JP6319235B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた燃料噴射装置に係わる。

従来より、ノズルボディおよびニードルを備え、ノズルボディの内壁に対しニードルを離着座させることで、燃料の噴射を開始したり停止したりする燃料噴射ノズルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この燃料噴射ノズルは、ニードルを軸方向に駆動するアクチュエータとともに燃料噴射弁を構成している。

ところで、エンジンの低負荷運転時のような燃料の噴射量の指令値が小さい小噴射量時には、冷却損失を低減するため、高分散特性の燃料噴霧が有効であるとされている。
また、エンジンの高負荷運転時のような燃料の噴射量の指令値が大きい大噴射量時には、高出力化を図るため、短時間で燃焼室の外側空間まで到達し、短時間で空気と混合、燃焼することができる強貫徹特性の燃料噴霧が有効であるとされている。
したがって、小噴射量時に、高分散特性の燃料噴霧を実現し、大噴射量時に、強貫徹特性の燃料噴霧を実現することが要望されている。
なお、特許文献１には、小噴射量時および大噴射量時に係わらず、燃料の噴霧貫徹力を強くすることが開示されているが、上記の要望や課題について何ら示唆していない。

特開２０１５−０３４４８６号公報

本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、小噴射量時に、高分散特性の燃料噴霧を実現することができ、大噴射量時に、強貫徹特性の燃料噴霧を実現することのできる燃料噴射装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明によれば、制御部は、アウタニードルをノズルボディの内壁から離座させて燃料を噴射している時のインナニードルの状態に関し、第１、第２のモードを使い分けしている。
第１のモードは、インナニードルをその移動範囲における最下点から上側に移動させるモードである。
第２のモードは、インナニードルがその移動範囲における最下点に存在し続けるモードである。
そして、制御部は、少なくとも燃料の噴射量の指令値を含むエンジンの運転状況に応じて第１、第２のモードを使い分けしている。噴射量の指令値は、第２のモードを使用する時の方が、第１のモードを使用する時よりも大きくなっている。

これによって、第１のモードを使用する時には、アウタニードルとインナニードルをともに上側に駆動するようにアクチュエータを制御する。これにより、ノズルボディの内壁に沿って流れる燃料流れは、サック室の底面で旋回した燃料渦流れの一部を取り込みながら噴孔内に流入し、噴孔内に螺旋状の速度成分を多く有する噴流を形成する。これにより、噴孔の出口において噴射方向に直交する速度成分を多く持つ流れを形成し、分散力が強い燃料噴霧が得られる。
一方、第２のモードを使用する時には、アウタニードルのみを上側に駆動するようにアクチュエータを制御する。これにより、サック室内に流入した燃料は、サック室内に突き出しているインナニードルにガイドされ、整流化された後に噴孔に流入する。このため、貫徹力が強い燃料噴霧が得られる。
したがって、第１のモードを使用する小噴射量時に、高分散特性の燃料噴霧を実現することができる。また、第２のモードを使用する大噴射量時に、強貫徹特性の燃料噴霧を実現することができる。

燃料噴射装置の概略構成を示した構成図である（実施形態１）。 燃料噴射弁の要部を示した断面図である（実施形態１）。 燃料噴射弁の要部を示した断面図である（実施形態１）。 燃料噴射弁の要部を示した断面図である（実施形態１）。 （ａ）は噴射量指令値とエンジン回転数との関係を示した２次元マップで、（ｂ）は要求噴射量とエンジン回転数との関係を示した２次元マップである（実施形態１）。 （ａ）は要求トルクとエンジン回転数との関係を示した２次元マップで、（ｂ）はアクセル開度とエンジン回転数との関係を示した２次元マップである（実施形態１）。 高分散モード時におけるサック室内の燃料流れの様子を示した説明図である（実施形態１）。 強貫徹モード時におけるサック室内の燃料流れの様子を示した説明図である（実施形態１）。 （ａ）は、多段噴射における各噴射の噴射率を示した説明図で、（ｂ）は噴射量と燃料の噴霧特性との関係を示した説明図である（実施形態１）。 高分散モード時におけるサック室内の燃料流れの様子を示した説明図である（実施形態２）。 強貫徹モード時におけるサック室内の燃料流れの様子を示した説明図である（実施形態２）。 燃料噴射装置の概略構成を示した構成図である（実施形態３）。

