(57)【要約】【課題】電磁弁開弁時間の僅かなばらつきに起因する、パイロット噴射等の小噴射量領域での噴射量ばらつきを抑制することで、例えばパイロット噴射等のような小噴射量の制御性を向上することのできる電磁式燃料噴射弁を提供する。【解決手段】ノズルボデー３の先端側に形成される複数個の噴孔１０を開閉するノズルニードルを、大径ノズルニードル１と小径ノズルニードル２とに２分割することにより、エンジンのｋ気筒内への燃料噴射を開始する噴射開始初期には、大径ノズルニードル１のみをリフトさせることで、ノズルニードルの燃料受圧面積を燃料噴射途中よりも小さくしてノズルニードルの押し上げ力を小さくし、その後の燃料噴射途中では、大径ノズルニードル１だけでなく小径ノズルニードル２もリフトされることで、ノズルニードルの燃料受圧面積を噴射開始初期よりも大きくしてノズルニードルの押し上げ力を大きくすることができる。【選択図】　　　　図１
2004028064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給路を介して燃料が供給される圧力制御室と燃料排出路とを連通させる連通路を開閉する弁体を有し、前記弁体を駆動して前記圧力制御室内の燃料圧力を変更するアクチュエータと、
燃料を噴射する噴孔、およびこの噴孔を開閉するノズルニードルを有し、前記弁体の開弁時間に応じた噴射量の燃料噴射を行なうノズルと、
前記ノズルニードルを閉弁方向に付勢するニードル付勢手段とを備え、
前記弁体が開弁して、前記ノズル内の燃料圧力により前記ノズルニードルを押し上げる押し上げ力が、前記ノズルニードルを押し下げるノズル背圧として作用する前記圧力制御室内の燃料圧力と前記ニードル付勢手段の付勢力との和よりも上回ると、前記ノズルニードルがリフトを開始する燃料噴射弁であって、
噴射開始初期の、前記ノズル内の燃料圧力による押し上げ力、あるいはその押し上げ力を受ける前記ノズルニードルの燃料受圧面積を、その噴射開始後の燃料噴射途中よりも小さくしたことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射弁において、
前記ノズルニードルを、前記噴射開始初期にリフトを開始する略円筒状の大径ノズルニードルと、この大径ノズルニードル内に摺動可能に収容されて、前記噴射開始後の燃料噴射途中にリフトを開始する小径ノズルニードルとに２分割したことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料噴射弁において、
前記噴射開始初期の、前記ノズル内の燃料圧力による押し上げ力を、前記大径ノズルニードルの燃料受圧面積と前記ノズル内の燃料圧力とにより決定し、
前記噴射開始後の燃料噴射途中の、前記ノズル内の燃料圧力による押し上げ力を、前記大径ノズルニードルと前記小径ノズルニードルとの燃料受圧面積の和と前記ノズル内の燃料圧力とにより決定したことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の燃料噴射弁において、
前記大径ノズルニードルの先端側には、略円錐筒形状のテーパ部が設けられ、
前記大径ノズルニードルの外周には、略円環形状の段差部が設けられ、
前記テーパ部および前記段差部は、前記大径ノズルニードルのリフト開始時に、前記ノズル内の燃料圧力を受ける燃料受圧面積となることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、
前記小径ノズルニードルの先端側には、略円錐形状のテーパ部が設けられ、
前記小径ノズルニードルの外周には、略円環形状の段差部が設けられ、
前記テーパ部および前記段差部は、前記小径ノズルニードルのリフト開始時に、前記ノズル内の燃料圧力を受ける燃料受圧面積となることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項６】
請求項２ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、前記ノズルを保持すると共に、燃料を前記ノズルまで導くノズルホルダーと、このノズルホルダー内に摺動自在に収容されて、前記ノズルニードルに連結されたコマンドピストンとを備え、
