(57)【要約】【課題】  一つの燃料噴射弁で噴霧の特性、形状等の切換えられる機能を有する構成を簡素化可能な燃料噴射装置を提供する。【解決手段】  第１噴孔２１および第２噴孔２２を有するノズルボディ１１と、ノズルボディ１１内に移動可能に配置され、第１噴孔２１を開閉する第１ニードル３１、および第２噴孔２２を開閉する第２ニードル３２を有するノズルニードル３０と、ノズルニードル３０に協働可能な可動コア５０と、可動コア５０に軸方向に対峙し、磁性体からなるコア６０と、可動コア５０およびコア６０に磁力を作用可能な駆動コイル７０と、コア６０を反可動コア側に吸引および反発可能な磁化部材８０とを備え、ノズルニードル３０は、第１噴孔２１および第２噴孔２２の噴孔面積を独立して増減させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１噴孔および第２噴孔を有するノズルボディと、
前記ノズルボディ内に移動可能に配置され、前記第１噴孔を開閉する第１ニードル、および前記第２噴孔を開閉する第２ニードルを有するノズルニードルと、
前記ノズルニードルに協働可能な可動コアと、
前記可動コアに軸方向に対峙し、磁性体からなるコアと、
前記可動コアおよび前記コアに磁力を作用可能な駆動コイルと、
前記コアを反可動コア側に吸引および可動コア側に反発可能な磁化部材とを備え、
前記ノズルニードルは、前記第１噴孔および前記第２噴孔の噴孔面積を独立して増減させることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記磁化部材は、前記コアの反可動コア側に配置された永久磁石であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記コアと前記永久磁石との間には、磁性体が配設されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記第１ニードルと前記第２ニードルを、内外に二重に配置していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記駆動コイルへの通電方向を、前記第１ニードルを吸引するときと、前記第２ニードルを吸引するときとで逆転させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置において、
前記ノズルニードルは、前記第１ニードルおよび前記第２ニードルのうち、いずれか一方のニードルが前記可動コアと協働し、他方のニードルが前記コアと協働することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置において、
前記第１ニードルと前記第２ニードルとを当接させて前記第１ニードルおよび前記第２ニードルを開弁方向に移動させることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置は、
吸気ポートと、
前記吸気ポートの壁面に着座および離座する二つの吸気弁と、
前記吸気弁が離座することで前記吸気弁と前記壁面との隙間から前記吸気ポート内を流れる空気を導く燃焼室とを備える内燃機関に用いられ、
前記二つの吸気弁のうち一方が離座しているときには前記第１ニードルを開弁方向に移動させ、
前記二つの吸気弁の両方が離座しているときには前記第１ニードルおよび前記第２ニードルを開弁方向に移動させることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置は、
気筒内に直接燃料が供給される内燃機関に用いられ、
成層燃焼運転時には前記第１ニードルを開弁方向に移動させ、
均質燃焼運転時には前記第１ニードルおよび前記第２ニードルを開弁方向に移動させることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項１０】
前記駆動コイルへの通電方向を切換える切換手段を備えていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
【請求項１１】
二つの吸気弁と、前記吸気弁の開時に空気を導く燃焼室とを備える内燃機関に用いられ、前記内燃機関へ燃料を噴射する燃料噴射装置において、
前記燃料の噴射方向を略一方方向に噴射する第１噴孔群、および前記第１噴孔群の噴射方向と異なる噴射方向に噴射する第２噴孔群を有するノズルボディと、
前記第１噴孔群を開閉する第１ニードル、および前記第２噴孔群を開閉する第２ニードルを有するノズルニードルと、
前記第１ニードルおよび前記第２ニードルのリフト量を可変にするリフト可変手段とを備え、
前記リフト可変手段は、
前記二つの吸気弁のうち一方が弁運転を休止しているときには前記第１ニードルを開弁させ、
前記二つの吸気弁の両方が弁運転しているときには前記第１ニードルおよび前記第２ニードルを開弁させることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項１２】
気筒内に直接燃料が供給される内燃機関に用いられ、前記内燃機関へ燃料を噴射する燃料噴射装置において、
前記燃料の噴射方向を略一方方向に噴射する第１噴孔群、および前記第１噴孔群の噴射方向と異なる噴射方向に噴射する第２噴孔群を有するノズルボディと、
前記第１噴孔群を開閉する第１ニードル、および前記第２噴孔群を開閉する第２ニードルを有するノズルニードルと、
前記第１ニードルおよび前記第２ニードルのリフト量を可変にするリフト可変手段とを備え、
前記リフト可変手段は、
前記内燃機関を成層燃焼運転するときには前記第１ニードルを開弁させ、
前記内燃機関を均質燃焼運転するときには前記第１ニードルおよび前記第２ニードルを開弁させることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項１３】
前記リフト可変手段は、
前記第１ニードルおよび前記第２ニードルの開弁時におけるリフト量を、
前記第１ニードルの開弁時におけるリフト量より大きく形成するようにしていることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料噴射装置としては、例えば燃料を直接、内燃機関の筒内すなわち燃焼室に噴射する燃料噴射弁が知られている。この種の燃料噴射弁から供給された燃料は、燃焼室において空気と混合され、燃焼室内に可燃混合気を形成する。燃焼室内の可燃混合気はピストン運動により圧縮された後、点火プラグ等の点火装置により着火燃焼し、内燃機関の動力として利用されている。燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の特性、形状は、機関運転状態により最適な状態がある。
【０００３】
その実現手段として、特許文献１は、気筒に設けた二つの燃料噴射弁を用いて噴霧形状を切換える技術を開示している。第１の燃料噴射弁は圧縮行程中にピストン頂部に形成されたキャビティ内へいわゆる成層燃焼に適した燃料噴射が可能なものであり、第２の燃料噴射弁は第１燃料噴射弁に比べて点火プラグ側に噴射可能で主に吸気行程中に噴射し、均質燃焼に適したものである。
【０００４】
特許文献２は、噴孔プレートに形成された噴孔の開口面積を可変にする技術が開示されている。この特許文献２の開示する従来技術によると、噴孔プレートを圧電素子で構成しこれに電圧を加えて噴孔プレートを膨張または縮小させることで、噴孔を縮小または拡径に可変するようにしている。
【特許文献１】特開２００１−２１４７４４号公報
【特許文献２】特開平１１−１０７８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術では、例えば成層燃焼に適した燃料噴霧と均質燃焼に適した燃料噴霧に切換えるなど、一つの燃料噴射弁を用いて真に機関運転状態などに求められる噴霧形状に切換えることは難しい。
【０００６】
また、近年、可変噴孔技術の要望があるが、上記特許文献２などの従来技術では、例えば噴射用ソレノイド以外に、圧電素子などを設けることが必要となるため、システムの複雑化を招き、コストアップは避けられないという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、一つの燃料噴射弁で噴霧の特性、形状等の切換えられる機能を有する構成を簡素化可能な燃料噴射装置を提供することにある。
【０００８】
また、別の目的は、一つの燃料噴射弁で噴霧の特性、形状等の切換えられる機能を有する構成の簡素化が図れるとともに、燃料の噴射方向の変更または噴射の一部禁止が可能な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】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。請求項１乃至請求項１０に記載の燃料噴射装置では、第１噴孔および第２噴孔を有するノズルボディと、ノズルボディ内に移動可能に配置され、第１噴孔を開閉する第１ニードル、および第２噴孔を開閉する第２ニードルを有するノズルニードルと、ノズルニードルに協働可能な可動コアと、可動コアに軸方向に対峙し、磁性体からなるコアと、可動コアおよびコアに磁力を作用可能な駆動コイルと、コアを反可動コア側に吸引および反発可能な磁化部材とを備え、ノズルニードルは、第１噴孔および第２噴孔の噴孔面積を独立して増減させることを特徴としている。
【００１０】
これによると、ノズルボディに設けられている第１噴孔および第２噴孔は、それぞれ、ノズルニードルを構成する第１ニードルおよび第２ニードルにより開閉される。さらに、これら第１ニードルおよび第２ニードルを駆動する駆動手段として、可動コアと、可動コアに軸方向に対峙し、磁性体からなるコアと、可動コアおよびコアに磁力を作用可能な駆動コイルと、例えばその磁力の磁極方向に応じてコアを、反可動コア側に吸引および可動コア側に反発可能な磁化部材とを有し、第１噴孔および第２噴孔の噴孔面積が独立して増減されるようにしている。これにより、磁化部材、駆動コイルなどの電磁駆動部による簡素な構成によって、第１ニードルおよび第２ニードルを駆動し第１噴孔および第２噴孔の噴孔面積を独立して切換えることができるので、一つの燃料噴射弁で噴霧の特性、形状等の切換えられる機能を有する構成の簡素化が図れる。
【００１１】
なお、磁化部材は、着磁された永久磁石、あるいは駆動コイルとは別のコイルなど、所定の磁力が発生するように磁化されるものであればいずれの部材であってもよい。
【００１２】
特に、本発明の請求項２に記載の燃料噴射装置では、磁化部材は、コアの反可動コア側に配置された永久磁石であることを特徴としている。
【００１３】
第１ニードルおよび第２ニードルを駆動する駆動手段において、磁化部材が例えば電流供給により磁力発生するコイルなどの駆動部材である場合には、駆動コイルを駆動するための消費電力量以外に、駆動部材を駆動するための消費電力量が必要となる。これに対して請求項２に記載の燃料噴射装置では、着磁され、常に所定の磁力が発生するように磁化された永久磁石を磁化部材として用いるので、噴霧の特性、形状等の切換えられる機能を有する燃料噴射装置を駆動するための消費電力量の低減が図れる。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の燃料噴射装置では、コアと永久磁石との間には、磁性体が配設されていることを特徴としている。
【００１５】
これによると、コアと永久磁石との間には、磁性体が配設されていることが好ましい。例えば駆動コイルへの通電により可動コアおよびコアに発生する磁界（磁力の方向）と永久磁石の磁界とが逆方向となる場合には、駆動コイルの磁束の流れは、その磁束の流れに対して磁気抵抗となる永久磁石自身に直接作用せず、永久磁石とコアの間に設けられた磁性体に作用するため、永久磁石の磁束の影響を緩和または除去できる。したがって、駆動コイルに発生する電磁力を効率的に利用することができる。