以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。

［実施形態１の構成］
図１ないし図９は、本発明を適用した実施形態１を示したものである。

本実施形態の燃料噴射装置は、エンジンの気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁１と、この燃料噴射弁１の燃料噴射を制御する制御部（以下、ＥＣＵと呼ぶ）２とを備えている。 燃料噴射装置は、ディーゼルエンジン用の燃料噴射システムとして知られるコモンレールシステムによって構成されている。
コモンレールシステムは、燃料タンクＴから吸入した燃料を加圧する燃料ポンプＰと、この燃料ポンプＰから吐出された高圧燃料が導入されるコモンレールＲと、このコモンレールＲから高圧燃料が分配供給される複数の燃料噴射弁１とを備えている。

燃料噴射弁１は、内部にニードル収容孔が形成されたハウジング３を備えている。このハウジング３は、ノズルボディ４とインジェクタボディ５とを備えている。なお、図１では、ノズルボディ４とインジェクタボディ５との間に境界線が示されていないが、ノズルボディ４とインジェクタボディ５とは別体部品であり、リテーニングナットにより一体化されている。
燃料噴射弁１は、ノズルボディ４内に軸方向に移動可能に収容される円筒状のアウタニードル６と、このアウタニードル６の内周に軸方向に移動可能に収容される円柱状のインナニードル７と、アウタニードル６とインナニードル７とを互いに独立して軸方向に駆動するアクチュエータ８、９とを備えている。

ノズルボディ４の先端には、燃料噴射を行う複数の噴孔１０、およびこれらの噴孔１０の入口１１が開口したサック室１２が設けられている。
ノズルボディ４の先端側の内壁には、アウタニードル６の先端が離着座する円錐状のシート面１３が設けられている。
サック室１２の先端には、インナニードル７の先端が離着座する球面形状の底面１４が設けられている。なお、底面１４の形状を円錐形状としても良い。
ノズルボディ４のニードル収容孔内には、アウタニードル６の後端側の摺動部１５を摺動可能に支持する筒状のノズルシリンダ１６が設置されている。また、ニードル収容孔内には、インナニードル７の後端側の摺動部１７を摺動可能に支持する筒状のノズルシリンダ１８が設置されている。
なお、摺動部１７の軸方向先端側には、摺動部１７よりも拡径した拡径部１９が設けられている。また、複数の噴孔１０の各入口１１は、ノズルボディ４の内壁で開口している。また、複数の噴孔１０の各出口２０は、ノズルボディ４の外壁で開口している。また、複数の噴孔１０は、各出口２０からエンジンの気筒内に燃料を噴射する。

ニードル収容孔内には、燃料溜まり室２１、制御室２２、２３等が形成されている。
燃料溜まり室２１は、燃料流路２４と燃料流路２５との間に形成されている。この燃料溜まり室２１内に導入される燃料圧は、アウタニードル６に対して、軸方向後端側に付勢する付勢力として作用する。
制御室２２は、摺動部１５の端面と拡径部１９の端面とノズルシリンダ１６の内壁とで囲まれた空間である。この制御室２２内に導入される燃料圧は、アウタニードル６に対して、軸方向先端側に付勢する付勢力として作用する。

制御室２３は、摺動部１７の端面と制御室２３の天井面とノズルシリンダ１８の内壁とで囲まれた空間である。この制御室２３内に導入される燃料圧は、インナニードル７に対して、軸方向先端側に付勢する付勢力として作用する。また、制御室２２は、燃料流路２６を介して、燃料が導入または排出するように構成されている。
燃料流路２４は、ノズルボディ４の内壁とノズルシリンダ１６の外壁およびアウタニードル６の外壁との間に形成されている。
燃料流路２５は、ノズルボディ４の内壁とアウタニードル６の外壁との間に形成されている。

制御室２３、燃料流路２４および燃料流路２６の入口側には、燃料供給通路２７が接続している。この燃料供給通路２７は、燃料系の高圧側に設けられるコモンレールＲから高圧燃料が導入される。
燃料流路２６の出口側には、燃料通路２８が接続している。また、制御室２３の出口側には、燃料通路２９が接続している。
燃料通路２８は、燃料流路２６を介して、制御室２２と制御弁室３１とを連通している。また、燃料通路２９は、制御室２３と制御弁室３２とを連通している。

