WO2006025165A1 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

　噴射制御室の燃料の減圧によりニードルが噴孔を開けることで燃料溜りに貯溜された燃料が噴孔から噴射され、噴射制御室の燃料の増圧によりニードルが噴孔を閉じることで噴孔からの燃料噴射が停止される。ニードルが噴孔を閉じる閉弁行程においては、燃料溜りへの燃料の供給圧力が噴射制御室への燃料の供給圧力より低くなるように、共通蓄圧室から燃料溜り及び噴射制御室へ燃料の圧力が供給される。これによって、閉弁行程において、ニードルに作用する噴孔側への力を増大させることができ、ニードルの閉弁速度を速めることができる。

Description

明 細 書 燃料噴射装置 「技術分野」

本発明は、 燃料噴射装置に関し、 特に、 噴射制御室の燃料の減圧によりニード ルが噴孔を開けることで燃料溜りに貯溜された燃料が噴孔から噴出し、 噴射制御 室の燃料の増圧により二一ドルが噴孔を閉じることで噴孔からの燃料の噴出が停 止する燃料噴射装置に関する。

「背景技術」

この種の燃料噴射装置の関連技術が特許第 2 8 8 5 0 7 6号明細書及び国際公 開第 0 0 Z 5 5 4 9 6号パンフレットに開示されている。 以下、 この関連技術の 燃料噴射装置について図 1 2を用いて説明する。

燃料を噴射する時期においては、 噴射制御バルブ 7により噴射制御室 3をオリ フィス 3 5を介してドレイン 2 2と連通させることで噴射制御室 3内の圧力を大 気圧近くまで低下させる。 このとき、 二一ドル 5 1に作用する噴射制御室 3側へ の力が噴孔 2 3側への力を上まわるため、 ニードル 5 1が噴射制御室 3側へ移動 して噴孔 2 3が開く。 これによつて、 燃料溜り 5 2に貯溜された燃料が噴孔 2 3 から図示しない内燃機関の燃焼室内へ噴出する。

また、 増圧制御バルブ 8により増圧制御室 1 0 2をドレイン 2 2と連通させる ことで増圧制御室 1 0 2内の圧力を大気圧近くまで低下させると、 増圧ピストン 1 0が作動して増圧室 1 0 3内の燃料の圧力が増大し、 燃料溜り 5 2に貯溜され た燃料の圧力が増大する。 これによつて、 燃料溜り 5 2に貯溜された燃料を増圧 して噴射することができる。 なお、 増圧室 1 0 3がオリフィス 6 0を介して噴射 制御室 3と連通していることで、 増圧ピストン 1 0により増圧された増圧室 1 0 3内の圧力が燃料溜り 5 2の他にオリフィス 6 0を介して噴射制御室 3にも供給 される。 これによつて、 噴射制御室 3をドレイン 2 2と連通させない状態で増圧 制御室 1 0 2をドレイン 2 2と連通させたときに、 ニードル 5 1が噴射制御室 3 側へ移動して噴孔 2 3が開くのを防止している。

一方、 燃料の噴射を停止するときは、 噴射制御バルブ 7により噴射制御室 3と ドレイン 2 2との連通を遮断する。 このとき、 共通蓄圧室.2からチェック弁 5 9 及びオリフィス 6 0を介して噴射制御室 3へ燃料の圧力が供給されることでニー ドル 5 1に作用する噴孔 2 3側への力が噴射制御室 3側への力を上まわるため、 ニードル 5 1が噴孔 2 3側へ移動して噴孔 2 3が閉じる。 そして、 燃料溜り 5 2 及び増圧室 1 0 3にも、 共通蓄圧室 2からチェック弁 5 9を介して燃料が供給さ れる。

また、 増圧制御バルブ 8により増圧制御室 1 0 2を共通蓄圧室 （コモンレー ル） 2と連通させることで増圧制御室 1 0 2内の圧力をコモンレール圧力に増大 させると、 増圧ピストン 1 0の上下の圧力が必要に応じてつり合い、 ばね 9 8の 力によって作動した増圧ピストン 1 0が初期位置へ戻される。

その他の背景技術として、 特公昭 4 7— 3 8 6 4 8号公報、 国際公開第 0 1 / 1 4 7 2 7号パンフレツト、 米国特許第 6 4 2 7 6 6 4号明細書、 及び Kenj i Fu nai他, Inj ect ion Rate Shaping Technology wi th Common Rai l Fuel Sys tem (EC D-U2) " , SAE TECHNICAL PAPER SERIES 960107, 1996/2が開示されている。

図 1 2に示す燃料噴射装置においては、 燃料の噴射を停止するときに、 共通蓄 圧室 2からチェック弁 5 9及びオリフィス 6 0を介して噴射制御室 3へ供給され た燃料の圧力がニードル 5 1を噴孔 2 3側へ押圧する。 しかし、 共通蓄圧室 2か らチェック弁 5 9を介して燃料溜り 5 2へ供給された燃料の圧力がニードル 5 1 を噴射制御室 3側へ押圧することで、 ニードル 5 1が噴孔 2 3を閉じる動作の妨 げとなる。 したがって、 二一ドル 5 1が噴孔 2 3を閉じるときの燃料の噴射切れ が悪化してしまい、 噴射された燃料の微粒化状態が悪化してしまうという問題点 がある。

また、 図 1 2に示す燃料噴射装置においては、 増圧ピストン 1 0により増圧さ れた増圧室 1 0 3内の圧力が燃料溜り 5 2の他にオリフィス 6 0を介して噴射制 御室 3にも供給される。 燃料を噴射するときには、 噴射制御室 3がオリフィス 3 5を介してドレイン 2 2と連通しているため、 増圧ピストン 1 0により増圧され た燃料の一部が噴射制御室 3を介してドレイン 2 2へ排出されることになる。 し たがって、 燃料溜り 5 2に貯溜された燃料を増圧ピストン 1 0により効率よく増 圧して噴射することが困難であるという問題点がある。

また、 内燃機関の低負荷運転時には、 燃焼騒音の低減のために、 噴射初期にお ける燃料噴射率を抑制できることが望ましい。 一方、 内燃機関の高負荷運転時に は、 高出力を確保するために、 噴射初期における燃料噴射率を抑制せずに早期に 高噴射率を確保できることが望ましい。 このように、 内燃機関の運転状態に応じ て燃料噴射率特性を適切に変更できることが望ましい。

本発明は、 二一ドルが噴孔を閉じるときの燃料の噴射切れを改善することがで きる燃料噴射装置を提供することを目的の 1つとする。 また、 本発明は、 燃料を 増圧ピストンにより増圧して噴射する動作を効率よく行うことができる燃料噴射 装置を提供することを目的の 1つとする。 また、 本発明は、 内燃機関の運転状態 に応じて燃料噴射率特性を適切に変化させることができる燃料噴射装置を提供す ることを目的の 1つとする。

「発明の開示」

本発明に係る燃料噴射装置は、 上述の目的の少なくとも一部を達成するために 以下の構成を採った。

本発明に係る燃料噴射装置は、 燃料供給源から供給された燃料を貯溜する燃料 溜りと、 燃料溜りに貯溜された燃料が噴出する噴孔を開閉する二一ドルと、 ニー ドルを噴孔側へ押圧するための燃料の圧力が燃料供給源から供給される噴射制御 室と、 を有する燃料噴射部を備え、 噴射制御室の燃料の減圧によりニードルが噴 孔を開けることで燃料溜りに貯溜された燃料が噴孔から噴出し、 噴射制御室の燃 料の増圧により二一ドルが噴孔を閉じることで噴孔からの燃料の噴出が停止する 燃料噴射装置であって、 二一ドルが噴孔を閉じる閉弁行程において、 燃料溜りへ の燃料の供給圧力が噴射制御室への燃料の供給圧力より低くなるように、 燃料供 給源から燃料溜り及び噴射制御室へ燃料の圧力が供給されることを要旨とする。 この本発明においては、 ニードルが噴孔を閉じる閉弁行程において、 燃料溜り への燃料の供給圧力が噴射制御室への燃料の供給圧力より低くなるように、 燃料 供給源から燃料溜り及び噴射制御室へ燃料の圧力が供給されることで、 ニードル に作用する噴孔側への力を増大させることができる。 したがって、 二一ドルが噴 孔を閉じる閉弁行程において、 二一ドルの噴孔側への移動速度を速めることがで きるので、 この本発明によれば、 二一ドルが噴孔を閉じるときの燃料の噴射切れ を改善することができる。

