JP5256071B2 - 内燃機関用燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用の燃料噴射装置に関し、特に、２つの異なる種類の燃料を同一の噴孔から連続して噴射可能な燃料噴射装置の構造に関する。

内燃機関用の燃料噴射装置（インジェクタ）には、２つの異なる種類の燃料を、同一の噴孔から噴射可能なものが知られており、特に、ディーゼル機関等、気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射式内燃機関の燃料噴射装置においては、まず、着火性が比較的良好な種類の燃料（以下、副燃料と記す）を噴射し、当該副燃料に連続して、着火性が比較的良好でない種類の「主燃料」を、同一の噴孔から噴射する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

下記の特許文献１には、着火性が比較的良好な副燃料として少量の軽油を噴射し、着火させると共に、当該副燃料（軽油）に連続して、着火性が比較的良好でない主燃料（アルコール等）を噴射することで、噴射された主燃料の着火・燃焼を良好なものにすることが提案されている。

特許文献１に記載の燃料噴射装置においては、噴孔が形成された弁座（バルブシート）に噴孔を塞ぐように当接する針状の弁体（以下、ノズルニードルと記す）の外周壁とインジェクタボデーとの間に形成された燃料通路／燃料室（以下、「ニードル外周燃料室」と記す）が設けられている。一方、当該ノズルニードルの内部には、当該ニードル外周燃料室に副燃料を導入する「副燃料導入通路」が設けられている。ニードル外周燃料室は、その噴孔側において、副燃料導入通路と接続されており、噴孔とは反対側にある主燃料通路から、主燃料が供給される。副燃料導入通路は、一方側が、ノズルニードルの上昇に応じて容積が増大する副燃料室と連通しており、他方側が、ニードル外周燃料室に開口している。副燃料導入通路と副燃料室との間には、副燃料室から副燃料導入通路に向かう方向のみに燃料の流れを許す逆止弁が設けられている。

特許文献１に記載の燃料噴射装置は、ノズルニードルの上昇により、副燃料室に副燃料が導入される。そして、ノズルニードルの下降により、副燃料室にある副燃料が、逆止弁を介して副燃料導入通路に圧送され、当該副燃料導入通路からの副燃料が、上述のニードル外周燃料室に、その噴孔側から導入される。これにより、ニードル外周燃料室のうち噴孔側には、副燃料が充填され、噴孔とは反対側には、主燃料が充填される。ノズルニードルの上昇により、噴孔とニードル外周燃料室が連通すると、まず、噴孔側にある副燃料が、噴孔から噴射され、副燃料が噴射された後、副燃料の噴射に連続して主燃料が噴射される。

また、下記の特許文献２には、着火性が比較的良好な「点火燃料」（副燃料に相当）に連続して着火性の悪い「主燃料」を噴射する燃料噴射装置について開示されている。特許文献２に記載の燃料噴射装置は、弁座（バルブシート）の上流側において、ノズルニードルとインジェクタボデー（バルブボデー）との間には、副燃料が導入される環状の装填室が形成され、さらに当該装填室より上流側（噴孔とは反対側）には、主燃料が導入される環状ギャップが形成されている。

特開平７−１７４０５６号公報 特開平５−２７２４２２号公報

特許文献１の燃料噴射装置は、ノズルニードルの上下動により、ニードル外周燃料室に導入される副燃料の燃料量、すなわち燃料噴射装置の燃料噴射１回あたりの副燃料の燃料量が決まってしまうため、燃料噴射装置の燃料噴射１回あたりの副燃料の燃料量を、内燃機関の運転状態に応じて調整できないという問題がある。つまり、当該燃料噴射装置は、噴射燃料に占める副燃料の割合を調整することができないという問題がある。

また、特許文献１の燃料噴射装置は、燃料を噴射するタイミングに合わせて、主燃料に圧力をかける高圧燃料供給ポンプ（高圧サプライポンプ）と共に用いられるものである。このため、特許文献１の燃料噴射装置を、例えば、燃料レール（燃料室）から高圧の燃料の供給を受ける、いわゆる「コモンレール」式の燃料供給システムに適用した場合、ノズルニードルが下降している間において、ニードル外周燃料室に導入された主燃料や副燃料が、インジェクタボデーとノズルニードルとの間にある数μｍ程度の隙間を通って、リターン側の燃料通路に漏れ出てしまい、特に、噴射燃料に占める割合の低い副燃料の噴射量が、予め設定された量（所望量）から大きく変化して、副燃料の噴射量の精度が低下するという問題が生じる場合もある。

このように主燃料と副燃料との２種類の燃料を同一の噴孔から連続して噴射可能な、内燃機関用燃料噴射装置には、主燃料に比べて比較的噴射量の少ない副燃料を、高い精度で調量してニードル外周燃料室に充填して、噴孔から噴射される副燃料の噴射量を、より精度の高いものにすることが可能な技術が求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、副燃料の噴射量を、精度の高いものにすることが可能な内燃機関用燃料噴射装置を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料噴射装置は、内燃機関に用いられ、ノズルニードルを軸方向上側に上昇させることにより、主燃料と副燃料との２種類の燃料を同一の噴孔から連続して噴射可能な燃料噴射装置であって、ノズルニードルの外周壁とインジェクタボデーとの間に設けられ、主燃料と副燃料とを充填可能な燃料室であるニードル外周燃料室と、ノズルニードルの内部に設けられ、副燃料をニードル外周燃料室に導入可能な燃料通路である副燃料導入通路と、副燃料導入通路からニードル外周燃料室に導入される副燃料を調量可能な副燃料調量弁と、を有し、副燃料調量弁と副燃料導入通路とを連通させる副燃料通路には、絞りが設けられ、内燃機関は、コモンレール式のディーゼル機関であり、ノズルニードルを駆動するノズルニードル駆動部は、電子制御装置により制御されて伸長するピエゾスタックと、ピエゾスタックの伸長に応じて変位する大径ピストンと、ノズルニードルの軸方向上側の端面に当接して設けられ、大径ピストンの変位に応じて増大する軸方向上向きの燃料圧力を受けて軸方向上側に変位する段付き小径ピストンと、段付き小径ピストンの軸方向上側の端面に当接して設けられ、主燃料通路に連通する燃料室であるバランス室から軸方向下向きの主燃料圧力を受けるバランスピストンと、を有し、副燃料調量弁の弁体を駆動する調量弁駆動部は、電子制御装置により制御されて伸長する第２のピエゾスタックと、第２のピエゾスタックの伸長に応じて変位する第２の大径ピストンと、副燃料調量弁の弁体の軸方向上側の端面に当接して設けられ、第２の大径ピストンの変位に応じて増大する軸方向上向きの燃料圧力を受けて軸方向上側に変位可能な第２の段付き小径ピストンと、第２の段付き小径ピストンの軸方向上側の端面に当接して設けられ、副燃料入口に連通する燃料室である第２のバランス室から軸方向下向きの副燃料圧力を受ける第２のバランスピストンと、を有することを特徴とする。

上記の内燃機関用燃料噴射装置において、ニードル外周燃料室のうち軸方向上側からは、予め設定された主燃圧で主燃料が充填され、副燃料調量弁を開弁させることにより、ニードル外周燃料室のうち軸方向下側からは、主燃圧に比べて高い燃料圧力で副燃料が充填されるものとすることができる。

上記の内燃機関用燃料噴射装置において、インジェクタボデーに形成され、主燃料入口から供給された主燃料を、ニードル外周燃料室に向けて導く燃料通路である主燃料通路と、ノズルニードルの外周壁に環状に形成され、副燃料導入通路と連通する副燃料環状溝と、ノズルニードルの外周壁のうち副燃料環状溝より軸方向上側において環状に形成され、主燃料通路に連通する主燃料環状溝と、を有するものとすることができる。

