JP2005171811A - 増圧式燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄圧室内の燃料圧力をさらに加圧するための増圧ピストン機構を具備する燃料噴射装置において、増圧ピストン機構により蓄圧室から無駄に消費される燃料量を全体として十分に低減する。
【解決手段】 燃料流入経路及び燃料流出経路は切換弁７を介して増圧ピストン機構の可変圧力室へ連通される。切換弁のスプール弁体７１は、第一位置において燃料流出経路に接続された第一通路７４ｂを可変圧力室へ連通させると共に燃料流入経路に接続された第三通路７４ｃを遮断し、図示した第二位置において第三通路７４ｃを可変圧力室へ連通させると共に第一通路７４ｂを遮断する。第一位置において、摺動部７１ａの第一部分７１ａ−１を利用して燃料流入経路を可変圧力室から遮断し、図示した第二位置において、スプール弁体の端部に形成されて軸線方向に付勢されるシール部７９によって燃料流出経路を可変圧力室から遮断する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、増圧式燃料噴射装置に関する。

各気筒の燃料噴射弁へ高圧燃料を供給するための蓄圧室を具備する燃料噴射装置が公知である。このような燃料噴射装置によって比較的高圧での燃料噴射が可能となったが、ディーゼルエンジン等においては、さらに噴射圧を高める要求がある。そのために、蓄圧室を加圧するための高圧ポンプを大型化して燃料噴射装置全体にさらなる耐圧処置を施すこととなれば、かなりのコストアップが必要となる。

コストアップを最小限として燃料噴射圧力をさらに高圧化するために、増圧ピストン機構を設け、それにより蓄圧室内の燃料をさらに加圧して燃料噴射弁へ圧送することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような構成によれば、燃料噴射装置において、増圧ピストン機構の下流側だけにさらなる耐圧処置を施せば良い。

増圧ピストン機構において、増圧ピストンに加圧のための押し込み動作と加圧に備えての引き戻し動作との往復運動をさせることとなる。この往復運動に際して、増圧ピストンに接する可変圧力室内の燃料圧力を変化させることが必要であり、そのためには、蓄圧室から可変圧力室へ燃料を流入させたり、可変圧力室から燃料タンク等の低圧側へ燃料を流出させたりすることとなる。

一般的に、可変圧力室には蓄圧室からの燃料流入経路と、燃料タンク等への燃料流出経路とが接続され、燃料流出経路には開閉弁が設けられている一方で、燃料流入経路には絞りが設けられているだけである。それにより、燃料流入経路によって、蓄圧室から可変圧力室へは常に燃料の流入が可能となっている。こうして、燃料流出経路による可変圧力室からの燃料の流出に際して、蓄圧室からの燃料流入を停止させることができず、蓄圧室の燃料が無駄に消費されてしまう。これは、蓄圧室内を所望圧力に維持するための高圧ポンプの仕事を増大させ、最終的には内燃機関の燃料消費率を悪化させる。

この問題を改善するために、スプール弁形式の三方弁を使用し、可変圧力室から燃料を流出させる際には、燃料流出経路を可変圧力室へ連通させると共に、燃料流入経路と可変圧力室との連通を遮断することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一般的なスプール弁形式の三方弁において、スプール弁体は、大径の摺動部と小径部とを有し、摺動穴内を軸線方向に摺動する。第一、第二、及び、第三の三つの通路は、軸線方向に異なる位置で摺動穴へ接続される。スプール弁の一方の摺動位置では、第一通路は摺動部により第二通路との間の連通が遮断されると共に、第三通路は小径部回りの空間を介して第二通路と連通する。また、スプール弁の他方の摺動位置では、第一通路は小径部回りの空間を介して第二通路と連通し、第三通路は摺動部により第二通路との連通が遮断される。

このようなスプール弁形式の三方弁を増圧ピストン機構に使用する場合には、第二通路を可変圧力室へ、第一通路を燃料流入経路の一部として蓄圧室へ、第三通路を燃料流出経路の一部として燃料タンク等へ、それぞれ連通させることとなる。それにより、可変圧力室から燃料を流出させる時には、スプール弁体を一方の摺動位置とし、燃料流出経路を小径部回りの空間を介して可変圧力室と連通させると共に、燃料流入経路を可変圧力室から遮断することが可能となる。もちろん、可変圧力室へ燃料を流入させる時には、スプール弁体を他方の摺動位置とし、燃料流入経路を小径部回りの空間を介して可変圧力室と連通させると共に、燃料流出経路を可変圧力室から遮断することが可能となる。

特表２００２−５３９３７２号公報 特開２００２−１７４１５８号公報

ところで、スプール弁形式の三方弁では、前述したように、第一又は第三通路は摺動部により第二通路から遮断される。しかしながら、摺動部と摺動穴との間には、摺動部の摺動を可能とするための隙間が設けられているために、スプール弁体によっては通路を完全に遮断することはできず、スプール弁体により燃料流入経路と可変圧力室との連通を遮断しようとしても隙間を介して燃料漏れが発生する。しかしながら、燃料流入経路が絞りを介して常に開放されている場合と比較すれば、この時に蓄圧室から無駄に消費される燃料量を十分に低減することができる。

