(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する噴孔を先端に備えた本体，前記本体の中空部内に固定されたコントロールスリーブ，前記コントロールスリーブの中空穴に受圧面となる端部が挿入されて前記本体の前記中空部内を往復動し且つ前記噴孔を開閉する針弁を含む弁体，前記弁体のリフト量を制御するため前記コントロールスリーブの前記中空穴と前記弁体の前記受圧面とによって形成されたバランスチャンバ，前記バランスチャンバに燃料圧を供給するため前記コントロールスリーブに形成された供給路，前記バランスチャンバ内の燃料圧を解放するため前記コントロールスリーブに形成された排出路，及び前記排出路を開閉するための制御手段を有し，
前記制御手段は，前記排出路の排出開口を開放するため電磁力を付勢するソレノイドを備えた電磁弁，及び前記電磁弁にばね力を作用して前記排出開口を閉鎖するためのスプリング手段から成る戻しばね機構から成り，前記戻しばね機構は，前記電磁弁に前記排出開口を閉じる方向のばね力を与える第一戻しばねと，前記電磁弁が所定移動量以上の移動状態で前記排出開口を閉じる方向の力を与える第二戻しばねとから構成され，
前記排出路の前記電磁弁によって開口する前記排出開口の有効開口面積は前記排出路の最小通路断面積より小さく設定されていることから成るエンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】
前記第一戻しばねと前記第二戻しばねは，ばね定数が異なる板ばねから構成されている請求項１に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項３】
前記第一戻しばねは前記本体と前記電磁弁に対して常時当接する第一ばね受けとの間において初期撓みをもって配設され，前記第二戻しばねは前記本体と前記所定移動量以上の移動状態で前記電磁弁に対して当接する第二ばね受けとの間において配設されている請求項１又は２に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【請求項４】
前記ソレノイドに供給される電流は，燃料噴射期間の初期において，燃料噴射開始時から一定時間経過後に前記第一戻しばねのみに抗して前記電磁弁を移動させる小電流から前記第一戻しばね及び前記第二戻しばねに抗して前記電磁弁体を移動させる大電流に切り換えられる請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディーゼルエンジン或いは直噴式ガソリンエンジン等のエンジンに適用される燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディーゼル機関等のエンジンにおいて、燃焼室への燃料の噴射量や噴射時期等の制御を行う燃料噴射装置として、例えば、特開平３−９６４号公報、特開平６−１０８９４８号公報、特開平２−１６１１６５号公報又は特開平４−１２１６５号公報に開示されたものがある。
【０００３】
特開平３−９６４号公報又は特開平６−１０８９４８号公報に開示されている燃料噴射装置は、噴射ノズルの先端に形成された噴孔を開閉する針弁を有しており、噴射ノズル先端側において噴孔を開放する方向に作用する燃料圧を受けて針弁を開く方向に作用する力と、バランスチャンバ内の燃料圧に基づいて針弁を閉じる方向に作用する力とのバランスによって燃料噴射を制御している。図６は、上記の従来の燃料噴射装置において燃料噴射を制御するためのバランスチャンバ付近の要部を示す図であるが、針弁（図示せず。）に連結されたコントロールピストン６０の上部における燃料噴射装置本体６１（又はプラグ等の当該本体と一体的な部品）内にはバランスチャンバ６２が形成されている。バランスチャンバ６２には、図示しない燃料供給源から燃料を供給する供給路６３が連通しており、その途中に絞り６４が設けられている。バランスチャンバ６２から燃料を排出する排出路６５は、燃料路６６及びオリフィス６７からなり、オリフィス６７は、図示しないコントロールユニットからの制御信号によって動作する電磁弁６８によって開閉制御される。即ち、電磁弁６８によってオリフィス６７を開くと排出路６５から燃料は排出されるが、供給路６３からの燃料の供給は絞り６４によって制限されているので、バランスチャンバ６２内の燃料圧は低下し、コントロールピストン６０とコントロールピストン６０に連結された針弁がリフトされて燃料の噴射が行われる。一方、電磁弁６８によってオリフィス６７を閉じると、排出路６５からの燃料の排出は停止される。絞り６４を介して供給路６３から燃料が供給されるので、バランスチャンバ６２内の燃料圧は回復し、コントロールピストン６０即ち針弁が下降されて燃料の噴射は停止される。