本発明に係る燃料噴射装置では、 前記閉弁行程において、 燃料供給源から第 1 の絞り部を介して燃料溜りへ燃料の圧力が供給されるとともに、 燃料供給源から 第 2の絞り部を介して噴射制御室へ燃料の圧力が供給され、 第 1の絞り部の流路 面積が第 2の絞り部の流路面積より小さいものとすることもできる。 こうすれば、 二一ドルが噴孔を閉じる閉弁行程において、 燃料溜りへの燃料の供給圧力が噴射 制御室への燃料の供給圧力より低くなるように、 燃料供給源から燃料溜り及び噴 射制御室へ燃料の圧力を供給することができる。

本発明に係る燃料噴射装置では、 前記閉弁行程において、 噴射制御室から絞り 部を介して燃料溜りへ燃料の圧力が供給されるものとすることもできる。 こうす れば、 ニードルが噴孔を閉じる閉弁行程において、 燃料溜りへの燃料の供給圧力 が噴射制御室への燃料の供給圧力より低くなるように、 燃料供給源から燃料溜り 及び噴射制御室へ燃料の圧力を供給することができる。

本発明に係る燃料噴射装置では、 増圧ピストンの作動により燃料溜りに貯溜さ れた燃料の圧力を増大させる増圧装置をさらに備えるものとすることもできる。 増圧装置を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置では、 増圧装置は、 燃料溜 りと連通し増圧ピストンの作動により増圧される増圧室と、 増圧ピストンを増圧 室側へ押圧するための圧力が燃料供給源から供給される加圧室と、 増圧ピストン を加圧室側へ押圧するための圧力が供給され増圧ピストンの作動を制御するため に該圧力が制御される制御室と、 を有し、 増圧ピストンに関し、 加圧室内の圧力 により増圧室側へ押圧される面積は、 増圧室内の圧力により加圧室側へ押圧され る面積と、 制御室内の圧力により加圧室側へ押圧される面積との和より小さく設 定されているものとすることもできる。 こうすれば、 ニードルが噴孔を閉じる閉 弁行程において、 増圧室と連通する燃料溜りへの燃料の供給圧力が噴射制御室へ の燃料の供給圧力より低くなる場合でも、 増圧ピストンを確実に初期位置へ戻す ことができる。 増圧装置を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置では、 ニードルが噴孔を開 ける開弁行程において噴射制御室から流出する燃料の流量が前記閉弁行程におい て噴射制御室へ流入する燃料の流量より少なくなるように、 噴射制御室における 燃料の流入出が行われ、 燃料供給源における燃料の圧力の調整により増圧ビス卜 ンが作動したときの燃料溜りにおける燃料の圧力を調整することで、 前記開弁行 程における燃料噴射率の調整が可能であるものとすることもできる。. こうすれば、 内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射率特性を適切に変化させることができる。 この本発明に係る燃料噴射装置では、 燃料が噴射される内燃機関の低負荷運転 時には、 前記開弁行程における燃料噴射率が所定の噴射率以下に抑制されるよう に、 燃料供給源における燃料の圧力を調整するものとすることもできる。 こうす れば、 内燃機関の低負荷運転時に、 噴射初期における噴射率が抑制された燃料噴 射率特性を実現することができる。

この本発明に係る燃料噴射装置では、 燃料が噴射される内燃機関の高負荷運転 時には、 噴射制御室から流出する燃料の流量が噴射制御室へ流入する燃料の流量 より少ないことにより生じる前記開弁行程における燃料噴射率の低下分が補償さ れるように、 燃料供給源における燃料の圧力を調整するものとすることもできる。 こうすれば、 内燃機関の高負荷運転時に、 早期に高噴射率が得られる燃料噴射率 特性を実現することができる。

この本発明に係る燃料噴射装置では、 噴射制御室を燃料供給源またはドレイン と選択的に連通させる制御バルブと、 制御バルブと噴射制御室との間に設けられ、 噴射制御室から制御バルブへ燃料が流れるときの流路面積が制御バルブから噴射 制御室へ燃料が流れるときの流路面積より小さいワンウェイオリフィスと、 を備 えるものとすることもできる。 こうすれば、 二一ドルが噴孔を開ける開弁行程に おいて噴射制御室から流出する燃料の流量を、 ニードルが噴孔を閉じる閉弁行程 において噴射制御室へ流入する燃料の流量より少なくすることができる。

増圧装置を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置では、 増圧装置は、 燃料溜 りと連通し増圧ピストンの作動により増圧される増圧室と、 増圧ピストンの作動 を制御するために燃料の供給圧力が制御される増圧制御室と、 を有し、 増圧室か ら噴射制御室への燃料の供給が遮断されており、 噴射制御室の燃料の圧力及び増 圧制御室の燃料の圧力が共通の制御バルブにより制御されるものとすることもで きる。 こうすれば、 燃料を増圧ピストンにより増圧して噴射する動作を効率よく 行うことができる。

この本発明に係る燃料噴射装置では、 増圧室と噴射制御室との連通が遮断され ているものとすることもできる。 こうすれば、 増圧ピストンにより増圧された燃 料が噴射制御室へ供給されるのを防止することができる。

この本発明に係る燃料噴射装置では、 増圧室が噴射制御室と逆止弁を介して接 続されており、 該逆止弁は、 噴射制御室から増圧室への燃料の流れを許容すると ともに、 増圧室から噴射制御室への燃料の流れを遮断するものとする.こともでき る。 こうすれば、 増圧ピストンにより増圧された燃料が噴射制御室へ供給される のを防止することができる。

この本発明に係る燃料噴射装置では、 増圧室が増圧制御室と逆止弁を介して接 続されており、 該逆止弁は、 増圧制御室から増圧室への燃料の流れを許容すると ともに、 増圧室から増圧制御室への燃料の流れを遮断するものとすることもでき る。 こうすれば、 増圧ピストンにより増圧された燃料が増圧制御室へ供給される のを防止することができる。

また、 本発明に係る燃料噴射装置は、 燃料供給源から供給された燃料を貯溜す る燃料溜りと、 燃料溜りに貯溜された燃料が噴出する噴孔を開閉する二一ドルと、 ニードルを噴孔側へ押圧するための燃料の圧力が燃料供給源から供給される噴射 制御室と、 を有する燃料噴射部と、 増圧ピストンの作動により燃料溜りに貯溜さ れた燃料の圧力を増大させる増圧装置と、 を備え、 噴射制御室の燃料の減圧によ りニードルが噴孔を開けることで燃料溜りに貯溜された燃料が噴孔から噴出し、 噴射制御室の燃料の増圧によりニードルが噴孔を閉じることで噴孔からの燃料の 噴出が停止する燃料噴射装置であって、 ニードルが噴孔を開ける開弁行程におい て噴射制御室から流出する燃料の流量が、 ニードルが噴孔を閉じる閉弁行程にお いて噴射制御室へ流入する燃料の流量より少なくなるように、 噴射制御室におけ る燃料の流入出が行われ、 燃料供給源における燃料の圧力の調整により増圧ピス トンが作動するときの燃料溜りにおける燃料の圧力を調整することで、 前記開弁 行程における燃料噴射率の調整が可能であることを要旨とする。 この本発明によれば、 二一ドルが噴孔を開ける開弁行程における燃料噴射率を 調整することで、 内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射率特性を適切に変化させ ることができる。

また、 本発明に係る燃料噴射装置は、 燃料供給源から供給された燃料を貯溜す る燃料溜りと、 燃料溜りに貯溜された燃料が噴出する噴孔を開閉するニードルと、 ニードルを噴孔側へ押圧するための燃料の圧力が燃料供給源から供給される噴射 制御室と、 を有する燃料噴射部と、 増圧ピストンの作動により燃料溜りに貯溜さ れた燃料の圧力を増大させる増圧装置と、 を備え、 噴射制御室の燃料の減圧によ り二一ドルが噴孔を開けることで燃料溜りに貯溜された燃料が噴孔から噴出し、 噴射制御室の燃料の増圧により二一ドルが噴孔を閉じることで噴孔からの燃料の 噴出が停止する燃料噴射装置であって、 増圧装置は、 燃料溜りと連通し増圧ビス トンの作動により増圧される増圧室と、 増圧ピストンの作動を制御するために燃 料の供給圧力が制御される増圧制御室と、 を有し、 増圧室から噴射制御室への燃 料の供給が遮断されており、 噴射制御室の燃料の圧力及び増圧制御室の燃料の圧 力が共通の制御バルブにより制御されることを要旨とする。

