボデー２１と当接している。

第１中間ボデー３１および第２中間ボデー３２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が形成されている。

第１中間ボデー３１には、第２中間ボデー３２の端面から収納室１２側に向かって延びる第１弁室３１２が形成されている。この第１弁室３１２に、第１弁体３３および第１弁体スプリング３４が配置されている。

第１弁室３１２の底部には、第１弁体３３が接離するテーパ状の低圧シート面３１３が形成されている。そして、第１弁体３３は、第１弁体スプリング３４により低圧シート面３１３に向かって付勢されている。

第１中間ボデー３１には、一端が低圧シート面３１３における収納室１２側の端部に開口して、第１弁室３１２と収納室１２とを連通させる、第１ロッド挿入孔３１４が形成されている。この第１ロッド挿入孔３１４には、第１ロッド３５が摺動自在に挿入されている。

第１中間ボデー３１には、一端が低圧シート面３１３に開口して、第１弁室３１２と収納室１２とを連通させる、排出通路３１５が形成されている。そして、第１弁体３３が低圧シート面３１３と接離することにより、排出通路３１５と第１弁室３１２との間が開閉されるようになっている。

第２中間ボデー３２には、高圧燃料通路３２１と制御室２６とを連通させて高圧燃料を制御室２６に供給する高圧供給通路３２２が形成されている。

第２中間ボデー３２には、第１弁室３１２と制御室２６とを連通させる第２ロッド挿入孔３２３が形成されている。この第２ロッド挿入孔３２３には、第２ロッド３８が摺動自在に挿入されている。第２ロッド３８には、ロッド貫通孔３８１とロッド溝３８２が形成されており、そのロッド貫通孔３８１とロッド溝３８２を介して第１弁室３１２と制御室２６が常時連通されている。なお、ロッド貫通孔３８１およびロッド溝３８２は、本発明の連絡通路を構成している。

第２中間ボデー３２には、高圧供給通路３２２における制御室２６側の開口部周囲に、平坦な高圧シート面３２４が形成されている。

第２弁体３６および第２弁体スプリング３７は、制御室２６に配置されている。そして、円板状の第２弁体３６が高圧シート面３２４と接離することにより、高圧供給通路３２２と制御室２６との間が開閉されるようになっている。第２弁体スプリング３７は、第２弁体３６を高圧シート面３２４に向かって付勢している。

第２弁体３６の径方向中心部には、第２弁体３６の軸方向に貫通するオリフィス３６１が形成されている。そして、第２弁体３６が高圧シート面３２４に当接した状態のとき、オリフィス３６１とロッド貫通孔３８１が連通するようになっている。

ピエゾアクチュエータ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。そして、ピエゾアクチュエータ４と第１弁体３３と第２弁体３６は直列に配置され、ピエゾアクチュエータ４の伸縮に伴って、第１弁体３３や第２弁体３６が駆動されるようになっている。

駆動電圧印加装置７は、ピエゾアクチュエータ４に印加する駆動電圧を、第１駆動電圧および第１駆動電圧よりも電圧が高い第２駆動電圧に切り替えるようになっている。

そして、ピエゾアクチュエータ４の積層方向長さは、駆動電圧が印加されていないときに最も短く、また、第１駆動電圧が印加されたときよりも第２駆動電圧が印加されたときの方が長くなる。

変位伝達機構５は、ピストンシリンダ５１と、ピストンシリンダ５１内に摺動自在に挿入された２つのピストン５２、５３とを備えている。２つのピストン５２、５３間には、燃料が充填された液室５４が形成されている。

第１ピストン５２は、ピエゾアクチュエータ４により直接駆動されるようになっている。そして、ピエゾアクチュエータ４の伸長時には、第１ピストン５２により液室５４の圧力が高められるようになっている。

第２ピストン５３は、第１ピストン５２よりも小径で、液室５４の圧力を受けて作動し、第２ピストン５３の変位は、第１ロッド３５を介して第１弁体３３に伝達されるようになっている。

