JP2009041508A - 燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】可変噴孔式の燃料噴射ノズル１において、インナーニードル５に開閉される噴孔７を、アウターニードル４に開閉される噴孔６よりも先に開放できるようにする。
【解決手段】ノズル１によれば、アウター、インナーニードル４、５の先端側で各々に開弁方向に燃料圧を及ぼす領域に、個別に燃料溜まり２３から高圧の燃料が導入される。また、インナーニードル５は、アウターニードル４の後端面３１よりも後方に突出する突出部３３を有し、突出部３３は、径方向に膨出して後端面３１よりも後方の領域を軸方向に２室に区画する径方向膨出部３２を有する。そして、２室の内で先端側の１室はアウターニードル４の背圧室２９をなし、後端側の１室はインナーニードル５の背圧室３０をなし、背圧室２９、３０はオリフィス３６を介して連通している。これにより、背圧室３０を燃料排出先に開放することで、噴孔７を噴孔６よりも先に開放することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射ノズル、および燃料噴射ノズルを備える燃料噴射弁に関する。

従来より、低回転域での噴霧微粒化や、高回転域での高噴射率化を促進するため、開放する噴孔数を噴射量に応じて可変することができる可変噴孔式の燃料噴射ノズルが考えられている。

従来の可変噴孔式の燃料噴射ノズル１００（以下、単にノズル１００と呼ぶ）は、例えば図５に示すように、筒状のアウターニードル１０１と、アウターニードル１０１の内周側に同軸的に配されるインナーニードル１０２とを備え、アウター、インナーニードル１０１、１０２が軸方向に変位することで、各々の先端部により噴孔１０３、１０４を開閉するものである。

すなわち、アウター、インナーニードル１０１、１０２の後端側には、燃料供給源から導かれた高圧の燃料が流出入する背圧室が形成され、アウター、インナーニードル１０１、１０２は、背圧により閉弁方向に付勢されている。また、アウターニードル１０１のシート部１０６の近傍にも高圧の燃料が導かれ、この燃料は、アウターニードル１０１に対し開弁方向に燃料圧を及ぼしている。

そして、ノズル１００のアクチュエータにより、背圧室が燃料排出先に対して開放されると背圧が低下し、この背圧の低下とともにアウターニードル１０１は先端側で開弁方向に作用する燃料圧により上昇して噴孔１０３を開放する。また、アウターニードル１０１の上昇により、インナーニードル１０２のシート部１０７の近傍にも高圧の燃料が導かれ、インナーニードル１０２にも開弁方向に燃料圧が作用するようになる。そして、さらに背圧が低下すると、インナーニードル１０２も先端側で開弁方向に作用する燃料圧により上昇して噴孔１０４を開放する。

そして、ノズル１００の動作を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）は、エンジンの運転状態に応じて、背圧室を燃料排出先に対して開放する期間の長さを可変し、この期間の長さを指令値としてアクチュエータに出力することで、ノズル１００に噴孔１０３のみを開放させたり、噴孔１０３、１０４の両方を開放させたりする（例えば、特許文献１、２参照）。

このように、従来の可変噴孔式のノズル１００によれば、アウターニードル１０１が上昇しなければインナーニードル１０２に強力な開弁方向の燃料圧が作用しないので、噴孔１０３のみが開放されたり、噴孔１０３が先に開放され、後から噴孔１０４が開放される。つまり、燃料噴射が要求されるときには、必ず噴孔１０３のみが開放される状態が介在する。

しかし、ノズル１００がエンジンに装着されると、噴孔１０３は噴孔１０４よりも図示上側かつ外周側に配されて燃焼室１０９に臨む。このため、噴孔１０３からの噴霧は、噴孔１０４からの噴霧よりもエンジンヘッド１１０の下面やライナー１１１の内周面に到達しやすく、噴孔１０４からの噴霧よりも未燃分になる虞が高い。また、同様の理由により、噴孔１０３からの噴霧は、噴孔１０４からの噴霧よりもキャビティー部１１３に広がりにくくスキッシュ部１１４に広がりやすいので、この点においても、噴孔１０４からの噴霧よりも未燃分になる虞が高い。

