JP2007154797A - 燃料噴射装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】液体燃料と気体燃料とを内燃機関の筒内に噴射する燃料噴射装置を提供すること。
【解決手段】本発明の燃料噴射装置は、加圧された気体燃料と加圧された液体燃料とを間欠噴射するインジェクタ１と、気体燃料を加圧するための第一の高圧蓄圧源２０６をもつ気体燃料供給手段と、液体燃料を加圧するための第二の高圧蓄圧源２１０をもつ液体燃料供給手段と、第二の高圧蓄圧源に液体燃料を圧送する圧送手段２０２と、第一の高圧蓄圧源により加圧された気体燃料の圧力により動作し、圧送手段から圧送される液体燃料を増圧する増圧手段２０５と、を備えることを特徴とする。本発明の燃料噴射装置は、液体燃料を加圧して第二の高圧蓄圧源に圧送する際に、気体燃料の圧力を利用し液体燃料を圧送することから、液体燃料を圧送する圧送手段を簡略にすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体燃料と気体燃料とを内燃機関の筒内に噴射する燃料噴射装置に関する。
近年、自動車のエンジンなどにおいては、排気ガスの清浄さとＣＯ2の排出量を低減することが重視されている。従来のエンジンの化石液体燃料の燃焼ではこれらの要求の達成には限界があり、化石燃料でも天然ガス、石油ガス、さらには水素ガスを燃料とする気体燃料を燃焼する気体燃焼機関が実用化或いは開発されている。
従来の気体燃料はその潤滑性の低さから、筒内直噴機関では十分な耐久性を確保できなかった。具体的には、インジェクタ、ノズルの摺動部分の摩耗と焼き付き、弁座部の摩耗による燃料の気密性不良という問題が発生していた。また。圧縮着火機関では、セタン価の低い水素、圧縮天然ガスなどの燃料は着火性が悪く、安定した運転が出来ないという問題があった。
このような問題を解決するための方法が、たとえば特許文献１〜３が開示されている。
特許文献１には、気体燃料と液体燃料を機関運転条件に応じて噴射制御することで、運転性を向上させて出カ増加、排気ガス低減を図っている。しかしながら、気体撚料を主燃料とする機関としては液体燃料による運転領域が多く大型燃料タンクを２台もつ必要があり、かつ燃料噴射弁と供給回路が気体と液体の２系統が必要となる欠点があった。
特許文献２には、インジェクタを駆動する作動油とは別にシール油をインジェクタに導入してニードル摺動部の潤滑性を確保する構成が開示されている。しかしながら、構成が複雑になる欠点と、常時シール油圧がニードルシール溝に負荷されて、作動油と気体燃料へ漏れ続けるという欠点があった。
特許文献３には、作動油を潤滑油としても使用する点が特許文献２より構成が簡素化していて、作動油と気体燃料がシール油溜まりに溜まり、ニードルの潤滑性を確保する構成が開示されている。しかしながら、シール油溜まりの下部、噴孔側には作動油は気体燃料圧力で入りがたく、ニードル下部の潤滑性が確保できないという問題があった。
さらに、特許文献２〜３のいずれも摺動部だけの潤滑性を確保しているが、弁座部の摩耗低減と着火性確保の微小液体燃料噴射はできない欠点があった。気体燃料は漏れやすく、金属面の密着部のあるインジェクタからの漏れが燃料回路外へ漏れる懸念があり、漏れる気体燃料についての対応について構成機能が付与されていないという欠点もあった。
特開２００３−２３２２３４号公報 実開昭６３−４３６５号公報 実開平１−８８０５４号公報
本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、液体燃料と気体燃料とを内燃機関の筒内に噴射する燃料噴射装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するための本発明者らは燃料噴射機関について検討を重ねた結果、本発明をなすに至った。
請求項１に記載の本発明の燃料噴射装置は、加圧された気体燃料と加圧された液体燃料とを間欠噴射するインジェクタと、気体燃料を加圧するための第一の高圧蓄圧源をもつ気体燃料供給手段と、液体燃料を加圧するための第二の高圧蓄圧源をもつ液体燃料供給手段と、第二の高圧蓄圧源に液体燃料を圧送する圧送手段と、第一の高圧蓄圧源により加圧された気体燃料の圧力により動作し、圧送手段から圧送される液体燃料を増圧する増圧手段と、を備えることを特徴とする。
