JP5335608B2 - Fuel injection device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は内燃機関の燃料噴射装置に係り、特に、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を高める構成に関する。 The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine, and more particularly to a configuration for increasing the fuel injection pressure during low-speed operation of the internal combustion engine.
特許文献1に記載されている内燃機関の燃料噴射装置によれば、燃料タンクから送られてくる燃料が燃料噴射ポンプによって昇圧され、昇圧された燃料が燃料噴射弁によって燃焼室内に噴射される。燃料噴射ポンプの内部には、燃料の昇圧を行うためのプランジャが摺動可能に設けられている。プランジャの一端側には、内部に燃料が供給されるプランジャ室が形成されている。また、プランジャの他端側には、内燃機関のクランク軸に連動して回転する燃料カムが設けられている。プランジャは、回転する燃料カムに駆動されて往復動作を行うようになっており、プランジャの往復動作により、プランジャ室内の燃料が昇圧される。プランジャ室内で昇圧された燃料は、燃料噴射ポンプと燃料噴射弁とを接続する噴射管を介して燃料噴射弁に供給される。 According to the fuel injection device for an internal combustion engine described in Patent Document 1, the fuel sent from the fuel tank is boosted by the fuel injection pump, and the boosted fuel is injected into the combustion chamber by the fuel injection valve. A plunger for boosting the fuel is slidably provided inside the fuel injection pump. A plunger chamber into which fuel is supplied is formed on one end side of the plunger. A fuel cam that rotates in conjunction with the crankshaft of the internal combustion engine is provided on the other end side of the plunger. The plunger is driven by a rotating fuel cam to perform a reciprocating operation, and the fuel in the plunger chamber is boosted by the reciprocating operation of the plunger. The fuel whose pressure is increased in the plunger chamber is supplied to the fuel injection valve via an injection pipe connecting the fuel injection pump and the fuel injection valve.
燃料噴射弁は、弁本体と、その先端部に取り付けられたノズルチップとを備えている。ノズルチップは、燃料噴射ポンプからの燃料が供給される燃料溜室と、燃料溜室内の燃料を外部に噴射するための噴口とを有している。また、ノズルチップの内部には、噴口を開閉するための針弁が摺動可能に設けられている。針弁は、弁本体の内部に設けられた針弁ばねに付勢されて燃料溜室と噴口との連通を遮断しており、それにより、噴口が閉じられた状態となっている。また、燃料噴射ポンプから燃料溜室内に供給された燃料の圧力は、噴口が開かれる方向に針弁を付勢するようになっている。すなわち、燃料溜室内の燃料の圧力が針弁ばねのばね力を上回ると、針弁が移動して噴口を開き、燃料が燃焼室内に噴射される。 The fuel injection valve includes a valve main body and a nozzle tip attached to the tip portion thereof. The nozzle tip has a fuel reservoir chamber to which fuel from a fuel injection pump is supplied, and a nozzle for injecting fuel in the fuel reservoir chamber to the outside. A needle valve for opening and closing the nozzle hole is slidably provided inside the nozzle tip. The needle valve is urged by a needle valve spring provided inside the valve body to block the communication between the fuel reservoir and the nozzle, and the nozzle is thereby closed. The pressure of the fuel supplied from the fuel injection pump into the fuel reservoir chamber urges the needle valve in the direction in which the nozzle is opened. That is, when the pressure of the fuel in the fuel reservoir chamber exceeds the spring force of the needle valve spring, the needle valve moves to open the injection port, and the fuel is injected into the combustion chamber.
しかしながら、特許文献1に記載の燃料噴射装置において、燃料噴射ポンプのプランジャを駆動する燃料カムはクランク軸に連動して回転しているため、プランジャによる燃料の昇圧も内燃機関の回転数に依存することになる。すなわち、内燃機関の低回転運転時において、燃料噴射ポンプは燃料の圧力を十分に高めることができないため、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射圧力も低下することになる。燃料噴射弁による燃料の噴射圧力が低下すると、燃焼室内における燃焼状態が悪くなり、黒煙や粒子状物質(ディーゼルパティキュレート、以下、PMと略称する)の発生量の増加や、燃費の悪化を招くという問題点を有していた。 However, in the fuel injection device described in Patent Document 1, since the fuel cam that drives the plunger of the fuel injection pump rotates in conjunction with the crankshaft, the boosting of fuel by the plunger also depends on the rotational speed of the internal combustion engine. It will be. That is, during the low-speed operation of the internal combustion engine, the fuel injection pump cannot sufficiently increase the pressure of the fuel, so that the injection pressure of the fuel injected from the fuel injection valve also decreases. When the fuel injection pressure by the fuel injection valve decreases, the combustion state in the combustion chamber deteriorates, and the generation amount of black smoke and particulate matter (diesel particulates, hereinafter abbreviated as PM) increases and the fuel consumption deteriorates. Had the problem of inviting.
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を容易に、且つ低コストで高めることを実現した内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a fuel injection device for an internal combustion engine that can easily and inexpensively increase the fuel injection pressure during low-speed operation of the internal combustion engine. The purpose is to provide.
