JP2006183468A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 二種類の燃料を噴射するもので、これら燃料の噴き分けが可能な燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関へ燃焼に係わる流体を噴射供給する、第１噴孔３０および第２噴孔４０とが形成されるノズルボディ１１と、第１噴孔よりの前記流体の噴射有無を、ノズルボディ内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える外側ニードル５０と、第２噴孔よりの前記流体の噴射有無を、外側ニードル内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える内側ニードル６０と、燃焼に係わる二種類の前記流体を、第１噴孔および第２噴孔の各噴孔に個別に導く流路１６、１７を備える。なお、前記流路は、外側ニードルの外周とノズルボディの内周との間の第１隙間で形成され、第１流体の流れる第１流路１６と、内側ニードルの外周と外側ニードルの内周との間の第２隙間で形成され、第２流体の流れる第２流路１７とを備えることが好ましい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、燃料噴射装置に関し、例えば内燃機関に二種類の燃料を噴射供給する燃料噴射装置に適用して好適なものである。

燃料噴射装置としては、例えば内燃機関の燃焼室に直接燃料噴射する燃料噴射弁が知られている（特許文献１参照）。燃料噴射弁から噴射された燃料は微粒化され、燃焼室内の空気と混合しながら発達し、理想混合気比近傍で自己着火し燃焼を開始する。理論混合気比近傍で燃焼する割合が高いと、燃焼ガスが高温となり窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）が多量に発生する要因となるため、混合気形成に影響する燃料の燃焼特性を改善することは重要となっている。

特許文献１では、燃料と、燃料以外の水等の流体の二種類の燃料を噴射する技術が開示されている。この技術では、一つの流体噴射弁内に、同軸上に燃料噴射弁が収容されており、燃料噴射弁内に燃料の噴射および停止を行なう弁部材としてのニードルを内蔵している。燃料噴射弁自体は流体噴射弁内で弁部材として機能し、燃料噴射弁の往復移動動作により流体の噴射および停止が行なえるように構成されている。燃料噴射中に流体を遅れて噴射させ、燃料の燃焼特性の調節が可能である。

なお、流体用噴孔は、燃料用噴孔の外側の延長上に設けられており、流体用噴孔と燃料用噴孔の個数は同数で、かつ燃料用噴孔よりも流体用噴孔が大径に形成されている。噴霧の微粒化に寄与する噴孔出口の大きさは流体用噴孔で決まると考えてよい。
特開平１１−３０１６４公報

しかしながら、特許文献１による従来技術では、燃料噴射中に流体を遅れて噴射させることは可能であるが、噴孔出口は実質同一になるため、２流体を噴き分けて噴射させることは難しい。

出願人は、例えば低負荷域と高負荷域とで最適な噴霧状態に切換えられるものを検討している。このようなものに特許文献１の技術を適用すると、低負荷域と高負荷域とで噴霧の噴き分けができず、高負荷では、噴孔出口が比較的大径になることから、噴霧の高貫徹力が得られないおそれがある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、燃焼特性の異なる二種類の燃料を噴射するものにおいて、これら燃料を噴き分けることが可能な燃料噴射装置を提供することにある。

また、別の目的は、燃焼特性の異なる二種類の燃料を噴射するものにおいて、これら燃料を噴き分けることが可能であるとともに、内燃機関の運転状態に応じて最適な噴霧状態を形成し内燃機関の性能向上が図れる燃料噴射装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。

即ち、請求項１乃至５、７記載の発明では、内燃機関の気筒内へ燃焼に係わる流体を噴射供給する、第１噴孔および第２噴孔とが形成されるノズルボディと、第１噴孔よりの前記流体の噴射有無を、ノズルボディ内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える外側ニードルと、第２噴孔よりの前記流体の噴射有無を、外側ニードル内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える内側ニードルと、燃焼に係わる二種類の前記流体を、第１噴孔および第２噴孔の各噴孔に個別に導く流路を備えること特徴としている。

これにより、燃焼に係わる二種類の燃料を噴射するものにおいて、これら燃料を噴き分けることが可能である。

特に、請求項２に記載の発明では、二種類の前記流体は、第１の流体と第２の流体であって、前記流路は、外側ニードルの外周とノズルボディの内周との間の第１隙間で形成され、第１の流体の流れる第１流路と、内側ニードルの外周と外側ニードルの内周との間の第２隙間で形成され、第２の流体の流れる第２流路と、を備えることを特徴としている。

