JP4075894B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は燃料噴射装置に関する。

ニードル弁の内端部上に形成された圧力制御室と噴射圧を増大するための増圧ピストンの中間室とを具備し、圧力制御室内に供給されたコモンレール内の高圧燃料を燃料排出通路内に排出することによりニードル弁を開弁して燃料噴射を行い、中間室内に供給されたコモンレール内の高圧燃料を燃料排出通路内に排出することにより増圧ピストンを作動させて燃料噴射圧を増大させるようにした燃料噴射装置において、圧力制御室および中間室を三位置切換型三方弁を介して燃料排出通路に連結し、この三方弁の切換作用によって燃料噴射時に噴射圧を増大させるときには圧力制御室および中間室を共に燃料排出通路に連結し、燃料噴射時に噴射圧を増大させないとき、即ち増圧ピストンの作動を停止するときには圧力制御室のみを燃料排出通路に連結するようにした燃料噴射装置が公知である（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１０６２３５号公報

ところで上述の三位置切換型三方弁では弁体駆動用の電磁コイルに供給される励磁電流値を変化させることによって弁体が一方の端部位置、中間位置および他方の端部位置のいずれか一つの位置に移動せしめられる。この場合、電磁力でもって弁体を中間位置に静止させることは理論的には可能であるが実際には弁体の位置は極めて不安定であり、特に激しく振動するエンジンに取付けることを意図している燃料噴射装置では電磁力によって弁体を中間位置に位置させる三位置切換型三方弁は使用したくないのが現状である。また、弁体に三位置をとらせようとすると弁体のリフト量を大きくしなければならず、弁体のリフト量を大きくするためには電磁コイルをかなり大型化しなければならない。しかしながら燃料噴射弁において電磁コイルを大型化するのは極めて困難である。
本発明は安定した二位置切換型三方弁を用いて増圧ピストンによる増圧作用を制御することのできる燃料噴射装置を提供することにある。

即ち、本発明によれば、ニードル弁の内端部上に形成された圧力制御室と噴射圧を増大するための増圧ピストンの中間室とを二位置切換型三方弁を介してコモンレール内又は燃料排出通路に選択的に連結し、圧力制御室内に供給されたコモンレール内の高圧燃料を燃料排出通路内に排出することによりニードル弁を開弁して燃料噴射を行い、中間室内に供給されたコモンレール内の高圧燃料を燃料排出通路内に排出することにより増圧ピストンを作動させて燃料噴射圧を増大させるようにした燃料噴射装置において、三方弁と中間室とを連通する燃料流通通路内にコモンレール内の燃料圧により作動せしめられる中間室制御弁を配置し、中間室制御弁は弁室と、弁室内で往復動する弁体と、弁体の軸線方向の一端面上に形成されかつコモンレール内の高圧燃料が導かれる高圧室とを具備しており、コモンレール内の燃料圧が変化して高圧室内の燃料圧が変化すると弁体が軸線方向に移動して燃料流通通路の通路面積を変化させ、それによりコモンレール内の燃料圧が予め定められた燃料圧よりも高い高圧側燃料領域にあるときには増圧ピストンを作動させ、コモンレール内の燃料圧が予め定められた燃料圧よりも低い低圧側燃料領域にあるときにはコモンレール内の燃料圧が高圧側燃料領域にあるときに比べて増圧ピストンによる増圧作用を弱めるか又は増圧ピストンの作動を停止するようにしている。

安定した燃料噴射作用および安定した増圧制御を確保することができる。

図１は燃料噴射装置の全体を図解的に示しており、図１において一点鎖線で囲まれた部分１はエンジンに取付けられた燃料噴射弁を示している。図１に示されるように燃料噴射装置は高圧の燃料を貯留するためのコモンレール２を備えており、このコモンレール２内には燃料タンク３内の燃料が高圧燃料ポンプ４を介して供給される。コモンレール２内の燃料圧は高圧燃料ポンプ４の吐出量を制御することにより機関運転状態に応じた目標燃料圧に維持され、目標燃料圧に維持されているコモンレール２内の高圧の燃料が高圧燃料供給通路５を介して燃料噴射弁１に供給される。

図１に示されるように燃料噴射弁１は燃焼室内に燃料を噴射するためのノズル部６と、噴射圧を増圧させるための増圧器７と、燃料通路を切換えるための三方弁８とを具備している。この三方弁８は図１において８ａで示される一方の端部位置と図１において８ｂで示される他方の端部位置との二つ位置のうちのいずれか一方に切換えられる二位置切換型三方弁からなる。ノズル部６はニードル弁９を備えており、ノズル部６の先端にはニードル弁９の先端部により開閉制御される噴口１０（図示せず）が形成されている。ニードル弁９の周りには噴射される高圧燃料で満たされたノズル室１１が形成されており、ニードル弁９の頂面上には燃料で満たされている圧力制御室１２が形成されている。圧力制御室１２内にはニードル弁９を下方に向けて、即ち閉弁方向に付勢する圧縮ばね１３が挿入されており、この圧力制御室１２は燃料流通通路１４を介して三方弁８に連結されている。

