(57)【要約】【課題】  インジェクタの背圧室から排出される燃料を有効に利用することのできる燃料噴射装置を提供する。【解決手段】  燃料噴射装置１０のインジェクタ１３に増圧ユニット７０が設けられている。増圧ユニット７０は、圧力室１００に収容された増圧ピストン１０１と、背圧室１０２内の燃料を排出可能な排出弁１１１を備えている。排気通路３０にＤＰＦ等の排気処理装置が設けられている。排気処理装置の上流側に、燃料添加部３５が設けられている。燃料添加部３５と排出弁１１１とは、添加燃料通路１２３によってつながれている。添加燃料通路１２３に開閉弁１３１が設けられている。排気処理装置が燃料を必要とするときに開閉弁１３１を開弁させることにより、背圧室１０２内の燃料を燃料添加部３５に供給し、排気通路３０に燃料を添加する。【選択図】    図２
2005291074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧された燃料を蓄えるコモンレールと、
前記コモンレールから供給される燃料を増圧して針弁機構に送る増圧ユニットを有するインジェクタと、
を具備する燃料噴射装置であって、
前記増圧ユニットは、
前記コモンレールから送られる燃料を導入する圧力室と、
前記圧力室に設けられた増圧ピストンと、
前記増圧ピストンによって前記圧力室と仕切られ、前記コモンレールから送られる燃料が導入される背圧室と、
該背圧室内の燃料を排出する際に開弁する排出弁と、
前記背圧室内の燃料が排出される際に前記増圧ピストンと一体に動く部位によって燃料を増圧して前記針弁機構に送る増圧室とを有し、
さらに、
エンジンの排気通路に設置された排気処理装置の上流側に設けられた燃料添加部と、
該燃料添加部と前記排出弁とをつなぐ添加燃料通路と、
前記排気処理装置が燃料を必要とするときに、前記背圧室から前記排出弁を経て排出される燃料を前記添加燃料通路を経て前記燃料添加部に供給する添加燃料供給手段と、
を具備したことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記インジェクタが燃料の増圧を必要としない状態において、
前記針弁機構を開弁させるためのインジェクタ駆動信号がオフ状態にある間に前記排出弁を開弁させるとともに、前記添加燃料供給手段によって前記背圧室内の燃料を前記燃料添加部に供給す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】
前記排気処理装置が、前記排気通路に設けられたＤＰＦまたはＮＯＸ吸蔵触媒であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の燃料噴射系に使用される増圧ユニットを備えた燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気系に、排気処理装置（後処理装置）として、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）や酸化触媒、ＮＯＸ触媒等を用いた排気浄化装置が装備されている。また、排気中に燃料を添加することによって、排気浄化装置にＨＣ（炭化水素）を供給することも行なわれている。（例えば下記特許文献１参照）
例えばＤＰＦを備えたエンジンでは、捕集した微粒子すなわちＰＭ（パティキュレートマタ−）を燃焼させているが、比較的排気温度が低いときにＰＭを燃焼させるための一手段として、ＤＰＦの上流側の排気通路に酸化触媒が配置されている。この酸化触媒によって排気中のＮＯをＮＯ２に変化させ、ＤＰＦに捕集されているＰＭをＮＯ２によって比較的低温度で燃焼させるようにしている。
【０００３】
また、酸化触媒が活性温度に達していないときに、燃料の一部を排気中に添加することによって燃料のＨＣを酸化させ、酸化触媒での酸化作用による発熱によって、酸化触媒を加熱することも行なわれている。
【０００４】
