JP4007103B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は加圧された燃料油を燃料噴射ノズルから噴射する燃料噴射装置における燃料噴射方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高圧フィードポンプにより圧送した燃料を蓄圧器(所謂、コモンレール）によって蓄圧し、この燃料を所定のタイミングで燃料噴射ノズルからエンジンのシリンダ内に噴射する蓄圧式（コモンレール式）の燃料噴射装置が知られている。
【０００３】
このような蓄圧式の燃料噴射装置では、エンジンの回転数が低速になっても所定の燃料噴射圧力を維持することができ（燃料噴射圧力が低下することがなく）、 高圧による燃料噴射によって燃費の向上や高出力化に大いに寄与している。
【０００４】
ところで、良好なエミッションの実現（排気ガスのクリーン化）に対しては、燃料噴射装置におけるノズル噴射口の小径化が有効であることが知られている。しかしながら、反面、従来の蓄圧式の燃料噴射装置（コモンレール噴射系）の噴射圧では、現状の噴射口径よりさらに小さなものを使用すると、高エンジン回転数、高負荷領域では噴射期間が長くなりすぎるので、高出力化に対して不利であると推測される。
【０００５】
また近年、小型ディーゼルエンジンでは、高回転数化が図られる傾向にある。ここで、エンジン筒内の気流速度はエンジン回転数にほぼ比例して増加する。そのため、同じ噴射圧では、高回転数時には低回転数時と比較して噴霧が流され易くなって筒内の空気利用率が低下して、スモーク（黒煙）を排出しやすくなる。したがって、これを改善するには、噴射圧の更なる高圧化が望まれる。しかしながら、前述の如き従来の蓄圧式の燃料噴射装置（コモンレール噴射系）では、蓄圧器内に常時所定の圧力を蓄圧する構成であるので（例えば、現状のコモンレール噴射系は、最大噴射圧が１３０ＭＰａ程度である）、装置の強度の点から、これ以上に高圧化することに限界がある（換言すれば、従来に増して噴射圧力を超高噴射圧化することは困難である）。
【０００６】
一方、このような蓄圧式の燃料噴射装置において更に増圧装置を設けた燃料噴射装置が提案されている（例えば、特開平８−２１３３２号公報）。
【０００７】
前記公報に示された燃料噴射装置では、蓄圧器（コモンレール）から送出された加圧燃料油をピストン作動用切替弁の作用によって更に加圧する増圧装置が設けられている。この増圧装置は、大径ピストン及び小径ピストンからなる増圧ピストンと、ピストン作動用切替弁に連通する複数の油路を備えており、燃料加圧ポンプから送出された燃料は蓄圧器からピストン作動用切替弁を介して増圧装置内に流入し、さらに、噴射ノズル制御用の噴射制御用油室（インジェクタ制御室）、並びに噴射ノズルに供給されるようになっている。燃料を噴射する際には、噴射制御用油室に設けられた燃料噴射制御用切替弁によって、蓄圧器からの燃料油を直接（そのまま）噴射ノズルに送って噴射する低圧噴射と、増圧装置にて更に加圧した燃料油を噴射ノズルに送って噴射する高圧噴射と、を切替制御する構成となっている。したがって、エンジンの運転状況に適した燃料噴射形態とすることができる。
【０００８】
しかしながら、この燃料噴射装置では、以下のような問題を生じる欠点があった。
【０００９】
すなわち、前記燃料噴射装置では、蓄圧器から増圧器の大径ピストン側への燃料入口面積、及びピストン作動用切替弁に連通する増圧器の小径ピストン側の燃料出口面積が一定の構成であることから、増圧器を作動させたときの燃料圧力の時間履歴は蓄圧器の燃料圧力によって一義的に決定される。その例を、図２４（Ａ）及び図２４（Ｂ）に示す。図２４（Ａ）に示す如く、横軸を時間（秒）で表すと、増圧器下流の燃料圧力の時間履歴はエンジン回転数に依存しない。これに対して、図２４（Ｂ）に示す如く、横軸をエンジンクランク角で表すと、エンジン回転数が高いほど圧力上昇が緩慢になる。そのため、特に高負荷においては、エンジン回転数が高いほどクランク角度ベースでの噴射期間を長く設定せざるを得ない。このように噴射期間が長くなり過ぎることは、高出力化に対して阻害要因であり、好ましくない。
【００１０】
これを避ける一手法として、高エンジン回転数ほど蓄圧器（コモンレール）の燃料圧力を増加させて、増圧器に作用する力を増加し、増圧ピストン下流の燃料圧力の上昇率を増加させることが挙げられる。ただし、中・高負荷領域においては、メイン噴射の噴射圧力は高圧を必要とし、しかもこのとき、騒音低減、排気改善を狙ってパイロット噴射（メイン噴射の前に燃料噴射すること）、またはマルチ噴射（複数回の燃料噴射）が実施されるが、このパイロット噴射の噴射圧力の最適値はメイン噴射圧力とは異なり、一般にそれより低い圧力である。その理由は、圧縮上死点よりかなり早期に噴射するため、筒内の空気温度、密度が低いことにより、噴射圧を高く設定し過ぎると噴射の貫徹力が過度に大きくなってシリンダライナ面に燃料付着を生じさせるためである。しかしながら、提案された前記燃料噴射装置において高エンジン回転数領域で高噴射圧を発生させるには、増圧器の大径ピストンに作用させる燃料圧力（蓄圧器の燃料圧力）を高める必要があるため、蓄圧器の燃料をそのまま噴射するパイロット噴射時の噴射圧力が最適値より高くなり過ぎ、シリンダライナ面への燃料付着が避けられず、未燃ＨＣ、あるいはスモーク生成要因となることが推測される。
【００１１】
一方、高エンジン回転数時に適したパイロット噴射（蓄圧器の燃料圧力）と増圧器作動時の増圧ピストン下流圧力が得られるように設定（例えば、増圧ピストン大径側への燃料通路を拡大）すると、低エンジン回転数時には増圧器作動時におけるクランク角ベースでの増圧ピストン下流の燃料圧力の上昇が急峻になる。これによって初期噴射率が高くなり過ぎ、予混合燃焼割合が増加してＮＯｘと騒音が悪化する。これを避けるために、低エンジン回転数時の蓄圧器の燃料圧力を低下させてメイン噴射の初期噴射率が適切になるようにすると、蓄圧器の燃料圧力で噴射するパイロット噴射の微粒化状態が悪化し、スモークの発生につながる。
【００１２】
これに対して、図２５に示すように、増圧器作動時における増圧ピストン下流の燃料圧力上昇率が時間と共に増加する特性にすれば、高エンジン回転数、高負荷時においても最適なパイロット噴射の燃料圧力（蓄圧器の燃料圧力）に設定した状態で、メイン噴射は高い燃料圧力（増圧ピストン下流の燃料圧力）も確保できる。これによって、前記のような問題点を解決できるので、低ＮＯｘ、低騒音、高出力なエンジンを実現することが可能となるが、従来ではこのような設定ができなかった。
【００１３】
この他に、増圧装置を備えた燃料噴射装置が提案されている（ＤＥ１９９３９４２８Ａ１）。しかしながら、この燃料噴射装置は、噴射圧設定精度の向上、ノズルシート部の耐久性、信頼性の向上等に実用上の課題を有するものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、従来に比べて大幅に高い超高噴射圧によって燃料を噴射することができると共に最高噴射圧が蓄圧器の燃料圧力によって一義的に決定されることが無くて良好な燃焼、排気特性を実現でき、しかも、任意の燃料噴射パターンで燃料噴射を行うことが可能となる（燃料の噴射圧及び噴射率に基づいた燃料噴射パターンの自由度が拡大する）燃料噴射装置を得ることが目的である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の燃料噴射装置は、燃料噴射ノズル内の燃料溜に主油路を介して連通され、燃料加圧ポンプから圧送される燃料油を所定の圧力にして蓄圧する蓄圧器と、前記燃料噴射ノズルと蓄圧器とを連通する前記主油路の途中に設けられ、前記燃料噴射ノズル側から前記蓄圧器側への燃料圧力流出を遮断する圧力遮断弁と、前記燃料噴射ノズルと蓄圧器とを連通する前記主油路の前記圧力遮断弁よりも下流側において連通する噴射制御用油室と、前記噴射制御用油室に設けられ、前記噴射制御用油室に燃料油圧を作用させることにより前記燃料噴射ノズル内のニードル弁を閉止せしめ、前記噴射制御用油室の燃料油を除去することにより前記ニードル弁を開放して燃料噴射を履行せしめる噴射制御弁と、シリンダ及びピストンを有し、前記燃料噴射ノズルと蓄圧器とを連通する前記主油路の前記圧力遮断弁よりも下流側において前記噴射制御用油室に連通する増圧器と、前記蓄圧器からの燃料を前記シリンダ内へ流入させることによりまたは前記シリンダ内の燃料を流出させることにより前記増圧器のピストンを移動させて、前記圧力遮断弁よりも下流側の燃料圧力を増大せしめるピストン制御弁と、前記燃料加圧ポンプの上流側に接続されると共に、昇圧手段によって大気圧と前記蓄圧器との中間の圧力を有する中圧共通レールと、前記ピストン制御弁の作動時に前記ピストンの移動に伴って前記シリンダ内から排出される燃料を、前記中圧共通レールを介して前記燃料加圧ポンプへ再度供給するための再供給手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１６】
請求項１記載の燃料噴射装置では、蓄圧器、圧力遮断弁、噴射制御用油室、噴射制御弁、増圧器、及びピストン制御弁を備えている。増圧器には、蓄圧器からの（コモンレール圧の）燃料が供給され、これが増圧される。またここで、燃料噴射ノズルに対して、「蓄圧器、圧力遮断弁、噴射制御用油室、噴射制御弁」によって蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）が構成され、しかも、この蓄圧器噴射系と並列に増圧器が配置された構成となっている。換言すれば、燃料噴射ノズルに対して、「増圧器、ピストン制御弁、噴射制御用油室、噴射制御弁」によって増圧器噴射系（ジャークインジェクタ）が構成される。
【００１７】
蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）によって燃料を噴射する際には、ピストン制御弁によって増圧器を不作動状態とし、さらに、蓄圧器からの燃料油が圧力遮断弁を介して燃料噴射ノズル内の燃料溜に圧送される。このとき、噴射制御弁によって噴射制御用油室の燃料油を除去することで、蓄圧器からの燃料油が直接（そのまま）燃料噴射ノズルから噴射される。
【００１８】
一方、増圧器噴射系（ジャークインジェクタ）によって燃料を噴射する際には、ピストン制御弁によって増圧器を作動状態とする。すると、増圧器によって更に加圧された燃料油が燃料噴射ノズル内の燃料溜及び噴射制御用油室に圧送される。このとき、噴射制御弁によって噴射制御用油室の燃料油を除去することで、前記増圧器にて増圧された燃料油が燃料噴射ノズルから噴射される。
【００１９】
このように、当該燃料噴射装置では、蓄圧器からの燃料油をそのまま燃料噴射ノズルに送って噴射する低圧噴射と、増圧器にて更に加圧した燃料油を燃料噴射ノズルに送って噴射する高圧噴射と、を切替制御して燃料噴射することができる。したがって、当該燃料噴射装置は、基本的に以下の効果を奏するものである。
