JP3691168B2 - エンジンの蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの蓄圧式燃料噴射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として、高圧燃料を蓄えて各インジェクタへ供給するコモンレール(蓄圧器)を設け、コモンレール内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように高圧ポンプを制御することにより、低速低負荷の運転領域においても高い燃料噴射圧を得られるようにしたものが知られている(特公平7ー109183号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この蓄圧方式では噴射圧の設定や噴射時期および噴射量の制御が容易に行えるが、噴射率の制御はなかなか難しい。高圧噴射の場合、黒煙などパティキュレートの低減効果は大きい反面、燃料噴射率の上昇に伴いNOxの増加する傾向が見られ、高圧噴射を使いこなすには噴射率の制御が必要になる。従来方式では燃料噴射率を制御する上から、燃料を圧送する割合はカム形状で定義できるため、理想的な噴射波形を容易に得られる。
【0004】
この発明はこのような問題点を着目してなされたもので、燃料噴射率の制御機能を備える蓄圧式燃料噴射装置の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、エンジンで駆動される高圧ポンプと、気筒に配置されるインジェクタと、高圧ポンプからの高圧燃料を蓄えてインジェクタへ供給するコモンレールと、コモンレール内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように高圧ポンプを制御する手段と、インジェクタのノズルを開閉するニードル弁と、ニードル弁の閉弁圧力をコモンレールから導入する経路と、ニードル弁の閉弁圧力を低圧側に開放する経路と、これらの経路を選択的に開成する三方電磁弁と、インジェクタの燃料噴射を制御するべく三方電磁弁への通電を ON-OFF する手段と、を備えるエンジンの蓄圧式燃料噴射装置において、コモンレールから高圧燃料をインジェクタのノズルへ供給する燃料通路の途中に減圧室を形成する一方、燃料噴射時に減圧室を開閉する手段と、インジェクタのニードル弁の閉弁圧力を低圧側へ開放する経路に介装される絞り弁と、コモンレールからインジェクタのノズルへ高圧燃料を供給する燃料通路と減圧室との間にインジェクタの絞り弁よりも少ない流量に絞る手段と、を設けたことを特徴とする。
【0006】
第2の発明は、エンジンで駆動される高圧ポンプと、気筒に配置されるインジェクタと、高圧ポンプからの高圧燃料を蓄えてインジェクタへ供給するコモンレールと、コモンレール内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように高圧ポンプを制御する手段と、インジェクタのノズルを開閉するニードル弁と、ニードル弁の閉弁圧力をコモンレールから導入する経路と、ニードル弁の閉弁圧力を低圧側に開放する経路と、これらの経路を選択的に開成する三方電磁弁と、インジェクタの燃料噴射を制御するべく三方電磁弁への通電を ON-OFF する手段と、を備えるエンジンの蓄圧式燃料噴射装置において、コモンレールから高圧燃料をインジェクタのノズルへ供給する燃料通路の途中から低圧側への燃料戻し通路を分岐形成する一方、燃料噴射時に燃料戻し通路を開閉する手段と、インジェクタのニードル弁の閉弁圧力を低圧側へ開放する経路に介装される絞り弁と、コモンレールからインジェクタのノズルへ高圧燃料を供給する燃料通路と燃料戻し通路との間にインジェクタの絞り弁よりも少ない流量に絞る手段と、を設けたことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1において、1はエンジンで駆動される高圧ポンプ、2は各気筒に配置されるインジェクタ、3は高圧ポンプ1からの高圧燃料を蓄圧して各インジエクタ2へ供給するコモンレールを表す。
【0008】
高圧ポンプ1はカム4の回転に伴うプランジャ5の往復運動により、フィードポンプ6からの燃料を加圧し、その高圧燃料を逆止弁7を介してコモンレール3へと送り出す。ポンプ1の吐出側と吸入側を短絡する通路に制御バルブ8が介装され、バルブ8が開くとポンプ吐出量は吸入側へ戻される。
【0009】
コモンレール3の高圧燃料は分岐通路10を介してインジェクタ2へ供給され、インジェクタ2内部の燃料通路11を介してノズル12へ導かれる。ノズル12を開閉するのがニードル弁13で、ノズル12の高圧燃料は後述するピストン14への燃料圧力が戻し通路15へ開放されると、ニードル弁13をリフトしてノズル12から燃焼室へ噴射される。
