CN1127842A - 蓄压式燃料喷射装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种蓄压式燃料喷射装置，是在具有蓄压式燃料喷射系统的发动机上，改善发动机急剧加速时喷射压力上升的响应性，防止发动机输出不足，降低发动机噪声，使黑烟与排气散粒的情况改善，设置将蓄压器输送出的加压燃料油通过活塞动作用变换阀进一步加压的增压装置，利用燃料喷射控制用变换阀变换控制低压喷射与高压喷射，该低压喷射是将来自蓄压器的燃料油直接送至燃料喷射阀进行喷射，该高压喷射只将用增压装置进一步加压的燃料油送至喷射阀进行喷射。

Description

蓄压式燃料喷射装置
本发明涉及蓄压式燃料喷射装置，该装置是作成，将储存在蓄压器内的加压燃料油由燃料喷射阀按规定的喷射时间喷射到缸内。
将由高压燃料输送泵压送出的燃料在蓄压器(common rail)内进行蓄压，按照由电子控制等设定的喷射计时从燃料喷射阀喷射到发动机缸内的蓄压式(common rail式)燃料喷射系统，在船用大型柴油机中曾受到重视，近年来它已适用于小型高速汽车(公共汽车、载重汽车等)用柴油发动机上。
该蓄压式燃料喷射系统，如同众所周知的脉动式燃料喷射系统那样，在成为低速时，没有喷射压力降低的缺点，即使在低速时，也能易于实现高压喷射，因此，具有显著的优点是能使燃料费降低、高输出化、黑烟减少等。
图11中表示出以往的这种汽车专用发动机上的蓄压式燃料喷射系统的一例。
在该图中，10是燃料喷射阀，该喷射阀10具有喷嘴16，该喷嘴16具有在前端设置的多个燃料喷射用喷射孔12与储存将被供给到该喷射孔12的燃料的燃料积存腔14。
在上述喷嘴16内，装有滑动自如的针阀18，用以控制上述燃料积存腔14与喷射孔12的连通，该针阀18由弹簧24通过安装在喷嘴保持件20内的推杆22经常推向关闭方向。在上述喷嘴20内形成油腔26，滑动自如的油压活塞28与上述针阀18和推杆22同轴地安装在上述油腔26内。
上述油腔26通过并联配置的单向阀30与节流孔32与三通电磁阀34的第1出口油路b连接，该电磁阀34还具有与蓄压器36连通的入口油路a以及与燃料箱38连通的第2出口油路c。作成上述第1出口油路b借助由电磁致动器40驱动的阀体42有选择地与上述入口油路a或第2出口油路c连接，电磁致动器40断电时，入口油路a与第1出口油路b连通，另外，当电磁致动器40通电时，第1出口油路b与第2出口油路c连通。另外，在上述喷嘴保持件20与喷嘴16内，设置使上述燃料积存腔14与蓄压器36连接的燃料油路44。
根据发动机的运转状态预先设定的高压燃料是由燃料加压泵46供给到上述蓄压器36内。上述燃料加压泵46具有柱塞50，该柱塞50是由偏心轮或凸轮48进行往复驱动，该偏心轮或凸轮48是由发动机的曲轴连动驱动，该柱塞50将利用低压燃料输送泵52由燃料箱38供给到泵腔54内的燃料油加压并通过单向阀56压送到蓄压器36内。
在上述燃料加压泵的泵腔54的输出通路58与连通燃料输送泵52的吸入通路60之间夹装由电磁致动器62开闭的溢流阀64。上述电磁致动器62与上述三通电磁阀34的电磁致动器40分别由控制器66进行控制。
控制器66根据必要接收用以判别多缸发动机的每个缸的气缸判别装置68，发动机转速与曲轴角检测装置70，发动机负荷检测装置72，检测上述蓄压器36内的燃料压力的燃料压力传感器74以及影响发动机运转状态的气温、大气压、燃料温度等辅助信息76等的检测信号与设定信号输入，并且控制上述电磁致动器40与62。
简要说明上述蓄压式燃料喷射装置的动作状态如下。
首先，燃料加压泵46的柱塞50是由偏心轮或凸轮48驱动，该偏心轮或凸轮48是由发动机的曲轴连动驱动，由燃料输送泵52供给到泵腔54内的低压燃料被加压成高压后供给到蓄压器36内。
