(57)【要約】【課題】燃料を確実に噴射できる燃料噴射装置を提供すること。【解決手段】燃料噴射装置１は、ノズルボディ４０と、ニードル弁１０と、噴射制御弁２０と、閉鎖補助ピストン３０と、を備える。また、ノズルボディ４０には、第１燃料収容室４１、第２燃料収容室４２、およびニードル弁閉鎖室４３が形成される。閉鎖補助ピストン３０は、ニードル弁閉鎖室４２内に設けられ、ニードル弁１０は、第２燃料収容室４２内に設けられる。閉鎖補助ピストン３０とニードル弁１０との間には、ばね３１が設けられる。ばね３１の付勢力は、所定の最低燃料噴射圧で第２燃料収容室４２に燃料が供給された場合、ニードル弁１０がこのばね３１の付勢力に抗して開弁するように設定される。【選択図】図１
2010084720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１燃料収容室、第２燃料収容室、第３燃料収容室、および、当該第２燃料収容室から燃料噴射装置の外部に至る噴孔が形成されたノズルボディと、
当該ノズルボディ内部のニードル弁保持部に保持されたニードル弁と、
前記ノズルボディ内部の前記ニードル弁保持部よりも先端側に設けられて前記第２燃料収容室を有するニードル弁開放手段と、
前記ノズルボディ内部の前記ニードル弁保持部よりも基端側に設けられて前記第３燃料収容室を有するニードル弁閉鎖手段と、
前記ノズルボディ内部に保持されて、前記第１燃料収容室内を進退可能な噴射制御弁と、を備え、
前記ノズルボディには、燃料供給源から前記第１燃料収容室に至る第１燃料通路、前記第１燃料収容室から前記第２燃料収容室に至る第２燃料通路、前記第１燃料収容室から前記第３燃料収容室に至る第３燃料通路、および、前記第３燃料収容室から燃料噴射装置の外部の低圧部に至る第４燃料通路が形成され、
前記噴射制御弁は、第１位置まで前進することにより、前記第１燃料通路と前記第１燃料収容室とを連通するとともに、前記第１燃料収容室と前記第３燃料通路とを遮断し、第２位置まで後退することにより、前記第１燃料通路と前記第１燃料収容室とを遮断するとともに、前記第１燃料収容室と前記第３燃料通路とを連通し、
前記ニードル弁は、前進して前記ノズルボディに着座することにより、前記第２燃料収容室と前記噴孔とを遮断し、後退して前記ノズルボディから離座することにより、前記第２燃料収容室と前記噴孔とを連通し、
前記ニードル弁開放手段は、前記第２燃料収容室内の燃料圧力により前記ニードル弁を後退させ、
前記ニードル弁閉鎖手段は、前記第３燃料収容室内の燃料圧力により前記ニードル弁を前進させ、
前記ニードル弁閉鎖手段は、前記第３燃料収容室内を進退可能に設けられた閉鎖補助ピストンを備え、
前記閉鎖補助ピストンは、最後退位置で前記第３燃料通路と前記第３燃料収容室とを遮断し、前進状態に移行することにより前記第３燃料通路と前記第３燃料収容室とを連通し、
前記第３燃料収容室は、前記閉鎖補助ピストン前進状態では、前記閉鎖補助ピストンにより、前記第３燃料通路が連通する閉鎖補助圧力室と、前記第４燃料通路が連通するリターン圧力室と、に区画され、
前記閉鎖補助ピストンは、前記噴射制御弁が前記第１位置から前記第２位置に移行する際に、前記最後退位置に位置して、前記第３燃料通路と前記閉鎖補助圧力室とを遮断することで、前記第１燃料収容室の燃料が前記第３燃料通路を通って前記第３燃料収容室に流入するのを抑制し、これにより、前記第１燃料収容室の燃料が、前記第３燃料通路、前記第３燃料収容室、および前記第４燃料通路を通って、前記燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制する流出抑制手段であり、
前記第３燃料収容室内には、前記ニードル弁の基端側が露出しており、
前記閉鎖補助ピストンは、前記閉鎖補助圧力室内の燃料圧力による押圧力を、前記ニードル弁に対して前進方向に伝達可能であり、
前記ニードル弁閉鎖手段は、前記閉鎖補助ピストンと前記ニードル弁の基端側との間に設けられて、前記閉鎖補助ピストンおよび前記ニードル弁を離間する方向に付勢する弾性部材をさらに備え、
前記弾性部材の付勢力は、所定の最低燃料噴射圧で前記第２燃料収容室に燃料が供給された場合、前記ニードル弁が当該弾性部材の付勢力に抗して開弁するように設定されることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射装置において、
前記弾性部材の付勢力は、前記ニードル弁が当該弾性部材の付勢力に抗して開弁可能となる値のうちの最大値に設定されることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料噴射装置において、
前記第３燃料通路の断面積は、当該第３燃料通路の断面積と前記最低燃料噴射圧との積が前記弾性部材の付勢力よりも大きくなるように、設定されることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料噴射装置において、
前記閉鎖補助ピストンには、前記閉鎖補助圧力室と前記リターン圧力室とを連通する微小連通路が形成されることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料噴射装置において、
