JP2008255824A - 内燃機関の燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な機関運転領域において最適な燃料噴射率での燃料噴射を行うことができる燃料噴射弁を提供する。
【解決手段】第一噴孔群１４及び第二噴孔群１５と、制御室２０と、第一ニードル弁１２及び第二ニードル弁１３と、制御室から流出する燃料流量を変更する流入・流出流量変更手段とを具備する。第一ニードル弁、第二ニードル弁がそれぞれ第一噴孔群、第二噴孔群の噴孔を開閉する。これらニードル弁のリフトは制御室内の燃料の圧力により制御される。流入・流出流量変更手段は制御室に連通する二つの燃料流出通路２６、２７と三位置制御弁３２とを具備し、三位置制御弁は両方の燃料流出通路を遮断する第一位置と、一方の燃料流出通路のみを遮断する第二位置と、両方の燃料流出通路を開放する第三位置との間で位置を変更可能であり、三位置制御弁は上記ニードル弁上昇初期には第二位置とされ、上記ニードル弁上昇後期には第三位置とされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射弁に関する。

近年、内燃機関に用いられる燃料噴射弁として、二つの噴孔群を具備し、一方の噴孔群の噴孔のみからの燃料噴射と両噴孔群の噴孔からの燃料噴射とを使い分けることができる燃料噴射弁が開発されている。斯かる燃料噴射弁では、一般に、低負荷運転状態においては一方の噴孔径の細い噴孔群のみから燃料を噴射することにより噴霧を微粒化すると共に、高負荷運転状態においてはこの噴孔群に加えて噴孔径の太い噴孔群からも燃料を噴射することにより短期間に多量の燃料を噴射することを可能としている。

このような燃料噴射弁としては、例えば、円筒状の外側ニードル弁とこの外側ニードル弁の内側に同軸に設けられた内側ニードル弁とを具備し、外側ニードル弁が一方の噴孔群の噴孔を開閉すると共に内側ニードル弁が他方の噴孔群の噴孔を開閉する燃料噴射弁が知られている（例えば、特許文献１）。

特に、特許文献１に開示された燃料噴射弁では、外側ニードル弁及び内側ニードル弁の後端側に設けられた制御室から燃料を流出させて制御室内の燃料の圧力を低下させることにより、外側ニードル弁及び内側ニードル弁を順次リフトさせることとしている。作動時には、制御室から燃料を流出させると、まず外側ニードル弁のリフトが開始されて一方の噴孔群の噴孔のみからの燃料噴射が行われると共に、外側ニードル弁が或る程度リフトされたところで内側ニードル弁のリフトが開始され、両噴孔群の噴孔からの燃料噴射が行われる。ただし、外側ニードル弁が或る程度リフトされる前に制御室からの燃料の流出を中止すると、内側ニードル弁のリフトが開始されることはなく、よって燃料噴射の開始から終了までに亘って一方の噴孔群の噴孔のみから燃料噴射が行われることになる。

特開２００５−３２０９０４号公報 特開平８−３５４６７号公報 特開２００５−２０７４３０号公報

ところで、特許文献１に記載の燃料噴射装置では、制御室から燃料を流出させる燃料の流量を変更することができず、基本的にニードル弁のリフト開始から終了までに亘ってほぼ一定の流量で燃料が制御室から流出することになる。このため、例えば制御室から燃料を流出させる通路に設けられたオリフィスにおける絞りを小さくして制御室から流出する燃料の流量を多くすると、燃料噴射弁からの噴射率の挙動は図１６（Ａ）に実線ａ及びａ’で示したようになる。一方、制御室から燃料を流出させる通路に設けられたオリフィスにおける絞りを大きくして制御室から流出する燃料の流量を少なくすると、燃料噴射弁からの噴射率の挙動は図１６（Ａ）に破線ｂ及びｂ’で示したようになる。なお、図中のａ、ｂは機関運転状態が高負荷・高回転となっている場合等、長期間に亘って燃料噴射を行う場合、図中のａ’、ｂ’は機関運転状態が低負荷・低回転となっている場合等、短期間に燃料噴射を行う場合の噴射率の挙動をそれぞれ示している。

