JP4532398B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は燃料噴射装置に関する。

ニードル弁と、増圧ピストンと、ニードル弁の背圧室および増圧ピストンの中間室を高圧燃料源又は燃料排出通路のいずれか一方に選択的に連結可能な電磁駆動の三方弁とを具備し、燃料噴射を行う前はニードル弁の背圧室および増圧ピストンの中間室は高圧燃料で満たされており、三方弁の切換作用によってニードル弁の背圧室および増圧ピストンの増圧室内の高圧燃料が燃料排出通路内に排出されるとニードル弁が開弁して燃料噴射が開始されると共に増圧ピストンが作動して燃料噴射圧を高める燃料噴射装置が公知である（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−９８１３１号公報

ところでこのような燃料噴射装置において、三方弁を駆動するのに上述のように電磁力によって駆動するのではなくて、三方弁を駆動するための圧力制御室を設け、この圧力制御室内の圧力を制御することによって三方弁の切換制御を行うこともできる。この場合、燃料噴射を行うときに圧力制御室内の高圧燃料を高圧燃料溢流通路を介して燃料排出通路に排出させるようにするという問題を生ずる。

即ち、燃料噴射を行うべく三方弁が切換えられると上述したようにニードル弁の背圧室および容積の大きな増圧ピストンの中間室の双方から高圧燃料が燃料排出通路内に一気に排出される。その結果燃料排出通路の圧力は一時的に極めて高くなる。このとき上述したように圧力制御室内の高圧燃料が高圧燃料溢流通路を介して燃料排出通路に排出されていると、即ち燃料排出通路が高圧燃料溢流通路を介して圧力制御室に連通していると燃料排出通路内に発生した極めて高い圧力が高圧燃料溢流通路を通って圧力制御室内に達し、燃料噴射を停止させる方向に三方弁を作動させる可能性があるという問題がある。

上記問題点を解決するために本発明によれば、燃料噴射制御用高圧燃料の燃料排出通路内への排出を制御する切換弁装置と、切換弁装置を駆動するための駆動装置とを具備し、駆動装置が燃料排出通路に連結された高圧燃料溢流通路を具備しており、駆動装置内の高圧燃料を高圧燃料溢流通路を介して燃料排出通路内に排出したときに切換弁装置が駆動されて燃料噴射制御用高圧燃料が燃料排出通路内に排出される燃料噴射装置において、高圧燃料溢流通路内に駆動装置から燃料排出通路に向けてのみ流通可能な逆止弁を配置している。

燃料排出通路内に発生した極めて高い圧力が駆動装置に伝播するのが阻止され、それによって良好な燃料噴射作用が確保できる。

図１は燃料噴射装置の全体を図解的に示しており、図１において一点鎖線で囲まれた部分１はエンジンに取付けられた燃料噴射弁を示している。図１に示されるように燃料噴射装置は高圧の燃料を貯留するためのコモンレール２を備えており、このコモンレール２内には燃料タンク３内の燃料が高圧燃料ポンプ４を介して供給される。コモンレール２内の燃料圧は高圧燃料ポンプ４の吐出量を制御することにより機関運転状態に応じた目標燃料圧に維持され、目標燃料圧に維持されているコモンレール２内の高圧の燃料が高圧燃料供給通路５を介して燃料噴射弁１に供給される。

図１に示されるように燃料噴射弁１は燃焼室内に燃料を噴射するためのノズル部６と、噴射圧を増圧させるための増圧器７と、燃料通路を切換えるための三方弁８とを具備している。ノズル部６はニードル弁９を備えており、ノズル部６の先端にはニードル弁９の先端部により開閉制御される噴口１０（図示せず）が形成されている。ニードル弁９の周りには噴射される高圧燃料で満たされたノズル室１１が形成されており、ニードル弁９の頂面上には燃料で満たされている背圧室１２が形成されている。背圧室１２内にはニードル弁９を下方に向けて、即ち閉弁方向に付勢する圧縮ばね１３が挿入されており、この背圧室１２は燃料流通通路１４を介して三方弁８に連結されている。

