JP5983133B2

JP5983133B2 - 燃料噴射弁

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Publication number: JP5983133B2
Application number: JP2012161899A
Authority: JP
Inventors: 野村　重夫; 重夫野村; 友基藤野
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: JP2014020323A

Description

本発明は、例えば、気体燃料と液体燃料のように２種類の燃料の一方を適宜選択して、内燃機関に噴射供給する燃料噴射弁に関するものである。

従来、内燃機関に使用される燃料噴射弁として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。特許文献１の燃料噴射弁には、気体燃料を導入する気体燃料導入流路からノズル部の先端に設けられた噴孔に繋がる第１流路と、液体燃料を導入する液体燃料導入流路から噴孔に繋がる第２流路と、第１流路および第２流路の切替えを行う流路切替え弁とが設けられている。そして、流路切替え弁の切替えによって、気体燃料、あるいは液体燃料のいずれかが適宜選択され、選択された燃料が噴孔から噴射されるようになっている。つまり、１つの燃料噴射弁で２種類の燃料の噴射を可能としている。

特開２００９−１３８５８０号公報

上記のように、２種類の燃料として例えば気体燃料と液体燃料とを使用する場合では、各燃料は気相、液相の違いからエネルギ密度が大きく異なる。つまり、気体燃料のエネルギ密度は、液体燃料のエネルギ密度より極めて小さい。よって、気体燃料を噴孔から噴射させる場合、液体燃料と同等の燃焼出力（燃焼発熱量）を確保しようとすると、噴射燃料量を大きくする必要がある。

しかしながら、上記特許文献１では、同一の噴孔から気体燃料、あるいは液体燃料が噴射されるようになっているので、気体燃料の噴射量を増大しようとすると、気体燃料を極めて高圧にする、あるいは気体燃料の噴射時間を長くする等の必要が生ずる。通常、内燃機関において、燃料系の圧力については耐久性の面から制約を受け、また、噴射時間については内燃機関の作動サイクル時間に応じて制約を受けるため、２種類の燃料のうち、エネルギ密度の小さい燃料に対して必要とされる噴射量を与えることが難しい。

本発明の目的は、上記点に鑑みてなされたものであり、２種類の燃料を選択して適宜噴射するものにおいて、２種類の燃料のうち、エネルギ密度の低い燃料を噴射する場合でも容易に噴射量を増大させることのできる燃料噴射弁を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

即ち、本発明では、供給される液体燃料、および液体燃料に対して圧力およびエネルギ密度の異なる気体燃料のうち、いずれか一方を切替え部（４００）によって切替え選択して、選択された燃料をメイン流路（１４０Ａ）を介して噴射させる燃料噴射弁であって、
電磁コイル（１３１）による磁気吸引力を用い、メイン流路（１４０Ａ）の上流側を開閉する弁体（１２０）と、
弁体（１２０）の下流側で、メイン流路（１４０Ａ）から分岐して、選択された燃料をメイン流路（１４０Ａ）と共に噴射可能とするサブ流路（１４０Ｂ）と、
サブ流路（１４０Ｂ）に設けられて、弁体（１２０）が開かれたときの、液体燃料および気体燃料のうち、気体燃料の圧力に応じてサブ流路（１４０Ｂ）を開く摺動弁（１４０）とを備えることを特徴としている。

この発明によれば、液体燃料と気体燃料のうち、気体燃料を噴射させるときに、この燃料の圧力に応じて摺動弁（１４０）によってサブ流路（１４０Ｂ）が開かれるので、メイン流路（１４０Ａ）とサブ流路（１４０Ｂ）との両者（１４０Ａ、１４０Ｂ）から噴射させることができる。つまり、気体燃料を噴射するにあたって、噴射流路面積を増加させることができるので、容易に噴射量を増大させることができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態における燃料噴射装置を示す構成図である。第１実施形態における燃料噴射弁を示す断面図である（図３中のII−II部の断面図）。図２中のIII−III部を示す断面図である。図２中のIV−IV部を示す断面図である。図２中のV−V部を示す断面図である。図２中のVI−VI部を示す断面図である。図３中のVII−VII部を示す断面図である。図５中のVIII−VIII部を示す断面図である。第１実施形態における燃料噴射弁の作動を示すものであり、（ａ）は噴射停止時、（ｂ）は液体燃料噴射時、（ｃ）は気体燃料噴射時を示す断面図である。第２実施形態における燃料噴射弁を示す断面図である。第２実施形態における燃料噴射弁の作動を示すものであり、（ａ）は液体燃料噴射時、（ｂ）は気体燃料噴射時を示す断面図である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態の燃料噴射弁１００を図１〜図９に基づいて説明する。燃料噴射弁１００は、車両用のエンジン１０に燃料を噴射する燃料噴射装置５０に適用されたものである。

