JP5043761B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射装置に関する。詳しくは、ディーゼルエンジンに用いられ、燃料供給源から高圧で供給される燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。

従来より、ディーゼルエンジンには、燃料を噴射する燃料噴射装置が用いられる。
図５は、従来例に係る燃料噴射装置１０１の断面図である。
この燃料噴射装置は、例えば、ノズルボディ１４０と、このノズルボディ１４０内部に進退可能に設けられたニードル弁１１０と、ノズルボディ１４０内部に進退可能に設けられた噴射制御弁１２０と、を備える（特許文献１参照）。

ノズルボディ１４０には、第１燃料収容室１４１、第２燃料収容室１４２、第３燃料収容室１４３、および、この第２燃料収容室１４２からノズルボディ１４０の外部に至る噴孔１４５が形成されている。さらに、ノズルボディ１４０には、燃料供給源から第１燃料収容室１４１に至る第１燃料通路１５１、第１燃料収容室１４１から第２燃料収容室１４２に至る第２燃料通路１５２、第１燃料収容室１４１から第３燃料収容室１４３に至る第３燃料通路１５３、および、第３燃料収容室１４３からノズルボディ１４０の外部に至るリターン通路１５４が形成されている。

ニードル弁１１０は、第２燃料収容室１４２内を進退可能であり、ばね１１１により前進方向に付勢されている。このニードル弁１１０は、前進して着座することにより、第２燃料収容室１４２から噴孔１４５に至る通路を遮断する。

噴射制御弁１２０は、第１燃料収容室１４１、第３燃料通路１５３、および第３燃料収容室１４３内に進退可能に設けられ、ばね１２１により後退方向に付勢されている。
この噴射制御弁１２０は、後退して第１位置に位置することにより、第１燃料通路１５１と第１燃料収容室１４１とを連通するとともに、第３燃料通路１５３と第３燃料収容室１４３とを遮断する。
また、前進して第２位置に位置することにより、第３燃料通路１５３と第３燃料収容室１４３とを連通するとともに、第１燃料通路１５１と第１燃料収容室１４１とを遮断する。図５は、噴射制御弁１２０が第２位置に位置した状態を示す。

以上の燃料噴射装置１０１によれば、噴射制御弁１２０に加える押圧力を解除すると、ばね１２１の付勢力により噴射制御弁１２０が第１位置に位置し、燃料供給源から供給される燃料は、第１燃料通路１５１、第１燃料収容室１４１、および第２燃料通路１５２を通して、第２燃料収容室１４２に流入する。すると、第２燃料収容室１４２に流入した燃料の圧力により、ばね１１１の付勢力に抗してニードル弁１１０が後退し、燃料が噴射される。

一方、噴射制御弁１２０を押圧して、この噴射制御弁１２０を第２位置に位置させると、第１燃料通路１５１から第１燃料収容室１４１への燃料の流入が停止するとともに、既に第１燃料収容室１４１、第２燃料通路１５２および第２燃料収容室１４２に流入した燃料は、第３燃料通路１５３、第３燃料収容室１４３、およびリターン通路１５４を通して、外部に排出される。同時に、第２燃料収容室１４２に流入した燃料の圧力が低下するため、ばね１１１の付勢力により、ニードル弁１１０が前進して着座し、燃料の噴射が停止する。
ドイツ連邦共和国特許１９５１２２７０号明細書

しかしながら、上述の燃料噴射装置では、噴射制御弁を第１位置から第２位置に移動させて燃料の噴射動作を停止すると、既にノズルボディ１４０内に流入した燃料のほとんどが外部に排出されるため、効率が低い、という問題があった。

本発明は、燃料噴射装置の外部への燃料の流出量を低減できる燃料噴射装置を提供することを目的とする。

本発明の燃料噴射装置（例えば、後述の燃料噴射装置１）は、第１燃料収容室（例えば、後述の第１燃料収容室４１）、第２燃料収容室（例えば、後述の第２燃料収容室４２）、第３燃料収容室（例えば、後述のニードル弁閉鎖室４３）、および、当該第２燃料収容室から燃料噴射装置の外部に至る噴孔（例えば、後述の噴孔４５）が形成されたノズルボディ（例えば、後述のノズルボディ４０）と、当該ノズルボディ内部のニードル弁保持部（例えば、後述のニードル弁保持部４６）に保持されたニードル弁（例えば、後述のニードル弁１０）と、前記ノズルボディ内部の前記ニードル弁保持部よりも先端側に設けられて前記第２燃料収容室を有するニードル弁開放手段（例えば、後述の第２燃料収容室４２、段差部１３および燃料溜まり部４２１）と、前記ノズルボディ内部の前記ニードル弁保持部よりも基端側に設けられて前記第３燃料収容室を有するニードル弁閉鎖手段（例えば、後述のニードル弁閉鎖室４３および閉鎖補助ピストン３０）と、前記ノズルボディ内部に保持されて、前記第１燃料収容室内を進退可能な噴射制御弁（例えば、後述の噴射制御弁２０）と、を備え、前記ノズルボディには、燃料供給源から前記第１燃料収容室に至る第１燃料通路（例えば、後述の第１燃料通路５１）、前記第１燃料収容室から前記第２燃料収容室に至る第２燃料通路（例えば、後述の第２燃料通路５２）、前記第１燃料収容室から前記第３燃料収容室に至る第３燃料通路（例えば、後述の第３燃料通路５３）、および、前記第３燃料収容室から燃料噴射装置の外部の低圧部に至る第４燃料通路（例えば、後述の第４燃料通路５４）が形成され、前記噴射制御弁は、第１位置（例えば、後述の第１位置）まで前進することにより、前記第１燃料通路と前記第１燃料収容室とを連通するとともに、前記第１燃料収容室と前記第３燃料通路とを遮断し、第２位置（例えば、後述の第２位置）まで後退することにより、前記第１燃料通路と前記第１燃料収容室とを遮断するとともに、前記第１燃料収容室と前記第３燃料通路とを連通し、前記ニードル弁は、前進して前記ノズルボディに着座することにより、前記第２燃料収容室と前記噴孔とを遮断し、後退して前記ノズルボディから離座することにより、前記第２燃料収容室と前記噴孔とを連通し、前記ニードル弁開放手段は、前記第２燃料収容室内の燃料圧力により前記ニードル弁を後退させ、前記ニードル弁閉鎖手段は、前記第３燃料収容室内の燃料圧力により前記ニードル弁を前進させ、前記噴射制御弁が前記第１位置から前記第２位置に移行する際に、前記第１燃料収容室の燃料が、前記第３燃料通路、前記第３燃料収容室、および前記第４燃料通路を通って、前記燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制する流出抑制手段（例えば、後述の閉鎖補助ピストン３０およびニードル弁閉鎖室４３）を備えることを特徴とする。