これによると、内外に二重に配置された内側ニードルおよび外側ニードルと、内側ニードルおよび外側ニードルを往復移動可能に収容するノズルボディとを備えている燃料噴射装置において、燃焼に係わる二種類の前記流体を、第１噴孔および第２噴孔の各噴孔に個別に導く流路として、外側ニードルの外周とノズルボディの内周との間の第１隙間で形成され、第１の流体の流れる第１流路と、内側ニードルの外周と外側ニードルの内周との間の第２隙間で形成され、第２の流体の流れる第２流路とを備えているように構成されている。これにより、二種類の流体の流れを、それぞれ、内外に二重に配置された内側ニードルと、外側ニードルと、弁ボディ内との間の隙間で形成される第１流路、第２流路と、第１噴孔、第２噴孔とに各二系統とするので、例えば外側ニードルの開弁時には第１流路に沿って第１の流体が第１噴孔に流入し、内側ニードルの開弁時には第２流れ経路に沿って第２の流体が第２噴孔に流入するようにすることができる。したがって、燃焼特性の異なる二種類の燃料を噴射するものにおいて、これら燃料を噴き分けることが可能である。

また、請求項３に記載の発明では、ノズルボディは、内側ニードルおよび外側ニードルが離座および着座する各弁座を備え、外側ニードルの閉弁時には、第１噴孔の流体流れの上流側位置および下流側位置がシートされ、内側ニードルの閉弁時には、第２噴孔の前記流体流れの上流側位置がシートされていることを特徴としている。

これによると、ノズルボディは、内側ニードルおよび外側ニードルが離座および着座する各弁座を備え、外側ニードルの閉弁時には、第１噴孔の前記流体流れの上流側位置および下流側位置がシートされ、内側ニードルの閉弁時には、第２噴孔の前記流体流れの上流側位置がシートされていることが好ましい。これにより、第１噴孔よりの前記流体の噴射有無を、ノズルボディ内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える外側ニードルと、第２噴孔よりの前記流体の噴射有無を、外側ニードル内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える内側ニードルと、燃焼に係わる二種類の前記流体を、第１噴孔および第２噴孔の各噴孔に個別に導く流路を備える構成を容易に形成できる。

また、請求項４に記載の発明では、弁座に付勢可能なシート部材を備え、第２隙間内にシート部材を配置していることを特徴としている。

これによると、弁座に付勢可能なシート部材を備え、第２隙間内にシート部材を配置していることが好ましい。これにより、内側ニードルおよび外側ニードルが独立して開弁する際に、第１の流体を第１噴孔から、第２の流体を第２噴孔からと独立して噴き分けることができる。

また、請求項５および７に記載の発明では、燃焼特性の異なる二種類の燃料を噴射するものにおいて、これら燃料を噴き分けることが可能であるとともに、内燃機関の運転状態に応じて最適な噴霧状態を形成し内燃機関の性能向上が図れる。

請求項７に記載の発明では、燃焼に係わる二種類の前記流体つまり第１の流体および第２の流体は、沸点温度の異なる二種類の燃料であるので、
例えば内燃機関の低負荷域では沸点温度の比較的低い燃料を第１噴孔および第２噴孔のうちのいずれか一方の噴孔から噴射させ、高負荷域では他方の噴孔から沸点温度の比較的高い燃料を噴射させるようにすることが可能である。したがって、低負荷域では比較的低い沸点を有する燃料で早く蒸発させ、混合気の希薄化させられる。一方、高負荷域では比較的高い沸点を有する燃料で蒸発を遅らせ、噴霧を遠くまで飛ばすことができる。

また、請求項５に記載の発明では、請求項１から請求項４に記載の燃料噴射装置は、燃焼に係わる二種類の前記流体を噴射供給される内燃機関に用いられ、
内側ニードルおよび外側ニードルを独立的に駆動する駆動装置と、駆動装置を駆動制御することで、燃焼に係わる二種類の前記流体のうちの少なくともいずれかの流体の噴霧パターンを制御する制御手段とを備え、
制御手段は、内燃機関の運転状態が低負荷領域にあるときには内側ニードルを開弁させ、高負荷領域にあるときには外側ニードルおよび内側ニードルを開弁させることを特徴としている。

これにより、内燃機関の高負荷域では外側ニードルおよび内側ニードルを開弁させるので、第１噴孔および第２噴孔から燃料を大流量に噴射することができる。さらに、低負荷領域にあるときには内側ニードルを開弁させるので、二種類の流体のうちの第２の流体による特定の燃焼特性を利用し例えば混合気の希薄化が図れる。

