JPH08246980A - 蓄圧式燃料噴射システムの安全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インジェクタからの燃料量の過大流出時に燃
料流の遮断を確実に行なう蓄圧式燃料噴射システムの安
全装置を提供することにある。 【構成】 シリンダボディ５５の大径円筒孔に摺動自在
に往復動するピストン６３は、オリフィス６４を通して
導入口５６側から導出口５９へ燃料を流通させる。逃が
し口６１は、通常時、往復動するピストン６３の側面に
よって塞がれている。インジェクタが過剰な噴射を行な
ったとき、燃料通路６６と逃がし口６１とが連通する位
置までピストン６３が押し上がるため、導出口５９側の
燃料が燃料通路６６及び逃がし口６１を経由して低圧側
へ解放されるので、インジェクタ側の圧力を降下し、ピ
ストン前後の差圧を大きくし、この差圧によりピストン
６３をシート部６０に着座させる。このとき、オリフィ
ス６４の一方の端部がシート部６０で閉塞されるので、
噴射管からインジェクタへの燃料の遮断を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高圧燃料を一種のサー
ジタンクである蓄圧配管（以下コモンレールと称する）
に蓄圧し、この蓄圧された高圧燃料を電気制御式のイン
ジェクタによってディーゼル機関に噴射するようにした
蓄圧式燃料噴射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高圧供給ポンプによってコモ
ンレールに高圧燃料を加圧圧送して蓄圧するとともに、
このコモンレールの高圧燃料を電気制御式のインジェク
タによってディーゼル機関に噴射するようにした蓄圧式
燃料噴射装置が公知である。この構成において、インジ
ェクタに異常が生じたときインジェクタへの燃料の供給
を停止する安全装置を設ける必要がある。

【０００３】また、コモンレールに蓄圧されている高圧
燃料は、１５０ＭＰａときわめて高いため、１つの気筒
のインジェクタより生じた反射波がコモンレールを介し
て他の気筒に伝播され、その気筒のインジェクタの開閉
時期に影響を与え、噴射量及び噴射時期がばらついてし
まうため、インジェクタの配管中にコモンレールからの
インジェクタへの燃料の供給のみ許容し、インジェクタ
からコモンレールへの燃料の圧力伝播を規制する逆止弁
を設けることが本出願人によって既に提案されている。

【０００４】特開昭６０−１５９３６６号公報に開示さ
れる内燃機関の低圧噴射弁のための安全装置は、噴射弁
からの異常流出をピストン前後に発生する差圧としてピ
ストンが感知し、このピストンの移動によりピストン下
流部にボールを圧入部に押接することで燃料通路を閉塞
し、燃料の流通を遮断する機構を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この公報に開
示される低圧噴射弁の安全装置によると、インジェクタ
からの異常流出に伴うピストン前後の差圧のみによって
ピストンおよびボールの移動が支配されているため、イ
ンジェクタの噴射に伴う噴射管内の圧力脈動がピストン
の移動に影響を与え、インジェクタからの過剰流出時に
ピストンがボールを圧入部に押接すべき移動を阻害する
可能性がある。したがって、インジェクタからの燃料の
過剰流出時に確実な燃料流の遮断が達成できない恐れが
あるという問題がある。

