(57)【要約】【課題】噴霧を噴射量が複数増減するように噴射して、噴霧表面積を大きくし、空気との混合率を高める燃料噴射弁を提供する。【解決手段】周面に複数の互いに離間した噴孔２０と該噴孔２０に連通する空洞部６を有するホルダ本体３を有し、空洞部６内に収納された一対の円盤状の部分を有するニードルニードル回転部２５を有し、ニードル回転部２５は、アクチュエータにより、閉弁時に前記噴孔２０側に駆動されて第１と第２の突起状周面２１、２３を夫々ホルダ本体３側のシート部に押し付けて各突起状周面２１、２３の間に噴孔２０を位置させて噴孔２０を閉じると共に、開弁時に噴孔側から離れる方向に駆動されて、ニードル回転部２５の多数の凹み５０が回転しながら噴孔２０と対向し、この回転中において、前記噴孔２０から噴射量が複数回増減しながら噴射される。【選択図】図１
2011132842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部を有するホルダ本体、
前記ホルダ本体に設けられ互いに離間する複数の噴孔、及び
前記空洞部内に収納されたニードルを備え、
前記ニードルは、円周面に凹みを持ったニードル回転部と、該ニードル回転部の中心に取り付けられたニードル回転軸とを有し、
前記ニードル回転軸を回転させることにより、前記ニードル回転部の前記凹みを持つ前記円周面が回転しながら前記噴孔の入口側開口と対向して噴射させることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
前記ホルダ本体は、前記ホルダ本体の弁座部にシート部を有し、
前記ニードル回転部は、前記円周面に山状の突起部分として形成された突起状周面を有し、
前記ニードル回転軸にスラスト方向のスラスト力及び回転方向の力を付与するアクチュエータを有し、
前記ニードル回転部は、前記スラスト力により、前記噴孔側に駆動された前記ニードル回転部の前記突起状周面を前記シート部に押し付けてシールすることにより、前記噴孔への燃料供給を遮断すると共に、
前記ニードル回転軸を前記スラスト方向に駆動して、前記回転方向の力により回転させ、前記ニードル回転部の前記円周面に形成された前記凹みが回転しながら前記噴孔と対向し燃料が噴射されることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記ニードル回転部には、第１突起状周面と第２突起状周面を有し、前記第１突起状周面と前記第２突起状周面を夫々前記ホルダ本体側に位置するシート部に当接させて、前記第１突起状周面と前記第２突起状周面の当接位置の間に前記噴孔を位置させ、前記噴孔を閉じることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
更に、燃料を前記ニードル回転軸周りの燃料室から排出するための燃料リターン通路を有し、前記アクチュエータは、第１アクチュエータ部と第２アクチュエータ部とから成り、
前記第１アクチュエータ部は、前記ニードル回転部の前記噴孔よりもスラスト方向先端側の圧力室に燃料圧を印加すると共に、前記燃料室に燃料圧を印加し、かつ前記燃料室の燃料を電磁弁の開閉によって選択的に前記燃料リターン通路に連通するニードル回転部燃料駆動機構から成り、
前記第２アクチュエータ部は、前記ニードル回転軸を介して、前記ニードル回転部を回転駆動するモータ部から成ることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
ニードル回転軸を回転駆動するモータ部は、クラッチ機構を有し、前記ニードル回転部燃料駆動機構によって前記ニードル回転軸が閉弁方向に移動するときに、前記クラッチ機構が外れて、前記モータ部の回転が前記ニードル回転部に伝達されないようにし、一方、前記ニードル回転部燃料駆動機構によって前記ニードル回転軸が開弁方向に駆動されるときに前記クラッチ機構が連結されて前記モータ部の回転が前記ニードル回転部に伝達されることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
前記ニードル回転軸を回転駆動する前記アクチュエータは、前記ニードル回転軸が閉弁方向に移動するときに、前記ニードル回転部または前記ニードル回転部と共に回転する制動端面部を制動部に押付けて前記アクチュエータにブレーキをかけて前記ニードル回転部の回転を停止させ、一方、前記ニードル回転軸が開弁方向にリフトされたときに、前記ブレーキが解除されて、前記アクチュエータにより前記ニードル回転部が回転することを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
前記ニードル回転部が押付けられる前記制動部は、前記ニードル回転部の周囲に対応する前記ホルダ本体にリング状に設けられた前記シート部から成ることを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
前記制動端面部は、前記ニードル回転軸に固定されて一体回転する専用部品から成り、かつ前記空洞部壁面に設けられた前記制動部に押付けられて制動力を生じることを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料の噴射時に燃料量に複数の増減の変化を付けて噴射する燃料噴射弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載の燃料噴射弁が公知である。これはジャークポンプ用噴孔選択型可変噴孔ノズルを有する。この燃料噴射弁は、燃料タンクから燃料ポンプ（ジャークポンプ）により燃料入口に高圧燃料が供給される。
【０００３】
ノズルボディの先端部には、異なる噴孔断面積を有する複数の噴孔（小径噴孔および大径噴孔）が形成されている。小径噴孔および大径噴孔は、交互に、たとえば３６度間隔で、それぞれ５個形成されている。
【０００４】
