(57)【要約】【課題】  アクチュエータ１つの簡易な構成で複数の噴射パターンを可能とし、安価なシステムで、応答性よく高精度な噴射制御を行なうことを目的とする。【解決手段】  蓄圧器１０から高圧室２４に供給される燃料を増圧ピストン２１、２２の駆動によって増圧し、噴射ノズル３０から噴射する構成において、１つの２位置電磁アクチュエータ１３０によって駆動されて２つの制御機能をなす制御弁１００を設ける。制御弁１００は、増圧器２０の増圧作動を制御する増圧制御弁部１１０と、噴射ノズル３０の噴射作動を制御する噴射制御弁部１２０を有し、２つの制御機能部１１０、１２０は、増圧制御弁部１１０による増圧作動制御開始が、噴射制御弁部１２０による噴射作動制御開始より早く、増圧作動制御終了が、噴射作動制御終了より遅くなるように、作動にずれを有する。【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器と、
該蓄圧器から高圧室に供給される燃料を増圧ピストンの駆動によって増圧する増圧器と、
背圧室の油圧を増減することによって開閉が制御され、前記蓄圧器から直接供給される燃料または前記増圧器によって増圧された燃料を噴射する噴射ノズルを備える内燃機関用燃料噴射装置において、
１つの２位置電磁アクチュエータによって駆動されて２つの制御機能をなし、２つの制御機能部の一方が前記増圧器の増圧作動を制御する増圧制御弁部、他方が前記噴射ノズルの噴射作動を制御する噴射制御弁部である制御弁を設けるとともに、
前記制御弁を、前記増圧制御弁部による増圧作動制御の開始が、前記噴射制御弁部による噴射作動制御の開始より早く、前記増圧制御弁部による増圧作動制御の終了が、前記噴射制御弁部による噴射作動制御の終了より遅くなるように、２つの制御機能部の作動にずれを有する構成としたことを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項２】
前記制御弁の２つの制御機能部が、前記増圧制御弁部は２位置３方弁、前記噴射制御弁部は２位置２方弁の機能を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項３】
前記制御弁は作動方向に常に圧力バランスすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項４】
前記制御弁の可動部材が前記電磁アクチュエータに直結した１つの弁体からなることを特徴とする請求項１ないし３に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項５】
前記制御弁の可動部材は円筒シール部をもつスプール弁形状であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項６】
前記可動部材の円筒シール部の制御エッジが、可動部材のリフトに合わせて噴射作動制御より先に増圧作動制御状態になるとともに、戻りリフトに合わせて噴射作動制御より後に増圧作動制御の終了状態になるよう配置されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項７】
前記制御弁の可動部材が２つの弁体からなり、その一方が前記増圧制御弁部の増圧作動を制御する第１の弁体、他方が前記噴射制御弁部の噴射作動を制御する第２の弁体であるとともに、前記第１の弁体が前記電磁アクチュエータに直結し、前記第２の弁体は前記第１の弁体を介して前記電磁アクチュエータの駆動力を受けて従動することを特徴とする請求項１ないし３に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項８】
前記制御弁の可動部材はコーンシートまたは平面シートを有することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項９】
前記制御弁の２つの弁体が同軸上に配置され、２つの弁体がともに着座し、それぞれ増圧作動停止状態と噴射作動停止状態にある初期状態において、２つの弁体の間に前記作動のずれに相当する隙間を有することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
【請求項１０】