【００１６】
本発明の請求項４に記載の燃料噴射装置では、第１ニードルと第２ニードルを、内外に二重に配置していることを特徴としている。
【００１７】
これによると、第１ニードルと第２ニードルを内外に二重に配置しているので、第１ニードルと第２ニードルは、第１噴孔、第２噴孔を開閉するためのノズルボディへの着座および離座が独立して実施できる。また、第１噴孔、第２噴孔が複数個有する場合、各第１噴孔、各第２噴孔を、それぞれ周方向に配置することができる。
【００１８】
本発明の請求項５に記載の燃料噴射装置では、駆動コイルへの通電方向を、第１ニードルを吸引するときと、第２ニードルを吸引するときとで逆転させることを特徴としている。
【００１９】
これによると、第１噴孔、第２噴孔を開閉するための方法として、第１ニードルを吸引する場合と、第２ニードルを吸引する場合とで駆動コイルの通電方向を逆転させるだけであるので、可変噴孔が比較的容易に実行できる。
【００２０】
本発明の請求項６に記載の燃料噴射装置では、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置において、ノズルニードルは、第１ニードルおよび第２ニードルのうち、いずれか一方のニードルが可動コアと協働し、他方のニードルがコアと協働することを特徴としている。
【００２１】
これによると、駆動コイルの通電によりコアに発生する磁界が磁化部材の磁界と逆方向の場合には、可動コアと協働する一方のニードルに対応する噴孔のみを開口し、その通電方向が逆転されコアの磁界が磁化部材の磁界と同方向になる場合には、コアに協働する他方のニードルに対応する噴孔を開口することができる。
【００２２】
本発明の請求項７に記載の燃料噴射装置では、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置において、第１ニードルと第２ニードルとを当接させて第１ニードルおよび第２ニードルを開弁方向に移動させることを特徴としている。
【００２３】
これによると、第１ニードルおよび第２ニードルのうち一方のニードルを可動コアに協働するように構成するだけで、他方のニードルをコアに直接的に協働するようにしない場合であっても、第１噴孔、第２噴孔を開閉するための第１ニードル、第２ニードルの開弁方向への移動を行うことができる。
【００２４】
本発明の請求項８に記載の燃料噴射装置では、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置は、吸気ポートと、吸気ポートの壁面に着座および離座する二つの吸気弁と、吸気弁が離座することで吸気弁と壁面との隙間から吸気ポート内を流れる空気を導く燃焼室とを備える内燃機関に用いられ、二つの吸気弁のうち一方が離座しているときには第１ニードルを開弁方向に移動させ、二つの吸気弁の両方が離座しているときには第１ニードルおよび第２ニードルを開弁方向に移動させることを特徴としている。
【００２５】
例えば吸気ポート内に燃料を噴射するいわゆるポート噴射においてリーンバーン燃焼をさせたい場合、二つの吸気弁のうち一方の吸気弁を休止させて比較的強いスワールを発生する方法が考えられる。しかしながら、その吸気弁を完全に休止させると、休止した吸気弁にポート噴射された燃料が付着してしまうため、吸気弁を完全に閉じられないという問題がある。
【００２６】
これに対して、請求項８に記載の燃料噴射装置では、二つの吸気弁のうち一方が離座つまり他方が着座し休止している場合には第１ニードルを開弁方向に移動させ、二つの吸気弁の両方が離座している場合には第１ニードルおよび第２ニードルを開弁方向に移動させるので、他方の吸気弁が休止中は第２ニードルに対応する第２噴孔の噴射が休止され、両方の吸気弁が離座している場合には第１ニードルおよび第２ニードルに対応する第１噴孔および第２噴孔の噴射が許容される。したがって、二つの吸気弁のうちいずれかが休止中は、噴射燃料の全体としての噴射方向の変更または一部方向へ噴射の禁止が可能である。
【００２７】
本発明の請求項９に記載の燃料噴射装置では、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置は、気筒内に直接燃料が供給される内燃機関に用いられ、成層燃焼運転時には第１ニードルを開弁方向に移動させ、均質燃焼運転時には第１ニードルおよび第２ニードルを開弁方向に移動させることを特徴としている。
【００２８】
これによると、成層燃焼運転時には第１ニードルを開弁方向に移動させて第１噴孔からの燃料のみを許容し、均質燃焼運転時には第１ニードルおよび第２ニードルを開弁方向に移動させて第１噴孔および第２噴孔の両方の燃料噴射が許容されるので、成層燃焼運転時には一方方向へ噴射でき、均質燃焼運転時には燃料噴射を広く分散させることが可能である。
【００２９】
本発明の請求項１０に記載の燃料噴射装置では、駆動コイルへの通電方向を切換える切換手段を備えていることを特徴としている。
【００３０】
これによると、切換手段によって駆動コイルへの通電方向を切換えるので、コア
あるいは可動コアの磁極を反転させることができる。
【００３１】
本発明の請求項１１に記載の燃料噴射装置では、二つの吸気弁と、吸気弁の開時に空気を導く燃焼室とを備える内燃機関に用いられ、内燃機関へ燃料を噴射する燃料噴射装置において、燃料の噴射方向を略一方方向に噴射する第１噴孔群、および第１噴孔群の噴射方向と異なる噴射方向に噴射する第２噴孔群を有するノズルボディと、第１噴孔群を開閉する第１ニードル、および第２噴孔群を開閉する第２ニードルを有するノズルニードルと、第１ニードルおよび第２ニードルのリフト量を可変にするリフト可変手段とを備え、リフト可変手段は、二つの吸気弁のうち一方が弁運転を休止しているときには第１ニードルを開弁させ、二つの吸気弁の両方が弁運転しているときには第１ニードルおよび第２ニードルを開弁させることを特徴としている。
【００３２】
これによると、燃料の噴射方向を略一方方向に噴射する第１噴孔群、および第１噴孔群の噴射方向と異なる噴射方向に噴射する第２噴孔群を有するノズルボディと、第１噴孔群を開閉する第１ニードル、および第２噴孔群を開閉する第２ニードルを有するノズルニードルとを備えるので、例えば第１噴孔群から噴射される燃料を二つの吸気弁の他方へ供給し、第２噴孔群から噴射される燃料を一方へ供給することが可能である。さらに、第１ニードルおよび第２ニードルのリフト量を可変にするリフト可変手段は、二つの吸気弁のうち一方が弁運転を休止しているときには第１ニードルを開弁させ、二つの吸気弁の両方が弁運転しているときには第１ニードルおよび第２ニードルを開弁させるので、一方の吸気弁が弁運転を休止しているときには一方の吸気弁への燃料供給を休止し、第１噴孔群から他方の吸気弁へ燃料供給ができる。
【００３３】
本発明の請求項１２に記載の燃料噴射装置では、気筒内に直接燃料が供給される内燃機関に用いられ、内燃機関へ燃料を噴射する燃料噴射装置において、燃料の噴射方向を略一方方向に噴射する第１噴孔群、および第１噴孔群の噴射方向と異なる噴射方向に噴射する第２噴孔群を有するノズルボディと、第１噴孔群を開閉する第１ニードル、および第２噴孔群を開閉する第２ニードルを有するノズルニードルと、第１ニードルおよび第２ニードルのリフト量を可変にするリフト可変手段とを備え、リフト可変手段は、内燃機関を成層燃焼運転するときには第１ニードルを開弁させ、内燃機関を均質燃焼運転するときには第１ニードルおよび第２ニードルを開弁させることを特徴としている。
【００３４】
例えば気筒に搭載され、燃焼室へ燃料を略斜めに噴射する場合において、成層燃焼運転では圧縮行程中にピストン頂部に形成されたキャビティ内等の局部へ噴射する必要がある。一方、均質燃焼運転では吸気行程中に燃焼室全体にわたって広く分散するように噴射する必要がある。
【００３５】
これに対して、請求項１２に記載の燃料噴射装置では、燃料の噴射方向を略一方方向に噴射する第１噴孔群、および第１噴孔群の噴射方向と異なる噴射方向に噴射する第２噴孔群を有するノズルボディと、第１噴孔群を開閉する第１ニードル、および第２噴孔群を開閉する第２ニードルを有するノズルニードルとを備えるので、例えば第１噴孔群からの燃料を燃焼室内の局部に限定して噴射させ、第２噴孔群からの燃料をその局部以外へ噴射させることが可能である。さらに、さらに、第１ニードルおよび第２ニードルのリフト量を可変にするリフト可変手段は、内燃機関を成層燃焼運転するときには第１ニードルを開弁させ、内燃機関を均質燃焼運転するときには第１ニードルおよび第２ニードルを開弁させるので、成層燃焼運転時には第１噴孔群から燃料が供給され、圧縮行程中の燃焼室内局部に向かって燃料噴射でき、均質燃焼運転時には第１噴孔群および第２噴孔群の両方から燃料が供給され、吸気行程中の燃焼室内全体にわたって広く分散するように燃料噴射できる。
【００３６】
なお、気筒に略中央に搭載され、燃焼室の中央に向けて燃料を噴射する場合には、第１噴孔群の噴射方向と第２噴孔群の噴射方向は略同じ方向であってもよい。この場合であっても、成層燃焼運転時には第１噴孔群から燃料が供給され、圧縮行程中の燃焼室内局部に向かって燃料噴射でき、均質燃焼運転時には第１噴孔群および第２噴孔群の両方から燃料が供給され、吸気行程中の燃焼室内全体にわたって広く分散するように燃料噴射できる。
【００３７】
本発明の請求項１３に記載の燃料噴射装置では、リフト可変手段は、第１ニードルおよび第２ニードルの開弁時におけるリフト量を、第１ニードルの開弁時におけるリフト量より大きく形成するようにしていることを特徴としている。
【００３８】
例えば、気筒内に直接燃料が供給され、内燃機関が成層燃焼運転および均質燃焼運転される場合において、成層燃焼運転は主に内燃機関の中速および中負荷以下等の部分負荷運転域であり、この運転域内で要求される噴射量は比較的小さい。一方、均質燃焼運転は主に内燃機関の高速および高負荷等の高負荷運転域であり、この運転域内で要求される噴射量は比較的大きい。
【００３９】
これに対して、請求項１３に記載の燃料噴射装置では、リフト可変手段は、第１ニードルおよび第２ニードルの開弁時におけるリフト量を第１ニードルの開弁時におけるリフト量より大きく形成しているので、噴射量調量可能な噴射量ダイミックレンジの向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の燃料噴射装置を、具体化した実施形態を図面に従って説明する。
【００４１】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の燃料噴射装置の構成を示す部分的断面図である。図２は、図１中の燃料噴射弁内の燃料経路を示す断面図である。図３は、図１の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルの非通電状態を示す部分的断面図である。図４は、図１の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルへの通電方向の正方向状態を示す部分的断面図である。図５は、図１の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルへの通電方向の逆方向状態を示す部分的断面図である。図６は、本実施形態に係わる電気的構成を示す模式的回路図である。図７は、図６中の電磁コイルへの通電方向を切換える切換手段の切換動作を表す図である。なお、図１において、駆動コイルは非通電状態にある。
【００４２】
