JP4552834B2

JP4552834B2 - 燃料噴射装置

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Publication number: JP4552834B2
Application number: JP2005325394A
Authority: JP
Inventors: 進小島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2010-09-29
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Also published as: JP2007132251A

Description

本発明は、所定量の燃料を高圧で噴射させる燃料噴射装置に関する。

従来、低圧フィードポンプでフィード圧まで加圧された燃料を高圧ポンプで昇圧させてデリバリパイプへと供給し、このデリバリパイプから供給された高圧の燃料を燃料噴射弁から噴射させる燃料噴射装置が存在する。例えば、この種の燃料噴射装置としては、下記の特許文献１に開示されている。

この特許文献１に開示された燃料噴射装置は、デリバリパイプの燃料圧力の異常上昇を回避する為に、そのデリバリパイプが所定の燃料圧力以上になったときに開弁するリリーフ弁（安全弁）を配備している。そして、この燃料噴射装置においては、リリーフ弁が開弁した際に排出される燃料を高圧ポンプの吸入口や燃料タンクにリターン配管を介して戻すよう構成されている。また、この特許文献１に開示された燃料噴射装置においては、高圧ポンプの吐出側の逆止弁に、閉弁時でも高圧ポンプの吐出口とデリバリパイプとを連通させる燃料のリーク機構（切り欠き）が設けられている。

尚、この特許文献１に開示された燃料噴射装置においては、フューエルカット復帰時に大きなトルクショックを発生させない燃料噴射量となるようデリバリパイプの燃料圧力を所定の燃料圧力まで低下させる為に、高圧ポンプの吐出側と吸入側とを連通させるリーク通路が設けられている。

また、下記の特許文献２には、高圧ポンプから高圧燃料をデリバリパイプへと供給する燃料噴射装置において、その高圧ポンプの吐出側通路と吸入側通路とに夫々設けた吐出チェック弁と吸入チェック弁との間に安全弁としての機能を為す圧力調整器を設けたものが開示されている。この特許文献２に開示された燃料噴射装置においては、高圧ポンプの吐出側通路から圧力調整器に所定の圧力以上の燃料圧力が掛かったときに、その燃料を流出させて吸入側通路における吸入チェック弁の上流へとリターン通路を介して流入させる。

特開２００３−１８４６９７号公報国際公開第０１／００７７７９号パンフレット

しかしながら、上記従来の燃料噴射装置においては、安全弁を配備する為にリターン配管（リターン通路）を別途設けなければならず、それによって部品点数の増加に伴うコストの上昇や、本装置の体格の拡大に伴うエンジンコンパートメントへの搭載性の悪化、という不都合が生じてしまう。

また、上記特許文献１の燃料噴射装置においては、安全弁を高圧ポンプの吐出口よりも下流（デリバリパイプ）に設けているので、その安全弁の作動時の開閉のヒステリシスによりデリバリパイプ内の燃料圧力が安全弁の開弁設定圧以下に大きく低下してしまう虞がある。そして、これにより、安全弁の閉弁直後には、デリバリパイプ内の燃料圧力を所望の燃料圧力まで昇圧させるのに時間を要するので、高圧ポンプによる燃料圧力の制御性が悪化してしまう。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、コストやエンジンコンパートメントへの搭載性を犠牲にすることなくデリバリパイプ内の燃料圧力の異常上昇が抑制可能な燃料噴射装置を提供することを第１の目的とし、更に、その燃料圧力の異常上昇抑制後の高圧ポンプによる燃料圧力の制御性に優れる燃料噴射装置を提供することを第２の目的とする。

上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、低圧フィードポンプから供給された燃料が流入する吸入室及び当該吸入室からの燃料をプランジャの往復運動により圧送させるプランジャ室を備えた高圧ポンプと、この高圧ポンプから吐出された燃料が供給されるデリバリパイプと、このデリバリパイプから燃料が供給される燃料噴射弁と、を備えた燃料噴射装置において、その高圧ポンプの内部とデリバリパイプの内部とを連通させる燃料の通路をプランジャ室とデリバリパイプの内部とを連通させる燃料供給路として１本のみ設け、その高圧ポンプの内部に、デリバリパイプの燃料圧力が所定圧力以上になったときにプランジャ室の燃料圧力を低下させることでデリバリパイプの燃料圧力を低下させる燃料圧力低下手段を設けている。

この請求項１記載の燃料噴射装置によれば、従来は高圧ポンプの吐出口の下流側に設けていた燃料圧力低下手段を高圧ポンプ内に設けているので、従来の燃料噴射装置のようなリターン配管が不要になり、装置全体の体格を小さく纏めてエンジンコンパートメントへの搭載性を向上させ、更には低コスト化を図ることができる。

