JP2007154843A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料排出通路に排出された噴射制御用高圧燃料によって噴射制御が阻害されないようにする。
【解決手段】燃料噴射弁１はニードル９と増圧器７とを具備する。三方弁８は圧力制御室３１内の燃料圧によって切換制御される。燃料噴射すべきときには圧力制御室３１内の高圧燃料が高圧燃料溢流通路３６内に排出される。このときニードル弁９の背圧室１２内および増圧器７の中間室１９内の高圧燃料が燃料排出通路２６内に排出され、このとき発生する圧力波の伝播を阻止するために燃料排出通路２６および高圧燃料溢流通路３６はロータ装置３７に連結されている。
【選択図】図１

Description

本発明は燃料噴射装置に関する。

ニードル弁と、増圧ピストンと、ニードル弁の背圧室および増圧ピストンの中間室を高圧燃料源又は燃料排出通路のいずれか一方に選択的に連結可能な電磁駆動の三方弁とを具備し、燃料噴射を行う前はニードル弁の背圧室および増圧ピストンの中間室は高圧燃料で満たされており、三方弁の切換作用によってニードル弁の背圧室内および増圧ピストンの増圧室内の高圧燃料が燃料排出通路内に排出されるとニードル弁が開弁して燃料噴射が開始されると共に増圧ピストンが作動して燃料噴射圧を高める燃料噴射装置が公知である（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−９８１３１号公報

ところでこのような燃料噴射装置において、三方弁を駆動するのに上述のように電磁力によって駆動するのではなくて、三方弁を駆動するための圧力制御室を設け、この圧力制御室内の圧力を制御することによって三方弁の切換制御を行うこともできる。この場合、燃料噴射を行うときに、圧力制御室内の高圧燃料を高圧燃料溢流通路を介して燃料排出通路に排出させるようにすると問題を生ずる。

即ち、燃料噴射を行うべく三方弁が切換えられると上述したようにニードル弁の背圧室および容積の大きな増圧ピストンの中間室の双方から高圧燃料が燃料排出通路内に一気に排出される。その結果燃料排出通路内の圧力は一時的に極めて高くなる。このとき上述したように圧力制御室内の高圧燃料が高圧燃料溢流通路を介して燃料排出通路に排出されていると、即ち燃料排出通路が高圧燃料溢流通路を介して圧力制御室に連通していると燃料排出通路内に発生した極めて高い圧力が高圧燃料溢流通路を通って圧力制御室内に達し、燃料噴射を停止させる方向に三方弁を作動させる可能性があるという問題がある。

上記問題点を解決するために本発明によれば、燃料噴射制御用高圧燃料の燃料排出通路内への排出を制御する切換弁装置と、切換弁装置を駆動するための駆動装置とを具備し、駆動装置が高圧燃料溢流通路を具備しており、駆動装置内の高圧燃料を高圧燃料溢流通路内に排出したときに切換弁装置が駆動されて燃料噴射制御用高圧燃料が燃料排出通路内に排出される燃料噴射装置において、ロータ室内で回転可能なロータを有すると共にロータの外周面から半径方向外方に延びる複数の隔壁によってロータの外周面周りに複数の小室が形成されるロータ装置を具備し、燃料排出通路と高圧燃料溢流通路とが夫々異なる小室に連通するようにロータ室内に開口せしめられている。

燃料排出通路内に発生した極めて高い圧力が駆動装置に伝播するのが阻止され、それによって良好な燃料噴射作用が確保できる。

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の頂面上には燃料で満たされている背圧室１２が形成されている。背圧室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、この背圧室１２は燃料流通通路１４を介して三方弁８に連結されている。

一方、増圧器７は大径ピストン１５と小径ピストン１６からなる増圧ピストン１７を具備する。小径ピストン１６と反対側の大径ピストン１５の頂面上には高圧の燃料で満たされた高圧室１８が形成されており、この高圧室１８は高圧燃料供給通路５に連結されている。従って高圧室１８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１６周りの大径ピストン１５の端面上には燃料で満たされた中間室１９が形成されており、この中間室１９内には大径ピストン１５を高圧室１８に向けて付勢する圧縮ばね２０が挿入されている。この中間室１９は燃料流通通路２１を介して燃料流通通路１４に連結されている。また、大径ピストン１５と反対側の小径ピストン１６の端面上には燃料で満たされた増圧室２２が形成されており、この増圧室２２は燃料流通通路２３を介してノズル室１１に連結されている。また、小径ピストン１６内には中間室１９と増圧室２２とを連通する燃料流通通路２４が形成されており、この燃料流通通路２４内には中間室１９から増圧室２２に向けてのみ流通可能な逆止弁２５が配置されている。

