JP4127238B2 - 噴射率可変燃料噴射弁及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、噴射率可変燃料噴射弁及びその制御方法に関する。

内燃機関、特にディーゼルエンジンにおいては、排気ガス中の有害物質の低減（エミッションの改善）や理想的なエンジン性能（例えば、低燃費・高出力）の達成等の目的によって最適な燃料噴射率が存在するため、運転状態等に応じて燃料噴射率を変化させることが望ましい。

燃料噴射率を可変とする方法の一つとしては、例えば特許文献１に記載されているような燃料噴射ノズルを備えた燃料噴射弁を用いる方法がある。この燃料噴射ノズルは、それぞれが異なる噴孔を開閉する複数のニードルピースを有して構成され、各ニードルピースの開閉を互いに独立して制御することによって燃料噴射率を変化させることができるようになっている。

特開２００２−２７６５０９号公報 特開２００３−２５４１８９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の燃料噴射ノズルでは、上記の各ニードルピースを駆動する駆動手段がニードルピース毎に設けられているため、装置の大型化及び高コスト化を避けることが困難である。

本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料噴射率を変化させることが可能な燃料噴射弁であって、小型化及び低コスト化を図ることがより容易な燃料噴射弁と、その制御方法を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された噴射率可変燃料噴射弁及びその制御方法を提供する。

１番目の発明は、第１噴孔及び第２噴孔を有するノズル本体と、上記ノズル本体内において同心状に配設され上記第１噴孔及び第２噴孔をそれぞれ開閉する第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁と、該第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁をそれぞれ閉弁方向に付勢する第１付勢手段及び第２付勢手段と、上記第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁を開弁方向に駆動する開弁手段とを有する噴射率可変燃料噴射弁において、上記開弁手段が、上記第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁に対してそれぞれ独立して設けられた第１アーマチャ及び第２アーマチャと、該第１アーマチャ及び第２アーマチャの両方に電磁力を作用させる単一構成の電磁手段とを含んで構成されていて、上記第１アーマチャ及び第２アーマチャは、上記同心状に配設された第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁の周囲において円周方向に交互に分割配置されていることを特徴とする噴射率可変燃料噴射弁を提供する。

また、２番目の発明は１番目の発明において、上記単一構成の電磁手段がソレノイドにより構成されることを特徴とする。

１番目及び２番目の発明では、上記第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁に対してそれぞれ独立して第１アーマチャ及び第２アーマチャが設けられており、これら第１アーマチャ及び第２アーマチャの両方に対して単一構成の電磁手段によって電磁力が作用せしめられるようになっている。そして、このような構成を有することにより、上記単一構成の電磁手段のみを用いて上記第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁の開閉動作を制御し、燃料噴射の噴射率を制御することが可能となる。そしてこの場合には噴孔開閉弁毎に駆動手段を設ける必要がないので、燃料噴射弁の小型化及び低コスト化をより容易に図ることができる。

３番目の発明は１番目または２番目の発明において、上記第１アーマチャと上記電磁手段との間の距離を上記第２アーマチャと上記電磁手段との間の距離よりも近くしたことを特徴とする。

また、４番目の発明は１番目から３番目の何れかの発明において、上記第１アーマチャの上記電磁手段に対向する部分の面積を上記第２アーマチャの上記電磁手段に対向する部分の面積よりも大きくしたことを特徴とする。

更に、５番目の発明は１番目から４番目の何れかの発明において、上記第１アーマチャを上記第２アーマチャを構成する材料よりも磁性強度の強い材料で構成したことを特徴とする。

３番目から５番目の発明によれば、上記単一構成の電磁手段のみを用いた上記第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁の開閉動作の制御が、簡単な構成によって実現される。
なおここで、磁性強度という用語は材料の磁性の強さ、すなわち磁石への吸着のし易さを表す指標として用いられており、換言すれば同じ強さの磁界において作用せしめられる磁力の大きさの程度を表す指標として用いられている。すなわち、磁性強度が強いほど磁石に吸着し易く、また、同じ強さの磁界において作用せしめられる磁力の大きさが大きいことになる。

６番目の発明は３番目から５番目の何れかの発明において、上記電磁手段によって発生せしめられる磁界の強度が予め定めた磁界強度よりも弱い場合には、上記第１噴孔開閉弁のみが駆動されるように上記第１アーマチャ及び第２アーマチャが構成されていることを特徴とする。

６番目の発明のようにすれば、上記電磁手段によって発生せしめられる磁界の強度を上記予め定めた磁界強度よりも弱く調整することで上記第１噴孔弁のみを開弁させることができ、その結果、噴射率の低い燃料噴射を実施することができる。

