(57)【要約】【課題】前後２段階に分けて開放される第１、第２噴孔７、８を有する可変噴孔式の燃料噴射ノズル１において、後から開放される第２噴孔８の開放に伴う実噴射量の急激な増大を抑えることにある。【解決手段】第２噴孔８を開放するため、第２弁体１１に対し閉孔方向に圧力を及ぼす第２背圧燃料を排出する時に、第２給排流路３５に形成された第２オリフィス３６により排出流量を規制する。これにより、第２弁体１１を常に閉孔方向に付勢する第２閉孔付勢力の減少を抑えて、第２弁体１１の上昇速度を低減することができる。このため、第２シート部３１とシート面１９との間に形成される第２有効隙間面積の急激な増加を抑えることで、噴射率の増加速度を緩やかにすることができる。この結果、第２噴孔８の開放に伴う実噴射量の急激な増大を抑えることができる。【選択図】図１
2006161678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも前後２段階に分けて開放される複数の噴孔を有するボディと、
前記ボディの内部に収容され、前記複数の噴孔の内で先に開放される第１噴孔を開閉する筒状の第１弁体と、
この第１弁体の筒状部に収容され、前記第１噴孔よりも後に開放される第２噴孔を開閉するとともに、前記第１弁体と同軸方向に移動する第２弁体とを備えた燃料噴射ノズルにおいて、
前記第２弁体を、常に閉孔方向に付勢する第２閉孔付勢力を発生させる第２付勢機構、
および、前記第２閉孔付勢力の減少により前記第２弁体が開孔方向に上昇する時に、前記第２弁体の上昇速度を低減させる第２上昇減速機構が設けられていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記第２付勢機構は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力を前記第２弁体に対し、閉孔方向に作用させることで、前記第２閉孔付勢力を発生させ、
前記第２上昇減速機構は、前記第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす第２背圧燃料を排出する時に排出流量を規制することで、前記第２弁体の上昇速度を低減させることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記第２背圧燃料を給排するための第２給排流路が形成され、
前記排出流量の規制は、前記第２給排流路に形成された絞りにより行われることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記第２付勢機構は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力を前記第２弁体に対し、閉孔方向に作用させることで、前記第２閉孔付勢力を発生させ、
前記第２上昇減速機構は、前記第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす第２背圧燃料を排出する時に、排出流量より少ない流量で前記高圧燃料を、別途、前記第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼすように供給することで、前記第２弁体の上昇速度を低減させることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記第２背圧燃料を給排するための第２給排流路、および、この第２給排流路とは別の流路であって、前記第２背圧燃料を、別途、供給するための第２供給流路が形成され、
この第２供給流路に形成された絞りの有効径は、前記第２給排流路に形成された絞りの有効径よりも小さいことを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記第２付勢機構は、前記ボディの内部に装着された弾性部材に、前記第２閉孔付勢力としての弾性力を発生させ、
前記第２上昇減速機構は、前記第２弁体が開孔方向に上昇する時に、前記弾性部材の弾性力を前記第２閉孔付勢力として前記第２弁体に作用させることで、前記第２弁体の上昇速度を低減させることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記第１弁体は、閉孔方向に下降する時に、直接的に、または、前記第１弁体および前記第２弁体とは別の部材を介して間接的に、前記第２弁体と係合することを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項８】
請求項７に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記第１弁体は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力が前記第１弁体に対し閉孔方向に作用することで、閉孔方向に下降し、
前記第１弁体が開孔方向に上昇する時は、前記第１弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす第１背圧燃料の供給が遮断されることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記第１背圧燃料の給排の切換は、三方弁により行われることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項１０】
少なくとも前後２段階に分けて開放される複数の噴孔を有するボディと、
前記ボディの内部に収容され、前記複数の噴孔の内で先に開放される第１噴孔を開閉する筒状の第１弁体と、
この第１弁体の筒状部に収容され、前記第１噴孔よりも後に開放される第２噴孔を開閉するとともに、前記第１弁体と同軸方向に移動する第２弁体とを備えた燃料噴射ノズルにおいて、
前記第１弁体および前記第２弁体を閉孔方向に付勢する閉孔付勢力を発生させる付勢機構、
および、前記閉孔付勢力の増加により前記第１弁体および前記第２弁体が閉孔方向に下降する時に、前記第１弁体および前記第２弁体の下降速度を増大させる下降加速機構が設けられていることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記付勢機構は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力を、前記第１弁体および前記第２弁体に対し、閉孔方向に作用させることで、前記閉孔付勢力を発生させ、
前記下降加速機構は、前記閉孔付勢力を減少させる時に閉鎖される一方向流路を介して、前記第１弁体および前記第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす背圧燃料を供給することで、前記第１弁体および前記第２弁体の下降速度を増大させることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記閉孔付勢力を調節するため前記背圧燃料が給排されて容積が変化する制御室、および、この制御室に前記背圧燃料の給排を行うため前記制御室に開口する給排流路が形成され、
前記制御室に遊挿され、所定の付勢手段に付勢されて前記給排流路の開口部を閉鎖する閉鎖部材を備え、
前記閉鎖部材は、その表面と前記制御室をなす内面とで前記一方向流路を形成するとともに、前記制御室に前記背圧燃料が供給される時に、前記付勢手段による付勢方向と逆の方向に付勢されて前記開口部を開放することで、前記一方向流路を開放することを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項１３】
請求項１０に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記付勢機構は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力を、前記第１弁体および前記第２弁体に対し、閉孔方向に作用させることで、前記閉孔付勢力を発生させ、
前記下降加速機構は、前記高圧燃料の圧力を所定の受圧面積で受けるとともに、前記受圧面積よりも小さい加圧面積で、前記第１弁体および前記第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす背圧燃料を加圧することで、前記第１弁体および前記第２弁体の下降速度を増大させることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項１４】
請求項１３に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記受圧面積の受圧面と前記加圧面積の加圧面とを有し、前記受圧面に作用する前記高圧燃料の圧力を増大させ前記加圧面を通じて前記背圧燃料に伝達する増圧ピストンを備えることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項１５】
請求項１１ないし請求項１４のいずれか１つに記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記第１弁体および前記第２弁体の少なくとも一方が開孔方向に上昇する時は、前記背圧燃料の供給が遮断されることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項１６】
請求項１５に記載の燃料噴射ノズルにおいて、
前記背圧燃料の給排の切換は、三方弁により行われることを特徴とする燃料噴射ノズル。
【請求項１７】
請求項１または請求項１０に記載の燃料噴射ノズルが組み込まれた燃料噴射弁。
【請求項１８】
請求項１７に記載の燃料噴射弁を用いた燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、エンジンの気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射ノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
〔従来の技術〕