【００２０】
▲１▼ 増圧器には蓄圧器からの（コモンレール圧の）燃料が供給され、これを増圧して噴射するので、従来のコモンレール噴射系による噴射圧を越える超高噴射圧化を実現できる。したがって、高エンジン回転数、高負荷時においても適切な噴射期間内に燃料を噴射することができ、より高速化が図れると共に、良好な燃焼が可能となって、低エミッションで高出力なエンジンを実現できる。また、噴口径の小径化による噴霧貫徹力の減少を噴射圧の超高圧化によって補うことが可能であり、これによって、燃焼室内の酸素を有効に活用することができるので、高回転数においてもスモーク排出が少ない良好な燃焼状態を実現できる。さらに、超高噴射圧力を常時蓄圧する必要がないため、所定の高噴射圧を常時蓄圧する従来のコモンレール噴射系と比較して、噴射系の強度の点から有利であり、低コスト化を図ることもできる。
【００２１】
▲２▼ 蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）と増圧器が並列配置されており、圧力遮断弁より下流の燃料圧力がコモンレール圧以下になると、蓄圧器から燃料が補給される構造であるので、メイン噴射の後にアフター噴射する場合においてもコモンレール圧以下の低圧で燃料が噴射されることがない。これによって、良好な微粒化状態の噴霧がアフター噴射されるので、アフター噴射された燃料自身がスモークの発生原因になることがなく、アフター噴射された燃料が燃焼場を撹乱することによる燃焼促進効果を最大限に引き出すことができる。
【００２２】
また、中・高負荷領域においては、メイン噴射の噴射圧力は高圧を必要とし、しかもこのとき、騒音低減、排気改善を狙ってメイン噴射の前にパイロット噴射（または、マルチパイロット噴射）が実施されるが、このパイロット噴射の噴射圧力の最適値はメイン噴射圧力とは異なり、一般にそれより低い圧力である。このような場合にも、低圧噴射と高圧噴射とを切替制御して燃料噴射することができるため、パイロット噴射とメイン噴射とで各々最適な噴射圧力を設定することができる。
【００２３】
さらに、噴射の初期をコモンレール圧で噴射し、中期から増圧器を作動させて高圧噴射することや、噴射初期に増圧器を作動させて高圧噴射し、中期に増圧器を停止してコモンレール圧で噴射すること等、コモンレール圧での噴射と、増圧器を作動させた噴射とを自在に組み合わせて噴射することが可能である。このように、噴射パターンの自由度が大きい。
【００２４】
▲３▼ 従来では、増圧装置を作動させて噴射した後に次ぎの噴射に備える際に、キャビテーションが発生して油路にエロ−ジョンが生じる可能性が有り、燃料噴射システムの耐久性が著しく悪化する原因であった。これに対し、請求項１記載の燃料噴射装置では、蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）と増圧器が並列配置されており、圧力遮断弁より下流の燃料圧力がコモンレール圧以下になると、コモンレールから燃料が補給される構造であるので、燃料圧力が燃料の蒸気圧以下になることがない。そのため、キャビテーション発生による油路のエロ−ジョンの心配がないので、耐久性が格段に向上する。
【００２５】
▲４▼ 蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）と増圧器が並列配置されているので、蓄圧器と増圧器との間が遮断された状態で仮に増圧器が故障してもコモンレール圧で噴射できる。このため、エンジンが突然に停止することがない。
【００２６】
また、請求項１記載の燃料噴射装置では、ピストンの移動に伴ってシリンダ内から排出される燃料が、再供給手段によって燃料加圧ポンプへ再度供給される。このため、燃料圧力エネルギーを回収（再利用）することができ、噴射システムの効率を高めることができる。
【００２７】
請求項２に係る発明の燃料噴射装置は、請求項１記載の燃料噴射装置において、前記ピストン制御弁により前記シリンダ内へ流入または流出される燃料の流量を変更可能な流量変更手段を備えたことを特徴とする。
【００２８】
請求項２記載の燃料噴射装置では、ピストン制御弁によりシリンダ内へ流入または流出される燃料の流量を変更可能な流量変更手段が設けられている。したがって、燃料噴射するに際して、燃料噴射ノズルから噴射される燃料の噴射率を制御することが可能となる。
すなわち、当該燃料噴射装置によれば、流量変更手段によってシリンダ内への燃料の流入量または流出量が変更されると、ピストンの移動速度が変更され、燃料噴射ノズルから噴射される燃料の噴射率を任意に設定することが可能になる。したがって、非常に自由度の高い燃料噴射パターンを実現できる。
例えば、パイロット噴射、メイン噴射、及びアフター噴射を行うマルチ噴射を実施する場合に、ブーツ噴射期間終了後圧力上昇率（θ１）、最高噴射圧到達直前圧力上昇率（θ２）、メイン噴射終了時の圧力降下率（θ３）等を、エンジン回転数や負荷状態に応じた最適な燃料噴射パターンとなるように自由に制御（設定あるいは変更して履行）することができる。
【００２９】
このように、請求項２記載の燃料噴射装置では、従来に比べて大幅に高い超高噴射圧によって燃料を噴射することができると共に最高噴射圧が蓄圧器の燃料圧力によって一義的に決定されることが無くて良好な燃焼、排気特性を実現でき、しかも、任意の燃料噴射パターンで燃料噴射を行うことが可能となる（燃料の噴射率に基づいた燃料噴射パターンの自由度が拡大する）。
【００３０】
請求項３に係る発明の燃料噴射装置は、請求項２記載の燃料噴射装置において、前記流量変更手段は、前記ピストン制御弁に設けられ、前記ピストン制御弁の移動に伴って前記シリンダの燃料流路の面積を変更する突起とされる、ことを特徴としている。
【００３１】
請求項３記載の燃料噴射装置では、燃料噴射するに際して、ピストン制御弁が移動されると、このピストン制御弁の移動量（リフト量）に応じて、シリンダの燃料流路の面積が突起によって変更される。シリンダの燃料流路面積が変更されると、シリンダ内への燃料の流入量または流出量が変更されてピストンの移動速度が変更され、燃料噴射ノズルから噴射される燃料の噴射率を任意に設定することが可能になる。したがって、非常に自由度の高い燃料噴射パターンを実現できる。
【００３２】
換言すれば、燃料噴射するに際して、燃料噴射ノズルから噴射される燃料の最適な噴射率（例えば、エンジン回転数や負荷状態に応じた最適なパイロット噴射やメイン噴射の噴射率）に応じて突起の形状等を設定しておけば、ニードル弁が開放されて燃料噴射が履行される際に前記最適な噴射率で燃料噴射を履行することができる。
【００３３】
なお、ピストン制御弁に設けられた突起によってシリンダの燃料流路面積を制御（変更）するに当たっては、例えば、ピストン制御弁の移動量（リフト量）に対して当該流路の開口面積がリニアに（順次滑らかに）変化するような構成にすることができるが、これに限らず、例えば、突起の形状を２段にし流路の開口面積が段階的に変化するように構成することもできる。また、ピストン制御弁の移動（リフト）を途中で（中間位置で）止めるように位置制御を行えば更に有効となる。この場合、ピエゾ素子や超磁歪素子を用いて位置制御を行うことで実現できる。さらに、電磁弁により位置制御を行うことも当然に可能である。
【００３４】
またここで、一般的に、「ピストン制御弁」の弁形式としては、所謂平面座形式のものが知られており、その有効流路横断面積は「バルブシート部」で規定される。すなわち、当該平面座形式の制御弁は、バルブのリフト量（移動量）を制御することでバルブシート部における横断面積（実質的な開口面積）を調整する構成（所謂、シート部面積制御）である。
【００３５】
これに対し、請求項３記載の燃料噴射装置では、前述の如きバルブシート部における横断面積を調整する（シート部面積制御）ではなく、ピストン制御弁の移動に伴って燃料流路の面積を変更する突起、すなわち、燃料流路（オリフィス）に臨むピストン制御弁に突起を設け、このピストン制御弁の移動量（リフト量）に応じて、突起の位置が変更されることで燃料流路の面積を変更するという「燃料流路面積可変機能」を具備した構成（所謂、オリフィス制御）である。
【００３６】
したがって、前述の如きバルブシート部における横断面積を調整する一般的な構成のもの（シート部面積制御）では、バルブのリフト量（移動量）に対してバルブシート部における横断面積はリニアに変化するのに対し、請求項３記載の燃料噴射装置では、前記「突起」の形状を種々好適に設定することにより、ピストン制御弁の移動量（リフト量）に対する燃料流路面積の変化を自在に設定することができる。これにより、燃料噴射ノズルから噴射される燃料の噴射率を任意に設定することが可能になり、極めて自由度の高い燃料噴射パターンを実現できる。
【００３７】
このため、請求項３記載の燃料噴射装置では、以下の特有の優れた効果を奏する。
１）噴射圧設定精度の向上
前述の如くバルブシート部における横断面積を調整する一般的な構成のもの（シート部面積制御）では、バルブのリフト量（移動量）に対してバルブシート部における横断面積がリニアに変化する構成であり、バルブのリフト量の設定精度がバルブシート部における横断面積の設定精度ということになる（バルブシート部における横断面積の設定精度は、一義的に、バルブのリフト量の設定精度に依存する）。
【００３８】
ここで、本出願人は、シミュレーションによって、増圧器噴射系（ジャークインジェクタ）によって燃料噴射する際に、ピストン制御弁により増圧器のシリンダ内へ流入される燃料圧力（増圧器の作動圧、すなわちコモンレール圧）より僅かに高い噴射圧で噴射する場合には、増圧器のシリンダへの燃料流入量を、前記一般的な構成のバルブの開放による流入量よりも、少なくしたほうが、噴射圧の設定精度を高めることができるという知見を得た。そこで、このような場合においては、例えば、ピストン制御弁の移動量（リフト量）に対する燃料流路面積の関係を、少ない移動量時（小リフト量時）ほど燃料流路面積の変化が少なくなる構成とすることによって、ピストン制御弁の移動量（リフト量）の設定目標値からのズレに対する燃料流路面積のズレを小さくすることができる。換言すれば、得たい燃料流路面積に対してピストン制御弁の移動量（リフト量）の目標値の幅が広がることになる、すなわち、ピストン制御弁の移動量（リフト量）が設定目標値から多少ズレていても、燃料流路面積に対する影響は僅かになる。したがって、噴射圧（ピストン制御弁の燃料流路面積）の設定精度を高めることができる。
２）バルブシート部の耐久性の向上
