JP2007023969A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の弁体部機構を並列的に備えることで、精度の高い多段噴射のパイロット噴射とメイン噴射の組合せが可能となる燃料噴射弁１を提供する。
【解決手段】ロアボディ２０のシリンダ２１内に大体積・大リフト量を有する圧力制御室８０と制御ピストン８１と、制御ピストン８１内に摺動自在に収容される小体積・小リフト量の圧力制御室４０と制御ピストン４１を配設し、プレートセパレータ８２を用いて互いに分離し、出口・入口オリフィス７２〜７５と連通させることで独立した圧力制御手段を構成し、またノズルボディ４８のニードル穴４５には同様に径大のノズルニードル９２と、ノズルニードル９２内に摺動自在に収容される径小のノズルニードル４２を配設し、大小の噴射孔９３、４３を備える噴射ノズル４とロアボディ２０とを同軸に組合せることによって、微小量の多段噴射制御のパイロット噴射特性と大容量のメイン噴射特性の組合せを実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁弁を駆動することにより燃料噴射を断続する燃料噴射弁に関し、例えば、高圧供給ポンプによって加圧し、コモンレール内に蓄圧した高圧燃料を、内燃機関の燃焼室に噴射するための電磁制御式燃料噴射弁に適用して好適なものである。

〔従来の技術〕
近年、環境改善のためにエンジンの排気ガスの規制が年々強化されており、ＰＭ排出量、ＮＯｘ排出量およびＣＯ２排出量の低減が課題として開発が進められている。特にディーゼルエンジンは、この課題に対し、噴射燃料の高圧化、多段噴射化等の精密制御技術の向上が求められている。これら実現のために、燃料噴射弁は開閉弁の応答性向上による多段噴射間隔の短縮化および多段噴射時に使用する微少量噴射の精度向上が求められている。従来の、ディーゼルエンジンなどの蓄圧（コモンレール）式燃料噴射装置に用いられ、コモンレールから供給される高圧燃料をエンジンの燃焼室に噴射する燃料噴射弁の構造として、図４に示すものがよく知られている。

この燃料噴射弁１００は、噴射弁本体１０２の内部のシリンダ１２１に収容された制御ピストン１４１の反噴射側に圧力制御室１４０を設け、圧力制御室１４０と燃料低圧側とを電磁弁１０３で断続することにより燃料噴射時期を制御するものである。圧力制御室１４０はオリフィスプレート１０７に設けられ、圧力制御室１４０の燃料入口側および燃料出口側にそれぞれ入口オリフィス１７４および出口オリフィス１７３を備え、出口オリフィス１７３の流路面積を入口オリフィス１７４の流路面積よりも大きく設定している。電磁弁１０３の通電（オン）時、ばね１３６により下方（閉弁方向）に付勢されるアーマチャ（可動子）１０５が電磁弁１０３に吸引され、弁体が開弁し、出口オリフィス１７３が開放される。これにより高圧燃料が低圧燃料側に逸早く多量に流れ出し、圧力制御室１４０の燃料圧力が略瞬時に低下する。

制御ピストン１４１は、噴射弁本体１０２の軸心に設けられたシリンダ１２１の摺動部１２１Ａにおいて摺動可能にシールされており、後端は圧力制御室１４０に臨み、先端はノズルニードル１４２の後端部と当接して配置されている。圧力制御室１４１の燃料圧力の略瞬時の低下に伴い上下両方向間の圧力バランスが崩れ、制御ピストン１４０は後方に摺動移動をする。これと同時にノズルニードル１４２も後方に摺動移動を起こし、リフトが生じてノズルニードル１４２が開弁し、インレット部１２６から供給される高圧燃料流入路１１１と連通する高圧燃料通路１２２を経由して、高圧燃料が噴射するものが知られている（特許文献１参照）。なお、電磁弁１０３内は低圧燃料油に満たされており、出口オリフィス１７３より流出した低圧燃料は流出路１１３を経由して、電磁弁１０３内のばね室１３６Ａを通過してドレンパイプ１２９より図示しないドレンタンクに戻される。

