JP2009144600A - 背圧制御弁およびそれを用いた低圧燃料システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射装置の背圧側を正圧に維持すると共に、低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側とが常時連通することを回避する背圧制御弁を提供。
【解決手段】燃料タンクＡの燃料を吸い上げるフィードポンプＣの吐出側と、燃料噴射装置としてのインジェクタＪの背圧側とが連通すると共に、当該背圧側と燃料タンクＡの両者において燃料を還流する還流燃料通路８が設けられる低圧燃料システムに用いられる背圧制御弁Ｍにおいて、始動運転時に切換手段は、当該ポンプＣの吐出側とインジェクタＪの背圧側との間を連通すると共に、当該ポンプＣの吐出側と燃料タンクＡ側との間、及びインジェクタＪの背圧側と燃料タンクＡ側との間を遮断し、通常運転時に切換手段は、インジェクタＪの背圧側と燃料タンクＡ側の間を連通すると共に、当該ポンプＣの吐出側と燃料タンクＡ側との間、及び当該ポンプＣの吐出側とインジェクタＪの背圧側との間を遮断する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、背圧制御弁およびそれを用いた低圧燃料システムに関し、例えばディーゼルエンジンに適用される燃料噴射システムの低圧燃料系に好適なものである。

従来、例えばディーゼルエンジンにおいて、当該エンジンの各気筒に搭載されるインジェクタを備え、燃料タンクの燃料を低圧燃料ポンプで吸い上げ、当該低圧燃料ポンプで予備加圧された低圧燃料を、高圧ポンプで更に加圧することにより、燃料噴射圧相当の高圧燃料が供給され、ひいては当該高圧燃料をエンジンに噴射する燃料噴射装置が知られている。

このような燃料噴射装置の一種として特許文献１に開示の装置では、応答性に優れたピエゾインジェクタを搭載したコモンレール式燃料噴射装置がある。ピエゾインジェクタは、ピエゾスタックの変位を、油圧を介して伝達する油圧伝達機構を備えており、この油圧伝達機構によりノズルニードル側の制御室を制御する制御弁を駆動し、ひいてはノズルニードルの開閉により高圧燃料を噴射する。

この種の油圧伝達機構は、ピエゾスタック側の第１ピストンと、制御弁側の第２ピストンと、当該ピストンの両者がシリンダ内の直列に配置され、その両者間に設けられた油密室を有している。この技術では、油圧を介在させることで、構成部材間で異なる熱変形量を油密室への燃料流入・燃料リークにより吸収して良好な伝達性能、ひいては良好な燃料噴射性能を維持することが可能となるのである。

なお、噴射時において通電によりピエゾスタックが伸長し、油密室の圧力を上昇させながら、制御弁側へ駆動力を伝達する。また噴射停止時においては、ピエゾスタックへの通電が停止されてピエゾスタックの駆動力が解除されと、油密室は噴射時に燃料リークした分、減圧または負圧になるので当該油密室に燃料流入され、即ちインジェクタの背圧側より燃料が油密室に補充（以下、油密室の燃料補充）されるのである。
特開２００６−４６３２３号公報

さて、従来技術では、インジェクタの背圧側が燃料タンクへ燃料を還流するリークラインに接続されることになるが、インジェクタの噴射動作に連動してインジェクタの背圧側より燃料リーク及び燃料流入がなされて良好な噴射性能が維持されるはずである。しかしながら、本発明者らが鋭意研究を行なった結果、良好な噴射性能を保証しようとすると、始動性の低下を招くことが懸念されるとの知見が、得られたのである。以下、その理由を説明する。

良好な噴射性能の保証、即ち油密室の燃料補充を確実に行なうためには、インジェクタの背圧側の燃料圧力を正圧にすること、即ち例えばリークライン内の燃料を正圧にするチェック弁を設けることが考えられるが、エンジンの始動時または通常運転時に関係なく、インジェクタの背圧側を正圧に維持するには、低圧燃料ポンプの吐出側のフィードラインとインジェクタの背圧側を連通させることで、インジェクタの背圧側に、低圧燃料を導く必要がある。

しかしながら、このようにチェック弁を設けてインジェクタの背圧側を正圧に維持する回路においては、上記フィードラインとリークラインの連通（以下、低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側との連通）が、チェック弁の不具合（常時開弁）により常時連通状態になるおそれがある。万が一チェック弁の不具合により常時連通状態になると、低圧燃料ポンプが昇圧できなくなるおそれがあり、ひいては始動性の低下やエンジン運転状態が維持できなくなる（エンジン停止）という懸念があるのである。

また、インジェクタの背圧側に、低圧燃料ポンプの吐出側のフィードラインを接続する場合、燃料へのエア混入時において再始動可能とするための逆止弁を、当該フィードラインに設ける必要があるため、上記チェック弁と逆止弁という二つの構成要素を設けることでシステム全体がコストアップする懸念がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、燃料噴射装置の背圧側を正圧に維持すると共に、低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側とが常時連通することを回避する背圧制御弁およびそれを用いた低圧燃料システムを提供することにある。

また、別の目的は、燃料噴射装置の背圧側を正圧に維持し、かつ低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側との常時連通を回避すると共に、そのような低圧燃料系の機能を、構成要素数を抑えて達成する背圧制御弁およびそれを用いた低圧燃料システムを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を備える。

即ち、請求項１乃至６に記載の発明では、高圧化された燃料の一部（以下、「余剰燃料」という）を燃料タンクへ還流する低圧燃料システムであって、燃料タンクの燃料を吸い上げる低圧燃料ポンプの吐出側と、高圧燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射装置において噴射動作に連動して余剰燃料が排出される背圧側とが連通すると共に、燃料噴射装置の背圧側と燃料タンクの両者において燃料を還流する還流燃料通路が設けられる低圧燃料システムに用いられ、燃料噴射装置の背圧側の燃料圧力（以下、「背圧側圧力」という）を制御する背圧制御弁において、
低圧燃料ポンプの吐出側と燃料噴射装置の背圧側との連通及び遮断、燃料噴射装置の背圧側と燃料タンク側との連通及び遮断、および低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側との連通及び遮断を切り換える切換手段を備え、
始動運転時において切換手段は、低圧燃料ポンプの吐出側と燃料噴射装置の背圧側との間を連通すると共に、低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側との間、及び燃料噴射装置の背圧側と燃料タンク側との間を遮断し、
通常運転時において切換手段は、燃料噴射装置の背圧側と燃料タンク側の間を連通すると共に、低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側との間、及び低圧燃料ポンプの吐出側と燃料噴射装置の背圧側との間を遮断する構成としたことを特徴とする。

かかる発明では、燃料噴射装置の背圧側の余剰燃料が比較的僅かであり背圧側圧力が昇圧不足となるおそれのある始動運転時において、背圧制御弁の切換手段は、低圧燃料ポンプの吐出側と燃料噴射装置の背圧側との間を連通するので、低圧燃料ポンプの吐出される低圧燃料によって、背圧側圧力を昇圧することができる。

また、始動運転時以外の通常運転時は、燃料噴射装置の背圧側から比較的十分な余剰燃料が排出されることになるが、このような通常運転時において、背圧制御弁の切換手段は、燃料噴射装置の背圧側と燃料タンク側の間を連通すると共に、低圧燃料ポンプの吐出側と燃料噴射装置の背圧側との間を遮断するので、低圧燃料ポンプの低圧燃料によって背圧側圧力が過度に昇圧されることなく、余剰燃料を燃料タンクへ還流しつつ背圧側圧力を正圧状態に保つことができる。

しかも、始動運転時および通常運転時のいずれにおいても、上記切換手段は、低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側との間を常に遮断するので、低圧燃料ポンプの吐出性能が損なわれることはなく、ひいては万が一低圧燃料ポンプの吐出圧力が昇圧しなくなるという可能性を確実に阻止することができる。

以上の請求項１に記載の発明によれば、燃料噴射装置の背圧側圧力が正圧に維持されると共に、低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側との間が常時遮断され、ひいては低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側との常時連通に起因する始動性低下を阻止することができるのである。

また、請求項２乃至５に記載の発明では、切換手段は、低圧燃料ポンプの吐出側の燃料が導かれる第１開口部、燃料噴射装置の背圧側の燃料が導かれる第２開口部、および燃料タンク側に燃料を導く第３開口部を有する弁本体と、弁本体内に軸方向移動可能に挿入され、背圧側圧力を受けて軸方向移動することにより、第1開口部と第２開口部、第２開口部と第３開口部、および第1開口部と第３開口部を連通もしくは遮断する弁体と、弁本体内において弁体が少なくとも背圧側圧力を受けて軸方向移動する移動範囲で、弁体の所定の軸方向移動量以上の移動を規制する規制手段と、を備え、
背圧側圧力が上昇することにより弁体が所定の軸方向移動量に達すると、規制手段が弁体を規制し、通常運転時において、燃料噴射装置の背圧側と燃料タンク側の間を連通すると共に、低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側との間、及び低圧燃料ポンプの吐出側と燃料噴射装置の背圧側との間を遮断する状態を維持することを特徴とする。

