(57)【要約】【課題】  ２つのノズルニードル２０、３０を備え、圧力制御室５０内の圧力を調整することによりノズルニードル２０、３０を動作させる燃料噴射弁１において、燃料噴射を終了する際、各ノズルニードル２０、３０をほぼ同時に着座させ、各噴孔１３ａ、１３ｂからの燃料噴射を、ほぼ同時に停止させることを目的とする。【解決手段】  圧力制御室５０内には、第２ノズルニードル３０の着座状態からの離座動作により、圧力制御室５０内の燃料圧力を受圧し着座動作に寄与する第２ノズルニードル３０の反噴孔側端面の面積の一部を減少させ、第２ノズルニードル３０の離座状態からの着座動作初期の第２ノズルニードル３０に発生する噴孔方向の力を調整する調整手段が設けられていることを特徴としている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給ポンプから供給された高圧燃料をコモンレールで蓄圧し、前記コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射弁であって、
（ａ）軸方向に収容孔が形成され、前記コモンレールからの高圧燃料を前記収容孔に供給する燃料流入通路が形成され、前記燃料流入通路よりも燃料下流側に第１噴孔と、さらに前記第１噴孔よりも燃料下流側に第２噴孔が形成され、前記第１噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第１弁座が形成され、前記第１噴孔と前記第２噴孔との間の前記収容孔を形成する内壁に第２弁座が形成されている弁ボディ、
（ｂ）反噴孔側端面と噴孔側端面を有し、これら両端面にかかる燃料圧力により発生する力の釣り合いで、前記収容孔内を往復移動し、該噴孔側端面が前記第１弁座に離着座することにより、前記第１噴孔からの燃料の噴射を制御する第１ノズルニードル、
（ｃ）反噴孔側端面と噴孔側端面を有し、これら両端面にかかる燃料圧力により発生する力の釣り合いで、前記第１ノズルニードル内を往復移動し、該噴孔側端面が前記第２弁座に離着座することにより、前記第２噴孔からの燃料の噴射を制御する第２ノズルニードル、および
（ｄ）前記第１ノズルニードルと前記第２ノズルニードルのそれぞれの前記反噴孔側端面と前記収容孔の内壁で周囲を囲まれている圧力制御室を備え、
前記圧力制御室内には、前記第２ノズルニードルの着座状態からの離座動作により、前記圧力制御室内の燃料圧力を受圧し着座動作に寄与する前記第２ノズルニードルの前記反噴孔側端面の面積の一部を減少させ、
前記第２ノズルニードルの離座状態からの着座動作初期の前記第２ノズルニードルに発生する噴孔方向の力を調整する調整手段が設けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記調整手段は、前記第２ノズルニードルの離座動作により、前記圧力制御室を、前記コモンレールの燃料圧力が作用する第１圧力制御室と、前記コモンレールの燃料圧力がほとんど作用しない第２圧力制御室とに二分する凹部、および凸部からなり、
前記凹部は、前記圧力制御室の前記第２ノズルニードルの前記反噴孔側端面と対向する前記収容孔の内壁面、もしくは前記第２ノズルニードルの前記反噴孔側端面に形成され、
前記凸部は、前記凹部と対向する前記内壁面、もしくは前記反噴孔側端面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記凸部の最大外径は、前記凹部の壁面間距離の最も短い部分の最小内径よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記凸部は、前記凹部内で摺動自在に、嵌め合わせることが可能な請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
前記凸部は、その凸部の先端面に、その凸部よりも小径の小径凸部を有し、
その小径凸部は、前記第２ノズルニードルのリフト位置が最大となると、前記凹部の底部に当接することを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記凹部は、前記第２ノズルニードルの前記反噴孔側端面に形成され、
前記凸部は、前記凹部に対向するように、前記圧力制御室の前記第２ノズルニードルの前記反噴孔側端面と対向する前記収容孔の内壁面に形成され、
前記凸部は、前記内壁面とは別部材で形成された部品であり、シムを介して前記内壁面に取り付けられていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
前記調整手段は、前記第２ノズルニードルの離座動作により、前記圧力制御室を、前記コモンレールの燃料圧力が作用する第１圧力制御室と、前記コモンレールの燃料圧力がほとんど作用しない第２圧力制御室とに二分する凹部、および凸部からなり、
前記凸部は、前記圧力制御室の前記第２ノズルニードルの前記反噴孔側端面と対向する前記収容孔の内壁面、もしくは前記第２ノズルニードルの前記反噴孔側端面に形成され、
前記凹部は、前記凸部の先端面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
少なくとも前記凹部の開口部の角部、または前記凸部の角部に、傾斜面、曲面、および球面のうちいずれか一つが形成されていることを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、中空円筒状に形成されている第１ノズルニードル、その第１ノズルニードルの中空部に収容されている第２ノズルニードル、および第１ノズルニードルの反噴孔側の端面に形成されている圧力制御室を備えている燃料噴射弁が知られている（特許文献１）。
