JP2006090262A - 内燃機関用燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータを１つにしたことで生ずる制御自由度の低下を防ぐと共に、制御室１１の燃料圧力を低圧側に開放する際に、蓄圧器２から燃料の垂れ流しを防止できる内燃機関用燃料噴射装置１を提供することにある。
【解決手段】制御弁５は、二位置三方弁として構成され、その制御弁５の切替ポート５ｅと増圧器３の制御室１１とが、往復通路を介して制御弁５に接続され、制御弁５により制御室１１の燃料圧力が制御される。
往復通路は、制御弁５の切替ポート５ｅと制御室１１との間を並列に接続する２本の燃料通路１５、１６によって形成される。一方の燃料通路１５には、制御室１１から制御弁５へ向かう燃料の流れを阻止する逆止弁１７が設けられ、他方の燃料通路１６には、制御弁５から制御室１１へ向かう燃料の流れを阻止する油圧弁１８と絞りが設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関、特にディーゼル機関用の燃料噴射装置に関する。

内燃機関用の燃料噴射装置として、コモンレールシステムが知られている。このコモンレールシステムは、燃料を所定の圧力状態に蓄える蓄圧器（コモンレール）を備え、その蓄圧器より供給される高圧燃料をインジェクタより内燃機関の気筒内へ噴射するシステムであり、噴射圧力と噴射量とを独立に制御できる等の優れた性能を有している。このようなコモンレールシステムに対し、近年、排気ガス浄化、及び燃費低減の見地から、さらに高性能化の要求があり、噴射圧力を高めることが必要になっている。これを簡易に実現できる公知技術が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載された燃料噴射装置は、コモンレールシステムの長所である「噴射ノズルの開閉動作を油圧で制御する機構」を備えると共に、蓄圧器の燃料を増圧する増圧機構を備えている。この増圧機構を備えることで、より高圧での噴射ができるだけでなく、増圧と噴射の両方を制御することができる。その結果、１噴射サイクルの中で噴射圧力を変えることが可能であり、低圧での微小噴射と超高圧での主噴射を実現できる。また、噴射率のパターンを最適化できるので、よりミクロな燃焼の最適化ができるようになる。

ところが、上記の公知技術（特許文献１）では、本質的に２つの動作、すなわち増圧動作と噴射動作を各々独立に制御することが必要であるため、アクチュエータを少なくとも２個必要とする等、システムの構成が複雑になり、それに伴ってコストが高くなるという問題を有している。
これに対し、上記の公知技術（特許文献１）と同等の機能をより簡易に実現できる別のシステムが提案されている（特許文献２参照）。

図１０は特許文献２に記載された燃料噴射装置の油圧回路図である。
この燃料噴射装置は、アクチュエータによって駆動される１個の制御弁１００を有し、この制御弁１００と増圧器１１０の制御室１１１とを接続する第１の燃料通路１２０と、制御弁１００と噴射ノズル１３０の背圧室１３１とを接続する第２の燃料通路１４０と、蓄圧器１５０と増圧器１１０の制御室１１１とを接続する第３の燃料通路１６０とを有し、各燃料通路１２０、１４０、１６０にそれぞれ絞り１７０、１８０、１９０が設けられている。

制御弁１００は、第１の燃料通路１２０と第２の燃料通路１４０とが共通に接続される油圧ポート１０１と、低圧側に通じる低圧ポート１０２とが設けられ、弁体１０３が油圧ポート１０１と低圧ポート１０２との間を遮断する閉弁位置（図１０に示す状態）と、油圧ポート１０１と低圧ポート１０２との間を連通する開弁位置との間で駆動される。
弁体１０３が閉弁位置に駆動されると、蓄圧器１５０の燃料圧力が増圧器１１０の制御室１１１および噴射ノズル１３０の背圧室１３１に供給される。このとき、増圧器１１０では、油圧ピストン１１２の上下両側の油圧がバランスするため、蓄圧器１５０から加圧室１１３に供給された燃料が増圧されることはない。また、噴射ノズル１３０では、背圧室１３１の燃料圧力を受けてニードル（図示せず）が閉弁状態を維持するため、噴射は行われない。

次に、弁体１０３が開弁位置に駆動されると、制御弁１００の油圧ポート１０１と低圧ポート１０２とが連通するため、制御室１１１および背圧室１３１の燃料圧力が制御弁１００を介して低圧側に開放される。これにより、増圧器１１０では、油圧ピストン１１２の上下両側の圧力バランスがくずれて、油圧ピストン１１２が図示下方へ移動することにより、加圧室１１３の燃料が増圧されて噴射ノズル１３０に供給される。また、噴射ノズル１３０では、背圧室１３１の燃料圧力が低下してニードルがリフトすることにより、増圧器１１０より供給される超高圧の燃料が噴射される。
特許第２８８５０７６号公報 特開２００３−１０６２３５号公報

ところが、特許文献２に記載された燃料噴射装置は、増圧器１１０の制御室１１１および噴射ノズル１３０の背圧室１３１が常時蓄圧器１５０に接続されている。つまり、制御弁１００の開閉状態に係わりなく、増圧器１１０の制御室１１１および噴射ノズル１３０の背圧室１３１と蓄圧器１５０とが常時連通している。このため、各燃料通路１２０、１４０、１６０にそれぞれ絞り１７０〜１９０が設けられているが、この３個の絞り１７０〜１９０を用いても、各絞り１７０〜１９０の値が互いに影響を及ぼし、増圧器１１０の作動および噴射ノズル１３０の作動を最適に制御することは困難である。

