(57)【要約】【課題】燃料を増圧ピストンにより増圧して噴射する動作を安定して行うことができる燃料噴射装置を提供する。【解決手段】増圧ピストン５１に関し、加圧室３２内の圧力により増圧室３４側へ押圧される面積Ｂ１は、増圧制御室３３内の圧力により加圧室３２側へ押圧される面積Ｂ３と、増圧室３４内の圧力により加圧室３２側へ押圧される面積Ｂ４との和より小さく設定されている。増圧装置５内に外部の大気圧が供給される背圧室５４が形成され、増圧ピストン５１に背圧室５４内の圧力を増圧室３４側へ受ける面が設けられている。これによって、増圧ピストン５１を初期位置へ戻す力を増大させることができる。さらに、増圧ピストン５１が増圧室３４側へ移動することで背圧室５４が膨張しても、背圧室５４内の圧力が負圧になるのを防止することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給源から燃料溜りに供給された燃料を噴射する噴射手段と、増圧ピストンの作動により燃料溜りに供給された燃料の圧力を増大させる増圧手段と、を備え、
増圧手段には、
燃料溜りと連通し、増圧ピストンの作動により増圧される増圧室と、
増圧ピストンを増圧室側へ押圧するための圧力が燃料供給源から供給される加圧室と、
増圧ピストンを加圧室側へ押圧するための圧力が供給され、増圧ピストンの作動を制御するために該圧力が制御される制御室と、
が形成されている燃料噴射装置であって、
増圧ピストンに関し、加圧室内の圧力により増圧室側へ押圧される面積は、増圧室内の圧力により加圧室側へ押圧される面積と、制御室内の圧力により加圧室側へ押圧される面積との和より小さく設定されており、
増圧手段には、大気圧以上の圧力が供給される背圧室がさらに形成され、増圧ピストンには、背圧室内の圧力を増圧室側へ受ける面が設けられていることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射装置であって、
背圧室には、燃料供給源の圧力より低い圧力が供給されることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料噴射装置であって、
背圧室には、大気圧が供給されることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料噴射装置であって、
背圧室内の圧力を制御する背圧制御手段をさらに備えることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料噴射装置であって、
背圧制御手段は、増圧ピストンの作動時に、背圧室内の圧力を作動前より上昇させることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項６】
請求項４に記載の燃料噴射装置であって、
背圧制御手段は、増圧ピストンの作動時に、背圧室内の圧力が大気圧より高くなるように制御することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料噴射装置であって、
背圧制御手段は、増圧ピストンの作動時に、背圧室内の圧力が燃料供給源の圧力になるように制御することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項８】
請求項４に記載の燃料噴射装置であって、
背圧制御手段は、増圧ピストンの加圧室側への移動時に、背圧室内の圧力を移動前より低下させることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項９】
請求項４に記載の燃料噴射装置であって、
背圧制御手段は、増圧ピストンの加圧室側への移動時に、背圧室内の圧力が燃料供給源の圧力より低くなるように制御することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料噴射装置であって、
背圧制御手段は、増圧ピストンの加圧室側への移動時に、背圧室内の圧力が大気圧になるように制御することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１に記載の燃料噴射装置であって、
増圧ピストンは、
一端にて制御室内の圧力を加圧室側へ受け、他端にて背圧室内の圧力を増圧室側へ受ける大径部と、
一端にて増圧室内の圧力を加圧室側へ受け、他端に大径部の一端が連結された小径部と、
一端に大径部の他端が連結され、他端にて加圧室内の圧力を増圧室側へ受ける中径部と、