〔従来技術の不具合〕
しかしながら、上記の特許文献１で開示される燃料噴射弁は、単独の圧力制御室により単独のノズルニードルを開閉弁する構造となっており、非常に短い噴射間隔で多段噴射させると圧力制御室の圧力が噴射開始初期の状態に復帰する前に、次の噴射を開始させるため、多段噴射時の噴射制御が噴射回数を増加させるに伴って困難になるという問題を抱えていた。つまり、多段噴射時に噴射回数が制限を受けるため、十分な精密制御が実施できず、噴射特性の向上は得られないという問題があった。
特開２００２−１４７３１０号公報

燃料噴射装置は、噴射燃料の高圧化、多段噴射化等の精密制御技術の向上が求められている。これらの実現のために、燃料噴射弁は開閉弁の応答性向上による多段噴射間隔の短縮化、および多段噴射時に使用する微少量噴射の精度向上が求められている。そこで、微少噴射量を短時間に連続して精度良く噴射させる上で、従来のように噴射間隔を短縮して噴射回数を増やすというシリーズ的構成は限度があることに鑑みて、パラレル的構成に注目し、弁体部、すなわち圧力制御室と制御ピストンおよびノズルニードルの組合せからなる弁体部を複数設け、各圧力制御室およびノズルニードルに大小の有意差を与えることでパイロット噴射とメイン噴射の組合せをそれぞれの特徴にあった噴射特性を独立して行う構造もしくは構成の見直しが重要な課題となる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、弁体部、すなわち圧力制御室と制御ピストンおよびノズルニードルの組合せからなる弁体部を複数設け、各圧力制御室およびノズルニードルに大小の有意差を与えることでパイロット噴射とメイン噴射の組合せをそれぞれの特徴にあった噴射特性を独立して行う燃料噴射弁を提供することを目的とする。

〔請求項１の手段〕
先端側に燃料の噴射孔が開孔したノズルボディ内に、摺動部を有するノズルニードルを摺動自在に収容した噴射ノズルと、ノズルニードルの後端に当接して連動変位する制御ピストンを収容したロアボディを同軸的に接合した噴射弁本体と、噴射弁本体の後端部に設置されると共に、制御ピストンを先端方向に付勢する制御圧を発生させる圧力制御室と、圧力制御室と低圧通路との連通を開閉する電磁弁とを備え、制御圧と、制御ピストンを先端方向に付勢するばねの付勢力と、ノズルニードルを後端方向に付勢する燃料圧力とにより、弁体部を構成する圧力制御室と制御ピストンおよびノズルニードルが駆動され、噴射孔を開閉する燃料噴射弁において、圧力制御室を複数備え、各圧力制御室の制御圧を独立に制御することによって、同数のノズルニードルを独立して開閉することを特徴としている。

この構成によれば、異なる噴射特性を有する燃料噴射弁を並列に作動させることができるので、単独では得られない微小量から大量の広範な噴射量を精度良く制御することが可能となって、所望の特性を容易に得ることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項１に記載の燃料噴射弁において、複数の圧力制御室はそれぞれ体積が異なり、少なくとも体積が大きい圧力制御室と体積の小さい圧力制御室の二つを備えていることを特徴としている。

この構成によれば、大体積を設けた圧力制御室を有する弁体部と小体積を設けた圧力制御室を有する弁体部に開弁時間差を設けることが可能となって、大体積の圧力制御室を有する弁体部による噴射が始まる前に、小体積の圧力制御室を有する弁体部による噴射を設定することが可能となって、微小量のパイロット噴射の実施が容易となる。

〔請求項３の手段〕
請求項１に記載の燃料噴射弁において、複数のノズルニードルは異なるリフト量によって制御され、少なくとも大きいリフト量のノズルニードルと小さいリフト量のノズルニードルの二つを備えていることを特徴としている。

この構成によれば、大きいリフト量を設けたノズルニードルを有する弁体部による噴射量と小さいリフト量を設けたノズルニードルを有する弁体部による噴射量とに差を設けることが可能となって、小リフト量のノズルニードルを有する弁体部による噴射孔の噴射流量を非常に小さくすることで、多段噴射間隔の短縮化と多段噴射時の微小量噴射の精度向上が可能となる。

