JP3719049B2

JP3719049B2 - Injector

Info

Publication number: JP3719049B2
Application number: JP17097599A
Authority: JP
Inventors: 輝一西村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1999-06-17
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2019-06-17
Also published as: JP2001003829A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧力制御室内に導入された流体圧力に基づいて針弁がリフトすることにより噴孔から燃料を噴射するインジェクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、エンジンの燃料噴射制御に関して、噴射圧力の高圧化を図り、且つ燃料の噴射タイミング及び噴射量等の噴射条件をエンジンの運転状態に応じて最適に制御するシステムとして、コモンレール式燃料噴射システムが知られている。コモンレール式燃料噴射システムは、燃料サプライポンプによって所定圧力に加圧された燃料噴射制御用の作動流体をコモンレール内に蓄圧状態に貯留し、作動流体圧力を利用して各気筒にそれぞれ配置されたインジェクタを作動させて、インジェクタから対応する燃焼室内に燃料を噴射するシステムである。燃料が各インジェクタからエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コントローラが各インジェクタに設けられた制御弁を制御している。
【０００３】
作動流体として燃料をコモンレールに貯留するコモンレール式燃料噴射システムでは、コモンレールから燃料供給管を通じて各インジェクタの先端に至る燃料流路内には、常時、噴射圧力相当の燃料圧、即ち、コモンレール圧力が作用しており、各インジェクタに備わるアクチュエータによって制御弁としての開閉弁を開閉駆動して燃料供給管を通じて供給される燃料を通過又は遮断し、開弁時に、燃料をコモンレール圧力相当の噴射圧力でインジェクタの先端に形成された噴孔から噴射している。コントローラは、加圧燃料が各インジェクタにおいてエンジンの運転状態に対して最適な噴射条件で噴射されるように、コモンレールの圧力と各インジェクタのアクチュエータとを制御する。また、作動流体としてエンジンオイルをコモンレールに貯留し、コモンレールからインジェクタの圧力室に供給したオイル圧力でインジェクタ内の増圧室内に供給されている燃料を所定の圧力まで増圧する型式のコモンレール式燃料噴射システムも提案されている。
【０００４】
燃料を作動流体とする従来のコモンレール燃料噴射システムの概略が、図７に示されている。燃料タンク７の燃料は、フィードポンプ６によって吸い上げられて燃料サプライポンプ１に送られる。燃料サプライポンプ１は、例えばエンジンによって駆動されるプランジャ式の可変容量式高圧ポンプであり、燃料を燃料吐出路１４を通じてコモンレール２に圧送する。圧送された燃料は蓄圧状態にコモンレール２に貯留され、コモンレール２から燃料供給管２３を通じてインジェクタ３に供給される。インジェクタ３は、一つしか図示されていないが、４気筒や６気筒のようにエンジンの型式に応じて気筒毎に設けられており、コモンレール２から供給された燃料を各対応する燃焼室内に噴射する。燃料サプライポンプ１は、図示の例では単一のプランジャ１１が示されているが、エンジンの型式に応じて複数のプランジャを有するロータリ型又は列型のポンプとしてよい。
【０００５】
燃料サプライポンプ１は、エンジンの出力によって駆動されるポンプ駆動カム１０と、ポンプ駆動カム１０に当接して往復動するプランジャ１１とを備えており、プランジャ１１の頂面がポンプ室１２の壁面の一部を形成している。フィードポンプ６が送り出した燃料は燃料通路１３を通じてポンプ室１２に流入する。燃料サプライポンプ１による燃料圧送量は、ポンプ室１２と燃料通路１３との間に配設されているインレットバルブ１５の開閉を制御するプリストローク制御（詳細は後述）により変更できる。ポンプ室１２の吐出側、即ち、ポンプ室１２とコモンレール２との間を繋ぐ燃料吐出路１４には逆止弁１７が設けられている。
【０００６】
コモンレール２には、コモンレール圧力がシステム異常等に起因して異常上昇するのを防ぐため、所定の設定圧力よりも高くなると開弁してコモンレール２内の燃料を排出路２１を通じて燃料タンク７へ放出してコモンレール圧力を低下させる常閉型のリリーフ弁２０が備えられている。また、コモンレール２に設けられた圧力センサ２２が検出したコモンレール圧力Ｐｒは、エンジンの電子制御モジュール（ＥＣＭ）であるコントローラ８に入力される。
【０００７】
インジェクタ３は、図示が省略されたシリンダヘッド等のベースに設けられた穴部にシール部材によって密封状態に取付けられる。インジェクタ３はインジェクタ本体内を往復動可能な針弁３１と、針弁３１がリフトしたときに開口して燃料を燃焼室（図示せず）に噴射する噴孔３２を備えている。針弁３１の頂面３３は、燃料供給管２３からの燃料圧が供給される圧力制御室３０の壁面の一部を形成している。燃料供給管２３に接続する燃料通路３４は、針弁３１の周囲に形成された燃料溜まり３５に連通している。燃料溜まり３５に臨む針弁３１の第１テーパ面３６には燃料圧力が作用して、針弁３１にリフト力を与える。一方、針弁３１には、圧力制御室３０内の燃料圧力に基づく押し下げ力と、リターンスプリング５９の戻し力とが作用する。リフト力、押し下げ力及び戻し力のバランスによって針弁３１のリフトが制御される。
【０００８】
コモンレール２内の高圧燃料は、燃料流路の一部を構成する燃料供給管２３、燃料供給管２３から分岐した供給路３８を通じて圧力制御室３０に供給され、圧力制御室３０内の燃料は排出路４０を通じて排出される。供給路３８及び排出路４０には、それぞれ、オリフィス３９，４１が設けられており、排出路４０には、排出路４０を燃料戻し管４６に開放するための開閉弁４４が設けられている。
【０００９】
排出路４０に設けられている開閉弁４４をコントローラ８からの制御電流の供給を受けて作動する電磁ソレノイド４５の制御によって開弁させると、オリフィス３９は、オリフィス４１よりも有効通路断面積が狭く、燃料の流れをより強く制限するので、圧力制御室３０内の燃料圧が低下する。針弁３１を持ち上げるリフト力が、圧力制御室３０内の燃料圧に基づく押下げ力及びリターンスプリング５９のばね力との合力を上回ると、針弁３１がリフトする。針弁３１がリフトすると噴孔３２が開口するので、コモンレール２から燃料供給管２３及び燃料通路３４を通じてインジェクタ３に導かれた燃料は、針弁３１の周囲の通路を通じてノズルの先端に形成された噴孔３２から燃焼室（図示せず）内へと噴射される。開閉弁４４を閉じて圧力制御室３０内の燃料圧を回復させると、針弁３１の先端に形成された第２テーパ面３７がインジェクタ本体のテーパ状弁シートと着座して針弁３１が閉弁して、噴孔３２が閉じられる。圧力制御室３０から排出路４０を通じて流出し燃焼室内への噴射に費やされなかった燃料は、燃料戻り管４６を経て燃料タンク７に回収される。
【００１０】
コントローラ８には、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ、アクセルペダルの踏込み量Ａｃを検出するためのアクセル踏込み量センサ等の検出手段としての各種センサ９からの検出信号が入力される。コントローラ８には、コモンレール圧力センサ２２が検出したコモンレール圧力Ｐｒが入力される。その他、コントローラ８への入力信号としては、冷却水温センサ、エンジン気筒判別センサ、上死点検出センサ、大気温度センサ、大気圧センサ、吸気管内圧力センサ等のエンジンの運転状態を検出するための各種センサからの信号がある。
【００１１】
コントローラ８は、上記各センサ９からの検出信号と予め求められている噴射特性マップとに基づいて設定された目標噴射条件に従ってコマンドパルス信号を出力し、コマンドパルス信号に対応して、開閉弁４４を開閉して針弁３１をリフト制御するための駆動電流を電磁ソレノイド４５に供給する。目標噴射条件は、例えば、エンジン出力がエンジンの運転状態に即した最適出力になるような、目標コモンレール圧力、目標燃料噴射時期（噴射開始時期と噴射期間）及び目標噴射量である。燃料噴射量は噴射圧力と燃料噴射期間、即ち、コモンレール圧力と針弁３１のリフト（リフト量、リフト期間）で定まるので、燃料噴射時期及び燃料噴射量は、結局、インレットバルブ１５を制御することによる燃料サプライポンプ１のコモンレール２への燃料圧送量と、コントローラ８が出力する前記コマンドパルス信号のパルス時期及びパルス幅によって決定される。
【００１２】
基本燃料噴射量Ｑｔやコモンレール圧力Ｐｒは、エンジンの運転状態、即ち、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセルペダル踏込み量Ａｃを変数とした基本特性マップとして予め与えられている。また、インジェクタ３の燃料噴射量とコントローラ８が出力するコマンドパルス信号のパルス幅との関係が、コモンレール圧力Ｐｒ（コモンレール２内の燃料圧力）をパラメータとしたマップによって定められている。燃料噴射は、コマンドパルス信号がオン又はオフとなる時刻に対して時間遅れを伴って開始又は停止されるので、コマンドパルスがオン又はオフとなる時期を制御することによって燃料噴射時期及び期間を制御することが可能である。コントローラ８は各気筒に対応して配置されているインジェクタ３毎に燃料噴射制御を行う。
【００１３】
