JP4535027B2 - 燃料噴射装置およびそれに用いられる差圧弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を内燃機関に噴射するための燃料噴射装置およびそれに用いられる差圧弁に関する。

従来の燃料噴射装置は、高圧燃料を内燃機関に噴射するインジェクタを備えている。このインジェクタは、ニードルにより噴孔を開閉するノズルを備え、制御室の燃料圧力によりニードルが閉弁向きに付勢され、制御弁にて制御室の圧力を制御してノズルの開閉作動を制御するようになっている。

また、ピエゾスタックの伸縮変位が液圧式の駆動伝達部を介して制御弁に伝達されることにより、制御弁が駆動されるようになっている。そして、駆動伝達部の液室には作動液として燃料が充填されており、ピエゾスタックが伸長すると液室の圧力が上昇し、その圧力を受けてピストンが変位して制御弁が駆動されるようになっている。ピエゾスタックや駆動伝達部は、インジェクタ内の低圧空間に配置されている。

このような燃料噴射装置においては、ガス欠時にはインジェクタ内の低圧空間にエアが侵入し、ひいては駆動伝達部の液室にエアが侵入するため、ガス欠後の再始動時には駆動伝達部が正常に作動することができず、内燃機関を始動できないという問題が発生する。

ところで、特許文献１には、上記のような燃料噴射装置において、低圧ポンプから圧送される低圧の燃料（詳細には、噴射圧力よりも低圧の燃料）の一部を、液圧式の駆動伝達部が配置されたインジェクタ内の低圧空間に供給するようになっている。これによると、低圧ポンプから圧送される燃料により、駆動伝達部の液室のエアが排出されるため、ガス欠後においても内燃機関を始動することができる。
特表２００５−５０７０５３号公報

しかしながら、一般的な内燃機関においては低圧ポンプとインジェクタとの間の距離が長いため、特許文献１に記載された燃料噴射装置では、低圧ポンプからの燃料をインジェクタ内の低圧空間に導くための配管の取り回しが複雑になるという問題があった。また、低圧ポンプから圧送される燃料の圧力は一般的には最大１ＭＰａ以上にまで上昇する。従って、その配管としては金属製または樹脂製の強度が高い配管を用いる必要があり、その配管は剛性も高いため配管の取り回しが容易ではない。

さらに、特許文献１に記載された燃料噴射装置では、通常運転時であっても、低圧ポンプからは引き続き燃料がリターン経路に供給されるので、インジェクタの低圧側を、低圧ポンプから圧送される燃料の圧力（例えば、１ＭＰａ以上）に耐え得るような耐圧構造としなければならない。

本発明は上記点に鑑みて、駆動伝達部が配置された低圧空間に燃料を供給して、駆動伝達部の液室のエアを排出させるようにした燃料噴射装置において、配管の取り回しを簡素にすることを目的とする。

また、本発明は、駆動伝達部が配置された低圧空間に燃料を供給して、駆動伝達部の液室のエアを排出させるようにした燃料噴射装置において、インジェクタの低圧側の耐圧要求性能を低下させることを他の目的とする。

本発明の第１の特徴では、低圧ポンプ（２０）から圧送された燃料を高圧ポンプ（２２）にて加圧して蓄圧器（２３）に圧送し、この蓄圧器（２３）に蓄えられた高圧燃料をインジェクタ（１０）から噴射するように構成し、中間に液室（１１３５）を形成する２つのピストン（１１３３、１１３４）がインジェクタ（１０）内の低圧空間（１１２、１１４）に配置され、低圧空間（１１２、１１４）の燃料を燃料タンク（２１）に戻すリターン経路（２６）中に背圧弁（２７）が配置された燃料噴射装置であって、高圧ポンプ（２２）よりも下流側の高圧燃料をリターン経路（２６）における背圧弁（２７）よりも上流側部位に導く充填経路（２９）を備えることを特徴とする。

このようにすれば、充填経路（２９）を介して低圧空間（１１２、１１４）に供給される燃料により液室（１１３５）のエアが排出されるため、ガス欠後においても内燃機関を始動することができる。そして、充填経路（２９）は高圧ポンプ（２２）よりも下流側とリターン経路（２６）における背圧弁（２７）よりも上流側部位とを連通するものであり、この充填経路（２９）の配管長さは、特許文献１に記載された燃料噴射装置における低圧ポンプからの燃料をインジェクタ内の低圧空間に導くための配管の長さよりも短くすることが可能であり、したがって配管の取り回しを簡素にすることができる。

