(57)【要約】【課題】様々な機関運転領域において最適な燃料噴射率での燃料噴射を行うことができる燃料噴射弁を提供する。【解決手段】燃料噴射弁２は第一噴孔群１４及び第二噴孔群１５と、制御室２０と、第一ニードル弁１２及び第二ニードル弁１３とを具備する。第一ニードル弁が第一噴孔群の噴孔を開閉し、第二ニードル弁が第二噴孔群の噴孔を開閉する。これらニードル弁のリフトは上記制御室内の燃料の圧力により制御せしめられる。燃料噴射弁は、燃料供給源及び上記制御室に連通する燃料流入通路３０と、第一ニードル弁と第二ニードル弁との相対位置に応じて該燃料流入通路の開口の開度を制御可能な開度制御手段とを更に具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一噴孔群及び第二噴孔群と、制御室と、第一ニードル弁及び第二ニードル弁とを具備し、上記第一ニードル弁が上記第一噴孔群の噴孔を開閉し、上記第二ニードル弁が上記第二噴孔群の噴孔を開閉し、これらニードル弁のリフトは上記制御室内の燃料の圧力により制御せしめられる燃料噴射弁において、
燃料供給源及び上記制御室に連通する燃料流入通路と、上記第一ニードル弁と上記第二ニードル弁との相対位置に応じて該燃料流入通路の開口の開度を制御可能な開度制御手段とを更に具備することを特徴とする、燃料噴射弁。
【請求項２】
上記開度制御手段は上記ニードル弁の上昇初期における上記制御室内の燃料量の減少速度が上記ニードル弁の上昇後期における減少速度よりも遅くなるように開度を制御す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】
上記開度制御手段は上記ニードル弁上昇初期における上記燃料流入通路の開口の開度が上記ニードル弁上昇後期における上記燃料流入通路の開口の開度よりも小さくなるように上記開度を制御す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４】
上記二つのニードル弁は、第一ニードル弁、第二ニードル弁の順にリフトが開始され、上記開度制御手段は上記第一ニードル弁のリフト量に応じて上記燃料流入通路の開口の開度を制御することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
上記燃料流入通路は二つのニードル弁のうちの一方のニードル弁内に設けられることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
上記燃料流入通路の出口は該燃料流入通路から流出する燃料により両ニードル弁間の衝突荷重が小さくなる方向に向けられることを特徴とする、請求項５に記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
シリンダと、該シリンダ内に設けられた噴孔群と、前記シリンダ内に収容されると共に前記噴孔群を開閉するニードル弁と、制御室とを具備し、前記ニードル弁のリフトは前記制御室内の燃料の圧力により制御せしめられる燃料噴射弁において、  燃料供給源及び上記制御室に連通する燃料流入通路と、上記シリンダに対する上記ニードル弁の相対位置に応じて該燃料流入通路の開口の開度を制御可能な開度制御手段とを更に具備することを特徴とする、燃料噴射弁。
【請求項８】
上記開度制御手段は上記ニードル弁の上昇初期における上記制御室内の燃料量の減少速度が上記ニードル弁の上昇後期における減少速度よりも遅くなるように開度を制御することを特徴とする、請求項７に記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
上記燃料流入通路は上記シリンダ内に設けられることを特徴とする、請求項７又は８に記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
上記噴孔群とは別の噴孔群と、上記ニードル弁の内側に配置されると共に前記別の噴孔群を開閉する別のニードル弁とを更に具備し、該別のニードル弁のリフトは上記制御室内の燃料の圧力により制御せしめられることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか１項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、内燃機関の燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関に用いられる燃料噴射弁として、二つの噴孔群を具備し、一方の噴孔群の噴孔のみからの燃料噴射と両噴孔群の噴孔からの燃料噴射とを使い分けることができる燃料噴射弁が開発されている。斯かる燃料噴射弁では、一般に、低負荷運転状態においては一方の噴孔径の細い噴孔群のみから燃料を噴射することにより噴霧を微粒化すると共に、高負荷運転状態においてはこの噴孔群に加えて噴孔径の太い噴孔群からも燃料を噴射することにより短期間に多量の燃料を噴射することを可能としている。