インジェクタ３からの燃料噴射の圧力はコモンレール２に貯留されている燃料の圧力に略等しいので、コモンレール圧力Ｐｒを制御することで噴射圧力が制御される。一方、インジェクタ３からの燃料噴射によってコモンレール２内の燃料が消費されると、コモンレール圧力Ｐｒが低下する。コントローラ８は、燃料サプライポンプ１の燃料圧送量を制御することにより、エンジンの運転状態が一定であればその状態に対応した一定圧力を保持するように、又はエンジンの運転状態が変更されれば、その変更に対応してエンジンの運転状態に最適となるようにコモンレール圧力Ｐｒを増圧又は減圧制御する。詳細には、コモンレール圧力の制御は、エンジンの運転状態に応じて決定された目標燃料噴射量とエンジン回転数とに応じて目標コモンレール圧力を決定し、圧力センサ２２によって検出された実際のコモンレール圧力が目標コモンレール圧力に一致するように、燃料サプライポンプ１の燃料圧送量をフィードバック制御することによって行われる。
【００１４】
図７に示すコモンレール式燃料噴射システムでは、燃料サプライポンプ１の圧送量を制御する方法の一つとして、プリストローク制御が知られている。プリストローク制御は、プランジャ１１がリフト行程にあるときに、燃料通路１３に配置したインレットバルブ１５を開弁させることによってその開弁期間ではポンプ室１２内の燃料を燃料通路１３を通じて戻し、インレットバルブ１５を閉弁させた期間ではポンプ室１２内の燃料を吐出側に圧送することによって、圧送量を制御する方式である。コントローラ８が電磁ソレノイド１６の励磁時期を制御してインレットバルブ１５の弁開閉時期を制御し、インレットバルブ１５の閉弁時期からプランジャ１１の上死点到達時点までの燃料圧送期間を制御することで燃料サプライポンプ１の圧送量が制御され、その結果、コモンレール圧力Ｐｒ、即ち、噴射圧力が制御される。燃料通路１３での燃料圧（フィード圧）は、リリーフ弁１８により上限が制限されているので、フィードポンプ６が送る余剰の燃料はリリーフ弁１８及び戻し管１９を通じて燃料タンク７に戻される。
【００１５】
コモンレール式燃料噴射システムに適用され且つ圧力制御室を備えた電子制御式のインジェクタの一例が、特開昭６１−２４４８６４号公報に開示されている。燃料の供給管路から圧力制御室への高圧燃料の供給と圧力制御室からの燃料圧力の解放とが、電磁アクチュエータと、作動ステムを介して電磁アクチュエータに取り付けられたボールとを備えた電磁弁によって切り換えられる。電磁弁のボールは前記電磁アクチュエータの作動によって一つのバルブチャンバ内を変位し、圧力制御室への高圧燃料の供給時には、高い燃料圧力を受けて、ばねの力に依存することなく、圧力制御室の燃料圧力を解放する低圧路をセルフシールしている。また、同様の圧力制御室を備えたコモンレール式燃料噴射システムに適用されて、バルブチャンバ内を変位するボールを変位させる電気的手段として圧電アクチュエータを用い、構造がコンパクトでシンプルであり且つ安価に製造可能なインジェクタが提案されている（特開平９−１８４４６３号公報）。
【００１６】
コモンレール式燃料噴射システムに適用され且つ圧力制御室を備えた燃料噴射率を変化させることができるインジェクタが提案されている（特開平１１−２２５８０号公報）。制御室内に導入された高圧燃料が排出される排出路に形成された圧力室に燃料圧力が蓄圧され続ける間では、弁体のリフト速度が緩慢になり燃料噴射率が抑えられ、圧力室内の圧力が所定圧力まで上昇したときに圧力解放弁が圧力室内の圧力を解放し、弁体のリフト速度を上げて燃料噴射率を高めている。燃料噴射初期の噴射率を抑えて、騒音や排気ガス性能の向上を図っている。
【００１７】
このように、ディーゼルエンジンの燃焼においては、燃料噴射率を、燃料噴射が開始される初期では低く抑え燃料噴射期間の後半に高める、所謂ブーツ型に変化させると、燃焼騒音や排気ガス中のＮＯｘを低減しエンジン性能を向上させるのに有効であることが分かっている。上記の外にも、インジェクタの先端部に形成されている噴孔のうち実際に燃料噴射を行う噴孔数を調整したり、複数の針弁を設けることによる初期燃料噴射率の可変制御も試みられている。また、圧力制御室内の燃料リーク量を可変にすることにより、初期燃料噴射率を可変にすることも提案されている。圧力制御室からのリーク路の開口面積をアクチュエータに印加する電圧で可変制御するのは非常に難しく、特に、温度が大幅に変化するエンジンにおいてはインジェクタの構成部品の熱膨張や収縮があるので、リーク路の開口面積の正確な制御が困難であると共に、アクチュエータへの制御電圧が安定しない等の問題もある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、インジェクタからの燃料噴射中に、圧力制御室内の燃料量を段階的に減少させることができれば、その燃料量に応じて針弁のリフトが段階的に増加し、圧力制御室の燃料を排出する開閉弁の開弁時の開口面積を一定としていても、構造が簡単であり且つ燃料噴射率を多段に変更することが可能なインジェクタを得ることができる。したがって、圧力制御室の燃料を排出する開閉弁の開弁時の開口面積が一定であるにもかかわらず、燃料噴射率を多段に変更することが可能なインジェクタを得る点で解決すべき課題がある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は、開閉弁の開弁時の開口面積が一定であるが、圧力制御室の燃料を排出可能な開閉弁の作動位置では針弁のリフトを可能にすると共に、圧力制御室からの燃料の排出を停止させる開閉弁の作動位置では針弁のリフトをそのリフト状態で停止可能とすることによって、燃料噴射が開始される初期の燃料噴射率を低く抑えると共に燃料噴射期間の後半に燃料噴射率を高めるというような、燃料噴射率を多段に制御して、燃焼騒音や排気ガス中のＮＯｘの低減やエンジン性能を向上させることを可能にするインジェクタを提供することである。
【００２０】
この発明は、燃料を噴射する噴孔を備えた本体、前記本体内の中空部内を昇降し且つ一端で前記噴孔を開閉する針弁、前記針弁の昇降を制御するため燃料圧力の受圧面となる前記針弁の他端が露出している圧力制御室、前記圧力制御室に燃料を供給する供給路、前記圧力制御室内の燃料圧力を解放する排出路、前記排出路を開閉するための開閉弁、及び前記開閉弁を作動させるアクチュエータを具備し、前記圧力制御室は、前記供給路と前記排出路に接続する第１容積部と、前記針弁の前記他端が露出しており且つ前記第１容積部と連通孔を通じて連通する第２容積部とから成り、前記開閉弁は、前記針弁を多段階でリフト可能とするため、前記アクチュエータの作動に基づいて前記排出路を開いた状態で前記連通孔を開閉可能であることから成るインジェクタに関する。
【００２１】
この発明によるインジェクタによれば、アクチュエータによって開閉弁を作動させるときの作動量によって、針弁のリフトを行う位置と針弁のリフトを途上で停止させる位置との二つに位置を取る。即ち、排出路を開放して第１容積部内の高圧燃料及び第１容積部と連通孔を通じて連通する第２容積部内の高圧燃料を解放する位置では針弁のリフトが行われ、第１容積部と第２容積部とを連通させる連通孔を閉じる位置では針弁のリフトが途上で一時停止される。第２容積部内の燃料を順次、排出と排出停止とを繰り返すことで、排出していく燃料量に応じて針弁のリフトを段階的に増加することが可能になる。開閉弁の作動位置は、二つに位置を管理するだけでよく、作動位置の細かな制御が不要である。
【００２２】
このインジェクタにおいて、前記開閉弁は、前記アクチュエータに連結され且つ前記排出路内を前記第１容積部に延びる弁ステム、及び前記弁ステムの先端に取り付けられ且つ前記第１容積部内に配置された弁体から成り、前記弁体は、前記弁体が上昇変位した第１位置において前記排出路の前記第１容積部側開口部に形成された弁シートに当接可能な第１弁フェースと、前記弁体が降下した第２位置において前記連通孔の前記第１容積部側開口部を開閉する第２弁フェースとを有し、前記１位置では前記第１容積部内の燃料圧力によって前記排出路をセルフシールし、前記第１位置と前記第２位置との間の中間位置において前記第２容積部内の燃料を前記連通路、前記第１容積部及び前記排出路を通じて排出する。アクチュエータの出力は、排出路内を延びる弁ステムに伝達され、第１容積部に配置された弁体を変位させる。第１弁フェースは、弁体が変位して第１位置を占めるときには排出路の第１容積部側開口部に形成された弁シートに当接して排出路を閉じ、弁体が降下して中間位置にあるときには弁シートから離間して排出路を開くと共に連通孔をも開くので、第２容積部内の燃料は連通孔、第１容積部及び排出路を通じて排出される。更に弁体が降下して第２位置を占めるとき、第２弁フェースは連通孔の第１容積部側開口部を閉じ、第２容積部を密閉状態にする。
【００２３】
また、このインジェクタにおいて、前記アクチュエータは圧電素子から構成されており、前記開閉弁の作動位置は前記圧電素子への電圧によって制御される。
【００２４】
前記インジェクタは、燃料サプライポンプから圧送された燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールの燃料圧力を含むエンジンの運転状態を検出する検出手段、及び前記コモンレールから供給された燃料を前記インジェクタから噴射すべき燃料噴射条件を前記検出手段からの検出信号に応じて決定し、前記燃料噴射条件に基づいて前記燃料サプライポンプからの燃料圧送と前記インジェクタからの燃料噴射とを制御するコントローラを具備するコモンレール式燃料噴射システムに適用される。このとき、前記圧力制御室には前記コモンレールから送られる燃料の一部が供給され、前記インジェクタの前記アクチュエータは前記コントローラからの制御信号によって制御される。
【００２５】