〔請求項４の手段〕
請求項１ないし３のいずれか１に記載の燃料噴射弁において、体積の小さい圧力制御室かつ小さいリフト量によって制御されるノズルニードルは、パイロット噴射用もしくはアフター噴射用の噴射量を制御し、体積の大きい圧力制御室かつ大きいリフト量によって制御されるノズルニードルは、メイン噴射用の噴射量を制御することを特徴としている。

この構成によれば、通電初期においては、圧力制御室の大小の体積差により開弁時間差が設定できるので、この間に小体積をさらに小さくすれば開閉弁の切替時間間隔をより短くでき、微小噴射が連続して何度でも実現可能となるので多段噴射でパイロット噴射用もしくはアフター噴射用の噴射量を精密に制御することが容易になる。そして、十分な通電時間では大体積の圧力制御室を有する弁体部は大きなリフト量を構成して開弁するので、大きな噴射流量を持つ噴射孔より燃料が噴射でき、メイン噴射用の噴射量を制御することが容易となる。よって、この多段噴射とメイン噴射との組合せにより、所望特性を容易に得ることができる。

この発明の最良の実施形態を、図に示す実施例１とともに説明する。

〔実施例１の構成〕
図１は、本発明の実施例１における電磁制御式の燃料噴射弁の全体構成断面図である。図２、３は、図１に示す燃料噴射弁の要部の拡大断面図であり、図２は圧力制御手段を、図３は噴射ノズルを示す。
燃料噴射弁１は噴射弁本体２と、噴射弁本体２の後端（図中上方）に装着した電磁弁３と、先端（図中下方）に締結した燃料の噴射ノズル４とからなる。電磁弁３は、図示しないエンジン制御装置（ＥＣＵ）からのワイヤーハーネスに接続されるコネクタＣが設けられており、ＥＣＵから送出される制御信号により制御される。

噴射弁本体２は、棒状を呈し、軸心に貫通したシリンダ２１が設けられるとともに、シリンダ２１に並行して高圧燃料通路２２、および低圧燃料通路２３が設けられたロアボディ２０を有する。ロアボディ２０の後端には、円筒状の電磁弁設置室１０が設けられ、電磁弁設置室１０には電磁弁３が装着されてアッパーボディ２４により固定されている。ロアボディ２０の先端には、噴射ノズル４が、リテーニングナット２５により同心に締結されている。ロアボディ２０の後端近傍には横方向に突出た高圧燃料を供給する筒状のインレット部２６が設けられるとともに、燃料噴射弁１の軸心の最後端に、噴射に用いられなかった低圧燃料を図示しないドレンタンクに戻すアウトレット部がドレンパイプ２９によって構成されている。

電磁弁３は、電磁弁設置室１０の上部に設置された電磁ソレノイド３０、および電磁弁設置室１０の下部に設置された開閉弁機構５０からなる。開閉弁機構５０は、可動子５と、可動子５を保持する可動子ホルダ６とを有する。可動子５は、平板部５１およびシャフト部５２とを有し、可動子室６０内に配されている。可動子ホルダ６の先端部（電磁弁設置室１０の下端部）はやや小径のプレート室７０となっており、略円盤状のオリフィスプレート７が収容されている。
開閉弁機構５０の開閉弁動作とオリフィスプレート７の圧力調整動作を併せて、圧力制御手段と称する。

電磁ソレノイド３０は、強磁性材製で後端が鍔状の円筒３２の外周に、複合磁性材を積層した磁気コアを配し、磁気コアの外周を強磁性材製外筒で包囲し、磁気コア内に電磁コイル３５を配設した構造を有する。電磁ソレノイド３０の先端は、可動子５を吸引する吸引面となっており、鍔状の円筒３２の先端面は、可動子５が衝突（当接）するストッパー面となっている。

図２において、可動子５は、平板部５１およびシャフト部５２とを有し、平板部５１は、その後端面が略平面であり、電磁ソレノイド３０の先端面に吸着される吸着面となっており、可動子室６０内に配されている。シャフト部５２は円柱状を呈し、その先端部は先細りのテーパ面５２Ａが設けられ可動子ホルダ６の中心穴に摺動自在に嵌め込まれている。可動子ホルダ６は、電磁弁設置室１０の内周に螺合され、締結軸力を生じ、オリフィスプレート７をプレート室７０の端面に接合させている。

