(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コモンレールに蓄圧状態で蓄えられている燃料を噴射する燃料噴射装置であって、
前記コモンレールから供給された燃料を増圧する増圧手段と、
燃料が噴射される噴孔を有し、前記コモンレールから供給された燃料、または前記増圧手段で増圧された燃料が噴射されるノズル部と、
前記コモンレールから供給される燃料の流れを開閉する二位置二方弁の弁部を有し、前記弁部の開閉により前記噴孔の開閉の制御とともに前記増圧手段の作動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記噴孔の開閉を制御するために前記ノズル部のノズル制御室へ供給される燃料、ならびに前記増圧手段の作動を制御するために前記増圧手段のピストン制御室へ供給される燃料が流れる流路を有し、
前記ノズル制御室および前記ピストン制御室は、前記弁部から前記ノズル制御室、前記ピストン制御室の順に配置され、かつ、前記ノズル制御室が前記流路を経由して前記弁部に接続されており、
前記弁部は、前記流路と前記燃料を前記燃料噴射装置の外部へ逃がすアウトレットとの間を開または閉のいずれかに切替えることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
コモンレールに蓄圧状態で蓄えられている燃料を噴射する燃料噴射装置であって、
前記コモンレールから供給された燃料を増圧する増圧手段と、
燃料が噴射される噴孔を有し、前記コモンレールから供給された燃料、または前記増圧手段で増圧された燃料が噴射されるノズル部と、
前記コモンレールから供給される燃料の流れを開閉する三位置三方弁の弁部を１つのみ有し、前記弁部の開閉により前記噴孔の開閉の制御とともに前記増圧手段の作動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記噴孔の開閉を制御するために前記ノズル部へ供給される燃料が流れる第一流路と、前記増圧手段の作動を制御するために前記増圧手段へ供給される燃料が流れる第二流路とを有し、
前記弁部は、一体として作動する１つの弁部材と前記弁部材が着座可能な第一弁座部および第二弁座部とを有し、前記第一流路と前記燃料を前記燃料噴射装置の外部へ逃がすアウトレットとの間、および前記第二流路と前記アウトレットとの間を、開と閉の組み合わせを異ならせて複数段に切替えることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
前記ノズル部は、前記噴孔が形成されているノズルボディと、前記噴孔を開閉する弁部材とを有し、
前記弁部材は前記ノズルボディとの間の距離が異なる第一リフト量または第二リフト量の二段階にリフト量が制御され、
前記ノズルボディは、前記弁部材が前記第一リフト量のとき開放される第一噴孔と、前記弁部材が前記第二リフト量のとき前記第一噴孔に加えて開放される第二噴孔とを有することを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記弁部材のリフト量は、前記増圧手段による増圧の有無によって変更されることを特徴とする請求項３記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン、特にディーゼルエンジンの排気に含まれるＮＯｘなどの低減、ならびに燃費および性能を向上するため、エンジンへの燃料の噴射状態を制御し最適な燃焼を確保する必要がある。エンジンへの燃料の噴射状態を制御可能なシステムとして、例えば燃料を蓄圧状態で蓄えるコモンレール、ならびにコモンレールに蓄えられた燃料を噴射する燃料噴射装置を備えるコモンレール式の燃料噴射システムが公知である。このコモンレール式の燃料噴射システムによると、燃料噴射装置から噴射される燃料の噴射圧力、噴射量および噴射時期は電子的に制御される。コモンレール式の燃料噴射システムとしては、コモンレールに高圧の燃料を蓄えることで噴射圧力を一定に保持し、燃料の噴射量および噴射時期を制御する形式のものが広く利用されている。
一方、例えば特許第２５２６６２０号に開示されている技術のように、比較的低圧の燃料をコモンレールに蓄え、蓄えられている低圧の燃料を受圧面積の異なる二段ピストンを有する増圧手段により増圧し、高圧の燃料を噴射する形式がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ディーゼルエンジンの場合、エンジンの負荷状態にあわせて燃料の噴射特性すなわち燃料の噴射圧力、噴射量、噴射時期あるいは噴霧の形状を変更することが望ましい。また、エンジンの負荷状態だけでなく、一回の燃料の噴射においても噴射の初期と後期とでは噴射特性を変更することが望ましい。
上記のいずれの形式の技術の場合も、燃料噴射装置から噴射される燃料の噴射率を可変する試みが提案されている。
【０００４】
しかしながら、燃料の噴射特性を可変するためには、燃料噴射装置の構造が複雑化するという問題がある。そのため、技術的に解決すべき点が多く、従来の技術では必要とされる要求を十分に満たすことができない。
また、一回の燃料の噴射の途中において燃料の噴射圧力および噴射量など燃料の噴射特性を変更し、最適な噴射特性を確保することは極めて困難である。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、構造が簡単であり、一回の燃料の噴射中に噴射特性が変更される燃料噴射装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、一回の燃料の噴射中に噴射特性および噴霧の形状が変更される燃料噴射装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の燃料噴射装置によると、増圧手段によりコモンレールから供給された燃料は増圧され、ノズル部へ供給される。これにより、ノズル部からは、コモンレールからの供給された圧力で噴射される燃料、または増圧手段で増圧された燃料が噴射される。そのため、制御手段によりノズル部および増圧手段を制御することにより、ノズル部からは一回の燃料の噴射でコモンレールに蓄圧された圧力の燃料と増圧された燃料とが噴射される。したがって、一回の燃料の噴射中に燃料の噴射特性を変更することができる。
