JP6624043B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。

従来、燃料噴射装置は、ノズルニードルのリフトを制御するため、圧力制御室式のリフト機構が設けられている（たとえば特許文献１参照）。具体的には、燃料噴射装置は、噴孔を開閉するノズルニードルを備え、圧力制御室の燃料圧力によりノズルニードルが閉弁向きに付勢されている。また、高圧燃料を圧力制御室に供給する高圧供給通路と、圧力制御室の燃料を低圧部に排出させる排出通路とを備え、圧力制御室と排出通路との間に中間室が形成されている。そして中間室には、制御弁が配置されている。この制御弁は、中間室と排出通路との間を開閉する弁体およびその弁体を閉弁向きに付勢するスプリングを備えている。

そして、制御弁を開弁させて制御室の燃料を低圧部に排出させることにより、ノズルニードルを開弁向きに作動させて燃料噴射を開始する。また、制御弁を閉弁させて圧力制御室に高圧燃料を流入させることにより、ノズルニードルを閉弁向きに作動させて燃料噴射を終了している。

特開２００３−２３９８２１号公報

前述の特許文献１の構成では、ノズルニードルが上昇すると下向きに付勢するスプリングの付勢力によって所定の位置で停止する。したがってノズルニードルに接触して上昇位置を規定するストッパを有さない構成である。このようなストッパがない構成の場合には、ノズルニードルの上昇速度は、スプリングの付勢力によって調整する必要がある。

ノズルニードルの上昇速度を遅くすることによって、開弁時間が長くなるので噴射量が増加する。しかしスプリングは経時変化の影響を受けやすく、付勢力の調整は難しいという問題がある。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、スプリングを変更することなく開弁時間を長くすることができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明の一つは、燃料流路（１５）を通じて供給される燃料を噴孔（４４）から噴射し、供給された燃料の一部を戻り流路（１６）に排出する燃料噴射装置（１００）であって、弁ボデー（４０）は、弁体（６０）の開弁方向側に位置し、圧力制御室（５３）の圧力が作用する受圧部（６１）が挿入されている弁圧室（６２）と、弁圧室と圧力制御室とを仕切り、圧力制御室と弁圧室とを連通する連通路（６３）が形成されている仕切壁（６４）と、をさらに有し、圧力制御室の圧力減少によって、弁体が開弁方向側に最も変位した上限位置では、仕切壁と受圧部との間には隙間があり、仕切壁および受圧部には、弁体が開弁方向に変位して所定のリフト位置から上限位置に達するまでの間にわたって、受圧部と仕切壁との間の連通路とは離れた位置に燃料溜り室（６７）を形成する減速機構（８０）が設けられている燃料噴射装置である。

このような本発明に従えば、駆動部によって制御部材を流出通路が連通した開状態に切替ると、燃料流出室から流出通路に燃料が流出して、燃料流出室の圧力が低下する。すると圧力制御室の燃料は、燃料流出室に流出し、圧力制御室の圧力も低下する。同様に、弁圧室の燃料は連通路を介して圧力制御室に流出し、弁圧室の圧力も低下する。これによって受圧部に作用する圧力が低下するので、弁体がスプリングの付勢力に抗して、開弁方向に変位して開弁する。

そして駆動部によって制御部材が流出通路を遮断した閉状態に切替えると、燃料流出室から流出通路への燃料の流出が停止し、圧力制御室には高圧燃料通路からの燃料が流入する。すると圧力制御室および弁圧室の圧力が上昇して、受圧部に作用する圧力が上昇するので、弁体が閉弁方向に変位して閉弁する。

弁体が上昇するとき、減速機構によって燃料溜り室が形成される。燃料溜り室は、弁体が開弁方向に変位して所定のリフト位置から上限位置に達するまでの間にわたって、受圧部と仕切壁との間の連通路とは離れた位置に形成される。燃料溜り室が形成されると、燃料溜り室の燃料が圧縮されて、弁体の上昇とは反対の力が弁体に作用する。これによって弁体の変位速度が小さくなる。弁体の変位速度が小さくなると、減速機構がない構成に比べて、開弁時間を長くすることができる。また減速機構は、弁圧室の燃料の圧力を用いて減速している。したがって新たなスプリングなどの別部材を用いることなく、仕切壁および受圧部の形状を選択することによって、実現することができる。したがってスプリングを変更することなく、開弁時間を長くすることができる。

さらに本発明の一つは、燃料流路（１５）を通じて供給される燃料を噴孔（４４）から噴射し、供給された燃料の一部を戻り流路（１６）に排出する燃料噴射装置（１００）であって、弁ボデー（４０）は、弁体（６０）の開弁方向側に位置し、圧力制御室（５３）の圧力が作用する受圧部（６１）が挿入されている弁圧室（６２）と、弁圧室と圧力制御室とを仕切り、圧力制御室と弁圧室とを連通する連通路（６３）が形成されている仕切壁（６４）と、をさらに有し、圧力制御室の圧力減少によって、弁体が開弁方向側に最も変位した上限位置では、仕切壁と受圧部との間には隙間があり、弁圧室は、弁体を開弁方向および閉弁方向に案内する支持面（５６ａ）を有し、仕切壁における連通路の弁圧室側の開口が受圧部は、中心からずれた位置に形成されている燃料噴射装置である。

このような本発明に従えば、駆動部によって制御部材を流出通路が連通した開状態に切替ると、燃料流出室から流出通路に燃料が流出して、燃料流出室の圧力が低下する。すると圧力制御室の燃料は、燃料流出室に流出し、圧力制御室の圧力も低下する。同様に、弁圧室の燃料は連通路を介して圧力制御室に流出し、弁圧室の圧力も低下する。これによって受圧部に作用する圧力が低下するので、弁体がスプリングの付勢力に抗して、開弁方向に変位して開弁する。