また、請求項６および７に記載の発明では、燃焼特性の異なる二種類の燃料を噴射するものにおいて、これら燃料を噴き分けることが可能であるとともに、内燃機関の運転状態に応じて最適な噴霧状態を形成し内燃機関性能の向上ができる。例えば内燃機関の低負荷域では沸点温度の比較的低い燃料を、内側ニードルの開弁により第２噴孔から噴射させ、高負荷域では外側ニードルの開弁により第１の噴孔から沸点温度の比較的高い燃料を噴射させるようにすることが可能である。これにより、低負荷域では比較的低い沸点を有する燃料で早く蒸発させ、混合気の希薄化させられる。一方、高負荷域では比較的高い沸点を有する燃料で蒸発を遅らせ、噴霧を遠くまで飛ばすことができる。さらに、高負荷域では外側ニードルの開弁に加えて内側ニードルも開弁させるので、第１噴孔および第２噴孔から燃料を大流量に噴射することができ、内燃機関の出力向上が図れる。

以下、本発明の燃料噴射装置を、具体化した実施形態を図面に従って説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の燃料噴射装置の構成を示す模式的断面図である。図２は、本実施形態の燃料噴射装置に係わる弁部の主要部を示す部分断面図である。図３は、燃料噴射装置の弁部の開閉状態を説明する図であって、図１中の弁部の内側ニードルおよび外側ニードルが閉弁している状態を示す部分断面図である。図４は、燃料噴射装置の弁部の開閉状態を説明する図であって、内側ニードルが開弁している状態を示す部分断面図である。図５は、燃料噴射装置の弁部の開閉状態を説明する図であって、外側ニードルが開弁している状態を示す部分断面図である。図６は、燃料噴射装置の弁部の開閉状態を説明する図であって、内側ニードルおよび外側ニードルが開弁している状態を示す部分断面図である。図７は、内燃機関で実行される燃焼状態に対応して二種類の流体を噴き分けられるように噴霧形態を設定するためのマップ構成図である。なお、図９は、図１中の駆動装置の一実施例を示す模式的断面図である。なお、図７において、図中の実線により領域Ｉと領域ＩＩに区分され、図中の回転数Ｎｅ１、負荷率Ｔ１以下の領域Ｉを主に低負荷領域と呼び、他の領域である領域ＩＩは主に高負荷領域と呼ぶ。図７中の破線は、内燃機関の性能特性例の一実施例を示している。

図２に示す燃料噴射装置１は、図示しないエンジンのシリンダヘッドに挿入搭載され、エンジンの各気筒に直接噴射するように構成されている。燃料噴射装置１は、二種類の燃料を噴射する燃料噴射弁２と、燃料噴射弁２に供給する加圧された高圧燃料を蓄圧する蓄圧器としてのコモンレール５と、コモンレール５に加圧された燃料を供給する高圧ポンプ６と、制御手段としてのＥＣＵ９０とを備えている。

燃料噴射弁２は、略円筒形状であり、図示しない燃料導入部（図中の燃料流入を示す矢印方向）から燃料を受け、内部の燃料通路２３、２４を経由して先端から燃料を噴射する。燃料噴射弁２は、燃料の噴射を遮断および許容する弁部と、弁部を駆動する駆動装置８０（図９参照）とを備えており、燃料導入部から燃料通路内に流入した燃料を弁部からエンジンの気筒に噴射供給する。

なお、高圧ポンプ６から燃料配管を通ってコモンレール５に供給された高圧燃料は、コモンレール５内で一定の高圧に蓄圧され、燃料配管を通って各気筒に配置された燃料噴射弁２の燃料導入部に導入される。導入された燃料のうち余剰燃料は図示しない燃料出口部（図９中の燃料リターンを示す矢印方向）を経由して燃料タンク７へ戻される。なお、高圧ポンプ６は、エンジンの回転数、負荷、吸入燃料圧力、吸入空気量、冷却水の温度等に従って燃料吐出圧を調整するように設けられている。なお、ここで、燃料噴射弁２には、燃料として二種類の燃料が供給されており、図１に示すように、二種類の燃料のうち、燃料Ａは燃料タンク７ａ、高圧ポンプ６ａ、コモンレール５ａの燃料経路で上記内部燃料通路２４に供給される。一方、燃料Ｂは燃料タンク７ｂ、高圧ポンプ６ｂ、コモンレール５ｂの燃料経路で上記内部燃料通路２３に供給される。

なお、ここで、燃料Ａおよび燃料Ｂは、それぞれ特許請求範囲に記載の燃焼に係わる二種類の流体を構成しており、燃料Ａは第２の流体、燃料Ｂは第１の流体である。また、駆動装置８０は、外側ニードル５０および内側ニードル６０を独立的に駆動するものであれば、図９に示す周知の電磁弁などの電磁駆動部の構造に限らず、圧電素子等の通電により伸縮する駆動部材であってもよい。なお、以下の実施形態で説明する駆動装置８０は、電磁弁とする。

