JP2006104967A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 三方弁の切換時に高圧の燃料が三方弁内で低圧側に漏洩しないようにする。
【解決手段】 三方弁８の圧力切替室３０内に高圧燃料供給通路５ａ、燃料流通通路１５および低圧燃料返戻通路２７ａを開口させ、高圧燃料供給通路５ａの開口３１および低圧燃料返戻通路２７ａの開口３３を夫々第１の弁体３１および第２の弁体３２によって開閉制御する。燃料流通通路１５の連通先を高圧燃料供給通路５ａから低圧燃料返戻通路２７ａに切替えるときには第１の弁体３２が開弁していて第２の弁体３４が閉弁している状態から第１の弁体３２および第２の弁体３４が共に閉弁している状態を経た後に第１の弁体３２が閉弁していて第２の弁体３４が開弁している状態に切替える。
【選択図】 図２

Description

本発明は燃料噴射装置に関する。

内燃機関の燃料噴射装置において、ニードル弁を備えた燃料噴射部に連結された燃料流通通路を高圧燃料供給通路又は低圧燃料返戻通路に選択的に連結可能な三方弁を具備し、この三方弁による燃料通路切換作用によって燃料噴射を制御するようにした燃料噴射装置が公知である（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−２３８４３２号公報

しかしながらこの燃料噴射装置では三方弁による燃料通路切換作用時に高圧燃料供給通路が低圧燃料返戻通路に連通してしまい、その結果高圧燃料供給通路内の多量の高圧燃料が低圧燃料返戻通路内に漏洩してしまうという問題を生ずる。また、このように多量の高圧燃料が漏洩してしまうと高圧燃料を送り出す高圧燃料ポンプの容量が足りなくなってしまうという問題も発生する。

上記問題点を解決するために本発明によれば、ニードル弁を備えた燃料噴射部に連結された燃料流通通路を高圧燃料供給通路又は低圧燃料返戻通路に選択的に連結可能な三方弁を具備し、三方弁による燃料通路切換作用によって燃料噴射を制御するようにした燃料噴射装置において、三方弁内に燃料流通通路に連結された圧力切替室を形成し、圧力切替室の一側に高圧燃料供給通路を開口させると共にこの高圧燃料供給通路の開口を開閉制御をする第１の弁体を具備しており、圧力切替室の他側に低圧燃料返戻通路を開口させると共にこの低圧燃料返戻通路の開口を開閉制御する第２の弁体を具備しており、第１の弁体の両端部において第１の弁体の軸線方向に作用する燃料圧の圧力差および第２の弁体の両端部において第２の弁体の軸線方向に作用する燃料圧の圧力差を制御する圧力制御装置を具備しており、圧力制御装置によりこれら圧力差を制御して燃料流通通路の連通先を高圧燃料供給通路から低圧燃料返戻通路に切替えるときには第１の弁体が開弁していて第２の弁体が閉弁している状態から第１の弁体および第２の弁体が共に閉弁している状態を経た後に第１の弁体が閉弁していて第２の弁体が開弁している状態に切替えられ、燃料流通通路の連通先を低圧燃料返戻通路から高圧燃料供給通路に切替えるときには第１の弁体が閉弁していて第２の弁体が開弁している状態から第１の弁体および第２の弁体が共に閉弁している状態を経た後に第１の弁体が開弁していて第２の弁体が閉弁している状態に切替えられる。

三方弁による燃料通路切換作用時に多量の高圧燃料が低圧燃料返戻通路内に漏洩するのを阻止することができる。

図１は燃料噴射装置の全体を図解的に示しており、図１において一点鎖線で囲まれた部分１はエンジンに取付けられた燃料噴射弁を示している。図１に示されるように燃料噴射装置は高圧の燃料を貯留するためのコモンレール２を備えており、このコモンレール２内には燃料タンク３内の燃料が高圧燃料ポンプ４を介して供給される。コモンレール２内の燃料圧は高圧燃料ポンプ４の吐出量を制御することにより機関運転状態に応じた目標燃料圧に維持され、目標燃料圧に維持されているコモンレール２内の高圧の燃料が高圧燃料供給通路５を介して燃料噴射弁１に供給される。

図１に示されるように燃料噴射弁１は燃焼室内に燃料を噴射するためのノズル部６と、噴射圧を増圧させるための増圧器７と、燃料通路を切換えるための三方弁８とを具備している。ノズル部６はニードル弁９を備えており、ノズル部６の先端にはニードル弁９の先端部により開閉制御される噴口１０（図示せず）が形成されている。ニードル弁９の周りには噴射される高圧燃料で満たされたノズル室１１が形成されており、ニードル弁９の内端面上には燃料で満たされている圧力制御室１２が形成されている。圧力制御室１２内にはニードル弁９を下方に向けて、即ち閉弁方向に付勢する圧縮ばね１３が挿入されており、この圧力制御室１２は絞り１４および燃料流通通路１５を介して三方弁８に連結されている。また、ノズル室１１は燃料流通通路１６に連結され、この燃料流通通路１６は燃料流通通路１５から燃料流通通路１６に向けてのみ流通可能な逆止弁１７を介して燃料流通通路１５に連結されている。