【０００３】
このような燃料噴射弁としては、例えば、円筒状の外側ニードル弁とこの外側ニードル弁の内側に同軸に設けられた内側ニードル弁とを具備し、外側ニードル弁が一方の噴孔群の噴孔を開閉すると共に内側ニードル弁が他方の噴孔群の噴孔を開閉する燃料噴射弁が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特に、特許文献１に開示された燃料噴射弁では、外側ニードル弁及び内側ニードル弁の後端側に設けられた制御室から燃料を流出させて制御室内の燃料の圧力を低下させることにより、外側ニードル弁及び内側ニードル弁を順次リフトさせることとしている。作動時には、制御室から燃料を流出させると、まず外側ニードル弁のリフトが開始されて一方の噴孔群の噴孔のみからの燃料噴射が行われると共に、外側ニードル弁が或る程度リフトされたところで内側ニードル弁のリフトが開始され、両噴孔群の噴孔からの燃料噴射が行われる。ただし、外側ニードル弁が或る程度リフトされる前に制御室からの燃料の流出を中止すると、内側ニードル弁のリフトが開始されることはなく、よって燃料噴射の開始から終了までに亘って一方の噴孔群の噴孔のみから燃料噴射が行われることになる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２０９０４
【特許文献２】特開平８−３５４６７
【特許文献３】特開２００５−２０７４３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の燃料噴射装置では、制御室から燃料を流出させる燃料の流量を変更することができず、基本的にニードル弁のリフト開始から終了までに亘ってほぼ一定の流量で燃料が制御室から流出することになる。このため、例えば制御室から燃料を流出させる通路に設けられたオリフィスにおける絞りを小さくして制御室から流出する燃料の流量を多くすると、燃料噴射弁からの噴射率の挙動は図８（Ａ）に実線ａ及びａ’で示したようになる。一方、制御室から燃料を流出させる通路に設けられたオリフィスにおける絞りを大きくして制御室から流出する燃料の流量を少なくすると、燃料噴射弁からの噴射率の挙動は図８（Ａ）に破線ｂ及びｂ’で示したようになる。なお、図中のａ、ｂは機関運転状態が高負荷・高回転となっている場合等、長期間に亘って燃料噴射を行う場合、図中のａ’、ｂ’は機関運転状態が低負荷・低回転となっている場合等、短期間に燃料噴射を行う場合の噴射率の挙動をそれぞれ示している。
【０００７】
ここで、機関運転状態が高負荷・高回転となっている場合、機関本体から排出される排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯX）とスモークとの関係は図８（Ｂ）に示したような関係となる。すなわち、高負荷・高回転時においては上記オリフィスの絞りが小さいとき（図中の実線ａ）の方がオリフィスの絞りが大きいとき（図中の破線ｂ）よりもスモーク及びＮＯXの発生量が少ないことが分かる。また、図８（Ａ）から分かるように、噴射期間中の総燃料噴射量はオリフィスの絞りが小さいときの方が多く、よって出力を高めることができる。従って、排気エミッション及び出力の観点から、機関運転状態が高負荷・高回転となっている場合には、オリフィスの絞りを小さくし、制御室から流出する燃料の流量を多くすることが好ましい。
【０００８】
一方、機関運転状態が低負荷・低回転となっている場合、機関本体から排出される排気ガス中に含まれるＮＯXと炭化水素（ＨＣ）との関係は図８（Ｃ）に示したような関係となる。すなわち、低負荷・低回転時においては上記オリフィスの絞りが大きいとき（図中の破線ｂ’）の方がオリフィスの絞りが小さいとき（図中の実線ａ’）よりもＨＣ及びＮＯXの発生量が少ないことが分かる。従って、排気エミッションの観点から、機関運転状態が低負荷・低回転となっている場合には、オリフィスの絞りを大きくし、制御室から流出する燃料の流量を少なくすることが好ましい。
【０００９】
このように、機関運転状態に応じて制御室から流出させる最適な燃料の流量が異なっている。しかしながら、上記特許文献１に記載の燃料噴射弁では制御室から流出させる燃料の流量を変化させることができず、よって全ての運転領域において最適な燃料噴射率を得ることができない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、様々な機関運転領域において最適な燃料噴射率での燃料噴射を行うことができる燃料噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、第１の発明では、第一噴孔群及び第二噴孔群と、制御室と、第一ニードル弁及び第二ニードル弁とを具備し、上記第一ニードル弁が上記第一噴孔群の噴孔を開閉し、上記第二ニードル弁が上記第二噴孔群の噴孔を開閉し、これらニードル弁のリフトは上記制御室内の燃料の圧力により制御せしめられる燃料噴射弁において、
