JP2001342926A

JP2001342926A - 燃料供給装置

Info

Publication number: JP2001342926A
Application number: JP2000167055A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Maeda; 隆義前田; Yoshimitsu Fujimoto; 義光藤本; Megumi Miyake; 恵三宅; Kazuhiko Yokochi; 和彦横地
Original assignee: Nabco Ltd
Current assignee: Nabco Ltd
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2001-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】切換弁を介することなく、燃料を燃料噴射弁
に供給可能であるとともに、小型化した燃料供給装置を
提供すること。【解決手段】燃料を加圧状態で蓄える蓄圧部２と、燃
料を噴射する燃料噴射弁３との間に、蓄圧部２の燃料を
前記燃料噴射弁３に対して供給する制御シリンダ１１
と、この制御シリンダ１１に設けられ作動油圧力源１９
から供給される油圧にて駆動される制御ピストン１２と
を備え、前記制御ピストン１２の一方側には蓄圧部２か
らの加圧燃料の供給を受けて、この加圧燃料を更に加圧
して燃料噴射弁３に押し出す押し出し室２７が区画さ
れ、制御ピストン１２の他端側には蓄圧部２からの加圧
燃料が導入される定圧室２８が区画され、制御ピストン
１２の定圧室２８側には作動油圧力源１９からの作動油
を受圧する受圧部２９が定圧室２８外に形成される構成
にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蓄圧部に蓄圧され
た高圧燃料を、燃料噴射弁に供給して、内燃機関の気筒
内に噴射させるために用いられる燃料供給装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に内燃機関、特にディーゼル機関に
おいては、燃料噴射圧力は、高圧力化している。燃料噴
射圧力を高圧力化させることにより、燃料噴霧の微細化
と噴射期間の短縮が図れ、燃料効率を高めることができ
るためである。このように、高圧力化に対応した燃料供
給装置として、特開平５−２６０５８号の蓄圧式燃料噴
射制御装置が知られている。この蓄圧式燃料噴射制御装
置は、加圧された燃料を電磁弁等の切換弁により燃料噴
射弁に供給する構造である。しかし、例えば、船舶等に
用いられるＣ重油のような低質な燃料を使用する場合、
構造が複雑な切換弁に悪影響を与えるという問題点があ
る。

【０００３】これに対して、特公平５−４４５３９号の
燃料噴射制御装置のように、増圧シリンダの段付ピスト
ンの小径側に燃料を導入し、大径側に燃料以外の作動油
を導入し、作動油の圧力により燃料を増圧して燃料噴射
弁に供給する方式が知られている。このように、燃料以
外の作動油を増圧シリンダに対して切換弁を介して給排
させるので、特開平５−２６０５８号の蓄圧式燃料噴射
制御装置のような切換弁に於ける問題を生じない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
５−４４５３９号の燃料噴射制御装置では、段付ピスト
ンを駆動させるために必要な作動油は高圧かつ大流量と
なり、装置が大型化し、電磁弁を使用する場合その駆動
力も大きなものになるという問題点があった。

【０００５】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、制御ピストンを駆
動するための作動油の圧力を高圧化、大流量化させない
で小型化した燃料供給装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する請求
項１に記載の発明は、燃料を加圧状態で蓄える蓄圧部
と、燃料を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧部
と前記燃料噴射弁との間に設けられ、前記蓄圧部の燃料
を前記燃料噴射弁に対して供給する制御シリンダと、こ
の制御シリンダに設けられ作動油圧力源から供給される
油圧にて駆動される制御ピストンとを備え、前記制御ピ
ストンの一方側には前記蓄圧部からの加圧燃料の供給を
受けて、この加圧燃料を更に加圧して前記燃料噴射弁に
押し出す押し出し室が区画され、前記制御ピストンの他
端側には前記蓄圧部からの加圧燃料が導入される定圧室
が区画され、前記制御ピストンの前記定圧室側には作動
油圧力源からの作動油が供給される受圧部が前記定圧室
外に形成される燃料供給装置である。この構成による
と、蓄圧部の圧力が制御ピストンの両方側に位置する押
し出し室と定圧室の両方に導入されるとともに、制御ピ
ストンを駆動する作動油の受圧部が、定圧室の外に形成
されているので、作動油による制御ピストンの駆動が低
圧小流量で行われる。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、前記制御シリンダと前記燃料噴射弁との間には、前
記押出し室側の圧力が前記蓄圧部の圧力よりも高い所定
圧力を越えたときに開弁する弁装置を設けたものであ
る。この構成によると、蓄圧部の圧力より高い所定圧力
で開弁する弁装置を設けたので、制御ピストンの駆動に
より所望のタイミングで燃料を噴射できる。