根据发动机的运转状态，将由控制器66发出的驱动输出信号供给到电磁致动器62内，溢流阀64进行开闭，蓄压器36内的燃料压力由该溢流阀64控制成为预先设定的压力(例如20-120MPa)。
另一方面，蓄压器36内的燃料压力的检测信号由传感器74反馈输入到控制器66内。
蓄压器36内的高压燃料经由燃料喷射阀10的燃料油路44供给到燃料积存腔14内，将针阀18推向上方即打开方向。另一方面，在燃料喷射阀10不动作时，三通电磁阀34的电磁致动器40断电，入口a与第1出口b连通，因此，蓄压器36的高压燃料经由单向阀30与节流孔32供给到油腔26内。
上述油腔26内的油压活塞28由该油腔26内的燃料压力压向下方，该油压力的压下力加上弹簧24的弹力所得到的闭阀力通过推杆22作用于针阀18上。向下作用于油压活塞28上的燃料压力的受压面积设定成比向上作用于上述针阀18上的燃料压力的作用面积足够大，再加上弹簧24的向下的弹力的作用，因此，针阀18是保持在图示的关闭位置。
其次，电磁致动器40根据控制器66发出的驱动输出信号进行通电时，入口油路a与第1出口油路b的连通被隔断，第1出口油路b与第2出口油路c连通。因此，油腔26通过节流孔32与第2出口c与燃料箱38连接，作用于活塞28上的燃料压力被消除，弹簧24被作用于针阀18上的向上的燃料力所克服，使该针阀18打开。燃料积存腔14内的高压燃料由喷射孔12喷射到缸内。
在经过根据发动机的运转状态预先设定的时间后，电磁致动器40根据控制器66而断电时，三通电磁阀34的入口油路a与第1出口油路b再次连通，蓄压器36内的燃料压力作用于油压活塞28上。因此，针阀18关闭，燃料喷射完毕。
然而在这样的蓄压式燃料喷射装置上，关于发动机性能，针对最佳的喷射压力进行考察时，
(1)在低负荷时，如果进行高压喷射，则燃料费(燃料消耗率)增加，因此必须进行低压喷射。
在高负荷时，为防止发生黑烟，降低排气散粒，必须进行高压喷射。
(2)在发动机的全部运转范围内进行高压喷射时，由于初期燃烧量(预混合燃烧的量)的增加会导致发动机噪声增大。
因此，从发动机噪声的角度考虑，只要对排气状态与燃料费没有不良的影响，喷射压力最好是低压，发动机空载运转与低负荷时的喷射压力以20-30MPa程度为宜。
根据这样的技术上的观点来看，图11所示的以往的蓄压式燃料喷射系统包含有以下的问题：
A.如同车辆急剧加速时的加速踏板操作那样，从低负荷时的低压喷射进行急剧加速而成为高负荷时，蓄压器内的压力达到要求的压力要花费时间，并且由于该压力上升的响应滞后，不能在保持低压喷射的状态下喷射大量的燃料，因此，不能达到要求的喷射量，其结果，在急剧加速所要求的过渡运转时会发生发动机的输出不足。
就是说，对于以往的蓄压式燃料喷射系统来说，如图14所示那样，必须分别进行控制：在空载时为了降低噪声、确保顺利地回转，应使蓄压器压力为20MPa；在发动机为低负荷时为了防止燃料费的增加，应使蓄压器压力为30-40MPa；在发动机为高负荷时为了降低黑烟及散粒(PM)，应使蓄压器压力为80-120MPa。但是如上述那样，对于使蓄压器压力变化的构造来说，在使蓄压器内的压力从发动机的低负荷时的低压喷射(例如20MPa)急剧上升到发动机的高负荷时的高压喷射(例如90MPa)的情况下，在蓄压器压力由20MPa向90MPa上升过程中要产生滞后，由于该蓄压器内的压力上升滞后，在针阀开阀中所喷射的燃料量比设定压力时的喷射量减少，因此，急剧加速时的发动机输出比发动机的设定的输出减小。例如图15所示那样，发动机急剧加速时的瞬时发动机转矩比以往的单列式喷射泵的发动机转矩大幅度降低。
再者，图15是表示分别装设各种燃料喷射装置的发动机的车辆的发动机转速与发动机有效转矩之间的关系，其中(a)是以往技术的蓄压式燃料喷射装置的情形，(b)是众所周知的单列式燃料喷射泵的情形，(c)是后述的本发明的蓄压式燃料喷射装置的情形。
