(57)【要約】【課題】燃料噴射率特性をより精密に制御することができる燃料噴射装置を提供する。【解決手段】背圧室３が共通蓄圧室２と常時連通しており、共通蓄圧室２と背圧室３との間に、開口面積を変化させることができる可変オリフィス３３が設けられている。可変オリフィス３３の開口面積を変化させることで、共通蓄圧室２と背圧室３との間を流れる燃料の流量をより精密に制御することができ、ニードル５１の移動速度をより精密に制御することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を蓄圧する蓄圧手段と、
蓄圧手段から供給された燃料を貯溜する燃料溜りと、燃料溜りに貯溜された燃料が噴射される噴孔を開閉する可動部材と、可動部材を噴孔側へ押圧するための燃料の圧力が蓄圧手段から供給される背圧室と、を有する燃料噴射手段と、
燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を蓄圧手段の燃料の圧力より増大させることが可能な増圧手段と、
を備え、
燃料を噴射する場合には、増圧手段により燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させることで可動部材が背圧室側へ移動して噴孔を開け、
燃料を噴射しない場合には、増圧手段による燃料の圧力の増大を停止させることで可動部材が噴孔側へ押圧されて噴孔を閉じ、
燃料を噴射する場合と燃料を噴射しない場合との両方において、背圧室が蓄圧手段と連通しており、
蓄圧手段と背圧室との間に、開口面積を変化させることができる可変オリフィスが設けられている、燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射装置であって、
可変オリフィスの開口面積が可動部材の移動に連動して変化する、燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料噴射装置であって、
可動部材が背圧室側へ移動するのに連動して可変オリフィスの開口面積が増大する、燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の燃料噴射装置であって、
蓄圧手段から背圧室への燃料の流れを許容するとともに背圧室から蓄圧手段への燃料の流れを遮断する逆止弁が可変オリフィスと並列に設けられている、燃料噴射装置。
【請求項５】
燃料を蓄圧する蓄圧手段と、
蓄圧手段から供給された燃料を貯溜する燃料溜りと、燃料溜りに貯溜された燃料が噴射される噴孔を開閉する可動部材と、可動部材を噴孔側へ押圧するための燃料の圧力が蓄圧手段から供給される背圧室と、を有する燃料噴射手段と、
燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を蓄圧手段の燃料の圧力より増大させることが可能な増圧手段と、
を備え、
燃料を噴射する場合には、増圧手段により燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させることで可動部材が背圧室側へ移動して噴孔を開け、
燃料を噴射しない場合には、増圧手段による燃料の圧力の増大を停止させることで可動部材が噴孔側へ押圧されて噴孔を閉じ、
燃料を噴射する場合と燃料を噴射しない場合との両方において、背圧室が蓄圧手段と連通しており、
蓄圧手段と背圧室との間に、背圧室から蓄圧手段へ燃料が流れるときの流路面積が蓄圧手段から背圧室へ燃料が流れるときの流路面積より小さい流量調整手段が設けられている、燃料噴射装置。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料噴射装置であって、
流量調整手段は、
蓄圧手段と背圧室との間に設けられたオリフィスと、
当該オリフィスと並列に設けられ、蓄圧手段から背圧室への燃料の流れを許容するとともに背圧室から蓄圧手段への燃料の流れを遮断する逆止弁と、
を含む、燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置に関し、特に、蓄圧手段に蓄圧された燃料をさらに増圧して噴射することが可能な燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃料噴射装置の関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１による燃料噴射装置は、燃料を蓄圧する共通蓄圧室（コモンレール）と、共通蓄圧室から供給された燃料を噴射する燃料噴射ノズルと、燃料噴射ノズルから噴射される燃料の圧力を増大させることが可能な増圧装置と、を備えている。燃料噴射ノズルには、共通蓄圧室から供給された燃料を貯溜する燃料溜りと、燃料溜りに貯溜された燃料が噴射される噴孔を開閉するニードルと、ニードルを噴孔側へ押圧するための燃料の圧力が共通蓄圧室から供給される背圧室とが設けられており、背圧室が共通蓄圧室と常時連通している。増圧装置により燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させると、ニードルが背圧室側へ移動して噴孔を開けることで、共通蓄圧室に蓄圧された燃料をさらに増圧して噴射することができる。
