(57)【要約】      （修正有）【課題】  水圧源ユニットと噴射弁との間の通路を開閉する主弁の作動を切り換えるための電磁弁の作動不良によって気筒内への注水が停止できなくなってしまうことを防止する。【解決手段】第１電磁弁１１は背圧室２３に作動流体を導入する導入通路１７を開閉し、第２電磁弁１２は背圧室２３から作動流体を排出する排出通路１８を開閉する。リミッタシリンダ１４は、主弁１０と水圧源ユニット２との間に配置され、ピストン２９とこれにより区画される圧力室３０及び給水室３１とを有する。圧力室３０は水圧源ユニット２に接続され、給水室３１は第３電磁弁１３を介して水圧源ユニット２に接続されるとともに水圧源ユニット側ポート２４に接続されてピストン２９を圧力室３０の側に向かって付勢するばね３３が配設される。【選択図】        図２
2006052723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射用の水を供給する水圧源ユニットと内燃機関の気筒に形成される噴射口を介して前記水圧源ユニットから供給される水を噴射して前記気筒内に注水する噴射弁との間に設けられ、前記気筒内への注水を制御する機関注水装置において、
前記水圧源ユニットと前記噴射弁との間における水の通過を許容する主通路に配置される主弁であって、前記水圧源ユニットからの水が供給される水圧源ユニット側ポートと前記噴射弁へ水を供給する噴射弁側ポートとが形成されている本体と、前記水圧源ユニット側ポートと前記噴射弁側ポートとの間に形成されている弁座と、この弁座に着座可能で前記主通路を開閉可能な弁体と、前記本体に区画されて形成され、前記弁体を着座方向に付勢する作動流体が導入される背圧室と、を有する主弁と、
前記背圧室に作動流体を導入する導入通路と、
前記背圧室から作動流体を排出する排出通路と、
前記導入通路に配置されてこの導入通路を開閉可能な第１電磁弁と、
前記排出通路に配置されてこの排出通路を開閉可能な第２電磁弁と、
前記主弁と前記水圧源ユニットとの間に配置され、内部に配設されるピストンとこのピストンにより区画される圧力室及び給水室とを有するフローリミッタシリンダと、
前記水圧源ユニットから前記フローリミッタシリンダの前記給水室への水の供給を可能とする通路に配置されてこの通路を開閉可能な第３電磁弁と、
を備え、
前記フローリミッタシリンダの前記圧力室は、前記水圧源ユニットに接続され、
前記フローリミッタシリンダの前記給水室は、前記第３電磁弁を介して前記水圧源ユニットに接続されるとともに前記主弁の前記水圧源ユニット側ポートに接続され、前記ピストンを前記圧力室の側に向かって付勢するばねが配設され、
前記フローリミッタシリンダに前記ピストンが所定位置に達したことを検知するセンサが設けられていることを特徴とする機関注水装置。
【請求項２】
前記第１電磁弁、前記第２電磁弁、及び前記第３電磁弁の作動を制御する制御部を更に備え、
前記センサが前記ピストンの位置を検出するとともに検出した信号を前記制御部に対して発する位置センサであることを特徴とする請求項１に記載の機関注水装置。
【請求項３】
噴射用の水を供給する水圧源ユニットと内燃機関の気筒に形成される噴射口を介して前記水圧源ユニットから供給される水を噴射して前記気筒内に注水する噴射弁との間に設けられ、前記気筒内への注水を制御する機関注水装置において、
前記水圧源ユニットと前記噴射弁との間における水の通過を許容する主通路に配置される主弁であって、前記水圧源ユニットからの水が供給される水圧源ユニット側ポートと前記噴射弁へ水を供給する噴射弁側ポートとが形成されている本体と、前記水圧源ユニット側ポートと前記噴射弁側ポートとの間に形成されている弁座と、この弁座に着座可能で前記主通路を開閉可能な弁体と、この弁体を着座方向に付勢する付勢手段と、前記弁体を離座方向に吸引する電磁ソレノイドと、を有する主弁と、
前記主弁と前記水圧源ユニットとの間に配置され、内部に配設されるピストンとこのピストンにより区画される圧力室及び給水室とを有するフローリミッタシリンダと、
前記水圧源ユニットから前記フローリミッタシリンダの前記給水室への水の供給を可能とする通路に配置されてこの通路を開閉可能な第３電磁弁と、
を備え、
前記フローリミッタシリンダの前記圧力室は、前記水圧源ユニットに接続され、
前記フローリミッタシリンダの前記給水室は、前記第３電磁弁を介して前記水圧源ユニットに接続されるとともに前記主弁の前記水圧源ユニット側ポートに接続され、前記ピストンを前記圧力室の側に向かって付勢するばねが配設され、
前記フローリミッタシリンダに前記ピストンが所定位置に達したことを検知するセンサが設けられていることを特徴とする機関注水装置。
【請求項４】
前記第３電磁弁、及び前記電磁ソレノイドの作動を制御する制御部を更に備え、
前記センサが前記ピストンの位置を検出するとともに検出した信号を前記制御部に対して発する位置センサであることを特徴とする請求項１に記載の機関注水装置。
【請求項５】
前記給水室から水を放出する際における前記ピストンの移動量を規制するストッパを更に備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の機関注水装置。
【請求項６】