この発明によれば、燃料噴射装置の動作は、以下のようになる。
すなわち、燃料供給源から第１燃料通路に燃料が供給されている。この状態で、噴射制御弁を第１位置まで前進させると、第１燃料通路と第１燃料収容室とが連通するとともに、第１燃料収容室と第３燃料通路とが遮断される。よって、第１燃料通路から第１燃料収容室および第２燃料通路を通って第２燃料収容室に燃料が流入し、第２燃料収容室内の燃料圧力が上昇する。すると、ニードル弁開放手段が動作して、第２燃料収容室内の燃料圧力によりニードル弁が後退してノズルボディから離座する。これにより、第２燃料収容室内の燃料は、噴孔から噴射される。

一方、噴射制御弁を第２位置まで後退させると、第１燃料通路と第１燃料収容室とが遮断されるとともに、第１燃料収容室と第３燃料通路とが連通する。よって、第２燃料通路から第１燃料収容室および第３燃料通路を通って第３燃料収容室に燃料が流入し、第３燃料収容室内の燃料圧力が上昇する。すると、ニードル弁閉鎖手段が動作して、第３燃料収容室内の燃料圧力によりニードル弁が前進する。これにより、ニードル弁がノズルボディに着座して、燃料の噴射が停止する。

この噴射制御弁が第１位置から第２位置に移行する際に、第２燃料通路内の燃料が第１燃料収容室に流入するが、流出抑制手段により、第１燃料収容室の燃料が、第３燃料通路、第３燃料収容室、および第４燃料通路を通って、燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制して、燃料の外部への流出量を低減できるので、燃料供給系全体として効率を向上できる。

この場合、前記ニードル弁閉鎖手段は、前記第３燃料収容室内を進退可能に設けられた閉鎖補助ピストン（例えば、後述の閉鎖補助ピストン３０）を備え、前記閉鎖補助ピストンは、最後退位置（後述の最後退位置）で前記第３燃料通路と前記第３燃料収容室とを遮断し、前進状態に移行することにより前記第３燃料通路と前記第３燃料収容室とを連通し、前記第３燃料収容室は、前記閉鎖補助ピストン前進状態では、前記閉鎖補助ピストンにより、前記第３燃料通路が連通する閉鎖補助圧力室（例えば、後述の閉鎖補助圧力室４３２）と、前記第４燃料通路が連通するリターン庄力室（例えば、後述のリターン圧力室４３３）と、に区画され、前記閉鎖補助ピストンは、前記閉鎖補助圧力室内の燃料圧力による押圧力を、前記ニードル弁に対して前進方向に伝達可能であり、前記閉鎖補助ピストンは、前進状態から前記最後退位置に移行して、前記第３燃料通路と前記閉鎖補助圧力室とを遮断することで、前記第１燃料収容室の燃料が前記第３燃料通路を通って前記第３燃料収容室に流入するのを抑制し、これにより、前記第１燃料収容室の燃料が前記燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制する流出抑制手段であることが好ましい。

この発明によれば、閉鎖補助ピストンにより、閉鎖補助圧力室内の燃料圧力による押圧力を、ニードル弁に対して前進方向に伝達して、このニードル弁を前進させて燃料の噴射を停止させる。よって、ニードル弁の閉鎖速度を向上でき、燃料噴射圧の立下り特性を改善できる。

この場合、前記第３燃料収容室内には、前記ニードル弁の基端側が露出しており、前記ニードル弁閉鎖手段は、前記閉鎖補助ピストンと前記ニードル弁の基端側との間に設けられて、前記閉鎖補助ピストンおよび前記ニードル弁を離間する方向に付勢する弾性部材（例えば、後述のばね３１）をさらに備え、前記閉鎖補助ピストンは、前記弾性部材により前記最後退位置まで付勢されることが好ましい。

この発明によれば、閉鎖補助ピストンおよびニードル弁を離間する方向に付勢する弾性部材を設けて、弾性部材で閉鎖補助ピストンを最後退位置まで付勢した。よって、閉鎖補助ピストンを迅速に最後退位置まで後退させて、第３燃料通路と閉鎖補助圧力室との連通を遮断でき、第４燃料通路の流量をより低減できる。

この場合、前記閉鎖補助ピストンには、前記閉鎖補助圧力室と前記リターン圧力室とを連通する微小連通路（例えば、後述の微小連通路３３１）が形成されることが好ましい。

この発明によれば、閉鎖補助ピストンに微小連通路を設けたので、微小連通路を通して閉鎖補助圧力室内の燃料をリターン圧力室に導入することにより、閉鎖補助ピストンを円滑に後退させることができ、第４燃料通路の流量をさらに低減できる。