燃料供給源及び上記制御室に連通する燃料流入通路と、上記第一ニードル弁と上記第二ニードル弁との相対位置に応じて該燃料流入通路の開口の開度を制御可能な開度制御手段とを更に具備する。
第１の発明によれば、上記第一ニードル弁と上記第二ニードル弁との相対位置に応じて該燃料流入通路の開口の開度が制御される。従って、これらニードル弁のリフト量に応じて、燃料流入通路を通って制御室内に流入する燃料の流量が自動的に制御されることになる。このため、ニードル弁のリフト量と燃料流入通路の開口の開度との関係を適切に設定すれば、様々な機関運転領域において最適な燃料噴射率での燃料噴射を行うことができる。
【００１２】
第２の発明では、第１の発明において、上記開度制御手段は上記ニードル弁の上昇初期における上記制御室内の燃料量の減少速度が上記ニードル弁の上昇後期における減少速度よりも遅くなるように開度を制御する。
第２の発明によれば、ニードル弁の上昇初期には噴射率の上昇速度が遅く且つニードル弁の上昇後期には噴射率の上昇速度が速くなるように燃料噴射を行うことができる。これにより、機関運転状態が低負荷・低回転となっている場合にはニードル弁の上昇初期で燃料噴射が終了せしめられることから噴射期間中には噴射率の上昇速度が遅く、機関運転状態が高負荷・高回転となっている場合にはニードル弁の上昇後期まで燃料噴射が行われることから噴射期間中には噴射率の平均的な上昇速度は速い。
なお、上記「ニードル弁の上昇中」とは、二つのニードル弁のうち少なくともいずれか一方が上昇している状態を意味する。
【００１３】
第３の発明では、第１の発明において、上記開度制御手段は上記ニードル弁上昇初期における上記燃料流入通路の開口の開度が上記ニードル弁上昇後期における上記燃料流入通路の開口の開度よりも小さくなるように上記開度を制御する。
【００１４】
第４の発明では、第１〜３のいずれか一つの発明において、上記二つのニードル弁は、第一ニードル弁、第二ニードル弁の順にリフトが開始され、上記開度制御手段は上記第一ニードル弁のリフト量に応じて上記燃料流入通路の開口の開度を制御する。
【００１５】
第５の発明では、第１〜４のいずれか一つの発明において、上記燃料流入通路は二つのニードル弁のうちの一方のニードル弁内に設けられる。
【００１６】
第６の発明では、第５の発明において、上記燃料流入通路の出口は該燃料流入通路から流出する燃料により両ニードル弁間の衝突荷重が小さくなる方向に向けられる。
【００１７】
上記課題を解決するために、第７の発明では、シリンダと、該シリンダ内に設けられた噴孔群と、前記シリンダ内に収容されると共に前記噴孔群を開閉するニードル弁と、制御室とを具備し、前記ニードル弁のリフトは前記制御室内の燃料の圧力により制御せしめられる燃料噴射弁において、  燃料供給源及び上記制御室に連通する燃料流入通路と、上記シリンダに対する上記ニードル弁の相対位置に応じて該燃料流入通路の開口の開度を制御可能な開度制御手段とを更に具備する。
【００１８】
第８の発明では、第７の発明において、上記開度制御手段は上記ニードル弁の上昇初期における上記制御室内の燃料量の減少速度が上記ニードル弁の上昇後期における減少速度よりも遅くなるように開度を制御する。
【００１９】
第９の発明では、第７又は第８の発明において、上記燃料流入通路は上記シリンダ内に設けられる。
【００２０】
第１０の発明では、第７〜第９の発明において、上記噴孔群とは別の噴孔群と、上記ニードル弁の内側に配置されると共に前記別の噴孔群を開閉する別のニードル弁とを更に具備し、該別のニードル弁のリフトは上記制御室内の燃料の圧力により制御せしめられる
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ニードル弁のリフト量と燃料流入通路の開口の開度との関係を適切に設定すれば、様々な機関運転領域において最適な燃料噴射率での燃料噴射を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の燃料噴射弁の第一実施形態を示す概略断面図であり、図１の左側は外側ニードル弁のみがリフトされている状態、図１の右側は外側ニードル弁及び内側ニードル弁共にリフトされている状態を示している。
【００２３】
本実施形態の燃料噴射装置は、高圧ポンプによって燃料タンクから高圧燃料が供給されるコモンレール（燃料蓄圧部）１と、コモンレール１から高圧燃料が供給され且つ機関燃焼室（図示せず）内に燃料を噴射する燃料噴射弁（以下、「インジェクタ」と称す）２と、噴射すべき燃料を貯留する燃料タンク（燃料回収部）３とを備える。また、コモンレール１内の燃料圧力は比較的高い圧力（例えば、８０ＭＰａ〜１４０ＭＰａ）に保たれる。
【００２４】