エンジン１０は、例えば直噴式のガソリンエンジンであり、吸気管１１、シリンダ１２、ピストン１３、点火プラグ１４、および排気管１５等が設けられている。点火プラグ１４は、後述する制御部５００によって、点火制御されるようになっている。また、排気管１５には、排気の温度に対応する排気温度信号を生成する排気センサ１６が設けられている。排気センサ１６によって得られた排気温度信号は、後述する制御部５００に出力されるようになっている。

上記エンジン１０は、２種類の燃料の使用を可能としており、２種類のうち適宜選択された燃料によって駆動可能となっている。２種類の燃料としては、例えば液体燃料と気体燃料とを使用することができる。更に、液体燃料としては、例えばガソリンを使用し、気体燃料としては天然ガスを使用することができる。液体燃料（ガソリン）は本発明の第１燃料に対応し、気体燃料（天然ガス）は本発明の第２燃料に対応する。液体燃料と気体燃料とでは、エンジン１０に供給される際の圧力、およびエネルギ密度が異なる。ここでは、気体燃料は、液体燃料に対してエンジン１０に供給される際の圧力が高く、またエネルギ密度は小さい。

燃料噴射装置５０は、図１に示すように、時々刻々と変化するエンジン１０の作動状況に応じて、２種類の燃料のいずれかを選択すると共に、適切なエンジン作動が得られるように、燃料噴射弁１００から噴射すべき燃料の噴射時間（噴射量）、および噴射時期等を制御する装置である。燃料噴射装置５０は、燃料噴射弁１００、燃料タンク２００、燃料ボンベ３００、各種配管２２０、３１０、３２０、燃料切替え弁４００、および制御部５００等を備えている。

燃料噴射弁１００は、選択された燃料をエンジン１０の吸気管１１からシリンダ１２内に噴射するものであり、制御部５００によって、内部の弁体１２０の開閉が制御されて、燃料の噴射時間、噴射時期等を調節する。燃料噴射弁１００の構造の詳細については、後述する。

燃料タンク２００は、液体燃料を貯める容器であり、内部にポンプ２１０が設けられている。ポンプ２１０には、燃料配管２２０の一端側が接続され、他端側が燃料噴射弁１００に接続されている。ポンプ２１０の作動は制御部５００によって制御されるようになっており、ポンプ２１０が作動されると、燃料タンク２００内の液体燃料が、燃料配管２２０を通り、燃料噴射弁１００側に供給されるようになっている。

燃料ボンベ３００は、気体燃料を貯める高圧容器であり、燃料ボンベ３００には、燃料配管３１０、３２０が順に接続されている。燃料配管３２０の先端側は、燃料配管２２０の途中部位に合流するように接続されている。

燃料配管３１０の途中部位には、遮断弁３３０、３４０が設けられている。遮断弁３３０、３４０は、燃料配管３１０の内部流路を開閉する弁であり、制御部５００によって、開閉作動が制御されるようになっている。遮断弁３３０、３４０が開かれると燃料ボンベ３００内の気体燃料が、燃料配管３１０、３２０を通り、燃料噴射弁１００側に供給されるようになっている。また、燃料配管３１０における遮断弁３３０と遮断弁３４０との間には、圧力センサ３５０が設けられている。圧力センサ３５０は、燃料配管３１０を流通する気体燃料の圧力に対応する圧力信号を生成するセンサであり、生成された圧力信号は、制御部５００に出力されるようになっている。

また、燃料配管３１０と燃料配管３２０との間には、気体燃料の圧力を調整するレギュレータ３６０が設けられている。レギュレータ３６０の作動は、制御部５００によって制御されるようになっている。更に、燃料配管３２０の途中部位には、燃料配管３２０を流通する気体燃料の温度および圧力に対応する温度・圧力信号を生成する温度・圧力センサ３７０が設けられており、生成された温度・圧力信号は、制御部５００に出力されるようになっている。

燃料切替え弁４００は、燃料配管２２０と燃料配管３２０との合流部に設けられて、合流部における流路を切替える弁となっている。燃料切替え弁４００の流路切替えは制御部５００によって制御されるようになっている。つまり、燃料切替え弁４００は、燃料タンク２００から供給される液体燃料と、燃料ボンベ３００から供給される気体燃料のうち、いずれかを選択して燃料噴射弁１００に供給できるようになっている。