【０００３】
この燃料噴射弁では、圧力制御室内の圧力を調整することにより、第１、第２ノズルニードルの反噴孔側端面および噴孔側端面にかかる燃料の圧力により発生する力の釣り合いを調整し、第１、第２ノズルニードルがノズルボディに形成されている弁座からの離座、もしくは弁座への着座の動作を制御している。この燃料噴射弁は、圧力制御室内の圧力を制御するだけで、第１、第２ノズルニードルの弁座からの離座のタイミングをずらすことができ、１回の燃料噴射期間中の燃料噴射率を変化させることができる。
【特許文献１】特開２００３−３２８８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記従来の燃料噴射弁は、第２ノズルニードルが第１ノズルニードルの中空部に収容される構造となっているため、第１、第２ノズルニードルを離座状態から着座させる際、すなわち燃料噴射を終了させる際、第１ノズルニードルが弁座近くまで移動すると、第２ノズルニードルの噴孔側端面に供給される燃料の量が少なくなる。
【０００５】
そして、第２ノズルニードルの噴孔側端面への燃料の供給量が低下すると、第２ノズルニードルを反噴孔方向に押し上げる力が急速に低下する。結果、第２ノズルニードルは、第１ノズルニードルが弁座に着座する前に着座してしまい、第１、第２ノズルニードルは、同時に弁座に着座させることができなかった。
【０００６】
第１、第２ノズルニードルを同時に弁座に着座させることができないと、第２ノズルニードルが弁座に着座してから、第１ノズルニードルが弁座に着座するまでの間、余分な燃料が噴射されることとなる。余分な燃料が噴射されると、排ガス中に一酸化炭素（ＣＯ）等の未燃焼ガスが多く発生する可能性がある。
【０００７】
したがって、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、２つのノズルニードルを備えている燃料噴射弁において、燃料噴射を終了する際、各ノズルニードルをほぼ同時に弁座に着座させることができる燃料噴射弁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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の燃料噴射弁は、燃料供給ポンプから供給された高圧燃料をコモンレールで蓄圧し、コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射弁であって、（ａ）軸方向に収容孔が形成され、コモンレールからの高圧燃料を収容孔に供給する燃料流入通路が形成され、燃料流入通路よりも燃料下流側に第１噴孔と、さらに第１噴孔よりも燃料下流側に第２噴孔が形成され、第１噴孔との間の収容孔を形成する内壁に第１弁座が形成され、第１噴孔と第２噴孔との間の収容孔を形成する内壁に第２弁座が形成されている弁ボディ、（ｂ）反噴孔側端面と噴孔側端面を有し、これら両端面にかかる燃料圧力により発生する力の釣り合いで、収容孔内を往復移動し、該噴孔側端面が第１弁座に離着座することにより、第１噴孔からの燃料の噴射を制御する第１ノズルニードル、（ｃ）反噴孔側端面と噴孔側端面を有し、これら両端面にかかる燃料圧力により発生する力の釣り合いで、第１ノズルニードル内を往復移動し、該噴孔側端面が第２弁座に離着座することにより、第２噴孔からの燃料の噴射を制御する第２ノズルニードル、および（ｄ）第１ノズルニードルと第２ノズルニードルのそれぞれの反噴孔側端面と収容孔の内壁で周囲を囲まれている圧力制御室を備え、圧力制御室内には、第２ノズルニードルの着座状態からの離座動作により、圧力制御室内の燃料圧力を受圧し着座動作に寄与する第２ノズルニードルの反噴孔側端面の面積の一部を減少させ、第２ノズルニードルの離座状態からの着座動作初期の第２ノズルニードルに発生する噴孔方向の力を調整する調整手段が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
請求項１では、第２ノズルニードルの反噴孔側に、第２ノズルニードルが着座状態からの離座動作により、圧力制御室内の燃料圧力を受圧し着座動作に寄与する第２ノズルニードルの反噴孔側端面の面積を減少させることができる手段を設けているので、第２ノズルニードルの離座状態からの着座動作初期の第２ノズルニードルに発生する噴孔方向の力を調整することができる。前記噴孔方向の力を調整することができると、第２ノズルニードルの着座動作開始時期を調整することができるので、第１ノズルニードルが弁座に着座する前に第２ノズルニードルが弁座に着座するという従来技術の問題点を解消することが可能となる。これにより、第１、第２ノズルニードルを、それぞれ第１、第２弁座にほぼ同時に着座させることが可能となり、燃料噴射終了時に、第２噴孔から余分な燃料を噴射させることなく、燃料噴射を終了させることができる。
【００１０】
