JP5699773B2 - 燃料噴射装置及びそれを用いた燃料供給システム - Google Patents

Description

本発明は、液化ガス燃料を内燃機関に噴射する燃料噴射装置及びそれを用いた燃料供給システムに関する。

従来から、燃料として液化ガス燃料を使用する燃料噴射装置が知られている（特許文献１を参照）。特許文献１の燃料噴射装置は、軸方向に移動することにより噴孔の開閉を行う弁部材、及び蓄積する燃料圧力の変化により弁部材を軸方向へ移動させる背圧室を備えている。また、この燃料噴射装置は、燃料タンクの燃料を加圧して高圧となった燃料を背圧室に供給する供給通路と、背圧室の燃料を燃料噴射装置の外部に排出する排出通路とを備えるとともに、背圧室から排出通路への燃料の排出を制御する制御弁を備える。こういった構成を備える燃料噴射装置は、制御弁による排出制御により背圧室の燃料圧力を変化させることにより、弁部材を軸方向へ移動させ、噴孔から燃料の噴射及び停止を制御する。

特開２０１０−１８０７１６号公報

ここで、背圧室の燃料圧力変化に応じて軸方向に移動する弁部材を備える燃料噴射装置において、排出通路は、制御弁の排出制御により、背圧室の高圧燃料を外部に排出するようになっているから、排出通路の燃料圧力は背圧室の燃料圧力よりも低くなる。また、この排出通路は、制御弁が開弁したときに燃料が流通するようになっているため、流通量が比較的少なく、燃料圧力が変動しやすい。その上、燃料噴射装置は、内燃機関からの熱を受けているため、燃料噴射装置内の燃料温度は上昇する。このように、排出通路の燃料圧力が変動しやすく、かつ比較的低い状態にあり、その上燃料温度が高い状態にあると、排出通路の燃料圧力が燃料の蒸気圧を下回りやすくなり、燃料の一部が気化することがある。

気化状態の燃料と液化状態の燃料とでは粘性が異なるので、制御弁が開弁したときの背圧室の圧力変化の仕方が排出通路の燃料の状態によって異なってしまう。よって、背圧室の燃料圧力変化に応じて弁部材が動作する燃料噴射装置では、排出通路の燃料状態に拘らず制御弁による排出制御が実行されると、弁部材の動作が安定せず、結果、燃料噴射が安定しなくなるおそれがある。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、液化ガス燃料を燃料として使用する燃料噴射装置において、燃料噴射を安定させることができる燃料噴射装置及びそれを用いた燃料供給システムを提供することである。

請求項１の発明は、燃料タンクからの液化ガス燃料を燃料として内燃機関に噴射する燃料噴射装置において、軸方向に移動可能に支持され、該軸方向に移動することにより噴孔を開閉する弁部材と、弁部材を軸方向に支持する外殻部材であって、蓄積した燃料圧力の変化により弁部材を軸方向に移動させる背圧室を形成する外殻部材と、外殻部材に設けられ、燃料タンクからの燃料を高圧化した高圧燃料を背圧室に供給する第一供給通路と、外殻部材に設けられ、背圧室の高圧燃料を外殻部材の外部に排出する排出通路と、背圧室から排出通路への高圧燃料の排出を制御する制御弁と、排出通路に、高圧燃料よりも低圧の燃料タンクからの低圧燃料を供給する第二供給通路と、を備え、制御弁は、開閉により排出通路への排出を制御する弁体、及び通電により発生する磁気吸引力によって弁体を開閉駆動させる電磁駆動部を有し、第二供給通路は、該第二供給通路の一部が電磁駆動部の中心を通り抜けるように配置され、背圧室から排出された高圧燃料が、電磁駆動部の中心を通り抜けた後の低圧燃料と合流して排出通路から排出されるよう、第二供給通路および排出通路が配置されていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、第一供給通路を介して燃料タンクからの燃料を高圧化した高圧燃料が背圧室に供給されるから、背圧室の燃料圧力は高圧燃料の圧力とほぼ同じとなる。この状態で、背圧室から排出通路への高圧燃料の排出制御を制御弁が行うことにより、背圧室に供給された高圧燃料は排出通路を通じて外殻部材の外部に排出される。これにより、背圧室の燃料圧力が変化する。弁部材は、背圧室の燃料圧力変化により軸方向に移動するようになっているから、背圧室の燃料圧力が変化すると、弁部材は、軸方向に移動し、噴孔を開閉する。

特に請求項１の発明では、高圧燃料よりも低圧の燃料タンクからの低圧燃料を排出通路に供給する第二供給通路を設けている。このため、燃料タンクから冷えた燃料が排出通路に供給されるので、排出通路の燃料温度を低下させることができる。また、第二供給通路を介して供給される低圧燃料により排出通路の流通量が増加するので、排出通路の燃料圧力を安定させることができる。したがって、これらの燃料温度の低下作用及び燃料圧力の安定化作用によれば、排出通路の燃料圧力が蒸気圧を下回り難くなり、排出通路の燃料を液化状態に保つことができる。その結果、弁部材の動作が安定し、燃料噴射が高い状態で安定する。