この場合、充填経路（２９）を開閉する差圧弁（６０、５５３）を設け、この差圧弁（６０、５５３）は、高圧ポンプ（２２）側の圧力がリターン経路（２６）側の圧力よりも所定差圧以上高くなると充填経路（２９）を閉じるようにすることができる。

このようにすれば、インジェクタの低圧側が高圧になるのを防止できるため、インジェクタの低圧側の耐圧要求性能を低下させることができる。

この場合、高圧ポンプ（２２）側の圧力が第２所定圧力以上になると充填経路（２９）を開く安全弁（５０）内に、差圧弁（５５３）を組み込むことができる。

このようにすれば、安全弁（５０）を備える燃料噴射装置の場合、リターン経路（２６）の取り回しを変更する(増設する)ことなく実施することができる。

また、差圧弁（５５３）が組み込まれた安全弁（５０）を蓄圧器（２３）に組み付けることができる。

このようにすれば、一般的には蓄圧器（２３）とリターン経路（２６）における背圧弁（２７）よりも上流側部位は近接しているため、充填経路（２９）の配管の取り回しをさらに簡素にすることができる。

また、高圧ポンプ（２２）から圧送される高圧燃料の量を制御して蓄圧器（２３）内の高圧燃料の圧力を制御するように構成された燃料噴射装置では、内燃機関の始動が完了したと判定されるまでは、差圧弁（６０、５５３）の開弁状態が維持されるように蓄圧器（２３）内の高圧燃料の圧力を制御することができる。

このようにすれば、内燃機関の始動が完了するまで充填経路（２９）を介して液室（１１３５）に燃料が供給されるため、液室（１１３５）のエアを確実に排出させて、ガス欠後においても内燃機関を確実に始動することができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る燃料噴射装置の配管構成を示す系統図である。

図１に示すように、低圧ポンプ２０は、燃料タンク２１から燃料を吸入して高圧ポンプ２２へ圧送し、高圧ポンプ２２は、低圧ポンプ２０から圧送された燃料を加圧して蓄圧器２３へ圧送する。

略円筒状の蓄圧器２３内には、高圧ポンプ２２から圧送される高圧燃料が蓄圧される。蓄圧器２３には、図示しない内燃機関（より詳細には、ディーゼルエンジン）の各気筒毎に設けられる複数のインジェクタ１０（詳細後述）が接続され、蓄圧器２３内に蓄圧された高圧燃料が各インジェクタ１０から対応する気筒に噴射されるようになっている。蓄圧器２３の一端側には、蓄圧器２３内の燃料の圧力を検出する圧力センサ２４が配設されている。

電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）２５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶された各種処理を実行する。そして、ＥＣＵ２５には、エンジン回転数や図示しないアクセルペダルの踏み込み量等の情報、および圧力センサ２４の出力信号が入力され、ＥＣＵ２５は、それらの情報に基づいてインジェクタ１０の開弁時期および開弁時間を制御する。また、ＥＣＵ２５は、それらの情報に基づいて高圧ポンプ２２の圧送量を制御することにより、蓄圧器２３内の燃料の圧力を、負荷やエンジン回転数に応じて求めた所定圧力に制御する。

インジェクタ１０には、インジェクタ１０のリーク燃料を燃料タンク２１へ戻すためのリターン経路２６が接続されている。また、このリターン経路２６中には、インジェクタ１０内の低圧空間の圧力を第１所定圧力以下に制御する背圧弁２７が配置されている。因みに、蓄圧器２３内に蓄えられた高圧燃料の圧力が最低でも２０ＭＰａ以上であるのに対し、背圧弁２７はインジェクタ１０内の低圧空間側の圧力を１ＭＰａ程度に制御する。

高圧ポンプ２２からのリーク燃料を燃料タンク２１へ戻すためのリターン経路２８は、リターン経路２６における背圧弁２７よりも下流側部位に接続されている。

蓄圧器２３と、リターン経路２６における背圧弁２７よりも上流側部位との間は、充填経路２９にて接続されている。この充填経路２９には、充填経路２９を開閉する安全弁５０（詳細後述）が配設されている。

次に、インジェクタ１０について説明する。図２は図１のインジェクタ１０の構成を示す断面図である。

図２に示すように、インジェクタボデー１０１は、蓄圧器２３からの高圧燃料が導入される燃料入口部１０２と、インジェクタ１０内部の燃料を燃料タンク２１に向けて流出させる燃料出口部１０３とを備えている。

インジェクタボデー１０１の軸方向一端側に、開弁時に燃料を噴射するノズル１０４が配置されている。このノズル１０４は、インジェクタボデー１０１に摺動自在に保持されたニードル１０４１と、ニードル１０４１を閉弁向きに付勢するノズルスプリング１０４２と、ニードル１０４１のピストン部１０４１ａが挿入されたノズルシリンダ１０４３とを有している。