前記制御弁の２つの弁体の隙間が、少なくとも一方の弁体のシート位置調整またはシートからの接触端面間距離を調整することで、またはシム調整することで設定されることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関用燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジン用の燃料噴射装置に関し、詳しくは、増圧機構を備えた燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン用燃料噴射装置として、コモンレールシステムが注目されている。コモンレールシステムは、共通の蓄圧器（コモンレール）を設けて、燃料供給ポンプから圧送される加圧燃料を蓄え、油圧制御弁で噴射ノズルを開閉して各気筒に噴射するシステムで、噴射圧力と噴射量を独立に制御できるなど、優れた性能を有する。
【０００３】
このようなコモンレールシステムに対し、近年、排気ガス浄化、燃費向上の見地から、さらに高性能化の要求がなされている。具体的には、燃料の噴射圧力を高めることが必要であり、これを簡易に実現するために、例えば、特許文献１に記載されるような増圧機構を有する新しいシステムが提案されている。
【特許文献１】特許第２８８５０７６号公報
【０００４】
特許文献１の燃料噴射装置は、蓄圧器の燃料を増圧する増圧機構を備え、かつコモンレールシステムの長所であるノズル開閉を油圧で制御する機構を備えている。この装置では、増圧機構を用いて、より高圧での噴射ができるだけでなく、増圧と噴射の両方を制御することで、低圧での微小噴射や超高圧での主噴射といった複数の噴射モードを可能にし、また、１噴射サイクルの中で噴射圧力を変えることができる。従って、運転状態に応じたきめ細かい制御を行って、燃焼の最適化ができるようになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、この種のシステムにおいては、本質的に２つの作動、すなわち増圧作動と噴射作動を各々独立に制御する必要があるために、アクチュエータが少なくとも２個必要になるなど、システムの構成が複雑になりやすい。このため、コストが高くなるという問題があり、同等の機能をより簡易に実現することが望まれている。
【０００６】
必要となる作動としては、増圧しないで蓄圧器の圧力をそのまま微小噴射するモードと、増圧して超高圧で噴射するモードがある。本発明では、これら作動をアクチュエータ１つの簡易な構成で実現可能とすること、さらに、アクチュエータを１つにすることで生ずる噴射圧低下などの性能低下を防ぐため、制御弁の応答性を上げ、またタイミング制御を高精度に行える構成として、高性能かつ安価なシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明において、内燃機関用燃料噴射装置は、
燃料を蓄圧する蓄圧器と、
該蓄圧器から高圧室に供給される燃料を増圧ピストンの駆動によって増圧する増圧器と、
背圧室の油圧を増減することによって開閉が制御され、前記蓄圧器から直接供給される燃料または前記増圧器によって増圧された燃料を噴射する噴射ノズルを備え、
１つの２位置電磁アクチュエータによって駆動されて２つの制御機能をなす制御弁を有している。
前記制御弁の２つの制御機能部は、一方が前記増圧器の増圧作動を制御する増圧制御弁部、他方が前記噴射ノズルの噴射作動を制御する噴射制御弁部であり、さらに、前記制御弁を、２つの制御機能部の作動にずれを有する構成として、前記増圧制御弁部による増圧作動制御開始が、前記噴射制御弁部による噴射作動制御開始より早く、前記増圧制御弁部による増圧作動制御終了が、前記噴射制御弁部による噴射作動制御終了より遅くなるようにしている。
【０００８】
上記構成において、２位置電磁アクチュエータに通電すると、まず、制御弁の増圧制御弁部が増圧制御を開始し、次いで噴射制御弁部が噴射制御を開始する。アクチュエータへの通電を停止すると、先に噴射制御が終了し、次いで増圧制御が終了する。このように、２つの制御機能部の作動にずれを設けることで、系の作動遅れによる増圧加圧の遅れをなくし、また、噴射終了時の噴射圧力の低下を防止して、超高圧での噴射を可能にする。また、増圧が進まないうちに短期間の噴射を行なえば、低圧での微小噴射が可能である。
【０００９】
よって、１つのアクチュエータと１つの弁体で、増圧および噴射の２つの作動を制御し、簡易な構成で、超高圧での主噴射、低圧での微小噴射といった噴射パターンが可能となる。また、アクチュエータは、安価な電磁アクチュエータであり、制御弁構成も簡易であるので、安価なシステムで、応答性よく高精度な噴射制御を行なうことができる。
【００１０】
請求項２記載の発明において、前記制御弁の２つの制御機能部は、前記増圧制御弁部は２位置３方弁、前記噴射制御弁部は２位置２方弁の機能を有するものとする。
