JP2005291075A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インジェクタの噴射特性を悪化させることなく、配管構成を簡略化できる燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】 燃料噴射装置１０のインジェクタ１３に増圧ユニット７０が設けられている。増圧ユニット７０は、圧力室１００に収容された増圧ピストン１０１と、背圧室１０２内の燃料を排出可能な排出弁１１１を備えている。針弁駆動部６０は、受圧ピストン８２と開閉弁８７を有している。開閉弁８７の排出側にリターン流路９０が接続されている。排出弁１１１に連通する燃料排出流路１２０は、合流部１２１においてリターン流路９０と合流している。合流部１２１と開閉弁８７との間に逆止弁１３０が設けられている。逆止弁１３０は、加圧室８５からリターン流路９０に排出された燃料が合流部１２１に向かうことを許容し、背圧室１０２から燃料排出流路１２０に排出された燃料が開閉弁８７に向かうことを阻止する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の燃料噴射系に使用される増圧ユニットを備えた燃料噴射装置に関する。

ディーゼルエンジンにおいて、増圧式のコモンレールシステム（ＣＲＳ）を使用する燃料噴射装置が公知である。この種の燃料噴射装置では、増圧ピストンを作動させるための作動油として、大流量で高圧の燃料が使用されている。増圧ピストンは、インジェクタ内部の圧力室と背圧室との間に設けられ、背圧室の燃料が排出される際に圧力室と背圧室との差圧に基いて駆動され、燃料を増圧してインジェクタのノズル部の針弁機構に送るようになっている。

前記針弁機構の針弁を開閉させるための針弁駆動部は、前記コモンレールから送られる燃料を導入する加圧室と、この加圧室内の燃料を排出可能な開閉弁と、前記加圧室に収容された受圧ピストンとを有し、前記加圧室内の燃料が排出されることに伴い前記針弁を開弁させる。（例えば下記特許文献１参照）
特表２００２−５３９３７２号公報

特許文献１のように、増圧ユニットを有する燃料噴射装置では、増圧ユニットの背圧室内の燃料を排出することによって増圧ピストンを駆動し、針弁駆動部の前記加圧室内の燃料を排出することによってインジェクション動作（燃料の噴射）を行なっている。前記増圧ユニットの背圧室から排出される燃料は、増圧ユニット用の燃料排出流路を経て燃料タンクに戻される。また、前記針弁駆動部の加圧室から排出される燃料は、前記燃料排出流路とは独立したリターン流路を経て燃料タンクに戻されている。

このため従来は、増圧ユニット用の燃料排出流路と、針弁駆動部用のリターン流路が必要となり、それぞれが燃料タンクまで延びているため、配管が二系統となり、配管構成が複雑化する原因となっている。

配管構成を簡略化するために、増圧ユニット用の燃料排出流路と、針弁駆動部用のリターン流路とを、インジェクタの近くで合流させることも考えられた。しかし、増圧ユニットの背圧室から排出される流量は、針弁駆動部の前記加圧室から排出される流量よりも多いため、増圧ユニットの燃料排出流路と針弁駆動部のリターン流路を合流させると、増圧ユニットの排出弁からの排出流と、針弁駆動部の開閉弁からの排出流が互いに干渉し合うことによって、排出が正常に行なわれず、インジェクタの噴射特性を悪化させる原因になることが判った。

