JP2006144704A - 内燃機関用燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１つのアクチュエータによって駆動される制御弁５により、増圧器３の増圧動作とノズル４の噴射動作とを高精度に制御でき、且つ、アクチュエータを１つにしたことによる制御自由度の低下を防止できる内燃機関用燃料噴射装置１を提供する。
【解決手段】制御弁５は、燃料通路１５によって増圧器３の制御室１１に接続され、往復通路によってノズル４の背圧室２４に接続されている。往復通路は、制御弁５とノズル４との間を並列に接続する２本の燃料通路２９、３０によって形成され、一方の燃料通路２９には、背圧室２４から制御弁５に向かう燃料の流れを阻止する逆止弁３１が設けられ、他方の燃料通路３０には、絞り３２と油圧弁３３が設けられている。これにより、ノズル４の開弁特性および閉弁特性を各々独立に設定できるので、内燃機関の運転状態に応じて噴射率パターンを最適化できる。
【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「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と共に、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、アクチュエータが少なくとも２個必要になる等、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９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、１つのアクチュエータによって駆動される制御弁１００を有し、この制御弁１００と増圧器１１０およびノズル１２０とが、それぞれ燃料通路１３０、１４０によって接続され、更に、燃料通路１５０を介して蓄圧器１６０に接続されている。 制御弁１００は、燃料通路１３０、１４０に接続される油圧ポート１０１と、低圧側のドレン通路１７０に接続される低圧ポート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９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１６０の燃料圧力が増圧器１１０の制御室１１１およびノズル１２０の背圧室１２１に供給される。このとき、増圧器１１０では、内蔵する油圧ピストン１１２に対し、上下両側の油圧がバランスするため、蓄圧器１６０から燃料通路１８０を通って加圧室１１３に供給された燃料が増圧されることはない。一方、ノズル１２０では、背圧室１２１の燃料圧力を受けて、内蔵するニードル（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１２１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ノズル１２０に供給される。また、ノズル１２０では、背圧室１２１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およびノズル１２０の背圧室１２１が常時蓄圧器１６０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、制御室１１１および背圧室１２１は、それぞれ蓄圧器１６０に常時連通している。このため、各燃料通路１３０、１４０、１５０にそれぞれ絞り１９０、２００、２１０が設けられているが、この３個の絞り１９０〜２１０を用いても、各絞り１９０〜２１０が互いに影響を及ぼすため、増圧器１１０の作動およびノズル１２０の作動を最適に制御することは困難である。

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、１つのアクチュエータによって駆動される制御弁により、増圧器の増圧動作とノズルの噴射動作とを高精度に制御でき、アクチュエータを１つにしたことによる制御自由度の低下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）
本発明は、蓄圧器の燃料圧力を制御室および背圧室に供給するための燃料通路と、制御室および背圧室の燃料圧力を低圧側に開放するための燃料通路とを有する油圧回路と、一つの二位置アクチュエータによって駆動される弁体を内蔵し、この弁体により、蓄圧器に通じる高圧側と燃料タンクに通じる低圧側との何方か一方を選択的に切り替えて油圧回路と接続することにより、増圧器および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、油圧回路には、制御弁とノズルの背圧室との間を並列に接続する２本の燃料通路が設けられて、一方の燃料通路には、制御弁から背圧室に向かう燃料の流れを許容し、その逆流を阻止する逆止弁が設けられ、他方の燃料通路には、背圧室から制御弁に向かう燃料の流れを許容し、その逆流を阻止する逆止弁あるいは油圧弁が設けられていることを特徴とする。

上記の構成によれば、蓄圧器の燃料圧力がノズルの背圧室に供給される時は、一方の燃料通路に燃料が流れ、背圧室の燃料圧力が低圧側に開放される時は、他方の燃料通路に燃料が流れる。すなわち、背圧室に燃料圧力が供給される時と、背圧室の燃料圧力が開放される時とで、異なる燃料通路に燃料が流れるので、背圧室の圧力上昇に伴うニードルの閉弁速度と、背圧室の圧力開放に伴うニードルの開弁速度とを、それぞれ独立に設定でき、噴射率パターンを変更できる。

