(57)【要約】【課題】蓄圧式燃料噴射装置に何らかの不具合が生じて、リーク燃料圧が設定圧を超えて異常に上昇しても、リークラインやインジェクタ内部部材の破損を起こすことがなく、安全で高性能な燃料噴射装置を提供する。【解決手段】コモンレール１に接続するピエゾインジェクタ２に、油密室を介してアクチュエータの駆動力を伝達する駆動力伝達機構を設け、ピエゾインジェクタ２のリーク燃料を燃料タンクＴへ導くリークライン１２に、リーク燃料圧を所定の設定圧に保持するリークライン圧力設定弁５と、リークライン１２のリーク燃料圧が所定の許容圧を超えて上昇した時にのみ作動して、燃料タンクＴへの通路を開放する安全弁機構６を設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄圧室から供給される高圧燃料を内燃機関の気筒に噴射する蓄圧式燃料噴射装置であって、
各気筒に対応して設けたインジェクタが、油密室を介してアクチュエータの駆動力を伝達する駆動力伝達機構を備えており、
上記インジェクタからのリーク燃料を燃料タンクへ導くリークラインに、リーク燃料圧を所定の設定圧に保持するリークライン圧力設定弁を設けるとともに、
上記リークラインのリーク燃料圧が所定の許容圧を超えて上昇した時にのみ作動して、上記燃料タンクへの通路を開放する安全弁機構を設けたことを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項２】
上記安全弁機構が、上記リークライン圧力設定弁と一体的に設けられており、
上記リークライン圧力設定弁は、上記リークラインの一部をなすリーク燃料通路を形成した弁ハウジング内に、該リーク燃料通路を開閉する弁体を収容してなり、該弁体が、上記インジェクタからのリーク燃料圧が上記設定圧以上となった時に開弁してリーク燃料を流出させるチェック弁としての機能と、上記インジェクタからのリーク燃料圧が上記許容圧を超えた時に、開口面積を急拡大させて上記通路を開放する安全弁としての機能を兼ね備えている請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項３】
上記弁体が、上記設定圧から所定範囲の通常制御領域では、リーク燃料圧の増加とともに開口面積を増加させる第１絞りを形成し、上記通常制御領域の上限圧から上記許容圧までの脈動領域では、上記第１絞りの上限開口面積を保持する第２絞りを形成し、上記許容圧以上の異常時開放領域では、リーク燃料圧の増加により速やかに最大開口面積となる第３絞りを形成する構造を有している請求項２記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項４】
上記弁体が、先端側へ向けて縮径する円錐状シート部と、該シート部の先端最小径部と同径でシート径より小径の円柱状先端部とを備え、上記弁体が離座すると、上記シート部の側面と上記シートとの間に上記第１絞りを形成し、次いで上記先端部の側面と上記シートとの間に上記第２絞りを形成した後、上記先端部の端面と上記シートとの間に上記第３絞りを形成する請求項３記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項５】
上記弁ハウジング内に、上記弁体を着座方向に付勢するスプリングを配設するとともに、上記弁体を最大開口面積となる位置で保持するストッパを形成した請求項２ないし４のいずれか１項に記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項６】
上記安全弁機構が、上記リークライン圧力設定弁より上記インジェクタ側の上記リークラインと上記燃料タンクとを連通させる分岐通路に配設され、リーク燃料圧が上記許容圧を超えた時に開弁して該分岐通路を開放する設定とした機械式安全弁である請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項７】
上記安全弁機構が、上記リークライン圧力設定弁より上記インジェクタ側の上記リークラインと上記燃料タンクとを連通させる分岐通路に配設され、圧力検出手段によって検出されるリーク燃料圧が上記許容圧を超えた時に開弁駆動されて上記分岐通路を開放する電気式安全弁である請求項１記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項８】
上記駆動力伝達機構が、ピエゾアクチュエータの変位を一対のピストン間に形成した油密室の油圧を介して伝達する機構である請求項１ないし７のいずれか１項に記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄圧式燃料噴射装置に関し、詳しくは、リークラインの低圧燃料圧を設定圧に保持する機構を備えた蓄圧式燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に開示されるように、内燃機関の複数の気筒に共通のコモンレール（蓄圧室）を設けて、噴射用の高圧燃料を蓄圧する蓄圧式燃料噴射装置が知られている。各気筒に対応して設けられるインジェクタには、近年、応答性の良さからピエゾインジェクタが用いられるようになっている。ピエゾインジェクタは、その駆動源であるピエゾアクチュエータの駆動力を効果的にニードル弁に伝達するために、例えば、特許文献２に開示される駆動力伝達機構を備えた構造が一般的である。