一方、三方弁８には高圧燃料供給通路５ａおよび燃料流通通路１４に加え、燃料排出通路２６が連結されている。この三方弁８は駆動装置２７によって駆動され、この三方弁８によって燃料流通通路１４が高圧燃料供給通路５又は燃料排出通路２６に選択的に連結される。

図２（Ａ），（Ｂ）は三方弁８からなる切換弁装置と、この切換弁装置を駆動するための駆動装置２７の具体的構成を示している。図２（Ａ），（Ｂ）において３０は切換弁装置の弁体を示しており、３１は弁体３０を駆動するための圧力制御室を示しており、３２は圧力制御室３１内の燃料圧を制御するための電磁弁を示している。圧力制御室３１は一方ではオリフィス３３を介して高圧燃料供給通路５ｂに連結されており、他方ではオリフィス３４および開閉弁を構成する電磁弁３２の弁体３５を介して高圧燃料溢流通路３６に連結されている。この高圧燃料溢流通路３６および燃料排出通路２６はロータ装置３７に連結され、このロータ装置３７は燃料返戻通路３８を介して燃料タンク３に連結されている。

このロータ装置３７はロータ室内で回転可能なロータを有しており、ロータの外周面から半径方向外方に延びる複数の隔壁によってロータの外周面周りに複数の小室が形成されている。図３の（Ａ）から（Ｄ）はこのロータ装置３７の種々の実施例を示している。図３（Ａ）に示す実施例ではロータが円筒状ロータ室３９内で回転可能な歯車４０からなり、図３（Ｂ）に示す実施例ではロータが各円筒状ロータ室３９内で回転可能な互いに噛合する一対の歯車４０からなる。また、図３（Ｃ）に示す実施例ではロータが円筒状ロータ室３９内で回転可能な複数のタービン翼４１を有するタービン翼車４２からなり、図３（Ｄ）に示す実施例ではロータが複数のベーン４３を有するロータ４４からなる。

図３（Ａ），（Ｂ）に示す実施例では歯車４０の各歯が、図３（Ｃ）に示す実施例ではタービン翼４１が、図３（Ｄ）に示す実施例ではベーン４３が、前述したロータの外周面から半径方向に延びる隔壁を構成しており、従って各隔壁間に夫々小室４５が形成されることがわかる。なお、図３の（Ａ）から（Ｄ）に示される各実施例では燃料排出通路２６と高圧燃料溢流通路３６とが夫々異なる小室４５に連通するようにロータ室３９内に開口せしめられている。

図１および図２（Ａ）は電磁弁３２の弁体３５が閉弁しているときを示している。このときには圧力制御室３１内の燃料圧はコモンレール圧となり、その結果弁体３０は図２（Ａ）に示されるように右方に移動し、その結果燃料流通通路１４が高圧燃料供給通路５ａに連結される。

このように燃料流通通路１４が高圧燃料供給通路５ａに連結されているとき、増圧器７については、高圧室１８内、中間室１９内および増圧室２２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に示されるように増圧ピストン１７は圧縮ばね２０のばね力によって上昇した状態に保持されている。一方、このときノズル部６については、ノズル室１１内および背圧室１２内が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背圧室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。そのため、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。

次いで燃料噴射をすべきときには図２（Ｂ）に示されるように電磁弁３２の弁体３５が開弁せしめられる。弁体３５が開弁せしめられると圧力制御室３１内の高圧の燃料は高圧燃料溢流通路３６を介してロータ装置３７のロータ室３９内に排出される。その結果圧力制御室３１内の燃料圧が低下する。圧力制御室３１内の燃料圧が低下すると弁体３１に作用している高圧のコモンレール圧によって弁体３１は左方に移動せしめられ、その結果図２（Ｂ）に示されるように燃料流通通路１４が燃料排出通路２６に連結される。