具体的には、請求項２の記載によると、調整手段は、第２ノズルニードルの離座動作により、圧力制御室を、コモンレールの燃料圧力が作用する第１圧力制御室と、コモンレールの燃料圧力がほとんど作用しない第２圧力制御室とに二分する凹部、および凸部からなり、凹部は、圧力制御室の第２ノズルニードルの反噴孔側端面と対向する収容孔の内壁面、もしくは第２ノズルニードルの反噴孔側端面に形成され、凸部は、凹部と対向する収容孔の内壁面、もしくは反噴孔側端面に形成されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項２では、圧力制御室の第２ノズルニードルの反噴孔側端面と対向する内壁面、もしくは第２ノズルニードルの反噴孔側端面に、凹部と凸部とが、それぞれ対向するように形成されている。このように凹部と凸部とを形成することにより、第２ノズルニードルが離座動作すると、凹部と凸部とが当接、または凹部に凸部が挿入し、圧力制御室内が、コモンレールの燃料圧力が作用する第１圧力制御室と、コモンレールの燃料圧力がほとんど作用しない第２圧力制御室とに二分される。
【００１２】
離座動作により第２圧力制御室を形成すると、第２圧力制御室内に面する第２ノズルニードルの反噴孔側端面部分は、コモンレールの燃料圧力がほとんど作用しなくなる。これにより、第２ノズルニードルが離座動作後、着座動作に移ったときの、第２ノズルニードルの着座動作に寄与する反噴孔側端面の面積の一部を減少させることができる。
【００１３】
請求項３の記載によると、請求項２に記載の凹部と凸部との関係は、凸部の最大外径が、凹部の壁面間距離の最も短い部分の最小内径よりも大きいことを特徴としている。これにより、第２ノズルニードルが離座動作し、最大リフト位置となったと同時に、凹部と凸部が当接するので、この凹部と凸部により第２ノズルニードルの最大リフト位置を規定することができる。
【００１４】
請求項４の記載によると、請求項２に記載の凹部と凸部との関係は、凸部が、凹部内で摺動自在に、嵌め合わせることが可能としている。これにより、第２ノズルニードルが最大リフト位置に至る前に圧力制御室を第１圧力制御室と第２圧力制御室とに二分することができる。例えば、内燃機関の低負荷運転時などで第２ノズルニードルを最大リフト位置に至る前に着座動作させる場合にも、本発明の目的を達成することができる。
【００１５】
さらに、請求項５の記載によると、凸部は、その凸部の先端面に、その凸部よりも小径の小径凸部を有し、その小径凸部は、第２ノズルニードルのリフト位置が最大となると、凹部の底部に当接することを特徴としている。これにより、第２ノズルニードルの最大リフト位置を規定させることができる。
【００１６】
請求項６の記載によると、凹部は、第２ノズルニードルの反噴孔側端面に形成され、凸部は、凹部に対向するように、圧力制御室の第２ノズルニードルの反噴孔側端面と対向する収容孔の内壁面に形成され、凸部は、内壁面とは別部材で形成された部品であり、シムを介して内壁面に取り付けられていることを特徴としている。これにより、凸部は、内壁面と別部材で形成されている部品なので、内壁面と凸部との間に所定の厚さを有するシムを設けることにより、第２ノズルニードルの最大リフト位置を容易に規定させることができる。
【００１７】
請求項７の記載によると、請求項１に記載されている調整手段は、第２ノズルニードルの離座動作により、圧力制御室を、コモンレールの燃料圧力が作用する第１圧力制御室と、コモンレールの燃料圧力がほとんど作用しない第２圧力制御室とに二分する凹部、および凸部からなり、凸部は、圧力制御室の第２ノズルニードルの反噴孔側端面と対向する収容孔の内壁面、もしくは第２ノズルニードルの反噴孔側端面に形成され、凹部は、凸部の先端面に形成されていることを特徴としている。これによっても、請求項２と同様の効果を得ることができる。
【００１８】
請求項８によれば、請求項２から請求項７に記載されている凹部と凸部には、少なくとも凹部の開口部の角部、または凸部の角部に、傾斜面、曲面、および球面のいずれか一つが形成されていることを特徴としている。これにより、凹部と凸部とが当接する場合は、凹部と凸部の当接部分が線接触となり、当接部分でのシール性が向上する。また、凹部に凸部が嵌め合わされる場合は、凹部と、凸部の軸心のずれを修正させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１と図４に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の要部断面図である。なお、図１は、燃料噴射停止時を示している。図２は、図１中の範囲Ｉの部分を拡大した部分断面図であり、燃料噴射弁の着座時の状態を示した部分断面図である。図３は、図１中の範囲Ｉの部分を拡大した部分断面図であり、燃料噴射弁の離座時の状態を示した部分断面図である。図４は、本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の圧力制御室の圧力の変化に伴う噴射率の増減を示す特性図である。
【００２０】
図１に示す燃料噴射弁１は、図示しない内燃機関（以下エンジンと呼ぶ）のシリンダヘッドに挿入搭載され、エンジンの各気筒に燃料を直接噴射するように構成されている。図示しない燃料噴射ポンプから燃料配管を通って図示しないコモンレールに供給された高圧燃料は、コモンレール内で一定の高圧に蓄圧され、燃料配管を通って各気筒に配置された燃料噴射弁１に導入される。導入された燃料のうち余剰燃料は図示しない燃料タンクへ戻される。なお、図示しない燃料噴射ポンプは、エンジンの回転数、負荷、吸入燃料圧力、吸入空気量、冷却水の温度等に従って燃料吐出圧を調整するように設けられている。
【００２１】
燃料噴射弁１は、弁ボディ１０、第１ノズルニードル２０、第２ノズルニードル３０、第１スプリング２４、第２スプリング３３、および調圧装置６０からなっている。
