(57)【要約】【課題】増圧ピストンを備えた増圧式燃料噴射装置において、燃料噴射及び増圧ピストンの作動に伴う燃料圧力の変動を抑制し、燃料噴射量を規定量に制御する。【解決手段】コモンレール１３から吐出された高圧燃料はインジェクタ２０に供給されて噴射される。また高圧燃料が作動油となって燃料増圧機構３０が作動し、増圧された燃料がインジェクタ３０に供給されて噴射され、燃料噴射波形の制御ができる。シリンダヘッドカバー５０の外側近傍では、燃料噴射管１６に拡管部材１０１が介装されており、この拡管部材１０１内には容積室が形成されている。この容積室があるため、高圧燃料の総貯蔵量が増大し、燃料噴射及び増圧ピストン３１の作動に伴う燃料圧力の変動が抑制され、燃料噴射量を規定量に制御することができる。【選択図】　　　　図１
2004108267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジェクタと、
前記インジェクタの開閉を制御する制御弁と、
燃料ポンプにより圧送された高圧燃料を貯留するコモンレールと、
前記コモンレールと前記インジェクタとを連通する燃料噴射管と、
燃料通路内の高圧燃料により駆動される増圧ピストンを有し、増圧された燃料を前記インジェクタに供給可能な燃料増圧機構とを有し、
前記燃料噴射管は、シリンダヘッドカバーを貫通してインジェクタに連結され、シリンダヘッドカバーの外側近傍の燃料噴射管を拡張して形成された容積室を有することを特徴とする内燃機関の増圧式燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１において、内燃機関が複数気筒からなり、各気筒に設けられたインジェクタに連通する燃料噴射管に形成された各容積室の総容量が、前記コモンレールの容積よりも大きいことを特徴とする内燃機関の増圧式燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項１において、前記燃料噴射管は、前記コモンレールと前記容積室とを連結する第１燃料噴射管、及び容積室とインジェクタとを連結する第２燃料噴射管を含み、
第２燃料噴射管の内径が、第１燃料噴射管の内径よりも大きいことを特徴とする内燃機関の増圧式燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の増圧式燃料噴射装置に関し、インジェクタに供給される高圧燃料の圧力変動を抑制して燃料噴射量を規定値に制御することができるように工夫したものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として、コモンレール式燃料噴射装置がある。このようなコモンレール式燃料噴射装置では、噴射圧力と噴射時期を独立制御できることから、自動車用ディーゼルエンジンの噴射系として主流となりつつある。しかし、従来のコモンレール式燃料噴射装置では、噴射率波形がほぼ矩形であるため、初期噴射量が多く、ＮＯｘの低減や燃焼騒音の低減に対しては必ずしも有利ではなかった。
【０００３】
そこで近年では、噴射率波形の形状を制御することができる、次世代型のコモンレール式燃料噴射装置が開発されている。この次世代型のコモンレール式燃料噴射装置（増圧式燃料噴射装置）では、燃料源として、コモンレールと、増圧ピストン型の燃料増圧機構とを有しており、インジェクタへ供給する燃料圧力を噴射期間中において変更（　増加）して、噴射率波形の形状を変化させている。
【０００４】
ここで、従来の増圧式燃料噴射装置を図５を参照しつつ説明する。図５に示すように、増圧式燃料噴射装置では、燃料ポンプ１１は、エンジンにより駆動されて燃料タンク１２内の燃料を加圧し、加圧した高圧燃料をコモンレール１３に向けて圧送する。電子制御装置１４は、エンジン運転状況に応じて、燃料ポンプ１１の圧送ストローク（燃料供給量）を可変調整している。これにより、コモンレール１３内の燃料圧力（コモンレール圧力）Ｐ１が、コモンレール圧力指示値Ｐ０になるように制御している。