を有することを特徴とする燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置に関し、特に、燃料供給源から供給される燃料を増圧ピストンにより増圧して噴射することが可能な燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃料噴射装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１においては、ポンプから送出された燃料を増圧ピストンの作動により増圧して噴射することが可能な増圧装置が設けられている。図１１（Ａ）に示すように、この増圧装置１０５には、増圧ピストン１５１の作動により増圧される第２圧力室１３４と、増圧ピストン１５１を第２圧力室１３４側へ押圧するための圧力が供給される第１圧力室１３２と、増圧ピストン１５１を第１圧力室１３２側へ押圧するための圧力が供給されるとともに供給圧力が制御される制御室１３３と、が形成されている。そして、増圧ピストン１５１は、一端にて制御室１３３内の圧力を第１圧力室１３２側へ受ける大径部１５１−１と、一端にて第２圧力室１３４内の圧力を第１圧力室１３２側へ受け他端に大径部１５１−１の一端が連結された小径部１５１−２と、一端に大径部１５１−１の他端が連結され他端にて第１圧力室１３２内の圧力を第２圧力室１３４側へ受ける中径部１５１−３と、により構成されている。
【０００３】
この構成の増圧ピストン１５１においては、第１圧力室１３２内の圧力により第２圧力室１３４側へ押圧される面積は、第２圧力室１３４内の圧力により第１圧力室１３２側へ押圧される面積と、制御室１３３内の圧力により第１圧力室１３２側へ押圧される面積との和より小さく設定される。これによって、作動させた増圧ピストン１５１を初期位置へ戻す際に、増圧ピストン１５１に作用する第１圧力室１３２側（図１１の上側）への力を増大させ、増圧ピストン１５１を初期位置まで戻すのに要する時間の短縮を図っている。
【０００４】
また、その他の背景技術として、特許文献２〜４の燃料噴射装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６４２７６６４号明細書
【特許文献２】特許第２８８５０７６号明細書
【特許文献３】特開平８−２７７７６２号公報
【特許文献４】国際公開第０２／１４６８１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１においては、図１１（Ｂ）に示すように、増圧ピストン１５１が作動して第２圧力室１３４側（図１１の下側）へ移動したときに、増圧ピストン１５１の移動に伴い負圧となる負圧室１５６が中径部１５１−３の側面とハウジング１５７との間に発生することになる。そして、この負圧室１５６内に燃料がリークすることで、キャビテーションやエロージョンの発生の原因となる。その場合は、圧力振動が増圧ピストン１５１に作用し、増圧ピストン１５１の運動が不規則となってしまう。また、図１１（Ｃ）に示すように、作動させた増圧ピストン１５１が第１圧力室１３２側（図１１の上側）へ戻るときは、負圧室１５６内にリークした燃料が増圧ピストン１５１により加圧されることで、負圧室１５６内の圧力が増大することになる。その場合は、負圧室１５６内にリークした燃料が、増圧ピストン１５１を初期位置へ戻す動作の妨げとなってしまう。したがって、特許文献１においては、燃料を増圧ピストン１５１により増圧して噴射する動作を安定して行うことが困難であるという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、増圧ピストンの移動に伴う負圧の発生を防止し、燃料を増圧ピストンにより増圧して噴射する動作を安定して行う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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料噴射装置は、燃料供給源から燃料溜りに供給された燃料を噴射する噴射手段と、増圧ピストンの作動により燃料溜りに供給された燃料の圧力を増大させる増圧手段と、を備え、増圧手段には、燃料溜りと連通し、増圧ピストンの作動により増圧される増圧室と、増圧ピストンを増圧室側へ押圧するための圧力が燃料供給源から供給される加圧室と、増圧ピストンを加圧室側へ押圧するための圧力が供給され、増圧ピストンの作動を制御するために該圧力が制御される制御室と、が形成されている燃料噴射装置であって、増圧ピストンに関し、加圧室内の圧力により増圧室側へ押圧される面積は、増圧室内の圧力により加圧室側へ押圧される面積と、制御室内の圧力により加圧室側へ押圧される面積との和より小さく設定されており、増圧手段には、大気圧以上の圧力が供給される背圧室がさらに形成され、増圧ピストンには、背圧室内の圧力を増圧室側へ受ける面が設けられていることを要旨とする。
【０００９】
本発明においては、増圧手段には、大気圧以上の圧力が供給される背圧室が形成され、増圧ピストンには、背圧室内の圧力を増圧室側へ受ける面が設けられている。これによって、増圧ピストンが増圧室側へ移動することで背圧室が膨張しても、背圧室内の圧力が負圧になるのを防止することができ、負圧によるキャビテーションやエロージョンの発生を防止することができる。そして、増圧ピストンが加圧室側へ移動することで背圧室が縮小しても、背圧室内の圧力上昇を防止することができる。したがって、本発明によれば、燃料を増圧ピストンにより増圧して噴射する動作を安定して行うことができる。
【００１０】