前述した如くバルブシート部における横断面積を調整する一般的な構成のもの（シート部面積制御）では、バルブシート部（その開口）が最小流路面積になる。ここで、このような構成のものにおいては、当該バルブが非作動時（バルブがシート部に着座時）には、シート部上流側の圧力はその作動圧（すなわち、コモンレール圧）であり、シート部下流側（増圧器のピストン大径側）は、例えば大気圧である。この状態から当該バルブを作動させて増圧器のピストン大径側（シリンダの１次チャンバ）に燃料を流入させると、シート部前後の（シート部上流側と下流側の）差圧は、当該バルブを作動させた直後が最も大きい（すなわち、「作動圧−大気圧」）。このように前記差圧が大きいときには、キャビテーションが発生し易い。このキャビテーションは、バルブシート部で発生するため、当該部分が浸食されてシート不良を引き起こすことになる。このようなシート不良は、装置の増圧機能を損なう重大かつ致命的な問題である。
【００３９】
これに対し、請求項３記載の燃料噴射装置では、前記ピストン制御弁の「突起」の形状を適切に設定し、ピストン制御弁の移動量（リフト量）が少ない時には燃料流路面積が、バルブシート部の開口面積（前記最小流路面積）よりも更に小さくなるように構成できる。したがって、これにより前記シート部前後の（シート部上流側と下流側の）差圧を小さくすることができ、当該ピストン制御弁を作動させた直後であってもキャビテーションの発生を防止することができる。このため、バルブシート部で発生するキャビテーションに起因した部材浸食を防止することができ、信頼性及び耐久性が大幅に向上する。
３）増圧器の大径ピストン側のシリンダ容積の低減（小型化）
請求項３記載の燃料噴射装置では、燃料流路（オリフィス）に臨むようにピストン制御弁に突起を設けた構成であるため、増圧器の大径ピストン側のシリンダ容積を低減（小型化）することができる。
【００４０】
前記「２）バルブシート部の耐久性の向上」にて記載した如く、ピストン制御弁の移動量（リフト量）が少ない時に燃料流路面積が極めて小さくなるように構成した場合に、仮に増圧器の大径ピストン側のシリンダ容積が大きいと、当該シリンダ容積内の圧力上昇が緩慢になり過ぎることがある。この点、ピストン制御弁に設けた突起によって当該シリンダ容積を低減することができるため、バルブシート部におけるキャビテーション防止のために燃料流路面積をかなり小さく設定しても、当該シリンダ容積内の適切な圧力上昇を得ることができる。
【００４１】
請求項４に係る発明の燃料噴射装置は、請求項２記載の燃料噴射装置において、前記流量変更手段は、前記ピストン制御弁の油室に連通する固定オリフィスと、前記固定オリフィスに重なり合って連通しかつ移動することで前記固定オリフィスとの重合度合いが変更される可動オリフィスと、前記可動オリフィスを移動させる移動手段と、を有する、ことを特徴としている。
【００４２】
請求項４記載の燃料噴射装置では、燃料噴射するに際して、移動手段によって可動オリフィスが移動される。これにより、可動オリフィスと固定オリフィスとの重合度合いが変更され、当該オリフィスの実質的な開口面積が変更される。したがって、ピストン制御弁によってシリンダ内へ流入または流出する燃料圧力（その上昇率）が変更されてピストンの移動速度が変更され、燃料噴射ノズルから噴射される燃料の噴射率を任意に設定することが可能になる。
【００４３】
換言すれば、燃料噴射ノズルから噴射される燃料の最適な噴射率（例えば、エンジン回転数や負荷状態に応じた最適なパイロット噴射やメイン噴射の噴射率）に応じて固定オリフィス及び可動オリフィスの形状や移動手段による移動速度等を設定しておけば、ニードル弁が開放されて燃料噴射が履行される際に前記最適な噴射率で燃料噴射を履行することができる。したがって、非常に自由度の高い燃料噴射パターンを実現できる。
【００４４】
なお、可動オリフィスを移動させるための移動手段としては、例えば、エンジンガバナーを適用することができ、エンジン回転数の二乗の油圧を作用させて可動オリフィスを移動させるように構成することができる。また、可動オリフィスと固定オリフィスの形状を適宜に設定したり（例えば、矩形、円形、台形等）その数を変えることによって、例えばエンジン回転数に対する当該流路の有効開口面積の関係を自在に設定することができる。
【００４５】
請求項５に係る発明の燃料噴射装置は、請求項２記載の燃料噴射装置において、前記流量変更手段は、前記シリンダ内への燃料の流入路または流出路に設けられた調圧器とされる、ことを特徴としている。
【００４６】
請求項５記載の燃料噴射装置では、燃料噴射するに際して、調圧器によってシリンダへの燃料の流入圧力または流出圧力が変更される。これにより、ピストンの移動速度が変更され、燃料噴射ノズルから噴射される燃料の噴射率を任意に設定することが可能になる。
【００４７】
換言すれば、燃料噴射するに際して、燃料噴射ノズルから噴射される燃料の最適な噴射率（例えば、エンジン回転数や負荷状態に応じた最適なパイロット噴射やメイン噴射の噴射率）に応じて調圧器を調整すれば、ニードル弁が開放されて燃料噴射が履行される際に前記最適な噴射率で燃料噴射を履行することができる。したがって、非常に自由度の高い燃料噴射パターンを実現できる。特にこの場合、増圧器（ピストン）の作動圧と蓄圧器の燃料圧とを独自に設定することができるため、例えば、蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）で燃料噴射するパイロット噴射の噴射圧力と、増圧器噴射系（ジャークインジェクタ）によって燃料噴射するメイン噴射の噴射圧力とを独自に制御でき、パイロット噴射とメイン噴射とで各々最適な噴射圧力を設定することができる。
【００４８】
請求項６に係る発明の燃料噴射装置は、請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の燃料噴射装置において、前記ピストン制御弁の非作動時に前記シリンダ内の圧力を所定圧力に調整する残圧調整手段を設けた、ことを特徴としている。
【００４９】
請求項６記載の燃料噴射装置では、残圧調整手段によって、ピストン制御弁の非作動時にシリンダ内の圧力が所定圧力に調整される。
【００５０】
ここで、前述した「請求項３」について説明した如く、ピストン制御弁のバルブシート部前後の（シート部上流側と下流側の）差圧が大きいときには、キャビテーションが発生し易い。この点、請求項６記載の燃料噴射装置では、残圧調整手段によって、ピストン制御弁の非作動時にシリンダ内の圧力が所定圧力に調整されるため（増圧器の大径ピストン側のシリンダ内が所定圧力で維持されるため）、前記シート部前後の（シート部上流側と下流側の）差圧を小さくすることができ、当該ピストン制御弁を作動させた直後であってもキャビテーションの発生を防止することができる。このため、バルブシート部で発生するキャビテーションに起因した部材浸食を防止することができ、信頼性及び耐久性が大幅に向上する。
【００５１】
請求項７に係る発明の燃料噴射装置は、燃料噴射ノズル内の燃料溜に主油路を介して連通され、燃料加圧ポンプから圧送される燃料油を所定の圧力にして蓄圧する蓄圧器と、前記燃料噴射ノズルと蓄圧器とを連通する前記主油路の途中に設けられ、前記燃料噴射ノズル側から前記蓄圧器側への燃料圧力流出を遮断する圧力遮断弁と、前記燃料噴射ノズルと蓄圧器とを連通する前記主油路の前記圧力遮断弁よりも下流側において連通する噴射制御用油室と、前記噴射制御用油室に設けられ、前記噴射制御用油室に燃料油圧を作用させることにより前記燃料噴射ノズル内のニードル弁を閉止せしめ、前記噴射制御用油室の燃料油を除去することにより前記ニードル弁を開放して燃料噴射を履行せしめる噴射制御弁と、シリンダ及びピストンを有し、前記燃料噴射ノズルと蓄圧器とを連通する前記主油路の前記圧力遮断弁よりも下流側において前記噴射制御用油室に連通する増圧器と、前記蓄圧器からの燃料を前記シリンダ内へ流入させることによりまたは前記シリンダ内の燃料を流出させることにより前記増圧器のピストンを移動させて、前記圧力遮断弁よりも下流側の燃料圧力を増大せしめるピストン制御弁と、前記ピストン制御弁の非作動時に前記シリンダ内の圧力を所定圧力に調整する残圧調整手段と、前記燃料加圧ポンプの上流側に接続されると共に、昇圧手段によって大気圧と前記蓄圧器との中間の圧力を有する中圧共通レールと、前記ピストン制御弁の作動時に前記ピストンの移動に伴って前記シリンダ内から排出される燃料を、前記中圧共通レールを介して前記燃料加圧ポンプへ再度供給するための再供給手段と、を備えたことを特徴としている。
【００５２】
請求項７記載の燃料噴射装置では、前述した請求項１記載の燃料噴射装置と同様に、蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）と増圧器噴射系（ジャークインジェクタ）とが構成され、基本的に前述した請求項１記載の燃料噴射装置と同様の作用を成し、同様の効果を奏する。
【００５３】
また特に、請求項７記載の燃料噴射装置では、残圧調整手段によって、ピストン制御弁の非作動時にシリンダ内の圧力が所定圧力に調整される。
【００５４】
ここで、前述した「請求項３」について説明した如く、ピストン制御弁のバルブシート部前後の（シート部上流側と下流側の）差圧が大きいときには、キャビテーションが発生し易い。この点、請求項７記載の燃料噴射装置では、残圧調整手段によって、ピストン制御弁の非作動時にシリンダ内の圧力が所定圧力に調整されるため（増圧器の大径ピストン側のシリンダ内が所定圧力で維持されるため）、前記シート部前後の（シート部上流側と下流側の）差圧を小さくすることができ、当該ピストン制御弁を作動させた直後であってもキャビテーションの発生を防止することができる。このため、バルブシート部で発生するキャビテーションに起因した部材浸食を防止することができ、信頼性及び耐久性が大幅に向上する。
【００５６】
また、請求項７記載の燃料噴射装置では、ピストンの移動に伴ってシリンダ内から排出される燃料が、再供給手段によって燃料加圧ポンプへ再度供給される。このため、燃料圧力エネルギーを回収（再利用）することができ、噴射システムの効率を高めることができる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
［第１の参考例］
図１には、本発明の第１の参考例に係る燃料噴射装置３０の全体構成が示されている。
【００５８】
燃料噴射装置３０は、蓄圧器（コモンレール）３２を備えている。この蓄圧器３２は、燃料噴射ノズル３４内の燃料溜６２に主油路３６を介して連通されており、燃料加圧ポンプ３８から圧送される燃料油をエンジン回転数や負荷に応じて所定の圧力で蓄圧することができる。また、燃料噴射ノズル３４と蓄圧器３２とを連通する主油路３６の途中には、圧力遮断弁４０が設けられている。この圧力遮断弁４０は、燃料噴射ノズル３４の側から蓄圧器３２の側への燃料圧力の流出を遮断するようになっている。
【００５９】
さらに、燃料噴射ノズル３４と蓄圧器３２とを連通する主油路３６の圧力遮断弁４０よりも下流側には、噴射制御用油室４２がオリフィス４４を介して連通して設けられている。この噴射制御用油室４２にはコマンドピストン４６が収容されており、さらに、コマンドピストン４６は燃料噴射ノズル３４内のニードル弁４８に連携している。これにより、噴射制御用油室４２内の燃料油圧は、燃料噴射ノズル３４内のニードル弁４８を押し付けてノズルシート５０に着座して保持するように作用している。