【０００５】
燃料ポンプ１１から圧送された高圧燃料は、コモンレール１３に貯留される。コモンレール１３は、エンジンの各気筒に共通するものであり、逆止弁１５を介装した燃料噴射管１６を介してインジェクタ２０に接続されている。インジェクタ２０には、インジェクタ電磁弁（第１制御弁）２１が備えられている。
【０００６】
燃料増圧機構３０は、増圧ピストン３１，オリフィス３２及び増圧ピストン電磁弁（第２制御弁）３３を主要部材として構成されている。
【０００７】
このうち増圧ピストン３１は、シリンダ３１ａと、ピストン３１ｂと、戻しばね３１ｃとで構成されており、シリンダ室３１ｄ，３１ｅと加圧室３１ｆを有している。
【０００８】
そして、燃料噴射管１６のうち逆止弁１５よりもコモンレール１３側（上流側）の部分と、シリンダ室３１ｅとが、通路３４にて接続されており、また、燃料噴射管１６のうち逆止弁１５よりも上流側の部分と、シリンダ室３１ｄとが、オリフィス３２を介装した通路３５にて接続されている。また、シリンダ室３１ｄと燃料タンク１２とは、増圧ピストン電磁弁３３を介装した通路３６にて接続されている。更に、燃料噴射管１６のうち逆止弁１５よりもインジェクタ２０側（下流側）の部分と、加圧室３１ｆとが通路３７により接続されている。
【０００９】
この例では、インジェクタ２０と燃料増圧機構３０とが一体となったユニット構造になっている。
【００１０】
電子制御装置１４は、電磁弁２１，３３の開弁（ＯＮ），閉弁（ＯＦＦ）の時期を制御して、燃料の噴射率波形を次のようにして変えることができる。
【００１１】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、増圧ピストン電磁弁３３が閉弁された状態でインジェクタ電磁弁２１を開弁すると、コモンレール１３から燃料噴射管１６及び逆止弁１５を介して高圧燃料がインジェクタ２０に供給されて、燃料が噴射される。
【００１２】
インジェクタ電磁弁２１が開弁されてから、時間的に遅れて増圧ピストン電磁弁３３を開弁すると、シリンダ室３１ｄ内の燃料が通路３６を通って燃料タンク１２に流れ出て、シリンダ室３１ｄ内の圧力は、シリンダ室３１ｅ内の圧力よりも低くなり、ピストン３１ｂが加圧室３１ｆ側に押されて移動し、加圧室３１ｆ内の燃料が増圧されて通路３７を介してインジェクタ２０に供給され、増圧された燃料が噴射される。
【００１３】
このように、噴射期間の初期においてコモンレール圧相当の燃料を噴射し、所定時間遅れて増圧された燃料を噴射すると、図６（ｅ）に示すように、初期噴射を抑えた噴射率波形とすることができる。
【００１４】
なお、図７は、上述た増圧式燃料噴射装置を配置したエンジン本体Ｅを示す概略斜視図である。
【００１５】
このような増圧式燃料噴射装置では、燃料は、インジェクタ２０からエンジン筒内に噴射されるのみならず、増圧ピストン３１（ピストン３１ｂ）を駆動させるための作動油としても使用されるため、１回の噴射においてコモンレール１３から吐出される燃料の量は多い。このため、図６（ｃ）（ｄ）に示すように、コモンレール圧力Ｐ１の変動が大きくなると共に、増圧ピストン３１の入口部分での燃料圧力である増圧ピストン入口圧力Ｐ２や、インジェクタ２０の入口部分での燃料圧力である噴射圧力Ｐ３の変動が大きくなり、インジェクタ２０からの噴射量が規定値からずれたり、噴射率波形が規定波形からずれてしまうことがあった。
【００１６】
なお、燃料ポンプからの供給燃料圧力を一定にするため、燃料供給配管に第１の蓄圧室を設置し、更に、燃料噴射弁の外周に第２の蓄圧室を設置した燃料噴射装置もある（例えば特許文献１参照）。しかし、この特許文献１の技術は、増圧ピストン型の燃料増圧機構を備えたものではなく、燃料噴射に伴う小さな圧力変動を抑制するものにすぎない。
【００１７】
【特許文献１】
特許第２５０３９７５号公報　（２頁右欄、第１図）
【００１８】