さらに、請求項１の発明によれば、通電により発生する磁気吸引力によって弁体を開閉駆動させる電磁駆動部は、通電により発熱する。電磁駆動部への通電量が同じであれば、電磁駆動部の発熱により磁気吸引力の強度は小さくなる。このため、磁気吸引力により開閉する制御弁の応答性は低下することとなる。このように、制御弁の応答性が低下すると、背圧室の燃料圧力変化の応答性も低下するから、背圧室の燃料圧力変化により動作する弁部材の応答性も低下し、燃料噴射が安定しなくなるおそれがある。

こうした問題に対し、この発明では、第二供給通路を電磁駆動部を通り抜けるように、電磁駆動部の近傍に配置した。これにより、発熱した電磁駆動部は、第二供給通路を流れる燃料タンクからの低圧燃料により冷却され、電磁駆動部の発熱による磁気吸引力の低下が抑制される。この結果、弁部材の応答性の低下が抑制されるので、弁部材の動作が安定し、燃料噴射が安定する。

請求項２の発明によると、外殻部材には、第二供給通路へ低圧燃料を供給する燃料配管が接続されるインレットが形成されており、インレットは、軸方向における噴孔の反対側部分に位置することを特徴としている。
また、請求項３の発明によると、排出通路及び第二供給通路は、背圧室に対して対向して配置されることを特徴としている。

請求項３の発明によれば、排出通路及び第二供給通路が、背圧室に対して対向して配置されているので、第二供給通路から供給された低圧燃料は、流れの方向を大きく変えることなく、排出通路へ供給される。したがって、第二供給通路に導入された低圧燃料の排出通路への流れをスムースにすることができるので、排出通路内の燃料の冷却効果を高めることができる。

請求項４の発明によると、請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置と、燃料タンクの燃料を所定の送出圧で送出するフィードポンプと、フィードポンプからの燃料を一時的に蓄積する蓄積部、蓄積部の燃料の一部を加圧して、内燃機関に向けて圧送する加圧部、及び蓄積部の燃料の一部を外部に排出する排出部を有する高圧ポンプと、加圧部と第一供給通路とを接続する高圧接続手段と、排出部と第二供給通路とを接続する低圧接続手段と、を備えることを特徴としている。

請求項４の発明によれば、背圧室には、加圧部に接続された高圧接続手段及び燃料噴射装置の第一供給通路を介して加圧部によって加圧され高圧となった燃料が供給される。このように背圧室への高圧燃料の供給が行われる状態において、背圧室の圧力を制御弁によって制御することで、弁部材を軸方向に移動させることができ、噴孔を開閉させることができる。さらに、この発明によれば、燃料噴射装置の排出通路には、低圧接続手段及び第二供給通路を介して高圧ポンプにおいて蓄積部の排出部から排出される低圧の燃料が供給される。このため、燃料噴射装置の排出通路の燃料温度が低下する。そして、排出通路の流量が増加するため、排出通路の燃料圧力が高い状態に安定する。その結果、燃料噴射が安定する。

請求項５の発明によると、燃料噴射装置の排出通路から排出された燃料を燃料タンクに戻す戻り流路が内燃機関の内部に形成されており、燃料噴射装置の外殻部材の表面には、排出通路に接続される開口部が形成されており、開口部は、燃料噴射装置を内燃機関に装着させたとき、内燃機関の戻り流路内に配置されることを特徴としている。

ここで、背圧室から排出される燃料だけを排出通路を介して内燃機関に形成された戻り流路に流通させた場合、戻り流路の燃料は、内燃機関からの熱を受け、温度が上昇しやすい。このため、戻り流路の燃料は非常に気化しやすい状況に置かれることとなる。上述したように開口部は、戻り流路に配置されているから、戻り流路において気化した燃料は当該開口部から燃料噴射装置の内部に流入し、燃料噴射に影響を及ぼすおそれがある。それに対して、請求項５の発明では、排出通路の燃料温度を低下させ、かつ、燃料圧力を高い状態で安定させることができるので、排出通路から戻り流路に流入した燃料も液体状態に保つことができる。その結果、燃料噴射が安定する。

第１実施形態における燃料噴射弁を用いた燃料供給システムの概略を示す全体構成図である。 第１実施形態における燃料噴射弁の断面図である。 第１実施形態の燃料供給装置で使用する燃料の状態変化を示す蒸気圧線図である。 第２実施形態における燃料噴射弁の断面図である。 第３実施形態における燃料噴射弁の断面図である。 第４実施形態における燃料噴射弁の断面図である。

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与することにより、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図３を用いて説明する。図１は、第１実施形態における燃料噴射装置を用いた燃料供給システムの概略を示す全体構成図である。

本実施形態の燃料供給装置２０は、液化ガスの一種であるＤＭＥ（ジメチルエーテル）を燃料とした内燃機関１０の燃料供給装置である。図１に示すように、燃料供給装置２０は、燃料タンク２１、フィードポンプ２２、燃料クーラー２３、高圧ポンプ２４、コモンレール２５、燃料噴射弁３０などを主な構成要素として備えている。なお、これらの構成要素は、燃料配管７１〜７６で互いに接続されている。

燃料タンク２１は、液化ガスからなる燃料としてのＤＭＥ（以下、単に燃料と記す）を貯蔵するものである。燃料タンク２１内の燃料は、液化状態に保たれている。

燃料タンク２１内に配置されるフィードポンプ２２は、燃料タンク２１内の燃料を高圧ポンプ２４に供給する。フィードポンプ２２は、電動ポンプであり、制御装置８０と電気的に接続されている。フィードポンプ２２は、制御装置８０からの指令信号により駆動されることにより、燃料タンク２１内の燃料を所定のフィード圧に高めて高圧ポンプ２４に向けて送出する。フィードポンプ２２から送出された燃料は、燃料配管７１を介して高圧ポンプ２４に供給される。