ニードル弁は、ノズルボディ内において往復動可能に設けられている。また、ノズルボディ先端部分および噴孔可変機構が設けられている。この噴孔可変機構は、ロータリーアクチュエータと、ロータリーシャフトと、ロータリーバルブと、バルブスプリングとを有する。
【０００５】
ロータリーシャフトは、先端部にロータリーバルブが一体に形成されている。ニードル弁は、その先端部のシート部がノズルボディの小径噴孔および大径噴孔につながるシート部に着座することによって、燃料通路と小径噴孔及び大径噴孔を遮断または開放可能にしている。
【０００６】
ロータリーバルブは円錐状に形成され、その円錐状シート部が同じく円錐凹状のホールに着座可能とするとともに、その円周方向に等角度間隔で選択用燃料通路を形成し、選択用燃料通路が上記小径噴孔あるいは大径噴孔に連通可能である。
【０００７】
ロータリーアクチュエータを駆動制御することにより、ロータリーシャフトを介してロータリーバルブを所定角度だけ回転させ、選択用燃料通路が小径噴孔あるいは大径噴孔のいずれかに臨むように制御される。
【０００８】
つまり、ロータリーシャフトをその軸まわりに所定円周角だけ回動することにより、ロータリーバルブをノズルボディおよびニードル弁に対して回動し、ロータリーバルブの先端部における選択用燃料通路と小径噴孔あるいは大径噴孔との相対位置関係を操作し、その連通状態を選択する。選択用燃料通路が、大径噴孔に臨めば、噴孔断面積を大きく設定することができる。選択用燃料通路が小径噴孔に臨めば、噴孔断面積を小さく設定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−２１４８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１の技術によると、ロータリーシャフトとロータリーバルブとを一体にするとともに、所定噴孔断面積の噴孔をロータリーバルブにより選択するようにしたので、噴孔断面積を的確に切り替えることができる燃料噴射弁が得られる。
【００１１】
しかし、この燃料噴射弁は、ロータリーバルブが比較的ゆっくりと回転し、噴孔断面積（開口面積）を選択する可変噴孔ノズルを持つものであり、燃料の噴射は、ロータリーバルブの回転により選択された一つの噴孔断面積で、ロータリーバルブを停止させてから噴射するものであるため、燃料の噴射時に燃料量に複数の増減の変化を付けて噴射することが出来ない。
【００１２】
ここで近年、エンジンからの排出ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）の抑制が要求されてきている。図７の（ａ）は、従来の燃料噴射弁が噴射する噴霧の概要を説明する模式図である。従来の燃料噴射弁が噴射する噴霧５５は、軽油の液相７０及び気相７１で構成される。噴霧５５の内側ほど空気と混ざりにくく、燃えにくく、未燃焼燃料が増加する。特に液相７０は顕著に燃え難い。未燃焼燃料が増加すると、上記炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）が増加する。
【００１３】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、燃料の噴射時に燃料量に複数の増減の変化を付けて噴射することで、噴霧の表面積を大きくし、空気との混合率を高めることが出来る燃料噴射弁を提供することにある。
【００１４】
従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、空洞部を有するホルダ本体、ホルダ本体に設けられ互いに離間する複数の噴孔、及び空洞部内に収納されたニードルを備え、ニードルは、円周面に凹みを持ったニードル回転部と、該ニードル回転部の中心に取り付けられたニードル回転軸とを有し、ニードル回転軸を回転させることにより、ニードル回転部の凹みを持つ円周面が回転しながら噴孔の入口側開口と対向して噴射させることを特徴としている。
【００１６】
この発明によれば、開弁状態において、ニードル回転軸を連続回転させるから、ニードル回転部の円周面に形成された凹みが回転しながら噴孔と対面することにより、空洞部が凹みを通して噴孔の入口側開口と連通するので、噴射量が複数の山状に増減しながら噴孔から噴霧が噴射される。これにより噴霧の表面積を大きくし、空気との混合率を高めることが出来、未燃焼燃料が少なくなる燃料噴射弁を得ることができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明では、ホルダ本体は、ホルダ本体の弁座部にシート部を有し、ニードル回転部は、円周面に山状の突起部分として形成された突起状周面を有し、ニードル回転軸にスラスト方向のスラスト力及び回転方向の力を付与するアクチュエータを有し、ニードル回転部は、スラスト力により、噴孔側に駆動されたニードル回転部の突起状周面をシート部に押し付けてシールすることにより、噴孔への燃料供給を遮断すると共に、ニードル回転軸をスラスト方向に駆動して、回転方向の力により回転させ、ニードル回転部の円周面に形成された凹みが回転しながら噴孔と対向し燃料が噴射されることを特徴としている。
【００１８】
この発明によれば、ニードル回転部の突起状周面をシート部に押し付けてシールする閉弁状態が保たれる。また、ニードルが駆動されてニードル回転部がシート部から離間した場合は、燃料室と噴孔とが連通すると共に、ニードル回転部の凹みを有する周面が噴孔との対向を繰り返してニードル回転部が回転する為、噴孔から噴霧が燃料量に複数の増減の変化を付けて噴射されるから、噴霧と空気との接触面積が増加し、燃焼性能が良い燃料噴射弁を提供することが出来る。
【００１９】
請求項３に記載の発明では、ニードル回転部には、第１突起状周面と第２突起状周面を有し、第１突起状周面と第２突起状周面を夫々ホルダ本体側に位置するシート部に当接させて、第１突起状周面と第２突起状周面の当接位置の間に噴孔を位置させ、噴孔を閉じることを特徴としている。
【００２０】
この発明によれば、ニードル回転部のスラスト方向の両側から噴孔に流れ込む燃料を遮断して燃料噴射弁を閉弁状態にすることが出来る。