【００６０】
またさらに、噴射制御用油室４２には噴射制御弁５２が設けられている。この噴射制御弁５２は、通常は噴射制御用油室４２に燃料油圧を作用させることにより前述の如く燃料噴射ノズル３４内のニードル弁４８を閉止せしめ、噴射制御用油室４２内の燃料油を除去することによりニードル弁４８を開放して燃料噴射を履行せしめるように構成されている。
【００６１】
またさらに、燃料噴射ノズル３４と蓄圧器３２とを連通する主油路３６の圧力遮断弁４０よりも下流側には、増圧器５４が噴射制御用油室４２に連通して配置されている。この増圧器５４は、シリンダ５６及びピストン５８を有しており、ピストン５８が移動することにより、蓄圧器３２からの燃料油を更に増圧して噴射制御用油室４２及び燃料噴射ノズル３４に送給することができる構成となっている。
【００６２】
また、増圧器５４にはピストン制御弁６０が設けられている。このピストン制御弁６０は、増圧器５４の大径側のピストン５８に対応して蓄圧器３２からの油路６４に設けられており、油路６４を介して蓄圧器３２から送給される燃料油をシリンダ５６内へ流入させることによりピストン５８を移動させて、圧力遮断弁４０よりも下流側の燃料圧力を増大せしめることができる構成である。
【００６３】
なお、ピストン制御弁６０が設けられたシリンダ５６（大径側のピストン５８に対応する部位）は、オリフィス５９を介して大気に開放している。
【００６４】
さらに、図２に詳細に示す如く、ピストン制御弁６０の先端部分には、流量変更手段としての突起６１が設けられている。この突起６１は、ピストン制御弁６０の移動に伴ってシリンダ５６への燃料流路５７の実質的な開口面積を変更することができる構成である（突起６１によって、「燃料流路面積可変機能」を具備したオリフィス制御をする構成である）。これにより、ピストン制御弁６０によりシリンダ５６内へ流入される燃料油の流入量を制御することができるようになっている。
【００６５】
なお、ピストン制御弁６０の移動（リフト）は、電磁力、あるいはＰＺＴアクチュエータや超磁歪素子を用いて位置制御を行うことで実現できる。さらに、ピストン制御弁６０の移動（リフト）を途中で（中間位置で）止めるように位置制御を行えば更に有効となる。
【００６６】
次に、本参考例の作用を説明する。
【００６７】
上記構成の燃料噴射装置３０では、蓄圧器３２、圧力遮断弁４０、噴射制御用油室４２、噴射制御弁５２、増圧器５４、及びピストン制御弁６０を備えている。増圧器５４には、蓄圧器３２からの（コモンレール圧の）燃料油が供給され、ピストン５８が移動することでこれが増圧される。またここで、燃料噴射ノズル３４に対して、「蓄圧器３２、圧力遮断弁４０、噴射制御用油室４２、噴射制御弁５２」によって蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）が構成され、しかも、この蓄圧器噴射系と並列に増圧器５４が配置された構成となっている。換言すれば、燃料噴射ノズル３４に対して、「増圧器５４、ピストン制御弁６０、噴射制御用油室４２、噴射制御弁５２」によって増圧器噴射系（ジャークインジェクタ）が構成される。
【００６８】
ここで、
１）蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）によって燃料を噴射する場合
噴射開始前においては、噴射制御弁５２を閉状態に維持して噴射制御用油室４２内の圧力を蓄圧器３２内の圧力(コモンレール圧）と等しくする。これにより、燃料噴射ノズル３４内のニードル弁４８はコマンドピストン５８を介してノズルシート５０に押し付けられ、ニードル弁４８は閉止状態で保持される。
【００６９】
燃料油を噴射する際には、ピストン制御弁６０を閉状態とすることで増圧器５４を不作動状態とし、さらに、蓄圧器３２からの燃料油が圧力遮断弁４０を介して燃料噴射ノズル３４内の燃料溜６２に圧送される。このとき、噴射制御弁５２を開弁することによって噴射制御用油室４２の燃料油を除去すると、燃料噴射ノズル３４内のニードル弁４８を閉止する圧力が減少し、一方、燃料噴射ノズル３４内（燃料溜６２）は前記コモンレール圧が保たれる。これにより、燃料噴射ノズル３４内のニードル弁４８が開放されて、蓄圧器３２からの燃料油が直接（そのまま）燃料噴射ノズル３４から噴射される。
【００７０】
燃料噴射を終了する際には、再び噴射制御弁５２を閉弁することで噴射制御用油室４２の圧力をコモンレール圧と等しくする。これによって、燃料噴射ノズル３４内のニードル弁４８が再びコマンドピストン５８を介して閉止方向に押し付けられてノズルシート５０に着座して保持され、燃料噴射が終了する。
２）増圧器噴射系（ジャークインジェクタ）によって燃料を噴射する場合
噴射開始前においては、噴射制御弁５２を閉弁状態に維持して噴射制御用油室４２内の圧力を蓄圧器３２内の圧力(コモンレール圧）と等しくする。これにより、燃料噴射ノズル３４内のニードル弁４８はコマンドピストン５８を介してノズルシート５０に押し付けられ、ニードル弁４８は閉止状態で保持される。
【００７１】
燃料油を噴射する際には、ピストン制御弁６０を開放することで増圧器５４（シリンダ５６）内へ燃料油を流入させる。これにより、ピストン５８が移動して燃料圧力が増圧される。すると、増圧器５４によって加圧された燃料油は燃料噴射ノズル３４内の燃料溜６２及び噴射制御用油室４２に圧送される。なお、この状態では、圧力遮断弁４０が働き、増圧された燃料油が蓄圧器３２側に流出するのを防止している。さらに、増圧された燃料油が所定の圧力に達したとき、噴射制御弁５２によって噴射制御用油室４２の燃料油を除去することで、燃料噴射ノズル３４内のニードル弁４８を閉止する圧力が減少し、一方、燃料噴射ノズル３４内（燃料溜６２）は前記増圧器５４によって加圧された燃料油の圧力が作用している。これにより、燃料噴射ノズル３４内のニードル弁４８が開放されて、増圧器５４にて増圧された燃料油が燃料噴射ノズル３４から噴射される。
【００７２】
燃料噴射を終了する際には、再び噴射制御弁５２によって噴射制御用油室４２の圧力を燃料噴射ノズル３４内（燃料溜６２）の圧力と等しくする。これによって、燃料噴射ノズル３４内のニードル弁４８が閉止方向に押し付けられてノズルシート５０に着座して保持され、燃料噴射が終了する。
【００７３】
さらに、次ぎの噴射に備えて増圧器５４のピストン制御弁６０を閉じて増圧器５４（シリンダ５６）内の燃料をオリフィス５９を介して大気に開放し、ピストン５８を再び元の位置に移動させる。これに伴って圧力遮断弁４０よりも下流の燃料圧がコモンレール圧以下になると速やかに圧力遮断弁４０が開放して、ほぼコモンレール圧と等しい燃料圧力になる。
【００７４】
このように、本参考例に係る燃料噴射装置３０では、蓄圧器３２からの燃料油をそのまま燃料噴射ノズル３４に送って噴射する低圧噴射と、増圧器５４にて更に加圧した燃料油を燃料噴射ノズル３４に送って噴射する高圧噴射と、を切替制御して燃料噴射することができる。したがって、燃料噴射装置３０は、基本的に以下の効果を奏するものである。
【００７５】
▲１▼ 増圧器５４には蓄圧器３２からの（コモンレール圧）の燃料が供給され、これを増圧して噴射するので、従来のコモンレール噴射系による噴射圧を大幅に越える超高噴射圧化（例えば、最大噴射圧３００ＭＰａ）を実現できる。したがって、高エンジン回転数、高負荷時においても適切な噴射期間内に燃料を噴射することができ、より高速化が図れると共に、良好な燃焼が可能となって、低エミッションで高出力なエンジンを実現できる。
【００７６】
また、燃料噴射ノズルの噴口径の小径化による噴霧貫徹力の減少を噴射圧の超高圧化によって補うことが可能であり、これによって、燃焼室内の酸素を有効に活用することができるので、高回転数においてもスモーク排出が少ない良好な燃焼状態を実現できる。
【００７７】
さらに、超高噴射圧力を常時蓄圧する必要がないため、所定の高噴射圧を常時蓄圧する従来のコモンレール噴射系と比較して、噴射系の強度の点から有利であり、低コスト化を図ることもできる。
【００７８】
▲２▼ 蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）と増圧器５４が並列配置されており、圧力遮断弁４０より下流の燃料圧力がコモンレール圧以下になると、蓄圧器３２から燃料が補給される構造であるので、高回転数、高負荷時にアフター噴射する場合においてもコモンレール圧以下の低圧で燃料が噴射されることがない。これによって、良好な微粒化状態の噴霧がアフター噴射されるので、アフター噴射された燃料自身がスモークの発生原因になることがなく、アフター噴射された燃料が燃焼場を撹乱することによる燃焼促進効果を最大限に引き出すことができる。
【００７９】
また、低圧噴射と高圧噴射とを切替制御して燃料噴射することができるため、パイロット噴射、メイン噴射、及びアフター噴射で各々最適な噴射圧力を設定することができる。
【００８０】
さらに、コモンレール圧での噴射と、増圧器５４を作動させた噴射とを自在に組み合わせて噴射することが可能であり、噴射パターンの自由度が大きい。
【００８１】
▲３▼ 蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）と増圧器５４が並列配置されており、圧力遮断弁４０より下流の燃料圧力がコモンレール圧以下になると、蓄圧器３２から燃料が補給される構造であるので、燃料圧力が燃料の蒸気圧以下になることがないため、キャビテーション発生による油路のエロ−ジョンの心配がなく、耐久性が格段に向上する。
【００８２】
▲４▼ 蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）と増圧器５４が並列配置されているので、蓄圧器３２と増圧器５４との間が遮断された状態で仮に増圧器５４が故障してもコモンレール圧で噴射できる。このため、エンジンが突然に停止することがない。
【００８３】
またここで、本第１の参考例に係る燃料噴射装置３０では、前述の如く低圧噴射と高圧噴射とを切替制御して燃料噴射することができるため、パイロット噴射、メイン噴射、及びアフター噴射で各々最適な噴射圧力を設定することができ、しかも、コモンレール圧での噴射と増圧器５４を作動させた噴射とを自在に組み合わせて噴射することが可能であり、種々の噴射パターンで燃料噴射することができるが、更に、ピストン制御弁６０によりシリンダ５６内へ流入される燃料の流量を変更可能な流量変更手段としての突起６１が設けられているため、シリンダ５６への燃料流路５７の面積（流路の実質的な開口面積）を変更することで（オリフィス制御をすることで）燃料油の流入量を制御することにより、燃料噴射ノズル３４から噴射される燃料の噴射率を制御することが可能となり、任意の噴射パターンで燃料噴射することができる。