このように燃料流通通路１４が燃料排出通路２６に連結されるとノズル部６の背圧室１２内の高圧燃料および増圧器７の中間室１９内の高圧燃料が一気に燃料排出通路２６内に排出される。その結果、ノズル部６の背圧室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１９内の燃料圧が低下するために増圧ピストン１７には下向きの大きな力が作用し、その結果増圧室２２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２３を介して増圧室２２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。

次いで再び図２（Ａ）に示されるように電磁弁３２の弁体３５が閉弁せしめられ、それにより図１に示される如く燃料流通通路１４が高圧燃料供給通路５ａに連結されると、ノズル部６の背圧室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１９内もコモンレール圧となり、増圧室２２内もコモンレール圧となって増圧ピストン１７は圧縮ばね２０のばね力によって再び図１に示されるような上昇した状態に保持される。

さて、上述したように燃料噴射を開始すべきときには図２（Ｂ）に示されるように電磁弁３２の弁体３５が開弁せしめられ、このとき背圧室１２内の高圧燃料および中間室１９内の高圧燃料が一気に燃料排出通路２６内に排出される。その結果、燃料排出通路２６内の燃料圧は一時的に極めて高くなる。このときロータ装置３７が設けられていなかったとすると、即ち高圧燃料溢流通路３６が燃料排出通路２６に直接接続されていたとすると、このとき燃料排出通路２６内に発生した高圧が圧力波の形で高圧燃料溢流通路３６内を電磁弁３２に向け伝播し、この圧力波は電磁弁３２の弁体３５に激しく衝突する。その結果、電磁弁３２が破損する危険性がある。

また、このとき弁体３５が開弁しているので圧力波が圧力制御室３１内に伝播し、弁体３０を左方に移動させようとする。このとき弁体３０が図２（Ａ）に示すように左方に移動したとすると燃料噴射が開始されるや否や燃料噴射が停止され、斯くして良好な燃料噴射を確保できなくなる。しかしながら図１に示す実施例では高圧燃料溢流通路３６が連通している小室４５とは別の小室４５内に燃料排出通路２６から燃料が排出されるので、別の言い方をすると高圧燃料溢流通路３６の開口部と燃料排出通路２６の開口部との間には隔壁が存在するので圧力波が電磁弁３２に向け伝播するのが阻止される。その結果、電磁弁３２が破損する危険性がなく、また良好な燃料噴射を確保できることになる。

一方、図３の（Ａ）から（Ｄ）に示されるように燃料排出通路２６はロータ室３９の内周面上に接線状に開口せしめられている。従って燃料排出通路２６から高圧燃料が排出されるとロータ４０，４２，４４には矢印に示す方向に回転する回転力が付与される。このときは図３（Ｂ）を除く各実施例では、ロータ４０，４２，４４の回転方向からみて燃料排出通路２６は高圧燃料溢流通路３６の下流側においてロータ室３９に開口していることになる。

このようにロータ４０，４２，４４に回転力が付与されると高圧燃料溢流通路３６に対しては燃料を吸い出す力が作用する。即ち、ロータ４０，４２，４４は高圧燃料溢流通路３６から燃料を吸い出すポンプの機能を有する。このようにロータ４０，４２，４４がポンプの機能を有しているので圧力制御室３１内の燃料をすみやかに排出することができる。従って図３の（Ａ）から（Ｄ）に示される実施例ではロータ装置３７が圧力波の伝播を阻止する機能とポンプの機能との２つの機能を有していることになる。

なお、燃料排出通路２６から排出される燃料量は高圧燃料溢流通路３６から排出される燃料量に比べてはるかに多い。この場合、燃料排出通路２６および高圧燃料溢流通路３６から夫々円滑に燃料を排出させるために、図３（Ｄ）に示されるように燃料排出通路２６の開口位置におけるロータ４４の外周面とロータ室３９の内周面との間隔を高圧燃料溢流通路３６の開口位置におけるロータ４４の外周面とロータ室３９の内周面との間隔よりも大きくすることが好ましい。即ち、燃料排出通路２６の開口位置における小室４５の容積が高圧燃料溢流通路３６の開口位置における小室４５の容積よりも大きくなるようにロータ装置３７を形成することが好ましい。