【特許文献１】特許第３６３８２９７号
【特許文献２】特開２００２−２５７００２号公報
【０００３】
駆動力伝達機構は、一般に、ピエゾアクチュエータと、一対のピストン間に作動油を充填して形成された油密室を備えている。ピエゾアクチュエータは、内部構成部品である圧電素子および電極部材を保護するために、筐体に収納されており、ピエゾアクチュエータの伸縮に伴って一対のピストンの一方が一体的に変位する。油密室は、このピストンの変位を油圧変換してもう一方のピストンに伝達する機能があり、一対のピストンを大小径ピストンとすると、大小径ピストンの受圧面積比に応じてピエゾアクチュエータの変位を拡大伝達することができる。
【０００４】
ところで、駆動力伝達機構を常時機能させるには、油密室へ燃料（軽油等）を補充し続けなければならない。特許文献２には、この補充手段として、ピストン内に低圧燃料溜まりに連通する通路を設けて逆止弁を配設し、油密室内外の差圧を利用して補充する構造が開示されている。その他の手段としては、例えば正圧ポンプを設置して積極的に周囲圧力を上げることで、油密室が負圧になった時にピストン外周の摺動クリアランス部より補充する方法がある。
【０００５】
いずれの補充手段においても、油密室に逆止弁付き通路または摺動クリアランス部を介して燃料を補充する外部通路、つまりインジェクタリーク燃料による低圧燃料ラインの圧力を一定圧に保つ必要がある。通常は、低圧燃料圧を設定圧に保持する手段として、インジェクタから燃料タンクへ至るリークラインの途中にチェック弁を設けており、弁体を付勢するスプリング力によって開弁圧を設定している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、何らかの原因でチェック弁に不具合が生じた場合、例えばインジェクタ内で可動部材の衝突により異物が発生し、リークラインに混入してチェック弁の詰まりを生じると、リークラインから燃料タンクへの燃料排出が困難になる。あるいは、制御異常等によりコモンレール圧が上昇した場合、例えば特許文献１に記載されるコモンレール付設のプレッシャリミッタやフェイルセーフが作用するまでに、インジェクタの金属面シールからのリーク流量が増加して、チェック弁からの燃料排出が追い付かなくなる。
【０００７】
その結果、リークラインの燃料圧力が設定圧を超えて上昇する。最悪の場合、樹脂やゴムホースでできたリークライン部材の破損をまねき、燃料の漏れや燃焼故障を引き起こす可能性がある。これを回避する目的でリークライン部材を金属製とすることもできるが、今度は、インジェクタ内部の筐体が破損しピエゾアクチュエータの機能障害を起こすおそれがある。そうした場合、１次故障原因( 例えばチェック弁詰まり）を取り除いても、その後のインジェクタの駆動に支障を来すことが考えられえる。
【０００８】
そこで、本発明は、リークラインの低圧燃料圧を一定圧に保持する機構を有する蓄圧式燃料噴射装置において、何らかの不具合が生じて、リーク燃料圧が設定圧を超えて異常に上昇しても、リークライン部材の破損やインジェクタ内部のピエゾアクチュエータ筐体の破損を起こすことがなく、安全で高性能な燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、蓄圧室から供給される高圧燃料を内燃機関の気筒に噴射する蓄圧式燃料噴射装置であって、
各気筒に対応して設けたインジェクタが、油密室を介してアクチュエータの駆動力を伝達する駆動力伝達機構を備えており、
上記インジェクタからのリーク燃料を燃料タンクへ導くリークラインに、リーク燃料圧を所定の設定圧に保持するリークライン圧力設定弁を設けるとともに、
上記リークラインのリーク燃料圧が所定の許容圧を超えて上昇した時にのみ作動して、上記燃料タンクへの通路を開放する安全弁機構を設けたものである。
【００１０】
本発明の安全弁機構は、例えば、異物混入に起因するリークラインの異常燃料圧力の発生時に、これを速やかに開放する。この機構は、リークラインが許容圧の範囲にある時には作動しないので、リークライン圧力設定弁の作動に影響することがない。
【００１１】
したがって、通常制御時には、リークライン圧力設定弁がリーク燃料圧を設定圧に維持するので、駆動力伝達機構の油密室に摺動クリアランス部等から作動油としての燃料を補充して、その機能を効果的に発揮可能とする。一方、異常発生時には、速やかに安全弁機構を作動させ、燃料タンクへ燃料を排出して、リークライン部材やインジェクタの構成部材が破損するのを防止する。よって、インジェクタからの高精度な燃料噴射性能と、安全性の向上とを両立させ、高性能かつ実用性の高い蓄圧式燃料噴射装置を実現できる。