【0010】
ニードル弁13の後側にピストン14が当接され、ピストン14の後端への燃料通路11(ニードル弁の閉弁圧力を導入する経路と)と戻し通路15(ニードル弁の閉弁圧力を開放する経路)とを選択的に連通する三方電磁弁16が設けられる。ピストン14と三方電磁弁15とを継ぐ通路に絞り弁17と逆止弁18が並列に介装され、三方電磁弁16が通電のオンで燃料通路11側へ切り替わると、燃料通路11の高圧燃料が逆止弁18を通してピストン14の後端へ導入され、三方電磁弁16が通電のオフで戻し通路15側に切り替わると、ピストン14の後端から燃料圧力が絞り弁17の流量調整を受けながらタンク(低圧側)へと逃がされる。
【0011】
コモンレール3とインジェクタ2を結ぶ分岐通路10の途中に減圧弁20が形成され、減圧弁20を開閉するプランジャ21と、プランジャ21を閉じるスプリング22と、スプリング22に抗してプランジャ21を開くソレノイド23を備える。図示しないが、分岐通路10と減圧室20との連通路24にインジェクタ2の絞り弁17の調整流量よりも少ない通路流量に設定する絞り弁(絞り弁17よりも少ない流量に絞る手段)が介装される。
【0012】
ソレノイド23への通電がオフのときは、スプリング22の付勢力でプランジャ21は減圧室20に押圧され、分岐通路10との連通路24を閉じる一方、ソレノイド23への通電がオンすると、プランジャ21はソレノイド23の励磁力で分岐通路10との連通路24を開いて減圧室20を所定容積に拡張する。
【0013】
高圧ポンプ1の制御バルブ8とインジェクタ2の三方電磁弁16および減圧室20のソレノイド23を制御するのがコントロールユニット30で、各気筒の噴射順序を決める基準気筒信号を検出する気筒判別センサ31と、各気筒の適正な噴射時期を検出するクランク角センサ32(エンジン回転速度を検出するエンジン回転センサとしても機能する)と、エンジンの負荷状態(アクセル開度)を検出するエンジン負荷センサ33と、コモンレール3内部の燃料圧力を検出する圧力センサ34などが設けられる。
【0014】
コントロールユニット30はこれらセンサ31〜34の検出信号などに基づいて、所定の噴射順序に従って適切な噴射時期に適正量の高圧燃料を燃焼室に噴射するように三方電磁弁16を制御する一方、コモンレール3内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように制御バルブ8を開閉する。また、噴射開始時に減圧室20を開いて噴射終了後、次回噴射時までに減圧室20を閉じ状態に復帰させるようにソレノイド23を制御する。
【0015】
図2において、燃料噴射時はインジェクタ2の三方電磁弁16が戻り通路15側に切り替わると、ピストン14の後端に懸かる燃料圧力が絞り弁17を通してタンクへ逃がされるため、ノズル12のニードル弁13がリフトし、高圧燃料の噴射が開始される。
【0016】
減圧室20が作動しない場合は、ニードル弁13のリフトは絞り弁17の調整流量にのみ依存するため、急な立ち上がりになるが、三方電磁弁16と同時に減圧室20のソレノイド23への通電がオンされると、その励磁力でプランジャ21は分岐通路10との連通路24を開いて後退しながら、減圧室20へ高圧燃料を導入する。
【0017】
減圧室20が所定容積に広がり切るまでは、減圧室20が高圧燃料を吸収するので、その分だけノズル12への燃料供給量が減少するから、ニードル弁13のリフトは緩やかに立ち上がる。
【0018】
インジェクタ2の三方電磁弁16が燃料通路11側に切り替わると、ピストン14の後端へコモンレール3の高圧燃料が逆止弁18を通して供給されるので、ニードル弁13はピストン14に押され、ノズル12を閉じて高圧噴射を終了する。減圧室20は三方電磁弁16と同時にソレノイド23への通電がオフされ、スプリング22の付勢力で高圧燃料を押し出しながら前進するプランジャ22により閉じられる。
【0019】
このようにして、燃料初期の噴射率が下げられるため、高圧噴射に拠るパテキュレートの低減効果を確保しつつ、NOxの増加を抑制することができる。減圧室20の作動タイミングを遅らせると、初期噴射率を高めに調整することも可能になる。
【0020】
図3は他の実施形態を表すもので、インジェクタ2内部の燃料通路11からタンクへの燃料戻し通路40が分岐され、この通路40を開閉する流量調整用の二方電磁弁41が介装される。二方電磁弁41は図2のように構成され、ソレノイド42への通電がオフのときは、スプリング43の付勢力で弁体44は通路40を閉じる一方、ソレノイド42への通電がオンすると、弁体44はソレノイド42の励磁力でスプリング43を圧縮しながら通路40を開くようになっている。
