JP2017057785A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度に燃料噴射量を制御する燃料噴射装置を提供する。【解決手段】エンジンの燃焼室の燃料噴射量を制御する燃料噴射装置において、ハウジング１０と、第２噴孔１２２の開閉を行い、少なくとも１つの連通孔３８１を有するアウタニードル３８と、第１噴孔１２１の開閉を行うインナニードル３７を備える。インナニードル３７は、外側面３７２から突出するインナニードル鍔部３７１を有する。また、ハウジング１０は、内側面１０２から突出するハウジング鍔部１０１を有する。インナニードル鍔部３７１及びハウジング鍔部１０１は、インナニードル３７とアウタニードル３８との摺動によって、連通孔３８１の入口孔流路３８３及び出口孔流路３８５の流路面積を変更する。これにより、燃料噴射量を連続に増加させることができる。したがって、燃料噴射量を高精度に制御でき、熱サイクルの定圧加熱過程の圧力低下を抑制することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等のエンジンシステムに燃料を供給する燃料噴射装置に関する。

従来、ハウジング内に同軸に収容されたアウタニードル及びインナニードルのリフト量を調整して燃料の噴射制御を行うツインニードルタイプの燃料噴射装置が知られている。
一方、定圧加熱過程をもつディーゼルサイクルやサバテサイクルは、中速、高速のディーゼルエンジン等の圧縮着火機関に用いられる熱サイクルであり、優れた熱効率を有する。このため、ディーゼルサイクルやサバテサイクルは、少ない燃料で多くの運動エネルギーを取り出せるため、二酸化炭素排出量が少なく、環境にやさしい。したがって、ディーゼルサイクルやサバテサイクルによる良好な燃焼状態を作り出すため、燃料噴射量を高精度に制御することが求められる。

特開２００９−０６２９２０

特許文献１の構成のツインニードルタイプの燃料噴射装置では、インナニードルとアウタニードルの背面側の圧力を調整することで、燃料噴射量を制御している。このため、燃料噴射量は、インナニードルとアウタニードルとの二段階で変更することができる。しかし、この構成の燃料噴射装置の燃料噴射量は、第１噴孔の最小流路面積と第２噴孔の最小流路面積とで決定されるため、一定量に収束してしまう。一定の燃料噴射量が投入されるとき、ディーゼルサイクルやサバテサイクルが有する定圧加熱過程において、燃焼が促進されない。このため、エンジンの燃焼室のピストンが後退するとき、すなわち、体積が膨張するとき、定圧加熱過程にもかかわらず圧力が低下し、良好な燃焼状態にならないといった問題がある。

本発明は、上述の問題に鑑みて創作されたものであり、その目的は、定圧加熱過程を有する熱サイクルを用いるエンジンにおいて、燃料噴射量を高精度に制御し、定圧加熱過程の圧力低下を抑制する燃料噴射装置を提供することにある。

本発明は、エンジンシステムのエンジンの燃焼室の燃料噴射量を制御する燃料噴射装置であって、ハウジング（１０）、アウタニードル（３８）及びインナニードル（３７）を備える。
ハウジングは、有底筒状の先端部に、燃料が噴射される第１噴孔（１２１）、前記第１噴孔よりも後端側に位置し燃料が噴射される第２噴孔（１２２）及びハウジング鍔部（１０１）を有する。
ハウジング鍔部は、ハウジングの内側面（１０２）から径内方向の内側に突出する。

アウタニードルは、ハウジングに摺動可能に収容され、軸方向の摺動に伴って第２噴孔の開閉可能であり、側壁に、側壁の内側面（３９１）と側壁の外側面（３９２）とを連通する少なくとも１つの連通孔を有する。
連通孔は、アウタニードルの外周側の入口面（３８２）とアウタニードルの内周側の出口面（３８４）とを含み、入口面と出口面とを連通する。また、連通孔は、アウタニードルが閉弁時、ハウジング鍔部よりも先端側に形成される。

インナニードルは、アウタニードルに摺動可能に収容され、軸方向の摺動に伴って第１噴孔の開閉可能であり、インナニードル鍔部（３７１）を有する。
インナニードル鍔部は、インナニードルの外側面（３７２）から径内方向の外側に突出する。また、インナニードル鍔部は、インナニードルが閉弁時、連通孔の出口面と重なる。

インナニードル又はアウタニードルが摺動するとき、ハウジング、アウタニードル及びインナニードルで構成される流路である第１流路（２７）、第２流路（２８）、第３流路（２９）、出口孔流路（３８５）、入口孔流路（３８３）が形成される。
第１流路は、インナニードルの外側面とアウタニードルの内側面との間に形成される流路であり、第２流路は、ハウジングの内側面とアウタニードルの外側面との間に形成される流路である。第３流路は、インナニードルの外側面とハウジングの内側面との間に形成される流路である。

出口孔流路は、インナニードル鍔部と連通孔の出口面とで形成される流路である。入口孔流路は、ハウジング鍔部と連通孔の入口面とで形成される流路である。インナニードル及びアウタニードルが閉弁時、第１流路は、出口孔流路と入口孔流路と連通する。

インナニードル鍔部は、インナニードル又はアウタニードルが摺動するとき、すなわち、インナニードル又はアウタニードルが開閉弁するとき、連通孔の出口面に沿って通過し、出口孔流路を閉塞及び開放する。このとき、出口孔流路の流路面積を変化させる。
また、インナニードル鍔部は、インナニードルが摺動するとき、出口孔流路の流路面積の変化率が、第１流路の流路面積の変化率よりも小さくなるように形成される。このため、ハウジング、インナニードル、インナニードル鍔部、アウタニードル、連通孔の径が設定される。

出口孔流路は、前記インナニードルと前記アウタニードルとが閉弁時、出口孔流路の流路面積は第１噴孔の流路面積よりも小さくなるように形成される。これは、第１噴孔の流路面積よりも大きいとき、第１噴孔の流路面積で、燃料噴射量が決定されるからである。

ハウジング鍔部は、アウタニードルが摺動するとき、連通孔の入口面に沿って通過し、入口孔流路を閉塞及び開放する。このとき、入口孔流路の流路面積を変化させる。
また、ハウジング鍔部は、アウタニードルが摺動するとき、入口孔流路の流路面積の変化率が、第２流路の流路面積の変化率よりも小さくなるように形成される。このため、ハウジング、ハウジング鍔部、インナニードル、アウタニードル、連通孔の径が設定される。

本発明では、インナニードル鍔部及びハウジング鍔部は、インナニードルとアウタニードルとの摺動によって、連通孔の入口孔流路及び出口孔流路の流路面積を変更する。これにより、流路構成が増加し、流路面積の制御性が高まる。燃料噴射量は流路面積により変化するため、燃料噴射量を連続に増加させることができる。したがって、燃料噴射量を高精度に制御することができ、熱サイクルの定圧加熱過程の圧力低下を抑制できる。

第１実施形態によるインジェクタを示す断面図。 （ａ）第１実施形態によるインジェクタの開弁時のＩＩ部拡大図、（ｂ）図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面図。 （ａ）第１実施形態によるインジェクタの閉弁時のＩＩＩ部拡大図、（ｂ）図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線断面図。 第１実施形態によるインジェクタの開弁時のＩＶ部拡大図。 第１実施形態によるインジェクタの閉弁時のＶ部拡大図。 第１実施形態によるインジェクタのインナニードル鍔部が連通孔の出口面を通過開始のＶＩ部拡大図。 第１実施形態によるインジェクタのインナニードル鍔部が連通孔の出口面を通過するときのＶＩＩ部拡大図。 第１実施形態によるインジェクタのインナニードル鍔部が連通孔の出口面を通過するときのＶＩＩＩ部拡大図。 第１実施形態によるインジェクタのインナニードル鍔部が連通孔の出口面を通過後のＩＸ部拡大図。 第１実施形態によるインジェクタのハウジング鍔部が連通孔の入口面を通過するときのＸ部拡大図。 第１実施形態によるインジェクタのハウジング鍔部が連通孔の入口面を通過するときのＸＩ部拡大図。 第１実施形態によるインジェクタのハウジング鍔部が連通孔の入口面を通過後のＸＩＩ部拡大図。 第１実施形態によるインジェクタの流路面積の変化。 定圧加熱過程を有するサバテサイクルの熱サイクル図。 （ａ）第１実施形態によるインジェクタの燃料噴射量（ｂ）第１実施形態のインジェクタによるＸＶ部拡大図の定圧加熱過程。 第２実施形態によるインジェクタを示す断面図。 第２実施形態によるインジェクタのインナニードル鍔部が連通孔の出口面を通過開始のＸＶＩＩ部拡大図。 第２実施形態によるインジェクタのインナニードル鍔部が連通孔の出口面を通過するときのＸＶＩＩＩ部拡大図。 第２実施形態によるインジェクタのインナニードル鍔部が連通孔の出口面を通過後のＸＩＸ部拡大図。 第２実施形態によるインジェクタのハウジング鍔部が連通孔の入口面を通過開始のＸＸ部拡大図。 第２実施形態によるインジェクタのハウジング鍔部が連通孔の入口面を通過するときのＸＸＩ部拡大図。 第２実施形態によるインジェクタのハウジング鍔部が連通孔の入口面を通過するときのＸＸＩＩ部拡大図。 第２実施形態によるインジェクタのハウジング鍔部が連通孔の入口面を通過後のＸＸＩＩＩ部拡大図。 第２実施形態によるインジェクタの流路面積の変化図。 第３実施形態によるインジェクタの流路面積の変化図。 第３実施形態によるインジェクタの燃料噴射量の変化図。 （ａ）その他実施形態によるインジェクタの先端側拡大図、（ｂ）図２７（ａ）のＸＸＶＩＩｂ−ＸＸＶＩＩｂ線断面図。 （ａ）その他実施形態によるインジェクタの先端側拡大図、（ｂ）図２８（ａ）のＸＸＶＩＩＩｂ−ＸＸＶＩＩＩｂ線断面図。 （ａ）その他実施形態によるインジェクタの先端側拡大図、（ｂ）図２９（ａ）のＸＸＩＸｂ−ＸＸＩＸｂ線断面図。 （ａ）その他実施形態によるインジェクタの先端側拡大図、（ｂ）図３０（ａ）のＸＸＸｂ−ＸＸＸｂ線断面図、（ｃ）図３０（ａ）のＸＸＸｃ−ＸＸＸｃ線断面図、（ｄ）図３０（ａ）のＸＸＸｄ−ＸＸＸｄ線断面図。 その他実施形態によるインジェクタの先端側拡大図。 その他実施形態によるインジェクタの先端側拡大図。 その他実施形態によるインジェクタの先端側拡大図。