本発明に係る燃料噴射装置において、背圧室には、燃料供給源の圧力より低い圧力が供給されるものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの戻し動作時に、増圧ピストンを初期位置へ戻す力を増大させることができるので、増圧ピストンが初期位置へ戻るのに要する時間を短縮することができる。
【００１１】
この態様の本発明に係る燃料噴射装置において、背圧室には、大気圧が供給されるものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの戻し動作時に、増圧ピストンを初期位置へ戻す力をさらに増大させることができるので、増圧ピストンが初期位置へ戻るのに要する時間をさらに短縮することができる。
【００１２】
本発明に係る燃料噴射装置において、背圧室内の圧力を制御する背圧制御手段をさらに備えるものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの移動速度を制御することができる。
【００１３】
背圧制御手段を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置において、背圧制御手段は、増圧ピストンの作動時に、背圧室内の圧力を作動前より上昇させるものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの作動時に、増圧ピストンに作用する増圧室側への力を増大させることができるので、増圧ピストンによる燃料の増圧を速やかに行うことができる。
【００１４】
背圧制御手段を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置において、背圧制御手段は、増圧ピストンの作動時に、背圧室内の圧力が大気圧より高くなるように制御するものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの作動時に、増圧ピストンに作用する増圧室側への力を増大させることができるので、増圧ピストンによる燃料の増圧を速やかに行うことができる。
【００１５】
背圧制御手段を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置において、背圧制御手段は、増圧ピストンの作動時に、背圧室内の圧力が燃料供給源の圧力になるように制御するものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの作動時に、増圧ピストンに作用する増圧室側への力をさらに増大させることができるので、増圧ピストンによる燃料の増圧をさらに速やかに行うことができる。
【００１６】
背圧制御手段を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置において、背圧制御手段は、増圧ピストンの加圧室側への移動時に、背圧室内の圧力を移動前より低下させるものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの戻し動作時に、増圧ピストンを加圧室側へ移動させる力を増大させることができるので、増圧ピストンを初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。
【００１７】
背圧制御手段を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置において、背圧制御手段は、増圧ピストンの加圧室側への移動時に、背圧室内の圧力が燃料供給源の圧力より低くなるように制御するものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの戻し動作時に、増圧ピストンを加圧室側へ移動させる力を増大させることができるので、増圧ピストンを初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。
【００１８】
背圧制御手段を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置において、背圧制御手段は、増圧ピストンの加圧室側への移動時に、背圧室内の圧力が大気圧になるように制御するものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの戻し動作時に、増圧ピストンを加圧室側へ移動させる力をさらに増大させることができるので、増圧ピストンを初期位置まで戻すのに要する時間をさらに短縮することができる。
【００１９】
本発明に係る燃料噴射装置において、増圧ピストンは、一端にて制御室内の圧力を加圧室側へ受け、他端にて背圧室内の圧力を増圧室側へ受ける大径部と、一端にて増圧室内の圧力を加圧室側へ受け、他端に大径部の一端が連結された小径部と、一端に大径部の他端が連結され、他端にて加圧室内の圧力を増圧室側へ受ける中径部と、を有することが好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００２１】
