(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料を導く噴射管と、燃料タンクからの燃料を前記噴射管に送出する燃料送出手段と、前記噴射管から前記燃料タンクに燃料を戻す第１及び第２の戻り管と、前記第１の戻り管を断続する第１の弁機構と、前記第２の戻り管を断続する第２の弁機構とを備える燃料噴射装置であって、
前記第１の弁機構の開放時の燃料流量が、前記第２の弁機構の開放時の燃料流量よりも少なく設定され、
前記燃料噴射弁への燃料供給にあたっては前記第１の弁機構を先行して閉鎖し、続いて前記第２の弁機構を閉鎖するのと同時に前記第１の弁機構を開放し、続いて前記第１の弁機構を閉鎖することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料を導く噴射管と、燃料タンクからの燃料を前記噴射管に送出する燃料送出手段と、前記噴射管から前記燃料タンクに燃料を戻す第１及び第２の戻り管と、前記第１の戻り管を断続する第１の弁機構と、前記第２の戻り管を断続する第２の弁機構とを備える燃料噴射装置であって、
前記第１の弁機構の開放時の燃料流量が、前記第２の弁機構の開放時の燃料流量よりも少なく設定され、
前記燃料噴射弁への燃料供給にあたっては前記第２の弁機構を先行して閉鎖し、続いて前記第１の弁機構を閉鎖するのと同時に前記第２の弁機構を開放し、続いて前記第２の弁機構を閉鎖することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
前記燃料噴射弁への燃料供給を終了するときに、時差を設けて前記第１及び前記第２の弁機構を断続することを特徴とする請求項１または２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記燃料送出手段は、前記燃料を吸引及び加圧して前記噴射管に供給する燃料噴射ポンプを備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記燃料送出手段は、昇圧された前記燃料を蓄える蓄圧器を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直接噴射式ディーゼル機関などの燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃焼は燃料の燃焼室への投入履歴、即ち燃料噴射率に大きく左右される特徴があり、排気ガスをクリーンにして高効率とするためには、燃料噴射装置側の噴射率制御の自由度を高くすることが望まれる。しかしながら、カム、プランジャ、燃料噴射管及び燃料噴射弁（自動弁）からなる噴射装置では、カムの幾何学形状によってほぼ燃料噴射率が決まり多段階に制御できない。このため、排気ガスのクリーン化と高効率の両立に限界がある。
【０００３】
これを解決するための技術として、例えば、燃料を噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁に燃料を導く噴射管と、燃料タンクからの燃料を噴射管に供給するカム及びプランジャからなる燃料噴射ポンプと、噴射管から燃料タンクに燃料を戻す第１の戻し管と、噴射管から燃料タンクに燃料を戻す第２の戻し管と、第１の戻し管を断続する第１の弁機構（逃がし弁）と、第２の戻し管を断続する第２の弁機構（逃がし弁）とを備える燃料噴射装置が提案されている。
【０００４】
図１０は、燃料噴射装置（比較例）の作動の仕方を説明するためのタイミングチャートである。図１１は、燃料噴射装置の吸入行程１回当たりの燃料噴射率の変化を示す図表である。
この燃料噴射装置では、第１及び第２の弁機構の断続動作が制御装置によって自由に制御可能であり、第１及び第２の弁機構は開放時の通路面積が異なり、第１の弁機構の通路面積よりも第２の弁機構の通路面積のほうが大きく設定されている。図１０に示すように、最初、第１及び第２の弁機構が開放した状態でプランジャが上昇し、噴射を開始したい時期に第１の弁機構が閉じ、続いて任意の時間をおいて第２の弁機構が閉じる。その結果、図１１に示すように、時差を付けて２つの弁機構を閉じていくことで燃料噴射率を２段階に制御することができ、燃焼の初期噴射率を低減することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の燃料噴射装置では、２段階にしか制御ができず低排気ガス化と高効率化には限界があった。