制御部５００は、圧力センサ３５０から得られる圧力信号、温度・圧力センサ３７０から得られる温度・圧力信号、排気センサ１６から得られる排気温度信号、および図示しない各種センサ類から得られる各種信号（吸入空気量、吸入空気温度、クランク位置、スロットルバルブ開度、エンジン回転数、車速、冷却水温度等）に基づいて、燃料噴射弁１００、ポンプ２１０、遮断弁３３０、３４０、レギュレータ３６０、燃料切替え弁４００、および点火プラグ１４の作動を制御する制御手段である。

次に、図２〜図８を加えて、燃料噴射弁１００の構造の詳細について説明する。燃料噴射弁１００は、ハウジング１１０、弁体１２０、駆動部１３０、および摺動弁１４０等を備えている。以下、燃料噴射弁１００の方向として、ハウジング１１０が延びる方向を軸方向（図２における上下方向）と呼ぶことにする。尚、軸方向の上側は、弁体１２０が開弁する開弁方向、軸方向の下側は、弁体１２０が閉弁する閉弁方向となる。

ハウジング１１０は、軸方向に延びる筒状の容器体であり、筒部材１１１、入口部材１１２、ノズルホルダ１１３、弁体ガイド部１１４、およびノズルボディ１１５を有している。

筒部材１１１は、内径が軸方向へ向けて概ね同一となる筒状に形成されている。筒部材１１１は、磁性を有する磁性部１１１ａ、および磁性を有しない非磁性部１１１ｂを有している。磁性部１１１ａは、筒部材１１１の大半の部位を占めるように形成されており、非磁性部１１１ｂは、磁性部１１１ａよりも軸方向下側に位置している。非磁性部１１１ｂは、磁性部１１１ａとノズルホルダ１１３との磁気的な短絡を防止するものである。磁性部１１１ａおよび非磁性部１１１ｂは、例えばレーザ溶接などにより一体に接続されている。磁性部１１１ａは、例えばフェライト系のステンレス材によって形成され、また、非磁性部１１１ｂは、例えばオーステナイト系のステンレス材によって形成されている。尚、筒部材１１１は、例えば一体に成形した後、熱加工などにより一部を磁性化または非磁性化してもよい。また、非磁性部（１１１ｂ）は、磁性部（１１１ａ）に対して板厚を薄くした磁気の絞りを設けた形状としてもよい。

入口部材１１２は、筒部材１１１の軸方向上側の端部に設けられている。入口部材１１２は、筒状を成しており、筒部材１１１の内周側に圧入されて接合されている。入口部材１１２は、軸方向上側の端部において開口する燃料入口１１２ａを有している。燃料入口１１２ａには、燃料タンク２００、あるいは燃料ボンベ３００から燃料が供給されるようになっている。

ノズルホルダ１１３は、筒状に形成されており、筒部材１１１の軸方向下側の端部に接続されている。ノズルホルダ１１３は、例えばフェライト系のステンレス材から形成され、磁性を有している。ノズルホルダ１１３は、軸方向上側から軸方向下側に向けて内径が互いに異なる大径部１１３ａ、および小径部１１３ｂを有しており、各部位１１３ａ、１１３ｂの内径部は、それぞれの中心軸が略同軸となるように配置されている。大径部１１３ａの内径は、筒部材１１１の内径と略等しく、筒部材１１１と略同軸となるように配置されている。小径部１１３ｂは、大径部１１３ａよりも内径が小さく設定されて、軸方向下側に延びている。

弁体ガイド部１１４は、筒状に形成されており、小径部１１３ｂの内周面における軸方向上側に接合されている。弁体ガイド部１１４は、磁性を有さない部材であり、例えばマルテンサイト系のステンレス材から形成されている。弁体ガイド部１１４の内径は、軸方向上側と下側とで異なっており、上側に大径部１１４ａが形成され、下側に大径部１１４ａよりも内径の小さい小径部１１４ｂが形成されている。

ノズルボディ１１５は、有底筒状に形成され、有底筒状の底部１１５ａが軸方向上側を向くように配置されて、小径部１１３ｂの内周面における軸方向下側に接合されている。つまり、ノズルボディ１１５は、小径部１１３ｂにおいて、弁体ガイド部１１４の下側に設けられている。ノズルボディ１１５は、磁性を有さない部材であり、例えばマルテンサイト系のステンレス材から形成されている。底部１１５ａの中心部には孔部１１５ｂが形成されており、弁体ガイド部１１４の内部空間とノズルボディ１１５の内部空間とが連通するようになっている。ノズルボディ１１５において筒状を成す筒状部１１５ｃの先端側は、小径部１１３ｂから半分程度、突出している。また、筒状部１１５ｃの先端側の内周面には、リング状のスプリング支持部１１５ｄが接合されている。スプリング支持部１１５ｄは、磁性を有さない部材であり、ノズルボディ１１５と同様に、例えばマルテンサイト系のステンレス材から形成されている。