また、噴孔１０３は、閉鎖時のシート性を高めるために、シート面１１６においてシート部１０６の着座位置近傍に開口するように設けられる。このため、シート部１０６の着座および離座の繰返しに対して噴孔１０３の近傍のボディ強度を維持するため、噴孔１０３のＬ／Ｄ（噴孔長さの噴孔径に対する比）を大きくする必要がある。つまり、噴孔１０３を細長く設けて、噴孔１０３の近傍のボディ強度をできるだけ高くする必要がある。

これに対し、噴孔１０４は、シート部１０７の着座位置から離れて開口するように設けても（例えば、サック室１１８に開口するように設けても）、高いシート性を維持できるので、噴孔１０３ほどにＬ／Ｄを大きくして噴孔１０４の近傍のボディ強度を高くする必要がない。

このため、噴孔１０３は噴孔１０４よりもＬ／Ｄが大きく設定され、噴孔１０３からの噴霧は噴孔１０４からの噴霧よりも径方向への貫徹力が強くなる。この結果、噴孔１０３からの噴霧は、さらに、エンジンヘッド１１０の下面やライナー１１１の内周面に到達しやすく、かつ、キャビティー部１１３に広がりにくくスキッシュ部１１４に広がりやすいものとなっており、未燃分になる虞が益々高いものとなっている。

このような背景から、可変噴孔式の燃料噴射ノズルでは、インナーニードルに開閉される噴孔を、アウターニードルに開閉される噴孔よりも先に開放できるようにすることが強く望まれるようになっている。
特開２００５−３２０９０４号公報 特開２００６−２００５３５号公報

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、可変噴孔式の燃料噴射ノズルにおいて、インナーニードルに開閉される噴孔を、アウターニードルに開閉される噴孔よりも先に開放できるようにすることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の燃料噴射ノズルは、筒状のアウターニードルと、アウターニードルの内周側に同軸的に配されるインナーニードルとを備え、アウターニードルおよびインナーニードルが軸方向に変位することで、各々の先端部により噴孔を開閉するものである。
この燃料噴射ノズルによれば、アウターニードルに開弁方向に燃料圧を及ぼす領域と、インナーニードルに開弁方向に燃料圧を及ぼす領域とに個別に燃料供給源から燃料を導入できるように流路形成されている。また、インナーニードルは、アウターニードルの背圧受圧面よりも後方に突出する突出部を有し、突出部は、径方向に膨出してアウターニードルの背圧受圧面よりも後方の領域を軸方向に２室に区画する径方向膨出部を有する。そして、２室の内で先端側の１室はアウターニードルの背圧室をなし、後端側の１室はインナーニードルの背圧室をなし、アウターニードルの背圧室とインナーニードルの背圧室とは絞りを介して連通している。

これにより、後端側のインナーニードルの背圧室を燃料排出先に対して開放すると、インナーニードルの背圧室から燃料の流出が始まり、インナーニードルの背圧が低下を開始する。また、アウターニードルの背圧室の燃料は、絞りを介してインナーニードルの背圧室に向かうので、アウターニードルの背圧は、インナーニードルの背圧よりも遅れて低下を開始する。

