JP4710853B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、噴射ノズルの燃料溜の燃料圧力を増加可能な燃料噴射装置に関する。

（既存の技術）
噴射ノズルの燃料溜の燃料圧力を増加可能な燃料噴射装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この種の燃料噴射装置の一例を、図１（ａ）を参照して説明する。
燃料噴射装置のインジェクタ２は、図示上部に切替弁背圧室１１を備える差圧切替弁１２、切替弁背圧室１１の内圧を切り替える電磁弁１３、図示上部にノズル背圧室１４を備える噴射ノズル１５、中間部に差圧室１６を備える増圧器１７を具備する。

差圧切替弁１２は、３方切替弁であり、高圧燃料が供給される切替弁背圧室１１が電磁弁１３によって低圧側に連通されることで切替弁背圧室１１が低圧側へ切り替わり、差圧室１６およびノズル背圧室１４の内圧を下げる「低圧切替」を行う。
逆に、電磁弁１３が切替弁背圧室１１と低圧側の連通を遮断することで切替弁背圧室１１が高圧側へ切り替わり、差圧室１６およびノズル背圧室１４の内圧を上げる「高圧切替」を行う。

電磁弁１３は、通電停止時（ＯＦＦ）に切替弁背圧室１１と低圧側の連通を遮断し、通電時（ＯＮ）に切替弁背圧室１１と低圧側を連通させるものであり、ＯＮで差圧切替弁１２を「低圧切替」させ、ＯＦＦで差圧切替弁１２を「高圧切替」させるものである。
噴射ノズル１５のノズル背圧室１４は、差圧室１６を介して差圧切替弁１２により内圧が切り替わるものであり、差圧切替弁１２の「低圧切替（電磁弁１３のＯＮ）」によりノズル背圧室１４が低圧側へ切り替わることで燃料を噴射し、逆に、差圧切替弁１２の「高圧切替（電磁弁１３のＯＦＦ）」によりノズル背圧室１４が高圧側へ切り替わることで噴射停止を行う。

増圧器１７は、２段の増圧ピストン５１を用いた燃料加圧装置であり、差圧切替弁１２の「低圧切替（電磁弁１３のＯＮ）」により差圧室１６が低圧側へ切り替わることで増圧ピストン５１が下降して、増圧ピストン５１の下部に形成された増圧室５３内の燃料が加圧され、増圧室５３に連通する噴射ノズル１５の燃料溜４４の燃料圧力をレール圧より高める。逆に、差圧切替弁１２の「高圧切替（電磁弁１３のＯＦＦ）」により差圧室１６が高圧側へ切り替わることでリターンスプリング５２の復元力によって増圧ピストン５１が上昇して初期位置へ戻る。
なお、増圧室５３は、一方向弁５４ａを含む燃料通路５４を介してコモンレール１と連通しており、増圧ピストン５１の停止中は、増圧室５３および燃料溜４４の燃料圧力がレール圧に維持される。

（既存技術の問題点）
上記で示したインジェクタ２は、電磁弁１３の作動により差圧切替弁１２が「低圧切替」されると、噴射ノズル１５と増圧器１７が同時に作動する。
このため、短時間噴射でも増圧器１７が作動して燃料溜４４の燃料圧力が上がることになるため、短時間噴射でも多くの燃料が噴射することになる。この結果、多段噴射、プレ噴射等の微小噴射時において、微小噴射量の制御が困難となっている。即ち、噴射量が極めて小さい微小噴射から噴射量が多めの微小噴射までを、高い精度で制御することが困難であった。また、噴射期間中に噴射率を可変して噴射率パターンを制御することも困難であった。

上記の不具合を回避する技術として、噴射ノズル１５におけるノズル背圧室１４と、差圧切替弁１２の切替弁背圧室１１（または、差圧切替弁１２を廃止して、直接的に増圧器１７の差圧室１６）とを、独立して切替制御することが考えられる。
即ち、噴射ノズル１５の作動切替を行う第１電磁弁と、増圧器１７の作動切替を行う第２電磁弁とを用いることが考えられる。
しかし、第１、第２電磁弁をインジェクタ２に搭載すると、コスト上昇およびインジェクタ２の大型化を招いてしまう。

そこで、１つの電磁駆動部の作動により、２つの油圧室の油合を差動を設けて切替可能な技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この技術を用いることにより、噴射ノズル１５の作動を切り替えるノズル背圧室１４と、増圧器１７の作動を切り替える差圧室１６とを、差動を設けて切り替えることが可能になる。
しかるに、特許文献２に開示される技術は、軸方向へスライドするスプールによって２つの油圧室の油圧を切り替える技術であり、このスプールを１つの電磁駆動部（リニアソレノイド）で駆動するものであるため、特許文献２に開示される技術を用いて「噴射停止」、「非増圧噴射」、「増圧噴射」の切り替えを行おうとする場合、スプールの軸方向へのスライドによって「噴射停止」、「非増圧噴射」、「増圧噴射」の切り替えを行うことになる。この結果、「噴射停止」から「増圧噴射」に切り替えるには、スプールを長くストロークさせる必要があり、応答性が悪くなってしまう。
また、特許文献２に開示される技術は、スプールの外周面が油圧切替ポートを閉塞する構造であったため、スプールが油圧切替ポートを閉塞している状態であっても、スプールの摺動クリアランスにより油圧切替ポートを完全に閉塞することができず、リーク燃料が多くなる問題がある。
特開２００６−１６１５６８号公報 特開平１０−１１０６５８号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、「噴射停止」、「非増圧噴射」および「増圧噴射」の切り替えが可能で、さらに切り替えの応答性に優れた燃料噴射装置の提供にある。

