(57)【要約】【課題】インナーニードルバウンスによる燃料噴射率の不適切な推移を抑制する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は内側噴孔群１４及び外側噴孔群１５と、制御室２０と、インナーニードル１２及びアウターニードル１３とを具備する。インナーニードルが内側噴孔群の噴孔を開閉し、アウターニードルが外側噴孔群の噴孔を開閉する。インナーニードル及びアウターニードルのリフトは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、ニードルの上昇中に制御室内の燃料の圧力が上昇した場合にその圧力上昇前後での差圧が限界差圧以下になるように制御室内の圧力を制御する圧力制御手段を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１噴孔群及び第２噴孔群と、制御室と、第１ニードル及び第２ニードルとを具備し、第１ニードルが第１噴孔群の噴孔を開閉し、第２ニードルが第２噴孔群の噴孔を開閉し、第１ニードル及び第２ニードルのリフトは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、
ニードルの上昇中に制御室内の燃料の圧力が上昇した場合にその圧力上昇前後での差圧が限界差圧以下になるように制御室内の圧力を制御する圧力制御手段を更に具備する、燃料噴射弁。
【請求項２】
上記圧力制御手段は、上記制御室に連通する容積可変チャンバを具備し、該チャンバの容積は上記圧力上昇前後の差圧が大きくなるほど大きくされる、請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
上記圧力制御手段は、上記制御室及び燃料流出通路に連通する連通路と該連通路を開閉する開閉弁とを具備し、該開閉弁は上記圧力上昇前後の差圧が限界差圧よりも大きい場合に開弁する、請求項１に記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
第１噴孔群及び第２噴孔群と、制御室と、第１ニードル及び第２ニードルとを具備し、第１ニードルが第１噴孔群の噴孔を開閉し、第２ニードルが第２噴孔群の噴孔を開閉し、第１ニードル及び第２ニードルのリフトは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、
ニードルの上昇中に制御室内の燃料の圧力が上昇した場合にその圧力上昇速度が限界速度以下になるように制御室内の圧力を制御する圧力制御手段が設けられる、燃料噴射弁。
【請求項５】
上記圧力制御手段は、上記制御室に連通する容積可変チャンバを具備し、該チャンバの容積は上記圧力上昇速度に応じた速度で大きくされる、請求項４に記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
上記圧力制御手段は、上記制御室及び燃料流出通路に連通する連通路と該連通路を開閉する開閉弁とを具備し、該開閉弁は上記圧力上昇速度が限界速度よりも速い場合に開弁する、請求項４に記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
上記開閉弁の一方の側には制御室に直接連通する直接連通路が設けられ、他方の側にはオリフィスを介して制御室に連通する間接連通路が設けられ、開閉弁は直接連通路内の燃料から受ける圧力と間接連通路内の燃料から受ける圧力との差圧が一定差圧よりも大きくなると開弁する、請求項３又は６に記載の燃料制御弁。
【請求項８】
上記制御室には燃料流入通路と燃料流出通路とのうちいずれか一方が選択的に連通せしめられる、請求項１〜７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、燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関（特に、ディーゼルエンジン）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。これにより、機関運転状態に応じた適切な燃料噴射が可能となり、排気ガスに含まれる有害物質の低減や、内燃機関の低燃費・高出力化を図ることができる。
【０００３】
このような燃料噴射弁としては、例えば、円筒状のアウターニードルとこのアウターニードルの内側に同軸に設けられたインナーニードルとを具備し、アウターニードルが一方の噴孔群の噴孔を開閉すると共にインナーニードル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、アウターニードル及びインナーニードル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圧力を低下させることにより、アウターニードル及びインナーニードルを順次上昇（リフト）させる。具体的には、制御室から燃料を流出させると、まずアウターニードルの上昇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。その後、アウターニードルが或る程度上昇されると、アウターニードルの後端面がインナーニードルの後方に設けられた突起部の下面と当接し、その後、アウターニードルとインナーニードルとが一体となって上昇せしめられて、両噴孔群の噴孔からの燃料噴射が行われる。ただし、アウターニードルが或る程度上昇せしめられる前に制御室からの燃料の流出が停止すると、インナーニードルの上昇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号公報
