(57)【要約】【課題】内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を容易に、且つ低コストで高めることを実現した内燃機関の燃料噴射装置を提供する。【解決手段】内燃機関の燃料噴射装置１は燃料増圧装置５を備えている。燃料増圧装置５は、装置本体４１の内部にそれぞれ摺動可能に設けられた増圧プランジャ５１と制御ピストン７１とを備えている。増圧プランジャ５１は、互いに断面積の異なる受圧部５２及び増圧部５４を有しており、燃料噴射ポンプ３から第一圧力室４５内に供給された燃料自体の圧力によって第三圧力室４７内の燃料を昇圧する。制御ピストン７１は、第二圧力室４６に対する圧縮空気の供給及び排出を内燃機関の回転数に応じて切り替える。また、制御ピストン７１のスピル弁７５は、増圧プランジャ５１の上方への移動時に、第一圧力室４５内の燃料を外部に排出可能とする。【選択図】図２
2011038487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を昇圧する燃料噴射ポンプと、
前記燃料噴射ポンプが昇圧した前記燃料を噴射する燃料噴射弁と
を備えた内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃料噴射装置が接続される大径部、及び前記燃料噴射弁が接続される小径部からなるプランジャ収容室を内部に有する装置本体と、
前記大径部内に配置される受圧部、及び前記小径部内に配置され、前記受圧部より小さい断面積を有する増圧部からなり、前記プランジャ収容室内に摺動可能に設けられる増圧プランジャと
を有する燃料増圧装置をさらに備え、
前記プランジャ収容室の内部には、
前記受圧部の、前記燃料噴射ポンプ側に区画される第一圧力室と、
前記受圧部の、前記燃料噴射ポンプとは反対側に区画される第二圧力室と、
前記増圧部の、前記燃料噴射弁側に区画される第三圧力室と
が形成され、
前記増圧プランジャは、
前記第一圧力室と前記第三圧力室とを連通する燃料通路と、
前記燃料通路に設けられ、前記第一圧力室と前記第三圧力室との差圧に応じて、前記第一圧力室から前記第三圧力室への前記燃料の流通のみを許容する吸込弁と
を有しており、
前記内燃機関の回転数が所定の回転数以下であるときに、前記第二圧力室内には、前記増圧プランジャを前記燃料噴射ポンプ側に付勢する作動流体が供給され、
前記内燃機関の回転数が所定の回転数より大きいときに、前記第二圧力室内からは、前記作動流体が排出されること
を特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
前記燃料増圧装置は、
前記第二圧力室内に前記作動流体を供給可能な流体供給経路と、
前記第二圧力室内から前記作動流体を排出可能な流体排出経路と、
前記装置本体の内部に摺動可能に設けられ、前記流体供給経路を開く供給位置と、前記流体排出経路を開く排出位置とを選択的に切り換える制御ピストンと
をさらに備え、
前記制御ピストンは、前記内燃機関の前記回転数に応じて、前記供給位置と前記排出位置とを切り換える請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記装置本体には、前記第一圧力室から前記燃料を排出可能な燃料排出経路が形成され、
前記制御ピストンは、前記燃料排出経路を開閉可能なスピル弁を有しており、
前記スピル弁は、前記制御ピストンが前記供給位置にあるときに前記燃料排出経路を開き、前記制御ピストンが前記排出位置にあるときに前記燃料排出経路を閉じる請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の燃料噴射装置に係り、特に、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を高める構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されている内燃機関の燃料噴射装置によれば、燃料タンクから送られてくる燃料が燃料噴射ポンプによって昇圧され、昇圧された燃料が燃料噴射弁によって燃焼室内に噴射される。燃料噴射ポンプの内部には、燃料の昇圧を行うためのプランジャが摺動可能に設けられている。プランジャの一端側には、内部に燃料が供給されるプランジャ室が形成されている。また、プランジャの他端側には、内燃機関のクランク軸に連動して回転する燃料カムが設けられている。プランジャは、回転する燃料カムに駆動されて往復動作を行うようになっており、プランジャの往復動作により、プランジャ室内の燃料が昇圧される。プランジャ室内で昇圧された燃料は、燃料噴射ポンプと燃料噴射弁とを接続する噴射管を介して燃料噴射弁に供給される。