燃料配管７１途中に設けられる燃料クーラー２３は、高圧ポンプ２４に供給される燃料を冷却するものである。燃料クーラー２３は、燃料と送風空気とを熱交換させて燃料を冷却する熱交換器と、制御装置８０と電気的に接続され、制御装置８０からの指令信号により駆動される冷却ファンとを有している。

高圧ポンプ２４は、フィードポンプ２２からの燃料を加圧して、加圧した燃料を燃料配管７２を介してコモンレール２５に向けて圧送するものである。高圧ポンプ２４は、フィードポンプ２２からの燃料を一時的に蓄積するポンプギャラリー２４ａと、ポンプギャラリー２４ａ内の燃料の一部を加圧する加圧部２４ｂとを備えている。加圧部２４ｂによって加圧された燃料は、吐出弁（図示しない）の弁体を押し上げて、コモンレール２５に接続される燃料配管７２に吐出される。なお、高圧ポンプ２４は、制御装置８０からの指令信号に従って、高圧ポンプ２４からコモンレール２５に向けて圧送される圧送量を制御する。

また、ポンプギャラリー２４ａ内の燃料圧力は、調圧弁２４ｃによって所定の圧力に保たれている。ポンプギャラリー２４ａ内の燃料圧力が所定の圧力を超えると、ポンプギャラリー２４ａ内の燃料の一部は、調圧弁２４ｃに接続される燃料配管７３に排出される。この調圧弁２４ｃの圧力保持作用により、ポンプギャラリー２４ａ内の燃料を液化状態に保つことが可能となる。燃料配管７３は、燃料噴射弁３０の第二インレット５８に接続されている。調圧弁２４ｃから排出された燃料は、燃料配管７３を通じて燃料噴射弁３０に供給される。なお、調圧弁２４ｃから排出される燃料の圧力は、吐出弁からコモンレール２５に向けて排出される燃料の圧力よりも低くなっている。

コモンレール２５は、高圧ポンプ２４で加圧された燃料を高圧に維持したまま蓄積するものであり、燃料配管７４を介して燃料噴射弁３０の第一インレット５７と接続されている。コモンレール２５は、内部の燃料圧力を検出する圧力センサ２５ａを有している。圧力センサ２５ａは、制御装置８０と電気的に接続されており、検出した燃料圧力に応じた信号を制御装置８０に出力する。コモンレール２５は、減圧弁２５ｂを有している。減圧弁２５ｂは、コモンレール２５内の燃料圧力をコモンレール２５の許容圧力以下に維持するためのものである。減圧弁２５ｂは、コモンレール２５内の燃料圧力が許容圧力以上となると、開弁し、コモンレール２５内の燃料を減圧弁２５ｂに接続されている燃料配管７５に吐出する。燃料配管７５は、燃料タンク２１に接続されており、減圧弁２５ｂから排出された燃料は燃料配管７５を通じて燃料タンク２１に戻る。

燃料噴射弁３０は、高圧ポンプ２４からコモンレール２５を介して圧送された燃料の一部を内燃機関１０の各気筒内に供給するものである。燃料噴射弁３０は、制御装置８０と電気的に接続されており、制御装置８０からの指令信号により、所定時期に所定期間開弁するように構成されている。燃料噴射弁３０は、シリンダヘッド１１に形成されている貫通孔１１ａに挿入されることにより、シリンダヘッド１１に固定される。貫通孔１１ａは、内燃機関１０に設けられた気筒の数だけあり、各気筒に通じている。燃料噴射弁３０を噴孔６０が形成されている先端側から貫通孔１１ａに挿入することにより、噴孔６０が各気筒の燃焼室に配置される。以下、燃料噴射弁３０の噴孔６０が形成されている側を先端側と称し、その反対側を基端側と称することとする。

また、燃料噴射弁３０は、高圧ポンプ２４からの圧送燃料の一部を余剰燃料として燃料噴射弁３０の外部に排出するアウトレット５９を有している。ここで、上記余剰燃料とは、高圧ポンプ２４からコモンレール２５を介して燃料噴射弁３０に圧送されたが噴孔６０から噴射されず、燃料噴射弁３０内に形成される背圧室５６より排出される燃料のことを意味する。アウトレット５９は、複数の貫通孔１１ａ同士を接続するようにシリンダヘッド１１に形成されたヘッドギャラリー１１ｂに連通している。これにより、各燃料噴射弁３０のアウトレット５９から排出された燃料は、一旦ヘッドギャラリー１１ｂに蓄積されることとなる。

ヘッドギャラリー１１ｂには、燃料配管７６が接続されている。ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料は、燃料配管７６を通じて燃料タンク２１に戻る。また、燃料配管７６には、背圧制御弁１２が設けられている。背圧制御弁１２は、ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料圧力を所定圧力に維持するものである。ヘッドギャラリー１１ｂ内の燃料圧力が所定圧力を超えると、背圧制御弁１２が開弁し、ヘッドギャラリー１１ｂから燃料が排出される。