７番目の発明は６番目の発明において、上記第１噴孔の直径を上記第２噴孔の直径よりも小さくしたことを特徴とする。
７番目の発明では、上記電磁手段によって発生せしめられる磁界の強度を上記予め定めた磁界強度よりも弱く調整して上記第１噴孔弁のみを開弁させた場合、直径の小さい第１噴孔を介して噴射率の低い燃料噴射が実施される。一般に、直径の小さい噴孔を介した燃料噴射の方が噴霧された燃料の粒径が小さく良好な噴霧特性を有しているので、７番目の発明によれば、噴射率の低い燃料噴射を実施する場合に良好な噴霧特性の燃料噴射を実施することができる。

８番目の発明は３番目から５番目の何れかの発明において、上記第１付勢手段の設定付勢力と上記第２付勢手段の設定付勢力とを異ならせたことを特徴とする。
８番目の発明のようにすることによって、第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁の閉弁時の動作速度を異ならせることができる。これにより、噴射後期における噴射率変化について調整することができる。

９番目の発明は８番目の発明において、上記第１噴孔の直径を上記第２噴孔の直径よりも小さくすると共に、上記第１付勢手段の設定付勢力を上記第２付勢手段の設定付勢力よりも小さくしたことを特徴とする。

９番目の発明のようにすると、上記第１噴孔開閉弁が閉弁されるのが上記第２噴孔開閉弁が閉弁されるのよりも遅くなり、燃料噴射の最後においては直径のより小さい第１噴孔を介した噴射が行なわれることになる。上述したように直径の小さい噴孔を介した燃料噴射の方が噴霧された燃料の粒径が小さく良好な噴霧特性を有しているので、９番目の発明によれば、燃料噴射の最後に噴霧特性の優れた噴射率の低い燃料噴射が行なわれることになる。そしてこの結果、煤の低減等、排気エミッションの改善を図ることができる。

１０番目の発明は、３番目から５番目の何れかの発明の噴射率可変燃料噴射弁において、上記電磁手段によって発生せしめられる磁界を調整し、上記第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁のそれぞれの駆動を制御することを特徴とする、噴射率可変燃料噴射弁の制御方法を提供する。
１０番目の発明によれば、３番目から５番目の何れかの発明の噴射率可変燃料噴射弁を用いて、容易に燃料噴射率を制御することができる。

請求項１から９の各請求項に記載の発明によれば、小型化及び低コスト化を図ることがより容易な噴射率可変燃料噴射弁が提供される。また、請求項１０に記載の発明によれば、そのような噴射率可変燃料噴射弁を用いて、容易に燃料噴射率を制御することができる。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態の噴射率可変燃料噴射弁１００の略示断面側面図であり、同燃料噴射弁１００が燃料の噴射されない状態にある場合を示している。また、図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った断面において後述する第１及び第２ニードル弁並びに第１及び第２アーマチャを見た場合の図である。なお、図１は詳細には、中心線Ｘ−Ｘより左側が図２の線Ｏ−Ｂに沿う方向に取った断面を示し、中心線Ｘ−Ｘより右側が図２の線Ｏ−Ｃに沿う方向に取った断面を示している。

図１に示されているように、本実施形態の燃料噴射弁１００は、容器本体１と、容器本体１の長手方向先端部に取り付けられノズル部を構成するノズル本体２とを有している。上記容器本体１には、燃料供給管（図示なし）に連結され当該燃料噴射弁１００にて噴射される燃料が導入される燃料導入口３及び導入された燃料が通る燃料通路４が設けられている。上記ノズル本体２には、燃料を噴射するための第１噴孔５及び第２噴孔６がそれぞれ複数設けられている。本実施形態の燃料噴射弁１００においては図１に示されているように、上記第２噴孔６が上記第１噴孔５に比べて、よりノズル部先端側において、よりノズル部の長手方向中心軸線（Ｘ−Ｘ）に近い位置に配設されている。

上記ノズル本体２内には、第１噴孔開閉弁を構成する第１ニードル弁７と第２噴孔開閉弁を構成する第２ニードル弁８とが同心状に配設される。本実施形態の燃料噴射弁１００においては図１に示されているように、上記第１ニードル弁７が上記第２ニードル弁８の周囲に配設され、上記第１ニードル弁７が上記第１噴孔５を開閉し、上記第２ニードル弁８が上記第２噴孔６を開閉するように構成されている。

また、図１に示されているように、上記第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８のノズル部側とは反対側の端部には、それぞれ第１スプリング１１及び第２スプリング１２が配設されている。より詳細には、本実施形態の燃料噴射弁１００においては、上記第１スプリング１１が上記第１ニードル弁７と当接部材１３との間に配設され、上記第１ニードル弁７を閉弁方向（図１において下側）に付勢するようにされている。また、上記第２スプリング１２が上記第２ニードル弁８と容器本体１との間に配設され、上記第２ニードル弁８を閉弁方向（図１において下側）に付勢するようにされている。