排気処理装置の他の例として、排気中のＮＯＸを除去するために、ＮＯＸ吸蔵触媒が使われることもある。ＮＯＸ吸蔵触媒を使用する場合には、ＮＯＸを還元除去するための還元剤として、燃料（ＨＣ）が必要であり、そのために排気通路に燃料を添加することが行なわれている。排気中に燃料を添加する場合、燃料は一般に燃料ポンプによって排気通路の燃料添加部に供給されている。（下記特許文献１参照）
一方、ディーゼルエンジンにおいて、増圧式のコモンレールシステム（ＣＲＳ）を使用する燃料噴射装置が公知である。この種の燃料噴射装置では、増圧ピストンを作動させるための作動油として、大流量で高圧の燃料が使用されている。増圧ピストンは、インジェクタ内部の圧力室と背圧室との間に設けられ、背圧室の燃料が排出される際に圧力室と背圧室との差圧に基いて駆動され、燃料を増圧してインジェクタのノズル部に送るようになっている。背圧室から排出された燃料は、そのまま燃料タンクに戻されている。（例えば下記特許文献２参照）
【特許文献１】米国特許第６，２９３，０９６号明細書
【特許文献２】特表２００２−５３９３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、排気通路に添加する燃料を燃料ポンプによって排気通路の燃料添加部に供給する構成では、燃料ポンプの負荷が増えるという問題がある。また、専用の燃料ポンプを配置する構成では、部品数が増えるだけでなく、燃料供給系が複雑になるという問題がある。
【０００６】
特許文献２に記載されている燃料噴射装置では、増圧ピストンが駆動される際に、作動油として機能する燃料の一部が背圧室からそのまま燃料タンクに戻されてしまい、背圧室内の加圧された燃料をそれ以上有効に利用することができない。
【０００７】
従ってこの発明の目的は、インジェクタの背圧室から排出される燃料をさらに有効に利用することができる燃料噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の燃料噴射装置は、加圧された燃料を蓄えるコモンレールと、前記コモンレールから供給される燃料を増圧して針弁機構に送る増圧ユニットを有するインジェクタと、を具備する燃料噴射装置であって、前記増圧ユニットは、前記コモンレールから送られる燃料を導入する圧力室と、前記圧力室に設けられた増圧ピストンと、前記増圧ピストンによって前記圧力室と仕切られ、前記コモンレールから送られる燃料が導入される背圧室と、該背圧室内の燃料を排出する際に開弁する排出弁と、前記背圧室内の燃料が排出される際に前記増圧ピストンと一体に動く部位によって燃料を増圧して前記針弁機構に送る増圧室とを有し、さらに、エンジンの排気通路に設置された排気処理装置の上流側に設けられた燃料添加部と、該燃料添加部と前記排出弁とをつなぐ添加燃料通路と、前記排気処理装置が燃料を必要とするときに、前記背圧室から前記排出弁を経て排出される燃料を前記添加燃料通路を経て前記燃料添加部に供給する添加燃料供給手段と具備している。
【０００９】
本発明の好ましい形態では、前記インジェクタが燃料の増圧を必要としない状態において、前記針弁機構を開弁させるためのインジェクタ駆動信号がオフ状態にある間に前記排出弁を開弁させるとともに、前記添加燃料供給手段によって前記背圧室内の燃料を前記燃料添加部に供給する。前記排気処理装置の一例は、前記排気通路に設けられたＤＰＦまたはＮＯＸ吸蔵触媒である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、増圧ユニットを有するインジェクタの背圧室から排出される燃料を排気通路に添加することができるため、必要に応じて排気処理装置に燃料を供給することができるとともに、背圧室から排出される燃料を有効に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に本発明の一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。  
