(57)【要約】      （修正有）【課題】駆動部を複数設けることなくリフト速度を変更可能なインジェクタを提供する。【解決手段】ニードル４は、単位時間当たりのリフト量の増加量をリフト速度とすると、第１のリフト速度で動作する第１モードと、第１のリフト速度より小さい第２のリフト速度で動作する第２モードで動作する。切替部５５は、ニードル４のリフト量の増加を伴う移動によって第１モードと第２モードとを切り替える。そして、第１モードにおけるニードルの受圧面の面積は、第２モードにおけるニードルの受圧面の面積より小さい。これにより、第１モードでのリフト速度を第２モードのリフト速度より大きくでき、リフト速度を変更することができる。また、ニードル４のリフト量の増加を伴う移動によって第１モードと第２モードとを切り替えているため、駆動部を複数設けなくてもよい。この結果、駆動部を複数設けることなくリフト速度を変更可能なインジェクタ１を提供できる。【選択図】図２
2018003794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の噴射する噴孔（９）を開閉する弁体としてのニードル（４）と、
筒状に設けられて内周に前記ニードルを収容するとともに、前記噴孔を有するボディ（５）と、
前記ニードルに対し、前記噴孔を閉じる方向に燃料の背圧を及ぼすための背圧室（６）と、
この背圧室から燃料を流出させる流出路（７）と、
制御部（２）から与えられる制御信号に基づき前記流出路を開閉することで、背圧を低減または増加させて前記ニードルによる前記噴孔の開閉を操作する駆動部（８）とを備え、
この駆動部は、前記背圧を増加させることで、前記ニードルに設けられたシート部（１０）が前記ボディの内壁のシート位置（１２）に着座して前記噴孔を閉じ、前記背圧を減少させることで前記シート部と前記シート位置の前記ニードルの軸方向の離間距離であるリフト量を増加させて前記噴孔を開くインジェクタ（１）において、
前記ニードルは、単位時間当たりの前記リフト量の増加量をリフト速度とすると、第１のリフト速度で動作する第１モードと、前記第１のリフト速度より小さい第２のリフト速度で動作する第２モードで動作し、
前記ニードルの前記リフト量の増加を伴う移動によって前記第１モードと前記第２モードとを切り替える切替部（５５）を有し、
前記第１モードにおける前記ニードルに背圧を及ぼす受圧面の前記軸方向に垂直な面への投影面積は、前記第２モードにおける前記ニードルに背圧を及ぼす受圧面の前記軸方向に垂直な面への投影面積より小さいことを特徴とするインジェクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のインジェクタにおいて、
前記背圧室を区画するとともに、前記第２モードにおける前記ニードルと一体に移動する場合と、前記第１モードにおける前記ニードルに対し相対変位する場合とが前記切替部によって切り替えられる受圧部（４３）を備えることを特徴とするインジェクタ。
【請求項３】
請求項２に記載のインジェクタにおいて、
前記背圧室は前記ニードルの後端側に設けられ、
前記受圧部は、前記ニードルの後端部の外周面に摺接する筒状体であり、
前記受圧部の外周面が、前記背圧室を形成する筒状の背圧室形成部（４０）の内周面に摺接するように配されることを特徴とするインジェクタ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか一つに記載のインジェクタにおいて、
前記背圧室に燃料を流入させる流入路（２１）を有し、
前記背圧室を区画するとともに、前記流出路が閉じられたときに前記流入路を開き、前記流出路が開かれたときに、前記流入路を閉じる制御プレート（４５）を有し、
この制御プレートは、前記背圧室から前記流出路へ流出する燃料量を制限する絞り（５１）を有することを特徴とするインジェクタ。
【請求項５】
請求項４に記載のインジェクタにおいて、
前記制御プレートは、付勢部（４６）により付勢されていることを特徴とするインジェクタ。
【請求項６】
燃料の噴射する噴孔を開閉する弁体としてのニードルと、
筒状に設けられて内周に前記ニードルを収容するとともに、前記噴孔を有するボディと、
前記ニードルに対し、前記噴孔を閉じる方向に燃料の背圧を及ぼすための背圧室と、
この背圧室から燃料を流出させる流出路と、
制御部から与えられる制御信号に基づき前記流出路を開閉することで、背圧を低減または増加させて前記ニードルによる前記噴孔の開閉を操作する駆動部とを備え、
この駆動部は、前記背圧を増加させることで、前記ニードルに設けられたシート部が前記ボディの内壁のシート部に着座して前記噴孔を閉じ、前記背圧を減少させることで前記シート部と前記シート位置の前記ニードルの軸方向の離間距離であるリフト量が増加して前記噴孔を開くインジェクタにおいて、
前記ニードルは、単位時間当たりの前記リフト量の増加量をリフト速度とすると、第１のリフト速度で動作する第１モードと、前記第１のリフト速度より小さい第２のリフト速度で動作する第２モードで動作し、
前記ニードルの前記リフト量の増加を伴う移動によって前記第１モードと前記第２モードとを切り替える切替部を有し、
前記背圧室から前記流出路へと流出する燃料の流出量を制限する流路を絞りとすると、前記第１モードにおける前記絞りの燃料の流れ方向に垂直な断面積は、前記第２モードにおける前記絞りの燃料の流れ方向に垂直な断面積より大きいことを特徴とするインジェクタ。
【請求項７】
請求項６に記載のインジェクタにおいて、