【０００８】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２において、前記押出し室と前記蓄圧部との間
に、前記蓄圧部から押し出し室へ向かう流れを順方向と
する逆止弁が設けられているものである。この構成によ
ると、制御ピストンの一方側への移動により、蓄圧部か
らの加圧燃料が逆止弁を経て押し出し室に供給され、制
御ピストンの他方側への移動により、押し出し室の加圧
燃料が更に加圧され燃料噴射弁に押し出される。

【０００９】請求項４に記載の発明は、前記制御ピスト
ンの位置を検出する位置検出器を設け、この位置検出器
からの信号に基づいて前記押出し室に導入される燃料の
量を計量する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の
燃料供給装置である。この構成によると、制御ピストン
の位置を検出する位置検出器を設けたので、必要とされ
る量の燃料を計量してあらかじめ押し出し室に供給する
ことができる。

【００１０】請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の
いずれかにおいて、前記受圧部に供給される作動油は切
換弁を介して給排され、前記切換弁が比例電磁弁であ
る。この構成によると、受圧部への作動油の給排を切換
弁により行い、この切換弁を比例電磁弁としたので、押
し出し室から押し出される燃料の圧力特性などを燃料の
噴射を必要とする特性に合うように制御できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１に示すように、燃料供給装置１
は、蓄圧部２と、燃料噴射弁３と、蓄圧部２と燃料噴射
弁３との間に配設された増圧部４とを備えて構成され
る。増圧部４は、蓄圧部２から所定量の加圧燃料の供給
を受け、所定圧に加圧して、所定のタイミングで燃料噴
射弁３から噴射する機能を有する。

【００１２】この増圧部４は、制御シリンダ１１と制御
ピストン１２を備えるシリンダ装置１０を主要構成部分
として構成され、付属部分として、弁装置１５、逆止弁
１６、位置検出器１７、切換弁１８、作動油供給源１９
とを備えて構成される。

【００１３】蓄圧部（以下、「コモンレール」とい
う。）２は、燃料を所定の加圧状態に保って蓄える。こ
のコモンレール２は、増圧部４に接続されており、加圧
状態の燃料を増圧部４に供給する。このコモンレール２
は、燃料を例えば７８４５×１０ ⁴Ｐａ（８００kgf/cm
²）の加圧状態に保つ。燃料噴射弁３は、加圧状態の燃
料を気筒内に噴射する。燃料噴射弁３は、増圧部４に接
続されている。この燃料噴射弁３は、例えば約９８０６
×１０⁴Ｐａ（１０００kgｆ/ cm²）の圧力で燃料を噴
射する。

【００１４】シリンダ装置１０を構成する制御シリンダ
１１は、大径の第１シリンダ２１と、第１シリンダ２１
の一方側に設けられた小径の第２シリンダ２２と、第１
シリンダ２１の他方側に設けられた小径の第３シリンダ
２３と、を一体に有する。シリンダ装置１０を構成する
制御ピストン１２は、両ロッド式であり、第１シリンダ
２１内を摺動するピストン２４と、第２シリンダ２２内
を摺動する第１ロッド２５と、第３シリンダ２３内を摺
動する第２ロッド２６と、を一体に有する。

【００１５】ピストン２４の他方側の第１シリンダ２１
内に押し出し室２７が形成され、ピストン２４の一方側
の第１シリンダ２１内に定圧室２８が形成される。第１
ロッド２５と第２シリンダ２２の間であって、前記定圧
室２８の外側に独立した第１受圧室２９が形成され、第
２ロッド２６と第３シリンダ２３の間であって、前記押
し出し室２７の外側に独立した第２受圧室３０が形成さ
れる。

【００１６】押し出し室２７及び定圧室２８とコモンレ
ール２とは、通路３５、３６を介して接続される。押し
出し室２７に至る通路３５には、コモンレール２から押
し出し室２７に向かう流れを順方向とする逆止弁１６が
設けられている。押し出し室２７と燃料噴射弁３とは、
弁装置１５を有する通路３７を介して接続される。

【００１７】押し出し室２７及び定圧室２８の両方にコ
モンレール２からの加圧燃料が供給されると、押し出し
室２７及び定圧室２８の受圧面積が等しいため、押し出
し室２７に逆止弁１６を介して供給された加圧燃料を押
し出す力は、第１受圧室２９に作用する作動油の圧力で
決まるようになっている。押し出し室２７に供給される
加圧燃料の量は、ピストン１２のストロークエンドから
のストローク量によって決まる。このストローク量を制
御するために、制御シリンダ１１に対する制御ピストン
１２の位置をリニアに検出する位置検出器１７が設けら
れている。この位置検出器１７には、第１ロッド２５に
埋め込まれた磁気センサを外部から読み取るリニアセン
サなどが用いられる。