本発明は、燃料噴射率の自由度が増し低排気ガス化と高効率化を図ることができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の燃料噴射装置を採用する。
すなわち請求項１記載の本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料を導く噴射管と、燃料タンクからの燃料を前記噴射管に送出する燃料送出手段と、前記噴射管から前記燃料タンクに燃料を戻す第１及び第２の戻り管と、前記第１の戻り管を断続する第１の弁機構と、前記第２の戻り管を断続する第２の弁機構とを備える燃料噴射装置であって、
前記第１の弁機構の開放時の燃料流量が、前記第２の弁機構の開放時の燃料流量よりも少なく設定され、
前記燃料噴射弁への燃料供給にあたっては前記第１の弁機構を先行して閉鎖し、続いて前記第２の弁機構を閉鎖するのと同時に前記第１の弁機構を開放し、続いて前記第１の弁機構を閉鎖することを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、燃料噴射率を３段階に制御することができるため燃料噴射率の自由度が増し、低排気ガスと高効率とを両立し易くなる。特に、着火性の良い燃料の場合には、早めに多くの燃料を噴射するとＮＯX が多くなるために、燃料噴射率を３段階に制御することで低排気ガス化と高効率化とを実現することができる。
【０００８】
請求項２記載の本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料を導く噴射管と、燃料タンクからの燃料を前記噴射管に送出する燃料送出手段と、前記噴射管から前記燃料タンクに燃料を戻す第１及び第２の戻り管と、前記第１の戻り管を断続する第１の弁機構と、前記第２の戻り管を断続する第２の弁機構とを備える燃料噴射装置であって、
前記第１の弁機構の開放時の燃料流量が、前記第２の弁機構の開放時の燃料流量よりも少なく設定され、
前記燃料噴射弁への燃料供給にあたっては前記第２の弁機構を先行して閉鎖し、続いて前記第１の弁機構を閉鎖するのと同時に前記第２の弁機構を開放し、続いて前記第２の弁機構を閉鎖することを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、着火性の悪い燃料や低温で始動する場合などに、燃料噴射率を３段階に制御することで燃料噴射率の自由度が増し、低排気ガス化と高効率化とを実現することができる。
【００１０】
請求項３記載の本発明は、前記燃料噴射弁への燃料供給を終了するときに、時差を設けて前記第１及び前記第２の弁機構を断続することを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、噴射を終了するときに燃料噴射率を３段階に制御して、噴射管内の圧力を徐々に低下させ、噴射管内のキャビテーションを抑え配管の腐食を防止することができる。
【００１２】
請求項４記載の本発明は、前記燃料送出手段は、前記燃料を吸引及び加圧して前記噴射管に供給する燃料噴射ポンプを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の本発明は、前記燃料送出手段は、昇圧された前記燃料を蓄える蓄圧器を備えることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明に係る燃料噴射装置の第１の実施形態を図１ないし図３に示して説明する。
図１は燃料噴射装置の概略構成を示す図である。図２は、燃料噴射装置の作動の仕方を説明するためのタイミングチャートである。図３は、燃料噴射装置の吸入行程１回当たりの燃料噴射率の変化を示す図表である。図において、符号１は燃料タンク、２は燃料供給ポンプ（燃料供給手段）、３はリリーフ弁、４は逆止弁、５は燃料供給管、６は燃料噴射ポンプ（燃料送出手段）、７は燃料噴射弁、８は燃料噴射管、９は燃料戻り管（第１の戻り管）、１０は逆止弁、１１は絞り、１２は電磁弁（第１の弁機構）、１３は燃料戻り管（第２の戻り管）、１４は逆止弁、１５は絞り、１６は電磁弁（第２の弁機構）である。