また上述した増圧式燃料噴射装置では、増圧した燃料をインジェクタに作用させようとしたタイミングにおいて、負側のパルス状の圧力波が発生し、この圧力波が燃料噴射管１６内にて反射して反射波がインジェクタ２０に作用すると、インジェクタ２０から噴射される燃料の噴射率波形の形状が乱れてしまう恐れがあった。
【００１９】
ここで、増圧ピストン電磁弁３３を開弁してピストン３１ｂが加圧室３１ｆ側に移動しはじめることにより発生する反射波について説明をしておく。増圧ピストン電磁弁３３を開弁してピストン３１ｂが加圧室３１ｆ側に移動しはじめると、通路３４内の圧力が低下して、負側のパルス状の圧力波がシリンダ室３１ｅから発生する。このようにシリンダ室３１ｅにて発生した、負側のパルス状の圧力波が起因となり、通路３４及び燃料噴射管１６を通してコモンレール１３側に伝播し、コモンレール１３の出口端にて反射して、正側のパルス状の反射波となる。この反射波は、燃料噴射管１６及び通路３４を通して逆向きに伝播し、シリンダ室３１ｅひいてはピストン３１ｂに作用する。この圧力波は減衰するまで正負交互にパルス状の反射波としてピストン３１ｂに作用することから、ピストン３１ｂは特に負側のパルス状の反射波が作用した期間において、移動量が若干低下し、これに伴い加圧室３１ｆから吐出される高圧燃料の圧力が一時的に低下する。燃料噴射期間において、上述した負側のパルス状の反射波がピストン３１ｂに作用すると、噴射率波形が乱れてしまう。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
図８（ａ）に示すように、コモンレール圧力Ｐ１の変動量は、気筒数が増えるほど大きくなり、図８（ｂ）に示すように、１回の噴射後のコモンレール圧力Ｐ１の圧力降下量は、コモンレール１３の容積が大きくなるほど小さくなり、図８（ｃ）に示すように、増圧ピストン入口圧力Ｐ２は、燃料噴射管の径が大きくなるほど小さくなる。
したがって、コモンレール１３の容量を大きくしたり、燃料噴射管１６の径を大きくすることができれば、コモンレール圧力Ｐ１等の変動が小さくなって噴射量を規定量に制御することができ、また、負側のパルス状の反射波による噴射率波形の乱れを防止することができる。
【００２１】
しかし、コモンレール１３の設置位置の周囲には、噴射系以外の様々な部品が装着されているため、コモンレール１３の設置位置を今までと同じにして、コモンレール１３の容積を増大（外径や長さを増大）させることは、他の部品と干渉するため困難である。
また、容積の大きいコモンレールを搭載するため、コモンレールの搭載位置を変更しようとした場合には、コモンレール自体の搭載位置の大幅な変更はもとより、他部品の装着位置の大幅な見直しが必要となり、エンジン設計を最初からやり直さなければならず、現実的ではない。
【００２２】
更に、燃料噴射管１６は、コモンレール１３からインジェクタ２０まで配置（引き回し）作業する際に曲げる必要があるため、曲げ加工し易いように細くなっている（例えば内径が３〜４ｍｍ）。仮に、燃料噴射管１６を太くすると、曲げ加工がしにくくなり、配置作業が困難になる。また、細い燃料噴射管は引き抜き加工により安価に製造することができるが、太い燃料噴射管を製造しようとすると引き抜き加工では製造できず、製造コストが高くなってしまう。
【００２３】
本発明は、上記従来技術に鑑み、コモンレールの配置位置や容量を変更することなく、コモンレール圧力の変動を抑制して噴射量を規定量に制御することができると共に、負側のパルス状の反射波に起因する噴射率波形の乱れを防止することができる、内燃機関の増圧式燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の構成は、インジェクタと、前記インジェクタの開閉を制御する制御弁と、燃料ポンプにより圧送された高圧燃料を貯留するコモンレールと、前記コモンレールと前記インジェクタとを連通する燃料噴射管と、燃料通路内の高圧燃料により駆動される増圧ピストンを有し、増圧された燃料を前記インジェクタに供給可能な燃料増圧機構とを有し、前記燃料噴射管は、シリンダヘッドカバーを貫通してインジェクタに連結され、シリンダヘッドカバーの外側近傍の燃料噴射管を拡張して形成された容積室を有することを特徴とする。
