JP2006144710A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
内燃機関の運転状況に合わせた所望の燃料噴射率としつつ、製造コストの上昇を抑えることができる燃料噴射装置１を提供することを目的とする。
【解決手段】
燃料供給ポンプ４０から供給された高圧燃料をコモンレール５０で蓄圧し、コモンレール５０で蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射装置１であって、その弁ボディ６０内には、第１ノズルニードル８０と第２ノズルニードル９０が往復移動可能に収容され、第１、第２ノズルニードル８０、９０のそれぞれには、ニードルの往復移動を制御するための第１、第２制御室７５、７６が形成されている。第１、第２制御室７５、７６にはコモンレール５０からの燃料が供給されるようになっており、それぞれに設けられる第１、第２調圧装置１００、１１０によって制御室内の圧力を個別に調整し、内燃機関の運転状態に合わせた所望の燃料噴射率とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧燃料を内燃機関の燃料室に噴射する燃料噴射装置に関する。

従来の燃料噴射弁は、第１ノズルニードルと第２ノズルニードルとが往復移動可能に弁ボディ内に収容されており、各ノズルニードルの上端面には、第１制御室、第２制御室が形成され、それらの制御室内の圧力を調整することにより、各ノズルニードルのリフト制御を個別に行っている（例えば、特許文献１参照）。

各ノズルニードルのリフト制御を個別に行うことで、任意の噴射率に制御することが可能となる。
独国特許出願公開第１０１３３４３４号明細書

しかしながら、上記従来の燃料噴射弁では、第２ノズルニードルの上端面に形成されている第２制御室の圧力源は、第１制御室内の圧力源（コモンレール）と異なっている。これでは、第２制御室の圧力源として、別の圧力源を設けなければならず、別に用意する圧力源の分の製造コストが上昇してしまう。

したがって、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、内燃機関の運転状況に合わせた所望の燃料噴射率としつつ、製造コストの上昇を抑えることができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の燃料噴射装置は、燃料供給ポンプから供給された高圧燃料をコモンレールで蓄圧し、コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射装置であって、軸方向に収容孔が形成され、コモンレールからの高圧燃料を収容孔に供給する燃料流入通路が形成され、燃料流入通路よりも燃料下流側に第１噴孔と、さらに第１噴孔よりも燃料下流側に第２噴孔が形成され、第１噴孔との間の収容孔を形成する内壁に第１弁座が形成され、第１噴孔と第２噴孔との間の収容孔を形成する内壁に第２弁座が形成されている弁ボディ、収容孔に往復移動可能に収容され、第１弁座に着座することで燃料流入通路と第１噴孔との連通を遮断する中空円筒状の第１ノズルニードル、第１ノズルニードルに往復移動可能に収容され、第２弁座に着座することで燃料流入通路と第２噴孔との連通を遮断する第２ノズルニードル、第１ノズルニードルの反噴孔側端面と収容孔を形成する内壁とによって周囲が囲まれている第１制御室、および第２ノズルニードルの反噴孔側端面と第１ノズルニードルの内壁とによって周囲が囲まれている第２制御室を有する燃料噴射弁と、第１制御室内の圧力を調整し、第１ノズルニードルの往復移動を制御可能な第１圧力調整手段と、第２制御室内の圧力を調整し、第２ノズルニードルの往復移動を制御可能な第２圧力調整手段とを備え、燃料噴射弁の弁ボディには、コモンレールからの高圧燃料を第１制御室に供給するための第１燃料通路と、コモンレールからの高圧燃料を第２制御室に供給するための第２燃料通路とが形成され、さらに、第１ノズルニードルには、第２燃料通路と第２制御室とを連通する連通路が形成されていることを特徴としている。

これにより、第１、第２制御室に、コモンレールからの高圧燃料を供給し、第１、第２制御室内の圧力を個別に調整しているので、内燃機関の運転状況に合わせた所望の燃料噴射率とすることができると共に、圧力源を追加することに伴う燃料噴射装置の製造コストの上昇を抑えることができる。

請求項２に記載の燃料噴射装置は、内燃機関に複数の燃焼室を有し、燃料噴射弁を燃焼室ごとに設ける場合であって、第１圧力調整手段は、燃料噴射弁ごとに一つずつ設けられ、第２圧力調整手段は、複数の燃料噴射弁からなる燃料噴射弁群ごとに一つずつ設けられていることを特徴としている。

これにより、第２圧力調整手段を共通使用することで、第２圧力調整手段の個数を削減することができ、内燃機関一基あたりの燃料噴射装置の製造コストの上昇を抑えることができる。

請求項３に記載の燃料噴射装置は、内燃機関に複数の燃焼室を有し、燃料噴射弁を燃焼室ごとに設ける場合であって、第１圧力調整手段、および第２圧力調整手段は、燃料噴射弁ごとに一つずつ設けられていることを特徴としている。

これにより、燃料噴射弁ごとに第１、第２制御室内の圧力を調整することができるので、気筒間の噴射率のバラツキが無くなる。

請求項４に記載の燃料噴射装置では、第２圧力調整手段は、第２制御室内の圧力を、段階的に調整することを特徴としている。

これにより、第１ノズルニードルが第２制御室内の圧力の影響を受ける構造となっている場合、第２制御室内の圧力を段階的に調整すれば、第１ノズルニードルが開弁するタイミングを容易に制御することができる。