前記コントローラは、前記検出手段からの前記検出信号に基づいて燃料噴射率を多段に変更する必要があると判断したときには、前記アクチュエータを制御し、前記開閉弁によって前記排出路と前記連通孔とを開いて前記第２容積部内の燃料を排出することと、前記針弁がフルリフト量に達する前に前記開閉弁によって前記連通孔を閉じて前記第２容積部を密封状態にすることとを繰り返すことにより、前記針弁のリフト量を前記フルリフト量以下のリフト量で段階的に停止し、燃料噴射期間の終了時には前記開閉弁によって前記排出路を閉じると共に前記連通孔を開いて、前記第２容積部に高圧燃料を導入することにより前記針弁のリフトを終了させる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は、この発明によるインジェクタによる燃料噴射の作動状態を順に示す図である。図１はこの発明によるインジェクタが燃料噴射を開始する直前の状態にあるインジェクタの一部を示す断面図、図２は図１に示すインジェクタが燃料噴射を開始した初期燃料噴射状態を示す断面図、図３は針弁のリフトが図２に示す初期燃料噴射状態のリフト位置で停止された状態を示す断面図、図４は図３に示す燃料噴射状態から更に針弁をリフトさせた燃料噴射状態を示す断面図、図５は図４に示す燃料噴射状態から針弁の閉弁移行状態を示す断面図である。更に、図６は、この発明によるインジェクタにおいて、コントローラが出力するコマンドパルス信号、コマンドパルス信号に対応してインジェクタの電磁アクチュエータに供給される電圧、及び電磁アクチュエータへの供給電圧によって作動する針弁のリフトを示すグラフである。このインジェクタの各構成要素について、図７に示すインジェクタに用いられている構成要素と同等の機能を奏するものについては、同じ符号を付すことにより、再度の詳細な説明を省略する。
【００２７】
図１に基づいて、この発明によるインジェクタの実施例の基本的な構造を説明する。インジェクタ５０の本体は、インジェクタ本体５１と、インジェクタ本体５１の先端側に取り付けられたノズル本体５２とからなる。インジェクタ本体５１とノズル本体５２とには、コモンレール２からの燃料が供給される燃料通路３４が形成されている。ノズル本体５２には、燃料通路３４に接続し且つ針弁３１の第１テーパ面３６に燃料圧力を作用させる高圧燃料が蓄えられる燃料溜まり３５、針弁の第２テーパ面３７に対向して形成されたテーパ状弁シート３７ａ、及び燃料を噴射する噴孔３２が形成されている。ノズル本体５２の中空部内には、針弁３１が昇降可能に収容されており、針弁３１の第２テーパ面３７がテーパ状弁シート３７ａから離間又は着座することによって、噴孔３２が開閉し、噴孔３２からの燃料の噴射又はその停止が行われる。噴孔３２には、燃料溜まり３５から針弁３１の周囲に形成される隙間を通じて燃料が供給される。
【００２８】
インジェクタ本体５１には、ノズル本体５２の大径部５３を収容する中空穴５５が形成されている。中空穴５５の穴底５６とノズル本体５２の大径部５３の頂面５４との間には、連通孔５８が形成された中間板５７が挟まれて取り付けられている。圧力制御室３０は、中間板５７を境に、インジェクタ本体５１内に形成されている上側の第１容積部６０と、大径部５３内に形成されている下側の第２容積部６１とから構成されており、第１容積部６０と第２容積部６１とは、連通孔５８を通じて連通している。第１容積部６０は、オリフィス３９が形成された供給路３８を通じて燃料通路３４と連通している。第２容積部６１には針弁３１の頂面５４が露出しており、頂面５４は、第２容積部６１内に作用している燃料圧力の受圧面となっている。
【００２９】
第１容積部６０は、連通穴５８に対向した位置において、排出路６２を通じて低圧側通路６３に連通可能である。排出路６２は、開閉弁６５で開閉される。開閉弁６５は、アクチュエータとしての圧電素子６４によって作動されるが、圧電素子６４に連結され且つ排出路６２内を第１容積部６０に延びる弁ステム６６、及び弁ステム６６の先端に取り付けられ且つ第１容積部６０内に配置された弁体６７から成り、圧電素子６４の作動によってインジェクタ５０の長手方向軸線に沿う方向に開閉駆動される。排出路６２は、第１容積部６０側開口部においてテーパ状の弁シート６８が形成されており、弁ステム６６の周囲においてオリフィス３９よりも有効通路面積の狭いオリフィス４１を形成している。弁体６７は、弁体６７が上昇変位した第１位置において弁シート６８に当接して排出路６２を開閉する第１弁フェース７０と、弁体６７が降下した第２位置において中間板５７の上面６９に当接して連通孔５８の第１容積部６０側開口部を開閉する第２弁フェース７１とを備えている。第２容積部６１内には、針弁３１を閉弁方向に付勢するリターンスプリング５９が配設されている。
【００３０】
図１に示す状態では、弁体６７は上昇した第１位置にあり、第１弁フェース７０が弁シート６８に当接して排出路６２を閉じているが、第２弁フェース７１は、中間板５７の上面６９から離間して連通孔５８を開いている。燃料通路３４からオリフィス３９を通じて第１容積部６０に流入した高圧燃料は、連通孔５８を通じて第２容積部６１にも流入して針弁３１の頂面３３に作用し、リターンスプリング５９の戻し力と高圧燃料の圧力に基づく押し下げ力とで針弁３１を押し下げて、噴孔３２からの燃料の噴射を阻止している。なお、圧電素子６４のストローク量は、図１に示す状態において中間板５７の上面６９と第２弁フェース７１との間の距離に設定されている。
【００３１】
図６（ａ）に示すように、コントローラ８が時刻ｔ₀でコマンドパルス信号Ｓをオンに立ち上げる。同時に、圧電素子６４に電圧が印加され始め、電圧は図６（ｂ）に示すように時刻ｔ₁において電圧Ｖ１にまで上昇される。開閉弁６５は、電圧Ｖ１が印加された圧電素子６４の作動によって開弁を開始する。弁体６７が変位して、最大変位までの途中の中間位置（特定の位置とする必要はない）にあるときには、第１容積部６０内の高圧燃料は直接に、また第２容積部６１内の高圧燃料は、連通孔５８、第１容積部６０及び排出路６２を通じて低圧側通路６３に排出される。排出路６２に形成されるオリフィス４１よりも供給路３８に形成されるオリフィス３９の絞り作用が大きいので、圧力制御室３０からの燃料の排出が圧力制御室３０への燃料の供給よりも大きくなり圧力制御室３０の燃料圧力が低下する。リターンスプリング５９の戻し力と低下した圧力制御室３０の燃料の圧力に基づく押し下げ力よりも、燃料溜まり３５において第１テーパ面３６に作用する高圧燃料圧力に基づく押し上げ力が勝るので、針弁３１は、図６（ｃ）に示すように、リターンスプリング５９の戻し力に抗して時間遅れを伴って時刻ｔ₂にリフトを開始し、噴孔３２からの燃料噴射が開始される。針弁３１のリフトは、時刻ｔ₃にフルリフト量ＦＬ以下のリフト量、即ち、ハーフリフト量ＨＬとなる。なお、針弁３１のリフトは、必ずしも、ハーフリフト量ＨＬとする必要はなく、任意のリフト位置に停止させることもできる。
【００３２】
針弁３１がフルリフトする前の時刻ｔ₄において、圧電素子６４に印加する電圧をＶ２に上昇させると、図３に示すように、弁体６７が更に下方に変位して第２位置に至り、第２弁フェース７１が中間板５７の上面６９に当接して連絡孔５８を閉じる。第２容積部６１内の燃料は、連絡孔５８を通じてのリークが阻止されて第２容積部６１内に密閉されるので、第２容積部６１内の燃料は剛体化され、針弁３１のリフトはその位置で停止される。したがって、この状態では、燃料は、針弁３１のハーフリフト量ＨＬの位置に対応した燃料噴射率で噴射される。
【００３３】
図６（ｂ）に示すように、圧電素子６４に印加される電圧を時刻ｔ₅に再びＶ１に低下させると、図４に示すように、弁体６７が第１位置と第２位置との中間位置に上昇変位し、第２弁フェース７１が中間板５７の上面６９から離間して連絡孔５８を再び開く。第２容積部６１内の燃料は連絡孔５８を通じてリーク可能となり、針弁３１は、第１テーパ面３６に作用する燃料圧力に基づいて、図６（ｃ）に示すように時刻ｔ₆にリフトを再開し、時刻ｔ₇にフルリフト量ＦＬまでリフトする。図４に示す状態では、燃料はフルリフト量ＦＬの位置に対応した高い燃料噴射率で噴射される。
【００３４】
図６（ａ）に示すように、燃料噴射期間Ｔに対応して時刻ｔ₈にコマンドパルス信号Ｓがオフとなると、図６（ｂ）に示すように、圧電素子６４に印加される電圧は時刻ｔ₉にゼロＶに低下し、図５に示すように、弁体６７が第１位置に上昇変位して開閉弁６５が閉弁する。燃料通路３４からの高圧燃料は、オリフィス３９が形成されている供給路４１を通じて第１容積部６０に流入し、更に連通路５８を通じて第２容積部６１に高い燃料圧力を作用させる。弁体６７の第１弁フェース７０は、圧力制御室３０内の燃料圧力が高くなればなるほど弁シート６８に強く当接されるので、開閉弁６５はセルフシールされる。リターンスプリング５９の戻し力と第２容積部６１内の燃料圧力に基づく押下げ力との合力が、燃料溜まり３５に晒される第１テーパ面３６に作用する燃料圧力に基づく押上げ力に勝るので、針弁３１は下降して、図６（ｃ）に示すように、時刻ｔ₈から時間遅れを伴って、時刻ｔ_{1 0}に噴孔３２からの燃料噴射が停止される。
【００３５】
【発明の効果】
この発明によるインジェクタは、上記のように構成されているので、圧力制御室の圧力を逃がすリリーフ弁である開閉弁の開放断面積については、可変とするものではなく、一定の断面積とすることができる。即ち、開閉弁の開放断面積を可変とする型式のものでは開閉弁の弁体変位量を厳密に制御する必要があったが、この発明では開閉弁の開放断面積は一定であるため、開閉弁の弁体変位量を厳密に管理する必要がなくなり、基本的には、圧力制御室と排出路とを遮断する第１位置と、第１容積部と第２容積部との連通を遮断して第２容積部内の燃料を密閉する第２位置との２つの変位位置を管理すればよい。また、開閉弁の開放断面積を可変とするものでは、開放時には針弁が常にリフトする傾向にあり、初期噴射率を抑えるのに限界があり、また開閉弁の開放断面積の僅かな変化が大きな針弁のリフト変化となって現れ、初期燃料噴射量のバラツキが大きいという問題があったが、この発明によるインジェクタでは、開閉弁によって連通孔を閉じたときには、第２容積部が密封状態となり第２容積部内の燃料が剛体状態となって、針弁のリフトを完全に停止させることができるため、燃料噴射率の変動が抑えられ、特に初期燃料噴射率のバラツキや変動を抑制することができる。
