JP3846917B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）の燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジン等においては厳しくなる排気ガス規制に対処する必要が生じている。排気ガス中に含まれる有害成分の低減、さらに燃費向上を達成するためには、燃料噴射による噴霧を時間的、空間的および質的に最適化することが望まれている。時間的には高精度な噴射率制御、空間的には広範囲の噴霧分布、質的には噴射燃料の微粒化がそれぞれ必要である。ここで噴射率とは、単位時間当たりの噴射量を示し、mm3/ms、g/ms等の単位で表される。
【０００３】
このような燃料噴射の最適化を目的とした燃料噴射装置として、特開昭６１−１３５９７９号公報、特開昭５３−１１３９２４号公報、特開昭６０−３６７７２号公報、特公昭５９−１６５８５８号公報に開示されているのが知られている。
特開昭６１−１３５９７９号公報に開示されている燃料噴射弁は、例えば図１８に示す構成からなる。燃料噴射弁１００は、第１噴孔１０５および第２噴孔１０６をそれぞれ開閉する第１針弁１０１および第２針弁１０２を有し、第１針弁１０１および第２針弁１０２をそれぞれ閉弁方向に付勢する第１リターンスプリング１０３および第２リターンスプリング１０４の付勢力と燃料供給圧から受ける力との釣り合いにより第１針弁１０１および第２針弁１０２が往復移動する。第１噴孔１０５および第２噴孔１０６の両方から燃料噴射できるので、燃料の噴霧分布が拡大する。
【０００４】
特開昭５３−１１３９２４号公報に開示されている燃料噴射ノズルも特開昭６１−１３５９７９号公報に開示されている燃料噴射弁と同様に２個の針弁とこの２個の針弁をそれぞれ閉弁方向に付勢するスプリングを有している。このため、燃料の噴霧分布が拡大するという効果を有する。
特開昭６０−３６７７２号公報に開示されている燃料噴射弁は、例えば図１９に示す構成からなる。燃料噴射弁１１０は、第１の噴孔群１１５および第２の噴孔群１１６をそれぞれ開閉する針弁１１１およびスプール１１２を有している。針弁１１１はノズルスプリング１１３により閉弁方向に付勢されており、スプール１１２はばね１１４により閉弁方向に付勢されている。電磁ソレノイド１１７への通電をオンすると、スプール１１２は電磁ソレノイド１１７に発生する磁力によりリフトし、第２の噴孔郡１１６から燃料が噴射される。針弁１１１は、燃料供給圧から受ける力がノズルスプリング１１３の付勢力よりも大きくなるとリフトし第１の噴孔群１１５から燃料を噴射する。エンジンの低負荷時には電磁ソレノイド１１７への通電はオフされており、スプール１１２がリフトしないので第１の噴孔群１１５からだけ燃料が噴射される。
【０００５】
特公昭５９−１６５８５８号公報に開示されているインジェクタは、例えば図２０に示す構成からなる。コモンレール１２３で蓄圧した高圧燃料がインジェクタ１２０に供給され、ニードル１２１の反噴射側に制御圧力室１２５を設けている。制御圧力室１２５の燃料圧力は三方弁１２４を制御することにより増減する。ニードル１２１は、コモンレール１２３から供給される燃料圧力から受ける力とスプリング１２２がニードル１２１を閉弁方向に付勢する力と制御圧力室１２５内の圧力からニードル１２１が受ける力とのバランスによりインジェクタ１２０内を往復移動する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６１−１３５９７９号公報に開示されている燃料噴射弁１００では、第１針弁１０１および第２針弁１０２の開弁タイミングは燃料噴射ポンプから供給される燃料供給圧から受ける力と第１リターンスプリング１０３および第２リターンスプリング１０４の付勢力とのバランスにより決定されので、燃料噴射時期の高精度な制御が困難である。また、第１針弁１０１の開弁圧は第２針弁１０２の開弁圧よりも低く設定されているので、低い燃料供給圧で第１針弁１０１が開弁し、初期噴射圧が低くなるので初期噴射時において燃料が良好に微粒化しない。さらに、燃料供給圧の上昇とともに第１針弁１０１および第２針弁１０２がリフトするので初期噴射率の上昇が緩やかである。このため、燃料噴射時間が長くなり排気ガス中に煤等のパティキュレートが発生し易くなるという問題がある。第１針弁１０１の開弁圧を上昇させることにより初期噴射圧は高くなるが、噴射期間が短縮されて所望の噴射量が得られない、低回転時において噴射しない領域ができる等の問題がある。
【０００７】
特開昭５３−１１３９２４号公報に開示されているインジェクタも特開昭６１−１３５９７９号公報と同様に初期噴射圧が低くなるので、噴射初期段階において燃焼室に噴射される燃料の微粒化が不十分になることによりパティキュレートが発生し易くなる。
特開昭６０−３６７７２号公報に開示されている燃料噴射弁は、エンジン負荷またはエンジン回転数等のエンジン運転状態に応じてスプール１１２を往復移動させるものである。つまり、一回の燃料噴射期間中に電磁ソレノイド１１５への通電を制御し、針弁１１１とスプール１１２のリフト時期をずらせて燃料の初期噴射率を低減することを目的とはしていない。一回の噴射期間中に針弁１１１のリフト量に応じてスプール１１２をリフトさせるためには針弁１１１のリフト時期を検知する手段が必要であるが、特開昭６０−３６７７２号公報に開示されているものにはその手段に関する開示はない。
【０００８】
特公昭５９−１６５８５８号公報に開示されるインジェクタでは、コモンレール１２３で蓄圧された高圧燃料をインジェクタ１２０に供給し、ニードル１２１の反噴射側に圧力を調整できる制御圧力室１２５を有するため、燃料噴射時期の高精度制御が可能となり、さらに燃料の初期噴射圧が高くなる。しかしながら、一つのニードル１２１だけで噴孔からの燃料噴射を制御しているので、初期噴射率が高くなってしまう。このため燃焼前に燃焼室に供給される燃料量が多くなるのでＮＯｘ発生の原因となる。
【０００９】
さらには、二つのノズルニードルを有し、この二つのノズルニードルの往復移動をそれぞれ制御するために二つの電磁駆動手段を備えることも考えられるが、部品点数が増加し装置が大型化するという問題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、排気ガス中に排出される有害物質の低減および燃費向上の可能な燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段・作用・発明の効果】
前記目的を達成するための本発明の請求項１記載の燃料噴射装置は、
燃料供給ポンプから供給された高圧燃料をコモンレールで蓄圧し、前記コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射装置であって、
軸方向に収容孔を設け、前記収容孔の周囲に前記収容孔に連通し前記コモンレールから高圧燃料を供給される燃料溜まりを設け、前記燃料溜まりよりも燃料下流側に前記燃料溜まりと連通可能な第１の噴孔を設け、前記第１の噴孔よりも燃料下流側に前記燃料溜まりと連通可能な第２の噴孔を設け、前記燃料溜まりと前記第１の噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第１の弁座を設け、前記第１の噴孔と前記第２の噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第２の弁座を設けたノズルボディと、
前記収容孔に往復移動可能に収容され、前記第１の弁座に着座することにより前記燃料溜まりと前記第１の噴孔との連通を遮断する中空筒状の第１のノズルニードルと、
前記第１のノズルニードルに往復移動可能に収容され、前記第２の弁座に着座することにより前記燃料溜まりと前記第２の噴孔との連通を遮断するとともに、前記第１のノズルニードルのリフト途中で前記第１のノズルニードルにより係止され、この係止した状態で前記第１のノズルニードルによりリフトされる第２のノズルニードルと、
前記第１の弁座に向けて前記第１のノズルニードルを付勢する第１の付勢手段と、
前記第２の弁座に向けて前記第２のノズルニードルを付勢する第２の付勢手段と、
前記第１のノズルニードルの往復移動を制御可能な電磁駆動手段と、
前記第１のノズルニードルの反噴射側に設けられ、前記電磁駆動手段により前記コモンレールから高圧燃料を供給可能であるとともに供給された高圧燃料を排出可能な第１の圧力制御室とを備え、
前記第１の圧力制御室内の燃料圧力が低下することによりリフトするコマンドピストンのみに当接するように設けられる前記第１のノズルニードルが前記第１の弁座から離座し、前記第１のノズルニードルのリフト進行により噴射率の上昇を経て噴射率をほぼ一定としたのちに前記第１のノズルニードルを前記第２のノズルニードルに当接し係止させ、前記第１のノズルニードルを前記第２のノズルニードルとともにリフト進行させることにより、噴射率の上昇を経て噴射率をほぼ一定とさせることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項２記載の燃料噴射装置は、請求項１記載の燃料噴射装置において、前記第２の付勢手段は、一方の端部が前記第１のノズルニードルとともに往復移動する係止部に当接し前記一方の端部よりも噴射側の他方の端部が前記第２のノズルニードルの反噴射側に当接する圧縮コイルスプリングであり、前記係止部が前記第１のノズルニードルとともにリフトすることにより前記圧縮コイルスプリングの軸長が伸び、前記第２の弁座に向けて前記第２のノズルニードルを付勢する前記圧縮コイルスプリングの付勢力が低下することにより前記第２のノズルニードルが前記第２の弁座から離座することを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項３記載の燃料噴射装置は、請求項１記載の燃料噴射装置において、前記第２の付勢手段は、前記第２のノズルニードルの反噴射側に前記第１の圧力制御室と連通するように設けられ前記電磁駆動手段により前記コモンレールから前記第１の圧力制御室を介して高圧燃料を供給可能であるとともに供給された高圧燃料を前記第１の圧力制御室を介して排出可能な第２の圧力制御室を有し、
前記第２の圧力制御室に供給された高圧燃料により前記第２のノズルニードルは前記第２の弁座に向けて付勢され、前記第１の圧力制御室の圧力低下に遅れて前記第２の圧力制御室の圧力が低下するように設定されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項４記載の燃料噴射装置は、燃料供給ポンプから供給された高圧燃料をコモンレールで蓄圧し、コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射装置であって、
軸方向に収容孔を設け、前記収容孔の周囲に前記収容孔に連通し前記コモンレールから高圧燃料を供給される燃料溜まりを設け、前記燃料溜まりよりも燃料下流側に前記燃料溜まりと連通可能な第１の噴孔を設け、前記第１の噴孔よりも燃料下流側に前記燃料溜まりと連通可能な第２の噴孔を設け、前記燃料溜まりと前記第１の噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第１の弁座を設け、前記第１の噴孔と前記第２の噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第２の弁座を設けたノズルボディと、
前記収容孔に往復移動可能に収容され、前記第１の弁座に着座することにより前記燃料溜まりと前記第１の噴孔との連通を遮断する中空筒状の第１のノズルニードルと、
前記第１のノズルニードルに往復移動可能に収容され、前記第２の弁座に着座することにより前記燃料溜まりと前記第２の噴孔との連通を遮断する第２のノズルニードルと、
前記第１の弁座に向けて前記第１のノズルニードルをストッパを介して付勢する第１の付勢手段と、
前記第２の弁座に向けて前記第２のノズルニードル付勢する第２の付勢手段と、
前記第２のノズルニードルの往復移動を制御可能な電磁駆動手段と、
前記第２のノズルニードルの反噴射側に設けられ、前記電磁駆動手段により前記コモンレールから高圧燃料を供給可能であるとともに供給された高圧燃料を排出可能な第１の圧力制御室とを備え、