ここで、上記目的を達成する為、請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の燃料噴射装置において、燃料圧力低下手段を、吸入室とプランジャ室とを連通させる連通路と、プランジャ室が前記所定圧力以上になったときに開弁して当該プランジャ室の燃料を吸入室へと連通路を介して流出させるリリーフ弁と、を備えている。

この請求項２記載の燃料噴射装置によれば、上記請求項１記載の発明と同様の効果に加えて、リリーフ弁の閉弁が遅れてもその前にプランジャ室からデリバリパイプへと燃料が供給されるので、リリーフ弁の作動時におけるデリバリパイプの燃料圧力の落ち込みを抑制することができ、そのリリーフ弁の閉弁直後の高圧ポンプによる燃料圧力の制御性を向上させることができる。

また、上記目的を達成する為、請求項３記載の発明では、上記請求項１記載の燃料噴射装置において、燃料圧力低下手段を、プランジャをプランジャ室側のプランジャ主体と当該プランジャ主体を相対移動可能に保持するプランジャ主体保持部との分割構造にし、そのプランジャ主体とプランジャ主体保持部との間にプランジャ室が前記所定圧力以上になったときに当該プランジャ室の容積を拡大させるべく当該プランジャ主体とプランジャ主体保持部とを相対移動させる弾性部材を配置して構成している。

この請求項３記載の燃料噴射装置によれば、上記請求項１記載の発明と同様の効果に加えて、プランジャ主体の戻り（プランジャ室の容積の縮小方向への移動）が遅れてもその前にプランジャ室からデリバリパイプへと燃料が供給されるので、プランジャの安全弁機能の作動時におけるデリバリパイプの燃料圧力の落ち込みを抑制することができ、プランジャ主体の戻り直後の高圧ポンプによる燃料圧力の制御性を向上させることができる。

また、上記目的を達成する為、請求項４記載の発明では、上記請求項１記載の燃料噴射装置において、燃料圧力低下手段をプランジャ室の無駄容積の拡大により構成している。

この請求項４記載の燃料噴射装置は、プランジャ室の無駄容積を拡大することによって、プランジャ室内やデリバリパイプ内の燃料圧力の異常上昇を抑制することができる。従って、この燃料噴射装置によれば、上記請求項１記載の発明と同様の効果に加えて、無駄容積の容量の最適化を図ることによりデリバリパイプの燃料圧力の落ち込みを抑制することができるので、高圧ポンプによる燃料圧力の制御性を向上させることができる。

本発明に係る燃料噴射装置は、燃料圧力低下手段を高圧ポンプ内に設けているのでリターン配管等の外部部品が不要になる。これが為、この燃料噴射装置によれば、その燃料圧力低下手段でデリバリパイプ内の燃料圧力の異常上昇を抑制しつつ、抑制装置全体の体格を小さく纏めてエンジンコンパートメントへの搭載性を向上させることができ、更には低コスト化を図ることができる。また、請求項２〜４の如く燃料圧力低下手段を構成することによって、燃料圧力の異常上昇抑制後であっても高圧ポンプによる燃料圧力の制御性を向上させることができる。

以下に、本発明に係る燃料噴射装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明に係る燃料噴射装置の実施例１を図１に基づいて説明する。

最初に、本実施例１の燃料噴射装置の構成について説明する。

本実施例１の燃料噴射装置は、図１に示す如く、図示しない内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１０と、この燃料噴射弁１０に高圧燃料を供給するデリバリパイプ２０とを備えている。ここでは４つの燃焼室を備えた内燃機関に対して燃料を供給する燃料噴射装置について例示するので、この燃料噴射装置は、燃料噴射弁１０を４本備えている。また、そのデリバリパイプ２０には内部の燃料圧力を検出する圧力センサ２１が配備されており、その検出信号に基づいて図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）がデリバリパイプ２０内の燃料圧力を監視している。

また、本実施例１の燃料噴射装置には、燃料タンク３０内の燃料を吸入してフィード圧まで加圧する低圧フィードポンプ４０と、この低圧フィードポンプ４０から吐出された燃料を加圧してデリバリパイプ２０内の燃料圧力を所望の高圧状態に保つ高圧ポンプ５０とが設けられている。

その低圧フィードポンプ４０は、例えばバッテリにより駆動される電動ポンプであり、燃料タンク３０内に配備されて、その吐出側が高圧ポンプ５０の吸入口５０ａに低圧通路６１を介して接続される。また、その燃料タンク３０内には低圧通路６１に連通するリターン通路６２及びこのリターン通路６２上に配備された調圧弁４１が設けられており、その低圧通路６１が所定の圧力にまで達したときに調圧弁４１を開弁させて、低圧通路６１内の燃料を燃料タンク３０内に戻す。

