(57)【要約】【課題】  低圧側蓄圧室及び高圧側蓄圧室と、それぞれを昇圧するための低圧側ポンプ及び高圧側ポンプとを具備して所望の噴射率パターンでの燃料噴射を可能とする内燃機関の燃料噴射装置において、機関始動時における最低燃料噴射圧力での燃料噴射開始を早めて運転者のもたつき感を低減する。【解決手段】  高圧側ポンプＰ３の吐出側を低圧側蓄圧室２と高圧側蓄圧室７との一方へ選択的に接続させるための第一切換弁１５が設けられ、機関始動時には、第一切換弁により、高圧側ポンプの吐出側を低圧側蓄圧室へ接続させる。それにより、機関始動時には、低圧側ポンプ及び高圧側ポンプの両方によって低圧側蓄圧室を最低燃料噴射圧力まで早期に昇圧することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧側蓄圧室及び高圧側蓄圧室と、それぞれを昇圧するための低圧側ポンプ及び高圧側ポンプとを具備して所望の噴射率パターンでの燃料噴射を可能とする内燃機関の燃料噴射装置において、前記高圧側ポンプの吐出側を前記低圧側蓄圧室と前記高圧側蓄圧室との一方へ選択的に接続させるための第一切換弁が設けられ、機関始動時には、前記第一切換弁により、前記高圧側ポンプの前記吐出側を前記低圧側蓄圧室へ接続させることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
さらに、前記高圧側ポンプの吸入側を前記低圧ポンプの吸入側又は燃料タンクと前記低圧側ポンプの吐出側との一方へ選択的に接続させるための第二切換弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記低圧側蓄圧室と前記高圧側蓄圧室とは連通路により連通され、前記連通路には、前記低圧側蓄圧室から前記高圧側蓄圧室への燃料流れのみを許容する逆止弁が配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン又は筒内噴射式火花点火エンジンのように、特に気筒内へ直接的に燃料を噴射する内燃機関の燃料噴射装置において、低圧側及び高圧側の二つの蓄圧室を設け、所望の噴射率パターンでの燃料噴射を可能とすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これら低圧側蓄圧室及び高圧側蓄圧室は、それぞれ低圧側ポンプ及び高圧側ポンプによってそれぞれの所望燃料圧力に維持されるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ９８／０９０６８号
【特許文献２】特表２００２−５３９３７２号
【特許文献３】特開２０００−２３４５４４号
【特許文献４】特開２００１−１５９３７９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、機関停止中の燃料噴射装置の内部的な燃料漏れによって、機関始動時における二つの蓄圧室内の燃料圧力は、ほぼ大気圧まで低下していることがある。機関始動時において、低圧側蓄圧室内の燃料圧力及び高圧側蓄圧室内の燃料圧力は、それぞれ、低圧側ポンプ及び高圧側ポンプによって徐々に昇圧され、一般的に、低圧側蓄圧室内の燃料圧力が最低燃料噴射圧力となった時に低圧側蓄圧室内の燃料を使用して燃料噴射が開始される。
【０００５】
言い換えれば、低圧側蓄圧室内の燃料圧力が低圧側ポンプによって最低燃料噴射圧力に昇圧されるまでは、機関始動を開始することはできない。これは運転者にもたつき感を与えることとなる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、低圧側蓄圧室及び高圧側蓄圧室と、それぞれを昇圧するための低圧側ポンプ及び高圧側ポンプとを具備して所望の噴射率パターンでの燃料噴射を可能とする内燃機関の燃料噴射装置において、機関始動時における最低燃料噴射圧力での燃料噴射開始を早めて運転者のもたつき感を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による請求項１に記載の燃料噴射装置は、低圧側蓄圧室及び高圧側蓄圧室と、それぞれを昇圧するための低圧側ポンプ及び高圧側ポンプとを具備して所望の噴射率パターンでの燃料噴射を可能とする内燃機関の燃料噴射装置において、前記高圧側ポンプの吐出側を前記低圧側蓄圧室と前記高圧側蓄圧室との一方へ選択的に接続させるための第一切換弁が設けられ、機関始動時には、前記第一切換弁により、前記高圧側ポンプの前記吐出側を前記低圧側蓄圧室