一方、増圧器７は一体成形された大径ピストン１８と小径ピストン１９とを具備する。小径ピストン１９と反対側の大径ピストン１８の頂面上には高圧の燃料で満たされた高圧室２０が形成されており、この高圧室２０は高圧燃料通路２１を介して高圧燃料供給通路５に連結されている。従って高圧室２０内には常時コモンレール２内の燃料圧（以下、コモンレール圧という）が作用している。これに対し、小径ピストン１９周りの大径ピストン１８の端面上には燃料で満たされた中間室２２が形成されており、この中間室２２内には大径ピストン１８を高圧室２０に向けて付勢する圧縮ばね２３が挿入されている。この中間室２２は絞り２４および燃料流通通路２５を介して燃料流通通路１５に連結されている。また、大径ピストン１８と反対側の小径ピストン１９の端面上には燃料で満たされた増圧室２６が形成されており、この増圧室２６は燃料流通通路１６に連結されている。

一方、三方弁８には高圧燃料供給通路５および燃料流通通路１５に加え、例えば燃料タンク３内に接続された低圧燃料返戻通路２７が連結されている。この三方弁８は電磁ソレノイド或いはピエゾ圧電素子のようなアクチュエータ２８によって駆動され、この三方弁８によって燃料流通通路１５が高圧燃料供給通路５又は低圧燃料返戻通路２７に選択的に連結される。

図１は、三方弁８による燃料通路切換作用によって燃料流通通路１５が高圧燃料供給通路５に連結されている場合を示している。この場合、ノズル部６については、ノズル室１１内および圧力制御室１２内は共にコモンレール圧となっている。このときノズル室１１内の燃料圧によりニードル弁９を上昇させる力よりも圧力制御室１２内の燃料圧および圧縮ばね１３のばね力によってニードル弁９を下降させる力の方が強いためにニードル弁９は下降せしめられており、その結果ニードル弁９が閉弁するために噴口１０からの燃料噴射は停止されている。一方、増圧器７については、このとき高圧室２０内、中間室２２内および増圧室２６内は全てコモンレール圧となっており、従ってこのときには図１に示されるように大径ピストン１８および小径ピストン１９は圧縮ばね２３のばね力によって上昇した状態に保持されている。

一方、三方弁８による通路切換作用によって燃料流通通路１５が低圧燃料返戻通路２７に連結されるとニードル部６の圧力制御室１２内の燃料圧が低下するためにニードル弁９が上昇し、その結果ニードル弁９が開弁してノズル室１１内の燃料が噴口１０から噴射される。一方、このとき中間室２２内の燃料圧が低下するために大径ピストン１８および小径ピストン１９には下向きの大きな力が作用し、その結果増圧室２６内の燃料圧はコモンレール圧よりも高くなる。従ってこのとき、燃料流通通路１６を介して増圧室２６内に連結されているノズル室１１内の燃料圧もコモンレール圧よりも高くなり、燃料噴射が行われている間、この高い燃料圧に維持される。従ってニードル弁９が開弁すると噴口１０からコモンレール圧よりも高い噴射圧でもって燃料が噴射されることになる。

次いで三方弁８による燃料通路切換作用により図１に示される如く燃料流通通路１５が再び高圧燃料供給通路５に連結されるとノズル部１２の圧力制御室１２内はコモンレール圧となり、その結果燃料の噴射が停止される。また、このとき増圧器７の中間室２２内もコモンレール圧となり、増圧室２６内もコモンレール圧となって大径ピストン１８および小径ピストン１９は再び図１に示されるような上昇した状態に保持される。このように三方弁８による燃料通路切換作用によって燃料噴射が制御される。なお、この場合、燃料噴射はノズル部６と増圧部７との協働作業により行われるので図１に示される実施例ではノズル部６と増圧部７を併わせて燃料噴射部と称する。

図２（Ａ）に図１に示される三方弁８の第１実施例を示す。図２（Ａ）を参照すると、三方弁８内には高圧燃料供給通路５の一部である高圧燃料供給通路５ａ，５ｂと、低圧燃料返戻通路２７の一部である低圧燃料返戻通路２７ａ，２７ｂとが延びており、更に三方弁８内には圧力切替室３０が形成されている。この圧力切替室３０は常時燃料流通通路１５に連通している。圧力切替室３０の一側には高圧燃料供給通路５ａが開口しており、圧力切替室３０の他側には低圧燃料返戻通路２７ａが開口している。この高圧燃料供給通路５ａの開口３１は第１の弁体３２によって開閉制御され、低圧燃料返戻通路２７ａの開口３３は第２の弁体３４によって開閉制御される。