従来より、エンジンの低回転域での噴霧微粒化や、高回転域での短期間多量噴射などに対応するため、可変噴孔式の燃料噴射ノズルが用いられている。可変噴孔式の燃料噴射ノズルとは、少なくとも前後２段階に分けて順次に開放される複数の噴孔を有し、噴射量に応じて開放する噴孔数を変えることができるものである。
【０００３】
従来の可変噴孔式の燃料噴射ノズル１００（以下、ノズル１００と呼ぶ）は、図１６に示すように、前後２段階に分けて開放される第１、第２噴孔１０１、１０２を有するボディ１０３、第１、第２噴孔１０１、１０２の内で先に開放される第１噴孔１０１を開閉する第１弁体１０４、第１弁体１０４と同軸方向に移動するとともに、第１噴孔１０１よりも後に開放される第２噴孔１０２を開閉する第２弁体１０５、第１、第２弁体１０４、１０５に当接し、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力を第１、第２弁体１０４、１０５に伝達して第１、第２噴孔１０１、１０２を閉鎖する方向（閉孔方向）に付勢する第１ピストン１０６、第１ピストン１０６と同軸方向に移動するとともに、第２弁体１０５に当接し、高圧燃料の圧力を第２弁体１０５に伝達して閉孔方向に付勢する第２ピストン１０７などから構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
そして、ノズル１００は、ＥＣＵ（図示せず）からの指令に応じて作動、作動停止を繰り返す電磁二方弁１１１とともに燃料噴射弁１１２を構成する。この燃料噴射弁１１２は、例えば、多気筒ディーゼルエンジンのような直噴型エンジン（図示せず：以下、単にエンジンと呼ぶ）の各気筒に搭載され、燃焼室に燃料を噴射供給するために用いられる。なお、電磁二方弁１１１は、作動時に開弁するとともに、作動停止時に閉弁する。
【０００５】
燃料噴射弁１１２から噴射される燃料は、周知の噴射ポンプ（図示せず）により高圧化して吐出された高圧燃料であり、周知のコモンレール１１３を介してノズル１００に供給される。すなわち、燃料噴射弁１１２は、噴射ポンプやコモンレール１１３等とともに、エンジンに燃料を噴射供給する燃料噴射装置を構成し、ノズル１００は、噴射ポンプやコモンレール１１３等を所定の供給源として高圧燃料の供給を受ける。
以下、ノズル１００を構成する要素について説明する。
【０００６】
ボディ１０３は、高圧流路１１５を介してコモンレール１１３と連通し、常時、高圧燃料が供給される燃料溜まり１１６、第１、第２弁体１０４、１０５を収容するとともに、第１、第２噴孔１０１、１０２へ燃料溜まり１１６の高圧燃料を導くガイド孔１１７、第１、第２弁体１０４、１０５に対し閉孔方向に圧力を及ぼす背圧燃料として、高圧燃料が供給される制御室１１８、第１、第２ピストン１０６、１０７を収容するとともに、燃料溜まり１１６や制御室１１８からリークした燃料を回収するリーク回収室１１９が形成されている。また、ガイド孔１１７の下方には、第１、第２弁体１０４、１０５が着座するシート面１２０が設けられ、シート面１２０に第１、第２噴孔１０１、１０２が開口する。
【０００７】
背圧燃料は、供給流路１２３を通じてコモンレール１１３から供給される。そして、供給流路１２３には入側オリフィス１２４が設けられ、供給流量が規制される。また、背圧燃料は、電磁二方弁１１１が取り付けられた排出流路１２５を通じて燃料タンク１２６へと排出される。そして、排出流路１２５には入側オリフィス１２４よりも径大の出側オリフィス１２７が設けられ、排出流量が規制される。
【０００８】
そして、制御室１１８における背圧燃料の圧力（背圧）を上昇させるときは、電磁二方弁１１１を閉弁し、供給流路１２３を通じた制御室１１８への供給のみを行わせる。また、背圧を低下させるときは電磁二方弁１１１を開弁し、排出流路１２５を通じた制御室１１８からの排出を行わせるとともに、供給流路１２３を通じた制御室１１８への供給も行わせる。ここで、出側オリフィス１２７は入側オリフィス１２４よりも径大であるから、制御室１１８からの排出流量が制御室１１８への供給流量よりも大きくなる。これにより、電磁二方弁１１１が開弁すると背圧が低下する。
【０００９】
なお、リーク回収室１１９の燃料は、低圧流路１３０を介して燃料タンク１２６へ回収される。また、リーク回収室１１９には、一端が第１ピストン１０６に取り付けられたスプリング１３１が収容されている。このスプリング１３１は、背圧による付勢力とともに第１、第２弁体１０４、１０５を閉孔方向に付勢する弾性力を発生させる。
【００１０】
第１弁体１０４は円筒状をなし、その内周に形成される筒状部に、第２弁体１０５を摺動自在に収容する。また、第１弁体１０４の下端には、第１噴孔１０１を開閉するための第１シート部１３４が設けられ、上端には第１ピストン１０６が当接する当接面１３５が設けられている。そして、第１弁体１０４は、燃料溜まり１１６の高圧燃料により圧力を受け、開孔方向に付勢されるとともに、第１ピストン１０６を介して、背圧による付勢力およびスプリング１３１の弾性力により閉孔方向に付勢される。
【００１１】
第２弁体１０５は棒状をなし、下端には第２噴孔１０２を開閉するための第２シート部１３７が設けられ、上端には第１、第２ピストン１０６、１０７が当接する当接面１３８が設けられている。そして、第２弁体１０５は、第１、第２ピストン１０６、１０７を介して、背圧による付勢力およびスプリングの弾性力により閉孔方向に付勢される。
【００１２】
第１ピストン１０６は円筒状をなし、その内周に形成される筒状部に、第２ピストン１０７を摺動自在に収容するとともに、下端には第１、第２弁体１０４、１０５の当接面１３５、１３８に当接する当接面１４１が設けられている。また、第１ピストン１０６には、スプリング１３１が取り付けられている。そして、第１ピストン１０６は、背圧による付勢力およびスプリング１３１の弾性力により閉孔方向に付勢されて第１、第２弁体１０４、１０５に当接し、これらの閉孔方向の付勢力を第１、第２弁体１０４、１０５に伝達する。
【００１３】
第２ピストン１０７は棒状をなし、下端に第２弁体１０５の当接面１３８に当接する当接面１４２が設けられている。そして、第２ピストン１０７は、背圧により閉孔方向に付勢されて第２弁体１０５に当接し、この閉孔方向の付勢力を第２弁体１０５に伝達する。
【００１４】
このように、第１弁体１０４は、第１ピストン１０６を介して、背圧による付勢力およびスプリング１３１の弾性力により閉孔方向に付勢され、第２弁体１０５は、第１、第２ピストン１０６、１０７を介して、背圧による付勢力およびスプリング１３１の弾性力により閉孔方向に付勢される。
【００１５】
次に、ノズル１００の作用を、図１９に示す噴射率ｑの経時変化とともに説明する。
ここで、噴射率ｑは、第１噴孔１０１からの噴射率ｑ１（第１噴射率ｑ１と呼ぶ）と、第２噴孔１０２からの噴射率ｑ２（第２噴射率ｑ２と呼ぶ）との和である。なお、図１９に示す噴射率ｑの経時変化は、第１、第２噴孔１０１、１０２が両方とも、充分に長い期間、開放された場合の経時変化である。
【００１６】
まず、ＥＣＵからの指令に応じて電磁二方弁１１１が作動し開弁すると、排出流路１２５を通じて制御室１１８から背圧燃料が排出され背圧が低下する。この結果、第１弁体１０４の開孔方向に作用する付勢力が閉孔方向に作用する付勢力よりも大きくなる。これにより、時間ｔ０において、図１7に示すように、第１弁体１０４がシート面１２０から離座し上昇を開始するとともに、第１噴孔１０１が開放される。このため、第１噴射率ｑ１が増加を開始し、噴射率ｑは増加する。また、第１ピストン１０６の当接面１４１と第２弁体１０５の当接面１３８とが分離し、第２弁体１０５にはスプリング１３１の弾性力が作用しなくなる。
【００１７】
第１噴孔１０１の開放後、時間ｔ１までは、第１噴孔１０１の有効断面積（第１有効孔面積）よりも第１シート部１３４とシート面１２０との隙間の有効面積（第１有効隙間面積）の方が小さい。このため、時間ｔ０〜ｔ１の間の噴射率ｑは、第１有効隙間面積に支配される。第１有効隙間面積は第１弁体１０４の上昇とともに増加するので、時間ｔ０〜ｔ１の間、噴射率ｑは増加を続ける。
【００１８】
時間ｔ１において、第１有効隙間面積が第１有効孔面積よりも大きくなると、噴射率ｑは、第１有効孔面積に支配される。第１有効孔面積は、第１弁体１０４が上昇しても増加しないので、噴射率ｑは増加を停止し、第１噴射率ｑ１の最大値ｑ１ｍａｘを維持する。
【００１９】
時間ｔ２において、第２弁体１０５の開孔方向に作用する付勢力が閉孔方向に作用する付勢力よりも大きくなると、図１８に示すように、第２弁体１０５がシート面１２０から離座し上昇を開始するとともに、第２噴孔１０２が開放される。このため、第２噴射率ｑ２が増加を開始し、噴射率ｑは、ｑ１ｍａｘから増加する。
【００２０】
第２噴孔１０２の開放後、時間ｔ３までは、第２噴孔１０２の有効断面積（第２有効孔面積）よりも第２シート部１３７とシート面１２０との隙間の有効面積（第２有効隙間面積）の方が小さい。このため、時間ｔ２〜ｔ３の間の噴射率ｑは、第２有効隙間面積に支配される。第２有効隙間面積は第２弁体１０５の上昇とともに増加するので、噴射率ｑは増加を続ける。
【００２１】
時間ｔ３において、第２有効隙間面積が第２有効孔面積よりも大きくなると、噴射率ｑは、第２有効孔面積に支配される。第２有効孔面積は、第２弁体１０５が上昇しても増加しないので、噴射率ｑは増加を停止し、第１噴射率ｑ１の最大値ｑ１ｍａｘと第２噴射率ｑ２の最大値ｑ２ｍａｘとの和ｑ１ｍａｘ＋ｑ２ｍａｘを維持する。
【００２２】
時間ｔ３〜ｔ４の間に、ＥＣＵからの指令に応じて電磁二方弁１１１が作動を停止し閉弁すると、排出流路１２５による高圧燃料の排出が停止する。そして、供給流路１２３を通じて高圧燃料が制御室１１８に背圧燃料として供給され、背圧が増加する。この結果、まず、第２弁体１０５において、閉孔方向に作用する付勢力が開孔方向に作用する付勢力よりも大きくなり、第２弁体１０５が下降を開始する。次に、第１弁体１０４において、閉孔方向に作用する付勢力が開孔方向に作用する付勢力よりも大きくなり、第１弁体１０４が下降を開始する。なお、噴射率ｑは、時間ｔ４まで、ｑ１ｍａｘ＋ｑ２ｍａｘを維持する。
【００２３】
時間ｔ４において、第２有効隙間面積が第２有効孔面積よりも小さくなると、噴射率ｑは、第２有効隙間面積に支配されるようになり、噴射率ｑが減少を開始する。そして、第２有効隙間面積は第２弁体１０５の下降とともに減少するので、噴射率ｑは減少を続ける。
