JP2011038487A - Fuel injection device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel injection device for an internal combustion engine, easily and inexpensively increasing injection pressure of fuel when the internal combustion engine is operated at low rotation. <P>SOLUTION: This fuel injection device 1 for the internal combustion engine includes a fuel pressure intensifier 5. The fuel pressure intensifier 5 is provided with a pressure intensifying plunger 51 and a control piston 71 which are respectively slidably provided inside of a device body 41. The pressure intensifying plunger 51 has a pressure receiving section 52 and a pressure increasing section 54 which have cross-sectional areas different from each other, and pressurizes fuel in a third pressure chamber 47 by pressure of fuel itself supplied from a fuel injection pump 3 into a first pressure chamber 45. A control piston 71 switches supply and discharge of compressed air with respect to a second pressure chamber 46 according to an internal combustion engine speed. The spill valve 75 of the control piston 71 discharges fuel in the first pressure chamber 45 to the outside when the pressure intensifying plunger 51 is upwardly moved. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は内燃機関の燃料噴射装置に係り、特に、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を高める構成に関する。   The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine, and more particularly to a configuration for increasing the fuel injection pressure during low-speed operation of the internal combustion engine.

特許文献１に記載されている内燃機関の燃料噴射装置によれば、燃料タンクから送られてくる燃料が燃料噴射ポンプによって昇圧され、昇圧された燃料が燃料噴射弁によって燃焼室内に噴射される。燃料噴射ポンプの内部には、燃料の昇圧を行うためのプランジャが摺動可能に設けられている。プランジャの一端側には、内部に燃料が供給されるプランジャ室が形成されている。また、プランジャの他端側には、内燃機関のクランク軸に連動して回転する燃料カムが設けられている。プランジャは、回転する燃料カムに駆動されて往復動作を行うようになっており、プランジャの往復動作により、プランジャ室内の燃料が昇圧される。プランジャ室内で昇圧された燃料は、燃料噴射ポンプと燃料噴射弁とを接続する噴射管を介して燃料噴射弁に供給される。   According to the fuel injection device for an internal combustion engine described in Patent Document 1, the fuel sent from the fuel tank is boosted by the fuel injection pump, and the boosted fuel is injected into the combustion chamber by the fuel injection valve. A plunger for boosting the fuel is slidably provided inside the fuel injection pump. A plunger chamber into which fuel is supplied is formed on one end side of the plunger. A fuel cam that rotates in conjunction with the crankshaft of the internal combustion engine is provided on the other end side of the plunger. The plunger is driven by a rotating fuel cam to perform a reciprocating operation, and the fuel in the plunger chamber is boosted by the reciprocating operation of the plunger. The fuel whose pressure is increased in the plunger chamber is supplied to the fuel injection valve via an injection pipe connecting the fuel injection pump and the fuel injection valve.

燃料噴射弁は、弁本体と、その先端部に取り付けられたノズルチップとを備えている。ノズルチップは、燃料噴射ポンプからの燃料が供給される燃料溜室と、燃料溜室内の燃料を外部に噴射するための噴口とを有している。また、ノズルチップの内部には、噴口を開閉するための針弁が摺動可能に設けられている。針弁は、弁本体の内部に設けられた針弁ばねに付勢されて燃料溜室と噴口との連通を遮断しており、それにより、噴口が閉じられた状態となっている。また、燃料噴射ポンプから燃料溜室内に供給された燃料の圧力は、噴口が開かれる方向に針弁を付勢するようになっている。すなわち、燃料溜室内の燃料の圧力が針弁ばねのばね力を上回ると、針弁が移動して噴口を開き、燃料が燃焼室内に噴射される。   The fuel injection valve includes a valve main body and a nozzle tip attached to the tip portion thereof. The nozzle tip has a fuel reservoir chamber to which fuel from a fuel injection pump is supplied, and a nozzle for injecting fuel in the fuel reservoir chamber to the outside. A needle valve for opening and closing the nozzle hole is slidably provided inside the nozzle tip. The needle valve is urged by a needle valve spring provided inside the valve body to block the communication between the fuel reservoir and the nozzle, and the nozzle is thereby closed. The pressure of the fuel supplied from the fuel injection pump into the fuel reservoir chamber urges the needle valve in the direction in which the nozzle is opened. That is, when the pressure of the fuel in the fuel reservoir chamber exceeds the spring force of the needle valve spring, the needle valve moves to open the injection port, and the fuel is injected into the combustion chamber.

特開２００７−２７７６号公報JP 2007-2776 A

しかしながら、特許文献１に記載の燃料噴射装置において、燃料噴射ポンプのプランジャを駆動する燃料カムはクランク軸に連動して回転しているため、プランジャによる燃料の昇圧も内燃機関の回転数に依存することになる。すなわち、内燃機関の低回転運転時において、燃料噴射ポンプは燃料の圧力を十分に高めることができないため、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射圧力も低下することになる。燃料噴射弁による燃料の噴射圧力が低下すると、燃焼室内における燃焼状態が悪くなり、黒煙や粒子状物質（ディーゼルパティキュレート、以下、ＰＭと略称する）の発生量の増加や、燃費の悪化を招くという問題点を有していた。   However, in the fuel injection device described in Patent Document 1, since the fuel cam that drives the plunger of the fuel injection pump rotates in conjunction with the crankshaft, the boosting of fuel by the plunger also depends on the rotational speed of the internal combustion engine. It will be. That is, during the low-speed operation of the internal combustion engine, the fuel injection pump cannot sufficiently increase the pressure of the fuel, so that the injection pressure of the fuel injected from the fuel injection valve also decreases. When the fuel injection pressure by the fuel injection valve decreases, the combustion state in the combustion chamber deteriorates, and the generation amount of black smoke and particulate matter (diesel particulates, hereinafter abbreviated as PM) increases and the fuel consumption deteriorates. Had the problem of inviting.

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を容易に、且つ低コストで高めることを実現した内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a fuel injection device for an internal combustion engine that can easily and inexpensively increase the fuel injection pressure during low-speed operation of the internal combustion engine. The purpose is to provide.

この発明に係る内燃機関の燃料噴射装置は、燃料を昇圧する燃料噴射ポンプと、燃料噴射ポンプが昇圧した燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた内燃機関の燃料噴射装置において、燃料噴射装置が接続される大径部、及び燃料噴射弁が接続される小径部からなるプランジャ収容室を内部に有する装置本体と、大径部内に配置される受圧部、及び小径部内に配置され、受圧部の断面積より小さい断面積を有する増圧部からなり、プランジャ収容室内に摺動可能に設けられる増圧プランジャとを有する燃料増圧装置をさらに備え、プランジャ収容室の内部には、受圧部の、燃料噴射ポンプ側に区画される第一圧力室と、受圧部の、燃料噴射ポンプとは反対側に区画される第二圧力室と、増圧部の、燃料噴射弁側に区画される第三圧力室とが形成され、増圧プランジャは、第一圧力室と第三圧力室とを連通する燃料通路と、燃料通路に設けられ、第一圧力室と第三圧力室との差圧に応じて、第一圧力室から第三圧力室への燃料の流通のみを許容する吸込弁とを有しており、内燃機関の回転数が所定の回転数以下であるときに、第二圧力室内には、増圧プランジャを燃料噴射ポンプ側に付勢する作動流体が供給され、内燃機関の回転数が所定の回転数より大きいときに、第二圧力室内からは、作動流体が排出されることを特徴とするものである。   A fuel injection device for an internal combustion engine according to the present invention is a fuel injection device for an internal combustion engine comprising a fuel injection pump for boosting fuel and a fuel injection valve for injecting fuel boosted by the fuel injection pump. An apparatus main body having a plunger housing chamber consisting of a large diameter portion to be connected and a small diameter portion to which the fuel injection valve is connected, a pressure receiving portion disposed in the large diameter portion, and a small diameter portion. A pressure intensifying portion having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area, further comprising a fuel pressure intensifying device slidably provided in the plunger accommodating chamber, and inside the plunger accommodating chamber, A first pressure chamber defined on the fuel injection pump side, a second pressure chamber defined on the pressure receiving portion on the opposite side of the fuel injection pump, and a third pressure chamber defined on the fuel injection valve side. Pressure chamber and formed The pressure-increasing plunger is provided in the fuel passage that communicates the first pressure chamber and the third pressure chamber, and in the fuel passage, according to the pressure difference between the first pressure chamber and the third pressure chamber. A suction valve that allows only fuel to flow from the first pressure chamber to the third pressure chamber, and when the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined rotational speed, a pressure increasing plunger is provided in the second pressure chamber. The working fluid for energizing the fuel injection pump is supplied, and the working fluid is discharged from the second pressure chamber when the rotational speed of the internal combustion engine is higher than a predetermined rotational speed. .