B.为了防止上述缺点，加长蓄压式燃料喷射系统的燃料喷射阀的开阀时间以保持所要求的喷射量时，则低压喷射时喷射量增大，将导致黑烟与排气中的散粒的情况恶化。
C.根据上述A、B，以往的蓄压器式燃料喷射系统与众所周知的单列式燃料喷射泵进行比较时，当发动机的最高输出相等时，发动机急剧加速时发动机的中低速转速的瞬时发动机转矩与众所周知的单列式燃料喷射泵的情形相比大幅度地降低，因此，车辆的加速性能大下度降低。
为了解决上述问题的办法之一是，日本国专利公开平6-93936号的发明提供了一种燃料喷射系统，即具有高压用与低压用2个蓄压器，根据发动机的运转条件，变换成高压蓄压器系统与低压蓄压器系统来使用。
但是，具有这样的高低压蓄压器的燃料喷射系统的情形，由于需要有高压与低压两种燃料喷射系统，装置复杂，大型化，在车辆用发动的情况下，在装设性上有困难。
另外，在柴油发动机上，从消除噪声的角度考虑，最好在低转速时等情况下，把一燃料行程中的燃料供给分成引导喷射与主喷射来进行，在高负荷低转速时，引导喷射以低压，主喷射以高压进行。
本发明的目的在于：在具有蓄压式燃料喷射系统的发动机上，提供一种在发动机急剧加速时喷射压力上升的响应性优异的系统。
另外，本发明的另一目的在于：在具有蓄压式燃料喷射系统的发动机上，提供一种切换引导喷射的喷射压与主喷射的喷射压的系统。
为了达到这样的目的，本发明提供一种蓄压式燃料喷射装置，其特征在于该装置具有：
燃料供给机构，该机构用于将燃料加压泵压送出来的燃料油调整成规定的压力以进行供给；
蓄压器，用于在蓄压的状态下储存由上述燃料供给机构供给的燃料油；
供给油路，该供给油路是用于连通上述蓄压器与燃料喷射阀内的喷射燃料用的燃料积存腔；
控制油路，其一端是由上述供给油路分岐出来的，另一端到达上述燃料喷射阀内所形成的针阀开闭控制用的油腔；
燃料喷射控制用第1切换阀，该阀设置于上述控制油路上，通过使燃料油压作用于上述油腔内，可使燃料喷射阀内的上述针阀关闭，将上述油腔内的燃料油压除去，可使上述针阀打开，以便进行燃料喷射；
第一缸腔，该第一缸腔形成于上述供给油路上；
增压活塞，该增压活塞设置于上述第一缸腔内，使该第一缸腔的容积减小地进行动作，以使该第一缸腔下游侧的燃料压力增大；
液压供给机构，该机构就是通过液压回路将工作液压供给到上述增压活塞上；
活塞动作用第2切换阀，该阀设置于上述液压回路上，用于变换工作液压对于上述增压活塞的供给或排出，以驱动上述增压活塞；
控制器，该控制器用于将控制信号输出给上述燃料喷射控制用第1切换阀与上述活塞动作用第2切换阀，以控制上述针阀的开闭动作与上述增压活塞的动作。
上述控制器最好是作成，将控制信号输出给上述第1切换阀与上述第2切换阀，以便对高压喷射与低压喷射进行切换，该高压喷射是根据上述增压活塞的动作进行的；该低压喷射是与上述增压活塞的非动作状态相对应的。
另外，最好是，上述控制器作为发动机的运转状态至少检测发动机负荷状态，可以作成在低负荷运转时使喷射成为上述低压喷射；在高负荷运转时使喷射成为上述高压喷射。
再者，最好是，上述控制器要如下地进行控制：要能切换喷射压力地进行少量喷射与随后的大量喷射，在一个循环中该少量喷射与引导喷射相对应，随后的大量喷射与主喷射相对应，更具体地讲，可如下分别进行控制：以上述低压喷射进行与引导喷射相对应的少量喷射；根据发动机的运转状态进行与主喷射对应的随后的大量喷射，例如在发动机低负荷运转时，进行上述低压喷射，在发动机高负荷运转时，进行上述高压喷射。
再者，上述增压活塞是由上述控制油路的分岐点起配置在上游侧的供给油路上，具体地讲，其构成包括小直径部与大直径部，小直径部可在上述第一缸腔内滑动，大直径部滑动自如地配置在与上述第一缸腔连接设置的第二缸腔内，同时在动作上与小直径部连动地设置。
