JPH10274130A - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な構成で、機関の始動時に高圧の燃料を
得ることができる蓄圧式燃料噴射装置を提供する。 【構成】 本発明による蓄圧式燃料噴射装置３は、蓄圧
室３９を有するコモンレール９に容積室２９が連通され
た容積可変機構１０を備える構成であり、機関の始動時
において、ポンプ８から燃料が蓄圧室３９に供給される
が、同時に制御手段２７がコイルスプリング２５を作用
させてプランジャ２３を付勢し、容積室２９の容積を減
じる。これにより、蓄圧室３９の燃料圧力を高めること
ができる。従って、機関の始動時に蓄圧室の高圧を得る
ことができる。しかも、燃料回路が複雑にならず、簡易
な構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料噴射ノズルか
ら燃焼機関に噴射する燃料を蓄圧する蓄圧室を備えた蓄
圧式燃料噴射装置に関し、例えば、ガソリン機関の燃焼
室に直接燃料を噴射する燃料噴射装置等の蓄圧式燃料噴
射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガソリン機関の燃焼室に燃料を
直接噴射する直接噴射式内燃機関が公知である。この種
の内燃機関に用いられる燃料噴射装置では、燃料噴射圧
力を上げて燃料噴霧を微細化するため、高い噴射圧力が
要求されている。しかし、エンジン始動時には高圧ポン
プがエンジンにより駆動されるため、充分に高圧の吐出
圧力を得られないという不都合がある。即ち、高圧ポン
プでは、エンジンの駆動軸にベルトやギアを介して駆動
されているため、始動時のクランキング回転数では、充
分なポンプ効率や流量が得られないのである。このた
め、機関の始動時は低圧燃料ポンプで得られえる低圧で
始動させ、機関の完爆後に、高圧切換運転をしているも
のもあるが、この場合には、燃料配管が複雑になるとと
もに、低圧燃料による運転では、インジェクタ（燃料噴
射ノズル）から噴射される噴霧状態は、充分に微細化さ
れないため、始動時の燃焼特性も良好にならないという
不都合がある。

【０００３】これに対して、特開平５ー３２１７８７号
公報には、高圧ポンプの他に、これと並列に接続した始
動用補助ポンプを設け、この始動用補助ポンプはエンジ
ンの始動時にフィードポンプ（低圧ポンプ）から低圧の
燃料供給を受けてリザーバー（コモンレール）を加圧し
て、始動時にコモンレール内の燃料を高圧にする構成が
提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の公報に
開示された技術では、始動補助ポンプに低圧ポンプを接
続するとともに、機関の停止時には始動補助ポンプの圧
を抜く必要があり、回路構成が複雑になるという問題点
がある。

【０００５】そこで、本発明の目的は、簡易な構成で、
機関の始動時に高圧の燃料を得ることができる蓄圧式燃
料噴射装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、燃料噴射ノズルから燃焼
機関に噴射する燃料を蓄圧する蓄圧室と、この蓄圧室に
燃料を供給するポンプとを備えた蓄圧式燃料噴射装置に
おいて、蓄圧室に連通された容積室を有するハウジング
と、ハウジング内を移動して容積室の容積を変化させる
可動部材と、この可動部材を容積室の容積を減じるよう
に付勢する付勢部材と、付勢部材を機関の始動時に作用
させる制御手段とから構成される容積可変機構を備える
ことを特徴とするものである。

【０００７】この請求項１に記載の発明によれば、機関
の始動時において、ポンプから燃料が蓄圧室に供給され
るが、同時に制御手段が付勢部材を作用させる。これに
より、付勢部材は可動部材を付勢するので、可動部材は
その付勢力に順じてハウジングを移動し、容積室の容積
を減じる。この場合、蓄圧室と容積室との和が実質的に
蓄圧室の容積になるが、容積室の容積が小さくなり、エ
ンジン始動時における実質的な蓄圧室の容積が小さくな
るので、蓄圧室の燃料圧力を高めることができる。従っ
て、機関の始動時にも蓄圧室の高圧を得ることができ、
しかも、燃料回路を複雑にすることがなく、簡易な構成
である。