前記第１の圧力制御室内の燃料圧力が低下することにより前記第２のノズルニードルが前記第２の弁座から離座し、前記第２のノズルニードルのリフト進行により噴射率の上昇を経て噴射率をほぼ一定としたのちに、前記第２のノズルニードルが前記ストッパに係止した状態のまま前記第２のノズルニードルを前記第１のノズルニードルとともにリフト進行させることにより、噴射率の上昇を経て噴射率をほぼ一定とさせることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項５記載の燃料噴射装置は、請求項４記載の燃料噴射装置において、前記第１の付勢手段は、一方の端部が前記第２のノズルニードルとともに往復移動する係止部に当接し前記一方の端部よりも噴射側の他方の端部が前記第１のノズルニードルの反噴射側に当接する圧縮コイルスプリングであり、前記係止部が前記第２のノズルニードルとともにリフトすることにより前記圧縮コイルスプリングの軸長が伸び、前記第１の弁座に向けて前記第１のノズルニードルを付勢する前記圧縮コイルスプリングの付勢力が低下することにより前記第１のノズルニードルが前記第１の弁座から離座することを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項６記載の燃料噴射装置は、請求項４記載の燃料噴射装置において、前記第１の付勢手段は、前記第１のノズルニードルの反噴射側に前記第１の圧力制御室と連通するように設けられ、前記電磁駆動手段により前記コモンレールから前記第１の圧力制御室を介して高圧燃料を供給可能であるとともに供給された高圧燃料を前記第１の圧力制御室を介して排出可能な第２の圧力制御室を有し、
前記第２の圧力制御室に供給された高圧燃料により前記第１のノズルニードルは前記第１の弁座に向けて付勢され、前記第１の圧力制御室の圧力低下に遅れて前記第２の圧力制御室の圧力が低下するように設定されることを特徴とする。
【００１８】
前述した本発明の燃料噴射装置によると、第１のノズルニードルのリフトに遅れて第２のノズルニードルがリフトするか、または第２のノズルニードルのリフトに遅れて第１のノズルニードルがリフトすることにより、二段階の燃料噴射率で燃料を噴射するので燃料の噴霧分布が拡大する。また、コモンレールで蓄圧された高圧燃料が供給され、電磁駆動手段で第１のノズルニードルまたは第２のノズルニードルの往復移動を制御することにより、噴射時期および噴射量を高精度に制御できる。また、初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができるので、初期噴射時において燃料が良好に微粒化して燃焼室内に噴射され燃焼効率が高くなる。このため、ＮＯｘや煤等のパティキュレートの発生を低減するとともに燃費が向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による燃料噴射装置を適応した燃料供給システムの一例を図４に示す。
【００２０】
高圧燃料供給ポンプ１から燃料配管２を通してコモンレール３に供給された高圧燃料は、コモンレール３内の蓄圧室で一定の高圧に蓄圧され、燃料配管４を介して各気筒に配設されたインジェクタ１０に供給される。インジェクタ１０に供給された燃料のうち余剰燃料は燃料タンク５にリターンされる。
図３に示すように、インジェクタ１０のノズルボディ１１内には中空円筒状の第１のノズルニードル２０が往復移動可能に収容され、この第１のノズルニードル２０内に第２のノズルニードル２５が往復移動可能に収容されている。第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５の反噴射方向側には第１の圧力制御室６４が設けられており、第１の圧力制御室６４内の燃料圧力を制御することによりインジェクタ１０の噴射時期および噴射量を調整することができる。
【００２１】
コモンレール３から供給される高圧燃料は、燃料インレット７１、燃料通路６１を介して燃料溜まり６２に供給され、かつ電磁駆動手段である電磁弁５０の制御により、第１の圧力制御室６４に供給可能であるとともに燃料通路６３から燃料アウトレット７２を経て燃料タンク５に排出可能である。
図１に示すように、中空円筒状の第１のノズルニードル２０は燃料噴射側から小径部２１、大径部２２がこの順で一体に形成されている。小径部２１の先端はノズルボディ１１の内壁に形成された第１の弁座１１ａに着座可能であり、小径部２１の先端が第１の弁座１１ａに着座することにより燃料溜まり６２と第１の噴孔３１との連通を遮断している。大径部２２の端部はピストンピン４１と当接しており、コマンドピストン４０を付勢する第１の付勢手段としての第１スプリング４２の付勢力により第１のノズルニードル２０は第１の弁座１１ａに向けて付勢されている。コマンドピストン４０の反噴射側端部には受圧ピストン４３（図３参照）が形成されており、この受圧ピストン４３が第１の圧力制御室６４の燃料圧力から受ける力により第１のノズルニードル２０は第１の弁座１１ａに向けて付勢されている。図１に示すように、第１のノズルニードル２０は大径部２２の端部がディスタンスピース１３の下端面に係止することによりリフト量を規制されている。また、第１のノズルニードル２０の内壁に配設されたシム３５は、第１のノズルニードル２０のリフト途中で後述する第２のノズルニードル２５の大径部２７の端面２７ａに係止し、第２のノズルニードル２５に第１のノズルニードル２０が係止した状態で第２の付勢手段としての第２スプリング２９の付勢力に抗して第１のノズルニードル２０が第２のノズルニードル２５をリフトさせる。
【００２２】
第１のノズルニードル２０の小径部２１と大径部２２との境界部外壁周囲には受圧面２３が形成されており、燃料溜まり６２内の高圧燃料から受ける力により第１のノズルニードル２０はリフト方向に力を受けている。
図２に示すように、４本のピストンピン４１はディスタンスピース１３に往復移動可能に挿入されている。本実施例ではコマンドピストン４０とピストンピン４１とを一体に形成したが、本発明では別体に形成することも可能である。
【００２３】
第２のノズルニードル２５は、燃料噴射側から小径部２６、大径部２７、ニードルエンド２８がこの順で形成されている。小径部２６の先端部はノズルボディ１１の内壁に形成された第２の弁座１１ｂに着座可能であり、第２の弁座１１ｂに着座することにより燃料溜まり６２と第２の噴孔３２との連通が遮断される。第１のノズルニードル２０のリフト途中で大径部２７の端面２７ａにシム３５が係止される。ニードルエンド２８の端面にはディスタンスピース１３内に収容された第２スプリング２９が当接しており、この第２スプリング２９により第２のノズルニードル２５は第２の弁座１１ｂに向けて付勢されている。
【００２４】
第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５がそれぞれ第１の弁座１１ａおよび第２の弁座１１ｂに着座した図１に示す状態において、シム３５と大径部２７とが軸方向に形成するクリアランスｈ1 と、大径部２２とディスタンスピース１３とが軸方向に形成するクリアランスｈ2 との関係は、ｈ1 ≦ｈ2 である。このため、第１のノズルニードル２０がディスタンスピース１３に係止される前にシム３５が大径部２７の端面２７ａに係止される。
【００２５】
第１の噴孔３１は燃料溜まり６２よりも燃料下流側に設けられ、第２の噴孔３２は第１の噴孔３１よりも燃料下流側に設けられている。第１の弁座１１ａは燃料溜まり６２と第１の噴孔３１との間に設けられ、第２の弁座１１ｂは第１の噴孔３１と第２の噴孔３２との間に設けられている。第１の噴孔３１の燃料入口側には第１のノズルニードル２０と第２のノズルニードル２５とにより囲まれた油圧室３３が形成されており、第１のノズルニードル２０のリフト時第１の噴孔３１から初期噴射される燃料を一時的に蓄えている。第２の弁座１１ｂよりも燃料下流側には第２の噴孔３２と連通するサック室３４が形成されており、第２のノズルニードル２５のリフト時第２の噴孔３２から初期噴射される燃料を一時的に蓄えている。
【００２６】
後述する電磁コイル部５１への通電オフ時、圧力制御室６４に高圧燃料が供給されていると、第１のノズルニードル２０が第１スプリング４２から第１の弁座１１ａに向けて受ける付勢力と第１の圧力制御室６４内の燃料圧力から第１の弁座１１ａに向けて受ける力との和は燃料溜まり６２内の燃料圧力によりリフト方向に受ける力よりも大きくなるので、第１のノズルニードル２０は第１の弁座１１ａに着座している。電磁コイル部５１への通電オン時、第１の圧力制御室６４内の高圧燃料が燃料通路６３から排出され圧力制御室６４内の燃料圧力が低下すると第１のノズルニードル２０は第１の弁座１１ａから離座しリフトする。
【００２７】
第２のノズルニードル２５が燃焼室内とほぼ等しいサック室３４内の燃料圧力からリフト方向に受ける力は第２スプリング２９から第２の弁座１１ｂに向けて受ける付勢力よりも小さいので第２のノズルニードル２５は第２の弁座１１ｂに着座している。
電磁弁５０の電磁コイル部５１およびバルブボディ５２はリテーニングナット５３によりインジェクタボディ１２と連結されている。バルブボディ５２内にはアウタバルブ５４が往復移動可能に収容されており、このアウタバルブ５４にインナバルブ５５が収容されている。アウタバルブ５４はアーマチャ５６に連結されており、図示しないスプリングによりアーマチャ５６が図３の下方に付勢されることによりアウタバルブ５４はバルブボディ５２の内壁に形成された弁座５２ａに着座している。
【００２８】
電磁コイル部５１への通電オフ時、アウタバルブ５４は図示しないスプリングの付勢力により弁座５２ａに着座しており、アウタバルブ５４の内壁に形成された弁座５４ａとインナバルブ５５との間にはクリアランスが形成されている。このため、燃料通路６１に供給される高圧燃料はアウタバルブ５４の側壁を貫通して形成される燃料通孔５４ｂを経て第１の圧力制御室６４に供給される。
【００２９】
次にインジェクタ１０の作動を図５に基づいて説明する。
(1) 図５の（Ａ）に示すように、電磁コイル部５１の電磁コイル５７への通電オフ時、アウタバルブ５４は図示しないスプリングの付勢力により弁座５２ａに着座しており、インナバルブ５５と弁座５４ａとの間にクリアランスが形成される。このため、燃料通路６１、燃料通孔５４ｂを経て第１の圧力制御室６４に高圧燃料が供給されている。第１のノズルニードル２０が燃料溜まり６２内の燃料圧力からリフト方向に受ける力は、第１スプリング４２の第１の弁座１１ａ方向への付勢力と第１の圧力制御室６４内の燃料圧力から第１の弁座１１ａ方向に受ける力との和よりも小さいので、第１のノズルニードル２０は第１の弁座１１ａに着座している。このとき、第２のノズルニードル２５は第２スプリング２９の付勢力により第２の弁座１１ｂに着座している。
【００３０】
(2) 図５の（Ｂ）に示すように、電磁コイル５７への通電をオンすると電磁コイル５７に発生する磁力によりアーマチャ５６とともにアウタバルブ５４が吸引されアウタバルブ５４は弁座５２ａから離座する。アウタバルブ５４が吸引されると、アウタバルブ５４の内壁に形成された弁座５４ｂとインナバルブ５５が当接し、燃料通路６１から第１の圧力制御室６４への燃料供給が遮断されるとともに、第１の圧力制御室６４と燃料通路６３とが連通する。すると、第１の圧力制御室６４内の高圧燃料が燃料通路６３を経て燃料タンク５にリターンされる。すると、第１の圧力制御室６４内の燃料圧力が低下することにより、第１のノズルニードル２０が第１の圧力制御室６４内の燃料圧力から受ける力と第１スプリング４２の付勢力との和は燃料溜まり６２内の燃料圧力により第１のノズルニードル２０がリフト方向に受ける力よりも小さくなるので、第１のノズルニードル２０は第１の弁座１１ａから離座する。シム３５が端面２７ａと当接していない状態では、第２のノズルニードル２５は第２スプリング２９の付勢力により第２の弁座１１ｂに着座したままである。第１のノズルニードル２０が第１の弁座１１ａから離座することにより第１の噴孔３１から燃料が噴射される。第１のノズルニードル２０が弁座１１ａから離座すると、第１のノズルニードル２０の小径部２１の先端部も高圧燃料からリフト方向に力を受けるので、図６に示すように第１のノズルニードル２０のリフト速度が上昇し初期噴射率が速やかに上昇する。さらに第１のノズルニードル２０がリフトするとインジェクタ１０の噴射率はほぼ一定値になる。
【００３１】
(3) 図５の（Ｃ）に示すように、第１のノズルニードル２０がさらにリフトするとシム３５と端面２７ａとが当接し、第２スプリング２９の第２の弁座１１ｂ方向への付勢力に抗して第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５がともにリフトする。そして、第２のノズルニードル２５が第２の弁座１１ｂから離座すると第２の噴孔３２から燃料が噴射される。第１の噴孔３１に加えて第２の噴孔３２からも燃料が噴射されることにより、図６に示すようにインジェクタ１０の噴射率が再び上昇する。第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５がさらにリフトすると噴射率は一定値になる。図６に示すように、初期噴射時に噴射率が素早く上昇してほぼ一定値になり、さらに噴射率が素早く上昇してほぼ一定値になるような二段階の噴射率の変化を「ブーツ型噴射」という。
【００３２】
リーク燃料通路である燃料通路６３の燃料入口の絞りを調整することにより、第１の圧力制御室６４からのリーク燃料量を変更できる。つまり、第１の圧力制御室６４内の燃料圧力の低下速度を調整することにより噴射率を制御可能である。