第１の弁体３２は、軸線方向の中央部に形成されかつ開口３１を圧力切替室３０側から閉塞可能な円錐状シール部３５と、円筒状内端部３６と、円筒状外端部３７とを具備し、第２の弁体３４は、軸線方向の中央部に形成されかつ開口３３を圧力切替室３０側から閉塞可能な円錐状シール部３８と、中空円筒状内端部３９と、円筒状外端部４０とを具備する。図２（Ａ）に示されるように第１の弁体３２と第２の弁体３４は共通の軸線上に配置されており、第１の弁体３２の円筒状内端部３６は第２の弁体３４の中空円筒状内端部３９内に相対移動可能に嵌合せしめられている。

第１の弁体３２の円筒状外端部３７は円筒状凹所４１内に摺動可能に挿入されており、この第１の弁体３２の円筒状外端部３７により画定される円筒状凹所４１内には第１の圧力制御室４２が形成される。この第１の圧力制御室４２内には第１の弁体３２を第２の弁体３４に向けて付勢する圧縮ばね４３が挿入されている。第１の圧力制御室４２は絞り開口４４を介して低圧燃料返戻通路２７ｂに連結されており、この絞り開口４４はアクチュエータ２８により駆動される溢流制御弁４５によって開閉制御される。

第２の弁体３４の円筒状外端部４０は円筒孔４６内に摺動可能に挿入されかつ高圧燃料供給通路５ｂ内に突出する。一方、互いに嵌合している第１の弁体３２の円筒状内端部３６と第２の弁体３４の中空円筒状内端部３９間には第２の圧力制御室４７が形成される。この第２の圧力制御室４７は一方では第１の弁体３２内に形成された燃料通路４８および絞り４９を介して第１の圧力制御室４２内に連結されており、他方では第２の弁体３４内に形成された燃料通路５０および絞り５１を介して高圧燃料供給通路５ｂ内に連結されている。

なお、図２（Ａ）に示す実施例では第１の弁体３２の円筒状内端部３６および円筒状外端部３７の径、並びに各開口３１，３３の径は全て等しく、この径に比べて第２の弁体３４の円筒状外端部４０は小さな径を有する。従って第１の弁体３２には第１の圧力制御室４２内の燃料圧と第２の圧力制御室４７内の燃料圧のみが軸線方向に作用し、第１の弁体３２の外端部３７に軸線方向に向けて作用する燃料圧と第１の弁体３２の内端部３６に軸線方向に向けて作用する燃料圧との圧力差に応じて第１の弁体３２のシート部３５による開口３１の開閉作用、即ち第１の弁体３２の開閉弁作用が制御される。この圧力差はアクチュエータ２８および溢流制御弁４５からなる圧力制御装置によって制御される。

一方、第２の弁体３４の内端部３９には第２の圧力制御室４７の燃料圧が作用し、第２の弁体３４の外端部４０には高圧燃料供給通路５ｂ内の燃料圧が作用する。この第２の弁体３４についても基本的には第２の弁体３４の外端部４０に軸線方向に向けて作用する燃料圧と第２の弁体３４の内端部３９に軸線方向に向けて作用する燃料圧との圧力差に応じて第２の弁体３４のシート部３８による開口３３の開閉作用、即ち第２の弁体３４の開閉弁作用が制御される。この圧力差もアクチュエータ２８および溢流制御弁４５からなる圧力制御装置によって制御される。

図２（Ａ）に示されるように溢流制御弁４５が絞り開口４４を閉塞しているときには第１の圧力制御室４２および第２の圧力制御室４７は高圧燃料供給通路５ｂのみに連通しており、従ってこのとき両圧力制御室４２，４７内の燃料圧は高圧燃料供給通路５ｂ内の燃料圧と等しくなっている。なお、以下高圧燃料供給通路５，５ａ，５ｂ内の燃料圧を高燃料圧と称し、低圧燃料返戻通路２７，２７ａ，２７ｂ内の燃料圧を低燃料圧と称する。

このように第２の圧力制御室４７内の燃料圧が高燃料圧になるとこのとき第２の弁体３４に対して作用する高燃料圧の作用面積は内端部３９の方が外端部４０よりもはるかに大きくなるので第２の弁体３４は図２（Ａ）に示されるように閉弁した状態に保持される。一方、このとき第１の圧力制御室４２内の燃料圧および第２の圧力制御室４７内の燃料圧は共に高燃料圧となるので第１の弁体３２は圧縮ばね４３のばね力により第２の弁体３４に突き当るまで第２の弁体３４に向けて移動し、その結果図２（Ａ）に示されるように第１の弁体３２は開弁した状態に保持される。このとき燃料流通通路１５は圧力切替室３０および開口３１を介して高圧燃料供給通路５ａに連結されている。

