(57)【要約】【課題】噴孔から噴射される燃料の微粒化を図ることができる内燃機関の燃料噴射弁及び燃料噴射弁の制御装置を提供する。【解決手段】第１及び第２の電磁ソレノイド５２，６２を備えて、ニードル４のリフト量を高リフト状態と低リフト状態との２段階で切り換え可能としたインジェクタ１において、ニードル４を低リフト位置として燃料噴射動作を行う際、第２電磁ソレノイド６２への供給電流値を所定の周期をもって変動させることで、ニードル４をその進退移動方向に沿って微振動させる。これにより、燃料に、自ら微粒化のためのエネルギを保持させた状態で噴孔３１から噴射させ、燃料が気筒内を飛散する間に分裂が促進されて微粒化していく。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に噴孔が形成されたノズルの内部にニードルが収容され、ニードル駆動手段の駆動に伴ってニードルが進退移動可能となっており、ニードルを前進位置にして噴孔への燃料供給経路を遮断する燃料非噴射状態と、ニードルを上記前進位置から後退方向にリフトさせて噴孔への燃料供給経路を開放する燃料噴射状態とが切り換え可能な燃料噴射弁において、
上記燃料噴射状態にあっては、噴孔における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積よりも、ノズル内面とニードル外面との間に形成される燃料流路のうちの少なくとも一部の領域における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積の方が小さくなるようにニードルのリフト量が設定されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項２】
上記請求項１記載の内燃機関の燃料噴射弁において、
ニードルのリフト量が可変であって、リフト量の小さな低リフト状態での燃料噴射と、リフト量の大きな高リフト状態での燃料噴射とが切り換え可能に構成されており、
上記高リフト状態での燃料噴射時にあっては、噴孔における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積よりも、ノズル内面とニードル外面との間に形成される燃料流路の全域における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積の方が大きくなるように、この高リフト状態でのニードルのリフト量が設定されている一方、
上記低リフト状態での燃料噴射時にあっては、噴孔における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積よりも、ノズル内面とニードル外面との間に形成される燃料流路のうちの少なくとも一部の領域における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積の方が小さくなるように、この低リフト状態でのニードルのリフト量が設定されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項３】
先端部に噴孔が形成されたノズルの内部にニードルが収容され、ニードル駆動手段の駆動に伴ってニードルが進退移動可能となっており、ニードルの進退移動位置に応じて燃料非噴射状態と燃料噴射状態とが切り換え可能に構成された燃料噴射弁において、
上記燃料噴射状態にあっては、ニードルをその進退移動方向に沿って往復移動させることで微振動を起こさせるよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項４】
上記請求項３記載の内燃機関の燃料噴射弁において、
ニードルのリフト量が可変であって、リフト量の小さな低リフト状態での燃料噴射と、リフト量の大きな高リフト状態での燃料噴射とが切り換え可能に構成されており、
上記高リフト状態での燃料噴射時にあっては、ニードルをその進退移動方向に沿って往復移動させることなく一定のリフト量を維持する一方、
上記低リフト状態での燃料噴射時にあっては、ニードルをその進退移動方向に沿って往復移動させることで微振動を起こさせるよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射弁。
【請求項５】
上記請求項３または４記載の内燃機関の燃料噴射弁におけるニードルのリフト量を制御する制御装置であって、
ニードルをその進退移動方向に沿って往復移動させて微振動を起こさせる際、ニードルに対してリフト方向への吸引力を発生させる電磁ソレノイドへの供給電流値を増減変化させる電流制御手段を備えていることを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車用エンジン等に代表される内燃機関に備えられた燃料噴射弁及び燃料噴射弁の制御装置に係る。特に、本発明は、燃料噴射弁から噴射される燃料の微粒化を促進するための対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば下記の特許文献１や特許文献２に開示されているように、自動車用エンジンには、燃焼室内に向けて燃料を噴射供給するための燃料噴射弁（以下、インジェクタと呼ぶ）が備えられている。
【０００３】
一般的なインジェクタの構成としては、ハウジング内部空間及びこのハウジングの先端部に設けられたノズルの内部空間に亘ってニードルが進退移動自在に収容されている。上記ノズルの先端には噴孔が形成されており、ニードルの後端部には、このニードルを噴孔に向けて付勢するスプリングが備えられている。また、このニードルに対して噴孔から離間する方向への吸引力を発生可能とする電磁ソレノイドが備えられている。このため、燃料の非噴射時には、電磁ソレノイドへの通電を行わず、上記スプリングの付勢力によりニードルが噴孔またはこの噴孔に繋がる流路を閉塞する。一方、燃料の噴射時には、電磁ソレノイドへの通電を行い、上記スプリングの付勢力に抗してニードルが噴孔から離間または噴孔に繋がる流路を開放することになる。
