(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、制御室を一つにした、構造が単純であり、製造コストも安価な量産に適した燃料噴射装置であって、エンジン運転条件に応じた最適な燃料噴射を安定して実行可能な燃料噴射装置を提供することにある。【解決手段】  第１シート位置を、噴孔を開閉するために離着座する第１開閉弁と、第１シート位置と、第１シート位置よりも下流側に位置し噴孔内へ流入する燃料量を設定するためのオリフィスと、を内側に有し、かつ噴孔より上流側に位置する第２シート位置を、噴孔を開閉するために離着座する第２開閉弁と、コモンレールと連通し第１開閉弁および第２開閉弁を開閉制御するための一つの制御室と、該制御室に連通している制御弁室と、該制御弁室の燃料圧を制御する制御弁と、第１開閉弁に荷重を掛ける第１スプリングと、第２開閉弁に荷重を掛ける第２スプリングと、を備えたことを特徴とする、コモンレール式燃料噴射装置。【選択図】      図１
2007016714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給ポンプから供給された高圧燃料をコモンレールで蓄圧し、前記コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射装置であって、
弁ボディと、
前記弁ボディに配設されて燃料を噴射するための噴孔と、
前記弁ボディに配設されて前記噴孔よりも燃料供給側である上流側に位置する第１シート位置を、前記噴孔を開閉するために離着座する第１開閉弁と、
前記第１シート位置と、前記第１シート位置よりも燃料被供給側である下流側に位置し前記噴孔内へ流入する燃料量を設定するためのオリフィスと、を内側に有し、かつ前記噴孔よりも燃料供給側である上流側に位置する第２シート位置を、前記噴孔を開閉するために離着座する第２開閉弁と、
前記コモンレールと連通し前記第１開閉弁および前記第２開閉弁を開閉制御するための一つの制御室と、
該制御室に連通している制御弁室と、
該制御弁室の燃料圧を制御する制御弁と、
前記第１開閉弁を閉塞する方向に荷重を掛ける第１スプリングと、
前記第２開閉弁を閉塞する方向に荷重を掛ける第２スプリングと、を備えたことを特徴とする、燃料噴射装置。
【請求項２】
前記第１開閉弁が前記第１シート位置を離座して前記噴孔を開放した後、前記第２開閉弁が前記第２シート位置を離座し、その後、前記第２開閉弁が前記第２シート位置に着座した後、前記第１開閉弁が前記第１シート位置に着座することを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記制御弁は３位置制御弁であり、前記制御弁を中間リフトに位置制御することにより全噴射期間において低噴射率モード噴射が実行可能となり、フルリフトに位置制御することにより低噴射率モードと高噴射率モードとを結合した噴射が実行可能となることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記制御弁は３位置制御弁であり、低噴射率モードと高噴射率モードを結合した噴射を実行し、前記制御弁を中間リフトに位置制御することにより低噴射率モード時間が長い噴射が実行可能となり、前記制御弁をフルリフトに位置制御することにより低噴射率モード時間が短い噴射が実行可能となることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記噴孔は、入口側において、前記第２シート位置側の端部が丸められておりかつ前記第２シート位置と反対側の端部は鋭角状態となっていることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記噴孔は、出口側において、入口側噴孔軸線よりも弁ボディ先端側へ傾いた軸線を持つテーパ部を有することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記噴孔は、入口側において、前記オリフィス側の前記端部に、噴孔中心に対し偏心した燃料導入溝を有することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二つのニードル弁およびそれに関連付けられた二つの制御室を用いて、燃料が低噴射圧で噴射される低噴射率モードと燃料が高噴射圧で噴射される高噴射率モードとを切替え可能としたコモンレール式燃料噴射装置が知られている。この種の燃料噴射装置としては、例えば特許文献１に記載された第５の実施形態がある。特許文献１に記載された燃料噴射装置では、低噴射率モードと高噴射率モードとを各種組み合わせた噴射を実行することによりエンジン運転条件に応じた最適な燃料噴射を実行することができる。また、特許文献２には、低噴射率モードと高噴射率モードとを切替え可能であり、低噴射率モード時に最適な燃料噴射を実行することを目的として特殊な噴孔を持つコモンレール式燃料噴射装置が開示されている。
