JP2005320904A

JP2005320904A - 燃料噴射弁

Info

Publication number: JP2005320904A
Application number: JP2004139326A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nagatomo; 宏明永友; Shigeo Nomura; 重夫野村; Kimitaka Saito; 公孝斎藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2005-11-17

Abstract

【課題】第１、第２ニードル６、７により段階的に燃料噴射を実行することができる燃料噴射弁１において、第２ニードル７の上昇に伴う実噴射量のステップ状の増加を防止することにある。
【解決手段】第１、第２ニードル６、７を、別々の第１、第２スプリング８、９の弾性力により閉孔方向に付勢する。これにより、第２ニードル７が上昇を始めると、第２スプリング９による閉孔方向への付勢力が第２ニードル７に独自に作用する。このため、燃料噴射弁１の各種パラメータを調節することにより、第１ニードル６が下降を始めると同時に、第２ニードル７に下降を開始させたり、上昇を停止させたり、上昇速度を低下させたりすることができる。この結果、第２ニードル７の上昇に伴う実噴射量のステップ状の増加を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに燃料を噴射供給する燃料噴射弁に関する。

〔従来の技術〕
近年、エンジン（特にディーゼルエンジン）からの排気ガスに含まれる有害物質の低減や、エンジンの低燃費・高出力運転を目的として、燃料噴射を段階的に実行することができる燃料噴射弁が考えられている。

このような燃料噴射弁１００は、例えば図１２に示すように、供給側流路１０１から噴射圧力に加圧された高圧燃料が供給される燃料溜まり１０２、および燃料溜まり１０２と燃料噴射弁１００の外部とを連通する複数の噴射孔１０３、１０４が形成されたボディ１０５と、ボディ１０５に軸方向へ移動自在に収容され、一部の噴射孔１０３を開閉する略円筒状の第１ニードル１０６と、第１ニードル１０６の内周側で同軸的に移動することができるとともに、噴射孔１０３以外の噴射孔１０４を開閉する棒状の第２ニードル１０７と、噴射孔１０３を閉止する方向（閉孔方向）に第１ニードル１０６を付勢するスプリング１０８とを備える。

また、第１、第２ニードル１０６、１０７は、ボディ１０５に形成された背圧制御室１０９に導入される高圧燃料により背圧がかけられて、閉孔方向に付勢されている。

ここで、第１、第２ニードル１０６、１０７のシート面１１０への着座位置からの変位量（以下、リフト量と呼ぶ）の経時変化は図１３（ａ）に示すようになる。ここで、時間ｔｕは、第１ニードル１０６が上昇を始める時であり、時間ｔｖは、第２ニードル１０７が上昇を始める時である。また、時間ｔｗは、第１ニードル１０６が下降を始める時であり、時間ｔｘは、第２ニードル１０７が下降を始める時であり、時間ｔｙは、第１、第２ニードル１０６、１０７がシート面１１０に着座する時である。

すなわち、背圧制御手段１１１により燃料流路が切り替えられて背圧制御室１０９と排出側流路１１２とが連通すると、背圧制御室１０９からの高圧燃料の排出が始まり、第１、第２ニードル１０６、１０７にかかる背圧が低下する。これにより、背圧とスプリング１０８の弾性力との和が燃料溜まり１０２の燃料圧力（以下、溜まり圧と呼ぶ）よりも小さくなると、先ず第１ニードル１０６が噴射孔１０３を開放する方向（開孔方向）に移動を始め、時間ｔｕにおいて噴射孔１０３からの燃料噴射が始まる。

次に、第２ニードル１０７が開孔方向に移動を始め、噴射孔１０４からの燃料噴射が始まる（以後、「開孔方向への移動」を「上昇」と呼ぶ）。そして、時間ｔｗにおいて、背圧制御手段１１１により燃料流路が切り替えられて背圧制御室１０９と排出側流路１１２とが遮断されると、背圧制御室１０９からの高圧燃料の排出が止まり、供給側流路１０１からの高圧燃料の供給により、第１、第２ニードル１０６、１０７にかかる背圧が上昇する。これにより、背圧とスプリング１０８の弾性力との和が溜まり圧よりも大きくなると、先ず第１ニードル１０６が時間ｔｖにおいて閉孔方向に移動を開始する。一方、第２ニードル１０７に作用する力は背圧と溜まり圧のみであり、背圧が溜まり圧と同等になるまで上昇していないので、第２ニードル１０７は上昇を続ける。

そして、時間ｔｘにおいて、第１ニードル１０６の係合部１１６が第２ニードル１０７の係合部１１７に係合すると、第２ニードル１０７は閉孔方向に移動を始める。その後、第１、第２ニードル１０６、１０７は一体となって閉孔方向に移動し、同時にシート面１１０に着座して噴射孔１０３、１０４を閉止する。これにより、噴射孔１０３、１０４からの燃料噴射が同時に終了する（以後、「閉孔方向への移動」を「下降」と呼ぶ）。