【００１２】
請求項２の発明では、上記安全弁機構が、上記リークライン圧力設定弁と一体的に設けられる。そして、上記リークライン圧力設定弁は、上記リークラインの一部をなす通路を形成した弁ハウジング内に、該通路を開閉する弁体を収容してなり、該弁体が、上記インジェクタからのリーク燃料圧が上記設定圧以上となった時に開弁してリーク燃料を流出させるチェック弁としての機能と、上記インジェクタからのリーク燃料圧が上記許容圧を超えた時に、開口面積を急拡大させて上記通路を開放する安全弁としての機能を兼ね備えている。
【００１３】
既存のリークライン圧力設定弁を改良し、弁体に、チェック弁としての機能と、安全弁としての機能を持たせることで、リークラインに新たな装置を追加することなく、安全性を高めることができる。また、弁体を共通に設けることで、既存の構成を大きく変更することなく、装置をコンパクトにでき、コストの増加を抑制することができる。
【００１４】
請求項３の発明では、上記弁体が、上記設定圧から所定範囲の通常制御領域では、リーク燃料圧の増加とともに開口面積を増加させる第１絞りを形成し、上記通常制御領域の上限圧から上記許容圧までの脈動領域では、上記第１絞りの上限開口面積を保持する第２絞りを形成し、上記許容圧以上の異常時開放領域では、リーク燃料圧の増加により速やかに最大開口面積となる第３絞りを形成する構造を有している。
【００１５】
具体的には、チェック弁として機能する第１絞り、第２絞りでは、開弁直後は、リーク燃料圧に応じて開口面積を変化させ、通過流量を増減させて、速やかに設定圧に保持する。リーク燃料圧がやや高い領域では、比較的大きい一定の開口面積で、脈動等によるリークラインの圧力変動を良好に吸収する。安全弁として機能する第３絞りは、さらに、リーク燃料圧が上昇し、異常圧力と判断される領域において、瞬時に最大開口面積となることで、速やかに流路を開放して装置の破損を防止する。このように、リーク燃料圧に応じた第１絞り、第２絞り、第３絞りを形成することで、安全性を確保しながら、安定してリーク燃料圧を設定圧に保持することができる。
【００１６】
請求項４の発明では、上記弁体が、先端側へ向けて縮径する円錐状シート部と、該シート部の先端最小径部と同径でシート径より小径の円柱状先端部とを備え、上記弁体が離座すると、上記シート部の側面と上記シートとの間に上記第１絞りを形成し、次いで上記先端部の側面と上記シートとの間に上記第２絞りを形成した後、上記先端部の端面と上記シートとの間に上記第３絞りを形成する。
【００１７】
より具体的には、弁体を、円柱状先端部と、これに続く円錐状シート部を有する形状とすると、開弁時に弁体がリフトするにつれて、開口面積が変化する第１絞り、一定開口面積の第２絞り、通路を開放する第３絞りが順に形成される。
【００１８】
請求項５の発明では、上記弁ハウジング内に、上記弁体を着座方向に付勢するスプリングを配設するとともに、上記弁体を最大開口面積となる位置で保持するストッパを形成した。
【００１９】
好適には、弁体のリフト位置を規制するストッパを設け、通路を開放する最大開口面積に維持することで、安全性と安定性を確保することができる。
【００２０】
請求項６の発明では、上記安全弁機構が、上記リークライン圧力設定弁より上記インジェクタ側の上記リークラインと上記燃料タンクとを連通させる分岐通路に配設され、リーク燃料圧が上記許容圧を超えた時に開弁して該分岐通路を開放する設定とした機械式安全弁である。
【００２１】
安全弁機構を、リークライン圧力設定弁と別体に設けることもできる。例えば、許容圧を超えた時に、弁体が開弁するようにスプリング力を設定した機械式安全弁を、リークライン圧力設定弁と並列に設けることで、容易に安全性を向上させることができる。
【００２２】
請求項７の発明では、上記安全弁機構が、上記リークライン圧力設定弁より上記インジェクタ側の上記リークラインと上記燃料タンクとを連通させる分岐通路に配設され、圧力検出手段によって検出されるリーク燃料圧が上記許容圧を超えた時に開弁駆動されて上記分岐通路を開放する電気式安全弁である。
【００２３】
安全弁機構を、リークライン圧力設定弁と別体に設けることもできる。例えば、リーク燃料圧を監視する圧力検出手段を設け、許容圧を超えた時に、速やかに弁体が開弁するように制御する電気式安全弁を、リークライン圧力設定弁と並列に設けることで、容易に安全性を向上させることができる。
【００２４】
請求項８の発明では、上記駆動力伝達機構が、ピエゾアクチュエータの変位を一対のピストン間に形成した油密室の油圧を介して伝達する機構である。
【００２５】
