JP2009085176A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄圧室及び減圧弁を備えた燃料噴射装置において、減圧弁からリターン配管に噴射された燃料の圧力が急激に増大しても、リターン配管や接続部分等のシール性を高く確保する必要がなく低コストで構成できる燃料噴射装置を得る。
【解決手段】コモンレール１６の出口の減圧弁２６よりも下流で、リターン配管２８と排出配管３０との接続部３０Ｃよりも上流に、断面積拡大部３２が設けられている。断面積拡大部３２では、リターン配管２８が局所的に拡径されており、燃料流路の断面積が拡大されているため、圧力ピークＰＰが断面積拡大部３２に達すると燃料圧力が減衰される。高い圧力ピーク値に備えて高いシール性を確保する必要がなくなり、低コストで構成できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料噴射装置に関する。

ディーゼル機関等に燃料を噴射する燃料噴射装置として、特許文献１には、燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレール（蓄圧室）を備えると共に、コモンレール内の燃料を燃料タンクへ流出させる減圧弁を備え、減圧された燃料をリターン配管を通じて燃料タンクに戻すようにしたものが記載されている。

このような構成の燃料噴射装置において、減圧弁からリターン配管に噴射された燃料の圧力が急激に増大することがある。このような圧力の増大に対応するためには、リターン配管や接続部分等のシール性を高く確保する必要があるため、コスト高を招くことがある。
特開２００７−１７７６６４号公報

本発明は上記事実を考慮し、蓄圧室及び減圧弁を備えた燃料噴射装置において、減圧弁からリターン配管に噴射された燃料の圧力が急激に増大しても、リターン配管や接続部分等のシール性を高く確保する必要がなく低コストで構成できる燃料噴射装置を得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、燃料を収容する燃料タンクと、前記燃料を高圧状態で蓄えるための蓄圧室と、前記蓄圧室に蓄えられた燃料をエンジンの燃焼室に噴射するためのインジェクタと、前記燃料タンクから前記蓄圧室へ燃料を送るための供給配管と、前記供給配管に設けられ燃料タンクの燃料を加圧する燃料ポンプと、前記蓄圧室から前記燃料タンクへ燃料を戻すためのリターン配管と、前記蓄圧室と前記リターン配管の接続部に設けられた減圧弁と、前記減圧弁よりも下流側の前記リターン配管に設けられリターン配管内の燃料圧力を減衰させる減衰手段と、を有することを特徴とする。

この燃料噴射装置では、燃料タンク内の燃料が燃料ポンプで加圧され供給配管を通じて蓄圧室ないに高圧状態で蓄えられる。そして、この燃料がインジェクタによってエンジンの燃料室に噴射される。

蓄圧室内の燃料の一部は、減圧弁によってリターン配管内に噴射されて燃料タンクに戻されるが、減圧弁よりも下流側のリターン配管には減衰手段が設けられており、リターン配管内の燃料圧力を減衰させる。このため、減衰手段よりも下流側では、圧力もピークが抑えられ、リターン配管や接続部分等のシール性を高く確保する必要がなくなるので、低コストで構成できるようになる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記燃料ポンプと前記リターン配管とを接続して燃料ポンプの燃料をリターン配管に排出するための排出配管、を備え、前記減衰手段が、前記減圧弁よりも下流側で、且つ前記排出配管の前記リターン配管との接続部よりも上流側でリターン配管に設けられていることを特徴とする。

排出配管を備えることで、燃料ポンプ内の燃料の一部を排出配管からリターン配管を経て燃料タンクに戻すことが可能になる。

減衰手段は、減圧弁よりも下流側で、且つ排出配管のリターン配管との接続部よりも上流側でリターン配管に設けられている。したがって、排出配管から燃料ポンプに至る部分に作用する圧力も、そのピークが抑えられることになる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記減衰手段が、前記リターン配管の断面積を局所的に拡大した断面積拡大部、を含んで構成されていることを特徴とする。

断面積拡大部をリターン配管に設けるだけの簡単な構造で減衰手段を構成できる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の発明において、前記断面積拡大部の少なくとも一部に前記リターン配管内の燃料圧力の増大で圧縮される気体が収容されていることを特徴とする。

したがって、リターン配管内の燃料圧力の増大に伴って気体が圧縮されるので、圧力のピークを効果的に抑えることが可能になる。

請求項５に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記減衰手段が、前記リターン配管内の燃料圧力増大に抵抗を作用させつつ変位しリターン配管内の断面積を局所的に拡大させる断面積可変部、を含んで構成されていることを特徴とする。