このように、燃料噴射弁１００による燃料噴射は、第１ニードル１０６が噴射孔１０３を開放した後に、第２ニードル１０７が遅れて噴射孔１０４を開放することにより、２段階に分けて実行される（例えば、特許文献１参照）。なお、背圧制御手段１１１の切り替えはＥＣＵ（図示せず）から出力される指令値に基づいて実行される。この指令値は、例えば背圧制御室１０９と排出側流路１１２との連通時間（噴射時間）を示す指令噴射時間τである。

〔従来の技術の不具合〕
ところで、要求される実噴射量Ｑが少ないときに（指令噴射時間τが短いときに）、燃料噴射弁１００による燃料噴射が実行されると、図１３（ｂ）に示すように時間ｔｖよりも時間ｔｗの方が先行する可能性がある。この場合、第２ニードル１０７は上昇しないので噴射孔１０４は全く開放されず、噴射孔１０３のみにより燃料噴射が実行される。

しかし、第２ニードル１０７は、一旦、上昇すると第１ニードル１０６と係合して一体になるまで、下降を開始しない。よって、第２ニードル１０７が、一旦、上昇すると、図１４（ａ）に示す期間Ｔ０に噴射孔１０４から噴射される燃料量Ｑｓｔだけ実噴射量Ｑが増加する。ここで、期間Ｔ０とは、時間ｔｖと時間ｔｗとが重なったときに、第２ニードル１０７がシート面１１０から離れている時間帯である。

このため、図１４（ｂ）に示すように、指令噴射時間τには、実噴射量Ｑがステップ状に燃料量Ｑｓｔだけ増加する値τｃｔが存在する（値τｃｔは、時間ｔｖと時間ｔｗとが重なる指令噴射時間τである）。この結果、値Ｑ０〜Ｑ０＋Ｑｓｔの範囲では、実噴射量Ｑを制御することが極めて困難になってしまう。ここで、値Ｑ０は、時間ｔｖと時間ｔｗとが重なったときに、第１ニードル１０６がシート面１１０から離れているときに噴射孔１０３から噴射される燃料量である。
国際公開第０３／０６９１５１号パンフレット

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、第１、第２ニードルにより段階的に燃料噴射を実行することができる燃料噴射弁において、第２ニードルの上昇に伴う実噴射量のステップ状の増加を防止することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の燃料噴射弁では、第１ニードルは、燃料の背圧および第１付勢手段の弾性力により閉孔方向に付勢され、第２ニードルは、燃料の背圧および第２付勢手段の弾性力により閉孔方向に付勢される。
これにより、第２ニードルが上昇を始めると、第２付勢手段による閉孔方向への付勢力が第２ニードルに独自に作用する。このため、第１、第２付勢手段の弾性係数、第１、第２ニードルの溜まり圧の受圧面積、第１、第２ニードルの背圧の受圧面積など（以下、燃料噴射弁の各種パラメータと呼ぶ）を調節することにより、第１ニードルが下降を始めると同時に、第２ニードルに下降を開始させたり、上昇を停止させたり、上昇速度を低下させたりすることができる。この結果、第２ニードルの上昇に伴う実噴射量のステップ状の増加を防止することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の燃料噴射弁では、第１、第２付勢手段が同じ背圧制御室に収容されている。
第１、第２付勢手段を、ボディ内の別々の場所に収容する場合、ボディは３分割される必要がある。これに対し、第１、第２付勢手段をボディ内の同一の場所に収容する場合、ボディは２分割されていればよい。このため、より少ない数の部材でボディを組み立てることができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の燃料噴射弁では、第１ニードルが下降する際に第２ニードルと係合し、第１、第２ニードルが一体的に下降する。
これにより、第１、第２ニードルを同時にシート面に着座させることができるので、燃料噴射を１段階で終了させることができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の燃料噴射弁は、第１付勢手段が第１背圧制御室に収容され、第２付勢手段が第１背圧制御室とは別の第２背圧制御室に収容されている。

最良の形態１の燃料噴射弁は、エンジンに燃料を噴射供給するものであって、燃料が供給される燃料溜まりが内部に形成されるとともに、燃料溜まりと燃料噴射弁の外部とを連通する複数の噴射孔が形成されたボディと、ボディに軸方向へ移動自在に収容され、複数の噴射孔の内の一部の噴射孔を開閉する略円筒状の第１ニードルと、第１ニードルの内周側で同軸的に移動することができるとともに、一部の噴射孔以外の噴射孔を開閉する第２ニードルと、燃料による背圧とともに、一部の噴射孔を閉止する方向に第１ニードルを付勢する第１付勢手段と、燃料による背圧とともに、一部の噴射孔以外の噴射孔を閉止する方向に第２ニードルを付勢する第２付勢手段とを備える。