また、制御弁１００の開弁時には、蓄圧器１５０の燃料圧力が制御弁１００を介して低圧側に開放されるため、蓄圧器１５０から燃料が垂れ流し状態になり、エネルギーロスを生じることから、内燃機関の燃費低下を招く。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、二位置アクチュエータを用いた制御弁により増圧動作と噴射動作の各制御を実現でき、且つアクチュエータを１つにしたことで生ずる制御自由度の低下を防ぐと共に、増圧器の制御室を低圧側に開放した際に、蓄圧器からの燃料の垂れ流しを防止できる内燃機関用燃料噴射装置を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明の内燃機関用燃料噴射装置は、蓄圧器の燃料圧力を増圧器の制御室および噴射ノズルの背圧室に供給する油圧供給通路と、制御室および背圧室の燃料圧力を低圧側に開放する油圧開放通路とを有すると共に、制御弁と増圧器の制御室との間を並列に接続する２本の燃料通路を有し、一方の燃料通路には、制御室から制御弁に向かう燃料の流れを阻止する第１の流れ方向規制手段が設けられて、前記油圧供給通路の一部を形成し、他方の燃料通路には、制御弁から制御室に向かう燃料の流れを阻止する第２の流れ方向規制手段が設けられて、前記油圧開放通路の一部を形成していることを特徴とする。

上記の構成では、蓄圧器の燃料圧力を増圧器の制御室に供給するための一方の燃料通路と、制御室の燃料圧力を低圧側に開放するための他方の燃料通路とが別々に設けられているので、増圧器の圧送動作（増圧動作）と戻り動作とをそれぞれ独自に調整できる。すなわち、制御室の燃料圧力を低圧側に開放する時の圧力開放速度によって増圧器の増圧速度を調整することができ、蓄圧器の燃料圧力を増圧器の制御室に供給する時の圧力供給速度によって増圧器の戻り速度を調整できる。

また、制御弁によって油圧供給通路と油圧開放通路とが選択的に開閉されるので、蓄圧器と増圧器の制御室とが油圧供給通路を介して常時連通することはない。つまり、制御弁が油圧開放通路を開くと、制御室の燃料圧力が油圧開放通路を介して低圧側に開放されるが、この時、制御弁は油圧供給通路を遮断しているので、蓄圧器の燃料圧力が制御弁を介して低圧側に開放されることはない。これにより、制御室の燃料圧力が低圧側に開放されても、蓄圧器から低圧側に燃料が垂れ流しされることはなく、エネルギーロスを抑制できるので、内燃機関の燃費低下を防止できる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、第２の流れ方向規制手段は、制御弁が油圧供給通路を遮断して油圧開放通路を開いた時に、背圧室の燃料圧力が所定値以下に低下するまで、他方の燃料通路を閉じていることを特徴とする。
この構成によれば、背圧室の燃料圧力が開放されて噴射が開始されても、背圧室の燃料圧力が所定値以下に低下するまでは、増圧器の制御室から燃料圧力が開放されることはなく、増圧動作は行われない。これにより、燃料噴射と同時に増圧が開始されることはなく、噴射の初期を低圧（蓄圧器の燃料圧力）にできると共に、超高圧を必要としない微小噴射（例えば、メイン噴射に先立って実施されるパイロット噴射）を低圧にて行うことができる。

（請求項３の発明）
請求項２に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、第２の流れ方向規制手段の圧力所定値は、噴射開始後、増圧開始までの時間遅れに対応して設定することを特徴とする。 これにより、燃料噴射と同時に増圧が開始されることはなく、噴射の初期を低圧（蓄圧器の燃料圧力）にできると共に、超高圧を必要としない微小噴射を低圧にて行うことができる。

（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかの内燃機関用燃料噴射装置において、制御弁は、燃料通路を介して制御室と背圧室とに接続される切替ポートと、蓄圧器に接続される入力ポートと、低圧側に通じる低圧ポートとが設けられ、弁体が低圧ポートと切替ポートとの間を遮断して、入力ポートと切替ポートとの間を連通する入力位置と、弁体が入力ポートと切替ポートとの間を遮断して、低圧ポートと切替ポートとの間を連通する開放位置とに駆動される二位置三方弁であることを特徴とする。
制御弁を二位置三方弁として構成することにより、１つの二位置アクチュエータを用いて油圧供給通路と油圧開放通路とを選択的に開閉できる。

（請求項５の発明）
請求項４に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、２本の燃料通路（一方の燃料通路と他方の燃料通路）は、制御弁の切替ポートと増圧器の制御室との間を並列に接続していることを特徴とする。
これにより、制御弁の弁体が入力位置に駆動されると、低圧ポートと切替ポートとの間が遮断されて、入力ポートと切替ポートとの間が連通するので、蓄圧器の燃料圧力が、切替ポートから一方の燃料通路を通って増圧器の制御室に供給される。また、弁体が開放位置に駆動されると、入力ポートと切替ポートとの間が遮断されて、低圧ポートと切替ポートとの間が連通するので、制御室の燃料圧力が他方の燃料通路を通って制御弁の切替ポートより低圧側に開放される。

（請求項６の発明）
請求項５に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、２本の燃料通路は、それぞれの一端側が共通に制御弁の切替ポートに接続され、それぞれの他端側が共通に増圧器の制御室に接続されていることを特徴とする。
２本の燃料通路は、制御弁の切替ポートと増圧器の制御室との間を完全に並列接続することもできるが、少なくとも、第１の流れ方向規制手段と第２の流れ方向規制手段とが設けられる部分のみ並列に設けて、互いの両端側をそれぞれ共通に設けても良い。つまり、２本の燃料通路の両端側をそれぞれ１本化して、制御弁の切替ポートと制御室とに接続しても良い。