請求項５に記載の燃料噴射装置では、第２圧力調整手段は、第２制御室内の圧力を、連続的に調整することを特徴としている。

これにより、第１、第２制御室内の圧力を細かく調整することができるので、第１、第２ノズルニードルが開弁するタイミングを任意に定めることができる。

請求項６に記載の燃料噴射装置の第２圧力調整手段は、コモンレールと第２燃料通路との間に設けられていることを特徴としている。

これにより、前もって、第２圧力調整手段により、圧力調整された燃料を第２制御室に供給するので、第２制御室からのリーク量が少なくて済み、噴射制御中に使用する燃料の制御流量が少なくなる。

請求項７に記載の燃料噴射装置は、弁ボディには、第２制御室の燃料を燃料タンクに排出する第３燃料通路が形成され、第２圧力調整手段は、第３燃料通路途中に設けられていることを特徴としている。

これにより、コモンレールから第２制御室に供給される高圧燃料は、第２制御室よりも排出側に設けられる第２圧力調整手段により、その圧力が調整されているので、高圧燃料が第２制御室で滞ることが無いため、燃料に気泡が入っていたとしても第２制御室から燃料と共に排出される。

請求項８に記載の燃料噴射装置は、第１ノズルニードルの第１制御室に面する端部には、軸方向に貫通孔が形成され、第２ノズルニードルの反噴孔側の端面には、凸部が形成され、この凸部は、この凸部の端面が第１制御室内の燃料に晒されるように貫通孔に貫通されていることを特徴としている。

これにより、第２ノズルニードルの凸部の端面が、第１の制御室内の燃料に晒されているので、第１制御室内の圧力の影響を受ける。したがって、第１制御室の一部を形成する第１ノズルニードルの端面と第２ノズルニードルの端面の面積比を適宜変更することで、第１、第２ノズルニードルの開閉動作を自由に定めることができる。

請求項９に記載の燃料噴射装置の第２ノズルニードルの反噴孔側端面は、第２制御室内の燃料のみに晒されていることを特徴としている。

これにより、第２ノズルニードルの反噴孔側端面が、第２の制御室内の燃料のみに晒されているので、第２ノズルニードルの開閉動作は、第２制御室の圧力のみに左右されるので、第２制御室の圧力を正確に調整すれば、第２ノズルニードルの開閉動作の動作タイミングを常に同じにすることが可能となる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、燃料噴射装置１の要部断面図である。図１は、燃料噴射停止時を示す。

図１に示す燃料噴射装置１は、燃料噴射弁１０、請求項に記載の第１圧力調整手段に相当する第１調圧装置１００、請求項に記載の第２圧力調整手段に相当する第２調圧装置１１０、第１、第２調圧装置１００、１１０を制御する制御装置２０、燃料タンク３０、燃料噴射ポンプ４０、およびコモンレール５０から成っている。

燃料噴射弁１０は、図示しない多気筒内燃機関の各気筒に一つずつ設けられている。燃料噴射ポンプ４０は、例えば内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）によって駆動される、いわゆる、プランジャ式のサプライ用のポンプであり、燃料タンク３０から吸引した燃料を運転状態等に基づいて定められる高圧に昇圧し、昇圧された燃料（高圧燃料）を、燃料配管を通じてコモンレール５０に供給する。

コモンレール５０に貯留された高圧燃料は、燃料配管を通じて各燃料噴射弁１０に導かれる。第１、第２調圧装置１００、１１０を制御装置２０にて操作することで、燃料噴射弁１０に導入される燃料圧力を調整し、燃料噴射弁１０を制御して、各気筒に高圧燃料を噴射させる。この際、噴射に使用されなかった高圧燃料（余剰燃料）は、燃料配管を通じて燃料タンク３０に戻される。燃料噴射弁１０、第１、第２調圧装置１００、１１０の構造および動作については、後ほど詳しく説明する。

次に、燃料噴射弁１０について説明する。燃料噴射弁１０は、弁ボディ６０、第１ノズルニードル８０、第２ノズルニードル９０、第１スプリング８８、および第２スプリング９５から成っている。弁ボディ６０は、略円柱状に形成され、その内部には、第１、第２ノズルニードル８０、９０、第１、第２スプリング８８、９５を収容する収容孔６３が軸方向に形成されている。

弁ボディ６０の下端部には、ボディ端面６１とサック部６２が形成され、ボディ端面６１は、サック部６２に向かって先細形状となるように傾斜している。図１に示すように、そのボディ端面６１には、第１ノズルニードル８０が着座可能な第１弁座部６９と、その第１弁座部６９よりもサック部６２側に第１噴孔７１と、その第１噴孔７１よりもサック部６２側に第２ノズルニードル９０が着座可能な第２弁座部７０と、第２弁座部７０よりもサック部６２側に第２噴孔７２とが形成されている。なお、第１噴孔７１の噴孔径は、第２噴孔７２の噴孔径よりも小さい径となっている。