前記第３電磁弁を介して前記フローリミッタシリンダの前記給水室に水を供給する際における前記ピストンの移動速度が、前記給水室から水を放出する際における前記ピストンの移動速度よりも遅くなるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の機関注水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、噴射用の水を供給する水圧源ユニットと内燃機関の気筒に形成される噴射口を介して水圧源ユニットから供給される水を噴射して気筒内に注水する噴射弁との間に設けられ、気筒内への注水を制御する機関注水装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、噴射用の水を供給する水圧源ユニットと内燃機関の気筒に形成される噴射口を介して水圧源ユニットから供給される水を噴射して気筒内に注水する噴射弁との間に設けられ、気筒内への注水を制御する機関注水装置として、窒素酸化物（NOx）の排出を低減する観点から用いられるものであるディーゼルエンジンのシリンダへの液体噴射装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載されて液体噴射装置は、噴射される液体用の高圧貯蔵部（水圧源ユニット）と噴射ノズル（噴射弁）との間の接続路を開閉する制御ユニットと、この制御ユニットの予備制御装置とを備えているものである。制御ユニットは、閉鎖位置と開放位置との間で移動して上記接続路を開閉するスライダシートバルブを有して構成されており、一方、予備制御装置は電磁バルブで構成されている。そして、予備制御装置である電磁バルブの開閉制御を行うことで、スライダシートバルブの閉鎖位置と開放位置との間における移動を制御して上記接続路の開閉制御を行うことができるように回路が形成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３０２９７号公報（第５−６頁、第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の液体噴射装置によると、予備制御装置である電磁バルブに劣化や故障等の何らかの要因によって不具合が生じて作動不良が発生した場合、または、主弁が劣化してシート不良が発生した場合などは、内燃機関の気筒内への注水（水の供給）を停止できないという虞がある。
【０００５】
本発明は、噴射用の水を供給する水圧源ユニットと内燃機関の気筒に形成される噴射口を介して水圧源ユニットから供給される水を噴射して気筒内に注水する噴射弁との間に設けられて、気筒内への注水を制御する機関注水装置において、上述した問題点を解決することを目的とする。即ち、本発明は、上述した実情に鑑みることにより、主弁や電磁弁の作動不良等の異常を検知できるとともに、気筒内へ注水し続けることを防止できる機関注水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及び効果】
【０００６】
本発明に係る機関注水装置は、噴射用の水を供給する水圧源ユニットと内燃機関の気筒に形成される噴射口を介して前記水圧源ユニットから供給される水を噴射して前記気筒内に注水する噴射弁との間に設けられ、前記気筒内への注水を制御する機関注水装置に関する。
そして、本発明に係る機関注水装置は、上記目的を達成するために以下のようないくつかの特徴を有している。即ち、本発明は、以下の特徴を単独で、若しくは、適宜組み合わせて備えている。
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の機関注水装置における第１の特徴は、前記水圧源ユニットと前記噴射弁との間における水の通過を許容する主通路に配置される主弁であって、前記水圧源ユニットからの水が供給される水圧源ユニット側ポートと前記噴射弁へ水を供給する噴射弁側ポートとが形成されている本体と、前記水圧源ユニット側ポートと前記噴射弁側ポートとの間に形成されている弁座と、この弁座に着座可能で前記主通路を開閉可能な弁体と、前記本体に区画されて形成され、前記弁体を着座方向に付勢する作動流体が導入される背圧室と、を有する主弁と、前記背圧室に作動流体を導入する導入通路と、前記背圧室から作動流体を排出する排出通路と、前記導入通路に配置されてこの導入通路を開閉可能な第１電磁弁と、前記排出通路に配置されてこの排出通路を開閉可能な第２電磁弁と、前記主弁と前記水圧源ユニットとの間に配置され、内部に配設されるピストンとこのピストンにより区画される圧力室及び給水室とを有するフローリミッタシリンダと、前記水圧源ユニットから前記フローリミッタシリンダの前記給水室への水の供給を可能とする通路に配置されてこの通路を開閉可能な第３電磁弁と、を備え、前記フローリミッタシリンダの前記圧力室は、前記水圧源ユニットに接続され、前記フローリミッタシリンダの前記給水室は、前記第３電磁弁を介して前記水圧源ユニットに接続されるとともに前記主弁の前記水圧源ユニット側ポートに接続され、前記ピストンを前記圧力室の側に向かって付勢するばねが配設され、前記フローリミッタシリンダに前記ピストンが所定位置に達したことを検知するセンサが設けられていることである。
【０００８】