前記ニードル付勢手段は、前記大径ノズルニードルと前記ノズルホルダーとの間に保持されて、前記大径ノズルニードルを閉弁方向に付勢する第１ニードル付勢手段、および前記小径ノズルニードルと前記コマンドピストンとの間に保持されて、前記小径ノズルニードルを閉弁方向に付勢する第２ニードル付勢手段を有していることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の燃料噴射弁において、前記アクチュエータは、電動式または電磁式または圧電式のアクチュエータであることを特徴とする燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関用燃料噴射装置に使用される燃料噴射弁に関するもので、特に蓄圧式燃料噴射システムに使用される燃料噴射弁に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ディーゼルエンジン等の内燃機関用燃料噴射装置として、コモンレールに蓄圧した高圧燃料を、インジェクタを介してエンジンの各気筒内に噴射供給する蓄圧式燃料噴射システムが知られている。このような蓄圧式燃料噴射システムにおいては、主噴射の開始時から安定した燃焼を行なって燃焼騒音やエンジン振動の低減、更には排気ガス性能の向上を目的として、エンジントルクと成り得る主噴射（メイン噴射）に先立って微少噴射量の先立ち噴射（パイロット噴射）を実施するようにしている。
【０００３】
また、蓄圧式燃料噴射システムに使用されるインジェクタの一例として、燃料供給路からインオリフィスを介して燃料が流入する圧力制御室と低圧部を構成する燃料排出路とを連通する連通路（アウトオリフィス）を開閉する電磁弁が装着されたものがある。そして、電磁弁閉弁時には、圧力制御室内の燃料圧力がノズルニードルを押し下げるノズル背圧として作用し、ノズルニードルをノズルボデーのシートに押し付けている。
【０００４】
しかし、電磁弁開弁時には、コモンレールより分岐するインジェクタの噴射鋼管（高圧配管）およびノズルホルダー内に形成された燃料供給路からインオリフィスを介して圧力制御室内へ流入する燃料よりも、圧力制御室内からアウトオリフィスを介して燃料排出路およびリターン配管内に流出する燃料が多いため、圧力制御室内の燃料圧力が降下して、ノズル内の燃料圧力による押し上げ力が圧力制御室内の燃料圧力による押し付け力とスプリング等のニードル付勢手段の付勢力との和に打ち勝ち、ノズルニードルがシートよりリフトし、エンジンの気筒内に高圧燃料を噴射する構成となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、インジェクタの噴孔よりエンジンの気筒内に噴射供給される燃料の噴射量（＝噴射期間）は、エンジンの運転状態または運転条件に応じて決定される電磁弁開弁時間、つまりインジェクタの電磁弁への通電時間により決定されるように構成されているが、特にメイン噴射の前に実施されるパイロット噴射、あるいはメイン噴射の後に実施されるアフター噴射等の小噴射量領域での噴射量のばらつきは、図４のグラフに破線で示したように、電磁弁開弁時間の僅かなばらつきに大きく影響されてしまう。これにより、例えばパイロット噴射等のような小噴射量の制御性が低下するという問題がある。
【０００６】
【発明の目的】
本発明の目的は、弁体の開弁時間の僅かなばらつきに起因する、パイロット噴射等の小噴射量領域での噴射量ばらつきを抑制することで、例えばパイロット噴射等のような小噴射量の制御性を向上することのできる燃料噴射弁を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、弁体の閉弁時には、圧力制御室内の燃料圧力がノズルニードルを押し下げるノズル背圧として作用するため、ノズルニードルがシートに押し付けられる。また、弁体の開弁時には、ノズル内の燃料圧力による押し上げ力が、圧力制御室内の燃料圧力による押し付け力とニードル付勢手段の付勢力との和よりも上回ると、ノズルニードルがリフトを開始するように構成されている。
【０００８】