【０００３】
また、その他の関連技術として、下記特許文献２，３による燃料噴射装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】国際公開第０２／９３０００号パンフレット
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２１８９０４号明細書
【特許文献３】特開２００６−２９２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ニードルを移動させて燃料を噴孔から噴射する際に、燃料噴射率特性をより精密に制御するためには、ニードルの動きをより精密に制御できることが望ましい。例えば、排気エミッション低減（窒素酸化物ＮＯｘ低減）に効果があるとされるΔ（デルタ）噴射やブーツ噴射を実現するためには、初期噴射率を抑制するとともにその後の噴射率を高くする燃料噴射率特性が得られるようにニードルの動きを制御することが要求される。また、燃料噴射終了時に、燃料の噴射切れを向上させるためには、ニードルが噴孔を速やかに閉じるようにニードルの動きを制御することで、燃料噴射率を速やかに低下させることが要求される。前述の特許文献１の構成では、ニードルの動きを精密に制御することが困難であり、燃料噴射率特性を精密に制御することが困難である。そのため、初期噴射率が抑制された燃料噴射率特性を得ることや、燃料噴射終了時に燃料噴射率を速やかに低下させて燃料の噴射切れを向上させることも困難である。
【０００６】
本発明は、燃料噴射率特性をより精密に制御することができる燃料噴射装置を提供することを目的の１つとする。また、本発明は、初期噴射率を抑制することができるとともに燃料の噴射切れを向上させることができる燃料噴射装置を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る燃料噴射装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００８】
本発明に係る燃料噴射装置は、燃料を蓄圧する蓄圧手段と、蓄圧手段から供給された燃料を貯溜する燃料溜りと、燃料溜りに貯溜された燃料が噴射される噴孔を開閉する可動部材と、可動部材を噴孔側へ押圧するための燃料の圧力が蓄圧手段から供給される背圧室と、を有する燃料噴射手段と、燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を蓄圧手段の燃料の圧力より増大させることが可能な増圧手段と、を備え、燃料を噴射する場合には、増圧手段により燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させることで可動部材が背圧室側へ移動して噴孔を開け、燃料を噴射しない場合には、増圧手段による燃料の圧力の増大を停止させることで可動部材が噴孔側へ押圧されて噴孔を閉じ、燃料を噴射する場合と燃料を噴射しない場合との両方において、背圧室が蓄圧手段と連通しており、蓄圧手段と背圧室との間に、開口面積を変化させることができる可変オリフィスが設けられていることを要旨とする。
【０００９】
本発明によれば、蓄圧手段と背圧室との間に設けられた可変オリフィスの開口面積を変化させることで、蓄圧手段と背圧室との間を流れる燃料の流量をより精密に制御することができる。その結果、燃料を噴孔から噴射する際に、噴孔を開閉する可動部材の動きをより精密に制御することができ、燃料噴射率特性をより精密に制御することができる。
【００１０】
本発明の一態様では、可変オリフィスの開口面積が可動部材の移動に連動して変化することで、燃料噴射率を可動部材の動きに応じて制御することができる。この態様では、可動部材が背圧室側へ移動するのに連動して可変オリフィスの開口面積が増大することで、初期噴射率が抑制された燃料噴射率特性を得ることができる。
【００１１】
