JP2017002786A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ニードル弁のリフト速度の変更のための制御の追加や変更を抑制しつつ、リフト速度の変更を実現することのできる内燃機関の燃料噴射装置を提供する。【解決手段】燃料噴射装置１００は、制御弁１５０を開弁させてリーク通路１４０を通じて制御室１２０内の燃料を排出して制御室１２０内の燃料の圧力を低下させることによってニードル弁１３０を開弁させて燃料噴射孔１１０から燃料を噴射させる。燃料噴射装置１００は、クランクシャフトの回転に連動して回転するカム１７１と、カム１７１によって駆動されるカム駆動弁１７２とを有し、カム駆動弁１７２の変位に応じてリーク通路１４０における抵抗の大きさを変化させるリフト速度変更機構１７０を備えている。【選択図】図２

Description

この発明は内燃機関の燃料噴射装置に関するものである。

燃料噴射孔を塞ぐニードル弁のリフト速度を変更することのできる燃料噴射装置が知られている（例えば、特許文献１）。
図１８に示すように、特許文献１に記載されている燃料噴射装置では、燃料供給通路１から制御室２に燃料を導入し、制御室２内の燃料の圧力を利用してニードル弁３を閉弁させている。そして、制御室２内の燃料をリターン通路４に排出し、制御室２内の燃料の圧力を低下させることによりニードル弁３を開弁させる。また、この燃料噴射装置には、制御室２から燃料を排出するリーク通路として、第１オリフィス５ａが設けられた第１リーク通路５と、第２オリフィス６ａが設けられた第２リーク通路６とが設けられている。そして、この燃料噴射装置では、制御室２内の燃料をリターン通路４に排出する際に、第１リーク通路５及び第２リーク通路６の双方を通じて燃料を排出するか、第２リーク通路６のみを通じて燃料を排出するかを切り替えることによってニードル弁３のリフト速度を切り替えている。

具体的には、図１９に示すように、制御弁７をリフトさせてシート部８から離間させる際に、第１リーク通路５を塞がない中間リフト位置に制御弁７を保持することによって第１リーク通路５及び第２リーク通路６の双方を通じて制御室２内の燃料をリターン通路４に排出する。

また、図２０に示すように、第１リーク通路５を塞ぐ全開リフト位置まで制御弁７をリフトさせることによって第１リーク通路５を塞ぎ、第２リーク通路６のみを通じて制御室２内の燃料をリターン通路４に排出する。この場合には、第１リーク通路５を通じて燃料が排出されなくなるため、第１リーク通路５及び第２リーク通路６の双方を通じて燃料を排出する場合と比較して、制御室２内の燃料の圧力の低下速度が遅くなり、ニードル弁３のリフト速度が遅くなる。

特開２００２‐８１３５５号公報

ところで、特許文献１に記載されている燃料噴射装置ではニードル弁３のリフト速度の切り替えのために、制御弁７を開弁させる場合に全開リフト位置と中間リフト位置とを使い分けるようにしている。そのため、制御弁７を制御する制御装置が実行する制御が複雑になってしまう。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ニードル弁のリフト速度の変更のための制御の追加や変更を抑制しつつ、リフト速度の変更を実現することのできる内燃機関の燃料噴射装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するための内燃機関の燃料噴射装置は、燃料噴射孔と、燃料が導入される制御室と、前記制御室内の燃料の圧力を利用して前記燃料噴射孔を塞ぐニードル弁と、前記制御室から燃料を排出するリーク通路と、前記リーク通路を塞ぐ制御弁と、前記制御弁を制御する制御装置と、を備えている。そして、この燃料噴射装置は、前記制御弁を開弁させて前記リーク通路を通じて前記制御室内の燃料を排出して前記制御室内の燃料の圧力を低下させることによって前記ニードル弁を開弁させて前記燃料噴射孔から燃料を噴射させる。また、この燃料噴射装置は、前記内燃機関の出力軸の回転に連動して回転するカムと、同カムによって駆動される被駆動部材とを有し、同被駆動部材の変位に応じて前記リーク通路における抵抗の大きさを変化させるリフト速度変更機構を備えている。

上記構成によれば、ニードル弁が開弁する際のリフト速度は制御弁を開弁したときの制御室内の燃料の圧力の低下速度に応じて変化する。そのため、ニードル弁のリフト速度はリーク通路における抵抗の大きさに応じて変化する。

具体的には、リーク通路における抵抗が小さい場合には、制御弁が開弁しているときに制御室から燃料が排出されやすく、制御室内の燃料の圧力の低下速度が速くなる。その結果、ニードル弁が開弁する際のリフト速度が速くなる。これに対して、リーク通路における抵抗が大きい場合には、制御弁が開弁していても制御室から燃料が排出されにくいため、制御室内の燃料の圧力の低下速度が遅くなる。その結果、ニードル弁が開弁する際のリフト速度が遅くなる。

そして、上記構成では、内燃機関の出力軸の回転に連動して回転するカムによって駆動される被駆動部材の変位に応じてリーク通路における抵抗の大きさを変化させるリフト速度変更機構を設けているため、カムの回転に連動してカムプロフィールに応じてリーク通路における抵抗が変化するようになる。

そのため、上記構成によれば、制御装置が実行する制御に変更を加えなくても、カムプロフィールの設定によってニードル弁のリフト速度を所望の態様で変化させることができるようになる。したがって、リーク通路における抵抗を変化させるための制御の追加や変更を抑制しつつ、ニードル弁のリフト速度の変更を実現することができる。

第１の実施形態の燃料噴射装置と同燃料噴射装置が搭載される内燃機関との関係を示す構成図。 第１の実施形態の燃料噴射装置の内部構造を模式的に示す断面図。 ニードル弁が低速開弁されるときの第１の実施形態の燃料噴射装置の状態を示す断面図。 ニードル弁が高速開弁されるときの第１の実施形態の燃料噴射装置の状態を示す断面図。 第１の実施形態の燃料噴射装置におけるカム駆動弁及び制御弁のリフト量の変化と、そのときのニードル弁のリフト量並びに燃料噴射率の変化との関係を示すタイミングチャート。 第２の実施形態の燃料噴射装置の内部構造を模式的に示す断面図。 ニードル弁が低速開弁されるときの第２の実施形態の燃料噴射装置の状態を示す断面図。 ニードル弁が高速開弁されるときの第２の実施形態の燃料噴射装置の状態を示す断面図。 第２の実施形態の燃料噴射装置におけるカム駆動弁、サーボ弁及び制御弁のリフト量の変化と、そのときのニードル弁のリフト量並びに燃料噴射率の変化との関係を示すタイミングチャート。 第３の実施形態の燃料噴射装置の内部構造を模式的に示す断面図。 ニードル弁が低速開弁されるときの第３の実施形態の燃料噴射装置の状態を示す断面図。 ニードル弁が高速開弁されるときの第３の実施形態の燃料噴射装置の状態を示す断面図。 第３の実施形態の燃料噴射装置におけるカム駆動ピストンの降下量、サーボ弁のリフト量及び制御弁のリフト量の変化と、そのときのニードル弁のリフト量並びに燃料噴射率の変化との関係を示すタイミングチャート。 第４の実施形態の燃料噴射装置の内部構造を模式的に示す断面図。 ニードル弁が低速開弁されるときの第４の実施形態の燃料噴射装置の状態を示す断面図。 ニードル弁が高速開弁されるときの第４の実施形態の燃料噴射装置の状態を示す断面図。 第４の実施形態の燃料噴射装置におけるカム駆動ロッドのリフト量、絞り部の隙間の大きさ及び制御弁のリフト量の変化と、そのときのニードル弁のリフト量並びに燃料噴射率の変化との関係を示すタイミングチャート。 従来の燃料噴射装置の内部構造を模式的に示す断面図。 ニードル弁が高速開弁されるときの従来の燃料噴射装置の状態を示す断面図。 ニードル弁が低速開弁されるときの従来の燃料噴射装置の状態を示す断面図。

（第１の実施形態）
内燃機関の燃料噴射装置の第１の実施形態について図１〜図５を参照して説明する。
まず、図１を参照して第１の実施形態の燃料噴射装置１００が搭載される内燃機関１０の概略構成を説明する。なお、内燃機関１０は車両に搭載されるディーゼルエンジンである。

図１に示すように、内燃機関１０の燃焼室１１には、吸気通路１２と排気通路１３とが接続されている。吸気通路１２と燃焼室１１との間には、吸気通路１２と燃焼室１１とを連通させたり遮断したりする吸気バルブ１４が設けられている。また、排気通路１３と燃焼室１１との間には、排気通路１３と燃焼室１１とを連通させたり遮断したりする排気バルブ１５が設けられている。なお、内燃機関１０は複数の燃焼室１１を備える多気筒のディーゼルエンジンであるが、図１では１つの燃焼室１１のみを図示している。

内燃機関１０のシリンダヘッドには、各燃焼室１１に対して設けられている吸気バルブ１４を開閉する吸気カムシャフト１６と、各燃焼室１１に対して設けられている排気バルブ１５を開閉する排気カムシャフト１７とが収容されている。吸気カムシャフト１６及び排気カムシャフト１７には内燃機関１０の出力軸であるクランクシャフトに巻き掛けられたタイミングチェーンが巻き掛けられており、吸気カムシャフト１６及び排気カムシャフト１７はクランクシャフトの回転に連動して回転するようになっている。これにより、吸気バルブ１４や排気バルブ１５は、クランクシャフトの回転角であるクランク角の変化に連動して開閉するようになっている。

また、内燃機関１０には、各燃焼室１１に対して燃料を噴射する燃料噴射装置１００が設けられている。各燃焼室１１に設けられた燃料噴射装置１００には燃料供給系２０から燃料が供給される。

燃料供給系２０は、燃料を貯留する燃料タンク２１と、燃料タンク２１内から燃料を送り出すフィードポンプ２２と、コモンレール２６と、フィードポンプ２２によって送り出された燃料を高圧にしてコモンレール２６に供給する高圧ポンプ２４とを含んでいる。

フィードポンプ２２は、低圧燃料配管２３を介して高圧ポンプ２４と接続されている。そして、高圧ポンプ２４は高圧燃料配管２５を介してコモンレール２６に接続されている。コモンレール２６には、コモンレール２６と各燃料噴射装置１００とをそれぞれ繋ぐ燃料供給配管２７が接続されている。これにより、コモンレール２６に蓄えられている高圧の燃料が各燃料供給配管２７を通じて各燃料噴射装置１００に供給されるようになっている。

内燃機関１０には、内燃機関１０の各部を制御する制御装置５００が設けられている。なお、制御装置５００は、燃料噴射装置１００の制御装置を兼ねており、燃料噴射装置１００による燃料噴射を制御するとともに、フィードポンプ２２や高圧ポンプ２４による燃料の供給を制御する。

コモンレール２６には、コモンレール２６内の燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ２９が設けられており、燃料圧力センサ２９は制御装置５００に接続されている。また、制御装置５００には、その他に、内燃機関１０のクランク角とクランクシャフトの回転速度である機関回転速度とを検出するクランク角センサ３０や、アクセルの開度を検出するアクセル開度センサ４０、車両の速度を検出する車速センサ５０などが接続されている。制御装置５００は、こうした各種センサから入力される信号を利用して各種の演算を行い、その結果に応じて燃料噴射装置１００や、フィードポンプ２２、高圧ポンプ２４などの制御を実行する。