一方、増圧器７は一体成形された大径ピストン１５と小径ピストン１６からなる増圧ピストン１７を具備する。小径ピストン１６と反対側の大径ピストン１５の頂面上には高圧の燃料で満たされた高圧室１８が形成されており、この高圧室１８は高圧燃料供給通路１９を介して高圧燃料供給通路５に連結されている。従って高圧室１８内には常時コモンレール２内の燃料圧（以下、コモンレール圧という）が作用している。これに対し、小径ピストン１６周りの大径ピストン１５の端面上には燃料で満たされた中間室２０が形成されており、この中間室２０内には大径ピストン１５を高圧室１８に向けて付勢する圧縮ばね２１が挿入されている。また、大径ピストン１５と反対側の小径ピストン１６の端面上には燃料で満たされた増圧室２２が形成されており、この増圧室２２およびノズル室１１は高圧燃料供給通路２３、高圧燃料供給通路１９から高圧燃料供給通路２３に向けてのみ流通可能な逆止弁２４、および高圧燃料供給通路１９を介して高圧燃料供給通路５に連結されている。

一方、三方弁８と中間室２０とを連通する燃料流通通路２５内には中間室制御弁２６が配置され、この中間室制御弁２６によって燃料流通通路２５の流路面積が制御される。別の言い方をすると、中間室制御弁２６は一方では燃料流通通路２５ａおよび燃料流通通路１４を介して三方弁８に連結され、他方では燃料流通通路２６ｂを介して中間室２０に連結される。また、中間室制御弁２６には弁作動用としてコモンレール２内の高圧燃料が高圧燃料供給通路５，１９および高圧燃料供給通路２７を介して供給される。

一方、三方弁８には高圧燃料供給通路５および燃料流通通路１４に加え、例えば燃料タンク３内に接続された燃料排出通路２８が連結されている。この三方弁８は電磁ソレノイド或いはピエゾ圧電素子のようなアクチュエータ２９によって駆動され、この三方弁８によって燃料流通通路１４が高圧燃料供給通路５又は燃料排出通路２８のいずれか一方に選択的に連結される。

次に図１を参照しつつ中間室制御弁２６が燃料流通通路２５の流路を全開している場合のニードル弁９および増圧ピストン１７の作動について説明する。
図１は、三方弁８による燃料通路切換作用によって燃料流通通路１４が高圧燃料供給通路５に連結されている場合を示しており、この場合には圧力制御室１２内および中間室２０内は共にコモンレール圧となっている。一方、このときノズル室１１内、高圧室１８内および増圧室２２内もコモンレール圧となっている。このときノズル室１１内の燃料圧によりニードル弁９を上昇させる力よりも圧力制御室１２内の燃料圧および圧縮ばね１３のばね力によってニードル弁９を下降させる力の方が強い。そのため、ニードル弁９は下降せしめられており、その結果ニードル弁９が閉弁するために噴口１０からの燃料噴射は停止されている。一方、増圧器７については、上述したように高圧室１８内、中間室２０内および増圧室２２内は全てコモンレール圧となっており、従ってこのときには図１に示されるように増圧ピストン１７は圧縮ばね２１のばね力によって上昇した状態に保持されている。

一方、三方弁８による通路切換作用によって燃料流通通路１４が燃料排出通路２８に連結されるとノズル部６の圧力制御室１２内の燃料圧が低下するためにニードル弁９が上昇し、その結果ニードル弁９が開弁してノズル室１１内の燃料が噴口１０から噴射される。一方、このとき中間室２０内の燃料圧が低下するために増圧ピストン１７には下向きの大きな力が作用し、その結果増圧室２２内の燃料圧はコモンレール圧よりも高くなる。従ってこのとき、高圧燃料供給通路２３を介して増圧室２２内に連結されているノズル室１１内の燃料圧もコモンレール圧よりも高くなり、燃料噴射が行われている間、この高い燃料圧に維持される。従ってニードル弁９が開弁すると噴口１０からコモンレール圧よりも高い噴射圧でもって燃料が噴射されることになる。

次いで三方弁８による燃料通路切換作用により図１に示される如く燃料流通通路１４が再び高圧燃料供給通路５に連結されると、ノズル部６の圧力制御室１２内はコモンレール圧となり、その結果燃料の噴射が停止される。また、このとき増圧器７の中間室２０内もコモンレール圧となり、その結果増圧ピストン１７は圧縮ばね２３のばね力によって再び図１に示されるような上昇した状態に保持される。