図４に別の実施例を示す。この実施例では複数の燃料噴射弁１に対して共通の一つのロータ装置３７が設けられており、各燃料噴射弁１の燃料排出通路２６を集合させて一つにした燃料排出集合通路２６′と各燃料噴射弁１の高圧燃料溢流通路３６を集合させて一つにした高圧燃料溢流集合通路３６′とがロータ装置３７のロータ室３９内に開口せしめられている。この実施例では各燃料噴射弁１の燃料排出通路２６に順次排出される燃料がロータ装置３７に送り込まれるのでロータ４０，４２，４４には短かい時間間隔でもって回転力が与えられる。その結果、ロータ４０，４２，４４が連続的に回転せしめられるので各高圧燃料溢流通路３６からの良好な燃料吸い出し作用を確保することができる。

燃料噴射装置の全体図である。 切換弁装置および駆動装置の具体的構成を示す図である。 ロータ装置の種々の実施例を示す図である。 燃料噴射装置の別の実施例を示す全体図である。

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
１４，２１ 燃料流通通路
２６ 燃料排出通路
２７ 駆動装置
３０ 弁体
３１ 圧力制御室
３２ 電磁弁
３６ 高圧燃料溢流通路
３７ ロータ装置
３８ 燃料返戻通路
３９ ロータ室
４０，４２，４４ ロータ
４５ 小室

Claims (7)

1. 燃料噴射制御用高圧燃料の燃料排出通路内への排出を制御する切換弁装置と、該切換弁装置を駆動するための駆動装置とを具備し、該駆動装置が高圧燃料溢流通路を具備しており、駆動装置内の高圧燃料を高圧燃料溢流通路内に排出したときに切換弁装置が駆動されて燃料噴射制御用高圧燃料が燃料排出通路内に排出される燃料噴射装置において、ロータ室内で回転可能なロータを有すると共にロータの外周面から半径方向外方に延びる複数の隔壁によってロータの外周面周りに複数の小室が形成されるロータ装置を具備し、上記燃料排出通路と高圧燃料溢流通路とが夫々異なる小室に連通するようにロータ室内に開口せしめられている燃料噴射装置。
2. 上記ロータが単一の歯車、又は互いに噛合する一対の歯車、又は複数のタービン翼を有するタービン翼車、又は複数のベーンを有するロータからなる請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 上記ロータの回転方向からみて上記燃料排出通路は高圧燃料溢流通路の下流側においてロータ室に開口している請求項１に記載の燃料噴射装置。
4. 上記燃料排出通路はロータに回転力を付与すべくロータ室の内周面上に接線状に開口している請求項１に記載の燃料噴射装置。
5. 上記燃料排出通路の開口位置におけるロータ外周面とロータ室内周面との間隔を上記高圧燃料溢流通路の開口位置におけるロータ外周面とロータ室内周面との間隔よりも大きくした請求項１に記載の燃料噴射装置。
6. 複数の燃料噴射弁を具備しており、各燃料噴射弁が夫々上記切換弁装置、駆動装置、燃料排出通路および高圧燃料溢流通路を具備しており、上記ロータ装置はこれらの燃料噴射弁に対して共通であり、各燃料噴射弁の燃料排出通路を集合させて一つにした燃料排出集合通路と各燃料噴射弁の高圧燃料溢流通路を集合させて一つにした高圧燃料溢流集合通路とをロータ室内に開口させた請求項１に記載の燃料噴射装置。
7. ニードル弁と増圧ピストンとを具備しており、上記切換弁装置がニードル弁の背圧室および増圧ピストンの中間室を高圧燃料源又は上記燃料排出通路のいずれか一方に選択的に連結可能な弁体を具備しており、上記駆動装置が該弁体を駆動するための圧力制御室を具備しており、該圧力制御室が一方では上記高圧燃料源に連結されると共に他方では上記高圧燃料溢流通路に連結されており、該高圧燃料溢流通路内に電磁弁が設けられ、該電磁弁が開弁したときに上記圧力制御室内の高圧燃料が高圧燃料溢流通路内に溢流し、このとき弁体が作動してニードル弁の背圧室内および増圧ピストンの中間室内の高圧燃料が燃料排出通路に排出される請求項１に記載の燃料噴射装置。

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