燃料噴射装置１は、内燃機関（エンジン）、特にガソリンエンジンに用いられる。燃料噴射装置１は、図１に示すように、エンジンの燃焼室（図示せず）に燃料噴射する燃料噴射弁（インジェクタと呼ぶ）２と、インジェクタ２の噴射動作等を制御する制御手段（以下、ＥＣＵと呼ぶ）１００とを含んで構成されている。
【００４３】
なお詳しくは、インジェクタ２は、例えば多気筒（例えば４気筒）ガソリンエンジン（以下、エンジンと呼ぶ）の吸気ポート等の吸気管または各気筒に取付けられて、気筒内の燃焼室に燃料を噴射供給する。なお、本実施形態では、インジェクタ２は各気筒に設けられているものとする。インジェクタ２には、図示しない燃料ポンプにより加圧された燃料が、燃料分配管（図示せず）を介して供給される。燃料分配管には、一般に、図示しない燃料タンク内の燃料を燃料ポンプ（図示せず）により吸い上げ吐出し、その吐出された燃料が導かれている。なお、吐出される燃料は、図示しないプレーシャレギュレータ等の調圧装置によって所定の圧力に調圧されて、燃料分配管へ送られる。なお、エンジンが直噴エンジンの場合には、内燃機関の燃焼室へ供給する燃料の圧力が約２Ｍｐａ以上とするため、燃料ポンプによって燃料タンクから吸上げられた所定の低圧（例えば０．２Ｍｐａ）の燃料を、図示しない高圧ポンプで加圧し、この加圧された所定の高圧の燃料（例えば、２〜１３Ｍｐａの範囲の所定の燃料）が、燃料分配管を介してインジェクタ２に供給されている。燃料ポンプから吐出される燃料、高圧ポンプから燃料分配管へ供給された燃料は、図示しないプレーシャレギュレータ等の調圧装置によって所定の圧力に調圧されている。なお、以下、本実施例で説明するエンジンは、ガソリン直噴エンジンとする。
【００４４】
まず、インジェクタ２について以下図１および図２に従って説明する。図１および図２に示すように、インジェクタ２は、略円筒形状であり、一端から燃料を受け、内部の燃料通路（図２参照）を経由して他端から燃料を噴射する。インジェクタ２は、燃料の噴射を遮断および許容する弁部Ｂと、弁部Ｂを駆動する電磁駆動部Ｓとを備えており、燃料通路内に流入した燃料を弁部Ｂからエンジンの気筒に噴射供給する。
【００４５】
弁部Ｂは、図１に示すように、弁ボディとしてのノズルボディ１１と、弁部材としてのノズルニードル３０とを含んで構成されている。ノズルボディ１１は、ノズルニードル３０を軸方向に移動可能に収容する案内孔１３と、円錐面１２と、噴孔部２０とを有している。案内孔１３は、ノズルニードル３０と協働可能な可動コア５０を軸方向に移動可能にするように、略丸孔形状などに形成され、可動コア５０を移動可能に保持している。円錐面１２は、内部通路を流れる燃料流れ方向の噴孔部２０側に向けて縮径する内周面に形成されており、案内孔１３の下端部側に接続するように設けられている。円錐面１２には、ニードル３０が離座および着座可能である。なお、円錐面１２は、ニードル３０が離座および着座可能な弁座を構成している。
【００４６】
噴孔部２０は、後述のノズルニードルを二分割する第１ニードル３１、第２ニードル３２にそれぞれ対応する第１噴孔２１、第２噴孔２２を有している。第１噴孔２１および第２噴孔２２は、円錐面１２の略中央側に設けられており、ノズルボディ１１の内外を貫通するように形成されている。第１噴孔２１と第２噴孔２２は、ノズルボディ１１に複数個形成されている。なお、一個形成されるように構成してもよい。なお、第１噴孔２１と第２噴孔２２は、要求される燃料の噴霧の形状、方向、数などに応じて、その大きさ、噴孔軸線の方向、噴孔配列等が決定される。また、噴孔部２２の開口面積（以下、噴孔面積と呼ぶ）は、開弁時の流量を規定する。なお、インジェクタ２の燃料噴射量は、開弁している噴孔の開口面積と、その噴孔に対応するニードルのリフト量と、開弁期間とによって計量されている。
【００４７】
なお、本実施例で説明する第１噴孔２１と第２噴孔２２は、複数個（例えば各１０個）あるものとする。第１噴孔２１と第２噴孔２２は、それぞれ周方向に配置されている。なお、図１および図２では、図面作成の便宜上、各２個を示している。
【００４８】
ノズルニードル３０は、第１ニードル３１と第２ニードル３２とを有している。第１ニードル３１と第２ニードル３２は径方向に分割されており、互いに軸方向移動可能に内外に配置されている。第１ニードル３１には、その内部に第２ニードル３２が軸方向移動可能に配置されている。第１ニードル３１および第２ニードル３２は、それぞれ独立して軸方向移動可能であり、円錐面１２に離座および着座することで第１噴孔２１および第２噴孔２２を開閉する。なお、第１ニードル３１が、第２ニードル３２の内部に軸方向移動可能に配置されていてもよい。なお、第１ニードル３１の当接部と第２にニードル３２の当接部が円錐面１２に当接および離座する。これら当接部は、円錐面１２に当接、離間する円錐面３５、３６であっても、略円筒状に形成された第１ニードル３１、第２にニードル３２の円形状の稜線部３３、３５のいずれでもよい。なお、以下の本実施形態では、円錐面１２に着座および離座する当接部は円形状の稜線部３３、３５とする。
【００４９】
電磁駆動部Ｓは、図１に示すように、可動コア５０、可動コア５０に軸方向に対峙するコア６０、コイル７０、および磁性部材７０とを有する。可動コア５０は磁性ステンレス等の磁性材からなる段付きの略円筒状体である。可動コア５０は第１ニードル３１に固定されており、可動コア５０と第１ニードル３１は協働する。なお、可動コア５０と第１ニードル３１は、図１に示すように別部材を溶接等により一体的に形成されたものに限らず、一体に形成されているものであってもよい。
【００５０】
コア６０は、磁性ステンレス等の磁性材からなる略円筒体である。コア６０は第２ニードル３２に固定されており、コア６０と第２ニードル３２は協働する。コア６０は、筒部材１５の内周１５ａ、１５ｂに軸方向移動可能に収容されている。筒部材１５は磁性材料からなるパイプ材などで形成され、段付き内周１５ａ、１５ｂからなる段差部を有する。段付部は、コア６０の軸方向移動を規制する。なお詳しくは、筒部材１５は内周１５ａより内周１５ｂが大きく形成されている。コア６０の下端部側の外周が内周１５ａに移動可能に保持されている。また、コア６０の上端部側の外周に形成された環状部６２、６３が内周１５ｂに移動可能に保持されており、その軸方向下方側への移動は、環状部６２が段差部に係止されると制限される。
【００５１】
コイル７０は、樹脂製のスプール（図示せず）の外周に所定方向に巻回されている。コイル７０の端部は２つのターミナル（図示せず）として引き出されている。ターミナルは、外部電源等からの電流をコイル７０へ供給する。スプールは、筒部材１５の外周に装着されている。なお、ここで、コイル７０、スプール、ターミナルは、駆動コイルを構成している。なお、コイル７０等の駆動コイルの外周側には、樹脂モールド１９が配置され、ターミナルを収容するコネクタ部（図示せず）が設けられている。
【００５２】
磁化部材（以下、永久磁石と呼ぶ）８０は、フェライト磁石、稀土類磁石、あるいはアルニコ磁石等の磁化された磁性体である。図１に示すように、永久磁石８０は略円筒体に形成され、所定の磁力が発生するように着磁されている。この永久磁石８０は、コア６０の反可動コア５０側に、コア６０に軸方向に対峙して配置されている。
【００５３】
永久磁石８０の磁極としては、コア６０側の端面をＳ極、反コア６０側の端面をＮ極とする磁極配置に限らず、コア６０側の端面をＮ極、反コア６０側の端面をＳ極とする磁極配置であってもよい。なお、コア６０側の端面をＳ極、反コア６０側の端面をＮ極とする磁極配置する前者に代えて、コア６０側の端面をＮ極、反コア６０側の端面をＳ極とする磁極配置する後者の構成とする場合には、永久磁石８０による磁力と駆動コイルによる電磁力の関係が前者と同じになるように、後者におけるＥＣＵ１００による駆動コイルへの通電方向を反転させる。
【００５４】
なお、以下本実施形態で説明する永久磁石８０の磁極配置は、コア６０側の端面をＳ極、反コア６０側の端面をＮ極とする（図３参照）。
【００５５】
コア６０の下端面と可動コア５０のスプリング座５０ｓとの間には、付勢手段としてのスプリング５９が配置されている。このスプリング５９は、稼動コア５０をノズルボディ１１の噴孔部２０側に向けて付勢している。
【００５６】
なお、本実施形態では、コア６０と永久磁石８０との間には、図１に示すように、磁性体１７を設けることが好ましい。磁性体１９は、永久磁石のように着磁により磁化されるものではなく、比較的磁化され易く、残留磁気が少ない軟磁性材料などの磁性材を使用する。例えば駆動コイルへの通電方向によっては、可動コア５０およびコア６０に発生する磁界（磁力の方向）と永久磁石８０の磁界とが逆方向となる場合がある。この場合、上記磁性体１７を設けることにより、駆動コイルの磁束の流れは、その磁束の流れに対して磁気抵抗となる永久磁石８０自身に直接作用することなく、永久磁石８０とコア６０の間に設けられた磁性体１７に作用する。したがって、永久磁石８０の磁束の影響を緩和または除去できるので、駆動コイルに発生する電磁力を効率的に利用することができる。
【００５７】
なお、上述の磁性体１７を永久磁石８０とコア６０の間に配置する場合、着磁により磁化された永久磁石８０に代えて、磁性体１７が、コア６０の永久磁石８０側方向（図１では軸方向上方）への移動量を規制する機能を有する。なお、磁性体１７の下端面１７ａは、コア６０にほぼ全面で当接する略平面形状に限らず、コア６０の一部に当接するように略円環状の段差（図示せず）を有する段付平面のものであってもよい。なお、磁性体１７の下端面１７ａ形状をコア６０の一部に当接するように構成するものでは、コア６０が磁性体１７の磁力によって一旦は連結した場合であっても、コア６０の磁性を逆転させたときに、磁性体１７からコア６０の連結を解除して離脱させ易くなる。
【００５８】
さらになお、本実施形態では、コア６０をノズルボディ１１の噴孔部２０側に向けて付勢する付勢手段（以下、スプリング）６９を有するように構成することが好ましい。具体的には、スプリング６９は、図１に示すように、インジェクタ２の一端側の内部燃料通路内に固定されたブッシュ（図示せず）と、コア６０の間に挟み込まれており、コア６０を段差部に向けて所定の付勢力で付勢している。
【００５９】
なお、インジェクタ２の内部燃料通路は、図２に示すように、燃料の流れの上流から下流に向かって、永久磁石８０の内周と、磁性体１７の内周と、コア６０の内周６１と、第２ニードル３２の軸方向通路３２ａと、第２ニードル３２の径方向通路３２ｋと、可動コア５０の径方向通路５０ｋと、案内孔１３と第１ニードル３１とで形成される燃料通路の順で構成されており、これらは、噴孔部２０へ向かう燃料の流れ経路を構成している。
【００６０】
ＥＣＵ１００は、図示しないリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、入力ポート、出力ポートを相互に双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータとして構成されている。このＥＣＵ１００は、バッテリ等の電源を用いて、インジェクタ２のターミナルへの通電開始および通電停止を行なうことで、インジェクタ２への通電期間を制御する。エンジンの回転速度、吸気管圧力（または吸入空気量）、冷却水温等のエンジンの運転状態を検出する図示しない各種センサの信号を読み込み、エンジン用の各種プログラム（図示せず）に従って、インジェクタ２の電磁駆動部Ｂの動作を制御する（図１参照）。
【００６１】
本実施形態の燃料噴射装置１における電気的構成を、図６および図７に従って説明する。ＥＣＵ１００は、エンジンの運転状態を検出する各種センサの信号に基づいて、インジェクタ２（詳しくは駆動コイル）の二つのターミナルに所定の方向の電流を供給する。ＥＣＵ１００は、図６に示すように、制御部１００ａと、通電方向切換え回路１００ｂとを有する。なお、制御部１００ａは上記説明のマイクロコンピュータであるので説明を省略する。