本発明の実施形態による燃料噴射装置を図面に基づいて説明する。複数の実施形態の説明において、第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明をする。この燃料噴射装置は、ハウジング内に同軸に収容されたアウタニードルとインナニードルを有し、アウタニードルとインナニードルのリフト量を調整して燃料の噴射制御を実施する。
（第１実施形態）

本発明の第１実施形態による燃料噴射装置（以下、燃料噴射装置を「インジェクタ」という。）について図１から図１５を参照する。構成について図１から図３を参照して説明する。図の断面図に対して、折れ線は省略する。

本実施例のインジェクタ１は、ディーゼルエンジンの各気筒に取り付けられ、コモンレール８に高圧状態で蓄えられた燃料を各気筒に噴射する。
図１に示すように、インジェクタ１は、ハウジング１０、アウタニードル３８、インナニードル３７、駆動部９０を備えている。

ハウジング１０は、例えば、炭素鋼等の金属材料によって有底筒状に形成される。ハウジング１０は、後端側に燃料通路１７、２３、２４、２５、２５１、第１背圧室２１、第２背圧室２２を有する。
またハウジング１０は、先端側にノズル室１１、弁座１３、第１噴孔１２１、第２噴孔１２２、ハウジング鍔部１０１を有する。

燃料通路２４は、燃料通路１７、燃料通路２５及び燃料通路２５１に連通される。燃料通路２３と燃料通路２５とは、第１背圧室２１に連通される。燃料通路２５１は、第２背圧室２２に連通される

ノズル室１１は、燃料通路１７に連通される。弁座１３は、底部の円錐状の内壁面に形成されている。
第１噴孔１２１は、第２噴孔１２２よりも先端側、すなわち、ハウジング１０の軸中心側に形成されている。第１噴孔１２１及び第２噴孔１２２は、ハウジング１０の周方向に所定の間隔で複数形成されている。

図２に示すように、ハウジング鍔部１０１は、径内方向に拡大し、ハウジング１０の内側面１０２から突出する。後述のアウタニードル３８の外側面３９２と当接する。また、ハウジング鍔部１０１は、アウタニードル３８が閉弁時、アウタニードル３８の連通孔３８１よりも後端側に配置される。さらにハウジング鍔部１０１は、アウタニードル３８が摺動するとき、連通孔３８１の入口面３８２を通過する。

アウタニードル３８は、筒状に形成され、ハウジングの内部に軸方向へ往復摺動可能に収容されている。ハウジング１０の摺接部１５と所定のクリアランスを有して摺動する。
アウタニードル３８は、後端側にアウタニードルスプリング９３を有する。またアウタニードル３８は、先端側にシート部１９、突出部３８９及び連通孔３８１を有する。

アウタニードルスプリング９３は、第２背圧室２２内で、アウタニードル３８の後端側の端部である頭部９８とハウジング１０とに当接して、アウタニードル３８を先端側へ付勢する。
シート部１９は、アウタニードル３８の先端側の端部に形成されている。シート部１９は、アウタニードル３８により、弁座１３に離座及び着座することで、第２噴孔１２２を開閉する。
突出部３８９は、連通孔３８１よりも後端側に配置され、アウタニードル３８の径内方向に拡大し、アウタニードル３８の内側面３９１から突出する。

図２、３に示すように、連通孔３８１は、アウタニードル３８の外側面３９２に配置される入口面３８２とアウタニードル３８の内側面３９１に配置される出口面３８４とを含み、入口面３８２と出口面３８４とを連通する。また、連通孔３８１は、等間隔にハウジング鍔部１０１と同数の４つ形成される。

さらに、連通孔３８１は、アウタニードル３８が閉弁時、ハウジング鍔部１０１よりも先端側に配置されるように形成される。連通孔の孔径は一定であり、径方向の断面は長方形である。連通孔の加工方法は、ドリル等の工具による機械加工、放電加工等、何でもよい。

インナニードル３７は、円柱状に形成され、アウタニードル３８の径内方向に、アウタニードル３８と同軸に軸方向へ往復摺動可能に収容されている。インナニードル３７は、アウタニードル３８の径内方向の内壁と液密に摺接し、第１背圧室２１の燃料の流れを規制する。インナニードル３７の外側面３７８は、連通孔３８１よりも後端側の一部から先端側に至るまで窪められている。

インナニードル３７は、後端側にインナニードルスプリング９２を有する。またインナニードル３７は、先端側にシート部１８とインナニードル鍔部３７１とを有する。
インナニードルスプリング９２は、第１背圧室２１内で、インナニードル３７の後端側の端部である頭部９７とハウジング１０とに当接して、インナニードル３７を先端側へ付勢する。
シート部１８は、インナニードル３７の先端側の端部に形成されている。シート部１８は、インナニードル３７により、弁座１３に離座及び着座することで、第１噴孔１２１を開閉する。

図３に示すように、インナニードル鍔部３７１は、ハウジング鍔部１０１と同様に、連通孔と同数形成され、径外方向に拡大し、外側面３７８から突出する。インナニードル鍔部３７１は、アウタニードル３８の内側面３９１に当接する。

インナニードル鍔部３７１は、インナニードル３７が閉弁時、連通孔３８１の出口面３８４を塞ぐ。
また、インナニードル鍔部３７１は、インナニードル３７が摺動するとき、インナニードル鍔部３７１の上端面３７６とアウタニードル３８の突出部３８９の下端面３８６とが当接する。さらに、インナニードル鍔部３７１は、インナニードル３７が摺動するとき、連通孔３８１の出口面３８４を通過する。

駆動部９０は、第１背圧室２１の燃料通路２３を開閉し、電子制御ユニット（ＥＣＵ）を含む。ＥＣＵの指令により通電をうけて磁気吸引力を発生し、燃料通路２３を開方向に変位させるソレノイドコイルにより構成される。

次に、第１実施形態のインジェクタ１の作動について説明する。
ハウジング１０のノズル室１１には、コモンレール８から燃料通路２４、１７を経由して、高圧燃料が供給されている。ノズル室１１の高圧燃料は、アウタニードル３８の連通孔３８１を介して供給される。供給された燃料は、インナニードル３７の第１鍔部３７１の受圧面３７２に作用し、インナニードル３７を開弁方向へ付勢する。ここで、受圧面を別に設けてもよい。例えば、ハウジング鍔部１０１よりも後端側に、アウタニードル３８を貫通する燃料通路孔を設ける。ノズル室１１の高圧燃料は、燃料通路孔を介して供給され、供給された燃料は、受圧面としてインナニードルの窪められた面に作用する。

第１背圧室２１は、コモンレール８から燃料通路２５を経由して、ノズル室１１と同じ圧力の高圧燃料が供給されている。第１背圧室２１の高圧燃料は、インナニードル３７の頭部９７に作用し、インナニードル３７を閉弁方向へ付勢する。

第１背圧室２１の燃料圧力が頭部９７に作用する付勢力をＦ１とし、インナニードルスプリング９２の付勢力をＦｓ１とする。またノズル室１１の燃料圧力が受圧面３７２に作用する付勢力をＦｉとする。付勢力Ｆ１とＦｓ１とは、インナニードル３７を閉弁方向へ付勢する力であり、付勢力Ｆｉは、インナニードル３７を開弁方向へ付勢する力である。

駆動部９０のソレノイドコイルが非通電時、すなわち、弁体が閉方向に変位するとき、以下の関係式（１）が満たされる。
Ｆ１＋Ｆｓ１＞Ｆｉ ・・・（１）
このため、インナニードル３７のシート部１８は、弁座１３に着座し、第１噴孔１２１を閉塞する。