燃料噴射弁２は、図１および図２に示すように、ノズルボディ１１、ノズルボディ１１内に往復移動可能に収容されている第１ニードル５０と第２ニードル６０、および電磁弁８０とから構成されている。なお、ノズルボディ１１、第１ニードル５０、および第２ニードル６０は、燃料の噴射を遮断および許容する弁部を構成する。電磁弁８０は、弁部を油圧により駆動する電磁駆動部を構成する。なお詳しくは、ノズルボディ１１と第１ニードル５０と第２ニードル６０は、燃料の流通および遮断を行なう弁部の本体（以下、ノズル本体と呼ぶ）１０を構成する。ノズル本体１０は、上記燃料導入部を有する弁ハウジング２０にリテーニングナット１９などの締結部材によって結合されている。

ノズルボディ１１は、図１に示すように、有底の略中空円筒状体であって、内部に第１ニードル５０および第２ニードル６０を往復移動可能に収容する案内孔１１ａと、弁座１２と、噴孔３０、４０とが形成されている。この案内孔１１ａは、ノズルボディ１１の内部に軸方向に延びており、第１ニードル５０および第２ニードル６０を軸方向移動可能に収容している。また、案内孔１１ａは、一方の端部側が圧力制御室としての背圧室７０に接続し、他方の端部側が弁座１２に接続している。

弁座１２は、図１および図２に示すように、略円錐面状に形成されており、弁座１２の燃料流れの下流側には、第１噴孔３０、第２噴孔４０が形成されている。なお、第２ニードル６０の下端面６５と弁座１２とで区画されるサック部１８を有している。サック部１８は、ノズルボディ１１の先端側に袋状に小空間の容積をもって形成されるサックホールである。なお、ここで、サック部１８は、袋状の所定の空間容積を有するサック室を構成する。

なお、ここで弁座１２は、請求範囲に記載の内側ニードルとしての第２ニードル６０および外側ニードルとしての第１ニードル５０が離座および着座する各弁座を構成している。なお、弁座１２および案内孔１１ａは、請求範囲に記載のノズルボディ１１の内周を構成している。

弁座１２に、第１ニードル５０の当接部（以下、第１当接部と呼ぶ）５１が当接および離間可能に配置されている。また、弁座１２に、第２ニードル６０の第２当接部６１が当接および離間可能に配置されている。当接部６１はいわゆる線シール部であって、理論的には円の形状である。当接部５１はいわゆる面シール部であって、円錐台面の形状をしている。

なお、ここで、当接部５１、６１と、弁座１２は、当接部５１、６１が弁座１２に当接、離間することで、図２および図３に示すように、燃料の流れを遮断および許容する第１シール部Ｓ１、第２シール部Ｓ２を構成している。当接部５１の弁座１２への着座により第１シール部Ｓ１は、請求範囲に記載の第１ニードル５０の閉弁時には、第１噴孔３０の流体流れの上流側位置および下流側位置をシートするシート部を構成している。当接部６１の弁座１２への着座により第２シール部Ｓ２は、請求範囲に記載の第２ニードル６０の閉弁時には、第２噴孔４０の前記流体流れの上流側位置をシートするシート部を構成している。

噴孔３０、４０は、図１および図２に示すように、ノズルボディ１１の内外を連通する通路として形成される。なお、ここで、噴孔（以下、第１噴孔と呼ぶ）３０は、第１シール部Ｓ１の下流側に配置され、第１シール部Ｓ１により遮断および許容される燃料を噴射する第１の燃料噴射手段を構成する。また、噴孔（以下、第２噴孔と呼ぶ）４０は、第２シール部Ｓ２の下流側に配置され、第２シール部Ｓ２により遮断および許容される燃料を噴射する第２の燃料噴射手段を構成する。

油溜り室１４は、図１に示すように、案内孔１１ａを形成する内壁中途部で、環状の凹部に形成されている。この油溜り室１４には、燃料Ｂが供給される燃料供給通路２３が接続されている。

外側ニードルとしての第１ニードル５０は略円筒状に形成されており、所定の隙間（第１隙間）を介して案内孔１１ａに遊嵌されている。第１ニードル５０の反噴孔側には、背圧室７０内の油圧を受ける第１上端面５３が形成され、第１ニードル５０の噴孔側には、第１弁座１２ｂに対向し、略円錐状の第１下端面５５が形成されている。第１下端面５５は、弁座１２に対して平行に対向して配置されている。第１当接部５１が弁座１２に着座および離座することにより、第１ニードル５０が閉弁および開弁され、従って第１噴孔３０からの燃料の遮断および許容がなされる。なお、第１下端面５５と弁座１２の間には、着座および離座により伸縮する隙間（第１隙間）が形成され、第１隙間としての燃料通路１６が形成されている。