インジェクタボデー１０１の軸方向一端には、高圧燃料通路１０５を介して燃料入口部１０２と連通する噴孔１０６が形成され、この噴孔１０６から高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させるようになっている。この噴孔１０６の上流側にテーパ状の弁座１０７が形成されており、ニードル１０４１に形成されたシート部１０４１ｂが弁座１０７に接離することにより噴孔１０６が開閉される。なお、高圧燃料通路１０５は本発明の高圧空間に相当する。

ピストン部１０４１ａは、ノズルシリンダ１０４３に摺動自在に且つ液密的に挿入されており、ピストン部１０４１ａとノズルシリンダ１０４３とにより、内部の燃料圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室１０８が形成されている。そして、ニードル１０４１は、制御室１０８内の燃料圧力により閉弁向きに付勢されるとともに、燃料入口部１０２から高圧燃料通路１０５を介して噴孔１０６側に導かれる高圧燃料により開弁向きに付勢される。

インジェクタボデー１０１の軸方向中間部には、制御室１０８の圧力を制御する制御弁１０９が収納される弁室１１０が形成されている。この弁室１１０は、連絡通路１１１を介して制御室１０８と常時連通されている。弁室１１０は、高圧燃料通路１０５から分岐された高圧連絡通路１０５ａが接続されている。また、弁室１１０は、低圧燃料通路１１２を介して燃料出口部１０３に接続されている。

制御弁１０９は、弁室１１０と高圧連絡通路１０５ａとの間および弁室１１０と低圧燃料通路１１２との間を開閉する制御弁弁体１０９１と、弁室１１０と高圧連絡通路１０５ａとの間が開かれるとともに弁室１１０と低圧燃料通路１１２との間が閉じられる向きに制御弁弁体１０９１を付勢する制御弁スプリング１０９２とを有している。

インジェクタボデー１０１の軸方向他端側には、制御弁１０９を駆動するアクチュエータ１１３が収納されるアクチュエータ室１１４が形成されている。このアクチュエータ室１１４は、低圧連絡通路１１２ａを介して低圧燃料通路１１２に接続されている。なお、アクチュエータ室１１４および低圧燃料通路１１２は、本発明の低圧空間を構成する。

アクチュエータ１１３は、ピエゾ素子が多数積層されて電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック１１３１と、ピエゾスタック１１３１の伸縮変位を制御弁１０９の制御弁弁体１０９１に伝達する駆動伝達部とを備えている。なお、ピエゾスタック１１３１は本発明の駆動手段に相当する。

駆動伝達部は以下のように構成されている。アクチュエータシリンダ１１３２に第１ピストン１１３３および第２ピストン１１３４が摺動自在に且つ液密的に挿入されており、第１ピストン１１３３と第２ピストン１１３４との間には、燃料が充填された液室１１３５が形成されている。

第１ピストン１１３３は、第１ピストンスプリング１１３６によりピエゾスタック１１３１側に向かって付勢されており、ピエゾスタック１１３１により直接駆動されるようになっている。そして、ピエゾスタック１１３１の伸長時には、第１ピストン１１３３により液室１１３５の圧力が高められるようになっている。

第２ピストン１１３４は、第２ピストンスプリング１１３７により制御弁１０９の制御弁弁体１０９１側に付勢されており、液室１１３５の圧力を受けて作動して制御弁弁体１０９１を駆動するようになっている。そして、第２ピストン１１３４は、ピエゾスタック１１３１の伸長時には、高圧化された液室１１３５の圧力を受けて作動して、弁室１１０と高圧連絡通路１０５ａとの間が閉じられるとともに弁室１１０と低圧燃料通路１１２との間が開かれる位置に制御弁弁体１０９１を駆動する。一方、ピエゾスタック１１３１の収縮時、すなわち液室１１３５の圧力が低いときには、第２ピストン１１３４は、第２ピストンスプリング１１３７に抗して制御弁１０９の制御弁スプリング１０９２により第１ピストン１１３３側に押し戻される。

次に、安全弁５０について説明する。図３は図１の安全弁５０の構成を示す断面図、図４は図３の安全弁５０における要部の拡大断面図である。

図３、図４に示すように、安全弁５０は円筒状のバルブボデー５１０を備え、このバルブボデー５１０には、その軸方向に延びるスプリング室５１１が形成されている。

バルブボデー５１０の一端には、スプリング室５１１の一端を閉塞するようにしてバルブシート５２０がかしめ固定されている。スプリング室５０２の他端は充填経路２９を介してリターン経路２６に接続される。