一方、増圧器７は大径ピストン１５と小径ピストン１６からなる増圧ピストン１７を具備する。小径ピストン１６と反対側の大径ピストン１５の頂面上には高圧の燃料で満たされた高圧室１８が形成されており、この高圧室１８は高圧燃料供給通路５に連結されている。従って高圧室１８内には常時コモンレール２内の燃料圧（以下、コモンレール圧という）が作用している。これに対し、小径ピストン１６周りの大径ピストン１５の端面上には燃料で満たされた中間室１９が形成されており、この中間室１９内には大径ピストン１５を高圧室１８に向けて付勢する圧縮ばね２０が挿入されている。この中間室１９は燃料流通通路２１を介して燃料流通通路１４に連結されている。また、大径ピストン１５と反対側の小径ピストン１６の端面上には燃料で満たされた増圧室２２が形成されており、この増圧室２２は燃料流通通路２３を介してノズル室１１に連結されている。また、小径ピストン１６内には中間室１９と増圧室２２とを連通する燃料流通通路２４が形成されており、この燃料流通通路２４内には中間室１９から増圧室２２に向けてのみ流通可能な逆止弁２５が配置されている。

一方、三方弁８には高圧燃料供給通路５ａおよび燃料流通通路１４に加え、例えば燃料タンク３内に接続された燃料排出通路２６が連結されている。この三方弁８は駆動装置２７によって駆動され、この三方弁８によって燃料流通通路１４が高圧燃料供給通路５又は燃料排出通路２６に選択的に連結される。

図２（Ａ），（Ｂ）は三方弁８からなる切換弁装置と、この切換弁装置を駆動するための駆動装置２７の具体的構成を示している。図２（Ａ），（Ｂ）において３０は切換弁装置の弁体を示しており、３１は弁体３０を駆動するための圧力制御室を示しており、３２は圧力制御室３１内の燃料圧を制御するための電磁弁を示している。圧力制御室３１は一方ではオリフィス３３を介して高圧燃料供給通路５ｂに連結されており、他方ではオリフィス３４および開閉弁を構成する電磁弁３２の弁体３５を介して高圧燃料溢流通路３６に連結されている。この高圧燃料溢流通路３６は図１に示されるように燃料排出通路２６に連結されており、図１に示される実施例ではこの高圧燃料溢流通路３６内に駆動装置２７の圧力制御室３１から燃料排出通路２６に向けてのみ流通可能な逆止弁３７が配置されている。

図１および図２（Ａ）は電磁弁３２の弁体３５が閉弁しているときを示している。このときには圧力制御室３１内の燃料圧はコモンレール圧となり、その結果弁体３０は図２（Ａ）に示されるように右方に移動し、その結果燃料流通通路１４が高圧燃料供給通路５ａに連結される。

このように燃料流通通路１４が高圧燃料供給通路５ａに連結されているとき、増圧器７については、高圧室１８内、中間室１９内および増圧室２２内は全てコモンレール圧となっており、従ってこのときには図１に示されるように増圧ピストン１７は圧縮ばね２０のばね力によって上昇した状態に保持されている。一方、このときノズル部６については、ノズル室１１内および背圧室１２内が共にコモンレール圧となっている。このときノズル室１１内の燃料圧によりニードル弁９を上昇させる力よりも背圧室１２内の燃料圧および圧縮ばね１３のばね力によってニードル弁９を下降させる力の方が強い。そのため、ニードル弁９は下降せしめられており、その結果ニードル弁９が閉弁するために噴口１０からの燃料噴射は停止されている。

次いで燃料噴射をすべきときには図２（Ｂ）に示されるように電磁弁３２の弁体３５が開弁せしめられる。弁体３５が開弁せしめられると圧力制御室３１内の高圧の燃料は高圧燃料溢流通路３６および逆止弁３７を介して燃料排出通路２６内に排出され、その結果圧力制御室３１内の燃料圧が低下する。圧力制御室３１内の燃料圧が低下すると弁体３１に作用している高圧のコモンレール圧によって弁体３１は左方に移動せしめられ、その結果図２（Ｂ）に示されるように燃料流通通路１４が燃料排出通路２６に連結される。

このように燃料流通通路１４が燃料排出通路２６に連結されるとノズル部６の背圧室１２内の高圧燃料および増圧器７の中間室１９内の高圧燃料が一気に燃料排出通路２６内に排出される。その結果、ノズル部６の背圧室１２内の燃料圧が低下するためにニードル弁９が上昇し、その結果ニードル弁９が開弁してノズル室１１内の燃料が噴口１０から噴射される。一方、このとき中間室１９内の燃料圧が低下するために増圧ピストン１７には下向きの大きな力が作用し、その結果増圧室２２内の燃料圧はコモンレール圧よりも高くなる。従ってこのとき、燃料流通通路２３を介して増圧室２２内に連結されているノズル室１１内の燃料圧もコモンレール圧よりも高くなり、燃料噴射が行われている間、この高い燃料圧に維持される。従ってニードル弁９が開弁すると噴口１０からコモンレール圧よりも高い噴射圧でもって燃料が噴射されることになる。