この構成によると、第１電磁弁及び第２電磁弁を作動させて導入通路及び排出通路を開閉することで、主通路を開閉するよう主弁の作動状態を切り換えて、フローリミッタシリンダの給水室内に充填された水を放出して気筒内へ注水することを制御できる。また、気筒内に注水した後に第３電磁弁を開くことで、フローリミッタシリンダの圧力室と給水室とを接続することができ、フローリミッタシリンダ内のピストンをばねによって圧力室側に移動させることができるため、給水室に水を充填することができる。また、第３電磁弁を閉じることで、給水室への水の充填を終了させることができる。そして、第１電磁弁または第２電磁弁の作動不良や主弁のシート不良などが発生した場合であっても、ピストンが所定位置に達したことをセンサが検知すると注水装置を停止させることができる。さらに、ピストンが給水室側の端部に行き着き給水室内の水が放出されてしまうことで、気筒内への注水を停止することができる。従って、異常時に気筒内へ注水し続けることを防止することができる。
【０００９】
本発明の機関注水装置における第２の特徴は、第１の特徴を備える機関注水装置において、前記第１電磁弁、前記第２電磁弁、及び前記第３電磁弁の作動を制御する制御部を更に備え、前記センサが前記ピストンの位置を検出するとともに検出した信号を前記制御部に対して発する位置センサであることである。
【００１０】
この構成によると、制御部は、位置センサで検出された信号に基づいて、ピストンの給水室側への移動が完了したことを検知することができるため、ピストンが適切に移動して気筒内への注水の制御が適切に行われているかどうかを判断することができる。即ち、制御部で作動が制御される各電磁弁に作動不良が発生して適切に気筒内への注水が行われていない異常発生時を検出することができる。また、制御部において、位置センサで検出されたピストンの移動量についての信号に基づいて、給水室から放出されて気筒内に注水された実際の注水量を算出することができ、この算出値に基づいて第１電磁弁及び第２電磁弁の作動タイミングを補正することもできる。
【００１１】
本発明の機関注水装置における第３の特徴は、前記水圧源ユニットと前記噴射弁との間における水の通過を許容する主通路に配置される主弁であって、前記水圧源ユニットからの水が供給される水圧源ユニット側ポートと前記噴射弁へ水を供給する噴射弁側ポートとが形成されている本体と、前記水圧源ユニット側ポートと前記噴射弁側ポートとの間に形成されている弁座と、この弁座に着座可能で前記主通路を開閉可能な弁体と、この弁体を着座方向に付勢する付勢手段と、前記弁体を離座方向に吸引する電磁ソレノイドと、を有する主弁と、前記主弁と前記水圧源ユニットとの間に配置され、内部に配設されるピストンとこのピストンにより区画される圧力室及び給水室とを有するフローリミッタシリンダと、前記水圧源ユニットから前記フローリミッタシリンダの前記給水室への水の供給を可能とする通路に配置されてこの通路を開閉可能な第３電磁弁と、を備え、前記フローリミッタシリンダの前記圧力室は、前記水圧源ユニットに接続され、前記フローリミッタシリンダの前記給水室は、前記第３電磁弁を介して前記水圧源ユニットに接続されるとともに前記主弁の前記水圧源ユニット側ポートに接続され、前記ピストンを前記圧力室の側に向かって付勢するばねが配設され、前記フローリミッタシリンダに前記ピストンが所定位置に達したことを検知するセンサが設けられていることである。
【００１２】
この構成によると、電磁ソレノイドを作動させることで、主通路を開閉するよう主弁の作動状態を切り換えて、フローリミッタシリンダの給水室内に充填された水を放出して気筒内へ注水することを制御できる。また、気筒内に注水した後に第３電磁弁を開くことで、フローリミッタシリンダの圧力室と給水室とを接続することができ、フローリミッタシリンダ内のピストンをばねによって圧力室側に移動させることができるため、給水室に水を充填することができる。また、第３電磁弁を閉じることで、給水室への水の充填を終了させることができる。そして、電磁ソレノイドの作動不良や主弁のシート不良などが発生した場合であっても、ピストンが所定位置に達したことをセンサが検知すると注水装置を停止させることができる。さらに、ピストンが給水室側の端部に行き着き給水室内の水が放出されてしまうことで、気筒内への注水を停止することができる。従って、異常時に気筒内へ注水し続けることを防止することができる。
【００１３】
本発明の機関注水装置における第４の特徴は、第３の特徴を備える機関注水装置において、前記第３電磁弁、及び前記電磁ソレノイドの作動を制御する制御部を更に備え、前記センサが前記ピストンの位置を検出するとともに検出した信号を前記制御部に対して発する位置センサであることである。
【００１４】
この構成によると、制御部は、位置センサで検出された信号に基づいて、ピストンの給水室側への移動が完了したことを検知することができるため、ピストンが適切に移動して気筒内への注水の制御が適切に行われているかどうかを判断することができる。即ち、制御部で作動が制御される第３電磁弁や電磁ソレノイドに作動不良が発生して適切に気筒内への注水が行われていない異常発生時を検出することができる。また、制御部において、位置センサで検出されたピストンの移動量についての信号に基づいて、給水室から放出されて気筒内に注水された実際の注水量を算出することができ、この算出値に基づいて電磁ソレノイドの作動タイミングを補正することもできる。