この発明に係る内燃機関の燃料噴射装置は、燃料を昇圧する燃料噴射ポンプと、燃料噴射ポンプが昇圧した燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた内燃機関の燃料噴射装置において、燃料噴射ポンプが接続される大径部、及び燃料噴射弁が接続される小径部からなるプランジャ収容室を内部に有する装置本体と、大径部内に配置される受圧部、及び小径部内に配置され、受圧部の断面積より小さい断面積を有する増圧部からなり、プランジャ収容室内に摺動可能に設けられる増圧プランジャとを有する燃料増圧装置をさらに備え、プランジャ収容室の内部には、受圧部の、燃料噴射ポンプ側に区画される第一圧力室と、受圧部の、燃料噴射ポンプとは反対側に区画される第二圧力室と、増圧部の、燃料噴射弁側に区画される第三圧力室とが形成され、増圧プランジャは、第一圧力室と第三圧力室とを連通する燃料通路と、燃料通路に設けられ、第一圧力室と第三圧力室との差圧に応じて、第一圧力室から第三圧力室への燃料の流通のみを許容する吸込弁とを有しており、内燃機関の回転数が所定の回転数以下であるときに、第二圧力室内には、増圧プランジャを燃料噴射ポンプ側に付勢する作動流体が供給され、内燃機関の回転数が所定の回転数より大きいときに、第二圧力室内からは、作動流体が排出され、燃料増圧装置は、第二圧力室内に作動流体を供給可能な流体供給経路と、第二圧力室内から作動流体を排出可能な流体排出経路と、装置本体の内部に摺動可能に設けられ、流体供給経路を開く供給位置と、流体排出経路を開く排出位置とを選択的に切り換える制御ピストンとをさらに備え、制御ピストンは、内燃機関の回転数に応じて、供給位置と排出位置とを切り換え、装置本体には、第一圧力室から燃料を排出可能な燃料排出経路が形成され、制御ピストンは、燃料排出経路を開閉可能なスピル弁を有しており、スピル弁は、制御ピストンが供給位置にあるときに燃料排出経路を開き、制御ピストンが排出位置にあるときに燃料排出経路を閉じることを特徴とするものである。 A fuel injection device for an internal combustion engine according to the present invention is a fuel injection device for an internal combustion engine comprising a fuel injection pump for boosting fuel and a fuel injection valve for injecting fuel boosted by the fuel injection pump. An apparatus main body having a plunger housing chamber consisting of a large diameter portion to be connected and a small diameter portion to which the fuel injection valve is connected, a pressure receiving portion disposed in the large diameter portion, and a small diameter portion. A pressure intensifying portion having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area, further comprising a fuel pressure intensifying device slidably provided in the plunger accommodating chamber, and inside the plunger accommodating chamber, A first pressure chamber defined on the fuel injection pump side, a second pressure chamber defined on the pressure receiving portion on the opposite side of the fuel injection pump, and a third pressure chamber defined on the fuel injection valve side. Formation with pressure chamber The pressure-increasing plunger is provided in the fuel passage communicating with the first pressure chamber and the third pressure chamber, and in the fuel passage. A suction valve that allows only fuel to flow from the chamber to the third pressure chamber, and when the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined rotational speed, Is supplied to the fuel injection pump side, and the working fluid is discharged from the second pressure chamber when the rotational speed of the internal combustion engine is greater than a predetermined rotational speed . A fluid supply path that can supply the working fluid into the two pressure chambers, a fluid discharge path that can discharge the working fluid from the second pressure chamber, and a supply position that is slidably provided inside the apparatus body and opens the fluid supply path A control piston that selectively switches between a discharge position for opening the fluid discharge path and The control piston switches between a supply position and a discharge position according to the rotational speed of the internal combustion engine, and a fuel discharge path capable of discharging fuel from the first pressure chamber is formed in the apparatus body. A spill valve capable of opening and closing the fuel discharge path, the spill valve opening the fuel discharge path when the control piston is in the supply position and closing the fuel discharge path when the control piston is in the discharge position It is characterized by.
内燃機関の回転数が所定の回転数以下であるとき、増圧プランジャは、第二圧力室内に供給される作動流体に付勢されて燃料噴射ポンプ側に移動する。この際、増圧プランジャの移動に伴って第一圧力室と第三圧力室との差圧が大きくなるため、吸込弁が開弁し、第一圧力室内の燃料が第三圧力室内に供給される。ここで、増圧部の断面積は受圧部の断面積より小さいため、燃料噴射ポンプによって昇圧された燃料が第一圧力室内に供給されると、その燃料自体の圧力が受圧部に作用することによって、増圧プランジャが燃料噴射弁側に移動する。第三圧力室内の燃料は増圧部によって昇圧され、その圧力は、第一圧力室内の燃料の圧力、すなわち燃料噴射ポンプが昇圧した燃料の圧力より高くなる。燃料噴射弁には、第三圧力室内で昇圧された高圧の燃料が供給されるため、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射圧力も高くなる。また、内燃機関の回転数が所定の回転数より大きいときにおいて、燃料噴射ポンプは、それ自体によって燃料を十分高圧に昇圧できるため、増圧プランジャを移動させる必要がない。 When the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than the predetermined rotational speed, the pressure increasing plunger is biased by the working fluid supplied into the second pressure chamber and moves to the fuel injection pump side. At this time, since the differential pressure between the first pressure chamber and the third pressure chamber increases with the movement of the pressure increasing plunger, the suction valve opens and the fuel in the first pressure chamber is supplied to the third pressure chamber. The Here, since the cross-sectional area of the pressure increasing portion is smaller than the cross-sectional area of the pressure receiving portion, when fuel boosted by the fuel injection pump is supplied into the first pressure chamber, the pressure of the fuel itself acts on the pressure receiving portion. As a result, the pressure increasing plunger moves to the fuel injection valve side. The fuel in the third pressure chamber is boosted by the pressure increasing unit, and the pressure becomes higher than the pressure of the fuel in the first pressure chamber, that is, the pressure of the fuel boosted by the fuel injection pump. Since the high pressure fuel boosted in the third pressure chamber is supplied to the fuel injection valve, the injection pressure of the fuel injected from the fuel injection valve also increases. Further, when the rotational speed of the internal combustion engine is larger than the predetermined rotational speed, the fuel injection pump can boost the fuel to a sufficiently high pressure by itself, and thus it is not necessary to move the pressure increasing plunger.