次いで再び図２（Ａ）に示されるように電磁弁３２の弁体３５が閉弁せしめられ、それにより図１に示される如く燃料流通通路１４が高圧燃料供給通路５ａに連結されると、ノズル部６の背圧室１２内はコモンレール圧となり、その結果燃料の噴射が停止される。また、このとき増圧器７の中間室１９内もコモンレール圧となり、増圧室２２内もコモンレール圧となって増圧ピストン１７は圧縮ばね２０のばね力によって再び図１に示されるような上昇した状態に保持される。

さて、上述したように燃料噴射を開始すべきときには図２（Ｂ）に示されるように電磁弁３２の弁体３５が開弁せしめられ、このとき背圧室１２内の高圧燃料および中間室１９内の高圧燃料が一気に燃料排出通路２６内に排出される。その結果、燃料排出通路２６内の燃料圧は一時的に極めて高くなる。このとき逆止弁３７が設けられていなかったとすると燃料排出通路２６内に発生した高圧が圧力波の形で高圧燃料溢流通路３６内を電磁弁３２に向け伝播し、この圧力波は電磁弁３２の弁体３５に激しく衝突する。その結果、電磁弁３２が破損する危険性がある。

また、このとき弁体３５が開弁しているので圧力波が圧力制御室３１内に伝播し、弁体３０を左方に移動させようとする。このとき弁体３０が図２（Ａ）に示すように左方に移動したとすると燃料噴射が開始されるや否や燃料噴射が停止され、斯くして良好な燃料噴射を確保できなくなる。しかしながら図１に示す実施例では高圧燃料溢流通路３６内に逆止弁３７が配置されているので圧力波が電磁弁３２に向け伝播するのが阻止される。その結果、電磁弁３２が破損する危険性がなく、また良好な燃料噴射を確保できることになる。

図３に第２実施例を示す。この実施例では逆止弁３７から燃料排出通路２６に至る高圧燃料溢流通路３６内にオリフィス３８が配置される。このようにオリフィス３８を配置すると高圧燃料溢流通路３６内を伝播する圧力波の勾配がオリフィス３８内で緩和され、その結果逆止弁３７がゆっくりと閉弁することになる。逆止弁３７が閉弁すると電磁弁３２から逆止弁３７に向けて高圧燃料溢流通路３６内を流れる燃料流が塞ぎ止められるために逆止弁３７から上流側に向かう圧力波が発生する。しかしながら上述したように逆止弁３７がゆっくり閉弁すると逆止弁３７で発生する圧力波は弱くなり、斯くして上流側に向かう圧力波を弱めることができる。

図４に第３実施例を示す。この実施例では電磁弁３２から逆止弁３７に至る高圧燃料溢流通路３６内に圧力脈動を緩和するためのダンパ室３９が設けられている。このようなダンパ室３９を設けると逆止弁３７が閉弁したときに逆止弁３７から上流側に向かう圧力波が減衰せしめられる。図４に示す実施例では圧力波が発生したときに高圧の燃料がダンパ室３９内に流入するためダンパ室３９の容積は増大し、ダンパ室３９内に流入した燃料は燃料排出通路２６内の燃料圧が低下しはじめると逆止弁３７を迂回するオリフィス４０を通って排出される。なお、このオリフィス４０は必ずしも必要ではない。

図５に第４実施例を示す。この実施例では高圧燃料溢流通路３６が並列配置された第１の高圧燃料溢流通路３６ａと第２の高圧燃料溢流通路３６ｂからなり、逆止弁３７が第１の高圧燃料溢流通路３６ａ内に配置された第１の逆止弁３７ａと第２の高圧燃料溢流通路３６ｂ内に配置された第２の逆止弁３７ｂからなる。更にこの実施例では、第２の逆止弁３７ｂから第２の高圧燃料溢流通路３６ｂおよび燃料排出通路２６を介して三方弁８に至る通路長が第１の逆止弁３７ａから第１の高圧燃料溢流通路３６ａおよび燃料排出通路２６を介して三方弁８に至る通路長よりも長く形成されている。