一方、高圧ポンプ５０は、その吐出口５０ｂが高圧通路６３を介してデリバリパイプ２０に接続される。この高圧ポンプ５０は、以下の如く構成されている。

先ず、この高圧ポンプ５０においては、ハウジング５１内に吸入室Ｒｉとプランジャ室Ｒｐが形成されている。その吸入室Ｒｉは、低圧フィードポンプ４０から吸入口５０ａを経て送られてきた燃料を貯留する部屋である。また、そのプランジャ室Ｒｐは吸入室Ｒｉに貯留された燃料が所定のタイミングで供給される部屋であり、この高圧ポンプ５０は、そのプランジャ室Ｒｐからデリバリパイプ２０へと燃料を供給する。

ここで、その吸入室Ｒｉとプランジャ室Ｒｐはハウジング５１に形成された第１連通路５１ａを介して連通しており、この高圧ポンプ５０は、その第１連通路５１ａ上に吸入室Ｒｉからプランジャ室Ｒｐへの燃料の流量の調節を行う燃料調量弁５２が設けられている。

ここで例示する燃料調量弁５２は、第１連通路５１ａを開閉させる弁体５２ａと、この弁体５２ａを開弁方向へと付勢させる弦巻バネ等の弾性部材５２ｂと、その弁体５２ａを弾性部材５２ｂの押圧力に抗して閉弁方向へと付勢させる電磁石５２ｃとを備えた所謂電磁弁である。その電磁石５２ｃは、電子制御装置によって通電又は非通電が制御され、励磁状態と非励磁状態との切り替えが行われる。

この燃料調量弁５２においては、機関停止時やフューエルカット時等の燃料の噴射が不要なときに電磁石５２ｃが励磁状態にされ、その際の電磁力が弾性部材５２ｂの押圧力に打ち勝って弁体５２ａが第１連通路５１ａを遮断する。一方、低圧フィードポンプ４０が駆動している吸入行程では、その電磁石５２ｃが非励磁状態にされ、弾性部材５２ｂの押圧力で燃料調量弁５２が開弁される。これが為、この燃料調量弁５２の開弁に伴って吸入室Ｒｉの燃料がプランジャ室Ｒｐへと送られる。

また、この高圧ポンプ５０には、プランジャ室Ｒｐに供給された燃料をデリバリパイプ２０へと圧送する燃料圧送手段５３が設けられている。この燃料圧送手段５３は、プランジャ室Ｒｐ内を軸線方向へと摺動するプランジャ５３ａと、そのプランジャ室Ｒｐにおける燃料の供給される空間を拡大すべくプランジャ５３ａを付勢させる弦巻バネ等の弾性部材５３ｂと、その空間を縮小すべくプランジャ５３ａを弾性部材５３ｂの押圧力に抗して付勢させるカム５３ｃとを備えている。

ここで、そのカム５３ｃは、内燃機関のクランクシャフト（図示略）に連動して回転するよう構成されており、そのカム形状に応じてプランジャ５３ａを往復移動させてプランジャ室Ｒｐの燃料をデリバリパイプ２０に圧送させる。即ち、本実施例１の高圧ポンプ５０は、クランクシャフトの回転に伴って駆動される機械駆動式のポンプである。

更に、この高圧ポンプ５０には、プランジャ室Ｒｐの燃料を高圧通路６３へと導く吐出路６４上に逆止弁５４が設けられている。この逆止弁５４は、駆動時に発生する圧力脈動によってデリバリパイプ２０側からプランジャ室Ｒｐ側へと燃料が逆流することを防止する為のものであり、吐出路６４を開閉させる弁体５４ａと、この弁体５４ａを閉弁方向へと付勢させる弦巻バネ等の弾性部材５４ｂを備えている。ここで、この逆止弁５４の弾性部材５４ｂは、プランジャ室Ｒｐ側と高圧通路６３側との間に僅かな圧力差が生じたときに弁体５４ａが開弁動作を行うよう設定される。

また更に、この高圧ポンプ５０の内部には、デリバリパイプ２０内の燃料圧力が所定の上限圧を超えることを防止する燃料圧力低下手段が設けられている。本実施例１にあっては、その燃料圧力低下手段としてリリーフ弁５５を備えている。