【０００４】
また、インジェクタの１タイプとして下記の特許文献３に開示されているようにニードルのリフト量を２段階で切り換え可能としたものが知られている。つまり、エンジンの運転状態等に応じて高リフト状態と低リフト状態とを切り換えてインジェクタからの燃料噴射形態を異ならせるようにしたものである。例えば、ディーゼルエンジンにおいて、吸気行程での燃料噴射は低リフト状態で行う一方、圧縮行程終了時の燃料噴射は高リフト状態で行うようにしている。また、筒内直噴式のガソリンエンジンにおいて、成層燃焼を行わせる場合には、低リフト状態での燃料噴射を行って点火プラグ周辺における混合気の空燃比をリッチにすることなどが行われている。
【０００５】
ところで、近年、自動車等の排出ガス規制が強化され、排出されるＣＯ等の有害物質を低減することが求められている。そのため、インジェクタから噴射される燃料噴霧の微粒化を促進させて燃焼状態の改善を図ることが要求されている。
【特許文献１】特開２００２−２２７６９８号公報
【特許文献２】特開２００２−２２１１２８号公報
【特許文献３】特開２００３−２５４１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これまでのインジェクタにあっては、ニードルを後退移動（リフト）させて燃料噴射を行う際、このニードルとノズルとの間の比較的狭い空間（燃料流路）を燃料が流れることになり、この部分での圧力損失が非常に大きく、この燃料流路を通過した後に噴孔に達した燃料は圧力が大幅に低下した状態となり、十分な噴射圧力が得られない可能性があった。一般に、インジェクタの噴孔から噴射される燃料は気筒内の空気から剪断力を受けて微粒化していくことになるが、上記噴射圧力が十分に得られていない状況では、空気から受ける剪断力が小さくなってしまい、気筒内を飛散する燃料の微粒化を図ることが難しい状況となる。このため、燃料の粒径が比較的大きいまま燃焼行程に至ってしまうことになり、燃焼状態を良好にして排気ガス中の有害物質を大幅に削減するためには更なる改良が必要であった。
【０００７】
このような状況は、上記特許文献１や特許文献２に開示されているようなニードルのリフト量が一定値に固定されているインジェクタにおいても生じているが、特に、上記特許文献３に開示されているようなニードルのリフト量を高リフト状態と低リフト状態との２段階で切り換え可能としたものにおける低リフト状態とされた場合に顕著であった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、噴孔から噴射される燃料の微粒化を図ることができる内燃機関の燃料噴射弁及び燃料噴射弁の制御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】
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、燃料噴射弁のニードルのリフト量を適切に設定することにより、気筒内の空気から受ける剪断力以外のエネルギを利用して燃料の微粒化が促進できるようにしている。
【００１０】
−解決手段−
具体的に、本発明は、先端部に噴孔が形成されたノズルの内部にニードルが収容され、ニードル駆動手段の駆動に伴ってニードルが進退移動可能となっており、ニードルを前進位置にして噴孔への燃料供給経路を遮断する燃料非噴射状態と、ニードルを上記前進位置から後退方向にリフトさせて噴孔への燃料供給経路を開放する燃料噴射状態とが切り換え可能な燃料噴射弁を前提とする。この燃料噴射弁に対し、上記燃料噴射状態にあっては、噴孔における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積よりも、ノズル内面とニードル外面との間に形成される燃料流路のうちの少なくとも一部の領域における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積の方が小さくなるようにニードルのリフト量を設定している。
【００１１】
この特定事項により、ノズル内面とニードル外面との間の燃料流路を燃料が流れていく際に、この燃料流路内でキャビテーションが発生することになる。そして、このキャビテーションにより生じた気泡は、噴孔内部に流れ込んだ際や噴孔から燃料と共に噴射される際に周囲の圧力変化の影響を受けて破裂する。この際、この破裂に伴う衝撃波が燃料に伝達されることになり、その衝撃波のエネルギを受けた燃料が気筒内を飛散する間に微粒化されていくことになる。このように、本解決手段では、ノズル内面とニードル外面との間の燃料流路において積極的にキャビテーションを発生させ、且つこの燃料流路の断面積よりも噴孔の流路断面積を大きくして、この噴孔内部において気泡から燃料に衝撃波を与えることで、噴射される燃料の微粒化を促進するようにしている。つまり、噴孔内部における圧力の変化を利用して気泡から燃料に微粒化のためのエネルギが与えられるようにしている。このため、燃料の微粒化促進に伴って燃焼行程における燃焼状態が良好になり、排気ガス中の有害物質を大幅に削減することが可能になる。
【００１２】