この本発明によれば、 増圧ピストンにより増圧された燃料が噴射制御室へ供給 されるのを防止することができるので、 燃料を増圧ピストンにより増圧して噴射 する動作を効率よく行うことができる。

「図面の簡単な説明」

図 1は、 本発明の第 1実施形態に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図であ る。

図 2は、 本発明の第 1実施形態における増圧装置の構成の概略を示す図である。 図 3は、 燃料噴射率等の解析に用いた燃料噴射装置の構成の概略を示す図であ る。

図 4は、 燃料噴射率等の解析に用いた燃料噴射装置の構成の概略を示す図であ る。

図 5は、 燃料噴射率等の解析結果を示す図である。

図 6は、 本発明の第 2実施形態に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図であ る。

図 7は、 燃料噴射率等の解析結果を示す図である。

図 8は、 燃料噴射率等の解析結果を示す図である。

図 9は、 燃料噴射ノズルの実開口面積特性を示す図である。

図 1 0は、 本発明の実施形態に係る燃料噴射装置の他の構成の概略を示す図で ある。

図 1 1は、 本発明の実施形態に係る燃料噴射装置の他の構成の概略を示す図で ある。

図 1 2は、 関連技術における燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。

「発明を実施するための最良の形態」

以下、 本発明の好適な実施形態を図面に従って説明する。

( 1 ) 第 1実施形態

図 1 , 2は、 本発明の第 1実施形態に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図 であり、 図 1は全体構成、 図 2は増圧装置の構成を示す。 本実施形態の燃料噴射 装置は、 例えば圧縮着火式内燃機関に適用されるものであり、 燃料加圧ポンプ 1、 共通蓄圧室 （コモンレール） 2、 及びインジェクタ 9 9を備えている。 そして、 インジェクタ 9 9は、 各気筒に対応して設けられており、 燃料噴射ノズル 5、 制 御バルブ 9、 及び増圧装置 1 0 0を備えている。 なお、 本実施形態の燃料噴射装 置を用いた燃料噴射制御は、 コントローラ 3 0によって実行される。

燃料加圧ポンプ 1は、 図示しないタンクに蓄えられた燃料を汲み上げて共通蓄 圧室 2へ供給する。 共通蓄圧室 2は、 燃料加圧ポンプ 1から供給された燃料を所 定圧力で蓄える。 共通蓄圧室 2には圧力センサ （図示せず） が設けられており、 この圧力センサにより共通蓄圧室 2内における燃料の圧力 （コモンレール圧力） が検出される。 圧力センサの検出値はコントローラ 3 0に入力され、 共通蓄圧室 2内における燃料の圧力が設定圧力となるように、 共通蓄圧室 2に設けられたレ ギユレ一夕 （図示せず） の制御がコントローラ 3 0によって行われる。 なお、 こ こでの設定圧力は、 例えば 4 0〜1 4 O M P a程度の値であり、 機関回転速度及 び要求トルク （駆動負荷） が高いほど大きい値がコントローラ 3 0内で設定され る。

燃料噴射ノズル 5内には、 噴射制御室 3及び燃料溜り 5 2が形成されている。 そして、 燃料噴射ノズル 5の先端部には噴孔 2 3が形成されており、 燃料噴射ノ ズル 5内には燃料溜り 5 2と噴孔 2 3との連通を開閉するニードル 5 1が摺動自 在に収容されている。 燃料噴射ノズル 5は、 ニードル 5 1の作動により燃料溜り 5 2に貯溜された燃料を噴孔 2 3から図示しない内燃機関の燃焼室内へ噴射する ことができる。

噴射制御室 3は、 噴射制御室オリフィス （絞り部） 3 3、 管路 7 1、 及び制御 バルブ 9を介して共通蓄圧室 2及びドレイン 2 2と接続されている。 噴射制御室 3内の燃料の圧力は、 ニードル 5 1を噴孔 2 3側へ押圧する。 噴射制御室オリフ イス 3 3は、 噴射制御室 3の出入口に設けられている。 そして、 燃料溜り 5 2は、 管路 7 2を介して増圧装置 1 0 0と接続されている。 燃料溜り 5 2内の燃料の圧 力は、 ニードル 5 1を噴射制御室 3側へ押圧する。 また、 ニードル閉弁用ばね 5 3は、 二一ドル 5 1を噴孔 2 3側へ付勢する力を発生している。 なお、 二一ドル 5 1が噴射制御室 3内の燃料の圧力により噴孔 2 3側へ押圧される面の面積 B N 1は、 ニードル 5 1が燃料溜り 5 2内の燃料の圧力により噴射制御室 3側へ押圧 される面の面積 B N 2と等しく設定されている。

増圧装置 1 0 0は、 増圧ピストン 1 0を有しており、 増圧ピストン 1 0の作動 により燃料溜り 5 2に貯溜された燃料の圧力を増大させることができる。 増圧装 置 1 0 0内には、 加圧室 1 0 1、 増圧室 1 0 3、 及び増圧制御室 1 0 2が形成さ れている。

加圧室 1 0 1は管路 7 4を介して共通蓄圧室 2と接続されており、 加圧室 1 0 1には共通蓄圧室 2からの燃料の圧力が供給される。 加圧室 1 0 1内の燃料の圧 力は、 増圧ピストン 1 0を増圧室 1 0 3側へ押圧する。 増圧制御室 1 0 2は、 管 路 7 3及び制御バルブ 9を介して共通蓄圧室 2及びドレイン 2 2と接続されてい る。 さらに、 増圧制御室 1 0 2は、 燃料供給用オリフィス （絞り部） 6 1及び燃 料供給用チェック弁 （逆止弁） 6 2を介して増圧室 1 0 3及び燃料溜り 5 2と接 続されている。 ここでの燃料供給用チェック弁 6 2は、 増圧制御室 1 0 2から増 圧室 1 0 3及び燃料溜り 5 2への燃料の流れを許容するとともに、 増圧室 1 0 3 及び燃料溜り 52から増圧制御室 102への燃料の流れを遮断する。 燃料供給用 チェック弁 62内に燃料供給用オリフィス 61を形成して一体化することも可能 である。 増圧制御室 102内の燃料の圧力は、 増圧ピストン 10を加圧室 101 側へ押圧する。 なお、 増圧室 103と燃料溜り 52は、 管路 72を介して接続さ れている。

図 2に示すように、 増圧ピストン 10は、 一端にて増圧制御室 102内の燃料 の圧力を加圧室 101側へ受ける大径部 10— 1と、 一端にて増圧室 103内の 燃料の圧力を加圧室 101側へ受け他端に大径部 10— 1の一端が連結された小 径部 10— 2と、 一端に大径部 10— 1の他端が連結され他端にて加圧室 101 内の燃料の圧力を増圧室 103側へ受ける中径部 10— 3と、 により構成される。 ここで、 大径部 10— 1の外径 d 1、 小径部 10— 2の外径 d 2、 及び中径部 1 0— 3の外径 d 3に関して、 d l>d 3>d 2の関係が成立している。 この関係 により、 増圧ピストン 10 (中径部 10— 3の他端） が ¾1圧室 101内の燃料の 圧力により増圧室 103側へ押圧される面の面積 B 1は、 増圧ピストン 10 (大 径部 10— 1の一端） が増圧制御室 102内の燃料の圧力により加圧室 101側 へ押圧される面の面積 B 3と、 増圧ピストン 10 (小径部 10 _ 2の一端） が増 圧室 103内の燃料の圧力により加圧室 101側へ押圧される面の面積 B 4との 和より小さく設定される。 なお、 d 3>d 2であるため、 B 1>B4である。 そして、 本実施形態の増圧装置 100内には、 背圧室 104がさらに形成され ている。 背圧室 104はオリフィス （絞り部） 105を介して外部のドレイン 2 2と連通していることで、 背圧室 104には大気圧が供給される。 増圧ピストン 10は、 背圧室 104内の燃料の圧力 （大気圧） を、 大径部 10— 1の他端にて 増圧室 103側へ受ける。 なお、 増圧ピストン 10 (大径部 10— 1の他端） が 背圧室 104内の燃料の圧力を増圧室 103側へ受ける面の面積を B 2とすると、 B 1 + B 2=B 3 + B 4の関係が成立する。