最良の形態２の燃料噴射弁のボディは、第１ニードルおよび第２ニードルに背圧をかけるために燃料が供給される１つの背圧制御室を有し、第１付勢手段は、背圧制御室に収容されるとともに第１ニードルに取り付けられ、第２付勢手段は、背圧制御室に収容されるとともに第２ニードルに取り付けられている。
最良の形態３の燃料噴射弁の第１ニードルは、一部の噴射孔を閉止する方向に移動する際に第２ニードルと係合し、第２ニードルと一体的に移動する。

〔実施例１の構成〕
実施例１の燃料噴射弁１の構成を図１に基づいて説明する。
燃料噴射弁１は、例えばディーゼルエンジン（図示せず：以下、エンジンと呼ぶ）の気筒に燃料を噴射供給するための燃料噴射装置（図示せず）の一部を構成する。この燃料噴射装置は、燃料タンクの燃料を汲み上げるとともに高圧化して吐出する燃料噴射ポンプ（図示せず）、この燃料噴射ポンプから吐出された高圧燃料を噴射圧力で蓄圧するコモンレール（図示せず）、エンジンの気筒に高圧燃料を噴射供給する燃料噴射弁１、燃料噴射ポンプや燃料噴射弁１などの作動を制御するＥＣＵ（図示せず）などを備える。

燃料噴射弁１は、図１に示すように、高圧燃料が供給される燃料溜まり２が内部に形成されるとともに、燃料溜まり２と燃料噴射弁１の外部とを連通する複数の噴射孔３、４が形成されたボディ５と、ボディ５に軸方向へ移動自在に収容され、一部の噴射孔３を開閉する略円筒状の第１ニードル６と、第１ニードル６の内周側で同軸的に移動することができるとともに、一部の噴射孔３以外の噴射孔４を開閉する第２ニードル７と、燃料による背圧とともに第１ニードル６を閉孔方向に付勢する第１付勢手段としての第１スプリング８と、燃料による背圧とともに第２ニードル７を閉孔方向付勢する第２付勢手段としての第２スプリング９と、背圧を増減させる背圧制御手段１０とを備える。

ボディ５には、燃料溜まり２および噴射孔３、４に加えて、燃料噴射弁１の各部からリークしたリーク燃料が導入されるリーク燃料室１４、第１、第２ニードル６、７に背圧をかけるために高圧燃料が供給される背圧制御室１５が形成されている。

また、ボディ５には、供給側流路１８から燃料溜まり２へ高圧燃料を供給するための高圧流路１９、供給側流路１８から背圧制御室１５へ高圧燃料を供給するための加圧流路２０、背圧制御室１５から排出側流路２１へ高圧燃料を排出するための減圧流路２２、リーク燃料室１４から排出側流路２１へリーク燃料を排出するための低圧流路２３などの燃料流路が形成されている。ここで、供給側流路１８とは、コモンレール等と連結された燃料流路であり、噴射圧力の高圧燃料を燃料噴射弁１に供給するための燃料流路である。また、排出側流路２１とは、燃料タンクへ燃料を還流するための燃料流路である。

高圧流路１９および加圧流路２０は、供給側流路１８と常に連通しており、低圧流路２３は、排出側流路２１と常に連通している。減圧流路２２は、背圧制御手段１０により連通状態が切り替えられる。すなわち、減圧流路２２は、背圧制御手段１０により、供給側流路１８および加圧流路２０と連通する状態と、排出側流路２１と連通する状態との間で連通状態が切り替えられる。

さらに、加圧流路２０には絞り２６が配置され、減圧流路２２には絞り２６よりも孔径が大きい絞り２７が配置されている。これにより、排出側流路２１と減圧流路２２とが連通すると、減圧流路２２を通過する燃料の流量が、加圧流路２０を通過する燃料の流量よりも大きくなる。このため、背圧制御室１５から排出される燃料の流量が、背圧制御室１５へ供給される燃料の流量よりも大きくなるので、背圧が減少する。また、排出側流路２１と減圧流路２２とが連通する状態から、供給側流路１８および加圧流路２０と減圧流路２２とが連通する状態に切り替えられると、排出側流路２１と減圧流路２２とが遮断されるので、背圧制御室１５からの燃料の排出が停止され背圧が増加する。

燃料溜まり２の一端側には、噴射孔３、４が開口するとともに第１、第２ニードル６、７が着座するシート面３０が形成されている。また、リーク燃料室１４には第１スプリング８が収容され、背圧制御室１５には第２スプリング９が収容されている。そして、第１スプリング８は、一端が第１ニードル６に取り付けられ、他端がボディ５に取り付けられている。また、第２スプリング９は、一端が第２ニードル７に取り付けられ、他端がボディ５に取り付けられている。

また、ボディ５は、燃料溜まり２と噴射孔３、４とが形成される第１部材３２、リーク燃料室１４と背圧制御室１５とが形成される第２部材３３、加圧流路２０と減圧流路２２とが形成されるとともに供給側流路１８や排出側流路２１に連結される第３部材３４から構成される。