この一方で、燃料流出経路と可変圧力室との連通を遮断する場合において、開閉弁によればほぼ完全に燃料流出経路を閉鎖することができるのに対して、スプール弁体では、やはり、摺動部回りの隙間によって燃料流出経路を完全に閉鎖することはできず、この時において、蓄圧室又は可変圧力室から燃料流出経路への燃料漏れが発生する。すなわち、スプール弁形式の一般的な三方弁を使用する場合においては、スプール弁体をいずれの摺動位置としても、常に燃料流入経路又は可変圧力室から燃料流出経路への燃料漏れが発生することとなり、蓄圧室から無駄に消費される燃料量を全体としては思うように低減することができない。

従って、本発明の目的は、蓄圧室内の燃料圧力をさらに加圧するための増圧ピストン機構を具備する燃料噴射装置において、増圧ピストン機構により蓄圧室から無駄に消費される燃料量を全体として十分に低減することである。

本発明による請求項１に記載の増圧式燃料噴射装置は、蓄圧室と、増圧ピストン及び可変圧力室を有する増圧ピストン機構と、前記蓄圧室内の燃料を前記可変圧力室へ流入させるための燃料流入経路と、前記可変圧力室内の燃料を低圧側へ流出させるための燃料流出経路とを有し、前記燃料流入経路を介しての燃料の流入及び前記燃料流出経路を介しての燃料の流出によって、前記増圧ピストンを往復運動させて前記蓄圧室内の燃料をさらに加圧して燃料噴射弁へ圧送することを可能とする増圧式燃料噴射装置において、前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路は切換弁を介して前記可変圧力室へ連通され、前記切換弁は、摺動部を有して第一位置と第二位置との間を軸線方向に摺動するスプール弁体を有し、前記スプール弁体は、前記第一位置において前記燃料流出経路を前記可変圧力室へ連通させると共に前記燃料流入経路を前記可変圧力室から遮断し、前記第二位置において前記燃料流入経路を前記可変圧力室へ連通させると共に前記燃料流出経路を前記可変圧力室から遮断するためのものであり、前記第一位置及び前記第二位置の一方において、前記摺動部の第一部分を利用して前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の一方を前記可変圧力室から遮断し、前記第一位置及び前記第二位置の他方において、前記スプール弁体の端部に形成されて軸線方向に付勢されるシール部によって前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の他方を前記可変圧力室から遮断することを特徴とする。

また、本発明による請求項２に記載の増圧式燃料噴射装置は、請求項１に記載の増圧式燃料噴射装置において、前記スプール弁体は、前記第一位置及び前記第二位置の前記他方において前記シール部により前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の前記他方を前記可変圧力室から遮断する直前に、前記摺動部の第二部分を利用して前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の前記他方を前記可変圧力室から遮断することを特徴とする。

また、本発明による請求項３に記載の増圧式燃料噴射装置は、請求項２に記載の増圧式燃料噴射装置において、前記スプール弁体は、前記摺動部の前記第二部分に隣接して第一断面積減少部を有し、前記摺動部の前記第二部分を利用して前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の前記他方を前記可変圧力室から遮断する直前に前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の前記他方と前記可変圧力室との連通断面積を減少させることを特徴とする。

また、本発明による請求項４に記載の増圧式燃料噴射装置は、請求項１から３のいずれか一項に記載の増圧式燃料噴射装置において、前記スプール弁体は、前記摺動部の前記第一部分に隣接して第二断面積減少部を有し、前記摺動部の前記第一部分を利用して前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の前記一方を前記可変圧力室から遮断する直前に前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の前記一方と前記可変圧力室との連通断面積を減少させることを特徴とする。

また、本発明による請求項５に記載の増圧式燃料噴射装置は、請求項１から４のいずれか一項に記載の増圧式燃料噴射装置において、前記スプール弁体は、前記第二位置において、前記シール部によって前記燃料流出経路を前記可変圧力室から遮断することを特徴とする。

本発明による請求項１に記載の増圧式燃料噴射装置によれば、切換弁のスプール弁体は、第一位置及び第二位置の一方において、摺動部の第一部分を利用して燃料流入経路及び燃料流出経路の一方を可変圧力室から遮断するようになっている。しかしながら、この摺動部を利用する遮断は、摺動部回りの隙間によって完全なものとはならず、燃料漏れが発生する。これに対して、スプール弁体は、第一位置及び第二位置の他方において、スプール弁体の端部に形成されて軸線方向に付勢されるシール部によって燃料流入経路及び燃料流出経路の他方を可変圧力室から遮断するようになっており、このシール部による遮断はほぼ完全なものとすることができ、燃料漏れは殆ど発生しない。

蓄圧室内の燃料をさらに加圧して燃料噴射弁へ圧送するには、増圧ピストン機構の増圧ピストンを往復運動させるために、燃料流入経路を遮断して燃料流出経路により可変圧力室から燃料を流出させ、また、燃料流出経路を遮断して燃料流入経路により蓄圧室から可変圧力室へ燃料を流入させることが必要となる。この燃料の流出及び流入に際して、スプール弁体のシール部による燃料流入経路又は燃料流出経路の遮断がほぼ完全なものであるために、燃料流出経路により可変圧力室から燃料を流出させる時の燃料流入経路を介しての燃料漏れ、又は、燃料流入経路により可変圧力室へ燃料を流入させる時の燃料流出経路を介しての燃料漏れをほぼ防止することができる。こうして、増圧ピストン機構により蓄圧室から無駄に消費される燃料量を全体として十分に低減することができる。