【００６２】
通電方向切換え回路１００ｂは、インジェクタ２の駆動コイル（詳しくはコイル７０）を中心とし、四つのスイッチング素子（以下、トランジスタと呼ぶ）ＴＲ１、ＴＲ２、ＴＲ３、ＴＲ４によりＨブリッジ回路を組んだ構成となっている。所定方向に巻回されたコイル７０の一端側は、直列接続された、バッテリ電源電圧Ｖｂ側の第１のトランジスタＴＲ１と、接地側の第２のトランジスタＴＲ１との中間点に接続されている。また、コイル７０の他端側は、直列接続された、バッテリ電源電圧Ｖｂ側の第３のトランジスタＴＲ３と、接地側の第４のトランジスタＴＲ４との中間点に接続されている。この通電方向切換え回路１００ｂでは、図７に示すように、第１のトランジスタＴＲ１のベース端子と第４のトランジスタＴＲ４のベース端子に対する通電のみをＯＮにすることにより、コイル７０へ流れる電流の方向が所定方向となる。また、第２のトランジスタＴＲ２のベース端子と第３のトランジスタＴＲ３のベース端子に対する通電のみをＯＮにすることにより、コイル７０へ流れる電流の方向が、所定方向とは逆転し、反所定方向となる。なお、以下の本実施形態の説明では、所定電流方向を正方向、反所定電流方向を逆方向と呼ぶ。
【００６３】
なお、ここで、ＥＣＵ１００は、システムを制御する手段の一つとして、インジェクタ２の駆動コイルへの通電方向を切換える切換手段を有する。この切換え手段は、通電方向を切換えることで、コイル７０に流れる電流方向を正方向から逆方向へ、あるいは逆方向から正方向へ切換えられる。
【００６４】
上述の構成を有する燃料噴射装置１の動作、特にインジェクタ２の作動について以下図３から図５に従って説明する。図３から図５はＥＣＵ１００から駆動コイル（詳しくはコイル７０）へ供給されるバッテリ電源等の電流の方向を、電池の向きで模式的に表す。まず、駆動コイルへの非通電状態（図３参照）、駆動コイルへの通電方向が正方向状態（図４参照）、駆動コイルへの通電方向が逆方向状態（図５参照）についてそれぞれ説明する。なお、図３から図５において、矢印方向は磁界（磁束の流れ）の方向を示す。
【００６５】
（１）図５に示す駆動コイル（詳しくはコイル７０）の非通電状態では、永久磁石８０の磁束の流れは、磁性体１７を通って閉回路を形成する。永久磁石８０の磁力は、磁性体１７を通じてコア６０に及ばないため、コア６０を永久磁石８０に吸引する吸引力は生じない。一方、駆動コイルは非通電状態にあるため、コイル７０には電磁力は生じていないため、第１ニードル３１および第２ニードル３２は、それぞれスプリング５９、スプリング６９によって円錐面（弁座）１２へ押付けられている。その結果、インジェクタ２は閉弁し、第１噴孔３１および第２噴孔３２から燃料が噴射されることはない。
【００６６】
なお、スプリング６９の付勢力によってコア６０が筒部材１５の段差部に向けて付勢されているため、この付勢力によってコア６０が段差部に係止されている。そのため、コア６０の移動位置が軸方向移動の下限位置（以下、低リフト状態に制限する位置と呼ぶ）に規制されている。
【００６７】
（２）図４に示す駆動コイルへの通電方向が正方向の状態では、コイル７０に通電され、コイル７０には電磁力が発生する。さらに、駆動コイルへの通電方向が正方向に設定されているため、コア６０の永久磁石８０側端面の磁極がＳ極となって、永久磁石のコア２３側端面の磁極のＮ極と反発する関係となる。その結果、コア６０は低リフト状態に制限する位置に維持される。
【００６８】
一方、コイル７０によって磁化されたコア６０は可動コア５０を引きつけ、第１ニードル３１を円錐面（弁座）１２から離座させて、第１噴孔２１からの燃料噴射が許容される。このとき、コア６０によって可動コア５０に固定される第１ニードル３１のリフト量Ｈは低リフト状態に制限される（Ｈ＝ＨＤ１）。第２ニードル３２は円錐面（弁座）１２へ押付けられており、第２噴孔２２からの燃料噴射が遮断されている。
【００６９】
このとき、コア６０には、永久磁石８０による磁力（以下、定常磁力と呼ぶ）に対して反発するコイル７０の電磁力が作用している。このコイル７０の電磁力すなわち磁束の流れは、図４に示すように、永久磁石８０自体に直接作用せず、磁性体１７に作用する。その結果、コイル７０の磁束の流れは、その磁束の流れに対して磁気抵抗となる永久磁石８０の磁束の流れに妨げられない。そのため、永久磁石８０とコア６０との間に磁性体１７を配置せず、永久磁石８０とコア６０を軸方向に直接対峙させる構成を有するインジェクタに比べて、コイル７０に発生する電磁力を約半分程度にしても、同等以上の動作力を得ることが可能である。
【００７０】
なお、ここで、永久磁石８０の磁力で形成する磁気回路とコイル７０の電磁力で形成する磁気回路は、永久磁石８０とコア６０との間に挟まれた磁性体１７を通じて、それぞれ閉回路を形成する。
【００７１】
（３）図５に示す駆動コイルへの通電方向が逆方向の状態では、駆動コイルへの通電方向を正方向から逆方向に切換えられるため、コイル７０に発生する電磁力による磁界の方向は、永久磁石８０に常に生じる磁界の方向と同じとなる。このとき、コア６０には、永久磁石８０による定常磁力に加えてコイル７０の電磁力をバイアスされた磁力が作用する。その結果、コア６０は磁性体１７側に引きつけられて、磁性体１７の下端面１７ａに係止される。そのため、コア６０の移動位置が軸方向移動の上限位置（以下、高リフト状態に制限する位置と呼ぶ）に規制される。
【００７２】
一方、コイル７０と永久磁石８０によって磁化されたコア６０は可動コア５０を引きつけ、第１ニードル３１のリフト量Ｈを高リフト状態にする（Ｈ＝ＨＤ２）。また、コア６０の下限位置から上限位置への移動によって、コア６０に固定される第２ニードル３２が円錐面（弁座）１２から離座し、第２噴孔２２から燃料噴射が許容される。このとき、第２ニードル３２のリフト量Ｈは高リフト状態（Ｈ＝ＨＤ２）に制限される（ＨＤ２＞ＨＤ１）。その結果、第１噴孔３１および第２噴孔３２からの燃料噴射が許容される。
【００７３】
なお、駆動コイルへの通電方向を正方向状態あるいは逆方向状態に設定する際、コイル７０に巻回方向に従って流れる電流は軸方向の一方方向に作用する磁界を発生する。正方向状態から逆方向状態に駆動コイルへの通電方向を切換えると、コア６０に加わる磁界の方向つまり磁力の方向は反転する。この磁力の反転によってもコア６０を軸方向に変位するように作用することは可能である。
【００７４】
上述のインジェクタ２の作動説明によると、インジェクタ２が非通電の状態では第１ニードル３１および第２ニードル３２が円錐面（弁座）１２に着座（以下、閉弁と呼ぶ）し、第１噴孔２１および第２噴孔２２からの燃料の噴射が遮断されている。次に、インジェクタ２の駆動コイルへの通電方向が正方向の状態では、コイル７０の電磁力によりコア６０に作用する磁界（磁力の方向）と永久磁石８０の磁界とが逆方向になり反発する関係にあるため、コア６０の移動位置が低リフト状態に制限する位置（下限位置）に規制される。そのため、コイル７０の電磁力により可動コア５０がコア６０に引きつけられて、可動コア５０に協働している第１ニードル３１のみが円錐面（弁座）１２から離座（以下、開弁と呼ぶ）する。その結果、通電方向が正方向の状態では第１噴孔２１からの噴射のみが許容される。一方、駆動コイルへの通電方向が切換えられ、逆方向の状態では、コア６０に作用する磁界（磁力の方向）と永久磁石８０の磁界とが同方向になるため、コア６０が永久磁石８０側に引きつけられ、コア６０の移動位置が高リフト状態に制限する位置（上限位置）で規制される。そのため、コア６０に協働している第２ニードル３２も開弁する。その結果、通電方向が逆方向の状態では第１噴孔２１および第２噴孔２２の両方からの噴射が許容される。
【００７５】
次に燃料噴射装置１の全体動作を説明する。ＥＣＵ１００は各種センサの信号からエンジンの運転状態を検出する。そして、ＥＣＵ１００は、検出したエンジンの運転状態に基いて、その運転状態に適した噴孔部２０（詳しくは第１噴孔２１および第２噴孔２２）から燃料噴射する噴霧形状、特性等の噴射パターンを判断する。その運転状態に適した噴射パターンが第１噴孔２１のみから噴射するものであるとＥＣＵ１００が判断した場合には、ＥＣＵ１００は通電方向切変え回路１００ｂの第１および第４のトランジスタＴＲ１、ＴＲ４をオン動作させ、駆動コイルへの通電方向を正方向にする。その結果、コア６０の移動位置を低リフト状態に制限する位置に規制して、第１ニードル３１のみを開弁し、第１ニードル３１のリフト量ＨをＨ＝ＨＤ１に制御する。一方、その運転状態に適した噴射パターンが第１噴孔２１および第２噴孔２２から噴射するものであるとＥＣＵ１００が判断した場合には、ＥＣＵ１００は通電方向切変え回路１００ｂの第２および第３のトランジスタＴＲ２、ＴＲ３をオン動作させ、駆動コイルへの通電方向を逆方向にする。その結果、コア６０の移動位置を高リフト状態に制限する位置に規制して、第１ニードル３１および第２ニードル３２の両方を開弁し、第１ニードル３１および第２ニードル３２のリフト量ＨをＨ＝ＨＤ２に制御する。
【００７６】
なお、リフト量を変化させることで、例えば燃料噴射のための開口面積が変わるため、単位時間当りの噴射量を変化させることが可能である。その結果、コイル７０への通電期間を調節することでインジェクタ２から噴射される噴射量が調整される。さらに、コイル７０への通電期間が同一であっても、リフト量Ｈを、Ｈ＝ＨＤ１あるいはＨ＝ＨＤ２のいずれかに設定することによって噴射量を変化させることができる。
【００７７】
この様に、ＥＣＵ１００（詳しくは通電方向切換え回路１００ｂ）によって駆動コイルへの通電方向を切換えることで、コア８０の極性（磁極）を反転させられる。コア８０の極性を反転させると、永久磁石８０の定常磁力とコイル７０の電磁力がバイアスした磁力、あるいは永久磁石８０の定常磁力に反発するコイル３１の電磁力のいずれかがコア６０に作用する。コア６０にバイアスした磁力が作用する場合には、永久磁石８０側（詳しくは磁性体１７の下端面１７ａ）に吸引され、コア６０の軸方向上方へ移動可能な上限位置（高リフト状態に制限する位置）に規制される。一方、永久磁石８０に反発するコイル７０の電磁力がコア６０に作用する場合には、コア７０は反永久磁石８０側つまり円錐面（弁座）１２側に押付けられ、コア６０の軸方向下方へ移動可能な下限位置（低リフト状態に制限する位置）に規制される。なお、コア６０および可動コア５０には駆動コイルの電磁力が作用可能である。低リフト状態（図４参照）および高リフト状態（図５参照）のいずれも、コイル７０へ通電し、コイル７０に電磁力を発生する。この電磁力によって可動コア２５を引きつけられる。
【００７８】
なお、ここで、永久磁石８０と、通電方向切換え回路１００ｂは、コア６０あるいは可動コアの磁極を反転させ、コア６０または可動コア５０を変位動作させるリフト量変更手段を構成する。コア６０の変位動作により可動コア５０の変位量つまり第１ニードル３１のリフト量Ｈを、ＨＤ２からＨＤ１へ、あるいはＨＤ１からＨＤ２へ変化させることができる。また、コア６０自身（詳しくは高リフト状態に制限する位置へ）の変位により第２ニードル３２のリフト量ＨをＨＤ２へ変化させられる。
【００７９】
なお、ここで、コア６０、永久磁石８０、および通電方向切換回路１００ｂは、第１ニードル３１および第２ニードル３２のリフト量を可変にするリフト可変手段を構成する。このリフト可変手段６０、８０、１００ｂによって、インジェクタ２のリフト量が低リフト状態（Ｈ＝ＨＤ１）と高リフト状態（Ｈ＝ＨＤ２）に切換えられる。
【００８０】