【００１５】
リリーフ弁３は、常時作動する燃料供給ポンプ２が所定圧よりも高い圧力で燃料を供給したときに圧力を逃がして、燃料供給管５から燃料タンク１に燃料を戻す。逆止弁４は、燃料噴射ポンプ６のプランジャ６ｂの上昇（吐出動作）時に燃料供給管５を遮断する。
【００１６】
燃料噴射ポンプ６は、燃料タンク１からの燃料を吸引及び加圧して燃料噴射管８に送出し供給するポンプである。燃料噴射ポンプ６は、燃料供給管５を介して燃料タンク１と接続されたプランジャ室６ａと、図示しないディーゼル機関のクランク軸に連動するカムＣに接して上下に往復動しプランジャ室６ａ内の燃料を加圧するプランジャ６ｂなどを備えている。
【００１７】
また、カムＣには、プランジャ３ｂを下降させる過程のある期間においてプランジャ３ｂを一定速度で下降させるためのプロファイルが与えられている。これにより、この期間での燃料噴射ポンプ３の単位時間当たりの吸入量は一定となっている。
【００１８】
燃料噴射弁７は、図示しない燃焼室内に燃料を噴射する装置であり、燃料噴射管８は燃料噴射弁７に燃料を導く管路である。燃料戻り管９，１３は燃料噴射管８から燃料タンク１に燃料を戻す管路であり、逆止弁１０，１４は燃料噴射ポンプ６のプランジャ６ｂの下降（吸入動作）時に燃料戻り管９，１３を遮断する。絞り１１の通路面積は絞り１５の通路面積よりも小さく設定されている。
【００１９】
電磁弁１２は、燃料戻り管９を断続する弁機構であり、電磁弁１６は燃料戻り管１３を断続する弁機構である。電磁弁１２，１６には、常時開放され、通電によって閉止される normal open 型が採用されている。電磁弁１２，１６は、絞り１１，１５の働きによって開放時の燃料流量が異なり、電磁弁１２の開放時の燃料流量が電磁弁１６の開放時の燃料流量よりも少ない。この電磁弁１２，１６はコントロール装置１７に作動を制御される。
【００２０】
上記のような構成の燃料噴射装置における各部の作動の仕方を吸入行程と吐出行程とに分け、図２のタイミングチャート及び図３の図表とともに説明する。
［Ａ．吸入行程］
当初、電磁弁１２，１６は開いており、燃料タンク１内の燃料は、燃料供給ポンプ２とプランジャ６ｂの下降動作とによって燃料供給管５を介して燃料噴射ポンプ６内のプランジャ室６ａに吸入される。
【００２１】
［Ｂ．吐出行程］
プランジャ６ｂの上昇動作によってプランジャ室６ａ内の燃料が加圧されるとプランジャ室６ａの内圧が高まり、加圧された燃料がプランジャ室６ａから吐出され燃料噴射管８に噴射される。このとき、電磁弁１２，１６が開いているため、燃料噴射管８に噴射された燃料の一部が燃料戻り管９，１３を介して燃料タンク１に戻り、残りの燃料が燃料噴射管８を介して燃料噴射弁７に供給される。
【００２２】
プランジャ６ｂが上昇中の時刻Ｔ１で電磁弁１２が閉じると、燃料戻り管９を介して燃料タンク１に戻る燃料がなくなった分だけ、燃料噴射管８を介して燃料噴射弁７に供給される燃料が増加する。
【００２３】
そして、プランジャ６ｂがさらに上昇して、時刻Ｔ１から任意の時間をおいた時刻Ｔ２で電磁弁１２が開くと同時に電磁弁１６が閉じると、燃料戻り管１３を介して燃料タンク１に戻る燃料がなくなった分だけ、燃料噴射管８を介して燃料噴射弁７に供給される燃料が増加する。ここで、電磁弁１２の開放時の燃料流量は、電磁弁１６の開放時の燃料流量よりも少なく設定されている。このため、時刻Ｔ２〜Ｔ３では、時刻Ｔ１〜Ｔ２よりも燃料タンク１に戻る燃料流量が少なくなる。その結果、時刻Ｔ２〜Ｔ３では時刻Ｔ１〜Ｔ２よりも多くの燃料が燃料噴射管８を介して燃料噴射弁７に供給される。
【００２４】
続いて、プランジャ６ｂがさらに上昇して、時刻Ｔ２から任意の時間をおいた時刻Ｔ３で電磁弁１２が再度閉じると、燃料戻り管９，１３を介して燃料タンク１に戻る燃料がなくなり、燃料噴射管８を介して燃料噴射弁７に供給される燃料が最大になる。そして、所定の時間が経過した後に、電磁弁１２，１６が開きプランジャ６ｂが下降に転じて、燃料供給ポンプ２とプランジャ６ｂの下降動作とによって燃料タンク１からプランジャ室６ａに燃料が吸入される。