したがって、リターン配管内で燃料圧力が増大すると、これに抵抗を作用させつつ断面積可変部が変位し、リターン配管の断面積が局所的に拡大されるので、圧力のピークを効果的に抑えることが可能になる。

本発明は上記構成としたので、蓄圧室及び減圧弁を備えた燃料噴射装置において、減圧弁からリターン配管に噴射された燃料の圧力が急激に増大しても、リターン配管や接続部分等のシール性を高く確保する必要がなく低コストで構成できる。

図１には、本発明の第一実施形態の燃料噴射装置１２の全体的構成が示されている。

この燃料噴射装置１２では、燃料を貯留する燃料タンク１４を備えているが、さらにこの燃料噴射装置１２では、燃料を高圧状態で蓄えることが可能なコモンレール１６を備えている。燃料タンク１４とコモンレール１６との間は供給配管１８で接続されており、この供給配管１８に、燃料タンク側からフューエルフィルタ２０及びサプライポンプ２２が設けられている。燃料タンク１４内の燃料は、サプライポンプ２２の駆動によってくみ上げられ、加圧された状態でコモンレール１６に送られる。コモンレール１６には、エンジンの燃料室（気筒）に対応した数のインジェクタ２４が接続されており、これらインジェクタ２４によって高圧状態の燃料を燃焼室へ噴射することができる。

コモンレール１６には、減圧弁２６を介してリターン配管２８の一端（上流端）が接側されており、コモンレール１６内の圧力を所定範囲に制御（調整）するために、減圧弁２６からリターン配管２８へと燃料を噴射することができる。リターン配管２８の他端（下流端）は燃料タンク１４内に位置しており、減圧弁２６で噴射された燃料は燃料タンク１４に戻される。

サプライポンプ２２の排出口とリターン配管２８の中間部分とは、排出配管３０によって接続されており、サプライポンプ２２の燃料の一部がリターン配管２８を経由して燃料タンク１４に戻される。

リターン配管２８には、減圧弁２６よりも下流で、排出配管３０との接続部３０Ｃよりも上流に、本発明の減衰手段である断面積拡大部３２が設けられている。この断面積拡大部３２では、図２に詳細に示すように、リターン配管２８が局所的に拡径されており、燃料流路の断面積が拡大されている。

このような構成とされた第一実施形態の燃料噴射装置１２では、サプライポンプ２２でくみ上げられた燃料がフューエルフィルタ２０でろ過された後、加圧されてコモンレール１６に送られる。コモンレール１６に蓄えられた高圧状態の燃料が、インジェクタ２４によって燃焼室に噴射される。

コモンレール１６内の燃料圧力は、減圧弁２６によって所定範囲に調整され、燃料がリターン配管２８内に噴射されると、リターン配管２８内には、燃料圧力のピークが高い箇所（圧力ピークＰＰ）が局所的に存在する。そして、圧力ピークＰＰはリターン配管２８内を上流側から下流側に向かって移動する。

ここで、本実施形態の燃料噴射装置１２では、リターン配管２８に断面積拡大部３２が設けられている。圧力ピークＰＰが断面積拡大部３２に達すると、図２に符号ＰＳで示すように燃料圧力が減衰されるため、ピーク値が小さくなる。これにより、断面積拡大部３２よりも下流側では、高い圧力ピーク値に備えてリターン配管２８の構造や接続部３０Ｃ等に高いシール性を確保する必要がなくなる。したがって、減衰手段（断面積拡大部３２）を設けない場合と比較して、低コストで構成できる。

特に、排出配管３０を経て高いピーク値の圧力がサプライポンプ２２との接続部３０Ｃに作用することがある。本実施形態では、断面積拡大部３２を、減圧弁２６よりも下流で、排出配管３０との接続部３０Ｃよりも上流に設けている。このため、接続部３０Ｃからサプライポンプ２２に至る部分及びその近傍のシール性を、減衰手段（断面積拡大部３２）がない構成と比較して高くする必要がないので、低コストで構成できる。

図３（Ａ）及び（Ｂ）には、本発明の第二実施形態の燃料噴射装置において、減衰手段及びその近傍が拡大して示されている。以下の各実施形態では、減衰手段及びその近傍の構成が第一実施形態と異なっているが、燃料噴射装置の全体的構成は第一実施形態と同一であるので、詳細な説明を省略する。