【００１５】
本発明の機関注水装置における第５の特徴は、前記給水室から水を放出する際における前記ピストンの移動量を規制するストッパを更に備えていることである。
【００１６】
この構成によると、ストッパによって、給水室から水を放出する際の給水室内でのピストンの移動量が規制されるため、気筒内への注水量の精度を向上させることができる。
【００１７】
本発明の機関注水装置における第６の特徴は、前記第３電磁弁を介して前記フローリミッタシリンダの前記給水室に水を供給する際における前記ピストンの移動速度が、前記給水室から水を放出する際における前記ピストンの移動速度よりも遅くなるように設定されていることである。
【００１８】
この構成によると、フローリミッタシリンダの給水室からの水の放出が完了した後、給水室への水の充填が完了して再び水の放出を開始するまでの間において、給水室への水の充填を開始してからその充填が完了するまでの時間が長くなるため、給水室の水の充填完了から放出開始までの時間を短く設定することができる。これにより、給水室への水の充填完了後に、給水室から第３電磁弁を介して水が漏れてしまう虞のある時間を短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明の実施形態に係る機関注水装置は、内燃機関の気筒に形成される噴射口を介して水を噴射して気筒内に注水する場合における気筒内への注水を制御する機関注水装置として用いられるものである。そして、とくに、窒素酸化物（NOx）の排出を低減する観点から、ディーゼルエンジンにおける機関注水装置として用いられるものである。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る機関注水装置１を示す概略図である。機関注水装置１は、水圧源ユニット２と噴射弁３との間に設けられる。水圧源ユニット２は、噴射弁３からの噴射用の水を供給する供給源であって、ポンプ４とアキュームレータ５とを備えている。ポンプ４は、図示しないタンクに接続されており、このタンクから吸い込んだ水を昇圧してアキュームレータ５へと吐出する。ポンプ４から吐出された水は、アキュームレータ５に送水され、このアキュームレータ５にて、ポンプ４の吐出圧に近い高圧の状態で水が貯留される。そして、アキュームレータ５に貯留された水は、機関注水装置１へと供給され、この機関注水装置１を経て噴射弁３から噴射されることになる。
【００２１】
噴射弁３は、図示しないディーゼルエンジン（内燃機関）に対して取り付けられており、このディーゼルエンジンにおける図示しないシリンダ（気筒）に形成される噴射口を介して、水圧源ユニット２から供給される水を噴射してシリンダ内に注水することができるようになっている。この噴射弁３からディーゼルエンジンのシリンダ内に水が噴射されることで、窒素酸化物（NOx）の排出の低減が図られることになる。なお、噴射弁３からは、水が直接シリンダ内に噴射されるようになっている。
【００２２】
機関注水装置１は、図１に示すように、主弁１０、第１電磁弁１１、第２電磁弁１２、第３電磁弁１３、フローリミッタシリンダ１４（以下、リミッタシリンダ１４ともいう）、及び制御部１５を備えている。また、この機関注水装置１は、水圧源ユニット２から供給される水が流動する系統として、主通路１６、導入通路１７、及び排出通路１８を備えている。
【００２３】
図２は、機関注水装置１の回路構成図を示したものである。図１及び図２に示すように、主通路１６は、通路１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃで構成されており、リミッタシリンダ１４及び主弁１０を介して水圧源ユニット２を噴射弁３に接続し、これにより、水圧源ユニット２と噴射弁３との間における水の通過を許容するように構成されている。なお、通路１６ａは水圧源ユニット２とリミッタシリンダ１４との間を、通路１６ｂはリミッタシリンダ１４と主弁１０との間を、通路１６ｃは主弁１０と噴射弁３との間を接続しており、通路１６ａと通路１６ｂとは、通路１９及び第３電磁弁１３を介して接続されている。
【００２４】
主弁１０は、図２に示すように、主通路１６に配置されており、本体２０、弁座２１、弁体２２、及び背圧室２３を備えている。本体２０は、水圧源ユニット２からの水が供給される水圧源ユニット側ポート２４と、噴射弁３へ水を供給する噴射弁側ポート２５とが形成されている。即ち、水圧源ユニット側ポート２４は通路１６ｂと接続され、噴射弁側ポート２５は通路１６ｃと接続されている。また、弁座２１は、水圧源ユニット側ポート２４と噴射弁側ポート２５との間に形成されており、弁体２２は、弁座２１に着座可能に形成されて主通路１６を開閉可能に配置されている。即ち、弁体２２が弁座２１に着座することで主通路１６が遮断される（閉じられる）ことになり、弁体２２が弁座２１から離座することで主通路１６が開かれる（連通される）ようになっている。
【００２５】