このような燃料噴射弁において、噴射開始初期の、ノズル内の燃料圧力による押し上げ力、あるいはその押し上げ力を受けるノズルニードルの燃料受圧面積を、その噴射開始後の燃料噴射途中よりも小さくしたことにより、噴射開始初期にノズルニードルの燃料受圧面積またはノズル内の燃料圧力による押し上げ力を小さくし、その噴射開始後の燃料噴射途中にノズルニードルの燃料受圧面積またはノズル内の燃料圧力による押し上げ力を大きくすることができる。これにより、弁体の開弁時間の僅かなばらつきに起因する、例えばパイロット噴射等の小噴射量領域での噴射量ばらつきを抑制することができるので、弁体の開弁時間に対する、例えばパイロット噴射等のような小噴射量の制御性を向上することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、例えばノズルボデーの先端に設けられる１個または複数個の噴孔を開閉するノズルニードルを、噴射開始初期にリフトを開始する略円筒状の大径ノズルニードルと、この大径ノズルニードル内に摺動可能に収容されて、噴射開始後の燃料噴射途中にリフトを開始する小径ノズルニードルとに２分割したことにより、噴射開始後の燃料噴射途中で、ノズルニードルの燃料受圧面積を小から大に変化させることができるので、弁体の開弁時間の僅かなばらつきに起因する、例えばパイロット噴射等の小噴射量領域での噴射量ばらつきを抑制することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、大径ノズルニードルのみがリフトを開始する時の、噴射開始初期の、ノズル内の燃料圧力による押し上げ力は、大径ノズルニードルの燃料受圧面積とノズル内の燃料圧力とにより決定される。また、大径ノズルニードルよりも遅れて燃料噴射途中で小径ノズルニードルがリフトを開始する時の、噴射開始後の燃料噴射途中の、ノズル内の燃料圧力による押し上げ力は、大径ノズルニードルと小径ノズルニードルとの燃料受圧面積の和とノズル内の燃料圧力とにより決定される。
【００１１】
請求項４に記載の発明によれば、大径ノズルニードルの先端側に略円錐筒形状のテーパ部を設け、また、大径ノズルニードルの外周に略円環形状の段差部を設けている。これらのテーパ部および段差部は、大径ノズルニードルのリフト開始時に、ノズル内の燃料圧力を受ける燃料受圧面積となっている。また、請求項５に記載の発明によれば、小径ノズルニードルの先端側に略円錐形状のテーパ部を設け、また、小径ノズルニードルの外周に略円環形状の段差部を設けている。これらのテーパ部および段差部は、小径ノズルニードルのリフト開始時に、ノズル内の燃料圧力を受ける燃料受圧面積となっている。
【００１２】
請求項６に記載の発明によれば、ノズルニードルを閉弁方向に付勢するニードル付勢手段を、大径ノズルニードルを閉弁方向に付勢する第１ニードル付勢手段と小径ノズルニードルを閉弁方向に付勢する第２ニードル付勢手段とにより構成したことを特徴としている。これにより、燃料噴射が開始されてコマンドピストンと大径ノズルニードルとが所定値以上にリフトすると、小径ノズルニードルを押し付けている第２ニードル付勢手段の付勢力が低下する。そして、第２ニードル付勢手段の付勢力よりも、小径ノズルニードルの押し上げ力が大きくなると、小径ノズルニードルもリフトを開始する。
【００１３】
請求項７に記載の発明によれば、アクチュエータとして、電動式または電磁式または圧電式のアクチュエータを用いても良い。例えば燃料供給路を介して燃料が供給される圧力制御室と燃料排出路とを連通させる連通路を開閉する弁体を有する電磁弁等の電磁式のアクチュエータを用いても良い。また、アクチュエータボデー内にピエゾ素子を収容し、ピエゾ素子の伸縮によって弁体を駆動して圧力制御室内の燃料圧力を変更するように構成した圧電方式のアクチュエータを用いても良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［実施例の構成］
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。ここで、図１はコモンレール式燃料噴射システムに使用される背圧制御方式のインジェクタの主要構造を示した図で、図２はそのインジェクタの全体構造を示した図である。
【００１５】