【００１８】作動油圧力源１９は、油圧ポンプ４１とア
キュムレータ４２とから形成されている。第１受圧室２
９及び第２受圧室３０と作動油圧力源１９とは、油路３
８、３９と切換弁１８を介して接続されている。この切
換弁１８には、３位置４ポートの比例電磁弁が使用され
ている。この比例電磁弁１８は、作動油圧力源１９の作
動油を第１受圧室２９に導入し、第２受圧室３０をタン
ク４３に導く第１位置１８ａと、作動油圧力源１９の作
動油を第２受圧室３０に導入し、第１受圧室２９をタン
ク４３に導く第２位置１８ｂと、作動油圧力源１９、第
１受圧室２９及び第２受圧室３０を遮断する中立位置１
８ｃとを有する。特に第１位置１８ａの制御に対して比
例電磁弁を採用している。比例電磁弁としたことによ
り、入力電流に応じたピストンストローク速度ひいては
燃料噴射特性が得られる。

【００１９】作動油供給源１９からの作動油の圧力が、
例えば約３９２２×１０⁴Ｐａ（４００kgf/cm²）であ
り、第１ロッド２５とピストン２４との受圧面積比が１
／２であるとする。第１受圧室２９に作動油供給源１９
からの作動油を導入することより、ピストン２５を介し
て押し出し室２７に１９６１×１０⁴Ｐａ（２００kgf/
cm²）の付加的な圧力を発生させることができる。

【００２０】弁装置１５は、押出し室２７内の燃料が所
定の圧力に達すると、開弁し、加圧状態の燃料を燃料噴
射弁３に供給するシーケンス弁として機能する。所定の
圧力は、コモンレール２の圧力よりも高い圧力に設定さ
れており、例えば、９００kgｆ/ cm²である。

【００２１】図２は、弁装置１５の構造の一例を示す。
この弁装置１５は、弁本体５１と、弁体５２と、付勢バ
ネ５３と、付勢力調整機構５４とを備えるシーケンス弁
で構成される。弁本体５１の一端の中心部分は入口ポー
ト５５として開口し、入口ポート５５に続く弁本体５１
の内面に弁座５６が形成され、弁座５６付近の弁本体５
１の側面に出口ポート５７が形成されている。弁体５２
は、弁本体５１の弁孔５８内に摺動自在に挿入され、弁
座５６とともにポペット形式の開閉弁を構成する。弁体
５２の弁座５６と反対側に位置するバネ室５９内に付勢
バネ５３が配設され、このバネ室５９はパイロットポー
ト６０に連通している。付勢力調整機構５４は、付勢バ
ネ５３を挟むエンドプレート６１を押すネジ部材６２を
弁本体５１のネジ部６３に螺合させ、ナット６４でネジ
部材６２の位置を固定するものである。パイロットポー
ト６０には逆止弁１６より上流の加圧燃料の圧力が導入
され、弁体５２の摺動部の受圧面積で決まる押圧力が付
勢バネ５３の付勢力に付加される。一方、入口ポート５
５にも押し出し室２７からの燃料の圧力が導入され、弁
体５２の弁座径に相当する受圧面積で決まる逆方向の押
圧力が作用する。このように弁体５２に作用する両方向
の押圧力が対抗することにより、付勢バネ５３の力を軽
減するようになっている。入口ポート５５に、加圧燃料
の元々の圧力と押し出し室２７で付加された圧力が作用
し、所定圧力に達すると、弁体５２が付勢バネ５３の付
勢力に打ち勝って弁座５６から離座する。これにより、
入口ポート５５と出口ポート５７が連通し、燃料が燃料
噴射弁３に供給される。弁体５２が開く圧力は、付勢バ
ネ５３を押し込むエンドプレート６１の位置を調整する
ネジ部材６２の螺合位置で決まる。

【００２２】次に、上記の構成に基づいて、燃料供給装
置１の動作を図１に基づいて説明する。コモンレール２
からの加圧燃料を増圧部４の押し出し室２７に供給する
第１工程と、増圧部４の押し出し室２７から更に加圧さ
れた燃料を燃料噴射弁３に供給する第２工程とを繰り返
すことにより、燃料噴射弁３から所定量で所定圧の燃料
を所定タイミングで噴射する。