従ってこの発明の目的は、インジェクタの噴射特性を悪化させることなく、配管構成を簡略化できる燃料噴射装置を提供することにある。

本発明の燃料噴射装置は、加圧された燃料を蓄えるコモンレールと、前記コモンレールから供給される燃料を増圧して針弁機構に送る増圧ユニットを有するインジェクタと、を具備する燃料噴射装置であって、前記増圧ユニットは、前記コモンレールから送られる燃料を導入する圧力室と、前記圧力室に設けられた増圧ピストンと、前記増圧ピストンによって前記圧力室と仕切られ、前記コモンレールから送られる燃料が導入される背圧室と、該背圧室内の燃料を排出可能な排出弁と、前記背圧室内の燃料が排出される際に前記増圧ピストンと一体に動く部位によって燃料を増圧して前記針弁機構に送る増圧室とを有している。また、前記針弁機構の針弁を開閉させるための針弁駆動部は、前記コモンレールから送られる燃料を導入する加圧室と、前記加圧室内の燃料を排出可能な開閉弁と、前記加圧室に収容され、該加圧室内の燃料が排出されることに伴い前記針弁を開弁させる方向に移動する受圧ピストンとを有している。さらに、前記針弁駆動部の前記開閉弁の排出側と燃料タンクとを連通させるリターン流路と、一端が前記排出弁の排出側に接続され、他端が前記リターン流路との合流部に接続されて、前記背圧室内の燃料を前記燃料タンクに戻すことのできる燃料排出流路と、前記リターン流路の前記合流部と前記開閉弁との間に設けられた逆止弁を具備している。この逆止弁は、前記加圧室から前記リターン流路に排出された燃料が前記合流部に向かうことを許容し、かつ、前記背圧室から前記燃料排出流路に排出された燃料が前記開閉弁に向かうことを阻止するものである。

本発明の好ましい形態では、前記燃料排出流路には、前記合流部と前記排出弁との間に、前記背圧室から前記合流部に向かう燃料の流れに抵抗を与える絞り部が設けられる。また、前記リターン流路は、前記合流部の下流側において、前記コモンレールに燃料を供給する燃料ポンプの吸入側に接続されてもよい。

本発明によれば、増圧ユニットの背圧室に連通する燃料排出流路と、針弁駆動部の加圧室に連通するリターン流路を、インジェクタに近い位置で合流させることが可能となり、配管構成を簡略化できる。しかも、前記背圧室からの排出流と、前記加圧室からの排出流とが互いに干渉し合うことを回避でき、燃料の排出が正常に行なわれるため、インジェクタの噴射特性が悪化しないという効果を奏することができる。

以下に本発明の第１の実施形態について、図１と図２を参照して説明する。
図１は、エンジンの一例としてのディーゼルエンジンに使われる燃料噴射装置１０を示している。この燃料噴射装置１０は、加圧された燃料を蓄えるコモンレール１２と、エンジンの各気筒ごとに設けられたインジェクタ１３と、燃料を加圧してコモンレール１２に供給する燃料ポンプ１４などを備えている。コモンレール１２と燃料ポンプ１４は燃料供給管１５によってつながれている。燃料ポンプ１４は、コモンレール１２の燃料圧力が所望の値となるように、制御部１６によって吐出量が制御される。

コモンレール１２には、各気筒のインジェクタ１３に燃料を供給するための複数の吐出ポート４０が形成されている。図１ではインジェクタ１３を１つのみ示しているが、実際にはコモンレール１２の各吐出ポート４０のそれぞれに、燃料供給路４１を介して各気筒のインジェクタ１３が接続され、各インジェクタ１３に燃料が供給されるようになっている。

インジェクタ１３は、ノズル部５０を有するボデー５１と、ノズル部５０の近傍に設けられた針弁５２および燃料室５３を含む針弁機構５４と、針弁５２を開閉させる方向に駆動する針弁駆動部６０と、コモンレール１２から供給される燃料を増圧して針弁機構５４に送る増圧ユニット７０などを備えている。

インジェクタ１３の内部に、逆止弁７１を有する燃料流通部７２が形成されている。燃料流通部７２は、燃料供給路４１を介してコモンレール１２接続され、コモンレール１２から供給される燃料を、逆止弁７１とノズル部５０側の燃料流通部７３を介して、燃料室５３に向けて供給できるようになっている。ノズル部５０の先端に燃料噴射孔７４が形成されている。