前記微小連通路は、前記閉鎖補助ピストンの外周面の一部を凹ませることにより、当該閉鎖補助ピストンと前記第３燃料収容室との間に形成されることを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置に関する。詳しくは、ディーゼルエンジンに用いられ、燃料供給源から高圧で供給される燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンには、燃料を噴射する燃料噴射装置が用いられる。
図５は、従来例に係る燃料噴射装置７０１の断面図である。
この燃料噴射装置７０１は、第１燃料収容室７４１、第２燃料収容室７４２、ニードル弁閉鎖室７４３、および、第２燃料収容室７４２から燃料噴射装置７０１の外部に至る噴孔７４５が形成されたノズルボディ７４０と、このノズルボディ７４０内部のニードル弁保持部７４６に保持されたニードル弁７１０と、ノズルボディ７４０のニードル弁閉鎖室７４３内部に設けられた閉鎖補助ピストン７３０と、ノズルボディ７４０の噴射制御弁保持部７４４に保持されて、第１燃料収容室７４１内を進退可能な噴射制御弁７２０と、を備える。
【０００３】
ノズルボディ７４０には、燃料供給源から第１燃料収容室７４１に至る第１燃料通路７５１、第１燃料収容室７４１から第２燃料収容室７４２に至る第２燃料通路７５２、第１燃料収容室７４１からニードル弁閉鎖室７４３に至る第３燃料通路７５３、および、ニードル弁閉鎖室７４３から燃料噴射装置の外部の低圧部に至る第４燃料通路７５４が形成される。
【０００４】
噴射制御弁７２０は、第１位置まで前進することにより、第１燃料通路７５１と第１燃料収容室７４１とを連通するとともに、第１燃料収容室７４１と第３燃料通路７５３とを遮断し、第２位置まで後退することにより、第１燃料通路７５１と第１燃料収容室７４１とを遮断するとともに、第１燃料収容室７４１と第３燃料通路７５３とを連通する。
【０００５】
ニードル弁７１０は、前進してノズルボディ７４０に着座することにより、第２燃料収容室７４２と噴孔７４５とを遮断し、後退してノズルボディ７４０から離座することにより、第２燃料収容室７４２と噴孔７４５とを連通する。
このニードル弁７１０の基端側は、ニードル弁閉鎖室７４３内に露出している。また、閉鎖補助ピストン７３０とニードル弁１０の基端側との間には、閉鎖補助ピストン７３０およびニードル弁１０を離間する方向に付勢するばね７３１が設けられている。
【０００６】
以上の燃料噴射装置７０１の燃料を噴射する動作は、以下のようになる。
燃料供給源から第１燃料通路７５１に燃料が供給されている。この状態で、図６（ａ）に示すように、噴射制御弁７２０を第１位置まで前進させると、第１燃料通路７５１と第１燃料収容室７４１とが連通するとともに、第１燃料収容室７４１と第３燃料通路７５３とが遮断される。よって、第１燃料通路７５１から第１燃料収容室７４１および第２燃料通路７５２を通って第２燃料収容室７４２に燃料が流入し、第２燃料収容室７４２内の燃料圧力が上昇する。すると、第２燃料収容室７４２内の燃料圧力により、ばね７３１の付勢力に抗してニードル弁７１０が後退してノズルボディ７４０から離座する。これにより、第２燃料収容室７４２内の燃料は、噴孔７４５から噴射される。
【０００７】
一方、燃料噴射装置７０１の燃料の噴射を停止する動作は、以下のようになる。
図６（ｂ）に示すように、噴射制御弁７２０を第２位置まで後退させると、第１燃料通路７５１と第１燃料収容室７４１とが遮断されるとともに、第１燃料収容室７４１と第３燃料通路７５３とが連通する。よって、第２燃料通路７５２から第１燃料収容室７４１および第３燃料通路７５３を通ってニードル弁閉鎖室７４３に燃料が流入し、ニードル弁閉鎖室７４３内の燃料圧力が上昇する。すると、ニードル弁閉鎖室７４３内の燃料圧力により、ばね７３１の付勢力に抗して閉鎖補助ピストン７３０が前進して、ニードル弁７１０を押圧して前進させる。これにより、ニードル弁７１０がノズルボディ７４０に着座して、燃料の噴射が停止する。
【特許文献１】特願２００８−１５９２６６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、以上の燃料噴射装置７０１では、ばね７３１の付勢力を適切な値に設定する必要があった。
すなわち、まず、初期状態では、閉鎖補助ピストン７３０が最後退して、第３燃料通路７５３を塞いでいる。この状態から噴射動作を開始すると、第１燃料通路７５１内の燃料が第２燃料収容室７４２に流入し、第２燃料収容室７４２内の燃料圧力により、ばね７３１の付勢力に抗してニードル弁７１０が後退する。したがって、ばね７３１の付勢力が強過ぎると、ニードル弁１０が迅速に後退せず、燃料を噴射できない場合がある。
【０００９】
本発明は、燃料を確実に噴射できる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃料噴射装置（例えば、後述の燃料噴射装置１）は、第１燃料収容室（例えば、後述の第１燃料収容室４１）、第２燃料収容室（例えば、後述の第２燃料収容室４２）、第３燃料収容室（例えば、後述のニードル弁閉鎖室４３）、および、当該第２燃料収容室から燃料噴射装置の外部に至る噴孔（例えば、後述の噴孔４５）が形成されたノズルボディ（例えば、後述のノズルボディ４０）と、当該ノズルボディ内部のニードル弁保持部（例えば、後述のニードル弁保持部４６）に保持されたニードル弁（例えば、後述のニードル弁１０）と、前記ノズルボディ内部の前記ニードル弁保持部よりも先端側に設けられて前記第２燃料収容室を有するニードル弁開放手段（例えば、後述の第２燃料収容室４２、段差部１３および燃料溜まり部４２１）と、前記ノズルボディ内部の前記ニードル弁保持部よりも基端側に設けられて前記第３燃料収