【００２５】
本実施形態の燃料噴射装置においては、上記の各行程を繰り返すことによって図３に示すように燃料噴射率を３段階に制御することができる。したがって、燃料噴射率の自由度が増し、低排気ガスと高効率とを両立し易くなる。特に、着火性の良い燃料の場合には、早めに多くの燃料を噴射するとＮＯX が多くなるために、燃料噴射率を３段階に制御することで低排気ガス化と高効率化を実現することができる。
【００２６】
次に、本発明に係る燃料噴射装置の第２の実施形態を図４及び図５に示して説明する。なお、第２の実施形態は、上記第１の実施形態の燃料噴射装置と同一構成である。以下では、第２の実施形態に係る燃料噴射装置における各部の作動の仕方を吐出行程についてのみ説明する。
【００２７】
プランジャ６ｂが上昇中の時刻Ｔ１で電磁弁１６が閉じると、燃料戻り管１３を介して燃料タンク１に戻る燃料がなくなった分だけ、燃料噴射管８を介して燃料噴射弁７に供給される燃料が増加する。
【００２８】
そして、プランジャ６ｂがさらに上昇して、時刻Ｔ１から任意の時間をおいた時刻Ｔ２で電磁弁１６が開くと同時に電磁弁１２が閉じると、燃料戻り管９を介して燃料タンク１に戻る燃料がなくなる。ここで、電磁弁１２の開放時の燃料流量は、電磁弁１６の開放時の燃料流量よりも少なく設定されている。このため、時刻Ｔ２〜Ｔ３では、時刻Ｔ１〜Ｔ２よりも燃料タンク１に戻る燃料流量が多くなる。その結果、時刻Ｔ２〜Ｔ３では時刻Ｔ１〜Ｔ２よりも少ない燃料が燃料噴射管８を介して燃料噴射弁７に供給される。
【００２９】
続いて、プランジャ６ｂがさらに上昇して、時刻Ｔ２から任意の時間をおいた時刻Ｔ３で電磁弁１６が再度閉じると、燃料戻り管９，１３を介して燃料タンク１に戻る燃料がなくなり、燃料噴射管８を介して燃料噴射弁７に供給される燃料が最大になる。そして、所定の時間が経過した後に、電磁弁１２，１６が開きプランジャ６ｂが下降に転じて、燃料供給ポンプ２とプランジャ６ｂの下降動作とによって燃料タンク１からプランジャ室６ａに燃料が吸入される。
【００３０】
本実施形態の燃料噴射装置においては、上記の各行程を繰り返すことによって図５に示すように燃料噴射率を３段階に制御することができる。したがって、特に、着火性の悪い燃料や低温で始動する場合などに燃料噴射率の自由度が増し、低排気ガス化と高効率化とを実現することができる。
【００３１】
次に、本発明に係る燃料噴射装置の第３の実施形態を図６及び図７に示して説明する。なお、第３の実施形態は、上記第１の実施形態の燃料噴射装置と同一構成である。以下では、第２の実施形態に係る燃料噴射装置における各部の作動の仕方を吐出行程についてのみ説明する。
時刻Ｔ１〜Ｔ４までは第１の実施形態と同様の作動の仕方をし、時刻Ｔ４〜Ｔ５で電磁弁１２，１６が開くと、時刻Ｔ２〜Ｔ３における燃料噴射率の変化と同じパターンになる。時刻Ｔ５で電磁弁１２を閉じ時刻Ｔ６で電磁弁１２を再度開くと、時刻Ｔ５〜時刻Ｔ６では時刻Ｔ１〜Ｔ２における燃料噴射率の変化と同じパターンになる。
【００３２】
本実施形態の燃料噴射装置においては、図６及び図７に示すように噴射を終了するときに時差を付けて電磁弁１２，１６を断続動作させることで燃料噴射率を３段階に制御することができる。その結果、燃料噴射管８内の圧力が徐々に低下するため、燃料噴射管８内のキャビテーションが抑えられて配管の腐食を防止することができる。
【００３３】
次に、本発明に係る燃料噴射装置の第４の実施形態を図８に示して説明する。なお、上記第１の実施形態の燃料噴射装置において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
この第４の実施形態では、図１に示す燃料供給ポンプ２、リリーフ弁３、逆止弁４、燃料供給管５及び逆止弁１０，１１が省略されている。この第４の実施形態では、吸入動作時には電磁弁１２，１６が開いており、プランジャ６ｂの下降（吸入動作）に伴って燃料タンク１の燃料が電磁弁１２，１６及び絞り１１，１５を通過してプランジャ室６ａ内に吸入される。
この第４の実施形態についても電磁弁１２，１６の断続動作を制御することによって、燃料噴射率を３段階に制御することができる。
【００３４】