(4) 図５の（Ｄ）に示すように、電磁コイル５７への通電をオフするとアウタバルブ５４が弁座５２ａに着座し、燃料通路６１から第１の圧力制御室６４に高圧燃料が供給される。すると、第１のノズルニードル２０は第１の圧力制御室６４内の燃料圧力により第１の弁座１１ａ方向に力を受けて速やかに下降する。第１のノズルニードル２０が第１の弁座１１ａに着座すると第１の噴孔３１からの燃料噴射が終了する。第１のノズルニードル２０の下降に伴い第２のノズルニードル２５は第２スプリング２９の付勢力により第２の弁座１１ｂに向けて下降する。第１のノズルニードル２０の着座とほぼ同時に第２のノズルニードル２５が第２の弁座１１ｂに着座することにより第２の噴孔３２からの噴射が終了し、インジェクタ１０からの燃料噴射が終了する。
【００３３】
次に、比較例１および比較例２と比較して本実施例の作動および効果を説明する。
比較例１は第１実施例と同様に中空円筒状の第１のノズルニードルおよびこの第１のノズルニードルの内壁に往復移動可能に収容される第２のノズルニードルを有するが、電磁弁およびこの電磁弁により圧力を調整される圧力制御室をもたず、燃料供給ポンプからの燃料供給圧の変化に応じて図８の（Ａ）に示すような噴射率特性を示す燃料噴射装置である。このため、第１のノズルニードルおよび第２のノズルニードルのリフトタイミングは、第１のノズルニードルおよび第２のノズルニードルをそれぞれ下降方向に付勢するスプリングの付勢力と燃料供給圧から第１のノズルニードルおよび第２のノズルニードルがリフト方向に受ける力とのバランスにより決定される。このため、初期噴射時の噴射圧力が小さいので、図７の（Ａ）に示すように燃焼室に噴射された燃料が良好に微粒化せず燃焼不良の原因となる。また、低い燃料供給圧で第１のノズルニードルが開弁することにより噴射期間が長くなるので、燃費が低下しかつ噴射のシャープカット性が低下する。
【００３４】
この問題を解決するため中空円筒状の第１のノズルニードルのリフトタイミングを電磁弁で制御しても、第２のノズルニードルのリフトタイミングはあくまでも第２のノズルニードルを下降方向に付勢するスプリングの付勢力と燃料供給圧力から受ける力とのバランスによって決定される。このため電磁弁の通電を制御して第１のノズルニードルのリフト時期をずらせることにより初期噴射圧力を増加させることはできるが初期噴射率を低減することはできない。
【００３５】
比較例２は、一つのノズルニードルをもち、このノズルニードルの反噴射方向側に電磁弁で圧力制御される圧力制御室を有する。燃料供給ポンプから供給される高圧燃料はコモンレールで蓄圧されてインジェクタに供給される。比較例２では、一定圧の高圧燃料がインジェクタに供給されているので、圧力制御室内の燃料圧力を低下させノズルニードルがリフトすると、噴射初期段階から高圧燃料が燃焼室に噴射される。このため、図７の（Ｂ）に示すように燃料が良好に微粒化される。しかし、図８の（Ｂ）に示すように初期噴射率が大きくなるので、ＮＯｘの発生量が増加するという欠点がある。
【００３６】
比較例１および比較例２に比較して第１実施例の構成では、コモンレール３から一定圧の高圧燃料が供給されているインジェクタ１０の電磁コイル５７への通電を制御し、第１のノズルニードル２０が所定量リフトしてから第２のノズルニードル２５がリフトする構成である。つまり、第１の噴孔３１からの燃料噴射から所定時間遅れて第２の噴孔３２から燃料が噴射される。このため、燃料の噴射時期および噴射量を高精度に制御できるとともに、初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができるので排気ガス中への有害物質の混入を低下できる。また、噴霧分布が大きく燃料が良好に微粒化されているので、燃焼効率が上昇することにより燃費を向上することができる。
【００３７】
また、電磁コイル５７への通電期間を調整することによりインジェクタ１０の噴射期間を任意に設定できる。第１の噴孔３１だけの噴射期間は、第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５の軸方向に形成されるクリアランスまたは第１の圧力制御室６４からリークする燃料の燃料通路の絞りを調整することにより制御できる。
【００３８】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図９および図１０に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５が第１の弁座１１ａおよび第２の弁座１１ｂにそれぞれ着座しているとき、シム３５と大径部２７の端面２７ａとの軸方向に形成されるクリアランスｈ1 と、大径部２２とディスタンスピース７７との軸方向に形成されるクリアランスｈ2 との間には、ｈ1 ≧ｈ2 の関係がある。また、第２の付勢手段としての第２スプリング２９の一方の端部はピストンエンド２８に当接し、第２スプリング２９の他方の端部はコマンドピストン７６の係止部７６ａに当接している。
【００３９】
電磁コイルへの通電がオンされ第１のノズルニードル２０が第１の弁座１１ａから離座し第１のノズルニードル２０とともにコマンドピストン７６がリフトすると、第２スプリング２９の軸方向長が伸びる。第２スプリング２９の軸方向長が伸びると第２の弁座１１ｂに向けて第２のノズルニードル２５を付勢する力が減少し、第１のノズルニードル２０がディスタンスピース７７の下端面に当接する前に第２スプリング２９の付勢力の減少に伴い第２のノズルニードル２５が第２の弁座１１ｂから離座する。第２のノズルニードル２５が第２の弁座１１ｂから離座すると燃料溜まり６２から流入する高圧燃料の圧力により第２のノズルニードル２５はリフト方向に大きな力を受けることになるので第１実施例と同様に初期噴射圧が速やかに上昇する。
【００４０】
第２実施例でも第１実施例と同様にいわゆるブーツ型噴射が可能となるので、排ガス中に発生するＮＯｘおよびパティキュレートの量を減少することができる。
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図１１、図１２、図１３および図１４に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
【００４１】
図１１、図１２および図１３に示すように、ピストンエンド２８の反噴射側には燃料通路８１、８２および８３を介して第１の圧力制御室６４と連通する第２の圧力制御室８４が形成されている。第２の圧力制御室８４は、ピストンエンド２８とコマンドピストン８５とにより区画形成されている。第２の圧力室８４は第２の弁座１１ｂに向けて第２のノズルニードル２５を付勢する第２の付勢手段として作用する。燃料通路８１、８２および８３と第２の圧力制御室８４との容積の和は第１の圧力制御室６４の容積よりも十分に大きくなるように設定されている。
【００４２】
電磁コイル部５１の通電がオンされアウタバルブ５４が弁座５２ａから離座すると第１の圧力制御室６４と燃料通路６３とが連通し第１の圧力制御室６４内の高圧燃料が燃料通路６３を介して燃料タンクに流出する。第１の圧力制御室６４内の燃料圧力の低下にともない第１のノズルニードル２０はリフトを開始し、第１の噴孔３１から燃料が噴射される。しかしながら、第２の圧力制御室８４と燃料通路８１、８２および燃料通路８３との容積の和は第１の第１の圧力制御室６４の容積よりも十分に大きく設定されているので第１の圧力制御室６４内の燃料圧力の低下開始から遅れて第２の圧力制御室８４内の燃料圧力が低下する。これにより、第１のノズルニードル２０がリフトしてから第２のノズルニードル２５がリフトし、第２の噴孔３２から燃料が噴射される。第２のニードル２５が一旦リフトすると燃料通路６１を介して第２のニードル２５の先端部に供給される高圧燃料の圧力により第２のノズルニードル２５はリフト方向に大きな力を受ける。これにより第２のノズルニードル２５はリフトを開始してからリフト速度が急速に上昇する。第３実施例ではｈ1 ≧ｈ2 に設定されている。
【００４３】
第１の噴孔３１に対する第２の噴孔３２からの噴射開始の時間遅れは燃料通路８１、８２および８３の径または長さを変更することにより調整することができる。
次にインジェクタ８０の作動を図１４に基づいて説明する。
(1) 図１４の（Ａ）に示すように、電磁コイル部５１の電磁コイル５７への通電オフ時、アウタバルブ５４は図示しないスプリングの付勢力により弁座５２ａに着座しており、インナバルブ５５と弁座５４ａとの間にクリアランスが形成されている。このため、燃料通路６１、燃料通孔５４ｂを経て第１の圧力制御室６４に高圧燃料が供給されている。第１のノズルニードル２０が燃料溜まり６２内の燃料圧力からリフト方向に受ける力は、第１スプリング４２から第１の弁座１１ａに向けて受ける付勢力と第１の圧力制御室６４内の燃料圧力から第１の弁座１１ａに向けて受ける力との和よりも小さいので、第１のノズルニードル２０は第１の弁座１１ａに着座している。このとき、第２の圧力制御室８４には第１の圧力制御室６４から高圧燃料が供給されているので、第２のノズルニードル２５は第２の圧力制御室８４内の燃料圧力から第２の弁座１１ｂに向けて受ける力により第２の弁座１１ｂに着座している。
【００４４】
(2) 図１４の（Ｂ）に示すように、電磁コイル５７への通電をオンすると電磁コイル５７に発生する磁力によりアーマチャ５６とともにアウタバルブ５４が吸引されアウタバルブ５４は弁座５２ａから離座する。アウタバルブ５４が吸引されると、アウタバルブ５４の内壁に形成された弁座５４ｂがインナバルブ５５と当接し、燃料通路６１から第１の圧力制御室６４への燃料供給が遮断されるとともに、第１の圧力制御室６４と燃料通路６３とが連通する。そして、第１の圧力制御室６４内の高圧燃料が燃料通路６３を経て燃料タンク５にリターンされる。すると第１の圧力制御室６４内の燃料圧力が低下することにより、第１のノズルニードル２０は燃料溜まり６２内の燃料圧力から受ける力により第１の弁座１１ａから離座し、燃料溜まり６２から供給される高圧燃料が第１の噴孔３１から噴射される。第１のノズルニードル２０が弁座１１ａから離座すると、第１のノズルニードル２０がリフト方向に受ける受圧面積が増加するので、第１のノズルニードル２０のリフト速度が上昇し初期噴射圧が速やかに増加する。第１のノズルニードル２０がさらに上昇すると噴射圧および噴射率は一定値になる。
【００４５】
図１４の（Ｂ）に示す第１の噴孔３１からの初期噴射段階では、まず第１の圧力制御室６４内の高圧燃料が燃料通路６３から排出されており、第２の圧力制御室８４内の高圧燃料は僅かに燃料通路８２を介して燃料通路６３から排出されているだけであり、第２のノズルニードル２５は第２の弁座１１ｂに着座したままである。
【００４６】
(3) 図１４の（Ｃ）に示すように、第２の圧力制御室８４から排出可能な程度に第１の圧力制御室６４内の燃料圧力が低下すると、第２の圧力制御室８４内の燃料圧力が低下し、第２のノズルニードル２５が第２の弁座１１ｂから離座して第２の噴孔３２から燃料が噴射される。第１の噴孔３１に加えて第２の噴孔３２からも燃料が噴射されることにより、インジェクタ８０の噴射率および噴射圧が再び上昇し、さらに第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５がリフトするとほぼ一定値になる。
【００４７】
(4) 図１４の（Ｄ）に示すように、電磁コイル５７への通電をオフするとアウタバルブ５４が弁座５２ａに着座し、燃料通路６１から第１の圧力制御室６４に高圧燃料が供給され、さらに燃料通路８１、８２、８３を介して第２の圧力制御室８４に高圧燃料が供給される。すると、第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５はそれぞれ第１の圧力制御室６４および第２の圧力制御室８４内の燃料圧力により第１の弁座１１ａおよび第２の弁座１１ｂ方向に力を受けて速やかに下降する。第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５がそれぞれ第１の弁座１１ａおよび第２の弁座１１ｂに着座するとインジェクタ８０からの燃料噴射が終了する。
【００４８】
（第４実施例）
本発明の第４実施例を図１５に示す。図１５は、インジェクタから噴射していない状態を示している。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第２のノズルニードル２５の小径部２６の周囲を取り囲む第１のノズルニードル２０の小径部２１の側壁にはこの側壁を径方向に貫通する燃料通孔２０ｂが複数形成されている。燃料溜まり６２から燃料通孔２０ｂに供給された高圧燃料は第２のノズルニードル２５をリフト方向に付勢する。第１のニードル２０はストッパ８６を介して第１の付勢手段としての第１スプリング７２により第１の弁座１１ａに向けて付勢されている。第１スプリング７２の一方の端部はストッパ８６に当接し、第１スプリング７２の他方の端部はディスタンスピース等に当接している。
【００４９】
ピストンエンド２８はロッド４４および係止板８７を介してコマンドピストン４０と連結されており、第２のノズルニードル２５は第１の圧力制御室６５内の燃料圧力から受ける力と第２の付勢手段としての第２スプリング７３の付勢力とにより第２の弁座１１ｂに向けて付勢されている。第２スプリング７３は一方の端部を係止板８７に当接し、他方の端部をインジェクタボディ等に当接している。
【００５０】