【００２２】
弁ボディ１０は、略円柱状に形成され、その内部には、第１、第２ノズルニードル２０、３０、第１、第２スプリング２４、３３を収容する収容孔１５が軸方向に形成されている。弁ボディ１０の下端部には、ボディ端部１１とサック部１４が形成されている。
【００２３】
ボディ端部１１は、サック部１４に向かって先細形状となるようにその面が傾斜している。図１に示すように、ボディ端部１１には、第１ノズルニードル２０が着座する第１弁座部１２ａ、第１噴孔１３ａ、第２ノズルニードル３０が着座する第２弁座部１２ｂ、および第２噴孔１３ｂが、サック部１４に向かって順番に形成されている。なお、第１噴孔１３ａの噴孔径は、第２噴孔１３ｂの噴孔径よりも小さい径となっている。
【００２４】
収容孔１５の壁面と、弁ボディ１０の外壁との間には、図１に示すように、収容孔１５内に通じる燃料流入通路１７、燃料流入通路１７から分岐する燃料通路１８、およびリターン通路１９、が形成されている。燃料流入通路１７、および燃料通路１８は、コモンレールからの高圧燃料を燃料噴射弁１の必要箇所に供給するための通路であり、リターン通路１９は、燃料噴射に使用されなかった余剰燃料を燃料タンクに戻すための通路である。
【００２５】
第１ノズルニードル２０は、中空円筒状に形成され、請求項に記載の内壁面としての収容孔端面１６とボディ端部１１との間で往復移動可能に収容されている。第１ノズルニードル２０の反噴孔側端面には、第１上端部２１が形成され、噴孔側端面には、第１下端部２２が形成されている。
【００２６】
図１に示すように、第１下端部２２は、第１下端面２２ａ、２２ｂからなり、第１下端面２２ａは、第１下端面２２ｂよりも第１ノズルニードル２０の外壁側に形成されている。第１下端面２２ａと第１下端面２２ｂとの境界部分には、第１弁座部１２ａに着座する第１隆起部２２ｃが形成されている。第１隆起部２２ｃが第１弁座部１２ａに着座することにより、燃料流入通路１７から第１噴孔１３ａに導入される高圧燃料が阻止され、第１噴孔１３ａからの燃料噴射が停止されるようになっている。
【００２７】
また、第１ノズルニードル２０の側壁には、周方向に突き出たフランジ部２３が形成されている。フランジ部２３の上面部と、収容孔１５に形成されている段部との間には、第１ノズルニードル２０を第１弁座部１２ａに押し付ける方向の付勢力を持つ第１スプリング２４が設けられている。
【００２８】
第２ノズルニードル３０は、円柱状に形成され、第１ノズルニードル２０内を軸方向に往復移動可能に収容されている。第２ノズルニードル３０の反噴孔側端面には、第２上端部３１が形成され、噴孔側端面には、第２下端部３２が形成されている。
【００２９】
図１に示すように、第２下端部３２は、第２下端面３２ａ、３２ｂからなり、第２下端面３２ａは、第２下端面３２ｂよりも第２ノズルニードル３０の外壁側に形成されている。第２下端面３２ａと第２下端面３２ｂとの境界部分には、第２弁座部１２ｂに着座する第２隆起部３２ｃが形成されている。第２隆起部３２ｃが第２弁座部１２ｂに着座することにより、燃料流入通路１７から第２噴孔１３ｂに導入される高圧燃料が阻止され、第２噴孔１３ｂからの燃料噴射が停止されるようになっている。
【００３０】
また、第２上端部３１と収容孔端面１６との間には、第２ノズルニードル３０を第２弁座部１２ｂに押し付ける方向の付勢力を持つ第２スプリング３３が設けられている。
【００３１】
第１、第２ノズルニードル２０、３０の反噴孔側には、圧力制御室５０が形成されている。圧力制御室５０は、第１、第２上端部２１、３１と収容孔端面１６とによって周囲が囲まれた空間である。この圧力制御室５０には、所定の流路径を有する絞りを介して、燃料通路１８の一端部およびリターン通路１９の一端部が接続されている。
【００３２】
そして、リターン通路１９のもう一端部は、燃料タンクが接続されており、そのリターン通路１９の途中に、調圧装置６０が設けられている。図示しない制御装置が調圧装置６０を操作することにより、リターン通路１９から燃料タンクに戻される燃料の量を調整することができ、圧力制御室５０内の圧力を調整することができる。
【００３３】
図１に示すように、第１ノズルニードル２０の外壁と収容孔１５の側壁との間には、燃料溜り室４０が形成されている。燃料溜り室４０には、燃料流入通路１７が接続され、コモンレールからの高圧燃料が随時導入されるようになっている。
【００３４】
次に、調圧装置６０について説明する。調圧装置６０は、制御弁６１、ソレノイド６２、およびスプリング６３からなっている。調圧装置６０は、制御装置からの指令により制御弁６１が駆動させられ、リターン通路１９を介して燃料タンクに戻される燃料量を調整する。燃料タンクに戻される燃料量を調整することにより、圧力制御室５０内の圧力を調整することができる。
【００３５】
制御弁６１は、ソレノイド６２に駆動電流が供給されていない状態では、スプリング６３の付勢力により、図示しない弁座に着座し、リターン通路１９を遮断している。ソレノイド６２に駆動電流が通電されると、ソレノイド６２に発生する励磁吸引力により、制御弁６１は、スプリング６３の付勢力に抗して弁座から離座し、リターン通路１９が開放される。
【００３６】
制御装置が制御弁６１が弁座から離座する時間を制御することによって、リターン通路１９の開放時間を調整することができる。リターン通路１９の開放時間を調整することにより、圧力制御室５０から燃料タンクに戻す燃料量を調整することができる。これにより、圧力制御室５０内の圧力を調整することができる。したがって、圧力制御室５０内の圧力は、リターン通路１９の開放時間が長ければ長いほど低下する。