一方、中間室制御弁２６が燃料流通通路２５を遮断している場合には三方弁８の切換作用によって燃料流通通路２５ａが高圧燃料供給通路５に連結されようと燃料排出通路２８に連結されようと中間室２０内の燃料圧は変動せず、従って増圧ピストン１７は作動しない。従ってこのときノズル室１１内は常時コモンレール圧となっており、斯くして燃料噴射時の噴射圧はコモンレール圧となる。このように中間室制御弁２６によって増圧ピストン１７による増圧作用が制御される。

さて、圧縮着火式内燃機関では軽負荷時、特にアイドリング運転時には機械騒音は低く、従ってこのとき大きな燃焼騒音が発生すると搭乗者に不快感を与える。ところで軽負荷運転時或いはアイドリング運転時に噴射圧を高くして噴射率を高くすると燃焼圧が急上昇するために燃焼騒音が発生し、従ってこのとき燃焼騒音を低減するには噴射圧、即ちコモンレール圧を低くすることが必要となる。一方、高負荷運転時には多量の燃料を或る決まった期間内に噴射する必要があるために噴射圧が高くされ、コモンレール圧が高くされる。このようにコモンレール圧は機関負荷或いは機関の出力トルクが小さいときには低く、機関負荷或いは機関の出力トルクが高くなるにつれて高くされる。

一方、機関高負荷運転時における機関出力を更に増大するには更に多くの燃料を或る決まった期間内に噴射する必要がある。そこで本発明では機関高負荷運転時に或る決まった期間内にできる限り多くの燃料を噴射するために増圧ピストン１７を作動させて噴射圧を増大させるようにしている。なお、機関の出力トルクが増大するほどコモンレール圧が高められるので本発明ではコモンレール圧が高くなったときに増圧ピストン１７による噴射圧の増大作用を行わせるようにしている。即ち、本発明では図２に示されるようにコモンレール２内の燃料圧が予め定められた燃料圧よりも高い高圧側燃料領域IIにあるときには増圧ピストン１７を作動させ、コモンレール２内の燃料圧が予め定められた燃料圧よりも低い低圧側燃料領域Ｉにあるときにはコモンレール２内の燃料圧が高圧側燃料領域IIにあるときに比べて増圧ピストン１７による増圧作用を弱めるか又は増圧ピストン１７の作動を停止するようにしている。なお、図２において縦軸ＴＱは機関の出力トルクを示しており、横軸ＮＥは機関回転数を示している。また、増圧ピストン１７を作動させるためには中間室２０内の高圧の燃料を燃料排出通路２８内に排出しなければならず、このように高圧燃料を排出させることはエネルギの損失となる。従ってこの高圧燃料の排出量はできる限り低減することが好ましい。この点に関し、本発明では図２の低圧側燃料領域Ｉにおいて増圧ピストン１７の作動を停止させることによって高圧燃料の排出量が低減される。

次に図３（Ａ），（Ｂ）を参照しつつコモンレール２内の燃料圧が図２に示される高圧側燃料領域IIにあるときには増圧ピストン１７を作動させ、コモンレール２内の燃料圧が図２に示される低圧側燃料領域Ｉにあるときには増圧ピストン１７の作動を停止するようにした中間室制御弁２６の第１実施例について説明する。

図３（Ａ）を参照すると中間室制御弁２６は円筒状の弁室３０と、弁室３０内で往復動する弁体３１と、弁体３１の軸線方向の一端面上に形成されかつ高圧燃料供給通路２７を介してコモンレール２内に連結された高圧室３２を具備する。弁体３１の軸線方向中央部の外周面上には環状をなす凹溝３３が形成され、それにより弁体３１は、その軸線方向において互いに間隔を隔てると共に互いに連結されかつ弁室３０の内周面上を摺動する第１の弁体３１ａと第２の弁体３１ｂから構成される。この実施例では第１の弁体３１ａと第２の弁体３１ｂは同じ外径を有する。

図３（Ａ）に示されるように高圧室３２は第１の弁体３１ａの外端面上に形成され、第２の弁体３１ｂの外端面上には端部室３４が形成される。また、第１の弁体３１ａと第２の弁体３１ｂ間の凹溝３３内には弁間室３５が形成される。一方、端部室３４内には第１の弁体３１ａおよび第２の弁体３２ｂを高圧室３２に向けて付勢するばね部材３６が挿入され、この端部室３４は燃料排出通路２８に連結される。燃料流通通路２５ａと２５ｂは整列配置されており、弁室３０の内周面上には燃料流通通路２５ａを介して三方弁８に連結された三方弁側燃料流通開口３７と燃料流通通路２５ｂを介して中間室２０に連結された中間室側燃料流通開口３８とが形成されている。

コモンレール２内の燃料圧が図２に示される低圧側燃料領域Ｉにあるときには弁体３１は図３（Ａ）に示されるようにばね部材３６のばね力により上昇しており、このとき三方弁側燃料流通開口３７と中間室側燃料流通開口３８は第２の弁体３１ｂの外周面によって閉塞される。即ち、燃料流通通路２５が中間室制御弁２６によって遮断される。従ってこのとき増圧ピストン１７の作動が停止され、噴射圧はコモンレール圧となる。