以下、燃料噴射装置において、ニードル弁により噴孔が開放されることを「開弁」といい、ニードル弁により噴孔が閉塞されることを「閉弁」という。また、本書においては、低噴射率モードの噴射と低圧噴射とは同義とし、高噴射率モードの噴射と高圧噴射も同義とする。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１７７２７号公報
【特許文献２】特開２００４−６８７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の燃料噴射装置は、二つのニードル弁およびそれに関連付けられた二つの制御室を持つため、各ニードル弁を相互に独立して自由自在に作動させ、開閉作用を実行させることが可能である。このため、エンジン運転条件に応じた最適な燃料噴射モードを形成できると考えられていた。しかし、該燃料噴射装置は、コモンレール式により燃料を超高圧にするため各構成部品の加工精度をサブミクロン単位で確保する必要があることと相まって、制御室が二つあるため構造が複雑であり、量産に移行する場合に大きな障害となることが懸念されていた。さらに、エンジン運転条件は、限られた種類のパターンに区分けすることができ、膨大なパターンがあるわけではない。このため、各ニードル弁を相互に独立して自由自在に作動させるに越したことはないが、限られた種類のパターンの燃料噴射モードを形成可能なニードル弁の作動が確保されれば十分であることが、本願発明者により発見された。
また、特許文献２に記載の燃料噴射装置は、噴孔中心に対し偏心した燃料導入溝を有する噴孔を有しているが、低噴射率モードにおける開弁時にニードル弁の移動により噴孔の入口近傍の燃料が乱され、噴孔内旋回流が不安定となる欠点を有していた。
【０００５】
本発明の第１の目的は、制御室を一つにした、構造が単純であり、製造コストも安価な量産に適した燃料噴射装置を提供することにある。本発明の第２の目的は、エンジン運転条件に応じた最適な燃料噴射を安定して実行可能な燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の特徴点は、主に二つある。一つは、制御室を一つにした点である。もう一つは、３位置制御弁の中間リフト量、詳細に言えば中間リフト位置における制御弁開口通路断面積（絞り断面積）を最適値に設定し、３位置制御弁のフルリフトと中間リフトとゼロリフトとを自在に切換え選択することにより、エンジン運転条件に応じた最適な燃料噴射モードを形成可能にしたことである。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、
燃料供給ポンプから供給された高圧燃料をコモンレールで蓄圧し、前記コモンレールで蓄圧された高圧燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する燃料噴射装置であって、
弁ボディと、
前記弁ボディに配設されて燃料を噴射するための噴孔と、
前記弁ボディに配設されて前記噴孔よりも燃料供給側である上流側に位置する第１シート位置を、前記噴孔を開閉するために離着座する第１開閉弁と、
前記第１シート位置と、前記第１シート位置よりも燃料被供給側である下流側に位置し前記噴孔内へ流入する燃料量を設定するためのオリフィスと、を内側に有し、かつ前記噴孔よりも燃料供給側である上流側に位置する第２シート位置を、前記噴孔を開閉するために離着座する第２開閉弁と、
前記コモンレールと連通し前記第１開閉弁および前記第２開閉弁を開閉制御するための一つの制御室と、
該制御室に連通している制御弁室と、
該制御弁室の燃料圧を制御する制御弁と、
前記第１開閉弁を閉塞する方向に荷重を掛ける第１スプリングと、
前記第２開閉弁を閉塞する方向に荷重を掛ける第２スプリングと、を備えたことを特徴とする、燃料噴射装置が提供される。
従来技術では、制御室が二つあるため、構造が複雑であり、量産に移行する場合に大きな障害となっていた。これに対し、請求項１記載の燃料噴射装置により、制御室を一つにした、構造が単純であり、製造コストも安価な燃料噴射装置であって、エンジン運転条件に応じた最適な燃料噴射モードを形成できる燃料噴射装置を提供することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、
前記第１開閉弁（インナーニードル）が前記第１シート位置を離座して前記噴孔を開放した後、前記第２開閉弁（アウターニードル）が前記第２シート位置を離座し、その後、前記第２開閉弁が前記第２シート位置に着座した後、前記第１開閉弁が前記第１シート位置に着座することを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射装置が提供される。
