CN100374711C - 燃料喷射装置 - Google Patents

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Abstract

在燃料喷射装置(10)的喷射器(13)上，设有增压单元(70)。增压单元(70)具有收容在压力室(100)内的增压活塞(101)和可以排出背压室(102)内的燃料的排出阀(111)。控制部(16)包括：指示值设定步骤(P1)，根据发动机的运转状态设定作为目标的共轨压力的指示值；判断步骤(S10)，判断共轨压力的指示值与上次设定的指示值相比是否处于降低方向；以及增压活塞模拟工作步骤(S11)，当通过判断步骤(S10)判断出所述指示值处于降低方向时，在除喷射器(13)的喷射动作以外的期间，打开排出阀(111)。

Description

燃料喷射装置
技术领域
本发明涉及一种柴油机等内燃机所使用的具有增压单元的燃料喷射装置。
背景技术
在柴油机方面，公知的是使用增压式共轨系统的燃料喷射装置。在这种燃料喷射装置中，作为用于使增压活塞工作的工作油，采用由共用轨道提供的高压燃料。增压活塞设置在喷射器内部的压力室和背压室之间。当排出背压室中的燃料时，根据压力室和背压室的差压来驱动该增压活塞。将通过该增压活塞增压之后的燃料，输送给喷射器的喷嘴部的针阀机构。
例如，在日本的专利文献(特表2002-539372号公报)(PCT.National.Publication No.2002-539372)中，记载了一种燃料喷射装置。该燃料喷射装置包括用于开闭针阀机构的针阀的针阀驱动部。该针阀驱动部具有用于导入由共用轨道输送的燃料的加压室、可以排出该加压室内的燃料的开关阀以及收容在加压室内的受压活塞。上述针阀驱动部，随着排出上述加压室内的燃料，打开上述针阀。
在上述专利文献所述的燃料喷射装置中，为了使增压单元工作，而使用大量的燃料。因此，与不具有增压单元的燃料喷射装置相比，有时需要大容量的共用轨道。
根据发动机的运转状态调整来自供给泵的供应量等，从而将共用轨道的压力控制为最佳值。例如，控制供给泵，使得发动机高负载、高转速运转时，与低负载、低转速运转时相比，共用轨道的压力升高。
因此，在发动机的瞬态时，例如，发动机负载状态由高负载向低负载转变，加速踏板开度(即加速踏板的操作量)由大变小时，希望在短时间内降低共用轨道的压力。但是，在适于增压单元的较大容量的共用轨道中，因压力降低需要时间而产生响应延迟。因此，考虑到可能在低负载时高压喷射燃料而对排气等产生不良影响。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种当需要根据运转情况降低共用轨道的压力时，可以迅速降低压力的燃料喷射装置。
本发明的燃料喷射装置，具备共用轨道、增压单元、针阀驱动部以及控制部。所述增压单元，具有：用于导入由所述共用轨道输送的燃料的压力室；设在所述压力室上的增压活塞；通过所述增压活塞与所述压力室隔开，并导入由所述共用轨道输送的燃料的背压室；可以排出该背压室内的燃料的排出阀；以及当排出所述背压室内的燃料时，通过与所述增压活塞一体移动的部位对燃料进行增压，并输送给所述针阀机构的增压室。所述针阀驱动部，具有：用于导入由所述共用轨道输送的燃料的加压室；可以排出所述加压室内的燃料的开关阀；以及收容在所述加压室内、随着排出该加压室内的燃料向打开所述针阀的方向移动的受压活塞。并且，所述控制部具有增压活塞模拟工作装置，当需要根据发动机的运转状态或加速踏板的操作状态降低所述共用轨道内的压力时，在除所述喷射器的喷射动作以外的期间，打开所述排出阀。
根据本发明，在采用增压单元和共用轨道的燃料喷射装置中，当需要根据发动机的运转情况降低共用轨道的压力时，例如从高负载向低负载过渡时，可以迅速降低共用轨道的压力。
由于可以通过上述增压活塞模拟工作装置打开未进行喷射动作的非工作汽缸的喷射器的排出阀，所以即使在关闭该喷射器的针阀机构而无法喷射燃料的状态下，也可以使共用轨道的压力迅速降低。因此，可以抑制喷射器内部的压力变得过高，从而确保喷射器的结构坚固性。