次に図２を参照して燃料噴射装置１００の構成を詳しく説明する。
図２に示すように燃料噴射装置１００のハウジングの内部にはニードル弁１３０を収容する収容空間１０１が形成されている。なお、燃料噴射装置１００のハウジングは、先端に燃料噴射孔１１０が設けられているノズルボディ１０２と、第１ボディ１０３と、第２ボディ１０４と、第３ボディ１０５と、これらをこの順番で重ね合わせた状態で締結するリテーニングナット１０６とで構成されている。また、燃料噴射装置１００では、燃料噴射孔１１０は、収容空間１０１と連通しており燃料が溜まるドーム状の空間であるサック部１１１とハウジングの外部に連通する２つの噴孔１１２とからなっている。

収容空間１０１の内部には、筒状の収容部１０７が設けられており、ニードル弁１３０の後端がこの収容部１０７内に摺動可能に収容されている。また、ニードル弁１３０の中央部にはノズルボディ１０２の内周面と当接するように突出した３つのガイド部１３１が周方向に均等に分散した状態で（１２０°毎に）設けられている。こうしてニードル弁１３０の後端が収容部１０７内に収容されているとともに、１２０°毎に設けられた３つのガイド部１３１がノズルボディ１０２の内周面に当接していることにより、ニードル弁１３０は軸方向、すなわち図２における上下方向に移動可能に収容空間１０１内に収容されている。

なお、ニードル弁１３０には円盤状のリテーナ１０８が取り付けられており、収容部１０７とリテーナ１０８との間にはスプリング１０９が圧縮された状態で配設されている。これにより、ニードル弁１３０は先端部をノズルボディ１０２の内周面からなるシート面１１３に当接させる方向に付勢されている。

そして、図２に示すように、ニードル弁１３０の先端部がシート面１１３に当接してニードル弁１３０が着座しているときには、ニードル弁１３０によって燃料噴射孔１１０が塞がれる。

また、ノズルボディ１０２内における収容部１０７とニードル弁１３０の後端部とによって区画された部分は制御室１２０になっている。
ハウジング内には、第１ボディ１０３，第２ボディ１０４，第３ボディ１０５に形成された貫通孔によって構成される燃料供給通路１１５が設けられている。燃料供給通路１１５は、第３ボディ１０５側で燃料供給配管２７と接続されている。また、燃料供給通路１１５は、第１ボディ１０３内で二股に分岐しており、一方が収容空間１０１に接続されており、他方が制御室１２０に接続されている。これにより、燃料供給配管２７を通じて供給される燃料はこの燃料供給通路１１５を通じて収容空間１０１及び制御室１２０に導入される。

更に、ハウジング内には、制御室１２０から燃料を排出するリーク通路１４０が設けられている。第３ボディ１０５には燃料タンク２１に繋がっているリターン通路２８が接続されており、リーク通路１４０は第３ボディ１０５内に形成されている連通空間１４９を介してリターン通路２８と連通している。

リーク通路１４０は、連通空間１４９と制御室１２０とを繋ぐ制御通路１４１と、制御室１２０内に配設されたオリフィスプレート１４２と、第１ボディ１０３に形成されたオリフィス通路１４３と、第２ボディ１０４に形成された連通溝１４４とによって構成されている。なお、制御通路１４１は、第１ボディ１０３及び第２ボディ１０４に形成された貫通孔によって構成されている。また、制御室１２０内に配設されたオリフィスプレート１４２とニードル弁１３０の後端との間にはスプリング１４５が圧縮された状態で収容されている。そのため、オリフィスプレート１４２は、このスプリング１４５の復元力により、第１ボディ１０３に当接する方向に付勢されている。オリフィスプレート１４２には内部に絞りを備える貫通孔が設けられており、オリフィスプレート１４２が第１ボディ１０３に当接しているときには、制御室１２０内からオリフィスプレート１４２を通過して制御通路１４１に流れ込む燃料の流量がこの絞りによって制限されることになる。

なお、オリフィスプレート１４２が第１ボディ１０３に当接しているときには、オリフィスプレート１４２によって燃料供給通路１１５の制御室１２０側の出口が塞がれるようになっている。これにより、オリフィスプレート１４２は、燃料供給通路１１５から制御室１２０への燃料の流入を許容する一方で、制御室１２０から燃料供給通路１１５への燃料の逆流を抑制する逆止弁として機能する。

オリフィス通路１４３は、オリフィスプレート１４２が第１ボディ１０３に当接しているときであっても、オリフィスプレート１４２によって塞がれないように、オリフィスプレート１４２と収容部１０７との間に開口している。オリフィス通路１４３は連通溝１４４を通じて制御通路１４１と連通している。オリフィス通路１４３の通路断面積は制御通路１４１の通路断面積及び連通溝１４４の通路断面積よりも狭くなっており、制御室１２０内からオリフィス通路１４３を通過して制御通路１４１に流れ込む燃料の流量は、このオリフィス通路１４３によって制限されるようになっている。

すなわち、リーク通路１４０においては、オリフィスプレート１４２及びオリフィス通路１４３がリーク通路１４０における抵抗を決める絞りとして作用する。
第３ボディ１０５には、リーク通路１４０を塞ぐ制御弁１５０が収容されている。制御弁１５０の先端は連通空間１４９内に突出しており、制御弁１５０は先端が第２ボディ１０４に当接してリーク通路１４０を塞ぐようにスプリング１５２によって付勢されている。また、第３ボディ１０５には制御弁１５０をスプリング１５２の付勢力に抗して引き寄せ、第２ボディ１０４から離間させるソレノイド１５１が設けられている。ソレノイド１５１は制御装置５００と接続されており、制御装置５００はこのソレノイド１５１に通電することによって制御弁１５０をリフトさせ、開弁させる。すなわち、制御装置５００は制御弁１５０を制御する。

また、連通空間１４９には、オリフィス通路１４３を塞ぐカム駆動弁１７２が収容されている。カム駆動弁１７２は、先端が第２ボディ１０４を貫通して第１ボディ１０３に当接し、オリフィス通路１４３を塞ぐように配設されている。また、カム駆動弁１７２はスプリング１７３によって先端を第１ボディ１０３から離間させる方向に付勢されている。カム駆動弁１７２には第３ボディ１０５に挿通されているカム駆動ロッド１７５の先端が当接している。そして、カム駆動ロッド１７５の後端はカム１７１に当接している。

なお、図１に破線で示すように、カム１７１は、排気カムシャフト１７と連結されており、排気カムシャフト１７の回転に連動して回転する。すなわち、カム１７１は排気カムシャフト１７と同様にクランクシャフトの回転と連動して回転する。

カム１７１のカムプロフィールは、カム１７１の中心Ｃ１からの距離が領域ＡＲ１以外の領域においては一定であり、領域ＡＲ１において中心Ｃ１からの距離が他の領域よりも短くなるように設定されている。

そして、図２及び図３に示すように、カム駆動ロッド１７５の後端が領域ＡＲ１以外の領域に当接しているときには、カム駆動弁１７２がスプリング１７３の付勢力に抗して第１ボディ１０３に押し付けられ、カム駆動弁１７２がオリフィス通路１４３を塞ぐようになっている。なお、カム駆動ロッド１７５にはスプリング１７３よりも弾性係数の高いスプリングを収容したダンパ１７６が設けられている。そのため、振動などによってカム１７１と第１ボディ１０３との距離が変動したとしても、このダンパ１７６が変形することによって第１ボディ１０３やカム駆動弁１７２、カム駆動ロッド１７５などに作用する荷重が緩和されるようになっている。

図２に示すように、制御弁１５０がリーク通路１４０を塞いでおり、閉弁しているときには、燃料供給通路１１５を通じて導入された燃料が制御室１２０から排出されなくなる。燃料供給通路１１５は収容空間１０１と制御室１２０の双方に連通しているため、このときには収容空間１０１内の燃料の圧力と制御室１２０内の燃料の圧力がほぼ等しくなる。しかし、ニードル弁１３０にはスプリング１０９及びスプリング１４５による付勢力が作用しているため、このときには、ニードル弁１３０はシート面１１３に着座した状態になる。その結果、燃料噴射孔１１０がニードル弁１３０によって塞がれた状態になり、燃料は噴射されずに収容空間１０１内に溜まった状態になる。すなわち、ソレノイド１５１に通電がされておらず、制御弁１５０が閉弁されているときには、燃料は噴射されない。

一方で、図３や図４に示すように、制御装置５００を通じてソレノイド１５１に通電がなされると、制御弁１５０が開弁し、リーク通路１４０と連通空間１４９とが連通する。このように制御弁１５０が開弁しているときには、リーク通路１４０を通じて制御室１２０内の燃料が排出される。制御室１２０内の燃料がリーク通路１４０を通じて連通空間１４９に排出され、更にリターン通路２８を通じて排出されると、制御室１２０内の燃料の圧力が低下する。そのため、収容空間１０１内の燃料の圧力によって生じるニードル弁１３０を開弁させる方向に付勢する力の大きさが、スプリング１０９及びスプリング１４５による付勢力と制御室１２０内の燃料の圧力とによって生じるニードル弁１３０を閉弁させる方向に付勢する力の大きさよりも大きくなり、ニードル弁１３０が開弁する。その結果、燃料噴射孔１１０と収容空間１０１とが連通した状態になり、燃料が燃料噴射孔１１０を通じて噴射されるようになる。すなわち、ソレノイド１５１に通電がされて制御弁１５０が開弁されているときには、ニードル弁１３０が開弁され、燃料が噴射される。

ところで、図３に示すように、制御弁１５０が開弁しているときにカム駆動ロッド１７５がカム１７１の領域ＡＲ１以外の領域に当接しており、カム駆動弁１７２が閉弁し、カム駆動弁１７２がオリフィス通路１４３を塞いでいる場合には、制御室１２０内の燃料はオリフィス通路１４３を通じては排出されなくなる。この場合には、制御室１２０内から排出される燃料は全てオリフィスプレート１４２を通過して排出されるため、排出される燃料の流量はオリフィスプレート１４２の絞りによって制限された流量になる。

一方で、図４に示すように、制御弁１５０が開弁しているときにカム駆動ロッド１７５がカム１７１の領域ＡＲ１に当接しており、カム駆動弁１７２が開弁され、カム駆動弁１７２がオリフィス通路１４３を塞いでいない場合には、制御室１２０内の燃料はオリフィス通路１４３を通じても排出されるようになる。この場合には、制御室１２０内からリーク通路１４０を通じて排出される燃料の流量が、オリフィスプレート１４２を通過する燃料の流量とオリフィス通路１４３を通過する燃料の流量との和になり、カム駆動弁１７２が閉弁しているときよりも多くなる。

このように燃料噴射装置１００では、カム駆動弁１７２の開閉の状態に応じて、オリフィスプレート１４２を通過する経路に加えて、オリフィス通路１４３を通じて燃料が排出されるか否かが変化する。その結果、リーク通路１４０の抵抗が変化し、制御室１２０内からリーク通路１４０を通じて排出される燃料の流量が変化するようになっている。そして、リーク通路１４０を通じて排出される燃料の流量が変化すると、ニードル弁１３０が開弁する際のニードル弁１３０のリフト速度が変化することになる。

要するに、この燃料噴射装置１００では、カム駆動弁１７２を開閉させることによりリーク通路１４０の抵抗を変化させることができるようになっており、リーク通路１４０の抵抗を変更することによりニードル弁１３０のリフト速度を変更することができるようになっている。すなわち、燃料噴射装置１００では、カム１７１と、カム駆動ロッド１７５と、カム駆動弁１７２とによってリフト速度変更機構１７０を構成している。なお、このリフト速度変更機構１７０では、カム１７１によって駆動されるカム駆動弁１７２が被駆動部材に相当する。