【００２１】
請求項４に記載の発明では、更に、燃料をニードル回転軸周りの燃料室から排出するための燃料リターン通路を有し、アクチュエータは、第１アクチュエータ部と第２アクチュエータ部とから成り、第１アクチュエータ部は、ニードル回転部の噴孔よりもスラスト方向先端側の圧力室に燃料圧を印加すると共に、燃料室に燃料圧を印加し、かつ燃料室の燃料を電磁弁の開閉によって選択的に燃料リターン通路に連通するニードル回転部燃料駆動機構から成り、第２アクチュエータ部は、ニードル回転軸を介して、ニードル回転部を回転駆動するモータ部から成ることを特徴としている。
【００２２】
この発明によれば、第１アクチュエータ部は、ニードル回転部の噴孔よりもスラスト方向先端側の圧力室に燃料圧を印加すると共に、ニードル回転軸周りの燃料室の燃料を電磁弁の開閉によって選択的に燃料リターン通路に連通するニードル回転部燃料駆動機構から成るため、圧力室の燃料圧と燃料室の燃料圧の関係で、ニードル回転軸及びニードル回転部を噴孔側から離れる方向にリフトさせることが出来る。また、第２アクチュエータ部によって、ニードル回転軸及びニードル回転部を共に回転させて、噴孔から噴霧を燃料量に複数の増減の変化を付けて噴射させることが出来る。
【００２３】
請求項５に記載の発明では、ニードル回転軸を回転駆動するモータ部は、クラッチ機構を有し、ニードル回転部燃料駆動機構によってニードル回転軸が閉弁方向に移動するときに、クラッチ機構が外れて、モータ部の回転がニードル回転部に伝達されないようにし、一方、ニードル回転部燃料駆動機構によってニードル回転軸が開弁方向に駆動されるときにクラッチ機構が連結されてモータ部の回転がニードル回転部に伝達されることを特徴としている。
【００２４】
この発明によれば、ニードル回転軸が閉弁方向に移動するときにクラッチ機構が外れ、ニードル回転軸が開弁方向にリフトするときにクラッチ機構が連結されるから、噴射時期以外はニードル回転部を停止させて、噴孔を閉じることが出来る。
【００２５】
請求項６に記載の発明では、ニードル回転軸を回転駆動するアクチュエータは、ニードル回転軸が閉弁方向に移動するときに、ニードル回転部またはニードル回転部と共に回転する制動端面部を制動部に押付けてアクチュエータにブレーキをかけてニードル回転部の回転を停止させ、一方、ニードル回転軸が開弁方向にリフトされたときに、ブレーキが解除されて、アクチュエータによりニードル回転部が回転することを特徴としている。
【００２６】
この発明によれば、モータ部にブレーキをかけることによって、ニードル回転軸が閉弁方向に移動するときにニードル回転部の回転を停止させ、ニードル回転軸が開弁方向に駆動されたときにブレーキを解除するから、噴射時期以外はニードル回転部を停止させて、噴孔を確実に閉じることが出来る。
【００２７】
請求項７に記載の発明では、ニードル回転部が押付けられる制動部は、ニードル回転部の周囲に対応するホルダ本体にリング状に設けられたシート部から成ることを特徴としている。
【００２８】
この発明によれば、シート部が制動部を兼ねることによって、構成部品を少なくすることが出来る。
【００２９】
請求項８に記載の発明では、制動端面部は、ニードル回転軸に固定されて一体回転する専用部品から成り、かつ空洞部壁面に設けられた制動部に押付けられて制動力を生じることを特徴としている。
【００３０】
この発明によれば、制動端面部でニードル回転軸に制動力を生じさせる部分を独立した専用部品で構成することが出来るから、シート部で制動をかける必要性がなくなり、シート部の耐久性を高めることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態における燃料噴射弁の閉弁時における構成を模式的に示す縦断面図である。
【図２】上記図１の構成において、開弁時の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図３】上記実施形態において、燃料噴射弁が閉弁状態にあることを説明する模式的斜視図である。
【図４】上記実施形態において、燃料噴射弁が開弁状態にあることを説明する模式的斜視図である。
【図５】上記実施形態における燃料噴射弁全体の外形を模式的に示した模式外形図である。
【図６】上記実施形態の燃料噴射弁が取り付けられるエンジンの気筒内のピストンと噴霧の関係を模式的に示す説明図である。
【図７】噴霧が従来の様に噴霧される場合と、上記実施形態の様に、燃料の噴射時に燃料量に複数の増減の変化を付けて噴霧される場合とを比較して示す模式図である。
【図８】上記実施形態における燃料の噴射が行われる順序を説明する作動フローチャートである。
【図９】上記実施形態における燃料の噴射が行われた後の閉弁過程の順序を説明する作動フローチャートである。
【図１０】上記実施形態の噴射中において、凹みから噴孔への燃料供給がされていないタイミングにおけるニードル回転部の凹みと噴孔との関係を示したノズル横断摸式説明図である。
【図１１】上記実施形態の噴射中において、凹みから噴孔に燃料が供給されているタイミングにおけるニードル回転部の凹みと噴孔との関係を示したノズル横断摸式説明図である。
【図１２】上記図１０及び図１１に関連して、噴射量の一つ山分の増減が行われる過程を説明する表である。
【図１３】上記図１２に示したニードル回転部の回転中における噴孔開孔面積の複数の山状の増減を示した特性図である。
【図１４】上記図１２の噴射の期間において、噴孔から噴射される燃料量の複数の山状の増減を時間の経過と共に図示した特性図である。
【図１５】上記図１２の噴射量の増減のピークから次のピークまでのインターバル時間とニードル回転軸の回転速度との関係を表した特性図である。
【図１６】上記図１２の燃料量に増減の変化を付けて噴射する噴射の増減数とニードル回転軸の回転速度×凹み数との関係を示した特性図である。
【図１７】上記図１２の凹みと凹みのない周面から成る凹み間のインターバル（寸法）が細かくなればなるほど、燃料量のピークから次のピークまでのインターバル時間が減少することを示す特性図である。