本発明の一態様では、蓄圧手段から背圧室への燃料の流れを許容するとともに背圧室から蓄圧手段への燃料の流れを遮断する逆止弁が可変オリフィスと並列に設けられていることが好適である。この態様によれば、可動部材が背圧室側へ移動して噴孔を開ける際に背圧室から蓄圧手段へ流出する燃料の流量を、可動部材が噴孔側へ移動して噴孔を閉じる際に蓄圧手段から背圧室に流入する燃料の流量より少なくすることができるので、初期噴射率を抑制することができるとともに燃料の噴射切れを向上させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る燃料噴射装置は、燃料を蓄圧する蓄圧手段と、蓄圧手段から供給された燃料を貯溜する燃料溜りと、燃料溜りに貯溜された燃料が噴射される噴孔を開閉する可動部材と、可動部材を噴孔側へ押圧するための燃料の圧力が蓄圧手段から供給される背圧室と、を有する燃料噴射手段と、燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を蓄圧手段の燃料の圧力より増大させることが可能な増圧手段と、を備え、燃料を噴射する場合には、増圧手段により燃料溜りに貯溜された燃料の圧力を増大させることで可動部材が背圧室側へ移動して噴孔を開け、燃料を噴射しない場合には、増圧手段による燃料の圧力の増大を停止させることで可動部材が噴孔側へ押圧されて噴孔を閉じ、燃料を噴射する場合と燃料を噴射しない場合との両方において、背圧室が蓄圧手段と連通しており、蓄圧手段と背圧室との間に、背圧室から蓄圧手段へ燃料が流れるときの流路面積が蓄圧手段から背圧室へ燃料が流れるときの流路面積より小さい流量調整手段が設けられていることを要旨とする。
【００１３】
本発明によれば、可動部材が背圧室側へ移動して噴孔を開ける際には、背圧室から蓄圧手段へ流出する燃料の流量が少なくなることで、可動部材の背圧室側への移動速度が遅くなるため、初期噴射率が抑制される。一方、可動部材が噴孔側へ移動して噴孔を閉じる際には、蓄圧手段から背圧室に流入する燃料の流量が多くなることで、可動部材の噴孔側への移動速度が速くなるため、可動部材が噴孔を速やかに閉じることができる。したがって、初期噴射率を抑制することができるとともに燃料の噴射切れを向上させることができる。
【００１４】
本発明の一態様では、流量調整手段は、蓄圧手段と背圧室との間に設けられたオリフィスと、当該オリフィスと並列に設けられ、蓄圧手段から背圧室への燃料の流れを許容するとともに背圧室から蓄圧手段への燃料の流れを遮断する逆止弁と、を含むことで、可動部材が背圧室側へ移動して噴孔を開ける際に背圧室から蓄圧手段へ流出する燃料の流量を、可動部材が噴孔側へ移動して噴孔を閉じる際に蓄圧手段から背圧室に流入する燃料の流量より少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１６】
「実施形態１」
図１は、本発明の実施形態１に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。本実施形態に係る燃料噴射装置は、例えばディーゼルエンジン等の圧縮着火式内燃機関に適用可能であり、共通蓄圧室（コモンレール）２、燃料噴射ノズル５、制御バルブ９、及び増圧装置１００を備える。そして、燃料噴射ノズル５、制御バルブ９、及び増圧装置１００は、内燃機関の各気筒に対応して設けられている。なお、本実施形態に係る燃料噴射装置を用いた燃料噴射制御は、図示しないコントローラによって実行される。
【００１７】
共通蓄圧室２は、燃料加圧ポンプ（図示せず）から供給された燃料を蓄圧する。共通蓄圧室２には圧力センサ（図示せず）が設けられており、この圧力センサにより共通蓄圧室２内における燃料の圧力（コモンレール圧力）が検出される。圧力センサの検出値はコントローラに入力され、共通蓄圧室２内に蓄えられる燃料の圧力が設定圧力となるように、共通蓄圧室２に設けられたレギュレータ（図示せず）の制御がコントローラによって行われる。なお、ここでの設定圧力は、例えば２０〜１４０ＭＰａ程度の値であり、機関回転速度及び要求トルク（駆動負荷）が高いほど大きい値がコントローラ内で設定される。
【００１８】
燃料噴射ノズル５内には、ノズル室（燃料溜り）５２及び背圧室３が形成されている。燃料噴射ノズル５の先端部には噴孔２３が形成されており、燃料噴射ノズル５内には燃料溜り５２と噴孔２３との連通を開閉するニードル（可動部材）５１が摺動自在に収容されている。燃料溜り５２に供給された燃料の圧力はニードル５１を背圧室３側へ押圧し、背圧室３に供給された燃料の圧力はニードル５１を噴孔２３側へ押圧する。図２に示すように、ニードル５１が背圧室３内の燃料の圧力により噴孔２３側へ押圧される面の面積Ａ１は、ニードル５１が燃料溜り５２内の燃料の圧力により背圧室３側へ押圧される面の面積Ａ２より大きく設定されている。図２において、ｄｎ１はニードル径であり、ｄｎ２はシート径である。さらに、ニードル５１には、図示しないばねの弾性力により噴孔２３側への付勢力が作用している。燃料噴射ノズル５は、ニードル５１の作動により燃料溜り５２に貯溜された燃料を噴孔２３から図示しない内燃機関の燃焼室内へ噴射することができる。