へ接続させることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項２に記載の燃料噴射装置は、請求項１に記載の燃料噴射装置において、さらに、前記高圧側ポンプの吸入側を前記低圧ポンプの吸入側又は燃料タンクと前記低圧側ポンプの吐出側との一方へ選択的に接続させるための第二切換弁が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項３に記載の増圧式燃料噴射装置は、請求項１又は２に記載の燃料噴射装置において、前記低圧側蓄圧室と前記高圧側蓄圧室とは連通路により連通され、前記連通路には、前記低圧側蓄圧室から前記高圧側蓄圧室への燃料流れのみを許容する逆止弁が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による請求項１に記載の燃料噴射装置によれば、高圧側ポンプの吐出側を低圧側蓄圧室と高圧側蓄圧室との一方へ選択的に接続させるための第一切換弁が設けられ、機関始動時には、第一切換弁により、高圧側ポンプの吐出側は低圧側蓄圧室へ接続させられるために、低圧側蓄圧室は、低圧側ポンプ及び高圧側ポンプの両方によって昇圧される。それにより、低圧側蓄圧室内の燃料圧力は、低圧側ポンプだけにより昇圧される場合に比較して、早期に最低燃料噴射圧力まで昇圧される。こうして、機関始動時における最低燃料噴射圧力での燃料噴射開始が早められ、運転者のもたつき感を低減することができる。
【００１１】
また、本発明による請求項２に記載の燃料噴射装置によれば、請求項１に記載の燃料噴射装置において、さらに、高圧側ポンプの吸入側を低圧ポンプの吸入側又は燃料タンクと低圧側ポンプの吐出側との一方へ選択的に接続させるための第二切換弁が設けられている。低圧側蓄圧室内の燃料圧力が所定燃料圧力まで昇圧された後には、第一切換弁により高圧側ポンプの吐出側は高圧側蓄圧室へ接続させられ、高圧側蓄圧室の昇圧が開始される。この時に、第二切換弁によって、高圧側ポンプの吸入側を低圧側ポンプの吐出側へ接続させるようにすれば、高圧側ポンプは、低圧側ポンプにより加圧された燃料をさらに加圧して高圧側蓄圧室へ圧送することとなり、高圧側蓄圧室内の燃料圧力を所望燃料圧力まで昇圧する時間を短縮することができる。
【００１２】
また、本発明による請求項３に記載の増圧式燃料噴射装置によれば、請求項１又は２に記載の燃料噴射装置において、低圧側蓄圧室と前記高圧側蓄圧室とは、低圧側蓄圧室から前記高圧側蓄圧室への燃料流れのみを許容する逆止弁が配置された連通路により連通されている。それにより、機関始動時に、低圧側ポンプ及び高圧側ポンプの両方によって低圧側蓄圧室を昇圧すると同時に高圧側蓄圧室も昇圧される。こうして、低圧側ポンプ及び高圧側ポンプの吐出燃料量が異なる場合及び低圧側蓄圧室及び高圧側蓄圧室の容量が異なる場合にも、低圧側蓄圧室及び高圧側蓄圧室は均一に昇圧される。それにより、低圧側蓄圧室だけを最低燃料噴射圧力に昇圧するまでの時間は多少延長するが、その分、第一切換弁を切り換えて高圧側ポンプによって高圧室側蓄圧室を昇圧する時には、高圧側蓄圧室を所望燃料圧力へ昇圧するまでの時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明による燃料噴射装置の第一実施形態を示す燃料圧系統図である。同図において、１は気筒毎に設けられて気筒内へ直接的に燃料を噴射するための燃料噴射弁である。燃料噴射弁１において、高圧燃料通路１ａ内にはニードル弁１ｂが配置され、また、先端の燃料溜１ｃに連通するように噴孔１ｄが形成されている。ニードル弁１ｂが開弁されて、高圧燃料通路１ａと燃料溜１ｃとが連通すれば、高圧燃料通路１ａ内の燃料が噴孔１ｄを介して噴射される。一方、ニードル弁１ｂが閉弁されて、ニードル弁１ｂの先端部により高圧燃料通路１ａと燃料溜１ｃとが遮断されれば、噴孔１ｄを介しての燃料噴射は停止される。ニードル弁１ｂの基端側には制御室１ｅが形成され、制御室１ｅ内にはニードル弁１ｂを閉弁方向に付勢するバネ１ｆが配置されている。
【００１４】
２は複数気筒又は全気筒の燃料噴射弁１に共通の第一蓄圧室（低圧側蓄圧室）であり、第一高圧ポンプＰ２によって所望燃料圧力に維持される。第一蓄圧室２は、例えば、四つの気筒の燃料噴射弁１へ燃料を供給するものであり、第一蓄圧室２と各燃料噴射弁１の高圧燃料通路１ａとは、それぞれ、燃料供給経路３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄによって連通されている（燃料供給経路３ａだけが詳細に示されているが、他の燃料供給経路３ｂ，３ｃ，３ｄも同様な構成を有している）。また、各燃料供給経路３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、各燃料噴射弁１の制御室１ｅへも絞り４を介して連通している。