一方、アウターニードルおよびインナーニードルには、個別に開弁方向に燃料圧が作用しているので、背圧の低下が先行するインナーニードルが、アウターニードルよりも先に上昇して噴孔を開放することができる。そして、インナーニードルの背圧室から燃料の流出が続くと、さらに、アウターニードルの背圧室の燃料がインナーニードルの背圧室に流出し、アウターニードルの背圧が低下する。この結果、アウターニードルがインナーニードルに遅れて上昇し噴孔を開放することができる。
以上により、可変噴孔式の燃料噴射ノズルにおいて、インナーニードルに開閉される噴孔を、アウターニードルに開閉される噴孔よりも先に開放することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の燃料噴射ノズルによれば、絞りは、径方向膨出部の外周縁と、アウターニードルの背圧室およびインナーニードルの背圧室をなす内周壁との間に形成されるクリアランスである。
これにより、絞りを設けるために孔加工を施す必要がなくなるので、より低工数で、インナーニードルの噴孔開放が先行する可変噴孔式の燃料噴射ノズルを製造することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の燃料噴射ノズルによれば、アウターニードルの背圧室の燃料圧（アウターニードルの背圧）は、絞りを介してアウターニードルの背圧室とインナーニードルの背圧室との間で燃料が流出入することで、インナーニードルの背圧室の燃料圧（インナーニードルの背圧）に追従する。
これにより、インナーニードルの背圧室が燃料排出先に開放されインナーニードルの背圧が低下を開始すると、アウターニードルの背圧もインナーニードルの背圧に遅れて低下を開始する。また、アウターニードルの背圧は、アウターニードルの背圧室からインナーニードルの背圧室に絞りを介して燃料が流出することで低下するので、背圧の低下速度はアウターニードルの方がインナーニードルよりも小さい。このため、インナーニードルの方をアウターニードルよりも先に上昇させることが、さらに容易になる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の燃料噴射ノズルによれば、アウターニードルの背圧は、インナーニードルが軸方向に変位してアウターニードルの背圧室が容積変化することで、インナーニードルの背圧に追従する。
これにより、インナーニードルが上昇してアウターニードルの背圧室が拡大すると、アウターニードルの背圧がさらに低下する。このため、インナーニードル上昇後に、容易にアウターニードルを上昇させることができる。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の燃料噴射弁は、燃料供給源からインナーニードルの背圧室への燃料の流入、およびインナーニードルの背圧室から燃料排出先への燃料の流出を操作することで、燃料噴射ノズルによる燃料噴射を操作するアクチュエータを備える。そして、アクチュエータは、インナーニードルの背圧室と燃料排出先とが連通するとともに燃料供給源とインナーニードルの背圧室とが遮断される開状態と、インナーニードルの背圧室と燃料排出先とが遮断されるとともに燃料供給源とインナーニードルの背圧室とが連通する閉状態とを切り替える３方切替弁である。

これにより、インナーニードルの背圧室からの燃料ロスを１個の切替弁により最小限に抑えることができる。
すなわち、インナーニードルの背圧室に対する燃料の流出入操作は、流出側に２方切替弁を配し、流入側を常に燃料供給源に連通させることでも可能である。しかし、この場合、２方切替弁により流出側を開放すると、燃料供給源が燃料排出先と連通してしまい、燃料供給源から燃料排出先へ無用に燃料が流出して燃料ロスが発生する。

また、インナーニードルの背圧室の流出側および流入側に、各々、２方切替弁を配すれば、このような燃料ロスの発生を防止できるものの、２器の切替弁が必要になる。
そこで、上記のような３方切替弁をアクチュエータに採用することで、インナーニードルの背圧室からの燃料ロスを１個の３方切替弁により最小限に抑えることができる。

最良の形態１の燃料噴射ノズルは、筒状のアウターニードルと、アウターニードルの内周側に同軸的に配されるインナーニードルとを備え、アウターニードルおよびインナーニードルが軸方向に変位することで、各々の先端部により噴孔を開閉するものである。
この燃料噴射ノズルによれば、アウターニードルに開弁方向に燃料圧を及ぼす領域と、インナーニードルに開弁方向に燃料圧を及ぼす領域とに個別に燃料供給源から燃料を導入できるように流路形成されている。また、インナーニードルは、アウターニードルの背圧受圧面よりも後方に突出する突出部を有し、突出部は、径方向に膨出してアウターニードルの背圧受圧面よりも後方の領域を軸方向に２室に区画する径方向膨出部を有する。そして、２室の内で先端側の１室はアウターニードルの背圧室をなし、後端側の１室はインナーニードルの背圧室をなし、アウターニードルの背圧室とインナーニードルの背圧室とは絞りを介して連通している。