第１開閉弁と第２開閉弁に係る開弁順序を上述のように構成することにより、低圧噴射を開始した後、高圧噴射をすることが可能となり、第１開閉弁と第２開閉弁に係る閉弁順序を上述のように構成することにより、閉弁動作中の第２開閉弁に第１開閉弁が衝突してバウンスすることが無くなり、これによる毎回噴射量のばらつきを抑制することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、
前記制御弁は３位置制御弁であり、前記制御弁を中間リフトに位置制御することにより全噴射期間において低噴射率モード噴射が実行可能となり、フルリフトに位置制御することにより低噴射率モードと高噴射率モードとを結合した噴射が実行可能となることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置が提供される。
上述の構成をとることにより、エンジン運転条件に応じた最適の燃料噴射モードを採ることが可能となる。
【００１０】
請求項４に記載の発明によれば、
前記制御弁は３位置制御弁であり、低噴射率モードと高噴射率モードを結合した噴射を実行し、前記制御弁を中間リフトに位置制御することにより低噴射率モード時間が長い噴射が実行可能となり、前記制御弁をフルリフトに位置制御することにより低噴射率モード時間が短い噴射が実行可能となることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置が提供される。
上述の構成をとることにより、エンジン運転条件に応じた最適の燃料噴射モードを採ることが可能となる。
【００１１】
請求項５に記載の発明によれば、
前記噴孔は、入口側において、前記第２シート位置側の端部が丸められておりかつ前記第２シート位置と反対側の端部は鋭角状態となっていることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料噴射装置が提供される。
上述の噴孔形状をとることにより、低圧噴射時には、乱流をともなう微粒化された貫徹力の小さい噴霧を発生させることが可能となり、シリンダに燃料が付着することを抑制でき、高圧噴射時には、貫徹力の大きい噴霧を発生させ多量の燃料を噴射することが可能となる。
【００１２】
請求項６に記載の発明によれば、
前記噴孔は、出口側において、入口側噴孔軸線よりも弁ボディ先端側へ傾いた軸線を持つテーパ部を有することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料噴射装置が提供される。
この噴孔形状は特にパイロット噴射あるいは初期低圧噴射に適しており、これにより、低圧噴射時には、噴霧角が小さい噴霧を発生させることが可能となり、噴霧をピストンキャビティ最適位置に指向させることにより（特にパイロット噴射を採用するエンジンにおいて、低圧噴射時にはピストンが噴孔より離れた位置にある）シリンダに燃料が付着することを抑制でき、高圧噴射時にも、噴霧をピストンキャビティ最適位置に向ける（特にパイロット噴射を採用するエンジンにおいて、高圧噴射時にはピストンが噴孔に近づいた位置にある）ことが可能となる。
【００１３】
請求項７に記載の発明によれば、
前記噴孔は、入口側において、前記オリフィス側の前記端部に、噴孔中心に対し偏心した燃料導入溝を有することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料噴射装置が提供される。
上述の噴孔形状をとることにより、低圧噴射時には、噴孔内部で旋回流を創ることにより内部が中空円錐状噴霧であって貫徹力の小さい噴霧を発生させることが可能となり、シリンダに燃料が付着することを抑制でき、高圧噴射時には、貫徹力の大きい噴霧を発生させ多量の燃料を噴射することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、制御室を一つにした、構造が単純であり、製造コストも安価な量産に適した燃料噴射装置であって、エンジン運転条件に応じた最適な燃料噴射を安定して実行可能な燃料噴射装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
最初に、本発明の理解を容易にするため、従来の燃料噴射装置より説明する。該従来の燃料噴射装置は、基本的に特許文献１の第５実施形態であり、第５実施形態のベースとして特許文献１の第２実施形態がある。