アウタニードル６の先端には、シート面１３に対し離着座して燃料流路２５を開閉する円環状のシート部３３が設けられている。このシート部３３は、ニードルスプリング３４の付勢力によってノズルボディ４のシート面１３に突き当てられている。
ニードルスプリング３４は、アウタニードル６を軸方向先端側に付勢している。
インナニードル７の先端には、底面１４に対し離着座する突部３５が設けられている。この突部３５は、ニードルスプリング３６の付勢力によって底面１４に突き当てられている。
ニードルスプリング３４は、インナニードル７を軸方向先端側に付勢している。
なお、アウタニードル６およびインナニードル７の詳細は、後述する。

ここで、ハウジング３のアクチュエータ収容孔内には、アクチュエータ８、９等が収容されている。また、制御弁室３１、３２内には、制御弁４１、４２等がそれぞれ収容されている。
アクチュエータ８、９は、電荷の充放電により軸方向に伸縮するピエゾ素子をその軸方向に多数積層してなるピエゾ素子積層体を備えている。このピエゾ素子積層体は、一対のピエゾリード端子間に、ＥＣＵ２からピエゾ充電電圧がそれぞれ印加される。

燃料噴射弁１では、ピエゾ素子積層体の特徴である駆動力の大きさに対する伸長量の不足分を補うという目的で、アクチュエータ８、９と制御弁４１、４２との間に変位拡大機構を備えている。
ここで、アクチュエータ８と制御弁４１との間の変位拡大機構と、アクチュエータ９と制御弁４２との間の変位拡大機構との構成は、同じであるため、一方の構成のみを説明し、他方の構成の説明が省略する。

変位拡大機構は、ピエゾピストン４３とバルブピストン４４との受圧面積比に応じてピエゾ素子積層体の伸長変位を拡大してバルブピストン４４に伝える。
変位拡大機構は、ピエゾ素子積層体の伸縮変位を受けてピエゾ素子積層体と一体移動可能に連結したピエゾピストン４３と、制御弁４１と一体移動可能に連結したバルブピストン４４と、燃料が充填された油密室４５とを備えている。この変位拡大機構は、ピエゾ素子積層体の変位方向と同一方向に制御弁４１を駆動するように構成されている。
変位拡大機構は、バルブピストン４４の変位を制御弁４１に伝えて、制御弁４１を閉弁状態から開弁状態へ強制的に開弁動作させる変位伝達ピン４６と、ピエゾ素子積層体にプリセット荷重を当てるピエゾスプリングとを備えている。
なお、ピエゾスプリングの図示は、省略する。

制御弁４１、４２は、制御弁室３１、３２内に往復移動可能にそれぞれ収容されている。これらの制御弁４１、４２は、変位伝達ピン４６を介してバルブピストン４４に強制的に開弁駆動される。また、制御弁４１、４２は、制御弁室３１、３２の各低圧ポートをそれぞれ開閉する。
制御弁室３１、３２には、連通ポートおよび低圧ポートがそれぞれ設けられている。
制御弁室３１、３２の各連通ポートには、燃料通路２８、２９がそれぞれ接続されている。
制御弁室３１、３２の各低圧ポートには、燃料排出通路４７が接続されている。
制御弁４１、４２は、アクチュエータ８、９の伸縮変位により開弁駆動されると、制御室２２、２３から燃料排出通路４７を介して燃料系の低圧側へ燃料を流出させる。
ここで、制御弁４１、４２には、リターンスプリングの付勢力が作用している。
なお、リターンスプリングの図示は省略している。

ここで、燃料噴射弁１は、アクチュエータ８への通電に伴う伸長変位によって制御弁４１が閉弁状態から開弁状態へ動作すると、制御弁室３１の低圧ポートが開放される。このとき、制御室２２、燃料通路２８および制御弁室３１内の高圧燃料は、低圧ポートおよび燃料排出通路４７を介して燃料系の低圧側へ流出する。これにより、制御室２２内の燃料圧は、ニードル開弁圧以下に素早く低下する。このため、図２および図３に示したように、シート部３３がシート面１３から離座してエンジンの燃焼室内への燃料噴射が開始される。

また、燃料噴射弁１は、アクチュエータ８への通電を停止すると、ピエゾスプリングの付勢力によってアクチュエータ８が収縮変位する。アクチュエータ８の収縮変位によって制御弁４１が開弁状態から閉弁状態へ動作すると、制御弁室３１の低圧ポートが閉鎖される。これにより、燃料系の低圧側への流出が止まり、燃料噴射弁１の外部から燃料供給通路２７を介して高圧燃料が制御室２２内に導入される。これにより、制御室２２内の燃料圧は、ニードル閉弁圧以上に素早く上昇する。このため、図４に示したように、シート部３３がシート面１３に着座するため、エンジンの燃焼室内への燃料噴射が終了する。