かかる構成を有する発明では、弁本体内において弁体が少なくとも背圧側圧力を受けて軸方向移動する移動範囲で、弁体の所定の軸方向移動量以上の移動を規制する規制手段を少なくとも有するので、背圧側圧力が十分に昇圧され、所定の圧力に達すると、規制手段が弁体を規制することになる。このように背圧側圧力が十分に昇圧された状態では、即ち通常運転状態に対応した、「燃料噴射装置の背圧側と燃料タンク側の間を連通すると共に、低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側との間、及び低圧燃料ポンプの吐出側と燃料噴射装置の背圧側との間を遮断する状態」を常に形成することができるのである。

特に、請求項３に記載の発明の如く、通常運転状態において弁体は、第２開口部と第３開口部を連通すると共に、第1開口部と第３開口部、及び第1開口部と２開口部を遮断する。

かかる発明では、背圧側圧力において燃料噴射装置の背圧側と燃料タンク側との間が連通する所定の圧力（以下、「設定圧力」という）を、低圧燃料において低圧燃料ポンプで予備加圧された燃料圧力（以下、「予備圧力」という）と異なる圧力値に設定することが可能となる。このような請求項３に記載の発明によれば、一つの背圧制御弁で、チェック弁及び逆止弁の機能を併せ持つことが可能となるため、構成要素数を抑えながら、燃料噴射装置の背圧側圧力を正圧に維持し、かつ低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側との常時連通を回避するという低圧燃料系の機能を達成することができるのである。

また、請求項４に記載の発明の如く、背圧側圧力を受けて移動する方向とは反対方向に弁体を付勢する付勢部材を備えている。これによると、付勢部材の付勢力を変えることにより、上記背圧側圧力の設定圧力を調整することができるのである。

しかも、付勢部材が異常の場合、即ち付勢部材が折損する場合には上記付勢力が失われるため、背圧制御弁異常が発生することになるが、請求項４に記載の発明では、背圧側圧力を受けて弁体が移動し続ける場合があったとしても、弁体の移動が規制手段で常に規制されるので、低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側との間を遮断しつつ、通常運転状態に対応した、「燃料噴射装置の背圧側と燃料タンク側の間を連通すると共に、低圧燃料ポンプの吐出側と燃料タンク側との間、及び低圧燃料ポンプの吐出側と燃料噴射装置の背圧側との間を遮断する状態」を常に形成することができるのである。

また、請求項５に記載の発明では、燃料噴射装置の背圧側圧力を制御する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の背圧制御弁において、背圧制御弁により調整される背圧側の設定圧力が、低圧燃料ポンプ側において調整される低圧燃料の予備圧力より低く設定されていることを特徴とする。

これによると、背圧側圧力を調整する背圧制御弁の設定圧力を、低圧燃料ポンプ側の予備圧力より低く設定するので、燃料噴射装置の信頼性向上が図れる。

また、請求項６乃至９に記載の発明では、燃料タンクの燃料を吸入し予備加圧した燃料を吐出する低圧燃料ポンプと、低圧燃料ポンプから吐出される低圧燃料を吸入し高圧に更に圧縮することにより高圧圧送する高圧ポンプと、高圧ポンプで圧送され高圧化された燃料が供給される燃料噴射装置としてのインジェクタとを備え、
還流燃料通路は、インジェクタの背圧側および低圧燃料ポンプの吐出側の間を接続し、その背圧側に低圧燃料を供給する背圧側昇圧通路と、インジェクタの背圧側および燃料タンク側の間を接続し、インジェクタの噴射に連動してインジェクタの背圧側から余剰燃料を排出する余剰燃料回収通路とを有し、
背圧側昇圧通路及び余剰燃料回収通路の両者において、当該両者のそれぞれの連通及び遮断を切り換える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の背圧制御弁が設けられていることを特徴とする。

このような発明によれば、背圧側昇圧通路及び余剰燃料回収通路の両者のそれぞれの連通及び遮断を切り換える背圧制御弁を設けているので、始動運転状態においてインジェクタの背圧側圧力を常に正圧状態に維持することができる背圧側昇圧通路、及び通常運転状態において余剰燃料を燃料タンクへ還流しつつ背圧側圧力を正圧状態に保つことが可能な余剰燃料回収通路を、その運転状態に応じて選択することができるのである。

また、請求項７に記載の発明では、インジェクタ及び高圧ポンプの間において、高圧ポンプから吐出される高圧燃料を蓄圧すると共に、当該蓄圧された高圧燃料を、内燃機関に設けられた複数のインジェクタに分配するコモンレールと、コモンレール内の燃料圧力を低圧側に開放する圧力開放通路と、圧力開放通路を開閉する減圧弁とを備え、圧力開放通路は、余剰燃料回収通路に接続していることを特徴とする。

さて、コモンレール内の燃料圧力（以下、「コモンレール圧」という）を低圧側に開放する圧力開放通路において圧力開放通路を開閉する減圧弁を設ける構成においては、減圧弁の開放によってコモンレール圧より減圧された減圧燃料が圧力開放通路を流通することになるため、この減圧燃料を利用して、背圧側圧力を正圧にする方法が考えられる。しかしながら、このような減圧弁は通電動作により開閉させる電磁弁構造が用いられることになるため、ノーマリクローズ型及びノーマリオープン型のいずれかの電磁弁構造となるのである。このような減圧弁が万が一故障すると、圧力開放通路がそれぞれ常時連通、常時遮断の状態になるおそれがある。このような減圧弁の故障時では、常時連通状態の故障に対応して減圧燃料による背圧側圧力の過度な昇圧を招いたり、常時遮断状態の故障に対応して背圧側圧力を正圧に維持することに何ら寄与しなくなるという問題がある。

これに対して請求項７に記載の発明では、上記圧力開放通路が余剰燃料回収通路に接続していると共に、背圧側昇圧通路及び余剰燃料回収通路の両者のそれぞれを連通及び遮断を切り換える上記背圧制御弁が設けられているので、万が一、減圧弁、背圧制御弁のいずれかが故障する場合があったとしても、背圧側圧力の過度な昇圧を抑制すると共に、背圧側圧力を常に正圧に維持することができるのである。

また、請求項８に記載の発明では、内燃機関の排気通路に設けられ、排気を還元浄化する還元浄化装置に用いられる添加弁を備え、添加弁は、背圧側昇圧通路を流れる余剰燃料を、還元剤として還元浄化装置の上流側の排気通路内に噴射することを特徴とする。

さて、内燃機関の排気通路に設けられ、排気を還元浄化する還元浄化装置に用いられる添加弁を備える構成においては、添加弁は還元剤として低圧燃料ポンプの吐出側から吐出される低圧燃料を用いることになる。このような低圧燃料ポンプの吐出側が接続する背圧側昇圧通路には、通常運転状態においてインジェクタの背圧側から比較的十分な余剰燃料が流入すると共に、その余剰燃料の流量がその状態での内燃機関の回転領域に応じて変動する懸念がある。

これに対して請求項８に記載の発明では、通常運転状態においてインジェクタの背圧側と低圧燃料ポンプの吐出側の間を遮断する構成を有するので、添加弁側の背圧側昇圧通路を閉塞し、ひいてはインジェクタの背圧側から流出する余剰燃料の影響が添加弁側の背圧側昇圧通路の圧力に及ぼすのを防止することができるのである。

また、請求項９に記載の発明の如く、背圧側昇圧通路及び余剰燃料回収通路において、背圧制御弁とインジェクタの背圧側の間に、背圧側圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、当該圧力検出手段の検出結果に基づいて背圧側圧力の異常を判定する判定手段を備えていることが好ましい。

これによると、低圧燃料システムにおいて、例えば背圧制御弁の他、減圧弁等の構成要素のいずれかが故障した場合があっても、圧力検出手段の検出結果、例えば背圧側圧力の大きさに応じて構成要素のいずれの故障かを特定することができるのである。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１〜図３は、本実施形態による背圧制御弁を用いた低圧燃料システムを示している。図２は当該低圧燃料システムを適用したディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）の燃料噴射システムの全体構成を示し、また図３はエンジンの各運転状態に応じた背圧制御弁の作動を示しており、図１中の背圧制御弁は図３（ａ）の始動運転時に相当するものである。