【００２４】
時間ｔ５において、第２弁体１０５がシート面１２０に着座し第２噴孔１０２が閉鎖される。これにより、第２噴射率ｑ２が０になり、噴射率ｑは、時間ｔ６までｑ１ｍａｘを維持する。
【００２５】
時間ｔ６において、第１有効隙間面積が第１有効孔面積よりも小さくなると、噴射率ｑは、第１有効隙間面積に支配されようになり、噴射率ｑはｑ１ｍａｘから減少を開始する。そして、第１有効隙間面積は第１弁体１０４の下降とともに減少するので、噴射率ｑは減少を続ける。
【００２６】
時間ｔ７において、第１弁体１０４がシート面１２０に着座し第１噴孔１０１が閉鎖される。これにより、第１噴射率ｑ１が０になり、全体の噴射率ｑも０になる。なお、第１弁体１０４がシート面１２０に着座すると、第１ピストン１０６の当接面１４１が第２弁体１０５の当接面１３８に当接し、第２弁体１０５にはスプリング１３１の弾性力が作用するようになる。
【００２７】
なお、ＥＣＵによる電磁二方弁１１１の作動、作動停止の指令は、エンジンの運転状態に応じて算出される噴射時期、噴射期間Ｔに基づいて行われる。ここで、噴射期間Ｔは、第１、第２噴孔１０１、１０２の開放時間に相当し、実噴射量Ｑに大きく影響する。
【００２８】
〔従来技術の不具合〕
ところで、ノズル１００によれば、第２弁体１０５がシート面１２０に着座している時には、第２弁体１０５に対し開孔方向に作用する燃料圧力（第２開孔燃料圧と呼ぶ）の受圧面は、第２シート部１３７よりも外周側の微小なドーナツ状の面である。しかし、第２弁体１０５がシート面１２０から離座し上昇を開始すると、受圧面の面積は、この微小なドーナツ状の面積から第２弁体１０５の有効径で定まる面積へ、大幅に増加する。これにより、第２開孔燃料圧による付勢力は、第２弁体１０５がシート面１２０から離座すると急激に増加する。このため、第２弁体１０５の上昇速度は極めて大きく、第２噴射率ｑ２は極めて短時間に０から最大値ｑ２ｍａｘに達してしまう。なお、第２噴射率ｑ２が０からｑ２ｍａｘに達する期間は、図１９において、時間ｔ２〜ｔ３の期間に相当する。
【００２９】
したがって、図２０に示すように、噴射期間Ｔには、実噴射量Ｑが急激に増加する閾値Ｔｃｔが存在する。ここで、閾値Ｔｃｔは、第１噴孔１０１のみから噴射が行われる噴射期間Ｔの最大値であり、噴射期間Ｔが閾値Ｔｃｔよりも長くなると、第２弁体１０５がシート面１２０から離座して第２噴孔１０２からの噴射が始まる。
【００３０】
すなわち、噴射期間Ｔが閾値Ｔｃｔよりも短いときには、第１噴孔１０１のみから噴射が行われ、実噴射量Ｑは、主にｑ１ｍａｘに応じた勾配で、噴射期間Ｔの増加とともに緩やかに増加する。しかし、噴射期間Ｔが閾値Ｔｃｔよりも長くなると、第２弁体１０５がシート面１２０から離座し極めて短期間で第２噴射率ｑ２が０からｑ２ｍａｘに達する。このため、閾値Ｔｃｔと閾値Ｔｃｔよりもわずかに長いＴｃｔ＋ΔＴとの間では、実噴射量Ｑが急激に増加する。このＴｃｔ＋ΔＴは、第２噴射率ｑ２のｑ２ｍａｘ到達と第２弁体１０５の下降開始とが重なるときの噴射期間Ｔの値である。
【００３１】
この結果、噴射期間Ｔを閾値Ｔｃｔとした場合の実噴射量Ｑｃｔと、噴射期間ＴをＴｃｔ＋ΔＴとした場合の実噴射量Ｑｃｔ＋ΔＱとの間で、実噴射量Ｑを制御することが極めて困難になる。なお、噴射期間ＴがＴｃｔ＋ΔＴよりも長いときには、実噴射量Ｑは、ｑ１ｍａｘ＋ｑ２ｍａｘに応じた勾配で、噴射期間Ｔの増加とともに緩やかに増加する。
【００３２】
また、ノズル１００によれば、図１９の時間ｔ５〜ｔ６の期間に示すように、噴射を終了する際に噴射率ｑが一定の値ｑ１ｍａｘを維持する段差が生じ、噴射をシャープに終了することができない。このため余剰の燃料が噴射され、黒煙が発生する虞が大きい。
【特許文献１】国際公開第０３／０６９１５１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、第２噴孔の開放に伴う実噴射量の急激な増大を抑えるとともに、噴射終了時の噴射率の段差を抑えることができる可変噴孔式燃料噴射ノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の燃料噴射ノズルは、少なくとも前後２段階に分けて開放される複数の噴孔を有するボディと、ボディの内部に収容され、複数の噴孔の内で先に開放される第１噴孔を開閉する筒状の第１弁体と、第１弁体の筒状部に収容され、第１噴孔よりも後に開放される第２噴孔を開閉するとともに、第１弁体と同軸方向に移動する第２弁体とを備え、第２弁体を、常に閉孔方向に付勢する第２閉孔付勢力を発生させる第２付勢機構、および、第２閉孔付勢力の減少により第２弁体が開孔方向に上昇する時に、第２弁体の上昇速度を低減させる第２上昇減速機構が設けられている。
これにより、例えば、第２開孔燃料圧による付勢力の急激な増加のように、第２弁体の上昇速度を極めて大きくするような要因が存在しても、第２上昇減速機構により第２弁体の上昇速度を低減することができる。このため、第２弁体の上昇速度を低減することで、第２噴孔の開放に伴う実噴射量の急激な増大を抑えることができる。
【００３５】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の燃料噴射ノズルの第２付勢機構は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力を第２弁体に対し、閉孔方向に作用させることで、第２閉孔付勢力を発生させ、第２上昇減速機構は、第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす第２背圧燃料を排出する時に排出流量を規制することで、第２弁体の上昇速度を低減させる。
この手段は、第２付勢機構および第２上昇減速機構の一形態である。
【００３６】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の燃料噴射ノズルは、第２背圧燃料を給排するための第２給排流路が形成され、排出流量の規制は、第２給排流路に形成された絞りにより行われる。
この手段は、請求項２に記載の第２上昇減速機構の一形態において、排出流量を規制する一手段である。
【００３７】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の燃料噴射ノズルの第２付勢機構は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力を第２弁体に対し、閉孔方向に作用させることで、第２閉孔付勢力を発生させ、第２上昇減速機構は、第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす第２背圧燃料を排出する時に、排出流量より少ない流量で高圧燃料を、別途、第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼすように供給することで、第２弁体の上昇速度を低減させる。
この手段は、第２付勢機構および第２上昇減速機構の一形態である。
【００３８】
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の燃料噴射ノズルは、第２背圧燃料を給排するための第２給排流路、および、第２給排流路とは別の流路であって、第２背圧燃料を、別途、供給するための第２供給流路が形成され、第２供給流路に形成された絞りの有効径は、第２給排流路に形成された絞りの有効径よりも小さい。
この手段は、請求項４に記載の第２上昇減速機構の一形態において、排出流量より少ない流量で高圧燃料を、別途、第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼすように供給する一手段である。
【００３９】
〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の燃料噴射ノズルの第２付勢機構は、ボディの内部に装着された弾性部材に、第２閉孔付勢力としての弾性力を発生させ、第２上昇減速機構は、第２弁体が開孔方向に上昇する時に、弾性部材の弾性力を第２閉孔付勢力として第２弁体に作用させることで、第２弁体の上昇速度を低減させる。
この手段は、第２付勢機構および第２上昇減速機構の一形態である。
【００４０】
〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の燃料噴射ノズルの第１弁体は、閉孔方向に下降する時に、直接的に、または、第１弁体および第２弁体とは別の部材を介して間接的に、第２弁体と係合する。
これにより、第１、第２弁体は、互いに係合しながら同速度で下降することができる。このため、第１、第２弁体の寸法を、適宜、調節することにより、第１、第２弁体を、同時に着座させることができる。この結果、噴射終了時の噴射率の段差をなくすことができる。
【００４１】
〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の燃料噴射ノズルの第１弁体は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力が第１弁体に対し閉孔方向に作用することで、閉孔方向に下降し、第１弁体が開孔方向に上昇する時は、第１弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす第１背圧燃料の供給が遮断される。
これにより、第１噴孔が開放される時は、第１背圧燃料の圧力（第１背圧）が増加する虞がなくなる。このため、第１噴孔の開放を確実に遅滞なく行うことができる。
【００４２】
〔請求項９の手段〕
請求項９に記載の燃料噴射ノズルでは、第１背圧燃料の給排の切換が、三方弁により行われる。
この手段は、請求項８に記載の燃料噴射ノズルにおいて、第１弁体が開孔方向に上昇する時に第１背圧燃料の供給を遮断する一手段である。
【００４３】
〔請求項１０の手段〕