そして、ピエゾアクチュエータ４の伸長時には、ピエゾアクチュエータ４により第１弁体３３が低圧シート面３１３から離れる向きに駆動されるようになっている。その際、ピエゾアクチュエータ４の長さの変化は、第１ピストン５２と第２ピストン５３の受圧面積比分拡大されて、第１弁体３３に伝達される。

次に、上記燃料噴射弁の作動を、図１〜図４に基づいて説明する。なお、図４において、実線はピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されたときの特性を示し、一点鎖線はピエゾアクチュエータ４に第２駆動電圧が印加されたときの特性を示している。

まず、ニードル閉弁状態（すなわち、噴孔２１１が閉状態）のときに、駆動電圧印加装置７からピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されてピエゾアクチュエータ４に電荷が充電されると、ピエゾアクチュエータ４が伸長して図２に示す状態になる。

すなわち、ピエゾアクチュエータ４が伸長して第１ピストン５２が駆動され、第１ピストン５２により液室５４の圧力が高められる。高圧化された液室５４の圧力により、第２ピストン５３が第１弁体３３側に向かって駆動される。

また、第２ピストン５３の変位が第１ロッド３５を介して第１弁体３３に伝達されることにより、第１弁体３３が第１弁体スプリング３４の付勢力に抗して、低圧シート面３１３から離れる向きに駆動される。

そして、この第１弁体３３の移動により、第１弁体３３が低圧シート面３１３から離れて排出通路３１５と第１弁室３１２との間が開かれる。換言すると、第１弁室３１２と制御室２６は、第２弁体３６のオリフィス３６１や、ロッド貫通孔３８１およびロッド溝３８２を介して、常時連通しているため、第１弁体３３が低圧シート面３１３から離れることにより、排出通路３１５と制御室２６との間が開かれる。

また、第１弁体３３は第２ロッド３８に当接した時点で停止し、第２弁体３６が高圧シート面３２４に当接した状態が維持されて、高圧供給通路３２２と制御室２６との間は閉じられたままである。換言すると、第１駆動電圧が印加されたときには、ピエゾアクチュエータ４の伸長に伴って、第１弁体３３および第２弁体３６のうち第１弁体３３のみが駆動される。

したがって、制御室２６の燃料は、第２弁体３６のオリフィス３６１、ロッド貫通孔３８１、ロッド溝３８２、第１弁室３１２、および排出通路３１５を介して、低圧の収納室１２に流出する。

これにより、制御室２６の圧力が下がり、ノズルニードル２２を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ノズルニードル２２が開弁向きに移動し、噴孔２１１から内燃機関の燃焼室内に燃料が噴射される。

次に、ピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されてニードル開弁状態（すなわち、噴孔２１１が開状態）のときに、駆動電圧印加装置７からピエゾアクチュエータ４への駆動電圧の印加を停止してピエゾアクチュエータ４の電荷を放電させると、ピエゾアクチュエータ４が収縮して液室５４の圧力が低下するため、第１弁体３３、第１ロッド３５、および第２ピストン５３が、第１弁体スプリング３４により押し戻される。

この第１弁体３３の移動により、第１弁体３３が低圧シート面３１３に当接して排出通路３１５と第１弁室３１２との間が閉じられる。換言すると、第１弁体３３が低圧シート面３１３に当接することにより、排出通路３１５と制御室２６との間が閉じられる。

ここで、排出通路３１５と第１弁室３１２との間が閉じられる前の時点では、第２弁体３６のオリフィス３６１の前後で圧力差が発生していて、制御室２６の圧力が第１弁室３１２の圧力よりも高くなっている。

そして、上述のように排出通路３１５と第１弁室３１２との間が閉じられると、制御室２６の燃料がオリフィス３６１およびロッド貫通孔３８１を介して第１弁室３１２に流れて、第１弁室３１２と制御室２６の圧力差が減少する。

