(57)【要約】【課題】  コスト的な実現性から電磁弁７を１個だけ使用しながらも、増圧ピストン５のリフト量の制御と燃料噴射ノズル１のノズルニードルのリフト量の制御とを行うことのできる増圧ピストン型燃料噴射装置を提供することにある。【解決手段】  電磁弁７が第１位置から第２位置に切り替えられると、スロットル弁６が燃料排出通路４５〜４７の開口面積を拡げるため、ピストン制御室３２内の油圧力が低下する。これにより、増圧ピストン５がリフトを開始して、コモンレール２から増圧室３３内に導入される燃料が増圧される。そして、増圧室３３内の油圧力の上昇に伴ってノズル噴孔部内の油圧力が上昇する。その後に、ノズル噴孔部内の油圧力が、ノズル背圧室内の油圧力とスプリングの付勢力との総和よりも上回ると、燃料噴射ノズル１のノズルニードルが弁座より離座して、エンジンの当該気筒の燃焼室内への燃料噴射が開始される。【選択図】  図１
2006170034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）燃料を吐出する燃料圧送手段と、
（ｂ）この燃料圧送手段から増圧室内に導入される燃料を増圧する燃料増圧手段と、
（ｃ）前記増圧室からノズル油溜り部内に導入される燃料の油圧力がノズル開弁圧を超えるとノズルニードルが開弁側にリフトして内燃機関の気筒に燃料噴射を行う燃料噴射ノズルと
を備えた内燃機関用燃料噴射装置において、
前記燃料増圧手段は、ピストン背圧室およびピストン制御室を形成したシリンダと、
このシリンダ内に摺動自在に収容されて、前記ピストン背圧室内の流体圧力が前記ピストン制御室内の流体圧力よりも大きくなると前記増圧室内の油圧力を増圧する側にリフトする増圧ピストンと、
前記ピストン背圧室内に制御流体を導入する流体導入通路と、
前記ピストン制御室内から制御流体を排出する流体排出通路と、
前記流体導入通路または前記流体排出通路の開口面積を変更する弁装置と、
この弁装置を電気的な操作を介して駆動するアクチュエータと
を有していることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
前記燃料増圧手段は、前記増圧ピストンを前記増圧室内の油圧力を増圧する側に対して逆側に付勢するピストン付勢手段を有し、
前記燃料噴射ノズルは、前記ノズルニードルに閉弁方向の流体圧力を作用させるためのノズル背圧室、および前記ノズルニードルを閉弁方向に付勢するニードル付勢手段を有し、
前記ノズル開弁圧は、前記ノズル背圧室内の流体圧力に前記ニードル付勢手段の付勢力を加えた力に基づいて設定されていることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
前記アクチュエータは、通電されると起磁力を発生するソレノイドコイルを有する１個の電磁式アクチュエータであって、
前記電磁式アクチュエータは、前記ソレノイドコイルへの駆動電流値に応じて前記弁装置を駆動して、前記ピストン背圧室内に導入する制御流体の導入量、あるいは前記ピストン制御室内から排出される制御流体の排出量を調整することを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
前記弁装置は、内部に制御流体が導入されるか、あるいは内部から制御流体が排出される圧力制御室を有し、前記圧力制御室内の流体圧力に対応して前記流体導入通路または前記流体排出通路の開口面積を可変する流体圧作動式のスロットル弁であって、
前記アクチュエータは、通電されると起磁力を発生するソレノイドコイル、およびこのソレノイドコイルの起磁力に応じて動作する弁体を有する１個の電磁弁であって、
前記電磁弁は、前記ソレノイドコイルの起磁力に応じて前記弁体を動作させて、前記圧力制御室内に導入する制御流体の導入量と前記圧力制御室内から排出される制御流体の排出量とを調整することを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
前記電磁弁は、前記圧力制御室内に制御流体を導入する第１位置と、前記圧力制御室内から制御流体を排出する第２位置とを有する２位置切換弁であることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項６】
請求項４に記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
前記電磁弁は、前記圧力制御室内から排出される制御流体の流量を可変する流量制御弁であることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
前記スロットル弁のストローク量は、３０〜２００μｍの範囲に設定されていることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項８】
請求項４ないし請求項７のうちのいずれか１つに記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
前記スロットル弁は、前記ピストン背圧室内に導入する制御流体の流速または流量を制御するか、あるいは前記ピストン制御室内から排出される制御流体の流速または流量を制御することを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項９】
（ａ）燃料を吐出する燃料圧送手段と、
（ｂ）この燃料圧送手段から増圧室内に導入される燃料を増圧する燃料増圧手段と、
（ｃ）前記増圧室からノズル油溜り部内に導入される燃料の油圧力がノズル開弁圧を超えるとノズルニードルが開弁側にリフトして内燃機関の気筒に燃料噴射を行う燃料噴射ノズルと
を備えた内燃機関用燃料噴射装置において、
前記燃料増圧手段は、ピストン背圧室およびピストン制御室を形成したシリンダと、
このシリンダ内に摺動自在に収容されて、前記ピストン背圧室内の流体圧力が前記ピストン制御室内の流体圧力よりも大きくなると前記増圧室内の油圧力を増圧する側にリフトする増圧ピストンと、
前記ピストン背圧室内に制御流体を導入する第１流体導入通路と、
前記ピストン制御室内に制御流体を導入する第２流体導入通路と、
前記ピストン制御室内から制御流体を排出する流体排出通路と、
前記第２流体導入通路の開口面積と前記流体排出通路の開口面積との面積比を変更する弁装置と、
この弁装置を電気的な操作を介して駆動するアクチュエータと
を有していることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
前記アクチュエータは、前記ピストン背圧室内または前記ピストン制御室内に導入する制御流体の導入量、あるいは前記ピストン制御室内から排出される制御流体の排出量を調整することを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用燃料噴射装置に関するもので、特に燃料噴射ノズルから噴射される燃料の噴射圧力を、燃料供給ポンプから圧送された燃料圧力（ジャーク圧）またはコモンレール内に蓄圧された燃料圧力（コモンレール圧）よりも増圧することが可能な燃料増圧機構を備えた増圧ピストン型燃料噴射装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
［従来の技術］
近年、例えばディーゼルエンジンの排気ガス浄化の規制が厳しくなり、ディーゼルエンジンの燃焼現象の解明が進んで来ている。これに伴い、エンジンより排出される排気ガスをよりクリーンにするために、特に黒煙（スモーク）を代表とするディーゼルパティキュレートを低減するために、燃料噴射ノズルの噴孔部から噴射される燃料を極限まで微粒化することが重要である。この燃料の微粒化を促進するためには、燃料の噴射圧力を高噴射圧化することが有効である。しかし、自動車等の車両に搭載されるディーゼルエンジン用燃料噴射システムにおける高噴射圧化は限界に近づいており、例えばコモンレール式燃料噴射システムにおいても燃料の噴射圧力の高圧化要求が非常に厳しいものになっており、コモンレール内に高圧燃料を圧送供給するサプライポンプの耐圧限界を超えた値が要求されるようになってきた。
【０００３】
そこで、コモンレール内に蓄圧される燃料圧力（コモンレール圧力）よりも、燃料の噴射圧力を増圧させる燃料増圧機構を備えた増圧ピストン型燃料噴射装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは、燃料噴射ノズルからの燃料噴射時に増圧するので、燃料噴射ノズルのノズルニードルの開弁直後の噴射率の立ち上がりが緩やかとなり、また、ノズルニードルの閉弁時においては増圧燃料の圧力が利用できず、スプリングの付勢力のみによりノズルニードルの閉弁を行うので、噴射率の低下も緩やかとなる。
【０００４】