本発明によれば、所望量の副燃料をニードル外周燃料室に充填するにあたって、当該絞りを有しない場合に比べて、ニードル外周燃料室に充填される副燃料の（単位時間あたりの）燃料流量を比較的小さくし、副燃料調量弁の開弁時間を比較的長いものにすることができる。これにより、ニードル外周燃料室に充填される副燃料の燃料量を副燃料調量弁により精度よく調量することができ、燃料噴射１回あたりの副燃料の噴射量を、精度の高いものにすることができる。

以下に、本発明を実施するための形態（以下、実施形態と記す）について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態により、本発明が限定されるものではない。下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

まず、本実施形態に係る燃料噴射装置と、当該燃料噴射装置が適用される内燃機関の概略構成について、図１〜図５を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る燃料噴射装置が適用される内燃機関の燃料供給システムを示す模式図である。図２は、本実施形態に係る燃料噴射装置のノズルニードル駆動部の構成を示す断面図である。図３は、図２に示すノズルニードルの周辺構成を示す拡大断面図である。図４は、本実施形態に係る燃料噴射装置において噴射される副燃料の燃料量を調整する副燃料調量弁を駆動する調量弁駆動部の構成を示す断面図である。図５は、図４に示す絞りの周辺構成を示す拡大断面図である。なお、各図は、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。

本実施形態に係る燃料噴射装置が適用される内燃機関は、図１に示すように、圧縮されて高温となった燃焼室内の雰囲気に、燃料を噴射することで、当該噴射燃料を自然着火させる圧縮着火式の内燃機関、すなわちディーゼル機関１である。当該ディーゼル機関１は、原動機として自動車（図示せず）に搭載される。本実施形態に係るディーゼル機関１は、複数の気筒９を有し、気筒９ごとに燃料噴射装置１０（インジェクタ）を備え、各燃料噴射装置１０が、燃料の種類ごとに、共通の燃料レール７，８から燃料の供給を受ける、いわゆるコモンレール式のディーゼル機関１である。自動車には、ディーゼル機関１に燃料を供給する燃料供給システム３００（いわゆるコモンレールシステム）、燃料噴射装置１０を含むディーゼル機関１を制御する制御手段として、ディーゼル機関１用の電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）３３０が設けられている。ＥＣＵ３３０は、各種制御定数を記憶する記憶手段としてのＲＯＭ（図示せず）が設けられている。当該燃料供給システム３００は、ＥＣＵ３３０により制御されて、以下に説明する２種類の燃料を、ディーゼル機関１の各気筒９に供給する。

ディーゼル機関１の各気筒９に供給される燃料には、２つの種類がある。一つは、着火性が比較的良好な、すなわちセタン価が比較的高い種類の燃料であり、燃料噴射装置１０が燃料噴射を行うごとに、噴孔１２から先に噴射される燃料（以下、副燃料と記す）である。もう一つは、着火性が比較的良好ではないすなわちセタン価が比較的低い種類の燃料であり、副燃料の噴射後に、当該副燃料に連続して、同一の噴孔１２から噴射される燃料（以下、主燃料と記す）である。燃料供給システムにおいては、これら主燃料と副燃料がそれぞれ別個に、燃料噴射装置１０に供給される。本実施形態において、主燃料には、エタノール（アルコール）が用いられ、副燃料には、鉱物油である原油を分留して作られたディーゼル燃料（以下、軽油と記す）が用いられている。

燃料供給システム３００は、主燃料に対応して、各燃料噴射装置１０に主燃料を分配し供給する主燃料分配管７ａと、主燃料分配管７ａ内に形成された燃料室７（以下、主燃料レールと記す）に、昇圧した燃料を供給する高圧主燃料供給ポンプ５と、ディーゼル機関１に供給される主燃料を貯蔵する主燃料タンク３１０とを有している。給油された主燃料タンク３１０に貯蔵されている主燃料は、主燃料供給配管３１２を通して、高圧主燃料供給ポンプ５に吸入される。高圧主燃料供給ポンプ５により予め設定された燃料圧力に昇圧された主燃料は、主燃料レール７に送出される。主燃料レール７における燃料圧力、すなわち主燃料レール７から各燃料噴射装置１０に供給される燃料圧力（以下、単に「主燃料圧力」と記す）は、例えば１２０ＭＰａに設定されている。主燃料圧力は、高圧主燃料供給ポンプ５を介してＥＣＵ３３０により制御される。各燃料噴射装置１０は、後述する主燃料入口から、主燃料の供給を受ける。各燃料噴射装置１０に供給された主燃料のうち、燃料噴射に用いられなかった余剰な主燃料は、後述する各リターン主燃料出口Ｒ１２（図２参照）から、リターン主燃料配管３１４を通って、主燃料タンク３１０に戻される。

燃料供給システム３００は、主燃料と同様に、副燃料に対応して、各燃料噴射装置１０に副燃料を分配し供給する副燃料分配管８ａと、副燃料分配管８ａ内に形成された燃料室８（以下、副燃料レールと記す）に、昇圧した燃料を供給する高圧副燃料供給ポンプ６と、ディーゼル機関１に供給される副燃料を貯蔵する副燃料タンク３２０とを有している。副燃料タンク３２０に貯蔵されている燃料は、副燃料供給配管３２２を通して、高圧副燃料供給ポンプ６に吸入され、高圧副燃料供給ポンプ６により予め設定された燃料圧力に昇圧されて、副燃料レール８に送出される。副燃料レール８における燃料圧力、すなわち副燃料レール８から各燃料噴射装置１０に供給される燃料圧力（以下、単に「副燃料圧力」と記す）は、上述の「主燃料圧力」に比べて高い値、例えば、１６０ＭＰａに設定されている。副燃料圧力は、高圧副燃料供給ポンプ６を介してＥＣＵ３３０により制御される。各燃料噴射装置１０は、後述する副燃料入口から、副燃料の供給を受ける。各燃料噴射装置１０に供給された副燃料のうち、燃料噴射に用いられなかった余剰な副燃料は、後述する各リターン副燃料出口Ｒ１１２（図４参照）から、リターン副燃料配管３２４を通って、副燃料タンク３２０に戻される。

燃料噴射装置１０は、噴孔１２が気筒９内に露出するようディーゼル機関１のシリンダヘッド（図示せず）に配設されており、当該噴孔１２から気筒９内に直接、燃料（副燃料／主燃料）を噴射する。図２に示すように、燃料噴射装置１０は、噴孔１２が形成された弁座（以下、バルブシートと記す）１４と、バルブシート１４に当接することで当該噴孔１２を塞ぎ、バルブシート１４から離間するよう駆動されることで、噴孔１２を開口させる針状（略円柱状）の弁体（以下、ノズルニードルと記す）２０とを有している。

ノズルニードル２０は、図３に示すように、先細の略円柱状をなす弁体であり、その軸心を図に一点鎖線Ｃで示す。以下の説明において、ノズルニードル２０の軸心Ｃの延びる方向を、単に「軸方向」と記し、これに対して、ノズルニードル２０の径方向を、単に「径方向」と記す。ノズルニードル２０の表面のうちバルブシート１４に当接する面を「シート当接面」と記す。これに対して、ノズルニードル２０の表面のうち、外周（径方向外側）の壁面２２を、以下に「ニードル外周壁」と記す。ノズルニードル２０のうちシート当接面２４が、バルブシート１４に当接する、すなわちノズルニードル２０がバルブシート１４に着座すると、シート当接面２４により噴孔１２が塞がれる。ノズルニードル２０が、後述するノズルニードル駆動部４０により駆動されて、シート当接面２４が、バルブシート１４から離間すると、噴孔１２が開放されて、当該噴孔１２から燃料（副燃料／主燃料）が噴射される。