在本发明的优选实施方式中，所述判断装置根据发动机的转速和负载设定所述压差设定值。
在本发明的优选实施方式中，所述增压活塞模拟工作装置，打开未进行喷射动作的汽缸的喷射器的所述排出阀。
在本发明的优选实施方式中，所述判断装置，随着发动机的转速和负载变大而增大所述压差设定值。
在本发明的优选实施方式中，所述控制部，在所述增压活塞模拟工作装置工作而打开所述排出阀的状态下，减少用于向所述共用轨道供应燃料的供给泵的供应量或使其为0。
控制部的另一形式为，具有判断加速踏板开度是否处于下降方向的判断装置，所述增压活塞模拟工作装置，当通过所述判断装置判断出加速踏板开度处于下降方向时，在除所述喷射器的喷射动作以外的期间，打开所述排出阀。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的燃料喷射装置的剖面图。
图2是表示基于发动机转速和负载的共轨压力图的图。
图3是表示图1所示的燃料喷射装置的控制部的一部分功能的图。
图4是表示图1所示的燃料喷射装置的驱动信号与喷射压力及共轨压力之间的关系的图。
图5是表示图1所示的燃料喷射装置的增压活塞驱动信号和喷射器驱动信号的一例的图。
图6是表示图1所示的燃料喷射装置的增压活塞驱动信号和喷射器驱动信号的另一例的图。
图7是表示本发明第二实施方式的控制部的一部分功能的图。
具体实施方式
下面，参照图1～图6对本发明第一实施方式进行说明。
图1表示发动机的一例—柴油机中所使用的燃料喷射装置10。该燃料喷射装置10包括：共用轨道12、喷射器13以及作为燃料泵而发挥作用的供给泵14等。共用轨道12用于贮存加压之后的燃料。在发动机的各个汽缸上设置喷射器13。供给泵14将燃料加压之后供应给共用轨道12。共用轨道12和供给泵14通过燃料供给管15而相互连接。供给泵14，通过控制部16控制喷出量，使得共用轨道12的燃料压力达到希望值或0。
在共用轨道12上形成有多个喷出口40。这些喷出口40向各汽缸的喷射器13供应燃料。在图1中，仅表示出一个喷射器13。但是，实际上，共用轨道12的各个喷出口40，经由燃料供给通路41与各汽缸的喷射器13相连，从而向各喷射器13供应燃料。
喷射器13包括具有喷嘴部50的机身51、针阀机构54、针阀驱动部60以及增压单元70等。针阀机构54包括设在喷嘴部50附近的针阀52和燃料室53。针阀驱动部60向使针阀50开闭的方向驱动。增压单元70，将由共用轨道12供应的燃料增压之后，输送给针阀机构54。
在喷射器13内部，形成有具有止回阀71的燃料流通部72。燃料流通部72经由燃料供给通路41连接在共用轨道12上。由共用轨道12供应的燃料，经由燃料流通部72、止回阀71和燃料流通部73之后，供应给燃料室53。燃料流通部73与喷嘴部50连通。在喷嘴部50的前端形成有燃料喷射孔74。
针阀驱动部60包括燃料通路80、受压活塞82、弹簧83、加压室85、开关阀87、返回燃料出口88以及节流部89等。在机身51上形成燃料通路80。受压活塞82具有与针阀52一体沿轴线方向移动的驱动轴81。弹簧83沿关闭方向向针阀52施力。加压室85经由节流部84与燃料通路80连通。开关阀87通过螺线管86进行驱动。返回燃料出口88与开关阀87的排出侧连通。
返回燃料出口88经由返回流路90与燃料箱91连通。返回流路90与针阀驱动部60的开关阀87的排出侧和燃料箱91连通。燃料箱91经由燃料供给管92与供给泵14的吸入14a连通。
增压单元70包括压力室100、增压活塞101以及背压室102。压力室100与燃料供给通路41连通。将增压活塞101收容在压力室100中。背压室102通过增压活塞101与压力室100隔开。背压室102经由节流部103与燃料流通部72连通。经过燃料供给通路41将由共用轨道12输送的高压燃料导入压力室100和背压室102。
此外，增压单元70具有排出阀111、柱塞部112以及增压室113。当排出背压室102内的燃料时，通过螺线管110打开排出阀111。当排出背压室102内的燃料时，柱塞部112与增压活塞101一体移动。增压室13通过柱塞部112对燃料进行加压。