第１ニードル６は、主に第１部材３２に収容される一端側部材３６と、主に第２部材３３に収容される他端側部材３７とから構成される。一端側部材３６には、シート面３０に着座する第１シート部３９が形成されている。そして、第１シート部３９がシート面３０に着座することにより、噴射孔３が閉止される。また、一端側部材３６は、燃料溜まり２において溜まり圧により開孔方向に付勢されている。他端側部材３７には、第１スプリング８が取り付けられ、第１スプリング８の弾性力により閉孔方向に付勢されている。また、他端側部材３７は、背圧制御室１５において背圧により閉孔方向に付勢されている。

一端側部材３６および他端側部材３７は、互いに内周径が等しい内筒部４０、４１が各々に形成され、同軸的に連結されて１つの内周面４２を形成する。また、他端側部材３７には、内筒部４１の他端側に内筒部４１よりも内周径が大きい径大部４３が形成されている。径大部４３の一端面は、第１ニードル６が所定値ｈｃ以上に上昇すると第２ニードル７に当接する第１係合面４４をなしている。

第２ニードル７は、内筒部４０、４１に移動自在に収容される棒状部４８と、棒状部４８の他端に形成されて径大部４３に移動自在に収容される鍔部４９とを有する。棒状部４８の一端側には、シート面３０に着座する第２シート部５１が形成されている。そして、第２シート部５１がシート面３０に着座することにより、噴射孔４が閉止される。また、棒状部４８は、第１ニードル６が上昇を開始すると、燃料溜まり２において溜まり圧により開孔方向に付勢される。鍔部４９には、他端面に第２スプリング９が取り付けられ、第２スプリング９の弾性力により閉孔方向に付勢されている。また、鍔部４９は、背圧制御室１５において背圧により閉孔方向に付勢されている。

さらに、鍔部４９の一端面は、第１ニードル６が所定値ｈｃ以上に上昇すると第１係合面４４に当接される第２係合面５２をなしている。ここで、所定値ｈｃは、第１、第２シート部３９、５１が両方ともシート面３０に着座している状態における第１、第２係合面４４、５２間の距離である。また、棒状部４８の外周面５３が内周面４２を摺動し、鍔部４９の外周面が径大部４３の内周面を摺動することにより、第１、第２ニードル６、７は、互いに独立して移動することができる。

背圧制御手段１０は、減圧流路２２と排出側流路２１とが連通する状態と、減圧流路２２と加圧流路２０および供給側流路１８とが連通する状態とを切り替える。この切り替えは、ＥＣＵから出力される指令値に基づいて実行される。この指令値は、例えば減圧流路２２と排出側流路２１との連通時間（噴射時間）を示す指令噴射時間τである。そして、減圧流路２２と排出側流路２１とが連通すると、背圧制御室１５からの燃料の排出が促進されるので、背圧が減少する。また、減圧流路２２と加圧流路２０および供給側流路１８とが連通すると、背圧制御室１５への燃料の供給が促進されるので、背圧が増加する。以上より、背圧制御手段１０は、減圧流路２２の連通状態を切り替えることにより、背圧を制御する。

〔実施例１の作用〕
実施例１の燃料噴射弁１の作用を、図１ないし図４を用いて説明する。
まず、燃料噴射弁１による燃料の噴射率ｄＱについて説明する。噴射率ｄＱは、図４に示すように、噴射孔３から噴射される燃料の噴射率ｄＱ１と、噴射孔４から噴射される燃料の噴射率ｄＱ２との和である。

噴射率ｄＱ１は、噴射孔３の有効断面積（第１有効孔面積と呼ぶ）、または第１シート部３９とシート面３０との間に形成される有効断面積（第１有効隙間面積と呼ぶ）の小さい方に応じた値になる。ここで、第１有効隙間面積は第１ニードル６のリフト量Ｈ１に応じて変化するのに対し、第１有効孔面積は常に一定である。これにより、リフト量Ｈ１には、第１有効隙間面積と第１有効孔面積とが等しくなる所定値ｈ１が存在する。このため、リフト量Ｈ１が所定値ｈ１以下であれば、噴射率ｄＱ１はリフト量Ｈ１に応じて変化する。また。リフト量Ｈ１が所定値ｈ１よりも大きければ、噴射率ｄＱ１はリフト量Ｈ１に関わらず一定値ｑ１になる。

