JP4239332B2

JP4239332B2 - 内燃機関の燃料噴射装置

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Publication number: JP4239332B2
Application number: JP33783099A
Authority: JP
Inventors: 清美河村; 則和勝見; 昭則斎藤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1999-11-29
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2019-11-29
Also published as: JP2001153001A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関の運転状態に応じてニードル弁のリフト量を制御することにより、燃料噴霧の噴霧角度（広がり角度）、貫徹力（到達距離）、微粒化等の特性を可変にするようにした燃料噴射装置が存在しており、たとえば特開昭６０−３０８５６０号公報に開示されたようなものが知られている。
【０００３】
特開昭６０−３０８５６０号公報に開示された燃料噴射装置は、図８に示されるように、燃料を噴射する燃料噴射口３０２を有するノズルボディ３０１と、ノズルボディ３０１の内部でリフト可能に保持され、供給燃料の圧力の作用によってリフトして燃料噴射口を開くニードル弁３０３と、ニードル弁３０３とプッシュロッド３０４を介して当接するロッド３０５のストッパとなるピストン３０６とを備えており、ピストン３０６は、バネ３０７によってニードル弁３０３のリフト方向とは反対方向に付勢力を付与されると共に、制御油圧Ｐｃが作用することによってバネ３０７の付勢力に抗してニードル弁３０３のリフト方向に移動し得るように構成されている。
【０００４】
制御油圧Ｐｃが小さい場合、ピストン３０６は、バネ３０７によりニードル弁３０３のリフト方向とは反対方向に付勢力を付与されてバネ抑え３０８に接した位置で停止しており、ニードル弁３０３のリフト量は、ロッド３０５とピストン３０６との隙間Ｓ１に相当するリフト量（プレリフト量）に制限される。
【０００５】
制御油圧Ｐｃが大きい場合、ピストン３０６は、制御油圧Ｐｃの作用によりバネ３０７の付勢力に抗してニードル弁３０３のリフト方向に移動する。このピストン３０６の移動に伴い、ロッド３０５とピストン３０６との隙間が制御油圧Ｐｃが小さい場合の隙間Ｓ１よりも大きくなり、ニードル弁３０３のリフト量は、上述したプレリフト量より大きくなる（最大リフト量：Ｓ１＋Ｓ２）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ニードル弁３０３が上昇してピストン３０６にロッド３０５が当接すると、ピストン３０６にはバネ３０７による付勢力（ニードル弁３０３のリフト方向とは反対方向に作用）と、制御油圧Ｐｃによる作用力（ニードル弁３０３のリフト方向に作用）と、ニードル弁３０３による作用力（ニードル弁３０３のリフト方向に作用）が働く。ニードル弁３０３による作用力は、ニードル弁３０３が供給燃料の圧力によって押し上げられる力であり、ニードル弁３０３の受圧面積と供給燃料の圧力との積で表される。ニードル弁３０３の受圧面積は、ニードル弁３０３の断面積に相当し、ニードル弁３０３の直径から容易に算出できる。
【０００７】
ニードル弁３０３のリフト量をプレリフト量に制限するためには、バネ３０７による付勢力を、制御油圧Ｐｃによる作用力とニードル弁３０３による作用力との総和より大きく設定する必要があることから、これらの関係からバネ３０７に必要な付勢力を算出してみた。供給燃料の圧力は、燃料を微粒化して排気浄化性能を向上するために、近年では１５０ＭＰａを超える高圧化が図られており、供給燃料の圧力が１５０ＭＰａを超える場合には、バネ３０７に必要とされる付勢力は１８４０Ｎ程度となる。ここで、ニードル弁３０３のリフト量をプレリフト量に制限するときの制御油圧Ｐｃは０ＭＰａ、ニードル弁３０３の直径は４ｍｍとしている。
【０００８】
このように、供給燃料の圧力の高圧化が図られた場合には、バネ３０７に必要とされる付勢力は極めて大きなものとなり、この付勢力を設定するためにはかなり大きな線径のバネを使用しなければならない。しかしながら、上述したようなかなり大きな線径のバネを使用すると、ノズルボディ３０１の外形も大きくなり、ノズルボディ３０１のエンジンへの搭載性が悪化してしまう。また、上述したような極めて大きな付勢力を与えてピストン３０６（ストッパ）を組み付けることは容易でなく、燃料噴射装置の組み立て作業性も悪化してしまう。
【０００９】
次に、ニードル弁３０３のリフト量をプレリフト量より大きくリフトさせるために必要な制御油圧Ｐｃを算出してみた。バネ３０７の付勢力に打ち勝つのに必要な油圧は、付勢力／受圧面積であり、バネ３０７の付勢力が上述の１８４０Ｎである場合には７３ＭＰａ程度となる。ここで、ピストン３０６の大径部の直径は７ｍｍ、小径部の直径は４ｍｍとしている。したがって、ニードル弁３０３のリフト量をプレリフト量より大きくリフトさせるために必要な制御油圧Ｐｃは、上述の７３ＭＰａから供給燃料の圧力（最低燃料噴射圧力は２０ＭＰａ程度）を差し引いた５０ＭＰａ程度となり、制御油圧としてはかなり高い値が必要とされる。上述したような制御油圧Ｐｃを発生させるためには高圧の油圧ポンプ等の油圧発生源が必要となるが、一般にこのような高圧の油圧ポンプは動力損失が大きく、油圧ポンプを駆動するためにエンジン出力の低下や燃費の悪化を招くことになる。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ノズルボディの大型化を抑制してエンジンへの搭載性及び燃料噴射装置の組み立て作業性の悪化を防ぐことができると共に、エンジン出力の低下や燃費の悪化をも防ぐことが可能な内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置は、燃料を噴射する燃料噴射口を有するノズルボディと、ノズルボディの内部でリフト可能に保持され、供給燃料の圧力の作用によってリフトして燃料噴射口を開く弁部材と、弁部材とは所定のリフト量相当の距離を隔てて設けられ、弁部材と当接可能な第１の面及び該第１の面とは反対側の第２の面を有するリフト制御部材と、弁部材とリフト制御部材の第１の面との間に形成される室と、リフト制御部材の第２の面がその一部を構成し、供給燃料が導かれるリフト制御室と、リフト制御室内に設けられ、リフト制御部材に対して弁部材のリフト方向とは反対方向に付勢力を付与する付勢力付与部材と、リフト制御室内の燃料を排出することによりリフト制御室内の圧力を弁部材に作用する供給燃料の圧力より低い状態とし、また、リフト制御室内の燃料の排出を禁止することによりリフト制御室内の圧力を弁部材に作用する供給燃料の圧力と同等の状態とするリフト制御室内圧力調整手段と、を備え、リフト制御室内圧力調整手段によりリフト制御室内の圧力が弁部材に作用する供給燃料の圧力と同等とされた状態において、弁部材に作用する供給燃料の圧力が弁部材と第１の面とにより画成される室の圧力よりも高く弁部材が供給燃料の圧力の作用によってリフトすると、弁部材がリフト制御部材に当接して、弁部材のリフト量が弁部材とリフト制御部材との間の距離に相当するリフト量に制限され、リフト制御室内圧力調整手段によりリフト制御室内の圧力が弁部材に作用する供給燃料の圧力より低くされた状態において、弁部材に作用する供給燃料の圧力が弁部材と第１の面とにより画成される室の圧力よりも高く弁部材が供給燃料の圧力の作用によってリフトすると、弁部材及びリフト制御部材が弁部材のリフト方向に移動して弁部材のリフト量が弁部材とリフト制御部材との間の距離に相当するリフト量より大きくなることを特徴としている。
【００１２】
本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置では、上述した、リフト制御部材と、リフト制御室と、付勢力付与部材と、リフト制御室内圧力調整手段とを備えているので、リフト制御室内圧力調整手段がリフト制御室内の燃料の排出を禁止することによりリフト制御室内の圧力を弁部材に作用する供給燃料の圧力と同等の状態とした場合、弁部材が供給燃料の圧力の作用によってリフトすると、リフト制御部材はリフト制御室内の圧力により弁部材のリフト方向への移動が規制されているために、弁部材はリフト制御部材に当接してリフトが制限される。したがって、弁部材のリフト量は、弁部材とリフト制御部材との間の距離に相当するリフト量に制限される。一方、リフト制御室内圧力調整手段がリフト制御室内の燃料を排出することによりリフト制御室内の圧力を弁部材に作用する供給燃料の圧力より低い状態とした場合、弁部材が供給燃料の圧力の作用によってリフトすると、弁部材はリフト制御部材に当接するものの、リフト制御室内の圧力が低下しリフト制御部材も弁部材のリフト方向に移動可能な状態となっているために、弁部材のリフト量は、弁部材とリフト制御部材との間の距離に相当するリフト量より更にリフトする。