第二実施形態では、減衰手段として、断面積可変部４２が設けられている。断面積可変部４２は、リターン配管２８を径方向外側に部分的に膨出させた膨出部４４が形成されている。膨出部４４の側壁４４Ｓには、弾性を有する材料によって環状に形成された弾性リング４６が取り付けられており、さらに弾性リング４６の内縁に剛性の高い材料、たとえば金属で構成された変位板４８が設けられている。また、膨出部４４の端壁４４Ｔと変位板４８の間には圧縮コイルバネ５０が配置されており、変位板４８をリターン配管２８の中心に向かって付勢しているが、リターン配管２８の燃料圧が高くなると圧縮コイルバネ５０の付勢力に抗して変位板４８が移動し、リターン配管２８の実質的な断面積が広くなる。

なお、弾性リング４６及び変位板４８の存在により、リターン配管２８内の燃料は、膨出部４４の内部（圧縮コイルバネ５０が収容された空間）には達しないようになっている。

このような構成とされた第二実施形態では、圧力ピークＰＰが断面積可変部４２に達していない状態では、図３（Ａ）に示すように、弾性リング４６及び変位板４８は略平面状になっている。

圧力ピークＰＰが断面積可変部４２に達すると、図３（Ｂ）に示すように、変位板４８が燃料に押されるので、圧縮コイルバネ５０の付勢力に抗して移動し、リターン配管２８の実質的な断面積が広くなる。燃料圧力の増大に対して抵抗を作用させつつ、リターン配管２８の実質的な断面積が広くなる。これにより、燃料圧力も効果的に減衰されるため、ピーク値が小さくなる。したがって、断面積拡大部３２よりも下流側では、高い圧力ピーク値に備えてリターン配管２８の構造や接続部３０Ｃ等に高いシール性を確保する必要がなくなり、低コストで構成できる。

図４には、本発明の第二実施形態の変形例の燃料噴射装置６２が示されている。この燃料噴射装置６２では、フューエルフィルタ２０とサプライポンプ２２の間の供給配管１８と断面積可変部６４とを接続する循環配管６６を有している。

また、図５（Ａ）及び（Ｂ）に詳細に示すように、第二実施形態に係る断面積可変部６４では、膨出部４４の端壁４４Ｔに挿通孔６８が形成されており、リターン配管２８側から循環配管６６側への燃料の移動を可能にしている。さらに、第二実施形態では、弾性リング４６を有することなく、圧縮コイルバネ５０のみによって変位板４８が支持されている。側壁４４Ｓには、圧縮コイルバネ５０の付勢力を受けて変位板４８の下方への移動を阻止するストッパ部５２が設定されており、変位板４８がストッパ部５２に接触した状態では、リターン配管２８側から循環配管６６側への燃料の移動が阻止される（図５（Ａ）参照）。しかし、圧縮コイルバネ５０の付勢力に抗して変位板４８がストッパ部５２から離間すると、これらの間に隙間が生じ、図５（Ｂ）に矢印ＦＦで示すように、リターン配管２８側から循環配管６６側への燃料の移動が生じる。

このような構成とされた第二実施形態の変形例においても、圧力ピークＰＰが断面積可変部４２に達すると、圧縮コイルバネ５０の付勢力に抗して変位板４８が移動し、ストッパ部５２から離間する。そして、これらの間に生じた隙間によりリターン配管２８側から循環配管６６側への燃料の移動が可能となる。

循環配管６６は、供給配管１８に接続されているので、サプライポンプ２２で吸引されて供給配管１８を流れる燃料により負圧が作用しており、この負圧に引かれるようにして、リターン配管２８内の高圧燃料が循環配管６６に移動する。したがって、燃料圧力をより効果的に減衰されることが可能になる。しかも、燃料を燃料タンク１４にリターンさせることなく直接的にサプライポンプ２２に送って循環させることができるので、燃料を効率的に利用できる。

図６には、本発明の第三実施形態の燃料噴射装置において、減衰手段及びその近傍が拡大して示されている。

第三実施形態では、減衰手段として、第一実施形態の断面積拡大部３２と異なり、リターン配管２８から上方にのみ膨出された断面積拡大部７４が設けられている。そして、断面積拡大部７４内には、気体（空気）Ｇが収容されている。空気は、圧縮性を有し、燃料と非相溶性の流体の一例である。なお、断面積拡大部７４は、リターン配管２８と一体的に設けられていてもよいが、別体の管状部材（たとえばゴムホース）をリターン配管２８に取り付けて構造でもよい。