この制御室２６の圧力差の減少により第２弁体３６を高圧シート面３２４に向かって付勢する力が小さくなるため、第２弁体３６は、高圧供給通路３２２内の高圧燃料の圧力により、高圧シート面３２４から離れる向きに駆動される。

そして、この第２弁体３６の移動により、第２弁体３６が高圧シート面３２４から離れて高圧供給通路３２２と制御室２６との間が開かれ、高圧供給通路３２２から制御室２６に高圧燃料が流入する。これにより、制御室２６の圧力が上がり、ノズルニードル２２を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ノズルニードル２２が閉弁向きに移動し、噴孔２１１が閉じられて燃料噴射が終了する。

次に、ニードル閉弁状態のときに、駆動電圧印加装置７からピエゾアクチュエータ４に第２駆動電圧が印加されてピエゾアクチュエータ４に電荷が充電されると、ピエゾアクチュエータ４が伸長して図３に示す状態になる。

すなわち、第２駆動電圧が印加されたときのピエゾアクチュエータ４の長さは、第１駆動電圧が印加されたときよりも長くなる。したがって、ピエゾアクチュエータ４に第２駆動電圧が印加されたときの第１弁体３３の移動量（すなわち、リフト量）は、ピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されたときの第１弁体３３の移動量よりも大きくなる（図４参照）。

これにより、ピエゾアクチュエータ４の伸長に伴って、まず第１弁体３３が低圧シート面３１３から離れる向きに駆動され、その後、第１弁体３３および第２ロッド３８を介して第２弁体３６が高圧シート面３２４から離れる向きに駆動されて、高圧供給通路３２２と制御室２６との間が開かれる。

したがって、制御室２６の燃料は、第２弁体３６のオリフィス３６１、ロッド貫通孔３８１、ロッド溝３８２、第１弁室３１２、および排出通路３１５を介して、低圧の収納室１２に流出するとともに、高圧供給通路３２２から制御室２６に高圧燃料が流入する。

そして、制御室２６への高圧燃料の流入量よりも制御室２６からの燃料流出量のほうが多くなるように設定されているため、制御室２６の圧力が下がってノズルニードル２２が開弁向きに移動し、噴孔２１１から内燃機関の燃焼室内に燃料が噴射される。

次に、ピエゾアクチュエータ４に第２駆動電圧が印加されてニードル開弁状態のときに、駆動電圧印加装置７からピエゾアクチュエータ４への駆動電圧の印加を停止してピエゾアクチュエータ４の電荷を放電させると、ピエゾアクチュエータ４が収縮して液室５４の圧力が低下するため、第２弁体３６、第２ロッド３８、第１弁体３３、第１ロッド３５、および第２ピストン５３が、第１弁体スプリング３４および第２弁体スプリング３７により押し戻される。

この第２弁体３６の移動により、第２弁体３６が高圧シート面３２４に当接して高圧供給通路３２２と制御室２６との間が閉じられる（すなわち、図２の状態）。

以下、前述した、ピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されてニードル開弁状態のときに、ピエゾアクチュエータ４への駆動電圧の印加を停止した場合と同様に作動して、燃料噴射が終了する。

ここで、ピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されたときは、制御室２６の燃料が収納室１２に流出するのみである。一方、ピエゾアクチュエータ４に第２駆動電圧が印加されたときは、制御室２６の燃料が収納室１２に流出するとともに、高圧供給通路３２２から制御室２６に高圧燃料が流入する。

したがって、ピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されたときの方が、ピエゾアクチュエータ４に第２駆動電圧が印加されたときよりも、制御室２６からの燃料流出速度が高くなる。すなわち、１個のピエゾアクチュエータ４にて、制御室２６から流出する燃料の排出速度を２段階に切り替えることができ、ひいては、ノズルニードル２２のリフト速度（すなわち、開弁速度）を２段階に切り替えることができる。