本発明の燃料噴射装置は、液体燃料を加圧して第二の高圧蓄圧源に圧送する際に、気体燃料の圧力を利用し液体燃料を圧送することから、液体燃料を圧送する圧送手段を簡略にすることができる。
請求項２に記載の燃料噴射装置は、請求項１に記載の燃料噴射装置において、燃料噴射装置は、内燃機関に組み付けられ、液体燃料の圧力が内燃機関の運転条件により決定する。制御室にコモンレールから供給される高圧力の液体燃料を開閉制御して、液体燃料の圧力でノズルのニードルを閉弁駆動し、開弁は気体燃料の圧力で行う方式のインジェクタにおいて、液体燃料の圧力を増大させると、気体燃料噴射時に、ニードルを上昇させる時間を遅くできる為、気体燃料の噴射率を小さ＜できる。逆に、液体燃料の圧力を下げると気体燃料噴射時に、ニードルを上昇させる時間を早くできる為、気体燃料の噴射率を大きくできる。従って、運転条件によって、コモンレール圧を変えることで噴射率制御に幅を持たせることができる。
請求項３に記載の燃料噴射装置は、請求項２に記載の燃料噴射装置において、増圧手段は、シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、をもち、ピストンの往復動の双方向のストロークにより増圧作用を生じさせる。これにより、ストローク毎に液体燃料の増圧手段内への取り込みと、第二の高圧蓄圧源への圧送が同時に行われる為、少ないストローク回数で効率的に液体燃料の圧送が可能となる。
請求項４に記載の燃料噴射装置は、請求項２に記載の燃料噴射装置において、増圧手段は、シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、をもち、ピストンの往復動の一方向のストロークにより増圧作用を生じさせる。これにより、増圧手段の構造を簡素にできる。
請求項５に記載の燃料噴射装置は、請求項１に記載の燃料噴射装置において、増圧手段は、気体燃料を切り替える切り替え弁を備え、切り替え弁が２位置開閉弁である。２位置開閉弁を切り替えて高圧の気体燃料を増圧手段のピストンを挟んで対象な位置にある制御室に交互に入れることにより、ピストンを制御室内で左右にスライドさせ、容易に液体燃料を増圧できる。
請求項６に記載の燃料噴射装置は、請求項１に記載の燃料噴射装置において、増圧手段は、気体燃料を切り替える切り替え弁を備え、切り替え弁が３位置開閉弁である。３位置開閉弁は、増圧手段ヘ圧送している気体燃料を停止させることができ、気体燃料を停止させることで増圧手段の増圧を中断させることができる為、ピストンの往復動（スライド）とピストンの停止という作動をさせることができる。また、増圧手段の増圧スピードを調節することができる。
請求項７に記載の燃料噴射装置は、請求項１に記載の燃料噴射装置において、気体燃料は、インジェクタの噴孔より噴射され、液体燃料は、インジェクタのニードルリフトを制御する制御流体としても機能する。従って、液体燃料を制御流体として使用する為、電動アクチュエータ等で直接ニードルリフトを制御する場合に比較して、高圧の気体燃料を制御できる。
請求項８に記載の燃料噴射装置は、加圧された気体燃料が導入され、気体燃料を間欠噴射するインジェクタをもつ燃料噴射装置であって、隙間部から洩れた気体燃料を回収する回収流路を有し、回収流路が、回収された気体燃料を、インジェクタに導入される気体燃料に混合可能に接続されたことを特徴とする。
請求項８に記載の燃料噴射装置によれば、燃料噴射装置中で気体燃料がその流通経路中のすき間部から漏れだしても回収流路に回収されるため、燃料噴射装置のシステム外に高圧の気体燃料が漏れることを防止できる。また、回収した気体燃料を再びインジェクタから噴射するため、回収された気体燃料を多量に貯留する必要がなくなり、タンクが小型ですむ。これにより、装置の体格の粗大化が抑えられる。また、回収された気体燃料を燃焼させることで、燃費の向上にも役立つ。
以下、具体的な実施例を用いて本発明を説明する。
（実施例１）
本発明の実施例として燃料噴射装置を製造した。本実施例の燃料噴射装置の構成を図１に示した。
本実施例の燃料噴射装置は、軽油などの液体燃料と水素などの気体燃料をインジェクタ１に圧送し、インジェクタ１から噴射する。本実施例の燃料噴射装置の構成を燃料の経路とともに説明する。
