JP4294671B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関に燃料を噴射供給するために使用される燃料噴射装置、特にツインニードル式の可変噴孔ノズルを備える燃料噴射装置に関する。

自動車用内燃機関には、環境や資源保護の観点から排気エミッションおよび燃費を改善するとともに、運転者の要請に応じた出力性能を実現することが望まれる。これらを両立させるため、より高度な燃料噴射制御が必要となっており、例えば、ディーゼルエンジンにおいて、コモンレールから供給される高圧燃料を、可変噴孔ノズルから噴射する燃料噴射装置が提案されている。可変噴孔ノズルは、ノズルの先端部に複数の噴孔を有し、ノズルニードルのリフト量に応じて複数の噴孔を順に開放することで、燃料噴射率を可変とすることができる。

このような可変噴孔ノズルの従来技術として、ツインニードル式の可変噴孔ノズルがある（例えば、特許文献１等）。
特開２００５−３２０９０４号公報

特許文献１に開示される可変噴孔ノズルは、筒状のノズルボデー内にノズルニードルを摺動自在に保持し、ノズルボデー先端部に軸方向に形成した複数の噴孔を開閉するようになっている。ノズルニードルは、中空筒状のアウタニードルの内部にインナニードルを摺動自在に設けたツインニードル式で、アウタニードルおよびインナニードルは、それぞれの上部に配したスプリング部材により閉弁方向に付勢されている。ノズルニードルの上方には圧力制御室が設けられ、高圧通路から供給される高圧燃料にてアウタニードルおよびインナニードルに背圧を作用させている。圧力制御室は、アウトオリフィスを介して低圧通路に連通し、その出口部に設けた制御弁を開閉駆動することによって、圧力が増減するようになっている。

上記構成において、制御弁を駆動して圧力制御室を低圧通路に連通させると、圧力制御室の燃料が排出され、ノズルニードルに作用する背圧が低下する。これに伴い、アウタニードルが先行してリフトを開始し、複数の噴孔のうち先端側を開放する。アウタニードルがさらにリフトしてインナニードルに当接すると、それ以降は両ニードルが一体となってリフトし、残る噴孔を開放する。これにより、低負荷時にはアウタニードルのみをリフトさせて、小量の燃料噴射を実施し、高負荷時には、アウタニードルとインナニードルの両方をリフトさせて、より大きな燃料噴射量とすることができるので、高度な噴射量制御が可能となる。

しかしながら、上記従来技術の構成では、アウタニードルがインナニードルに衝突してこれを押し上げる際に、インナニードルがアウタニードルから受ける衝撃によりバウンスする現象が生じる。この現象により、噴孔の開閉動作が不安定となりやすく、インナニードルが一旦持ち上げられて噴孔を開放した後、下降して再び噴孔を閉鎖すると、噴射量が変動する。このため、インナニードル開弁時またはその前後において噴射量がばらつくという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、ツインニードル式の可変噴孔ノズルを備える燃料噴射装置において、ノズルニードル開弁時に、アウタニードルの衝突によるインナニードルのバウンスを抑制し、噴射量のばらつきを低減すること、これにより運転状態に応じた高度な噴射量制御を行うことのできる高性能な燃料噴射装置を提供することにある。

請求項１の燃料噴射装置は、ノズルボデー先端に設けた複数の噴孔を、同軸的に配設された第１ノズルニードルおよび第２ノズルニードルにて開閉する可変噴孔ノズルを備える。第１ノズルニードルおよび第２ノズルニードルのリフトは、閉弁方向に作用する制御室の圧力をニードル駆動部にて増減させることにより制御され、制御室の圧力低下に伴い、第１ノズルニードルが先行リフトし、第２ノズルニードルに当接してこれをリフトさせる構成となっている。さらに、第１ノズルニードルと上記第２ノズルニードルとの当接による衝撃を吸収して、第２ノズルニードルのリフト量の変動を抑制する衝撃緩和手段を設けている。

上記構成によれば、先行リフトする第１ノズルニードルが第２ノズルニードルに衝突する際に生じる衝撃が、衝撃緩和手段により吸収されるので、第２ノズルニードルが浮き上がってバウンスするのを防止できる。よって、ノズルニードルのリフト量制御性が向上し、噴射量のばらつきを改善して、安定した運転を実現することができる。