増圧プランジャは、第二圧力室内に供給される作動流体の圧力と、燃料噴射ポンプが昇圧した燃料自体の圧力とによって駆動されるため、増圧プランジャを駆動するための動力を、例えば内燃機関のクランク軸等から取り出す必要がない。すなわち、燃料噴射ポンプと燃料噴射弁とを接続する配管の途中に燃料増圧装置を設けるだけで燃料の噴射圧力を高めることができるため、既存の燃料噴射装置に対しても、大幅な設計変更や改造等を必要とすることなく、本発明における燃料増圧装置を適用することができる。したがって、内燃機関の燃料噴射装置において、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を容易に、且つ低コストで高めることが可能となる。 The pressure-increasing plunger is driven by the pressure of the working fluid supplied into the second pressure chamber and the pressure of the fuel itself boosted by the fuel injection pump, so that the power for driving the pressure-increasing plunger is, for example, an internal combustion engine There is no need to remove it from the crankshaft. In other words, the fuel injection pressure can be increased simply by installing a fuel booster in the middle of the pipe connecting the fuel injection pump and the fuel injection valve. The fuel pressure booster according to the present invention can be applied without requiring any modification or modification. Therefore, in the fuel injection device for an internal combustion engine, the fuel injection pressure during low-speed operation of the internal combustion engine can be easily increased at low cost.
さらに、制御ピストンが供給位置にあるとき、すなわち流体供給経路が開かれて第二圧力室内に作動流体が供給され、増圧プランジャが燃料噴射ポンプ側に移動するとき、第一圧力室内の燃料が排出可能となる。したがって、増圧プランジャが移動する際の抵抗を低減することができる。逆に、増圧プランジャが燃料噴射弁側に移動するとき、第一圧力室内の燃料の圧力は高まっているため、その圧力がスピル弁に作用することによって制御ピストンが排出位置に移動する。制御ピストンが排出位置に移動すると、第二圧力室内から作動流体を排出可能となるため、増圧プランジャが移動する際の抵抗を低減することができる。 Furthermore, when the control piston is in the supply position, that is, when the fluid supply path is opened and the working fluid is supplied into the second pressure chamber and the pressure increasing plunger moves toward the fuel injection pump, the fuel in the first pressure chamber is discharged. It becomes possible to discharge. Therefore, it is possible to reduce the resistance when the pressure increasing plunger moves. Conversely, when the pressure-increasing plunger moves toward the fuel injection valve, the pressure of the fuel in the first pressure chamber increases, so that the pressure acts on the spill valve and the control piston moves to the discharge position. When the control piston moves to the discharge position, the working fluid can be discharged from the second pressure chamber, so that the resistance when the pressure increasing plunger moves can be reduced.
この発明によれば、内燃機関の燃料噴射装置において、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を容易に、且つ低コストで高めることが可能となる。 According to the present invention, in the fuel injection device for an internal combustion engine, the fuel injection pressure during low-speed operation of the internal combustion engine can be easily increased at low cost.
以下に、この発明の実施の形態について添付図に基づいて説明する。
実施の形態1.
この実施の形態1に係る内燃機関の燃料噴射装置1(以下、燃料噴射装置1と略称する)の構成について、船舶用ディーゼル機関の燃料噴射装置として適用した場合を例として説明する。尚、燃料噴射装置1における上下方向を、図1に示す矢印により規定する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
The configuration of the fuel injection device 1 for an internal combustion engine (hereinafter abbreviated as “fuel injection device 1”) according to the first embodiment will be described as an example when applied as a fuel injection device for a marine diesel engine. In addition, the up-down direction in the fuel injection apparatus 1 is prescribed | regulated by the arrow shown in FIG.