制御バルブ 9は、 増圧制御室 102及び噴射制御室 3を共通蓄圧室 2と連通さ せる第 1状態 （図 1の左側の状態） と、 増圧制御室 102及び噴射制御室 3をド レイン 22と連通させる第 2状態 （図 1の右側の状態） と、 の切り換えが可能で ある。 制御バルブ 9を第 1状態に切り換えると、 共通蓄圧室 2内の燃料の圧力 (コモンレール圧力） が増圧制御室 1 0 2及び噴射制御室 3に供給される。 さら に、 燃料供給用オリフィス 6 1及び燃料供給用チェック弁 6 2を介して増圧室 1 0 3及び燃料溜り 5 2にも共通蓄圧室 2内の燃料の圧力が供給される。 一方、 制 御バルブ 9を第 2状態に切り換えると 増圧制御室 1 0 2内の燃料及び噴射制御 室 3内の燃料がドレイン 2 2へ排出され、 増圧制御室 1 0 2内の圧力及び噴射制 御室 3内の圧力が低下して大気圧近くになる。 このように、 本実施形態では、 増 圧制御室 1 0 2内の燃料の圧力及び噴射制御室 3内の燃料の圧力が共通の制御バ ルブ 9により制御される。 なお、 噴射制御室 3における燃料の流入出は、 噴射制 御室オリフィス 3 3を介して行われる。

コントローラ 3 0は、 共通蓄圧室 2内における燃料の圧力が設定圧力となるよ うに、 共通蓄圧室 2内の圧力制御を行う。 そして、 コントローラ 3 0は、 燃料噴 射時期の制御を行うために、 制御バルブ 9の切り換え制御を行う。

以上のように構成された本実施形態に係る燃料噴射装置においては、 燃料供給 用オリフィス 6 1の流路面積 A 1が噴射制御室ォリフィス 3 3の流路面積 A 2よ り小さくなるように、 流路面積 A l， A 2が設定されている。 また、 増圧室 1 0 3が噴射制御室 3と管路により接続されていないことで、 増圧室 1 0 3と噴射制 御室 3との連通が遮断されている。

次に、 本実施形態に係る燃料噴射装置の動作について説明する。

燃料を噴射しない時期においては、 制御バルブ 9を第 1状態に保つ。 制御バル ブ 9が第 1状態にあるときは、 加圧室 1 0 1、 増圧室 1 0 3、 及び増圧制御室 1 0 2内の燃料の圧力は、 共通蓄圧室 2内の燃料の圧力 （コモンレール圧力） に等 しくなつている。 このとき、 加圧室 1 0 1内の圧力により中径部 1 0— 3の他端 に作用する増圧室 1 0 3側への力 F b 1、 背圧室 1 0 4内の圧力により大径部 1 0 - 1の他端に作用する増圧室 1 0 3側への力 F b 2、 増圧制御室 1 0 2内の圧 力により大径部 1 0— 1の一端に作用する加圧室 1 0 1側への力 F b 3.、 及び増 圧室 1 0 3内の圧力により小径部 1 0— 2の一端に作用する加圧室 1 0 1側への 力 F b 4に関して、 F b 1 + F b 2 < F b 3 + F b 4の関係が成立している。 そ のため、 増圧ピストン 1 0は、 加圧室 1 0 1側へ付勢されて図示しないストッパ 一により初期位置に固定される。 したがって、 制御バルブ 9が第 1状態にあると きは、 増圧装置 1 0 0による燃料の増圧は行われない。

また、 制御バルブ 9が第 1状態にあるときは、 噴射制御室 3及び燃料溜り 5 2 の燃料の圧力が、 共通蓄圧室 2内の燃料の圧力 （コモンレール圧力） に等しくな つている。 このとき、 ニードル 5 1は、 ニードル閉弁用ばね 5 3により噴孔 2 3 側へ付勢されていることで、 噴孔 2 3を閉じている。 したがって、 制御バルブ 9 が第 1状態にあるときは、 ニードル 5 1は作動せず、 燃料の噴射は行われない。 一方、 燃料を噴射する時期においては、 制御バルブ 9を第 1状態から第 2状態 に切り換える。 制御バルブ 9を第 2状態に切り換えると、 増圧制御室 1 0 2がド レイン 2 2と連通することで、 増圧制御室 1 0 2内の圧力が低下して大気圧近く になる。 このとき、 燃料の圧力により増圧ピストン 5 1に作用する増圧室 1 0 3 側への力 F b 1 + F b 2が加圧室 1 0 1側への力 F b 3 + F b 4を上まわる。 そ のため、 増圧ピストン 1 0が作動して増圧室 1 0 3内の燃料の圧力が増大し、 燃 料溜り 5 2に貯溜された燃料の圧力が増大する。 なお、 B 1 / B 4が増圧比であ る。

また、 制御バルブ 9を第 2状態に切り換えると、 噴射制御室 3が噴射制御室ォ リフィス 3 3を介してドレイン 2 2と連通することで、 噴射制御室 3内の圧力が 低下して大気圧近くになる。 このとき、 ニードル 5 1に作用する噴射制御室 3側 への力が噴孔 2 3側への力を上まわる。 そのため、 ニードル 5 1が作動して噴射 制御室 3側へ移動し、 噴孔 2 3が開く （開弁行程） 。 これによつて、 燃料溜り 5 2に貯溜された燃料が噴孔 2 3から図示しない内燃機関の燃焼室内へ噴出する。 前述したように、 燃料溜り 5 2に貯溜された燃料は増圧装置 1 0 0により増圧さ れるため、 燃料を増圧装置 1 0 0により増圧して噴射することができる。

増圧室 1 0 3内の燃料が増圧ピストン 1 0により増圧されるときは、 燃料供給 用チェック弁 6 2により増圧室 1 0 3から増圧制御室 1 0 2への燃料の流出が遮 断される。 さらに、 増圧室 1 0 3と噴射制御室 3との連通が遮断されているため、 増圧室 1 0 3から噴射制御室 3へ燃料が流出することもなく、 増圧された燃料が ドレイン 2 2へ排出されることもない。 したがって、 増圧ピストン 1 0により増 圧された増圧室 1 0 3内の燃料を、 燃料溜り 5 2に貯溜された燃料の増圧のみに 作用させることができるので、 燃料溜り 5 2に貯溜された燃料を増圧ピストン 1 0により効率よく増圧することができる。

なお、 本実施形態では、 増圧制御室 1 0 2内の燃料の圧力及び噴射制御室 3内 の燃料の圧力が共通の制御バルブ 9により制御されるため、 増圧ピストン 1 0の 作動とともにニードル 5 1も作動する。 したがって、 噴射制御室 3内の燃料の減 圧がされない状態で、 燃料溜り 5 2内の燃料の増圧によりニードル 5 1が噴射制 御室 3側へ移動し、 噴孔 2 3が開いてしまうことはない。

また、 増圧ピストン 1 0が作動して増圧室 1 0 3側へ移動するときは、 背圧室 1 0 4の容積が増大する。 ただし、 背圧室 1 0 4は外部のドレイン 2 2と連通し ており、 背圧室 1 0 4には外部の大気圧が供給される。 そのため、 背圧室 1 0 4 内の圧力は大気圧に保たれ、 背圧室 1 0 4内の圧力が大気圧より小さくなる （負 圧になる） のが防止される。 したがって、 負圧によるキヤビテ一シヨンやエロ一 ジョンの発生が防止される。

そして、 燃料の噴射を停止するときは、 制御バルブ 9を第 2状態から第 1状態 に切り換える。 制御バルブ 9を第 1状態に切り換えると、 増圧制御室 1 0 2内に コモンレール圧力が供給される。 このとき、 燃料の圧力により増圧ピストン 1 0 に作用する加圧室 1 0 1側への力 F b 3 + F b 4が増圧室 1 0 2側への力 F b 1 + F b 2を上まわるため、 増圧ピストン 1 0が加圧室 1 0 1側へ移動して初期位 置へ戻される。

また、 制御バルブ 9を第 1状態に切り換えると、 噴射制御室オリフィス 3 3を 介して噴射制御室 3内にコモンレール圧力が供給される。 それとともに、 燃料供 給用オリフィス 6 1を介して燃料溜り 5 2にコモンレール圧力が供給される。 二 一ドル 5 1はニードル閉弁用ばね 5 3により噴孔 2 3側への力を受けているので、 ニードル 5 1に作用する噴孔 2 3側への力が噴射制御室 3側への力を上まわる。 そのため、 ニードル 5 1が噴孔 2 3側へ移動することで噴孔 2 3が閉じ （閉弁行 程） 、 噴孔 2 3からの燃料の噴出が停止する。