収容孔６３の内壁と、弁ボディ６０の外壁との間には、図１に示すように収容孔６３に通じる燃料流入通路６４、燃料流入通路６４から分岐する第１燃料通路６５、リターン通路６８、および第２燃料通路６６が形成されている。燃料流入通路６４、第１燃料通路６５、および第２燃料通路６６は、コモンレール５０からの燃料が供給される通路であり、リターン通路６８は、燃料噴射に使用されなかった余剰燃料を燃料タンク３０に戻すための通路である。

第１ノズルニードル８０は、内部に中空部８１を有する中空円筒状に形成され、収容孔６３内を軸方向に往復移動可能に収容されている。第１ノズルニードル８０の反噴孔側の端面には、上端面８２が形成され、噴孔側の端面には、下端面８３が形成され、そして、中空部８１の反噴孔側には、内壁端面８４が形成されている。

反噴孔側には、上端面８２と内壁端面８４とを結ぶ貫通孔８５が軸方向に形成されている。下端面８３は、円錐状に形成され、第１弁座部６９に着座可能に形成されている。そして、第１ノズルニードル８０の側壁部には、周方向に突き出たつば部８７が形成されている。つば部８７と、収容孔６３の内壁から内側に張り出した部分との間には、第１スプリング８８が設けられ、第１ノズルニードル８０を第１弁座部６９に押し付けている。

図１に示すように、第１ノズルニードル８０の側壁部とその側壁部に対向する収容孔６３の内壁との間には、空間が形成され、その空間が噴孔側から第１燃料溜り室７３、第２燃料溜り室７４となっている。さらに、上端面８２と収容孔６３の内壁とによって周囲が囲まれる空間が形成され、その空間が請求項に記載の第１制御室に相当する第１制御室７５となっている。

第１燃料溜り室７３には、燃料流入通路６４が接続され、コモンレール５０からの高圧燃料が随時導入されるようになっている。第２燃料溜り室７４には、第２燃料通路６６が接続され、第２調圧装置１１０にて調圧された燃料が導入されるようになっている。そして、第２燃料溜り室７４に位置する第１ノズルニードル８０の側壁には、中空部８１と連通する連通孔８６が形成されている。

第１制御室７５には、所定の絞り径を有した絞りを介して、第１燃料通路６５が接続され、コモンレール５０からの高圧燃料が導入されるようになっている。さらに、第１制御室７５には、所定の絞り径を有した絞りを介して、第１制御室７５内の余剰燃料を燃料タンク３０に戻すためのリターン通路６８が接続され、そのリターン通路６８途中には、第１調圧装置１００が設けられている。第１調圧装置１００を操作することにより、リターン通路６８から燃料タンク３０に戻される燃料の量が調整され、第１制御室７５内の圧力を調整することができる。

第２ノズルニードル９０は、円柱状に形成され、第１ノズルニードル８０の中空部８１内を軸方向に往復移動可能に収容されている。第２ノズルニードル９０の反噴孔側の端面には、凸部９１が形成され、その凸部９１は、上記貫通孔８５に貫通されている。凸部９１の上端には、上端面９２が形成され、第２ノズルニードル９０の凸部９１の付け根付近には、段差面９３が形成されている。上端面９２は、第１制御室７５内の燃料に晒されている。

第２ノズルニードル９０の下端には、下端面９４が形成されている。下端面９４は、円錐状に形成され、第２弁座部７０に着座可能に形成されている。段差面９３と第１ノズルニードル８０の内壁との間には、第２スプリング９５が設けられ、第２ノズルニードル９０を第２弁座部７０に押し付けている。

図１に示すように、第１ノズルニードル８０の内壁と第２ノズルニードル９０の上端面９２とによって周囲が囲まれる空間が形成され、その空間が請求項に記載の第２制御室に相当する第２制御室７６となる。この第２制御室７６には、第２調圧装置１１０で調圧された燃料が、第２燃料通路６６、第２燃料溜り室７４、連通孔８６を介して導入されるようになっている。

第１、第２ノズルニードル８０、９０をそれぞれ、第１、第２弁座部６９、７０に着座させることにより、第１燃料溜り室７３に導入されている高圧燃料が第１、第２噴孔７１、７２から噴射されることが阻止される。燃料を噴射するときは、第１、第２制御室７５、７６の圧力を第１、第２調圧装置１００、１１０にて調圧することにより、第１、第２ノズルニードル８０、９０のそれぞれのリフト量を制御し、第１燃料溜り室７３に導入されている高圧燃料を第１、第２噴孔７１、７２から適宜噴射する。なお、燃料噴射弁１０の動作については、後ほど詳しく説明する。

次に、第１調圧装置１００について説明する。第１調圧装置１００は、制御装置２０からの指令により駆動させられ、リターン通路６８を介して燃料タンク３０に戻される燃料量を調整することで、第１制御室７５内の圧力を調整する。第１調圧装置１００は、ソレノイド１０１、スプリング１０２、第１制御弁１０３から成っている。第１制御弁１０３は、ソレノイド１０１に駆動電流が供給されていない状態では、スプリング１０２の付勢力により、図示しない弁座に着座し、リターン通路６８を遮断している。ソレノイド１０１に駆動電流が通電されると、ソレノイド１０１に発生する励磁吸引力により、第１制御弁１０３が弁座から離座し、リターン通路６８を開放する。制御装置２０がソレノイド１０１に駆動電流を所定時間通電することにより、第１制御弁１０３を弁座から所定時間離座させ、第１制御室７５内の燃料を燃料タンク３０戻す。すると、第１制御室７５内の圧力は、第１制御弁１０３が弁座から離座している時間に応じて低下していく。

