(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧燃料の通路（Ａ〜Ｃ）が内部に形成され、前記高圧燃料をエンジン（Ｅ）の燃焼室（ＥＮ）内に噴射する噴孔（５１）が先端部に形成された弁本体（８０）と、
前記弁本体（８０）の内部において前記弁本体（８０）の軸方向に移動し、その一端側（５２ａ）で前記噴孔（５１）を開閉する弁部材（５２）と、
前記弁本体（８０）の内部において前記弁部材（５２）を挟んで前記噴孔（５１）と反対側に形成され、前記高圧燃料を導入して、前記弁部材（５２）の前記移動を燃料の圧力で制御する圧力制御室（７１）と、
前記弁部材（５２）の他端側（５２ｂ）を受入れ、前記圧力制御室（７１）を区画する筒状部材（７６）と、
前記弁部材（５２）と前記筒状部材（７６）との間に介装され、前記弁部材（５２）を閉弁方向に押圧するリターンスプリング（７３）と、
前記圧力制御室（７１）内に前記高圧燃料を導入する流入通路（７４、Ｂ）と、
前記圧力制御室（７１）内の燃料を外部の低圧側（１）に流出させる流出通路（７５、Ｃ）と、
前記圧力制御室（７１）内を前記軸方向に変位可能であり、前記流入通路（７４、Ｂ）を開閉する制御部材（７２）と、を備え、
前記リターンスプリング（７３）として、初期の変位量が大きく後期の変位量が小さくなるバネ特性を有するスプリング（７３Ａ〜７３Ｅ）を用い、
前記弁部材（５２）の最大ストローク位置（Ｄ）を強制的に規制する位置決め手段を有しておらず、前記弁部材（５２）の最大ストローク位置（Ｄ）が前記リターンスプリング（７３）の変位量（Ｈ）のみに依存していることを特徴とする燃料噴射装置（５）。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射装置（５）において、
前記リターンスプリング（７３）は、軸方向における横断面形状が異径をなしている１本のコイル状スプリング（７３Ａ〜７３Ｃ）、もしくは軸方向におけるピッチが不等になっている１本のコイル状スプリング（７３Ｄ）で構成され、非線形のバネ特性を有していることを特徴とする燃料噴射装置（５）。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料噴射装置（５）において、
前記リターンスプリング（７３）は、軸方向長が長いコイル状バネ（７３Ｘ）と軸方向長が短いコイル状バネ（７３Ｙ）とを組合せた複合スプリング（７３Ｅ）で構成され、折れ線形のバネ特性を有していることを特徴とする燃料噴射装置（５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に搭載される燃料供給装置、とりわけ、ディーゼルエンジン用の燃料噴射システムとして知られているコモンレール式（蓄圧式）燃料供給装置において、特に、高圧燃料をエンジンの燃焼室内に噴射する燃料噴射装置（以下、「インジェクタ」ともいう。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
〔従来の技術〕
従来より汎用されているこの種のインジェクタは、高圧燃料の通路が内部に形成された弁本体（以下、「インジェクタボディ」ともいう。）と、この弁本体の内部においてその軸方向に移動することで噴孔を開閉する弁部材（以下、「ノズルニードル」ともいう。）とを備える基本構成であった。
【０００３】
ところが、近年、より一層の性能向上を図るべく、弁本体の内部に圧力制御室を設けるとともに、弁部材の移動を、圧力制御室内の燃料の圧力によって制御する制御手段を採用したものが賞用される傾向にあり、その代表的なものとして、例えば特許文献１（特に、図６参照）に開示のごときインジェクタが知られている。
かかるインジェクタを図７に基づいて概説すると、インジェクタ５は、インジェクタボディ８０の内部においてノズルニードル５２を挟んで噴孔と反対側に形成され、高圧燃料を導入して、ノズルニードル５２の軸方向移動を燃料の圧力で制御する圧力制御室７１と、この圧力制御室７１内を軸方向に変位可能であり、流入通路７４を開閉する制御部材（以下、「フローティングプレート」ともいう。）７２を備えている。このフローティングプレート７２は、流入通路７４を閉じることで、圧力制御室７１への高圧燃料の導入を停止するとともに、圧力制御室７１内の燃料を流出通路７５から外部へ排出するため、このフローティングプレート７２の動作によって、圧力制御室７１内の圧力をすみやかに下降させることができ、圧力制御室７１内の燃料の圧力によって制御されるノズルニードル５２が噴孔をすみやかに開ける。したがって、インジェクタ５の応答性能を向上することができる。
【０００４】
〔従来技術の問題点〕
しかしながら、上述のごとき制御手段では、安定した燃料噴射特性を確保することが困難であるとの問題点が指摘されている。
【０００５】
本発明者らは、その原因を究明すべく実験・研究を重ねたところ、次のような事象が阻害要因であることを突き止めるに至った。
