JP2005023823A

JP2005023823A - 内燃機関の燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2005023823A
Application number: JP2003189542A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Tsutsui; 恒雄筒井; Takafumi Yamada; 貴文山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】燃料噴射量の噴***度を向上する。
【解決手段】燃料噴射弁１のノズル室４を高圧ライン５を介してコモンレール６に連結する。主噴射に先立ってパイロット噴射を行う。パイロット噴射によりノズル室４内に発生した圧力波がコモンレール６で反射してノズル室４内に戻ってくるまでの時間内に主噴射が完了するように高圧ライン５の長さを設定する。
【選択図】図１

Description

【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】
燃料噴射弁のノズル室が高圧ラインを介してコモンレールに連結されており、二つの燃料噴射、例えばパイロット噴射とそれに続く主噴射とを行うようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１８０７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところがこのようなコモンレールを用いた場合には燃料噴射が行われるとそのとき燃料噴射弁のノズル室内に発生した圧力波が高圧ライン内を伝播してコモンレールに達し、次いでこの圧力波はコモンレールで反射して、今度は高圧レール内をノズル室に向けて進み、ノズル室内において燃料圧の激しい脈動を生じさせる。
【０００５】
ところで従来の内燃機関ではパイロット噴射後においてコモンレールでの反射波によりノズル室内で燃料圧の激しい脈動が生じているときに主噴射が行われる。しかしながらこのようにノズル室内における燃料圧が激しく脈動しているときに主噴射が行われると主噴射の噴射量が大巾に変動し、正規の量から大巾にずれてしまうという問題を生ずる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために１番目の発明によれば、燃料噴射弁のノズル室が高圧ラインを介してコモンレールに連結されており、二つの燃料噴射がわずかな間隔を隔てて行われる内燃機関の燃料噴射装置において、先の噴射によりノズル室内に発生した圧力波がコモンレールで反射してノズル室内に戻ってくるまでの時間内に後の噴射が完了するように高圧ラインの長さが設定されている。
【０００７】
２番目の発明では１番目の発明において、先の噴射時にノズル室内に発生した脈動が鎮静した後に後の噴射が開始される。
【０００８】
３番目の発明では１番目の発明において、高圧ラインの長さがほぼ１２００ミリメートル以上である。
【０００９】
４番目の発明では１番目の発明において、圧力波を減衰するために高圧ライン内に絞り、又は拡張室、又はダンパが設けられている。
【００１０】
５番目の発明では１番目の発明において、燃料噴射弁がニードルの背面に面して形成されかつ高圧ラインの途中に連結された圧力制御室と、圧力制御室からの高圧燃料の溢流を制御する溢流制御弁とを具備し、溢流制御弁が開弁したときに燃料噴射が開始されると共に溢流制御弁が閉弁したときに燃料噴射が停止され、溢流制御弁が開弁したときに溢流制御弁において発生した圧力波が圧力制御室および高圧ラインを経てノズル室に到達した後に先の噴射が完了するように溢流制御弁からノズル室までの長さが設定されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は内燃機関の燃料室内に燃料を噴射するための燃焼噴射弁１を示している。
【００１２】
図１に示されるように燃料噴射弁１は燃焼室内に開口する噴孔２と、噴孔２の開閉制御を行うニードル３と、ニードル３の先端部周りに形成されたノズル室４とを具備する。ノズル室４は高圧ライン５を介してコモンレール６に連結され、図１に示されるように高圧ライン５の一部は燃料噴射弁１内を延びている。コモンレール６内へは図示しない高圧ポンプから高圧の燃料が供給されており、コモンレール６内の高圧の燃料が高圧ライン５を介してノズル室４内に供給される。
【００１３】
燃料噴射弁１内にはニードル３の背面に面して圧力制御室７が形成されており、この圧力制御室７内にはニードル３を噴孔２に向けて押圧する圧縮ばね８が配置されている。この圧力制御室７は一方では入口側絞り９を介して高圧ライン５の途中に連結されており、他方では出口側絞り１０を介して溢流制御弁１２により開閉制御される燃料溢流口１１に連結されている。圧力制御室７へは絞り９を介して高圧の燃料が常時供給されており、従って圧力制御室７は燃料で満たされている。
【００１４】