次に、第２調圧装置１１０について説明する。第２調圧装置１１０は、制御装置２０からの指令により駆動させられ、コモンレール５０からの高圧燃料の一部を燃料タンク３０に戻すことにより、圧力を調整し、調整された圧力を持つ燃料を第２燃料通路６６に供給する。第２調圧装置１１０は、ソレノイド１１１、スプリング１１２、第２制御弁１１３、分圧室１１４から成っている。

分圧室１１４には、入口絞り１１５、出口絞り１１６、および各燃料噴射弁１０の第２燃料通路６６と分圧室１１４とを結ぶ燃料配管が設けられている。入口絞り１１５には、コモンレール５０が接続され、出口絞り１１６には、燃料タンク３０が接続されている。出口絞り１１６と燃料タンク３０との間には、第２制御弁１１３が設けられている。

第２制御弁１１３は、ソレノイド１１１に駆動電流が供給されていない状態では、スプリング１１２の付勢力により、図示しない弁座に着座し、燃料タンク３０への通路を遮断している。ソレノイド１１１に駆動電流が通電されると、ソレノイド１１１に発生する励磁吸引力により、第２制御弁１１３が弁座から離座し、燃料タンク３０への通路を開放する。

本実施形態では、制御装置２０からソレノイド１１１に所定のデューティ比を持つ駆動電流が通電されている。すると、第２制御弁１１３は、所定のデューティ比に応じて、着座と離座とを繰り返す。デューティ比が大きくなればなるほど、出口絞り１１６と燃料タンク３０とが連通する時間が遮断する時間よりも長くなるので、分圧室１１４内の圧力が低くなる。

次に、噴射率をエンジン運転状態に応じて変化させることの必要性について、図３、図４に基づいて説明する。図３は、エンジン負荷とエンジン回転数の関係を示すグラフであり、縦軸は、エンジン負荷を示し、横軸は、エンジン回転数を示している。図４は、図３のグラフに示すエンジン運転状態と噴射率との関係を示す図である。本実施形態では、図３に示すように、エンジン運転状態を３つのパターンに分けて説明している。その３つのパターンとは、低負荷域、低速高負荷域、高速高負荷域である。図４（ａ）は、低負荷域のときの噴射率を表し、図４（ｂ）は、低速高負荷域のときの噴射率を表し、図４（ｃ）は、高速高負荷域のときの噴射率を表す。

一般的に噴射率は、各パターンに応じて変化させる必要があると言われている。例えば、低負荷域の場合、エンジンの負荷は低負荷であるので、エンジンに燃料を多く噴射する必要はなく、図４（ａ）に示すような噴射率となるように制御装置２０は、燃料噴射弁１０を制御する。具体的には、制御装置２０は、第１ノズルニードル８０のみをリフトさせて、第１噴孔７１のみから燃料を噴射させるようにする。このときの噴射率をパターン１の噴射率と呼ぶ。

低速高負荷域の場合、排ガスの状態を悪化させることなく、エンジンの負荷を高めるために、図４（ｂ）に示すような噴射率となるように制御装置２０は、燃料噴射弁１０を制御する。このときの噴射率をパターン２の噴射率と呼ぶ。具体的には、制御装置２０は、噴射初期には、第１ノズルニードル８０のみをリフトさせ、第１噴孔７１のみから燃料を噴射させ、噴射後期には、第２ノズルニードル９０もリフトさせ、第２噴孔７２からも燃料を噴射させるようにする。噴射初期の噴射率を低く抑えることにより、燃焼時の燃焼温度を低く抑えることができる。燃料温度を低く抑えることにより、ＮＯｘの発生を抑えることができるので、排ガスの状態を悪化させることなく、エンジンの負荷を高めることができる。

高速高負荷域の場合、エンジンを高速に回転させ、かつ負荷を高める必要があるので、エンジンに燃料を多く噴射する必要があり、図４（ｃ）に示すような噴射率となるように制御装置２０は、燃料噴射弁１０を制御する。具体的には、制御装置２０は、噴射初期から、第１ノズルニードル８０と第２ノズルニードル９０をリフトさせ、第１噴孔７１と第２噴孔７２の両方から、より多くの燃料を噴射させるようにする。

次に、本実施形態の燃料噴射弁１０の作動を図１および図２に基づいて説明する。図２（ａ）は、ソレノイド１０１を通電制御したときの第１制御弁１０３のリフト量の変化を示したものである。図２（ｂ）は、第１制御弁１０３をリフトさせたときの第１制御室７５の圧力状態を示したものである。図２（ｃ）は、第２制御弁１１３を作動させたときの第２制御室７６圧力状態を示したものである。図２（ｄ）は、第１ノズルニードル８０のリフト量の変化を示したものである。図２（ｅ）は、第２ノズルニードル９０のリフト量の変化を示したものである。図２（ｆ）は、燃料噴射弁１０より噴射される燃料の噴射率の変化を示したものである。