ここで、デリバリパイプ２０内の燃料圧力の異常上昇は高圧ポンプ５０からデリバリパイプ２０へと燃料を圧送している最中に発生し得るものであり、その際には上述した逆止弁５４が開弁状態にあるので、高圧ポンプ５０のプランジャ室Ｒｐは、デリバリパイプ２０内の燃料圧力と同等の圧力になっている。従って、プランジャ室Ｒｐ内の燃料圧力を低下させることができれば、これに伴ってデリバリパイプ２０内の燃料圧力も低下させることができる。

そこで、本実施例１にあっては、そのような燃料圧力の異常上昇が発生した際にプランジャ室Ｒｐ内の燃料圧力を低下させるべく、逆止弁５４の上流側（プランジャ室Ｒｐ側）にリリーフ弁５５を配置する。具体的に、本実施例１のリリーフ弁５５は、ハウジング５１に吸入室Ｒｉとプランジャ室Ｒｐとを連通させる第２連通路５１ｂを設けて、この第２連通路５１ｂ上に配置する。即ち、本実施例１の燃料圧力低下手段は、そのリリーフ弁５５と第２連通路５１ｂとによって構成されている。

このリリーフ弁５５は、第２連通路５１ｂを開閉させる弁体５５ａと、この弁体５５ａを閉弁方向へと付勢させる弦巻バネ等の弾性部材５５ｂを備えている。そして、このリリーフ弁５５においては、プランジャ室Ｒｐ内やデリバリパイプ２０内の燃料圧力が設定上限圧に達した際に弁体５５ａを開弁方向へと作動させるべく弾性部材５５ｂのバネ定数が設定されている。

ここで、吸入室Ｒｉにも燃料が供給されているので、弁体５５ａにはプランジャ室Ｒｐ内の燃料圧力とは反対方向の燃料圧力（フィード圧）が吸入室Ｒｉから掛かっている。従って、その弾性部材５５ｂは、その押圧力と吸入室Ｒｉ内の燃料圧力の総合力がプランジャ室Ｒｐ内の燃料による設定上限圧よりも低くなるように設定する。これにより、この高圧ポンプ５０においては、プランジャ室Ｒｐ内の燃料圧力が設定上限圧に達すると、その燃料圧力が弾性部材５５ｂの押圧力と吸入室Ｒｉ内の燃料圧力の総合力に打ち勝って弁体５５ａを開弁方向へと作動させ、そのプランジャ室Ｒｐ内の燃料を吸入室Ｒｉへと送出させる。

従って、このリリーフ弁５５によって、プランジャ室Ｒｐ内やデリバリパイプ２０内の燃料圧力が異常上昇した際にそのプランジャ室Ｒｐ内等の燃料圧力を低下させることができるので、高圧ポンプ５０からデリバリパイプ２０への燃料の過圧送が防止され、燃料圧力の異常上昇に伴う高圧ポンプ５０やデリバリパイプ２０の破損等を回避することができる。

また、リリーフ弁５５の開弁に伴って流入した吸入室Ｒｉの燃料は、その際の吸入室Ｒｉ内の燃料圧力に応じて、吸入室Ｒｉ内に貯留される場合もあれば、吸入口５０ａを介して低圧通路６１へと送られる場合もある。そして、その後者の場合においては、低圧通路６１内の燃料圧力により調圧弁４１が開弁されるので、燃料タンク３０へと低圧通路６１の燃料が戻される。

このように、リリーフ弁５５を逆止弁５４の上流側で且つ吸入室Ｒｉとプランジャ室Ｒｐとの間に設けることによって、リリーフ弁５５の開弁時に送出された燃料を燃料タンク３０へと戻す為のリターン配管を別途設けずともよい。これにより、そのようなリターン配管を高圧ポンプ５０やデリバリパイプ２０の外に配備していた従来の燃料噴射装置と比して、部品点数が削減され、且つ、構造の簡略化を図ることができる。従って、本実施例１の燃料噴射装置によれば、その体格を小さく纏めることができ、且つ、低コスト化を図ることができる。

また、リリーフ弁５５を本実施例１の如く配置することによって、その開弁時のヒステリシスでリリーフ弁５５の閉弁が遅れても、その閉弁前に逆止弁５４が開弁してプランジャ室Ｒｐからデリバリパイプ２０へと燃料が圧送される。これが為、本実施例１の燃料噴射装置によれば、そのデリバリパイプ２０内の燃料圧力を大幅に低下させることなく、燃料噴射に要するデリバリパイプ２０内の必要圧を保持することができ、デリバリパイプ２０におけるリリーフ弁５５の作動時の燃料圧力制御性の悪化（燃料圧力の落ち込み）を抑制できる。

ところで、本実施例１の如くリリーフ弁５５を高圧ポンプ５０における逆止弁５４の上流側で且つ吸入室Ｒｉとプランジャ室Ｒｐとの間に設けた場合には、デリバリパイプ２０内が逆止弁５４と燃料噴射弁１０との間で密閉されるので、次のような不都合が生じる可能性がある。