また、主弁１０における背圧室２３は、本体２０に区画されて形成され、弁体２２を弁座２１に対して着座する方向に付勢する作動流体である水が導入されるようになっている。そして、弁体２２においてこの背圧室２３に対向する側、即ち、弁体２２における弁座２１とは反対側である弁体２２の背面側は、凹部２６が凹み形成されており、この凹部２６には、弁体２２を着座方向に付勢するようにばね２７が配置されている。ばね２７がこのように配置されていることで、背圧室２３の側の水圧（作動流体圧）と水圧源ユニット側ポート２４の側の水圧（作動流体圧）とが同じであったとしても、弁体２２が弁座２１に着座した状態に保持されることになる。
【００２６】
背圧室２３に作動流体である水を導入する導入通路１７は、通路１７ａ及び１７ｂで構成されており、通路１６ａから分岐して第１電磁弁１１を介して背圧室２３に接続されている。また、背圧室２３から水（作動流体）を排出する排出通路１８は、通路１８ａ及び１８ｂで構成されており、通路１７ｂから分岐して第２電磁弁１２を介してタンク２８と連通している。なお、排出通路１８は、必ずしも通路１７ｂから分岐するものでなくてもよく、背圧室２３に接続している通路１７ｂの一部が、導入通路１７であるとともに排出通路１８の一部を兼ねているものとして定義されてもよい。また、通路１８ｂには、圧力補償機構３４が設けられている。
【００２７】
第１電磁弁１１は、導入通路１７に配置されてこの導入通路１７を開閉可能になっており、本体１１ａと、この本体１１ａ内に形成される弁座１１ｂと、弁体１１ｃと、コイル部１１ｄと、ばね１１ｅとを備えている。弁座１１ｂは通路１７ａと通路１７ｂとの間に形成されており、弁体１１ｃは、弁座１１ｂに対して着座可能に配置されている。また、弁体１１ｃは、ばね１１ｅによって離座方向に付勢されるとともに、コイル部１１ｄに通電されることで（励磁されることで）、弁座１１ｂに着座するように配置されている。これにより、第１電磁弁１１では、消磁されている状態においては、ばね１１ｅによって付勢されて弁体１１ｃが導入通路１７を開く方向に移動し、励磁されている状態においては、ばね１１ｅの付勢力に抗して弁体１１ｃが導入通路１７を閉じる方向に移動するようになっている。即ち、第１電磁弁１１は、励磁されていないノーマルな状態で導入通路１７を開く位置となるように（ノーマルオープンの状態に）なっている。
【００２８】
第２電磁弁１２は、排出通路１８に配置されてこの排出通路１８を開閉可能になっており、本体１２ａと、この本体１２ａ内に形成される弁座１２ｂと、弁体１２ｃと、コイル部１２ｄと、ばね１２ｅとを備えている。弁座１２ｂは通路１８ａと通路１８ｂとの間に形成されており、弁体１２ｃは、弁座１２ｂに対して着座可能に配置されている。また、弁体１２ｃは、ばね１２ｅによって着座方向に付勢されるとともに、コイル部１２ｄに通電されることで（励磁されることで）、弁座１２ｂから離座するように配置されている。これにより、第２電磁弁１２では、消磁されている状態においては、ばね１２ｅによって付勢されて弁体１２ｃが排出通路１８を閉じる方向に移動し、励磁されている状態においては、ばね１２ｅの付勢力に抗して弁体１２ｃが排出通路１８を開く方向に移動するようになっている。即ち、第２電磁弁１２は、励磁されていないノーマルな状態で排出通路１８を閉じる位置となるように（ノーマルクローズの状態に）なっている。
【００２９】
図２において模式的に示すリミッタシリンダ１４は、主弁１０と水圧源ユニット２との間における主通路１６に（通路１６ａと通路１６ｂとの間に）配置されている。そして、このリミッタシリンダ１４は、ピストン２９と、圧力室３０と、給水室３１と、位置センサ３２と、ばね３３とを備えている。ピストン２９は、リミッタシリンダ１４の内部において往復動作自在に配設されている。そして、圧力室３０と給水室３１とが、リミッタシリンダ１４内においてピストン２９により区画されて構成されている。
【００３０】
リミッタシリンダ１４の圧力室３０は、通路１６ａを介して水圧源ユニット２に接続されている。一方、給水室３１は、通路１６ｂに接続されており、第３電磁弁１３を介して水圧源ユニット２に接続されるとともに主弁１０の水圧源ユニット側ポート２４に接続されている。また、給水室３１内には、ばね３３がピストン２９を圧力室３０の側に向かって付勢するように配設されている。位置センサ３２は、リミッタシリンダ１４に設けられ、リミッタシリンダ１４におけるピストン２９の位置を検出するようになっている。また、図１に示すように、位置センサ３２は、検出した信号を制御部１５に対して発することができるようになっている。なお、位置センサ３２は、機関注水装置１に異常が発生しピストン２９が正常作動範囲を超えた（所定位置に達した）ことのみを検知するようなリミットスイッチでも良い。
【００３１】
第３電磁弁１３は、水圧源ユニット２からリミッタシリンダ１４の給水室３１への水の供給を可能とする通路１９に配置されて（通路１９ａと通路１９ｂとの間に配置されて）、この通路１９を開閉可能になっている。そして、この第３電磁弁１３は、本体１３ａと、この本体１３ａ内に形成される弁座１３ｂと、弁体１３ｃと、コイル部１３ｄと、ばね１３ｅとを備えている。弁座１３ｂは通路１９ａと通路１９ｂとの間に形成されており、弁体１３ｃは、弁座１３ｂに対して着座可能に配置されている。また、弁体１３ｃは、ばね１３ｅによって着座方向に付勢されるとともに、コイル部１３ｄに通電されることで（励磁されることで）、弁座１３ｂから離座するように配置されている。これにより、第３電磁弁１３では、消磁されている状態においては、ばね１３ｅによって付勢されて弁体１３ｃが通路１９を閉じる方向に移動し、励磁されている状態においては、ばね１３ｅの付勢力に抗して弁体１３ｃが通路１９を開く方向に移動するようになっている。即ち、第３電磁弁１３は、励磁されていないノーマルな状態で通路１９を閉じる位置となるように（ノーマルクローズの状態に）なっている。