【０００６】本発明の目的は、インジェクタからの燃料
量の過大流出時に燃料流の遮断を確実に行なう蓄圧式燃
料噴射システムの安全装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の蓄圧式燃
料噴射システムの安全装置は、蓄圧された高圧燃料を間
欠作動型のインジェクタに供給する燃料配管に設けられ
る安全装置であって、高圧燃料を導入する導入口、前記
インジェクタに高圧燃料を供給する導出口、前記導入口
と前記導出口とを連通する摺動孔、および、低圧側に燃
料を排出する逃し口を有するシリンダボディと、前記摺
動孔に摺動自在に往復動するとともに、前記導入口側と
前記導出口側とを連通するオリフィス、及び、前記導出
口側とピストン側面とを連通する燃料通路を有するピス
トンと、このピストンを導入口側に付勢する付勢手段と
を備え、前記逃し口は、通常時、往復動するピストンの
側面によって塞がれているとともに、前記オリフィスの
一方の端部は、前記付勢手段の付勢力に抗して前記ピス
トンが前記シリンダボディのシート部に着座したとき、
前記オリフィスの一方の端部が前記シート部で閉塞され
る位置に開口しており、前記付勢手段の付勢力に抗して
前記ピストンがある一定の往動位置に達したときに、前
記導出口側と前記逃し口とが前記燃料通路を経由して連
通することを特徴とする構成を採用する。ここで、ピス
トンがある一定の往動位置に達したときというのは、例
えば図５（Ｂ）に示す状態に達したとき等をいう。

【０００８】請求項２記載の蓄圧式燃料噴射システムの
安全装置は、請求項１記載の構成において、前記ピスト
ンの高圧側と低圧側の差圧が一定値以上になったとき前
記付勢手段に抗して前記ピストンが前記シート部に着座
し、このシート部に前記ピストンが着座したとき前記ピ
ストンのオリフィスが閉塞されることを特徴とする。こ
こで、ピストンの高圧側と低圧側の差圧が一定値以上に
なったときとは、請求項１での導出口側と逃し口とが前
記燃料通路を経由して連通することにより、低圧側圧力
が積極的に低下させられる場合を含む。

【０００９】請求項３記載の蓄圧式燃料噴射システムの
安全装置は、請求項１記載の構成において、前記シート
部は、前記摺動孔と前記付勢手段を収容する孔との間の
段部に形成されることを特徴とする。請求項４記載の蓄
圧式燃料噴射システムの安全装置は、高圧燃料側からイ
ンジェクタ側に燃料が供給されて前記インジェクタが燃
料噴射を実行した後の燃料噴射終了後に前記インジェク
タ側から過大圧力が伝播したとしてもピストンの低圧側
は燃料タンクへ連通されていることから低圧側が積極的
に減圧される結果、高圧燃料側との差圧力によって安全
弁が作動して高圧燃料側からインジェクタ側への燃料の
流通が遮断されることを特徴とする。

【００１０】

【作用および発明の効果】請求項１、２または４記載の
蓄圧式燃料噴射システムの安全装置によると、インジェ
クタが正常な噴射を繰り返しているとき、シリンダボデ
ィに設けられた逃し口とピストンの燃料通路とが連通し
ない範囲においてピストンが往復摺動を繰り返してい
る。

【００１１】インジェクタが過剰な噴射を行なったと
き、ピストン前後の差圧が前記ピストンの往復摺動範囲
を超えて、ピストンの燃料通路とシリンダボディに設け
られた逃し口とが連通する位置までピストンが押し上が
るため、ピストン導出口側の燃料が燃料通路及び逃し口
を経由して低圧側へ解放されるので、インジェクタ側の
圧力を降下し、ピストン前後の差圧を大きくし、この差
圧によりピストンをシリンダボディのシート部に着座さ
せ、オリフィスの一方の端部がシート部で閉塞されるの
で、噴射管からインジェクタへの燃料の遮断を行なう。
したがって、燃料の過剰流出時には噴射管内の圧力脈動
に左右されることなく確実に燃料の遮断を行なうことが
できる。

【００１２】請求項３記載の蓄圧式燃料噴射システムの
安全装置によると、ピストンが摺動する摺動孔と付勢手
段を収容する孔との間の段部にシート部が形成されるた
め、簡単な構成でシート部を形成することができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明の実施例のディーゼルエンジン用燃料噴射
装置の全体構成を図２に示すとともに、エンジンの各気
筒の燃焼室毎に設けられたインジェクタを図３に示す。
まずエンジンの各気筒毎に設けられるインジェクタ３６
の構成について説明する。