［従来の技術の不具合］
ところが、特許文献１に記載の増圧ピストン型燃料噴射装置においては、噴射率波形がほぼ台形となり、エンジンより排出される排気ガスをよりクリーンにすることが可能な噴射率波形（スクエア型噴射率波形、ブーツ型噴射率波形、デルタ型噴射率波形等）を設定することができなかった。特に、燃料噴射終了時には、迅速にノズルニードルを閉弁させて噴射切れ（シャープカット）を良好とすることで、スモークやパティキュレートの発生を抑制することができないという問題が生じている。
【０００５】
また、背圧室と中間室と加圧室とが形成されたシリンダ内に、加圧室内の燃料を増圧させる増圧ピストンを備えた増圧ピストン型燃料噴射装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。これは、燃料噴射の開始および停止を制御するインジェクタ駆動電磁弁の開弁時期、閉弁時期と、中間室と燃料タンクとを連通する流路に介装されて、増圧ピストンのリフト量を制御する増圧ピストン電磁弁の開弁時期、閉弁時期とを制御して、燃料の噴射率波形を、初期噴射を抑えた噴射率波形と略矩形状の噴射率波形とに切り替えるようにしている。また、増圧ピストン電磁弁の閉弁時期を、インジェクタ駆動電磁弁の閉弁時期よりも早くすることで、高圧燃料がインジェクタに作用する期間または時間を短くして、インジェクタからのリーク燃料を低減している。しかるに、特許文献２に記載の増圧ピストン型燃料噴射装置においては、インジェクタ駆動電磁弁と増圧ピストン電磁弁との２つの電磁弁が必要となるので、構成が複雑で部品点数が多く、大型化および高コストとなるという問題が生じている。
【０００６】
以上の観点から、増圧ピストン型燃料噴射装置においては下記の要求を満足することが望ましい。第１には、コスト的な実現性から電磁弁は１個が望ましい。第２には、排気ガス浄化の規制から、噴射率波形が少なくとも２つ以上に設定でき、燃料噴射終了時の噴射率の低下が速いことが望ましい。第３には、エンジンの運転条件により、噴射率波形形状を例えばスクエア型とブーツ型とに切り替えられるようにすることが望ましい。第４には、使用燃料量が噴射量×増圧比を大きく超えないこと（リーク燃料が少ないこと）が望ましい。第５には、システム全体が大型化しないことが望ましい。
【特許文献１】独国特許出願公開第１０１２３９１７号明細書
【特許文献２】特開２００３−１４８２２０号公報（第１−９頁、図６−図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、コスト的な実現性から電磁弁等のアクチュエータを１個だけ使用しながらも、増圧ピストンのリフト量の制御とノズルニードルのリフト量の制御とを行うことのできる内燃機関用燃料噴射装置を提供することにある。また、噴射率波形の形状を制御することのできる内燃機関用燃料噴射装置を提供することにある。さらに、噴射率波形を切り替えることのできる内燃機関用燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、アクチュエータによって弁装置を電気的な操作を介して駆動することにより、弁装置が流体導入通路または流体排出通路の開口面積を変更する。そして、ピストン背圧室内の流体圧力がピストン制御室内の流体圧力よりも大きくなると、シリンダ内に摺動自在に収容された増圧ピストンが、増圧室内の油圧力を増圧する側にリフトする。これにより、燃料圧送手段から増圧室内に導入される燃料の油圧力が上昇するため、増圧室から燃料噴射ノズルのノズル油溜り部内に導入される燃料の油圧力が上昇する。そして、増圧室から燃料噴射ノズルのノズル油溜り部内に導入された燃料の油圧力がノズル開弁圧を超えると、燃料噴射ノズルのノズルニードルが開弁側（噴孔を開く側、開弁方向）にリフトするため、燃料噴射ノズルから内燃機関の気筒に燃料が噴射される。
【０００９】
したがって、コスト的な実現性からアクチュエータを１個だけ使用しながらも、アクチュエータを用いて弁装置を電気的な操作を介して駆動することで、増圧ピストンのリフト量の制御とノズルニードルのリフト量の制御とを実施することができるので、システム構成が簡単で部品点数が少なく、また、システム全体の小型化を図ることができる。また、コスト的な実現性からアクチュエータを１個だけ使用しながらも、噴射率波形の形状を制御することができる。例えば排気ガス浄化の規制に対応した最適な噴射率波形を得ることができる。さらに、コスト的な実現性からアクチュエータを１個だけ使用しながらも、例えば内燃機関の運転条件に対応した最適な噴射率波形に切り替えることができるので、内燃機関の燃焼状態が良好となり、エミッションを改善でき、低燃費となる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、燃料増圧手段に、増圧ピストンを増圧室内の油圧力を増圧する側に対して逆側に付勢するピストン付勢手段を設けたことにより、燃料噴射終了時に、増圧ピストンのリフト位置を初期位置に戻すことができる。また、燃料噴射ノズルに、ノズルニードルに閉弁方向の流体圧力を作用させるためのノズル背圧室、およびノズルニードルを閉弁方向に付勢するニードル付勢手段を設けたことにより、ノズル開弁圧を、ノズル背圧室内の流体圧力にニードル付勢手段の付勢力を加えた力に基づいて設定することができる。すなわち、ノズル背圧室内の流体圧力またはニードル付勢手段の付勢力を変更することで、ノズル開弁圧を任意に変更することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、アクチュエータとして、通電されると起磁力を発生するソレノイドコイルを有する１個の電磁式アクチュエータを用いても良い。この場合には、電磁式アクチュエータのソレノイドコイルへの駆動電流値に応じて弁装置を駆動することにより、弁装置が流体導入通路または流体排出通路の開口面積を変更する。これにより、ピストン背圧室内に導入する制御流体の導入量、あるいはピストン制御室内から排出される制御流体の排出量が調整されるため、ピストン背圧室内の流体圧力とピストン制御室内の流体圧力との圧力差が連続的または段階的に可変する。これによって、コスト的な実現性から電磁式アクチュエータを１個だけ使用しながらも、電磁式アクチュエータを用いて弁装置を電気的な操作を介して駆動することで、増圧ピストンのリフト量の制御とノズルニードルのリフト量の制御とを実施することができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、弁装置として、流体導入通路または流体排出通路の途中に介装された流体圧作動式のスロットル弁を用いても良い。また、アクチュエータとして、通電されると起磁力を発生するソレノイドコイル、およびこのソレノイドコイルの起磁力に応じて動作する弁体を有する１個の電磁弁を用いても良い。この場合には、電磁弁のソレノイドコイルの起磁力に応じて弁体を動作させて、スロットル弁の圧力制御室内に導入する制御流体の導入量とスロットル弁の圧力制御室内から排出される制御流体の排出量とを調整する。すると、スロットル弁が圧力制御室内の流体圧力に対応して流体導入通路または流体排出通路の開口面積を変更する。これにより、ピストン背圧室内に導入する制御流体の導入量とピストン制御室内から排出される制御流体の排出量とが調整されるため、ピストン背圧室内の流体圧力とピストン制御室内の流体圧力との圧力差が連続的または段階的に可変する。これによって、コスト的な実現性から電磁弁を１個だけ使用しながらも、電磁弁を用いて流体圧作動式のスロットル弁を電気的な操作を介して駆動することで、増圧ピストンのリフト量の制御とノズルニードルのリフト量の制御とを実施することができる。
【００１３】