噴射率ｄＱ２は、噴射孔４の有効断面積（第２有効孔面積と呼ぶ）、または第２シート部５１とシート面３０との間に形成される有効断面積（第２有効隙間面積と呼ぶ）の小さい方に応じた値になる。ここで、第２有効隙間面積は第２ニードル７のリフト量Ｈ２に応じて変化するのに対し、第２有効孔面積は常に一定である。これにより、リフト量Ｈ２には、第２有効隙間面積と第２有効孔面積とが等しくなる所定値ｈ２が存在する。このため、リフト量Ｈ２が所定値ｈ２以下であれば、噴射率ｄＱ２はリフト量Ｈ２に応じて変化する。また。リフト量Ｈ２が所定値ｈ２よりも大きければ、噴射率ｄＱ２はリフト量Ｈ２に関わらず一定値ｑ２になる。

次に、噴射率ｄＱの経時変化を、リフト量Ｈ１、Ｈ２の経時変化とともに、時間ｔａ〜ｔｉにより区分された期間Ｌａｂ、Ｌｂｃ、Ｌｃｄ、Ｌｄｅ、Ｌｅｆ、Ｌｆｇ、Ｌｇｈ、Ｌｈｉごとに説明する。

ここで、時間ｔａは、第１ニードル６が上昇を始める時である。時間ｔｂは、第１ニードル６が上昇しているときに、リフト量Ｈ１が所定値ｈ１になる時である。時間ｔｃは、第１ニードル６が上昇しているときに、リフト量Ｈ１が所定値ｈｃになるとともに、第２ニードル７が上昇を始める時である。時間ｔｄは、第２ニードル７が上昇しているときに、リフト量Ｈ２が所定値ｈ２になる時である。

時間ｔｅは、第１、第２ニードル６、７が下降を始める時である。なお、実施例１では、同じ背圧により時間ｔｅにおいて同時に第１、第２ニードル６、７が下降を始めることができるように、燃料噴射弁１の各種パラメータが設計されている。

時間ｔｆは、第２ニードル７が下降しているときに、リフト量Ｈ２が所定値ｈ２になる時である。時間ｔｇは、第２ニードル７が下降を終える時であって、リフト量Ｈ１が所定値ｈｃになる時である。時間ｔｈは、第１ニードル６が下降しているときに、リフト量Ｈ１が所定値ｈ１になる時である。時間ｔｉは、第１ニードル６が下降を終える時である。

以下、期間Ｌａｂ、Ｌｂｃ、Ｌｃｄ、Ｌｄｅ、Ｌｅｆ、Ｌｆｇ、Ｌｇｈ、Ｌｈｉごとに、噴射率ｄＱの経時変化を燃料噴射弁１の状態変化とともに説明する。

まず、時間ｔａ以前には、図１に示すように、背圧制御手段１０により供給側流路１８および加圧流路２０と減圧流路２２とが連通し、排出側流路２１と減圧流路２２とが遮断されている。このため、第１、第２ニードル６、７は、溜まり圧と同等の背圧により閉孔方向に付勢されている。さらに、第１、第２ニードル６、７は、第１、第２スプリング８、９による弾性力により閉孔方向に付勢されている。この結果、閉孔方向に作用する付勢力の方が大きいので、第１、第２シート部３９、５１は、両方ともシート面３０に着座し、噴射孔３、４は閉止されている。したがって、燃料の噴射は全く行われていない。

時間ｔａ〜ｔｂの期間Ｌａｂでは、第１ニードル６のみが上昇し、噴射孔３から燃料の噴射が行われるとともに、噴射率ｄＱが増加する。すなわち、時間ｔａにおいて、図２に示すように、背圧制御手段１０により減圧流路２２の連通状態が切り替えられて排出側流路２１と減圧流路２２とが連通し、第１、第２ニードル６、７にかかる背圧が減少する。これにより、第１ニードル６が上昇を開始し噴射孔３が開放されるので、噴射孔３からの燃料の噴射が始まる。また、リフト量Ｈ１が所定値ｈ１以下なので、噴射率ｄＱ１はリフト量Ｈ１に応じて増加する。このため、全体の噴射量ｄＱもリフト量Ｈ１に応じて増加する。

時間ｔｂ〜ｔｃの期間Ｌｂｃでは、引き続き、第１ニードル６のみが上昇し噴射孔３のみから燃料の噴射が行われるが、噴射率ｄＱが増加しなくなる。すなわち、時間ｔｂにおいて、リフト量Ｈ１が所定値ｈ１になるので、噴射率ｄＱ１は一定値ｑ１になる。このため、全体の噴射量ｄＱも一定値ｑ１になる。

時間ｔｃ〜ｔｄの期間Ｌｃｄでは、第２ニードル７が第１ニードル６とともに上昇し、噴射孔３に加えて噴射孔４から燃料の噴射が行われるとともに、噴射率ｄＱが増加する。すなわち、時間ｔｃにおいて、図３に示すように、リフト量Ｈ１が所定値ｈｃとなり、第１係合面４４が第２係合面５２に当接する。これにより、第２ニードル７が上昇を開始し噴射孔４が開放されるので、噴射孔４を通じて燃料の噴射が始まる（以降、時間ｔｃ〜ｔｇの間、第１、第２ニードル６、７は互いに係合し一体となって移動する）。また、リフト量Ｈ２が所定値ｈ２以下なので、噴射率ｄＱ２はリフト量Ｈ２に応じて増加する。このため、噴射率ｄＱもリフト量Ｈ２に応じて増加する。