【０００８】更に、高圧始動を実現することによって、
燃料噴射ノズルから噴射される燃料の噴霧特性が改善さ
れ、始動性及び燃焼特性が良好になり、特に、従来の低
圧始動に比べ、ＨＣやＣＯ濃度が低減できる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記制御手段は、付勢部材の作動範囲
を制限するストッパ手段と、機関の始動時にストッパ手
段を解除する解除機構とを備えることを特徴とするもの
である。

【００１０】この請求項２に記載の発明によれば、スト
ッパ手段が可動部材の作動範囲を制限して、可動部材の
作動範囲を一定の範囲許容することによって、可動部材
が蓄圧室の圧力に応じて付勢部材の付勢力に抗して移動
可能にしている。従って、容積可変機構がダンパー作用
をなし、蓄圧室の脈動を低減できる。また、ストッパ解
除手段を設けているので、機関の始動時には、ストッパ
解除手段がストッパを解除することによって、簡易な構
成で付勢部材の付勢力を可動部材に作用させるものであ
る。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において、前記蓄圧室は、複数の燃料噴
射ノズルを備えるコモンレールであり、前記容積可変機
構は、このコモンレールに設けられていることを特徴と
するものである。

【００１２】この請求項３に記載の発明によれば、容積
可変機構は燃料噴射ノズルが装着されたコモンレールに
設けられているので、エンジン始動時におけるコモンレ
ール内の圧力を直接高めることができ、エンジン始動時
の応答性がよい。

【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３
に記載の発明において、前記容積可変機構は、付勢部材
を作用させているときに、可動部材の位置を検出する位
置検出機構を備え、位置検出機構により検出された位置
により、蓄圧室の圧力を検知することを特徴とするもの
である。

【００１４】この請求項４に記載の発明によれば、位置
検出機構が可動部材の位置を検出することによって、蓄
圧室内の圧力を検出することができる。従って、容積可
変機構を圧力センサとして併用することができ、別途圧
力センサを設ける必要がない。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、添付図面の図１乃至図５
を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発
明の実施の形態にかかる燃料噴射装置（蓄圧式燃料噴射
装置）３は、ガソリンエンジンの燃焼室（気筒）にガソ
リンを直接噴射するもので、いわゆる直接噴射式ガソリ
ンエンジンに用いられるものである。

【００１６】この燃料噴射装置３は、図１に示すよう
に、概して、燃料タンク５と、燃料タンク５内に配置さ
れた低圧ポンプ７、低圧レギュレータ１３、高圧ポンプ
８、高圧ポンプ８から圧送された燃料を蓄圧する蓄圧器
としてのコモンレール９及び高圧レギュレータ１１を接
続して回路が構成されている。そして、コモンレール９
に本発明にかかる容積可変機構１０が配置されている。

【００１７】低圧ポンプ７は、燃料タンク５内の燃料
（ガソリン）を高圧ポンプ８に圧送するものであり、高
圧ポンプ８との間にはフィルタ１５が介在されている。
尚、低圧ポンプ７はバッテリーで駆動されている。

【００１８】高圧ポンプ８は、低圧ポンプ７から供給さ
れた燃料を高圧に加圧するものであり、エンジンによっ
て駆動され、燃料を高圧に加圧してコモンレール９に圧
送する。尚、高圧ポンプ８とコモンレール９との間に
は、逆止弁１６が設けられており、コモンレール９から
高圧ポンプ８への燃料の逆流が防止されている。しか
し、逆止弁１６のシート油密性は高圧を保持するには充
分なものでなく、機関停止後は時間の経過に従ってコモ
ンレール９内の圧力は低下する。