バルブシート５２０には、充填経路２９を介して蓄圧器２３に接続される第１排出穴５２１と、安全弁弁体５３０を摺動自在に支持するとともにスプリング室５１１に連通するガイド穴５２２と、安全弁弁体５３０が接離する安全弁シート面５２３が形成されている。

安全弁弁体５３０は、ガイド穴５２２に摺動自在に支持されるとともに安全弁シート面５２３と接離する略円筒状の第１弁部５３１と、鍔付き有底円筒状の第２弁部５３２とを備え、スプリング室５１１に配置された安全弁スプリング５４０にて閉弁向きに付勢されている。

第１弁部５３１の外周面には、開弁時にスプリング室５１１と第１排出穴５２１とを連通する排出溝５３３が形成されている。そして、第１弁部５３１が安全弁シート面５２３から離れた状態（すなわち開弁状態）では、充填経路２９、第１排出穴５２１、排出溝５３３、およびスプリング室５１１にて構成される第１経路を介して、蓄圧器２３の燃料がリターン経路２６に逃がされるようになっている。また、第１弁部５３１が安全弁シート面５２３に当接した状態（すなわち閉弁状態）では、上記の第１経路が遮断される。すなわち、安全弁５０は、蓄圧器２３内の圧力が第２所定圧力を超えるとその圧力によって開弁して蓄圧器２３内の燃料をリターン経路２６に逃がして、蓄圧器２３内が異常高圧になるのを防止する。

安全弁５０には、蓄圧器２３の燃料をリターン経路２６に導く第２経路が、上記の第１経路に対して並列に設けられている。また、蓄圧器２３の燃料圧力がリターン経路２６側の圧力よりも所定差圧ΔＰ以上高くなると第２経路を閉じる差圧弁が、安全弁５０に一体的に組み込まれている。

この第２経路および差圧弁について以下説明する。図４に示すように、第１弁部５３１と第２弁部５３２とによって形成された差圧弁室５５０は、第１弁部５３１に形成された連通穴５５１にて第１排出穴５２１に連通されるとともに、第２弁部５３２に形成された第２排出穴５５２にてスプリング室５１１に連通されている。第２弁部５３２には、差圧弁弁体５５３が接離する差圧弁シート面５５４が形成されている。なお、連通穴５５１は本発明の入口側開口部に相当し、第２排出穴５５２は本発明の出口側開口部に相当する。

差圧弁室５５０には、差圧弁シート面５５４に接離してスプリング室５１１と第２排出穴５５２との間を開閉する鍔付き円柱状の差圧弁弁体５５３が配置されている。この差圧弁弁体５５３には、連通穴５５１とスプリング室５１１とを連通させる差圧弁オリフィス５５５が形成されている。差圧弁室５５０には、差圧弁弁体５５３を開弁向きに付勢する差圧弁スプリング５５６が配置されている。

なお、連通穴５５１、第２排出穴５５２、および差圧弁オリフィス５５５は第２経路を構成する。また、差圧弁弁体５５３が差圧弁の主要部をなす。

次に、上記燃料噴射装置の作動を説明する。まず、アクチュエータ１１３の液室１１３５にエアが侵入していない通常の状態では、ピエゾスタック１１３１に通電されるとピエゾスタック１１３１が伸長して第１ピストン１１３３が駆動され、第１ピストン１１３３により液室１１３５の圧力が高められる。高圧化された液室１１３５の圧力により第２ピストン１１３４が制御弁１０９の制御弁弁体１０９１側に向かって駆動される。そして、第２ピストン１１３４にて制御弁弁体１０９１が駆動されることにより、弁室１１０と高圧連絡通路１０５ａとの間が閉じられるとともに、弁室１１０と低圧燃料通路１１２との間が開かれる。したがって、制御室１０８は、連絡通路１１１および弁室１１０を介して低圧燃料通路１１２に連通される。

これにより、制御室１０８の圧力が低下してニードル１０４１を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ニードル１０４１が開弁向きに移動し、シート部１０４１ｂが弁座１０７から離れて噴孔１０６が開かれ、噴孔１０６から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。

その後、ピエゾスタック１１３１への通電が停止されると、ピエゾスタック１１３１が縮むため第１ピストン１１３３は第１ピストンスプリング１１３６によりピエゾスタック１１３１側に戻される。また、制御弁スプリング１０９２により、制御弁弁体１０９１および第２ピストン１１３４が第１ピストン１１３３側に戻される。