燃料溢流口１１が溢流制御弁１２により閉鎖されているときには図１に示されるようにニードル３が噴孔２を閉鎖しており、従って燃料噴射は停止されている。このときノズル室４内と圧力制御室７内とは同じ燃料圧となっている。溢流制御弁１２が開弁、即ち燃料溢流口１１を開口すると圧力制御室７内の高圧の燃料が絞り１０を介して燃料溢流口１１から流出し、斯くして圧力制御室７内の圧力は徐々に低下する。次いで圧力制御室７内の圧力が低下するとニードル３が上昇し、噴孔２から燃料の噴射が開始される。
【００１５】
即ち、圧力制御室７と燃料溢流口１１との間には絞り１０が設けられており、またその他の遅れ要素により溢流制御弁１２が開弁した後暫らくしてから燃料の噴射が開始される。次いで溢流制御弁１２が閉弁、即ち燃料溢流口１１を閉鎖すると絞り９を介して圧力制御室７内に供給される燃料によって圧力制御室７内の圧力は徐々に増大し、斯くして溢流制御弁１２が閉弁した後暫らくしてから燃料噴射が停止される。
【００１６】
ニードル３が開弁して燃料噴射が開始されるとノズル室４内の圧力は急速に低下する。次いでニードル３が閉弁せしめられると高圧ライン５内の燃料がノズル室４内に流入するためにノズル室４内の燃料圧は一時的に増大する。
【００１７】
一方、燃料噴射が開始されてノズル室４内の圧力が急速に低下すると圧力波が発生し、この圧力波が高圧ライン５内をコモンレール６に向けて伝播する。次いでこの圧力波は高圧ライン５のコモンレール６内への開放端において反射し、今度はこの圧力波は平均圧力に対して圧力が反転した状態で、即ち高圧の圧力波の形で高圧ライン５内をノズル室４に向けて進み、ノズル室４内に高圧を一時的に発生させる。例えばパイロット噴射が行われたとするとその後暫らくしてコモンレール６における反射波によってノズル室４内には一時的に高圧が発生する。
【００１８】
ところが通常、パイロット噴射によってこのようにノズル室４内に一時的に高圧が発生する頃に主噴射が行われる。このことについて図２を参照しつつ説明する。なお、図２において横軸ｔは時間（ｍｓｅｃ）を、縦軸ｐはノズル室４内の圧力を示す。
【００１９】
パイロット噴射が開始されてからメイン噴射、即ち主噴射が開始されるまでのインターバルは通常１ｍｓｅｃ以下であり、パイロット噴射と主噴射とのインターバルはおおよそ図２に示されるようになる。因みに機関回転数が２０００ｒ．ｐ．ｍ．のときには１ｍｓｅｃ当りのクランク角は１２°となる。従ってこのときには図２に示す例ではパイロット噴射時間はクランク角で３°程度であり、パイロット噴射開始から主噴射開始までのインターバルはクランク角で１０°程度となる。
【００２０】
一方、コモンレール６を具備した内燃機関では通常高圧ライン５の長さをできる限り短くするようにしている。図１においてコモンレール６から圧力制御室７へのライン分岐部までの長さをＬ_１、圧力制御室７へのライン分岐部からノズル室４までの長さをＬ_２とすると従来の内燃機関ではＬ_１はほぼ１６０ｍｍ程度であり、Ｌ_２もほぼ１６０ｍｍ程度である。即ち、高圧ライン５の全長（Ｌ_１＋Ｌ_２）はほぼ３２０ｍｍ程度であり、この長さは極く一般的である。
【００２１】
燃料の圧力が８０Ｍｐａで燃料の温度が３０℃のときの燃料内の圧力波の伝播速度は概略的に言うと１５００ｍ／ｓｅｃ程度、即ち１５００ｍｍ／ｍｓｅｃ程度である。従って従来の内燃機関においてノズル室４内で発生した圧力波がコモンレール６で反射して再びノズル室４内まで戻ってくるまでの時間は（３２０ｍｍ×２）／１５００ｍｍ／ｍｓｅｃであって０．４３ｍｓｅｃ程度となる。
【００２２】
さて、従来の内燃機関では図２（Ａ）に示されるように、溢流制御弁１２が開弁して暫らくすると燃料噴射が開始されるためにノズル室４内の圧力が低下する（Ｐ_１）。次いでニードル３が閉弁すると高圧燃料がノズル室４内に一気に流入するために一時的に高圧となる（Ｐ_２）。一方、ノズル室４内の圧力低下（Ｐ_１）に基づくコモンレール６の反射波によってノズル室４内には高圧が発生する（Ｐ_３）。従来ではこの高圧（Ｐ_３）が発生する頃に主噴射が行われ、図２（Ａ）に示されるように主噴射が行われている間、ノズル室４内の圧力が激しく変動する。その結果、噴射量が大巾にばらつくことになる。
【００２３】
そこで本発明では高圧ライン５の長さを長くし、図１２（Ｂ）に示されるように主噴射が完了した後にパイロット噴射によりノズル室４内に発生した圧力波がコモンレール６で反射してノズル室４内に戻ってくるようにしている。一般的に表現すると、本発明では先の噴射によりノズル室４内に発生した圧力波がコモンレール６で反射してノズル室４内に戻ってくるまでの時間内に後の噴射が完了するように高圧ライン５の長さが設定されている。
【００２４】
もう少し具体的に説明するとパイロット噴射すべく溢流制御弁１２を開弁してから一定の時間Δｔだけ遅れて噴射が開始される。その後時間ＴＴを経過した後に反射波（Ｐ３）が戻ってくる。この時間Δｔｔは２・（Ｌ_１＋Ｌ_２）／圧力波の伝播速度で表される。従ってパイロット噴射すべき溢流制御弁１２の開弁時期から主噴射の完了時期までの時間をＴＴとすると、主噴射が反射波（Ｐ_３）の影響を受けないようにするためにはＴＴ＜Δｔ＋Δｔｔとする必要がある。ここでΔｔを無視するとＴＴ＜Δｔｔとなる。