【００１１】
増圧制御弁部は、例えば、２位置３方弁の制御ポートを増圧器の制御室に接続し、蓄圧器に至るポート、燃料戻し通路に至るポートのいずれかと連通するように位置を切り換えることによって、増圧ピストンを駆動する。３方弁構造とすると、よりきめ細かい増圧作動制御が可能であり、また、燃料戻し通路の開放位置において蓄圧器へのポートが閉鎖されるので、蓄圧器の高圧燃料のロスを低減できる。噴射制御弁部は、２位置２方弁を用いて、噴射ノズルの背圧室と燃料戻し通路の間を開閉することで、簡易な構造で噴射制御を行なうことができる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、前記制御弁を、作動方向に常に圧力バランスする構成とする。圧力バランスさせることで、電磁アクチュエータの要求吸引力を低減し、小型に構成することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明では、前記制御弁の可動部材が前記電磁アクチュエータに直結した１つの弁体からなる。弁体を１つとして２位置電磁アクチュエータと一体と設けることで、簡単な構成で応答性よく制御を行なうことができる。
【００１４】
請求項５記載の発明では、前記制御弁の可動部材を、円筒シール部をもつスプール弁形状とする。スプール弁を用いると２つの制御機能部の構成が容易で、圧力バランス構造がとりやすく、コンパクトにできる。
【００１５】
請求項６記載の発明では、前記可動部材の円筒シール部の制御エッジを、可動部材のリフトに合わせて噴射作動制御より先に増圧作動制御状態になるとともに、戻りリフトに合わせて噴射作動制御より後に増圧作動制御の終了状態になるよう配置する。
【００１６】
具体的には、制御弁を構成するスプール弁において、噴射作動を制御する円筒シール部のエッジと増圧作動を制御するエッジの位置を適切に設定することで、流路の連通・遮断のタイミングをずらし、所望の制御状態を実現することができる。
【００１７】
請求項７記載の発明では、前記制御弁の可動部材が２つの弁体からなり、その一方が前記増圧制御弁部の増圧作動を制御する第１の弁体、他方が前記噴射制御弁部の噴射作動を制御する第２の弁体として、前記第１の弁体を前記電磁アクチュエータに直結する。前記第２の弁体は前記第１の弁体を介して前記電磁アクチュエータの駆動力を受けて従動させる。
【００１８】
制御弁の可動部材を２つの弁体で構成することもできる。この場合、２つの弁体間の隙間を調整することで、作動のずれの設定が容易にできる利点がある。
【００１９】
請求項８記載の発明では、前記制御弁の可動部材はコーンシートまたは平面シートを有する。シール構造をコーンシート、平面シートに変更することでシール性が向上するので、軸方向のシール長を無くすことができ、必要リフトが小さくできるため制御弁の小型化が可能となる。
【００２０】
請求項９記載の発明では、前記制御弁の２つの弁体を同軸上に配置し、２つの弁体がともに着座して、それぞれ増圧作動停止状態と噴射作動停止状態にある初期状態において、２つの弁体の間に前記作動のずれに相当する隙間を設ける。
【００２１】
この初期状態から、電磁アクチュエータに通電すると、これと一体の第１の弁体がリフトして増圧制御弁部の増圧作動制御を開始する。前記隙間分リフトすると、第１の弁体が第２の弁体が当接して、その後は一体でリフトする。すなわち、２つの弁体の隙間によって、両者の作動のずれを調整することができる。
【００２２】
請求項１０記載の発明では、前記制御弁の２つの弁体の隙間を、少なくとも一方の弁体のシート位置調整またはシートと接触端面間の長さ調整、またはシム調整することで設定する。
【００２３】
作動のずれとなる隙間は、少なくとも一方の弁体のシート面が着座する位置の調整またはシートからの接触端面間距離を調整することで、容易に設定することができる。あるいはシムを用いて、２つの弁体間の距離を調整することで、作動のずれに相当する隙間を、弁体形状を変更することなく容易に設定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。図１は本発明の燃料噴射装置の概略構成を示す模式図であり、車両ディーゼルエンジンのコモンレールシステムに適用される燃料噴射装置として具現化される。図１に示されるように、燃料噴射装置１は、主な構成要素として、燃料を蓄圧する蓄圧器（コモンレール）１０と、蓄圧器１０からの燃料を増圧する増圧器２０と、蓄圧器１０からの燃料または増圧された燃料を噴射する噴射ノズル３０と、増圧器２０および噴射ノズル３０の作動を制御する制御弁１００とを備えている。また、これら構成要素に連通する燃料通路６、６１〜６６と、燃料タンクＴに至る燃料戻し通路７、７１が設けられ、燃料通路の途中には逆止弁４０およびいくつかの絞り５１、５２、５３が配設してある。