そして、図４に示すように、ピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されたときは、ピエゾアクチュエータ４に第２駆動電圧が印加されたときと比較して、制御室２６の圧力低下が速く、ノズルニードル２２のリフト速度が高いため、噴射初期の噴射率が急激に増加する特性になる。

以上述べたように、本実施形態によると、１個のピエゾアクチュエータ４にて、制御室２６から流出する燃料の排出速度を２段階に切り替えることができるため、燃料噴射弁の小型化を図ることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について、図５を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

図５に示すように、第２中間ボデー３２には、第２ロッド挿入孔３２３を介して制御室２６と連通する中間室８１が形成されている。

第１中間ボデー３１と第２中間ボデー３２との間に、第３中間ボデー８２が挟持されている。この第３中間ボデー８２には、中間室８１と第１弁室３１２とを連通させる中間ピン挿入孔８２１が形成されている。また、第３中間ボデー８２には、第１中間ボデー３１の高圧燃料通路３１１と第２中間ボデー３２の高圧燃料通路３２１とを連通させる高圧燃料通路８２２が形成されている。

第１弁室３１２、中間室８１および中間ピン挿入孔８２１には、ピエゾアクチュエータ４の伸長時に第１弁体３３の変位を第２弁体３６に伝達する変位伝達部材としての中間ピン８３が配置されている。中間ピン８３は、中間室８１に位置する鍔部８３１と、中間ピン挿入孔８２１に摺動自在に挿入されるとともに先端が第１弁室３１２に侵入しているピン部８３２とを備えている。また、中間ピン８３は、中間室８１と第１弁室３１２とを連通させる連絡通路としての中間ピン貫通孔８３３および中間ピン溝８３４が形成されている。

中間室８１には、中間ピン８３を所定のセット荷重で第１弁体３３側に向かって付勢する中間スプリング８４が配置されている。より詳細には、中間スプリング８４は、第１弁体３３が第１弁室３１２と排出通路３１５との間を閉じる向きに、中間ピン８３を付勢している。

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。なお、ピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されたときに、変位伝達機構５を介して第１弁体３３を駆動する力を、以下、第１駆動力という。また、ピエゾアクチュエータ４に第２駆動電圧が印加されたときに、変位伝達機構５を介して第１弁体３３を駆動する力を、以下、第２駆動力という。

まず、ニードル閉弁状態のときに、駆動電圧印加装置７からピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されると、第１弁体３３が第１弁体スプリング３４の付勢力に抗して駆動されて、排出通路３１５と第１弁室３１２との間が開かれる。

そして、第１弁体３３が中間ピン８３に当接すると、中間スプリング８４がピエゾアクチュエータ４の駆動力に対抗する。ここで、第１弁体３３が中間ピン８３に当接したときの第１弁体スプリング３４の付勢力と、中間スプリング８４のセット荷重の和は、第１駆動力よりも大きく、且つ第２駆動力よりも小さく設定されている。したがって、第１弁体３３は中間ピン８３に当接した時点で確実に停止し、第２弁体３６が高圧シート面３２４に当接した状態が確実に維持される。

このように、第１弁体３３が中間ピン８３に当接した状態では、制御室２６の燃料は、第２弁体３６のオリフィス３６１、ロッド貫通孔３８１、中間ピン貫通孔８３３、中間ピン溝８３４、第１弁室３１２、および排出通路３１５を介して、低圧の収納室１２に流出する。

これにより、制御室２６の圧力が下がり、ノズルニードル２２を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ノズルニードル２２が開弁向きに移動し、噴孔２１１から内燃機関の燃焼室内に燃料が噴射される。

次に、ピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されてニードル開弁状態のときに、駆動電圧印加装置７からピエゾアクチュエータ４への駆動電圧の印加を停止してピエゾアクチュエータ４の電荷を放電させると、第１弁体３３は第１弁体スプリング３４により押し戻される。

この第１弁体３３の移動により、第１弁体３３が低圧シート面３１３に当接して排出通路３１５と第１弁室３１２との間が閉じられる。以下、第１実施形態と同様に作動して、燃料噴射が終了する。