【００２５】
また本発明の構成は、内燃機関が複数気筒からなり、各気筒に設けられたインジェクタに連通する燃料噴射管に形成された各容積室の総容量が、前記コモンレールの容積よりも大きいことを特徴とする。
【００２６】
また本発明の構成は、前記燃料噴射管は、前記コモンレールと前記容積室とを連結する第１燃料噴射管、及び容積室とインジェクタとを連結する第２燃料噴射管を含み、第２燃料噴射管の内径が、第１燃料噴射管の内径よりも大きいことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２８】
図１は本発明の第１の実施の形態にかかる、内燃機関の増圧式燃料噴射装置を示す。図１に示すように、燃料ポンプ１１は、エンジンにより駆動されて燃料タンク１２内の燃料を加圧し、加圧した高圧燃料をコモンレール１３に向けて圧送する。電子制御装置１４は、エンジン運転状況に応じて、燃料ポンプ１１の圧送ストローク（燃料供給量）を可変調整している。これにより、コモンレール１３内の燃料圧力（コモンレール圧力）Ｐ１が、コモンレール圧力指示値Ｐ０になるように制御している。
【００２９】
燃料ポンプ１１から圧送された高圧燃料は、コモンレール１３に貯留される。コモンレール１３は、エンジンの各気筒に共通するものであり、逆止弁１５を介装した燃料噴射管１６を介してインジェクタ２０に接続されている。インジェクタ２０には、インジェクタ電磁弁（第１制御弁）２１が備えられている。
【００３０】
燃料増圧機構３０は、増圧ピストン３１，オリフィス３２及び増圧ピストン電磁弁（第２制御弁）３３を主要部材として構成されている。
【００３１】
このうち増圧ピストン３１は、シリンダ３１ａと、ピストン３１ｂと、戻しばね３１ｃとで構成されており、シリンダ室３１ｄ，３１ｅと加圧室３１ｆを有している。
【００３２】
そして、燃料噴射管１６のうち逆止弁１５よりもコモンレール１３側（上流側）の部分と、シリンダ室３１ｅとが、通路３４にて接続されており、また、燃料噴射管１６のうち逆止弁１５よりも上流側の部分と、シリンダ室３１ｄとが、オリフィス３２を介装した通路３５にて接続されている。また、シリンダ室３１ｄと燃料タンク１２とは、増圧ピストン電磁弁３３を介装した通路３６にて接続されている。更に、燃料噴射管１６のうち逆止弁１５よりもインジェクタ２０側（下流側）の部分と、加圧室３１ｆとが通路３７により接続されている。
【００３３】
この例では、インジェクタ２０と燃料増圧機構３０とが一体となったユニット構造になっている。
また、電子制御装置１４は、電磁弁２１，３３の開弁（ＯＮ），閉弁（ＯＦＦ）の時期を制御して、燃料の噴射率波形を変えることができる。つまり、電磁弁２１，３３の開弁（ＯＮ），閉弁（ＯＦＦ）を、図２（ａ）（ｂ）に示すようなタイミングで制御すると、図２（ｅ）に示すような噴射率波形を得ることができる。
ここまでの説明は、従来技術と同様である。
【００３４】
更に、本実施の形態では、従来技術には無い次のような構成を有している。即ち、図１に示すように、コモンレール１３とインジェクタ２０とを連結している燃料噴射管１６は、シリンダヘッドカバー５０を貫通している。更に、シリンダヘッドカバー５０の外側近傍では、燃料噴射管１６に拡管部材１０１が介装・接続されている。拡管部材１０１の内部には、燃料噴射管１６の内径よりも大きな内径となっている容積室１０１ａ（図２参照）が形成されている。結局、燃料噴射管１６は、拡管部材１０１が介装・接続されている部分で、拡張（拡管）されて容積室１０１ａが形成されている。
【００３５】
なお、シリンダヘッドカバー５０の外側近傍には他の部品は配置されておらず、従来ではデッドスペースとなっていたため、拡管部材１０１の設置は容易にできる。また、コモンレール１３としては従来品をそのまま援用できるので、コモンレール１３の搭載位置の変更や、他の部品の装着位置の変更は必要ない。