【００１５】
第一蓄圧室２から高圧燃料通路１ａへ供給された燃料圧力はニードル弁１ｂを開弁方向に付勢し、また、第一蓄圧室２から制御室１ｅへ供給された燃料圧力はニードル弁１ｂを閉弁方向に付勢する。電磁式等の放出弁５を開弁して制御室１ｅ内の燃料を燃料タンク１１へ放出すれば、制御室１ｅ内の燃料圧力による閉弁力が低下し、ニードル弁１ｂは、高圧燃料通路１ａ内の燃料圧力による開弁力によって、バネ１ｆの付勢力に逆らって開弁される。また、放出弁５を閉弁すると、燃料供給経路３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄから絞り４を介して供給される燃料によって制御室１ｅ内の燃料圧力による閉弁力が高まり、バネ１ｆの付勢力を合わせて高圧燃料通路１ａ内の燃料圧力による開弁力を上回った時にニードル弁１ｂは閉弁される。
【００１６】
本燃料噴射装置において、各燃料噴射弁１のニードル弁の開閉方式を、このような燃料圧力を利用するものではなく、例えば、ピエゾ式又は電磁式のアクチュエータを利用するものとしても良い。
【００１７】
燃料タンク１１内の燃料は、フィードポンプＰ１により大気圧より高い所望フィード圧力に加圧されて第一高圧ポンプＰ２の吸入側となる低圧経路１０へ吐出される。これは、第一高圧ポンプＰ２の吸入側が負圧とならないようにするためである。低圧経路１０には、フィードポンプＰ１への燃料の逆流を防止するための逆止弁１２が配置されている。また、逆止弁１２の下流側には調量弁１３が配置されている。
【００１８】
第一蓄圧室２内の燃料圧力は、圧力センサ（図示せず）により監視され、比較的高圧の第一所望燃料圧力が維持されるように、調量弁１３により調量された燃料が第一高圧ポンプ（低圧側ポンプ）Ｐ２により第一蓄圧室２へ圧送される。それにより、第一蓄圧室２内の燃料を使用して燃料噴射弁１から比較的高圧の燃料を噴射することが可能となり、ディーゼルエンジンの出力及び排気性能等の向上を実現することができてきたが、さらなる高出力化を目指すには、多量の燃料をより短時間で気筒内へ供給可能とすることが要求されている。そのために、噴孔径を大きくしたのでは、噴射燃料の粒径が大きくなってスモークの発生要因となる。
【００１９】
それにより、燃料噴射圧を高めて多量の燃料を短時間で気筒内へ噴射することが望まれている。本実施形態は、第一所望燃料圧力より高い第二所望燃料圧力の燃料を蓄える第二蓄圧室（高圧側蓄圧室）７を有し、第二蓄圧室７内の燃料を各燃料噴射弁１の高圧燃料通路１ａへ供給することにより、燃料噴射圧力をさらに高めることを可能としている。
【００２０】
特に、本実施形態において、第二蓄圧室７は、複数気筒（例えば、四つの気筒）に共通なものである。それにより、燃料噴射圧力をさらに高めるために気筒毎に増圧ピストン機構を設けることも考えられるが、この場合に比較して、燃料噴射装置全体を小型化することができる。また、気筒毎に増圧ピストン機構を設けると、各増圧ピストン機構のばらつきによって各気筒での燃料噴射率パターンがばらつくことがある。それにより、各気筒の出力が不均一となれば、機関振動がもたらされる。本実施形態では、このような各増圧ピストン機構のバラツキに起因する問題は発生しない。
【００２１】
第二蓄圧室７内の燃料圧力は、圧力センサ（図示せず）により監視され、第一所望燃料圧力よりさらに高圧の第二所望燃料圧力が維持されるように、調量弁１３により調量された燃料が第二高圧ポンプ（高圧側ポンプ）Ｐ３により第二蓄圧室７へ圧送される。１５は第一切換弁であり、第二高圧ポンプＰ３の吐出側を第一蓄圧室２と第二蓄圧室７との一方へ選択的に接続させるものである。通常時において、第一切換弁１５は、第二高圧ポンプＰ３の吐出側を第二蓄圧室７へ接続させる。また、１６は第二切換弁であり、第二高圧ポンプＰ３の吸入側を第一高圧ポンプＰ２の吸入側、すなわち、低圧経路１０の調量弁１３の下流側と、第一高圧ポンプＰ２の吐出側との一方へ選択的に接続させるものである。
【００２２】