【０００７】
また、増圧手段およびノズル部はいずれも制御手段によって作動が制御される。そのため、増圧手段およびノズル部を制御するために個々に制御手段を必要としない。したがって、構造の簡略化ならびに体格の小型化を図ることができる。
【０００８】
また、本発明の請求項１記載の燃料噴射装置によると、制御手段は、噴孔の開閉を制御するためにノズル部のノズル制御室へ供給される燃料、ならびに増圧手段の作動を制御するために増圧手段のピストン制御室へ供給される燃料が流れる流路、および二位置二方弁の弁部を有している。また、ノズル制御室およびピストン制御室は、弁部からノズル制御室、ピストン制御室の順に配置され、かつ、ノズル制御室が前記流路を経由して弁部に接続されている。制御手段の弁部は、ノズル部および増圧手段へ作動流体となる燃料を供給する前記流路と前記燃料を燃料噴射装置の外部へ逃がすアウトレットとの間を開または閉のいずれかに切替える。すなわち、制御手段は弁部によって流路を開閉することにより、ノズル部からの燃料の噴射、ならびに増圧手段による増圧の作動を制御することができる。そのため、単一の制御手段でノズル部および増圧手段を制御することができる。したがって、構造の簡略化ならびに体格の小型化を図ることができる。
【０００９】
本発明の請求項２記載の燃料噴射装置によると、制御手段は、噴孔の開閉を制御するためにノズル部へ供給される燃料が流れる第一流路と、増圧手段の作動を制御するために増圧手段へ供給される燃料が流れる第二流路とを有している。また、制御手段は、三位置三方弁の弁部を１つのみ有している。制御手段の弁部は、一体として作動する１つの弁部材と当該弁部材が着座可能な第一弁座部および第二弁座部とを有し、第一流路と前記燃料を燃料噴射装置の外部へ逃がすアウトレットとの間、および第二流路と前記アウトレットとの間を、開と閉の組み合わせを異ならせて複数段に切替える。そのため、単一の制御手段でノズル部および増圧手段を個々に制御することができる。したがって、構造の簡略化ならびに体格の小型化を図ることができる。また、ノズル部および増圧手段を個々に制御することにより、ノズル部から噴射される燃料の噴射特性を容易に変更することができる。
【００１０】
本発明の請求項３記載の燃料噴射装置によると、ノズル部は弁部材と弁ボディとからなり、弁部材は第一リフト量および第二リフト量の二段階にリフト可能である。弁ボディに形成されている第一噴孔および第二噴孔は弁部材のリフト量に応じて開口される。そのため、弁部材のリフト量に応じて燃料の噴射特性が変更される。したがって、一回の燃料の噴射中に燃料の噴射特性を変更することができる。
【００１３】
本発明の請求項４記載の燃料噴射装置によると、弁部材のリフト量は増圧手段による燃料の増圧の有無によって変更される。そのため、燃料が増圧されているか否かによって開放される噴孔が変更され、噴孔から噴射される噴霧の形状を変更することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による燃料噴射装置としてのインジェクタを図１および図２に示す。
インジェクタ１は、図２に示すようにコモンレール式の燃料噴射システムに適用される。なお、図２は、第１実施例によるインジェクタ１を適用した油圧回路を示す模式図である。インジェクタ１は、図示しないディーゼルエンジンのシリンダヘッドに挿入して搭載され、ディーゼルエンジンの各気筒の内部へ燃料を直接噴射する。
【００１５】
インジェクタ１は、図１に示すようにボディ１０、ボディチップ３０、パッキンチップ４０、ノズル部本体５０、リテーニングナット５７および制御手段として電磁弁部６０を備えている。
ボディ１０は、概略筒形状に形成されており、内部に大径収容部１１、小径収容部１２、ピストン室１３、ピストン制御室１４、通路１５、通路１６および通路１７が形成されている。大径収容部１１にはピストン２１が収容され、小径収容部１２にはプランジャ２２が収容されている。ピストン２１およびプランジャ２２は、ボディ１０の内周面と油密を保持した状態で一体となって摺動する。大径収容部１１に収容されているピストン２１のノズル部本体側は、ピストン制御室１４となっている。ピストン制御室１４にはスプリング１４１が収容されており、スプリング１４１はピストン２１を反ノズル部本体方向すなわち図２の上方へ付勢している。大径収容部１１の反ノズル部本体側の端部はピストン室１３となっている。
【００１６】
ピストン室１３および通路１５は、図２に示すコモンレール２と接続されているインレット３に連通している。コモンレール２に蓄えられた高圧の燃料は、供給路およびインレット３を経由して通路１５およびピストン室１３へ供給される。ピストン室１３の反ノズル部本体側には、絞り部１８ａを有する通路１８が連通している。
【００１７】
ボディチップ３０は、ボディ１０のノズル部本体側の端部に設置されている。ボディチップ３０は、内部に第一逆止弁３１、プランジャ室３２、通路３３、通路３４および通路３５が形成されている。第一逆止弁３１は、弁体３１１およびスプリング３１２から構成されており、弁体３１１はボディ１０とボディチップ３０との接合部に形成されている弁座３１３に当接可能である。スプリング３１２は、弁体３１１を弁座方向すなわちボディ１０方向へ付勢している。第一逆止弁３１は、プランジャ室３２および通路３３からボディ１０の通路１５への燃料の逆流を防止する。プランジャ室３２は、一端が第一逆止弁３１に連通し、他端がボディ１０の小径収容部１２に連通している。通路３３は、第一逆止弁３１を経由してボディ１０の通路１５に連通している。通路３４は、ボディ１０の通路１６を経由してピストン制御室１４に連通している。通路３５は、通路３４およびボディ１０の通路１７に連通している。