制御装置８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどを中心とするマイクロコンピュータ、及び駆動回路などから構成されている。制御装置８０は、圧力センサ２５ａ、及び内燃機関１０の運転状態を検出する各種センサなどと電気的に接続されており、圧力センサ２５ａ及び各種センサからの検出信号を受信する。制御装置８０は、受信した検出信号に基づき、ＲＯＭまたはフラッシュメモリに記憶されている制御プログラムにより、各種要素（フィードポンプ２２、燃料クーラー２３、高圧ポンプ２４、及び燃料噴射弁３０など）への指令信号を生成し、各構成要素に当該指令信号を出力する。

次に、燃料噴射弁３０の詳細を図２に基づいて説明する。図２は、燃料噴射弁３０の断面図である。燃料噴射弁３０は、ハウジング３１、弁ボディ３２、及びハウジング３１と弁ボディ３２との間に介在するチップパッキン３３、及びこれら部材を外側から締結するリテーニングナット３４を備えている。

ハウジング３１には、第一インレット５７及びアウトレット５９が形成されている。ハウジング３１の径方向側面から軸方向に対して交差する方向にハウジング３１の側面から突出する部位の先端に第一インレット５７が形成されている。アウトレット５９は、ハウジング３１の径方向側面に形成されている。第一インレット５７は、燃料配管７４と接続され、アウトレット５９は、ヘッドギャラリー１１ｂ内に配置される。第一インレット５７から燃料噴射弁３０の内部に供給される燃料は、通路３６を経由し、その後分岐する。一方は、通路３７を経由して弁ボディ３２側へ導かれ、主として燃料噴射に利用される。他方は、通路３８を経由して後述する油圧制御に利用される。

弁ボディ３２の先端には、燃料を噴射する噴孔６０が形成されている。弁ボディ３２の内部には通路３９が形成されており、チップパッキン３３の内部には通路４０が形成されている。これら通路３６、３７、３９、４０は、通路３６、通路３７、通路４０、通路３９の順序で接続され、これにより、燃料が噴孔６０へ導かれる。

また、燃料噴射弁３０は、その長手方向に亘り内部に収容される弁部材５０を備えている。弁部材５０は、先端側からニードル５１及びコマンドピストン５２によって構成されている。

ニードル５１は、弁ボディ３２の孔３２ａとチップパッキン３３の孔３３ａに収容され、孔３２ａ、３３ａの軸に沿って往復動することにより、噴孔６０を開閉する。孔３２ａは、通路３９と接続されている。スプリング３５は、先端側の端部がコマンドピストン５２に当接され、基端側の端部がリング部材を介してハウジング３１に固定されるようにハウジング３１の孔３１ａ内に収容されている。このようにして孔３１ａ内に配置されているスプリング３５は、コマンドピストン５２を介して付勢力をニードル５１に付与する。また、弁ボディ３２の孔３２ａとニードル５１との間には、燃料溜まり室５３が形成されている。これにより、燃料溜まり室５３には通路３９を通じて孔３２ａに流入する燃料が蓄積されることとなる。そして、孔３２ａとニードル５１との間には、燃料溜まり室５３の他にも隙間が形成されており、その隙間は、ニードル５１の先端部にまで達している。なお、当該隙間は燃料溜まり室５３と連通している。よって、この隙間にも燃料溜まり室５３と同様に通路３９を通じて孔３２ａに流入した燃料が蓄積されることとなる。ニードル５１の段差部に燃料溜まり室５３の燃料圧力を作用させるとともに、ニードル５１の先端部に上記隙間の燃料圧力を作用させることにより、ニードル５１に基端側への推力が発生する。

ニードル５１の先端側の端部が、孔３２ａ内の先端側の内壁に当接することにより、噴孔６０からの燃料噴射が停止する。ニードル５１が孔３２ａ内を基端側に移動することにより、孔３２ａ内に供給される燃料が噴孔６０から噴射される。

コマンドピストン５２は、ハウジング３１の孔３１ａとチップパッキン３３の孔３３ａに収容されている。弁ボディ３２の孔３２ａ、チップパッキン３３の孔３３ａ、及びハウジング３１の孔３１ａは、同軸上に配置されている。

ハウジング３１の孔３１ａの基端側には、オリフィスプレート５４が設けられている。孔３１ａにおいてコマンドピストン５２の基端側の端部と、オリフィスプレート５４との間には背圧室５６が形成される。オリフィスプレート５４には、インオリフィス５５ａ及びアウトオリフィス５５ｂが形成されている。

インオリフィス５５ａは、通路３８と接続されており、通路３６から燃料噴射弁３０に供給される燃料を常に背圧室５６に供給するように構成されている。アウトオリフィス５５ｂは、背圧室５６内の燃料を背圧室５６から後述するボディ６６の支持孔６６ａと弁体６７とによって形成される空間に排出するように構成されている。

ハウジング３１には、アウトレット５９に連通する通路４１が形成されている。通路４１においてアウトレット５９とは反対側の端部は、ハウジング３１とオリフィスプレート５４の外周側との間に形成される空間７０ｂに連通している。インオリフィス５５ａ及びアウトオリフィス５５ｂは、アウトオリフィス５５ｂを介して背圧室５６から排出される燃料の排出量よりも、インオリフィス５５ａを介して背圧室５６に供給される燃料の供給量が少なくなるようにそれぞれの内径及び長さが設定されている。このようにインオリフィス５５ａ及びアウトオリフィス５５ｂが設定されているため、アウトオリフィス５５ｂを開くと、背圧室５６の燃料圧力は、徐々に低下することとなる。