このような構成とされた第三実施形態では、圧力ピークＰＰ（図１参照）が断面積拡大部７４に達すると、高圧状態の燃料に押されるようにして断面積拡大部７４内の空気Ｇが圧縮される、そしてこれにより、燃料圧力が減衰されるため、そのピーク値が小さくなる。第一実施形態と比較して、空気Ｇの圧縮を利用しているので、より効果的に燃料の圧力を減衰させることができる。

なお、第三実施形態において、断面積拡大部７４に収容する流体（気体）ものとしては、圧縮性を有することで燃料圧力を減衰可能であればよく、さらに、燃料に対して非相溶性であれば好ましい。このような条件を満たす気体としては、空気が安価に利用できるので特に好ましい。いずれにしても、本発明のように、リターン配管２８において燃料圧力のピークを減衰させる構造では、精密な圧力制御を行う必要がないので、気体の圧縮を利用した第三実施形態の構成を問題なく適用できる。

図７には、減圧手段による圧力減衰の効果が本発明の第一〜第三実施形態及び比較例に関して定性的に示されている。このグラフは、減衰手段の下流側におけるリターン配管２８内の燃料圧力のピーク値を示している。なお、比較例は図８に示すように、減衰手段を設けない以外は本発明と同様の構成とされた燃料噴射装置１０２に関するものである。

このグラフから分かるように、本発明のいずれの実施形態においても、比較例の構成と比較して、減圧手段よりも下流側でリターン配管２８内の燃料圧力が減衰されていることが分かる。特に第三実施形態では、圧力を減衰させる効果がこれら実施形態のなかでは最も高いことが分かる。

本発明の第一実施形態の燃料噴射装置の構成を示す概略構成図である。 本発明の第一実施形態の燃料噴射装置における減衰手段及びその近傍を拡大して示す断面図である。 本発明の第二実施形態の燃料噴射装置における減衰手段及びその近傍を拡大して示す断面図である。 本発明の第二実施形態の変形例の燃料噴射装置の構成を示す概略構成図である。 本発明の第二実施形態の変形例における減衰手段及びその近傍を拡大して示す断面図である。 本発明の第三実施形態の変形例の燃料噴射装置の構成を示す概略構成図である。 減衰手段よりも下流側の位置における圧力減衰の効果を定性的に示すグラフである。 比較例の燃料噴射装置の構成を示す概略構成図である。

符号の説明

１２ 燃料噴射装置
１４ 燃料タンク
１６ コモンレール（蓄圧室）
１８ 供給配管
２２ サプライポンプ
２４ インジェクタ
２６ 減圧弁
２８ リターン配管
３０ 排出配管
３０Ｃ 接続部
３２ 断面積拡大部（減衰手段）
４２ 断面積可変部
４４ 膨出部
４６ 弾性リング
４８ 変位板
５０ 圧縮コイルバネ
５２ ストッパ部
６２ 燃料噴射装置
６４ 断面積可変部
６６ 循環配管
６８ 挿通孔
７４ 断面積拡大部

Claims (5)

1. 燃料を収容する燃料タンクと、
   前記燃料を高圧状態で蓄えるための蓄圧室と、
   前記蓄圧室に蓄えられた燃料をエンジンの燃焼室に噴射するためのインジェクタと、
   前記燃料タンクから前記蓄圧室へ燃料を送るための供給配管と、
   前記供給配管に設けられ燃料タンクの燃料を加圧する燃料ポンプと、
   前記蓄圧室から前記燃料タンクへ燃料を戻すためのリターン配管と、
   前記蓄圧室と前記リターン配管の接続部に設けられた減圧弁と、
   前記減圧弁よりも下流側の前記リターン配管に設けられリターン配管内の燃料圧力を減衰させる減衰手段と、
   を有することを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記燃料ポンプと前記リターン配管とを接続して燃料ポンプの燃料をリターン配管に排出するための排出配管、
   を備え、
   前記減衰手段が、前記減圧弁よりも下流側で、且つ前記排出配管の前記リターン配管との接続部よりも上流側でリターン配管に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記減衰手段が、前記リターン配管の断面積を局所的に拡大した断面積拡大部、
   を含んで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記断面積拡大部の少なくとも一部に前記リターン配管内の燃料圧力の増大で圧縮される気体が収容されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
5. 前記減衰手段が、前記リターン配管内の燃料圧力増大に抵抗を作用させつつ変位しリターン配管内の断面積を局所的に拡大させる断面積可変部、
   を含んで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料噴射装置。

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