ここで、電磁弁の開弁時期または閉弁時期および開弁期間または閉弁期間を制御して、ピストン背圧室内に導入される制御流体の流速または流量、あるいはピストン制御室内から排出される制御流体の流速または流量を制御することで、増圧ピストンのリフト開始時期およびリフト量を変更するようにしても良い。この場合には、増圧室内の燃料の増圧開始時期、圧力上昇速度（単位時間当たりの圧力上昇量）または圧力降下速度（単位時間当たりの圧力降下量）および増圧終了時期を変更できるので、燃料噴射ノズルのノズルニードルの開弁時期、開弁期間およびリフト量が調整される。これによって、電磁弁の開弁時期または閉弁時期および開弁期間または閉弁期間を制御することで、燃料噴射ノズルから内燃機関の気筒に噴射される燃料の噴射時期、燃料噴射量および噴射率波形の形状を制御することが可能となる。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、電磁弁として、スロットル弁の圧力制御室内に制御流体を導入する第１位置とスロットル弁の圧力制御室内から制御流体を排出する第２位置とを有する２位置切換弁を用いても良い。これにより、流体排出通路の開口面積を少なくとも２段階に切り替えることができるので、ピストン制御室内から排出される制御流体の流速または流量を少なくとも２段階に切り替えることができる。したがって、増圧ピストンのリフト量を少なくとも２段階に大きくすることができるので、ノズルニードルのリフト量も少なくとも２段階に大きくすることができる。この結果、例えば内燃機関の燃焼騒音や振動を低減し、内燃機関から排出される排気ガスのエミッションを改善するための初期噴射率を抑制するブーツ型の噴射率波形を得ることができる。なお、２位置切換弁の位置制御に伴って、スロットル弁のストローク量をリニア（連続的または段階的）に増減させることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明によれば、電磁弁として、スロットル弁の圧力制御室内から排出される制御流体の流量を可変する流量制御弁を用いても良い。これにより、流体排出通路の開口面積を連続的に切り替えることができるので、ピストン制御室内から排出される制御流体の流速または流量を連続的に切り替えることができる。したがって、増圧ピストンのリフト量を連続的に大きくすることができるので、ノズルニードルのリフト量も連続的に大きくすることができる。この結果、例えば内燃機関の燃焼騒音や振動を低減し、内燃機関から排出される排気ガスのエミッションを改善するための初期噴射率を抑制するブーツ型の噴射率波形を得ることができる。なお、流量制御弁の位置制御に伴って、スロットル弁のストローク量をリニア（連続的または段階的）に増減させることができる。また、請求項７に記載の発明によれば、スロットル弁のストローク量（リフト量）を、３０〜２００μｍの範囲に設定しても良い。
【００１６】
請求項８に記載の発明によれば、スロットル弁は、例えば圧力源（高圧側）からピストン背圧室内に制御流体を導入するための流体導入通路の開口面積を可変することで、ピストン背圧室内に導入する制御流体の流速または流量を制御することができる。あるいはピストン制御室内から低圧側に制御流体を排出するための流体排出通路の開口面積を可変することで、ピストン制御室内から排出される制御流体の流速または流量を制御することができる。
【００１７】
請求項９に記載の発明によれば、アクチュエータによって弁装置を電気的な操作を介して駆動することにより、弁装置が第２流体導入通路の開口面積と流体排出通路の開口面積との面積比を変更する。そして、ピストン背圧室内の流体圧力がピストン制御室内の流体圧力よりも大きくなると、シリンダ内に摺動自在に収容された増圧ピストンが、増圧室内の油圧力を増圧する側にリフトする。これにより、燃料圧送手段から増圧室内に導入される燃料の油圧力が上昇するため、増圧室から燃料噴射ノズルのノズル油溜り部内に導入される燃料の油圧力が上昇する。そして、増圧室から燃料噴射ノズルのノズル油溜り部内に導入された燃料の油圧力がノズル開弁圧を超えると、燃料噴射ノズルのノズルニードルが開弁側（噴孔を開く側、開弁方向）にリフトするため、燃料噴射ノズルから内燃機関の気筒に燃料が噴射される。
【００１８】
したがって、コスト的な実現性からアクチュエータを１個だけ使用しながらも、アクチュエータを用いて弁装置を電気的な操作を介して駆動することで、増圧ピストンのリフト量の制御とノズルニードルのリフト量の制御とを実施することができるので、システム構成が簡単で部品点数が少なく、また、システム全体の小型化を図ることができる。また、コスト的な実現性からアクチュエータを１個だけ使用しながらも、噴射率波形の形状を制御することができる。さらに、コスト的な実現性からアクチュエータを１個だけ使用しながらも、例えば内燃機関の運転条件に対応した最適な噴射率波形に切り替えることができる。
【００１９】
請求項１０に記載の発明によれば、アクチュエータによって弁装置を電気的な操作を介して駆動することにより、弁装置が第２流体導入通路の開口面積と流体排出通路の開口面積との面積比を変更する。これにより、ピストン背圧室内またはピストン制御室内に導入する制御流体の導入量、あるいはピストン制御室内から排出される制御流体の排出量が調整されるため、ピストン背圧室内の流体圧力とピストン制御室内の流体圧力との圧力差が連続的または段階的に可変する。これによって、コスト的な実現性からアクチュエータを１個だけ使用しながらも、アクチュエータを用いて弁装置を電気的な操作を介して駆動することで、増圧ピストンのリフト量の制御とノズルニードルのリフト量の制御とを実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態は、コスト的な実現性から電磁弁等のアクチュエータを１個だけ使用しながらも、排気ガス浄化の規制に対応した最適な噴射率波形を得るという目的を、また、内燃機関の運転条件に対応した最適な噴射率波形に切り替えるという目的を、１個の電磁弁等のアクチュエータで、ピストン背圧室内の流体圧力またはピストン制御室内の流体圧力を調整して、増圧ピストンのリフト量の制御とノズルニードルのリフト量の制御とを実施することで実現した。
【実施例１】
【００２１】
［実施例１の構成］
図１ないし図８は本発明の実施例１を示したもので、図１は増圧ピストン型燃料噴射装置の全体構成を示した図で、図２は燃料噴射ノズルの概略構成を示した図で、図３はスロットル弁を示した図である。
【００２２】
本実施例の内燃機関用燃料噴射装置は、自動車等の車両に搭載された多気筒（４気筒）ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下エンジンと呼ぶ）用の燃料噴射システムとしてのコモンレール式燃料噴射システム（蓄圧式燃料噴射装置）に適用される。また、この内燃機関用燃料噴射装置は、燃料噴射ノズル１から噴射される燃料の噴射圧力を、燃料供給ポンプ（サプライポンプ：図示せず）から圧送された燃料圧力（ジャーク圧）またはコモンレール２内に蓄圧された燃料圧力（コモンレール圧）よりも増圧することが可能な燃料増圧機構を備えた増圧ピストン型燃料噴射装置である。なお、図１は、エンジンの各気筒の燃料噴射ノズル１のうち、１気筒分の燃料噴射ノズル１とその燃料系のみを詳細に表しており、他の３つの燃料噴射ノズル１については、図示を省略している。
【００２３】
サプライポンプは、エンジンにより回転駆動されて、燃料タンク３内から図示しないフィードポンプにより汲み上げられた燃料を加圧して、低圧の燃料をコモンレール２内に吐出する。ここで、サプライポンプより吐出される燃料吐出量は、図示しないエンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと呼ぶ）からのポンプ駆動信号に基づいて制御される。サプライポンプは、ポンプ駆動信号に応じてコモンレール２内に吐出する燃料吐出量を調整することで、サプライポンプより吐出される吐出圧力（ジャーク圧）を変化させ、コモンレール２内の燃料圧力（コモンレール圧）を変更する。
【００２４】
燃料噴射ノズル１は、図１および図２に示したように、コモンレール２より分岐する各燃料導入経路の下流端に接続されており、エンジンの各気筒の燃焼室内に高圧燃料を直接噴射供給するもので、各燃料噴射ノズル１に対応して搭載された燃料増圧機構と共に電磁式燃料噴射弁（インジェクタ）を構成する。この燃料噴射ノズル１は、エンジンのシリンダブロックまたはシリンダヘッドに（各気筒毎に対応して）取り付けられるノズルハウジング１１と、このノズルハウジング１１の内部において図示上下方向に摺動可能に配置された弁体としてのノズルニードル１２と、このノズルニードル１２を閉弁方向に付勢するスプリング１３とを有している。
【００２５】
ノズルハウジング１１の先端側には、ノズル噴孔部（サックボリューム）１４を形成する半球状の円頂部が設けられている。この円頂部には、ノズル噴孔部１４内部と外部（エンジンの各気筒の燃焼室内）とを連通する複数の噴孔１５が設けられている。そして、ノズルハウジング１１内部には、ノズルニードル１２の大径部１６が摺動するニードル摺動孔１７が形成されている。そして、ノズルハウジング１１内部には、燃料導入通路２１を介して燃料増圧機構の増圧室３３と連通する第１燃料流路２２が形成されている。また、ノズルハウジング１１内部には、燃料導入通路２３、２４を介してコモンレール２の分岐管１９と連通する第２燃料流路２５が形成されている。
【００２６】
第１燃料流路２２は、ノズルハウジング１１の先端側（ノズルボデー）の内部にて、ノズルニードル１２の大径部１６の図示下方に形成されたノズル油溜り部２６に連通している。また、第２燃料流路２５は、ノズルハウジング１１の後端側（ノズルホルダ）の内部にて、ノズルニードル１２の大径部１６の背面側（図示上端面側）に設けられたノズル背圧室２７に連通している。なお、ノズルハウジング１１内部に、ノズルニードル１２が最大リフト量（フルリフト量）に到達した際に、それ以上の複数の噴孔１５を開く側（開弁方向）への移動を規制する規制部を設けても良い。