【０００３】
燃料噴射弁は、弁本体と、その先端部に取り付けられたノズルチップとを備えている。ノズルチップは、燃料噴射ポンプからの燃料が供給される燃料溜室と、燃料溜室内の燃料を外部に噴射するための噴口とを有している。また、ノズルチップの内部には、噴口を開閉するための針弁が摺動可能に設けられている。針弁は、弁本体の内部に設けられた針弁ばねに付勢されて燃料溜室と噴口との連通を遮断しており、それにより、噴口が閉じられた状態となっている。また、燃料噴射ポンプから燃料溜室内に供給された燃料の圧力は、噴口が開かれる方向に針弁を付勢するようになっている。すなわち、燃料溜室内の燃料の圧力が針弁ばねのばね力を上回ると、針弁が移動して噴口を開き、燃料が燃焼室内に噴射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料噴射装置において、燃料噴射ポンプのプランジャを駆動する燃料カムはクランク軸に連動して回転しているため、プランジャによる燃料の昇圧も内燃機関の回転数に依存することになる。すなわち、内燃機関の低回転運転時において、燃料噴射ポンプは燃料の圧力を十分に高めることができないため、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射圧力も低下することになる。燃料噴射弁による燃料の噴射圧力が低下すると、燃焼室内における燃焼状態が悪くなり、黒煙や粒子状物質（ディーゼルパティキュレート、以下、ＰＭと略称する）の発生量の増加や、燃費の悪化を招くという問題点を有していた。
【０００６】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を容易に、且つ低コストで高めることを実現した内燃機関の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】
【０００７】
この発明に係る内燃機関の燃料噴射装置は、燃料を昇圧する燃料噴射ポンプと、燃料噴射ポンプが昇圧した燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた内燃機関の燃料噴射装置において、燃料噴射装置が接続される大径部、及び燃料噴射弁が接続される小径部からなるプランジャ収容室を内部に有する装置本体と、大径部内に配置される受圧部、及び小径部内に配置され、受圧部の断面積より小さい断面積を有する増圧部からなり、プランジャ収容室内に摺動可能に設けられる増圧プランジャとを有する燃料増圧装置をさらに備え、プランジャ収容室の内部には、受圧部の、燃料噴射ポンプ側に区画される第一圧力室と、受圧部の、燃料噴射ポンプとは反対側に区画される第二圧力室と、増圧部の、燃料噴射弁側に区画される第三圧力室とが形成され、増圧プランジャは、第一圧力室と第三圧力室とを連通する燃料通路と、燃料通路に設けられ、第一圧力室と第三圧力室との差圧に応じて、第一圧力室から第三圧力室への燃料の流通のみを許容する吸込弁とを有しており、内燃機関の回転数が所定の回転数以下であるときに、第二圧力室内には、増圧プランジャを燃料噴射ポンプ側に付勢する作動流体が供給され、内燃機関の回転数が所定の回転数より大きいときに、第二圧力室内からは、作動流体が排出されることを特徴とするものである。
【０００８】
内燃機関の回転数が所定の回転数以下であるとき、増圧プランジャは、第二圧力室内に供給される作動流体に付勢されて燃料噴射ポンプ側に移動する。この際、増圧プランジャの移動に伴って第一圧力室と第三圧力室との差圧が大きくなるため、吸込弁が開弁し、第一圧力室内の燃料が第三圧力室内に供給される。ここで、増圧部の断面積は受圧部の断面積より小さいため、燃料噴射ポンプによって昇圧された燃料が第一圧力室内に供給されると、その燃料自体の圧力が受圧部に作用することによって、増圧プランジャが燃料噴射弁側に移動する。第三圧力室内の燃料は増圧部によって昇圧され、その圧力は、第一圧力室内の燃料の圧力、すなわち燃料噴射ポンプが昇圧した燃料の圧力より高くなる。燃料噴射弁には、第三圧力室内で昇圧された高圧の燃料が供給されるため、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射圧力も高くなる。また、内燃機関の回転数が所定の回転数より大きいときにおいて、燃料噴射ポンプは、それ自体によって燃料を十分高圧に昇圧できるため、増圧プランジャを移動させる必要がない。
【０００９】