インジェクタ２は、図１に示したように、筒状のノズルボディ１１と、このノズルボディ１１と同軸に配置された中実の内側ニードル弁１２と、上記ノズルボディ１１と同軸に配置された中空の外側ニードル弁１３とを具備する。ノズルボディ１１はその内部に中空空間を有し、この中空空間内に両ニードル弁１２、１３が収容される。また、外側ニードル弁１３はその内部に中空空間を有し、この中空空間内に内側ニードル弁１２が受容される。ノズルボディ１１の先端部には二つの噴孔群１４、１５が設けられており、これら噴孔群のうち内側噴孔群１４の噴孔は内側ニードル弁１２によって開閉されると共に外側噴孔群１５の噴孔は外側ニードル弁１３によって開閉される。各噴孔群１４、１５はそれぞれ一つ又はそれ以上の噴孔によって構成せしめられる。なお、本明細書においては、図１の下側、すなわちノズルボディ１１に噴孔群１４、１５が設けられている側を下方、図１の上側、すなわち噴孔群が設けられていない側を上方として説明する。
【００２５】
ノズルボディ１１の内面と外側ニードル弁１３の外周面及び内側ニードル弁１２の先端部の外面との間には、インジェクタ２から噴射すべき燃料が流れるノズル室１６が形成される。このノズル室１６は、コモンレール１に通じる高圧燃料供給通路１７と連通していると共に、ノズルボディ１１の先端部に設けられた噴孔群１４、１５の各噴孔と連通する。
【００２６】
内側ニードル弁１２及び外側ニードル弁１３はそれぞれその軸線方向に摺動可能であり、斯かるニードル弁１２、１３の軸線方向の摺動により噴孔群１４、１５の各噴孔が開閉される。すなわち、ニードル弁１２、１３がリフト（上昇）せしめられると、それぞれ内側噴孔群１４及び外側噴孔群１５の各噴孔とノズル室１６とが通じ、各噴孔から燃料が噴射せしめられる。一方、ニードル１２、１３が最も下方の位置（リフトしていない状態）にあり、ニードル１２、１３の先端部がノズルボディ１１の先端部の内壁面に形成されたシート上に載置されている場合には各噴孔は閉じられており、よって各噴孔からの燃料の噴射が停止せしめられる。
【００２７】
内側ニードル弁１２は内側ニードル用バネ１８によって内側噴孔群１４の各噴孔を閉弁するように軸線方向下方に向かって付勢されている。また、外側ニードル弁１３は外側ニードル用バネ１９によって外側噴孔群１５の各噴孔を閉弁するように軸線方向下方に向かって付勢されている。また、ニードル弁１２、１３の上端面とノズルボディ１１の内面との間に圧力制御室２０が画成される。この圧力制御室２０内には燃料が供給されており、この圧力制御室２０内の燃料圧力により内側ニードル弁１２及び外側ニードル弁１３は下向きの力を受ける。すなわち、内側ニードル弁１２及び外側ニードル弁１３はバネ１８、１９及び圧力制御室２０内の燃料により下向きの力を受けている。逆に、内側ニードル弁１２及び外側ニードル弁１３はノズル室１６内の燃料圧力により上向き（噴孔開弁方向）の力を受ける。
【００２８】
したがって、内側ニードル弁１２は内側ニードル用バネ１８及び圧力制御室２０内の燃料圧力により内側ニードル弁１２が受ける下向き（噴孔閉弁方向）の力が、ノズル室１６内の燃料圧力により内側ニードル弁１２が受ける上向き（噴孔開弁方向）の力と同一であるか又はそれよりも大きい場合、内側ニードル弁１２は下降せしめられるか又は内側噴孔群１４の各噴孔を閉じたまま維持せしめられる。逆に、内側ニードル用バネ１８及び圧力制御室２０内の燃料圧力によって内側ニードル弁１２が受ける下向きの力が、ノズル室１６内の燃料圧力により内側ニードル弁１２が受ける上向きの力よりも小さい場合、内側ニードル弁１２は上昇せしめられる。
【００２９】
外側ニードル弁１３についても同様なことが言え、外側ニードル用バネ１９及び圧力制御室２０内の燃料圧力により外側ニードル弁１３が受ける下向き（噴孔閉弁方向）の力が、ノズル室１６内の燃料圧力により外側ニードル弁１３が受ける上向き（噴孔開弁方向）の力と同一であるか又はそれよりも大きい場合、外側ニードル弁１３は下降せしめられるか又は外側噴孔群１５の各噴孔を閉じたまま維持せしめられる。逆に、外側ニードル用バネ１９及び圧力制御室２０内の燃料圧力によって外側ニードル弁１３が受ける下向きの力が、ノズル室１６内の燃料圧力により外側ニードル弁１３が受ける上向きの力よりも小さい場合、外側ニードル弁１３は上昇せしめられる。なお、外側ニードル用バネ１９の付勢力は内側ニードル用バネ１８の付勢力よりも弱いものとされる。
【００３０】
圧力制御室２０は、オリフィス２１を介して燃料流出入通路２２と連通しており、この燃料流出入通路２２は制御弁２３に接続されている。制御弁２３にはノズル室１６内に連通する高圧燃料通路２４と、燃料タンク３に接続されているリターン通路２５とが接続されている。制御弁２３は、燃料流出入通路２２を高圧燃料通路２４とリターン通路２５とに選択的に連通されることが可能である。
【００３１】