そして駆動部によって制御部材が流出通路を遮断した閉状態に切替えると、燃料流出室から流出通路への燃料の流出が停止し、圧力制御室には高圧燃料通路からの燃料が流入する。すると圧力制御室および弁圧室の圧力が上昇して、受圧部に作用する圧力が上昇するので、弁体が閉弁方向に変位して閉弁する。

弁圧室は、弁体を開弁方向および閉弁方向に案内する支持面を有する。そして仕切壁は、連通路の弁圧室側の開口が受圧部の中心からずれた位置に形成されている。これによって弁体が上昇するとき、中心からずれた位置にある連通路からは燃料が抜けにくく、一時的に受圧部と仕切壁との間に燃料が溜りやすくなる。燃料が溜まると、受圧部の上昇によって燃料が圧縮されて、弁体の上昇とは反対の力が弁体に作用する。これによって弁体の変位速度が小さくなる。弁体の変位速度が小さくなると、開弁時間を長くすることができる。また本発明では、弁圧室の燃料の圧力を用いて減速している。したがって新たなスプリングなどの別部材を用いることなく、仕切壁の連通路の位置および形状を選択することによって、実現することができる。したがってスプリングを変更することなく、開弁時間を長くすることができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

燃料供給システムを示す図。 燃料噴射装置を示す断面図。 燃料噴射装置の動作を説明する図。 受圧部の挙動を説明する図。 リフト量の推移を示す図。 第２実施形態の燃料噴射装置の一部を拡大して示す図。 受圧部の挙動を説明する図。 第３実施形態の燃料噴射装置の一部を拡大して示す図。 受圧部の挙動を説明する図。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態を用いて説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図５を用いて説明する。図１に示す燃料供給システム１０には、第１実施形態による燃料噴射装置１００が用いられている。燃料供給システム１０は、内燃機関であるディーゼル機関２０の燃焼室２２に、燃料噴射装置１００によって燃料を供給する。燃料供給システム１０は、フィードポンプ１２、高圧燃料ポンプ１３、コモンレール１４、機関制御装置１７、および複数の燃料噴射装置１００を含んで構成されている。

フィードポンプ１２は、燃料タンク１１内に貯留された燃料を高圧燃料ポンプ１３に圧送する電動式のポンプである。フィードポンプ１２は、燃料配管１２ａによって高圧燃料ポンプ１３と接続されている。燃料タンク１１には、軽油などの燃料が貯留されている。

高圧燃料ポンプ１３は、ディーゼル機関の出力軸によって駆動される。高圧燃料ポンプ１３は、燃料配管１３ａによってコモンレール１４と接続されている。高圧燃料ポンプ１３は、フィードポンプ１２によって供給された燃料をさらに昇圧し、コモンレール１４に供給する。

コモンレール１４は、燃料配管１４ａを介して各燃料噴射装置１００と接続されている。図１では、１つの燃料噴射装置１００を示し、他の図示を省略している。燃料配管１４ａは、燃料を各燃料噴射装置１００に供給する燃料流路１５を形成している。コモンレール１４は、高圧燃料ポンプ１３から供給される高圧の燃料を一時的に蓄え、圧力を保持したまま各燃料噴射装置１００に分配する。コモンレール１４において余剰となった燃料は、減圧されつつ、余剰燃料配管１４ｂに排出される。余剰燃料配管１４ｂは、燃料タンク１１に余剰燃料を還流させる戻り流路１６を形成している。

機関制御装置１７は、燃料噴射制御装置であって、演算回路としてのプロセッサ、ＲＡＭ、および書き換え可能な不揮発性の記憶媒体を含むマイクロコンピュータ又はマイクロコントローラと、各燃料噴射装置１００を駆動する駆動回路とを含む構成である。機関制御装置１７は、ディーゼル機関２０の稼動状態に応じて各燃料噴射装置１００の作動を制御する。

機関制御装置１７は、各種センサからの情報を取得し、各部を制御する。機関制御装置１７は、たとえばコモンレール１４の圧力を検出する圧力センサ１４ｄから取得した燃料圧力を用いて、コモンレール１４の圧力を制御する。

燃料噴射装置１００には、燃料配管１４ａおよび戻り配管１４ｃが接続されている。燃料噴射装置１００は、燃焼室２２を形成するヘッド部材２１の挿入孔に挿入された状態で、当該ヘッド部材２１に取り付けられている。燃料噴射装置１００は、燃料流路１５を通じて供給される燃料を、少なくとも１つの噴孔４４、本実施形態では複数の噴孔４４から燃焼室２２内に直接的に噴射する。燃料噴射装置１００は、噴孔４４からの燃料の噴射を制御する弁機構を備えている。弁機構は、機関制御装置１７からの駆動信号に基づいて作動する圧力制御弁３５と、噴孔４４を開閉する主弁部５０と、を含んでいる。

燃料噴射装置１００は、噴孔４４を開閉するために、燃料流路１５を通じて供給される燃料の一部を使用する。噴孔４４の開閉に用いられた燃料は、減圧されつつ、戻り配管１４ｃに排出される。戻り配管１４ｃは、余剰燃料配管１４ｂと共に、燃焼に用いられなかった燃料を燃料タンク１１に還流させる戻り流路１６を形成している。