請求項２の発明では、上記衝撃緩和手段を、圧力上昇により衝撃力を緩和するダンパ室、あるいは軟質材または弾性材よりなり衝撃力を吸収可能な緩衝部材とする。

具体的には、ダンパ室の油圧力により第１ノズルニードルが第２ノズルニードルに衝突する時の衝撃を緩和したり、両ニードルの間に弾性材や軟質材からなる緩衝部材を配置して、衝撃力を吸収することができる。

請求項３の発明では、上記衝撃緩和手段を、第２ノズルニードルの背面側に設けられるダンパ室とする。

第２ノズルニードルの背面側にダンパ室となる油圧室を設け、リフトと反対方向の圧力を作用させることで、第１ノズルニードルによる上昇力を抑えることができ、衝突によるバウンスを容易に低減できる。

請求項４の発明では、上記衝撃緩和手段を、第１ノズルニードルの、第２ノズルニードルとの当接端面に設けられる緩衝部材とする。

例えば、第２ノズルニードルと当接する第１ノズルニードルの一部を軟質材で構成することで、第２ノズルニードルと当接した時の衝撃力を吸収する緩衝部材として機能させることができる。

請求項５の発明では、請求項２のダンパ室を、閉弁方向の圧力を作用させる制御室内に設ける。この時、請求項６の発明のように、ダンパ室から制御室への流体流出量を制限し、ダンパ室の圧力を調整するオリフィスを設けることができる。

具体的には、制御室内において、第２ノズルニードル上方の空間をオリフィスを介して制御室と区画し、ダンパ室として機能させることができる。この時、オリフィスを適切に設定して、流体流出を制限することで、第１ノズルニードルの衝突時に圧力を上昇させ、第２ノズルニードルのリフトと反対方向に作用させて浮き上がりを効果的に抑制できる。

請求項７の発明では、上記ダンパ室を、制御室内に設置した一端閉鎖の筒状容器体とその開口内に摺動自在に挿通した第２ノズルニードルの背面との間に設けられる室とする。

ダンパ室の構成部材として、筒状容器体を用いることで、簡易にダンパ室を設定することができる。

請求項８の発明では、上記ダンパ室を、ボデー部材に形成した一端閉鎖の空間部とその開口内に摺動自在に挿通した第２ノズルニードルの背面との間に設けられる室とする。

ダンパ室をボデー部材と一体に設けることで、第２ノズルニードルの姿勢保持性が向上する。

請求項９の発明では、上記衝撃緩和手段を、第１ノズルニードルと第２ノズルニードルとの当接部位の間に介設されるダンパ室および緩衝部材の一方または両方とする。

第１ノズルニードルと第２ノズルニードルとの当接部位の間に、ダンパ室となる油圧室を設け、あるいは、衝撃を吸収可能な緩衝部材を配設することもできる。これらダンパ室と緩衝部材の一方あるいは両方を介在させることで、第２ノズルニードルへ伝達される衝撃が小さくなり、バウンスを抑制する同様の効果が得られる。

請求項１０の発明では、請求項４のダンパ室を、制御室内において第１ノズルニードルおよび第２ノズルニードルの対向端面間に配設した可動部材にて構成する。

第１ノズルニードルおよび第２ノズルニードルの対向端面間に、可動部材を配設して、第１ノズルニードルのリフトによって可動部材と第２ノズルニードルとの間に形成される空間の圧力が上昇するように構成し、ダンパ室として機能させることができる。

請求項１１の発明では、請求項２のダンパ室を高圧通路に連通させ、第２ノズルニードルの背面に常時高圧を作用させる。

第２ノズルニードルの上方に高圧のダンパ室を設け、常にダンパ室の高圧を作用させる構成としてもよく、リフト上昇力を抑え、バウンスを抑制する同様の効果が得られる。

請求項１２の発明のように、好適には、第１ノズルニードルを筒状としてその内部に第２ノズルニードルを摺動可能に配設する。この際、これら第１ノズルニードル、第２ノズルニードルをそれぞれ閉弁方向に付勢する第１スプリングおよび第２スプリングを設けることで、閉弁時に第１ノズルニードル、第２ノズルニードルを速やかに閉弁位置に移動させることができる。

以下、本発明の第１の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明を適用したディーゼルエンジンのコモンレール燃料噴射装置の全体構成を示す概略図であり、図２にその主要部である可変噴孔ノズル１の拡大図を示す。図１において、燃料噴射装置は、ツインニードル式のノズルニードル２を有する可変噴孔ノズル１を備え、ノズル先端部に設けた噴孔群３を、ノズルニードル２の駆動に伴って開閉するようになっている。ノズルニードル２を駆動するニードル駆動部としてのニードル駆動機構６は、制御弁７およびピエゾ駆動部８からなり、ＥＣＵ１０にて制御される。