弁体１２０は、軸方向へ延びる細長の部材であって、後述する可動コア１３５の突出部１３５ｃ（内周面部１３５ｅ）に挿通され、弁体ガイド部１１４の内周側で可動コア１３５と共に軸方向へ往復移動可能に収容されている。弁体１２０は、軸方向へ往復移動することによって孔部１１５ｂを開閉して、後述する噴孔１４３からの、あるいは噴孔１４３および隙間部１４０Ｂ４（サブ流路１４０Ｂ）からの燃料の噴射を断続するようになっている。弁体１２０は、磁性を有さない部材であり、例えばマルテンサイト系のステンレス材から形成されている。弁体１２０は、弁体ガイド部１１４と概ね同軸上に配置されており、本体部１２１、および支持部１２２を有している。

本体部１２１は、軸方向に外径寸法が段階的に異なる円柱状部材であり、軸方向上側から下側に向けて、大径部１２１ａ、中径部１２１ｂ、小径部１２１ｃが形成されている。小径部１２１ｃの先端部（軸方向下側）には、例えばフッ素ゴム等の弾性材によって形成されたシール部材１２１ｄが装着されている。大径部１２１ａと中径部１２１ｂは、弁体ガイド部１１４の大径部１１４ａに対応する位置に配置されており、また、小径部１２１ｃは、弁体ガイド部１１４の小径部１１４ｂに対応する位置に配置されている。

大径部１２１ａは、図３に示すように、大径部１１４ａの内周面に対して僅かに小さな外径を備える扁平の円柱状部に対して周方向の４箇所が削除されて、丸みのある角部を備える四角形状に形成されている。よって大径部１２１ａと大径部１１４ａとの間には、４箇所の隙間部１２３が形成されている。

中径部１２１ｂは、大径部１１４ａの内周面に対してある程度小さく形成された外径を備える円柱状部となっており、中径部１２１ｂと大径部１１４ａとの間には、隙間部１２４が形成されている。

小径部１２１ｃは、小径部１１４ｂの内周面に対してある程度小さく形成された外径を備える円柱状部となっており、小径部１２１ｃと小径部１１４ｂとの間には、隙間部１２５が形成されている。

支持部１２２は、本体部１２１の軸方向上側の端面から入口部材１１２側に延びる筒状部であり、支持部１２２の外径は、小径部１２１ｃよりも小さく設定されている。支持部１２２の本体部１２１近傍では、軸方向に対して直交する方向に孔が空けられており、支持部１２２の内部には、Ｔ字状の流路１２２ａが形成されている。

駆動部１３０は、弁体１２０を軸方向に沿って往復移動させるものであって、電磁コイル１３１、磁性プレート１３２、スプール１３３、固定コア１３４、可動コア１３５、アジャスティングパイプ１３６、およびスプリング１３７を有している。

電磁コイル１３１は、通電時に磁界を生成する巻き線であり、筒部材１１１の外周側で、磁性部１１１ａの軸方向下側と、非磁性部１１１ｂと、大径部１１３ａの軸方向上側に位置するように設けられている。電磁コイル１３１は、コネクタ１３１ａにおける端子部１３１ｂに電気的に接続されている。端子部１３１ｂは、コネクタ１３１ａに装着される外部電気回路（図示せず）と電気的に接続され、制御部５００によって電磁コイル１３１への通電状態が制御されるようになっている。電磁コイル１３１は、通電されることによって固定コア１３４に、可動コア１３５を吸引する磁力を発生させるようになっている。

磁性プレート１３２は、磁性材料から形成され、電磁コイル１３１の外周側を覆うように設けられている。筒部材１１１およびノズルホルダ１１３と、磁性プレート１３２との間には、電磁コイル１３１を覆うように樹脂製のスプール１３３が充填されている。

固定コア１３４は、例えばフェライト系のステンレス材等の磁性材料により筒状に形成された部材であり、筒部材１１１の内周面の予め定められた位置に、例えば圧入などにより固定されている。固定コア１３４は、磁性部１１１ａと非磁性部１１１ｂとの位置に対応するように配置されている。固定コア１３４の内部空間は中心孔部１３４ａとなっており、中心孔部１３４ａの内周面は内周面部１３４ｂとなっており、軸方向下側の端面は下端面部１３４ｃとなっている。下端面部１３４ｃは、非磁性部１１１ｂの軸方向の中間部に位置している。