燃料噴射装置１００は、模式的な断面として表した図２に示すように、弁ボデー４０、ノズルニードル６０、アーマチャ３３、駆動部３０、リターンスプリング６６、およびフローティングプレート７０を備えている。弁ボデー４０には、噴孔４４、高圧燃料通路５１ａ、流入通路５２ａ、流出通路５２ｂ、供給通路５２ｃ、圧力制御室５３、アーマチャ室５４、低圧燃料通路５１ｂおよび弁圧室６２が形成されている。

噴孔４４は、図２に示すように、燃焼室２２へ挿入される弁ボデー４０において、挿入方向の先端部に形成されている。先端部は、円錐状又は半球状に形成されている。噴孔４４は、弁ボデー４０の内側から外側に向けて放射状に複数設けられている。噴孔４４を通じて、高圧の燃料が燃焼室２２内に噴射される。噴孔４４を通過することにより、燃料は気化し、空気と混合し易い状態となる。

高圧燃料通路５１ａは、燃料流路１５と接続されている。高圧燃料通路５１ａは、コモンレール１４から供給される高圧の燃料を、流入通路５２ａおよび供給通路５２ｃに流通させる。流入通路５２ａは、高圧燃料通路５１ａと圧力制御室５３とを連通させている。流入通路５２ａは、圧力制御室５３に高圧の燃料を流入させる。流出通路５２ｂは、圧力制御室５３とアーマチャ室５４とを連通させている。流出通路５２ｂは、圧力制御室５３内の燃料をアーマチャ室５４へ流出させる。供給通路５２ｃは、高圧燃料通路５１ａを通じて供給される高圧の燃料を、噴孔４４まで流通させる。

圧力制御室５３は、弁ボデー４０の内部において、ノズルニードル６０を挟んで噴孔４４の反対側に設けられている。圧力制御室５３には、燃料流路１５および流入通路５２ａを通じて供給される高圧の燃料が流入する。圧力制御室５３内の燃料の圧力は、流入通路５２ａからの高圧の燃料の流入と、流出通路５２ｂを通じたアーマチャ室５４への燃料の流出とにより、変動する。圧力制御室５３は、燃料の圧力変動を利用して、ノズルニードル６０を往復変位させる。

アーマチャ室５４には、流出通路５２ｂを通じて圧力制御室５３から燃料が流出する。アーマチャ室５４は、アーマチャ３３を往復変位可能に収容している。アーマチャ室５４内の燃料の圧力は、圧力制御室５３内の燃料の圧力よりも低くなっている。

低圧燃料通路５１ｂは、アーマチャ室５４および戻り配管１４ｃと接続されている。低圧燃料通路５１ｂは、弁ボデー４０内において、高圧燃料通路５１ａに沿って延伸している。低圧燃料通路５１ｂは、アーマチャ室５４内の燃料を、戻り配管１４ｃへ排出させる。

弁ボデー４０は、金属材料よって形成されたノズルボデー４１、シリンダ５６、オリフィスプレート４６、およびホルダ４８等によって構成されている。ノズルボデー４１、オリフィスプレート４６、およびホルダ４８は、燃料噴射装置１００の挿入方向の先端部側から、この順序で並んでいる。

ノズルボデー４１は、有底円筒状の部材である。ノズルボデー４１には、噴孔４４と、供給通路５２ｃとが形成されている。ノズルボデー４１は、ノズルニードル収容室４３およびシート部４５を有している。ノズルニードル収容室４３は、円筒穴状に形成されており、ノズルニードル６０およびシリンダ５６を収容している。ノズルニードル収容室４３は、シリンダ５６と共に供給通路５２ｃを区画している。シート部４５は、先端部の内側に円錐状に形成されており、供給通路５２ｃに臨んでいる。

シリンダ５６は、円筒状に形成されている。シリンダ５６は、オリフィスプレート４６と共に圧力制御室５３を区画している。またシリンダ５６は、内部に圧力制御室５３側と弁圧室６２側とを仕切る仕切壁６４を有する。仕切壁６４は、圧力制御室５３と弁圧室６２とを連通する連通路６３が形成されている。シリンダ５６は、ノズルボデー４１の内周側に、当該ノズルボデー４１と同軸となるように配置されている。圧力制御室５３と弁圧室６２とは、連通路６３によって連通しているので、圧力制御室５３と弁圧室６２との圧力は同様に変化する。

オリフィスプレート４６は、円盤状に形成されている。オリフィスプレート４６には、流入通路５２ａおよび流出通路５２ｂが形成されている。オリフィスプレート４６は、制御シート部４６ａを有している。制御シート部４６ａは、ホルダ４８側を向くオリフィスプレート４６の頂面のうちで、流出通路５２ｂの開口を囲むように形成されている。制御シート部４６ａは、アーマチャ３３と共に圧力制御弁３５を形成している。

ホルダ４８は、筒状に形成されている。ホルダ４８には、軸方向に沿って延伸する二つの縦孔が形成されている。各縦孔は、高圧燃料通路５１ａおよび低圧燃料通路５１ｂをそれぞれ形成している。ホルダ４８には、アーマチャ３３を収容するアーマチャ室５４を内部に形成している。またホルダ４８には、駆動部３０が収容されている。

ノズルニードル６０は、金属材料によって全体として円柱状に形成されている。ノズルニードル６０は、ノズルボデー４１に収容されている。ノズルニードル６０の一端である受圧部６１は、シリンダ５６の内部に挿入されている。ノズルニードル６０は、シリンダ５６の内壁に形成された支持面５６ａに案内され、支持面５６ａに沿って軸方向である開弁方向および閉弁方向に往復変位可能である。