【００１８】
パッキンチップ４０は、ボディチップ３０のノズル部本体側の端部に設置されている。パッキンチップ４０は、内部に第二逆止弁４１、ノズル制御室４２および通路４３が形成されている。第二逆止弁４１は、弁体４１１およびスプリング４１２から構成されており、弁体４１１はボディチップ３０とパッキンチップ４０との接合部に形成されている弁座４１３に当接可能である。スプリング４１２は、弁体４１１を弁座方向すなわちボディチップ方向へ付勢している。第二逆止弁４１は、通路４３からボディチップ３０の通路３３への燃料の逆流を防止する。ノズル制御室４２は、ボディチップ３０の通路３４および通路３５に連通している。ノズル制御室４２の内部には、プレッシャピン４４およびスプリング４５が収容されている。スプリング４５はプレッシャピン４４をノズル部本体５０方向へ付勢している。
【００１９】
ノズル部本体５０は、ノズルボディ５１および弁部材としてのニードル５２を有している。ノズルボディ５１には、内部に通路５３および収容孔５４が形成されている。ノズルボディ５１には、反ボディ側の端部に噴孔５５が形成されている。噴孔５５は、ノズルボディ５１の内周側と外周側とを連通している。ノズルボディ５１の噴孔入口側には弁座部５１ａが形成されている。
【００２０】
ニードル５２は、ノズルボディ５１の内周面と油密を保持した状態で摺動する摺動部５２１を有している。通路５３の噴孔５５側のノズルボディ５１とニードル５２との間には、通路５３から流入した燃料が流れる隙間５６が形成されている。ニードル５２には当接部５２ａが形成されており、当接部５２ａはノズルボディ５１の弁座部５１ａに当接可能である。当接部５２ａが弁座部５１ａに着座することにより噴孔５５からの燃料の噴射が遮断され、当接部５２ａが弁座部５１ａから離座することにより噴孔５５からの燃料の噴射が開放される。
【００２１】
ニードル５２は反噴孔側の端部がプレッシャピン４４と当接している。プレッシャピン４４はスプリング４５によりニードル５２方向へ付勢されているため、ニードル５２は噴孔５５を閉塞する方向すなわち弁座部５１ａへ着座する方向へ付勢されている。
リテーニングナット５７は、ボディ１０、ボディチップ３０、パッキンチップ４０およびノズル部本体５０を直列に一体的に固定している。
ボディ１０、ボディチップ３０、ピストン２１、プランジャ２２およびスプリング１４１により特許請求の範囲の増圧手段が構成されている。また、パッキンチップ４０およびノズル部本体５０から特許請求の範囲のノズル部が構成されている。
【００２２】
電磁弁部６０は、弁部としての弁部材６１および弁ボディ６２を備え、弁部としてのシート部材６３とともにハウジング６４によってボディ１０に固定されている。弁部材６１は、反ボディ側の端部にアーマチャ６１１を有している。弁ボディ６２には、弁部材６１を摺動可能に収容する摺動孔６２１、ならびにボディ１０に形成されているアウトレット４に連通する通路６２２が形成されている。シート部材６３は、絞り部６３１ａを有する通路６３１と、通路６３２とが形成されている。通路６３１は、ボディ１０の通路１７および通路１８と弁ボディ６２の通路６２２とを接続する。通路６３１に形成されている絞り部６３１ａは、ボディ１０の通路１８に形成されている絞り部１８ａよりも開口面積が大きい。シート部材６３の通路６３１が開口している反ボディ側の端面は、弁部材６１が着座可能な弁座部６３ａである。通路６３２は、弁ボディ６２の通路６２２とボディ１０に形成されているアウトレット４とを接続する。
【００２３】
ハウジング６４の内部には、収容部６４ａが形成されている。収容部６４ａにはストッパ６４１およびスプリング６４２が収容されている。ストッパ６４１は弁部材６１のアーマチャ６１１と当接して弁部材６１のリフト量を規定する。スプリング６４２は弁部材６１を弁座部６３ａ方向へ付勢する。ハウジング６４の内部には、通電することにより磁界を発生するコイル６５が設置されている。コイル６５は、図示しないＥＣＵに接続されており、ＥＣＵから所定の電流値の電流が通電される。コイル６５に通電されると、コイル６５に発生する磁界によりハウジング６４およびアーマチャ６１１に磁気回路が構成され、ハウジング６４とアーマチャ６１１との間には磁気吸引力が発生する。これにより、弁部材６１は図１の上方へリフトする。すなわち、第１実施例によるインジェクタ１の電磁弁部６０は、弁部材６１が閉位置または開位置のいずれかに位置する二位置二方弁である。
弁ボディ６２に形成されている通路６２２、ならびにシート部材６３に形成されている通路６３１および通路６３２から特許請求の範囲の流路が構成されている。
【００２４】
次に、本実施例によるインジェクタ１の作動について説明する。
コイル６５への通電が停止されているとき、図１に示すように弁部材６１はスプリング６４２の付勢力により弁座部６３ａに着座している。そのため、コモンレール２から供給された燃料は、圧力が保持された状態でピストン室１３、通路１８、絞り部１８ａ、通路１７、通路３５を経由してノズル制御室４２へ供給される。そのため、ノズル制御室４２の高圧の燃料によりノズル部本体５０のニードル５２はスプリング４５のプレッシャピン４４を介した付勢力ととも弁座部５１ａ方向へ付勢され、当接部５２ａは弁座部５１ａに着座している。
【００２５】