第２背圧室２２の燃料圧力が頭部９８に作用する付勢力をＦ２とし、アウタニードルスプリング９３の付勢力をＦｓ２とする。付勢力Ｆ２とＦｓ２とは、アウタニードル３８を閉弁方向へ付勢する力である。アウタニードル３８は、付勢力Ｆ２とＦｓ２とで付勢される。このため、アウタニードル３８のシート部１９は、弁座１３に着座し、第２噴孔１２２を閉塞する。

ＥＣＵの指令により、駆動部９０のソレノイドコイルが通電時、第１背圧室２１から燃料が流出して、第１背圧室２１の燃料圧力が低下する。このとき、以下の関係式（２）が満たされる。
Ｆ１＋Ｆｓ１＜Ｆｉ ・・・（２）
このため、インナニードル３７は開弁方向へ摺動する。インナニードル３７のシート部１８が弁座１３から離座すると、ノズル室１１と第１噴孔１２１が連通し、第１噴孔１２１から燃料が噴射される。

ソレノイドコイルを継続して通電するとき、インナニードル３７の第１鍔部３７１の上端面３７６とアウタニードル３８の突出部３８９の下端面３８６とが当接する。インナニードル３７とアウタニードル３８とが当接し、インナニードル３７がアウタニードル３８に作用する付勢力をＦｉｏとする。付勢力Ｆｉｏは、アウタニードル３８を開弁方向へ付勢する力である。このとき、以下の関係式（３）が満たされる。
Ｆ２＋Ｆｓ２＜Ｆｉｏ ・・・（３）
このため、アウタニードル３８は、インナニードル３７とともに開弁方向へ摺動する。アウタニードル３８のシート部１９が弁座１３から離座すると第１噴孔１２１と第２噴孔１２２から燃料が噴射される。

ＥＣＵの指令により、ソレノイドコイルの通電が停止されるとき、第１背圧室２１へ燃料通路２５を経由して燃料が流入され、第１背圧室２１の燃料圧力が上昇する。これにより、また関係式（１）が満たされる。このため、インナニードル３７は閉弁方向へ摺動する。このとき、付勢力Ｆｏはゼロとなるため、付勢力Ｆ２とＦｓ２により、アウタニードル３８も閉弁方向へ摺動する、すなわち、インナニードル３７とアウタニードル３８とはともに閉弁方向へ摺動する。インナニードル３７のシート部１８が弁座１３へ着座すると、第１噴孔１２１の燃料噴射が停止する。同様に、アウタニードル３８のシート部１９が弁座１３へ着座すると、第２噴孔１２２の燃料噴射が停止する。

次に、ハウジング１０、アウタニードル３８及びインナニードル３７で構成される流路について説明する。構成される流路は、第１流路２７、第２流路２８、第３流路２９、入口孔流路３８３、出口孔流路３８５である。

図４に示すように、第１流路２７は、インナニードル３７の外側面３７８とアウタニードル３８の内側面３９１との間に形成される流路である。第１流路の流路面積をＡ１とする。流路面積Ａ１は、インナニードル３７の外側面３７８とアウタニードル３８の内側面３９１との最短距離αを斜辺とする円錐台の側面の面積である。

図５に示すように、第２流路２８は、ハウジング１０の内側面１０２との間に形成される流路である。第２流路２８の流路面積をＡ２とする。流路面積Ａ２は、アウタニードル３８の外周面３９２とハウジング１０の内周面１０２とアウタニードル３８の外周面３９２との最短距離βを斜辺とする円錐台の側面の面積である。

第３流路２９は、インナニードル３７の外側面３７８とハウジング１０の内側面１０２との間に形成される流路である。第３流路の流路面積をＡ３とする。流路面積Ａ３は、インナニードル３７の外側面３７８とハウジング１０の内側面１０２との最短距離γを斜辺とする円錐台の側面の面積である。

入口孔流路３８３は、ハウジング鍔部１０１と連通孔３８１の入口面３８２とで形成される流路である。入口孔流路３８３の流路面積をＡｉとする。流路面積Ａｉは、アウタニードル３８が閉弁時、最大である。ハウジング鍔部１０１は、アウタニードル３８が閉弁時、連通孔３８１よりも後端側にあり、連通孔３８１の入口面３８２を閉塞しない。

出口孔流路３８５は、インナニードル鍔部３７１と連通孔３８１の出口面３８４とで形成される流路である。出口孔流路３８５の流路面積をＡｏとする。また、インナニードル弁３７が閉弁時の流路面積ＡｏをＡｏ０とする。また、第１流路２７は出口孔流路３８５と連通する、すなわち、流路面積Ａｏ０＞０ となっている。

図４、図５の破線で示すように、ノズル室１１から供給された高圧燃料は、インナニードル３７が開弁方向へ摺動するとき、出口孔流路３８５と第１流路２７とを経由して、第１噴孔１２１から噴射される。また一点破線で示すように、高圧燃料は、アウタニードル３８が開弁方向へ摺動するとき、第２流路２８を経由して、第２噴孔１２２から噴射される。

インナニードル３７が開弁方向へ摺動するときの流路面積Ａ１の時間に対する変化率をΔＡ１とし、アウタニードル３８が開弁方向へ摺動するときの流路面積Ａ２の時間に対する変化率をΔＡ２とする。また、インナニードル３７が開弁方向へ摺動するときの流路面積Ａ３の時間に対する変化率をΔＡ３とする。

また、ハウジング鍔部１０１が、連通孔３８１の入口面３８２を通過するときの時間に対する流路面積Ａｉの変化率をΔＡｉとする。インナニードル鍔部３７１が、連通孔３８１の出口面３８４を通過するときの時間に対する流路面積Ａｏの変化率をΔＡｏとする。ここで、変化率は、インナニードル３７及びアウタニードル３８の摺動量、すなわち、リフト量に対する流路面積の変化率としてもよい。

以下の関係式（４．１）〜（４．３）が満たされるように、ハウジング１０、ハウジング鍔部１０１、インナニードル３７、インナニードル鍔部３７１、アウタニードル３８、連通孔３８１の径は、設定される。
Ａｏ０＞０ ・・・（４．１）
ΔＡ１＞ΔＡｏ ・・・（４．２）
ΔＡ２＞｜ΔＡｉ｜ ・・・（４．３）
変化率ΔＡｉは負の値をもつため、関係式（４．３）は、絶対値を用いる。ハウジング鍔部１０１は、アウタニードル３８が摺動するとき、入口孔流路３８３を閉塞と開放とをするためである。

第１噴孔１２１の流路面積をＡｈ１とし、第２噴孔１２２の流路面積をＡｈ２とする。流路面積Ａｏの最大値を、Ｍａｘ（Ａｏ）とする。また、流路面積Ａ２の最大値をＭａｘ（Ａ２）とし、以下の関係式（５．１）、（５．２）が満たされるように、第１噴孔１２１の径と第２噴孔１２２の径は、設定される。
Ｍａｘ（Ａｏ）≧Ａｈ１＞Ａｏ０ ・・・（５．１）
Ｍａｘ（Ａ２）≧Ａｈ２ ・・・（５．２）

続いて、第１実施形態によるインジェクタ１の燃料噴射量について説明する。
ベルヌイの法則によるオリフィスの式から、燃料噴射量は、以下の関係式（６）で表される。
Ｑ＝Ｃ×Ａｍｉｎ×√（２ΔＰ／ρ） ・・・（６）
ここで、Ｑは燃料噴射量、Ｃは流量係数、Ａｍｉｎは最小流路面積、ΔＰは圧力差、ρは密度を表す。流量係数Ｃは、構造に起因する係数で定数である。圧力差ΔＰは、供給される燃料圧力は一定のため定数である。また、燃料は非圧縮性で、密度ρも定数である。したがって、燃料噴射量は、燃料が噴射される経路の最小流路面積Ａｍｉｎで決定される。以下、燃料噴射量について、最小流路面積Ａｍｉｎで説明する。

第１流路２７を経由して、第１噴孔１２１から燃料が噴射される経路の最小流路面積Ａｍｉｎ１とする。第１実施形態において、第３流路２９は、流路面積Ａ３が大きいため、用いない。また第２流路２８を経由して、第２噴孔１２２から燃料が噴射される経路の最小流路面積をＡｍｉｎ２とする。第１実施形態の燃料噴射量に関わる最小流路面積ＡｍｉｎはＡｍｉｎ１とＡｍｉｎ２との和である。

本実施形態では、インナニードル３７は、インナニードル３７の外側面に径内方向の外側に突出するインナニードル鍔部３７１を有する。また、ハウジング１０は、ハウジング１０の内側面に径内方向の内側に突出するハウジング鍔部１０１を有する。さらに、アウタニードル３８は、少なくとも１つの連通孔３８１を有する。

インナニードル鍔部３７１は、インナニードル３７が開弁方向へ摺動するとき、アウタニードル３８の連通孔３８１の出口面３８４を通過するように形成される。また、ハウジング鍔部１０１は、アウタニードル３８が開弁方向へ摺動するとき、アウタニードル弁３８の連通孔３８１の入口面３８１を通過するように形成される。これにより、燃料の供給される流路の流路面積を変更することができ、高精度に燃料噴射量を制御することができる。

第１実施形態のインナニードル鍔部３７１、ハウジング鍔部１０１及びアウタニードル３８の連通孔３８１が流路面積を変更する作用について、図６から図１２を参照して説明する。