この場合、前記微小連通路は、前記閉鎖補助ピストンの外周面の一部を凹ませることにより、当該閉鎖補助ピストンと前記第３燃料収容室との間に形成されることが好ましい。

閉鎖補助ピストンの外縁は、内部側に比べて加工し易くなっている。そこで、この発明によれば、閉鎖補助ピストンの外周面の一部を凹ませることにより微小連通路を形成したので、微小連通路の断面積を高精度で管理できる。

この場合、前記閉鎖補助ピストンは、前記ニードル弁側端部から棒状に延出する補助力伝達部（例えば、後述の補助力伝達部３２）を備え、前記ニードル弁は、棒状のニードル弁本体（例えば、後述のニードル弁本体１１）と、当該ニードル弁本体の基端側に鍔状に形成されて前記ニードル弁の後退を規制する移動規制部（例えば、後述の移動規制部１２）と、を備え、前記ニードル弁は、前記閉鎖補助ピストンの補助力伝達部が前記ニードル弁の基端側を押圧することにより前進し、前記ニードル弁が前記移動規制部に規制されるまで後退しても、前記閉鎖補助ピストンが前記最後退位置まで後退した状態では、前記閉鎖補助ピストンと前記ニードル弁との間に間隙が形成されることが好ましい。

この発明によれば、ニードル弁が移動規制部に規制されるまで後退しても、閉鎖補助ピストンが最後退位置まで後退した状態では、閉鎖補助ピストンとニードル弁との間に間隙が生じるように、閉鎖補助ピストンおよびニードル弁の移動ストロークや長さを設定した。よって、ニードル弁を後退させて燃料を噴射する際に、ニードル弁が閉鎖補助ピストンに当接しないため、閉鎖補助ピストンの耐久性を向上できるうえに、閉鎖補助ピストンの補助力伝達部の外径を細くできる。

この場合、前記噴射制御弁が前記第１位置から後退して、前記第２燃料通路と前記第３燃料通路とが連通し、前記第２燃料収容室内の燃料圧力と前記第３燃料収容室内の燃料圧力とが等しい状態で、前記ニードル弁閉鎖手段により前記ニードル弁を前進させる力は、前記ニードル弁開放手段により前記ニードル弁を後退させる力よりも大きいことが好ましい。

この発明によれば、第２燃料収容室内の燃料圧力と第３燃料収容室内の燃料圧力とが等しい状態で、ニードル弁閉鎖手段によりニードル弁を前進させる力を、ニードル弁開放手段によりニードル弁を後退させる力よりも大きくした。よって、燃料の噴射を停止する際に、燃料圧力がニードル弁を前進させる方向に作用するので、迅速に燃料の噴射を停止できる。よって、噴射制御弁を後退させてから燃料の噴射が停止するまでの応答時間を短縮できる。その結果、最小噴射時間をより短縮できるうえに、最小噴射量を低減できるので、様々な噴射方法を実現できる。

この場合、前記ニードル弁閉鎖手段が前記第３燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部面積は、前記ニードル弁開放手段が前記第２燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部面積よりも大きいことが好ましい。

この場合、前記ニードル弁閉鎖手段が前記第３燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部最大径は、前記ニードル弁開放手段が前記第２燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部最大径よりも大きいことが好ましい。

この場合、前記ニードル弁開放手段は、前記第２燃料収容室と、前記ニードル弁の先端側の外周に周方向に沿って環状に形成される段差部と、で構成され、前記閉鎖補助ピストンの最大径は、前記ニードル弁開放手段の段差部の最大径よりも、大きいことが好ましい。

本発明の燃料噴射装置は、第１燃料収容室が形成されたノズルボディと、前記ノズルボディ内部に保持されて、前記第１燃料収容室内を進退可能な噴射制御弁と、を備え、前記ノズルボディには、燃料供給源から前記第１燃料収容室に至る第１燃料通路、前記第１燃料収容室から噴孔に至る噴射燃料通路（例えば、後述の第２燃料通路５２および第２燃料収容室４２）、および、前記第１燃料収容室から燃料噴射装置の外部の低圧部に至るリターン燃料通路（例えば、後述の第３燃料通路５３、ニードル弁閉鎖室４３、および第４燃料通路５４）、が形成され、前記噴射制御弁は、第１位置まで前進することにより、前記第１燃料通路と前記第１燃料収容室とを連通するとともに、前記噴射燃料通路と前記リターン燃料通路とを遮断し、第２位置まで後退することにより、前記第１燃料通路と前記第１燃料収容室とを遮断するとともに、前記噴射燃料通路と前記リターン燃料通路とを連通し、前記噴射制御弁が前記第１位置から前記第２位置に移行する際に、前記第１燃料収容室の燃料が、前記リターン燃料通路を通って前記燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制する流出抑制手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、噴射制御弁が第１位置から第２位置に移行する際に、第１燃料収容室の燃料が、第３燃料通路、第３燃料収容室、および第４燃料通路を通って燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制して、燃料の外部への流出量を低減できるので、燃料供給系全体として効率を向上できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置１の構成を示す断面図である。なお、以下の図１〜図４において、ニードル弁１０、噴射制御弁２０、および閉鎖補助ピストン３０の移動ストローク量および寸法は、理解の容易のため、実際よりも誇張して描かれている。

燃料噴射装置１は、図示しないハウジング内に収容されて、図示しないアクチュエータの動作に応じて、燃料供給源から高圧で供給される燃料を噴射するものである。
この燃料噴射装置１は、ニードル弁１０と、噴射制御弁２０と、この噴射制御弁を付勢するばね２１と、ニードル弁閉鎖手段としての閉鎖補助ピストン３０と、この閉鎖補助ピストン３０を付勢する弾性部材としてのばね３１と、これらを収容する円柱形状のノズルボディ４０と、を備える。

