(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給ポンプの吐出口と燃料噴射ノズルの入口とを接続する配管と、この配管に設けられる増圧機構とを備え、
前記増圧機構は、圧力信号を発生する昇圧ポンプと、前記供給ポンプから供給される燃料を貯える高圧室、前記供給ポンプから前記高圧室に燃料を導入する燃料導入口、前記昇圧ポンプから供給された燃料の圧力信号を導入する圧力導入口、および、前記高圧室の燃料を吐出する燃料吐出口を有するボディと、前記燃料導入口と前記高圧室を連通、前記高圧室と前記燃料吐出口とを連通、または、前記燃料導入口と前記燃料吐出口との双方を閉塞、に選択的に切り換える往復摺動可能なピストンと、前記ボディの内壁に往復摺動可能なプランジャであって前記ピストンの一端に形成される前記高圧室の圧力を前記昇圧ポンプからの供給燃料の圧力により加圧可能なプランジャを有し、前記昇圧ポンプの圧力信号により前記高圧室の圧力を増圧するプランジャ機構とを有し、
前記昇圧ポンプから前記圧力導入口に導かれる高圧の圧力により前記プランジャを押圧し、前記プランジャにより加圧される前記高圧室の燃料を前記ピストンの移動により前記燃料吐出口から吐出することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記供給ポンプと前記昇圧ポンプとが一体の噴射ポンプからなることを特徴とする請求項１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、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディーゼルエンジンの排ガス規制強化に対応するため、燃料の噴射系を高圧にする要望がある。燃料噴射装置で発生する燃料の噴射圧を高圧にするには、噴射装置本体の大型化、重量増を伴うことが多い。特に噴射装置本体の受圧力を増加することにより、摺動部の焼付きが発生しやすいなどの潤滑不良の問題がある。
【０００３】
一方、特開平４−２０３４７０号、特開昭６３−２５９１５６号の各公報には、噴射ポンプに増圧機構を設けるのではなしに、噴射ノズルに増圧機構を内蔵したものが開示されている。
特開平４−２０３４７０号公報は、エンジン用燃料噴射ポンプとは別に昇圧ポンプを設け、この昇圧ポンプのポンプユニットを噴射管を通してエンジンの各シリンダの各燃料噴射ノズルに接続している。燃料噴射ノズルはジョイントによって噴射管を介して昇圧ポンプと接続され、ジョイントの内側に形成されたシリンダ内に昇圧ピストンが摺動可能に配置されている。昇圧ピストンの先端側にピストンよりも外径が小さなプランジャを備え、このプランジャによって燃料通路の燃料を加圧することにより燃料の昇圧を行う燃料噴射装置を開示している。
【０００４】
特開昭６３−２５９１５６号公報は、インジェクタおよび油圧ポンプとインジェクタ内に設けた段付きピストンおよび段付きシリンダとの２種の油圧倍増機構を組合せ、圧力の伝播と荷重の伝達とを使い分けることにより低い駆動力で高い噴射率を得るディーゼル機関用燃料噴射装置を開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の噴射ノズル側で噴射圧を高圧にする燃料噴射装置によると、ノズルホルダが大型化するのは必然であり、エンジンへの取付けが困難になる。また超高圧化された噴射ノズル内の高圧室周囲の弁部品への考慮が成されていないため、構造上、超高圧の使用には耐え難い。
【０００６】
本発明は、このような噴射ノズル内に増圧機構を内蔵するという思想から離れ、新たな視点から増圧機構を提案するものである。本発明は、高圧供給ポンプと噴射ノズルのいずれからも別体で、高圧供給ポンプと噴射ノズルの間で燃料を高圧にする増圧機構を提案するものである。