（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、制御弁は、油圧回路に接続される切替ポートと、蓄圧器に通じる入力ポートと、低圧側のドレン通路に接続され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油圧供給モードと、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油圧開放モードとを選択的に切り替える二位置三方弁であることを特徴とする。

上記の構成によれば、切替ポートは、入力ポートと低圧ポートの何方か一方と選択的に連通し、両ポート（入力ポートおよび低圧ポート）と同時に連通することはない。従って、蓄圧器と増圧器の制御室およびノズルの背圧室とが常時連通することはなく、油圧開放モードが選択された時、つまり、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、蓄圧器に通じる入力ポートは、切替ポートおよび低圧ポートとの間が弁体によって遮断されている。これにより、油圧開放モードが選択された時に、蓄圧器の燃料が低圧側に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３の発明）
請求項１または２に記載した内燃機関用燃料噴射装置において、油圧弁は、他方の燃料通路を閉じる閉弁モードと、他方の燃料通路を開く開弁モードとの何方か一方に切り替えられる二位置二方弁であることを特徴とする。
本発明の油圧弁は、他方の燃料通路を開閉するだけであり、燃料の流れ方向を切り替える必要がないので、簡易な二位置二方弁として構成することができ、安価に製造できる。

（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、油圧弁は、制御弁によって低圧側または高圧側に切り替えられる燃料圧力が導入され、この燃料圧力と、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。
制御弁が油圧回路を高圧側に接続する（請求項２に記載した油圧供給モードに設定される）と、油圧弁に高圧が導入されるため、蓄圧器の燃料圧力との差圧が小さく、または等しくなって、油圧弁が閉弁する。一方、制御弁が油圧回路を低圧側に接続する（請求項２に記載した油圧開放モードに設定される）と、油圧弁に低圧が導入されるため、蓄圧器の燃料圧力との差圧が大きくなって、油圧弁が開弁する。

（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、制御室の燃料圧力が制御弁により直接制御されて作動する増圧器の作動に対して、背圧室の燃料圧力が油圧弁を介して間接的に制御されて作動するノズルの作動に遅れが生じるように油圧弁の開弁圧が設定されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、油圧弁が開弁するタイミングを遅らせることができる。つまり、制御室の燃料圧力が制御弁により直接制御され、背圧室の燃料圧力が油圧弁を介して間接的に制御されるため、油圧弁の開弁タイミングが遅れる分だけ、増圧器の作動に対してノズルの作動（噴射開始時期）に遅れが生じる。この場合、増圧器により増圧が進行した状態で噴射が行われるので、噴射の初期から超高圧の噴射を実現できる。

（請求項６の発明）
本発明は、蓄圧器の燃料圧力を制御室および背圧室に供給するための燃料通路と、制御室および背圧室の燃料圧力を低圧側に開放するための燃料通路とを有する油圧回路と、一つの二位置アクチュエータによって駆動される弁体を内蔵し、この弁体により、蓄圧器に通じる高圧側と燃料タンクに通じる低圧側との何方か一方を選択的に切り替えて油圧回路と接続することにより、増圧器および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、油圧回路には、制御弁とノズルの背圧室との間を並列に接続する２本の燃料通路が設けられ、一方の燃料通路のみ燃料の流れ方向を一方向に許容する逆止弁が設けられていることを特徴とする。

上記の構成によれば、一方の燃料通路のみ逆止弁を設けている（他方の燃料通路には逆止弁が設けられていない）ので、蓄圧器の燃料圧力がノズルの背圧室に供給される時、つまり、制御弁から背圧室に向かって燃料が流れる場合と、背圧室の燃料圧力が低圧側に開放される時、つまり、背圧室から制御弁に向かって燃料が流れる場合とで、両者の流量に差を持たせることが可能である。その結果、背圧室に燃料圧力が供給される時と、背圧室の燃料圧力が開放される時とで、背圧室の圧力上昇に伴うニードルの閉弁速度と、背圧室の圧力開放に伴うニードルの開弁速度とを、それぞれ独立に設定でき、噴射率パターンの変更が可能である。