【００１３】
したがって、弁部材のリフト量の制御は、主としてリフト制御室内の圧力の大きさに基づいて行われることになり、付勢力付与部材の付勢力はリフト制御部材を初期位置に復帰させ得る程度のものでよい。この結果、付勢力付与部材の付勢力を上述した従来のものに比して小さく設定することができ、ノズルボディの大型化を抑制してエンジンへの搭載性及び燃料噴射装置の組み立て作業性の悪化を防ぐことができる。また、リフト制御室に供給燃料を導いて、リフト制御室の圧力として供給燃料の圧力を用いていることから、新たな油圧源を設けることなく弁部材のリフト量の制御を行うことが可能となり、油圧を発生させるために必要な動力が上述した従来のものに比して小さくなる。この結果、エンジン出力の低下や燃費の悪化を防ぐことができる。
【００１４】
また、弁部材と第１の面とにより画成される上記室は、供給燃料が導かれる燃料制御室であって、弁部材とリフト制御部材とにより画成され、供給燃料が導かれる燃料制御室と、燃料制御室に連通して、燃料制御室内の燃料を排出する燃料排出通路と、燃料排出通路の途中に設けられ、燃料排出通路を開閉する燃料制御弁と、を更に備え、リフト制御室内圧力調整手段は、燃料排出通路の燃料制御弁よりも燃料制御室側の部分とリフト制御室とを連通する連通路と、連通路の途中に設けられ、連通路を開閉するリフト制御弁とを有していることが好ましい。このような構成とした場合、燃料制御弁により燃料排出通路が閉じられている場合には、燃料制御室内の圧力が供給燃料の圧力と同等となり弁部材がリフトすることはない。燃料制御弁により燃料排出通路が開かれた場合には、燃料制御室内の燃料が排出されて燃料制御室内の圧力が供給燃料の圧力より低くなり、弁部材がリフトする。燃料制御弁により燃料排出通路が開かれた場合において、リフト制御弁により連通路を閉状態とすると、リフト制御室内の圧力は弁部材に作用する供給燃料の圧力と同等となり、上述したように弁部材はリフト制御部材に当接してそのリフトが制限される。一方、燃料制御弁により燃料排出通路が開かれた場合において、リフト制御弁により連通路を開状態とすると、リフト制御室内の圧力は弁部材に作用する供給燃料の圧力より低くなり、上述したように弁部材はリフト制御部材に当接した後も更にリフトする。したがって、燃料排出通路の燃料制御弁よりも燃料制御室側の部分とリフト制御室とを連通する連通路と、この連通路を開閉するリフト制御弁を有することにより、燃料噴射口から燃料を噴射させるための燃料制御弁による燃料排出通路の開閉制御に伴なって、リフト制御室内の燃料の排出あるいは排出の禁止を制御することが可能となり、燃料噴射と同期してリフト制御室内の圧力の制御を行うことができる。また、リフト制御室内の圧力を制御し得る構造が、連通路及びリフト制御弁という極めて簡易な構成にて、簡易且つ低コストで実現可能となる。
【００１５】
また、リフト制御弁は、油圧源から送られる制御油圧により、連通路を開いた状態、あるいは、連通路を閉じた状態に切換えられるスプールバルブにより構成されていることが好ましい。このような構成とした場合、制御油圧はスプールバルブを作動させ得る比較的低い油圧であればよく、油圧源の駆動による動力損失は小さくなる。この結果、制御油圧を発生させる油圧源を設ける場合においても、エンジン出力の低下や燃費の悪化を極力抑制することができる。
【００１６】
また、リフト制御部材には、燃料制御室とリフト制御室とを連通させる燃料通路が、弁部材がリフト制御部材に当接したときに弁部材により塞がれる位置に設けられていることが好ましい。このように、リフト制御部材に燃料通路を設けることにより、燃料制御室とリフト制御室との圧力を確実に同等の圧力にすることができる。また、弁部材がリフトしてリフト制御部材に当接したときには、燃料通路が弁部材により塞がれるので、リフト制御室内の燃料が燃燃料通路から燃料制御室に漏れる、あるいは、燃料制御室内の燃料がリフト制御室に漏れることはなく、リフト制御室内の圧力を適切に保つことができる。
【００１７】
また、リフト制御室内圧力調整手段は、リフト制御室に供給燃料を導く状態と、リフト制御室内の燃料を排出する状態とを選択するリフト制御弁を有していることが好ましい。このような構成とした場合、リフト制御弁によりリフト制御室に供給燃料を導く状態を選択した場合には、リフト制御室内の圧力は弁部材に作用する供給燃料の圧力と同等となり、上述したように弁部材はリフト制御部材に当接してそのリフトが制限される。一方、リフト制御弁によりリフト制御室内の燃料を排出する状態を選択した場合には、リフト制御室内の圧力は弁部材に作用する供給燃料の圧力より低くなり、上述したように弁部材はリフト制御部材に当接した後も更にリフトする。この結果、リフト制御弁によりリフト制御室内の圧力の制御を行うことができ、また、リフト制御室内の圧力を制御し得る構造が、リフト制御弁という極めて簡易な構成にて、簡易且つ低コストで実現可能となる。
【００１８】
また、リフト制御弁は、油圧源から送られる制御油圧により、リフト制御室に供給燃料を導く状態、あるいは、リフト制御室内の燃料を排出する状態に切換えられるスプールバルブにより構成されていることが好ましい。制御油圧はスプールバルブを作動させ得る比較的低い油圧であればよく、油圧源の駆動による動力損失は小さくなる。この結果、制御油圧を発生させる油圧源を設ける場合においても、エンジン出力の低下や燃費の悪化を極力抑制することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。
【００２０】
（第１実施形態）
まず、図１及び図２に基づいて、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置について説明する。図１は、燃料噴射装置の構成を示す模式図である。本第１実施形態は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置をディーゼルエンジンの蓄圧式燃料噴射装置に適用したものである。
【００２１】
燃料噴射装置１においては、燃料タンク２からフィードポンプ３によって吸い上げられて所定の吸入圧力に加圧された燃料は、燃料管４を通じて高圧燃料ポンプ５に送られる。高圧燃料ポンプ５は、たとえばエンジンによって駆動される、いわゆる、プランジャ式のサプライ用の燃料供給ポンプであり、燃料を運転状態等に基づいて定められる高圧に昇圧し、昇圧された燃料を燃料管７を通じてコモンレール８に供給する。コモンレール８に所定圧力に昇圧した状態で貯留された燃料は、コモンレール８から燃料供給管９を通じて、複数の燃料噴射弁１０に供給燃料として導かれる。図１においては、内燃機関として４気筒ディーゼルエンジンＥが図示されており、エンジンＥの４つの気筒（図示せず）には、その内部に形成される燃焼室にそれぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁１０が配設されている。
【００２２】
ＥＣＵ１１には、各種のセンサ、即ち、クランク角度を検出するためのクランク角度センサ１２、アクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ１３、冷却水温度を検出するための水温センサ、吸気管内圧力を検出するための吸気管内圧力センサ等のエンジンの運転状態を検出するための各種センサからの信号が入力されている。また、ＥＣＵ１１には、コモンレール８に設けられている圧力センサ（図示せず）が検出したコモンレール８内の燃料圧の検出信号が送られる。
【００２３】
ＥＣＵ１１は、これらの信号に基づいて、エンジン出力が運転状態に即した最適出力になるように、燃料噴射弁１０による燃料の噴射時期及び噴射量を制御して、燃料が最適な噴射時期に最適な燃料噴射量でもって対応する燃焼室に噴射されるように燃料噴射弁１０に備わる燃料制御弁４１を制御する。燃料噴射弁１０から噴射される燃料の噴射圧はコモンレール８に貯留されている燃料の圧力に略等しい。燃料噴射量は、噴射期間と噴射圧力で定まるので、流量制御弁６を制御してコモンレール８への高圧燃料の供給量を制御することにより、燃料噴射圧が制御される。燃料噴射弁１０からの燃料の噴射でコモンレール８内の燃料が消費された場合や、燃料噴射量を変更する場合に、ＥＣＵ１１は、コモンレール８内の燃料圧が所定の燃料圧となるように、流量制御弁６を制御して高圧燃料ポンプ５からコモンレール８への燃料の吐出量を制御する。コモンレール燃料噴射システムそれ自体は、従来公知のものであり、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００２４】