また、本発明による請求項２に記載の増圧式燃料噴射装置によれば、請求項１に記載の増圧式燃料噴射装置において、スプール弁体は、シール部により燃料流入経路及び燃料流出経路の他方を可変圧力室から遮断する直前に、摺動部の第二部分を利用して燃料流入経路及び燃料流出経路の他方を可変圧力室から遮断するようになっている。軸線方向に付勢されたスプール弁体のシール部による燃料流入経路又は燃料流出経路の遮断は、それ以前にスプール弁体によって燃料流出経路又は燃料流入経路と可変圧力室とを連通させなければならず、それにより、シール部による遮断の直前には、燃料流出経路と燃料流入経路とが連通して蓄圧室から無駄に燃料が消費される。本増圧式燃料噴射装置では、スプール弁体のシール部による燃料流入経路又は燃料流出経路の遮断の直前、すなわち、燃料流出経路又は燃料流入経路と可変圧力室との連通の直前に、摺動部の第二部分を利用して燃料流入経路又は燃料流出経路の遮断を実施することができ、蓄圧室から無駄に燃料を消費する燃料流入経路と燃料流出経路との連通を防止することができる。

また、本発明による請求項３に記載の増圧式燃料噴射装置によれば、請求項２に記載の増圧式燃料噴射装置において、スプール弁体の摺動部の第二部分を利用して燃料流入経路及び燃料流出経路の他方を可変圧力室から遮断する直前に、第二部分に隣接する第一断面積減少部が燃料流入経路及び燃料流出経路の他方と可変圧力室との連通断面積を減少させるようになっている。それにより、燃料流入経路を介しての可変圧力室への燃料の流入流量又は燃料流出経路を介しての可変圧力室からの燃料の流出流量を段階的又は無段階に減少させることができ、蓄圧室内の急激な圧力変動が抑制されて燃料噴射特性を安定化させることができ、又は、可変圧力室内の急激な圧力変動が抑制されて増圧ピストンの動作を滑らかなものとすることができる。

また、本発明による請求項４に記載の増圧式燃料噴射装置によれば、請求項１から３のいずれか一項に記載の増圧式燃料噴射装置において、スプール弁体の摺動部の第一部分を利用して燃料流入経路及び燃料流出経路の一方を可変圧力室から遮断する直前に、第一部分に隣接する第二断面積減少部が燃料流入経路及び燃料流出経路の一方と可変圧力室との連通断面積を減少させるようになっている。それにより、燃料流入経路を介しての可変圧力室への燃料の流入流量又は燃料流出経路を介しての可変圧力室からの燃料の流出流量を段階的又は無段階に減少させることができ、蓄圧室内の急激な圧力変動が抑制されて燃料噴射特性を安定化させることができ、又は、可変圧力室内の急激な圧力変動が抑制されて増圧ピストンの動作を滑らかなものとすることができる。

また、本発明による請求項５に記載の増圧式燃料噴射装置によれば、請求項１から４のいずれか一項に記載の増圧式燃料噴射装置において、スプール弁体は、第二位置において、シール部により燃料流出経路を可変圧力室から遮断するようになっている。この遮断はほぼ完全なものであるために、燃料流入経路により可変圧力室へ燃料を流入させる時の燃料流出経路を介しての燃料漏れをほぼ防止することができる。こうして、増圧ピストン機構により蓄圧室から無駄に消費される燃料量を全体として十分に低減することができる。

図１は本発明による増圧式燃料噴射装置の第一実施形態を示す燃料圧系統図である。同図において、１は気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁である。燃料噴射弁１において、高圧燃料通路１ａ内にはニードル弁１ｂが配置され、また、先端の燃料溜１ｃに連通するように噴孔１ｄが形成されている。ニードル弁１ｂが開弁されて、高圧燃料通路１ａと燃料溜１ｃとが連通すれば、高圧燃料通路１ａ内の燃料が噴孔１ｄを介して噴射される。一方、ニードル弁１ｂが閉弁されて、ニードル弁１ｂの先端部により高圧燃料通路１ａと燃料溜１ｃとが遮断されれば、噴孔１ｄを介しての燃料噴射は停止される。ニードル弁１ｂの基端側には制御室１ｅが形成され、制御室１ｅ内にはニードル弁１ｂを閉弁方向に付勢するバネ１ｆが配置されている。

２は複数気筒又は全気筒の燃料噴射弁１に共通の蓄圧室であり、高圧ポンプＰ２によって所望燃料圧力に維持される。蓄圧室２と各燃料噴射弁１の高圧燃料通路１ａとは、燃料供給経路３によって連通されている。また、燃料供給経路３は、各燃料噴射弁１の制御室１ｅへも絞り４を介して連通している。

蓄圧室２から高圧燃料通路１ａへ供給された燃料圧力はニードル弁１ｂを開弁方向に付勢し、また、蓄圧室２から制御室１ｅへ供給された燃料圧力はニードル弁１ｂを閉弁方向に付勢する。電磁式等の放出弁５を開弁して制御室１ｅ内の燃料を燃料タンク１１へ放出すれば、制御室１ｅ内の燃料圧力による閉弁力が低下し、ニードル弁１ｂは、高圧燃料通路１ａ内の燃料圧力による開弁力によって、バネ１ｆの付勢力に逆らって開弁される。また、放出弁５を閉弁すると、燃料供給経路３から絞り４を介して供給される燃料によって制御室１ｅ内の燃料圧力による閉弁力が高まり、バネ１ｆの付勢力を合わせて高圧燃料通路１ａ内の燃料圧力による開弁力を上回った時にニードル弁１ｂは閉弁される。