従来の燃料噴射装置９００を図７から図９に示す。これらは、概略、特許文献１の図４から図６および図１４から図１６に相当するものである。図７は該燃料噴射装置９００の断面図である。図７に示す燃料が噴射されない第１モードにおいては、噴孔開閉弁としての第１開閉弁（インナーニードル）および第２開閉弁（アウターニードル）のリフト量がゼロになっている。図７において、１は燃料が噴射される噴孔、２は噴孔１を第２シート位置において開閉するためのアウターニードル、３はアウターニードル２の閉弁時にアウターニードル２が着座する第２シート位置である。５は噴孔１を第１シート位置６において開閉するためにアウターニードル２の内側に配置されたインナーニードル、６はインナーニードル５の閉弁時にインナーニードル５が着座する第１シート位置である。本例では、アウターニードル２およびインナーニードル５は上側にリフトするように配置されている。
【００１６】
７は噴孔１に燃料を供給するための第２燃料供給通路である。第１燃料供給通路７内の燃料により、アウターニードル２は開弁側（図７の上側）に付勢される。８はアウターニードル２を閉弁側（図７の下側）に付勢するための第２制御室、９はアウターニードル２を閉弁側（図７の下側）に付勢するための第２スプリングである。１１は第２制御室８から流出する燃料量を設定するための第２アウトレットオリフィスである。１６は第１制御室１３から流出する燃料量を設定するための第１アウトレットオリフィスである。１２は噴孔１に燃料を供給するための第１燃料供給通路である。第１燃料供給通路１２内の燃料により、インナーニードル５は開弁側（図７の上側）に付勢される。１３はインナーニードル５を閉弁側（図７の下側）に付勢するための第１制御室、１４はインナーニードル５を閉弁側（図７の下側）に付勢するための第１スプリング、１５は第１制御室１３内に流入する燃料量を設定するための第１インレットオリフィスである。
【００１７】
１７は第２制御室８内の圧力および第１制御室１３内の圧力を制御するための圧力制御弁である。圧力制御弁１７は、３位置制御弁であり、下側にリフトするように配置されている。１８は圧力制御弁１７を収容する制御弁室である。２０は圧力制御弁１７を駆動するためのピエゾ式アクチュエータである。圧力制御弁１７を駆動するために他の任意のアクチュエータを使用可能である。２１はアウターニードル２の先端部、２２はサック部である。５０は、アウターニードル２の先端部２１に配置されて、第１シート位置６を通って噴孔１内に流入する燃料量を設定するためのオリフィスである。オリフィス５０の通路断面積は、噴孔１の全噴孔断面積よりも小さく設定されている。該オリフィス５０を通過した燃料により低圧噴射を実行するためである。そして、第２シート位置３における、アウターニードル２のフルリフト時の燃料流通用開口通路断面積は、もちろん噴孔１の全噴孔断面積よりも十分に大きく設定されている。第２シート位置３を通過した燃料により高圧噴射を実行するためである。６０は、燃料噴射装置９００のハウジングとしての機能を持つ弁ボディである。弁ボディ６０の先端部６０Ａには、噴孔１が形成されている。
【００１８】
図７に示す噴孔１から燃料が噴射されない第１モードにおいては、圧力制御弁１７のリフト量がゼロとされ、そのため、制御弁室１８内の燃料がリターン通路に流出できなくなり、制御弁室１８、第２制御室８および第１制御室１３内の圧力が上昇する。その結果、アウターニードル２およびインナーニードル５が閉弁側（図７の下側）に付勢され、アウターニードル２およびインナーニードル５のリフト量はゼロになっている。
【００１９】
図８は、第２シート位置３からは噴孔１へ燃料が供給されず、第１シート位置６およびオリフィス５０を介して噴孔１に燃料が供給され、噴孔１から燃料が噴射される第２モードを示した図である。図８に示すように、第２モードにおいては、圧力制御弁１７がフルリフト位置に配置される。圧力制御弁１７がフルリフト位置に配置されると、第２制御室８内の燃料は第２アウトレットオリフィス１１および制御弁室１８を介してリターン通路に流出することができず、第２制御室８内の圧力が高い状態のまま維持される。その結果、アウターニードル２のリフト量がゼロのまま維持され、第２シート位置３を介して噴孔１へ燃料が供給されない。一方、第１制御室１３内の燃料は第１アウトレットオリフィス１６および制御弁室１８を介してリターン通路に流出できるようになり、第２制御室１３内の圧力が減少する。その結果、インナーニードル５はリフトせしめられ、第１シート位置６およびオリフィス５０を介して噴孔１に燃料が供給され、噴孔１から燃料が噴射される。図８に示した第２モードは、例えばパイロット噴射域や低負荷域において使用され、微粒化のよい貫徹力の小さい噴霧が提供される。
【００２０】