なお、以下の説明において、軸方向のうちノズルニードル２０がバルブシート１４から離間する向きを「上側」又は「上向き」と記し、ノズルニードル２０がバルブシート１４に当接する向きを「下側」又は「下向き」と記す。加えて、ノズルニードル２０が、インジェクタボデーに対して軸方向上側に移動すること、即ちリフトすることを「上昇」又は「リフト」と記し、軸方向の下側に移動することを「下降」と記す。また、ノズルニードル２０が下降し、バルブシート１４に当接して噴孔１２が塞がれた状態を、以下の説明において「燃料噴射装置１０の閉弁時」と記し、ノズルニードル２０が上昇して噴孔１２が開放された状態を「燃料噴射装置１０の開弁時」と記す。

燃料噴射装置１０は、図２及び図４に示すように、上述したノズルニードル２０と、当該ノズルニードル２０を駆動するノズルニードル駆動部４０と、燃料噴射装置１０の燃料噴射１回あたりに噴射される副燃料の燃料量を調量するバルブ（以下、副燃料調量弁と記す）１２０と、当該副燃料調量弁１２０の弁体１２２を駆動する調量弁駆動部１４０とを有している。副燃料調量弁１２０と、調量弁駆動部１４０の詳細については、後述する。

ノズルニードル駆動部４０は、ＥＣＵ３３０により制御されて伸長するピエゾスタック５０と、ピエゾスタック５０の伸長に応じて変位する大径ピストン６０と、ノズルニードル２０の軸方向上側の端面２６に当接して設けられ、大径ピストン６０の変位に応じて増大する軸方向上向きの燃料圧力を受けて軸方向上側に変位する段付き小径ピストン７０と、段付き小径ピストン７０の軸方向上側の端面７６に当接して設けられ、主燃料通路８０に連通する燃料室であるバランス室９２から軸方向下向きの主燃料圧力を受けるバランスピストン９０とを有している。これら各部品と、ノズルニードル２０は、燃料噴射装置１０の外装をなすインジェクタボデーに収容されている。

インジェクタボデーは、７つのボデーから構成されており、詳細には、図２に示すように、ノズルニードル駆動部４０の段付き小径ピストン７０と、調量弁駆動部１４０の弁体１２２を収容する第１ボデーＢ１と、第１ボデーＢ１の軸方向下側に設けられ、ノズルニードル２０を収容する第２ボデーＢ２と、ノズルニードル駆動部４０において第１ボデーＢ１の軸方向上側に設けられ、バランスピストン９０と大径ピストン６０の一部を収容する第３ボデーＢ３と、ノズルニードル駆動部４０において第３ボデーＢ３の軸方向上側に設けられ、大径ピストン６０及びピエゾスタック５０を収容する第４ボデーＢ４と、図４に示すように、調量弁駆動部１４０において第１ボデーＢ１の軸方向上側に設けられ、第２の段付き小径ピストン１７０、及び中間圧調圧弁２００を収容する第５ボデーＢ５と、調量弁駆動部１４０において第５ボデーＢ５の軸方向上側に設けられ、第２のバランスピストン１９０と、第２の大径ピストン１６０の一部を収容する第６ボデーＢ６と、調量弁駆動部１４０において第６ボデーＢ６の軸方向上側に設けられ、第２の大径ピストン１６０及び第２のピエゾスタック１５０を収容する第７ボデーＢ７とを有している。第１ボデーＢ１は、ノズルニードル駆動部４０と後述する調量弁駆動部１４０で共有されている。

ノズルニードル駆動部４０の構成について図２及び図３を用いて説明する。ノズルニードル駆動部４０においては、第２ボデーＢ２には、ノズルニードル２０が、所定の嵌め合い隙間を以って挿入されており、ノズルニードル２０は、第２ボデーＢ２に対して軸方向に摺動可能に構成されている。第２ボデーＢ２のうち軸方向下側の先端部分が、上述のバルブシート１４を構成している。第２ボデーＢ２とノズルニードル２０の嵌め合い隙間は、数μｍ程度に設定されている。

ノズルニードル２０のニードル外周壁２２と第２ボデーＢ２との間には、燃料噴射装置１０の閉弁時において噴射燃料を一時的に貯留する燃料室（以下、ニードル外周燃料室と記す）３０が形成されている。ニードル外周燃料室３０は、ノズルニードル２０と軸心が一致する筒状をなしており、ノズルニードル２０が上昇して燃料噴射装置１０が開弁すると、噴孔１２と連通する。燃料噴射装置１０の閉弁時において、ニードル外周燃料室３０には、主燃料と副燃料が、予め設定された割合で充填される。

ニードル外周燃料室３０のうち噴孔１２とは反対側（すなわち軸方向上側）には、主燃料溜まり３３が設けられている。主燃料溜まり３３は、ノズルニードル２０の軸心を中心に環状に形成されており、ニードル外周燃料室３０のうち軸方向上側を構成する部分である。主燃料溜まり３３には、主燃料入口８２からの主燃料をニードル外周燃料室３０に向けて導く主燃料通路８０が接続されている。当該主燃料通路８０は、第３ボデーＢ３に形成された主燃料通路８１を介して、主燃料入口８２に連通している。上述の主燃料レール７から主燃料入口８２に供給された主燃料は、主燃料通路８０を経て、主燃料溜まり３３からニードル外周燃料室３０に導入される。

また、図３に示すように、ノズルニードル２０の内部には、副燃料をニードル外周燃料室３０に導く副燃料導入通路１００が形成されている。副燃料導入通路１００の一方側の開口１０２は、ニードル外周燃料室３０のうち噴孔１２側に接続されており、副燃料導入通路１００の他方側の開口１０４は、ニードル外周壁２２に形成された環状の溝（以下、副燃料環状溝と記す）１０６に接続されている。

副燃料環状溝１０６は、ニードル外周壁２２のうち、主燃料通路８０が連通する「主燃料溜まり３３」に比べて軸方向上側に所定の間隔を空けて設けられている。副燃料環状溝１０６の溝底には、副燃料導入通路１００の他方側の開口１０４が設けられている。副燃料導入通路１００の一方側（噴孔１２側）の開口１０２は、ニードル外周燃料室３０に面して設けられている。副燃料環状溝１０６には、副燃料通路１０８から副燃料が供給される。

第２ボデーＢ２には、副燃料入口１１２（図４参照）からの副燃料を、副燃料環状溝１０６に導く副燃料通路１０８が形成されている。すなわち当該副燃料通路１０８のノズルニードル２０側の開口１０７は、副燃料環状溝１０６に対向するよう設けられている。副燃料通路１０８は、副燃料調量弁１２０を介して副燃料入口１１２（図４参）に連通している。上述の副燃料レール８から副燃料入口１１２に供給された副燃料は、副燃料調量弁１２０、副燃料通路１０８，１１０、副燃料環状溝１０６、及び副燃料導入通路１００を経て、ニードル外周燃料室３０に導入される。副燃料調量弁１２０等の調量弁駆動部１４０の構成については、後述する。

また、ニードル外周壁２２のうち、副燃料環状溝１０６に比べて軸方向上側には、主燃料が充填される環状の溝（以下、主燃料環状溝と記す）８８が形成されている。主燃料環状溝８８は、副燃料環状溝１０６から軸方向上側に所定の間隔を空けて設けられている。