本発明による増圧式燃料噴射装置において、燃料噴射弁１のニードル弁の開閉方式は、このように燃料圧力を利用するものに限定されず、例えば、ピエゾ式又は電磁式のアクチュエータを利用するようにしても良い。

燃料タンク１１内の燃料は、低圧ポンプＰ１により大気圧より高い所望フィード圧力に加圧されて高圧ポンプＰ２の吸入側となる低圧経路１０へ吐出される。これは、高圧ポンプＰ２の吸入側が負圧とならないようにするためである。低圧経路１０には、低圧ポンプＰ１への燃料の逆流を防止するための逆止弁１２が配置されている。蓄圧室２は、高圧ポンプＰ２により所望燃料圧力として比較的高圧に維持され、それにより、燃料噴射弁１から比較的高圧の燃料を噴射することが可能となる。しかしながら、過給技術の発達により気筒内へは多量の吸気供給が可能となり、ディーゼルエンジンにおいては、さらに多量の燃料を短時間で気筒内へ供給可能とすることが要求されている。そのために、噴孔径を大きくしたのでは、噴射燃料の粒径が大きくなってスモークの発生要因となる。

それにより、燃料噴射圧を高めて多量の燃料を短時間で気筒内へ噴射することが望まれている。コストアップを最小限として燃料噴射圧を高めるために、本実施形態では、増圧ピストン機構５０が設けられている。増圧ピストン機構５０によって蓄圧室２の燃料をさらに加圧して主に燃料噴射弁１の高圧燃料通路１ａへ供給することにより、燃料噴射圧力を高めることが可能となり、増圧ピストン機構５０によって加圧された燃料圧力が作用する燃料噴射装置の一部だけに耐圧処理を施せば良い。

増圧ピストン機構５０において、５２は加圧室であり、ここで、蓄圧室２から供給された燃料は増圧ピストン５１の小径部５１ｂにより圧縮して加圧される。燃料供給経路３には、増圧ピストン機構５０により加圧された燃料が蓄圧室２へ逆流するのを防止するための逆止弁６が配置され、この逆止弁６の下流側において、増圧ピストン機構５０の加圧室５２、燃料噴射弁１の高圧燃料通路１ａ、及び、燃料噴射弁１の制御室１ｅが燃料供給経路３へ接続されている。

増圧ピストン５１の小径部５１ｂは加圧室５２内を摺動すると共に、増圧ピストン５１の大径部５１ａは可変圧力室５３内を摺動する。可変圧力室５３には、燃料流入経路８及び燃料流出経路９が増圧制御弁７を介して接続されている。燃料流入経路８は、蓄圧室２内の燃料を可変圧力室５３へ流入させて可変圧力室５３内の燃料圧力を高めるためのものであり、燃料供給経路３における逆止弁６の上流側に接続されている。また、燃料流出経路９は、可変圧力室５３から燃料を流出させて可変圧力室５３内の燃料圧力を低下させるためのものであり、燃料タンク１１等の低圧側へ接続されている。

増圧制御弁７により燃料流入経路８を介して可変圧力室５３へ蓄圧室２内の燃料を流入させると、大径部５１ａと小径部５１ｂとには同じ燃料圧力が作用する。この時おいて、大径部５１ａと小径部５１ｂとの受圧面積差により、増圧ピストン５１は加圧室５２の容積を減少させる方向に移動し、加圧室５２において受圧面積比に応じた燃料の加圧が実現される。

増圧ピストン機構５０は、各燃料噴射弁１に対として設けられ、対応する燃料噴射弁１の燃料噴射期間中又は燃料噴射開始直前に高圧燃料通路１ａへ加圧燃料を圧送することにより、燃料噴射弁１での機関運転状態に応じた所望の燃料噴射率パターンを実現可能とする。すなわち、燃料噴射弁１での燃料噴射毎に燃料圧送が必要であり、このためには、増圧ピストン機構５０において、燃料圧送直後に次回の燃料圧送に備えて加圧室５２内へ蓄圧室２内の燃料を取り入れなければならない。

この時には、増圧制御弁７により燃料流出経路９を介して可変圧力室５３から燃料を流出させ、それにより、増圧ピストン５１の大径部５１ａに作用する燃料圧力を低下させる。小径部５１ｂには燃料供給経路３を介して蓄圧室２内の燃料圧力が作用し、また、加圧室５２内には戻しバネ５５も設けられているために、大径部５１ａに作用する燃料圧力が所定圧力まで低下すると、増圧ピストン５１は可変圧力室５３の容積を減少させる方向、すなわち、加圧室５２の容積を増加させる方向に移動し、加圧室５２内へは蓄圧室２からの燃料が供給される。

ところで、本増圧ピストン機構５０において、加圧室５２と可変圧力室５３との間には中間室５４が形成される。この中間室５４は常に大気圧が作用するようにしてあり、大気へ開放させるか又は燃料タンクと連通させて大気圧の燃料により満たされている。それにより、増圧ピストン５０の大径部５１ａには、常に、増圧ピストン５１の加圧室５２の容積を増加させる方向へ大気圧が作用している。

こうして、増圧ピストン５１を往復運動させる際には、蓄圧室２内の燃料の一部を消費することとなる。この燃料消費は、蓄圧室２内を所望燃料圧力に維持するための高圧ポンプＰ２の仕事を増加させることとなるために、必要最小限とすることが好ましい。例えば、増圧ピストン機構において、燃料流出経路に開閉弁を設けて可変圧力室へ接続し、燃料流入経路に絞りを設けて可変圧力室へ接続するような構成も考えられるが、このような構成では、開閉弁を開弁して可変圧力室から燃料を流出させる際に、蓄圧室２内の燃料が燃料流入経路から絞りを介して流出することとなり、この分は、蓄圧室から無駄に消費される燃料量となる。