【特許文献２】特開２００１−２４１３７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したように、特許文献１に開示された燃料噴射弁では、アウターニードルが或る程度上昇した後に、アウターニードルとインナーニードルとが一体となって上昇することが意図されており、このように両ニードルが上昇することによって燃料噴射弁からの燃料噴射率の推移を最適なものとすることができる。また、このように両ニードルが上昇することを前提として要求燃料噴射量に対する燃料噴射弁の開弁時間が設定される。
【０００７】
ところが、アウターニードルが或る程度上昇した後にアウターニードルの後端面がインナーニードルの後方に設けられた突起部の下面と衝突したときに、アウターニードルの持っていた運動量のほとんど全てがインナーニードルに伝達され、よってその後インナーニードルのみが上昇してアウターニードルの上昇が停止してしまうことがある（インナーニードルバウンス）。この場合、アウターニードルが或る程度上昇した後、アウターニードルとインナーニードルとは一体となっては上昇しない。特に、インナーニードルバウンスが生じると、その後圧力制御室内の燃料圧力が上下に振動してしまい、これに伴ってインナーニードルのリフトも上下に振動してしまう。このため、燃料噴射弁からの燃料噴射率の推移を最適なものとすることができず、また実際に燃料噴射弁から噴射される燃料の量が要求燃料噴射量とは異なったものとなってしまう。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、インナーニードルバウンスによる燃料噴射率の不適切な推移を抑制する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】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明では、第１噴孔群及び第２噴孔群と、制御室と、第１ニードル及び第２ニードルとを具備し、第１ニードルが第１噴孔群の噴孔を開閉し、第２ニードルが第２噴孔群の噴孔を開閉し、第１ニードル及び第２ニードルのリフトは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、ニードルの上昇中に制御室内の燃料の圧力が上昇した場合にその圧力上昇前後での差圧が限界差圧以下になるように制御室内の圧力を制御する圧力制御手段を更に具備する。
第１の発明によれば、ニードルの上昇中に制御室内の燃料圧料が上昇した場合にその圧力上昇前後での差圧が限界差圧以下になるように制御室内の圧力が制御される。このため、インナーニードルバウンスが発生して制御室内の圧力が急激に上昇しても、その上昇の程度は小さく、よってその後に発生する制御室内の燃料の圧力変動等が抑制せしめられる。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において、上記圧力制御手段は、上記制御室に連通する容積可変チャンバを具備し、該チャンバの容積は上記圧力上昇前後の差圧が大きくなるほど大きくされる。
【００１１】
第３の発明では、第１の発明において、上記圧力制御手段は、上記制御室及び燃料流出通路に連通する連通路と該連通路を開閉する開閉弁とを具備し、該開閉弁は上記圧力上昇前後の差圧が限界差圧よりも大きい場合に開弁する。
【００１２】
上記課題を解決するために、第４の発明では、第１噴孔群及び第２噴孔群と、制御室と、第１ニードル及び第２ニードルとを具備し、第１ニードルが第１噴孔群の噴孔を開閉し、第２ニードルが第２噴孔群の噴孔を開閉し、第１ニードル及び第２ニードルのリフトは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、ニードルの上昇中に制御室内の燃料の圧力が上昇した場合にその圧力上昇速度が限界速度以下になるように制御室内の圧力を制御する圧力制御手段が設けられる。
【００１３】
第５の発明では、第４の発明において、上記圧力制御手段は、上記制御室に連通する容積可変チャンバを具備し、該チャンバの容積は上記圧力上昇速度に応じた速度で大きくされる。
【００１４】
第６の発明では、第４の発明において、上記圧力制御手段は、上記制御室及び燃料流出通路に連通する連通路と該連通路を開閉する開閉弁とを具備し、該開閉弁は上記圧力上昇速度が限界速度よりも速い場合に開弁する。
【００１５】
第７の発明では、第３又は第６の発明において、上記開閉弁の一方の側には制御室に直接連通する直接連通路が設けられ、他方の側にはオリフィスを介して制御室に連通する間接連通路が設けられ、開閉弁は直接連通路内の燃料から受ける圧力と間接連通路内の燃料から受ける圧力との差圧が一定差圧よりも大きくなると開弁する。
【００１６】
第８の発明では、第１〜第７のいずれか一つの発明において、上記制御室には燃料流入通路と燃料流出通路とのうちいずれか一方が選択的に連通せしめられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、インナーニードルバウンス発生後に生じる制御室内の燃料の圧力変動等を抑制することができるため、インナーニードルバウンスによる燃料噴射率の不適切な推移を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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、本発明の第一実施形態の燃料噴射弁を示す概略断面図であり、図１の左側はアウターニードルのみが上昇せしめられている状態、図１の右側はアウターニードル及びインナーニードル共に上昇せしめられている状態を示している。