【００８４】
すなわち、当該燃料噴射装置３０によれば、燃料噴射するに際して、ピストン制御弁６０が移動されると、このピストン制御弁６０の移動量（リフト量）に応じて、シリンダ５６の燃料流路５７の実質的な開口面積が突起６１によって変更される。シリンダ５６の燃料流路５７の開口面積が変更されると、シリンダ５６内への燃料の流入量が変更されてピストン５８の移動速度（変位速度）が変更され、燃料噴射ノズル３４に送る燃料の増圧速度、すなわち燃料噴射ノズル３４から噴射される燃料の噴射率を任意に設定することが可能になる。したがって、非常に自由度の高い燃料噴射パターンを実現できる。
【００８５】
例えば、増圧器５４下流の燃料を急峻に増圧する場合には、ピストン制御弁６０のリフト量を大きくして燃料流路５７の開口面積を大きくする。これによって、シリンダ５６内の圧力が急速に増加するので、ピストン５８の変位速度が速くなり、急峻な圧力上昇を得ることができる。一方、増圧器５４下流の燃料を緩やかに増圧する場合には、ピストン制御弁６０のリフト量を小さくして燃料流路５７の開口面積を小さくする。これによって、シリンダ５６内の圧力が緩やかに増加するので、ピストン５８の変位速度が遅くなり、緩やかな圧力上昇を得ることができる。
【００８６】
したがって、例えば、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示す如く、増圧器５４下流の燃料圧力の上昇率が時間と共に増加する特性に設定することができる。
【００８７】
換言すれば、燃料噴射するに際して、燃料噴射ノズル３４から噴射される燃料の最適な噴射率（例えば、エンジン回転数や負荷状態に応じた最適なパイロット噴射やメイン噴射の噴射率）に応じて突起６１の形状等を設定しておけば、ニードル弁４８が開放されて燃料噴射が履行される際に前記最適な噴射率で燃料噴射を履行することができる。しかも、ピストン制御弁６０をＰＺＴアクチュエータや超磁歪素子を用いて位置制御（駆動）を行う構成とすれば、ピストン制御弁６０のリフト速度を自在に変化させたり、ピストン制御弁６０の移動（リフト）を途中で（中間位置で）止めるように位置制御を行うことができるため、シリンダ５６の燃料流路５７の開口面積の変化速度、すなわちシリンダ５６内への燃料の流入量の変化速度、すなわち燃料噴射ノズル３４に送る燃料の増圧速度、すなわち燃料噴射ノズル３４から噴射される燃料の噴射率を任意に設定することが可能になる。
【００８８】
これにより、例えば、図４に示す燃料噴射パターンの如く、パイロット噴射、メイン噴射、及びアフター噴射を行うマルチ噴射を実施する場合に、ブーツ噴射期間終了後圧力増加率（θ１）、最高噴射圧到達直前圧力増加率（θ２）、メイン噴射終了時の圧力低下率（θ３）等を、エンジン回転数や負荷状態に応じた最適な燃料噴射パターンとなるように自由に制御（設定あるいは変更して履行）することができる。
【００８９】
すなわち、噴射圧力の傾き（特に、前述した図４に示す燃料噴射パターンの最高噴射圧到達直前圧力上昇率（θ２）、メイン噴射終了時の圧力降下率（θ３）について）これを変更する場合に、噴射圧力が上がるか、定常か、下がるかは、ピストン５８より送り出される燃料量と燃料噴射ノズル３４より噴出される燃料量の兼ね合いで決まる。ピストン５８から送り出される燃料量が噴出される燃料量より多ければ、噴射圧力が上がっていく。ピストン５８から送り出される量と燃料噴射ノズル３４から噴出される燃料量が同じであれば、噴射圧力は定常になる。一方、ピストン５８から送り出される燃料量が噴出される燃料量より少なければ、噴射圧力は下がっていく。
【００９０】
このように、ピストン制御弁６０（突起６１）によってシリンダ５６への燃料流路５７の面積（流路の実質的な開口面積）を変更することで行う開口面積制御では、噴射圧力の増加率と低下率を直接的に変化させることができ、また、最高噴射圧力は、噴射圧力の増加率に伴って変化する。
【００９１】
ここで、図５乃至図７には、前述した図４に示す燃料噴射パターンでマルチ噴射を実施する場合に、ピストン制御弁６０によりシリンダ５６の燃料流路５７の面積を変更することで、噴射率を設定する方法が概略的な線図にて示されている。この場合、図５は、ブーツ噴射期間終了後圧力上昇率（θ１）を変更するパターンが示されており、図６は、最高噴射圧到達直前圧力上昇率（θ２）を変更するパターンが示されており、図７は、メイン噴射終了時の圧力降下率（θ３）を変更するパターンが示されている。
【００９２】
このように、本第１の参考例に係る燃料噴射装置３０では、ピストン制御弁６０によってシリンダ５６への燃料流路５７の面積（流路の実質的な開口面積）を変更することで燃料油の流入量を制御することにより（ピストン制御弁６０の移動量及び移動時期を調整することで）、燃料噴射ノズル３４から噴射される燃料の噴射率を任意に設定（変更）することができる（燃料の噴射率に基づいた燃料噴射パターンの自由度が拡大する）。
【００９３】
また特に、この燃料噴射装置３０では、ピストン制御弁６０によりシリンダ５６の燃料流路５７の面積を変更してシリンダ５６内への燃料の流入量を変更してピストン５８の移動速度（変位速度）を変更する構成であるため、仮に最高噴射圧力が低い場合でも噴射圧力増加率を高く設定することができる。
【００９４】
またさらに、以上の説明においては「メイン噴射」について記載したが、「アフター噴射」についても同様にピストン制御弁６０によってシリンダ５６の燃料流路面積を変更・制御することで、噴射圧力の増加率、低下率の制御、圧力の制御が可能である。
【００９５】
なおこの場合、通常はアフター噴射の量はメイン噴射の量に比べて非常に少ない。例えば、１回当たりの噴射量が１〜２立方ミリメートルということもある。その場合には、燃料噴射ノズル３４のニードル弁４８のリフトがシートチョーク期間ということもあり、明確に噴射圧力の増加率、低下率を変更できているかの判別は難しい。しかしながら、このような極小噴射量の場合でも、前記開口面積制御によってアフター噴射の圧力を制御することが可能である。このことはすなわち、噴射圧力の増加率もしくは低下率の制御が成されていることに他ならない。また、アフター噴射の量がメイン噴射量の５％以上あるならば、この場合は一般にスプリット噴射と呼ばれる。このスプリット噴射の場合にも、メイン噴射の時と同様に、前記開口面積制御によって噴射圧力の増加率、低下率、最高噴射圧力の制御が可能である。
【００９６】
このように、本第１の参考例に係る燃料噴射装置３０によれば、ピストン制御弁６０によってシリンダ５６への燃料流路５７の開口面積を変更することで燃料油の流入量を制御することにより、燃料噴射ノズル３４から噴射される燃料の噴射率を任意に設定（変更）することができる（燃料の噴射率に基づいた燃料噴射パターンの自由度が拡大する）。
【００９７】
これにより、本燃料噴射装置３０によれば、以下の効果を奏するものである。▲１▼ 一般的に、ディーゼル燃焼では、図８（Ａ）に示す如く、燃料噴射が開始されてから着火までに幾らかの時間（着火遅れ期間）を有する。燃料噴射パターンが蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）による矩形噴射率の場合には、前記着火遅れ期間中に多量の燃料が噴射され、この着火遅れ期間中に噴射された多量の燃料が一度に燃焼するため、ＮＯｘ及び騒音の増加を招くことになる。
【００９８】
これに対し、本燃料噴射装置３０によって、図８（Ｂ）に示す如く、初期噴射率を抑制した燃料噴射パターンで燃料噴射すれば、ＮＯｘ及び騒音が低い良好な燃焼とすることができる。
▲２▼ 機関の全負荷条件では、燃料噴射時期と噴射量は機関の強度を確保するために最大筒内圧によって制限される。ここで、燃料噴射パターンが蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）による矩形噴射率の場合には、図９（Ａ）に示す如く、初期の燃焼量が多く、噴射時期を進めることができない。
【００９９】
これに対し、本燃料噴射装置３０によって、図９（Ｂ）に示す如く、初期噴射率を抑制した燃料噴射パターンとすれば、噴射時期を進めることができ、多量の燃料を噴射できるので、高トルクを得ることができる。しかも、このときＮＯｘ及び騒音を低減することもできる。
▲３▼ 通常の蓄圧器噴射系（コモンレールインジェクタ）によってマルチ噴射を行う場合には、各噴射（パイロット噴射、メイン噴射、アフター噴射、ポスト噴射等）は全て同じ圧力で行われる。しかし、実際にはそれぞれの噴射に最適な圧力がある。本燃料噴射方法による燃料噴射では、マルチ噴射を行う場合に各噴射をそれぞれに最適とできるので、排気特性が向上し騒音が低減する。
【０１００】
例えば、パイロット噴射の圧力が高すぎると、燃料の壁面付着による未燃ＨＣの増加、オイル希釈などの問題を生じる。また、微少量噴射時の制御性が悪く、近接パイロット噴射時にはパイロット燃焼が激しくて騒音低減効果が充分に得られない、等の問題がある。逆に、パイロット噴射の圧力が低すぎると、微粒化の悪化による騒音低減効果の減少や、スモークの増加が問題となる。
【０１０１】
これに対し、本燃料噴射装置３０では、パイロット噴射の圧力をメイン噴射とは別に独自に設定できるので、パイロット噴射の効果が向上する。
【０１０２】
またここで、一般的に、「ピストン制御弁」の弁形式としては、図１０（Ａ）または図１０（Ｂ）に示す如く、平面座形式のものが知られており、その有効流路横断面積はバルブシート部で規定される。すなわち、当該平面座形式の制御弁は、バルブのリフト量（移動量）を制御することでバルブシート部における横断面積を調整する構成（所謂、シート部面積制御）である。
【０１０３】
これに対し、本第１の参考例に係る燃料噴射装置３０では、前述の如きバルブシート部における横断面積を調整する（シート部面積制御）ではなく、ピストン制御弁６０の移動に伴って燃料流路５７の面積を変更する突起６１、すなわち、燃料流路５７（オリフィス）に臨むピストン制御弁６０に突起６１を設け、このピストン制御弁６０の移動量（リフト量）に応じて、突起６１の位置が変更されることで燃料流路５７の面積を変更するという「燃料流路面積可変機能」を具備した構成（所謂、オリフィス制御）である。
【０１０４】
したがって、前述の如きバルブシート部における横断面積を調整する一般的な構成のもの（シート部面積制御）では、バルブのリフト量（移動量）に対してバルブシート部における横断面積はリニアに変化するのに対し、本第１の参考例に係る燃料噴射装置３０では、前記「突起６１」の形状を種々好適に設定することにより、ピストン制御弁６０の移動量（リフト量）に対する燃料流路５７の面積の変化を自在に設定することができる。これにより、燃料噴射ノズル３４から噴射される燃料の噴射率を任意に設定することが可能になり、極めて自由度の高い燃料噴射パターンを実現できる。
【０１０５】
このため、本第１の参考例に係る燃料噴射装置３０では、以下の特有の優れた効果を奏する。