第１上端面５３と背圧室７０との間には、背圧室７０を形成するスリーブ１８が配置されており、スリーブ１８と、ニードル５０側に固定される座５８との間に、付勢手段としての第１スプリング５９が配置されている。第１スプリング５９は、弁座１２に着座する着座方向にスプリング座部５８を付勢するように構成されている。背圧室７０内の圧力を調整することにより、第１ニードル５０を軸方向に往復移動される。なお、第１ニードル５０の外周と、その外周に対向するノズルボディ１１の案内孔１１ａの内周との間には、所定の隙間（以下、第１隙間と呼ぶ）が形成され、第１の隙間による燃料通路１５が形成されている（図１参照）。燃料通路１５は、油溜り室１４を介して供給された高圧の燃料Ｂを第１噴射孔３０側へ導く燃料経路を構成する。

内側ニードルとしての第２ニードル６０は、略円柱状に形成されており、第１ニードル５０の内部に往復移動可能に収容されている。詳しくは第１ニードル５０の内周５２に往復移動可能に収容されている。第２ニードル６０の反噴孔側には、背圧室７０内の油圧を受ける上端面が形成され（図２参照）、第２ニードル６０の噴孔側には、弁座１２に対向し、第２下端面６５が形成されている。第２下端面６５は、第２当接部６１に対して内周側に配置されている。

図１に示すように、鍔部６３と背圧室７０との間には、付勢手段としての第２スプリング６９が配置されており、第２スプリング６９は、弁座１２に着座する着座方向に鍔部６３を付勢するように構成されている。背圧室７０内の圧力を調整することにより、第２ニードル６０を軸方向に往復移動される。なお、第１ニードル５０の内周と第２ニードル６０の外周との間には、所定の隙間（以下、第２の隙間と呼ぶ）が形成され、第２の隙間による燃料通路１７が形成されている。

背圧室７０には、燃料供給通路２４とリターン通路２９とが接続されている。その入口には入口絞り（図示せず）が、出口には出口絞り（図示せず）が設けられている。なお、燃料供給通路２４は、背圧室７０と油溜り室２４とへ高圧燃料を供給するために途中で分岐されている。リターン通路２９は背圧室７０内の余剰燃料を燃料タンクへ戻すリターン燃料経路と接続している。なお、このリターン燃料経路の下流側には、リターン通路２９と燃料タンク側の低圧通路との連通、遮断を切換える電磁弁８０が設けられている。入口絞りと出口絞りの流路断面積の面積比を電磁弁８０によって調整することにより、背圧室７０への高圧燃料の流入量と流出量のバランスが調整できる。従って、背圧室７０の燃料圧力の上昇、下降速度が調整される。

なお、ここで、背圧室７０は、第１ニードル５０と第２ニードル６０に着座方向の圧力を作用させる共用の圧力制御室を構成する。

電磁弁８０は、制御弁８１を備え、その上部にソレノイド８２と第３スプリング８３とが設けられている。ソレノイド８２に駆動電流が供給されていない場合、制御弁８１は第３スプリング８３の付勢力により図示しない弁座に着座し、リターン通路２９を遮断する。駆動電流が供給される場合、制御弁８１はソレノイド８２に発生する励磁吸引力により弁座より離座し、リターン通路２９を開放する。なお、駆動電流は、ＥＣＵ９０によりエンジンの運転状態に応じて求められたタイミングでソレノイド８２に供給される。

制御手段としてのＥＣＵ９０は、図示しないリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、入力ポート、出力ポートを相互に双方向性バスで接続した公知構成のマイクロコンピュータとして構成されている。このＥＣＵ９０は、燃料噴射弁１０への通電期間を制御する。エンジンの回転速度、吸気管圧力（または吸入空気量）、冷却水温等のエンジンの運転状態を検出する図示しない各種センサ（図示せず）の信号を読み込み、エンジン用の各種プログラム（図示せず）に従って、燃料噴射弁２の電磁駆動部Ｓの動作を制御する。なお、詳しくは、クランクシャフトの回転状態に応じて７２０°ＣＡ毎にパルス信号を出力する基準位置センサと、より細かなクランク角毎（例えば、３０°ＣＡ毎）にパルス信号を出力する回転角センサとが設けられている。エンジンの図示しないシリンダ（ウォータジャケット）などには、冷却水温を検出するための水温センサが配設されている。吸気管には、吸入空気流量を検出するエアフローメータなどが配設されている。排気管には、排ガス中の酸素濃等に比例し、空燃比信号を出力する空燃比センサなどが設けられている。また、運転者の要求等を検出するためのアクセルペダルセンサ、スロットル開度センサ等が設けられている。