【００２３】まず、第１工程を説明する。制御ピストン
１２が、制御シリンダ１１の図面右側のストロークエン
ドになると、初期状態となる。この状態で、比例電磁弁
１８が第２位置１８ｂに切り換えられる。作動油供給源
１９からの作動油が油路３９を介して第２受圧室３０に
供給され、制御ピストン１２が図面左側に移動し、押し
出し室２７にコモンレール２からの加圧燃料が通路３５
及び逆止弁１６を経て供給される。押し出し室２７に対
向する定圧室２８にも通路３６を経てコモンレール２か
らの加圧燃料が導かれているため、押し出し室２７に供
給される加圧燃料によって制御ピストン１２が急激に作
動することがない。押し出し室２７に供給される加圧燃
料の量は、制御ピストン１２の移動量で決まる。位置検
出器１７によって制御ピストン１２の移動量が検出さ
れ、所定移動量になると、比例電磁弁１８が中立位置１
８ｃに切り換えられ、制御ピストン１２は停止し、図１
に示される状態になる。

【００２４】第２工程を説明する。燃料噴射弁３からの
燃料を噴射するタイミングに至ると、比例電磁弁１８が
第１位置１８ａに切り換えられる。作動油供給源１９か
らの作動油が油路３８を介して第１受圧室２９に供給さ
れ、制御ピストン１２が図面右側に移動しようとし、押
し出し室２７内の加圧燃料を更に加圧する。このとき、
通路３５の逆止弁１６により、加圧燃料の逆流が阻止さ
れる。また、通路３７の弁装置１５により、押し出し室
２７内の加圧燃料が所定圧になるまで、押し出し室２７
は閉じられたままである。コモンレール２からの加圧燃
料の圧力が、７８４５×１０⁴Ｐａ（８００kgf/cm²）
であり、第１受圧室２９に導入される作動油の圧力が３
９２２×１０⁴Ｐａ（４００kgf/cm²）であり、第１受
圧室２９と押し出し室２７の受圧面積比により、押し出
し室２７に付加する圧力が１９６１×１０⁴Ｐａ（２０
０kgf/cm²）であるとすると、押し出し室２７の圧力
は、約９８０６×１０⁴Ｐａ（１０００kgｆ/ cm²）と
なる。すると、９００kgｆ/cm²をクラッキング圧力と
する弁装置は充分開き、押し出し室２７の燃料が燃料噴
射弁３に噴射される。

【００２５】以下、本発明の他の実施形態の効果につい
て説明する。コモンレール２からの加圧燃料が、逆止弁
１６、制御シリンダ１１及び制御ピストン１２からなる
シリンダ装置１０、シーケンス弁形式の簡単な弁装置１
５を介して燃料噴射弁３に供給される構成であるため、
複雑な切換弁を介して供給する場合に比較して、燃料に
含まれる異物等の影響を受ける程度が少なくなる。その
結果、船舶等に用いられるＣ重油のような低質な燃料を
使用する場合であっても、燃料噴射弁３に対して所定の
噴射特性を有する燃料を供給できる。

【００２６】制御シリンダ１１及び制御ピストン１２か
らなるシリンダ装置１０の押し出し室２７と定圧室２８
の両方にコモンレール２からの加圧燃料が導かれ、制御
ピストン１２の前後の圧力をバランスさせるため、押し
出し室２７に付加すべき圧力が少なくて済む。押し出し
室２７の外に配設された第１受圧室２９に作用する作動
油によって、押し出し室２７に付加的な圧力を加えられ
る。その結果、第１受圧室２９に作用させる作動油の圧
力が低くて済むと同時に、作動油の容量も少なくて済
む。そのため、シリンダ装置１０、切換弁１８、作動油
供給源１９を小型のものにでき、燃料供給装置１の全体
をコンパクトに形成できる。

【００２７】シリンダ装置１０と燃料噴射弁３の間に、
蓄圧部２の圧力より高い所定圧力で開弁するシーケンス
弁形式の簡単な弁装置１５を設けている。そのため、制
御ピストン１２が作動し、押し出し室２７が加圧される
まで、弁装置１５は開かない。このように、シリンダ装
置１０から燃料噴射弁３への燃料の噴射のタイミング
を、制御ピストン１１の作動タイミングにより制御でき
る。

【００２８】蓄圧部２とシリンダ装置１０の押し出し室
２７とを接続する通路３５に、押し出し室２７への流れ
を順方向とする逆止弁１６を設けている。そのため、制
御ピストン１２を後退させると、押し出し室２７へ燃料
が供給され、制御ピストン１２を進出させて、押し出し
室２７から燃料が排出されるという切換が簡単にでき
る。