【００２５】
増圧器２０は、大径ピストン２１および小径プランジャ２２からなる増圧ピストンを有し、蓄圧器１０から逆止弁４０を介して高圧室２４に供給される燃料を増圧する。噴射ノズル３０は、高圧室２４に連通する背圧室３４の油圧を増減することによって開閉が制御されるようになっている。概括的に示す制御弁１００は、大きく２つの制御機能部を有し、その一方は増圧器２０の増圧作動を制御する増圧制御弁部１１０、もう一方は噴射ノズル３０による噴射作動を制御する噴射制御弁部１２０となっている。ここでは、その機能から便宜的に２つの部分に分けたが、これらは１つの２位置アクチュエータ１３０によって駆動されるもので、増圧制御弁部１１０は２位置３方弁、噴射制御弁部１２０は２位置２方弁の機能を有している。
【００２６】
図２〜図５に本発明の第１の実施形態を示す。図２は図１の制御弁１００の詳細構成例であり、これを含む燃料噴射装置１の全体構成例を図５に示している。図５において、燃料噴射装置１は、増圧器２０が収容されるボデーＢの上端側に、制御弁１００が収容される第１ボデーＢ１および第２ボデーＢ２を、ボデーＢの下端側に、噴射ノズル３０を構成する第３ボデーＢ３および第４ボデーＢ４を配設し、リテーナ２０１、２０２で油密に固定してなる。ボデーＢの側部には、蓄圧器１０に至る燃料通路６が接続される燃料導入管２０３（図１の左側部）と、燃料タンクＴに至る燃料戻し通路７が接続される燃料導出管２０４（図１の右側部）が突出形成される。
【００２７】
蓄圧器１０には、吐出量の可変機構を持つ公知の燃料ポンプ（図示せず）にて加圧された燃料が供給される。蓄圧器１０内に蓄えられる燃料の圧力は、図示しない制御装置によって、燃料ポンプからの吐出量を変更することで制御される。このように、蓄圧器１０を用いることで、運転状態によらず、安定した圧力を維持できる利点がある。蓄圧器１０の燃料は、燃料通路６から分岐する燃料通路６１、６３、６４を経て制御弁１００、増圧器２０に供給されるとともに、燃料通路６４から燃料通路６６を経て噴射ノズル３０に供給される。
【００２８】
増圧器２０は、大径ボア２ａ内を油密を保って摺動可能な大径ピストン２１と、小径ボア２ｂ内を油密を保って摺動可能な小径プランジャ２２を有する。これら大径ピストン２１および小径プランジャ２２は軸線を一致させて実質的に一体となって上下方向に摺動するように設けられ、増圧ピストンとして機能する。大径ピストン２１の上端面（小径プランジャ２２と反対側の端面）と大径ボア２ａの上端内周面とで囲まれる空間は、駆動室２３としてある。駆動室２３には、燃料通路６３から高圧燃料が導入されて増圧ピストンに下向きの油圧を作用させるようになっている。
【００２９】
一方、小径プランジャ２２の下端面（大径ピストン２１と反対側の端面）と小径ボア２ｂ下端内周面とで囲まれる空間は、高圧室２４としてある。高圧室２４は、燃料通路６６を介して噴射ノズル３０の燃料溜まり部３６に連通するとともに、逆止弁４０を介して燃料通路６４に、絞り５２を有する燃料通路６５を介して噴射ノズル３０の背圧室３４に連通している。逆止弁４０は、高圧室２４および噴射ノズル３０方向への燃料流れのみを許容するもので、例えば、燃料通路６５の途中に設けた大径部にボール状の弁体を配設してなる。弁体は、通常、戻りバネによって閉弁方向（上方）に付勢されるが、ここでは、図示を省略している。
【００３０】
また、大径ピストン２１の下端面（小径プランジャ２２側の端面）と、大径ボア２ａの下端内周面と、小径プランジャ２２の上端外周面とで、制御室２５が形成される。制御室２５には、大径ピストン２１を上向きに付勢する戻りバネ２６が配設される。制御室２５の圧力は、燃料通路６２を介して連通する制御弁１００によって制御され、これに伴って増圧ピストン（大径ピストン２１および小径プランジャ２２）がボア内を摺動することで、高圧室２４の燃料を増圧することができる。
【００３１】
噴射ノズル３０は、第４ボデーＢ４に設けたボア３２内を油密を保って図の上下方向に摺動し、噴孔３５を開閉するニードル弁３１と、ニードル弁３１に背圧を作用させる背圧室３４を有している。背圧室３４は、ニードル弁３１の上端面とボア３２の上端内周面とで形成され、背圧室３４内にはニードル弁３１を閉弁方向に付勢するバネ３３が配設される。噴射燃料は、燃料通路６６からニードル弁３１の中間部周りに設けた燃料溜まり部３６を介して噴孔３５へと供給される。