図１は、燃料噴射装置１０を備えたディーゼルエンジン１１を示している。この燃料噴射装置１０は、加圧された燃料を蓄えるコモンレール１２と、エンジン１１の各気筒ごとに設けられたインジェクタ１３と、燃料を加圧してコモンレール１２に供給する燃料ポンプ１４などを備えている。コモンレール１２と燃料ポンプ１４は燃料供給管１５によってつながれている。燃料ポンプ１４は、コモンレール１２の燃料圧力が所望の値となるように、後述する制御部１６（図２に示す）によって吐出量が制御される。
【００１２】
エンジン１１の吸気通路２０に、ターボチャージャ２１のコンプレッサ２２と、インタクーラ２３と、吸気絞り弁２４などが設けられている。排気通路３０には、ターボチャージャ２１のタービン３１と、排気処理装置３２の一例として酸化触媒３３を備えたＤＰＦ（diesel particulate filter）３４が設けられている。排気処理装置３２の上流側に、燃料添加部３５と排気絞り弁３６が設けられている。
【００１３】
ＤＰＦ３４は、排気中のスートなどの粒子状物質（パティキュレートマタ−）を捕集する機能を有している。酸化触媒３３は、排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２に変化させ、ＤＰＦ３４に捕集されているスートなどの粒子状物質を、ＮＯ２によって燃焼させる機能を担っている。
【００１４】
ＤＰＦ３４において粒子状物質を燃焼させる際に、例えば排気温度が酸化触媒３３の活性温度よりも低い場合などには、酸化触媒３３を加熱するために、必要に応じて、排気中に燃料（ＨＣ）が供給される。このため本実施形態の排気通路３０には、排気処理装置３２の上流側に、排気処理装置３２が燃料を必要とするときに排気通路３０に燃料を添加する弁を備えた燃料添加部３５が設けられている。
【００１５】
図２は、燃料噴射装置１０の詳細を示している。この燃料噴射装置１０は、前記燃料ポンプ１４によって加圧された燃料を蓄えるコモンレール１２と、エンジン１１のシリンダヘッドに設けられたインジェクタ１３を備えている。コモンレール１２には、各気筒のインジェクタ１３に燃料を供給するための複数の吐出ポート４０が形成されている。図２ではインジェクタ１３を１つのみ示しているが、実際にはコモンレール１２の各吐出ポート４０のそれぞれに、燃料供給路４１を介して各気筒のインジェクタ１３が接続され、各インジェクタ１３に燃料が供給されるようになっている。
【００１６】
図２に示すインジェクタ１３は、ノズル部５０を有するボデー５１と、ノズル部５０の近傍に設けられた針弁５２および燃料室５３を含む針弁機構５４と、針弁５２を開閉させる方向に駆動する針弁駆動部６０と、コモンレール１２から供給される燃料を増圧して針弁機構５４に送る増圧ユニット７０などを備えている。
【００１７】
インジェクタ１３の内部に、逆止弁７１を有する燃料流通部７２が形成されている。燃料流通部７２は、燃料供給路４１を介してコモンレール１２接続され、コモンレール１２から供給される燃料を、逆止弁７１とノズル部５０側の燃料流通部７３を介して、燃料室５３に向けて供給できるようになっている。ノズル部５０の先端に燃料噴射孔７４が形成されている。
【００１８】
針弁駆動部６０は、ボデー５１に形成された燃料通路８０と、針弁５２と一体に軸線方向に動く駆動軸８１を有する受圧ピストン８２と、針弁５２を閉弁方向に付勢するばね８３と、絞り部８４を介して燃料通路８０に連通する加圧室８５と、ソレノイド８６によって駆動される開閉弁８７と、開閉弁８７の排出側に連通するリターン燃料出口８８と、絞り部８９などを備えている。リターン燃料出口８８は、リターン流路９０を介して、燃料タンク９１に連通している。燃料タンク９１は、燃料供給管９２を介して燃料ポンプ１４の吸入口１４ａに連通している。
【００１９】