具体的には、上記構成の駆動力伝達機構を採用することにより、ピエゾアクチュエータの変位を効果的に伝達することができ、しかも油密室への作動油の補充を良好に行って、高性能なインジェクタを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明を詳述する。図１は、本発明の蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図であり、ここでは４気筒のディーゼルエンジンへの適用例として説明する。本発明の蓄圧式燃料噴射装置は、図示しないエンジンの各気筒に共通に、蓄圧室としてのコモンレール１を備えている。コモンレール１には、エンジンの気筒毎に設けられる複数のピエゾインジェクタ２が接続され、コモンレール２から高圧ライン１１を経て供給される高圧燃料を、対応する気筒に噴射する。
【００２７】
コモンレール１には、サプライポンプ３から高圧燃料が圧送され、燃料噴射圧に相当する所定圧で蓄圧される。サプライポンプ３は、公知の構造の可変吐出量高圧ポンプであり、燃料タンクＴから燃料フィルタＦを介して吸入される燃料を、内蔵するフィードポンプでフィード圧まで加圧した後、吸入調量弁によって所定量をプランジャ室に吸入し、さらに加圧して圧送通路３１からコモンレール１に送出する。フィードポンプからのフィード圧の燃料は、エンジンの排気通路に設置される燃料添加弁３２等へも供給される。
【００２８】
インジェクタ２およびサプライポンプ３の駆動は、制御部４を構成するＥＣＵ４１およびＥＤＵ４２によって制御される。ＥＣＵ４１は、各種演算処理を行うＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置、入出力回路等を備える周知構造の電子制御ユニットであり、コモンレール１の一端側に設けられて蓄圧された燃料圧力を検出するコモンレール圧センサ（Ｐｃセンサ）１３の検出信号の他、各種センサからアクセル開度や回転数といった検出信号が入力されるようになっている。ＥＣＵ４１は、これら検出信号を基に演算を行い、運転状態に応じた噴射量、噴射圧力が得られるように、ＥＤＵ４２を介してインジェクタ２およびサプライポンプ３に駆動信号を出力する。
【００２９】
コモンレール１の他端側には、減圧弁１４が設けられる。減圧弁１４は、燃料タンクＴに燃料を回収するリークライン１２に接続されており、ＥＣＵ４１からの制御信号によって開弁してコモンレール圧を低下させる。これにより、車両走行状態に応じた圧力へ素早く減圧制御するとともに、コモンレール１内の燃料圧力が過大となった時に開弁して、燃料をリークライン１２に一気に放出するプレッシャリミッタを兼ねている。
【００３０】
図２は、本実施形態で用いるインジェクタ２の詳細構成例を示す図であり、ハウジングＨに収容した駆動力伝達機構２１によって、ハウジングＨの下端部に配設した３方弁構造の制御弁２２を開閉駆動し、ノズルボディＢの上端部に設けた制御室２３の圧力を増減する。ハウジングＨとノズルボディＢの間には、プレートＰ１、Ｐ２が配設され、これら部材内に軸方向に延びる高圧通路２４が形成されて、外部の高圧ライン１１から高圧燃料が供給されるようになっている。高圧通路２４の先端は、ニードル２６外周に設けた燃料溜まり２７に連通している。また、ハウジングＨには、高圧通路２４と平行に、外部のリークライン１２に連通する低圧通路２５が設けられる。
【００３１】
駆動力伝達機構２１は、ハウジングＨの上部内に配置したピエゾアクチュエータ２０１を駆動源とし、その下方に当接して変位を伝達するフランジ部材２０２と、一対のピストンである大径ピストン２０３および小径ピストン２０４と、大小ピストン２０３、２０４間に形成される油密室としての変位拡大室２０５を備える。ピエゾアクチュエータ２０１は円板状の圧電素子を電極を挟んで積層してなり、構成部品である圧電素子および電極部材を保護するために、図示しない筐体に収納されている。
【００３２】
ピエゾアクチュエータ２０１は、充電により伸長し、放電すると収縮する。この変位の発生に伴ってフランジ部材２０２が大径ピストン２０３を押し下げると、作動油としての燃料が充填された変位拡大室２０５の圧力を上昇させ、小径ピストン２０４に変位を拡大伝達する。この時の変位拡大率は、大径ピストン２０３と小径ピストン２０４の受圧面積比に応じて決定される。
【００３３】
一対のピストン２０３、２０４の周囲には、低圧通路２４に連通するスプリング室２０６が形成される。スプリング室２０６には、スプリング２０７が収容されて大径ピストン２０３をピエゾアクチュエータ２０１側に付勢し、一体に上下動可能とするとともに、ピエゾアクチュエータ２０１に所定の初期荷重を印加する。
【００３４】
駆動力伝達機構２１は、小径ピストン２０４の先端側に、弁室２１１内に収容される半球状の制御弁２２に当接する軸部材２０８を有している。小径ピストン２０４が軸部材２０８を介して制御弁２２を押し下げると、制御弁２２は、低圧通路２５に連通する低圧シートから離座して、対向する高圧シートに着座する。
【００３５】
弁室２１１は、高圧シートを介して、プレートＰ２に形成した通路２１２から高圧燃料が供給されるとともに、プレートＰ１、Ｐ２に形成した連通路２１３によって、制御室２３と常時連通している。そのため、制御室２３の燃料が弁室２１１を経由して低圧通路２５に流出し、ニードル弁２６に背圧を与える制御室２３の圧力が低下することにより、ニードル弁２６が開弁して燃料噴射が開始される。燃料噴射の停止は、ピエゾアクチュエータ２０１を放電により収縮させ、各部材を初期位置に戻すことによりなされる。