前記背圧室を区画するとともに、前記第２モードにおける前記絞りの設けられる部材（４５）に当接する場合と、前記第１モードにおける前記部材から離れる場合とが前記切替部によって切り替えられることで前記絞りの燃料の流れ方向に垂直な断面積を変更する変更部（６７）を備えることを特徴とするインジェクタ。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載のインジェクタにおいて、
前記背圧室に燃料を流入させる流入路を有し、
前記流出路が閉じられたときに前記流入路を開き、前記流出路が開かれたときに、前記流入路を閉じる制御プレートを有し、
この制御プレートは、前記第１モードにおける前記絞りを有することを特徴とするインジェクタ。
【請求項９】
請求項８に記載のインジェクタにおいて、
前記制御プレートは、付勢部により付勢されていることを特徴とするインジェクタ。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載のインジェクタにおいて、
前記背圧室は前記ニードルの後端側に設けられ、
前記ニードルの後端部の外周面に摺接するとともに前記背圧室を形成する筒状の背圧室形成部を有し、
前記変更部は、前記背圧室形成部の内周面に摺接するとともに前記ニードルの後端との間に空間を形成し前記空間を外部空間に開放する貫通穴（６８）を有し、
前記リフト量の増加に伴って前記変更部と前記制御プレートが当接することで前記絞りの燃料の流れ方向に垂直な断面積が変化することを特徴とするインジェクタ。
【請求項１１】
請求項６ないし請求項１０のうちのいずれか１つに記載のインジェクタにおいて、
前記ニードルは、前記第１モードの後に前記第２モードで動作することを特徴とするインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を噴射するインジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、以下に説明するニードル、ボディ、背圧室、流入路、流出路、および、駆動部を備えるインジェクタが周知となっている。
ニードルは、燃料の噴射する噴孔を開閉する弁体である。
ボディは、筒状に設けられて内周にニードルを収容するとともに、噴孔を有している。
背圧室は、ニードルに対し、噴孔を閉じる方向に燃料の背圧を及ぼすために設けられる。
流入路は、背圧室に燃料を流入させるために設けられ、例えば、流入路から背圧室にはサプライポンプで高圧化された燃料が流入可能になっている。
流出路は、背圧室から燃料を流出させるために設けられる。
駆動部は、制御部から与えられる制御信号に基づき流出路を開閉することで、背圧を低減または増加させてニードルによる噴孔の開閉を操作する。
【０００３】
そして、背圧を増加させることで、ニードルに設けられたシート部がボディの内壁のシート位置に着座して噴孔を閉じ、背圧を減少させることでシート部とシート位置のニードルの軸方向の離間距離であるリフト量が増加して噴孔を開く。
【０００４】
ところで、このようなインジェクタにおいて、単位時間当たりのリフト量の増加量をリフト速度とすると、リフト速度を変更する構成が公知となっている（例えば、特許文献１参照。）。
なお、リフト速度を変更することで、後に詳述するように、例えば、スモーク発生の低減と出力の増大を両立することができるようになる。
【０００５】
特許文献１のインジェクタによると、２つの流出路を有し、それぞれの流出路に対し、開閉する駆動部が設けられている。そして、２つの流出路の開閉をそれぞれ制御することで、背圧室からの燃料の流出量を増減させリフト速度を変更可能にしている。
しかし、特許文献１の構成だと、２つの流出路に対し２つの駆動部が必要となってしまうため、インジェクタの体格が大型化してしまう問題があった。また、駆動部を複数にすると駆動部の駆動に際しての消費電力が増大してしまう問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０２３３９４１  Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、駆動部を複数設けることなくリフト速度を変更可能なインジェクタを提供することにある。
【０００８】
本願の第１発明によれば、インジェクタは、以下に説明するニードル、ボディ、背圧室、流出路、駆動部、および、切替部を備える。
ニードルは、燃料の噴射する噴孔を開閉する弁体である。
ボディは、筒状に設けられて内周にニードルを収容するとともに、噴孔を有している。
背圧室は、ニードルに対し、噴孔を閉じる方向に燃料の背圧を及ぼすために設けられる。
流出路は、背圧室から燃料を流出させるために設けられる。
駆動部は、制御部から与えられる制御信号に基づき流出路を開閉することで、背圧を低減または増加させてニードルによる噴孔の開閉を操作する。
【０００９】
そして、駆動部は、背圧を増加させることで、ニードルに設けられたシート部がボディの内壁のシート位置に着座して噴孔を閉じる。また、駆動部は、背圧を減少させることでシート部とシート位置のニードルの軸方向の離間距離であるリフト量を増加させて噴孔を開く。
【００１０】
ここで、ニードルは、単位時間当たりのリフト量の増加量をリフト速度とすると、第１のリフト速度で動作する第１モードと、第１のリフト速度より小さい第２のリフト速度で動作する第２モードで動作する。
切替部は、ニードルのリフト量の増加を伴う移動によって第１モードと第２モードとを切り替える。
そして、第１モードにおけるニードルに背圧を及ぼす受圧面の軸方向に垂直な面への投影面積は、第２モードにおけるニードルに背圧を及ぼす受圧面の軸方向に垂直な面への投影面積より小さい。
【００１１】