図１に示したように制御弁２３によって燃料流出入通路２２が高圧燃料通路２４に連通せしめられている（以下、「高圧接続状態」という）と、圧力制御室２０がノズル室１６と連通することから圧力制御室２０内の燃料圧力はコモンレール１の高い燃料圧力（以下、「レール圧」という）にまで上昇せしめられる。一方、制御弁２３によって燃料流出入通路２２がリターン通路２５に連通せしめられている（以下、「リターン接続状態」という）と、圧力制御室２０内の燃料が燃料タンク３に戻されることから、圧力制御室２０内の燃料圧力は徐々に低下せしめられる。
【００３２】
なお、制御弁２３はＥＣＵによって制御されるソレノイドアクチュエータによって制御せしめられる。しかしながら、制御弁２３を制御するための手段は、ソレノイドアクチュエータでなくてもよく、圧電素子、超磁歪素子等、他のタイプのアクチュエータを用いてもよい。
【００３３】
このように構成された燃料噴射弁２では、燃料噴射を行うべきときには、まず制御弁２３を高圧接続状態からリターン接続状態へと切り替える。これにより、圧力制御室２０内の燃料が燃料流出入通路２２、制御弁２３、リターン通路２５を介して燃料タンク３内に流出せしめられる。オリフィス２１の存在により圧力制御室２０からの燃料の流出は一定流量に制限される。これに伴って、圧力制御室２０内の燃料圧力が徐々に低下し、まずバネの付勢力の弱い外側ニードル弁１３が上昇し始め、外側噴孔群１５の各噴孔からの燃料噴射が開始せしめられる。
【００３４】
そして、或る程度外側ニードル弁１３が上昇してもなお制御弁２３をリターン接続状態にし続けると、圧力制御室２０内の燃料圧力は更に低下し、内側ニードル弁１２が上昇し始め、内側噴孔群１４の各噴孔からも燃料噴射が開始される。その後、制御弁２３をリターン接続状態から高圧接続状態へと切り替えると、圧力制御室２０内の燃料圧力が徐々に上昇し、内側ニードル弁１２及び外側ニードル弁１３が共に下降すると共に、まず内側噴孔群１４が閉弁せしめられ、次いで外側噴孔群１５が閉弁せしめられ、燃料噴射が終了せしめられる。
【００３５】
一方、上記或る程度外側ニードル弁１３が上昇する前に制御弁２３をリターン接続状態から高圧接続状態へと切り替えると、圧力制御室２０内には燃料が流入し、これに伴って圧力制御室２０内の燃料圧力が徐々に上昇し、外側ニードル弁１３が下降すると共に、ついには外側噴孔群１５が閉弁せしめられ、燃料噴射が終了せしめられる。このように制御弁２３を制御することにより、燃料噴射弁２から少量の燃料噴射を行うことができる。
【００３６】
ところで、本実施形態の燃料噴射弁２には、内側ニードル弁１２内にその軸線方向に延びるオリフィス３０及びこのオリフィス３０に連通し且つオリフィス３０に対して垂直に延びる二つの流路３１、３２が設けられている（これらオリフィス及び流路をまとめて「燃料流入通路」と称することができる）。また、内側ニードル弁１２は、その上端部近傍にニードル弁のシャフトに対して垂直な方向に突出する突出部３３を有し、上記二つの流路のうちの上方流路３１は突出部３３の直ぐ下方に設けられている。さらに、内側ニードル弁１２はその下方領域においては直径が短く、すなわち細くされているため、下方領域においては内側ニードル弁１２の外周面と外側ニードル弁１３の内周面との間に間隙３４が形成される。一方、外側ニードル弁１３にはその外周面と内周面との間で貫通する貫通孔３５が設けられている。
【００３７】
このように構成された燃料噴射弁２では、外側ニードル弁１３が全く上昇していないときでも貫通孔３５を介して燃料が間隙３４内に流入する。そして、間隙３４内に流入した燃料は下方流路３２、オリフィス３０及び上方流路３１を介して圧力制御室２０内に流入せしめられる。従って、制御弁２３が高圧接続状態にあるときには圧力制御室２０には燃料流出入通路２２に加えてオリフィス３０を介して燃料が流入することになる。
【００３８】
一方、制御弁２３がリターン接続状態にあるときであっても、外側ニードル弁１３が全く上昇していないときや僅かにしか上昇していないときには燃料がオリフィス３０を介して圧力制御室２０内に流入せしめられる。同時に、圧力制御室２０内の燃料は燃料流出入通路２２を介して燃料タンク３に流出せしめられる。燃料流出入通路２２を介して圧力制御室２０から流出する燃料の流量は、オリフィス３０を介して圧力制御室２０内に流入する燃料の流量よりも多いため、圧力制御室２０内の燃料圧力は徐々に低下する。しかしながら、オリフィス３０が無い場合に比べて、圧力制御室２０内の燃料圧力の低下速度は遅い。
【００３９】
これに対して、制御弁２３がリターン接続状態にあるときであって、外側ニードル弁１３が上昇して外側ニードル弁１３の上端が内側ニードル弁１２の突出部３３と接触すると、上方流路３１の出口が内側ニードル弁１２によって閉じられることになる。これにより、間隙３４内の高圧燃料はオリフィス３０を介して圧力制御室２０内に流入することができなくなる。従って、圧力制御室２０には燃料が流入せずに燃料流出入通路２２を介して流出するのみであるため、圧力制御室２０内の燃料圧力の低下速度が速くなる。