まず、軽油などの液体燃料をインジェクタ１に圧送する経路について説明する。
インジェクタ１から噴射される軽油（液体燃料）は、液体燃料タンク２０１に貯留される。軽油は、液体燃料タンク２０１からフィードポンプ２０２で汲み出され、配管２０３を通り、フィルタ２０４で液体燃料に混入した微小なゴミや水分や異物を除去された後、加圧装置（加圧ポンプ）２０５で所定の圧力に増圧される。増圧された軽油は第２蓄圧源（コモンレール）２０６を通り、第２蓄圧源２０６に複数接続されたインジェクタ１に圧送される。また、第２蓄圧源２０６には圧力センサ２０７が搭載され、第２蓄圧源２０６の圧力を常時計測している。圧力測定値はＥＣＵ２０８に送られる。ＥＣＵ２０８は第２蓄圧源２０７の圧力が設定の範囲より低下する場合は加圧装置２０５で液体燃料を増圧し、また、逆に増加する場合は、加圧装置２０５の作動を停止させる。ＥＣＵ２０８はインジェクタ１の駆動装置２１６を駆動する。インジェクタ１を常時駆動する為にインジェクタ１に駆動信号を送ることで、液体燃料はインジェクタ１の噴射弁の開閉作動に常時使用されている。従って、加圧装置２０５を停止させることで第２蓄圧源２０６の圧力は低下する。以上のフィードバック制御により第２蓄圧源２０６の圧力が制御される。更に、第２蓄圧源２０６には安全弁２０９が設けられており所定の圧力を超えると開弁し加圧装置２０５の入り口、または、液体燃料タンク２０へ液体燃料を戻すことで第２蓄圧源２０６に過剰な圧力が加わることを防止している。
つづいて、水素などの気体燃料をインジェクタ１に圧送する経路について説明する。
気体燃料は第１蓄圧源（気体燃料タンク）２１０に蓄圧されている。気体燃料はアキュムレータ２１１を通過しインジェクタに圧送され、所定の条件でエンジン筒内に気体燃料を噴射する。ここでアキュムレータ２１１は水素の脈動を低減する機能を持つ。また、気体燃料は加圧装置２０５にも圧送され、フィードポンプ２０２から圧送されてきた液体燃料を増圧して第２蓄圧源２０６に圧送する為にも使用される。
本実施例において用いられた装置は、上記した動作を行うことができる装置であれば、従来公知の装置を用いることができる。
次に、インジェクタ１について、図２〜５を用いて具体的に説明する。図２に示したインジェクタ１は、制御室１１１に液体コモンレール２０６から供給される高圧力の液体燃料を開閉制御して（例えば軽油）、液体燃料の圧力でノズル１２のニードル１２１を閉弁駆動し、開弁は気体燃料（例えば水素）の圧力で行う。図２に示したインジェクタ１の基本構造と液体駆動部分は、市販された公知の構成をもつ。そして本実施例においては、図３に示した気体燃料を噴射する通路１３１の追加と、液体燃料がノズル１２内のノズルチャンバ１２５へ連通する噴射通路を廃し、ニードル１２１のガイド部１２１１の潤滑用通路１２４に変更し、液体がガイド部１２１１を潤滑するようにしたものである。
インジェクタ１は、インジェクタボデー１４１とチップパッキン１６１と電磁弁１５１及びノズル１２で構成されている。ノズル１２とチップパッキン１６１はリテーニングナット１２３で、電磁弁１５１はナット１５２でそれぞれインジェクタボデー１４１に一体的に締結されている。インジェクタ１のインジェクタボデー１４１には、高圧気体燃料の通路１３１，１３４が形成され、またインジェクタ１の流路断面積の大きなインジェクタチャンバ１３３が高圧気体通路１３１と１３４の間かそれぞれの途中に形成されている。インジェクタチャンバ１３３は容積も大きく数ｃｍ3を擁している。インジェクタ１には、ノズル１２とチップパッキン１６１とインジェクタボデー１４１の密着面からの漏れた気体燃料を回収する通路１３２が形成されている。インジェクタボデー１４１には、制御ピストン１４２が摺動自在に構成されている。制御ピストン１４２の下端はニードル１２１の上端に当接し、上端は制御室１１１に面している。