【0021】
弁体44の中心部にシリンダ状の穴45が形成され、この穴45に摺動自由なガイド46がハウジング側に固定される。穴45はガイド46で室45aに仕切られ、その室45aを弁体44先端に開口するオリフィス47が設けられ、ガイド46の先端に弁体44の開き位置でオリフィス47を塞ぐ突起46aが形成される。
【0022】
弁体44が開閉すると、室45aはガイド46で拡縮され、高圧燃料がオリフィス47を出入りするため、このオリフィス径(調整流量)により、弁体44の開閉速度は一気に開かないように規制される。弁体44先端のニードル部44aで絞られる流量(二方電磁弁41の調整流量)は、インジェクタ2の絞り弁17の調整流量よりも少なく設定される。つまり、オリフィス47の流量調整を受けながら開閉する弁体44等により、インジェクタ2の絞り弁17よりも少ない流量に絞る手段が構成されるのである。
【0023】
図5に三方電磁弁16の制御パルスと二方電磁弁41の制御パルスと、ニードル弁13のリフト特性を表す。三方電磁弁16への通電は前記と同じく噴射開始時にオンされ、噴射終了時にオフされる。二方電磁弁41への通電は噴射開始時にオンされ、初期噴射の終了時にオフされる。なお、図1と同じ部品に同じ符号を付ける。
【0024】
二方電磁弁41への通電がオンすると、ソレノイド42の励磁力で弁体44は開らかれ、二方電磁弁41を通してインジェクタ2の燃料通路11からタンクへと高圧燃料が流れるため、その分だけノズル12への燃料供給量が減少するから、ニードル弁13のリフトは緩やかな立ち上がる。
【0025】
二方電磁弁41への通電がオフすると、弁体44はスプリング43の付勢力で閉じられる。この場合、二方電磁弁41は噴射終了時でなく、初期噴射の終了時に高圧燃料のリークを遮断するので、噴射後期の噴射圧はコモンレール3内部の燃料圧力に高められる。
【0026】
インジェクタ2の絞り弁17に拠る流量調整のみで初期噴射率を同程度に抑制するには、絞り弁17のオリフィス径をさらに小さく設定することが必要になるが、そうするとパイロット噴射など微小量噴射を行う場合、ニードル弁13の応答が鈍いため、微小量噴射を行うことが難しくなる。
【0027】
この点、図1,図3の実施形態では、ノズル12への高圧燃料を減圧室20やタンクへ逃がすので、その流量分だけ絞り弁17の調整流量を多めに設定し、図のようにパイロット噴射時は減圧室20や二方電磁弁41を作動せさないようにすると、ニードル弁13の応答が高くなるため、適確な微小量噴射を行うことができる。
【0028】
【発明の効果】
第1の発明によれば、エンジンで駆動される高圧ポンプと、気筒に配置されるインジェクタと、高圧ポンプからの高圧燃料を蓄えてインジェクタへ供給するコモンレールと、コモンレール内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように高圧ポンプを制御する手段と、インジェクタのノズルを開閉するニードル弁と、ニードル弁の閉弁圧力をコモンレールから導入する経路と、ニードル弁の閉弁圧力を低圧側に開放する経路と、これらの経路を選択的に開成する三方電磁弁と、インジェクタの燃料噴射を制御するべく三方電磁弁への通電を ON-OFF する手段と、を備えるエンジンの蓄圧式燃料噴射装置において、コモンレールから高圧燃料をインジェクタのノズルへ供給する燃料通路の途中に減圧室を形成する一方、燃料噴射時に減圧室を開閉する手段と、インジェクタのニードル弁の閉弁圧力を低圧側へ開放する経路に介装される絞り弁と、コモンレールからインジェクタのノズルへ高圧燃料を供給する燃料通路と減圧室との間にインジェクタの絞り弁よりも少ない流量に絞る手段と、を設けたので、減圧室への流量分だけノズルへの燃料供給量が減少するため、燃焼初期の噴射率を適度に抑制することができる。
【0029】