増圧プランジャは、第二圧力室内に供給される作動流体の圧力と、燃料噴射ポンプが昇圧した燃料自体の圧力とによって駆動されるため、増圧プランジャを駆動するための動力を、例えば内燃機関のクランク軸等から取り出す必要がない。すなわち、燃料噴射ポンプと燃料噴射弁とを接続する配管の途中に燃料増圧装置を設けるだけで燃料の噴射圧力を高めることができるため、既存の燃料噴射装置に対しても、大幅な設計変更や改造等を必要とすることなく、本発明における燃料増圧装置を適用することができる。したがって、内燃機関の燃料噴射装置において、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を容易に、且つ低コストで高めることが可能となる。
【００１０】
燃料増圧装置は、第二圧力室内に作動流体を供給可能な流体供給経路と、第二圧力室内から作動流体を排出可能な流体排出経路と、装置本体の内部に摺動可能に設けられ、流体供給経路を開く供給位置と、流体排出経路を開く排出位置とを選択的に切り換える制御ピストンとをさらに備え、制御ピストンは、内燃機関の回転数に応じて、供給位置と排出位置とを切り換えてもよい。
【００１１】
また、装置本体には、第一圧力室から燃料を排出可能な燃料排出経路が形成され、制御ピストンは、燃料排出経路を開閉可能なスピル弁を有しており、スピル弁は、制御ピストンが供給位置にあるときに燃料排出経路を開き、制御ピストンが排出位置にあるときに燃料排出経路を閉じてもよい。制御ピストンが供給位置にあるとき、すなわち流体供給経路が開かれて第二圧力室内に作動流体が供給され、増圧プランジャが燃料噴射ポンプ側に移動するとき、第一圧力室内の燃料が排出可能となる。したがって、増圧プランジャが移動する際の抵抗を低減することができる。逆に、増圧プランジャが燃料噴射弁側に移動するとき、第一圧力室内の燃料の圧力は高まっているため、その圧力がスピル弁に作用することによって制御ピストンが排出位置に移動する。制御ピストンが排出位置に移動すると、第二圧力室内から作動流体を排出可能となるため、増圧プランジャが移動する際の抵抗を低減することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、内燃機関の燃料噴射装置において、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を容易に、且つ低コストで高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射装置の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射装置における燃料増圧装置の構成を示す断面側面図である。
【図３】実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射装置において、内燃機関の回転数が所定の回転数以下であるときの動作を説明するための断面側面図である。
【図４】実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射装置において、内燃機関の回転数が所定の回転数より大きいときの動作を説明するための断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、この発明の実施の形態について添付図に基づいて説明する。
実施の形態１．
この実施の形態１に係る内燃機関の燃料噴射装置１（以下、燃料噴射装置１と略称する）の構成について、船舶用ディーゼル機関の燃料噴射装置として適用した場合を例として説明する。尚、燃料噴射装置１における上下方向を、図１に示す矢印により規定する。
【００１５】
図１に概略的に示すように、燃料噴射装置１は、燃料タンク２内に溜められた燃料を昇圧する燃料噴射ポンプ３と、昇圧された燃料を内燃機関の図示しない燃焼室内に噴射する燃料噴射弁４とを備えている。また、燃料噴射装置１は、燃料噴射ポンプ３と燃料噴射弁４との間に接続された燃料増圧装置５を備えている。後述するように、燃料増圧装置５は、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒ以下である場合に、燃料噴射ポンプ３が昇圧した燃料をさらに昇圧する装置である。
【００１６】
燃料タンク２と燃料噴射ポンプ３とは、送出管６を介して接続されている。送出管６の途中には、燃料タンク２内の燃料を燃料噴射ポンプ３に送出する燃料フィードポンプ６ａと、送出管６内を流通する燃料から異物を除去するフィルタ６ｂとが設けられている。燃料噴射ポンプ３と燃料増圧装置５とは第一噴射管７を介して接続されており、燃料噴射ポンプ３によって昇圧された燃料が、第一噴射管７を通って燃料増圧装置５に供給されるようになっている。また、燃料増圧装置５と燃料噴射弁４とは第二噴射管８を介して接続されており、燃料増圧装置５からの燃料が第二噴射管８を通って燃料噴射弁４に供給されるようになっている。