また、上記解決手段を、ニードルのリフト量を高リフト状態と低リフト状態との２段階で切り換え可能とした燃料噴射弁に適用した場合の構成としては以下のものが挙げられる。つまり、ニードルのリフト量が可変であって、リフト量の小さな低リフト状態での燃料噴射と、リフト量の大きな高リフト状態での燃料噴射とが切り換え可能に構成された燃料噴射弁に対し、上記高リフト状態での燃料噴射時にあっては、噴孔における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積よりも、ノズル内面とニードル外面との間に形成される燃料流路の全域における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積の方が大きくなるように、この高リフト状態でのニードルのリフト量を設定する。一方、上記低リフト状態での燃料噴射時にあっては、噴孔における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積よりも、ノズル内面とニードル外面との間に形成される燃料流路のうちの少なくとも一部の領域における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積の方が小さくなるように、この低リフト状態でのニードルのリフト量を設定している。
【００１３】
この特定事項によれば、ニードルのリフト量を切り換え可能とした燃料噴射弁において、これまで特に燃料の微粒化が困難であった低リフト状態での燃料噴射時における燃料を十分に微粒化することが可能になる。つまり、高リフト状態での燃料噴射時にあっては、ノズル内面とニードル外面との間の燃料流路における圧力損失が小さくなっていることによる燃料の圧力低下を抑制することで、気筒内の空気から受ける剪断力を十分に受けることによる燃料の微粒化が促進できる。一方、低リフト状態での燃料噴射時にあっては、上述した如くキャビテーションにより生じた気泡が破裂することにより発生する衝撃波による燃料の微粒化が促進できるようになっている。
【００１４】
また、上記の目的を達成するために講じられた他の解決手段としては以下のものが挙げられる。つまり、先端部に噴孔が形成されたノズルの内部にニードルが収容され、ニードル駆動手段の駆動に伴ってニードルが進退移動可能となっており、ニードルの進退移動位置に応じて燃料非噴射状態と燃料噴射状態とが切り換え可能に構成された燃料噴射弁を前提とする。この燃料噴射弁に対し、上記燃料噴射状態にあっては、ニードルをその進退移動方向に往復移動させることで微振動を起こさせる構成としている。
【００１５】
この特定事項により、燃料噴射状態でニードルが微振動し、その振動が、ノズル内面とニードル外面との間の燃料流路を流れる燃料に与えられる。このため、燃料にはこの振動エネルギによる圧力変化が生じ、高圧力領域と低圧力領域とが形成されることに伴って流れに乱れを生じる。そして、高圧力領域が噴孔出口に達した際には高い噴射圧力で気筒内に燃料噴射が行われる一方、低圧力領域が噴孔出口に達した際には低い噴射圧力で気筒内に燃料噴射が行われることになる。これにより、燃料は、自ら微粒化のためのエネルギを保持した状態で噴孔から噴射されることになり、気筒内を飛散する間に分裂が促進されて微粒化していく。これにより、燃焼行程における燃焼状態が良好になり、排気ガス中の有害物質を大幅に削減することが可能になる。また、この燃料の微粒化に伴い燃料の貫徹力も小さくでき、所望の領域に霧化燃料を留めておくことも可能になる。
【００１６】
また、この解決手段を、ニードルのリフト量を高リフト状態と低リフト状態との２段階で切り換え可能とした燃料噴射弁に適用した場合の構成としては以下のものが挙げられる。つまり、ニードルのリフト量が可変であって、リフト量の小さな低リフト状態での燃料噴射と、リフト量の大きな高リフト状態での燃料噴射とが切り換え可能に構成された燃料噴射弁に対し、上記高リフト状態での燃料噴射時にあっては、ニードルをその進退移動方向に沿って往復移動させることなく一定のリフト量を維持する。一方、上記低リフト状態での燃料噴射時にあっては、ニードルをその進退移動方向に沿って往復移動させることで微振動を起こさせる構成としている。
【００１７】
この特定事項によっても、ニードルのリフト量を切り換え可能とした燃料噴射弁において、これまで特に燃料の微粒化が困難であった低リフト状態での燃料噴射時における燃料を十分に微粒化することが可能になる。つまり、高リフト状態での燃料噴射時にあっては、ノズル内面とニードル外面との間の燃料流路における圧力損失が小さくなっていることによる燃料の圧力低下を抑制することで、気筒内の空気から受ける剪断力を十分に受けることによる燃料の微粒化が促進できる。一方、低リフト状態での燃料噴射時にあっては、上述した如くニードルの微振動を燃料に与え、これにより、燃料に自ら微粒化のためのエネルギを保持させることで、燃料の微粒化が促進できる。
【００１８】
また、上記ニードルを微振動させるようにした燃料噴射弁の制御装置も本発明の技術的思想の範疇である。つまり、内燃機関の燃料噴射弁におけるニードルのリフト量を制御する制御装置であって、上記ニードルをその進退移動方向に沿って往復移動させて微振動を起こさせる際、ニードルに対してリフト方向への吸引力を発生させる電磁ソレノイドへの供給電流値を増減変化させる電流制御手段を備えた制御装置である。つまり、電磁ソレノイドへの供給電流値を大きくしてリフト量を大きくする状態と、供給電流値を小さくしてリフト量を小さくする状態とを交互に切り換えることで、ニードルをその進退移動方向に沿って往復移動させるものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、噴孔の流路断面積に対して、ノズル内面とニードル外面との間に形成される燃料流路の断面積が規定されるようにニードルのリフト量を設定したり、ニードルを微振動させたりすることにより、気筒内の空気から受ける剪断力以外のエネルギを利用して燃料の微粒化が促進できるようにしている。このため、燃料の微粒化促進に伴って燃焼状態が良好になり、排気ガス中の有害物質を大幅に削減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車に搭載されるコモンレール式のディーゼルエンジンに備えられたインジェクタであって、ニードルのリフト量を２段階で切り換え可能としたものに対して本発明を適用した場合について説明する。