本実施例のコモンレール式燃料噴射システムは、図３に示したように、燃料の噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器としてのコモンレール５１と、吸入した燃料を加圧して高圧化する燃料供給ポンプ（以下サプライポンプと呼ぶ）５２と、多気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下エンジンと呼ぶ）の各気筒内に燃料を噴射する電磁式燃料噴射弁よりなるインジェクタ５３と、サプライポンプ５２およびインジェクタ５３を電子制御するエンジン制御ユニット（図示せず：以下ＥＣＵと呼ぶ）とを備えている。なお、この図３では、４気筒エンジンの１つのｋ気筒に対応するインジェクタ５３のみを示し、他の気筒については図示を省略している。
【００１６】
コモンレール５１には、連続的に燃料噴射圧力に相当する高圧燃料が蓄圧される必要があり、そのためにコモンレール５１に蓄圧される高圧燃料は、燃料鋼管（高圧配管）５４を介してサプライポンプ５２から供給されている。なお、コモンレール５１から燃料タンク５７へ燃料をリリーフするリターン配管５５には、燃料噴射圧力が限界設定圧を越えることがないように、圧力を逃がすためのプレッシャリミッタ５６が取り付けられている。
【００１７】
サプライポンプ５２は、燃料タンク５７から燃料フィルタ５８を介して低圧燃料を汲み上げるフィードポンプ（図示せず）、およびコモンレール５１への高圧燃料の圧送量（吐出量）を調整するための電磁弁（例えば吸入調量弁）等のアクチュエータ（図示せず）を内蔵する高圧供給ポンプである。なお、サプライポンプ５２からのリーク燃料、およびインジェクタ５３からのリーク燃料または圧力制御室１９からの排出燃料（リターン燃料）は、リターン配管５５を経て燃料タンク５７に還流するように構成されている。
【００１８】
本実施例のインジェクタ５３は、エンジンの各気筒毎に対応して搭載されて、ノズルニードル（後記する）およびノズルボデー３よりなるノズル４と、このノズル４を保持すると共に、燃料をノズル４内まで導くノズルホルダー５と、ノズルニードルを開弁方向に駆動する電磁弁９と、ノズルニードルを閉弁方向に駆動するニードル付勢手段（後記する）とを備えている。
【００１９】
ノズルボデー３は、リテーニングナット６０によりノズルホルダー５の図示下部に締結されている。また、ノズルボデー３は、燃料を噴射する複数個の噴孔１０、電磁弁閉弁時にノズルニードルが着座する第１、第２シート部１１、１２、およびこれらの第１、第２シート部１１、１２よりも燃料の流れ方向の上流側に設けられた油溜まり１３およびノズル室１４を有している。なお、第１シート部１１は、複数の噴孔１０よりも燃料の流れ方向の上流側に設けられており、また、第２シート部１２は、複数の噴孔１０よりも燃料の流れ方向の下流側に設けられている。
【００２０】
また、ノズル室１４の図示上端側には、ノズルニードルを摺動自在に支持するための摺動孔１５が軸方向に形成されている。また、ノズルホルダー５は、エンジンのシリンダヘッドにノズル４を取り付けるもので、内部にコマンドピストン８を図示上下方向に変位可能に収容している。そして、コマンドピストン８は、ノズルホルダー５内に摺動自在に収容されて、ノズルニードルの図示上端部に連結されている。
【００２１】
なお、ノズルボデー３およびノズルホルダー５には、ノズルホルダー５の第１継手部からノズルボデー３の油溜まり１３およびノズル室１４へ高圧燃料を供給するための燃料供給路（燃料通路）２１〜２３が設けられ、また、ノズルホルダー５には、燃料供給路２１からインオリフィス１６を介して圧力制御室１９へ高圧燃料を供給するための燃料供給路（燃料通路）２４が設けられている。なお、燃料供給路２１は、燃料鋼管（高圧配管）５９を介してコモンレール５１の蓄圧室内に連通している。
【００２２】
また、ノズルホルダー５には、ノズルホルダー５内にリークした燃料、および電磁弁９内に導かれた燃料を、燃料タンク５７に連通するリターン配管５５へ排出するための燃料排出路（燃料通路）２５、２６が設けられている。なお、燃料供給路２１内には、高圧燃料中の異物を捕捉するバーフィルタ２７が収容されている。また、燃料排出路２６は、ノズルホルダー５の第２継手部とリターン配管５５とを接続するアウトレットパイプ２８内に形成されている。
【００２３】
そして、ノズルホルダー５の図示上端部に設けられた凹み部には、インオリフィス（入口オリフィス）１６およびアウトオリフィス（出口オリフィス）１７を形成したオリフィスプレート６１が嵌め込まれている。また、ノズルホルダー５の図示上端部とコマンドピストン８の図示上端部とオリフィスプレート６１の図示下端部とで囲まれた圧力制御室１９内の燃料圧力は、ノズルニードルを図示下方に押し下げるノズル背圧、つまりノズルニードルを第１、第２シート部１１、１２に押し付ける押し付け力として作用する。