【００２５】
本発明における実施例ではＬ_１＝１２００ｍｍとされており、従って高圧ライン５の全長（Ｌ_１＋Ｌ_２）は１６０ｍｍ＋１２００ｍｍ＝１３６０ｍｍとなる。この場合、概略的に云うとΔｔｔ＝２・１３６０ｍｍ／１５００ｍｍ／ｍｓｅｃ＝１．８ｍｓｅｃとなる。従ってこの実施例ではＴＴ＜１．８ｍｓｅｃとされる。なお、Ｌ_１＋Ｌ_２＝１２００ｍｍ程度にすればΔｔｔ＝２・１２００ｍｍ／１５００ｍｍ／ｍｓｅｃ＝１．６ｍｓｅｃとなり、この程度の高圧ライン５の長さであっても主噴射が反射波（Ｐ_３）の影響を受けないようにすることができる。
【００２６】
また、図２（Ｂ）に示されるように高圧ライン５の長さを長くするとパイロット噴射時のノズル室４内の圧力脈動Ｐ_２が発生した後は反射波Ｐ_３が戻ってくるまで脈動が鎮静化し、ノズル室４内の圧力Ｐが安定する。従って主噴射が燃料の圧力脈動の影響を受けないようにするにはパイロット噴射時においてノズル室４内の圧力Ｐが安定した後に主噴射を開始すればよいことになる。従って一般的な表現をすると本発明による実施例では先の噴射時にノズル室４内に発生した脈動が鎮静した後に後の噴射が開始される。この場合、無論圧力波Ｐ_３が発生する前に主噴射を完了させることが好ましいことは言うまでもない。
【００２７】
図３から図５は圧力波を減衰するための夫々別の実施例を示している。
【００２８】
即ち、図１３に示す実施例では高圧ライン５内に絞り１３が配置されており、図１４に示す実施例では高圧ライン５内に拡張室１４が設けられており、図５に示す実施例ではピストン１６と、可変容積室１７と、圧縮ばね内１８からなるダンパ１５が高圧ライン５に取付けられている。
【００２９】
また、図１において溢流制御弁１２が開弁すると燃料溢流口１１の圧力が低下し、圧力波が発生する。この圧力波は絞り１０、圧力制御室７、絞り９、高圧ライン５を介してノズル室４内に伝播するがこの圧力波がパイロット噴射完了後にノズル室４内に到達すると主噴射に影響を与え、好ましくない。
【００３０】
そこで本発明による実施例では、高圧ライン５からの分岐部から燃料溢流口１１までのライン長をＬ_３（図１）とすると、パイロット噴射開始時に燃料溢流口１１において発生した圧力波が圧力制御室７および高圧ライン５を経てノズル室４に到達した後に主噴射が完了するように高圧ライン長（Ｌ_２＋Ｌ_３）が設定されている。一般的な表現を用いると、溢流制御弁１２が開弁したときに溢流制御弁１２において発生した圧力波が圧力制御室７および高圧ライン５を経てノズル室４に到達した後に先の噴射が完了するように溢流制御弁１２からノズル室４までの長さが設定されている。
【００３１】
【発明の効果】
燃料噴射量の噴***度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射装置を示す図である。
【図２】ノズル室内の圧力脈動を示す図である。
【図３】燃料噴射装置の別の実施例を示す図である。
【図４】燃料噴射装置の更に別の実施例を示す図である。
【図５】燃料噴射装置の更に別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
４…ノズル室
５…高圧ライン
６…コモンレール

Claims

燃料噴射弁のノズル室が高圧ラインを介してコモンレールに連結されており、二つの燃料噴射がわずかな間隔を隔てて行われる内燃機関の燃料噴射装置において、先の噴射によりノズル室内に発生した圧力波がコモンレールで反射してノズル室内に戻ってくるまでの時間内に後の噴射が完了するように高圧ラインの長さが設定されている内燃機関の燃料噴射装置。
先の噴射時にノズル室内に発生した脈動が鎮静した後に後の噴射が開始される請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
高圧ラインの長さがほぼ１２００ミリメートル以上である請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
圧力波を減衰するために高圧ライン内に絞り、又は拡張室、又はダンパが設けられている請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
燃料噴射弁がニードルの背面に面して形成されかつ高圧ラインの途中に連結された圧力制御室と、圧力制御室からの高圧燃料の溢流を制御する溢流制御弁とを具備し、溢流制御弁が開弁したときに燃料噴射が開始されると共に溢流制御弁が閉弁したときに燃料噴射が停止され、溢流制御弁が開弁したときに溢流制御弁において発生した圧力波が圧力制御室および高圧ラインを経てノズル室に到達した後に先の噴射が完了するように溢流制御弁からノズル室までの長さが設定されている請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。