また、シャフト部５２の先端面の中心には、円筒部および円錐部からなる弁体室７７が設けられ、弁体室７７には窒化珪素製のボール弁７８が収容されている。ボール弁７８は後端は球状であるが、先端はオリフィスプレート７の後端面の第１の出口オリフィス７３を塞ぐシール平面状となっている。可動子５は、電磁ソレノイド３０の軸心内に配されたばね３６で先端方向（閉弁方向）に付勢され、電磁コイル３５で生じた磁力により後端方向（開弁方向）に吸引されて前後（図中上下方向）に変位する。

オリフィスプレート７は、その外周端面の一部が切り欠いてある略円形の円盤であり、その後端面にはシャフト部５２の先端部に設けられた先細りのテーパ面５２Ａと対をなす後広がりのテーパ面５２Ｂを有し、この後広がりのテーパ面５２Ｂの一箇所に逃し溝７９が設けられ、流出路１３を経由して低圧燃料側に連通する。また、オリフィスプレート７の先端面には、その中心に円錐形状の小体積の第１の圧力制御室４０が形成され、この中心の後端面に第１の出口オリフィス７３が設けられている。そして、さらに中心から所定の距離だけ離れ、逃し溝７９の対向する位置に、連通孔７６と一方は連通し、他方は後広がりのテーパ面５２Ｂに開口する第２の出口オリフィス７２が設けられている。出口オリフィス７３、７２はともに低圧燃料側に連通し、出口オリフィス７３、７２から流出した制御燃料は逃し溝７９および流出路１３を経由し、可動子室６０を経て電磁弁３の略中心部を経由してドレンパイプ２９（図１）に流れ出る。また、噴射には使用されなかった余剰燃料も、集まって低圧燃料通路２３に流れ込み、同様にプレート室７０および可動子室６０を経由して、ドレンパイプ２９に流れ出る。

また、インレット部２６の内部には、高圧燃料流入路１１が設けられ、高圧燃料通路２８、２２に枝分かれして連通する。高圧燃料通路２８は、オリフィスプレート７に設けられた第１の入口オリフィス７４と連通し、第１の入口オリフィス７４は第１の圧力制御室４０の回復圧力を制御する。また、高圧燃料通路２８は、後述する第２の入口オリフィス７５とも連通して、後述する第２の圧力制御室８０の回復圧力を制御している。高圧燃料通路２２は、図３にて後述するようにノズルボディ４８に設けられた傾斜する高圧燃料流路４６を経由して袋穴部（燃料溜り）４５Ｃと連通し、噴射のための高圧燃料を供給すると共に、第２のノズルニードル９２の受圧面に作用し開弁方向（図中上方）に付勢している。

ロアボディ２０の中心には、シリンダ２１が貫通している。シリンダ２１は第２の制御ピストン８１を摺動自在に収容しており、シリンダ摺動部２１Ａとシリンダ燃料流通部２１Ｂおよびばね収容部２１Ｃから構成されている。そして、シリンダ摺動部２１Ａの後端にはシリンダ径より径大の大体積を有する円筒形の第２の圧力制御室８０が設けられ、第２の制御ピストン８１は、その後端が第２の圧力制御室８０に臨み、所定のリフトが生じる位置に摺動自在に配され、先端は第２のノズルニードル９２の後端に当接している。

また、第２の制御ピストン８１の軸心は中空形状を形成し、プレートセパレータ８２を介して第１の制御ピストン４１を摺動自在に収容しており、ピストン摺動部８１Ａとばね収容部８１Ｃおよびピストン燃料流通部８１Ｂからなる。また、プレートセパレータ８２はロアボディ２０の後端面とオリフィスプレート７の先端面との間に介装、接合され、第１および第２の制御ピストン４１、８１の後端部に構成されている第１および第２の圧力制御室４０、８０とをそれぞれ独立に分離するとともに、第１の制御ピストン４１と第２の制御ピストン８１とはそれぞれ独立して軸方向に移動することができるようになっている。

