(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダ毎に設けられた燃料ポンプにより加圧された高圧燃料を各シリンダの噴射ノズルからシリンダ内に噴射するように構成されるとともに、シリンダ毎に設けられて前記燃料ポンプと噴射ノズルとを接続する噴射管と、シリンダ毎に設けられて燃料タンクと噴射管とを接続する燃料油管と、前記各燃料油管に設けられて該燃料油管路を開閉する噴射側制御弁と、シリンダ毎に設けられて前記噴射ノズルの針弁背面側に接続されるとともに絞り機構を介して前記噴射管に接続される燃料戻り管と、前記各燃料戻り管に設けられて該燃料戻り管路を開閉する戻り側制御弁とを備え、内燃機関の運転条件に従い、前記噴射側制御弁および前記戻り側制御弁を閉弁して前記燃料噴射ポンプの噴射圧力を上昇させ、その後前記戻り側制御弁を開弁して前記噴射ノズルから燃料を噴射せしめるとともに、前記噴射側制御弁の閉弁時から前記戻り側制御弁の開弁時までの開閉時間差を制御するコントローラを備えてなることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記コントローラは、前記内燃機関の運転条件に従い、機関の低回転域あるいは低出力域においては前記開閉時間差を大きくして前記噴射ノズルからシリンダ内への燃料の噴射率モードを急激な噴射率増大モードである矩形状モードとし、機関の高回転域あるいは高出力域においては前記開閉時間差を前記低回転域あるいは低出力域よりも小さくして前記噴射率モードを緩やかな噴射率増大モードである三角形状モードとするように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記コントローラには、前記機関の運転条件として機関回転数の検出信号を含む機関運転状態の検出信号が入力され、該コントローラは前記検出信号に基づき前記シリンダ毎に設けられた前記噴射側制御弁及び戻り側制御弁の前記開閉時間差を制御するように構成されてなることを特徴とする請求項１または２の何れかの項に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
内燃機関のシリンダ毎に設けられた燃料ポンプにより加圧された高圧燃料を各シリンダの噴射ノズルからシリンダ内に噴射するように構成されるとともに、シリンダ毎に設けられて前記燃料ポンプと噴射ノズルとを接続する噴射管と、シリンダ毎に設けられて燃料タンクと噴射管とを接続する燃料油管と、前記各燃料油管に設けられて該燃料油管路を開閉する噴射側制御弁と、シリンダ毎に設けられて前記噴射ノズルの針弁背面側に接続されるとともに絞り機構を介して前記噴射管に接続される燃料戻り管と、前記各燃料戻り管に設けられて該燃料戻り管路を開閉する戻り側制御弁とを備え、前記燃料油管と並列にシリンダ毎に設けられて前記燃料タンクと噴射管とを接続する第２の燃料油管と、前記第２の燃料油管の夫々に設けられて該燃料油管路を開閉する噴射側サブ制御弁と、内燃機関の運転条件に従い前記噴射側サブ制御弁および前記戻り側制御弁を閉弁して前記燃料噴射ポンプの噴射圧力を上昇させて、前記戻り側制御弁を開弁して前記噴射ノズルから燃料を噴射せしめるとともに、前記噴射側制御弁の開閉時期と前記噴射側サブ制御弁の開閉時期と前記戻り側制御弁の開閉時期との間の開閉時間差を制御するコントローラとを備えてなることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記噴射側サブ制御弁の閉弁と戻り側制御弁の開弁との間の開閉時間差を変化させて噴射開始時における棚圧を変化させるように構成されてなることを特徴とする請求項４記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記内燃機関の運転条件に従い、機関の低回転域あるいは低出力域においては前記噴射側サブ制御弁の閉弁と戻り側制御弁の開弁との間の開閉時間差を大きくして前記噴射ノズルからシリンダ内への燃料の噴射率モードを急激な噴射率増大モードとし、機関の高回転域あるいは高出力域においては前記開閉時間差を前記低回転域あるいは低出力域よりも小さくして前記噴射率モードを緩やかな噴射率増大モードとし、さらに前記噴射側制御弁の閉弁と前記噴射側サブ制御弁の閉弁とに開閉時間差を与えて噴射圧力の上昇速度を変化させるように構成されてなることを特徴とする請求項４記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記コントローラは、前記噴射側制御弁の開弁と戻り側制御弁の閉弁との開閉時間差を変化させて噴射終了時における噴射圧力の低下速度を変化させることを特徴とする請求項４記載の燃料噴射装置。
【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、特にディーゼル機関の燃料噴射装置に関し、内燃機関のシリンダ毎に設けられた燃料ポンプにより加圧された高圧燃料を各シリンダの噴射ノズルからシリンダ内に噴射するように構成され噴射側制御弁と戻り側制御弁との開閉制御により燃料噴射モードを制御するようにした燃料噴射装置に関する。
【従来の技術】
【０００２】