また、アウターニードルの背圧室の燃料圧（アウターニードルの背圧）は、絞りを介してアウターニードルの背圧室とインナーニードルの背圧室との間で燃料が流出入することで、インナーニードルの背圧室の燃料圧（インナーニードルの背圧）に追従する。
さらに、アウターニードルの背圧は、インナーニードルが軸方向に変位してアウターニードルの背圧室が容積変化することで、インナーニードルの背圧に追従する。

また、最良の形態１の燃料噴射弁は、燃料供給源からインナーニードルの背圧室への燃料の流入、およびインナーニードルの背圧室から燃料排出先への燃料の流出を操作することで、燃料噴射ノズルによる燃料噴射を操作するアクチュエータを備える。そして、アクチュエータは、インナーニードルの背圧室と燃料排出先とが連通するとともに燃料供給源とインナーニードルの背圧室とが遮断される開状態と、インナーニードルの背圧室と燃料排出先とが遮断されるとともに燃料供給源とインナーニードルの背圧室とが連通する閉状態とを切り替える３方切替弁である。

最良の形態２の燃料噴射ノズルによれば、絞りは、径方向膨出部の外周縁と、アウターニードルの背圧室およびインナーニードルの背圧室をなす内周壁との間に形成されるクリアランスである。

〔実施例１の構成〕
実施例１の燃料噴射ノズル１（以下、ノズル１と呼ぶ）、およびノズル１を備える燃料噴射弁２の構成を、図１を用いて説明する。
なお、燃料噴射弁２は、例えば、燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレール３から燃料を受け入れ、受け入れた燃料の圧力を利用してアウター、インナーニードル４、５を駆動して噴孔６、７を開閉し、燃料の噴射開始および噴射停止を行うものであり、さらに、アウター、インナーニードル４、５の駆動過程で排出される燃料を燃料タンク８に戻すものである。

ノズル１は、燃料噴射弁２の先端部分をなし、例えば、エンジンに装着されて燃焼室に直接燃料を噴射するものである。また、ノズル１は、低回転域での噴霧微粒化や、高回転域での高噴射率化を促進するため、噴射量に応じて開放する噴孔数を可変することができる可変噴孔式である。

すなわち、ノズル１は、ボディ１２により摺動自在に支持される筒状のアウターニードル４と、アウターニードル４の内周側に同軸的に配されて摺動自在に支持される棒状のインナーニードル５とを弁体として備え、さらに、アウター、インナーニードル４、５に対し、閉弁方向に付勢力を及ぼす復元バネとしての第１、第２スプリング１３、１４を備える。そして、ノズル１は、アウター、インナーニードル４、５が、各々、軸方向に変位することで噴孔６、７を個別に開閉する。

噴孔６、７は、アウター、インナーニードル４、５の各々の先端部に設けられたシート部１６、１７およびシート部１８がシート面１９に離座または着座することで開閉される。すなわち、噴孔６は、シート面１９に開口するように設けられ、シート部１６、１７は、各々、噴孔６の開口部の後端側、先端側のごく近傍でシート面１９に離座または着座することで噴孔６を開閉する。また、噴孔７は、シート面１９よりも先端側に設けられるサック室２０に接続するように設けられ、シート部１８は、噴孔７の開口部から比較的大きく離れてシート面１９に離座または着座することで噴孔７を開閉する。

ここで、アウターニードル４は、コモンレール３から高圧の燃料を受け入れるための燃料溜まり２３を自身の外周側に形成する。このため、シート部１６は、燃料溜まり２３と噴孔６との間を開閉して、燃料溜まり２３から噴孔６への高圧の燃料の流入を断続する。なお、コモンレール３と燃料溜まり２３とは、燃料流路２４により連通している。

また、アウター、インナーニードル４、５は、アウターニードル４の内周側、かつインナーニードル５の外周側に燃料流路２５を形成し、燃料流路２５は、アウターニードル４に設けられた連通路２６により燃料溜まり２３との間を常に連通可能になっている。このため、シート部１７は、燃料流路２５と噴孔６との間を開閉して燃料流路２５から噴孔６への高圧の燃料の流入を断続し、シート部１８は、燃料流路２５と噴孔７との間を開閉して燃料流路２５から噴孔７への高圧の燃料の流入を断続する。