第２ボデーＢ２には、上述の主燃料通路８０から分岐して設けられ、主燃料環状溝８８に燃料を導く燃料通路（以下、環状溝用主燃料通路と記す）８６が形成されている。すなわち、環状溝用主燃料通路８６のノズルニードル２０側の開口は、主燃料環状溝８８の溝底に対向するよう設けられている。環状溝用主燃料通路８６から主燃料環状溝８８に主燃料が導かれて、主燃料環状溝８８には、主燃料溜まり３３に作用するのと同じ値の「主燃料圧力」が作用することとなる。

第１ボデーＢ１には、ノズルニードル駆動部４０においてノズルニードル２０に軸方向上側から当接する段付き小径ピストン７０が収容されている。当該段付き小径ピストン７０は、軸心がノズルニードル２０と略一致しており、且つ外径の異なる２つの略円柱状の部分が結合されて構成されている。段付き小径ピストン７０は、軸方向上側に比べて軸方向下側の外径が小さく構成されており、以下の説明において、段付き小径ピストン７０の軸方向下側の部分７２を「小径部」と記し、段付き小径ピストン７０の軸方向上側の部分７４を「大径部」と記す。段付き小径ピストン７０の小径部７２は、ノズルニードル２０の軸方向上側の端面（以下、ニードル上側端面と記す）２６に当接して、ノズルニードル２０の上昇（リフト）・下降を制御する。

第１ボデーＢ１のうち軸方向下側、すなわちノズルニードル２０側には、ノズルニードル２０と第２ボデーＢ２との嵌め合い隙間から軸方向上側に漏れ出た主燃料を受ける燃料室（以下、リターン主燃料室と記す）Ｒ１０が形成されている。リターン主燃料室Ｒ１０は、段付き小径ピストン７０の小径部７２の軸心を中心として、小径部７２の外周を囲うように設けられており、隣接するニードル上側端面２６に比べて外径が大きく設定されている。リターン主燃料室Ｒ１０は、リターン主燃料通路Ｒ２０を介してリターン主燃料出口Ｒ１２と連通している。リターン主燃料室Ｒ１０は、ノズルニードル２０と第２ボデーＢ２との嵌め合い隙間から漏れ出た主燃料を受けて、リターン主燃料通路Ｒ２０からリターン主燃料出口Ｒ１２に向けて流すことが可能となっている。

第３ボデーＢ３には、ノズルニードル駆動部４０において段付き小径ピストン７０に軸方向上側から当接するバランスピストン９０が収容されている。バランスピストン９０は、軸心がノズルニードル２０と略一致しており、略円柱状に構成されている。バランスピストン９０は、その軸方向下側の端が、段付き小径ピストン７０に当接する。一方、第３ボデーＢ３のうち、バランスピストン９０の軸方向上側の端面（以下、バランスピストン上側端面９６と記す）の軸方向上側には、当該バランスピストン上側端面９６に主燃料圧力を作用させるための燃料室（以下、バランス室と記す）９２が形成されている。バランス室９２は、主燃料通路８１を介して主燃料入口と連通しており、バランス室９２には、主燃料圧力が作用している。

バランスピストン９０及びバランス室９２の軸方向に直交する断面の断面積は、ノズルニードル２０の軸方向上側部分の断面積（すなわちニードル上側端面２６の面積）と略同一となるよう設定されている。このため、ノズルニードル２０が上昇してバルブシート１４から離間した状態、すなわち燃料噴射装置１０の開弁時においては、シート当接面２４が主燃料圧力を受けることにより、ノズルニードル２０に軸方向上向きの力（以下、燃圧上昇力と記す）が作用すると共に、バランスピストン上側端面９６が主燃料圧力を受けることにより、当該燃圧上昇力と同じ値の軸方向下向きの力（以下、燃圧下降力と記す）が、バランスピストン９０に作用して、段付き小径ピストン７０を介してノズルニードル２０に伝達される。このように燃料噴射装置１０の開弁時において、燃圧上昇力と燃圧下降力とをつり合わせている。

また、第３ボデーＢ３のうち段付き小径ピストン７０側（軸方向下側）には、ノズルニードル駆動部４０の段付き小径ピストン７０を、ノズルニードル２０がバルブシート１４に当接する向き（軸方向下向き）に付勢する付勢部材としてのコイルばね（以下、ニードル付勢用スプリングと記す）９８が設けられており、且つ当該ニードル付勢用スプリング９８を収容する燃料室（以下、小径側スプリング収容室９９と記す）が形成されている。小径側スプリング収容室９９は、バランスピストン９０の外周を囲うよう形成されており、リターン主燃料通路Ｒ２０を介して、リターン主燃料出口Ｒ１２に連通している。小径側スプリング収容室９９は、バランスピストン９０と第３ボデーＢ３との嵌め合い隙間から漏れ出た主燃料を受けて、リターン主燃料出口Ｒ１２に向けて流す。ニードル付勢用スプリング９８は、バランスピストン９０を中心にその径方向外側に巻回されており、軸方向上側の端が第３ボデーＢ３の小径側スプリング収容室９９を規定する壁面に当接しており、軸方向下側の端が段付き小径ピストン７０の大径部７４に当接している。

ノズルニードル２０が上昇した状態、すなわち燃料噴射装置１０の開弁時においては、上述の燃圧上昇力と燃圧下降力が釣り合っているため、ノズルニードル２０に作用する軸方向下向きの力は、ニードル付勢用スプリング９８による付勢力のみとなる。段付き小径ピストン７０が後述する小径側変位拡大室７８から、この付勢力以上の値の軸方向上向きの力を受けていない場合、ノズルニードル２０は、バルブシート１４に当接した状態、すなわち燃料噴射装置１０の閉弁時となる。

また、第４ボデーＢ４には、ＥＣＵ３３０により制御されて所定方向に伸長するピエゾスタック５０と、当該ピエゾスタック５０の伸長を受けて変位する大径ピストン６０が収容されている。加えて、第３ボデーＢ３には、大径ピストン６０に面して、当該大径ピストン６０の変位により容積が変化する燃料室（以下、大径側変位拡大室と記す）６６が形成されている。ピエゾスタック５０は、複数の圧電素子が積層されて構成されており、ＥＣＵ３３０により印加される電圧が制御されて、第３ボデーＢ３に対して軸方向下向きに伸長可能に構成されている。大径ピストン６０は、ピエゾスタック５０が伸長する方向に軸心が延びる略円柱状をなしている。大径ピストン６０の一方側（軸方向上側）の端面６１は、ピエゾスタック５０に接しており、他方側（軸方向下側）の端面６５は、大径側変位拡大室６６に面している。つまり、大径ピストン６０は、ピエゾスタック５０の伸長に応じて大径側変位拡大室６６の側に変位する。ピエゾスタック５０が伸長するに従って、大径ピストン６０は、大径側変位拡大室６６の側（軸方向下側）に押し下げられて、大径側変位拡大室６６の容積を減少させる。ピエゾスタック５０の伸長量、すなわち大径ピストン６０の変位は、ＥＣＵ３３０により制御される。