図２に示すように、エンジンの燃料噴射システムは、エンジンの各気筒（本実施例では、４気筒）に燃料噴射を行なうシステムであり、燃料タンクＡ、低圧燃料ポンプとしてのフィードポンプＢ、高圧ポンプＤ、コモンレールＥ、および燃料噴射装置としてのインジェクタＪ等の構成要素を備えていると共に、高圧ポンプＤ及びインジェクタＪを駆動制御することより、エンジンの運転状態に応じて高圧燃料の吐出量及び噴射量を制御する制御装置としての制御回路Ｇを備えている。

また、当該燃料噴射システムは、上記構成要素間において流通する燃料の状態で表すと、噴射圧相当に高圧化された燃料を供給する高圧燃料系（図２中の太い実線で示される燃料領域）１００と、燃料タンクＡの燃料を汲み上げると共に、燃料を加圧もしくは蓄圧する構成要素Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｉ、Ｊにおいて上記燃料の一部を余剰燃料として燃料タンクＡへ還流する低圧燃料系としての低圧燃料システム（図２中の実線で示される燃料領域）２００とを組み合わせて構成されている。なお、図２において、図中の破線は制御回路Ｇ等の指令信号等の信号等が出力または入力される電気的接続を示している。

（高圧燃料系）
高圧燃料系１００は、主要な構成要素として、高圧ポンプＤ、コモンレールＥ、及びインジェクタＪ等を備えている。高圧ポンプＤは、コモンレールＥへ高圧燃料を圧送する燃料ポンプであり、フィードポンプＢから吐出される低圧燃料を加圧室（図示せず）で更に圧縮することにより高圧化された燃料を形成するものである。

高圧ポンプＤで高圧化された燃料は、コモンレールＥへ供給され蓄積される。高圧ポンプＤは図示しないエンジンによって駆動され、高圧燃料の吐出量は噴射量に比べて多く、エンジンの始動により短時間にコモンレールＥ内を充填させる。

コモンレールＥ内の燃料圧力（以下、「コモンレール圧」という）が圧力センサＦで検知され、その信号は制御回路Ｇに送られる。上記高圧ポンプＤは、電気的に吐出量を制御する機構を更に有しており、当該機構として、燃料を高圧に加圧する上記加圧室内に燃料を導く燃料流路に、その燃料流路の開度度合を調整するための吸入調量弁（図示せず）が取り付けられている。当該吸入調量弁は、制御回路Ｇからのポンプ駆動信号によって制御されることにより、上記加圧室内に吸入される燃料の吸入量を調整し、コモンレールＥへ圧送する燃料の吐出量を変更するのである。制御回路Ｇは、このような高圧ポンプＤの吸入調量弁を制御することにより、コモンレール圧をエンジンの運転状態（車両走行状態）に応じた圧力に制御できるのである。

また、コモンレールＥには、コモンレールＥ内の高圧燃料の一部を逃がす減圧弁Ｉが設けられており、当該減圧弁は、上記吸入調量弁による吐出量調整とは別に、制御回路Ｇからの信号により駆動回路Ｈで駆動制御され、コモンレール圧を所定圧力に調節することが可能である。

コモンレールＥ内の高圧燃料は、エンジンの各気筒に取り付けられたインジェクタＪへ分配供給される。当該インジェクタＪは、制御回路Ｇからの信号により駆動回路Ｈで駆動制御されることにより、燃料噴射特性を決定する開弁・閉弁時期が調整され、ひいてはエンジンの運転状態に応じて最適な噴射量に調節された燃料噴射が行なえるのである。

なお、ここで、高圧ポンプＤの吐出側、コモンレールＥ、及びインジェクタＪの高圧燃料導入側は高圧通路１７で常時連通している。また、高圧ポンプＤはフィードポンプＣと別体に構成されるものであっても、高圧ポンプＤ及びフィードポンプＣが一体的に組付けられて、例えば共通のポンプ駆動軸を介してエンジンによって駆動される周知構造を有するいわゆるサプライポンプであってもよい。

（低圧燃料システム）
低圧燃料システム２００は、主要な構成要素として、燃料タンクＡ、フィードポンプＣ、インジェクタＪ、及び背圧制御弁Ｍ等を備えている。

燃料タンクＡ内の燃料は、燃料濾過装置としてのフィルタＢを通してフィードポンプＣの吸入側より汲み上げられる。フィードポンプＣは、フィルタＢで濾過された当該燃料を予備的に加圧することにより、フィードポンプＣの吐出側から予備加圧された低圧燃料（以下、「フィード燃料」という）を高圧ポンプＤへ供給する。

フィードポンプＣはその吐出側と吸入側との間に、フィード燃料の予備圧力（以下、「フィード圧」という）を調整する圧力調整装置（以下、レギュレートバルブ）Ｃｒを備えている。レギュレートバルブＣｒは、フィードポンプＣの吐出側から高圧ポンプＤ側へ吐出するフィード燃料の一部を、燃料タンクＡ側の上記吸入側へ戻すことにより、フィード圧を所定の設定圧力に調整するのである。なお、図１においては、レギュレートバルブＣｒを含むフィードポンプＣの吐出側と吸入側との間を接続する燃料流路の図示を省略している。

ここで、上記高圧燃料系の構成要素でもある高圧ポンプＤ、コモンレールＥ、およびインジェクタＪにおいては、各構成要素に供給された燃料（フィード燃料または高圧燃料）の一部を余剰燃料として余剰燃料通路８０、８１へ流出し、当該余剰燃料通路８０、８１を通じて燃料タンクＡへ戻される。

詳しくは高圧ポンプＤにおいては、フィードポンプＣから高圧ポンプＤへ充分な量のフィード燃料が供給されるため、その一部が第１余剰燃料通路８０ａを通して高圧ポンプＤのオーバーフロ燃料として燃料タンクＡへ戻される。

また、コモンレールＥには減圧弁Ｉが設けられており、減圧弁Ｉの開弁によりコモンレールＥ内の高圧燃料が、第２余剰燃料通路としての圧力開放通路８０ｂを通して開放されるのである。第１余剰燃料通路８０ａ及び圧力開放通路８０ｂは余剰燃料通路８０を構成する。この減圧弁Ｉの開弁により開放される開放燃料は、コモンレール圧より減圧された減圧燃料であり、減圧燃料の流量によっては圧力開放通路８０ｂ即ち余剰燃料通路８０内の低圧燃料の圧力が高められる場合がある。

次に、インジェクタＪでは、インジェクタＪの噴射動作に連動して、燃料リーク等の余剰燃料の流出、及び燃料流入する関連作用について、以下図１に基づいて説明する。

まず、燃料噴射弁Ｊの構造を説明する。ケーシング1内にはインジェクタ駆動部（ピエゾ駆動部）としてのピエゾスタック２が収納され、上端部２ａはケーシング１に当接している。ピエゾスタック２はＰＺＴ等の圧電セラミック層と電極層とを交互に積層してコンデンサ構造を有する一般的なものであり、積層方向すなわち図中の上下方向を伸縮方向としている。大径ピストン３はケーシング１の大径シリンダ１ａ内を上下方向摺動自在に配設され、上部の鍔部３ａは大径ピストンスプリング４の付勢力によりピエゾスタック２の底部２ｂと当接している。さらにケーシング１内には小径シリンダ１ｂが設けられ、この小径シリンダ１ｂ内を小径ピストン５が上下方向摺動自在に配設されている。

油密室としての変位拡大室６は、大径ピストン３の下端面と小径ピストン５の上端面と大径シリンダ１ａの内周面と小径シリンダ１ｂの内周面とで囲まれて形成される空間である。この変位拡大室６内には小径ピストンスプリング７が配設されており、この小径ピストンスプリング７は小径ピストン５を下方に付勢している。

なお、ここで、大径ピストン３、小径ピストン５、及び変位拡大室６は、ピエゾスタック２の変位を、油圧を介して伝達する油圧伝達機構を構成する。また、本実施例では、変位拡大室６内に小径ピストンスプリング７を設ける構成としたが、この構成に限らず、小径ピストンスプリング７を設けない構成としてもよい。これにより、当該スプリング７を収容する容積分が不要となるため、変位拡大室６の容積を小さくすることができ、ひいては油圧伝達機構の伝達性能の高効率化、更にはインジェクタＪの噴射性能の向上が図れるのである。

変位拡大室６内には、大径ピストン３の外壁と大径シリンダ１ａの内壁との間隙から低圧通路８の燃料が充填される。ピエゾスタック２の伸長により大径ピストン３が下方に変位し、変位拡大室６内の燃料を押圧し小径ピストン５を下方に変位させるが、噴射時において通電によりピエゾスタック２が伸長すると、変位拡大室６の圧力を上昇させながら、変位拡大室６を介して小径ピストン５側へ駆動力が伝達される。また噴射停止時においては、ピエゾスタック２への通電が停止されてピエゾスタック２の駆動力が解除されるため、変位拡大室６は噴射時に燃料リークした分、減圧または負圧になるので変位拡大室６に燃料流入されるのである。その結果、低圧通路８即ちインジェクタＪの背圧側より燃料が変位拡大室６に補充（以下、「変位拡大室の燃料補充」という）されるのである。