ディーゼル機関においては、燃料消費率の低減に加えて、低回転、低出力時における黒煙やパティキュレートの排出抑制、及び高回転、高出力時におけるＮＯｘ（窒素酸化物）の低減を実現するため、燃料ポンプにて高圧に加圧された燃料を各シリンダ共通に設けられたコモンレール（蓄圧器）に蓄圧し、該コモンレールと各シリンダの燃料噴射弁とを接続する高圧噴射管路及び燃料の戻り管路を開閉する複数の制御弁（電磁弁）を設け、コントローラにより該制御弁を開閉制御するようにした電子制御燃料噴射装置が、近年多く提供されている。
【０００３】
かかる電子制御燃料噴射装置の１つに特開平１１−２９４２９１号の発明がある。かかる発明においては、燃料ポンプにて高圧に加圧された燃料を各シリンダ共通に設けられたコモンレールに蓄圧し、高圧噴射管路を通して各シリンダの燃料噴射弁に高圧燃料を所定のタイミングで供給するようにした蓄圧式燃料噴射装置において、該燃料噴射弁の針弁（ニードル弁）後端面に臨んで形成された制御室に前記コモンレールからの導入路を通して高圧燃料を導入し該高圧燃料を針弁閉弁方向に作用させ、前記制御室と燃料タンクとを接続する燃料の戻り路を設け、前記コモンレールからの導入路に第１の絞りを入口側に備えたノルマルオープンの導入側制御弁を設け、前記燃料の戻り路に第２の絞りを入口側に備えたノルマルクローズの戻り側制御弁を設ける。
【０００４】
そして、燃料噴射開始時においては、前記導入側制御弁を閉じて制御室への高圧燃料を遮断するとともに戻り側制御弁を開いて針弁背部からの押付力を開放する。これにより、燃料噴射弁の油溜め内に導入されている高圧燃料の圧力により針弁が押し上げられて開弁し、該高圧燃料がシリンダ内に噴射される。
また燃料噴射終了時においては、前記戻り側制御弁を閉じた後導入側制御弁を開放する。これにより、前記制御室に高圧燃料が導入されて針弁が押し下げられて閉弁し、噴射が終了する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平１１−２９４２９１号の発明にあっては、前記導入側制御弁と戻り側制御弁の開弁時期を変化させることにより噴射時期及び噴射モードの制御は可能であるが、燃料噴射弁の針弁後端面に臨んで形成された制御室への高圧燃料の導入及び排出を絞り付きの導入側制御弁及び絞り付きの戻り側制御弁の開閉を制御して燃料噴射開始及び噴射終了を制御しており、機関作動時には針弁にはコモンレールからの高圧燃料による開弁方向の押上力が常時作用しているため、噴射開始及び噴射終了動作の応答性が良好でなくきめ細かい噴射モードの制御は困難である。
【０００６】
またかかる従来技術にあっては、機関作動中コモンレールから各シリンダの燃料噴射弁の針弁下部（油溜り）まで常時高圧燃料が充満されているため燃料漏れが発生し易い状態にあり、危険度が高く、また該燃料漏れの発生により燃料噴射系の圧縮効率が低下して駆動動力の増大及び燃料消費率の増大を招く。
さらに、かかる従来技術にあっては、前記のように、機関作動中コモンレールから各シリンダの燃料噴射弁の針弁下部（油溜り）まで常時高圧燃料が充満されているため、前記導入側制御弁及び戻り側制御弁の１つが故障し、あるいは燃料噴射弁の針弁の１つが故障した場合には当該シリンダへの燃料の完全遮断が実質的に不可能となっており、当該シリンダ内へ燃料が流れ込んで溜り、この燃料の不整燃焼によるウォーターハンマー作用によりエンジン破壊を引き起こすおそれがある。
【０００７】
本発明はかかる従来技術に鑑み、機関の全運転域において燃料噴射モードを高精度にかつきめ細かく制御可能として、燃料消費率を低減するとともに黒煙やパティキュレート、ＮＯｘを低減し、燃料噴射系における燃料の漏洩を防止するとともにシリンダ毎に設けられた制御弁や燃料噴射弁の故障発生時における機関故障や事故への波及を回避可能な内燃機関用燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１の発明として、内燃機関のシリンダ毎に設けられた燃料ポンプにより加圧された高圧燃料を各シリンダの噴射ノズルからシリンダ内に噴射するように構成されるとともに、シリンダ毎に設けられて前記燃料ポンプと噴射ノズルとを接続する噴射管と、シリンダ毎に設けられて燃料タンクと噴射管とを接続する燃料油管と、前記各燃料油管に設けられて該燃料油管路を開閉する噴射側制御弁と、シリンダ毎に設けられて前記噴射ノズルの針弁背面側に接続されるとともに絞り機構を介して前記噴射管に接続される燃料戻り管と、前記各燃料戻り管に設けられて該燃料戻り管路を開閉する戻り側制御弁とを備え、内燃機関の運転条件に従い、前記噴射側制御弁および前記戻り側制御弁を閉弁して前記燃料噴射ポンプの噴射圧力を上昇させ、その後前記戻り側制御弁を開弁して前記噴射ノズルから燃料を噴射せしめるとともに、前記噴射側制御弁の閉弁時から前記戻り側制御弁の開弁時までの開閉時間差を制御するコントローラを備えてなることを特徴とする燃料噴射装置を提案する。
【０００９】