ここでは、第１、第２ノズルニードル８０、９０をパターン２で作動させる場合について説明する。

（燃料噴射停止時）
第１ノズルニードル８０、および第２ノズルニードル９０の収容孔６３に対する位置は、噴孔側の方向に作用する力と、反噴孔側の方向に作用する力との釣り合いによって決定される。ここからは、噴孔側の方向に作用する力を噴孔方向付勢力と呼び、反噴孔側の方向に作用する力を反噴孔方向付勢力と呼ぶ。燃料噴射停止時では、第１、第２ノズルニードル８０、９０に作用する力は、噴孔方向付勢力の方が勝っているので、ボディ端面６１に形成されている第１、第２弁座部６９、７０に第１、第２ノズルニードル８０、９０が押し付けられ、第１、第２噴孔７１、７２が閉弁され、燃料噴射が行われない状態となる。

ここで、この状態の第１、第２ノズルニードル８０、９０に作用する噴孔方向付勢力および反噴孔方向付勢力について説明する。コモンレール５０内の高圧燃料が燃料流入通路６４および第１燃料通路６５を介して第１燃料溜り室７３および第１制御室７５に供給される。このとき、図２中の時刻ｔ１までの間、第１調圧装置１００には、制御装置２０から駆動電流が供給されていないので、リターン通路６８が第１制御弁１０３によって遮断されており、第１制御室７５の圧力は、コモンレール５０内の圧力（以下、コモンレール圧と呼ぶ）と同じ値を示す（図２（ｂ）参照）。

一方、第２燃料溜り室７４には、第２調圧装置１１０、および第２燃料通路６６を介して、コモンレール５０内の燃料が供給される。第２燃料溜り室７４内の燃料は、連通孔８６を介して第２制御室７６に供給される。このとき、第２制御室７６には、第２調圧装置１１０にてパターン２（一点鎖線）に応じた圧力に調整した圧力が供給されている（図２（ｃ）参照）。

第２制御室７６には、前もって第２調圧装置１１０にて圧力調整された燃料が供給されるようになっている。これにより、第２制御室７６からの燃料のリーク量が少なくて済み、噴射制御中に使用する燃料の制御流量が少なくなる。制御流量が少なくなると、燃料噴射ポンプ４０の駆動ロスを減らすことが可能となり、エンジンの効率が向上する。

第１ノズルニードル８０には、上端面８２の面積と第１制御室７５内の圧力との積で求められる付勢力、および第１スプリング８８の付勢力の和である噴孔方向付勢力が働き、下端面８３の軸方向投影面積と第１燃料溜り室７３内の圧力との積で求められる付勢力、内壁端面８４の面積と第２燃料溜り室７４内の圧力との積で求められる付勢力、および第２スプリング９５の付勢力の和である反噴孔方向付勢力が働いている。

なお、つば部８７は、その上面とその下面の面積が等しいため、コモンレール圧がつば部８７作用しても、燃料の圧力による第１ノズルニードル８０を移動させる力は発生しない。

図１に示すように、燃料噴射停止時では、下端面８３の軸方向投影面積と内壁端面８４の面積とを合わせた面積よりも上端面８２の面積の方が大きく、内壁端面８４に作用する圧力がコモンレール圧よりも低いということから考えると、第１ノズルニードル８０には、噴孔方向付勢力が作用し、第１ノズルニードル８０は、第１弁座部６９に押し付けられる。

一方、第２ノズルニードル９０には、第１ノズルニードル８０が第１弁座部６９に押し付けられていると燃料が下端面９４に供給されないので、反噴孔方向付勢力が一切作用していない。したがって、第２ノズルニードル９０には、上端面９２の面積と第１制御室７５内の圧力との積で求められる付勢力、段差面９３の面積と第２制御室７６内の圧力との積で求められる付勢力、および第２スプリング９５の付勢力の和である噴孔方向付勢力のみが働いている。このため、第２ノズルニードル９０には、噴孔方向付勢力が作用し、第２ノズルニードル９０は、第２弁座部７０に押し付けられる。

（第１噴孔開口時への作動）
図２中の時刻ｔ１に、制御装置２０から第１調圧装置１００に駆動電流が供給されると、第１制御弁１０３がリフトされ、リターン通路６８が開放され、第１制御室７５内の燃料がリターン通路６８を介して燃料タンク３０に戻される。燃料が燃料タンク３０に戻されると、第１制御室７５内の圧力が所定の降下速度で低下し、上端面８２、９２に作用する噴孔方向付勢力も低下する。

第１制御室７５内の圧力が低下し、時刻ｔ２の所定の圧力まで下がると、第１ノズルニードル８０に作用する反噴孔方向付勢力の方が噴孔方向付勢力よりも勝るようになり、第１ノズルニードル８０がリフトし始める（図２（ｄ）中の一点鎖線）。このとき、第１燃料溜り室７３内の燃料が第１噴孔７１に供給され、燃料が噴射される。第１ノズルニードル８０がリフトし始めるときの第１制御室７５内の圧力を第１ノズルニードル開弁圧力という（図２（ｂ）参照）。

このとき、第２ノズルニードル９０の下端面９４にも第１燃料溜り室７３内の燃料が供給され、第２ノズルニードル９０にも下端面９４の軸方向投影面積と第１燃料溜り室７３内の圧力との積で求められる反噴孔方向付勢力が作用する。

