JP4305394B2 - 内燃機関用燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
近年、例えばディーゼルエンジンの排気ガス浄化の規制が厳しくなり、ディーゼルエンジンの燃焼現象の解明が進んで来ている。これに伴い、エンジンより排出される排気ガスをよりクリーンにするという目的で、黒煙(スモーク)を代表とするディーゼルパティキュレートを低減するためには、燃料噴射ノズルの噴孔部から噴射される燃料を極限まで微粒化することが重要である。この燃料の微粒化を促進するためには、燃料の噴射圧力を高噴射圧化することが有効である。
ところが、特許文献1、2に記載の増圧ピストン型燃料噴射装置においては、増圧器102の作動原理から、(増圧比−1)×燃料噴射量(これに、インジェクタの各摺動部より溢流する静的リーク量と、2位置3方切替弁104と電磁弁105での切り替えリーク量(動的リーク量)が加わる)以上のリターン燃料流量が発生する。このリターン燃料は、燃料噴射期間中にインジェクタのリークポートから流出してリターン配管106を経由して燃料タンク107に戻される。このため、図11に示したように、第1、第2燃料排出経路141、142内およびリターン配管106内に大きな正圧が発生する(以下リターン燃料の圧力変動と呼ぶ)。
そして、電磁弁とリターン配管との間に圧力変動伝達防止手段を設置することにより、増圧器または燃料噴射ノズルより流出したリターン燃料の圧力変動がリターン配管から電磁弁に伝わり難くなる。したがって、安価な構造でありながらも、リターン配管内のリターン燃料の圧力変動から、増圧器の増圧制御または燃料噴射ノズルの開閉制御を行う電磁弁を保護することができる。
また、電磁弁の電磁弁室から外部への燃料の漏洩を防止するためのシール部を設けている。そして、増圧器または燃料噴射ノズルより流出したリターン燃料流と、電磁弁の電磁弁室より流出したリターン燃料流とを管路的に分離独立して燃料系の低圧側に戻すように構成することで、電磁弁のシール部の使用耐圧限界を超えるようなリターン燃料の圧力変動が電磁弁の電磁弁室内へ伝わらないようになる。
図1ないし図6は本発明の比較例1および実施例1を示したもので、図1は増圧ピストン型燃料噴射装置の燃料配管系(比較例1)を示した図で、図2はコモンレール式燃料噴射システムの全体構成(比較例1)を示した図で、図3は燃料噴射ノズルの概略構成(比較例1)を示した図で、図4は増圧ピストン型燃料噴射装置の燃料配管系(実施例1)を示した図である。
次に、本比較例のコモンレール式燃料噴射システムの作用を図1ないし図3に基づいて簡単に説明する。
ここで、インジェクタ3の電磁弁7を開弁駆動すると、燃料噴射ノズル22のノズル背圧室37より燃料が燃料タンク9側に流出する。このとき、燃料噴射ノズル22の各摺動部より溢流したリーク燃料や、ノズル背圧室37より排出されるリターン燃料の圧力脈動が10MPaの大きさで発生し、リーク燃料やリターン燃料の圧力脈動が電磁弁7の電磁弁室51に影響を及ぼすと、Oリング55の使用耐圧限界(例えば3MPa程度)を超えることになる。このため、従来より一般的なコモンレール式燃料噴射システムに使用されるインジェクタでは、リターン燃料の圧力変動を3MPa程度以下に設定している。この値は、燃料噴射ノズルの各摺動部より溢流したリーク燃料流量と燃料噴射ノズルのノズル背圧室より流出したリターン燃料流量とを電磁弁の電磁弁室に合流させたリターン燃料流量で達成されていた。
図4ないし図6は本発明の実施例1を示したもので、図4は増圧ピストン型燃料噴射装置の燃料配管系を示した図で、図5は圧力変動防止器を示した図である。
本実施例の増圧ピストン型燃料噴射装置においては、インジェクタ3の増圧器21のピストン制御室24および燃料噴射ノズル22のノズル背圧室37より流出したリターン燃料流(リーク燃料流を含む)と電磁弁7の電磁弁室51より流出した燃料流とを合流させて一括して燃料系の低圧側(燃料タンク9)に戻すためのリターン配管77と電磁弁7の電磁弁室51との間に、圧力変動防止器17および逆止弁19等を配置することにより、リターン配管77内のリターン燃料の圧力変動が電磁弁7の電磁弁室51へ伝わらないようにしている。したがって、安価な構造でありながらも、リターン配管77内のリターン燃料の圧力変動から電磁弁7のOリング55等のシール部(およびねじ締結部等)を保護することができる。これにより、電磁弁7の更なる耐圧性の向上を図る必要がなくなるため、システム全体の価格を低減することができる。
本実施例では、ディーゼルエンジン等の内燃機関(エンジン)の各気筒毎に対応して搭載される燃料噴射ノズル22のノズルニードル32のリフト量を制御すると共に、燃料噴射ノズル22毎に対応して搭載される増圧器21の増圧ピストン26のリフト量を制御するアクチュエータとして、油圧作動式の2位置3方切替弁6および電磁弁7等によって構成される電磁式油圧制御弁を用いた例を説明したが、第1燃料導入経路61(または第1燃料導入経路63)上に油圧作動式の2位置開閉弁を設置し、第1燃料排出経路71(または第1燃料排出経路73)上に油圧作動式の2位置開閉弁を設置し、これらの2つの2位置開閉弁の各圧力制御室内の燃料圧力の増減制御を1個または複数個の電磁弁によって実施するようにしても良い。
2 コモンレール
3 インジェクタ(電磁式燃料噴射弁)
6 インジェクタの2位置3方切替弁(油圧作動式の2位置切替弁)
7 インジェクタの電磁弁(電磁式油圧制御弁)
9 燃料タンク(燃料系の低圧側)
17 圧力変動防止器(圧力変動伝達防止手段)
19 逆止弁(圧力変動伝達防止手段)
21 インジェクタの増圧器
