(57)【要約】【課題】リターン燃料の脈動を吸収し、燃料噴射弁の安定作動を実現する燃料噴射装置の燃料リターン路構造を提供する。【解決手段】燃料供給源（14）から供給される燃料の燃料圧を開放して機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁(20)と、燃料噴射弁のリターン燃料出口(26a,54a)と燃料タンク(2)とを接続し、燃料圧を開放する際にリターン燃料出口から排出されるリターン燃料が燃料タンクに戻されるリターン路(52,68)と、リターン路上に設けられ、リターン燃料の脈動を吸収するボリューム室(72,76)とを具備する。【選択図】図１
2007263052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給源から供給される燃料の燃料圧を開放して機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁のリターン燃料出口と燃料タンクとを接続し、前記燃料圧を開放する際に前記リターン燃料出口から排出されるリターン燃料が前記燃料タンクに戻されるリターン路と、
前記リターン路上に設けられ、前記リターン燃料の脈動を抑制するボリューム室と
を具備したことを特徴とする燃料噴射装置の燃料リターン路構造。
【請求項２】
前記ボリューム室は、前記リターン燃料出口を囲繞して前記シリンダヘッド内に設けられることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置の燃料リターン路構造。
【請求項３】
前記リターン路は、前記ボリューム室と前記燃料タンクとの間に絞りを有することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料噴射装置の燃料リターン路構造。
【請求項４】
前記燃料噴射弁は、環状部材によって前記シリンダヘッドに気密に固定され、前記シリンダヘッドは、前記ボリューム室と前記環状部材の配設位置との間に絞りを有することを特徴とする請求項２記載の燃料噴射装置の燃料リターン路構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃料噴射装置に係り、詳しくは、燃料噴射弁の燃料リターン路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置は、加圧ポンプから圧送される高圧燃料をコモンレールに蓄圧し、エンジンの運転状態に応じた所定時期に燃料噴射弁から機関の気筒内に燃料を噴射する。この装置では、燃料噴射するときは背圧としての燃料圧を開放させ、噴射孔の開閉を行うニードル弁を開弁する。この燃料圧を開放するときに排出される燃料は、燃料リターン通路（以下「リターン路」とする）を経て、リターン燃料として燃料タンクに回収され再利用される。
【０００３】
ここで、シリンダヘッド内に燃料噴射弁が埋設される場合には、このリターン路はシリンダヘッドを貫通して形成され、シリンダヘッド及び燃料噴射弁の間隙が管理され、燃料噴射弁はシリンダヘッドに対して気密を存して固定される。そこで、この間隙を微小とすることにより、リターン燃料の流入によってＯリングが移動を繰り返し、磨耗するのを防止する技術が知られている（特許文献１）。
【０００４】
また、この間隙を環状に切り欠いて大きくし、そこにリターン燃料を流入させ、リターン燃料で燃料噴射弁を冷却する技術が知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２０００−４１１３１号公報
【特許文献２】特公平７−１１７０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、リターン燃料が排出されるときには、リターン燃料は脈打つように周期的且つ断続的にリターン路を流れて圧力脈動を引き起こす。この脈動は、リターン燃料を排出した当該燃料噴射弁のみならず、リターン路を共有する他の燃料噴射弁の不整噴射をも招くという問題がある。特に増圧機構で燃料を加圧して噴射するコモンレール式の装置の場合には、リターン燃料量が多くなり、リターン燃料圧力もより高圧となるため、上記した脈動による影響がより顕著となる。