そして、本実施形態の燃料噴射弁１００においては、上記第１スプリング１１及び第２スプリング１２の周囲に、これらを囲むようにして電磁手段を構成するソレノイド１４が配設されている。

更に、本実施形態の燃料噴射弁１００においては、上記第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８に対してそれぞれ独立して第１アーマチャ１５及び第２アーマチャ１６が設けられている。つまり、上記第１ニードル弁７には上記第１アーマチャ１５が設けられ、上記第２ニードル弁８には上記第２アーマチャ１６が設けられている。そしてより詳細には、これら第１アーマチャ１５及び第２アーマチャ１６は、図２に示されているように、同心状に配設された上記第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８の周囲において円周方向に交互に分割配置されるようにして取り付けられており、一つ一つのアーマチャ１５、１６はほぼ扇形のプレート状部材から構成されている。なお、これらアーマチャ１５、１６は、上記ソレノイド１４によって電磁力が作用せしめられるように、例えば鉄等の強磁性体の材料で構成されるのが好ましい。

また、図１及び図２に示されているように、上記第１ニードル弁７には、上記第２アーマチャ１６を上記第２ニードル弁８に取り付けることができるように切り欠き部７ａが設けられている。この切り欠き部７ａは、上記第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８の作動時に、これらが相対移動するのを妨げないように充分な深さを有している。

また、本実施形態の燃料噴射弁１００においては図１に示されているように、上記第１アーマチャ１５と電磁手段を構成するソレノイド１４との間の距離が上記第２アーマチャ１６と上記ソレノイド１４との間の距離よりも近くされている。またその一方で、本実施形態の燃料噴射弁１００においては図２に示されているように、上記第１アーマチャ１５の上記ソレノイド１４に対向する部分の面積（すなわち、分割されている各第１アーマチャ１５の上記ソレノイド１４に対向する部分の面積の合計）が上記第２アーマチャ１６の上記ソレノイド１４に対向する部分の面積（すなわち、分割されている各第２アーマチャ１６の上記ソレノイド１４に対向する部分の面積の合計）とほぼ同じにされている。

なお、本実施形態の燃料噴射弁１００においては図２に示されているように、上記第１アーマチャ１５と上記第２アーマチャ１６とが、合計４つの部分に分割されているが、他の実施形態においては、より多くの部分に分割されていてもよい。そして、そのようにすると、上記第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８の作動の際に、それらの周囲においてよりバランス良く力が作用して作動されることになるので、上記第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８の動作をより円滑で安定性のあるものとすることができる。

また、上述したように本実施形態の燃料噴射弁１００においては、電磁手段を構成するソレノイド１４が、上記第１スプリング１１及び第２スプリング１２の周囲に、これらを囲むようにして配設されている。そして、このソレノイド１４は、本実施形態の燃料噴射弁１００においては単一構成であり、通電されることによって磁界を発生し、上記第１アーマチャ１５及び第２アーマチャ１６の両方に電磁力を作用させる。つまり、上記ソレノイド１４に通電することによって、上記第１アーマチャ１５及び第２アーマチャ１６に電磁力として吸引力を作用させることができ、その結果、上記第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８が開弁方向（図１において上側）に駆動され、これによって燃料の噴射が実施される。

ところで、本実施形態の燃料噴射弁１００においては、上述したように上記第１アーマチャ１５と上記ソレノイド１４との間の距離が上記第２アーマチャ１６と上記ソレノイド１４との間の距離よりも近くされている。そして本実施形態の燃料噴射弁１００においては、この距離を適切に設定することにより、単一構成の上記ソレノイド１４のみを用いて燃料噴射の噴射率を変化させることができる。すなわち、上記ソレノイド１４の発生する磁界を調整することで、上記第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８のそれぞれの開閉動作を制御し燃料噴射の噴射率を制御することができる。

つまり、例えば、上記ソレノイド１４によって発生せしめられる磁界の強度（磁界強度）が予め定めた磁界強度よりも弱い場合には第１ニードル弁７のみが駆動されるように上記第１アーマチャ１５と上記ソレノイド１４との間の距離及び上記第２アーマチャ１６と上記ソレノイド１４との間の距離を設定するようにする。このようにすれば、例えば上記ソレノイド１４の発生する磁界の強度を上記予め定めた磁界強度よりも弱く調整することで、ソレノイド１４との距離の近い上記第１アーマチャ１５を備える第１ニードル弁７のみを開弁させるようにして噴射率の低い燃料噴射を実施することができる。あるいは、発生する磁界の強度を上記予め定めた磁界強度よりも強くして、第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８の両方を開弁するようにして噴射率の高い燃料噴射を実施することもできる。更に、例えば上記ソレノイド１４の発生する磁界を調整して、上記第１ニードル弁７と上記第２ニードル弁８とを時間差を持って開弁させるようにすることもできる。