【００３２】
制御弁１００は２つの制御機能を有し、可動部材である弁体１０１が、第１ボデーＢ１に設けたボア内を油密を保って図の上下方向に摺動することにより、増圧器２０の増圧ピストンの駆動および噴射ノズル３０からの噴射を制御する。弁体１０１の上端には、円板状のアーマチャ１３２が結合されており、電磁コイル１３１、戻りバネ１３３との協働により２位置の電磁アクチュエータ１３０として作動する。アーマチャ１３２、電磁コイル１３１、戻りバネ１３３は、第２ボデーＢ２内に収容されている。
【００３３】
弁体１０１は円筒シール部を有するスプール弁構造で、軸方向（作動方向）に２箇所の細径部１０２、１０３を有している。２つの細径部１０２、細径部１０３は図の上下方向に十分な間隔をおいて配置され、対向するボア内周面には、それぞれ複数の環状溝１１１、１１２、１１３、環状溝１２１、１２２が上下方向にこの順で設けられている。これら細径部１０２、１０３と環状溝１１１、１１２、１１３、環状溝１２１、１２２は、それぞれ制御機能部を構成するもので、細径部１０２、１０３の位置に応じて、流路の切り換え、または開閉制御を行う。すなわち、上側の細径部１０２と環状溝１１１、１１２、１１３とで、２位置３方弁として切換作動をする増圧制御弁部１１０を構成する一方、下側の細径部１０３と環状溝１２１、１２２は、２位置２方弁として開閉作動をする噴射制御弁部１２０を構成する。
【００３４】
増圧制御弁部１１０において、環状溝１１１は燃料通路６１、絞り５１を介して蓄圧器１０に連通し、環状溝１１２は燃料通路６２を介して増圧器２０の制御室２５に連通している。また、環状溝１１３は絞り５４、燃料戻し通路７を介して燃料タンクＴに連通している。従って、アクチュエータ１３０で弁体１０１の位置を切り換えることにより、細径部１０２周囲の間隙を通じて、環状溝１１２が環状溝１１１あるいは環状溝１１３と連通する。この切換作動に伴い、制御室２５の圧力を増減させ、増圧器２０の油圧ピストンの駆動を制御することができる。
【００３５】
噴射制御弁部１２０において、環状溝１２１は絞り５３、燃料戻し通路７１を介して噴射ノズル３０の背圧室３４に連通し、環状溝１２２は燃料戻し通路７を介して燃料タンクＴに連通している。そして、アクチュエータ１３０で弁体１０１の位置を切り換えることにより、細径部１０３周囲の間隙を通じて、環状溝１２１と環状溝１２２が連通し、あるいは連通が遮断される。この開閉作動に伴い、背圧室３４の圧力を増減させ、ニードル弁３１の駆動を制御することができる。
【００３６】
ここで、弁体１０１は、細径部１０２、１０３上下の摺動部径を一定として、作動油圧を受ける面積を上下方向で同じにするとともに、弁体１０１下端を、環状溝１２２を介して燃料戻し通路７に連通するボア下端部の低圧室に配置している。これにより、弁体１０１にかかる軸方向の圧力をキャンセルし、作動の状態によらず常に圧力バランスさせている。これにより、制御弁１００のアクチュエータ１３０の要求吸引力を低減し、小型に構成することができる。
【００３７】
本発明の構成上の特徴は、２位置アクチュエータ１３０によって駆動される２位置弁としての制御弁１００に、２つの制御弁部１１０、１２０を設けたこと、しかも、これら２つの制御弁部１１０、１２０の間に作動のずれを設けたことにある。具体的には、増圧制御弁部１１０と噴射制御弁部１２０の作動制御時期にずれを設け、噴射制御弁部１２０の増圧作動制御開始が早く、制御終了は遅くなるように、すなわち噴射停止状態から噴射を開始する場合には、増圧制御弁部１１０の作動に遅れて噴射制御弁部１２０が作動し、噴射を停止する場合には、噴射制御弁部１２０の作動に遅れて増圧制御弁部１１０が作動するように構成して、噴射圧力の低下を抑制する。本実施の形態では、図２に示すように、増圧制御弁部１１０の作動リフト位置をｈａ、噴射制御弁部１２０の作動リフト位置をｈｉとした時に、ｈｉ＞ｈａとなるように弁体１０１を構成しており、Ｘ＝ｈｉ−ｈａの作動のずれを有する。
【００３８】
