(57)【要約】【課題】ニードルが噴孔を閉じるときの燃料の噴射切れを改善する。【解決手段】燃料供給用オリフィス６１の流路面積Ａ１が噴射制御室オリフィス３３の流路面積Ａ２より小さく設定されている。これにより、ニードル５１が噴孔２３を閉じる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の閉弁速度を速めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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、を有する燃料噴射手段を備え、
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。
【請求項２】
請求項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。
【請求項３】
請求項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、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。
【請求項４】
請求項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手段をさらに備え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であって、
増圧手段は、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。
【請求項６】
請求項４に記載の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。
【請求項７】
請求項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。
【請求項８】
請求項６または７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。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１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。
【請求項１０】
請求項４に記載の燃料噴射装置であって、
増圧手段は、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。
【請求項１１】
請求項１０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。
【請求項１２】
請求項１０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。
【請求項１３】
請求項１０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。
【請求項１４】
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、を有する燃料噴射手段と、
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手段と、
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。
【請求項１５】
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、を有する燃料噴射手段と、
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手段と、
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、
増圧手段は、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。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃料噴射装置の従来例が下記特許文献１，２に開示されている。以下、この従来の燃料噴射装置について図１２を用いて説明する。
【０００３】
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３５を介してドレイン２２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、ニードル５１に作用する噴射制御室３側への力が噴孔２３側への力を上まわるため、ニードル５１が噴射制御室３側へ移動して噴孔２３が開く。これによって、燃料溜り５２に貯溜された燃料が噴孔２３から図示しない内燃機関の燃焼室内へ噴出する。
【０００４】
また、増圧制御バルブ８により増圧制御室１０２をドレイン２２と連通させることで増圧制御室１０２内の圧力を大気圧近くまで低下させると、増圧ピストン１０が作動して増圧室１０３内の燃料の圧力が増大し、燃料溜り５２に貯溜された燃料の圧力が増大する。これによって、燃料溜り５２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１０３がオリフィス６０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１０により増圧された増圧室１０３内の圧力が燃料溜り５２の他にオリフィス６０を介して噴射制御室３にも供給される。これによって、噴射制御室３をドレイン２２と連通させない状態で増圧制御室１０２をドレイン２２と連通させたときに、ニードル５１が噴射制御室３側へ移動して噴孔２３が開くのを防止している。
【０００５】
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２２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５９及びオリフィス６０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５１に作用する噴孔２３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５１が噴孔２３側へ移動して噴孔２３が閉じる。そして、燃料溜り５２及び増圧室１０３にも、共通蓄圧室２からチェック弁５９を介して燃料が供給される。
【０００６】
また、増圧制御バルブ８により増圧制御室１０２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１０２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１０の上下の圧力が必要に応じてつり合い、ばね９８の力によって作動した増圧ピストン１０が初期位置へ戻される。
【０００７】
その他の背景技術として、特許文献３〜５及び非特許文献１の燃料噴射装置が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】特許第２８８５０７６号明細書
【特許文献２】国際公開第００／５５４９６号パンフレット
【特許文献３】特公昭４７−３８６４８号公報
【特許文献４】国際公開第０１／１４７２７号パンフレット
【特許文献５】米国特許第６４２７６６４号明細書
【非特許文献１】Kenji Funai他,"Injection Rate Shaping Technology with Common Rail Fuel System(ECD-U2)",SAE TECHNICAL PAPER SERIES 960107,1996/2
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１２に示す従来の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５９及びオリフィス６０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５１を噴孔２３側へ押圧する。しかし、共通蓄圧室２からチェック弁５９を介して燃料溜り５２へ供給された燃料の圧力がニードル５１を噴射制御室３側へ押圧することで、ニードル５１が噴孔２３を閉じる動作の妨げとなる。したがって、ニードル５１が噴孔２３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。
【００１０】
また、図１２に示す従来の燃料噴射装置においては、増圧ピストン１０により増圧された増圧室１０３内の圧力が燃料溜り５２の他にオリフィス６０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３５を介してドレイン２２と連通しているため、増圧ピストン１０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２２へ排出されることになる。したがって、燃料溜り５２に貯溜された燃料を増圧ピストン１０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。
【００１１】
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。
【００１２】
本発明は、ニー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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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手段を採った。