【０００６】
このように、コモンレール式の燃料噴射弁のリターン燃料の脈動に対して何らかの措置が必要となるが、従来の技術は、リターン燃料の流入の防止や利用については検討されているものの、この脈動の抑制については依然として課題が残されている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、リターン燃料の脈動を抑制し、燃料噴射弁の安定作動を実現する燃料噴射装置の燃料リターン路構造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】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の燃料噴射装置の燃料リターン路構造は、燃料供給源から供給される燃料の燃料圧を開放して機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料噴射弁のリターン燃料出口と燃料タンクとを接続し、燃料圧を開放する際にリターン燃料出口から排出されるリターン燃料が燃料タンクに戻されるリターン路と、リターン路上に設けられ、リターン燃料の脈動を抑制するボリューム室とを具備したことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の発明では、ボリューム室は、リターン燃料出口を囲繞してシリンダヘッド内に設けられることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、リターン路は、ボリューム室と燃料タンクとの間に絞りを有することを特徴としている。
更にまた、請求項４記載の発明では、燃料噴射弁は、環状部材によってシリンダヘッドに気密に固定され、シリンダヘッドは、ボリューム室と環状部材の配設位置との間に絞りを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
従って、請求項１記載の本発明の燃料噴射装置の燃料リターン路構造によれば、リターン路上にボリューム室が設けられ、リターン燃料の脈動がボリューム室で抑制されるため、リターン燃料が排出されても、その脈動による燃料圧の変動が抑制される。この結果、燃料噴射弁の安定作動が実現可能となる。
また、請求項２記載の発明によれば、シリンダヘッドに燃料噴射弁の挿入孔を加工するだけでリターン燃料の脈動を効果的に抑制することができる。
【００１０】
更に、請求項３記載の発明によれば、ボリューム室と燃料タンクとの間のリターン路に絞りが設けられるため、リターン燃料が排出されても、リターン路を共有する他の燃料噴射弁に供給される燃料圧の変動が確実に抑制される。
更にまた、請求項４記載の発明によれば、ボリューム室と環状部材の配設位置との間に絞りが設けられるため、リターン燃料圧が環状部材に直接加わることが防止され、環状部材の破断防止及び耐久性向上が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図１を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、コモンレール式燃料噴射装置の全体構成図である。
この装置はディーゼル機関（以下、エンジンという）に備えられており、このエンジンを備えた車両には燃料タンク２が設置されている。このタンク２はタンク燃料路４を介してフィードポンプ６に接続され、このポンプ６はサプライポンプ（加圧ポンプ）８に接続されている。このポンプ８には電磁式の燃料供給量調整弁１８が備えられ、また、ポンプ８は逆止弁１０を備えた一対のサプライ燃料路１２を介してコモンレール（燃料供給源）１４に接続されている。なお、ポンプ６、８は一体化され、駆動軸１６を介してエンジンによって駆動される。
【００１２】
タンク２内の燃料はポンプ６により汲み上げられてポンプ８に供給され、ポンプ８で加圧されてコモンレール１４に供給される。ポンプ８への燃料吸入量は調整弁１８の開度に応じて制限され、これに応じてポンプ８からの燃料吐出量も制御され、コモンレール１４内の燃料圧が調整されている。