【００３２】
制御部１５は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory））、電流制御回路などを備えて構成されている。そして、この制御部１５は、図１に示すように、第１電磁弁１１、第２電磁弁１２、及び第３電磁弁１３にそれぞれ接続されており、これらの各電磁弁（１１、１２、１３）の作動を制御することができるようになっている。即ち、制御部１５は、各電磁弁（１１、１２、１３）をそのコイル部（１１ｄ、１２ｄ、１３ｄ）に通電することで励磁して作動させることができるようになっている。また、制御部１５は、リミッタシリンダ１４の位置センサ３２と接続され、位置センサ３２で検出された信号が受信されるようになっている。なお、制御部１５は、噴射弁３が設けられている図示しないディーゼルエンジンの作動を制御するエンジン制御ユニット（図示せず）からの指令に基づいて各電磁弁（１１、１２、１３）の作動を制御するようになっており、エンジン制御ユニットによって制御されるディーゼルエンジンのサイクルと同期する所定のタイミングで各電磁弁（１１、１２、１３）の作動を制御するようになっている。
【００３３】
次に、上述した構成を備える機関注水装置１の作動について、図２と、機関注水装置１の各電磁弁（１１、１２、１３）等の作動状態を示すタイミングチャートである図３を参照しつつ説明する。なお、図３は、第１電磁弁１１及び第２電磁弁１２のいずれとも正常に作動している場合（第１電磁弁１１及び第２電磁弁１２のいずれにも故障等の不具合が発生していない場合）について説明するものである。
【００３４】
制御部１５は、前述したエンジン制御ユニットからの信号等に基づいて、所定の一定周期ごとの水噴射開始タイミングと水噴射終了タイミングとを設定する水噴射指令を作成、またはエンジン制御ユニットで作成された水噴射指令を受けて、各電磁弁（１１、１２、１３）をこの水噴射指令に応じた所定のタイミングで作動させるように制御する。まず、制御部１５は、水噴射指令における水噴射開始タイミング（図中矢印ａ）に対して、例えば、所定の時間ΔＴ分だけ早く第１電磁弁１１を作動させるように励磁させる（図中矢印ｃ）。これにより、ノーマルオープンの状態で導入通路１７を開いていた第１電磁弁１１が閉じられることになる。そして、水噴射開始タイミングと同期するタイミングで、第２電磁弁１２を作動させるように励磁させる（図中矢印ｅ）。これにより、ノーマルクローズの状態で排出通路１８を閉じていた第２電磁弁１２が開かれることになる。
【００３５】
水噴射開始タイミングで、第１電磁弁１１は閉じられており第２電磁弁１２が開かれた状態になることで、主弁１０の背圧室２３から水（作動流体）が排出される。これにより、リミッタシリンダ１４の圧力室３０に水圧源ユニット２から通路１６ａを介して高圧の水が導入されているため、ピストン２９がばね３３の弾性力に抗して給水室３１側に向かって移動する。そして、ピストン２９の給水室３１側への移動により、給水室３１内に充填されている水が、主弁１０のばね２７の弾性力に抗して弁体２２を弁座２１から離座するように付勢して主弁１０を開き（図中矢印ｇ）、主通路１６及び主弁１０を介して放出され、噴射弁３からの水噴射が開始される。
【００３６】
水噴射開始後、水噴射終了タイミング（図中矢印ｂ）になる前（図３では、このタイミングとして、水噴射終了タイミングの所定時間ΔＴ前である場合を例示している）に、第２電磁弁１２が消磁される（図中矢印ｆ）。そして、第２電磁弁１２が消磁されることにより、第２電磁弁１２がノーマルクローズの状態に復帰して排出通路１８が閉じられる。そして、水噴射終了タイミングになると、第１電磁弁１１が消磁され（図中矢印ｄ）、第１電磁弁１１がノーマルオープンの状態に復帰して導入通路１７が開かれる。これにより、水圧源ユニット２から導入通路１７を経て主弁１０の背圧室２３に高圧の水が導入されて主弁１０が閉じられ（図中矢印ｈ）、噴射弁３からの水噴射が終了する。
【００３７】
また、水噴射終了タイミングから所定時間経過後（図３では、（２×ΔＴ）時間後）、制御部１５は、第３電磁弁１３を作動させるように励磁させる（図中矢印ｊ）。これにより、ノーマルクローズの状態で通路１９を閉じていた第３電磁弁１３が開かれ、通路１９を介してリミッタシリンダ１４の給水室３１への水の充填が開始される（図中矢印ｋ）。給水室３１への水の充填が開始されると、給水室３１の水圧とばね３３の弾性力との合わさった力によってピストン２９が圧力室３０の水圧に抗して圧力室３０の側に向かって付勢されて移動することになる。なお、給水室３１への水の充填が完了から再び水噴射開始するまでの間が短くなるように、第３電磁弁１３を開くタイミングを調節するようにしても良い。
【００３８】
なお、このときの第３電磁弁１３を介して給水室３１に水を供給する際におけるピストン２９の移動速度は、給水室３１から水を放出する際におけるピストン２９の移動速度よりも遅くなるように設定されている。この設定は、例えば、給水室３１に水を供給する際におけるピストン２９の移動速度に影響を与える要因の一つであるばね３３のばね力の適宜選択や、給水室３１に流入する流量の調節等によって決められる。