ここで、機関運転状態が高負荷・高回転となっている場合、機関本体から排出される排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X）とスモークとの関係は図１６（Ｂ）に示したような関係となる。すなわち、高負荷・高回転時においては上記オリフィスの絞りが小さいとき（図中の実線ａ）の方がオリフィスの絞りが大きいとき（図中の破線ｂ）よりもスモーク及びＮＯ_Xの発生量が少ないことが分かる。また、図１６（Ａ）から分かるように、噴射期間中の総燃料噴射量はオリフィスの絞りが小さいときの方が多く、よって出力を高めることができる。従って、排気エミッション及び出力の観点から、機関運転状態が高負荷・高回転となっている場合には、オリフィスの絞りを小さくし、制御室から流出する燃料の流量を多くすることが好ましい。

一方、機関運転状態が低負荷・低回転となっている場合、機関本体から排出される排気ガス中に含まれるＮＯ_Xと炭化水素（ＨＣ）との関係は図１６（Ｃ）に示したような関係となる。すなわち、低負荷・低回転時においては上記オリフィスの絞りが大きいとき（図中の破線ｂ’）の方がオリフィスの絞りが小さいとき（図中の実線ａ’）よりもＨＣ及びＮＯ_Xの発生量が少ないことが分かる。従って、排気エミッションの観点から、機関運転状態が低負荷・低回転となっている場合には、オリフィスの絞りを大きくし、制御室から流出する燃料の流量を少なくすることが好ましい。

このように、機関運転状態に応じて制御室から流出させる最適な燃料の流量が異なっている。しかしながら、上記特許文献１に記載の燃料噴射弁では制御室から流出させる燃料の流量を変化させることができず、よって全ての運転領域において最適な燃料噴射率を得ることができない。

そこで、本発明の目的は、様々な機関運転領域において最適な燃料噴射率での燃料噴射を行うことができる燃料噴射弁を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明では、第一噴孔群及び第二噴孔群と、制御室と、第一ニードル弁及び第二ニードル弁とを具備し、第一ニードル弁が第一噴孔群の噴孔を開閉し、第二ニードル弁が第二噴孔群の噴孔を開閉し、これらニードル弁のリフトは制御室内の燃料の圧力により制御せしめられる燃料噴射弁において、上記ニードル弁の上昇中に制御室から流出する燃料流量を変更する流入・流出流量変更手段をさらに具備し、上記流入・流出流量変更手段は制御室に連通する二つの燃料流出通路と三位置制御弁とを具備し、該三位置制御弁は両方の燃料流出通路を遮断する第一位置と、一方の燃料流出通路を遮断して他方の燃料流出通路を開放する第二位置と、両方の燃料流出通路を開放する第三位置との間で位置を変更可能であり、上記三位置制御弁は上記ニードル弁上昇初期には第二位置とされると共に上記ニードル弁上昇後期には第三位置とされる。
第１の発明によれば、ニードル弁の上昇初期には一方の燃料流出通路のみが開放され、ニードル弁の上昇後期には両方の燃料流出通路が開放される。このため、ニードル弁の上昇初期における制御室内の燃料の減少速度がニードル弁の上昇後期における減少速度よりも遅くされるため、ニードル弁の上昇初期には噴射率の上昇速度が遅く且つニードル弁の上昇後期には噴射率の上昇速度が速くなるように燃料噴射を行うことができる。これにより、機関運転状態が低負荷・低回転となっている場合にはニードル弁の上昇初期で燃料噴射が終了せしめられることから噴射期間中には噴射率の上昇速度が遅く、機関運転状態が高負荷・高回転となっている場合にはニードル弁の上昇後期まで燃料噴射が行われることから噴射期間中には噴射率の平均的な上昇速度は速い。
なお、上記「ニードル弁の上昇中」とは、二つのニードル弁のうち少なくともいずれか一方が上昇している状態を意味する。