ノズルニードル６０は、開弁方向側の端部に受圧部６１を、閉弁方向側の端部にフェース部６５を有している。ノズルニードル６０は、受圧部６１に受ける圧力制御室５３の燃料圧力の変動により、ノズルボデー４１の軸方向に沿って往復変位し、フェース部６５をシート部４５に離着座させる。フェース部６５は、噴孔４４を開閉する主弁部５０を、シート部４５と共に形成している。シート部４５からフェース部６５が離れると、噴孔４４が開弁されて燃料が噴射される。またシート部４５にフェース部６５が着座すると、噴孔４４が閉弁されて燃料噴射が停止される。

アーマチャ３３は、アーマチャ室５４に収容されており、アーマチャ室５４内を往復変位可能である。アーマチャ３３は、強磁性体である金属材料によって形成された二段円柱状の部材である。アーマチャ３３は、圧力制御室５３からアーマチャ室５４への燃料の流出を制御することで、圧力制御室５３の圧力を変動させる。アーマチャ３３は、吸引部３３ａおよび制御フェース部３３ｂを有している。吸引部３３ａは、円形の板状に形成されている。吸引部３３ａは、駆動部３０の発生する磁力により、駆動部３０へ向けて吸引される。制御フェース部３３ｂは、吸引部３３ａの中央から流出通路５２ｂの開口へ向けて突出する円柱状部分の先端に形成されている。制御フェース部３３ｂは、アーマチャ３３の変位によって制御シート部４６ａに押し当てられて、アーマチャ室５４に臨む流出通路５２ｂの開口を塞ぐことができる。

駆動部３０は、電磁アクチュエータであって、磁力によってアーマチャ３３を駆動する。駆動部３０は、アーマチャ３３の上方に配置される。駆動部３０は、ソレノイド３１ａおよびスプリング３１ｃを有している。ソレノイド３１ａには、機関制御装置１７からパルス状の駆動信号が供給される。ソレノイド３１ａは、駆動信号の供給により磁界を発生させ、吸引部３３ａを磁力によって吸引する。スプリング３１ｃは、金属製の線材を螺旋状に巻設したコイルスプリングである。スプリング３１ｃは、アーマチャ３３を駆動部３０の下面から離間させる方向へ付勢している。

以上の駆動部３０は、機関制御装置１７からの電力供給が無い場合、スプリング３１ｃの付勢力により、制御フェース部３３ｂを制御シート部４６ａに着座させる。これにより、圧力制御弁３５は、圧力制御室５３と燃料流出室であるアーマチャ室５４との連通を遮断した閉状態となる。

一方、機関制御装置１７からの電力供給がある場合、駆動部３０は、アーマチャ３３を吸引して、制御シート部４６ａから制御フェース部３３ｂを離座させる。これにより、圧力制御弁３５は、圧力制御室５３とアーマチャ室５４とを連通させた開状態となる。以上のように、駆動部３０は、機関制御装置１７の制御によってアーマチャ３３を往復変位させることにより、圧力制御弁３５を開閉する。その結果、圧力制御室５３からアーマチャ室５４への燃料の流出が圧力制御弁３５によって制御される。

フローティングプレート７０は、圧力制御室５３に収容され、高圧燃料通路５１ａが連通した状態と高圧燃料通路５１ａが遮断した状態とを切替える。またフローティングプレート７０は、流出通路５２ｂと圧力制御室５３とを連通する挿通孔であるアウトオリフィス７１が形成されている。フローティングプレート７０は、金属材料によって円盤状に形成されている。フローティングプレート７０は、ノズルボデー４１の軸方向に沿って往復変位可能な状態で、圧力制御室５３内に配置されている。フローティングプレート７０は、プレート用スプリング７２により、オリフィスプレート４６へ向けて付勢されている。フローティングプレート７０には、アウトオリフィス７１が形成されている。アウトオリフィス７１は、フローティングプレート７０を板厚方向に貫通する貫通孔である。アウトオリフィス７１の流路面積は、流出通路５２ｂの流路面積よりも狭く規定されている。アウトオリフィス７１は、フローティングプレート７０がオリフィスプレート４６に密着した状態において、圧力制御室５３から流出通路５２ｂへの燃料の流出を許容し、かつ、流出通路５２ｂに流出する燃料の流量を制限する。

以上の燃料噴射装置１００では、圧力制御弁３５の開弁により、圧力制御室５３内の燃料がアウトオリフィス７１および流出通路５２ｂを通じてアーマチャ室５４へ流出する。その結果、圧力制御室５３内の燃料圧力が下がり、同様に弁圧室６２の燃料圧力が下がり、ノズルニードル６０は、圧力制御室５３側に移動して、噴孔４４を開状態とする。そして、圧力制御弁３５の閉弁によって圧力制御室５３とアーマチャ室５４との連通が遮断されると、流入通路５２ａを通じて供給される燃料がフローティングプレート７０をプレート用スプリング７２の付勢力に抗して押し下げつつ、圧力制御室５３に流入する。その結果、圧力制御室５３と弁圧室６２との燃料圧力が回復し、ノズルニードル６０は、シート部４５側に移動して、噴孔４４を閉状態とする。

次に、図３を用いて、燃料噴射装置１００が機関制御装置１７からの駆動電流に応じて燃料噴射を行う動作について説明する。噴射前、すなわち噴射停止中は、ソレノイド３１ａに駆動電流が流れていない。したがってアーマチャ３３は閉弁状態であるので、圧力制御室５３および弁圧室６２の燃料圧力が高圧で維持されている。したがってノズルニードル６０は、弁圧室６２の燃料圧力によって押し下げられており、噴孔４４の閉状態を維持している。またフローティングプレート７０は、高圧燃料通路５１ａが遮断した状態である。