例えば、暖気過程で機関停止された場合には、内燃機関の方がデリバリパイプ２０よりも温度が高く、その内燃機関の雰囲気熱でデリバリパイプ２０が加熱されてしまう。そして、一般に、固体の熱膨張係数よりも液体の熱膨張係数の方が大きいので、デリバリパイプ２０の熱膨張に伴って容積が拡大されても、それ以上に燃料が熱膨張してデリバリパイプ２０の内圧を上昇させてしまう。例えば、内燃機関の雰囲気熱でデリバリパイプ２０とその内部の燃料が１℃上昇すると、デリバリパイプ２０の内圧は、約０．５ＭＰａの圧力上昇を引き起こしてしまう。従って、暖気過程で機関停止された場合には、その内圧の上昇によってデリバリパイプ２０が破裂してしまう虞がある。

そこで、本実施例１にあっては、デリバリパイプ２０とプランジャ室Ｒｐとの間に微小な隙間を設けて、上記の場合などにおけるデリバリパイプ２０の内圧上昇を回避させる。

具体的に、本実施例１にあっては、そのデリバリパイプ２０とプランジャ室Ｒｐとの間に配備された逆止弁５４の弁体５４ａに、デリバリパイプ２０とプランジャ室Ｒｐとを連通させる微小通路５４ａ₁を形成する。

これにより、その微小通路５４ａ₁がデリバリパイプ２０の内圧の減圧機能を為し、デリバリパイプ２０の内圧が異常上昇し得る状況になったとしても、このデリバリパイプ２０内の燃料が微小通路５４ａ₁を介してプランジャ室Ｒｐへと流入するので、デリバリパイプ２０の破損を防止することができる。

また、その微小通路５４ａ₁の減圧機能によってデリバリパイプ２０の内圧を安定させることができるので、減速時におけるフューエルカット時を経て再噴射させる際の燃料の流量精度を維持することができる。

更に、その微小通路５４ａ₁の減圧機能によって、機関停止時にはデリバリパイプ２０の内圧がフィード圧まで低下して、そのフィード圧に保つことができるので、油密漏れの低減を図ることができる。

一方、そのような微小通路５４ａ₁を逆止弁５４の弁体５４ａに設けると、その微小通路５４ａ₁の通路径等により決まる通路面積の大きさ如何で通常駆動時に微小通路５４ａ₁からデリバリパイプ２０へと燃料が漏れ出てしまい、逆止弁５４が正しく作動せずに高圧ポンプ５０のポンプ効率の低下を招く虞がある。これが為、かかる不都合を回避する為に、その微小通路５４ａ₁の通路面積は、例えば、シミュレーションや実機による試験を行って、ポンプ効率の低下を抑制し得る適切な大きさに設定する。

ここで、その燃料が微小通路５４ａ₁を介してプランジャ室Ｒｐに流入した燃料は、機関停止中であれば燃料調量弁５２が開弁状態になっているので、吸入室Ｒｉ側へと送出される。従って、機関停止後における低圧通路６１からデリバリパイプ２０までの燃料の流動経路の圧力は、低圧フィードポンプ４０側の調圧弁４１の設定圧力に保持される。

尚、デリバリパイプ２０とプランジャ室Ｒｐとの間に微小な隙間は、例えば、前述した特許文献１に開示された切り欠きであってもよい。

以上示した如く、本実施例１の燃料噴射装置によれば、従来は高圧ポンプの吐出口の下流側に設けていた安全弁（リリーフ弁５５）を高圧ポンプ５０内に移設しているので、従来の燃料噴射装置のようなリターン配管が不要になり、装置全体の体格を小さく纏め、低コスト化を図ることができる。そして、装置全体の体格を小さくできたことにより、エンジンコンパートメントへの搭載性が向上する。また、本実施例１の燃料噴射装置は、リリーフ弁５５の閉弁が遅れてもその前に逆止弁５４が開弁する（即ち、プランジャ室Ｒｐからデリバリパイプ２０へと燃料が供給される）ので、リリーフ弁５５の作動時におけるデリバリパイプ２０の燃料圧力の落ち込みを抑制することができ、リリーフ弁５５の閉弁直後の高圧ポンプ５０による燃料圧力の制御性が向上する。更に、本実施例１の燃料噴射装置においては、微小通路５４ａ₁の減圧機能によってデリバリパイプ２０の内圧の異常上昇を回避することができる。