【００２１】
（第１実施形態）
−インジェクタの構成説明−
図１は、本実施形態に係るインジェクタ１の内部構造を示す断面図である。このインジェクタ１はエンジンの各気筒毎に（例えば６気筒エンジンでは６個）配設されている。また、このインジェクタ１は、蓄圧容器としてのコモンレール１０に接続されており、エンジンの運転状態に応じた適切なタイミングで開弁動作を行うことにより、コモンレール１０から供給されている燃料を気筒内に噴射するようになっている。このインジェクタ１の開弁動作の詳細については後述する。
【００２２】
以下、インジェクタ１の内部構成について説明する。図１に示すように、インジェクタ１は、ハウジング２を備えており、このハウジング２の図中上端部に形成されている燃料供給口２１を介してコモンレール１０から高圧燃料が導入されるようになっている。
【００２３】
尚、上記コモンレール１０への燃料供給系は、図示しない燃料タンクから燃料を送り出すフィードポンプ、このフィードポンプによって送り出された燃料を加圧する高圧燃料ポンプを備えている。そして、この高圧燃料ポンプによって加圧された燃料がコモンレール１０に供給されることになる。また、コモンレール１０からインジェクタ１へ供給される高圧燃料の圧力は、プレッシャレギュレータ等によって略一定に保たれている。
【００２４】
上記インジェクタ１のハウジング２の先端部にはノズル３が取り付けられており、これらハウジング２とノズル３との内部空間に亘ってニードル４が進退移動自在に挿入されている。上記ノズル３の先端部分には複数（例えば周方向に亘って６個）の噴孔３１，３１，…が形成されていて、ニードル４が前進位置（図１における下側に向かう位置）にある状態では、このニードル４の先端部によって噴孔３１，３１，…に繋がる燃料供給経路が遮断されるようになっている。
【００２５】
より具体的には、図２に示すように、ノズル３の先端部分の内周面３２は擂り鉢形状とされた傾斜面で形成されている。噴孔３１，３１，…は、一端がこの内周面３２に開口し、他端がノズル３の外面に開口している。一方、ニードル４の先端部は略円錐形状となっており、この円錐部分の基端部（図中の上側部分）には、上記ノズル３の内周面３２の傾斜角度に合致する傾斜角度を有するシート部４１が備えられている。
【００２６】
このため、ニードル４が図２に示すような前進位置にある際には、このシート部４１の全周囲がノズル３の内周面３２に当接して、ノズル３の内部から噴孔３１，３１，…に繋がる燃料供給経路が遮断されることで噴孔３１，３１，…からの燃料噴射が停止される。一方、図３や図４に示すように、ニードル４が後退位置にある際には、シート部４１の全周囲がノズル３の内周面３２から離間してこの両者４１，３２間に燃料供給経路が形成され、ノズル３の内部と噴孔３１，３１，…とが連通することで噴孔３１，３１，…からの燃料噴射が実行されることになる。この図３に示す燃料噴射形態及び図４に示す燃料噴射形態については後述する。
【００２７】
図１の如く、上記ハウジング２の内部には、磁性体で成る第１アーマチャ５１及び第２アーマチャ６１がニードル４の軸線方向に所定間隔を存した位置にそれぞれ配設されている。第１アーマチャ５１は、ニードル４の外周面に一体的に固定されている。第２アーマチャ６１は、ニードル４に対して、その軸線方向への相対移動が可能に配設されている。更に、ニードル４は、その基端部（図１における上端部）がコイルスプリング４２からの付勢力を受けており、これによって噴孔３１，３１，…に繋がる燃料供給経路を遮断する側に付勢されている。また、第２アーマチャ６１は、ニードル４の外周面に突設されたフランジ４３との間に架設されたコイルスプリング６５によって支持されている。
【００２８】
更に、上記ハウジング２の内部には、上記第１アーマチャ５１の上側に第１電磁ソレノイド５２が、第２アーマチャ６１上側に第２電磁ソレノイド６２がそれぞれ設けられている。第１電磁ソレノイド５２は、その励磁によって、第１アーマチャ５１を噴孔３１，３１，…から離間する方向（図１における上側）に吸引する。また第２電磁ソレノイド６２は、その励磁によって、第２アーマチャ６１を噴孔３１，３１，…から離間する方向に吸引する。これら電磁ソレノイド５２，６２は、円筒状の磁性体（コア）５３，６３と、この磁性体５３，６３の内部に埋め込まれたコイル５４，６４とを備えており、このコイル５４，６４への通電によって上記吸引力が発生するようになっている。また、この吸引力の大きさはコイル５４，６４への供給電流値によって制御可能となっている。上記各コイル５４，６４へは、ハウジング２の側面に取り付けられたコネクタ２２から電流供給が行われるようになっている。
【００２９】
このようにして、上記第１アーマチャ５１と第１電磁ソレノイド５２とにより第１駆動ユニット（ニードル駆動手段）５が構成されている一方、上記第２アーマチャ６１と第２電磁ソレノイド６２とにより第２駆動ユニット（ニードル駆動手段）６が構成されている。
【００３０】
尚、上記燃料供給口２１からハウジング２内に導入された燃料は、第１電磁ソレノイド５２の磁性体５３の内側領域５３ａ、第１アーマチャ５１に形成された燃料通路５１ａ、第２電磁ソレノイド６２の磁性体６３の内側領域６３ａ、第２アーマチャ６１に形成された燃料通路６１ａを経てノズル３内部にまで至っている。
【００３１】
ニードル４は、これら電磁ソレノイド５２，６２が発生する電磁吸引力によってコイルスプリング４２の付勢力に抗してリフト（後退移動）され、噴孔３１，３１，…に繋がる燃料供給経路を開放してインジェクタ１内の燃料をこれら噴孔３１，３１，…から噴射させる。また、第１及び第２電磁ソレノイド５２，６２の双方が消磁されると、コイルスプリング４２の付勢力によってニードル４が着座（シート部４１の全周囲がノズル３の内周面３２に当接）され、噴孔３１，３１，…からの燃料噴射が停止される。