上記課題を解決するために、第２の発明では、第一噴孔群及び第二噴孔群と、制御室と、ニードル弁とを具備し、ニードル弁のリフト量が所定量以下のときには第一噴孔群の噴孔のみが開放され、ニードル弁のリフト量が所定量よりも大きいときには第一噴孔群の噴孔に加えて第二噴孔群の噴孔が開放せしめられる燃料噴射弁において、上記ニードル弁の上昇中に制御室から流出する燃料流量を変更する流入・流出流量変更手段をさらに具備し、上記流入・流出流量変更手段は制御室に連通する二つの燃料流出通路と三位置制御弁とを具備し、該三位置制御弁は両方の燃料流出通路を遮断する第一位置と、一方の燃料流出通路を遮断して他方の燃料流出通路を開放する第二位置と、両方の燃料流出通路を開放する第三位置との間で位置を変更可能であり、上記三位置制御弁は上記ニードル弁上昇初期には第二位置とされると共に上記ニードル弁上昇後期には第三位置とされる。

上記課題を解決するために、第３の発明では、第一噴孔群及び第二噴孔群と、制御室と、第一ニードル弁及び第二ニードル弁とを具備し、第一ニードル弁が第一噴孔群の噴孔を開閉し、第二ニードル弁が第二噴孔群の噴孔を開閉し、これらニードル弁のリフトは制御室内の燃料の圧力により制御せしめられる燃料噴射弁において、上記ニードル弁の上昇中に制御室から流出する燃料流量を変更する流入・流出流量変更手段をさらに具備し、上記流入・流出流量変更手段は制御室に連通する二つの燃料流出通路と三位置制御弁とを具備し、該三位置制御弁は両方の燃料流出通路を遮断する第一位置と、一方の燃料流出通路を遮断して他方の燃料流出通路を開放する第二位置と、両方の燃料流出通路を開放する第三位置との間で位置を変更可能であり、燃料噴射時における上記三位置制御弁の作動位置は機関運転状態に応じて変更せしめられる。
第３の発明によれば、機関運転状態に応じて制御室内の燃料の減少速度を変更することができる。このため、様々な機関運転領域に応じて異なった燃料噴射率での燃料噴射を行うことができる。

上記課題を解決するために、第４の発明では、第一噴孔群及び第二噴孔群と、制御室と、ニードル弁とを具備し、ニードル弁のリフト量が所定量以下のときには第一噴孔群の噴孔のみが開放され、ニードル弁のリフト量が所定量よりも大きいときには第一噴孔群の噴孔に加えて第二噴孔群の噴孔が開放せしめられる燃料噴射弁において、上記ニードル弁の上昇中に制御室から流出する燃料流量を変更する流入・流出流量変更手段をさらに具備し、上記流入・流出流量変更手段は制御室に連通する二つの燃料流出通路と三位置制御弁とを具備し、該三位置制御弁は両方の燃料流出通路を遮断する第一位置と、一方の燃料流出通路を遮断して他方の燃料流出通路を開放する第二位置と、両方の燃料流出通路を開放する第三位置との間で位置を変更可能であり、燃料噴射時における上記三位置制御弁の作動位置は機関運転状態に応じて変更せしめられる。

第５の発明では、第３又は第４の発明において、燃料噴射時における上記三位置制御弁の作動位置は、機関運転状態が低負荷・低回転状態にあるときには第二位置とされ、機関運転状態が高負荷・高回転状態にあるときには第三位置とされる。

本発明によれば、様々な機関運転領域において最適な燃料噴射率での燃料噴射を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の燃料噴射弁の第一実施形態を示す概略断面図であり、図２は図１に示した燃料噴射弁の拡大図である。図２の左側は外側ニードル弁のみがリフトされている状態、図２の右側は外側ニードル弁及び内側ニードル弁共にリフトされている状態を示している。

本実施形態の燃料噴射装置は、高圧ポンプによって燃料タンクから高圧燃料が供給されるコモンレール（燃料蓄圧部）１と、コモンレール１から高圧燃料が供給され且つ機関燃焼室（図示せず）内に燃料を噴射する燃料噴射弁（以下、「インジェクタ」と称す）２と、噴射すべき燃料を貯留する燃料タンク（燃料回収部）３とを備える。また、コモンレール１内の燃料圧力は比較的高い圧力（例えば、８０ＭＰａ〜１４０ＭＰａ）に保たれる。