大径側変位拡大室６６は、第３ボデーＢ３及び第１ボデーＢ１に形成された燃料通路（以下、変位拡大通路と記す）６８を介して後述する小径側変位拡大室７８と連通している。また、大径側変位拡大室６６には、ピエゾスタック５０が伸長しておらず大径ピストン６０が変位していない場合であっても、後述する調量弁駆動部１４０からの所定圧力（以下、中間圧と記す）の副燃料が供給されている。中間圧が、例えば、１ＭＰａに設定されている。第１ボデーＢ１には、ノズルニードル駆動部４０の大径側変位拡大室６６と、後述する調量弁駆動部１４０の中間圧室２１０（図４参照）とを連通させる燃料通路（以下、中間圧通路と記す）２２０が形成されており、当該中間圧通路２２０の途中には、中間圧室２１０からノズルニードル駆動部４０の大径側変位拡大室６６に向かう方向のみに副燃料の流れを許すチェック弁（逆止弁）２２２が設けられている。これにより、大径側変位拡大室６６の圧力が中間圧を下回る場合に、中間圧室２１０から副燃料が供給されて、大径側変位拡大室６６と、これに連通する小径側変位拡大室７８の燃料圧力が中間圧に保たれる。

また、第４ボデーＢ４には、大径ピストン６０をピエゾスタック５０側（軸方向上側）に付勢する付勢部材としてのコイルばね（以下、大径ピストン付勢用スプリングと記す）６３が設けられており、且つ当該大径ピストン付勢用スプリング６３を収容する燃料室（以下、大径側スプリング収容室と記す）６４が形成されている。大径側スプリング収容室６４は、大径ピストン６０の外周を囲うように形成されており、リターン主燃料通路Ｒ２２、及びリターン主燃料通路Ｒ２４を介して、リターン主燃料出口Ｒ１２に連通している。大径ピストン６０の外周と第４ボデーＢ４との間には、Ｏリング６２が設けられており、大径側スプリング収容室６４にある主燃料が、ピエゾスタック５０側に浸入することを防止している。

大径ピストン付勢用スプリング６３は、大径ピストン６０を中心にその径方向外側に巻回されており、軸方向上側の端が大径ピストン６０に当接しており、軸方向下側の端が大径側スプリング収容室６４を規定する壁面に当接している。大径ピストン付勢用スプリング６３は、ピエゾスタック５０が伸長していない場合には大径側変位拡大室６６の容積が増大するよう、大径ピストン６０をピエゾスタック５０側（軸方向上側）に付勢している。

一方、第１ボデーＢ１と段付き小径ピストン７０との間には、大径側変位拡大室６６に連通する燃料室（以下、小径側変位拡大室７８と記す）が形成されている。小径側変位拡大室７８は、大径部７４の軸方向下側であって小径部７２の径方向外側に、環状に設けられており、変位拡大通路６８を介して大径側変位拡大室６６に連通している。小径側変位拡大室７８は、軸方向に直交する断面の断面積（以下、単に「小径側変位拡大室７８の断面積」と記す）が、大径側変位拡大室６６の大径ピストン６０が変位する方向（本実施形態においては軸方向）に直交する断面の断面積（以下、単に「大径側変位拡大室６６の断面積」と記す）に比べて、小さくなるように構成されている。大径側変位拡大室６６の断面積と、小径側変位拡大室７８の断面積との比率を、以下に「変位拡大率」と記す。小径側変位拡大室７８、大径側変位拡大室６６、及びこれらを接続する変位拡大通路６８には、圧力伝達媒体として副燃料が充填されている。

以上のように構成されたノズルニードル駆動部４０は、ＥＣＵ３３０により制御されてピエゾスタック５０が伸長して大径ピストン６０を軸方向下側に変位させると、大径側変位拡大室６６内の副燃料が加圧され、当該圧力が小径側変位拡大室７８に伝達されて、段付き小径ピストン７０に軸方向上向きの力が作用する。すなわち大径ピストン６０を軸方向下側に変位させると、大径側変位拡大室６６の容積が減少した分、小径側変位拡大室７８の容積が増大して、段付き小径ピストン７０を軸方向上側に変位させることができる。つまり、ノズルニードル駆動部４０は、変位拡大率の分だけ、段付き小径ピストン７０の変位すなわちノズルニードル２０の変位を、大径ピストン６０の変位すなわちピエゾスタック５０の伸長量に比べて増大させることが可能となっている。

次に、副燃料調量弁１２０、及び調量弁駆動部１４０の構成について図４及び図５を用いて説明する。第１ボデーＢ１には、副燃料調量弁１２０の弁体１２２が収容されており、当該弁体１２２が当接（着座）する副燃料調量弁１２０の弁座１２４が形成されている。第１ボデーＢ１には、副燃料調量弁１２０の弁体１２２を収容し、副燃料入口１１２から燃料が供給される燃料室（以下、調量弁燃料室と記す）１２６が形成されている。調量弁燃料室１２６を規定する壁面のうち、弁体１２２の先端と対向する面が弁座１２４となっている。副燃料調量弁１２０の弁体１２２は、略円柱状をなしており、調量弁燃料室１２６内を軸方向に摺動可能に構成されている。なお、以下の説明において、副燃料調量弁１２０の弁体１２２が、弁座１２４から離間する向きを「軸方向上側」と記し、弁体１２２に当接する向きを「軸方向下側」と記す。

調量弁燃料室１２６は、弁体１２２が弁座１２４から離間している、すなわち副燃料調量弁１２０が開弁している場合、第１ボデーＢ１に形成された副燃料通路１１０を介して、上述したノズルニードル２０（図３参照）の副燃料導入通路１００、及びニードル外周燃料室３０と連通する。一方、「燃料噴射装置１０の閉弁時」において、副燃料調量弁１２０が閉弁すると、ニードル外周燃料室３０に充填されている副燃料の燃料量は、略一定に維持される。

副燃料調量弁１２０の調量弁燃料室１２６と、ノズルニードル２０内の副燃料導入通路１００とを連通させる副燃料通路１０８，１１０、詳細には、副燃料通路１１０のうち調量弁燃料室１２６の直下流側には、図５に二点鎖線で囲うように、副燃料調量弁１２０からノズルニードル２０の副燃料導入通路１００に向かう副燃料の流れを絞ることにより、副燃料の流量を制限する「絞り」１３０が設けられている。当該絞り１３０は、副燃料通路１１０において流路断面積が減少する部位であり、当該副燃料通路１１０を流れる副燃料の流れに流路抵抗を生じさせる。この「絞り」１３０を設けたことによる作用・効果については、後述する。

調量弁駆動部１４０は、副燃料調量弁１２０の弁体１２２を駆動するアクチュエータとして設けられており、上述したノズルニードル駆動部４０と同様に、ＥＣＵ３３０によりにより制御されて伸長する第２のピエゾスタック１５０と、第２のピエゾスタック１５０の伸長に応じて変位する第２の大径ピストン１６０と、副燃料調量弁１２０の弁体１２２の軸方向上側の端面１２８に当接して設けられ、第２の大径ピストン１６０の変位に応じて増大する軸方向上向きの燃料圧力を受けて、軸方向上側に変位可能な第２の段付き小径ピストン１７０と、第２の段付き小径ピストン１７０の軸方向上側の端面１７６に当接して設けられ、副燃料入口１１２に連通する燃料室である第２のバランス室１９２から軸方向下向きの副燃料圧力を受ける第２のバランスピストン１９０と、を有している。さらに、第２の大径ピストン１６０を第２のピエゾスタック１５０側に付勢する第２の大径ピストン付勢用スプリング１６２と、第２の段付き小径ピストン１７０を、副燃料調量弁１２０の弁体１２２が弁座１２４に当接するよう付勢するコイルばね（以下、弁体付勢用スプリングと記す）１９８とを有している。第２のピエゾスタック１５０、第２の大径ピストン１６０、第２の段付き小径ピストン１７０、第２のバランスピストン１９０の構成については、それぞれ、上述したノズルニードル駆動部４０のピエゾスタック５０、大径ピストン６０、段付き小径ピストン７０、及びバランスピストン９０と略同一であるので、説明を適宜省略する。