【００３２】
本実施形態に係るインジェクタ１では、燃料噴射動作の開始時には、両電磁ソレノイド５２，６２が共に励磁されてニードル４のリフト動作が開始されるようになっている。尚、何れか一方の電磁ソレノイド６２（５２）を励磁させてニードル４のリフト動作を開始させるようにしてもよい。
【００３３】
また、本実施形態におけるインジェクタ１では、第１及び第２電磁ソレノイド５２，６２が共に消磁状態にあるときには、第１アーマチャ５１と第１電磁ソレノイド５２との間のエアギャップＧ１が、第２アーマチャ６１と第２電磁ソレノイド６２との間のエアギャップＧ２よりも大きくなるように構成されている。そして、こうしたエアギャップＧ１，Ｇ２の設定により、ニードル４のリフト量が２段階に切り換えられるようになっている。
【００３４】
即ち、このインジェクタ１では、ニードル４が着座状態（図２に示す状態）で、第１及び第２電磁ソレノイド５２，６２を共に励磁すると、先ず、第２アーマチャ６１が第２電磁ソレノイド６２に当接される。そして、その後、第１電磁ソレノイド５２の電磁吸引力によってニードル４が更にリフトされることで、第１アーマチャ５１が第１電磁ソレノイド５２に当接される。この際、上記第２アーマチャ６１を支持しているコイルスプリング６５は圧縮されることになる。この状態で、第１及び第２電磁ソレノイド５２，６２の双方、或いは第１電磁ソレノイド５２のみを励磁し続けることで、第１アーマチャ５１が第１電磁ソレノイド５２に当接された状態が維持される。このときのニードル４は、第２アーマチャ６１に対して噴孔３１，３１，…から離間する方向に相対移動した状態となり、上記エアギャップＧ１分だけリフトしていることになる。従って、この場合のニードル４の最大リフト位置は図３に示す位置となり、第１アーマチャ５１が第１電磁ソレノイド５２に当接しているときの位置（高リフト位置）となる。この状態で燃料噴射が行われると、単位時間当たりの燃料噴射量が多く、また、燃料の分散度が低くて高い貫徹力の燃料噴射動作が行われることになる。
【００３５】
一方、第２アーマチャ６１が第２電磁ソレノイド６２に当接した状態において第２電磁ソレノイド６２のみが励磁されると、この第２アーマチャ６１のみが第２電磁ソレノイド６２に当接した状態が維持される。このときのニードル４は、エアギャップＧ２分だけリフトしていることになる。従って、この場合のニードル４の最大リフト位置は図４に示す位置となり、第２アーマチャ６１が第２電磁ソレノイド６２に当接しているときのニードル４の位置（低リフト位置）となる。この状態で燃料噴射が行われると、単位時間当たりの燃料噴射量が少なく、また、燃料の分散度が高い燃料噴射動作が行われることになる。尚、このニードル４の位置を低リフト位置として燃料噴射を行う際の動作の詳細については後述する。
【００３６】
このように、インジェクタ１では、第１及び第２電磁ソレノイド５２，６２の励磁態様によって、ニードル４の最大リフト位置が上記高リフト位置及び低リフト位置のいずれかとなり、その最大リフト量が２段階に切り換えられるようになっている。尚、以下の説明では、上記２段階の最大リフト量のうち、上記高リフト位置に対応するものを第１最大リフト量Ｌｍａｘ１と記載し、上記低リフト位置に対応するものを第２最大リフト量Ｌｍａｘ２と記載する（Ｌｍａｘ１＞Ｌｍａｘ２）。
【００３７】
第１及び第２電磁ソレノイド５２，６２の励磁・消磁は、エンジンの運転制御を行う電子制御装置７によって制御されている（実際の給電は上記コネクタ２２から行われる）。電子制御装置（電流制御手段）７は、第１及び第２電磁ソレノイド５２，６２のコイル５４，６４に対する通電態様を制御することで、ニードル４のリフト期間、及びリフト量を調節してインジェクタ１からの燃料の噴射を制御する。尚、各電磁ソレノイド５２，６２への通電電圧は一定電圧とされている。
【００３８】
そして、本実施形態の電子制御装置７による電磁ソレノイド５２，６２のコイル５４，６４に対する通電態様の制御動作として特徴とするところは、上記ニードル４を低リフト位置として燃料噴射動作を行うに際し、ニードル４をその進退移動方向に沿って往復移動させることで微振動を起こさせるようになっている点にある。具体的な動作については後述する。
【００３９】
−インジェクタ１の動作説明−
図５は、ニードル４を高リフト位置にして燃料噴射動作を行わせる場合における各電磁ソレノイド５２，６２への供給電流値及びそれに伴うニードル４のリフト量の変化を示す図である。また、図６は、ニードル４を低リフト位置にして燃料噴射動作を行わせる場合における各電磁ソレノイド５２，６２への供給電流値及びそれに伴うニードル４のリフト量の変化を示す図である。
【００４０】
先ず、ニードル４を高リフト位置とする燃料噴射動作について説明する。図５に示すように、第１及び第２電磁ソレノイド５２，６２の両方へ通電が開始されることで、両電磁ソレノイド５２，６２が電磁吸引力を発生する。そして、これら双方の電磁ソレノイド５２，６２の電磁吸引力の作用により、ニードル４は、上記着座位置からのリフトが開始される（図５におけるタイミングＴ１）。
【００４１】
このときには、図５に示すように、ニードル４が急速に所定の高リフト位置まで移動するように電流値を高く設定する（電流値Ｉ１）。また、ニードル４が十分にリフトされるまで（図中のリフト量Ｇ１に達するまで）、両電磁ソレノイド５２，６２への通電を継続するようにしている。そのため、ニードル４は、上述した２段階の最大リフト量のうち、より大きい最大リフト量Ｌｍａｘ１（＝Ｇ１）までリフトされる。このときリフト量が増大されている最中（以下ではこれを単に「リフト中」という）のニードル４には、双方の電磁ソレノイド５２，６２の電磁吸引力が作用する。そのため、このときのニードル４は、比較的高い速度でリフトされることになる。