（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、２本の燃料通路には、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絞りが設けられ、この絞りの値により、ニードルの移動速度が可変設定されることを特徴とする。
一方の燃料通路に絞りを設けることで、その絞りの値に応じてニードルの閉弁速度を可変設定できる。また、他方の燃料通路に絞りを設けることで、その絞りの値に応じてニードルの開弁速度を可変設定できる。従って、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絞りを設けることにより、ノズルの噴射特性を最適に設定できる。

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採用されるもので、図１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ノズル４と、増圧器３の作動およびノズル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、ノズル４、および制御弁５等は、図５に示す様に、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、絞り１４を有する燃料通路１５（本発明の油圧回路の一部）を介して制御弁５の切替ポート１６（後述する）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１７が配設されている。

加圧室１２は、逆止弁１８を有する燃料通路１９を介して前記燃料配管７に接続されると共に、燃料通路２０を通じてノズル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１８は、燃料通路１９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）を阻止する。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２０を介してノズル４の油溜まり４ａにも供給される。

ノズル４は、図５に示す様に、先端部に噴孔２１が形成されたノズルボディ２２と、このノズルボディ２２の内部に収容されるニードル２３と、このニードル２３の図示上部に背圧室２４を形成するノズルホルダ２５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２６によりボディ９に固定されている。
ノズルボディ２２には、ニードル２３の周囲に環状の燃料通路２７が形成され、この燃料通路２７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２７と噴孔２１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２４は、本発明の油圧回路の一部を形成する往復通路（後述する）を介して制御弁５の切替ポート１６に接続され、この制御弁５によって背圧室２４の燃料圧力が制御される。
ニードル２３は、蓄圧器２の燃料圧力が背圧室２４に供給されると、その蓄圧器２の燃料圧力と背圧室２４に配設されたスプリング２８（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２３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２７と噴孔２１との間を遮断する。一方、制御弁５を介して背圧室２４の燃料圧力が開放されると、ニードル２３がリフトして燃料通路２７と噴孔２１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２７を通って噴孔２１より噴射される。

往復通路は、図１に示す様に、制御弁５の切替ポート１６とノズル４の背圧室２４との間を並列に接続する２本の燃料通路２９、３０によって形成される。一方の燃料通路２９には、制御弁５から背圧室２４へ向かう燃料の流れを許容し、その逆流を阻止する逆止弁３１が設けられ、他方の燃料通路３０には、絞り３２と油圧弁３３（下述する）が設けられている。なお、２本の燃料通路２９、３０は、制御弁５の切替ポート１６に接続される一端から背圧室２４に接続される他端までの通路全長を完全に独立して設けることもできるが、図１に示す様に、両通路２９、３０の一端側および他端側を共通に設けることもできる。

油圧弁３３は、図２に示す様に、バルブ室３３ａと、このバルブ室３３ａに収容される弁体３３ｂと、この弁体３３ｂを付勢するスプリング３３ｃ等より構成される。
バルブ室３３ａには、ノズル４の背圧室２４に連通する入口側ポート３４と、制御弁５の切替ポート１６に連通する出口側ポート３５とが設けられている。
弁体３３ｂは、入口側ポート３４と出口側ポート３５との間を遮断する閉弁モード（図１、図２、図３、図５に示す位置）と、入口側ポート３４と出口側ポート３５との間を連通する開弁モード（図４に示す位置）とを切り替えることができる。
スプリング３３ｃは、バルブ室３３ａの図示下方に凹設された作動室３３ｄに収容されて、弁体３３ｂを閉弁方向（図２の上向き）へ付勢している。