【００２４】
電磁弁９は、電磁式のアクチュエータに相当するもので、圧力制御室１９と燃料排出路２５とを連通させるアウトオリフィス（本発明の連通路に相当する）１７を開閉するボール弁（本発明の弁体に相当する）３０と、このボール弁３０と一体的に変位するアーマチャ３１と、ボール弁３０とアーマチャ３１とを閉弁方向に付勢するコイルスプリング３２と、アーマチャ３１を吸引するソレノイドコイル３３と、アーマチャ３１を摺動自在に収容するバルブボデー３４と、これらを保持するリテーニングナット３５とから構成されている。
【００２５】
バルブボデー３４には、アーマチャ３１を移動自在に収容するアーマチャ室内に導かれた燃料をノズルホルダー５の燃料排出路２５に導く燃料排出路３６、ボール弁３０のシール部、つまりボール弁３０を移動自在に収容するバルブ室内に導かれた燃料を燃料排出路３６に導く燃料排出路３７が設けられている。なお、インオリフィス１６は、圧力制御室１９内に高圧燃料を導く燃料供給路として働き、また、アウトオリフィス１７は、圧力制御室１９と燃料排出路２５とを連通する連通路として働く。また、アウトオリフィス１７は、コイルスプリング３２の付勢力によってボール弁３０がバルブボデー３４のシール部に着座すると遮断されるように構成されている。
【００２６】
次に、本実施例のノズルニードルを図１および図２に基づいて説明する。ノズルニードルは、噴射開始初期にリフトを開始する略円筒状の大径ノズルニードル（第１ノズルニードル）１と、この大径ノズルニードル１内に摺動可能に収容されて、噴射開始後の燃料噴射途中にリフトを開始する小径ノズルニードル（第２ノズルニードル）２とに２分割されている。大径ノズルニードル１の内部には、小径ノズルニードル２を摺動自在に収容するための摺動孔４１が形成されている。なお、摺動孔４１は、図示上端部から図示下端部まで同一の内径で形成されている。
【００２７】
大径ノズルニードル１の先端側には、ノズルボデー３の第１シート部１１に着座する円環形状の稜線および円錐筒形状のテーパ部が設けられ、また、大径ノズルニードル１の外周には、円環状の段差部４２が設けられている。なお、大径ノズルニードル１の図示上端面には、コマンドピストン８の図示下端面およびバネ座４３の図示下端面が当接している。
【００２８】
これにより、大径ノズルニードル１の、ノズルボデー３との間にノズル室１４を形成する図示下端側の方が、ノズルボデー３の摺動孔１５内に摺動自在に支持される図示上端側よりも外径が小さくなっている。そして、大径ノズルニードル１の先端側のテーパ部および外周側の段差部４２は、大径ノズルニードル１のリフト開始時に、ノズル４内の燃料圧力、つまりノズル室１４および油溜まり１３内の燃料圧力を受ける燃料受圧面積となる。
【００２９】
小径ノズルニードル２の先端側には、ノズルボデー３の第２シート部１２に着座する円環形状の稜線および円錐形状のテーパ部が設けられ、また、小径ノズルニードル２の外周には、円環状の段差部４４が設けられている。なお、小径ノズルニードル２の図示上端面からは、ピン部４６が軸方向に突出している。
【００３０】
これにより、小径ノズルニードル２の、大径ノズルニードル１との間にクリアランス４５を形成する図示下端側の方が、大径ノズルニードル１の摺動孔４１内に摺動自在に支持される図示上端側よりも外径が小さくなっている。そして、小径ノズルニードル２の先端側のテーパ部および外周側の段差部４４は、小径ノズルニードル２のリフト開始時に、ノズル４内の燃料圧力、つまりノズル室１４内の燃料圧力を受ける燃料受圧面積となる。
【００３１】
ニードル付勢手段は、大径ノズルニードル１を閉弁方向に付勢する第１コイルスプリング（本発明の第１ニードル付勢手段に相当する）６と、小径ノズルニードル２を閉弁方向に付勢する第２コイルスプリング（本発明の第２ニードル付勢手段に相当する）７とから構成されている。
【００３２】