増圧ユニット７０は、燃料供給路４１に連通する圧力室１００と、圧力室１００に収容された増圧ピストン１０１と、増圧ピストン１０１によって圧力室１００と仕切られている背圧室１０２とを備えている。背圧室１０２は、絞り部１０３を介して燃料流通部７２に連通している。圧力室１００と背圧室１０２には、燃料供給路４１を経てコモンレール１２から送られてくる高圧の燃料が導入される。
【００２０】
またこの増圧ユニット７０は、背圧室１０２内の燃料を排出する際にソレノイド１１０によって開弁する排出弁１１１と、背圧室１０２内の燃料が排出される際に増圧ピストン１０１と一体に動く部位であるプランジャ部１１２と、プランジャ部１１２によって燃料を加圧する増圧室１１３とを有している。増圧室１１３は、燃料流通部７３に連通している。
【００２１】
排出弁１１１の出口側に燃料排出流路１２０が接続されている。この燃料排出流路１２０は、分岐部１２１において、リターン燃料流路１２２と、添加燃料通路１２３とに分岐している。リターン燃料流路１２２は、ソレノイド１２５によって駆動される開閉弁１２６を備え、燃料ポンプ１４の吸入側１４ｂに連通している。添加燃料通路１２３は、ソレノイド１３０によって駆動される開閉弁１３１を介して、燃料添加部３５に接続されている。
【００２２】
前記開閉弁８７のソレノイド８６と、排出弁１１１のソレノイド１１０は、コントローラとして機能する制御部１６によって開閉が制御される。また、開閉弁１２６のソレノイド１２５と、開閉弁１３１のソレノイド１３０も制御部１６によって開閉が制御される。
【００２３】
制御部１６は例えばＥＣＵ等の車載コンピュータを用い、排気処理装置３２が燃料を必要とするときに、リターン燃料流路１２２の開閉弁１２６の開度を制御するとともに、添加燃料通路１２３の開閉弁１３１を開弁させることにより、背圧室１０２から排出される燃料を、排出弁１１１と添加燃料通路１２３を経て、排気通路３０の燃料添加部３５に供給するようになっている。
【００２４】
これら開閉弁１２６，１３１と、ソレノイド１２５，１３０と、制御部１６は、本発明で言う添加燃料供給手段として機能するものである。なお、開閉弁１２６，１３１を用いる代りに、分岐部１２１に、リターン燃料流路１２２と添加燃料通路１２３への流量配分を調整可能な分配弁を設けるようにしてもよい。
【００２５】
次に、本実施形態の燃料噴射装置１０の作用について、図１から図４を参照して説明する。  
エンジン１１が回転し、燃料ポンプ１４が駆動されることによって、燃料タンク９１から燃料ポンプ１４に吸入された燃料が加圧され、コモンレール１２に供給される。エンジン１１の運転状況に応じて、燃料ポンプ１４から吐出される燃料の圧力が制御部１６によって調整され、所定圧力に加圧された燃料がコモンレール１２に蓄えられる。
【００２６】
エンジン１１の各気筒の燃焼室には、各インジェクタ１３の燃料噴射孔７４から燃料が噴射される。エンジン１１の運転状況に応じて、インジェクタ１３は、燃料を増圧するモード（増圧ユニット７０が作動するモード）、または、燃料を増圧しないモード（増圧ユニット７０が作動しないモード）で駆動される。例えば、エンジン１１が高負荷で運転する際に、インジェクタ１３が燃料を増圧するモードとなる。エンジン１１がアイドリング運転しているときなどの低負荷運転時には、インジェクタ１３は燃料の増圧を必要としないモードとなる。
【００２７】
燃料を増圧するモードでは、例えば図３の横軸に示す時間Ｔ１において、増圧ピストン駆動信号によって増圧ユニット７０のソレノイド１１０がオンとなり、排出弁１１１が開弁する。このことにより、増圧ピストン１０１とプランジャ部１１２の受圧面積比に応じて、増圧ピストン１０１が増圧室１１３に向かって移動するとともに、背圧室１０２内の燃料が排出弁１１１を通って燃料排出流路１２０に排出される。このため増圧室１１３内の燃料が増圧され、燃料流通部７３に送られる。
【００２８】