【図１８】上記図１２の凹みの体積が、燃料量に複数の増減を付けて噴射した合計噴射量に影響を与える状態を示す特性図である。
【図１９】本発明の第２実施形態における燃料噴射弁の閉弁時の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図２０】上記第２実施形態における燃料噴射弁の開弁時の構成を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。
【００３３】
各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００３４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１乃至図１８を用いて詳細に説明する。図１は、第１実施形態の燃料噴射弁１の構成を模式的に示す縦断面図である。この燃料噴射弁１は、燃料をディーゼルエンジンの気筒内に噴霧するものである。
【００３５】
図示しないコモンレールから供給された２００ＭＰａ程度の高圧力の燃料は、矢印２ｙの様に、燃料供給通路２を介して、有底筒状のホルダ本体３内に形成された一方の通路４と他方の通路５とに供給される。この一方の通路４と他方の通路５とで分離通路を構成しており、夫々ホルダ本体３内に形成された空洞部６に燃料を供給する。
【００３６】
空洞部６は、上方の燃料室７と下方の圧力室８に別れて構成されている。換言すれば、ニードル回転部２５を境界にして、上方の燃料室７と下方の圧力室８に別れている。また、ホルダ本体３内には、燃料噴射されなかった燃料を図示しない燃料タンクに戻す燃料リターン通路９を形成する第１リターン通路１０と、第１リターン通路１０に電磁弁１１を介して結合された第２リターン通路１２とが構成されている。
【００３７】
電磁弁１１は、エンジン電子制御ユニット（ＥＣＵ）の一部を成す制御回路１３内の図示しないスイッチ手段により間欠的に通電されるソレノイド１４を有し、電磁力によりソレノイド１４に吸引されるアーマチャ１５と、このアーマチャ１５を弁座１６方向に押付けるスプリング１７とを有する。
【００３８】
アーマチャ１５には、弁体を構成する突起１８が一体に構成されており、電磁力によりアーマチャ１５が上方にリフトすると、弁体１８の先端が弁座１６から離れて第１リターン通路１０と第２リターン通路１２とが連通する。これにより、空洞部６の燃料室７内の燃料が、矢印１０ｙのように流れて、燃料リターン通路９を介して外部に排出され燃料室７内の圧力が低下する。
【００３９】
ホルダ本体３の下部の傾斜部６３には、噴孔２０が放射状に、８個形成されており、この噴孔２０によって燃料室７内の燃料をエンジンの気筒内に噴霧する。
【００４０】
この噴孔２０をシールするために、山形の周端面を持つ第１突起状周面２１を第１円盤状部分２２に持つと共に、第２突起状周面２３を第２円盤状部分２４に持った一体の回転盤よりなるニードル回転部２５が、ニードル回転軸２６の図１中下方端側に結合されている。そしてニードル回転軸２６が回転するとニードル回転部２５が回転するようになっている。なお、ニードル回転軸２６とニードル回転部２５とを総称してニードル２５、２６と言う。
【００４１】
ニードル回転軸２６の図１中上方側（後端側）には、モータ部３０とクラッチ機構３１が形成されている。モータ部３０は、直流モータから成り、界磁を成す永久磁石３２と、モータ出力軸３３の周囲に形成された電機子３４からなる。電機子３４は、モータ部３０のイナーシャを小さくするため鉄心の無いコアレスタイプとして形成されている。
【００４２】
モータハウジング゛３５内にはベアリング３６が図１の例では３箇所形成され、また、モータ部３０のモータ出力軸３３に取り付けられた駆動板４０と、この駆動板４０に対してクラッチ隙間４１を介してニードル回転軸２６に固定された被駆動板４２とが相対向して設けられ、被駆動板４２は、ニードル回転軸２６と一体に回転する。そして駆動板４０と被駆動板４２とで摩擦クラッチから成るクラッチ機構３１を形成している。
【００４３】
燃料供給通路２からホルダ本体３内に矢印２ｙのように進入した燃料は、燃料室７及び圧力室８に導かれ、この圧力室８の圧力により受ける力が上方の燃料室７の圧力により受ける力よりも大きいときに、ニードル回転部２５が上方にリフトされ、クラッチ機構３１の被駆動板４２と駆動板４０とが接触し、ニードル回転部２６がモータ部３０によって回転するように構成されている。
【００４４】
そして、電磁弁１１の開弁により、燃料室７内の燃料が燃料リターン通路９を介して排出されると、圧力室８内の燃料圧がニードル回転部２６に付与する力の方が、燃料室７内の燃料圧がニードル回転部２６に付与する力よりも高くなり、ニードル回転部２５が上方に持ち上げられるように形成されている。
【００４５】
また、電磁弁１１が閉弁している時には、燃料供給通路２から供給された燃料が圧力室８と燃料室７の両方に印加され、燃料室７内の燃料が、ニードル回転部２５に圧力を印加する受圧面積の方が、圧力室８の燃料がニードル回転部２５に圧力を印加する受圧面積よりも大きい。これは、ニードル回転部２５が図１の下方に行くほど全体として径が縮小しているからである。このため、燃焼室７内の圧力によりニードル回転部２５が下方に押付けられ、第１突起状周面２１と第２突起状周面２３とが、ホルダ本体３内周のリング状の第１、第２シート部４５、４６に夫々押付けられるように形成されている。
【００４６】
この時、ニードル回転部２５の周面に形成されたリング状の溝４７の中に噴孔２０が位置し、第１突起状周面２１の第１シート部４５と第２突起状周面２３の第２シート部４６とで噴孔２０が燃料室７にも圧力室８にも連通しないように構成されている。
【００４７】
このように、電磁弁１１の開閉によって、ニードル回転部２５が上方に駆動されたり下方に駆動されたりするため、燃料供給通路２、燃料リターン通路９とともに電磁弁１１は、第１アクチュエータ部となるニードル回転部燃料駆動機構２、９、１１を構成している。