燃料噴射弁１０は、図１に示されるように、弁体としてのノズルボディ２１を有している。ノズルボディ２１の先端には、燃料を噴射する燃料噴射口２２と、これより内方で燃料噴射口２２に連通する略円錐形状の弁座部２３が形成されている。ノズルボディ２１にはその中心に弁孔２４と案内孔２５とが穿設されている。弁孔２４は、図１に示されるように案内孔２５よりも小径に形成されている。弁孔２４の内部には、ニードル弁２６が摺動可能に精密に嵌合されている。ニードル弁２６は、その円錐形状先端が弁座部２３に当接可能とされている。このニードル弁２６が後述する供給燃料の圧力を受けて昇降作動（リフト）することによって、弁座部２３とニードル弁２６の円錐形状先端との間の間隔を制御し間欠的に燃料を燃料噴射口２２を通じて燃焼室内に噴射供給させるようになっている。
【００２５】
また、ニードル弁２６には円錐形受圧面２６ａが形成されており、この円錐形受圧面２６ａとノズルボディ２１（弁孔２４）との間に燃料溜り部２７が形成される。ノズルボディ２１には、一端が燃料溜り部２７に開口し、他端が燃料供給管９に接続される燃料通路２８が形成されている。したがって、ニードル弁２６の円錐形受圧面２６ａには、燃料供給管９及び燃料通路２８を介して燃料溜り部２７に導かれた供給燃料の圧力が作用するように構成されている。
【００２６】
燃料噴射口２２は、ノズルボディ２１の先端側に設けられる第１燃料噴射口２２ａと、第１燃料噴射口２２ａより後側に設けられる第２燃料噴射口２２ｂとからなり、ニードル弁２６（円錐形状先端）のリフト量に応じて、リフト量が所定のリフト量（Ｌ）以下の場合には第２燃料噴射口２２ｂから燃料を噴射供給し、リフト量が所定のリフト量（Ｌ）より大きい場合には第１燃料噴射口２２ａ及び第２燃料噴射口２２ｂから燃料を噴射供給するように構成されている。
【００２７】
案内孔２５には、ピストン３１が摺動可能に精密に嵌合されている。ピストン３１とニードル弁２６との間には、図１に示されるように、ピストン３１とニードル弁２６との間の距離を規定するためのロッド３２と、ピストン３１及びニードル弁２６の夫々に当接し、ニードル弁２６に対してニードル弁２６のリフト方向とは反対の方向（図１中下方向）に付勢力を付与するバネ３３とが配設されている。ここで、ニードル弁２６、ピストン３１及びロッド３２は、各請求項における弁部材を構成している。なお、本実施形態においては、ニードル弁２６、ピストン３１及びロッド３２を夫々別体にて構成しているが、たとえばニードル弁２６とロッド３２とを一体に構成してもよいし、あるいは、ニードル弁２６とピストン３１とロッド３２とを一体に構成してもよい。
【００２８】
ノズルボディ２１には、図１に示されるように、案内孔２５に連続して、案内孔２５より大径の圧力室３４が形成されており、この圧力室３４が各請求項におけるリフト制御室を構成している。この圧力室３４には、案内孔２５との連通状態を制御可能な制御部材３５が配設されており、この制御部材３５が各請求項におけるリフト制御部材を構成している。制御部材３５は、圧力室３４内をニードル弁２６のリフト方向及びリフト方向とは反対の方向に移動可能とされている。また、制御部材３５は、ピストン３１側の面３５ａが略円錐形状を呈しており、略円錐形状とされた面３５ａが圧力室３４と案内孔２５とで構成される段部２１ａに当接することにより圧力室３４と案内孔２５との連通が遮断された状態となり、略円錐形状とされた面３５ａが段部２１ａから離れることにより圧力室３４と案内孔２５とが連通された状態となる。また、圧力室３４内には、制御部材３５に対してニードル弁２６のリフト方向とは反対の方向（図１中下方向）に付勢力を付与するバネ３６が配設されており、このバネ３６が各請求項における付勢力付勢部材を構成している。
【００２９】
ピストン３１と制御部材３５とは、図１に示されるように、ピストン３１が最もニードル弁２６のリフト方向とは反対の方向（図１中下方向）の位置にあり、制御部材３５（面３５ａ）が圧力室３４と案内孔２５とで構成される段部２１ａに当接した位置（初期位置）にある場合に、所定の距離Ｌを隔てて設けられており、これらのピストン３１、制御部材３５及びノズルボディ２１（案内孔２５）により画成される圧力室３７がピストン３１と制御部材３５との間に構成される。圧力室３７には、燃料通路２８から分岐し且つ絞り部３８ａを有した燃料通路３８が接続されており、燃料通路３８を介して燃料通路２８から圧力室３７に供給燃料が導かれている。ここで、この圧力室３７は、各請求項における燃料制御室を構成している。
【００３０】
燃料通路３８の絞り部３８ａよりも圧力室３７側の部分からは、絞り部３９ａを介して燃料を燃料噴射弁１０外に排出するための燃料排出通路３９が分岐して設けられている。燃料排出通路３９の絞り部３９ａよりも下流側の部分には燃料制御弁４１が設けられており、この燃料制御弁４１は電磁弁からなり、ＥＣＵ１１から送られてくる制御信号に基づいて作動し、絞り部３９ａよりも下流側の燃料排出通路３９を開閉するように構成されている。
【００３１】
また、ノズルボディ２１には、燃料排出通路３９の絞り部３９ａと燃料制御弁４１との間の部分と、圧力室３４とを絞り部４２ａを介して連通する連通路４２が形成されている。連通路４２の絞り部４２ａと燃料制御弁４１との間の部分には、リフト制御弁としてのスプールバルブ４３が設けられており、このスプールバルブ４３は連通路４２を開閉するように構成されている。スプールバルブ４３は、油圧源としての油圧ポンプ４４から圧油が油圧制御部４５に送られて油圧制御部４５にて調整された圧油の制御油圧により作動するものであり、この制御油圧がバネ４３ａの付勢力により規定される作動圧力より低い場合には連通路４２を閉じた状態とし、上述した制御油圧がバネ４３ａの付勢力により規定される作動圧力より高い場合には連通路４２を開いた状態とするように構成されている。
【００３２】
圧力室３４には、圧力室３４と圧力室３７との間に圧力差が生じた場合に、制御部材３５の面３５ａが段部２１ａから離れることにより圧力室３７内の燃料が導かれるため、制御部材３５には、圧力室３４内に導かれた供給燃料の圧力が作用するようになっている。したがって、制御部材３５の圧力室３４に臨む面３５ｂは、圧力室３４内に導かれた供給燃料からの圧力を受ける受圧面を構成しており、圧力室３４の一部を構成する。また、制御部材３５の圧力室３４に臨む面３５ｂの面積は、ニードル弁２６が燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力を受ける受圧面積よりも大きくなる。
【００３３】
油圧制御部４５は、ＥＣＵ１１から送られる制御信号に基づいて作動し、油圧ポンプ４４から送られてくる圧油の圧力を調整して、スプールバルブ４３の作動を制御するための制御圧力を生成するように構成されている。ＥＣＵ１１は、クランク角度センサ１２及びアクセル開度センサ１３からの出力信号に基づいてエンジンＥが所定の運転状態（たとえば低回転低負荷）にあるか否かを判断し、エンジンＥが所定の運転状態にある場合には、油圧制御部４５に対して制御油圧をバネ４３ａの付勢力により規定される作動圧力より低くするように制御信号を出力し、エンジンＥが所定の運転状態にない場合には、油圧制御部４５に対して制御油圧をバネ４３ａの付勢力により規定される作動圧力より高くするように制御信号を出力する。
【００３４】
次に、図２を参照しながら、上述したように構成された燃料噴射弁１０の作動について説明する。図２は、スプールバルブ４３の開閉状態及び燃料制御弁４１の開閉状態とニードル弁のリフト量と間の関係を示す線図である。
【００３５】
油圧制御部４５が、ＥＣＵ１１から送られた制御信号に基づいて、制御油圧をバネ４３ａの付勢力により規定される作動圧力より高くした場合には、スプールバルブ４３は連通路４２を開いた状態となる（図２中矢印Ａで示される領域）。このようにスプールバルブ４３が連通路４２を開いた状態において、燃料制御弁４１が、ＥＣＵ１１から送られた制御信号に基づいて、燃料排出通路３９を開いた状態となると、圧力室３４内の供給燃料が燃料排出通路３９及び燃料制御弁４１を介して排出されることになる。
【００３６】
ところで、燃料制御弁４１が燃料排出通路３９を閉じた状態では、コモンレール８の燃料が燃料供給管９を介して燃料溜り部２７及び圧力室３７に導かれており、燃料溜り部２７及び圧力室３７内に導かれた供給燃料の圧力は、コモンレール８内の燃料圧力と等しくなっている。このとき、圧力室３７内の圧力が圧力室３４内の圧力より高い場合には、制御部材３５に対して圧力室３７内の供給燃料の圧力により制御部材３５の面３５ａが段部２１ａから離れる方向に作用力が働き、圧力室３４と圧力室３７とが連通された状態となる。このため、圧力室３７内の圧力が圧力室３４内の圧力と同等の圧力に維持されることになる。また、圧力室３７内の供給燃料の圧力が、ピストン３１及びロッド３２を介してニードル弁２６に対して、ニードル弁２６のリフト方向とは反対の方向に作用するため、ニードル弁２６は弁座部２３に着座した状態が維持され、燃料噴射口２２から燃料が噴射供給されることはない。また、ピストン３１と制御部材３５との間には、図１に示されるように、距離Ｌの間隙が形成される。
【００３７】