内燃機関の回転数が所定の回転数以下であるとき、増圧プランジャは、第二圧力室内に供給される作動流体に付勢されて燃料噴射ポンプ側に移動する。この際、増圧プランジャの移動に伴って第一圧力室と第三圧力室との差圧が大きくなるため、吸込弁が開弁し、第一圧力室内の燃料が第三圧力室内に供給される。ここで、増圧部の断面積は受圧部の断面積より小さいため、燃料噴射ポンプによって昇圧された燃料が第一圧力室内に供給されると、その燃料自体の圧力が受圧部に作用することによって、増圧プランジャが燃料噴射弁側に移動する。第三圧力室内の燃料は増圧部によって昇圧され、その圧力は、第一圧力室内の燃料の圧力、すなわち燃料噴射ポンプが昇圧した燃料の圧力より高くなる。燃料噴射弁には、第三圧力室内で昇圧された高圧の燃料が供給されるため、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射圧力も高くなる。また、内燃機関の回転数が所定の回転数より大きいときにおいて、燃料噴射ポンプは、それ自体によって燃料を十分高圧に昇圧できるため、増圧プランジャを移動させる必要がない。   When the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than the predetermined rotational speed, the pressure increasing plunger is biased by the working fluid supplied into the second pressure chamber and moves to the fuel injection pump side. At this time, since the differential pressure between the first pressure chamber and the third pressure chamber increases with the movement of the pressure increasing plunger, the suction valve opens and the fuel in the first pressure chamber is supplied to the third pressure chamber. The Here, since the cross-sectional area of the pressure increasing portion is smaller than the cross-sectional area of the pressure receiving portion, when fuel boosted by the fuel injection pump is supplied into the first pressure chamber, the pressure of the fuel itself acts on the pressure receiving portion. As a result, the pressure-increasing plunger moves to the fuel injection valve side. The fuel in the third pressure chamber is boosted by the pressure increasing unit, and the pressure becomes higher than the pressure of the fuel in the first pressure chamber, that is, the pressure of the fuel boosted by the fuel injection pump. Since the high pressure fuel boosted in the third pressure chamber is supplied to the fuel injection valve, the injection pressure of the fuel injected from the fuel injection valve also increases. Further, when the rotational speed of the internal combustion engine is larger than the predetermined rotational speed, the fuel injection pump can boost the fuel to a sufficiently high pressure by itself, and thus it is not necessary to move the pressure increasing plunger.

増圧プランジャは、第二圧力室内に供給される作動流体の圧力と、燃料噴射ポンプが昇圧した燃料自体の圧力とによって駆動されるため、増圧プランジャを駆動するための動力を、例えば内燃機関のクランク軸等から取り出す必要がない。すなわち、燃料噴射ポンプと燃料噴射弁とを接続する配管の途中に燃料増圧装置を設けるだけで燃料の噴射圧力を高めることができるため、既存の燃料噴射装置に対しても、大幅な設計変更や改造等を必要とすることなく、本発明における燃料増圧装置を適用することができる。したがって、内燃機関の燃料噴射装置において、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を容易に、且つ低コストで高めることが可能となる。   The pressure-increasing plunger is driven by the pressure of the working fluid supplied into the second pressure chamber and the pressure of the fuel itself boosted by the fuel injection pump, so that the power for driving the pressure-increasing plunger is, for example, an internal combustion engine There is no need to remove it from the crankshaft. In other words, the fuel injection pressure can be increased simply by installing a fuel booster in the middle of the pipe connecting the fuel injection pump and the fuel injection valve. The fuel pressure booster according to the present invention can be applied without requiring any modification or modification. Therefore, in the fuel injection device for an internal combustion engine, the fuel injection pressure during low-speed operation of the internal combustion engine can be easily increased at low cost.

燃料増圧装置は、第二圧力室内に作動流体を供給可能な流体供給経路と、第二圧力室内から作動流体を排出可能な流体排出経路と、装置本体の内部に摺動可能に設けられ、流体供給経路を開く供給位置と、流体排出経路を開く排出位置とを選択的に切り換える制御ピストンとをさらに備え、制御ピストンは、内燃機関の回転数に応じて、供給位置と排出位置とを切り換えてもよい。   The fuel booster is provided in a fluid supply path capable of supplying a working fluid into the second pressure chamber, a fluid discharge path capable of discharging the working fluid from the second pressure chamber, and slidable within the apparatus main body. A control piston that selectively switches between a supply position that opens the fluid supply path and a discharge position that opens the fluid discharge path is further provided, and the control piston switches between the supply position and the discharge position according to the rotational speed of the internal combustion engine. May be.

また、装置本体には、第一圧力室から燃料を排出可能な燃料排出経路が形成され、制御ピストンは、燃料排出経路を開閉可能なスピル弁を有しており、スピル弁は、制御ピストンが供給位置にあるときに燃料排出経路を開き、制御ピストンが排出位置にあるときに燃料排出経路を閉じてもよい。制御ピストンが供給位置にあるとき、すなわち流体供給経路が開かれて第二圧力室内に作動流体が供給され、増圧プランジャが燃料噴射ポンプ側に移動するとき、第一圧力室内の燃料が排出可能となる。したがって、増圧プランジャが移動する際の抵抗を低減することができる。逆に、増圧プランジャが燃料噴射弁側に移動するとき、第一圧力室内の燃料の圧力は高まっているため、その圧力がスピル弁に作用することによって制御ピストンが排出位置に移動する。制御ピストンが排出位置に移動すると、第二圧力室内から作動流体を排出可能となるため、増圧プランジャが移動する際の抵抗を低減することができる。   The apparatus body has a fuel discharge path capable of discharging fuel from the first pressure chamber, the control piston has a spill valve capable of opening and closing the fuel discharge path, and the spill valve has a control piston The fuel discharge path may be opened when in the supply position, and the fuel discharge path may be closed when the control piston is in the discharge position. When the control piston is in the supply position, that is, when the fluid supply path is opened and the working fluid is supplied into the second pressure chamber, and the pressure-increasing plunger moves toward the fuel injection pump, the fuel in the first pressure chamber can be discharged. It becomes. Therefore, it is possible to reduce the resistance when the pressure increasing plunger moves. Conversely, when the pressure-increasing plunger moves toward the fuel injection valve, the pressure of the fuel in the first pressure chamber increases, so that the pressure acts on the spill valve and the control piston moves to the discharge position. When the control piston moves to the discharge position, the working fluid can be discharged from the second pressure chamber, so that the resistance when the pressure increasing plunger moves can be reduced.

この発明によれば、内燃機関の燃料噴射装置において、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を容易に、且つ低コストで高めることが可能となる。   According to the present invention, in the fuel injection device for an internal combustion engine, the fuel injection pressure during low-speed operation of the internal combustion engine can be easily increased at low cost.

この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the fuel-injection apparatus of the internal combustion engine which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射装置における燃料増圧装置の構成を示す断面側面図である。1 is a cross-sectional side view showing a configuration of a fuel pressure booster in a fuel injection device for an internal combustion engine according to Embodiment 1. 実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射装置において、内燃機関の回転数が所定の回転数以下であるときの動作を説明するための断面側面図である。FIG. 5 is a cross-sectional side view for explaining the operation when the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined rotational speed in the fuel injection device for the internal combustion engine according to the first embodiment. 実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射装置において、内燃機関の回転数が所定の回転数より大きいときの動作を説明するための断面側面図である。FIG. 6 is a cross-sectional side view for explaining the operation when the rotational speed of the internal combustion engine is greater than a predetermined rotational speed in the fuel injection device for the internal combustion engine according to the first embodiment.

以下に、この発明の実施の形態について添付図に基づいて説明する。
実施の形態１．
この実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射装置１（以下、燃料噴射装置１と略称する）の構成について、船舶用ディーゼル機関の燃料噴射装置として適用した場合を例として説明する。尚、燃料噴射装置１における上下方向を、図１に示す矢印により規定する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
The configuration of the fuel injection device 1 for an internal combustion engine (hereinafter abbreviated as “fuel injection device 1”) according to Embodiment 1 will be described as an example when applied as a fuel injection device for a marine diesel engine. In addition, the up-down direction in the fuel injection apparatus 1 is prescribed | regulated by the arrow shown in FIG.

図１に概略的に示すように、燃料噴射装置１は、燃料タンク２内に溜められた燃料を昇圧する燃料噴射ポンプ３と、昇圧された燃料を内燃機関の図示しない燃焼室内に噴射する燃料噴射弁４とを備えている。また、燃料噴射装置１は、燃料噴射ポンプ３と燃料噴射弁４との間に接続された燃料増圧装置５を備えている。後述するように、燃料増圧装置５は、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒ以下である場合に、燃料噴射ポンプ３が昇圧した燃料をさらに昇圧する装置である。   As schematically shown in FIG. 1, a fuel injection device 1 includes a fuel injection pump 3 that pressurizes fuel stored in a fuel tank 2, and fuel that injects the boosted fuel into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine. And an injection valve 4. The fuel injection device 1 also includes a fuel booster 5 connected between the fuel injection pump 3 and the fuel injection valve 4. As will be described later, the fuel booster 5 is a device that further boosts the fuel boosted by the fuel injection pump 3 when the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined rotational speed R.