１）噴射圧設定精度の向上
前述の如くバルブシート部における横断面積を調整する一般的な構成のもの（シート部面積制御）では、図１１に線Ｂにて示す如く、バルブのリフト量（移動量）に対してバルブシート部における横断面積がリニアに変化する構成であり、バルブのリフト量の設定精度がバルブシート部における横断面積の設定精度ということになる（バルブシート部における横断面積の設定精度は、一義的に、バルブのリフト量の設定精度に依存する）。
【０１０６】
ここで、本出願人は、シミュレーションによって、増圧器噴射系（ジャークインジェクタ）によって燃料噴射する際に、ピストン制御弁６０により増圧器５４のシリンダ５６内へ流入される燃料圧力（増圧器５４の作動圧、すなわちコモンレール圧）より僅かに高い噴射圧で噴射する場合には、増圧器５４のシリンダ５６への燃料流入量を、前記一般的な構成のバルブの開放による流入量よりも、少なくしたほうが、噴射圧の設定精度を高めることができるという知見を得た。そこで、このような場合においては、図１１に線Ａにてに示す如く、ピストン制御弁６０の移動量（リフト量）に対する燃料流路５７の面積の関係を、少ない移動量時（小リフト量時）ほど燃料流路５７の面積の変化が少なくなる構成とすることによって、ピストン制御弁６０の移動量（リフト量）の設定目標値からのズレＸに対する燃料流路面積のズレを小さくすることができる（一般的な構成のバルブのズレ量Zに対し、本参考例においてはズレ量Ｙであり、Ｙ＜Ｚ）。換言すれば、得たい燃料流路面積に対してピストン制御弁６０の移動量（リフト量）の目標値の幅が広がることになる、すなわち、ピストン制御弁６０の移動量（リフト量）が設定目標値から多少ズレていても、燃料流路面積に対する影響は僅かになる。したがって、噴射圧（ピストン制御弁６０の燃料流路面積）の設定精度を高めることができる。
２）バルブシート部の耐久性の向上
前述した如くバルブシート部における横断面積を調整する一般的な構成のもの（シート部面積制御）では、バルブシート部（その開口）が最小流路面積になる。ここで、このような構成のものにおいては、当該バルブが非作動時（バルブがシート部に着座時）には、シート部上流側の圧力はその作動圧（すなわち、コモンレール圧）であり、シート部下流側（増圧器のピストン大径側）は、例えば大気圧である。この状態から当該バルブを作動させて増圧器のピストン大径側（シリンダの１次チャンバ）に燃料を流入させると、シート部前後の（シート部上流側と下流側の）差圧は、当該バルブを作動させた直後が最も大きい（すなわち、「作動圧−大気圧」）。このように前記差圧が大きいときには、キャビテーションが発生し易い。このキャビテーションは、バルブシート部で発生するため、当該部分が浸食されてシート不良を引き起こすことになる。このようなシート不良は、装置の増圧機能を損なう重大かつ致命的な問題である。
【０１０７】
これに対し、本第１の参考例に係る燃料噴射装置３０では、ピストン制御弁６０の「突起６１」の形状を適切に設定し、ピストン制御弁６０の移動量（リフト量）が少ない時には燃料流路５７の面積が、バルブシート部（燃料流路５７）の開口面積（前記最小流路面積）よりも更に小さくなるように構成できる。したがって、これにより前記シート部前後の（シート部上流側と下流側の）差圧を小さくすることができ、当該ピストン制御弁６０を作動させた直後であってもキャビテーションの発生を防止することができる。このため、バルブシート部で発生するキャビテーションに起因した部材浸食を防止することができ、信頼性及び耐久性が大幅に向上する。
【０１０８】
ここで、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）には、ピストン制御弁６０の移動量（リフト量）と突起６１による燃料流路面積との関係の設定例が示されている。各図において、線Ｂは、バルブシート部における横断面積を調整する一般的な構成のものである。また、図１２（Ａ）の線Ａには、ピストン制御弁６０の移動（リフト）と共に燃料流路５７の面積が滑らかに変化する設定例を示しており、図１２（Ｂ）の線Ｃには、ピストン制御弁６０の移動量（リフト量）が小さいときに（ある範囲で）燃料流路５７の面積が一定に保たれる領域をもたせた設定例を示している。このような構成とすることによって、キャビテーションが発生し易いピストン制御弁６０の移動初期の燃料流路５７の面積が、バルブシート部の開口面積（前記最小流路面積）と同じになることを防止でき（更に小さくなるように構成でき）、これにより、当該ピストン制御弁６０を作動させた直後であってもキャビテーションの発生を防止することができ、バルブシート部で発生するキャビテーションに起因した部材浸食を防止することができ、信頼性及び耐久性が大幅に向上する。
３）増圧器５４の大径ピストン５８側のシリンダ５６容積の低減（小型化）
本第１の参考例に係る燃料噴射装置３０では、燃料流路５７（オリフィス）に臨むようにピストン制御弁６０に突起６１を設けた構成であるため、増圧器５４の大径ピストン５８側のシリンダ５６容積（図２において、大径ピストン５８上方に形成される容積）を低減（小型化）することができる。
【０１０９】
前記「２）バルブシート部の耐久性の向上」にて記載した如く、ピストン制御弁６０の移動量（リフト量）が少ない時に燃料流路５７の面積が極めて小さくなるように構成した場合に、仮に増圧器５４の大径ピストン５８側のシリンダ５６容積が大きいと、当該シリンダ５６容積内の圧力上昇が緩慢になり過ぎることがある。この点、ピストン制御弁６０に設けた突起６１によって当該シリンダ５６容積を低減することができるため、バルブシート部におけるキャビテーション防止のために燃料流路５７の面積をかなり小さく設定しても、当該シリンダ５６容積内の適切な圧力上昇を得ることができる。
４）ＮＯｘ、騒音の低減、及び高出力化
本第１の参考例に係る燃料噴射装置３０では、前述した如くピストン制御弁６０の移動量（リフト量）と突起６１による燃料流路面積との関係を好適に設定することで、機関のクランク角に対する増圧器５４の燃料圧力上昇履歴を任意に設定できるが、更に、ピストン制御弁６０と噴射制御弁５２の作動の位相差を制御することで（ピストン制御弁６０を作動させる時期と噴射制御弁５２を作動させて噴射を開始するタイミングを制御することで）、ＮＯｘ、及び騒音を低減できると共に、高出力化を図ることができる。
【０１１０】
すなわち、図１３（Ａ）に示す如く、「クランク角−増圧器５４のピストン５８位置」の関係が、横断面積を調整する一般的な構成の制御バルブと、本第１の参考例に係るピストン制御弁６０とで共に同じであったとしても、図１３（Ｂ）に線Ａにて示す如く、本第１の参考例に係るピストン制御弁６０では、「突起６１」の形状を適切に設定することでクランク角に対して燃料流路５７の開口面積が緩やかに増加する特性に設定できる。このため、図１３（Ｃ）に線Ａにて示す如く、機関のクランク角に対する増圧器５４の燃料圧力上昇履歴が緩やかに増加する特性に設定できる。
【０１１１】
ここで、前述の如くピストン制御弁６０を作動させる時期と噴射制御弁５２を作動させて噴射を開始するタイミングを制御することで、例えば、低速時にはタイミングＴ₁にて噴射制御弁５２を作動させれば、図１３（Ｄ）に線Ａにて示す如く、初期噴射率を低減して燃料噴射を履行することができ、ＮＯｘ及び騒音を低減することができる。また、例えば、高速時や高負荷時にはタイミングＴ₂にて噴射制御弁５２を作動させれば、図１３（Ｅ）に線Ａにて示す如く、過大な噴射期間での噴射を抑制することができ、高出力化を図ることができる。
【０１１２】
なお、図１３においては、横断面積を調整する一般的な構成の制御バルブの特性を破線にて示してある。
【０１１３】
以上説明した如く、本第１の参考例に係る燃料噴射装置３０では、従来に比べて大幅に高い超高噴射圧によって燃料を噴射することができると共に最高噴射圧が蓄圧器３２の燃料圧力によって一義的に決定されることが無くて良好な燃焼、排気特性を実現でき、しかも、任意の燃料噴射パターンで燃料噴射を行うことが可能となる（燃料の噴射率に基づいた燃料噴射パターンの自由度が拡大する）。
【０１１４】
次に、本発明の他の参考例を説明する。なお、前記第１の参考例と基本的に同一の部品には前記第１の参考例と同一の符号を付与し、その説明を省略する。
［第２の参考例］
図１４には、本発明の第２の参考例に係る燃料噴射装置７０の主要部分の構成が示されている。
【０１１５】
燃料噴射装置７０では、ピストン制御弁６０の先端部分に、流量変更手段としての突起７２が設けられている。この突起７２は、２段の段付き形状とされており、ピストン制御弁６０の移動に伴ってシリンダ５６の燃料流路５７の実質的な開口面積を変更することができる構成である。これにより、ピストン制御弁６０によりシリンダ５６内へ流入される燃料油の流入量を制御することができるようになっている。
【０１１６】
この燃料噴射装置７０においては、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示す如く、増圧器５４下流の燃料圧力の上昇率が時間と共に増加する特性に設定することができる。したがって、前述した第１の参考例に係る燃料噴射装置３０と同様に、燃料噴射ノズル３４から噴射される燃料の噴射率を任意に設定することが可能になり、第１の参考例に係る燃料噴射装置３０と同様の効果を奏する。
［第３の参考例］
図１６には、本発明の第３の参考例に係る燃料噴射装置８０の全体構成が示されている。
【０１１７】
燃料噴射装置８０では、ピストン制御弁６０について、増圧器５４の小径側のピストン５８に対応して設けられており、シリンダ５６内の燃料油を流出させることによりピストン５８を移動させて、圧力遮断弁４０よりも下流側の燃料圧力を増大せしめることができる構成である。
【０１１８】
すなわち、前述した第１及び第２の参考例においては、ピストン制御弁６０について、シリンダ５６への燃料流路５７の実質的な開口面積を変更することで燃料油の流入量を制御することにより、燃料噴射ノズル３４から噴射される燃料の噴射率を任意に設定（変更）する構成としたが、第３の参考例に係る燃料噴射装置８０では、ピストン制御弁６０について、シリンダ５６の燃料流路（流出路）の開口面積を変更することで燃料油のシリンダ５６からの流出量を制御するように構成し、これにより、燃料噴射ノズル３４から噴射される燃料の噴射率を任意に設定（変更）することができる構成となっている。
【０１１９】
この場合であっても、前記第１及び第２の参考例と同様の種々の燃料噴射パターンを設定することができ、同様の作用・効果を奏する。
［第４の参考例］
図１７には、本発明の第４の参考例に係る燃料噴射装置９０の主要部分の構成が示されている。
【０１２０】