（請求項７の発明）
請求項１〜６に記載した何れかの内燃機関用燃料噴射装置において、第１の流れ方向規制手段は、油圧弁または逆止弁であり、第２の流れ方向規制手段は、逆止弁または油圧弁であることを特徴とする。
第１の流れ方向規制手段として、油圧弁または逆止弁を用いることにより、増圧器の戻り速度を適切に調整できる。また、第２の流れ方向規制手段として、逆止弁または油圧弁を用いることにより、増圧器の増圧速度を適切に調整できる。

（請求項８の発明）
請求項１〜６に記載した何れかの内燃機関用燃料噴射装置において、第１の流れ方向規制手段と第２の流れ方向規制手段は、共に逆止弁であることを特徴とする。
第１の流れ方向規制手段として逆止弁を用いることにより、増圧器の戻り速度を適切に調整できる。また、第２の流れ方向規制手段として逆止弁を用いることにより、増圧器の増圧速度を適切に調整できる。

（請求項９の発明）
請求項１〜６に記載した何れかの内燃機関用燃料噴射装置において、第１の流れ方向規制手段と第２の流れ方向規制手段は、共に油圧弁であることを特徴とする。
第１の流れ方向規制手段として油圧弁を用いることにより、増圧器の戻り速度を適切に調整できる。また、第２の流れ方向規制手段として油圧弁を用いることにより、増圧器の増圧速度を適切に調整できる。

（請求項１０の発明）
請求項７または９に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、油圧弁は、二位置二方弁であることを特徴とする。
この場合、油圧弁を簡易な構成に、且つ安価にできる。

（請求項１１の発明）
請求項７、９、１０に記載した何れかの内燃機関用燃料噴射装置において、油圧弁は、噴射ノズルの背圧室または制御弁の切替ポートの燃料圧力と蓄圧器の燃料圧力との差圧で作動することを特徴とする。
制御弁が油圧供給通路を開くと、蓄圧器の燃料圧力が切替ポートを通じて噴射ノズルの背圧室に供給されるため、背圧室および切替ポートの燃料圧力は蓄圧器の燃料圧力と等しくなる。また、制御弁が油圧開放通路を開くと、背圧室の燃料圧力が切替ポートを通じて低圧側に開放されるため、背圧室および切替ポートの燃料圧力は蓄圧器の燃料圧力より小さくなる。この背圧室または切替ポートの燃料圧力と蓄圧器の燃料圧力との差圧を利用して油圧弁の作動を制御できる。

（請求項１２の発明）
請求項１〜１１に記載した何れかの内燃機関用燃料噴射装置において、一方の燃料通路または他方の燃料通路、あるいは両方の燃料通路には、増圧器の作動特性を設定する絞りが設けられていることを特徴とする。
この場合、絞りの値に応じて増圧器の増圧速度および戻り速度を調整できるので、増圧器の作動を最適化できる。

（請求項１３の発明）
本発明の内燃機関用燃料噴射装置は、蓄圧器の燃料圧力を増圧器の制御室および噴射ノズルの背圧室に供給する油圧供給通路と、制御室および背圧室の燃料圧力を低圧側に開放する油圧開放通路と、油圧供給通路に設けられる第１の制御弁と、油圧開放通路に設けられる第２の制御弁とを備えている。
上記の構成によれば、油圧供給通路と油圧開放通路とにそれぞれ制御弁（第１の制御弁と第２の制御弁）が設けられているので、増圧器の増圧動作と戻り動作とをそれぞれ独自に調整できる。

（請求項１４の発明）
請求項１３に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、第１の制御弁は、弁体が油圧供給通路を遮断する閉弁位置と、油圧供給通路を開く開弁位置との間で駆動される二位置二方弁であり、第２の制御弁は、弁体が油圧開放通路を遮断する閉弁位置と、油圧開放通路を開く開弁位置との間で駆動される二位置二方弁であることを特徴とする。
第１の制御弁は、弁体が油圧供給通路を開閉するだけで良いので、簡易な二位置二方弁として構成できる。同様に、第２の制御弁は、弁体が油圧開放通路を開閉するだけで良いので、簡易な二位置二方弁として構成できる。

（請求項１５の発明）
請求項１３または１４に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、第１の制御弁と第２の制御弁は、少なくとも第１の制御弁の弁体が開弁位置に駆動される間、第２の制御弁の弁体が閉弁位置に駆動され、第２の制御弁の弁体が開弁位置に駆動される間、第１の制御弁の弁体が閉弁位置に駆動されることを特徴とする。
この構成によれば、第２の制御弁の弁体が開弁位置に駆動された時、すなわち、制御室および背圧室の燃料圧力が低圧側に開放される時に、第１の制御弁の弁体が閉弁位置に駆動されるので、蓄圧器から低圧側に燃料が垂れ流しされることはなく、エネルギーロスを抑制できるので、内燃機関の燃費低下を防止できる。

（請求項１６の発明）
請求項１３〜１５に記載した何れかの内燃機関用燃料噴射装置において、油圧供給通路または油圧開放通路、あるいは両通路には、増圧器の作動特性を設定する絞りが設けられていることを特徴とする。
この場合、絞りの値に応じて増圧器の増圧速度および戻り速度を調整できるので、増圧器の作動を最適化できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は実施例１に係る燃料噴射装置の油圧回路図であり、図２〜４は燃料噴射装置に用いられる制御弁および油圧弁の具体的な構成を含む油圧回路図である。
本発明の燃料噴射装置１は、例えば、車両用ディーゼル機関のコモンレールシステムに適用されるもので、図２に示す様に、燃料を所定の圧力状態に蓄える蓄圧器２と、この蓄圧器２より供給される燃料を増圧する増圧器３と、蓄圧器２より供給される燃料または増圧器３によって増圧された燃料を噴射する噴射ノズル４と、増圧器３の作動および噴射ノズル４の作動を制御する制御弁５等を備える。なお、蓄圧器２を除く増圧器３、噴射ノズル４、および制御弁５等は、図５に示す様に一体的に組み合わされて、１つの燃料噴射弁６として構成されている。