「第１実施形態」
図１〜３は、本発明の第１実施形態に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図であり、図１は全体構成、図２は増圧装置の構成、図３は増圧ピストンの構成を示す。本実施形態の燃料噴射装置は、例えば圧縮点火式内燃機関に適用されるものであり、燃料加圧ポンプ１、共通蓄圧室（コモンレール）２、及びインジェクタ１００を備えている。そして、インジェクタ１００は、各気筒に対応して設けられており、ノズル６、噴射制御バルブ１１、インジェクタ内蓄圧室４、増圧装置５、及び増圧制御バルブ１８を備えている。なお、本実施形態の燃料噴射装置を用いた燃料噴射制御は、コントローラ３０によって実行される。
【００２２】
燃料加圧ポンプ１は、図示しないタンクに蓄えられた燃料を汲み上げて共通蓄圧室２へ供給する。共通蓄圧室２は、燃料加圧ポンプ１から供給された燃料を所定圧力で蓄える。圧力センサ４１は、共通蓄圧室２内における燃料の圧力（コモンレール圧力）を検出する。圧力センサ４１の検出値はコントローラ３０に入力され、共通蓄圧室２内における燃料の圧力が設定圧力となるように、共通蓄圧室２に設けられたレギュレータ（図示せず）の制御がコントローラ３０によって行われる。なお、ここでの設定圧力は、例えば４０〜１４０ＭＰａ程度の値であり、機関回転速度及び要求トルク（駆動負荷）が高いほど大きい値がコントローラ３０内で設定される。
【００２３】
共通蓄圧室２から燃料が供給されるインジェクタ内蓄圧室４は、管路３とインジェクタ１００内の管路１９，２０，２１とを接続するための容積であって、管路の一部あるいは複数の管路の集合部として構成してもよい。
【００２４】
ノズル６内には燃料溜り７が形成されており、燃料溜り７は、管路８、圧力遮断弁１７及び管路２０を介してインジェクタ内蓄圧室４と接続されているとともに、管路８，９を介して増圧装置５と接続されている。そして、ノズル６のシート部１４には噴射孔２３が形成されており、ノズル６内には燃料溜り７と噴射孔２３との連通を開閉するニードル１３が摺動自在に収容されている。
【００２５】
ニードル１３の作動は、インジェクタ制御室１０内の燃料の圧力を開放することによって行われる。ここで、インジェクタ制御室１０は、オリフィス１５、圧力遮断弁１７及び管路２０を介してインジェクタ内蓄圧室４と連通しているとともに、オリフィス１５及び管路９を介して増圧装置５と連通している。インジェクタ制御室１０に燃料の圧力が供給されているときは、ニードル１３は作動せず、共通蓄圧室２から燃料溜り７に供給された燃料は噴射されない。
【００２６】
噴射制御バルブ１１を作動させることにより、インジェクタ制御室１０内の燃料がオリフィス１６を介して排出され、コマンドピストン１２及びニードル１３がインジェクタ制御室１０側に移動して燃料溜り７と噴射孔２３とが連通する。これによって、共通蓄圧室２から燃料溜り７に供給された燃料が噴射孔２３から図示しない内燃機関の燃焼室内に噴射される。
【００２７】
ここで、増圧装置５を作動させずに噴射制御バルブ１１を作動させたときは、共通蓄圧室２から燃料溜り７に供給された燃料が増圧されることなく噴射される。一方、増圧装置５を作動させるとともに噴射制御バルブ１１を作動させたときは、共通蓄圧室２から燃料溜り７に供給された燃料が増圧されて噴射される。このように、本実施形態に係る燃料噴射装置は、共通蓄圧室２から燃料溜り７に供給された燃料を増圧装置５により増圧して噴射することが可能である。
【００２８】
圧力遮断弁１７は、増圧装置５により増圧された燃料がインジェクタ内蓄圧室４へ逆流することを防止するために設けられている。ここでの圧力遮断弁１７は、インジェクタ内蓄圧室４から燃料溜り７へ向かう方向の燃料の流れを許容するとともに、燃料溜り７からインジェクタ内蓄圧室４へ向かう方向の燃料の流れを遮断するチェック弁により構成することができる。
【００２９】
図２に示すように、増圧装置５は、増圧ピストン５１を有しており、増圧ピストン５１の作動により燃料溜り７に貯溜された燃料の圧力を増大させることができる。増圧装置５内には、加圧室３２、増圧室３４、及び増圧制御室３３が形成されている。
【００３０】
増圧室３４は、管路９及び管路８を介して燃料溜り７と連通している。増圧室３４には、共通蓄圧室２からインジェクタ内蓄圧室４及び圧力遮断弁１７を介して燃料が供給される。また、加圧室３２には、共通蓄圧室２からインジェクタ内蓄圧室４を介して燃料が供給される。加圧室３２内の燃料の圧力は、増圧ピストン５１を増圧室３４側へ押圧する。
【００３１】
増圧制御バルブ１８は、増圧制御室３３とインジェクタ内蓄圧室４とを連通して共通蓄圧室２内の燃料の圧力を増圧制御室３３に供給する第１状態と、増圧制御室３３と外部のドレイン２２とを連通して増圧制御室３３に大気圧を供給する第２状態と、の切り換えが可能である。増圧制御バルブ１８の切り換え制御により、増圧制御室３３における圧力の供給／大気開放を切り換えることができる。増圧制御室３３内の燃料の圧力は、増圧ピストン５１を加圧室３２側へ押圧する。