【００３７】
次に、第１、第２ノズルニードル２０、３０の第１、第２上端部２１、３１および圧力制御室５０の構造、および第１、第２ノズルニードル２０、２０の作動を図２から図４に基づいて詳細に説明する。
【００３８】
図２は、第１、第２ノズルニードル２０、３０が共に第１、第２弁座部１２ａ、１２ｂに着座している状態（着座状態）を示している。図３は、第１、第２ノズルニードル２０、３０が共に第１、第２弁座部１２ａ、１２ｂから離座している状態（離座状態）を示している。
【００３９】
図２に示すように、第１ノズルニードル２０の第１上端部２１は、収容孔端面１６とほぼ平行な平面を有しており、圧力制御室５０内の燃料圧力を受圧する構造となっている。調圧装置６０にて圧力制御室５０内の燃料圧力を調整することにより、第１ノズルニードル２０を、圧力制御室５０に形成されている段部５４に第１上端部２１が当接するまでリフトさせることが可能である（離座動作）。このときのリフト量は、ｈ１となる。
【００４０】
第２ノズルニードル３０の第２上端部３１には、先端が球面で形成され、収容孔端面１６に向かって隆起している凸部３１ａ、およびその凸部３１ａの付け根付近に肩部３１ｂが形成されている。図２の状態において、凸部３１ａおよび肩部３１ｂは、圧力制御室５０内の燃料圧力を受圧する構造となっている。第２上端部３１と収容孔端面１６との間には、第２スプリング３３が配置されている。第２スプリング３３は、その一端が第２上端部３１の肩部３１ｂに支持され、もう一端が収容孔端面１６に支持されている。
【００４１】
そして、収容孔端面１６には、凸部３１ａの先端に対向するように凹部５１が形成されている。凹部５１は、開口部５１ａを有し、その開口部５１ａは、凹部５１の底部に至るに従い凹部５１の壁面間距離が短くなるような傾斜面５１ｂによって形成されている。なお、開口部５１ａは、曲面もしくは球面で形成されていてもよい。
【００４２】
また、本実施形態では、凸部３１ａの最大外径は、向かい合う傾斜面５１ｂの壁面間の距離が最も短いところの距離（最小内径）よりも大きくされている。これにより、第２ノズルニードル３０が最大リフト位置までリフトすると、凸部３１ａの先端を傾斜面５１ｂに当接するので、第２ノズルニードル３０の最大リフト位置を規制することができる。
【００４３】
調圧装置６０にて圧力制御室５０内の燃料圧力を調整することにより、第２ノズルニードル３０を、その凸部３１ａが傾斜面５１ｂに当接するまでリフトさせることが可能である（離座動作）。ことのきの最大リフト量は、ｈ２となる。
【００４４】
次に、第１、第２ノズルニードル２０、３０の動作について説明する。図４（ａ）は、ソレノイド６２を通電制御したときの制御弁６１のリフト量の変化を示したものである。図４（ｂ）は、制御弁６１をリフトさせたときの圧力制御室５０の圧力状態を示したものである。図４（ｃ）は、第１ノズルニードル２０のリフト量の変化を示したものである。図４（ｄ）は、第２ノズルニードル３０のリフト量の変化を示したものである。図４（ｅ）は、燃料噴射弁１より噴射される燃料の噴射率の変化を示したものである。
【００４５】
（燃料噴射停止時）
第１、第２ノズルニードル２０、３０の収容孔１５に対する位置は、噴孔側の方向に作用する力と、反噴孔側の方向に作用する力との釣り合いによって支配されている。ここからは、噴孔側の方向に作用する力を噴孔方向付勢力と呼び、反噴孔側の方向に作用する力を反噴孔方向付勢力と呼ぶ。
【００４６】
燃料噴射停止時では、第１、第２ノズルニードル２０、３０に作用する力は、噴孔方向付勢力が勝っているので、第１、第２弁座部１２ａ、１２ｂに第１、第２隆起部２２ｃ、３２ｃが着座し、第１、第２噴孔１３ａ、１３ｂが閉弁され、燃料噴射が行われない状態となる（着座状態）。
【００４７】
ここで、この状態の第１、第２ノズルニードル２０、３０に作用する付勢力について説明する。コモンレール内の高圧燃料が燃料流入通路１７および燃料通路１８を介して燃料溜り室４０および圧力制御室５０に導入される。このとき、図４中の時刻ｔ０からｔ１までの間、調圧装置６０には、制御装置から駆動電流が供給されていないので、リターン通路１９は、制御弁６１によって遮断されている。したがって、圧力制御室５０内の圧力は、コモンレール内の圧力と同じ値を示す（図４（ｂ）参照）。
【００４８】
第１ノズルニードル２０には、第１上端部２１の軸方向投影面の面積（以下、受圧面積と呼ぶ）と圧力制御室５０内の圧力との積で求められる付勢力、および第１スプリング２４の付勢力の和である噴孔方向付勢力が働き、第１下端面２２ａの受圧面積と燃料溜り室４０内の圧力との積で求められる付勢力である反噴孔方向付勢力とが働いている。
【００４９】
燃料噴射停止時では、噴孔方向付勢力が勝っており、第１ノズルニードル２０の第１隆起部２２ｃが第１弁座部１２ａに着座するため、燃料は、第１噴孔１３ａから噴射されない。
【００５０】
一方、第２ノズルニードル３０には、第２上端部３１の受圧面積（図２中のｄ１）と圧力制御室５０内の圧力との積で求められる付勢力、および第２スプリング３３の付勢力の和である噴孔方向付勢力のみが働いている。反噴孔方向付勢力は、第１隆起部２２ｃが第１弁座部１２ａに着座しており、燃料溜り室４０内の高圧燃料が第２下端面３２ａに導入されないので、発生しない。したがって、第２ノズルニードル３０の第２隆起部３２ｃが第２弁座部１２ｂに着座するため、燃料は、第２噴孔１３ｂからも噴射されない。