燃料噴射装置９０では、ピストン制御弁６０について、流量変更手段としての固定オリフィス９２及び可動オリフィス９４が設けられている。この固定オリフィス９２は、ピストン制御弁６０の油室６３に連通している。また、可動オリフィス９４は、固定オリフィス９２の外周に重なり合って連通して設けられており、しかも、移動することで固定オリフィス９２との重合度合いが変更される構成となっている。さらに、可動オリフィス９４は、移動手段としてのエンジンガバナー９６に接続されており、エンジン回転数の二乗の油圧を作用させて可動オリフィス９４を移動させるように構成されている。
【０１２１】
この燃料噴射装置９０では、燃料噴射するに際して、エンジンガバナー９６によってエンジン回転数の二乗の油圧が作用された可動オリフィス９４が移動される。これにより、可動オリフィス９４と固定オリフィス９２との重合度合いが変更され、当該オリフィスの実質的な開口面積が変更される。
【０１２２】
この場合、図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示す如く、可動オリフィス９４の移動量は、概ね作用する油圧すなわちエンジン回転数の二乗に比例する。したがって、エンジン回転数が高いほど可動オリフィス９４と固定オリフィス９２との重合度合いが大きくなり、ピストン制御弁６０の油室６３に流入する燃料油の有効流路面積が大きくなる。これにより、ピストン制御弁６０によってシリンダ５６内へ流入する燃料圧力（その上昇率）が変更されて、ピストン５８の移動速度を変更することが可能になる。
【０１２３】
この場合、可動オリフィス９４と固定オリフィス９２の形状を適宜に設定したり（例えば、矩形、円形、台形等）その数を変えることによって、例えばエンジン回転数に対する当該流路の有効開口面積の関係を自在に設定することができる。
【０１２４】
換言すれば、燃料噴射ノズル３４から噴射される燃料の最適な噴射率（例えば、エンジン回転数や負荷状態に応じた最適なパイロット噴射やメイン噴射の噴射率）に応じて、固定オリフィス９２及び可動オリフィス９４の形状やエンジンガバナー９６等による可動オリフィス９４の移動速度等を設定しておけば、ニードル弁４８が開放されて燃料噴射が履行される際に前記最適な噴射率で燃料噴射を履行することができる。したがって、非常に自由度の高い燃料噴射パターンを実現できる。
【０１２５】
このように、燃料噴射装置９０においても、前述した第１の参考例に係る燃料噴射装置３０と同様に、燃料噴射ノズル３４から噴射される燃料の噴射率を任意に設定することが可能になり、第１の参考例に係る燃料噴射装置３０と同様の効果を奏する。
【０１２６】
なお、前述の説明では、可動オリフィス９４の制御をエンジンガバナー９６を利用した油圧力で行う構成を示したが、この他に、ＰＺＴアクチュエータ、電磁力、あるいは油圧等で、エンジンガバナー９６を利用することなく、直接に制御する構成としてもよい。
［第５の参考例］
図１９には、本発明の第５の参考例に係る燃料噴射装置１００の全体構成が示されている。
【０１２７】
燃料噴射装置１００では、ピストン制御弁６０が設けられる蓄圧器３２からの油路６４に、流量変更手段としての調圧器１０２が設けられている。
【０１２８】
この燃料噴射装置１００では、燃料噴射するに際して、調圧器１０２によってシリンダ５６への燃料の流入圧力が変更される。これにより、ピストン５８の移動速度が変更され、燃料噴射ノズル３４から噴射される燃料の噴射率を任意に設定することが可能になる。したがって、非常に自由度の高い燃料噴射パターンを実現できる。
【０１２９】
このように、燃料噴射装置１００においても、前述した第１の参考例に係る燃料噴射装置３０と同様に、燃料噴射ノズル３４から噴射される燃料の噴射率を任意に設定することが可能になり、第１の参考例に係る燃料噴射装置３０と同様の効果を奏する。
【０１３０】
なお、前述の如く調圧器１０２を蓄圧器３２からの油路６４に設けてシリンダ５６への燃料の流入圧力を変更する構成とするに限らず、当該調圧器１０２を増圧器５４の小径側のピストン５８に対応して設け（シリンダ５６からの燃料流出路に設け）、シリンダ５６内から流出される燃料油の流出圧力を変更する構成とすることもできる。
［第６の参考例］
図２０には、本発明の第６の参考例に係る燃料噴射装置１１０の全体構成が示されている。
【０１３１】
この燃料噴射装置１１０では、ピストン制御弁６０が設けられる増圧器５４のシリンダ５６には、残圧調整手段としての残圧調整弁１１２が設けられている。この残圧調整弁１１２は、増圧器５４の大径ピストン５８側のシリンダ５６に、オリフィス１１４を介して接続されており、ピストン制御弁６０の非作動時にシリンダ５６（大径ピストン５８側）内の圧力を所定圧力に調整することができる。
【０１３２】
前述した如く、ピストン制御弁６０のバルブシート部前後の（シート部上流側と下流側の）差圧が大きいと、当該ピストン制御弁６０を作動させた直後にキャビテーションが発生し易い。
【０１３３】
この点、燃料噴射装置１１０では、残圧調整弁１１２によって増圧器５４の大径ピストン５８側のシリンダ５６内の圧力を、大気圧まで低下させることなく、所定圧に維持できるため（残圧を確保するため）、ピストン制御弁６０のバルブシート部で発生するキャビテーションに起因した部材浸食を防止することができ、信頼性及び耐久性が大幅に向上する。
【０１３４】
なお、本第６の参考例に係る燃料噴射装置１１０では、残圧調整弁１１２をオリフィス１１４を介してシリンダ５６に接続した構成（オリフィス１１４の下流側に残圧調整弁１１２を配置した構成）としたが、これに限らず、オリフィス１１４の上流側に残圧調整弁１１２を配置した構成としてもよい。
【０１３５】
また、本第６の参考例に係る燃料噴射装置１１０では、ピストン制御弁６０を二方弁形式の構成とすると共に残圧調整弁１１２をピストン制御弁６０とは独立して設ける構成としたが、これに限らず、残圧調整弁１１２をピストン制御弁６０と一体化した構成、すなわち、ピストン制御弁６０を残圧調整弁としての機能を有した三方弁形式の構成としてもよい。
［第７の参考例］
図２１には、本発明の第７の参考例に係る燃料噴射装置１２０の全体構成が示されている。
【０１３６】
この燃料噴射装置１２０は、基本的に、前述した第３の参考例に係る燃料噴射装置８０（図１６）と同様の構成であるが、増圧器５４のシリンダ５６とピストン制御弁６０との間に、オリフィス１２２及び残圧調整弁１２４が設けられた構成となっている。これにより、ピストン制御弁６０はシリンダ５６内の燃料油を流出させることによりピストン５８を移動させて、圧力遮断弁４０よりも下流側の燃料圧力を増大せしめることができると共に、ピストン制御弁６０の非作動時には、残圧調整弁１２４によってシリンダ５６内の圧力を所定圧力に調整することができる。
【０１３７】
この燃料噴射装置１２０では、残圧調整弁１２４によって増圧器５４のシリンダ５６内の圧力を、大気圧まで低下させることなく、所定圧に維持できるため（残圧を確保するため）、キャビテーションに起因した部材浸食を防止することができ、信頼性及び耐久性が大幅に向上する。
【０１３８】
なお、本第７の参考例に係る燃料噴射装置１２０では、残圧調整弁１２４を増圧器５４のシリンダ５６とピストン制御弁６０との間に設けた構成（ピストン制御弁６０の上流側に残圧調整弁１２４を配置した構成）としたが、これに限らず、ピストン制御弁６０の下流側に残圧調整弁１２４を配置した構成としてもよい。
【０１３９】
また、本第７の参考例に係る燃料噴射装置１２０では、残圧調整弁１２４をオリフィス１２２を介してシリンダ５６に接続した構成（オリフィス１２２の下流側に残圧調整弁１２４を配置した構成）としたが、これに限らず、オリフィス１２２の上流側に残圧調整弁１２４を配置した構成としてもよい。
【０１４０】
さらに、本第７の参考例に係る燃料噴射装置１２０では、ピストン制御弁６０を二方弁形式の構成とすると共に残圧調整弁１２４をピストン制御弁６０とは独立して設ける構成としたが、これに限らず、残圧調整弁１２４をピストン制御弁６０と一体化した構成、すなわち、ピストン制御弁６０を残圧調整弁としての機能を有した三方弁形式の構成としてもよい。
【０１４１】
次に、本発明の実施の形態を説明する。なお、上記参考例と基本的に同一の部品には上記参考例と同一の符号を付与し、その説明を省略する。
［第１の実施の形態］
図２２には、本発明の第１の実施の形態に係る燃料噴射装置１３０の全体構成が示されている。
この燃料噴射装置１３０では、次の燃料噴射に備えてピストン制御弁６０を閉じて増圧器５４のピストン５８を再び元の位置に移動させるのに伴ってシリンダ５６内から排出される燃料を、燃料加圧ポンプ３８へ再度供給するための再供給手段を備えている。
【０１４２】
すなわち、燃料加圧ポンプ３８の下流には中圧共通レール１３２を配置すると共に、この中圧共通レール１３２には、タンク１３４からの中圧サプライポンプ１３６及びフィードポンプ１３８を接続した構成となっている。また、中圧共通レール１３２には、圧力調整弁１４０が設けられている。さらに、増圧器５４のシリンダ５６にオリフィス１４３を介して接続された残圧調整弁１４２は、中圧共通レール１３２に接続された構成となっている。これにより、残圧調整弁１４２を介して排出される燃料が、中圧共通レール１３２に戻されるようになっている。
【０１４３】
この燃料噴射装置１３０では、増圧器５４のシリンダ５６から排出される高圧燃料を大気開放するのではなく、残圧調整弁１４２を介して中圧共通レール１３２に戻され、燃料加圧ポンプ３８へ再度供給されるため、燃料圧力エネルギーを回収（再利用）することができ、噴射システムの効率を高めることができる。
【０１４４】
なお、圧力調整弁１４０の如き機械的な構成の弁を中圧共通レール１３２に設けることにより、中圧共通レール１３２の圧力を所定圧に維持することができるが、例えば、電気的な制御を実施することにより中圧共通レール１３２の圧力を蓄圧器（コモンレール）３２に対して適切に可変できるように構成すれば、増圧器５４のシリンダ５６内の残圧を最適に調整することができ、噴射システムの効率をさらに一層高めることができる。
【０１４５】
また、第１の実施の形態に係る燃料噴射装置１３０では、残圧調整弁１４２を設けたことによって、増圧器５４のシリンダ５６内と中圧共通レール１３２の間の脈動を効果的に減衰させることができるが、一方、残圧調整弁１４２を省略して構成することも可能である。
【０１４６】
またさらに、残圧調整弁１４２は、図示した如き機械的な構成のものに限らず、電気的に作動可能な制御弁とし、増圧器５４のシリンダ５６内の圧力（もしくは、シリンダ５６内と中圧共通レール１３２の間の差圧）を制御するように構成してもよい。このような電気的に残圧を制御する構成では、増圧器５４のシリンダ５６内の圧力を、蓄圧器（コモンレール）３２の圧力に応じて制御することができ、噴射システムの効率をさらに一層高めることができる。
【０１４７】
さらに、図２２に示す例においては、残圧調整弁１４２は機関の各インジェクタ毎に配置されるように示してあるが、これに限らず、各インジェクタ毎の増圧器５４のシリンダ５６からの配管（管路）を集合させ、そこの単一の残圧調整弁１４２を配置する構成としてもよい。これによって、部品点数を削減でき、コストの低減を図ることができる。