次に、本実施形態の作用効果を説明すると、（１）ノズルボディ１１に設けられている第１噴孔２１および第２噴孔２２は、それぞれ、ノズルニードル３０を構成する第１ニードル３１および第２ニードル３２により開閉される。さらに、これら第１ニードル３１および第２ニードル３２を軸方向に駆動する駆動手段として、可動コア５０と、可動コアに軸方向に対峙し、磁性体からなるコア６０と、可動コア５０およびコア６０に磁力を作用可能な駆動コイルと、その磁力の磁極方向に応じてコア６０を、反可動コア５０側に吸引および可動コア５０側に反発可能な永久磁石８０とを有している。これにより、永久磁石８０、駆動コイルなどの電磁駆動部Ｓによる簡素な構成によって、第１ニードル３１および第２ニードル３２を駆動し第１噴孔２１および第２噴孔２２の噴孔面積を独立して切換えることができる。したがって、一つのインジェクタ２で噴霧の特性、形状等の噴射パターンを切換えられる機能を有する構成の簡素化が図れる。
【００８１】
（２）なお、永久磁石８０は、常時磁力が発生している永久磁石などの着磁されたものに限らず、駆動コイル（詳しくはコイル７０）とは別のコイルなどのようなものであってもよく、所定の磁力が発生するように磁化されるものであればいずれの部材であってもよい。
【００８２】
上記コイルなどのように電流供給により磁力発生する部材（以下、駆動部材と呼ぶ）の場合には、駆動コイルを駆動するための消費電力量以外に、駆動部材を駆動するための消費電力量が必要となる。これに対して本実施形態は永久磁石８０を用いるので、噴霧の特性、形状等の噴射パターンを切換えられる機能を有する燃料噴射装置１を駆動するための消費電力量の低減が図れる。
【００８３】
（３）なお、本実施形態では、コア６０と永久磁石８０との間には、磁性体１７が配置されていることが好ましい。駆動コイルへの通電（詳しくは通電方向が正方向の状態）により可動コア５０およびコア６０に発生する磁界（磁力の方向）と永久磁石８０の磁界とが逆方向となる場合には、駆動コイルの磁束の流れは、その磁束の流れに対して磁気抵抗となる永久磁石８０自身に直接作用せず、磁性体１７に作用するため、永久磁石８０の磁束の影響を緩和または除去できる。したがって、駆動コイルに発生する電磁力を効率的に利用することができる。
【００８４】
（４）なお、本実施形態では、ノズルニードル３０は、第１ニードル３１と第２ニードル３２とを有しており、第１ニードル３１と第２ニードル３２は径方向に分割されるように内外に配置されている。これにより、第１ニードル３１と第２ニードル３２を内外に二重に配置しているので、第１ニードル３１と第２ニードル３２は、第１噴孔３１、第２噴孔３２を開閉するためのノズルボディ１１の円錐面（弁座）１２への着座および離座が独立して実施できる。また、第１噴孔２１、第２噴孔２２が複数個有する場合、各第１噴孔２１、各第２噴孔２２を、それぞれ周方向に配置する設計自由度が高められる（例えば、後述の第４の実施形態から第７の実施形態を参照）。
【００８５】
（５）なお、本実施形態では、駆動コイルへの通電方向を、第１ニードル３１を可動コア５０を介して吸引するときと、第２ニードル３２をコア６０を介して吸引するときとで逆転させるようにしている。これにより、第１噴孔２１、第２噴孔２２を開閉するための方法として、第１ニードル３１を吸引する場合と、第２ニードル３２を吸引する場合とで駆動コイルの通電方向を逆転させるだけであるので、可変噴孔が比較的容易に実行できる。
【００８６】
なお、本実施形態では、第１ニードル３１が可動コア５０と協働し、第２ニードル３２がコア６０と協働する構成としたが、ノズルニードル３０の構成としてこの構成に限らず、第１ニードル３１および第２ニードル３２のうち、いずれか一方のニードルが可動コア５０と協働し、他方のニードルがコア６０と協働するように構成してもよい。この様な構成であっても、駆動コイルの通電によりコア６０に発生する磁界が永久磁石８０の磁界と逆方向の場合には、可動コア５０と協働する一方のニードルに対応する噴孔のみを開口し、その通電方向が逆転されコア６０の磁界が磁化部材の磁界と同方向になる場合には、コア６０に協働する他方のニードルに対応する噴孔を開口することができる。
【００８７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態を、図８に従って説明する。なお、以下の説明では、第１の実施形態と同じもしくは均等の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。図８は、本実施形態の燃料噴射装置の構成を表す部分的断面図である。なお、図８において、コア６０は低リフト状態に制限する位置に規制されている。
【００８８】
第２の実施形態では、第１の実施形態で説明したコア６０が第２ニードル３２に固定され協働する関係にあるものに代えて、図８に示すように、可動コア１５０を第２ニードル１３２に固定し協働するものとする。なお詳しくは、可動コア１５０は、第２ニードルを内部に移動可能に収容せず、内周１５１に第２ニードル３２を接合等により固定している。
【００８９】
第２ニードル１３２は、図８に示すように、段付きの略円筒状体に形成されており、下端部側の外周が上端部側の外周より大きく形成されている。第１ニードル１３１は、略円筒状に形成されており、その内周が、第２ニードル１３２を軸方向に移動可能に保持するように、段付き内周に形成されている。第２ニードル１３２の外周側に形成された段差部１３２ｓと、第１ニードル１３１の内周側に形成された段差部１３１ｓとは互いに係止可能に配置されている。
【００９０】
また、第１ニードル１３１は、可動コア１５０と直接固定されてはおらず、可動コア１５０とは軸方向に所定隙間だけ離れて配置されている。また、この可動コア１５０とコア６０は、図８に示すように、軸方向に隙間δ２だけ離れて配置されている。段差部１３２ｓと段差部１３１ｓとは軸方向に隙間δ３だけ離れて配置されている。なお、隙間δ１、δ２と低リフト状態のリフト量ＨＤ１の関係はＨＤ１＝δ２に設定され、隙間δ３と低リフト量ＨＤ１、高リフト量ＨＤ２＝δ１＋δ２の関係はＨＤ２≧δ３≧ＨＤ１に設定されている。なお、隙間δ１は、コア６０と磁性体１７間のエアギャップ（コア６０の移動可能量）である。
【００９１】
上述の構成を有する燃料噴射装置１におけるインジェクタ２の作動について以下説明する。（１）駆動コイルの非通電状態では、第１ニードル１３１および第２ニードル１３２が閉弁し、第１噴孔２１および第２噴孔２２からの燃料の噴射が遮断されている。なお、このとき、コア６０は低リフト状態に制限する位置（下限位置）に規制されている。
【００９２】
（２）駆動コイルへの通電方向が正方向の状態では、コイル７０の電磁力によりコア６０に作用する磁界（磁力の方向）と永久磁石８０の磁界とが逆方向になり反発する関係にあるため、コア６０は低リフト状態に制限する位置に規制されたままである。そのため、コイル７０の電磁力により可動コア１５０がコア６０に引きつけられて、可動コア１５０に協働している第２ニードル１３２のみが開弁する。その結果、通電方向が正方向の状態では第２噴孔２２からの噴射のみが許容される。このとき、第２ニードル１３２のリフト量Ｈは低リフト状態（Ｈ＝ＨＤ１）に制限される。
【００９３】
（３）駆動コイルへの通電方向が切換えられ、逆方向の状態では、コア６０に作用する磁界と永久磁石８０の磁界とが同方向になるため、コア６０が永久磁石８０側に引きつけられ、コア６０が高リフト状態に制限する位置（上限位置）に規制される。一方、可動コア１５０はコア６０に引きつけられているので、第２ニードル１３２のリフト量Ｈは低リフト状態（Ｈ＝ＨＤ１）から変位し、高リフト状態（Ｈ＝ＨＤ２）で制限されるようになる。このとき、隙間δ３≦ＨＤ２に設定されているため、第１ニードル１３１の段差部１３１ｓに第２ニードル１３２の段差部１３２ｓが当接し、第１ニードル１３１が第２ニードル１３２に係止される。第２ニードル１３２に係止されると、第１ニードル１３１が開弁する。その結果、第１噴孔２１および第２噴孔２２の両方からの燃料噴射が許容される。
【００９４】
以上説明した本実施形態によれば、可動コア１５０に第２ニードル１３２が協働しており、コア６０の移動位置に応じて第２ニードル１３２と第１ニードル１３１は当接し係止される関係にあるので、コア６０に対して第１ニードル１３１および第２ニードル１３２が直接的に協働する関係にない場合であっても、第１噴孔２１、第２噴孔２２を開閉するための第１ニードル１３１、第２ニードル１３２の開弁方向への移動を行うことができる。したがって、上記のような構成であっても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。なお、第１ニードルは弾性部材により閉弁方向に付勢されていてもよい。
【００９５】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、第１の実施形態で説明した第１ニードル３１および第２ニードル３２の互いに軸方向に移動可能な関係に代えて、図９に示すように、第２ニードル２３２を第１ニードル２３１の内部に収容し、第１ニードルと第２ニードルの相対移動を所定の隙間δ３範囲内に制限するようにする。図９は、本実施形態の燃料噴射装置の構成を表す部分的断面図である。
【００９６】
可動コア２５０は第１ニードル２３１に固定されており、可動コア２５０と第１ニードル２３１は協働する。可動コア２５０の内周には筒状のブッシュ５８が固定されており、ブッシュ５８の上端面側とコア６０との間にはスプリング５９が挟み込まれて配置されている。ブッシュ５８の下端面と第２ニードル２３２の上端面の間には、スプリング３９が挟み込まれて配置されている。スプリング３９は第２ニードル２３２を円錐面（弁座）１２側に向けて付勢している。
【００９７】
第２ニードル２３２は、図９に示すように、段付きの略円筒状体に形成されており、上端部側の外周が下端部側の外周より大きく形成されている。第１ニードル２３１は、略円筒状に形成されており、その内周が、第２ニードル２３２を上記隙間δ３の範囲で軸方向に移動可能に保持するように、段付き内周に形成されている。第２ニードル２３２の外周側に形成された段差部２３２ｓと、第１ニードル２３１の内周側に形成された段差部２３１ｓとは互いに係止可能に配置されている。
【００９８】
また、可動コア２５０とコア６０は、図９に示すように、軸方向に隙間δ４だけ離れて配置されている。段差部２３２ｓと段差部２３１ｓとは軸方向に隙間δ５だけ離れて配置されている。なお、隙間δ４、δ５と低リフト状態のリフト量ＨＤ１、ＨＤ２の関係は、それそれ、ＨＤ１＝δ４に、ＨＤ２≧δ５≧ＨＤ１に設定されている。
【００９９】
上述の構成を有する燃料噴射装置１におけるインジェクタ２の作動について以下説明する。（１）駆動コイルの非通電状態では、第１ニードル２３１および第２ニードル２３２が閉弁し、第１噴孔２１および第２噴孔２２からの燃料の噴射が遮断されている。なお、このとき、コア６０は低リフト状態に制限する位置（下限位置）に規制されている。
【０１００】
（２）駆動コイルへの通電方向が正方向の状態では、コイル７０の電磁力によりコア６０に作用する磁界（磁力の方向）と永久磁石８０の磁界とが逆方向になり反発する関係にあるため、コア６０は低リフト状態に制限する位置に規制されたままである。そのため、コイル７０の電磁力により可動コア２５０がコア６０に引きつけられて、可動コア２５０に協働している第１ニードル２３１のみが開弁する。その結果、通電方向が正方向の状態では第１噴孔２１からの噴射のみが許容される。このとき、第１ニードル１３２のリフト量Ｈは低リフト状態（Ｈ＝ＨＤ１）に制限される。
【０１０１】