【００１４】図３において、下部のケーシング部材１は
ボディロア２と連結部３とノズルボディ４からなり、リ
テーリングナット５により各部材２、３、４が一体化さ
れている。そのノズルボディ４内には弁体摺動孔６およ
び燃料溜り室７が形成され、先端にはその燃料溜り室７
に連通するノズル孔８が形成されている。上記弁体摺動
孔６にはノズルニードル９の大径部１０が摺動自在に嵌
合されている。このノズルニードル９の大径部１０には
連結部１１が形成されるとともに、下方先端部には小径
部１２および弁体部１３が一体形成されている。そし
て、この弁体部１３によりシート部Ｘが開閉されノズル
孔８からの噴射がオンオフされる。

【００１５】上記ノズルニードル９の連結部１１の先端
には、フランジ１４、ピストンピン１５およびピストン
１６が一体的に連結されている。また、ノズルニードル
９は、バネ１７により閉方向に付勢されている。前記ピ
ストン１６はボディロア２に形成されたシリンダ１８内
に摺動自在に嵌合され、また、シリンダ１８内には前ピ
ストン１６の端部を臨ませる圧力制御室１９が形成され
ている。圧力制御室１９上部にはオリフィスを有するプ
レート弁２０が設けられるとともに、そのプレート弁２
０を押圧するバネ２１が配設されている。

【００１６】前記ボディロア２上には三方制御弁２２
（電磁弁）を有する上部のケーシング部材２３が密着接
続されている。すなわち、円筒形状のボディアッパ２４
をボディロア２に螺着し、そのボディアッパ２４の内部
孔に三方弁ボディ２５を配置し、リテーリングナット２
６がボディアッパ２４の内部孔内に螺入されている。前
記三方弁ボディ２５内にアウタバルブ２７が摺動自在に
嵌合され、そのアウタバルブ２７の内部孔にはインナバ
ルブ２８が配設されている。そして、コイル２９が消磁
されているときにはアウタバルブ２７はバネ３０の力に
より下方位置にあり、高圧側通路３１と圧力制御室１９
とが油通路３２を介して連通される。また、コイル２９
が励磁されているときにはアウタバルブ２７は上動し、
圧力制御室１９とドレイン通路（低圧側通路）３３とが
油通路３２を介して連通される。

【００１７】前記下部のケーシング部材１には燃料供給
通路３４が形成され、その一端がケーシング部材（ボデ
ィロア２）１の表面に露出され、他端が前記燃料溜り室
７に連通されるとともに、上部のケーシング部材２３の
高圧側通路３１に連通されている。さらに、その下部の
ケーシング部材（ボディロア２）１の表面部においてイ
ンレット３５が螺入され、燃料供給通路３４と連通して
いる。

【００１８】そして、後記コモンレール３８の高圧燃料
は前記インレット３５、燃料供給通路３４を介して燃料
溜り室７に供給されるとともに、三方制御弁２２に供給
される。また、前記ドレイン通路３３の燃料はドレイン
タンクに抜くことができるようになっている。したがっ
て、圧力制御室１９に対して高圧の燃料が供給されてい
るときにはこの圧力を受けてピストン１６からノズルニ
ードル９に加わる閉弁方向の力が燃料溜り室７の圧力に
よって開弁方向に加わる力を上回ってノズルニードル９
はノズル孔８を閉じている。この状態から三方制御弁２
２が制御され圧力制御室１９が低圧側のドレイン通路３
３と連通して、圧力制御室１９の燃料が低圧側に流出す
ることによりノズルニードル９が開弁方向に移動して燃
料が噴射されることとなる。このとき、液圧はプレート
弁２０のオリフィスの作用によりゆっくり降下する。