容室を有するニードル弁閉鎖手段（例えば、後述のニードル弁閉鎖室４３および閉鎖補助ピストン３０）と、前記ノズルボディ内部に保持されて、前記第１燃料収容室内を進退可能な噴射制御弁（例えば、後述の噴射制御弁２０）と、前記ノズルボディには、燃料供給源から前記第１燃料収容室に至る第１燃料通路（例えば、後述の第１燃料通路５１）、前記第１燃料収容室から前記第２燃料収容室に至る第２燃料通路（例えば、後述の第２燃料通路５２）、前記第１燃料収容室から前記第３燃料収容室に至る第３燃料通路（例えば、後述の第３燃料通路５３）、および、前記第３燃料収容室から燃料噴射装置の外部の低圧部に至る第４燃料通路（例えば、後述の第４燃料通路５４）が形成され、前記噴射制御弁は、第１位置（例えば、後述の第１位置）まで前進することにより、前記第１燃料通路と前記第１燃料収容室とを連通するとともに、前記第１燃料収容室と前記第３燃料通路とを遮断し、第２位置（例えば、後述の第２位置）まで後退することにより、前記第１燃料通路と前記第１燃料収容室とを遮断するとともに、前記第１燃料収容室と前記第３燃料通路とを連通し、前記ニードル弁は、前進して前記ノズルボディに着座することにより、前記第２燃料収容室と前記噴孔とを遮断し、後退して前記ノズルボディから離座することにより、前記第２燃料収容室と前記噴孔とを連通し、前記ニードル弁開放手段は、前記第２燃料収容室内の燃料圧力により前記ニードル弁を後退させ、前記ニードル弁閉鎖手段は、前記第３燃料収容室内の燃料圧力により前記ニードル弁を前進させ、前記ニードル弁閉鎖手段は、前記第３燃料収容室内を進退可能に設けられた閉鎖補助ピストン（例えば、後述の閉鎖補助ピストン３０）を備え、前記閉鎖補助ピストンは、最後退位置で前記第３燃料通路と前記第３燃料収容室とを遮断し、前進状態に移行することにより前記第３燃料通路と前記第３燃料収容室とを連通し、前記第３燃料収容室は、前記閉鎖補助ピストン前進状態では、前記閉鎖補助ピストンにより、前記第３燃料通路が連通する閉鎖補助圧力室（例えば、後述の閉鎖補助圧力室４３２）と、前記第４燃料通路が連通するリターン圧力室（例えば、後述のリターン圧力室４３３）と、に区画され、前記閉鎖補助ピストンは、前記噴射制御弁が前記第１位置から前記第２位置に移行する際に、前記最後退位置に位置して、前記第３燃料通路と前記閉鎖補助圧力室とを遮断することで、前記第１燃料収容室の燃料が前記第３燃料通路を通って前記第３燃料収容室に流入するのを抑制し、これにより、前記第１燃料収容室の燃料が、前記第３燃料通路、前記第３燃料収容室、および前記第４燃料通路を通って、前記燃料噴射装置の外部に流出するのを抑制する流出抑制手段（例えば、後述の閉鎖補助ピストン３０およびニードル弁閉鎖室４３）であり、前記第３燃料収容室内には、前記ニードル弁の基端側が露出しており、前記閉鎖補助ピストンは、前記閉鎖補助圧力室内の燃料圧力による押圧力を、前記ニードル弁に対して前進方向に伝達可能であり、前記ニードル弁閉鎖手段は、前記閉鎖補助ピストンと前記ニードル弁の基端側との間に設けられて、前記閉鎖補助ピストンおよび前記ニードル弁を離間する方向に付勢する弾性部材（例えば、後述のばね３１）をさらに備え、前記弾性部材の付勢力は、所定の最低燃料噴射圧で前記第２燃料収容室に燃料が供給された場合、前記ニードル弁が当該弾性部材の付勢力に抗して開弁するように設定されることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、燃料噴射装置の燃料噴射動作は、以下のようになる。
すなわち、燃料供給源から第１燃料通路に燃料が供給されている。この状態で、噴射制御弁を第１位置まで前進させると、第１燃料通路と第１燃料収容室とが連通するとともに、第１燃料収容室と第３燃料通路とが２遮断される。よって、第１燃料通路から第１燃料収容室および第２燃料通路を通って第２燃料収容室に燃料が流入し、第２燃料収容室内の燃料圧力が上昇する。すると、ニードル弁開放手段が動作して、第２燃料収容室内の燃料圧力によりニードル弁が後退してノズルボディから離座する。これにより、第２燃料収容室内の燃料は、噴孔から噴射される。
【００１２】
一方、燃料噴射装置の噴射停止動作は、以下のようになる。
すなわち、噴射制御弁を第２位置まで後退させると、第１燃料通路と第１燃料収容室とが遮断されるとともに、第１燃料収容室と第３燃料通路とが連通する。よって、第２燃料通路から第１燃料収容室および第３燃料通路を通って第３燃料収容室に燃料が流入し、第３燃料収容室内の燃料圧力が上昇する。すると、ニードル弁閉鎖手段が動作して、第３燃料収容室内の燃料圧力によりニードル弁が前進する。これにより、ニードル弁がノズルボディに着座して、燃料の噴射が停止する。
【００１３】
ここで、閉鎖補助ピストンとニードル弁の基端側との間に、閉鎖補助ピストンおよびニードル弁を離間する方向に付勢する弾性部材を設け、第２燃料収容室に所定の最低燃料噴射圧で燃料が供給された場合、ニードル弁が弾性部材の付勢力に抗して開弁するように、この弾性部材の付勢力を設定した。よって、燃料供給源から供給される燃料が最低燃料噴射圧であっても、噴射動作を開始すると、ニードル弁が迅速に後退し、燃料を確実に噴射できる。したがって、最低燃料噴射圧から最高燃料噴射圧までの間のいずれの燃料噴射圧でも燃料を噴射できる。
【００１４】
この場合、前記弾性部材の付勢力は、前記ニードル弁が当該弾性部材の付勢力に抗して開弁可能となる値のうちの最大値に設定されることが好ましい。
【００１５】