しかし、上端面９２の面積と第１ノズルニードル開弁圧力との積で求められる付勢力、段差面９３の面積と第２制御室７６内の圧力との積で求められる付勢力、および第２スプリング９５の付勢力の和である噴孔方向付勢力が反噴孔方向付勢力よりも勝っているので、依然として、第２ノズルニードル９０は、第２弁座部７０に押し付けられる。したがって、時刻ｔ２〜ｔ３までは、第１噴孔７１のみから燃料が噴射される（図２（ｆ）参照）。

（第１、第２噴孔開口時への作動）
第１制御室７５内の圧力が第１ノズルニードル開弁圧力よりもさらに低下し、所定の圧力まで低下すると（図２中の時刻ｔ３）、上端面９２に作用する反噴孔方向付勢力が低下するので、第２ノズルニードル９０に作用する反噴孔方向付勢力の方が噴孔方向付勢力よりも勝るようになり、第２ノズルニードル９０がリフトし始める（図２（ｅ）中の一点鎖線）。このときの、第１制御室７５内の圧力を第２ノズルニードル開弁圧力という（図２（ｂ）参照）。

時刻ｔ３〜ｔ５まで、第１、第２ノズルニードル８０、９０がリフトされているので、第１燃料溜り室７３内の燃料が、第１、第２噴孔７１、７２に供給され、燃料が噴射される（図２（ｆ）参照）。

第２ノズルニードル９０の凸部９１に形成されている上端面９２は、第１制御室７５内の燃料に晒されているので、第１制御室７５内の圧力の影響を受ける構造となっている。したがって、第１制御室７５の一部を形成する第１ノズルニードル８０の上端面８２と第２ノズルニードル９０の上端面９２の面積比を適宜変更することで、第１、第２ノズルニードル８０、９０のリフトタイミングを自由に定めることができる。

（燃料噴射停止時への作動）
運転状態に応じた所定時間が経過すると、時刻ｔ４時に、制御装置２０からの駆動電流の供給が停止され、第１調圧装置１００の第１制御弁が、リターン通路６８を再び遮断する（図１参照）。すると、第１制御室７５内の圧力は再び所定の上昇速度で増加し始める。

時刻ｔ５になると、第１制御室７５内の圧力が第２ノズルニードル閉弁圧力となり、図２（ｅ）中の一点鎖線に示すように、第２ノズルニードル９０は、ボディ端面６１方向に移動させられ、第２ノズルニードル９０が第２弁座部７０に着座し、第２噴孔７２からの燃料噴射が停止する。

時刻ｔ６になると、第１制御室７５内の圧力が第１ノズルニードル閉弁圧力となり、図２（ｄ）中の一点鎖線に示すように、第１ノズルニードル８０は、ボディ端面６１方向に移動させられ、第１ノズルニードル８０が第１弁座部６９に着座し、第１噴孔７１からの燃料噴射が停止する。

（パターン１、パターン３の第１、第２ノズルニードルの作動について）
第１、第２ノズルニードル８０、９０をパターン１で作動させる場合の特徴は、第２調圧装置１１０のデューティ比を、パターン２のときよりも小さくして、第２制御室７６内の圧力を比較的高く維持することである（図２（ｃ）中の実線）。これにより、第２ノズルニードル９０の段差面９３に作用する噴孔方向付勢力が、パターン２のときよりも増加するので、第１ノズルニードル８０がリフトされ、第１燃料溜り室７３内の燃料が第２ノズルニードル９０の下端面９４に供給されても、第２ノズルニードル９０はリフトせずにそのまま、第２弁座部７０に着座したままとなり、図２（ｆ）中の実線に示すような噴射率となる（図２（ｅ）（ｆ）参照）。

ここで、パターン１のとき、第１ノズルニードル８０のリフト開始時期が、パターン２のリフト開始時期よりも早くなるのは、第１ノズルニードル８０の内壁端面８４に作用する第２制御室７６内の圧力がパターン２のときよりも高いためである。言い換えると、第２制御室７６内の圧力が高くなると、第１ノズルニードル８０の反噴孔方向付勢力がパターン２のときよりも、増加するためである。

第１、第２ノズルニードル８０、９０をパターン３で作動させる場合の特徴は、第２調圧装置１１０のデューティ比を、パターン２のときよりも大きくして、第２制御室７６内の圧力を比較的低く維持することである（図２（ｃ）中の破線）。これにより、第２ノズルニードル９０の段差面９３に作用する噴孔方向付勢力が、パターン２のときよりも低下するので、第１ノズルニードル８０がリフトされ、第１燃料溜り室７３内の燃料が第２ノズルニードル９０の下端面９４に供給されると、第２ノズルニードル９０は、第１ノズルニードル８０とほぼ同時にリフトし、第２弁座部７０から離座し、図２（ｆ）中の破線に示すような噴射率となる（図２（ｅ）（ｆ）参照）。

ここで、パターン３のとき、第１ノズルニードル８０のリフト開始時期が、パターン２のリフト開始時期よりも遅くなるのは、第１ノズルニードル８０の内壁端面８４に作用する第２制御室７６内の圧力がパターン２のときよりも低いためである。言い換えると、第２制御室７６内の圧力が高くなると、第１ノズルニードル８０の反噴孔方向付勢力がパターン２のときよりも、低下するためである。