【００２７】
そして、スプリング１３は、ノズル背圧室２７内に収容されて、ノズルニードル１２の大径部１６とノズルハウジング１１の内壁との間に設けられており、ノズルニードル１２に対して複数の噴孔１５を閉じる側（閉弁方向：図示下方）の付勢力を与えるニードル付勢手段として機能する。また、ノズル油溜り部２６内に導入される燃料の油圧力は、ノズルニードル１２の大径部１６の受圧面（図示下端面）に開弁方向（図示上方）に押し上げる方向の力を与えるニードル駆動（押圧）手段として機能する。また、ノズル背圧室２７内に導入される燃料の油圧力は、ノズルニードル１２の大径部１６の受圧面（図示上端面）に閉弁方向（図示下方）に押し下げる方向の力を与えるニードル駆動（押圧）手段として機能する。ここで、ノズル開弁圧は、ノズル背圧室２７内の油圧力にスプリング１３の付勢力を加えた力に基づいて設定することができる。すなわち、ノズル背圧室２７内の油圧力またはスプリング１３の付勢力を変更することで、ノズル開弁圧を任意に変更することができる。
【００２８】
コモンレール２は、サプライポンプから吐出された燃料を蓄圧すると共に、エンジンの各気筒毎に搭載された複数の燃料噴射ノズル１のノズル油溜り部２６に所定の油圧力の燃料を分配供給する蓄圧器である。このコモンレール２内に蓄圧される燃料圧力（コモンレール圧）は、燃料圧力検出手段としてのコモンレール圧センサ（図示せず）によって測定されている。そして、コモンレール２と複数の燃料噴射ノズル１のノズル油溜り部２６との間には、各燃料噴射ノズル１の複数の噴孔１５からエンジンの各気筒の燃焼室内に噴射される燃料の噴射圧力を、コモンレール圧よりも増圧させる燃料増圧機構が設けられている。なお、燃料増圧機構は、エンジンの各気筒毎に、つまり各燃料噴射ノズル１毎に対応して搭載されている。そして、コモンレール２には、各燃料噴射ノズル１毎に対応して分岐管１９が設けられている。
【００２９】
本実施例の燃料増圧機構は、本発明の燃料増圧手段に相当するもので、ピストン背圧室３１、ピストン制御室３２および増圧室３３を有するシリンダ４と、このシリンダ４内に摺動自在に収容された増圧ピストン５と、この増圧ピストン５のリフト量を制御する油圧作動式のスロットル弁６と、このスロットル弁６のストローク量を制御する電磁弁７と、これらと燃料噴射ノズル１、コモンレール２および燃料タンク３とを選択的に連通させる燃料給排経路とを備えている。
【００３０】
ここで、燃料給排経路は、コモンレール２からシリンダ４のピストン背圧室３１内に燃料を導入する第１燃料導入経路、コモンレール２から電磁弁７を経由してシリンダ４のピストン制御室３２内に燃料を導入する第２燃料導入経路、コモンレール２からシリンダ４の増圧室３３を経由して燃料噴射ノズル１のノズル油溜り部２６内に燃料を導入する第３燃料導入経路（燃料導入通路２０、２１）、コモンレール２から電磁弁７を経由してスロットル弁６の圧力制御室３７内に燃料を導入する第４燃料導入経路、およびコモンレール２から燃料噴射ノズル１のノズル背圧室２７内に燃料を導入する第５燃料導入経路（燃料導入通路２３、２４）を有している。そして、燃料給排経路は、シリンダ４のピストン制御室３２内からスロットル弁６を経由して低圧側としての燃料タンク３に燃料を排出する第１燃料排出経路、およびスロットル弁６の圧力制御室３７内から燃料タンク３に燃料を排出する第２燃料排出経路を有している。
【００３１】
増圧ピストン５は、シリンダ４内部に形成された大径のボア内を油密を保って摺動可能な大径ピストン３４と、シリンダ４内部に形成された大径のボア内を油密を保って摺動可能な小径プランジャ３５とを有し、これらの大径ピストン３４と小径プランジャ３５との中心軸線を略一致させて一体的に動作可能に設けられている。大径ピストン３４の図示上端面とシリンダ４の大径のボアとで囲まれた一方の大径空間は、ピストン背圧室３１を形成している。このピストン背圧室３１は、第１燃料導入経路を形成する燃料導入通路（第１流体導入通路）４１を介してコモンレール２の分岐管１９に常時連通している。
【００３２】
そして、大径ピストン３４の図示下端面（環状端面）とシリンダ４の大径のボアとで囲まれた他方の大径空間は、ピストン制御室３２を形成している。このピストン制御室３２は、第２燃料導入経路を形成する燃料導入通路２３、燃料導入通路（第２流体導入通路）４２、４３および燃料通路４４を介してコモンレール２の分岐管１９に連通している。また、ピストン制御室３２は、第１燃料排出経路を形成する燃料通路４４および燃料排出通路（流体排出通路）４５〜４７を介して燃料タンク３に連通している。なお、燃料導入通路４３の途中には、燃料の逆流を防止するための逆止弁３８が介装されており、また、燃料排出通路４６の途中には、通路断面積を絞るための固定絞り（オリフィス）３９が介装されている。これにより、ピストン制御室３２内の制御流体としての燃料は、電磁弁７のスプール弁６４の制御位置に応じて導入（供給）または遮断および排出される。
【００３３】
そして、小径プランジャ３５の図示下端面（環状端面）とシリンダ４の小径のボアとで囲まれた小径空間は、増圧室３３を形成している。この増圧室３３は、第３燃料導入経路を形成する燃料導入通路２０を介してコモンレール２の分岐管１９に連通している。また、増圧室３３は、第３燃料導入経路を形成する燃料導入通路２１を介して燃料噴射ノズル１のノズル油溜り部２６に連通している。なお、燃料導入通路２０には、燃料の逆流を防止するための逆止弁４０が介装されている。そして、ピストン制御室３２内には、戻しスプリング３６が収容されている。この戻しスプリング３６は、増圧ピストン５の大径ピストン３４とシリンダ４の内壁との間に設けられており、増圧ピストン５のリフト位置を初期位置に戻す側（図示上方）の付勢力を与えるピストン付勢手段として機能する。
【００３４】
ここで、増圧ピストン５で加圧される増圧室３３内の油圧力は、大径ピストン３４の図示上端面の受圧面積と小径プランジャ３５の図示下端面の受圧面積との比（増圧比）に比例した値となる。例えば増圧ピストン５の両端面の受圧面積比が２〜３である場合には、コモンレール２から増圧室３３内に１００ＭＰａの油圧力が供給されると、増圧室３３から燃料噴射ノズル１のノズル油溜り部２６内に２００〜３００ＭＰａの高圧燃料が導入されることになる。
【００３５】
スロットル弁６は、本発明の弁装置に相当するもので、圧力制御室３７および弁孔５１を有するハウジング５２と、弁孔５１の開口面積を可変する弁体（バルブ）５３と、このバルブ５３を弁孔５１の開口面積を小さくする側（図示下方）に付勢するスプリング５４とによって構成されている。弁孔５１は、第１燃料排出経路を形成する流体排出通路４５、４６間に形成されている。このバルブ５３の図示上端面とハウジング５２の壁面とで囲まれた上部空間は、圧力制御室３７を形成している。この圧力制御室３７は、第４燃料導入経路を形成する燃料導入通路２３、燃料導入通路４２および燃料通路４８を介してコモンレール２の分岐管１９に連通している。また、圧力制御室３７は、第２燃料排出経路を形成する燃料通路４８、燃料排出通路４９および燃料排出通路４７を介して燃料タンク３に連通している。これにより、圧力制御室３７内の制御流体としての燃料は、電磁弁７のスプール弁６４の制御位置に応じて導入または排出される。そして、スプリング５４は、圧力制御室３７内に収容されて、バルブ５３とハウジング５２の内壁との間に設けられており、バルブ５３に対して閉弁方向（図示下方）の付勢力を与えるニードル付勢手段として機能する。
【００３６】
以上の構成により、スロットル弁６は、圧力制御室３７内の流体圧力に対応してバルブ５３が軸線方向にストロークすることで、燃料排出通路４５〜４７の途中に設けられた弁孔５１の開口面積を可変することで、シリンダ４のピストン制御室３２から排出される燃料の流速または流量を制御できるので、シリンダ４のピストン制御室３２内の油圧力を制御できる。これにより、増圧ピストン５のリフト位置を制御できるため、増圧室３３内で増圧される燃料の油圧力の上昇速度（単位時間当たりの燃圧上昇量）を制御できる。
【００３７】