以上のように、本実施形態の燃料噴射弁１００においては、単一構成のソレノイド１４のみを用いて上記第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８のそれぞれの開閉動作を制御し燃料噴射の噴射率を制御することができる。そしてこの場合には、ニードル弁毎に駆動手段を設ける必要がないので、燃料噴射弁の小型化及び低コスト化をより容易に図ることができる。
なお、上記ソレノイド１４の発生する磁界の調整は、上記ソレノイド１４への通電時間や通電量（投入電力）等を制御することによって実施することができる。

図３は、上記ソレノイド１４への通電時間を制御して燃料噴射の噴射率を制御した場合の噴射率等の経時変化を示した図である。なおこの例は、上記第１噴孔５の直径が上記第２噴孔６の直径よりも小さくされている場合、すなわち、上記第１噴孔５が少量噴射用とされ、上記第２噴孔６が大量噴射用とされている場合のものである。

図３は、上から通電量、第１ニードル弁７のリフト量、第１噴孔５を介した燃料噴射の噴射率、第２ニードル弁８のリフト量、第２噴孔６を介した燃料噴射の噴射率、全噴射率を示している。

この例では、時刻ｔ１においてソレノイド１４に通電パルスが入力されて通電が開始されており、これによって磁界強度が次第に強くなってソレノイド１４との距離の近い上記第１アーマチャ１５を備える第１ニードル弁７が一定の応答遅れを持って開弁せしめられている（時刻ｔ２に開弁開始）。但し、この場合には、通電時間がＰ１と短いために、磁界強度が、ソレノイド１４との距離の遠い上記第２アーマチャ１６を備える第２ニードル弁８を開弁させるまでには強くならず、結果として第１ニードル弁７のみが作動されて噴射率の低い少量の燃料噴射が実施されている。

一方、時刻ｔ３において通電時間がＰ２と長い通電パルスが入力された場合には、ソレノイド１４の発生する磁界の強度が、ソレノイド１４との距離の遠い上記第２アーマチャ１６を備える第２ニードル弁８を開弁させるのに充分な強度にまで強くなり、第２ニードル弁８も作動されている。つまり、この場合には時刻ｔ３における通電開始後、時刻ｔ４において第１ニードル弁７の開弁が開始され、続いて時刻ｔ５において第２ニードル弁８の開弁が開始されている。この結果、この場合には図３の最下段右側に示されたように、噴射率の高い大量の燃料噴射が実施される。

図４から図６は、上記ソレノイド１４への通電量を制御して燃料噴射の噴射率を制御した場合についての図３と同様の図である。各図において、上から通電量、第１ニードル弁７のリフト量、第１噴孔５を介した燃料噴射の噴射率、第２ニードル弁８のリフト量、第２噴孔６を介した燃料噴射の噴射率、全噴射率の各経時変化が示されている。なおこれらの例も、図３の場合と同様、上記第１噴孔５の直径が上記第２噴孔６の直径よりも小さくされている場合、すなわち、上記第１噴孔５が少量噴射用とされ、上記第２噴孔６が大量噴射用とされている場合のものである。

また、この例における燃料噴射弁１００においては、ソレノイド１４の通電量が比較的小さいＳである時に発生する磁界の強度では、第１ニードル弁７のみが駆動され、ソレノイド１４の通電量が比較的大きいＬである時に発生する磁界の強度では、両方のニードル弁７、８が駆動されるように上記第１アーマチャ１５と上記ソレノイド１４との間の距離及び上記第２アーマチャ１６と上記ソレノイド１４との間の距離が設定されている。

図４は、初めに比較的小さい通電量Ｓでの通電が行なわれ、その後比較的大きい通電量Ｌでの通電が行なわれた場合の例である。すなわちこの例では、時刻ｔａから比較的小さい通電量Ｓでの通電が行なわれ、その後時刻ｔｃから比較的大きい通電量Ｌでの通電が行なわれている。そしてこのようにすると、第１ニードル弁７が通電量Ｓでの通電の開始から一定の応答遅れを持って開弁せしめられ（時刻ｔｂに開弁開始）、第２ニードル弁８が通電量Ｌでの通電の開始から一定の応答遅れを持って開弁せしめられる（時刻ｔｄに開弁開始）。そしてその結果、図４に示されているように第１ニードル弁７と第２ニードル弁８とを時間差を持って作動させることができ、図４の最下段に示されたような噴射率変化を伴う燃料噴射を実施することができる。