プレートセパレータ８２は、円筒シリンダ８２Ａとプレート８２Ｂからなり、円筒シリンダ外周面には第２の制御ピストン８１のピストン摺動部８１Ａが、円筒シリンダ内周面には第１の制御ピストン４１の摺動部が気密を保持して摺動し、また、プレート８２Ｂは円筒シリンダ８２Ａとは垂直の平面を有する平板部材であり、プレート８２Ｂの厚さ方向に貫通する孔８３によって、連通孔７６と圧力制御室８０を連通させるとともに、第１および第２の圧力制御室４０、８０を分離している。そして、プレート８２Ｂを隔ててオリフィスプレート７の先端面に第１の入口オリフィス７４を、ロアボディ２０の後端面のプレート８２Ｂとの接合面には第２の入口オリフィス７５を設けて、それぞれ分離、独立した第１および第２の圧力制御室４０、８０に連通し、圧力回復を制御する構成となっている。

そして、第２の制御ピストン８１のばね収容部８１Ｃに、プレートセパレータ８２の円筒シリンダ８２Ａの先端と第１の制御ピストン４１のばね受け部４１Ｂとの間にばね４４が介装され、第１の制御ピストン４１を先端方向に付勢し、これに当接する第１のノズルニードル４２を閉弁させる。また、ロアボディ２０の先端部のばね収容部２１Ｃには、ばね９４がシリンダ２１のシリンダ燃料流通部２１Ｂの端部に支持されたばね受け座９４Ａと第２のノズルニードル９２の後端部に嵌合して軸心を保持するばね受け座９４Ｂとの間に介装され、第２のノズルニードル９２を先端方向（閉弁）に付勢している。

図３において、噴射ノズル４は大径部のノズルボディ４８および小径部のノズル４９を有する二段筒型形状であり、ノズルボディ４８および小径部のノズル４９の段差部にリテーニングナット２５を掛け、ロアボディ２０の先端に同軸的に締結されている。ノズルボディ４８の中心に、第２のノズルニードル９２を収容するニードル穴４５が形成され、ニードル穴４５は第２のノズルニードル９２を摺動するニードル摺動部４５Ａと高圧燃料の通路となるニードル燃料流通部４５Ｂとを有する。また、ニードル燃料流通部４５Ｂの上流側のニードル穴４５の中間位置には径大の大容積を有する袋穴部（燃料溜り）４５Ｃが、傾斜する高圧燃料流路４６と交差して設けられている。高圧燃料圧力が第２のノズルニードル９２の受圧面に作用し第２のノズルニードル９２を後端方向（開弁）に付勢している。

また、第２のノズルニードル９２の軸心にはニードル穴９５が形成され、第１のノズルニードル４２が摺動自在に収容されており、ニードル摺動部９５Ａと高圧燃料の通路となるニードル燃料流通部９５Ｂとを有する。そして、ニードル燃料流通部９５Ｂにはニードル通油孔９５Ｃが設けられ、袋穴部４５Ｃと連通し、高圧燃料圧力が第１のノズルニードル４２の受圧面に作用し第１のノズルニードル４２を後端方向（開弁）に付勢している。

また、ニードル燃料流通部４５Ｂの下流側にはニードル穴４５の下端を塞ぐ、適度に薄肉のテーパ構造を有するノズル先端室４９Ａが構成され、第２のノズルニードル９２と当接して閉弁し、また、この内側（中心側）のニードル燃料流通部９５Ｂの下流側にはノズル先端室９９Ａが構成されて、第１のノズルニードル４２と当接して閉弁している。そして、各ノズル先端室４９Ａ、９９Ａには噴射孔９３、４３が適切な位置に設けられ、高圧燃料を噴霧する。
この噴射孔９３、４３はそれぞれ大噴射量および小噴射量の噴射孔であって、１個もしくは複数個適切な数にて構成され、適用する機種や必要とする噴射特性に合わせて選択できる。