【００１９】このような各気筒毎のインジェクタ３６
は、図４に示すように、噴射管３７を介して各気筒共通
の高圧蓄圧配管、いわゆるコモンレール３８に接続して
いる。このコモンレール３８には供給管３９、チェック
バルブ４０を介して高圧供給ポンプ４１が接続されてい
る。この高圧供給ポンプ４１は燃料タンク４２から低圧
供給ポンプ４３を経て吸入された燃料を所定の高圧に昇
圧し、所定高圧に制御するものである。すなわち、エン
ジン４４の回転に同期してカム４５が回転しシリンダ４
６内のピストン４７が往動して低圧供給ポンプ４３から
の燃料が加圧され、また、高圧供給ポンプ４１には常に
コモンレール圧を所定圧力に制御するため、すなわちコ
モンレール３８に圧送する燃料量を制御するため、ピス
トン４７の圧送行程中所定のタイミングで閉弁する吐出
量制御用電磁弁４８を備えている。

【００２０】電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）
４９は気筒判別センサ５０、クランク角センサ５１およ
び負荷センサ５２より回転数と負荷の情報が入力され、
これらの信号より判断されるエンジン状態に応じて決定
される最適の噴射時期、噴射量（噴射時期）とするよう
にＥＣＵ４９は三方制御弁２２に制御信号を出力する。

【００２１】さらに、コモンレール圧を検出する圧力セ
ンサ５３がコモンレール３８に配設され、ＥＣＵ４９は
圧力センサ５３の信号が予め負荷や回転数に応じて設定
した最適値となるように吐出量を制御する。すなわち、
圧力の負帰還制御を行なって、より精密な圧力設定を行
なうようになっている。安全装置５４は、図１および図
２に示すように、コモンレール３８と噴射管３７との間
に設けられている。安全装置５４は、シリンダボディ５
５とピストン６３と圧縮コイルスプリング７１とからな
る。シリンダボディ５５は、導入口５６、中空大径円筒
孔５７、中空小径円筒孔５８および導出口５９ならびに
環状シート部６０ならびに逃し口６１が形成されてい
る。ピストン６３は、中空大径円筒孔５７に摺動自在に
設けられたもので、軸方向に貫通される偏心オリフィス
６４と、この偏心オリフィス６４とは別個に形成される
燃料通路６６とを有している。偏心オリフィス６４は、
一端側が常時導入口５６に連通する端部６４ａを有し、
他端側にピストン６３のシート部６０への着座時にシー
ト部６０で閉塞される端部６４ｂを有する。燃料通路６
６は、ピストン６３の外周に形成される環状溝６６ａ
と、一端が環状溝６６ａに連通し他端が常時中空大径円
筒孔５７に連通する連通孔６６ｂとを有する。環状溝６
６ａは、正常往復摺動範囲を超えた一定位置まで達した
とき、逃し口６１と連通する位置に形成されている。圧
縮コイルスプリング７１は、ピストン６３を導入口５６
側に付勢している。

【００２２】次にこの安全装置５４の作動を説明する。
この安全装置５４において、通常時、インジェクタ３６
の作動に伴いその噴射量に応じた燃料がコモンレール３
８から安全装置５４内へ流入する。この燃料は、導入口
５６からシリンダボディ５５内に流入し、その流量に応
じて圧縮コイルスプリング７１の付勢力に抗してピスト
ン６３を移動させる。ピストン６３の移動量は、通常の
作動状態においては、その燃料の流れにより環状溝６６
が逃し口６１に連通しないように設定されている。その
ため、導入口５６から流入した燃料は、偏心オリフィス
６４、中空大径円筒孔５７、中空小径円筒孔５８および
導出口５９を通過する。そして導出口５９から噴射管３
７を通ってインジェクタ３６へ燃料が供給される。

【００２３】コモンレール３８からインジェクタ３６へ
流入する燃料が減少すると、ピストン６３が圧縮コイル
スプリング７１の付勢力によって押し戻され、図５
（Ａ）に示す位置に止まる。この非噴射時、インジェク
タ３６が閉弁状態にあるからコモンレール３８から安全
装置５４内への燃料の流れは停止している。図５（Ａ）
に示すように、ピストン６３は中空大径筒孔５７の導入
口５６側に当接している。