電磁コイル５７への通電をオンすると、アウタバルブ５４がリフトしてインナバルブ５５と弁座５４ａが当接することにより燃料通路６１から第１の圧力制御室６５への高圧燃料の供給が遮断される。さらに、第１の圧力制御室６５とリーク用の燃料通路６３とが連通するので、第１の圧力制御室６５内の高圧燃料が燃料通路６３から排出され第１の圧力制御室６５内の燃料圧力が低下する。第１の圧力制御室６５内の燃料圧力の低下にともない第２のノズルニードル２５が弁座１１ｂから離座し、第２の噴孔３２からまず燃料噴射が開始される。
【００５１】
第２のノズルニードル２５がさらにリフトするとピストンエンド２８がストッパ８６に係止しピストンエンド２８がストッパ８６に係止した状態のまま第２のノズルニードル２５がリフトする。これにより第１のノズルニードル２０がストッパ８６とともにリフトして第１の弁座１１ａから離座し、第２の噴孔３２に加えて第１の噴孔３１からも燃料噴射が開始される。
【００５２】
第４実施例では、第２のノズルニードル２５をまずリフトさせて第２の噴孔３２から噴射を開始し、続いて第１のノズルニードル２０をリフトさせて第１の噴孔３１から噴射させるようにしている。第１の噴孔３１および第２の噴孔３２からの噴射順序が第１実施例と逆になっているが、第１実施例と同様に初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができるので排気ガス中への有害物質の混入を低下できる。また、良好に微粒化された噴霧の分布が拡大するので、燃焼効率が上昇することにより燃費を向上することができる。
【００５３】
（第５実施例）
本発明の第５実施例を図１６に示す。第４実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第１のノズルニードル２０は第１スプリング７２および第２スプリング７３の付勢力により第１の弁座１１ａに向けて付勢されている。第１スプリング７２と第２スプリング７３との間には係止板８７が介在している。第１スプリング７２の一方の端部はストッパ８６に当接し、他方の端部は第１の付勢手段の係止部としての係止板８７に当接している。第２のノズルニードル２５は、第２スプリング７３の付勢力により第２の弁座１１ｂに向けて付勢されている。第２スプリング７３の一方の端部は係止板８７に当接し、他方の端部はインジェクタボディ等に当接している。
【００５４】
電磁コイル５７への通電をオンすると、アウタバルブ５４が弁座５２ａから離座して第１の圧力制御室６５内の高圧燃料が燃料通路６３から排出される。そして第２の弁座１１ｂに向けて第２のノズルニードル２５を付勢する第１の圧力制御室６５内の燃料圧力が低下すると、第２のノズルニードル２５が第２の弁座１１ｂから離座し第２の噴孔３２から燃料噴射が開始される。第２のノズルニードル２５のリフトにともない係止板８７も上方に移動するので第１スプリング７２の軸方向長が長くなるとともに第２スプリング７３の軸方向長は短くなる。第２のノズルニードル２５のリフト中は第２スプリング７３の付勢力は第１のノズルニードル２０には働かないので、第１スプリング７２の軸方向長が長くなると第１のノズルニードル２０が第１スプリング７２から第１の弁座１１ａ方向に受ける付勢力が低下する。そして、第１のノズルニードル２０が第１の弁座１１ａから離座し、第２の噴孔３２に加えて第１の噴孔３１からも燃料噴射が開始される。
【００５５】
第５実施例では、第１の噴孔３１および第２の噴孔３２からの噴射順序が第２実施例と逆になっているが、第２実施例と同様に初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができるので排気ガス中への有害物質の混入を低下できる。また、良好に微粒化された噴霧の分布が拡大するので、燃焼効率が上昇することにより燃費を向上することができる。
【００５６】
（第６実施例）
本発明の第６実施例を図１７に示す。第４実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第１のノズルニードル２０の反噴射側の端部には、燃料通路８２を介して第１の圧力制御室６５と連通する第２の圧力制御室８８が形成されている。第２の圧力制御室８８は第１の弁座１１ａに向けて第１のノズルニードル２０を付勢する第１の付勢手段として作用する。第１の圧力制御室６５と第２の圧力制御室８８とを連通する燃料通路８２を含む燃料通路の容積は第１の圧力制御室６５の容積よりも十分大きくなるように設定されている。第１のノズルニードル２０は受圧部材８９を介して第２の圧力制御室８８内の燃料圧力から第１の弁座１１ａ方向に付勢力を受ける。ロッド４４は往復移動可能に受圧部材８９に貫挿されている。
【００５７】
電磁コイル５７への通電がオンすると、アウタバルブ５４が弁座５２ａから離座して第１の圧力制御室６５内の高圧燃料が燃料通路６３から排出される。そして第２の弁座１１ｂに向けて第２のノズルニードル２５を付勢する第１の圧力制御室６５内の燃料圧力が低下すると、第２のノズルニードル２５が第２の弁座１１ｂから離座し第２の噴孔３２から燃料噴射が開始される。第２の圧力制御室８８内の燃料圧力は第１の圧力制御室６５内の圧力低下に遅れて圧力が低下する。第２のノズルニードル２５のリフト途中で第２の圧力制御室８８内の燃料圧力が所定圧以下になると、第１のノズルニードル２０が第１の弁座１１ａから離座し第１の噴孔３１から燃料噴射が開始される。
【００５８】
第６実施例は、第１の噴孔３１および第２の噴孔３２からの噴射順序が第３実施例と逆になっているが、第３実施例と同様に初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができるので排気ガス中への有害物質の混入を低下できる。また、良好に微粒化された噴霧の分布が拡大するので、燃焼効率が上昇することにより燃費を向上することができる。
【００５９】
以上説明した本発明の実施例では、少なくとも一つの圧力制御室を設けてノズルニードルのリフト時期を制御したが、本発明では、圧力制御室を設けずに電磁コイルの吸引力だけでノズルニードルのリフト時期を制御することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射装置のインジェクタの断面図を示す図３のＩ線部分の拡大図である。
【図２】図１のII- II線断面図である。
【図３】本発明の第１実施例による燃料噴射装置のインジェクタを示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施例による燃料噴射装置を燃料供給システムに適用した一実施例を示す模式的構成図である。
【図５】第１実施例のインジェクタの作動を示すものであり、（Ａ）はインジェクタの閉弁状態を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は第１の噴孔からの燃料噴射状態を示す模式的断面図であり、（Ｃ）は第１の噴孔および第２の噴孔からの燃料噴射状態を示す模式的断面図であり、（Ｄ）はインジェクタの閉弁状態を示す模式的断面図である。
【図６】第１実施例の第１の圧力制御室の変化にともなう噴射率の増減を示す特性図である。
【図７】（Ａ）は比較例１の燃料噴射状態を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は比較例２の燃料噴射状態を示す模式的説明図であり、（Ｃ）は本実施例の燃料噴射状態を示す模式的説明図である。
【図８】（Ａ）は比較例１の燃料供給圧力と噴射率の時間変化を示す特性図であり、（Ｂ）は比較例２の燃料供給圧力と噴射率の時間変化を示す特性図であり、（Ｃ）は本実施例の燃料供給圧力と噴射率の時間変化を示す特性図である。
【図９】本発明の第２実施例によるインジェクタの主要部分を示す断面図である。
【図１０】図９のＸ部分の拡大断面図である。
【図１１】本発明の第３実施例による燃料噴射装置のインジェクタを示す断面図である。
【図１２】図１１のXII 線部分の拡大図である。
【図１３】図１１のXIII線部分の拡大図である。
【図１４】第３実施例のインジェクタの作動を示すものであり、（Ａ）はインジェクタの閉弁状態を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は第１の噴孔からの燃料噴射状態を示す模式的断面図であり、（Ｃ）は第１の噴孔および第２の噴孔からの燃料噴射状態を示す模式的断面図であり、（Ｄ）はインジェクタの閉弁状態を示す模式的断面図である。
【図１５】本発明の第４実施例による燃料噴射装置のインジェクタを示す模式的断面図である。
【図１６】本発明の第５実施例による燃料噴射装置のインジェクタを示す模式的断面図である。
【図１７】本発明の第６実施例による燃料噴射装置のインジェクタを示す模式的断面図である。
【図１８】従来例１のインジェクタを示す模式的断面図である。
【図１９】従来例２のインジェクタを示す模式的断面図である。
【図２０】従来例３のインジェクタを示す模式的断面図である。
【符号の説明】
３ コモンレール
１０ インジェクタ
１１ ノズルボディ
１１ａ 第１の弁座
１１ｂ 第２の弁座
２０ 第１のノズルニードル
２５ 第２のノズルニードル
２９ 第２スプリング（第２の付勢手段）
３１ 第１の噴孔
３２ 第２の噴孔
４２ 第１スプリング（第１の付勢手段）
５０ 電磁弁（電磁駆動手段）
６４、６５ 第１の圧力制御室
７２ 第１スプリング（第１の付勢手段）
７３ 第２スプリング（第２の付勢手段）
８０ インジェクタ
８４ 第２の圧力制御室
８７ 係止板（係止部）
８８ 第２の圧力制御室
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）の燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジン等においては厳しくなる排気ガス規制に対処する必要が生じている。排気ガス中に含まれる有害成分の低減、さらに燃費向上を達成するためには、燃料噴射による噴霧を時間的、空間的および質的に最適化することが望まれている。時間的には高精度な噴射率制御、空間的には広範囲の噴霧分布、質的には噴射燃料の微粒化がそれぞれ必要である。ここで噴射率とは、単位時間当たりの噴射量を示し、mm3/ms、g/ms等の単位で表される。
【０００３】
このような燃料噴射の最適化を目的とした燃料噴射装置として、特開昭６１−１３５９７９号公報、特開昭５３−１１３９２４号公報、特開昭６０−３６７７２号公報、特公昭５９−１６５８５８号公報に開示されているのが知られている。
特開昭６１−１３５９７９号公報に開示されている燃料噴射弁は、例えば図１８に示す構成からなる。燃料噴射弁１００は、第１噴孔１０５および第２噴孔１０６をそれぞれ開閉する第１針弁１０１および第２針弁１０２を有し、第１針弁１０１および第２針弁１０２をそれぞれ閉弁方向に付勢する第１リターンスプリング１０３および第２リターンスプリング１０４の付勢力と燃料供給圧から受ける力との釣り合いにより第１針弁１０１および第２針弁１０２が往復移動する。第１噴孔１０５および第２噴孔１０６の両方から燃料噴射できるので、燃料の噴霧分布が拡大する。
【０００４】
特開昭５３−１１３９２４号公報に開示されている燃料噴射ノズルも特開昭６１−１３５９７９号公報に開示されている燃料噴射弁と同様に２個の針弁とこの２個の針弁をそれぞれ閉弁方向に付勢するスプリングを有している。このため、燃料の噴霧分布が拡大するという効果を有する。
特開昭６０−３６７７２号公報に開示されている燃料噴射弁は、例えば図１９に示す構成からなる。燃料噴射弁１１０は、第１の噴孔群１１５および第２の噴孔群１１６をそれぞれ開閉する針弁１１１およびスプール１１２を有している。針弁１１１はノズルスプリング１１３により閉弁方向に付勢されており、スプール１１２はばね１１４により閉弁方向に付勢されている。電磁ソレノイド１１７への通電をオンすると、スプール１１２は電磁ソレノイド１１７に発生する磁力によりリフトし、第２の噴孔郡１１６から燃料が噴射される。針弁１１１は、燃料供給圧から受ける力がノズルスプリング１１３の付勢力よりも大きくなるとリフトし第１の噴孔群１１５から燃料を噴射する。エンジンの低負荷時には電磁ソレノイド１１７への通電はオフされており、スプール１１２がリフトしないので第１の噴孔群１１５からだけ燃料が噴射される。
【０００５】