【００１９】
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又は吸気ポート（図示せず）内に燃料を噴射する燃料噴射弁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。
【００２０】
燃料噴射弁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インナーニードル１２と、上記ノズルボディ１１と同軸に配置された中空のアウターニードル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１２、１３が収容される。また、アウターニードル１３はその内部に中空空間を有し、この中空空間内にインナーニードル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の噴孔はインナーニードル１２によって開閉されると共に外側噴孔群１５の噴孔はアウターニードル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。
【００２１】
ノズルボディ１１の内面とアウターニードル１３の外周面及びインナーニードル１２の先端部の外面との間には、燃料噴射弁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に通じる高圧燃料流入通路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。
【００２２】
インナーニードル１２及びアウターニードル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１２、１３が上昇（リフト）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（上昇していない状態）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。
【００２３】
インナーニードル１２はインナーニードル用バネ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、アウターニードル１３はアウターニードル用バネ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、両ニードル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両ニードル１２、１３は下向き（噴孔閉弁方向）の力を受ける。すなわち、インナーニードル１２及びアウターニードル１３はバネ１８及び１９と圧力制御室２０内の燃料とにより下向きの力を受けている。逆に、インナーニードル１２及びアウターニードル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。
【００２４】
したがって、インナーニードル１２はインナーニードル用バネ１８及び圧力制御室２０内の燃料圧力によりインナーニードル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インナーニードル１２が受ける上向きの力と同一であるか又はそれよりも大きい場合、インナーニードル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、インナーニードル用バネ１８及び圧力制御室２０内の燃料圧力によってインナーニードル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インナーニードル１２が受ける上向きの力よりも小さい場合、インナーニードル１２は上昇せしめられる。
【００２５】
アウターニードル１３についても同様なことが言え、アウターニードル用バネ１９及び圧力制御室２０内の燃料圧力によりアウターニードル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アウターニードル１３が受ける上向きの力と同一であるか又はそれよりも大きい場合、アウターニードル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、アウターニードル用バネ１９及び圧力制御室２０内の燃料圧力によってアウターニードル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アウターニードル１３が受ける上向きの力よりも小さい場合、アウターニードル１３は上昇せしめられる。
【００２６】
本実施形態では、アウターニードル用バネ１９の付勢力はインナーニードル用バネ１８の付勢力よりも弱いものとされる。従って、アウターニードル用バネ１９及び圧力制御室２０内の燃料圧力によってアウターニードル１３が受ける下向きの力は、インナーニードル用バネ１８及び圧力制御室２０内の燃料圧力によってインナーニードル１２が受ける下向きの力よりも小さく、圧力制御室２０内の燃料圧力が低下していくと、インナーニードル１２よりも先にアウターニードル１３が上昇し始める。