図５は、比較的小さい通電量Ｓでの通電が行なわれた場合の例である。すなわちこの例では、時刻ｔａから比較的小さい通電量Ｓでの通電が行なわれている。そしてこのようにすると、第１ニードル弁７が通電量Ｓでの通電の開始から一定の応答遅れを持って開弁せしめられる（時刻ｔｂに開弁開始）。つまり、この場合には、図５に示されているように第１ニードル弁７のみが駆動され、第２ニードル弁８は駆動されない。その結果、図５の最下段に示されたような噴射率の低い燃料噴射が実施される。

また、図６は、比較的大きい通電量Ｌでの通電が行なわれた場合の例である。すなわちこの例では、時刻ｔｃから比較的大きい通電量Ｌでの通電が行なわれている。そしてこのようにすると、図６に示されているように第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８をほぼ同時に駆動することができる（第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８共に時刻ｔｅに開弁開始）。その結果、図６の最下段に示されたような噴射率の高い燃料噴射が実施される。

また、本実施形態の燃料噴射弁１００において、上記第１スプリング１１の設定付勢力と上記第２スプリング１２の設定付勢力とを異ならせてもよい。すなわち、先の構成の説明からも明らかなように、上記第１スプリング１１及び第２スプリング１２の設定付勢力を調整すると、上記第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８の閉弁時の動作速度を調整することができる。したがって、両スプリング１１、１２の設定付勢力を異ならせると、両ニードル弁７、８の閉弁時の動作速度を異ならせることができる。

そしてこのことを利用して、本実施形態の燃料噴射弁１００を用いる場合において、煤の低減等、排気エミッションの改善を図ることができる。
すなわち、例えば、第１スプリング１１の設定付勢力を第２スプリング１２の設定付勢力よりも低く設定することによって、上記第１ニードル弁７が完全に閉弁されるのを上記第２ニードル弁８が完全に閉弁されるのよりも遅らせることができる。そしてこのようにした場合には、燃料噴射の最後においては第１噴孔５を介した噴射が行なわれることになる（図７参照）。またここで、例えば上記第１噴孔５の直径が上記第２噴孔６の直径よりも小さくされている場合には、一般に上記第１噴孔５を介した噴射の方が噴霧された燃料の粒径が小さく良好な噴霧特性を有している。

以上のようなことから、上記第１噴孔５の直径が上記第２噴孔６の直径よりも小さくされている燃料噴射弁１００において、上記第１スプリング１１の設定付勢力を上記第２スプリング１２の設定付勢力よりも低く設定することによって、燃料噴射の最後に噴霧特性の優れた少量の噴射を行なうことが可能となる。そしてその結果、煤の低減等、排気エミッションの改善を図ることができるのである。

次に本発明の別の実施形態について説明する。図８は、この実施形態の噴射率可変燃料噴射弁２００の略示断面側面図であり、同燃料噴射弁２００が燃料の噴射されない状態にある場合を示している。また、図９は、図８の線Ａ−Ａに沿った断面において第１及び第２ニードル弁並びに第１及び第２アーマチャを見た場合の図である。なお、図８は詳細には、中心線Ｘ−Ｘより左側が図９の線Ｏ−Ｂに沿う方向に取った断面を示し、中心線Ｘ−Ｘより右側が図９の線Ｏ−Ｃに沿う方向に取った断面を示している。

本実施形態の燃料噴射弁２００と上述した燃料噴射弁１００とは、その構成及び作動、並びに作用効果について共通する部分を多く有しており、これら共通する部分については原則として説明を省略する。本実施形態の燃料噴射弁２００の構成と上述した燃料噴射弁１００の構成とを比較すると、本実施形態の燃料噴射弁２００においては、図８に示されているように、第１ニードル弁７に設けられている第１アーマチャ１１５とソレノイド１４との間の距離が第２ニードル弁８に設けられている第２アーマチャ１１６と上記ソレノイド１４との間の距離とほぼ等しくされている点で異なっている。また、本実施形態の燃料噴射弁２００においては上述した燃料噴射弁１００とは異なり、図９に示されているように、上記第１アーマチャ１１５の上記ソレノイド１４に対向する部分の面積（すなわち、分割されている各第１アーマチャ１１５の上記ソレノイド１４に対向する部分の面積の合計）が上記第２アーマチャ１１６の上記ソレノイド１４に対向する部分の面積（すなわち、分割されている各第２アーマチャ１１６の上記ソレノイド１４に対向する部分の面積の合計）よりも大きくされている。