特公昭５９−１６５８５８号公報に開示されているインジェクタは、例えば図２０に示す構成からなる。コモンレール１２３で蓄圧した高圧燃料がインジェクタ１２０に供給され、ニードル１２１の反噴射側に制御圧力室１２５を設けている。制御圧力室１２５の燃料圧力は三方弁１２４を制御することにより増減する。ニードル１２１は、コモンレール１２３から供給される燃料圧力から受ける力とスプリング１２２がニードル１２１を閉弁方向に付勢する力と制御圧力室１２５内の圧力からニードル１２１が受ける力とのバランスによりインジェクタ１２０内を往復移動する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６１−１３５９７９号公報に開示されている燃料噴射弁１００では、第１針弁１０１および第２針弁１０２の開弁タイミングは燃料噴射ポンプから供給される燃料供給圧から受ける力と第１リターンスプリング１０３および第２リターンスプリング１０４の付勢力とのバランスにより決定されので、燃料噴射時期の高精度な制御が困難である。また、第１針弁１０１の開弁圧は第２針弁１０２の開弁圧よりも低く設定されているので、低い燃料供給圧で第１針弁１０１が開弁し、初期噴射圧が低くなるので初期噴射時において燃料が良好に微粒化しない。さらに、燃料供給圧の上昇とともに第１針弁１０１および第２針弁１０２がリフトするので初期噴射率の上昇が緩やかである。このため、燃料噴射時間が長くなり排気ガス中に煤等のパティキュレートが発生し易くなるという問題がある。第１針弁１０１の開弁圧を上昇させることにより初期噴射圧は高くなるが、噴射期間が短縮されて所望の噴射量が得られない、低回転時において噴射しない領域ができる等の問題がある。
【０００７】
特開昭５３−１１３９２４号公報に開示されているインジェクタも特開昭６１−１３５９７９号公報と同様に初期噴射圧が低くなるので、噴射初期段階において燃焼室に噴射される燃料の微粒化が不十分になることによりパティキュレートが発生し易くなる。
特開昭６０−３６７７２号公報に開示されている燃料噴射弁は、エンジン負荷またはエンジン回転数等のエンジン運転状態に応じてスプール１１２を往復移動させるものである。つまり、一回の燃料噴射期間中に電磁ソレノイド１１５への通電を制御し、針弁１１１とスプール１１２のリフト時期をずらせて燃料の初期噴射率を低減することを目的とはしていない。一回の噴射期間中に針弁１１１のリフト量に応じてスプール１１２をリフトさせるためには針弁１１１のリフト時期を検知する手段が必要であるが、特開昭６０−３６７７２号公報に開示されているものにはその手段に関する開示はない。
【０００８】
特公昭５９−１６５８５８号公報に開示されるインジェクタでは、コモンレール１２３で蓄圧された高圧燃料をインジェクタ１２０に供給し、ニードル１２１の反噴射側に圧力を調整できる制御圧力室１２５を有するため、燃料噴射時期の高精度制御が可能となり、さらに燃料の初期噴射圧が高くなる。しかしながら、一つのニードル１２１だけで噴孔からの燃料噴射を制御しているので、初期噴射率が高くなってしまう。このため燃焼前に燃焼室に供給される燃料量が多くなるのでＮＯｘ発生の原因となる。
【０００９】
さらには、二つのノズルニードルを有し、この二つのノズルニードルの往復移動をそれぞれ制御するために二つの電磁駆動手段を備えることも考えられるが、部品点数が増加し装置が大型化するという問題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、排気ガス中に排出される有害物質の低減および燃費向上の可能な燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段・作用・発明の効果】
前記目的を達成するための本発明の請求項１記載の燃料噴射装置は、
燃料供給ポンプから供給された高圧燃料をコモンレールで蓄圧し、前記コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射装置であって、
軸方向に収容孔を設け、前記収容孔の周囲に前記収容孔に連通し前記コモンレールから高圧燃料を供給される燃料溜まりを設け、前記燃料溜まりよりも燃料下流側に前記燃料溜まりと連通可能な第１の噴孔を設け、前記第１の噴孔よりも燃料下流側に前記燃料溜まりと連通可能な第２の噴孔を設け、前記燃料溜まりと前記第１の噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第１の弁座を設け、前記第１の噴孔と前記第２の噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第２の弁座を設けたノズルボディと、
前記収容孔に往復移動可能に収容され、前記第１の弁座に着座することにより前記燃料溜まりと前記第１の噴孔との連通を遮断する中空筒状の第１のノズルニードルと、
前記第１のノズルニードルに往復移動可能に収容され、前記第２の弁座に着座することにより前記燃料溜まりと前記第２の噴孔との連通を遮断するとともに、前記第１のノズルニードルのリフト途中で前記第１のノズルニードルにより係止され、この係止した状態で前記第１のノズルニードルによりリフトされる第２のノズルニードルと、
前記第１の弁座に向けて前記第１のノズルニードルを付勢する第１の付勢手段と、
前記第２の弁座に向けて前記第２のノズルニードルを付勢する第２の付勢手段と、
前記第１のノズルニードルの往復移動を制御可能な電磁駆動手段と、
前記第１のノズルニードルの反噴射側に設けられ、前記電磁駆動手段により前記コモンレールから高圧燃料を供給可能であるとともに供給された高圧燃料を排出可能な第１の圧力制御室とを備え、
前記第１の圧力制御室内の燃料圧力が低下することによりリフトするコマンドピストンのみに当接するように設けられる前記第１のノズルニードルが前記第１の弁座から離座し、前記第１のノズルニードルのリフト進行により噴射率の上昇を経て噴射率をほぼ一定としたのちに前記第１のノズルニードルを前記第２のノズルニードルに当接し係止させ、前記第１のノズルニードルを前記第２のノズルニードルとともにリフト進行させることにより、噴射率の上昇を経て噴射率をほぼ一定とさせることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項２記載の燃料噴射装置は、請求項１記載の燃料噴射装置において、前記第２の付勢手段は、一方の端部が前記第１のノズルニードルとともに往復移動する係止部に当接し前記一方の端部よりも噴射側の他方の端部が前記第２のノズルニードルの反噴射側に当接する圧縮コイルスプリングであり、前記係止部が前記第１のノズルニードルとともにリフトすることにより前記圧縮コイルスプリングの軸長が伸び、前記第２の弁座に向けて前記第２のノズルニードルを付勢する前記圧縮コイルスプリングの付勢力が低下することにより前記第２のノズルニードルが前記第２の弁座から離座することを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項３記載の燃料噴射装置は、請求項１記載の燃料噴射装置において、前記第２の付勢手段は、前記第２のノズルニードルの反噴射側に前記第１の圧力制御室と連通するように設けられ前記電磁駆動手段により前記コモンレールから前記第１の圧力制御室を介して高圧燃料を供給可能であるとともに供給された高圧燃料を前記第１の圧力制御室を介して排出可能な第２の圧力制御室を有し、
前記第２の圧力制御室に供給された高圧燃料により前記第２のノズルニードルは前記第２の弁座に向けて付勢され、前記第１の圧力制御室の圧力低下に遅れて前記第２の圧力制御室の圧力が低下するように設定されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項４記載の燃料噴射装置は、燃料供給ポンプから供給された高圧燃料をコモンレールで蓄圧し、コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射装置であって、
軸方向に収容孔を設け、前記収容孔の周囲に前記収容孔に連通し前記コモンレールから高圧燃料を供給される燃料溜まりを設け、前記燃料溜まりよりも燃料下流側に前記燃料溜まりと連通可能な第１の噴孔を設け、前記第１の噴孔よりも燃料下流側に前記燃料溜まりと連通可能な第２の噴孔を設け、前記燃料溜まりと前記第１の噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第１の弁座を設け、前記第１の噴孔と前記第２の噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第２の弁座を設けたノズルボディと、
前記収容孔に往復移動可能に収容され、前記第１の弁座に着座することにより前記燃料溜まりと前記第１の噴孔との連通を遮断する中空筒状の第１のノズルニードルと、
前記第１のノズルニードルに往復移動可能に収容され、前記第２の弁座に着座することにより前記燃料溜まりと前記第２の噴孔との連通を遮断する第２のノズルニードルと、
前記第１の弁座に向けて前記第１のノズルニードルをストッパを介して付勢する第１の付勢手段と、
前記第２の弁座に向けて前記第２のノズルニードル付勢する第２の付勢手段と、
前記第２のノズルニードルの往復移動を制御可能な電磁駆動手段と、
前記第２のノズルニードルの反噴射側に設けられ、前記電磁駆動手段により前記コモンレールから高圧燃料を供給可能であるとともに供給された高圧燃料を排出可能な第１の圧力制御室とを備え、
前記第１の圧力制御室内の燃料圧力が低下することにより前記第２のノズルニードルが前記第２の弁座から離座し、前記第２のノズルニードルのリフト進行により噴射率の上昇を経て噴射率をほぼ一定としたのちに、前記第２のノズルニードルが前記ストッパに係止した状態のまま前記第２のノズルニードルを前記第１のノズルニードルとともにリフト進行させることにより、噴射率の上昇を経て噴射率をほぼ一定とさせることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項５記載の燃料噴射装置は、請求項４記載の燃料噴射装置において、前記第１の付勢手段は、一方の端部が前記第２のノズルニードルとともに往復移動する係止部に当接し前記一方の端部よりも噴射側の他方の端部が前記第１のノズルニードルの反噴射側に当接する圧縮コイルスプリングであり、前記係止部が前記第２のノズルニードルとともにリフトすることにより前記圧縮コイルスプリングの軸長が伸び、前記第１の弁座に向けて前記第１のノズルニードルを付勢する前記圧縮コイルスプリングの付勢力が低下することにより前記第１のノズルニードルが前記第１の弁座から離座することを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項６記載の燃料噴射装置は、請求項４記載の燃料噴射装置において、前記第１の付勢手段は、前記第１のノズルニードルの反噴射側に前記第１の圧力制御室と連通するように設けられ、前記電磁駆動手段により前記コモンレールから前記第１の圧力制御室を介して高圧燃料を供給可能であるとともに供給された高圧燃料を前記第１の圧力制御室を介して排出可能な第２の圧力制御室を有し、
前記第２の圧力制御室に供給された高圧燃料により前記第１のノズルニードルは前記第１の弁座に向けて付勢され、前記第１の圧力制御室の圧力低下に遅れて前記第２の圧力制御室の圧力が低下するように設定されることを特徴とする。
【００１８】
前述した本発明の燃料噴射装置によると、第１のノズルニードルのリフトに遅れて第２のノズルニードルがリフトするか、または第２のノズルニードルのリフトに遅れて第１のノズルニードルがリフトすることにより、二段階の燃料噴射率で燃料を噴射するので燃料の噴霧分布が拡大する。また、コモンレールで蓄圧された高圧燃料が供給され、電磁駆動手段で第１のノズルニードルまたは第２のノズルニードルの往復移動を制御することにより、噴射時期および噴射量を高精度に制御できる。また、初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができるので、初期噴射時において燃料が良好に微粒化して燃焼室内に噴射され燃焼効率が高くなる。このため、ＮＯｘや煤等のパティキュレートの発生を低減するとともに燃費が向上する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による燃料噴射装置を適応した燃料供給システムの一例を図４に示す。
【００２０】
高圧燃料供給ポンプ１から燃料配管２を通してコモンレール３に供給された高圧燃料は、コモンレール３内の蓄圧室で一定の高圧に蓄圧され、燃料配管４を介して各気筒に配設されたインジェクタ１０に供給される。インジェクタ１０に供給された燃料のうち余剰燃料は燃料タンク５にリターンされる。
図３に示すように、インジェクタ１０のノズルボディ１１内には中空円筒状の第１のノズルニードル２０が往復移動可能に収容され、この第１のノズルニードル２０内に第２のノズルニードル２５が往復移動可能に収容されている。第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５の反噴射方向側には第１の圧力制御室６４が設けられており、第１の圧力制御室６４内の燃料圧力を制御することによりインジェクタ１０の噴射時期および噴射量を調整することができる。
【００２１】
コモンレール３から供給される高圧燃料は、燃料インレット７１、燃料通路６１を介して燃料溜まり６２に供給され、かつ電磁駆動手段である電磁弁５０の制御により、第１の圧力制御室６４に供給可能であるとともに燃料通路６３から燃料アウトレット７２を経て燃料タンク５に排出可能である。