【００３９】
また、制御部１５は、位置センサ３２の検出信号に基づいて、給水室３１への水の充填が完了するタイミング（図中矢印ｎ）に一致するタイミングで第３電磁弁１３を消磁させる（図中矢印ｍ）。その後は、再び水噴射開始タイミングの所定時間前（ΔＴ時間前）になると、上述した作動が同様に繰り返されることになる。
【００４０】
以上説明したように、機関注水装置１によると、第１電磁弁１１及び第２電磁弁１２を作動させて導入通路１７及び排出通路１８を開閉することで、主通路１６を開閉するよう主弁１０の作動状態を切り換えて、リミッタシリンダ１４の給水室３１内に充填された水を放出してディーゼルエンジンのシリンダ内へ注水することを制御できる。また、シリンダ内に注水した後に第３電磁弁１３を開くことで、リミッタシリンダ１４の圧力室３０と給水室３１とを同圧にすることができ、リミッタシリンダ１４内のピストン２９をばね２７によって圧力室３０側に移動させることができるため、給水室３１に水を充填することができる。また、第３電磁弁１３を閉じることで、給水室３１への水の充填を終了させることができる。
【００４１】
そして、第１電磁弁１１または第２電磁弁１２に作動不良が発生した場合などであっても、ピストン２９が所定位置に達したことを位置センサ３２が検知すると注水装置を停止する。さらに、ピストン２９が給水室３１側へ行き着き給水室３１内の水が放出されてしまうことで、ディーゼルエンジンのシリンダへの注水が停止することになる。従って、作動不良によってディーゼルエンジンのシリンダ内へ注水し続けることを防止することができる。
【００４２】
また、機関注水装置１によると、制御部１５は、位置センサ３２で検出された信号に基づいて、ピストン２９の給水室３１側への移動が完了したことを検知することができるため、ピストン２９が適切に移動してディーゼルエンジンのシリンダ内への注水の制御が適切に行われているかどうかを判断することができる。即ち、制御部１５で作動が制御される各電磁弁（１１、１２）に作動不良が発生して適切にディーゼルエンジンのシリンダ内への注水が適切に行われていない異常発生時を検出することができる。
【００４３】
また、機関注水装置１によると、制御部１５において、位置センサ３２で検出されたピストン２９の移動量についての信号に基づいて、給水室３１から放出されてディーゼルエンジンのシリンダ内に注水された実際の注水量を算出することができる。そして、この算出値に基づいて第１電磁１１弁及び第２電磁弁１２の作動タイミングを補正することもできる。例えば、制御部１５で算出された注水量が予定された注水量より少ないときは、水噴射指令を長くするように補正する。また、水噴射タイミングも予定されたタイミングに一致するように補正するようにしても良い。
【００４４】
また、機関注水装置１によると、リミッタシリンダ１４の給水室３１からの水の放出が完了した後、給水室３１への水の充填が完了して再び水の放出を開始するまでの間において、給水室３１への水の充填を開始してからその充填が完了するまでの時間を長くして、給水室３１の水の充填完了から放出開始までの時間を短く設定してある。これにより、給水室３１への水の充填完了後に、給水室３１から第３電磁弁１３の本体１３ａと弁体１３ｃとの隙間を介して水がドレン１３ｆに漏れてしまう虞のある時間を短くすることができる。従って、上述の漏れを考慮してリミッタシリンダ１４を大きくしたり、第３電磁弁１３の隙間漏れ対策を施すことなく、機関注水装置１を安価にできる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る機関注水装置について説明する。図４は、第２実施形態に係る機関注水装置４０を示す概略図である。図２の機関注水装置４０は、第１実施形態に係る機関注水装置１と同様に、水圧源ユニット２と噴射弁３との間に設けられ、ディーゼルエンジンのシリンダ内への注水を制御するものである。この機関注水装置４０は、第１実施形態の機関注水装置１と同様に構成される第３電磁弁１３、フローリミッタシリンダ１４、及び制御部１５を備えている。しかし、主弁の構成が異なっている点と、第１電磁弁、第２電磁弁、導入通路、及び排出通路が設けられていない点とが、機関注水装置１とは異なっている。
【００４６】
機関注水装置４０の主弁４１は、機関注水装置１の主弁１０と同様に、水圧源ユニット２と噴射弁３との間の主通路１６に配置されている。そして、この主弁４１は、主弁１０と同様に、水圧源ユニット側ポート２４ａと噴射弁側ポート２５ａとが形成されている本体２０ａと、水圧源ユニット側ポート２４ａと噴射弁側ポート２５ａと間に形成されている弁座２１ａと、弁座２１ａに着座可能で主通路１６を開閉可能な弁体２２ａとを備えている。しかし、主弁４１には、背圧室は設けられておらず、ばね４３と電磁ソレノイド４４とが備えられている。
【００４７】
ばね４３は、本体２０ａ内に区画されて形成されるバネ室４５に配置されるコイルバネとして設けられており、弁体２２ａを着座方向に付勢する付勢手段を構成している。このばね４３の付勢力によって弁体２２ａが弁座２１ａに着座することで、主通路１６が遮断された（閉じられた）状態になっている。