通常時において、第二切換弁１６は、第二高圧ポンプＰ３の吸入側を第一高圧ポンプＰ２の吸入側に接続させる。それにより、調量弁１３を第一高圧ポンプＰ２及び第二高圧ポンプＰ３により共用することができる。もちろん、別の調量弁を介して、第二高圧ポンプＰ３の吸入側を燃料タンク１１へ接続させるようにしても良い。また、第一高圧ポンプＰ２の吐出側に、第一高圧ポンプＰ２から第一蓄圧室２への燃料流れのみを許容する逆止弁１４が配置されている場合には、第二高圧ポンプＰ３の吐出側は、第一切換弁１５を介して、この逆止弁１４の下流側に接続され、第二高圧ポンプＰ３の吸入側は、第二切換弁１６を介して、この逆止弁１４の上流側に接続されることが好ましい。
【００２３】
本実施形態において、第二蓄圧室７と各燃料噴射弁１へ燃料を供給するための各燃料供給経路３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとは、それぞれ、接続通路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄにより接続されている（接続通路８ａだけが詳細に示されているが、他の接続通路８ｂ，８ｃ，８ｄも同様な構成を有している）。また、各接続通路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄには、開閉弁９が配置されている。
【００２４】
各燃料供給経路３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄには、第二蓄圧室７内の燃料が第一蓄圧室２へ逆流するのを防止するための逆止弁６が配置され、この逆止弁６の下流側において、第二蓄圧室９からの接続通路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ、各燃料噴射弁１の高圧燃料通路１ａ、及び、各燃料噴射弁１の制御室１ｅが各燃料供給経路３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄへ接続されている。
【００２５】
第二蓄圧室７内の燃料は、各気筒における燃料噴射期間中又は燃料噴射開始前において、対応する接続通路８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄに配置された開閉弁９を開弁することにより、対応する燃料噴射弁１の高圧燃料通路１ａへ供給される。こうして、第二蓄圧室７内の燃料を使用して第一蓄圧室２内の燃料圧力より燃料噴射圧を高めることができる。また、開閉弁９に調量機能を持たせて、第二蓄圧室７内の燃料を調量して各燃料噴射弁１への供給するようにすれば、機関運転状態に応じて変化する所望の燃料噴射圧又は所望の燃料噴射率パターンを実現することができる。例えば、燃料噴射後半だけに第二蓄圧室７内の燃料を燃料噴射弁１へ供給すれば、燃料噴射後半の噴射率を燃料噴射前半に比較して高めることができ、これは低回転時に適した噴射率パターンとなる。また、燃料噴射前半だけに第二蓄圧室７内の燃料を燃料噴射弁１へ供給すれば、燃料噴射前半の噴射率を燃料噴射後半に比較して高めることができ、これは高回転時に適した噴射率パターンとなる。
【００２６】
ところで、機関停止中の燃料噴射装置の内部漏れによって、第一蓄圧室２内の燃料圧力及び第二蓄圧室７内の燃料圧力は、徐々に低下し、遂には大気圧まで低下する。機関始動時において、気筒内へ最低燃料噴射圧力より低い圧力で燃料を噴射しても、燃料を燃焼させることは困難である。それにより、機関始動時においては、第一蓄圧室２内の燃料圧力を最低燃料噴射圧力まで昇圧しないと燃料噴射を開始することができない。
【００２７】
本実施形態において、機関始動時には、第一切換弁１５が切り換えられ、第二高圧ポンプＰ３の吐出側を第一蓄圧室２に接続させるようになっている。それにより、機関始動時において、第一蓄圧室２内の燃料圧力は、第一高圧ポンプＰ２及び第二高圧ポンプＰ３の両方によって昇圧される。こうして、第一蓄圧室２内の燃料圧力を第一高圧ポンプＰ２だけにより昇圧する場合に比較して、第一蓄圧室２内の燃料圧力が最低燃料噴射圧力へ昇圧されるまでの時間が短縮され、早期に燃料噴射を開始することができる。
【００２８】
第一蓄圧室２内の燃料圧力が最低燃料噴射圧力まで昇圧されて燃料噴射が開始されれば、その直後又は第一蓄圧室２内の燃料圧力をさらに第一所望燃料圧力まで昇圧させた時に、第一切換弁１５が切り換えられ、第二高圧ポンプＰ３の吐出側を第二蓄圧室７へ接続させて第二蓄圧室７の昇圧が開始される。この時において、第二切換弁１６も切り換えられ、第二高圧ポンプＰ３の吸入側を第一高圧ポンプＰ２の吐出側へ接続させることが好ましい。それにより、第一高圧ポンプＰ２により加圧された燃料を第二高圧ポンプＰ３においてさらに加圧して第二蓄圧室７へ圧送することとなり、第二蓄圧室７内を第二所望燃料圧力へ昇圧するまでの時間を短縮することができる。