［請求項１の手段］
請求項１の手段を採用する燃料噴射装置は、第１可動弁が第２可動弁に対して独立して変位可能に設けられるとともに、第１、第２アーマチャが共通の電磁駆動部によって個別に磁気吸引されるものであり、電磁駆動部に与えられる通電量に応じて、第１、第２可動弁の切替状態が異なるものである。具体的には、電磁駆動部に与えられる通電量が所定値より小さい第１駆動電流のとき、第１可動弁の第１アーマチャのみを移動させ、増圧器の増圧を停止させたまま、噴射ノズルの噴射作動への切替を行い、通電量が所定値より大きい第２駆動電流のとき、第１可動弁の第１アーマチャおよび第２可動弁の第２アーマチャを移動させて、増圧器の増圧作動への切替を行うとともに噴射ノズルの噴射作動を継続する。
これによって、電磁駆動部の通電量を制御することで、（１）第１可動弁だけを切り替えることで噴射ノズルだけを作動させ、増圧器を作動させずに燃料を噴射する「非増圧噴射」と、（２）第１、第２可動弁を同時に両方切り替えることで噴射ノズルと増圧器の両方を作動させて燃料を噴射する「増圧噴射」との２パターンの噴射形態を実施することが可能になる。
また、第１、第２可動弁の第１、第２アーマチャが電磁駆動部により個別に磁気吸引される構造であるため、作動停止から「非増圧噴射」までの応答性と、作動停止から「増圧噴射」までの応答性の両方を高くできる。
即ち、請求項１の手段を採用することにより、「噴射停止」、「非増圧噴射」および「増圧噴射」の切り替えが可能で、さらに切り替えの応答性に優れた燃料噴射装置を提供できる。

［請求項２の手段］
請求項２の手段を採用する燃料噴射装置の各機能部は、次の構成を採用する。
噴射ノズルは、高圧燃料が供給されるノズル背圧室の油圧変化により噴射と噴射停止を行うものである。
第１可動弁は、ノズル背圧室の油圧を直接的または間接的に切り替えるものである。
増圧器は、高圧燃料が供給される差圧室の油圧変化により増圧と増圧停止を行うものである。
第２可動弁は、差圧室の油圧を直接的または間接的に切り替えるものである。

［請求項３の手段］
請求項３の手段を採用する燃料噴射装置は、高圧燃料が供給される切替弁背圧室の油圧変化により、差圧室の圧力を高圧燃料側または低圧燃料側に切り替える差圧切替弁を備え、第２可動弁は、切替弁背圧室の油圧切替を行うことで、差圧室の油圧を間接的に切り替えるものである。

［請求項４の手段］
請求項４の手段を採用する燃料噴射装置におけるノズル背圧室は、差圧室と連通している。
これにより、第１可動弁の切り替えによるノズル背圧室の圧力制御に、第２可動弁の切り替えによる差圧室の圧力制御を付与することができ、ノズル背圧室の圧力制御幅を広げることができる。
このことを、例えば後述する実施例１に合わせて、ノズル背圧室が低圧切替されると噴射ノズルが燃料噴射を実施する場合を例に説明する。
第２可動弁が差圧室を高圧切替している作動状態で、第１可動弁がノズル背圧室を低圧切替した場合、ノズル背圧室には差圧室から燃料が流入するため、ノズル背圧室の圧力低下が緩やかになる。これによって、噴射ノズルの急激な開弁を抑えることができる。即ち、噴射ノズルにおけるニードルのリフト速度を抑えることができ、微小噴射の制御性を向上させることができる。
また、第１可動弁がノズル背圧室を低圧切替するとともに、第２可動弁が作動して差圧室を低圧切替した場合、ノズル背圧室は第１可動弁による低圧切替に加え、差圧室へも燃料が流出するため、ノズル背圧室の圧力を素早く低圧に切り替えることができる。これによって、噴射ノズルを素早く開弁させることができる。即ち、噴射ノズルにおけるニードルのリフト速度を高めることができ、短時間に大噴射（噴射率の大きな噴射）を実施することが可能になる。

［請求項５の手段］
請求項５の手段を採用する燃料噴射装置における第２可動弁は、差圧室の油圧を直接的に切り替えるものである。
これにより、上記請求項３で示した差圧切替弁を廃止できるため、コスト低下および燃料噴射装置の小型化が可能になる。

［請求項６の手段］
請求項６の手段を採用する燃料噴射装置の第１弁体は、ノズル背圧室を低圧側に連通する第１低圧燃料通路の開閉を行うことで、噴射ノズルの噴射と噴射停止の作動切替を行うものであり、第２弁体は、切替弁背圧室を低圧側に連通する第２低圧燃料通路の開閉を行うことで、増圧器の増圧と増圧停止の作動切替を行うものである。
そして、第１弁体は、第１低圧燃料通路の途中に設けられた第１弁口の周囲に押付けられて着座することで第１弁口を閉塞するように設けられるものであり、第２弁体は、第２低圧燃料通路の途中に設けられた第２弁口の周囲に押付けられて着座することで第２弁口を閉塞するように設けられるものである。
このように、第１、第２弁体が、第１、第２低圧燃料通路を開閉する第１、第２弁口の周囲に着座して、第１、第２弁口を閉塞するものであるため、スプールを用いる従来技術に比較して第１、第２弁口の閉塞率が高まる。これによって、第１、第２弁口の閉塞時におけるリーク燃料を少なくすることができる。

［請求項７の手段］
請求項７の手段を採用する燃料噴射装置における第１、第２可動弁は、電磁駆動部の両側に配置され、電磁駆動部の作動により、相対する方向に作動するものである。

［請求項８の手段］
請求項８の手段を採用する燃料噴射装置における第１、第２可動弁は、電磁駆動部の一方に配置され、電磁駆動部の作動により、同方向に作動するものである。