【００３６】
ここで、ピエゾアクチュエータ２０１の変位を、駆動力伝達機構２１により効果的に伝達するには、変位拡大室２０５の燃料がリーク等により減少した時に、燃料を補充するための機構が必要となる。図２の構成では、スプリング室２０６に収容される大径ピストン２０３外周の摺動クリアランス部を介して、内外の圧力差により変位拡大室２０５へ燃料が流入する。あるいは、大径ピストン２０３の内部に、スプリング室２０６と変位拡大室２０５を連通する通路を設け、変位拡大室２０５に逆止弁を介して燃料が供給されるようにしてもよい。
【００３７】
いずれの場合も、スプリング室２０６に連通する低圧通路２５の圧力を、変位拡大室２０５に対して十分高くする必要がある。そこで、本発明では、変位拡大室２０５への燃料補充をスムーズに行うために、図１に示すように、リークライン１２のリーク燃料圧を所定の設定圧以上に保持し、かつ安全性を向上させたインジェクタリターンシステムを備えている。
【００３８】
図１は、インジェクタリターンシステムの基本構成を示すもので、リークライン１２は、各気筒に対応するインジェクタ２にそれぞれ接続される分岐路を有し、インジェクタ２内の低圧通路２４からリーク燃料を燃料タンクＴへ戻すようになっている。リークライン１２の途中には、リーク燃料圧を設定するリークライン圧力設定弁５が設けられるとともに、本発明の特徴である安全弁機構６が併設される。リークライン１２は樹脂またはゴムホース、あるいは金属製の配管にて構成される。
【００３９】
リークライン圧力設定弁５は、リークライン１２の一部をなす通路と、該通路を開閉する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢するスプリングからなり、インジェクタ２から燃料タンクＴ方向への燃料移動のみを許容するチェック弁構造を有している。弁体の背圧、すなわちリーク燃料圧がスプリングで調整される所定圧を超えると、スプリング力に抗して弁体が開弁し、リーク燃料を流出させて、設定圧に保持する。また、安全弁機構６は、リークライン１２と燃料タンクＴとを直接接続し、リークライン圧力設定弁５を経由せずにリークライン１２を開放することが可能な構成となっている。安全弁機構６は、リーク燃料圧が所定の許容圧を超えた時にのみ開弁して、リークライン１２を開放し、燃料を速やかに燃料タンクＴに戻す。
【００４０】
なお、インジェクタリターンシステムには、リークライン１２の圧力が低下している時に、圧力を上昇させる手段として、サプライポンプ３に内蔵したフィードポンプからのリーク燃料通路３３を、逆止弁３４を介して、リークライン圧力設定弁５よりインジェクタ２側のリークライン１２に接続する。例えば始動時にリークライン１２の圧力が低いとインジェクタ２の駆動ができなくなるおそれがあるが、フィード圧の燃料を、リークライン圧力設定弁５の上流に供給することで、リーク圧を高め、また逆止弁３４により逆流を防止して、安定してリーク圧を設定圧に維持できる。
【００４１】
図１では、インジェクタリターンシステムの基本構成を説明するために、リークライン圧力設定弁５と安全弁機構６を別体にて記載しているが、具体的には、両者を一体的に設けることができる。また、別体とした場合、安全弁機構６は、リークライン圧力設定弁５のように所定の許容圧を超えると開弁するように設定された機械式の安全弁、あるいは電磁駆動部等を備える電気式の安全弁とすることができる。これら詳細構成について、以下に、第１実施形態ないし第３実施形態として説明する。
【００４２】
（第１実施形態）
図３（ａ）に、本発明の第１実施形態におけるインジェクタリターンシステムの主要部を示す。本実施形態では、図１のリークライン圧力設定弁５と安全弁機構６を一体的に設けた、安全弁機構内蔵型のリークライン圧力設定弁７を、インジェクタ２から燃料タンクＴに至るリークライン１２に設置する。
【００４３】
図中に拡大断面図として示すように、リークライン圧力設定弁７は、弁ハウジング７１に設けた弁室７３内に、弁体７２を収容してなる。弁室７３は、底面中央にインジェクタ２側のリークライン１２に接続するリーク燃料通路７４が開口し、開口部周りに円錐テーパ面状のシート７５が形成されて、弁体７２が着座するようになっている。弁室７３の側面には、燃料タンクＴ側のリークライン１２に接続するリーク燃料通路７６が開口している。リーク燃料通路７４から弁室７３を経てリーク燃料通路７６へ至る流路は、リークライン１２の一部となる。
【００４４】
弁体７２は、略円柱状の本体部に続く下端部が、先端側へ向けて縮径する円錐状シート部７２１となり、これに続く円柱状先端部７２２が、リーク燃料通路７４内に位置している。弁体７２の本体部上面に開口する凹部７２３には、スプリング７７が収容されて、弁体７２を着座方向に付勢している。スプリング７７の上端は、弁体７２上方に突出し、弁室７３の頂面中央に設けた凹部７３１内に保持される。凹部７３１周囲の環状部は、弁体７２のリフト量を規制するストッパ７８となる。