これに対し、コモンレール２内の燃料圧が図２に示される高圧側燃料領域IIにあるときには弁体３１は図３（Ｂ）に示されるように高圧室３２内のコモンレール圧によりばね部材３６のばね力に抗して押し下げられ、三方弁側燃料流通開口３７および中間室側燃料流通開口３８が共に弁間室３５内に開口する。即ち、中間室制御弁２６は燃料流通通路２５の流路を全開する。従ってこのとき三方弁８による流路切換作用により燃料流通通路１４が高圧燃料供給通路５に連結されるとコモンレール２内の高圧燃料が中間室２０内に送り込まれ、燃料流通通路１４が燃料排出通路２８に連結されると中間室２０内の高圧燃料が排出されるので増圧ピストン１７による増大作用が行われる。

図３に示す第１実施例では弁体３１が図３（Ａ）に示す状態にあろうと図３（Ｂ）に示す状態にあろうと燃料流通通路２５ａ内にコモンレール２内の高圧燃料が供給されればこの高圧燃料は第２の弁体３１ｂの外周と弁室３０の内壁面間を通って端部室３４内に漏洩し、端部室３４内に漏洩した燃料は燃料排出通路２８に排出される。しかしながらこのように高圧燃料が漏洩するような構造にしておくと高圧燃料ポンプ４の駆動エネルギが増大し、好ましくない。以下に述べる実施例は高圧燃料の漏洩が生じないような構造にしたものを示している。なお、以下に述べる実施例において図３に示す構造と同様な構造については同一の参照符号を用いる。

図４（Ａ），（Ｂ）に第２実施例を示す。この第２実施例において第１実施例と異なるところは中間室制御弁２６における高圧燃料の漏洩を生じさせないために端部室３４が燃料流通通路２５ａ，２５ｂよりも流路断面の小さな燃料通路４０を介して燃料流通通路２５ａに連結されていることである。この第２実施例においてもコモンレール２内の燃料圧が図２に示される高圧側燃料領域IIにあるときには増圧ピストン１７を作動させ、コモンレール２内の燃料圧が図２に示される低圧側燃料領域Ｉにあるときには増圧ピストン１７の作動を停止するようにしているが、燃料通路４０を設けることによって増圧作用を行うときの弁体３１の動きが第１実施例とは若干異なる。

即ち、コモンレール２内の燃料圧が図２に示される低圧側燃料領域Ｉにあるときには弁体３１は図４（Ａ）に示されるように上昇しており、このとき第２の弁体３１ｂによって燃料流通通路２５ａ，２５ｂは遮断されている。なお、三方弁８による流路切換作用により燃料流通通路２５ａ内の燃料圧が変動すると端部室３４内の燃料圧も変動するが高圧室３２内の燃料圧はさほど高くないために弁体３１は図４（Ａ）に示されるように上昇した位置に保持される。

一方、コモンレール２内の燃料圧が図２に示される高圧側燃料領域IIにあるときには高圧室３２内の燃料圧は高くなる。このとき三方弁８による流路切換作用により燃料流通通路２５ａが高圧燃料流通通路５に連結されると端部室３４内の燃料圧が高くなるために図４（Ａ）に示されるように弁体３１は上昇する。しかしながら実際には燃料通路４０の流路面積が小さいことや、弁体３１の慣性により燃料流通通路２５ａが高圧燃料流通通路５に連結されても弁体３１はただちに上昇せず、図４（Ｂ）に示されるように中間室制御弁２６は燃料流通通路２５の流路を全開した状態に維持される。従ってこの間に中間室２０内に高圧燃料が供給される。

次いで三方弁８による流路切換作用によって燃料流通通路２５ａが燃料排出通路２８に連結されると端部室３４内の燃料圧が低下するために図４（Ｂ）に示されるように弁体３１が下降し、中間室制御弁２６が燃料流通通路２５の流路を全開する。その結果、中間室２０内の燃料圧は低下し、増圧ピストン１７による増圧作用が行われる。

図５（Ａ），（Ｂ）に第３実施例を示す。第１実施例および第２実施例ではばね部材３６のばね力でもって弁体３１に上向きの力を付与しているのでばね部材３６として大型で強力なばね部材が必要となる。第３実施例では第２の弁体３１ｂの外径を第１の弁体３１ａの外径よりも小さくすると共に端部室３４を高圧燃料供給通路４１を介してコモンレール２内に連結して端部室３４内の燃料圧をコモンレール圧とし、第１の弁体３１ａと第２の弁体３１ｂの断面積差分だけ弁体３１に下向きの燃料圧を作用させることによってばね部材３６として小型で弱いばね部材を使用できるようにしている。なお、この第３実施例では弁間室３５は燃料流通通路２５ａよりも流路面積が小さな燃料通路４２を介して燃料流通通路２５ａに常時連結されている。