調量弁駆動部１４０において、第６ボデーＢ６のうち第２のバランスピストン１９０の上側に面して形成された「第２のバランス室」１９２は、第６ボデーＢ６に形成された副燃料通路１１６を介して副燃料入口１１２と連通している。第１ボデーＢ１に形成された調量弁燃料室１２６は、第１ボデーＢ１及び第５ボデーＢ５に形成された副燃料通路１１１と、第６ボデーＢ６に形成された副燃料通路１１６とを介して副燃料入口１１２と連通している。当該第２のバランス室１９２と調量弁燃料室１２６には、副燃料圧力の副燃料が供給されている。

また、第６ボデーＢ６には、弁体付勢用スプリング１９８を収容する「第２の小径側スプリング収容室」１９９が形成されており、当該第２の小径側スプリング収容室１９９は、リターン副燃料通路Ｒ１１３を介してリターン副燃料出口Ｒ１１２に連通している。第２の小径側スプリング収容室１９９は、第２のバランスピストン１９０と第６ボデーＢ６との嵌め合い隙間から漏れ出た副燃料を受けてリターン副燃料出口Ｒ１１２に向けて流す。

また、第７ボデーＢ７には、第２の大径ピストン１６０を第２のピエゾスタック１５０側に付勢する「第２の大径ピストン付勢用スプリング」１６２が設けられており、当該第２の大径ピストン付勢用スプリング１６２を収容する「第２の大径側スプリング収容室」１６４が形成されている。第２の大径側スプリング収容室１６４は、リターン副燃料通路Ｒ１１１を介してリターン副燃料出口Ｒ１１２に連通している。第２の大径ピストン１６０の外周と第７ボデーＢ７との間には、Ｏリング１６２が設けられており、第２の大径側スプリング収容室１６４にある副燃料が、第２のピエゾスタック１５０側に浸入することを防止している。

第５ボデーＢ５のうち副燃料調量弁１２０側には、副燃料調量弁１２０の弁体１２２と第１ボデーＢ１との嵌め合い隙間から漏れ出た副燃料を受ける「リターン副燃料室」Ｒ１１０が形成されている。リターン副燃料室Ｒ１１０は、隣接する副燃料調量弁１２０の弁体１２２に比べて外径が大きく設定されており、リターン副燃料通路Ｒ１１１を介してリターン副燃料出口Ｒ１１２に連通している。リターン副燃料室Ｒ１１０は、副燃料調量弁１２０の弁体１２２と第１ボデーＢ１との間から漏れ出た副燃料を受けてリターン副燃料出口Ｒ１１２に向けて流す。また、リターン副燃料室Ｒ１１０は、リターン副燃料通路Ｒ１１４を介して後述する中間圧調圧弁２００の低圧室Ｒ１２０に連通している。

第６ボデーＢ６には、第２の大径ピストン１６０に面して、第２の大径ピストン１６０の変位に応じて容積が変化する「第２の大径側変位拡大室」１６６が形成されており、一方、第５ボデーＢ５と第２の段付き小径ピストン１７０の間には、「第２の小径側変位拡大室」１７８が形成されている。第２の小径側変位拡大室１７８と、第２の大径側変位拡大室１６６は、第２の変位拡大通路１６８を介して連通している。ノズルニードル駆動部４０と同様に、第２の小径側変位拡大室１７８は、第２の段付き小径ピストン１７０の大径部１７４の下側であって、小径部１７２の径方向外側に環状に設けられている。第２の小径側変位拡大室１７８の断面積は、第２の大径側変位拡大室１６６の断面積に比べて小さく設定されている。

以上のように構成された調量弁駆動部１４０は、第２のピエゾスタック１５０を伸長させて第２の大径ピストン１６０を下側に変位させると、第２の大径側変位拡大室１６６内の副燃料が加圧され、当該圧力が第２の小径側変位拡大室１７８に伝達されて、第２の段付き小径ピストン１７０に軸方向上向きの力が作用する。調量弁駆動部１４０は、ニードル駆動部４０と同様に、第２の段付き小径ピストン１７０の変位、すなわち副燃料調量弁１２０の弁体１２２の変位を、第２の大径ピストン１６０の変位すなわち第２のピエゾスタック１５０の伸長量に比べて増大させることが可能となっている。

また、調量弁駆動部１４０には、その第２の大径側変位拡大室１６６及び第２の小径側変位拡大室１７８の圧力を、所定圧力（中間圧）に調圧するための圧力制御弁である「中間圧調圧弁」２００が第５ボデーＢ５に設けられており、第６ボデーＢ６には、当該中間圧調圧弁２００により中間圧に保たれる「中間圧室」２１０が形成されている。当該中間圧調圧弁２００は、中間圧室２１０の反対側に設けられてリターン副燃料出口Ｒ１１２に連通する低圧の燃料室（以下、低圧室と記す）Ｒ１２０と、当該低圧室Ｒ１２０内に収容されたスプリング２０６、スプリングガイド２０４、及び弁球２０２から構成されている。中間圧調圧弁２００の低圧室Ｒ１２０は、リターン副燃料通路Ｒ１１４、及びリターン副燃料室Ｒ１１０を介して、リターン副燃料出口Ｒ１１２に連通している。中間圧室２１０の燃料圧力が所定の中間圧を上回ると、中間圧調圧弁２００が開弁する。

調量弁駆動部１４０において、第５ボデーＢ５及び第６ボデーＢ６には、中間圧室２１０と第２の大径側変位拡大室１６６とを連通させる「中間圧通路」２３１，２３２が形成されている。当該中間圧通路２３１と中間圧通路２３２との間には、中間圧室２１０から第２の大径側変位拡大室１６６に向かう方向のみに副燃料の流れを許すチェック弁２３４（逆止弁）が設けられている。これにより、第２の大径側変位拡大室１６６の圧力が中間圧を下回る場合に、中間圧室２１０から副燃料が供給されて、調量弁駆動部１４０の第２の大径側変位拡大室１６６と、これに連通する第２の小径側変位拡大室１７８の燃料圧力が中間圧に保たれる。

中間圧室２１０には、第６ボデーＢ６に形成された副燃料通路１１８から燃料が供給される。当該副燃料通路１１８は、調量弁駆動部１４０の第２のバランス室１９２を介して副燃料入口１１２に連通している。当該副燃料通路１１８には、中間圧ピン２１８が嵌挿されており、中間圧より高圧に設定された副燃料通路１１８の副燃料は、第６ボデーＢ６と中間圧ピン２１８との嵌め合い隙間を通って中間圧室２１０に流入する。このようにして中間圧室２１０に供給された燃料により、中間圧室２１０の燃料圧力が所定の中間圧を上回ると、中間圧調圧弁２００が開弁して、中間圧室２１０内にある余剰な副燃料を、リターン副燃料出口Ｒ１１２に向けて流す。これにより、中間圧室２１０の燃料圧力は、中間圧に保たれる。

一方、中間圧室２１０の中間圧に保たれた副燃料は、図２を用いて上述したように、ノズルニードル駆動部４０に向けて延びる中間圧通路２２０を介して、ノズルニードル駆動部４０の大径側変位拡大室６６にも供給される。