図1に概略的に示すように、燃料噴射装置1は、燃料タンク2内に溜められた燃料を昇圧する燃料噴射ポンプ3と、昇圧された燃料を内燃機関の図示しない燃焼室内に噴射する燃料噴射弁4とを備えている。また、燃料噴射装置1は、燃料噴射ポンプ3と燃料噴射弁4との間に接続された燃料増圧装置5を備えている。後述するように、燃料増圧装置5は、内燃機関の回転数が所定の回転数R以下である場合に、燃料噴射ポンプ3が昇圧した燃料をさらに昇圧する装置である。
As schematically shown in FIG. 1, a fuel injection device 1 includes a
燃料タンク2と燃料噴射ポンプ3とは、送出管6を介して接続されている。送出管6の途中には、燃料タンク2内の燃料を燃料噴射ポンプ3に送出する燃料フィードポンプ6aと、送出管6内を流通する燃料から異物を除去するフィルタ6bとが設けられている。燃料噴射ポンプ3と燃料増圧装置5とは第一噴射管7を介して接続されており、燃料噴射ポンプ3によって昇圧された燃料が、第一噴射管7を通って燃料増圧装置5に供給されるようになっている。また、燃料増圧装置5と燃料噴射弁4とは第二噴射管8を介して接続されており、燃料増圧装置5からの燃料が第二噴射管8を通って燃料噴射弁4に供給されるようになっている。
The
燃料噴射ポンプ3は、ポンプ本体11と、ポンプ本体11内に摺動可能に設けられた燃料プランジャ12とを備えている。また、燃料プランジャ12の下方には、内燃機関の図示しないクランク軸に連動して回転する燃料カム13が設けられている。燃料プランジャ12は、回転する燃料カム13に駆動されて往復動作を行うようになっている。ポンプ本体11の内部には、燃料プランジャ12の上方側の端部に区画されたプランジャ室14が形成されている。プランジャ室14には、ポンプ本体11に設けられた供給通路15を介して送出管6が接続されており、燃料タンク2からの燃料がプランジャ室14内に供給されるようになっている。
The
また、プランジャ室14は、ポンプ本体11に設けられた吐出通路16を介して第一噴射管7に接続されている。すなわち、プランジャ室14内に供給された燃料は、燃料プランジャ12が往復動作を行うことによって昇圧され、吐出通路16を通って第一噴射管7に吐出されるようになっている。吐出通路16の途中には、昇圧した燃料の吐出が行われた後に、燃料噴射ポンプ3より下流側にある燃料の圧力を所定の範囲内に保持する等圧弁17が設けられている。
The
燃料噴射弁4は、弁本体21と、弁本体21の先端部に取り付けられたノズル22とを備えている。図2に概略的に示すように、ノズル22の内部には燃料溜室23が形成されている。燃料溜室23は、ノズル22に設けられた供給口24を介して第二噴射管8に接続されており、燃料増圧装置5からの燃料が、供給口24を通って燃料溜室23内に供給されるようになっている。また、燃料溜室23の底部には、下方側に延在する空洞部25が形成されており、空洞部25の下方側の先端部には、燃料を噴射するための孔である噴口26が複数個所に形成されている。
The
また、燃料噴射弁4は、ノズル22の内部に摺動可能に設けられた針弁31と、弁本体21の内部に設けられ、針弁31を下方側に付勢する針弁ばね32とを備えている。針弁31は、空洞部25の上方側の開口25aを塞ぐテーパ状の先端部33を有しており、先端部33が開口25aを塞ぐことによって、燃料溜室23と噴口26との連通が遮断された状態となっている。また、針弁31は、燃料溜室23内に配置され、下方側から上方側に向かって外径が大きくなるテーパ部34を有している。すなわち、テーパ部34には、燃料溜室23内に供給された燃料の圧力が作用するようになっており、テーパ部34に作用する燃料の圧力が針弁ばね32のばね力を上回ると、針弁31が上方側に移動するようになっている。針弁31が上方側に移動すると、燃料溜室23と噴口26とが空洞部25を介して連通し、噴口から燃料が噴射される。
The
以上のように構成される燃料噴射装置1において、燃料噴射ポンプ3と燃料噴射弁4とは、既知の構成を有するものである。すなわち、この実施の形態1に係る燃料噴射装置1は、燃料噴射ポンプ3と燃料噴射弁4との間に燃料増圧装置5を接続したことを特徴とするものである。尚、内燃機関が複数の気筒を有する場合、燃料噴射ポンプ3、燃料噴射弁4及び燃料増圧装置5は、各気筒に対応する数が設けられる。
In the fuel injection device 1 configured as described above, the
ここで、図2、3を用いて、燃料増圧装置5の構成について詳細に説明する。
図2に示すように、燃料増圧装置5は装置本体41を備えている。装置本体41の内部には、図2の矢印で示す上下方向に延在する円筒状の空洞である大径部42と、大径部42の底部から下方側に延在し、大径部より小さい内径を有する空洞である小径部43とからなるプランジャ収容室44が形成されている。装置本体41の内部において、大径部42の上方には、第一噴射管7が接続される供給通路42aが形成されている。すなわち、燃料噴射ポンプ3と大径部42の上部とが、第一噴射管7及び供給通路42aを介して接続された状態となっている。また、小径部43の下方には、第二噴射管8が接続される吐出通路43aが形成されている。すなわち燃料噴射弁4と小径部43の底部とが、第二噴射管8及び吐出通路43aを介して接続された状態となっている。
Here, the configuration of the
As shown in FIG. 2, the fuel
プランジャ収容室44の内部には、燃料の昇圧を行うための増圧プランジャ51が、プランジャ収容室44の内周面に密着しながら摺動可能となるように設けられている。増圧プランジャ51は、大径部42内に配置される受圧部52と、受圧部52の下部に段差部53を介して一体として形成され、小径部43内に配置される増圧部54とを有している。増圧部54の外径D2は受圧部52の外径D1より小さく、増圧部の断面積は受圧部の断面積より小さくなっている。プランジャ収容室44の内部には、受圧部52の燃料噴射ポンプ3側の端部である上端部52aに区画された第一圧力室45が形成されている。また、プランジャ収容室44の内部には、受圧部52の燃料噴射ポンプ3とは反対側の端部である下端部52bに区画された第二圧力室46が形成されている。さらに、プランジャ収容室44の内部には、増圧部54の燃料噴射弁4側の端部である下端部54aに区画された第三圧力室47が形成されている。
Inside the
増圧プランジャ51は、その中央部に設けられ、第一圧力室45と第三圧力室47とを連通する燃料通路55を有している。また、燃料通路55の下方側の端部近傍には、燃料通路55内に設けられた球状部材56aと、球状部材56aを上方側に付勢するコイルばね56bとからなる吸込弁56が設けられている。吸込弁56は、第一圧力室45内と第三圧力室47内との間の差圧に応じて燃料通路55を開閉するものであって、これらの間にコイルばね56bのばね力を上回る圧力が生じると、球状部材56aが下方側に移動するようになっている。球状部材56aが下方側に移動することにより、第一圧力室45内の燃料が第三圧力室47内に供給されるようになっている。