コマンドピストン５２の基端側の端部は背圧室５６内の燃料圧力が作用するようになっている。また、ハウジング３１の孔３１ａには、上述したようにコマンドピストン５２を先端側に向かって付勢するスプリング３５が配置されている。このように孔３１ａ及び孔３３ａに収容されたコマンドピストン５２には、背圧室５６の燃料圧力とスプリング３５の付勢力とを足し合わせた力に応じた先端側への推力が発生することとなる。

オリフィスプレート５４の基端側には、背圧室５６からの燃料の排出を制御する電磁弁部６１が設けられている。電磁弁部６１は、ハウジング３１に対し、ナット６９で締結されている。電磁弁部６１は、端子６２、コイル６３、アーマチャ６４、支持部材６５、ボディ６６、断面Ｔ字状の弁体６７、スプリング６８などで構成されている。

端子６２は、コイル６３へ通電するための端子である。制御装置８０より、指令信号に応じた電流が端子６２を介してコイル６３に供給される。コイル６３への通電により、コイル６３に磁気吸引力が発生する。

アーマチャ６４は、円筒状に形成されており、その中心部に先端側の端部から基端側の端部を貫く孔６４ａを有している。アーマチャ６４は、その孔６４ａの外周側にコイル６３を支持する。孔６４ａの先端側の端部は、アーマチャ６４とボディ６６との間に形成される空間７０ａに開口している。このため、孔６４ａと空間７０ａとは連通する。

アーマチャ６４と端子６２との間に配置され、アーマチャ６４を支持する支持部材６５は、その中心部にアーマチャ６４の孔６４ａと同軸上に形成される孔６５ａを有している。孔６５ａの先端側は、アーマチャ６４の孔６４ａと連通している。そして、孔６５ａの基端側は、ナット６９よりも基端側に突き出るように形成され、燃料配管７３と接続される（図１を参照）。

アーマチャ６４の先端側に所定の間隔を開けて配置されるボディ６６は、弁体６７を往復動可能に支持する支持孔６６ａを有する。ボディ６６は、ボディ６６の先端側端面と、ハウジング３１の孔３１ａの基端側開口部の周囲の面とで、オリフィスプレート５４を挟むようにハウジング３１に固定される。ボディ６６をハウジング３１に固定させることにより、オリフィスプレート５４の周囲に、環状の空間７０ｂが形成される。ボディ６６は、軸方向に貫通する貫通孔と、この貫通孔と支持孔６６ａとを連通する連通孔とからなる連通路６６ｂを有する。ボディ６６の貫通孔は、空間７０ａと空間７０ｂとを連通する。ゆえに、支持孔６６ａは、空間７０ａ、及び空間７０ｂのそれぞれに連通することとなる。

ボディ６６に支持される弁体６７は、支持孔６６ａに支持される棒状部６７ａと、棒状部６７ａの基端側に接続される円盤部６７ｂとからなっている。円盤部６７ｂは、空間７０ａに収容される。円盤部６７ｂは、空間７０ａ内で往復動が可能となっている。円盤部６７ｂが空間７０ａ内で往復動することにより、棒状部６７ａは支持孔６６ａに支持されながら軸方向に往復動する。

アーマチャ６４の孔６４ａには、弁体６７の円盤部６７ｂを先端側に向かって付勢するスプリング６８が配置されている。スプリング６８による付勢力により、円盤部６７ｂが先端側に移動すると、棒状部６７ａも先端側に移動し、棒状部６７ａの先端側の端部がオリフィスプレート５４に当接する。これにより、アウトオリフィス５５ｂが閉塞される。ハウジング３１に形成される通路４１のアウトオリフィス５５ｂ側の端部は、空間７０ｂに開口している。

以上、燃料噴射弁３０の構造について説明した。次に、こういった構造を有する燃料噴射弁３０の動作について説明する。

内燃機関１０が駆動しているとき、フィードポンプ２２、及び高圧ポンプ２４は、制御装置８０からの指令信号に基づき作動する。これにより、コモンレール２５の燃料は高圧ポンプ２４によって圧力が高められた高圧燃料が蓄積される。コモンレール２５に蓄積された燃料は、燃料配管７４を通じて、燃料噴射弁３０の第一インレット５７に供給される。

第一インレット５７に供給された高圧燃料の一部は、通路３６、通路３７、通路４０、通路３９を通り燃料溜まり室５３及び孔３２ａとニードル５１との隙間に流入する。そして、残りの高圧燃料は、通路３６、通路３８、インオリフィス５５ａを通り背圧室５６に流入する。

この状態で、制御装置８０より、指令信号に応じた電流がコイル６３に供給されておらず、コイル６３に磁気吸引力が発生していないとき、スプリング６８の付勢力により、弁体６７はアウトオリフィス５５ｂを閉塞するため、背圧室５６の燃料圧力は、コモンレール２５の燃料圧力とほぼ同じとなる。このとき、コマンドピストン５２に発生する先端側への推力は、ニードル５１に発生する基端側への推力よりも大きいため、ニードル５１の先端側の端部は孔３２ａの内壁に当接し、噴孔６０が閉弁される。したがって、噴孔６０から燃料は噴射されない。