上記構成の燃料噴射装置の作動について、図２〜４を用いて説明する。図２は、制御弁１００の弁体１０１が戻りバネ１３３ (図５)によって初期位置（上端位置）にある状態である。この状態において、増圧制御弁部１１０では、細径部１０２下端に続く円筒シール面１０５が、環状溝１１２と環状溝１１３との連通を遮断する一方（閉状態）、細径部１０２上端に続く円筒シール面１０４が、環状溝１１１と環状溝１１２間を連通させる位置にある（開状態）。従って、増圧器２０では、環状溝１１２に連通する制御室２５の圧力が、環状溝１１１、絞り５１、燃料通路６１を介して連通する蓄圧器１０からの圧力で高くなっており、この同じ圧力が、燃料通路６３を通って駆動室２３及び燃料通路６４を通って高圧室２４にも供給されているため、増圧器２０の大径ピストン２１が上下の各室２３、２４、２５から受ける力はバランスする。この時、戻りバネ２６ (図５)によって大径ピストン２１および小径プランジャ２２は図の上方に移動し、高圧室２４に燃料通路６４、逆止弁４０を通って燃料が充填される。
【００３９】
この初期状態において、噴射制御弁部１２０は、細径部１０３下端に続く円筒シール面１０６が環状溝１２１と環状溝１２２との連通を遮断し、閉状態となっている。この時、噴射ノズル３０の背圧室３４の圧力は、絞り５２、燃料通路６５を介して連通する高圧室２４の圧力、すなわち蓄圧器１０と同じ圧力になり、ニードル弁３１（図５）に下向きに作用する油圧力とバネ力の和が上向きの油圧力より大きくなる。従って、噴射ノズル３０は開弁せず、噴射はなされない。
【００４０】
次に、アクチュエータ１３０の電磁コイル１３１に通電すると吸引力が発生し、制御弁１００の弁体１０１は図の下方に移動を始める。図３は移動中の状態を示しており、増圧制御弁部１１０の連通状態が切り換わって、円筒シール面１０４が環状溝１１１と環状溝１１２の連通を遮断し（閉状態）、円筒シール面１０５が環状溝１１２と環状溝１１３とを連通させる位置にある（開状態）。従って、増圧器２０の制御室２５は蓄圧器１０から切り離され、環状溝１１２、環状溝１１３、絞り５４を介して燃料戻し通路７に連通する。これによって制御室２５の圧力が開放され、増圧器２０の大径ピストン２１が上下の各室２３、２４、２５から受ける力のバランスがくずれて、大径ピストン２１と小径プランジャ２２は下方に移動を始める。
【００４１】
この増圧ピストンのリフトによって、高圧室２４の圧力が上昇を始める。最終的には、大径ピストン２１と小径プランジャ２２の断面積比倍、例えば蓄圧器１０の圧力が５０ＭＰａで断面積比を４に設定した場合には、高圧室２４の圧力は、４倍の２００ＭＰａに増圧される。この状態において、噴射制御弁部１２０はまだ閉状態であるので、噴射ノズル３０は開弁せず、噴射はなされない。なお、アクチュエータ１３０は２位置であるので、この状態は安定したものでなく、過渡的な状態を示している。
【００４２】
図４は、さらに弁体１０１が移動して、下端位置まで変位した状態を示している。この状態では、増圧制御弁部１１０の連通状態は図３のままであり、噴射制御弁部１２０は、環状溝１２１と環状溝１２２とが連通する開状態になる。従って、噴射ノズル３０の背圧室３４が、絞り５３、燃料戻し通路７１、環状溝１２１、環状溝１２２を介して燃料戻し通路７に連通するために、ノズル背圧が開放される。
【００４３】
ここで、開放される直前における背圧室３４の圧力は、連通する高圧室２４と同じ高い圧力となっており、ニードル弁３１に上向きに作用する燃料溜まり部３６も同じ高い圧力となるが、シート径の内側分だけ上向きの力が小さくなるので、閉弁は維持されたままである。背圧が開放されると、上向きの油圧力がバネ３３（図５）の下向きの力に打ち勝って、噴射ノズル３０が開弁する。そして、高圧室２４で増圧された燃料が、燃料通路６６、燃料溜まり部３６を通って噴孔３５（図５）から噴射される。
【００４４】
この状態を続けて、増圧ピストンのリフトによる増圧作動を進めることによって、超高圧での主噴射が可能になる。微小噴射時には、図４の状態からすぐに図２の状態に戻ることで、増圧が進まないうちに、すなわち、より低圧での噴射が可能になる。噴射を終了するには、アクチュエータ１３０への通電を停止することで制御弁１００を初期位置へ戻し、図２の状態にする。
【００４５】
図６は、上記作動をタイミングチャートで示したものである。図中、ａ）のタイミングは上記図２の初期状態、ｂ）のタイミングは上記図３の過渡状態、ｃ）のタイミングは、上記図４の噴射状態に対応している。アクチュエータ１３０へ駆動信号が出力されて弁体１０１が移動を始めると、まず、増圧制御弁部１１０の加圧ポート（環状溝１１２−環状溝１１１）が開状態から閉状態へ移行し、次いで、開放ポート（環状溝１１２−環状溝１１３）が閉状態から開状態へ移行する。開放ポートによる制御室２５圧力の開放に伴い、増圧器２０の増圧ピストンがリフトを開始し、高圧室２４の燃料を増圧する。さらに、弁体１０１が移動すると、噴射ポート（環状溝１２１−環状溝１２２）が閉状態から開状態へ移行するのと同時に噴射ノズル３０から噴射が開始される。噴射停止時は、この逆となる。