【００４２】
ニードル４のリフト量が第１最大リフト量Ｌｍａｘ１に達すると、第２電磁ソレノイド６２への通電が停止され（図５におけるタイミングＴ２）、第１電磁ソレノイド５２への通電のみが所定値で維持される（電流値Ｉ２）。上述のように、ここで第２電磁ソレノイド６２への通電が停止されても、ニードル４のリフト量は、上記第１最大リフト量Ｌｍａｘ１に維持される。その後、必要とされる燃料噴射量が確保されると、第１電磁ソレノイド５２への通電も停止され、ニードル４が上記着座位置に戻る（図５におけるタイミングＴ３）。
【００４３】
尚、上述したように、コモンレール１０からインジェクタ１へ供給される高圧燃料の圧力は、ほぼ一定に保持されており、インジェクタ１からの燃料噴射率は、ニードル４のリフト量にほぼ比例するようになっている。そのため、ニードル４のリフト速度が高くなれば、噴射初期の燃料噴射率の増加速度も高くなり、ニードル４の最大リフト量が大きくなれば、最大噴射量も大きくなる。したがって図５の態様で通電を行うことで、噴射初期の燃料噴射率の増加速度及び最大噴射率を双方共に大きくすることができる。
【００４４】
次に、本実施形態の特徴とする動作であるニードル４を低リフト位置とする燃料噴射動作について説明する。図６に示すように、この燃料噴射動作においても噴射開始時には、第１及び第２電磁ソレノイド５２，６２の両方へ通電が開始されることで、両電磁ソレノイド５２，６２が電磁吸引力を発生する。そして、これら双方の電磁ソレノイド５２，６２の電磁吸引力の作用により、ニードル４は、上記着座位置からのリフトが開始される（図５におけるタイミングＴ４）。そして、ニードル４のリフト中、両電磁ソレノイド５２，６２への通電がそのまま継続される。
【００４５】
このときには、図６に示すように、ニードル４が急速に所定の低リフト位置まで移動するように電流値を高く設定する（第１ソレノイド５２への電流値はＩ１’、第２ソレノイド６２への電流値はＩ１）。また、ニードル４が十分にリフトされるまで（図中のリフト量Ｇ２に達するまで）、両電磁ソレノイド５２，６２への通電を継続するようにしている。
【００４６】
ただし、このときには、ニードル４のリフト量が上記第２最大リフト量Ｌｍａｘ２（＝Ｇ２）に達すると、第１電磁ソレノイド５２への通電を停止し、第２電磁ソレノイド６２への通電のみを継続する（図５におけるタイミングＴ５）。
【００４７】
そして、本実施形態の特徴とする動作は、この第２電磁ソレノイド６２への通電のみが継続されている状況での電流値の制御動作にある。つまり、図６に示すように、この第２電磁ソレノイド６２への供給電流値を所定の周期をもって変動させる。図６に示すものでは、１回の燃料噴射動作当たりにおいて、供給電流値を図中Ｉ３とする状態と図中Ｉ４とする状態（Ｉ３＞Ｉ４）とをそれぞれ６回繰り返している。これにより、ニードル４のリフト量は短時間の間に多数回変化し、その結果、ニードル４はその往復移動方向に振動（図中におけるリフト位置Ｇ２とリフト位置Ｇ３との間で振動）する状況となる。具体的な一例について述べると、上記リフト位置Ｇ２は３０μｍであり、リフト位置Ｇ３は２０μｍである。これら数値はこれに限るものではない。
【００４８】
このようにしてニードル４に振動が発生すると、その振動が、ノズル３内面とニードル４外面との間の燃料流路を流れる燃料に与えられる。このため、燃料にはこの振動エネルギによる圧力変化が生じ、高圧力領域と低圧力領域とが形成されることに伴って流れに乱れを生じる。そして、高圧力領域が噴孔３１，３１，…の出口に達した際には高い噴射圧力で気筒内に燃料噴射が行われる一方、低圧力領域が噴孔３１，３１，…の出口に達した際には低い噴射圧力で気筒内に燃料噴射が行われることになる。これにより、燃料は、自ら微粒化のためのエネルギを保持した状態で各噴孔３１，３１，…から噴射されることになり、気筒内を飛散する間に分裂が促進されて微粒化していく。
【００４９】
この場合の第２電磁ソレノイド６２に対する通電のより具体的な形態は以下のとおりである。図７は、この第２電磁ソレノイド６２への供給電流値及びそれに伴うニードル４のリフト量の変化を示す図であって、従来の供給電流値及びリフト量の変化を破線で示し、本実施形態における供給電流値及びリフト量の変化を実線で示している。
【００５０】
この図７に示すように、従来では、ニードル４のリフト量が所定量Ｇ２に達すると、第２電磁ソレノイド６２への電流値を一定（Ｉ３）に維持し、これにより、ニードル４のリフト量を上記所定量Ｇ２に維持していた。そして、必要な量の燃料が気筒内に供給された時点で、第２電磁ソレノイド６２への通電を停止しニードル４のリフト量を「０」にして燃料噴射動作を停止させていた（図７におけるタイミングＴ６）。尚、この必要な燃料噴射量は、エンジン回転数やエンジン負荷等をパラメータとして決定され、インジェクタ１の開弁期間、つまり第２電磁ソレノイド６２への通電期間を設定することで上記燃料噴射量が気筒内に供給されるようにしていた。
【００５１】
本実施形態にあっては、ニードル４のリフト量が所定量Ｇ２に達した後に、このリフト量をＧ２とＧ３（Ｇ３＜Ｇ２）との間で変化させている。このため、従来の演算によって求められるインジェクタ１の開弁期間だけ第２電磁ソレノイド６２への通電を行ったのでは、必要な燃料噴射量が気筒内に供給されず、気筒内の空燃比が目標空燃比に対してリーンになってしまう可能性がある。
【００５２】