請求項１０に記載の燃料噴射ノズルは、少なくとも前後２段階に分けて開放される複数の噴孔を有するボディと、ボディの内部に収容され、複数の噴孔の内で先に開放される第１噴孔を開閉する筒状の第１弁体と、第１弁体の筒状部に収容され、第１噴孔よりも後に開放される第２噴孔を開閉するとともに、第１弁体と同軸方向に移動する第２弁体とを備え、第１弁体および第２弁体を閉孔方向に付勢する閉孔付勢力を発生させる付勢機構、および、閉孔付勢力の増加により第１弁体および第２弁体が閉孔方向に下降する時に、第１弁体および第２弁体の下降速度を増大させる下降加速機構が設けられている。
これにより、第１、第２弁体が下降を開始してからシート面に着座するまでの時間、すなわち噴射終了時間が短縮される。このため、この短縮比に応じて、噴射率の段差が発生する時間を短縮することができる。
【００４４】
〔請求項１１の手段〕
請求項１１に記載の燃料噴射ノズルの付勢機構は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力を、第１弁体および第２弁体に対し、閉孔方向に作用させることで、閉孔付勢力を発生させ、下降加速機構は、閉孔付勢力を減少させる時に閉鎖される一方向流路を介して、第１弁体および第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす背圧燃料を供給することで、第１弁体および第２弁体の下降速度を増大させる。
この手段は、付勢機構および下降加速機構の一形態である。すなわち、一方向流路の有効径は、所定の条件下で自由に設定できる。このため、一方向流路の有効径の設定可能範囲において、所望の下降速度に応じて有効径を設定することで、第１、第２弁体の下降速度を増大させることができる。
【００４５】
〔請求項１２の手段〕
請求項１２に記載の燃料噴射ノズルは、閉孔付勢力を調節するため背圧燃料が給排されて容積が変化する制御室、および、制御室に背圧燃料の給排を行うため制御室に開口する給排流路が形成され、制御室に遊挿され、所定の付勢手段に付勢されて給排流路の開口部を閉鎖する閉鎖部材を備え、閉鎖部材は、その表面と制御室をなす内面とで一方向流路を形成するとともに、制御室に背圧燃料が供給される時に、付勢手段による付勢方向と逆の方向に付勢されて開口部を開放することで、一方向流路を開放する。
この手段は、請求項１１に記載の燃料噴射ノズルにおいて、一方向流路を形成する一手段である。
【００４６】
〔請求項１３の手段〕
請求項１３に記載の燃料噴射ノズルの付勢機構は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力を、第１弁体および第２弁体に対し、閉孔方向に作用させることで、閉孔付勢力を発生させ、下降加速機構は、高圧燃料の圧力を所定の受圧面積で受けるとともに、この受圧面積よりも小さい加圧面積で、第１弁体および第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす背圧燃料を加圧することで、第１弁体および第２弁体の下降速度を増大させる。
この手段は、付勢機構および下降加速機構の一形態である。
【００４７】
〔請求項１４の手段〕
請求項１４に記載の燃料噴射ノズルは、請求項１３に記載の受圧面積の受圧面と請求項１３に記載の加圧面積の加圧面とを有し、受圧面に作用する高圧燃料の圧力を増大させ加圧面を通じて背圧燃料に伝達する増圧ピストンを備える。
この手段は、請求項１３に記載の燃料噴射ノズルにおいて、高圧燃料の圧力を所定の受圧面積で受けるとともに、この受圧面積よりも小さい加圧面積で背圧燃料を加圧する一手段である。
【００４８】
〔請求項１５の手段〕
請求項１５に記載の燃料噴射ノズルは、第１弁体および第２弁体の少なくとも一方が開孔方向に上昇する時に、背圧燃料の供給が遮断される。
これにより、第１、第２噴孔の少なくとも一方が開放される時は、背圧燃料の圧力（背圧）が増加する虞がなくなる。このため、第１、第２噴孔の開放を確実に遅滞なく行うことができる。
【００４９】
〔請求項１６の手段〕
請求項１６に記載の燃料噴射ノズルでは、背圧燃料の給排の切換が、三方弁により行われる。
この手段は、請求項１５に記載の燃料噴射ノズルにおいて、第１、第２弁体の少なくとも一方が開孔方向に上昇する時に背圧燃料の供給を遮断する一手段である。
【００５０】
〔請求項１７の手段〕
請求項１７に記載の燃料噴射弁は、請求項１または請求項１０に記載の燃料噴射ノズルが組み込まれている。
【００５１】
〔請求項１８の手段〕
請求項１８に記載の燃料噴射装置は、請求項１７に記載の燃料噴射弁を用いている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
最良の形態１の燃料噴射ノズルは、少なくとも前後２段階に分けて開放される複数の噴孔を有するボディと、ボディの内部に収容され、複数の噴孔の内で先に開放される第１噴孔を開閉する筒状の第１弁体と、第１弁体の筒状部に収容され、第１噴孔よりも後に開放される第２噴孔を開閉するとともに、第１弁体と同軸方向に移動する第２弁体とを備え、第２弁体を、常に閉孔方向に付勢する第２閉孔付勢力を発生させる第２付勢機構、および、第２閉孔付勢力の減少により第２弁体が開孔方向に上昇する時に、第２弁体の上昇速度を低減させる第２上昇減速機構が設けられている。
【００５３】
そして、第２付勢機構は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力を第２弁体に対し、閉孔方向に作用させることで、第２閉孔付勢力を発生させ、第２上昇減速機構は、第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす第２背圧燃料を排出する時に排出流量を規制することで、第２弁体の上昇速度を低減させる。
この燃料噴射ノズルには、第２背圧燃料を給排するための第２給排流路が形成され、排出流量の規制は、第２給排流路に形成された絞りにより行われる。
【００５４】
第１弁体は、閉孔方向に下降する時に、直接的に、または、第１弁体および第２弁体とは別の部材を介して間接的に、第２弁体と係合する。
また、第１弁体は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力が第１弁体に対し閉孔方向に作用することで、閉孔方向に下降する。そして、第１弁体が開孔方向に上昇する時は、第１弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす第１背圧燃料の供給が遮断される。
第１背圧燃料の給排の切換は、三方弁により行われる。
【００５５】
最良の形態２の燃料噴射ノズルの第２付勢機構は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力を第２弁体に対し、閉孔方向に作用させることで、第２閉孔付勢力を発生させ、  第２上昇減速機構は、第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす第２背圧燃料を排出する時に、排出流量より少ない流量で高圧燃料を、別途、第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼすように供給することで、第２弁体の上昇速度を低減させる。
【００５６】
この燃料噴射ノズルでは、第２背圧燃料を給排するための第２給排流路、および、第２給排流路とは別の流路であって、第２背圧燃料を、別途、供給するための第２供給流路が形成されている。そして、第２供給流路に形成された絞りの有効径は、第２給排流路に形成された絞りの有効径よりも小さい。
【００５７】
最良の形態３の燃料噴射ノズルの第２付勢機構は、ボディの内部に装着された弾性部材に、第２閉孔付勢力としての弾性力を発生させ、第２上昇減速機構は、第２弁体が開孔方向に上昇する時に、弾性部材の弾性力を第２閉孔付勢力として第２弁体に作用させることで、第２弁体の上昇速度を低減させる。
【００５８】
最良の形態４の燃料噴射ノズルは、少なくとも前後２段階に分けて開放される複数の噴孔を有するボディと、ボディの内部に収容され、複数の噴孔の内で先に開放される第１噴孔を開閉する筒状の第１弁体と、第１弁体の筒状部に収容され、第１噴孔よりも後に開放される第２噴孔を開閉するとともに、第１弁体と同軸方向に移動する第２弁体とを備え、第１弁体および第２弁体を閉孔方向に付勢する閉孔付勢力を発生させる付勢機構、および、閉孔付勢力の増加により第１弁体および第２弁体が閉孔方向に下降する時に、第１弁体および第２弁体の下降速度を増大させる下降加速機構が設けられている。
【００５９】
そして、付勢機構は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力を、第１弁体および第２弁体に対し、閉孔方向に作用させることで、閉孔付勢力を発生させ、下降加速機構は、閉孔付勢力を減少させる時に閉鎖される一方向流路を介して、第１弁体および第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす背圧燃料を供給することで、第１弁体および第２弁体の下降速度を増大させる。
【００６０】
この燃料噴射ノズルでは、閉孔付勢力を調節するため背圧燃料が給排されて容積が変化する制御室、および、制御室に背圧燃料の給排を行うため制御室に開口する給排流路が形成されている。そして、この燃料噴射ノズルは、制御室に遊挿され、所定の付勢手段に付勢されて給排流路の開口部を閉鎖する閉鎖部材を備え、閉鎖部材は、その表面と制御室をなす内面とで一方向流路を形成するとともに、制御室に背圧燃料が供給される時に、付勢手段による付勢方向と逆の方向に付勢されて開口部を開放することで、一方向流路を開放する。
【００６１】
また、第１弁体および第２弁体の少なくとも一方が開孔方向に上昇する時は、背圧燃料の供給が遮断される。
背圧燃料の給排の切換は、三方弁により行われる。
【００６２】
最良の形態５の燃料噴射ノズルの付勢機構は、所定の供給源から供給された高圧燃料の圧力を、第１弁体および第２弁体に対し、閉孔方向に作用させることで、閉孔付勢力を発生させ、下降加速機構は、高圧燃料の圧力を所定の受圧面積で受けるとともに、この受圧面積よりも小さい加圧面積で、第１弁体および第２弁体に対し閉孔方向に圧力を及ぼす背圧燃料を加圧することで、第１弁体および第２弁体の下降速度を増大させる。
【００６３】
この燃料噴射ノズルは、所定の受圧面積の受圧面と受圧面積よりも小さい加圧面積の加圧面とを有し、受圧面に作用する高圧燃料の圧力を増大させ加圧面を通じて背圧燃料に伝達する増圧ピストンを備える。