【００１９】
増圧装置１００は、増圧ピストン１０を有しており、増圧ピストン１０の作動により燃料溜り５２に貯溜された燃料の圧力を共通蓄圧室２内における燃料の圧力（コモンレール圧力）より増大させることができる。増圧装置１００内には、加圧室１０１、増圧室１０３、及び制御室１０２が形成されている。
【００２０】
加圧室１０１は共通蓄圧室２と接続されており、加圧室１０１には共通蓄圧室２からの燃料の圧力が供給される。加圧室１０１内の燃料の圧力は、増圧ピストン１０を増圧室１０３側へ押圧する。増圧室１０３は燃料溜り５２と接続されており、共通蓄圧室２と燃料溜り５２及び増圧室１０３との間には逆止弁（一方向弁）６２が設けられている。ここでの逆止弁６２は、共通蓄圧室２から燃料溜り５２及び増圧室１０３への燃料の流れを許容するとともに燃料溜り５２及び増圧室１０３から共通蓄圧室２への燃料の流れを遮断し、燃料溜り５２及び増圧室１０３には共通蓄圧室２からの燃料の圧力が供給される。増圧室１０３内の燃料の圧力は、増圧ピストン１０を加圧室１０１側へ押圧する。そして、制御室１０２内の燃料の圧力も、増圧ピストン１０を加圧室１０１側へ押圧する。さらに、増圧ピストン１０には、図示しないばねの弾性力により加圧室１０１側への付勢力が作用している。
【００２１】
図３に示すように、増圧ピストン１０は、一端にて制御室１０２内の燃料の圧力を加圧室１０１側へ受けるとともに他端にて加圧室１０１内の燃料の圧力を増圧室１０３側へ受ける大径部１０−１と、一端にて増圧室１０３内の燃料の圧力を加圧室１０１側へ受けるとともに他端に大径部１０−１の一端が連結された小径部１０−２と、により構成される。ここで、大径部１０−１の外径ｄ１及び小径部１０−２の外径ｄ２に関して、ｄ１＞ｄ２の関係が成立し、増圧ピストン１０（大径部１０−１の他端）が加圧室１０１内の燃料の圧力により増圧室１０３側へ押圧される面の面積Ｂ１は、増圧ピストン１０（小径部１０−２の一端）が増圧室１０３内の燃料の圧力により加圧室１０１側へ押圧される面の面積Ｂ２より大きくなる。
【００２２】
制御バルブ９は、制御室１０２を共通蓄圧室２と連通させる第１状態（図１の右側の状態）と、制御室１０２をドレイン２２と連通させる第２状態（図１の左側の状態）と、を選択的に切り換えることが可能である。制御バルブ９を第１状態に切り換えると、共通蓄圧室２内の燃料の圧力（コモンレール圧力）が制御室１０２に供給される。一方、制御バルブ９を第２状態に切り換えると、制御室１０２内の燃料がドレイン２２へ排出され、制御室１０２内の圧力が低下して大気圧近くになる。このように、本実施形態では、制御室１０２内の燃料の圧力が制御バルブ９により制御される。なお、制御バルブ９の切り換え制御は、コントローラにより行われる。
【００２３】
本実施形態では、背圧室３が共通蓄圧室２と常時（燃料を噴射する場合と燃料を噴射しない場合との両方において）連通しており、背圧室３には共通蓄圧室２からの燃料の圧力が供給される。さらに、共通蓄圧室２と背圧室３との間に、開口面積を変化させることができる可変オリフィス３３が設けられている。
【００２４】
次に、本実施形態に係る燃料噴射装置の動作について説明する。
【００２５】
燃料を噴射しない場合には、制御バルブ９を第１状態に保つ。制御バルブ９が第１状態にある場合は、加圧室１０１、増圧室１０３、及び制御室１０２内の燃料の圧力が共通蓄圧室２内の燃料の圧力（コモンレール圧力）に等しくなるように、加圧室１０１、増圧室１０３、及び制御室１０２に共通蓄圧室２からの燃料の圧力が供給される。前述したように、増圧ピストン１０には、ばねの弾性力により加圧室１０１側への付勢力が作用しているため、増圧ピストン１０は、加圧室１０１側へ付勢されて図示しないストッパーにより初期位置に固定される。したがって、制御バルブ９が第１状態にある場合は、増圧ピストン１０は作動せず、増圧装置１００による燃料の圧力の増大が停止される。
【００２６】
さらに、制御バルブ９が第１状態にある場合は、背圧室３及び燃料溜り５２の燃料の圧力がコモンレール圧力に等しくなるように、背圧室３及び燃料溜り５２に共通蓄圧室２からの燃料の圧力が供給される。前述したように、ニードル５１が背圧室３内の燃料の圧力により噴孔２３側へ押圧される面の面積Ａ１は、ニードル５１が燃料溜り５２内の燃料の圧力により背圧室３側へ押圧される面の面積Ａ２より大きい。さらに、ニードル５１には、ばねの弾性力により噴孔２３側への付勢力が作用している。そのため、ニードル５１は、噴孔２３側へ押圧されていることで噴孔２３を閉じている。したがって、制御バルブ９が第１状態にある場合は、ニードル５１は作動せず、燃料の噴射は行われない。