噴射停止動作の完了後、図５に示すように、ばね７３１の付勢力により、閉鎖補助ピストン７３０を後退させて、閉鎖補助ピストン７３０の基端側をニードル弁閉鎖室７４３に当接させる。そして、次回の燃料噴射動作が開始されるまで、このばね７３１の付勢力により、ニードル弁１０をノズルボディ４０に押し付ける。したがって、ばね７３１の付勢力が弱過ぎると、ノズルボディ４０先端の噴孔７４５からの燃料漏れが発生するおそれがある。
【００１６】
そこで、この発明によれば、弾性部材の付勢力を、ニードル弁が弾性部材の付勢力に抗して開弁可能となる値のうちの最大値に設定した。よって、弾性部材の付勢力により、ニードル弁をノズルボディに押し付けて、所定の最低燃料噴射圧以下での噴孔からの燃料漏れを確実に防止できる。
【００１７】
この場合、前記第３燃料通路の断面積は、当該第３燃料通路の断面積と前記最低燃料噴射圧との積が前記弾性部材の付勢力よりも大きくなるように、設定されることが好ましい。
【００１８】
噴射停止動作を開始すると、図６（ｂ）に示すように、第１燃料収容室７２４内の燃料が第３燃料通路７５３に流入する。閉鎖補助ピストン７３０が最後退して、第３燃料通路７５３を塞いでいるので、第３燃料通路７５３内の燃料圧力により、ばね７３１の付勢力に抗して閉鎖補助ピストン７３０をわずかに前進させる。これにより、第３燃料通路７５３内の燃料がニードル弁閉鎖室７４３内に流入し、このニードル弁閉鎖室７４３内の燃料圧力により、ばね７３１の付勢力に抗して閉鎖補助ピストン７３０が前進して、ニードル弁７１０を押圧して前進させる。したがって、ばね７３１の付勢力が強過ぎると、第３燃料通路７５３内の燃料圧力で閉鎖補助ピストン７３０が迅速に前進せず、噴射停止が遅れるおそれがある。
【００１９】
そこで、この発明によれば、第３燃料通路の断面積と最低燃料噴射圧との積が弾性部材の付勢力よりも大きくなるように、第３燃料通路の断面積を設定した。これにより、第３燃料通路内の燃料圧力で閉鎖補助ピストンが迅速に前進し、燃料の噴射を迅速に停止できる。
【００２０】
この場合、前記閉鎖補助ピストンには、前記閉鎖補助圧力室と前記リターン圧力室とを連通する微小連通路（例えば、後述の微小連通路３３１）が形成されることが好ましい。
【００２１】
この発明によれば、閉鎖補助ピストンに微小連通路を設けたので、微小連通路を通して閉鎖補助圧力室内の燃料をリターン圧力室に導入することにより、閉鎖補助ピストンを円滑に後退させることができ、第４燃料通路の流量をさらに低減できる。
【００２２】
この場合、前記微小連通路は、前記閉鎖補助ピストンの外周面の一部を凹ませることにより、当該閉鎖補助ピストンと前記第３燃料収容室との間に形成されることが好ましい。
【００２３】
閉鎖補助ピストンの外縁は、内部側に比べて加工し易くなっている。そこで、この発明によれば、閉鎖補助ピストンの外周面の一部を凹ませることにより微小連通路を形成したので、微小連通路の断面積を高精度で管理できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、閉鎖補助ピストンとニードル弁の基端側との間に、閉鎖補助ピストンおよびニードル弁を離間する方向に付勢する弾性部材を設け、第２燃料収容室に所定の最低燃料噴射圧で燃料が供給された場合、ニードル弁が弾性部材の付勢力に抗して開弁するように、この弾性部材の付勢力を設定した。よって、燃料供給源から供給される燃料が最低燃料噴射圧であっても、噴射動作を開始すると、ニードル弁が迅速に後退し、燃料を確実に噴射できる。したがって、最低燃料噴射圧から最高燃料噴射圧までの間のいずれの燃料噴射圧でも燃料を噴射できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置１の構成を示す断面図である。なお、以下の図において、ニードル弁１０、噴射制御弁２０、および閉鎖補助ピストン３０の移動ストローク量および寸法は、理解の容易のため、実際よりも誇張して描かれている。
【００２６】
燃料噴射装置１は、図示しないハウジング内に収容されて、ピエゾ式アクチュエータ６０の動作に応じて、燃料供給源から高圧で供給される燃料を噴射するものである。
この燃料噴射装置１は、ニードル弁１０と、噴射制御弁２０と、この噴射制御弁を付勢するばね２１と、ニードル弁閉鎖手段としての閉鎖補助ピストン３０と、この閉鎖補助ピストン３０を付勢する弾性部材としてのばね３１と、これらを収容する円柱形状のノズルボディ４０と、を備える。
【００２７】
ノズルボディ４０は、３つの部材で構成されており、このノズルボディ４０の内部には、基端側から先端側に向かって順番に、第１燃料収容室４１、ニードル弁閉鎖手段および第３燃料収容室としてのニードル弁閉鎖室４３、ならびに、ニードル弁開放手段としての第２燃料収容室４２が形成されている。
【００２８】
また、ノズルボディ４０には、図示しない燃料供給源から第１燃料収容室４１に至る第１燃料通路５１、第１燃料収容室４１から第２燃料収容室４２に至る第２燃料通路５２、第１燃料収容室４１からニードル弁閉鎖室４３に至る第３燃料通路５３、および、ニードル弁閉鎖室４３からノズルボディ４０の外部の図示しない低圧部に至る第４燃料通路５４が形成される。
ここで、燃料供給源としては、例えば、コモンレールを介して接続された高圧ポンプが挙げられる。
また、低圧部としては、例えば、燃料タンク、低圧ポンプと高圧ポンプとの間の燃料通路、および、高圧ポンプ内の加圧室より上流側の燃料通路などが挙げられる。
【００２９】