上述の構成を有する燃料噴射装置１の作動について以下説明する。

（噴射停止時）
コモンレール５ａ、５ｂ内に蓄積された比較的高圧の燃料Ａ、Ｂは、燃料供給通路２３、２４を通って、図１に示すように背圧室７０と燃料通路１５に供給される。このとき、ソレノイド８２へ駆動電流が供給されていないので、制御弁８１は第３スプリング８３の付勢力により弁座に着座され、リターン通路２９を遮断している。供給された燃料Ａは、背圧室７０内にとどまるので、圧力制御室７０および燃料通路１５の燃料圧力は、ほぼ等しくなっている。第１ニードル５０を弁座１２に押し付けようとする付勢力が、リフトさせようとする付勢力よりも大きいので、当接部５１が弁座１２に着座され、燃料通路１５内の燃料Ｂは第１噴孔３０より噴射されることはない。また、第２ニードル６０を弁座１２に押し付けようとする付勢力が、リフトさせようとする付勢力よりも大きいので、当接部６１が弁座１２に着座され、背圧室７０内の燃料Ａは第２噴孔４０より噴射されることはない（図３参照）。

（第２噴孔４０の開口への作動）
制御弁８１に駆動電流がソレノイド８２に供給されると、制御弁８１は、ソレノイド８２の発生する磁気吸引力によってリフトされ、リターン通路２９が開放される。リターン通路２９が開放されると、背圧室７０内の燃料圧力が低下する。背圧室７０内の燃料圧力が第２ニードル６０の開弁圧まで低下すると、第２ニードル６０がリフトされ、第２当接部６１が弁座１２から離座し、第２ニードル６０が開弁される。第２ニードル６０が開弁されると、背圧室７０および燃料通路１７の燃料Ａが第２噴孔４０に流入し、燃料Ａが第２噴孔４０から噴射される（図４参照）。

（第１噴孔３０の開口への作動）
制御弁８１に駆動電流がソレノイド８２に供給されると、制御弁８１は、ソレノイド８２の発生する磁気吸引力によってリフトされ、リターン通路２９が開放される。リターン通路２９が開放されると、背圧室７０内の燃料圧力が低下する。なお、この圧力は、第１入口絞り７１と第１出口絞り７２の面積比に応じて所定の下降速度で低下する。背圧室７０内の燃料圧力が第１ニードル５０の開弁圧まで低下すると、第１ニードル５０がリフトされ、第１当接部５１が弁座１２から離座し、第１ニードル５０が開弁される。第１ニードル５０が開弁されると、燃料通路１５、１６の燃料Ｂが第１噴孔３０に流入し、燃料Ｂが図５に示すように第１噴孔３０から噴射される。

（第１噴孔３０および第２噴孔４０の開口への作動）
上記の第１噴孔３０の開口過程において、第１当接部５１が弁座１２から離座すると、第１シール部Ｓ１のシール状態が解除され、燃料通路１５、１６からの高圧（コモンレール圧）Ｐｄの燃料Ｂが流入する。燃料Ｂは第１噴孔３０から噴射される。また、上記の第２噴孔４０の開口過程において、第２当接部６１が弁座１２から離座すると、第２シール部Ｓ２のシール状態が解除され、背圧室７０および燃料通路１７から高圧（コモンレール圧）Ｐｄの燃料Ａが流入する。燃料Ａは第２噴孔４０から噴射される（図６参照）。

（噴射停止への作動）
エンジンの運転状態に応じた所定の開弁時間が経過すると、ソレノイド８２への駆動電流の供給が停止される。駆動電流の供給が停止されると、ソレノイド８２の磁気吸引力が失われ、制御弁８１はリターン通路２９を遮断する。すると、出口絞りから下流への燃料流出が停止されるので、背圧室７０内の圧力は再び上昇し始める。背圧室７０内の圧力が第１ニードル５０の閉弁圧まで上昇すると第１ニードル５０が閉弁し、そして第２ニードル６０の閉弁圧まで上昇すると第２ニードル６０が閉弁する。その結果、第１噴孔３０および第２噴孔４０からの燃料噴射が停止される（図３参照）。

次に、本実施形態の作用効果を説明すると、（１）本実施形態では、二種類の流体Ａ、Ｂの流れを、それぞれ、内外に二重に配置された内側ニードルである第１ニードル５０と、外側ニードルである第２ニードル６０と、弁ボディ１１内との間の隙間で形成される第１流れ経路１６、第２流れ経路１７と、第１噴孔３０、第２噴孔４０とに各二系統とするので、第１ニードル５０が弁座１２の開弁時には、第１流路１６に沿って第１の流体としての燃料Ｂが第１噴孔３０に流入し、第２ニードル６０が開弁時には、第２流路１７に沿って第２の流体としての燃料Ａが第２噴孔４０に流入するようにすることができる。したがって、燃焼特性の異なる二種類の燃料Ａ、Ｂを噴射するものにおいて、これら燃料を噴き分けることが可能である。