なお、本実施例のスロットル弁６は、バルブ５３がハウジング５２内部に設けられる円環状の弁座５５に着座している状態では、図３に示したように、弁孔５１の開口面積が０ｍｍ2 となり、また、バルブ５３が弁座５５より離座を開始してからプレリフト量（例えば０．０５ｍｍ程度）に到達するまでは、弁孔５１の小径孔５１ａの内径面とバルブ５３の嵌合部（シート部）５３ａの外径面とのクリアランスが小さく、また、バルブ５３のリフト量がプレリフト量よりも大きくなると、弁孔５１の大径孔５１ｂの内径面とバルブ５３の嵌合部（シート部）５３ａの外径面とのクリアランスが大きくなるように構成されている。これにより、本実施例のスロットル弁６のストローク量（リフト量）に対する開弁面積特性は、図４に示したように、リフト開始初期からプレリフト量に到達するまで弁孔５１の開口面積の小さい値がリフト量の増加に対して略一定の値をとり、その後にプレリフト量よりも大きくなると弁孔５１の開口面積が大きな値をとる。なお、スロットル弁６のストローク量（リフト量）を、３０〜２００μｍの範囲に設定しても良い。
【００３８】
電磁弁７は、スロットル弁６のバルブ５３を、電気的な操作を介して駆動するアクチュエータであって、通電されると起磁力を発生するソレノイドコイル６１と、このソレノイドコイル６１の通電時に磁化されるステータコア（図示せず）およびムービングコア６３と、このムービングコア６３と一体的に軸線方向に動作するスプール弁（弁体）６４と、このスプール弁６４を弁座に着座する側（第１位置側）に付勢するスプリング６５と、スプール弁６４を収容するバルブケース６６とを有している。なお、ステータコアには、ムービングコア６３を吸引する吸引部（図示せず）が設けられている。また、ソレノイドコイル６１は、スプール弁６４を弁座より離座する側（第２位置側）に駆動する弁体駆動手段として機能する。また、スプリング６５は、スプール弁６４を弁座に着座する側（第１位置側）に付勢する弁体付勢手段として機能する。
【００３９】
そして、電磁弁７は、ソレノイドコイル６１への通電が停止（ＯＦＦ）されると、スプリング６５の付勢力によってスプール弁６４がバルブケース６６の弁座に着座する第１位置（初期位置）に位置制御される。この第１位置では、バルブケース６６内部に設けられる切替室６７の第１ポートを燃料導入通路４２に連通し、且つ切替室６７の第２ポートを燃料導入通路４３および燃料通路４８に連通する。また、電磁弁７は、ソレノイドコイル６１への通電が実施（ＯＮ）されると、ムービングコア６３がステータコアの吸引部に吸引されるため、スプリング６５の付勢力に抗してスプール弁６４がバルブケース６６の弁座より離座する第２位置（フルリフト位置）に位置制御される。この第２位置では、切替室６７の第２ポートを、燃料通路４８に連通し、且つ切替室６７の第３ポートを、燃料排出通路４９に連通する。
【００４０】
これにより、電磁弁７は、ソレノイドコイル６１へのＯＦＦ、ＯＮによって、切替室６７の第１ポートと第２ポートとを連通する第１位置と、切替室６７の第２ポートと第３ポートとを連通する第２位置とを切り替える２位置３方切換弁を構成する。また、電磁弁７は、スプール弁６４の位置制御に伴ってスロットル弁６の圧力制御室３７内の油圧力を増減制御することによって、スロットル弁６のバルブ５３のストローク量を、圧力制御室３７内から排出される燃料の流速または流量に対応して、あるいは圧力制御室３７内に導入される燃料の流速または流量およびスプリング５４の付勢力に対応してリニアに増減させることができる。
【００４１】
一方、ＥＣＵには、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ）等の機能を含んで構成される周知のマイクロコンピュータが設けられている。また、コモンレール圧センサからの検出信号（電圧信号）や、その他の各種センサからのセンサ信号は、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後に、マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。そして、ＥＣＵは、エンジンの運転状態または運転条件に応じた最適な燃料噴射量、燃料噴射時期を演算する。具体的には、クランク角度センサ等の回転速度検出手段（図示せず）によって検出されたエンジン回転速度とアクセル開度センサ等のエンジン負荷検出手段（図示せず）によって検出されたアクセル開度とによって基本噴射量を算出する。
【００４２】
次に、基本噴射量に、エンジン冷却水温や燃料温度等を考慮した噴射量補正量を加味して指令噴射量を算出する。次に、エンジン回転速度とアクセル開度とによって指令噴射時期を算出する。あるいはエンジン回転速度と指令噴射量とによって指令噴射時期を算出する。次に、指令噴射量とコモンレール圧とによって燃料増圧機構の電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電時間（指令噴射期間）を算出する。なお、コモンレール圧の代わりに、増圧室３３内の油圧力を測定して、電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電時間（指令噴射期間）を算出しても良い。
【００４３】
［実施例１の作用］
次に、本実施例の増圧ピストン型燃料噴射装置の作用を図１ないし図８に基づいて簡単に説明する。ここで、図５および図６は本実施例の増圧ピストン型燃料噴射装置により得られる噴射圧力特性を模式的に表した図である。
【００４４】
ここで、本実施例のＥＣＵは、電磁弁７のスプール弁６４の位置（第１位置：ＯＦＦまたは第２位置：ＯＮ）を制御して、スロットル弁６のストローク量を変更することで、シリンダ４のピストン制御室３２内の油圧力を制御することができる。これにより、ＥＣＵは、増圧ピストン５のリフト量を可変制御することができるので、燃料噴射ノズル１の実開弁時期、実開弁期間を制御することができ、また、燃料の噴射率波形を次のように切り替えることができる。
【００４５】
イ）電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電を停止（ＯＦＦ）している時
電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電が停止（ＯＦＦ）されていると、電磁弁７のスプール弁６４がスプリング６５の付勢力によってバルブケース６６の弁座に着座する第１位置に押し付けられるため、コモンレール２の分岐管１９から燃料導入通路２３→燃料導入通路４２→第１ポート→切替室６７→第２ポート→燃料導入通路４３→燃料通路４４を経由してシリンダ４のピストン制御室３２内に燃料が導入される。
【００４６】
このとき、スロットル弁６の圧力制御室３７内には、コモンレール２の分岐管１９から燃料導入通路２３→燃料導入通路４２→第１ポート→切替室６７→第２ポート→燃料通路４８を経由して燃料が導入されているため、スロットル弁６のバルブ５３が弁座５５に着座しており、燃料排出通路４５〜４７の途中に設けられた弁孔５１の開口面積を０ｍｍ2 とする。つまり、燃料排出通路４５〜４７は、閉じられており、シリンダ４のピストン制御室３２内から燃料タンク３への燃料の流出はない。
【００４７】
一方、シリンダ４のピストン背圧室３１内には、コモンレール２の分岐管１９から燃料導入通路４１を経由して燃料が導入されているため、増圧ピストン５の大径ピストン３４の両端面に加わる油圧力が略同一となり、ピストン制御室３２内に設けられた戻しスプリング３６の付勢力によってシリンダ４の大径のボア内の図示上方側に増圧ピストン５が位置する。これにより、増圧ピストン５のリフト量は０（初期位置）となる。
【００４８】
したがって、増圧ピストン５の小径プランジャ３５の図示下端面とシリンダ４の小径のボアとで囲まれた増圧室（容積可変空間）３３の内容積は、最も広い状態となり、増圧室３３内の燃料を増圧することはできない。これにより、コモンレール２の分岐管１９から燃料導入通路２０→増圧室３３→燃料導入通路２１→第１燃料流路２２を経由して燃料噴射ノズル１のノズル油溜り部２６内に導入される燃料の油圧力はコモンレール圧に維持される。なお、ノズルニードル１２が開弁していない時には、図７および図８に示したように、ノズル噴孔部１４内の圧力（ノズル噴孔部圧）はコモンレール圧（＝サプライポンプの燃料吐出圧力に相当するジャーク圧）よりも低く、エンジンの気筒内圧力に相当する圧力（例えば２ＭＰａ程度）となる。
【００４９】
一方、燃料噴射ノズル１のノズル背圧室２７内には、コモンレール２の分岐管１９から燃料導入通路２３→燃料導入通路２４→第２燃料流路２５を経由して燃料が導入されている。このため、燃料噴射ノズル１のノズル背圧室２７内の油圧力も、ノズル油溜り部２６内の油圧力と同じコモンレール圧となり、燃料噴射ノズル１のノズルニードル１２は、スプリング１３の付勢力によってノズルハウジング１１の弁座に押し付けられるため、ノズル油溜り部２６とノズル噴孔部１４との連通状態が遮断され、複数の噴孔１５を開くことができず、複数の噴孔１５からエンジンの当該気筒の燃焼室内への燃料噴射は実施されない。
【００５０】
ロ）噴射率波形の形状をスクエア型とする時