最良の形態における燃料噴射装置は、高圧燃料が供給される燃料溜を備え、この燃料溜の燃料の噴射と噴射停止の作動を行う噴射ノズルと、燃料溜の高圧燃料の増圧と増圧停止の作動を行う増圧器と、噴射ノズルの噴射と噴射停止の作動切替を行う第１弁体、およびこの第１弁体と一体に移動する第１アーマチャを備える第１可動弁と、増圧器の増圧と増圧停止の作動切替を行う第２弁体、およびこの第２弁体と一体に移動する第２アーマチャを備える第２可動弁とを具備する。
第１可動弁は、第２可動弁に対して独立して変位可能に設けられるとともに、第１、第２アーマチャは、共通の電磁駆動部によって個別に磁気吸引されるものであり、電磁駆動部に与えられる通電量に応じて、第１、第２可動弁の切替状態が異なるものである。

実施例１では、先ず図１（ａ）を参照して本発明が適用されていない既存の燃料噴射装置の概略構成を「参考例」として説明し、その後で図１（ｂ）、図２を参照して本発明が適用された燃料噴射装置を「実施例１の特徴」として説明する。
〔参考例の説明〕
燃料噴射装置は、エンジン（例えばディーゼルエンジン：図示しない）の各気筒に燃料噴射を行うコモンレール式燃料噴射装置であり、コモンレール１、インジェクタ２、サプライポンプ（図示しない）、制御装置（図示しない）等によって構成される。

コモンレール１は、インジェクタ２に供給する高圧燃料を蓄圧する周知な蓄圧容器であり、コモンレール１に蓄圧された燃料は、インジェクタ配管を介してインジェクタ２へ供給される。コモンレール１内に蓄圧する燃料圧力（レール圧）は、サプライポンプからコモンレール１に供給されるポンプ吐出量、およびコモンレール１から燃料を溢流させる減圧弁によって調圧される。また、コモンレール１には、プレッシャリミッタが取り付けられており、コモンレール１内のレール圧が限界設定圧を超えた際に開弁して、コモンレール１内のレール圧が限界設定圧以下に抑えられる。減圧弁またはプレッシャリミッタから溢流した燃料は、リリーフ配管を経て燃料タンク３に戻される。なお、減圧弁は、設けられない場合もある。

インジェクタ２は、エンジンの各気筒毎に搭載されるものであり、コモンレール１より分岐する複数のインジェクタ配管の下流端に接続されて、コモンレール１に蓄圧された高圧燃料を各気筒内に噴射供給するもので、その具体的な構成は後述する。
なお、インジェクタ２からのリーク燃料も、リリーフ配管を経て燃料タンク３に戻される。

サプライポンプは、コモンレール１へ高圧燃料を圧送する高圧燃料ポンプであり、燃料タンク３内の燃料をサプライポンプ内へ吸引するフィードポンプと、フィードポンプが吸い上げた燃料を加圧してコモンレール１へ圧送する高圧ポンプとを備える。フィードポンプおよび高圧ポンプは共通のカムシャフトによって駆動されるものであり、このカムシャフトは、エンジンによって回転駆動される。

サプライポンプには、フィードポンプから高圧ポンプの加圧室内に燃料を導く燃料流路に、その燃料流路の開度度合を調整するためのＳＣＶ（吸入調量弁）が搭載されている。ＳＣＶは、制御装置からのポンプ駆動信号によって制御されることにより、加圧室内に吸入される燃料の吸入量を調整し、コモンレール１へ圧送する燃料の吐出量を変更する調量バルブであり、コモンレール１へ圧送する燃料の吐出量を調整することによりレール圧を調整する。即ち、制御装置はＳＣＶを制御することにより、レール圧を車両走行状態に応じた圧力に制御する。

（インジェクタ２の説明）
次に、本発明が適用されていない参考例のインジェクタ２の構成を、図１の上側を上、図１の下側を下として説明する。なお、この上下は説明のためのものであり、実際の搭載方向にに関わるものではない。
インジェクタ２は、上部に形成された切替弁背圧室１１の内圧変化により切り替えられる差圧切替弁１２と、切替弁背圧室１１の内圧を変化させる電磁弁１３と、上部に形成されたノズル背圧室１４の内圧変化により噴射と噴射停止が切り替えられる噴射ノズル１５と、中間部に形成された差圧室１６の内圧変化により増圧と増圧停止（初期位置へ戻るを含む）が切り替えられる増圧器１７とを備える。

（差圧切替弁１２の説明）
差圧切替弁１２は、３方切替弁であり、インジェクタボディ２１の上下方向に摺動自在に支持される切替可動弁２２を備える。この切替可動弁２２の上部には、インジェクタボディ２１の上下方向に摺動自在に支持される摺動ピストンが設けられ、切替可動弁２２の下部には、上方から下方に向かって上部弁体、小径部、下部弁体が形成されている。

切替可動弁２２の上側には、燃料の圧力によって切替可動弁２２に下向き（高圧切替方向）の力を発生させるための切替弁背圧室１１が形成されている。この切替弁背圧室１１は、摺動ピストンの上面とインジェクタボディ２１とで囲まれる空間によって形成される。
切替弁背圧室１１は、コモンレール１から高圧燃料が供給される等圧室２３に通じる高圧燃料通路２４と接続されており、等圧室２３に供給される高圧燃料が高圧燃料通路２４、およびこの高圧燃料通路２４に設けられた入口オリフィス２４ａを介して供給されるようになっている。

また、切替弁背圧室１１は、低圧側（リリーフ配管を介して燃料タンク３に連通する側）に通じる低圧燃料通路２５と接続されており、低圧燃料通路２５に設けられた出口オリフィス２５ａを介して切替弁背圧室１１内の燃料が排出可能に設けられている。
この低圧燃料通路２５は、電磁弁１３によって開閉されるものであり、電磁弁１３が低圧燃料通路２５（出口オリフィス２５ａ）を開くことで切替弁背圧室１１の内圧が下がり、切替可動弁２２が差圧で上昇する。逆に、電磁弁１３が低圧燃料通路２５（出口オリフィス２５ａ）を閉じることで切替弁背圧室１１の内圧が上がり、切替可動弁２２が差圧で下降する。