次に、ニードル閉弁状態のときに、駆動電圧印加装置７からピエゾアクチュエータ４に第２駆動電圧が印加されると、第１弁体３３が第１弁体スプリング３４の付勢力に抗して駆動されて、排出通路３１５と第１弁室３１２との間が開かれる。

前述したように、第１弁体３３が中間ピン８３に当接したときの第１弁体スプリング３４の付勢力と、中間スプリング８４のセット荷重の和は、第２駆動力よりも小さく設定されている。

したがって、第１弁体３３が中間ピン８３に当接した後、第１弁体３３および中間ピン８３は、第１弁体スプリング３４および中間スプリング８４に抗して駆動される。そして、中間ピン８３が第２ロッド３８に当接すると、第２ロッド３８を介して第２弁体３６が高圧シート面３２４から離れる向きに駆動されて、高圧供給通路３２２と制御室２６との間が開かれる。

これにより、制御室２６の燃料は、第２弁体３６のオリフィス３６１等を介して低圧の収納室１２に流出するとともに、高圧供給通路３２２から制御室２６に高圧燃料が流入する。

そして、制御室２６への高圧燃料の流入量よりも制御室２６からの燃料流出量のほうが多くなるように設定されているため、制御室２６の圧力が下がってノズルニードル２２が開弁向きに移動し、噴孔２１１から内燃機関の燃焼室内に燃料が噴射される。

次に、ピエゾアクチュエータ４に第２駆動電圧が印加されてニードル開弁状態のときに、駆動電圧印加装置７からピエゾアクチュエータ４への駆動電圧の印加を停止してピエゾアクチュエータ４の電荷を放電させると、第１弁体３３は第１弁体スプリング３４により押し戻され、中間ピン８３は中間スプリング８４により押し戻され、第２ロッド３８および第２弁体３６は第２弁体スプリング３７により押し戻される。

この第２弁体３６の移動により、第２弁体３６が高圧シート面３２４に当接して高圧供給通路３２２との間が閉じられる。以下、第１実施形態と同様に作動して、燃料噴射が終了する。

本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、中間スプリング８４を備えているため、ピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されたときに、第２弁体３６が高圧シート面３２４に当接した状態を確実に維持することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について、図６を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様または均等な部分についての説明を省略、または簡略化して説明する。

図６に示すように、ノズルボデー２１と第２中間ボデー３２との間に、第３中間ボデー９１が挟持されている。この第３中間ボデー９１には、中間ボデー貫通孔９１１を介して制御室２６と連通する中間ボデー制御室９１２が形成されている。中間ボデー制御室９１２には、高圧供給通路３２２を介して高圧燃料が供給されるようになっている。なお、制御室２６および中間ボデー制御室９１２は、本発明の制御室を構成している。

第２弁体３６および第２弁体スプリング３７は、中間ボデー制御室９１２に配置されている。そして、第２弁体３６が高圧シート面３２４と接離することにより、高圧供給通路３２２と中間ボデー制御室９１２との間が開閉されるようになっている。また、第２弁体３６が高圧シート面３２４に当接した状態のとき、オリフィス３６１とロッド貫通孔３８１が連通するようになっている。

第２弁体スプリング３７は、第２弁体３６と第３中間ボデー９１とに挟持されて、第２弁体３６を高圧シート面３２４に向かって付勢している。

次に、上記燃料噴射弁の作動を説明する。まず、ニードル閉弁状態のときに、駆動電圧印加装置７からピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されると、第１弁体３３が第１弁体スプリング３４の付勢力に抗して駆動されて、排出通路３１５と第１弁室３１２との間が開かれる。換言すると、第１弁室３１２と制御室２６は、中間ボデー貫通孔９１１、中間ボデー制御室９１２、第２弁体３６のオリフィス３６１、ロッド貫通孔３８１、ロッド溝３８２を介して、常時連通しているため、第１弁体３３が低圧シート面３１３から離れることにより、排出通路３１５と制御室２６との間が開かれる。