22 インジェクタの燃料噴射ノズル
23 増圧器のピストン背圧室
24 増圧器のピストン制御室
25 増圧器の増圧室
26 増圧器の増圧ピストン
31 燃料噴射ノズルの噴射孔
32 燃料噴射ノズルのノズルニードル
33 燃料噴射ノズルのコマンドピストン
34 燃料噴射ノズルのスプリング(ニードル付勢手段)
35 燃料噴射ノズルのノズルハウジング
36 燃料噴射ノズルの燃料溜まり室
37 燃料噴射ノズルのノズル背圧室
38 燃料噴射ノズルの燃料導入通路
39 燃料噴射ノズルの燃料給排通路
41 2位置3方切替弁の圧力制御室
42 2位置3方切替弁の切替弁室
43 2位置3方切替弁のスプール弁(弁体)
44 2位置3方切替弁のスプリング(弁体付勢手段)
51 電磁弁の電磁弁室
53 電磁弁のバルブ(弁体)
54 電磁弁のスプリング(弁体付勢手段)
55 電磁弁のOリング(シール部)
56 電磁弁のソレノイドコイル(弁体駆動手段)
71 第1燃料排出経路(第1リターン通路)
72 第2燃料排出経路(第2リターン通路)
73 第1燃料排出経路(第1リターン通路)
74 第1リターン配管
75 第2リターン配管
76 チェックバルブ
77 リターン配管
92 圧力変動防止器のピストン
95 圧力変動防止器の第1容積可変室
96 圧力変動防止器の第2容積可変室
97 圧力変動防止器のスプリング(ピストン付勢手段)
Claims (6)
- (a)燃料噴射ポンプから供給される燃料を増圧する増圧器と、
(b)この増圧器で昇圧された燃料を内燃機関の気筒に噴射する燃料噴射ノズルと、
(c)前記増圧器の増圧制御または前記燃料噴射ノズルの開閉制御を行う電磁弁と、
(d)前記増圧器または前記燃料噴射ノズルより流出した燃料流と前記電磁弁より流出した燃料流とを合流させて一括して燃料系の低圧側に戻すためのリターン配管と、
(e)前記電磁弁と前記リターン配管との間に設置されて、前記リターン配管内の圧力変動が前記電磁弁に伝わるのを防止するための圧力変動伝達防止手段と
を備えた内燃機関用燃料噴射装置。 - 請求項1に記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
前記燃料噴射ポンプより吐出された燃料を前記増圧器または前記燃料噴射ノズルに導入することが可能な第1位置、および前記増圧器または前記燃料噴射ノズルより流出した燃料を前記燃料系の低圧側に戻すことが可能な第2位置を有する油圧作動式の2位置切替弁を備え、
前記電磁弁は、内部に電磁弁室を有し、且つこの電磁弁室から外部への燃料の漏洩を防止するためのシール部を有し、前記2位置切替弁に作用する燃料の油圧力を増減制御して前記2位置切替弁の位置を切り替えることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。 - 請求項2に記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
前記増圧器、前記燃料噴射ノズル、前記電磁弁および前記2位置切替弁を一体的に設けたインジェクタを備え、
前記インジェクタの内部には、前記増圧器または前記燃料噴射ノズルより流出した燃料流を、前記リターン配管を経由して前記燃料系の低圧側に戻すための第1燃料排出経路と、前記電磁弁室より流出した燃料流を、前記リターン配管を経由して前記燃料系の低圧側に戻すための第2燃料排出経路とが形成されていることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。 - 請求項3に記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
前記インジェクタと前記リターン配管との間に設置されて、前記第1燃料排出経路の燃料流方向の下流端に接続する第1リターン配管と、
前記インジェクタと前記リターン配管との間に設置されて、前記第2燃料排出経路の燃料流方向の下流端に接続する第2リターン配管と、
前記第1リターン配管の途中に設置されて、前記第1リターン配管内の圧力変動を抑制するチェックバルブとを備え、
前記第2リターン配管の燃料流方向の下流端を、前記チェックバルブよりも燃料流方向の下流側の前記第1リターン配管または前記リターン配管に接続したことを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。 - 請求項4に記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
前記圧力変動伝達防止手段は、前記電磁弁室内の圧力上昇を、前記電磁弁のシール部の使用耐圧限界以下に抑える圧力変動防止器を備え、
前記圧力変動防止器は、内部に前記第2燃料排出経路内の圧力よりも低い圧力が導入される第1容積可変室、前記第2燃料排出経路に連通する第2容積可変室、前記第1容積可変室と前記第2容積可変室との間に設けられたピストン、およびこのピストンを前記第2容積可変室内の容積を小さくする側に付勢するピストン付勢手段を有していることを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。 - 請求項3ないし請求項5のうちのいずれか1つに記載の内燃機関用燃料噴射装置において、
前記圧力変動伝達防止手段は、前記リターン配管および前記第1燃料排出経路から前記第2燃料排出経路への燃料の逆流を防止するための逆止弁を備えたことを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。
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