【実施例１】
【００６４】
〔実施例１の構成〕
実施例１の燃料噴射ノズル１（以下、ノズル１と呼ぶ）の構成を図１を用いて説明する。ノズル１は、エンジンの気筒に燃料を噴射供給するものであり、エンジンの低回転域における噴霧微粒化や、高回転域における短期間多量噴射などに対応するため、噴射量に応じて開放する噴孔数を変えることができる可変噴孔式である。
【００６５】
そして、ノズル１は、ＥＣＵ（図示せず）からの指令に応じて作動、作動停止を繰り返す電磁弁２とともに燃料噴射弁３を構成する。燃料噴射弁３は、例えば、多気筒ディーゼルエンジンのような直噴型エンジン（図示せず：以下、単にエンジンと呼ぶ）の各気筒に搭載され、燃焼室に燃料を噴射供給するために用いられる。
【００６６】
また、燃料噴射弁３から噴射される燃料は、周知の噴射ポンプ（図示せず）により高圧化して吐出された高圧燃料であり、周知のコモンレール４を介してノズル１に供給される。すなわち、燃料噴射弁３は、噴射ポンプやコモンレール４等とともに、エンジンに燃料を噴射供給する燃料噴射装置を構成し、ノズル１は、噴射ポンプやコモンレール４等を所定の供給源として高圧燃料の供給を受ける。
【００６７】
ノズル１は、図１に示すように、前後２段階に分けて開放される第１、第２噴孔７、８を有するボディ９、第１、第２噴孔７、８の内で先に開放される第１噴孔７を開閉する第１弁体１０、第１噴孔７よりも後に開放される第２噴孔８を開閉するとともに、第１弁体１０と同軸方向に移動する第２弁体１１とを備える。
【００６８】
また、ノズル１は、少なくとも第１弁体１０に、常時、当接し、高圧燃料の圧力を第１弁体１０に伝達して第１噴孔７を閉鎖する方向（閉孔方向）に付勢するピストン１２を備える。なお、ピストン１２は、閉孔方向に下降する時には第２弁体１１にも当接する。これにより、第１弁体１０は、下降する時に、第１弁体１０および第２弁体１１とは別部材であるピストン１２を介して間接的に、第２弁体１１と係合する。
【００６９】
ボディ９は、高圧流路１５を介してコモンレール４と連通し、常時、高圧燃料が供給される燃料溜まり１６、第１、第２弁体１０、１１を収容するとともに、第１、第２噴孔７、８へ燃料溜まり１６の高圧燃料を導くガイド孔１７、少なくとも第１弁体１０に対し閉孔方向に圧力を及ぼす第１背圧燃料として、コモンレール４から、直接、高圧燃料の供給を受ける第１制御室１８が形成されている。また、ガイド孔１７の下方には、第１、第２弁体１０、１１が着座するシート面１９が設けられ、シート面１９に第１、第２噴孔７、８が開口する。なお、第２噴孔８は、第１噴孔７よりも外周に開口している。
【００７０】
第１制御室１８は、ピストン１２の上端面とボディ９の内面とで形成され、第１弁体１０の上昇または下降とともに第１背圧燃料が給排されることで容積が変化する。そして、第１制御室１８の容積が変化することにより、第１背圧燃料の圧力（第１背圧）が調節される。第１背圧燃料の給排は、第１給排流路２０を通じて行われる。また、第１給排流路２０には第１オリフィス２１が形成され、第１制御室１８への供給流量および第１制御室１８からの排出流量が規制される。
【００７１】
第１背圧燃料の給排の切換は、電磁弁２により行われる。電磁弁２は三方弁であり、作動時には第１制御室１８から燃料タンク２２へ通じる流路を開放し、作動停止時にはコモンレール４から第１制御室１８へ通じる流路を開放する（以下、電磁弁２が第１制御室１８から燃料タンク２２へ通じる流路を開放している状態を「開弁」とし、電磁弁２がコモンレール４から第１制御室１８へ通じる流路を開放している状態を「閉弁」とする。また、電磁弁２を電磁三方弁２とする。）。
【００７２】
なお、ＥＣＵによる電磁三方弁２の作動、作動停止の指令は、エンジンの運転状態に応じて算出される噴射時期、噴射期間Ｔに基づいて行われる。ここで、噴射期間Ｔは、第１、第２噴孔７、８の開放時間に相当し、実噴射量Ｑに大きく影響する。
【００７３】
そして、第１弁体１０を下降させる時は電磁三方弁２を閉弁し、コモンレール４の高圧燃料を第１背圧燃料として第１制御室１８に供給し、第１背圧を上昇させる。また、第１弁体１０を上昇させる時は電磁三方弁２を開弁し、第１背圧燃料の供給を遮断するとともに、第１背圧燃料を第１制御室１８から燃料タンク２２へ排出し、第１背圧を低下させる。
【００７４】
また、第１制御室１８には、ピストン１２を介して、主に第１弁体１０を閉孔方向に付勢するスプリング２６が収容されている。
また、燃料溜まり１６や第１制御室１８等からリークした燃料は低圧流路２７を介して燃料タンク２２へ回収される。
【００７５】
第１弁体１０は円筒状をなし、その内周に形成される筒状部に、第２弁体１１を摺動自在に収容する。第１弁体１０の下端には、第１噴孔７を開閉するための第１シート部２９が設けられ、第１シート部２９は、第１弁体１０がシート面１９に着座する時にシート面１９に当接する。また、上端には、ピストン１２が当接する当接面３０が設けられている。そして、第１弁体１０は、燃料溜まり１６の高圧燃料により圧力を受け、開孔方向に付勢されるとともに、ピストン１２を介して、第１背圧による付勢力およびスプリング２６の弾性力により閉孔方向に付勢される。
【００７６】
第２弁体１１は棒状をなし、下端には第２噴孔８を開閉するための第２シート部３１が設けられ、第２シート部３１は、第２弁体１１がシート面１９に着座する時にシート面１９に当接する。また、第２弁体１１の上面は、第２弁体１１に対し閉孔方向に圧力を及ぼす第２背圧燃料として高圧燃料が給排される第２制御室３２を形成する。
【００７７】
第２制御室３２は、第２弁体１１の上面、第１弁体１０の内周面およびピストン１２の下端面で形成され、第２弁体１１の上昇または下降とともに第２背圧燃料が給排されることで容積が変化する。そして、第２制御室３２の容積が変化することで、第２背圧燃料の圧力（第２背圧）が調節される。第２背圧燃料の給排は、ピストン１２に形成された第２給排流路３５を通じて行われる。第２給排流路３５は、第１制御室１８と第２制御室３２とを連通する流路であり、第２背圧燃料は、一旦、第１背圧燃料として供給された高圧燃料が第２給排流路３５を通じて供給されたものである。また、第２給排流路３５には第２オリフィス３６が形成され、第２制御室３２への供給流量および第２制御室３２からの排出流量が規制される。
【００７８】
また、第２弁体１１の上面には、ピストン１２に当接するための当接部３７が上方に向かい突出している。なお、第２弁体１１は、下降している時および第１弁体１０とともにシート面１９に着座している時に、ピストン１２に当接される。このため、第２弁体１１は、下降している時および第１弁体１０とともにシート面１９に着座している時に、第２背圧による付勢力以外に、ピストン１２を介して第１背圧による付勢力およびスプリングの弾性力によって閉孔方向に付勢される。また、第２弁体１１は、開孔方向に上昇している時および第１弁体１０のみが開孔方向に上昇している時には、ピストン１２に当接されず、第２背圧による付勢力のみによって閉孔方向に付勢される。
【００７９】
以上の構成により、ノズル１は、第２弁体１１を、常に閉孔方向に付勢する第２閉孔付勢力を発生させる第２付勢機構、および、第２閉孔付勢力の減少により第２弁体１１が上昇する時に、第２弁体１１の上昇速度を低減させる第２上昇減速機構としての機能を具備する。
【００８０】
すなわち、実施例１の第２閉孔付勢力は、第２背圧による付勢力であり、第２付勢機構は、コモンレール４の高圧燃料を、一旦、第１背圧燃料として供給した後、第２給排流路３５を介して第２背圧燃料として第２制御室３２へ供給することで、高圧燃料の圧力を第２弁体１１に対し閉孔方向に作用させ、第２閉孔付勢力としての第２背圧による付勢力を発生させる。
【００８１】
また、実施例１では、電磁三方弁２を開弁させて第１背圧燃料を燃料タンク２２へ排出するとともに、第２給排流路３５を介して第２背圧燃料を第２制御室３２から排出することで、第２閉孔付勢力としての第２背圧による付勢力を減少させる。そして、第２上昇減速機構は、この第２閉孔付勢力の減少により第２弁体１１が上昇する時に、第２オリフィス３６で第２背圧燃料の排出流量を規制することで、第２弁体１１の上昇速度を低減させる。
【００８２】
〔実施例１の作用〕
実施例１のノズル１の作用を、図４に示す噴射率ｑの経時変化とともに説明する。
噴射率ｑは、第１噴孔７からの噴射率ｑ１（第１噴射率ｑ１）と、第２噴孔８からの噴射率ｑ２（第２噴射率ｑ２）との和である。
【００８３】
まず、図１に示すように第１、第２噴孔７、８が両方とも閉鎖された状態で電磁三方弁２が開弁すると、第１給排流路２０を通じて第１制御室１８から第１背圧燃料が排出され第１背圧が低下する。この結果、第１弁体１０の開孔方向に作用する付勢力が閉孔方向に作用する付勢力よりも大きくなる。これにより、時間ｔ０において、図２に示すように、第１弁体１０がシート面１９から離座し上昇を開始するとともに、第１噴孔７が開放される。このため、第１噴射率ｑ１が増加を開始し、噴射率ｑは増加する。また、ピストン１２と第２弁体１１とが分離し、第２弁体１１には第１背圧による付勢力およびスプリング２６の弾性力が作用しなくなる。
【００８４】
第１噴孔７の開放後、時間ｔ１までは、第１噴孔７の有効断面積（第１有効孔面積）よりも第１シート部２９とシート面１９との隙間の有効面積（第１有効隙間面積）の方が小さい。このため、時間ｔ０〜ｔ１の間の噴射率ｑは、第１有効隙間面積に支配される。第１有効隙間面積は第１弁体１０の上昇とともに増加するので、時間ｔ０〜ｔ１の間、噴射率ｑは増加を続ける。
【００８５】
時間ｔ１において、第１有効隙間面積が第１有効孔面積よりも大きくなると、噴射率ｑは、第１有効孔面積に支配される。第１有効孔面積は、第１弁体１０が上昇しても増加しないので、噴射率ｑは増加を停止し、第１噴射率ｑ１の最大値ｑ１ｍａｘを維持する。
【００８６】
時間ｔ２において、第２弁体１１の開孔方向に作用する付勢力が閉孔方向に作用する付勢力よりも大きくなると、図３に示すように、第２弁体１１がシート面１９から離座し上昇を開始するとともに、第２噴孔８が開放される。このため、第２噴射率ｑ２が増加を開始し、噴射率ｑは、ｑ１ｍａｘから増加する。