可動コア１３５は、例えばフェライト系のステンレス材等の磁性材料により扁平な筒状に形成された部材であり、固定コア１３４の軸方向下側であって、大径部１１３ａの内周側に、軸方向へ往復移動可能に設置されている。可動コア１３５は、扁平筒状の本体部１３５ａの軸方向上側に凹部１３５ｂが設けられ、また、軸方向下側に突出部１３５ｃが設けられて形成されている。可動コア１３５の内部には、軸方向に貫通する連通孔１３５ｄが設けられている。突出部１３５ｃにおける内周面は、内周面部１３５ｅとなっている。支持部１２２は、突出部１３５ｃに挿入されて、内周面部１３５ｅに接合されている。よって、流路１２２ａは、連通孔１３５ｄと繋がっている。そして、可動コア１３５の軸方向上側となる面は、下端面部１３４ｃと対向する上端面部１３５ｆとなっている。電磁コイル１３１に通電されていない状態では、下端面部１３４ｃと上端面部１３５ｆとの間には隙間が形成されており、一方、弁体１２０においては、シール部材１２１ｄがノズルボディ１１５の底部１１５ａに当接して孔部１１５ｂを閉じている。

アジャスティングパイプ１３６は、スプリング１３７の軸方向上側の端部の位置を規制する筒状部材であり、固定コア１３４の軸方向上側に圧入固定されている。

スプリング１３７は、固定コア１３４内に配設された弾性部材である。スプリング１３７は、一方の端部が凹部１３５ｂに挿入され、他方の端部がアジャスティングパイプ１３６と接している。スプリング１３７は、軸方向へ伸長する力を有している。そのため、可動コア１３５および弁体１２０は、スプリング１３７によって、底部１１５ａに当接するように軸方向下側（閉弁方向）に押し付けられるようになっている。

摺動弁１４０（図２、図８）は、底部１４２を有する筒部１４１の開口側にフランジ部１４４が設けられて形成されており、ノズルボディ１１５内に配置されている。筒部１４１の内部空間は、燃料が流通するメイン流路１４０Ａとなっている。底部１４２には、燃料が噴出するための噴孔１４３が複数形成されている。また、フランジ部１４４は、図５に示すように、筒状部１１５ｃの内周面に対して僅かに小さな外径を備える円板状部に対して周方向の４箇所が削除されて、丸みのある角部を備える四角形状に形成されている。よってフランジ部１４４の径方向端部と筒状部１１５ｃとの間には、４箇所の隙間部１４０Ｂ２が形成されている。隙間部１４０Ｂ２は、後述する気体燃料を噴射させる際に、燃料を流通させつつも、ある程度の流通抵抗が発生するような絞りを伴う隙間となっている。隙間部１４０Ｂ２は本発明の所定の絞りに対応する。また、フランジ部１４４においては、底部１１５ａと対向する側の面に環状に形成された凸部１４５が設けられている。

また、筒部１４１、フランジ部１４４、筒状部１１５ｃ、およびスプリング支持部１１５ｄによって囲まれる空間は、隙間部１４０Ｂ３となっている。更に、筒部１４１とスプリング支持部１１５ｄとの間は、隙間部１４０Ｂ４となっている。

フランジ部１４４とスプリング支持部１１５ｄとの間には、弾性部としてのスプリング１５０が挿入されている。スプリング１５０は、軸方向へ伸長する力を有している。スプリング１５０の伸長力は、液体燃料圧力によってフランジ部１４４に作用する力よりも大きく、また気体燃料圧力によってフランジ部１４４に作用する力よりも小さくなるように設定されている。スプリング１５０の伸長力は、本発明の燃料の圧力に抗する反力に対応する。

そのため、弁体１２０の開弁によって、液体燃料が孔部１１５ｂから筒部１４１内に流入するときには、液体燃料圧力によってフランジ部１４４に作用する力よりもスプリング１５０の伸長力が打ち勝って、摺動弁１４０は、底部１１５ａに押付けられた状態が維持されるようになっている。よって、凸部１４５の頂部は底部１１５ａに当接して、面圧が充分に確保されて、フランジ部１４４と底部１１５ａとの間はシールされた状態となる。