また、このとき、大径ピストン３の径が小径ピストン５の径より大径とする構成を採用するので、大径ピストン３の変位が拡大されて小径ピストン５の変位に変換されるのである。

このような変位拡大室６内の燃料は、大径ピストン３が下方に移動して燃料を圧縮する時は、間隙からリークするが、大径ピストン３が上方に移動した時は、変位拡大室６内は負圧または減圧され、間隙から低圧通路８の燃料が流入し変位拡大室６内は常に所定量の燃料が充填される。小径ピストン５は、上半部が小径シリンダ１ｂ内を摺動し、下半部は低圧通路８の低圧ポート９下流の小径ピストン下室１０に位置している。

バルブ室１１内には３方弁構造のバルブ１２が配設されており、ノズルニードル１３の制御室１４とメインオリフィス１５を介して制御通路１６で常時連通している。バルブ１２は図中において上下動可能なピストン状で、バルブ室１１内に配設される大径の弁部１２ａと、高圧通路１７の高圧ポート１８に続く縦穴内を摺動するバルブ摺動部１２ｂを有している。弁部１２ａとバルブ摺動部１２ｂをつなぐ細径部１２ｃは高圧ポート１８内に位置し、その周囲の空間からバルブ室１１へ高圧通路１７からの高圧燃料が流入するようになっている。また、バルブ１２のバルブ摺動部１２ｂ下方の空間１９にはバルブスプリング２０が収納されてバルブ１２を上方に付勢している。

制御室１４はノズルニードル１３の上端面と縦穴２１の壁面により区画される空間であり、サブオリフィス２２を介して高圧通路１７と常時連通しており、また、メインオリフィス１５、制御通路１６、バルブ室１１を介して高圧通路１７から制御油としての燃料が導入され、ノズルニードル１３を駆動する制御圧（背圧）を発生させている。この制御圧はノズルニードル１３を下向きに作用して、制御室１４内に収納されたスプリング２４と共にノズルニードル１３を着座方向に付勢する。一方、油溜まり室２３の高圧燃料がノズルニードル１３の段差面１３ａ及び円錐状の先端面１３ｂに上向きに作用し、ノズルニードル１３を離座方向に付勢し、噴孔２５より燃料を噴射する。

バルブ１２の上昇時には、弁部１２ａの上面が低圧ポート９に続くバルブシート上座１２ｄに着座し、バルブ室１１と低圧通路８の間を遮断する。これにより、制御室１４がバルブ室１１、制御通路１６、メインオリフィス１５を介して高圧通路１７と連通し、高圧燃料が制御室１４内に流入しノズルニードル１３の上記制御圧が上昇してノズルニードル１３を下降、着座させる（図１の状態）。

バルブ１２の下降時には、弁部１２ａの下部テーパ面が高圧ポート１８外周部のバルブ下シート１２ｅに着座し、バルブ室１１を高圧ポート１８と遮断する。これにより、制御室１４がメインオリフィス１５、制御通路１６、バルブ室１１、小径ピストン下室１０を介して低圧通路８と連通し、制御室１４の制御圧が低下してノズルニードル１３が離座する。

ピエゾスタック２の収縮時において、上記バルブ１２は、バルブ室１１内の燃料圧力やスプリング２０力により上方に付勢されて、バルブ上シート１２ｄに着座し低圧ポート９を閉鎖している。制御室１４は低圧通路８との間が遮断されて高圧となっており、ノズルニードル１３は着座して噴射はなされないのである。

また、噴射時においては、ピエゾスタック２が通電により伸長し、上記油圧伝達機構３、５、６を介して制御室１４内の圧力を制御する制御部であるバルブ１２を下方向へ駆動する。即ち、油圧伝達機構３、５、６において大径ピストン３が押し下げられて変位拡大室６の圧力が上昇する。この圧力で小径ピストン５が下方に変位し、バルブ１２を押し下げてバルブ上シート１２ｄから離座させ、さらに下方に変位させてバルブ下シート１２ｅに着座させるのである。このとき、高圧ポート１８が閉鎖され、制御室１４がメインオリフィス１５、制御通路１６、バルブ室１１、低圧ポート９、小径ピストン下室１０を介して低圧通路８に連通するため、制御室１４の圧力が低下し、ノズルニードル１３が離座して噴孔２５から燃料噴射が開始されるのである。

一方、噴射停止時においては、通電停止によりピエゾスタック２が放電により収縮すると、上記油圧伝達機構３、５、６の下方向への駆動力が解除される。詳しくは、大径ピストン３が大径ピストンスプリング４の付勢力により、大径ピストン３がピエゾスタック２と一体的に上方へ変位するため、変位拡大室６の圧力が降下する。その結果、小径ピストン５の押し下げ力が解除されるので、バルブ１２がバルブ下シート１２ｅから離座して、再びバルブ上シート１２ｄに着座する。このとき、低圧ポート９が閉鎖され、制御室１４の圧力が、メインオリフィス１５、サブオリフィス２２を介して高圧通路１７から供給される高圧燃料によって上昇し、ノズルニードル１３が着座し噴射が停止するのである。

このような燃料噴射弁Ｊが上記噴射及び噴射停止する噴射動作時においては、当該噴射に対応して、低圧通路８内には、インジェクタＪの油圧伝達機構３、５、６の変位拡大室６の圧力上昇により漏れ出たリーク燃料が流入する。また当該噴射停止に対応して、変位拡大室６が負圧になるため、低圧通路８内の燃料が変位拡大室６に補充される。言い換えると、噴射時には、高圧通路１７からの高圧燃料がインジェクタＪの高圧燃料導入側に供給されて噴孔２５から燃料を噴射すると共に、変位拡大室６から漏れ出たリーク燃料等の余剰燃料が、低圧通路８に連通するインジェクタＪの背圧側から、低圧通路８側、即ち第３余剰燃料通路８１へ流出する。噴射停止時には、噴孔２５からの燃料噴射が停止されると共に、インジェクタＪの背圧側から、低圧通路８の低圧燃料が流入し、変位拡大室６が燃料充填される。

ここで、低圧通路８は特許請求の範囲に記載の「還流燃料通路」に相当し、第１余剰燃料通路８０ａ、圧力開放通路８０ｂ、及び第３余剰燃料通路８１が「余剰燃料回収通路」に相当する。また、低圧通路８（詳しくは、第３余剰燃料通路８１）に連通するインジェクタＪの背圧側は特許請求の範囲に記載の「インジェクタの背圧側」に相当し、インジェクタＪが「燃料噴射装置」に相当する。

以上、第１実施形態の基本構成について説明した。以下、第１実施形態の特徴について詳細に説明する。なお、図６は、第１実施形態を説明するための比較例を示すものである。

さて、インジェクタＪの良好な噴射性能を維持するためには、上記インジェクタＪの噴射動作に連動するインジェクタＪの背圧側（変位拡大室６）からの燃料流出及び燃料充填、特に燃料充填が確実になされる必要がある。そのためには、第３余剰燃料通路８に連通するインジェクタＪの背圧側の燃料圧力（以下、「背圧側圧力」という）を少なくとも正圧にすること、その即ち当該背圧側圧力を正圧にする方法の一つとして、余剰燃料通路８０、８１内の燃料を正圧にするチェック弁Ｋを設けることが考えられる（図６の比較例を参照）。

上記チェック弁Ｋを設けるのは、インジェクタＪの上記余剰燃料がエンジンの運転状態に応じて変動するものであるからであり、例えばエンジンの始動運転時において当該余剰燃料が比較的僅かで、エンジン停止後の放置条件によっては余剰燃料通路８０、８１内に燃料がそもそも充填されておらず、背圧側圧力の正圧状態を常に確保できないおそれがあるからである。

さらに、上記始動運転時、及び当該運転時以外の通常運転に関係なく、インジェクタＪの背圧側圧力を正圧に維持するには、図６の比較例の如く、インジェクタＪの背圧側とフィードポンプＣの吐出側とを連通させ、フィードポンプＣの吐出側のフィード燃料をインジェクタＪの背圧側に導く必要がある。これにより、インジェクタＪの背圧側（変位拡大室６）への燃料充填が確実に行なわれ、ひいては良好な噴射性能が保証される。

しかしながら、図６の比較例の如きチェック弁Ｋを設けてインジェクタＪの背圧側圧力を正圧に維持する低圧燃料回路においては、万が一チェック弁Ｋの不具合（常時開弁）により、当該回路が常時連通状態となるおそれがある。即ち、不具合により常時開弁状態となったチェック弁Ｋを介して、フィードポンプＣから吐出されるフィード燃料が燃料タンクＡに流出してしまってフィードポンプＣのフィード圧が昇圧できなくなり、ひいてはエンジンの始動性低下やエンジン運転状態が維持できなる（エンジン停止）となるという懸念があるのである。