電磁弁１５１は、制御弁１５３とソレノイド１５４とで構成されている。制御弁１５３はバネにより制御室１１１の出口を閉鎖するように付勢されている。ソレノイド１５４に図示しないコンピュータ（演算手段）からの開弁指令により駆動電流が負荷されると、バネに抗して制御弁１５３を引き上げ制御室１１１の出口を開く。制御弁１５３の開弁により、制御室１１１の高圧燃料は排出される。このとき、高圧通路１１４から制御室１１１に入る高圧燃料を制御する制御室１１１の入り口絞りより、制御室から低圧回収通路１１５出口１１６へと排出を制御する制御室１１１の出口絞りの方が流路面積を大きく設定されていることから、制御弁１５３の開弁で制御室１１１の圧力は低下する。制御室１１１の圧力が低下すると制御ピストン１４２、ニードル１２１を押し下げる力が減少し、高圧気体がニードル１２１を押し上げるカが、バネ１２１２と制御室１１１の低下した液体圧力が押し下げるカの合カより、大きくなり、ニードル１２１を上昇させシート１２８をボデー１２２から高圧気体燃料をサック１２９、噴孔１２７から機関燃焼室に噴射する。
図４に、インジェクタ１に一体的にリテーニングナット１２３によって締結されているノズル１２を拡大して示した。
図４に示したノズル１２は、気体燃料通路１２６ａ，ｂ、液体燃料通路１２４を通る断面で示している。ノズル１２はニードル１２１がノズルボデー１２２に摺動自在に構成されている。ニードル１２１はバネ室１２１１に構成されるバネ１２１２により下方に付勢され、ノズルボデー１２２にニードル１２１のシート部１２８で押接され、気体燃料を密着遮断している。
ノズルボデー１２２には、高圧気体通路であるフィード通路（本実施例では２本の通路）１２６ａ，１２６ｂが形成されている。複数のフィード通路は、ノズルボデー１２２内の気体燃料容積を増加するために必要であり、容積を拡大する内径を確保することが出来るように２本以上の複数本でも構わないのはもちろんである。
ノズルボデー１２２には、フィード通路１２６に連通するノズルチャンバ１２５が形成されている。このノズルチャンバ１２５はノズルボデー１２２の内径１２２２を拡大し、ニードル１２１のステム部１２１２の外径を縮小して、チャンバ１２５内に収容する気体燃料の容積を増大するように形成されている。
ニードル１２１に、燃料通路１２１５が形成され、図５に示したようにニードル１２１の先端に連通孔１２１３，１２１４が開孔している。この燃料通路１２１５は、潤滑用通路１２４にニードル１２１の開弁時に連通するように連通孔１２１６が環状溝１２１７に開口している。環状溝１２１７はニードル１２１が開弁しリフトしたときには潤滑用通路１２４に連通して、潤滑用液体燃料が、通路１２４，環状溝１２１７，連通孔１２１６，燃料通路１２１５，連通孔１２１３，１２１４を介してニードル１２１の先端部に供給される。環状孔１２１７に供給された燃料はニードル１２１とボデー１２２間の摺動部であるニードル１２１のガイド１２２１ａ、ボデー１２２の内径部１２２１ｂを液体潤滑して、摩耗を防止する。
ノズルボデー１２２には、高圧液体通路１２４が形成されてニードル１２１のガイド部１２１１とボデー１２２の摺動部に開口しガイド部１２２１ａ，ｂの潤滑に環状溝１２１７に充満した燃料は、液体燃料圧とノズルチャンバ１２５高圧気体によりガイド部１２２１の上方に押し上げられ、インジェクタボデー１４１内のバネ室１２１１内に漏れていき、低圧回収通路１１５、低圧回収出口１１６から図示しない液体タンクに戻っていく。
ノズルボデー１２２の先端にはボデー１２２とニードル１２１とで構成するサック室１２９があり、ボデー１２２に開口する噴孔１２７に連通し、機関燃焼室に通じている。
連通孔１２１３，１２１４がニードル１２１の先端に開口したことで、ニードル１２１のシート部１２８がボデー１２２に着座するときに衝撃力で摩耗することを防止できる。
連通孔１２１３の役割は、ニードル１２１の開弁時に連通する液体燃料通路１２４と環状溝１２１７、連通孔１２１６，燃料通路１２１５を介して送られてくる液体燃料を、噴射される気体燃料によってニードル１２１表面を伝わりながら搬送し、シート部１２８を液体燃料で潤滑する。この場合、連通孔１２１３の開孔域は気体燃料の流速が低く高圧を維持しているため、シート１２８の表面を液体燃料で濡らす程度を連通孔１２１３から液体燃料を吸い出す。一様にシート１２８を濡らすために環状溝１２１８がニードル１２１の先端、シート１２８の上流に形成されている。この溝１２１８の全周に連通孔１２１３からの液体燃料は広がり、気体燃料により搬送されシート１２８を均一に液体燃料で濡らすことが出来る。この結果、シート１２８の摩耗を防止できる。