ニードル 5 1が噴孔 2 3を閉じる閉弁行程においては、 共通蓄圧室 2から噴射 制御室オリフィス 3 3を介して噴射制御室 3へ燃料の圧力が供給される。 それと ともに、 共通蓄圧室 2から燃料供給用オリフィス 6 1を介して燃料溜り 5 2へ燃 料の圧力が供給される。 本実施形態では、 燃料供給用オリフィス 6 1の流路面積 A 1が噴射制御室ォリフィス 33の流路面積 A 2より小さいことにより、 燃料溜 り 52への流入流量が噴射制御室 3への流入流量より少なくなる。 そのため、 閉 弁行程においては、 燃料溜り 52への燃料の供給圧力が噴射制御室 3への燃料の 供給圧力より低くなるように、 共通蓄圧室 2から燃料溜り 52及び噴射制御室 3 へ燃料の圧力が供給される。 したがって、 閉弁行程において、 ニードル 51に作 用する噴孔 23側への力を増大させることができ、 ニードル 51の噴孔 23側へ の移動速度 （閉弁速度） を速めることができる。

なお、 増圧ピストン 10の戻し動作時には、 共通蓄圧室 2から燃料供給用オリ フィス 61を介して増圧室 103へ燃料が供給されるため、 増圧室 103内の燃 料の圧力が増圧制御室 102内の燃料の圧力及び加圧室 101内の燃料の圧力よ り低くなり、 増圧ピストン 10 (小径部 10— 2の一端） に作用する加圧室 10 1側への力 Fb 4が低下する。 ただし、 以下に示す増圧ピストン 10の面積 B 1 〜B 4の設定により、 燃料の圧力による加圧室 101側への力 F b 3 + F b 4が 増圧室 103側への力 Fb 1 +Fb 2より大きい状態を確実に保つことができる。 増圧ピストン 10が初期位置へ戻るには、 以下の （1) 式が成立する必要があ る。

F b 3 + F b 4>F b 1 + F b 2 (1)

(1) において、 Fb 2は他に比べて非常に小さいことから無視することがで きる。 さらに、 コモンレール圧力を P c、 燃料供給用オリフィス 61による圧力 低下を P l o s sとすると、 以下の （2) 式が得られる。

P c X B 3 + (P c -P 1 o s s ) XB4>P c XB l (2)

(2) 式を変形すると、 以下の （3) 式が得られる。

P 1 o s s< (B 3+B4-B 1) XP c/B4 (3)

(3) 式が成立するように、 P l o s s, B 1, B 3, B 4を設定することで、 増圧ピストン 10を初期位置へ戻す力を発生させることができ、 増圧ピストン 1 0を確実に初期位置へ戻すことができる。

また、 増圧ピストン 10が加圧室 101側へ移動して初期位置へ戻るときは、 背圧室 104の容積が減少する。 ただし、 背圧室 104は外部のドレイン 22と 連通しているため、 背圧室 104の容積の減少とともに背圧室 104内の燃料が ドレインされる。 したがって、 背圧室 104内の圧力は大気圧に保たれ、 背圧室

104の容積の減少による圧力上昇が防止される。

次に、 本願発明者が行った解析の結果について説明する。

図 1, 3, 4に示す構成の燃料噴射装置の解析モデルを用いて、 増圧制御室 1

02の圧力、 増圧室 103の圧力、 噴射制御室 3の圧力、 二一ドル 51の変位、 及び燃料噴射率を計算した。 その計算結果を図 5に示す。 図 5 (A) は増圧制御 室 102の圧力及び増圧室 103の圧力のクランク角度に対する波形を示し、 図

5 (B) は噴射制御室 3の圧力のクランク角度に対する波形を示し、 図 5 (C) はニードル 51の変位のクランク角度に対する波形を示し、 図 5 (D) は燃料噴 射率 （mm³Zs) のクランク角度に対する波形を示す。

図 3に示す構成においては、 図 1に示す構成と比較して、 増圧室 103が燃料 供給用オリフィス （絞り部） 63を介して噴射制御室 3と接続されており、 増圧 室 103及び燃料溜り 52には、 噴射制御室 3から燃料供給用オリフィス 63を 介して燃料の圧力が供給される。 そして、 燃料供給用オリフィス 61及び燃料供 給用チェック弁 62が省略されており、 増圧制御室 102と増圧室 103を接続 するための管路も省略されている。 また、 図 4に示す構成においては、 図 1に示 す構成と比較して、 燃料供給用オリフィス 61が省略されている。

なお、 各構成の解析においては、 増圧ピストン 10の仕様を、 B l = l. 96

XB4、 B 2 = 0. 1.1 XB4、 B 3 = 1. 07 XB4とし、 噴射制御室オリフ イス 33の内径を 0. 36 mm、 燃料供給用オリフィス 61 , 63の内径を 0. lmmとし、 共通蓄圧室 2内の圧力 （コモンレール圧力） を 135MP aとした。 図 3に示す構成において、 閉弁行程では、 噴射制御室 3から燃料供給用オリフ イス 63を介して燃料溜り 52へ燃料の圧力が供給されることで、 燃料溜り 52 への流入流量が噴射制御室 3への流入流量より少なくなる。 そのため、 図 3に示 す構成においても、 閉弁行程では、 燃料溜り 52への燃料の供給圧力が噴射制御 室 3への燃料の供給圧力より低くなるように、 共通蓄圧室 2から燃料溜り 52及 び噴射制御室 3へ燃料の圧力が供給される。 したがって、 閉弁行程において、 図

5 (A) の B部に示すように増圧室 103 (燃料溜り 52) の燃料の圧力を図 4 に示す構成より抑えることができるので、 ニードル 51に作用する噴孔 23側へ の力を増大させることができ、 図 5 ( C ) の C部に示すようにニードル 5 1の閉 弁速度を図 4に示す構成より速めることができる。

ただし、 図 3に示す構成においては、 増圧ピストン 1 0により増圧された増圧 室 1 0 3内の燃料が燃料溜り 5 2だけでなく燃料供給用オリフィス 6 3を介して 噴射制御室 3にも供給されることになる。 したがって、 図 5 (A) の A 1部に示 すように噴射期間中の増圧室 1 0 3内の圧力が図 1， 4に示す構成より低下し、 図 5 (D ) の A 2部に示すように噴射期間中の最高噴射率も図 1， 4に示す構成 より低下することになる。

また、 図 4に示す構成においては、 増圧ピストン 1 0により増圧された増圧室 1 0 3内の燃料を、 燃料溜り 5 2に貯溜された燃料の増圧のみに作用させること ができる。 したがって、 図 5 (A) の A 1部に示すように噴射期間中の増圧室 1 0 3内の圧力を図 3に示す構成より高く保つことができ、 図 5 (D) の A 2部に 示すように噴射期間中の最高噴射率を図 3に示す構成より高く保つことができる。 ただし、 図 4に示す構成において、 閉弁行程では、 図 5 (A) の B部に示すよ うに増圧室 1 0 3 (燃料溜り 5 2 ) の燃料の圧力が抑制されない。 したがって、 二一ドル 5 1に作用する噴孔 2 3側への力が低下し、 図 5 ( C ) の C部に示すよ うに二一ドル 5 1の閉弁速度が図 1 , 3に示す構成より低下することになる。 そして、 図 1に示す構成において、 閉弁行程では、 図 5 (A) の B部に示すよ うに増圧室 1 0 3 (燃料溜り 5 2 ) の燃料の圧力を図 4に示す構成より抑えるこ とができるので、 ニードル 5 1に作用する噴孔 2 3側への力を増大させることが でき、 図 5 ( C ) の C部に示すようにニードル 5 1の閉弁速度を図 4に示す構成 より速めることができる。 さらに、 図 1に示す構成においては、 増圧ピストン 1 0により増圧された増圧室 1 0 3内の燃料を、 燃料溜り 5 2に貯溜された燃料の 増圧のみに作用させることができるので、 図 5 (A) の A 1部に示すように噴射 期間中の増圧室 1 0 3内の圧力を図 3に示す構成より高く保つことができ、 図 5 (D ) の A 2部に示すように噴射期間中の最高噴射率を図 3に示す構成より高く 保つことができる。

以上説明したように、 本実施形態によれば、 閉弁行程において、 ニードル 5 1 に作用する噴孔 2 3側への力を増大させることができ、 ニードル 5 1の閉弁速度 を速めることができるので、 良好な噴射切れを実現することができる。 したがつ て、 噴射された燃料の良好な微粒化状態を実現することができ、 安定した燃焼を 実現することができる。