これにより、弁室１１０と高圧連絡通路１０５ａとの間が開かれるとともに、弁室１１０と低圧燃料通路１１２との間が閉じられる。したがって、蓄圧器２３からの高圧燃料が、高圧燃料通路１０５、高圧連絡通路１０５ａ、弁室１１０、および連絡通路１１１を介して制御室１０８に導入される。

これにより、制御室１０８の圧力が上昇してニードル１０４１を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ニードル１０４１が閉弁向きに移動し、シート部１０４１ｂが弁座１０７に着座して噴孔１０６が閉じられ、燃料噴射が終了する。

次に、ガス欠後の内燃機関の再始動時のように、液室１１３５にエアが侵入している状態での始動時の作動について説明する。なお、図５（ａ）、（ｂ）は図３の安全弁５０における差圧弁の作動状態を示す拡大断面図である。

内燃機関を始動させるためにキースイッチがスタータＯＮ位置に操作されると、低圧ポンプ２０および高圧ポンプ２２が作動して蓄圧器２３へ燃料が圧送される。そして、以下述べるように、充填経路２９や安全弁５０内の第２経路（すなわち、連通穴５５１、差圧弁オリフィス５５５、および第２排出穴５５２）等を介して蓄圧器２３の燃料がアクチュエータ室１１４および低圧燃料通路１１２側に供給され、アクチュエータ室１１４や低圧燃料通路１１２等の圧力が上昇する。

すなわち、低圧ポンプ２０および高圧ポンプ２２が作動を開始した後において、蓄圧器２３の圧力とアクチュエータ室１１４の圧力との差が所定差圧ΔＰ未満のときには、図５（ａ）に示すように、差圧弁弁体５５３は差圧弁シート面５５４から離れており、蓄圧器２３の燃料は充填経路２９や第２経路等を介してアクチュエータ室１１４に供給される。これにより、アクチュエータ室１１４の圧力が上昇し、その圧力は背圧弁２７により所定圧に制御される。

そして、アクチュエータ室１１４に供給される燃料により液室１１３５のエアが排出されるため、インジェクタ１０が正常に作動可能になり、ガス欠後においても内燃機関を始動することができる。

蓄圧器２３の圧力がアクチュエータ室１１４の圧力よりも所定差圧ΔＰ以上高くなると、図５（ｂ）に示すように、差圧弁弁体５５３が差圧弁シート面５５４に当接し、第２経路が遮断されてアクチュエータ室１１４への燃料供給が停止される。

因みに、液室１１３５のエアが排出されて内燃機関が始動されるまでは、蓄圧器２３の圧力とアクチュエータ室１１４の圧力との差が所定差圧ΔＰ未満に保たれるように、蓄圧器２３の圧力を制御する必要がある。

そこで、内燃機関を始動する際の蓄圧器２３の圧力制御方法について説明する。図６はＥＣＵ２５にて実行される内燃機関始動時における蓄圧器の圧力制御処理を示す流れ図、図７は内燃機関始動時における蓄圧器の圧力制御処理の説明に供するタイムチャートである。

図６に示す処理は、内燃機関を始動させるためにキースイッチがスタータＯＮ位置に操作されて、ＥＣＵ２５に電源が投入されることにより開始される。

まず、エンジン回転数Ｎｅ、および圧力センサ２４にて検出される蓄圧器２３の圧力（以下、蓄圧圧力という）Ｐｃを読み込む（Ｓ１０１）。

次いで、始動判定手段としてのステップＳ１０２では、内燃機関の始動が完了したか否かを判定する。具体的には、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｆ以上になったときに内燃機関の始動が完了したと判定する。その所定回転数Ｎｆは、クランキング回転数よりも高く且つアイドリング回転数よりも低い回転数（例えば５００ｒｐｍ）に設定されている。

そして、内燃機関の始動中、すなわち内燃機関の始動が完了するまでの所定期間中は（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、始動時圧力制御手段としてのステップＳ１０３に進んで、ステップＳ１０１で読み込んだ蓄圧圧力Ｐｃが所定の圧力範囲（Ｐ１＜Ｐｃ＜Ｐ２）になるように、高圧ポンプ２２の圧送量を制御する。因みに、背圧弁２７の開弁圧に相当する第１所定圧力をＰｂとすると、高圧側設定圧力Ｐ２は、Ｐ２＜Ｐｂ＋ΔＰに設定される。

そして、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０３の処理が繰り返される間は、差圧弁弁体５５３が差圧弁シート面５５４から離れており、蓄圧器２３の燃料が充填経路２９や第２経路等を介してアクチュエータ室１１４に供給される。したがって、その燃料により液室１１３５のエアが排出されてインジェクタ１０が正常に作動可能になる。