図９は、第１シート位置６および第２シート位置３の両方を介して噴孔１へ燃料が供給され、噴孔１から燃料が噴射される第３モードを示した図である。図９に示すように、第３モードにおいては、圧力制御弁１７が中間リフト位置に配置される。圧力制御弁１７が中間リフト位置に配置されると、第１制御室１３内の燃料が第１アウトレットオリフィス１６および制御弁室１８を介してリターン通路に流出できるようになり、第１制御室１３内の圧力が減少する。その結果、インナーニードル５がリフトせしめられ、第１シート位置６およびオリフィス５０を介して噴孔１に燃料が供給され、噴孔１から燃料が噴射される。更に、第２制御室８内の燃料も第２アウトレットオリフィス１１および制御弁室１８を介してリターン通路に流出できるようになり、第２制御室８内の圧力が減少する。その結果、アウターニードル２がリフトせしめられ、さらに第２シート位置３を介しても噴孔１に燃料が供給され、噴孔１から燃料が噴射される。つまり、第１シート位置６および第２シート位置３の両方から噴孔１に燃料が供給され、噴孔１から燃料が噴射される。図９に示した第３モードは、例えば高出力が要求される出力域において使用され、高噴射率の噴射が行われる。
【００２１】
図示しないが、図９に示した第３モードから図７に示した第１モードに切換えられるとき、つまり、アウターニードル２およびインナーニードル５が開弁された状態からアウターニードル２およびインナーニードル５が閉弁された状態に切換えられるとき、最初にアウターニードル２が第２シート位置３に着座せしめられ、次いでインナーニードル５が第１シート位置６に着座せしめられるように、第２インレットオリフィス１０、第２アウトレットオリフィス１１、第１インレットオリフィス１５および第１アウトレットオリフィス１６は設定されている。
【００２２】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の第１実施形態に係る燃料噴射装置を図１に示す。図１は本発明に係る燃料噴射装置の第１実施形態の、従来例に係る図７と同様の断面図である。図１において、図７に示した参照番号と同一の参照番号は、図７に示した部品または部分と同一の部品または部分を示している。
第１実施形態は、従来例とは、第１制御室１３と第２制御室８が共通の一つの制御室８Ａに、これに伴い第１入口オリフィス１５と第２入口オリフィス１０が共通の一つの入口オリフィス１０Ａに、そして第１出口オリフィス１６と第２出口オリフィス１１が共通の一つの出口オリフィス１１Ａになっていることが基本的に相違している。
第１実施形態は、従来例に比し、構造が単純化されている。これにより、燃料噴射装置をコンパクト化でき信頼性向上が図れるので該装置の量産が可能となる。
【００２３】
第１実施形態では、第１スプリングの取付荷重と第２スプリングの取付荷重との相対関係が重要となる。第２スプリング９の取付荷重と第１スプリング１４の取付荷重を以下の関係式（数式１）に従って、設定することにより、噴射開始時には先にインナーニードル２を開弁させることができ、噴射終了時には先にアウターニードル５を閉弁させることができる。なお、修正係数ξは、上記作動を確実にするための補正値である。
【００２４】
【数１】
2007016714.tif 000003
ここで、Ｆsp1…第１スプリングの取付荷重
Ｆsp2…第２スプリングの取付荷重
Ｄ1  …インナーニードル外径
Ｄ2  …アウターニードル外径
ξ   …修正係数
【００２５】
第１実施形態では、第１制御室と第２制御室が共通の一つの制御室８Ａになっているため、インナーニードルおよびアウターニードルの動きと制御室８Ａ内の圧力が相互に複雑に影響しあっている（図２（ｃ）参照）。このため、インナーニードルとアウターニードルの閉弁順序が重要となる。
仮に、インナーニードルが先に閉じ始めて、その後にアウターニードルが閉じ始めると、その両者の移動中に前者が後者に衝突する場合があり、この場合、インナーニードルおよびアウターニードルの動きと制御室８Ａ内の圧力が複雑な様相を呈し、インナーニードルおよびアウターニードルの動きが不安定となる。このため毎回時噴射量が大きく変動し、噴射量制御（ガバニング）が不安定となる現象を生じる。
【００２６】
ここで、第１実施形態に係る燃料噴射装置１００の作動について、図２を参照しながら説明する。なお、図２（ａ）は、該燃料噴射装置１００における、時間ｔに対する噴射量すなわち噴射率を表しており、図２（ｂ）は、時間に対するニードル弁リフトＮに関して、インナーニードルリフトＮ1を実線で、アウターニードルリフトＮ2を破線で表しており、図２（ｃ）は、時間に対する制御室８Ａの圧力Ｐを、図２（ｄ）は、時間に対する制御弁リフトＬ（図９参照）を、表している。図２（ａ）〜（ｄ）に関して、時間軸は完全に共通のものである。
【００２７】
（１）制御装置からピエゾ式アクチュエータ駆動回路に駆動パルスが入力され、該駆動回路により、時刻ｔ1に、ピエゾ式アクチュエータ２０に最大電圧がオンされると、図２（ｄ）に示すように、ピエゾ式アクチュエータに連結された制御弁１７が、閉塞位置Ｌ0から図１の下側へ移動し、制御弁室１８の底面に当接し、この当接した位置でそのまま維持される。この当接した位置が制御弁１７のフルリフト位置Ｌ1となる。これにより、制御室８Ａ内の燃料は第１出口オリフィス１１Ａおよび制御弁室１８を介してリターン通路に流出できるようになり、制御室１８内の圧力が減少する。