次に、本発明に係る燃料噴射装置の実施例２を図２から図６に基づいて説明する。

本実施例２の燃料噴射装置は、実施例１の燃料噴射装置からリリーフ弁５５を取り除く一方、これと同様の安全弁機能を為す燃料圧力低下手段を燃料圧送手段のプランジャに設けたものである。具体的には、燃料圧送手段のプランジャ自体を燃料圧力低下手段として構成することによって、このプランジャにリリーフ弁と同様の機能を持たせた高圧ポンプ１５０を用意する。この高圧ポンプ１５０は、実施例１の高圧ポンプ５０に対して燃料圧送手段を以下の如く変更したものである。

図２の符号１５３は、本実施例２の燃料圧送手段を示す。この燃料圧送手段１５３は、図２に示す如く、実施例１の燃料圧送手段５３と同様の弾性部材５３ｂ及びカム５３ｃを備えると共に、以下のように構成したプランジャ１５３ａを備えている。

このプランジャ１５３ａは、図３に示す如く、プランジャ室Ｒｐ側のプランジャ主体１５３ａ₁と、このプランジャ主体１５３ａ₁を弾性部材５３ｂ側から保持するプランジャ主体保持部１５３ａ₂とを備えた分割構造になっている。本実施例２にあっては、プランジャ主体１５３ａ₁を一端（プランジャ室Ｒｐ側）が閉塞された筒体に成形すると共にプランジャ主体保持部１５３ａ₂を段付き形状に成形し、そのプランジャ主体保持部１５３ａ₂の狭小部分にプランジャ主体１５３ａ₁を他端の開口部から挿入する。

これらプランジャ主体１５３ａ₁とプランジャ主体保持部１５３ａ₂は、軸線に対して直交方向へと挿入されるピン１５３ａ₃によって相互に保持される。ここで、そのプランジャ主体保持部１５３ａ₂の狭小部分にはピン１５３ａ₃が挿入される図４に示す長孔１５３ａ₂₁が形成されており、これが為、そのプランジャ主体１５３ａ₁とプランジャ主体保持部１５３ａ₂は、軸線方向（プランジャ１５３ａの往復摺動方向と同一方向）へと相対移動し得るよう一体化されている。

また、このプランジャ１５３ａにおいては、そのプランジャ主体１５３ａ₁の軸線方向における内壁面とプランジャ主体保持部１５３ａ₂の狭小部分における先端との間に弦巻バネ等の弾性部材１５３ａ₄が配設されている。この弾性部材１５３ａ₄は、プランジャ室Ｒｐ内の燃料圧力が所定の圧力（実施例１と同様のプランジャ室Ｒｐ内やデリバリパイプ２０内の燃料圧力の設定上限圧）以上になったときに、そのプランジャ室Ｒｐの容積を拡大させるべくプランジャ主体１５３ａ₁とプランジャ主体保持部１５３ａ₂とを相対移動させるように設定する。これが為、通常の燃料圧力状態では、弾性部材１５３ａ₄の弾発力によってプランジャ主体１５３ａ₁がプランジャ主体保持部１５３ａ₂に対して最も離れた位置に保持されている。

従って、そのプランジャ室Ｒｐ内の燃料圧力が所定の圧力よりも低いときには、図５に示す如く、プランジャ主体１５３ａ₁とプランジャ主体保持部１５３ａ₂とを軸線方向に相対移動させることなくプランジャ１５３ａがカム５３ｃの回転に伴って往復摺動する。

一方、そのプランジャ主体保持部１５３ａ₂は、常にカム５３ｃによって下方への移動が制限されている。これが為、プランジャ室Ｒｐ内の燃料圧力が所定の圧力以上になったときには、図６に示す如く、その燃料圧力によってプランジャ主体１５３ａ₁が弾性部材１５３ａ₄の押圧力に抗してプランジャ主体保持部１５３ａ₂に対して押し下げられる。これにより、プランジャ室Ｒｐ内やデリバリパイプ２０内の燃料圧力が異常上昇した際にそのプランジャ室Ｒｐ内等の燃料圧力を低下させることができるので、高圧ポンプ５０からデリバリパイプ２０への燃料の過圧送が防止され、燃料圧力の異常上昇に伴う高圧ポンプ５０やデリバリパイプ２０の破損等を回避することができる。