その後、制御装置８０より、指令信号に応じた電流がコイル６３に供給され、コイル６３に磁気吸引力が発生すると、弁体６７がスプリング６８の付勢力に抗して基端側に移動する。これにより、アウトオリフィス５５ｂは開放され、背圧室５６の燃料がアウトオリフィス５５ｂを通じてボディ６６の支持孔６６ａに排出される。そして、支持孔６６ａに排出された燃料は、連通路６６ｂを通って空間７０ｂに流入する。空間７０ｂに流入した燃料は、通路４１を通じてアウトレット５９より燃料噴射弁３０の外部に排出される。アウトレット５９より排出された燃料は、ヘッドギャラリー１１ｂ、燃料配管７６を通じて燃料タンク２１に戻る。

このようにして、背圧室５６から燃料が燃料噴射弁３０の外部に排出されると、背圧室５６の燃料圧力は低下することとなる。これと同時に、コマンドピストン５２に発生する先端側への推力が低下する。このコマンドピストン５２の推力が、ニードル５１に発生する基端側への推力よりも低下すると、ニードル５１はコマンドピストン５２の推力に抗して移動する。これにより、ニードル５１の先端側の端部が孔３２ａの内壁から離間し、噴孔６０が開弁し、噴孔６０から燃料が噴射される。

次に、本実施形態の燃料噴射弁３０の特徴的な動作について説明する。ここで、背圧室５６から排出される燃料だけを支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１を介してハウジング３１の外部に排出するような燃料噴射弁では、電磁弁部６１による排出制御により、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１の燃料圧力は、背圧室５６の燃料圧力よりも低くなる。また、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１は、電磁弁部６１の開弁したときに燃料が流通するようになっているため、流通量が比較的少なく、燃料圧力が変動しやすい。その上、燃料噴射弁が、内燃機関１０に搭載されていると、内燃機関１０より熱を受け、燃料噴射弁内の燃料温度が上昇する。このように、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１の燃料圧力が変動しやすく、かつ比較的低い状態にあり、その上燃料温度が高い状態にあると、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１の燃料圧力が燃料の蒸気圧を下回りやすくなり、燃料の一部が気化することがある。ここで、気化状態の燃料と液化状態の燃料とでは粘性が異なるので、電磁弁６１が開弁したときの背圧室５６の圧力変化の仕方が燃料状態によって異なってしまう。よって、背圧室５６の燃料圧力変化に応じて弁部材５０が動作する燃料噴射弁３０では、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１の燃料状態に拘らず電磁弁部６１が排出制御が実行されると、弁部材５０の動作が安定せず、結果、燃料噴射が安定しなくなるおそれがある。

このような問題に対し、本実施形態では、上記背圧室５６から排出される燃料が流通する支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１に、高圧ポンプ２４の調圧弁から排出された比較的低圧の燃料を供給するための孔６５ａ、孔６４ａ及び空間７０ａを燃料噴射弁３０に設けている。この実施形態では、支持部材６５の孔６５ａの基端側の端部が燃料配管７３に接続されているため、高圧ポンプ２４の調圧弁から排出された比較的低圧の燃料は、孔６５ａに流入する。孔６５ａは、アーマチャ６４の孔６４ａと連通しているため、孔６５ａに流入した低圧燃料は孔６４ａに流入する。さらに、孔６４ａに流入した燃料は、空間７０ａ、及び連通路６６ｂを通じて空間７０ｂにまで達する。空間７０ｂに達した燃料は、背圧室５６から排出された燃料とともに、通路４１を通じて燃料噴射弁３０の外部に排出される。

燃料配管７３から燃料噴射弁３０に流入する低圧燃料は、内燃機関１０の熱の影響を受けていない冷えた燃料であるため、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１を流通する背圧室５６から排出される燃料は、この低圧燃料によって冷却される。また、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１を流通する燃料の流通量が増加する。

ここで、図３の蒸気圧線図に示すように、燃料温度を低下させることにより、蒸気圧も低下させることができる。通路４１を流れる背圧室５６から排出された燃料の温度を、燃料配管７３を通じて供給される高圧ポンプ２４からの冷えた低圧燃料によって低下させることができる。また、通路４１を流通する燃料の流通量が増加するため、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１の燃料圧力が高い状態で安定する。このように、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１の燃料温度を低下させるとともに、燃料圧力を高い状態で安定させることによれば、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１の燃料圧力が蒸気圧を下回るのを抑制することができ、燃料を液化状態に保つことができる。このように、本実施形態によれば、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１の燃料を常に液化状態に保つことができるので、燃料噴射弁３０の弁部材５０の動作を安定させ、燃料噴射を安定させることができる。

また、本実施形態の燃料噴射弁３０では、コイル６３を通電によって発生する磁気吸引力を弁体６７の駆動源としている。コイル６３に通電するとコイル６３自体が発熱する。このコイル６３の発熱により、コイル６３に発生する磁気吸引力が低下する。そうすると、電磁弁部６１の応答性が低下することとなる。電磁弁部６１の応答性が低下すると、背圧室５６の燃料圧力変化の応答性も低下するから、背圧室５６の燃料圧力変化により動作する弁部材５０の応答性も低下し、燃料噴射が安定しなくなるおそれがある。