（３）駆動コイルへの通電方向が切換えられ、逆方向の状態では、コア６０に作用する磁界と永久磁石８０の磁界とが同方向になるため、コア６０が永久磁石８０側に引きつけられ、コア６０が高リフト状態に制限する位置（上限位置）に規制される。一方、可動コア２５０はコア６０に引きつけられているので、第１ニードル２３２のリフト量Ｈは低リフト状態（Ｈ＝ＨＤ１）から変位し、高リフト状態（Ｈ＝ＨＤ２）で制限されるようになる。このとき、隙間δ５≦ＨＤ２に設定されているため、第２ニードル２３２の段差部１３２ｓに第１ニードル２３１の段差部２３１ｓが当接し、第２ニードル２３２が第１ニードル２３１に係止される。第１ニードル２３１に係止されると、第２ニードル１３２が開弁する。その結果、第１噴孔２１および第２噴孔２２の両方からの燃料噴射が許容される。
【０１０２】
以上説明した本実施形態によれば、可動コア２５０に第１ニードル２３１が協働しており、コア６０の移動位置に応じて第１ニードル２３１と第２ニードル２３２は当接し係止される関係にあるので、コア６０に対して第１ニードル２３１および第２ニードル２３２が直接的に協働する関係にない場合であっても、第１噴孔２１、第２噴孔２２を開閉するための第１ニードル２３１、第２ニードル２３２の開弁方向への移動を行うことができる。したがって、上記のような構成であっても、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１０３】
（第４の実施形態）
以下、第１の実施形態に説明した第１噴孔２１および第２噴孔２２の配列などの配置の他の実施形態を図１０および図１１に従って説明する。第４の実施形態では、第１噴孔２１および第２噴孔２２を、図１１（ａ）に示すように配置する。図１０は、本実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の一実施例を示す模式図であって、図１０（ａ）は弁部に有する第１噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１０（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。図１１は、本実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の他の実施例を示す模式図であって、図１１（ａ）は弁部に有する第１噴孔および第２噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１１（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。なお、図１０および図１１中において、Ｆ１およびＦ２はそれぞれ、第１噴孔２１、第２噴孔２２から噴射された燃料つまり燃料噴流を示している。
【０１０４】
図１１（ａ）に示すように、第１噴孔２１および第２噴孔２２は、各複数個有し、周方向に配置されている。第１噴孔２１および第２噴孔２２は、二重円上に設けられている。なお、ここで、第１噴孔２１は外周側噴孔群を構成し、第２噴孔２２は内周側噴孔群を構成している。
【０１０５】
第１噴孔２１および第２噴孔２２は、それぞれの噴孔軸がインジェクタ２（詳しくは弁部Ｂ）の中心軸線（図示せず）に対して所定の傾斜角θ１、θ２を有しており、その中心軸線から離れる方向に向かって傾斜している。第１噴孔２１の傾斜角θ１は、第２噴孔２２の傾斜角θ２に比べて小さく（θ１＜θ２）形成されており、互いに噴孔軸が交差している。
【０１０６】
その交差度合いは、第１噴孔２１と第２噴孔２２から噴射された燃料（燃料噴流）Ｆ１、Ｆ２が衝突する衝突点において、燃料噴流Ｆ１、Ｆ２に対してほぼ二等分垂直面上に、燃料噴流Ｆ１、Ｆ２が合流して形成される薄液膜状の燃料噴流Ｆ３が広がる程度の交差であることが好ましい。なお、衝突点は、図１１（ｂ）に示すように噴霧の噴霧到達距離（ペネトレーション）に比べれば、弁部Ｂ（第１噴孔２１および第２噴孔２２）の下流側直下の比較的近くに形成されている。
【０１０７】
なお、図１１（ａ）中の径方向に隣接する噴孔を組として、周方向には、環状に形成された他の組の噴孔が配置されている。
【０１０８】
上述の構成を有する燃料噴射装置１におけるインジェクタ２の作動について以下説明する。
【０１０９】
（１）インジェクタ２の駆動コイルへの通電方向が正方向の状態では、第１ニードル３１のみが開弁し、第１噴孔２１からの噴射のみが許容される（図１０（ａ）参照）。第１噴孔２１の傾斜角θ２が比較的小さい（θ１＜θ２）ため、第１の噴孔２１つまり外周側噴孔群から噴射されて形成される噴霧（噴流Ｆ１群）は、比較的広がりの小さな略中空円錐状の噴霧（図１０（ｂ）参照）、となる。なお、このとき、第１ニードル３１のリフト量Ｈは低リフト状態（Ｈ＝ＨＤ１）にある。
【０１１０】
（２）駆動コイルへの通電方向が切換えられ、逆方向の状態では、第２ニードル３２も開弁し、第１噴孔２１および第２噴孔２２の両方からの噴射が許容される（図１１（ａ）参照）。第１の噴孔２１および第２噴孔２２から噴射され各噴流Ｆ１、Ｆ２が合流して形成される噴霧（噴流Ｆ３群）は、比較的広がりの大きな略中空円錐状の噴霧（図１１（ｂ）参照）となる。この噴霧（噴流Ｆ３群）は、薄液膜状の燃料噴流Ｆ３から形成されているので、空気との接触面積の拡大が図れる。なお、このとき、第１ニードル３１および第２ニードル３２のリフト量Ｈは高リフト状態（Ｈ＝ＨＤ２）にある。
【０１１１】
以上説明した本実施形態によれば、駆動コイルへの通電方向が正方向の状態では、第１噴孔２１から燃料Ｆ１を噴射し、その燃料噴流Ｆ１で形成される噴霧形状を、比較的小さな広がりを有する略中空円錐状などのコンパクトな噴霧形状に形成できる。駆動コイルへの通電方向が切換えられ、逆方向の状態では、第１噴孔２１および第２噴孔２２から燃料Ｆ１、Ｆ２を噴射し、その合流噴流Ｆ３で形成される噴霧形状を、比較的大きな広がりを有する略中空円錐状などの広く分散した噴霧形状に形成できる。
【０１１２】
エンジン運転状態において、例えばアイドル運転等低負荷（詳しくは比較的低負荷側かつ比較的低速側）状態では、燃費重視されるため、成層燃焼させるようにし、高速運転等高負荷（詳しくは比較的高負荷側もしくは比較的高速側）の状態では、出力重視されるため、均質燃焼させるようにする場合がある。この場合、駆動コイルへの通電方向を切換えることで、成層燃焼運転時には、第１噴孔２１からのみ燃料を噴射させ、エンジンの例えばピストンの頂部のキャビティなどに向けて、比較的小さな広がりを有する噴霧を形成することできる。均質燃焼運転時には、第１噴孔２１および第２噴孔２２の両方から燃料を噴射させ、筒内（燃焼室内）に比較的大きな広がりを有する噴霧を形成することできる。
【０１１３】
（第５の実施形態）
第５の実施形態では、第４の実施形態で説明した第１噴孔２１および第２噴孔２２において、第１噴孔２１と第２噴孔２２から噴射された燃料（燃料噴流）Ｆ１、Ｆ２が衝突しないように、図１３（ｂ）に示すように、第１噴孔２１と第２噴孔２２とをいわゆる千鳥状に配置する。図１２は、本実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の一実施例を示す模式図であって、図１２（ａ）は弁部に有する第１噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１２（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。図１３は、本実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の他の実施例を示す模式図であって、図１３（ａ）は弁部に有する第１噴孔および第２噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１３（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。
【０１１４】
図１３（ａ）に示すように、第１噴孔２１と第２噴孔２２は、周方向の位置を互いにずらされて配置されている。
【０１１５】
以上説明した本実施形態によれば、駆動コイルへの通電方向が正方向の状態では、第１噴孔２１から燃料Ｆ１を噴射し（図１２（ａ）参照）、その燃料噴流Ｆ１で形成される噴霧形状を、比較的小さな広がりを有する略中空円錐状の噴霧形状（図１２（ｂ）参照）に形成できる。駆動コイルへの通電方向が切換えられ、逆方向の状態では、第１噴孔２１および第２噴孔２２から燃料Ｆ１、Ｆ２を噴射し（図１３（ａ）参照）、各燃料噴流Ｆ１、Ｆ２で形成される噴霧が内外に二重に配置される（図１３（ｂ）参照）。具体的には、比較的大きな広がりを有する略中空円錐状の噴霧（噴流Ｆ２群）の内部に、比較的小さな広がりを有する略中空円錐状の噴霧（噴流Ｆ１群）が配置される。その結果、これら噴霧は、全体として空気との接触面積の拡大が図れる。
【０１１６】
この様な構成にしても、第４の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１１７】
（第６の実施形態）
第６の実施形態では、第５の実施形態で説明した第１噴孔２１および第２噴孔２２を、内外に二重の噴霧を形成可能な配置に代えて、図１５（ｂ）に示すように、第１噴孔２１の噴霧と第２噴孔２２の噴霧で噴霧全体の燃料噴射方向が異なるように配置する。図１４は、本実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の一実施例を示す模式図であって、図１４（ａ）は弁部に有する第１噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１４（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。図１５は、本実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の他の実施例を示す模式図であって、図１５（ａ）は弁部に有する第１噴孔および第２噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１５（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。
【０１１８】
図１５（ａ）に示すように、第１噴孔２１と第２噴孔２２は、周方向の位置を互いにずらされて配置されている。第１噴孔２１の噴孔軸は、全体として図１５（ａ）の右方向に向かって噴射されるように配置されている。第２噴孔２２の噴孔軸は、全体として図１５（ａ）の左方向に向かって噴射されるように配置されている。
【０１１９】
この様な構成にしても、第５の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１２０】
成層燃焼運転時にはプラグなどの点火装置方向に向けて噴射させ、均質燃焼時には気筒（燃焼室）内全体的に広く分散させたい場合がある。この場合、成層燃焼運転時には、第１噴孔２１からのみ燃料を噴射させ、プラグ方向に向かって比較的小さな広がりを有する噴霧（図１４（ｂ）参照）を形成することできる。均質燃焼運転時には、第１噴孔２１および第２噴孔２２の両方から燃料を噴射させ、各噴霧は比較的小さな広がりを有する噴霧である場合であっても噴霧全体としては筒内（燃焼室内）に広く分散させて形成することできる（図１５（ｂ）参照）。
【０１２１】
（第７の実施形態）
第７の実施形態では、第６の実施形態で説明した第１噴孔２１および第２噴孔２２において、第１噴孔２１および第２噴孔２２の各噴霧を略円錐状に形成するものに代えて、図１７（ｂ）に示すように、異形の偏向噴霧を形成するように配置する。図１６は、本実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の一実施例を示す模式図であって、図１６（ａ）は弁部に有する第１噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１６（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。図１７は、本実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の他の実施例を示す模式図であって、図１７（ａ）は弁部に有する第１噴孔および第２噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１７（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。