第１燃料収容室４１は、ノズルボディ４０の延在方向に沿って延在する略円筒形状の空間である。
この第１燃料収容室４１の基端面には、ノズルボディ４０の基端面に至る断面円形状の貫通孔が形成され、この貫通孔は、噴射制御弁２０を保持する噴射制御弁保持部４４となっている。
噴射制御弁保持部４４の内径は、第１燃料収容室４１の内径よりも小さくなっており、これにより、第１燃料収容室４１の基端面には、段差部４１１が形成される。
【００３０】
第１燃料通路５１は、ノズルボディ４０の基端面から、噴射制御弁保持部４４である貫通孔の先端側の内周面まで延びている。
【００３１】
ニードル弁閉鎖室４３は、ノズルボディ４０の延在方向に沿って延在する略円筒形状の空間である。このニードル弁閉鎖室４３の先端側には、周方向に沿って段差部４３１が形成されている。
第３燃料通路５３は、第１燃料収容室４１の先端面の略中央からニードル弁閉鎖室４３の基端面の略中央に至る貫通孔である。
第４燃料通路５４は、ニードル弁閉鎖室４３の先端側の内周面からノズルボディ４０の基端面まで延びている。
【００３２】
第２燃料収容室４２は、ノズルボディ４０の延在方向に沿って延在する略円筒形状の空間である。
第２燃料収容室４２の先端側には、ノズルボディ４０の外部に至る貫通孔が形成され、この貫通孔は噴孔４５となっている。
第２燃料収容室４２の延在方向基端側には、内周が拡張されたニードル弁開放手段としての燃料溜まり部４２１が形成されている。
【００３３】
ノズルボディ４０には、ニードル弁閉鎖室４３から第２燃料収容室４２に至る貫通孔が形成され、この貫通孔は、ニードル弁１０を保持するニードル弁保持部４６となっている。
第２燃料通路５２は、第１燃料収容室４１の段差部４１１よりも先端側の部分の内周面から第２燃料収容室４２の燃料溜まり部４２１まで延びている。
【００３４】
ニードル弁１０は、ノズルボディ４０のニードル弁保持部４６に保持されており、このニードル弁１０の先端側は、第２燃料収容室４２の延在方向に沿って、第２燃料収容室４２内を進退可能である。
ニードル弁１０は、ニードル弁保持部４６に摺動可能に保持される円柱形状のニードル弁本体１１と、このニードル弁本体１１の基端側に鍔状に形成された移動規制部１２と、を備える。
【００３５】
ニードル弁本体１１のニードル弁保持部４６よりも基端側は、ニードル弁閉鎖室４３内に露出している。
移動規制部１２は、ニードル弁本体１１のうちニードル弁閉鎖室４３内に露出した部分に形成される。
【００３６】
ニードル弁１０の移動規制部１２の外径は、ニードル弁閉鎖室４３の段差部４３１より基端側の部分の内径に比較して、大きくなっている。よって、ニードル弁１０が後退すると、移動規制部１２が段差部４３１に突き当たって、ニードル弁１０の後退が規制される。
【００３７】
ニードル弁本体１１の外周面のうち燃料溜まり部４２１の近傍に位置する部分には、周方向に沿って円環状に、ニードル弁開放手段としての段差部１３が形成されている。
ニードル弁本体１１の段差部１３よりも先端側の部分の外径は、ニードル弁本体１１の段差部１３より基端側の部分の外径に比較して小さくなっており、このニードル弁本体１１の段差部１３より先端側の部分の外周面と、第２燃料収容室４２の内周面との間には、燃料が流通する間隙が形成されている。
【００３８】
以上のニードル弁１０では、ニードル弁本体１１の先端面が第２燃料収容室４２の先端側から離座することにより、第２燃料収容室４２の燃料溜まり部４２１と噴孔４５とが連通し、ニードル弁本体１１の先端面が第２燃料収容室４２の先端側に着座することにより、第２燃料収容室４２の燃料溜まり部４２１と噴孔４５とが遮断される。
【００３９】
噴射制御弁２０は、ノズルボディ４０の噴射制御弁保持部４４に保持されており、第１燃料収容室４１の延在方向に沿って、第１燃料収容室４１内を進退可能である。
【００４０】
噴射制御弁２０は、噴射制御弁保持部４４内を摺動可能な略円柱状の案内部２２と、この案内部２２の先端側に設けられた円盤形の鍔状の拡径部２３と、この拡径部２３の先端側に設けられた略円柱状の閉鎖部２４と、を備える。
【００４１】
案内部２２は、噴射制御弁保持部４４に摺動可能に保持される。この案内部２２の外周面には、拡径部２３に隣接する位置から基端側に向かって延びる断面円形状の縮径部２２１が形成されている。噴射制御弁保持部４４のうち縮径部２２１に対向する位置には、第１燃料通路５１が開口されている。
拡径部２３および閉鎖部２４は、第１燃料収容室４１内に露出している。拡径部２３の基端面は、噴射制御弁２０の中心軸に直交する平面に対して傾斜している。
【００４２】
ばね２１は、第１燃料収容室４１の先端面と、噴射制御弁２０の拡径部２３と、の間に設けられて、拡径部２３の先端側に当接し、噴射制御弁２０を後退方向に付勢する。
【００４３】
以上の噴射制御弁２０がばね２１の付勢力に抗して前進して、閉鎖部２４の先端面が第１燃料収容室４１の先端面に当接した状態を、噴射制御弁２０の第１位置とする。
噴射制御弁２０が第１位置に位置すると、閉鎖部２４の先端面が第１燃料収容室４１の先端面に当接するとともに、拡径部２３と第１燃料収容室４１の段差部４１１との間に間隙が形成される。
【００４４】
また、第１燃料通路５１は噴射制御弁保持部４４である貫通孔の先端側に連通しており、第３燃料通路５３は第１燃料収容室４１の先端面に連通しているため、この状態では、第１燃料収容室４１と第３燃料通路５３とが遮断されるとともに、第１燃料通路５１と第１燃料収容室４１とが連通される。
【００４５】