【００１７】
燃料噴射ポンプ３は、ポンプ本体１１と、ポンプ本体１１内に摺動可能に設けられた燃料プランジャ１２とを備えている。また、燃料プランジャ１２の下方には、内燃機関の図示しないクランク軸に連動して回転する燃料カム１３が設けられている。燃料プランジャ１２は、回転する燃料カム１３に駆動されて往復動作を行うようになっている。ポンプ本体１１の内部には、燃料プランジャ１２の上方側の端部に区画されたプランジャ室１４が形成されている。プランジャ室１４には、ポンプ本体１１に設けられた供給通路１５を介して送出管６が接続されており、燃料タンク２からの燃料がプランジャ室１４内に供給されるようになっている。
【００１８】
また、プランジャ室１４は、ポンプ本体１１に設けられた吐出通路１６を介して第一噴射管７に接続されている。すなわち、プランジャ室１４内に供給された燃料は、燃料プランジャ１２が往復動作を行うことによって昇圧され、吐出通路１６を通って第一噴射管７に吐出されるようになっている。吐出通路１６の途中には、昇圧した燃料の吐出が行われた後に、燃料噴射ポンプ３より下流側にある燃料の圧力を所定の範囲内に保持する等圧弁１７が設けられている。
【００１９】
燃料噴射弁４は、弁本体２１と、弁本体２１の先端部に取り付けられたノズル２２とを備えている。図２に概略的に示すように、ノズル２２の内部には燃料溜室２３が形成されている。燃料溜室２３は、ノズル２２に設けられた供給口２４を介して第二噴射管８に接続されており、燃料増圧装置５からの燃料が、供給口２４を通って燃料溜室２３内に供給されるようになっている。また、燃料溜室２３の底部には、下方側に延在する空洞部２５が形成されており、空洞部２５の下方側の先端部には、燃料を噴射するための孔である噴口２６が複数個所に形成されている。
【００２０】
また、燃料噴射弁４は、ノズル２２の内部に摺動可能に設けられた針弁３１と、弁本体２１の内部に設けられ、針弁３１を下方側に付勢する針弁ばね３２とを備えている。針弁３１は、空洞部２５の上方側の開口２５ａを塞ぐテーパ状の先端部３３を有しており、先端部３３が開口２５ａを塞ぐことによって、燃料溜室２３と噴口２６との連通が遮断された状態となっている。また、針弁３１は、燃料溜室２３内に配置され、下方側から上方側に向かって外径が大きくなるテーパ部３４を有している。すなわち、テーパ部３４には、燃料溜室２３内に供給された燃料の圧力が作用するようになっており、テーパ部３４に作用する燃料の圧力が針弁ばね３２のばね力を上回ると、針弁３１が上方側に移動するようになっている。針弁３１が上方側に移動すると、燃料溜室２３と噴口２６とが空洞部２５を介して連通し、噴口から燃料が噴射される。
【００２１】
以上のように構成される燃料噴射装置１において、燃料噴射ポンプ３と燃料噴射弁４とは、既知の構成を有するものである。すなわち、この実施の形態１に係る燃料噴射装置１は、燃料噴射ポンプ３と燃料噴射弁４との間に燃料増圧装置５を接続したことを特徴とするものである。尚、内燃機関が複数の気筒を有する場合、燃料噴射ポンプ３、燃料噴射弁４及び燃料増圧装置５は、各気筒に対応する数が設けられる。
【００２２】
ここで、図２、３を用いて、燃料増圧装置５の構成について詳細に説明する。
図２に示すように、燃料増圧装置５は装置本体４１を備えている。装置本体４１の内部には、図２の矢印で示す上下方向に延在する円筒状の空洞である大径部４２と、大径部４２の底部から下方側に延在し、大径部より小さい内径を有する空洞である小径部４３とからなるプランジャ収容室４４が形成されている。装置本体４１の内部において、大径部４２の上方には、第一噴射管７が接続される供給通路４２ａが形成されている。すなわち、燃料噴射ポンプ３と大径部４２の上部とが、第一噴射管７及び供給通路４２ａを介して接続された状態となっている。また、小径部４３の下方には、第二噴射管８が接続される吐出通路４３ａが形成されている。すなわち燃料噴射弁４と小径部４３の底部とが、第二噴射管８及び吐出通路４３ａを介して接続された状態となっている。
【００２３】
プランジャ収容室４４の内部には、燃料の昇圧を行うための増圧プランジャ５１が、プランジャ収容室４４の内周面に密着しながら摺動可能となるように設けられている。増圧プランジャ５１は、大径部４２内に配置される受圧部５２と、受圧部５２の下部に段差部５３を介して一体として形成され、小径部４３内に配置される増圧部５４とを有している。増圧部５４の外径Ｄ２は受圧部５２の外径Ｄ１より小さく、増圧部の断面積は受圧部の断面積より小さくなっている。プランジャ収容室４４の内部には、受圧部５２の燃料噴射ポンプ３側の端部である上端部５２ａに区画された第一圧力室４５が形成されている。また、プランジャ収容室４４の内部には、受圧部５２の燃料噴射ポンプ３とは反対側の端部である下端部５２ｂに区画された第二圧力室４６が形成されている。さらに、プランジャ収容室４４の内部には、増圧部５４の燃料噴射弁４側の端部である下端部５４ａに区画された第三圧力室４７が形成されている。