次に、噴射開始時の動作に関して説明する。噴射するために、機関制御装置１７からの駆動電流をソレノイド３１ａへ流して、圧力制御弁３５の開弁を開始させるように開弁制御すると、流出通路５２ｂはアーマチャ室５４と連通状態となる。すると圧力制御室５３内の燃料がアウトオリフィス７１および流出通路５２ｂを通じてアーマチャ室５４へ流出する。その結果、圧力制御室５３内の燃料圧力が下がり、同様に弁圧室６２内の燃料圧力が下がり、ノズルニードル６０は、圧力制御室５３側に移動して、噴孔４４を開状態とする。これによって噴射が開始される。この状態では、圧力制御室５３の圧力によって、フローティングプレート７０は高圧燃料通路５１ａが遮断した状態を維持している。噴孔４４が開状態になり、ノズルニードル６０が最も開弁方向側に変位した上限位置では、受圧部６１はシリンダ５６との間には隙間がある。したがってノズルニードル６０は、上限位置はリターンスプリング６６の付勢力によって規制されている。換言すると、ノズルニードル６０の上限位置を規制する規制部を有しないフライングニードル方式である。

次に、噴射終了時の動作に関して説明する。噴射を停止するために、機関制御装置１７によって駆動電流を停止すると、スプリング３１ｃによって圧力制御弁３５が閉弁し、流出通路５２ｂはアーマチャ室５４と遮断状態となる。すると流入通路５２ａを通じて供給される燃料がフローティングプレート７０を押し下げつつ、圧力制御室５３に流入する。したがってフローティングプレート７０は、高圧燃料通路５１ａを連通した状態になる。

その結果、圧力制御室５３および弁圧室６２の燃料圧力が回復するので、ノズルニードル６０がシート部４５側に押し下げられて噴孔４４を閉状態とする。さらに圧力制御室５３の燃料圧力が回復すると、プレート用スプリング７２の付勢力によってオリフィスプレート４６へ向けてフローティングプレート７０が変位して、高圧燃料通路５１ａを遮断する。

次に、弁圧室６２の構成、およびノズルニードル６０の挙動について、図４および図５を用いてさらに詳細に説明する。図２および図４に示すように、仕切壁６４には、弁圧室６２と圧力制御室５３とを仕切り、圧力制御室５３と弁圧室６２とを連通する連通路６３が形成されている。また弁圧室６２は、シリンダ５６の内壁と仕切壁６４とノズルニードル６０の受圧部６１とに囲まれた空間である。

仕切壁６４および受圧部６１には、ノズルニードル６０の開弁方向（図２の上方）への変位速度を弁圧室６２の燃料の圧力によって小さくする減速機構８０を有する。仕切壁６４および受圧部６１には、ノズルニードル６０が開弁方向に変位して所定のリフト位置から上限位置に達するまでの間にわたって、受圧部６１と仕切壁６４との間の連通路６３とは離れた位置に燃料溜り室６７を形成する。このような燃料溜り室６７は、本実施形態では、受圧部６１および仕切壁６４のうち一方の受圧部６１に凸部８１を、他方の仕切壁６４に凹部８２を形成し、受圧部６１が有する凸部８１と仕切壁６４が有する凹部８２によって実現される。

凹部８２は、仕切壁６４の弁圧室６２側に形成されている。凹部８２は、圧力制御室５３側に凹となり、環状であり、連通路６３の外周を囲うように連続して形成される。凹部８２は、ノズルニードル６０が開弁方向に変位すると、受圧部６１の凸部８１と係合する。

凸部８１が凹部８２に係合した状態で、凸部８１と凹部８２とに囲まれた空間が燃料溜り室６７となる。燃料溜り室６７は、図３の噴射開始時で示すように、連通路６３とは離れた位置にある。具体的には、連通路６３に連通する連通空間が、仕切壁６４と受圧部６１とによって形成されている。そして連通空間は、燃料溜り室６７と凹部８２と凸部８１とのクリアランスを介して連通している。

燃料溜り室６７の容積は、ノズルニードル６０のリフト位置によって異なり、凸部８１が凹部８２に係合し始めが最も大きい。そして燃料溜り室６７の容積は、ノズルニードル６０のリフト限界位置に配置されたときが最も小さい。燃料溜り室６７の容積が最も大きいときであっても、連通空間の容積よりも小さい。

次に、図４および図５の（１）から（５）の順に、ノズルニードル６０の挙動について説明する。（１）駆動部３０によってアーマチャ３３が吸引されて、圧力制御室５３の燃料がアウトオリフィス７１を介してアーマチャ室５４に抜けて、ノズルニードル６０が上昇する。

（２）ノズルニードル６０が上昇して、受圧部６１の凸部８１が仕切壁６４の凹部８２に侵入し、凹部８２と凸部８１によって区切られた燃料溜り室６７が形成される。凸部８１の先端面積は、摺動クリアランス面積よりも大きくなるように、凸部８１および凹部８２の形状が選択されている。摺動クリアランス面積とは、凹部８２と凸部８１との隙間の合計面積のことである。ノズルニードル６０の上昇に従い、燃料溜り室６７の容積は小さくなり、燃料溜り室６７の燃圧が上昇する。上昇した燃圧によって凸部８１を押し下げる力が発生し、図５に示すように、ノズルニードル６０の上昇速度が徐々に低下する。

（３）ノズルニードル６０が徐々に上昇して、ノズルニードル６０がリフト限界に達すると停止する。リフト限界位置でも、凸部８１の先端は凹部８２の底に接触せず、離間している。したがってリターンスプリング６６によってリフト限界位置が規定されている。そしてアーマチャ３３が閉状態となるように、駆動部３０が制御される。