本実施形態では、第１、第２制御室７５、７６へ、コモンレール５０からの燃料を供給し、第１、第２調圧装置１００、１１０で、第１、第２制御室７５、７６内の圧力を個別に調整するように燃料噴射装置を構成しているので、エンジンの運転状態（例えば、低負荷域、低速高負荷域、高速高負荷域）に合わせた所望の燃料噴射率（パターン１〜パターン３）とすることができると共に、制御室に燃料を供給するための圧力源を追加することに伴う製造コストの上昇を抑えることができる。

また、本実施形態では、第２調圧装置１１０を複数の第２制御室７６に接続するように燃料噴射装置１を構成しているので、第２調圧装置１１０の数を減らすことができ、エンジン一基あたりの燃料噴射装置の製造コストの上昇を抑えることができる。

また、第２調圧装置１１０を燃料噴射弁１０一つに付き一つずつ設けてもよい。これにより、燃料噴射弁１０毎に第１、第２制御室７５、７６内の圧力を調整することができるので、気筒間の噴射率のバラツキを無くすことが可能となる。

また、本実施形態では、第２調圧装置１１０は、第２制御室７６内の圧力を所望の燃料噴射率（パターン１〜パターン３）に応じて段階的（３段階）に調整している。これにより、第１ノズルニードル８０が第２制御室７６内の圧力の影響を受ける構造となっている場合、第２制御室７６内の圧力がパターン毎に一定となるので、第１ノズルニードル８０がリフトするタイミングを容易に制御することができる。

また、第２調圧装置１１０は、第２制御室７６内の圧力を連続的に調整するようにしてもよい。これにより、第１、第２制御室７５、７６内の圧力を細かく調整することができるので、第１、第２ノズルニードル８０、９０がリフトするタイミングを任意に定めることができる。

（変形例１）
次に、第１の実施形態の変形例１の燃料噴射装置１を図５に基づいて説明する。図５は、変形例１の燃料噴射装置１の要部断面図である。なお、第１の実施形態と同一機能物は、同一符号を付す。ここでは、第１の実施形態と相違している特徴点のみを説明する。

図５に示すように、燃料噴射弁１０の燃料流入通路６４には、コモンレール５０からの燃料を第１制御室７５に供給させる第１燃料通路６５の他に、第３燃料通路６７が燃料流入通路６４から分岐するように形成されている。第３燃料通路６７は、コモンレール５０からの燃料を第２制御室７６に供給させるために形成され、所定の絞り径を有した絞りを介して第２燃料溜り室７４に接続されている。言い換えると、第２調圧装置１１０は、第２制御室７６よりも排出側に設けられることとなる。

そして、第２燃料溜り室７４には、第１の実施形態と同様、第２燃料通路６６が接続され、その第２燃料通路６６には、第２調圧装置１１０が接続されている。第２調圧装置１１０には、燃料タンク３０が接続されている。

変形例１では、第２調圧装置１１０の第２制御弁１１３を所定のデューティ比に制御することにより、第２燃料通路６６から高圧燃料を燃料タンク３０へ戻す量を制御して第２制御室７６内の圧力を調整する。

これにより、第２調圧装置１１０は、第２制御室７６よりも排出側に設けられ、第２制御室７６内の圧力を調整しているので、高圧燃料が第２制御室で滞ることが無くなり、燃料に気泡が入っていたとしても、気泡は第２制御室７６から燃料と共に排出される。

（変形例２）
次に、第１の実施形態の変形例２の燃料噴射装置１を図６に基づいて説明する。図６は、変形例２の燃料噴射装置１の要部断面図である。なお、第１の実施形態と同一機能物は、同一符号を付す。ここでは、第１の実施形態と相違している特徴点のみを説明する。

図６に示すように、変形例２の特徴は、第２ノズルニードル９０の反噴孔側端面には、第１の実施形態にあった凸部９１が形成されておらず、第１ノズルニードル８０には、貫通孔８５がないという点である。第１制御室７５は、第１ノズルニードル８０の上端面８２と収容孔６３の内壁とによって周囲が囲まれる空間であり、第２制御室７６は、第２ノズルニードル９０の上端面９２と第１ノズルニードル８０の中空部８１の内壁とによって周囲が囲まれる空間である。言い換えると、第２ノズルニードル９０の反噴孔端面である上端面９２が、第２制御室７６内の燃料のみに晒されている状態となる。

これにより、第２ノズルニードルの開閉動作は、第２制御室７６の圧力のみに左右されることになるので、第２制御室の圧力を正確に調整すれば、第２ノズルニードル９０の開閉動作の動作タイミングを常に同じにすることが可能となる。

（変形例３）
次に、第１の実施形態の変形例３の燃料噴射装置１の第２調圧装置１１０を図７および図８に基づいて説明する。図７は、変形例３の第２調圧装置１１０の要部断面図であり、図８は、変形例３の別の形態の第２調圧装置１１０の要部断面図である。なお、第１の実施形態と同一機能物は、同一符号を付す。ここでは、第１の実施形態と相違している特徴点のみを説明する。

図７に示すように、第２調圧装置１１０は、電磁駆動式のスプール弁１１７、および分圧室１１４から成り、スプール弁１１７と分圧室１１４との間には、両者を接続する三つの通路が設けられている。そして、三つの通路には、絞り径の異なる絞りが設けられている。制御装置２０からの指令によりスプール弁１１７が三つの絞りのうち、いずれか一つの絞りを選択することで、分圧室１１４内の圧力を調整することができる。