次に第１の実施形態の燃料噴射装置１００の作用について、図５を参照して説明する。
図５に示すように、燃料噴射装置１００では、カム駆動弁１７２が圧縮行程の後半で開弁し、圧縮上死点（図５におけるＴＤＣ）では開弁している一方、膨張行程の後半から閉弁し始めて排気行程が始まるときには閉弁した状態になるようにカム１７１のカムプロフィールが設定されている。そして、燃料噴射装置１００では、メイン噴射に加えて、メイン噴射に先立って行うパイロット噴射、燃焼が終了した後に行うポスト噴射が実施される。

図５に示すように、圧縮行程の前半において制御弁１５０が開弁されると、ニードル弁１３０が開弁し、パイロット噴射が実行される。このときには、カム駆動弁１７２がリフトされておらず閉弁しているため、ニードル弁１３０のリフト速度はカム駆動弁１７２が開弁しているときよりも遅くなる。すなわち、このときにはニードル弁１３０は低速開弁される。ニードル弁１３０の開弁に伴って燃料噴射が開始され、１秒間に噴射される燃料の量である燃料噴射率が図５の下段に示すように変化する。

これに対して、圧縮行程の後半から圧縮上死点（図５におけるＴＤＣ）を超えるまでの期間において制御弁１５０が開弁されると、それに伴ってニードル弁１３０が開弁し、メイン噴射が実行される。このときには、カム駆動弁１７２が開弁しているため、ニードル弁１３０のリフト速度はカム駆動弁１７２が閉弁しているときよりも速くなる。すなわち、このときにはニードル弁１３０は高速開弁される。

なお、図５にはニードル弁１３０が開弁する際のニードル弁１３０のリフト量の変化の傾きを破線で示している。この破線の傾きはニードル弁１３０が開弁する際のリフト速度を表している。

こうしてニードル弁１３０が高速開弁するときにもニードル弁１３０の開弁に伴って燃料噴射が実行されるが、このときにはニードル弁１３０の開弁速度が速いため低速開弁された場合よりも速やかに燃料噴射率が高くなり、高い貫徹力で燃料が噴射される。

また、排気行程の前半において制御弁１５０が開弁されると、ニードル弁１３０が開弁し、ポスト噴射が実行される。このときには、カム駆動弁１７２がリフトされておらず閉弁しているため、ニードル弁１３０のリフト速度はカム駆動弁１７２が開弁しているときよりも遅くなる。すなわち、このときにはニードル弁１３０は低速開弁される。そのため、このときには、燃料噴射率の変化の態様はパイロット噴射の場合の燃料噴射率の変化の態様と同様になる。

なお、メイン噴射に加えて、パイロット噴射とポスト噴射を行う場合を例に説明を行ったが、内燃機関１０の運転状態によってはパイロット噴射やポスト噴射を行わない場合もある。制御装置５００は、ソレノイド１５１に対する通電を制御することにより、内燃機関１０の運転状態にあわせてパイロット噴射、メイン噴射、ポスト噴射の各噴射の実行態様を制御する。

以上説明した第１の実施形態の燃料噴射装置１００によれば、以下の（１）〜（４）の効果が得られるようになる。
（１）燃料噴射装置１００では、ニードル弁１３０が開弁する際のリフト速度は制御弁１５０を開弁したときの制御室１２０内の燃料の圧力の低下速度に応じて変化する。そして、ニードル弁１３０のリフト速度はリーク通路１４０における抵抗の大きさに応じて変化する。燃料噴射装置１００では、内燃機関１０のクランクシャフトの回転に連動して回転するカム１７１によって駆動されるカム駆動弁１７２の変位に応じてリーク通路１４０における抵抗の大きさを変化させるリフト速度変更機構１７０を設けている。そのため、カム１７１の回転に連動してカムプロフィールに応じてリーク通路１４０における抵抗が変化する。そのため、制御装置５００が実行する制御に変更を加えなくても、カムプロフィールの設定によってニードル弁１３０のリフト速度を所望の態様で変化させることができる。したがって、リーク通路１４０における抵抗を変化させるための制御の追加や変更を必要とせずに、ニードル弁１３０のリフト速度の変更を実現することができる。

（２）パイロット噴射は、メイン噴射が実行される前に少量の燃料を噴射することで、メイン噴射において噴射される燃料に早期に着火させ、メイン噴射における予混合燃焼を抑制し、騒音やＮＯｘの発生を抑制するものである。しかし、パイロット噴射は燃焼室１１内の空気密度が低い圧縮行程中に行われるため、燃料噴霧の貫徹力及び拡散性が高くなり、燃料がボアやピストンに付着したり、燃料が拡散してしまい燃焼を良好に発生させることができないおそれがある。これに対して、燃料噴射装置１００では、パイロット噴射を実行する際にはニードル弁１３０が低速開弁されるようになる。そのため、燃料噴射率の上昇が抑制され、燃料噴霧の貫徹力が抑制されるとともに、燃料噴霧の拡散が抑制されるようになる。したがって、ボアやピストンへの燃料の付着や、燃焼不良によるＨＣの発生や、メイン噴射におけるＮＯｘの低減効果の低下を抑制することができる。

（３）メイン噴射は、パイロット噴射による燃料噴霧の燃焼による高温下で実施されるため、空気と燃料との混合が不十分なまま燃焼が発生し、煤が発生するおそれがある。これに対して、燃料噴射装置１００では、メイン噴射を実行する際にはニードル弁１３０が高速開弁されるようになる。そのため、燃料噴射率が速やかに上昇し、燃料の噴出速度が高くなり、燃料噴霧の微細化と、燃料と空気との混合が促進され、煤の発生が抑制される。

（４）一般的にポスト噴射は、膨張行程や排気行程中に実行されるため、燃料噴霧の貫徹力及び拡散性が高く、燃料がボアやピストンに付着しやすい。これに対して、燃料噴射装置１００では、ポスト噴射を実行する際にはニードル弁１３０が低速開弁されるようになる。そのため、燃料噴射率の上昇が抑制され、燃料噴霧の貫徹力が抑制されるとともに、燃料噴霧の拡散が抑制されるようになる。したがって、ボアやピストンへの燃料の付着を抑制することができる。ひいてはボアに付着した燃料がエンジンオイルに混入しピストンの潤滑性を悪化させてしまうことなどを抑制することができる。

（第２の実施形態）
内燃機関の燃料噴射装置の第２の実施形態について図６〜図９を参照して説明する。
第２の実施形態の燃料噴射装置２００は、第１の実施形態の燃料噴射装置１００と同様に、内燃機関１０に搭載される。そのため、内燃機関１０の構成については、同一の符号を付してその説明を割愛する。

図６に示すように燃料噴射装置２００のハウジングの内部にはニードル弁２３０を収容する収容空間２０１が形成されている。なお、燃料噴射装置２００のハウジングは、先端に燃料噴射孔２１０が設けられているノズルボディ２０２と、第１ボディ２０３と、第２ボディ２０４と、第３ボディ２０５と、これらをこの順番で重ね合わせた状態で締結するリテーニングナット２０６とで構成されている。また、燃料噴射装置２００では、燃料噴射孔２１０は、収容空間２０１と連通しており燃料が溜まるドーム状の空間であるサック部２１１とハウジングの外部に連通する２つの噴孔２１２とからなっている。

収容空間２０１の内部には、筒状の収容部２０７が設けられており、ニードル弁２３０の後端がこの収容部２０７内に摺動可能に収容されている。また、ニードル弁２３０の中央部にはノズルボディ２０２の内周面と当接するように突出した３つのガイド部２３１が周方向に均等に分散した状態で（１２０°毎に）設けられている。こうしてニードル弁２３０の後端が収容部２０７内に収容されているとともに、１２０°毎に設けられた３つのガイド部２３１がノズルボディ２０２の内周面に当接していることにより、ニードル弁２３０は軸方向、すなわち図６における上下方向に移動可能に収容空間２０１内に収容されている。

なお、ニードル弁２３０には円盤状のリテーナ２０８が取り付けられており、収容部２０７とリテーナ２０８との間にはスプリング２０９が圧縮された状態で配設されている。これにより、ニードル弁２３０は先端部をノズルボディ２０２の内周面からなるシート面２１３に当接させる方向に付勢されている。

そして、図６に示すように、ニードル弁２３０の先端部がシート面２１３に当接してニードル弁２３０が着座しているときには、ニードル弁２３０によって燃料噴射孔２１０が塞がれる。

また、ノズルボディ２０２内における収容部２０７とニードル弁２３０の後端部とによって区画された部分は制御室２２０になっている。
ハウジング内には、第１ボディ２０３，第２ボディ２０４，第３ボディ２０５に形成された貫通孔によって構成される燃料供給通路２１５が設けられている。燃料供給通路２１５は、第３ボディ２０５側で燃料供給配管２７と接続されている。また、燃料供給通路２１５は、第１ボディ２０３内で二股に分岐しており、一方が収容空間２０１に接続されており、他方が制御室２２０に接続されている。これにより、燃料供給配管２７を通じて供給される燃料はこの燃料供給通路２１５を通じて収容空間２０１及び制御室２２０に導入される。

更に、ハウジング内には、制御室２２０から燃料を排出するリーク通路２４０が設けられている。第３ボディ２０５には燃料タンク２１に繋がっているリターン通路２８が接続されており、リーク通路２４０は第３ボディ２０５内に形成されている連通空間２４９を介してリターン通路２８と連通している。

リーク通路２４０は、連通空間２４９と制御室２２０とを繋ぐ制御通路２４１と、制御室２２０内に配設されたオリフィスプレート２４２と、第１ボディ２０３に形成されたオリフィス通路２４３と、連通路２４４とによって構成されている。なお、制御通路２４１は、第１ボディ２０３及び第２ボディ２０４に形成された貫通孔によって構成されている。また、制御室２２０内に配設されたオリフィスプレート２４２とニードル弁２３０の後端との間にはスプリング２４５が圧縮された状態で収容されている。そのため、オリフィスプレート２４２は、このスプリング２４５の復元力により、第１ボディ２０３に当接する方向に付勢されている。オリフィスプレート２４２には内部に絞りを備える貫通孔が設けられており、オリフィスプレート２４２が第１ボディ２０３に当接しているときには、制御室２２０内からオリフィスプレート２４２を通過して制御通路２４１に流れ込む燃料の流量がこの絞りによって制限されることになる。

なお、オリフィスプレート２４２が第１ボディ２０３に当接しているときには、オリフィスプレート２４２によって燃料供給通路２１５の制御室２２０側の出口が塞がれるようになっている。これにより、オリフィスプレート２４２は、燃料供給通路２１５から制御室２２０への燃料の流入を許容する一方で、制御室２２０から燃料供給通路２１５への燃料の逆流を抑制する逆止弁として機能する。

オリフィス通路２４３は、オリフィスプレート２４２が第１ボディ２０３に当接しているときであっても、オリフィスプレート２４２によって塞がれないように、オリフィスプレート２４２と収容部２０７との間に開口している。

オリフィス通路２４３は、第１ボディ２０３を貫通する貫通孔によって形成されており、制御室２２０側の端部には絞りが設けられている。オリフィス通路２４３の途中には連通路２４４が接続されており、オリフィス通路２４３はこの連通路２４４を通じて制御通路２４１と連通している。なお、オリフィス通路２４３と燃料供給通路２１５は第１ボディ２０３内ですれ違うように形成されており、オリフィス通路２４３と燃料供給通路２１５は連通していない。オリフィス通路２４３の絞りにおける通路断面積は制御通路２４１の通路断面積及び連通路２４４の通路断面積よりも狭くなっており、制御室２２０内からオリフィス通路２４３を通過して制御通路２４１に流れ込む燃料の流量は、このオリフィス通路２４３の絞りによって制限されるようになっている。