このような無駄に消費される燃料量を低減するために、本実施形態において、増圧制御弁７はスプール弁形式の切換弁とし、燃料流入経路８を可変圧力室５３へ連通させる時には燃料流出経路９と可変圧力室５３との連通を遮断し、また、燃料流出経路９を可変圧力室５３へ連通させる時には燃料流入経路８と可変圧力室５３との連通を遮断することを可能としている。

図２は、本実施形態において使用される増圧制御弁７の拡大断面図である。同図において、７１はスプール弁体であり、摺動部７１ａとしての大径部と、摺動部７１ａの両側に位置する第一小径部７１ｂ及び第二小径部７１ｃとを有している。増圧制御弁７の本体７２には、スプール弁体７１の摺動穴が形成されている。この摺動穴は、スプール弁体７１の摺動部７１ａより大きな直径を有する中央の拡径部分７３ａと、スプール弁体７１の第一小径部７１ｂ側の第一摺動穴部分７３ｂと、スプール弁体７１の第二小径部７１ｃ側の第二摺動穴部分７３ｃとを有している。

本体７２には、さらに、第一摺動穴部分７３ｂに連通してスプール弁体７１の軸線方向に延在する第一通路７４ｂが、スプール弁体７１の第一小径部７１ｂと同心状に形成されている。さらに、本体７２には、拡径部７３ａに連通してスプール弁体７１の半径方向に延在する第二通路７４ａと、第二摺動穴部分７３ｃに連通してスプール弁体７１の半径方向に延在する第三通路７４ｃとが、それぞれ形成されている。

スプール弁体７１の第二小径部７１ｃは、第二摺動穴部分７３ｃから液密に突出して、摺動穴に隣接するソレノイド室７５内へ延在し、吸引板７６に接続されている。ソレノイド室７５内には、磁性材料から形成された吸引板７６に対して磁気吸引力を発生させて、スプール弁体７１全体を軸線方向に移動させるためのソレノイド７８と、ソレノイド７８の磁気吸引力に逆らって吸引板７６を反対方向に付勢するバネ７７とが配置されている。また、スプール弁体７１の第一小径部７１ｂの端部には平坦なシール面を有するシール部７９が設けられている。

第一通路７４ｂは燃料流出経路９へ、第二通路７４ａは可変圧力室５３へ、また、第三通路７４ｃは燃料流入経路８へ、それぞれ連通され、このように、燃料流入経路８及び燃料流出経路９は、増圧制御弁７を介して可変圧力室５３へ接続されている。

図２は、ソレノイド７８を励磁してスプール弁体７１をソレノイド７８の方向へ軸線方向に移動させたスプール弁体７１の第一摺動位置を示している。この第一摺動位置において、第一通路７４ｂは、第一小径部７１ｂ回りの空間を介して、拡径部７３ａに通じる第二通路７４ａと連通し、こうして、燃料流出経路９と可変圧力室５３とが連通される。一方、スプール弁体７１の摺動部７１ａの第一部分７１ａ−１が第二摺動穴部分７３ｃ内を摺動した後に第二摺動穴部分７３ｃ内に位置し、それにより、この第一部分７１ａ−１により第三通路７４ｃと第二通路７４ａとの連通は遮断される。こうして、燃料流入経路８と可変圧力室５３との連通が遮断される。

この結果として、可変圧力室５３内の燃料は燃料流出経路９を介して流出して可変圧力室５３内の燃料圧力が低下し、増圧ピストン５１は加圧室５２の容積を増大するように移動する。この時において、第二摺動穴部分７３ｃ内に位置する摺動部７１ａの第一部分７１ａ−１により第三通路７４ｃは遮断されているが、この第一部分７１ａ−１が第二摺動穴部分７３ｃ内において摺動することを可能とするためには、摺動部７１ａの第一部分７１ａ−１と第二摺動穴部分７３ｃとの間に隙間が設けられていなければならない。それにより、この隙間によって第三通路７４ｃを完全に遮断することはできない。

こうして、隙間により第三通路７４ｃから拡径部７３ａへの燃料漏れが発生し、この燃料流入通路８を介しての蓄圧室２からの漏れ燃料は、拡径部７３ａから第一小径部７１ｂ回りの空間を介して燃料流出経路９へ通じる第一通路７４ｂによって単に排出されるだけである。この漏れ燃料によって蓄圧室２内の燃料が無駄に消費されることとなるが、この漏れ燃料はそれほど多くはない。

図３は、ソレノイド７８を非励磁としてバネ７７によりスプール弁体７１をソレノイド７８とは反対方向へ軸線方向に移動させたスプール弁体７１の第二摺動位置を示している。また、図４は、第一摺動位置から第二摺動位置への移動中におけるスプール弁体７１を示している。図４において、スプール弁体７１ａの第一部分７１ａ−１は第二摺動穴部分７３ｃ内を摺動し、同時に、スプール弁体７１ａの第二部分７１ａ−２は第一摺動穴部分７３ｂ内を摺動する。その結果として、第二摺動穴部分７３ｃ内に位置する第一部分７１ａ−１により第三通路７４ｃと第二通路７４ａとの連通が遮断されると共に、第一摺動穴部分７３ｂ内に位置する第二部分７１ａ−２により第一通路７４ｂと第二通路７４ａとの連通も遮断される。