図６は図５の矢印Ａで示すＡ地点と矢印Ｂで示すＢ地点における圧力波のタイムチャートを示している。この実施例では図６からわかるようにＡ地点において圧力波が発生しているときにはＢ地点において圧力波が発生しておらず、Ｂ地点において圧力波が発生しているときにはＡ地点において圧力波が発生していない。従って第１の逆止弁３７ａが閉弁せしめられたときには第２の逆止弁３７ｂが開弁しており、第２の逆止弁３７ｂが閉弁せしめられたときには第１の逆止弁３７ａが開弁している。即ち、この実施例ではいずれか一方の逆止弁３７ａ，３７ｂは必ず開弁しているので圧力制御室３１内の燃料を排出させ続けることができる。

図７に第５実施例を示す。この実施例では逆止弁３７が高圧燃料溢流通路３６内において間隔を隔てて直列に配置された第１の逆止弁３７ａと第２の逆止弁３７ｂからなる。図８は図７の矢印Ａで示すＡ地点と矢印Ｂで示すＢ地点における圧力波のタイムチャートを示している。この実施例でも第１の逆止弁３７ａが閉弁せしめられたときには第１の逆止弁３７ａから上流側に向かう圧力波が発生する。しかしながらこの実施例ではこの圧力波が第２の逆止弁３７ｂに達すると第２の逆止弁３７ｂが閉弁する。従ってこの圧力波が電磁弁３５に達するのを阻止することができる。

なお、この実施例では第１の逆止弁３７ａが閉弁しているときには第２の逆止弁３７ｂが開弁しているので燃料は第２の逆止弁３７ｂを下流側に向けて流れ、一方第２の逆止弁３７ｂが閉弁しているときには第１の逆止弁３７ａが開弁しているので燃料は第１の逆止弁３７ａを下流側に向けて流れる。即ち、この実施例では燃料がいずれか一方の逆止弁３７ａ，３７ｂを必ず下流側に向けて流れている。

図９に第６実施例を示す。この実施例では高圧燃料溢流通路３６は燃料溢流方向からみて上流側では第１の高圧燃料溢流通路３６ａと第２の高圧燃料溢流通路３６ｂとに分岐されると共に、下流側ではこれら第１の高圧燃料溢流通路３６ａと第２の高圧燃料溢流通路３６ｂとが合流して一つの共通高圧燃料溢流通路３６ｃとなる。一方、逆止弁３７は共通高圧燃料溢流通路３６ｃ内に配置された逆止弁３７ｃと、第１の高圧燃料溢流通路３６ａ内に配置された第１の逆止弁３７ａと第２の高圧燃料溢流通路３６ｂ内に配置された第２の逆止弁３７ｂからなる。

更にこの実施例では、第２の逆止弁３７ｂから共通高圧燃料溢流通路３６ｃに至る第２の高圧燃料溢流通路３６ｂの通路長が第１の逆止弁３７ａから共通高圧燃料溢流通路３６ｃに至る第１の高圧燃料溢流通路３６ａの通路長よりも長く形成されている。図１０は図９の矢印Ａで示すＡ地点と矢印Ｂで示すＢ地点と矢印Ｃで示すＣ地点における圧力波のタイムチャートを示している。

この実施例でも逆止弁３７ｃが閉弁したときに発生して上流側に向かう圧力波は、第１の逆止弁３７ａおよび第２の逆止弁３７ｂにより時間差をもって更に上流側に伝播するのが阻止される。従ってこの実施例でも圧力波が電磁弁３５に達するのを阻止することができる。また、この実施例では図１０からわかるように逆止弁３７ｃが閉弁しているときには逆止弁３７ａ，３７ｂが開弁しているので燃料は逆止弁３７ａ，３７ｂを下流側に向けて流れ、第１の逆止弁３７ａが閉弁しているときには逆止弁３７ｂ，３７ｃが開弁しているので燃料は逆止弁３７ｂ，３７ｃを下流側に向けて流れ、第２の逆止弁３７ｂが閉弁しているときには逆止弁３７ａ，３７ｃが開弁しているので燃料は逆止弁３７ａ，３７ｃを下流側に向けて流れる。即ち、この実施例では圧力制御室３１から燃料排出通路２６に流出する燃料流は逆止弁３７ｃが閉弁したときしか停止しない。