なお、燃料Ａ、Ｂは、燃焼に係わる流体としての液体と液体に係わらず、気体と液体、液体と液体であってもよい。

（２）なお、上記構成に限らず、エンジンの気筒内へ燃焼に係わる流体を噴射供給する、第１噴孔３０および第２噴孔４０とが形成されるノズルボディ１１と、第１噴孔３０よりの前記流体の噴射有無を、ノズルボディ１１内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える外側ニードル５０と、第２噴孔４０よりの前記流体の噴射有無を、外側ニードル５０内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える内側ニードル６０と、燃焼に係わる二種類の前記流体を、第１噴孔３０および第２噴孔４０の各噴孔に個別に導く流路１６、１７を備えているように構成されているものであればいずれでもよい。

（３）なお、本実施形態では、ノズルボディ１１は、内側ニードル６０および外側ニードル５０が離座および着座する各弁座１２を備え、外側ニードル５０の閉弁時には、第１噴孔３０の前記流体流れの上流側位置および下流側位置が第１のシート部Ｓ１によってシートされ、内側ニードル６０の閉弁時には、第２噴孔４０の前記流体流れの上流側位置が第２のシート部Ｓ２によってシートされていることが好ましい。これにより、第１噴孔３０よりの前記流体の噴射有無を、ノズルボディ１１内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える外側ニードル５０と、第２噴孔４０よりの前記流体の噴射有無を、外側ニードル６０内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える内側ニードル６０と、燃焼に係わる二種類の前記流体を、第１噴孔３０および第２噴孔４０の各噴孔に個別に導く流路１６、１７を備える構成を容易に形成できる。

（４）本実施形態では、第１の流体としての燃料Ｂおよび第２の流体としての燃料Ａは、沸点温度の異なる二種類の燃料である。本実施例では、燃料Ａは低沸点燃料、燃料Ｂは高沸点燃料である。これによると、エンジンの低負荷域では沸点温度の比較的低い燃料Ａを第２噴孔４０から噴射させ（図４参照）、高負荷域では第１噴孔３０から沸点温度の比較的高い燃料Ｂを噴射させるようにすることが可能である（図６参照）。これにより、図７のマップ中の領域Ｉと領域ＩＩのマップ区分に応じて、領域Ｉに対応する低負荷域では比較的低い沸点を有する燃料Ａで早く蒸発させ、混合気の希薄化させられる。一方、領域ＩＩに対応する高負荷域では比較的高い沸点を有する燃料Ｂで蒸発を遅らせ、噴霧を遠くまで飛ばすことができる。

（５）本実施形態では、電磁弁８０を駆動制御することで、第１の流体Ｂおよび第２の流体Ａのうちの少なくともいずれかの流体の噴霧パターンを制御するＥＣＵ９０とを備え、
ＥＣＵ９０は、エンジンの運転状態が低負荷領域にあるときには第２ニードル６０を開弁させ、高負荷領域にあるときには第１ニードル５０および第２ニードル６０を開弁させるようにしている。

これにより、エンジンの高負荷域では第１ニードル５０および第２ニードル６０を開弁させるので、第１噴孔３０および第２噴孔４０から燃料を大流量に噴射することができる。さらに、低負荷領域にあるときには第２ニードル６０を開弁させるので、二種類の流体のうちの第２の流体Ａによる特定の燃焼特性を利用し例えば混合気の希薄化が図れる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態を、図８に従って説明する。なお、以下の説明では、第１の実施形態と同じもしくは均等の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。図４は、本実施形態に係わる弁部の主要部を示す部分断面図である。

第２の実施形態では、図８に示すように、第２流路としての燃料通路１７内に、弁座１２に付勢可能なシート部材１５６を設けている。

これにより、第１ニードル５０および第２ニードル６０が独立して開弁する際に、第１の流体である燃料Ｂを第１噴孔３０から、第２の流体である燃料Ａを第２噴孔４０からと独立して噴き分けることができる。

（他の実施形態）
以上説明した本実施形態では、燃焼に係わる二種類の流体を沸点温度の異なる燃料つまり液体と液体との組合せで説明したが、液体と気体の組合せ、気体と気体の組合せであってもいずれでもよい