図１に示すように、中空円筒状の第１のノズルニードル２０は燃料噴射側から小径部２１、大径部２２がこの順で一体に形成されている。小径部２１の先端はノズルボディ１１の内壁に形成された第１の弁座１１ａに着座可能であり、小径部２１の先端が第１の弁座１１ａに着座することにより燃料溜まり６２と第１の噴孔３１との連通を遮断している。大径部２２の端部はピストンピン４１と当接しており、コマンドピストン４０を付勢する第１の付勢手段としての第１スプリング４２の付勢力により第１のノズルニードル２０は第１の弁座１１ａに向けて付勢されている。コマンドピストン４０の反噴射側端部には受圧ピストン４３（図３参照）が形成されており、この受圧ピストン４３が第１の圧力制御室６４の燃料圧力から受ける力により第１のノズルニードル２０は第１の弁座１１ａに向けて付勢されている。図１に示すように、第１のノズルニードル２０は大径部２２の端部がディスタンスピース１３の下端面に係止することによりリフト量を規制されている。また、第１のノズルニードル２０の内壁に配設されたシム３５は、第１のノズルニードル２０のリフト途中で後述する第２のノズルニードル２５の大径部２７の端面２７ａに係止し、第２のノズルニードル２５に第１のノズルニードル２０が係止した状態で第２の付勢手段としての第２スプリング２９の付勢力に抗して第１のノズルニードル２０が第２のノズルニードル２５をリフトさせる。
【００２２】
第１のノズルニードル２０の小径部２１と大径部２２との境界部外壁周囲には受圧面２３が形成されており、燃料溜まり６２内の高圧燃料から受ける力により第１のノズルニードル２０はリフト方向に力を受けている。
図２に示すように、４本のピストンピン４１はディスタンスピース１３に往復移動可能に挿入されている。本実施例ではコマンドピストン４０とピストンピン４１とを一体に形成したが、本発明では別体に形成することも可能である。
【００２３】
第２のノズルニードル２５は、燃料噴射側から小径部２６、大径部２７、ニードルエンド２８がこの順で形成されている。小径部２６の先端部はノズルボディ１１の内壁に形成された第２の弁座１１ｂに着座可能であり、第２の弁座１１ｂに着座することにより燃料溜まり６２と第２の噴孔３２との連通が遮断される。第１のノズルニードル２０のリフト途中で大径部２７の端面２７ａにシム３５が係止される。ニードルエンド２８の端面にはディスタンスピース１３内に収容された第２スプリング２９が当接しており、この第２スプリング２９により第２のノズルニードル２５は第２の弁座１１ｂに向けて付勢されている。
【００２４】
第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５がそれぞれ第１の弁座１１ａおよび第２の弁座１１ｂに着座した図１に示す状態において、シム３５と大径部２７とが軸方向に形成するクリアランスｈ1 と、大径部２２とディスタンスピース１３とが軸方向に形成するクリアランスｈ2 との関係は、ｈ1 ≦ｈ2 である。このため、第１のノズルニードル２０がディスタンスピース１３に係止される前にシム３５が大径部２７の端面２７ａに係止される。
【００２５】
第１の噴孔３１は燃料溜まり６２よりも燃料下流側に設けられ、第２の噴孔３２は第１の噴孔３１よりも燃料下流側に設けられている。第１の弁座１１ａは燃料溜まり６２と第１の噴孔３１との間に設けられ、第２の弁座１１ｂは第１の噴孔３１と第２の噴孔３２との間に設けられている。第１の噴孔３１の燃料入口側には第１のノズルニードル２０と第２のノズルニードル２５とにより囲まれた油圧室３３が形成されており、第１のノズルニードル２０のリフト時第１の噴孔３１から初期噴射される燃料を一時的に蓄えている。第２の弁座１１ｂよりも燃料下流側には第２の噴孔３２と連通するサック室３４が形成されており、第２のノズルニードル２５のリフト時第２の噴孔３２から初期噴射される燃料を一時的に蓄えている。
【００２６】
後述する電磁コイル部５１への通電オフ時、圧力制御室６４に高圧燃料が供給されていると、第１のノズルニードル２０が第１スプリング４２から第１の弁座１１ａに向けて受ける付勢力と第１の圧力制御室６４内の燃料圧力から第１の弁座１１ａに向けて受ける力との和は燃料溜まり６２内の燃料圧力によりリフト方向に受ける力よりも大きくなるので、第１のノズルニードル２０は第１の弁座１１ａに着座している。電磁コイル部５１への通電オン時、第１の圧力制御室６４内の高圧燃料が燃料通路６３から排出され圧力制御室６４内の燃料圧力が低下すると第１のノズルニードル２０は第１の弁座１１ａから離座しリフトする。
【００２７】
第２のノズルニードル２５が燃焼室内とほぼ等しいサック室３４内の燃料圧力からリフト方向に受ける力は第２スプリング２９から第２の弁座１１ｂに向けて受ける付勢力よりも小さいので第２のノズルニードル２５は第２の弁座１１ｂに着座している。
電磁弁５０の電磁コイル部５１およびバルブボディ５２はリテーニングナット５３によりインジェクタボディ１２と連結されている。バルブボディ５２内にはアウタバルブ５４が往復移動可能に収容されており、このアウタバルブ５４にインナバルブ５５が収容されている。アウタバルブ５４はアーマチャ５６に連結されており、図示しないスプリングによりアーマチャ５６が図３の下方に付勢されることによりアウタバルブ５４はバルブボディ５２の内壁に形成された弁座５２ａに着座している。
【００２８】
電磁コイル部５１への通電オフ時、アウタバルブ５４は図示しないスプリングの付勢力により弁座５２ａに着座しており、アウタバルブ５４の内壁に形成された弁座５４ａとインナバルブ５５との間にはクリアランスが形成されている。このため、燃料通路６１に供給される高圧燃料はアウタバルブ５４の側壁を貫通して形成される燃料通孔５４ｂを経て第１の圧力制御室６４に供給される。
【００２９】
次にインジェクタ１０の作動を図５に基づいて説明する。
(1) 図５の（Ａ）に示すように、電磁コイル部５１の電磁コイル５７への通電オフ時、アウタバルブ５４は図示しないスプリングの付勢力により弁座５２ａに着座しており、インナバルブ５５と弁座５４ａとの間にクリアランスが形成される。このため、燃料通路６１、燃料通孔５４ｂを経て第１の圧力制御室６４に高圧燃料が供給されている。第１のノズルニードル２０が燃料溜まり６２内の燃料圧力からリフト方向に受ける力は、第１スプリング４２の第１の弁座１１ａ方向への付勢力と第１の圧力制御室６４内の燃料圧力から第１の弁座１１ａ方向に受ける力との和よりも小さいので、第１のノズルニードル２０は第１の弁座１１ａに着座している。このとき、第２のノズルニードル２５は第２スプリング２９の付勢力により第２の弁座１１ｂに着座している。
【００３０】
(2) 図５の（Ｂ）に示すように、電磁コイル５７への通電をオンすると電磁コイル５７に発生する磁力によりアーマチャ５６とともにアウタバルブ５４が吸引されアウタバルブ５４は弁座５２ａから離座する。アウタバルブ５４が吸引されると、アウタバルブ５４の内壁に形成された弁座５４ｂとインナバルブ５５が当接し、燃料通路６１から第１の圧力制御室６４への燃料供給が遮断されるとともに、第１の圧力制御室６４と燃料通路６３とが連通する。すると、第１の圧力制御室６４内の高圧燃料が燃料通路６３を経て燃料タンク５にリターンされる。すると、第１の圧力制御室６４内の燃料圧力が低下することにより、第１のノズルニードル２０が第１の圧力制御室６４内の燃料圧力から受ける力と第１スプリング４２の付勢力との和は燃料溜まり６２内の燃料圧力により第１のノズルニードル２０がリフト方向に受ける力よりも小さくなるので、第１のノズルニードル２０は第１の弁座１１ａから離座する。シム３５が端面２７ａと当接していない状態では、第２のノズルニードル２５は第２スプリング２９の付勢力により第２の弁座１１ｂに着座したままである。第１のノズルニードル２０が第１の弁座１１ａから離座することにより第１の噴孔３１から燃料が噴射される。第１のノズルニードル２０が弁座１１ａから離座すると、第１のノズルニードル２０の小径部２１の先端部も高圧燃料からリフト方向に力を受けるので、図６に示すように第１のノズルニードル２０のリフト速度が上昇し初期噴射率が速やかに上昇する。さらに第１のノズルニードル２０がリフトするとインジェクタ１０の噴射率はほぼ一定値になる。
【００３１】
(3) 図５の（Ｃ）に示すように、第１のノズルニードル２０がさらにリフトするとシム３５と端面２７ａとが当接し、第２スプリング２９の第２の弁座１１ｂ方向への付勢力に抗して第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５がともにリフトする。そして、第２のノズルニードル２５が第２の弁座１１ｂから離座すると第２の噴孔３２から燃料が噴射される。第１の噴孔３１に加えて第２の噴孔３２からも燃料が噴射されることにより、図６に示すようにインジェクタ１０の噴射率が再び上昇する。第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５がさらにリフトすると噴射率は一定値になる。図６に示すように、初期噴射時に噴射率が素早く上昇してほぼ一定値になり、さらに噴射率が素早く上昇してほぼ一定値になるような二段階の噴射率の変化を「ブーツ型噴射」という。
【００３２】
リーク燃料通路である燃料通路６３の燃料入口の絞りを調整することにより、第１の圧力制御室６４からのリーク燃料量を変更できる。つまり、第１の圧力制御室６４内の燃料圧力の低下速度を調整することにより噴射率を制御可能である。
(4) 図５の（Ｄ）に示すように、電磁コイル５７への通電をオフするとアウタバルブ５４が弁座５２ａに着座し、燃料通路６１から第１の圧力制御室６４に高圧燃料が供給される。すると、第１のノズルニードル２０は第１の圧力制御室６４内の燃料圧力により第１の弁座１１ａ方向に力を受けて速やかに下降する。第１のノズルニードル２０が第１の弁座１１ａに着座すると第１の噴孔３１からの燃料噴射が終了する。第１のノズルニードル２０の下降に伴い第２のノズルニードル２５は第２スプリング２９の付勢力により第２の弁座１１ｂに向けて下降する。第１のノズルニードル２０の着座とほぼ同時に第２のノズルニードル２５が第２の弁座１１ｂに着座することにより第２の噴孔３２からの噴射が終了し、インジェクタ１０からの燃料噴射が終了する。
【００３３】
次に、比較例１および比較例２と比較して本実施例の作動および効果を説明する。
比較例１は第１実施例と同様に中空円筒状の第１のノズルニードルおよびこの第１のノズルニードルの内壁に往復移動可能に収容される第２のノズルニードルを有するが、電磁弁およびこの電磁弁により圧力を調整される圧力制御室をもたず、燃料供給ポンプからの燃料供給圧の変化に応じて図８の（Ａ）に示すような噴射率特性を示す燃料噴射装置である。このため、第１のノズルニードルおよび第２のノズルニードルのリフトタイミングは、第１のノズルニードルおよび第２のノズルニードルをそれぞれ下降方向に付勢するスプリングの付勢力と燃料供給圧から第１のノズルニードルおよび第２のノズルニードルがリフト方向に受ける力とのバランスにより決定される。このため、初期噴射時の噴射圧力が小さいので、図７の（Ａ）に示すように燃焼室に噴射された燃料が良好に微粒化せず燃焼不良の原因となる。また、低い燃料供給圧で第１のノズルニードルが開弁することにより噴射期間が長くなるので、燃費が低下しかつ噴射のシャープカット性が低下する。
【００３４】
この問題を解決するため中空円筒状の第１のノズルニードルのリフトタイミングを電磁弁で制御しても、第２のノズルニードルのリフトタイミングはあくまでも第２のノズルニードルを下降方向に付勢するスプリングの付勢力と燃料供給圧力から受ける力とのバランスによって決定される。このため電磁弁の通電を制御して第１のノズルニードルのリフト時期をずらせることにより初期噴射圧力を増加させることはできるが初期噴射率を低減することはできない。
【００３５】
比較例２は、一つのノズルニードルをもち、このノズルニードルの反噴射方向側に電磁弁で圧力制御される圧力制御室を有する。燃料供給ポンプから供給される高圧燃料はコモンレールで蓄圧されてインジェクタに供給される。比較例２では、一定圧の高圧燃料がインジェクタに供給されているので、圧力制御室内の燃料圧力を低下させノズルニードルがリフトすると、噴射初期段階から高圧燃料が燃焼室に噴射される。このため、図７の（Ｂ）に示すように燃料が良好に微粒化される。しかし、図８の（Ｂ）に示すように初期噴射率が大きくなるので、ＮＯｘの発生量が増加するという欠点がある。
【００３６】
比較例１および比較例２に比較して第１実施例の構成では、コモンレール３から一定圧の高圧燃料が供給されているインジェクタ１０の電磁コイル５７への通電を制御し、第１のノズルニードル２０が所定量リフトしてから第２のノズルニードル２５がリフトする構成である。つまり、第１の噴孔３１からの燃料噴射から所定時間遅れて第２の噴孔３２から燃料が噴射される。このため、燃料の噴射時期および噴射量を高精度に制御できるとともに、初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができるので排気ガス中への有害物質の混入を低下できる。また、噴霧分布が大きく燃料が良好に微粒化されているので、燃焼効率が上昇することにより燃費を向上することができる。
【００３７】