【００２７】
一方、燃料を噴射する場合には、制御バルブ９を第１状態から第２状態に切り換える。制御バルブ９を第２状態に切り換えると、制御室１０２がドレイン２２と連通することで、制御室１０２内の圧力が低下して大気圧近くになる。この場合、燃料の圧力により増圧ピストン１０に作用する増圧室１０３側への力が、燃料の圧力及びばねの弾性力により増圧ピストン１０に作用する加圧室１０１側への力を上まわる。そのため、増圧ピストン１０が作動して（増圧室１０３側へ移動して）増圧室１０３内の燃料の圧力が加圧されることで、燃料溜り５２に貯溜された燃料の圧力が共通蓄圧室２内の燃料の圧力より増大する。なお、Ｂ１／Ｂ２が増圧比である。
【００２８】
さらに、制御バルブ９が第２状態にある場合は、燃料溜り５２の燃料の圧力によりニードル５１に作用する背圧室３側への力が、背圧室３の燃料の圧力及びばねの弾性力によりニードル５１に作用する噴孔２３側への力を上まわる。そのため、ニードル５１が上昇して（背圧室３側へ移動して）噴孔２３を開ける（開弁行程）。これによって、燃料溜り５２に貯溜された燃料が噴孔２３から図示しない内燃機関の燃焼室内へ噴出する。前述したように、燃料溜り５２に貯溜された燃料は増圧装置１００により増圧されるため、燃料を増圧装置１００により増圧して噴射することができる。
【００２９】
また、燃料の噴射を停止する場合は、制御バルブ９を第２状態から第１状態に切り換える。制御バルブ９を第１状態に切り換えると、制御室１０２内にコモンレール圧力が供給される。この場合、燃料の圧力及びばねの弾性力により増圧ピストン１０に作用する加圧室１０１側への力が、燃料の圧力により増圧ピストン１０に作用する増圧室１０３側への力を上まわる。そのため、増圧ピストン１０が加圧室１０１側へ移動して初期位置まで戻る。
【００３０】
さらに、制御バルブ９を第１状態に切り換えると、背圧室３の燃料の圧力及びばねの弾性力によりニードル５１に作用する噴孔２３側への力が、燃料溜り５２の燃料の圧力によりニードル５１に作用する背圧室３側への力を上まわる。そのため、ニードル５１が下降する（噴孔２３側へ移動する）ことで噴孔２３を閉じ（閉弁行程）、噴孔２３からの燃料の噴出が停止する。
【００３１】
図４に示すように、燃料を噴射する場合に制御バルブ９により制御室１０２及び背圧室３をドレイン２２と連通させて制御室１０２及び背圧室３の両方から燃料を排出する構成では、ニードル５１の上昇（背圧室３側への移動）開始が増圧ピストン１０の作動開始より遅れることで、燃料溜り５２の燃料の圧力が急上昇する。さらに、燃料噴射開始時には、背圧室３内の圧力が低下しているため、ニードル５１のリフト量（背圧室３側への移動量）が大きくなりやすく、燃料噴射率ｄＱが増大するとともに燃料噴射期間が長期化しやすくなる。そのため、燃料の少量噴射が困難となる。例えば図５に示すように、噴射制御期間（制御バルブ９により制御室１０２及び背圧室３をドレイン２２と連通させる期間）τを増加させてもしばらくは無噴射（燃料噴射量Ｑ＝０）が続き、噴射制御期間τがある閾値を超えると燃料噴射量Ｑが急激に増大する噴射量Ｑの不連続特性が生じ、噴射制御可能な噴射量Ｑの最小値Ｑｍｉｎが増大する。その結果、パイロット噴射に用いられる１〜２ｍｍ3程度の噴射量制御が困難となり、燃焼時に燃焼騒音やＨＣ生成量の増大が生じる。
【００３２】
なお、ニードル５１の上昇開始が増圧ピストン１０の作動開始より遅れる理由としては、以下の理由が挙げられる。１）背圧室３からドレイン２２までの距離が制御室１０２からドレイン２２までの距離より長く、ニードル５１の上昇（背圧室３の減圧）の応答遅れが大きくなる。２）増圧ピストン１０は制御室１０２内の圧力が少しでも下がれば動き出して増圧室１０３内の燃料が加圧されるのに対して、ニードル５１は噴孔２３側へ押圧される面の面積Ａ１が背圧室３側へ押圧される面の面積Ａ２より大きいため、背圧室３内の圧力がこの面積差Ａ１−Ａ２に相当する圧力分だけ余計に低下しないとニードル５１が上昇を開始しない。
【００３３】
さらに、燃料噴射時に背圧室３内の圧力を低下させる構成では、燃料噴射終了時には背圧室３内の圧力がコモンレール圧力まで上昇しないとニードル５１が噴孔２３を閉じず、その結果、燃料の噴射切れが悪化する。そこで、一般的な燃料噴射装置では、噴射切れを向上させる目的で、図４に示すように、ニードル５１と背圧室３との間にコマンドピストン２１を設置して、ニードル５１に作用する噴孔２３側への力（閉弁力）を増大させることが多い。しかし、コマンドピストン２１の設置は、噴孔２３側へ押圧される面の面積Ａ１が増大し、面積差Ａ１−Ａ２が増大することを意味する。そのため、コマンドピストン２１を設置した場合は、面積差Ａ１−Ａ２の増大分も含めて余計に背圧室３内の圧力が低下しないとニードル５１が上昇を開始しない。さらに、コマンドピストン２１の摺動部では静リークが発生することで燃料のリーク量が増大するため、ポンプ仕事が増大する。