これにより、第１モードにおける受圧面の掃引する容積を第２モードにおける受圧面の掃引する容積より小さくできる。このため、背圧室からの燃料の流出量に対する第１モードにおけるニードルのリフト量を第２モードにおけるニードルのリフト量より大きくできる。これにより、第１モードでのリフト速度を第２モードのリフト速度より大きくでき、リフト速度を変更することができる。
また、ニードルのリフト量の増加を伴う移動によって第１モードと第２モードとを切り替えているため、別途追加の駆動部を必要とせず、駆動部を複数設けなくてもよい。
この結果、駆動部を複数設けることなくリフト速度を変更可能なインジェクタを提供できる。
【００１２】
本願の第２発明によれば、インジェクタは、切替部を有する。
ここで、切替部は、ニードルのリフト量の増加を伴う移動によって第１モードと第２モードとを切り替える。
そして、背圧室から流出路へと流出する燃料の流出量を制限する流路を絞りとすると、第１モードにおける絞りの燃料の流れ方向に垂直な断面積は、第２モードにおける絞りの燃料の流れ方向に垂直な断面積より大きい。
【００１３】
これにより、第１モードにおける背圧室からの燃料の流出量を第２モードより大きくでき、第１モードにおけるニードルのリフト量を第２モードにおけるニードルのリフト量より大きくできる。このため、第１モードでのリフト速度を第２モードのリフト速度より大きくでき、リフト速度を変更することができる。
また、ニードルのリフト量の増加を伴う移動によって第１モードと第２モードとを切り替えているため、別途追加の駆動部を必要とせず、駆動部を複数設けなくてもよい。
この結果、駆動部を複数設けることなくリフト速度を変更可能なインジェクタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】インジェクタの全体を示す断面図である（実施例１）。
【図２】インジェクタの要部断面図である（実施例１）。
【図３】（ａ）インジェクタの第１モード、および、（ｂ）第２モードの動作説明図である（実施例１）。
【図４】（ａ）リフト量、および、（ｂ）噴射率の時間変化である（実施例１）。
【図５】（ａ）リフト開始直後のリフト速度の大小に対する噴射率、（ｂ）噴霧長、および、（ｃ）スモーク発生量の比較図である（従来例）。
【図６】（ａ）理論サイクルと現状のＰ−Ｖ線図、および、（ｂ）リフト速度の大小に対する噴射率の比較図である（従来例）。
【図７】インジェクタの全体を示す断面図である（実施例２）。
【図８】インジェクタの要部断面図である（実施例２）。
【図９】（ａ）インジェクタの第１モード、および、（ｂ）第２モードの動作説明図である（実施例２）。
【図１０】後端側から底部を見た場合の各貫通穴の配置説明図である（実施例２）。
【図１１】（ａ）、（ｂ）インジェクタの要部断面図である（変形例）。
【図１２】（ａ）インジェクタの要部断面図、（ｂ）リフト量の時間変化、および、（ｃ）噴射率の時間変化である（変形例）。
【図１３】（ａ）インジェクタの要部断面図、（ｂ）リフト量の時間変化、および、（ｃ）噴射率の時間変化である（変形例）。
【図１４】（ａ）、（ｂ）インジェクタの要部断面図である（変形例）。
【図１５】（ａ）インジェクタの要部断面図、および、（ｂ）後端側から底部を見た場合の各貫通穴の配置説明図である（変形例）。
【図１６】（ａ）インジェクタの要部断面図、および、（ｂ）後端側から底部を見た場合の各貫通穴の配置説明図である（変形例）。
【図１７】（ａ）、（ｂ）インジェクタの要部断面図である（変形例）。
【図１８】（ａ）、（ｂ）インジェクタの要部断面図である（変形例）。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、発明を実施するための形態を実施例に基づいて説明する。なお、実施例は具体的な一例を開示するものであり、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
【実施例】
【００１６】
[実施例１]
実施例１のインジェクタ１の構成を、図１を用いて説明する。
インジェクタ１は、サプライポンプ（図示しない。）、コモンレール（図示しない。）、制御部であるＥＣＵ２とともに燃料供給装置を構成する１要素となっている。サプライポンプは、燃料を高圧化させるものであり、コモンレールは、サプライポンプによって高圧化された燃料を一時的に蓄えるものである。
そして、コモンレールから高圧の燃料がインジェクタ１に分配供給されている。
ＥＣＵ２は、内燃機関（図示しない。）の負荷や、内燃機関の回転速度等に基づき噴射量を算出し、インジェクタ１に供給されるコモンレールのレール圧に応じて、噴射開始時期、および、噴射量に相当する噴射期間を算出する。
【００１７】
インジェクタ１は、内燃機関に搭載され、例えば、２５０ＭＰａを超える高圧の燃料を気筒内に直接噴射するために用いられる。
インジェクタ１は、以下に説明するニードル４、ボディ５、背圧室６、流出路７、および、駆動部８を備える。以下の説明では、軸方向先端側、軸方向後端側を単に先端側、後端側と呼ぶ。
ニードル４は、円柱状であり、燃料の噴射する噴孔９を開閉する弁体である。ニードル４は、先端部に噴孔９の開閉を行うシート部１０が設けられる。
【００１８】
ボディ５は、円筒状であり、内周にニードル４を摺動自在に収容する。ボディ５の先端部には、噴孔９が形成されている。また、ボディ５の内壁にはシート部１０の離着座するシート面１１が形成されている。ここで、シート面１１におけるシート部１０の離着座する位置をシート位置１２とする。
そして、シート部１０がシート位置１２から離座することで噴孔９が開かれ燃料が噴射され、シート位置１２にシート部１０が着座することで噴孔９が閉じられ燃料噴射が停止する。
【００１９】
背圧室６は、ニードル４の後端面によって区画され、ニードル４に対し、噴孔９を閉じる方向に燃料の背圧を及ぼすために設けられる。