【００３２】
図３に示すように、増圧ピストン５１は、一端にて増圧制御室３３内の燃料の圧力を加圧室３２側へ受ける大径部５１−１と、一端にて増圧室３４内の燃料の圧力を加圧室３２側へ受け他端に大径部５１−１の一端が連結された小径部５１−２と、一端に大径部５１−１の他端が連結され他端にて加圧室３２内の燃料の圧力を増圧室３４側へ受ける中径部５１−３と、により構成される。ここで、大径部５１−１の外径ｄ１、小径部５１−２の外径ｄ２、及び中径部５１−３の外径ｄ３に関して、ｄ１＞ｄ３＞ｄ２の関係が成立している。この関係により、増圧ピストン５１（中径部５１−３の他端）が加圧室３２内の燃料の圧力により増圧室３４側へ押圧される面の面積Ｂ１は、増圧ピストン５１（大径部５１−１の一端）が増圧制御室３３内の燃料の圧力により加圧室３２側へ押圧される面の面積Ｂ３と、増圧ピストン５１（小径部５１−２の一端）が増圧室３４内の燃料の圧力により加圧室３２側へ押圧される面の面積Ｂ４との和より小さく設定される。なお、ｄ３＞ｄ２であるため、Ｂ１＞Ｂ４である。
【００３３】
そして、本実施形態の増圧装置５内には、背圧室５４がさらに形成されている。背圧室５４はオリフィス５５を介して外部のドレイン２２と連通していることで、背圧室５４には大気圧が供給される。増圧ピストン５１は、背圧室５４内の燃料の圧力（大気圧）を、大径部５１−１の他端にて増圧室３４側へ受ける。なお、増圧ピストン５１（大径部５１−１の他端）が背圧室５４内の燃料の圧力を増圧室３４側へ受ける面の面積をＢ２とすると、Ｂ１＋Ｂ２＝Ｂ３＋Ｂ４の関係が成立する。
【００３４】
コントローラ３０は、共通蓄圧室２内における燃料の圧力が設定圧力となるように、共通蓄圧室２内の圧力制御を行う。そして、コントローラ３０は、燃料噴射時期の制御を行うために、噴射制御バルブ１１の作動時期の制御を行う。さらに、コントローラ３０は、燃料を増圧装置５により増圧させて噴射させるために、後述する増圧制御バルブ１８の切り換え制御も行う。
【００３５】
次に、本実施形態に係る燃料噴射装置の動作について説明する。
【００３６】
内燃機関の低負荷運転時には、燃料を増圧装置５により増圧することなく噴射する。その場合は、増圧制御バルブ１８を第１状態のままで噴射制御バルブ１１を作動させる。
【００３７】
増圧制御バルブ１８が第１状態にあるときは、加圧室３２、増圧室３４、及び増圧制御室３３内の燃料の圧力は、共通蓄圧室２内の燃料の圧力（コモンレール圧力）に等しくなっている。このとき、加圧室３２内の圧力により中径部５１−３の他端に作用する増圧室３４側への力Ｆｂ１、背圧室５４内の圧力により大径部５１−１の他端に作用する増圧室３４側への力Ｆｂ２、増圧制御室３３内の圧力により大径部５１−１の一端に作用する加圧室３２側への力Ｆｂ３、及び増圧室３４内の圧力により小径部５１−２の一端に作用する加圧室３２側への力Ｆｂ４に関して、Ｆｂ１＋Ｆｂ２＜Ｆｂ３＋Ｆｂ４の関係が成立している。そのため、増圧ピストン５１は、加圧室３２側へ付勢されて図示しないストッパーにより初期位置に固定される。したがって、増圧制御バルブ１８が第１状態にあるときは、増圧装置５による燃料の増圧は行われない。
【００３８】
一方、内燃機関の高負荷運転時には、燃料を増圧装置５により増圧して噴射する。その場合は、増圧制御バルブ１８を第１状態から第２状態に切り換えて噴射制御バルブ１１を作動させる。
【００３９】
増圧制御バルブ１８を第１状態から第２状態に切り換えると、増圧制御室３３内の圧力が低下して大気圧になる。このとき、燃料の圧力により増圧ピストン５１に作用する増圧室３４側への力Ｆｂ１＋Ｆｂ２が加圧室３２側への力Ｆｂ３＋Ｆｂ４を上まわるため、増圧ピストン５１が作動して増圧室３４側へ移動する。これによって、増圧室３４内の燃料の圧力を増大させ、燃料溜り７に供給された燃料の圧力を増大させることができるので、燃料を増圧して噴射することができる。なお、Ｂ１／Ｂ４が増圧比である。
【００４０】
増圧ピストン５１が作動して増圧室３４側へ移動するときは、背圧室５４の容積が増大する。ただし、背圧室５４は外部のドレイン２２と連通しており、背圧室５４には外部の大気圧が供給される。そのため、背圧室５４内の圧力は大気圧に保たれ、背圧室５４内の圧力が大気圧より小さくなる（負圧になる）のが防止される。したがって、負圧によるキャビテーションやエロージョンの発生が防止される。
【００４１】
また、燃料を増圧装置５により増圧して噴射した後は、作動させた増圧ピストン５１を初期位置へ戻す。その場合は、増圧制御バルブ１８を第２状態から第１状態に切り換える。
【００４２】
増圧制御バルブ１８を第２状態から第１状態に切り換えると、増圧制御室３３内にコモンレール圧力が供給される。このとき、燃料の圧力により増圧ピストン５１に作用する加圧室３２側への力Ｆｂ３＋Ｆｂ４が増圧室３４側への力Ｆｂ１＋Ｆｂ２を上まわるため、増圧ピストン５１が加圧室３２側へ移動して初期位置へ戻される。このように、本実施形態においては、増圧ピストン５１の戻し動作時に、燃料の圧力による加圧室３２側への力Ｆｂ３＋Ｆｂ４が増圧室３４側への力Ｆｂ１＋Ｆｂ２より大きくなるので、増圧ピストン５１を初期位置へ戻す力を増大させることができ、増圧ピストン５１を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。