（４）アーマチャ３３が閉状態となると、圧力制御室５３の圧力よりも流入通路５２ａの圧力が高い状態にあるので、流入通路５２ａの燃料の圧力によって、フローティングプレート７０は押し下げられる。したがって流入通路５２ａを通じて供給される燃料は、フローティングプレート７０を押し下げつつ、圧力制御室５３に流入する。これによってフローティングプレート７０は、高圧燃料通路５１ａを連通した状態になる。このとき燃料溜り室６７が形成されている状態にある。燃料溜り室６７は摺動クリアランスによって流入量が制限され、圧力が上昇しにくく、連通空間を形成する受圧部６１に燃料圧力による押し下げ力が作用するが、凸部８１は押し下げ力として作用しない。したがって受圧部６１の全域に押し下げ力が作用する場合に比べて、ゆっくりとノズルニードル６０が下降する。

（５）ノズルニードル６０の所定の位置まで下降すると、凸部８１と凹部８２とが離間し、燃料溜り室６７が消失する。すると受圧部６１の全体に燃料圧力による押し下げ力が作用する。これによってノズルニードル６０の下降速度が上昇し、閉弁位置まで下降する。

図５では、実施例と比較例とを比較して、リフト量と時間との関係を示している。図５で示す（１）〜（５）は、図４の（１）〜（５）に対応している。比較例は、凹部８２と凸部８１がない構成であり、受圧部６１は平坦状であり、仕切壁６４も同様に平坦状である。

比較例では、燃料溜り室６７が形成されないので、一定の速度でノズルニードルが上昇し、一定の速度で下降する。これに対して実施例では、前述のように、（２）燃料溜り室６７が形成されることで上昇速度が低下し、（４）燃料溜り室６７が形成されることで下降速度が低下する。これによって比較例に対して噴射期間が長くなるので、噴射量も増加する。

以上説明したように本実施形態の燃料噴射装置１００は、ノズルニードル６０が上昇するとき、減速機構８０によって燃料溜り室６７が形成される。燃料溜り室６７は、ノズルニードル６０が開弁方向に変位して所定のリフト位置から上限位置に達するまでの間にわたって、受圧部６１と仕切壁６４との間の連通路６３とは離れた位置に形成される。燃料溜り室６７が形成されると、燃料溜り室６７の燃料が圧縮されて、ノズルニードル６０の上昇とは反対の力がノズルニードル６０に作用する。これによってノズルニードル６０の変位速度が小さくなる。ノズルニードル６０の変位速度が小さくなると、減速機構８０がない構成に比べて、開弁時間を長くすることができる。また減速機構８０は、弁圧室６２の燃料の圧力を用いて減速している。したがって新たなスプリングなどの別部材を用いることなく、仕切壁６４および受圧部６１の形状を選択することによって、実現することができる。したがってリターンスプリング６６を変更することなく、開弁時間を長くすることができる。

また本実施形態では、減速機構８０は、受圧部６１に形成されている凸部８１と、仕切壁６４に形成されており、ノズルニードル６０が開弁方向に変位すると凸部８１と係合する凹部８２とを有する。このような凹部８２と凸部８１という簡単な構成で、減速機構８０を実現することができる。

さらに本実施形態では、フローティングプレート７０は、ノズルニードル６０が閉弁しているときは、圧力制御室５３を閉状態にし、圧力制御室５３の圧力が低下すると開状態になって高圧燃料が流入する。したがって本実施形態の燃料噴射装置１００は、常時、圧力制御室５３に燃料が供給されない静リークレス構造である。したがってノズルニードル６０が上昇している間は、燃料が圧力制御室５３には供給されないので、リフト限界位置に到達するまでの時間を長くすることができる。

さらに本実施形態の燃料噴射装置１００は、ノズルニードル６０のリフト限界位置を規制するストッパを有しないフライングニードル構造である。これによってノズルニードル６０がリフト限界位置で、ストッパなどに接触しないので、接触による損傷を抑制することができる。

第１実施形態では、アーマチャ３３が「制御部材」に相当し、低圧燃料通路５１ｂが「排出通路」に相当し、アーマチャ室５４が「燃料流出室」に相当する。また、ノズルニードル６０が「弁体」に相当し、フローティングプレート７０が「可動プレート」に相当する。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図６および図７を用いて説明する。本実施形態では、受圧部６１に凹部８２が形成されており、仕切壁６４に凸部８１が形成されている点に特徴を有する。

凸部８１は、仕切壁６４の弁圧室６２側に形成されている。凸部８１は、シリンダ５６の内壁と一体に形成されている。したがって凸部８１は、シリンダ５６の内壁と仕切壁６４と結合部分に設けられた段差ともいうことができる。凹部８２は、受圧部６１の周縁部に形成されている。凸部８１は、ノズルニードル６０が開弁方向に変位すると、受圧部６１の凹部８２と係合する。図６に示すように、凸部８１が凹部８２に係合した状態で、凸部８１と凹部８２とに囲まれた空間が燃料溜り室６７となる。燃料溜り室６７は、連通路６３とは離れた位置にある。

次に、図７（１）から（５）の順に、ノズルニードル６０の挙動について説明する。（１）駆動部３０によってアーマチャ３３が吸引されて、圧力制御室５３の燃料がアウトオリフィス７１を介してアーマチャ室５４に抜けて、ノズルニードル６０が上昇する。

（２）ノズルニードル６０が上昇して、受圧部６１の凹部８２が仕切壁６４の凸部８１に係合し、凹部８２と凸部８１によって区切られた燃料溜り室６７が形成される。ノズルニードル６０の上昇に従い、燃料溜り室６７の容積は小さくなり、燃料溜り室６７の燃圧が上昇する。上昇した燃圧によって凹部８２を押し下げる力が発生し、ノズルニードル６０の上昇速度が徐々に低下する。