【００３６】
更に、このインジェクタによれば、第２容積部を密閉状態に閉じた状態では、針弁は事実上、リフトが停止されるので、燃料噴射が開始される初期の燃料噴射率を低く抑えるリフト位置で針弁を停止でき、その後、再度、針弁のリフトを開始して、燃料噴射期間の後半における燃料噴射率を高めるというような、燃料噴射率をクリアな多段に制御することができ、燃焼騒音や排気ガス中のＮＯｘの低減やエンジン性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるインジェクタが燃料噴射を開始する直前の状態にあるインジェクタの一部を示す断面図である。
【図２】図１に示すインジェクタが燃料噴射を開始した初期燃料噴射状態を示す断面図である。
【図３】針弁のリフトが図２に示す初期燃料噴射状態のリフト位置で停止された状態を示す断面図である。
【図４】図３に示す燃料噴射状態から更に針弁をリフトさせた燃料噴射状態を示す断面図である。
【図５】図４に示す燃料噴射状態から針弁の閉弁移行状態を示す断面図である。
【図６】この発明によるインジェクタにおいて、コントローラが出力するコマンドパルス信号、アクチュエータに供給される電圧、及び針弁のリフトに時間変化の概略を示すグラフである。
【図７】従来のコモンレール式燃料噴射システムを示す概略図である。
【符号の説明】
１燃料サプライポンプ
２コモンレール
８コントローラ
９センサ
３０圧力制御室
３１針弁
３２噴孔
３４燃料通路
３８供給路
４０排出路
５０インジェクタ
５１インジェクタ本体
５２ノズル本体
５４頂面
５８連通孔
６０第１容積部
６１第２容積部
６２排出路
６４圧電素子
６５開閉弁
６６弁ステム
６７弁体
６８弁シート
６９上面（５７の）
７０第１弁フェース
７１第２弁フェース[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an injector that injects fuel from an injection hole when a needle valve lifts based on a fluid pressure introduced into a pressure control chamber.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, as a system for increasing the injection pressure and optimally controlling the injection conditions such as the fuel injection timing and the injection amount according to the operating state of the engine in relation to the fuel injection control of the engine, the common rail fuel injection The system is known. A common rail type fuel injection system stores a fuel injection control working fluid pressurized to a predetermined pressure by a fuel supply pump in a common rail in an accumulated state, and is disposed in each cylinder using the working fluid pressure. Is operated to inject fuel into the corresponding combustion chamber from the injector. A controller controls a control valve provided in each injector so that fuel is injected from each injector under an optimal injection condition with respect to the operating state of the engine.
[0003]
In a common rail fuel injection system in which fuel is stored as a working fluid in a common rail, fuel pressure equivalent to the injection pressure, that is, common rail pressure is always applied in the fuel flow path from the common rail to the tip of each injector through the fuel supply pipe. The opening / closing valve as a control valve is driven to open / close by an actuator provided in each injector to pass or block the fuel supplied through the fuel supply pipe, and when the valve is opened, the fuel is injected at an injection pressure equivalent to the common rail pressure. It sprays from the nozzle hole formed at the tip. The controller controls the pressure of the common rail and the actuator of each injector so that the pressurized fuel is injected at each injector under an injection condition optimum for the operating state of the engine. In addition, common rail fuel injection is a type of fuel that stores engine oil as a working fluid in a common rail and boosts the fuel that is supplied from the common rail to the pressure chamber of the injector to a predetermined pressure. A system has also been proposed.
[0004]
An outline of a conventional common rail fuel injection system using fuel as a working fluid is shown in FIG. The fuel in the fuel tank 7 is sucked up by the feed pump 6 and sent to the fuel supply pump 1. The fuel supply pump 1 is a plunger-type variable displacement high-pressure pump driven by an engine, for example, and pumps fuel to the common rail 2 through a fuel discharge path 14. The pumped fuel is stored in the common rail 2 in a pressure accumulation state, and is supplied from the common rail 2 to the injector 3 through the fuel supply pipe 23. Although only one injector 3 is shown, it is provided for each cylinder according to the engine type, such as 4 cylinders or 6 cylinders, and the fuel supplied from the common rail 2 is injected into the corresponding combustion chambers. To do. The fuel supply pump 1 is shown as a single plunger 11 in the illustrated example, but may be a rotary type or row type pump having a plurality of plungers depending on the type of engine.