【００２４】したがって、インジェクタ３６による燃料
噴射が終了し、噴射管３７内にインジェクタ３６側から
コモンレール３８側への反射波が発生したときには、ピ
ストン６３により導入口５６を閉塞し、ピストン６３の
入口側と出口側との連通が偏心オリフィス６４の連通の
みであるため、反射波がコモンレール３８の内部に伝播
するのを低減させている。これにより、噴射時期および
噴射量のばらつきの原因となる気筒間の干渉すなわちコ
モンレール３８内の圧力変化を防止している。

【００２５】一方、例えば、ＥＣＵ４９のマイコンプロ
グラム中にバグが発生したり、あるいは三方制御弁２２
の異常が生じたりすることで、インジェクタ３６の噴射
期間が長くなると、コモンレール３８から安全装置５４
へ流入する燃料量が増大する。すると、ピストン６３の
移動量は許容範囲を超え、図５（Ｂ）の状態になり、ピ
ストン６３のインジェクタ３６側の燃料が燃料通路６６
ｂ、６６ａおよび逃し口６１を通して低圧側に逃げ、イ
ンジェクタ３６側の圧力が解放されるので、ピストン６
３の入口側と出口側の差圧が大となり、ピストン６３
は、図５（Ｃ）に示す位置まで達し、ピストン６３が環
状シート部６０に着座する。そのため、偏心オリフィス
６４の一方の端部６４ｂが閉塞されるとともに、安全装
置５４がインジェクタ３６への燃料の供給を完全に停止
する。

【００２６】一般に、この種の安全装置において、ピス
トンの入口側と出口側の圧力は、インジェクタの駆動パ
ルスに基づくインジェクタの噴射開始時ならびに噴射中
さらには噴射終了以降に発生する水撃波によって脈動し
ている。この脈動によってピストンが同期振動してい
る。したがって従来技術では、過剰の燃料がコモンレー
ルからインジェクタ側に流れようとしたとき、ピストン
のフルリフトによって燃料遮断点に到達しているにもか
かわらず、その直後に脈動によってピストンが再び通常
リフト状態に戻ってインジェクタ側への燃料流れが発生
することがある。この場合、ピストンのフルリフト時は
ピストンの移動量の許容範囲を超えているのであるか
ら、ピストンが燃料遮断点に到達した以後はコモンレー
ルからインジェクタへの燃料供給が一切あってはならな
いにもかかわらず、再度の燃料供給を許容し過剰噴射等
を継続させることになる。

【００２７】本実施例では、上述のような問題を解決
し、ピストン６３のフルリフト点に相当する位置にピス
トン６３のインジェクタ３６側と低圧側とを連通する連
通路を形成し、この連通路形成に到達したときピストン
６３の導出口５９側の圧力が強制的に降下させられるの
で、ピストン６３の入口側と出口側の差圧が一気に増大
し、ピストン６３がフルリフトに至り、燃料遮断点から
再びピストン６３が離れることを確実に防止している。
したがって、燃料が過剰に供給された後、安全装置５４
が働いてから以後はコモンレール３８からインジェクタ
３６側への燃料供給は一切行なわれない。

【００２８】次に、本発明による安全装置の流量規制作
用を従来の比較例の作動と対比して説明する。図６は本
実施例の安全装置の入口側圧力と出口側圧力ならびにピ
ストンリフト量を示すもので、図７は従来の比較例によ
るそれに対応する図である。この図６および図７を対比
して分かるように、比較例では、燃料噴射終了後にピス
トン６３の出口側圧力が脈動し、これにともないピスト
ンリフト量も変動した後減衰する傾向があることが分か
る。これに対し、図６に示すように本実施例では、ピス
トン６３の出口側の圧力が燃料噴射終了後に過大に上昇
したとき、ピストン６３はフルリフトとなり、フルリフ
ト後はその位置でピストンがフルリフト状態を保ってピ
ストン出口側の圧力を低圧側すなわち燃料タンク側と同
じ低圧に保持する。これにより、噴射終了時に発生する
インジェクタ側からの水撃波による過大圧力がピストン
に作用したとしても、ピストンの低圧側は燃料タンクへ
連通されていることから低圧側が積極的に減圧される結
果、ピストンの低圧側と高圧側との差圧力によってその
後にピストン６３はフルリフト状態を保ち、つまり燃料
遮断点を保持する。これによりその後の燃料配管からの
燃料の漏れ等が確実に防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による安全装置を示す断面図で
ある。