噴射燃料はエンジンの各気筒に共通のコモンレール９から供給される。コモンレール９には高圧ポンプ１２が接続されており、燃料タンク１１の燃料を高圧ポンプ１２にて加圧し、燃料通路１３を介して圧送することで、所定の高圧に保持される。

可変噴孔ノズル１のボデーＢは、先端円錐部に噴孔群３が形成されるノズルボデーＢ１にプレート状の流路形成部材Ｂ２を積層し、これらボデー部材の外周をリテーニングナットＢ３にて締付固定してなる。ノズルボデーＢ１にはノズルニードル２を収容する縦孔１ａが形成され、縦孔１ａの先端部内周面に噴孔群３を構成する複数の第１噴孔３１および複数の第２噴孔３２が開口している。複数の第１噴孔３１は、複数の第２噴孔３２より上方に配置される。

ノズルニードル２は、略円筒状のアウタニードル２１と、その内部を摺動する軸状のインナニードル２２からなり、請求項記載の第１ノズルニードルと第２ノズルニードルに各々相当する。第１ノズルニードルであるアウタニードル２１は、上端部が縦孔１ａ内に配設したシリンダ部材２３に摺動自在に保持されており、下端部はノズルボデーＢ１の先端円錐部に延びて複数の第１噴孔３１に対向している。第２ノズルニードルであるインナニードル２２の下端部は、アウタニードル２１の下端開口から下方へ突出し、複数の第２噴孔３２に対向している。よって、ノズルニードル２が下端位置にある時に、アウタニードル２１が複数の第１噴孔３１を閉孔し、インナニードル２２が複数の第２噴孔３２を閉孔する。

アウタニードル２１の中間部外周には、燃料溜まり１６が形成され、流路形成部材Ｂ２に設けた高圧通路１７から縦孔１ａ内の空間を経て高圧燃料が供給されている。高圧通路１７は、ニードル駆動機構６内の高圧通路７１を介してコモンレール９に至る燃料供給通路１４に連通している。流路形成部材Ｂ２には、シリンダ部材２３内空間に連通する空間が形成され、これら空間にて制御室としての油圧制御室４を構成しノズルニードル２の背圧を発生している。また、アウタニードル２１の上端部外周には、第１ばね部材としてのリターンスプリング２４が配設され、インナニードル２２の上端部外周には、第２ばね部材としてのリターンスプリング２５が配設されて、それぞれアウタニードル２１、インナニードル２２を下方に付勢している。

油圧制御室４の油圧は、ニードル駆動機構６の制御弁７にて制御される。制御弁７は２位置３方弁構造で、高圧通路７１から分岐する高圧通路７２と、燃料タンク１１への燃料排出通路１５に接続する低圧通路７３のいずれか一方を、油圧制御室４に選択的に連通させる。油圧制御室４の頂面には、制御弁７への連通路７４が開口しており、高圧通路７２が開放される図示の位置では、コモンレール９の高圧燃料が高圧通路７２から連通路７４を経て流入することになる。このために、高圧となる油圧制御室５の圧力と、リターンスプリング２４、２５の付勢力とが閉弁方向に作用して、ノズルニードル２を噴孔３１、３２に押付けている。

ピエゾ駆動部８は、ピエゾアクチュエータ８１の駆動力にて駆動ピストン８２を変位させ、油圧室８３の圧力を増減することにより制御弁７を駆動する。ピエゾアクチュエータ６は、例えば圧電体を積層してなるピエゾスタックを備え、通電によりピエゾスタックを伸長させて変位を発生する。これに伴い制御弁７の位置が切り換えられ、低圧通路７３と油圧制御室４とが連通すると、油圧制御室４の圧力が低下するために、ノズルニードル２が開弁する。

ここで、本発明の特徴部分である衝撃緩和手段について、図２を参照しながら説明する。図２は、図１における可変噴孔ノズル１の構造を簡略に示したもので、図１と実質的な差異はない。
本発明が採用するツインニードル式の可変噴孔ノズル１では、油圧制御室４の燃料圧力が低下すると、まずアウタニードル２１がリフトして第１噴孔３１を開放し、次いでアウタニードル２１に押し上げられてインナニードル２２がリフトし、第２噴孔３２を開放するように構成される。この際、アウタニードル２１とインナニードル２２の衝突によるバウンスが生じやすくなり、これを抑制するため、本実施形態では衝撃吸収手段として、インナニードル２２の背面側にダンパ室５を設ける。この背面側は、図１中におけるインナニードル２２のリフト方向上方（反噴孔側）に位置する。