差圧切替弁１２は、上部弁体と下部弁体で挟まれる空間（小径部の周囲の空間）によって弁室を形成している。この弁室は、常に燃料通路２６を介して差圧室１６内と連通する。
上部弁体は、差圧室１６に通じる燃料通路２６と、低圧側に通じる低圧燃料通路２７の連通と遮断の切替を行うものであり、切替可動弁２２が下降すると上部弁体がインジェクタボディ２１に着座して燃料通路２６と低圧燃料通路２７の連通を遮断し、逆に切替可動弁２２が上昇すると燃料通路２６と低圧燃料通路２７を連通させる。
下部弁体は、差圧室１６に通じる燃料通路２６と、等圧室２３に通じる高圧燃料通路２８の連通と遮断の切り替えを行うものであり、切替可動弁２２が下降すると差圧室１６と高圧燃料通路２８を連通し、逆に切替可動弁２２が上昇するとインジェクタボディ２１に着座して差圧室１６と高圧燃料通路２８の連通を遮断する。

差圧切替弁１２は、上記の構成を採用することで、電磁弁１３が低圧燃料通路２５を開くことで、切替弁背圧室１１の内圧が低下して切替可動弁２２が上昇し、差圧室１６の連通先が低圧燃料通路２７に切り替わることで、増圧器１７の差圧室１６、およびこの差圧室１６に連通する噴射ノズル１５のノズル背圧室１４の内圧を下げる「低圧切替」を実行する。
逆に、電磁弁１３が低圧燃料通路２５を閉じることで、切替弁背圧室１１の内圧が上昇して切替可動弁２２が下降し、差圧室１６の連通先が高圧燃料通路２８に切り替わることで、増圧器１７の差圧室１６、およびこの差圧室１６に連通する噴射ノズル１５のノズル背圧室１４の内圧を上げる「高圧切替」を実行する。
なお、切替可動弁２２に一方向（例えば、上方）へ向かうバネ力を作用させるものであっても良い。

（電磁弁１３の説明）
電磁弁１３は、例えば、インジェクタボディ２１の上部に締結固定されるものであり、低圧燃料通路２５における出口オリフィス２５ａの開閉を行う可動弁３１、低圧燃料通路２５を閉じる方向へ可動弁３１を付勢するリターンスプリング３２、および可動弁３１を磁気吸引して低圧燃料通路２５を開かせる電磁駆動部３３から構成される。
可動弁３１は、上下方向（軸方向）へ摺動自在に支持され、下端面において低圧燃料通路２５の出口オリフィス２５ａを閉塞可能な弁体３１ａと、この弁体３１ａの上部に固定された略円板形状を呈する磁性体製のアーマチャ３１ｂとからなる。
電磁駆動部３３は、絶縁被覆が形成された導電線を多数巻回してなるコイル３４と、このコイル３４を収容する磁性体製のステータ３５とからなる。

そして、電磁駆動部３３は、コイル３４が通電（ＯＮ）されることでアーマチャ３１ｂを上方へ磁気吸引して低圧燃料通路２５の出口オリフィス２５ａを開き、切替弁背圧室１１を低圧側へ連通させ、コイル３４の通電が停止（ＯＦＦ）されることでアーマチャ３１ｂがリターンスプリング３２の作用で低圧燃料通路２５の出口オリフィス２５ａを閉塞し、切替弁背圧室１１と低圧側の連通を遮断する。
この作動により、電磁弁１３のＯＮで差圧切替弁１２を「低圧切替」させ、ＯＦＦで差圧切替弁１２を「高圧切替」させることができる。

（噴射ノズル１５の説明）
噴射ノズル１５は、燃料の噴射と停止を切り替えるものであり、インジェクタボディ２１の下部に締結されるノズルホルダ４１の内部において上下方向（軸方向）へ摺動自在に支持されるニードル４２を備え、このニードル４２は、スプリング４２ａの付勢力により下方へ付勢されている。
ニードル４２は、上部に設けられたニードル摺動部がノズルホルダ４１内において摺動自在に支持されるものであり、ニードル４２の下端円錐部がノズルホルダ４１の下端内面に形成された環状シートに着座または離座する。なお、ノズルホルダ４１の下端には、環状シートの内側と外部とを連通する噴孔４３が複数形成されている。

ニードル４２の中間部には、ニードル４２とノズルホルダ４１に囲まれる空間によって燃料溜４４が形成されている。この燃料溜４４は、後述する増圧室５３と燃料通路４５を介して連通しており、増圧室５３の燃料圧力が燃料溜４４に供給される。また、燃料溜４４は、ニードル４２の下側とノズルホルダ４１の隙間に形成される下側空間と連通しており、ニードル４２の離座時に燃料溜４４に供給された燃料が下側空間を通って噴孔４３から噴射される。なお、燃料溜４４および下側空間に供給される高圧燃料は、ニードル４２の径差に作用して、ニードル４２に対して上向き（離座方向）の力を発生させる。

ニードル摺動部の上部には、燃料の圧力によってニードル４２に下向き（着座方向）の力を発生させるためのノズル背圧室１４が形成されている。このノズル背圧室１４は、ニードル摺動部の上面、インジェクタボディ２１およびノズルホルダ４１で囲まれる空間で形成される。ノズル背圧室１４は、増圧器１７の差圧室１６と燃料通路４６を介して接続されている。この燃料通路４６には、流路面積を絞るオリフィス４６ａが設けられるとともに、このオリフィス４６ａと並列に一方向弁４６ｂが設けられている。
この一方向弁４６ｂは、差圧室１６からノズル背圧室１４へ燃料を流し、逆にノズル背圧室１４から差圧室１６へ燃料を流すのを停止するものであり、ニードル４２の上昇速度（ニードル背圧室１４の降圧速度）を遅くし、ニードル４２の下降速度（ニードル背圧室１４の昇圧速度）を速める手段である。なお、図１（ｂ）では一方向弁４６ｂを用いていない例を示しているが、一方向弁４６ｂを設けるものであっても良い。