【００４８】
また、上述のモータ部３０及びクラッチ機構３１によって、アクチュエータの他方である第２アクチュエータ部３０、３１が構成されている。
【００４９】
以下、上記第１実施形態の作動について説明する。図２は、図１の構成においてクラッチ機構３１がオンした状態を図示した縦断面図である。図２は、制御回路１３によってソレノイド１４が通電されて、電磁弁１１の弁体を構成する突起１８が弁座１６から離れて、第２リターン通路１２からの燃料が矢印１２ｙの様にリターンし、燃料室７内の燃料圧が低下することにより、圧力室８内に矢印８ｙの様に供給された燃料圧によって、ニードル回転部２５、及びニードル回転軸２６が上方に持ち上げられた状態を図示している。
【００５０】
そして、この図２のように、ニードル回転部２５が、上方に持ち上げられると、燃料室７並びに圧力室８と噴孔２０との間が連通し、燃料が噴孔２０から噴射される。この時、オンしたクラッチ機構３１を介してモータ部３０によって、ニードル回転部２５が回転駆動されているため、ニードル回転部２５における第２円盤状部分２４の周面に形成された円周面５０が、噴孔２０に作用して、燃料の噴射時に燃料量に複数の増減の変化を付けて噴射される。
【００５１】
図３は、上記第１実施形態において、燃料噴射弁１の電磁弁１１が閉弁状態にあるときを説明する模式的斜視図である。図３において、上述の様に、ニードル回転部２５の第１円盤状部分２２と第２円盤状部分２４との間の周面に形成されたリング状の溝４７が、噴孔２０と対面し、周面に山状の突起を有する第１突起状周面２１が当接する第１シート部４５と、第２突起状周面２３が当接する第２シート部４６とで噴孔２０が燃料室７にも圧力室８にも連通しないように構成されている
次に、図４は、上記第１実施形態において、燃料噴射弁１が開弁状態にあることを説明する模式的斜視図である。この図４では、ニードル回転部２５が図４の上方にリフトされて、凹み５２が形成された円周面５０が噴孔２０に対向し、且つ、ニードル回転部２５が回転している状態を示している。５１の丸い孔は、図１の他方の通路５の開口部である。
【００５２】
ニードル回転部２５の円周面５０は、凹み５２と凹みの無い周面５３とが周方向に交互に形成され、凹み５２の一つが噴孔２０に対向した図４の状態において、噴霧５５が噴射されて、凹みの無い周面５３が噴孔２０に対面したときに、噴霧５５の流れが制限または遮断されることによって、回転するニードル回転部２５の円周面５０と噴孔２０との相互作用によって、噴霧５５が燃料量に複数の増減の変化を付けて噴射される。なお、図４は、ニードル回転部２５とホルダ本体３の内周壁との間のクリアランスを誇張して実際より大きく図示しているが、実際は、回転が可能になる程度の極小のクリアランスしか存在しない。
【００５３】
図５は、上記第１実施形態の燃料噴射弁１全体の外形を模式的に示した模式外形図である。図５において、燃料噴射弁１は、アクチュエータを構成する第１アクチュエータ部となるニードル回転部燃料駆動機構の制御部分をなす電磁弁１１の電磁弁ハウジング６０と、アクチュエータの第２アクチュエータ部を構成するモータ部３０（図１）並びにクラッチ機構３１を包囲するモータハウジング３５を備えて構成されている。
【００５４】
３は、ホルダ本体であり、このホルダ本体３には、燃料供給通路２を構成する燃料供給パイプ６１と、燃料リターン通路９（図１）の第２リターン通路１２を構成する燃料リターンパイプ６２が突起状に形成され、ホルダ本体３には円錐状の傾斜部６３が形成され、図示を省略した噴孔２０（図１）が傾斜部６３の周面に多数形成されている。
【００５５】
また、モータハウジング３５並びに電磁弁ハウジング６０には図示しないコネクタが接続され、これらのコネクタを介してモータ部３０（図１）並びに電磁弁１１のソレノイド１４に通電されるようになっている。
【００５６】
また図６は、第１実施形態の燃料噴射弁が取り付けられるエンジンの気筒内のピストンと噴霧の関係を模式的に示す説明図である。この図６の（ａ）は、気筒内のピストン６５の側面を図示し、図６の（ｂ）は、矢印VI方向から見た噴霧の状態を示すものである。
【００５７】
図６の（ｂ）において、燃焼室６６内のピストン６５の上面６５ａ側に燃料噴射弁１が設置され、この燃料噴射弁１から放射状に噴霧５５が多段に放射状に噴射される状態を示している。
【００５８】
図６の（ｂ）において、中央の燃料噴射弁１から噴霧５５が燃料量に複数の増減の変化を付けて放射状に放出されている。この場合の燃料噴射弁１の一回の噴射タイミングにおいて、ニードル回転部２５（図１）が回転して、８つの噴孔２０（図１）から噴霧５５が放射状に出ている。
【００５９】
一つ一つの噴滴５５ａ、５５ｂ、５５ｃは、図６の（ｂ）では模式的に直線状に図示したが、実際には、ニードル回転部２５が高速回転しながら燃料噴射がなされるので、各墳滴５５ａ、５５ｂ、５５ｃは渦巻き状に分布する。また、燃料の噴射時に燃料量に複数の増減の変化を付けて噴射されれば良いので噴滴５５ａ、５５ｂ、５５ｃ同士は分離されて多段に噴射されていなくてもよく、細い糸状の燃料で繋がって数珠玉状となっていても良い。
【００６０】
なお、図１の電磁弁１１の弁体を成す突起１８が弁座１６から離れた状態、即ち電磁弁１１が開弁してニードル回転部２５がリフトされている間に、図６の（ｂ）の燃料量に増減の複数の山状の変化を付けた噴射が行われる。即ち、この間に、燃料量が複数の山状に増減する噴霧が、噴滴状または数珠玉状に気筒内に噴射される。
【００６１】
この場合、気筒内に均一的な燃焼を広げると、エネルギー効率が向上することが知られているので、噴射時に燃料量に複数の増減の変化を付けて噴射を行い、噴霧を気筒内全体に均一に広げ、エネルギー効率を向上することが望ましい。
【００６２】