また、このとき通路３４および通路１６を経由して高圧の燃料がピストン制御室１４へ供給され、通路１５および第一逆止弁３１を経由して高圧の燃料がプランジャ室３２へ供給されている。すなわち、ピストン室１３、プランジャ室３２およびピストン制御室１４の内部の燃料の圧力によりピストン２１およびプランジャ２２に作用する力はつり合っている。そのため、ピストン制御室１４に収容されているスプリング１４１の付勢力によりピストン２１は図１の上方へ移動する。ピストン２１が移動するにともなって、プランジャ室３２へは第一逆止弁３１を経由して通路１５から燃料が吸入される。
【００２６】
所定の時期にコイル６５への通電を開始すると、発生する磁気吸引力によりアーマチャ６１１はハウジング６４へ吸引され、弁部材６１は図１の上方へ移動し、ストッパ６４１と当接する。このとき、シート部材６３の弁座部６３ａから弁部材６１は離座し、シート部材６３の通路６３１の端部は開放される。そのため、通路６３１に連通している通路１７および通路１８の燃料は絞り部６３１ａを経由して弁ボディ６２の通路６２２へ流出する。通路６２２へ流出した燃料は、通路６３２およびアウトレット４からインジェクタ１の外部へ流出する。
【００２７】
絞り部６３１ａは絞り部１８ａより開口面積が大きいため、シート部材６３の通路６３１の内部における燃料の圧力は低下する。これにより、通路１７および通路３５の内部における燃料の圧力が低下する。その結果、通路１７および通路３５に連通するノズル制御室４２の内部における燃料の圧力が低下し、ニードル５２を噴孔閉塞方向へ付勢する力が弱まる。ニードル５２は高圧の燃料により当接部５２ａ近傍では噴孔開放方向への力を受けているため、ノズル制御室４２の燃料の圧力が低下することにより、噴孔閉塞方向への力は弱まり、ニードル５２は図１の上方へリフトを開始する。ニードル５２がリフトすることにより、当接部５２ａは弁座部５１ａから離座し、噴孔５５から燃料が噴射される。
【００２８】
さらに、通路１７および通路３５の内部における燃料の圧力が低下することにより、それに連通する通路３４および通路１６の内部における燃料の圧力が低下される。そのため、通路３４および通路１６に連通するピストン制御室１４の内部における燃料の圧力も低下する。このとき、ピストン室１３およびプランジャ室３２は、コモンレール２から供給された燃料により高圧に保持されている。ピストン２１はプランジャ２２よりも大径であるため、ピストン室１３またはプランジャ室３２の燃料の圧力を受ける面積はピストン２１の方が大きくなる。そのため、ピストン室１３の内部の燃料によりピストン２１に加わる力は、プランジャ室３２の内部の燃料によりプランジャ２２に加わる力より大きくなる。その結果、ピストン制御室１４の内部の燃料の圧力が低下することにより、ピストン２１は図１の下方へ移動し、ピストン２１と当接するプランジャ２２もピストン２１と一体に図１の下方に移動する。これにより、パスカルの原理に基づいてプランジャ室３２の燃料の圧力は、ピストン室１３の燃料の圧力すなわちコモンレール２から供給される燃料の圧力の面積比（ピストン受圧面積／プランジャ受圧面積）倍に増圧され、超高圧となる。
【００２９】
超高圧となった燃料は、第一逆止弁３１により通路１５方向への逆流が防止され、通路３３から第二逆止弁４１を開弁し通路４３および通路５３を経由して噴孔５５へ供給される。以上の作動により、燃料の噴射の途中にコモンレール２の圧力による燃料の噴射から超高圧の燃料の噴射へ移行する。
【００３０】
噴孔５５から所定の噴射量の燃料が噴射されると、所定の時期にコイル６５への通電が停止される。コイル６５への通電が停止されると、弁部材６１が図１の下方へ移動し、弁座部６３ａに着座する。これにより、通路１７および通路１８から弁ボディ６２の通路６２２への燃料が流出が遮断される。そのため、通路１７、通路１８、通路３５、通路３４および通路１６の内部における燃料の圧力が上昇し、ノズル制御室４２およびピストン制御室１４の圧力も上昇する。その結果、ニードル５２の当接部５２ａはノズルボディ５１の弁座部５１ａへ着座し、燃料の噴射が終了する。そして、スプリング１４１の付勢力により再びピストン２１およびプランジャ２２が図２の上方へ移動し、プランジャ室３２へ燃料が吸入される。コイル６５への通電を再開することにより、上述の作動が繰り返される。
【００３１】
以上、説明したように、本発明の第１実施例によるインジェクタ１によると、燃料の噴射量および噴射時期は、ノズル制御室４２の内部の燃料の圧力を制御することにより設定される。また、一回の燃料の噴射期間中における燃料の噴射圧力および噴射率の変更は、ピストン制御室１４の圧力を低下させるタイミングによって設定することができ、噴射圧力および噴射率など噴射特性を容易に変更することができる。
【００３２】
第１実施例では、一つの電磁弁部６０により噴孔５５からの燃料の噴射の断続、ならびに燃料の増圧を制御している。そのため、構造を簡単にすることができ、インジェクタ１の小型化を図ることができる。
第１実施例のインジェクタ１では、コモンレール２からの燃料を増圧しているため、燃料の噴射最大圧力をコモンレール２に蓄えられている燃料の圧力よりも大きくすることができる。したがって、燃料の微粒化を促進することができ、ディーゼルエンジンからのＮＯｘあるいは粒子状物質などの排出を低減することができる。
【００３３】
（第２実施例）
本発明の第２実施例によるインジェクタを図３および図４に示す。
第２実施例によるインジェクタ５は、ボディ７０、ボディチップ８０、パッキンチップ４０、ノズル部本体５０、リテーニングナット５７および制御手段として電磁弁部９０を備えている。
【００３４】
ボディ７０は、概略筒形状に形成されており、内部に大径収容部７１、小径収容部７２、ピストン室７３、ピストン制御室７４、通路７５、通路７６および通路７７が形成されている。大径収容部７１にはピストン２１が収容され、小径収容部７２にはプランジャ２２が収容されている。ピストン２１およびプランジャ２２は、ボディ７０の内周面と油密を保持した状態で一体となって摺動する。大径収容部７１に収容されているピストン２１のノズル部本体側は、ピストン制御室７４となっている。ピストン制御室７４にはスプリング７４１が収容されており、スプリング７４１はピストン２１を反ノズル部本体方向すなわち図３の上方へ付勢している。大径収容部７１の反ノズル部本体側の端部はピストン室７３となっている。