その後、図３に示すように、スプール弁体７１ａの第一部分７１ａ−１は、第二摺動穴部分７３ｃから外れ、第三通路７４ｃは、第二小径部７１ｃ回りの空間を介して、拡径部７３ａに通じる第二通路７４ａと連通し、こうして、燃料流入経路８と可変圧力室５３とが連通される。この連通の直前に、図４に示すように、第二部分７１ａ−２によって第一通路７４ｂと第二通路７４ａとの連通は遮断され、すなわち、燃料流出経路９と可変圧力室５３との連通が遮断されている。それにより、燃料流入経路８と燃料流出経路９とが拡径部７３ａを介して瞬間的でも連通することはなく、それによる蓄圧室２内の無駄な燃料消費を防止することができる。

スプール弁体７１ａが図３に示す第二摺動位置となれば、蓄圧室２内の燃料は、燃料流入経路８を介して可変圧力室５３内へ流入して可変圧力室５３内の燃料圧力が高まり、増圧ピストン５１は加圧室５２の容積を減少するように移動する。この時において、第一摺動穴部分７３ｂ内に位置する摺動部７１ａの第二部分７１ａ−２により第一通路７４ｂは遮断されているが、この第二部分７１ａ−２が第一摺動穴部分７３ｂ内において摺動することを可能とするためには、摺動部７１ａの第二部分７１ａ−２と第一摺動穴部分７３ｂとの間に隙間が設けられていなければならない。それにより、この隙間によって第一通路７４ｂを完全に遮断することはできない。

こうして、燃料流入経路８から拡径部７３ａを介して可変圧力室５３へ燃料を流入させている時に、この隙間を介して拡径部７３ａから第一通路７４ｂへの燃料漏れが発生すれば、この漏れ燃料は、それほど多くはないが、やはり蓄圧室２内の燃料を無駄に消費することとなる。

本実施形態において、スプール弁体７１の第一小径部７１の端部には、前述したようにシール部７９が設けられている。図３に示す第二摺動位置において、このシール部７９が、バネ７７により軸線方向に付勢されて第一小径部７１ｂと同心状に形成された第一通路７４ｂを遮断する。このシール部７９による第一通路７４ｂの遮断において、シール部７９は第一摺動穴部分７３ｂ内における第一通路７４ｂの開口回りのシート部に隙間なく当接するために、第一通路７４ｂをほぼ確実に遮断することができる。

それにより、摺動部７１ａの第二部分７１ａ−２によっては、第一通路７４ｂと第二通路７４ａとの連通を完全に遮断することはできないが、シール部７９によってこれをほぼ完全に遮断することができる。こうして、燃料流入経路８から可変圧力室５３へ燃料を流入させている時には、燃料流出経路９を介しての燃料漏れをほぼ完全に防止することができる。その結果として、増圧ピストン機構により蓄圧室２から無駄に消費される燃料量を全体として十分に低減することができる。このように、シール部７９により第一通路７４ｂと第二通路７４ａとの連通がほぼ完全に遮断されるために、摺動部７１ａの第二部分７１ａ−２を省略しても良い。

本実施形態において、シール部７９は、平らなシール面を有するものとしたが、これは本発明を限定するものはなく、例えば、燃料噴射弁１と同様に、ニードル弁のような円錐状のシール面や球状のシール面を有して、第一通路７４ｂに設けた環状シート面に当接させるような構造としても良い。

ところで、本実施形態において、シール部７９は、燃料流出経路９へ通じる第一通路７４ｂを遮断するようにしたが、第一通路７４ｂを燃料流入経路８へ連通させて（この場合には、第三通路７４ｃを燃料流出経路９へ連通させることとなる）、燃料流入経路８へ通じる第一通路７４ｂを遮断するようにしても良い。

この場合には、可変圧力室５３内の燃料圧力を高めるために、燃料流入経路８と可変圧力室５３とを連通させる時には、燃料流出経路９を完全に遮断することはできなくなり、燃料流出経路９を介しての燃料漏れが発生する。しかしながら、可変圧力室５３内の燃料圧力を低下させるために、燃料流出経路９と可変圧力室５３とを連通させる時に、燃料流入経路８をほぼ完全に遮断することが可能となり、この時に燃料流入経路８を介しての燃料漏れをほぼ完全に防止することができる。

図５は、スプール弁体の変形例を示す摺動部７１ａの第一部分７１ａ−１近傍における拡大図である。本スプール弁体では、第二小径部７１ｃ側において、第二摺動穴部分７３ｃ内を摺動する摺動部７１ａの第一部分７１ａ−１に隣接する断面積減少部７１ｄが設けられている。この断面積減少部７１ｄは、第一部分７１ａ−１より小さな断面積を有し、例えば、切頭円錐形状によって第二小径部７１ｃ側ほど小さな断面積を有するようにされている。