燃料噴射装置の第１実施例を示す全体図である。 切換弁装置および駆動装置の具体的構成を示す図である。 燃料噴射装置の第２実施例を示す全体図である。 燃料噴射装置の第３実施例を示す全体図である。 燃料噴射装置の第４実施例を示す全体図である。 Ａ地点およびＢ地点における圧力波を示すタイムチャートである。 燃料噴射装置の第５実施例を示す全体図である。 Ａ地点およびＢ地点における圧力波を示すタイムチャートである。 燃料噴射装置の第６実施例を示す全体図である。 Ａ地点、Ｂ地点およびＣ地点における圧力波を示すタイムチャートである。

符号の説明

２ コモンレール
５，５ａ，５ｂ 高圧燃料供給通路
６ ノズル部
７ 増圧器
８ 三方弁
９ ニードル
１４，２１ 燃料流通通路
２６ 燃料排出通路
２７ 駆動装置
３０ 弁体
３１ 圧力制御室
３２ 電磁弁
３６，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ 高圧燃料溢流通路
３７，３７ａ，３７ｂ，３７ｃ 逆止弁

Claims (7)

1. 燃料噴射制御用高圧燃料の燃料排出通路内への排出を制御する切換弁装置と、該切換弁装置を駆動するための駆動装置とを具備し、該駆動装置が該燃料排出通路に連結された高圧燃料溢流通路を具備しており、駆動装置内の高圧燃料を高圧燃料溢流通路を介して燃料排出通路内に排出したときに切換弁装置が駆動されて燃料噴射制御用高圧燃料が燃料排出通路内に排出される燃料噴射装置において、上記高圧燃料溢流通路内に上記駆動装置から上記燃料排出通路に向けてのみ流通可能な逆止弁を配置した燃料噴射装置。
2. 上記逆止弁から燃料排出通路に至る高圧燃料溢流通路内にオリフィスを配置した請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 上記駆動装置から逆止弁に至る高圧燃料溢流通路内に圧力脈動を緩和するためのダンパ室を設けた請求項１に記載の燃料噴射装置。
4. 上記高圧燃料溢流通路が並列配置された第１の高圧燃料溢流通路と第２の高圧燃料溢流通路からなり、上記逆止弁が第１の高圧燃料溢流通路内に配置された第１の逆止弁と第２の高圧燃料溢流通路内に配置された第２の逆止弁からなり、第２の逆止弁から第２の高圧燃料溢流通路および燃料排出通路を介して切換弁装置に至る通路長を第１の逆止弁から第１の高圧燃料溢流通路および燃料排出通路を介して切換弁装置に至る通路長よりも長くした請求項１に記載の燃料噴射装置。
5. 上記逆止弁が上記高圧燃料溢流通路内において間隔を隔てて直列に配置された第１の逆止弁と第２の逆止弁からなる請求項１に記載の燃料噴射装置。
6. 上記高圧燃料溢流通路は燃料溢流方向からみて上流側では第１の高圧燃料溢流通路と第２の高圧燃料溢流通路とに分岐されると共に、下流側ではこれら第１の高圧燃料溢流通路と第２の高圧燃料溢流通路とが合流して一つの共通高圧燃料溢流通路となり、上記逆止弁が共通高圧燃料溢流通路内に配置された逆止弁と、第１の高圧燃料溢流通路内に配置された第１の逆止弁と第２の高圧燃料溢流通路内に配置された第２の逆止弁からなり、第２の逆止弁から共通高圧燃料溢流通路に至る第２の高圧燃料溢流通路の通路長を第１の逆止弁から共通高圧燃料溢流通路に至る第１の高圧燃料溢流通路の通路長よりも長くした請求項１に記載の燃料噴射装置。
7. ニードル弁と増圧ピストンとを具備しており、上記切換弁装置がニードル弁の背圧室および増圧ピストンの中間室を高圧燃料源又は上記燃料排出通路のいずれか一方に選択的に連結可能な弁体を具備しており、上記駆動装置が該弁体を駆動するための圧力制御室を具備しており、該圧力制御室が一方では上記高圧燃料源に連結されると共に他方では上記高圧燃料溢流通路に連結されており、該高圧燃料溢流通路内に電磁弁が設けられ、該電磁弁が開弁したときに上記圧力制御室内の高圧燃料が高圧燃料溢流通路内に溢流し、このとき弁体が作動してニードル弁の背圧室内および増圧ピストンの中間室内の高圧燃料が燃料排出通路に排出される請求項１に記載の燃料噴射装置。

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