また、電磁コイル５７への通電期間を調整することによりインジェクタ１０の噴射期間を任意に設定できる。第１の噴孔３１だけの噴射期間は、第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５の軸方向に形成されるクリアランスまたは第１の圧力制御室６４からリークする燃料の燃料通路の絞りを調整することにより制御できる。
【００３８】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図９および図１０に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５が第１の弁座１１ａおよび第２の弁座１１ｂにそれぞれ着座しているとき、シム３５と大径部２７の端面２７ａとの軸方向に形成されるクリアランスｈ1 と、大径部２２とディスタンスピース７７との軸方向に形成されるクリアランスｈ2 との間には、ｈ1 ≧ｈ2 の関係がある。また、第２の付勢手段としての第２スプリング２９の一方の端部はピストンエンド２８に当接し、第２スプリング２９の他方の端部はコマンドピストン７６の係止部７６ａに当接している。
【００３９】
電磁コイルへの通電がオンされ第１のノズルニードル２０が第１の弁座１１ａから離座し第１のノズルニードル２０とともにコマンドピストン７６がリフトすると、第２スプリング２９の軸方向長が伸びる。第２スプリング２９の軸方向長が伸びると第２の弁座１１ｂに向けて第２のノズルニードル２５を付勢する力が減少し、第１のノズルニードル２０がディスタンスピース７７の下端面に当接する前に第２スプリング２９の付勢力の減少に伴い第２のノズルニードル２５が第２の弁座１１ｂから離座する。第２のノズルニードル２５が第２の弁座１１ｂから離座すると燃料溜まり６２から流入する高圧燃料の圧力により第２のノズルニードル２５はリフト方向に大きな力を受けることになるので第１実施例と同様に初期噴射圧が速やかに上昇する。
【００４０】
第２実施例でも第１実施例と同様にいわゆるブーツ型噴射が可能となるので、排ガス中に発生するＮＯｘおよびパティキュレートの量を減少することができる。
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図１１、図１２、図１３および図１４に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
【００４１】
図１１、図１２および図１３に示すように、ピストンエンド２８の反噴射側には燃料通路８１、８２および８３を介して第１の圧力制御室６４と連通する第２の圧力制御室８４が形成されている。第２の圧力制御室８４は、ピストンエンド２８とコマンドピストン８５とにより区画形成されている。第２の圧力室８４は第２の弁座１１ｂに向けて第２のノズルニードル２５を付勢する第２の付勢手段として作用する。燃料通路８１、８２および８３と第２の圧力制御室８４との容積の和は第１の圧力制御室６４の容積よりも十分に大きくなるように設定されている。
【００４２】
電磁コイル部５１の通電がオンされアウタバルブ５４が弁座５２ａから離座すると第１の圧力制御室６４と燃料通路６３とが連通し第１の圧力制御室６４内の高圧燃料が燃料通路６３を介して燃料タンクに流出する。第１の圧力制御室６４内の燃料圧力の低下にともない第１のノズルニードル２０はリフトを開始し、第１の噴孔３１から燃料が噴射される。しかしながら、第２の圧力制御室８４と燃料通路８１、８２および燃料通路８３との容積の和は第１の第１の圧力制御室６４の容積よりも十分に大きく設定されているので第１の圧力制御室６４内の燃料圧力の低下開始から遅れて第２の圧力制御室８４内の燃料圧力が低下する。これにより、第１のノズルニードル２０がリフトしてから第２のノズルニードル２５がリフトし、第２の噴孔３２から燃料が噴射される。第２のニードル２５が一旦リフトすると燃料通路６１を介して第２のニードル２５の先端部に供給される高圧燃料の圧力により第２のノズルニードル２５はリフト方向に大きな力を受ける。これにより第２のノズルニードル２５はリフトを開始してからリフト速度が急速に上昇する。第３実施例ではｈ1 ≧ｈ2 に設定されている。
【００４３】
第１の噴孔３１に対する第２の噴孔３２からの噴射開始の時間遅れは燃料通路８１、８２および８３の径または長さを変更することにより調整することができる。
次にインジェクタ８０の作動を図１４に基づいて説明する。
(1) 図１４の（Ａ）に示すように、電磁コイル部５１の電磁コイル５７への通電オフ時、アウタバルブ５４は図示しないスプリングの付勢力により弁座５２ａに着座しており、インナバルブ５５と弁座５４ａとの間にクリアランスが形成されている。このため、燃料通路６１、燃料通孔５４ｂを経て第１の圧力制御室６４に高圧燃料が供給されている。第１のノズルニードル２０が燃料溜まり６２内の燃料圧力からリフト方向に受ける力は、第１スプリング４２から第１の弁座１１ａに向けて受ける付勢力と第１の圧力制御室６４内の燃料圧力から第１の弁座１１ａに向けて受ける力との和よりも小さいので、第１のノズルニードル２０は第１の弁座１１ａに着座している。このとき、第２の圧力制御室８４には第１の圧力制御室６４から高圧燃料が供給されているので、第２のノズルニードル２５は第２の圧力制御室８４内の燃料圧力から第２の弁座１１ｂに向けて受ける力により第２の弁座１１ｂに着座している。
【００４４】
(2) 図１４の（Ｂ）に示すように、電磁コイル５７への通電をオンすると電磁コイル５７に発生する磁力によりアーマチャ５６とともにアウタバルブ５４が吸引されアウタバルブ５４は弁座５２ａから離座する。アウタバルブ５４が吸引されると、アウタバルブ５４の内壁に形成された弁座５４ｂがインナバルブ５５と当接し、燃料通路６１から第１の圧力制御室６４への燃料供給が遮断されるとともに、第１の圧力制御室６４と燃料通路６３とが連通する。そして、第１の圧力制御室６４内の高圧燃料が燃料通路６３を経て燃料タンク５にリターンされる。すると第１の圧力制御室６４内の燃料圧力が低下することにより、第１のノズルニードル２０は燃料溜まり６２内の燃料圧力から受ける力により第１の弁座１１ａから離座し、燃料溜まり６２から供給される高圧燃料が第１の噴孔３１から噴射される。第１のノズルニードル２０が弁座１１ａから離座すると、第１のノズルニードル２０がリフト方向に受ける受圧面積が増加するので、第１のノズルニードル２０のリフト速度が上昇し初期噴射圧が速やかに増加する。第１のノズルニードル２０がさらに上昇すると噴射圧および噴射率は一定値になる。
【００４５】
図１４の（Ｂ）に示す第１の噴孔３１からの初期噴射段階では、まず第１の圧力制御室６４内の高圧燃料が燃料通路６３から排出されており、第２の圧力制御室８４内の高圧燃料は僅かに燃料通路８２を介して燃料通路６３から排出されているだけであり、第２のノズルニードル２５は第２の弁座１１ｂに着座したままである。
【００４６】
(3) 図１４の（Ｃ）に示すように、第２の圧力制御室８４から排出可能な程度に第１の圧力制御室６４内の燃料圧力が低下すると、第２の圧力制御室８４内の燃料圧力が低下し、第２のノズルニードル２５が第２の弁座１１ｂから離座して第２の噴孔３２から燃料が噴射される。第１の噴孔３１に加えて第２の噴孔３２からも燃料が噴射されることにより、インジェクタ８０の噴射率および噴射圧が再び上昇し、さらに第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５がリフトするとほぼ一定値になる。
【００４７】
(4) 図１４の（Ｄ）に示すように、電磁コイル５７への通電をオフするとアウタバルブ５４が弁座５２ａに着座し、燃料通路６１から第１の圧力制御室６４に高圧燃料が供給され、さらに燃料通路８１、８２、８３を介して第２の圧力制御室８４に高圧燃料が供給される。すると、第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５はそれぞれ第１の圧力制御室６４および第２の圧力制御室８４内の燃料圧力により第１の弁座１１ａおよび第２の弁座１１ｂ方向に力を受けて速やかに下降する。第１のノズルニードル２０および第２のノズルニードル２５がそれぞれ第１の弁座１１ａおよび第２の弁座１１ｂに着座するとインジェクタ８０からの燃料噴射が終了する。
【００４８】
（第４実施例）
本発明の第４実施例を図１５に示す。図１５は、インジェクタから噴射していない状態を示している。第１実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第２のノズルニードル２５の小径部２６の周囲を取り囲む第１のノズルニードル２０の小径部２１の側壁にはこの側壁を径方向に貫通する燃料通孔２０ｂが複数形成されている。燃料溜まり６２から燃料通孔２０ｂに供給された高圧燃料は第２のノズルニードル２５をリフト方向に付勢する。第１のニードル２０はストッパ８６を介して第１の付勢手段としての第１スプリング７２により第１の弁座１１ａに向けて付勢されている。第１スプリング７２の一方の端部はストッパ８６に当接し、第１スプリング７２の他方の端部はディスタンスピース等に当接している。
【００４９】
ピストンエンド２８はロッド４４および係止板８７を介してコマンドピストン４０と連結されており、第２のノズルニードル２５は第１の圧力制御室６５内の燃料圧力から受ける力と第２の付勢手段としての第２スプリング７３の付勢力とにより第２の弁座１１ｂに向けて付勢されている。第２スプリング７３は一方の端部を係止板８７に当接し、他方の端部をインジェクタボディ等に当接している。
【００５０】
電磁コイル５７への通電をオンすると、アウタバルブ５４がリフトしてインナバルブ５５と弁座５４ａが当接することにより燃料通路６１から第１の圧力制御室６５への高圧燃料の供給が遮断される。さらに、第１の圧力制御室６５とリーク用の燃料通路６３とが連通するので、第１の圧力制御室６５内の高圧燃料が燃料通路６３から排出され第１の圧力制御室６５内の燃料圧力が低下する。第１の圧力制御室６５内の燃料圧力の低下にともない第２のノズルニードル２５が弁座１１ｂから離座し、第２の噴孔３２からまず燃料噴射が開始される。
【００５１】
第２のノズルニードル２５がさらにリフトするとピストンエンド２８がストッパ８６に係止しピストンエンド２８がストッパ８６に係止した状態のまま第２のノズルニードル２５がリフトする。これにより第１のノズルニードル２０がストッパ８６とともにリフトして第１の弁座１１ａから離座し、第２の噴孔３２に加えて第１の噴孔３１からも燃料噴射が開始される。
【００５２】
第４実施例では、第２のノズルニードル２５をまずリフトさせて第２の噴孔３２から噴射を開始し、続いて第１のノズルニードル２０をリフトさせて第１の噴孔３１から噴射させるようにしている。第１の噴孔３１および第２の噴孔３２からの噴射順序が第１実施例と逆になっているが、第１実施例と同様に初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができるので排気ガス中への有害物質の混入を低下できる。また、良好に微粒化された噴霧の分布が拡大するので、燃焼効率が上昇することにより燃費を向上することができる。
【００５３】
（第５実施例）
本発明の第５実施例を図１６に示す。第４実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第１のノズルニードル２０は第１スプリング７２および第２スプリング７３の付勢力により第１の弁座１１ａに向けて付勢されている。第１スプリング７２と第２スプリング７３との間には係止板８７が介在している。第１スプリング７２の一方の端部はストッパ８６に当接し、他方の端部は第１の付勢手段の係止部としての係止板８７に当接している。第２のノズルニードル２５は、第２スプリング７３の付勢力により第２の弁座１１ｂに向けて付勢されている。第２スプリング７３の一方の端部は係止板８７に当接し、他方の端部はインジェクタボディ等に当接している。
【００５４】
電磁コイル５７への通電をオンすると、アウタバルブ５４が弁座５２ａから離座して第１の圧力制御室６５内の高圧燃料が燃料通路６３から排出される。そして第２の弁座１１ｂに向けて第２のノズルニードル２５を付勢する第１の圧力制御室６５内の燃料圧力が低下すると、第２のノズルニードル２５が第２の弁座１１ｂから離座し第２の噴孔３２から燃料噴射が開始される。第２のノズルニードル２５のリフトにともない係止板８７も上方に移動するので第１スプリング７２の軸方向長が長くなるとともに第２スプリング７３の軸方向長は短くなる。第２のノズルニードル２５のリフト中は第２スプリング７３の付勢力は第１のノズルニードル２０には働かないので、第１スプリング７２の軸方向長が長くなると第１のノズルニードル２０が第１スプリング７２から第１の弁座１１ａ方向に受ける付勢力が低下する。そして、第１のノズルニードル２０が第１の弁座１１ａから離座し、第２の噴孔３２に加えて第１の噴孔３１からも燃料噴射が開始される。
【００５５】