【００３６】
図３を参照して、燃料噴射管１６が拡張されている部分の構成を詳述する。図３に示すように、燃料噴射管１６は、拡管部材１０１を境にして分かれており、コモンレール１３に接続された第１燃料噴射管１６−１と、インジェクタ２０（燃料増圧機構３０）に接続された第２燃料噴射管１６−２を有している。
【００３７】
第１燃料噴射管１６−１の先端には、キャップ１０２が回転自在に係合しており、このキャップ１０２が拡管部材１０１に螺合することにより、第１燃料噴射管１６−１が拡管部材１０１に連結されている。
【００３８】
拡管部材１０１の内部には容積室１０１ａが形成されており、この容積室１０１ａの内径は、燃料噴射管１６−１，１６−２の内径よりも大きくなっており、この容積室１０１ａに高圧燃料が溜まる。
【００３９】
拡管部材１０１のうち、第１燃料噴射管１６−１が連結されている部分と反対側部分には、連結部材１０３が螺合して連結している。この連結部材１０３は、燃料噴射管１６−１，１６−２の内径と同等な内径となっている通路１０３ａを有している。
シリンダヘッドカバー５０には貫通孔が形成されており、この貫通孔には、円筒状のブーツ１０４が装着されている。そして、連結部材１０３は、ブーツ１０４に挿入されることにより、シリンダヘッドカバー５０を貫通している。
【００４０】
連結部材１０３の先端は、シール１０５を介在して、第２燃料噴射管１６−２に螺合して連結されている。シール１０５は、燃料噴射管１６−１，１６−２の内径と同等な内径となっている通路１０５ａを有している。
【００４１】
このため、第１燃料噴射管１６−１と第２燃料噴射管１６−２は、容積室１０１ａ，通路１０３ａ，通路１０５ａを介して連通されており、コモンレール１３から吐出された高圧燃料がインジェクタ２０に供給される。
【００４２】
拡管部材１０１は、フランジ１０６，ボルト１０７及びばね１０８でなる固定部材により、シリンダヘッドカバー５０に固定されている。
【００４３】
なお、図４は本発明の実施例を示す斜視図である。ただし、シリンダヘッドカバーは図示省略している。
【００４４】
このように本実施の形態では、シリンダヘッドカバー５０の外側近傍に拡管部材１０１を介装・接続したため、インジェクタ２０及び燃料増圧機構３０の入口直前に、容積室１０１ａが装着されることになる。このため、高圧燃料は、コモンレール１３及び燃料噴射管１６（１６−１，１６−２）のみならず、容積室１０１ａにも貯蔵されることとなり、高圧燃料の総貯蔵量が増大する。このため、燃料の噴射及び増圧ピストン３１の作動に起因する、１気筒噴射後のコモンレール圧力Ｐ１の圧力降下量は、燃料総貯蔵量が増大した分だけ緩和される（図２（ｄ）参照）。
【００４５】
このように、燃料噴射にともなうコモンレール圧力Ｐ１の変動が抑制されるため、増圧ピストン入口圧力Ｐ２及び噴射圧力Ｐ２の圧力変動も小さくなる。図２（ｃ）は、増圧ピストン入口圧力Ｐの状態を示しており、実線は本実施の形態における圧力変動状態を、一点鎖線は従来技術における圧力変動状態を示している。また、図２（ｄ）は、噴射圧力Ｐ３の状態を示しており、実線は本実施の形態における圧力変動状態を、一点鎖線は従来技術における圧力変動状態を示している。
【００４６】
このように、燃料の圧力Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の変動を抑制することができるので、噴射量を規定量に制御することができる。
【００４７】
また、燃料総貯蔵量が増大したので、負側のパルス状の圧力波や反射波が発生しても、この反射波等に起因する噴射率波形の乱れも緩和することができる。図２（ｅ）は噴射率波形を示したものであるが、従来では一点鎖線で示すように、反射波に起因して波形が劣化していたが、本実施の形態では実線で示すように、反射波に起因する波形が緩和されている。かくして、燃料を増圧した時の高圧保持性が向上し噴射効率の向上が可能となり、燃費低減やＰＭ低減という効果を奏することができる。
【００４８】