【０１４８】
また更に、前述した第１の実施の形態に係る燃料噴射装置１３０では、ピストン制御弁６０及び残圧調整弁１４２が、増圧器５４の大径側のピストン５８に対応して設けられた構成としたが、これに限らず、当該ピストン制御弁６０及び残圧調整弁１４２を、図２１に示す第７の参考例に係る燃料噴射装置１２０の如く、増圧器５４の小径側のピストン５８に対応して設け、シリンダ５６内の燃料油を流出させることによりピストン５８を移動させると共に、シリンダ５６から排出される高圧燃料を中圧共通レール１３２に戻す構成としてもよい。
［第２の実施の形態］
図２３には、本発明の第２の実施の形態に係る燃料噴射装置１５０の全体構成が示されている。
【０１４９】
この燃料噴射装置１５０は、基本的に前述した第１の実施の形態に係る燃料噴射装置１３０と同様の構成であるが、前記フィードポンプ１３８に接続されるサプライポンプ１５２をそのまま蓄圧器（コモンレール）３２に接続した構成である。
【０１５０】
すなわち、サプライポンプ１５２は、タンク１３４（フィードポンプ１３８）からの低圧燃料を高圧燃料に加圧して中圧共通レール１３２を介することなくそのまま蓄圧器（コモンレール）３２へ供給する構成である。
【０１５１】
この燃料噴射装置１５０においても、前述した第１の実施の形態に係る燃料噴射装置１３０と同様の作用・効果を奏する。
【０１５２】
なお、前述した「第２の実施の形態」においては、ピストン制御弁６０について、二方弁形式の構成として説明したが、これに限らず、当該ピストン制御弁６０を三方弁形式の構成としてもよい。
【０１５３】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係る燃料噴射装置は、従来に比べて大幅に高い超高噴射圧によって燃料を噴射することができると共に最高噴射圧が蓄圧器の燃料圧力によって一義的に決定されることが無くて良好な燃焼、排気特性を実現でき、しかも、任意の燃料噴射パターンで燃料噴射を行うことが可能となる（燃料の噴射圧及び噴射率に基づいた燃料噴射パターンの自由度が拡大する）という優れた効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の参考例に係る燃料噴射装置の全体構成図である。
【図２】 本発明の第１の参考例に係る燃料噴射装置の主要部分の構成図である。
【図３】 （Ａ）は、本発明の第１の参考例に係る燃料噴射装置におけるピストン制御弁の移動量と流路面積の対応関係を示す線図であり、（Ｂ）は、本発明の第１の参考例に係る燃料噴射装置における増圧器作動開始からの時間と燃料圧力の対応関係を示す線図である。
【図４】 本発明の第１の参考例に係る燃料噴射装置によって履行することができる任意の燃料噴射パターンの代表例を示す線図である。
【図５】 本発明の第１の参考例に係る燃料噴射装置によって燃料流路面積を変更することで噴射率を設定する方法の一例を示す概略的な線図である。
【図６】 本発明の第１の参考例に係る燃料噴射装置によって燃料流路面積を変更することで噴射率を設定する方法の一例を示す概略的な線図である。
【図７】 本発明の第１の参考例に係る燃料噴射装置によって燃料流路面積を変更することで噴射率を設定する方法の一例を示す概略的な線図である。
【図８】 本発明の第１の参考例に係る燃料噴射装置によって生じる排気・燃焼騒音への効果を従来と比較して示す線図である。
【図９】 本発明の第１の参考例に係る燃料噴射装置によって生じる出力への効果を従来と比較して示す線図である。
【図１０】 一般的な平面座形式のピストン制御弁の構成を示す断面図である。
【図１１】 本発明の第１の参考例に係る燃料噴射装置におけるピストン制御弁の移動量と有効流路面積の対応関係を従来と比較して示す線図である。
【図１２】 本発明の第１の参考例に係る燃料噴射装置におけるピストン制御弁の移動量と有効流路面積の対応関係の設定例を従来と比較して示す線図である。
【図１３】 本発明の第１の参考例に係る燃料噴射装置においてピストン制御弁と噴射制御弁の作動の位相差を制御することで更なる効果を奏する点を説明するための線図である。
【図１４】 本発明の第２の参考例に係る燃料噴射装置の主要部分の構成図である。
【図１５】 （Ａ）は、本発明の第２の参考例に係る燃料噴射装置におけるピストン制御弁の移動量と流路面積の対応関係を示す線図であり、（Ｂ）は、本発明の第２の参考例に係る燃料噴射装置におけるピストン制御弁の移動量と燃料圧力の対応関係を示す線図である。
【図１６】 本発明の第３の参考例に係る燃料噴射装置の全体構成図である。
【図１７】 本発明の第４の参考例に係る燃料噴射装置の主要部分の構成図である。
【図１８】 （Ａ）は、本発明の第４の参考例に係る燃料噴射装置におけるエンジン回転数とガバナー圧力の対応関係を示す線図であり、（Ｂ）は、本発明の第４の参考例に係る燃料噴射装置におけるエンジン回転数と有効流路面積の対応関係を示す線図である。
【図１９】 本発明の第５の参考例に係る燃料噴射装置の全体構成図である。
【図２０】 本発明の第６の参考例に係る燃料噴射装置の全体構成図である。
【図２１】 本発明の第７の参考例に係る燃料噴射装置の全体構成図である。
【図２２】 本発明の第１の実施の形態に係る燃料噴射装置の全体構成図である。
【図２３】 本発明の第２の実施の形態に係る燃料噴射装置の全体構成図である。
【図２４】 従来の燃料噴射装置における燃料噴射方法によって燃料噴射が履行された場合の増圧器下流側の圧力の変化状態を示す線図である。
【図２５】 燃料噴射が履行された場合の増圧器下流側の好ましい圧力の変化状態を示す図２４（Ｂ）に対応する線図である。
【符号の説明】
３０ 燃料噴射装置
３２ 蓄圧器
３４ 燃料噴射ノズル
３６ 主油路
３８ 燃料加圧ポンプ
４０ 圧力遮断弁
４２ 噴射制御用油室
４６ コマンドピストン
４８ ニードル弁
５２ 噴射制御弁
５４ 増圧器
５６ シリンダ
５７ 燃料流路
５８ ピストン
６０ ピストン制御弁
６１ 突起（流量変更手段）

Claims (7)

1. 燃料噴射ノズル内の燃料溜に主油路を介して連通され、燃料加圧ポンプから圧送される燃料油を所定の圧力にして蓄圧する蓄圧器と、
   前記燃料噴射ノズルと蓄圧器とを連通する前記主油路の途中に設けられ、前記燃料噴射ノズル側から前記蓄圧器側への燃料圧力流出を遮断する圧力遮断弁と、
   前記燃料噴射ノズルと蓄圧器とを連通する前記主油路の前記圧力遮断弁よりも下流側において連通する噴射制御用油室と、
   前記噴射制御用油室に設けられ、前記噴射制御用油室に燃料油圧を作用させることにより前記燃料噴射ノズル内のニードル弁を閉止せしめ、前記噴射制御用油室の燃料油を除去することにより前記ニードル弁を開放して燃料噴射を履行せしめる噴射制御弁と、
   シリンダ及びピストンを有し、前記燃料噴射ノズルと蓄圧器とを連通する前記主油路の前記圧力遮断弁よりも下流側において前記噴射制御用油室に連通する増圧器と、
   前記蓄圧器からの燃料を前記シリンダ内へ流入させることによりまたは前記シリンダ内の燃料を流出させることにより前記増圧器のピストンを移動させて、前記圧力遮断弁よりも下流側の燃料圧力を増大せしめるピストン制御弁と、
   前記燃料加圧ポンプの上流側に接続されると共に、昇圧手段によって大気圧と前記蓄圧器との中間の圧力を有する中圧共通レールと、
   前記ピストン制御弁の作動時に前記ピストンの移動に伴って前記シリンダ内から排出される燃料を、前記中圧共通レールを介して前記燃料加圧ポンプへ再度供給するための再供給手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記ピストン制御弁により前記シリンダ内へ流入または流出される燃料の流量を変更可能な流量変更手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 前記流量変更手段は、前記ピストン制御弁に設けられ、前記ピストン制御弁の移動に伴って前記シリンダの燃料流路の面積を変更する突起とされることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。
4. 前記流量変更手段は、前記ピストン制御弁の油室に連通する固定オリフィスと、前記固定オリフィスに重なり合って連通しかつ移動することで前記固定オリフィスとの重合度合いが変更される可動オリフィスと、前記可動オリフィスを移動させる移動手段と、を有することを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。
5. 前記流量変更手段は、前記シリンダ内への燃料の流入路または流出路に設けられた調圧器とされることを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置。
6. 前記ピストン制御弁の非作動時に前記シリンダ内の圧力を所定圧力に調整する残圧調整手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の燃料噴射装置。
7. 燃料噴射ノズル内の燃料溜に主油路を介して連通され、燃料加圧ポンプから圧送される燃料油を所定の圧力にして蓄圧する蓄圧器と、
   前記燃料噴射ノズルと蓄圧器とを連通する前記主油路の途中に設けられ、前記燃料噴射ノズル側から前記蓄圧器側への燃料圧力流出を遮断する圧力遮断弁と、
   前記燃料噴射ノズルと蓄圧器とを連通する前記主油路の前記圧力遮断弁よりも下流側において連通する噴射制御用油室と、
   前記噴射制御用油室に設けられ、前記噴射制御用油室に燃料油圧を作用させることにより前記燃料噴射ノズル内のニードル弁を閉止せしめ、前記噴射制御用油室の燃料油を除去することにより前記ニードル弁を開放して燃料噴射を履行せしめる噴射制御弁と、
   シリンダ及びピストンを有し、前記燃料噴射ノズルと蓄圧器とを連通する前記主油路の前記圧力遮断弁よりも下流側において前記噴射制御用油室に連通する増圧器と、
   前記蓄圧器からの燃料を前記シリンダ内へ流入させることによりまたは前記シリンダ内の燃料を流出させることにより前記増圧器のピストンを移動させて、前記圧力遮断弁よりも下流側の燃料圧力を増大せしめるピストン制御弁と、
   前記ピストン制御弁の非作動時に前記シリンダ内の圧力を所定圧力に調整する残圧調整手段と、
   前記燃料加圧ポンプの上流側に接続されると共に、昇圧手段によって大気圧と前記蓄圧器との中間の圧力を有する中圧共通レールと、
   前記ピストン制御弁の作動時に前記ピストンの移動に伴って前記シリンダ内から排出される燃料を、前記中圧共通レールを介して前記燃料加圧ポンプへ再度供給するための再供給手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料噴射装置。

Images