ノズルボディ４０は、３つの部材で構成されており、このノズルボディ４０の内部には、基端側から先端側に向かって順番に、第１燃料収容室４１、ニードル弁閉鎖手段および第３燃料収容室としてのニードル弁閉鎖室４３、ならびに、ニードル弁開放手段としての第２燃料収容室４２が形成されている。

また、ノズルボディ４０には、図示しない燃料供給源から第１燃料収容室４１に至る第１燃料通路５１、第１燃料収容室４１から第２燃料収容室４２に至る第２燃料通路５２、第１燃料収容室４１からニードル弁閉鎖室４３に至る第３燃料通路５３、および、ニードル弁閉鎖室４３からノズルボディ４０の外部の図示しない低圧部に至る第４燃料通路５４が形成される。
ここで、燃料供給源としては、例えば、コモンレールを介して接続された高圧ポンプが挙げられる。
また、低圧部としては、例えば、燃料タンク、低圧ポンプと高圧ポンプとの間の燃料通路、および、高圧ポンプ内の加圧室より上流側の燃料通路などが挙げられる。

第１燃料収容室４１は、ノズルボディ４０の延在方向に沿って延在する略円筒形状の空間である。
この第１燃料収容室４１の基端面には、ノズルボディ４０の基端面に至る断面円形状の貫通孔が形成され、この貫通孔は、噴射制御弁２０を保持する噴射制御弁保持部４４となっている。
噴射制御弁保持部４４の内径は、第１燃料収容室４１の内径よりも小さくなっており、これにより、第１燃料収容室４１の基端面には、段差部４１１が形成される。

第１燃料通路５１は、ノズルボディ４０の基端面から、噴射制御弁保持部４４である貫通孔の先端側の内周面まで延びている。

ニードル弁閉鎖室４３は、ノズルボディ４０の延在方向に沿って延在する略円筒形状の空間である。このニードル弁閉鎖室４３の先端側には、周方向に沿って段差部４３１が形成されている。
第３燃料通路５３は、第１燃料収容室４１の先端面の略中央からニードル弁閉鎖室４３の基端面の略中央に至る貫通孔である。
第４燃料通路５４は、ニードル弁閉鎖室４３の先端側の内周面からノズルボディ４０の基端面まで延びている。

第２燃料収容室４２は、ノズルボディ４０の延在方向に沿って延在する略円筒形状の空間である。
第２燃料収容室４２の先端側には、ノズルボディ４０の外部に至る貫通孔が形成され、この貫通孔は噴孔４５となっている。
第２燃料収容室４２の延在方向基端側には、内周が拡張されたニードル弁開放手段としての燃料溜まり部４２１が形成されている。

ノズルボディ４０には、ニードル弁閉鎖室４３から第２燃料収容室４２に至る貫通孔が形成され、この貫通孔は、ニードル弁１０を保持するニードル弁保持部４６となっている。
第２燃料通路５２は、第１燃料収容室４１の段差部４１１よりも先端側の部分の内周面から第２燃料収容室４２の燃料溜まり部４２１まで延びている。

ニードル弁１０は、ノズルボディ４０のニードル弁保持部４６に保持されており、このニードル弁１０の先端側は、第２燃料収容室４２の延在方向に沿って、第２燃料収容室４２内を進退可能である。
ニードル弁１０は、ニードル弁保持部４６に摺動可能に保持される円柱形状のニードル弁本体１１と、このニードル弁本体１１の基端側に鍔状に形成された移動規制部１２と、を備える。

ニードル弁本体１１のニードル弁保持部４６よりも基端側は、ニードル弁閉鎖室４３内に露出している。
移動規制部１２は、ニードル弁本体１１のうちニードル弁閉鎖室４３内に露出した部分に形成される。

ニードル弁１０の移動規制部１２の外径は、ニードル弁閉鎖室４３の段差部４３１より基端側の部分の内径に比較して、大きくなっている。よって、ニードル弁１０が後退すると、移動規制部１２が段差部４３１に突き当たって、ニードル弁１０の後退が規制される。

ニードル弁本体１１の外周面のうち燃料溜まり部４２１の近傍に位置する部分には、周方向に沿って円環状に、ニードル弁開放手段としての段差部１３が形成されている。
ニードル弁本体１１の段差部１３よりも先端側の部分の外径は、ニードル弁本体１１の段差部１３より基端側の部分の外径に比較して小さくなっており、このニードル弁本体１１の段差部１３より先端側の部分の外周面と、第２燃料収容室４２の内周面との間には、燃料が流通する間隙が形成されている。

以上のニードル弁１０では、ニードル弁本体１１の先端面が第２燃料収容室４２の先端側から離座することにより、第２燃料収容室４２の燃料溜まり部４２１と噴孔４５とが連通し、ニードル弁本体１１の先端面が第２燃料収容室４２の先端側に着座することにより、第２燃料収容室４２の燃料溜まり部４２１と噴孔４５とが遮断される。

噴射制御弁２０は、ノズルボディ４０の噴射制御弁保持部４４に保持されており、図示しないピエゾ式アクチュエータにより、第１燃料収容室４１の延在方向に沿って、第１燃料収容室４１内を進退可能である。
噴射制御弁２０は、円柱形状の噴射制御弁本体２２と、この噴射制御弁本体２２に鍔状に形成された通路閉鎖部２３と、を備える。
通路閉鎖部２３は、噴射制御弁本体２２のうち第１燃料収容室４１に露出した部分に形成されている。
噴射制御弁本体２２は、噴射制御弁保持部４４に摺動可能に保持される。この噴射制御弁本体２２の外周面のうち第１燃料通路５１に対向する部分から通路閉鎖部２３までの部分には、縮径部２２１が形成されている。