【００８７】
ここで、第２弁体１１の開孔方向に作用する付勢力とは、第２弁体１１の下端において、第２弁体１１に対し開孔方向に作用する燃料圧力（第２開孔燃料圧）による付勢力である。そして、第２弁体１１がシート面１９に着座している時の第２開孔燃料圧の受圧面積は、第２シート部３１よりも外周側の微小なドーナツ状の面であり、第２弁体１１がシート面１９から離座している時の第２開孔燃料圧の受圧面積は、第２弁体１１の有効径で定まる面積である。このため、第２弁体１１がシート面１９から離座し上昇を開始すると、第２開孔燃料圧の受圧面積は、微小なドーナツ状の面積から第２弁体１１の有効径で定まる面積へ、大幅に増加する。この結果、第２弁体１１の上昇開始とともに、第２弁体１１に対し開孔方向に作用する付勢力が急激に強くなる。
【００８８】
第２噴孔８の開放後、時間ｔ３´までは、第２噴孔８の有効断面積（第２有効孔面積）よりも第２シート部３１とシート面１９との隙間の有効面積（第２有効隙間面積）の方が小さい。このため、時間ｔ２〜ｔ３´の間の噴射率ｑは、第２有効隙間面積に支配される。第２有効隙間面積は第２弁体１１の上昇とともに増加するので、噴射率ｑは増加を続ける。
【００８９】
ここで、図４の時間ｔ２〜ｔ３´における噴射率ｑの勾配は、図１９の時間ｔ２〜ｔ３における噴射率ｑの勾配よりも緩やかである。すなわち、実施例１では、第２弁体１１の上昇開始とともに、第２弁体１１の開孔方向に作用する付勢力が急激に強くなっても、第２上昇減速機構の機能により、第２弁体１１の上昇速度が低減される。このため、時間ｔ２〜ｔ３´における第２噴射率ｑ２の増加速度が、従来の時間ｔ２〜ｔ３における第２噴射率ｑ２の増加速度よりも遅くなり、この結果として、時間ｔ２〜ｔ３´における噴射率ｑの勾配が緩やかになる。
【００９０】
時間ｔ３´において、第２有効隙間面積が第２有効孔面積よりも大きくなると、噴射率ｑは、第２有効孔面積に支配される。第２有効孔面積は、第２弁体１１が上昇しても増加しないので、噴射率ｑは増加を停止し、第１噴射率ｑ１の最大値ｑ１ｍａｘと第２噴射率ｑ２の最大値ｑ２ｍａｘとの和ｑ１ｍａｘ＋ｑ２ｍａｘを維持する。
【００９１】
時間ｔ３´〜ｔ４´の間に電磁三方弁２が閉弁すると、第１背圧燃料の排出が停止するとともに、コモンレール４の高圧燃料が第１背圧燃料として第１給排流路２０を通じて第１制御室１８に供給され、第１背圧が増加する。そして、第１背圧が増加すると、第１弁体１０において、閉孔方向に作用する付勢力が開孔方向に作用する付勢力よりも大きくなり、第１弁体１０が下降を開始する。さらに、第１背圧燃料が第２背圧燃料として第２給排流路３５を通じて第２制御室３２に供給され、第２背圧が増加する。そして、第２背圧が増加すると、第２弁体１１において、閉孔方向に作用する付勢力が開孔方向に作用する付勢力よりも大きくなり、第２弁体１１が下降を開始する。
【００９２】
ここで、時間ｔ４´は、第１弁体１０の下降時に第１有効隙間面積が第１有効孔面積よりも小さくなる時、または、第２弁体１１の下降時に第２有効隙間面積が第２有効孔面積よりも小さくなる時のうち、いずれか早い方の時である（本実施例では、時間ｔ４´を、第２弁体１１の下降時に第２有効隙間面積が第２有効孔面積よりも小さくなる時とする。）。なお、噴射率ｑは、時間ｔ４´まで、ｑ１ｍａｘ＋ｑ２ｍａｘを維持する。
【００９３】
第２弁体１１は、時間ｔ２〜ｔ４´の間にピストン１２に当接され、第２背圧による付勢力以外に、第１背圧による付勢力およびスプリング２６の弾性力によって閉孔方向に付勢されるようになる。第２弁体１１がピストン１２に当接される時、および第２弁体１１が下降を開始する時は、噴射期間Ｔの長さに応じて変わる。そして、時間ｔ４´以降では、第１、第２弁体１０、１１がピストン１２を介して間接的に係合し、一体となって下降する。
【００９４】
時間ｔ４´において、第２有効隙間面積が第２有効孔面積よりも小さくなると、噴射率ｑは、第２有効隙間面積に支配されるようになり、噴射率ｑが減少を開始する。そして、第２有効隙間面積は第２弁体１１の下降とともに減少するので、噴射率ｑは第２噴射率ｑ２の減少速度に応じた勾配で減少を続ける。
【００９５】
時間ｔ６´において、第１有効隙間面積が第１有効孔面積よりも小さくなると、噴射率ｑは、第１有効隙間面積と第２有効隙間面積とに支配されるようになる。そして、第１有効隙間面積は第１弁体１０の下降とともに減少するので、噴射率ｑは、第１噴射率ｑ１の減少速度と第２噴射率ｑ２の減少速度との和に応じた勾配で減少を続ける。このため、時間ｔ６´以降では、より急勾配で噴射率ｑが減少する。
【００９６】
時間ｔ７´において、第１、第２弁体１０、１１がシート面１９に着座し第１、第２噴孔７、８が閉鎖される。これにより、噴射率ｑが０になる。
【００９７】
〔実施例１の効果〕
実施例１のノズル１は、前後２段階に分けて開放される第１、第２噴孔７、８を有する可変噴孔式であり、第２弁体１１を、常に閉孔方向に付勢する第２閉孔付勢力を発生させる第２付勢機構、および、第２閉孔付勢力の減少により第２弁体１１が上昇する時に、第２弁体１１の上昇速度を低減させる第２上昇減速機構の機能を具備する。
【００９８】
そして、実施例１の第２付勢機構は、コモンレール４の高圧燃料を、第１給排流路２０、第１制御室１８、第２給排流路３５を通じて第２制御室３２に供給するとともに、この高圧燃料の圧力を第２弁体１１に対し閉孔方向に及ぼすことで、第２閉孔付勢力を発生させる。また、第２上昇減速機構は、第１、第２背圧燃料を排出する時に、第２給排流路３５に形成された第２オリフィス３６により第２背圧燃料の排出流量を規制することで、第２閉孔付勢力の減少を抑えて第２弁体１１の上昇速度を低減させる。
【００９９】
これにより、第２弁体１１がシート面１９から離座することで第２開孔燃料圧の受圧面積が大幅に増加して第２弁体１１の開孔方向に作用する付勢力が急激に強くなっても、第２上昇減速機構により第２弁体１１の上昇速度を低減することができる。このため、第２噴射率ｑ２が０から最大値ｑ２ｍａｘに達するまでの時間が、従来よりも長くなるので、図４に示すように、時間ｔ２〜ｔ３´における噴射率ｑの勾配は、従来の時間ｔ２〜ｔ３（図１９参照）における噴射率ｑの勾配よりも緩やかになる。
【０１００】
この結果、図５に示すように、従来の実噴射量Ｑと噴射期間Ｔとの相関で見られた閾値Ｔｃｔにおける実噴射量Ｑの急激な増加を緩和することができる。すなわち、第２噴射率ｑ２のｑ２ｍａｘ到達と第２弁体１１の下降開始とが重なる噴射期間Ｔの値が、従来のＴｃｔ＋ΔＴからＴｃｔ＋ΔＴ´まで長くなるので、閾値Ｔｃｔにおける実噴射量Ｑの急激な増加が緩和される。なお、閾値Ｔｃｔは、第１噴孔７のみから噴射が行われる噴射期間Ｔの最大値である。
【０１０１】
以上により、従来のノズル１００を用いたときに、実噴射量ＱｃｔとＱｃｔ＋ΔＱとの間で実噴射量Ｑを制御する場合に比べて、実施例１において、実噴射量ＱｃｔとＱｃｔ＋ΔＱ´との間で、実噴射量Ｑを制御することが容易になる。なお、Ｑｃｔ＋ΔＱ´は、噴射期間ＴをＴｃｔ＋ΔＴ´とした場合の実噴射量Ｑの値である。
【０１０２】
実施例１のノズル１の第１弁体１０は、下降する時に第１、第２弁体１０、１１とは別の部材であるピストン１２を介して間接的に第２弁体１１と係合する。そして、第１、第２弁体１０、１１の寸法は、シート面１９に同時に着座できるように設計されて製造されている。
これにより、噴射終了時において、第１、第２噴孔７、８の一方のみが開放されている状態が、発生しなくなる。このため、図４の時間ｔ４´〜ｔ７´に示すように、従来の噴射率ｑの経時変化で見られた噴射終了時の噴射率ｑの段差、すなわち、第１噴孔７のみが開放されて噴射率ｑが第１噴射率ｑ１の最大値ｑ１ｍａｘを維持する期間（図１９の時間ｔ５〜ｔ６）をなくすことができる。
【０１０３】
実施例１のノズル１の第１弁体１０は、コモンレール４から供給された高圧燃料の圧力が第１弁体１０に対し閉孔方向に作用することで下降する。そして、第１弁体１０が上昇する時は、電磁三方弁２が開弁し、第１背圧燃料としての高圧燃料の供給が遮断される。
これにより、第１噴孔７が開放される時は、第１背圧が増加する虞がなくなる。このため、第１噴孔７の開放を確実に遅滞なく行うことができる。
【実施例２】
【０１０４】
実施例２のノズル１では、図６に示すように、第１弁体１０を径方向に貫通するとともに燃料溜まり１６と第２制御室３２とを連通させる流路３９が形成されている。この流路３９は、第２給排流路３５とは、別途に第２背圧燃料を供給するための第２供給流路である。そして、流路３９は、その有効径が高圧流路１５の有効径よりも小さくなるように設けられている。これにより、流路３９は、燃料溜まり１６から第２制御室３２への第２背圧燃料としての高圧燃料の供給流量を規制する第２供給オリフィスとして機能する（以下、流路３９を第２供給オリフィス３９とする）。
【０１０５】
また、第２供給オリフィス３９は、その有効径が第２オリフィス３６の有効径よりも小さくなるように設けられている。これにより、第２オリフィス３６を介して第２制御室３２から第２背圧燃料が排出される時、その排出流量より少ない流量で燃料溜まり１６の高圧燃料が、第２供給オリフィス３９を介して第２背圧燃料として第２制御室３２に供給される。
【０１０６】
以上の構成により、ノズル１の第２上昇減速機構は、第２オリフィス３６を介して第２背圧燃料を排出する時に、その排出流量よりも少ない流量で、燃料溜まり１６から第２供給オリフィス３９を介して高圧燃料を第２背圧燃料として供給することで、第２弁体１１の上昇速度を低減させる。
実施例２は、実施例１とは別形態の第２上昇減速機構を示すものである。また、噴射率ｑの経時変化は、実施例１と同様である。
【実施例３】
【０１０７】
実施例３のノズル１では、図７に示すように、第１弁体１０の内周における上部空間４１、すなわち実施例１および実施例２では第２制御室３２に相当する空間に、コイルスプリング４２が収容されている。コイルスプリング４２は、第２閉孔付勢力としての弾性力を発生させる。すなわち、コイルスプリング４２は、その弾性力が第２弁体１１を、常に、閉孔方向に付勢するように装着されている。なお、上部空間４１は、燃料溜まり１６や第１制御室１８などからリークした燃料を回収するリーク回収室としても機能する。そして、上部空間４１に回収された燃料は、低圧流路２７を介して燃料タンク２２へ回収される。