具体的には、油圧制御室４内に上端閉鎖の筒状容器体２６を収容し、その内周をシリンダとして下端開口からインナニードル２２を摺動自在に挿通する。この時、筒状容器体２６の内周面とインナニードル２２の上端面とで囲まれる空間を、ダンパ室５とする。また本実施形態では、ダンパ室５は、筒状容器体２６の上部筒壁に設けたオリフィス５１を介して油圧制御室４と連通する構成としている。オリフィス５１の径は、ダンパ効果が十分発揮できるように、油圧制御室４と制御弁との連通路７４に設けられるオリフィスよりも小径に設定され、ノズルニードル２の開弁時に油圧制御室４に遅れを有して圧力が低下するようになっている。筒状容器体２６の筒壁外周にはフランジ２６１が設けられ、該フランジ２６１とインナニードル２２外周のフランジ２２１との間に、インナニードル２２を閉弁方向に付勢するリターンスプリング２５が配設されている。また、アウタニードル２１を閉弁方向に付勢するリターンスプリング２４は、油圧制御室４を構成するシリンダ部材２３とアウタニードル２１外周のフランジ２１１との間に配設される。

上記構成の燃料噴射装置の作動を次に説明する。ニードル駆動機構６のピエゾ駆動部８が作動しない図１の状態では、制御弁７が油圧制御室４と高圧通路７２とを連通する位置にあり、コモンレール９から制御弁７および連通路７４を介して油圧制御室４に高圧燃料が導入される。油圧制御室４とオリフィス５１を介して連通するダンパ室５も高圧となっている。この時、アウタニードル２１は、油圧制御室４の燃料圧力とリターンスプリング２４のばね力によって、第１噴孔３１に押付けられ、インナニードル２２は、ダンパ室５の燃料圧力とリターンスプリング２５のばね力によって、第２噴孔３２に押付けられており、ノズルニードル２は閉弁状態となる。

ＥＣＵ１０からの指令により、ピエゾ駆動部８のピエゾスタック８１が通電により伸長し、駆動ピストン８２が油圧室８３の圧力を上昇させると、制御弁７が油圧制御室４と低圧通路７３を連通する位置に切り換えられる。これにより、油圧制御室４の燃料が連通路７４から低圧通路７３へ排出され、制御圧力が徐々に低下する。油圧制御室４の燃料圧力が所定圧を下回ると、アウタニードル２１に上向きに作用する高圧の燃料圧力によって、アウタニードル２１がリフトを開始し、第１噴孔３１を開放する。

図２の左半部は、アウタニードル２１のみがリフトし、第１噴孔３１から燃料が噴射されている状態を示す。ここで、油圧制御室４の圧力低下に伴い、ダンパ室５も圧力低下するが、オリフィス５１により燃料の流出が制限されるため、ダンパ室５の圧力は比較的高く保たれる。アウタニードル２１がさらにリフトすると、その上端面がインナニードル２２のフランジ２２１に衝突し、これを押し上げるために、インナニードル２２がリフトを開始する。

この時、アウタニードル２１のインナニードル２２への衝突に伴い、インナニードル２２の上端面が上方へ移動し、これを室壁とするダンパ室５の圧力を上昇させる。このダンパ室５の油圧力が、インナニードル２２の上昇力を抑えるように作用し、バウンスを防止する。よって、アウタニードル２１とインナニードル２２とが一体となってスムーズに上昇し、第２噴孔３２を開放する。図２の右半部はこの状態を示すもので、アウタニードル２１およびインナニードル２２がリフトし、第１噴孔３１および第２噴孔３２の両方から燃料が噴射されている。

噴射停止時には、図１のピエゾ駆動部８により制御弁７を初期位置に切り換え、コモンレール９から制御弁７および連通路７４を介して、油圧制御室４に高圧燃料を導入する。これにより、油圧制御室４の圧力が再上昇し、所定圧を超えるとアウタニードル２１およびインナニードル２２が下降する。インナニードル２２が第２噴孔３２を閉鎖すると、アウタニードル２１がインナニードル２２のフランジ２２１から離れてさらに下降し、第１噴孔３１を閉鎖する。