【００２９】制御ピストン１２の位置を検出する位置検
出器１７が設けられているため、制御ピストン１２のス
トロークエンドからの退出距離に応じた容量の燃料を蓄
圧部２から吸い込むことができる。そのため、位置検出
器１７に、制御ピストン１２の位置をリニアに検出でき
るセンサを用いることにより、制御ピストン１２のスト
ローク量即ち必要とされる燃料の計量が簡単にできる。

【００３０】制御ピストン１２の移動を制御する第１受
圧室２９への作動油の供給を比例電磁弁１８を介して行
うため、所定の燃料噴射タイミング及び噴射量を任意に
調整できる。

【００３１】以下、本発明の他の実施形態について説明
する。（１）コモンレール２からの加圧燃料を押し出し室２７
に供給するために、作動油供給源１９の作動油を第２受
圧室３０に導く構成に代わり、第２ロッド２６の端に付
勢バネを設ける構成を採用することができる。付勢バネ
の力によって、制御ピストン１２を図面左方に移動させ
ることができる。作動油を第２受圧室３０に導く場合に
比べて、制御ピストン１２を図面左方への移動が遅くな
ることもあるが、燃料噴射弁３からの燃料の噴射サイク
ルに余裕がある場合に、採用可能である。この場合、切
換弁１８は、３位置３ポート弁とすることができる。

【００３２】（２）切換弁１８は比例電磁弁とすること
が好ましいが、オンオフタイプの電磁開閉弁を採用する
ことも可能である。所定の燃料噴射タイミングの微妙な
調整まで要らない場合に採用できる。

【００３３】

【発明の効果】請求項１〜５に記載の発明によると、蓄
圧部の圧力が制御シリンダの両端の押し出し室と定圧室
とに導入されると共に、制御ピストンを駆動する作動油
の受圧部が押出し室の外に形成されているので、作動油
による制御ピストンの駆動が低圧小流量で行え、装置を
大型化することがないという効果を奏する。また、構造
が複雑な切換弁ではなく、構造がシンプルなシリンダ装
置と簡単な構造の弁装置などを使っているため、Ｃ重油
のような低質の燃料を供給する場合でも、問題なく使用
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る燃料供給装置を説明する機器
ブロック図である。

【図２】燃料供給装置に用いられる弁装置の断面図であ
る。

【符号の説明】

１燃料供給装置２蓄圧部（コモンレール）３燃料噴射弁４増圧部１０シリンダ装置１１制御ピストン１２制御シリンダ１５弁装置１６逆止弁１７位置検出器１８切換弁（比例電磁弁）１９作動油供給源２７押し出し室２８定圧室２９第１受圧室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｍ 47/04 Ｆ０２Ｍ 47/04 (72)発明者三宅恵兵庫県神戸市西区高塚台７丁目３番３号株式会社ナブコ総合技術センター内 (72)発明者横地和彦兵庫県神戸市西区高塚台７丁目３番３号株式会社ナブコ総合技術センター内Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 BA05 BA63 BA67 CC01 CC06T CC08T CC64T CC68T CC69 CD25 CE12 CE13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料を加圧状態で蓄える蓄圧部と、燃料
を気筒内に噴射する燃料噴射弁と、前記蓄圧部と前記燃
料噴射弁との間に設けられ、前記蓄圧部の燃料を前記燃
料噴射弁に対して供給する制御シリンダと、この制御シ
リンダに設けられる制御ピストンとを備え、前記制御ピ
ストンの一方側には前記蓄圧部からの加圧燃料の供給を
受けて、この加圧燃料を更に加圧して前記燃料噴射弁に
押し出す押し出し室が区画され、前記制御ピストンの他
端側には前記蓄圧部からの加圧燃料が導入される定圧室
が区画され、前記制御ピストンの前記定圧室側には作動
油圧力源からの作動油が供給される受圧部が前記定圧室
外に形成される燃料供給装置。
【請求項２】前記制御シリンダと前記燃料噴射弁との
間には、前記押出し室側の圧力が前記蓄圧部の圧力より
も高い所定圧力を越えたときに開弁する弁装置を設けた
請求項１記載の燃料供給装置。
【請求項３】前記押し出し室と前記蓄圧部との間に、
前記蓄圧部から前記押し出し室へ向かう流れを順方向と
する逆止弁が設けられる請求項１または２に記載の燃料
供給装置。
【請求項４】前記制御ピストンの位置を検出する位置
検出器を設け、この位置検出器からの信号に基づいて前
記押出し室に導入される燃料の量を計量する請求項１乃
至請求項３のいずれかに記載の燃料供給装置。
【請求項５】前記受圧部に供給される作動油は切換弁
を介して給排され、前記切換弁が比例電磁弁である請求
項１乃至請求項４のいずれかに記載の燃料供給装置。