［実施形態１の特徴］
ここで、アウタニードル６とインナニードル７が軸方向後端側に移動する側を上側、アウタニードル６とインナニードル７が軸方向先端側に移動する側を下側と呼ぶ場合がある。
アウタニードル６は、ノズルシリンダ１６の内周に摺接する摺動部１５を有している。このアウタニードル６は、内部にインナニードル７を摺動可能に嵌合する摺動孔５１を有している。この摺動孔５１は、アウタニードル６の先端面と後端面とで開口している。
アウタニードル６の外周には、燃料溜まり室２１内の燃料圧を受けるフランジ５２が設けられている。ノズルシリンダ１６とフランジ５２との間には、ニードルスプリング３４が設置されている。

インナニードル７は、ノズルシリンダ１８の内周に摺接する摺動部１７を有している。このインナニードル７は、アウタニードル６の先端面からサック室１２内に突き出した突出部５３を有している。また、インナニードル７は、アウタニードル６の後端面から燃料通路２９内に突き出した突出部５４を有している。また、インナニードル７は、アウタニードル６の摺動孔５１の内周に摺接する摺動部５６を有している。
拡径部１９は、突出部５４の外周に設けられている。
突部３５は、突出部５３の先端に設けられている。

ＥＣＵ２には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の機能を含んで構成される周知のマイクロコンピュータが内蔵されている。
そして、コモンレールに取り付けられた燃圧センサからの出力信号や、各種センサからの出力信号は、Ａ／Ｄ変換回路でＡ／Ｄ変換れた後に、マイクロコンピュータに入力される。
ここで、マイクロコンピュータには、燃圧センサだけでなく、エアフロメータ、ＮＥセンサ、Ｇセンサ、アクセル開度センサ等が接続されている。

ＮＥセンサは、エンジンのクランクシャフトの回転角を電気信号に変換するピックアップコイルよりなり、例えば１５°ＣＡ毎にＮＥパルス信号をＥＣＵ２に対して出力する。 ＥＣＵ２は、ＮＥセンサから出力されたＮＥパルス信号の間隔時間を計測することによってエンジン回転数ＮＥを検出するための回転速度検出手段としての機能を有している。
Ｇセンサは、エンジンの各気筒の吸気バルブまたは排気バルブを駆動するカムシャフトの回転角を電気信号をＥＣＵ２に対して出力する。
ＥＣＵ２は、ＮＥセンサおよびＧセンサを使用して、各気筒の圧縮上死点ＴＤＣ、エンジン回転数ＮＥおよびクランク角ＣＡを検出して、燃料噴射を行う気筒を判別する。

ＥＣＵ２は、エンジンの運転状態に応じて、燃料の噴射圧力の目標値を算出する。ＥＣＵ２は、燃圧センサの出力信号と噴射圧力の目標値との偏差に応じて、燃料ポンプに与える制御指令値を算出し、ポンプ駆動回路にポンプ制御信号を出力する。
また、ＥＣＵ２は、各気筒の１回の燃焼サイクル中における燃料噴射弁１からの燃料噴射を複数回に分割して行う多段噴射を実施する噴射制御手段を備えている。
この噴射制御手段は、各気筒の一燃焼サイクル中に、エンジンの燃焼トルクと成り得るメイン噴射（Ｍａｉｎ）に先立って、メイン噴射よりも噴射量が小量のパイロット噴射（ｐｉｌｏｔ）を指令するように構成されている。
なお、メイン噴射は、圧縮上死点近傍で行われる。

また、噴射制御手段は、各気筒の一燃焼サイクル中に、メイン噴射の後に、メイン噴射よりも噴射量が小量のアフター噴射（ａｆｔｅｒ）を指令するように構成されている。
すなわち、本実施形態では、パイロット噴射、メイン噴射およびアフター噴射の順に多段噴射が行われる。
なお、パイロット噴射やアフター噴射は、１回以上行われる。これにより、エンジンから排出される排気ガスに含まれるＰＭ排出量を低減することができる。

また、ＥＣＵ２は、エンジンの運転状態に対応して要求噴射量（Ｑ）を算出する噴射量決定手段を備えている。
具体的には、アクセル開度センサによって検出されるアクセル開度（ＡＯ）とエンジン回転数（ＮＥ）とに基づいて、エンジン負荷に応じて要求トルク（ＴＯ）を生成するための要求噴射量（Ｑ）を算出する。
また、ＥＣＵ２は、エンジンの運転状態に対応して要求トルク（ＴＯ）を算出するトルク決定手段を備えている。この場合、アクセル開度とエンジン回転数とから要求トルク（ＴＯ）を算出しても良い。また、アクセル開度のみから要求トルク（ＴＯ）を算出しても良い。
なお、アクセル開度をエンジン負荷として使用しても良い。