ばね２１は、第１燃料収容室４１の先端面と、噴射制御弁２０の通路閉鎖部２３と、の間に設けられて、噴射制御弁２０を後退する方向に付勢する。

以上の噴射制御弁２０がばね２１の付勢力に抗して前進して、噴射制御弁本体２２の先端面が第１燃料収容室４１の先端面に当接した状態を、噴射制御弁２０の第１位置とする。
噴射制御弁２０が第１位置に位置すると、噴射制御弁本体２２の先端面が第１燃料収容室４１の先端面に当接するとともに、通路閉鎖部２３と第１燃料収容室４１の段差部４１１との間に間隙が形成される。

第１燃料通路５１は噴射制御弁保持部４４である貫通孔の先端側に連通しており、第３燃料通路５３は第１燃料収容室４１の先端面に連通しているため、この状態では、第１燃料収容室４１と第３燃料通路５３とが遮断されるとともに、第１燃料通路５１と第１燃料収容室４１とが連通される。

一方、噴射制御弁２０が後退して、通路閉鎖部２３が第１燃料収容室４１の段差部４１１に当接した状態を噴射制御弁２０の第２位置とする。
噴射制御弁２０が第２位置に位置すると、噴射制御弁本体２２の先端面と第１燃料収容室４１の先端面とが離間して間隙が形成されるとともに、通路閉鎖部２３が第１燃料収容室４１の段差部４１１に当接する。この状態では、第１燃料通路５１と第１燃料収容室４１とが遮断されるとともに、第１燃料収容室４１と第３燃料通路５３とが連通される。
図１は、噴射制御弁２０が第２位置に位置した状態を示す。

閉鎖補助ピストン３０は、ニードル弁閉鎖室４３内を進退可能に設けられ、ニードル弁閉鎖室４３の内壁面を摺動する略円柱形状の仕切部３３と、この仕切部３３のニードル弁１０側の端部から棒状に延出する補助力伝達部３２と、を備える。

ニードル弁閉鎖室４３は、仕切部３３により、第３燃料通路５３に連通する閉鎖補助圧力室４３２と、第４燃料通路５４が連通するリターン圧力室４３３と、に区画される。

仕切部３３の基端側の部分は、第３燃料通路５３側に向かって突出する略円錐形状となっている。
また、仕切部３３には、閉鎖補助圧力室４３２とリターン圧力室４３３とを連通する微小連通路３３１が形成される。この微小連通路３３１は、閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の外周面を凹ませることにより、閉鎖補助ピストン３０とニードル弁閉鎖室４３との間に形成される。

ばね３１は、ニードル弁閉鎖室４３内の閉鎖補助ピストン３０とニードル弁１０の基端側との間に設けられて、閉鎖補助ピストン３０およびニードル弁１０を離間する方向に付勢する。

以上の閉鎖補助ピストン３０は、以下のように動作する。
すなわち、まず、噴射制御弁２０が第１位置に位置して、第１燃料収容室４１と第３燃料通路５３とが遮断されており、また、ばね３１により閉鎖補助ピストン３０が最も後退した位置まで付勢されて、仕切部３３の円錐形状の部分がニードル弁閉鎖室４３の基端面の第３燃料通路５３を閉塞しているものとする。この状態を、閉鎖補助ピストン３０の最後退位置とする。

閉鎖補助ピストン３０がこの最後退位置に位置した状態では、仕切部３３の円錐状の部分が第３燃料通路５３を塞いで、第３燃料通路５３と閉鎖補助圧力室４３２との連通を遮断する。
また、閉鎖補助ピストン３０がこの最後退位置に位置した状態では、ニードル弁１０が移動規制部１２に規制されるまで後退しても、閉鎖補助ピストン３０の補助力伝達部３２の先端面とニードル弁１０の基端面との間に間隙が形成されるように、閉鎖補助ピストン３０およびニードル弁１０の移動ストロークや長さが設定されている。

次に、噴射制御弁２０が第１位置から後退すると、第１燃料収容室４１と第３燃料通路５３とが連通し、第１燃料収容室４１の燃料が第３燃料通路５３に流入する。
そして、第２燃料通路５２と第３燃料通路５３とが連通し、第２燃料通路５２の燃料が第３燃料通路５３に流入する。
そして、この第３燃料通路５３の燃料圧力により、閉鎖補助ピストン３０がばね２１の付勢力に抗して前進して、補助力伝達部３２の先端面がニードル弁１０の基端面に当接する。

この状態では、第３燃料通路５３内の燃料は、ニードル弁閉鎖室４３の閉鎖補助圧力室４３２に流入して、第２燃料収容室４２の燃料溜まり部４２１内の燃料圧力とニードル弁閉鎖室４３の閉鎖補助圧力室４３２内の燃料圧力とが等しくなっている。
そして、閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の円錐形状の部分が受圧部として閉鎖補助圧力室４３２からの燃料圧力を受けることで、閉鎖補助ピストン３０を介して、ニードル弁１０には、前進させる向きに力が加わる。
同時に、ニードル弁１０の円環状の段差部１３が受圧部として燃料溜まり部４２１からの燃料圧力を受けることで、ニードル弁１０には、後退させる向きに力が加わる。

ここで、閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の最大径は、ニードル弁１０の段差部１３の最大径よりも大きく、閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の受圧面積は、ニードル弁１０の段差部１３の受圧面積よりも大きくなっている。よって、閉鎖補助ピストン３０を前進させる力は、ニードル弁１０を後退させる力よりも大きくなり、閉鎖補助ピストン３０の補助力伝達部３２の先端面でニードル弁１０の基端側を押圧して、ニードル弁１０を前進させる。