この油圧弁３３には、蓄圧器２に通じる燃料通路３６を介して蓄圧器２の燃料圧力が常時導入され、その燃料圧力が弁体３３ｂを開弁方向（図２の下向き）に付勢している。一方、作動室３３ｄには、制御弁５の切替ポート１６に接続される圧力導入路３７（図１参照）を介して制御弁５の作動モードに応じた燃料圧力が導入される。すなわち、制御弁５が油圧供給モードに設定されると、蓄圧器２の燃料圧力が圧力導入路３７を介して作動室３３ｄに導入され、弁体３３ｂを開弁方向へ付勢する力と、弁体３３ｂを閉弁方向へ付勢する力との差が小さく、あるいは等しくなるため、スプリング３３ｃの反力により弁体３３ｂが閉弁方向に付勢されて閉弁モードが設定される。

また、制御弁５が油圧開放モードに設定されると、作動室３３ｄが低圧側に通じることで、弁体３３ｂに掛かる差圧が大きくなる（弁体３３ｂを開弁方向へ付勢する力の方が閉弁方向へ付勢する力より大きい）ため、スプリング３３ｃの反力に抗して、弁体３３ｂが開弁方向に付勢されて開弁モードが設定される。すなわち、この油圧弁３３は、作動モードに応じて燃料通路３０を開閉する二位置二方弁として構成されている。
但し、実施例１では、制御弁５が油圧供給モードから油圧開放モードに切り替わった時に、油圧弁３３が閉弁モードから開弁モードに切り替わるタイミングに遅れが生じる様に、圧力導入路３７に絞り３８（図１参照）が設けられ、その絞り３８によって遅れ時間が設定されている。

制御弁５は、図５に示す様に、ボディ３９に形成されたバルブ室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４０とを有し、前記ボディ９の上部に配置されて、リテーナ４１によりボディ９に固定されている。 バルブ室５ａには、図２に示す様に、燃料配管７に接続される燃料通路４２を介して蓄圧器２の燃料圧力が供給される入力ポート４３と、ドレン通路４４を介して燃料タンク４５に通じる低圧ポート４６と、前記往復通路（燃料通路２９、３０）を介してノズル４の背圧室２４に接続される第１の切替ポートと、燃料通路１５を介して増圧器３の制御室１１に接続される第２の切替ポートとが設けられている。以下、第１の切替ポートと第２の切替ポートを前述の切替ポート１６として説明する。

弁体５ｂは、低圧ポート４６と切替ポート１６との間を遮断して、入力ポート４３と切替ポート１６との間を連通する油圧供給モード（図１、図２および図５に示す位置）と、入力ポート４３と切替ポート１６との間を遮断して、低圧ポート４６と切替ポート１６との間を連通する油圧開放モード（図３、図４に示す位置）とを切り替えることができる。すなわち、この制御弁５は、作動モードに応じて燃料の流れ方向を切り替える二位置三方弁として構成されている。

アクチュエータ４０は、図２に示す様に、弁体５ｂに連結される円板状のアーマチャ４７と、車両に搭載される電子制御装置（以下ＥＣＵ４８と呼ぶ）により通電制御される電磁コイル４９と、アーマチャ４７を図示下方へ付勢する戻りバネ５０等より構成される。このアクチュエータ４０は、電磁コイル４９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４７が吸引され、戻りバネ５０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４９への通電が停止すると、磁力の消滅により、戻りバネ５０の反力でアーマチャ４７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４７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４９が通電されると、磁力を受けてアーマチャ４７が図示下方へ移動するが、図２ではアーマチャ４７が図示上方へ移動する様に示されている。

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４０の電磁コイル４９がＯＦＦ状態の時は、図２に示す様に、制御弁５が油圧供給モードに設定される。この油圧供給モードでは、切替ポート１６と低圧ポート４６との間が遮断され、入力ポート４３と切替ポート１６とが連通するため、切替ポート１６に蓄圧器２の燃料圧力が供給される。また、油圧弁３３は、圧力導入路３７を介して蓄圧器２の燃料圧力が作動室３３ｄに導入されるため、閉弁モードとなる。