上述したように、燃料制御弁４１が燃料排出通路３９を開いた状態とし、圧力室３７内の供給燃料が絞り部３９ａ及び燃料制御弁４１を介して排出されると、圧力室３７内の供給燃料の圧力が燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力より低くなる。このように、圧力室３７と燃料溜り部２７との圧力バランスが崩れると、燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力により、ニードル弁２６に対してリフト方向の作用力が働き、ニードル弁２６がリフトを開始し、ニードル弁２６は弁座部２３から離れ始める。
【００３８】
ニードル弁２６が、ピストン３１と制御部材３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当する量までリフトすると、ピストン３１と制御部材３５とが当接することになる。このとき、圧力室３４内の供給燃料は、スプールバルブ４３が連通路４２を開いた状態となっているために、連通路４２、燃料制御弁４１及び燃料排出通路３９を介して排出されていることから、圧力室３４内の圧力も、燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力より低く状態となっている。したがって、ニードル弁２６は、ピストン３１と制御部材３５とが当接した後も更にリフトし続けることになり、ピストン３１と制御部材３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当するリフト量より大きくリフトすることになる。このように、ニードル弁２６のリフト量がピストン３１と制御部材３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当するリフト量より大きくなる状態では、燃料噴射弁１０は第１燃料噴射口２２ａ及び第２燃料噴射口２２ｂから燃料を噴射供給する。
【００３９】
一方、油圧制御部４５が、ＥＣＵ１１から送られた制御信号に基づいて、制御油圧をバネ４３ａの付勢力により規定される作動圧力より低くした場合には、スプールバルブ４３は連通路４２を閉じた状態となる（図２中矢印Ｂで示される領域）。このようにスプールバルブ４３が連通路４２を閉じた状態において、燃料制御弁４１が、ＥＣＵ１１から送られた制御信号に基づいて、燃料排出通路３９を開いた状態となると、圧力室３７内の供給燃料が絞り部３９ａ及び燃料制御弁４１を介して排出されることになる。
【００４０】
燃料制御弁４１が燃料排出通路３９を開いた状態とし、圧力室３７内の燃料が絞り部３９ａ及び燃料制御弁４１を介して排出されると、圧力室３７内の供給燃料の圧力が燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力より低くなり、上述したように、燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力により、ニードル弁２６に対してリフト方向の作用力が働き、ニードル弁２６がリフトを開始し、ニードル弁２６は弁座部２３から離れ始める。
【００４１】
ニードル弁２６が、ピストン３１と制御部材３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当する量までリフトすると、ピストン３１と制御部材３５とが当接することになる。このとき、圧力室３４内の供給燃料は、スプールバルブ４３が連通路４２を閉じた状態となり、その排出が禁止されていることから、圧力室３４内の供給燃料の圧力は、燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力と同等の圧力に保たれている。更に、制御部材３５の面３５ｂの面積は、ニードル弁２６が燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力を受ける受圧面積よりも大きいことから、制御部材３５の面３５ｂに作用してピストン３１を押し下げようとする力は、ニードル弁２６に対してリフト方向に働く力よりも大きくなり、ピストン３１と制御部材３５とが当接すると、ニードル弁２６のそれ以上のリフトが制限されることになる。したがって、ニードル弁２６は、ピストン３１と制御部材３５とが当接するとそのリフトが制限されることになり、ニードル弁２６のリフト量は、ピストン３１と制御部材３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当するリフト量、いわゆるプレリフト量に制限される。このように、ニードル弁２６のリフト量がプレリフト量（Ｌ）に制限された状態では、燃料噴射弁１０は第２燃料噴射口２２ｂから燃料を噴射供給する。
【００４２】
以上のように、本第１実施形態の燃料噴射装置１によれば、ニードル弁２６のリフト量がプレリフト量（Ｌ）に制限された状態では、燃料噴射弁１０は第２燃料噴射口２２ｂから燃料を噴射供給するので、燃料噴射弁１０における最小燃料流路面積が小さくなり噴射率を抑制することができる。このように噴射率を抑制することにより、予混合燃焼割合を小さくすることができ、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制して、燃焼騒音を低減することができる。また、燃焼温度を低くすることもできるので、ＮＯｘの生成が抑制できる。一方、ニードル弁２６のリフト量がプレリフト量（Ｌ）より大きくなる状態では、燃料噴射弁１０は第１燃料噴射口２２ａ及び第２燃料噴射口２２ｂから燃料を噴射供給するので、噴射期間を短縮することができ、燃焼期間の短い後燃えが少ない燃焼が可能となる。このように、燃焼期間の短い後燃えが少ない燃焼では熱効率がよくなるために、エンジンＥの出力を向上することができる。
【００４３】
また、ニードル弁２６のリフト量に応じて、燃料を噴射供給する燃料噴射口２２（第１燃料噴射口２２ａ、第２燃料噴射口２２ｂ）の数が切換えられるので、エンジンＥの運転状態に応じて良好なエンジン性能を得ることができる燃料噴射口２２（第１燃料噴射口２２ａ、第２燃料噴射口２２ｂ）の数を的確に選択することができる。
【００４４】
また、燃料噴射弁１０は、上述したように、制御部材３５と、圧力室３４と、バネ３６と、圧力室３７、燃料制御弁４１、スプールバルブ４３とを備えており、燃料制御弁４１により燃料排出通路３９が閉じられている場合には、圧力室３４内の圧力が燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力と同等となりニードル弁２６がリフトすることはない。燃料制御弁４１により燃料排出通路３９が開かれた場合には、圧力室３７内の燃料が排出されて圧力室３７内の圧力が燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力より低くなり、ニードル弁２６がリフトする。燃料制御弁４１により燃料排出通路３９が開かれた場合において、スプールバルブ４３により連通路４２を閉状態とすると、圧力室３４内の圧力は燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力、すなわちニードル弁２６に対してニードル弁２６のリフト方向に作用する供給燃料の圧力と同等となり、ピストン３１は制御部材３５に当接してニードル弁２６のリフトがプレリフト量（Ｌ）に制限される。一方、燃料制御弁４１により燃料排出通路３９が開かれた場合において、スプールバルブ４３により連通路４２を開状態とすると、圧力室３４内の圧力は燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力、すなわちニードル弁２６に対してニードル弁２６のリフト方向に作用する供給燃料の圧力より低くなり、ピストン３１と制御部材３５とが当接した後も、ニードル弁２６は更にリフトする。
【００４５】
したがって、ニードル弁２６のリフト量の制御は、主として圧力室３４内に導かれた供給燃料の圧力の大きさに基づいて行われることになり、バネ３６の付勢力は制御部材３５を面３５ａが段部２１ａに当接する位置（初期位置）に復帰させ得る程度のものでよい。この結果、バネ３６の付勢力を従来のものに比して小さく設定することができ、ノズルボディ２１の大型化を抑制してエンジンＥへの搭載性及び燃料噴射弁１０の組み立て作業性の悪化を防ぐことができる。また、圧力室３４に供給燃料を導いて、圧力室３４の圧力として供給燃料の圧力を用いていることから、新たな油圧源を設けることなくニードル弁２６のリフト量の制御を行うことが可能となり、油圧を発生させるために必要な動力が従来のものに比して小さくなる。この結果、エンジンＥの出力の低下や燃費の悪化を防ぐことができる。
【００４６】
また、スプールバルブ４３により連通路４２を開状態とした場合においては、燃料制御弁４１による燃料排出通路３９の開閉制御に伴なって、圧力室３４内の燃料の排出あるいは排出の禁止を制御することが可能となり、燃料噴射と同期して圧力室３４内の圧力の制御を行うことができる。また、圧力室３４内の圧力を制御し得る構造が、連通路４２及びスプールバルブ４３という極めて簡易な構成にて、簡易且つ低コストで実現可能となる。