【０００４】
また、特開平６−１０８９４８号公報に開示された燃料噴射装置は、針弁のリフト速度制御については、電磁弁によって排出路が開閉制御される圧力制御部材に形成された燃料通路の一部である小孔、即ちオリフィスの通路断面の大きさを設定することによって、針弁をゆっくりとリフトさせるという制御を行っており、このような制御によって初期燃料噴射率の低減を図っている。
【０００５】
一方、特開平２−１６１１６５号公報や特開平４−１２１６５号公報には、三方弁を用いた電磁制御式の燃料噴射装置が開示されている。図７に示すように、この形式の燃料噴射装置における三方弁７４は、バランスチャンバ７０に連通する通路７１と、コモンレール８１を介して燃料供給ポンプ８０と接続した供給路７２と、リザーバ８２に至る排出路７３とをコントロールユニット８９からの制御信号により切り換えて、燃料噴射の開始と終了とを制御するものである。針弁８３の周囲には通路８４を介してコモンレール８１から燃料が供給される。三方弁７４がバランスチャンバ７０と排出路７３とを連通すると同時に供給路７２を閉鎖すると、バランスチャンバ７０内の高圧燃料が三方弁７４を経て排出路７３に漏れ出てバランスチャンバ７０内の燃料圧を下げるので、針弁８３がリフトして燃料が噴射される。そして、供給路７２の閉鎖によってバランスチャンバ７０への高圧燃料の流入の防止が図られている。また、三方弁７４が供給路７２と通路７１とを連通して排出路７３を閉鎖すると、バランスチャンバ７０内に高い燃料圧が回復するので、針弁８３は、下降して燃料の噴射を停止する。そして、特開平２−１６１１６５号公報に開示されている燃料噴射装置においては、小径及び大径のコマンドピストン８５，８６と、順次作用する荷重の異なる二つのリターンスプリング８７，８８を用いることにより、初期燃料噴射率を階段状に制御するという針弁８３のリフト制御を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示すような上記特開平３−９６４号公報や特開平６−１０８９４８号公報に開示されている燃料噴射装置は、バランスチャンバ６２からの排出路６５に二方弁として電磁弁６８を設けて、排出路６５の開閉を制御する方式を採っているので、バランスチャンバ６２内の燃料圧は、バランスチャンバ６２に対する燃料の供給路６３における絞り６４と燃料の排出路６５におけるオリフィス６７の断面積の比によって一義的に決定され、しかも絞り６４とオリフィス６７とは一旦製作されると断面積の変更は事実上不可能である。したがって、バランスチャンバ６２内の燃料圧の制御、即ち、燃料の噴射パターンを任意に制御することができない。
【０００７】
具体的には、燃料噴射率特性がバランスチャンバ６２の排出路６５の径とリターンスプリング（図示せず。）のばね荷重により決定されてしまうため、エンジンの運転状態に応じて様々な燃料噴射率特性を得ることが困難である。また、燃料噴射率特性は小孔であるオリフィス径で決定されてしまうため、針弁のリフト速度や初期噴射率の低減に限界がある。更に、燃料噴射装置の製作には絞りやオリフィスの径の加工が必要であるので構成部品に加工誤差を生じることが免れず、製品毎に針弁のリフト速度、即ち初期燃料噴射率にバラツキが生じるのが避けられない。
【０００８】
また、特開平２−１６１１６５号公報や特開平４−１２１６５号公報に開示されているような燃料噴射装置においても、その燃料噴射特性はバランスチャンバの排出路の通路断面積と戻しばねのばね荷重により一義的に決定されるため、エンジンの運転状態に応じたきめ細かい燃料噴射特性を得ることが難しい。
【０００９】