このため、本実施形態では、上記演算によって求められるインジェクタ１の開弁期間に対して所定割合だけ延長させた期間をもって第２電磁ソレノイド６２への通電を行っている。例えば、上記演算によって求められるインジェクタ１の開弁期間に対して２割増加した期間で第２電磁ソレノイド６２への通電を行っている。図７に示すものにあっては、タイミングＴ７まで燃料噴射期間を延長させている。これにより、上記ニードル４を往復移動させたことに伴う燃料噴射量の目減り分を補うことができ、気筒内の空燃比として目標空燃比を達成することができる。
【００５３】
以上のような燃料噴射動作が行われることで必要な量の燃料が気筒内に供給された後に、第２電磁ソレノイド６２への通電を停止して燃料噴射動作を停止する（図７におけるタイミングＴ７）。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態では、ニードル４を微振動させることにより、気筒内の空気から受ける剪断力以外のエネルギを利用して燃料の微粒化が促進できるようにしている。このため、燃焼行程における燃焼状態が良好になり、排気ガス中の有害物質を大幅に削減することが可能になる。また、この燃料の微粒化に伴い燃料の貫徹力も小さくでき、所望の領域に霧化燃料を留めておくことも可能になる。
【００５５】
（変形例）
次に、上述した第１実施形態の変形例について説明する。上述した第１実施形態では、ニードル４を往復移動させたことに伴う燃料噴射量の目減り分を補うために、演算によって求められるインジェクタ１の開弁期間に対して所定割合だけ増加した期間（図７におけるタイミングＴ４からタイミングＴ７の期間）で第２電磁ソレノイド６２への通電を行っていた。これに対し、本変形例では、開弁期間を従来のものから変化させることなく（延長させることなく）、必要な量の燃料を気筒内に供給できるようにしたものである。以下、各電磁ソレノイド５２，６２に対する供給電流値について説明する。
【００５６】
図８は、各電磁ソレノイド５２，６２への供給電流値及びそれに伴うニードル４のリフト量の変化を示す図であって、従来の供給電流値及びリフト量の変化を破線で示し、本例における供給電流値及びリフト量の変化を実線で示している。
【００５７】
この図８に示すように、従来では、ニードル４のリフト量が所定量Ｇ２に達すると、第１電磁ソレノイド５２への給電を停止すると共に、第２電磁ソレノイド６２への電流値を一定に維持し、これにより、ニードル４のリフト量を上記所定量Ｇ２に維持していた。そして、必要な量の燃料が気筒内に供給された時点で、第２電磁ソレノイド６２への通電を停止しニードル４のリフト量を「０」にして燃料噴射動作を停止させていた（図８におけるタイミングＴ６）。
【００５８】
本実施形態にあっては、上記ニードル４のリフト量Ｇ２を中央値とし、このリフト量Ｇ２に対して所定量だけリフト量を増加させたリフト量（図中Ｇ４）と、このリフト量Ｇ２に対して所定量だけリフト量を減少させたリフト量（図中Ｇ５）との間でニードル４を往復移動させている。具体的な一例について述べると、上記リフト位置Ｇ４は４０μｍであり、リフト位置Ｇ５は２０μｍである。これら数値はこれに限るものではない。
【００５９】
これによれば、上記ニードル４を往復移動させたことに伴う燃料噴射量の目減り分が生じることを抑制でき、燃料噴射期間を延長させる必要なしに気筒内の空燃比として目標空燃比を達成することが可能となる。
【００６０】
各電磁ソレノイド５２，６２への供給電流値の変化状態として具体的には、図８に示すように、第２電磁ソレノイド６２への供給電流値を変化させていくだけでなく、それに応じて第１電磁ソレノイド５２への供給電流値も変化させていくようにしている。つまり、上記リフト量Ｇ２よりも大きなリフト量Ｇ４を得る際には、第１電磁ソレノイド５２への供給電流値を増加させる一方、上記リフト量Ｇ２よりも小さなリフト量Ｇ５を得る際には、第１電磁ソレノイド５２への供給電流値及び第２電磁ソレノイド６２への供給電流値を共に減少させるようにしている。
【００６１】
本変形例の燃料噴射動作によっても上述した第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
（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。本実施形態は、上記ニードル４を低リフト位置に制御する場合のリフト量に特徴がある。その他の構成及びニードル４を高リフト位置とする場合の燃料噴射動作については上述した第１実施形態の場合と同様である。従って、ここでは、ニードル４を低リフト位置に制御する場合のリフト量及びニードル４を低リフト位置とする場合の燃料噴射動作についてのみ説明する。
【００６３】
図９は、本実施形態におけるインジェクタ１の燃料噴射状態であって、ニードル４が低リフト位置にある状態におけるノズル先端部周辺を示す断面図である。また、図１０は、シート部４１から噴孔３１の内部に亘る燃料流路断面積の変化を示す図である。
【００６４】
これら図に示すように、本実施形態では、ニードル４の低リフト状態での燃料噴射時にあっては、噴孔３１における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積よりも、ノズル３の内面とニードル４の外面との間に形成される燃料流路における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積の方が小さくなるように、この低リフト状態でのニードル４のリフト量を設定している。
【００６５】
ここで言う、「噴孔３１における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積」とは、例えば、図９において一点鎖線で示す切断線（噴孔３１の延長方向に対して直交する直線）Ｌ１での噴孔３１の流路断面積に、噴孔３１の個数（本実施形態では６）を乗算した面積である。また、「ノズル３の内面とニードル４の外面との間に形成される燃料流路における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積」とは、例えば、図９において一点鎖線で示す切断線（ノズル３とニードル４との間の燃料流路の延長方向に対して直交する直線）Ｌ２での流路断面積である。