針弁駆動部６０は、ボデー５１に形成された燃料通路８０と、針弁５２と一体に軸線方向に動く駆動軸８１を有する受圧ピストン８２と、針弁５２を閉弁方向に付勢するばね８３と、絞り部８４を介して燃料通路８０に連通する加圧室８５と、ソレノイド８６によって駆動される開閉弁８７と、開閉弁８７の排出側に連通するリターン燃料出口８８と、絞り部８９などを備えている。

リターン燃料出口８８は、リターン流路９０を介して燃料タンク９１に連通している。リターン流路９０は、針弁駆動部６０の開閉弁８７の排出側と燃料タンク９１とに連通している。燃料タンク９１は、燃料供給管９２を介して燃料ポンプ１４の吸入口１４ａに連通している。

増圧ユニット７０は、燃料供給路４１に連通する圧力室１００と、圧力室１００に収容された増圧ピストン１０１と、増圧ピストン１０１によって圧力室１００と仕切られている背圧室１０２とを備えている。背圧室１０２は、絞り部１０３を介して燃料流通部７２に連通している。圧力室１００と背圧室１０２には、燃料供給路４１を経てコモンレール１２から送られてくる高圧の燃料が導入される。

またこの増圧ユニット７０は、背圧室１０２内の燃料を排出する際にソレノイド１１０によって開弁する排出弁１１１と、背圧室１０２内の燃料が排出される際に増圧ピストン１０１と一体に動く部位であるプランジャ部１１２と、プランジャ部１１２によって燃料を加圧する増圧室１１３とを有している。

増圧室１１３は、燃料流通部７３に連通している。排出弁１１１の出口側に燃料排出流路１２０が接続されている。この燃料排出流路１２０は、合流部１２１において、前記リターン流路９０に合流している。

燃料排出流路１２０の一端は、排出弁１１１の排出側に接続されている。燃料排出流路１２０の他端は、リターン流路９０との合流部１２１に接続され、背圧室１０２内の燃料を燃料タンク９１に戻すことができるようになっている。

リターン流路９０の合流部１２１と開閉弁８７との間に、逆止弁１３０が設けられている。この逆止弁１３０は、加圧室８５内の燃料が開閉弁８７を通って合流部１２１に向かうことを許容する。またこの逆止弁１３０は、背圧室１０２から排出弁１１１を通って燃料排出流路１２０に排出された燃料が、開閉弁８７に向かうことを阻止する機能を有している。

燃料排出流路１２０には、合流部１２１と排出弁１１１との間に、絞り部１３１が設けられている、この絞り部１３１は、背圧室１０２から排出弁１１１を通って合流部１２１に向かう燃料の流れに抵抗を与えるものである。

前記開閉弁８７のソレノイド８６と、排出弁１１１のソレノイド１１０は、コントローラとして機能する制御部１６によって開閉が制御される。制御部１６は例えばＥＣＵ等の車載コンピュータを用いたものであり、インジェクタ１３が増圧を必要とするときに増圧ユニット７０のソレノイド１１０をオンし、それと同時または若干遅れて針弁駆動部６０のソレノイド８６をオンにするようにしている。

次に本実施形態の燃料噴射装置１０の作用について、図１および図２を参照して説明する。

エンジンが回転し、燃料ポンプ１４が駆動されることによって、燃料タンク９１から燃料ポンプ１４に吸入された燃料が加圧され、コモンレール１２に供給される。エンジンの運転状況に応じて、燃料ポンプ１４から吐出される燃料の圧力が制御部１６によって調整され、所定圧力に加圧された燃料がコモンレール１２に蓄えられる。