したがって、従来のエンジンの燃料噴射装置においては、燃料噴射量及び燃料噴射時期等の燃料噴射特性をエンジンの運転状況に応じて柔軟に対応させることができないという状況にあり、このような状況を背景として、特に初期燃料噴射率の制御パターンを変更できるようにすることが燃料噴射制御上好ましいという技術的な課題が存在している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、上記課題を解決することであり、燃料を噴射する噴孔を先端に備えた本体の中空部内を往復動し且つ前記噴孔を開閉する針弁を含む弁体、前記弁体のリフト量を制御するバランスチャンバ、前記バランスチャンバに燃料圧を供給するための供給路、前記バランスチャンバ内の燃料圧を解放するための排出路、及び前記排出路を開閉するための制御手段が、前記排出路の排出開口を開放するため電磁力を付勢するソレノイドを備えた電磁弁、及び前記電磁弁にばね力を作用して前記排出開口を閉鎖する戻しばね機構から成るエンジンの燃料噴射装置において、ソレノイドの付勢によって電磁弁が排出路を開放するに際して、戻しばね機構のばね力に抗して電磁弁を移動させるためのソレノイドへの供給電流値に大きな格差を設定することで、寸法誤差やばね力のバラツキ等の不可避的に存在する各種誤差に基づく初期燃料噴射率の不安定さを軽減して、初期燃料噴射率を低減可能とするエンジンの燃料噴射装置を提供することである。
【００１１】
この発明は，燃料を噴射する噴孔を先端に備えた本体，前記本体の中空部内に固定されたコントロールスリーブ，前記コントロールスリーブの中空穴に受圧面となる端部が挿入されて前記本体の前記中空部内を往復動し且つ前記噴孔を開閉する針弁を含む弁体，前記弁体のリフト量を制御するため前記コントロールスリーブの前記中空穴と前記弁体の前記受圧面とによって形成されたバランスチャンバ，前記バランスチャンバに燃料圧を供給するため前記コントロールスリーブに形成された供給路，前記バランスチャンバ内の燃料圧を解放するため前記コントロールスリーブに形成された排出路，及び前記排出路を開閉するための制御手段を有し，前記制御手段は，前記排出路の排出開口を開放するため電磁力を付勢するソレノイドを備えた電磁弁，及び前記電磁弁にばね力を作用して前記排出開口を閉鎖するためのスプリング手段から成る戻しばね機構から成り，前記戻しばね機構は，前記電磁弁に前記排出開口を閉じる方向のばね力を与える第一戻しばねと，前記電磁弁が所定移動量以上の移動状態で前記排出開口を閉じる方向の力を与える第二戻しばねとから構成され，前記排出路の前記電磁弁によって開口する前記排出開口の有効開口面積は前記排出路の最小通路断面積より小さく設定されていることから成るエンジンの燃料噴射装置に関する。
【００１２】
この燃料噴射装置は，上記のように構成されているため，ソレノイドが励磁されていない場合には，戻しばね機構のばね力によって電磁弁は排出開口を閉じている。供給路からバランスチャンバに供給された燃料圧は低下することなく受圧面に作用するので，コントロールスリーブの中空穴に受圧面となる端部が挿入された弁体は，本体の先端に形成されている噴孔を閉じている。ソレノイドを励磁すると，戻しばね機構の戻し力に抗して電磁弁を移動させることができる。電磁弁が移動すると，コントロールスリーブに形成された排出路の排出開口が開放され，バランスチャンバ内の燃料圧は解放される。したがって，弁体はリフトして，噴孔から燃料が噴射される。
【００１３】
そして、ソレノイドに供給する電流の大きさを変えることにより、電磁弁による排出開口の開度、したがってバランスチャンバ内の燃料圧の低下速度、即ち針弁のリフト速度を変えることができ、様々な噴射率特性、特に初期噴射率特性を安定的に得ることができる。即ち、電磁弁のソレノイドに供給される電流が小さいときには、付勢される電磁力は小さく、電磁弁による排出路の排出開口の開度が小さい。その結果、バランスチャンバ内の燃料圧の低下速度が緩やかであり、針弁のリフト速度も緩やかである。このことは、初期噴射率が緩やかに上昇することを意味している。これに対して、ソレノイドに供給される電流を大きくしたときには、付勢される電磁力は大きく、ばね定数の異なるスプリング手段のばね力に抗して電磁弁の移動量が大となり、排出開口の開度が大きくなる。その結果、バランスチャンバ内の燃料圧の低下速度は急であり、針弁のリフト速度も速い。このことは、初期噴射率が急激に上昇することを意味している。
【００１４】
排出路の電磁弁によって開口する排出開口の有効開口面積は、排出路の最小通路断面積より小さく設定されているので、バランスチャンバ内の燃料圧の大きさを決めるのは排出路の最小通路断面積ではなく電磁弁体によって開閉制御される排出開口の有効開口面積である。その結果、ソレノイドに供給する電流の大きさを変更すること、即ち排出開口の有効開口面積を変更することによって針弁のリフト速度を変えて、初期燃料噴射率のパターンを変更することができる。
【００１５】