【００４６】
本発明で注目すべきことは、噴射制御弁部１２０の噴射開始タイミングｅ）を、増圧制御弁部１１０の増圧開始タイミングｄ）より遅らせたこと（図中のＡ）、同様に、増圧制御弁部１１０の増圧終了タイミングｇ）を、噴射制御弁部１２０の噴射終了タイミングｆ）より遅らせたこと（図中のＢ）である。これは上述した弁体１０１構成において、２つの制御弁部１１０、１２０の間に設けた作動のずれＸ＝ｈｉ−ｈａによるものである。本発明では、この作動のずれを設けたことによって、増圧器２０の各室２３、２４、２５の容積や増圧ピストンの移動ストロークが、噴射ノズル３０の各室３４、３６の容積やニードル弁３１のリフトより大きいことによる系の作動遅れを抑制できる。
【００４７】
従って、増圧器２０で十分な増圧がなされないまま噴射されることがなくなり、簡易な構成で超高圧での噴射が可能になる。これにより、図６に実線で示すように、増圧を行なわない場合（点線）に比べて高い噴射率を実現できる。ここで、図６は一例であり、アクチュエータ１３０への駆動信号や作動のずれＸは適宜設定変更することができるので、増圧所望のタイミングで噴射制御を開始または終了し、運転状態に応じた最適な噴射特性を得ることができる。
【００４８】
なお、微小噴射などの超高圧を必要としない噴射では、噴射制御弁部１２０が噴射状態になる時間が極めて短く、それに伴う増圧制御弁部１１０の増圧作動時間も短いため、上記作動遅れを利用して加圧が進まないうちに比較的低圧での噴射を行なうことが可能である。さらに、増圧期間を噴射期間より長くしてあるため、噴射ポート（環状溝１２１−環状溝１２２）が閉状態となった時点で、まだ増圧器２０は増圧ピストンが増圧期間にある。よって、主噴射直後に超高圧で微小噴射を行なう、いわゆるアフター噴射も可能である。また、従来問題であった噴射終了時の圧力低下を防止できる。
【００４９】
以上のように、本発明は、１つの２位置電磁アクチュエータ１３０と１つの弁体１０１を組み合わせた簡易な構成の制御弁１００を１個用いるだけで、増圧作動制御と噴射作動制御の２つの制御機能をもたせることができる。そして、これら２つの制御機能部に作動のずれを設けることによって、全噴射期間にわたり増圧加圧された噴射圧によるロスのない噴射を可能にし、超高圧噴射での主噴射、低圧あるいは超高圧での微小噴射といった各種の噴射パターンを実現できる。制御弁１００は、弁体１０１を圧力バランスさせた上で、２つの制御部の制御エッジにずれを設定した簡易な構成であり、アクチュエータ１３０は低コストの電磁式で、２位置式の弁体１０１と良好な制御適合性を有する。従って、経済性、制御性に優れた高性能な燃料噴射装置が得られている。
【００５０】
本発明の第２の実施形態を図７、８に従って説明する。本実施形態の燃料噴射装置の基本構成および作動は第１の実施形態と同じであり、制御弁１００の構成が異なっている。以下、この相違点を中心に説明する。図７、８のように、本実施形態では、制御弁１００の弁体１０１を増圧制御弁部１１０側と噴射制御弁部１２０側に２分割し、第１の弁体としての増圧制御弁体１０１ａで増圧作動制御を、第２の弁体としての噴射制御弁体１０１ｂで噴射作動制御を行なう。また、第１の実施形態では、弁体１０１を円筒シール構造としたが、本実施形態では増制御弁体１０１ａ、噴射制御弁体１０１ｂのシート部をコーンシート（円錐面シート）１０８、１０９または平面シート１０７としている。
【００５１】
図７において、増圧制御弁体１０１ａは、環状溝１１２内に位置する中間部の上下に細径部を有するとともに、該中間部を下方に向けて縮径する円錐部とし、その上端面を平面シート１０７、外周面をコーンシート１０８としている。アクチュエータ１３０のアーマチャ１３２は、増圧制御弁体１０１ａの上端に結合される。無通電状態である時、図示の上端位置にある増圧制御弁体１０１ａの平面シート１０７が、絞り５４を介して燃料戻し通路７に連通する環状溝１１３を閉鎖する。コーンシート１０８下方の細径部周りの空間には絞り５１を有する燃料通路６１が接続し、環状溝１１２に連通する増圧器２０の制御室２５に、蓄圧器１０の高圧燃料を供給する。
【００５２】