【００２８】
その結果、図２（ｃ）に示すように、時刻ｔ2に、制御室圧ＰはＰ1aとなり、インナーニードル５に掛かる上昇力Ｆ1が制御室圧Ｐによる下降力ｆ1に打ち勝ち、インナーニードル５は図１の上側へリフトを開始し、第１シート位置６が開放されてオリフィス５０から噴孔１へ燃料が供給されて噴孔１から燃料が噴射され始め、初期噴射（低圧噴射）が始まる。インナーニードル５はフルリフトしてそのまま維持される。時刻ｔ3に、制御室圧ＰはＰ2aとなり、アウターニードル２に掛かる上昇力Ｆ2が制御室圧Ｐによる下降力ｆ2に打ち勝ち、アウターニードル２も図１の上側へリフトを開始し、第２シート位置３が開放されて第２シート位置３からも噴孔１へ燃料が供給されて噴孔１から多量の燃料が噴射され始め、メイン噴射（高圧噴射）が始まり、アウターニードル２はフルリフトしてそのまま維持される。
【００２９】
（２）図２（ｄ）に示すように、時刻ｔ4に、ピエゾ式アクチュエータ２０にオンされている最大電圧がオフされると、制御弁１７が、フルリフト位置Ｌ1から図１の上側へ移動し、再び閉塞位置Ｌ0に戻りそのまま維持される。すると、制御弁室１８内の燃料がリターン通路に流出できなくなり、制御弁室１８、制御室８Ａ内の圧力が上昇する。その結果、時刻ｔ5に、制御室圧ＰはＰ2bとなり、アウターニードル２に掛かる制御室圧Ｐによる下降力ｆ2が上昇力Ｆ2に打ち勝ち、アウターニードル２が閉弁側（図１の下側）に付勢され、図２（ｂ）に示すように、時刻ｔ6に、アウターニードル２はリフト量がゼロとなる。更に、時刻ｔ7に、制御室圧ＰはＰ1bとなり、インナーニードル５に掛かる制御室圧Ｐによる下降力ｆ1が上昇力Ｆ1に打ち勝ち、インナーニードル５が閉弁側（図１の下側）に付勢され、図２（ｂ）に示すように、時刻ｔ8に、インナーニードル５はアウターニードル２のリフト量と同じくゼロになり、燃料噴射が完全に終了する。
（３）こうして、本発明に係る燃料噴射装置１００の作動の１サイクルが終了する。後は、このサイクルが繰り返される。
【００３０】
ここで、特に注目すべきは、制御室圧Ｐの挙動である。図２（ｃ）に示すように、制御室圧Ｐは、ニードル弁の動きにより複雑な様相を呈している。すなわち、ニードル弁が上昇すると一つの制御室８Ａ内の燃料は、ニードル弁によるピストン運動により圧縮を受け、圧力が上昇する。逆に、ニードル弁が下降すると一つの制御室８Ａ内の燃料は、ニードル弁によるピストン運動により膨張して、圧力が下降する。ニードル弁は、これらの圧力現象とバランスして運動することとなる。
【００３１】
次に、制御弁リフト量を変化させた場合の噴射モードの変化について、図３を参照しながら説明する。
図３には、制御弁が３種類の各リフト量で作動する場合の各噴射率、インナーおよびアウターニードルの各作動プロセスを表している。図３において、制御弁が３種類の各リフト量で作動する場合、各要素のプロセスを、各リフト量が小さくなるのに従い、それぞれ噴射モードＬ１、Ｌ２、Ｌ３としてそれぞれ実線、破線、一点鎖線で表している。制御弁リフト量Ｌが小さくなるのに従い、制御弁の弁開口面積が小さくなり、制御弁開弁時の制御室圧の降下速度が小さくなる。該弁開口部は、絞り機能を有するからである。このため図３（ｃ）に示すように、アウターニードルの開弁時期がそれに従い、遅くなり、遂には噴射モードＬ３ではアウターニードルは開弁しなくなる。これにより、図３（ａ）に示すように、噴射率形状は、低噴射率期間Ｘが、制御弁リフト量が小さくなるのに従い長くなり、遂には高噴射率期間の存在しない噴射率形状となる。すなわち、高噴射率期間の存在しない噴射率形状とは、完全低噴射率モードということである。
【００３２】
制御弁を３位置制御弁とした場合、図３（ｄ）に示すように、該３位置制御弁のフルリフト量を噴射モードＬ１の制御弁リフト量Ｌ1と設定し、該３位置制御弁の中間リフト量を噴射モードＬ２またはＬ３のいずれかの制御弁リフト量Ｌ2またはＬ3に設定することが可能となる。これにより、高速高負荷時に噴射モードＬ１を使用し、低中速時に噴射モードＬ２を使用することができる。高速時には、エンジン騒音は駆動ギヤ音が主体となり、燃焼騒音抑止よりも出力が重視されるため、低噴射率期間Ｘは、短くて良いからである。そして低中速時には、燃焼騒音抑止のため、低噴射率期間Ｘを長くするのである。
また、高負荷時に噴射モードＬ１を使用し、低負荷時に噴射モードＬ３を使用することもできる。さらに、最初に噴射モードＬ３の噴射を実行して噴射を一時中止し、その後噴射モードＬ１の噴射を実行することにより、パイロット噴射が可能となる。また、これと逆の順序による噴射モードの噴射を実行することにより、アフター噴射を実行することが可能となる。この他の噴射モードの任意の組合わせ使用は、もちろん可能である。