燃料流通通路１５の連通先を高圧燃料供給通路５ａから低圧燃料返戻通路２７ａに切替えるときには溢流制御弁４５が絞り開口４４を開口する。溢流制御弁４５が絞り開口４４を開口すると第１の圧力制御室４２内の燃料が低圧燃料返戻通路２７ｂ内に溢流しはじめ、その結果第１の圧力制御室４２内の燃料圧が徐々に低下する。次いで第１の圧力制御室４２内の燃料圧が第１の弁体３２を閉弁させる閉弁圧以下まで低下すると第１の弁体３２が図２（Ｂ）に示されるように閉弁する。

一方、溢流制御弁４５が開弁して第１の圧力制御室４２内の燃料圧が低下しはじめると第２の圧力制御室４７内の燃料が燃料通路４８を介して第１の圧力制御室４２内に流出しはじめ、その結果第２の圧力制御室４７の燃料圧も低下しはじめる。しかしながら燃料通路４８内には絞り４９が設けられており、しかも高圧燃料供給通路５ｂから燃料通路５０を介して第２の圧力制御室４７内に燃料が供給されるために第２の圧力制御室４７内の燃料圧は第１の圧力制御室４２内の燃料圧に比べてゆっくりと低下し、従って図２（Ｂ）に示されるように第１の弁体３２が閉弁したときでも第２の弁体３４は閉弁した状態に保持されている。

次いで第２の圧力制御室４７内の燃料圧が更に低下し、第２の圧力制御室４７内の燃料圧が第２の弁体３４を開弁させる開弁圧以下まで低下すると図２（Ｃ）に示されるように第１の弁体３２が閉弁している状態で第２の弁体３４が開弁する。その結果、燃料流通通路１５は圧力切替室３０および開口３３を介して低圧燃料返戻通路２７ａに連結される。

このように燃料流通通路１５の連通先を高圧燃料供給通路５ａから低圧燃料返戻通路２７ａに切替えるときには図２（Ａ）に示されるように第１の弁体３２が開弁していて第２の弁体３４が閉弁している状態から図２（Ｂ）に示されるように第１の弁体３２および第２の弁体３４が共に閉弁している状態を経た後に図２（Ｃ）に示されるように第１の弁体３２が閉弁していて第２の弁体３４が開弁している状態に切替えられる。一方、燃料流通通路１５の連通先を低圧燃料返戻通路２７ａから高圧燃料供給通路５ａに切替えるときには溢流制御弁４５によって絞り開口４４が閉塞される。溢流制御弁４５によって絞り開口４４が閉塞されると両圧力制御室４２，４７内には高圧燃料供給通路５ａから燃料が供給され、このとき第１の圧力制御室４２内の燃料圧は第２の圧力制御室４７内の燃料圧に比べてゆっくりと高燃料圧まで上昇する。

従ってこのときには第１の弁体３２および第２の弁体３４は図２（Ｃ）に示す状態から図２（Ｂ）に示す状態を経て図２（Ａ）に示す状態となる。即ち、このときには第１の弁体３２が閉弁していて第２の弁体３４が開弁している状態から第１の弁体３２および第２の弁体３４が共に閉弁している状態を経た後に第１の弁体３２が開弁していて第２の弁体３４が閉弁している状態に切替えられる。

このように燃料流通通路１５の連通先を高圧燃料供給通路５ａから低圧燃料返戻通路２７ａに切換えるときには図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の順で各弁体３２，３４が移動せしめられるが図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）からわかるようにこの間、高圧燃料供給通路５ａが圧力切替室３０内で低圧燃料返戻通路２７ａに連通することはなく、斯くして多量の高圧燃料が低圧燃料返戻通路２７ａ内に漏洩することがない。一方、燃料流通通路１５の連通先を低圧燃料返戻通路２７ａから高圧燃料供給通路５ａに切換えるときにも高圧燃料供給通路５ａが圧力切替室３０内で低圧燃料返戻通路２７ａに連通することはなく、斯くして多量の高圧燃料が低圧燃料返戻通路２７ａ内に漏洩するのを阻止することができる。

図３（Ａ）に図１に示される三方弁８の第２実施例を示す。図３（Ａ）を参照すると、この第２実施例においても三方弁８内には高圧燃料供給通路５の一部である高圧燃料供給通路５ａ，５ｂと、低圧燃料返戻通路２７の一部である低圧燃料返戻通路２７ａ，２７ｂとが延びており、更に三方弁８内には圧力切替室６０が形成されている。この圧力切替室６０は常時燃料流通通路１５に連通している。圧力切替室６０の一側には高圧燃料供給通路５ａが開口しており、圧力切替室６０の他側には低圧燃料返戻通路２７ａが開口している。この高圧燃料供給通路５ａの開口６１は第１の弁体６２によって開閉制御され、低圧燃料返戻通路２７ａの開口６３は第２の弁体６４によって開閉制御される。