図７は、噴霧５５が従来の様に噴霧される場合と、第１実施形態の様に、噴射時に燃料量に複数の増減の変化を付けて噴射される場合とを比較して示す模式図である。図７の（ａ）の様に、液相７０と気相７１とに分かれた噴霧が一回噴射される場合よりも、図７の（ｂ）の様に、液相７０と気相７１とに分かれ、噴射時に燃料量に複数の増減の変化を付けて噴射され燃料量の多い部分（噴滴５５ａ）が複数個所（この図では３箇所）に分かれて噴射される場合の方が、燃料と空気との接触面積が多くなり、燃焼が良好となって、エンジンからの排出ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）が減少する。これは噴霧５５を小さい粒の噴滴５５ａ状にすることにより、噴霧５５の表面積を大きくし、空気との混合率が高めれば、未燃焼燃料を減少させ、上記ＨＣ、ＣＯを抑制できるからである。
【００６３】
次に、上記第１実施形態の作動を図８及び図９に示した作動フローチャートに従って説明する。図８は、第１実施形態において、燃料の噴射が行われる順序を説明する作動フローチャートである。また、図９は、第１実施形態において、燃料の噴射が行われた後の閉弁過程の順序を説明する作動フローチャートである。
【００６４】
先ず、図８のステップＳ１において、モータ部３０が通電された回転中において、図１の電磁弁１１の弁体を構成する突起１８が弁座１６から離れて、燃料リターン通路９内の燃料リターン出口弁となる電磁弁１１が開弁する。
【００６５】
これによって、ステップＳ２の様にニードル回転軸２６の周囲の燃焼室７の燃料が、燃燃リターン通路９を通って排出される。そして、燃料がニードル回転部２５の上面と下面を押す力の関係が、ニードル回転部２５の下面の力のほうが、上面に作用する力よりも大きくなる（ステップＳ３）。
【００６６】
これによって、ニードル回転部２５及びニードル回転軸２６から成るニードル２５、２６が上方に移動する（ステップＳ４）。よって、第２アクチュエータ部内のクラッチ機構３１がオンする（ステップＳ５）。
【００６７】
次に、モータ部３０の駆動力により、ニードル２５、２６が回転する（ステップＳ６）。そして、ステップＳ７において、ニードル回転部２５の凹み５２（図４）が噴孔２０と対向したときに、ステップＳ８の様に燃料噴射が行われる。
【００６８】
一方、凹み５２が噴孔２０に対向せず、凹みの無い周面５３（図４）が噴孔２０に対向したときに噴射が停止する（ステップＳ９）。このようにして、ニードル２５、２６が上昇しており、ニードル回転部２５が回転している間において、燃料噴射が燃料量に増減の変化を付けて行われる。
【００６９】
つまり、ニードル回転部２５が回転するときは、図４の様に、ニードル回転軸２６と共に上方にリフトし、ニードル回転部２５の第１と第２の突起状周面２１、２３が、第１と第２のシート部４５、４６（図３）からわずかに離れて、回転するために、円周面５０の少なくとも一つの凹みを持つ形状によって、燃料量に複数の増減の変化を付けた噴射が行われる。
【００７０】
次に、図９において、電磁弁１１からなる燃料リターン出口弁が閉じられると（ステップＳ１０）、燃料室７内に燃料供給通路２から供給された燃料が溜まる（ステップＳ１１）。これにより燃料が、ニードル回転部２５を押す力の関係が、上面側の圧力の方が下面側の圧力よりも強く成る（ステップＳ１２）。
【００７１】
これによって、ステップＳ１３のように、ニードル２５、２６、及びクラッチ機構３１の被駆動板４２（図１）が下降し、クラッチ機構３１がオフするので、第２アクチュエータ部を成すモータ部３０の回転が、ニードル２５、２６に伝達されなくなる（ステップＳ１４）。
【００７２】
かつ、ニードル回転部２５の下降により、図３のように、ニードル回転部２５の第１と第２の突起状周面２１、２３が、ホルダ本体３の第１と第２のシート部４５、４６に着座する（ステップＳ１５）。
【００７３】
これにより、ステップＳ１６の様に、ニードル回転部２５の第１突起状周面２１が、上部の燃料室７から噴孔２０への燃料の進入を阻止し、第２突起状周面２３が、下部の圧力室８から燃料が噴孔２０に進入するのを阻止する。これによって、噴射される燃料が減少または停止する（ステップＳ１７）。
【００７４】
なお、ニードル回転部２５の第１と第２の突起状周面２１、２３が、ホルダ本体３の第１と第２のシート部４５、４６に着座することにより、ニードル回転部２５の回転が停止し、第１第２シート部４５、４６でのシールが確実に行われる。
【００７５】
この図８と図９を交互に繰り返す第１実施形態では、ニードル回転部２５によって、燃料量に複数の増減の変化を付けながら噴孔２０から燃料が噴射されることになる。
【００７６】
この第１実施形態では、噴孔の数を周面に８個設けたが、説明の便宜上噴孔の数を４個とし、かつ、ニードル回転部の凹み及び凹みの無い周面を夫々４個で模式的に図示した図１０、図１１、図１２を用いて更に第１実施形態の作動を説明する。なお図１０、図１１、図１２では、噴孔をニードル回転部の回転方向に合わせて傾斜して設けスワールが生じるようにしているが、このスワールは必須ではない。
【００７７】
図１０は、第１実施形態の噴射中において、噴射される燃料量が減少または零になっているタイミングにおけるニードル回転部２５の円周面５０の凹み５２と凹みの無い周面５３と噴孔２０との関係を示したノズル横断摸式説明図であり、噴孔２０部分をニードル回転軸２６（図１）の軸方向から見下ろした状態を示している。そして、噴孔２０の軸心は、図１０及び図１１において、時計回りに回転するニードル回転部２５の回転方向に合わせて、時計回りに傾斜して形成されている。
【００７８】
また、図１１は、第２実施形態の噴射中において、噴射が行われているタイミングにおけるニードル回転部２５の円周面５０の凹み５２と凹みの無い周面５３と噴孔２０との関係を示したノズル横断摸式説明図である。
【００７９】
図１０において、ニードル回転部２５は４つの凹み５２と４つの凹みの無い周面５３から成る円周面５０を有する。また、噴孔２０は、傾斜部（図５）６３の周面に４箇所設けられている。噴孔２０が凹みの無い周面５３と対向している図１０においては、噴滴（図６の噴滴５５ａ等と同じ）の噴射が停止している。
【００８０】