【００３４】
これに対して本実施形態では、燃料を噴射しない場合だけでなく燃料を噴射する場合においても、背圧室３が共通蓄圧室２と連通している。そのため、燃料を噴射しない場合だけでなく燃料を噴射する場合においても、背圧室３内の圧力を高く保つことができる。その結果、燃料噴射時にニードル５１のリフト量（背圧室３側への移動量）を抑えることができ、燃料噴射率ｄＱを抑制することができる。さらに、ニードル５１のリフト量を小さくすることができれば、燃料噴射率ｄＱを抑制することができるだけでなく、ニードル５１が噴孔２３を閉じるのに要する時間（閉弁に要する時間）も短縮することができるので、ニードル５１が噴孔２３を開けている期間（開弁期間）も短縮することができる。したがって、低噴射率と短噴射期間との両面から燃料噴射量Ｑの最小値Ｑｍｉｎを減少させることができるので、図５に示す噴射量Ｑの不連続特性を防止することができ、微少噴射量の制御が容易となる。その結果、パイロット噴射に用いられる１〜２ｍｍ3程度の微少噴射量の制御を容易に行うことができ、燃焼時に燃焼騒音やＨＣ生成量を低減することができる。
【００３５】
さらに、本実施形態では、燃料噴射の際に背圧室３内の圧力を低下させることなく、燃料溜り５２の燃料の圧力（ニードル５１先端部に作用する噴射圧力そのもの）によりニードル５１のリフト量を制御するため、図４に示す構成のコマンドピストン２１を廃止することができる。その結果、コマンドピストン２１によって生じていた燃料の静リークを無くすことができ、ポンプ仕事を低減することができる。
【００３６】
ここで、背圧室３を共通蓄圧室２と常時連通させることにより燃料噴射量Ｑの最小値Ｑｍｉｎを減少させる効果を調べるために、本願発明者が行った解析の結果について説明する。図６，７に示す構成の燃料噴射装置の解析モデルを用いて、制御室１０２の圧力、燃料溜り（ノズル室）５２の圧力、背圧室３の圧力、ニードル５１のリフト量（背圧室３側への移動量）、及び燃料噴射率を計算した。その計算結果を図８に示す。図８において、左側は図６に示す構成（燃料を噴射する場合に制御室１０２及び背圧室３の両方から燃料を排出する構成）での計算結果を示し、右側は図７に示す構成（背圧室３が共通蓄圧室２と常時連通している構成）での計算結果を示す。そして、図８において、最上段は制御室１０２の圧力の時系列波形（クランク角度に対する波形）を示し、上から２段目はノズル室５２の圧力の時系列波形を示し、上から３段目は背圧室３の圧力の時系列波形を示し、上から４段目はニードル５１のリフト量の時系列波形を示し、最下段は燃料噴射率の時系列波形を示す。
【００３７】
図８の計算結果に示すように、図６，７に示す構成例とも、制御室１０２の圧力が低下してノズル室５２の圧力が増大することで、ニードル５１が上昇（背圧室３側へ移動）して燃料噴射が開始される。図６に示す構成例では、燃料噴射開始時に背圧室３の圧力がコモンレール圧力よりも大きく低下していることで、燃料噴射時のニードル５１のリフト量が増大しており、燃料噴射率が増大しているとともに燃料噴射期間も長期化している。その結果、燃料噴射量Ｑの最小値Ｑｍｉｎも増大している（コモンレール圧力１３５ＭＰａの条件でＱｍｉｎ＝７．８ｍｍ3）。これに対して図７に示す構成例では、燃料噴射開始時に背圧室３の圧力がほぼコモンレール圧力に保たれることで、図６に示す構成例と比較して、燃料噴射時のニードル５１のリフト量が抑制されており、燃料噴射率が低下しているとともに燃料噴射期間も短縮している。その結果、燃料噴射量Ｑの最小値Ｑｍｉｎも減少している（コモンレール圧力１３５ＭＰａの条件でＱｍｉｎ＝１．８ｍｍ3）。このように、背圧室３を共通蓄圧室２と常時連通させることで、燃料噴射量Ｑの最小値Ｑｍｉｎを減少させることができ、微少噴射量の制御を容易に行うことができる。
【００３８】
また、ニードル５１を移動させて燃料を噴孔２３から噴射する際に、燃料噴射率特性（燃料噴射率の時系列波形）をより精密に制御するためには、ニードル５１の動きをより精密に制御できることが要求される。例えば、排気エミッション低減（窒素酸化物ＮＯｘ低減）に効果があるとされるΔ（デルタ）噴射やブーツ噴射を実現するためには、初期噴射率を抑制するとともにその後の噴射率を高くする燃料噴射率特性が得られるようにニードル５１の動きを制御することが要求される。