【００３５】
ピストン室７３および通路７５は、図４に示すコモンレール２と接続されているインレット３に連通している。コモンレール２に蓄えられた高圧の燃料は、供給路およびインレット３を経由して通路７５およびピストン室７３へ供給される。また、ボディ１０には、絞り部７８ａを有し通路７５とピストン制御室７４とを連通する通路７８が形成されている。さらに、ボディ７０には、ピストン制御室７４に連通する通路７６が形成されている。
【００３６】
ボディチップ８０は、ボディ７０のノズル部本体側の端部に設置されている。ボディチップ８０は、内部に第一逆止弁８１、プランジャ室８２、通路８３、通路８４および通路８５が形成されている。第一逆止弁８１は、第１実施例と同様であるので説明を省略する。プランジャ室８２は、一端が第一逆止弁８１に連通し、他端がボディ７０の小径収容部７２に連通している。通路８３は、第一逆止弁８１を経由してボディ７０の通路７５に連通している。通路８４は、一端が絞り部８４ａを経由してプランジャ室８２に連通し、他端が通路８５に連通している。通路８５は、通路８４、ノズル制御室４２およびボディ７０の通路７７に連通している。
【００３７】
パッキンチップ４０、ノズル部本体５０およびリテーニングナット５７の構成は第１実施例と同様であるので説明を省略する。また、第１実施例と同様に、ボディ７０、ボディチップ８０、ピストン２１、プランジャ２２およびスプリング７４１により特許請求の範囲の増圧手段が構成されている。
【００３８】
電磁弁部９０は、弁部としての弁部材９１および弁ボディ９２を備え、弁部としてのシート部材９３とともにハウジング９４によってボディ７０に固定されている。弁部材９１は、ボディ側の端部が平面状に形成されている球状部材９１１、球状部を保持する弁軸部９１２、ならびに弁軸部の反ボディ側の端部に接続されているアーマチャ９１３を有している。弁ボディ９２には、弁部材９１の弁軸部９１２を摺動可能に収容する摺動孔９２１、通路９２２、通路９２３および通路９２４が形成されている。摺動孔９２１は通路９２２よりも小径に形成されており、摺動孔９２１と通路９２２との接続部には段差が形成される。この段差が球状部材９１１の弁軸部側の端部と当接する第一弁座部９２ａとなる。
【００３９】
シート部材９３は、絞り部９３１ａを有する通路９３１、絞り部９３２ａを有する通路９３２、ならびにボディ７０に形成されているアウトレット４に連通する通路９３３が形成されている。絞り部９３１ａは、ボディ７０に形成されている通路７８の絞り部７８ａより開口面積が大きい。絞り部９３２ａは、ボディチップ８０に形成されている通路８４の絞り部８４ａより開口面積が大きい。通路９３１は、弁ボディ９２に形成されている通路９２３とボディ７０に形成されている通路７６とを連通する。通路９３２は、弁ボディ９２に形成されている通路９２４とボディ７０に形成されている通路７７とを連通する。シート部材９３の通路９３３が開口している反ボディ側の端面は、弁部材９１の球状部材９１１が着座可能な第二弁座部９３ａである。
【００４０】
ハウジング９４の内部には、収容部９４ａが形成されている。収容部９４ａにはストッパ９４１および第一スプリング９４２および第二スプリング９４３が収容されている。ストッパ９４１は弁部材９１のアーマチャ９１３と当接して弁部材９１のリフト量を規定する。第一スプリング９４２は弁部材９１を弁座方向へ付勢する。第二スプリング９４３は、ストッパ９４１を弁部材方向へ付勢する。収容部９４ａには内周側に突出する段差部９４ｂが形成されており、ストッパ９４１の弁部材側は段差部９４ｂと当接し、ストッパ９４１の移動が規制される。
【００４１】
ハウジング９４の内部には、通電することにより磁界を発生するコイル９５が設置されている。コイル９５に通電すると、コイル９５に発生する磁界によりハウジング９４およびアーマチャ９１３に磁気回路が構成され、ハウジング９４とアーマチャ９１３との間には磁気吸引力が発生する。これにより、弁部材９１は図３の上方へリフトする。このとき、コイル９５へ通電する電流値を第一電流値と第一電流値よりも大きな第二電流値とに変更することにより、ハウジング９４とアーマチャ９１３との間に発生する磁気吸引力は変更される。
【００４２】
コイル９５に通電される電流値が第一電流値のとき、ハウジング９４とアーマチャ９１３との間に発生する磁気吸引力は比較的小さい。そのため、発生する磁気吸引力により弁部材９１は第一スプリング９４２の付勢力に抗してハウジング方向へリフトする。ストッパ９４１は第二スプリング９４３により付勢されているため、弁部材９１はアーマチャ９１３とストッパ９４１とが当接した位置で停止する。このとき、弁部材９１は、第二弁座部９３ａから離座し、第一弁座部９２ａと第二弁座部９３ａとの中間位置で停止する。そのため、通路９２３および通路９２４と通路９３３とが通路９２２を経由して連通し、通路９２３および通路９２４の燃料は通路９３３へ流出する。この位置を弁部材９１の第一リフト量とする。
【００４３】
一方、コイル９５に印加される電流値が第二電流値のとき、ハウジング９４とアーマチャ９１３との間に発生する磁気吸引力は第一電流値のときと比較して大きくなる。そのため、発生する磁気吸引力により弁部材９１は第一スプリング９４２および第二スプリング９４３の付勢力の和に抗してハウジング方向へリフトする。そして、弁部材９１は球状部材９１１と第一弁座部９２ａとが当接する位置でリフトが制限されるため、弁部材９１は停止する。このとき、弁部材９１は、第二弁座部９３ａから離座し、第一弁座部９２ａに着座する。そのため、通路９２３と通路９２２との間は連通が遮断され、通路９２４のみが通路９２２を経由して通路９３３と連通する。その結果、通路９２４からの燃料のみが通路９３３へ流出する。この位置を弁部材９１の第二リフト量とする。