【００２４】
増圧プランジャ５１は、その中央部に設けられ、第一圧力室４５と第三圧力室４７とを連通する燃料通路５５を有している。また、燃料通路５５の下方側の端部近傍には、燃料通路５５内に設けられた球状部材５６ａと、球状部材５６ａを上方側に付勢するコイルばね５６ｂとからなる吸込弁５６が設けられている。吸込弁５６は、第一圧力室４５内と第三圧力室４７内との間の差圧に応じて燃料通路５５を開閉するものであって、これらの間にコイルばね５６ｂのばね力を上回る圧力が生じると、球状部材５６ａが下方側に移動するようになっている。球状部材５６ａが下方側に移動することにより、第一圧力室４５内の燃料が第三圧力室４７内に供給されるようになっている。
【００２５】
装置本体４１の内部において、供給通路４２ａの側方に位置する部位には、上下方向に対して垂直をなして延在するピストン収容室６１が形成されている。ピストン収容室６１は、大径円筒部６２及び小径円筒部６３を有する空洞であって、大径円筒部６２と第二圧力室４６とは、装置本体４１内に形成された連通路４８を介して連通している。また、大径円筒部６２の上部には、大径円筒部６２内と装置本体４１の外部とを連通する空気排出路６２ａが形成されている。
【００２６】
大径円筒部６２の右側の端部には接続路６２ｂが形成されており、接続路６２ｂには、作動流体源であるコンプレッサ６５が接続管６６を介して接続されている。コンプレッサ６５は、作動流体である圧縮空気を吐出してピストン収容室６１内に供給するものである。また、接続管６６の途中には、接続管６６を開閉する電磁開閉弁６７が設けられており、電磁開閉弁６７には、ＥＣＵ６８が電気的に接続されている。ＥＣＵ６８は、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒ以下であるときに電磁開閉弁６７を開弁させ、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒより大きいときにときに電磁開閉弁６７を閉弁させる。
【００２７】
ここで、電磁開閉弁６７として、閉弁時に大径円筒部６２内の圧縮空気を排出可能な、いわゆる三方向切替弁が用いられている。すなわち、電磁開閉弁６７が開弁すると、コンプレッサ６５が吐出する圧縮空気は、接続管６６を介して大径円筒部６２内に供給される。一方、電磁開閉弁６７が閉弁すると、コンプレッサ６５から大径円筒部６２内への圧縮空気の供給は遮断される。同時に、大径円筒部６２内に残留している圧縮空気は、接続管６６の一部、及び電磁開閉弁６７を介して外部に排出される。また、特に大型船舶用のディーゼル機関は、機関始動時に圧縮空気を用いてピストンを作動させるための圧縮空気源を備えていることが一般的であり、この圧縮空気源が、コンプレッサ６５として共用される。
【００２８】
小径円筒部６３の左側の端部には、小径円筒部６３と供給通路４２ａとを連通するスピル通路６３ａが形成されている。また、小径円筒部６３の上部には、小径円筒部６３と装置本体４１の外部とを連通する燃料排出路６３ｂが形成されている。燃料排出路６３ｂは、図示しない接続通路を介して燃料タンク２に接続されている。
【００２９】
ピストン収容室６１の内部には、プランジャ収容室４４内における増圧プランジャ５１の移動を制御するための制御ピストン７１が設けられている。制御ピストン７１は、大径円筒部６２内に配置される第一円筒部７２と、小径円筒部６３内に配置される第二円筒部７３とを有する部材であって、供給通路４２ａ側である供給位置（図２参照）と、コンプレッサ６５側である排出位置（図３参照）との間を摺動可能となっている。また、第一円筒部７２の内部には、制御ピストン７１が図２に示す供給位置にあるときに、大径円筒部６２と連通路４８とを連通する内部通路７４が形成されている。内部通路７４は、制御ピストン７１が排出位置（図３参照）にあるときには、大径円筒部６２と連通路４８との連通を遮断するようになっている。
【００３０】
また、第二円筒部７３の先端部には、左側に突出してスピル通路６３ａを貫通するスピル弁７５が一体として形成されている。スピル弁７５は、制御ピストン７１の位置に応じてスピル通路６３ａを開閉するものであって、制御ピストン７１が図２に示す供給位置にあるときに、スピル通路６３ａが開かれるようになっている。制御ピストン７１が供給位置にあるとき、第一圧力室４５の燃料は、供給通路４２ａの一部、スピル通路６３ａ、小径円筒部６３及び燃料排出路６３ｂを介して、燃料増圧装置５の外部に排出可能となっている。すなわち、供給通路４２ａの一部、スピル通路６３ａ、小径円筒部６３及び燃料排出路６３ｂは、燃料増圧装置５における燃料排出経路を構成するものである。