請求項２ないし３記載の発明は、前記コントローラの具体的構成に係り、請求項２記載の発明は請求項１において、前記コントローラは、前記内燃機関の運転条件に従い、機関の低回転域あるいは低出力域においては前記開閉時間差を大きくして前記噴射ノズルからシリンダ内への燃料の噴射率モードを急激な噴射率増大モードである矩形状モードとし、機関の高回転域あるいは高出力域においては前記開閉時間差を前記低回転域あるいは低出力域よりも小さくして前記噴射率モードを緩やかな噴射率増大モードである三角形状モードとするように構成されてなることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は請求項１または２の何れかにおいて、前記コントローラには、前記機関の運転条件として機関回転数の検出信号を含む機関運転状態の検出信号が入力され、該コントローラは前記検出信号に基づき前記シリンダ毎に設けられた前記噴射側制御弁及び戻り側制御弁の前記開閉時間差を制御するように構成されてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項１ないし３記載の発明によれば、シリンダ毎に設けられた燃料ポンプにより加圧された高圧燃料が噴射管を通して噴射ノズルの針弁下面側に供給されるとともに該噴射ノズルの針弁背面に作用して該針弁閉弁方向に押し付け、また請求項３のように、コントローラには機関回転数の検出信号を含む機関運転状態の検出信号が入力されており、かかる運転状態の許で前記コントローラからの制御操作信号により、各シリンダからの燃料戻り管に設けられた戻り側制御弁によって該燃料戻り管路を閉じた状態で噴射側制御弁によって各シリンダへの噴射管に接続される燃料油管を閉じると、噴射管から噴射ノズルに至る燃料通路の圧力つまりポンプ噴射圧が上昇する。
【００１２】
燃料噴射開始時においては、前記コントローラからの制御操作信号により前記噴射側制御弁の閉弁時期から所定の開閉時間差をおいて前記戻り側制御弁を開弁すると、前記針弁背面に作用していた高圧燃料が該戻り側制御弁を通って燃料戻り管路へと抜ける。これにより、前記噴射ノズルの針弁が該針弁下面側に導かれている高圧燃料によって押し上げられて開弁し、該噴射ノズルから燃料がシリンダ内に噴射され燃焼に供される。
この際、前記戻り側制御弁の開弁によって前記噴射管内の高圧燃料の一部が絞り機構で流路を絞られて該戻り側制御弁を経て燃料戻り管路へと戻される。
また、燃料噴射終了時においては、前記コントローラからの制御操作信号により前記噴射側制御弁を開弁すると前記噴射管及び噴射ノズル内の燃料圧力が開放されて針弁が針弁ばねの弾力によって閉弁する。
【００１３】
以上の作用により、前記噴射側制御弁の閉弁によりポンプ噴射圧が上昇し始めてから前記戻り側制御弁が開弁するまでの期間つまり前記噴射側制御弁と戻り側制御弁との開閉時間差によって噴射ノズルからの燃料噴射量の変化率（この場合は増加率）即ち噴射率が変化することとなる。
【００１４】
従って、前記コントローラに入力される機関回転数の検出信号を含む機関運転状態の検出信号が低回転あるいは低負荷運転状態のときには、該コントローラによって前記開閉時間差を大きくすると燃料噴射開始までの前記ポンプ噴射圧の上昇度が大きくなることにより噴射率が急上昇して矩形波状の噴射モードとなり、前記検出信号が高回転あるいは高負荷運転状態のときには、前記開閉時間差を小さくすると燃料噴射開始までの前記ポンプ噴射圧の上昇度が小さくなることにより噴射率の上昇度がなだらかとなって三角形波状の噴射モードとなる。
【００１５】
従ってかかる発明によれば、コントローラによって、機関の運転条件に従い前記噴射側制御弁の閉弁時期と戻り側制御弁の開弁時期との間の開閉時間差を自在に制御することができる。
これにより、機関の低回転あるいは低負荷運転状態のときには燃料噴射率をステップ的に上昇した矩形波状の噴射モードとして燃焼を促進することにより、黒煙やパティキュレートの排出を抑制することができ、高回転あるいは高負荷運転状態のときには燃料噴射率を上昇度がなだらかな三角形波状の噴射モードとして燃焼速度を制御しシリンダ内ガス温度の上昇を抑制することにより、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量を低減できるとともに、機関の全運転域において適正な燃料噴射タイミングを保持できて完全燃焼が得られ燃料消費率を低減できる。
【００１６】
また、かかる発明によれば、機関のシリンダ毎に設けられた燃料ポンプにより高圧燃料を各シリンダの噴射ノズルに圧送し、前記噴射側制御弁が閉弁している燃料圧縮及び噴射期間中のみ燃料ポンプから噴射管及び噴射ノズルに至る噴射系に高圧が加わり該噴射側制御弁の開弁期間中は低圧となるので、従来のコモンレール式燃料噴射装置のように前記噴射系に機関作動中常時高圧燃料が充満されることがない。
これにより、前記噴射系における燃料漏れの発生を抑制でき、かかる燃料漏れによる火災等の危険が回避できるとともに、該燃料漏れの発生により燃料噴射系の圧縮効率が低下して駆動動力の増大及び燃料消費率の増大を防止できる。
【００１７】