そのプランジャ主体１５３ａ₁は、後にプランジャ室Ｒｐ内の燃料圧力が所定の圧力よりも低くなると弾性部材１５３ａ₄の弾発力によって押し戻される。

以上示した如く、本実施例２の燃料噴射装置によれば、前述した実施例１と同様に、高圧ポンプ５０内に安全弁機能を設けているので、従来の燃料噴射装置のようなリターン配管が不要になり、装置全体の体格を小さく纏めてエンジンコンパートメントへの搭載性を向上させ、更には低コスト化を図ることができる。また、本実施例２の燃料噴射装置は、上記の如き簡便な構造で安全弁機能を構築することができるので、更なる低コスト化を図ることができる。更に、本実施例２の燃料噴射装置においても、プランジャ主体１５３ａ₁の戻りが遅れてもその前に逆止弁５４が開弁するので、プランジャ１５３ａの安全弁機能の作動時におけるデリバリパイプ２０の燃料圧力の落ち込みを抑制することができ、プランジャ主体１５３ａ₁の戻り直後の高圧ポンプ５０による燃料圧力の制御性が向上する。また更に、本実施例２の燃料噴射装置においても、微小通路５４ａ₁の減圧機能によってデリバリパイプ２０の内圧の異常上昇を回避することができる。

次に、本発明に係る燃料噴射装置の実施例３を図７から図９に基づいて説明する。

本実施例３の燃料噴射装置は、実施例１の燃料噴射装置からリリーフ弁５５を取り除く一方、これと同様の安全弁機能を為す燃料圧力低下手段を実施例１と同様に高圧ポンプ内に設けたものである。具体的には、プランジャ室Ｒｐの無駄容積Ｖｄを拡大してリリーフ弁と同様の機能を持たせた高圧ポンプ２５０を用意する。この高圧ポンプ２５０は、実施例１の高圧ポンプ５０に対して燃料圧送手段を以下の如く変更したものである。

図７の符号２５３は、本実施例３の燃料圧送手段を示す。この本実施例３の燃料圧送手段２５３は、図７に示す如く、実施例１の燃料圧送手段５３と同様の弾性部材５３ｂ及びカム５３ｃを備えると共に、以下のように成形したプランジャ２５３ａを備えている。

このプランジャ２５３ａは、プランジャ室Ｒｐの無駄容積Ｖｄの拡大を図る為に、実施例１のプランジャ５３ａに対して長手方向を縮小したものである。その無駄容積Ｖｄとは、図８に示す如く、プランジャ２５３ａがリフト上死点に達した際の当該プランジャ２５３ａの先端とプランジャ室Ｒｐの内壁面との間で形成される空間の容積のことをいう。このように、本実施例３の如く無駄容積Ｖｄの容量を拡大することによって、プランジャ室Ｒｐ内やデリバリパイプ２０内の燃料圧力の異常上昇を抑制することができる。

ここで、その無駄容積Ｖｄは、プランジャ２５３ａが上昇した際の燃料の昇圧量ΔＰｆ（ＭＰａ）に影響を与えるものであり、下記の式１の関係が成立する。この式１における「Ｋｆ」は燃料の体積弾性率（ＭＰａ）を表し、「Ｖｌ」はプランジャ２５３ａのリフト容積を表し、「Ｖｔ」はプランジャ室Ｒｐの総容積を表している。そのリフト容積Ｖｌとはプランジャ室Ｒｐにおけるプランジャ２５３ａのリフト上死点とリフト下死点との間で形成される空間の容積のことをいい、プランジャ室Ｒｐの総容積Ｖｔとはプランジャ２５３ａがリフト下死点に位置しているときの当該プランジャ２５３ａの先端とプランジャ室Ｒｐの内壁面との間で形成される空間の容積のことをいう。

ΔＰｆ＝Ｋｆ×Ｖｌ／Ｖｔ＝Ｋｆ×Ｖｌ／（Ｖｌ＋Ｖｄ） … （１）

この式１によれば、無駄容積Ｖｄの拡大に伴って燃料の昇圧量ΔＰｆが低下していくことが判る。例えば、その無駄容積Ｖｄを変えた際の燃料の昇圧量ΔＰｆとの関係を図９に示す。ここでは、実施例１のプランジャ５３ａにより形成される無駄容積（以下、「基本無駄容積」という。）Ｖｔ１と、この基本無駄容積Ｖｔ１を２倍，５倍，７倍にした無駄容積Ｖｔ２，Ｖｔ５，Ｖｔ７との比較を行っている。

従って、無駄容積Ｖｄを必要以上に拡大してしまうと、プランジャ室Ｒｐにおける燃料の昇圧量ΔＰｆが大幅に低下してポンプ効率が低下するので、デリバリパイプ２０にて必要とされる燃料圧力を確保することができなくなる。

そこで、その無駄容積Ｖｄの容量は、燃料噴射装置の性能として求められるデリバリパイプ２０の燃料圧力を確保し得るだけの昇圧量ΔＰｆとなるように燃料噴射装置毎に最適なものを設定する。