この第３実施例においても、コモンレール２内の燃料圧が図２に示される低圧側燃料領域Ｉにあるときには弁体３１は図５（Ａ）に示されるように上昇しており、このとき第２の弁体３１ｂによって燃料流通通路２５ａ，２５ｂは遮断されている。なお、三方弁８による流路切換作用により燃料流通通路２５ａ内の燃料圧が変動すると弁間室３５内の燃料圧も変動するが高圧室３２内の燃料圧はさほど高くないために弁体３１は図５（Ａ）に示されるように上昇した位置に保持される。

一方、コモンレール２内の燃料圧が図２に示される高圧側燃料領域IIにあるときには高圧室３２内および端部室３４内の燃料圧は高くなる。このとき三方弁８による流路切換作用により燃料流通通路２５ａが高圧燃料流通通路５に連結されると弁間室３５内の燃料圧がコモンレール圧になるために図５（Ａ）に示されるように弁体３１はばね部材３６のばね力によって上昇する。しかしながら実際には弁体３１の慣性により燃料流通通路２５ａが高圧燃料流通通路５に連結されても弁体３１はただちに上昇せず、図５（Ｂ）に示されるように中間室制御弁２６は燃料流通通路２５の流路を全開した状態に維持される。従ってこの間に中間室２０内に高圧燃料が供給される。

次いで三方弁８による流路切換作用によって燃料流通通路２５ａが燃料排出通路２８に連結されると弁間室３５内の燃料圧が低下するために図５（Ｂ）に示されるように弁体３１が下降し、中間室制御弁２６が燃料流通通路２５の流路を全開する。その結果、中間室２０内の燃料圧は低下し、増圧ピストン１７による増圧作用が行われる。

図６に第４実施例を示す。この第４実施例では弁体３１の中心軸線上に燃料通路４３が形成され、高圧室３２内の高圧燃料が燃料通路４３を介して端部室３４内に送り込まれる。この第４実施例では端部室３４内に高圧燃料を送り込むために燃料噴射弁１内に図５（Ａ），（Ｂ）に示すような高圧燃料供給通路４１を形成する必要がないという利点がある。また、高圧室３２とコモンレール２との通路長および端部室３４とコモンレール２との通路長の差を小さくすることができるのでコモンレール２内で発生した圧力脈動が高圧室３２内および端部室３４内に伝播したときこれら高圧室３２内および端部室３４内での圧力脈動に位相差が生じず、斯くして弁体３１が振動するのを阻止することができる。

図７に第５実施例を示す。この第５実施例においても弁体３１内に高圧室３２と端部室３４とを連通する燃料通路４４が形成され、この燃料通路４４内に絞り４５が形成される。弁体３１の移動速度は高圧室３２から端部室３４への燃料の移動速度或いは端部室３４から高圧室３２への燃料の移動速度によって定まり、各気筒の燃料噴射弁１間における弁体３１の移動速度のばらつきをなくすには高圧室３２から端部室３４への、および端部室３４から高圧室３２への燃料の移動速度を一致させる必要がある。この第５実施例では絞り４５を高精度で形成することにより各弁体３１の移動速度を一致させることが可能となる。

また、各燃料噴射弁１間で弁体３１の移動速度のばらつきをなくすには図５（Ａ），（Ｂ）に示す実施例において図８に示す如く高圧室３２および端部室３４に連結された各高圧燃料供給通路２７，４１内に夫々絞り４６，４７を設けることもできる。

一方、図５（Ａ），（Ｂ）に示す実施例ではばね部材３６のばね力の設定の仕方によりコモンレール圧が増大するにつれて増圧ピストン１７による増圧作用を強めるようにすることもできる。この場合の中間室制御弁２６の作動が図９（Ａ），（Ｂ）および図１０（Ａ），（Ｂ）に示されている。即ち、この場合にはコモンレール２内の燃料圧が図９（Ａ）に示される高圧側燃料領域IIIにあるときには増圧ピストン１７を強力に作動させ、コモンレール２内の燃料圧が図９（Ａ）に示される中圧側燃料領域IIにあるときには増圧ピストン１７による増圧作用を低下させ、コモンレール２内の燃料圧が図９（Ａ）に示される低圧側燃料領域Ｉにあるときには増圧ピストン１７の作動を停止するようにしている。なお、図９（Ａ）においてもＴＱは機関の出力トルク、ＮＥは機関回転数を示している。

即ち、コモンレール２内の燃料圧が図９（Ａ）に示される低圧側燃料領域Ｉにあるときには図５（Ａ），（Ｂ）に示す実施例においてコモンレール２内の燃料圧が図２に示される低圧側燃料領域Ｉにあるときと同様に図９（Ｂ）に示されるように弁体３１が常時上昇せしめられており、増圧ピストン１７の作動は停止せしめられている。