【０００６】
（１）上記制御手段による制御機能について、図７を参照しながら以下に検証する。
フローティングプレート７２には圧力制御室７１内の燃料を流出通路７５へ排出するためにオリフィス７２ａが設けられており、このオリフィス７２ａを介して圧力制御室７１内の圧力を低下させることで、ノズルニードル５２をすみやかに開弁することができる。
そして、ノズルニードル５２は、ノズルニードル５２の一部５２ｃが筒状部材７６の肩部７６ａに衝当することによって、最大上昇位置（最大ストローク位置）が規制され、所定の燃料噴射特性が得られる。
【０００７】
（２）ところが、ノズルニードル５２が最大ストローク位置へ到達した以降において、燃料噴射特性に乱れが生じるという現象が認められた。
そして、圧力制御室７１は、筒状部材７６とノズルニードル５２の頭部５２ｂとの液密的な嵌合によって区画形成されており、したがって、ノズルニードル５２の最大ストローク位置（ノズルニードル５２の一部５２ｃと筒状部材７６の肩部７６ａとの衝当位置）では圧力制御室７１の容積が一定となるが、このメカニズムに起因して上記の燃料噴射特性の乱れ現象が惹起されることが判明した。
（３）つまり、ノズルニードル５２が最大ストローク位置に達した以後も、圧力制御室７１の圧力は、オリフィス７２ａを介して燃料が流出し続けるために低下することになる。この僅かな圧力低下によって、流入通路７４からの燃料圧を受けているフローティングプレート７２が押し下げられ流入通路７４を開放するため、高圧燃料が圧力制御室７１内に導入される。すると、フローティングプレート７２が直ちに上昇し、流入通路７４を再び閉じる、というように、フローティングプレート７２が上下振動を繰り返す。このフローティングプレート７２の挙動に呼応して、ノズルニードル５２が僅かに上下動し、燃料噴射特性に乱れが生じたわけである。
【０００８】
（４）その対策としては、〔ａ〕ノズルニードル５２の最大ストローク位置を規制しないようにする、〔ｂ〕ノズルニードル５２の最大ストローク位置までの上昇を緩やかにすることが考えられる。しかしながら、前者の手段〔ａ〕は、ノズルニードル５２の所要ストロークを確保するためにインジェクタ５の軸方向長が長くなり、インジェクタ５自体が大型化し、また、後者の手段〔ｂ〕は折角の応答性能を犠牲にすることになり、いずれも実用的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−２２６４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、簡単な構成変更で、制御部材（フローティングプレート）の挙動の安定化を図り、良好な燃料噴射特性を確保することができる燃料噴射装置（インジェクタ）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の燃料噴射装置（インジェクタ）においては、高圧燃料をエンジンの燃焼室内に噴射する噴孔が先端部に形成された弁本体（インジェクタボディ）と、弁本体の軸方向に移動し、その一端側で噴孔を開閉する弁部材（ノズルニードル）と、弁本体の内部において弁部材を挟んで噴孔と反対側に形成され、高圧燃料を導入して、弁部材の前記移動を燃料の圧力で制御する圧力制御室と、弁部材の他端側を受入れ、圧力制御室を区画する筒状部材と、弁部材と筒状部材との間に介装され、弁部材を閉弁方向に押圧するリターンスプリングと、圧力制御室内に高圧燃料を導入する流入通路と、圧力制御室内の燃料を外部の低圧側に流出させる流出通路と、圧力制御室内を軸方向に変位可能であり、流入通路を開閉する制御部材（フローティングプレート）と、を基本構成として備えている。
そして、リターンスプリングとして、初期の変位量が大きく後期の変位量が小さくなる特異なバネ特性を有するスプリングを用いたことを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、開弁時には弁部材（ノズルニードル）を素早く開弁させることができるため、優れた応答性能が得られる。そして、最大ストローク位置の手前から緩やかに上昇させることができるため、弁部材が開弁してから最大ストローク位置に到達するまでの時間（噴射時間）を充分に確保することができる。これにより、弁部材の最大ストローク位置をあえて規制する必要がなく、制御部材（フローティングプレート）に対して不適切な挙動（上下振動）を惹起させることがない。
また、リターンスプリングは、既設の必須部品であり、かかるスプリングの仕様を変更するだけで上記機能が得られるため、特別な改造や追加部品等を一切要しない。
したがって、コンパクトで安価な構成でありながら、高応答性能と良好な燃料噴射特性を確保することができる燃料噴射装置（インジェクタ）を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】コモンレール式燃料供給装置の全体構成を模式的に示す図である（参考例）。