【００５１】
（第１ノズルニードルの離座動作）
図４中の時刻ｔ１に、制御装置から調圧装置６０に駆動電流が供給されると、制御弁６１がリフトされ、リターン通路１９が開放される。すると、圧力制御室５０内の燃料は、リターン通路１９を介して燃料タンクに戻される。燃料が燃料タンクに戻されると、圧力制御室５０内の圧力が所定の降下速度で低下し、第１、第２上端部２１、３１に作用する噴孔方向付勢力が低下する。
【００５２】
圧力制御室５０内の圧力が時刻ｔ２の圧力まで低下すると、第１ノズルニードル２０に作用する反噴孔方向付勢力が、噴孔方向付勢力よりも勝り、第１ノズルニードル２０がリフトし始め、第１隆起部２２ｃが第１弁座部１２ａから離座する（図４（ｃ）参照）。このときの圧力制御室５０内の圧力を第１ノズルニードル開弁圧力と呼ぶ。燃料溜り室４０内の高圧燃料は、第１隆起部２２ｃと第１弁座部１２ａとの間を通り、第１噴孔１３ａに導入され、第１噴孔１３ａから燃料が噴射される。第１ノズルニードル２０は、第１上端部２１が段部５４に当接するまで、移動する。
【００５３】
第１ノズルニードル２０がリフトし始めると、第２ノズルニードル３０の第２下端面３２ａにも、燃料溜り室４０内の高圧燃料が導入される。第２ノズルニードル３０には、第２下端面３２ａの受圧面積と燃料溜り室４０内の圧力との積で求められる反噴孔方向付勢力が作用し始める。
【００５４】
しかし、圧力制御室５０内の圧力が、第１ノズルニードル開弁圧力まで低下しても、第２ノズルニードル３０の噴孔方向付勢力は、反噴孔方向付勢力よりも勝っているので、依然として、第２隆起部３２ｃは、第２弁座部１２ｂに着座している。したがって、時刻ｔ２からｔ３までは、第１噴孔１３ａのみから燃料溜り室４０内の燃料が噴射される（図４（ｅ）参照）。
【００５５】
（第１、第２ノズルニードルの離座動作）
圧力制御室５０内の圧力が第１ノズルニードル開弁圧力よりもさらに低下し、所定の圧力まで低下すると（図４中の時刻ｔ３）、第２上端部３１に作用する噴孔方向付勢力が低下するので、第２ノズルニードル３０に作用する反噴孔方向付勢力が、噴孔方向付勢力よりも勝り、第２ノズルニードル３０がリフトし始め、第２隆起部３２ｃが第２弁座部１２ｂから離座する（図４（ｄ）参照）。このときの圧力制御室５０内の圧力を第２ノズルニードル開弁圧力と呼ぶ。
【００５６】
図３に示すように、第１、第２ノズルニードル２０、３０がリフト量ｈ１、ｈ２だけリフトすると、第１上端部２１および第２上端部３１の凸部３１ａは、それぞれ段部５４および傾斜面５１ｂに当接する。凸部３１ａの先端が傾斜面５１ｂに当接すると、当接部３７を境に、圧力制御室５０が第１圧力制御室５２と第２圧力制御室５３とに二分される。
【００５７】
特に、凸部３１ａが傾斜面５１ｂに当接すると、凸部３１ａの先端には、第２圧力制御室５３内の圧力が作用する面が形成される。その面の受圧面積は、ｄ２となる。この面の受圧面積ｄ２は、凸部３１ａの径や、向かい合う傾斜面５１ｂの壁面間の距離によって調整することができる。これら凸部３１ａと凹部５１とが、請求項に記載の調整手段として機能することとなる。受圧面積ｄ２を調整することによる作用効果は、後ほど詳細に説明する。
【００５８】
時刻ｔ３からは、燃料溜り室４０内の高圧燃料は、第１隆起部２２ｃと第１弁座部１２ａとの間、および第２隆起部３２ｃと第２弁座部１２ｂとの間を通り、第２噴孔１３ｂにも導入され、第１、第２噴孔１３ａ、１３ｂから燃料が噴射される（図４（ｅ）参照）。
【００５９】
（第１、第２ノズルニードルの着座動作）
運転状態に応じた所定時間が経過すると、時刻ｔ４時に、制御装置からの駆動電流の供給が停止される。調圧装置６０の制御弁６１は、リターン通路１９を再び遮断する（図１参照）。すると、圧力制御室５０内の圧力は、再び所定の増加速度で増加し始める。
【００６０】
しかし、図３に示すように、第２圧力制御室５３は、コモンレールの燃料圧力が作用しない空間となっているので、リターン通路１９が遮断され、第１圧力制御室５２内の圧力が増加しても、第２圧力制御室５３内の圧力は、凸部３１ａが傾斜面５１ｂに当接したときの圧力に維持される。したがって、第１圧力制御室５２内の圧力のみが所定の増加速度で増加する（図４（ｂ）の時刻ｔ４以降を参照）。
【００６１】
第１圧力制御室５２内の圧力が第１ノズルニードル閉弁圧力まで上昇すると、第１ノズルニードル２０に作用する噴孔方向付勢力が、反噴孔方向付勢力よりも勝り、第１ノズルニードル２０が下降し始める（着座動作）。第１ノズルニードル２０が下降すると、第１隆起部２２ｃと第１弁座部１２ａとの距離が狭くなり、第２ノズルニードル３０の第２下端面３２ａ、３２ｂに導入される燃料溜り室４０内の高圧燃料の流量が低下する。この流量が低下すると、第２ノズルニードル３０に作用する反噴孔方向付勢力が急激に低下することとなる。
【００６２】
第２ノズルニードルを最大リフト位置までリフトさせたときに圧力制御室５０を二分するような構造としていない従来技術では、第２ノズルニードルを下降させる動作（着座動作）に寄与する上端部の受圧面積を、リフトさせる動作（離座動作）に寄与する上端部の受圧面積よりも小さくすることができなかった。結果、従来技術では、下降させる動作に寄与する受圧面積を小さくすることができないと、第２ノズルニードルに作用する反噴孔方向付勢力が急激に低下すると、意図しない時期に第２ノズルニードルが下降を開始してしまい、第１ノズルニードルが着座する前に第２ノズルニードルが着座してしまうという問題が生じていた。