【００３１】
以上に述べたように、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒ以下であるとき、電磁開閉弁６７は開弁され、コンプレッサ６５が吐出した圧縮空気が大径円筒部６２内に供給される。制御ピストン７１は大径円筒部６２内に供給された圧縮空気の圧力によって供給位置まで移動する。制御ピストン７１が供給位置に移動すると、大径円筒部６２は、内部通路７４を介して連通路４８と連通する。したがって、コンプレッサ６５が吐出した圧縮空気を、大径円筒部６２、内部通路７４、連通路４８を順次介して、第二圧力室４６内に供給可能となっている。ここで、大径円筒部６２、内部通路７４、連通路４８は、燃料増圧装置５における流体供給経路を構成する。
【００３２】
一方、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒより大きいとき、電磁開閉弁６７は閉弁され、大径円筒部６２内の圧縮空気を排出可能な状態となる。ここで、スピル弁７５には、供給通路４２ａ内にある燃料の圧力が作用しているため、その圧力により、制御ピストン７１が図３に示す排出位置に移動する。制御ピストン７１が排出位置に移動すると、連通路４８と大径円筒部６２との連通は遮断される。同時に、制御ピストン７１の第二円筒部７３の一部は大径円筒部６２内に移動するため、これらの間に隙間７６が形成され、この隙間７６を介して連通路４８と空気排出路６２ａとが連通する。したがって、第二圧力室４６内の圧縮空気は、連通路４８、隙間７６、空気排出路６２ａを順次介して排出可能となっている。ここで、連通路４８、隙間７６、空気排出路６２ａは、燃料増圧装置５における流体排出経路を構成する。
【００３３】
また、第一噴射管７と装置本体４１との接続、及び第二噴射管８と装置本体４１との接続には、ユニオンナット７ａ、８ａがそれぞれ用いられている。したがって、燃料増圧装置５に対する第一噴射管７及び第二噴射管８の着脱を容易に行うことが可能となっており、既知の燃料噴射装置に燃料増圧装置５を追加して燃料噴射装置１とすること、及び燃料噴射装置１から燃料増圧装置５を取り除いて既知の燃料噴射装置とすることが容易に行えるようになっている。
【００３４】
次に、この発明の実施の形態１に係る燃料噴射装置１の動作について説明する。
図２に示すように、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒ以下になると、ＥＣＵ６８は電磁開閉弁６７を開弁させ、コンプレッサ６５が吐出する圧縮空気が大径円筒部６２内に供給される。圧縮空気が大径円筒部６２内に供給されると、制御ピストン７１は、圧縮空気の圧力によって左側に移動し、供給位置に配置される。制御ピストン７１が供給位置に配置されると、大径円筒部６２と連通路４８とが、制御ピストン７１の内部通路７４を介して連通するため、コンプレッサ６５が吐出する圧縮空気は、接続管６６、大径円筒部６２、内部通路７４及び連通路４８を順次介して第二圧力室４６内に供給される。第二圧力室４６内に供給された圧縮空気は、その圧力を増圧プランジャ５１の受圧部５２の下端部５２ｂに作用させ、増圧プランジャ５１を燃料噴射ポンプ３側である上方側に付勢する。
【００３５】
同時に、制御ピストン７１が供給位置に移動したことにより、スピル弁７５がスピル通路６３ａを開く。スピル通路６３ａが開かれることにより、第一圧力室４５の燃料の一部は、供給通路４２ａの一部、スピル通路６３ａ、小径円筒部６３及び燃料排出路６３ｂを介して、燃料増圧装置５の外部に排出され、第一圧力室４５内の圧力が低下する。このように、増圧プランジャ５１は、第二圧力室４６内に供給された圧縮空気によって上方側に付勢され、且つ第一圧力室４５内にある燃料の圧力は低下した状態となる。したがって、増圧プランジャ５１は、第一圧力室４５内に残留している燃料による抵抗が低減された状態で、図２の矢印Ａで示すように上方側に移動する。
【００３６】
増圧プランジャ５１の上方側への移動に伴って、第三圧力室４７内の容積は増加するため、第三圧力室４７内の圧力が低下する。したがって、第一圧力室４５内と第三圧力室４７内との差圧が大きくなり、吸込弁５６の球状部材５６ａには、コイルばね５６ｂのばね力を上回る荷重が作用し、球状部材５６ａが下方側に移動して吸込弁５６が開弁する。吸込弁５６が開弁することによって、第一圧力室４５内に残留していた燃料が第三圧力室４７内に供給される。