【００１４】
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、を有する燃料噴射手段を備え、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。
【００１５】
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、ニードルが噴孔を閉じる閉弁行程において、ニー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、ニー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。
【００１６】
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、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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手段をさらに備えるものとすることもできる。
【００１９】
増圧手段を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置では、増圧手段は、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。
【００２０】
増圧手段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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、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。
【００２４】
増圧手段を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置では、増圧手段は、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、を有する燃料噴射手段と、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手段と、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。
【００２９】
この本発明によれば、ニー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。
【００３０】
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、を有する燃料噴射手段と、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手段と、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、増圧手段は、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要旨とする。
【００３１】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００３３】
「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９９を備えている。そして、インジェクタ９９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１００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３０によって実行される。
【００３４】
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３０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に設けられたレギュレータ（図示せず）の制御がコントローラ３０によって行われる。なお、ここでの設定圧力は、例えば４０〜１４０ＭＰａ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３０内で設定される。
【００３５】
燃料噴射ノズル５内には、噴射制御室３及び燃料溜り５２が形成されている。そして、燃料噴射ノズル５のシート部には噴孔２３が形成されており、燃料噴射ノズル５内には燃料溜り５２と噴孔２３との連通を開閉するニードル５１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５１の作動により燃料溜り５２に貯溜された燃料を噴孔２３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。
【００３６】
噴射制御室３は、噴射制御室オリフィス（絞り部）３３、管路７１、及び制御バルブ９を介して共通蓄圧室２及びドレイン２２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５１を噴孔２３側へ押圧する。噴射制御室オリフィス３３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５２は、管路７２を介して増圧装置１００と接続されている。燃料溜り５２内の燃料の圧力は、ニードル５１を噴射制御室３側へ押圧する。また、ニードル閉弁用ばね５３は、ニードル５１を噴孔２３側へ付勢する力を発生している。なお、ニードル５１が噴射制御室３内の燃料の圧力により噴孔２３側へ押圧される面の面積ＢＮ１は、ニードル５１が燃料溜り５２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ＢＮ２と等しく設定されている。
【００３７】
増圧装置１００は、増圧ピストン１０を有しており、増圧ピストン１０の作動により燃料溜り５２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１００内には、加圧室１０１、増圧室１０３、及び増圧制御室１０２が形成されている。
【００３８】
加圧室１０１は管路７４を介して共通蓄圧室２と接続されており、加圧室１０１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１０１内の燃料の圧力は、増圧ピストン１０を増圧室１０３側へ押圧する。増圧制御室１０２は、管路７３及び制御バルブ９を介して共通蓄圧室２及びドレイン２２と接続されている。さらに、増圧制御室１０２は、燃料供給用オリフィス（絞り部）６１及び燃料供給用チェック弁（逆止弁）６２を介して増圧室１０３及び燃料溜り５２と接続されている。ここでの燃料供給用チェック弁６２は、増圧制御室１０２から増圧室１０３及び燃料溜り５２への燃料の流れを許容するとともに、増圧室１０３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。
【００３９】
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ｄ１、小径部１０−２の外径ｄ２、及び中径部１０−３の外径ｄ３に関して、ｄ１＞ｄ３＞ｄ２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）が加圧室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Ｂ１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Ｂ３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Ｂ４との和より小さく設定される。なお、ｄ３＞ｄ２であるため、Ｂ１＞Ｂ４である。
【００４０】
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２２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Ｂ２とすると、Ｂ１＋Ｂ２＝Ｂ３＋Ｂ４の関係が成立する。
【００４１】
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１０２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６１及び燃料供給用チェック弁６２を介して増圧室１０３及び燃料溜り５２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１０２内の燃料及び噴射制御室３内の燃料がドレイン２２へ排出され、増圧制御室１０２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１０２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３３を介して行われる。
【００４２】
コントローラ３０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３０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。
【００４３】