以上のように構成された燃料噴射装置１０の動作について、図１〜図５を用いて説明する。燃料噴射装置１０の閉弁時、すなわち図２に示すノズルニードル２０がバルブシート１４に当接している間において、ニードル外周燃料室３０には、主燃料入口８２からの主燃料が、ニードル外周燃料室３０の軸方向上側にある主燃料溜まり３３からニードル外周燃料室３０に供給される。このとき、ニードル外周燃料室３０の燃料圧力は、上述した主燃料圧力（例えば、１２０ＭＰａ）となっている。これに対して、副燃料の燃料圧力である副燃料圧力は、ＥＣＵ３３０により制御されて主燃料圧力に比べて高い値（例えば、主燃料圧力に比べて４０ＭＰａ高い値）に設定されており、当該「副燃料圧力」の副燃料は、副燃料入口１１２から、閉弁状態にある副燃料調量弁１２０の調量弁燃料室１２６に供給されている。

燃料噴射装置１０の閉弁時において、副燃料調量弁１２０を開弁すると、調量弁燃料室１２６にある副燃料は、ノズルニードル駆動部４０に向かう副燃料通路に流入し、絞り１３０を通過して、ノズルニードル２０に形成された副燃料環状溝１０６及び副燃料導入通路１００を介して、ニードル外周燃料室３０に、その軸方向下側から供給される。「絞り１３０」に比べて副燃料の流動方向下流側（以下、単に「下流側」と記す）においては、副燃料圧力に比べて燃料圧力が低下しているものの、ニードル外周燃料室３０においては、それまで充填されていた主燃料の主燃料圧力に比べて、副燃料導入通路１００から導入される副燃料の副燃料圧力の方が高く、ニードル外周燃料室３０に充填されていた主燃料が、軸方向下側から導入される副燃料によって軸方向上側に押し戻される。ＥＣＵ３３０により副燃料調量弁１２０の開弁時間を制御することで、ディーゼル機関１の運転状態に応じて予め設定された量の副燃料を、ニードル外周燃料室３０の軸方向下側から充填する。

副燃料通路１１０には、副燃料調量弁１２０から副燃料導入通路１００に向かう副燃料の流れを絞る「絞り」１３０が形成されているため、所望量の副燃料をニードル外周燃料室３０に充填するにあたって、当該絞り１３０を有しない場合に比べて、ニードル外周燃料室３０に充填される副燃料の（単位時間あたりの）燃料流量を小さくすることができる。すなわち、同一の量の副燃料をニードル外周燃料室３０に充填する場合であっても、絞り１３０を有しない場合に比べて、副燃料調量弁１２０の開弁時間を比較的長いものにすることができる。これにより、ニードル外周燃料室３０に充填される副燃料の燃料量を、副燃料調量弁１２０により高い精度で調量することができる。

このとき、ニードル外周燃料室３０の軸方向上側の部分である主燃料溜まり３３と、主燃料溜まり３３より軸方向上側に所定の間隔を空けて設けられた主燃料環状溝８８には、主燃料圧力が作用しているため、ニードル外周燃料室３０にある主燃料は、ノズルニードル２０と第２ボデーＢ２との嵌め合い隙間に比べて、より流路抵抗の小さい主燃料通路８０を通って押し戻される。このとき、ニードル外周燃料室３０の主燃料溜まり３３と主燃料環状溝８８との間に設けられた副燃料環状溝１０６には、その軸方向の上側と下側の両側から主燃料圧力が作用しているため、副燃料環状溝１０６にある副燃料が、ノズルニードル２０と第２ボデーＢ２の嵌め合い隙間を通ってリターン主燃料室Ｒ１０に漏れ出ることを防止することができる。つまり、リターン主燃料室Ｒ１０に流入する燃料を、主燃料環状溝８８からノズルニードル２０と第２ボデーＢ２の嵌め合い隙間を通って漏れ出る主燃料のみにすることができる。これにより、副燃料の噴孔１２からの噴射量を、精度の高いものにすることができる。

その後、ノズルニードル２０が軸方向上側に上昇する（リフトする）、すなわち燃料噴射装置１０が開弁すると、ニードル外周燃料室３０のうち軸方向下側に充填されている副燃料が、まず、噴孔１２から噴射される。副燃料が噴孔１２から噴射された後、当該副燃料に連続して、ニードル外周燃料室３０のうち軸方向上側に充填されていた主燃料が、同一の噴孔１２から噴射される。副燃料として主燃料に比べて着火性の良好なものを用いることで、ディーゼル機関１の気筒９内において主燃料を良好に着火・燃焼させることができる。

以上に説明したように本実施形態に係る燃料噴射装置１０は、内燃機関（例えば、コモンレール式ディーゼル機関１）に用いられ、ノズルニードル２０を軸方向上側に上昇させることにより、主燃料と副燃料との２種類の燃料を同一の噴孔１２から連続して噴射可能な燃料噴射装置１０であって、ノズルニードル２０の外周壁２２とインジェクタボデー（第２ボデーＢ２）との間に設けられ、主燃料と副燃料とを充填可能な燃料室であるニードル外周燃料室３０と、ノズルニードル２０の内部に設けられ、副燃料をニードル外周燃料室３０に導入可能な燃料通路である副燃料導入通路１００と、副燃料導入通路１００からニードル外周燃料室３０に導入される副燃料を調量可能な副燃料調量弁１２０とを有し、副燃料調量弁１２０と副燃料導入通路１００とを連通させる副燃料通路１１０には、副燃料の流れを絞る絞り１３０が設けられているものとした。所望量の副燃料をニードル外周燃料室３０に充填するにあたって、当該絞り１３０を有しない場合に比べて、ニードル外周燃料室３０に充填される副燃料の（単位時間あたりの）燃料流量を比較的小さくし、副燃料調量弁１２０の開弁時間を比較的長いものにすることができる。これにより、ニードル外周燃料室３０に充填される副燃料の燃料量を副燃料調量弁１２０により精度よく調量することができ、燃料噴射１回あたりの副燃料の噴射量を、精度の高いものにすることができる。

また、本実施形態に係る内燃機関用燃料噴射装置１０において、ニードル外周燃料室３０のうち軸方向上側からは、予め設定された主燃圧で主燃料が充填され、副燃料調量弁１２０を開弁させることにより、ニードル外周燃料室３０のうち軸方向下側からは、主燃圧に比べて高い燃料圧力で副燃料が充填されるものとした。ノズルニードル２０を上昇させることにより、噴孔１２から、まず副燃料を噴射し、当該副燃料に連続して主燃料を噴射可能な燃料噴射弁１０の閉弁時において、高い精度で副燃料の調量を行うことができる。

また、本実施形態に係る内燃機関用燃料噴射装置１０において、インジェクタボデー（第２ボデーＢ２に形成され、主燃料入口８２から供給された主燃料を、ニードル外周燃料室３０に向けて導く燃料通路である主燃料通路８０と、ノズルニードル２０の外周壁２２に環状に形成され、副燃料導入通路１００と連通する副燃料環状溝１０６と、ノズルニードル２０の外周壁のうち副燃料環状溝１０６より軸方向上側において環状に形成され、主燃料通路８０に連通する主燃料環状溝８８とを有するものとした。ニードル外周燃料室３０の軸方向上側の部分と、当該部分より軸方向上側に所定の間隔を空けて設けられた主燃料環状溝８８には、主燃料圧力が作用しているため、ニードル外周燃料室３０にある主燃料は、ノズルニードル２０とインジェクタボデー（第２ボデーＢ２）との嵌め合い隙間に比べて、より流路抵抗の小さい主燃料通路８０を通って押し戻される。ニードル外周燃料室３０の主燃料溜まり３３と主燃料環状溝８８との間に設けられた副燃料環状溝１０６には、その軸方向の上側と下側の両側から主燃料圧力が作用しているため、副燃料環状溝１０６にある副燃料が、ノズルニードル２０とインジェクタボデー（第２ボデーＢ２）の嵌め合い隙間を通って漏れ出ることを防止することができる。