すなわち、リーク通路２４０においては、オリフィスプレート２４２及びオリフィス通路２４３の絞りがリーク通路２４０における抵抗を決める絞りとして作用する。
第２ボディ２０４には、オリフィス通路２４３を形成している貫通孔に先端が挿入されたサーボ弁２６０が収容されている。第２ボディ２０４には、サーボ弁２６０を収容する収容室２６１が形成されており、サーボ弁２６０はこの収容室２６１に収容されている。こうしてサーボ弁２６０が収容室２６１内に収容されていることにより、収容室２６１はサーボ弁２６０よりも第１ボディ２０３側の部屋とサーボ弁２６０よりも第３ボディ２０５側の部屋とに区画されている。そして、第２ボディ２０４には、これらの部屋と燃料供給通路２１５とを連通する第１接続路２６３と第２接続路２６４が設けられている。

第１接続路２６３は、収容室２６１におけるサーボ弁２６０よりも第３ボディ２０５側の部屋と燃料供給通路２１５とを連通している。そして、第２接続路２６４は、収容室２６１におけるサーボ弁２６０よりも第１ボディ２０３側の部屋と燃料供給通路２１５とを連通している。

そして、収容室２６１におけるサーボ弁２６０よりも第３ボディ２０５側の部屋にはサーボ弁２６０を、オリフィス通路２４３と連通路２４４との連通を遮断する位置に向かって付勢するスプリング２６２が配設されている。

また、第２ボディ２０４には、収容室２６１におけるサーボ弁２６０よりも第３ボディ２０５側の部屋と、連通空間２４９とを繋ぐ出口通路２６５も設けられている。
第３ボディ２０５には、リーク通路２４０を塞ぐ制御弁２５０が収容されている。制御弁２５０の先端は連通空間２４９内に突出しており、制御弁２５０は先端が第２ボディ２０４に当接してリーク通路２４０を塞ぐようにスプリング２５２によって付勢されている。また、第３ボディ２０５には制御弁２５０をスプリング２５２の付勢力に抗して引き寄せ、第２ボディ２０４から離間させるソレノイド２５１が設けられている。ソレノイド２５１は制御装置５００と接続されており、制御装置５００はこのソレノイド２５１に通電することによって制御弁２５０をリフトさせ、開弁させる。すなわち、制御装置５００は制御弁２５０を制御する。

また、連通空間２４９には、出口通路２６５を塞ぐカム駆動弁２７２の先端が突出している。カム駆動弁２７２は、第３ボディ２０５を貫通して先端が第２ボディ２０４に当接し、出口通路２６５を塞ぐように配設されている。

また、カム駆動弁２７２はスプリングを収容したダンパ２７６を介してカム駆動ロッド２７５と連結されている。そして、カム駆動ロッド２７５はカム２７１に当接している。
なお、ダンパ２７６と第３ボディ２０５との間にはスプリング２７３が圧縮された状態で配設されており、このスプリング２７３の復元力によってカム駆動弁２７２は先端を第２ボディ２０４から離間させる方向に付勢されている。

カム２７１は、排気カムシャフト１７と連結されており、排気カムシャフト１７の回転に連動して回転する。すなわち、カム２７１は排気カムシャフト１７と同様にクランクシャフトの回転と連動して回転する。

カム２７１のカムプロフィールは、カム２７１の中心Ｃ２からの距離が領域ＡＲ２以外の領域においては一定であり、領域ＡＲ２において中心Ｃ２からの距離が他の領域よりも短くなるように設定されている。

そして、図６及び図７に示すように、カム駆動ロッド２７５が領域ＡＲ２以外の領域に当接しているときには、カム駆動弁２７２がスプリング２７３の付勢力に抗して第２ボディ２０４に押し付けられ、カム駆動弁２７２が出口通路２６５を塞ぐようになっている。なお、ダンパ２７６にはスプリング２７３よりも弾性係数が高いスプリングが収容されている。そのため、振動などによってカム２７１と第２ボディ２０４との距離が変動したとしても、このダンパ２７６が変形することによって第２ボディ２０４やカム駆動弁２７２、カム駆動ロッド２７５などに作用する荷重が緩和されるようになっている。

図６及び図７に示すように、カム駆動弁２７２が出口通路２６５を塞いでおり、閉弁しているときには、燃料供給通路２１５を通じて収容室２６１におけるサーボ弁２６０よりも第３ボディ２０５側の部屋に導入された燃料が出口通路２６５を通じて排出されなくなる。燃料供給通路２１５は収容室２６１におけるサーボ弁２６０よりも第３ボディ２０５側の部屋とサーボ弁２６０よりも第１ボディ２０３側の部屋との双方に連通しているため、このときにはサーボ弁２６０よりも第３ボディ２０５側の部屋内の燃料の圧力とサーボ弁２６０よりも第１ボディ２０３側の部屋内の燃料の圧力とがほぼ等しくなる。しかし、サーボ弁２６０にはスプリング２６２による付勢力が作用しているため、このときには、サーボ弁２６０は、第１ボディ２０３側に押し込まれ、オリフィス通路２４３と連通路２４４との連通を遮断した状態になる。

なお、図６及び図７に示すように、オリフィス通路２４３を形成している貫通孔にはサーボ弁２６０の先端が当接する段差が設けられており、カム駆動弁２７２が閉弁し、出口通路２６５を塞いでいるときには、サーボ弁２６０は先端がこの段差に当接した状態になる。

図６及び図７に示すようにサーボ弁２６０の先端が段差に当接してオリフィス通路２４３と連通路２４４との連通を遮断している状態が、サーボ弁２６０が閉弁している状態であり、この状態が、サーボ弁２６０のリフト量が「０」の状態である。

図８に示すように、カム駆動ロッド２７５が領域ＡＲ２に当接しているときには、カム駆動弁２７２がスプリング２７３の付勢力によってリフトされ、第２ボディ２０４から離間して、出口通路２６５がカム駆動弁２７２によって塞がれなくなる。このようにカム駆動弁２７２が出口通路２６５を塞いでおらず、開弁しているときには、燃料供給通路２１５を通じて収容室２６１におけるサーボ弁２６０よりも第３ボディ２０５側の部屋に導入された燃料が出口通路２６５を通じて連通空間２４９に排出される。収容室２６１におけるサーボ弁２６０よりも第３ボディ２０５側の部屋内の燃料が出口通路２６５を通じて連通空間２４９に排出され、更にリターン通路２８を通じて排出されると、収容室２６１におけるサーボ弁２６０よりも第３ボディ２０５側の部屋内の燃料の圧力が低下する。そのため、第１ボディ２０３側の部屋内の燃料の圧力によって生じるサーボ弁２６０を開弁させる方向に付勢する力の大きさが、スプリング２６２による付勢力と第３ボディ２０５側の部屋内の燃料の圧力とによって生じるサーボ弁２６０を閉弁させる方向に付勢する力の大きさよりも大きくなり、サーボ弁２６０が開弁側にリフトする。そして、サーボ弁２６０のリフト量が開弁リフト量ＬＯＰよりも大きくなると、オリフィス通路２４３と連通路２４４とが連通された状態になり、サーボ弁２６０が開弁状態になる。

また、図６に示すように、制御弁２５０がリーク通路２４０を塞いでおり、閉弁しているときには、燃料供給通路２１５を通じて導入された燃料が制御室２２０から排出されなくなる。燃料供給通路２１５は収容空間２０１と制御室２２０の双方に連通しているため、このときには収容空間２０１内の燃料の圧力と制御室２２０内の燃料の圧力がほぼ等しくなる。しかし、ニードル弁２３０にはスプリング２０９及びスプリング２４５による付勢力が作用しているため、このときには、ニードル弁２３０はシート面２１３に着座した状態になる。その結果、燃料噴射孔２１０がニードル弁２３０によって塞がれた状態になり、燃料は噴射されずに収容空間２０１内に溜まった状態になる。すなわち、ソレノイド２５１に通電がされておらず、制御弁２５０が閉弁されているときには、燃料は噴射されない。

一方で、図７や図８に示すように、制御装置５００を通じてソレノイド２５１に通電がなされると、制御弁２５０が開弁し、リーク通路２４０と連通空間２４９とが連通する。このように制御弁２５０が開弁しているときには、リーク通路２４０を通じて制御室２２０内の燃料が排出される。制御室２２０内の燃料がリーク通路２４０を通じて連通空間２４９に排出され、更にリターン通路２８を通じて排出されると、制御室２２０内の燃料の圧力が低下する。そのため、収容空間２０１内の燃料の圧力によって生じるニードル弁２３０を開弁させる方向に付勢する力の大きさが、スプリング２０９及びスプリング２４５による付勢力と制御室２２０内の燃料の圧力とによって生じるニードル弁２３０を閉弁させる方向に付勢する力の大きさよりも大きくなり、ニードル弁２３０が開弁する。その結果、燃料噴射孔２１０と収容空間２０１とが連通した状態になり、燃料が燃料噴射孔２１０を通じて噴射されるようになる。すなわち、ソレノイド２５１に通電がされて制御弁２５０が開弁されているときには、ニードル弁２３０が開弁され、燃料が噴射される。

ところで、図７に示すように、制御弁２５０が開弁しているときにカム駆動ロッド２７５がカム２７１の領域ＡＲ２以外の領域に当接しており、カム駆動弁２７２が閉弁し、サーボ弁２６０がオリフィス通路２４３と連通路２４４との連通を遮断している場合には、制御室２２０内の燃料はオリフィス通路２４３を通じては排出されなくなる。この場合には、制御室２２０内から排出される燃料は全てオリフィスプレート２４２を通過して排出されるため、排出される燃料の流量はオリフィスプレート２４２の絞りによって制限された流量になる。

一方で、図８に示すように、制御弁２５０が開弁しているときにカム駆動ロッド２７５がカム２７１の領域ＡＲ２に当接しており、カム駆動弁２７２が開弁され、サーボ弁２６０が開弁している場合には、制御室２２０内の燃料はオリフィス通路２４３を通じても排出されるようになる。この場合には、制御室２２０内からリーク通路２４０を通じて排出される燃料の流量が、オリフィスプレート２４２を通過する燃料の流量とオリフィス通路２４３を通過する燃料の流量との和になり、サーボ弁２６０が閉弁しているときよりも多くなる。

このように燃料噴射装置２００では、カム駆動弁２７２の開閉の状態に応じて、オリフィスプレート２４２を通過する経路に加えて、オリフィス通路２４３を通じて燃料が排出されるか否かが変化する。その結果、リーク通路２４０の抵抗が変化し、制御室２２０内からリーク通路２４０を通じて排出される燃料の流量が変化するようになっている。そして、リーク通路２４０を通じて排出される燃料の流量が変化すると、ニードル弁２３０が開弁する際のニードル弁２３０のリフト速度が変化することになる。

要するに、この燃料噴射装置２００では、カム駆動弁２７２を開閉させることによりリーク通路２４０の抵抗を変化させることができるようになっており、リーク通路２４０の抵抗を変更することによりニードル弁２３０のリフト速度を変更することができるようになっている。すなわち、燃料噴射装置２００では、カム２７１と、カム駆動ロッド２７５と、カム駆動弁２７２と、サーボ弁２６０とによってリフト速度変更機構２７０を構成している。なお、このリフト速度変更機構２７０では、カム２７１によって駆動されるカム駆動弁２７２が被駆動部材に相当する。

次に第２の実施形態の燃料噴射装置２００の作用について、図９を参照して説明する。
図９に示すように、燃料噴射装置２００では、カム駆動弁２７２が圧縮行程の後半で開弁し、圧縮上死点（図９におけるＴＤＣ）では開弁している一方、膨張行程の後半から閉弁し始めて排気行程が始まるときには閉弁した状態になるようにカム２７１のカムプロフィールが設定されている。