【００４７】
また、スプールバルブ４３により連通路４２を開状態あるいは閉状態に切換えるようにしているので、スプールバルブ４３を動作させるための制御油圧は比較的低い油圧であればよく、制御油圧を発生させるための油圧ポンプ４４の駆動による動力損失は小さくなる。この結果、制御油圧を発生させる油圧ポンプ４４を設けた場合においても、エンジンＥの出力の低下や燃費の悪化を極力抑制することができる。
【００４８】
次に、第１実施形態に含まれる制御部材３５の変形例を、図３及び図４に基づいて説明する。図３は、制御部材３５の変形例を示す要部断面図であり、図４は、制御部材３５の変形例を示す平面図である。上述した制御部材３５と変形例における制御部材５１とでは、その形状が相違する。
【００４９】
制御部材５１は、図３及び図４に示されるように、円盤形状に構成され、略中央の位置に燃料通路５２が形成されている。この燃料通路５２は、圧力室３４と圧力室３７とを連通するものであり、圧力室３７に導かれた供給燃料を圧力室３４に導き得るように構成されている。燃料通路５２が形成された位置は、ニードル弁２６がリフトしてピストン３１と制御部材５１とが当接したときに、ピストン３１により燃料通路５２が塞がれる位置とされている。
【００５０】
ニードル弁２６がリフトしていない状態では、上述したように、圧力室３４と圧力室３７とが燃料通路５２を介して連通するので、圧力室３４内の供給燃料の圧力が圧力室３７内の供給燃料の圧力と同等の圧力に維持されることになる。
【００５１】
また、燃料制御弁４１が燃料排出通路３９を開いた状態とし、圧力室３７内の燃料が排出され圧力室３７内の供給燃料の圧力が燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力より低くなり、ニードル弁２６がリフトを開始し、ピストン３１と制御部材５１とが当接すると、ピストン３１により燃料通路５２が塞がれる。このため、スプールバルブ４３が連通路４２を閉じた状態となり圧力室３４内の燃料の排出が禁止されている場合において、圧力室３４と圧力室３７との連通が遮断されると、圧力室３４は略密閉された状態となり、ニードル弁２６はピストン３１と制御部材５１とが当接した位置以上のリフトが制限されることになる。したがって、ニードル弁２６はピストン３１と制御部材３５とが当接するとそのリフトが制限されることになり、ニードル弁２６のリフト量はプレリフト量（Ｌ）に制限される。
【００５２】
以上のように、図３及び図４に示される変形例も、上述した第１実施形態と同様の作用、効果を有することはもちろんのこと、制御部材５１に燃料通路５２を設けることにより、圧力室３４と圧力室３７との圧力を確実に同等の圧力にすることができる。また、ニードル弁２６がリフトしてピストン３１と制御部材５１とが当接したときには、燃料通路５２がピストン３１により塞がれるので、圧力室３４内の供給燃料が燃料通路５２から圧力室３７に漏れる、あるいは、圧力室３７内の供給燃料が圧力室３４に漏れることはなく、圧力室３４内の圧力を適切に保つことができる。
【００５３】
また、更なる変形例としては、スプールバルブ４３を用いる代わりに、ＥＣＵ１１から送られる制御信号に応じて連通路４２を開閉する電磁式の制御弁を用いるようにしてもよい。この場合には、スプールバルブ４３、スプールバルブ４３の動作を制御するための油圧ポンプ４４及び油圧制御部４５が不要となるため、燃料噴射装置１の構成は極めて簡易なものとすることができる。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、図５及び図６に基づいて、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置について説明する。図５は、燃料噴射装置の構成を示す模式図である。本第１実施形態は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置を分配型燃料噴射ポンプを用いたディーゼルエンジンの燃料噴射装置に適用したものである。
【００５５】
燃料噴射装置１０１は、図５に示されるように、燃料を圧送する分配型燃料噴射ポンプ１０２と、多気筒ディーゼルエンジンの各気筒毎に形成される燃焼室にそれぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁１１０と、分配型燃料噴射ポンプ１０２から各気筒ごとに設けられた燃料噴射弁１１０に供給するための燃料供給管１０３とを有している。分配型燃料噴射ポンプ１０２それ自体は、従来公知のものであり、その詳細な説明を省略する。
【００５６】
燃料噴射弁１１０は、図５に示されるように、弁体としてのノズルボディ１２１を有している。ノズルボディ１２１の先端には、燃料を噴射する燃料噴射口２２と、これより内方で燃料噴射口２２に連通する略円錐形状の弁座部２３が形成されている。ノズルボディ１２１にはその中心に弁孔１２４と案内孔１２５とが穿設されている。弁孔１２４は、後述する圧力室１３４よりも小径に形成されている。弁孔１２４の内部には、ニードル弁２６が摺動可能に精密に嵌合されている。ニードル弁２６は、その円錐形状先端が弁座部２３に当接可能とされている。このニードル弁２６が後述する供給燃料の圧力を受けて昇降作動（リフト）することによって、弁座部２３とニードル弁２６の円錐形状先端との間の間隔を制御し間欠的に燃料を燃料噴射口２２を通じて燃焼室内に噴射供給させるようになっている。
【００５７】
また、ニードル弁２６には円錐形受圧面２６ａが形成されており、この円錐形受圧面２６ａとノズルボディ１２１（弁孔１２４）との間に燃料溜り部２７が形成される。ノズルボディ１２１には、一端が燃料溜り部２７に開口し、他端が燃料供給管１０３に接続される燃料通路２８が形成されている。したがって、ニードル弁２６の円錐形受圧面２６ａには、燃料供給管９及び燃料通路２８を介して燃料溜り部２７に導かれた供給燃料の圧力が作用するように構成されている。
【００５８】
燃料噴射口２２は、ノズルボディ１２１の先端側に設けられる第１燃料噴射口２２ａと、第１燃料噴射口２２ａより後側に設けられる第２燃料噴射口２２ｂとからなり、ニードル弁２６（円錐形状先端）のリフト量に応じて、リフト量が所定のリフト量（Ｌ）以下の場合には第２燃料噴射口２２ｂから燃料を噴射供給し、リフト量が所定のリフト量（Ｌ）より大きい場合には第１燃料噴射口２２ａ及び第２燃料噴射口２２ｂから燃料を噴射供給するように構成されている。
【００５９】
案内孔１２５には、ピストン１３１が摺動可能に精密に嵌合されている。ピストン１３１とニードル弁２６との間には、図５に示されるように、ピストン１３１とニードル弁２６との間の距離を規定するためのロッド１３２と、ピストン１３１及びニードル弁２６の夫々に当接し、ニードル弁２６に対してニードル弁２６のリフト方向とは反対の方向（図１中下方向）に付勢力を付与するバネ１３３とが配設されている。ここで、ニードル弁２６、ピストン１３１及びロッド１３２は、各請求項における弁部材を構成している。なお、本実施形態においては、ニードル弁２６、ピストン１３１及びロッド１３２を夫々別体にて構成しているが、たとえばニードル弁２６とロッド１３２とを一体に構成してもよいし、あるいは、ニードル弁２６とピストン１３１とロッド１３２とを一体に構成してもよい。
【００６０】
ノズルボディ１２１には、図５に示されるように、案内孔１２５に連続して、弁孔１２４より大径の圧力室１３４が形成されており、この圧力室１３４が各請求項におけるリフト制御室を構成している。この圧力室１３４には、案内孔１２５と圧力室１３４との連通を遮断するように制御部材１３５が配設されており、この制御部材１３５が各請求項におけるリフト制御部材を構成している。したがって、圧力室１３４に制御部材１３５が配設された状態においては、圧力室１３４は案内孔１２５と油圧的に隔離されることになる。また、制御部材１３５は、圧力室１３４内をニードル弁２６のリフト方向及びリフト方向とは反対の方向に移動可能とされている。圧力室１３４内には、制御部材１３５に対してニードル弁２６のリフト方向とは反対の方向（図５中下方向）に付勢力を付与するバネ３６が配設されており、このバネ３６が各請求項における付勢力付勢部材を構成している。
【００６１】
ピストン１３１と制御部材１３５とは、図５に示されるように、ピストン１３１が最もニードル弁２６のリフト方向とは反対の方向（図５中下方向）の位置にあり、制御部材１３５が最もニードル弁２６のリフト方向とは反対の方向（図５中下方向）の位置（初期位置）にある場合に、所定の距離Ｌを隔てて設けられており、これらのピストン１３１、制御部材１３５及びノズルボディ１２１（案内孔２５）により画成されるピストン室１３７がピストン１３１と制御部材１３５との間に構成される。
【００６２】