The pressure-increasing
装置本体41の内部において、供給通路42aの側方に位置する部位には、上下方向に対して垂直をなして延在するピストン収容室61が形成されている。ピストン収容室61は、大径円筒部62及び小径円筒部63を有する空洞であって、大径円筒部62と第二圧力室46とは、装置本体41内に形成された連通路48を介して連通している。また、大径円筒部62の上部には、大径円筒部62内と装置本体41の外部とを連通する空気排出路62aが形成されている。
Inside the apparatus
大径円筒部62の右側の端部には接続路62bが形成されており、接続路62bには、作動流体源であるコンプレッサ65が接続管66を介して接続されている。コンプレッサ65は、作動流体である圧縮空気を吐出してピストン収容室61内に供給するものである。また、接続管66の途中には、接続管66を開閉する電磁開閉弁67が設けられており、電磁開閉弁67には、ECU68が電気的に接続されている。ECU68は、内燃機関の回転数が所定の回転数R以下であるときに電磁開閉弁67を開弁させ、内燃機関の回転数が所定の回転数Rより大きいときにときに電磁開閉弁67を閉弁させる。
A
ここで、電磁開閉弁67として、閉弁時に大径円筒部62内の圧縮空気を排出可能な、いわゆる三方向切替弁が用いられている。すなわち、電磁開閉弁67が開弁すると、コンプレッサ65が吐出する圧縮空気は、接続管66を介して大径円筒部62内に供給される。一方、電磁開閉弁67が閉弁すると、コンプレッサ65から大径円筒部62内への圧縮空気の供給は遮断される。同時に、大径円筒部62内に残留している圧縮空気は、接続管66の一部、及び電磁開閉弁67を介して外部に排出される。また、特に大型船舶用のディーゼル機関は、機関始動時に圧縮空気を用いてピストンを作動させるための圧縮空気源を備えていることが一般的であり、この圧縮空気源が、コンプレッサ65として共用される。
Here, as the electromagnetic on-off
小径円筒部63の左側の端部には、小径円筒部63と供給通路42aとを連通するスピル通路63aが形成されている。また、小径円筒部63の上部には、小径円筒部63と装置本体41の外部とを連通する燃料排出路63bが形成されている。燃料排出路63bは、図示しない接続通路を介して燃料タンク2に接続されている。
At the left end of the small diameter
ピストン収容室61の内部には、プランジャ収容室44内における増圧プランジャ51の移動を制御するための制御ピストン71が設けられている。制御ピストン71は、大径円筒部62内に配置される第一円筒部72と、小径円筒部63内に配置される第二円筒部73とを有する部材であって、供給通路42a側である供給位置(図2参照)と、コンプレッサ65側である排出位置(図3参照)との間を摺動可能となっている。また、第一円筒部72の内部には、制御ピストン71が図2に示す供給位置にあるときに、大径円筒部62と連通路48とを連通する内部通路74が形成されている。内部通路74は、制御ピストン71が排出位置(図3参照)にあるときには、大径円筒部62と連通路48との連通を遮断するようになっている。
A
また、第二円筒部73の先端部には、左側に突出してスピル通路63aを貫通するスピル弁75が一体として形成されている。スピル弁75は、制御ピストン71の位置に応じてスピル通路63aを開閉するものであって、制御ピストン71が図2に示す供給位置にあるときに、スピル通路63aが開かれるようになっている。制御ピストン71が供給位置にあるとき、第一圧力室45の燃料は、供給通路42aの一部、スピル通路63a、小径円筒部63及び燃料排出路63bを介して、燃料増圧装置5の外部に排出可能となっている。すなわち、供給通路42aの一部、スピル通路63a、小径円筒部63及び燃料排出路63bは、燃料増圧装置5における燃料排出経路を構成するものである。
A
以上に述べたように、内燃機関の回転数が所定の回転数R以下であるとき、電磁開閉弁67は開弁され、コンプレッサ65が吐出した圧縮空気が大径円筒部62内に供給される。制御ピストン71は大径円筒部62内に供給された圧縮空気の圧力によって供給位置まで移動する。制御ピストン71が供給位置に移動すると、大径円筒部62は、内部通路74を介して連通路48と連通する。したがって、コンプレッサ65が吐出した圧縮空気を、大径円筒部62、内部通路74、連通路48を順次介して、第二圧力室46内に供給可能となっている。ここで、大径円筒部62、内部通路74、連通路48は、燃料増圧装置5における流体供給経路を構成する。
As described above, when the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than the predetermined rotational speed R, the electromagnetic on-off
一方、内燃機関の回転数が所定の回転数Rより大きいとき、電磁開閉弁67は閉弁され、大径円筒部62内の圧縮空気を排出可能な状態となる。ここで、スピル弁75には、供給通路42a内にある燃料の圧力が作用しているため、その圧力により、制御ピストン71が図3に示す排出位置に移動する。制御ピストン71が排出位置に移動すると、連通路48と大径円筒部62との連通は遮断される。同時に、制御ピストン71の第二円筒部73の一部は大径円筒部62内に移動するため、これらの間に隙間76が形成され、この隙間76を介して連通路48と空気排出路62aとが連通する。したがって、第二圧力室46内の圧縮空気は、連通路48、隙間76、空気排出路62aを順次介して排出可能となっている。ここで、連通路48、隙間76、空気排出路62aは、燃料増圧装置5における流体排出経路を構成する。
On the other hand, when the rotational speed of the internal combustion engine is larger than the predetermined rotational speed R, the electromagnetic on-off
また、第一噴射管7と装置本体41との接続、及び第二噴射管8と装置本体41との接続には、ユニオンナット7a、8aがそれぞれ用いられている。したがって、燃料増圧装置5に対する第一噴射管7及び第二噴射管8の着脱を容易に行うことが可能となっており、既知の燃料噴射装置に燃料増圧装置5を追加して燃料噴射装置1とすること、及び燃料噴射装置1から燃料増圧装置5を取り除いて既知の燃料噴射装置とすることが容易に行えるようになっている。
Further, union nuts 7 a and 8 a are used for connection between the
次に、この発明の実施の形態1に係る燃料噴射装置1の動作について説明する。