【００６３】
一方、本実施形態では、圧力制御室５０を二分し、コモンレールの燃料圧力が作用しない第２圧力制御室５３を形成して、第２ノズルニードル３０を下降させる動作（着座動作）に寄与する受圧面積を小さくしている。このときの受圧面積は、ｄ１−ｄ２となる（図３参照）。リフト時に比べ、ｄ２分の受圧面積が減少する。この受圧面積を小さくすれば、着座動作初期の噴孔方向付勢力が小さくすることができるので、第１ノズルニードル２０が下降することによる、第２ノズルニードル３０の反噴孔方向付勢力の低下が起こっても、意図しない時期に第２ノズルニードル３０が下降することを防止できる。
【００６４】
言い換えれば、受圧面積ｄ２を調整することにより、第２ノズルニードル３０が下降する時期（着座動作開始時期）を任意に定めることができる。下降する時期を任意に定めることができれば、第１、第２ノズルニードル２０、３０をほぼ同時に着座させることが可能となる。第１、第２ノズルニードル２０、３０をほぼ同時に着座させることができれば、燃料噴射終了時に、第２噴孔１３ｂから余分な燃料を噴射させることなく、燃料噴射を終了させることができる。
【００６５】
受圧面積ｄ２を大きくすれば、第２ノズルニードル３０を下降させる動作（着座動作）に寄与する受圧面積が小さくなり、第２ノズルニードル３０の下降する時期を比較的遅くすることができる。反対に、受圧面積ｄ２を小さくすれば、第２ノズルニードル３０を下降させる動作に寄与する受圧面積が大きくなり、第２ノズルニードル３０の下降する時期を比較的速くすることができる。
【００６６】
本発明では、コモンレールの燃料圧力が作用しない空間を形成して、第２ノズルニードル３０を下降させる動作（着座動作）に寄与する受圧面積ｄ２を調整するようにしている。本実施形態では、凹部５１に傾斜面５１ｂを形成し、この傾斜面５１ｂに凸部３１ａの先端を当接させるようにしているので、当接部３７を線接触とすることができ、シール性を向上させることができる。これにより、調圧装置６０を動作させ第１圧力制御室５２内の圧力を増加させる際、コモンレールからの高圧燃料の第２圧力制御室５３への侵入防止効果を高めることができる。
【００６７】
なお、傾斜面５１ｂは、凹部５１側だけに形成する必要はない。凸部３１ａ側のみに形成してもよいし、凹部５１側、凸部３１ａ側の両方に形成してもよい。さらに、傾斜面５１ｂは、平面でなく、曲面もしくは球面であってもよい。
【００６８】
（変形例）
次に、第１実施形態の変形例を図５に基づいて説明する。図５は、第１実施形態の変形例による燃料噴射弁１の第１、第２ノズルニードル２０、３０の第１、第２上端部２１、３１付近の要部断面図である。なお、第１実施形態と同一機能物は、同一符号を付す。ここでは、第１実施形態と相違している特徴点のみを説明する。
【００６９】
この変形例による燃料噴射弁１は、第１実施形態と同じ、受圧面積ｄ２を調整する調整手段としての凹部３４と凸部７０とを有している。
【００７０】
図５に示すように、凹部３４は、第２ノズルニードル３０の第２上端部３１に、その開口部３４ａが底部よりも反噴孔側となるように形成されている。そして、凸部７０は、別部材で形成され、シム７１を介して収容孔端面１６に取り付けられている。このような構成であっても、第２ノズルニードル３０がリフトし、傾斜面３４ｂが凸部７０に当接すると、圧力制御室５０を第１圧力制御室５２と第２圧力制御室５３とに二分することが可能となる。したがって、第１実施形態と同様に、第２ノズルニードル３０を下降させる動作（着座動作）に寄与する受圧面積を調整することが可能となる。
【００７１】
また、凸部７０は、シム７１介して収容孔端面１６に取り付けるようにしているので、シム７１の厚さを調整することにより、容易に第２ノズルニードル３０の最大リフト位置を規定することができる。
【００７２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図６に基づいて説明する。図６は、本発明の第２実施形態による燃料噴射弁１の第１、第２ノズルニードル２０、３０の第１、第２上端部２１、３１付近の要部断面図である。なお、第１実施形態と同一機能物は、同一符号を付す。ここでは、第１実施形態と相違している特徴点のみを説明する。
【００７３】
本実施例による燃料噴射弁１は、第１実施形態と同じ、受圧面積ｄ２を調整する調整手段としての凹部５１と凸部３１ａとを有している。
【００７４】
図６に示すように、凹部５１は、収容孔端面１６に形成され、凸部３１ａは、第２ノズルニードル３０の第２上端部３１に形成されている。さらに、凸部３１ａの先端には、最大リフト位置を規定するための小径凸部３５が形成されている。最大リフト量は、ｈ２となる。
【００７５】
図６に示すように、凹部５１の壁面間距離、および凸部３１ａの最大外径は、凸部３１ａが凹部５１内で摺動自在に、嵌め合わせることが可能となるように定められている。第２ノズルニードル３０をリフトさせ、凹部５１に凸部３１ａを嵌め合わせることにより、圧力制御室５０を第１圧力制御室５２と第２圧力制御室５３とに二分することが可能になる。
【００７６】
本実施形態では、凹部５１の角部と、凸部３１ａの角部との距離（ｈ３）を、最大リフト量ｈ２よりも短くしているので、例えば、エンジンの低負荷運転時などで第２ノズルニードル３０を最大リフト位置に至る前に着座動作させる場合にも圧力制御室５０を二分することが可能となる。したがって、第１実施形態と同様に、第２ノズルニードル３０を下降させる動作（着座動作）に寄与する受圧面積を調整することが可能となる。