燃料タンク２と燃料噴射ポンプ３とは、送出管６を介して接続されている。送出管６の途中には、燃料タンク２内の燃料を燃料噴射ポンプ３に送出する燃料フィードポンプ６ａと、送出管６内を流通する燃料から異物を除去するフィルタ６ｂとが設けられている。燃料噴射ポンプ３と燃料増圧装置５とは第一噴射管７を介して接続されており、燃料噴射ポンプ３によって昇圧された燃料が、第一噴射管７を通って燃料増圧装置５に供給されるようになっている。また、燃料増圧装置５と燃料噴射弁４とは第二噴射管８を介して接続されており、燃料増圧装置５からの燃料が第二噴射管８を通って燃料噴射弁４に供給されるようになっている。   The fuel tank 2 and the fuel injection pump 3 are connected via a delivery pipe 6. In the middle of the delivery pipe 6, a fuel feed pump 6a for delivering the fuel in the fuel tank 2 to the fuel injection pump 3 and a filter 6b for removing foreign matter from the fuel flowing through the delivery pipe 6 are provided. The fuel injection pump 3 and the fuel booster 5 are connected via the first injection pipe 7, and the fuel boosted by the fuel injection pump 3 passes through the first injection pipe 7 to the fuel booster 5. It comes to be supplied. The fuel booster 5 and the fuel injection valve 4 are connected via a second injection pipe 8, and fuel from the fuel booster 5 is supplied to the fuel injection valve 4 through the second injection pipe 8. It has come to be.

燃料噴射ポンプ３は、ポンプ本体１１と、ポンプ本体１１内に摺動可能に設けられた燃料プランジャ１２とを備えている。また、燃料プランジャ１２の下方には、内燃機関の図示しないクランク軸に連動して回転する燃料カム１３が設けられている。燃料プランジャ１２は、回転する燃料カム１３に駆動されて往復動作を行うようになっている。ポンプ本体１１の内部には、燃料プランジャ１２の上方側の端部に区画されたプランジャ室１４が形成されている。プランジャ室１４には、ポンプ本体１１に設けられた供給通路１５を介して送出管６が接続されており、燃料タンク２からの燃料がプランジャ室１４内に供給されるようになっている。   The fuel injection pump 3 includes a pump main body 11 and a fuel plunger 12 slidably provided in the pump main body 11. A fuel cam 13 that rotates in conjunction with a crankshaft (not shown) of the internal combustion engine is provided below the fuel plunger 12. The fuel plunger 12 is driven by a rotating fuel cam 13 to reciprocate. Inside the pump body 11, a plunger chamber 14 is formed that is partitioned at the upper end of the fuel plunger 12. A delivery pipe 6 is connected to the plunger chamber 14 via a supply passage 15 provided in the pump main body 11 so that fuel from the fuel tank 2 is supplied into the plunger chamber 14.

また、プランジャ室１４は、ポンプ本体１１に設けられた吐出通路１６を介して第一噴射管７に接続されている。すなわち、プランジャ室１４内に供給された燃料は、燃料プランジャ１２が往復動作を行うことによって昇圧され、吐出通路１６を通って第一噴射管７に吐出されるようになっている。吐出通路１６の途中には、昇圧した燃料の吐出が行われた後に、燃料噴射ポンプ３より下流側にある燃料の圧力を所定の範囲内に保持する等圧弁１７が設けられている。   The plunger chamber 14 is connected to the first injection pipe 7 via a discharge passage 16 provided in the pump body 11. That is, the fuel supplied into the plunger chamber 14 is pressurized as the fuel plunger 12 reciprocates, and is discharged to the first injection pipe 7 through the discharge passage 16. In the middle of the discharge passage 16, there is provided an equal pressure valve 17 that holds the pressure of the fuel downstream of the fuel injection pump 3 within a predetermined range after the pressurized fuel is discharged.

燃料噴射弁４は、弁本体２１と、弁本体２１の先端部に取り付けられたノズル２２とを備えている。図２に概略的に示すように、ノズル２２の内部には燃料溜室２３が形成されている。燃料溜室２３は、ノズル２２に設けられた供給口２４を介して第二噴射管８に接続されており、燃料増圧装置５からの燃料が、供給口２４を通って燃料溜室２３内に供給されるようになっている。また、燃料溜室２３の底部には、下方側に延在する空洞部２５が形成されており、空洞部２５の下方側の先端部には、燃料を噴射するための孔である噴口２６が複数個所に形成されている。   The fuel injection valve 4 includes a valve main body 21 and a nozzle 22 attached to the tip of the valve main body 21. As schematically shown in FIG. 2, a fuel reservoir chamber 23 is formed inside the nozzle 22. The fuel reservoir chamber 23 is connected to the second injection pipe 8 via a supply port 24 provided in the nozzle 22, and the fuel from the fuel booster 5 passes through the supply port 24 and enters the fuel reservoir chamber 23. To be supplied. A cavity 25 extending downward is formed at the bottom of the fuel reservoir 23, and a nozzle 26, which is a hole for injecting fuel, is formed at the tip of the cavity 25 below. It is formed at multiple locations.

また、燃料噴射弁４は、ノズル２２の内部に摺動可能に設けられた針弁３１と、弁本体２１の内部に設けられ、針弁３１を下方側に付勢する針弁ばね３２とを備えている。針弁３１は、空洞部２５の上方側の開口２５ａを塞ぐテーパ状の先端部３３を有しており、先端部３３が開口２５ａを塞ぐことによって、燃料溜室２３と噴口２６との連通が遮断された状態となっている。また、針弁３１は、燃料溜室２３内に配置され、下方側から上方側に向かって外径が大きくなるテーパ部３４を有している。すなわち、テーパ部３４には、燃料溜室２３内に供給された燃料の圧力が作用するようになっており、テーパ部３４に作用する燃料の圧力が針弁ばね３２のばね力を上回ると、針弁３１が上方側に移動するようになっている。針弁３１が上方側に移動すると、燃料溜室２３と噴口２６とが空洞部２５を介して連通し、噴口から燃料が噴射される。   The fuel injection valve 4 includes a needle valve 31 slidably provided inside the nozzle 22 and a needle valve spring 32 provided inside the valve body 21 and biasing the needle valve 31 downward. I have. The needle valve 31 has a tapered distal end portion 33 that closes the opening 25a on the upper side of the cavity portion 25, and the distal end portion 33 closes the opening 25a, whereby communication between the fuel reservoir chamber 23 and the nozzle 26 is established. It is in a blocked state. Further, the needle valve 31 is disposed in the fuel reservoir 23 and has a tapered portion 34 whose outer diameter increases from the lower side toward the upper side. That is, the pressure of the fuel supplied into the fuel reservoir chamber 23 acts on the tapered portion 34, and when the pressure of the fuel acting on the tapered portion 34 exceeds the spring force of the needle valve spring 32, The needle valve 31 moves upward. When the needle valve 31 moves upward, the fuel reservoir chamber 23 and the nozzle 26 communicate with each other through the cavity 25, and fuel is injected from the nozzle.

以上のように構成される燃料噴射装置１において、燃料噴射ポンプ３と燃料噴射弁４とは、既知の構成を有するものである。すなわち、この実施の形態１に係る燃料噴射装置１は、燃料噴射ポンプ３と燃料噴射弁４との間に燃料増圧装置５を接続したことを特徴とするものである。尚、内燃機関が複数の気筒を有する場合、燃料噴射ポンプ３、燃料噴射弁４及び燃料増圧装置５は、各気筒に対応する数が設けられる。   In the fuel injection device 1 configured as described above, the fuel injection pump 3 and the fuel injection valve 4 have known configurations. That is, the fuel injection device 1 according to the first embodiment is characterized in that the fuel pressure increasing device 5 is connected between the fuel injection pump 3 and the fuel injection valve 4. When the internal combustion engine has a plurality of cylinders, the fuel injection pump 3, the fuel injection valve 4, and the fuel booster 5 are provided in numbers corresponding to each cylinder.

ここで、図２、３を用いて、燃料増圧装置５の構成について詳細に説明する。
図２に示すように、燃料増圧装置５は装置本体４１を備えている。装置本体４１の内部には、図２の矢印で示す上下方向に延在する円筒状の空洞である大径部４２と、大径部４２の底部から下方側に延在し、大径部より小さい内径を有する空洞である小径部４３とからなるプランジャ収容室４４が形成されている。装置本体４１の内部において、大径部４２の上方には、第一噴射管７が接続される供給通路４２ａが形成されている。すなわち、燃料噴射ポンプ３と大径部４２の上部とが、第一噴射管７及び供給通路４２ａを介して接続された状態となっている。また、小径部４３の下方には、第二噴射管８が接続される吐出通路４３ａが形成されている。すなわち燃料噴射弁４と小径部４３の底部とが、第二噴射管８及び吐出通路４３ａを介して接続された状態となっている。 Here, the configuration of the fuel booster 5 will be described in detail with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, the fuel pressure increasing device 5 includes a device main body 41. Inside the apparatus main body 41, a large-diameter portion 42 that is a cylindrical cavity extending in the vertical direction indicated by the arrow in FIG. 2, and extends downward from the bottom of the large-diameter portion 42, and from the large-diameter portion A plunger accommodating chamber 44 is formed which includes a small diameter portion 43 which is a cavity having a small inner diameter. In the apparatus main body 41, a supply passage 42 a to which the first injection pipe 7 is connected is formed above the large diameter portion 42. That is, the fuel injection pump 3 and the upper part of the large diameter portion 42 are connected via the first injection pipe 7 and the supply passage 42a. A discharge passage 43 a to which the second injection pipe 8 is connected is formed below the small diameter portion 43. That is, the fuel injection valve 4 and the bottom of the small diameter portion 43 are connected via the second injection pipe 8 and the discharge passage 43a.