図６のように、ソレノイドコイルが非通電時、インナニードル鍔部３７１は、連通孔３８１の出口面３８５と重なっている。また出口孔流路３８５は開口されており、第１流路２７と連通する、すなわち、Ａｏ０＞０ となっている。流路面積Ａｏは、流路面積Ａｉよりも小さい、すなわち、Ａｉ＞Ａｏ の関係になっている。インナニードル３７とアウタニードル３８とが閉弁しているため、流路面積Ａ１はゼロであり、流路面積Ａ２はゼロである。したがって、このときの最小流路面積Ａｍｉｎ１はゼロであり、最小流路面積Ａｍｉｎ２はゼロである。

図７のように、ＥＣＵの指令により、ソレノイドコイルが通電するとき、インナニードル３７が開弁方向へ摺動する。インナニードル３７は、第１流路２７を開放し、インナニードル鍔部３７１は出口孔流路３８５を開放する。関係式（４．１）より、このとき以下の関係式（７．１）〜（７．４）が満たされる。
Ａｏ＞Ａ１ ・・・（７．１）
Ａｍｉｎ１＝Ａ１ ・・・（７．２）
Ａｍｉｎ２＝０ ・・・（７．３）
Ａｍｉｎ ＝Ａ１ ・・・（７．４）
したがって、このときの燃料噴射量は流路面積Ａ１で決定される。

インナニードル３７が開弁方向へ摺動するに伴い、第１流路２７が開放され、距離αが増加し、流路面積Ａ１は増加する。また、インナニードル鍔部３７１が出口孔流路３８５を開放するため、流路面積Ａｏが増加する。

図８のように、インナニードル鍔部３７１が連通孔３８１の出口面３８４を通過するときに、関係式（４．２）より、以下の関係式（８．１）〜（８．４）が満たされる。
Ａ１＞Ａｏ ・・・（８．１）
Ａｍｉｎ１＝Ａｏ ・・・（８．２）
Ａｍｉｎ２＝０ ・・・（８．３）
Ａｍｉｎ ＝Ａｏ ・・・（８．４）
したがって、このときの燃料噴射量は流路面積Ａｏで決定される。

図９のように、インナニードル鍔部３７１は、閉塞していた出口孔流路３８５を開放し、流路面積Ａｏは最大である、すなわち、このときの流路面積Ａｏは、Ｍａｘ（Ａｏ）である。また流路面積Ａｏは流路面積Ａｉと等しくなる、すなわち、Ａｏ＝Ａｉである。関係式（５．１）より、以下の関係式（９．１）〜（９．３）が満たされる。
Ａｍｉｎ１＝Ａｈ１ ・・・（９．１）
Ａｍｉｎ２＝０ ・・・（９．２）
Ａｍｉｎ ＝Ａｈ１ ・・・（９．３）
したがって、このときの燃料噴射量は流路面積Ａｈ１で決定される。
さらに、インナニードル３７が開弁方向へ摺動するとき、インナニードル鍔部３７１の上端面３７６とアウタニードル３８の突出部３８９の下端面３８６とが当接する。つまり、インナニードル３７とアウタニードル３８とがともに開弁方向へ摺動する。

図１０のように、アウタニードル３８は第２流路２８を開放し、ハウジング鍔部１０１は入口孔流路３８３を閉塞する。このとき、以下の関係式（１０．１）〜（１０．４）が満たされる。
Ａｏ＞Ａｉ ・・・（１０．１）
Ａｍｉｎ１＝Ａｉ ・・・（１０．２）
Ａｍｉｎ２＝Ａ２ ・・・（１０．３）
Ａｍｉｎ ＝Ａｉ＋Ａ２ ・・・（１０．４）
したがって、このときの燃料噴射量は、流路面積ＡｉとＡ２との和で決定される。
また、アウタニードル３８が摺動するに伴い、第２流路２８が開放され、距離βが増加し、流路面積Ａ２が増加する。

図１１のように、ハウジング鍔部１０１の端面が連通孔３８１の入口面３８２に含まれるとき、入口孔流路３８３の面積は変化しない。したがって、変化率ΔＡｉはゼロとなり、流路面積Ａｉは一定になる。このときの流路面積は、関係式（１０．１）〜（１０．４）と同様に、以下関係式（１１．１）〜（１１．４）が満たされる。
Ａｏ＞Ａｉ ・・・（１１．１）
Ａｍｉｎ１＝Ａｉ ・・・（１１．２）
Ａｍｉｎ２＝Ａ２ ・・・（１１．３）
Ａｍｉｎ ＝Ａｉ＋Ａ２ ・・・（１１．４）
したがって、このときの燃料噴射量は、流路面積ＡｉとＡ２との和で決定される。
さらに、ハウジング鍔部１０１が入口面３８２を通過するとき、ハウジング鍔部１０１は入口孔流路３８５を開放する。このとき、変化率ΔＡｉは正の値となり、流路面積Ａｉは増加する。

図１２のように、ハウジング鍔部１０１は入口孔流路３８３を全開放する。関係式（５．１）、（５．２）より、以下関係式（１２．１）〜（１２．４）が満たされる。
Ａｏ＝Ａｉ ・・・（１２．１）
Ａｍｉｎ１＝Ａｈ１ ・・・（１２．２）
Ａｍｉｎ２＝Ａｈ２ ・・・（１２．３）
Ａｍｉｎ ＝Ａｈ１＋Ａｈ２ ・・・（１２．４）
したがって、このときの燃料噴射量は、流路面積Ａｈ１とＡｈ２との和で決定される。

図１３を参照して、第１実施形態の時間に対する最小流路面積Ａｍｉｎ１及びＡｍｉｎ２の変化について説明する。ここで、最小流路面積Ａｍｉｎ１の時間に対する変化率をΔＡｍｉｎ１とし、最小流路面積Ａｍｉｎ２の時間に対する変化率をΔＡｍｉｎ２とする。

時間Ｔ０からＴ１は、図６と図７に対応し、インナニードル鍔部３７１が出口面３８４を通過開始から通過する時間である。時間Ｔ０は、ＥＣＵの指令により、ソレノイドコイルが通電を受ける時間である。時間Ｔ１は、流路面積Ａ１が流路面積Ａｏと等しくなる時である。関係式（７．２）、（７．３）より、時間Ｔ０からＴ１の変化率ΔＡｍｉｎ１及びΔＡｍｉｎ２は以下式（７．５）、（７．６）で表される。
ΔＡｍｉｎ１＝ΔＡ１ ・・・（７．５）
ΔＡｍｉｎ２＝０ ・・・（７．６）

時間Ｔ１からＴ２は、同様に、図８に対応する時間である。関係式（８．２）、（８．３）より、時間Ｔ１からＴ２の変化率ΔＡｍｉｎ１及びΔＡｍｉｎ２は以下式（８．５）、（８．６）で表される。
ΔＡｍｉｎ１＝ΔＡｏ ・・・（８．５）
ΔＡｍｉｎ２＝０ ・・・（８．６）
関係式（５．２）より、時間Ｔ１から変化率ΔＡｍｉｎ１、すなわち、最小流路面積Ａｍｉｎ１の傾きは減少する。また時間Ｔ２は、インナニードル鍔部３７１が出口孔流路３８５を全開放する時間である。

時間Ｔ２からＴ３は、図９に対応する時間である。関係式（９．１）、（９．２）より、時間Ｔ２からＴ３の変化率ΔＡｍｉｎ１及びΔＡｍｉｎ２は以下式（９．４）、（９．５）で表される。
ΔＡｍｉｎ１＝０ ・・・（９．４）
ΔＡｍｉｎ２＝０ ・・・（９．５）
時間Ｔ２からＴ３の変化率ΔＡｍｉｎ１は、最小流路面積Ａｍｉｎ１が流路面積Ａｈ１であるためゼロである。また、時間Ｔ０からＴ３の変化率ΔＡｍｉｎ２は、アウタニードル弁が閉弁しているためゼロである。
時間Ｔ３は、インナニードル鍔部３７１の上端面３７６とアウタニードル３８の突出部３８９の下端面３８６とが当接する時間である。

時間Ｔ３からＴ４は、図１０に対応する時間である。関係式（１０．２）と（１０．３）より、時間Ｔ３からＴ４の変化率ΔＡｍｉｎ１及びΔＡｍｉｎ２は以下式（１０．５）、（１０．６）で表される。
ΔＡｍｉｎ１＝ΔＡｉ ・・・（１０．５）
ΔＡｍｉｎ２＝ΔＡ２ ・・・（１０．６）

時間Ｔ３からＴ４において、ハウジング鍔部１０１が入口孔流路３８３を閉塞するため、変化率ΔＡｉは負の値をもつ。このため、最小流路面積Ａｍｉｎ１は減少する。関係式（４．３）より、変化率ΔＡｍｉｎ１とΔＡｍｉｎ２との和は増加する。したがって、時間Ｔ３からＴ４においても、燃料噴射量は増加する。
時間Ｔ４は、ハウジング鍔部１０１の端面が連通孔３８１の入口面３８２に含まれる時間である。