第１のノズルニードル４２は、第１の圧力制御室４０の制御圧、およびばね４４のばね荷重による先端方向への付勢力と、噴射ノズル４内のニードル通油孔９５Ｃの燃料圧により第１のノズルニードル４２に加わる後端方向への付勢力とのバランスで前後（上下）の移動をし、噴射孔４３を開閉する。すなわち、第１の圧力制御室４０が低圧になったとき、第１の制御ピストン４１と第１のノズルニードル４２とが後端方向に移動し、噴射孔４３が開いて、高圧燃料通路２２から噴射ノズル４に供給された高圧燃料が燃焼室に噴射される。

また、同様に第２のノズルニードル９２は、第２の圧力制御室８０の制御圧、およびばね９４のばね荷重による先端方向への付勢力と、噴射ノズル４内の袋穴部４５Ｃの燃料圧により第２のノズルニードル９２に加わる後端方向への付勢力とのバランスで前後（上下）に移動し、噴射孔９３を開閉する。すなわち、第２の圧力制御室８０が低圧になったとき、第２の制御ピストン８１と第２のノズルニードル９２とが後端方向に移動し、噴射孔９３が開いて、高圧燃料通路２２から噴射ノズル４に供給された高圧燃料が燃焼室に噴射される。
そして第１および第２のノズルニードル４２、９２は独立に作用する。

〔実施例１の作用〕
実施例１の燃料噴射弁１の作用を、図１を用いて説明する。
閉弁時は電磁弁３に電流が流れないので磁力は発生せず、可動子５は、ばね３６により先端方向に押し付けられている。この付勢力により、第１の圧力制御室４０内の高圧燃料は第１の出口オリフィス７３に接するボール弁７８によってシールされ、また、第２の圧力制御室８０内の高圧燃料は第２の出口オリフィス７２に接する可動子５の先細りのテーパ面５２Ａによってシールされる。このとき第２の圧力制御室８０内の燃料圧力によって先端方向へ作用する力Ｆａ、ばね３６により先端方向へ付勢する力Ｆｂ、袋孔部４５Ｃおよびニードル燃料流通部４５Ｂ内の燃料圧力によって後端方向に作用する力Ｆｃとの関係は、Ｆａ＋Ｆｂ＞Ｆｃとなり、第２のノズルニードル９２は先端方向に押し付けられ閉弁する。このため、ニードル燃料流通部４５Ｂと噴射孔９３の間は第２のノズルニードル９２によって遮断され噴射孔９３から高圧燃料は噴射しない。

同様に、第１の圧力制御室４０内の燃料圧力によって先端方向へ作用する力Ｆｄ、ばね４４により先端方向に付勢する力Ｆｅ、ニードル燃料流通部９５Ｂ内の燃料圧力によって後端方向に作用する力Ｆｇとの関係は、Ｆｄ＋Ｆｅ＞Ｆｇとなり、第１のノズルニードル４２は先端方向へ押し付けられる。よって、ニードル燃料流通部９５Ｂと噴射孔４３の間は第１のノズルニードル４２によって遮断され、噴射孔４３から高圧燃料は噴射しない。
つまり、双方の噴射孔４３、９３からは高圧燃料が噴射されることはない。

開弁時は、電磁弁３に電流が流れ磁力が発生する。この磁力により可動子５は吸引され後端方向に移動する。すると第１の出口オリフィス７３とボール弁７８、および第２の出口オリフィス７２と可動子５の先細りテーパ面５２Ａとの間にクリアランスが発生する。よって、第２の圧力制御室８０と第１の圧力制御室４０内の高圧燃料はそれぞれ第２、および第１の出口オリフィス７２、７３を通って低圧通路側に流出されるので、第２の圧力制御室８０と第１の圧力制御室４０の圧力が略瞬時に低下し、先端方向へ作用する力Ｆａ、Ｆｄを低下させる。その結果、Ｆａ＋Ｆｂ＜Ｆｃ、Ｆｄ＋Ｆｅ＜Ｆｇとなり、第２の制御ピストン８１と第１の制御ピストン４１、および第２のノズルニードル９２と第１のノズルニードル４２は後端方向へ移動し、開弁して、高圧燃料がニードル燃料流通部４５Ｂ、９５Ｂを経由して噴射孔９３、４３より噴射される。