第１コイルスプリング６の図示下端部は、大径ノズルニードル１側のバネ座４３に保持され、また、第１コイルスプリング６の図示上端部は、ノズルホルダー５側のスプリングシート４７に保持されている。そして、第２コイルスプリング７の図示下端部は、小径ノズルニードル２の図示上端面のバネ座部（ピン部４６の付け根の周囲）に保持され、また、第２コイルスプリング７の図示上端部は、コマンドピストン８の図示下端面のバネ座部に保持されている。
【００３３】
ここで、ノズルボデー３の内径と大径ノズルニードル１の外径との第１内外径隙間（図１参照）としてのノズル室１４、つまり大径ノズルニードル１の段差部４２は、第１コイルスプリング６の付勢力（第１スプリング荷重）に抗して大径ノズルニードル１をノズルボデー３の第１シート部１１から離座させる作用力（ノズル４内の燃料圧力：大径ノズルニードル１を図示上方に押し上げる押し上げ力）を発生させるための燃料受圧面積となっている。
【００３４】
また、大径ノズルニードル１の内径と小径ノズルニードル２の外径との第２内外径隙間（図１参照）としてのクリアランス４５、つまり小径ノズルニードル２の円環状の段差部４４は、大径ノズルニードル１の離座後において、第２コイルスプリング７の付勢力（第２スプリング荷重）に抗して小径ノズルニードル２をノズルボデー３の第２シート部１２から離座させる作用力（ノズル４内の燃料圧力：小径ノズルニードル２を図示上方に押し上げる押し上げ力）を発生させるための燃料受圧面積となっている。
【００３５】
［実施例の作用］
次に、本実施例のコモンレール式燃料噴射システムに使用される背圧制御方式のインジェクタ５３を図１ないし図３に基づいて簡単に説明する。
【００３６】
サプライポンプ５２より圧送された高圧燃料は、コモンレール５１の蓄圧室内に蓄圧される。そして、コモンレール５１の蓄圧室内の高圧燃料は、高圧配管５９を介してエンジンの各気筒毎に対応して搭載されたインジェクタ５３に分配供給される。これにより、各気筒毎のインジェクタ５３の燃料供給路２１〜２３を介して油溜まり１３およびノズル室１４内に高圧燃料が供給され、且つ燃料供給路２１、２４、インオリフィス１６を介して圧力制御室１９内に高圧燃料が供給される。
【００３７】
ここで、エンジンのｋ気筒（例えば＃１気筒）のインジェクタ５３の電磁弁９のソレノイドコイル３３への通電が停止しており、電磁弁９のボール弁３０がアウトオリフィス１７を閉じている時（以下電磁弁閉弁時と言う）には、圧力制御室１９内の燃料がアウトオリフィス１７および燃料排出路３７、３６、２５、２６を経てリターン配管５５内に流出することはない。
【００３８】
これにより、圧力制御室１９内に燃料が充満するため、圧力制御室１９内の燃料圧力は、コマンドピストン８を介して大径ノズルニードル１を図示下方に押し下げるノズル背圧として作用する。その上、第１コイルスプリング６の付勢力（スプリング荷重）も大径ノズルニードル１に作用する。
【００３９】
この結果、大径ノズルニードル１は、ノズルボデー３の第１シート部１１に押し付けられる。また、小径ノズルニードル２も、第２コイルスプリング７の付勢力（スプリング荷重）によりノズルボデー３の第２シート部１２に押し付けられる。これにより、ノズルボデー３の先端側（図示下端側）に形成された複数個の噴孔１０が閉じられる。つまり、複数の噴孔１０と油溜まり１３およびノズル室１４との連通状態が遮断されるため、エンジンのｋ気筒内に燃料が噴射されることはない。
【００４０】
次に、ＥＣＵからパルス状のインジェクタ駆動電流がインジェクタ５３の電磁弁９のソレノイドコイル３３に印加されると、電磁弁９のボール弁３０がアウトオリフィス１７を開く。このような電磁弁開弁時には、燃料供給路２１、２４およびインオリフィス１６を介して圧力制御室１９内に燃料が供給されるが、圧力制御室１９内の燃料は、アウトオリフィス１７および燃料排出路３７、３６、２５、２６を経てリターン配管５５内に流出する。
【００４１】
すなわち、コモンレール５１より分岐す高圧配管５９および燃料供給路２１、２４からインオリフィス１６を介して圧力制御室１９内へ流入する高圧燃料よりも、圧力制御室１９内からアウトオリフィス１７を介して燃料排出路３７、３６、２５、２６およびリターン配管５５内に流出する燃料が多いため、圧力制御室１９内の燃料圧力が低下する。
【００４２】
そして、圧力制御室１９内の燃料圧力が開弁圧以下に低下すると、やがて、大径ノズルニードル１を図示上方に押し上げるノズル４内の燃料圧力、つまりノズルボデー３の油溜まり１３およびノズル室１４内の燃料圧力による押し上げ力が、コマンドピストン８を介して大径ノズルニードル１に作用する、圧力制御室１９内の燃料圧力による押し付け力を上回る。