蓄圧器２は、燃料配管７によって燃料噴射弁６に接続され、蓄圧器２に蓄圧された燃料が燃料配管７を通って燃料噴射弁６に供給される。
増圧器３は、大径ピストン８ａと小径プランジャ８ｂとが同心位置に設けられた油圧ピストン８を有し、この油圧ピストン８がボディ９（図５参照）に形成された大径ボアと小径ボアとに摺動可能に収容されている。大径ピストン８ａが収容される大径ボアには、大径ピストン８ａの上端面より上側に駆動室１０が形成され、大径ピストン８ａの下端面より下側に制御室１１が形成されている。一方、小径プランジャ８ｂが収容される小径ボアには、小径プランジャ８ｂの下端面より下側に加圧室１２が形成されている。

駆動室１０は、燃料通路１３を介して燃料配管７に接続され、その燃料配管７および燃料通路１３を通じて蓄圧器２の燃料圧力が供給される。駆動室１０の燃料圧力は、油圧ピストン８の上端面に作用して、油圧ピストン８を下向きに付勢している。
制御室１１は、以下に説明する往復通路を介して制御弁５に接続され、その制御弁５により制御室１１の燃料圧力が制御される。なお、制御室１１には、図５に示す様に、油圧ピストン８を図示上方へ付勢するスプリング１４が配設されている。
往復通路は、図１および図２に示す様に、制御弁５と制御室１１との間を並列に接続する２本の燃料通路１５、１６によって形成される。一方の燃料通路１５には、制御室１１から制御弁５へ向かう燃料の流れを阻止する逆止弁１７が設けられ、他方の燃料通路１６には、制御弁５から制御室１１へ向かう燃料の流れを阻止する油圧弁１８と絞り１９が設けられている。

加圧室１２は、逆止弁２０を有する燃料通路２１を介して前記燃料配管７に接続されると共に、燃料通路２２を通じて噴射ノズル４に設けられる油溜まり４ａ（図５参照）に連通している。逆止弁２０は、燃料通路２１を加圧室１２へ向かう燃料（蓄圧器２から供給される燃料）の流れを許容し、その逆流（蓄圧器２へ向かう流れ）を防止する。これにより、蓄圧器２の燃料圧力が加圧室１２に供給され、さらに燃料通路２２を介して噴射ノズル４の油溜まり４ａにも供給される。

噴射ノズル４は、図５に示す様に、先端部に噴孔２３が形成されたノズルボディ２４と、このノズルボディ２４の内部に収容されるニードル２５と、このニードル２５の図示上部に背圧室２６を形成するノズルホルダ２７等より構成され、前記ボディ９の下部に配置されて、リテーナ２８によりボディ９に固定されている。
ノズルボディ２４には、ニードル２５の周囲に環状の燃料通路２９が形成され、この燃料通路２９の上流端に前記油溜まり４ａが形成されている。また、燃料通路２９と噴孔２３との間に円錐状のシート面（図示せず）が形成されている。

背圧室２６は、絞り３０を有する燃料通路３１を介して制御弁５に接続され、この制御弁５によって背圧室２６の燃料圧力が制御される。
ニードル２５は、蓄圧器２の燃料圧力が背圧室２６に供給されると、その蓄圧器２の燃料圧力と背圧室２６に配設されたスプリング３２（図５参照）の付勢力とを受けて閉弁方向（図５の下方）へ押圧され、ニードル２５の先端部に設けられたシートライン（図示せず）が前記シート面に着座して燃料通路２９と噴孔２３との間を遮断する。一方、制御弁５により背圧室２６の燃料圧力が開放されると、ニードル２５がリフトして燃料通路２９と噴孔２３との間を開くことにより、油溜まり４ａに供給される燃料が燃料通路２９を通って噴孔２３より噴射される。

制御弁５は、バルブ室５ａと、このバルブ室５ａに収容される弁体５ｂと、この弁体５ｂを駆動する二位置アクチュエータ３３とを有し、前記ボディ９の上部に配置されて、リテーナ３４によりボディ９に固定されている。
バルブ室５ａには、図５に示す様に、燃料通路３５を介して蓄圧器２の燃料圧力が供給される入力ポート５ｃと、ドレン通路３６を介して燃料タンク３７に通じる低圧ポート５ｄと、前記往復通路を介して増圧器３の制御室１１に接続される切替ポート５ｅと、燃料通路を介して噴射ノズル４の背圧室２６に接続される切替ポート５ｅとが設けられている。以下、２つの切替ポート５ｅを共通の切替ポート５ｅとして説明する。

弁体５ｂは、低圧ポート５ｄと切替ポート５ｅとの間を遮断して、入力ポート５ｃと切替ポート５ｅとの間を連通する入力位置（図１、図２および図５に示す位置）と、入力ポート５ｃと切替ポート５ｅとの間を遮断して、低圧ポート５ｄと切替ポート５ｅとの間を連通する開放位置（図３、図４に示す位置）との間で可動する。すなわち、この制御弁５は、二位置三方弁として構成されている。

アクチュエータ３３は、図２に示す様に、弁体５ｂに結合される円板状のアーマチャ３８と、ＥＣＵ３９により通電制御される電磁コイル４０と、アーマチャ３８を図示下方へ付勢する戻りバネ４１等より構成される。このアクチュエータ３３は、電磁コイル４０への通電によって磁力が発生すると、その磁力を受けてアーマチャ３８が吸引され、戻りバネ４１の反力に抗して図示上方へ移動することにより駆動力を発生する。また、電磁コイル４０への通電が停止すると、磁力の消滅により、戻りバネ４１の反力でアーマチャ３８が押し戻されて、図２に示す初期状態へ復帰する。なお、図２に示す油圧回路図では、アーマチャ３８の作動方向が図５と反対方向に示されている。つまり、図５では、電磁コイル４０が通電されると、磁力を受けてアーマチャ３８が図示下方へ移動するが、図２ではアーマチャ３８が図示上方へ移動する様に示されている。