【００４３】
増圧ピストン５１が加圧室３２側へ移動して初期位置へ戻るときは、背圧室５４の容積が減少する。ただし、背圧室５４は外部のドレイン２２と連通しているため、背圧室５４の容積の減少とともに背圧室５４内の燃料がドレインされる。したがって、背圧室５４内の圧力は大気圧に保たれ、背圧室５４の容積の減少による圧力上昇が防止される。
【００４４】
以上のように、増圧制御バルブ１８の切り換え制御により増圧制御室３３内の圧力を制御することで、増圧ピストン５１の作動を制御することができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の増圧ピストン５１においては、加圧室３２内の燃料の圧力により増圧室３４側へ押圧される面積Ｂ１は、増圧制御室３３内の燃料の圧力により加圧室３２側へ押圧される面の面積Ｂ３と、増圧室３４内の燃料の圧力により加圧室３２側へ押圧される面の面積Ｂ４との和より小さく設定されている。そして、増圧装置５内に外部の大気圧が供給される背圧室５４が形成され、増圧ピストン５１に背圧室５４内の圧力（大気圧）を増圧室３４側へ受ける面（大径部５１−１の他端）が設けられている。これによって、増圧ピストン５１の戻し動作時に、燃料の圧力により増圧ピストン５１に作用する加圧室３２側への力Ｆｂ３＋Ｆｂ４が増圧室３４側への力Ｆｂ１＋Ｆｂ２より大きくなるため、増圧ピストン５１を初期位置へ戻す力を増大させることができる。したがって、増圧ピストン５１を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。そして、増圧ピストン５１を加圧室３２側へ付勢するばねを設けることなく、燃料の圧力によって増圧ピストン５１を確実に初期位置へ戻すことができるので、ばねを省略することができ、増圧装置５の小型化を実現することができる。
【００４６】
さらに、背圧室５４に大気圧が供給されることにより、増圧ピストン５１が作動（増圧室３４側へ移動）することで背圧室５４が膨張しても、背圧室５４内の圧力が大気圧より小さくなる（負圧になる）のを防止することができる。したがって、負圧によるキャビテーションやエロージョンの発生を防止することができる。そして、増圧ピストン５１が初期位置へ戻る（加圧室３２側へ移動する）ことで背圧室５４が縮小しても、背圧室５４内の圧力上昇を防止することができる。したがって、増圧ピストン５１を初期位置へ戻す力の低下を防止することができる。
【００４７】
以上のことから、本実施形態によれば、燃料を増圧ピストン５１により増圧して噴射する動作を安定して行うことができる。さらに、より高い機関回転速度まで燃料を増圧ピストン５１により増圧して噴射することができる。
【００４８】
以上の本実施形態の説明においては、背圧室５４に大気圧を供給する場合について説明した。ただし、本実施形態においては、大気圧より高く且つ共通蓄圧室２内の圧力より低い圧力を背圧室５４に供給してもよい。その場合でも、増圧ピストン５１の戻し動作時に、燃料の圧力により増圧ピストン５１に作用する加圧室３２側への力Ｆｂ３＋Ｆｂ４を増圧室３４側への力Ｆｂ１＋Ｆｂ２より大きくすることができるので、増圧ピストン５１を初期位置へ戻す力を増大させることができる。さらに、増圧ピストン５１の作動時に、背圧室５４内の圧力が負圧になるのを防止することができる。
【００４９】
「第２実施形態」
図４，５は、本発明の第２実施形態に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図であり、図４は全体構成、図５は増圧装置の構成を示す。本実施形態においては、背圧室５４内の圧力を制御可能な圧力レギュレータ６１が設けられている。圧力レギュレータ６１は、共通蓄圧室２からの燃料の圧力を調整して背圧室５４へ供給する。圧力レギュレータ６１の制御を行うための圧力制御指令値は、コントローラ３０から出力される。なお、他の構成については、第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５０】
本実施形態においても、増圧ピストン５１が作動（増圧室３４側へ移動）することで背圧室５４が膨張しても、圧力レギュレータ６１による背圧室５４内の圧力制御によって、背圧室５４内の圧力が負圧になるのを防止することができ、負圧によるキャビテーションやエロージョンの発生を防止することができる。そして、増圧ピストン５１が初期位置へ戻る（加圧室３２側へ移動する）ことで背圧室５４が縮小しても、圧力レギュレータ６１による背圧室５４内の圧力制御によって、背圧室５４内の圧力上昇を防止することができる。
【００５１】
さらに、本実施形態においては、圧力レギュレータ６１により背圧室５４内の圧力を制御することができるので、増圧ピストン５１に作用する力を制御することができ、増圧ピストン５１の移動速度を制御することができる。以下、好ましい背圧室５４内の圧力制御の例について説明する。