エンジンの各気筒の燃焼室には、各インジェクタ１３の燃料噴射孔７４から燃料が噴射される。エンジンの運転状況に応じて、インジェクタ１３は、燃料を増圧するモード（増圧ユニット７０が作動するモード）、または、燃料を増圧しないモード（増圧ユニット７０が作動しないモード）で駆動される。例えば、エンジンが高負荷で運転する際に、インジェクタ１３が燃料を増圧するモードとなる。エンジンがアイドリング運転しているときなどの低負荷運転時には、インジェクタ１３は燃料の増圧を必要としないモードとなる。

燃料を増圧するモードでは、例えば図２の横軸に示す時間Ｔ１において、増圧ピストン駆動信号によって増圧ユニット７０のソレノイド１１０がオンとなり、排出弁１１１が開弁する。このことにより、増圧ピストン１０１とプランジャ部１１２の受圧面積比に応じて、増圧ピストン１０１が増圧室１１３に向かって移動するとともに、背圧室１０２内の燃料が排出弁１１１を通って燃料排出流路１２０に排出される。このため増圧室１１３内の燃料が増圧されて燃料流通部７３に送られる。背圧室１０２から燃料排出流路１２０に排出された高圧の燃料は、絞り１３１と合流部１２１を経て、リターン流路９０から燃料タンク９１に戻される。

さらに、図２に示す時間Ｔ２において、インジェクタ駆動信号によって針弁駆動部６０のソレノイド８６がオンとなり、開閉弁８７が開弁する。このことにより、加圧室８５内の燃料が開閉弁８７を通ってリターン燃料出口８８からリターン流路９０に排出されるとともに、受圧ピストン８２が針弁５２と反対方向に移動することにより、針弁５２が開弁する。このことにより、燃料室５３内の燃料が、燃料噴射孔７４からエンジンの燃焼室内に噴出する。加圧室８５からリターン燃料出口８８に排出された燃料は、逆止弁１３０を開弁させ、合流部１２１を経て、リターン流路９０から燃料タンク９１に戻される。

なおエンジンの運転状態によっては、図２に示す時間Ｔ１，Ｔ２がほぼ同時になることも有り得る。その場合、増圧ユニット７０のソレノイド１１０がオンになるのとほぼ同時に、針弁駆動部６０のソレノイド８６がオンになって燃料の噴射が開始されるため、燃料を増圧するモードに比べて燃料噴射率が下がる。

インジェクタ１３が増圧を必要としない運転モードのときには、増圧ユニット７０のソレノイド１１０はオフのままであり、針弁駆動部６０のソレノイド８６がオンとなり、開閉弁８７が開弁する。このことにより、前記と同様に、加圧室８５内の燃料が開閉弁８７からリターン流路９０に排出されるとともに、受圧ピストン８２が針弁５２に向かって移動することにより、針弁５２が開弁し、燃料噴射孔７４から燃料が噴出する。この場合、コモンレール１２の圧力のみで燃料が噴射するため、比較的低い噴射圧となる。

以上説明した燃料噴射装置１０によれば、増圧ユニット７０の排出弁１１１に連通する燃料排出流路１２０と、針弁駆動部６０の開閉弁８７に連通するリターン流路９０を、インジェクタ１３に近い合流部１２１において合流させることができる。このため、リターン流路９０と燃料排出流路１２０の配管構成を簡略化できる。

増圧ピストン１０１が作動する際には、高圧で大流量の燃料が燃料排出流路１２０に排出されるが、リターン流路９０に逆止弁１３０が設けられていることにより、背圧室１０２から排出された燃料が加圧室８５側に逆流することが阻止される。このためインジェクタ１３の噴射動作を阻害するような背圧の増大が回避される。また、開閉弁８７からの排出流と排出弁１１１からの排出流とが互いに干渉し合うことも回避できる。よって、開閉弁８７と排出弁１１１の燃料排出が正常に行なわれ、インジェクタ１３の噴射特性が悪化することがない。

また燃料排出流路１２０に絞り部１３１を設けたことにより、リターン流路９０や合流部１２１付近に脈動が発生することを抑制でき、開閉弁８７と排出弁１１１による燃料の排出をさらに正常に行なわせることができる。