次に、連通孔１２１４は図５に示すようにシート１２８の直下流か、直上流に開口している。この領域は、ニードル１２１の閉弁時には気体燃料が高速で通過するため、霧吹きの現象により連通孔１２１４から液体燃料を吸いだして、気体燃料により搬送され霧化して機関燃焼室に気体燃料と共に液体燃料を噴射することになる。このときは、前回噴射で連通孔１２１３から出てシート１２８を濡らしている液体燃料もシート１２８から剥離され、気体燃料と共に機関筒内燃焼室へ噴射される。この筒内に噴射された液体燃料は、筒内の高温高圧に圧縮された空気内で自着火して、着火しにくい気体燃料の着火源となり安定した燃焼を実現する。
本実施例では、ニードル１２１の開弁時に液体燃料がその高圧燃料源から連通して連通路１２１３と１２１４に供給されていて、気体燃料圧力と流速により所定の量が噴射或いは潤滑用に流出する。
機関負荷が大きいときは、ニードル１２１の開弁時間が長くなり、液体燃料の流出量が増加するように設定されている。噴射される液体燃料量は、機関アイドル運転に必要な量以下としている。
そして、図６〜８を用いて、加圧ポンプ機構について説明する。
加圧装置２０５は、図６に示したように、第１制御室３０１、第２制御室３０２、第３制御室３０３、第４制御室３０４と加圧ピストン３０５と加圧制御弁３０６と位置センサ３０７、第１バルブ３０８、第２バルブ３０９、第３バルブ３１０、第４バルブ３１１より構成される。
加圧ピストン３０５は、制御室内を図６の駆動方向に往復動可能な状態で構成されている。フィードポンプ２０２から圧送された液体燃料は第２バルブ３０９を押し開け第１制御室３０１に、第４バルブ３１１を押し開け第２制御室３０２に入る。ここで、気体燃料タンク２１０から圧送された気体燃料が加圧制御弁３０６を通り第３制御室３０３に入る。気体燃料が加圧ピストン３０５のＡ面３１２を押すと加圧ピストン３０５は図６中で左方向（図中の駆動方向）に変移する。加圧ピストン３０５が左方向に変移すると、第２制御室３０２の容積は低減する為、第２制御室３０２内の液体燃料は押し出され第３バルブ３１０を押し開けコモンレール２０６へ圧送される。
一方、第１制御室３０１の容積は増加する為、第１バルブ３０９を通って新たな液体燃料が第１制御室３０１に圧送される。加圧ピストン３０５の位置は位置センサ３０７により検出される為、加圧ピストン３０５が第４制御室３０４の所定の位置までスライドするとＥＣＵ信号により加圧制御弁３０６が図７に示したように切り替わり、気体燃料タンク２１０からの気体燃料は第４制御室３０４に入る。
気体燃料は加圧ピストン３０５のＢ面３１３を押す為、加圧ピストン３０５は右方向にスライドする。加圧ピストン３０５が右方向にスライドすると第１制御室３０１の容積は低減する為、第１制御室３０１内の液体燃料は押し出され第一バルブ３０８を押し開けコモンレール２０６へ圧送される。
以上の動作を繰り返すことで、フィードポンプ２０６からの液体燃料を圧送させることが出来る。
ここで、第３制御室３０３と第４制御室３０４の断面積が第１制御室５０１と第２制御室５０２の断面積より大きいため、コモンレールに圧送される圧力を気体燃料圧より大きくすることが可能となる。
なお、図６〜７に示した加圧制御弁は２位置開閉弁タイプのバルブであるが、図９に示したように３位置開閉弁タイプの加圧制御弁３１４を用いれば、気体燃料の出入りを停止させ、液体燃料の圧送を一時停止させ、圧送スピードを調整することもできる効果を発揮する。
そして、加圧装置２０５を用いたコモンレール圧の制御の一例について図９（ａ）、（ｂ）の判定方法（フローチャート）に従って説明する。
まず、運転条件、目標コモンレール圧力を読み込む。停止信号が入っていなければ、実圧力を読み込み、加圧弁を制御して目標圧になるように制御する。
このとき、（Ｐｃｔ−Ｐｃｉ）の絶対値が△Ｐｃｌの半分以上（｜Ｐｃｔ−Ｐｃｉ｜≧△Ｐｃｌ／２）であるならばコモンレール室圧限界範囲を超えたと判断し、加圧制御弁を停止する。
（Ｐｃｔ−Ｐｃｉ）の絶対値が△Ｐｃの半分未満（｜Ｐｃｔ−Ｐｃｉ｜＜△Ｐｃ／２）であれば演算処理を実施し、加圧弁駆動制御を実施し、目標コモンレール圧力に調整し続けることで所定の圧力に調節可能となる。