【図２】本発明の実施例の全体構成を示す図である。

【図３】本発明の実施例による燃料供給システムのイン
ジェクタを示す断面図である。

【図４】本発明の実施例による燃料供給系統ならびに制
御系統を示す構成図である。

【図５】本発明の実施例による安全装置の作動を説明す
るための断面図である。

【図６】本発明の実施例による安全装置の入口側ならび
に出口側圧力およびピストンリフト量を示す特性図であ
る。

【図７】比較例による図６に対応する特性図である。

【符号の説明】

３６ インジェクタ ３７ 噴射管 ３８ コモンレール ３９ 供給管 ４１ 高圧供給ポンプ ４２ 燃料タンク ４３ 低圧供給ポンプ ４４ エンジン ５４ 安全装置 ５５ シリンダボディ ６０ シート部 ６１ 逃し口 ６３ ピストン ６４ 偏心オリフィス（オリフィス） ６６ 燃料通路 ７１ 圧縮コイルスプリング（付勢手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蓄圧された高圧燃料を間欠作動型のイン
   ジェクタに供給する燃料配管に設けられる安全装置であ
   って、 高圧燃料を導入する導入口、前記インジェクタに高圧燃
   料を供給する導出口、前記導入口と前記導出口とを連通
   する摺動孔、および、低圧側に燃料を排出する逃し口を
   有するシリンダボディと、 前記摺動孔に摺動自在に往復動するとともに、前記導入
   口側と前記導出口側とを連通するオリフィス、及び、前
   記導出口側とピストン側面とを連通する燃料通路を有す
   るピストンと、 このピストンを導入口側に付勢する付勢手段とを備え、 前記逃がし口は、通常時、往復動するピストンの側面に
   よって塞がれているとともに、 前記オリフィスの一方の端部は、前記付勢手段の付勢力
   に抗して前記ピストンが前記シリンダボディのシート部
   に着座したとき、前記シート部で閉塞される位置に開口
   しており、 前記付勢手段の付勢力に抗して前記ピストンがある一定
   の往動位置に達したとき、前記導出口側と前記逃し口と
   が前記燃料通路を経由して連通することを特徴とする蓄
   圧式燃料噴射システムの安全装置。
2. 【請求項２】 前記ピストンの高圧側と低圧側の差圧が
   一定値以上になったとき前記付勢手段に抗して前記ピス
   トンが前記シート部に着座し、このシート部に前記ピス
   トンが着座したとき前記ピストンのオリフィスが閉塞さ
   れることを特徴とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射シ
   ステムの安全装置。
3. 【請求項３】 前記シート部は、前記摺動孔と前記付勢
   手段を収容する孔との間の段部に形成されることを特徴
   とする請求項１記載の蓄圧式燃料噴射システムの安全装
   置。
4. 【請求項４】 高圧燃料側からインジェクタ側に燃料が
   供給されて前記インジェクタが燃料噴射を実行した後の
   燃料噴射終了後に前記インジェクタ側から過大圧力が伝
   播したとしてもピストンの低圧側は燃料タンクへ連通さ
   れていることから低圧側が積極的に減圧される結果、高
   圧燃料側との差圧力によって安全弁が作動して高圧燃料
   側からインジェクタ側への燃料の流通が遮断されること
   を特徴とする蓄圧式燃料噴射システムの安全装置。