このような構成を有することで本実施形態の燃料噴射弁２００は、図３から図７を参照して説明した作動を含め、上記燃料噴射弁１００と同様に作動させることができ、その結果、上述した燃料噴射弁１００と同様の作用及び効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の燃料噴射弁２００においては、上述したように両アーマチャ１１５、１１６とソレノイド１４との距離をほぼ同じにする一方で、第１アーマチャ１１５のソレノイド１４に対向する部分の面積が第２アーマチャ１１６のソレノイド１４に対向する部分の面積よりも大きくされている。したがって、本実施形態の燃料噴射弁２００においては、この面積を適切に設定することにより、上述した燃料噴射弁１００と同様に単一構成のソレノイド１４のみを用いて燃料噴射の噴射率を変化させることができるのである。つまり、燃料噴射弁１００の場合と同様に、上記ソレノイド１４の発生する磁界を調整することで、上記第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８のそれぞれの開閉動作を制御し燃料噴射の噴射率を制御することができる。

より具体的には、例えば、上記ソレノイド１４によって発生せしめられる磁界の強度（磁界強度）が予め定めた磁界強度よりも弱い場合には第１ニードル弁７のみが駆動されるように上記第１アーマチャ１１５及び上記第２アーマチャ１１６のソレノイド１４に対向する部分の面積を設定するようにする。このようにすれば、例えば上記ソレノイド１４の発生する磁界の強度を上記予め定めた磁界強度よりも弱く調整することで、ソレノイド１４に対向する部分の面積の大きい上記第１アーマチャ１１５を備える第１ニードル弁７のみを開弁させるようにして噴射率の低い燃料噴射を実施することができる。あるいは、発生する磁界の強度を上記予め定めた磁界強度よりも強くして、第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８の両方を開弁するようにして噴射率の高い燃料噴射を実施することもできる。更に、例えば上記ソレノイド１４の発生する磁界を調整して、上記第１ニードル弁７と上記第２ニードル弁８とを時間差を持って開弁させるようにすることもできる。

このように、本実施形態の燃料噴射弁２００においても、単一構成のソレノイド１４のみを用いて上記第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８のそれぞれの開閉動作を制御し燃料噴射の噴射率を制御することができる。そしてこの場合には、ニードル弁毎に駆動手段を設ける必要がないので、燃料噴射弁の小型化及び低コスト化をより容易に図ることができる。

また、上述した燃料噴射弁１００の場合と同様に、上記第１噴孔５の直径を上記第２噴孔６の直径よりも小さくすると共に、上記第１スプリング１１の設定付勢力を上記第２スプリング１２の設定付勢力よりも低く設定することによって、燃料噴射の最後に噴霧特性の優れた少量の噴射を行なうようにし、煤の低減等、排気エミッションの改善を図ることも可能である。

次に本発明の更に別の実施形態について説明する。図１０は、この実施形態の噴射率可変燃料噴射弁３００の略示断面側面図であり、同燃料噴射弁３００が燃料の噴射されない状態にある場合を示している。また、図１１は、図１０の線Ａ−Ａに沿った断面において第１及び第２ニードル弁並びに第１及び第２アーマチャを見た場合の図である。なお、図１０は詳細には、中心線Ｘ−Ｘより左側が図１１の線Ｏ−Ｂに沿う方向に取った断面を示し、中心線Ｘ−Ｘより右側が図１１の線Ｏ−Ｃに沿う方向に取った断面を示している。

本実施形態の燃料噴射弁３００についても、その構成及び作動、並びに作用効果について上述した他の燃料噴射弁１００、２００と共通する部分を多く有しているので、これら共通する部分については原則として説明を省略する。図１０及び図１１に示されているように、本実施形態の燃料噴射弁３００の構成は、第１ニードル弁７に設けられている第１アーマチャ２１５とソレノイド１４との間の距離が第２ニードル弁８に設けられている第２アーマチャ２１６とソレノイド１４との間の距離とほぼ等しくされている点（図１０参照）で燃料噴射弁２００と共通であり、第１アーマチャ２１５のソレノイド１４に対向する部分の面積（すなわち、分割されている各第１アーマチャ２１５のソレノイド１４に対向する部分の面積の合計）が第２アーマチャ２１６のソレノイド１４に対向する部分の面積（すなわち、分割されている各第２アーマチャ２１６のソレノイド１４に対向する部分の面積の合計）とほぼ同じにされている点（図１１参照）で燃料噴射弁１００と共通である。

その一方で本実施形態の燃料噴射弁３００では、上述した他の燃料噴射弁１００、２００と異なり、第１アーマチャ２１５と第２アーマチャ２１６とが磁性強度の異なる材料で構成されている。より具体的には、第１アーマチャ２１５が第２アーマチャ２１６を構成する材料よりも磁性強度の強い材料で構成されている。なおここで、磁性強度という用語は材料の磁性の強さ、すなわち磁石への吸着のし易さを表す指標として用いられており、換言すれば同じ強さの磁界において作用せしめられる磁力の大きさの程度を表す指標として用いられている。すなわち、磁性強度が強いほど磁石に吸着し易く、また、同じ強さの磁界において作用せしめられる磁力の大きさが大きいことになる。つまり、本実施形態の燃料噴射弁３００では、第１アーマチャ２１５の方が第２アーマチャ２１６よりも磁石に吸着し易く同じ強さの磁界において作用せしめられる磁力の大きさが大きくなるようにされている。