【００３９】
これに対して本実施形態では、共通蓄圧室２と背圧室３との間に可変オリフィス３３が設けられている。そのため、可変オリフィス３３の開口面積を変化させることで、共通蓄圧室２と背圧室３との間を流れる燃料の流量をより精密に制御することができ、ニードル５１の移動速度をより精密に制御することができる。例えば、ニードル５１の上昇時（開弁行程）において可変オリフィス３３の開口面積を減少させると、背圧室３から共通蓄圧室２へ流出する燃料の流量が減少することで、ニードル５１が噴孔２３を開けるときの開弁速度が減少する。一方、開弁行程において可変オリフィス３３の開口面積を増大させると、背圧室３から流出する燃料の流量が増大することで、ニードル５１の開弁速度が増大する。また、ニードル５１の下降時（閉弁行程）において可変オリフィス３３の開口面積を減少させると、共通蓄圧室２から背圧室３に流入する燃料の流量が減少することで、ニードル５１が噴孔２３を閉じるときの閉弁速度が減少する。一方、閉弁行程において可変オリフィス３３の開口面積を増大させると、背圧室３に流入する燃料の流量が増大することで、ニードル５１の閉弁速度が増大する。このように、可変オリフィス３３の開口面積によってニードル５１の移動速度（開弁速度や閉弁速度）をより精密に制御することができるので、燃料噴射率特性をより精密に制御することができる。さらに、可変オリフィス３３の開口面積をニードル５１の移動に連動させて変化させることで、燃料噴射率をニードル５１の移動に応じて制御することができる。
【００４０】
図９に、可変オリフィス３３の開口面積をニードル５１の移動に連動させて変化させるための構成例を示す。図９に示す構成例では、ニードル５１に連結されたオリフィス制御弁６１が設けられており、オリフィス制御弁６１はニードル５１の移動に連動して移動する。例えば、ニードル５１が上昇する（背圧室３側へ移動する）のに連動してオリフィス制御弁６１が上昇することで、可変オリフィス３３の開口面積が増大する。一方、ニードル５１が下降する（噴孔２３側へ移動する）のに連動してオリフィス制御弁６１が下降することで、オリフィス制御弁６１が可変オリフィス３３の開口面積が減少する。つまり、図１０に示すように、ニードル５１のリフト量（背圧室３側への移動量）が増大するほど、可変オリフィス３３の開口面積が増大する。
【００４１】
図１１に示すように、噴射初期（開弁行程初期）においては、可変オリフィス３３の開口面積が小さいことで、ニードル５１の上昇速度（開弁速度）が遅くなる。そのため、ニードル５１のリフト量が小さく、燃料噴射率も小さくなる。その後、ニードル５１の上昇とともに可変オリフィス３３の開口面積が増大することで、ニードル５１の上昇速度が速くなる。そのため、ニードル５１のリフト量が増大し、燃料噴射率も増大する。したがって、図１１に示すように、デルタ噴射やブーツ噴射等の初期噴射率が抑制された燃料噴射率特性を実現することができる。その結果、ＮＯｘ低減等の排気エミッション低減を図ることができる。
【００４２】
以上の実施形態の説明では、可変オリフィス３３の開口面積をニードル５１に連結されたオリフィス制御弁６１により制御するものとした。ただし、本実施形態では、可変オリフィス３３の開口面積をコントローラにより制御することもできる。
【００４３】
「実施形態２」
図１２は、本発明の実施形態２に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。以下の実施形態２の説明では、実施形態１と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４４】
本実施形態では、実施形態１と比較して、共通蓄圧室２と背圧室３との間にオリフィス６３及び逆止弁（一方向弁）６４が可変オリフィス３３の代わりに設けられている。ここでのオリフィス６３の開口面積は固定である。逆止弁６４は、オリフィス６３と並列に設けられており、共通蓄圧室２から背圧室３への燃料の流れを許容するとともに背圧室３から共通蓄圧室２への燃料の流れを遮断する。互いに並列に設けられたオリフィス６３及び逆止弁６４によって、背圧室３から共通蓄圧室２へ燃料が流れるときの開口面積（流路面積）が共通蓄圧室２から背圧室３へ燃料が流れるときの開口面積（流路面積）より小さくなる流量調整手段を構成することができる。
【００４５】
前述のように、デルタ噴射やブーツ噴射を実現するためには、初期噴射率が抑制された燃料噴射率特性が得られるようにニードル５１の動きを制御することが要求される。また、燃料噴射終了時に、燃料の噴射切れを向上させるためには、ニードル５１が噴孔２３を速やかに閉じるようにニードル５１の動きを制御することで、燃料噴射率を速やかに低下させることが要求される。