図2に示すように、内燃機関の回転数が所定の回転数R以下になると、ECU68は電磁開閉弁67を開弁させ、コンプレッサ65が吐出する圧縮空気が大径円筒部62内に供給される。圧縮空気が大径円筒部62内に供給されると、制御ピストン71は、圧縮空気の圧力によって左側に移動し、供給位置に配置される。制御ピストン71が供給位置に配置されると、大径円筒部62と連通路48とが、制御ピストン71の内部通路74を介して連通するため、コンプレッサ65が吐出する圧縮空気は、接続管66、大径円筒部62、内部通路74及び連通路48を順次介して第二圧力室46内に供給される。第二圧力室46内に供給された圧縮空気は、その圧力を増圧プランジャ51の受圧部52の下端部52bに作用させ、増圧プランジャ51を燃料噴射ポンプ3側である上方側に付勢する。
Next, the operation of the fuel injection device 1 according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
As shown in FIG. 2, when the rotational speed of the internal combustion engine becomes equal to or lower than the predetermined rotational speed R, the
同時に、制御ピストン71が供給位置に移動したことにより、スピル弁75がスピル通路63aを開く。スピル通路63aが開かれることにより、第一圧力室45の燃料の一部は、供給通路42aの一部、スピル通路63a、小径円筒部63及び燃料排出路63bを介して、燃料増圧装置5の外部に排出され、第一圧力室45内の圧力が低下する。このように、増圧プランジャ51は、第二圧力室46内に供給された圧縮空気によって上方側に付勢され、且つ第一圧力室45内にある燃料の圧力は低下した状態となる。したがって、増圧プランジャ51は、第一圧力室45内に残留している燃料による抵抗が低減された状態で、図2の矢印Aで示すように上方側に移動する。
At the same time, as the
増圧プランジャ51の上方側への移動に伴って、第三圧力室47内の容積は増加するため、第三圧力室47内の圧力が低下する。したがって、第一圧力室45内と第三圧力室47内との差圧が大きくなり、吸込弁56の球状部材56aには、コイルばね56bのばね力を上回る荷重が作用し、球状部材56aが下方側に移動して吸込弁56が開弁する。吸込弁56が開弁することによって、第一圧力室45内に残留していた燃料が第三圧力室47内に供給される。
As the
増圧プランジャ51が上方側に移動し、第三圧力室47内に燃料が供給された状態において、燃料噴射ポンプ3によって昇圧された燃料が第一圧力室45内に供給されると、その圧力がスピル弁75に作用する。スピル弁75に作用する燃料の圧力は、制御ピストン71を図3に示す排出位置まで移動させる。この際、大径円筒部62内には、コンプレッサ65からの圧縮空気が供給され続けている状態となっている。したがって、制御ピストン71が大径円筒部62の内部壁面に勢いよく衝突することなく、制御ピストン71の破損が防止される。
When the pressure-increasing
制御ピストン71が排出位置まで移動すると、連通路48と大径円筒部62内のコンプレッサ65側との連通は遮断される。同時に、制御ピストン71の第二円筒部73と大径円筒部62との間には隙間76が形成され、この隙間76を介して連通路48と空気排出路62aとが連通する。したがって、第二圧力室46内の圧縮空気は、連通路48、隙間76、空気排出路62aを順次介して燃料増圧装置5の外部に排出される。第二圧力室46内の圧縮空気が排出されることにより、増圧プランジャ51を上方側に付勢していた圧力は低下する。したがって、図3の矢印Bで示すように、増圧プランジャ51は、第二圧力室46内の圧縮空気の抵抗を受けることなく、第一圧力室45内の燃料の圧力により下方側に移動する。
When the
ここで、増圧プランジャ51の増圧部54において、その外径D2は受圧部52の外径D1より小さく、増圧部54の断面積が受圧部52の断面積より小さくなっている。したがって、第三圧力室47内の燃料は、増圧プランジャ51の増圧部54により、第一圧力室45内で受圧部52に作用する燃料の圧力、すなわち燃料噴射ポンプ3によって昇圧された燃料の圧力より高い圧力に昇圧される。第三圧力室47内で昇圧された高圧の燃料は、第二噴射管8を介して燃料噴射弁4の燃料溜室23内に供給される。燃料溜室23内に供給された燃料の圧力は針弁31のテーパ部34に作用し、針弁ばね32のばね力に抗して針弁31を上方側に移動させる。針弁31が上方側に移動することにより、燃料溜室23内の燃料が噴口26から噴射される。尚、針弁31は、増圧プランジャ51が第三圧力室47内の全ての燃料を排出する前に、上方側に移動するようになっている。すなわち、増圧プランジャ51が下方側に移動する範囲は、増圧プランジャ51の段差部53が第二圧力室46の底部壁面に接触しない範囲までとなっている。
Here, in the
以上のように、燃料増圧装置5による燃料の昇圧が行われ、燃料噴射弁4からの燃料の噴射が完了すると、第一圧力室45内の燃料の圧力は、増圧プランジャ51の下方側への移動に伴って低下する。大径円筒部62内には、コンプレッサ65からの圧縮空気が供給され続けているため、第一圧力室45内の燃料の圧力低下に伴って、制御ピストン71は供給位置(図2参照)まで移動する。制御ピストン71が供給位置まで移動すると、第二圧力室46内への圧縮空気の供給と第一圧力室45内のからの燃料の排出とが行われ、増圧プランジャ51は再び上方側に移動する。以後、内燃機関が回転数R以下での運転を行っている間、増圧プランジャ51はプランジャ収容室44内で往復動作を行い、増圧プランジャ51による第三圧力室47内での燃料の昇圧が繰り返し行われる。
As described above, when the fuel pressure is increased by the fuel
また、図4に示すように、内燃機関の回転数が回転数Rより高くなると、ECU68は電磁開閉弁67を閉弁させる。電磁開閉弁67の閉弁に伴って大径円筒部62内への圧縮空気の供給が停止されるとともに、大径円筒部62内の圧縮空気が電磁開閉弁67を介して外部に排出される。大径円筒部62内から圧縮空気が排出されると、制御ピストン71は、スピル弁75の先端部に作用する燃料の圧力により、排出位置まで移動する。制御ピストン71が排出位置まで移動することにより、連通路48と大径円筒部62との連通は遮断される。同時に、制御ピストン71の第二円筒部73と大径円筒部62との間に隙間76が形成され、この隙間76を介して連通路48と空気排出路62aとが連通する。したがって、第二圧力室46内の圧縮空気は、連通路48、隙間76、空気排出路62aを順次介して燃料増圧装置5の外部に排出される。
As shown in FIG. 4, when the rotational speed of the internal combustion engine becomes higher than the rotational speed R, the