[0005]
The fuel supply pump 1 includes a pump drive cam 10 driven by engine output, and a plunger 11 that reciprocates in contact with the pump drive cam 10, and the top surface of the plunger 11 is the wall surface of the pump chamber 12. Forming part. The fuel delivered by the feed pump 6 flows into the pump chamber 12 through the fuel passage 13. The amount of fuel pumped by the fuel supply pump 1 can be changed by prestroke control (details will be described later) for controlling the opening and closing of the inlet valve 15 disposed between the pump chamber 12 and the fuel passage 13. A check valve 17 is provided on the discharge side of the pump chamber 12, that is, on the fuel discharge path 14 that connects the pump chamber 12 and the common rail 2.
[0006]
The common rail 2 is opened when the common rail pressure becomes higher than a predetermined set pressure to prevent the common rail pressure from rising abnormally due to a system abnormality or the like, and the fuel in the common rail 2 is discharged to the fuel tank 7 through the discharge passage 21. Thus, a normally closed relief valve 20 for reducing the common rail pressure is provided. The common rail pressure Pr detected by the pressure sensor 22 provided on the common rail 2 is input to the controller 8 which is an electronic control module (ECM) of the engine.
[0007]
The injector 3 is attached in a sealed state by a seal member in a hole provided in a base such as a cylinder head (not shown). The injector 3 includes a needle valve 31 that can reciprocate within the injector body, and an injection hole 32 that opens to inject fuel into a combustion chamber (not shown) when the needle valve 31 is lifted. The top surface 33 of the needle valve 31 forms part of the wall surface of the pressure control chamber 30 to which the fuel pressure from the fuel supply pipe 23 is supplied. A fuel passage 34 connected to the fuel supply pipe 23 communicates with a fuel reservoir 35 formed around the needle valve 31. Fuel pressure acts on the first tapered surface 36 of the needle valve 31 facing the fuel reservoir 35 to give the needle valve 31 a lift force. On the other hand, a push-down force based on the fuel pressure in the pressure control chamber 30 and a return force of the return spring 59 act on the needle valve 31. The lift of the needle valve 31 is controlled by the balance of the lift force, the push-down force, and the return force.
[0008]
The high-pressure fuel in the common rail 2 is supplied to the pressure control chamber 30 through a fuel supply pipe 23 that forms part of the fuel flow path, and a supply path 38 that branches from the fuel supply pipe 23, and the fuel in the pressure control chamber 30 is discharged. It is discharged through the path 40. The supply passage 38 and the discharge passage 40 are respectively provided with orifices 39 and 41, and the discharge passage 40 is provided with an opening / closing valve 44 for opening the discharge passage 40 to the fuel return pipe 46.
[0009]
When the on-off valve 44 provided in the discharge path 40 is opened by the control of an electromagnetic solenoid 45 that operates by receiving a control current supplied from the controller 8, the orifice 39 has a smaller effective passage cross-sectional area than the orifice 41. Since the fuel flow is more strongly restricted, the fuel pressure in the pressure control chamber 30 is lowered. When the lifting force for lifting the needle valve 31 exceeds the resultant force of the pressing force based on the fuel pressure in the pressure control chamber 30 and the spring force of the return spring 59, the needle valve 31 is lifted. Since the injection hole 32 opens when the needle valve 31 is lifted, the fuel guided from the common rail 2 to the injector 3 through the fuel supply pipe 23 and the fuel passage 34 is formed at the tip of the nozzle through the passage around the needle valve 31. It is injected from the injection hole 32 into a combustion chamber (not shown). When the on-off valve 44 is closed and the fuel pressure in the pressure control chamber 30 is restored, the second tapered surface 37 formed at the tip of the needle valve 31 is seated on the tapered valve seat of the injector body and the needle valve 31 is closed. Thus, the nozzle hole 32 is closed. The fuel that has flowed out of the pressure control chamber 30 through the discharge passage 40 and has not been used for injection into the combustion chamber is collected in the fuel tank 7 through the fuel return pipe 46.
[0010]
The controller 8 receives detection signals from various sensors 9 as detection means such as an engine speed sensor for detecting the engine speed Ne and an accelerator depression amount sensor for detecting the accelerator pedal depression amount Ac. The controller 8 receives the common rail pressure Pr detected by the common rail pressure sensor 22. In addition, as input signals to the controller 8, there are various types of signals for detecting the operating state of the engine, such as a cooling water temperature sensor, an engine cylinder discrimination sensor, a top dead center detection sensor, an atmospheric temperature sensor, an atmospheric pressure sensor, and an intake pipe pressure sensor. There is a signal from the sensor.
[0011]
The controller 8 outputs a command pulse signal according to the target injection condition set based on the detection signal from each sensor 9 and the injection characteristic map obtained in advance, and the on-off valve 44 corresponds to the command pulse signal. Is opened and closed, and a drive current for lift-controlling the needle valve 31 is supplied to the electromagnetic solenoid 45. The target injection conditions are, for example, a target common rail pressure, a target fuel injection timing (injection start timing and injection period), and a target injection amount so that the engine output becomes an optimum output in accordance with the operating state of the engine. Since the fuel injection amount is determined by the injection pressure and the fuel injection period, that is, the common rail pressure and the lift (lift amount, lift period) of the needle valve 31, the fuel injection timing and the fuel injection amount eventually control the inlet valve 15. Is determined by the fuel pumping amount of the fuel supply pump 1 to the common rail 2 and the pulse timing and pulse width of the command pulse signal output from the controller 8.
[0012]
The basic fuel injection amount Qt and the common rail pressure Pr are given in advance as basic characteristic maps using the engine operating state, that is, the engine speed Ne and the accelerator pedal depression amount Ac as variables. Further, the relationship between the fuel injection amount of the injector 3 and the pulse width of the command pulse signal output by the controller 8 is determined by a map using the common rail pressure Pr (fuel pressure in the common rail 2) as a parameter. Since the fuel injection is started or stopped with a time delay with respect to the time when the command pulse signal is turned on or off, the fuel injection timing and period are controlled by controlling the time when the command pulse is turned on or off. Is possible. The controller 8 performs fuel injection control for each injector 3 arranged corresponding to each cylinder.
[0013]
Since the pressure of fuel injection from the injector 3 is substantially equal to the pressure of fuel stored in the common rail 2, the injection pressure is controlled by controlling the common rail pressure Pr. On the other hand, when the fuel in the common rail 2 is consumed by the fuel injection from the injector 3, the common rail pressure Pr decreases. The controller 8 controls the fuel pumping amount of the fuel supply pump 1 so that if the engine operating state is constant, the controller 8 maintains a constant pressure corresponding to the state, or if the engine operating state is changed. In response to the change, the common rail pressure Pr is increased or decreased so as to be optimal for the operating state of the engine. Specifically, the common rail pressure is controlled by determining the target common rail pressure according to the target fuel injection amount determined according to the engine operating state and the engine speed, and the actual common rail pressure detected by the pressure sensor 22. Is performed by feedback control of the fuel pumping amount of the fuel supply pump 1 so as to match the target common rail pressure.
[0014]
In the common rail fuel injection system shown in FIG. 7, prestroke control is known as one of methods for controlling the pumping amount of the fuel supply pump 1. In the prestroke control, when the plunger 11 is in the lift stroke, the inlet valve 15 disposed in the fuel passage 13 is opened to return the fuel in the pump chamber 12 through the fuel passage 13 during the valve opening period. In the period when the valve 15 is closed, the pumping amount is controlled by pumping the fuel in the pump chamber 12 to the discharge side. The controller 8 controls the excitation timing of the electromagnetic solenoid 16 to control the valve opening / closing timing of the inlet valve 15, and the fuel pumping period from the closing timing of the inlet valve 15 to the time when the top dead center of the plunger 11 is reached is controlled. The pumping amount of the fuel supply pump 1 is controlled, and as a result, the common rail pressure Pr, that is, the injection pressure is controlled. Since the upper limit of the fuel pressure (feed pressure) in the fuel passage 13 is limited by the relief valve 18, excess fuel sent by the feed pump 6 is returned to the fuel tank 7 through the relief valve 18 and the return pipe 19.