時間Ｔ４からＴ５は、図１１に対応する時間である。関係式（１１．２）と（１１．３）より、時間Ｔ４からＴ５の変化率ΔＡｍｉｎ１とΔＡｍｉｎ２は以下関係式（１１．５）、（１１．６）で表される。
ΔＡｍｉｎ１＝０ ・・・（１１．５）
ΔＡｍｉｎ２＝ΔＡ２ ・・・（１１．６）
時間Ｔ５は、流路面積Ａ２が流路面積Ａｈ２を超えた時間であり、且つ、ハウジング鍔部１０１が入口孔流路３８３を開放する時間である。

時間Ｔ５からＴ６は、図１２に対応する時間である。関係式（１２．２）と（１２．３）より、時間Ｔ５からＴ６の変化率ΔＡｍｉｎ１とΔＡｍｉｎ２は以下関係式（１２．５）、（１２．６）で表される。
ΔＡｍｉｎ１＝ΔＡｉ ・・・（１２．５）
ΔＡｍｉｎ２＝０ ・・・（１２．６）
時間Ｔ６は、ハウジング鍔部１０１が入口孔流路３８３を開放した時間である。したがって、時間Ｔ６からＴ７において、最小流路面積Ａｍｉｎ１は流路面積Ａｈ１であり、最小流路面積Ａｍｉｎ２は流路面積Ａｈ２である。時間Ｔ６からＴ７の変化率ΔＡｍｉｎ１及びΔＡｍｉｎ２は、流路面積Ａｈ１及び流路面積Ａｈ２は変化しないので、ともにゼロである。

このように、インナニードル鍔部３７１、ハウジング鍔部１０１及びアウタニードル３８の連通孔３８１により流路面積を変更することができる。したがって、流路面積の変更に応じて、燃料噴射量を変化させることができる。
（効果）

まず、図１４を参照して、定圧加熱過程を有するサバテサイクルについて説明する。
サバテサイクルは、Ｓ１からＳ２の断熱圧縮過程、Ｓ２からＳ３の定容加熱過程、Ｓ３からＳ４の定圧加熱過程、Ｓ４からＳ５の断熱膨張過程、Ｓ５からＳ１の定容冷却過程の５つからなる。燃料噴射に関する過程は、Ｓ３からＳ４の定圧加熱過程である。定圧加熱過程では、インジェクタ１から燃料を高圧で高温高圧の圧縮空気中へ直接噴射すると燃料が自然に着火燃焼し、この熱エネルギーを一定圧力下で燃焼室へ投入する過程である。

図１５を参照し、比較例として、例えば、特許文献１に記載されるインナニードル鍔部、ハウジング鍔部及びアウタニードルの連通孔に相当するものを有しない燃料噴射装置の時間に対する燃料噴射量との関係を破線で示す。比較例の燃料噴射量は、二段階の一定量に収束する。これは、流路構成が、第１流路、第２流路、第１噴孔、第２噴孔に相当する流路のみであるからである。また、一段階目の一定量は、第１噴孔の最小流路面積は決定される。さらに、二段階目の一定量は、第１噴孔の最小流路面積と第２噴孔の最小流路面積とで決定されるため、二段階の一定量に収束する。

それに対し、本実施形態では、インナニードル鍔部３７１、ハウジング鍔部１０１及びアウタニードルの連通孔３８１を有する。インナニードル鍔部３７１及びハウジング鍔部１０１は、インナニードル３７とアウタニードル３８との摺動によって、アウタニードル３８の連通孔３８１の入口孔流路３８３及び出口孔流路３８５の流路面積を変更する。これにより、流路構成が増加し、流路面積の制御性が高まる。

図１５（ａ）に示すように、燃料噴射量は流路面積により変化するため、燃料噴射量を連続に増加させるように変化させることができる。
図１５（ｂ）に示すように、比較例のサバテサイクルにおいて、定圧加熱過程における圧力は低下するが、本実施形態においては、定圧加熱過程における圧力は一定になる。比較例では、サバテサイクルの定圧加熱過程において、燃料噴射量が一定のため、体積が増加する際に、筒内圧が維持できず、圧力が低下する。

本実施形態では、燃料噴射量を連続に増加させることで、燃焼が促進される。つまり、連続に爆発力が高まることで、体積が増加する際に、筒内圧が維持でき、圧力を一定に保持される。したがって、燃料噴射量を高精度にすることができ、サバテサイクルの定圧加熱過程における圧力低下を抑制し、良好な燃焼状態にすることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態のインジェクタ２について、図１６〜図２４を参照して説明する。第１実施形態と同様の構成で、第２実施形態では、アウタニードル３８がインナニードル３７に先行して開弁する。以下、ハウジング１０、アウタニードル３８、インナニードル３７、駆動部９０の構成の変更点を説明する。

ハウジング１０は、封止弁１０５と燃料通路２３に替わり燃料通路２３１とをさらに有する。
封止弁１０５は、ハウジング鍔部１０１よりも後端側に、形成される。また、アウタニードル３８の外側面３９２と密接し、ノズル室１１から供給される高圧燃料を封止する。このため、封止弁１０５より先端側のノズル室１１へ高圧燃料は供給されない。
燃料通路２３１は、第２背圧室２２と連通し、駆動部９０に接続されている。

アウタニードル３８は、燃料通路１７よりも先端側で窪められており、ニードル間流路２６、受圧面３９３及び燃料通路孔３９４を有する。また、アウタニードル３８の突出部３８９の配置が変更される。
ニードル間流路２６は、インナニードル３７の外側面３７８とアウタニードル３８の内側面３９１とで形成され、連通孔３８１よりも後端側に位置する流路である。また、ニードル間流路２６は、アウタニードル３８が閉弁時、出口孔流路３８５と入口孔流路３８３とを経由して第２流路２８と連通する。

受圧面３９３は、燃料通路１７とノズル室１１との間に形成され、燃料通路１７を介して、コモンレール８から供給される高圧燃料の圧力を受けるように窪められている。
燃料通路孔３９４は、封止弁１０５よりも後端側に配置され、アウタニードル３８の内側面３９１と外側面３９２を貫通する。燃料通路孔３９４は、燃料通路１７とノズル室１１とを介してコモンレールから供給される高圧燃料をニードル間流路２６へ供給する。
突出部３８９は、連通孔３８１よりも先端側に配置される。また、アウタニードル３８が開弁方向へ摺動するとき、突出部３８９の上端面３９０が、インナニードル鍔部３７の下端面３７７と当接する。

インナニードル３７は、インナニードル３７が閉弁時、ハウジング１０と当接し、第３流路を有する。第３流路は、インナニードル３７とハウジング１０とで形成される流路である。
駆動部９０は、第２背圧室２２の燃料通路２３１を開閉する弁体で、第１実施形態と同様にソレノイドコイルにより構成される。

第２実施形態の作動について説明する。
燃料通路１７を介して供給される高圧燃料は、アウタニードル３８の受圧面３９３に作用する。ノズル室１１の高圧燃料は、アウタニードル３８の燃料通路孔３９４とニードル間流路２６とを介して、第３流路２９に供給される。

燃料圧力がアウタニードル３８の受圧面３９３に作用する付勢力Ｆｏとする。付勢力Ｆｏは、アウタニードル３８を開弁方向へ付勢する力である。
駆動部９０のソレノイドコイルが非通電時、以下の関係式（１３）が満たされる。
Ｆ２＋Ｆｓ２＞Ｆｏ ・・・（１３）
このため、アウタニードル３８のシート部１９は、弁座１３に着座し、第２噴孔１２２を閉塞する。第２実施形態において、インナニードル３７は、付勢力Ｆｉはゼロであり、付勢力Ｆ１とＦｓ１とで付勢される。このため、インナニードル３７のシート部１８は、弁座１３に着座し、第１噴孔１２１を閉塞する。

ＥＣＵの指令により、駆動部９０のソレノイドコイルが通電時、第２背圧室２２から燃料が流出して、第２背圧室２２の燃料圧力が低下する。このとき、以下の関係式（１４）が満たされる。
Ｆ２＋Ｆｓ２＜Ｆｏ ・・・（１４）
このため、アウタニードル３８は開弁方向へ摺動する。アウタニードル３８のシート部１９が弁座１３から離座すると、ニードル間流路２６、第２流路２８及び第２噴孔１２２が連通し、第２噴孔１２２から燃料が噴射される。

ソレノイドコイルを継続して通電するとき、アウタニードル３８の突出部３８９の上端面３９０とインナニードル３７のインナニードル鍔部３７１の下端面３７７とが当接する。アウタニードル３８がインナニードル３７に作用する付勢力をＦｏｉとする。付勢力Ｆｏｉは、インナニードル３７を開弁方向へ付勢する力である。このとき、以下の関係式（１５）が満たされる。
Ｆ１＋Ｆｓ１＜Ｆｏｉ ・・・（１５）
このため、インナニードル３７は、アウタニードル３８とともに開弁方向へ摺動する。インナニードル３７のシート部１８が弁座１３から離座すると第１噴孔１２１と第２噴孔１２２とから燃料が噴射される。

ＥＣＵの指令により、ソレノイドコイルの通電が停止されると、第２背圧室２２へ燃料通路２５１を経由して燃料が流入され、第２背圧室の燃料圧力が上昇する。これにより、また関係式（１３）が満たされる。このため、第１実施形態と同様に、アウタニードル３８とインナニードルとはともに閉弁方向へ摺動し、第１噴孔１２１及び第２噴孔１２２の燃料噴射が停止する。