一方、噴孔２０が凹み５２と対向している図１１においては、凹み５２内の燃料が噴孔２０内に流れ込み、噴滴となって噴射がなされる。
【００８１】
図１２は、上記図１０及び図１１に関連して、噴孔２０が円周面５０の凹みの無い周面５３に対応し燃料噴射が行われない状態と、噴孔２０が凹み５２に対向して行き燃料量に山状に増減する変化を付けた一山分の噴射が行われる状態を説明する表である。
【００８２】
図１２の上段には、ニードル回転部２５をニードル回転軸２６の軸方向と直角方向に横断した横断面を模式的に図示して円周面５０の回動変化を示している。また、図１２の下段には、ニードル回転部２５の回動に従って、噴孔２０から矢視Ａ方向に見たニードル回転部２５の凹み５２の形状を模式的に図示するものである。
【００８３】
先ず、図１２の（ａ）において、矢印１２０ｙの様に回転するニードル回転部２５の凹み５２が噴孔２０に懸かり始めると、凹み５２の燃料が噴孔２０内に流れ込み始める。また、図１２の（ｂ）の様に、噴孔２０と凹み５２とが対向すると、噴孔２０内には凹み５２内の燃料が満たされ、燃料が噴孔２０からエンジンの気筒内に噴霧される。
【００８４】
そして、ニードル回転部２５の回転が進み、図１２の（ｃ）の様に、凹み５２の終端面が噴孔２０に懸かるようになると、燃料量が減少していく。このようにして、燃料量に複数の増減の変化を付けた一山分の噴射が行われる。
【００８５】
上記図１２に示したニードル回転部２５の回転中における噴孔２０の開孔面積の時間的変化を示したのが図１３である。図１３において、横軸に時間をとり、縦軸に一つの噴孔２０の開孔面積、即ち、噴孔２０がニードル回転部２５の凹み５２に対向して開孔している噴孔開孔面積をとって図示している。この噴孔開孔面積は、図１３の（ａ）の状態から、更に、（ｂ）、（ｃ）の状態に至るまでに、山状に増減することを複数回行うことを示している。
【００８６】
図１４は、上記図１２の噴射の期間において、噴孔から噴射される単位時間当たり燃料量（燃料体積）を示す噴射率を時間の経過と共に図示したものであり、横軸に時間をとり、縦軸に噴射率をとっている。この噴射率、即ち、噴射されたときの噴滴の燃料体積の時間的変化も、上述の図１３と同様の山状の繰り返された変化を示し、図１４の（ａ）から（ｂ）、（ｃ）に亘って噴射率が増加、減少を繰り返すことに成る。
【００８７】
そして、このように燃料量に複数の増減の変化を付けた噴射おける一山分の噴射と次の一山分の噴射の間のインターバル時間Ｉｔ（図１４）は、ニードル回転軸２６の回転速度が高くなると、短くなり、単位時間当たりに、より多くの燃料量のピークを持つ噴射が行われる。
【００８８】
図１５は、上記インターバル時間Ｉｔとニードル回転軸２６の回転速度との関係を表しており、ニードル回転部２５の回転が速くなるほど、上記第２実施形態のインターバル時間Ｉｔが短くなっている状態を図示している。
【００８９】
また、図１６は、（ニードル回転軸２６の回転速度×凹み５２の数）と燃料量に山状に増減する変化を付けた噴射の増減数（山状噴射の数、または燃料量のピークの数）との関係を示した特性図である。図１０のニードル回転部２５の周辺の凹み５２の数を多くした場合は、（ニードル回転軸の回転速度×凹み数）の増加に伴って、噴射の増減数が図１６の様に増加する。
【００９０】
また、図１０のニードル回転部２５の周面に設ける凹み５２の数が多くなれば、図１７の凹み５２から次の凹み５２までの間隔θ／２πが小さくなり、結果的に、円周面５０の凹凸が細かく成る。そして、このように円周面５０の凹凸が細かくなればなるほど、噴射のピークから次の噴射のピークまでのインターバル時間Ｉｔは、図１７のように増加する。
【００９１】
また、図１０のニードル回転部２５の円周面５０の凹み５２内に収容される燃料の体積が、噴孔２０と対向して、凹み５２の体積分の燃料が一山分の噴滴の噴霧量に相当するため、複数の山状の噴射が終了するまでの間に、噴孔２０に対向する凹み５２内の燃料体積の合計が多いほど、合計噴射量が増加する。
【００９２】
図１８は、この状態を示しており、横軸に、凹み５３が噴孔２０に対向するときの各凹み５２内の凹み体積（微燃料容積）の合計をとり、縦軸に複数の山状の噴射で噴射される噴射量の合計をとったものである。
【００９３】
即ち、凹み５２の体積は、凹み５２を形成する溝の奥行き（深さ）等に影響される量であるが、この凹み５２の体積が、噴射量が複数増減する噴射の合計噴射量に影響を与える状態を示している。そして凹み５２があまりに浅く、凹み体積の合計が小さくなると、合計噴射量が少なくなっている。
【００９４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。第１実施形態は、摩擦クラッチを使用してニードル回転軸を停止させたが、この第２実施形態においては、ニードル回転部をホルダ本体のシート部に押付けたときの摩擦力でニードル回転部及びニードル回転軸の回転を停止させ、この間、モータ部の出力軸の回転を極短時間ロックさせるものである。
【００９５】
図１９は、第２実施形態における燃料噴射弁１の構成を模式的に示す縦断面図である。また、図２０は、第２実施形態における燃料噴射弁の開弁時の構成を模式的に示す縦断面図である。この図１９、２０において、モータ部３０内には、スラスト方向のモータ出力軸３３の移動を阻止するスラスト受け用のワッシャ３３ａとモータ出力軸３３と一体に動くスラスト受け用円盤３３ｂが設けられている。このスラスト受け用のワッシャ３３ａとスラスト受け用円盤３３ｂとでスラスト荷重を受けることが出来ると共に、スラスト方向のニードル回転軸２６の移動量を設定値に管理できる。
【００９６】
ニードル回転軸２６とニードル回転部２５からなるニードル２５、２６が降下している燃料噴射弁１の閉弁状態を示す図１９においては、スラスト受け用のワッシャ３３ａとスラスト受け用円盤３３ｂとの間にはスラスト隙間が存在する。
【００９７】
この時、ニードル回転部２５の第１と第２の突起状周面２１、２３をホルダ本体３の第１と第２のシート部４５、４６に押付けたときの摩擦力でニードル回転部２５及びニードル回転軸２６の回転を停止させている。