【００１９】コモンレール９には、複数のインジェクタ
１７が接続されており、コモンレール９で高圧に蓄圧さ
れた燃料を各インジェクタ１７からそれぞれエンジンの
気筒内に噴射する。

【００２０】コモンレール９には、本発明にかかる容積
可変機構１０が一体に設けられており、この容積可変機
構１０により、エンジン始動時におけるコモンレール９
の圧力を高めて、機関始動時における燃料の高圧噴射を
実現している。

【００２１】この容積可変機構１０は、図２に示すよう
に、コモンレール９のケーシングに一体に形成されたシ
リンダ（ハウジング）２１と、シリンダ２１内を移動す
るプランジャ（可動部材）２３と、コイルスプリング
（付勢部材）２５と、コイルスプリング２５の作用を制
御する制御機構２７とから構成されている。

【００２２】シリンダ２１の容積室２９は、連通孔３７
を介してコモンレール９の蓄圧室３９に連通されてお
り、実質的に蓄圧室３９の容積の一部を形成している。
このシリンダ２１には、その容積室２９を移動するよう
に、プランジャ２３がＯリング３１を介して配置されて
おり、プランジャ２３の後端部側にはシリンダ孔３３を
閉じた蓋部材３５が固定されている。そして、この蓋部
材３５に制御機構２７が設けられている。

【００２３】コイルスプリング２５は、プランジャ２３
の後端側（容積室と反対側）において、プランジャ２３
と蓋部材３５との間に配置されており、プランジャ２３
を常時容積室２９に向けて付勢しており、換言すれば、
容積室２９の容積を減じるように付勢している。コイル
スプリング２５の付勢力は、蓄圧室３９内における噴射
圧力に対応した所定の値に設定されており、蓄圧室３９
の設定した噴射圧力に等しい場合に釣り合うようになっ
ている。

【００２４】プランジャ２３からは、その後端側に案内
部材４１が延出されており、この案内部材４１は、蓋部
材３５を貫通して延出されており、蓋部材３５に形成さ
れた案内通路４３内を摺動可能な構成になっている。

【００２５】案内部材４１には、後述するストッパ４５
が係合する溝（また切欠き）４７が形成されており、こ
の溝４５内にストッパ４５が位置した場合に、所定範囲
Ｌだけプランジャ２３の移動が許容されるようになって
いる。このように所定範囲Ｌだけ移動が許容されること
によって、機関の定常運転時において、容積可変機構１
０が蓄圧室３９内の脈動を低減するダンパー機能を持た
せることができる。

【００２６】制御機構２７は、蓋部材３５に設けられて
おり、案内通路４３に突設するストッパ４５と、このス
トッパ４５を案内通路４３から引き込むための励磁部４
９とから構成されており、励磁部４９に通電されると、
ストッパ４５が電磁力により案内通路４３から引っ込
み、案内部材４１との係合を外すようになっている。
尚、制御機構２７の励磁は、例えば、イグニッションキ
ーを始動した場合に、励磁部４９に通電するように制御
装置５１により制御されており、通常運転時（定常運転
時）又は機関停止時には、通電を停止して消磁する。
尚、ストッパ４５は、リターンスプリング５２により常
時ストッパ４５を案内通路４３に突出するように付勢し
ており、励磁部４９が通電されると、このリターンスプ
リング５２の付勢力に抗してストッパ４５を引き上げる
ものである。

【００２７】更に、本実施の形態では、案内部材４１の
端部４１ａ側には、その端部４１ａの位置を検出する位
置検出機構５３が設けられており、この位置検出機構５
３が端部４１ａの位置を検出することによって、プラン
ジャ２３の位置を検出し、これによりコモンレール９内
の圧力を検出するものである。即ち、位置検出機構５３
は、圧力センサとしての機能を有するものである。この
位置検出機構５３は、本実施の形態では、作動トランス
であり、作動トランス内を案内部材４１の端部が進入す
る量に応じて作動トランスに生じる電流を検出して、案
内部材４１の端部位置を検出する構成になっている。