前述の油圧弁１８は、バルブ室１８ａと、このバルブ室１８ａに収容される弁体１８ｂと、この弁体１８ｂを付勢するスプリング１８ｃ等より構成される。
バルブ室１８ａには、制御弁５の切替ポート５ｅに連通する第１ポート１８ｄと、増圧器３の制御室１１に連通する第２ポート１８ｅとが設けられている。
弁体１８ｂは、第１ポート１８ｄと第２ポート１８ｅとの間を遮断する閉弁位置（図２、図３、図５に示す位置）と、第１ポート１８ｄと第２ポート１８ｅとの間を連通する開弁位置（図４に示す位置）との間で可動し、スプリング１８ｃによって閉弁方向（図２の上向き）に付勢されている。

この油圧弁１８には、燃料通路３５に接続される分岐通路４２を介して蓄圧器２の燃料圧力がバイアス（圧力）として常時導入され、その燃料圧力が弁体１８ｂの上端面に作用して、弁体１８ｂを開弁方向（図２の下向き）に付勢している。一方、弁体１８ｂの下端面には、スプリング１８ｃの反力と、第１ポート１８ｄに導入される燃料圧力（切替ポート５ｅの燃料圧力）とが作用している。このため、第１ポート１８ｄに導入される燃料圧力が蓄圧器２の燃料圧力と等しくなると、スプリング１８ｃの反力によって弁体１８ｂが閉弁位置に駆動され、第１ポート１８ｄに導入される燃料圧力が低圧側に開放されると、スプリング１８ｃの反力に抗して弁体１８ｂが開弁位置に駆動される。すなわち、この油圧弁１８は、二位置二方弁として構成されている。

次に、燃料噴射装置１の作動を図２〜図４および図６に示すタイムチャートを基に説明する。なお、図６の（１）、（２）、（３）は、それぞれ図２、図３、図４に示す状態に対応している。
アクチュエータ３３の電磁コイル４０がＯＦＦ状態の時は、図２に示す様に、制御弁５の弁体５ｂが戻りバネ４１に付勢されて入力位置に駆動されている。この状態では、制御弁５の切替ポート５ｅと低圧ポート５ｄとの間が遮断され、入力ポート５ｃと切替ポート５ｅとが連通するため、蓄圧器２と噴射ノズル４の背圧室２６とが連通して、背圧室２６に蓄圧器２の燃料圧力が供給される。

この時、油圧弁１８は、蓄圧器２の燃料圧力が弁体１８ｂの両端面に同等に作用するため、弁体１８ｂがスプリング１８ｃに付勢されて閉弁位置に移動している。これにより、他方の燃料通路１６が油圧弁１８によって遮断され、蓄圧器２の燃料圧力が一方の燃料通路１５を通って増圧器３の制御室１１にも供給される。
また、増圧器３では、蓄圧器２の燃料圧力が駆動室１０および加圧室１２にも供給されるため、油圧ピストン８の上下両端面に作用する燃料圧力がバランスする。その結果、油圧ピストン８がスプリング１４（図５参照）に付勢されて図示上方に移動し、加圧室１２の容積が拡大するのに伴って加圧室１２に燃料が充填される。この状態では、噴射ノズル４の背圧室２６が蓄圧器２と同じ燃料圧力となっているので、ニードル２５がリフトすることはなく、燃料通路２９と噴孔２３との間が遮断されることにより、燃料が噴射されることはない。

次に、ＥＣＵ３９よりアクチュエータ３３に駆動信号（図６（ａ）参照）が出力され、電磁コイル４０に通電されて吸引力が発生すると、弁体５ｂが戻りバネ４１の付勢力に抗して、図２に示す入力位置から図３に示す開放位置へ移動する。その結果、入力ポート５ｃと切替ポート５ｅとの間が遮断され、切替ポート５ｅと低圧ポート５ｄとが連通する（図６（ｂ）、（ｃ）参照）。これにより、噴射ノズル４の背圧室２６が低圧側に連通して、背圧室２６の燃料圧力が開放されるため、ニードル２５がリフトして、油溜まり４ａに供給される燃料が噴孔２３より噴射される。
この時、油圧弁１８は、背圧室２６の燃料圧力が所定の圧力に低下するまで、弁体１８ｂが閉弁位置に止まるため、背圧室２６の燃料圧力が開放されると同時に油圧ピストン８が作動することはない。従って、ここでの噴射圧力は、増圧器３によって増圧された超高圧ではなく、蓄圧器２の燃料圧力に略等しい。

背圧室２６の燃料圧力が更に開放されて所定の圧力まで低下すると、油圧弁１８の弁体１８ｂが図３に示す閉弁位置から図４に示す開弁位置へ移動する（図６（ｄ）参照）。この状態では、油圧弁１８を介して増圧器３の制御室１１と制御弁５の切替ポート５ｅとが連通するため、制御室１１の燃料圧力が低圧側に開放される。その結果、油圧ピストン８に作用する上側と下側との圧力バランスが崩れるため、油圧ピストン８が駆動室１０の燃料圧力に押圧されて下方へ押し下げられる（図６（ｅ）参照）。この油圧ピストン８の移動に伴い、加圧室１２の燃料圧力が上がり始め、最終的には、大径ピストン８ａと小径プランジャ８ｂとの断面積比に応じて加圧される。例えば、蓄圧器２の燃料圧力を５０ＭＰａとし、大径ピストン８ａと小径プランジャ８ｂとの断面積比を４：１に設定した場合、加圧室１２の燃料圧力は、４×５０＝２００ＭＰａとなる。
これにより、増圧器３によって増圧された超高圧の燃料が、噴射ノズル４より噴射される（図６（ｆ）参照）。