本発明の目的は、高圧供給ポンプおよび噴射ノズルの基本的構造を変えることなしに、配管構成において工夫することにより超高圧噴射を実現可能にした燃料噴射装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料噴射装置は、請求項１に記載のとうり、供給ポンプの吐出口と燃料噴射ノズルの入口とを接続する配管に増圧機構とを備える。この増圧機構は、圧力信号を発生する昇圧ポンプと、供給ポンプから供給される燃料を貯える高圧室、前記供給ポンプから前記高圧室に燃料を導入する燃料導入口、前記昇圧ポンプから供給された燃料の圧力信号を導入する圧力導入口、および、前記高圧室の燃料を吐出する燃料吐出口を有するボディと、前記燃料導入口と前記高圧室を連通、前記高圧室と前記燃料吐出口とを連通、または、前記燃料導入口と前記燃料吐出口との双方を閉塞、に選択的に切り換える往復摺動可能なピストンと、前記ボディの内壁に往復摺動可能なプランジャであって前記ピストンの一端に形成される前記高圧室の圧力を前記昇圧ポンプからの供給燃料の圧力により加圧可能なプランジャを有し、前記昇圧ポンプの圧力信号により前記高圧室の圧力を増圧するプランジャ機構とを有する技術的手段を採用する。
【０００８】
この技術的手段によると、従来の供給ポンプの小型化を維持し、重量増を招かないで、取付けが簡便で、配管途中に新たな構成を付加することにより、噴射ノズル側の噴射圧を高圧にすることができる。
更に、請求項１に記載の燃料噴射装置によると、昇圧ポンプからの供給燃料の圧力により高圧室の圧力をプランジャにより加圧し、往復摺動可能なピストンにより、燃料導入口と高圧室を連通、高圧室と燃料吐出口とを連通、または、燃料導入口と燃料吐出口との双方を閉塞、に選択的に切り換えることで、機械的に燃料圧力を増圧することができる。
【０００９】
請求項２に記載の燃料噴射装置によると、供給ポンプと昇圧ポンプとが一体の噴射ポンプからなるので、高圧供給ポンプの個数を減少して簡単なシステムで噴射圧の増圧機構を構成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の燃料噴射装置を適用した第１実施例を図１〜図６に示す。
図６はディ−ゼルエンジン４気筒の例を示している。ディーゼルエンジンの各気筒に燃料噴射ノズル１が取り付けられており、この燃料噴射ノズル１への燃料の供給は供給ポンプ２の対応するプランジャ機構３が行う。このプランジャ機構３と対応する燃料噴射ノズル１とを結ぶ配管４の途中に増圧機構５を設けている。増圧機構による燃料の圧力の増圧は、昇圧ポンプ１１の対応するプランジャ機構１３の吐出圧を信号として行われる。供給ポンプ２の入口側に逆止弁９が設けられている。供給ポンプ２を保護するためである。
【００１１】
次に増圧機構５の構造について図２に基づいて説明する。
増幅機構５のボディ２１には、プランジャ２７、第１付勢手段としての圧縮コイルスプリング２８およびストッパ２９を保持する２段の段付き機構を有する。最も小径の円筒孔１５にプランジャ２７が軸方向に摺動可能に設けられており、このプランジャ２７の一方の側に高圧室３０を形成し、この高圧室３０の容積を拡大する方向にプランジャ２７を付勢する圧縮コイルスプリング２８が中間の段付き穴１６に収容されている。またプランジャ２７の端面はストッパ２９の内側端面に当接可能になっており、このストッパ２９はねじ止めによりボディ２１に固定されている。
【００１２】
ボディ２１の反対側には、ピストン３３、第２付勢手段としての第２圧縮コイルスプリング３４およびストッパ３５を保持する１段の段付き機構を有する。ピストン３３は軸方向に移動可能になっており、圧縮コイルスプリング３４の一端がストッパ３５に当接し、他端がピストン３３に当接している。ピストン３３は、基本形は円柱状で、径方向に貫通する第１連絡ポート３１と、この第１連絡ポート３１の中央部から軸方向に高圧室３０に連通可能に第２連絡ポート３２とが形成されている。図２に示す状態ではピストン３３が最も上方位置にあり、燃料導入口２４が第１連絡ポート３１および第２連絡ポート３２を通して高圧室３０と連通している。