サーボ弁２６０は、カム駆動弁２７２の開閉に連動して開閉するため、カム駆動弁２７２と同様に、圧縮行程の後半で開弁し、圧縮上死点（図９におけるＴＤＣ）では開弁している一方、膨張行程の後半から閉弁し始めて排気行程が始まるときには閉弁した状態になる。

また、燃料噴射装置２００では、メイン噴射に加えて、メイン噴射に先立って行うパイロット噴射、燃焼が終了した後に行うポスト噴射が実施される。
図９に示すように、圧縮行程の前半において制御弁２５０が開弁されると、ニードル弁２３０が開弁し、パイロット噴射が実行される。このときには、カム駆動弁２７２及びサーボ弁２６０がリフトされておらず閉弁しているため、ニードル弁２３０のリフト速度はカム駆動弁２７２及びサーボ弁２６０が開弁しているときよりも遅くなる。すなわち、このときにはニードル弁２３０は低速開弁される。ニードル弁２３０の開弁に伴って燃料噴射が開始され、燃料噴射率が図９の下段に示すように変化する。

これに対して、圧縮行程の後半から圧縮上死点（図９におけるＴＤＣ）を超えるまでの期間において制御弁２５０が開弁されると、それに伴ってニードル弁２３０が開弁し、メイン噴射が実行される。このときには、カム駆動弁２７２及びサーボ弁２６０が開弁しているため、ニードル弁２３０のリフト速度はカム駆動弁２７２及びサーボ弁２６０が閉弁しているときよりも速くなる。すなわち、このときにはニードル弁２３０は高速開弁される。

なお、図９にはニードル弁２３０が開弁する際のニードル弁２３０のリフト量の変化の傾きを破線で示している。この破線の傾きはニードル弁２３０が開弁する際のリフト速度を表している。

こうしてニードル弁２３０が高速開弁するときにもニードル弁２３０の開弁に伴って燃料噴射が実行されるが、このときにはニードル弁２３０の開弁速度が速いため低速開弁された場合よりも速やかに燃料噴射率が高くなり、高い貫徹力で燃料が噴射される。

また、排気行程の前半において制御弁２５０が開弁されると、ニードル弁２３０が開弁し、ポスト噴射が実行される。このときには、カム駆動弁２７２及びサーボ弁２６０がリフトされておらず閉弁しているため、ニードル弁２３０のリフト速度はカム駆動弁２７２及びサーボ弁２６０が開弁しているときよりも遅くなる。すなわち、このときにはニードル弁２３０は低速開弁される。そのため、このときには、燃料噴射率の変化の態様はパイロット噴射の場合の燃料噴射率の変化の態様と同様になる。

なお、メイン噴射に加えて、パイロット噴射とポスト噴射を行う場合を例に説明を行ったが、内燃機関１０の運転状態によってはパイロット噴射やポスト噴射を行わない場合もある。制御装置５００は、ソレノイド２５１に対する通電を制御することにより、内燃機関１０の運転状態にあわせてパイロット噴射、メイン噴射、ポスト噴射の各噴射の実行態様を制御する。

以上説明した第２の実施形態の燃料噴射装置２００によれば、以下の（１）〜（４）の効果が得られるようになる。
（１）燃料噴射装置２００では、ニードル弁２３０が開弁する際のリフト速度は制御弁２５０を開弁したときの制御室２２０内の燃料の圧力の低下速度に応じて変化する。そして、ニードル弁２３０のリフト速度はリーク通路２４０における抵抗の大きさに応じて変化する。燃料噴射装置２００では、内燃機関１０のクランクシャフトの回転に連動して回転するカム２７１によって駆動されるカム駆動弁２７２の変位に応じてリーク通路２４０における抵抗の大きさを変化させるリフト速度変更機構２７０を設けている。そのため、カム２７１の回転に連動してカムプロフィールに応じてリーク通路２４０における抵抗が変化する。そのため、制御装置５００が実行する制御に変更を加えなくても、カムプロフィールの設定によってニードル弁２３０のリフト速度を所望の態様で変化させることができる。したがって、リーク通路２４０における抵抗を変化させるための制御の追加や変更を必要とせずに、ニードル弁２３０のリフト速度の変更を実現することができる。

（２）燃料噴射装置２００では、パイロット噴射を実行する際にはニードル弁２３０が低速開弁されるようになる。そのため、燃料噴射率の上昇が抑制され、燃料噴霧の貫徹力が抑制されるとともに、燃料噴霧の拡散が抑制されるようになる。したがって、ボアやピストンへの燃料の付着や、燃焼不良によるＨＣの発生や、メイン噴射におけるＮＯｘの低減効果の低下を抑制することができる。

（３）燃料噴射装置２００では、メイン噴射を実行する際にはニードル弁２３０が高速開弁されるようになる。そのため、燃料噴射率が速やかに上昇し、燃料の噴出速度が高くなり、燃料噴霧の微細化と、燃料と空気との混合が促進され、煤の発生が抑制される。

（４）燃料噴射装置２００では、ポスト噴射を実行する際にはニードル弁２３０が低速開弁されるようになる。そのため、燃料噴射率の上昇が抑制され、燃料噴霧の貫徹力が抑制されるとともに、燃料噴霧の拡散が抑制されるようになる。したがって、ボアやピストンへの燃料の付着を抑制することができる。ひいてはボアに付着した燃料がエンジンオイルに混入しピストンの潤滑性を悪化させてしまうことなどを抑制することができる。

（第３の実施形態）
内燃機関の燃料噴射装置の第３の実施形態について図１０〜図１３を参照して説明する。

第３の実施形態の燃料噴射装置３００は、第１の実施形態の燃料噴射装置１００と同様に、内燃機関１０に搭載される。そのため、内燃機関１０の構成については、同一の符号を付してその説明を割愛する。

図１０に示すように燃料噴射装置３００のハウジングの内部にはニードル弁３３０を収容する収容空間３０１が形成されている。なお、燃料噴射装置３００のハウジングは、先端に燃料噴射孔３１０が設けられているノズルボディ３０２と、第１ボディ３０３と、第２ボディ３０４と、第３ボディ３０５と、これらをこの順番で重ね合わせた状態で締結するリテーニングナット３０６とで構成されている。また、燃料噴射装置３００では、燃料噴射孔３１０は、収容空間３０１と連通しており燃料が溜まるドーム状の空間であるサック部３１１とハウジングの外部に連通する２つの噴孔３１２とからなっている。

収容空間３０１の内部には、筒状の収容部３０７が設けられており、ニードル弁３３０の後端がこの収容部３０７内に摺動可能に収容されている。また、ニードル弁３３０の中央部にはノズルボディ３０２の内周面と当接するように突出した３つのガイド部３３１が周方向に均等に分散した状態で（１２０°毎に）設けられている。こうしてニードル弁３３０の後端が収容部３０７内に収容されているとともに、１２０°毎に設けられた３つのガイド部３３１がノズルボディ３０２の内周面に当接していることにより、ニードル弁３３０は軸方向、すなわち図１０における上下方向に移動可能に収容空間３０１内に収容されている。

なお、ニードル弁３３０には円盤状のリテーナ３０８が取り付けられており、収容部３０７とリテーナ３０８との間にはスプリング３０９が圧縮された状態で配設されている。これにより、ニードル弁３３０は先端部をノズルボディ３０２の内周面からなるシート面３１３に当接させる方向に付勢されている。

そして、図１０に示すように、ニードル弁３３０の先端部がシート面３１３に当接してニードル弁３３０が着座しているときには、ニードル弁３３０によって燃料噴射孔３１０が塞がれる。

また、ノズルボディ３０２内における収容部３０７とニードル弁３３０の後端部とによって区画された部分は制御室３２０になっている。
ハウジング内には、第１ボディ３０３，第２ボディ３０４，第３ボディ３０５に形成された貫通孔によって構成される燃料供給通路３１５が設けられている。燃料供給通路３１５は、第３ボディ３０５側で燃料供給配管２７と接続されている。また、燃料供給通路３１５は、第１ボディ３０３内で二股に分岐しており、一方が収容空間３０１に接続されており、他方が制御室３２０に接続されている。これにより、燃料供給配管２７を通じて供給される燃料はこの燃料供給通路３１５を通じて収容空間３０１及び制御室３２０に導入される。

更に、ハウジング内には、制御室３２０から燃料を排出するリーク通路３４０が設けられている。第３ボディ３０５には燃料タンク２１に繋がっているリターン通路２８が接続されており、リーク通路３４０は第３ボディ３０５内に形成されている連通空間３４９を介してリターン通路２８と連通している。

リーク通路３４０は、連通空間３４９と制御室３２０とを繋ぐ制御通路３４１と、制御室３２０内に配設されたオリフィスプレート３４２と、第１ボディ３０３に形成されたオリフィス通路３４３と、連通路３４４とによって構成されている。なお、制御通路３４１は、第１ボディ３０３及び第２ボディ３０４に形成された貫通孔によって構成されている。また、制御室３２０内に配設されたオリフィスプレート３４２とニードル弁３３０の後端との間にはスプリング３４５が圧縮された状態で収容されている。そのため、オリフィスプレート３４２は、このスプリング３４５の復元力により、第１ボディ３０３に当接する方向に付勢されている。オリフィスプレート３４２には内部に絞りを備える貫通孔が設けられており、オリフィスプレート３４２が第１ボディ３０３に当接しているときには、制御室３２０内からオリフィスプレート３４２を通過して制御通路３４１に流れ込む燃料の流量がこの絞りによって制限されることになる。

なお、オリフィスプレート３４２が第１ボディ３０３に当接しているときには、オリフィスプレート３４２によって燃料供給通路３１５の制御室３２０側の出口が塞がれるようになっている。これにより、オリフィスプレート３４２は、燃料供給通路３１５から制御室３２０への燃料の流入を許容する一方で、制御室３２０から燃料供給通路３１５への燃料の逆流を抑制する逆止弁として機能する。

オリフィス通路３４３は、オリフィスプレート３４２が第１ボディ３０３に当接しているときであっても、オリフィスプレート３４２によって塞がれないように、オリフィスプレート３４２と収容部３０７との間に開口している。

オリフィス通路３４３は、第１ボディ３０３を貫通する貫通孔によって形成されており、制御室３２０側の端部には絞りが設けられている。オリフィス通路３４３の途中には連通路３４４が接続されており、オリフィス通路３４３はこの連通路３４４を通じて制御通路３４１と連通している。なお、オリフィス通路３４３と燃料供給通路３１５は第１ボディ３０３内ですれ違うように形成されており、オリフィス通路３４３と燃料供給通路３１５は連通していない。オリフィス通路３４３の絞りにおける通路断面積は制御通路３４１の通路断面積及び連通路３４４の通路断面積よりも狭くなっており、制御室３２０内からオリフィス通路３４３を通過して制御通路３４１に流れ込む燃料の流量は、このオリフィス通路３４３の絞りによって制限されるようになっている。

すなわち、リーク通路３４０においては、オリフィスプレート３４２及びオリフィス通路３４３の絞りがリーク通路３４０における抵抗を決める絞りとして作用する。
第２ボディ３０４には、オリフィス通路３４３を形成している貫通孔に先端が挿入されたサーボ弁３６０が収容されている。第２ボディ３０４には、サーボ弁３６０を収容する収容室３６１が形成されており、サーボ弁３６０はこの収容室３６１に収容されている。こうしてサーボ弁３６０が収容室３６１内に収容されていることにより、収容室３６１はサーボ弁３６０よりも第１ボディ３０３側の部屋とサーボ弁３６０よりも第３ボディ３０５側の部屋とに区画されている。