一方、噴射制御弁２０が後退して、拡径部２３が第１燃料収容室４１の段差部４１１に当接した状態を噴射制御弁２０の第２位置とする。
噴射制御弁２０が第２位置に位置すると、閉鎖部２４の先端面と第１燃料収容室４１の先端面とが離間して間隙が形成されるとともに、拡径部２３が第１燃料収容室４１の段差部４１１に当接する。この状態では、第１燃料通路５１と第１燃料収容室４１とが遮断されるとともに、第１燃料収容室４１と第３燃料通路５３とが連通される。
図１は、噴射制御弁２０が第２位置に位置した状態を示す。
【００４６】
アクチュエータ６０は、噴射制御弁２０の噴射制御弁保持部４４よりも基端側に設けられており、この噴射制御弁２０を前進方向に荷重可能である。
【００４７】
閉鎖補助ピストン３０は、ニードル弁閉鎖室４３内を進退可能に設けられ、ニードル弁閉鎖室４３の内壁面を摺動する略円柱形状の仕切部３３と、この仕切部３３のニードル弁１０側の端部から棒状に延出する補助力伝達部３２と、を備える。
【００４８】
ニードル弁閉鎖室４３は、仕切部３３により、第３燃料通路５３が連通する閉鎖補助圧力室４３２と、第４燃料通路５４が連通するリターン圧力室４３３と、に区画される。
【００４９】
仕切部３３の基端側の部分は、第３燃料通路５３側に向かって突出する略円錐形状となっている。
また、仕切部３３には、閉鎖補助圧力室４３２とリターン圧力室４３３とを連通する微小連通路３３１が形成される。この微小連通路３３１は、閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の外周面を凹ませることにより、閉鎖補助ピストン３０とニードル弁閉鎖室４３との間に形成される。
【００５０】
ばね３１は、ニードル弁閉鎖室４３内の閉鎖補助ピストン３０とニードル弁１０の基端側との間に設けられて、閉鎖補助ピストン３０およびニードル弁１０を離間する方向に付勢する。
【００５１】
以上の閉鎖補助ピストン３０は、以下のように動作する。
すなわち、まず、噴射制御弁２０が第１位置に位置して、第１燃料収容室４１と第３燃料通路５３とが遮断されており、また、ばね３１により閉鎖補助ピストン３０が最も後退した位置まで付勢されて、仕切部３３の円錐形状の部分がニードル弁閉鎖室４３の基端面の第３燃料通路５３を閉塞しているものとする。この状態を、閉鎖補助ピストン３０の最後退位置とする。
【００５２】
閉鎖補助ピストン３０がこの最後退位置に位置した状態では、仕切部３３の円錐状の部分が第３燃料通路５３を塞いで、第３燃料通路５３と閉鎖補助圧力室４３２とを遮断する。
また、閉鎖補助ピストン３０がこの最後退位置に位置した状態では、ニードル弁１０が移動規制部１２に規制されるまで後退しても、閉鎖補助ピストン３０の補助力伝達部３２の先端面とニードル弁１０の基端面との間に間隙が形成されるように、閉鎖補助ピストン３０およびニードル弁１０の移動ストロークや長さが設定されている。
【００５３】
次に、噴射制御弁２０が第１位置から後退すると、第１燃料収容室４１と第３燃料通路５３とが連通し、第１燃料収容室４１の燃料が第３燃料通路５３に流入する。
そして、第２燃料通路５２と第３燃料通路５３とが連通し、第２燃料通路５２の燃料が第３燃料通路５３に流入する。
そして、この第３燃料通路５３の燃料圧力により、閉鎖補助ピストン３０がばね３１の付勢力に抗して前進して、補助力伝達部３２の先端面がニードル弁１０の基端面に当接する。
【００５４】
この状態では、第３燃料通路５３内の燃料は、ニードル弁閉鎖室４３の閉鎖補助圧力室４３２に流入して、第２燃料収容室４２の燃料溜まり部４２１内の燃料圧力とニードル弁閉鎖室４３の閉鎖補助圧力室４３２内の燃料圧力とが等しくなっている。
そして、閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の円錐形状の部分が受圧部として閉鎖補助圧力室４３２からの燃料圧力を受けることで、閉鎖補助ピストン３０を介して、ニードル弁１０には、前進させる向きに力が加わる。
同時に、ニードル弁１０には、ニードル弁１０の円環状の段差部１３が受圧部として燃料溜まり部４２１からの燃料圧力を受けることで、後退させる向きに力が加わっている。
【００５５】
ここで、閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の最大径は、ニードル弁１０の段差部１３の最大径よりも大きく、閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の受圧面積は、ニードル弁１０の段差部１３の受圧面積よりも大きくなっている。よって、閉鎖補助ピストン３０を前進させる力は、ニードル弁１０を後退させる力よりも大きくなり、閉鎖補助ピストン３０の補助力伝達部３２の先端面でニードル弁１０の基端側を押圧して、ニードル弁１０を前進させる。
【００５６】
以下、燃料噴射装置１の動作について、図２〜図４を参照しながら説明する。
ＳＴ１では、図２（ａ）に示すように、初期状態である。すなわち、燃料供給源から第１燃料通路５１に燃料が高圧で供給されるとともに、ばね２１の付勢力により、噴射制御弁２０が後退して第２位置に位置している。これにより、噴射制御弁２０の拡径部２３が第１燃料収容室４１の段差部４１１に当接するため、第１燃料通路５１内の高圧の燃料は、噴射制御弁２０の縮径部２２１と噴射制御弁保持部４４の内周面との隙間に留まっている。
【００５７】