以下、燃料噴射装置１の動作について、図２〜図４を参照しながら説明する。
ＳＴ１は、図２（ａ）に示すように、初期状態である。すなわち、燃料供給源から第１燃料通路５１に燃料が高圧で供給されるとともに、ばね２１の付勢力により、噴射制御弁２０が後退して第２位置に位置している。これにより、噴射制御弁２０の通路閉鎖部２３が第１燃料収容室４１の段差部４１１に当接するため、第１燃料通路５１内の高圧の燃料は、噴射制御弁２０の縮径部２２１と噴射制御弁保持部４４の内周面との隙間に留まっている。

また、ばね３１の付勢力により、ニードル弁１０は前進して第２燃料収容室４２の先端側に着座し、閉弁補助ピストン３０は後退して最後退位置に位置して第３燃料通路５３を閉鎖している。これにより、第２燃料収容室４２、第２燃料通路５２、第１燃料収容室４１、第３燃料通路５３内には、前回の噴射動作により流入した燃料がある程度の圧力で閉じ込められている。

ＳＴ２では、この状態から、図２（ｂ）に示すように、図示しないアクチュエータを駆動すると、ばね２１の付勢力に抵抗して噴射制御弁２０が前進して第１位置に位置する。

すると、噴射制御弁本体２２の先端面が第１燃料収容室４１の先端面に当接し、第１燃料収容室４１と第３燃料通路５３とが遮断されるので、第３燃料通路５３への高圧な燃料の供給が遮断される。
また、通路閉鎖部２３が第１燃料収容室４１の段差部４１１から離れて、通路閉鎖部２３と第１燃料収容室４１の段差部４１１との間に間隙が形成されるので、第１燃料通路５１内の高圧な燃料は、噴射制御弁２０の縮径部２２１と噴射制御弁保持部４４の内周面との隙間、第１燃料収容室４１、および第２燃料通路５２を通って、第２燃料収容室４２の燃料溜まり部４２１に流入する。上述のように、この燃料溜まり部４２１の燃料は、既にある程度の圧力であるため、第１燃料通路５１内の高圧な燃料が供給されることにより、第２燃料収容室４２内の燃料圧力が上昇する。

ＳＴ３では、燃料溜まり部４２１内の燃料圧力が所定の圧力に到達すると、図２（ｃ）に示すように、この燃料溜まり部４２１内の燃料圧力により、ニードル弁１０の移動規制部１２が段差部４３１に突き当たるまで、ばね３１に抗してニードル弁１０が後退する。これにより、ニードル弁１０は第２燃料収容室４２の先端側から離座して、第２燃料収容室４２内の燃料が噴孔４５を通して噴射される。

ＳＴ４では、図示しないアクチュエータの駆動を停止して、噴射制御弁２０に対する押圧力を解除する。すると、図３（ａ）に示すように、ばね２１の付勢力により、噴射制御弁２０が後退して第２位置に位置する。すると、通路閉鎖部２３が第１燃料収容室４１の段差部４１１に当接して噴射制御弁保持部４４を閉鎖する。これにより、第１燃料通路５１と第１燃料収容室４１とが遮断されるとともに、第１燃料収容室４１と第３燃料通路５３とが連通する。よって、第１燃料収容室４１の燃料が、噴射制御弁本体２２の先端面と第１燃料収容室４１の先端面との間隙を通って、第３燃料通路５３に流入し、第３燃料通路５３内の圧力が上昇する。
閉鎖補助ピストン３０が最後退位置に位置しているため、仕切部３３により第３燃料通路５３は閉塞されている状態であるが、第３燃料通路５３に流入した燃料圧力により、この仕切部３３の円錐形状の部分うち第３燃料通路５３に露出した部分が押圧されて、閉鎖補助ピストン３０が前進する。

ＳＴ５では、図３（ｂ）に示すように、閉鎖補助ピストン３０が前進したため、仕切部３３による第３燃料通路５３の閉塞が解除され、第３燃料通路５３に流入した燃料は、ニードル弁閉鎖室４３の閉鎖補助圧力室４３２に流入し、閉鎖補助圧力室４３２内の圧力が上昇する。閉弁補助圧力室４３２の内部の圧力が所定の圧力に到達すると、閉鎖補助圧力室４３２に流入した燃料圧力により、この仕切部３３の円錐形状の部分全体が押圧されて、閉鎖補助ピストン３０が前進して、この閉弁補助ピストン３０の補助力伝達部３２の先端面がニードル弁１０の基端面に当接する。

ＳＴ６では、図３（ｃ）に示すように、閉鎖補助圧力室４３２内の燃料が仕切部３３を押圧する。ここで、閉鎖補助ピストン３０が前進する向きに加える力は、第２燃料収容室４２の燃料溜まり部４２１内の燃料が段差部１３を押圧して、ニードル弁１０に後退する向きに加える力よりも大きい。よって、閉弁補助ピストン３０がニードル弁１０とともに前進して、ニードル弁１０が第２燃料収容室４２の先端側に着座して、噴孔４５からの燃料の噴射が停止する。

ＳＴ７では、図４に示すように、閉弁補助圧力室４３２の内部の燃料は、仕切部３３に形成された微小連通路３３１を通って、少しずつリターン圧力室４３３に流出し、このリターン圧力室４３３に流出した燃料は、第４燃料通路５４を通ってノズルボディ４０の外部に排出される。
これにより、閉弁補助圧力室４３２の内部の圧力は、少しずつ低下し、閉弁補助圧力室４３２の内部の圧力が所定の圧力未満になると、ばね３１の付勢力により、閉弁補助ピストン３０が後退して最後退位置まで移行する。これにより、第２燃料収容室４２、第２燃料通路５２、第１燃料収容室４１、第３燃料通路５３内には、燃料がある程度の圧力で閉じ込められて、初期状態に復帰する。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）噴射制御弁２０が第１位置から第２位置に移行する際に、第１燃料収容室４１の燃料が第３燃料通路５３に流入するが、閉鎖補助ピストン３０およびニードル弁閉鎖室４３により、第１燃料収容室４１の燃料が、第３燃料通路５３、閉鎖補助圧力室４３、および第４燃料通路５４を通って、燃料噴射装置１の外部に流出するのを抑制して、燃料の燃料噴射装置１の外部への流出量を低減できるので、燃料供給系全体として効率を向上できる。