コモンレール１４にはコモンレール燃料路２２を介して燃料噴射弁２０が接続されており、噴射弁２０は、エンジンの気筒内に臨ませた姿勢で気筒毎に備えられ、エンジンのシリンダヘッド１内に埋設されている。シリンダヘッド１には噴射弁２０の挿入孔３が段付状に環状溝７を有して形成される。環状溝７にはＯリング５が配設され、噴射弁２０はＯリング５を介してシリンダヘッド１内に気密に固定される。また、噴射弁２０は、気筒内への燃料噴射を制御する燃料噴射機構２６と、この噴射機構２６に供給される燃料を事前に増圧する増圧機構５４とを備えている。
【００１３】
まず、噴射機構２６は、弁本体２４の先端側から順に噴孔部２８、燃料溜り３０、ばね室３２及び圧力室３４が形成され、これら噴孔部２８から圧力室３４に亘ってニードル弁３６が配設されており、このニードル弁３６はばね室３２内のばね３８の付勢力によって下方向に向けて付勢されている。燃料溜り３０は燃料供給路４０の一端側に接続されており、この燃料供給路４０の他端側はコモンレール燃料路２２に接続され、また、この燃料供給路４０の途中には逆止弁４２が設けられている。そして、燃料路２２からの燃料は供給路４０及び燃料溜り３０を経て噴孔部２８に導かれる。
【００１４】
この供給路４０において、逆止弁４２の配設位置よりも下流側の適宜位置にはオリフィス４４を備えた圧力路４６の一端側が接続され、この圧力路４６の他端側は圧力室３４の上部に接続されている。従って、供給路４０の燃料圧は圧力室３４内ではニードル弁３６の上面側に背圧として作用する一方、燃料溜り３０内ではニードル弁３６に上方向への圧力が作用している。なお、上記背圧及びばね３８の付勢力の合力は燃料溜り３０に作用する燃料圧を上回っており、この場合のニードル弁３６は下方向に向けて付勢されて噴孔部２８に圧接され、閉弁状態が保持される。
【００１５】
圧力室３４の上部にはオリフィス４８を介して電磁式の噴射制御弁５０が接続されている。この制御弁５０はリターン路５２を介して燃料タンク２に接続されている。リターン路５２は、噴射機構２６から排出されるリターン燃料のリターン燃料出口２６ａからシリンダヘッド１内を貫通して燃料タンク２に至るまで気密に連通する配管で形成されている。そして、本実施形態では、このリターン路５２にボリューム室７２、オリフィス（絞り）７４が順次介挿されている。
【００１６】
次に、増圧機構５４は噴射機構２６の上側に配設され、大径部及び小径部からなるシリンダ５６を備えている。このシリンダ５６内には増圧ピストン５８が上下動可能に配設されており、このピストン５８もまた大径部及び小径部からなり、シリンダ５６内のばね６２がピストン５８の大径部の下側を上方向に向けて付勢している。
ここで、供給路４０とシリンダ５６とは３箇所にて接続されている。詳しくは、供給路４０において、逆止弁４２の配設位置よりも上流側部分がシリンダ５６の大径部の上側に接続されるとともに、オリフィス５７を介してシリンダ５６の大径部の下側にも接続されている。よって、供給路４０の燃料圧はピストン５８の大径部の下側に背圧として作用する。一方、逆止弁４２の配設位置よりも下流側部分は加圧路６４を介してシリンダ５６の小径部の下側に接続されており、ピストン５８の小径部の下側によって区画された部分が加圧室６０として形成されている。なお、上記背圧及びばね６２の付勢力の合力はピストン５８の大径部の上側に作用する燃料圧を上回っており、この場合のピストン５８は上方向に向けて付勢されて加圧室６０が最大容積に保持される。
【００１７】
また、シリンダ５６の大径部の下側には電磁式の増圧制御弁６６が接続されており、この制御弁６６はリターン路６８を介して燃料タンク２に接続されている。リターン路６８は、増圧機構５４から排出されるリターン燃料のリターン燃料出口５４ａから、シリンダヘッド１内を貫通して燃料タンク２に至るまで気密に連通する配管で形成されている。そして、本実施形態では、このリターン路６８にボリューム室７６、オリフィス（絞り）７８が順次介挿されている。
【００１８】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置、中央処理装置、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユニット）７０が設置されている。ＥＣＵ７０の入力側には、吸気情報、排気情報、コモンレール１４内の燃料圧等のエンジン運転状態を検出するセンサ類が接続されている。これに対し、ＥＣＵ７０の出力側には、調整弁１８、噴射弁２０の制御弁５０及び制御弁６６等のデバイス類が接続されている。