【００７７】
本実施形態では、凹部５１に傾斜面５１ｂを形成しているので、凸部３１ａが凹部５１の開口部５１ａに入る際、凹部５１と凸部３１ａの軸心がずれていたとしても、傾斜面５１ｂによりこのずれを修正することが可能となる。
【００７８】
なお、傾斜面５１ｂは、凹部５１だけに形成する必要はない。凸部３１ａのみに形成してもよいし、凹部５１、凸部３１ａの両方に形成してもよい。さらに、傾斜面５１ｂは、平面でなく、曲面もしくは球面であってもよい。
【００７９】
なお、本実施形態では、凹部５１は、収容孔端面１６に形成され、凸部３１ａは、第２ノズルニードル３０の第２上端部３１に形成されているが、凹部５１と凸部３１ａは、変形例と同じように、反対に形成されていてもよい。
【００８０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を図７に基づいて説明する。図７は、本発明の第３実施形態による燃料噴射弁１の第１、第２ノズルニードル２０、３０の第１、第２上端部２１、３１付近の要部断面図である。なお、第１実施形態と同一機能物は、同一符号を付す。ここでは、第１実施形態と相違している特徴点のみを説明する。
【００８１】
本実施例による燃料噴射弁１は、第１実施形態と同じ、受圧面積ｄ２を調整する調整手段としての凹部５１と凸部３１ａとを有している。
【００８２】
図７に示すように、凸部３１ａは、第２上端部３１に形成され、さらに凹部３６は、凸部３１ａの先端に形成されている。このように、凹部５１と凸部３１ａは、対向するように形成せずに、第２上端部３１に形成してもよい。これによっても、第２ノズルニードル３０が最大リフト位置に至ったときに圧力制御室５０を第１圧力制御室５２と第２圧力制御室５３とに二分することが可能となる。したがって、第１実施形態と同様に、第２ノズルニードル３０を下降させる動作（着座動作）に寄与する受圧面積を調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の要部断面図である。
【図２】図１中の範囲Ｉの部分を拡大した部分断面図であり、燃料噴射弁の着座時の状態を示した部分断面図である。
【図３】図１中の範囲Ｉの部分を拡大した部分断面図であり、燃料噴射弁の離座時の状態を示した部分断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による燃料噴射弁の圧力制御室の圧力の変化に伴う噴射率の増減を示す特性図である。
【図５】第１実施形態の変形例による燃料噴射弁のノズルニードル上端部付近の要部断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による燃料噴射弁のノズルニードル上端部付近の要部断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態による燃料噴射弁のノズルニードル上端部付近の要部断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１                      燃料噴射弁
１０                    弁ボディ
１１                    ボディ端部
１２ａ                  第１弁座部
１２ｂ                  第２弁座部
１３ａ                  第１噴孔
１３ｂ                  第２噴孔
１６                    収容孔端面（収容孔の内壁面）
１８                    燃料通路
１９                    リターン通路
２０                    第１ノズルニードル
２１                    第１上端部
２２                    第１下端部
２２ａ                  第１下端面
２２ｂ                  第１下端面
３０                    第２ノズルニードル
３１                    第２上端部
３１ａ                  凸部（調節手段）
３１ｂ                  肩部
３２                    第２下端部
３２ａ                  第２下端面
３２ｂ                  第２下端面
４０                    燃料溜り室
５０                    圧力制御室
５１                    凹部（調節手段）
５２                    第１圧力制御室
５３                    第２圧力制御室
６０                    調圧装置
【図１】
2006207516.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006207516.tif 000005
【図４】
2006207516.tif 000006
【図５】
2006207516.tif 000007
【図６】
2006207516.tif 000008
【図７】
2006207516.tif 000009