【００３７】
増圧プランジャ５１が上方側に移動し、第三圧力室４７内に燃料が供給された状態において、燃料噴射ポンプ３によって昇圧された燃料が第一圧力室４５内に供給されると、その圧力がスピル弁７５に作用する。スピル弁７５に作用する燃料の圧力は、制御ピストン７１を図３に示す排出位置まで移動させる。この際、大径円筒部６２内には、コンプレッサ６５からの圧縮空気が供給され続けている状態となっている。したがって、制御ピストン７１が大径円筒部６２の内部壁面に勢いよく衝突することなく、制御ピストン７１の破損が防止される。
【００３８】
制御ピストン７１が排出位置まで移動すると、連通路４８と大径円筒部６２内のコンプレッサ６５側との連通は遮断される。同時に、制御ピストン７１の第二円筒部７３と大径円筒部６２との間には隙間７６が形成され、この隙間７６を介して連通路４８と空気排出路６２ａとが連通する。したがって、第二圧力室４６内の圧縮空気は、連通路４８、隙間７６、空気排出路６２ａを順次介して燃料増圧装置５の外部に排出される。第二圧力室４６内の圧縮空気が排出されることにより、増圧プランジャ５１を上方側に付勢していた圧力は低下する。したがって、図３の矢印Ｂで示すように、増圧プランジャ５１は、第二圧力室４６内の圧縮空気の抵抗を受けることなく、第一圧力室４５内の燃料の圧力により下方側に移動する。
【００３９】
ここで、増圧プランジャ５１の増圧部５４において、その外径Ｄ２は受圧部５２の外径Ｄ１より小さく、増圧部５４の断面積が受圧部５２の断面積より小さくなっている。したがって、第三圧力室４７内の燃料は、増圧プランジャ５１の増圧部５４により、第一圧力室４５内で受圧部５２に作用する燃料の圧力、すなわち燃料噴射ポンプ３によって昇圧された燃料の圧力より高い圧力に昇圧される。第三圧力室４７内で昇圧された高圧の燃料は、第二噴射管８を介して燃料噴射弁４の燃料溜室２３内に供給される。燃料溜室２３内に供給された燃料の圧力は針弁３１のテーパ部３４に作用し、針弁ばね３２のばね力に抗して針弁３１を上方側に移動させる。針弁３１が上方側に移動することにより、燃料溜室２３内の燃料が噴口２６から噴射される。尚、針弁３１は、増圧プランジャ５１が第三圧力室４７内の全ての燃料を排出する前に、上方側に移動するようになっている。すなわち、増圧プランジャ５１が下方側に移動する範囲は、増圧プランジャ５１の段差部５３が第二圧力室４６の底部壁面に接触しない範囲までとなっている。
【００４０】
以上のように、燃料増圧装置５による燃料の昇圧が行われ、燃料噴射弁４からの燃料の噴射が完了すると、第一圧力室４５内の燃料の圧力は、増圧プランジャ５１の下方側への移動に伴って低下する。大径円筒部６２内には、コンプレッサ６５からの圧縮空気が供給され続けているため、第一圧力室４５内の燃料の圧力低下に伴って、制御ピストン７１は供給位置（図２参照）まで移動する。制御ピストン７１が供給位置まで移動すると、第二圧力室４６内への圧縮空気の供給と第一圧力室４５内のからの燃料の排出とが行われ、増圧プランジャ５１は再び上方側に移動する。以後、内燃機関が回転数Ｒ以下での運転を行っている間、増圧プランジャ５１はプランジャ収容室４４内で往復動作を行い、増圧プランジャ５１による第三圧力室４７内での燃料の昇圧が繰り返し行われる。
【００４１】
また、図４に示すように、内燃機関の回転数が回転数Ｒより高くなると、ＥＣＵ６８は電磁開閉弁６７を閉弁させる。電磁開閉弁６７の閉弁に伴って大径円筒部６２内への圧縮空気の供給が停止されるとともに、大径円筒部６２内の圧縮空気が電磁開閉弁６７を介して外部に排出される。大径円筒部６２内から圧縮空気が排出されると、制御ピストン７１は、スピル弁７５の先端部に作用する燃料の圧力により、排出位置まで移動する。制御ピストン７１が排出位置まで移動することにより、連通路４８と大径円筒部６２との連通は遮断される。同時に、制御ピストン７１の第二円筒部７３と大径円筒部６２との間に隙間７６が形成され、この隙間７６を介して連通路４８と空気排出路６２ａとが連通する。したがって、第二圧力室４６内の圧縮空気は、連通路４８、隙間７６、空気排出路６２ａを順次介して燃料増圧装置５の外部に排出される。
【００４２】