また、ＥＣＵ２は、要求噴射量とエンジン回転数とに基づいて、各気筒の一燃焼サイクル中での多段噴射における噴射段数を算出する噴射段数決定手段を備えている。
なお、要求トルクとエンジン回転数とに基づいて、多段噴射における噴射段数を算出しても良い。
また、ＥＣＵ２は、噴射段数によって決められた各噴射における目標噴射量、噴射開始時期の指令値、噴射量の指令値等を算出する指令値決定手段を備えている。
具体的には、要求噴射量とエンジン回転数とに基づいて、噴射時期の指令値を算出する。また、要求噴射量と燃圧とに基づいて、気筒毎の燃料噴射弁１に対する噴射量の指令値（ＴＱ）を算出する。

ＥＣＵ２は、アウタニードル６をシート面１３から離座させて燃料を噴射している時のインナニードル７の状態に関し、第１、第２のモードを使い分けしている。
第１のモードは、インナニードル７をサック室１２の底面１４から軸方向後端側に移動させるモードである。
一方、第２のモードは、インナニードル７がサック室１２の底面１４に存在し続けるモードである。
また、ＥＣＵ２は、エンジンの運転状態に応じて第１、第２のモードを使い分けしている。
ここで、第１のモードを高分散モード、第２のモードを強貫徹モードと呼ぶ場合がある。

そして、図５（ａ）は、縦軸が噴射量指令値（ＴＱ）を示し、横軸がエンジン回転数（ＮＥ）を示す。この図５（ａ）の２次元マップには、噴射量指令値とエンジン回転数との関係で規定された境界線ＢＬが示されている。
そして、上記の噴射量の指令値は、強貫徹モードを使用する時の方が、高分散モードを使用する時よりも大きくなっている。
よって、噴射量指令値が、境界線ＢＬよりも大きい場合には、強貫徹噴霧ＳＦを実現するため、強貫徹モードが選択される。逆に、噴射量指令値が、境界線ＢＬよりも小さい場合には、貫徹力を弱くして高拡散噴霧ＷＦを実現するため、高分散モードが選択される。

また、図５（ｂ）は、縦軸が要求噴射量（Ｑ）を示し、横軸がエンジン回転数（ＮＥ）を示す。この図５（ｂ）の２次元マップには、要求噴射量とエンジン回転数との関係で規定された境界線ＢＬが示されている。
そして、上記の要求噴射量は、強貫徹モードを使用する時の方が、高分散モードを使用する時よりも大きくなっている。
よって、要求噴射量が、境界線ＢＬよりも大きい場合には、強貫徹モードが選択される。逆に、要求噴射量が、境界線ＢＬよりも小さい場合には、高分散モードが選択される。

また、図６（ａ）は、縦軸が要求トルク（ＴＯ）を示し、横軸がエンジン回転数（ＮＥ）を示す。この図６（ａ）の２次元マップには、要求トルクとエンジン回転数との関係で規定された境界線ＢＬが示されている。
そして、上記の要求トルクは、強貫徹モードを使用する時の方が、高分散モードを使用する時よりも大きくなっている。
よって、要求トルクが、境界線ＢＬよりも大きい場合には、強貫徹モードが選択される。逆に、要求トルクが、境界線ＢＬよりも小さい場合には、高分散モードが選択される。

また、図６（ｂ）は、縦軸がアクセル開度（ＡＯ）を示し、横軸がエンジン回転数（ＮＥ）を示す。この図６（ｂ）の２次元マップには、アクセル開度とエンジン回転数との関係で規定された境界線ＢＬが示されている。
そして、上記のアクセル開度は、強貫徹モードを使用する時の方が、高分散モードを使用する時よりも大きくなっている。
よって、アクセル開度が、境界線ＢＬよりも大きい場合には、強貫徹モードが選択される。逆に、アクセル開度が、境界線ＢＬよりも小さい場合には、高分散モードが選択される。