【００２７】
圧力制御室２０は燃料流出入通路２１と連通しており、この燃料流出入通路２１上にはオリフィス２２が設けられる。燃料流出入通路２１は三方弁２３に連通しており、この三方弁２３は、高圧燃料流入通路１７及び燃料流出通路２４に連通する。これら高圧燃料流入通路１７及び燃料流出通路２４はそれぞれコモンレール１及び燃料タンク３に連通している。従って、三方弁２３が燃料流出入通路２１と高圧燃料流入通路１７とを接続する位置（以下、「燃料流入位置」という）にあるときには、高圧燃料流入通路１７から三方弁２３、燃料流出入通路２１を介して圧力制御室２０内に燃料が流入せしめられる。従って、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、三方弁２３が燃料流出入通路２１と燃料流出通路２４とを接続する位置（以下、「燃料流出位置」という）にあるときには、圧力制御室２０から燃料流出入通路２１、三方弁２３を介して燃料流出通路２４へと燃料が流出せしめられる。
【００２８】
なお、三方弁２３が燃料流入位置にあって圧力制御室２０内に燃料が流入するときであっても、三方弁２３が燃料流出位置にあって圧力制御室２０から燃料が流出するときであっても、流入及び流出する燃料はオリフィス２２を通過する。従って、いずれの場合であっても、圧力制御室２０内の燃料圧力は急激に変化するのではなく、徐々に変化していく。
【００２９】
なお、三方弁２３はＥＣＵ（図示せず）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、三方弁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であってもよい。また、燃料流出入通路２１が高圧燃料流入通路１７に接続された状態と燃料流出入通路が燃料流出通路２４に接続された状態とを切り替えることができれば、三方弁でなく、他の弁等を用いても良い。
【００３０】
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、まず燃料流入位置にあった三方弁２３を燃料流出位置へと切り替える。これにより、圧力制御室２０内の燃料が燃料流出入通路２１、オリフィス２２、三方弁２３、燃料流出通路２４を介して燃料タンク３内に流出せしめられる。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アウターニードル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（図１の左側の状態）。
【００３１】
そして、或る程度アウターニードル１３が上昇してもなお三方弁２３を燃料流出位置に維持し続けると、圧力制御室２０内の燃料圧力は更に低下し、インナーニードル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（図１の右側の状態）。その後、三方弁２３を燃料流入位置へと切り替えると、高圧燃料流入通路１７、三方弁２３、燃料流出入通路２１、オリフィス２２を介して圧力制御室２０内へ燃料が流入せしめられる。これにより圧力制御室２０内の燃料圧力が徐々に上昇し、インナーニードル１２及びアウターニードル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。
【００３２】
一方、上記或る程度アウターニードル１３が上昇する前に三方弁２３を燃料流入位置へと切り替えると、圧力制御室２０内に燃料が流入し、これに伴って圧力制御室２０内の燃料圧力が徐々に上昇する。これによりアウターニードル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。この場合、燃料噴射弁２からの燃料噴射中に内側噴孔群１４の噴孔から燃料噴射が行われることはない。このように三方弁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。
【００３３】
図２は、燃料噴射の開始から終了までのニードル１２、１３のリフト量及び燃料噴射率の推移を示す図であり、図中の実線は外側噴孔群１５の噴孔及び内側噴孔群１４の噴孔の両方から燃料噴射が行われる場合を示しており、図中の破線は外側噴孔群１５の噴孔のみから燃料噴射が行われる場合を示している。
【００３４】
図２から分かるように、三方弁２３が燃料流出位置に切り替えられて燃料噴射が開始されてから、まずアウターニードル１３が上昇し、外側噴孔群１５からの燃料噴射が開始されると、これに伴って燃料噴射率が上昇する。アウターニードル１３が或る程度（図２中のｈｘ）上昇するとアウターニードル１３の上昇によっては燃料噴射率が上昇しなくなり、燃料噴射率はほぼ一定となる。その後、アウターニードル１３が一定量ｈｙだけ上昇すると、アウターニードル１３の後端部に設けられたショルダ３１とインナーニードル１２の後方に設けられた環状の突起部３０の下面とが当接し、アウターニードル１３の上昇が一時的に停止する。その後、アウターニードル１３とインナーニードル１２が共に上昇し始め、これに伴って内側噴孔群１４の噴孔から燃料噴射が行われることになるため、再び燃料噴射率が上昇する。一方、三方弁２３が比較的早期に燃料流入位置に切り替えられる場合には、インナーニードル１２が上昇しないため、上述したように燃料噴射率がほぼ一定になった後に再び上昇することはない（図中の破線）。