また、第１弁体３３は第２ロッド３８に当接した時点で停止し、第２弁体３６が高圧シート面３２４に当接した状態が維持されて、高圧供給通路３２２と中間ボデー制御室９１２との間は閉じられたままである。

したがって、制御室２６の燃料は、中間ボデー貫通孔９１１、中間ボデー制御室９１２、第２弁体３６のオリフィス３６１、ロッド貫通孔３８１、ロッド溝３８２、第１弁室３１２、および排出通路３１５を介して、低圧の収納室１２に流出する。

これにより、制御室２６の圧力が下がり、ノズルニードル２２を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ノズルニードル２２が開弁向きに移動し、噴孔２１１から内燃機関の燃焼室内に燃料が噴射される。

次に、ピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されてニードル開弁状態のときに、駆動電圧印加装置７からピエゾアクチュエータ４への駆動電圧の印加を停止してピエゾアクチュエータ４の電荷を放電させると、第１弁体３３は第１弁体スプリング３４により押し戻される。

この第１弁体３３の移動により、第１弁体３３が低圧シート面３１３に当接して排出通路３１５と第１弁室３１２との間が閉じられる。

ここで、排出通路３１５と第１弁室３１２との間が閉じられる前の時点では、第２弁体３６のオリフィス３６１の前後で圧力差が発生していて、制御室２６および中間ボデー制御室９１２の圧力が第１弁室３１２の圧力よりも高くなっている。

そして、上述のように排出通路３１５と第１弁室３１２との間が閉じられると、制御室２６および中間ボデー制御室９１２の燃料がオリフィス３６１およびロッド貫通孔３８１を介して第１弁室３１２に流れて、制御室２６および中間ボデー制御室９１２の圧力が低下する。

この中間ボデー制御室９１２の圧力低下により第２弁体３６を高圧シート面３２４に向かって付勢する力が小さくなるため、第２弁体３６は、高圧供給通路３２２内の高圧燃料の圧力により、高圧シート面３２４から離れる向きに駆動される。

そして、この第２弁体３６の移動により、第２弁体３６が高圧シート面３２４から離れて高圧供給通路３２２との間が開かれ、高圧供給通路３２２から中間ボデー制御室９１２に高圧燃料が流入する。これにより、制御室２６および中間ボデー制御室９１２の圧力が上がり、ノズルニードル２２を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ノズルニードル２２が閉弁向きに移動し、噴孔２１１が閉じられて燃料噴射が終了する。

次に、ニードル閉弁状態のときに、駆動電圧印加装置７からピエゾアクチュエータ４に第２駆動電圧が印加されると、まず第１弁体３３が低圧シート面３１３から離れる向きに駆動され、その後、第１弁体３３および第２ロッド３８を介して第２弁体３６が高圧シート面３２４から離れる向きに駆動されて、高圧供給通路３２２と中間ボデー制御室９１２との間が開かれる。

したがって、制御室２６の燃料は、中間ボデー貫通孔９１１、中間ボデー制御室９１２、第２弁体３６のオリフィス３６１、ロッド貫通孔３８１、ロッド溝３８２、第１弁室３１２、および排出通路３１５を介して、低圧の収納室１２に流出するとともに、高圧供給通路３２２から中間ボデー制御室９１２を介して制御室２６に高圧燃料が流入する。

そして、制御室２６への高圧燃料の流入量よりも制御室２６からの燃料流出量のほうが多くなるように設定されているため、制御室２６の圧力が下がってノズルニードル２２が開弁向きに移動し、噴孔２１１から内燃機関の燃焼室内に燃料が噴射される。