流出路７は、背圧室６から燃料を流出させる。
なお、背圧室６、および、流出路７の詳細は後述する。
【００２０】
駆動部８は、ＥＣＵ２から与えられる制御信号に基づき流出路７を開閉する。
そして、駆動部８は、流出路７の開閉によって背圧を低減または増加させてニードル４による噴孔９の開閉を操作する。
【００２１】
ここで、駆動部８は保持体１３に収容されている。そして、保持体１３とボディ５とは金属製のプレート１４、１５を挟んで、リテーリングナット１６によって締結されている。また、保持体１３、プレート１４、１５、ボディ５にはそれぞれコモンレールから供給される高圧燃料を噴孔９へと導く高圧路１７、１８、１９、２０が形成されている。
さらに、プレート１５には流出路７が形成されており、流出路７はプレート１５を軸方向に貫通している。そして、プレート１５には、背圧室６に燃料を流入させるための流入路２１が設けられている。ここで、流入路２１は、高圧路１９から分岐して設けられ、背圧室６に高圧化された燃料を流入させる。なお、流入路２１には、背圧室６への燃料の流入量を制限する絞りが設けられている。
【００２２】
また、プレート１４には、低圧路２３が設けられている。そして、プレート１４は、切替弁体２５を弁室２６内に収容保持している。ここで、切替弁体２５は、流出路７と低圧路２３とを連通させることで流出路７を開き、流出路７と低圧路２３との連通を遮断することで流出路７を閉じる弁体である。
【００２３】
また、駆動部８は、例えば、ピエゾアクチュエータであり、ピエゾ素子２７、ピエゾピストン２８、バルブピストン２９等を備える。
ピエゾ素子２７、ピエゾピストン２８、バルブピストン２９は、後端側からこの順に保持体１３内に同軸に収容されている。
ピエゾ素子２７は、電圧の印加により伸長することで、ピエゾピストン２８、および、バルブピストン２９を先端側に変位させる。
【００２４】
そして、バルブピストン２９と切替弁体２５との間に配される変位伝達シャフト３０を先端側に変位させる。そして、切替弁体２５が変位伝達シャフト３０とともに先端側に移動することで、切替弁体２５の弁部が弁座から離座し開弁する。切替弁体２５が開弁することで、流出路７と低圧路２３とが連通し、流出路７は開かれ背圧が減少する。
そして、背圧が減少することで、シート部１０がシート位置１２から離座し、噴孔９が開かれ、ニードル４の軸方向の離間距離であるリフト量が増加する。
なお、切替弁体２５は、リターンスプリング３２により常時後端側に付勢されている。
【００２５】
一方、ピエゾ素子２７は、電圧の印加を停止することで、元の長さへと戻り、切替弁体２５はリターンスプリング３２により後端側に移動し、切替弁体２５の弁部が弁座に着座することで流出路７と低圧路２３との連通が遮断され、流出路７は閉じられ背圧が増加する。
そして、背圧が増加することで、シート部１０がシート位置１２に着座し、噴孔９が閉じられる。
【００２６】
［実施例１の特徴］
実施例１の特徴を、図２を用いて説明する。
インジェクタ１は、以下に説明する背圧室形成部４０、受圧部４３、制御プレート４５、および、付勢部であるスプリング４６を有する。
背圧室形成部４０は、背圧室６を形成するものであり有底円筒状である。そして、背圧室形成部４０の底部に設けられた軸方向に貫通する貫通穴を介してニードル４の後端部に摺接している。
なお、背圧室形成部４０は、ニードル４との間で圧縮保持されるスプリング４７によって後端側に付勢され、プレート１５の先端面に当接している。
【００２７】
受圧部４３は、背圧室６を区画するものであり、有天円筒状で、ニードル４の後端を覆っている。そして、受圧部４３の内周面は、ニードル４の後端部の外周面に摺接しており、受圧部４３の外周面は背圧室形成部４０の内周面に摺接している。また天部４８には、軸方向に貫通する貫通穴４９が設けられている。すなわち、貫通穴４９は、受圧部４３とニードル４の後端との間に形成される空間を外部空間に開放している。
なお、受圧部４３は、背圧室形成部４０より後端側でニードル４の後端部の外周面に摺接している。
【００２８】
制御プレート４５は、背圧室６を区画するものであり、円板状である。そして、受圧部４３の後端側に配されており、中央には常時流出路７に連通する貫通穴５０が軸方向に設けられている。ここで、貫通穴５０の燃料の流れ方向に垂直な断面積の大きさは、貫通穴４９の燃料の流れ方向に垂直な断面積の大きさより小さくなっている。すなわち、貫通穴５０は、背圧室６から流出路７へ流出する燃料量を制限する絞り５１となっている。
そして、スプリング４６は、受圧部４３と制御プレート４５の間に圧縮状態で保持されている。
【００２９】
［実施例１の動作］
インジェクタ１の動作について図１、図３を用いて説明する。
ＥＣＵ２から与えられる制御信号に基づきピエゾ素子２７に電圧が印加されることで切替弁体２５が流出路７を低圧路２３に対して開放する。
【００３０】
流出路７からの燃料の流出が始まることにより、背圧室６の圧力が減少する。
このため、ニードル４の先端部の受ける力が背圧とスプリング４７の付勢力を上回る。この結果、ニードル４は後端側に押し上げられ、変位を開始し、ニードル４のシート部１０がボディ５のシート位置１２から離座することで、噴孔９を開く。
なお、離座前におけるニードル４の先端部の受ける力とは、ニードル４のシート部１０より外周側の部分が受ける力のことである。
【００３１】
先ず、リフト開始直後においては、受圧部４３は後端側に移動することなくニードル４のみが後端側に移動する。すなわち、ニードル４は受圧部４３に対して相対変位している。このため、ニードル４に背圧を及ぼす受圧面の軸方向に垂直な面への投影面積は図３（ａ）に示すようになる。
【００３２】