そして、電磁ソレノイド３０の通電がオフされると、可動子５が、ばね３６の付勢力で先端方向に移動し、第２、および第１の出口オリフィス７２、７３が塞がれ、第２、および第１の入口オリフィス７５、７４からの高圧燃料圧が第２の圧力制御室８０、および第１の圧力制御室４０に作用し、圧力つまり力バランスが閉弁時の状態に戻って、噴射孔４３、９３が閉じられ、高圧燃料の噴射は終了する。第２および第１の出口オリフィス７２、７３のオリフィス径は、第２および第１の入口オリフィス７５、７４のオリフィス径より径大に設けてあるので、通電オンから通電オフの作動時間内において、圧力制御室８０、４０の回復圧力（背圧）の変化のパターンが燃料噴射の噴射率プロフィールを決めることとなる。つまり、圧力制御室８０、４０の体積やオリフィスの径比を選択することにより、所望の噴射率プロフィールが設定できる。そして、噴射に使用されなかった余剰の燃料は低圧燃料通路２３を経由して、第２および第１の出口オリフィス７２、７３から流出する制御燃料と共にドレンパイプ２９から排出される。

〔実施例１の効果〕
本発明は、第２の圧力制御室８０の体積Ｖａ、第１の圧力制御室４０の体積Ｖｂとの間にＶａ＞Ｖｂとなる関係を設けることで、Ｆａ＋Ｆｂ＜ＦｃとなるタイミングＴａと、Ｆｄ＋Ｆｅ＜ＦｇとなるタイミングＴｂとの間に、Ｔａ＞Ｔｂとなる時間差を与える構造としている。そのため、第１のノズルニードル４２が後端方向へ移動（開弁）しても、第２のノズルニードル９２が後端方向へ移動（開弁）しない時間帯が存在し、この時間内に電磁弁３への通電をオフし、可動子５を先端方向へ作動させ第１の出口オリフィス７３をシールさせれば噴射孔９３から高圧燃料を噴射することなく、噴射孔４３の噴射を終了させることができる。ここで噴射孔４３の噴射流量を非常に小さくすることで、多段噴射時の微小噴射のみを実現することが可能となる。また、第１の圧力制御室４０の体積Ｖｂをさらに小さくすれば、Ｆｄ＋Ｆｅ＞Ｆｇと、Ｆｄ＋Ｆｅ＜Ｆｇが切り替わる時間間隔を短くすることができ、短い時間間隔での連続した微小噴射を実現することが可能となる。これにより、精度の高いパイロット噴射を行うことができる。

メイン噴射時は、電磁弁３への通電時間をＦａ＋Ｆｂ＜Ｆｃとなるまで設定することにより、第１のノズルニードル４２に続いて第２のノズルニードル９２が後端方向に移動（開弁）して、噴射孔４３に比べて大きな噴射流量を持つ噴射孔９３より高圧燃料を噴射することにより実現が可能となる。メイン噴射終了時は、電磁弁３への通電をオフすることで可動子５が、ばね３６の付勢力によって先端方向に押し付けられ、第２、および第１の出口オリフィス７２、７３はボール弁７８および可動子５の先細りテーパ面５２Ａによりシールされる。よって、第２の圧力制御室８０、および第１の圧力制御室４０の圧力が上昇し、Ｆａ＋Ｆｂ＞Ｆｃ、Ｆｄ＋Ｆｅ＞Ｆｇとなるため第２のノズルニードル９２、および第１のノズルニードル４２は先端方向へ移動し噴射を終了させる。よって、精度の高い微小量噴射の多段噴射と大量噴射のメイン噴射の組合せが可能となって、単独では得られない所望の噴射特性を容易に提供できる。

〔変形例〕
実施例１では、体積およびリフト量が異なる複数の弁体部、すなわち圧力制御室と制御ピストンおよびノズルニードルの組合せを同軸的に重ねる多重（二重）構造にて、特徴あるパイロット噴射とメイン噴射の組合せの噴射特性を実現しているが、これに限ることなく複数の弁体部、すなわち圧力制御室と制御ピストンおよびノズルニードルの組合せがそれぞれの中心軸を、噴射弁本体の軸心に対し放射状に配置され、あたかも噴射弁本体の軸心を中心として輪になって複数に並ぶように構成されていても構わない。