ここで、ＥＣＵ２は、図５および図６に示したいずれかのデータを使用して、高分散モードを実施するか、強貫徹モードを実施するかを決定する。また、４つのデータのうちの少なくとも２つのデータを使用して、高分散モードを実施するか、強貫徹モードを実施するかを決定しても良い。なお、要求噴射量（Ｑ）、要求トルク（ＴＯ）やアクセル開度（ＡＯ）が大きい程、噴射量の指令値が大きくなる。
高分散モードを使用する時、すなわち、インナニードル７がその移動範囲における最下点に位置している時には、図２に示したように、インナニードル７の突部３５は噴孔１０の入口上端１１ａよりも上側にある。
強貫徹モードを使用する時には、図４に示したように、突部３５は噴孔１０の入口下端１１ｂよりも下側にある。

これによって、高分散モードを使用する時には、図７に示したように、アウタニードル６とインナニードル７をともに上側に駆動するようにアクチュエータ８、９を制御する。これにより、燃料流路２５からサック室１２内に燃料が流入する。そして、ノズルボディ４の内壁、つまりサック室１２の周壁面に沿って下側に流れる燃料流れＦ１に、サック室１２の底面１４で旋回した燃料渦流れＦ２の一部が取り込まれる。このため、噴孔１０内を通過する燃料流れＦ３が螺旋状の速度成分を多く有する噴流を形成する。したがって、噴孔１０の出口２０において噴射方向に直交する成分を多く持つ流れを形成し、エンジンの燃焼室内に、高拡散噴霧ＷＦが噴射される。

一方、強貫徹モードを使用する時には、図８に示したように、アウタニードル６のみを上側に駆動するようにアクチュエータ８を制御する。これにより、燃料流路２５からサック室１２内に流入した燃料は、サック室１２内に突き出している突出部５３の外面にガイドされて下側に向かう。そして、突出部５３の外面とサック室１２の周壁面との狭い空間内を流れる間に整流化され、その後に噴孔１０に流入する。したがって、エンジンの燃焼室内に、強貫徹噴霧ＳＦが噴射される。

また、一回の燃焼サイクル中の多段噴射時において、それぞれの燃料噴射について高分散モードと強貫徹モードとを切り替えても良い。
そして、図９（ａ）は、縦軸が燃料の噴射率を示し、横軸がクランク角ＣＡを示す。
また、パイロット噴射やアフター噴射時には、図９（ｂ）に示したように、貫徹力を弱くして高拡散噴霧ＷＦを実現するため、高分散モードが選択される。また、メイン噴射時には、図９（ｂ）に示したように、強貫徹噴霧ＳＦを実現するため、強貫徹モードが選択される。

［実施形態１の効果］
以上のように、比較的負荷が低く、総燃料噴射量が少ない運転条件での燃料噴射の場合、あるいはパイロット噴射やアフター噴射等のような噴射量指令値が小さい場合には、高分散モードが選択される。このように小噴射量時には、分散力が強い高拡散噴霧ＷＦを得ることができるので、燃料噴霧が燃焼室壁面に到達し難くなる。これにより、エンジンの冷却損失を低減できる。また、アフター燃焼では、高拡散噴霧ＷＦによって燃料噴射弁１の噴孔１０近傍で噴霧の角度を拡大することができる。これにより、アフター噴射時に比較的Ｏ₂ が多く残存している燃料噴射弁１近傍で燃料を燃焼させることができる。

一方、比較的負荷が高く、総燃料噴射量が多い運転条件での燃料噴射の場合には、強貫徹モードが選択される。このように大噴射量時には、貫徹力が強い強貫徹噴霧ＳＦを得ることができるので、燃料噴霧がより遠くまで到達する。これにより、燃焼室内の空気利用率が上がり、良好な燃焼状態が得られ、高出力化を図ることができる。また、エンジンから排出される排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）の排出量やスモークの排出量を低減できる。
したがって、小噴射量時に、高拡散噴霧ＷＦを実現することができ、大噴射量時に、強貫徹噴霧ＳＦを実現することができる。

［実施形態２の構成］
図１０および図１１は、本発明を適用した実施形態２を示したものである。ここで、実施形態１と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。

本実施形態のインナニードル７は、アウタニードル６の摺動孔５１の内周に摺接する摺動部５６、およびアウタニードル６の先端面から突き出した突出部５３を有している。
突出部５３の先端には、摺動部５６よりも拡径した拡径部５５が存在している。
ここで、高分散モード時には、図１０に示したように、突出部５３の最長径φｄｉと、噴孔１０より上側のサック室１２の入口径φＤｓと、複数の噴孔１０の流路面積の総和である噴孔総流路面積Ｓとの関係において、下記の演算式が成立する。
［数１］
Ｓ＜（π／４）×（Ｄｓ² −ｄｉ² ）
これは、噴孔絞りで最も流速が絞られるようにするためである。なお、噴孔絞りとは、複数の噴孔１０の絞り量で燃料の噴射量が決まる状態である。