そして、アウターニードル４の先端側の領域では、直接、燃料溜まり２３からシート部１６の外周側近傍に導かれた高圧の燃料がアウターニードル４に開弁方向に燃料圧を及ぼすとともに、連通路２６、燃料流路２５を介して燃料溜まり２３からシート部１７の内周側近傍に導かれた高圧の燃料がアウターニードル４に開弁方向に燃料圧を及ぼす。また、インナーニードル５の先端側の領域では、連通路２６、燃料流路２５を介して燃料溜まり２３からシート部１８の外周側近傍に導かれた高圧の燃料がインナーニードル５に開弁方向に燃料圧を及ぼす。

つまり、ノズル１では、アウターニードル４に開弁方向に燃料圧を及ぼす領域と、インナーニードル５に開弁方向に燃料圧を及ぼす領域とに個別にコモンレール３から高圧の燃料を導入できるように流路形成されている。そして、アウター、インナーニードル４、５の各々の背圧室２９、３０への高圧の燃料の流出入が操作されることで、アウター、インナーニードル４、５の各々に作用する開弁方向および閉弁方向の付勢力の大小関係が調節され、アウター、インナーニードル４、５による噴孔６、７の開閉が実行される。

アウターニードル４の背圧室２９は、アウターニードル４の後端面３１を背圧受圧面として設けられ、インナーニードル５の径方向膨出部３２により後端側を区画されている。すなわち、インナーニードル５は、後端面３１よりも後方に突出する突出部３３を有し、突出部３３は、径方向に膨出する径方向膨出部３２を有する。そして、径方向膨出部３２は、全外周縁がボディ１２の内周面に摺接することで、後端面３１よりも後方の領域を軸方向に２室に区画し、２室の内で先端側の１室を背圧室２９として区画する。

なお、背圧室２９は、先端側において、アウターニードル４の後端部がボディ１２に摺動自在に支持され、かつ、インナーニードル５の後端部がアウターニードル４に摺動自在に支持されることで、各々、燃料溜まり２３との間、および燃料流路２５との間が遮断されている。

インナーニードル５の背圧室３０は、径方向膨出部３２により区画された２室の内の後端側の１室である。また、背圧室３０は、径方向膨出部３２を軸方向に貫通するように設けられたオリフィス３６により背圧室２９に連通し、さらにオリフィス３７が設けられた燃料流路３８によりアクチュエータ３９に通じる。なお、オリフィス３６は、オリフィス３７よりも流量が小さくなるように設けられている。

アクチュエータ３９は、ノズル１の後方に配されてノズル１による燃料噴射を操作するものであり、ノズル１とともに燃料噴射弁２を構成する。アクチュエータ３９は、例えば、電圧を印加されて伸長力を発生するピエゾ素子を具備し、このピエゾ素子の伸長力の発生、消滅により動作する３方切替弁である。

ここで、アクチュエータ３９の３つのポートは、背圧室３０に接続する燃料流路３８、燃料溜まり２３に接続する燃料流路４１、およびオリフィス４２を有して燃料タンク８に接続する燃料流路４３に接続されている。そして、アクチュエータ３９は、燃料流路３８、４３の間が連通するとともに燃料流路３８、４１の間が遮断される開状態と、燃料流路３８、４３の間が遮断されるとともに燃料流路３８、４１の間が連通する閉状態とを、ピエゾ素子への電圧印加状態に応じて切り替える。

例えば、ピエゾ素子に電圧が印加されると、閉状態から開状態に切り替えられ背圧室３０と燃料タンク８とが連通するとともに燃料溜まり２３と背圧室３０とが遮断される。また、ピエゾ素子への電圧印加が解除されると、開状態から閉状態に切り替えられ背圧室３０と燃料タンク８とが遮断されるとともに燃料溜まり２３と背圧室３０とが連通する。