噴射制御弁体１０１ｂは、中間部を細径部とするとともに、環状溝１２２内に位置する下端部を上方に向けて縮径する円錐部とし、その外周面をコーンシート１０９としている。図７の状態では、噴射制御弁体１０１ｂのコーンシート１０９も着座しており、噴射ノズル３０の背圧室３４に連通する環状溝１２１と、燃料戻し通路７に連通する環状溝１２２との連絡は閉じられている。この位置で、２つの制御弁体１０１ａ、１０１ｂの間には、隙間ｈｇが設けられている。また、図８のように、噴射制御弁体１０１ｂは、下方に配した戻りバネ２０５によって着座方向に付勢されている。
【００５３】
次に、アクチュエータ１３０の電磁コイル１３１に通電すると吸引力が発生し、増圧制御弁体１０１ａが下方へ移動を開始する。増圧制御弁体１０１ａのリフトにより、燃料戻し通路７に連通する環状溝１１３が開放されると増圧作動状態になり、さらにリフトしてｈｇリフト点（リフト量＝ｈｇ）を通過すると、その後は、噴射制御弁体１０１ｂと一体となってリフトし、噴射作動状態となる。本実施形態では、この隙間ｈｇ分だけ噴射制御部１２０の作動が遅れることになり、上記第１の実施形態における作動のずれＸ＝ｈｉ−ｈａと同じ役目をする。その他の構成、作動は上記第１の実施形態と同じであり、同様の効果が得られる。
【００５４】
なお、第２の実施形態においても、アクチュエータ１３０は２位置である。すなわち、リフトｈｇの位置は安定したものでなく、通過点となっている。アクチュエータ１３０のリフトｈｓは増圧制御弁体１０１ａの２つのシートによって決まり、当然ながらｈｓ＞ｈｇの関係にある。また、本実施の形態においても、増圧制御弁体１０１ａは２位置３方弁、噴射制御弁体１０１ｂは２位置２方弁である。
【００５５】
本実施の形態の特徴は、増圧制御弁体１０１ａと噴射制御弁体１０１ｂを別体にしたので、隙間ｈｇによって作動ずれＸの設定が容易にできる点にある。すなわち、弁体１０１ａ、１０１ｂ構造を変更することなく、弁体がシートする環状溝の長さ調整などによりシート位置の調整をする、あるいは着座シート位置と接触端面間の距離の調整、または、制御弁部１１０、１２０間にシムを配置するなどの簡易な方法で、所定の隙間になるように調整し、所望の特性を実現できる。また、第１の実施形態のような円筒シール構造では、外周に隙間を有するが、コーンシート１０８、１０９または平面シート１０７によるシールにすることで、円筒シールのような隙間がなくなり、シート面圧を上げられることからシール性が向上する。さらに、円筒シールで必要となる軸方向のシール長が不要となり、アクチュエータ１３０の全リフト量を小さくできるので応答性が向上し、アクチュエータ１３０の構成が小型にできる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の内燃機関の燃料噴射装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を示す燃料噴射装置の概略構成図（初期状態）である。
【図３】第１の実施形態の作動を説明するための燃料噴射装置の概略構成図（過渡状態）である。
【図４】第１の実施形態の作動を説明するための燃料噴射装置の概略構成図（噴射状態）である。
【図５】第１の実施形態の燃料噴射装置の全体構成を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態の作動を説明するためのタイムチャート図である。
【図７】本発明の第２の実施形態を示す燃料噴射装置の概略構成図（初期状態）である。
【図８】第２の実施形態の燃料噴射装置の全体構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
Ｔ  燃料タンク
１０  蓄圧器
２０  増圧器
２１  大径ピストン（増圧ピストン）
２２  小径プランジャ（増圧ピストン）
２３  駆動室
２４  高圧室
２５  制御室
３０  噴射ノズル
３１  ニードル弁
３４  背圧室
３５  噴孔
３６  燃料溜まり部
４０  逆止弁
５１〜５４  絞り
６、６１〜６６  燃料通路
７、７１  燃料戻し通路
１００  制御弁
１０１  弁体
１０１ａ  第１の弁体
１０１ｂ  第２の弁体
１０２、１０３  細径部
１１０  増圧制御弁部（制御機能部）
１１１、１１２、１１３  環状溝
１２０  噴射制御弁部（制御機能部）
１２１、１２２  環状溝
１３０  電磁アクチュエータ
１３１  電磁コイル
１３２  アーマチャ
【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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