第２実施形態の流路の構成について説明する。流路の構成は、第１実施形態と同様で、第１流路２７が第３流路２９に代替される。

図１７の破線で示すように、ノズル室１１から供給された高圧燃料は、アウタニードル３８が開弁方向へ摺動するとき、ニードル間流路２６、出口孔流路３８５及び第２流路２８を経由して、第２噴孔１２２から噴射される。また、一点破線で示すように、高圧燃料は、インナニードル３７が開弁方向へ摺動するとき、ニードル間流路２６と第３流路２９を経由して、第１噴孔１２１から噴射される。

関係式（４．１）と以下の関係式（１６．１）が満たされるように、ハウジング１０、ハウジング鍔部１０１、インナニードル３７、インナニードル鍔部３７１、アウタニードル３８、連通孔３８１の径は、設定される。
ΔＡ２＞ΔＡｏ ・・・（１６．１）
ΔＡ３＞｜ΔＡｉ｜ ・・・（１６．２）
第１実施形態と同様に、絶対値を用いる。

さらに、以下の関係式（１７．１）、（１７．２）が満たされるように、第１噴孔１２１の径と第２噴孔１２２の径は、設定される。
Ｍａｘ（Ａｏ）≧Ａｈ２＞Ａｏ０ ・・・（１７．１）
Ｍａｘ（Ａ３）≧Ａｈ１ ・・・（１７．２）

第３経路２９を経由して、第１噴孔１２１から燃料が噴射される経路の最小流路面積をＡｍｉｎ３とする。第２実施形態の燃料噴射量に関わる最小流路面積ＡｍｉｎはＡｍｉｎ２とＡｍｉｎ３との和である。

第２実施形態のインナニードル鍔部３７１、ハウジング鍔部１０１及びアウタニードル３８の連通孔３８１が流路面積を変更する作用について、図１７から図２４を参照して説明する。

図１７のように、ソレノイドコイルの非通電時、インナニードル鍔部３７１は、第１実施形態と同様に、連通孔３８１の出口面３８５と重なる。また出口孔流路３８５は開口されており、第２流路２８と連通する。流路面積Ａｏは、流路面積Ａｉよりも小さい、すなわち、Ａｉ＞Ａｏの関係になっている。

図１８のように、ＥＣＵの指令により、ソレノイドコイルが通電するとき、アウタニードル３８が開弁方向へ摺動する。アウタニードル３８は、第２流路２８を開放し、インナニードル鍔部３７１は出口孔流路３８５を開放する。関係式（４．１）より、このとき以下の関係式（１８．１）〜（１８．４）が満たされる。
Ａｏ＞Ａ２ ・・・（１８．１）
Ａｍｉｎ２＝Ａ２ ・・・（１８．２）
Ａｍｉｎ３＝０ ・・・（１８．３）
Ａｍｉｎ ＝Ａ２ ・・・（１８．４）
したがって、このときの燃料噴射量は流路面積Ａ２で決定される。

アウタニードル３８が開弁方向へ摺動するに伴い、第２流路２８が開放され、距離βが増加し、流路面積Ａ２が増加する。また、インナニードル鍔部３７１が出口孔流路３８５を開放するため、流路面積Ａｏが増加する。

図１９のように、インナニードル鍔部３７１が連通孔３８１の出口面３８４を通過するときに、関係式（１６．１）より、以下の関係式（１９．１）〜（１９．４）が満たされる。
Ａ２＞Ａｏ ・・・（１９．１）
Ａｍｉｎ２＝Ａｏ ・・・（１９．２）
Ａｍｉｎ３＝０ ・・・（１９．３）
Ａｍｉｎ ＝Ａｏ ・・・（１９．４）
したがって、このときの燃料噴射量はＡｏで決定される。

図２０のように、インナニードル鍔部３７１は、閉塞していた出口孔流路３８５を開放し、流路面積Ａｏは最大となる。関係式（１６．１）から、以下の関係式（２０．１）〜（２０．３）が満たされる。
Ａｍｉｎ２＝Ａｈ２ ・・・（２０．１）
Ａｍｉｎ３＝０ ・・・（２０．２）
Ａｍｉｎ ＝Ａｈ２ ・・・（２０．３）
したがって、このときの燃料噴射量はＡｈ２で決定される。
さらに、アウタニードル３８が開弁方向へ摺動するとき、アウタニードル３８の突出部３８９の上端面３９０とインナニードル鍔部３７１の下端面３７７とが当接する。つまり、アウタニードル３８とインナニードル３７とがともに開弁方向へ摺動する。

図２１のように、インナニードル２７は第３流路２９を開放し、ハウジング鍔部１０１は入口孔流路３８３を閉塞する。このとき、以下の関係式（２１．１）〜（２１．４）が満たされる。
Ａｏ＞Ａｉ ・・・（２１．１）
Ａｍｉｎ２＝Ａｉ ・・・（２１．２）
Ａｍｉｎ３＝Ａ３ ・・・（２１．３）
Ａｍｉｎ ＝Ａｉ＋Ａ３ ・・・（２１．４）
したがって、このときの燃料噴射量は、流路面積ＡｉとＡ３との和で決定される。
また、インナニードル３７が摺動するに伴い、第３流路２９が開放され、距離γが増加し、流路面積Ａ３が増加する。

図２２のように、ハウジング鍔部１０１の端面が連通孔３８１の入口面３８２に含まれるとき、入口孔流路３８３の面積は変化しない。したがって、変化率ΔＡｉはゼロとなり、流路面積Ａｉは一定になる。このときの流路面積は、関係式（２１．１）〜（２１．４）と同様に、関係式（２２．１）〜（２２．４）が満たされる。
Ａｏ＞Ａｉ ・・・（２２．１）
Ａｍｉｎ２＝Ａｉ ・・・（２２．２）
Ａｍｉｎ３＝Ａ３ ・・・（２２．３）
Ａｍｉｎ ＝Ａｉ＋Ａ３ ・・・（２２．４）
したがって、このときの燃料噴射量は、流路面積ＡｉとＡ３との和で決定される。

図２３のように、ハウジング鍔部１０１は入口孔流路３８３を全開放する。関係式（１７．１）、（１７．２）より、以下関係式（２３．１）〜（２３．４）が満たされる。
Ａｏ＝Ａｉ ・・・（２３．１）
Ａｍｉｎ２＝Ａｈ２ ・・・（２３．２）
Ａｍｉｎ３＝Ａｈ１ ・・・（２３．３）
Ａｍｉｎ ＝Ａｈ２＋Ａｈ１ ・・・（２３．４）
したがって、このときの燃料噴射量は、流路面積Ａｈ２とＡｈ１との和で決定される。

図２４を参照して、第２実施形態の時間に対する最小流路面積Ａｍｉｎ２とＡｍｉｎ３の変化について説明する。ここで、最小流路面積Ａｍｉｎ３の時間に対する変化率をΔＡｍｉｎ３とする。

時間Ｔ０からＴ１は、図１７と図１８に対応し、インナニードル鍔部３７１が出口面３８４を通過開始から通過する時間である。時間Ｔ０は、ＥＣＵの指令により、ソレノイドコイルが通電を受ける時間である。時間Ｔ１は、流路面積Ａ２が流路面積Ａｏと等しくなる時である。関係式（１８．２）、（１８．３）より、時間Ｔ０からＴ１の変化率ΔＡｍｉｎ２とΔＡｍｉｎ３は以下式（１８．５）、（１８．６）で表される。
ΔＡｍｉｎ２＝ΔＡ２ ・・・（１８．５）
ΔＡｍｉｎ３＝０ ・・・（１８．６）

時間Ｔ１からＴ２は、同様に、図１９に対応する時間である。関係式（１９．２）、（１９．３）より、時間Ｔ１からＴ２の変化率ΔＡｍｉｎ２とΔＡｍｉｎ３は以下式（１９．５）、（１９．６）で表される。
ΔＡｍｉｎ２＝ΔＡｏ ・・・（１９．５）
ΔＡｍｉｎ３＝０ ・・・（１９．６）
関係式（１６．１）より、時間Ｔ１から変化率ΔＡｍｉｎ２、すなわち、最小流路面積Ａｍｉｎ２の傾きは減少する。また時間Ｔ２は、第１実施形態同様である。

時間Ｔ２からＴ３は、図２０に対応する時間である。関係式（２０．１）、（２０．２）より、時間Ｔ２からＴ３の変化率ΔＡｍｉｎ２とΔＡｍｉｎ３は以下式（２０．４）、（２０．５）で表される。
ΔＡｍｉｎ２＝０ ・・・（２０．４）
ΔＡｍｉｎ３＝０ ・・・（２０．５）
時間Ｔ２からＴ３の変化率ΔＡｍｉｎ２は、最小流路面積Ａｍｉｎ２が流路面積Ａｈ２であるためゼロである。また時間Ｔ０からＴ３の変化率ΔＡｍｉｎ３は、インナニードル３７が閉弁しているためゼロである。
時間Ｔ３は、アウタニードル３８の突出部３８９の上端面３９０とインナニードル鍔部３７１の下端面３７７とが当接する時間である。