【００３５】
また、本実施形態の燃料噴射弁２には、圧力制御室２０及び燃料流出入通路２１に連通すると共にオリフィス２２をバイパスするバイパス通路３５が設けられる。バイパス通路３５の途中にはシリンダ３６が設けられ、このシリンダ３６内にバイパス通路３５を開閉する開閉弁３７が設けられている。
【００３６】
シリンダ３６内で開閉弁３７が下方（閉弁方向）に移動しているときには、開閉弁３７によってバイパス通路３５が遮断され、バイパス通路３５を介した燃料の流通が禁止せしめられる。一方、シリンダ３６内で開閉弁３７が上方（開弁方向）に移動すると、バイパス通路３５が開かれ、バイパス通路３５を介した燃料の流通が許容せしめられる。開閉弁３７は開閉弁用バネ３８によって下方へ、すなわち閉弁方向へと付勢されている。
【００３７】
また、本実施形態の燃料噴射弁２には、シリンダ３６のバイパス通路３５が配置された側とは反対側の端部と圧力制御室２０とを連通する遅延圧力供給路３９が設けられる。この遅延圧力供給路３９にはオリフィス４０が設けられる。したがって、開閉弁３７の一方の側には遅延圧力供給路３９内の燃料の圧力が加えられると共に、開閉弁３７の他方の側にはバイパス通路３５内の燃料の圧力、すなわち圧力制御室２０内の燃料の圧力が加えられる。
【００３８】
このため、開閉弁３７は、開閉弁用バネ３８及び遅延圧力供給路３９内の燃料圧力により開閉弁３７が受ける下向き（閉弁方向）の力が、圧力制御室２０内の燃料圧力により開閉弁３７が受ける上向き（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、開閉弁３７は閉弁せしめられる。逆に、開閉弁用バネ３８及び遅延圧力供給路３９内の燃料圧力により開閉弁３７が受ける下向きの力が、圧力制御室２０内の燃料圧力により開閉弁３７が受ける上向き（開弁方向）の力よりも小さい場合、開閉弁３７は開弁せしめられる。
【００３９】
燃料噴射弁２から燃料噴射が行われていない場合、すなわち三方弁２３が燃料流入位置に維持されている場合、圧力制御室２０内及び遅延圧力供給路３９内は共にレール圧となっている。このため、遅延圧力供給路３９内の燃料圧力により開閉弁３７が受ける下向きの力と、圧力制御室２０内の燃料圧力により開閉弁３７が受ける上向きの力とは等しく、開閉弁３７は開閉弁用バネ３８により下向きに付勢されているため、開閉弁３７は閉弁せしめられる。
【００４０】
また、三方弁２３を燃料流出位置にしたことにより圧力制御室２０内の燃料圧力が低下している場合、遅延圧力供給路３９内の燃料圧力は圧力制御室２０内の燃料圧力よりも高い。すなわち、三方弁２３を燃料流出位置にすることにより圧力制御室２０内の燃料圧力は徐々に低下することになるが、オリフィス４０が存在することにより遅延圧力供給路３９内の燃料圧力は圧力制御室２０内の燃料圧力よりも遅れて低下することになる。したがって、この場合、開閉弁用バネ３８及び遅延圧力供給路３９内の燃料圧力により開閉弁３７が受ける下向きの力は圧力制御室２０内の燃料圧力により開閉弁３７が受ける上向き（開弁方向）の力よりも大きいため、開閉弁３７は閉弁した状態で維持される。
【００４１】
その後、三方弁２３を燃料流入位置にしたことにより圧力制御室２０内の燃料圧力が上昇すると、遅延圧力供給路３９内の燃料圧力は圧力制御室２０内の燃料圧力よりも低くなる。すなわち、三方弁２３を燃料流出位置にすることにより圧力制御室２０内の燃料圧力は徐々に上昇することになるが、オリフィス４０が存在することにより遅延圧力供給路３９内の燃料圧力は圧力制御室２０内の燃料圧力よりも遅れて上昇することになる。しかしながら、この場合、オリフィス２２の存在により、圧力制御室２０内の燃料圧力の上昇速度はあまり速くない。このため、圧力制御室２０内の燃料圧力と遅延圧力供給路３９内の燃料圧力との差圧はあまり高くない。このため、遅延圧力供給路３９内の燃料圧力により開閉弁３７が受ける下向きの力と圧力制御室２０内の燃料圧力により開閉弁３７が受ける上向きの力との差は、開閉弁用バネ３８の付勢力よりも小さく、よって開閉弁３７は閉弁した状態で維持される。
【００４２】
以上より、燃料噴射弁２からの燃料噴射時において、両ニードル１２、１３が通常通り作動している場合には、開閉弁３７は常に閉弁した状態となっており、バイパス通路３５を介して燃料が流れることはない。
【００４３】
ところで、上述したような理想的な噴射率推移を達成するためには、アウターニードル１３が上記一定量ｈｙ上昇してアウターニードル１３のショルダ３１とインナーニードル１２の突起部３０の下面とが当接した後、インナーニードル１２の突起部３０下面とアウターニードル１３のショルダ３１とが接触した状態で、すなわちショルダ３１が突起部３０を押し上げる態様で、インナーニードル１２とアウターニードル１３とが一体となって上昇する必要がある。
【００４４】
ところが、実際には、アウターニードル１３のショルダ３１がインナーニードル１２の突起部３０下面に衝突したときに、アウターニードル１３の持っていた運動量のほとんど全てがインナーニードル１２に伝達されてしまうことがある。この場合、その後、インナーニードル１２のみが急激に上昇して、アウターニードル１３の上昇が停止する。すなわち、アウターニードル１３とインナーニードル１２とは一体となって上昇しない。斯かる現象はインナーニードルバウンスと呼ばれる。
【００４５】