第１の弁体６２は中空円筒状をなしており、第１の弁体６２の外端部６５には開口６１を高圧燃料供給通路５ａ側から閉塞可能な円錐状シール部６６が形成されている。図６（Ｅ）はこの第１の弁体６２の平面図を示している。一方、第２の弁体６４の内端部６８には開口６３を低圧燃料返戻通路２７ａ側から閉塞可能な円錐状シール６９が形成されており、図６（Ｄ）はこの第２の弁体６４の平面図を示している。この第２の弁体６４の内端面上には第２の弁体６４の軸線周りにおいて環状をなす環状溝７１が形成されている。図３（Ａ）に示されるように第１の弁体６２と第２の弁体６４は共通の軸線上に配置されており、第１の弁体６２の中空円筒状内端部６７は第２の弁体６４内に形成された環状溝７１内に相対移動可能に嵌合せしめられている。

第２の弁体６４の円筒状外端部７０は円筒状凹所７２内に摺動可能に挿入されており、この第２の弁体６４の円筒状外端部７０により画定される円筒状凹所７２内には圧力制御室７３が形成される。この圧力制御室７３は一方では絞り７４を介して高圧燃料供給通路５ｂに連結されており、他方では絞り開口７５を介して低圧燃料返戻通路２７ｂに連結されている。この絞り開口７５はアクチュエータ２８により駆動される溢流制御弁４５によって開閉制御される。

環状溝７１の最奥部と第１の弁体６２の内端面間には環状室７６が形成されており、図３（Ａ）および図３（Ｄ）に示されるようにこの環状室７６は第２の弁体６４内に形成された複数の連通孔７７を介して圧力制御室７３内に連通している。従って環状室７６内の燃料圧は圧力制御室７３内の燃料圧と同じ燃料圧に維持される。一方、第１の弁体６２の内部に形成される中空室７８は常時高圧燃料供給通路５ａ内に連通しており、従ってこの中空室７８には常時高圧燃料供給通路５ａ内の高圧燃料が導びかれている。この高圧燃料の燃料圧は中空室７８内に面している第２の弁体６４の内端面上に作用する。この中空室７８内には第２の弁体６４を第１の弁体６２から引離す方向に付勢する圧縮ばね７９が挿入されている。

なお、各弁体６２，６４に対して軸線方向に作用する燃料圧の作用面積であって、互いに相殺する燃料圧の加わる作用面積を除いた有効作用面積に注目すると、図３（Ａ）に示される第２実施例においては、第２の弁体６４の外端部に対して作用する圧力制御室７３内の燃料圧の有効作用面積から第２の弁体６４の内端部に対して作用する高圧燃料供給通路５ａ内の燃料圧の有効作用面積を差引いた有効作用面積差が、第１の弁体６２の内端部に対して作用する圧力制御室７３内の燃料圧の有効作用面積から第１の弁体６２の外端部に対して作用する高圧燃料供給通路５ａ内の燃料圧の有効作用面積を差引いた有効作用面積差よりも大きく形成されている。

この第２実施例においても、第１の弁体６２の外端部６５に軸線方向に向けて作用する高圧燃料供給通路５ａ内の燃料圧と第１の弁体６２の内端部６７に軸線方向に向けて作用する圧力制御室７３内の燃料圧との圧力差に応じて第１の弁体６２のシート部６６による開口６１の開閉作用、即ち第１の弁体６２の開閉弁作用が制御され、第２の弁体６４の外端部７０に軸線方向に向けて作用する圧力制御室７３内の燃料圧と第２の弁体６４の内端部６８に軸線方向に向けて作用する高圧燃料供給通路５ａ内の燃料圧との圧力差に応じて第２の弁体６４のシート部６９による開口６３の開閉作用、即ち第２の弁体６４の開閉弁作用が制御される。

具体的に言うと、この第１の弁体６２と第２の弁体６４の開閉弁作用は溢流制御弁４５により圧力制御室７３内の燃料圧を制御することによって行われる。この場合、上述した第１の弁体６２における有効作用面積差と第２の弁体６４における有効作用面積差との差異によって第１の弁体６２の開閉弁時期と第２の弁体６４の開閉弁時期との間で時間差が生じる。

図３（Ａ）に示されるように溢流制御弁４５が絞り開口７５を閉塞しているときには圧力制御室７３は高圧燃料供給通路５ｂのみに連通しており、従ってこのとき圧力制御室７３内の燃料圧は高圧燃料供給通路５ｂ内の燃料圧と同じ高燃料圧となっている。