[0015]
An example of an electronically controlled injector that is applied to a common rail fuel injection system and includes a pressure control chamber is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-244864. A solenoid valve comprising: an electromagnetic actuator; and a ball attached to the electromagnetic actuator via an operating stem for supplying high pressure fuel from the fuel supply line to the pressure control chamber and releasing the fuel pressure from the pressure control chamber It is switched by. The ball of the solenoid valve is displaced in one valve chamber by the operation of the electromagnetic actuator. When supplying high pressure fuel to the pressure control chamber, the ball of the solenoid valve receives a high fuel pressure and does not depend on the spring force. The low-pressure passage that releases the fuel pressure is self-sealed. Also applied to a common rail fuel injection system with a similar pressure control chamber, a piezoelectric actuator is used as an electrical means for displacing the ball that displaces in the valve chamber, and the structure is compact, simple and inexpensive to manufacture. A possible injector has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 9-184463).
[0016]
There has been proposed an injector that can be applied to a common rail fuel injection system and that can change a fuel injection rate provided with a pressure control chamber (Japanese Patent Laid-Open No. 11-22580). While the fuel pressure continues to accumulate in the pressure chamber formed in the discharge passage where the high-pressure fuel introduced into the control chamber is discharged, the lift speed of the valve body becomes slow and the fuel injection rate is suppressed, and the pressure in the pressure chamber is reduced. When the pressure rises to a predetermined pressure, the pressure release valve releases the pressure in the pressure chamber and increases the lift speed of the valve body to increase the fuel injection rate. The injection rate in the initial stage of fuel injection is suppressed to improve noise and exhaust gas performance.
[0017]
Thus, in the combustion of a diesel engine, if the fuel injection rate is changed to a so-called boot type that is kept low at the beginning of fuel injection and increased in the second half of the fuel injection period, combustion noise and NOx in exhaust gas are changed. Has been found to be effective in reducing engine power and improving engine performance. In addition to the above, it is also attempted to control the initial fuel injection rate by adjusting the number of injection holes that actually inject fuel among the injection holes formed at the tip of the injector, or by providing multiple needle valves. It has been. It has also been proposed to make the initial fuel injection rate variable by making the amount of fuel leak in the pressure control chamber variable. It is very difficult to variably control the opening area of the leak path from the pressure control chamber with the voltage applied to the actuator, especially in an engine where the temperature changes greatly, because there is thermal expansion and contraction of the components of the injector, There are problems that it is difficult to accurately control the opening area of the leak path and the control voltage to the actuator is not stable.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, if the amount of fuel in the pressure control chamber can be decreased stepwise during fuel injection from the injector, the lift of the needle valve increases stepwise according to the amount of fuel and the fuel in the pressure control chamber is discharged. Even if the opening area of the opening / closing valve to be opened is constant, an injector having a simple structure and capable of changing the fuel injection rate in multiple stages can be obtained. Therefore, there is a problem to be solved in terms of obtaining an injector capable of changing the fuel injection rate in multiple stages even when the opening area of the on-off valve that discharges fuel in the pressure control chamber is constant. is there.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention is that the opening area of the on-off valve is constant, but the needle valve can be lifted at the operating position of the on-off valve capable of discharging the fuel in the pressure control chamber, and from the pressure control chamber. In the operating position of the on-off valve that stops the fuel discharge, the needle valve lift can be stopped in the lift state, so that the initial fuel injection rate at which fuel injection is started is kept low and the second half of the fuel injection period An object of the present invention is to provide an injector capable of controlling the fuel injection rate in multiple stages, such as increasing the fuel injection rate, to reduce combustion noise, NOx in exhaust gas, and improve engine performance.
[0020]
The present invention includes a main body having an injection hole for injecting fuel, a needle valve that moves up and down in a hollow portion in the main body and opens and closes the injection hole at one end, and a pressure receiving surface for fuel pressure to control the raising and lowering of the needle valve A pressure control chamber in which the other end of the needle valve is exposed, a supply path for supplying fuel to the pressure control chamber, a discharge path for releasing fuel pressure in the pressure control chamber, and for opening and closing the discharge path An on-off valve and an actuator for operating the on-off valve, wherein the pressure control chamber has a first volume connected to the supply passage and the discharge passage, and the other end of the needle valve is exposed; The open / close valve opens the discharge path based on the operation of the actuator so that the needle valve can be lifted in multiple stages. Whether the communication hole can be opened and closed in a state Made on the injector.
[0021]
According to the injector of the present invention, the position of the needle valve lift and the position of stopping the needle valve lift in the middle are determined by the operation amount when the on-off valve is operated by the actuator. That is, the needle valve is lifted at a position where the discharge passage is opened to release the high-pressure fuel in the first volume part and the high-pressure fuel in the second volume part communicating with the first volume part through the communication hole. At the position where the communication hole for communicating with the second volume portion is closed, the lift of the needle valve is temporarily stopped in the middle. By sequentially discharging and stopping the fuel in the second volume part, it becomes possible to increase the lift of the needle valve stepwise in accordance with the amount of fuel to be discharged. The operating position of the on-off valve only needs to be managed in two, and fine control of the operating position is not required.
[0022]
In this injector, the on-off valve is connected to the actuator and extends in the discharge passage to the first volume part, and a valve attached to the tip of the valve stem and disposed in the first volume part A first valve face capable of abutting against a valve seat formed in the first volume side opening of the discharge passage at a first position where the valve body is displaced upward; A second valve face that opens and closes the first volume portion side opening of the communication hole at a second position where the valve body is lowered, and at the first position, the discharge path is opened by the fuel pressure in the first volume portion. The self-sealing is performed, and the fuel in the second volume part is discharged through the communication path, the first volume part, and the discharge path at an intermediate position between the first position and the second position. The output of the actuator is transmitted to a valve stem that extends in the discharge path, and displaces the valve body disposed in the first volume portion. When the valve body is displaced and occupies the first position, the first valve face contacts the valve seat formed in the first volume side opening of the discharge path to close the discharge path, and the valve body is lowered to the middle When in the position, the discharge passage is opened apart from the valve seat, and the communication hole is also opened, so that the fuel in the second volume portion is discharged through the communication hole, the first volume portion and the discharge passage. Further, when the valve body is lowered and occupies the second position, the second valve face closes the first volume side opening of the communication hole and seals the second volume.
[0023]
In this injector, the actuator is composed of a piezoelectric element, and the operating position of the on-off valve is controlled by a voltage to the piezoelectric element.
[0024]
The injector includes a common rail that stores fuel pumped from a fuel supply pump in a pressure accumulation state, a detection unit that detects an operating state of the engine including the fuel pressure of the common rail, and fuel that is supplied from the common rail is injected from the injector. A common rail comprising a controller that determines a fuel injection condition to be determined according to a detection signal from the detection means, and controls fuel pumping from the fuel supply pump and fuel injection from the injector based on the fuel injection condition Applies to fuel injection systems. At this time, a part of the fuel sent from the common rail is supplied to the pressure control chamber, and the actuator of the injector is controlled by a control signal from the controller.
[0025]
When the controller determines that it is necessary to change the fuel injection rate in multiple stages based on the detection signal from the detection means, the controller controls the actuator to connect the discharge passage and the communication hole by the on-off valve. Opening and discharging the fuel in the second volume part, and repeating the opening and closing valve to close the communication hole and sealing the second volume part before the needle valve reaches the full lift amount Accordingly, the lift amount of the needle valve is stopped stepwise by a lift amount equal to or less than the full lift amount, and at the end of the fuel injection period, the discharge path is closed by the on-off valve and the communication hole is opened, and the second volume The lift of the needle valve is terminated by introducing high-pressure fuel into the part.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIGS. 1-5 is a figure which shows the operation state of the fuel injection by the injector by this invention in order. FIG. 1 is a sectional view showing a part of an injector in a state immediately before the injector according to the present invention starts fuel injection, FIG. 2 is a sectional view showing an initial fuel injection state in which the injector shown in FIG. 1 starts fuel injection, 3 is a sectional view showing a state in which the lift of the needle valve is stopped at the lift position in the initial fuel injection state shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a fuel injection state in which the needle valve is further lifted from the fuel injection state shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which the needle valve is shifted from the fuel injection state shown in FIG. Further, FIG. 6 shows a command pulse signal output from the controller, a voltage supplied to the electromagnetic actuator of the injector in response to the command pulse signal, and a needle valve operated by a supply voltage to the electromagnetic actuator in the injector according to the present invention. It is a graph which shows a lift. Regarding each component of this injector, those having the same functions as those used in the injector shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will not be repeated.