【００１３】
図３に示す状態からピストン３３が図４に示すように下降すると、第１連絡ポート３１と燃料導入口２４との連通が遮断される。図４に示す状態は、プランジャ２７が下降し、高圧室３０の圧力が増大し、第２圧縮コイルスプリング３４が収縮している状態を示す。ピストン３３は、高圧室３０の圧力の圧力とプランジャ２７の受圧面積との積で表される力と圧縮コイルスプリング３４の力とのバランスする位置に移動する。ピストン３３の第１連絡ポート３１が燃料吐出口２５に連通可能な位置までピストン３３は下方向に移動可能である。ストッパ３５の先端３７がピストン３３に当接する位置まで下降可能である。この当接時、第１連絡ポート３１と燃料吐出口２５が連通する。
【００１４】
次に、この増圧機構５の作動について図５に基づいて説明する。
まず供給ポンプ２の吐出口から圧力ＰA で圧送された燃料は増圧機構５の燃料導入口２４より入り、第１連絡ポート３１と第２連絡ポート３２を通して高圧室３０に入りプランジャ２７を図２で上方向に押す。プランジャ２７はフランジ部の有効径Ｄ1 と本体部の有効径Ｄ2 とで径が異なる。高圧室３０の内圧ＰC は、昇圧ポンプ１３の吐出圧ＰB の（Ｄ1 ／Ｄ2 ）2 倍に増圧される。ピストン３３は高圧室３０の圧力ＰC の圧力を受け図２で下方向に移動可能である。
【００１５】
まず供給ポンプ２の吐出圧ＰA の圧力の燃料が高圧室３０に供給され、次いで昇圧ポンプ１３による吐出圧ＰB の圧力が圧力導入口２３に供給され、この圧力ＰB の圧力によってプランジャ２７が下降することによって高圧室ＰC の圧力を増大する。このときの高圧室の圧力ＰC は二段階に増大し高圧になる。この高圧の燃料の圧力によりピストン３３が圧縮コイルスプリング３４に抗して下降し、第１連絡ポート３１が燃料吐出口２５と連通したとき、高圧室３０内の燃料が第２連絡ポート３２および第１連絡ポート３１を通して燃料吐出口２５から吐出される。この吐出圧はＰC の高圧のもので、圧力ＰA の２倍から３倍にも増圧可能である。
【００１６】
燃料吐出口２５から燃料が吐出されると、高圧室３０の圧力が下降し、その結果、ピストン３３は図２に示す位置に上昇し、第１連絡ポート３１と燃料吐出口２５とが遮断されたとき燃料噴射を終了する。
次に、他の気筒に対応する噴射ポンプのプランジャ機構と昇圧ポンプのプランジャ機構が同様の作動を行い、対応する他の増圧機構で同様の作動が行われ、対応する噴射ノズルから燃料が噴射される。
【００１７】
この実施例によると、供給ポンプ２および昇圧ポンプ１３の形態をそのまま使用し、供給ポンプ２とインジェクタ１を結ぶ配管に設けられる増圧機構５を加えることにより、上記供給ポンプ２の吐出圧よりも数倍も大きな圧力をインジェクタ１に供給することができる。
エンジンへの搭載については従来の供給ポンプおよびインジェクタ１については変わらず、配管途中に増圧機構５を設けるという簡単な構成により上記噴射ノズル噴射圧の高圧化が可能となる。これにより排気エミッションの排ガス対策に有効な効果が得られる。
（第１実施例のシステム応用例）
次に、本発明の他の実施例として昇圧ポンプと供給ポンプとを一体にしたシステム応用例を図７に示す。図７に示すように、一つの噴射ポンプ４１の複数のプランジャ機構を噴射用プランジャ機構のグループ４２と昇圧用プランジャ機構のグループ４３とにグループ分けし、１個の噴射ポンプにより燃料の噴射圧力を格段に上昇させることができる。例えば噴射ポンプ１台に４気筒エンジンと８気筒噴射ポンプを対応させる。
【００１８】
図７に示す機構においては、図６に示す機構と比べ、高圧供給ポンプが１個で足りるため構成がより簡単になるという効果がある。
（第２実施例）
本発明の第２実施例は図８に示す。