【図２】燃料噴射装置の基本的構成を示す縦断面図である（参考例１）。
【図３】燃料噴射装置の主要部を拡大して示す縦断面図である（参考例１）。
【図４】燃料噴射装置で採用するリターンスプリングのバネ特性の説明に供するもので、（ａ）、（ｂ）は参考例のバネ特性を示す特性図、（ｃ）は従来のバネ特性図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は図４（ａ）に示すバネ特性を実現するスプリングの具体的構造例の説明に供する模式図である（参考例１）。
【図６】（ａ）、（ｂ）は図４（ｂ）に示すバネ特性を実現するスプリングの具体的構造例の説明に供する模式図である（参考例１）。
【図７】従来の燃料噴射装置の主要部を拡大して示す縦断面図である（従来技術）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
まず、燃料供給装置の代表例として、ディーゼルエンジン用コモンレール式（蓄圧式）燃料供給装置を説明する。
この燃料供給装置は、自動車のごとき車両のエンジンルームに搭載されるもので、例えば、複数の気筒を有するディーゼルエンジンに対して、各気筒へ高圧燃料を噴射供給するものであって、図１を参照しながらシステムの全体構成について概説する。
【００１６】
コモンレール式燃料供給装置ＣＲは、燃料供給源である燃料タンク１から燃料を汲み上げるフィードポンプ２と、このフィードポンプ２から吐出された燃料を吸入して加圧する高圧燃料ポンプ３と、この高圧燃料ポンプ３から吐出された高圧燃料が導入されるコモンレール４と、このコモンレール４の各燃料出口から高圧燃料が分配供給される複数個（本例では４個）のインジェクタ（燃料噴射装置）５と、エンジンＥの運転状態に応じて所望の燃料供給制御機能を発揮させるための総合司令塔をなす電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と略称する。）６を備えている。そして、コモンレール４の内部に蓄圧された高圧燃料を、燃料噴射タイミングに応じて、各インジェクタ５からエンジンＥの各気筒の燃焼室ＥＮ内に噴射供給するように構成されている。
【００１７】
フィードポンプ２は、燃料タンク１から吸入した燃料を加圧し燃料供給配管２ａを介して高圧燃料ポンプ３へ送出する低圧燃料ポンプであって、本例では、燃料タンク１内に設置されるインタンク方式の電動型燃料ポンプとして例示しているが、高圧燃料ポンプ３に一体的に組付けられるとともに、そのポンプ駆動軸で同軸駆動される型式の燃料ポンプを採用することもできる。
【００１８】
高圧燃料ポンプ３は、詳細構造を省略しているが、エンジンＥのクランクシャフトにより駆動されるポンプ駆動軸（カムシャフト）と、このカムシャフトを回転自在に支持するポンプハウジングと、燃料を加圧圧送する複数のプランジャと、各プランジャを往復摺動可能に嵌挿支持する複数のシリンダとを備える周知のポンプ構造である。そして、シリンダ内をプランジャが往復移動することで、フィードポンプ２から供給された燃料を更に加圧して高圧燃料を生成し、高圧燃料配管３ａを介してコモンレール４へ圧送するサプライポンプとしての機能を果たす。
なお、高圧燃料ポンプ３は、フィードポンプ２から燃料加圧室内への燃料吸入量を調整することで、高圧燃料ポンプ３より吐出される燃料吐出量を制御する電磁式の燃料調量弁を具備している。
【００１９】
コモンレール４は、要求噴射圧力に相当する高圧燃料を貯留しておく蓄圧容器である。コモンレール４の一端側には圧力レギュレータ（プレッシャリミッタ）７が、他端側にはコモンレール圧力センサ（燃料圧力センサ）８が、それぞれ取付けられている。
また、コモンレール４は、その両端間に、インジェクタ５の数に応じた複数（本例では４個）の燃料出口部４ａを並設しており、各燃料出口部４ａには、それぞれ燃料分配管４ｂを介してインジェクタ５が接続されている。
【００２０】
以上の構成により、コモンレール４は、高圧燃料ポンプ３からの高圧燃料を一時的に蓄え、圧力を保持したまま複数のインジェクタ５に燃料分配管４ｂを介して分配する。加えて、コモンレール圧力センサ８がコモンレール４内の燃料の圧力および温度を検出してＥＣＵ６に出力する。圧力レギュレータ７は、コモンレール４内の燃料の圧力を一定に保持するとともに、余剰分の燃料を減圧して低圧側に排出する。この圧力レギュレータ７を通過した余剰分の燃料は、燃料戻し配管４ｃを介して、燃料タンク１へ戻される。
【００２１】
インジェクタ５は、各気筒の燃焼室ＥＮ内に露出して配設される弁部５０を備えており、コモンレール４に蓄えられた高圧燃料を各気筒の燃焼室ＥＮに噴射供給する装置（本発明装置）である。その具体的な構造および機能の子細については後述するが、インジェクタ５は、ＥＣＵ６からの制御信号に応じて、コモンレール４から供給される高圧燃料の噴射量を制御する。なお、インジェクタ５において、燃料分配管４ｂから供給された高圧燃料の一部であって、弁部５０から噴射されなかった余剰分の燃料は、インジェクタ５から燃料排出管５ａに排出され、燃料戻し配管４ｃを介して燃料タンク１へと戻される。