【００４０】
図２は、燃料噴射弁からの燃料噴射の開始から終了までの噴射率の推移を示す図である。図２（Ａ）は本実施形態の燃料噴射弁２による噴射率の推移、図２（Ｂ）、（Ｃ）は内側ニードル弁１２内にオリフィス３０の設けられていない燃料噴射弁による燃料噴射の開始から終了までの噴射率の推移を示す図である。特に、図２（Ｂ）は燃料流出入通路２２に設けられたオリフィス２１の絞りを小さくして圧力制御室２０からの燃料流出速度を速くした場合を、図２（Ｃ）はオリフィス２１の絞りを大きくして圧力制御室２０からの燃料流出速度を遅くした場合をそれぞれ示している。
【００４１】
図２（Ａ）から分かるように、本実施形態の燃料噴射弁２では、燃料噴射を開始してからニードル弁１２、１３の上昇初期（図中の期間ｘ）のうちは圧力制御室２０内の燃料圧力の低下速度が遅いことから噴射率の上昇速度は遅い。その後、ニードル弁１２、１３の上昇後期（図中の期間ｙ）においては圧力制御室２０内の燃料圧力の低下速度が速いことから噴射率の上昇速度は速くなる。
【００４２】
本実施形態の燃料噴射弁２はこのような噴射挙動をとることにより、機関運転状態が低負荷・低回転にあるときには図２（Ａ）に破線で示したような態様で燃料噴射が行われることになる。このように噴射が行われることで噴射率の上昇速度が遅くっているため、図８（Ｃ）に示したようにＨＣ及びＮＯXの発生量を低減させることができる。
【００４３】
一方、機関運転状態が高負荷・高回転にあるときには図２（Ａ）に実線で示したような態様で燃料噴射が行われることになる。このように噴射が行われることで、少なくともニードル弁１２、１３の上昇後期における噴射率の上昇速度が速くなっているため、短時間に多量に燃料を噴射させて内燃機関の出力を高めることができると共に、図８（Ｂ）に示したようにスモーク及びＮＯXの発生量を低減させることができる。
【００４４】
すなわち、本実施形態の燃料噴射弁２によれば、低負荷・低回転時にはＨＣ及びＮＯXの発生を低減させると共に、高負荷・高回転時にはスモーク及びＮＯXの発生を低減させ且つ出力を高めることができる。
【００４５】
なお、上記実施形態では、制御弁２３は高圧接続状態とリターン接続状態との間で切替可能とされているが、リターン接続状態にあるときにさらに圧力制御室２０から燃料流出入通路２２及びリザーバ通路２５を介して燃料タンク３内に流出する燃料の流量を調整することができる流量調整弁として用いられてもよい。
【００４６】
次に、図３を参照して第二実施形態の燃料噴射弁４０について説明する。図３は本発明の第二実施形態の燃料噴射弁４０の概略断面図を示す図である。本実施形態の燃料噴射弁４０の構成は基本的に第一実施形態の燃料噴射弁２と同様であるが、内側ニードル弁１２内に設けられた上方流路４１が内側ニードル弁１２の軸線に対して垂直に延びずに、軸線に対して傾斜して設けられている点で第一実施形態の燃料噴射弁２と異なっている。より詳細には、上方流路４１は内側ニードル弁１２の中心から外周に向かって下方に傾斜しており、その出口が突出部３３の直ぐ下方に配置されている。
【００４７】
上方流路４１がこのように形成されることにより、内側ニードル弁１２内のオリフィス３０を通って流れる燃料は外側ニードル弁１３の上面に向かって噴出されることになる。このため、外側ニードル弁１３が上昇して内側ニードル弁１２の突出部３３に衝突する際に外側ニードル弁１３によって内側ニードル弁１２に及ぼされる衝突荷重が低減せしめられることになる。
【００４８】
特に、外側ニードル弁１３によって内側ニードル弁１２に及ぼされる衝突荷重が大きいと、衝突に伴って内側ニードル弁１２が急激に上昇してしまう場合があり、このような場合には燃料噴射弁によって噴射される燃料の量を適切に制御することができなくなってしまう。これに対して、本実施形態では、外側ニードル弁１３によって内側ニードル弁１２に及ぼされる衝突荷重が低減せしめられることから、内側ニードル弁１２が急に上昇してしまうことが防止され、よって燃料噴射量を適切に制御することができるようになる。
【００４９】
次に、図４を参照して第三実施形態の燃料噴射弁４５について説明する。図４は本発明の第三実施形態の燃料噴射弁４５の概略断面図を示す図である。本実施形態の燃料噴射弁４５の構成は基本的に第一実施形態の燃料噴射弁２又は第二実施形態の燃料噴射弁４０と同様であるが、燃料噴射弁４５では、内側ニードル弁１２内にオリフィス、上方流路及び下方流路が設けられておらず、代わりに外側ニードル弁１３内にオリフィス４６及び上方流路４７が設けられている。
【００５０】
より詳細には、本実施形態の燃料噴射弁４５には、外側ニードル弁１３内に貫通孔３５から軸線方向上方へと延びるオリフィス４６とオリフィス４６から内側ニードル弁１２の外周面又は突出部３３に向かって延びる上方流路４７とが設けられている。上方流路４７の出口は内側ニードル弁１２の突出部３３に対面するように配置される。