【００４８】
電磁ソレノイド４４は、弁体２２ａを離座方向に吸引することができるように、本体２０ａ内において弁体２２ａに対峙する位置に配設されている。この電磁ソレノイド４４が消磁されている状態においては、ばね４３の付勢力によって弁体２２ａが弁座２１ａに着座したままで主通路１６は閉じられた状態に保たれているが、電磁ソレノイド４４が通電されて励磁されることで、弁体２２ａが吸引されて弁座２１ａから離座し、主通路１６が開かれる（連通される）ようになっている。
【００４９】
また、機関注水装置４０においては、制御部１５は、第３電磁弁１３及び電磁ソレノイド４４にそれぞれ接続されており、第３電磁弁１３及び電磁ソレノイド４４の作動を制御することができるようになっている。また、制御部１５は、第１実施形態の場合と同様に、リミッタシリンダ１４の位置センサ３２と接続されて位置センサ３２で検出された信号が受信されるようになっている。
【００５０】
また、機関注水装置４０においては、リミッタシリンダ１４の給水室３１の端部壁４６が、給水室３１から水が放出される際におけるピストンの移動量を規制するストッパとしての機能も担っている。即ち、給水室３１から水が放出される際においては、給水室３１内に位置しているピストン２９の端面２９ａが端部壁４６と当接することで、放水の際のピストン２９のストロークが規定されるようになっている。
【００５１】
なお、この機関注水装置４０においても、第１実施形態の場合と同様に、第３電磁弁１３を介してフローリミッタシリンダ１４の給水室３１に水を供給する際におけるピストン２９の移動速度が、給水室３１から水を放出する際におけるピストン２９の移動速度よりも遅くなるように設定されている。
【００５２】
以上説明した第２実施形態の機関注水装置４０によると、電磁ソレノイド４４を作動させることで、主通路１６を開閉するよう主弁４１の作動状態を切り換えて、フローリミッタシリンダ１４の給水室３１内に充填された水を放出してディーゼルエンジンのシリンダ内へ注水することを制御できる。また、シリンダ内に注水した後に第３電磁弁１３を開くことで、フローリミッタシリンダ１４の圧力室３０と給水室３１とを接続することができ、フローリミッタシリンダ１４内のピストン２９をばね３３によって圧力室３０側に移動させることができるため、給水室３１に水を充填することができる。また、第３電磁弁１３を閉じることで、給水室３１への水の充填を終了させることができる。
【００５３】
そして、電磁ソレノイド４４の作動不良や主弁４１のシート不良などが発生した場合であっても、ピストン２９が所定位置に達したことを位置センサ３２が検知すると注水装置を停止させることができる。さらに、ピストン２９が給水室３１側に行き着き給水室３１内の水が放出されてしまうことで、ディーゼルエンジンのシリンダ内への注水を停止することができる。従って、異常時にシリンダ内へ注水し続けることを防止することができる。
【００５４】
また、機関注水装置４０によると、制御部１５は、位置センサ３２で検出された信号に基づいて、ピストン２９の給水室３１側への移動が完了したことを検知することができるため、ピストン２９が適切に移動してディーゼルエンジンのシリンダ内への注水の制御が適切に行われているかどうかを判断することができる。即ち、制御部１５で作動が制御される第３電磁弁１３や電磁ソレノイド４４に作動不良が発生して適切にディーゼルエンジンのシリンダ内への注水が行われていない異常発生時を検出することができる。また、制御部１５において、位置センサ３２で検出されたピストン２９の移動量についての信号に基づいて、給水室３１から放出されてディーゼルエンジンのシリンダ内に注水された実際の注水量を算出することができ、この算出値に基づいて電磁ソレノイド４４の作動タイミングを補正することもできる。
【００５５】
また、機関注水装置４０によると、ストッパである端部壁４６によって、給水室３１から水を放出する際の給水室３１内でのピストン２９の移動量が規制されるため、ディーゼルエンジンのシリンダ内への注水量の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る機関注水装置を例示した概略図である。
【図２】図１に示す機関注水装置の回路構成図である。
【図３】図２に示す機関注水装置の作動を説明するタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る機関注水装置を例示した概略図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    機関注水装置
２    水圧源ユニット
３    噴射弁
１０  主弁
１１  第１電磁弁
１２  第２電磁弁
１３  第３電磁弁
１４  フローリミッタシリンダ
１５  制御部
１６  主通路
１７  導入通路
１８  排出通路
２０  本体
２１  弁座
２２  弁体
２３  背圧室
２４  水圧源ユニット側ポート
２５  噴射弁側ポート
２９  ピストン
３０  圧力室
３１  給水室
３３  ばね
【図１】
2006052723.tif 000003
【図２】
2006052723.tif 000004
【図３】
2006052723.tif 000005
【図４】
2006052723.tif 000006