在这种情况下，上述增压活塞，其在上述第一缸内滑动的小直径部与在上述第二缸内滑动的大直径部也可以分成两个零件进行制作，再者，可以至少在上述第一缸腔内要安装弹簧，该弹簧将上述小直径部推向使上述第一缸腔的容积扩大的方向。
还有，上述第一缸可在上述供给油路的途中将其通路剖面扩大而形成，通向上述第一缸的上述供给油路的流入口在上述增压活塞非动作时是连通的，并且在上述增压活塞动作时是连接在闭塞的位置。
又上述液压供给机构是如下地形成：通过上述液压回路将上述工作液压引导到上述第二缸腔内的一方的分腔内，借此，基于上述大直径部与小直径部的面积差，由液压使大直径部向减小上述第一缸腔容积的方向滑动，以增大上述第一缸腔下游侧的燃料压力。
并且上述液压供给机构是作为通过上述液压回路引导上述工作液压的上述第一缸腔上游侧的上述供给油路，或是作为上述蓄压器内的燃料油压而形成。
又上述液压供给机构也可以如下地形成：使用与上述燃料油不同的工作液，与此同时利用与上述燃料供给机构分开设置的加压泵来压送上述工作液，以发生上述工作液压。
在这种情况下如图1所示，上述液压回路也可以如下地形成：具有将上述工作液压供给到上述一方的分腔内的第一油路与将上述工作液压供给到上述另一方的分腔内的第二油路，通过装在上述第二油路上的上述第二切换阀的切换，使工作液压作用于上述另一方的分腔内，因此，禁止上述大直径部滑动，使上述增压活塞成为非动作状态，通过除去上述另一方的工作液压，容许上述大直径部滑动，并使上述增压活塞动作，使燃料压力增大。即具体地讲，上述的液压回路可以如下地形成：具有收容上述大直径部的第二缸腔与一条连通油路，该连通油路将上述第二缸腔与上述第一缸腔的上游侧供给油路或上述蓄压器连通，同时夹装着上述活塞动作用的第2切换阀，上述增压活塞基于上述大直径部与小直径部的面积差，借助油压向减小上述第一缸腔容积的方向动作，以增大该腔下游侧的燃料压力。
又如图10所示，上述液压回路也可以如下地形成：具有将上述工作液压供给到一方的分腔的第一油路与将上述另一方的分腔连通到大气侧的第三油路，通过夹装在上述第一油路的上述第二切换阀的切换，使工作液压作用于上述一方的分腔内，使上述大直径部滑动，上述增压活塞动作，燃料压力增大，通过除去上述一方的工作液压，则禁止上述大直径部的滑动，使上述增压活塞成为非动作状态。
由于本发明是如上述那样构成，将活塞动作用的第2变换阀变换成隔断增压活塞的增压作用时，则来自蓄压器的加压燃料直接流入燃料喷射阀的燃料积存腔内，当将燃料喷射控制用的第1切换阀进行切换，隔断向针阀开闭控制用的油腔传递的油压，排出油腔内的加压燃料油时，则针阀打开，将只由蓄压器内蓄压的加压燃料油加压的上述燃料积存腔内的低压燃料油喷射到缸内。
继而为了实现增压活塞的增压作用，利用上述第2变换阀将工作液压供给到增压活塞上时，则来自蓄压器的加压燃料由于增压活塞的作用进一步被加压，瞬时成为高压而被送到燃料喷射阀的燃料积存腔内，与前述相同，由于上述第1切换阀的作用，打开针阀时，上述高压燃料油即喷射到缸内。因此改善了发动机过渡时的喷射压力的响应性。
另外，利用控制器的控制，在喷射的初期进行只是由上述蓄压器的加压燃料油加压的低压引导喷射，在上述引导喷射之后，使用由上述增压活塞高压化了的高压燃料油进行高压主喷射，因此不会降低燃料喷射性能，并能降低噪声。
因此，从本发明来看，是在以往的蓄压式燃料喷射系统上，增设具有增压活塞的增压装置与切换该增压装置的动作的第2切换阀(三通电磁阀)，以这样比较简单的装置，只是用第2切换阀(三通电磁阀)切换成增压装置的动作，即能瞬时地完成由低压喷射到高压喷射的变换，例如使用本发明的装置，能瞬时完成急剧加速所要求的向过渡运转时的高压喷射的切换，所以，由于例如利用本发明的装置能实现过渡运转时的高压喷射，与以往的燃料喷射系统比较，发动机过渡期的喷射压力上升的响应性大幅度地提高。