多重構造の燃料噴射弁では、同軸的に重なるため一つのシリンダもしくは制御ピストンの内外周面が摺動部として利用できるのでスペース利用は好適で、コンパクトにまとめられる特徴を有するものの、内外周を同時仕上げする必要から寸法の精度管理はより重要となる。

一方、放射配置は、単独の弁体部が輪になって複数並ぶ構造であるので、コンパクト性には劣るが、既に実績ある加工法による加工で済むので高い生産性が得られることが特徴である。要は適用する機種や必要とする噴射特性に合わせ、何組の複数の弁体部を組合わせるべきかを含めて好適な配置方式を設定すればよい。

は燃料噴射弁の全体構成を示す断面図である（実施例１）。 は燃料噴射弁の要部である圧力制御手段の拡大断面図である（実施例１）。 は燃料噴射弁の要部である噴射ノズルの拡大断面図である（実施例１）。 は燃料噴射弁の全体構成を示す断面図である（従来例）。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
２ 噴射弁本体
３ 電磁弁
４ 噴射ノズル
５ 可動子（アーマチャ）
２０ ロアボディ
２１ シリンダ
２１Ａ シリンダ摺動部
３６、４４、９４ ばね（付勢手段）
４０ 第１の圧力制御室
４１ 第１の制御ピストン
４２ 第１のノズルニードル
４３、９３ 噴射孔
４５ ニードル穴
４５Ａ ニードル摺動部
４８ ノズルボディ
７２ 第２の出口オリフィス
７３ 第１の出口オリフィス
７４ 第１の入口オリフィス
７５ 第２の入口オリフィス
８０ 第２の圧力制御室
８１ 第２の制御ピストン
８１Ａ ピストン摺動部
８２ プレートセパレータ
９２ 第２のノズルニードル
９５ ニードル穴
９５Ａ ニードル摺動部

Claims (4)

1. 先端側に燃料の噴射孔が開孔したノズルボディ内に、摺動部を有するノズルニードルを摺動自在に収容した噴射ノズルと、
   前記ノズルニードルの後端に当接して連動変位する制御ピストンを収容したロアボディを同軸的に接合した噴射弁本体と、
   該噴射弁本体の後端部に設置されると共に、前記制御ピストンを先端方向に付勢する制御圧を発生させる圧力制御室と、
   該圧力制御室と低圧通路との連通を開閉する電磁弁とを備え、
   前記制御圧と、
   前記制御ピストンを先端方向に付勢するばねの付勢力と、
   前記ノズルニードルを後端方向に付勢する燃料圧力とにより、
   弁体部を構成する前記圧力制御室と前記制御ピストンおよび前記ノズルニードルが駆動され、前記噴射孔を開閉する燃料噴射弁において、
   前記圧力制御室を複数備え、前記各圧力制御室の制御圧を独立に制御することによって、同数の前記ノズルニードルを独立して開閉することを特徴とする燃料噴射弁。
2. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   複数の前記圧力制御室はそれぞれ体積が異なり、少なくとも体積が大きい前記圧力制御室と体積の小さい前記圧力制御室の二つを備えていることを特徴とする燃料噴射弁。
3. 請求項１に記載の燃料噴射弁において、
   複数の前記ノズルニードルは異なるリフト量によって制御され、少なくとも大きいリフト量の前記ノズルニードルと小さいリフト量の前記ノズルニードルの二つを備えていることを特徴とする燃料噴射弁。
4. 請求項１ないし３のいずれか１に記載の燃料噴射弁において、
   体積の小さい前記圧力制御室、かつ小さいリフト量によって制御される前記ノズルニードルは、パイロット噴射用もしくはアフター噴射用の噴射量を制御し、体積の大きい前記圧力制御室、かつ大きいリフト量によって制御される前記ノズルニードルは、メイン噴射用の噴射量を制御することを特徴とする燃料噴射弁。

Images