これにより、蓄圧器２の燃料圧力が燃料通路１５を介して増圧器３の制御室１１に供給されると共に、逆止弁３１を有する一方の燃料通路２９を介してノズル４の背圧室２４にも供給される。この時、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１７（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、ノズル４の背圧室２４が蓄圧器２と同じ燃料圧力になっているので、ニードル２３がリフトすることはなく、ノズル４内の燃料通路２７と噴孔２１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、ＥＣＵ４８よりアクチュエータ４０に駆動信号が出力され、電磁コイル４９に通電されると、図３に示す様に、制御弁５が油圧供給モードから油圧開放モードに切り替わる。これにより、増圧器３の制御室１１がドレン通路４４に連通するため、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、油圧ピストン８が駆動室１０の燃料圧力に押圧されて、図示下方へ押し下げられる。

この油圧ピストン８の増圧移動に伴い、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。ここで、制御弁５が油圧開放モードに切り替わっても、制御弁５の切替ポート１６に通じる制御室１１の圧力が所定の圧力に低下するまでは、油圧弁３３が閉弁モードを維持している。従って、油圧弁３３が開弁モードに切り替わるまでは、ノズル４の背圧室２４から燃料が流出することはなく、ノズル４から噴射されることはない。

その後、制御室１１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、圧力導入路３７の絞り３８によって設定される遅れ時間を経て、油圧弁３３が閉弁モードから開弁モードに切り替わる（図４参照）。これにより、ノズル４の背圧室２４がドレン通路４４に連通して、背圧室２４の燃料圧力が低圧側に開放されるため、ニードル２３がリフトして、油溜まり４ａに供給される燃料（増圧器３で増圧された超高圧の燃料）が噴孔２１より噴射される。

この後、所定のタイミング（例えば、所定の噴射量になった時点）で電磁コイル４９への通電を停止すると、制御弁５が油圧開放モードから油圧供給モードに切り替わるため、蓄圧器２の燃料圧力がノズル４の背圧室２４および増圧器３の制御室１１に供給される。これにより、ノズル４では、背圧室２４の燃料圧力が上昇してニードル２３が押し戻されることにより、噴射が終了する。また、増圧器３では、制御室１１の圧力上昇により、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。

（実施例１の効果）
実施例１に記載した燃料噴射装置１は、制御弁５の切替ポート１６とノズル４の背圧室２４との間が２本の燃料通路２９、３０によって並列に接続されており、背圧室２４の圧力を開放する場合と、加圧する場合とで、異なる通路を使用することができる。つまり、背圧室２４に圧力を加える時は、逆止弁３１が設けられた一方の燃料通路２９を通って蓄圧器２の燃料圧力を背圧室２４に供給することができ、背圧室２４の圧力を開放する時は、油圧弁３３が設けられた他方の燃料通路３０を通って背圧室２４から低圧側に圧力を開放することができる。

上記の構成によれば、背圧室２４の圧力開放速度によって噴射開始時のニードル２３の開弁速度を変えることができる。あるいは、背圧室２４の加圧速度によって噴射終了時のニードル２３の閉弁速度を変えることができる。更に、油圧弁３３の作動室３３ｄに通じる圧力導入路３７に絞り３８を設けているので、油圧弁３３が閉弁モードから開弁モードに切り替わるタイミングを遅らせることができる。その結果、図６の破線で示す様に、ニードル２３の作動（背圧開放時期）に遅れを与えることができる。

上記の様に、ニードル２３の開弁速度、ニードル２３の閉弁速度、およびノズル４の背圧開放時期を変えることにより、噴射率パターンの最適化が可能となる。特に、噴射の初期を高圧にでき、その圧力を油圧弁３３の遅れ時間によって変えることができる。この噴射率パターンの最適化は、良く知られている様に、内燃機関の出力向上に効果的である。また、ニードル２３の閉弁速度が変えられることで、噴射終了をよりシャープにできる等の設定が、他の特性に影響することなく可能になる。さらに、噴射終了時は、油圧弁３３の遅れとは無関係に燃料通路２９を通ってノズル４の背圧を上げることができるため、確実でシャープな閉弁が可能となる。