【００２９】
図１に点線で示すように、第一蓄圧室２と第二蓄圧室７とを、第一蓄圧室２から第二蓄圧室７への燃料流れのみを許容する逆止弁１７を有する連通路１８により連通させるようにしても良い。それにより、第二蓄圧室７内の燃料圧力が第一蓄圧室２内の燃料圧力を下回ることはなくなる。
【００３０】
機関始動時において、第二高圧ポンプＰ３の吐出側を第一蓄圧室２へ接続させて第一高圧ポンプＰ２及び第二高圧ポンプＰ３によって第一蓄圧室２を昇圧させる場合には、連通路１８によって同時に第二蓄圧室７も昇圧される。それにより、第一蓄圧室２内の燃料圧力が最低燃料噴射圧力まで昇圧されるまでの時間が多少長くなる。しかしながら、第一切換弁１５を切り換えて第二高圧ポンプＰ３の吐出側を第二蓄圧室７へ接続させ、第二蓄圧室７を昇圧する際に、第二蓄圧室７内の燃料圧力がある程度昇圧されているために、第二所望燃料圧力まで昇圧する時間を短縮することができる。
【００３１】
本実施形態において、各燃料噴射弁１は、必要に応じて第二蓄圧室７内の燃料を加えて第一蓄圧室２内の燃料を噴射するようになっている。それにより、第一蓄圧室２と各燃料噴射弁１とを連通する各燃料供給経路３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄには、開閉弁等は設けられていない。しかしながら、第二蓄圧室７内の燃料だけを噴射したい場合には、各燃料供給経路３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの逆止弁６より上流側に開閉弁を設けるようにしても良い。
【００３２】
本実施形態は、ディーゼルエンジン用の燃料噴射装置としたが、筒内噴射式火花点火内燃機関用の燃料噴射装置として同様に構成することも可能である。例えば、成層燃焼のための圧縮行程燃料噴射では、高圧側の第二蓄圧室７内の燃料を噴射して点火プラグ近傍に確実に可燃混合気を形成するようにし、また、均質燃焼のための吸気行程燃料噴射では、低圧側の第一蓄圧室２内の燃料を噴射してシリンダボアへの付着燃料を低減することが可能となる。
【００３３】
低圧側の第一蓄圧室２のための低圧側の第一高圧ポンプＰ２及び高圧側の第二蓄圧室７のための高圧側の第二高圧ポンプＰ３は、電動式又は機関駆動式のいずれとしても良い。但し、第一高圧ポンプＰ２は第一蓄圧室２の第一所望燃料圧力を吐出可能な機械的強度及び駆動力を有すれば良いのに対して、第二高圧ポンプＰ３は、第一所望燃料圧力より高圧の第二蓄圧室７の第二所望燃料圧力を吐出可能な機械的強度及び駆動力を有していなければならない。もちろん、第一高圧ポンプＰ２として第二高圧ポンプＰ３と同じものを使用することは可能である。
【００３４】
本実施形態において、第一高圧ポンプＰ２及び第二高圧ポンプＰ３は、調量弁１３により調量された燃料を圧送するものとしたが、スピル機構のような自身で調量機構を有する場合には、調量弁１３を省略することも可能である。第一蓄圧室２内の燃料圧力を必要に応じて第一所望燃料圧力以上に高めることも可能である。しかしながら、第一所望燃料圧力以上に高める必要がなければ、第一蓄圧室２に第一所望燃料圧力より僅かに高い圧力で開弁するリリーフ弁を設けて、第一高圧ポンプＰ２が常に最大吐出量の燃料を吐出するようにしても良い。また、第二蓄圧室７内の燃料圧力を必要に応じて第二所望燃料圧力以上に高めることも可能である。しかしながら、第二所望燃料圧力以上に高める必要がなければ、第二蓄圧室７に第二所望燃料圧力より僅かに高い圧力で開弁するリリーフ弁を設けて、第二高圧ポンプＰ３が常に最大吐出量の燃料を吐出するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による燃料噴射装置の実施形態を示す燃料圧系統図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…燃料噴射弁
２…第一蓄圧室（低圧側蓄圧室）
７…第二蓄圧室（高圧側蓄圧室）
１１…燃料タンク
１５…第一切換弁
１６…第二切換弁
Ｐ２…第一高圧ポンプ（低圧側ポンプ）
Ｐ３…第二高圧ポンプ（高圧側ポンプ）
【図１】
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