第５実施例では、第１の噴孔３１および第２の噴孔３２からの噴射順序が第２実施例と逆になっているが、第２実施例と同様に初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができるので排気ガス中への有害物質の混入を低下できる。また、良好に微粒化された噴霧の分布が拡大するので、燃焼効率が上昇することにより燃費を向上することができる。
【００５６】
（第６実施例）
本発明の第６実施例を図１７に示す。第４実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第１のノズルニードル２０の反噴射側の端部には、燃料通路８２を介して第１の圧力制御室６５と連通する第２の圧力制御室８８が形成されている。第２の圧力制御室８８は第１の弁座１１ａに向けて第１のノズルニードル２０を付勢する第１の付勢手段として作用する。第１の圧力制御室６５と第２の圧力制御室８８とを連通する燃料通路８２を含む燃料通路の容積は第１の圧力制御室６５の容積よりも十分大きくなるように設定されている。第１のノズルニードル２０は受圧部材８９を介して第２の圧力制御室８８内の燃料圧力から第１の弁座１１ａ方向に付勢力を受ける。ロッド４４は往復移動可能に受圧部材８９に貫挿されている。
【００５７】
電磁コイル５７への通電がオンすると、アウタバルブ５４が弁座５２ａから離座して第１の圧力制御室６５内の高圧燃料が燃料通路６３から排出される。そして第２の弁座１１ｂに向けて第２のノズルニードル２５を付勢する第１の圧力制御室６５内の燃料圧力が低下すると、第２のノズルニードル２５が第２の弁座１１ｂから離座し第２の噴孔３２から燃料噴射が開始される。第２の圧力制御室８８内の燃料圧力は第１の圧力制御室６５内の圧力低下に遅れて圧力が低下する。第２のノズルニードル２５のリフト途中で第２の圧力制御室８８内の燃料圧力が所定圧以下になると、第１のノズルニードル２０が第１の弁座１１ａから離座し第１の噴孔３１から燃料噴射が開始される。
【００５８】
第６実施例は、第１の噴孔３１および第２の噴孔３２からの噴射順序が第３実施例と逆になっているが、第３実施例と同様に初期噴射率を低減しつつ初期噴射圧を上昇させることができるので排気ガス中への有害物質の混入を低下できる。また、良好に微粒化された噴霧の分布が拡大するので、燃焼効率が上昇することにより燃費を向上することができる。
【００５９】
以上説明した本発明の実施例では、少なくとも一つの圧力制御室を設けてノズルニードルのリフト時期を制御したが、本発明では、圧力制御室を設けずに電磁コイルの吸引力だけでノズルニードルのリフト時期を制御することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射装置のインジェクタの断面図を示す図３のＩ線部分の拡大図である。
【図２】図１のII- II線断面図である。
【図３】本発明の第１実施例による燃料噴射装置のインジェクタを示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施例による燃料噴射装置を燃料供給システムに適用した一実施例を示す模式的構成図である。
【図５】第１実施例のインジェクタの作動を示すものであり、（Ａ）はインジェクタの閉弁状態を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は第１の噴孔からの燃料噴射状態を示す模式的断面図であり、（Ｃ）は第１の噴孔および第２の噴孔からの燃料噴射状態を示す模式的断面図であり、（Ｄ）はインジェクタの閉弁状態を示す模式的断面図である。
【図６】第１実施例の第１の圧力制御室の変化にともなう噴射率の増減を示す特性図である。
【図７】（Ａ）は比較例１の燃料噴射状態を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は比較例２の燃料噴射状態を示す模式的説明図であり、（Ｃ）は本実施例の燃料噴射状態を示す模式的説明図である。
【図８】（Ａ）は比較例１の燃料供給圧力と噴射率の時間変化を示す特性図であり、（Ｂ）は比較例２の燃料供給圧力と噴射率の時間変化を示す特性図であり、（Ｃ）は本実施例の燃料供給圧力と噴射率の時間変化を示す特性図である。
【図９】本発明の第２実施例によるインジェクタの主要部分を示す断面図である。
【図１０】図９のＸ部分の拡大断面図である。
【図１１】本発明の第３実施例による燃料噴射装置のインジェクタを示す断面図である。
【図１２】図１１のXII 線部分の拡大図である。
【図１３】図１１のXIII線部分の拡大図である。
【図１４】第３実施例のインジェクタの作動を示すものであり、（Ａ）はインジェクタの閉弁状態を示す模式的断面図であり、（Ｂ）は第１の噴孔からの燃料噴射状態を示す模式的断面図であり、（Ｃ）は第１の噴孔および第２の噴孔からの燃料噴射状態を示す模式的断面図であり、（Ｄ）はインジェクタの閉弁状態を示す模式的断面図である。
【図１５】本発明の第４実施例による燃料噴射装置のインジェクタを示す模式的断面図である。
【図１６】本発明の第５実施例による燃料噴射装置のインジェクタを示す模式的断面図である。
【図１７】本発明の第６実施例による燃料噴射装置のインジェクタを示す模式的断面図である。
【図１８】従来例１のインジェクタを示す模式的断面図である。
【図１９】従来例２のインジェクタを示す模式的断面図である。
【図２０】従来例３のインジェクタを示す模式的断面図である。
【符号の説明】
３ コモンレール
１０ インジェクタ
１１ ノズルボディ
１１ａ 第１の弁座
１１ｂ 第２の弁座
２０ 第１のノズルニードル
２５ 第２のノズルニードル
２９ 第２スプリング（第２の付勢手段）
３１ 第１の噴孔
３２ 第２の噴孔
４２ 第１スプリング（第１の付勢手段）
５０ 電磁弁（電磁駆動手段）
６４、６５ 第１の圧力制御室
７２ 第１スプリング（第１の付勢手段）
７３ 第２スプリング（第２の付勢手段）
８０ インジェクタ
８４ 第２の圧力制御室
８７ 係止板（係止部）
８８ 第２の圧力制御室
Claims (6)
- 燃料供給ポンプから供給された高圧燃料をコモンレールで蓄圧し、前記コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射装置であって、
軸方向に収容孔を設け、前記収容孔の周囲に前記収容孔に連通し前記コモンレールから高圧燃料を供給される燃料溜まりを設け、前記燃料溜まりよりも燃料下流側に前記燃料溜まりと連通可能な第１の噴孔を設け、前記第１の噴孔よりも燃料下流側に前記燃料溜まりと連通可能な第２の噴孔を設け、前記燃料溜まりと前記第１の噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第１の弁座を設け、前記第１の噴孔と前記第２の噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第２の弁座を設けたノズルボディと、
前記収容孔に往復移動可能に収容され、前記第１の弁座に着座することにより前記燃料溜まりと前記第１の噴孔との連通を遮断する中空筒状の第１のノズルニードルと、
前記第１のノズルニードルに往復移動可能に収容され、前記第２の弁座に着座することにより前記燃料溜まりと前記第２の噴孔との連通を遮断するとともに、前記第１のノズルニードルのリフト途中で前記第１のノズルニードルにより係止され、この係止した状態で前記第１のノズルニードルによりリフトされる第２のノズルニードルと、
前記第１の弁座に向けて前記第１のノズルニードルを付勢する第１の付勢手段と、
前記第２の弁座に向けて前記第２のノズルニードルを付勢する第２の付勢手段と、
前記第１のノズルニードルの往復移動を制御可能な電磁駆動手段と、
前記第１のノズルニードルの反噴射側に設けられ、前記電磁駆動手段により前記コモンレールから高圧燃料を供給可能であるとともに供給された高圧燃料を排出可能な第１の圧力制御室とを備え、
前記第１の圧力制御室内の燃料圧力が低下することによりリフトするコマンドピストンのみに当接するように設けられる前記第１のノズルニードルが前記第１の弁座から離座し、前記第１のノズルニードルのリフト進行により噴射率の上昇を経て噴射率をほぼ一定としたのちに前記第１のノズルニードルを前記第２のノズルニードルに当接し係止させ、前記第１のノズルニードルを前記第２のノズルニードルとともにリフト進行させることにより、噴射率の上昇を経て噴射率をほぼ一定とさせることを特徴とする燃料噴射装置。 - 前記第２の付勢手段は、一方の端部が前記第１のノズルニードルとともに往復移動する係止部に当接し前記一方の端部よりも噴射側の他方の端部が前記第２のノズルニードルの反噴射側に当接する圧縮コイルスプリングであり、前記係止部が前記第１のノズルニードルとともにリフトすることにより前記圧縮コイルスプリングの軸長が伸び、前記第２の弁座に向けて前記第２のノズルニードルを付勢する前記圧縮コイルスプリングの付勢力が低下することにより前記第２のノズルニードルが前記第２の弁座から離座することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
- 前記第２の付勢手段は、前記第２のノズルニードルの反噴射側に前記第１の圧力制御室と連通するように設けられ前記電磁駆動手段により前記コモンレールから前記第１の圧力制御室を介して高圧燃料を供給可能であるとともに供給された高圧燃料を前記第１の圧力制御室を介して排出可能な第２の圧力制御室を有し、
前記第２の圧力制御室に供給された高圧燃料により前記第２のノズルニードルは前記第２の弁座に向けて付勢され、前記第１の圧力制御室の圧力低下に遅れて前記第２の圧力制御室の圧力が低下するように設定されることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。 - 燃料供給ポンプから供給された高圧燃料をコモンレールで蓄圧し、コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射装置であって、
軸方向に収容孔を設け、前記収容孔の周囲に前記収容孔に連通し前記コモンレールから高圧燃料を供給される燃料溜まりを設け、前記燃料溜まりよりも燃料下流側に前記燃料溜まりと連通可能な第１の噴孔を設け、前記第１の噴孔よりも燃料下流側に前記燃料溜まりと連通可能な第２の噴孔を設け、前記燃料溜まりと前記第１の噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第１の弁座を設け、前記第１の噴孔と前記第２の噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第２の弁座を設けたノズルボディと、
前記収容孔に往復移動可能に収容され、前記第１の弁座に着座することにより前記燃料溜まりと前記第１の噴孔との連通を遮断する中空筒状の第１のノズルニードルと、
前記第１のノズルニードルに往復移動可能に収容され、前記第２の弁座に着座することにより前記燃料溜まりと前記第２の噴孔との連通を遮断する第２のノズルニードルと、
前記第１の弁座に向けて前記第１のノズルニードルをストッパを介して付勢する第１の付勢手段と、
前記第２の弁座に向けて前記第２のノズルニードル付勢する第２の付勢手段と、
前記第２のノズルニードルの往復移動を制御可能な電磁駆動手段と、
前記第２のノズルニードルの反噴射側に設けられ、前記電磁駆動手段により前記コモンレールから高圧燃料を供給可能であるとともに供給された高圧燃料を排出可能な第１の圧力制御室とを備え、
前記第１の圧力制御室内の燃料圧力が低下することにより前記第２のノズルニードルが前記第２の弁座から離座し、前記第２のノズルニードルのリフト進行により噴射率の上昇を経て噴射率をほぼ一定としたのちに、前記第２のノズルニードルが前記ストッパに係止した状態のまま前記第２のノズルニードルを前記第１のノズルニードルとともにリフト進行させることにより、噴射率の上昇を経て噴射率をほぼ一定とさせることを特徴とする燃料噴射装置。 - 前記第１の付勢手段は、一方の端部が前記第２のノズルニードルとともに往復移動する係止部に当接し前記一方の端部よりも噴射側の他方の端部が前記第１のノズルニードルの反噴射側に当接する圧縮コイルスプリングであり、
前記係止部が前記第２のノズルニードルとともにリフトすることにより前記圧縮コイルスプリングの軸長が伸び、前記第１の弁座に向けて前記第１のノズルニードルを付勢する前記圧縮コイルスプリングの付勢力が低下することにより前記第１のノズルニードルが前記第１の弁座から離座することを特徴とする請求項４記載の燃料噴射装置。 - 前記第１の付勢手段は、前記第１のノズルニードルの反噴射側に前記第１の圧力制御室と連通するように設けられ前記電磁駆動手段により前記コモンレールから前記第１の圧力制御室を介して高圧燃料を供給可能であるとともに供給された高圧燃料を前記第１の圧力制御室を介して排出可能な第２の圧力制御室を有し、
前記第２の圧力制御室に供給された高圧燃料により前記第１のノズルニードルは前記第１の弁座に向けて付勢され、前記第１の圧力制御室の圧力低下に遅れて前記第２の圧力制御室の圧力が低下するように設定されることを特徴とする請求項４記載の燃料噴射装置。
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