エンジンの当該気筒のピストン位置が上死点近傍となり、エンジンの当該気筒の指令噴射時期となったら、図５に示したように、電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電（ＯＮ）を開始する。すると、ステータコアおよびムービングコア６３が磁化されるため、スプリング６５の付勢力に抗してムービングコア６３がステータコアの吸引部に吸引される。これにより、電磁弁７のスプール弁６４がスプリング６５の付勢力に抗してバルブケース６６の弁座より離座する第２位置（フルリフト位置）に位置制御されるため、コモンレール２の分岐管１９からシリンダ４のピストン制御室３２内に燃料を導入する燃料導入通路４２、４３が遮断される。
【００５１】
このとき、スロットル弁６のバルブ５３が弁座５５より離座して図示上方へのストロークを開始するため、スロットル弁６のストローク量に応じて、スロットル弁６の圧力制御室３７内の燃料が、燃料通路４８→第２ポート→切替室６７→第３ポート→燃料排出通路４９→燃料排出通路４７を経由して燃料タンク３に戻される。このため、燃料排出通路４５〜４７の開口面積が、図４に示したように、圧力制御室３７内の油圧力の低下に従って徐々に拡げられる。
【００５２】
これにより、シリンダ４のピストン制御室３２内から燃料通路４４→燃料排出通路４５→弁孔５１→燃料排出通路４６→燃料排出通路４７を経由して燃料タンク３に戻される。このとき、燃料排出通路４５〜４７の開口面積は、スロットル弁６の弁孔５１の内周とバルブ５３の外周とのクリアランスおよび燃料排出通路４６に設けられた固定絞り３９のオリフィス径によって絞られているため、シリンダ４のピストン制御室３２内から流出する燃料の流速が制限され、シリンダ４のピストン制御室３２内から徐々に燃料が排出される。
【００５３】
一方、シリンダ４のピストン背圧室３１内には、コモンレール２の分岐管１９から燃料導入通路４１を経由して燃料が導入されているため、増圧ピストン５の大径ピストン３４の両端面に加わる油圧力に圧力差が生じる。すなわち、ピストン背圧室３１内に導入される燃料の導入量とピストン制御室３２内から排出される燃料の排出量とがスロットル弁６のストローク量に応じて調整されるため、ピストン背圧室３１内の油圧力とピストン制御室３２内の油圧力との圧力差が連続的または段階的に変化することになる。
【００５４】
そして、ピストン制御室３２内の油圧力に戻しスプリング３６の付勢力を加えた力が、ピストン背圧室３１内の油圧力よりも小さくなると、増圧ピストン５が図示下方へのリフトを開始する。これにより、図５に示したように、電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電（ＯＮ）を開始してから所定の待機時間が経過した後に、増圧室３３の内容積が狭くなり始め、増圧室３３内の燃料の増圧が開始される。このため、燃料噴射ノズル１のノズル油溜り部２６内の油圧力の上昇が開始される。
【００５５】
そして、増圧ピストン５のリフト量が所定値以上に大きくなると、燃料噴射ノズル１のノズル油溜り部２６内の油圧力が、燃料噴射ノズル１のノズル背圧室２７内の油圧力にスプリング１３の付勢力を加えた力よりも大きくなると、燃料噴射ノズル１のノズルニードル１２がノズル油溜り部２６内の油圧力によってリフトを開始し、ノズルニードル１２が弁座から離れる（離間する）。
【００５６】
すなわち、電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電（ＯＮ）を開始して、電磁弁７のスプール弁６４が第１位置から第２位置に切り替えられると、スロットル弁６のバルブ５３が燃料排出通路４５〜４７の開口面積を拡げるため、ピストン制御室３２内の油圧力が低下し始める。これにより、ピストン制御室３２内の油圧力に戻しスプリング３６の付勢力を加えた力が、ピストン背圧室３１内の油圧力よりも小さくなるため、増圧ピストン５が燃料の噴射圧力を増圧する側（図示下方）へのリフトを開始して、増圧室３３の内容積が狭くなり、コモンレール２から増圧室３３内に導入される燃料がコモンレール圧（＝ジャーク圧）よりも増圧される。
【００５７】
そして、増圧室３３内の油圧力の上昇に伴って、増圧室３３からノズル油溜り部２６内に導入される燃料の油圧力が上昇するため、燃料噴射ノズル１の内部圧力（ノズル油溜り部２６内の油圧力）が上昇し始める。その後に、ノズル背圧室２７内の燃料圧力による押し下げ方向（閉弁方向）の油圧力とスプリング１３による押し下げ方向（閉弁方向）の付勢力との総和よりも、ノズル油溜り部２６内の燃料圧力による押し上げ方向（開弁方向）の油圧力が上回ると、ノズルニードル１２が弁座より離座（リフトを開始）して開弁方向に移動し出す。
【００５８】
したがって、燃料噴射ノズル１は、電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電（ＯＮ）を開始してから所定の開弁遅れ時間が経過した後に、燃料噴射ノズル１が開弁する（実開弁時期）。これにより、ノズル油溜り部２６とノズル噴孔部１４とが連通し、ノズルハウジング１１の先端側に設けられた複数の噴孔１５が開かれて、複数の噴孔１５からエンジンの当該気筒の燃焼室内への燃料噴射が開始される。このとき、増圧ピストン５のリフト位置に対応して増圧された高圧燃料がエンジンの当該気筒の燃焼室内へ噴射される。
【００５９】
その後に、指令噴射時期から指令噴射量に対応する指令噴射期間（電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電時間）が経過した時点で、図５に示したように、電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電を停止（ＯＦＦ）する。すると、ステータコアおよびムービングコア６３が消磁されるため、スプリング６５の付勢力によって、電磁弁７のスプール弁６４がバルブケース６６の弁座に着座する第１位置（初期位置）に位置制御される。このため、コモンレール２の分岐管１９からシリンダ４のピストン制御室３２内に燃料を導入する燃料導入通路４２、４３が開かれる。
【００６０】
すなわち、電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電が停止（ＯＦＦ）されて、電磁弁７のスプール弁６４が第２位置から第１位置に切り替えられると、上述したように、スロットル弁６のバルブ５３が燃料排出通路４５〜４７の開口面積を縮小化するのに対してピストン制御室３２内にコモンレール圧が導入され、ピストン制御室３２内の油圧力が上昇し始める。そして、ピストン制御室３２内の油圧力に戻しスプリング３６の付勢力を加えた力が、ピストン背圧室３１内の油圧力よりも大きくなると、戻しスプリング３６の付勢力のアシストを受けながら増圧ピストン５のリフト量が小さくなり、増圧室３３の内容積が拡げられ、増圧室３３内の油圧力が低下し始める。
【００６１】
その後に、ノズル背圧室２７内の燃料圧力による押し下げ方向（閉弁方向）の油圧力とスプリング１３による押し下げ方向（閉弁方向）の付勢力との総和よりも、ノズル油溜り部２６内の燃料圧力による押し上げ方向（開弁方向）の油圧力が下回ると、ノズルニードル１２が閉弁方向に移動し始め、ノズルニードル１２が弁座に着座する。
【００６２】
したがって、燃料噴射ノズル１は、電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電を停止（ＯＦＦ）してから所定の閉弁遅れ時間が経過した後に、燃料噴射ノズル１が閉弁する（実閉弁時期）。これにより、ノズル油溜り部２６とノズル噴孔部１４との連通状態が遮断されるため、複数の噴孔１５が閉じられて、複数の噴孔１５からエンジンの当該気筒の燃焼室内への燃料噴射が終了する。
【００６３】
以上のように、電磁弁７の位置制御を１回だけ実施した場合、すなわち、電磁弁７の通電ＯＮ、ＯＦＦを１噴射行程中に１回だけ行った場合には、図５に示したように、略矩形状（スクエア型）の噴射率波形となる。ここで、図７はスクエア型の噴射率波形を得た場合のシミュレーション（実験）結果を示した図である。このシミュレーションは、コモンレール圧（ジャーク圧）を１００ＭＰａとし、増圧比を２．５として行ったもので、電磁弁７の通電ＯＮ、ＯＦＦを制御して、スクエア型の噴射率波形を得ている。
【００６４】
ハ）噴射率波形の形状をブーツ型とする時
エンジンの当該気筒のピストン位置が上死点近傍となり、エンジンの当該気筒の指令噴射時期となったら、図６に示したように、電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電（ＯＮ）を開始する。すると、ステータコアおよびムービングコア６３が磁化されるため、スプリング６５の付勢力に抗してムービングコア６３がステータコアの吸引部に吸引される。これにより、電磁弁７のスプール弁６４がスプリング６５の付勢力に抗してバルブケース６６の弁座より離座する第２位置（フルリフト位置）に位置制御されるため、コモンレール２の分岐管１９からシリンダ４のピストン制御室３２内に燃料を導入する燃料導入通路４２、４３が遮断される。