一方、コモンレール２内の燃料圧が図９（Ａ）に示される高圧側燃料領域IIIにあるときには図５（Ａ），（Ｂ）に示す実施例においてコモンレール２内の燃料圧が図２に示される高圧側燃料領域IIにあるときと同様に燃料流通通路２５ａが燃料排出通路２８に連結されたときに図１０（Ｂ）に示されるように弁体３１は最下降位置まで下降する。その結果、燃料流通通路２５ａ，２５ｂの流路は全開せしめられ、増圧ピストン１７による強力な増圧作用が行われる。

一方、コモンレール２内の燃料圧が図９（Ａ）に示される中圧側燃料領域IIにあるときには燃料流通通路２５ａが燃料排出通路２８に連結されたときに弁体３１は図１０（Ａ）に示されるように第２の弁体３１ｂが三方弁側燃料流通開口３７および中間室側燃料流通開口３８を部分的に開口する。即ち、コモンレール２内の燃料圧が高くなるにつれて弁間室３５内に開口する各燃料流通開口３７，３８の開口面積が徐々に増大する。弁間室３５内に開口する各燃料流通開口３７，３８の開口面積が増大すると増圧ピストン１７による増圧作用が強められ、従って図９（Ａ），（Ｂ）および図１０（Ａ），（Ｂ）に示される実施例ではコモンレール２内の燃料圧が高くなるにつれて増圧ピストン１７による増圧作用が強められることになる。

さて、図５（Ａ），（Ｂ）から図１０（Ａ），（Ｂ）に示す実施例では燃料流通通路２５ａが高圧燃料供給５に連結されたときに中間室２０内に十分に高圧燃料が供給される前に中間室制御弁２６が燃料流通通路２５を遮断してしまい、その結果良好な増圧作用を行うことができなくなる危険性がある。また、コモンレール圧が徐々に下がってくると中間室２０内の高圧燃料が抜けた状態で中間室制御弁２６が燃料流通通路２５を遮断してしまい、その結果増圧を必要とするコモンレール圧になったときに中間室２０が高圧燃料で満たされるまで増圧作用が行われなくなる危険性がある。

このような危険性がある場合には図１１に示すように中間室２０をコモンレール２内から中間室２０内に向けてのみ流通可能な逆止弁４８および絞り４９を介してコモンレール２内に連結すればよい。このようにすると中間室制御弁２６が燃料流通通路２５を遮断していても中間室２０は高圧燃料で満たされるので増圧すべきコモンレール圧になったときに確実に増圧作用を行うことができる。

このように中間室２０を逆止弁４８を介してコモンレール２に連結した場合には中間室制御弁２６に中間室２０内の高圧燃料を排出させるだけの作用を行わせてもよい。

また、中間室２０を高圧燃料で満たすようにするには図１２に示されるように端部室３４と燃料流通通路２５ｂ又は中間室２０とを燃料流通通路２５ｂよりも流路面積の小さな燃料通路５０を介して連結するようにしてもよい。このようにすると中間室２０に高圧燃料が充填されてから端部室３４内の燃料圧が上昇するので中間室２０が高圧燃料で満たされるまで中間室制御弁２６が燃料流通通路２５ａ，２５ｂを遮断しなくなり、斯くして中間室２０は確実に高圧燃料で満たされることになる。

次に図１３（Ａ），（Ｂ）を参照しつつコモンレール２内の燃料圧が図２に示される高圧側燃料領域IIにあるときには増圧ピストン１７を作動させ、コモンレール２内の燃料圧が図２に示される低圧側燃料領域Ｉにあるときにはコモンレール２内の燃料圧が高圧側燃料領域IIにあるときに比べて増圧ピストン１７による増圧作用を弱めるようにした実施例を示している。

この実施例では中間室２０に連結された燃料流通通路２５ｂが常時、弁間室３５内に連通せしめられると共に、三方弁８に連結された燃料流通通路２５ａが絞り５１およびバイパス通路５２を介して常時、弁間室３５内に連通せしめられる。即ち、この実施例ではコモンレール２内の燃料圧が図２に示される低圧側燃料領域Ｉにあるときには図１３（Ａ）に示されるように弁体３１が上昇しており、このとき三方弁側燃料流通開口３７が第２の弁体３１ｂによって閉塞される。従ってこのときには中間室２０はバイパス通路５２および絞り５１を介して燃料流通通路２５ａに常時連通せしめられ、その結果増圧ピストン１７による弱い増圧作用が行われる。

一方、コモンレール２内の燃料圧が図２に示される高圧側燃料領域IIにあるときには燃料流通通路２５ａが燃料排出通路２８に連結されたときに図１３（Ｂ）に示されるように三方弁側燃料流通開口３７が弁間室３５内に完全に開口する。従ってこのときには強力な増圧作用が行われる。