プランジャ収容室４４の内部には、燃料の昇圧を行うための増圧プランジャ５１が、プランジャ収容室４４の内周面に密着しながら摺動可能となるように設けられている。増圧プランジャ５１は、大径部４２内に配置される受圧部５２と、受圧部５２の下部に段差部５３を介して一体として形成され、小径部４３内に配置される増圧部５４とを有している。増圧部５４の外径Ｄ２は受圧部５２の外径Ｄ１より小さく、増圧部の断面積は受圧部の断面積より小さくなっている。プランジャ収容室４４の内部には、受圧部５２の燃料噴射ポンプ３側の端部である上端部５２ａに区画された第一圧力室４５が形成されている。また、プランジャ収容室４４の内部には、受圧部５２の燃料噴射ポンプ３とは反対側の端部である下端部５２ｂに区画された第二圧力室４６が形成されている。さらに、プランジャ収容室４４の内部には、増圧部５４の燃料噴射弁４側の端部である下端部５４ａに区画された第三圧力室４７が形成されている。   Inside the plunger housing chamber 44, a pressure-increasing plunger 51 for boosting the fuel is provided so as to be slidable while being in close contact with the inner peripheral surface of the plunger housing chamber 44. The pressure-increasing plunger 51 is formed integrally with a pressure-receiving portion 52 disposed in the large-diameter portion 42 and a lower portion of the pressure-receiving portion 52 via a step portion 53, and is disposed in the small-diameter portion 43. have. The outer diameter D2 of the pressure increasing portion 54 is smaller than the outer diameter D1 of the pressure receiving portion 52, and the cross sectional area of the pressure increasing portion is smaller than the cross sectional area of the pressure receiving portion. Inside the plunger accommodating chamber 44, a first pressure chamber 45 is formed which is partitioned into an upper end portion 52a which is an end portion of the pressure receiving portion 52 on the fuel injection pump 3 side. In addition, a second pressure chamber 46 that is partitioned into a lower end portion 52 b that is an end portion of the pressure receiving portion 52 opposite to the fuel injection pump 3 is formed in the plunger accommodating chamber 44. Further, a third pressure chamber 47 defined in a lower end portion 54 a that is an end portion of the pressure increasing portion 54 on the fuel injection valve 4 side is formed inside the plunger accommodating chamber 44.

増圧プランジャ５１は、その中央部に設けられ、第一圧力室４５と第三圧力室４７とを連通する燃料通路５５を有している。また、燃料通路５５の下方側の端部近傍には、燃料通路５５内に設けられた球状部材５６ａと、球状部材５６ａを上方側に付勢するコイルばね５６ｂとからなる吸込弁５６が設けられている。吸込弁５６は、第一圧力室４５内と第三圧力室４７内との間の差圧に応じて燃料通路５５を開閉するものであって、これらの間にコイルばね５６ｂのばね力を上回る圧力が生じると、球状部材５６ａが下方側に移動するようになっている。球状部材５６ａが下方側に移動することにより、第一圧力室４５内の燃料が第三圧力室４７内に供給されるようになっている。   The pressure-increasing plunger 51 is provided at the center thereof, and has a fuel passage 55 that communicates the first pressure chamber 45 and the third pressure chamber 47. Further, in the vicinity of the lower end portion of the fuel passage 55, a suction valve 56 including a spherical member 56a provided in the fuel passage 55 and a coil spring 56b for biasing the spherical member 56a upward is provided. ing. The suction valve 56 opens and closes the fuel passage 55 according to the differential pressure between the first pressure chamber 45 and the third pressure chamber 47, and exceeds the spring force of the coil spring 56b therebetween. When pressure is generated, the spherical member 56a moves downward. By moving the spherical member 56 a downward, the fuel in the first pressure chamber 45 is supplied into the third pressure chamber 47.

装置本体４１の内部において、供給通路４２ａの側方に位置する部位には、上下方向に対して垂直をなして延在するピストン収容室６１が形成されている。ピストン収容室６１は、大径円筒部６２及び小径円筒部６３を有する空洞であって、大径円筒部６２と第二圧力室４６とは、装置本体４１内に形成された連通路４８を介して連通している。また、大径円筒部６２の上部には、大径円筒部６２内と装置本体４１の外部とを連通する空気排出路６２ａが形成されている。   Inside the apparatus main body 41, a piston accommodation chamber 61 extending perpendicularly to the vertical direction is formed at a portion located on the side of the supply passage 42a. The piston housing chamber 61 is a cavity having a large diameter cylindrical portion 62 and a small diameter cylindrical portion 63, and the large diameter cylindrical portion 62 and the second pressure chamber 46 are connected via a communication passage 48 formed in the apparatus main body 41. Communicate. In addition, an air discharge path 62 a that communicates the inside of the large-diameter cylindrical portion 62 and the outside of the apparatus main body 41 is formed in the upper portion of the large-diameter cylindrical portion 62.

大径円筒部６２の右側の端部には接続路６２ｂが形成されており、接続路６２ｂには、作動流体源であるコンプレッサ６５が接続管６６を介して接続されている。コンプレッサ６５は、作動流体である圧縮空気を吐出してピストン収容室６１内に供給するものである。また、接続管６６の途中には、接続管６６を開閉する電磁開閉弁６７が設けられており、電磁開閉弁６７には、ＥＣＵ６８が電気的に接続されている。ＥＣＵ６８は、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒ以下であるときに電磁開閉弁６７を開弁させ、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒより大きいときにときに電磁開閉弁６７を閉弁させる。   A connection path 62b is formed at the right end of the large-diameter cylindrical section 62, and a compressor 65, which is a working fluid source, is connected to the connection path 62b via a connection pipe 66. The compressor 65 discharges compressed air, which is a working fluid, and supplies it into the piston accommodation chamber 61. An electromagnetic opening / closing valve 67 that opens and closes the connection pipe 66 is provided in the middle of the connection pipe 66, and the ECU 68 is electrically connected to the electromagnetic opening / closing valve 67. The ECU 68 opens the electromagnetic on-off valve 67 when the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than the predetermined rotational speed R, and opens the electromagnetic on-off valve 67 when the rotational speed of the internal combustion engine is greater than the predetermined rotational speed R. Close the valve.

ここで、電磁開閉弁６７として、閉弁時に大径円筒部６２内の圧縮空気を排出可能な、いわゆる三方向切替弁が用いられている。すなわち、電磁開閉弁６７が開弁すると、コンプレッサ６５が吐出する圧縮空気は、接続管６６を介して大径円筒部６２内に供給される。一方、電磁開閉弁６７が閉弁すると、コンプレッサ６５から大径円筒部６２内への圧縮空気の供給は遮断される。同時に、大径円筒部６２内に残留している圧縮空気は、接続管６６の一部、及び電磁開閉弁６７を介して外部に排出される。また、特に大型船舶用のディーゼル機関は、機関始動時に圧縮空気を用いてピストンを作動させるための圧縮空気源を備えていることが一般的であり、この圧縮空気源が、コンプレッサ６５として共用される。   Here, as the electromagnetic on-off valve 67, a so-called three-way switching valve capable of discharging the compressed air in the large diameter cylindrical portion 62 when the valve is closed is used. That is, when the electromagnetic on-off valve 67 is opened, the compressed air discharged from the compressor 65 is supplied into the large-diameter cylindrical portion 62 through the connection pipe 66. On the other hand, when the electromagnetic on-off valve 67 is closed, the supply of compressed air from the compressor 65 into the large-diameter cylindrical portion 62 is shut off. At the same time, the compressed air remaining in the large diameter cylindrical portion 62 is discharged to the outside through a part of the connection pipe 66 and the electromagnetic on-off valve 67. In particular, diesel engines for large ships generally include a compressed air source for operating the piston using compressed air when the engine is started. This compressed air source is commonly used as the compressor 65. The

小径円筒部６３の左側の端部には、小径円筒部６３と供給通路４２ａとを連通するスピル通路６３ａが形成されている。また、小径円筒部６３の上部には、小径円筒部６３と装置本体４１の外部とを連通する燃料排出路６３ｂが形成されている。燃料排出路６３ｂは、図示しない接続通路を介して燃料タンク２に接続されている。   At the left end of the small diameter cylindrical portion 63, a spill passage 63a that connects the small diameter cylindrical portion 63 and the supply passage 42a is formed. In addition, a fuel discharge path 63 b that connects the small diameter cylindrical portion 63 and the outside of the apparatus main body 41 is formed in the upper portion of the small diameter cylindrical portion 63. The fuel discharge path 63b is connected to the fuel tank 2 via a connection path (not shown).