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６１の流路面積Ａ１が噴射制御室オリフィス３３の流路面積Ａ２より小さくなるように、流路面積Ａ１，Ａ２が設定されている。また、増圧室１０３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１０３と噴射制御室３との連通が遮断されている。
【００４４】
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。
【００４５】
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１０１、増圧室１０３、及び増圧制御室１０２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）に等しくなっている。このとき、加圧室１０１内の圧力により中径部１０−３の他端に作用する増圧室１０３側への力Ｆｂ１、背圧室１０４内の圧力により大径部１０−１の他端に作用する増圧室１０３側への力Ｆｂ２、増圧制御室１０２内の圧力により大径部１０−１の一端に作用する加圧室１０１側への力Ｆｂ３、及び増圧室１０３内の圧力により小径部１０−２の一端に作用する加圧室１０１側への力Ｆｂ４に関して、Ｆｂ１＋Ｆｂ２＜Ｆｂ３＋Ｆｂ４の関係が成立している。そのため、増圧ピストン１０は、加圧室１０１側へ付勢されて図示しないストッパー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１００による燃料の増圧は行われない。
【００４６】
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５２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）に等しくなっている。このとき、ニードル５１は、ニードル閉弁用ばね５３により噴孔２３側へ付勢されていることで、噴孔２３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５１は作動せず、燃料の噴射は行われない。
【００４７】
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１０２がドレイン２２と連通することで、増圧制御室１０２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５１に作用する増圧室１０３側への力Ｆｂ１＋Ｆｂ２が加圧室１０１側への力Ｆｂ３＋Ｆｂ４を上まわる。そのため、増圧ピストン１０が作動して増圧室１０３内の燃料の圧力が増大し、燃料溜り５２に貯溜された燃料の圧力が増大する。なお、Ｂ１／Ｂ４が増圧比である。
【００４８】
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が噴射制御室オリフィス３３を介してドレイン２２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５１に作用する噴射制御室３側への力が噴孔２３側への力を上まわる。そのため、ニードル５１が作動して噴射制御室３側へ移動し、噴孔２３が開く（開弁行程）。これによって、燃料溜り５２に貯溜された燃料が噴孔２３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５２に貯溜された燃料は増圧装置１００により増圧されるため、燃料を増圧装置１００により増圧して噴射することができる。
【００４９】
増圧室１０３内の燃料が増圧ピストン１０により増圧されるときは、燃料供給用チェック弁６２により増圧室１０３から増圧制御室１０２への燃料の流出が遮断される。さらに、増圧室１０３と噴射制御室３との連通が遮断されているため、増圧室１０３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２２へ排出されることもない。したがって、増圧ピストン１０により増圧された増圧室１０３内の燃料を、燃料溜り５２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５２に貯溜された燃料を増圧ピストン１０により効率よく増圧することができる。
【００５０】
なお、本実施形態では、増圧制御室１０２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１０の作動とともにニードル５１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５２内の燃料の増圧によりニードル５１が噴射制御室３側へ移動し、噴孔２３が開いてしまうことはない。
【００５１】
また、増圧ピストン１０が作動して増圧室１０３側へ移動するときは、背圧室１０４の容積が増大する。ただし、背圧室１０４は外部のドレイン２２と連通しており、背圧室１０４には外部の大気圧が供給される。そのため、背圧室１０４内の圧力は大気圧に保たれ、背圧室１０４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、負圧によるキャビテーションやエロージョンの発生が防止される。
【００５２】
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１０２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１０に作用する加圧室１０１側への力Ｆｂ３＋Ｆｂ４が増圧室１０２側への力Ｆｂ１＋Ｆｂ２を上まわるため、増圧ピストン１０が加圧室１０１側へ移動して初期位置へ戻される。
【００５３】
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３３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６１を介して燃料溜り５２にコモンレール圧力が供給される。ニードル５１はニードル閉弁用ばね５３により噴孔２３側への力を受けているので、ニードル５１に作用する噴孔２３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５１が噴孔２３側へ移動することで噴孔２３が閉じ（閉弁行程）、噴孔２３からの燃料の噴出が停止する。
【００５４】
ニードル５１が噴孔２３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３３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６１を介して燃料溜り５２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６１の流路面積Ａ１が噴射制御室オリフィス３３の流路面積Ａ２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。
【００５５】
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１０１側への力Ｆｂ４が低下する。ただし、以下に示す増圧ピストン１０の面積Ｂ１〜Ｂ４の設定により、燃料の圧力による加圧室１０１側への力Ｆｂ３＋Ｆｂ４が増圧室１０３側への力Ｆｂ１＋Ｆｂ２より大きい状態を確実に保つことができる。
【００５６】
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。
【００５７】
Ｆｂ３＋Ｆｂ４＞Ｆｂ１＋Ｆｂ２      （１）
【００５８】
（１）において、Ｆｂ２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Ｐｃ、燃料供給用オリフィス６１による圧力低下をＰｌｏｓｓとすると、以下の（２）式が得られる。
【００５９】
Ｐｃ×Ｂ３＋（Ｐｃ−Ｐｌｏｓｓ）×Ｂ４＞Ｐｃ×Ｂ１      （２）
【００６０】
（２）式を変形すると、以下の（３）式が得られる。
【００６１】
Ｐｌｏｓｓ＜（Ｂ３＋Ｂ４−Ｂ１）×Ｐｃ／Ｂ４      （３）
【００６２】
（３）式が成立するように、Ｐｌｏｓｓ，Ｂ１，Ｂ３，Ｂ４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１０を確実に初期位置へ戻すことができる。
【００６３】
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。
【００６４】
次に、本願発明者が行った解析の結果について説明する。
【００６５】
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１０２の圧力、増圧室１０３の圧力、噴射制御室３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（ｍｍ3／ｓ）のクランク角度に対する波形を示す。
【００６６】
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。
【００６７】
なお、各構成の解析においては、増圧ピストン１０の仕様を、Ｂ１＝１．９６×Ｂ４、Ｂ２＝０．１１×Ｂ４、Ｂ３＝１．０７×Ｂ４とし、噴射制御室オリフィス３３の外径を０．３６ｍｍ、燃料供給用オリフィス６１，６３の外径を０．１ｍｍとし、共通蓄圧室２内の圧力（コモンレール圧力）を１３５ＭＰａとした。
【００６８】
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ィス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５１の閉弁速度を図４に示す構成より速めることができる。