次に、リフト量が増加した場合を考える。このとき、ニードル４の後端面と受圧部４３の天部４８が当接し、ニードル４は受圧部４３と一体になり後端側に移動する。
このため、ニードル４に背圧を及ぼす受圧面の軸方向に垂直な面への投影面積は図３（ｂ）に示すようになる。
【００３３】
また、制御プレート４５は、流出路７が開かれたときに、流出路７と背圧室６との差圧、および、スプリング４６の付勢力により後端側に付勢されプレート１５の先端面に当接することで、流入路２１を閉じている。
さらに、制御プレート４５は、流出路７が閉じられると、流出路７と背圧室６の差圧が小さくなり、流入路２１からの制御プレート４５に及ぼす燃料の圧力がスプリング４６の付勢力を上回ったときに制御プレート４５を先端側に移動させ、背圧室６に燃料を導入する。
【００３４】
なお、ニードル４、受圧部４３、および、背圧室形成部４０の配置関係は、ニードル４と受圧部４３とが当接するリフト量をＬ１、ニードル４と背圧室形成部４０とが当接する最大のリフト量をＬ２とするとＬ１＜Ｌ２の関係がある（図２参照。）。
【００３５】
［実施例１の効果］
ここで、ニードル４において、単位時間当たりのリフト量の増加量をリフト速度とし、第１のリフト速度で動作する場合を第１モードと、第１のリフト速度より小さい第２のリフト速度で動作する場合を第２モードとする。
実施例１においては、リフト開始後、受圧面の投影面積が小さい状態から大きい状態へと変化した。受圧面の投影面積が小さいときは、背圧室６からの燃料の流出量に対するニードル４のリフト量が大きく、受圧面の投影面積が大きいときは、背圧室６からの燃料の流出量に対するニードル４のリフト量が小さくなる。
【００３６】
すなわち、ニードル４はリフト開始後、先ず第１モードで動作し、次に第２モードで動作する。
また、第１モードと第２モードとは、ニードル４のリフト量の増加を伴う移動によって
切り替えられている。
ここで、第１モードと第２モードとは、ニードル４のリフト量の増加を伴う移動によるニードル４の後端と受圧部４３の天部４８の離接によって切り替えられているため、ニードル４の後端面４ｒ、および、天部４８の先端面４８ｆが切替部５５の機能を有している（図２参照。）。
【００３７】
以上をまとめると、実施例１のインジェクタ１において、ニードル４は、単位時間当たりのリフト量の増加量をリフト速度とすると、第１のリフト速度で動作する第１モードと、第１のリフト速度より小さい第２のリフト速度で動作する第２モードで動作する。
切替部５５は、ニードル４のリフト量の増加を伴う移動によって第１モードと第２モードとを切り替える。
そして、第１モードにおけるニードル４に背圧を及ぼす受圧面の軸方向に垂直な面への投影面積は、第２モードにおけるニードルに背圧を及ぼす受圧面の軸方向に垂直な面への投影面積より小さい。
【００３８】
これにより、第１モードでのリフト速度を第２モードのリフト速度より大きくでき、リフト速度を変更することができる。
また、ニードル４のリフト量の増加を伴う移動によって第１モードと第２モードとを切り替えているため、別途追加の駆動部を必要とせず、駆動部を複数設けなくてもよい。
この結果、駆動部を複数設けることなくリフト速度を変更可能なインジェクタ１を提供できる。
【００３９】
ここで、実施例１における、リフト量、燃料の噴射率の時間変化を図４に示す。
実施例１においては、ニードル４は、先ずリフト速度の速い第１モードで動作し、次にリフト速度の遅い第２モードで動作している。
ここで、図中１ｓｔとはニードル４が第１モードで動作している期間であり、２ｎｄとはニードル４が第２モードで動作している期間を表している。
【００４０】
ここで、リフト開始直後、先ずニードル４をリフト速度の大きい第１モードで動作させることで、単位時間当たり噴射される燃料量である噴射率を高めることができる。このため、噴孔９から燃料の拡散する距離である噴霧長を大きくすることができ、燃料を噴孔９からより離れた位置で燃焼をさせることができる（図５（ａ）、（ｂ）参照。）。
このため、酸素の希薄な噴孔９の周辺における燃料の燃焼が抑制されるため、スモークの発生を低減させることができる（図５（ｃ）参照。）。
【００４１】
次に、ニードル４のリフト速度を小さくすることで、燃料の噴射期間を長くすることができるとともに、燃焼室の容積の増加に伴って供給される燃料量を増加させることもでき、等圧燃焼領域を増やすことができる。これにより、燃焼サイクルを、理論サイクルに近づけることができるため、内燃機関の出力を増大することができる（図６（ａ）参照。）。
また、燃料の噴射率のピーク値が減少するため、急激な燃料供給に伴い発生する騒音を抑制することもできる（図６（ｂ）参照。）。
【００４２】
ところで、リフト速度の変化しないインジェクタの場合、リフト速度を速く調整すると、スモークの発生を低減することができても、燃料の噴射期間が短くなるとともに燃料の噴射率のピーク値が増大するため、内燃機関の出力の増大や騒音の発生の抑制に対応することができない。一方、リフト速度を遅く調整すると、内燃機関の出力の増大や騒音の発生の抑制に対応することができても、スモークの発生を低減することができない。
すなわち、単一のリフト速度で動作するインジェクタでは、スモーク発生の低減と出力の増大、騒音の発生抑制を両立することができない。
しかし、実施例１のインジェクタ１においては、リフト速度を変更することで、スモーク発生の低減と出力の増大、騒音の発生抑制を両立することができる。
【００４３】
実施例１のインジェクタ１において、受圧部４３は、背圧室６を区画するとともに、切替部５５によって第２モードにおけるニードル４と一体に移動する場合と、第１モードにおけるニードル４に対し相対変位する場合とが切り替えられる。