【００２８】次に、本実施の形態の作用を説明する。コ
モンレール９内の圧力が充分に高圧になっている通常運
転時及び機関の停止瞬間時には、図３に示すように、励
磁部４９には通電されておらず、ストッパ４５はリター
ンスプリング５２の付勢力により、案内通路４３に突出
した状態にある。従って、ストッパ４５は案内部材４５
の溝４７に係合する。この場合、溝４７は所定の寸法Ｌ
を有しており、その寸法Ｌの範囲でプランジャ２３は移
動可能な状態になる。また、コイルスプリング２５は通
常運転時におけるコモンレール内の圧力にセットしてあ
るから、蓄圧室の圧力と釣り合って、ストッパ４５は溝
４７の略中央に位置する。

【００２９】この図３に示す状態では、コモンレール内
の燃料圧力に脈動が生じた場合には、プランジャ２３が
コイルスプリング２５の付勢力に抗して移動できるの
で、容積可変機構１０は脈動を低減するダンパとして作
用する。

【００３０】更に、プランジャ２３は、寸法Ｌの範囲内
において、コモンレール９内の圧力に応じて移動し、例
えば、コイルスプリング２５の設定圧よりもコモンレー
ル９内の圧力が小さければ、プランジャ２３は容積室２
９を減じるように上方に移動し、コモンレール９内の圧
力がコイルスプリング２５の設定圧よりも大きければ、
プランジャ２３は容積室２９を広げるように下方に移動
する。従って、プランジャ２３から延出する案内部材４
１の端部４１ａの位置を位置検出機構５３が検出するこ
とによって、コモンレール９内の圧力を検知することが
でき、圧力センサとして機能するものである。このよう
に、コモンレール９内の圧力を検出することにより、そ
れに応じて、インジェクタ１７の弁の開閉を制御して、
インジェクタ１７の噴射パルス幅等を制御することによ
って、噴射量を適正に制御することができる。あるい
は、コモンレール９内の圧力を検知して高圧ポンプ８の
吐出量を制御するものであってもよい。このように、圧
力センサ機能を利用することにより、フィードバック制
御を行ない、インジェクタ１７からの吐出量を容易に制
御することができる。更に、コモンレール９に別途圧力
センサを設ける必要がないので、構造が簡易であり、且
つ安価に製造できる。

【００３１】一方、機関を停止した場合には、コモンレ
ール９内の圧力は低下する。そうすると、図４に示すよ
うに、プランジャ２３はコイルスプリング２３に付勢さ
れて上方に移動し、容積室２９内を減じるように移動す
るが、ストッパが案内部材４１に係合して保持するの
で、プランジャ２３は、それ以上容積室２９側に移動す
るのが阻止される。

【００３２】エンジンの起動開始時には、例えば、制御
装置５１がイグニッションキーの始動を検知すると、励
磁部４９に通電して、ストッパ４５をリターンスプリン
グ５２に抗して引き上げ、案内部材４１の溝４７からス
トッパ４５を引き上げる。これにより、エンジン起動開
始時にはコモンレール９内の圧力はスプリング２５の設
定圧力よりも充分に低いので、図５に示すように、プラ
ンジャ２３は、コイルスプリング２５の付勢力に順じて
容積室２９を減じる方向に移動する。即ち、コモンレー
ル内の蓄圧室３９と容積室２９との和が実質的に蓄圧室
の容積になるが、容積室２９の容積が小さくなり、エン
ジン始動時における実質的な蓄圧室３９の容積が小さく
なるので、蓄圧室３９の燃料圧力を高めることができ
る。従って、機関の始動時に蓄圧室３９の高圧を得るこ
とができる。しかも、燃料回路を複雑にすることがな
く、簡易な構成である。