このように圧力制御室７３内の燃料圧が高燃料圧になるとこのとき第２の弁体６４に対して作用する高燃料圧の有効作用面積は外端部７０の方が内端部６８よりもはるかに大きくなるので第２の弁体６４は図３（Ａ）に示されるように閉弁した状態に保持される。一方、このとき環状室７６内も高燃料圧となり、また第１の弁体６２の内端部６７に対して作用する高燃料圧の有効作用面積と第１の弁体６２の外端部６５に対して作用する高圧燃料の有効作用面積とが等しいので第１の弁体６２は圧縮ばね７９のばね力により第２の弁体６４から離れる方向に移動し、その結果図３（Ａ）に示されるように第１の弁体６２は開弁した状態に保持される。このとき燃料流通通路１５は圧力切替室６０および開口６１を介して高圧燃料供給通路５ａに連結されている。

燃料流通通路１５の連通先を高圧燃料供給通路５ａから低圧燃料返戻通路２７ａに切替えるときには溢流制御弁４５が絞り開口７５を開口する。溢流制御弁４５が絞り開口７５を開口すると圧力制御室７３内の燃料が低圧燃料返戻通路２７ｂ内に溢流しはじめ、その結果圧力制御室７３内の燃料圧が徐々に低下する。次いで圧力制御室７３内の燃料圧が第１の弁体６２を閉弁させる閉弁圧以下まで低下すると第１の弁体６２が図３（Ｂ）に示されるように閉弁する。

一方、第２の弁体６４の外端部７０に対して作用する圧力制御室７３内の燃料圧の有効作用面積は第２の弁体６４の内端部６８に対して作用する高燃料圧の有効作用面積よりもかなり大きいので圧力制御室７３内の燃料圧が或る程度低下しないと第２の弁体６４は開弁しない。従って図３（Ｂ）に示されるように第１の弁体６２が閉弁したときでも第２の弁体６４は閉弁した状態に保持されている。

次いで圧力制御室７３内の燃料圧が更に低下し、圧力制御室７３内の燃料圧が第２の弁体６４を開弁させる開弁圧以下まで低下すると図３（Ｃ）に示されるように第１の弁体６２が閉弁している状態で第２の弁体６４が開弁する。その結果、燃料流通通路１５は圧力切替室６０および開口６３を介して低圧燃料返戻通路２７ａに連結される。

このように燃料流通通路１５の連通先を高圧燃料供給通路５ａから低圧燃料返戻通路２７ａに切替えるときには図３（Ａ）に示されるように第１の弁体６２が開弁していて第２の弁体６４が閉弁している状態から図３（Ｂ）に示されるように第１の弁体６２および第２の弁体６４が共に閉弁している状態を経た後に図３（Ｃ）に示されるように第１の弁体６２が閉弁していて第２の弁体６４が開弁している状態に切替えられる。一方、燃料流通通路１５の連通先を低圧燃料返戻通路２７ａから高圧燃料供給通路５ａに切替えるときには溢流制御弁４５によって絞り開口７５が閉塞される。溢流制御弁４５によって絞り開口７５が閉塞されると圧力制御室７３内には高圧燃料供給通路５ａから燃料が供給され、このとき圧力制御室７３内の燃料圧は徐々に高燃料圧まで上昇する。

従ってこのときには第１の弁体６２および第２の弁体６４は図３（Ｃ）に示す状態から図３（Ｂ）に示す状態を経て図３（Ａ）に示す状態となる。即ち、このときには第１の弁体６２が閉弁していて第２の弁体６４が開弁している状態から第１の弁体６２および第２の弁体６４が共に閉弁している状態を経た後に第１の弁体６２が開弁していて第２の弁体６４が閉弁している状態に切替えられる。

燃料流通通路１５の連通先を高圧燃料供給通路５ａから低圧燃料返戻通路２７ａに切換えるときには図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の順で各弁体６２，６４が移動せしめられるが図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）からわかるようにこの間、高圧燃料供給通路５ａが圧力切替室６０内で低圧燃料返戻通路２７ａに連通することはなく、斯くして多量の高圧燃料が低圧燃料返戻通路２７ａ内に漏洩することがない。一方、燃料流通通路１５の連通先を低圧燃料返戻通路２７ａから高圧燃料供給通路５ａに切換えるときにも高圧燃料供給通路５ａが圧力切替室６０内で低圧燃料返戻通路２７ａに連通することはなく、斯くして多量の高圧燃料が低圧燃料返戻通路２７ａ内に漏洩するのを阻止することができる。

図４（Ａ）に図３に示される三方弁８の変形例を示す。なお、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示される第１の弁体６２および第２の弁体６４の分解斜視図を示している。図４（Ａ），（Ｂ）を参照すると、この変形例では環状溝７１により包囲された第２の弁体６４の円柱状部分６４ａが第２の弁体６４のその他の部分と別体に形成されている。このように円柱状部分６４ａを第２の弁体６４のその他の部分と別体に形成すると、即ち弁体を第１の弁体６２と、第２の弁体６４と、円柱状部分６４ａの三つの要素から構成すると弁体の製造コストを低減できるばかりでなく製造精度を向上することができる。