さらに、図３に示す時間Ｔ２において、インジェクタ駆動信号によって針弁駆動部６０のソレノイド８６がオンとなり、開閉弁８７が開弁する。このことにより、加圧室８５内の燃料が開閉弁８７を通ってリターン燃料出口８８からリターン流路９０に排出されるとともに、受圧ピストン８２が針弁５２と反対向きに移動することにより、針弁５２が開弁する。このことにより、燃料室５３内の燃料が、燃料噴射孔７４からエンジン１１の燃焼室内に噴出する。
【００２９】
上記のように、燃料噴射時に増圧ユニット７０が機能している状態、すなわち背圧室１０２の排出弁１１１が開弁しているときに、排気処理装置３２が燃料を必要としている場合には、添加燃料通路１２３のソレノイド１３０を駆動して開閉弁１３１を所定量開弁させる。このことにより、背圧室１０２内の燃料が、排出弁１１１と添加燃料通路１２３と開閉弁１３１を経て、排気通路３０の燃料添加部３５に送られる。この燃料が燃料添加部３５から排気通路３０に添加されることにより、排気処理装置３２の酸化触媒３３に燃料のＨＣが供給され、酸化触媒３３を活性温度まで加熱することができる。
【００３０】
背圧室１０２から燃料排出流路１２０に排出される燃料のうち、燃料添加部３５が消費する量を越える余剰の燃料は、リターン燃料流路１２２の開閉弁１２６を制御することによって、燃料ポンプ１４の吸入側１４ｂに供給され、コモンレール１２に戻される。このように、背圧室１０２から排出される燃料の一部を燃料ポンプ１４の吸入側１４ｂに戻すことにより、燃料ポンプ１４の仕事の一部を補助することができる。
【００３１】
一方、インジェクタ１３が増圧を必要としない運転モードのとき、排気処理装置３２が燃料を必要とする場合には、図４に示すように、インジェクタ駆動信号がオフにある間、すなわち針弁駆動部６０のソレノイド８６がオフであって針弁５２が閉じている間に、増圧ピストン駆動信号をオン（増圧ユニット７０のソレノイド１１０をオン）にすることによって、排出弁１１１を開弁させる。そして添加燃料通路１２３の開閉弁１３１を開弁させ、背圧室１０２から排出される燃料を燃料添加部３５に供給することにより、燃料を排気通路３０に添加する。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態の燃料噴射装置１０によれば、エンジン１１の運転状況に応じて排気処理装置３２が燃料を必要とするときに、インジェクタ１３の背圧室１０２から排出される燃料を排気通路３０に添加することができる。背圧室１０２内の燃料は加圧され高温になっているから、燃料添加部３５から排気通路３０に添加される際に気化が促進される。また、排気通路３０に供給される燃料の温度が高いため、酸化触媒３３の温度を高く保つ上で有利である。
【００３３】
なお本発明を実施するに当たって、前記実施形態以外にも、インジェクタや排気処理装置、燃料添加部、添加燃料供給手段をはじめとして、本発明の構成要素を、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態の燃料噴射装置を備えたエンジンを模式的に示す平面図。
【図２】図１に示された燃料噴射装置を示す断面図。
【図３】図１に示された燃料噴射装置の駆動信号と針弁リフトおよびリターン燃料との関係を示す図。
【図４】図１に示された燃料噴射装置のインジェクタ駆動信号と増圧ピストン駆動信号との関係を示す図。
【符号の説明】
【００３５】
１０…燃料噴射装置
１１…エンジン
１２…コモンレール
１３…インジェクタ
１４…燃料ポンプ
１６…制御部
３０…排気通路
３２…排気処理装置
３５…燃料添加部
５４…針弁機構
７０…増圧ユニット
１０２…背圧室
１１１…排出弁
１２３…添加燃料通路
【図１】
2005291074.tif 000003
【図２】
2005291074.tif 000004
【図３】
2005291074.tif 000005
【図４】
2005291074.tif 000006