△Ｐｃ／２＜｜Ｐｃｔ−Ｐｃｉ｜＜△Ｐｃｌ／２ならば、演算処理を実施し、加圧弁駆動制御を実施するが、所定の回数（Ｋとする）加圧弁制御してもコモンレール室圧制御交差幅に入らない時は、配管亀裂等、故障発生と判断し、停止信号を発信、加圧制御弁を停止するとともに、主弁、パージ弁制御を実施する。
（実施例２）
本実施例は、実施例１の変形形態例であり、フィードポンプ２０２から第１制御室へつながる配管、および第１制御室からコモンレールヘつながる配管を廃止し構造を簡素化した加圧装置２０５をもつシステムである。本実施例の加圧装置２０２を図１０に示した。本実施例の加圧装置２０５において、特に言及されない部材は実施例１の加圧装置と同様の機能、構成を有するものである。
フィードポンプ２０２から圧送された液体燃料は第３バルブ４１０を押し開け第２制御室４０２に入る。ここで、気体燃料タンク２１０から圧送された気体燃料が加圧制御弁４０６を通り第３制御室４０３に入る。
気体燃料が加圧ピストン４０５のＡ面４１２を押すと加圧ピストン４０５は左方向にスライドする。加圧ピストン４０５が左方向にスライドすると、第２制御室４０２の容積は低減する為、第２制御室４０２内の液体燃料は押し出され第２バルブ４０９を押し開けコモンレールヘ圧送される。加圧制御弁４０６が切り替わり、気体燃料タンクからの気体燃料は第２制御室４０２に入る。気体燃料は加圧ピストン４０５のＢ面４１３を押す為、加圧ピストン４０５は右方向にスライドするが、この時は第２制御室４０２内に新たな軽油が圧送されるのみで液体燃料のコモンレールヘの圧送はされない。
（実施例３）
本実施例は、実施例１の変形形態例であり、図１１に示した加圧装置２０５をもつシステムである。本実施例の加圧装置２０５において、特に言及されない部材は実施例１の加圧装置と同様の機能、構成を有するものである。
加圧装置２０５は、第１制御室５０１、第２制御室５０２、第３制御室５０３、第４制御室５０４と加圧ピストン５０５と加圧制御弁５０６と位置センサ５０７、第１バルブ５０８、第２バルブ５０９、第３バルブ５１０、第４バルブ５１１より構成される。
本実施例の加圧装置２０２が実施例１の加圧装置と異なる点は、気体燃料と液体燃料の配管先が逆になっている点である。つまり、第１バルブ５０８、第２バルブ５０９は第３制御室５０３に、第３バルブ５１１、第４バルブ５１０は第４制御室５０４に配管されている。
また、気体燃料は第１制御室５０１、第２制御室５０２に配管されている。第１制御室５０１と第２制御室５０２の断面積が第３制御室５０３と第４制御室５０４の断面積より小さいため、コモンレールの圧力は気体燃料の圧力より低い圧力で圧送される。しかし、第１制御室と第２制御室の容積が第３制御室と第４制御室の容積より小さいため、第１実施例よりも、同じ時間で圧送する軽油の量を増加させることが可能となっている。従って、本実施例は、気体燃料ポンプの圧力に比較してコモンレールの圧力が低く、ピストン１回の往復で大量の液体燃料を圧送したい場合に最適である。
（実施例４）
本実施例は、実施例１の変形形態例であり、図１２に示した加圧装置２０５をもつシステムである。本実施例の加圧装置２０５において、特に言及されない部材は実施例１の加圧装置と同様の機能、構成を有するものである。
本実施例の加圧装置２０５が実施例１の加圧装置と異なる点は、第１制御室６０１、第２制御室６０２、第３制御室６０３、第４制御室６０４の断面積を同じにさせている点である。第３制御室６０３、第４制御室６０４に気体燃料を圧送すれば、加圧ピストン６０５をスライドできる為、第１実施例と同様な原理で気体燃料と等圧の軽油をコモンレールに圧送することができる。
（実施例５）
本実施例の燃料噴射装置の構成を図１３に示した。
本実施例の燃料噴射装置は、軽油などの液体燃料と水素などの気体燃料をインジェクタ１に圧送し、インジェクタ１から噴射する。本実施例の燃料噴射装置は、水素などの気体燃料が漏れた場合は、気体燃料を回収し、パージタンクヘ蓄積して、機関の運転条件に応じて吸気管へ噴射する構成をもつ。本実施例の加圧装置２０５において、特に言及されない部材は実施例１の加圧装置と同様の機能、構成を有するものである。
気体燃料は第１蓄圧源（気体燃料タンク）７１０に蓄圧されている。