このような断面積減少部７１ｄが設けられていると、スプール弁体の摺動部７１ａの第一部分７１ａ−１が第二摺動穴部分７３ｃ内に位置して第三通路７４ｃと第二通路７４ａとの連通を遮断する以前に、第三通路７４ｃと第二通路７４ａとの連通断面積を徐々に減少させる。それにより、燃料流入通路８から可変圧力室５３へ流入する燃料流量、すなわち、蓄圧室２から流出する燃料流量が流出停止まで徐々に減少させられることとなる。もし、このような断面積減少部７１ｄが設けられていない場合には、第一部分７１ａ−１によって第三通路７４ｃと第二通路７４ａとの連通が遮断されると同時に、蓄圧室２からの燃料流出が急激に停止させられることとなる。この急激な流出停止は大きな圧力波を発生させ、この圧力波が蓄圧室２内の燃料圧力を大きく変動させるために、燃料噴射特性を不安定とさせることがある。

しかしながら、蓄圧室２から流出する燃料流量を徐々に減少させることにより、流出停止に際して大きな圧力波が発生することはなく、燃料噴射特性を安定化させることができる。本変形例において、断面積減少部７１ｄは切頭円錐形状を有し、第三通路７４ｃと第二通路７４ａとの連通断面積を無段階に減少させるようにしたが、例えば、複数の同心円柱形状として、第三通路７４ｃと第二通路７４ａとの連通断面積を段階的に減少させるようにしても良い。

図６は、もう一つのスプール弁体の変形例を示す摺動部７１ａの第二部分７１ａ−２近傍における拡大図である。本スプール弁体では、第一小径部７１ｂ側において、第一摺動穴部分７３ｂ内を摺動する摺動部７１ａの第二部分７１ａ−２に隣接する断面積減少部７１ｅが設けられている。この断面積減少部７１ｅは、第二部分７１ａ−２より小さな断面積を有し、例えば、周囲に複数の楔形状等の先細の切欠きを設け、第一小径部７１ｂ側ほど小さな断面積を有するようにされている。

このような断面積減少部７１ｅが設けられていると、スプール弁体の摺動部７１ａの第二部分７１ａ−２が第一摺動穴部分７３ｂ内に位置して第一通路７４ｂと第二通路７４ａとの連通を遮断する以前に、第一通路７４ｂと第二通路７４ａとの連通断面積を徐々に減少させる。それにより、可変圧力室５３から流出する燃料流量が流出停止まで徐々に減少されられることとなる。もし、このような断面積減少部７１ｅが設けられていない場合には、第二部分７１ａ−２によって第一通路７４ｂと第二通路７４ａとの連通が遮断されると同時に、可変圧力室５３からの燃料流出が急激に停止させられることとなる。この急激な流出停止は大きな圧力波を発生させ、この圧力波が可変圧力室５３内の燃料圧力を大きく変動させるために、加圧室５２の容積を増大する方向の増圧ピストン５１の戻り動作を不安定とさせることがある。

しかしながら、蓄圧室２から流出する燃料流量を徐々に減少させることにより、流出停止に際して大きな圧力波が発生することはなく、増圧ピストン５１の戻り動作を安定化させることができる。本変形例において、断面積減少部７１ｅは、周囲に複数の先細の切欠きが設けられて、第一通路７４ｂと第二通路７４ａとの連通断面積を無段階に減少させるようにしたが、例えば、複数の同心円柱形状として、第一通路７４ｂと第二通路７４ａとの連通断面積を段階的に減少させるようにしても良い。もちろん、摺動部７１ａの第一部分７１ａ−１近傍の断面積減少部７１ｄにおける形状を第二部分７１ａ−２近傍の断面積減少部７１ｅの形状としても良い。また、摺動部７１ａの第二部分７１ａ−２近傍の断面積減少部７１ｅにおける形状を第一部分７１ａ−１近傍の断面積減少部７１ｄの形状としても良い。

図７は本発明による増圧式燃料噴射装置の第二実施形態を示す燃料圧系統図である。第一実施形態と同じ部材は同じ参照番号を付しており、説明を省略する。本実施形態の増圧ピストン機構５０’は、第一実施形態の増圧ピストン機構５０との間に以下の違いを有している。本増圧ピストン機構５０’において、前述の可変圧力室５３に対応する室は、燃料供給経路３の逆止弁６の上流側に常に接続された単なる圧力室５３’であり、前述の中間室５４に対応する室が可変圧力室５４’となっている。この可変圧力室５４’には、第一実施形態と同様に、燃料流入経路８及び燃料流出経路９が増圧制御弁７を介して接続されている。

増圧ピストン５１の大径部５１ａには圧力室５３’を介して蓄圧室２内の燃料圧力が常に作用し、それにより、増圧ピストン５１には加圧室５２の容積を減少させる方向へ常に一定の押圧力が作用している。一方、可変圧力室５４’内の燃料圧力が燃料流入経路８を介して供給される燃料によって蓄圧室２内の燃料圧力と同じになれば、小径部５１ｂには加圧室５２を介して蓄圧室２内の燃料圧力が作用しているために、これらの燃料圧力に伴って発生する増圧ピストン５１を加圧室５２の容積を増加させる方向への押圧力は、圧力室５３’の押圧力を相殺する。それにより、増圧ピストン５１は、加圧室５２内に配置された戻しバネ５５によって、加圧室５２の容積を増大する方向に移動し、加圧室５２内へは蓄圧室２から燃料が供給される。

また、可変圧力室５４’内の燃料を燃料流出経路９を介して流出させると、可変圧力室５４’内の燃料圧力が低下し、それに伴って増圧ピストン５１を加圧室５２の容積を増加させる方向へ押圧する押圧力は減少する。それにより、増圧ピストン５１を加圧室５２の容積を減少する方向へ押圧する押圧力を相殺することはできなくなり、増圧ピストン５１は加圧室５２の容積を減少させる方向に移動し、加圧室５２において燃料の加圧が実現される。