第二圧力室46内の圧縮空気が排出されることにより、増圧プランジャ51は、燃料噴射ポンプ3が吐出した燃料の圧力、または燃料噴射ポンプ3が燃料を吐出した後に、等圧弁17により所定の範囲内に保持された燃料の圧力によって下方側に移動する。下方側に移動した増圧プランジャ51は、その段差部53が第二圧力室46の底部壁面に接触した位置で静止した状態となる。ここで、内燃機関が高回転運転を行っている際、燃料噴射ポンプ3の燃料プランジャ12を駆動する燃料カム13は、内燃機関のクランク軸に連動して高い回転数で回転するため、燃料増圧装置5による燃料の昇圧を行わなくても、充分に燃料の圧力を高めることが可能となっている。したがって、内燃機関が回転数Rより高い回転数で運転を行っている間、増圧プランジャ51はプランジャ収容室44内で静止した状態となる。第一圧力室45内に供給された燃料は、燃料通路55を通って吸込弁56を開弁させ、第三圧力室47、吐出通路47a及び第二噴射管8を順次介して燃料噴射弁4に供給される。燃料噴射弁4に供給された燃料は、その圧力によって噴口26を開き、燃焼室内に噴射される。
When the compressed air in the
このように、内燃機関の回転数が所定の回転数R以下であるとき、増圧プランジャ51は、第二圧力室46内に供給される圧縮空気に付勢されて燃料噴射ポンプ3側である上方側に移動する。この際、増圧プランジャ51の移動に伴って第一圧力室45と第三圧力室47との差圧が大きくなるため、吸込弁56が開弁し、第一圧力室45内の燃料が第三圧力室47内に供給される。ここで、増圧プランジャ51の増圧部54の断面積は受圧部52の断面積より小さいため、燃料噴射ポンプ3によって昇圧された燃料が第一圧力室45内に供給されると、その燃料自体の圧力が受圧部52に作用することによって、増圧プランジャ51が燃料噴射弁4側である下方側に移動する。第三圧力室47内の燃料は増圧部54によって昇圧され、その圧力は、第一圧力室45内の燃料の圧力、すなわち燃料噴射ポンプ3が昇圧した燃料の圧力より高くなる。燃料噴射弁4には、第三圧力室47内で昇圧された高圧の燃料が供給されるため、燃料噴射弁4から噴射される燃料の噴射圧力も高くなる。また、内燃機関の回転数が所定の回転数Rより大きいときにおいて、燃料噴射ポンプ3は、それ自体によって燃料を十分高圧に昇圧できるため、増圧プランジャ51を移動させる必要がない。
Thus, when the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than the predetermined rotational speed R, the
増圧プランジャ51は、第二圧力室46内に供給される圧縮空気の圧力と、燃料噴射ポンプ3が昇圧した燃料自体の圧力とによって駆動されるため、増圧プランジャ51を駆動するための動力を、例えば内燃機関のクランク軸等から取り出す必要がない。すなわち、燃料噴射ポンプ3と燃料噴射弁4とを接続する配管の途中である第一噴射管7と第二噴射管8との間に燃料増圧装置5を設けるだけで燃料の噴射圧力を高めることができるため、既存の燃料噴射装置に対しても、大幅な設計変更や改造等を必要とすることなく、本発明における燃料増圧装置5を適用することができる。したがって、内燃機関の燃料噴射装置1において、内燃機関の低回転運転時における燃料の噴射圧力を容易に、且つ低コストで高めることが可能となる。
The pressure-increasing
また、制御ピストン71にスピル弁75を設けたので、制御ピストン71が供給位置にあるとき、すなわち第二圧力室46内に圧縮空気が供給され、増圧プランジャ51が燃料噴射ポンプ3側である上方側に移動するとき、第一圧力室45内の燃料が排出可能となる。したがって、増圧プランジャ51が上方側に移動する際の抵抗を低減することができる。逆に、増圧プランジャ51が燃料噴射弁4側である下方側に移動するとき、第一圧力室45内の燃料の圧力は高まっているため、その圧力がスピル弁75に作用することによって制御ピストン71が排出位置に移動する。制御ピストン71が排出位置に移動すると、第二圧力室46内から圧縮空気を排出可能となるため、増圧プランジャ51が下方側に移動する際の抵抗を低減することができる。
Further, since the
1 燃料噴射装置、3 燃料噴射ポンプ、4 燃料噴射弁、5 燃料増圧装置、41 装置本体、42 大径部、42a 供給通路(燃料排出経路)、43 小径部、44 プランジャ収容室、45 第一圧力室、46 第二圧力室、47 第三圧力室、48 連通路(流体供給経路、流体排出経路)、51 増圧プランジャ、52 受圧部、54 増圧部、55 燃料通路、56 吸込弁、62 大径円筒部(流体供給経路)、62a 空気排出路(流体排出経路)、63 小径円筒部(燃料排出経路)、63a スピル通路(燃料排出経路)、63b 燃料排出路(燃料排出経路)、71 制御ピストン、74 内部通路(流体供給経路)、75 スピル弁、76 隙間(流体排出経路)、R 内燃機関の所定の回転数。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel-injection apparatus, 3 Fuel-injection pump, 4 Fuel-injection valve, 5 Fuel pressure-increasing apparatus, 41 Apparatus main body, 42 Large-diameter part, 42a Supply path (fuel discharge path), 43 Small-diameter part, 44 Plunger accommodating chamber, 45 One pressure chamber, 46 Second pressure chamber, 47 Third pressure chamber, 48 Communication path (fluid supply path, fluid discharge path), 51 Pressure increasing plunger, 52 Pressure receiving section, 54 Pressure increasing section, 55 Fuel path, 56 Suction valve , 62 Large diameter cylindrical part (fluid supply path), 62a Air discharge path (fluid discharge path), 63 Small diameter cylindrical part (fuel discharge path), 63a Spill path (fuel discharge path), 63b Fuel discharge path (fuel discharge path) , 71 Control piston, 74 Internal passage (fluid supply path), 75 Spill valve, 76 Clearance (fluid discharge path), R Predetermined number of revolutions of the internal combustion engine.