上記実施の形態では、コモンレール１３として従来のものを援用しているが、第２の実施の形態では、コモンレール１３の容量を小さくし、複数の容積室１０１ａの総容量を、コモンレール１３の容量よりも大きくする。このようにすれば、コモンレール１３を小さくすることができ、コモンレール１３の配置の自由度が高まり、搭載性が向上する。
【００４９】
また上記実施の形態では、第１燃料噴射管１６−１と第２燃料噴射管１６−２の内径を同じにしていたが、第３の実施の形態では、第１燃料噴射管１６−１の内径は従来品と同様に細くしているが、第２燃料噴射管１６−２の内径を第１燃料噴射管１６−１の内径よりも太くする。このようにすれば、第２燃料噴射管１６−２の内径が大きくなった分だけ、燃料総貯蔵量が増大して、燃料の圧力変動や、反射波に起因する波形劣化が更に緩和される。
【００５０】
なお、第３の実施の形態では、配置（引き回し）作業が必要な第１燃料噴射管１６−１は細いので、配置作業は簡単にできる。また第２燃料噴射管１６−２は短いので、太くても安価に容易に製造することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上、実施の形態と共に具体的に説明したように本発明では、ヘッドカバーを貫通している燃料噴射管を、ヘッドカバーの外側近傍で拡張して容積室を形成するようにしたので、容積室の分だけ高圧燃料の総貯蔵容量が増大する。このため燃料の噴射及び増圧ピストンの作動に伴う燃料圧力の変動を抑制することができ、燃料噴射量を規定量に制御することができる。また、負側の圧力波による噴射率波形の乱れも抑制することができる。
【００５２】
また、ヘッドカバーの外側近傍には干渉部材が存在しないので、この部分に容積室を形成するのは容易であり、コモンレールの配置位置の変更は不要であり、容易に本発明を実現することができる。
【００５３】
更に、容積室の総容量をコモンレールの容積よりも大きくしたり、第２燃料噴射管の内径を大きくすることにより、コモンレールを小型化することができ、コモンレールの配置の自由度が高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる、内燃機関の増圧式燃料噴射装置を示す構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態にかかる、内燃機関の増圧式燃料噴射装置の作動状態を示す特性図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態にかかる、内燃機関の増圧式燃料噴射装置の要部を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態にかかる、内燃機関の増圧式燃料噴射装置を示す斜視図である。
【図５】従来技術にかかる、内燃機関の増圧式燃料噴射装置を示す構成図である。
【図６】従来技術にかかる、内燃機関の増圧式燃料噴射装置の作動状態を示す特性図である。
【図７】従来技術にかかる、内燃機関の増圧式燃料噴射装置を示す斜視図である。
【図８】内燃機関の増圧式燃料噴射装置における、圧力変動と変動要因との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１３　コモンレール
１６　燃料噴射管
１６−１　第１燃料噴射管
１６−２　第２燃料噴射管
２０　インジェクタ
３０　燃料増圧機構
３１　増圧ピストン
５０　シリンダヘッドカバー
１０１　拡管部材
１０１ａ　容積室
【図１】
2004108267.tif 000003
【図２】
2004108267.tif 000004
【図３】
2004108267.tif 000005
【図４】
2004108267.tif 000006
【図５】
2004108267.tif 000007
【図６】
2004108267.tif 000008
【図７】
2004108267.tif 000009
【図８】
2004108267.tif 000010