そして、 本実施形態によれば、 増圧ピストン 1 0を初期位置へ戻すときに、 増 圧室 1 0 3内の燃料の圧力が低下しても、 増圧ピストン 1 0に作用する加圧室 1 0 1側への力 F b 3 + F b 4が増圧室 1 0 3側への力 F b l + F b 2より大きい 状態を確実に保つことができる。 したがって、 増圧ピストン 1 0を確実に初期位 置へ戻すことができる。

また、 本実施形態によれば、 増圧ピストン 1 0により増圧された燃料が噴射制 御室 3を介してドレイン 2 2へ排出されるのを防止することができ、 増圧された 増圧室 1 0 3内の燃料を、 燃料溜り 5 2に貯溜された燃料の増圧のみに作用させ ることができる。 したがって、 燃料を増圧ピストン 1 0により増 して噴射する 動作を効率よく行うことができる。

( 2 ) 第 2実施形態

図 6は、 本発明の第 2実施形態に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図であ る。 本実施形態においては、 図 1に示す構成と比較して、 制御バルブ 9と噴射制 御室 3の間にワンウェイオリフィス 3 4が設けられている。

ワンウェイオリフィス 3 4は、 噴射率制御用オリフィス （絞り部） 3 1、 噴射 率制御用チェック弁 （逆止弁） 3 2、 及び噴射制御室オリフィス （絞り部） 3 3 により構成される。 噴射率制御用オリフィス 3 1及び噴射制御室オリフィス 3 3 は、 互いに並列して噴射制御室 3の出入口に設けられている。 噴射率制御用チェ ック弁 3 2は、 噴射率制御用オリフィス 3 1と直列して設けられており、 制御バ ルブ 9から噴射制御室 3への燃料の流れを許容するとともに、 噴射制御室 3から 制御バルブ 9への燃料の流れを遮断する。 噴射率制御用チェック弁 3 2内に噴射 率制御用オリフィス 3 1を形成して一体化することも可能である。 以上の構成の ワンウェイオリフィス 3 4により、 噴射制御室 3から制御バルブ 9へ燃料が流れ る.ときの流路面積が制御パルプ 9から噴射制御室 3へ燃料が流れるときの流路面 積より小さくなる。

そして、 本実施形態においては、 燃料供給用オリフィス 6 1の流路面積 A 1が 噴射制御室オリフィス 3 3の流路面積 A 2と噴射率制御用オリフィス 3 1の流路 面積 A 3の和より小さくなるように、 流路面積 A 1 , A 2 , A 3が設定されてい る。 なお、 他の構成については、 第 1実施形態の図 1に示す構成と同様であるた め説明を省略する。

次に、 本実施形態に係る燃料噴射装置の動作について説明する。

燃料を噴射するために制御バルブ 9を第 1状態から第 2状態に切り換えると、 噴射制御室 3がワンウェイオリフィス 3 4内の噴射制御室ォリフィス 3 3を介し てドレイン 2 2と連通することで、 噴射制御室 3内の圧力が低下して大気圧近く になる。 これによつて、 ニードル 5 1が作動して噴射制御室 3側へ移動し、 噴孔 2 3が開く （開弁行程） 。 ただし、 噴射率制御用オリフィス 3 1を介した燃料の 流出については、 噴射率制御用チェック弁 3 2により遮断される。 一方、 燃料の 噴射を停止するために制御バルブ 9を第 2状態から第 1状態に切り換えると、 ヮ ンウェイオリフィス 3 4内の互いに並列関係にある噴射率制御用オリフィス 3 1 及び噴射制御室オリフィス 3 3を介して噴射制御室 3内にコモンレール圧力が供 給される。 これによつて、 ニードル 5 1が噴孔 2 3側へ移動して噴孔 2 3が閉じ る （閉弁行程） 。 このように、 本実施形態では、 ニードル 5 1が噴孔 2 3を開け る開弁行程において噴射率制御用オリフィス 3 1を介した燃料の流出が遮断され、 ニードル 5 1が噴孔 2 3を閉じる閉弁行程において噴射率制御用オリフィス 3 1 を介した燃料の流入が許容される。 したがって、 開弁行程において噴射制御室 3 から流出する燃料の流量が、 閉弁行程において噴射制御室 3へ流入する燃料の流 量より少なくなる。

そして、 本実施形態においては、 コントローラ 3 0は、 共通蓄圧室 2内におけ る燃料の圧力制御により増圧ピストン 1 0が作動したときの燃料溜り 5 2におけ る燃料の圧力を制御することで、 開弁行程における燃料噴射率を制御することが できる。 以下、 開弁行程における燃料噴射率の制御の詳細について説明する。 コントローラ 3 0は、 内燃機関の低負荷運転時には、 開弁行程における燃料噴 射率が所定の噴射率以下に抑制されるように、 共通蓄圧室 2内における燃料の圧 力を制御する。 ここでの所定の噴射率は、 初期噴射率が抑制された噴射率特性、 いわゆるデル夕噴射率特性が得られるように設定される。 これによつて、 内燃機 関の低負荷運転時には、 開弁行程におけるニードル 5 1のリフト速度 （開弁速 度） を抑制することができるので、 開弁行程における燃料噴射率を抑制すること ができ、 初期噴射率が抑制されたデルタ噴射率特性を得ることができる。 したが つて、 N O xの抑制及び燃焼騒音の低減を実現することができる。 また、 閉弁行 程においては、 噴射制御室オリフィス 3 3の他に噴射率制御用オリフィス 3 1も 介して噴射制御室 3へ燃料が流入するため、 ニードル 5 1の閉弁速度を速めるこ とができ、 良好な噴射切れを確保することができる。 したがって、 噴射された燃 料の良好な微粒化状態を確保することができ、 安定した燃焼を実現することがで さる。

ただし、 本実施形態では、 開弁行程において噴射制御室 3から流出する燃料の 流量が閉弁行程において噴射制御室 3へ流入する燃料の流量より少なくなるため、 内燃機関の高負荷運転時に開弁行程における燃料噴射率が抑制されてしまうと、 内燃機関の高出力の確保が困難となる。 そこで、 コントローラ 3 0は、 内燃機関 の高負荷運転時には、 噴射制御室 3から流出する燃料の流量が噴射制御室 3へ流 入する燃料の流量より少ないことにより生じる開弁行程における燃料噴射率の低 下分が補償されるように、 共通蓄圧室 2内における燃料の圧力を制御する。 ここ では、 初期噴射率が抑制されずに早期に高噴射率が得られる噴射率特性、 いわゆ る矩形噴射率特性が得られるよう.に、 共通蓄圧室 2内における燃料の圧力 （コモ ンレール圧力） が制御される。

増圧ピストン 1 0の作動時に増圧ピストン 1 0を増圧室 1 0 3側へ加圧する力 は、 コモンレール圧力が高いほど大きいため、 作動時の増圧ピストン 1 0の移動 速度はコモンレール圧力が高いほど速くなる。 したがって、 コモンレール圧力が 高いほど、 噴射初期における燃料溜り 5 2の圧力上昇が速くなる。 その上、 ニー ドル 5 1では、 噴射制御室 3内の圧力が燃料溜り 5 2内の圧力より相対的に低い ほど、 ニードル 5 1のリフト速度が速くなる。 また、 噴射制御室 3からの燃料の 流出流量が抑制されることで二一ドル 5 1のリフト速度が抑制されたとしても、 コモンレール圧力が高くて燃料溜り 5 2の圧力上昇が速い場合は、 逃げ場の無い 燃料溜り 5 2内の燃料の圧力が増圧によって一段と高められることになる。 以上 の作用によって、 内燃機関の高負荷運転時には、 低負荷運転時よりコモンレール 圧力を上昇させることで、 開弁行程における燃料噴射率の低下を補償することが でき、 矩形噴射率特性を得ることができる。 したがって、 内燃機関の高出力を確 保することができる。 また、 閉弁行程においては、 低負荷運転時と同様に、 二一 ドル 51の閉弁速度を速めることができ、 良好な噴射切れを確保することができ る。 ·

以上のように、 コントローラ 30は、 内燃機関の負荷が高いほど共通蓄圧室 2 内における燃料の圧力 （コモンレール圧力） を増大させることで、 低負荷運転時 にはデル夕噴射率特性を実現することができるとともに、 高負荷運転時には矩形 噴射率特性を実現することができる。 なお、 他の動作については、 第 1実施形態 と同様であるため説明を省略する。