【００３３】
すなわち、噴射モードＬ１、Ｌ２、Ｌ３のいずれか２つを連続してあるいは不連続（噴射を一時中止）に切換えるような噴射モードを実行することが可能となる。なお、連続して切換えるような噴射モードとは、例えば、初期噴射（低圧噴射）の後続けてメイン噴射（高圧噴射）をするモード、あるいはメイン噴射（高圧噴射）の後続けてアフタ噴射（低圧噴射）をするモードを意味する。そして、不連続に切換えるような噴射モードとは、分割噴射モードを意味する。
もちろん、制御弁を４位置制御弁とした場合には、噴射モードＬ１、Ｌ２、Ｌ３を全て自在に使用することができる。
【００３４】
こうして、制御室を一つにした燃料噴射装置において、３位置制御弁の中間リフト量、詳細に言えば中間リフト位置における制御弁開口通路断面積（絞り断面積）を最適値に設定し、３位置制御弁のフルリフトと中間リフトとゼロリフトとを自在に切換え選択することにより、エンジン運転条件に応じた最適な燃料噴射モードを形成可能にすることができる。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態から第４実施形態について図４から図６を参照しながら、説明する。これらは、全て噴孔１を変形して第１実施形態の機能をさらに向上させるものである。
【００３６】
図４は、本発明の第２実施形態に基づく噴孔１の近傍の部分拡大断面図である。図４（ａ）は、第２シート位置３からは噴孔１へ燃料が供給されず、第１シート位置６およびオリフィス５０を介して噴孔１に燃料が供給され、噴孔１から燃料が噴射される第２モードを表している。図４（ｂ）は、第１シート位置６および第２シート位置３の両方を介して噴孔１へ燃料が供給され、噴孔１から燃料が噴射される第３モードを表している。
【００３７】
噴孔１は、噴孔入口側において、第２シート位置３側の端部が丸められておりかつ第２シート位置３の反対側端部は鋭角状態となっている。これにより、図４（ａ）に示す第２モード時には、第１燃料供給通路１２からオリフィス５０を経由して噴孔１へ供給された燃料は、鋭角状態となっている噴孔１の入口から噴孔１内へ流入するため、燃料流れは該鋭角によりせん断を受け渦を発生させ乱流となる。このため、噴孔１の出口から噴射される噴霧は、微粒化が一層進み貫徹力もさらに弱まる。これによりシリンダに付着する燃料も少なくなる。すなわち、低負荷運転時に適した噴霧となる。
【００３８】
一方、図４（ｂ）に示す第３モード時には、第２燃料供給通路７から第２シート位置３を経由して噴孔１へ供給された多量の燃料は、第２シート位置側の端部が丸められている噴孔入口から流入する。このため燃料流れはせん断を受けることはなく、噴孔１の出口から噴射される噴霧は、層流状態で貫徹力の一層強いものとなる。なお、第１燃料供給通路１２からオリフィス５０を経由して噴孔１へ供給された少量の燃料は、上述同様微粒化が進んだ噴霧を形成する。すなわち、多量の燃料による貫徹力の強い噴霧と小量の燃料による微粒化が進んだ噴霧の合体噴霧となり、高負荷運転時に適した噴霧となる。
【００３９】
図５は、本発明の第３実施形態に基づく噴孔１の近傍の部分拡大断面図である。図５（ａ）は、第２シート位置３からは噴孔１へ燃料が供給されず、第１シート位置６およびオリフィス５０を介して噴孔１に燃料が供給され、噴孔１から燃料が噴射される第２モードを表している。図５（ｂ）は、第１シート位置６および第２シート位置３の両方を介して噴孔１へ燃料が供給され、噴孔１から燃料が噴射される第３モードを表している。
【００４０】
第３実施形態に基づく噴孔１は、出口側において、入口側噴孔軸線１Ａよりも弁ボディ先端６０Ａ側へ傾いた軸線１Ｂを持つテーパ部１Ｃを有している。図５（ａ）に示す第２モード時には、第１シート位置６およびオリフィス５０を介して流入してきた燃料は、第２シート部３の閉鎖壁に阻まれ、方向を転換させられ、噴孔１の入口より噴孔１内へ流入する。このため、噴孔１内へ流入した燃料は、図５（ａ）における下向きベクトル流を内在しており、噴孔１内のテーパ部１Ｃへ達すると、該テーパ軸線に沿って進行し、噴孔１より噴射されると該テーパ軸線を中心線とする噴霧となる。こうして噴霧角θ1は小さくなる。
【００４１】
そして、図５（ｂ）に示す第３モード時には、アウタニードル２は上昇しているので、第１シート位置６および第２シート位置３の両方を介して流入してきた燃料は、第２シート部３の閉鎖壁に阻まれることはなく、噴孔１の入口より噴孔１内へ流入する。このため、燃料流れは上記下向きベクトル流を内在することは無く、噴孔１の軸線１Ａに沿って流入し、噴孔１の出口より噴孔１の軸線１Ａに沿ってそのまま噴射される。こうして噴霧角θ2は大きくなる。
【００４２】