本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置の構成を示す模式的断面図である。 第１の実施形態の燃料噴射装置に係わる弁部の主要部を示す部分断面図である。 燃料噴射装置の弁部の開閉状態を説明する図であって、図１中の弁部の内側ニードルおよび外側ニードルが閉弁している状態を示す部分断面図である。 燃料噴射装置の弁部の開閉状態を説明する図であって、内側ニードルが開弁している状態を示す部分断面図である。 燃料噴射装置の弁部の開閉状態を説明する図であって、外側ニードルが開弁している状態を示す部分断面図である。 燃料噴射装置の弁部の開閉状態を説明する図であって、内側ニードルおよび外側ニードルが開弁している状態を示す部分断面図である。 内燃機関で実行される燃焼状態に対応して二種類の流体を噴き分けられるように噴霧形態を設定するためのマップ構成図である。 第２の実施形態の燃料噴射装置に係わる弁部の主要部を示す図であって、外側ニードルが開弁している状態を示す部分断面図である。 図１中の駆動装置の一実施例を示す模式的断面図である。

符号の説明

１ 燃料噴射装置
２ 燃料噴射弁
１０ ノズル本体
１１ ノズルボディ
１１ａ 案内孔
１２ 弁座
１６ 燃料通路（第１流路）
１７ 燃料通路（第２流路）
１９ リテーニングナット
２０ 弁ハウジング
３０ 第１噴孔
４０ 第２噴孔
５０ 第１ニードル（外側ニードル）
５１ 第１当接部
５９ 第１スプリング
６０ 第２ニードル（内側ニードル）
６１ 第２当接部
６９ 第２スプリング
７０ 背圧室（圧力制御室）
８０ 電磁弁（駆動装置）
９０ ＥＣＵ（制御手段）
Ｓ１ 第１シール部
Ｓ２ 第２シール部

Claims (7)

1. 内燃機関の気筒内へ燃焼に係わる流体を噴射供給する、第１噴孔および第２噴孔とが形成されるノズルボディと、
   前記第１噴孔よりの前記流体の噴射有無を、前記ノズルボディ内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える外側ニードルと、
   前記第２噴孔よりの前記流体の噴射有無を、前記外側ニードル内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える内側ニードルと、
   燃焼に係わる二種類の前記流体を、前記第１噴孔および前記第２噴孔の各噴孔に個別に導く流路を備えること特徴とする燃料噴射装置。
2. 二種類の前記流体は、第１の流体と第２の流体であって、
   前記流路は、
   前記外側ニードルの外周と前記ノズルボディの内周との間の第１隙間で形成され、第１の流体の流れる第１流路と、
   前記内側ニードルの外周と前記外側ニードルの内周との間の第２隙間で形成され、第２の流体の流れる第２流路と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記ノズルボディは、前記内側ニードルおよび前記外側ニードルが離座および着座する各弁座を備え、
   前記外側ニードルの閉弁時には、前記第１噴孔の前記流体流れの上流側位置および下流側位置がシートされ、
   前記内側ニードルの閉弁時には、前記第２噴孔の前記流体流れの上流側位置がシートされていることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記弁座に付勢可能なシート部材を備え、
   前記第２隙間内に前記シート部材を配置していることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の燃料噴射装置。
5. 請求項１から請求項４に記載の燃料噴射装置は、前記燃焼に係わる二種類の前記流体を噴射供給される内燃機関に用いられ、
   前記内側ニードルおよび前記外側ニードルを独立的に駆動する駆動装置と、
   前記駆動装置を駆動制御することで、前記燃焼に係わる二種類の前記流体のうちの少なくともいずれかの流体の噴霧パターンを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   内燃機関の運転状態が低負荷領域にあるときには、前記内側ニードルを開弁させ、
   高負荷領域にあるときには、前記外側ニードルおよび前記内側ニードルを開弁させることを特徴とする燃料噴射装置。
6. 内燃機関の気筒内へ燃焼に係わる流体を噴射供給する燃料噴射装置において、
   第１噴孔および第２噴孔とが形成されるノズルボディと、
   前記第１噴孔よりの前記流体の噴射有無を、前記ノズルボディ内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える外側ニードルと、
   前記第２噴孔よりの前記流体の噴射有無を、前記外側ニードル内部への往復動可能な収容によるリフト動作により切換える内側ニードルと、
   燃焼に係わる二種類の前記流体を、前記第１噴孔および前記第２噴孔の各噴孔に個別に導く流路と、
   前記内側ニードルおよび前記外側ニードルを独立的に駆動する駆動装置と、
   前記駆動装置を駆動制御することで、前記燃焼に係わる二種類の前記流体のうちの少なくともいずれかの流体の噴霧パターンを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   内燃機関の運転状態が低負荷領域にあるときには、前記内側ニードルを開弁させ、
   高負荷領域にあるときには、前記外側ニードルおよび前記内側ニードルを開弁させることを特徴とする燃料噴射装置。
7. 前記燃焼に係わる二種類の前記流体は、沸点温度の異なる二種類の燃料であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。

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