その後、インジェクタ１０が正常に作動可能になって内燃機関の始動が完了すると（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ステップＳ１０４に進んで、ＥＣＵ２５のＲＯＭに記憶されたマップに基づいて蓄圧圧力Ｐｃを通常圧力レベル（例えば４０ＭＰａ程度）に制御する。具体的には、エンジン回転数Ｎｅや燃料噴射量に基づいて、マップから蓄圧圧力Ｐｃの制御目標値を求め、蓄圧圧力Ｐｃがその制御目標値になるように高圧ポンプ２２の圧送量を制御する。

以上述べたように、本実施形態では、液室１１３５にエアが侵入している状態で内燃機関を始動する際、差圧弁弁体５５３が差圧弁シート面５５４から離れて蓄圧器２３の燃料が充填経路２９や第２経路等を介してアクチュエータ室１１４に供給され、その燃料により液室１１３５のエアが排出されるため、インジェクタ１０が正常に作動可能になり内燃機関を始動することができる。

また、充填経路２９は、高圧ポンプ２２よりも下流側（より詳細には蓄圧器２３）とリターン経路２６における背圧弁２７よりも上流側部位とを連通するものであり、この充填経路２９の配管長さは、特許文献１に記載された燃料噴射装置における低圧ポンプからの燃料をインジェクタ内の低圧空間に導くための配管の長さよりも短くすることが可能であり、したがって配管の取り回しを簡素にすることができる。

さらに、差圧弁は安全弁５０に一体的に組み込まれているため、安全弁５０を備える燃料噴射装置の場合、リターン経路２６の取り回しを変更する(増設する)ことなく実施することができる。

さらにまた、差圧弁によりインジェクタ１０の低圧空間が高圧になるのを防止できるため、インジェクタ１０の低圧側の耐圧要求性能を低下させることができる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。図８は本発明の第２実施形態に係る燃料噴射装置の配管構成を示す系統図、図９は図８の安全弁５０における要部の拡大断面図、図１０（ａ）〜（ｃ）は図８の差圧弁６０の作動状態を示す断面図である。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。

第１実施形態では、差圧弁を安全弁５０に一体的に組み込んだが、本実施形態は、図８に示すように安全弁５０と差圧弁６０を別体にしている。安全弁５０は、蓄圧器２３とリターン経路２６における背圧弁２７よりも下流側部位との間を接続する排出経路３０に配置されている。差圧弁６０は、蓄圧器２３とリターン経路２６における背圧弁２７よりも上流側部位との間を接続する充填経路２９に配置されている。

図９に示すように、安全弁５０は、安全弁弁体５３０の構成が第１実施形態と異なっている。すなわち、本実施形態の安全弁弁体５３０は、差圧弁弁体５５３（図４参照）および差圧弁スプリング５５６（図４参照）が削除され、第１弁部５３１（図４参照）と２弁部５３２（図４参照）が一体化された鍔付き円柱状になっている。

そして、この安全弁５０は、蓄圧器２３内の圧力が第２所定圧力を超えると、安全弁弁体５３０が安全弁シート面５２３から離れた状態（すなわち開弁状態）となり、排出経路３０、第１排出穴５２１、排出溝５３３、およびスプリング室５１１を介して、蓄圧器２３の燃料がリターン経路２６に逃がされ、これにより蓄圧器２３内が異常高圧になるのが防止される。

図１０に示すように、差圧弁６０は円筒状の差圧弁ボデー６１０を備え、この差圧弁ボデー６１０には、その軸方向に延びる差圧弁スプリング室６１１と、充填経路２９を介してリターン経路２６に接続されるとともに差圧弁スプリング室６１１に連通する差圧弁ボデー貫通穴６１２と、差圧弁弁体６２０が接離する差圧弁シート面６１３が形成されている。

差圧弁ボデー６１０の一端には、差圧弁スプリング室６１１の一端を閉塞するようにして差圧弁カバー６３０が接合されている。この差圧弁カバー６３０には、充填経路２９を介して蓄圧器２３に接続されるとともに差圧弁スプリング室６１１に連通するカバー貫通穴６３１が形成されている。なお、カバー貫通穴６３１は本発明の入口側開口部に相当し、差圧弁ボデー貫通穴６１２は本発明の出口側開口部に相当する。

差圧弁弁体６２０は、段付き円柱状で、差圧弁スプリング室６１１に摺動自在に配置されている。そして、差圧弁弁体６２０には、差圧弁スプリング室６１１とカバー貫通穴６３１と連通させるために、差圧弁外周溝６２１と、差圧弁オリフィス６２２と、差圧弁中心穴６２３が形成されている。