時間Ｔ３からＴ４は、図２１に対応する時間である。関係式（２１．２）と（２１．３）より、時間Ｔ３からＴ４の変化率ΔＡｍｉｎ２及びΔＡｍｉｎ３は以下関係式（２１．５）、（２１．６）で表される。
ΔＡｍｉｎ２＝ΔＡｉ ・・・（２１．５）
ΔＡｍｉｎ３＝ΔＡ３ ・・・（２１．６）
時間Ｔ３からＴ４において、第１実施形態と同様にハウジング鍔部１０１が入口孔流路３８３を閉塞する。関係式（１６．２）より、最小流路面積の変化率ΔＡｍｉｎ２とΔＡｍｉｎ３との和は増加する。したがって、時間Ｔ３からＴ４においても、第１実施形態と同様に、燃料噴射量は増加する。
時間Ｔ４は、ハウジング鍔部１０１の端面が連通孔３８１の入口面３８２に含まれる時間である。

時間Ｔ４からＴ５は、図２２に対応する時間である。関係式（２２．２）と（２２．３）より、時間Ｔ４からＴ５の変化率ΔＡｍｉｎ２とΔＡｍｉｎ３は以下関係式（２２．５）、（２２．６）で表される。
ΔＡｍｉｎ２＝０ ・・・（２２．５）
ΔＡｍｉｎ３＝ΔＡ３ ・・・（２２．６）
時間Ｔ５は、流路面積Ａ３が流路面積Ａｈ１を超えた時間であり、且つ、ハウジング鍔部１０１が入口孔流路３８３を開放する時間である。

時間Ｔ５からＴ６は、図２３に対応する時間である。関係式（２３．２）と（２３．３）より、時間Ｔ５からＴ６の変化率ΔＡｍｉｎ２とΔＡｍｉｎ３は以下関係式（２３．５）、（２３．６）で表される。
ΔＡｍｉｎ２＝ΔＡ２ ・・・（２３．５）
ΔＡｍｉｎ３＝０ ・・・（２３．６）
時間Ｔ６は、ハウジング鍔部１０１が、入口孔流路３８３を開放した時間である。したがって、時間Ｔ６からＴ７において、最小流路面積Ａｍｉｎ２は流路面積Ａｈ２であり、最小流路面積Ａｍｉｎ３は流路面積Ａｈ１である。時間Ｔ６からＴ７の変化率ΔＡｍｉｎ２及びΔＡｍｉｎ３は、流路面積Ａｈ１及び流路面積Ａｈ２は変化しないので、ともにゼロである。
（効果）

このように、第２実施形態は、第１実施形態と同様に、流路面積を変更することができ、流路面積の変更に応じて、燃料噴射量を変化させることができる。したがって、アウタニードル３８がインナニードル３７に先行して開弁する形態においても、燃料噴射量が連続に増加させることができ、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
第３実施形態のインジェクタ３について図２５及び図２６を参照して説明する。インジェクタ３は、第１実施形態と同様の構成で、駆動部９０は、インナニードル３７及びアウタニードル３８の摺動速度を可変にする速度可変機構を有する。速度可変機構は、例えば、圧電素子であるピエゾアクチュエータと、ピエゾアクチュエータの伸縮によって容積が変化する圧力調整室を備える。

第３実施形態のインジェクタ３の作動について説明する。
ピエゾアクチュエータは、ＥＣＵが電圧Ｖｓを印加し、伸長する。ピエゾアクチュエータが伸長すると、圧力調整室の容積が縮小し、第１背圧室２１の燃料圧力は上昇する。電圧Ｖｓは、関係式（１）が満たされるように調整され、インナニードル３７は閉弁する。

ＥＣＵが電圧を降下し、ピエゾアクチュエータは収縮する。このとき、圧力調整室の容積が拡大し、第１背圧室２１の燃料圧力が低下する。これにより、第１実施形態と同様に、関係式（２）が満たされるため、インナニードル３７は開弁方向へ摺動する。
さらに、ＥＣＵが電圧を降下させ、ピエゾアクチュエータを収縮するとき、アウタニードル３８はインナニードル３７とともに開弁方向へ摺動する。

ＥＣＵが電圧Ｖｓまで昇圧し、ピエゾアクチュエータは伸長し、同様に第１背圧室２１の燃料圧力は上昇する。これにより、関係式（１）が満たされるため、インナニードル３７とアウタニードル３８とが閉弁方向へ摺動する。これにより、第１噴孔１２１及び第２噴孔１２２の燃料噴射が停止する。

ＥＣＵが、ピエゾアクチュエータの印加電圧を制御する。電圧降圧速度を変化することで、第１背圧室２１の燃料圧力を精密に制御することができる。したがって、インナニードル３７の開弁方向への摺動速度を変化させることができる、すなわち、インナニードル３７及びアウタニードル３８の摺動速度を可変にすることができる。これにより、インナニードル鍔部３７１とハウジング鍔部１０１による流路面積の変化を精密にすることができ、さらに高精度に燃料噴射量を制御することができる。

インナニードル３７の摺動速度を変化させることで、変化率ΔＡ１、ΔＡｏ、ΔＡ２、ΔＡｉを変化させることができる。また、インナニードル鍔部３７１が出口孔流路３８５を全開放する時間Ｔ２とインナニードル鍔部３７１の上端面３７６とアウタニードル３８の突出部３８９の下端面３８６とが当接する時間Ｔ３を調整することができる。例えば、以下関係式（２４．１）〜（２４．３）が満たされるように、摺動速度を調整する。
ΔＡｏ＝｜ΔＡｉ｜ ・・・（２４．１）
ΔＡ２＝２｜ΔＡｉ｜ ・・・（２４．２）
Ｔ２＝Ｔ３ ・・・（２４．３）
変化率ΔＡｉは、負の値をもつため、絶対値を用いる。

図２５を参照して、第３実施形態による変化率ΔＡｍｉｎ１及びΔＡｍｉｎ２について説明する。
時間Ｔ０からＴ７の変化率ΔＡｍｉｎ１及びΔＡｍｉｎ２は、第１実施形態と同様であるが、第３実施形態においては、時間Ｔ１からＴ５の変化率ΔＡｍｉｎ１と時間Ｔ３からＴ５の変化率Ａｍｉｎ２が変化する。

時間Ｔ１からＴ３の変化率ΔＡｍｉｎ１は、関係式（２４．１）より、変化率ΔＡｏをΔＡｉで表すことができる。また、時間Ｔ２からＴ３では、関係式（２４．３）より変化率Ａｍｉｎ１はゼロとならないようにできる。さらに時間Ｔ４からＴ５において、ハウジング鍔部１０１の端面が連通孔３８１の入口面３８２に含まないように、摺動速度を調整する。
時間Ｔ３からＴ５の変化率ΔＡｍｉｎ２は、変化率ΔＡ２を変化率ΔＡｉで表すことができる。また、時間Ｔ４からＴ５で、ハウジング鍔部１０１が入口孔流路３８３を開放する時間と流路面積Ａ２が流路面積Ａｈ２を超える時間を一致するように調整することができる。

このように、第３実施形態では、変化率ΔＡｍｉｎ１及びΔＡｍｉｎ２は、変化率ΔＡｉで表すことができ、さらに、変化率ΔＡｍｉｎ１とΔＡｍｉｎ２との和は、時間Ｔ１から変化率ΔＡｉの絶対値で一定である。ΔＡｍｉｎ１とΔＡｍｉｎ２との和は、燃料噴射量に関わる最小流路面積Ａｍｉｎの変化率である。したがって、第３実施形態の最小流路面積Ａｍｉｎの変化率は一定である。

（効果）
図２６を参照して、第３実施形態の燃料噴射量Ｑについて説明する。燃料噴射量Ｑは、第１実施形態と同様に、図２５を参照して、最小流路面積Ａｍｉｎ１とＡｍｉｎ２との和であるＡｍｉｎから算出され、第３実施形態は、第１実施形態と同様の効果を奏する。第３実施形態では、インナニードル３７とアウタニードル３８の開弁方向の摺動速度を制御することによって、燃料噴射量Ｑの時間に対する傾き、すなわち、燃料噴射量の変化率を一定にすることができる。このことは、燃料噴射量をより高精度に制御可能なことを意味する。

中でも、エンジンシステムにおいて、排気ガス規制が高まっており、燃焼室の燃焼状態を良好な燃焼状態を実現するために、特に高度な制御が要求される。よって、本実施形態により、燃料噴射量を高精度にするのは特に有効である。

（その他の実施形態）
（ア）第１実施形態において、インナニードル３７のみ開弁し、第１噴孔１２１のみから燃料を噴射してもよい。また同様に、第２実施形態において、アウタニードル３８のみ開弁し、第２噴孔１２２のみから燃料を噴射してもよい。上記実施形態と同様の効果を奏する。

インナニードル３７及びアウタニードル３８が摺動するとき、インナニードル鍔部３７１とアウタニードル３８との摩擦が生じる。また同様のときに、ハウジング鍔部１０１とアウタニードル３８との摩擦が生じる。摩擦によって、インナニードル鍔部３７とハウジング鍔部１０１は摩耗する。摩耗により、インナニードル鍔部３７１とハウジング鍔部１０１とが開閉する入口孔流路３８３と出口孔流路３８５が変化し、流路面積Ａｏ及びＡｉが変化してしまう。上述のように、燃料噴射量は、流路面積の影響を大きく受ける。