インジェクタ２は、図２に示したように、筒状のノズルボディ１１と、このノズルボディ１１と同軸に配置された中実の内側ニードル弁１２と、上記ノズルボディ１１と同軸に配置された中空の外側ニードル弁１３とを具備する。ノズルボディ１１はその内部に中空空間を有し、この中空空間内に両ニードル弁１２、１３が収容される。また、外側ニードル弁１３はその内部に中空空間を有し、この中空空間内に内側ニードル弁１２が受容される。ノズルボディ１１の先端部には二つの噴孔群１４、１５が設けられており、これら噴孔群のうち内側噴孔群１４の噴孔は内側ニードル弁１２によって開閉されると共に外側噴孔群１５の噴孔は外側ニードル弁１３によって開閉される。各噴孔群１４、１５はそれぞれ一つ又はそれ以上の噴孔によって構成せしめられる。なお、本明細書においては、図１の下側、すなわちノズルボディ１１に噴孔群１４、１５が設けられている側を下方、図１の上側、すなわち噴孔群が設けられていない側を上方として説明する。

ノズルボディ１１の内面と外側ニードル弁１３の外周面及び内側ニードル弁１２の先端部の外面との間には、インジェクタ２から噴射すべき燃料が流れるノズル室１６が形成される。このノズル室１６は、コモンレール１に通じる高圧燃料供給通路１７と連通していると共に、ノズルボディ１１の先端部に設けられた噴孔群１４、１５の各噴孔と連通する。ノズルボディ１１はシリンダ２１を具備し、このシリンダ２１内で外側ニードル弁１３がその軸線方向に摺動する。

内側ニードル弁１２及び外側ニードル弁１３はそれぞれその軸線方向に摺動可能であり、斯かるニードル弁１２、１３の軸線方向の摺動により噴孔群１４、１５の各噴孔が開閉される。すなわち、ニードル弁１２、１３がリフト（上昇）せしめられると、それぞれ内側噴孔群１４及び外側噴孔群１５の各噴孔とノズル室１６とが通じ、各噴孔から燃料が噴射せしめられる。一方、ニードル１２、１３が最も下方の位置（リフトしていない状態）にあり、ニードル１２、１３の先端部がノズルボディ１１の先端部の内壁面に形成されたシート上に載置されている場合には各噴孔は閉じられており、よって各噴孔からの燃料の噴射が停止せしめられる。

内側ニードル弁１２は内側ニードル用バネ１８によって内側噴孔群１４の各噴孔を閉弁するように軸線方向下方に向かって付勢されている。また、外側ニードル弁１３は外側ニードル用バネ１９によって外側噴孔群１５の各噴孔を閉弁するように軸線方向下方に向かって付勢されている。また、ニードル弁１２、１３の上端面とノズルボディ１１の内面との間に圧力制御室２０が画成される。この圧力制御室２０内には燃料が供給されており、この圧力制御室２０内の燃料圧力により内側ニードル弁１２及び外側ニードル弁１３は下向きの力を受ける。すなわち、内側ニードル弁１２及び外側ニードル弁１３はバネ１８、１９及び圧力制御室２０内の燃料により下向きの力を受けている。逆に、内側ニードル弁１２及び外側ニードル弁１３はノズル室１６内の燃料圧力により上向き（噴孔開弁方向）の力を受ける。

したがって、内側ニードル弁１２は内側ニードル用バネ１８及び圧力制御室２０内の燃料圧力により内側ニードル弁１２が受ける下向き（噴孔閉弁方向）の力が、ノズル室１６内の燃料圧力により内側ニードル弁１２が受ける上向き（噴孔開弁方向）の力と同一であるか又はそれよりも大きい場合、内側ニードル弁１２は下降せしめられるか又は内側噴孔群１４の各噴孔を閉じたまま維持せしめられる。逆に、内側ニードル用バネ１８及び圧力制御室２０内の燃料圧力によって内側ニードル弁１２が受ける下向きの力が、ノズル室１６内の燃料圧力により内側ニードル弁１２が受ける上向きの力よりも小さい場合、内側ニードル弁１２は上昇せしめられる。