【００４４】
すなわち、第２実施例によるインジェクタ５の電磁弁部９０は、弁部材９１が第一弁座部９２ａに着座し第二弁座部９３ａから離座する位置、第一弁座部９２ａから離座し第二弁座部９３ａに着座する位置、または第一弁座部９２ａおよび第二弁座部９３ａの双方から離座し第一弁座部９２ａと第二弁座部９３ａとの中間の位置のいずれかに位置する三位置三方弁である。
【００４５】
弁ボディ９２に形成されている通路９２２および通路９２４、ならびにシート部材９３に形成されている通路９３２および通路９３３から特許請求の範囲の第一流路が構成され、弁ボディ９２に形成されている通路９２２および通路９２３、ならびにシート部材９３に形成されている通路９３１および通路９３３から特許請求の範囲の第二流路が構成されている。
【００４６】
次に、第２実施例によるインジェクタ５の作動について説明する。
第２実施例によるインジェクタ５は、第一作動モード、第二作動モードまたは第三作動モードのいずれかにより作動する。第一作動モードは、増圧手段を作動させることなくコモンレール２の内部と同一の圧力の燃料を噴射するモードである。第二作動モードは、噴射の開始時から増圧手段を作動させ超高圧の燃料を噴射するモードである。第三作動モードは、噴射の途中で増圧手段を作動させ燃料の噴射圧力を変更するモードである。
【００４７】
以下、各作動モードについてそれぞれ説明する。
第一作動モードでは、増圧手段は作動しない。図３に示す場合、コイル９５への通電は停止されている。そのため、電磁弁部９０の弁部材９１の球状部材９１１は第二弁座部９３ａに着座し通路９３３への燃料の流入を遮断している。そのため、通路９２３および通路９２４からアウトレット４へ燃料は流れない。
【００４８】
一方、ノズル制御室４２へは、通路７５、第一逆止弁８１、プランジャ室８２、絞り部８４ａおよび通路８４を経由してコモンレール２に蓄えられている高圧の燃料が供給される。ノズル制御室４２に連通する通路８５および通路７７は、その先で電磁弁部９０の弁部材９１により通路９３３への連通が遮断されている。そのため、ノズル制御室４２ではコモンレール２から供給された燃料の圧力が高圧に維持されている。その結果、ニードル５２はノズル制御室４２の燃料およびスプリング４５により閉弁方向へ付勢されており、当接部５２ａは弁座部５１ａに着座している。
【００４９】
ピストン制御室７４には、通路７５から通路７８を経由してコモンレール２から供給された高圧の燃料が流入する。ピストン制御室７４に連通する通路７６は、その先で電磁弁部９０の弁部材９１により通路９３３への連通が遮断されている。そのため、ピストン制御室７４の内部の燃料の圧力も、コモンレール２から供給された燃料の圧力に維持されている。このとき、第１実施例と同様にピストン室７３の燃料の圧力とピストン制御室７４の燃料の圧力とプランジャ室８２の燃料の圧力とは等しくなるため、スプリング７４１の付勢力によりピストン２１およびプランジャ２２は図３の上方へ移動し、プランジャ室８２へ燃料が吸入される。
【００５０】
コイル９５へ第二電流値の電流を通電すると、弁部材９１は第二リフト量となる。すなわち、弁部材９１は、第二弁座部９３ａから離座するともに、第一弁座部９２ａに着座する。これにより、通路９２４は通路９２２および通路９３３を経由してアウトレット４と連通されるものの、通路９２３とアウトレット４との連通は遮断されたままである。そのため、通路７６および通路９３１を経由して通路９２３と連通するピストン制御室７４の内部の圧力は高圧に維持される。これに対し、通路９３２の絞り部９３２ａは通路８４の絞り部８４ａより開口面積が大きいためノズル制御室４２の内部の圧力は低下する。このため、ノズル制御室４２の内部における燃料の圧力によりニードル５２を噴孔閉塞方向へ付勢する力が弱まり、ノズル部本体５０のニードル５２は図３の上方へ移動する。その結果、当接部５２ａは弁座部５１ａから離座し、噴孔５５から燃料が噴射される。上記の作動を繰り返すことにより、インジェクタ５からは、コモンレール２に蓄えられた燃料の圧力と等しい圧力の燃料が繰り返し噴射される。
【００５１】
第二作動モードでは、噴射の開始時から増圧手段が作動する。図３に示すように電磁弁部９０の弁部材９１が第二弁座部９３ａに着座している状態は第一作動モードと同様であるので説明を省略する。弁部材９１が第二弁座部９３ａに着座しているとき、第一作動モードと同様にピストン２１およびプランジャ２２は、図３の上方へ移動し、プランジャ室８２へ燃料が吸入される。
【００５２】
コイル９５へ第一電流値の電流を通電すると、弁部材９１は第一リフト量となる。すなわち、弁部材９１は、第二弁座部９３ａと第一弁座部９２ａとの中間位置で停止する。これにより、通路９２３および通路９２４は、いずれも通路９２２および通路９３３を経由してアウトレット４と連通される。そのため、通路９２３および通路９２４の燃料はアウトレット４へ流出する。その結果、通路７６および通路９３１を経由して通路９２３と連通するピストン制御室７４の内部における燃料の圧力、ならびに通路７７および通路９３２を経由して通路９２４と連通するノズル制御室４２の内部の圧力は、いずれも低下する。その結果、ノズル部本体５０のニードル５２は図３の上方へリフトし、当接部５２ａは弁座部５１ａから離座するため、噴孔５５から燃料が噴射される。
【００５３】
一方、通路９３１の絞り部９３１ａは通路７８の絞り部７８ａより開口面積が大きいため、ピストン制御室７４の内部における燃料の圧力は低下する。そのため、第１実施例と同様にピストン２１とプランジャ２２との受圧面積の差によりピストン２１およびプランジャ２２は図３の下方へ移動し、プランジャ室８２の燃料は超高圧となる。超高圧となった燃料は、第一逆止弁８１により通路７５方向への逆流が防止され、通路８３から第二逆止弁４１を開弁し通路４３および通路５３を経由して噴孔５５から噴射される。