戻しばね機構は、電磁弁に排出開口を閉じる方向のばね力を与える第一戻しばねと、電磁弁が所定移動量以上の移動状態で排出開口を閉じる方向の力を与える第二戻しばねとから構成することができる。この場合、電磁弁が所定移動量未満の移動状態のときには、戻しばね機構としての戻しばね力は第一戻しばねのみによって定められ、電磁弁が所定移動量以上の移動状態のときには、戻しばね機構としての戻しばね力は第一戻しばねと第二戻しばねとの合成ばね力によって定められる。また、第一戻しばねと第二戻しばねは、ばね定数が同じ値であっても異なる値であってもよい。
【００１６】
第一戻しばねは、本体と電磁弁に対して常時当接する第一ばね受けとの間において初期撓みをもって配設され、そして第二戻しばねは、本体と前記所定移動量以上の移動状態で電磁弁に対して当接する第二ばね受けとの間において配設される。このように構成された燃料噴射装置においては、ソレノイドに供給される電流を大きくして電磁弁が前記所定移動量以上の移動状態になった場合、電磁弁が第一戻しばねに加えて第二戻しばねによる力をも受けたときの戻し方向の合力は、第一戻しばねのみによる戻し方向の力の大きさよりも大きな力となる。このことは、ソレノイドに供給すべき電流の大きさの観点からすれば、第一戻しばねのみの力に抗して電磁弁を移動させるために必要な電流値と、電磁弁を前記所定移動量を超えて第二戻しばねの力にも抗して移動させるために必要な電流値との間に、格別の差異を必要とすることを意味する。したがって、針弁のリフト速度を変更するには、電磁弁のソレノイドへの供給電流の大きさを明確に変えることが必要であり、供給電流の小さな変動で針弁のリフト速度に大きな影響を与えることが回避でき、針弁のリフト速度制御を確実且つ容易に行うことができる。
【００１７】
更に、前記ソレノイドに供給される電流は、燃料噴射期間の初期において、燃料噴射開始時から一定時間経過後に前記第一戻しばねのみに抗して前記電磁弁体を移動させる小電流から前記第一戻しばね及び前記第二戻しばねに抗して前記電磁弁体を移動させる大電流に切り換えられる。このように構成されたエンジンの燃料噴射装置によれば、燃料噴射期間の初期において、針弁のリフト速度を当初の緩やかなリフト速度から比較的急なリフト速度へと途中から変更することが可能となるので、エンジンの運転状況に応じて種々の初期燃料噴射率を得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、この発明の実施例を説明する。図１はこの発明によるエンジンの燃料噴射装置の一実施例を示す断面図、図２はその要部拡大断面図であって電磁弁が閉じている状態を示す図、図３は図２と同様の拡大断面図であって電磁弁の電磁弁体が所定移動量に達した状態を示す図、図４は図２と同様の拡大断面図であって電磁弁の電磁弁体が所定移動量を超えて移動した状態を示す図、図５はこの発明による燃料噴射装置における燃料噴射期間中の時間と針弁のリフト量との関係を示すグラフである。
【００１９】
この燃料噴射装置は、コモンレール噴射システム、或いはアキュムレータ噴射システム（図示せず。）に適用される。燃料噴射ポンプから燃料が供給される共通の通路や蓄圧室（以下、「コモンレール」という。）を通じて供給された燃料は、エンジンに設けた各燃焼室に噴射される。先ず、図１を参照すると、この燃料噴射装置における本体１はシリンダヘッド等のベースに設けた穴部（図示せず。）にシール部材を介して密封状態に取り付けられる。本体１の下端には、ノズルが密封状態に固定されている。
【００２０】
燃料入口プラグ２は、本体１の上部に設けられたブラケット３に取り付けられている。本体１及び燃料入口プラグ２とブラケット３との間のシールは、シール部材４ａ，４ｂによって達成されている。また、本体１の上端部には、開放と閉鎖を行う電磁二方弁としての電磁弁５がスリーブナット６を本体１のねじ部に螺入することによって固定されている。電磁弁５及び本体１とスリーブナット６との間はそれぞれシール部材７，８でシールされている。高圧燃料供給源であるコモンレール（図示せず。）からの燃料は、燃料入口プラグ２を通じてこの燃料噴射装置に供給される。また、電磁弁５を作動させるために、後述のソレノイドに供給される電流は、コントロールユニット９からの制御電流として供給される。
【００２１】