また、上記低圧燃料回路のようにフィードポンプＣの吐出側をインジェクタＪの背圧側に直接接続する場合には、燃料へのエア混入時において再始動可能とするための逆止弁Ｌを設ける必要がある。詳しくは、フィードポンプＣは、燃料タンクＡ内の燃料が適量な時は燃料を吸い上げるが、燃料が極めて少量になった場合の例えば概ねガス欠状態では空気も吸い込み、当該吸い込み燃料がフィルタＢで濾過される際に気泡混じりの燃料となるおそれがある。このような気泡混じりの燃料がフィードポンプＣや高圧ポンプＤの加圧部に滞留すると、フィードポンプＣの正常な予備加圧、高圧ポンプＤの正常な高圧加圧が行なわれなくなるが、逆止弁Ｌにより当該逆止弁下流への気泡排除（エア抜け）が図れ、ひいてはフィードポンプＣ及び高圧ポンプＤの正常な加圧が行なわれるのである。このように図６の比較例の如き低圧燃料回路では、上記チェック弁Ｋ及び逆止弁Ｌという二つの構成要素を設けるためシステム全体がコストアップする懸念があるのである。

これに対して本実施形態では、フィードポンプＣの吐出側とインジェクタＪの背圧側との間を連通すると共に、インジェクタＪの背圧側と燃料タンクＡのとの間を連通し、余剰燃料を燃料タンクＡ側へ還流する低圧通路８を有するシステムに用いられる点については上記比較例の構成と類似するものであり、以下の構成がことなる。

即ち、低圧通路８は、図１に示すように、余剰燃料通路８０、８１と、背圧昇圧通路７０を備えており、余剰燃料通路８０、８１及び背圧昇圧通路７０の両者において両者のそれぞれの連通及び遮断を選択的に切り換える背圧制御弁Ｍが設けられているのである。

背圧制御弁Ｍは、図１及び図３（ａ）に示すように、弁本体７１、弁体としてのピストン７５、ピストン７５の軸方向移動を規制する規制手段としてのストッパ７７、及びピストン７５に付勢する付勢部材としてのスプリング７８等を備えている。

弁本体７１は略円筒状に形成されており、その内周にはピストン７５を軸方向移動可能に収容するものである。弁本体７１の内周壁７２ａは、フィードポンプＣの吐出側のフィード燃料が導かれる開口部（以下、第１開口部）９１と、燃料タンクＡ側に燃料を導く開口部（以下、第３開口部）９２とを備え、また内周壁７２ａの軸方向開口端には、インジェクタＪの背圧側の余剰燃料が導かれる開口部（以下、第２開口部）９３が設けられている。

詳しくは弁本体７１は、ピストン７５を内部に軸方向移動可能に挿入し、当該ピストン７５、ストッパ７７、及びスプリング７８を収容する弁ケーシングであって、筒状の複数の構成部材を組み付けてなる組付体である。即ち、弁本体は、ピストン７５が挿入される内周壁７２ａを有するシリンダ７２と、シリンダ７２を支持し、軸方向に分割可能な第１ボディ７３及び第２ボディ７４等を備えている。

シリンダ７２は上記第１開口部９１、第２開口部９３、及び第３開口部９２を備える円筒状体であって、第１開口部９１及び第３開口部９２が内周壁７２ａの径方向に貫通するように形成され、また第２開口部９３側の軸方向開口端には、ピストン７５の初期位置を規制する円筒状のプレート７６が配置される。

また、シリンダ７２の上記軸方向開口端とは反対の端部には、内周壁７２ａ内に一部が挿入され、内周壁７２ａに嵌合固定されるストッパ７７が配置されるのである。当該一部がピストン７５と同心的に配置され、かつピストン７５側に向かって突出する突出部７７ａに形成されている。この突出部７７ａは先端部がピストン７５の軸方向移動を規制し、また根元側に円筒状の段差部７７ｂが形成されており、段差部７７ｂでスプリング７８を支持している。

ピストン７５は略円筒状に形成され、その外周壁に形成された環状溝７５ａと、環状溝７５ａの底部及び第２開口部９３側の軸方向端部（以下、平面部）７５ｃの間を貫通する内部通路７５ｂとを有している。環状溝７５ａは、ピストン７５の軸方向移動範囲において第１開口部９１とラップする範囲部分があり、第３開口部９２とはラップすることはない。また、平面部７５ｃは、ピストン７５の軸方向移動範囲において第１開口部９１とはラップすることはなく、第３開口部９２とラップする範囲部分があるのである。

ここで、ピストン７５において上記第開口部９１と環状溝７５ａとの位置関係は、ピストン７５がプレート７６に当接する位置（以下、「第１制御位置」という）にあるとき、環状溝７５ａが第１開口部９１に向けて開口して配置され（図１及び図３（ａ）参照）、またピストン７５がプレート７５から離間し、所定の軸方向位置Ｌ１（図３（ｂ）参照）に移動するとき、環状溝７５ａに対して第１開口部９１が閉塞する（このときの位置を、第２制御位置という）。なお、図３（ｂ）において、ピストン７５は第２開口部９３側の背圧側圧力を受けて第２制御位置より更に軸方向に移動した軸方向位置Ｌ２にある状態を示している。また、図３（ｃ）に示すように、ピストン７５が所定の軸方向位置Ｌ３に達し、ピストン７５がストッパ７７の先端部に当接する位置（以下、「第３制御位置」という）にあるとき、環状溝７５ａに対して第１開口部９１が閉塞する状態が維持される。

また、ピストン７５において上記第３開口部９２と平面部７５ｃとの位置関係は、第１制御位置にあるとき、平面部７５ｃに対して第３開口部９２が閉塞される状態が維持される。また、第２制御位置にあるとき、平面部７５ｃが第３開口部９２を開口し始める。第３制御位置にあるとき、平面部７５ｃに対して第３開口部９２が開口する状態が維持される。

また、シリンダ７５は、第１ボディ７３に形成された内周壁７３ａに、プレート７６と共に挿入され、嵌合固定されている。第１ボディ７３及びシリンダ７２において第１ボディ７３の上記内周壁７３ａと、第１開口部８１側の外周壁部７２ｂとが位置決めされる構造を有している。即ち、本実施例では、略円筒状を呈するシリンダ７２において第１開口部８１側の外周壁部７２ｂが径方向外側に突出し、また略円筒状を呈する第１ボディ７３の内周壁７３ａにおいて上記外周壁部７２ｂに嵌合する凹部７３ｂが形成されているのである。

上記第１ボディ７３及びシリンダ７２が位置決めされた構造において、第１ボディ７３の内周壁７３ａには、第３開口部９２に向かって開口し、ストッパ７７側の軸方向に延びる凹部溝７３ｃが形成されている。また、第１ボディ７３は、第１開口部９１に連通する連通路（以下、第１連通路）７５を有する配管部（以下、第１配管部）と、第３開口部９３にプレート７６を介して連通する第３連通路９７を有する第３配管部を備えている。

また、第２ボディ７４は略円筒状に形成されており、第１ボディ７３の第２連通路９７側の端部とは反対端部に、軸方向に挿入し嵌合することにより、背圧制御弁Ｍの構成部材７２、７５、７６、７７、７８を収容するものである。この第２ボディ７４は、第２開口部９２に凹部溝７３ｃを介して連通する第２連通路９６を有する第２配管部を備える。

なお、第1開口部９１と第１連通路９５の連結部、及び第１ボディ７３と第２ボディの嵌合部には、Ｏリング等のシール部材を配設し、気密性を高めている。

次に、上述した構成を有する背圧制御弁Ｍの作動を、図１〜図３に基づいて以下説明する。図３において、図３（ａ）はエンジンの始動運転時、図３（ｂ）は通常運転時、図３（ｃ）は背圧制御弁Ｍの異常時の作動状態を示すものである。

図１において、余剰燃料通路８０、８１において、余剰燃料通路８１がインジェクタＪの背圧側と背圧制御弁Ｍの第２開口部９３との間を接続しており、また余剰燃料通８０が路背圧制御弁Ｍの第３開口部９２側と燃料タンクＡ側の間を接続する。余剰燃料通路８０には、第２余剰燃料通路を通じて高圧ポンプＤのオーバーフロ燃料が流入し、また圧力開放通路８０ｂを通じて減圧弁Ｉから流出する減圧燃料が流入する。また、背圧昇圧通路７０が、背圧制御弁Ｍの第１開口部９１とフィードポンプＣの吐出側の間を接続する。