このように、本実施形態によれば、油圧制御室４に設けたダンパ室５が、アウタニードル２１とインナニードル２２の衝突による衝撃を緩和するダンパ機能を有するので、インナニードル２２のバウンスを抑制することができる。よって、インナニードル２２の開弁時やその前後の動作が不安定となるのを防止し、安定した燃料噴射制御が可能となる。

また、アウタニードル２１用の油圧制御室４が、ダンパ室５の容積だけ縮小するので、その分、連通路７４径を小さくすることができる。例えば、アウタニードル２１の上昇初期には、開弁速度を小さくすることが望まれ、連通路７４径を小さくして燃料流出を抑制することで、アウタニードル２１のリフト速度を抑制できる。また、ダンパ室５から油圧制御室４への燃料流出によっても、油圧制御室４の圧力減少が緩和される。

このように、アウタニードル２１のリフト上昇を抑えることにより、噴射パルスＴと噴射量Ｑで示される線図の傾きを小さくすることができる。これにより、パイロット噴射等の微小噴射量制御性が向上するので、軽負荷運転時の燃料消費量の改善や燃焼音の低下に効果がある。

図３に本発明の第２の実施形態を示す。上記第１の実施形態では衝撃緩和手段としてインナニードル２２のリフト方向上方にダンパ室５を設けたが、本実施形態では、アウタニードル２１のリフト方向上方に緩衝部材を設けている。図３に概略図を示す可変噴孔ノズル１の基本構造は、上記第１の実施形態と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。図３において、略円筒状のアウタニードル２１は、インナニードル２２外周のフランジ２２１と対向する上端部２１Ａを、アウタニードル２１母材よりも軟質材で構成して、アウタニードル２１と一体の緩衝部材として機能させている。具体的には、アウタニードル２１の製造工程において熱処理する際に、上端部２１Ａのみをマスキングして防炭処理することにより、母材よりも軟質として緩衝機能を持たせることが可能である。好適には、アウタニードル２１母材をＳＫＨ２（熱処理ＱＴ：ＨＲＣ６０付近）、上端部２１Ａを４５Ｃ（生材：ＨＲＣ３０付近）とすることができ、衝撃吸収効果が高い。

この状態から、図１のニードル駆動機構６により油圧制御室４を低圧通路７３に連通させると、油圧制御室４の圧力が低下してアウタニードル２１がリフトを開始し、第１噴孔３１を開放する（図３左半部参照）。アウタニードル２１がさらにリフトすると、その上端部２１Ａが、インナニードル２２外周のフランジ２２１を押し上げる（図３右半部参照）。この時、軟質材からなる上端部２１Ａが、衝突による衝撃力を緩和するので、インナニードル２２のバウンスを抑制することができる。

このように、アウタニードル２１側に緩衝部材を設ける構成によっても、インナニードル２２の開弁前後の動作が不安定になるのを防止し、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ここでは、緩衝部材をアウタニードル２１と一体に設けたが、別体としてもよい。この場合は、アウタニードル２１と母材よりも軟質の、例えば、軟綱（もしくはアウタニードル２１と同材質の部材を防炭処理し軟質化してもよい）からなるリング状部材を挿通配置することができる。

図４に本発明の第３の実施形態を示す。本実施形態では、衝撃緩和手段となるダンパ室５Ａをアウタニードル２１とインナニードル２２の当接部位の間に配設する。図４に概略図を示す可変噴孔ノズル１の基本構造は、上記第１の実施形態と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。図４において、油圧制御室４内には、アウタニードル２１の上端面とインナニードル２２外周のフランジ２２１との間に、衝撃緩和手段となるリング状の可動プレート５２が収容されている。可動プレート５２は、外径がインナニードル２２外周のフランジ２２１よりやや大きく形成され、ダンパ室５Ａを構成するとともに、緩衝部材として機能する。可動プレート４２の材質は、例えば弾性の大きい金属系材料が好適に使用される。

ノズルニードル２が下端位置にある時、可動プレート５２と、その上方のフランジ２２１との間に形成される空間にて、ダンパ室５Ａが構成される。この時、ダンパ室５Ａは、フランジ２２１外周のクリアランスを介して、その上方の油圧制御室４と連通している。アウタニードル２１の上端面は、可動プレート５２との接触面積が小さくなるように、内外周縁部が面取りしてある。