図３は本発明の第２の実施形態の燃料噴射装置１０を示している。この燃料噴射装置１０のリターン流路９０は、合流部１２１の下流側の管路９０ａが、分配部１４０を介して燃料ポンプ１４の吸入側１４ｂに接続されている。この実施形態の場合、加圧室８５と背圧室１０２から排出される燃料の少なくとも一部を燃料ポンプ１４の吸入側１４ｂに戻すことができるため、燃料ポンプ１４の仕事の一部を補助することができる。なお、加圧室８５と背圧室１０２から排出される燃料の全部を、管路９０ａを介して燃料ポンプ１４の吸入側１４ｂに戻してもよい。これら以外の構成と作用については、前記第１の実施形態の燃料噴射装置１０と共通であるから、第１の実施形態と共通の部位に第１の実施形態と同一の符号を付して説明は省略する。

また、本発明を実施するに当たって、前記実施形態以外にも、インジェクタや燃料排出流路、リターン流路、合流部、燃料タンクをはじめとして、本発明の構成要素を、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施できることは言うまでもない。

本発明の第１の実施形態の燃料噴射装置を示す断面図。 図１に示された燃料噴射装置の駆動信号と針弁リフトおよびリターン燃料との関係を示す図。 本発明の第２の実施形態の燃料噴射装置を示す断面図。

符号の説明

１０…燃料噴射装置
１２…コモンレール
１３…インジェクタ
６０…針弁駆動部
７０…増圧ユニット
８２…受圧ピストン
８５…加圧室
８７…開閉弁
９０…リターン流路
１００…圧力室
１０１…増圧ピストン
１０２…背圧室
１１１…排出弁
１１３…増圧室
１２０…燃料排出流路
１２１…合流部
１３０…逆止弁
１３１…絞り部

Claims (3)

1. 加圧された燃料を蓄えるコモンレールと、
   前記コモンレールから供給される燃料を増圧して針弁機構に送る増圧ユニットを有するインジェクタと、
   を具備する燃料噴射装置であって、
   前記増圧ユニットは、
   前記コモンレールから送られる燃料を導入する圧力室と、
   前記圧力室に設けられた増圧ピストンと、
   前記増圧ピストンによって前記圧力室と仕切られ、前記コモンレールから送られる燃料が導入される背圧室と、
   該背圧室内の燃料を排出可能な排出弁と、
   前記背圧室内の燃料が排出される際に前記増圧ピストンと一体に動く部位によって燃料を増圧して前記針弁機構に送る増圧室とを有し、
   前記針弁機構の針弁を開閉させるための針弁駆動部は、
   前記コモンレールから送られる燃料を導入する加圧室と、
   前記加圧室内の燃料を排出可能な開閉弁と、
   前記加圧室に収容され、該加圧室内の燃料が排出されることに伴い前記針弁を開弁させる方向に移動する受圧ピストンとを有し、
   さらに、
   前記針弁駆動部の前記開閉弁の排出側と燃料タンクとを連通させるリターン流路と、
   一端が前記排出弁の排出側に接続され、他端が前記リターン流路との合流部に接続されて、前記背圧室内の燃料を前記燃料タンクに戻すことのできる燃料排出流路と、
   前記リターン流路の前記合流部と前記開閉弁との間に設けられた逆止弁であって、前記加圧室から前記リターン流路に排出された燃料が前記合流部に向かうことを許容し、かつ、前記背圧室から前記燃料排出流路に排出された燃料が前記開閉弁に向かうことを阻止する逆止弁と、
   を具備したことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記燃料排出流路には、前記合流部と前記排出弁との間に、前記背圧室から前記合流部に向かう燃料の流れに抵抗を与える絞り部が設けら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. 前記リターン流路は、前記合流部の下流側において、前記コモンレールに燃料を供給する燃料ポンプの吸入側に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。

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