これにより、燃料溜まり２３から背圧室３０への燃料の流入、および背圧室３０から燃料タンク８への燃料の流出が操作され、さらにオリフィス３６を介する背圧室２９と背圧室３０との間の燃料の流出入が操作される。この結果、アウター、インナーニードル４、５の背圧が増減されてノズル１による燃料噴射が操作される。
なお、ピエゾ素子への電圧印加および電圧印加の解除は、電子制御装置（ＥＣＵ）４５から出力される指令信号に応じて行われる。

〔実施例１の作用〕
実施例１のノズル１および燃料噴射弁２の作用を、図１〜図３を用いて説明する。
まず、アウターニードル４には、背圧（背圧室２９の燃料圧）による付勢力および第１スプリング１３による付勢力が閉弁方向に作用し、シート部１６、１７の近傍の燃料圧による付勢力が開弁方向に作用している。また、インナーニードル５には、背圧（背圧室３０の燃料圧）による付勢力および第２スプリング１４による付勢力が閉弁方向に作用し、シート部１８の近傍の燃料圧による付勢力が開弁方向に作用している。

そして、アクチュエータ３９が閉状態にあるとき、背圧室３０は燃料溜まり２３と連通し、背圧室２９は背圧室３０およびオリフィス３６を介して燃料溜まり２３と連通しており、アウター、インナーニードル４、５の背圧は両方とも高い状態に維持されている。このため、アウター、インナーニードル４、５は両方とも閉弁方向に作用する付勢力（以下、閉弁側付勢力と呼ぶ）の方が開弁方向に作用する付勢力（以下、開弁側付勢力と呼ぶ）よりも大きいので、アウター、インナーニードル４、５は両方ともシート面１９に着座しており、噴孔６、７は閉鎖されている。

このような状態で、ＥＣＵ４５からアクチュエータ３９に開弁指令信号が入力され、ピエゾ素子に電圧が印加されると、アクチュエータ３９は閉状態から開状態に切り替えられ、背圧室３０と燃料タンク８とが連通するとともに燃料溜まり２３と背圧室３０とが遮断される。

これにより、背圧室３０から燃料タンク８への燃料の排出が始まり、インナーニードル５の背圧が低下を開始する。また、背圧室２９の燃料は、オリフィス３６を介して背圧室３０に向かうが、オリフィス３６を通過する流量がオリフィス３７を通過する流量よりも小さいことから、アウターニードル４の背圧は、インナーニードル５の背圧よりも遅れて低下を開始し、インナーニードル５の背圧よりも低下速度が遅い。

すなわち、インナーニードル５の閉弁側付勢力は先に低下を開始し、アウターニードル４の閉弁側付勢力はインナーニードル５の閉弁側付勢力の低下に遅れて低下を開始し、さらにインナーニードル５の閉弁側付勢力よりも低下速度が遅い。

一方、アウターニードル４のシート部１６、１７の近傍、インナーニードル５のシート部１８の近傍には、個別に開弁方向に燃料圧が作用しているため、アウター、インナーニードル４、５の開弁側付勢力はほとんど変動しない。このため、閉弁側付勢力と開弁側付勢力との大小関係は、インナーニードル５の方が先に逆転し、インナーニードル５がシート面１９から離座して上昇し噴孔７を開放する。

この結果、噴孔７からの燃料噴射が先に始まる。また、インナーニードル５の上昇とともに径方向膨出部３２も上昇するので背圧室２９の容積が拡大し、アウターニードル４の背圧低下が加速する。

そして、背圧室３０から燃料の流出が続き、さらに、背圧室２９の燃料が背圧室３０に流出してアウターニードル４の背圧が低下すると、アウターニードル４でも閉弁側付勢力と開弁側付勢力との大小関係が逆転する。このため、アウターニードル４もシート面１９から離座して上昇し噴孔６を開放し、噴孔６からの燃料噴射が遅れて始まる。

やがて、ＥＣＵ４５からアクチュエータ３９に閉弁指令信号が入力され、ピエゾ素子への電圧印加が解除されると、アクチュエータ３９は開状態から閉状態に切り替えられ、背圧室３０と燃料タンク８とが遮断されるとともに燃料溜まり２３と背圧室３０とが連通する。これにより、燃料溜まり２３から背圧室３０への高圧の燃料の供給が始まり、インナーニードル５の背圧が上昇を開始する。さらに、オリフィス３６を介して背圧室３０から背圧室２９に高圧の燃料が流入しアウターニードル４の背圧も上昇を開始する。