また、ノズルボディ１２１には、圧力室１３４に燃料通路２８の燃料を導くための燃料通路１６１が接続されている。燃料通路１６１の途中の部分には、リフト制御弁としてのスプールバルブ１４３が設けられており、このスプールバルブ１４３は、燃料通路１６１を介して圧力室１３４に供給燃料を導く状態と、圧力室１３４内の燃料を燃料排出通路１６２を介して排出する状態とを選択するように構成されている。スプールバルブ１４３は、油圧源としての油圧ポンプ４４から圧油が油圧制御部４５に送られて油圧制御部４５にて調整された圧油の制御油圧により作動するものであり、この制御油圧がバネ１４３ａの付勢力により規定される作動圧力より低い場合には圧力室１３４内の燃料を燃料排出通路１６２を介して排出する状態とし、上述した制御油圧がバネ１４３ａの付勢力により規定される作動圧力より高い場合には燃料通路１６１を介して圧力室１３４に供給燃料を導く状態とするように構成されている。
【００６３】
なお、制御部材１３５の圧力室１３４に臨む面１３５ｂは、圧力室１３４内に導かれた供給燃料からの圧力を受ける受圧面を構成しており、圧力室１３４の一部を構成する。また、制御部材１３５の圧力室１３４に臨む面１３５ｂの面積は、ニードル弁２６が燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力を受ける受圧面積よりも大きくなる。
【００６４】
油圧制御部４５は、ＥＣＵ１１１から送られる制御信号に基づいて作動し、油圧ポンプ４４から送られてくる圧油の圧力を調整して、スプールバルブ１４３の作動を制御するための制御圧力を生成するように構成されている。ＥＣＵ１１１は、クランク角度センサ１２及びアクセル開度センサ１３からの出力信号に基づいてエンジンＥが所定の運転状態（たとえば低回転低負荷）にあるか否かを判断し、エンジンＥが所定の運転状態にある場合には、油圧制御部４５に対して制御油圧をバネ１４３ａの付勢力により規定される作動圧力より高くするように制御信号を出力し、エンジンＥが所定の運転状態にない場合には、油圧制御部４５に対して制御油圧をバネ１４３ａの付勢力により規定される作動圧力より低くするように制御信号を出力する。
【００６５】
次に、図６を参照しながら、上述したように構成された燃料噴射弁１１０の作動について説明する。図６は、スプールバルブ１４３の作動状態及びニードル弁２６のリフト量と間の関係を示す線図である。
【００６６】
油圧制御部４５が、ＥＣＵ１１１から送られた制御信号に基づいて、制御油圧をバネ１４３ａの付勢力により規定される作動圧力より低くした場合には、スプールバルブ１４３は圧力室１３４内の燃料を燃料排出通路１６２を介して排出する状態（図６中Ｃの領域）となる。
【００６７】
また、分配型燃料噴射ポンプ１０２にて圧送された燃料は、燃料供給管１０３を介してノズルボディ１２１の燃料通路２８に供給燃料として送られ、更に、燃料通路に２８に送られた供給燃料は燃料溜り部２７に導かれる。燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力が所定値より高くなると、燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力により、ニードル弁２６に対してリフト方向の作用力が働き、ニードル弁２６がリフトを開始し、ニードル弁２６は弁座部２３から離れ始める。
【００６８】
ニードル弁２６が、ピストン１３１と制御部材１３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当する量までリフトすると、ピストン１３１と制御部材１３５とが当接することになる。このとき、圧力室１３４内の供給燃料は、スプールバルブ１４３が圧力室１３４内の燃料を排出する状態となっているために、スプールバルブ１４３及び燃料排出通路１６２を介して排出されており、燃料通路１６１がスプールバルブ１４３により遮断されて圧力室１３４に供給燃料を導くことはなく、圧力室１３４内の圧力は、燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力より低く状態となっている。したがって、ニードル弁２６は、ピストン１３１と制御部材１３５とが当接した後も更にリフトし続けることになり、ピストン１３１と制御部材１３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当するリフト量より大きくリフトすることになる。このように、ニードル弁２６のリフト量がピストン１３１と制御部材１３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当するリフト量より大きくなる状態では、燃料噴射弁１１０は第１燃料噴射口２２ａ及び第２燃料噴射口２２ｂから燃料を噴射供給する。
【００６９】
一方、油圧制御部４５が、ＥＣＵ１１１から送られた制御信号に基づいて、制御油圧をバネ１４３ａの付勢力により規定される作動圧力より高くした場合には、スプールバルブ１４３は燃料通路１６１を介して圧力室１３４に供給燃料を導く状態（図６中Ｄの領域）となる。
【００７０】
また、分配型燃料噴射ポンプ１０２にて圧送された燃料は、燃料供給管１０３を介してノズルボディ１２１の燃料通路２８に供給燃料として送られ、更に、燃料通路に２８に送られた供給燃料は燃料溜り部２７に導かれる。燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力が所定値より高くなると、燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力により、ニードル弁２６に対してリフト方向の作用力が働き、ニードル弁２６がリフトを開始し、ニードル弁２６は弁座部２３から離れ始める。
【００７１】
ニードル弁２６が、ピストン１３１と制御部材１３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当する量までリフトすると、ピストン１３１と制御部材１３５とが当接することになる。このとき、スプールバルブ１４３が燃料通路１６１を介して圧力室１３４に供給燃料を導く状態となっており、圧力室１３４に供給燃料が導かれるために、圧力室１３４内の供給燃料の圧力は、燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力と同等の圧力に保たれている。更に、制御部材１３５の面１３５ｂの面積は、ニードル弁２６が燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力を受ける受圧面積よりも大きいことから、制御部材１３５の面１３５ｂに作用してピストン１３１を押し下げようとする力は、ニードル弁２６に対してリフト方向に働く力よりも大きくなり、ピストン１３１と制御部材１３５とが当接すると、ニードル弁２６のそれ以上のリフトが制限されることになる。したがって、ニードル弁２６は、ピストン１３１と制御部材１３５とが当接するとそのリフトが制限されることになり、ニードル弁２６のリフト量は、ピストン１３１と制御部材１３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当するリフト量、いわゆるプレリフト量に制限される。このように、ニードル弁２６のリフト量がプレリフト量（Ｌ）に制限された状態では、燃料噴射弁１１０は第２燃料噴射口２２ｂから燃料を噴射供給する。
【００７２】
以上のように、本第２実施形態の燃料噴射装置１０１によれば、上述した第１実施形態と同様に、ニードル弁２６のリフト量がプレリフト量（Ｌ）に制限された状態では、燃料噴射弁１１０は第２燃料噴射口２２ｂから燃料を噴射供給するので、燃料噴射弁１１０における最小燃料流路面積が小さくなり噴射率を抑制することができる。このように噴射率を抑制することにより、予混合燃焼割合を小さくすることができ、燃焼初期の急激な圧力上昇を抑制して、燃焼騒音を低減することができる。また、燃焼温度を低くすることもできるので、ＮＯｘの生成が抑制できる。一方、ニードル弁２６のリフト量がプレリフト量（Ｌ）より大きくなる状態では、燃料噴射弁１１０は第１燃料噴射口２２ａ及び第２燃料噴射口２２ｂから燃料を噴射供給するので、噴射期間を短縮することができ、燃焼期間の短い後燃えが少ない燃焼が可能となる。このように、燃焼期間の短い後燃えが少ない燃焼では熱効率がよくなるために、エンジンＥの出力を向上することができる。
【００７３】
また、ニードル弁２６のリフト量に応じて、燃料を噴射供給する燃料噴射口２２（第１燃料噴射口２２ａ、第２燃料噴射口２２ｂ）の数が切換えられるので、エンジンＥの運転状態に応じて良好なエンジン性能を得ることができる燃料噴射口２２（第１燃料噴射口２２ａ、第２燃料噴射口２２ｂ）の数を的確に選択することができる。
【００７４】