このように、本増圧ピストン機構５０’においても、増圧ピストン５１を往復運動させるには、第一実施形態と同様に、可変圧力室５４’への燃料の流入及び可変圧力室５４’からの燃料の流出が必要である。この燃料流入及び燃料流出に際して、第一実施形態と同様な増圧制御弁７により燃料流入経路８及び燃料流出経路９を切り換えて可変圧力室５４’へ連通させることによって、第一実施形態と同様に、蓄圧室２内の無駄な燃料消費を全体として十分に低減することができる。

前述した増圧制御弁７の構造は、増圧ピストン機構の可変圧力室の制御以外にも使用可能である。すなわち、第一通路及び第三通路のいずれかを第二通路へ連通する切換弁であって、前記切換弁は、摺動部を有して第一位置と第二位置との間を軸線方向に摺動するスプール弁体を有し、前記スプール弁体は、前記第一位置において前記第一通路を前記第二通路へ連通させると共に前記第三通路を前記第二通路から遮断し、前記第二位置において前記第三通路を前記第二通路へ連通させると共に前記第一通路を前記第二通路から遮断するためのものであり、前記第一位置及び前記第二位置の一方において、前記摺動部の第一部分を利用して前記第一通路及び前記第三通路の一方を前記第二通路から遮断し、前記第一位置及び前記第二位置の他方において、前記スプール弁体の端部に形成されて軸線方向に付勢されるシール部によって前記第一通路及び前記第三通路の他方を前記第二通路から遮断する切換弁も本発明の範囲内である。

本発明による増圧式燃料噴射装置の第一実施形態を示す燃料圧系統図である。 増圧制御弁の断面図であり、スプール弁体の第一摺動位置を示している。 増圧制御弁の断面図であり、スプール弁体の第二摺動位置を示している。 増圧制御弁の断面図であり、スプール弁体の第一摺動位置と第二摺動位置との間の位置を示している。 スプール弁体の変形例を示す拡大図である。 スプール弁体のもう一つの変形例を示す拡大図である。 本発明による増圧式燃料噴射装置の第二実施形態を示す燃料圧系統図である。

符号の説明

１…燃料噴射弁
２…蓄圧室
３…燃料供給経路
７…増圧制御弁（切換弁）
８…燃料流入経路
９…燃料流出経路
５１…増圧ピストン
５３，５４’…可変圧力室
７１…スプール弁体
７１ａ…摺動部
７１ａ−１…第一部分
７１ａ−２…第二部分
７１ｂ…第一小径部
７１ｃ…第二小径部
７１ｄ，７１ｅ…断面積減少部
７４ａ…第二通路
７４ｂ…第一通路
７４ｃ…第三通路
７７…バネ
７８…ソレノイド
７９…シール部

Claims (5)

1. 蓄圧室と、増圧ピストン及び可変圧力室を有する増圧ピストン機構と、前記蓄圧室内の燃料を前記可変圧力室へ流入させるための燃料流入経路と、前記可変圧力室内の燃料を低圧側へ流出させるための燃料流出経路とを有し、前記燃料流入経路を介しての燃料の流入及び前記燃料流出経路を介しての燃料の流出によって、前記増圧ピストンを往復運動させて前記蓄圧室内の燃料をさらに加圧して燃料噴射弁へ圧送することを可能とする増圧式燃料噴射装置において、前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路は切換弁を介して前記可変圧力室へ連通され、前記切換弁は、摺動部を有して第一位置と第二位置との間を軸線方向に摺動するスプール弁体を有し、前記スプール弁体は、前記第一位置において前記燃料流出経路を前記可変圧力室へ連通させると共に前記燃料流入経路を前記可変圧力室から遮断し、前記第二位置において前記燃料流入経路を前記可変圧力室へ連通させると共に前記燃料流出経路を前記可変圧力室から遮断するためのものであり、前記第一位置及び前記第二位置の一方において、前記摺動部の第一部分を利用して前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の一方を前記可変圧力室から遮断し、前記第一位置及び前記第二位置の他方において、前記スプール弁体の端部に形成されて軸線方向に付勢されるシール部によって前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の他方を前記可変圧力室から遮断することを特徴とする増圧式燃料噴射装置。
2. 前記スプール弁体は、前記第一位置及び前記第二位置の前記他方において前記シール部により前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の前記他方を前記可変圧力室から遮断する直前に、前記摺動部の第二部分を利用して前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の前記他方を前記可変圧力室から遮断することを特徴とする請求項１に記載の増圧式燃料噴射装置。
3. 前記スプール弁体は、前記摺動部の前記第二部分に隣接して第一断面積減少部を有し、前記摺動部の前記第二部分を利用して前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の前記他方を前記可変圧力室から遮断する直前に前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の前記他方と前記可変圧力室との連通断面積を減少させることを特徴とする請求項２に記載の増圧式燃料噴射装置。
4. 前記スプール弁体は、前記摺動部の前記第一部分に隣接して第二断面積減少部を有し、前記摺動部の前記第一部分を利用して前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の前記一方を前記可変圧力室から遮断する直前に前記燃料流入経路及び前記燃料流出経路の前記一方と前記可変圧力室との連通断面積を減少させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の増圧式燃料噴射装置。
5. 前記スプール弁体は、前記第二位置において、前記シール部によって前記燃料流出経路を前記可変圧力室から遮断することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の増圧式燃料噴射装置。

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