外側ニードル弁１３についても同様なことが言え、外側ニードル用バネ１９及び圧力制御室２０内の燃料圧力により外側ニードル弁１３が受ける下向き（噴孔閉弁方向）の力が、ノズル室１６内の燃料圧力により外側ニードル弁１３が受ける上向き（噴孔開弁方向）の力と同一であるか又はそれよりも大きい場合、外側ニードル弁１３は下降せしめられるか又は外側噴孔群１５の各噴孔を閉じたまま維持せしめられる。逆に、外側ニードル用バネ１９及び圧力制御室２０内の燃料圧力によって外側ニードル弁１３が受ける下向きの力が、ノズル室１６内の燃料圧力により外側ニードル弁１３が受ける上向きの力よりも小さい場合、外側ニードル弁１３は上昇せしめられる。なお、外側ニードル用バネ１９の付勢力は内側ニードル用バネ１８の付勢力よりも弱いものとされる。

図１に示したように、本実施形態の燃料噴射弁２では、シリンダ２１内にシリンダ２１を貫通するオリフィス２５が設けられる。オリフィス２５はシリンダ２１の軸線に対して垂直にシリンダ２１を貫通して設けられる。オリフィス２５は、高圧燃料通路１７と圧力制御室２０とを連通させ、圧力制御室２０内に燃料を供給する。圧力制御室２０には二つの燃料流出通路２６及び２７が設けられ、これら燃料流出通路２６、２７にはそれぞれオリフィス２８、２９が設けられる。

燃料流出通路２６、２７は共に弁室３０に連通せしめられ、弁室３０は開口３１及びリターン通路３３を介して燃料タンク３に連通せしめられる。弁室３０内には半球状の弁体３２が設けられ、この弁体３２は圧電アクチュエータ２４によって駆動せしめられる。

本実施形態では、弁体３２は三つの位置間で駆動せしめられる。具体的には、弁体３２により弁室３０の開口３１を閉鎖させる完全閉弁位置（図示せず）と、図１（Ａ）に示したように弁体３２により第二燃料流出通路２７の出口のみを閉鎖する部分閉弁位置と、弁室３０の開口３１及び両燃料流出通路２６、２７の出口のいずれも閉鎖しない完全開放位置との間で駆動せしめられる。

弁体３２が完全閉弁位置にあるときには圧力制御室２０内の燃料は燃料流出通路２６、２７のいずれを介しても流出しない。その一方で、オリフィス２５を介して圧力制御室２０内に燃料が流入せしめられる。このため、圧力制御室２０内の燃料圧力はレール圧となる。

弁体３２が部分閉弁位置にあるときには圧力制御室２０内の燃料は第一燃料流出通路２６のみを介して流出せしめられる。第一燃料流出通路２６からの燃料流出速度はオリフィス２５を介した燃料流入速度よりも速いことから、圧力制御室２０内の燃料圧力は徐々に低下せしめられる。

弁体３２が完全開放位置にあるときには圧力制御弁２０内の燃料は第一燃料流出通路２６及び第二燃料流出通路２７の両方を介して流出せしめられる。このため、圧力制御室２０内の燃料圧力の低下速度が速くなり、よってニードル弁１２又は１３の上昇速度は弁体３２が部分閉弁位置にあるときに比べて速くなる。

すなわち、本実施形態によれば、弁体３２の位置に応じてニードル弁１２又は１３の上昇速度を二段階で変更することができる。特に、本実施形態によれば、外側ニードル弁１３のみが上昇しているときには弁体３２を部分閉弁位置にして外側ニードル弁１３の上昇速度を遅くすることができると共に、両ニードル弁１２及び１３が共に上昇しているときには弁体３２を完全開放位置にして両ニードル弁１２、１３の上昇速度を速くすることができる。