また、かかる発明によれば、機関のシリンダ毎に燃料ポンプを設けて該燃料ポンプにより高圧燃料を各シリンダの噴射ノズルに圧送し、前記噴射側制御弁及び戻り側制御弁によってシリンダ毎に独立して燃料噴射系を制御しているので、１つのシリンダで前記導入側制御弁あるいは戻り側制御弁が故障しあるいは針弁スティック等の燃料噴射弁の故障が発生した場合においても、従来のコモンレール式燃料噴射装置のように他のシリンダの燃料噴射系が前記故障に影響されることがなく、当該故障シリンダへの燃料の完全遮断が簡単にできて、他のシリンダの燃料噴射系は順調に作動可能となる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、内燃機関のシリンダ毎に設けられた燃料ポンプにより加圧された高圧燃料を各シリンダの噴射ノズルからシリンダ内に噴射するように構成されるとともに、シリンダ毎に設けられて前記燃料ポンプと噴射ノズルとを接続する噴射管と、シリンダ毎に設けられて燃料タンクと噴射管とを接続する燃料油管と、前記各燃料油管に設けられて該燃料油管路を開閉する噴射側制御弁と、シリンダ毎に設けられて前記噴射ノズルの針弁背面側に接続されるとともに絞り機構を介して前記噴射管に接続される燃料戻り管と、前記各燃料戻り管に設けられて該燃料戻り管路を開閉する戻り側制御弁とを備え、前記燃料油管と並列にシリンダ毎に設けられて前記燃料タンクと噴射管とを接続する第２の燃料油管と、前記第２の燃料油管の夫々に設けられて該燃料油管路を開閉する噴射側サブ制御弁と、内燃機関の運転条件に従い前記噴射側サブ制御弁および前記戻り側制御弁を閉弁して前記燃料噴射ポンプの噴射圧力を上昇させて、前記戻り側制御弁を開弁して前記噴射ノズルから燃料を噴射せしめるとともに、前記噴射側制御弁の開閉時期と前記噴射側サブ制御弁の開閉時期と前記戻り側制御弁の開閉時期との間の開閉時間差を制御するコントローラとを備えてなることを特徴とする。
【００１９】
請求項５ないし７記載の発明は、請求項４におけるコントローラの具体的構成に係り、請求項５記載の発明は請求項４において、前記コントローラは、前記噴射側サブ制御弁の閉弁と戻り側制御弁の開弁との間の開閉時間差を変化させて噴射開始時における棚圧を変化させるように構成されてなることを特徴とする。
【００２０】
請求項６記載の発明は請求項４において、前記コントローラは、前記内燃機関の運転条件に従い、機関の低回転域あるいは低出力域においては前記噴射側サブ制御弁の閉弁と戻り側制御弁の開弁との間の開閉時間差を大きくして前記噴射ノズルからシリンダ内への燃料の噴射率モードを急激な噴射率増大モードとし、機関の高回転域あるいは高出力域においては前記開閉時間差を前記低回転域あるいは低出力域よりも小さくして前記噴射率モードを緩やかな噴射率増大モードとし、さらに前記噴射側制御弁の閉弁と前記噴射側サブ制御弁の閉弁とに開閉時間差を与えて噴射圧力の上昇速度を変化させるように構成されてなることを特徴とする。
【００２１】
請求項７記載の発明は請求項４において、前記コントローラは、前記噴射側制御弁の開弁と戻り側制御弁の閉弁との開閉時間差を変化させて噴射終了時における噴射圧力の低下速度を変化させることを特徴とする。
【００２２】
請求項４ないし７記載の発明によれば、前記コントローラからの制御操作信号により、前記噴射側制御弁によって前記燃料油管を開き前記戻り側制御弁によって燃料戻り管路を閉じた状態で、噴射側サブ制御弁によって燃料タンクと噴射管とを接続する第２の燃料油管を閉じると、噴射管から噴射ノズルに至る燃料通路の圧力つまりポンプ噴射圧が上昇する。この場合、前記噴射側制御弁が開弁しているため前記ポンプ噴射圧の上昇度は小さい。
【００２３】
この状態で前記コントローラからの制御操作信号により前記噴射側サブ制御弁の閉弁時期から所定の開閉時間差をおいて前記戻り側制御弁を開弁すると、前記針弁背面に作用していた高圧燃料が該戻り側制御弁を通って燃料戻り管路へと抜ける。
これにより、前記噴射ノズルの針弁が該針弁下面側に導かれている高圧燃料によって押し上げられて開弁し、該噴射ノズルから棚圧によるステップ的かつ噴射率一定の第１段目の噴射がなされる。この際、前記戻り側制御弁の開弁によって前記噴射管内の高圧燃料の一部が絞り機構で流路を絞られて該戻り側制御弁を経て燃料戻り管路へと戻される。
【００２４】
次いで、前記噴射側サブ制御弁の閉弁から所定の開閉時間差をおいて前記噴射側制御弁によって前記燃料油管を閉じると、前記噴射管から噴射ノズルに至る噴射管路は密閉状態となり前記ポンプ噴射圧が時間とともに上昇し、かかるポンプ噴射圧の上昇によって噴射ノズルからの燃料噴射量が増大し前記噴射率が時間とともに増大した第２段目の噴射が継続される。
【００２５】
従って請求項４ないし７記載の発明によれば、前記コントローラにより前記噴射側サブ制御弁の閉弁と前記戻り側制御弁の開弁との開閉時間差を変化させることにより噴射開始時の棚圧を変化させて、噴射の立ち上がりつまり前記第１段目の噴射モードを制御することができる。
【００２６】
また前記噴射側サブ制御弁と戻り側制御弁との開閉時間差に加えて、請求項６のように、前記噴射側制御弁の閉弁と前記噴射側サブ制御弁の閉弁との開閉時間差を制御することにより前記第１段目の噴射に続く第２段目の噴射における噴射圧力の上昇速度を変化させることができ、さらにきめ細かい燃料噴射モードの制御を行うことができる。
これによって噴射圧力の上昇速度を部分的に低下させて等圧燃焼を実現することができることとなり、該等圧燃焼により筒内圧力の上昇が抑制されて燃焼室周り及び運動部分構成部材の耐久性を向上できるとともに、前記筒内圧力の上昇抑制により筒内温度の上昇が抑制され、ＮＯｘの発生を低減できる。