【００５１】
このように構成された燃料噴射弁４５では、外側ニードル弁１３が全く上昇していないときには、燃料がノズル室１６から貫通孔３５、オリフィス４６及び上方流路４７を介して圧力制御室２０内に流入せしめられる。従って、制御弁２３が高圧接続状態にあるときには圧力制御室２０には燃料流出入通路２２に加えてオリフィス４６を介して燃料が流入することになる。
【００５２】
一方、制御弁２３がリターン接続状態にあるときであっても、外側ニードル弁１３が全く上昇していないときや僅かにしか上昇していないときには燃料がオリフィス４６を介して圧力制御室２０内に燃料が流入せしめられる。同時に、圧力制御室２０内の燃料は燃料流出入通路２２を介して燃料タンク３に流出せしめられる。燃料流出入通路２２を介して圧力制御室２０から流出する燃料の流量は、オリフィス４６を介して圧力制御室２０内に流入する燃料の流量よりも多いため、圧力制御室２０内の燃料圧力は徐々に低下する。ただし、オリフィス４６が無い場合に比べて、圧力制御室２０内の燃料圧力の低下速度は遅い。
【００５３】
これに対して、制御弁２３がリターン接続状態にあるときであって、外側ニードル弁１３が上昇して外側ニードル弁１３の上端部が内側ニードル弁１２の突出部３３と接触すると、上方流路４７の出口が突出部３３によって閉じられることになる。これにより、ノズル室１６内の高圧燃料はオリフィス４６を介して圧力制御室２０内に流入することができなくなる。従って、圧力制御室２０には燃料が流入せずに燃料流出入通路２２を介して流出するのみであるため、圧力制御室２０内の燃料圧力の低下速度が速くなる。
したがって、本実施形態の燃料噴射弁４５によれば、第一実施形態の燃料噴射弁２と同様に、低負荷・低回転時にはＨＣ及びＮＯXの発生を低減させると共に、高負荷・高回転時にはスモーク及びＮＯXの発生を低減させ且つ出力を高めることができる。
【００５４】
特に、本実施形態では、上方流路４７が内側ニードル弁１２の突出部３３に向けられているため、外側ニードル弁１３内のオリフィス４６を通って流れる燃料は上方流路４７から内側ニードル弁１２の突出部３３に向かって流出することになる。このため、外側ニードル弁１３が上昇して内側ニードル弁１２の突出部３３に衝突する際に外側ニードル弁１３によって内側ニードル弁１２に及ぼされる衝突荷重が低減せしめられることになる。従って、本実施形態の燃料噴射弁４５によっても、第二実施形態の燃料噴射弁４０と同様に、燃料噴射量を適切に制御することができるようになる。
【００５５】
次に、図５を参照して第四実施形態の燃料噴射弁５０について説明する。図５は本発明の第四実施形態の燃料噴射弁５０の概略断面図を示す図である。本実施形態の燃料噴射弁５０の構成は基本的に第一実施形態から第三実施形態の燃料噴射弁２、４０、４５と同様であるが、燃料噴射弁５０では、内側ニードル弁１２及び外側ニードル弁１３内にオリフィスが設けられておらず、代わりにシリンダ５１内にオリフィス５２が設けられている。
【００５６】
シリンダ５１は、燃料噴射弁５０のノズルボディ１１の一部を構成し、シリンダ５１内で外側ニードル弁１３がその軸線方向に摺動する。シリンダ５１内のオリフィス５２はシリンダ５１の軸線に対して垂直にシリンダ５１を貫通して設けられる。オリフィス５２の出口は、外側ニードル弁１３が全くリフトされていないとき又は所定のリフト量よりも小さいときには圧力制御室２０に対して開放されているが、外側ニードル弁１３が所定のリフト量以上にリフトされているときには外側ニードル弁１３によって閉じられる。
【００５７】
このように構成された燃料噴射弁５０では、制御弁２３が高圧接続状態にあるときには、燃料流出入通路２２に加えてオリフィス５２を介して燃料が圧力制御室２０に流入する。一方、制御弁２３がリターン接続状態にあるときであって外側ニードル弁１３のリフト量が所定のリフト量よりも小さいときには、オリフィス５２を介して燃料が圧力制御室２０内に燃料が流入せしめられると同時に、圧力制御室２０内の燃料が燃料流出入通路２２を介して流出せしめられる。これにより、圧力制御室２０内の燃料圧力は徐々に低下する。
【００５８】
これに対して、制御弁２３がリターン接続状態にあるときであって外側ニードル弁１３が所定のリフト量以上にまで上昇するとオリフィス５２が塞がれ、これによりノズル室１６内の高圧燃料はオリフィス５２を介して圧力制御室２０内に流入することができなくなる。従って、圧力制御室２０には燃料が流入せずに燃料流出入通路２２を介して流出するのみであるため、圧力制御室２０内の燃料圧力の低下速度が速くなる。
【００５９】
したがって、本実施形態の燃料噴射弁５０によれば、第一実施形態の燃料噴射弁２と同様に、低負荷・低回転時にはＨＣ及びＮＯXの発生を低減させると共に、高負荷・高回転時にはスモーク及びＮＯXの発生を低減させ且つ出力を高めることができる。