本体１には、コントロールピストン１４を往復動可能に貫通させる中空部１０と、中空部１０と燃料入口プラグ２の燃料入口１１とを連通する送油穴１２とが形成されている。また、本体１の中空部１０のほぼ中央部には、縮径されたガイド部１３が形成され、コントロールピストン１４がガイド部１３を摺動可能に貫通している。また、本体１の一部を構成するノズル本体１６には、中空部１０と連通する中空穴１８が形成されている。コントロールピストン１４に連結された針弁１７は、中空穴１８内に隙間２０を残す状態で摺動可能に挿通されている。コントロールピストン１４と針弁１７とは、本体１内を往復動する弁体を構成している。針弁１７の回りに形成される隙間２０は高圧燃料の通路を形成している。ノズル本体１６の先端には燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する噴孔１９が形成されている。針弁１７の先端に形成されたテーパ面２２はノズル本体１６のシート面２１に対して座着可能であり、座着したときには針弁１７は噴口１９を閉じる。テーパ面２２は弁体の第一受圧面を構成しており、テーパ面２２に作用する燃料圧は弁体に対して図面上方に向かう力を与える。針弁１７がリフトして、テーパ面２２とシート面２１との間が開くと、高圧燃料は噴孔１９から燃焼室へ噴射される。
【００２２】
また、図２乃至図４に示されているように、本体１の中空部１０には、コントロールスリーブ２３が配置されているとともに、中空部１０の上部段部にコントロールスリーブ２３の肩部が突き当たるシール面２４が形成されている。コントロールスリーブ２３の外周面と中空部１０との間に環状の燃料チャンバ２５が形成されている。コントロールスリーブ２３は、本体１の上端部のねじ部に螺入され且つ中空室３４を備えたプラグ２６によって中空部１０内で固定されている。燃料チャンバ２５は、本体１に形成された送油穴１２を通じて燃料入口プラグ２の燃料入口１１に連通している。コントロールスリーブ２３において先端側に向かって開放した中空穴２９には、コントロールピストン１４が摺動可能に嵌入されており、中空穴２９の上部には中空穴２９とコントロールピストン１４の上面１５とでバランスチャンバ３０が形成されている。コントロールピストン１４の上面１５は、バランスチャンバ３０内の燃料圧を受ける第二受圧面を構成している。コントロールスリーブ２３には、オリフィス３１と燃料路３２とを含む排出路が形成されており、排出路の一端はバランスチャンバ３０に連通し、そして排出路の他端は中空室３４に連通する排出開口３３を備えている。
【００２３】
更に、コントロールスリーブ２３にはバランスチャンバ３０と燃料チャンバ２５とを連通する供給路２８が形成されている。燃料入口プラグ２から送油穴１２を経て燃料チャンバ２５に送られた燃料は、供給路２８を介してバランスチャンバ３０へ燃料圧を供給しているが、供給路２８には絞り機能が与えられている。バランスチャンバ３０内の燃料圧は、第二受圧面であるコントロールピストン１４の上面１５に作用して、弁体に対してノズル先端側に向かう力を与える。このバランスチャンバ３０内の燃料圧に基づく力は、第一受圧面である針弁１７のテーパ面２２に作用する燃料圧及び弁体に作用するリターンスプリング２７の戻し力とのバランスによって弁体のリフトを制御する。
【００２４】
電磁弁５において、ソレノイド３５が固定鉄心３６を環状に取り囲んでおり、固定鉄心３６の中心部には、プラグ２６の中空室３４に対して軸心を合わせた貫通孔３７が設けられている。ソレノイド３５にはコントロールユニット９からの制御信号として大きさが制御された電流が供給される。貫通孔３７には、アーマチュア３８が軸方向に往復動可能に収容され且つ案内されている。アーマチュア３８の先端部は、排出開口３３を開閉する弁体部３９を形成している。ソレノイド３５へ電流が供給されていないときには、電磁弁５は後述の戻しばね機構４０が与えるばね力によって弁体部３９が排出開口３３を閉じている。ソレノイド３５に電流を供給してソレノイド３５を励磁すると、アーマチュア３８は戻しばね機構４０のばね力に打ち勝って図において上方に引き上げられ、弁体部３９が排出開口３３を開くので、バランスチャンバ３０内の燃料圧は排出路を経て中空室３４へと解放される。
【００２５】