【００２７】
さらに、請求項７のように構成すれば、前記噴射側制御弁の開弁と戻り側制御弁の閉弁との開閉時間差を変化させて噴射終了時における噴射圧力の低下速度を変化させることにより、噴射終了時の噴射の切れを制御することができる。
これにより、前記噴射圧力の低下速度を小さくし噴射の切れを穏やかにすることによって排気温度を上昇させ、黒煙捕集装置に捕獲された排ガス中の煤の再燃焼を促進したり、ＮＯｘ還元触媒の活性を高めて有害物質の排出を抑制することが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２９】
図１は本発明の第１実施例に係るディーゼル機関用燃料噴射装置の系統図である。図２は前記第１実施例における燃料噴射モード線図（その１）、図３は前記第１実施例における燃料噴射モード線図（その２）、図４は前記第１実施例における燃料噴射モード線図（その３）である。図５は本発明の第２実施例を示す図１対応図である。図６は前記第２実施例における燃料噴射モード線図（その１）、図７は前記第２実施例における燃料噴射モード線図（その２）、図８は前記第２実施例における燃料噴射モード線図（その３）、図９は前記第２実施例における燃料噴射モード線図（その４）である。図１０は前記第２実施例における噴射率と筒内圧力との関連線図である。
【００３０】
第１実施例を示す図１において、２００は燃料噴射ポンプ、１００は蓄圧インジェクタであり、両者はシリンダ毎に対をなして設けられている。
前記燃料噴射ポンプ２００において、３０はユニットポンプで、機関のクランク軸に連動される燃料カム３３、該燃料カム３３の回転によりローラを介して往復動せしめられてプランジャ室３２内の燃料を高圧に加圧するプランジャ３１を備えている。該ユニットポンプ３０の構造自体は公知であるので、詳細な構造説明は省略する。
１０は電磁弁からなる噴射側制御弁で、後述するコントローラ２０からの制御操作信号によって後述する燃料油管１３の管路を開閉するものである。
【００３１】
前記蓄圧インジェクタ１００において、１は噴射ノズルで、本体００１内に往復動可能に嵌合された針弁２、該針弁２を閉弁方向に加圧するように付勢された針弁ばね５、該針弁２の下面が臨む油溜め４、前記針弁２の開弁により該油溜め４内の高圧燃料をシリンダ内に噴射する複数の噴孔３、前記油溜め４に連通される燃料通路６、０７、前記針弁２の背面に臨んで形成され前記針弁ばね５を収納する針弁背面室０５を備えている。該噴射ノズル１の構造自体は公知であるので、詳細な構造説明は省略する。
８は前記針弁背面室０５と後述する燃料戻り管９とを接続する燃料油管、１２は該燃料油管８と前記燃料通路７との間に介装されたオリフィスである。
１１は電磁弁からなる戻り側制御弁で、後述するコントローラ２０からの制御操作信号によって後述する燃料油管８の管路を開閉するものである。
【００３２】
７はシリンダ毎に設けられた噴射管で、前記ユニットポンプ３０のプランジャ室３２出口と前記噴射ノズル１の燃料通路０７とを接続している。
１５は燃料タンク、１４は該燃料タンク１５に接続される燃料供給管で、該燃料供給管１４には燃料供給ポンプ１６、フィルタ１７、逃し弁１８等が設けられている。１３は該燃料供給管１４及び燃料戻り管９と前記噴射管７とを接続する燃料油管である。
９は前記戻り側制御弁１１と燃料タンク１５とを接続する燃料戻り管で、該燃料戻り管９には戻り側制御弁１１から燃料タンク１５に向かう流れを許容するリリーフバルブ１９が設けられている。
【００３３】
２０は演算制御部２１、記憶部２２等を備えたコントローラで、後述する機関運転状態の検出信号に基づき、制御回線０９０を介して前記噴射側制御弁１０を開閉制御するとともに制御回線０９を介して前記戻り側制御弁を開閉制御するものである。
２３は機関回転数を検出する回転数検出器、２４はアクセル開度を検出するアクセル開度検出器（機関のラック変位の検出器、機関負荷の検出器でもよい）、２５は機関の給気圧力、潤滑油圧力、水圧等を検出する圧力検出器、２６は機関の給気温度、潤滑油温度、水温等を検出する温度検出器であり、これらの運転状態検出器からの検出信号は前記コントローラ２０に入力される。
【００３４】
かかる構成からなる燃料噴射装置を備えたディーゼル機関の運転時において、シリンダ毎に設けられた前記ユニットポンプ３０におけるプランジャ３１の往復動により加圧された高圧燃料は、噴射管７、燃料通路０７及び燃料通路６を通って噴射ノズル１の針弁２下面が臨む油溜め４に供給されるとともに、オリフィス１２にて絞られ燃料油路８を経て該噴射ノズル１の針弁背面室０５に導入され針弁２の背面に作用して該針弁２を閉弁方向に押し付ける方向に作用する。
また前記コントローラ２０には前記機関運転状態の検出器２３、２４、２５、２６から機関回転数の検出信号を含む機関運転状態の検出信号が入力されている。
【００３５】
かかる運転状態の許で前記コントローラ２０からの制御操作信号により、前記戻り側制御弁１１によって前記燃料油管８及び燃料戻り管９を閉じた状態で前記噴射側制御弁１０によって噴射管７に接続される供給側の燃料油管１３を閉じると、該噴射管７から噴射ノズル１の油溜め４に至る燃料通路が密閉状態となり該燃料通路の圧力つまり図２ないし４に示すポンプ噴射圧が比例的に上昇する。