（３）ノズルニードル６０が徐々に上昇して、ノズルニードル６０がリフト限界に達すると停止する。リフト限界位置でも、凹部８２の底は凸部８１の先端に接触せず、離間している。したがってリターンスプリング６６によってリフト限界位置が規定されている。そしてアーマチャ３３が閉状態となるように、駆動部３０が制御される。

（４）アーマチャ３３が閉状態となると、前述のようにフローティングプレート７０は押し下げられ、流入通路５２ａを通じて燃料が圧力制御室５３に流入する。このとき燃料溜り室６７が形成されている状態にある。燃料溜り室６７は摺動クリアランスによって流入量が制限され、圧力が上昇しにくく、連通空間を形成する受圧部６１に燃料圧力による押し下げ力が作用するが、凹部８２は押し下げ力として作用しない。したがって受圧部６１の全域に押し下げ力が作用する場合に比べて、ゆっくりとノズルニードル６０が下降する。

（５）ノズルニードル６０の所定の位置まで下降すると、凸部８１と凹部８２とが離間し、燃料溜り室６７が消失する。すると受圧部６１の全体に燃料圧力による押し下げ力が作用する。これによってノズルニードル６０の下降速度が上昇し、閉弁位置まで下降する。

このように本実施形態では、受圧部６１に凹部８２が形成され、仕切壁６４に凸部８１が形成されているが、第１実施形態の同様の作用および効果を奏することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図８および図９を用いて説明する。本実施形態では、受圧部６１および仕切壁６４はともに平坦状であり、連通路６３の位置に特徴を有する。

仕切壁６４は、連通路６３の弁圧室６２側の開口である下側開口６２ａが受圧部６１の中心からずれた位置に形成されている。下側開口６２ａは、仕切壁６４の中心から外側にずれた位置にある。連通路６３の圧力制御室５３側の開口である上側開口６２ｂは、受圧部６１の中心を含むように開口している。したがって連通路６３は、上下方向に対して傾斜した方向に延びている。また圧力制御室５３の圧力減少によって、ノズルニードル６０が開弁方向側に最も変位したリフト限界位置である上限位置では、仕切壁６４と受圧部６１との間には隙間がある。

次に、図９（１）から（５）の順に、ノズルニードル６０の挙動について説明する。（１）駆動部３０によってアーマチャ３３が吸引されて、圧力制御室５３の燃料がアウトオリフィス７１を介してアーマチャ室５４に抜けて、ノズルニードル６０が上昇する。

（２）連通路６３がオフセットした位置にあるので、連通路６３が中心にある場合に比べて、燃料が弁圧室６２から圧力制御室５３に抜けがたい。したがって連通路６３がずれた位置とは反対側の位置では、燃料が滞留して燃圧が上昇して、受圧部６１を押し下げる力が発生し、ノズルニードル６０の上昇速度が徐々に低下する。

（３）ノズルニードル６０が徐々に上昇して、ノズルニードル６０がリフト限界に達すると停止する。リフト限界位置でも、受圧部６１と仕切壁６４とは接触せず、離間している。そしてアーマチャ３３が閉状態となるように、駆動部３０が制御される。

（４）アーマチャ３３が閉状態となると、前述のようにフローティングプレート７０は押し下げられ、流入通路５２ａを通じて燃料が圧力制御室５３に流入する。弁圧室６２にも連通路６３を介して燃料が流入するが、連通路６３がずれた位置にあるので燃料が流入しにくい。したがって押し下げ力が弱くなり、ゆっくりとノズルニードル６０が下降する。

（５）ノズルニードル６０の所定の位置まで下降すると、仕切壁６４と受圧部６１との間隔が広くなるので、下降当初よりも燃料が流入しやすくなる。したがってノズルニードル６０の下降速度が上昇し、閉弁位置まで下降する。

このように本実施形態では、連通路６３の下側開口６２ａが中心からずれた位置にある。これによって燃料が弁圧室６２から抜けにくくなり、また弁圧室６２に入り難くなるので、噴射期間を長くすることができる。したがって噴射量を増加することができる。連通路６３の下側開口６２ａの位置をずらすという簡単な構成で、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（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、本発明は前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。

前述の実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、燃料溜り室６７は、ノズルニードル６０の軸方向における断面が長方形状の凹部８２と凸部８１とによって形成されるが、長方形状に限るものではない。たとえば断面円弧状の凸部８１および凹部８２でもよく、断面に傾斜面を有する三角形状の凹部８２および凸部８１であってもよい。

前述の第１実施形態では、静リークレス構造であったが、静リークレス構造に限るものではない。圧力制御室５３に常時、高圧燃料が供給される構成であってもよい。

１０…燃料供給システム １５…燃料流路 １６…戻り流路 ３０…駆動部
３３…アーマチャ（制御部材） ４０…弁ボデー ４４…噴孔 ５１ａ…高圧燃料通路
５１ｂ…低圧燃料通路（排出通路） ５２ａ…流入通路 ５２ｂ…流出通路
５３…圧力制御室 ５４…アーマチャ室（燃料流出室） ５６ａ…支持面
６０…ノズルニードル（弁体） ６１…受圧部 ６２…弁圧室 ６３…連通路
６４…仕切壁 ６６…リターンスプリング（スプリング） ６７…燃料溜り室
７０…フローティングプレート（可動プレート） ７１…アウトオリフィス（挿通孔）
８０…減速機構 ８１…凸部 ８２…凹部 １００…燃料噴射装置