【００４５】
リークライン圧力設定弁７は、スプリング７７の付勢力を調整することで、弁体７２の開弁圧を調整し、インジェクタ２側のリークライン１２の圧力を所定の設定圧に保持する。この圧力は条件により異なるが、例えば、２００ｋＰａの所定圧とすることで、油密室２０５への燃料補充が可能である。また、リークライン１２が異常圧力となった場合には、安全弁としても機能し、所定の許容圧を超えると全開して、リーク燃料通路７４を開放する。さらに、弁体７２は、円錐状シート部７２１によって開弁時の開口面積を可変とし、また円柱状先端部７２２を有するので、脈動を吸収する機能を持たせて、リークライン圧力を安定して設定圧に制御することができる。これら開弁時の挙動を、図３（ｂ）〜図５を用いて説明する。
【００４６】
図３（ｂ）の左図は、図３（ａ）の閉弁状態から、予め設定した開弁圧（例えば、１．１ＭＰａ）を超え、弁体７２の円錐状シート部７２１がシート７５を離座した直後の開弁状態を示し、円錐状シート部７２１とシート７５との間に、第１絞りが形成される。図４、５に示すように、この第１絞り領域は、弁リフト量が増加するに従い、リーク燃料が通過する第１絞りの開口面積が徐々に増加する通常制御領域である。すなわち、リーク燃料通路７４に流入するリーク燃料圧に応じて開口面積が変化し、圧力が高くなるほど開口面積が大きくなるので、余剰の燃料を速やかに流出させてリークライン１２の圧力を設定圧まで低下させることができる。
【００４７】
図３（ｂ）の中央２図は、弁体７２の円柱状先端部７２２が、シート７５と同一面内に位置する状態を示し、円柱状先端部７２２とシート７５との間に、第２絞りが形成される。図４、５に示すように、この第２絞り領域は、円錐状シート部７２１の最下端、すなわち円柱状先端部７２２の上端が、シート７５と同一面内となる弁リフト量から、円柱状先端部７２２の下端が、シート７５と同一面内となる弁リフト量まで、リーク燃料が通過する第２絞りの開口面積が変化せず、比較的大きな一定開口面積を維持する脈動吸収領域である。
【００４８】
このため、リーク燃料通路７４に流入するリークライン１２の圧力が、脈動等により一時的に上昇しても、リーク燃料通路７４が直ちに全開せず、第１絞りの最大開口面積に相当する一定開口面積で燃料を流出させる。よって、リーク燃料圧を急減させることなく、速やかに設定圧まで低下させることができ、リーク燃料圧の変動を抑制して、安定して設定圧に制御することができる。
【００４９】
図３（ｂ）の右図は、弁体７２の円柱状先端部７２２が、シート７５より上方に位置する状態を示し、円柱状先端部７２２とシート７５との間に、第３絞りが形成される。図４、５に示すように、この第３絞り領域は、リーク燃料通路７４に流入するリーク燃料圧が、予め設定した許容圧（例えば、１．４ＭＰａ）を超えた時に開弁し、圧力増加に伴って第３絞りの開口面積を急拡大させて、リーク燃料通路７４を開放する異常時開放領域である。
【００５０】
すなわち、何らかの異常が発生して、リーク燃料通路７４に流入するリーク燃料圧が急上昇しても、弁体７２が直ちにリフトして全開となり、ストッパ７８に当接する最大開口面積となる。この安全弁としての機能により、インジェクタ２内部の燃料圧力が増加して、リークライン１２の構成部材やピエゾアクチュエータ２０１を保護する筺体を破損するのを防止する。
【００５１】
以上により、本実施形態の安全弁機構内蔵型のリークライン圧力設定弁７によれば、簡易な構造で、リークライン１２の燃料圧を設定圧に保持し、かつ異常時には速やかにリークライン１２を開放して、高性能で安全性に優れた蓄圧式燃料噴射装置を実現できる。
【００５２】
（第２実施形態）
図６は、安全弁機構を内蔵しないリークライン圧力設定弁５の例であり、これを用いたインジェクタリターンシステムの構成例を、図７に、本発明の第２実施形態として示す。リークライン１２には、リークライン圧力設定弁５の上流側に、別体で、安全弁機構６としての機械式安全弁６１が設けられる。
【００５３】
リークライン圧力設定弁５は、図６に示すように、弁ハウジング５１に設けた弁室５３内に、鋼球状の弁体５２を収容してなる。弁室５３は、底面中央にインジェクタ２側のリークライン１２に接続するリーク燃料通路５４が開口し、開口部周りに円錐テーパ面状のシート５５が形成されて、弁体５２が着座するようになっている。弁室５３の側面には、燃料タンクＴ側のリークライン１２に接続するリーク燃料通路５６が開口している。リーク燃料通路５４から弁室５３を経てリーク燃料通路５６へ至る流路は、リークライン１２の一部となる。
【００５４】
弁体５２は、その上方に配設したスプリング５７の付勢力によって、着座方向に付勢され、リーク燃料通路５４を閉鎖している。スプリング５７は、上端が弁室５３の頂面に設けた凹部に支持され、凹部中央から弁体５２方向に突出するロッド状のストッパ５８周りに配設されて姿勢が保持される。そして、所定の開弁圧（例えば、１．１ＭＰａ）となるように、スプリング５７を調整することで、インジェクタ２側のリーク燃料圧を設定圧に保持する。