【０１０８】
以上の構成により、ノズル１の第２付勢機構は、コイルスプリング４２に第２閉孔付勢力としての弾性力を発生させ、第２上昇減速機構は、第２弁体１１が上昇する時にもコイルスプリング４２の弾性力を第２弁体１１に対し閉孔方向に作用させることで、第２弁体１１の上昇速度を低減させる。
実施例３は、実施例１および実施例２とは別形態の第２付勢機構および第２上昇減速機構を示すものである。また、噴射率ｑの経時変化は、実施例１と同様である。
なお、第２閉孔付勢力としての弾性力を発生させる弾性部材として、コイルスプリング４２以外に、図８に示すような板バネ４３を用いることもできる。
【実施例４】
【０１０９】
〔実施例４の構成〕
実施例４のノズル１の構成を、図９を用いて説明する。なお、実施例１と同じ機能を備える要素は、同一符号を用いるとともに説明を省略する。
実施例４のノズル１のボディ９は、第１、第２弁体１０、１１に対し閉孔方向に圧力を及ぼす背圧燃料として、コモンレール４から、直接、高圧燃料の供給を受ける制御室４５が形成されている。
【０１１０】
制御室４５は、ボディ９の内面と、第１、第２弁体１０、１１の上面とで形成され、第１、第２弁体１０、１１の上昇または下降とともに背圧燃料が給排されることで容積が変化する。そして、制御室４５の容積が変化することで、背圧燃料の圧力（背圧）が調節される。
【０１１１】
制御室４５には、背圧燃料の給排を行うために形成された給排流路４６が開口するとともに、給排流路４６の開口部４７を閉鎖する閉鎖部材４８が遊挿されている。開口部４７は、ボディ９の内面から下方に突出する突出部４９により形成され、閉鎖部材４８は、所定の付勢手段としてのスプリング５０に付勢され突出部４９に当接することで開口部４７を閉鎖する。スプリング５０は、一端が第２弁体１１の上面に接続され、他端が閉鎖部材４８の下面に接続されている。また、閉鎖部材４８には、開口部４７の閉鎖時でも、給排流路４６と制御室４５とを連通させる連通孔５１が設けられている。
【０１１２】
また、制御室４５には、背圧燃料を制御室４５から排出する時に閉鎖され、高圧燃料を背圧燃料として制御室４５に供給する時に開放される一方向流路５２が形成されている。一方向流路５２は、閉鎖部材４８の表面の一部である側面および上面と、これらに対向するボディ９の内面とで形成される。一方向流路５２は、閉鎖部材４８が突出部４９に当接している時には突出部４９により閉鎖され、閉鎖部材４８が突出部４９から離脱している時には開放されている（図１２、図１３参照）。また、開放時の一方向流路５２の有効径は、連通孔５１よりも大きくなるように設定されている。このため、制御室４５への背圧燃料の供給は一方向流路５２を通じて行われる。
【０１１３】
背圧燃料の供給は、上記のように、給排流路４６および一方向流路５２を通じて行われる。すなわち、制御室４５に高圧燃料が背圧燃料として供給される時には、制御室４５に流れ込む高圧燃料の動圧により、閉鎖部材４８がスプリング５０による付勢方向とは逆の方向に付勢される。これにより、閉鎖部材４８が突出部４９から離脱して一方向流路５２が開放されるので、一方向流路５２を通じて背圧燃料の供給が行われる。
【０１１４】
背圧燃料の排出は、給排流路４６および連通孔５１を通じて行われる。すなわち、制御室４５から背圧燃料が排出される時には、制御室４５から給排流路４６に向かう燃料の流れにより、給排流路４６の方が制御室４５よりも負圧になる。そして、この負圧による吸引力とスプリングによる付勢力とにより、閉鎖部材４８が突出部４９に当接して一方向流路５２が閉鎖されるので、背圧燃料の排出は、連通孔５１のみを通じて行われる。なお、連通孔５１の有効径は、給排流路４６の有効径よりも小さく、背圧燃料の排出に対しオリフィスとして機能する。
【０１１５】
背圧燃料の給排の切換は、電磁三方弁２により行われる。そして、電磁三方弁２の作動時には制御室４５から燃料タンク２２へ通じる流路を開放し、作動停止時にはコモンレール４から制御室４５へ通じる流路を開放する（以下、電磁三方弁２が制御室４５から燃料タンク２２へ通じる流路を開放している状態を「開弁」とし、電磁三方弁２がコモンレール４から制御室４５へ通じる流路を開放している状態を「閉弁」とする）。
【０１１６】
これにより、第１、第２弁体１０、１１の少なくとも一方が上昇する時には、制御室４５への高圧燃料の供給が遮断される。このため、第１、第２噴孔７、８が開放される時は、背圧が増加する虞がなくなるので、第１、第２噴孔７、８の開放を確実に遅滞なく行うことができる。
【０１１７】
第１弁体１０は、スプリング２６が、直接取り付けられ、スプリング２６の弾性力により閉孔方向に付勢されている。第２弁体１１は、スプリング５０の弾性力により閉孔方向に付勢されている。また、第２弁体１１は、上昇する時に第１弁体１０の上端に当接される当接部５３を有し、第１、第２弁体１０、１１は、互いに係合して上昇する（図１０、１１参照）。
【０１１８】
以上の構成により、ノズル１は、第１、第２弁体１０、１１を閉孔方向に付勢する閉孔付勢力を発生させる付勢機構、および、閉孔付勢力の増加により第１、第２弁体１０、１１が閉孔方向に下降する時に、第１、第２弁体１０、１１の下降速度を増大させる下降加速機構としての機能を具備する。
【０１１９】
すなわち、実施例４の閉孔付勢力は、主として背圧による付勢力であり、付勢機構は、コモンレール４の高圧燃料を背圧燃料として制御室４５に供給することで、高圧燃料の圧力を第１、第２弁体１０、１１に対し閉孔方向に作用させ、閉孔付勢力としての背圧による付勢力を発生させる。
【０１２０】
また、実施例４では、コモンレール４の高圧燃料を背圧燃料として制御室４５へ供給することで、閉孔付勢力としての背圧による付勢力を増加させる。そして、下降加速機構は、この閉孔付勢力の増加により第１、第２弁体１０、１１が下降する時に、高圧燃料の動圧により開放される一方向流路５２を介して高圧燃料を制御室４５へ供給することで、第１、第２弁体１０、１１の下降速度を増大させる。すなわち、一方向流路５２の有効径は、所定の条件下で自由に設定できる。このため、一方向流路５２の有効径の設定可能範囲において、所望の下降速度に応じて有効径を設定することで、第１、第２弁体１０、１１の下降速度を増大させることができる。
【０１２１】
〔実施例４の作用〕
実施例４の作用を、図１４に示す噴射率ｑの経時変化とともに説明する。
まず、図９に示すように、第１、第２噴孔７、８が両方とも閉鎖され開口部４７が閉鎖部材４８により閉鎖された状態で電磁三方弁２が開弁すると、連通孔５１および給排流路４６を通じて制御室４５から背圧燃料が排出され背圧が低下する。この結果、第１弁体１０に対し開孔方向に作用する付勢力が閉孔方向に作用する付勢力よりも大きくなる。これにより、図１４に示すように、時間ｔ０において、第１弁体１０がシート面１９から離座し上昇を開始するとともに第１噴孔７が開放される。このため、第１噴射率ｑ１が増加を開始し、噴射率ｑは増加する。
【０１２２】
第１噴孔７の開放後、時間ｔ１までは、第１有効孔面積よりも第１有効隙間面積の方が小さい。このため、時間ｔ０〜ｔ１の間の噴射率ｑは、第１有効隙間面積に支配され、第１弁体１０の上昇とともに増加を続ける。
【０１２３】
時間ｔ１において、第１有効隙間面積が第１有効孔面積よりも大きくなると、噴射率ｑは、第１有効孔面積に支配されるようになり増加を停止する。そして、噴射率ｑは、第１噴射率ｑ１の最大値ｑ１ｍａｘを維持する。
【０１２４】
時間ｔ２において、図１０に示すように、第１弁体１０の上端が第２弁体１１の当接部５３に当接し第１、第２弁体１０、１１が互いに係合すると、第１弁体１０に対し開孔方向に作用する付勢力が、第２弁体１１に対しても開孔方向に作用するようになる。この結果、第２弁体１１に対し開孔方向に作用する付勢力が閉孔方向に作用する付勢力よりも大きくなり、図１１に示すように、第２弁体１１がシート面１９から離座し上昇を開始するとともに、第２噴孔８が開放される。このため、第２噴射率ｑ２が増加を開始し、噴射率ｑは、ｑ１ｍａｘから増加する。
【０１２５】
第２噴孔８の開放後、時間ｔ３までは、第２有効孔面積よりも第２有効隙間面積の方が小さい。このため、時間ｔ２〜ｔ３の間の噴射率ｑは、第２有効隙間面積に支配され、第２弁体１１の上昇とともに増加を続ける。
【０１２６】
時間ｔ３において、第２有効隙間面積が第２有効孔面積よりも大きくなると、噴射率ｑは、第２有効孔面積に支配されるようになり増加を停止する。そして、噴射率ｑは、第１噴射率ｑ１の最大値ｑ１ｍａｘと第２噴射率ｑ２の最大値ｑ２ｍａｘとの和ｑ１ｍａｘ＋ｑ２ｍａｘを維持する。
【０１２７】
時間ｔ３〜ｔ４の間に、電磁三方弁２が閉弁すると連通孔５１および給排流路４６による背圧燃料の排出が停止するとともに、コモンレール４から給排流路４６への高圧燃料の供給が開始する。そして、制御室４５へ向かう高圧燃料の動圧により、閉鎖部材４８がスプリング５０による付勢方向と逆の方向に付勢され、開口部４７が開放される。これにより、一方向流路５２が開放され、高圧燃料が、背圧燃料として、給排流路４６および一方向流路５２を通じて制御室４５に供給され背圧が増加する（図１２、図１３参照）。
【０１２８】
この結果、第１、第２弁体１０、１１に対し閉孔方向に作用する付勢力が開孔方向に作用する付勢力よりも大きくなり、第１、第２弁体１０、１１は、互いに係合したまま下降を開始する。なお、噴射率ｑは、時間ｔ４まで、ｑ１ｍａｘ＋ｑ２ｍａｘを維持する。
【０１２９】
時間ｔ４において、第２有効隙間面積が第２有効孔面積よりも小さくなると、噴射率ｑは、第２有効隙間面積に支配されるようになり、噴射率ｑが減少を開始する。
【０１３０】
時間ｔ５″において、図１２に示すように、第２弁体１１がシート面１９に着座し第２噴孔８が閉鎖される。これにより、第２噴射率ｑ２が０になり、噴射率ｑは、時間ｔ６″までｑ１ｍａｘを維持する。
【０１３１】
時間ｔ６″において、第１有効隙間面積が第１有効孔面積よりも小さくなると、噴射率ｑは、第１有効隙間面積に支配されようになり、噴射率ｑはｑ１ｍａｘから減少を開始する。
【０１３２】