図３は、インナーニードルバウンスが生じた場合における圧力制御室２０内の燃料圧力及びニードルリフト量の推移を示す図である。図中の時刻０は、アウターニードル１３のショルダ３１がインナーニードル１２の突起部３０下面に衝突したときを示している。図３に示したように、インナーニードルバウンスが生じると、インナーニードル１２が上昇すると共に、これに伴って圧力制御室２０内の燃料圧力が急激に上昇する。その後、圧力制御室２０内の燃料圧力が高まると、これによりインナーニードル１２の上昇が停止し、その後インナーニードル１２が下降せしめられる。インナーニードル１２が下降せしめられる程度は圧力制御室２０内の燃料圧力が高くなるほど大きくなる。その後、インナーニードル１２は振動することになる。
【００４６】
すなわち、インナーニードルバウンスが生じると、その後圧力制御室２０内の燃料圧力が上下に振動してしまい、これに伴ってインナーニードル１２のリフト量も上下に振動してしまう。その結果、燃料噴射弁２からの燃料噴射率の推移を図２に示したような適切なものとすることができなくなってしまう。このように燃料噴射弁からの燃料噴射率を適切に制御することができないと、内燃機関の燃焼室内での混合気の燃焼を悪化させることになり、機関出力の低下、燃費の悪化や排気エミッションの悪化を招くことになる。
【００４７】
ここで、本実施形態の燃料噴射弁２では、上述したようにインナーニードルバウンスが生じた場合、インナーニードル１２が急激に上昇すると、圧力制御室２０内の燃料圧力も急激に上昇することになる。この場合、圧力制御室２０内の燃料圧力の上昇速度は速い。このように圧力制御室２０内の燃料圧力が急激に上昇すると、上述したように圧力制御室２０内の燃料圧力の上昇速度があまり速くない場合と異なり、圧力制御室２０内の燃料圧力と遅延圧力供給路３９内の燃料圧力との差圧は大きなものとなる。このため、遅延圧力供給路３９内の燃料圧力により開閉弁３７が受ける下向きの力と圧力制御室２０内の燃料圧力により開閉弁３７が受ける上向きの力との差は、開閉弁用バネ３８の付勢力よりも大きく、よって開閉弁３７は開弁されることになる。
【００４８】
すなわち、本実施形態の燃料噴射弁２によれば、ニードル１２、１３の上昇中にインナーニードルバウンスが生じて、圧力制御室２０内の燃料圧力が急激に上昇した場合には、インナーニードルバウンス発生前の圧力制御室２０内の燃料圧力にほぼ等しい遅延圧力供給路３９内の燃料圧力と、インナーニードルバウンス発生によって上昇した圧力制御室２０内の燃料圧力との差圧が限界差圧よりも大きくなると、開閉弁３７が開弁せしめられて、圧力制御室２０内の燃料がバイパス通路３５を通って流出せしめられる。換言すると、インナーニードルバウンス発生前の圧力制御室２０内の燃料圧力にほぼ等しい遅延圧力供給路３９内の燃料圧力と、インナーニードルバウンス発生によって上昇した圧力制御室２０内の燃料圧力との差圧が限界差圧以下になるように圧力制御室２０内の燃料圧力が制御される。
【００４９】
ここで、限界差圧は、開閉弁用バネ３８の弾性力に応じて任意に設定可能である。ただし、限界差圧は、三方弁２３を燃料流入位置にすることによって圧力制御室２０内に燃料が流入する場合において、所定時間（インナーニードルバウンスが発生したときに燃料圧力が上昇している期間と同程度の時間）に上昇する圧力制御室２０内の燃料圧力（燃料圧力の上昇量）よりも大きく設定される。
【００５０】
見方を変えると、インナーニードルバウンス発生後、所定期間中に上昇した圧力制御室２０内の燃料圧力と同期間中に上昇した遅延圧力供給路３９内の燃料圧力との差圧が一定差圧以上となるような速度で圧力制御室２０内の燃料圧力が上昇した場合、すなわち圧力制御室２０内の燃料圧力の上昇速度が限界速度よりも速くなった場合に、開閉弁３７が開弁せしめられる。換言すると、本実施形態の燃料噴射弁２によれば、圧力制御室２０内の燃料圧力の上昇速度が限界速度以下になるように圧力制御室２０内の燃料圧力が制御される。
【００５１】
ここで、限界速度は、開閉弁用バネ３８の弾性力に応じて任意に設定可能である。ただし、限界速度は、三方弁２３を燃料流入位置にすることによって圧力制御室２０内に燃料が流入する場合における圧力制御室２０内の燃料圧力の上昇速度よりも速い速度とされる。
【００５２】
以上より、本実施形態の燃料噴射弁２によれば、インナーニードルバウンスが生じても、圧力制御室２０内の燃料圧力は図３に示した程には上昇せず、よってインナーニードル１２も図３に示した程には下降しない。したがって、その後に生じる圧力制御室２０内の燃料圧力の振動及びインナーニードル１２のリフト量の振動も図３に示した場合に比べて抑制される。その結果、燃料噴射弁２からの燃料噴射量を比較的適切に制御することができるようになると共に、機関出力の低下、燃費の悪化や排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００５３】
なお、上記実施形態では、同一の通路（燃料流出入通路２１）を介して圧力制御室２０内に燃料が流入し且つ圧力制御室２０から燃料が流出している。しかしながら、燃料噴射弁２は斯かる構成でなくてもよく、圧力制御室２０内に燃料を流入させる通路と圧力制御室２０から燃料を流出させる通路とが別々に設けられていてもよい。
【００５４】
次に、図４を参照して本発明の第二実施形態の燃料噴射弁２’について説明する。図４に示した燃料噴射弁２’の構成は基本的に図１に示した第一実施形態の燃料噴射弁２の構成と同様であり、よって同様な構成については説明を省略する。
【００５５】