次に、本発明に係る燃料噴射装置の第５の実施形態を図９に示して説明する。なお、上記第１の実施形態の燃料噴射装置において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
この第５の実施形態では、図８に示す燃料噴射ポンプ６が蓄圧器１８に置き換えられている。蓄圧器１８には、燃料供給ポンプ２の働きにより昇圧された燃料が常時蓄えられており、燃料噴射弁７からはこの蓄圧器１８に蓄えられた燃料が噴射される。
この第５の実施形態についても電磁弁１２，１６の断続動作を制御することによって、燃料噴射率を３段階に制御することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る請求項１記載の燃料噴射装置によれば、燃料噴射率を３段階に制御することができるため、燃料噴射率の自由度が増し、低排気ガスと高効率とを両立し易くなる。特に、着火性の良い燃料の場合には、早めに多くの燃料を噴射するとＮＯX が多くなるために、燃料噴射率を３段階に制御することによって、低排気ガス化と高効率化とを実現することができる。
【００３６】
請求項２記載の燃料噴射装置によれば、特に、着火性の悪い燃料や低温で始動する場合などに低排気ガス化と高効率化とを実現することができる。
【００３７】
請求項３記載の燃料噴射装置によれば、時差を付けて電磁弁１２，１６を断続動作させることによって燃料噴射管８内の圧力を徐々に低下させ、燃料噴射管８内のキャビテーションを抑えて配管の腐食を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る燃料噴射装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】  本発明に係る燃料噴射装置の第１の実施形態の作動の仕方を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】  本発明に係る燃料噴射装置の第１の実施形態の吸入行程１回当たりの燃料噴射率の変化を示す図表である。
【図４】  本発明に係る燃料噴射装置の第２の実施形態の作動の仕方を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】  本発明に係る燃料噴射装置の第２の実施形態の吸入行程１回当たりの燃料噴射率の変化を示す図表である。
【図６】  本発明に係る燃料噴射装置の第３の実施形態の作動の仕方を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】  本発明に係る燃料噴射装置の第３の実施形態の吸入行程１回当たりの燃料噴射率の変化を示す図表である。
【図８】  本発明に係る燃料噴射装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図９】  本発明に係る燃料噴射装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。
【図１０】  燃料噴射装置（比較例）の作動の仕方を説明するためのタイミングチャートである。
【図１１】  燃料噴射装置（比較例）の吸入行程１回当たりの燃料噴射率の変化を示す図表である。
【符号の説明】
１  燃料タンク
２  燃料供給ポンプ
３  リリーフ弁
４  逆止弁
５  燃料供給管
６  燃料噴射ポンプ（燃料送出手段）
６ａ  プランジャ室
６ｂ  プランジャ
７  燃料噴射弁
８  燃料噴射管
９  燃料戻り管（第１の戻り管）
１３  燃料戻り管（第２の戻り管）
１０，１４  逆止弁
１１，１５  絞り
１２  電磁弁（第１の弁機構）
１６  電磁弁（第２の弁機構）
１７  コントロール装置（制御手段）
１８  蓄圧器（燃料送出手段）
【図１】
0003716211.tif 000002
【図２】
0003716211.tif 000003
【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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【図１１】
0003716211.tif 000012