これにより、ニードル４と受圧部４３との離接により第１モードと第２モードとの切替を行うことができるため、切替部５５の構成を簡単なものとすることができる。
【００４４】
実施例１のインジェクタ１において、受圧部４３は、ニードル４の後端部の外周面に摺接する筒状体であり、受圧部４３の外周面が、背圧室６を形成する筒状の背圧室形成部４０の内周面に摺接するように配されている。
これにより、複数の筒状体を組み合わせるだけでニードル４のリフト速度を変更する構成とすることができる。
なお、第１モードにおいては、ニードル４の後端面が受圧面となり、第２モードにおいては、受圧部４３の後端面が受圧面となる。
【００４５】
実施例１のインジェクタ１は、背圧室６を区画するとともに、流出路７が開かれたときに、流入路２１を閉じる制御プレート４５を有する。
制御プレート４５は、背圧室６から流出路７へ流出する燃料量を制限する絞り５１を有する。
【００４６】
これにより、流出路７の開放時に流入路２１と流出路７との連通を遮断でき、高圧の燃料が消費され続けることを抑制でき、サプライポンプの負荷を小さくできる。また、流出路７を閉鎖するときに、小さな力で閉鎖できるため、駆動部８の体格を小さくできる。
また、制御プレート４５には、絞り５１が設けられているため、制御プレート４５の駆動において、背圧室６と流出路７との間の燃料圧の差圧を利用することができる。
【００４７】
実施例１のインジェクタ１において、制御プレート４５は、スプリング４６により付勢されている。
これにより、制御プレート４５は重力や燃料圧の影響を受けず、姿勢が安定する。
【００４８】
［実施例２］
実施例２の特徴を、実施例１と異なる部分を中心に図７、図８を用いて説明する。
なお、実施例２においては、実施例１と同一機能物には同一符号を付して表している。
実施例２において、制御プレート４５は、有底円筒状の軸部６０を先端側に備えている。そして、軸部６０の底部６２には、底部６２を軸方向に貫通する２つの貫通穴６３、６４が設けられている。ここで、２つの貫通穴６３、６４が絞り５１となっている。また、貫通穴６３は中央部に、貫通穴６４は周縁部に設けられている。
【００４９】
背圧室形成部４０は、内周面が段付きとなっており、後端側に設けられる内周面の径が径小の径小部６５と、先端側に設けられる内周面の径が径大の径大部６６から成る。
そして、径小部６５の内周面に、軸部６０の外周面が摺接している。また、径大部６６の内周面には、ニードル４の後端部の外周面が摺接している。
【００５０】
そして、ニードル４と制御プレート４５との間には、変更部６７が配されている。
変更部６７は、円板状であり、外周面が径大部６６の内周面に摺接している。また、変更部６７は、中央部に軸方向に貫通する貫通穴６８を有する。
ここで、変更部６７は、背圧室６を区画するとともに、軸部６０の底部６２に当接する場合と、底部６２から離れる場合とで絞り５１の燃料の流れ方向に垂直な断面積を変更するものである。
なお、変更部６７とニードル４との間にはスプリング６９が配され、変更部６７はスプリング６９によって常時後端側に付勢されており、ニードル４との間に空間を形成するとともに径小部６５の先端面に当接している。
【００５１】
なお、ニードル４とプレート１５との間は、常時ニードル４を先端側に付勢するスプリング７０が配されている。また、制御プレート４５と背圧室形成部４０との間には、制御プレート４５を常時後端側に付勢するとともに背圧室形成部４０を常時先端側に付勢するスプリング７１が配されている。そして、スプリング７１により、背圧室形成部４０は、ニードル４に当接している。これにより、背圧室形成部４０はニードル４と一体に動作する。
【００５２】
なお、変更部６７、制御プレート４５、および、背圧室形成部４０の配置関係は、変更部６７と制御プレート４５とが当接するリフト量をＬ１、背圧室形成部４０と制御プレート４５とが当接するまでの軸方向の離間距離をＬ２とするとＬ１＜Ｌ２の関係がある（図８参照。）。
なお、噴孔９が閉じられた状態におけるスプリング７０、７１、６９のセット荷重をそれぞれＰ１、Ｐ２、Ｐ３とすると、Ｐ１≧Ｐ２＞Ｐ３の関係を満たす時Ｌ１＜Ｌ２の関係を満たすことができる。
【００５３】
また、制御プレート４５の後端部には、プレート１５の先端面における流出路７の開口を包囲するとともに開口の外縁に当接するインナーシート部７３、インナーシート部７３の外周側に配され流入路２１からの燃料の圧力を受ける溝７４が設けられている。このとき、インナーシート部７３の外径をｒ１、軸部６０の外径ｒ２とすると、ｒ１＜ｒ２の関係がある（図８参照。）。
これにより、流出路７が閉じられ、流出路７と背圧室６との差圧が減少するとき、流入路２１からの燃料の圧力を軸部６０の内側にも作用させることができ、素早く制御プレート４５を先端側に移動させることができる。このため、背圧室６の背圧を迅速に高めることができ、ニードル４による閉弁動作を速めることができる。
【００５４】
［実施例２の動作］
インジェクタ１の動作について図９を用いて説明する。
先ず、リフト開始直後においては、変更部６７と軸部６０の底部６２は離れているため、２つの貫通穴６３、６４を絞り５１として、背圧室６から燃料が流出する（図９（ａ）参照。）。
次に、リフト量が増加した場合を考える。このとき、ニードル４とともに変更部６７も後端側に移動し底部６２と変更部６７は当接する。このとき、貫通穴６４は変更部６７によって塞がれるが、貫通穴６３は、貫通穴６８を介してニードル４の存する空間と連通している。この際、貫通穴６３のみを絞り５１として、背圧室６から燃料が流出する（図９（ｂ）参照。）。なお、このとき、背圧室６は、変更部６７とニードル４の後端によって区画される空間となり、ニードル４は、変更部６７に対して相対変位する。