本実施形態の燃料噴射弁２’では、第一実施形態の燃料噴射弁２のように、バイパス通路３５、開閉弁３７等が設けられない代わりに、シリンダ４５が設けられる。シリンダ４５内にはシリンダ４５内で摺動可能なピストン４６が配置され、このピストン４６はピストン用バネ４７によってシリンダ４５内の一方の側へと付勢されている。
【００５６】
シリンダ４５の一方の端部は制御室連通路４８を介して圧力制御室２０に連通しており、他方の端部は遅延圧力供給路４９に連通している。この遅延圧力供給路４９にはオリフィス５０が設けられる。したがって、ピストン４６の一方の側（上側）には遅延圧力供給路３９内の燃料圧力が加えられると共に、ピストン４６の他方の側（下側）には圧力制御室２０内の燃料圧力が加えられる。
【００５７】
したがって、ピストン用バネ４７及び遅延圧力供給路４９内の燃料圧力によりピストン４６が受ける下向きの力が、圧力制御室２０内の燃料圧力によりピストン４６が受ける上向きの力よりも大きい場合、ピストン４６は下降せしめられる。これにより、シリンダ４５とピストン４６とによって画成され且つ圧力制御室２０に連通するチャンバ５１の容積が減少せしめられる。逆に、ピストン用バネ４７及び遅延圧力供給路４９内の燃料圧力によりピストン４６が受ける下向きの力が、圧力制御室２０内の燃料圧力によりピストン４６が受ける上向きの力よりも小さい場合、ピストン４６は上昇せしめられ、よってチャンバ５１の容積が増大せしめられる。
【００５８】
このように構成された燃料噴射弁２’では、燃料噴射弁２’から燃料噴射が行われていない場合、すなわち三方弁２３が燃料流入位置に維持されている場合、圧力制御室２０内及び遅延圧力供給路５０内は共にレール圧となっている。このため、遅延圧力供給路５０内の燃料圧力によりピストン４６が受ける下向きの力と、圧力制御室２０内の燃料圧力によりピストン４６が受ける上向きの力とは等しく、またピストン４７はピストン用バネ４７により下向きに付勢されているため、ピストン４７は下降せしめられ、よってチャンバ５１の容積は小さいものとされる。
【００５９】
また、三方弁２３を燃料流出位置に切り替えることにより圧力制御室２０内の燃料圧力が低下する場合、オリフィス４０の存在により遅延圧力供給路４９内の燃料圧力は圧力制御室２０内の燃料圧力よりも高い。したがって、この場合、ピストン用バネ４７及び遅延圧力供給路３９内の燃料圧力によりピストン４６が受ける下向きの力は圧力制御室２０内の燃料圧力によりピストン４６が受ける上向きの力よりも大きいため、ピストン４６は下降した状態で維持され、よってチャンバ５１の容積は小さいものとされる。
【００６０】
その後、三方弁２３を燃料流入位置に切り替えることにより圧力制御室２０内の燃料圧力が上昇すると、遅延圧力供給路４９内の燃料圧力は圧力制御室２０内の燃料圧力よりも低くなる。ただし、この場合、オリフィス２２の存在により、圧力制御室２０内の燃料圧力の上昇速度はあまり速くない。このため、圧力制御室２０内の燃料圧力と遅延圧力供給路４９内の燃料圧力との差圧はあまり高くない。したがって、遅延圧力供給路３９内の燃料圧力によりピストン４６が受ける下向きの力と圧力制御室２０内の燃料圧力によりピストン４６が受ける上向きの力との差は、ピストン用バネ４７の付勢力よりも小さく、よってピストン４６は下降した状態で維持される。
【００６１】
以上より、燃料噴射弁２’からの燃料噴射時において、両ニードル１２、１３が通常通り作動している場合には、ピストン４６は常に下降した状態となっており、チャンバ５１の容積は小さいまま維持される。
【００６２】
ところが、上述したようにインナーニードルバウンスが生じた場合、インナーニードル１２が急激に上昇すると、圧力制御室２０内の燃料圧力も急激に上昇し、圧力制御室２０内の燃料圧力と遅延圧力供給路４９内の燃料圧力との差圧は大きなものとなる。このため、遅延圧力供給路４９内の燃料圧力によりピストン４６が受ける下向きの力と圧力制御室２０内の燃料圧力によりピストン４６が受ける上向きの力との差は、ピストン用バネ４７の付勢力よりも大きくなり、よってピストン４６は上昇することになる。
【００６３】
ピストン４６が上昇すると、チャンバ５１の容積が大きくなる。このため、圧力制御室２０から制御室連通路４８を介してチャンバ５１内に燃料が流入し、圧力制御室２０内の燃料圧力は低下せしめられる。
【００６４】
すなわち、本実施形態の燃料噴射弁２’によれば、ニードル１２、１３の上昇中にインナーニードルバウンスが生じて、圧力制御室２０内の燃料圧力が急激に上昇した場合には、インナーニードルバウンス発生前の圧力制御室２０内の燃料圧力にほぼ等しい遅延圧力供給路４９内の燃料圧力とインナーニードルバウンス発生によって上昇した圧力制御室２０内の燃料圧力との差圧が限界差圧よりも大きくなると、ピストン４６が上昇せしめられて、圧力制御室２０内の燃料がチャンバ５１内に流入せしめられる。換言すると、インナーニードルバウンス発生前の圧力制御室２０内の燃料圧力にほぼ等しい遅延圧力供給路４９内の燃料圧力と、インナーニードルバウンス発生によって上昇した圧力制御室２０内の燃料圧力との差圧が限界差圧以下になるように圧力制御室２０内の燃料圧力が制御される。
【００６５】
見方を変えると、インナーニードルバウンス発生後、所定期間中に上昇した圧力制御室２０内の燃料圧力と、同期間中に上昇した遅延圧力供給路４９内の燃料圧力との差圧が一定差圧以上となるような速度で圧力制御室２０内の燃料圧力が上昇した場合、すなわち圧力制御室２０内の燃料圧力の上昇速度が限界速度よりも速くなった場合に、ピストン４６が上昇せしめられる。換言すると、本実施形態の燃料噴射弁２’によれば、圧力制御室２０内の燃料圧力の上昇速度が限界速度以下になるように圧力制御室２０内の燃料圧力が制御される。