【００５５】
このように構成すると、鋼球状の弁体５２を円錐テーパ面状のシート５５に押し当てることで、精度の良いシール面を低コストでできる。弁体５２は、受圧面に受ける燃料圧がスプリング５７荷重を上回った時に開弁して、リーク燃料通路５４、５６を連通させ、余剰の燃料を燃料タンクＴ側へ排出する。この時、ストッパ５８によりスプリング５７の位置ずれを抑制し、弁体５２のリフト量を規制して、安定した作動が得られる。
【００５６】
機械式安全弁６１は、リークライン圧力設定弁５よりインジェクタ２側のリークライン１２から分岐する分岐通路１５にて、燃料タンクＴに直接接続される。機械式安全弁８の構造は、図６のリークライン圧力設定弁５と同様のチェック弁構造とすることができ、分岐通路１５の一部となす通路と、該通路を開閉する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢するスプリングを有し、インジェクタ２から燃料タンクＴ方向への燃料移動のみを許容する。そして、流入するリーク燃料圧が所定の許容圧（例えば、１．４ＭＰａ）を超えた時に開弁して、分岐通路１５を開放するように、スプリング力を調整することで、リークライン圧力設定弁５を経由せずに、リーク燃料を速やかに排出して、安全性を向上させる。
【００５７】
機械式安全弁６１を安定して適正に作動させるために、上述の特許文献１に記載されるように、鋼球状の弁体を弁部材端面に収容して一体に摺動する構成としたり、弁部材が常時燃料に浸漬する状態として固着を防止する構成としたりすることもできる。
【００５８】
本実施形態によれば、簡易な構成のリークライン圧力設定弁５で、リーク燃料圧を所定の設定圧に維持し、かつ機械式安全弁８で異常圧力時の破損を防止して、高性能かつ安全性の高い蓄圧式燃料噴射装置を実現することができる。
【００５９】
（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態におけるインジェクタリターンシステムの構成例で、リークライン圧力設定弁５と、安全弁機構６としての電気式安全弁６２を別体に設けたものである。リークライン圧力設定弁５は、上記第２実施形態と同様の構成であり、説明を省略する。電気式安全弁６２は、リークライン圧力設定弁５よりインジェクタ２側のリークライン１２に設けられ、分岐通路１５にて燃料タンクＴへ直接接続される点は、機械式安全弁６１と同様であり、任意のタイミングリーク燃料を排出することができる点が異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
【００６０】
図９（ａ）に、電気式安全弁６２の具体的構成例を示す。図中、電気式安全弁６２は、ソレノイドハウジング６０１内に収容したソレノイドコア６０２に巻回したコイル６０３と、コイル６０３に通電することにより吸引駆動されるアーマチャ６０４と、アーマチャ６０４と一体に設けたバルブニードル６０５を有している。バルブニードル６０５は、バルブボデー６０６に設けたシリンダ内を摺動可能に設けられ、付勢スプリング６０８によって下方に押圧されている。付勢スプリング６０８は、ソレノイドハウジング６０１中心部の空間内に収容され、下端がアーマチャ６０４の上面に設けた凸状のガイドスプリング６０７周りに嵌着されて、姿勢を保持している。
【００６１】
図８に示すように、本実施形態では、リークライン１２に圧力センサ１６を設けており、その検出結果に基づいてＥＣＵ４１が、電気式安全弁６２の駆動を制御する。図９（ａ）において、非通電の図示の状態で、バルブニードル６０５は、バルブボデー６０６内に設けた凸部頂面のバルブシート６０９に着座して、バルブボデー６０６の底面に開口するインレット６１０を閉鎖している。バルブシート６０９周囲の環状空間は、バルブボデー６０６の側面に開口するアウトレット６１１に常時連通している。インレット６１０と、バルブシート６０９周囲の環状空間、アウトレット６１１は、リークライン１２からの分岐通路１５の一部をなし、電気式安全弁６２が開弁すると、分岐通路１５が開放されてリーク燃料が燃料タンクＴへ流出する。
【００６２】
アーマチャ６０４の上面には、ガイドスプリング６０７周りに設けた段部にてストッパ６１４が形成され、アーマチャ６０４が吸引駆動された開弁時の上端位置を規制するようになっている。また、アウトレット６１１には、アーマチャ６０４が収容されるアーマチャ室からのリーク回収通路６１３が接続され、駆動時にバルブニードル６０５摺動部からアーマチャ室へリークする燃料を回収する。リーク回収通路６１３は、バルブシート６０９周囲の環状空間にも連通しているため、バルブシート６０９に至るインレット６１０開口部に、フィルタ６１２が介設される。
【００６３】