この状態から、ニードル駆動機構６により油圧制御室４を低圧通路７３に連通させると、油圧制御室４の圧力が低下してアウタニードル２１がリフトを開始し、第１噴孔３１を開放する（図４左半部参照）。アウタニードル２１がリフトして可動プレート５２を押し上げると（図４右半部参照）、ダンパ室５Ａの圧力が上昇してダンパ効果を発生するとともに、可動プレート５２の弾性力によりアウタニードル２１の衝突力を緩和する。従って、アウタニードル２１がインナニードル２２に衝突する際に下向きの作用力を発生させて、インナニードル２２の浮き上がりを抑止することができる。

上記構成によれば、可動プレート５２を用いてダンパ室５Ａを比較的簡易に構成し、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、アウタニードル２１が可動プレート５２をインナニードル２２に押圧するために、閉弁時には、スクイーズ力で可動プレート５２がインナニードル２２から離れにくくなるが、本実施形態の構成では、アウタニードル２１の上端面を面取りを施した形状として、スクイーズ力の発生を抑えたので、アウタニードル２１は可動プレート５２から容易に離れて閉弁作動を行う。このため、ノズルニードル２のリフトを高精度に制御することが可能である。

図５に本発明の第４の実施形態を示す。本実施形態では、衝撃緩和手段となるダンパ室５Ａを、アウタニードル２１とインナニードル２２の当接部位の間に配設するとともに、インナニードル２２外周のフランジ２２１を覆うように配設した略コ字状の可動部材５３にて構成する。図５（ａ）に概略図を示す可変噴孔ノズル１の基本構造は、上記第１の実施形態と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。図５（ａ）において、可動部材５３は、略Ｌ字状の断面を有するリング状の下側部材５３ａと平板リング状の上側部材５３ｂからなる。下側部材５３ａは、アウタニードル２１の上端面とインナニードル２２外周のフランジ２２１との間に位置し、その外周縁から上方に延びる縦壁が、フランジ２２１外周面に当接している。上側部材５３ｂは、フランジ２２１の上面に配置され、その上方に配したリターンスプリング２５によりフランジ２２１上面に押圧されている。ダンパ室５Ａは、上側部材５３ｂおよび下側部材５３ａとフランジ２２１との間に形成される空間からなる。

図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、ダンパ室５Ａとなる空間は、アウタニードル２１とインナニードル２２の相対位置の変化によってフランジ２２１の下部位置と上部位置に交互に形成される。アウタシート時（図５（ｂ））にフランジ２２１下部に形成されるクリアランスＬ１は、フルリフト時（図５（ｃ））にフランジ２２１上部に形成されるクリアランスＬ１と同じである。

本実施形態の作動について説明する。上記実施形態と同様に、油圧制御室４の圧力が低下すると、まずアウタニードル２１がリフトを開始し、第１噴孔３１を開放する（図５（ａ）左半部参照）。次いで、アウタニードル２１がリフトして可動部材５３を押し上げる（図５（ａ）右半部参照）。ここで、ダンパ室５Ａは、図６（ｂ）に示すアウタシート時には、フランジ２２１の下位置にあり、リフトとともにその容積が縮小する。これに伴いフランジ２２１の上位置に形成されるダンパ室５Ａの容積が膨張していき、図５（ｃ）に示すフルリフト時に最大となる。

このように、本実施形態では、アウタニードル２１とインナニードル２２の相対位置変化（いずれかの移動）により、フランジ上下に形成されるダンパ室５Ａが、交番して膨張・縮小される。この構成により、アウタニードル２１とインナニードル２２が相対位置変化する全工程において、制動効果を生じさせることができ、アウタニードル２１とインナニードル２２との衝突力を緩和して、インナニードル２２のバウンスを防止する同様の効果が得られる。また、略コ字状の可動部材５３を用いたので、ダンパ室５Ａの容積やクリアランスＬ１の設定が容易となり、ダンパ効果を高める。さらに、噴射停止時には、リターンスプリング２５からの付勢力を受けるので、可動部材５３を強制的に初期位置に戻すことができる。

図６に発明の第５の実施形態を示す。上記第１の実施形態では衝撃緩和手段となるダンパ室５と油圧制御室４を連通させるオリフィス５１を設けたが、オリフィス５１を設けない構成とすることもできる。図６に概略図を示す可変噴孔ノズル１の基本構造は、上記第１の実施形態と同様であり、油圧制御室４内に収容した上端閉鎖の筒状容器体２６と、その下端開口から挿通されるインナニードル２２とで囲まれる空間によりダンパ室５を形成している。この時、筒状容器体２６の内周面とインナニードル２２の外周面との間隙を、流体が流出入できる適度な大きさとすることで、オリフィスを省略することができる。