【００２２】
なお、ＥＣＵ６は、上述したコモンレール圧力センサ８に加えて、エンジンＥの回転速度を検出する回転速度センサ、スロットル開度を検出するスロットルセンサ、吸入吸気量を検出するエアフローセンサ等、種々のセンサと電気的に接続されている。ＥＣＵ６は、これらの各センサからの情報に基づいて、高圧燃料ポンプ３の電磁弁および各インジェクタ５の弁部５０の開閉を制御するための指令信号を、高圧燃料ポンプ３の電磁式燃料調量弁および各インジェクタ５の電磁弁部（後述）に出力する。
【００２３】
〔参考例１〕
次に、参考例１のインジェクタ５の基本的な構成および機能について、図２および図３に基づいて説明する。
【００２４】
インジェクタ５は、概括すると、弁部５０と、電磁弁部６０と、圧力制御部７０と、これらの各部５０〜７０を収容もしくは保持し外郭をなすインジェクタボディ（弁本体）８０とから構成されている。そして、外郭をなすインジェクタボディ８０が、主として、下側部分のノズルボディ８１、上側部分のホルダ８２、それらの間に配置されるオリフィスプレート（中間ブロック）８３の３部材で構築されている。
【００２５】
各気筒の燃焼室ＥＮに露出して配設される弁部５０は、ノズルボディ８１の先端部（下端部）に設けられ、高圧燃料を噴射する噴孔５１と、この噴孔５１を一端側の尖端部（下端部）５２ａで開閉するノズルニードル（弁部材）５２とを備える基本構成である。ノズルニードル５２は、ノズルボディ８１のノズル室８４内においてノズルボディ８１の軸方向に移動可能であり、ノズルボディ８１との間に燃料溜め８４ａを形成している。
【００２６】
電磁弁部６０および制御部７０の具体的かつ詳細な構造については後述するが、当該両部が協働して、インジェクタボディ８０の内部に形成された高圧燃料の通路を種々制御することで、ノズルニードル５２の開閉をコントロールする中枢機能を担うものである。そして、電磁弁部６０は電磁弁６１を、また、制御部７０は圧力制御室７１、フローティングプレート（制御部材）７２およびリターンスプリング７３を、それぞれ基本的な主要構成要素として備えている。
【００２７】
インジェクタボディ８０は、内部に形成される高圧燃料の通路として、燃料供給経路Ａ、燃料導入経路Ｂ、および燃料排出経路Ｃを備えている。これらの３つの経路（燃料供給経路Ａ、燃料導入経路Ｂ，および燃料排出経路Ｃ）の詳細については後述するが、燃料供給経路Ａは、コモンレール４から燃料分配管４ｂを介してインレットポート８５に供給されてくる高圧燃料をノズル室８４(燃料溜め８４ａ)まで導く基本流路であり、燃料導入経路Ｂは、この燃料供給経路Ａから分岐して圧力制御室７１へ高圧燃料を流入させるためのものであり、燃料排出経路Ｃは、圧力制御室７１内の高圧燃料をインジェクタ外部（図１の燃料排出管５ａ）へ排出させるものである。
そして、インジェクタ５は、ノズル室８４(燃料溜め８４ａ)の内部の燃料圧でノズルニードル５２に対して噴孔開弁方向に加えられる力を開弁力（Ｆ１）、圧力制御室７１の内部の燃料圧でノズルニードル５２に対して噴孔閉弁方向に加えられる力を第１の閉弁力（Ｆ２）、リターンスプリング７３の付勢力でノズルニードル５２に対して噴孔閉弁方向に加えられる力を第２の閉弁力（Ｆ３）と定義したとき、〔Ｆ１＞Ｆ２＋Ｆ３〕の関係が成立すると「開弁」し、〔Ｆ１＜Ｆ２＋Ｆ３〕の関係が成立すると「閉弁」する。それらの力をバランスさせる要の制御部材をなしているのがフローティングプレート７２である。
【００２８】
電磁弁部６０は、インジェクタボディ８０のホルダ８２内に収容され、燃料排出経路Ｃを開閉制御する電磁弁６１を有している。  電磁弁６１は、電磁式の駆動部６１ａとこの駆動部６１ａによって開閉操作される開閉部６１ｂとから構成される。駆動部６１ａは、ＥＣＵ６からの指令信号を受けて開閉部６１ｂが燃料排出経路Ｃを開くように駆動する。逆に、駆動部６１ａに対して、ＥＣＵ６から指令信号が供給されない場合には、開閉部６１ｂが燃料排出経路Ｃを閉じている。
【００２９】
制御部７０は、インジェクタボディ８０において、ノズルボディ８１とオリフィスプレート８３とに跨って構築されている。
オリフィスプレート８３には、圧力制御室７１に高圧燃料を導入する流入通路７４、および、圧力制御室７１内の高圧燃料を外部の低圧側に流出させる流出通路７５が設けられている。  
流入通路７４は、燃料導入経路Ｂをなすもので、一端が燃料供給経路Ａに連通しており、他端が圧力制御室７１に開口している。また、流出通路７５は、燃料排出経路Ｃをなすもので、一端が圧力制御室７１に開口しており、他端が電磁弁６１の開閉部６１ｂを経由して燃料排出管５ａ(図１)に連通している。
そして、流入通路７４および流出通路７５の両通路には、圧力制御室７１側の流路（後述するオリフィス７２ａ、連通溝７２ｂ）との間で燃料流量調整を行なうためのオリフィスが適宜設けられている。