図８に示すように、第２調圧装置１１０は、二つの電磁駆動式のスプール弁１１８、１１９、および分圧室１１４から成り、その二つのスプール弁１１８、１１９の間には、両者を接続する二つの通路が設けられ、その通路には、絞り径の異なる絞りが設けられている。一方のスプール弁１１８は、上記二つの絞り径よりも大きい所定の絞り径を有する絞りを介して分圧室１１４と接続され、もう一方のスプール弁１１９は、燃料タンク３０と接続されている。

制御装置２０からの指令によりスプール弁１１８、１１９の弁体の位置を制御して、分圧室１１４内の圧力を調整することができる。

第１実施形態の燃料噴射装置の要部断面図である。 第１実施形態の第１制御室および第２制御室の圧力の変化に伴う噴射率の増減を示す特性図である。 エンジン負荷とエンジン回転数の関係を示すグラフである。 エンジン運転状態と噴射率の関係を示す特性図である。 変形例１の燃料噴射装置１の要部断面図である。 変形例２の燃料噴射装置１の要部断面図である。 変形例３の第２調圧装置１１０の要部断面図である。 変形例３の別の形態の第２調圧装置１１０の要部断面図である。

符号の説明

１ 燃料噴射装置
１０ 燃料噴射弁
２０ 制御装置
５０ コモンレール
６０ 弁ボディ
６３ 収容孔
６９ 第１弁座部
７０ 第２弁座部
７１ 第１噴孔
７２ 第２噴孔
７５ 第１制御室
７６ 第２制御室
８０ 第１ノズルニードル
９０ 第２ノズルニードル
１００ 第１調圧装置（第１圧力調整手段）
１１０ 第２調圧装置（第２圧力調整手段）

Claims (9)

1. 燃料供給ポンプから供給された高圧燃料をコモンレールで蓄圧し、前記コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射装置であって、
   軸方向に収容孔が形成され、前記コモンレールからの高圧燃料を前記収容孔に供給する燃料流入通路が形成され、前記燃料流入通路よりも燃料下流側に第１噴孔と、さらに前記第１噴孔よりも燃料下流側に第２噴孔が形成され、前記第１噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第１弁座が形成され、前記第１噴孔と前記第２噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第２弁座が形成されている弁ボディ、
   前記収容孔に往復移動可能に収容され、前記第１弁座に着座することで前記燃料流入通路と前記第１噴孔との連通を遮断する中空円筒状の第１ノズルニードル、
   前記第１ノズルニードルに往復移動可能に収容され、前記第２弁座に着座することで前記燃料流入通路と前記第２噴孔との連通を遮断する第２ノズルニードル、
   前記第１ノズルニードルの反噴孔側端面と前記収容孔を形成する内壁とによって周囲が囲まれている第１制御室、および
   前記第２ノズルニードルの反噴孔側端面と前記第１ノズルニードルの内壁とによって周囲が囲まれている第２制御室を有する燃料噴射弁と、
   前記第１制御室内の圧力を調整し、前記第１ノズルニードルの往復移動を制御可能な第１圧力調整手段と、
   前記第２制御室内の圧力を調整し、前記第２ノズルニードルの往復移動を制御可能な第２圧力調整手段とを備え、
   前記燃料噴射弁の前記弁ボディには、前記コモンレールからの高圧燃料を前記第１制御室に供給するための第１燃料通路と、前記コモンレールからの高圧燃料を前記第２制御室に供給するための第２燃料通路とが形成され、
   さらに、前記第１ノズルニードルには、前記第２燃料通路と前記第２制御室とを連通する連通路が形成されていることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記内燃機関に複数の燃焼室を有し、前記燃料噴射弁を前記燃焼室ごとに設ける場合であって、
   前記第１圧力調整手段は、前記燃料噴射弁ごとに一つずつ設けられ、前記第２圧力調整手段は、複数の前記燃料噴射弁からなる前記燃料噴射弁群ごとに一つずつ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃焼噴射装置。
3. 前記内燃機関に複数の燃焼室を有し、前記燃料噴射弁を前記燃焼室ごとに設ける場合であって、
   前記第１圧力調整手段、および前記第２圧力調整手段は、前記燃料噴射弁ごとに一つずつ設けら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。
4. 前記第２圧力調整手段は、前記第２制御室内の圧力を、段階的に調整することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
5. 前記第２圧力調整手段は、前記第２制御室内の圧力を、連続的に調整することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
6. 前記第２圧力調整手段は、前記コモンレールと前記第２燃料通路との間に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
7. 前記弁ボディには、前記第２制御室の燃料を前記燃料タンクに排出する第３燃料通路が形成され、
   前記第２圧力調整手段は、前記第３燃料通路途中に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
8. 前記第１ノズルニードルの前記第１制御室に面する端部には、軸方向に貫通孔が形成され、
   前記第２ノズルニードルの反噴孔側の端面には、凸部が形成され、この凸部は、この凸部の端面が前記第１制御室内の燃料に晒されるように前記貫通孔に貫通されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
9. 前記第２ノズルニードルの反噴孔側端面は、前記第２制御室内の燃料のみに晒されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。

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