その後、所定の噴射量になった時点で、電磁コイル４０への通電を停止して、制御弁５が図２に示す初期状態に戻る（弁体５ｂが入力位置に戻る）と、再び蓄圧器２の燃料圧力が噴射ノズル４の背圧室２６に供給され、ニードル２５が押し戻されることにより、噴射が終了する。この時、油圧弁１８も閉弁する（弁体１８ｂが閉弁位置に移動する）が、蓄圧器２の燃料圧力が、油圧弁１８とは関係なく、一方の燃料通路１５を通って増圧器３の制御室１１に供給される。これにより、増圧器３は、油圧ピストン８が即時に増圧作動を停止して、戻り行程を開始することができる。

例えば、メイン噴射に先立ってパイロット噴射等の微小噴射を実施する場合は、油圧弁１８が開弁する前（弁体１８ｂが開弁位置に移動する前）に、電磁コイル４０への通電を停止して、図３に示す状態から図２に示す状態に戻ることで、増圧が進まないうちに、低圧（蓄圧器２の燃料圧力）での噴射が可能である。
図７にコンピュータシミュレーションによる数値解析の結果を示す。但し、油圧ピストン８の断面積比を２：１とした場合の例である。このシミュレーションによれば、上記の作動説明と略同様の作動および性能が得られることが分かる。

なお、この実施例１では、一方の燃料通路１５に逆止弁１７を設けているが、この逆止弁１７に替えて油圧弁を設けることもできる。また、他方の燃料通路１６に絞り１９を設けているが、一方の燃料通路１５に絞り１９を設けても良いし、両方の燃料通路１５、１６にそれぞれ絞り１９を設けることもできる。また、絞り１９を通路抵抗で代用することにより、絞り１９を廃止することも可能である。

（実施例１の効果）
実施例１に示す燃料噴射装置１では、制御弁５を二位置三方弁として構成することにより、蓄圧器２の燃料圧力を増圧器３の制御室１１および噴射ノズル４の背圧室２６に供給する油圧供給通路と、制御室１１および背圧室２６の燃料圧力を低圧側に開放する油圧開放通路とを１個の制御弁５によって選択的に開閉できる。また、制御弁５の切替ポート５ｅと増圧器３の制御室１１との間を２本の燃料通路１５、１６で並列に接続し、一方の燃料通路１５には逆止弁１７を設けることで、制御弁５から制御室１１へ向かう燃料の流れを許容し、他方の燃料通路１６には油圧弁１８を設けることで、制御室１１から制御弁５へ向かう燃料の流れを許容している。

これにより、制御弁５と制御室１１は、それぞれ流れ方向が規制された２本の燃料通路（一方の燃料通路１５と他方の燃料通路１６）によって接続されるため、噴射ノズル４の作動および増圧器３の作動を最適化できる。すなわち、噴射初期には、油圧弁１８を閉状態にすることで、制御弁５と燃料通路３１に設けられた絞り３０とで、２本の燃料通路１５、１６とは無関係に、噴射特性を設定できる。また、噴射後半では、油圧弁１８を開状態とすることで、絞り１９により噴射特性を設定できる。さらに、増圧器３の戻り行程では、油圧弁１８を閉状態とすることで、制御弁５と絞り３０によって噴射ノズル４の閉弁特性を設定でき、且つ一方の燃料通路１５に設けられる逆止弁１７と絞り（図示せず）によって、増圧器３の戻り特性が設定できる。

以上の結果、噴射の初期を低圧にでき、その期間を油圧弁１８の設定圧で変えられるだけでなく、超高圧を必要としない微小噴射等では、噴射状態になる時間が極めて短いため、加圧されないまま噴射することが可能である。この期間は、図１に示す絞り１８ｆを追加することで更に延長でき、その設定も容易となる。
また、蓄圧器２の燃料圧力を増圧器３の制御室１１に供給するための通路（一方の燃料通路１５）と制御室１１の燃料圧力を低圧側に開放するための通路（他方の燃料通路１６）とを別々に設けているので、例えば、図６（ｅ）の破線グラフで示す様に、増圧器３の作動特性を任意に変えることができ、それに応じて、図６（ｆ）の破線グラフで示す様に、噴射率パターンを変えることができる。

また、実施例１に記載した油圧回路では、制御弁５の切り替え時に発生する僅かなスイッチングリーク以外、燃料の垂れ流しは発生しないため、エネルギーロスを抑制でき、内燃機関の燃費低下を防止できる。さらに、増圧行程の終了を噴射終了と同時にできるので、増圧器３を無駄に作動させる必要がなく、駆動エネルギの浪費を無くすことができる。 本実施例の燃料噴射装置１によれば、二位置アクチュエータ３３によって駆動される制御弁５を１個用いるだけの簡易な構成で、エネルギーロスの少ない超高圧噴射を実現できると共に、低圧、超高圧の噴射などの各種の噴射パターンを実現できる。また、増圧器３の作動を最適化できることで、最適な噴射特性を作り込むことができ、戻り時間の最適化ができる。

図８は実施例２に係る燃料噴射装置１の油圧回路図である。
この実施例２に示す燃料噴射装置１は、制御弁５の切替ポート５ｅと増圧器３の制御室１１とを接続する他方の燃料通路１６に逆止弁４３を設けたことが実施例１の構成と異なる。つまり、実施例１では、他方の燃料通路１６に油圧弁１８を設けているが、この実施例２では、油圧弁１８に替えて逆止弁４３を設けている。また、図８には、一方の燃料通路１５に絞り１９を設けているが、実施例１と同様に、他方の燃料通路１６に絞り１９を設けても良いし、両方の燃料通路１５、１６にそれぞれ絞り１９を設けることもできる。