增压室113与燃料流通部73连通。燃料排出流路120连接在排出阀111的出口侧。该燃料排出流路120连接在供给泵14的吸入侧14b上。在这种情况下，由于可以使由背压室102排出的燃料返回到供给泵14的吸入侧14b，所以可以补充供应给供给泵14的燃料。
开关阀87的螺线管86和排出阀111的螺线管110通过控制部16控制开闭。供给泵14通过控制部16控制向共用轨道12的供应量(压送量)。控制部16，例如采用ECU等车载计算机。当喷射器13需要进行增压时，控制部16打开增压单元70的螺线管110。同时，或稍微迟一些，打开针阀驱动部60的螺线管86。
在上述控制部16上，作为本发明所说的指示值设定装置(指示值设定步骤)，编入用于根据发动机的运转状态设定作为目标的共轨压力的指示值的程序P1。例如，可以利用图2所示的共轨压力图，根据发动机转速和负载设定共轨压力的指示值。
在图2的共轨压力图中，可以设定为，共轨压力的指示值随着发动机转速和负载(加速踏板开度)的增加而升高。本说明书中所说的加速踏板开度与加速踏板的操作量对应。控制供给泵14的运转，使得共轨压力接近该指示值。
另外，控制部16作为本发明中所说的判断装置(判断步骤)，具有图3所示的步骤S10。在步骤S10中，编入以下程序：每次进行燃料喷射时(或每隔规定的时间间隔)，通过比较共轨压力本次的指示值与上次设定的指示值，判断指示值是否处于降低方向。
当在步骤S10中，本次的指示值与上次的指示值的差值在预设的压差设定值以上时，即，指示值的降低幅度超过规定值时，过渡到步骤S11(减压模式)。通过步骤S11实行下述的增压活塞模拟工作步骤S11(本发明中所说的增压活塞模拟工作装置)。在本实施方式中，可以根据发动机的转速和负载(燃料喷射量)设定所述压差设定值。具体而言，随着转速和负载增加而增大压差设定值。
当在步骤S10中，本次的指示值和上次的指示值的差值未达到预设的压差设定值时，过渡到步骤S12(正常模式)。在步骤S12中，如图4中的双点划线N所示，增压活塞驱动信号保持关闭状态。
在增压活塞模拟工作步骤S11中，在除该喷射器13的喷射动作以外的期间，打开增压单元70的排出阀111。即，如图4中的实线E所示，通过输出增压活塞驱动信号并打开排出阀111的螺线管110，打开排出阀111。
控制部16还控制供给泵14的运转。即，控制部16，在通过所述增压活塞模拟工作步骤S11打开排出阀111的期间内，控制供给泵14，使得向共用轨道12的燃料供应量为0(无压送)。另外，还可以取代对供给泵14的无压送，而使压送量减少得接近于0。
接着，参照图1～图6对本实施方式的燃料喷射装置10的作用进行说明。
当发动机旋转而驱动供给泵14时，对由燃料箱91吸入到供给泵14中的燃料进行加压。将加压后的燃料供应给共用轨道12。控制部16根据发动机的运转情况调整由供给泵14喷出的燃料的压力。将通过供给泵14加压至规定压力的燃料贮存在共用轨道12中。
在发动机的各汽缸的燃料室内，由相应的喷射器13的燃料喷射孔74喷射燃料。喷射器13，根据发动机的运转情况，在对燃料进行增压的模式(增压单元70工作的模式)或不对燃料进行增压的模式(增压单元70不工作的模式)下进行驱动。例如，在发动机高负载运转时，喷射器13成为对燃料进行增压的模式。在发动机空转等低负载运转时，喷射器13成为无需进行燃料增压的模式。
在对燃料进行增压的模式下，例如，在图5中的横轴所示的曲柄转角T1处，通过增压活塞驱动信号打开增压单元70的螺线管110。当螺线管110打开时，排出阀111开启。于是，增压活塞101根据增压活塞101和柱塞部112的受压面积比，向增压室113移动。接着，背压室102内的燃料通过排出阀111排放到燃料排出流路120内。因此，对增压室113内的燃料进行增压，并输送给燃料流通部73。由背压室102排放到燃料排出流路120中的高压燃料，返回到供给泵14的吸入侧14b。