【００３６】
燃料噴射開始時においては、図２ないし４に示すように、前記コントローラ２０からの制御操作信号により前記噴射側制御弁１０の閉止時期から所定の開閉時間差Ｃをおいて前記戻り側制御弁１１を開くと、前記針弁２の背面に作用していた高圧燃料が該戻り側制御弁１１を通って燃料戻り管９へと抜ける。
これにより、前記噴射ノズル１の針弁２が該針弁２の下面が臨む油溜め４に導かれている高圧燃料によって前記針弁ばね５の弾力に抗して押し上げられて開弁し、該燃料が該噴射ノズル１の噴孔３からシリンダ内に噴射され燃焼に供される。
【００３７】
この際、前記戻り側制御弁１１の開弁によって前記噴射管７内の高圧燃料の一部が前記オリフィス１２で流路を絞られた後、該戻り側制御弁１１を経て燃料戻り管９へと戻される。従って前記噴射ノズル１からの燃料噴射量及び噴射圧力は、前記ユニットポンプ３０の吐出量と前記戻り側制御弁１１を通して燃料戻り管９へ戻される戻り量との差により決まることとなる。
また、燃料噴射終了時においては、前記コントローラ２０からの制御操作信号により前記噴射側制御弁１０を開弁すると前記噴射管７及び噴射ノズル１内の燃料圧力が開放されて針弁２が針弁ばね５の弾力によって押し下げられて閉弁する。
【００３８】
以上の作用により、前記噴射側制御弁１０の閉弁によりポンプ噴射圧が上昇し始めてから前記戻り側制御弁１１が開弁するまでの期間つまり前記噴射側制御弁１０と戻り側制御弁１１との開弁時間差Ｃによって噴射ノズル１からの燃料噴射量の変化率（この場合は増加率）即ち噴射率が変化することとなる。
【００３９】
図２ないし４はかかる第１実施例における燃料噴射モードの変化を示し、図２は前記開閉時間差Ｃを大きくした場合、図３は前記開閉時間差Ｃが中程度の場合、図４は前記開弁時間差Ｃを小さくした場合である。
しかして、前記コントローラ２０に入力される前記機関運転状態の検出信号が低回転あるいは低負荷運転状態のときには、該コントローラ２０によって、図２に示すように、前記開閉時間差Ｃを大きくすると、前記燃料噴射開始までの噴射管７から噴射ノズル１の油溜め４に至る燃料通路が密閉状態となる期間が長くなって前記ポンプ噴射圧の上昇度が大きくなる。
これにより、戻り側制御弁１１開弁後における噴射率が急上昇して矩形波状の噴射モードとなる。
【００４０】
また、前記機関運転状態の検出信号が高回転あるいは高負荷運転状態のときには、図４に示すように、前記開閉時間差Ｃを小さくすると、燃料噴射開始までの前記燃料通路の密閉期間が短くなって前記ポンプ噴射圧の上昇度が小さくなる。
これにより戻り側制御弁１１開弁後における噴射率の上昇度がなだらかとなって三角形波状の噴射モードとなる。
また、機関の運転状態が前記低回転あるいは低負荷と高回転あるいは高負荷との中間状態にあるときには、図３に示すように、前記開閉時間差Ｃを中程度にすると、前記ポンプ噴射圧の上昇度が前記２つの運転状態の中間となる。
これにより戻り側制御弁１１開弁後における噴射率の上昇度も前記２つの運転状態の中間となって台形波状の噴射モードとなる。
【００４１】
かかる実施例によれば、前記コントローラ２０によって、機関の運転条件に従い前記噴射側制御弁１０の閉弁時期と戻り側制御弁１１の開弁時期との間の開閉時間差Ｃを自在に制御することができる。
これにより、機関の低回転あるいは低負荷運転状態のときには、図２に示すように、燃料噴射率をステップ的に上昇した矩形波状の噴射モードとして燃焼を促進することにより黒煙やパティキュレートの排出を抑制することができ、高回転あるいは高負荷運転状態のときには、図４に示すように、燃料噴射率の上昇度がなだらかな三角形波状の噴射モードとして燃焼速度を制御しシリンダ内ガス温度の上昇を抑制することによりＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量を低減できる。
以上により、機関の全運転域において適正な燃料噴射タイミングを保持できて完全燃焼が得られ燃料消費率を低減できる。
【００４２】
また、かかる実施例によれば、機関のシリンダ毎に設けられたユニットポンプ３０により高圧燃料を各シリンダの噴射ノズル１に圧送し、前記噴射側制御弁１０が閉弁している燃料圧縮及び噴射期間中のみ該ユニットポンプから噴射管７及び噴射ノズル１に至る噴射系に高圧が加わり該噴射側制御弁１０の開弁期間中は低圧となる。
このため、従来のコモンレール式燃料噴射装置のように噴射系に機関作動中常時高圧燃料が充満されることがなく、前記噴射系における燃料漏れの発生を抑制できる。
また、前記従来技術のように制御弁毎に複数のオリフィスを設ける必要がなく、オリフィス１２は１個で済み、構造が簡単になる。
【００４３】
図５に示す第２実施例においては、前記燃料油管１３と並列に燃料タンク１５側と噴射管７とを接続する第２の燃料油管０１３を設けるとともに、該第２の燃料油管０１３にこの管路を開閉する電磁弁からなる噴射側サブ制御弁０１０を設けている。そして、該噴射側サブ制御弁０１０は前記コントローラ２０により制御回線０９１を介して開閉制御されるようになっている。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【００４４】