ノズル背圧室１４が連通する差圧室１６の内圧は、上述したように、差圧切替弁１２によって高圧または低圧に切り替えられる。即ち、噴射ノズル１５のノズル背圧室１４は、差圧室１６を介して差圧切替弁１２により内圧が切り替わる。
このため、差圧切替弁１２の「低圧切替（電磁弁１３のＯＮ）」により差圧室１６の内圧が低下すると、差圧室１６を介してノズル背圧室１４の内圧も低下する。ニードル４２の下向き（着座方向）の力より、ニードル４２の上向き（離座方向）の力が上回ると、ニードル４２がリフトして燃料溜４４に供給された高圧燃料が噴孔４３から噴射される。
逆に、差圧切替弁１２の「高圧切替（電磁弁１３のＯＦＦ）」により差圧室１６の内圧が上昇すると、差圧室１６を介してノズル背圧室１４の内圧も上昇する。ニードル４２の下向き（着座方向）の力が、ニードル４２の上向き（離座方向）の力より上回ると、ニードル４２が下降する。そして、ニードル４２がノズルホルダ４１に着座することで噴孔４３からの燃料噴射が停止される。

（増圧器１７の説明）
増圧器１７は、等圧室２３に対する差圧室１６の圧力低下により下方へ変位する増圧ピストン５１と、この増圧ピストン５１を初期位置（上方）へ戻すリターンスプリング５２とを備える。
増圧ピストン５１は、インジェクタボディ２１の内部で上下方向に摺動自在に支持される。この増圧ピストン５１には、上方より下方へ向けて、バネ座、バネ収容軸、大径部および小径部が設けられている。
バネ座およびバネ収容軸は、コモンレール１より高圧燃料を受ける等圧室２３内に配置されるものであり、この等圧室２３は常にレール圧に保たれる。等圧室２３の高圧燃料は、増圧ピストン５１の上側の径差に作用して、増圧ピストン５１に下向き（増圧方向）の力を発生させる。
バネ座は、増圧ピストン５１を上方（初期位置復帰方向）へ付勢するリターンスプリング５２の着座部である。リターンスプリング５２は、復元力によりバネ座を上方へ付勢する圧縮コイルスプリングである。

大径部および小径部は、ともにインジェクタボディ２１に摺動自在に支持されるものであり、大径部と小径部の段差と、インジェクタボディ２１との間に差圧室１６が形成される。
また、小径部の下面と、インジェクタボディ２１との間には、増圧ピストン５１の上下変位によって容積が変化し、増圧ピストン５１の下降によって燃料の加圧が行われる増圧室５３が形成されている。
この増圧室５３は、等圧室２３から増圧室５３のみに燃料を流す一方向弁５４ａを備えた燃料通路５４を介して等圧室２３に連通している。このため、増圧ピストン５１が停止状態および初期位置へ戻る上昇中は増圧室５３および噴射ノズル１５の燃料溜４４の燃料圧力がレール圧に維持され、増圧ピストン５１が下降すると増圧室５３の内圧が高まり、増圧室５３および燃料溜４４の燃料圧力がレール圧より高まる。

差圧室１６の内圧は、上述したように、差圧切替弁１２によって高圧または低圧に切り替えられる。
このため、差圧切替弁１２の「低圧切替（電磁弁１３のＯＮ）」により差圧室１６が低圧側へ切り替わると、増圧ピストン５１の上向き（初期位置復帰方向）の力より、増圧ピストン５１の下向き（増圧方向）の力が上回り、増圧ピストン５１が下降して増圧室５３の容積が減少し、増圧室５３および噴射ノズル１５の燃料溜４４の燃料圧力がレール圧より高まる。
逆に、差圧切替弁１２の「高圧切替（電磁弁１３のＯＦＦ）」により差圧室１６が高圧側へ切り替わると、増圧ピストン５１の上向き（初期位置復帰方向）の力が、増圧ピストン５１の下向き（増圧方向）の力より上回り、増圧ピストン５１が上昇して増圧ピストン５１が初期位置（上側）に復帰する。

〔実施例１の特徴〕
上記参考例で示した燃料噴射装置は、電磁弁１３がＯＮされて差圧切替弁１２が「低圧切替」に切り替わると、噴射ノズル１５が燃料噴射を行うとともに、増圧器１７が噴射ノズル１５の燃料圧力を増圧させる。
このため、短時間噴射でも増圧器１７が作動して燃料溜４４の燃料圧力が上がることになり、短時間噴射でも多くの燃料が噴射することになる。この結果、多段噴射、プレ噴射等の微小噴射時において、微小噴射量の制御が困難となる。即ち、噴射量が極めて小さい微小噴射から噴射量が多めの微小噴射までを、高い精度で制御することが困難である。
また、噴射期間中に噴射率を可変して噴射率パターンを制御することも困難である。

そこでこの実施例１では、上記の問題点を解決すべく本発明を採用している。
この実施例１のインジェクタ２は、本発明を採用するため、高圧燃料が供給される燃料溜４４を備え、この燃料溜４４の燃料の噴射と噴射停止の作動を行う噴射ノズル１５と、燃料溜４４の高圧燃料の増圧と増圧停止の作動を行う増圧器１７と、噴射ノズル１５の噴射と噴射停止の作動切替を行う第１弁体６１ａ、およびこの第１弁体６１ａと一体に移動する第１アーマチャ６１ｂを備える第１可動弁６１と、増圧器１７の増圧と増圧停止の作動切替を行う第２弁体３１ａ、およびこの第２弁体３１ａと一体に移動する第２アーマチャ３１ｂを備える第２可動弁３１とを具備する。