[0027]
A basic structure of an embodiment of an injector according to the present invention will be described with reference to FIG. The main body of the injector 50 includes an injector main body 51 and a nozzle main body 52 attached to the distal end side of the injector main body 51. A fuel passage 34 to which fuel from the common rail 2 is supplied is formed in the injector body 51 and the nozzle body 52. The nozzle body 52 is formed opposite to the fuel reservoir 35 for storing high-pressure fuel connected to the fuel passage 34 and applying fuel pressure to the first tapered surface 36 of the needle valve 31 and the second tapered surface 37 of the needle valve. The tapered valve seat 37a and the injection hole 32 for injecting fuel are formed. The needle valve 31 is accommodated in the hollow portion of the nozzle body 52 so as to be movable up and down, and the nozzle hole 32 opens and closes when the second tapered surface 37 of the needle valve 31 is separated from or seated on the tapered valve seat 37a. The fuel is injected from the injection hole 32 or stopped. Fuel is supplied to the nozzle hole 32 through a gap formed around the needle valve 31 from the fuel reservoir 35.
[0028]
The injector body 51 is formed with a hollow hole 55 that accommodates the large-diameter portion 53 of the nozzle body 52. Between the hole bottom 56 of the hollow hole 55 and the top surface 54 of the large-diameter portion 53 of the nozzle body 52, an intermediate plate 57 in which a communication hole 58 is formed is sandwiched and attached. The pressure control chamber 30 has an upper first volume portion 60 formed in the injector main body 51 and a lower second volume portion 61 formed in the large diameter portion 53 with the intermediate plate 57 as a boundary. The first volume part 60 and the second volume part 61 communicate with each other through the communication hole 58. The first volume portion 60 communicates with the fuel passage 34 through a supply passage 38 in which an orifice 39 is formed. The top surface 54 of the needle valve 31 is exposed in the second volume portion 61, and the top surface 54 serves as a pressure receiving surface for the fuel pressure acting in the second volume portion 61.
[0029]
The first volume portion 60 can communicate with the low-pressure side passage 63 through the discharge passage 62 at a position facing the communication hole 58. The discharge path 62 is opened and closed by an opening / closing valve 65. The on-off valve 65 is operated by a piezoelectric element 64 as an actuator, and is connected to the piezoelectric element 64 and extends in the discharge path 62 to the first volume portion 60, and is attached to the tip of the valve stem 66; The valve body 67 is disposed in the first volume part 60 and is driven to open and close in the direction along the longitudinal axis of the injector 50 by the operation of the piezoelectric element 64. In the discharge path 62, a tapered valve seat 68 is formed at the opening on the first volume portion 60 side, and an orifice 41 having a smaller effective passage area than the orifice 39 is formed around the valve stem 66. The valve body 67 includes a first valve face 70 that opens and closes the discharge passage 62 by contacting the valve seat 68 at the first position where the valve body 67 is displaced upward, and an intermediate plate 57 at the second position where the valve body 67 is lowered. And a second valve face 71 that contacts the upper surface 69 and opens and closes the opening of the communication hole 58 on the first volume portion 60 side. A return spring 59 that urges the needle valve 31 in the valve closing direction is disposed in the second volume portion 61.
[0030]
In the state shown in FIG. 1, the valve body 67 is in the raised first position, and the first valve face 70 contacts the valve seat 68 to close the discharge passage 62, but the second valve face 71 is an intermediate plate. The communication hole 58 is opened away from the upper surface 69 of the 57. The high-pressure fuel that has flowed into the first volume portion 60 from the fuel passage 34 through the orifice 39 flows into the second volume portion 61 through the communication hole 58 and acts on the top surface 33 of the needle valve 31, and the return force of the return spring 59 The needle valve 31 is pushed down by the pushing-down force based on the pressure of the high-pressure fuel and the fuel injection from the nozzle hole 32 is blocked. The stroke amount of the piezoelectric element 64 is set to the distance between the upper surface 69 of the intermediate plate 57 and the second valve face 71 in the state shown in FIG.
[0031]
As shown in FIG. 6A, the controller 8 ₀ Then, the command pulse signal S is turned on. At the same time, a voltage starts to be applied to the piezoelectric element 64, and the voltage is determined at time t as shown in FIG. ₁ Is raised to the voltage V1. The on-off valve 65 starts to open by the operation of the piezoelectric element 64 to which the voltage V1 is applied. When the valve body 67 is displaced and is at an intermediate position (not required to be a specific position) on the way to the maximum displacement, the high-pressure fuel in the first volume portion 60 is directly or in the second volume portion 61. The high pressure fuel is discharged to the low pressure side passage 63 through the communication hole 58, the first volume portion 60 and the discharge passage 62. Since the orifice 39 formed in the supply passage 38 has a larger throttle action than the orifice 41 formed in the discharge passage 62, the fuel discharge from the pressure control chamber 30 is larger than the fuel supply to the pressure control chamber 30. The fuel pressure in the pressure control chamber 30 decreases. Since the pushing force based on the high pressure fuel pressure acting on the first tapered surface 36 in the fuel reservoir 35 is superior to the pushing force based on the return force of the return spring 59 and the reduced pressure of the fuel in the pressure control chamber 30, the needle valve 31. As shown in FIG. 6C, the time t with a time delay against the return force of the return spring 59 is obtained. ₂ The lift is started and fuel injection from the nozzle hole 32 is started. Needle valve 31 lifts at time t _Three The lift amount is less than the full lift amount FL, that is, the half lift amount HL. The lift of the needle valve 31 is not necessarily required to be the half lift amount HL, and can be stopped at an arbitrary lift position.
[0032]
Time t before the needle valve 31 is fully lifted _Four In FIG. 3, when the voltage applied to the piezoelectric element 64 is increased to V2, the valve body 67 is further displaced downward to reach the second position, and the second valve face 71 is positioned on the upper surface of the intermediate plate 57, as shown in FIG. The contact hole 58 is closed in contact with 69. Since the fuel in the second volume 61 is prevented from leaking through the communication hole 58 and sealed in the second volume 61, the fuel in the second volume 61 is rigidized and the needle valve 31 is lifted. Is stopped at that position. Therefore, in this state, the fuel is injected at a fuel injection rate corresponding to the position of the half lift amount HL of the needle valve 31.
[0033]
As shown in FIG. 6B, the voltage applied to the piezoelectric element 64 is expressed as time t. _Five 4 again, as shown in FIG. 4, the valve body 67 is displaced up to an intermediate position between the first position and the second position, and the second valve face 71 is separated from the upper surface 69 of the intermediate plate 57. Then, the communication hole 58 is opened again. The fuel in the second volume portion 61 can leak through the communication hole 58, and the needle valve 31 is time t as shown in FIG. 6 (c) based on the fuel pressure acting on the first taper surface 36. ₆ The lift is resumed at time t ₇ Lift to full lift amount FL. In the state shown in FIG. 4, the fuel is injected at a high fuel injection rate corresponding to the position of the full lift amount FL.
[0034]
As shown in FIG. 6A, the time t corresponds to the fuel injection period T. ₈ When the command pulse signal S is turned off, the voltage applied to the piezoelectric element 64 is at time t as shown in FIG. ₉ As shown in FIG. 5, the valve body 67 is displaced upward to the first position, and the on-off valve 65 is closed. The high-pressure fuel from the fuel passage 34 flows into the first volume portion 60 through the supply path 41 in which the orifice 39 is formed, and further causes high fuel pressure to act on the second volume portion 61 through the communication passage 58. The first valve face 70 of the valve body 67 comes into stronger contact with the valve seat 68 as the fuel pressure in the pressure control chamber 30 increases, so that the on-off valve 65 is self-sealed. The resultant force of the return force of the return spring 59 and the pressing force based on the fuel pressure in the second volume portion 61 is superior to the pressing force based on the fuel pressure acting on the first tapered surface 36 exposed to the fuel reservoir 35. , The needle valve 31 is lowered and, as shown in FIG. ₈ Time t with time delay from _Ten Then, the fuel injection from the injection hole 32 is stopped.