戻しばね機構４０は、第一戻しばね４１と第二戻しばね４２とから構成されている。第一戻しばね４１は、固定鉄心３６の内部側に形成された第一中空室４３内に収容されている皿ばねである。第二戻しばね４２は、固定鉄心３６の外部側において固定プラグ５０の内部に形成された第二中空室４４内に収容されている皿ばねである。第一中空室４３と第二中空室４４とは、仕切板４５によって区分されている。仕切板４５の外周部４６は固定鉄心３６の段部４８に載せられており、固定プラグ５０を第二戻しばね４２を圧縮しながら固定鉄心３６の内ねじ部４９にねじ込んだときに、固定プラグ５０の筒状先端部５１が仕切板４５を固定鉄心３６の段部４８に対して挟み付けて固定している。第一戻しばね４１と第二戻しばね４２のばね係数は同程度であってよい。
【００２６】
第一戻しばね４１は、図において上端が仕切板４５に当接し、その一方で下端が第一ばね受け５２に当接しており、常に圧縮状態にある。第一ばね受け５２は貫通孔３７内に伸びる筒部５３を有しており、筒部５３の先端は常にアーマチュア３８に当接して排出開口３３を閉じる方向に弁体部３９を付勢している。したがって、第一ばね受け５２は第一戻しばねを撓ませながら図において上下に移動可能である。しかし、第一ばね受け５２は、弁体部３９が排出開口３３を閉じる最下位置（図２）にあっても、第一中空室４３の底部５５に当接していない。
【００２７】
第二戻しばね４２は、図で上端を固定プラグ５０の内底部５６に当接させる一方で下端を第二ばね受け５７に当接させている。第二戻しばね４２は、電磁弁５が排出開口３３を閉じている状態にある場合に、第二ばね受け５７を仕切板４５に対して当接するが付勢はしない状態となる自由状態であってもよく、また第一戻しばね４１と同様に第二ばね受け５７を仕切板４５に対して付勢する圧縮状態にあってもよい。第二ばね受け５７のロッド部５８は、仕切板４５の孔部４７を貫通して第一ばね受け５２の筒部５３の中空穴部５４に伸びている。したがって、第二ばね受け５７も第一ばね受けと同様に第二戻しばねを撓ませながら図において上下に移動可能である。排出開口３３が閉じられているとき、即ち、第一戻しばね４１が第一ばね受け５２を最も下降させたときに、ロッド部５８の先端は、アーマチュア３８に当接しないように、第一ばね受け５２の筒部５３の先端よりも距離Ｈ1 だけ上に位置するように設定されている。電磁弁５の上部にはスリーブナット６から延び出した燃料戻りパイプ５９が配設されており、燃料戻りパイプ５９は中空室３４に連通している。なお、第一戻しばね及び第二戻しばねについては皿ばねとして説明したが、両ばねともコイルばね等の他の形態のばね手段であってもよい。
【００２８】
弁体部３９が排出開口３３を開放することによって、バランスチャンバ３０内に供給されている燃料圧は、バランスチャンバ３０から燃料路３２、オリフィス３１及び中空室３４を通じて燃料戻りパイプ５９へ解放される。即ち、バランスチャンバ３０内の燃料圧は燃料圧の解放に応じて低下することになる。リターンスプリング２７がコントロールピストン１４を下げようと作用する力及び上面１５（第二受圧面）に作用するバランスチャンバ３０内の燃料圧に基づいてコントロールピストン１４を下げようと作用する力よりも、テーパ面２２に作用する燃料圧が針弁１７を押し上げようとする力が大きくなることにより、針弁１７はリフトする。
【００２９】
この実施例は、上記のように構成されており、次のように作動する。今、ソレノイド３５に電流が供給されていないときは、図２に示すように第一戻しばね４１は第一ばね受け５２の筒部５３を介してアーマチュア３８を図面下方に付勢しており、弁体部３９は排出開口３３を閉じている。この状態でコモンレールからの高圧燃料は燃料入口プラグ２を通じて燃料入口１１に供給されている。燃料入口プラグ２を通じて燃料入口１１に供給された燃料は、針弁１７の外周のノズル本体１６との間に形成される隙間２０にも至り、隙間２０は高圧燃料で充満している。また、燃料チャンバ２５内には高圧燃料が燃料入口１１から送油穴１２を通じて充満され、バランスチャンバ３０内には燃料チャンバ２５から供給路２８を通じて燃料圧が供給されている。このとき、バランスチャンバ３０内の燃料圧に基づいてコントロールピストン１４を先端側に付勢する力と、リターンスプリング２７の戻し力との合力は、第一受圧面であるテーパ面２２に作用する燃料圧に基づく針弁１７を開く力を上回っているので、針弁１７は噴孔１９を閉じており、燃料の噴射は行われない。このとき、第二戻しばね４２は第二ばね受け５７を仕切板４５に圧接しており、第二ばね受け５７のロッド部５８は距離Ｈ1 だけアーマチュア３８から離れた位置にあるので、第二戻しばね４２はアーマチュア３８に対して戻し力を与えていない。
【００３０】