そして、第１可動弁６１は、第２可動弁３１に対して独立して変位可能に設けられるとともに、第１アーマチャ６１ｂおよび第２アーマチャ３１ｂは、共通の電磁駆動部３３によって個別に磁気吸引されるものであり、電磁駆動部３３に与えられる通電量に応じて、第１可動弁６１および第２可動弁３１の切替状態が異なるものである。
なお、第２可動弁３１（第２弁体３１ａ、第２アーマチャ３１ｂ）および第２低圧燃料通路２５は、上記参考例で示した可動弁３１（弁体３１ａ、アーマチャ３１ｂ）および低圧燃料通路２５と同一の機能を果たすものであり、同一符号を付して説明する。

実施例１のインジェクタ２は、上記参考例に対し、電磁弁１３の構造が異なるとともに、ノズル背圧室１４の背圧制御を電磁弁１３で独立制御可能とするために、新たにノズル背圧室１４と低圧側とを連通する第１低圧燃料通路６２を設けることで本発明を採用している。
実施例１の電磁弁１３は、上述した第１可動弁６１、第２可動弁３１、電磁駆動部３３およびリターンスプリング３２を備える。

この実施例１の電磁弁１３は、第１可動弁６１および第２可動弁３１が電磁駆動部３３の上下両側に別れて配置され、電磁駆動部３３の作動により、相対する方向に作動するものである。
第１可動弁６１は、電磁駆動部３３の下側に配置されるものであり、軸方向へ摺動自在に支持されて下端面において第１低圧燃料通路６２を閉塞可能な第１弁体６１ａと、この第１弁体６１ａの上部に固定された略円板形状を呈する磁性体製の第１アーマチャ６１ｂとからなる。
第１弁体６１ａは、ノズル背圧室１４を低圧側に連通する第１低圧燃料通路６２（具体的には、第１低圧燃料通路６２に設けられた出口オリフィス６２ａ）の開閉を行うことで、噴射ノズル１５の噴射と噴射停止の作動切替を行うものであり、第１低圧燃料通路６２の途中に設けられた第１弁口（この実施例では、出口オリフィス６２ａ）の周囲に押付けられて着座することで第１弁口を閉塞するものである。

第２可動弁３１は、電磁駆動部３３の上側に配置されるものであり、軸方向へ摺動自在に支持され、上端面において第２低圧燃料通路２５を閉塞可能な第２弁体３１ａと、この第２弁体３１ａの下部に固定された略円板形状を呈する磁性体製の第２アーマチャ３１ｂとからなる。
第２弁体３１ａは、切替弁背圧室１１を低圧側に連通する第２低圧燃料通路２５（具体的には、第２低圧燃料通路２５に設けられた出口オリフィス２５ａ）の開閉を行うことで、差圧切替弁１２の切り替えを行い、増圧器１７の増圧と増圧停止の作動切替を行うものであり、第２低圧燃料通路２５の途中に設けられた第２弁口（この実施例では、出口オリフィス２５ａ）の周囲に押付けられて着座することで第２弁口を閉塞するものである。

電磁駆動部３３は、制御装置から与えられる通電量（駆動電流値）に応じて、第１可動弁６１および第２可動弁３１の切替状態が異なるものであり、制御装置から電磁駆動部３３に図２（ｂ）に示す所定の駆動電流値（以下、第１駆動電流）が与えられた場合に第１可動弁６１だけを開弁させ、制御装置から電磁駆動部３３に図２（ａ）に示す所定の駆動電流値（第１駆動電流より電流値が高いもので、以下、第２駆動電流）が与えられた場合に第１可動弁６１と第２可動弁３１の両方を開弁させるものである。

電磁駆動部３３は、参考例と同様、コイル３４、ステータ３５で構成されるものであり、制御装置から与えられる第１、第２駆動電流に応じて第１可動弁６１および第２可動弁３１を作動させるための手段として、第１可動弁６１の磁気吸引力を、第２可動弁３１の磁気吸引力より大きくしている。
具体的に、電磁駆動部３３は、参考例と同様、コイル３４とステータ３５で構成されるものであるが、第１可動弁６１の磁気吸引力を、第２可動弁３１の磁気吸引力より大きくするために、コイル３４を上下に分けて配置し、第１可動弁６１を駆動する下側のコイル３４ａの発生磁力を大きく、上側のコイル３４ｂの発生磁力を小さくするべく、下側のコイル３４ａの巻数を、上側のコイル３４ｂの巻数より多くしている。ここで、下側、上側のコイル３４ａ、３４ｂは、２つのコイルをシリーズ結線したものであっても良いし、並列結線したものであっても良い。あるいは、１本の導電線を２部位に分けて巻回したものであっても良い。

また、この実施例とは異なり、コイル３４を分けずに１つで設け、第１アーマチャ６１ｂとステータ３５の対向面積を、第２アーマチャ３１ｂとステータ３５の対向面積より大きくしても良い。あるいは、コイル３４を分けずに１つで設け、後述する実施例２で示すように、第１可動弁６１を閉弁方向へ付勢するリターンスプリングと、第２可動弁３１を閉弁方向へ付勢するリターンスプリングとを別々に設け、第１可動弁６１を付勢するリターンスプリングの付勢力を、第２可動弁３１を付勢するリターンスプリングの付勢力より小さく設けても良い。
以上のように設けることにより、電磁駆動部３３に第１駆動電流を与えることで第１可動弁６１だけを開弁させることができ、電磁駆動部３３に第２駆動電流を与えることで第１可動弁６１と第２可動弁３１の両方を開弁させることができる。