【００４６】
これに対して本実施形態では、ニードル５１の上昇時（開弁行程）においては、背圧室３から共通蓄圧室２へ流出する燃料の流量が少なくなることで、ニードル５１の開弁速度が遅くなる。そのため、ニードル５１のリフト量が抑制され、初期噴射率が抑制される。一方、ニードル５１の下降時（閉弁行程）においては、共通蓄圧室２から背圧室３に流入する燃料の流量が多くなることで、ニードル５１の閉弁速度が速くなる。そのため、燃料噴射終了時に、ニードル５１が噴孔２３を速やかに閉じることができ、燃料噴射率を速やかに低下させることができる。したがって、デルタ噴射やブーツ噴射等の初期噴射率が抑制された燃料噴射率特性を実現することができ、ＮＯｘ低減等の排気エミッション低減を図ることができる。さらに、燃料の噴射切れを向上させることができる。
【００４７】
「実施形態３」
図１３は、本発明の実施形態３に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。以下の実施形態２の説明では、実施形態１，２と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４８】
本実施形態では、実施形態２のオリフィス６３の代わりに、実施形態１の可変オリフィス３３が設けられている。つまり、逆止弁６４は、可変オリフィス３３と並列に設けられている。
【００４９】
本実施形態でも実施形態２と同様に、デルタ噴射やブーツ噴射等の初期噴射率が抑制された燃料噴射率特性を実現することができるとともに、燃料の噴射切れを向上させることができる。さらに、本実施形態では、可変オリフィス３３の開口面積を変化させることで、共通蓄圧室２と背圧室３との間を流れる燃料の流量をより精密に制御することができ、ニードル５１の移動速度をより精密に制御することができる。したがって、燃料噴射率特性をより精密に制御することができる。
【００５０】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態１に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。
【図２】燃料噴射ノズルの構成の概略を示す図である。
【図３】増圧ピストンの構成の概略を示す図である。
【図４】燃料を噴射する場合に制御室及び背圧室の両方から燃料を排出する燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。
【図５】燃料噴射量の不連続特性を説明する図である。
【図６】燃料噴射率等の解析に用いた燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。
【図７】燃料噴射率等の解析に用いた燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。
【図８】燃料噴射率等の解析結果を示す図である。
【図９】可変オリフィスの開口面積をニードルの移動に連動させて変化させるための構成の概略を示す図である。
【図１０】ニードルリフト量に対する可変オリフィス開口面積の特性の一例を示す図である。
【図１１】可変オリフィスの開口面積をニードルの移動に連動させて変化させた場合における燃料噴射率の時系列波形を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態２に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。
【図１３】本発明の実施形態３に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
２  共通蓄圧室（コモンレール）、３  背圧室、５  燃料噴射ノズル、９  制御バルブ、１０  増圧ピストン、２２  ドレイン、２３  噴孔、３３  可変オリフィス、５１  ニードル、５２  燃料溜り（ノズル室）、６１  オリフィス制御弁、６２，６４  逆止弁、６３  オリフィス、１００  増圧装置、１０１  加圧室、１０２  制御室、１０３  増圧室。
【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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【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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