【００３３】また、エンジン始動時におけるコモンレー
ル内の蓄圧室３９に直接作用して、その燃料圧力を高め
ることができるので、エンジン始動時の応答性がよい。

【００３４】本発明は上述した実施の形態に限らず、発
明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例え
ば、上述した実施の形態では、可動部材としてピストン
を例に用いて説明したが、これに限らずダイヤフラムや
ベローズ等の容積を可変にできるものであれば、同様な
効果を得ることができる。

【００３５】また、付勢部材を作動させる制御手段とし
て、ソレノイドを用いることに限らず、ピエゾ（圧電素
子）や油圧を用いるものであっても同様な効果を得るこ
とができる。

【００３６】更に、位置検出装置として、作動トランス
を例に用いて説明したが、これに限らず、ホール素子、
渦電流、レーザ等により位置を検出するものであっても
よい。

【００３７】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、機関の
始動時において、可動部材を付勢して、容積室の容積を
減じる構成であるから、蓄圧室の燃料圧力を高めること
ができる。従って、機関の始動時に蓄圧室の高圧を得る
ことができる。しかも、燃料回路が複雑にならず、簡易
な構成にできる。

【００３８】請求項２に記載の発明によれば、可動部材
の作動範囲を一定の範囲許容することによって、容積可
変機構がダンパー作用をなし、蓄圧室の脈動を低減でき
る。また、ストッパ解除手段を設けているので、機関の
始動時には、ストッパを解除することによって、簡易な
構成で付勢部材を可動部材に作用させることができる。

【００３９】請求項３に記載の発明によれば、容積可変
機構は燃料噴射ノズルが装着されたコモンレールに設け
られているので、エンジン始動時におけるコモンレール
内の圧力を直接高めることができ、エンジン始動時の応
答性がよい。

【００４０】請求項４に記載の発明によれば、位置検出
機構が可動部材の位置を検出することによって、蓄圧室
内の圧力を検出することができる。従って、容積可変機
構を圧力センサとして併用することができる。

【００４１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる燃料噴射装置の回
路図である。

【図２】コモンレールにおける容積可変機構の構成を示
す断面図である。

【図３】通常運転時又は機関停止瞬間時における容積可
変機構の作用を示す断面図である。

【図４】機関停止時における容積可変機構の作用を示す
断面図である。

【図５】機関始動時における容積可変機構の作用を示す
断面図である。

【符号の説明】

３ 燃料噴射装置 ９ コモンレール（蓄圧室） １０ 容積可変機構 ２１ シリンダ（ハウジング） ２３ プランジャ（可動部材） ２５ コイルスプリング（付勢部材） ２７ 制御手段 ２９ 容積室 ４５ ストッパ（ストッパ手段） ４９ 励磁部（解除機構） ５３ 位置検出機構

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射ノズルから燃焼機関に噴射する
   燃料を蓄圧する蓄圧室と、この蓄圧室に燃料を供給する
   ポンプとを備えた蓄圧式燃料噴射装置において、 蓄圧室に連通された容積室を有するハウジングと、ハウ
   ジング内を移動して容積室の容積を変化させる可動部材
   と、この可動部材を容積室の容積を減じるように付勢す
   る付勢部材と、付勢部材を機関の始動時に作用させる制
   御手段とから構成される容積可変機構を備えることを特
   徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、付勢部材の作動範囲を
   制限するストッパ手段と、機関の始動時にストッパ手段
   を解除する解除機構とを備えることを特徴とする請求項
   １に記載の蓄圧式燃料噴射装置。
3. 【請求項３】 前記蓄圧室は、複数の燃料噴射ノズルを
   備えるコモンレールであり、前記容積可変機構は、この
   コモンレールに設けられていることを特徴とする請求項
   １又は２に記載の蓄圧式燃料噴射装置。
4. 【請求項４】 前記容積可変機構は、付勢部材を作用さ
   せているときに、可動部材の位置を検出する位置検出機
   構を備え、位置検出機構により検出された位置により、
   蓄圧室の圧力を検知することを特徴とする請求項１乃至
   ３に記載の蓄圧式燃料噴射装置。