本実施例の燃料噴射装置は、各種センサ等の出カ等より、運転目標と運転状態をリアルタイムに検出している。燃料噴射装置に異常が発生していなければ、主弁７１２は第１蓄圧源７１０ならびにアキュムレータ７１１と加圧ポンプ７０５に接続され、気体燃料タンク７１０とパージタンク７１３間は閉じられるように設定される。従って、気体燃料はアキュムレータ７１１を通過しインジェクタ１に圧送され、所定の条件でエンジン筒内に気体燃料を噴射する。
ここでアキュムレータ７１１は気体燃料の脈動を低減する機能を持つ。また、気体燃料は加圧ポンプ７０５にも圧送され、フィードポンプ７０２から圧送されてきた液体燃料を増圧してコモンレール７０６に圧送する為にも使用される。気体燃料タンク７１０とパージタンク７１３間は閉じているため、気体燃料はパージタンク７１３には流れない。
ＥＣＵ７０８は、図１４に示したフローチャートにそって、運転目標と現状の運転状態からインジェクタの噴射時期、噴射量、ならびに、気体燃料、液体燃料の供給圧力を算出し制御信号を出す。これにより、本実施例の装置は、適正な燃料噴射を実施している。
ここで、燃料噴射装置に異常が発生（燃料噴射装置が車のエンジンに搭載され、その車を停止させる場合などを含む）し、燃料噴射システムを停止させる場合は、主弁７１２は加圧ポンプ７０５ならびにアキュムレータ７１１とパージタンク７１３間に接続され、第１蓄圧源７１０と加圧ポンプおよび第１蓄圧源７１０とアキュムレータ７１１間は閉じられるように設定される。
アキュムレータ７１１の圧力がパージタンク７１３の圧力より大きい場合、パージ弁７１４は開弁され、噴射弁７１５は閉弁される。従って、加圧ポンプ７０５、アキュムレータ７１１内の気体燃料はパージタンク７１３に流れ、パージタンク７１３内に蓄えられる。これによって、停止する時は気体燃料タンク７１０、アキュムレータ７１１、加圧ポンプ７０５内などの高圧の気体撚料をパージタンク７１３にすみやかに移し蓄えることができる。つまり、本実施例の燃料噴射装置は、気体燃料が装置の外部に漏れ出すことを防止することが出来る。
パージタンク７１３に気体燃料が蓄えられてくると、パージタンク７１３の圧力が上昇する。一方、アキュムレータ７１１の圧力は低下してくる。アキュムレータ７１１の圧力がパージタンク７１３の圧力以下となった場合には、ＥＣＵ７０８は、主弁７１２を全方向閉じるよう制御する。さらに、パージ弁７１３、噴射弁７１５も閉じるよう制御する。これにより、気体燃料タンク７１０から気体燃料が流出するのを防止するとともに、パージタンク７１３からアキュムレータ７１１に気体燃料が逆送するのを防止することができる。
パージタンク７１３に蓄えられた気体燃料は、燃焼機関からの情報（車両の正常走行時には、運転目標、運転条件、パージタンク圧など）から求められた噴射条件でパージタンク７１３に接続されている噴射弁７１５から吸気管に噴射することで使用できる。
この時、インジェクタ１とほぼ同時に吸気管に燃料を噴射しても良いし、噴射弁で気体燃料を噴射する時はインジェクタ１の噴射を止めても良い。
本実施例の燃料噴射装置は、気体燃料タンク７１０などから漏れだした気体燃料を、回収した後に再び気体燃料として使用するため、運転者がパージタンク７１５内の気体燃料を処理する必要もない。また回収した燃料分燃費が低減できる効果を発揮する。
実施例１の燃料噴射装置の構成を示した図である。 実施例１の燃料噴射装置のインジェクタの断面図である。 実施例１の燃料噴射装置のインジェクタの断面図である。 実施例１の燃料噴射装置のインジェクタの断面図である。 実施例１の燃料噴射装置のインジェクタのニードル近傍の断面図である。 実施例１の燃料噴射装置の加圧装置の構成を示した図である。 実施例１の燃料噴射装置の加圧装置の加圧制御弁の動作を示した図である。 実施例１の燃料噴射装置の加圧装置の変形形態の構成を示した図である。 実施例１の燃料噴射装置の加圧装置の制御のフローチャートである。 実施例２の燃料噴射装置の加圧装置の構成を示した図である。 実施例３の燃料噴射装置の加圧装置の構成を示した図である。 実施例４の燃料噴射装置の加圧装置の構成を示した図である。 実施例５の燃料噴射装置の加圧装置の構成を示した図である。 実施例５の燃料噴射装置の加圧装置の制御のフローチャートである。
符号の説明
１：インジェクタ
１１１：制御室
１１４：高圧通路