【００６９】
ただし、図３に示す構成においては、増圧ピストン１０により増圧された増圧室１０３内の燃料が燃料溜り５２だけでなく燃料供給用オリフィス６３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Ａ１部に示すように噴射期間中の増圧室１０３内の圧力が図１，４に示す構成より低下し、図５（Ｄ）のＡ２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。
【００７０】
また、図４に示す構成においては、増圧ピストン１０により増圧された増圧室１０３内の燃料を、燃料溜り５２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Ａ１部に示すように噴射期間中の増圧室１０３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Ａ２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。
【００７１】
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１０３（燃料溜り５２）の燃料の圧力が抑制されない。したがって、ニードル５１に作用する噴孔２３側への力が低下し、図５（Ｃ）のＣ部に示すようにニードル５１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。
【００７２】
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５１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１０により増圧された増圧室１０３内の燃料を、燃料溜り５２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Ａ１部に示すように噴射期間中の増圧室１０３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Ａ２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。
【００７３】
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。したがって、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。
【００７４】
そして、本実施形態によれば、増圧ピストン１０を初期位置へ戻すときに、増圧室１０３内の燃料の圧力が低下しても、増圧ピストン１０に作用する加圧室１０１側への力Ｆｂ３＋Ｆｂ４が増圧室１０３側への力Ｆｂ１＋Ｆｂ２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１０を確実に初期位置へ戻すことができる。
【００７５】
また、本実施形態によれば、増圧ピストン１０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２２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１０３内の燃料を、燃料溜り５２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１０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。
【００７６】
「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３４が設けられている。
【００７７】
ワンウェイオリフィス３４は、噴射率制御用オリフィス（絞り部）３１、噴射率制御用チェック弁（逆止弁）３２、及び噴射制御室オリフィス（絞り部）３３により構成される。噴射率制御用オリフィス３１及び噴射制御室オリフィス３３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３２は、噴射率制御用オリフィス３１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３２内に噴射率制御用オリフィス３１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３４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バルブ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。
【００７８】
そして、本実施形態においては、燃料供給用オリフィス６１の流路面積Ａ１が噴射制御室オリフィス３３の流路面積Ａ２と噴射率制御用オリフィス３１の流路面積Ａ３の和より小さくなるように、流路面積Ａ１，Ａ２，Ａ３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。
【００７９】
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。
【００８０】
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３４内の噴射制御室オリフィス３３を介してドレイン２２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。これによって、ニードル５１が作動して噴射制御室３側へ移動し、噴孔２３が開く（開弁行程）。ただし、噴射率制御用オリフィス３１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３２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、ワンウェイオリフィス３４内の互いに並列関係にある噴射率制御用オリフィス３１及び噴射制御室オリフィス３３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。これによって、ニードル５１が噴孔２３側へ移動して噴孔２３が閉じる（閉弁行程）。このように、本実施形態では、ニードル５１が噴孔２３を開ける開弁行程において噴射率制御用オリフィス３１を介した燃料の流出が遮断され、ニードル５１が噴孔２３を閉じる閉弁行程において噴射率制御用オリフィス３１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。
【００８１】
そして、本実施形態においては、コントローラ３０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１０が作動したときの燃料溜り５２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。
【００８２】
コントローラ３０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、いわゆるデルタ噴射率特性が得られるように設定される。これによって、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５１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。したがって、ＮＯｘ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３３の他に噴射率制御用オリフィス３１も介して噴射制御室３へ燃料が流入するため、ニードル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。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きる。
【００８３】
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３０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。
【００８４】
増圧ピストン１０の作動時に増圧ピストン１０を増圧室１０３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１０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５２の圧力上昇が速くなる。その上、ニードル５１では、噴射制御室３内の圧力が燃料溜り５２内の圧力より相対的に低いほど、ニードル５１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ニードル５１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５２の圧力上昇が速い場合は、逃げ場の無い燃料溜り５２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、ニードル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。
【００８５】
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タ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。
【００８６】
次に、本願発明者が行った解析の結果について説明する。
【００８７】