この実施例２の構成においても、蓄圧器２の燃料圧力を増圧器３の制御室１１に供給するための通路（一方の燃料通路１５）と、制御室１１の燃料圧力を低圧側に開放するための通路（他方の燃料通路１６）とをそれぞれ独立に設けることができるので、増圧器３の作動を最適化でき、それによって、最適な噴射特性を作り込むことができる。
また、制御弁５は、実施例１と同じく、二位置三方弁を用いているので、スイッチングリーク以外に燃料の垂れ流しを防止できる効果は同じである。

図９は実施例３に係る燃料噴射装置１の油圧回路図である。
この実施例３に示す燃料噴射装置１は、増圧器３の作動および噴射ノズル４の作動を２個の制御弁（第１の制御弁４４と第２の制御弁４５）により制御する一例である。
２個の制御弁は、蓄圧器２の燃料圧力を増圧器３の制御室１１および噴射ノズル４の背圧室２６に供給するための油圧供給通路４６に設けられる第１の制御弁４４と、制御室１１および背圧室２６の燃料圧力を低圧側に開放するための油圧開放通路４７に設けられる第２の制御弁４５である。

第１の制御弁４４は、二位置アクチュエータによって駆動される弁体４４ａを有し、この弁体４４ａが油圧供給通路４６を閉じる閉弁位置と、油圧供給通路４６を開く開弁位置（図９に示す位置）との間で可動する二位置二方弁である。
第２の制御弁４５は、二位置アクチュエータによって駆動される弁体４５ａを有し、この弁体４５ａが油圧開放通路４７を閉じる閉弁位置（図９に示す位置）と、油圧開放通路４７を開く開弁位置との間で可動する二位置二方弁である。
なお、第１の制御弁４４と第２の制御弁４５は、両方が開弁状態にならない様に制御される。

この実施例３の構成によれば、第１の制御弁４４と第２の制御弁４５とにより、油圧供給通路４６と油圧開放通路４７とをそれぞれ独立に開閉制御できるので、増圧器３の作動を最適化でき、それによって、最適な噴射特性を作り込むことができる。すなわち、２個の絞り４８、３０によって、ノズル背圧、つまり噴射の制御と、増圧器３の増圧作動とを調整できる。また、第１の制御弁４４のみ開弁した時に機能する絞り１９により、増圧器３の戻り行程が調整される。前記２個の絞り４８、３０によって成される噴射の制御と増圧器３の増圧作動は、噴射そのものと、噴射圧力を決定する重要な特性である。また、絞り１９により成される増圧器３の戻り行程の制御は、特に高速の内燃機関において、次の噴射までの間に増圧器３を元の状態に復帰させるための重要な特性である。
また、第１の制御弁４４と第２の制御弁４５は、両方が開弁状態にならない様に制御されるので、蓄圧器２からの燃料の垂れ流しを完全に防止でき、エネルギーロスの無い油圧回路を実現できる。

燃料噴射装置の油圧回路図である（実施例１）。 燃料噴射装置に用いられる制御弁および油圧弁の具体的な構成を含む油圧回路図である（実施例１）。 燃料噴射装置の作動説明図である（実施例１）。 燃料噴射装置の作動説明図である（実施例１）。 燃料噴射弁の構造を示す全体断面図である（実施例１）。 燃料噴射装置の作動に係るタイムチャートである（実施例１）。 燃料噴射装置の作動をシミュレーションにより数値解析した結果を示すグラフである（実施例１）。 燃料噴射装置の油圧回路図である（実施例２）。 燃料噴射装置の油圧回路図である（実施例３）。 燃料噴射装置の油圧回路図である（従来技術）。

符号の説明

１ 内燃機関用燃料噴射装置
２ 蓄圧器
３ 増圧器
４ 噴射ノズル
５ 制御弁
５ｂ 弁体（制御弁）
５ｃ 入力ポート（制御弁）
５ｄ 低圧ポート（制御弁）
５ｅ 切替ポート（制御弁）
８ 油圧ピストン
１１ 増圧器の制御室
１５ 一方の燃料通路（往復通路）
１６ 他方の燃料通路（往復通路）
１７ 逆止弁（第１の流れ方向規制手段）
１８ 油圧弁（第２の流れ方向規制手段）
１９ 絞り
２５ ニードル
２６ 噴射ノズルの背圧室
３０ 絞り
３３ 二位置アクチュエータ
４４ 第１の制御弁
４５ 第２の制御弁
４６ 油圧供給通路（実施例３）
４７ 油圧開放通路（実施例３）
４８ 絞り

Claims (16)