一方、弁体１２０の開弁によって、気体燃料が孔部１１５ｂから筒部１４１内に流入するときには、スプリング１５０の伸長力よりも気体燃料圧力によってフランジ部１４４に作用する力が打ち勝って、摺動弁１４０は、軸方向下側に移動されて、フランジ部１４４と底部１１５ａとの間が開いた状態に維持されるようになっている。このとき、フランジ部１４４と底部１１５ａとの間には、隙間部１４０Ｂ１（図９（ｃ））が形成されるようになっている。

フランジ部１４４と底部１１５ａとの間が開いたとき、隙間部１４０Ｂ１と、隙間部１４０Ｂ２、１４０Ｂ３、１４０Ｂ４とが順に連通して、サブ流路１４０Ｂが形成されるようになっている（図９（ｃ））。

次に、上記の構成に基づく燃料噴射装置５０、および燃料噴射弁１００の作動、および作用効果について図９を加えて説明する。

（１）燃料噴射制御の基本
制御部５００は、エンジン１０の作動状況に応じて、２種類の燃料のうちどちらを使用すべきかを選択し、燃料切替え弁４００によって燃料流路を切替えることで、適宜いずれかの燃料が燃料噴射弁１００側に供給されるようにする。尚、制御部５００は、圧力センサ３５０から得られる圧力信号値が予め定めた値よりも低いと、燃料配管３１０における燃料漏れを懸念して、遮断弁３３０、３４０を閉じる。また、制御部５００は、温度・圧力センサ３７０から得られる圧力信号がレギュレータ３６０での設定圧力よりも高いと、レギュレータ３６０の作動異常を懸念して、遮断弁３３０、３４０を閉じる。

更に、制御部５００は、燃料噴射弁１００の電磁コイル１３１への通電、あるいは通電停止を行うことで弁体１２０の開閉を行い、燃料噴射の時期と噴射時間とを制御し、エンジン１０に対して必要とされる燃料（燃料の種類、時期、量）を供給する。エンジン１０においては、噴射された燃料は燃焼用空気と適切な混合比で混合され、シリンダ１２内に吸入され、点火プラグ１４によって点火され、爆発燃焼する。この爆発燃焼によってピストン１３は、押し下げられて、エンジン１０は継続的に作動される。そして、燃焼された後の燃料は、排気管１５から流出され、所定の浄化処理がなされて、大気に排出される。

（２）噴射停止時の制御
上記の基本制御において、燃料の噴射を停止させる場合、制御部５００は、電磁コイル１３１への通電を停止する。すると、図９（ａ）に示すように、電磁コイル１３１による磁気吸引力の発生はなくなり、スプリング１３７による伸長力によって可動コア１３５、および弁体１２０が軸方向下側に押付けられる。よって、シール部材１２１ｄが孔部１１５ｂを塞ぎ、弁体１２０は閉弁状態となる。

燃料噴射弁１００に供給される燃料は、入口部材１１２、アジャスティングパイプ１３６、中心孔部１３４ａ、連通孔１３５ｄ、流路１２２ａ、隙間部１２３、１２４、１２５を通り、弁体１２０のシール部材１２１ｄに至る。しかしながら、弁体１２０は、閉弁状態とされているので、燃料はここで停止されることになる。

（３）液体燃料噴射時の制御
制御部５００は、液体燃料を噴射させるために、燃料切替え弁４００によって燃料流路を切替え、液体燃料が燃料噴射弁１００側に供給されるようにし、電磁コイル１３１への通電を行う。すると、図９（ｂ）に示すように、電磁コイル１３１による磁気吸引力が発生し、可動コア１３５の上端面部１３５ｆが固定コア１３４の下端面部１３４ｃに吸引され、可動コア１３５が軸方向上側に移動する。これに伴って弁体１２０も軸方向上側に移動され、シール部材１２１ｄが底部１１５ａから離れ、孔部１１５ｂが開かれる。よって、シール部材１２１ｄの位置で停止されていた燃料は、メイン流路１４０Ａを通って、噴孔１４３から噴射されることになる。

ここで、燃料噴射弁１００に供給される燃料が液体燃料であると、スプリング１５０の伸長力の設定からして、液体燃料圧力によってフランジ部１４４に作用する力よりもスプリング１５０の伸長力が打ち勝つので、フランジ部１４４は、底部１１５ａに押付けられた状態が維持されることになる。よって、燃料噴射弁１００に供給された燃料が液体燃料である場合は、液体燃料はメイン流路１４０Ａを介して噴孔１４３からのみ噴射される。