時間ｔ７″において、図１３に示すように、第１弁体１０がシート面１９に着座し第１噴孔７が閉鎖される。この結果、第１噴射率ｑ１が０になり、全体の噴射率ｑも０になる。また、制御室４５への高圧燃料の流入が止まるので、閉鎖部材４８に高圧燃料の動圧が作用しなくなる。このため、閉鎖部材４８は、スプリング５０により付勢され開口部４７を閉鎖する。この結果、一方向流路５２も閉鎖され、ノズル１は図９に示す状態に戻る。
【０１３３】
ここで、図１４の時間ｔ４〜ｔ５″および時間ｔ６″〜ｔ７″における噴射率ｑの勾配は、図１９の時間ｔ４〜ｔ５および時間ｔ６〜ｔ７における噴射率ｑの勾配よりも急である。また、図１４の時間ｔ５″〜ｔ６″の長さは、図１９の時間ｔ５〜ｔ６の長さよりも短い。すなわち、実施例４では、下降加速機構の機能により、第１、第２弁体１０、１１の下降速度が増大される。この結果として、時間ｔ４〜ｔ７″の長さが短縮されて、時間ｔ４〜ｔ５″および時間ｔ６″〜ｔ７″における噴射率ｑの勾配が急になり、時間ｔ５″〜ｔ６″の長さが短くなる。
【０１３４】
〔実施例４の効果〕
実施例４のノズル１は、前後２段階に分けて開放される第１、第２噴孔７、８を有する可変噴孔式であり、第１、第２弁体１０、１１を閉孔方向に付勢する閉孔付勢力を発生させる付勢機構、および、閉孔付勢力の増加により第１、第２弁体１０、１１が下降する時に、第１、第２弁体１０、１１の下降速度を増大させる下降加速機構の機能を具備する。
そして、実施例４の付勢機構は、コモンレール４の高圧燃料を制御室４５に供給するとともに、この高圧燃料の圧力を第１、第２弁体１０、１１に対し閉孔方向に及ぼすことで、閉孔付勢力を発生させる。また、下降加速機構は、高圧燃料の動圧により開放される一方向流路５２を介して高圧燃料を制御室４５へ供給することで、第１、第２弁体１０、１１の下降速度を増大させる。
【０１３５】
この結果、第１、第２弁体１０、１１が下降を開始してからシート面１９に着座するまでの時間、すなわち噴射終了時間が短縮される。これにより、従来の時間ｔ４〜ｔ７を、時間ｔ４〜ｔ７″に短縮することができ、この短縮比に応じて噴射率ｑの段差、すなわち噴射終了時に噴射率ｑが一定の値ｑ１ｍａｘを維持する時間を、従来の時間ｔ４〜ｔ５から時間ｔ４〜ｔ５″に短縮することができる（図１４、図１９参照）。
【実施例５】
【０１３６】
実施例５のノズル１は、図１５に示すように、受圧面５７、および受圧面５７の受圧面積よりも小さい加圧面積の加圧面５８が設けられた増圧ピストン５９を備える。
【０１３７】
増圧ピストン５９は、ボディ９の上部に、軸方向に摺動自在に収容され、上端面が受圧面５７をなし下端面が加圧面５８をなす。また、増圧ピストン５９は、制御室４５を上方から閉鎖するように収容される。すなわち、増圧ピストン５９の加圧面５８は、ボディ９の内面、第１、第２弁体１０、１１の上端面とともに制御室４５を形成する。さらに、受圧面５７は、ボディ９の内面とともに、コモンレール４から高圧燃料を受け入れる高圧室６０を形成する。これにより、増圧ピストン５９は、受圧面５７に作用する高圧燃料の圧力を増大させ、加圧面５８を通じて背圧燃料に伝達することができる。
【０１３８】
高圧室６０は、増圧ピストン５９において受圧面５７と加圧面５８との間を貫通するように設けられた貫通孔６１により、常時、制御室４５と連通している。そして、この貫通孔６１を通じて、高圧室６０の高圧燃料が背圧燃料として制御室４５へ供給されるとともに、制御室４５の背圧燃料が高圧室６０へ排出される。なお、貫通孔６１にはオリフィス６２が形成され、供給流量および排出流量が規制される。
【０１３９】
制御室４５への背圧燃料の給排は、高圧室６０および貫通孔６１を介して行われるとともに、制御室４５への背圧燃料の給排の切換は、電磁三方弁２により行われる。すなわち、電磁三方弁２が開弁すると高圧室６０から燃料タンク２２へ高圧燃料が排出され、これに伴い、貫通孔６１を通じて制御室４５から高圧室６０へ背圧燃料が排出される。また、電磁三方弁２が閉弁するとコモンレール４から高圧室６０へ高圧燃料が供給され、これに伴い、貫通孔６１を通じて高圧室６０から制御室４５へ背圧燃料としての高圧燃料が供給される。
【０１４０】
以上の構成により、ノズル１の下降加速機構は、高圧室６０に供給された高圧燃料の圧力を、所定の受圧面積の受圧面５７で受けるとともに、この受圧面積よりも小さい加圧面積の加圧面５８で背圧燃料を加圧することで、高圧燃料の圧力を増大させて背圧燃料に伝達する。このようにして、ノズル１の下降加速機構は、第１、第２弁体１０、１１の下降速度を増大させる。
実施例５は、実施例４とは別形態の下降加速機構を示すものである。また、噴射率ｑの経時変化は、実施例４と同様である。
【０１４１】
〔変形例〕
本実施例のノズル１のボディ９に設けられた噴孔は、前後２段階に分けて開放される第１、第２噴孔７、８であったが、さらに、第１、第２噴孔７、８の前後に開放される噴孔を設けることで３段階以上に分けて開放されるようにしてもよい。また、３段階以上に分けて噴孔が開放される場合には、段階数に応じて弁体の数を増加させてもよい。
【０１４２】
実施例１ないし実施例３のノズル１は、第１、第２弁体１０、１１がピストン１２を介して間接的に係合するものであったが、第１、第２弁体１０、１１が直接的に係合するものであってもよい。また、実施例４または実施例５のノズル１は、第１、第２弁体１０、１１が直接的に係合するものであったが、第１、第２弁体１０、１１が何らかの別部材を介して間接的に係合するものであってもよい。さらに、第１、第２弁体１０、１１が下降時に係合できるようにして、同時にシート面１９に着座できるようにしてもよい。この場合には、下降加速機構の機能により噴射終了時間を短縮できるとともに、段差の発生をなくすことができる。
【０１４３】
本実施例における第１背圧燃料の給排の切換、または背圧燃料の給排の切換は、電磁三方弁２を用いて行われたが、第１弁体１０、または第１、第２弁体１０、１１の上昇時に第１背圧燃料または背圧燃料の供給が遮断されるのであれば、この形態に限定されない。例えば、コモンレール４と、第１制御室１８、または制御室４５もしくは高圧室６０とを連結する供給流路、および燃料タンク２２と、第１制御室１８、または制御室４５もしくは高圧室６０とを連結する排出流路を別々に形成する。そして、供給流路、排出流路の各々に電磁二方弁を設けて、これらの電磁二方弁を開閉制御すれば、第１弁体１０、または第１、第２弁体１０、１１の上昇時に、第１背圧燃料または背圧燃料の供給を確実に遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】第１、第２噴孔が閉鎖された時の燃料噴射ノズルの要部断面図である（実施例１）。
【図２】第１噴孔のみが開放された時の燃料噴射ノズルの要部断面図である（実施例１）。
【図３】第１、第２噴孔が開放された時の燃料噴射ノズルの要部断面図である（実施例１）。
【図４】噴射率の経時変化を示すタイムチャートである（実施例１）。
【図５】噴射期間と実噴射量との相関図である（実施例１）。
【図６】燃料噴射ノズルの要部断面図である（実施例２）。
【図７】燃料噴射ノズルの要部断面図である（実施例３）。
【図８】燃料噴射ノズルの要部断面図である（実施例３）。
【図９】第１、第２噴孔が閉鎖された時の燃料噴射ノズルの要部断面図である（実施例４）。
【図１０】第１噴孔のみが開放された時の燃料噴射ノズルの要部断面図である（実施例４）。
【図１１】第１、第２噴孔が開放された時の燃料噴射ノズルの要部断面図である（実施例４）。
【図１２】噴射終了時に、第１噴孔のみが開放された時の燃料噴射ノズルの要部断面図である（実施例４）。
【図１３】噴射終了時に、第１、第２噴孔が閉鎖された時の燃料噴射ノズルの要部断面図である（実施例４）。
【図１４】噴射率の経時変化を示すタイムチャートである（実施例４）。
【図１５】燃料噴射ノズルの要部断面図である（実施例５）。
【図１６】第１、第２噴孔が閉鎖された時の燃料噴射ノズルの要部断面図である（従来例）。
【図１７】第１噴孔のみが開放された時の燃料噴射ノズルの要部断面図である（従来例）。
【図１８】第１、第２噴孔が開放された時の燃料噴射ノズルの要部断面図である（従来例）。
【図１９】噴射率の経時変化を示すタイムチャートである（従来例）。
【図２０】噴射期間と実噴射量との相関図である（従来例）。
【符号の説明】
【０１４５】
１  ノズル（燃料噴射ノズル）
２  電磁弁、電磁三方弁（三方弁）
３  燃料噴射弁
４  コモンレール（所定の供給源）
７  第１噴孔
８  第２噴孔
９  ボディ
１０  第１弁体
１１  第２弁体
１２  ピストン（第１弁体および第２弁体とは別の部材）
３５  第２給排流路
３６  第２オリフィス（第２給排流路に形成された絞り）
３９  流路、第２供給オリフィス（第２供給流路、第２供給流路に形成された絞り）
４２  コイルスプリング（弾性部材）
４３  板バネ（弾性部材）
４５  制御室
４６  給排流路
４７  開口部
４８  閉鎖部材
５０  スプリング（所定の付勢手段）
５２  一方向流路
５７  受圧面
５８  加圧面
５９  増圧ピストン
【図１】
2006161678.tif 000003
【図２】
2006161678.tif 000004
【図３】
2006161678.tif 000005
【図４】
2006161678.tif 000006
【図５】
2006161678.tif 000007
【図６】
2006161678.tif 000008
【図７】
2006161678.tif 000009
【図８】
2006161678.tif 000010
【図９】
2006161678.tif 000011
【図１０】
2006161678.tif 000012
【図１１】
2006161678.tif 000013
【図１２】
2006161678.tif 000014
【図１３】
2006161678.tif 000015
【図１４】
2006161678.tif 000016
【図１５】
2006161678.tif 000017
【図１６】
2006161678.tif 000018
【図１７】
2006161678.tif 000019
【図１８】
2006161678.tif 000020
【図１９】
2006161678.tif 000021
【図２０】
2006161678.tif 000022