在图5所示的曲柄转角T2处，通过喷射器驱动信号打开针阀驱动部60的螺线管86。螺线管86打开时，开关阀87开启。于是，加压室85内的燃料通过开关阀87由返回燃料出口88排放到返回流路90内。接着，通过使受压活塞82向与针阀52相反的方向移动，打开针阀52。由此，燃料室53内的燃料由燃料喷射孔74喷出到发动机的燃烧室内。由加压室85排放到返回燃料出口88的燃料返回燃料箱91。
如图6所示，有时也可以根据发动机的运转状态，在曲柄转角T3处，几乎同时发出增压活塞驱动信号和喷射器驱动信号。在这种情况下，几乎打开增压单元70的螺线管110的同时，打开针阀驱动部60的螺线管86，开始喷射燃料。因此，喷射开始时的燃料喷射率的上升缓慢。
当喷射器13处于无需增压的运转模式时，增压单元70的螺线管110保持关闭状态。针阀驱动部60的螺线管86打开，则开关阀87开启。于是，如上所述，加压室85内的燃料由开关阀87排放到返回流路90。与此同时，受压活塞82向针阀52移动，从而使针阀52开启。针阀52开启时，燃料由燃料喷射孔74喷出。在这种情况下，由于仅借助于共用轨道12的压力喷射燃料，所以喷射压力较低。
共用轨道12的压力，根据发动机的运转状态调整来自供给泵14的压送量。例如，利用图2所示的共轨压力图将指示值设定为，当发动机高负载、高转速运转时，共轨压力升高。
如上所述，当在图3所示的步骤S10中，本次的指示值和上次的指示值的差值在预设的压差规定值以上时，过渡到增压活塞模拟工作步骤S11。在步骤S11中，通过在除喷射动作以外的期间输出增压活塞驱动信号，打开增压单元70的排出阀111。
例如，在六缸发动机中，假定1号～6号各汽缸的燃料喷射顺序为：1号-5号-3号-6号-2号-4号。在这种情况下，当通过1号汽缸喷射时，通过向未进行喷射动作的2号和6号汽缸或其中任意一个输出增压活塞驱动信号，打开增压单元70的排出阀111。
当过渡到增压活塞模拟工作步骤S11时，该喷射器13的驱动信号关闭，其间，针阀52未打开。因此，实质上增压活塞101停止不动。但是，由于排出阀111打开，所以由共用轨道12通过燃料流通部72和节流部103之后导入到背压室102中的燃料，直接通过排出阀111排放到燃料排出流路120中。从而，使共用轨道12的压力在短时间内降低到指示值附近。
图4中的N2表示通过实行步骤S11所产生的喷射器内的压力。相对于此，未进行步骤S11时的喷射器内的压力的降低量，仅为图4中的N3。图4中的H1表示通过步骤S11所产生的共轨压力的降低量。相对于此，未进行步骤S11时的共轨压力的降低量为h。
如上所述，控制部16具有增压活塞模拟工作装置(步骤S11)。因此，即使在为使增压单元70工作而采用容量较大的共用轨道12的燃料喷射装置10中，在发动机的瞬态时，例如发动机由高转速、高负载区域向低转速、低载荷区域转变时等，也可以在短时间内降低共用轨道12的压力。因此可以抑制产生响应延迟，避免低负载时高压喷射燃料，并保持良好的排气状态。尤其是，在降低排气中所含有的NOx方面是有效的。
此外，由于通过步骤S11打开未进行喷射动作的非工作汽缸的喷射器13的排出阀111，所以即使在非工作汽缸的喷射器13的针阀机构54而无法喷射燃料的状态下，也可以使共用轨道12的压力迅速下降。因此，可以抑制喷射器13内部的压力上升得过高，从而确保喷射器13的结构坚固性。
图7表示本发明第二实施方式的控制部16的一部分功能。该实施方式具有：作为用于判断加速踏板开度是否处于降低方向的判断装置而发挥作用的判断步骤S20、与第一实施方式(图3)相同的增压活塞模拟工作步骤S11(减压模式)以及步骤S12(正常模式)。由于除判断步骤S20以外的结构和作用与上述第一实施方式相同，所以标注与第一实施方式相同的标号并省略说明。
在本实施方式的判断步骤S20中，采用加速踏板开度(加速踏板的操作量)作为是否降低共轨压力的指示值的判断标准。即，在步骤S20中，判断加速踏板开度是否处于降低方向。当判断为加速踏板开度处于大大低于规定值的方向时(加速踏板开度比超过设定值时)，过渡到步骤S11中。通过该步骤S11，在除喷射器13的喷射动作以外的期间，输出增压活塞驱动信号，从而打开增压单元70的排出阀111。