【００５４】
噴孔５５から所定の噴射量の燃料が噴射されると、所定の時期にコイル９５への通電が停止される。コイル９５への通電が停止されると、弁部材９１が図３の下方へ移動し、第二弁座部９３ａに着座する。これにより、通路９２３および通路９２４からアウトレット４への燃料の流出が遮断される。そのため、ノズル制御室４２およびピストン制御室７４の圧力も上昇する。その結果、ニードル５２の当接部５２ａは弁座部５１ａへ着座し、燃料の噴射が終了する。このとき、ニードル５２の当接部５２ａの近傍には増圧された超高圧の燃料が供給されている。しかし、プランジャ室８２から通路８４を経由してノズル制御室４２へ増圧された超高圧の燃料が供給されるため、ニードル５２は弁座部５２ａへ着座する。上記の作動を繰り返すことにより、インジェクタ５からは、増圧手段で増圧された超高圧の燃料が繰り返し噴射される。
【００５５】
第三作動モードでは、第一作動モードで燃料の噴射を開始し、燃料の噴射の途中で第二作動モードでの燃料の噴射へ移行する。第三作動モードでは、まずコイル９５へ第二電流値の電流を通電することにより、電磁弁部９０の弁部材９１のリフト量は第二リフト量となる。そのため、インジェクタ５は第一作動モードによる燃料の噴射を開始する。そして、第一作動モードによる燃料の噴射を実施しているとき、コイル９５へ第一電流値の電流を通電することにより、電磁弁部９０の弁部材９１は図３の下方へ移動し第一リフト量となる。そのため、インジェクタ５は第二作動モードによる燃料の噴射へ移行する。
【００５６】
第２実施例では、コイル９５に加える電流値を第一電流値または第二電流値に変更することにより、インジェクタ５から噴射される燃料の圧力を変更することができる。そのため、コイル９５に加える電流値を制御することにより、燃料の噴射特性を自由に変更することができる。
【００５７】
また、第２実施例では、一回の噴射の途中でコイル９５に加える電流値を複数回変更することにより、第一噴射モードと第二噴射モードとを自由かつ容易に何度も変更することができる。したがって、所望の噴射特性を容易に実現することができる。
【００５８】
（第３実施例）
本発明の第３実施例によるインジェクタ６を図５および図６に示す。第３実施例は、第２実施例の変形であり、第２実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第３実施例では、ボディ７０の内部に通路７５から分岐する通路７９が形成されている点で第２実施例と異なる。ボディ７０のその他の構成は第２実施例または第１実施例と同様である。
【００５９】
ボディチップ１００は、ボディ７０のノズル部本体５０側の端部に設置されている。ボディチップ１００には、内部に第一逆止弁１０１、プランジャ室１０２、通路１０３、通路１０４および通路１０５が形成されている。プランジャ室１０２は、一端が第一逆止弁１０１に連通し、他端がボディ７０の小径収容部７２に連通している。通路１０３は、第一逆止弁１０１を経由してボディ７０の通路７５に連通している。通路１０４は、一端がプランジャ室１０２に連通し、他端が絞り部１０４ａを経由して通路１０５に連通している。通路１０５は、通路１０４およびボディ７０の通路７７に連通している。
【００６０】
ボディチップ１００の内部には、収容室１００ａが形成されている。収容室１００ａには、ボディ７０の通路７５から分岐した通路７９が連通している。収容室１００ａには、ノズル部本体５０のニードル５２のリフト量を規制するリフト制御ピストン１０６、ならびにリフト制御ピストン１０６をノズル部本体方向へ付勢するスプリング１０７が収容されている。リフト制御ピストン１０６は、収容室１００ａの内周面と油密に摺動可能である。リフト制御ピストン１０６は、収容室１００ａに供給された燃料の圧力およびスプリング１０７によりノズル部本体方向へ付勢されている。
【００６１】
パッキンチップ１１０は、内部に第二逆止弁１１１、ノズル制御室１１２、通路１１３および通路１１４が形成されている。通路１１４は、ノズル制御室１１２とボディチップ１００に形成されている通路１０４および通路１０５とを相互に連通する。ノズル制御室１１２には、プレッシャピン１１５およびスプリング１１６が収容されている。スプリング１１６はプレッシャピン１１５をノズル部本体方向へ付勢している。プレッシャピン１１５は、第１実施例および第２実施例と比較して軸方向の長さが延長されている。プレッシャピン１１５は、一方の端部がニードル５２の端部と当接可能であり、他方の端部がリフト制御ピストン１０６と当接可能である。
【００６２】
ニードル５２の当接部５２ａの近傍における燃料の圧力によりニードル５２を噴孔開放方向へ付勢する力がノズル制御室１１２における燃料の圧力とスプリング１１６の付勢力とによりニードル５２を噴孔閉塞方向へ付勢する力よりも大きくなると、ニードル５２は、閉弁状態すなわち当接部５２ａが弁座部５１ａに着座している状態から図５の上方へリフトする。そして、ニードル５２と一体のプレッシャピン１１５とリフト制御ピストン１０６とが当接し、ニードル５２は一旦停止する。このときのニードル５２のリフト量が第一リフト量である。
【００６３】
さらに、ニードル５２を噴孔開放方向へ付勢する力がノズル制御室１１２における燃料の圧力ならびに収容室１００ａにおける燃料の圧力などにより噴孔閉塞方向へ付勢する力よりも大きくなると、ニードル５２はプレッシャピン１１５およびリフト制御ピストン１０６とともに図５の上方へリフトする。そして、ニードル５２の摺動部５２１の反噴孔側の端面５２１ａとパッキンチップ１１０の噴孔側の端面とが当接すると、ニードル５２は停止する。このときのニードル５２のリフト量が第二リフト量である。
【００６４】