【００６０】
次に、図６を参照して第五実施形態の燃料噴射弁５５について説明する。図６は本発明の第五実施形態の燃料噴射弁５５の概略断面図を示す図である。本実施形態の燃料噴射弁５５の構成は基本的に第一実施形態から第四実施形態の燃料噴射弁２、４０、４５、５０と同様であるが、燃料噴射弁５５では、外側ニードル弁及びシリンダの構成が上記実施形態の燃料噴射弁とは異なっている。
【００６１】
すなわち、本実施形態では、シリンダ５１内にシリンダ５１の軸線に対して垂直に延びるオリフィス５６と、このオリフィス５６に連通すると共にシリンダ５１の軸線方向に延びるシリンダ内通路５７とが設けられる。このシリンダ内通路５７は燃料流出通路５８を介して燃料タンク３に連通している。また、外側ニードル弁１３内には外側ニードル弁１３の外周面と上面との間で延びる連絡通路５９が設けられている。
【００６２】
このように構成された燃料噴射弁５５では、制御弁２３が高圧接続状態にあって外側ニードル弁１３が全く上昇していないときには外側ニードル弁１３の外周面上に位置する連絡通路５９の出口がシリンダ５１によって閉鎖される。従って、制御弁２３が高圧接続状態にあるときには、圧力制御室２０には燃料流出入通路２２を介して燃料が流入する。
【００６３】
一方、制御弁２３がリターン接続状態にあるときであって外側ニードル弁１３が全く上昇していないときや僅かにしか上昇していないときには、連絡通路５９の出口は図６の左側に示したようにシリンダ５１によって閉鎖されたままである。従って、圧力制御室２０内の燃料は燃料流出入通路２２のみを介して燃料タンク３に流出せしめられる。これにより、圧力制御室２０内の燃料圧力が低下すると共に、これに伴って外側ニードル弁１３が上昇せしめられる。
【００６４】
そして、制御弁２３がリターン接続状態にあるときであって外側ニードル弁１３が或る程度上昇すると、連絡通路５９の出口がシリンダ５１内のオリフィス５６と対面する。これにより、圧力制御室２０内の燃料は燃料流出入通路２２のみならず、オリフィス５６、シリンダ内通路５７及び燃料流出通路５８を介して燃料タンク３に流出せしめられることになる。このため、圧力制御室２０からは多量の燃料が流出し、よって圧力制御室２０内の燃料圧力が急速に低下することになる。このため、外側ニードル弁１３の上昇速度が速くなる。
【００６５】
その後、外側ニードル弁１３がさらに上昇すると、外側ニードル弁１３の上面がシリンダ５１の内面に突出する突出部６０に当接してそれ以上上昇しなくなる。そして、圧力制御室２０内の圧力が所定圧力以下にまで低下すると、内側ニードル弁１２も上昇を開始する。その結果、本実施形態の燃料噴射弁５５によれば、燃料噴射量が多い場合には燃料噴射の開始から終了までに亘って図７（Ａ）に示したように噴射率が推移することになる。なお、燃料噴射量が中程度の場合には図７（Ｂ）に示したように噴射率が推移し、燃料噴射量が少量の場合には図７（Ｃ）に示したように噴射率が推移する。
【００６６】
以上より、本実施形態によれば、燃料噴射弁５５から燃料噴射をする際に、ニードル弁１２、１３の上昇に伴って圧力制御室２０内の燃料圧力の低下速度が二段階に変更される。このため、燃料噴射量に応じて、すなわち機関負荷に応じて燃料噴射の噴射パターンをより適切なパターンとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第一実施形態の燃料噴射弁の概略断面図である。
【図２】噴射率の挙動を示す図である。
【図３】本発明の第二実施形態の燃料噴射弁の概略断面図である。
【図４】本発明の第三実施形態の燃料噴射弁の概略断面図である。
【図５】本発明の第四実施形態の燃料噴射弁の概略断面図である。
【図６】本発明の第五実施形態の燃料噴射弁の概略断面図である。
【図７】噴射率の挙動を示す図である。
【図８】従来の燃料噴射弁における噴射率の挙動及びＮＯXとスモーク又はＨＣとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１    コモンレール
２、４０、４５、５０、５５    燃料噴射弁
３    燃料タンク
１１    ノズルボディ
１２    内側ニードル弁
１３    外側ニードル弁
１４    内側噴孔群
１５    外側噴孔群
１６    ノズル室
２０    圧力制御室
２３    制御弁
【図１】
2008267277.tif 000003
【図２】
2008267277.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008267277.tif 000008
【図７】
2008267277.tif 000009
【図８】
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