第2の発明によれば、エンジンで駆動される高圧ポンプと、気筒に配置されるインジェクタと、高圧ポンプからの高圧燃料を蓄えてインジェクタへ供給するコモンレールと、コモンレール内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように高圧ポンプを制御する手段と、インジェクタのノズルを開閉するニードル弁と、ニードル弁の閉弁圧力をコモンレールから導入する経路と、ニードル弁の閉弁圧力を低圧側に開放する経路と、これらの経路を選択的に開成する三方電磁弁と、インジェクタの燃料噴射を制御するべく三方電磁弁への通電を ON-OFF する手段と、を備えるエンジンの蓄圧式燃料噴射装置において、コモンレールから高圧燃料をインジェクタのノズルへ供給する燃料通路の途中から低圧側への燃料戻し通路を分岐形成する一方、燃料噴射時に燃料戻し通路を開閉する手段と、インジェクタのニードル弁の閉弁圧力を低圧側へ開放する経路に介装される絞り弁と、コモンレールからインジェクタのノズルへ高圧燃料を供給する燃料通路と燃料戻し通路との間にインジェクタの絞り弁よりも少ない流量に絞る手段と、を設けたので、燃料戻し通路の開き期間は、ノズルへと供給される高圧燃料の一部が低圧側へ逃がされるため、燃焼初期の噴射率を適度に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態を表す構成図である。
【図2】同じく燃料噴射時の作動特性図である。
【図3】他の実施形態を表す構成図である。
【図4】同じく二方電磁弁の構成図である。
【図5】同じく燃料噴射時の作動特性図である。
【図6】パイロット燃料噴射時の作動特性図である。
【符号の説明】
1 高圧ポンプ
2 インジェクタ
3 コモンレール
8 制御バルブ
10 分岐通路
11 燃料通路
12 ノズル
13 ニードル弁
14 ピストン
15 燃料戻し通路
16 三方電磁弁
17 絞り弁
18 逆止弁
20 減圧室
21 プランジャ
22 スプリング
23 ソレノイド
30 コントロールユニット
40 燃料戻し通路
41 二方電磁弁
42 ソレノイド
43 スプリング
44 弁体
45a 室
47 オリフィス
Claims (2)
- エンジンで駆動される高圧ポンプと、気筒に配置されるインジェクタと、高圧ポンプからの高圧燃料を蓄えてインジェクタへ供給するコモンレールと、コモンレール内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように高圧ポンプを制御する手段と、インジェクタのノズルを開閉するニードル弁と、ニードル弁の閉弁圧力をコモンレールから導入する経路と、ニードル弁の閉弁圧力を低圧側に開放する経路と、これらの経路を選択的に開成する三方電磁弁と、インジェクタの燃料噴射を制御するべく三方電磁弁への通電を ON-OFF する手段と、を備えるエンジンの蓄圧式燃料噴射装置において、コモンレールから高圧燃料をインジェクタのノズルへ供給する燃料通路の途中に減圧室を形成する一方、燃料噴射時に減圧室を開閉する手段と、インジェクタのニードル弁の閉弁圧力を低圧側へ開放する経路に介装される絞り弁と、コモンレールからインジェクタのノズルへ高圧燃料を供給する燃料通路と減圧室との間にインジェクタの絞り弁よりも少ない流量に絞る手段と、を設けたことを特徴とするエンジンの蓄圧式燃料噴射装置。
- エンジンで駆動される高圧ポンプと、気筒に配置されるインジェクタと、高圧ポンプからの高圧燃料を蓄えてインジェクタへ供給するコモンレールと、コモンレール内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように高圧ポンプを制御する手段と、インジェクタのノズルを開閉するニードル弁と、ニードル弁の閉弁圧力をコモンレールから導入する経路と、ニードル弁の閉弁圧力を低圧側に開放する経路と、これらの経路を選択的に開成する三方電磁弁と、インジェクタの燃料噴射を制御するべく三方電磁弁への通電を ON-OFF する手段と、を備えるエンジンの蓄圧式燃料噴射装置において、コモンレールから高圧燃料をインジェクタのノズルへ供給する燃料通路の途中から低圧側への燃料戻し通路を分岐形成する一方、燃料噴射時に燃料戻し通路を開閉する手段と、インジェクタのニードル弁の閉弁圧力を低圧側へ開放する経路に介装される絞り弁と、コモンレールからインジェクタのノズルへ高圧燃料を供給する燃料通路と燃料戻し通路との間にインジェクタの絞り弁よりも少ない流量に絞る手段と、を設けたことを特徴とするエンジンの蓄圧式燃料噴射装置。
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JP21848896A JP3691168B2 (ja) | 1996-08-20 | 1996-08-20 | エンジンの蓄圧式燃料噴射装置 |
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JP (1) | JP3691168B2 (ja) |
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1996
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