以上示した如く、本実施例３の燃料噴射装置によれば、前述した実施例１と同様に、高圧ポンプ５０内に安全弁機能を設けているので、従来の燃料噴射装置のようなリターン配管が不要になり、装置全体の体格を小さく纏めてエンジンコンパートメントへの搭載性を向上させ、低コスト化を図ることができる。また、本実施例３の燃料噴射装置は、前述した実施例１，２のような部品点数の増加を伴わない簡便な構造で安全弁機能を構築することができるので、更なる低コスト化を図ることができる。更に、本実施例３の燃料噴射装置においては、無駄容積Ｖｄの容量の最適化を図ることによりデリバリパイプ２０の燃料圧力の落ち込みを抑制することができるので、高圧ポンプ５０による燃料圧力の制御性が向上する。また更に、本実施例３の燃料噴射装置においても、微小通路５４ａ₁の減圧機能によってデリバリパイプ２０の内圧の異常上昇を回避することができる。

以上のように、本発明に係る燃料噴射装置は、デリバリパイプ内の燃料圧力の異常上昇の抑制効果を低コストで且つエンジンコンパートメントへの搭載性を犠牲にすることなく得ることが可能な技術として有用である。

本発明に係る燃料噴射装置の実施例１の構成を示す図である。本発明に係る燃料噴射装置の実施例２の構成を示す図である。実施例２のプランジャの具体的な構成を示す図である。図３に示すプランジャを側面から見た図である。実施例２における通常時のプランジャの動作を示す図である。実施例２における燃料圧力の異常上昇時のプランジャの動作を示す図である。本発明に係る燃料噴射装置の実施例３の構成を示す図である。プランジャ室Ｒｐの総容積と無駄容積及びリフト容積の関係を説明する図である。無駄容積の容量と燃料の昇圧量との関係を無駄容積の大きさに応じて対比した図である。

符号の説明

１０燃料噴射弁
２０デリバリパイプ
４０低圧フィードポンプ
５０高圧ポンプ
５０ａ吸入口
５０ｂ吐出口
５１ハウジング
５１ａ第１連通路
５１ｂ第２連通路
５３燃料圧送手段
５３ａプランジャ
５３ｂ弾性部材
５３ｃカム
５４逆止弁
５４ａ弁体
５４ａ₁ 微小通路
５４ｂ弾性部材
５５リリーフ弁
５５ａ弁体
５５ｂ弾性部材
６１低圧通路
６３高圧通路
６４吐出路
１５０高圧ポンプ
１５３燃料圧送手段
１５３ａプランジャ
１５３ａ₁ プランジャ主体
１５３ａ₂ プランジャ主体保持部
１５３ａ₂₁ 長孔
１５３ａ₃ ピン
１５３ａ₄ 弾性部材
２５０高圧ポンプ
２５３燃料圧送手段
２５３ａプランジャ
Ｒｉ吸入室
Ｒｐプランジャ室
Ｖｄ無駄容積

Claims

低圧フィードポンプから供給された燃料が流入する吸入室及び当該吸入室からの燃料をプランジャの往復運動により圧送させるプランジャ室を備えた高圧ポンプと、該高圧ポンプから吐出された燃料が供給されるデリバリパイプと、該デリバリパイプから燃料が供給される燃料噴射弁と、を備えた燃料噴射装置において、
前記高圧ポンプの内部と前記デリバリパイプの内部とを連通させる燃料の通路を前記プランジャ室と前記デリバリパイプの内部とを連通させる燃料供給路として１本のみ設け、前記高圧ポンプの内部に、前記デリバリパイプの燃料圧力が所定圧力以上になったときに前記プランジャ室の燃料圧力を低下させることで前記デリバリパイプの燃料圧力を低下させる燃料圧力低下手段を設けたことを特徴とする燃料噴射装置。
前記燃料圧力低下手段は、前記吸入室と前記プランジャ室とを連通させる連通路と、前記プランジャ室が前記所定圧力以上になったときに開弁して当該プランジャ室の燃料を前記吸入室へと前記連通路を介して流出させるリリーフ弁と、を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
前記燃料圧力低下手段は、前記プランジャを前記プランジャ室側のプランジャ主体と当該プランジャ主体を相対移動可能に保持するプランジャ主体保持部との分割構造にし、該プランジャ主体とプランジャ主体保持部との間に前記プランジャ室が前記所定圧力以上になったときに当該プランジャ室の容積を拡大させるべく当該プランジャ主体とプランジャ主体保持部とを相対移動させる弾性部材を配置して構成したことを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
前記燃料圧力低下手段は、前記プランジャ室の無駄容積の拡大により構成されることを特徴とした請求項１記載の燃料噴射装置。