【００５２】
まず背圧室５４内の燃料の圧力を圧力レギュレータ６１により低圧（例えば大気圧）に保つ場合（ｃａｓｅＢ）について説明する。その場合は、第１実施形態と同様に、増圧ピストン５１の戻り（加圧室３２側への移動）時に、燃料の圧力により増圧ピストン５１に作用する加圧室３２側への力Ｆｂ３＋Ｆｂ４を増圧室３４側への力Ｆｂ１＋Ｆｂ２より大きくすることができるので、増圧ピストン５１を初期位置へ戻す力を増大させることができる。したがって、図６のｃａｓｅＢに示すように、増圧ピストン５１の戻り速度を増大させることができ、増圧ピストン５１を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。
【００５３】
次に、背圧室５４内の燃料の圧力を圧力レギュレータ６１により高圧（例えば共通蓄圧室２内の圧力）に保つ場合（ｃａｓｅＡ）について説明する。その場合は、増圧ピストン５１の作動（増圧室３４側への移動）時に、増圧ピストン５１に作用する増圧室３４側への力Ｆｂ１＋Ｆｂ２を増大させることができる。したがって、図６のｃａｓｅＡに示すように、増圧ピストン５１の増圧室３４側への移動速度を増大させることができ、増圧室３４内の圧力上昇速度を増大させることができるので、増圧ピストン５１による燃料の増圧を速やかに行うことができる。
【００５４】
次に、増圧ピストン５１の作動（増圧室３４側への移動）時に背圧室５４内の燃料の圧力を作動前より上昇（例えば大気圧から共通蓄圧室２内の圧力へ上昇）させ、増圧ピストン５１の戻り（加圧室３２側への移動）時に背圧室５４内の燃料の圧力を移動前より低下（例えば共通蓄圧室２内の圧力から大気圧へ低下）させた場合（ｃａｓｅＣ）について説明する。その場合は、増圧ピストン５１の作動（増圧室３４側への移動）時に、増圧ピストン５１に作用する増圧室３４側への力Ｆｂ１＋Ｆｂ２を増大させることができるので、図６のｃａｓｅＣに示すように、増圧ピストン５１の増圧室３４側への移動速度を増大させることができ、増圧室３４内の圧力上昇速度を増大させることができる。また、増圧ピストン５１の戻り（加圧室３２側への移動）時に、増圧ピストン５１を初期位置へ戻す力を増大させることができるので、図６のｃａｓｅＣに示すように、増圧ピストン５１の戻り速度を増大させることができる。なお、ｃａｓｅＣの場合は、増圧ピストン５１の移動時に増圧ピストン５１の移動速度（絶対値）が徐々に増大し、増圧室３４内の圧力の時間変化率（絶対値）が徐々に増大する。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態においては、増圧ピストン５１の作動（増圧室３４側への移動）時に、背圧室５４内の圧力を作動前より上昇させることで、増圧ピストン５１に作用する増圧室３４側への力Ｆｂ１＋Ｆｂ２を増大させることができる。したがって、増圧ピストン５１による燃料の増圧を速やかに行うことができる。
【００５６】
そして、増圧ピストン５１の作動時に、増圧ピストン５１による燃料の増圧を速やかに行うためには、背圧室５４内の圧力が共通蓄圧室２内の圧力になるように圧力レギュレータ６１の制御を行うことが特に好ましい。ただし、増圧ピストン５１の作動時に、背圧室５４内の圧力が大気圧より高く且つ共通蓄圧室２内の圧力より低くなるように圧力レギュレータ６１の制御を行っても、増圧ピストン５１による燃料の増圧を速やかに行うことができる。
【００５７】
また、本実施形態においては、増圧ピストン５１の戻り（加圧室３２側への移動）時に、背圧室５４内の圧力を移動前より低下させることで、増圧ピストン５１を初期位置へ戻す力を増大させることができる。したがって、増圧ピストン５１を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。
【００５８】
そして、増圧ピストン５１の戻り時に、増圧ピストン５１を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮するためには、背圧室５４内の圧力が大気圧になるように圧力レギュレータ６１の制御を行うことが特に好ましい。ただし、増圧ピストン５１の戻り時に、背圧室５４内の圧力が大気圧より高く且つ共通蓄圧室２内の圧力より低くなるように圧力レギュレータ６１の制御を行っても、増圧ピストン５１を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。
【００５９】
なお、本実施形態においては、図７，８に示すように、切換弁６２により背圧室５４内の圧力を制御してもよい。切換弁６２は、背圧室５４とインジェクタ内蓄圧室４とを連通して共通蓄圧室２内の燃料の圧力を背圧室５４に供給する第１状態と、背圧室５４と外部のドレイン２２とを連通して背圧室５４に大気圧を供給する第２状態と、の切り換えが可能である。切換弁６２の切り換え制御は、コントローラ３０から出力される制御指令値によって行われる。
【００６０】