[0035]
【The invention's effect】
Since the injector according to the present invention is configured as described above, the open cross-sectional area of the on-off valve, which is a relief valve that releases the pressure in the pressure control chamber, is not variable but should be a constant cross-sectional area. Can do. That is, in the type in which the open sectional area of the on-off valve is variable, the valve body displacement amount of the on-off valve has to be strictly controlled. However, in this invention, the open sectional area of the on-off valve is constant. It is no longer necessary to strictly manage the valve displacement of the valve. Basically, the first position where the pressure control chamber and the discharge path are blocked, and the communication between the first volume part and the second volume part are blocked. Thus, it is only necessary to manage two displacement positions, the second position for sealing the fuel in the second volume part. In addition, when the open sectional area of the on-off valve is variable, the needle valve tends to always lift when it is opened, and there is a limit to suppressing the initial injection rate, and there is a slight change in the open sectional area of the on-off valve. There is a problem that the initial fuel injection amount varies greatly due to a large needle valve lift change. However, in the injector according to the present invention, when the communication hole is closed by the on-off valve, the second volume portion is sealed. Since the fuel in the second volume part is in a rigid state and the lift of the needle valve can be stopped completely, fluctuations in the fuel injection rate can be suppressed, and in particular, variations and fluctuations in the initial fuel injection rate can be suppressed. it can.
[0036]
Further, according to this injector, when the second volume part is closed in a sealed state, the lift of the needle valve is practically stopped, so that the lift position that suppresses the initial fuel injection rate at which fuel injection is started low. The fuel injection rate can be controlled in a clear multi-stage, such as starting the lift of the needle valve again and increasing the fuel injection rate in the second half of the fuel injection period. Noise and NOx in exhaust gas can be reduced and engine performance can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a part of an injector in a state immediately before the injector according to the present invention starts fuel injection.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an initial fuel injection state in which the injector shown in FIG. 1 starts fuel injection.
3 is a cross-sectional view showing a state in which the lift of the needle valve is stopped at the lift position in the initial fuel injection state shown in FIG. 2;
4 is a cross-sectional view showing a fuel injection state in which a needle valve is further lifted from the fuel injection state shown in FIG. 3. FIG.
5 is a cross-sectional view showing a state in which the needle valve is transitioned from the fuel injection state shown in FIG. 4; FIG.
FIG. 6 is a graph showing an outline of a time change in a command pulse signal output from a controller, a voltage supplied to an actuator, and a lift of a needle valve in the injector according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic view showing a conventional common rail fuel injection system.
[Explanation of symbols]
1 Fuel supply pump
2 Common rail
8 Controller
9 Sensor
30 Pressure control room
31 Needle valve
32 nozzle hole
34 Fuel passage
38 Supply path
40 discharge channel
50 Injector
51 Injector body
52 Nozzle body
54 Top
58 communication hole
60 first volume part
61 2nd volume part
62 Discharge channel
64 Piezoelectric elements
65 On-off valve
66 Valve stem
67 Disc
68 Valve seat
69 Top (57)
70 1st valve face
71 Second valve face

Claims

燃料を噴射する噴孔を備えた本体、前記本体内の中空部内を昇降し且つ一端で前記噴孔を開閉する針弁、前記針弁の昇降を制御するため燃料圧力の受圧面となる前記針弁の他端が露出している圧力制御室、前記圧力制御室に燃料を供給する供給路、前記圧力制御室内の燃料圧力を解放する排出路、前記排出路を開閉するための開閉弁、及び前記開閉弁を作動させるアクチュエータを具備し、前記圧力制御室は、前記供給路と前記排出路に接続する第１容積部と、前記針弁の前記他端が露出しており且つ前記第１容積部と連通孔を通じて連通する第２容積部とから成り、前記開閉弁は、前記針弁を多段階でリフト可能とするため、前記アクチュエータの作動に基づいて前記排出路を開いた状態で前記連通孔を開閉可能であることから成るインジェクタ。A main body having an injection hole for injecting fuel, a needle valve that moves up and down in the hollow portion of the main body and opens and closes the injection hole at one end, and the needle that serves as a pressure receiving surface for fuel pressure to control the raising and lowering of the needle valve A pressure control chamber in which the other end of the valve is exposed, a supply path for supplying fuel to the pressure control chamber, a discharge path for releasing fuel pressure in the pressure control chamber, an open / close valve for opening and closing the discharge path, and An actuator for operating the on-off valve; the pressure control chamber includes a first volume connected to the supply path and the discharge path; the other end of the needle valve is exposed; and the first volume And a second volume portion communicating with the portion through the communication hole, and the on-off valve allows the needle valve to be lifted in multiple stages, so that the communication passage is opened with the discharge passage open based on the operation of the actuator. Indices that can be opened and closed Kuta.

前記開閉弁は、前記アクチュエータに連結され且つ前記排出路内を前記第１容積部に延びる弁ステム、及び前記弁ステムの先端に取り付けられ且つ前記第１容積部内に配置された弁体から成り、前記弁体は、前記弁体がリフトした第１位置において前記排出路の前記第１容積部側開口部に形成された弁シートに当接可能な第１弁フェースと、前記弁体が降下した第２位置において前記連通孔の前記第１容積部側開口部を開閉する第２弁フェースとを有し、前記１位置では前記第１容積部内の燃料圧力によって前記排出路をセルフシールし、前記第１位置と前記第２位置との間の中間位置において前記第２容積部内の燃料を前記連通路、前記第１容積部及び前記排出路を通じて排出することから成る請求項１に記載のインジェクタ。The on-off valve is composed of a valve stem connected to the actuator and extending in the discharge path to the first volume part, and a valve body attached to a tip of the valve stem and disposed in the first volume part, The valve body has a first valve face capable of contacting a valve seat formed in the first volume side opening of the discharge path at a first position where the valve body is lifted, and the valve body is lowered. A second valve face that opens and closes the first volume portion side opening of the communication hole in a second position, and self-seals the discharge passage by the fuel pressure in the first volume portion in the first position; 2. The injector according to claim 1, wherein the fuel in the second volume portion is discharged through the communication path, the first volume portion, and the discharge path at an intermediate position between the first position and the second position.

前記アクチュエータは圧電素子から構成されており、前記開閉弁の作動位置は前記圧電素子への電圧によって制御されることから成る請求項１又は２に記載のインジェクタ。3. The injector according to claim 1, wherein the actuator includes a piezoelectric element, and an operating position of the on-off valve is controlled by a voltage to the piezoelectric element.

前記インジェクタは、燃料サプライポンプから圧送された燃料を蓄圧状態に貯留するコモンレール、前記コモンレールの燃料圧力を含むエンジンの運転状態を検出する検出手段、及び前記コモンレールから供給された燃料を前記インジェクタから噴射すべき燃料噴射条件を前記検出手段からの検出信号に応じて決定し、前記燃料噴射条件に基づいて前記燃料サプライポンプからの燃料圧送と前記インジェクタからの燃料噴射とを制御するコントローラを具備するコモンレール式燃料噴射システムに適用され、前記圧力制御室には前記コモンレールから送られる燃料の一部が供給され、前記インジェクタの前記アクチュエータは前記コントローラからの制御信号によって制御されることから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載のインジェクタ。The injector includes a common rail that stores fuel pumped from a fuel supply pump in a pressure accumulation state, a detection unit that detects an operating state of the engine including the fuel pressure of the common rail, and a fuel supplied from the common rail is injected from the injector. A common rail comprising a controller that determines a fuel injection condition to be determined according to a detection signal from the detection means, and controls fuel pumping from the fuel supply pump and fuel injection from the injector based on the fuel injection condition 2. The fuel injection system according to claim 1, wherein the pressure control chamber is supplied with a part of fuel sent from the common rail, and the actuator of the injector is controlled by a control signal from the controller. The injection according to any one of 3 .

前記コントローラは、前記検出手段からの前記検出信号に基づいて燃料噴射率を多段に変更する必要があると判断したときには、前記アクチュエータを制御し、前記開閉弁によって前記排出路と前記連通孔とを開いて前記第２容積部内の燃料を排出することと、前記針弁がフルリフト量に達する前に前記開閉弁によって前記連通孔を閉じて前記第２容積部を密封状態にすることとを繰り返すことにより、前記針弁のリフト量を前記フルリフト量以下のリフト量で段階的に停止し、燃料噴射期間の終了時には前記開閉弁によって前記排出路を閉じると共に前記連通孔を開いて、前記第２容積部に高圧燃料を導入することにより前記針弁のリフトを終了させることから成る請求項４に記載のインジェクタ。When the controller determines that it is necessary to change the fuel injection rate in multiple stages based on the detection signal from the detection means, the controller controls the actuator to connect the discharge passage and the communication hole by the on-off valve. Opening and discharging the fuel in the second volume part, and repeating the opening and closing valve to close the communication hole and sealing the second volume part before the needle valve reaches the full lift amount Accordingly, the lift amount of the needle valve is stopped stepwise by a lift amount equal to or less than the full lift amount, and at the end of the fuel injection period, the discharge path is closed by the on-off valve and the communication hole is opened, and the second volume The injector according to claim 4, wherein the lift of the needle valve is terminated by introducing high-pressure fuel into the section.