【００５５】
すなわち、変更部６７は、底部６２に当接する場合における絞り５１の断面積を、底部６２から離れる場合における絞り５１の断面積より小さくしている。このため、底部６２と変更部６７の離れた場合の背圧室６からの燃料流出量は、底部６２と変更部材６７の当接した場合の背圧室６からの燃料流出量より多い。これにより、ニードル４は、第１モードの後に第２モードで動作する。なお、実施例２においては、ニードル４の後端面の外径は外径ｒ２より大きくなっているので、リフト速度は第２モードではより遅くなる。
【００５６】
ここで、貫通穴６３と貫通穴６８とは軸心を中心として同軸に設けられおり、貫通穴６８の軸方向に垂直な面への投影面は貫通穴６３の軸方向に垂直な面への投影面を含んでいる。また、貫通穴６８の軸方向に垂直な面への投影面と貫通穴６４の軸方向に垂直な面への投影面とは重なりは生じない。また、これら貫通穴６３、６４、６８の軸方向に垂直な面への投影面の関係は、変更部材６７の軸心を中心とする回転によっても変わらない。このため、変更部材６７は、背圧室６内で軸を回転軸として回転しても問題はない（図１０参照。）。
【００５７】
［実施例２の効果］
実施例２においては、リフト開始後、絞り５１の燃料の流れ方向に垂直な断面積は、大きい状態から小さい状態へと変化した。
絞り５１の燃料の流れ方向に垂直な断面積が大きい場合には背圧室６からの燃料の流出量が大きくニードル４のリフト量も大きくなる。一方、絞り５１の燃料の流れ方向に垂直な断面積が小さい場合には背圧室６からの燃料の流出量が小さくニードル４のリフト量も小さくなる
【００５８】
すなわち、ニードル４はリフト開始後、先ず第１モードで動作し、次に第２モードで動作する。
また、第１モードと第２モードとは、ニードル４のリフト量の増加を伴う移動によって切り替えられている。
ここで、第１モードと第２モードとは、ニードル４の移動に伴って移動する変更部６７の底部６２への離接によって切り替えられているため、底部６２の先端面６２ｆと変更部材６７の後端面６７ｒが切替部５５の機能を有している（図８参照。）。
【００５９】
これにより、実施例１と同様に、第１モードでのリフト速度を第２モードのリフト速度より大きくでき、リフト速度を変更することができる。
また、ニードル４のリフト量の増加を伴う移動によって第１モードと第２モードとを切り替えているため、別途追加の駆動部を必要とせず、駆動部を複数設けなくてもよい。
この結果、駆動部を複数設けることなくリフト速度を変更可能なインジェクタ１を提供できる。
【００６０】
また、実施例２においても実施例１と同様に、ニードル４は、先ずリフト速度の速い第１モードで動作し、次にリフト速度の遅い第２モードで動作している。このため、実施例１と同様に、リフト速度を変更することで、スモーク発生の低減と出力の増大、騒音の発生抑制を両立することができる。
【００６１】
実施例２のインジェクタ１において、変更部６７は、背圧室６を区画するとともに、第２モードにおける底部６２に当接する場合と、第１モードにおける底部６２から離れる場合とが切替部５５によって切り替えられることで絞り５１の燃料の流れ方向に垂直な断面積を変更する。
これにより、変更部６７と底部６２との離接により第１モードと第２モードとの切替を行うことができるため、切替部５５の構成を簡単なものとすることができる。
【００６２】
また、実施例２のインジェクタ１において、ニードル４は、第１モードの後に第２モードで動作する。このため、変更部６７によって、絞り５１の燃料の流れ方向に垂直な断面積を小さくする方に変化させるため、変更部６７で絞り５１の一部を閉塞するなど簡単な構成とすることができる。
【００６３】
［変形例］
本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。
なお、変形例においては、実施例１、２と同一機能物には同一符号を付して表している。
実施例１においては、受圧部４３は、ニードル４の後端部を覆う有天円筒状であったが、図１１に示すように受圧部４３を筒状体としてもよい。これにより、背圧室６の容積を受圧部４３の後端部で調整することができ、背圧室６の容積を減らすことでニードル４の応答性を向上させることもできる。
【００６４】
なお、ニードル４は、受圧部４３の内周面に摺接する径小部７５と、径小部７５の先端側に設けられる径小部７５の径より大きい径の径大部７６を有する。
この場合、径大部７６が受圧部４３と離接することで、ニードル４と受圧部４３とが一体に動作したり相対変位したりするため、受圧部４３の先端面および径大部７６の後端面が切替部５５となる。
【００６５】
実施例１においては、ニードル４は、第１モードの後に第２モードで動作していたが、図１２に示す構成で、第２モードの後に第１モードでニードル４を動作させてもよい。
ここで、ニードル４の後端部は、径小部７８と、径小部７８の後端側に設けられる径小部７８の径より大きな径の径大部７９を有する。
受圧部４３は、ニードル４の径小部７８に摺動自在に嵌め込まれ、スプリング８０により後端側に付勢されることで径大部７９の外縁８１に当接している。また、背圧室形成部４０には内周側に突出する環状突出部８２が設けられている。
【００６６】
そして、リフト開始直後においては、ニードル４と受圧部４３は一体に動作するため受圧面が大きくなるが、その後、環状突出部８２と受圧部４３が係合することで、ニードル４は受圧部４３に対して相対変位することで受圧面は小さくなる。
これにより、第２モードの後に第１モードでニードル４を動作させることができる。
この結果、微小噴射量を精度よく制御することができる。
なお、このとき、環状突出部８２の先端面および受圧部４３の後端面が切替部５５となる。