第二圧力室４６内の圧縮空気が排出されることにより、増圧プランジャ５１は、燃料噴射ポンプ３が吐出した燃料の圧力、または燃料噴射ポンプ３が燃料を吐出した後に、等圧弁１７により所定の範囲内に保持された燃料の圧力によって下方側に移動する。下方側に移動した増圧プランジャ５１は、その段差部５３が第二圧力室４６の底部壁面に接触した位置で静止した状態となる。ここで、内燃機関が高回転運転を行っている際、燃料噴射ポンプ３の燃料プランジャ１２を駆動する燃料カム１３は、内燃機関のクランク軸に連動して高い回転数で回転するため、燃料増圧装置５による燃料の昇圧を行わなくても、充分に燃料の圧力を高めることが可能となっている。したがって、内燃機関が回転数Ｒより高い回転数で運転を行っている間、増圧プランジャ５１はプランジャ収容室４４内で静止した状態となる。第一圧力室４５内に供給された燃料は、燃料通路５５を通って吸込弁５６を開弁させ、第三圧力室４７、吐出通路４７ａ及び第二噴射管８を順次介して燃料噴射弁４に供給される。燃料噴射弁４に供給された燃料は、その圧力によって噴口２６を開き、燃焼室内に噴射される。
【００４３】
このように、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒ以下であるとき、増圧プランジャ５１は、第二圧力室４６内に供給される圧縮空気に付勢されて燃料噴射ポンプ３側である上方側に移動する。この際、増圧プランジャ５１の移動に伴って第一圧力室４５と第三圧力室４７との差圧が大きくなるため、吸込弁５６が開弁し、第一圧力室４５内の燃料が第三圧力室４７内に供給される。ここで、増圧プランジャ５１の増圧部５４の断面積は受圧部５２の断面積より小さいため、燃料噴射ポンプ３によって昇圧された燃料が第一圧力室４５内に供給されると、その燃料自体の圧力が受圧部５２に作用することによって、増圧プランジャ５１が燃料噴射弁４側である下方側に移動する。第三圧力室４７内の燃料は増圧部５４によって昇圧され、その圧力は、第一圧力室４５内の燃料の圧力、すなわち燃料噴射ポンプ３が昇圧した燃料の圧力より高くなる。燃料噴射弁４には、第三圧力室４７内で昇圧された高圧の燃料が供給されるため、燃料噴射弁４から噴射される燃料の噴射圧力も高くなる。また、内燃機関の回転数が所定の回転数Ｒより大きいときにおいて、燃料噴射ポンプ３は、それ自体によって燃料を十分高圧に昇圧できるため、増圧プランジャ５１を移動させる必要がない。
【００４４】
増圧プランジャ５１は、第二圧力室４６内に供給される圧縮空気の圧力と、燃料噴射ポンプ３が昇圧した燃料自体の圧力とによって駆動されるため、増圧プランジャ５１を駆動するための動力を、例えば内燃機関のクランク軸等から取り出す必要がない。すなわち、燃料噴射ポンプ３と燃料噴射弁４とを接続する配管の途中である第一噴射管７と第二噴射管８との間に燃料増圧装置５を設けるだけで燃料の噴射圧力を高めることができるため、既存の燃料噴射装置に対しても、大幅な設計変更や改造等を必要とすることなく、本発明における燃料増圧装置５を適用することができる。したがって、内燃機関の燃料噴射装置１において、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を容易に、且つ低コストで高めることが可能となる。
【００４５】
また、制御ピストン７１にスピル弁７５を設けたので、制御ピストン７１が供給位置にあるとき、すなわち第二圧力室４６内に圧縮空気が供給され、増圧プランジャ５１が燃料噴射ポンプ３側である上方側に移動するとき、第一圧力室４５内の燃料が排出可能となる。したがって、増圧プランジャ５１が上方側に移動する際の抵抗を低減することができる。逆に、増圧プランジャ５１が燃料噴射弁４側である下方側に移動するとき、第一圧力室４５内の燃料の圧力は高まっているため、その圧力がスピル弁７５に作用することによって制御ピストン７１が排出位置に移動する。制御ピストン７１が排出位置に移動すると、第二圧力室４６内から圧縮空気を排出可能となるため、増圧プランジャ５１が下方側に移動する際の抵抗を低減することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  燃料噴射装置、３  燃料噴射ポンプ、４  燃料噴射弁、５  燃料増圧装置、４１  装置本体、４２  大径部、４２ａ  供給通路（燃料排出経路）、４３  小径部、４４  プランジャ収容室、４５  第一圧力室、４６  第二圧力室、４７  第三圧力室、４８  連通路（流体供給経路、流体排出経路）、５１  増圧プランジャ、５２  受圧部、５４  増圧部、５５  燃料通路、５６  吸込弁、６２  大径円筒部（流体供給経路）、６２ａ  空気排出路（流体排出経路）、６３  小径円筒部（燃料排出経路）、６３ａ  スピル通路（燃料排出経路）、６３ｂ  燃料排出路（燃料排出経路）、７１  制御ピストン、７４  内部通路（流体供給経路）、７５  スピル弁、７６  隙間（流体排出経路）、Ｒ  内燃機関の所定の回転数。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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