時間ｔｄ〜ｔｅの期間Ｌｄｅでは、引き続き、第１、第２ニードル６、７が両方とも上昇し噴射孔３、４から燃料の噴射が行われるが、噴射率ｄＱが増加しなくなる。すなわち、時間ｔｄにおいて、リフト量Ｈ２が所定値ｈ２になるので、噴射率ｄＱ２は一定値ｑ２になる。このため、噴射率ｄＱは一定値（ｑ１＋ｑ２）になる。

時間ｔｅ〜ｔｆの期間Ｌｅｆでは、噴射孔３、４から燃料の噴射が行われ、噴射率ｄＱも一定値（ｑ１＋ｑ２）であるが、第１、第２ニードル６、７が両方とも下降している。すなわち、時間ｔｅにおいて、背圧制御手段１０により減圧流路２２の連通状態が切り替えられて供給側流路１８および加圧流路２０と減圧流路２２とが連通し、第１、第２ニードル６、７にかかる背圧が増加する。これにより、第１、第２ニードル６、７は両方とも下降を開始し、リフト量Ｈ１、Ｈ２は両方とも減少し始める。

時間ｔｆ〜ｔｇの期間Ｌｆｇでは、引き続き第１、第２ニードル６、７が両方とも下降し、噴射率ｄＱが減少する。すなわち、時間ｔｆにおいて、リフト量Ｈ２が所定値ｈ２になるので、噴射率ｄＱ２はリフト量Ｈ２に応じて決まるようになる。このため、噴射率ｄＱもリフト量Ｈ２に応じて減少する。

時間ｔｇ〜ｔｈの期間Ｌｇｈでは、第１ニードル６のみが下降し、噴射孔３のみから燃料の噴射が行われるが、噴射率ｄＱが減少しなくなる。すなわち、時間ｔｇにおいて、第２シート部５１がシート面３０に着座して第２ニードル７が下降を終了する。これにより、噴射孔４が閉止されるので、噴射孔４からの燃料の噴射が終わる。また、リフト量Ｈ１が所定値ｈｃとなり、第１係合面４４が第２係合面５２から分離する。さらに、期間Ｌｇｈでは、リフト量Ｈ１が所定値ｈ１よりも大きいので、噴射率ｄＱ１は一定値ｑ１である。このため、噴射率ｄＱも一定値ｑ１である。

時間ｔｈ〜ｔｉの期間Ｌｈｉでは、引き続き第１ニードル６が下降し、噴射孔３のみから燃料の噴射が行われるとともに、噴射率ｄＱが減少する。すなわち、時間ｔｈにおいて、リフト量Ｈ１が所定値ｈ１になるので、噴射率ｄＱ１は、リフト量Ｈ１に応じて決まるようになる。このため、噴射率ｄＱもリフト量Ｈ１に応じて減少する。そして、時間ｔｉにおいて、第１シート部３９がシート面３０に着座して第１ニードル６が下降を終了する。これにより、噴射孔３が閉止されるので、噴射孔３からの燃料の噴射が終わる。

〔実施例１の効果〕
実施例１の燃料噴射弁１によれば、第１ニードル６は、燃料の背圧および第１スプリング８の弾性力により閉孔方向に付勢され、第２ニードル７は、燃料の背圧および第２スプリング９の弾性力により閉孔方向に付勢される。また、燃料噴射弁１の各種パラメータは、背圧の増減に応じて第１、第２ニードル６、７が同じ速度で上昇または下降できるように調節されている。
これにより、第２ニードル７が上昇を始めると、第２スプリング９による閉孔方向への付勢力が第２ニードル７に独自に作用するとともに、第１、第２ニードル６、７は同時に下降を開始することができる。すなわち、図５（ａ）に示すように、リフト量Ｈ１が減少すると、リフト量Ｈ２も減少する。このため、図５（ｂ）に示すように、時間ｔｃと時間ｔｅとが重なるような指令噴射時間τの値τｃｔの前後で、実噴射量Ｑがステップ状に増加するのを防止することができる。

なお、図５（ｂ）において、値τｃｔよりも短い指令噴射時間τでは、実噴射量Ｑの増加率は第１有効孔面積または第１有効隙間面積に応じた値である。また、値τｃｔよりも長い指令噴射時間τでは、実噴射量Ｑの増加率は第１有効孔面積と第２有効孔面積または第２有効隙間面積との和に応じた値である。よって、値τｃｔよりも長い指令噴射時間τにおける増加率は、値τｃｔよりも短い指令噴射時間τにおける増加率よりも大きい。