かかる実施例において、前記コントローラ２０からの制御操作信号により、前記噴射側制御弁１０によって前記燃料油管１３を開き前記戻り側制御弁１１によって燃料油管８及び燃料戻り管９を閉じた状態で、前記噴射側サブ制御弁０１０によって前記第２の燃料油管０１３を閉じると、噴射管７から噴射ノズル１の油溜め４に至る燃料通路の圧力つまりポンプ噴射圧が上昇する。
この場合、前記噴射側制御弁１０が開弁し噴射管７と燃料油管１３とが該噴射側制御弁１０を介して連通しているため、図６ないし９のＣ期間のように、前記ポンプ噴射圧の上昇度は小さい。
【００４５】
この状態で前記コントローラ２０からの制御操作信号により、図６ないし９のように、前記噴射側サブ制御弁０１０の閉止時期から所定の開閉時間差Ｃをおいて前記戻り側制御弁０１０を開くと、前記針弁２背面に作用していた高圧燃料が該戻り側制御弁１１を通って燃料戻り管９へと抜ける。
これにより、前記噴射ノズル１の針弁２が該針弁２の下面が臨む油溜め４に導かれている高圧燃料によって針弁ばね５の弾力に抗して押し上げられて開弁し、図６ないし７に示すように、該噴射ノズル１から棚圧によるステップ的かつ噴射率一定の第１段目の噴射がなされる。この際、前記戻り側制御弁１１の開弁によって前記噴射管７内の高圧燃料の一部がオリフィス１２で流路を絞られて該戻り側制御弁１１を経て燃料戻り管９へと戻される。
従って前記噴射ノズル１からの燃料噴射量及び噴射圧力は、前記ユニットポンプ３０の吐出量と前記戻り側制御弁１１を通して燃料戻り管９へ戻される戻り量との差により決まる。
【００４６】
次いで、図６ないし９に示すように、前記噴射側サブ制御弁０１０の閉弁から所定の開閉時間差Ｃ1をおいて前記噴射側制御弁１０によって前記燃料油管１３を閉じると、前記噴射管７から噴射ノズル１の油溜め４に至る燃料通路は密閉状態となり前記ポンプ噴射圧が時間とともに上昇し、かかるポンプ噴射圧の上昇によって前記第１段目の噴射に引き続き、噴射ノズル１からの燃料噴射量が増大し燃料噴射率が時間とともに増大した第２段目の噴射がなされる。
【００４７】
図６ないし９はかかる第２実施例における燃料噴射モードの変化を示し、図６は前記開閉時間差Ｃを大きくした場合、図７は前記開閉時間差Ｃを小さくした場合である。また図８は噴射側サブ制御弁０１０と噴射側制御弁１０との開閉時間差Ｃ1を変化させた場合、図９は噴射終了時における噴射側制御弁１０の開弁と戻り側制御弁１１の閉弁との開閉時間差Ｃ2を変化させた場合を夫々示す。
【００４８】
かかる第２実施例によれば、図６ないし７に示すように、前記コントローラ２０により前記噴射側サブ制御弁０１０の閉弁と前記戻り側制御弁１１の開弁との開閉時間差Ｃを変化させることにより、噴射開始時の棚圧（図６ないし７におけるＣ0期間の一定圧力）を変化させて、噴射の立ち上がりつまり前記第１段目の噴射モードを制御することができる。
【００４９】
また、かかる実施例によれば、図８に示すように、前記噴射側サブ制御弁０１０と戻り側制御弁１１との開閉時間差Ｃに加えて、前記噴射側サブ制御弁０１０の閉弁と前記噴射側制御弁１０の閉弁との開閉時間差Ｃ1を制御することにより、期間Ｃ0からＣ3までの第１段目の噴射に続くＣ3以降の第２段目の噴射における噴射圧力の上昇速度を変化させる（図８の場合は上昇速度を小さくする）ことができ、さらにきめ細かい燃料噴射モードの制御を行うことができる。
即ち、前記開閉時間差Ｃ1を小さくすることにより、前記第２段目の噴射における噴射圧力の上昇速度を大きくして高圧噴射をさせ、前記開閉時間差Ｃ1を大きくすることにより、前記第２段目の噴射における噴射圧力の上昇速度を小さくしてなだらかな噴射モードとすることができる。
【００５０】
これによって、図１０（Ａ）に示すように、噴射圧力の上昇速度を部分的に低下させて等圧燃焼を実現することができることとなり、該等圧燃焼により筒内圧力の上昇が抑制される。尚図１０（Ｂ）は通常の筒内圧力波形である。
また、図９に示すように、噴射終了時において、前記噴射側制御弁１０の開弁と戻り側制御弁１１の閉弁との開閉時間差Ｃ2を変化させて該噴射終了時における噴射圧力の低下速度を変化させることにより、噴射終了時の噴射の切れを制御することができる。
これにより、前記開閉時間差Ｃ2を大きくして噴射圧力の低下速度を小さくし、噴射の切れを穏やかにすることによって排気温度を上昇させ、黒煙捕集装置に捕獲された排ガス中の煤の再燃焼を促進したり、ＮＯｘ還元触媒の活性を高めて有害物質の排出を抑制することが可能となる。
【００５１】
【発明の効果】
以上記載のごとく、請求項１ないし３の発明によれば、コントローラによって、機関の運転条件に従い前記噴射側制御弁の閉弁時期と戻り側制御弁の開弁時期との間の開閉時間差を自在に制御することができる。
これにより、機関の低回転あるいは低負荷運転状態のときには燃料噴射率をステップ的に上昇した矩形波状の噴射モードとして燃焼を促進することにより黒煙やパティキュレートの排出を抑制することができ、高回転あるいは高負荷運転状態のときには燃料噴射率を上昇度がなだらかな三角形波状の噴射モードとして燃焼速度を制御しシリンダ内ガス温度の上昇を抑制することによりＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量を低減できるとともに、機関の全運転域において適正な燃料噴射タイミングを保持できて完全燃焼が得られ燃料消費率を低減できる。