【００６５】
これによって、電磁弁７が第１位置から第２位置に切り替えられると、上述したように、ピストン制御室３２内の油圧力が低下するため、増圧ピストン５がリフトを開始し、増圧室３３内の油圧力の上昇に伴ってノズル油溜り部２６内の油圧力が上昇し、ノズルニードル１２が弁座より離座する。したがって、燃料噴射ノズル１は、電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電（ＯＮ）を開始してから所定の開弁遅れ時間が経過した後に、燃料噴射ノズル１が開弁する（実開弁時期）。これにより、ノズル油溜り部２６とノズル噴孔部１４とが連通し、ノズルハウジング１１の先端側に設けられた複数の噴孔１５が開かれて、複数の噴孔１５からエンジンの当該気筒の燃焼室内への燃料噴射が開始される。このとき、増圧ピストン５のリフト位置に対応して増圧された高圧燃料がエンジンの当該気筒の燃焼室内へ噴射される。
【００６６】
その後に、指令噴射時期から第１所定時間が経過した時点で、図６に示したように、電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電を停止（ＯＦＦ）する。その後に、第２所定時間が経過した時点（例えばノズルニードル１２が実際に開弁する実開弁時期に到達した時点）で、図６に示したように、電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電（ＯＮ）を再開する。その後に、指令噴射時期から指令噴射量に対応する指令噴射期間（電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電時間）が経過した時点で、図６に示したように、電磁弁７のソレノイドコイル６１への通電を停止（ＯＦＦ）する。
【００６７】
したがって、電磁弁７の位置制御を２回以上実施した場合の噴射率波形、すなわち、電磁弁７の通電ＯＮ、ＯＦＦを１噴射行程中に２回以上行った場合の噴射率波形は、図６に示したように、ブーツ型となる。ここで、図８はブーツ型の噴射率波形を得た場合のシミュレーション（実験）結果を示した図である。このシミュレーションは、コモンレール圧（ジャーク圧）を１００ＭＰａとし、増圧比を２．５として行ったもので、電磁弁７の通電ＯＮ、ＯＦＦを２回以上繰り替えして、ブーツ型の噴射率波形を得ている。
【００６８】
ここで、本実施例では、燃料噴射ノズル１からエンジンの当該気筒の燃焼室内への燃料噴射を増圧室３３内の油圧力で制御しているので、図６および図８に示したようなブーツ型の噴射率波形を得るためには、燃料噴射初期に低い燃料の噴射圧力を得る必要が有る。すなわち、燃料噴射期間の初期において低圧の燃料を噴射し、所定時間経過後に高圧の燃料を噴射することで、初期噴射率を抑えたブーツ型の噴射率波形を得る必要が有る。このために、本実施例では、増圧室３３内の油圧力を、ノズル開弁圧より少し大きい圧力になるように、ピストン制御室３２内の油圧力を制御し、その後にピストン制御室３２内の油圧力を燃料タンク３の内部圧力（タンク圧）に略等しくなるようにスロットル弁６を大きくストロークさせて、燃料排出通路４５〜４７の開口面積を大きく拡げるように制御する。
【００６９】
また、電磁弁７の位置制御（通電ＯＮ、ＯＦＦの切り替え）を１回だけ行うだけで、ブーツ型の噴射率波形が得られるように、スロットル弁６の開弁面積特性（可変絞り弁の絞り特性）を設定する。つまり略一定の値をとるストローク期間を長くするようにしても良い。しかし、より好適には、図７および図８のシミュレーション結果にも示したように、電磁弁７の位置制御を１回だけ行った時には、スクエア型の噴射率波形が得られるようにし（図５参照）、電磁弁７の位置制御を２回以上行った時には、ブーツ型の噴射率波形が得られるようにする（図６参照）ことが望ましい。
【００７０】
なお、スクエア型の噴射率波形とブーツ型の噴射率波形との切り替え条件としては、エンジン回転速度、指令噴射量を選ぶことができる。また、燃料噴射後期に、燃料噴射ノズル１のノズルニードル１２の閉弁速度を増速して噴射切れ（シャープカット）を向上させる目的で、コモンレール２からピストン制御室３２内に導入する燃料の流速を速くしたり、ピストン背圧室３１内から排出される燃料の流速を速くしたりしても良い。これは、燃料導入通路４１に低圧側の燃料タンク３に連通する燃料排出通路を例えばＴ字型またはＹ字型に接続し、その燃料排出通路に油圧作動式の可変絞り弁や油圧作動式の２位置切換弁等の弁装置を設置したり、燃料導入通路４２、４３に油圧作動式の可変絞り弁等の弁装置を設置したりして、電磁弁７の電気的な操作を介してその弁装置を駆動することで、電磁弁等のアクチュエータを追加することなく実現できる。
【００７１】
［実施例１の効果］
以上のように、本実施例の増圧ピストン型燃料噴射装置においては、コスト的な実現性から電磁弁７を１個だけ使用しながらも、電磁弁７の位置制御に伴って油圧作動式のスロットル弁６のストローク量を制御することで、シリンダ４のピストン制御室３２内から燃料タンク３に制御流体としての燃料を排出するための燃料排出通路４５〜４７の開口面積が調整されるため、ピストン制御室３２内から燃料タンク３に排出される燃料の流速を制御することができる。これにより、ピストン制御室３２内の油圧力を可変制御することができるので、ピストン背圧室３１内の油圧力とピストン制御室３２内の油圧力との圧力差が調整され、戻しスプリング３６の付勢力に抗して燃料増圧機構の増圧ピストン５のリフト量を可変制御することができる。そして、増圧ピストン５のリフト量に対応して燃料噴射ノズル１のノズル油溜り部２６内に導入される燃料の油圧力を微調整することができる。
【００７２】
したがって、燃料噴射ノズル１の複数の噴孔１５からエンジンの当該気筒の燃焼室内に噴射供給される燃料噴射量の調量制御を、径の異なる増圧ピストン５を備えた燃料増圧機構のピストン制御室３２の内部圧力を制御して行うことができる。つまり、燃料噴射ノズル１より噴射される燃料噴射量の調量を、増圧ピストン５のリフト量を制御して増圧燃料圧力を制御することで行うことができる。そして、増圧燃料圧力の制御は、ピストン制御室３２内から燃料タンク３に排出される燃料の流速を制御して行うことができる。これによって、燃料増圧機構の増圧ピストン５のリフト量の制御と燃料噴射ノズル１のノズルニードル１２のリフト量の制御とを実施することができるので、システム構成が簡単で部品点数が少なく、また、システム全体の小型化を図ることができる。
【００７３】
また、エンジンの当該気筒（のインジェクタ）の１回の噴射量制御期間中に、電磁弁７を１回だけＯＮ、ＯＦＦしたり、あるいは２回以上ＯＮ、ＯＦＦしたりすることで、電磁弁７のスプール弁６４の位置制御を実施することにより、コスト的な実現性から電磁弁７を１個だけ使用しながらも、エンジンの運転状態または運転条件に対応して噴射率波形の形状を制御することができる。例えば排気ガス浄化の規制に対応した最適な噴射率波形（ブーツ型の噴射率波形やデルタ型の噴射率波形）を得ることができる。
【００７４】
さらに、エンジンの当該気筒（のインジェクタ）の１回の噴射量制御期間中に、電磁弁７を１回だけＯＮ、ＯＦＦする制御パターン（例えばスプール弁６４の制御位置を第１位置→第２位置→第１位置の順に切り替えてスクエア型の噴射率波形を得る場合：図５参照）と電磁弁７を２回以上ＯＮ、ＯＦＦを繰り返す制御パターン（例えばスプール弁６４の制御位置を第１位置→第２位置→第１位置→第２位置→第１位置の順に切り替えてブーツ型の噴射率波形を得る場合：図６参照）とを、エンジンの運転状態または運転条件に対応して選択することで、コスト的な実現性から電磁弁７を１個だけ使用しながらも、エンジンの運転状態または運転条件に対応した最適な噴射率波形に切り替えることができるので、エンジンの燃焼状態が良好となり、エミッションを改善でき、低燃費となる。ここで、例えばブーツ型やデルタ型の噴射率波形を得た場合には、燃料噴射開始時に初期噴射率を抑制することができるので、排気ガス中の窒素酸化物の排出量を減少させることが可能となる。また、例えばスクエア型、ブーツ型やデルタ型の噴射率波形を得た場合には、燃料噴射終了時に噴射切れ（シャープカット）を向上させることができるので、スモークやパティキュレートの発生を抑制することが可能となる。
【００７５】