【０１２２】
図１７（ａ）に示すように、第１噴孔２１と第２噴孔２２は、それぞれ略半円上に配置され、互いの略半円の周方向の位置が重ならないように配置されている。
【０１２３】
この様な構成にしても、第６の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【０１２４】
（第８の実施形態）
内燃機関の気筒内（詳しくは燃焼室）に燃料を直接噴射する場合において、成層燃焼を実施するために、圧縮行程中に燃料を燃焼室内へ噴射し、点火プラグ等の局部付近に可燃範囲の混合気を形成させ、燃焼室内全体（オーバーオール）で例えば空燃比（Ａ／Ｆ）が２５〜５０）という超希薄な混合気を形成させる必要がある。一方、均質燃焼を実施するために、吸入行程中に燃料を燃焼室内へ噴射し、噴霧をピストンやシリンダ等の燃焼室内壁面に衝突させることなく、燃焼室全体に広く分散させる必要がある。そのため、成層燃焼のための燃料噴射モードと均質燃焼のための燃料噴射モードにおける燃料噴霧の到達距離（以下、ペネトレーション）が異なる場合がある。
【０１２５】
第８の実施形態では、第５実施形態で説明した第１噴孔２１と第２噴孔２２において、図１８（ａ）に示すように、第１噴孔２１の噴孔面積Ａ１を第２噴孔２２の噴孔面積Ａ２より小さく形成する（Ａ１＜Ａ２）ように構成している。図１８は、本実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の一実施例を示す模式図であって、図１８（ａ）は弁部に有する第１噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１８（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。図１９は、本実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の他の実施例を示す模式図であって、図１９（ａ）は弁部に有する第１噴孔および第２噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１９（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。図２０は、実施形態に係わる燃料噴射モードを切換えるための制御処理を示すフローチャートである。図２１は、本実施形態に係わる内燃機関で実行される燃焼形態を設定するためのマップ構成図である。図２２は、本実施形態に係わる内燃機関の燃焼室への噴霧状態の一実施例を示す模式的断面図である。図２３は、本実施形態に係わる内燃機関の燃焼室への噴霧状態の他の実施例を示す模式的断面図である。
【０１２６】
なお、図２２はピストンが下方向（図中の矢印方向）に移動する吸気行程を示し、図２３はピストンが上方向（図中の矢印方向）に移動する圧縮行程を示している。また、図２１は、横軸を内燃機関の回転速度Ｎｅ、縦軸を内燃機関の負荷Ｔを示しており、回転速度Ｎｅ、負荷ＴがほぼＮｅ１、Ｔ１以下の部分負荷等の運転領域では燃焼形態を成層燃焼、その他の領域である高負荷等の運転領域では燃焼形態を均質燃焼とすることを示している。
【０１２７】
第１噴孔２１の噴孔面積Ａ１を第２噴孔２２の噴孔面積Ａ２より小さく形成する（Ａ１＜Ａ２）ので、第１噴孔２１から噴射される燃料Ｆ１のペネトレーションＬ１は、第２噴孔２２から噴射される燃料Ｆ２のペネトレーションＬ２に比べて短くなる。なお、第１噴孔２１の噴孔面積Ａ１を第２噴孔２２の噴孔面積Ａ２より小さくするものに限らず、燃料Ｆ１のペネトレーションＬ１が燃料Ｆ２のペネトレーションＬ２より短くなる噴霧形成手段であればいずれの形成手段であってもよい。
【０１２８】
なお、第１噴孔２１から噴射される燃料の流量は、第１ニードル３１のリフト量の大きさに応じて変化する。したがって、図１８および図２２に示すような成層燃焼運転時では低リフト状態（Ｈ＝ＨＤ１）で噴射され、図１９および図２３に示すような均質燃焼運転時では高リフト状態（Ｈ＝ＨＤ２）で噴射されるので、成層燃焼運転時（詳しくは低リフト状態）に噴射される燃料Ｆ１のペネトレーションＬ１は、均質燃焼運転時（詳しくは高リフト状態）に噴射される燃料Ｆ１のペネトレーションＬ１に比べて短くなる。
【０１２９】
燃料Ｆ１は、比較的小さい噴孔面積Ａ１を有する第１噴孔２１から噴射されるので、微粒化され易い。その結果、燃焼室１０６内の局部（詳しくはキャビティ内１０４ａ）に限定されて噴射される場合（図２２参照）であっても、燃料Ｆ１は微粒化され易いので、燃料Ｆ１は燃料周りの空気との接触面積の拡大が図れ、従って点火プラグ等の点火装置により着火燃焼可能な可燃範囲の混合気に形成可能である。
【０１３０】
なお、エンジン１００は、図２２および図２３に示すように、シリンダブロック１０１と、シリンダヘッド１０２と、ピストン１０４と、シリンダブロック（以下、シリンダと呼ぶ）１０１の内周壁、ピストン１０４、おおびシリンダヘッド１０２の天井内壁とで区画される燃焼室１０６とを備える周知の内燃機関である。なお、ピストン１０４のシリンダ１０１内周壁内における往復運動はコンロッド（図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）の連続回転運動に変換される。ピストン１０４の頂部には、キャビティ１０４ａが凹部状に形成されている。なお、ここで、図２２および図２３では、図面作図上、４気筒のうちの１気筒のみを示しており、図１８および図１９は、図２２および図２３に示す気筒に設けられる燃料噴射弁を示している。
【０１３１】
上述の構成を有する燃料噴射装置１の燃料噴射制御方法、特に燃料噴射モードを切換える方法について、図２０および図２１に従って説明する。図２０に示すように、Ｓ２０１（Ｓはステップ）では、エンジンの回転速度Ｎｅ、吸気管圧力（または吸入空気量）ＰＭ、冷却水温Ｔｗ等のエンジンの運転状態を検出する図示しない各種センサの信号をＥＣＵ１００に読み込む。これらの信号よりエンジン１００の運転状態（詳しくは負荷Ｔと回転速度Ｎｅの関係）を検出する。Ｓ２０２では、検出した運転状態に対応する負荷Ｔと回転速度Ｎｅに基づいて要求される燃焼形態が成層燃焼か否かを判定する。回転速度Ｎｅ、負荷Ｔが部分負荷等（例えばＮｅ１以下、Ｔ１以下）の状態であれば図２１に示すマップに基づいて燃焼形態が成層燃焼であると判定し、Ｓ２０３へ移行する。回転速度Ｎｅ、負荷Ｔが上記部分負荷以外の高負荷等の運転状態であれば図２１に示すマップに基づいて燃焼形態が均質燃焼であると判定し、Ｓ２０４へ移行する。
【０１３２】
Ｓ２０３では、Ｓ２０２で要求される燃焼形態が成層燃焼であると判定されると、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２のリフト量を低リフト状態（Ｈ＝ＨＤ１）に設定する。詳しくは、ＥＣＵ１００は通電方向切換回路１００ｂにより駆動コイルへの通電方向を正方向に設定する。
【０１３３】
なお、低リフト状態（詳しくは、駆動コイルへの通電方向が正方向の状態）では、第１噴孔２１から燃料Ｆ１を噴射し、燃料噴流Ｆ１のペネトレーションＬ１は、第１噴孔２１の噴孔面積（開口面積）が比較的小さいため比較的短くなり（図１８（ｂ）参照）、圧縮行程中の比較的容積の小さい燃焼室１０６内（詳しくはピストン１０４のキャビティ１０４ａ）に向かって比較的小さな広がり（詳しくは噴霧角α１）を有する噴霧を形成することができる（図２２参照）。
【０１３４】
Ｓ２０４では、Ｓ２０２で要求される燃焼形態が均質燃焼であると判定されると、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２のリフト量を高リフト状態（Ｈ＝ＨＤ２）に設定する。詳しくは、ＥＣＵ１００は駆動コイルへの通電方向を逆方向に設定する。
【０１３５】
なお、高リフト状態（詳しくは、駆動コイルへの通電方向が逆方向の状態）では、第１噴孔２１および第２噴孔２２から燃料Ｆ１、Ｆ２を噴射し（図１９（ａ）参照）、各燃料噴流Ｆ１、Ｆ２で形成される噴霧が内外に二重に配置され（図１９（ｂ）参照）、これら噴霧は、全体として空気との接触面積の拡大が図れる。また、第２噴孔２２の噴孔面積（開口面積）は比較的大きいため、燃料噴流Ｆ２のペネトレーションＬ２は燃料噴流Ｆ１２に比べて長くなる（Ｌ２＞Ｌ１）。その結果、吸気行程中の比較的容積の大きい燃焼室１０６内に比較的大きな広がりα２（α２＞α１）を有する略中空円錐状の噴霧（噴流Ｆ２群）を形成することができる。
【０１３６】
以上説明した本実施形態では、可変リフト手段６０、８０、１００ｂを備え、可変リフト手段６０、８０、１００ｂは、エンジン１００を成層燃焼運転するときには第１ニードル３１を開弁させ、エンジン１００を均質燃焼運転するときには第１ニードル３１および第２ニードル３２を開弁させるので、成層燃焼運転時には第１噴孔２１から燃料Ｆ１が供給され、圧縮行程中の燃焼室１０６内局部に向かって燃料噴射できる。一方、均質燃焼運転時には第１噴孔２１および第２噴孔２２の両方から燃料Ｆ１、Ｆ２が供給され、吸気行程中の燃焼室１０６内全体にわたって広く分散するように燃料噴射できる。
【０１３７】
（第９の実施形態）
２つの吸気弁１０７ａ、１０７ｂと、吸気弁１０７ａ、１０７ｂの開時に空気を導く燃焼室１０６を備えるエンジン１００において、シリンダヘッド１０２などの吸気ポート内に燃料を噴射するいわゆるポート噴射するものがある（図２４（ｂ）参照）。なお、吸気弁１０７ａ、１０７ｂは吸気ポートの壁面に着座および離座することで、吸気弁が閉弁および閉弁される。燃焼室１０６には、吸気弁１０７ａ、１０７ｂが離座することで吸気弁１０７ａ、１０７ｂと壁面との隙間から吸気ポート内を流れる空気が導かれている。
【０１３８】
このポート噴射においてリーンバーン燃焼をさせたい場合、吸気弁１０７ａ、１０７ｂのうち一方の吸気弁を休止させて比較的強いスワールを発生する方法が考えられる。しかしながら、その吸気弁を完全に休止させると、休止した吸気弁にポート噴射された燃料が付着してしまうため、吸気弁を完全に閉じられないという問題がある。
【０１３９】
第９の実施形態では、第６の実施形態で説明した第１噴孔２１および第２噴孔２２を有するインジェクタ２を、図２４（ａ）に示すように、２つの吸気弁１０７ａ、１０７ｂのうち一方の吸気弁１０７ａを一時的に完全閉弁したままとすることが可能なエンジン１００（以下、弁休止機能付エンジンと呼ぶ）に適用する。図２４は、本実施形態に係わる内燃機関の吸気弁周辺への噴霧状態を示す模式的断面図であって、図２４（ａ）は二つの吸気弁のうち一方が弁運転を休止しているときの噴霧状態、図２４（ｂ）は二つの吸気弁の両方が弁運転しているときの噴霧状態を示す模式的断面図である。図２５は、本実施形態に係わる燃料噴射の制御処理を示すフローチャートである。
【０１４０】
図２４（ａ）および図２４（ｂ）において、吸気弁１０７ａ、１０７ｂがポートの壁面に離座および着座する弁作動が、休止している弁休止状態の場合には、円内をハッチングで示し、一方、通常の弁運転状態の場合には、円内を白抜きで示している。なお、吸気弁１０７ａと吸気弁１０７ｂの休止を区別のため、吸気弁１０７ａ側の円内には符号ＩＮ１、吸気弁１０７ｂ側の円内には符号ＩＮ２を付している。なお、本実施形態では、図２４（ａ）に示すように、吸気弁１０７ａ側の弁作動が休止している。