上記構成における作動は、上記第１の実施形態と同様であり、アウタニードル２１がインナニードル２２に衝突して、インナニードル２２を上方へ移動させると、ダンパ室５の圧力が上昇してインナニードル２２の上昇力を抑える。よって、インナニードル２２のバウンスを防止し、アウタニードル２１と一体となってスムーズに上昇させることができる。本実施形態の構成によれば、インナニードル２２外周の間隙をオリフィスに相当する流体流れ経路とすることで、簡易な構成で同様の効果が得られる。

図７に本発明の第６の実施形態を示す。本実施形態では、衝撃緩和手段となるダンパ室５を、インナニードル２２の背面側に、ボデーＢと一体に設けている。図７に概略図を示す可変噴孔ノズル１の基本構造は、上記第１の実施形態と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。図７において、インナニードル２２の上方には、油圧制御室４の頂面を構成するボデーＢ部材の一部を凹陥させてダンパ室５となる空間が構成されている。インナニードル２２の上端部は、この凹陥部に下方から摺動自在に挿通配置され、インナニードル２２の外周部と凹陥部の内周面との間には、オリフィスに相当する適度な大きさの間隙が形成され、油圧制御室４との間で燃料の流出入を可能にしている。なお、凹陥部を設ける代わりに、油圧制御室４の頂面から制御室４に突出する筒状部を、ボデーＢ部材と一体に設けてもよい。

上記構成によっても、上記第１の実施形態と同様の効果が得られ、アウタニードル２１がインナニードル２２に衝突して、インナニードル２２を上方へ移動した時に、ダンパ室５の圧力が上昇してインナニードル２２の上昇力を抑える。よって、インナニードル２２のバウンスを防止し、アウタニードル２１と一体となってスムーズに上昇させることができる。また、本実施形態の構成によれば、ダンパ室５の構成部材を別体で設ける必要がなく、ダンパ室５が固定されることでインナニードル２２の姿勢保持性が向上する。また、ダンパ室５と他部位との間のリークを小さくすることができる。

図８に本発明の第７の実施形態を示す。本実施形態では、衝撃緩和手段となるダンパ室５Ｂを、油圧制御室４と独立に設ける。図８に概略図を示す可変噴孔ノズル１の基本構造は、上記第１の実施形態と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。図８において、油圧制御室４内には両端開口のシリンダ部材４１を設けてインナニードル２２の上端部を摺動可能に挿通配設してある。シリンダ部材４１内の空間は、ダンパ室５Ｂを構成し、その頂面にはコモンレール９に至る高圧通路１８が開口している。ダンパ室５Ｂは油圧制御室４と連通せず、油圧制御室４に燃料は流出しない。これによりインナニードル２２の上端面には、常時コモンレール９からの高圧が作用することになる。

本実施形態の構成において、ダンパ室５Ｂの圧力はインナニードル２２にのみ作用し、油圧制御室４の圧力は、インナニードル２２とアウタニードル２１の両方に作用する。ノズルニードル２の開弁は、上記実施形態と同様に、ニードル駆動機構６を駆動して油圧制御室４の圧力を低下させることによりなされ、まずアウタニードル２１がリフトを開始し、第１噴孔３１を開放する（図８左半部参照）。次いで、アウタニードル２１がさらにリフトしてインナニードル２２を押し上げると、第２噴孔３２が開放される（図８右半部参照）。この際、高圧のダンパ室５Ｂの圧力が、常にインナニードル２２に下向きに作用しているので、インナニードル２２の上昇力が抑えられて、衝突力を緩和する効果が高くなる。従って、衝突時にインナニードル２２が持ち上げられ難くなり、インナニードル２２のバウンスを防止して、安定した作動を実現する。

以上のように構成すれば、ツインニードル式の可変噴孔ノズルにおいて、インナニードルのバウンスを抑制し、噴射指令に対する噴射量のばらつきを低減して、安定した運転を行うことができる。

なお、上記実施形態におけるニードル駆動機構、例えば制御弁やピエゾ駆動部の構成は、これに限るものではなく、他の構成としてもよい。また、ピエゾ駆動部に代えてソレノイドを有する電磁駆動部を用いてもよい。

本発明を適用した第１の実施形態を示すディーゼルエンジンの燃料噴射装置の全体構成概略図である。 第１の実施形態における燃料噴射装置の要部拡大断面図である。 第２の実施形態における燃料噴射装置の要部拡大断面図である。 第３の実施形態における燃料噴射装置の要部拡大断面図である。 第４の実施形態における燃料噴射装置の要部拡大断面図である。 第５の実施形態における燃料噴射装置の要部拡大断面図である。 第６の実施形態における燃料噴射装置の要部拡大断面図である。 第７の実施形態における燃料噴射装置の要部拡大断面図である。