【００９８】
つまり、この間、モータ部３０のモータ出力軸３３の回転を極短時間ロックさせている。この間において、モータ部３０への印加電圧がゼロになるように、モータ部３０には、矩形パルス状のモータ印加電圧Ｖｐが印加されている。
【００９９】
そして、ニードル回転部２５の第１第２突起状周面２１、２３と第１第２シート部４５、４６とが当接して、この第１シート部４５が第１制動部を構成し、第２シート部４６が第２制動部を構成することになる。各制動部４５、４６は夫々リング状に形成されている。尚、この制動部４５、４６を構成するホルダ本体３のリング状内周面及び上記第１第２突起状周面２１、２３を耐摩耗性のある金属部として加工することが望ましい。
【０１００】
第１実施形態と同様に、燃料圧でニードル２５、２６が上方にリフトするときは、図２０の様に、スラスト受け用のワッシャ３３ａとスラスト受け用円盤３３ｂとの間のスラスト隙間が無くなり、スラスト受け用のワッシャ３３ａにスラスト受け用円盤３３ｂが当接して、燃料噴射弁１が開弁する。
【０１０１】
上記第２実施形態では、ニードル回転部２５が押付けられる制動部４５、４６は、噴孔２０に隣接してニードル回転部２５の周囲にリング状に設けられたシート部４５、４６から成る。これによれば、シート部４５、４６が制動部を兼ねることによって、クラッチ機構が不要となり、構成部品を少なくすることが出来る。なお、図１９内の部分７０、７１、７２は、下記のその他の実施形態にて、図１９を援用して説明する部分である。
【０１０２】
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上記実施形態では、ディーゼルエンジン用の燃料噴射弁に適用したが、ガソリンエンジン用の燃料噴射弁に適用しても良い。また、上記実施形態では、コモンレールからの高圧燃料を燃料室と圧力室に導いたが、コモンレールの無い燃料供給システムにも適用できる。
【０１０３】
次に、図１９においては、シート部を制動部と兼ねたが、ニードル回転軸２６が下降したときに、ホルダ本体３の内周壁に摺接する制動部を、ニードル回転部２５以外の部分に設けても良い。
【０１０４】
例えば、図１９を援用して説明すると、図１９において、破線で図示したように、ニードル回転軸２６に結合されて一体に回転する周面に傾斜面から成る制動端面部を有する円盤７０からなる専用部品を設ける。この円盤７０は、この円盤の周面の傾斜面から成る制動端面部を、燃料室７の内壁の傾斜面７１（制動部）を有する傾斜突起に、図１９のように、摺接させてブレーキをかけることが出来る。
【０１０５】
ニードル回転軸２６と一体回転する円盤７０には、燃料移動用の貫通孔７２を形成している。このようにすれば、ブレーキ作用の全部または一部を円盤７０が受け持つので、第１第２シート部４５、４６での摩耗を少なくすることが出来る。
【０１０６】
また、図１９の燃料噴射弁１が開弁状態となり、ニードル２５、２６が上方にリフトされるときは、ニードル回転軸２６と共に円盤７０も上に上昇するので、円盤７０の周面の傾斜面（制動端面部）と燃料室７の内壁の傾斜面７１との間に隙間が出来るので、摺接が無くなり、ブレーキ作用が無くなる。
【０１０７】
このように、制動端面部を、ニードル回転軸２５に固定されて一体回転する専用部品となる円盤７０の周面から構成し、空洞部壁面に設けられた制動部となる燃料室７の内壁の傾斜面７１に上記制動端面部が押付けられて制動力を生じる。これによれば、制動端面部でニードル回転軸２６に制動力を生じさせる部分を独立した専用部品７０で構成することが出来るから、ニードル回転部２５周りのシート部４５、４６で制動をかける必要性が少なくなり、シート部４５、４６の摩耗を低減して耐久性を高めることが出来る。
【０１０８】
次に、モータ部３０は、ブラシ付き、またはブラシレスの直流モータに限らず、交流モータを使用しても良い。更に、ニードル２５、２６（図１）の上昇または下降をアシスト（助勢）するスプリングを図１９の円盤７０とモータハウジング３５との間の部位７５やモータハウジング３５と下方ベアリング３６ａの間の部位７６に設けても良い。
【０１０９】
更に、ニードル２５、２６を上昇下降させるために、電磁弁１１の開閉と燃料圧を利用したが、ソレノイドを使用した電磁アクチュエータの電磁力や、圧電アクチュエータで、直接的にモータ部またはモータ出力軸をスラスト方向に駆動するようにしても良い。
【０１１０】
この場合、図１の圧力室８と、燃料室７との差圧でニードル２５、２６を駆動する必要は無く、他方の通路５も不要であるため、ニードル回転部２５のシート部は上方のシート部４５のみで構成できる。
【符号の説明】
【０１１１】
２  燃料供給通路
２、９、１１  ニードル回転部燃料駆動機構
２、９、１１、３０  アクチュエータ
３  ホルダ本体
４  燃料室に至る一方の通路
５  圧力室に至る他方の通路
４、５  分離通路
６  空洞部
７  燃料室
８  圧力室
９  燃料リターン通路
１１  電磁弁
２０  噴孔
２１、２３  二段の突起状周面
２５  ニードル回転部
２６  ニードル回転軸
２５、２６  ニードル
３０  モータ部
３１  クラッチ機構
３３  モータ出力軸
４０  駆動板
４１  クラッチ隙間
４２  被駆動板
４５、４６、７１  制動部
４７  リング状の溝
５０  円周面
５２  凹み
【図１】
2011132842.tif 000003
【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】
2011132842.tif 000017
【図１６】
2011132842.tif 000018
【図１７】
2011132842.tif 000019
【図１８】
2011132842.tif 000020
【図１９】
2011132842.tif 000021
【図２０】
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