実施例２の燃料噴射弁１では、図６に示すように、第１、第２スプリング８、９が両方とも、背圧制御室１５に収容されている。また、第１ニードル６は、一部材からなる。
これにより、ボディ５を、燃料溜まり２、背圧制御室１５および噴射孔３、４が形成される第１部材３２、加圧流路２０と減圧流路２２とが形成されるとともに供給側流路１８や排出側流路２１に連結される第２部材３３から構成することができる。このため、より少ない数の部材でボディ５を組み立てることができる。

〔実施例３の構成〕
実施例３の燃料噴射弁１では、図７に示すように、第１ニードル６において内筒部５７と径大部４３との間に、内筒部５７よりも径小の径小部５８が形成され、これに伴い内筒部５７に他端面が形成される。この他端面は、第１ニードル６が下降するときに、第２ニードル７に当接する第１係合面５９をなしている。

第２ニードル７は、内筒部５７に移動自在に収容される棒状部４８、径大部４３に移動自在に収容される鍔部４９、棒状部４８および鍔部４９よりも径小であって棒状部４８の他端と鍔部４９の一端とを連結する連結部６２を有する。このように棒状部４８の他端側に、棒状部４８よりも径小の連結部６２が形成されることにより、棒状部４８に他端面が形成される。この他端面は、第１ニードル６が下降するときに、第１係合面５９に当接する第２係合面６３をなしている。
なお、第１、第２ニードル６、７は、実施例１と同様に、第１ニードル６が所定値ｈｃ以上に上昇すると互いに当接する第１、第２係合面４４、５２が設けられている。

〔実施例３の作用〕
実施例３の燃料噴射弁１の作用を、図７ないし図１１を用いて説明する。
実施例３では、先に第１ニードル６が下降を始め、第２ニードル７は第１係合面５９が第２係合面６３に当接してから下降を始める。ここで、図１１における時間ｔｅ１は、第１ニードル６が下降を始める時であり、時間ｔｅ２は、第２ニードル７が下降を始める時である。すなわち、燃料噴射弁１の各種パラメータは、第１係合面５９が第２係合面６３に当接してから第２ニードル７が下降を始めるように設計されている。さらに第１、第２ニードル６、７は、第１係合面５９が第２係合面６３に当接した状態で、第１、第２シート部３９、５１がシート面３０に着座できるように設計されている。

実施例３の燃料噴射弁１は、時間ｔｅ１まで実施例１と同様の作用を行う。
すなわち、図８に示すように、まず第１ニードル６が上昇を始めて、噴射孔３のみから燃料の噴射が行われる。そして、図９に示すように、第１係合面４４が第２係合面５２に当接したら、第２ニードル７が上昇を始め、噴射孔４からも燃料の噴射が行われる。

そして、時間ｔｅ１において、背圧制御手段１０により減圧流路２２の連通状態が切り替えられ背圧が増加すると、第１ニードル６のみが下降を開始する。そして、時間ｔｅ１〜ｔｅ２の間に、第１ニードル６は所定値ｈｃだけ下降し、時間ｔｅ２において、第１係合面５９が第２係合面６３に当接する。これにより、第２ニードル７も下降を始め、図１０に示すように第１係合面５９が第２係合面６３に当接しながら、第１、第２ニードル６、７が下降する。このため、リフト量Ｈ１、Ｈ２は同じ値を示しながら減少する。

そして、時間ｔｆにおいて、リフト量Ｈ１、Ｈ２が所定値ｈ２になり、噴射率ｄＱ２がリフト量Ｈ２に応じて決まるようになる。このため、時間ｔｆ〜ｔｈの間、噴射率ｄＱはリフト量Ｈ２に応じて減少する。さらに、時間ｔｈにおいて、リフト量Ｈ１、Ｈ２が所定値ｈ１になり、噴射率ｄＱ１もリフト量Ｈ１に応じて決まるようになる。このため、時間ｔｈ〜ｔｉの間、噴射率ｄＱはリフト量Ｈ１とリフト量Ｈ２とに応じて減少する。この結果、噴射率ｄＱは、さらに迅速に減少する。

そして、時間ｔｉにおいて、第１係合面５９が第２係合面６３に当接した状態で、第１、第２シート部３９、５１が同時にシート面３０に着座する。これにより、第１、第２ニードル６、７が同時に下降を終了するとともに、噴射孔３、４からの燃料の噴射が同時に終わる。

〔実施例３の効果〕
実施例３の燃料噴射弁１では、第１ニードル６が下降する際に第２ニードル７と係合し、第１、第２ニードル６、７が一体的に下降する。そして、第１、第２シート部３９、５１が同時にシート面３０に着座する。
これにより、噴射率ｄＱが減少する時間ｔｆ〜ｔｉにおいて、減少が一時的に停止する期間（図４の期間Ｌｇｈを参照）がなくなる。この結果、燃料噴射を１段階で終了させることができるとともに、より迅速に燃料噴射を終了させることができる。