また、実施例１の燃料噴射装置１では、制御弁５の作動モードを切り替える時に発生する僅かなスイッチングリーク以外、燃料の垂れ流しが発生しないため、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。
更に、制御弁５の切替ポート１６とノズル４の背圧室２４とを２本の燃料通路２９、３０で並列に接続し、噴射終了時は、油圧弁３３の遅れとは無関係に燃料通路２９を通ってノズル４の背圧を上げることができるため、増圧行程の終了を噴射終了と同時にできる。このため、増圧器３を無駄に作動させる必要がなく、駆動エネルギーの浪費を無くすことができる。

この実施例１に記載した燃料噴射装置１では、二位置アクチュエータ４０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により、エネルギーロスのない超高圧噴射を実現できると共に、低圧、超高圧の噴射開始等による、デルタ型、矩形型等の各種の噴射パターンを実現できる。

（変形例）
実施例１では、圧力導入路３７に絞り３８を設けて、油圧弁３３が閉弁モードから開弁モードに切り替わるタイミングを遅らせることで、ノズル４の作動（背圧開放時期）に遅れを与えているが、絞り３８を設ける代わりに、油圧弁３３の作動圧力を適宜に設定することで遅れ時間を調整することも可能である。例えば、油圧弁３３の弁体３３ｂを付勢するスプリング３３ｃの荷重によって遅れ時間を設定することもできる。あるいは、圧力導入路３７に設けられた絞り３８の効果と、油圧弁３３の作動圧力との協働により、油圧弁３３が作動するタイミングを遅らせることもできる。

また、実施例１では、他方の燃料通路３０に絞り３２を設けているが、一方の燃料通路２９に絞り３２を設けても良い、あるいは、両方の燃料通路２９、３０にそれぞれ絞り３２を設けても良い。
更に、実施例１に記載した逆止弁３１および油圧弁３３によって規制される燃料の流れ方向をそれぞれ反対方向に設定することも可能である。つまり、逆止弁３１は、ノズル４の背圧室２４から制御弁５に向かう燃料の流れを許容し、その逆流を阻止する様に構成され、油圧弁３３は、制御弁５が油圧供給モードに設定された時に開弁モードとなり、制御弁５が油圧開放モードに設定された時に閉弁モードとなる様に構成することもできる。

図７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、実施例１に示した油圧弁３３に替えて逆止弁５１を設けた点が実施例１とは異なる。
一方の燃料通路２９には、実施例１と同じく、制御弁５からノズル４の背圧室２４に向かう燃料の流れを許容し、その逆流を阻止する逆止弁３１が設けられ、他方の燃料通路３０には、ノズル４の背圧室２４から制御弁５に向かう燃料の流れを許容し、その逆流を阻止する逆止弁５１が設けられる。

この構成においても、実施例１と同様に、背圧室２４の圧力開放速度によって噴射開始時のニードル２３の開弁速度を変えることができ、背圧室２４の加圧速度によって噴射終了時のニードル２３の閉弁速度を変えることができるので、内燃機関の運転状態に応じて噴射率パターンの最適化が可能となる。
また、制御弁５が油圧供給モードから油圧開放モードに切り替わった時に、逆止弁５１が開弁するタイミングに遅れが生じる様に逆止弁５１の開弁圧を設定することで、ニードル２３の作動（背圧開放時期）に遅れを与えることも可能である。
この実施例２に示す燃料噴射装置１は、実施例１の油圧弁３３に替えて逆止弁５１を設けることで、実施例１より油圧回路を簡易に構成でき、安価なシステムを提供できる。