从而，在发动机的瞬态时，例如发动机由高转速、高负载区域向低转速、低负载区域转变时等，可以在短时间内降低共用轨道12的压力。因此，可以抑制瞬态时产生响应延迟，避免低负载时高压喷射燃料，并保持良好的排气状态。
另外，实施本发明时，除了上述实施方式以外，当然可以在不脱离本发明要旨的范围内，对以喷射器、共用轨道和控制部为主的本发明的构成元件进行适当变形。

Claims (9)

1.一种燃料喷射装置(10)，具备：用于贮存加压之后的燃料的共用轨道(12)、将由所述共用轨道(12)供应的燃料增压之后输送给喷射器(13)的针阀机构(54)的增压单元(70)、用于开闭所述针阀机构(54)的针阀(52)的针阀驱动部(60)以及用于控制所述增压单元(70)和所述针阀驱动部(60)的控制部(16)，其中，
所述增压单元(70)，具有：
用于导入由所述共用轨道(12)输送的燃料的压力室(100)；
设在所述压力室(100)上的增压活塞(101)；
通过所述增压活塞(101)与所述压力室(100)隔开，并导入由所述共用轨道(12)输送的燃料的背压室(102)；
可以排出该背压室(102)内的燃料的排出阀(111)；以及
当排出所述背压室(102)内的燃料时，通过与所述增压活塞(101)一体移动的部位对燃料进行增压，并输送给所述针阀机构(54)的增压室(113)；
所述针阀驱动部(60)，具有：
用于导入由所述共用轨道(12)输送的燃料的加压室(85)；
可以排出所述加压室(85)内的燃料的开关阀(87)；以及
收容在所述加压室(85)内、随着排出该加压室(85)内的燃料向打开所述针阀(52)的方向移动的受压活塞(82)，
其特征在于，所述控制部(16)，具有增压活塞模拟工作装置(S11)，当需要根据发动机的运转状态或加速踏板的操作状态降低所述共用轨道(12)内的压力时，在除所述喷射器(13)的喷射动作以外的期间，打开所述排出阀(111)。
2.如权利要求1所述的燃料喷射装置(10)，其中，
所述控制部(16)，包括：
指示值设定装置(P1)，根据发动机的运转状态，设定作为目标的共轨压力的指示值；和
判断装置(S10)，比较所述共轨压力的本次的指示值与上次的指示值，判断本次的指示值与上次设定的指示值相比，是否降低规定的压差设定值以上；
所述增压活塞模拟工作装置(S11)，当通过所述判断装置(S10)判断出所述指示值的差值在所述压差设定值以上时，在除所述喷射器(13)的喷射动作以外的期间，打开所述排出阀(111)。
3.如权利要求2所述的燃料喷射装置(10)，其中，所述判断装置(S10)根据发动机的转速和负载设定所述压差设定值。
4.如权利要求2所述的燃料喷射装置(10)，其中，所述增压活塞模拟工作装置(S11)，打开未进行喷射动作的汽缸上所设置的喷射器(13)的所述排出阀(111)。
5.如权利要求2所述的燃料喷射装置(10)，其中，所述判断装置(S10)，随着发动机的转速和负载变大而增大所述压差设定值。
6.如权利要求2所述的燃料喷射装置(10)，其中，所述控制部(16)，在所述增压活塞模拟工作装置(S11)工作而打开所述排出阀(111)的状态下，减少用于向所述共用轨道(12)供应燃料的供给泵(14)的供应量或使其为0。
7.如权利要求1所述的燃料喷射装置(10)，其中，
所述控制部(16)具有用于判断加速踏板开度是否处于降低方向的判断装置(S20)；
所述增压活塞模拟工作装置(S11)，当通过所述判断装置(S20)判断出加速踏板开度处于降低方向时，在除所述喷射器(13)的喷射动作以外的期间，打开所述排出阀(111)。
8.如权利要求7所述的燃料喷射装置(10)中，其中，所述增压活塞模拟工作装置(S11)，打开未进行喷射动作的汽缸上所设置的喷射器(13)的所述排出阀(111)。
9.如权利要求7所述的燃料喷射装置(10)，其中，所述控制部(16)，在所述增压活塞模拟工作装置(S11)工作而打开所述排出阀(111)的状态下，减少用于向所述共用轨道(12)供应燃料的供给泵(14)的供应量或使其为0。
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