次に、ピエゾアクチュエータ４に第２駆動電圧が印加されてニードル開弁状態のときに、駆動電圧印加装置７からピエゾアクチュエータ４への駆動電圧の印加を停止してピエゾアクチュエータ４の電荷を放電させると、ピエゾアクチュエータ４が収縮して液室５４の圧力が低下するため、第２弁体３６、第２ロッド３８、第１弁体３３、第１ロッド３５、および第２ピストン５３が、第１弁体スプリング３４および第２弁体スプリング３７により押し戻される。

この第２弁体３６の移動により、第２弁体３６が高圧シート面３２４に当接して高圧供給通路３２２との間が閉じられる。以下、前述した、ピエゾアクチュエータ４に第１駆動電圧が印加されてニードル開弁状態のときに、ピエゾアクチュエータ４への駆動電圧の印加を停止した場合と同様に作動して、燃料噴射が終了する。

本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、第２弁体スプリング３７は第２弁体３６と第３中間ボデー９１とに挟持されているため、第２弁体スプリング３７の付勢力をノズルニードル２２に加えることなく第２弁体３６のみに加えることができ、第２弁体スプリング３７の設計自由度が高くなる。

（他の実施形態）
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。

４ ピエゾアクチュエータ
７ 駆動電圧印加装置
２２ ノズルニードル
２６ 制御室
３３ 第１弁体
３６ 第２弁体
３１５ 排出通路
３２２ 高圧供給通路
９１２ 中間ボデー制御室

Claims (3)

1. 高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための噴孔（２１１）を有するノズルボデー（２１）と、
   前記ノズル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、
   前記ノズルニードルに閉弁向きの燃料圧力を作用させる制御室（２６、９１２）と、
   前記制御室の燃料を低圧部（１２）に排出させる排出通路（３１５）と、
   高圧燃料を前記制御室に供給する高圧供給通路（３２２）と、
   前記制御室と前記排出通路との間を開閉する第１弁体（３３）と、
   前記制御室と前記高圧供給通路との間を開閉する第２弁体（３６）と、
   電荷の充放電により伸縮して、前記第１弁体および前記第２弁体を駆動するピエゾアクチュエータ（４）と、
   前記ピエゾアクチュエータに印加する駆動電圧を、第１駆動電圧および当該第１駆動電圧よりも電圧が高い第２駆動電圧に切り替える駆動電圧印加装置（７）とを備え、
   前記ピエゾアクチュエータに駆動電圧が印加されていないときには、前記第１弁体は前記制御室と前記排出通路との間を閉じ、
   前記ピエゾアクチュエータに前記第１駆動電圧が印加されたときには、前記第１弁体および前記第２弁体のうち第１弁体のみが駆動されて、前記制御室と前記排出通路との間が開かれ、
   前記ピエゾアクチュエータに前記第２駆動電圧が印加されたときには、前記第１弁体が駆動されて前記制御室と前記排出通路との間が開かれるとともに、前記第２弁体が駆動されて前記制御室と前記高圧供給通路との間が開かれる燃料噴射弁。
2. 前記排出通路に連通するとともに、連絡通路（３８１、３８２、８３３、８３４）を介して前記制御室と連通する第１弁室（３１２）を備え、
   前記第１弁体は、前記第１弁室に配置され、
   前記第２弁体は、前記制御室に配置され、
   前記ピエゾアクチュエータと前記第１弁体と前記第２弁体は直列に配置され、
   前記第１駆動電圧が印加されたときの前記ピエゾアクチュエータの伸長に伴って、前記第１弁体および前記第２弁体のうち第１弁体のみが駆動され、
   前記第２駆動電圧が印加されたときの前記ピエゾアクチュエータの伸長に伴って、前記第１弁体を介して前記第２弁体が駆動される請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記ピエゾアクチュエータ４の伸長時に前記第１弁体の変位を前記第２弁体に伝達する変位伝達部材（８３）と、
   前記変位伝達部材を所定のセット荷重で且つ前記第１弁体が前記第１弁室と前記排出通路との間を閉じる向きに付勢する中間スプリング（８４）とを備える請求項２に記載の燃料噴射弁。

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