インナニードル３７とアウタニードル３８とは同軸に収容されており、互いに軸を保持する補助的な役割がある。このため、径方向の摺動位置精度が高い。したがって、インナニードル鍔部３７１、ハウジング鍔部１０１及びアウタニードル３８の連通孔３８１が偏心せず、肩当たり接触がなくなり、摺動による摩耗の影響が小さくなる。したがって、インナニードル３７とアウタニードル３８との互いに軸を保持する補助的な役割は大きい。

（イ）図２７（ａ）、（ｂ）に示す形態のように、連通孔３８１の数を等間隔に８つにしてもよい。
（ウ）図２８（ａ）（ｂ）に示す形態のように、２つにしてもよい。
（エ）図２９（ａ）、（ｂ）に示す形態のように、４つの連通孔３８１の配置を等間隔でなくてもよい。
（オ）図３０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す形態のように、連通孔３８１の径方向の断面形状を円、平行四辺形及び楕円にしてもよい。さらに、連通孔３８１の径方向の断面形状は、菱形、正方形でもよい。
このように、連通孔の数、配置や形状に問わず、上記実施形態と同様の効果を奏する。

（カ）本実施形態が適用される熱サイクルは、サバテサイクルに限定されない。例えば、ディーゼルサイクル、エリクソンサイクル及びガスタービンサイクルといった定圧加熱過程を有する熱サイクルにおいて、同様の効果を奏する。

（キ）第３実施形態と同様に、インナニードル及びアウタニードルの速度を可変にする駆動部９０の速度可変機構は、ソレノイドコイルを用いてもよい。例えば、ソレノイドの印加電圧制御を行い、磁気吸引力を調整し、第１背圧室２１の燃料圧力を制御してもよい。さらに、駆動部９０は、インナニードル３７及びアウタニードル３８を駆動部９０に直接接続し作動させる直動アクチュエータとしてもよい。

（ク）図３１のように、第１噴孔１２１よりも後端側で、第２噴孔１２２よりも先端側に配置されるアウタニードル３８の先端部３８７に、弾性部材から形成される逆止弁３８８をさらに備えてもよい。弾性部材は、例えば、ステンレス鋼バネ板、ゴムである。弾性部材の弾性力を用いて、アウタニードル３８の開閉時に逆止弁３８８が伸縮する。また逆止弁３８８は、アウタニードル３８の閉弁時、第１噴孔１２１と第２噴孔１２２との間のハウジング１０に当接して、第２流路を塞いでいる。
逆止弁３８８をさらに備えることで、インナニードル３７とアウタニードル３８とが開弁するとき、第１流路２７を経由する流量が第２流路へ逆流を防ぐことができる。これにより、第１噴孔１２１及び第２噴孔１２２からの各噴射量の精度が向上する。

（ケ）図３２のように、連通孔３８１の出口面３８４と接するインナニードル鍔部３７１の端面３７３に耐摩耗コーディング３７４を施してもよい。また連通孔３８１の入口面３８２と接するハウジング鍔部１０１の端面１０３に耐摩耗コーティング１０４を施してもよい。耐摩耗コーティングは、例えば、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）やＣＮｘ（窒化炭素）を用いる。これらは、耐摩耗性に優れたコーティングとして知られている。また、スパッタ法やイオンビーム蒸着法といったＰＶＤ法及びＲＦプラズマ、表面波励起プラズマ（ＳＷＰ）といったプラズマＣＶＤ法でコーティングされてもよい。さらに、耐摩耗コーディング３７４、１０４は、ハウジング１０の内側面１０２と同時にコーディングされてもよい。

インナニードル３７及びアウタニードル３８が繰り返し摺動するとき、インナニードル鍔部３７１及びハウジング鍔部１０１の摩耗により、流路面積Ａｏ及びＡｉが変化していく。耐摩耗性コーディング３７４、１０４によって、摺動が繰り返されることで生じるインナニードル鍔部３７１及びハウジング鍔部１０１の摩耗が抑制される。したがって、燃料噴射量の高精度な制御が維持できる。

（コ）図３３に示すように、第１実施形態において、第１流路２７に代替してインナニードル３７が閉弁時、ハウジング１０と当接させて第３流路２９を用いてもよい。同様の効果を奏する。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１ ・・・燃料噴射装置、
１０ ・・・ハウジング、
１０１ ・・・ハウジング鍔部、
１０２ ・・・内側面（ハウジング）、
１２１ ・・・第１噴孔、
１２２ ・・・第２噴孔、
２７ ・・・第１流路、
２８ ・・・第２流路、
２９ ・・・第３流路、
３７ ・・・インナニードル、
３７１ ・・・インナニードル鍔部、
３７２ ・・・外側面（インナニードル）、
３８ ・・・アウタニードル、
３８１ ・・・連通孔、
３８２ ・・・入口面、
３８３ ・・・入口孔流路、
３８４ ・・・出口面、
３８５ ・・・出口孔流路、
３９１ ・・・内側面（アウタニードル）、
３９２ ・・・外側面（アウタニードル）。

Claims (11)

1. 有底筒状の先端部に、燃料が噴射される第１噴孔（１２１）、及び、前記第１噴孔よりも後端側に位置し燃料が噴射される第２噴孔（１２２）を有するハウジング（１０）と、
   前記ハウジングの内側に摺動可能に収容され、軸方向の摺動に伴って前記第２噴孔を開閉可能であり、側壁に、前記側壁の内側面（３９１）と前記側壁の外側面（３９２）とを連通する少なくとも１つの連通孔（３８１）を有するアウタニードル（３８）と、
   前記アウタニードルの内側に摺動可能に収容され、軸方向の摺動に伴って前記第１噴孔を開閉可能であるインナニードル（３７）と、
   を備え、
   前記インナニードルは、前記インナニードルの外側面（３７２）から突出し、前記インナニードル又は前記アウタニードルが摺動するとき前記連通孔の出口面（３８４）に沿って通過するインナニードル鍔部（３７１）を有し、
   前記ハウジングは、前記ハウジングの内側面（１０２）から突出し、前記アウタニードルが摺動するとき前記連通孔の入口面（３８２）に沿って通過するハウジング鍔部（１０１）を有し、
   前記インナニードルと前記アウタニードルとの間に第１流路（２７）が形成され、
   前記アウタニードルと前記ハウジングとの間に第２流路（２８）が形成され、
   前記インナニードルと前記ハウジングとの間に第３流路（２９）が形成され、
   前記インナニードル鍔部と前記連通孔の前記出口面とで出口孔流路（３８５）が形成され、
   前記ハウジング鍔部と前記連通孔の前記入口面とで入口孔流路（３８３）が形成される燃料噴射装置。
2. 前記インナニードル鍔部は、前記インナニードルが摺動するとき、前記出口孔流路の流路面積（Ａｏ）の変化率（ΔＡｏ）が前記第１流路の流路面積（Ａ１）の変化率（ΔＡ１）よりも小さくなるように形成される請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記インナニードル鍔部は、前記アウタニードルが摺動するとき、前記出口孔流路の流路面積（Ａｏ）の変化率（ΔＡｏ）が前記第２流路の流路面積（Ａ２）の変化率（ΔＡ２）よりも小さくなるように形成される請求項１に記載の燃料噴射装置。
4. 前記インナニードル鍔部は、前記インナニードルが摺動するとき、前記出口孔流路の流路面積（Ａｏ）の変化率（ΔＡｏ）が前記第３流路の流路面積（Ａ３）の変化率（ΔＡ３）よりも小さくなるように形成される請求項１に記載の燃料噴射装置。
5. 前記ハウジング鍔部は、前記アウタニードルが摺動するとき、前記入口孔流路の流路面積（Ａｉ）の変化率（ΔＡｉ）が前記第２流路の流路面積（Ａ２）の変化率（ΔＡ２）よりも小さくなるように形成される請求項１に記載の燃料噴射装置。
6. 前記出口孔流路は、前記インナニードルと前記アウタニードルとが閉弁時の前記出口孔流路の流路面積（Ａｏ０）が前記第１噴孔の流路面積（Ａｈ１）よりも小さくなるように形成される請求項２または４に記載の燃料噴射装置。
7. 前記出口孔流路は、前記インナニードルと前記アウタニードルとが閉弁時の前記出口孔流路の流路面積（Ａｏ０）が前記第２噴孔の流路面積（Ａｈ２）よりも小さくなるように形成される請求項３または５に記載の燃料噴射装置。
8. 前記アウタニードルは、軸方向における同一高さに複数の前記連通孔を有する請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
9. 複数の前記連通孔は、周方向に等間隔に配置されている請求項８に記載の燃料噴射装置。
10. 前記アウタニードル及び前記インナニードルの摺動を制御する駆動部（９０）をさらに有し、
    前記駆動部は、前記アウタニードルと前記インナニードルの摺動速度を可変にする速度可変機構を有する請求項１〜９のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
11. 前記アウタニードルは、前記アウタニードルが閉弁時、前記第１噴孔よりも後端側で第２噴孔よりも先端側である前記アウタニードル弁の先端部（３８７）に、前記第１噴孔と前記第２噴孔との間の前記ハウジングに当接して前記第２流路を塞ぐ逆止弁（３８８）をさらに有する請求項１〜１０のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。

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