図５は構造の簡素化を狙った更に別の変形例を示している。図５に示されるようにこの変形例では第２の弁体６４内に第１の弁体６２および第２の弁体６４の共通の軸線上を延びかつ圧力制御室７３内に連通する円筒孔８０が形成される。一方、第１の弁体６２の外端部６５には第２の弁体６４側に延びる弁軸８１が形成されており、この弁軸８１は円筒孔８０内に摺動可能に嵌入される。また、第１の弁体６２と第２の弁体６４間には第２の弁体６４を第１の弁体６２から引離す方向に作用する圧縮ばね８２が挿入されている。

この変形例においても溢流制御弁４５が開弁して圧力制御室７３内の燃料圧が低下を開始すると第１の弁体６２が圧縮ばね８２に抗して上昇し、第２の弁体６４が閉弁している状態で第１の弁体６２が閉弁する。このとき圧力切替室６０内は高燃料圧となっている。次いで圧力制御室７３内の燃料圧が更に低下すると第２の弁体６４が上昇し、第１の弁体６２が閉弁した状態で第２の弁体６４が開弁する。従ってこの実施例でも高圧燃料供給通路５ａと低圧燃料返戻通路２７ａとが圧力切替室６０内で連通することなく燃料通路の切換作用を行うことができる。なお、この変形例では第２の弁体６４が開弁すると圧力切替室６０内の燃料圧が高燃料圧から低燃料圧に変化するのでこのとき再び第２の弁体６４が閉弁しないように圧縮ばね８２のばね力を設定する必要がある。

燃料噴射装置の全体図である。 三方弁の第１実施例の側面断面図である。 三方弁の第２実施例を示す図である。 三方弁の変形例を示す図である。 三方弁の別の変形例の側面断面図である。

符号の説明

２ コモンレール
５，５ａ，５ｂ 高圧燃料供給通路
６ ノズル部
７ 増圧器
８ 三方弁
９ ニードル
１５，１６，２５ 燃料流通通路
２７，２７ａ，２７ｂ 低圧燃料返戻通路
２８ アクチュエータ（圧力制御装置）
３０，６０ 圧力切替室
３１，３３，６１，６３ 開口
３２，６２ 第１の弁体
３４，６４ 第２の弁体
３６，３９，６７，６８ 内端部
３７，４０，６５，７０ 外端部
４２ 第１の圧力制御室
４５ 溢流制御弁（圧力制御装置）
４７ 第２の圧力制御室
４８，５０ 燃料通路
５１，５９，７４ 絞り
６４ａ 円柱状部分
７１ 環状溝
７３ 圧力制御室
８０ 円筒孔
８１ 弁軸

Claims (8)