ピストン収容室６１の内部には、プランジャ収容室４４内における増圧プランジャ５１の移動を制御するための制御ピストン７１が設けられている。制御ピストン７１は、大径円筒部６２内に配置される第一円筒部７２と、小径円筒部６３内に配置される第二円筒部７３とを有する部材であって、供給通路４２ａ側である供給位置（図２参照）と、コンプレッサ６５側である排出位置（図３参照）との間を摺動可能となっている。また、第一円筒部７２の内部には、制御ピストン７１が図２に示す供給位置にあるときに、大径円筒部６２と連通路４８とを連通する内部通路７４が形成されている。内部通路７４は、制御ピストン７１が排出位置（図３参照）にあるときには、大径円筒部６２と連通路４８との連通を遮断するようになっている。   A control piston 71 for controlling the movement of the pressure-increasing plunger 51 in the plunger housing chamber 44 is provided inside the piston housing chamber 61. The control piston 71 is a member having a first cylindrical portion 72 disposed in the large diameter cylindrical portion 62 and a second cylindrical portion 73 disposed in the small diameter cylindrical portion 63, and is on the supply passage 42a side. It can slide between the supply position (see FIG. 2) and the discharge position (see FIG. 3) on the compressor 65 side. Further, an internal passage 74 that communicates the large-diameter cylindrical portion 62 and the communication passage 48 when the control piston 71 is in the supply position shown in FIG. 2 is formed inside the first cylindrical portion 72. The internal passage 74 blocks communication between the large-diameter cylindrical portion 62 and the communication passage 48 when the control piston 71 is in the discharge position (see FIG. 3).

また、第二円筒部７３の先端部には、左側に突出してスピル通路６３ａを貫通するスピル弁７５が一体として形成されている。スピル弁７５は、制御ピストン７１の位置に応じてスピル通路６３ａを開閉するものであって、制御ピストン７１が図２に示す供給位置にあるときに、スピル通路６３ａが開かれるようになっている。制御ピストン７１が供給位置にあるとき、第一圧力室４５の燃料は、供給通路４２ａの一部、スピル通路６３ａ、小径円筒部６３及び燃料排出路６３ｂを介して、燃料増圧装置５の外部に排出可能となっている。すなわち、供給通路４２ａの一部、スピル通路６３ａ、小径円筒部６３及び燃料排出路６３ｂは、燃料増圧装置５における燃料排出経路を構成するものである。   A spill valve 75 that protrudes to the left and penetrates the spill passage 63a is integrally formed at the tip of the second cylindrical portion 73. The spill valve 75 opens and closes the spill passage 63a according to the position of the control piston 71, and the spill passage 63a is opened when the control piston 71 is in the supply position shown in FIG. . When the control piston 71 is in the supply position, the fuel in the first pressure chamber 45 passes through a part of the supply passage 42a, the spill passage 63a, the small diameter cylindrical portion 63, and the fuel discharge passage 63b to the outside of the fuel pressure increasing device 5. Can be discharged. That is, a part of the supply passage 42a, the spill passage 63a, the small diameter cylindrical portion 63, and the fuel discharge passage 63b constitute a fuel discharge passage in the fuel pressure increasing device 5.

以上に述べたように、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒ以下であるとき、電磁開閉弁６７は開弁され、コンプレッサ６５が吐出した圧縮空気が大径円筒部６２内に供給される。制御ピストン７１は大径円筒部６２内に供給された圧縮空気の圧力によって供給位置まで移動する。制御ピストン７１が供給位置に移動すると、大径円筒部６２は、内部通路７４を介して連通路４８と連通する。したがって、コンプレッサ６５が吐出した圧縮空気を、大径円筒部６２、内部通路７４、連通路４８を順次介して、第二圧力室４６内に供給可能となっている。ここで、大径円筒部６２、内部通路７４、連通路４８は、燃料増圧装置５における流体供給経路を構成する。   As described above, when the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than the predetermined rotational speed R, the electromagnetic on-off valve 67 is opened, and the compressed air discharged from the compressor 65 is supplied into the large-diameter cylindrical portion 62. . The control piston 71 moves to the supply position by the pressure of the compressed air supplied into the large diameter cylindrical portion 62. When the control piston 71 moves to the supply position, the large diameter cylindrical portion 62 communicates with the communication passage 48 via the internal passage 74. Therefore, the compressed air discharged from the compressor 65 can be supplied into the second pressure chamber 46 through the large-diameter cylindrical portion 62, the internal passage 74, and the communication passage 48 in this order. Here, the large-diameter cylindrical portion 62, the internal passage 74, and the communication passage 48 constitute a fluid supply path in the fuel booster 5.

一方、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒより大きいとき、電磁開閉弁６７は閉弁され、大径円筒部６２内の圧縮空気を排出可能な状態となる。ここで、スピル弁７５には、供給通路４２ａ内にある燃料の圧力が作用しているため、その圧力により、制御ピストン７１が図３に示す排出位置に移動する。制御ピストン７１が排出位置に移動すると、連通路４８と大径円筒部６２との連通は遮断される。同時に、制御ピストン７１の第二円筒部７３の一部は大径円筒部６２内に移動するため、これらの間に隙間７６が形成され、この隙間７６を介して連通路４８と空気排出路６２ａとが連通する。したがって、第二圧力室４６内の圧縮空気は、連通路４８、隙間７６、空気排出路６２ａを順次介して排出可能となっている。ここで、連通路４８、隙間７６、空気排出路６２ａは、燃料増圧装置５における流体排出経路を構成する。   On the other hand, when the rotational speed of the internal combustion engine is larger than the predetermined rotational speed R, the electromagnetic on-off valve 67 is closed, and the compressed air in the large-diameter cylindrical portion 62 can be discharged. Here, since the pressure of the fuel in the supply passage 42a acts on the spill valve 75, the control piston 71 moves to the discharge position shown in FIG. 3 by the pressure. When the control piston 71 moves to the discharge position, the communication between the communication passage 48 and the large-diameter cylindrical portion 62 is blocked. At the same time, a part of the second cylindrical portion 73 of the control piston 71 moves into the large-diameter cylindrical portion 62, so that a gap 76 is formed between them, and the communication passage 48 and the air discharge passage 62a are formed through the gap 76. And communicate. Therefore, the compressed air in the second pressure chamber 46 can be discharged sequentially through the communication passage 48, the gap 76, and the air discharge passage 62a. Here, the communication path 48, the gap 76, and the air discharge path 62 a constitute a fluid discharge path in the fuel booster 5.

また、第一噴射管７と装置本体４１との接続、及び第二噴射管８と装置本体４１との接続には、ユニオンナット７ａ、８ａがそれぞれ用いられている。したがって、燃料増圧装置５に対する第一噴射管７及び第二噴射管８の着脱を容易に行うことが可能となっており、既知の燃料噴射装置に燃料増圧装置５を追加して燃料噴射装置１とすること、及び燃料噴射装置１から燃料増圧装置５を取り除いて既知の燃料噴射装置とすることが容易に行えるようになっている。   Further, union nuts 7 a and 8 a are used for connection between the first injection pipe 7 and the apparatus main body 41 and for connection between the second injection pipe 8 and the apparatus main body 41, respectively. Therefore, the first injection pipe 7 and the second injection pipe 8 can be easily attached to and detached from the fuel pressure booster 5, and the fuel pressure booster 5 is added to the known fuel injector and fuel injection is performed. It is possible to easily form the apparatus 1 and to remove the fuel booster 5 from the fuel injection apparatus 1 to obtain a known fuel injection apparatus.

次に、この発明の実施の形態１に係る燃料噴射装置１の動作について説明する。
図２に示すように、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒ以下になると、ＥＣＵ６８は電磁開閉弁６７を開弁させ、コンプレッサ６５が吐出する圧縮空気が大径円筒部６２内に供給される。圧縮空気が大径円筒部６２内に供給されると、制御ピストン７１は、圧縮空気の圧力によって左側に移動し、供給位置に配置される。制御ピストン７１が供給位置に配置されると、大径円筒部６２と連通路４８とが、制御ピストン７１の内部通路７４を介して連通するため、コンプレッサ６５が吐出する圧縮空気は、接続管６６、大径円筒部６２、内部通路７４及び連通路４８を順次介して第二圧力室４６内に供給される。第二圧力室４６内に供給された圧縮空気は、その圧力を増圧プランジャ５１の受圧部５２の下端部５２ｂに作用させ、増圧プランジャ５１を燃料噴射ポンプ３側である上方側に付勢する。 Next, the operation of the fuel injection device 1 according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
As shown in FIG. 2, when the rotational speed of the internal combustion engine becomes equal to or lower than the predetermined rotational speed R, the ECU 68 opens the electromagnetic on-off valve 67 and the compressed air discharged from the compressor 65 is supplied into the large-diameter cylindrical portion 62. The When the compressed air is supplied into the large-diameter cylindrical portion 62, the control piston 71 moves to the left side by the pressure of the compressed air and is disposed at the supply position. When the control piston 71 is disposed at the supply position, the large-diameter cylindrical portion 62 and the communication passage 48 communicate with each other via the internal passage 74 of the control piston 71, so that the compressed air discharged from the compressor 65 is connected to the connection pipe 66. The large-diameter cylindrical portion 62, the internal passage 74, and the communication passage 48 are sequentially supplied into the second pressure chamber 46. The compressed air supplied into the second pressure chamber 46 causes the pressure to act on the lower end portion 52b of the pressure receiving portion 52 of the pressure increasing plunger 51, and urges the pressure increasing plunger 51 upward, which is the fuel injection pump 3 side. To do.