このような構成を有することで本実施形態の燃料噴射弁３００についても、図３から図７を参照して説明した作動を含め、上述した他の燃料噴射弁１００、２００と同様に作動させることができ、その結果、上述した他の燃料噴射弁１００、２００と同様の作用及び効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の燃料噴射弁３００においては、上述したように両アーマチャ２１５、２１６とソレノイド１４との間の距離がほぼ同じにされ、また、両アーマチャ２１５、２１６のソレノイド１４に対向する部分の面積もほぼ同じにされている一方で、第１アーマチャ２１５が第２アーマチャ２１６を構成する材料よりも磁性強度の強い材料で構成されている。したがって、本実施形態の燃料噴射弁３００においては、両アーマチャ２１５、２１６を構成するのに用いる材料を適切に選択し、両アーマチャ２１５、２１６の有することになる磁性強度を適切に設定することにより、上述した他の燃料噴射弁１００、２００と同様に単一構成のソレノイド１４のみを用いて燃料噴射の噴射率を変化させることができるのである。つまり、上述した燃料噴射弁１００、２００の場合と同様に、上記ソレノイド１４の発生する磁界を調整することで、上記第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８のそれぞれの開閉動作を制御し燃料噴射の噴射率を制御することができる。

より具体的には、例えば、上記ソレノイド１４によって発生せしめられる磁界の強度（磁界強度）が予め定めた磁界強度よりも弱い場合には第１ニードル弁７のみが駆動されるように上記第１アーマチャ２１５及び第２アーマチャ２１６の有する磁性強度を設定するようにする。このようにすれば、例えば上記ソレノイド１４の発生する磁界の強度を上記予め定めた磁界強度よりも弱く調整することで、より強い磁性強度を有する第１アーマチャ２１５を備える第１ニードル弁７のみを開弁させるようにして噴射率の低い燃料噴射を実施することができる。あるいは、発生する磁界の強度を上記予め定めた磁界強度よりも強くして、第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８の両方を開弁するようにして噴射率の高い燃料噴射を実施することもできる。更に、例えば上記ソレノイド１４の発生する磁界を調整して、上記第１ニードル弁７と第２ニードル弁８とを時間差を持って開弁させるようにすることもできる。

このように、本実施形態の燃料噴射弁３００においても、単一構成のソレノイド１４のみを用いて上記第１ニードル弁７及び第２ニードル弁８のそれぞれの開閉動作を制御し燃料噴射の噴射率を制御することができる。そしてこの場合には、ニードル弁毎に駆動手段を設ける必要がないので、燃料噴射弁の小型化及び低コスト化をより容易に図ることができる。

また、上述した燃料噴射弁１００、２００の場合と同様に、上記第１噴孔５の直径を上記第２噴孔６の直径よりも小さくすると共に、上記第１スプリング１１の設定付勢力を上記第２スプリング１２の設定付勢力よりも低く設定することによって、燃料噴射の最後に噴霧特性の優れた少量の噴射を行なうようにし、煤の低減等、排気エミッションの改善を図ることも可能である。

なお、他の実施形態の燃料噴射弁においては、上述の各燃料噴射弁１００、２００、３００の有する特徴的構成（すなわち、各アーマチャ１５、１６とソレノイド１４との間の距離が異なっていること、各アーマチャ１１５、１１６のソレノイド１４に対向する部分の面積が異なっていること、及び、各アーマチャ２１５、２１６を構成する材料の磁性強度が異なっていること）を複数備えていてもよい。

また、本発明の各実施形態の燃料噴射弁において、各アーマチャとソレノイドとの距離の相異の程度、各アーマチャのソレノイドに対向する部分の面積の相異の程度、及び、各アーマチャを構成する材料の磁性強度の相異の程度は、各スプリングの設定付勢力との関係も考慮し、実施する制御において良好な制御性が得られるように設定されるのが好ましい。