符号の説明

Ｂ１ ノズルボデー
１ 可変噴孔ノズル
１ａ 縦孔
１４ 燃料供給通路
１５ 燃料排出通路
１６ 燃料溜まり
１７ 高圧通路
２ ノズルニードル
２１ アウタニードル（第１ノズルニードル）
２１Ａ 上端部 (緩衝部材）
２２ インナニードル（第２ノズルニードル）
２２１ フランジ
２３ シリンダ部材
２４ リターンスプリング（第１ばね部材）
２５ リターンスプリング（第２ばね部材）
２６ 筒状容器体
３ 噴孔群
３１ 第１噴孔
３２ 第２噴孔
４ 油圧制御室（制御室）
５、５Ａ、５Ｂ ダンパ室
５１ オリフィス
５２ 可動プレート (緩衝部材）
５３ 可動部材
６ ニードル駆動機構（ニードル駆動部）
７ 制御弁
７１、７２ 高圧通路
７３ 低圧通路
７４ 連通路
８ ピエゾ駆動部
９ コモンレール

Claims (12)

1. ノズルボデー先端に設けた複数の噴孔を複数のノズルニードルにて開閉する可変噴孔ノズルを備える燃料噴射装置において、
   同軸的に配設された第１ノズルニードルおよび第２ノズルニードルと、
   高圧通路から供給される高圧油により上記第１ノズルニードルおよび第２ノズルニードルに閉弁方向の圧力を作用させる制御室と、
   上記制御室の圧力を増減させて上記第１ノズルニードルおよび第２ノズルニードルのリフトを制御するニードル駆動部を設けて、
   上記制御室の圧力低下に伴い上記第１ノズルニードルが先行リフトし、上記第１ノズルニードルが上記第２ノズルニードルに当接してこれをリフトさせる構成とし、
   かつ上記第１ノズルニードルと上記第２ノズルニードルとの当接による衝撃を吸収して、上記第２ノズルニードルのリフト量の変動を抑制する衝撃緩和手段を設けたことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 上記衝撃緩和手段は、圧力上昇により衝撃力を緩和するダンパ室、あるいは軟質材または弾性材よりなり衝撃力を吸収可能な緩衝部材である請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 上記衝撃緩和手段は、上記第２ノズルニードルの背面側に設けられる上記ダンパ室である請求項２記載の燃料噴射装置。
4. 上記衝撃緩和手段は、上記第１ノズルニードルの、上記第２ノズルニードルとの当接端面に設けられる上記緩衝部材である請求項２記載の燃料噴射装置。
5. 上記ダンパ室を上記制御室内に設けた請求項３記載の燃料噴射装置。
6. 上記ダンパ室から上記制御室への流体流出量を制限して上記ダンパ室の圧力を調整するオリフィスを設けた請求項５記載の燃料噴射装置。
7. 上記ダンパ室は、上記制御室内に設置した一端閉鎖の筒状容器体とその開口内に摺動自在に挿通した上記第２ノズルニードルの背面との間に設けられる室である請求項５または６記載の燃料噴射装置。
8. 上記ダンパ室は、ボデー部材に形成した一端閉鎖の空間部とその開口内に摺動自在に挿通した上記第２ノズルニードルの背面との間に設けられる室である請求項５または６記載の燃料噴射装置。
9. 上記衝撃緩和手段は、上記第１ノズルニードルと上記第２ノズルニードルとの当接部位の間に介設されるダンパ室および緩衝部材の一方または両方である請求項２記載の燃料噴射装置。
10. 上記ダンパ室は、上記制御室内において上記第１ノズルニードルと上記第２ノズルニードルの対向端面間に配設した可動部材にて構成される請求項９記載の燃料噴射装置。
11. 上記ダンパ室を高圧通路に連通させ、上記第２ノズルニードルの背面に常時高圧を作用させる構成とした請求項３記載の燃料噴射装置。
12. 上記第１ノズルニードルを筒状としてその内部に上記第２ノズルニードルを摺動可能に配設し、上記第１ノズルニードルを閉弁方向に付勢する第１ばね部材および上記第２ノズルニードルを閉弁方向に付勢する第２ばね部材を設けた請求項１ないし１１のいずれかに記載の燃料噴射装置。