また、差圧弁弁体６２０は、小径円柱部６２４を備え、この小径円柱部６２４の先端側が差圧弁シート面６１３と接離することにより、差圧弁スプリング室６１１と差圧弁ボデー貫通穴６１２との間が開閉されるようになっている。

差圧弁スプリング室６１１には、差圧弁弁体６２０を開弁向きに付勢する差圧弁スプリング６４０が配置されている。

次に、ガス欠後の内燃機関の再始動時のように、液室１１３５（図２参照）にエアが侵入している状態での始動時の作動について説明する。

内燃機関のクランキングを行う前は蓄圧圧力が低いため、図１０（ａ）に示すように、差圧弁弁体６２０は差圧弁スプリング６４０に付勢されて差圧弁カバー６３０に当接している。

内燃機関を始動させるためにキースイッチがスタータＯＮ位置に操作されると、低圧ポンプ２０および高圧ポンプ２２が作動して蓄圧器２３へ燃料が圧送されて、蓄圧圧力が上昇する。

そして、蓄圧圧力とアクチュエータ室１１４（図２参照）の圧力との差が所定差圧ΔＰ未満のときには、図１０（ｂ）に示すように、差圧弁弁体６２０は差圧弁スプリング６４０に抗して差圧弁シート面６１３側に移動する。但し、このときには小径円柱部６２４の先端側は差圧弁シート面６１３から離れている。したがって、蓄圧器２３の燃料は、充填経路２９、カバー貫通穴６３１、差圧弁中心穴６２３、差圧弁オリフィス６２２、差圧弁外周溝６２１、差圧弁スプリング室６１１、および差圧弁ボデー貫通穴６１２を介してアクチュエータ室１１４に供給される。これにより、アクチュエータ室１１４の圧力が上昇し、その圧力は背圧弁２７により所定圧に制御される。

そして、アクチュエータ室１１４に供給される燃料により液室１１３５のエアが排出されるため、インジェクタ１０が正常に作動可能になり、ガス欠後においても内燃機関を始動することができる。

蓄圧圧力がアクチュエータ室１１４の圧力よりも所定差圧ΔＰ以上高くなると、図１０（ｃ）に示すように、小径円柱部６２４の先端側が差圧弁シート面６１３に当接して閉弁し、アクチュエータ室１１４への燃料供給が停止される。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。第２実施形態では、蓄圧器２３内が異常高圧になるのを防止する安全弁５０を備える燃料噴射装置に本発明を適用したが、本発明は、安全弁５０の代わりに電磁式の減圧弁を備える燃料噴射装置にも適用することができる。

図１１はその電磁式の減圧弁７０を示す断面図であり、その構成は特開２００１−１８２６３８号公報に記載の弁と同一であるため、構成の説明は省略する。この減圧弁７０は、例えば噴射圧力低下の遅れによる燃焼騒音を防止するために、減速時等に蓄圧圧力を目標値まで速やかに低下させるものであり、コイル７１０に通電されるとアーマチャ７２０および弁体７３０が吸引されて開弁状態になり、蓄圧器２３内の高圧燃料を排出経路３０を介してリターン経路２６に排出するようになっている。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。上記各実施形態では、差圧弁の入口側開口部に相当する連通穴５５１（図４参照）またはカバー貫通穴６３１（図１０参照）を、蓄圧器２３に接続したが、図１２に示すように、差圧弁６０のカバー貫通穴６３１を、高圧ポンプ２２と蓄圧器２３との間に接続してもよい。

この場合でも、液室１１３５（図２参照）にエアが侵入している状態で内燃機関を始動する際、高圧ポンプ２２から吐出された高圧燃料がアクチュエータ室１１４（図２参照）に供給され、その燃料により液室１１３５のエアが排出されるため、インジェクタ１０（図２参照）が正常に作動可能になり内燃機関を始動することができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。上記各実施形態では、差圧弁の入口側開口部に相当する連通穴５５１（図４参照）またはカバー貫通穴６３１（図１０参照）を、蓄圧器２３に接続したが、図１３に示すように、差圧弁６０のカバー貫通穴６３１を、低圧ポンプ２０と高圧ポンプ２２との間に接続してもよい。

これによると、差圧弁によりインジェクタ１０の低圧空間が高圧になるのを防止できるため、インジェクタ１０の低圧側の耐圧要求性能を低下させることができる。

（他の実施形態）
上記第１〜第３実施形態では、充填経路２９の一端を蓄圧器２３に接続したが、充填経路２９は高圧ポンプ２２よりも下流側の高圧燃料をリターン経路２６における背圧弁２６よりも上流側部位に導くことができればよく、したがって、充填経路２９の一端を高圧ポンプ２２と蓄圧器２３との間に接続してもよい。