次に、 本願発明者が行った解析の結果について説明する。

図 6に示す構成の燃料噴射装置の解析モデルを用いて、 燃料溜り 52の圧力、 ニードル 51の変位、 及び燃料噴射率を計算した。 その計算結果を図 7， 8に示 す。 ここで、 図 7は部分負荷運転時での計算結果を示し、 図 8は全負荷運転時で の計算結果を示す。 そして、 図 7 (A) 及び図 8 (A) は燃料溜り 52の圧力の クランク角度に対する波形を示し、 図 7 (B) 及び図 8 (B) はニードル 51の 変位のクランク角度に対する波形を示し、 図 7 (C) 及び図 8 (C) は燃料噴射 率 （mm³/ms) のクランク角度に対する波形を示す。 さらに、 ワンウェイォ リフィス 34の代わりに噴射制御室オリフィス 33のみを設けた （噴射率制御用 オリフィス 31及び噴射率制御用チェック弁 32を省略した） 解析モデルについ ても、 比較用基準として計算を行った。

なお、 解析においては、 増圧ピストン 10の仕様を、 B l = l. 96 XB4、 B 2 = 0. 1 1 XB4、 B 3 = 1. 07 X B 4とし、 部分負荷運転時でのコモン レール圧力、 機関回転速度、 及び燃料噴射量をそれぞれ 40MP a、 2660 r pm、 及び 30mm³とし、 全負荷運転時でのコモンレール圧力、 機関回転速度、 及び燃料噴射量をそれぞれ 135MP a、 5000 r pm、 及び 1 10 mm³と した。 そして、 図 6に示す構成の解析においては、 噴射率制御用オリフィス 31 の内径を 0. 32mm、 噴射制御室オリフィス 33の内径を 0. 16mmとした。 また、 前述の比較用基準の解析においては、 噴射制御室オリフィス 33の内径を 0 . 3 6 mmとした。

図 6に示す構成の部分負荷運転時には、 開弁行程において噴射率制御用チエツ ク弁 3 2が閉じることで噴射制御室ォリフィス 3 3のみを介して噴射制御室 3か ら燃料が流出する。 そのため、 開弁行程においては、 噴射制御室 3内の圧力低下 速度が遅く、 図 7 ( B ) の B部に示すようにニードル 5 1のリフト速度が比較用 基準より遅くなる。 ただし、 ニードル 5 1のリフト速度が遅くなることで噴孔 2 3から噴出する燃料が比較用基準より少なくなるため、 図 7 (A) の A部に示す ように開弁行程における燃料溜り 5 2の圧力が比較用基準より高くなる。 ただし、 コモンレール圧力が低い部分負荷運転時では、 二一ドル 5 1のリフト速度が抑制 される方の影響が強く、 図 7 ( C ) の C部に示すように開弁行程における燃料噴 射率が比較用基準より抑制される。 したがって、 図 6に示す構成の部分負荷運転 時には、 図 7 ( C ) に示すように良好なデルタ噴射率特性を実現することができ、 N O Xの抑制及び燃焼騒音の低減を実現することができる。

また、 図 6に示す構成の全負荷運転時には、 部分負荷運転時と同様に噴射制御 室 3内の圧力低下速度が遅く、 図 8 ( B ) の B部に示すように開弁行程における ニードル 5 1のリフト速度が比較用基準より遅くなる。 ただし、 図 9に示すよう に、 ニードル 5 1のリフト量が大きい領域ほど燃料噴射ノズル 5の実開口面積の 変化が小さくなるため、 ニードル 5 1のリフト量を抑制されることによる燃料噴 射率への影響が生じにくくなる。 これに加えて、 噴孔 2 3から噴出する燃料が少 なくなることによる燃料溜り 5 2の圧力の増加は、 全負荷運転時の方が部分負荷 運転時より大きい。 数値で示すならば、 噴射初期に図 6に示す構成のニードル変 位が比較用基準のニードル変位のほぼ半分となるタイミング （図 7， 8とも矢印 で示す） での燃料溜り 5 2の圧力増加割合が、 部分負荷運転時では 3 0 %増

(比較用基準の 3 7 M P aから図 6に示す構成の 4 8 M P a ) であるのに対し、 全負荷運転時では 4 0 %増 （比較用基準の 1 5 O M P aから図 6に示す構成の 2 1 O M P a ) となっている。 以上の作用によって、 コモンレール圧力が高い全負 荷運転時では、 燃料溜り 5 2の圧力が増加することによる影響が強く、 図 8

( C ) の C部に示すようにニードル 5 1のリフト速度が抑制されても開弁行程に おける燃料噴射率が部分負荷運転時ほど抑制されない。 したがって、 図 6に示す 構成の全負荷運転時には、 図 8 ( C ) に示すように比較用基準とほぼ同等の矩形 噴射率特性を確保することができ、 内燃機関の高出力を確保することができる。 以上説明したように、 本実施形態においても、 良好な噴射切れを実現すること ができるとともに、 燃料を増圧ピストン 1 0により増圧して噴射する動作を効率 よく行うことができる。 さらに、 本実施形態においては、 内燃機関の高負荷運転 時には、 初期噴射率が抑制されたデル夕噴射率特性を実現することができるので、 N O Xの抑制及び燃焼騒音の低減を実現することができる。 一方、 内燃機関の高 負荷運転時には、 早期に高噴射率が得られる矩形噴射率特性を実現することがで きるので、 内燃機関の高出力を確保することができる。 以上のように、 本実施形 態によれば、 内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射率特性を適切に変化させるこ とができる。

以下、 本実施形態の変形例について説明する。

図 1 0に示す構成においては、 図 6に示す構成と比較して、 燃料供給用オリフ イス 6 1及び燃料供給用チェック弁 6 2の代わりに、 燃料供給用オリフィス （絞 り部） 6 5及び燃料供給用チェック弁 （逆止弁） 6 6が設けられている。 増圧室 1 0 3は、 燃料供給用チエツ,ク弁 6 6、 燃料供給用オリフィス 6 5、 及び管路 7 3を介して増圧制御室 1 0 2と接続されている。 さらに、 増圧室 1 0 3は、 燃料 供給用チェック弁 6 6、 燃料供給用オリフィス 6 5、 管路 7 1、 及びワンウェイ オリフィス 3 4を介して噴射制御室 3と接続されている。 ここでの燃料供給用チ エック弁 6 6は、 増圧制御室 1' 0 2及び噴射制御室 3から増圧室 1 0 3への燃料 の流れを許容するとともに、 増圧室 1 0 3から増圧制御室 1 0 2及び噴射制御室 3への燃料の流れを遮断する。 燃料供給用チェック弁 6 6内に燃料供給用オリフ イス 6 5を形成して一体化することも可能である。 そして、 燃料供給用オリフィ ス 6 5の流路面積 A 4が噴射制御室オリフィス 3 3の流路面積 A 2と噴射率制御 用オリフィス 3 1の流路面積 A 3の和より小さく設定されている。

図 1 0に示す構成によっても、 閉弁行程において、 ニードル 5 1に作用する噴 孔 2 3側への力を増大させることができるので、 良好な噴射切れを実現すること ができる。 そして、 増圧ピストン 1 0により増圧された燃料が噴射制御室 3を介 してドレイン 2 2へ排出されるのを防止することができるので、 燃料を増圧ビス トン 1 0により増圧して噴射する動作を効率よく行うことができる。

また、 図 1 1に示す構成においては、 図 6に示す構成と比較して、 燃料供給用 オリフィス 6 1及び燃料供給用チェック弁 6 2の代わりに、 燃料供給用オリフィ ス （絞り部） 6 3及び燃料供給用チェック弁 （逆止弁） 6 4が設けられている。 そして、 増圧室 1 0 3は、 燃料供給用オリフィス 6 3及び燃料供給用チェック弁 6 4を介して噴射制御室 3と接続されている。 ここでの燃料供給用チェック弁 6 4は、 噴射制御室 3から増圧室 1 0 3への燃料の流れを許容するとともに、 増圧 室 1 0 3から噴射制御室 3への燃料の流れを遮断する。 燃料供給用チェック弁 6 4内に燃料供給用オリフィス 6 3を形成して一体化することも可能である。 図 1 1に示す構成によれば、 閉弁行程において、 噴射制御室 3から燃料供給用 オリフィス 6 3及び燃料供給用チェック弁 6 4を介して燃料溜り 5 2へ燃料の圧 力が供給される。 これによつて、 閉弁行程においては、 燃料溜り 5 2への燃料の 供給圧力が噴射制御室 3への燃料の供給圧力より低くなるように、 共通蓄圧室 2 から燃料溜り 5 2及び噴射制御室 3へ燃料の圧力が供給される。 したがって、 二 一ドル 5 1に作用する噴孔 2 3側への力を増大させることができ、 良好な噴射切 れを実現することができる。 そして、 増圧ピストン 1 0により増圧された燃料が 噴射制御室 3を介してドレイン 2 2へ排出されるのを燃料供給用チェック弁 6 4 により防止することができるので、 燃料を増圧ビストン 1 0により増圧して噴射 する動作を効率よく行うことができる。