これにより、アウター、インナーニードル４、５は、各々、閉弁側付勢力と開弁側付勢力との大小関係が再逆転して下降を開始する。そして、アウター、インナーニードル４、５は、各々、シート面１９に着座して噴孔６、７を閉鎖し、燃料噴射が停止される。

〔実施例１の効果〕
実施例１のノズル１によれば、アウター、インナーニードル４、５の先端側で各々に開弁方向に燃料圧を及ぼす領域に、個別に燃料溜まり２３から高圧の燃料が導入される。また、インナーニードル５は、アウターニードル４の背圧受圧面（後端面３１）よりも後方に突出する突出部３３を有し、突出部３３は、径方向に膨出して後端面３１よりも後方の領域を軸方向に２室に区画する径方向膨出部３２を有する。そして、２室の内で先端側の１室はアウターニードル４の背圧室２９をなし、後端側の１室はインナーニードル５の背圧室３０をなし、背圧室２９と背圧室３０とはオリフィス３６を介して連通している。

これにより、後端側の背圧室３０を燃料タンク８に対して開放すると、背圧室３０から燃料の流出が始まり、インナーニードル５の背圧が低下を開始する。また、背圧室２９の燃料は、オリフィス３６を介して背圧室３０に向かうので、アウターニードル４の背圧は、インナーニードル５の背圧よりも遅れて低下を開始し、インナーニードル５の背圧よりも低下速度が遅い。

一方、アウター、インナーニードル４、５には、個別に開弁方向に燃料圧が作用しているので、背圧低下が先行するインナーニードル５が、アウターニードル４よりも先に上昇して噴孔７を開放することができる。また、インナーニードル５の上昇とともに径方向膨出部３２も上昇するので背圧室２９の容積が拡大し、アウターニードル４の背圧低下が加速する。そして、背圧室３０から燃料の流出が続くと、さらに背圧室２９の燃料が背圧室３０に流出し、アウターニードル４の背圧が低下する。この結果、アウターニードル４がインナーニードル５に遅れて上昇し噴孔６を開放することができる。
以上により、ノズル１において、インナーニードル５に開閉される噴孔７を、アウターニードル４に開閉される噴孔６よりも先に開放することができる。

また、アクチュエータ３９は、背圧室３０と燃料タンク８とが連通するとともに燃料溜まり２３と背圧室３０とが遮断される開状態と、背圧室３０と燃料タンク８とが遮断されるとともに燃料溜まり２３と背圧室３０とが連通する閉状態とを切り替える３方切替弁である。
これにより、背圧室３０からの高圧の燃料のロスを１個の切替弁により最小限に抑えることができる。

すなわち、背圧室３０の燃料の流出入操作は、流出側に２方切替弁を配し、流入側を常に燃料溜まり２３に連通させることでも可能である。しかし、この場合、２方切替弁により流出側を開放すると燃料溜まり２３が燃料タンク８と連通してしまい、結果的にコモンレール３から燃料タンク８へ無用に高圧の燃料が流出してロスが大きくなってしまう。

また、背圧室３０の流出側および流入側に、各々、２方切替弁を配すれば、このような燃料ロスの発生を防止できるものの、２器の切替弁が必要になる。
そこで、上記のような３方切替弁をアクチュエータ３９に採用することで、背圧室３０からの燃料ロスを１器の３方切替弁により最小限に抑えることができる。

実施例２のノズル１によれば、オリフィス３６に替わり、径方向膨出部３２の外周縁と背圧室２９、３０をなす内周壁との間に形成されるクリアランスにより、背圧室２９、３０間が連通するとともに背圧室２９、３０間の燃料の流出入が絞られる。
これにより、径方向膨出部３２に孔加工を施す必要がなくなるので、より低工数で、インナーニードル５による噴孔７の開放が先行するノズル１を製造することができる。