1. ａ）燃料を所定の圧力状態に蓄える蓄圧器と、
   ｂ）燃料の流入または流出により油圧が増減する制御室と、この制御室の油圧の増減に応じて可動する油圧ピストンとを備え、この油圧ピストンの増圧動作によって前記蓄圧器より供給される燃料を増圧する増圧器と、
   ｃ）燃料の流入または流出により油圧が増減する背圧室と、この背圧室の油圧の増減に応じて可動するニードルとを備え、前記蓄圧器より供給される燃料または前記増圧器によって増圧された燃料を前記ニードルの開弁動作に伴って噴射する噴射ノズルと、
   ｄ）前記蓄圧器の燃料圧力を前記制御室および前記背圧室に供給する油圧供給通路と、 ｅ）前記制御室および前記背圧室の燃料圧力を低圧側に開放する油圧開放通路と、
   ｆ）前記油圧供給通路と前記油圧開放通路とに共通して設けられると共に、二位置アクチュエータによって駆動される弁体を有し、この弁体により、前記油圧供給通路と前記油圧開放通路とを選択的に開閉することで、前記増圧器の作動および前記噴射ノズルの作動を制御する制御弁とを備えた内燃機関用燃料噴射装置であって、
   前記制御弁と前記制御室との間を並列に接続する２本の燃料通路を有し、
   一方の燃料通路には、前記制御室から前記制御弁に向かう燃料の流れを阻止する第１の流れ方向規制手段が設けられて、前記油圧供給通路の一部を形成し、
   他方の燃料通路には、前記制御弁から前記制御室に向かう燃料の流れを阻止する第２の流れ方向規制手段が設けられて、前記油圧開放通路の一部を形成していることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
2. 請求項１に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、
   前記第２の流れ方向規制手段は、前記制御弁が前記油圧供給通路を遮断して前記油圧開放通路を開いた時に、前記背圧室の燃料圧力が所定値以下に低下するまで、前記他方の燃料通路を閉じていることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
3. 請求項２に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、
   前記第２の流れ方向規制手段の圧力所定値は、噴射開始後、増圧開始までの時間遅れに対応して設定することを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
4. 請求項１〜３に記載した何れかの内燃機関用燃料噴射装置において、
   前記制御弁は、前記２本の燃料通路を介して前記制御室と前記背圧室とに接続される切替ポートと、前記蓄圧器に接続される入力ポートと、低圧側に通じる低圧ポートとが設けられ、前記弁体が前記低圧ポートと前記切替ポートとの間を遮断して、前記入力ポートと前記切替ポートとの間を連通する入力位置と、前記弁体が前記入力ポートと前記切替ポートとの間を遮断して、前記低圧ポートと前記切替ポートとの間を連通する開放位置とに駆動される二位置三方弁であることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
5. 請求項４に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、
   前記２本の燃料通路（前記一方の燃料通路と前記他方の燃料通路）は、前記制御弁の切替ポートと前記増圧器の制御室との間を並列に接続していることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
6. 請求項５に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、
   前記２本の燃料通路は、それぞれの一端側が共通に前記制御弁の切替ポートに接続され、それぞれの他端側が共通に前記増圧器の制御室に接続されていることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
7. 請求項１〜６に記載した何れかの内燃機関用燃料噴射装置において、
   前記第１の流れ方向規制手段は、油圧弁または逆止弁であり、前記第２の流れ方向規制手段は、逆止弁または油圧弁であることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
8. 請求項１〜６に記載した何れかの内燃機関用燃料噴射装置において、
   前記第１の流れ方向規制手段と前記第２の流れ方向規制手段は、共に逆止弁であることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
9. 請求項１〜６に記載した何れかの内燃機関用燃料噴射装置において、
   前記第１の流れ方向規制手段と前記第２の流れ方向規制手段は、共に油圧弁であることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
10. 請求項７または９に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、
    前記油圧弁は、二位置二方弁であることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
11. 請求項７、９、１０に記載した何れかの内燃機関用燃料噴射装置において、
    前記油圧弁は、前記噴射ノズルの背圧室または前記制御弁の切替ポートの燃料圧力と前記蓄圧器の燃料圧力との差圧で作動することを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
12. 請求項１〜１１に記載した何れかの内燃機関用燃料噴射装置において、
    前記一方の燃料通路または前記他方の燃料通路、あるいは両方の燃料通路には、前記増圧器の作動特性を設定する絞りが設けられていることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
13. ａ）燃料を所定の圧力状態に蓄える蓄圧器と、
    ｂ）燃料の流入または流出により油圧が増減する制御室と、この制御室の油圧の増減に応じて可動する油圧ピストンとを備え、この油圧ピストンの増圧動作によって前記蓄圧器より供給される燃料を増圧する増圧器と、
    ｃ）燃料の流入または流出により油圧が増減する背圧室と、この背圧室の油圧の増減に応じて可動するニードルとを備え、前記蓄圧器より供給される燃料または前記増圧器によって増圧された燃料を前記ニードルの開弁動作に伴って噴射する噴射ノズルと、
    ｄ）前記蓄圧器の燃料圧力を前記制御室および前記背圧室に供給する油圧供給通路と、 ｅ）前記制御室および前記背圧室の燃料圧力を低圧側に開放する油圧開放通路と、
    ｆ）前記油圧供給通路に設けられると共に、二位置アクチュエータによって駆動される弁体を有し、この弁体により、前記油圧供給通路を開閉する第１の制御弁と、
    ｇ）前記油圧開放通路に設けられると共に、二位置アクチュエータによって駆動される弁体を有し、この弁体により、前記油圧開放通路を開閉する第２の制御弁とを備え、
    前記第１の制御弁と前記第２の制御弁とにより、前記増圧器の作動および前記噴射ノズルの作動を制御することを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
14. 請求項１３に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、
    前記第１の制御弁は、前記弁体が前記油圧供給通路を遮断する閉弁位置と、前記油圧供給通路を開く開弁位置との間で駆動される二位置二方弁であり、
    前記第２の制御弁は、前記弁体が前記油圧開放通路を遮断する閉弁位置と、前記油圧開放通路を開く開弁位置との間で駆動される二位置二方弁であることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
15. 請求項１３または１４に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、
    前記第１の制御弁と前記第２の制御弁は、少なくとも前記第１の制御弁の弁体が前記開弁位置に駆動される間、前記第２の制御弁の弁体が前記閉弁位置に駆動され、前記第２の制御弁の弁体が前記開弁位置に駆動される間、前記第１の制御弁の弁体が前記閉弁位置に駆動されることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
16. 請求項１３〜１５に記載した何れかの内燃機関用燃料噴射装置において、
    前記油圧供給通路または前記油圧開放通路、あるいは前記油圧供給通路と前記油圧開放通の両通路には、前記増圧器の作動特性を設定する絞りが設けられていることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
    

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