【００５２】
また、かかる発明によれば、機関のシリンダ毎に設けられた燃料ポンプにより高圧燃料を各シリンダの噴射ノズルに圧送し、前記噴射側制御弁が閉弁している燃料圧縮及び噴射期間中のみ燃料ポンプから噴射管及び噴射ノズルに至る噴射系に高圧が加わり該噴射側制御弁の開弁期間中は低圧となるので、従来のコモンレール式燃料噴射装置のように前記噴射系に機関作動中常時高圧燃料が充満されることがない。
これにより、前記噴射系における燃料漏れの発生を抑制でき、かかる燃料漏れによる火災等の危険が回避できるとともに、該燃料漏れの発生により燃料噴射系の圧縮効率が低下して駆動動力の増大及び燃料消費率の増大を防止できる。
【００５３】
また、かかる発明によれば、機関のシリンダ毎に燃料ポンプを設けて該燃料ポンプにより高圧燃料を各シリンダの噴射ノズルに圧送し、前記噴射側制御弁及び戻り側制御弁によってシリンダ毎に独立して燃料噴射系を制御しているので、１つのシリンダで前記導入側制御弁あるいは戻り側制御弁が故障しあるいは針弁スティック等の燃料噴射弁の故障が発生した場合においても、従来のコモンレール式燃料噴射装置のように他のシリンダの燃料噴射系が前記故障に影響されることがなく、当該故障シリンダへの燃料の完全遮断が簡単にできて、他のシリンダの燃料噴射系は順調シリンダに作動可能となる。
【００５４】
また請求項４ないし７の発明によれば、コントローラにより噴射側サブ制御弁の閉弁と戻り側制御弁の開弁との開閉時間差を変化させることにより噴射開始時の棚圧を変化させて、噴射の立ち上がりつまり第１段目の噴射モードを制御することができる。
また噴射側サブ制御弁と戻り側制御弁との開閉時間差に加えて、請求項６のように、噴射側制御弁の閉弁と噴射側サブ制御弁の閉弁との開閉時間差を制御することにより前記第１段目の噴射に続く第２段目の噴射における噴射圧力の上昇速度を変化させることができ、さらにきめ細かい燃料噴射モードの制御を行うことができる。
これによって噴射圧力の上昇速度を部分的に低下させて等圧燃焼を実現することができることとなり、該等圧燃焼により筒内圧力の上昇が抑制されて燃焼室周り及び運動部分構成部材の耐久性を向上できるとともに、噴射圧力の上昇速度を筒内温度の上昇が抑制されＮＯｘの発生を低減できる。
【００５５】
さらに、請求項７のように構成すれば、前記噴射側制御弁の開弁と戻り側制御弁の閉弁との開閉時間差を変化させて噴射終了時における噴射圧力の低下速度を変化させることにより、噴射終了時の噴射の切れを制御することができる。
これにより、前記噴射圧力の低下速度を小さくし噴射の切れを穏やかにすることによって排気温度を上昇させ、黒煙捕集装置に捕獲された排ガス中の煤の再燃焼を促進したり、ＮＯｘ還元触媒の活性を高めて有害物質の排出を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例に係るディーゼル機関用燃料噴射装置の系統図である。
【図２】  前記第１実施例における燃料噴射モード線図（その１）である。
【図３】  前記第１実施例における燃料噴射モード線図（その２）である。
【図４】  前記第１実施例における燃料噴射モード線図（その３）である。
【図５】  本発明の第２実施例を示す図１対応図である。
【図６】  前記第２実施例における燃料噴射モード線図（その１）である。
【図７】  前記第２実施例における燃料噴射モード線図（その２）である。
【図８】  図５のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】  前記第２実施例における燃料噴射モード線図（その３）である。
【図１０】  前記第２実施例における噴射率と筒内圧力との関連線図である。本発明の第３実施例に係るデイーゼル機関用燃料噴射装置の系統図である。
【符号の説明】
１    噴射ノズル
２    針弁
３    噴孔
４    油溜め
５    針弁ばね
０５    針弁背面室
６、０７    燃料通路
７    噴射管
８    燃料油管
９    燃料戻り管
１０    噴射側制御弁
０１０    噴射側サブ制御弁
１１    戻り側制御弁
１２    オリフィス
１３    燃料油管
０１３    第２の燃料油管
２０    コントローラ
２３    回転数検出器
２４    アクセル開度検出器
２５    圧力検出器
２６    温度検出器
３０    ユニットポンプ
３１    プランジャ
３２    プランジャ室
３３    燃料カム
１００  蓄圧インジェクタ
２００  燃料噴射ポンプ
Ｃ、Ｃ1、Ｃ2  開閉時間差
【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】
0003924156.tif 000008
【図８】
0003924156.tif 000009
【図９】
0003924156.tif 000010
【図１０】
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