〔変形例〕
本実施例の燃料噴射弁１は、ディーゼルエンジンの気筒に燃料を噴射供給するための燃料噴射装置に用いられたが、ガソリンエンジンへ燃料を供給するための燃料供給装置に用いることもできる。また本実施例の燃料噴射装置はコモンレールを備えていたが、コモンレールを備えていない燃料噴射装置に本実施例の燃料噴射弁１を用いることもできる。

本実施例の第２ニードル７は、棒状部４８と鍔部４９とが一体であったが、別体であっても同様に作用し、同様の効果を奏することができる（実施例３では、棒状部４８および連結部６２と鍔部４９とを別体にすることができる）。

本実施例の燃料噴射弁１では、第１、第２ニードル６、７に背圧をかけるために１つの背圧制御室１５が形成されていたが、第１ニードル６に背圧をかけるために燃料が供給される第１背圧制御室、および第２ニードル７に背圧をかけるために燃料が供給される第２背圧制御室が、別々に形成されていてもよい。そして、第１、第２背圧制御室が別々に形成されているときは、第１スプリング８を第１背圧制御室に収容し、第２スプリング９を第２背圧制御室に収容してもよい。

燃料噴射弁の構成図である（実施例１）。燃料噴射弁の構成図である（実施例１）。燃料噴射弁の構成図である（実施例１）。第１、第２ニードルのリフト量、および噴射率の経時変化を示すトレンド図である（実施例１）。（ａ）は、第１、第２ニードルのリフト量の経時変化を示すトレンド図であり、（ｂ）は、指令噴射時間と実噴射量との相関図である（実施例１）。燃料噴射弁の構成図である（実施例２）。燃料噴射弁の構成図である（実施例３）。燃料噴射弁の構成図である（実施例３）。燃料噴射弁の構成図である（実施例３）。燃料噴射弁の構成図である（実施例３）。第１、第２ニードルのリフト量、および噴射率の経時変化を示すトレンド図である（実施例３）。燃料噴射弁の構成図である（従来例）。（ａ）は、第１、第２ニードルのリフト量の経時変化（第２ニードルが上昇する場合）を示すトレンド図であり、（ｂ）は、第１ニードルのリフト量の経時変化（第２ニードルが上昇しない場合）を示すトレンド図である。（ａ）は、第１、第２ニードルのリフト量の経時変化を示すトレンド図であり、（ｂ）は、指令噴射時間と実噴射量との相関を示す相関図である（従来例）。

符号の説明

１燃料噴射弁
２燃料溜まり
３噴射孔（一部の噴射孔）
４噴射孔（一部の噴射孔以外の噴射孔）
５ボディ
６第１ニードル
７第２ニードル
８第１スプリング（第１付勢手段）
９第２スプリング（第２付勢手段）
１５背圧制御室

Claims

エンジンに燃料を噴射供給する燃料噴射弁であって、
前記燃料が供給される燃料溜まりが内部に形成されるとともに、この燃料溜まりと前記燃料噴射弁の外部とを連通する複数の噴射孔が形成されたボディと、
このボディに軸方向へ移動自在に収容され、前記複数の噴射孔の内の一部の噴射孔を開閉する略円筒状の第１ニードルと、
この第１ニードルの内周側で同軸的に移動することができるとともに、前記一部の噴射孔以外の噴射孔を開閉する第２ニードルと、
前記燃料による背圧とともに、前記一部の噴射孔を閉止する方向に前記第１ニードルを付勢する第１付勢手段と、
前記燃料による背圧とともに、前記一部の噴射孔以外の噴射孔を閉止する方向に前記第２ニードルを付勢する第２付勢手段と
を備えた燃料噴射弁。
請求項１に記載の燃料噴射弁において、
前記ボディは、前記第１ニードルおよび前記第２ニードルに背圧をかけるために前記燃料が供給される１つの背圧制御室を有し、
前記第１付勢手段は、前記背圧制御室に収容されるとともに前記第１ニードルに取り付けられ、
前記第２付勢手段は、前記背圧制御室に収容されるとともに前記第２ニードルに取り付けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
請求項１または請求項２に記載の燃料噴射弁において、
前記第１ニードルは、前記一部の噴射孔を閉止する方向に移動する際に前記第２ニードルと係合し、前記第２ニードルと一体的に移動することを特徴とする燃料噴射弁。
請求項１に記載の燃料噴射弁において、
前記ボディは、前記第１ニードルに背圧をかけるために前記燃料が供給される第１背圧制御室、および前記第２ニードルに背圧をかけるために前記燃料が供給される第２背圧制御室を有し、
前記第１付勢手段は、前記第１背圧制御室に収容されるとともに前記第１ニードルに取り付けられ、
前記第２付勢手段は、前記第２背圧制御室に収容されるとともに前記第２ニードルに取り付けられていることを特徴とする燃料噴射弁。