同時に、制御ピストン７１が供給位置に移動したことにより、スピル弁７５がスピル通路６３ａを開く。スピル通路６３ａが開かれることにより、第一圧力室４５の燃料の一部は、供給通路４２ａの一部、スピル通路６３ａ、小径円筒部６３及び燃料排出路６３ｂを介して、燃料増圧装置５の外部に排出され、第一圧力室４５内の圧力が低下する。このように、増圧プランジャ５１は、第二圧力室４６内に供給された圧縮空気によって上方側に付勢され、且つ第一圧力室４５内にある燃料の圧力は低下した状態となる。したがって、増圧プランジャ５１は、第一圧力室４５内に残留している燃料による抵抗が低減された状態で、図２の矢印Ａで示すように上方側に移動する。   At the same time, as the control piston 71 moves to the supply position, the spill valve 75 opens the spill passage 63a. When the spill passage 63a is opened, a part of the fuel in the first pressure chamber 45 is partly supplied through the supply passage 42a, the spill passage 63a, the small diameter cylindrical portion 63, and the fuel discharge passage 63b. The pressure in the first pressure chamber 45 is reduced. As described above, the pressure increasing plunger 51 is urged upward by the compressed air supplied into the second pressure chamber 46, and the pressure of the fuel in the first pressure chamber 45 is reduced. Accordingly, the pressure-increasing plunger 51 moves upward as indicated by an arrow A in FIG. 2 in a state in which the resistance due to the fuel remaining in the first pressure chamber 45 is reduced.

増圧プランジャ５１の上方側への移動に伴って、第三圧力室４７内の容積は増加するため、第三圧力室４７内の圧力が低下する。したがって、第一圧力室４５内と第三圧力室４７内との差圧が大きくなり、吸込弁５６の球状部材５６ａには、コイルばね５６ｂのばね力を上回る荷重が作用し、球状部材５６ａが下方側に移動して吸込弁５６が開弁する。吸込弁５６が開弁することによって、第一圧力室４５内に残留していた燃料が第三圧力室４７内に供給される。   As the pressure increasing plunger 51 moves upward, the volume in the third pressure chamber 47 increases, so the pressure in the third pressure chamber 47 decreases. Accordingly, the differential pressure between the first pressure chamber 45 and the third pressure chamber 47 is increased, and a load exceeding the spring force of the coil spring 56b acts on the spherical member 56a of the suction valve 56, so that the spherical member 56a The suction valve 56 is opened by moving downward. When the suction valve 56 is opened, the fuel remaining in the first pressure chamber 45 is supplied into the third pressure chamber 47.

増圧プランジャ５１が上方側に移動し、第三圧力室４７内に燃料が供給された状態において、燃料噴射ポンプ３によって昇圧された燃料が第一圧力室４５内に供給されると、その圧力がスピル弁７５に作用する。スピル弁７５に作用する燃料の圧力は、制御ピストン７１を図３に示す排出位置まで移動させる。この際、大径円筒部６２内には、コンプレッサ６５からの圧縮空気が供給され続けている状態となっている。したがって、制御ピストン７１が大径円筒部６２の内部壁面に勢いよく衝突することなく、制御ピストン７１の破損が防止される。   When the pressure-increasing plunger 51 moves upward and fuel is supplied into the third pressure chamber 47, when the fuel pressurized by the fuel injection pump 3 is supplied into the first pressure chamber 45, the pressure is increased. Acts on the spill valve 75. The pressure of the fuel acting on the spill valve 75 moves the control piston 71 to the discharge position shown in FIG. At this time, compressed air from the compressor 65 continues to be supplied into the large diameter cylindrical portion 62. Therefore, the control piston 71 is prevented from being damaged without violently colliding with the inner wall surface of the large-diameter cylindrical portion 62.

制御ピストン７１が排出位置まで移動すると、連通路４８と大径円筒部６２内のコンプレッサ６５側との連通は遮断される。同時に、制御ピストン７１の第二円筒部７３と大径円筒部６２との間には隙間７６が形成され、この隙間７６を介して連通路４８と空気排出路６２ａとが連通する。したがって、第二圧力室４６内の圧縮空気は、連通路４８、隙間７６、空気排出路６２ａを順次介して燃料増圧装置５の外部に排出される。第二圧力室４６内の圧縮空気が排出されることにより、増圧プランジャ５１を上方側に付勢していた圧力は低下する。したがって、図３の矢印Ｂで示すように、増圧プランジャ５１は、第二圧力室４６内の圧縮空気の抵抗を受けることなく、第一圧力室４５内の燃料の圧力により下方側に移動する。   When the control piston 71 moves to the discharge position, the communication between the communication passage 48 and the compressor 65 side in the large diameter cylindrical portion 62 is blocked. At the same time, a gap 76 is formed between the second cylindrical portion 73 and the large-diameter cylindrical portion 62 of the control piston 71, and the communication passage 48 and the air discharge passage 62a communicate with each other through the gap 76. Accordingly, the compressed air in the second pressure chamber 46 is discharged to the outside of the fuel pressure increasing device 5 through the communication path 48, the gap 76, and the air discharge path 62a in this order. As the compressed air in the second pressure chamber 46 is discharged, the pressure that has urged the pressure-increasing plunger 51 upward decreases. Therefore, as shown by the arrow B in FIG. 3, the pressure increasing plunger 51 moves downward by the pressure of the fuel in the first pressure chamber 45 without receiving the resistance of the compressed air in the second pressure chamber 46. .

ここで、増圧プランジャ５１の増圧部５４において、その外径Ｄ２は受圧部５２の外径Ｄ１より小さく、増圧部５４の断面積が受圧部５２の断面積より小さくなっている。したがって、第三圧力室４７内の燃料は、増圧プランジャ５１の増圧部５４により、第一圧力室４５内で受圧部５２に作用する燃料の圧力、すなわち燃料噴射ポンプ３によって昇圧された燃料の圧力より高い圧力に昇圧される。第三圧力室４７内で昇圧された高圧の燃料は、第二噴射管８を介して燃料噴射弁４の燃料溜室２３内に供給される。燃料溜室２３内に供給された燃料の圧力は針弁３１のテーパ部３４に作用し、針弁ばね３２のばね力に抗して針弁３１を上方側に移動させる。針弁３１が上方側に移動することにより、燃料溜室２３内の燃料が噴口２６から噴射される。尚、針弁３１は、増圧プランジャ５１が第三圧力室４７内の全ての燃料を排出する前に、上方側に移動するようになっている。すなわち、増圧プランジャ５１が下方側に移動する範囲は、増圧プランジャ５１の段差部５３が第二圧力室４６の底部壁面に接触しない範囲までとなっている。   Here, in the pressure increasing portion 54 of the pressure increasing plunger 51, the outer diameter D 2 is smaller than the outer diameter D 1 of the pressure receiving portion 52, and the cross sectional area of the pressure increasing portion 54 is smaller than the cross sectional area of the pressure receiving portion 52. Accordingly, the fuel in the third pressure chamber 47 is the pressure of the fuel acting on the pressure receiving portion 52 in the first pressure chamber 45 by the pressure increasing portion 54 of the pressure increasing plunger 51, that is, the fuel boosted by the fuel injection pump 3. The pressure is increased to a pressure higher than the pressure. The high-pressure fuel boosted in the third pressure chamber 47 is supplied into the fuel reservoir chamber 23 of the fuel injection valve 4 through the second injection pipe 8. The pressure of the fuel supplied into the fuel reservoir chamber 23 acts on the tapered portion 34 of the needle valve 31 and moves the needle valve 31 upward against the spring force of the needle valve spring 32. As the needle valve 31 moves upward, the fuel in the fuel reservoir 23 is injected from the nozzle 26. The needle valve 31 is moved upward before the pressure-increasing plunger 51 discharges all the fuel in the third pressure chamber 47. That is, the range in which the pressure increasing plunger 51 moves downward is a range in which the stepped portion 53 of the pressure increasing plunger 51 does not contact the bottom wall surface of the second pressure chamber 46.