（実施例１の効果）
この実施例１のインジェクタ２は、上述したように、第１可動弁６１が第２可動弁３１に対して独立して変位可能に設けられるとともに、第１アーマチャ６１ｂおよび第２アーマチャ３１ｂが共通の電磁駆動部３３によって個別に磁気吸引される。
そして、図２（ｃ）に示すように、電磁駆動部３３に第１駆動電流（図中矢印ａ参照）を与えることで、第１可動弁６１だけを開弁させ、噴射ノズル１５だけを作動させて増圧器１７を作動させずに燃料を噴射する「非増圧噴射（図中矢印ａ’参照）」を実施できるとともに、電磁駆動部３３に第２駆動電流（図中矢印ｂ参照）を与えることで、第１可動弁６１および第２可動弁３１を同時に開弁させ、噴射ノズル１５と増圧器１７の両方を作動させて燃料を噴射する「増圧噴射（図中矢印ｂ’参照）」を実施できる。即ち、電磁駆動部３３に与える通電量に応じて「非増圧噴射」と「増圧噴射」の２パターンの噴射形態を得ることができる。

「非増圧噴射」では上述したように増圧器１７が作動しないため、燃料溜４４の燃料圧力がレール圧に保たれ、短時間噴射中であっても増圧器１７が作動して噴射量が多くなることがない。これにより、「非増圧噴射」では、微小噴射量の制御が容易になる。即ち、図２（ｃ）の矢印ａ’に示す多段噴射、プレ噴射等の微小噴射時において、微小噴射量の制御が容易になる。
また、「増圧噴射」では、噴射ノズル１５と増圧器１７の両方が作動して、レール圧より増圧した燃料をインジェクタ２から噴射することができる。これにより、図２（ｃ）の矢印ｂ’に示すメイン噴射時に噴射燃料の高圧化を図ることができ、環境改善のためのＣＯ₂ 排出量の削減など、排気ガス浄化が可能になる。
さらに、第１駆動電流と第２駆動電流の間隔を可変制御することで、図２（ｃ）に示すように微小噴射とメイン噴射とを独立して噴射させることができるとともに、図２（ｄ）に示すように微小噴射中にメイン噴射を開始する噴射率パターンを得ることができる。

実施例１のインジェクタ２は、上述したように、第１可動弁６１の第１アーマチャ６１ｂおよび第２可動弁３１の第２アーマチャ３１ｂが電磁駆動部３３により個別に磁気吸引される構造である。このため、電磁駆動部３３に駆動電流を与えない「噴射停止（電磁弁１３のＯＦＦ）」から「非増圧噴射」までの応答性と、「噴射停止」から「増圧噴射」までの応答性の両方を高くできる。
即ち、実施例１のインジェクタ２は、「噴射停止」、「非増圧噴射」および「増圧噴射」の切り替えが可能で、さらに切り替えの応答性に優れる。

実施例１のインジェクタ２は、上述したように、第１、第２弁体６１ａ、３１ａが、第１、第２低圧燃料通路６２、２５を開閉する第１、第２弁口（出口オリフィス６２ａ、２５ａ）の周囲に着座して、第１、第２弁口を閉塞するものであるため、スプールを用いる従来技術に比較して第１、第２弁口の閉塞率が高まる。これによって、第１、第２弁口の閉塞時におけるリーク燃料を少なくすることができる。即ち、インジェクタ２の静リーク量（インジェクタ２の非作動時のリーク量）を抑えることができる。

この実施例１のインジェクタ２は、上述したように、電磁弁１３の変更と、第１低圧燃料通路６２の追加のみで、本発明を実施することができる。このため、本発明が適用されたインジェクタ２のコスト上昇を抑えることができる。
この実施例１のインジェクタ２は、ノズル背圧室１４が差圧室１６とオリフィス４６ａを備えた燃料通路４６を介して連通している。
このため、第２可動弁３１が差圧室１６を高圧切替している切替状態で、第１可動弁６１がノズル背圧室１４を低圧切替した場合、ノズル背圧室１４には差圧室１６から燃料通路４６を介して燃料が流入するため、ノズル背圧室１４の圧力低下が緩やかになる。これによって、ニードル４２のリフト速度を抑えることができ、微小噴射の制御性を向上させることができる。
また、第１可動弁６１がノズル背圧室１４を低圧切替するとともに、第２可動弁３１が差圧室１６を低圧切替した場合、ノズル背圧室１４は第１可動弁６１による低圧切替に加え、差圧室１６へも燃料通路４６を介して燃料が流出するため、ノズル背圧室１４の圧力を素早く低圧に切り替えることができる。これによって、ニードル４２のリフト速度を速めることができ、短時間に大噴射（噴射率の大きな噴射）を実施できる。

実施例２のインジェクタ２を図３を参照して説明する。なお、実施例２において、実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
この実施例２の第１可動弁６１および第２可動弁３１は、電磁駆動部３３の一方に配置され、電磁駆動部３３の作動により、同方向に作動するものである。
第１可動弁６１および第２可動弁３１は、共に電磁駆動部３３の下方に配置されたものであり、第２可動弁３１の周囲に第１可動弁６１が同軸上に配置され、第１可動弁６１および第２可動弁３１が独立して第１低圧燃料通路６２および第２低圧燃料通路２５の開閉を行うものである。

また、この実施例２は、電磁駆動部３３のコイル３４を１つに設けるとともに、第１可動弁６１を閉弁方向へ付勢する第１リターンスプリング３２ａと、第２可動弁３１を閉弁方向へ付勢する第２リターンスプリング３２ｂとを別々に設けたものであり、第１リターンスプリング３２ａの付勢力を第２リターンスプリング３２ｂの付勢力より小さく設けることにより、電磁駆動部３３に第１駆動電流を与えることで第１可動弁６１だけを開弁させ、電磁駆動部３３に第２駆動電流を与えることで第１可動弁６１と第２可動弁３１の両方を開弁させるように設けられている。
この実施例２を採用しても、上記実施例１と同様の効果を得ることができる。