【００４３】
この結果、大径ノズルニードル１がノズルボデー３の第１シール部１１より離座して図示上方に上昇（リフト）する。これにより、ノズルボデー３の先端側に形成された複数個の噴孔１０が開かれる。つまり、複数の噴孔１０と油溜まり１３およびノズル室１４とが連通するため、ノズル室１４内の高圧燃料が大径ノズルニードル１の先端側のテーパ部とノズルボデー３の円錐状面との間のクリアランスを通り、ノズルボデー３の先端に流入し、複数個の噴孔１０からエンジンのｋ気筒内への燃料噴射が開始される。
【００４４】
このとき、大径ノズルニードル１が図示上方に上昇（リフト）する時の、大径ノズルニードル１を図示上方に押し上げる押し上げ力は、大径ノズルニードル１の燃料受圧面積（図１のＡ１参照）と、ノズル４内の燃料圧力、つまりノズルボデー３の油溜まり１３およびノズル室１４内の燃料圧力とにより決定される。
【００４５】
そして、コマンドピストン８および大径ノズルニードル１が更に図示上方に上昇（リフト）すると、小径ノズルニードル２の図示上端面のバネ座部とコマンドピストン８の図示下端面のバネ座部との間の軸方向のクリアランスが大きくなるので、小径ノズルニードル２をノズルボデー３の第２シール部１２に押し付けている第２コイルスプリング７の付勢力（スプリング荷重）が低下する。
【００４６】
そして、第２コイルスプリング７の付勢力（スプリング荷重）よりも小径ノズルニードル２を図示上方に押し上げるノズル４内の燃料圧力、つまりノズルボデー３の油溜まり１３およびノズル室１４内の燃料圧力による押し上げ力が大きくなると、小径ノズルニードル２も図示上方への上昇（リフト）を開始し、小径ノズルニードル２のピン部４６の図示上端面がコマンドピストン８の図示下端面に当接した後に、更に小径ノズルニードル２は大径ノズルニードル１と共に図示上方に上昇（リフト）する。
【００４７】
このとき、小径ノズルニードル２が図示上方に上昇（リフト）する時の、小径ノズルニードル２を図示上方に押し上げる押し上げ力は、小径ノズルニードル２の燃料受圧面積（図１のＡ２参照）と、ノズル４内の燃料圧力、つまりノズルボデー３の油溜まり１３およびノズル室１４内の燃料圧力とにより決定される。すなわち、大径ノズルニードル１および小径ノズルニードル２が共に作動（図示上方に上昇）している時の、大径ノズルニードル１および小径ノズルニードル２を図示上方に押し上げる押し上げ力は、大径ノズルニードル１の燃料受圧面積（図１のＡ１参照）と小径ノズルニードル２の燃料受圧面積（図１のＡ２参照）との和と、ノズル４内の燃料圧力、つまりノズルボデー３の油溜まり１３およびノズル室１４内の燃料圧力とにより決定される。
【００４８】
その後に、ＥＣＵからのインジェクタ駆動電流が停止する電磁弁閉弁時には、電磁弁９のボール弁３０がアウトオリフィス１７を閉じることで、上述したように、圧力制御室１９内に燃料が充満するため、圧力制御室１９内の燃料圧力は、コマンドピストン８を介して大径ノズルニードル１および小径ノズルニードル２を図示下方に押し下げるノズル背圧として作用し、第１コイルスプリング６の付勢力（スプリング荷重）が大径ノズルニードル１に作用し、第２コイルスプリング７の付勢力（スプリング荷重）が小径ノズルニードル２に作用する。
【００４９】
この結果、大径ノズルニードル１は、ノズルボデー３の第１シート部１１に押し付けられ、小径ノズルニードル２も、ノズルボデー３の第２シート部１２に押し付けられる。これにより、ノズルボデー３の先端側に形成された複数個の噴孔１０が閉じられる。つまり、複数の噴孔１０と油溜まり１３およびノズル室１４との連通状態が遮断されるため、エンジンのｋ気筒内への燃料噴射が終了する。
【００５０】
［実施例の効果］
ここで、従来の背圧制御方式のインジェクタにおいては、インジェクタのノズルボデーの先端側に形成された複数個の噴孔よりエンジンの気筒内に噴射供給される燃料の噴射量（＝噴射期間）は、エンジンの運転状態または運転条件に応じて決定される電磁弁開弁時間、つまりインジェクタの電磁弁への通電時間により決定されるように構成されているので、従来の技術では、電磁弁開弁時間が僅かにばらついても、メイン噴射の前に実施されるパイロット噴射、あるいはメイン噴射の後に実施されるアフター噴射等の小噴射量領域での噴射量のばらつきが大きく影響されてしまうという問題があった。