一方、強貫徹モード時には、図１１に示したように、サック室１２内にインナニードル７の拡径部５５を設け、噴孔１０の入口１１方向への燃料流れの成分を作るとともに、サック室１２内における空間容積を低減し、渦の発生を抑制することができる。
サック室１２内に存在する突出部５３の最長径φｄｉは、摺動孔５１内に収容されているインナニードル径φＤｉよりも大きく、その最長径φｄｉは、噴孔１０の入口上端１１ａから入口下端１１ｂまでの間にある。
以上のように、本実施形態の燃料噴射装置においては、実施形態１と同様な効果を奏する。
なお、本実施形態の拡径部５５の先端５７は、底面１４に対して離着座可能となっている。

［実施形態３の構成］
図１２は、本発明を適用した実施形態３を示したものである。ここで、実施形態１及び２と同じ符号は、同一の構成または機能を示すものであって、説明を省略する。

本実施形態のインナニードル７は、その突出部５４の外周に摺動可能な円筒状のスリーブ６１を有している。突出部５４は、スリーブ６１の後端面から突き出した部分に、スリーブ６１の摺動孔６２よりも拡径したフランジ６３を有している。
スリーブ６１は、ノズルシリンダ１８に摺動可能に支持される摺動部１７を有している。このスリーブ６１は、スプリング６４の付勢力によってノズルシリンダ１６の座面６５に突き当てられている。

また、インナニードル７は、フランジ６３が、ニードルスプリング６６の付勢力によってスリーブ６１の座面６７に突き当てられている。
これにより、インナニードル７は、その移動範囲の最下点に位置している時に、アウタニードル６のリフト量に係わらず、スリーブ６１が座面６５に当接し、フランジ６３が座面６６に当接するため、突部３５がサック室１２の底面１４に着座しない。

ここで、インナニードル７の移動範囲における最下点に位置している時に、インナニードル７の突部３５は噴孔１０の入口１１下端よりも下側にあるが、サック室１２の底面１４に当接していない。
この場合、サック室１２の内圧が高圧になった時に、上側方向に作用する燃料圧を受ける面積が増える。このため、インナニードル７の動作応答性が向上するので、強貫徹噴霧と高拡散噴霧との切り替えを高速で行うことができる。
以上のように、本実施形態の燃料噴射装置においては、実施形態１及び２と同様な効果を奏する。

［変形例］
本実施形態では、本発明を、サプライポンプまたはコモンレールから導入された高圧燃料をエンジンの燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁１に適用した例を説明したが、本発明を、列型燃料ポンプや分配型燃料ポンプ等の燃料噴射ポンプから燃料溜まり室の内部に燃料が圧送され、燃料溜まり室の燃料圧がリターンスプリングの付勢力よりも上回るとニードルが開弁して、直接噴射式のエンジンの燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁１に適用しても良い。

本実施形態では、本発明を、燃料噴射時に、全閉位置からフルリフト位置までアウタニードル６がリフトするタイプの燃料噴射弁１に適用した例を説明したが、本発明を、エンジンの要求噴射量が所定値よりも小さい小噴射量の場合、全閉位置から低リフト位置までアウタニードル６がリフトし、また、エンジンの要求噴射量が所定値よりも大きい大噴射量の場合、全閉位置から高リフト位置までアウタニードル６がリフトするリフト量可変型の燃料噴射弁１に適用しても良い。あるいは、燃料の噴射期間中に最大リフト量が変化するリフト量可変型の燃料噴射弁１に適用しても良い。
なお、全閉位置からフルリフト位置までアウタニードル６がリフトするタイプの燃料噴射弁１の場合でも、アクチュエータへの通電時間が短い場合には、全閉位置からフルリフト位置まで軸方向後端側に移動しても低リフト位置までしかアウタニードル６がリフトしない場合も有り得る。

本実施形態では、アウタニードル６とインナニードル７を開弁駆動するアクチュエータとして、アウタニードル６とインナニードル７の直上に設けられる制御室内の燃料圧を調整し、アウタニードル６とインナニードル７の開閉動作を制御するピエゾアクチュエータを採用しているが、制御室内の燃料圧を調整し、アウタニードル６とインナニードル７の開閉動作を制御するソレノイドバルブを採用して良い。
また、燃料噴射ノズル１のアウタニードル６とインナニードル７を、ソレノイドアクチュエータやピエゾアクチュエータの駆動力によって直接開弁駆動し、リターンスプリングの付勢力によって閉弁するように構成しても良い。