（４）気体燃料使用時の制御
制御部５００は、気体燃料を噴射させるために、燃料切替え弁４００によって燃料流路を切替え、気体燃料が燃料噴射弁１００側に供給されるようにし、上記（２）と同様に、電磁コイル１３１への通電を行い、弁体１２０を開状態にする。すると、燃料は、メイン流路１４０Ａを通って、噴孔１４３から噴射される。

ここで、燃料噴射弁１００に供給される燃料が気体燃料であると、スプリング１５０の伸長力の設定からして、スプリング１５０の伸長力よりも気体燃料圧力によってフランジ部１４４に作用する力が打ち勝つので、摺動弁１４０は軸方向下側に移動されて、フランジ部１４４と底部１１５ａとの間が開いた状態に維持される。つまり、隙間部１４０Ｂ１が形成されて、以下、隙間部１４０Ｂ２、１４０Ｂ３、１４０Ｂ４が連通して、サブ流路１４０Ｂが開かれることになる。

更に、隙間部１４０Ｂ２は、気体燃料流通時の絞りとなるような隙間部としているので、フランジ部１４４には、ある程度の気体燃料の圧力が継続的にかかる形となり、気体燃料の圧力によるフランジ部１４４の開成状態が維持される。

よって、燃料噴射弁１００に供給された燃料が気体燃料である場合は、図９（ｃ）に示すように、気体燃料はメイン流路１４０Ａを介して噴孔１４３から噴射されると共に、サブ流路１４０Ｂも通って、噴射されることになる。これにより、気体燃料を噴射する場合は、液体燃料を噴射する場合に比べて、燃料の噴射面積が拡大されることになる。

（５）作用効果
以上のように、液体燃料と気体燃料のうち、エネルギ密度の小さいほうの燃料（気体燃料）を噴射させるときに、気体燃料の圧力に応じてフランジ部１４４（摺動弁１４０）が軸方向下側に移動されて、隙間部１４０Ｂ１が形成され、サブ流路１４０Ｂが開かれるので、メイン流路１４０Ａとサブ流路１４０Ｂとの両者（１４０Ａ、１４０Ｂ）から噴射させることができる。つまり、エネルギ密度の小さいほうの燃料を噴射するにあたって、噴射流路面積を増加させることができるので、容易に噴射量を増大させることができる。

また、サブ流路１４０Ｂには、隙間部１４０Ｂ２によって絞り効果を持たせるようにしているので、フランジ部１４４は、気体燃料の圧力とスプリング１３７の伸長力とのバランスによりサブ流路１４０Ｂを開いた後も、ある程度の気体燃料の圧力がフランジ部１４４に継続的にかかることになり、燃料の圧力によるフランジ部１４４の開成状態を維持することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の燃料噴射弁１００Ａを図１０、図１１に示す。第２実施形態の燃料噴射弁１００Ａは、上記第１実施形態における燃料噴射弁１００に対して、２種類の燃料（液体燃料、気体燃料）のうち、エネルギ密度が小さいほうの燃料（気体燃料）の圧力も低い場合に、噴射流路面積の増大を可能としたものである。つまり、第１燃料（液体燃料）の圧力、エネルギ密度＞第２燃料（気体燃料）の圧力、エネルギ密度、の関係となっている場合に、第２燃料を噴射する際に噴射流路面積を増大させるようになっている。

燃料噴射弁１００Ａのスプリング支持部１１５ｄには、内径側において軸方向上側に延設される筒状の延設部１１５ｅが形成されている。スプリング支持部１１５ｄと延設部１１５ｅの内径寸法は同等に設定されており、延設部１１５ｅの径方向の厚さ寸法は、スプリング支持部１１５ｄの径方向の厚さ寸法よりも小さく設定されている。そして、延設部１１５ｅは、フランジ部１４４の下側面に臨むように延設されている。また、スプリング１５０は、延設部１１５ｅ、フランジ部１４４、筒状部１１５ｃ、およびスプリング支持部１１５ｄによって囲まれる空間に配置されている。

スプリング１５０は、燃料の噴射が実施されていないとき、完全に延びきった状態となって、フランジ部１４４を底部１１５ａと延設部１１５ｅの先端部との中間位置に維持し、それぞれ、隙間部１４０Ｂ１、１４０Ｂ５を形成可能としている。また、スプリング１５０の伸長力は、液体燃料圧力によってフランジ部１４４に作用する力よりも小さく、また気体燃料圧力によってフランジ部１４４に作用する力よりも大きくなるように設定されている。