【００６６】
これに対し、ニードル４の高リフト状態での燃料噴射時にあっては、噴孔３１における燃料の流線に略直交する方向の流路断面積よりも、ノズル３の内面とニードル４の外面との間に形成される燃料流路の全域における燃料の流線に略直交する方向での流路断面積の方が大きくなるように、この高リフト状態でのニードル４のリフト量を設定している。
【００６７】
このため、ニードル４の低リフト状態での燃料噴射時にあっては、ノズル３の内面とニードル４の外面との間の燃料流路を燃料が流れていく際に、この燃料流路内でキャビテーションが発生することになる。図９において破線で囲んだ領域においては、燃料圧力が飽和水蒸気圧以下となりキャビテーションが発生する。そして、このキャビテーションにより生じた気泡は、噴孔３１の内部に流れ込んだり、または噴孔３１から燃料と共に噴射される際に周囲の圧力変化の影響を受けて破裂する。この際、この破裂に伴う衝撃波が燃料に伝達されることになり、その衝撃波のエネルギを受けた燃料が気筒内を飛散する間に微粒化されていくことになる。
【００６８】
このように、本実施形態では、ノズル３の内面とニードル４の外面との間の燃料流路において積極的にキャビテーションを発生させ、且つこの燃料流路の断面積よりも噴孔３１の断面積を大きくして、この噴孔３１の内部において気泡から燃料に衝撃波を与えることで、噴射される燃料の微粒化を促進するようにしている。つまり、噴孔３１の内部における圧力の変化を利用して気泡から燃料に微粒化のためのエネルギが与えられるようにしている。このため、燃料の微粒化促進に伴って燃焼行程における燃焼状態が良好になり、排気ガス中の有害物質を大幅に削減することが可能になる。
【００６９】
−その他の実施形態−
以上説明した各実施形態及び変形例では自動車に搭載されるコモンレール式のディーゼルエンジンに備えられたインジェクタ１であって、ニードル４のリフト量を２段階で切り換え可能としたものに対して本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、筒内直噴式のガソリンエンジンに備えられるインジェクタに対しても適用可能である。また、ニードル４のリフト量を可変としないもの、つまりリフト量が一定値に固定されているインジェクタや、ニードル４のリフト量が３段階以上で切り換え可能とされたものに対して本発明は適用可能である。また、自動車用エンジンに備えられるインジェクタに限らず、他の用途に使用されるエンジンに備えられるインジェクタに対しても本発明は適用可能である。
【００７０】
上記各実施形態及び変形例では、電磁ソレノイド５２，６２への供給電流値を増減変化させることにより、ニードル４に微振動を発生させるようにしていた。本発明はこれに限らず、電磁ソレノイド５２，６２に対する印加電圧値を増減変化させることにより、ニードル４に微振動を発生させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施形態に係るインジェクタの内部構造を示す断面図である。
【図２】燃料非噴射状態におけるノズル先端部周辺を示す断面図である。
【図３】第１実施形態における燃料噴射状態であってニードルが高リフト位置にある状態におけるノズル先端部周辺を示す断面図である。
【図４】第１実施形態における燃料噴射状態であってニードルが低リフト位置にある状態におけるノズル先端部周辺を示す断面図である。
【図５】第１実施形態において、ニードルを高リフト位置にして燃料噴射動作を行わせる場合における各電磁ソレノイドへの供給電流値及びそれに伴うニードルのリフト量を示す図である。
【図６】第１実施形態において、ニードルを低リフト位置にして燃料噴射動作を行わせる場合における各電磁ソレノイドへの供給電流値及びそれに伴うニードルのリフト量を示す図である。
【図７】第１実施形態において、ニードルを低リフト位置にして燃料噴射動作を行わせる場合における第２電磁ソレノイドへの供給電流値及びそれに伴うニードルのリフト量を従来と比較して説明するための図である。
【図８】第１実施形態の変形例において、ニードルを低リフト位置にして燃料噴射動作を行わせる場合における各電磁ソレノイドへの供給電流値及びそれに伴うニードルのリフト量を従来と比較して説明するための図である。
【図９】第２実施形態における燃料噴射状態であってニードルが低リフト位置にある状態におけるノズル先端部周辺を示す断面図である。
【図１０】シート部から噴孔内部に亘る燃料流路断面積の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１        インジェクタ（燃料噴射弁）
３        ノズル
３１      噴孔
４        ニードル
５        第１駆動ユニット（ニードル駆動手段）
５２      第１電磁ソレノイド
６        第２駆動ユニット（ニードル駆動手段）
６２      第２電磁ソレノイド
７        電子制御装置（電流制御手段）
【図１】
2008045519.tif 000003
【図２】
2008045519.tif 000004
【図３】
2008045519.tif 000005
【図４】
2008045519.tif 000006
【図５】
2008045519.tif 000007
【図６】
2008045519.tif 000008
【図７】
2008045519.tif 000009
【図８】
2008045519.tif 000010
【図９】
2008045519.tif 000011
【図１０】
2008045519.tif 000012