図７，８に示す構成においては、増圧ピストン５１の作動（増圧室３４側への移動）時に、切換弁６２を第１状態に切り換えることで、増圧ピストン５１に作用する増圧室３４側への力Ｆｂ１＋Ｆｂ２を増大させることができ、増圧ピストン５１による燃料の増圧を速やかに行うことができる。そして、増圧ピストン５１の戻り（加圧室３２側への移動）時に、切換弁６２を第２状態に切り換えることで、増圧ピストン５１を初期位置へ戻す力を増大させることができ、増圧ピストン５１を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。
【００６１】
以上の各実施形態の説明においては、インジェクタ１００にインジェクタ内蓄圧室４を設け、共通蓄圧室２とインジェクタ１００（インジェクタ内蓄圧室４）とが１本の管路３により接続されている場合について説明した。ただし、各実施形態においては、共通蓄圧室２とインジェクタ１００とが複数の管路により接続されていてもよい。図９，１０は、その一例として、共通蓄圧室２とインジェクタ１００とが３本の管路１９，２０，２１により接続されている場合を示している。なお、図９は、背圧室５４がドレイン２２と連通している第１実施形態の場合を示し、図１０は、背圧室５４内の圧力が圧力レギュレータ６１により制御可能である第２実施形態の場合を示す。
【００６２】
また、以上の各実施形態の説明においては、増圧制御バルブ１８及び噴射制御バルブ１１を別々に設け、燃料の増圧及び噴射を独立して制御する場合について説明した。ただし、各実施形態においては、これら２つの制御バルブ１１，１８を１つにまとめて、燃料の増圧及び噴射を１つの制御バルブで制御してもよい。燃料の増圧及び噴射を１つの制御バルブで制御する各実施形態の構成においては、今回の段付き増圧ピストン５１を用いることで、より高い機関回転速度までパイロット噴射やポスト噴射等を用いた分割噴射を行うことができ、分割噴射の適用範囲を拡大することができる。
【００６３】
また、各実施形態においては、増圧装置５内に背圧室５４が複数形成されていてもよい。そして、増圧ピストン５１に背圧室５４内の圧力を増圧室３４側へ受ける面が複数設けられていてもよい。
【００６４】
また、図１，２，４，５，７〜１０では、増圧制御バルブ１８、切換弁６２（図７，８の場合）は３方弁として示されているが、２方弁式を用いてもよい。そして、各実施形態の増圧装置５においては、増圧ピストン５１を加圧室３２側へ付勢するばねを原理的には省略することができるが、ばねを補助的に設けても構わない。各実施形態の増圧装置５にばねを設けた場合でも、ばねの小型化を実現することができ、増圧装置５の小型化を実現することができる。
【００６５】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態における増圧装置の構成の概略を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態における増圧ピストンの構成の概略を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態における増圧装置の構成の概略を示す図である。
【図６】背圧室内の圧力に対する増圧ピストンの変位及び増圧室内の圧力を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る燃料噴射装置の他の構成の概略を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態における増圧装置の他の構成の概略を示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る燃料噴射装置の他の構成の概略を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る燃料噴射装置の他の構成の概略を示す図である。
【図１１】従来における増圧装置の構成の概略及びその課題を説明する図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  燃料加圧ポンプ、２  共通蓄圧室、３，８，９，１９，２０，２１  管路、４  インジェクタ内蓄圧室、５  増圧装置、６  ノズル、７  燃料溜り、１０  インジェクタ制御室、１１  噴射制御バルブ、１３  ニードル、１７  圧力遮断弁、１８  増圧制御バルブ、２２  ドレイン、２３  噴射孔、３０  コントローラ、３２  加圧室、３３  増圧制御室、３４  増圧室、５１  増圧ピストン、５４  背圧室、５５  オリフィス、６１  圧力レギュレータ、６２  切換弁、１００  インジェクタ。
【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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【図１１】
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