【００１９】
そして、ＥＣＵ７０は上記エンジン運転状態に関する各種情報に基づいて、コモンレール圧、燃料噴射量、燃料噴射時期、増圧機構５４による燃料増圧の有無や増圧機構５４の作動時期等の各目標値を設定し、上記デバイス類を駆動制御してエンジン運転状態に対して最適な噴射圧波形で燃料噴射を実行している。
以下、リターン路５２に介挿されるボリューム室７２及びオリフィス７４と、リターン路６８に介挿されるボリューム室７６及びオリフィス７８との作用を燃料噴射機構２６、増圧機構５４の作動に沿って説明する。
【００２０】
まず、コモンレール圧の燃料をそのまま気筒＃１内に向けて噴射する場合には、噴射機構２６のみが作動し、制御弁６６を閉弁状態にして制御弁５０を開弁させる。これにより、ニードル弁３６が上方向に向けて付勢されて噴孔部２８から燃料噴射が開始される。このとき排出された圧力室３４内の燃料、すなわちリターン燃料は、リターン路５２上の緩衝部として好適に機能するボリューム室７２に流入する。そして、ボリューム室７２で脈動が抑制されたリターン燃料は、ボリューム室７２から流出した後、オリフィス７４でリターン路５２の流路が絞られて減圧され、燃料タンク２に回収される。
【００２１】
これに対し、増圧機構５４による燃料増圧を実施する場合には、噴射制御弁５０の開閉に対して所定のタイミングで制御弁６６が開閉駆動される。
つまり、図２に示されるように、制御弁６６は制御弁５０の開弁に先行した所定時期に開弁される。この制御弁６６の開弁に伴い、ピストン５８は下方向に向けて付勢される。これにより、加圧室６０内の燃料が加圧され、供給路４０において逆止弁４２の配設位置よりも下流側に存在する燃料が元々のコモンレール圧に相当する燃料圧よりも更に高圧となる。このとき排出されたシリンダ５６の大径部の下側の燃料、すなわちリターン燃料は、リターン路６８上の緩衝部として好適に機能するボリューム室７６に流入する。そして、ボリューム室７６で脈動が抑制されたリターン燃料は、ボリューム室７６から流出した後、オリフィス７８でリターン路６８の流路が絞られて減圧され、燃料タンク２に回収される。
【００２２】
次いで、制御弁５０が開弁されると、噴射圧力が噴射初期から急激に立ち上がってコモンレール圧よりも高圧に保持される。このとき排出されるリターン燃料は、上述したようにリターン路５２上をボリューム室７２、オリフィス７４を経て燃料タンク２に回収される。
以上のように、本実施形態では、図２の増圧機構５４による燃料増圧を実施する場合のリターン燃料圧の時間的推移にも示されるように、リターン燃料の排出直後はその衝撃力により圧力変動をきたして脈動を生じるものの、ボリューム室７６を通過以降は圧力変動の振幅が低下して脈動が抑制され、その後オリフィス７８で減圧されて圧力変動が更に低減され、燃料圧が略一定となってタンク２に回収される。そして、脈動が抑制されたリターン燃料は、タンク２を経てポンプ６に供給され、ポンプ８を経由した後、適正なコモンレール圧でコモンレール１４に蓄圧される。このように、ボリューム室７６を設けたことにより、リターン燃料の脈動から生じる背圧の変動によって気筒＃１の燃料噴射弁２０自体の燃料噴射が不整となるのが防止される。
【００２３】
また、各気筒に対応する他の燃料噴射弁においては、例えば気筒＃１から他の気筒＃２ないし＃６に気筒を切り換える時には、特にオリフィス７８を設けたことにより、リターン燃料の脈動が確実に抑制され、リターン路の背圧の変動が抑制されるため、他の気筒においても脈動の影響を受けることなく、適正な燃料圧での燃料噴射が実施される。更には、各燃料噴射弁で適正な燃料噴射が行われることにより、気筒間の燃料噴射量差が減少して気筒毎の燃焼の不均衡がなくなるため、これに起因するエンジン振動及び排気ガス量増大をも抑制可能となる。
【００２４】