ここで、燃料噴射ノズル１のノズルニードル１２を全閉状態から開弁方向に移動させる時（燃料噴射初期）に、例えば燃料噴射ノズル１のノズル油溜り部２６内の燃料の油圧力の上昇速度を抑制するか、あるいは例えば燃料噴射ノズル１のノズル油溜り部２６内の燃料の油圧力をノズル開弁圧よりも少しだけ上昇するように、電磁弁７の位置制御を実施すると、燃料噴射開始時の初期噴射率を抑制でき、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減することができる。また、燃料噴射ノズル１のノズルニードル１２を全開状態から閉弁方向に移動させる時（燃料噴射後期）に、例えば燃料噴射ノズル１のノズル油溜り部２６内の燃料の油圧力が急激に下降するように、電磁弁７の位置制御を実施すると、燃料噴射ノズル１のノズルニードル１２が迅速に閉弁して噴射切れ（シャープカット）を向上でき、スモークやパティキュレートの発生を抑制することができる。したがって、エンジンより排出される排気ガスのエミッションの低減を図ることができる。
【００７６】
また、例えば燃料噴射を実施していない場合には、高圧燃料が燃料噴射ノズル１から低圧側へ漏れないようにすることで、リーク燃料を少なくすることができるので、使用燃料量が燃料噴射量×増圧比を大きく超えることはない。また、仮に燃料噴射ノズル１の図示上端部に、燃料増圧機構を搭載して、１個のインジェクタを構成した場合でも、電磁弁７を１個だけ使用するだけで良いので、インジェクタの体格が大型化することはない。
【実施例２】
【００７７】
図９および図１０は本発明の実施例２を示したもので、図９は増圧ピストン型燃料噴射装置を示した図で、図１０はスロットル弁の開弁面積特性を示した図である。
【００７８】
本実施例では、スロットル弁６のストローク量を連続的に可変制御することが可能な電磁式流量制御弁９を搭載している。この電磁式流量制御弁９は、スロットル弁６のバルブ５３を、電気的な操作を介して駆動する電磁式アクチュエータであって、通電されると起磁力を発生するソレノイドコイル７１と、このソレノイドコイル７１の通電時に磁化されるステータコア７２およびムービングコア７３と、このムービングコア７３と一体的に軸線方向に動作するバルブ（弁体）７４と、このバルブ７４を閉弁方向に付勢するスプリング７５と、バルブ７４を収容するバルブケース７６とを有している。なお、ステータコア７２には、ムービングコア７３を吸引する吸引部が設けられている。また、ソレノイドコイル７１は、バルブ７４を燃料排出通路４９の上流端に設けた弁孔７７の開口面積を大きくする側（開弁方向）に駆動する弁体駆動手段として機能する。また、スプリング７５は、バルブ７４を弁孔７７の開口面積を小さくする側（閉弁方向）に付勢する弁体付勢手段として機能する。
【００７９】
電磁式流量制御弁９は、ソレノイドコイル７１への駆動電流値に応じてバルブ７４のリフト量を制御することにより燃料排出通路５０、４９、４７の途中に設けられた弁孔７７の開口面積を可変制御するもので、弁孔７７の開口面積の可変制御に伴ってスロットル弁６の圧力制御室３７内の油圧力を増減制御することによって、スロットル弁６のバルブ５３のストローク量を、圧力制御室３７内から排出される燃料の流速または流量に対応して、あるいは圧力制御室３７内に導入される燃料の流速または流量およびスプリング５４の付勢力に対応してリニアに増減させることができる。
【００８０】
ここで、本実施例のスロットル弁６のストローク量（リフト量）に対する開弁面積特性は、図１０に示したように、リフト開始初期からプレリフト量（例えば０．１ｍｍ）に到達するまでリフト量の増加に対して略一定の傾き（弁孔５１の開口面積を比較的に小さくする第１の傾き）をとり、その後にプレリフト量よりも大きくなると、リフト量の増加に対して略一定の傾き（弁孔５１の開口面積を比較的に大きくする、第１の傾きよりも急角度の第２の傾き）をとる。なお、本実施例の燃料導入通路４３の途中には、逆止弁３８が介装され、また、燃料通路４８の途中には、通路断面積を絞るための固定絞り（オリフィス）７９が介装されている。
【００８１】
［変形例］
本実施例では、ディーゼルエンジン等の内燃機関（エンジン）の各気筒毎に対応して搭載される燃料噴射ノズル１のノズルニードル１２のリフト量を制御すると共に、燃料噴射ノズル１毎に対応して搭載される燃料増圧機構の増圧ピストン５のリフト量を制御するアクチュエータとして、２位置３方弁よりなる電磁弁７や電磁式流量制御弁９を用いた例を説明したが、充放電エネルギーに対応して伸縮動作を行う圧電式アクチュエータを使用しても良い。
【００８２】
本実施例では、本発明の内燃機関用燃料噴射装置を、コモンレール式燃料噴射システムに組み込まれて、増圧ピストン５を備えた増圧ピストン型燃料噴射装置に適用した例を説明したが、コモンレール２等の蓄圧器または蓄圧配管を持たず、燃料供給ポンプから燃料供給配管を経由して直接燃料噴射ノズル１および燃料増圧機構に低圧燃料を圧送供給するタイプの増圧ピストン型燃料噴射装置に適用しても良い。また、低圧燃料を吐出する燃料供給ポンプ（燃料圧送手段）として、列型燃料噴射ポンプや分配型燃料噴射ポンプを用いても良い。
【００８３】
本実施例では、燃料噴射ノズルとして、ノズル噴孔部（サックボリューム）１４を形成する円頂部に複数の噴孔１５を設けた燃料噴射ノズル１を採用したが、燃料噴射ノズルとして、ノズルニードル１２が着座するシート面（弁座）で複数の噴孔が開口する燃料噴射ノズルを採用しても良い。この場合には、サックボリュームを設けても、また、設けなくても構わない。また、ノズルニードル１２と一体的に連動するコマンドピストンをノズルハウジング１１内に摺動自在に設置して、ノズル背圧室２７内の油圧力をコマンドピストンが受圧するように構成しても良い。また、燃料噴射ノズルとして、ノズルニードルのリフト量に応じて噴孔の開口面積を可変させる可変噴孔ノズルやツインニードル式の燃料噴射ノズル、あるいはノズルニードルの移動量を２段階（プレリフト量とフルリフト量と）に切り替える２スプリング式の燃料噴射ノズルを採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】増圧ピストン型燃料噴射装置の全体構成を示した構成図である（実施例１）。
【図２】（ａ）、（ｂ）は燃料噴射ノズルの概略構成を示した断面図である（実施例１）。
【図３】油圧作動式のスロットル弁を示した断面図である（実施例１）。
【図４】スロットル弁のリフト量に対する流体排出通路の開口面積を示したグラフである（実施例１）。
【図５】ノズルリフト量、ノズル噴孔部圧の変化を示したタイミングチャートである（実施例１）。
【図６】ノズルリフト量、ノズル噴孔部圧の変化を示したタイミングチャートである（実施例１）。
【図７】図５のシミュレーション結果を示したタイミングチャートである（実施例１）。
【図８】図６のシミュレーション結果を示したタイミングチャートである（実施例１）。
【図９】増圧ピストン型燃料噴射装置を示した構成図である（実施例２）。
【図１０】スロットル弁のリフト量に対する流体排出通路の開口面積を示したグラフである（実施例２）。
【符号の説明】
【００８５】
１  燃料噴射ノズル
２  コモンレール
３  燃料タンク
４  シリンダ
５  増圧ピストン
６  油圧作動式のスロットル弁（弁装置）
７  電磁弁（アクチュエータ、電磁式アクチュエータ、２位置３方弁）
９  電磁式流量制御弁（アクチュエータ、電磁式アクチュエータ）
１２  燃料噴射ノズルのノズルニードル（弁体）
１３  スプリング（ニードル付勢手段）
２６  燃料噴射ノズルのノズル油溜り部
２７  燃料噴射ノズルのノズル背圧室
３１  シリンダのピストン背圧室
３２  シリンダのピストン制御室
３３  シリンダの増圧室
３４  増圧ピストンの大径ピストン
３５  増圧ピストンの小径プランジャ
３６  戻しスプリング（ピストン付勢手段）
３７  スロットル弁の圧力制御室
４１  燃料導入通路（流体導入通路、第１流体導入通路）
４２  燃料導入通路（第２流体導入通路）
４３  燃料導入通路（第２流体導入通路）
４６  流体排出通路
４７  流体排出通路
６１  電磁弁のソレノイドコイル（弁体駆動手段）
６４  電磁弁のスプール弁（弁体）
６５  電磁弁のスプリング（弁体付勢手段）
７１  電磁式流量制御弁のソレノイドコイル（弁体駆動手段）
７４  電磁式流量制御弁のバルブ（弁体）
７５  電磁式流量制御弁のスプリング（弁体付勢手段）
【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】
2006170034.tif 000009
【図８】
2006170034.tif 000010
【図９】
2006170034.tif 000011
【図１０】
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