１２：ノズル １２１：ニードル
１２２：ノズルボデー １２３：リテーニングナット
１２４：通路 １２５：ノズルチャンバ
１２６ａ，１２６ｂ：気体燃料通路 １２７：噴孔
１２８：シート部 １２９：サック
１３１，１３４：通路 １３３：インジェクタチャンバ
１４１：インジェクタボデー １４２：制御ピストン
１５１：電磁弁 １５２：ナット
１５３：制御弁 １５４：ソレノイド
１６１：チップパッキン
２０１：液体燃料タンク ２０２：フィードポンプ
２０３：配管 ２０４：フィルタ
２０５：加圧装置 ２０６：第２蓄圧源（コモンレール）
２０７：圧力センサ ２０８：ＥＣＵ
２０９：安全弁 ２１０：第１蓄圧源（気体燃料タンク）
２１１：アキュムレータ ２１６：駆動装置
２１２：バネ
３０１，４０１，５０１，６０１：第１制御室
３０２，４０２，５０２，６０２：第２制御室
３０３，４０３，５０３，６０３：第３制御室
３０４，４０４，５０４，６０４：第４制御室
３０５，４０５，５０５，６０５：加圧ピストン
３０６，４０６，５０６，６０６：加圧制御弁
３０７，４０７，５０７，６０７：位置センサ
３０８，４０８，５０８，６０８：第１バルブ
３０９，４０９，５０９，６０９：第２バルブ
３１０，４１０，５１０，６１０：第３バルブ
３１１，４１１，５１１，６１１：第４バルブ
７０１：液体燃料タンク ７０２：フィードポンプ
７０３：配管 ７０４：フィルタ
７０５：加圧装置 ７０６：第２蓄圧源（コモンレール）
７０７：圧力センサ ７０８：ＥＣＵ
７０９：安全弁 ７１０：第１蓄圧源（気体燃料タンク）
７１１：アキュムレータ ７１２：主弁
７１３：パージタンク ７１４：パージ弁
７１５：噴射弁 ７１６：駆動装置

Claims (8)

  1. 加圧された気体燃料と加圧された液体燃料とを間欠噴射するインジェクタと、
    該気体燃料を加圧するための第一の高圧蓄圧源をもつ気体燃料供給手段と、
    該液体燃料を加圧するための第二の高圧蓄圧源をもつ液体燃料供給手段と、
    該第二の高圧蓄圧源に該液体燃料を圧送する圧送手段と、
    該第一の高圧蓄圧源により加圧された該気体燃料の圧力により動作し、該圧送手段から圧送される該液体燃料を増圧する増圧手段と、
    を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
  2. 前記燃料噴射装置は、内燃機関に組み付けられ、
    前記液体燃料の圧力が該内燃機関の運転条件により決定する請求項１に記載の燃料噴射装置。
  3. 前記増圧手段は、シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、をもち、
    該ピストンの往復動の双方向のストロークにより増圧作用を生じさせる請求項２に記載の燃料噴射装置。
  4. 前記増圧手段は、シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、をもち、
    該ピストンの往復動の一方向のストロークにより増圧作用を生じさせる請求項２に記載の燃料噴射装置。
  5. 前記増圧手段は、前記気体燃料を切り替える切り替え弁を備え、
    該切り替え弁が２位置開閉弁である請求項１に記載の燃料噴射装置。
  6. 前記増圧手段は、前記気体燃料を切り替える切り替え弁を備え、
    該切り替え弁が３位置開閉弁である請求項１に記載の燃料噴射装置。
  7. 前記気体燃料は、前記インジェクタの噴孔より噴射され、
    前記液体燃料は、該インジェクタのニードルリフトを制御する制御流体としても機能する請求項１に記載の燃料噴射装置。
  8. 加圧された気体燃料が導入され、該気体燃料を間欠噴射するインジェクタをもつ燃料噴射装置であって、
    隙間部から洩れた該気体燃料を回収する回収流路を有し、
    該回収流路が、回収された該気体燃料を、該インジェクタに導入される該気体燃料に混合可能に接続されたことを特徴とする燃料噴射装置。
JP2005352416A 2005-12-06 2005-12-06 燃料噴射装置 Pending JP2007154797A (ja)

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