図１は、本発明の一実施形態の噴射率可変燃料噴射弁の略示断面側面図であり、同燃料噴射弁が燃料の噴射されない状態にある場合を示している。 図２は、図１の線Ａ−Ａに沿った断面において第１及び第２ニードル弁並びに第１及び第２アーマチャを見た場合の図である。 図３は、ソレノイドへの通電時間を制御して燃料噴射の噴射率を制御した場合について噴射率等の経時変化を示した図である。 図４は、ソレノイドへの通電量を制御して燃料噴射の噴射率を制御した場合について噴射率等の経時変化を示した図である。 図５は、ソレノイドへの通電量を制御して燃料噴射の噴射率を制御した別の場合について噴射率等の経時変化を示した図である。 図６は、ソレノイドへの通電量を制御して燃料噴射の噴射率を制御した更に別の場合について噴射率等の経時変化を示した図である。 図７は、各スプリングの設定付勢力を異ならせた場合の燃料噴射について説明するための図である。 図８は、本発明の別の実施形態の噴射率可変燃料噴射弁の略示断面側面図であり、同燃料噴射弁が燃料の噴射されない状態にある場合を示している。 図９は、図８の線Ａ−Ａに沿った断面において第１及び第２ニードル弁並びに第１及び第２アーマチャを見た場合の図である。 図１０は、本発明の更に別の実施形態の噴射率可変燃料噴射弁の略示断面側面図であり、同燃料噴射弁が燃料の噴射されない状態にある場合を示している。 図１１は、図１０の線Ａ−Ａに沿った断面において第１及び第２ニードル弁並びに第１及び第２アーマチャを見た場合の図である。

符号の説明

１００、２００、３００…噴射率可変燃料噴射弁
１…容器本体
２…ノズル本体
５…第１噴孔
６…第２噴孔
７…第１ニードル弁（第１噴孔開閉弁）
８…第２ニードル弁（第２噴孔開閉弁）
１１…第１スプリング（第１付勢手段）
１２…第２スプリング（第２付勢手段）
１４…ソレノイド（電磁手段）
１５、１１５、２１５…第１アーマチャ
１６、１１６、２１６…第２アーマチャ

Claims (10)

1. 第１噴孔及び第２噴孔を有するノズル本体と、上記ノズル本体内において同心状に配設され上記第１噴孔及び第２噴孔をそれぞれ開閉する第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁と、該第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁をそれぞれ閉弁方向に付勢する第１付勢手段及び第２付勢手段と、上記第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁を開弁方向に駆動する開弁手段とを有する噴射率可変燃料噴射弁において、
   上記開弁手段が、上記第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁に対してそれぞれ独立して設けられた第１アーマチャ及び第２アーマチャと、該第１アーマチャ及び第２アーマチャの両方に電磁力を作用させる単一構成の電磁手段とを含んで構成されていて、
   上記第１アーマチャ及び第２アーマチャは、上記同心状に配設された第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁の周囲において円周方向に交互に分割配置されていることを特徴とする噴射率可変燃料噴射弁。
2. 上記単一構成の電磁手段がソレノイドにより構成されることを特徴とする、請求項１に記載の噴射率可変燃料噴射弁。
3. 上記第１アーマチャと上記電磁手段との間の距離を上記第２アーマチャと上記電磁手段との間の距離よりも近くしたことを特徴とする、請求項１または２に記載の噴射率可変燃料噴射弁。
4. 上記第１アーマチャの上記電磁手段に対向する部分の面積を上記第２アーマチャの上記電磁手段に対向する部分の面積よりも大きくしたことを特徴とする、請求項１から３の何れか一項に記載の噴射率可変燃料噴射弁。
5. 上記第１アーマチャを上記第２アーマチャを構成する材料よりも磁性強度の強い材料で構成したことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の噴射率可変燃料噴射弁。
6. 上記電磁手段によって発生せしめられる磁界の強度が予め定めた磁界強度よりも弱い場合には、上記第１噴孔開閉弁のみが駆動されるように上記第１アーマチャ及び第２アーマチャが構成されていることを特徴とする、請求項３から５の何れか一項に記載の噴射率可変燃料噴射弁。
7. 上記第１噴孔の直径を上記第２噴孔の直径よりも小さくしたことを特徴とする、請求項６に記載の噴射率可変燃料噴射弁。
8. 上記第１付勢手段の設定付勢力と上記第２付勢手段の設定付勢力とを異ならせたことを特徴とする、請求項３から５の何れか一項に記載の噴射率可変燃料噴射弁。
9. 上記第１噴孔の直径を上記第２噴孔の直径よりも小さくすると共に、上記第１付勢手段の設定付勢力を上記第２付勢手段の設定付勢力よりも小さくしたことを特徴とする、請求項８に記載の噴射率可変燃料噴射弁。
10. 請求項３から５の何れか一項に記載の噴射率可変燃料噴射弁において、上記電磁手段によって発生せしめられる磁界を調整し、上記第１噴孔開閉弁及び第２噴孔開閉弁のそれぞれの駆動を制御することを特徴とする、噴射率可変燃料噴射弁の制御方法。

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