本実施形態では、２つのアクチュエータ８、９によってアウタニードル６とインナニードル７とを互いに独立して軸方向に駆動しているが、１つのアクチュエータによってアウタニードル６とインナニードル７とを互いに独立して軸方向に駆動しても良い。
本実施形態では、直接噴射式のエンジンとして、直噴ディーゼルエンジンを採用しているが、直接噴射式のエンジンとして、直噴ガソリンエンジンを採用しても良い。
また、エンジンの運転状況である、エンジン回転数、エンジン負荷、噴射段数、噴射量または噴射圧のうちの少なくとも１つ以上に応じて第１、第２のモードを使い分けても良い。
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

１ 燃料噴射弁
２ ＥＣＵ（制御部）
４ ノズルボディ
６ アウタニードル
７ インナニードル
８ アクチュエータ
９ アクチュエータ
１０ 噴孔
１１ 噴孔の入口
１２ サック室

Claims (6)

1. エンジンの燃焼室内に燃料を噴射する噴孔（１０）、およびこの噴孔の入口（１１）が開口したサック室（１２）を先端に有する筒状のノズルボディ（４）と、
   このノズルボディ内に軸方向に移動可能に収容される筒状のアウタニードル（６）と、 このアウタニードルの内周に軸方向に摺動可能に収容されて、前記アウタニードルの先端から前記サック室内に突き出るインナニードル（７）と、
   前記アウタニードルと前記インナニードルとを互いに独立して軸方向に駆動するアクチュエータ（８、９）と、
   このアクチュエータを通電制御する制御部（２）と
   を備え、
   前記ノズルボディの内壁（１３）に対して前記アウタニードルの先端を離着座させることで、燃料の噴射を開始したり停止したりする燃料噴射装置において、
   前記インナニードルが軸方向後端側に移動する側を上側、前記インナニードルが軸方向先端側に移動する側を下側と定義すると、
   前記制御部は、前記アウタニードルを前記ノズルボディの内壁から離座させて燃料を噴射している時の前記インナニードルの状態に関し、第１、第２のモードを使い分け、
   前記第１のモードは、前記インナニードルをその移動範囲における最下点から上側に移動させるモードであり、
   前記第２のモードは、前記インナニードルが前記最下点に存在し続けるモードであり、 前記制御部は、少なくとも燃料の噴射量の指令値を含む前記エンジンの運転状況に応じて前記第１、第２のモードを使い分け、
   前記噴射量の指令値は、前記第２のモードを使用する時の方が、前記第１のモードを使用する時よりも大きい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、
   前記エンジンの運転状況は、エンジン回転数および要求噴射量を含み、
   前記制御部は、前記エンジン回転数と前記要求噴射量との関係で規定された境界線（ＢＬ）よりも前記要求噴射量が大きい場合には、前記第１モードを選択し、
   且つ前記境界線よりも前記要求噴射量が小さい場合には、前記第２モードを選択することを特徴とする燃料噴射装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置において、
   前記エンジンの運転状況は、エンジン回転数および要求トルクを含み、
   前記制御部は、前記エンジン回転数と前記要求トルクとの関係で規定された境界線（ＢＬ）よりも前記要求トルクが大きい場合には、前記第１モードを選択し、
   且つ前記境界線よりも前記要求トルクが小さい場合には、前記第２モードを選択することを特徴とする燃料噴射装置。
4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の燃料噴射装置において、
   前記第１のモードを使用する時には、前記インナニードルの先端は前記噴孔の入口上端（１１ａ）よりも上側にあり、
   前記第２のモードを使用する時には、前記インナニードルの先端は前記噴孔の入口下端（１１ｂ）よりも下側にあることを特徴とする燃料噴射装置。
5. 請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の燃料噴射装置において、
   前記最下点とは、前記サック室の底面（１４）に着座させたときの位置のことであることを特徴とする燃料噴射装置。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の燃料噴射装置において、
   前記インナニードルは、前記アウタニードルの内周に摺接する摺動部（１７）、および前記アウタニードルの先端から突き出した突出部（５３）を有し、
   前記突出部の先端には、前記摺動部よりも拡径した拡径部（５５）が存在していることを特徴とする燃料噴射装置。

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