【００３０】
圧力制御室７１は、ノズルニードル５２の他端側である頭部（上端部）５２ｂと、筒状部材７６とによって区画形成されている。筒状部材７６は、円筒状を呈しており、ノズルニードル５２の円柱状頭部５２ｂを受入れ、この頭部５２ｂを実質的に液密状態で摺動可能に保持している。したがって、この円柱状頭部５２ｂが筒状部材７６内で軸方向に変位（上下動）することによって、圧力制御室７１の容積が増減される。
【００３１】
フローティングプレート（制御部材）７２は、円盤状を呈し、筒状部材７６にスキマ嵌めで嵌挿されており、圧力制御室７１内を軸方向に変位可能である。そして、圧力制御室７１に偏心して開口している流入通路７４を開閉する機能を果たす。
フローティングプレート７２には、中心部分に板厚方向に貫通するオリフィス７２ａが設けられており、外周面に軸方向の連通溝７２ｂが形成されている。したがって、フローティングプレート７２の上面側と下面側とがオリフィス７２ａおよび連通溝７２ｂを介して連通させることができる。
また、オリフィス７２ａは、圧力制御室７１の中心部分に開口している流出通路７５と対向している。
したがって、フローティングプレート７２は、オリフィスプレート８３に押付けられた状態（着座状態）になると、流入通路７４を完全に閉塞し、オリフィス７２ａが流出通路７５のみと連通している。つまり、フローティングプレート７２は、圧力制御室７１と流入通路７４とを遮断するとともに、圧力制御室７１（オリフィス７２ａを介して）と流出通路７５とを連通させる。
また、フローティングプレート７２は、オリフィスプレート８３から離間（離座）すると、流入通路７４を開放する。これにより、流入通路７４が、オリフィス７２ａおよび連通溝７２ｂを介して圧力制御室７１と連通する。
【００３２】
リターンスプリング７３は、筒状部材７６とノズルニードル５２との間に介装され、ノズルニードル５２を閉弁方向に押圧している。
なお、ノズルニードル５２の最大ストローク位置（最大開弁位置）は、ノズルニードル５２の一部５２ｃが筒状部材７６の下端部内周に形成された肩部７６ａに衝当することによって規制される。
【００３３】
次に、上記構成を備えたインジェクタ５において、その基本的な作用を図１〜図３に基づいて説明する。
【００３４】
コモンレール４から供給される高圧燃料は、インジェクタ５のインレットポート８５から燃料供給経路Ａに流入する。この燃料供給経路Ａに流入した高圧燃料は、ノズルボディ８１のノズル室８４内に導入される。
【００３５】
そして、ＥＣＵ６から電磁弁部６０に対して制御信号が供給（通電）されず、電磁弁６１が閉弁状態にあるときには、開閉部６１ｂによって流出通路７５、つまり、燃料排出経路Ｃが閉鎖されている。
この場合には、圧力制御室７１からの燃料の流出が停止するので、フローティングプレート７２は、燃料導入経路Ｂをなす流入通路７４内の燃料圧力によって押し下げられてオリフィスプレート８３から離座し、流入通路７４を開放している。これにより、燃料供給経路Ａから流入通路７４（燃料導入経路Ｂ）→フローティングプレート７２のオリフィス７２ａおよび連通溝７２ｂ→圧力制御室７１の流路が形成され、圧力制御室７１に高圧燃料が充填される。
【００３６】
このようにして、ノズルニードル５２は、ノズル室８４内の燃料圧力によって押し上げる方向（噴孔開弁方向）の開弁力（Ｆ１）を受けるとともに、圧力制御室７１内の燃料圧力によって押し下げる方向（噴孔閉弁方向）の閉弁力（Ｆ２）を受けることになる。
ここで、ノズルニードル５２の尖端部５２ａにてノズル室８４内の燃料圧力を受ける受圧面積よりも、ノズルニードル５２の頭部５２ｂにて圧力制御室７１内の燃料圧力を受ける受圧面積の方が大きく、しかもリターンスプリング７３によってノズルニードル５２に対して、ノズルニードル５２を噴孔閉弁方向に付勢する付勢力（閉弁力Ｆ３）が加わっている。このため、〔Ｆ１＜Ｆ２＋Ｆ３〕の条件が成立しており、ノズルニードル５２が噴孔５１を閉じている。
【００３７】
上記のごとき状態から、当該インジェクタ５の噴射タイミング（燃料の噴射時期）になると、ＥＣＵ６により電磁弁６１が通電されて開弁するため、流出通路７５（燃料排出経路Ｃ）が開放される。これにより、圧力制御室７１→フローティングプレート７２のオリフィス７２ａ→流出通路７５（燃料排出経路Ｃ）→燃料排出管５ａ→燃料タンク１に至る燃料排出流路が形成される。このため、圧力制御室７１内の燃料が上記流路を介して流出することで、制御室１２内の燃料圧力が下がる。なお、このとき、フローティングプレート７２は、押し上げられてオリフィスプレート８３に着座し、流入通路７４を閉鎖しているため、流入通路７４から圧力制御室７１への高圧燃料の流入が遮断されている。
したがって、圧力制御室７１内の燃料圧力が短時間で低下する。つまり制御室７１内の燃料圧力が急速に低下し、ノズル室８４内の燃料圧力と圧力制御室７１内の燃料圧力との間の圧力差が急激に増大する。
【００３８】