〔変形例〕
上記の実施例では、第２可動弁３１が切替弁背圧室１１の油圧切替を行う例を示したが、差圧切替弁１２を廃止して、第２可動弁３１が直接的に差圧室１６の油圧切替を行うように設けても良い。このように、差圧切替弁１２を廃止することで、コスト低下およびインジェクタ２の小型化が可能になる。
上記の実施例では、差圧室１６とノズル背圧室１４とを燃料通路４６を介して連通して設ける例を示したが、差圧室１６とノズル背圧室１４とを連通することで得られる１つの効果である微小噴射の制御性の向上は、第１可動弁６１だけが油圧切替されている際に、ノズル背圧室１４に燃料を供給すれば得られるものであるため、差圧室１６とノズル背圧室１４の直接連通を廃止し、代わりにノズル背圧室１４を等圧室２３等の高圧燃料供給部とオリフィスを介して連通させても良い。

燃料噴射装置の概略図である（参考例と実施例１）。 第１駆動電流および第２駆動電流の波形図、電磁駆動部に与える駆動電流と噴射率の関係を示すタイムチャートである（実施例１）。 燃料噴射装置の概略図である（実施例２）。

符号の説明

１１ 切替弁背圧室
１２ 差圧切替弁
１４ ノズル背圧室
１５ 噴射ノズル
１６ 差圧室
１７ 増圧器
２５ 第２低圧燃料通路
２５ａ 出口オリフィス（第２低圧燃料通路の途中に設けられた第２弁口）
３１ 第２可動弁
３１ａ 第２弁体
３１ｂ 第２アーマチャ
３３ 電磁駆動部
４４ 燃料溜
６１ 第１可動弁
６１ａ 第１弁体
６１ｂ 第１アーマチャ
６２ 第１低圧燃料通路
６２ａ 出口オリフィス（第１低圧燃料通路の途中に設けられた第１弁口）

Claims (8)

1. 高圧燃料が供給される燃料溜を備え、この燃料溜の燃料の噴射と噴射停止の作動を行う噴射ノズルと、
   前記燃料溜の高圧燃料の増圧と増圧停止の作動を行う増圧器と、
   前記噴射ノズルの噴射と噴射停止の作動切替を行う第１弁体、およびこの第１弁体と一体に移動する第１アーマチャを備える第１可動弁と、
   前記増圧器の増圧と増圧停止の作動切替を行う第２弁体、およびこの第２弁体と一体に移動する第２アーマチャを備える第２可動弁とを具備し、
   前記第１可動弁は、前記第２可動弁に対して独立して変位可能に設けられるとともに、前記第１、第２アーマチャは、共通の電磁駆動部によって個別に磁気吸引されるものであり、
   前記電磁駆動部に与えられる通電量が所定値より小さい第１駆動電流のとき、前記第１可動弁の第１アーマチャのみを移動させ、前記増圧器の増圧を停止させたまま、前記噴射ノズルの噴射作動への切替を行い、前記通電量が前記所定値より大きい第２駆動電流のとき、前記第１可動弁の第１アーマチャおよび前記第２可動弁の第２アーマチャを移動させて、前記増圧器の増圧作動への切替を行うとともに前記噴射ノズルの噴射作動を継続することを特徴とする燃料噴射装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、
   前記噴射ノズルは、高圧燃料が供給されるノズル背圧室の油圧変化により噴射と噴射停止を行うものであり、
   前記第１可動弁は、前記ノズル背圧室の油圧を直接的または間接的に切り替えるものであり、
   前記増圧器は、高圧燃料が供給される差圧室の油圧変化により増圧と増圧停止を行うものであり、
   前記第２可動弁は、前記差圧室の油圧を直接的または間接的に切り替えることを特徴とする燃料噴射装置。
3. 請求項２に記載の燃料噴射装置において、
   この燃料噴射装置は、高圧燃料が供給される切替弁背圧室の油圧変化により、前記差圧室の圧力を高圧燃料側または低圧燃料側に切り替える差圧切替弁を備え、
   前記第２可動弁は、前記切替弁背圧室の油圧切替を行うことで、前記差圧室の油圧を間接的に切り替えることを特徴とする燃料噴射装置。
4. 請求項３に記載の燃料噴射装置において、
   前記ノズル背圧室は、前記差圧室と連通していることを特徴とする燃料噴射装置。
5. 請求項２に記載の燃料噴射装置において、
   前記第２可動弁は、前記差圧室の油圧を直接的に切り替えることを特徴とする燃料噴射装置。
6. 請求項３または請求項４に記載の燃料噴射装置において、
   前記第１弁体は、前記ノズル背圧室を低圧側に連通する第１低圧燃料通路の開閉を行うことで、前記噴射ノズルの噴射と噴射停止の作動切替を行うものであり、
   前記第２弁体は、前記切替弁背圧室を低圧側に連通する第２低圧燃料通路の開閉を行うことで、前記増圧器の増圧と増圧停止の作動切替を行うものであり、
   前記第１弁体は、前記第１低圧燃料通路の途中に設けられた第１弁口の周囲に押付けられて着座することで前記第１弁口を閉塞するように設けられるものであり、
   前記第２弁体は、前記第２低圧燃料通路の途中に設けられた第２弁口の周囲に押付けられて着座することで前記第２弁口を閉塞するように設けられることを特徴とする燃料噴射装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の燃料噴射装置において、
   前記第１、第２可動弁は、前記電磁駆動部の両側に配置され、前記電磁駆動部の作動により、相対する方向に作動することを特徴とする燃料噴射装置。
8. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の燃料噴射装置において、
   前記第１、第２可動弁は、前記電磁駆動部の一方に配置され、前記電磁駆動部の作動により、同方向に作動することを特徴とする燃料噴射装置。

Images