また、ばね３１の付勢力により、ニードル弁１０は前進して第２燃料収容室４２の先端側に着座し、閉鎖補助ピストン３０は後退して最後退位置に位置して第３燃料通路５３を閉鎖している。これにより、第２燃料収容室４２、第２燃料通路５２、第１燃料収容室４１、第３燃料通路５３内には、前回の噴射動作により流入した燃料がある程度の圧力で閉じ込められている。
【００５８】
ＳＴ２では、この状態から、図２（ｂ）に示すように、アクチュエータ６０を駆動すると、ばね２１の付勢力に抗して噴射制御弁２０が前進して第１位置に位置する。
【００５９】
すると、噴射制御弁２０の閉鎖部２４の先端面が第１燃料収容室４１の先端面に当接し、第１燃料収容室４１と第３燃料通路５３とが遮断されるので、第３燃料通路５３への燃料の供給が遮断される。
また、拡径部２３が第１燃料収容室４１の段差部４１１から離れて、拡径部２３と第１燃料収容室４１の段差部４１１との間に間隙が形成されるので、第１燃料通路５１内の高圧な燃料は、噴射制御弁２０の縮径部２２１と噴射制御弁保持部４４の内周面との隙間、第１燃料収容室４１、および第２燃料通路５２を通って、第２燃料収容室４２の燃料溜まり部４２１に流入する。上述のように、この燃料溜まり部４２１の燃料は、既にある程度の圧力であるため、第１燃料通路５１内の高圧な燃料が供給されることにより、第２燃料収容室４２内の燃料圧力が上昇する。
【００６０】
ＳＴ３では、燃料溜まり部４２１内の燃料圧力が所定の圧力に到達すると、図２（ｃ）に示すように、この燃料溜まり部４２１内の燃料圧力により、ニードル弁１０の移動規制部１２が段差部４３１に突き当たるまで、ばね３１の付勢力に抗してニードル弁１０が後退する。これにより、ニードル弁１０は第２燃料収容室４２の先端側から離座して、第２燃料収容室４２内の燃料が噴孔４５を通して噴射される。
【００６１】
ＳＴ４では、アクチュエータ６０の駆動を停止もしくは駆動力を減少させて噴射制御弁２０に対する押圧力を低減させる。すると、ばね２１の付勢力により、噴射制御弁２０が後退する。このとき、ばね２１の付勢力とアクチュエータ６０の駆動力との差分の力により、噴射制御弁２０は第２位置に位置し、図３（ａ）に示すように、拡径部２３が第１燃料収容室４１の段差部４１１に当接して噴射制御弁保持部４４を閉鎖する。これにより、第１燃料通路５１と第１燃料収容室４１とが遮断されるとともに、第１燃料収容室４１と第３燃料通路５３とが連通する。よって、第２燃料収容室４２、第２燃料通路５２、および第１燃料収容室４１内の燃料が、閉鎖部２４の先端面と第１燃料収容室４１の先端面との間隙を通って、第３燃料通路５３に流入し、第３燃料通路５３内の圧力が上昇する。
【００６２】
また、第３燃料通路５３に流入した燃料圧力により、この仕切部３３の円錐形状の部分うち第３燃料通路５３に露出した部分が押圧されて、ばね３１の付勢力に抗して閉鎖補助ピストン３０が前進し始める。
【００６３】
ＳＴ５では、図３（ｂ）に示すように、閉鎖補助ピストン３０が前進すると、仕切部３３による第３燃料通路５３の閉鎖が解除され、第３燃料通路５３に流入した燃料は、さらにニードル弁閉鎖室４３の閉鎖補助圧力室４３２に流入し、閉鎖補助圧力室４３２内の圧力が上昇する。閉弁補助圧力室４３２の内部の圧力が所定の圧力に到達すると、閉鎖補助圧力室４３２に流入した燃料圧力により、この仕切部３３の円錐形状の部分全体が押圧されて、閉鎖補助ピストン３０が前進して、この閉弁補助ピストン３０の補助力伝達部３２の先端面がニードル弁１０の基端面に当接する。
【００６４】
また、第２燃料収容室４２、第２燃料通路５２、および第１燃料収容室４１内の燃料が第３燃料通路５３、および閉鎖補助圧力室４３２に流入すると、第２燃料収容室４２、第２燃料通路５２、第３燃料通路５３内の圧力は、徐々に低下する。
【００６５】
ＳＴ６では、図３（ｃ）に示すように、閉鎖補助圧力室４３２内の燃料が閉鎖補助ピストン３０を押圧する。ここで、前述のように閉鎖補助ピストン３０が前進する向きに加える力は、第２燃料収容室４２の燃料溜まり部４２１内の燃料が段差部１３を押圧して、ニードル弁１０に後退する向きに加える力よりも大きい。よって、閉弁補助ピストン３０がニードル弁１０とともに前進して、ニードル弁１０が第２燃料収容室４２の先端側に着座して、噴孔４５からの燃料の噴射が停止する。
【００６６】
ＳＴ７では、図４に示すように、閉弁補助圧力室４３２の内部の燃料は、仕切部３３に形成された微小連通路３３１を通って、少しずつリターン圧力室４３３に流出し、このリターン圧力室４３３に流出した燃料は、第４燃料通路５４を通ってノズルボディ４０の外部に排出される。
これにより、閉弁補助圧力室４３２の内部の圧力は、少しずつ低下し、閉弁補助圧力室４３２の内部の圧力が所定の圧力未満になると、ばね３１の付勢力により、閉弁補助ピストン３０が後退して最後退位置まで移行し、閉弁補助圧力室４３２と第３燃料通路５３との連通を遮断する。これにより、第２燃料収容室４２、第２燃料通路５２、第１燃料収容室４１、第３燃料通路５３内には、燃料がある程度の圧力で閉じ込められて、初期状態に復帰する。
【００６７】
ここで、以上のばね３１の付勢力は、以下の条件を満たすように設定される。
ＳＴ３において、ばね３１の付勢力に抗してニードル弁１０が後退するためには、ばね３１の付勢力をＦ、最低燃料噴射圧をＰｍｉｎ、ニードル弁１０の段差部１３の受圧面積をＳ１として、以下の式（１）が成立する必要がある。
Ｆ＜Ｓ１×Ｐｍｉｎ      …（１）
【００６８】
さらに、ＳＴ１において、前回の噴射動作により第２燃料収容室４２に流入した燃料を、ある程度の圧力でこの第２燃料収容室４２に閉じ込めるためには、ばね３１の付勢力は、できる限り大きい値であることが好ましい。