また、燃料噴射弁１１０は、上述したように、制御部材１３５と、圧力室１３４と、バネ３６と、スプールバルブ１４３とを備えており、分配型燃料噴射ポンプ１０２から燃料が圧送されて燃料溜り部２７に導かれ、燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力が所定値より高くなると、ニードル弁２６がリフトする。スプールバルブ１４３により燃料通路１６１を介して圧力室１３４に供給燃料を導く状態とすると、圧力室１３４内の圧力は燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力、すなわちニードル弁２６に対してニードル弁２６のリフト方向に作用する供給燃料の圧力と同等となり、ピストン１３１は制御部材１３５に当接してニードル弁２６のリフトがプレリフト量（Ｌ）に制限される。一方、スプールバルブ１４３により圧力室１３４内の燃料を燃料排出通路１６２を介して排出する状態とすると、圧力室１３４内の圧力は燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力、すなわちニードル弁２６に対してニードル弁２６のリフト方向に作用する供給燃料の圧力より低くなり、ピストン１３１と制御部材１３５とが当接した後も、ニードル弁２６は更にリフトする。
【００７５】
したがって、ニードル弁２６のリフト量の制御は、主として圧力室１３４内に導かれた供給燃料の圧力の大きさに基づいて行われることになり、バネ３６の付勢力は制御部材１３５を上述した初期位置に復帰させ得る程度のものでよい。この結果、バネ３６の付勢力を従来のものに比して小さく設定することができ、ノズルボディ１２１の大型化を抑制してエンジンへの搭載性及び燃料噴射弁１１０の組み立て作業性の悪化を防ぐことができる。また、圧力室１３４に供給燃料を導いて、圧力室１３４の圧力として供給燃料の圧力を用いていることから、新たな油圧源を設けることなくニードル弁２６のリフト量の制御を行うことが可能となり、油圧を発生させるために必要な動力が従来のものに比して小さくなる。この結果、エンジンの出力の低下や燃費の悪化を防ぐことができる。
【００７６】
また、スプールバルブ１４３により、圧力室１３４内の燃料の排出あるいは圧力室１３４への供給燃料の導入を制御することが可能となり、燃料噴射と同期して圧力室１３４内の圧力の制御を行うことができる。また、圧力室１３４内の圧力を制御し得る構造が、スプールバルブ１４３という極めて簡易な構成にて、簡易且つ低コストで実現可能となる。
【００７７】
また、スプールバルブ１４３により圧力室１３４内の燃料の排出あるいは圧力室１３４への供給燃料の導入を切換えるようにしているので、スプールバルブ１４３を動作させるための制御油圧は比較的低い油圧であればよく、制御油圧を発生させるための油圧ポンプ４４の駆動による動力損失は小さくなる。この結果、制御油圧を発生させる油圧ポンプ４４を設けた場合においても、エンジンの出力の低下や燃費の悪化を極力抑制することができる。
【００７８】
（第３実施形態）
次に、図７に基づいて、本発明の第３実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置について説明する。図７は、燃料噴射装置の構成を示す模式図である。本第３実施形態は、第１実施形態と同様に、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置をディーゼルエンジンの蓄圧式燃料噴射装置に適用したものである。第３実施形態の燃料噴射装置２０１は、第１実施形態の燃料噴射装置１におけるスプールバルブ４３の代わりに、電磁式のリフト制御弁２４３を用いている点で第１実施形態のものと相違する。
【００７９】
燃料噴射装置２０１の燃料噴射弁２１０のノズルボディ２２１には、圧力室３４から絞り部２４２ａを介して燃料を燃料噴射弁２１０外に排出するための燃料排出通路２４２が設けられている。燃料排出通路２４２の絞り部２４２ａよりも下流側の部分にはリフト制御弁２４３が設けられており、このリフト制御弁２４３は電磁弁からなり、ＥＣＵ２１１から送られてくる制御信号に基づいて作動し、絞り部２４２ａよりも下流側の燃料排出通路２４２を開閉するように構成されている。
【００８０】
ＥＣＵ２１１は、クランク角度センサ１２及びアクセル開度センサ１３からの出力信号に基づいてエンジンＥが所定の運転状態（たとえば低回転低負荷）にあるか否かを判断し、リフト制御弁２４３に対して、エンジンＥが所定の運転状態にある場合には燃料排出通路２４２を閉じた状態とするように制御信号を出力し、エンジンＥが所定の運転状態にない場合には燃料排出通路２４２を開いた状態とするように制御信号を燃料制御弁４１への制御信号の出力と同期して出力する。
【００８１】
リフト制御弁２４３が、ＥＣＵ２１１から送られた制御信号に基づいて、燃料排出通路２４２を閉じた状態とすると、圧力室３４からの燃料の排出が禁止される。このように、リフト制御弁２４３により圧力室３４からの燃料の排出が禁止された状態において、燃料制御弁４１が、ＥＣＵ２１１から送られた制御信号に基づいて、燃料排出通路３９を開いた状態となると、圧力室３７内の供給燃料が絞り部３９ａ及び燃料制御弁４１を介して排出されることになる。
【００８２】
燃料制御弁４１が燃料排出通路３９を開いた状態とし、圧力室３７内の燃料が絞り部３９ａ及び燃料制御弁４１を介して排出されると、圧力室３７内の供給燃料の圧力が燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力より低くなり、燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力により、ニードル弁２６に対してリフト方向の作用力が働き、ニードル弁２６がリフトを開始し、ニードル弁２６は弁座部２３から離れ始める。
【００８３】
ニードル弁２６が、ピストン３１と制御部材３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当する量までリフトすると、ピストン３１と制御部材３５とが当接することになる。このとき、圧力室３４内の供給燃料は、リフト制御弁２４３により、その排出が禁止されていることから、圧力室３４内の供給燃料の圧力は、燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力と同等の圧力に保たれている。更に、制御部材３５の面３５ｂの面積は、ニードル弁２６が燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力を受ける受圧面積よりも大きいことから、制御部材３５の面３５ｂに作用してピストン３１を押し下げようとする力は、ニードル弁２６に対してリフト方向に働く力よりも大きくなり、ピストン３１と制御部材３５とが当接すると、ニードル弁２６のそれ以上のリフトが制限されることになる。したがって、ニードル弁２６は、ピストン３１と制御部材３５とが当接するとそのリフトが制限されることになり、ニードル弁２６のリフト量は、ピストン３１と制御部材３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当するリフト量、いわゆるプレリフト量に制限される。このように、ニードル弁２６のリフト量がプレリフト量（Ｌ）に制限された状態では、燃料噴射弁２１０は第２燃料噴射口２２ｂから燃料を噴射供給する。
【００８４】
一方、ＥＣＵ２１１から送られた制御信号に基づいて、リフト制御弁２４３が燃料排出通路２４２を開いた状態とする共に、燃料制御弁４１が燃料排出通路３９を開いた状態とすると、圧力室３４内の供給燃料が燃料排出通路２４２を介して排出され、また、圧力室３７内の供給燃料が絞り部３９ａ及び燃料制御弁４１を介して排出される。圧力室３７内の供給燃料が排出されると、上述したように、圧力室３７内の供給燃料の圧力が燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力より低くなり、燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力により、ニードル弁２６に対してリフト方向の作用力が働き、ニードル弁２６がリフトを開始し、ニードル弁２６は弁座部２３から離れ始める。
【００８５】
ニードル弁２６が、ピストン３１と制御部材３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当する量までリフトすると、ピストン３１と制御部材３５とが当接することになる。このとき、圧力室３４内の供給燃料は燃料排出通路２４２を介して排出されていることから、圧力室３４内の圧力も、燃料溜り部２７内の供給燃料の圧力より低く状態となっている。したがって、ニードル弁２６は、ピストン３１と制御部材３５とが当接した後も更にリフトし続けることになり、ピストン３１と制御部材３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当するリフト量より大きくリフトすることになる。このように、ニードル弁２６のリフト量がピストン３１と制御部材３５との間に形成された間隙の距離Ｌに相当するリフト量より大きくなる状態では、燃料噴射弁２１０は第１燃料噴射口２２ａ及び第２燃料噴射口２２ｂから燃料を噴射供給する。