燃料噴射ノズルおよび燃料噴射弁の構成図である（実施例１）。 （ａ）はアクチュエータに与えられる指令信号のタイムチャートであり、（ｂ）はアウターニードルの背圧およびインナーニードルの背圧のタイムチャートである（実施例１）。 （ａ）はインナーニードルのみにより噴孔が開放された状態を示す燃料噴射ノズルの状態図であり、（ｂ）はインナーニードルおよびアウターニードルの両方により噴孔が開放された状態を示す燃料噴射ノズルの状態図である（実施例１）。 燃料噴射ノズルの構成図である（実施例２）。 燃料噴射ノズルのエンジンへの搭載状態を示す状態図である（従来例）。

符号の説明

１ ノズル（燃料噴射ノズル）
２ 燃料噴射弁
３ コモンレール（燃料供給源）
４ アウターニードル
５ インナーニードル
６ 噴孔
７ 噴孔
８ 燃料タンク（燃料排出先）
２３ 燃料溜まり（燃料供給源）
２９ 背圧室（アウターニードルの背圧室）
３０ 背圧室（インナーニードルの背圧室）
３１ 後端面（アウターニードルの背圧受圧面）
３２ 径方向膨出部
３３ 突出部
３６ オリフィス（絞り）
３９ アクチュエータ

Claims (5)

1. 筒状のアウターニードルと、このアウターニードルの内周側に同軸的に配されるインナーニードルとを備え、
   前記アウターニードルおよび前記インナーニードルが軸方向に変位することで、各々の先端部により噴孔を開閉する燃料噴射ノズルにおいて、
   前記アウターニードルに開弁方向に燃料圧を及ぼす領域と、前記インナーニードルに開弁方向に燃料圧を及ぼす領域とに個別に燃料供給源から燃料を導入できるように流路形成され、
   前記インナーニードルは、前記アウターニードルの背圧受圧面よりも後方に突出する突出部を有し、
   この突出部は、径方向に膨出して前記アウターニードルの背圧受圧面よりも後方の領域を軸方向に２室に区画する径方向膨出部を有し、
   前記２室の内で先端側の１室は前記アウターニードルの背圧室をなし、後端側の１室は前記インナーニードルの背圧室をなし、
   前記アウターニードルの背圧室と前記インナーニードルの背圧室とは絞りを介して連通していることを特徴とする燃料噴射ノズル。
2. 請求項１に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記絞りは、前記径方向膨出部の外周縁と、前記アウターニードルの背圧室および前記インナーニードルの背圧室をなす内周壁との間に形成されるクリアランスであることを特徴とする燃料噴射ノズル。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記アウターニードルの背圧室の燃料圧は、前記絞りを介して前記アウターニードルの背圧室と前記インナーニードルの背圧室との間で燃料が流出入することで、前記インナーニードルの背圧室の燃料圧に追従することを特徴とする燃料噴射ノズル。
4. 請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の燃料噴射ノズルにおいて、
   前記アウターニードルの背圧室の燃料圧は、前記インナーニードルが軸方向に変位して前記アウターニードルの背圧室が容積変化することで、前記インナーニードルの背圧室の燃料圧に追従することを特徴とする燃料噴射ノズル。
5. 請求項１ないし請求項４の内のいずれか１つに記載の燃料噴射ノズルと、
   前記燃料供給源から前記インナーニードルの背圧室への燃料の流入、および前記インナーニードルの背圧室から燃料排出先への燃料の流出を操作することで、前記燃料噴射ノズルによる燃料噴射を操作するアクチュエータとを備え、
   このアクチュエータは、
   前記インナーニードルの背圧室と前記燃料排出先とが連通するとともに前記燃料供給源と前記インナーニードルの背圧室とが遮断される開状態と、
   前記インナーニードルの背圧室と前記燃料排出先とが遮断されるとともに前記燃料供給源と前記インナーニードルの背圧室とが連通する閉状態とを切り替える３方切替弁であることを特徴とする燃料噴射弁。

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