【００６９】
また、以上の第３燃料通路５３の断面積は、以下の条件を満たすように設定される。
ＳＴ４において、第３燃料通路５３に流入した燃料圧力により、閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の円錐形状の部分うち第３燃料通路５３に露出した部分が押圧されて、ばね３１の付勢力に抗して前進し始めるためには、第３燃料通路５３の断面積をＳ２として、以下の式（２）が成立する必要がある。
Ｆ＜Ｓ２×Ｐｍｉｎ      …（２）
【００７０】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）閉鎖補助ピストン３０とニードル弁１０の基端側との間に、閉鎖補助ピストン３０およびニードル弁１０を離間する方向に付勢するばね３１を設け、第２燃料収容室４２に所定の最低燃料噴射圧で燃料が供給された場合、ニードル弁１０がばね３１の付勢力に抗して開弁するように、このばね３１の付勢力を設定した。よって、燃料供給源から供給される燃料が最低燃料噴射圧であっても、ＳＴ３のように噴射動作を開始すると、ニードル弁１０が迅速に後退し、燃料を確実に噴射できる。したがって、最低燃料噴射圧から最高燃料噴射圧までの間のいずれの燃料噴射圧でも燃料を噴射できる。
【００７１】
（２）ばね３１の付勢力を、ニードル弁１０がばね３１の付勢力に抗して開弁可能となる値のうちの最大値に設定した。よって、ＳＴ１において、ばね３１の付勢力により、ニードル弁１０をノズルボディ４０に押し付けて、所定の最低燃料噴射圧以下での噴孔４５からの燃料漏れを確実に防止できる。
【００７２】
（３）第３燃料通路５３の断面積と最低燃料噴射圧との積がばね３１の付勢力よりも大きくなるように、第３燃料通路５３の断面積を設定した。これにより、ＳＴ４において、第３燃料通路５３内の燃料圧力で閉鎖補助ピストン３０が迅速に前進し、燃料の噴射を迅速に停止できる。
【００７３】
（４）閉鎖補助ピストン３０に微小連通路３３１を設けたので、微小連通路３３１を通して閉鎖補助圧力室４３内の燃料をリターン圧力室４３３に流出させることにより、閉鎖補助ピストン３０を円滑に後退させることができ、第４燃料通路５４の流量をさらに低減できる。
【００７４】
（５）閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の外周面を凹ませることにより微小連通路３３１を形成したので、微小連通路３３１の断面積を高精度で管理できる。
【００７５】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の実施形態では、噴射制御弁２０をピエゾ式のアクチュエータ６０で駆動したが、これに限らず、電磁式や油圧式のアクチュエータで駆動してもよい。
また、上述の各実施形態では、微小連通路３３１を閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の外周面を凹ませることにより形成したが、これに限らず、閉鎖補助ピストン３０の仕切部３３の内部側に穿設してもよいし、ノズルボディ４０のニードル弁閉鎖室４３の内周面に形成してもよい。
【００７６】
また、上述の実施形態では、閉鎖補助ピストン３０の補助力伝達部３２により、直接、ニードル弁１０の基端側を押圧したが、これに限らず、閉鎖補助ピストン３０とニードル弁１０との間に部材を設け、この部材を介してニードル弁１０の基端側を押圧してもよい。
また、上述の実施形態では、ニードル弁本体１１の外周面の１箇所に段差部１３を形成したが、これに限らず、ニードル弁本体１１の先端側外周面などの複数箇所に段差部を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料噴射装置の構成を示す断面図である。
【図２】前記実施形態に係る燃料噴射装置の動作を説明するための図（その１）である。
【図３】前記実施形態に係る燃料噴射装置の動作を説明するための図（その２）である。
【図４】前記実施形態に係る燃料噴射装置の動作を説明するための図（その３）である。
【図５】本発明の従来例に係る燃料噴射装置の構成を示す断面図である。
【図６】前記従来例に係る燃料噴射装置の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７８】
１      燃料噴射装置
１０    ニードル弁
１３    段差部（ニードル弁開放手段）
２０    噴射制御弁
３０    閉鎖補助ピストン（ニードル弁閉鎖手段）
３１    ばね（弾性部材）
４０    ノズルボディ
４１    第１燃料収容室
４２    第２燃料収容室（ニードル弁開放手段）
４３    ニードル弁閉鎖室（第３燃料収容室、ニードル弁閉鎖手段）
４５    噴孔
４６    ニードル弁保持部
５１    第１燃料通路
５２    第２燃料通路
５３    第３燃料通路
５４    第４燃料通路
３３１  微小連通路
４２１  燃料溜まり部（ニードル弁開放手段）
【図１】
2010084720.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010084720.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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