本実施形態では、燃料配管７３を通じて燃料噴射弁３０に供給される低圧燃料を流通させる支持部材６５の孔６５ａ及びアーマチャ６４の孔６４ａを、コイル６３及びアーマチャ６４からなる電磁駆動部を通り抜けるように、この電磁駆動部の近傍に配置した。具体的には、高圧ポンプ２４からの低圧燃料が流通する孔６４ａをアーマチャ６４の内部に配置させ、低圧燃料がコイル６３の近傍を通るようにした。このため、コイル６３が低圧燃料により冷却され、コイル６３の発熱による磁気吸引力の低下が抑制されるので、弁部材５０の応答性の低下を抑制させることができる。その結果、弁部材５０の動作が安定し、燃料噴射が安定する。

また、本実施形態では図２に示すように、孔６５ａ、孔６４ａ及び空間７０ａによって形成される通路と、通路４１とは、背圧室５６に対して対向して配置される。このような通路配置により、第二インレット５８から孔６５ａ、孔６４ａ及び空間７０ａに供給される低圧燃料は、流れの方向を大きく変えることなく、通路４１へ供給されることとなる。したがって、孔６５ａ、孔６４ａ及び空間７０ａに導入される低圧燃料の通路４１への流れをスムースにすることができ、燃料の冷却効果を高めることができる。

また、本実施形態では、高圧ポンプ２４の加圧部２４ｂによって加圧された高圧の燃料を燃料配管７２、コモンレール２５、及び燃料配管７４を通じて通路３６、３８からなる通路に供給している。これによれば、燃料噴射弁３０の背圧室５６には高圧ポンプ２４からの高圧の燃料が供給されるので、弁部材５０を軸方向に移動させ、噴孔６０を開閉させることができる。

さらに、本実施形態では、高圧ポンプ２４におけるポンプギャラリー２４ａの調圧弁２４ｃから排出される低圧の燃料を燃料配管７３を通じて孔６４ａ、６５ａ、及び空間７０ａからなる通路に供給している。これによれば、燃料噴射弁３０の支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１に高圧ポンプ２４からの低圧の燃料が供給されるので、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１の燃料圧力を高い状態で安定させ、かつ燃料温度を低下させることができる。その結果、燃料噴射が安定する。

ここで、背圧室５６から排出される燃料だけを支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１を介して内燃機関１０に形成されたヘッドギャラリー１１ｂに流通させた場合、ヘッドギャラリー１１ｂの燃料は内燃機関１０からの熱を受け、温度が上昇しやすい。このため、ヘッドギャラリー１１ｂの燃料は非常に気化しやすい状況に置かれることとなる。アウトレット５９は、ヘッドギャラリー１１ｂに配置されているから、ヘッドギャラリー１１ｂにおいて気化した燃料は、アウトレット５９から燃料噴射弁の内部に流入し、燃料噴射に影響を及ぼすおそれがある。それに対して、本実施形態では、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１の燃料温度を低下させ、かつ、燃料圧力を高い状態で安定させることができるので、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１からヘッドギャラリー１１ｂに流入した燃料も液体状態に保つことができる。その結果、燃料噴射が安定する。

なお、本実施形態において通路３６、３８からなる通路は、特許請求の範囲に記載の「第一供給通路」に相当し、支持孔６６ａ、連通路６６ｂ、空間７０ｂ及び通路４１からなる通路は、「排出通路」に相当し、孔６４ａ、６５ａ及び空間７０ａからなる通路は、特許請求の範囲に記載の「第二供給通路」に相当する。また、ハウジング３１、弁ボディ３２及びチップパッキン３３は、特許請求の範囲に記載の「外殻形成部材」に相当する。そして、電磁弁部６１は、特許請求の範囲に記載の「制御弁」に相当する。また、高圧ポンプ２４のポンプギャラリー２４ａは、特許請求の範囲に記載の「蓄積部」に相当し、調圧弁２４ｃは、特許請求の範囲に記載の「排出部」に相当する。また、燃料配管７２、７４及びコモンレール２５は、特許請求の範囲に記載の「高圧接続手段」に相当し、燃料配管７３は、特許請求の範囲に記載の「低圧接続手段」に相当する。さらに、ヘッドギャラリー１１ｂ及び燃料配管７６は、特許請求の範囲に記載の「戻り流路」に相当する。

（第２実施形態）
図４は、本発明を適用した第２実施形態における燃料噴射弁１３０の断面図である。この実施形態では、高圧ポンプ２４からの低圧燃料を流通させる位置が第１実施形態のものと異なっている。この実施形態において燃料噴射弁１３０のハウジング３１には、一方が燃料配管７３に接続され、他方が空間７０ｂに接続される通路４２が形成されている。この通路４２によれば、高圧ポンプ２４からの低圧燃料が空間７０ｂに供給されることとなる。よって、空間７０ｂに供給される低圧燃料によって、背圧室５６から排出され通路４１を通る燃料を冷却することがきる。なお、この実施形態では、通路４２と通路４１とは、背圧室５６に対して対向して配置されている。この実施形態においても、先の実施形態と同様の作用効果が得られる。

（第３実施形態）
図５は、本発明を適用した第３実施形態における燃料噴射弁２３０の断面図である。この実施形態では、通路４１の形成位置が第１実施形態のものと異なっている。また、この実施形態で使用する燃料噴射弁２３０から排出される燃料は、第１、第２実施形態とは異なり、ヘッドギャラリー１１ｂを経由して燃料配管７６に排出されるのではなく、直接燃料配管７６に排出される。