【００６７】
また、実施例１においては、受圧部４３は１つであったが、図１３に示すように受圧部４３を複数備える構成としてもよい。
ここで、ニードル４の後端部は、径の小さな径小部８４と、径小部８４の後端側に設けられる径小部８４の径より大きな径の径大部８５を有する。
そして、ニードル４の径小部８４に嵌め込まれる受圧部４３を第１受圧部４３ａ、ニードル４の径大部８５の後端面を覆う受圧部４３を第２受圧部４３ｂとする。
第１受圧部４３ａは、ニードル４の径小部８４に摺動自在に嵌め込まれ、スプリング８６により後端側に付勢されることで径大部８５の外縁８７に当接している。また、外縁８７には、軸方向に貫通する貫通穴８８が設けられている。そして、背圧室形成部４０には内周側に突出する環状突出部８９が設けられている。
【００６８】
リフト開始直後においては、ニードル４と第１受圧部４３ａは一体に動作するため受圧面が大きくなる。その後、環状突出部８９と第１受圧部４３ａが係合することで、ニードル４は第１受圧部材４３ａに対して相対変位することで受圧面は小さくなる。
そして、さらにリフト量が増加し、ニードル４と第２受圧部４３ｂとが当接することで受圧面が再び大きくなる。すなわち、受圧面の大きさが大小大と変化することで、ニードル４のリフト速度は小大小と変化する。
なお、貫通穴８８は、第１受圧部４３ａと径大部８５との間に形成される空間に燃料を導入するものである。
【００６９】
実施例２においては、スプリング７０が配されていたが、図１４（ａ）に示すようにスプリング７１のみによりニードル４を先端側に付勢する構成としてもよい。
また、実施例２においては、流入路２１が設けられていたが、図１４（ｂ）に示すように、制御プレート４５の後端面をテーパ状に形成することで流入路２１を設けない構成とすることもできる。この場合、高圧流路２０の燃料圧を、制御プレート４５を先端側に移動させる力として利用することができるため、流入路２１を必要とはしない。なお、この場合も、インナーシート部７３の外径をｒ１、軸部６０の外径ｒ２とすると、ｒ１＜ｒ２の関係がある。これにより、流入路２０からの燃料の圧力を軸部６０の内側にも作用させることができ、素早く制御プレート４５を先端側に移動させることができる。
【００７０】
また、実施例２において、底部６２に貫通穴が２つ設けられ、変更部６７に貫通穴が１つ設けられていたが、図１５に示すように、底部６２に軸方向に貫通する貫通穴９０、変更部６７に２つの軸方向に貫通する貫通穴９１、９２を設ける構成としてもよい。
ここで、貫通穴９０と貫通穴９１とは軸心を中心として同軸に設けられおり、貫通穴９０の軸方向に垂直な面への投影面は、貫通穴９１の軸方向に垂直な面への投影面を含んでいる。また、貫通穴９２の軸方向に垂直な面への投影面と貫通穴９０の軸方向に垂直な面への投影面とは重なりは生じない。また、これら貫通穴９０、９１、９２の軸方向に垂直な面への投影面の関係は、変更部６７の軸心を中心とする回転によっても変わらない。
ここで、貫通穴９０、貫通穴９１、貫通穴９２の軸方向に垂直な面への投影面の面積をそれぞれＳ１、Ｓ２、Ｓ３とすると、Ｓ１＜Ｓ２＋Ｓ３、かつ、Ｓ１＞Ｓ２の関係がある。
これにより、実施例２と同様の効果を奏することができる。
【００７１】
また、図１６に示すように、底部６２に軸方向に貫通する貫通穴９４、変更部材６７に軸方向に貫通する貫通穴９５を設け、貫通穴９４と貫通穴９５とをオフセットさせる構成としてもよい。
ここで、貫通穴９４の軸方向に垂直な面への投影面と貫通穴９５の軸方向に垂直な面への投影面には重なりが生じ、これら投影面の重なりの面積は、変更部６７の軸心を中心とする回転によっても変わらない。なお、重なりの面積は、貫通穴９４の投影面の面積より小さい。
【００７２】
また、図１７（ａ）に示すように、背圧室形成部４０の外側に筒状体であるアウターシリンダ９６を配する構成としてもよい。ここで、アウターシリンダ９６は、内周面が背圧室形成部４０の外周面に摺接するとともに、スプリング９７によって後端側に押圧されプレート１５に当接する。すなわち、アウターシリンダ９６、プレート１５、背圧室形成部４０によって区画される空間Ｓが形成される。
これにより、空間Ｓの容積を調整することが可能となり、流入路２１による空間Ｓへの燃料流入量も絞りにより調整可能であるため、ニードル４の閉弁速度を調整することができる。
なお、アウターシリンダ９６の後端は内周側に窪むテーパ状になっており、ニードル４のリフト量が増加し、空間Ｓが圧縮され空間Ｓの内圧が上昇した際には、アウターシリンダ９６が先端側に移動し、内圧を逃がす構成となっている。
【００７３】
また、アウターシリンダ９６を設ける場合、図１７（ｂ）に示すように絞り５１に影響を与えない程度の隙間を軸部６０と背圧室形成部４０との間に設けてもよい。これにより、空間Ｓの圧縮に対する燃料の逃げ道を確保することができ、空間Ｓの過度の内圧上昇を防ぐことができる。
【００７４】
また、図１８に示すように、制御プレート４５と背圧室形成部４０とを一体化してもよい。これにより、部品点数を削減できる。
なお、図１８（ｂ）は、制御プレート４５と背圧室形成部４０とを一体化するとともにアウターシリンダ９６を備える構成である。
【符号の説明】
【００７５】
１  インジェクタ  ２  ＥＣＵ（制御部）  ４  ニードル  ５  ボディ  ６  背圧室  
７流出路  ８  駆動部  ９  噴孔  １０  シート部  １２  シート位置  ５５  切替部
【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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