図８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は、図８に示す様に、制御弁５の切替ポート１６とノズル４の背圧室２４との間を接続する２本の燃料通路２９、３０のうち、一方の燃料通路２９（または他方の燃料通路３０）にのみ逆止弁３１を設けた一例である。
上記の構成によれば、蓄圧器２の燃料圧力がノズル４の背圧室２４に供給される時、つまり、制御弁５から背圧室２４に向かって燃料が流れる場合と、背圧室２４の燃料圧力が低圧側に開放される時、つまり、背圧室２４から制御弁５に向かって燃料が流れる場合とで、両者の流量に差を持たせることが可能である。その結果、背圧室２４に燃料圧力が供給される時と、背圧室２４の燃料圧力が開放される時とで、背圧室２４の圧力上昇に伴うニードル２３の閉弁速度と、背圧室２４の圧力開放に伴うニードル２３の開弁速度とを、それぞれ独立に設定でき、噴射率パターンの変更が可能である。
また、本実施例の構成では、燃料噴射弁６（図５参照）を小型化でき、より安価なシステムを実現できる。

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）。 燃料噴射装置の油圧回路図である（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 ノズル
５ 制御弁
５ｂ 弁体（制御弁）
８ 油圧ピストン
１１ 増圧器の制御室
１５ 燃料通路（油圧回路）
１６ 切替ポート（制御弁）
２３ ニードル
２４ ノズルの背圧室
２９ 一方の燃料通路（油圧回路）
３０ 他方の燃料通路（油圧回路）
３１ 逆止弁 ３２ 絞り
３３ 油圧弁
３３ｂ 弁体（油圧弁）
４０ 二位置アクチュエータ
４３ 入力ポート（制御弁）
４５ 燃料タンク
４６ 低圧ポート（制御弁）

Claims (7)

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を有すると共に、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を有し、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を有すると共に、この背圧室の油圧の増減に応じて可動するニードルを有し、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よって噴射するノズルと、
   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ための燃料通路と、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ための燃料通路とを有する油圧回路と、
   ｅ）一つの二位置アクチュエータによって駆動される弁体を内蔵し、この弁体により、前記蓄圧器に通じる高圧側と燃料タンクに通じる低圧側との何方か一方を選択的に切り替えて前記油圧回路と接続することにより、前記増圧器および前記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、
   前記油圧回路には、前記制御弁と前記ノズルの背圧室との間を並列に接続する２本の燃料通路が設けられて、一方の燃料通路には、前記制御弁から前記背圧室に向かう燃料の流れを許容し、その逆流を阻止する逆止弁が設けられ、他方の燃料通路には、前記背圧室から前記制御弁に向かう燃料の流れを許容し、その逆流を阻止する逆止弁あるいは油圧弁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。
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、
   前記制御弁は、前記油圧回路に接続される切替ポートと、前記蓄圧器に通じる入力ポートと、低圧側のドレン通路に接続され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油圧供給モードと、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油圧開放モードとを選択的に切り替え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。
3. 請求項１または２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、前記他方の燃料通路を閉じる閉弁モードと、前記他方の燃料通路を開く開弁モードとの何方か一方に切り替えら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。
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、
   前記油圧弁は、前記制御弁によって低圧側または高圧側に切り替えられる燃料圧力が導入され、この燃料圧力と、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。
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、
   前記制御室の燃料圧力が前記制御弁により直接制御されて作動する前記増圧器の作動に対して、前記背圧室の燃料圧力が前記油圧弁を介して間接的に制御されて作動する前記ノズルの作動に遅れが生じるように前記油圧弁の開弁圧が設定されていることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
6. 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を有すると共に、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を有し、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を有すると共に、この背圧室の油圧の増減に応じて可動するニードルを有し、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よって噴射するノズルと、
   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ための燃料通路と、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ための燃料通路とを有する油圧回路と、
   ｅ）一つの二位置アクチュエータによって駆動される弁体を内蔵し、この弁体により、前記蓄圧器に通じる高圧側と燃料タンクに通じる低圧側との何方か一方を選択的に切り替えて前記油圧回路と接続することにより、前記増圧器および前記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、
   前記油圧回路には、前記制御弁と前記ノズルの背圧室との間を並列に接続する２本の燃料通路が設けられ、一方の燃料通路のみ燃料の流れ方向を一方向に許容する逆止弁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。
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２本の燃料通路には、前記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絞りが設けられ、この絞りの値により、前記ニードルの移動速度が可変設定されることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
   

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