そして、ノズルニードル５２に作用する開弁力（Ｆ１）が、圧力制御室７１内の燃料圧力による閉弁力（Ｆ２）とリターンスプリング７３の付勢力による閉弁力（Ｆ２）との総和よりも大きくなり、〔Ｆ１＞Ｆ２＋Ｆ３〕の条件が成立すると、ノズルニードル５２が噴孔５１を開くため、ノズル室８４に導入された高圧燃料が噴孔５１から噴射される。
かくして、インジェクタ５は、エンジンＥの気筒の燃焼室ＥＮ内への燃料の噴射を開始する。
【００３９】
その後、上記の噴射タイミングからインジェクタ５の所定開弁期間（燃料噴射量と指令噴射圧力とから求められる指令噴射期間）が経過すると、ＥＣＵ６から電磁弁６１への通電が停止され、電磁弁６１が閉弁する。
【００４０】
このように、電磁弁６１が閉弁すると、流出通路７５（燃料排出経路Ｃ）が閉鎖されるため、圧力制御室７１からの燃料の流出が停止する。一方、圧力制御室７１内の燃料圧力が低下しているため、流入流路７４内の燃料圧力によりフローティングプレート７２が押し下げられてオリフィスプレート８３から離座し、流入通路７４を開放する。これにより、燃料供給経路Ａから流入通路７４（燃料導入経路Ｂ）→フローティングプレート７２のオリフィス７２ａおよび連通溝７２ｂ→圧力制御室７１の流路が形成され、圧力制御室７１に高圧燃料が流入する。これにより、圧力制御室７１内の燃料圧力が急速に上昇する。
【００４１】
そして、ノズル室８４内の燃料圧力と圧力制御室７１内の燃料圧力との間の圧力差が減少し、〔Ｆ１＜Ｆ２＋Ｆ３〕の条件が成立すると、ノズルニードル５２が噴孔閉弁方向に移動して噴孔５１を塞ぎ、弁部５０が閉弁状態に戻ることになる。よって、噴孔５１からの燃料噴射が終了する。
【００４２】
ところが、上述の噴射メカニズムにおいてその過程をつぶさに精査したところ、次のごとき事象が認められた。
【００４３】
（１）ノズルニードル５２の開弁過程において、ノズルニードル５２の最大ストローク位置（最大開弁位置）は、ノズルニードル５２の一部５２ｃが筒状部材７６の肩部７６ａによって規制されることになるが、ノズルニードル５２が最大ストローク位置で規制された場合、ノズルニードル５２が最大ストローク位置へ到達した以降において、燃料噴射特性に乱れ現象が生じたのである。
【００４４】
（２）その原因を究明すると、圧力制御室７１は、筒状部材７６とノズルニードル５２の頭部５２ｂとの嵌合によって区画形成されていることから、ノズルニードル５２の最大ストローク位置では圧力制御室７１の容積が変化せず実質的に一定となる。これに対し、フローティングプレート７２にはオリフィス７２ａが設けられているため、ノズルニードル５２が最大ストローク位置に達した以後も、オリフィス７２ａを介して圧力制御室７１内の燃料が流出し続ける。その結果、圧力制御室７１の圧力が僅かでも低下すると、この僅かな圧力低下によって、流入通路７４からの燃料圧を受けているフローティングプレート７２が押し下げられ流入通路７４を開放するため、高圧燃料が圧力制御室７１内に導入される。すると、フローティングプレート７２が直ちに上昇し、流入通路７４を再び閉じる、というように、フローティングプレート７２が上下振動を繰り返す。この結果、フローティングプレート７２の挙動に呼応してノズルニードル５２が僅かに上下動し、燃料噴射特性に乱れが生じたものと解析された。
【００４５】
（３）ちなみに、ノズルニードル５２の最大ストローク位置を規制しない場合には、圧力制御室７１内の圧力低下を、ノズルニードル５２の頭部５２ｂが上昇し続け圧力制御室７１の容積を小さくすることで補填し続けることが可能となるために、フローティングプレート７２が上下振動しなくなることも確認できた。
【００４６】
（４）そこで、燃料噴射期間中は、ノズルニードル５２が最大ストローク位置に到達しないようにする手法を創案するに至った。
【００４７】
［参考例１の特徴］
参考例１は、上述のごとき基本構成を備えるインジェクタ５において、リターンスプリング７３に着目し、ノズルニードル５２の最大ストロークをリターンスプリング７３の変位量に依存させることで、燃料噴射期間中は、ノズルニードル５２が最大ストローク位置に到達しないようにした。
【００４８】
参考例１では、リターンスプリング７３として、初期の変位量が大きく後期の変位量が小さくなる特異なバネ特性を有するスプリング７３を採用している。
【００４９】
これまで採用されてきた従前のリターンスプリングは、単なる円筒状のコイルスプリングを用いており、図４（ｃ）に示すように、付勢力Ｆ３と変位量Ｈとが直線的な相関で変化する所謂線形のバネ特性を有していた。そして、ノズルニードル５２をこのリターンスプリングの付勢力Ｆ３に抗して最大ストローク位置Ｄまで上昇（開弁）させていた。
これに対し、リターンスプリング７３は、初期の変位量が大きく後期の変位量が小さくなる特異なバネ特性を有しており、燃料噴射期間中は、ノズルニードル５２が最大ストローク位置Ｄに到達しないようにする。
【００５０】