そして、第２ボディ３０４には、収容室３６１におけるサーボ弁３６０よりも第３ボディ３０５側の部屋と燃料供給通路３１５とを連通する第１接続路３６３が設けられている。また、収容室３６１におけるサーボ弁３６０よりも第３ボディ３０５側の部屋にはサーボ弁３６０を、オリフィス通路３４３と連通路３４４との連通を遮断する位置に向かって付勢するスプリング３６２が配設されている。

また、第３ボディ３０５には、カム駆動ピストン３７３を収容するシリンダ３７４が設けられており、第２ボディ３０４には収容室３６１におけるサーボ弁３６０よりも第１ボディ３０３側の部屋とシリンダ３７４とを連通する第２接続路３６４と、シリンダ３７４と燃料供給通路３１５とを連通する第３接続路３６５が設けられている。なお、第３接続路３６５には、燃料供給通路３１５側からシリンダ３７４側に向かって燃料が流れることを許容する一方でシリンダ３７４側から燃料供給通路３１５側に向かって燃料が流れることを規制する逆止弁３６６が設けられている。

シリンダ３７４内には、カム駆動ピストン３７３が摺動可能に収容されている。カム駆動ピストン３７３には第３ボディ３０５に挿通されているカム駆動ロッド３７５の先端が当接している。そして、カム駆動ロッド３７５の後端はカム３７１に当接している。

また、シリンダ３７４内には、カム駆動ピストン３７３を第２ボディ３０４から離間させ、カム駆動ピストン３７３をカム駆動ロッド３７５に押し付ける方向に付勢するスプリング３７７が配設されている。

カム３７１は、排気カムシャフト１７と連結されており、排気カムシャフト１７の回転に連動して回転する。すなわち、カム３７１は排気カムシャフト１７と同様にクランクシャフトの回転と連動して回転する。

カム３７１のカムプロフィールは、カム３７１の中心Ｃ３からの距離が領域ＡＲ３以外の領域においては一定であり、領域ＡＲ３において中心Ｃ３からの距離が他の領域よりも長くなるように設定されている。

そして、図１０及び図１１に示すように、カム駆動ロッド３７５が領域ＡＲ３以外の領域に当接しているときには、カム駆動ピストン３７３がスプリング３７７の付勢力によってリフトされた状態になり、シリンダ３７４内は、第３接続路３６５を通じて燃料供給通路３１５から供給された燃料で満たされる。

なお、カム駆動ロッド３７５にはスプリング３７７よりも弾性係数の高いスプリングを収容したダンパ３７６が設けられている。そのため、振動などによってカム３７１と第２ボディ３０４との距離が変動したとしても、このダンパ３７６が変形することによって第２ボディ３０４や、カム駆動ピストン３７３、カム駆動ロッド３７５などに作用する荷重が緩和されるようになっている。

シリンダ３７４は第２接続路３６４を通じて収容室３６１における第１ボディ３０３側の部屋と連通しているため、このときにはサーボ弁３６０よりも第３ボディ３０５側の部屋内の燃料の圧力とサーボ弁３６０よりも第１ボディ３０３側の部屋内の燃料の圧力とがほぼ等しくなる。しかし、サーボ弁３６０にはスプリング３６２による付勢力が作用しているため、このときには、サーボ弁３６０は、第１ボディ３０３側に押し込まれ、オリフィス通路３４３と連通路３４４との連通を遮断した状態になる。

なお、図１０及び図１１に示すように、オリフィス通路３４３を形成している貫通孔にはサーボ弁３６０の先端が当接する段差が設けられており、このときには、サーボ弁３６０は先端がこの段差に当接した状態になる。

図１０及び図１１に示すようにサーボ弁３６０の先端が段差に当接してオリフィス通路３４３と連通路３４４との連通を遮断している状態が、サーボ弁３６０が閉弁している状態であり、この状態が、サーボ弁３６０のリフト量が「０」の状態である。

図１２に示すように、カム３７１の回転に伴い、カム駆動ロッド３７５が領域ＡＲ３に当接するようになると、カム駆動ピストン３７３がスプリング３７７の付勢力に抗して第２ボディ３０４に近づくように降下し、シリンダ３７４内の燃料が第２接続路３６４を通じて収容室３６１における第１ボディ３０３側の部屋に送り込まれる。そして、第１ボディ３０３側の部屋内の燃料の圧力によって生じるサーボ弁３６０を開弁させる方向に付勢する力の大きさが、スプリング３６２による付勢力と第３ボディ３０５側の部屋内の燃料の圧力とによって生じるサーボ弁３６０を閉弁させる方向に付勢する力の大きさよりも大きくなり、サーボ弁３６０が開弁側にリフトする。そして、サーボ弁３６０のリフト量が開弁リフト量ＬＯＰよりも大きくなると、オリフィス通路３４３と連通路３４４とが連通された状態になり、サーボ弁３６０が開弁状態になる。

また、図１０に示すように、第３ボディ３０５には、リーク通路３４０を塞ぐ制御弁３５０が収容されている。制御弁３５０の先端は連通空間３４９内に突出しており、制御弁３５０は先端が第２ボディ３０４に当接してリーク通路３４０を塞ぐようにスプリング３５２によって付勢されている。また、第３ボディ３０５には制御弁３５０をスプリング３５２の付勢力に抗して引き寄せ、第２ボディ３０４から離間させるソレノイド３５１が設けられている。ソレノイド３５１は制御装置５００と接続されており、制御装置５００はこのソレノイド３５１に通電することによって制御弁３５０をリフトさせ、開弁させる。すなわち、制御装置５００は制御弁３５０を制御する。

図１０に示すように、制御弁３５０がリーク通路３４０を塞いでおり、閉弁しているときには、燃料供給通路３１５を通じて導入された燃料が制御室３２０から排出されなくなる。燃料供給通路３１５は収容空間３０１と制御室３２０の双方に連通しているため、このときには収容空間３０１内の燃料の圧力と制御室３２０内の燃料の圧力がほぼ等しくなる。しかし、ニードル弁３３０にはスプリング３０９及びスプリング３４５による付勢力が作用しているため、このときには、ニードル弁３３０はシート面３１３に着座した状態になる。その結果、燃料噴射孔３１０がニードル弁３３０によって塞がれた状態になり、燃料は噴射されずに収容空間３０１内に溜まった状態になる。すなわち、ソレノイド３５１に通電がされておらず、制御弁３５０が閉弁されているときには、燃料は噴射されない。

一方で、図１１や図１２に示すように、制御装置５００を通じてソレノイド３５１に通電がなされると、制御弁３５０が開弁し、リーク通路３４０と連通空間３４９とが連通する。このように制御弁３５０が開弁しているときには、リーク通路３４０を通じて制御室３２０内の燃料が排出される。制御室３２０内の燃料がリーク通路３４０を通じて連通空間３４９に排出され、更にリターン通路２８を通じて排出されると、制御室３２０内の燃料の圧力が低下する。そのため、収容空間３０１内の燃料の圧力によって生じるニードル弁３３０を開弁させる方向に付勢する力の大きさが、スプリング３０９及びスプリング３４５による付勢力と制御室３２０内の燃料の圧力とによって生じるニードル弁３３０を閉弁させる方向に付勢する力の大きさよりも大きくなり、ニードル弁３３０が開弁する。その結果、燃料噴射孔３１０と収容空間３０１とが連通した状態になり、燃料が燃料噴射孔３１０を通じて噴射されるようになる。すなわち、ソレノイド３５１に通電がされて制御弁３５０が開弁されているときには、ニードル弁３３０が開弁され、燃料が噴射される。

ところで、図１１に示すように、制御弁３５０が開弁しているときにカム駆動ロッド３７５がカム３７１の領域ＡＲ３以外の領域に当接しており、サーボ弁３６０がオリフィス通路３４３と連通路３４４との連通を遮断している場合には、制御室３２０内の燃料はオリフィス通路３４３を通じては排出されなくなる。この場合には、制御室３２０内から排出される燃料は全てオリフィスプレート３４２を通過して排出されるため、排出される燃料の流量はオリフィスプレート３４２の絞りによって制限された流量になる。

一方で、図１２に示すように、制御弁３５０が開弁しているときにカム駆動ロッド３７５がカム３７１の領域ＡＲ３に当接しており、サーボ弁３６０が開弁している場合には、制御室３２０内の燃料はオリフィス通路３４３を通じても排出されるようになる。この場合には、制御室３２０内からリーク通路３４０を通じて排出される燃料の流量が、オリフィスプレート３４２を通過する燃料の流量とオリフィス通路３４３を通過する燃料の流量との和になり、サーボ弁３６０が閉弁しているときよりも多くなる。

このように燃料噴射装置３００では、サーボ弁３６０の開閉の状態に応じて、オリフィスプレート３４２を通過する経路に加えて、オリフィス通路３４３を通じて燃料が排出されるか否かが変化する。その結果、リーク通路３４０の抵抗が変化し、制御室３２０内からリーク通路３４０を通じて排出される燃料の流量が変化するようになっている。そして、リーク通路３４０を通じて排出される燃料の流量が変化すると、ニードル弁３３０が開弁する際のニードル弁３３０のリフト速度が変化することになる。

要するに、この燃料噴射装置３００では、サーボ弁３６０を開閉させることによりリーク通路３４０の抵抗を変化させることができるようになっており、リーク通路３４０の抵抗を変更することによりニードル弁３３０のリフト速度を変更することができるようになっている。すなわち、燃料噴射装置３００では、カム３７１と、カム駆動ロッド３７５と、カム駆動ピストン３７３と、サーボ弁３６０とによってリフト速度変更機構３７０を構成している。なお、このリフト速度変更機構３７０では、カム３７１によって駆動されるカム駆動ピストン３７３が被駆動部材に相当する。

次に第３の実施形態の燃料噴射装置３００の作用について、図１３を参照して説明する。
図１３に示すように、燃料噴射装置３００では、カム駆動ピストン３７３が圧縮行程の後半で降下し、圧縮上死点（図１３におけるＴＤＣ）では降下した状態になっている一方、膨張行程の途中からリフトし始めて排気行程が始まるまでには完全にリフトした状態（降下量が「０」）になるようにカム３７１のカムプロフィールが設定されている。

サーボ弁３６０は、上述したようにカム駆動ピストン３７３の動作による圧力の変動に連動して開閉するため、圧縮行程の後半で開弁し、圧縮上死点（図１３におけるＴＤＣ）では開弁している一方、膨張行程の途中から閉弁し始めて排気行程が始まるまでには閉弁した状態になる。

また、燃料噴射装置３００では、メイン噴射に加えて、メイン噴射に先立って行うパイロット噴射、燃焼が終了した後に行うポスト噴射が実施される。
図１３に示すように、圧縮行程の前半において制御弁３５０が開弁されると、ニードル弁３３０が開弁し、パイロット噴射が実行される。このときには、サーボ弁３６０がリフトされておらず閉弁しているため、ニードル弁３３０のリフト速度はサーボ弁３６０が開弁しているときよりも遅くなる。すなわち、このときにはニードル弁３３０は低速開弁される。ニードル弁３３０の開弁に伴って燃料噴射が開始され、燃料噴射率が図１３の下段に示すように変化する。

これに対して、圧縮行程の後半から圧縮上死点（図１３におけるＴＤＣ）を超えるまでの期間において制御弁３５０が開弁されると、それに伴ってニードル弁３３０が開弁し、メイン噴射が実行される。このときには、サーボ弁３６０が開弁しているため、ニードル弁３３０のリフト速度はサーボ弁３６０が閉弁しているときよりも速くなる。すなわち、このときにはニードル弁３３０は高速開弁される。

なお、図１３にはニードル弁３３０が開弁する際のニードル弁３３０のリフト量の変化の傾きを破線で示している。この破線の傾きはニードル弁３３０が開弁する際のリフト速度を表している。