以上のように、燃料増圧装置５による燃料の昇圧が行われ、燃料噴射弁４からの燃料の噴射が完了すると、第一圧力室４５内の燃料の圧力は、増圧プランジャ５１の下方側への移動に伴って低下する。大径円筒部６２内には、コンプレッサ６５からの圧縮空気が供給され続けているため、第一圧力室４５内の燃料の圧力低下に伴って、制御ピストン７１は供給位置（図２参照）まで移動する。制御ピストン７１が供給位置まで移動すると、第二圧力室４６内への圧縮空気の供給と第一圧力室４５内のからの燃料の排出とが行われ、増圧プランジャ５１は再び上方側に移動する。以後、内燃機関が回転数Ｒ以下での運転を行っている間、増圧プランジャ５１はプランジャ収容室４４内で往復動作を行い、増圧プランジャ５１による第三圧力室４７内での燃料の昇圧が繰り返し行われる。   As described above, when the fuel pressure is increased by the fuel pressure increasing device 5 and the fuel injection from the fuel injection valve 4 is completed, the pressure of the fuel in the first pressure chamber 45 is lower than the pressure increasing plunger 51. Decreases with movement to. Since the compressed air from the compressor 65 continues to be supplied into the large-diameter cylindrical portion 62, the control piston 71 reaches the supply position (see FIG. 2) as the fuel pressure in the first pressure chamber 45 decreases. Moving. When the control piston 71 moves to the supply position, the compressed air is supplied into the second pressure chamber 46 and the fuel is discharged from the first pressure chamber 45, and the pressure-increasing plunger 51 moves upward again. To do. Thereafter, while the internal combustion engine is operating at a rotational speed R or less, the pressure-increasing plunger 51 reciprocates in the plunger housing chamber 44, and the pressure in the third pressure chamber 47 is increased by the pressure-increasing plunger 51. Is repeated.

また、図４に示すように、内燃機関の回転数が回転数Ｒより高くなると、ＥＣＵ６８は電磁開閉弁６７を閉弁させる。電磁開閉弁６７の閉弁に伴って大径円筒部６２内への圧縮空気の供給が停止されるとともに、大径円筒部６２内の圧縮空気が電磁開閉弁６７を介して外部に排出される。大径円筒部６２内から圧縮空気が排出されると、制御ピストン７１は、スピル弁７５の先端部に作用する燃料の圧力により、排出位置まで移動する。制御ピストン７１が排出位置まで移動することにより、連通路４８と大径円筒部６２との連通は遮断される。同時に、制御ピストン７１の第二円筒部７３と大径円筒部６２との間に隙間７６が形成され、この隙間７６を介して連通路４８と空気排出路６２ａとが連通する。したがって、第二圧力室４６内の圧縮空気は、連通路４８、隙間７６、空気排出路６２ａを順次介して燃料増圧装置５の外部に排出される。   As shown in FIG. 4, when the rotational speed of the internal combustion engine becomes higher than the rotational speed R, the ECU 68 closes the electromagnetic on-off valve 67. The supply of compressed air into the large-diameter cylindrical portion 62 is stopped as the electromagnetic on-off valve 67 is closed, and the compressed air in the large-diameter cylindrical portion 62 is discharged to the outside via the electromagnetic on-off valve 67. . When the compressed air is discharged from the large-diameter cylindrical portion 62, the control piston 71 moves to the discharge position by the pressure of the fuel acting on the tip of the spill valve 75. When the control piston 71 moves to the discharge position, the communication between the communication passage 48 and the large-diameter cylindrical portion 62 is blocked. At the same time, a gap 76 is formed between the second cylindrical portion 73 and the large-diameter cylindrical portion 62 of the control piston 71, and the communication passage 48 and the air discharge passage 62a communicate with each other through the gap 76. Accordingly, the compressed air in the second pressure chamber 46 is discharged to the outside of the fuel pressure increasing device 5 through the communication path 48, the gap 76, and the air discharge path 62a in this order.

第二圧力室４６内の圧縮空気が排出されることにより、増圧プランジャ５１は、燃料噴射ポンプ３が吐出した燃料の圧力、または燃料噴射ポンプ３が燃料を吐出した後に、等圧弁１７により所定の範囲内に保持された燃料の圧力によって下方側に移動する。下方側に移動した増圧プランジャ５１は、その段差部５３が第二圧力室４６の底部壁面に接触した位置で静止した状態となる。ここで、内燃機関が高回転運転を行っている際、燃料噴射ポンプ３の燃料プランジャ１２を駆動する燃料カム１３は、内燃機関のクランク軸に連動して高い回転数で回転するため、燃料増圧装置５による燃料の昇圧を行わなくても、充分に燃料の圧力を高めることが可能となっている。したがって、内燃機関が回転数Ｒより高い回転数で運転を行っている間、増圧プランジャ５１はプランジャ収容室４４内で静止した状態となる。第一圧力室４５内に供給された燃料は、燃料通路５５を通って吸込弁５６を開弁させ、第三圧力室４７、吐出通路４７ａ及び第二噴射管８を順次介して燃料噴射弁４に供給される。燃料噴射弁４に供給された燃料は、その圧力によって噴口２６を開き、燃焼室内に噴射される。   When the compressed air in the second pressure chamber 46 is discharged, the pressure-increasing plunger 51 is adjusted by the pressure of the fuel discharged by the fuel injection pump 3 or by the equal pressure valve 17 after the fuel injection pump 3 discharges the fuel. It moves downward due to the pressure of the fuel held within the range. The pressure-increasing plunger 51 that has moved downward is in a stationary state at a position where the stepped portion 53 is in contact with the bottom wall surface of the second pressure chamber 46. Here, when the internal combustion engine is operating at a high speed, the fuel cam 13 that drives the fuel plunger 12 of the fuel injection pump 3 rotates at a high rotational speed in conjunction with the crankshaft of the internal combustion engine. Even without boosting the fuel by the pressure device 5, the fuel pressure can be sufficiently increased. Therefore, while the internal combustion engine is operating at a rotational speed higher than the rotational speed R, the pressure-increasing plunger 51 is in a stationary state in the plunger accommodating chamber 44. The fuel supplied into the first pressure chamber 45 opens the suction valve 56 through the fuel passage 55 and sequentially passes through the third pressure chamber 47, the discharge passage 47 a and the second injection pipe 8. To be supplied. The fuel supplied to the fuel injection valve 4 opens the nozzle 26 by its pressure and is injected into the combustion chamber.

このように、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒ以下であるとき、増圧プランジャ５１は、第二圧力室４６内に供給される圧縮空気に付勢されて燃料噴射ポンプ３側である上方側に移動する。この際、増圧プランジャ５１の移動に伴って第一圧力室４５と第三圧力室４７との差圧が大きくなるため、吸込弁５６が開弁し、第一圧力室４５内の燃料が第三圧力室４７内に供給される。ここで、増圧プランジャ５１の増圧部５４の断面積は受圧部５２の断面積より小さいため、燃料噴射ポンプ３によって昇圧された燃料が第一圧力室４５内に供給されると、その燃料自体の圧力が受圧部５２に作用することによって、増圧プランジャ５１が燃料噴射弁４側である下方側に移動する。第三圧力室４７内の燃料は増圧部５４によって昇圧され、その圧力は、第一圧力室４５内の燃料の圧力、すなわち燃料噴射ポンプ３が昇圧した燃料の圧力より高くなる。燃料噴射弁４には、第三圧力室４７内で昇圧された高圧の燃料が供給されるため、燃料噴射弁４から噴射される燃料の噴射圧力も高くなる。また、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒより大きいときにおいて、燃料噴射ポンプ３は、それ自体によって燃料を十分高圧に昇圧できるため、増圧プランジャ５１を移動させる必要がない。   Thus, when the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than the predetermined rotational speed R, the pressure increasing plunger 51 is biased by the compressed air supplied into the second pressure chamber 46 and is on the fuel injection pump 3 side. Move upward. At this time, since the differential pressure between the first pressure chamber 45 and the third pressure chamber 47 increases with the movement of the pressure increasing plunger 51, the suction valve 56 is opened, and the fuel in the first pressure chamber 45 is changed to the first pressure chamber 45. It is supplied into the three pressure chambers 47. Here, since the cross-sectional area of the pressure-increasing portion 54 of the pressure-increasing plunger 51 is smaller than the cross-sectional area of the pressure-receiving portion 52, when fuel boosted by the fuel injection pump 3 is supplied into the first pressure chamber 45, the fuel When the pressure of itself acts on the pressure receiving part 52, the pressure increasing plunger 51 moves to the lower side which is the fuel injection valve 4 side. The fuel in the third pressure chamber 47 is boosted by the pressure-increasing unit 54, and the pressure becomes higher than the pressure of the fuel in the first pressure chamber 45, that is, the pressure of the fuel boosted by the fuel injection pump 3. Since the fuel injection valve 4 is supplied with high-pressure fuel whose pressure is increased in the third pressure chamber 47, the injection pressure of the fuel injected from the fuel injection valve 4 also increases. Further, when the rotational speed of the internal combustion engine is greater than the predetermined rotational speed R, the fuel injection pump 3 can boost the fuel to a sufficiently high pressure by itself, and thus it is not necessary to move the pressure increasing plunger 51.