Claims (4)

1. 燃料流路（１５）を通じて供給される燃料を噴孔（４４）から噴射し、供給された燃料の一部を戻り流路（１６）に排出する燃料噴射装置（１００）であって、
   前記噴孔、前記燃料流路に連通する高圧燃料通路（５１ａ）、前記高圧燃料通路を通じて供給される燃料が流入する圧力制御室（５３）、前記圧力制御室の燃料が流出する燃料流出室（５４）、前記圧力制御室から前記燃料流出室に燃料を流出する流出通路（５２ｂ）、および前記燃料流出室から前記戻り流路へと燃料を排出する排出通路（５１ｂ）を形成している弁ボデー（４０）と、
   前記弁ボデーに収容され、前記圧力制御室の圧力変動によって往復変位することにより、前記噴孔を開閉する弁体（６０）と、
   前記燃料流出室に収容され、前記流出通路が連通した開状態と前記流出通路を遮断した閉状態とを切替えて、前記圧力制御室の圧力を変動させる制御部材（３３）と、
   前記制御部材の閉状態と開状態とを切替える駆動部（３０）と、
   前記弁ボデーに収容され、前記弁体を閉弁方向に向けて付勢するスプリング（６６）と、を含み、
   前記弁ボデーは、
   前記弁体の開弁方向側に位置し、前記圧力制御室の圧力が作用する受圧部（６１）が挿入されている弁圧室（６２）と、
   前記弁圧室と前記圧力制御室とを仕切り、前記圧力制御室と前記弁圧室とを連通する連通路（６３）が形成されている仕切壁（６４）と、をさらに有し、
   前記圧力制御室の圧力減少によって、前記弁体が開弁方向側に最も変位した上限位置では、前記仕切壁と前記受圧部との間には隙間があり、
   前記仕切壁および前記受圧部には、前記弁体が開弁方向に変位して所定のリフト位置から上限位置に達するまでの間にわたって、前記受圧部と前記仕切壁との間の前記連通路とは離れた位置に燃料溜り室（６７）を形成する減速機構（８０）が設けられている燃料噴射装置。
2. 前記弁圧室は、前記弁体を前記開弁方向および前記閉弁方向に案内する支持面（５６ａ）を有し、
   前記減速機構は、
   前記受圧部および前記仕切壁のいずれか一方に形成されている凸部（８１）と、
   前記受圧部および前記仕切壁のいずれか他方に形成されており、前記弁体が前記開弁方向に変位すると、前記凸部と係合する凹部（８２）とを、を含む請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 燃料流路（１５）を通じて供給される燃料を噴孔（４４）から噴射し、供給された燃料の一部を戻り流路（１６）に排出する燃料噴射装置であって、
   前記噴孔、前記燃料流路に連通する高圧燃料通路（５１ａ）、前記高圧燃料通路を通じて供給される燃料が流入する圧力制御室（５３）、前記圧力制御室の燃料が流出する燃料流出室（５４）、前記圧力制御室から前記燃料流出室に燃料を流出する流出通路（５２ｂ）、および前記燃料流出室から前記戻り流路へと燃料を排出する排出通路（５１ｂ）を形成している弁ボデー（４０）と、
   前記弁ボデーに収容され、前記圧力制御室の圧力変動によって往復変位することにより、前記噴孔を開閉する弁体（６０）と、
   前記燃料流出室に収容され、前記流出通路が連通した開状態と前記流出通路を遮断した閉状態とを切替えて、前記圧力制御室の圧力を変動させる制御部材（３３）と、
   前記制御部材の閉状態と開状態とを切替える駆動部（３０）と、
   前記弁ボデーに収容され、前記弁体を閉弁方向に向けて付勢するスプリング（６６）と、を含み、
   前記弁ボデーは、
   前記弁体の開弁方向側に位置し、前記圧力制御室の圧力が作用する受圧部（６１）が挿入されている弁圧室（６２）と、
   前記弁圧室と前記圧力制御室とを仕切り、前記圧力制御室と前記弁圧室とを連通する連通路（６３）が形成されている仕切壁（６４）と、をさらに有し、
   前記圧力制御室の圧力減少によって、前記弁体が開弁方向側に最も変位した上限位置では、前記仕切壁と前記受圧部との間には隙間があり、
   前記弁圧室は、前記弁体を前記開弁方向および前記閉弁方向に案内する支持面（５６ａ）を有し、
   前記仕切壁における前記連通路の前記弁圧室側の開口は、前記受圧部の中心からずれた位置に形成されている燃料噴射装置。
4. 前記圧力制御室に収容され、前記高圧燃料通路が連通した状態と前記高圧燃料通路が遮断した状態とを切替えるとともに、前記流出通路と前記圧力制御室とを連通する挿通孔（７１）を有する可動プレート（７０）をさらに含み、
   前記駆動部によって前記制御部材が前記流出通路を連通した状態にすると、前記可動プレートは前記高圧燃料通路を遮断した状態で、前記挿通孔および前記流出通路を介して前記圧力制御室の燃料が前記流出通路から流出して、前記圧力制御室の圧力が下降して、前記弁体が前記開弁方向に変位して前記噴孔を開状態とし、
   前記駆動部によって前記制御部材が前記流出通路を遮断した状態にすると、前記可動プレートは前記高圧燃料通路の圧力で前記高圧燃料通路を連通した状態となり、前記高圧燃料通路を介して前記圧力制御室に燃料が流入して、前記圧力制御室の圧力が上昇して、前記弁体が前記閉弁方向に変位して前記噴孔を閉状態にする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料噴射装置。

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