（エンジンの停止時）
エンジンの停止時には、エンジンの機関駆動力で駆動されるフィードポンプＣ及び高圧ポンプＤは非作動状態となる。それ故に、高圧燃料系１００及び低圧燃料システム２００において燃料タンクＡの燃料を吸い上げ、その燃料の一部を燃料タンクＡへ還流させる作用が生じない。例えばフィードポンプＣ等のポンプ部材Ｃ、Ｄにおいて加圧室等のポンプケーシング内に溜められている燃料等、燃料噴射シシテムの構成装置Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｉ、Ｍ内にある残留燃料が、その燃料自重（重力）によって燃料タンクＡ側へ徐々に戻されるため、低圧通路８（背圧昇圧通路７０及び余剰燃料通路８０、８１）や、インジェクタＪの背圧側（例えば変位拡大室６）内の燃料の油密が低くなるおそれがある。

（エンジンの始動運転時）
さて、エンジンを始動させると、フィードポンプＣ及び高圧ポンプＤの作動により、それぞれ、フィード燃料を高圧ポンプＤ側へ送油し、高圧燃料をコモンレールＥ側へ送油する。通常、フィードポンプＣ及び高圧ポンプＤは、それぞれ、高圧ポンプＤ側で必要な吐出量、コモンレールＥ側で必要な噴射量よりは十分に大きな供給容量を有する。それ故に、高圧ポンプＤの燃料入口側、及び背圧昇圧通路７０の圧力は、フィード燃料の所定のフィード圧以上に短時間で到達する。

そのような始動開始時には、インジェクタＪの背圧側圧力がピストン７５に作用しておらず、図３（ａ）の如くピストン７５は第１制御位置にある。それ故、第１開口部９１と第２開口部９３が連通し、余剰燃料通路８１及び背圧昇圧通路７０が連通することにより、フィードポンプＣの吐出側とインジェクタＪの背圧側との間が連通状態となる。これよりエンジンの始動と共に、短時間で昇圧するフィード燃料がインジェクタＪの背圧側へ供給されるので、当該背圧側圧力が昇圧され、ひいては正圧状態の燃料がインジェクタＪの背圧側へ確実に燃料充填される。

（エンジンの通常運転時）
さて、始動運転時以外の通常運転時においては、エンジンの回転上昇等に応じてインジェクタＪ内のリーク燃料等の余剰燃料が増大するので、当該背圧側圧力が更に上昇する。

そのような背圧側圧力が上昇すると、ピストン７５は背圧側圧力を受けて軸方向（図１の軸方向右方）へ移動する。そして、上昇する背圧側圧力とスプリング７８の付勢力との釣り合いにより更に移動し、図３（ｂ）に示す第２制御位置に到達すると、第１開口部９１がピストン７５において環状溝７５ａ以外の外周面で閉じられ、閉塞状態となる。一方、第２開口部９３と第３開口部９２が連通し、ひいては余剰燃料通路８１及び余剰燃料通路８０が連通することになるので、インジェクタＪの背圧側には、フィード燃料が供給されなくなると共に、インジェクタＪの背圧側から増加した余剰燃料が背圧制御弁Ｍを介して燃料タンクＡへ還流されるのである。

これにより、背圧制御弁Ｍは、フィードポンプポンプＣから吐出されるフィード燃料によって背圧側圧力を過度に昇圧することなく、インジェクタＪの余剰燃料を燃料タンクＡへ還流しつつ背圧側圧力を正圧状態に保つことができるのである。

（背圧制御弁Ｍの異常時）
さて、背圧制御弁Ｍは、ピストン７５の制御位置が、背圧側圧力とスプリング７８の付勢力との釣り合いにより決定されるものであるため、スプリング７８の折損等の故障が万が一発生すると、スプリング７８の付勢力が失われ、ひいては上記釣り合いが維持できなくなる懸念がある。

そのような背圧制御弁Ｍの異常時には、ピストン７５は背圧側圧力のみを受けて軸方向右方へ移動し続けることになるが、図３（ｃ）に示すように、ピストン７５はストッパ７７の先端部に当接するので、ストッパ７７によってピストン７５の移動が規制され、第３制御位置に保持される。このような第３制御位置では、第２開口部９３と第３開口部９２の連通状態が維持され、即ち余剰燃料通路８１及び余剰燃料通路８０の連通状態が維持されるのである。

しかも、この背圧制御弁Ｍの異常時、及びエンジンの各運転時（始動及び通常運転時）において、フィードポンプＣの吐出側と燃料タンクとの間を遮断するので、フィードポンプＣの吐出能力が損なわれることはなく、ひいては万が一フィードポンプＣのフィード圧が昇圧しなくなるという可能性が確実に阻止されるのである。

以上説明した本実施形態では、フィードポンプＣの吐出側とインジェクタＪの背圧側との間を連通すると共に、インジェクタＪの背圧側と燃料タンクＡのとの間を連通し、余剰燃料を燃料タンクＡ側へ還流する低圧通路８を有する低圧燃料システムに用いられる背圧制御弁Ｍであって、始動運転時においては、フィードポンプＣの吐出側とインジェクタＪの背圧側との間を連通すると共に、フィードポンプＣの吐出側と燃料タンクＡ側との間、及びインジェクタＪの背圧側と燃料タンクＡ側との間を遮断し、通常運転時において、インジェクタＪの背圧側と燃料タンクＡ側の間を連通すると共に、フィードポンプＣの吐出側と燃料タンクＡ側との間、及びフィードポンプＣの吐出側とインジェクタＪの背圧側との間を遮断する切換手段を有している。

かかる構成では、インジェクタＪの背圧側圧力が昇圧不足となるおそれのある始動運転時において、背圧制御弁Ｍは、フィードポンプＣの吐出側とインジェクタＪの背圧側との間を連通するので、フィードポンプＣの吐出されるフィード燃料によって、当該背圧側圧力を昇圧することができる。

また、始動運転時以外の通常運転時は、インジェクタＪの背圧側から比較的十分な余剰燃料が排出されることになるが、このような通常運転時において、背圧制御弁Ｍは、インジェクタＪの背圧側と燃料タンクＡ側の間を連通すると共に、フィードポンプポンプＣの吐出側とインジェクタＪの背圧側との間を遮断するので、フィードポンプから供給されるフィード燃料によって背圧側圧力が過度に昇圧されることなく、余剰燃料を燃料タンクＡへ還流しつつ背圧側圧力を正圧状態に保つことができる。

しかも、始動運転時および通常運転時のいずれにおいても、上記背圧制御弁Ｍは、フィードポンプＣの吐出側と燃料タンクＡ側との間を常に遮断するので、フィードポンプＣの吐出性能が損なわれることはなく、ひいては万が一フィードポンプＣのフィード圧が昇圧しなくなるという可能性が確実に阻止される。

以上の本実施形態によれば、インジェクタＪの背圧側圧力が正圧に維持されると共に、フィードポンプＣの吐出側と燃料タンクＡ側との間が常時遮断され、ひいてはフィードポンプＣの吐出側と燃料タンクＡ側との常時連通に起因する始動性低下が阻止されるのである。

また、以上説明した本実施形態では、上記背圧制御弁Ｍは、フィードポンプＣの吐出側の燃料が導かれる第１開口部９１、インジェクタＪの背圧側の燃料が導かれる第２開口部９３、および燃料タンクＡ側に燃料を導く第３開口部９２を有する弁本体７１と、弁本体７１内に軸方向移動可能に挿入され、背圧側圧力を受けて軸方向移動することにより、第1開口部９１と第２開口部９３、第２開口部９３と第３開口部９２、および第1開口部９１と第３開口部９２を連通もしくは遮断するピストン７５と、弁本体７１内において少なくともピストン７５が背圧側圧力を受けて軸方向移動する移動範囲で、ピストン７５の所定の軸方向移動量以上の移動を規制するストッパ７７と、を備えている。

そのような上記背圧制御弁Ｍは、背圧側圧力が上昇することによりピストン７５が所定の軸方向移動量に達すると、ストッパ７７がピストン７５を規制し、「通常運転時において、インジェクタＪの背圧側と燃料タンクＡ側の間を連通すると共に、フィードポンプＣの吐出側と燃料タンクＡ側との間、及びフィードポンプＣの吐出側とインジェクタＪの背圧側との間を遮断する」状態を維持する。

このような構成を有する本実施形態では、ピストン７５が少なくとも背圧側圧力を受けて移動する軸方向移動範囲において、ピストン７５の所定の軸方向移動量以上の移動を規制するストッパ７７を少なくとも有するので、背圧側圧力が十分に昇圧され、所定の圧力以上に達すると、ストッパ７７がピストン７５を規制することになる。このように背圧側圧力が十分に昇圧された状態では、即ち通常運転状態に対応した、「インジェクタＪの背圧側と燃料タンクＡ側の間を連通すると共に、フィードポンプＣの吐出側と燃料タンクＡ側との間、及びフィードポンプＣの吐出側とインジェクタＪの背圧側との間を遮断する」状態が常に形成されるのである。