図１４（Ａ），（Ｂ）は図１３（Ａ），（Ｂ）に示す実施例の変形例を示している。この変形例では第２の弁体３１ｂの外径が第１の弁体３１ａの外径よりも大きく形成されており、端部室３４が燃料流通通路２５ａと同程度の流路面積を有する燃料通路５３を介して燃料流通通路２５ａに連結されている。この実施例でもコモンレール２内の燃料圧が図２に示される低圧側燃料領域Ｉにあるときには弁体３１は図１４（Ａ）に示されるように上昇しており、従ってこのとき弱い増圧作用が行われる。

一方、コモンレール２内の燃料圧が図２に示される高圧側燃料領域IIにあるときには高圧室３２内の燃料圧は高くなる。このとき三方弁８による流路切換作用により燃料流通通路２５ａが高圧燃料流通通路５に連結されると端部室３４内の燃料圧がただちに高くなるために図１４（Ａ）に示されるように弁体３１は上昇する。このとき高圧燃料は絞り５１およびバイパス通路５２を介して中間室２０内に供給される。次いで三方弁８による流路切換作用によって燃料流通通路２５ａが燃料排出通路２８に連結されると端部室３４内の燃料圧がただちに低下するために図１４（Ｂ）に示されるように弁体３１が下降する。その結果、三方弁側燃料流通開口３７が弁間室３５内に完全に開口し、従って強力な増圧作用が行われる。

燃料噴射装置の全体図である。 コモンレール圧の低圧側燃料領域Ｉおよび高圧側燃料領域IIを示す図である。 中間室制御弁の第１実施例を示す図である。 中間室制御弁の第２実施例を示す図である。 中間室制御弁の第３実施例を示す図である。 中間室制御弁の第４実施例を示す図である。 中間室制御弁の第５実施例を示す図である。 中間室制御弁の第３実施例の変形例を示す図である。 中間室制御弁等を示す図である。 中間室制御弁を示す図である。 燃料噴射装置の全体図である。 中間室制御弁の別の実施例を示す図である。 中間室制御弁の更に別の実施例を示す図である。 中間室制御弁の図１３に示す実施例の変形例を示す図である。

符号の説明

２ コモンレール
５，１９，２３，２７，４１ 高圧燃料供給通路
６ ノズル部
７ 増圧器
８ 三方弁
９ ニードル弁
１２ 圧力制御室
１４，２５，２５ａ，２５ｂ 燃料流通通路
１７ 増圧ピストン
２０ 中間室
２２ 増圧室
２４，４８ 逆止弁
２６ 中間室制御弁
２８ 燃料排出通路
３０ 弁室
３１ 弁体
３１ａ 第１の弁体
３１ｂ 第２の弁体
３２ 高圧室
３４ 端部室
３５ 弁間室
３６ ばね部材
３７ 三方弁側燃料流通開口
３８ 中間室側燃料流通開口
４０，４２，４３，４４，５０，５３ 燃料通路

Claims (12)