【００８６】
以上のように、本第３実施形態の燃料噴射装置２０１によれば、第１実施形態の燃料噴射装置１と同様の作用、効果を有することはもちろんのこと、第１実施形態の燃料噴射装置１のものに比して、スプールバルブ４３、スプールバルブ４３の動作を制御するための油圧ポンプ４４及び油圧制御部４５が不要となるため、燃料噴射装置２０１の構成は極めて簡易なものとすることができる。
【００８７】
なお、第１〜第３実施形態においては、燃料噴射弁１０，１１０，２１０として、複数の燃料噴射口を有し、ニードル弁２６のリフト量に応じて燃料を噴射供給する燃料噴射口の数が切換わる可変噴射口タイプの燃料噴射弁を用いているが、これに限られることなく、たとえばピントルノズルあるいはスロットルノズルタイプの単孔燃料噴射弁を用いるようにしてもよいが、ニードル弁のリフト量に応じて最小燃料流路面積が可変となるタイプの燃料噴射弁を用いることが好ましい。
【００８８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、リフト制御室内圧力調整手段がリフト制御室内の燃料の排出を禁止することによりリフト制御室内の圧力を弁部材に作用する供給燃料の圧力と同等の状態とした場合、弁部材が供給燃料の圧力の作用によってリフトすると、リフト制御部材はリフト制御室内の圧力により弁部材のリフト方向への移動が規制されているために、弁部材はリフト制御部材に当接してリフトが制限される。したがって、弁部材のリフト量は、弁部材とリフト制御部材との間の距離に相当するリフト量に制限される。一方、リフト制御室内圧力調整手段がリフト制御室内の燃料を排出することによりリフト制御室内の圧力を弁部材に作用する供給燃料の圧力より低い状態とした場合、弁部材が供給燃料の圧力の作用によってリフトすると、弁部材はリフト制御部材に当接するものの、リフト制御室内の圧力が低下しリフト制御部材も弁部材のリフト方向に移動可能な状態となっているために、弁部材のリフト量は、弁部材とリフト制御部材との間の距離に相当するリフト量より更にリフトすることになる。
【００８９】
弁部材のリフト量の制御は、上述したようにリフト制御室内の圧力の大きさに基づいて行われることになり、付勢力付与部材の付勢力はリフト制御部材を初期位置に復帰させ得る程度のものでよく、付勢力付与部材の付勢力を上述した従来のものに比して小さく設定することができる。この結果、ノズルボディの大型化を抑制してエンジンへの搭載性及び燃料噴射装置の組み立て作業性の悪化を防ぐことができる。
【００９０】
また、リフト制御室に供給燃料を導いて、リフト制御室の圧力として供給燃料の圧力を用いていることから、新たな油圧源を設けることなく弁部材のリフト量の制御を行うことが可能となる。この結果、油圧を発生させるために必要な動力が上述した従来のものに比して小さくなり、エンジン出力の低下や燃費の悪化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置における、スプールバルブの開閉状態及び燃料制御弁の開閉状態とニードル弁のリフト量と間の関係を示す線図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置に含まれる、制御部材の変形例を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置に含まれる、制御部材の変形例を示す平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置における、スプールバルブの作動状態とニードル弁のリフト量との間の関係を示す線図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る内燃機関の燃料噴射装置の構成を示す模式図である。
【図８】従来の内燃機関の燃料噴射装置を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｅ…多気筒ディーゼルエンジン、１，１０１，２０１…燃料噴射装置、８…コモンレール、９…燃料供給管、１０，１１０，２１０…燃料噴射弁、１１，１１１，２１１…ＥＣＵ、２１，１２１，２２１，３０１…ノズルボディ、２２，３０２…燃料噴射口、２２ａ…第１燃料噴射口、２２ｂ…第２燃料噴射口、２３…弁座部、２４，１２４…弁孔、２５，１２５…案内孔、２６，３０３…ニードル弁、２７…燃料溜り部、２８…燃料通路、３１，１３１…ピストン、３２，１３２…ロッド、３３…バネ、３４，１３４…圧力室、３５，５１，１３５…制御部材、３６…バネ、３７…圧力室、３８…燃料通路、３９…燃料排出通路、４１…燃料制御弁、４２…連通路、４３，１４３…スプールバルブ、４４…油圧ポンプ、４５…油圧制御部、５２…燃料通路、１０２…分配型燃料噴射ポンプ、１０３…燃料供給管、１６１…燃料通路、１６２…燃料排出通路、２４２…燃料排出通路、２４３…リフト制御弁、３０７…バネ。

Claims

燃料を噴射する燃料噴射口を有するノズルボディと、
前記ノズルボディの内部でリフト可能に保持され、供給燃料の圧力の作用によってリフトして前記燃料噴射口を開く弁部材と、
前記弁部材とは所定のリフト量相当の距離を隔てて設けられ、前記弁部材と当接可能な第１の面及び該第１の面とは反対側の第２の面を有するリフト制御部材と、
前記弁部材と前記リフト制御部材の前記第１の面とにより画成される室と、
前記リフト制御部材の前記第２の面がその一部を構成し、前記供給燃料が導かれるリフト制御室と、
前記リフト制御室内に設けられ、前記リフト制御部材に対して前記弁部材のリフト方向とは反対方向に付勢力を付与する付勢力付与部材と、
前記リフト制御室内の燃料を排出することにより前記リフト制御室内の圧力を前記弁部材に作用する前記供給燃料の圧力より低い状態とし、また、前記リフト制御室内の燃料の排出を禁止することにより前記リフト制御室内の圧力を前記弁部材に作用する前記供給燃料の圧力と同等の状態とするリフト制御室内圧力調整手段と、を備え、
前記リフト制御室内圧力調整手段により前記リフト制御室内の圧力が前記弁部材に作用する供給燃料の圧力と同等とされた状態において、前記弁部材に作用する前記供給燃料の圧力が前記弁部材と前記第１の面とにより画成される前記室の圧力よりも高く前記弁部材が供給燃料の圧力の作用によってリフトすると、前記弁部材が前記リフト制御部材に当接して、前記弁部材のリフト量が前記弁部材と前記リフト制御部材との間の距離に相当するリフト量に制限され、
前記リフト制御室内圧力調整手段により前記リフト制御室内の圧力が前記弁部材に作用する供給燃料の圧力より低くされた状態において、前記弁部材に作用する前記供給燃料の圧力が前記弁部材と前記第１の面とにより画成される前記室の圧力よりも高く前記弁部材が供給燃料の圧力の作用によってリフトすると、前記弁部材及び前記リフト制御部材が前記弁部材のリフト方向に移動して前記弁部材のリフト量が前記弁部材と前記リフト制御部材との間の距離に相当するリフト量より大きくなることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
前記弁部材と前記第１の面とにより画成される前記室は、前記供給燃料が導かれる燃料制御室であって、
前記燃料制御室に連通して、前記燃料制御室内の燃料を排出する燃料排出通路と、
前記燃料排出通路の途中に設けられ、前記燃料排出通路を開閉する燃料制御弁と、を更に備え、
前記リフト制御室内圧力調整手段は、
前記燃料排出通路の前記燃料制御弁よりも前記燃料制御室側の部分と前記リフト制御室とを連通する連通路と、
前記連通路の途中に設けられ、前記連通路を開閉するリフト制御弁とを有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
前記リフト制御弁は、油圧源から送られる制御油圧により、前記連通路を開いた状態、あるいは、前記連通路を閉じた状態に切換えられるスプールバルブにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
前記リフト制御部材には、前記燃料制御室と前記リフト制御室とを連通させる燃料通路が、前記弁部材が前記リフト制御部材に当接したときに前記弁部材により塞がれる位置に設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
前記リフト制御室内圧力調整手段は、前記リフト制御室に前記供給燃料を導く状態と、前記リフト制御室内の燃料を排出する状態とを選択するリフト制御弁を有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
前記リフト制御弁は、油圧源から送られる制御油圧により、前記リフト制御室に前記供給燃料を導く状態、あるいは、前記リフト制御室内の燃料を排出する状態に切換えられるスプールバルブにより構成されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射装置。