そこで、コントロールユニット９からの制御電流として小さな電流をソレノイド３５に供給すると、アーマチュア３８は第一戻しばね４１のばね力に抗して付勢されて距離Ｈ1 を移動して、弁体部３９は排出開口３３を開放する。しかしながら、ソレノイド３５の電磁力は、アーマチュア３８を第二戻しばね４２に抗して付勢する程の大きさではないので、アーマチュア３８は距離Ｈ1 を移動して第二ばね受け５７のロッド部５８に当接した時点で停止される。排出開口３３が開放されると、バランスチャンバ３０内の燃料圧が燃料路３２、オリフィス３１を通じて中空室３４に解放される。バランスチャンバ３０内の燃料圧が解放されると、第一受圧面であるテーパ面２２に作用する燃料圧に基づいて針弁１７を開く方向に付勢する押圧力が、コントロールピストン１４の上面１５（第二受圧面）作用する燃料圧に基づいてコントロールピストン１４を先端側に付勢する力とリターンスプリング２７の戻し力との合力に打ち勝つので、針弁１７が上昇し、噴孔１９が開放して燃焼室への燃料噴射が行われる。このとき、排出開口３３の有効開口面積は距離Ｈ1 に基づくものであり、排出路の最小通路断面積、即ち、図示の例ではオリフィス３１の通路断面積よりも小である。したがって、排出路を通じて解放されるバランスチャンバ３０内の燃料圧の大きさは、排出開口３３の有効開口面積によって定められる。
【００３１】
次に、コントロールユニット９からの制御電流として大きな電流をソレノイド３５に供給すると、図４に示されるように、アーマチュア３８は距離Ｈ1 を移動して第二ばね受け５７のロッド部５８に当接した後も第一戻しばね４１のばね力及び第二戻しばね４２のばね力に抗して移動され、弁体部３９は距離Ｈ2 を移動して排出開口３３を更に開放する。アーマチュア３８が距離Ｈ1 を移動した後のアーマチュア３８の上昇においても、排出開口３３の有効開口面積はオリフィス３１の通路断面積よりも小であるので、排出路を通じて解放される燃料圧の大きさは依然として排出開口３３の有効開口面積が定めている。排出開口３３の有効開口面積が大きいと、バランスチャンバ３０内の燃料圧が燃料路３２、オリフィス３１を通じて中空室３４に急速に解放される。したがって、針弁１７の上昇も急速になり、大きな燃料噴射率で燃料の噴射が行われる。なお、電流値の大小の切り換えは、ソレノイド３５に供給する電流をパルス幅変調手段（ＰＷＭ）等の適宜の手段で行うことができる。
【００３２】
コントロールユニット９からの指令でソレノイド３５への電流の供給が絶たれると、アーマチュア３８の移動量（Ｈ1 又はＨ2 に相当。）に応じて、第一戻しばね４１、又は第一戻しばね４１及び第二戻しばね４２がアーマチュア３８に対して戻し力を与え、最終的には第一戻しばね４１によって弁体部３９が排出開口３３を閉じる。バランスチャンバ３０内の燃料圧は供給路２８からの供給により回復され、針弁１７は噴孔１９を閉じて燃料の噴射が停止される。
【００３３】
図５には燃料噴射サイクルにおける針弁のリフト量が示されている。時刻ｔ0 において、ソレノイド３５が励磁されて排出開口３３が開放され、その後、バランスチャンバ３０内の燃料圧が減少し始めて、その結果、針弁１７のリフト量が増加し始める。ソレノイド３５に供給される電流値が小さいときは、排出開口３３の有効開口面積が小さく、そのためバランスチャンバ３０内の燃料圧の低下が緩やかである。針弁１７のリフト量は図で曲線ｈ1 で示されるように、緩やかな上昇を描くことになり、燃料噴射初期段階において、燃料噴射率は小さい値で且つその増加割合も緩やかである。ソレノイド３５に供給される電流値が大きいときは、排出開口３３の有効開口面積が大きく、そのためバランスチャンバ３０内の燃料圧の低下が急となる。針弁１７のリフト量は図で曲線ｈ2 で示されるように、急上昇を描くことになり、燃料噴射初期段階において、燃料噴射率は大きい値で且つその増加割合も急である。また、燃料噴射初期段階の時刻ｔ1 において、ソレノイド３５に対する励磁電流値を大きくすると、曲線ｈ3 で示されるように、曲線ｈ1 の途中から曲線ｈ2 と同じ傾斜でリフト量が急増する。このように、燃料噴射初期段階において、ソレノイド３５に供給される電流の大きさを小さい値から大きい値へ変更する時刻ｔ1 を適宜選択することにより、曲線ｈ1 と曲線ｈ2 との間の任意の曲線を得ることができる。即ちΔｔ（＝ｔ1 −ｔ0 ）を短くすると針弁のリフト曲線は曲線ｈ2 に近づき、Δｔを長く取ると、針弁のリフト曲線は曲線ｈ1 に近づく。
【００３４】
【発明の効果】