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、ワンウェイオリフィス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。
【００８８】
なお、解析においては、増圧ピストン１０の仕様を、Ｂ１＝１．９６×Ｂ４、Ｂ２＝０．１１×Ｂ４、Ｂ３＝１．０７×Ｂ４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４０ＭＰａ、２６６０ｒｐｍ、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１３５ＭＰａ、５０００ｒｐｍ、及び１１０ｍｍ3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の外径を０．３２ｍｍ、噴射制御室オリフィス３３の外径を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の外径を０．３６ｍｍとした。
【００８９】
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ェック弁３２が閉じることで噴射制御室オリフィス３３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５１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５１のリフト速度が遅くなることで噴孔２３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５２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、ニードル５１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、ＮＯｘの抑制及び燃焼騒音の低減を実現することができる。
【００９０】
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５１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５１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５１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２３から噴出する燃料が少なくなることによる燃料溜り５２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５２の圧力増加割合が、部分負荷運転時では３０％増（比較用基準の３７ＭＰａから図６に示す構成の４８ＭＰａ）であるのに対し、全負荷運転時では４０％増（比較用基準の１５０ＭＰａから図６に示す構成の２１０ＭＰａ）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５２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５１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。
【００９１】
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１０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タ噴射率特性を実現することができるので、ＮＯｘ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。
【００９２】
以下、本実施形態の変形例について説明する。
【００９３】
図１０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６１及び燃料供給用チェック弁６２の代わりに、燃料供給用オリフィス（絞り部）６５及び燃料供給用チェック弁（逆止弁）６６が設けられている。増圧室１０３は、燃料供給用チェック弁６６、燃料供給用オリフィス６５、及び管路７３を介して増圧制御室１０２と接続されている。さらに、増圧室１０３は、燃料供給用チェック弁６６、燃料供給用オリフィス６５、管路７１、及びワンウェイオリフィス３４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６６は、増圧制御室１０２及び噴射制御室３から増圧室１０３への燃料の流れを許容するとともに、増圧室１０３から増圧制御室１０２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６６内に燃料供給用オリフィス６５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６５の流路面積Ａ４が噴射制御室オリフィス３３の流路面積Ａ２と噴射率制御用オリフィス３１の流路面積Ａ３の和より小さく設定されている。
【００９４】
図１０に示す構成によっても、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１０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２２へ排出されるのを防止することができるので、燃料を増圧ピストン１０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。
【００９５】
また、図１１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６１及び燃料供給用チェック弁６２の代わりに、燃料供給用オリフィス（絞り部）６３及び燃料供給用チェック弁（逆止弁）６４が設けられている。そして、増圧室１０３は、燃料供給用オリフィス６３及び燃料供給用チェック弁６４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６４は、噴射制御室３から増圧室１０３への燃料の流れを許容するとともに、増圧室１０３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６４内に燃料供給用オリフィス６３を形成して一体化することも可能である。
【００９６】
図１１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６３及び燃料供給用チェック弁６４を介して燃料溜り５２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、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、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１０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２２へ排出されるのを燃料供給用チェック弁６４により防止することができるので、燃料を増圧ピストン１０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。
【００９７】
なお、図１０，１１に示す構成においては、ワンウェイオリフィス３４の代わりに噴射制御室オリフィス３３が設けられていてもよい。
【００９８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】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】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】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】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】燃料噴射率等の解析結果を示す図である。
【図６】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】燃料噴射率等の解析結果を示す図である。
【図８】燃料噴射率等の解析結果を示す図である。
【図９】燃料噴射ノズルの実開口面積特性を示す図である。
【図１０】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１１】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１２】従来における燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
１  燃料加圧ポンプ、２  共通蓄圧室、３  噴射制御室、５  燃料噴射ノズル、９  制御バルブ、１０  増圧ピストン、２２  ドレイン、２３  噴孔、３０  コントローラ、３１  噴射率制御用オリフィス、３２  噴射率制御用チェック弁、３３  噴射制御室オリフィス、３４  ワンウェイオリフィス、５１  ニードル、５２  燃料溜り、６１，６３  燃料供給用オリフィス、６２  燃料供給用チェック弁、９９  インジェクタ、１００  増圧装置、１０１  加圧室、１０２  増圧制御室、１０３  増圧室、１０４  背圧室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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