こうしてニードル弁３３０が高速開弁するときにもニードル弁３３０の開弁に伴って燃料噴射が実行されるが、このときにはニードル弁３３０の開弁速度が速いため低速開弁された場合よりも速やかに燃料噴射率が高くなり、高い貫徹力で燃料が噴射される。

また、排気行程の前半において制御弁３５０が開弁されると、ニードル弁３３０が開弁し、ポスト噴射が実行される。このときには、サーボ弁３６０がリフトされておらず閉弁しているため、ニードル弁３３０のリフト速度はサーボ弁３６０が開弁しているときよりも遅くなる。すなわち、このときにはニードル弁３３０は低速開弁される。そのため、このときには、燃料噴射率の変化の態様はパイロット噴射の場合の燃料噴射率の変化の態様と同様になる。

なお、メイン噴射に加えて、パイロット噴射とポスト噴射を行う場合を例に説明を行ったが、内燃機関１０の運転状態によってはパイロット噴射やポスト噴射を行わない場合もある。制御装置５００は、ソレノイド３５１に対する通電を制御することにより、内燃機関１０の運転状態にあわせてパイロット噴射、メイン噴射、ポスト噴射の各噴射の実行態様を制御する。

以上説明した第３の実施形態の燃料噴射装置３００によれば、以下の（１）〜（４）の効果が得られるようになる。
（１）燃料噴射装置３００では、ニードル弁３３０が開弁する際のリフト速度は制御弁３５０を開弁したときの制御室３２０内の燃料の圧力の低下速度に応じて変化する。そして、ニードル弁３３０のリフト速度はリーク通路３４０における抵抗の大きさに応じて変化する。燃料噴射装置３００では、内燃機関１０のクランクシャフトの回転に連動して回転するカム３７１によって駆動されるカム駆動ピストン３７３の変位に応じてリーク通路３４０における抵抗の大きさを変化させるリフト速度変更機構３７０を設けている。そのため、カム３７１の回転に連動してカムプロフィールに応じてリーク通路３４０における抵抗が変化する。そのため、制御装置５００が実行する制御に変更を加えなくても、カムプロフィールの設定によってニードル弁３３０のリフト速度を所望の態様で変化させることができる。したがって、リーク通路３４０における抵抗を変化させるための制御の追加や変更を必要とせずに、ニードル弁３３０のリフト速度の変更を実現することができる。

（２）燃料噴射装置３００では、パイロット噴射を実行する際にはニードル弁３３０が低速開弁されるようになる。そのため、燃料噴射率の上昇が抑制され、燃料噴霧の貫徹力が抑制されるとともに、燃料噴霧の拡散が抑制されるようになる。したがって、ボアやピストンへの燃料の付着や、燃焼不良によるＨＣの発生や、メイン噴射におけるＮＯｘの低減効果の低下を抑制することができる。

（３）燃料噴射装置３００では、メイン噴射を実行する際にはニードル弁３３０が高速開弁されるようになる。そのため、燃料噴射率が速やかに上昇し、燃料の噴出速度が高くなり、燃料噴霧の微細化と、燃料と空気との混合が促進され、煤の発生が抑制される。

（４）燃料噴射装置３００では、ポスト噴射を実行する際にはニードル弁３３０が低速開弁されるようになる。そのため、燃料噴射率の上昇が抑制され、燃料噴霧の貫徹力が抑制されるとともに、燃料噴霧の拡散が抑制されるようになる。したがって、ボアやピストンへの燃料の付着を抑制することができる。ひいてはボアに付着した燃料がエンジンオイルに混入しピストンの潤滑性を悪化させてしまうことなどを抑制することができる。

（第４の実施形態）
内燃機関の燃料噴射装置の第４の実施形態について図１４〜図１７を参照して説明する。

第４の実施形態の燃料噴射装置４００は、第１の実施形態の燃料噴射装置１００と同様に、内燃機関１０に搭載される。そのため、内燃機関１０の構成については、同一の符号を付してその説明を割愛する。

図１４に示すように燃料噴射装置４００のハウジングの内部にはニードル弁４３０を収容する収容空間４０１が形成されている。なお、燃料噴射装置４００のハウジングは、先端に燃料噴射孔４１０が設けられているノズルボディ４０２と、第１ボディ４０３と、第２ボディ４０４と、これらをこの順番で重ね合わせた状態で締結するリテーニングナット４０５とで構成されている。また、燃料噴射装置４００では、燃料噴射孔４１０は、収容空間４０１と連通しており燃料が溜まるドーム状の空間であるサック部４１１とハウジングの外部に連通する２つの噴孔４１２とからなっている。

収容空間４０１の内部には、筒状の収容部４０７が設けられており、ニードル弁４３０の後端がこの収容部４０７内に摺動可能に収容されている。また、ニードル弁４３０の中央部にはノズルボディ４０２の内周面と当接するように突出した３つのガイド部４３１が周方向に均等に分散した状態で（１２０°毎に）設けられている。こうしてニードル弁４３０の後端が収容部４０７内に収容されているとともに、１２０°毎に設けられた３つのガイド部４３１がノズルボディ４０２の内周面に当接していることにより、ニードル弁４３０は軸方向、すなわち図１４における上下方向に移動可能に収容空間４０１内に収容されている。

なお、ニードル弁４３０には円盤状のリテーナ４０８が取り付けられており、収容部４０７とリテーナ４０８との間にはスプリング４０９が圧縮された状態で配設されている。これにより、ニードル弁４３０は先端部をノズルボディ４０２の内周面からなるシート面４１３に当接させる方向に付勢されている。

そして、図１４に示すように、ニードル弁４３０の先端部がシート面４１３に当接してニードル弁４３０が着座しているときには、ニードル弁４３０によって燃料噴射孔４１０が塞がれる。

また、ノズルボディ４０２内における収容部４０７とニードル弁４３０の後端部とによって区画された部分は制御室４２０になっている。
ハウジング内には、第１ボディ４０３，第２ボディ４０４に形成された貫通孔によって構成される燃料供給通路４１５が設けられている。燃料供給通路４１５は、第２ボディ４０４側で燃料供給配管２７と接続されている。また、燃料供給通路４１５は、第１ボディ４０３内で二股に分岐しており、一方が収容空間４０１に接続されており、他方が制御室４２０に接続されている。これにより、燃料供給配管２７を通じて供給される燃料はこの燃料供給通路４１５を通じて収容空間４０１及び制御室４２０に導入される。

更に、ハウジング内には、制御室４２０から燃料を排出するリーク通路４４０が設けられている。第２ボディ４０４には燃料タンク２１に繋がっているリターン通路２８が接続されており、リーク通路４４０は第２ボディ４０４内に形成されている連通空間４４９を介してリターン通路２８と連通している。

また、ハウジングにはカム駆動ロッド４７２が挿入されている。カム駆動ロッド４７２は、第２ボディ４０４を貫通しており、カム駆動ロッド４７２の先端は、第１ボディ４０３内に設けられているリーク通路４４０内に突出している。

カム駆動ロッド４７２の先端部には先端に向かってカム駆動ロッド４７２の径が細くなるように傾斜したテーパ面４７５が設けられている。そして、リーク通路４４０内におけるテーパ面４７５と対向する部分にはテーパ面４７５と平行になるように傾斜した対向面４４１が設けられている。そして、リーク通路４４０においては、カム駆動ロッド４７２のテーパ面４７５と対向面４４１との隙間が、同リーク通路４４０における抵抗を決める絞りとして作用するようになっている。

また、カム駆動ロッド４７２におけるハウジングの外側に飛び出している部分にはフランジ４７３が設けられており、このフランジ４７３と第２ボディ４０４との間にはスプリング４７４が圧縮された状態で配設されている。そのため、カム駆動ロッド４７２は、このスプリング４７４の付勢力によってテーパ面４７５を対向面４４１から離間させる方向に付勢されている。

カム駆動ロッド４７２の後端はカム４７１に当接している。なお、カム４７１は、排気カムシャフト１７と連結されており、排気カムシャフト１７の回転に連動して回転する。すなわち、カム４７１は排気カムシャフト１７と同様にクランクシャフトの回転と連動して回転する。

カム４７１のカムプロフィールは、カム４７１の中心Ｃ４からの距離が領域ＡＲ４以外の領域においては一定であり、領域ＡＲ４において中心Ｃ４からの距離が他の領域よりも短くなるように設定されている。

そして、図１４及び図１５に示すように、カム駆動ロッド４７２の後端が領域ＡＲ４以外の領域に当接しているときには、カム駆動ロッド４７２がスプリング４７４の付勢力に抗して対向面４４１に近い位置に保持される。カム駆動ロッド４７２の後端が領域ＡＲ４以外の領域に当接しているときの状態が、この燃料噴射装置４００においてテーパ面４７５と対向面４４１との隙間が最も狭くなる状態であり、カム駆動ロッド４７２のリフト量が「０」の状態である。

また、制御室４２０内には、開閉プレート４４２が収容されている。そして、制御室４２０内に収容された開閉プレート４４２とニードル弁４３０の後端との間にはスプリング４４５が圧縮された状態で配設されている。そのため、開閉プレート４４２は、このスプリング４４５の復元力により、第１ボディ４０３に当接する方向に付勢されている。

開閉プレート４４２が第１ボディ４０３に当接しているときには、開閉プレート４４２によって燃料供給通路４１５の制御室４２０側の出口が塞がれるようになっている。これにより、開閉プレート４４２は、燃料供給通路４１５から制御室４２０への燃料の流入を許容する一方で、制御室４２０から燃料供給通路４１５への燃料の逆流を抑制する逆止弁として機能する。

なお、開閉プレート４４２には貫通孔が設けられており、開閉プレート４４２が第１ボディ４０３に当接しているときには、制御室４２０内から開閉プレート４４２を通過してリーク通路４４０に燃料が流れ込む。

第２ボディ４０４には、リーク通路４４０を塞ぐ制御弁４５０が収容されている。制御弁４５０の先端は連通空間４４９内に突出しており、制御弁４５０は先端が第１ボディ４０３に当接してリーク通路４４０を塞ぐようにスプリング４５２によって付勢されている。また、第２ボディ４０４には制御弁４５０をスプリング４５２の付勢力に抗して引き寄せ、第１ボディ４０３から離間させるソレノイド４５１が設けられている。ソレノイド４５１は制御装置５００と接続されており、制御装置５００はこのソレノイド４５１に通電することによって制御弁４５０をリフトさせ、開弁させる。すなわち、制御装置５００は制御弁４５０を制御する。

図１４に示すように、制御弁４５０がリーク通路４４０を塞いでおり、閉弁しているときには、燃料供給通路４１５を通じて導入された燃料が制御室４２０から排出されなくなる。燃料供給通路４１５は収容空間４０１と制御室４２０の双方に連通しているため、このときには収容空間４０１内の燃料の圧力と制御室４２０内の燃料の圧力がほぼ等しくなる。しかし、ニードル弁４３０にはスプリング４０９及びスプリング４４５による付勢力が作用しているため、このときには、ニードル弁４３０はシート面４１３に着座した状態になる。その結果、燃料噴射孔４１０がニードル弁４３０によって塞がれた状態になり、燃料は噴射されずに収容空間４０１内に溜まった状態になる。すなわち、ソレノイド４５１に通電がされておらず、制御弁４５０が閉弁されているときには、燃料は噴射されない。