増圧プランジャ５１は、第二圧力室４６内に供給される圧縮空気の圧力と、燃料噴射ポンプ３が昇圧した燃料自体の圧力とによって駆動されるため、増圧プランジャ５１を駆動するための動力を、例えば内燃機関のクランク軸等から取り出す必要がない。すなわち、燃料噴射ポンプ３と燃料噴射弁４とを接続する配管の途中である第一噴射管７と第二噴射管８との間に燃料増圧装置５を設けるだけで燃料の噴射圧力を高めることができるため、既存の燃料噴射装置に対しても、大幅な設計変更や改造等を必要とすることなく、本発明における燃料増圧装置５を適用することができる。したがって、内燃機関の燃料噴射装置１において、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を容易に、且つ低コストで高めることが可能となる。   The pressure-increasing plunger 51 is driven by the pressure of the compressed air supplied into the second pressure chamber 46 and the pressure of the fuel itself boosted by the fuel injection pump 3, so that the power for driving the pressure-increasing plunger 51 is For example, from the crankshaft of an internal combustion engine. That is, the fuel injection pressure is increased only by providing the fuel booster 5 between the first injection pipe 7 and the second injection pipe 8 in the middle of the pipe connecting the fuel injection pump 3 and the fuel injection valve 4. Therefore, the fuel booster 5 according to the present invention can be applied to an existing fuel injection device without requiring a significant design change or modification. Therefore, in the fuel injection device 1 for the internal combustion engine, it is possible to easily increase the fuel injection pressure during low-speed operation of the internal combustion engine at low cost.

また、制御ピストン７１にスピル弁７５を設けたので、制御ピストン７１が供給位置にあるとき、すなわち第二圧力室４６内に圧縮空気が供給され、増圧プランジャ５１が燃料噴射ポンプ３側である上方側に移動するとき、第一圧力室４５内の燃料が排出可能となる。したがって、増圧プランジャ５１が上方側に移動する際の抵抗を低減することができる。逆に、増圧プランジャ５１が燃料噴射弁４側である下方側に移動するとき、第一圧力室４５内の燃料の圧力は高まっているため、その圧力がスピル弁７５に作用することによって制御ピストン７１が排出位置に移動する。制御ピストン７１が排出位置に移動すると、第二圧力室４６内から圧縮空気を排出可能となるため、増圧プランジャ５１が下方側に移動する際の抵抗を低減することができる。   Further, since the spill valve 75 is provided in the control piston 71, when the control piston 71 is in the supply position, that is, compressed air is supplied into the second pressure chamber 46, and the pressure increasing plunger 51 is on the fuel injection pump 3 side. When moving upward, the fuel in the first pressure chamber 45 can be discharged. Therefore, it is possible to reduce the resistance when the pressure-increasing plunger 51 moves upward. Conversely, when the pressure-increasing plunger 51 moves to the lower side, which is the fuel injection valve 4 side, the fuel pressure in the first pressure chamber 45 has increased, so that the pressure is controlled by acting on the spill valve 75. The piston 71 moves to the discharge position. When the control piston 71 moves to the discharge position, the compressed air can be discharged from the second pressure chamber 46, so that the resistance when the pressure-increasing plunger 51 moves downward can be reduced.

１ 燃料噴射装置、３ 燃料噴射ポンプ、４ 燃料噴射弁、５ 燃料増圧装置、４１ 装置本体、４２ 大径部、４２ａ 供給通路（燃料排出経路）、４３ 小径部、４４ プランジャ収容室、４５ 第一圧力室、４６ 第二圧力室、４７ 第三圧力室、４８ 連通路（流体供給経路、流体排出経路）、５１ 増圧プランジャ、５２ 受圧部、５４ 増圧部、５５ 燃料通路、５６ 吸込弁、６２ 大径円筒部（流体供給経路）、６２ａ 空気排出路（流体排出経路）、６３ 小径円筒部（燃料排出経路）、６３ａ スピル通路（燃料排出経路）、６３ｂ 燃料排出路（燃料排出経路）、７１ 制御ピストン、７４ 内部通路（流体供給経路）、７５ スピル弁、７６ 隙間（流体排出経路）、Ｒ 内燃機関の所定の回転数。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel-injection apparatus, 3 Fuel-injection pump, 4 Fuel-injection valve, 5 Fuel pressure-increasing apparatus, 41 Apparatus main body, 42 Large-diameter part, 42a Supply path (fuel discharge path), 43 Small-diameter part, 44 Plunger accommodating chamber, 45 One pressure chamber, 46 Second pressure chamber, 47 Third pressure chamber, 48 Communication path (fluid supply path, fluid discharge path), 51 Pressure increasing plunger, 52 Pressure receiving section, 54 Pressure increasing section, 55 Fuel path, 56 Suction valve , 62 Large diameter cylindrical part (fluid supply path), 62a Air discharge path (fluid discharge path), 63 Small diameter cylindrical part (fuel discharge path), 63a Spill path (fuel discharge path), 63b Fuel discharge path (fuel discharge path) , 71 Control piston, 74 Internal passage (fluid supply path), 75 Spill valve, 76 Clearance (fluid discharge path), R Predetermined number of revolutions of the internal combustion engine.

Claims (3)

燃料を昇圧する燃料噴射ポンプと、
前記燃料噴射ポンプが昇圧した前記燃料を噴射する燃料噴射弁と
を備えた内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃料噴射装置が接続される大径部、及び前記燃料噴射弁が接続される小径部からなるプランジャ収容室を内部に有する装置本体と、
前記大径部内に配置される受圧部、及び前記小径部内に配置され、前記受圧部より小さい断面積を有する増圧部からなり、前記プランジャ収容室内に摺動可能に設けられる増圧プランジャと
を有する燃料増圧装置をさらに備え、
前記プランジャ収容室の内部には、
前記受圧部の、前記燃料噴射ポンプ側に区画される第一圧力室と、
前記受圧部の、前記燃料噴射ポンプとは反対側に区画される第二圧力室と、
前記増圧部の、前記燃料噴射弁側に区画される第三圧力室と
が形成され、
前記増圧プランジャは、
前記第一圧力室と前記第三圧力室とを連通する燃料通路と、
前記燃料通路に設けられ、前記第一圧力室と前記第三圧力室との差圧に応じて、前記第一圧力室から前記第三圧力室への前記燃料の流通のみを許容する吸込弁と
を有しており、
前記内燃機関の回転数が所定の回転数以下であるときに、前記第二圧力室内には、前記増圧プランジャを前記燃料噴射ポンプ側に付勢する作動流体が供給され、
前記内燃機関の回転数が所定の回転数より大きいときに、前記第二圧力室内からは、前記作動流体が排出されること
を特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。 A fuel injection pump for boosting the fuel;
A fuel injection device for an internal combustion engine comprising a fuel injection valve that injects the fuel boosted by the fuel injection pump;
An apparatus main body having a plunger housing chamber formed of a large diameter portion to which the fuel injection device is connected and a small diameter portion to which the fuel injection valve is connected;
A pressure receiving portion disposed in the large diameter portion, and a pressure increasing plunger disposed in the small diameter portion and having a cross-sectional area smaller than the pressure receiving portion, and provided in a slidable manner in the plunger accommodating chamber. And further comprising a fuel booster having
In the plunger accommodating chamber,
A first pressure chamber defined on the fuel injection pump side of the pressure receiving portion;
A second pressure chamber partitioned on the opposite side of the pressure receiving portion from the fuel injection pump;
A third pressure chamber defined on the fuel injection valve side of the pressure increasing portion is formed;
The pressure increasing plunger is
A fuel passage communicating the first pressure chamber and the third pressure chamber;
A suction valve provided in the fuel passage and allowing only the flow of the fuel from the first pressure chamber to the third pressure chamber according to a differential pressure between the first pressure chamber and the third pressure chamber; Have
When the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined rotational speed, a working fluid that urges the pressure-increasing plunger toward the fuel injection pump is supplied into the second pressure chamber.
The fuel injection device for an internal combustion engine, wherein the working fluid is discharged from the second pressure chamber when the rotational speed of the internal combustion engine is greater than a predetermined rotational speed. 前記燃料増圧装置は、
前記第二圧力室内に前記作動流体を供給可能な流体供給経路と、
前記第二圧力室内から前記作動流体を排出可能な流体排出経路と、
前記装置本体の内部に摺動可能に設けられ、前記流体供給経路を開く供給位置と、前記流体排出経路を開く排出位置とを選択的に切り換える制御ピストンと
をさらに備え、
前記制御ピストンは、前記内燃機関の前記回転数に応じて、前記供給位置と前記排出位置とを切り換える請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 The fuel booster is
A fluid supply path capable of supplying the working fluid into the second pressure chamber;
A fluid discharge path capable of discharging the working fluid from the second pressure chamber;
A control piston that is slidably provided in the apparatus main body and that selectively switches between a supply position that opens the fluid supply path and a discharge position that opens the fluid discharge path;
The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control piston switches between the supply position and the discharge position in accordance with the rotational speed of the internal combustion engine. 前記装置本体には、前記第一圧力室から前記燃料を排出可能な燃料排出経路が形成され、
前記制御ピストンは、前記燃料排出経路を開閉可能なスピル弁を有しており、
前記スピル弁は、前記制御ピストンが前記供給位置にあるときに前記燃料排出経路を開き、前記制御ピストンが前記排出位置にあるときに前記燃料排出経路を閉じる請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。 A fuel discharge path capable of discharging the fuel from the first pressure chamber is formed in the apparatus main body,
The control piston has a spill valve capable of opening and closing the fuel discharge path,
The fuel for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the spill valve opens the fuel discharge path when the control piston is in the supply position, and closes the fuel discharge path when the control piston is in the discharge position. Injection device.
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