図３は、燃料噴射弁からの燃料噴射の開始から終了までの噴射率の推移を示す図である。図３（Ａ）は外側ニードル弁１２の上昇後内側ニードル弁１３の上昇開始前に弁体３２を完全閉弁位置から部分閉弁位置へ切り替わるように設定した場合における本実施形態の燃料噴射弁２による噴射率の推移、図３（Ｂ）、（Ｃ）は弁体３２等の設けられていない燃料噴射弁による燃料噴射の開始から終了までの噴射率の推移を示す図である。特に、図３（Ｂ）は制御室２０から燃料タンク３へと通じる燃料流出入通路に設けられたオリフィスの絞りを小さくして圧力制御室２０からの燃料流出速度を速くした場合を、図３（Ｃ）は制御室２０から燃料タンク３へと通じる燃料流出入通路に設けられたオリフィスの絞りを大きくして圧力制御室２０からの燃料流出速度を遅くした場合をそれぞれ示している。

図３（Ａ）から分かるように、本実施形態の燃料噴射弁２では、燃料噴射を開始してからニードル弁１２、１３の上昇初期（図中の期間ｘ）のうちは圧力制御室２０内の燃料圧力の低下速度が遅いことから噴射率の上昇速度は遅い。その後、ニードル弁１２、１３の上昇後期（図中の期間ｙ）においては圧力制御室２０内の燃料圧力の低下速度が速いことから噴射率の上昇速度は速くなる。

本実施形態の燃料噴射弁２はこのような噴射挙動をとることにより、機関運転状態が低負荷・低回転にあるときには図３（Ａ）に破線で示したような態様で燃料噴射が行われることになる。このように噴射が行われることで噴射率の上昇速度が遅くなっているため、図５（Ｃ）に示したようにＨＣ及びＮＯ_Xの発生量を低減させることができる。

一方、機関運転状態が高負荷・高回転にあるときには図３（Ａ）に実線で示したような態様で燃料噴射が行われることになる。このように噴射が行われることで、少なくともニードル弁１２、１３の上昇後期における噴射率の上昇速度が速くなっているため、短時間に多量に燃料を噴射させて内燃機関の出力を高めることができると共に、図５（Ｂ）に示したようにスモーク及びＮＯ_Xの発生量を低減させることができる。

すなわち、本実施形態の燃料噴射弁２によれば、外側ニードル弁１２の上昇後内側ニードル弁１３の上昇開始前に弁体３２を完全閉弁位置から部分閉弁位置へ切り替わるように設定することにより、低負荷・低回転時にはＨＣ及びＮＯ_Xの発生を低減させると共に、高負荷・高回転時にはスモーク及びＮＯ_Xの発生を低減させ且つ出力を高めることができる。

或いは、外側ニードル弁１２の上昇後内側ニードル弁１３の上昇開始前に弁体３２を完全閉弁位置から部分閉弁位置へ切り替わるように設定するのではなく、機関運転状態が低負荷・低回転状態にあるときには弁体３２を完全閉弁位置に移動させることにより燃料噴射を行い、機関運転状態が高負荷・高回転状態にあるときには弁体３２を部分閉弁位置に移動させることにより燃料噴射を行うようにしてもよい。

このように燃料噴射を行うことにより、機関運転状態が低負荷・低回転状態にあるときには圧力制御室２０内の燃料圧力の低下速度が遅いことから噴射率の上昇速度は遅いものとなる。このため、図５（Ｃ）に示したようにＨＣ及びＮＯ_Xの発生量を低減させることができる。

一方、機関運転状態が高負荷・高回転状態にあるときには圧力制御室２０内の燃料圧力の低下速度が速いことから噴射率の上昇速度は速いものとなる。このため、図５（Ｂ）に示したようにスモーク及びＮＯ_Xの発生量を低減させることができる。