Claims (1)
前記燃料噴射ポンプが昇圧した前記燃料を噴射する燃料噴射弁と
を備えた内燃機関の燃料噴射装置において、
前記燃料噴射ポンプが接続される大径部、及び前記燃料噴射弁が接続される小径部からなるプランジャ収容室を内部に有する装置本体と、
前記大径部内に配置される受圧部、及び前記小径部内に配置され、前記受圧部より小さい断面積を有する増圧部からなり、前記プランジャ収容室内に摺動可能に設けられる増圧プランジャと
を有する燃料増圧装置をさらに備え、
前記プランジャ収容室の内部には、
前記受圧部の、前記燃料噴射ポンプ側に区画される第一圧力室と、
前記受圧部の、前記燃料噴射ポンプとは反対側に区画される第二圧力室と、
前記増圧部の、前記燃料噴射弁側に区画される第三圧力室と
が形成され、
前記増圧プランジャは、
前記第一圧力室と前記第三圧力室とを連通する燃料通路と、
前記燃料通路に設けられ、前記第一圧力室と前記第三圧力室との差圧に応じて、前記第一圧力室から前記第三圧力室への前記燃料の流通のみを許容する吸込弁と
を有しており、
前記内燃機関の回転数が所定の回転数以下であるときに、前記第二圧力室内には、前記増圧プランジャを前記燃料噴射ポンプ側に付勢する作動流体が供給され、
前記内燃機関の回転数が所定の回転数より大きいときに、前記第二圧力室内からは、前記作動流体が排出され、
前記燃料増圧装置は、
前記第二圧力室内に前記作動流体を供給可能な流体供給経路と、
前記第二圧力室内から前記作動流体を排出可能な流体排出経路と、
前記装置本体の内部に摺動可能に設けられ、前記流体供給経路を開く供給位置と、前記流体排出経路を開く排出位置とを選択的に切り換える制御ピストンと
をさらに備え、
前記制御ピストンは、前記内燃機関の前記回転数に応じて、前記供給位置と前記排出位置とを切り換え、
前記装置本体には、前記第一圧力室から前記燃料を排出可能な燃料排出経路が形成され、
前記制御ピストンは、前記燃料排出経路を開閉可能なスピル弁を有しており、
前記スピル弁は、前記制御ピストンが前記供給位置にあるときに前記燃料排出経路を開き、前記制御ピストンが前記排出位置にあるときに前記燃料排出経路を閉じること
を特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。 A fuel injection pump for boosting the fuel;
A fuel injection device for an internal combustion engine comprising a fuel injection valve that injects the fuel boosted by the fuel injection pump;
An apparatus main body having a plunger housing chamber formed therein consisting of a large diameter portion to which the fuel injection pump is connected and a small diameter portion to which the fuel injection valve is connected;
A pressure receiving portion disposed within the large diameter portion and a pressure increasing portion disposed within the small diameter portion and having a cross-sectional area smaller than the pressure receiving portion, and a pressure increasing plunger slidably provided in the plunger housing chamber. And further comprising a fuel booster having
In the plunger accommodating chamber,
A first pressure chamber defined on the fuel injection pump side of the pressure receiving portion;
A second pressure chamber partitioned on the opposite side of the pressure receiving portion from the fuel injection pump;
A third pressure chamber defined on the fuel injection valve side of the pressure increasing portion is formed;
The pressure increasing plunger is
A fuel passage communicating the first pressure chamber and the third pressure chamber;
A suction valve provided in the fuel passage and allowing only the flow of the fuel from the first pressure chamber to the third pressure chamber according to a differential pressure between the first pressure chamber and the third pressure chamber; Have
When the rotational speed of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined rotational speed, a working fluid that urges the pressure-increasing plunger toward the fuel injection pump is supplied into the second pressure chamber.
When the rotational speed of the internal combustion engine is greater than a predetermined rotational speed, the working fluid is discharged from the second pressure chamber ,
The fuel booster is
A fluid supply path capable of supplying the working fluid into the second pressure chamber;
A fluid discharge path capable of discharging the working fluid from the second pressure chamber;
A control piston which is slidably provided inside the apparatus main body and selectively switches between a supply position for opening the fluid supply path and a discharge position for opening the fluid discharge path;
Further comprising
The control piston switches between the supply position and the discharge position according to the rotational speed of the internal combustion engine,
A fuel discharge path capable of discharging the fuel from the first pressure chamber is formed in the apparatus main body,
The control piston has a spill valve capable of opening and closing the fuel discharge path,
The fuel injection of the internal combustion engine, wherein the spill valve opens the fuel discharge path when the control piston is in the supply position, and closes the fuel discharge path when the control piston is in the discharge position. apparatus.
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