【０１４１】
上記構成を有する燃料噴射装置１の燃料噴射制御方法について、図２５に従って説明する。図２５に示すように、Ｓ３０１では、エンジンの回転速度Ｎｅ、吸気管圧力（または吸入空気量）ＰＭ、冷却水温Ｔｗ等のエンジンの運転状態を検出する図示しない各種センサの信号をＥＣＵ１００に読み込む。Ｓ３０２では、これらの信号に基づいて、ＥＣＵ１００は要求される運転状態を判定する。これにより、例えば要求される運転状態として、リーンバーン燃焼形態が選択される。この場合、比較的強いスワールを発生させるため、２つの吸気弁のうち一方の吸気弁を休止する弁運転を必要とする。
【０１４２】
Ｓ３０３では、要求運転状態に基いて、２つの吸気弁１０７ａ、１０７ｂの弁運転をするか否かを判断する。要求運転状態がリーンバーン燃焼運転等の吸気弁１０７ａ、１０７ｂのうち一方を休止するものであれば、全運転しないと判定し、Ｓ３０４へ移行する。要求運転状態がリーンバーン燃焼運転等以外のものであれば、吸気弁１０７ａ、１０７ｂとも全運転すると判定し、Ｓ３０６へ移行する。
【０１４３】
Ｓ３０４では、Ｓ３０３で吸気弁１０７ａ、１０７ｂとも全運転すると判定されると、吸気弁１０７ａ（ＩＮ１）、吸気弁１０７ｂ（ＩＮ２）とも弁作動状態にし、Ｓ３０５へ移行する。Ｓ３０５では、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２のリフト量を高リフト状態（Ｈ＝ＨＤ２）に設定する。詳しくは、ＥＣＵ１００は駆動コイルへの通電方向を逆方向に設定する。
【０１４４】
Ｓ３０６では、Ｓ３０３で吸気弁１０７ａ、１０７ｂの全運転をしないと判定されると、吸気弁１０７ａ（ＩＮ１）の弁運転を休止状態にする。一方、吸気弁１０７ｂ（ＩＮ２）は弁作動させ、弁運転状態のままとする。Ｓ３０７では、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２のリフト量を低リフト状態（Ｈ＝ＨＤ１）に設定する。詳しくは、ＥＣＵ１００は駆動コイルへの通電方向を正方向に設定する。
【０１４５】
以上説明した本実施形態では、可変リフト手段６０、８０、１００ｂを備え、可変リフト手段６０、８０、１００ｂは、２つの吸気弁１０７ａ、１０７ｂのうち一方の吸気弁１０７ａが弁運転を休止しているときには第１ニードル３１を開弁させ、吸気弁１０７ａ、１０７ｂの両方が弁運転しているときには第１ニードル３１および第２ニードル３２を開弁させるので、一方の吸気弁１０７ａが弁運転を休止しているときには一方の吸気弁１０７ａへの燃料供給を休止し、第１噴孔２１から他方の吸気弁１０７ｂへ燃料Ｆ１を供給ができる（図２４（ａ）参照）。
【０１４６】
（その他の実施形態）
以上説明した第９の実施形態において、弁休止機能付エンジン１００に第６の実施形態で説明した第１噴孔２１および第２噴孔２２を有するインジェクタ２を適用したが、これに限らず、第７の実施形態に説明した第１噴孔２１および第２噴孔２２を有するインジェクタ２を適用してもよい。二つの吸気弁のうち一方が休止している場合には、第１ニードル３１を開弁させ、二つの吸気弁の両方が離座している場合には、第１ニードル３１および第２ニードル３２を開弁させられる。したがって、他方の吸気弁が休止中は第２ニードル３２に対応する第２噴孔２２の噴射が休止され、両方の吸気弁が離座している場合には第１ニードル３１および第２ニードル３２に対応する第１噴孔２１および第２噴孔２２の噴射が許容される。その結果、二つの吸気弁のうちいずれかが休止中は、噴射燃料の全体としての噴射方向の変更または一部方向へ噴射の禁止が可能である。
【０１４７】
なお、ここで、エンジン１００が成層燃焼運転および均質燃焼運転される場合において、成層燃焼運転は主にエンジン１００の中速および中負荷以下等の部分負荷運転域であり、この運転域内で要求される噴射量は比較的小さい。一方、均質燃焼運転は主にエンジン１００の高速および高負荷等の高負荷運転域であり、この運転域内で要求される噴射量は比較的大きい。これに対して、第１から第９の実施形態で説明した燃料噴射装置１では、リフト可変手段６０、８０、１００ｂは、第１ニードルおよび第２ニードルの開弁時におけるリフト量（詳しくは高リフトＨ＝ＨＤ２）を、第１ニードルの開弁時におけるリフト量（詳しくは低リフトＨ＝ＨＤ２）より大きく形成しているので、噴射量調量可能な噴射量ダイミックレンジの向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置の構成を示す部分的断面図である。
【図２】図１中の燃料噴射弁内の燃料経路を示す断面図である。
【図３】図１の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルの非通電状態を示す部分的断面図である。
【図４】図１の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルへの通電方向の正方向状態を示す部分的断面図である。
【図５】図１の燃料噴射装置の作動状態を示す模式的断面図であって、駆動コイルへの通電方向の逆方向状態を示す部分的断面図である。
【図６】第１の実施形態に係わる電気的構成を示す模式的回路図である。
【図７】図６中の電磁コイルへの通電方向を切換える切換手段の切換動作を表す図である。
【図８】第２の実施形態の燃料噴射装置の構成を表す部分的断面図である。
【図９】第３の実施形態の燃料噴射装置の構成を表す部分的断面図である。
【図１０】第４の実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の一実施例を示す模式図であって、図１０（ａ）は弁部に有する第１噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１０（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。
【図１１】第４の実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の他の実施例を示す模式図であって、図１１（ａ）は弁部に有する第１噴孔および第２噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１１（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。
【図１２】第５の実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の一実施例を示す模式図であって、図１２（ａ）は弁部に有する第１噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１２（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。
【図１３】第５の実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の他の実施例を示す模式図であって、図１３（ａ）は弁部に有する第１噴孔および第２噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１３（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。
【図１４】第６の実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の一実施例を示す模式図であって、図１４（ａ）は弁部に有する第１噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１４（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。
【図１５】第６の実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の他の実施例を示す模式図であって、図１５（ａ）は弁部に有する第１噴孔および第２噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１５（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。
【図１６】第７の実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の一実施例を示す模式図であって、図１６（ａ）は弁部に有する第１噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１６（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。
【図１７】第７の実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の他の実施例を示す模式図であって、図１７（ａ）は弁部に有する第１噴孔および第２噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１７（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。
【図１８】第８の実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の一実施例を示す模式図であって、図１８（ａ）は弁部に有する第１噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１８（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。
【図１９】第８の実施形態に係わる弁部からの噴射燃料の噴霧形状の他の実施例を示す模式図であって、図１９（ａ）は弁部に有する第１噴孔および第２噴孔から噴射される燃料の噴射形状を示す斜視図、図１９（ｂ）はその噴霧の先端側の形状を示す斜視図である。
【図２０】第８の実施形態に係わる燃料噴射モードを切換えるための制御処理を示すフローチャートである。
【図２１】第８の実施形態に係わる内燃機関で実行される燃焼形態を設定するためのマップ構成図である。
【図２２】第８の実施形態に係わる内燃機関の燃焼室への噴霧状態の一実施例を示す模式的断面図である。
【図２３】第８の実施形態に係わる内燃機関の燃焼室への噴霧状態の他の実施例を示す模式的断面図である。
【図２４】第９の実施形態に係わる内燃機関の吸気弁周辺への噴霧状態を示す模式的断面図であって、図２４（ａ）は二つの吸気弁のうち一方が弁運転を休止しているときの噴霧状態、図２４（ｂ）は二つの吸気弁の両方が弁運転しているときの噴霧状態を示す模式的断面図である。
【図２５】第９の実施形態に係わる燃料噴射の制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４９】
１  燃料噴射装置
２  インジェクタ（燃料噴射弁）
１１  ノズルボディ（弁ボディ）
１２  円錐面（弁座）
１５  筒部材
１７  磁性体
２０  噴孔部
２１  第１噴孔
２２  第２噴孔
３０  ノズルニードル（弁部材）
３１  第１ニードル
３２  第２ニードル
５０  可動コア
６０  コア
７０  コイル（駆動コイルの一部）
８０  永久磁石（磁化部材）
１００  ＥＣＵ（制御手段）
１００ａ  制御部
１００ｂ  通電方向切換え回路
Ｂ  弁部
Ｓ  電磁駆動部
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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