【００６６】
以上より、本実施形態の燃料噴射弁２’によれば、インナーニードルバウンスが生じても、圧力制御室２０内の燃料圧力はあまり上昇せず、よってインナーニードル１２もあまり下降しない。したがって、その後に生じる圧力制御室２０内の燃料圧力の振動及びインナーニードル１２のリフト量の振動も抑制される。その結果、燃料噴射弁２’からの燃料噴射量を比較的適切に制御することができるようになると共に、機関出力の低下、燃費の悪化や排気エミッション悪化を抑制することができる。
【００６７】
なお、上記実施形態では、三方弁２３を燃料流入位置にすることによって圧力制御室２０内の燃料圧力が上昇した場合には、遅延圧力供給路４９内の燃料圧力と圧力制御室２０内の燃料圧力とに差があっても、ピストン４６が上昇することのないようにピストン用バネ４７の付勢力が設定されている。
【００６８】
しかしながら、三方弁２３を燃料流入位置にすることによって圧力制御室２０内の燃料圧力が上昇した場合にもピストン４６が上昇するようにピストン用バネ４７の付勢力を設定してもよい。この場合、インナーニードルバウンスによる圧力制御室２０内の燃料圧力の上昇があまり大きくないときからピストン４６が上昇してチャンバ５１内に圧力制御室２０内の燃料が流出することになる。したがって、インナーニードルバウンスによって圧力制御室２０内の燃料圧力があまり上昇していないときから、チャンバ５１への燃料の流出を開始させることができる。このため、圧力制御室２０内の燃料圧力の振動及びインナーニードル１２のリフト量の振動をより確実に抑制することができる。ただし、この場合、三方弁２３を燃料流入位置に切り替えた直後に圧力制御室２０内の燃料圧力が上昇したときに僅かながらもピストン４６が上昇するため、ニードル１２、１３の下降開始が僅かに遅れる。
【００６９】
次に、図５を参照して本発明の第二実施形態の燃料噴射弁２’の変更例について説明する。図５に示した燃料噴射弁２’では、図４に示した第二実施形態の燃料噴射弁２’と比べて遅延圧力供給路４９及びオリフィス５０が設けられていない。したがって、ピストン４６には、ピストン用バネ４７から受ける下向きの力と、圧力制御室２０内の燃料から受ける上向きの力のみが加えられる。したがって、ピストン４６は圧力制御室２０内の燃料圧力が高くなると上昇し、圧力制御室２０内の燃料圧力が低下すると下降する。
【００７０】
したがって、本変更例の燃料噴射弁２’では、チャンバ５１は圧力制御室２０内の燃料圧力が高くなるとその容積が増大し、圧力制御室２０内の燃料圧力が低下するとその容積が減少する。このため、チャンバ５１は、圧力制御室２０内の燃料圧力の変動を減衰させるダンパとして作用する。したがって、インナーニードルバウンスの発生により圧力制御室２０内の燃料圧力が急激に上昇した場合、チャンバ５１の容積が増大して圧力の上昇が抑制され、逆に圧力制御室２０内の燃料圧力が急激に低下した場合にチャンバの容積が減少して圧力の低下が抑制される。
【００７１】
このようにチャンバ５１がダンパとして作用することにより、インナーニードルバウンス発生前の圧力制御室２０内の燃料圧力にほぼ等しい遅延圧力供給路４９内の燃料圧力と、インナーニードルバウンス発生によって上昇した圧力制御室２０内の燃料圧力との差圧が限界差圧以下になるように維持される。見方を変えると、圧力制御室２０内の燃料圧力の上昇速度が限界速度以下になるように圧力制御室２０内の燃料圧力が制御される。
【００７２】
本変更例の燃料噴射弁２’によれば、圧力制御室２０内の燃料圧力の振動を抑制することができると共に、それに伴ってインナーニードル１２のリフト量の振動をも抑制することができる。ただし、この場合、三方弁２３を燃料流出位置に切り替えた直後又は燃料流入位置に切り替えた直後に圧力制御室２０内の燃料圧力が低下又は上昇したときに僅かにピストン４６が下降又は上昇するため、ニードル１２、１３の上昇開始又は下降開始が僅かに遅れる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第一実施形態の燃料噴射弁を示す概略断面図である。
【図２】燃料噴射の開始から終了までのニードルのリフト量及び燃料噴射率の推移を示す図である。
【図３】インナーニードルバウンスが生じた場合における圧力制御室内の燃料圧力及びニードルリフト量の推移を示す図である。
【図４】本発明の第二実施形態の燃料噴射弁を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態の燃料噴射弁の変更例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１    コモンレール
２    燃料噴射弁
３    燃料タンク
１１    ノズルボディ
１２    インナーニードル
１３    アウターニードル
１４    内側噴孔群
１５    外側噴孔群
１６    ノズル室
２０    圧力制御室
２３    三方弁
３６    シリンダ
３７    開閉弁
３８    開閉弁用バネ
４０    オリフィス
【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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