なお、 図 1 0， 1 1に示す構成においては、 ワンウェイオリフィス 3 4の代わ りに噴射制御室オリフィス 3 3が設けられていてもよい。

以上、 本発明を実施するための形態について説明したが、 本発明はこうした実 施形態に何等限定されるものではなく、 本発明の要旨を逸脱しない範囲内におい て、 種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

Claims

1 . 燃料供給源から供給された燃料を貯溜する燃料溜りと、 燃料溜りに貯溜され た燃料が噴出する噴孔を開閉する二一ドルと、 ニードルを噴孔側へ押圧するため の燃料の圧力が燃料供給源から供給される噴射制御室と、 を有する燃料噴射部を 備え、

噴射制御室の燃料の減圧によりニードルが噴孔を開けることで燃料溜りに貯溜 された燃料が噴孔から噴出し、 噴射制御室の燃料の増圧によりニードルが噴孔を 閉じることで噴孔からの燃料の請噴出が停止する燃料噴射装置であつて、

ニードルが噴孔を閉じる閉弁行程において、 燃料溜りへの燃料の供給圧力が噴 射制御室への燃料の供給圧力より低くなるように、 燃料供給源から燃料溜り及び 噴射制御室へ燃料の圧力が供給されることを特徴とする燃料噴射装置。

囲

2 . 請求の範囲 1に記載の燃料噴射装置であって、

前記閉弁行程において、 燃料供給源から第 1の絞り部を介して燃料溜りへ燃料 の圧力が供給されるとともに、 燃料供給源から第 2の絞り部を介して噴射制御室 へ燃料の圧力が供給され、

第 1の絞り部の流路面積が第 2の絞り部の流路面積より小さいことを特徴とす る燃料噴射装置。

3 . 請求の範囲 1に記 *^の燃料噴射装置であって、

前記閉弁行程において、 噴射制御室から絞り部を介して燃料溜りへ燃料の圧力 が供給されることを特徴とする燃料噴射装置。

4 . 請求の範囲 1に記載の燃料噴射装置であって、

増圧ピストンの作動により燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させる増圧 装置をさらに備えることを特徴とする燃料噴射装置。

5 . 請求の範囲 4に記載の燃料噴射装置であって、

増圧装置は、 燃料溜りと連通し増圧ピストンの作動により増圧される増圧室と、 増圧ピストンを増圧室側へ押圧するための圧力が燃料供給源から供給される加圧 室と、 増圧ピストンを加圧室側へ押圧するための圧力が供給され増圧ピストンの 作動を制御するために該圧力が制御される制御室と、 を有し、

増圧ピストンに関し、 加圧室内の圧力により増圧室側へ押圧される面積は、 増 圧室内の圧力により加圧室側へ押圧される面積と、 制御室内の圧力'により加圧室 側へ押圧される面積との和より小さく設定されていることを特徴とする燃料噴射 装置。

6 . 請求の範囲 4に記載の燃料噴射装置であって、

二一ドルが噴孔を開ける開弁行程において噴射制御室から流出する燃料の流量 が前記閉弁行程において噴射制御室へ流入する燃料の流量より少なくなるように、 噴射^御室における燃料の流入出が行われ、

燃料供給源における燃料の圧力の調整により増圧ピストンが作動したときの燃 料溜りにおける燃料の圧力を調整することで、 前記開弁行程における燃料噴射率 の調整が可能であることを特徴とする燃料噴射装置。

7 . 請求の範囲 6に記載の燃料噴射装置であって、

燃料が噴射される内燃機関の低負荷運転時には、 前記開弁行程における燃料噴 射率が所定の噴射率以下に抑制されるよ に、 燃料供給源における燃料の圧力を 調整することを特徴とする燃料噴射装置。

8 . 請求の範囲 6に記載の燃料噴射装置であって、

燃料が噴射される内燃機関の高負荷運転時には、 噴射制御室から流出する燃料 の流量が噴射制御室へ流入する燃料の流量より少ないことにより生じる前記開弁 行程における燃料噴射率の低下分が補償されるように、 燃料供給源における燃料 の圧力を調整することを特徴とする燃料噴射装置。 '

9 . 請求の範囲 6に記載の燃料噴射装置であって、

噴射制御室を燃料供給源またはドレインと選択的に連通させる制御バルブと、 制御バルブと噴射制御室との間に設けられ、 噴射制御室から制御バルブへ燃料 が流れるときの流路面積が制御バルブから噴射制御室へ燃料が流れるときの流路 面積より小さいワンウェイオリフィスと、

を備えることを特徴とする燃料噴射装置。

1 0 . 請求の範囲 4に記載の燃料噴射装置であって、

増圧装置は、 燃料溜りと連通し増圧ピストンの作動により増圧される増圧室と、 増圧ピストンの作動を制御するために燃料の供給圧力が制御される増圧制御室と、 を有し、

増圧室から噴射制御室への燃料の供給が遮断されており、

噴射制御室の燃料の圧力及び増圧制御室の燃料の圧力が共通の制御バルブによ り制御されることを特徴とする燃料噴射装置。

1 1 . 請求の範囲 1 0に記載の燃料噴射装置であって、

増圧室と噴射制御室との連通が遮断されていることを特徴とする燃料噴射装置。

1 2 . 請求の範囲 1 0に記載の燃料噴射装置であって、

増圧室が噴射制御室と逆止弁を介して接続されており、

該逆止弁は、 噴射制御室から増圧室への燃料の流れを許容するとともに、 増圧 室から噴射制御室への燃料の流れを遮断することを特徴とする燃料噴射装置。

1 3 . 請求の範囲 1 0に記載の燃料噴射装置であって、

増圧室が増圧制御室と逆止弁を介して接続されており、

該逆止弁は、 増圧制御室から増圧室への燃料の流れを許容するとともに、 増圧 室から増圧制御室への燃料の流れを遮断することを特徴とする燃料噴射装置。

1 4 . 燃料供給源から供給された燃料を貯溜する燃料溜りと、 燃料溜りに貯溜さ れた燃料が噴出する噴孔を開閉するニードルと、 ニードルを噴孔側へ押圧するた めの燃料の圧力が燃料供給源から供給される噴射制御室と、 を有する燃料噴射部 と、

増圧ピストンの作動により燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させる増圧 装置と、

を備え、

噴射制御室の燃料の減圧によりニードルが噴孔を開けることで燃料溜りに貯溜 された燃料が噴孔から噴出し、 噴射制御室の燃料の増圧によりニードルが噴孔を 閉じることで噴孔からの燃料の噴出が停止する燃料噴射装置であって、

ニードルが噴孔を開ける開弁行程において噴射制御室から流出する燃料の流量 が、 ニードルが噴孔を閉じる閉弁行程において噴射制御室へ流入する燃料の流量 より少なくなるように、 噴射制御室における燃料の流入出が行われ、

燃料供給源における燃料の圧力の調整により増圧ピストンが作動するときの燃 料溜りにおける燃料の圧力を調整することで、 前記開弁行程における燃料噴射率 の調整が可能であることを特徴とする燃料噴射装置。

1 5 . 燃料供給源から供給された燃料を貯溜する燃料溜りと、 燃料溜りに貯溜さ れた燃料が噴出する噴孔を開閉するニードルと、 ニードルを噴孔側へ押圧するた めの燃料の圧力が燃料供給源から供給される噴射制御室と、 を有する燃料噴射部 と、

増圧ピストンの作動により燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させる増圧 装置と、

を備え、

噴射制御室の燃料の減圧によりニードルが噴孔を開けることで燃料溜りに貯溜 された燃料が噴孔から噴出し、 噴射制御室の燃料の増圧によりニードルが噴孔を 閉じることで噴孔からの燃料の噴出が停止する燃料噴射装置であって、

増圧装置は、 燃料溜りと連通し増圧ピストンの作動により増圧される増圧室と、 増圧ピストンの作動を制御するために燃料の供給圧力が制御される増圧制御室と、 を有し、

増圧室から噴射制御室への燃料の供給が遮断されており、

噴射制御室の燃料の圧力及び増圧制御室の燃料の圧力が共通の制御バルブによ り制御されることを特徴とする燃料噴射装置。