本発明の第１実施形態に係る燃料噴射装置の配管構成を示す系統図である。 図１のインジェクタ１０の構成を示す断面図である。 図１の安全弁５０の構成を示す断面図である。 図３の安全弁５０における要部の拡大断面図である。 図３の安全弁５０における差圧弁の作動状態を示す拡大断面図である。 図１のＥＣＵ２５にて実行される内燃機関始動時における蓄圧器の圧力制御処理を示す流れ図である。 図１のＥＣＵ２５にて実行される内燃機関始動時における蓄圧器の圧力制御処理の説明に供するタイムチャートである。 本発明の第２実施形態に係る燃料噴射装置の配管構成を示す系統図である。 図８の安全弁５０における要部の拡大断面図である。 図８の差圧弁６０の作動状態を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る燃料噴射装置に用いられる減圧弁の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る燃料噴射装置の配管構成を示す系統図である。 本発明の第５実施形態に係る燃料噴射装置の配管構成を示す系統図である。

符号の説明

１０…インジェクタ、２０…低圧ポンプ、２１…燃料タンク、２２…高圧ポンプ、２３…蓄圧器、２６…リターン経路、２７…背圧弁、２９…充填経路、６０、５５３…差圧弁、１０４…ノズル、１０５…高圧燃料通路（高圧空間）、１０６…噴孔、１０８…制御室、１０９…制御弁、１１２…低圧燃料通路（低圧空間）、１１４…アクチュエータ室（低圧空間）、１０４１…ニードル、１１３１…ピエゾスタック（駆動手段）、１１３３…第１ピストン、１１３４…第２ピストン、１１３５…液室。

Claims (3)

1. 燃料タンク（２１）から吸入した燃料を圧送する低圧ポンプ（２０）と、
   この低圧ポンプ（２０）から圧送された燃料を加圧して圧送する高圧ポンプ（２２）と、
   この高圧ポンプ（２２）から圧送された高圧燃料を蓄える蓄圧器（２３）と、
   この蓄圧器（２３）に蓄えられた高圧燃料を内燃機関に噴射するインジェクタ（１０）と、
   このインジェクタ（１０）内の低圧空間（１１２、１１４）の燃料を前記燃料タンク（２１）に戻すリターン経路（２６）と、
   このリターン経路（２６）中に配置されて、前記低圧空間（１１２、１１４）の圧力を第１所定圧力以下に制御する背圧弁（２７）とを備え、
   前記インジェクタ（１０）は、
   制御室（１０８）の圧力の増減によりニードル（１０４１）が作動して噴孔（１０６）を開閉するノズル（１０４）と、
   前記制御室（１０８）を前記低圧空間（１１２、１１４）または高圧空間（１０５）に選択的に連通させる制御弁（１０９）と、
   前記低圧空間（１１２、１１４）に配置されて前記制御弁（１０９）を駆動する第２ピストン（１１３４）と、
   前記低圧空間（１１２、１１４）に配置されて、前記第２ピストン（１１３４）との間に形成された液室（１１３５）内の燃料を介して前記第２ピストン（１１３４）を駆動する第１ピストン（１１３３）と、
   この第１ピストン（１１３３）を駆動する駆動手段（１１３１）とを備え、
   前記高圧ポンプ（２２）から圧送される高圧燃料の量を制御して前記蓄圧器（２３）内の高圧燃料の圧力を制御するように構成された燃料噴射装置であって、
   前記高圧ポンプ（２２）よりも下流側の高圧燃料を前記リターン経路（２６）における前記背圧弁（２７）よりも上流側部位に導く充填経路（２９）と、
   前記充填経路（２９）に配設され、前記高圧ポンプ（２２）側の圧力が前記リターン経路（２６）側の圧力よりも所定差圧以上高くなると前記充填経路（２９）を閉じる差圧弁（６０、５５３）と、
   前記内燃機関の始動が完了したか否かを判定する始動判定手段（Ｓ１０２）と、
   この始動判定手段にて前記内燃機関の始動が完了したと判定されるまでは、前記差圧弁（６０、５５３）の開弁状態が維持されるように前記蓄圧器（２３）内の高圧燃料の圧力を制御する始動時圧力制御手段（Ｓ１０３）とを備えることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記高圧ポンプ（２２）側の圧力が第２所定圧力以上になると前記充填経路（２９）を開く安全弁（５０）を備え、この安全弁（５０）内に前記差圧弁（５５３）が組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記安全弁（５０）は、前記蓄圧器（２３）に組み付けら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。

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