図８に示す第２実施例は、ピストン３３とストッパ３５との当接面をシ−ル機構に利用した例である。この実施例では、ストッパ３５にスプリング収容孔３８を設け、このスプリング収容孔３８に第２圧縮コイルスプリング３４を収容している。ピストン３３の端面３９は図８に示すようにストッパ３５の端面と当接する状態でこの端面３９の面圧によりシ−ル機能を高めている。この構造によると、高圧室３０の圧力は高圧になれば、シ−ル面圧も増加するためシ−ル性能が高まるという効果がある。その他の構成部分については図２と同様であるので、説明は省略する。
【００１９】
この第２実施例によると、ボディ１の内部の圧力の気密性が向上されるため、超高圧噴射を実現可能にするという効果がある。
（第３実施例）
本発明の第３実施例を図９及び図１０に示す。
この第３実施例は、第１実施例の構成要素の一つである逆止弁９を省略し、構成を簡素化した例である。
【００２０】
第３実施例では、ピストン４３が円柱状のもので、燃料導入口２４に連通するポ−トとしての環状溝４１が形成され、また燃料吐出口２５に連通するポ−トとしての環状溝４２が形成されている。ピストン４３は円柱状のもので、第１連絡ポ−ト３１と第２連絡ポ−ト３２が形成されている。図１０に示すようにピストン４３が下降したとき、ピストン４３の外周面が環状溝４１とオ−バ−ラップした位置にある。これにより、ピストン４３の往復動時の挙動が安定するという効果がある。このピストン４３とボディ２１との摺動可能な隙間は、例えば３μｍにする。これにより、例えば燃料導入口２４の圧力が１０００気圧であるならば、高圧室３０の圧力を例えば３０００気圧に増大することが可能であり、気密を保ったままピストン４３を摺動することができる。
【００２１】
第１実施例では、高圧室３０が噴射ポンプ２に連通するため逆止弁９が必要であったが、第３実施例は、ピストン４３が環状溝４１を閉じるため逆止弁９が不要になる。したがって、第３実施例では、燃料供給システムの構成が簡単になり、コストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の燃料噴射装置の配管例を示す図である。
【図２】図１に示す増圧機構の断面図である。
【図３】図２に示す増圧機構の主要部の作動説明図である。
【図４】図２に示す増圧機構の主要部の作動説明図である。
【図５】増圧機構の燃料導入口の圧力、圧力導入口の圧力、高圧室の圧力ＰC ピストンストロークおよびインジェクタのノズルニードルのリフト量を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の第１実施例の増圧機構の配置例を示した構成図である。
【図７】本発明の他の実施例による増圧機構の配置例を示す構成図である。
【図８】本発明の第２実施例の燃料噴射装置の増圧機構の部分拡大断面図である。
【図９】本発明の第３実施例の増圧機構の部分拡大断面図である。
【図１０】本発明の第３実施例の増圧機構の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１    燃料噴射ノズル
２    供給ポンプ
３    プランジャ機構
５    増圧機構
１１    昇圧ポンプ
１３    プランジャ機構
２１    ボディ
２３    圧力導入口
２４    燃料導入口
２５    燃料吐出口
２７    プランジャ
２８    第１圧縮コイルスプリング
２９    ストッパ
３０    高圧室
３１    第１連絡ポート
３２    第２連絡ポート
３３    ピストン
３４    第２圧縮コイルスプリング
３５    ストッパ
【図１】
0003750696.tif 000002
【図２】
0003750696.tif 000003
【図３】
0003750696.tif 000004
【図４】
0003750696.tif 000005
【図５】
0003750696.tif 000006
【図６】
0003750696.tif 000007
【図７】
0003750696.tif 000008
【図８】
0003750696.tif 000009
【図９】
0003750696.tif 000010
【図１０】
0003750696.tif 000011