一方で、図１５や図１６に示すように、制御装置５００を通じてソレノイド４５１に通電がなされると、制御弁４５０が開弁し、リーク通路４４０と連通空間４４９とが連通する。このように制御弁４５０が開弁しているときには、リーク通路４４０を通じて制御室４２０内の燃料が排出される。制御室４２０内の燃料がリーク通路４４０を通じて連通空間４４９に排出され、更にリターン通路２８を通じて排出されると、制御室４２０内の燃料の圧力が低下する。そのため、収容空間４０１内の燃料の圧力によって生じるニードル弁４３０を開弁させる方向に付勢する力の大きさが、スプリング４０９及びスプリング４４５による付勢力と制御室４２０内の燃料の圧力とによって生じるニードル弁４３０を閉弁させる方向に付勢する力の大きさよりも大きくなり、ニードル弁４３０が開弁する。その結果、燃料噴射孔４１０と収容空間４０１とが連通した状態になり、燃料が燃料噴射孔４１０を通じて噴射されるようになる。すなわち、ソレノイド４５１に通電がされて制御弁４５０が開弁されているときには、ニードル弁４３０が開弁され、燃料が噴射される。

ところで、図１５に示すように、制御弁４５０が開弁しているときにカム駆動ロッド４７２がカム４７１の領域ＡＲ４以外の領域に当接しており、カム駆動ロッド４７２のリフト量が「０」である場合には、カム駆動ロッド４７２のテーパ面４７５と対向面４４１との隙間が最も狭い状態になっている。

一方で、図１６に示すように、制御弁４５０が開弁しているときにカム駆動ロッド４７２がカム４７１の領域ＡＲ４に当接しており、カム駆動ロッド４７２がリフトし、スプリング４７４の付勢力によって対向面４４１から離間した位置に保持されている場合には、カム駆動ロッド４７２のテーパ面４７５と対向面４４１との隙間が広くなる。

このように燃料噴射装置４００では、カム４７１の作用によって変位するカム駆動ロッド４７２の位置、すなわちリフト量に応じて、絞りとして作用するテーパ面４７５と対向面４４１との隙間の大きさが変化し、リーク通路４４０の抵抗が変化するようになっている。すなわち、テーパ面４７５と対向面４４１との隙間が狭い場合にはリーク通路４４０の抵抗が大きくなり、テーパ面４７５と対向面４４１との隙間が広い場合にはリーク通路４４０の抵抗が小さくなる。そして、リーク通路４４０の抵抗が変化することによって制御室４２０内からリーク通路４４０を通じて排出される燃料の流量が変化すると、ニードル弁４３０が開弁する際のニードル弁４３０のリフト速度が変化することになる。

要するに、この燃料噴射装置４００では、カム駆動ロッド４７２を変位させることによりリーク通路４４０の抵抗を変化させることができるようになっており、リーク通路４４０の抵抗を変更することによりニードル弁４３０のリフト速度を変更することができるようになっている。すなわち、燃料噴射装置４００では、カム４７１と、カム駆動ロッド４７２とによってリフト速度変更機構４７０を構成している。なお、このリフト速度変更機構４７０では、カム４７１によって駆動されるカム駆動ロッド４７２が被駆動部材に相当する。

次に第４の実施形態の燃料噴射装置４００の作用について、図１７を参照して説明する。
図１７に示すように、燃料噴射装置４００では、カム駆動ロッド４７２が圧縮行程の後半でリフトし始め、圧縮上死点（図１７におけるＴＤＣ）では最もリフト量が大きな状態になる一方、膨張行程の後半から降下し始めて排気行程が始まるときにはリフト量が「０」の状態になるようにカム４７１のカムプロフィールが設定されている。

テーパ面４７５と対向面４４１との隙間は、上述したようにカム駆動ロッド４７２の変位に連動して変化するため、隙間の大きさは、圧縮行程の後半で広くなり、圧縮上死点（図１７におけるＴＤＣ）では最も広い状態になっている一方、膨張行程の途中から狭くなり始めて排気行程が始まるまでには最も狭い状態になる。

また、燃料噴射装置４００では、メイン噴射に加えて、メイン噴射に先立って行うパイロット噴射、燃焼が終了した後に行うポスト噴射が実施される。
図１７に示すように、圧縮行程の前半において制御弁４５０が開弁されると、ニードル弁４３０が開弁し、パイロット噴射が実行される。このときには、カム駆動ロッド４７２がリフトされておらず隙間が狭い状態になっているため、ニードル弁４３０のリフト速度は隙間が広くなっているときよりも遅くなる。すなわち、このときにはニードル弁４３０は低速開弁される。そして、ニードル弁１３０の開弁に伴って燃料噴射が開始されると、燃料噴射率が図１７の下段に示すように変化する。

これに対して、圧縮行程の後半から圧縮上死点（図１７におけるＴＤＣ）を超えるまでの期間において制御弁４５０が開弁されると、それに伴ってニードル弁４３０が開弁し、メイン噴射が実行される。このときには、カム駆動ロッド４７２がリフトされているため、ニードル弁４３０のリフト速度はカム駆動ロッド４７２リフトされていないときよりも速くなる。すなわち、このときにはニードル弁４３０は高速開弁される。

なお、図１７にはニードル弁４３０が開弁する際のニードル弁４３０のリフト量の変化の傾きを破線で示している。この破線の傾きはニードル弁４３０が開弁する際のリフト速度を表している。

こうしてニードル弁４３０が高速開弁するときにもニードル弁４３０の開弁に伴って燃料噴射が実行されるが、このときにはニードル弁４３０の開弁速度が速いため低速開弁された場合よりも速やかに燃料噴射率が高くなり、高い貫徹力で燃料が噴射される。

また、排気行程の前半において制御弁４５０が開弁されると、ニードル弁４３０が開弁し、ポスト噴射が実行される。このときには、カム駆動ロッド４７２がリフトされていないため、ニードル弁４３０のリフト速度はカム駆動ロッド４７２がリフトされているときよりも遅くなる。すなわち、このときにはニードル弁４３０は低速開弁される。そのため、このときには、燃料噴射率の変化の態様はパイロット噴射の場合の燃料噴射率の変化の態様と同様になる。

なお、メイン噴射に加えて、パイロット噴射とポスト噴射を行う場合を例に説明を行ったが、内燃機関１０の運転状態によってはパイロット噴射やポスト噴射を行わない場合もある。制御装置５００は、ソレノイド４５１に対する通電を制御することにより、内燃機関１０の運転状態にあわせてパイロット噴射、メイン噴射、ポスト噴射の各噴射の実行態様を制御する。

以上説明した第４の実施形態の燃料噴射装置４００によれば、以下の（１）〜（４）の効果が得られるようになる。
（１）燃料噴射装置４００では、ニードル弁４３０が開弁する際のリフト速度は制御弁４５０を開弁したときの制御室４２０内の燃料の圧力の低下速度に応じて変化する。そして、ニードル弁４３０のリフト速度はリーク通路４４０における抵抗の大きさに応じて変化する。燃料噴射装置４００では、内燃機関１０のクランクシャフトの回転に連動して回転するカム４７１によって駆動されるカム駆動ロッド４７２の変位に応じてリーク通路４４０における抵抗の大きさを変化させるリフト速度変更機構４７０を設けている。そのため、カム４７１の回転に連動してカムプロフィールに応じてリーク通路４４０における抵抗が変化する。そのため、制御装置５００が実行する制御に変更を加えなくても、カムプロフィールの設定によってニードル弁４３０のリフト速度を所望の態様で変化させることができる。したがって、リーク通路４４０における抵抗を変化させるための制御の追加や変更を必要とせずに、ニードル弁４３０のリフト速度の変更を実現することができる。

（２）燃料噴射装置４００では、パイロット噴射を実行する際にはニードル弁４３０が低速開弁されるようになる。そのため、燃料噴射率の上昇が抑制され、燃料噴霧の貫徹力が抑制されるとともに、燃料噴霧の拡散が抑制されるようになる。したがって、ボアやピストンへの燃料の付着や、燃焼不良によるＨＣの発生や、メイン噴射におけるＮＯｘの低減効果の低下を抑制することができる。

（３）燃料噴射装置４００では、メイン噴射を実行する際にはニードル弁４３０が高速開弁されるようになる。そのため、燃料噴射率が速やかに上昇し、燃料の噴出速度が高くなり、燃料噴霧の微細化と、燃料と空気との混合が促進され、煤の発生が抑制される。

（４）燃料噴射装置４００では、ポスト噴射を実行する際にはニードル弁４３０が低速開弁されるようになる。そのため、燃料噴射率の上昇が抑制され、燃料噴霧の貫徹力が抑制されるとともに、燃料噴霧の拡散が抑制されるようになる。したがって、ボアやピストンへの燃料の付着を抑制することができる。ひいてはボアに付着した燃料がエンジンオイルに混入しピストンの潤滑性を悪化させてしまうことなどを抑制することができる。

その他、上記各実施形態に共通して変更可能な要素としては次のようなものがある。
・上記各実施形態の燃料噴射装置では、噴孔の数を２つにしている例を示したが、噴孔の数は２つに限らず、適宜変更することができる。

・カムを排気カムシャフト１７に連結している例を示したが、カムは内燃機関１０の出力軸の回転と連動するようになっていればよく、必ずしも排気カムシャフト１７に連結しなくてもよい。例えばカムを吸気カムシャフト１６に連結するようにしてもよい。

・ディーゼルエンジンに搭載される燃料噴射装置を例示したが、ディーゼルエンジンに限らず、他の内燃機関に搭載される燃料噴射装置に同様の構成を適用することもできる。例えば、ガソリンエンジンに搭載される燃料噴射装置に同様の構成を適用することもできる。

・メイン噴射を行う際にニードル弁を高速開弁させる一方、パイロット噴射やポスト噴射を行う際にニードル弁を低速開弁させる例を示したが、必ずしもこうした態様でニードル弁の開弁速度を変更する必要はない。カムによって駆動される被駆動部材の変位に応じてリーク通路の抵抗を変更するリフト速度変更機構を採用すれば、リーク通路における抵抗を変化させるための制御の追加や変更を必要とせずに、ニードル弁のリフト速度の変更を実現することができるという上記の（１）と同様の共通の効果を得ることができる。

１０…内燃機関、１００…燃料噴射装置、１１０…燃料噴射孔、１２０…制御室、１３０…ニードル弁、１４０…リーク通路、１５０…制御弁、１７０…リフト速度変更機構、１７１…カム、１７２…カム駆動弁、２００…燃料噴射装置、２１０…燃料噴射孔、２２０…制御室、２３０…ニードル弁、２４０…リーク通路、２５０…制御弁、２７０…リフト速度変更機構、２７１…カム、２７２…カム駆動弁、３００…燃料噴射装置、３１０…燃料噴射孔、３２０…制御室、３３０…ニードル弁、３４０…リーク通路、３５０…制御弁、３７０…リフト速度変更機構、３７１…カム、３７３…カム駆動ピストン、４００…燃料噴射装置、４１０…燃料噴射孔、４２０…制御室、４３０…ニードル弁、４４０…リーク通路、４５０…制御弁、４７０…リフト速度変更機構、４７１…カム、４７２…カム駆動ロッド、５００…制御装置。

Claims (1)

1. 燃料噴射孔と、燃料が導入される制御室と、前記制御室内の燃料の圧力を利用して前記燃料噴射孔を塞ぐニードル弁と、前記制御室から燃料を排出するリーク通路と、前記リーク通路を塞ぐ制御弁と、前記制御弁を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御弁を開弁させて前記リーク通路を通じて前記制御室内の燃料を排出して前記制御室内の燃料の圧力を低下させることによって前記ニードル弁を開弁させて前記燃料噴射孔から燃料を噴射させる内燃機関の燃料噴射装置において、
   前記内燃機関の出力軸の回転に連動して回転するカムと、同カムによって駆動される被駆動部材とを有し、同被駆動部材の変位に応じて前記リーク通路における抵抗の大きさを変化させるリフト速度変更機構を備えた
   ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。