1. ニードル弁の内端部上に形成された圧力制御室と噴射圧を増大するための増圧ピストンの中間室とを二位置切換型三方弁を介してコモンレール内又は燃料排出通路に選択的に連結し、上記圧力制御室内に供給されたコモンレール内の高圧燃料を燃料排出通路内に排出することによりニードル弁を開弁して燃料噴射を行い、上記中間室内に供給されたコモンレール内の高圧燃料を燃料排出通路内に排出することにより増圧ピストンを作動させて燃料噴射圧を増大させるようにした燃料噴射装置において、上記三方弁と中間室とを連通する燃料流通通路内にコモンレール内の燃料圧により作動せしめられる中間室制御弁を配置し、該中間室制御弁は弁室と、弁室内で往復動する弁体と、弁体の軸線方向の一端面上に形成されかつコモンレール内の高圧燃料が導かれる高圧室とを具備しており、コモンレール内の燃料圧が変化して該高圧室内の燃料圧が変化すると弁体が軸線方向に移動して燃料流通通路の通路面積を変化させ、それによりコモンレール内の燃料圧が予め定められた燃料圧よりも高い高圧側燃料領域にあるときには増圧ピストンを作動させ、コモンレール内の燃料圧が予め定められた燃料圧よりも低い低圧側燃料領域にあるときにはコモンレール内の燃料圧が該高圧側燃料領域にあるときに比べて増圧ピストンによる増圧作用を弱めるか又は増圧ピストンの作動を停止するようにした燃料噴射装置。
2. 上記弁体が、その軸線方向において互いに間隔を隔てると共に互いに連結されかつ弁室の内周面上を摺動する第１の弁体と第２の弁体からなり、第１の弁体の外端面上には上記高圧室が形成され、第２の弁体の外端面上には端部室が形成され、第１の弁体と第２の弁体との間には弁間室が形成され、弁室の内周面上には燃料流通通路を介して三方弁に連結された三方弁側燃料流通開口と燃料流通通路を介して中間室に連結された中間室側燃料流通開口とが形成されており、これら燃料流通開口は弁間室を介して互いに連通せしめられ、これら燃料流通開口の連通はこれら燃料流通開口の少くとも一方を第２の弁体によって閉塞することにより遮断される請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 上記第１の弁体と第２の弁体とが同一の外径を有し、上記端部室内に第１の弁体および第２の弁体を上記高圧室に向けて付勢するばね部材を挿入し、コモンレール内の燃料圧が上記高圧側燃料領域にあるときには三方弁の切換作用により燃料流通通路に燃料排出通路に連結されたときに上記燃料流通開口が弁間室を介して互いに連通せしめられ、コモンレール内の燃料圧が上記低圧側燃料領域にあるときには三方弁の切換作用により燃料流通通路が燃料排出通路に連結されたときに上記両燃料流通開口が第２の弁体によって閉塞される請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 第１の弁体が第２の弁体よりも大きな外径を有し、上記端部室内にコモンレール内の高圧燃料を導くと共に該端部室内に第１の弁体および第２の弁体を上記高圧室に向けて付勢するばね部材を挿入し、コモンレール内の燃料圧が上記高圧側燃料領域にあるときには三方弁の切換作用により燃料流通通路が燃料排出通路に連結されたときに上記燃料流通開口が弁間室を介して互いに連通せしめられ、コモンレール内の燃料圧が上記低圧側燃料領域にあるときには三方弁の切換作用により燃料流通通路が燃料排出通路に連結されたときに上記両燃料流通開口が第２の弁体によって閉塞される請求項２に記載の燃料噴射装置。
5. 上記第１の弁体および第２の弁体内に高圧室内の高圧燃料を端部室内に送り込むための燃料通路を形成した請求項４に記載の燃料噴射装置。
6. 上記燃料通路内に絞りを設けた請求項５に記載の燃料噴射装置。
7. コモンレールから上記高圧室に至る高圧燃料供給通路内およびコモンレールから上記端部室に至る高圧燃料供給通路内に夫々絞りを設けた請求項４に記載の燃料噴射装置。
8. コモンレール内の燃料圧が高くなるにつれて弁間室内に開口する各燃料流通開口の開口面積が徐々に増大し、それによりコモンレール内の燃料圧が高くなるにつれて増圧ピストンによる増圧作用が強められる請求項４に記載の燃料噴射装置。
9. 中間室をコモンレールから中間室に向けてのみ流通可能な逆止弁および絞りを介してコモンレールに連結した請求項４に記載の燃料噴射装置。
10. 上記端部室を中間室側燃料流通開口から中間室内に至る燃料流通通路内に連結した請求項４に記載の燃料噴射装置。
11. 第１の弁体が第２の弁体よりも大きな外径を有し、上記端部室内にコモンレール内の高圧燃料を導くと共に該端部室内に第１の弁体および第２の弁体を上記高圧室に向けて付勢するばね部材を配置し、上記三方弁側燃料流通開口から三方弁に至る燃料流通通路をこの燃料流通通路よりも流路面積の小さな絞りを介して弁間室内に常時連通させ、上記中間室側燃料流通開口を常時弁間室に開口させ、コモンレール内の燃料圧が上記高圧側燃料領域にあるときには三方弁の切換作用により燃料流通通路が燃料排出通路に連結されたときに三方弁側燃料流通開口を弁間室内に開口させて増圧ピストンを作動させ、コモンレール内の燃料圧が上記低圧側燃料領域にあるときには少くとも三方弁の切換作用により燃料流通通路が燃料排出通路に連結されたときに三方弁側燃料流通開口を第２の弁体により閉塞してコモンレール圧が該高圧側燃料領域にあるときに比べて増圧ピストンによる増圧作用を弱めるようにした請求項２に記載の燃料噴射装置。
12. 第１の弁体が第２の弁体よりも小さな外径を有し、上記端部室内に第１の弁体および第２の弁体を上記高圧室に向けて付勢するばね部材を配置し、上記三方弁側燃料流通開口から三方弁に至る燃料流通通路を一方ではこの燃料流通通路よりも流路面積の小さな絞りを介して弁間室内に常時連通させると共に他方では上記端部室に連通させ、上記中間室側燃料流通開口を常時弁間室に開口させ、コモンレール内の燃料圧が上記高圧側燃料領域にあるときには三方弁の切換作用により燃料流通通路が燃料排出通路に連結されたときに三方弁側燃料流通開口を弁間室内に開口させて増圧ピストンを作動させ、コモンレール内の燃料圧が上記低圧側燃料領域にあるときには三方弁の切換作用により燃料流通通路が燃料排出通路に連結されたときに三方弁側燃料流通開口を第２の弁体により閉塞してコモンレール圧が該高圧側燃料領域にあるときに比べて増圧ピストンによる増圧作用を弱めるようにした請求項２に記載の燃料噴射装置。

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