図１０にＥＣＵ４１による制御フローチャートを示す。また、図９（ｂ）に、異常高圧時の制御と各部の挙動を示す。図１０において、ステップ１０１で圧力センサ１６の圧力を読み込み、ステップ１０２で、異常圧かどうか、すなわち所定の許容圧（例えば、１．４ＭＰａ）を超えているかどうかを判定する。異常圧である場合には、ステップ１０３へ進んで安全弁駆動信号をオンとし、ステップ１０４で電気式安全弁６２を開弁した後、ステップ１０１へ戻る。
【００６４】
図９（ｂ）に示すように、ＥＣＵ４１が、電気式安全弁６２の駆動信号をオフからオンに切り替え、コイル６０３にソレノイド駆動電流を印加すると、ソレノイドコア６０２が励磁され、付勢スプリング６０８の付勢力に打ち勝ってアーマチャ６０４を吸引駆動する。これに伴いアーマチャ６０４と一体のバルブニードル６０５が上方に移動してバルブシート６０９を開き、せき止められていたリーク燃料がアウトレット６１１から燃料タンクＴへ流出する。これによりインレット６１０近傍の圧力が急速に低下する。なお、ソレノイド駆動電流は、開弁後、アーマチャ６０４を開弁位置に吸引保持できる電流値まで低減される。
【００６５】
図１０において、ステップ１０１以降を繰り返し、ステップ１０２が否定判定されて、異常圧でなくなったら、ステップ１０５へ進んで安全弁駆動信号をオフとし、ステップ１０６で電気式安全弁６２を閉弁する。続くステップ１０７で、イグニッションスイッチがオンかどうかを判定し、オンであればステップ１０１へ戻る。オンでなければ、終了する。
【００６６】
図９（ｂ）に示すように、バルブニードル６０５の開弁により、インレット６１０近傍の圧力は、所定の設定圧まで速やかに低下する。ここで、駆動信号を再びオフに切り替え、ソレノイド駆動電流の印加を停止すると、付勢スプリング６０８の付勢力によって、アーマチャ６０４と一体のバルブニードル６０５が下降し、バルブシート６０９に着座して閉弁する。
【００６７】
図１０にＥＣＵ４１による制御フローチャートを示す。図１０において、ステップ１０１で圧力センサ１６の圧力を読み込み、ステップ１０２で、異常圧かどうか、すなわち所定の許容圧（例えば、１．４ＭＰａ）を超えているかどうかを判定する。異常圧である場合には、ステップ１０３へ進んで安全弁駆動信号をオンとし、ステップ１０４で電気式安全弁６２を開弁した後、ステップ１０１へ戻る。
【００６８】
本実施形態によれば、簡易な構成のリークライン圧力設定弁５で、リーク燃料圧を所定の設定圧に維持し、しかも異常圧力時には、圧力センサ１６と電気式安全弁６２により、任意のタイミングで瞬時かつ確実にリークライン１２を開放して、構成部材の破損を防止できるので、高性能で安全性の高い蓄圧式燃料噴射装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態で用いるインジェクタの詳細構成例を示す図である。
【図３】（ａ）は、本発明の第１実施形態におけるインジェクタリターンシステムの主要部構成を示す図、（ｂ）は安全弁機構内蔵型リークライン圧力設定弁の開弁時の状態を説明するための図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における弁リフトと開口面積の関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるリーク圧力と弁開口面積の関係を示す図である。
【図６】安全弁機構を内蔵しないリークライン圧力設定弁の構成例を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態におけるインジェクタリターンシステムの構成例を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態におけるインジェクタリターンシステムの構成例を示す図である。
【図９】（ａ）は、電気式安全弁の具体的構成例を示す図、（ｂ）は、異常高圧時の制御と各部の挙動を示す図である。
【図１０】ＥＣＵによる制御フローチャートを示す図である、
【符号の説明】
【００７０】
１  コモンレール
１１  高圧ライン
１２  リークライン
１３  コモンレール圧センサ
１４  減圧弁
２  ピエゾインジェクタ
２１  駆動力伝達機構
２０１  ピエゾアクチュエータ（アクチュエータ）
２０３  大径ピストン
２０４  小径ピストン
２０５  油密室
２２  制御弁
２３  制御室
２４  高圧通路
２５  低圧通路
２６  ニードル弁
３  サプライポンプ
４  制御部
４１  ＥＣＵ
４２  ＥＤＵ
５  リークライン圧力設定弁
６  安全弁機構
６１  機械式安全弁
６２  電気式安全弁
７  安全弁機構内蔵型リークライン圧力設定弁
７１  弁ハウジング
７２  弁体
７３  弁室
７７  スプリング
７８  ストッパ
Ｔ  燃料タンク
Ｆ  フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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