また、増圧機構５４による燃料増圧を実施しない場合にも、リターン路５２上にボリューム室７２、オリフィス７４を設けたことにより、通常の燃料噴射時に排出されるリターン燃料の脈動が抑制され、上記した効果と同様の効果が得られる。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図３は、本実施形態のコモンレール式燃料噴射装置の燃料噴射弁２０近傍のみを拡大した図であり、上記第１実施形態と重複する説明については省略する。
【００２５】
同図に示されるように、本実施形態では、シリンダヘッド１内には、噴射機構２６からのリターン燃料の脈動を抑制するボリューム室８０及びオリフィス（絞り）８２が設けられている。また、シリンダヘッド１内には、増圧機構５４からのリターン燃料の脈動を抑制するボリューム室８４及びオリフィス（絞り）８６も設けられており、更に、ボリューム室８４とＯリング（環状部材）５との間にオリフィス（絞り）８８が設けられている。
【００２６】
ボリューム室８０、８４は、それぞれリターン燃料出口２６ａ、５４ａを囲繞する環状溝が挿入孔３に加工されて形成されている。また、オリフィス８２、８６は、それぞれ噴射弁２０と挿入孔３との間隙として形成され、リターン路５２、６８の流路面積を絞るように構成されている。詳しくは、ボリューム室８０、８４の下面８０ａ、８４ａは、それぞれ噴射弁２０と所定の間隙を有して離間されており、挿入孔３の加工の際には、噴射弁２０の外径と挿入孔３の内径との径差が管理され、所定の間隙が規定されている。そして、リターン路５２はリターン燃料出口２６ａからボリューム室８０及びオリフィス８２を介して、リターン路６８はリターン燃料出口５４ａからボリューム室８４及びオリフィス８６を介してタンク２までそれぞれ連通している。
【００２７】
また、オリフィス８８がボリューム室８４とＯリング５の配設位置との間隙として形成されている。詳しくは、ボリューム室８４の上面８４ｂは、燃料噴射弁２０及び挿入孔３の間にこれらの径差が管理、規定される間隙を有し、ボリューム室８４からＯリング５へのリターン燃料の流入面積を絞るオリフィス８８として機能している。
以上のように、本実施形態では、シリンダヘッド１に噴射弁２０の挿入孔３を加工するだけでリターン燃料の脈動を効果的に吸収することができ、第１実施形態と同様の効果が得られるとともに、挿入孔３の加工だけで済むため、ボリューム室及びオリフィス設置の改造コストが低減され、燃料噴射装置の搭載性向上が図られる。
【００２８】
また、ボリューム室８４とＯリング５の配設位置との間に絞りを有するため、リターン燃料圧がＯリング５に直接加わることが防止され、Ｏリング５の破断防止及び耐久性向上が図られ、燃料のシール性が確保されて燃料リークが確実に防止される。
以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００２９】
例えば、上記実施形態では、車両用の増圧機構を備えたコモンレール式燃料噴射装置に具体化したが、適用対象はコモンレール式燃料噴射装置に限ることはなく、燃料スピル方式のユニットインジェクタの燃料リターン路構造にも適用でき、また、車両用のエンジンに限ることはなく、例えば定置型エンジンに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態に係るコモンレール式燃料噴射装置の全体構成図である。
【図２】図１の増圧機構及び燃料噴射機構の作動時期、噴射圧波形、リターン燃料圧波形を時系列的に示す図である。
【図３】第２実施形態に係る燃料噴射装置の要部拡大図である。
【符号の説明】
【００３１】
２    燃料タンク
５    Ｏリング（環状部材）
１４    コモンレール（燃料供給源）
２０    燃料噴射弁
２６ａ  リターン燃料出口
５２    リターン路
５４ａ  リターン燃料出口
６８    リターン路
７２    ボリューム室
７４    オリフィス（絞り）
７６    ボリューム室
７８    オリフィス（絞り）
８０    ボリューム室
８２    オリフィス（絞り）
８４    ボリューム室
８６    オリフィス（絞り）
８８    オリフィス（絞り）
【図１】
2007263052.tif 000003
【図２】
2007263052.tif 000004
【図３】
2007263052.tif 000005