この実施形態において燃料噴射弁２３０の通路４１は、一方が空間７０ｂに接続され、他方がヘッドギャラリー１１ｂではなく、直接燃料配管７６に接続されている。なお、この実施形態では、孔６５ａ及び孔６４ａによって形成される通路と、通路４１とは、背圧室５６に対して対向して配置されている。この実施形態においても、先の実施形態と同様の作用効果が得られる。

（第４実施形態）
図６は、本発明を適用した第４実施形態における燃料噴射弁３３０の断面図である。この実施形態では、高圧ポンプ２４からの低圧燃料を流通させる位置が第３実施形態のものと異なっている。この実施形態において燃料噴射弁３３０のハウジング３１には、一方が燃料配管７３に接続され、他方が空間７０ｂに接続される通路４３が形成されている。この通路Ｈによれば、高圧ポンプ２４からの低圧燃料が空間７０ｂに供給されることとなる。よって、空間７０ｂに供給される低圧燃料によって、背圧室５６から排出され通路４１を通る燃料を冷却することができる。なお、この実施形態では、通路４３と通路４１とは、背圧室５６に対して対向して配置されている。この実施形態においても、先の実施形態と同様の作用効果が得られる。

１０ 内燃機関、１１ シリンダヘッド、１１ｂ ヘッドギャラリー、２０ 燃料供給システム、２１ 燃料タンク、２２ フィードポンプ、２４ 高圧ポンプ、２４ａ ポンプギャラリー、２４ｂ 加圧部、２４ｃ 調圧弁、２５ コモンレール、３０ 燃料噴射弁（燃料噴射装置）、３１ ハウジング、３１ａ 孔、３２ 弁ボディ、３２ａ 孔、３３ チップパッキン、３３ａ 孔、３６〜４１ 通路、５０ 弁部材、５１ ニードル、５２ コマンドピストン、５３ 燃料溜まり室、５４ オリフィスプレート、５５ａ インオリフィス、５５ｂ アウトオリフィス、５６ 背圧室、５７ 第一インレット、５８ 第二インレット、５９ アウトレット、６０ 噴孔、６１ 電磁弁部、６３ コイル、６４ アーマチャ、６４ａ 孔、６５ 支持部材、６５ａ 孔、６６ ボディ、６６ａ 支持孔、６６ｂ 連通路、６７ 弁体、６８ スプリング、７０ａ 空間、７０ｂ 空間、７１〜７６ 燃料配管、８０ 制御装置

Claims (5)

1. 燃料タンクからの液化ガス燃料を燃料として前記内燃機関に噴射する燃料噴射装置において、
   軸方向に移動可能に支持され、該軸方向に移動することにより噴孔を開閉する弁部材と、
   前記弁部材を前記軸方向に支持する外殻部材であって、蓄積した燃料圧力の変化により前記弁部材を前記軸方向に移動させる背圧室を形成する外殻部材と、
   前記外殻部材に設けられ、前記燃料タンクからの燃料を高圧化した高圧燃料を前記背圧室に供給する第一供給通路と、
   前記外殻部材に設けられ、前記背圧室の高圧燃料を前記外殻部材の外部に排出する排出通路と、
   前記背圧室から前記排出通路への高圧燃料の排出を制御する制御弁と、
   前記排出通路に、前記高圧燃料よりも低圧の前記燃料タンクからの低圧燃料を供給する第二供給通路と、を備え、
   前記制御弁は、開閉により前記排出通路への排出を制御する弁体、及び通電により発生する磁気吸引力によって前記弁体を開閉駆動させる電磁駆動部を有し、
   前記第二供給通路は、該第二供給通路の一部が前記電磁駆動部の中心を通り抜けるように配置され、
   前記背圧室から排出された前記高圧燃料が、前記電磁駆動部の中心を通り抜けた後の前記低圧燃料と合流して前記排出通路から排出されるよう、前記第二供給通路および前記排出通路が配置されていることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記外殻部材には、前記第二供給通路へ前記低圧燃料を供給する燃料配管が接続されるインレットが形成されており、
   前記インレットは、前記軸方向における前記噴孔の反対側部分に位置することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記排出通路及び前記第二供給通路は、前記背圧室に対して対向して配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置と、
   前記燃料タンクの燃料を所定の送出圧で送出するフィードポンプと、
   前記フィードポンプからの燃料を一時的に蓄積する蓄積部、前記蓄積部の燃料の一部を加圧して、前記内燃機関に向けて圧送する加圧部、及び前記蓄積部の燃料の一部を外部に排出する排出部を有する高圧ポンプと、
   前記加圧部と前記第一供給通路とを接続する高圧接続手段と、
   前記排出部と前記第二供給通路とを接続する低圧接続手段と、を備えることを特徴とする燃料供給システム。
5. 前記燃料噴射装置の前記排出通路から排出された燃料を前記燃料タンクに戻す戻り流路が前記内燃機関の内部に形成されており、
   前記燃料噴射装置の前記外殻部材の表面には、前記排出通路に接続される開口部が形成されており、
   前記開口部は、前記燃料噴射装置を前記内燃機関に装着させたとき、前記内燃機関の前記戻り流路内に配置されることを特徴とする請求項４に記載の燃料供給システム。

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