（２）閉鎖補助ピストン３０により、閉鎖補助圧力室４３内の燃料圧力による押圧力を、ニードル弁１０に対して前進方向に伝達して、このニードル弁１０を前進させて燃料の噴射を停止させる。よって、ニードル弁１０の閉鎖速度を向上でき、燃料噴射圧の立下り特性を改善できる。

（３）閉鎖補助ピストン３０およびニードル弁１０を離間する方向に付勢するばね３１を設けて、ばね３１で閉鎖補助ピストン３０を最後退位置まで付勢した。よって、閉鎖補助ピストン３０を迅速に最後退位置まで後退させて、第３燃料通路５３と閉鎖補助圧力室４３との連通を遮断でき、第４燃料通路５４の流量をより低減できる。

（４）閉鎖補助ピストン３０に微小連通路３３１を設けたので、微小連通路３３１を通して閉鎖補助圧力室４３内の燃料をリターン圧力室４３３に流出させることにより、閉鎖補助ピストン３０を円滑に後退させることができ、第４燃料通路５４の流量をさらに低減できる。

（５）閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の外周面を凹ませることにより微小連通路３３１を形成したので、微小連通路３３１の断面積を高精度で管理できる。

（６）ニードル弁１０が移動規制部１２に規制されるまで後退しても、閉鎖補助ピストン３０が最も後退した状態では、閉鎖補助ピストン３０とニードル弁１０との間に間隙が生じるように、閉鎖補助ピストン３０およびニードル弁１０の移動ストロークや長さを設定した。よって、ニードル弁１０を後退させて燃料を噴射する際に、ニードル弁１０が閉鎖補助ピストン３０に当接しないため、閉鎖補助ピストン３０の耐久性を向上できるうえに、閉鎖補助ピストン３０の補助力伝達部３２の外径を細くできる。

（７）第２燃料収容室４２内の燃料圧力とニードル弁閉鎖室４３内の燃料圧力とが等しい状態で、閉鎖補助ピストン３０に作用する燃料圧力によりニードル弁１０を前進させる力を、段差部１３に作用する燃料圧力によりニードル弁１０を後退させる力よりも大きくした。よって、燃料の噴射を停止する際に、燃料圧力がニードル弁１０を前進させる方向に作用するので、迅速に燃料の噴射を停止できる。よって、噴射制御弁２０を後退させてから燃料の噴射が停止するまでの応答時間を短縮できる。その結果、最小噴射時間をより短縮できるうえに、最小噴射量を低減できるので、様々な噴射方法を実現できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、噴射制御弁２０をピエゾ式アクチュエータで駆動したが、これに限らず、電磁式や油圧式のアクチュエータで駆動してもよい。
また、本実施形態では、微小連通路３３１を閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の外周面を凹ませることにより形成したが、これに限らず、閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の内部側に穿設してもよいし、ノズルボディ４０のニードル弁閉鎖室４３の内周面に形成してもよい。

また、本実施形態では、閉鎖補助ピストン３０の補助力伝達部３２により、直接、ニードル弁１０の基端側を押圧したが、これに限らず、閉鎖補助ピストン３０とニードル弁１０との間に部材を設け、この部材を介してニードル弁１０の基端側を押圧してもよい。
また、本実施形態では、ニードル弁本体１１の外周面の１箇所に受圧部としての段差部１３を形成したが、これに限らず、ニードル弁本体１１の先端側外周面などの複数箇所に段差部を設けてもよい。

本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置の構成を示す断面図である。 前記実施形態に係る燃料噴射装置の動作を説明するための図（その１）である。 前記実施形態に係る燃料噴射装置の動作を説明するための図（その２）である。 前記実施形態に係る燃料噴射装置の動作を説明するための図（その３）である。 本発明の従来例に係る燃料噴射装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 燃料噴射装置
１０ ニードル弁
１１ ニードル弁本体
１２ 移動規制部
１３ 段差部（ニードル弁開放手段）
２０ 噴射制御弁
３０ 閉鎖補助ピストン（流出抑制手段、ニードル弁閉鎖手段）
３１ ばね（弾性部材）
３２ 補助力伝達部
４０ ノズルボディ
４１ 第１燃料収容室
４２ 第２燃料収容室
４３ ニードル弁閉鎖室（流出抑制手段、第３燃料収容室、ニードル弁閉鎖手段）
４５ 噴孔
４６ ニードル弁保持部
５１ 第１燃料通路
５２ 第２燃料通路
５３ 第３燃料通路
５４ 第４燃料通路
３３１ 微小連通路
４２１ 燃料溜まり部（ニードル弁開放手段）
４３２ 閉鎖補助圧力室
４３３ リターン圧力室

Claims (8)