すなわち、第２モード時の噴霧角θ1は小さく、第３モード時の噴霧角θ2は大きく形成される。この噴孔形状は特にパイロット噴射あるいは初期低圧噴射に適しており、これにより、低圧噴射時には、噴霧角が小さい噴霧を発生させることが可能となり、噴霧をピストンキャビティ最適位置に向けることにより（特にパイロット噴射を採用するエンジンにおいて、低圧噴射時にはピストンが噴孔より離れた位置にある）シリンダに燃料が付着することを抑制でき、高圧噴射時にも、噴霧をピストンキャビティ最適位置に向ける（特にパイロット噴射を採用するエンジンにおいて、高圧噴射時にはピストンが噴孔に近づいた位置にある）ことが可能となる。
【００４３】
図６は、本発明の第３実施形態に基づく噴孔１の近傍の部分拡大断面図である。図６（ａ）は、第２シート位置３からは噴孔１へ燃料が供給されず、第１シート位置６およびオリフィス５０を介して噴孔１に燃料が供給され、噴孔１から燃料が噴射される第２モードを表している。図６（ｂ）は、第１シート位置６および第２シート位置３の両方を介して噴孔１へ燃料が供給され、噴孔１から燃料が噴射される第３モードを表している。図６（ｃ）は、図６（ａ）において弁ボディ下端部６０ＡをＺ方向から見た平面図である。
【００４４】
図６（ｃ）に示すように、複数の噴孔１が、燃料噴射装置本体１００の中心軸線対して放射状に形成されている。第３実施形態に基づく噴孔１は、入口側において、第１シート位置３側の端部に、噴孔中心に対し偏心した燃料導入溝９１を有している。すなわち、弁ボディ６０の先端部６０Ａの内壁には、各噴孔１に対して偏心して燃料導入溝９１が形成されている。この燃料導入溝は、例えば、Ｖ字形又はＵ字形断面の切歯を移動させて切削加工される。
【００４５】
これにより、図６（ａ）に示す第２モード時には、燃料は、噴孔入口周囲部から各噴孔１に対して偏心して形成された燃料導入溝９１から噴孔１へ流入するために、噴孔１内を旋回して噴射され、中空円錐状の燃料噴霧となる。このように中空円錐状に燃料を噴射することにより、噴射燃料は容易に微粒化される。特許文献２には、本発明と同様な燃料導入溝を有する噴孔が開示されているが、低噴射率モードにおける開弁時に噴孔に近接するニードル弁の移動により噴孔の入口近傍の燃料が乱され、噴孔内旋回流が不安定となる欠点を有していた。しかし、本発明においては、噴孔に近接するニードル弁（アウタニードル）は移動していないため、噴孔入口近傍の燃料が乱され、噴孔内旋回流が不安定となることは無く、安定した噴孔内旋回流が得られる。すなわち、安定した中空円錐状の燃料噴霧が得られる。
【００４６】
そして、図６（ｂ）に示す第３モード時には、アウタニードル２は上昇しているので、第２シート位置３を介して流入してきた多量の燃料は、燃料導入溝９１を案内にはせず直接的に噴孔１へ流入するために、噴孔１内を旋回することは無く噴射されるため、貫徹力の強い、高負荷時に適した噴霧が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る燃料噴射装置の第１実施形態の断面図である。
【図２】図１の燃料噴射装置の作動を説明する図である。
【図３】図１の燃料噴射装置の制御弁リフトを変化させた時の作動図である。
【図４】本発明に係る燃料噴射装置の第２実施形態の要部断面図である。
【図５】本発明に係る燃料噴射装置の第３実施形態の要部断面図である。
【図６】本発明に係る燃料噴射装置の第４実施形態の要部断面図である。
【図７】従来の燃料噴射装置の第１モード時の断面図である。
【図８】従来の燃料噴射装置の第２モード時の断面図である。
【図９】従来の燃料噴射装置の第３モード時の断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    噴孔
２    第２開閉弁（アウターニードル）
３    第２シート位置
５    第１開閉弁（インナーニードル）
６    第１シート位置
７    第２燃料供給通路
８    第２制御室
１０    第２インレットオリフィス
１１    第２アウトレットオリフィス
１２    第１燃料供給通路
１３    第１制御室
１５    第１インレットオリフィス
１６    第１アウトレットオリフィス
１７    圧力制御弁
１８    制御弁室
２０    ピエゾ式アクチュエータ
２１    第２開閉弁の先端部
２２    サック部
５０    第２開閉弁に配置されたオリフィス
６０    弁ボディ
６０Ａ    弁ボディ先端部
１００    本発明に係る燃料噴射装置
９００    従来の燃料噴射装置
【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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