この発明によるエンジンの燃料噴射装置は，電磁弁のソレノイドに供給する電流の大きさを変えることにより，電磁弁の開度，したがってバランスチャンバ内の燃料圧の解放速度を変え，その結果，針弁のリフト速度を変えることができ，様々な噴射率特性，特に初期噴射率特性を安定的に得ることができる。即ち，電磁弁のソレノイドに供給される電流が小さいときには，針弁のリフト速度は緩やかであり，初期燃料噴射率は緩やかに上昇する。ソレノイドに供給される電流を大きくしたときには，針弁のリフト速度は速く，初期燃料噴射率が急に上昇する。
【００３５】
電磁弁によって開口する排出開口の有効開口面積は、排出路の最小通路断面積よりも小であるので、バランスチャンバから解放される燃料圧の大きさを決めるのは、電磁弁によって開口する排出開口の有効開口面積である。したがって、排出開口の開度によって針弁のリフト速度を制御することができ、初期燃料噴射率のパターンを変更することができる。このことは、エンジンの運転状況に応じて燃料噴射率、特に初期燃料噴射率の制御自由度が大幅に向上することを意味しているので、エンジンからのＮＯX の発生量や騒音レベルを低減することができる。また、燃料噴射装置毎の個体バラツキがあっても、本発明による燃料噴射装置であれば、針弁の実リフト量をフィードバックする等により、個体バラツキの影響を低減することも可能となる。
【００３６】
バランスチャンバを、本体の中空部内に固定されたコントロールスリーブの中空穴と弁体の受圧面とによって形成し、供給路及び排出路をコントロールスリーブに形成すると、バランスチャンバ、燃料チャンバ及び燃料圧の供給路や排出路等の燃料噴射装置の燃料噴射率の制御のための主要な構造をコントロールスリーブに集めることができ、燃料噴射装置としての構造及び組立が簡素化され、コストの低減に寄与することができる。
【００３７】
更に、戻しばね機構を、作動時点が異なる第一及び第二の戻しばねによって構成するときは、ばね定数の異なるスプリング手段の構成として簡単に得ることができる。そして、ソレノイドへの電流を、燃料噴射期間の初期において、燃料噴射開始時から一定時間経過後に第一戻しばねのみに抗して電磁弁体を開弁させる小電流から第二戻しばねに抗して電磁弁体を開弁させることができる大電流に切り換えたときには、針弁のリフト速度を当初の緩やかなリフト速度から急なリフト速度へと途中から変更することが可能となるので、エンジンの運転状況に応じて種々の初期燃料噴射率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明によるエンジンの燃料噴射装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す燃料噴射装置の要部拡大断面図であり、排出開口が閉じられている状態を示す図である。
【図３】図３は、図１に示す燃料噴射装置の要部拡大断面図であり、電磁弁体が第一戻しばねにのみ抗して移動して排出開口を開いた状態を示す図である。
【図４】図４は、図１に示す燃料噴射装置の要部拡大断面図であり、電磁弁体が第二戻しばねにも抗して移動して排出開口を最大に開いた状態を示す図である。
【図５】図５は、燃料噴射サイクルにおける針弁のリフト量の時間変化を表すグラフである。
【図６】図６は、従来の燃料噴射装置におけるバランスチャンバを含む要部を示す図である。
【図７】図７は、別の従来の燃料噴射装置を示す図である。
【符号の説明】
１      本体
５      電磁弁
１０    中空部
１４    コントロールピストン
１５    上面（第二受圧面）
１７    針弁
１９    噴孔
２２    テーパ面（第一受圧面）
２３    コントロールスリーブ
２８    供給路
２９    中空穴
３０    バランスチャンバ
３１    オリフィス
３２    燃料路
３３    排出開口
３５    ソレノイド
３８    アーマチュア
３９    弁体部
４０    戻しばね機構
４１    第一戻しばね
４２    第二戻しばね
５２    第一ばね受け
５７    第二ばね受け
【図１】
0003653882.tif 000002
【図２】
0003653882.tif 000003
【図３】
0003653882.tif 000004
【図４】
0003653882.tif 000005
【図５】
0003653882.tif 000006
【図６】
0003653882.tif 000007
【図７】
0003653882.tif 000008