1. 第１燃料収容室、第２燃料収容室、第３燃料収容室、および、当該第２燃料収容室から燃料噴射装置の外部に至る噴孔が形成されたノズルボディと、
   当該ノズルボディ内部のニードル弁保持部に保持されたニードル弁と、
   前記ノズルボディ内部の前記ニードル弁保持部よりも先端側に設けられて前記第２燃料収容室を有するニードル弁開放手段と、
   前記ノズルボディ内部の前記ニードル弁保持部よりも基端側に設けられて前記第３燃料収容室を有するニードル弁閉鎖手段と、
   前記ノズルボディ内部に保持されて、前記第１燃料収容室内を進退可能な噴射制御弁と、を備え、
   前記ノズルボディには、燃料供給源から前記第１燃料収容室に至る第１燃料通路、前記第１燃料収容室から前記第２燃料収容室に至る第２燃料通路、前記第１燃料収容室から前記第３燃料収容室に至る第３燃料通路、および、前記第３燃料収容室から燃料噴射装置の外部の低圧部に至る第４燃料通路が形成され、
   前記噴射制御弁は、第１位置まで前進することにより、前記第１燃料通路と前記第１燃料収容室とを連通するとともに、前記第１燃料収容室と前記第３燃料通路とを遮断し、第２位置まで後退することにより、前記第１燃料通路と前記第１燃料収容室とを遮断するとともに、前記第１燃料収容室と前記第３燃料通路とを連通し、
   前記ニードル弁は、前進して前記ノズルボディに着座することにより、前記第２燃料収容室と前記噴孔とを遮断し、後退して前記ノズルボディから離座することにより、前記第２燃料収容室と前記噴孔とを連通し、
   前記ニードル弁開放手段は、前記第２燃料収容室内の燃料圧力により前記ニードル弁を後退させ、
   前記ニードル弁閉鎖手段は、前記第３燃料収容室内の燃料圧力により前記ニードル弁を前進させ、
   前記噴射制御弁が前記第１位置から前記第２位置に移行する際に、前記第１燃料収容室の燃料が、前記第３燃料通路、前記第３燃料収容室、および前記第４燃料通路を通って、前記燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制する流出抑制手段を備え、
   前記ニードル弁閉鎖手段は、前記第３燃料収容室内を進退可能に設けられた閉鎖補助ピストンを備え、
   前記閉鎖補助ピストンは、最後退位置で前記第３燃料通路と前記第３燃料収容室とを遮断し、前進状態に移行することにより前記第３燃料通路と前記第３燃料収容室とを連通し、
   前記第３燃料収容室は、前記閉鎖補助ピストン前進状態では、前記閉鎖補助ピストンにより、前記第３燃料通路が連通する閉鎖補助圧力室と、前記第４燃料通路が連通するリターン庄力室と、に区画され、
   前記閉鎖補助ピストンは、前記閉鎖補助圧力室内の燃料圧力による押圧力を、前記ニードル弁に対して前進方向に伝達可能であり、
   前記閉鎖補助ピストンは、前記前進状態から前記最後退位置に移行して、前記第３燃料通路と前記閉鎖補助圧力室とを遮断することで、前記第１燃料収容室の燃料が前記第３燃料通路を通って前記第３燃料収容室に流入するのを抑制し、これにより、前記第１燃料収容室の燃料が前記燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制する流出抑制手段であり、
   前記第３燃料収容室内には、前記ニードル弁の基端側が露出しており、
   前記ニードル弁閉鎖手段は、前記閉鎖補助ピストンと前記ニードル弁の基端側との間に設けられて、前記閉鎖補助ピストンおよび前記ニードル弁を離間する方向に付勢する弾性部材をさらに備え、
   前記閉鎖補助ピストンは、前記弾性部材により前記最後退位置まで付勢され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、
   前記閉鎖補助ピストンには、前記閉鎖補助圧力室と前記リターン圧力室とを連通する微小連通路が形成され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、
   前記微小連通路は、前記閉鎖補助ピストンの外周面の一部を凹ませることにより、当該閉鎖補助ピストンと前記第３燃料収容室との間に形成されることを特徴とする燃料噴射装置。
4. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、
   前記閉鎖補助ピストンは、前記ニードル弁側端部から棒状に延出する補助力伝達部を備え、
   前記ニードル弁は、棒状のニードル弁本体と、当該ニードル弁本体の基端側に鍔状に形成されて前記ニードル弁の後退を規制する移動規制部と、を備え、
   前記ニードル弁は、前記閉鎖補助ピストンの補助力伝達部が前記ニードル弁の基端側を押圧することにより前進し、
   前記ニードル弁が前記移動規制部に規制されるまで後退しても、前記閉鎖補助ピストンが前記最後退位置まで後退した状態では、前記閉鎖補助ピストンと前記ニードル弁との間に間隙が形成されることを特徴とする燃料噴射装置。
5. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、
   前記噴射制御弁が前記第１位置から後退して、前記第２燃料通路と前記第３燃料通路とが連通し、前記第２燃料収容室内の燃料圧力と前記第３燃料収容室内の燃料圧力とが等しい状態で、前記ニードル弁閉鎖手段により前記ニードル弁を前進させる力は、前記ニードル弁開放手段により前記ニードル弁を後退させる力よりも大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
6. 請求項５に記載の燃料噴射装置において、
   前記ニードル弁閉鎖手段が前記第３燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部面積は、前記ニードル弁開放手段が前記第２燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部面積よりも大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
7. 請求項５に記載の燃料噴射装置において、
   前記ニードル弁閉鎖手段が前記第３燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部最大径は、前記ニードル弁開放手段が前記第２燃料収容室から受ける燃料圧力の受圧部最大径よりも大きいことを特徴とする燃料噴射装置。
8. 請求項５に記載の燃料噴射装置において、
   前記ニードル弁開放手段は、前記第２燃料収容室と、前記ニードル弁の先端側の外周に周方向に沿って環状に形成される段差部と、で構成され、
   前記閉鎖補助ピストンの最大径は、前記ニードル弁開放手段の段差部の最大径よりも大きいことを特徴とする燃料噴射装置。

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