本実施形態の燃料噴射弁１００Ａにおいて、燃料の噴射を停止させるとき、および燃料の噴射を行うときには、制御部５００は、上記第１実施形態と同様の制御を行う。ここで、燃料として液体燃料が選択されて噴射される場合、図１１（ａ）に示すように、燃料は孔部１１５ｂからメイン通路１４０Ａを通って、噴孔１４３から噴射される。

このとき、スプリング１５０の伸長力に対して、液体燃料圧力によってフランジ部１４４に作用する力が打ち勝つので、フランジ部１４４は、軸方向下側に移動されて、延設部１１５ｅの先端部に当接する。よって、燃料は、隙間部１４０Ｂ１、１４０Ｂ２までは到達するものの、フランジ部１４４と延設部１１５ｅとの当接部で停止される。よって、燃料は、メイン流路１４０Ａを介して噴孔１４３からのみ噴射される。

一方、燃料として気体燃料が選択されて噴射される場合、図１１（ｂ）に示すように、燃料は孔部１１５ｂからメイン通路１４０Ａを通って、噴孔１４３から噴射される。このとき、気体燃料圧力によってフランジ部１４４に作用する力に対して、スプリング１５０の伸長力が打ち勝つので、隙間部１４０Ｂ１が維持されつつも、フランジ部１４４と延設部１１５ｅの先端部との間が開いた状態に維持される。つまり、隙間部１４０Ｂ１に加えて、隙間部１４０Ｂ５が形成されて、以下、隙間部１４０Ｂ１、１４０Ｂ２、１４０Ｂ５、１４０Ｂ４が連通して、サブ流路１４０Ｂが開かれることになる。

よって、燃料噴射弁１００Ａに供給された燃料が気体燃料である場合は、気体燃料はメイン流路１４０Ａを介して噴孔１４３から噴射されると共に、サブ流路１４０Ｂも通って、噴射されることになる。これにより、気体燃料を噴射する場合は、液体燃料を噴射する場合に比べて、燃料の噴射面積が拡大されることになる。

尚、本実施形態においては、気体燃料を噴射させるときは、主にスプリング１５０の伸長力によって、隙間部１４０Ｂ１、１４０Ｂ５が形成されるので、第１実施形態のように隙間部１４０Ｂ２は、気体燃料流通時の絞りとするような必要はない。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記各実施形態では、２種類の燃料として、第１燃料に液体燃料を、第２燃料に気体燃料を用いたがこれに限定されるものではなく、２種類の燃料において圧力とエネルギ密度が異なる組み合わせであれば、液体と液体、気体と気体等の組み合わせとしても良い。

また、燃料切替え弁４００は、燃料噴射弁１００、１００Ａに対して別体形成されるものとして説明したが、燃料噴射弁１００、１００Ａに一体的に形成されるものとしても良い。

また、上記各実施形態では、燃料噴射弁１００、１００Ａは、直噴式のガソリンエンジンに適用されるものとしていたが、直噴式のガソリンエンジンに限るものではなく、ポート噴射式のガソリンエンジン、またはディーゼルエンジン等に適用されるものとしてもよい。

５０燃料噴射装置
１００燃料噴射弁
１４０摺動弁
１４０Ａメイン流路
１４０Ｂサブ流路
１４０Ｂ２隙間部（所定の絞り）
１５０スプリング（弾性部）

Claims

供給される液体燃料、および前記液体燃料に対して圧力およびエネルギ密度の異なる気体燃料のうち、いずれか一方を切替え部（４００）によって切替え選択して、選択された燃料をメイン流路（１４０Ａ）を介して噴射させる燃料噴射弁であって、
電磁コイル（１３１）による磁気吸引力を用い、前記メイン流路（１４０Ａ）の上流側を開閉する弁体（１２０）と、
前記弁体（１２０）の下流側で、前記メイン流路（１４０Ａ）から分岐して、前記選択された燃料を前記メイン流路（１４０Ａ）と共に噴射可能とするサブ流路（１４０Ｂ）と、
前記サブ流路（１４０Ｂ）に設けられて、前記弁体（１２０）が開かれたときの、前記液体燃料および前記気体燃料のうち、前記気体燃料の圧力に応じて前記サブ流路（１４０Ｂ）を開く摺動弁（１４０）とを備えることを特徴とする燃料噴射弁。
前記摺動弁（１４０）は、前記選択された燃料の圧力、および前記選択された燃料の圧力に抗する弾性部（１５０）の反力とのバランスにより前記サブ流路（１４０Ｂ）を開くと共に、開いた状態で前記サブ流路（１４０Ｂ）に所定の絞り（１４０Ｂ２）を持たせるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。