図４は、第二実施形態の燃料噴射弁を示す図である。図４から分かるように、本実施形態の燃料噴射弁４０は上記実施形態の燃料噴射弁と同様に二つの噴孔群１４’、１５’を有するが、一つのニードル弁４１のみを有する。ノズルボディ１１’はその側方に高圧燃料供給通路１７に連通する流入貫通孔４２を具備する。ノズルボディ１１’の先端にはサック部４４が設けられており、内側噴孔群１４’はこのサック部４４に連通する。また、ニードル弁４１の先端には円筒状部分４５が設けられ、この円筒状部分４５はサック部４４内で摺動する。サック部４４内にはＴ字状の流路４６が設けられる。

図４に示した燃料噴射弁４０では、圧力制御室２０’内の燃料圧力が高いと、ニードル弁４１はリフトされず、ニードル弁４１によって外側噴孔群１５’及び内側噴孔群１４’の全ての噴孔が閉弁される。この状態から圧力制御室２０’内の燃料圧力が低下するとニードル弁４１が上昇し始める。ニードル弁４１が上昇を開始すると外側噴孔群１５’の噴孔が開弁され、これら噴孔からの燃料噴射が開始せしめられる。このとき、内側噴孔群１４’の噴孔はニードル弁４１の円筒状部分４５によって閉じられており、よって内側噴孔群１４’の噴孔からは燃料が噴射されない。

その後、圧力制御室２０’内の燃料圧力がさらに低下せしめられてニードル弁４１がさらに上昇せしめられると、外側噴孔群１５’からの燃料噴射量が増大すると共に内側噴孔群１４’の噴孔が開弁され、これら噴孔からの燃料噴射が開始せしめられる。そして、圧力制御室２０’内の燃料圧力がさらに低下せしめられると、内側噴孔群１４’からの燃料噴射量も増大する。

そして、本実施形態では、第一実施形態の燃料噴射弁２と同様に、圧電アクチュエータ２４、オリフィス２５、燃料流出通路２６、２７、オリフィス２８、２９に加えて、弁室３０、弁体３２が設けられる。そして、ニードル弁４１のリフト量に応じて圧力制御室２０’内の燃料圧力の低下速度が変化せしめられ、ニードル弁４１のリフト量が所定リフト量よりも小さくて（ニードル弁４１の上昇初期）外側噴孔群１５’のみから燃料噴射が行われているときには圧力制御室２０’内の燃料圧力の低下速度は遅く、ニードル弁４１のリフト量が所定リフト量以上で（ニードル弁４１の上昇後期）内側噴孔群１４’からも燃料噴射が行われているときには圧力制御室２０’内の燃料圧力の低下速度は速くせしめられる。或いは、低負荷・低回転時には弁体３２を完全閉弁位置に移動させることにより燃料噴射を行い、高負荷・高回転時には弁体３２を部分閉弁位置に移動させることにより燃料噴射を行うようにしてもよい。この結果、第一実施形態と同様に、低負荷・低回転時にはＨＣ及びＮＯ_Xの発生を低減させると共に、高負荷・高回転時にはスモーク及びＮＯ_Xの発生を低減させ且つ出力を高めることができる。

本発明の第一実施形態の燃料噴射弁の概略断面図である。 図１に示した燃料噴射弁の拡大図である。 噴射率の挙動を示す図である。 本発明の第二実施形態の燃料噴射弁の概略断面図である。 従来の燃料噴射弁における噴射率の挙動及びＮＯ_Xとスモーク又はＨＣとの関係を示す図である。

符号の説明

１ コモンレール
２、４０ 燃料噴射弁
３ 燃料タンク
１１ ノズルボディ
１２ 内側ニードル弁
１３ 外側ニードル弁
１４ 内側噴孔群
１５ 外側噴孔群
１６ ノズル室
２０ 圧力制御室
２４ 圧電アクチュエータ
２８、２９ オリフィス
３０ 弁室
３２ 弁体

Claims (5)