ノズル部本体５０のノズルボディ５１には、第一噴孔５５１および第二噴孔５５２が形成されている。第一噴孔５５１は、ニードル５２が第一リフト量のとき、ならびに第二リフト量のときいずれも開放され、燃料が噴射される。一方、第二噴孔５５２は、ニードル５２が第一リフト量のときは開放されず、第二リフト量のときのみ開放される。
【００６５】
次に、第三実施例によるインジェクタ６の作動について説明する。
第３実施例によるインジェクタ６は、第２実施例と同様に第一作動モード、第二作動モードまたは第三作動モードのいずれかで作動する。
第一作動モードのとき、ニードル５２の当接部５２ａの近傍に供給される燃料はコモンレール２に蓄えられている燃料の圧力と等しい。ニードル５２の当接部５２ａの近傍に供給される燃料の圧力を受けるニードル５２の受圧面積は、収容室１００ａの燃料の圧力を受けるリフト制御ピストン１０６の受圧面積よりも小さい。そのため、リフト制御ピストン１０６は燃料の圧力により移動することはない。その結果、ニードル５２は、図５の上方へ移動するとプレッシャピン１１５を介してリフト制御ピストン１０６と当接し、リフトを停止する。したがって、第一作動モードのとき、ニードル５２のリフト量は第一リフト量となり、第一噴孔５５１からコモンレール２に蓄えられている燃料の圧力と等しい圧力の燃料が噴射される。
【００６６】
第二作動モードのとき、ニードル５２の当接部５２ａの近傍には増圧手段により増圧された超高圧の燃料が供給される。そのため、ニードル５２の当接部５２ａの近傍における燃料の圧力によりニードル５２が噴孔開放方向へ受ける力は、収容室１００ａの燃料の圧力によりリフト制御ピストン１０６が噴孔閉塞方向へ受ける力よりも大きくなる。その結果、ニードル５２はプレッシャピン１１５を介してリフト制御ピストン１０６と当接した後、リフト制御ピストン１０６とともに図５の上方へ移動する。したがって、第二作動モードのとき、ニードル５２のリフト量は第二リフト量となり、第一噴孔５５１に加え第二噴孔５５２から増圧された超高圧の燃料が噴射される。
【００６７】
第三作動モードのとき、第一作動モードまたは第二作動モードを自由に切り換えることができるため、ニードル５２のリフト量を第一リフト量または第二リフト量のいずれかに制御することができる。そのため、第一噴孔５５１からの噴射、または第一噴孔５５１および第二噴孔５５２からの噴射を切り換えることにより噴霧の形状を燃料の噴射の途中で切り換えることができ、かつコモンレール２における燃料の圧力と等しい圧力の燃料の噴射または増圧された燃料の噴射に燃料の噴射の途中に切り換えることができる。
【００６８】
第３実施例では、電磁弁部９０のコイル９５に通電する電流値を制御することにより、燃料の噴射圧力だけでなく、燃料が噴射される噴孔が変更され、噴孔から噴射される噴霧の形状も自由に変更することができる。したがって、ディーゼルエンジンの特性、運転状態あるいは負荷状態などにあわせて所望の噴射特性を容易に実現することができる。
【００６９】
以上、本発明の複数の実施例では、制御手段としてコイルにより発生する電磁力を用いた電磁弁を適用した例について説明した。しかし、本発明としては、電磁弁に限るものではなく、圧電素子など電気的な歪みを利用した制御手段を適用してもよい。
【００７０】
また、第２実施例および第３実施例では、コモンレールから供給された燃料をプランジャ室からノズル制御室へ供給する例について説明したが、インレットに接続されている通路からノズル制御室へ燃料を直接供給してもよい。さらに、圧縮比が小さくシリンダ内の圧力が低いエンジンの場合、第二逆止弁を廃止することができる。
さらに、第３実施例で第２実施例から変更された構成および機能、すなわちノズルリフト制御に係る構成および機能を第１実施例に適用することも可能である。
【００７１】
以上、本発明の複数の実施例では、ディーゼルエンジンに本発明のインジェクタを適用する例について説明したが、ガソリンエンジン、その他の燃料を用いるエンジンなどディーゼルエンジンに限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるインジェクタを示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１実施例によるインジェクタを適用した燃料噴射システムの油圧回路を示す模式図である。
【図３】本発明の第２実施例によるインジェクタを示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の第２実施例によるインジェクタを適用した燃料噴射システムの油圧回路を示す模式図である。
【図５】本発明の第３実施例によるインジェクタを示す模式的な断面図である。
【図６】本発明の第３実施例によるインジェクタを適用した燃料噴射システムの油圧回路を示す模式図である。
【符号の説明】
１、５、６    インジェクタ（燃料噴射装置）
２    コモンレール
１０、７０    ボディ（増圧手段）
６２２、６３１、６３２    通路（流路）
２１    ピストン（増圧手段）
２２    プランジャ（増圧手段）
３０、８０、１００    ボディチップ（増圧手段）
４０、１１０    パッキンチップ（ノズル部）
５０    ノズル部本体（ノズル部）
５１    ノズルボディ
５２    ニードル（弁部材）
５５    噴孔
６０、９０    電磁弁部（制御手段）
６１、９１    弁部材（弁部）
６２、９２    弁ボディ（弁部）
６３、９３    シート部材（弁部）
９２２、９２４、９３２、９３３    通路（第一流路）
９２２、９２３、９３１、９３３    通路（第二流路）
１０６    リフト制御ピストン
５５１    第一噴孔
５５２    第二噴孔
【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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