１つ目の形態のリターンスプリング７３は、図４（ａ）に示すように、付勢力Ｆ３が小さい初期には変位量Ｈが大きく、付勢力Ｆ３が大きくなる後期に移行するにしたがって曲線的に変位量Ｈが小さくなる非線形のバネ特性を有している。
上記構成によれば、開弁時には、リターンスプリング７３の初期のバネ特性を活用して、ノズルニードル５２を素早く上昇させて開弁させることができる。そして、ノズルニードル５２が最大ストローク位置Ｄに近づくにしたがって、リターンスプリング７３の後期のバネ特性を活用し、ノズルニードル５２が最大ストローク位置Ｄに到達するまでの時間を稼ぐことができる。これにより、ノズルニードル５２が最大ストローク位置Ｄに到達するまでに所定の噴射期間を終了することができる。
かくして、燃料噴射期間中に、圧力制御室７１の容積を一定にすることがなく、フローティングプレート７２の上下振動を抑制することができる。
【００５１】
なお、上述のごとき非線形のバネ特性｛図４（ａ）｝を有するリターンスプリング７３は、１本のコイル状スプリングで実現することができる。その代表的な構造例を図５に基づいて説明する。
図５には、４種の形態を呈するコイル状スプリング７３Ａ〜７３Ｄが模式的構造で示してある。
図５において、（ａ）のスプリング７３Ａは、軸方向における横断面形状（一巻きの径）が一端から他端に向かって大きくなる異径をなす所謂「円錐型」形状をなしている。また、（ｂ）のスプリング７３Ｂは、軸方向の中央領域における径が両端部分の径より小さい所謂「つつみ型」形状をなしている。逆に、（ｃ）のスプリング７３Ｃは、軸方向の中央領域における径が両端部分の径より大きい所謂「太鼓型」形状をなしている。さらに、（ｄ）のスプリング７３Ｄは、軸方向における各巻きのピッチが一端から他端に向かって大きくなる不等ピッチ形状をなしている。
なお、図４（ａ）に示す非線形の具体的な曲線形状は、４種のコイル状スプリング７３Ａ〜７３Ｄの形態を選ぶことによって適宜選定することができるほか、各コイル状スプリング７３Ａ〜７３Ｄの具体的形状を適宜変更（例えば、一巻きの径やピッチの変更）することによっても任意の非線形な曲線形状が得られることは勿論である。
【００５２】
次に、初期の変位量が大きく後期の変位量が小さくなるバネ特性を有するリターンスプリング７３の２つ目の形態について説明する。
２つ目の形態では、リターンスプリング７３を、バネ特性として、傾斜の異なる相関関係を有する２種以上の線形特性を組合わせた折れ線形の特性を有する複合スプリングで構成している。
当該スプリングのバネ特性についてその一例を示せば、図４（ｂ）に示すように、付勢力Ｆ３が小さい初期には変位量Ｈが大きい第１線形部分Ｓ１と、付勢力Ｆ３が大きくなる後期には付勢力Ｆ３が大きくなるにしたがって変位量Ｈが小さくなる第２線形部分Ｓ２とかなる１段折れ線形のバネ特性を有している。
そして、かかるスプリングは、図６に示すように、軸方向長の長い第１コイル状バネ７３Ｘと、軸方向長の短い第２コイル状バネ７３Ｙとを組合わせた複合スプリング７３Ｅで実現するこ８とができる。なお、図６において、（ａ）に示す複合スプリング７３Ｅは、第１コイル状バネ７３Ｘを大径に形成して、第２コイル状バネ７３Ｙの外側に配置しており、（ｂ）に示す複合スプリング７３Ｅは、逆に、第１コイル状バネ７３Ｘを小径に形成して、第２コイル状バネ７３Ｙの内側に配置している。
【００５３】
上記の２つ目の形態によれば、１つ目の形態と同様の機能を得ることができる。つまり、開弁時には、リターンスプリング７３の初期のバネ特性（第１線形部分Ｓ１＝第１コイル状バネ７３Ｘのみ）を活用して、ノズルニードル５２を素早く上昇させて開弁させることができる。そして、ノズルニードル５２が最大ストローク位置Ｄに近づくにしたがって、リターンスプリング７３の後期のバネ特性（第２線形部分Ｓ２＝第１、第２コイル状バネ７３Ｘ、７３Ｙの両方）を活用し、ノズルニードル５２が最大ストローク位置Ｄに到達するまでの時間を稼ぐことができる。これにより、ノズルニードル５２が最大ストローク位置Ｄに到達するまでに所定の噴射期間を終了することができる。
【００５４】
なお、図４（ｂ）に示す１段折れ線形のバネ特性は、第１コイル状バネ７３Ｘと第２コイル状バネ７３Ｙの長さや径を変更することによって、第１線形部分Ｓ１および第２線形部分Ｓ２のそれぞれの傾きや当該両部分Ｓ１、Ｓ２の接合点（屈曲点）の位置を変えて適宜選定することができる。また、３つ以上のコイル状バネを組合わせれば、２段以上の多段折れ線形のバネ特性が得られることは勿論である。
【００５５】
〔参考例１の効果〕
参考例１のインジェクタ５は、上述のごとき機能を発揮するため、次のような効果を奏することができる。
（１）リターンスプリング７３の初期のバネ特性でノズルニードル５２を素早く開弁させることができるため、開弁時には優れた応答性能が得られる。