1. 第一噴孔群及び第二噴孔群と、制御室と、第一ニードル弁及び第二ニードル弁とを具備し、上記第一ニードル弁が第一噴孔群の噴孔を開閉し、上記第二ニードル弁が第二噴孔群の噴孔を開閉し、これらニードル弁のリフトは制御室内の燃料の圧力により制御せしめられる燃料噴射弁において、
   上記ニードル弁の上昇中に上記制御室から流出する燃料流量を変更する流入・流出流量変更手段をさらに具備し、
   上記流入・流出流量変更手段は上記制御室に連通する二つの燃料流出通路と三位置制御弁とを具備し、該三位置制御弁は両方の燃料流出通路を遮断する第一位置と、一方の燃料流出通路を遮断して他方の燃料流出通路を開放する第二位置と、両方の燃料流出通路を開放する第三位置との間で位置を変更可能であり、上記三位置制御弁は上記ニードル弁上昇初期には上記第二位置とされると共に上記ニードル弁上昇後期には上記第三位置とされることを特徴とする、燃料噴射弁。
2. 第一噴孔群及び第二噴孔群と、制御室と、ニードル弁とを具備し、
   上記ニードル弁のリフト量が所定量以下のときには上記第一噴孔群の噴孔のみが開放され、該ニードル弁のリフト量が所定量よりも大きいときには上記第一噴孔群の噴孔に加えて上記第二噴孔群の噴孔が開放せしめられる燃料噴射弁において、
   上記ニードル弁の上昇中に上記制御室から流出する燃料流量を変更する流入・流出流量変更手段をさらに具備し、
   上記流入・流出流量変更手段は上記制御室に連通する二つの燃料流出通路と三位置制御弁とを具備し、該三位置制御弁は両方の燃料流出通路を遮断する第一位置と、一方の燃料流出通路を遮断して他方の燃料流出通路を開放する第二位置と、両方の燃料流出通路を開放する第三位置との間で位置を変更可能であり、上記三位置制御弁は上記ニードル弁上昇初期には上記第二位置とされると共に上記ニードル弁上昇後期には上記第三位置とされることを特徴とする、燃料噴射弁。
3. 第一噴孔群及び第二噴孔群と、制御室と、第一ニードル弁及び第二ニードル弁とを具備し、上記第一ニードル弁が第一噴孔群の噴孔を開閉し、上記第二ニードル弁が第二噴孔群の噴孔を開閉し、これらニードル弁のリフトは上記制御室内の燃料の圧力により制御せしめられる燃料噴射弁において、
   上記ニードル弁の上昇中に上記制御室から流出する燃料流量を変更する流入・流出流量変更手段をさらに具備し、
   上記流入・流出流量変更手段は上記制御室に連通する二つの燃料流出通路と三位置制御弁とを具備し、該三位置制御弁は両方の燃料流出通路を遮断する第一位置と、一方の燃料流出通路を遮断して他方の燃料流出通路を開放する第二位置と、両方の燃料流出通路を開放する第三位置との間で位置を変更可能であり、燃料噴射時における上記三位置制御弁の作動位置は機関運転状態に応じて変更せしめられることを特徴とする、燃料噴射弁。
4. 第一噴孔群及び第二噴孔群と、制御室と、ニードル弁とを具備し、
   上記ニードル弁のリフト量が所定量以下のときには上記第一噴孔群の噴孔のみが開放され、該ニードル弁のリフト量が所定量よりも大きいときには上記第一噴孔群の噴孔に加えて上記第二噴孔群の噴孔が開放せしめられる燃料噴射弁において、
   上記ニードル弁の上昇中に上記制御室から流出する燃料流量を変更する流入・流出流量変更手段をさらに具備し、
   上記流入・流出流量変更手段は上記制御室に連通する二つの燃料流出通路と三位置制御弁とを具備し、該三位置制御弁は両方の燃料流出通路を遮断する第一位置と、一方の燃料流出通路を遮断して他方の燃料流出通路を開放する第二位置と、両方の燃料流出通路を開放する第三位置との間で位置を変更可能であり、燃料噴射時における上記三位置制御弁の作動位置は機関運転状態に応じて変更せしめられることを特徴とする、燃料噴射弁。
5. 燃料噴射時における上記三位置制御弁の作動位置は、機関運転状態が低負荷・低回転状態にあるときには第二位置とされ、機関運転状態が高負荷・高回転状態にあるときには第三位置とされることを特徴とする、請求項３又は４に記載の燃料噴射弁。

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