1. ニードル弁を備えた燃料噴射部に連結された燃料流通通路を高圧燃料供給通路又は低圧燃料返戻通路に選択的に連結可能な三方弁を具備し、該三方弁による燃料通路切換作用によって燃料噴射を制御するようにした燃料噴射装置において、三方弁内に上記燃料流通通路に連結された圧力切替室を形成し、圧力切替室の一側に上記高圧燃料供給通路を開口させると共にこの高圧燃料供給通路の開口を開閉制御をする第１の弁体を具備しており、圧力切替室の他側に上記低圧燃料返戻通路を開口させると共にこの低圧燃料返戻通路の開口を開閉制御する第２の弁体を具備しており、第１の弁体の両端部において第１の弁体の軸線方向に作用する燃料圧の圧力差および第２の弁体の両端部において第２の弁体の軸線方向に作用する燃料圧の圧力差を制御する圧力制御装置を具備しており、該圧力制御装置により該圧力差を制御して燃料流通通路の連通先を高圧燃料供給通路から低圧燃料返戻通路に切替えるときには第１の弁体が開弁していて第２の弁体が閉弁している状態から第１の弁体および第２の弁体が共に閉弁している状態を経た後に第１の弁体が閉弁していて第２の弁体が開弁している状態に切替えられ、燃料流通通路の連通先を低圧燃料返戻通路から高圧燃料供給通路に切替えるときには第１の弁体が閉弁していて第２の弁体が開弁している状態から第１の弁体および第２の弁体が共に閉弁している状態を経た後に第１の弁体が開弁していて第２の弁体が閉弁している状態に切替えられる燃料噴射装置。
2. 第１の弁体と第２の弁体とを共通の軸線上に配置すると共に第１の弁体の内端部と第２の弁体の内端部とを相対移動可能に嵌合させ、第１の弁体の外端部に第１の圧力制御室を形成して該第１の圧力制御室内の燃料圧を第１の弁体の外端部に軸線方向に向けて作用させ、互いに嵌合している第１の弁体の内端部と第２の弁体の内端部間に第２の圧力制御室を形成して該第２の圧力制御室内の燃料圧を第１の弁体の内端部および第２の弁体の内端部に軸線方向に向けて作用させ、高圧燃料供給通路内の燃料圧を第２の弁体の外端部に軸線方向に向けて作用させ、燃料流通通路の連通先を高圧燃料供給通路から低圧燃料返戻通路に切替えるときには第１の弁体が開弁していて第２の弁体が閉弁している状態のもとで第１の圧力制御室内の燃料圧を第１の弁体の閉弁圧以下まで低下させて第１の弁体を閉弁させた後に第２の圧力制御室内の燃料圧を第２の弁体の開弁圧以下まで低下させて第２の弁体を開弁させ、燃料流通通路の連通先を低圧燃料返戻通路から高圧燃料供給通路に切替えるときには第１の弁体が閉弁していて第２の弁体が開弁している状態のもとで第２の圧力制御室内の燃料圧を第２の弁体の閉弁圧以上まで上昇させて第２の弁体を閉弁させた後に第１の圧力制御室内の燃料圧を第１の弁体の開弁圧以上まで上昇させて第１の弁体を開弁させるようにした請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 第１の圧力制御室が第１の弁体内に形成された燃料通路および絞りを介して第２の圧力制御室に連結され、第２の圧力制御室が第２の弁体内に形成された燃料通路および絞りを介して高圧燃料供給通路に連結され、第１の圧力制御室内の燃料を溢流させる溢流制御弁を具備しており、該溢流制御弁を開閉制御することにより第１の圧力制御室内の燃料圧および第２の圧力制御室内の燃料圧を制御するようにした請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 第１の弁体と第２の弁体とを共通の軸線上に配置すると共に第１の弁体の内端部と第２の弁体の内端部とを相対移動可能に嵌合させ、第２の弁体の外端部に圧力制御室を形成して該圧力制御室内の燃料圧を第１の弁体の内端部および第２の弁体の外端部に夫々軸線方向に向けて作用させ、高圧燃料供給通路内の燃料圧を第１の弁体の外端部および第２の弁体の内端部に夫々軸線方向に向けて作用させ、燃料流通通路の連通先を高圧燃料供給通路から低圧燃料返戻通路に切替えるときには第１の弁体が開弁していて第２の弁体が閉弁している状態のもとで圧力制御室内の燃料圧を徐々に低下させて第１の弁体を閉弁させた後に第２の弁体を開弁させ、燃料流通通路の連通先を低圧燃料返戻通路から高圧燃料供給通路に切替えるときには第１の弁体が閉弁していて第２の弁体が開弁している状態のもとで圧力制御室内の燃料圧を徐々に増大させて第２の弁体を閉弁させた後に第１の弁体を開弁させるようにした請求項１に記載の燃料噴射装置。
5. 第２の弁体の外端部に対して作用する圧力制御室内の燃料圧の有効作用面積から第２の弁体の内端部に対して作用する高圧燃料供給通路内の燃料圧の有効作用面積を差引いた有効作用面積差が、第１の弁体の内端部に対して作用する圧力制御室内の燃料圧の有効作用面積から第１の弁体の外端部に対して作用する高圧燃料供給通路内の燃料圧の有効作用面積を差引いた有効作用面積差よりも大きく形成されており、圧力制御室が絞りを介して高圧燃料供給通路内に連結されると共に圧力制御室内の燃料を溢流させる溢流制御弁を具備しており、該溢流制御弁を開閉制御することにより圧力制御室内の燃料圧を制御するようにした請求項４に記載の燃料噴射装置。
6. 上記圧力制御室内に連通しておりかつ上記共通の軸線周りにおいて環状をなす環状溝を第２の弁体内に形成し、中空円筒状をなす第１の弁体が第２の弁体の内端部側から該環状溝内に摺動可能に嵌入され、第１の弁体の中空部内に高圧燃料供給通路内の燃料が導びかれると共にこの燃料の燃料圧が第２の弁体の内端部に作用する請求項５に記載の燃料噴射装置。
7. 上記環状溝により包囲された第２の弁体の円柱状部分を第２の弁体のその他の部分と別体に形成した請求項６に記載の燃料噴射装置。
8. 上記圧力制御室内に連通しておりかつ上記共通の軸線上を延びる円筒孔を第２の弁体内に形成し、第１の弁体が第２の弁体側に延びる弁軸を具備すると共に該弁軸が上記円筒孔内に摺動可能に嵌入され、第１の弁体と第２の弁体間に第２の弁体を第１の弁体から引離す方向に作用するばね部材を配置し、圧力制御室が絞りを介して高圧燃料供給通路内に連結されると共に圧力制御室内の燃料を溢流させる溢流制御弁を具備しており、該溢流制御弁を開閉制御することにより圧力制御室内の燃料圧を制御するようにした請求項４に記載の燃料噴射装置。

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