【００５１】
そこで、その問題を解消する目的で、本実施例のコモンレール式燃料噴射システムに使用される背圧制御方式のインジェクタ５３においては、ノズルボデー３の先端側に形成される複数個の噴孔１０を開閉するノズルニードルを、大径ノズルニードル１と小径ノズルニードル２とに２分割することにより、エンジンのｋ気筒内への燃料噴射途中で、ノズルニードルの燃料受圧面積を小から大に変化させることができる。
【００５２】
すなわち、エンジンのｋ気筒内への燃料噴射を開始する噴射開始初期には、大径ノズルニードル１のみをリフトさせることで、ノズルニードルの燃料受圧面積を燃料噴射途中よりも小さくしてノズルニードルの押し上げ力を小さくし、その後の燃料噴射途中では、大径ノズルニードル１だけでなく小径ノズルニードル２もリフトされることで、ノズルニードルの燃料受圧面積を噴射開始初期よりも大きくしてノズルニードルの押し上げ力を大きくすることができる。
【００５３】
したがって、噴射開始初期のノズルニードルの燃料受圧面積を、燃料噴射途中よりも小さくすることで、図４のグラフに実線で示したように、噴射開始初期には電磁弁開弁時間の変化に対して、エンジンの気筒内に噴射される燃料の噴射量の変化が燃料噴射途中よりも小さくなり、また、燃料噴射途中からは電磁弁開弁時間の変化に対して、エンジンの気筒内に噴射される燃料の噴射量の変化が噴射開始初期よりも大きくすることができる。
【００５４】
この結果、電磁弁開弁時間と噴射量の特性において、噴射開始初期、例えばパイロット噴射やプレ噴射等の小噴射量領域での電磁弁開弁時間の影響を小さくすることができる。すなわち、電磁弁開弁時間の僅かなばらつきに起因する、パイロット噴射やプレ噴射等の小噴射量領域での噴射ばらつきを抑制することができるので、パイロット噴射やプレ噴射等のような小噴射量、特に微少噴射量の制御性を向上することができる。
【００５５】
［変形例］
本実施例では、本発明をコモンレール式燃料噴射システムに適用した例を示したが、本発明をコモンレール５１を備えず、電子制御方式の分配型燃料噴射ポンプまたは電子制御方式の列型燃料噴射ポンプ等を備えた内燃機関用燃料噴射装置に適用しても良い。また、本実施例では、電磁式燃料噴射弁よりなるインジェクタ５３を用いた例を示したが、圧電方式の燃料噴射弁よりなるインジェクタを用いても良い。
【００５６】
また、メイン噴射に先立って行なわれるパイロット噴射（プレ噴射とも言う）の回数は、１回以上任意に設定しても良い。また、大径ノズルニードル１のみをリフトさせることで、パイロット噴射やプレ噴射を行ない、大径ノズルニードル１と小径ノズルニードル２との両方をリフトさせることで、メイン噴射を行なうようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】インジェクタの主要構造を示した断面図である（実施例）。
【図２】インジェクタの全体構造を示した断面図である（実施例）。
【図３】コモンレール式燃料噴射システムの全体構成を示した概略図である（実施例）。
【図４】電磁弁開弁時間に対する噴射量特性を示したグラフである（実施例）。
【符号の説明】
１　大径ノズルニードル
２　小径ノズルニードル
３　ノズルボデー
４　ノズル
５　ノズルホルダー
６　第１コイルスプリング（第１ニードル付勢手段）
７　第２コイルスプリング（第２ニードル付勢手段）
８　コマンドピストン
９　電磁弁（アクチュエータ）
１０　噴孔
１１　第１シート部
１２　第２シート部
１３　油溜まり
１４　ノズル室
１６　インオリフィス（燃料供給路）
１７　アウトオリフィス（連通路）
１９　圧力制御室
２１　燃料供給路
２２　燃料供給路
２３　燃料供給路
２４　燃料供給路
２５　燃料排出路
２６　燃料排出路
３０　ボール弁（弁体）
３６　燃料排出路
３７　燃料排出路
５３　インジェクタ（電磁式燃料噴射弁）
【図１】
2004028064.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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