また、ここで、上記背圧制御弁Ｍにおいて、通常運転状態においてピストン７５は、第２開口部９３と第３開口部９２を連通すると共に、第1開口部９１と第３開口部９２、及び第1開口部９１と２開口部９３を遮断している。

かかる構成では、背圧側圧力においてインジェクタＪの背圧側と燃料タンクＡ側との間が連通する所定の設定圧力、即ち背圧側圧力での設定圧力を、フィード燃料でのフィード圧と異なる圧力値に設定することが可能となる。これよれば、一つの背圧制御弁Ｍで、図６の如きチェック弁Ｋ及び逆止弁Ｌの機能を併せ持つことが可能となるため、構成要素数を抑えながら、インジェクタＪの背圧側圧力を正圧に維持し、かつフィードポンプＣの吐出側と燃料タンクＡ側との常時連通を回避するという低圧燃料系の機能が達成されるのである。

また、以上説明した本実施形態では、背圧側圧力を受けて移動する方向とは反対方向にピストン７５を付勢するスプリング７８が設けられている。これによると、スプリング７８の付勢力を変えることにより、上記背圧側圧力の設定圧力を調整することができるのである。

しかも、上記スプリング７８が異常の場合、即ちスプリング７８が折損している場合には上記付勢力が失われるため、背圧制御弁Ｍ異常が発生することになるが、本実施形態では、背圧側圧力を受けてピストン７５が移動し続ける場合があっても、ピストン７５の移動がストッパで確実に規制されるので、フィードポンプＣの吐出側と燃料タンクＡ側との間を遮断しつつ、通常運転状態に対応した、「インジェクタＪの背圧側と燃料タンクＡ側の間を連通すると共に、フィードポンプＣの吐出側と燃料タンクＡ側との間、及びフィードポンプＣの吐出側とインジェクタＪの背圧側との間を遮断する」状態が常に形成される。

また、以上説明した本実施形態においては、背圧制御弁Ｍにより調整される背圧側圧力の設定圧力が、フィードポンプＣ側においてレギュレートバルブＣｒで調整されるフィード圧の設定力より低く設定されていることが好ましい。なお、背圧側圧力の設定圧力は、スプリング７８の付勢力を調節する方法や第３開口部９２の開口面積を変更する方法等の周知の調整方法でなされる。

これによると、背圧側圧力を調整する背圧制御弁Ｍの上記設定圧力を、フィードポンプＣ側の設定圧力に調整されるフィード圧より低く設定するので、例え開弁圧の設定が容易になり、ひいてはインジェクタＪの信頼性向上が図れる。

さて、ここで、例えば低圧燃料システムにおいて、コモンレールＥ内のコモンレール圧を低圧側に開放する低圧開放通路に減圧弁Ｉを設ける構成の場合において、減圧弁Ｉの開放により流出する減圧燃料を利用して、当該背圧側圧力を正圧する方法が考えられる。

しかしながら、このような減圧弁Ｉは通電動作により開閉させる電磁弁構造が用いられることになるため、ノーマリクローズ型及びノーマリオープン型のいずれかの電磁弁構造となるのである。このような減圧弁Ｉが万が一故障すると、上記圧力開放通路がそれぞれ常時連通、常時遮断の状態になるおそれがある。このような減圧弁Ｉの故障時では、常時連通状態の故障に対応して減圧燃料による背圧側圧力の過度な昇圧を招いたり、常時遮断状態の故障に対応して背圧側圧力を正圧に維持することに何ら寄与しなくなるという問題がある。

これに対して本実施形態では、上記圧力開放通路７０が余剰燃料通路８０、８１に接続していると共に、背圧側昇圧通路７０及び余剰燃料通路８０、８１の両者のそれぞれを連通及び遮断を切り換える上記背圧制御弁Ｍが設けられているので、万が一、減圧弁Ｉ、背圧制御弁Ｍのいずれかが故障する場合があったとしても、背圧側圧力の過度な昇圧が抑制されると共に、背圧側圧力を常に正圧に維持することができるのである。

（第２実施形態）
第２実施形態を図４に示す。第２実施形態では、エンジンの排気通路４０１に設けられ、排気を還元浄化する還元浄化装置４００に用いられる添加弁３００を備えた低圧燃料システム２００に適用した一例を示すものである。

図４に示すように、添加弁３００は、フィードポンプＣの吐出側に接続され、例えば背圧昇圧通路７０から分岐する添加燃料供給通路１７０に接続され、フィード燃料を還元剤として用いるものである。添加弁３００は燃料噴射ノズル、及び当該ノズルのリフト制御を行なうソレノイド等を備えている。この添加弁３００は制御回路Ｇからの制御信号により噴射が断続される。

このような添加弁３００は、上記還元浄化装置４００の上流側に配置され、かつフィード燃料即ち背圧昇圧通路７０を流れる燃料の一部を、還元剤として噴射するのである。

さて、添加弁３００を備えた低圧燃料システムにおいて、フィードポンプＣの吐出側とインジェクタＪの背圧側とが常時連通する構成である場合には、添加燃料供給通路１７０に、通常運転状態においてインジェクタＪの背圧側から比較的十分な余剰燃料が流入することになる。さらにその余剰燃料の流量がその状態での内燃機関の回転領域に応じて変動するため、その変動影響が添加燃料供給通路１７０内の燃料圧力の変動に及ぼす懸念がある。

これに対して本実施形態では、通常運転状態において「インジェクタＪの背圧側とフィードポンプＣの吐出側の間を遮断する」切換手段を有する背圧制御弁Ｍを備えている。これにより、背圧制御弁Ｍによって添加弁３００側の背圧側昇圧通路７０を閉塞し、ひいてはインジェクタＪの背圧側から流出する余剰燃料の影響が、添加弁側の添加燃料供給通路１７０の圧力変動に及ぼすのを回避することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態を図５に示す。第３実施形態では、低圧通路８においてインジェクタＪの背圧側の余剰燃料通路８１に圧力センサ（以下、「背圧側圧力センサ」という）Ｎを設け、背圧側圧力の異常を判定する判定手段を備えた一例を示すものである。

図５に示すように、余剰燃料通路８１内の背圧側圧力を検出する背圧側圧力センサＮが、余剰燃料通路８１に取り付けられている。背圧側圧力センサＮから出力される圧力信号が制御回路Ｇに入力され、制御回路Ｇは、背圧側圧力センサＮの出力結果に基づいて背圧側圧力の異常を判定する。

例えば背圧制御弁Ｍが正常な場合には、始動運転時において背圧制御弁Ｍによる背圧側圧力の設定圧力となり、通常運転時においても背圧側圧力の設定圧力に制御される。一方、背圧制御弁Ｍが異常な場合には、スプリング７８の折損により背圧側圧力が不制御になるため、背圧側圧力が、始動及び通常運転時に例えば背圧側圧力の設定圧力より低下した圧力となる。

また、減圧弁Ｉ（例えばノーマリオープン型）が正常な場合には、減圧弁Ｉの開放により圧力開放通路８０ｂへ開放される減圧燃料は、制御回路Ｇによってエンジンの運転状態に最適な燃料量に制御されるため、その減圧燃料の影響による背圧側圧力の設定圧力の変動は小さく抑えられる。一方、上記減圧弁Ｉが異常な場合には、減圧弁Ｉによる常時連通状態となって、その常時連通状態の故障の影響は背圧側圧力の設定圧力の変動に大きく及ぼすことになる。

上記背圧側圧力センサＮにより背圧側圧力を検出することにより、これらの上記背圧側圧力の大きさや変動状態に応じて、例えば背圧制御弁Ｍの他、減圧弁Ｉ等の構成要素のいずれの故障かを特定することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

例えば燃料噴射装置を、ピエゾインジェクタＪで説明したが、ピエゾインジェクタＪに限らずインジェクタの背圧側から、噴射動作に連動してリーク燃料等の余剰燃料が流出すると共に、燃料充填等の燃料流入が生じるインジェクタであればいずれでもよく、さらにはインジェクタという装置以外の構成装置の場合にも適用することができる。