また、本実施形態に係る内燃機関１は、コモンレール式のディーゼル機関１であり、燃料噴射装置１０において、ノズルニードル２０を駆動するノズルニードル駆動部４０は、電子制御装置により制御されて伸長するピエゾスタック５０と、ピエゾスタック５０の伸長に応じて変位する大径ピストン６０と、ノズルニードル２０の軸方向上側の端面２６に当接して設けられ、大径ピストン６０の変位に応じて増大する軸方向上向きの燃料圧力を受けて軸方向上側に変位する段付き小径ピストン７０と、段付き小径ピストン７０の軸方向上側の端面７６に当接して設けられ、主燃料通路８０に連通する燃料室であるバランス室９２から軸方向下向きの主燃料圧力を受けるバランスピストン９０と、を有し、副燃料調量弁１２０の弁体１２２を駆動する調量弁駆動部１４０は、ＥＣＵ（電子制御装置）３３０により制御されて伸長する第２のピエゾスタック１５０と、第２のピエゾスタック１５０の伸長に応じて変位する第２の大径ピストン１６０と、副燃料調量弁１２０の弁体１２２の軸方向上側の端面１２８に当接して設けられ、第２の大径ピストン１６０の変位に応じて増大する軸方向上向きの燃料圧力を受けて、軸方向上側に変位可能な第２の段付き小径ピストン１７０と、第２の段付き小径ピストン１７０の軸方向上側の端面１７６に当接して設けられ、副燃料入口１１２に連通する燃料室である第２のバランス室１９２から軸方向下向きの副燃料圧力を受ける第２のバランスピストン１９０と、を有するものとした。コモンレール式のディーゼル機関１に必要な噴射圧力（例えば、１２０ＭＰａ）で、副燃料に連続して主燃料を噴射する燃料噴射装置１０を、２つのピエゾスタック５０，１５０の伸長を制御し、これら伸長量を拡大させることで、容易に実現することができる。

なお、本実施形態において、主燃料にはエタノールを用いられ、副燃料には、軽油が用いられるものとしたが、用いられる主燃料と副燃料との組み合わせは、これに限定されるものではない。例えば、主燃料には、軽油が用いられ、副燃料には、軽油に比べて着火性（セタン価）の高い脂肪酸メチルエステル（いわゆるバイオディーゼル燃料）を用いるものとしても良い。

以上のように、本発明に係る内燃機関用の燃料噴射装置は、ノズルニードルを軸方向上側に上昇させることにより、主燃料と副燃料との２種類の燃料を同一の噴孔から連続して噴射可能な燃料噴射装置に適している。

本実施形態に係る燃料噴射装置が適用される内燃機関の燃料供給システムを示す模式図である。 本実施形態に係る燃料噴射装置のノズルニードル駆動部の構成を示す断面図である。 図２に示すノズルニードルの周辺構成を示す拡大断面図である。 本実施形態に係る燃料噴射装置において噴射される副燃料の燃料量を調整する副燃料調量弁を駆動する調量弁駆動部の構成を示す断面図である。 図４に示す絞りの周辺構成を示す拡大断面図である。

１ ディーゼル機関
７ 主燃料レール
８ 副燃料レール
１０ 燃料噴射装置（インジェクタ）
１２ 噴孔
１４ バルブシート（インジェクタボデー）
２０ ノズルニードル
２２ ノズルニードルの外周壁
３０ ニードル外周燃料室
３３ 主燃料溜まり
４０ ニードル駆動部
５０ ピエゾスタック（ニードル駆動部のピエゾスタック）
６０ 大径ピストン（ニードル駆動部の大径ピストン）
７０ 段付き小径ピストン（ニードル駆動部の段付き小径ピストン）
８０ 主燃料通路
８８ 主燃料環状溝
９０ バランスピストン
９２ バランス室
１００ 副燃料導入通路
１０６ 副燃料環状溝
１０８，１１０ 副燃料通路
１２０ 副燃料調量弁
１３０ 絞り
１４０ 調量弁駆動部
１５０ 第２のピエゾスタック（調量弁駆動部のピエゾスタック）
１６０ 第２の大径ピストン（調量弁駆動部の大径ピストン）
１７０ 第２の段付き小径ピストン（調量弁駆動部の段付き小径ピストン）
１９０ 第２のバランスピストン（調量弁駆動部のバランスピストン）
２００ 中間圧調圧弁
３１０ 主燃料タンク
３２０ 副燃料タンク
３３０ ディーゼル機関用の電子制御装置（ＥＣＵ、制御手段、記憶手段）
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７ ボデー（インジェクタボデー）

Claims (3)

1. 内燃機関に用いられ、ノズルニードルを軸方向上側に上昇させることにより、主燃料と副燃料との２種類の燃料を同一の噴孔から連続して噴射可能な燃料噴射装置であって、
   ノズルニードルの外周壁とインジェクタボデーとの間に設けられ、主燃料と副燃料とを充填可能な燃料室であるニードル外周燃料室と、
   ノズルニードルの内部に設けられ、副燃料をニードル外周燃料室に導入可能な燃料通路である副燃料導入通路と、
   副燃料導入通路からニードル外周燃料室に導入される副燃料を調量可能な副燃料調量弁と、を有し、
   副燃料調量弁と副燃料導入通路とを連通させる副燃料通路には、絞りが設けられ、
   内燃機関は、コモンレール式のディーゼル機関であり、
   ノズルニードルを駆動するノズルニードル駆動部は、
   電子制御装置により制御されて伸長するピエゾスタックと、
   ピエゾスタックの伸長に応じて変位する大径ピストンと、
   ノズルニードルの軸方向上側の端面に当接して設けられ、大径ピストンの変位に応じて増大する軸方向上向きの燃料圧力を受けて軸方向上側に変位する段付き小径ピストンと、
   段付き小径ピストンの軸方向上側の端面に当接して設けられ、主燃料通路に連通する燃料室であるバランス室から軸方向下向きの主燃料圧力を受けるバランスピストンと、を有し、
   副燃料調量弁の弁体を駆動する調量弁駆動部は、
   電子制御装置により制御されて伸長する第２のピエゾスタックと、
   第２のピエゾスタックの伸長に応じて変位する第２の大径ピストンと、
   副燃料調量弁の弁体の軸方向上側の端面に当接して設けられ、第２の大径ピストンの変位に応じて増大する軸方向上向きの燃料圧力を受けて軸方向上側に変位可能な第２の段付き小径ピストンと、
   第２の段付き小径ピストンの軸方向上側の端面に当接して設けられ、副燃料入口に連通する燃料室である第２のバランス室から軸方向下向きの副燃料圧力を受ける第２のバランスピストンと、
   を有する
   ことを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
   ニードル外周燃料室のうち軸方向上側からは、予め設定された主燃圧で主燃料が充填され、
   副燃料調量弁を開弁させることにより、ニードル外周燃料室のうち軸方向下側からは、主燃圧に比べて高い燃料圧力で副燃料が充填される
   内燃機関用燃料噴射装置。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
   インジェクタボデーに形成され、主燃料入口から供給された主燃料を、ニードル外周燃料室に向けて導く燃料通路である主燃料通路と、
   ノズルニードルの外周壁に環状に形成され、副燃料導入通路と連通する副燃料環状溝と、
   ノズルニードルの外周壁のうち副燃料環状溝より軸方向上側において環状に形成され、主燃料通路に連通する主燃料環状溝と、
   を有する内燃機関用燃料噴射装置。

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