（２）リターンスプリング７３の後期のバネ特性で、ノズルニードル５２を最大ストローク位置Ｄの手前から緩やかに上昇させることができるため、ノズルニードル５２が最大ストローク位置Ｄに到達するまでに所定の噴射期間を終了することができる。このため、圧力制御室７１の容積が一定になることによって生じるフローティングプレート７２の不適切な挙動（上下振動）を招来することがない。
（３）リターンスプリング７３は、既設の必須部品であり、かかるスプリングの仕様を変更するだけで上記機能が得られるため、特別な改造や追加部品等を一切要しない。
（４）したがって、コンパクトで安価な構成でありながら、高応答性能と良好な燃料噴射特性を確保することができるインジェクタ５を提供することができる。
【００５６】
〔実施例および変形例〕
以上、参考例について詳述してきたが、以下に実施例および変形例を示す。
【００５７】
（１）上記参考例１では、念のため、ノズルニードル５２の最大ストローク位置（最大開弁位置）Ｄを強制的に規制する位置決め手段（ノズルニードル５２の一部５２ｃと筒状部材７６の肩部７６ａ）を設けているが、実施例では、ノズルニードル５２の一部５２ｃを筒状部材７６の肩部７６ａに衝当させないため、かかる位置決め手段を積極的に廃止し、ノズルニードル５２の最大ストローク位置（Ｄ）をリターンスプリング７３の変位量（Ｈ）のみに依存させている。
なお、このように位置決め手段を積極的に廃止することにより、位置決めのための頑強な構造が不要となり、構造の一層の簡略化が図れるのみならず、開弁（衝当）時における衝撃騒音を解消し、かつ、流路構造の自由度を高めることができる。
【００５８】
（２）また、上記参考例１では、リターンスプリング７３のバネ特性を、非線形および折れ線形に大別して説明したが、両形態を組合わせることにより、非線形でかつ多段折れ線形を有するなどの種々なバネ特性を実現することができる。
【００５９】
本発明の特徴点および特記すべき作用効果を、特許請求の範囲に記載した各手段にしたがって要約列挙すれば、次の通りである。
【００６０】
（特徴点１＝請求項１の手段）
請求項１のインジェクタ５は、ノズルニードル（弁部材）５２の最大ストローク位置Ｄを強制的に規制する位置決め手段を有しておらず、ノズルニードル５２の最大ストローク位置Ｄがリターンスプリング７３の変位量（Ｈ）のみに依存して決定されることを特徴としている（実施例参照）。
上記手段によれば、位置決め手段を積極的に廃止することにより、位置決めのための頑強な構造が不要となり、構造の一層の簡略化が図れるのみならず、開弁（衝当）時における衝撃騒音を解消し、かつ、流路構造の自由度を高めることができる。
【００６１】
（特徴点２＝請求項２の手段）
請求項１に記載のインジェクタ（燃料噴射装置）５において、
リターンスプリング７３は、軸方向における横断面形状が異径をなしている１本のコイル状スプリング７３Ａ〜７３Ｃ、もしくは軸方向におけるピッチが不等になっている１本のコイル状スプリング７３Ｄで構成され、非線形のバネ特性を有することを特徴としている（図５参照）。
上記手段によれば、リターンスプリング７３を１本のコイル状スプリング７３Ａ〜７３Ｄで構成でき、かつ、巻き径やピッチを適宜選定するだけで、所望の非線形バネ特性を簡単に得ることができる。
【００６２】
（特徴点３＝請求項３の手段）
請求項１に記載のインジェクタ（燃料噴射装置）５において、
リターンスプリング７３は、軸方向長が長いコイル状バネ７３Ｘと軸方向長が短いコイル状バネ７３Ｙとを組合せた複合スプリング７３Ｅで構成され、折れ線形のバネ特性を有していることを特徴としている（図６参照）。
上記手段によれば、リターンスプリング７３は、複数のバネで構築するものの、単純な形状・構造のコイル状バネを用いて構成することができ、かつ、コイル状バネの長さ、本数を適宜選択するだけで、所望のバネ特性を得ることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１…燃料タンク、５…インジェクタ（燃料噴射装置）、５０…弁部、５１…噴孔、５２…ノズルニードル（弁部材）、５２ａ…尖端部（一端側）、５２ｂ…頭部（他端側）、７０…制御部、７１…圧力制御室、７２…フローティングプレート（制御部材）、７３…リターンスプリング、７３Ａ…円錐型のスプリング（異径のコイル状スプリング）、７３Ｂ…つつみ型のスプリング（異径のコイル状スプリング）、７３Ｃ…太鼓型のスプリング（異径のコイル状スプリング）、７３Ｄ…不等ピッチのコイル状スプリング、７３Ｅ…複合スプリング、７３Ｘ…第１のコイル状バネ（軸方向長が長いコイル状バネ）、７３Ｙ…第２のコイル状バネ（軸方向長が短いコイル状バネ）、７４…流入通路、７５…流出通路、７６…筒状部材、８０…インジェクタボディ（弁本体）、Ａ…燃料供給経路、Ｂ…燃料導入経路、Ｃ…燃料排出経路、ＣＲ…コモンレール式燃料供給装置、Ｅ…エンジン、ＥＮ…燃焼室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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