なお、本発明の実施形態において、高圧通路１７とは、高圧燃料供給ポンプＤの吐出側からインジェクタＪの内部の高圧通路１７までの通路をいい、低圧通路８とは、インジェクタＪ内の変位拡大室６を含む低圧通路８から背圧制御弁Ｍを介して燃料タンクＡ側へ至る余剰燃料通路８０、及びこの通路８０とは異なるフィードポンプＣの吐出側へ至る背圧昇圧通路７０をいう。また、上記の実施形態では、インジェクタＪの背圧側の背圧側圧力を正圧にする方法として、フィードポンプＣからのフィード燃料のみで背圧側圧力を昇圧する方法で行なったが、上記フィード燃料と減圧弁Ｉによる減圧燃料を併用する方法であってもよい。この場合、減圧弁Ｉはノーマリクローズ型の電磁弁構造であることが好ましい。

さらに本発明による背圧制御弁は、車両用ディーゼルエンジンのコモンレール式燃料噴システムの低圧燃料システムに用いる背圧制御弁に適用した例であったが、ガソリンエンジンの燃料噴射システムに適用してもよく、さらに車両用以外のエンジンの燃料噴射システムの場合にも適用することができる。

本発明の第１実施形態の背圧制御弁を、ディーゼルエンジンの低圧燃料システムに適用した主要構成を示す構成図である。 本発明の第１実施形態による背圧制御弁の低圧燃料システムを、ディーゼルエンジンの燃料噴射システムに適用した模式的システム構成図である。 図１中の背圧制御弁の作動を説明する図であって、図３（ａ）は当該エンジンの始動運転時、図３（ｂ）は通常運転時、図３（ｃ）は背圧制御弁の異常時の状態を示す断面図である。 第２実施形態による背圧制御弁を適用した低圧燃料システムの主要構成を示す構成図である。 第３実施形態による背圧制御弁の低圧燃料システムを適用した全体システムを示す模式的システム構成図である。 比較例のディーゼルエンジンの低圧燃料システムを示す構成図である。

符号の説明

Ａ 燃料タンク
Ｂ フィルタ（燃料濾過装置）
Ｃ フィードポンプ（低圧燃料ポンプ）
Ｄ 高圧ポンプ
Ｅ コモンレール
Ｇ 制御回路（判定手段）
Ｉ 減圧弁
Ｊ インジェクタ（燃料噴射装置）
Ｍ 背圧制御弁
Ｎ 背圧側圧力センサ（圧力検出手段）
１００ 高圧燃料系
２００ 低圧燃料システム（低圧燃料系）
１ ケーシング
２ ピエゾスタック（インジェクタ駆動部）
３ 大径ピストン
５ 小径ピストン
６ 変位拡大室（油密室）
８ 低圧通路（還流燃料通路）
１２ バルブ（３方弁、制御部）
１３ ノズルニードル
１４ 制御室
１７ 高圧通路
２５ 噴孔
７０ 背圧側昇圧通路
７１ 弁本体
７５ ピストン（弁体）
７７ ストッパ（規制手段）
７８ スプリング（付勢部材）
８０ａ、８０ｂ 第１余剰燃料通路、圧力開放通路（第２余剰燃料通路）
８１ 第３余剰燃料通路
９１ 第１開口部
９２ 第３開口部
９３ 第２開口部

Claims (9)

1. 高圧化された燃料の一部を燃料タンクへ還流する低圧燃料システムであって、
   前記燃料タンクの燃料を吸い上げる低圧燃料ポンプの吐出側と、当該高圧燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射装置において噴射動作に連動して前記燃料の一部が排出される背圧側とが連通すると共に、
   前記燃料噴射装置の当該背圧側と前記燃料タンクの両者において燃料を還流する還流燃料通路が設けられる低圧燃料システムに用いられ、
   前記燃料噴射装置の前記背圧側の燃料圧力を制御する背圧制御弁において、
   前記低圧燃料ポンプの前記吐出側と前記燃料噴射装置の前記背圧側との連通及び遮断、前記燃料噴射装置の前記背圧側と前記燃料タンク側との連通及び遮断、および前記低圧燃料ポンプの前記吐出側と前記燃料タンク側との連通及び遮断を切り換える切換手段を備え、
   始動運転時において前記切換手段は、前記低圧燃料ポンプの前記吐出側と前記燃料噴射装置の前記背圧側との間を連通すると共に、前記低圧燃料ポンプの前記吐出側と前記燃料タンク側との間、及び前記燃料噴射装置の前記背圧側と前記燃料タンク側との間を遮断し、
   通常運転時において前記切換手段は、前記燃料噴射装置の前記背圧側と前記燃料タンク側の間を連通すると共に、前記低圧燃料ポンプの前記吐出側と前記燃料タンク側との間、及び前記低圧燃料ポンプの前記吐出側と前記燃料噴射装置の前記背圧側との間を遮断する構成としたことを特徴とする背圧制御弁。
2. 前記切換手段は、
   低圧燃料ポンプの前記吐出側の燃料が導かれる第１開口部、前記燃料噴射装置の前記背圧側の燃料が導かれる第２開口部、および前記燃料タンク側に燃料を導く第３開口部を有する弁本体と、
   前記弁本体内に軸方向移動可能に挿入され、前記背圧側の燃料圧力を受けて軸方向移動することにより、前記第1開口部と前記第２開口部、前記第２開口部と前記第３開口部、および前記第1開口部と前記第３開口部を連通もしくは遮断する弁体と、
   前記弁本体内において前記弁体が少なくとも前記背圧側の燃料圧力を受けて軸方向移動する移動範囲で、前記弁体の所定の軸方向移動量以上の移動を規制する規制手段と、
   を備え、
   前記背圧側の燃料圧力が上昇することにより前記弁体が所定の軸方向移動量に達すると、前記規制手段が前記弁体を規制し、
   前記通常運転時において、前記燃料噴射装置の前記背圧側と前記燃料タンク側の間を連通すると共に、前記低圧燃料ポンプの前記吐出側と前記燃料タンク側との間、及び前記低圧燃料ポンプの前記吐出側と前記燃料噴射装置の前記背圧側との間を遮断する状態を維持することを特徴とする請求項１に記載の背圧制御弁。
3. 前記通常運転時において前記弁体は、前記第２開口部と前記第３開口部を連通すると共に、前記第1開口部と前記第３開口部、及び前記第1開口部と前記２開口部を遮断することを特徴とする請求項２に記載の背圧制御弁。
4. 前記背圧側の燃料圧力を受けて移動する方向とは反対方向に前記弁体を付勢する付勢部材を備えていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の背圧制御弁。
5. 前記燃料噴射装置の前記背圧側の燃料圧力を制御する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の背圧制御弁において、
   前記背圧制御弁により調整される前記背圧側の設定圧力が、前記低圧燃料ポンプ側において調整される低圧燃料の予備圧力より低く設定されていることを特徴とする背圧制御弁。
6. 前記燃料タンクの燃料を吸入し予備加圧した燃料を吐出する低圧燃料ポンプと、
   前記低圧燃料ポンプから吐出される低圧燃料を吸入し高圧に更に圧縮することにより高圧圧送する高圧ポンプと、
   前記高圧ポンプで圧送され高圧化された燃料が供給される前記燃料噴射装置としてのインジェクタとを備え、
   前記還流燃料通路は、
   前記インジェクタの前記背圧側および前記低圧燃料ポンプの前記吐出側の間を接続し、前記背圧側に低圧燃料を供給する背圧側昇圧通路と、
   前記インジェクタの前記背圧側および前記燃料タンク側の間を接続し、前記インジェクタの噴射に連動して前記インジェクタの前記背圧側から前記燃料の一部を排出する余剰燃料回収通路とを有し、
   前記背圧側昇圧通路及び前記余剰燃料回収通路の両者において、当該両者のそれぞれの連通及び遮断を切り換える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の背圧制御弁が設けられていることを特徴とする低圧燃料システム。
7. 前記インジェクタ及び前記高圧ポンプの間において、前記高圧ポンプから吐出される高圧燃料を蓄圧すると共に、当該蓄圧された高圧燃料を、前記内燃機関に設けられた複数の前記インジェクタに分配するコモンレールと、
   前記コモンレール内の燃料圧力を低圧側に開放する圧力開放通路と、
   前記圧力開放通路を開閉する減圧弁とを備え、
   前記圧力開放通路は、前記背圧側昇圧通路及び前記余剰燃料回収通路のいずれかに接続していることを特徴とする請求項６に記載の低圧燃料システム。
8. 前記内燃機関の排気通路に設けられ、排気を還元浄化する還元浄化装置に用いられる添加弁を備え、
   前記添加弁は、前記背圧側昇圧通路を流れる燃料の一部を、還元剤として前記還元浄化装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の低圧燃料システム。
9. 前記背圧側昇圧通路及び前記余剰燃料回収通路において、
   前記背圧制御弁と前記インジェクタの前記背圧側の間に、前記背圧側の燃料圧力を検出する圧力検出手段が設けられ、
   当該圧力検出手段の検出結果に基づいて前記背圧側の燃料圧力の異常を判定する判定手段を備えていることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の低圧燃料システム。

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