因此，能防止发生由于急剧加速时的发动机过渡期的喷射压力上升不足引起的发动机输出降低、产生黑烟、排气散粒情况的恶化等缺点。
另外，能在由引导喷射与主喷射组成的一燃烧循环中进行2次喷射，并能将适用于上述2次喷射的低压引导喷射与以增压装置进行的高压喷射自由加以组合地进行运转，因此，既能抑制发动机噪声又能实现高输出运转。
再者，由于能使蓄压器中的燃料油压力成为低压，作用于管道连接部等处的密封构件上的压力也降低，由燃料压力形成的密封构件的负荷减轻，因此能防止燃料发生泄漏。
附图的简要说明
图1是表示本发明的实施例的蓄压式燃料喷射装置的构成图；
图2是只靠蓄压器36的压力进行燃料喷射时的作用说明图，(a)表示喷射前的状态，(b)表示喷射开始时的状态，(c)表示喷射终了时的状态；
图3是图2的喷射模式线图；
图4是利用增压装置进行燃料喷射时的作用说明图，(a)是喷射前的状态，(b)是增压时的状态，(c)是喷射开始时的状态，(d)是喷射终了时的状态；
图5是图4的喷射模式线图；
图6是利用蓄压器与增压装置的组合进行的引导喷射与主喷射燃料喷射的情形的作用说明图，(a)表示喷射前的状态，(b)表示引导喷射开始时的状态，(c)表示引导喷射终了时的状态，(d)表示增压时的状态，(e)表示主喷射开始时的状态，(f)喷射终了时的状态；
图7是图6的喷射模式线图；
图8是只用蓄压器进行引导喷射与主喷射时的作用说明图(a)表示喷射前的状态，(b)表示引导喷射开始时的状态，(c)表示引导喷射终了时的状态，(d)表示主喷射前的状态，(e)表示主喷射时的状态，(f)表示喷射终了时的状态；
图9是图8的喷射模式线图；
图10是表示本发明的另一实施例蓄压式燃料喷射装置的构成图；
图11是表示以往的蓄压式燃料喷射装置的构成图；
图12是表示以低中速负荷运转的情况下的燃料喷射压(MPa)、燃料消耗率be、碳黑R、散粒PM与HC的关系；
图13是表示以高负荷运转的情况下的燃料喷射压(MPa)、燃料消耗率be、碳黑R、散料PM与HC的关系；
图14是表示以往的蓄压式燃料喷射系统的蓄压器压力与发动机轴转矩、转速之间的关系的曲线图；
图15是表示分别装设各种燃料喷射装置的发动机的车辆发动机转速与发动机有效转矩之间的关系，其中(a)是本以往技术的蓄压式燃料喷射装置的情形，(b)是众所周知的单列式燃料喷射泵的情形，(c)是后述的本发明的蓄压式燃料喷射装置的情形；
图16是通过利用控制器控制三通电磁阀的开放时间或阀开度，在低负荷时或中负荷时一面控制初期主喷射量一面在燃烧时进行最佳的喷射率控制得到的呀射模式线图。
实施例
下面，根据附图详细说明本发明的实施例。该实施例中所记载的构成零件的尺寸、材质、形状及其相对配置等只不过是说明例，除非有特别特定的记载，否则就不是将该发明的范围局限于此。
图1是使用于本发明的实施例的汽车发动机上的蓄压式燃料喷射装置的构成图，图2-图9是其作用说明图或喷射模式线图。
在图1中，10是燃料喷射泵，52是燃料输送泵，46是将来自该燃料泵52的燃料加压的燃料加压泵，36是将该燃料加压泵46压送出来的加压燃料进行蓄压的蓄压器，200是控制器。
上述燃料喷射阀10具有喷嘴16，该喷嘴16备有多个穿通设置于其前端的燃料喷射用的喷射孔12与储存供给到该喷射孔12内的燃料的燃料积存腔14。
在上述喷嘴16内，收容有控制上述燃料积存腔14与喷射孔12的连通的滑动自如的针阀18，该针阀18通过安装在喷嘴保持件20内的推杆22由弹簧24经常推压到关闭的方向。在上述喷嘴保持件20内形成油腔26，在该油腔26内，与上述针阀18和推杆22同轴地安装着滑动自如的油压活塞28。
上述油腔26通过并联配置的单向阀30与节流孔32，同三通电磁阀(燃料喷射控制用变换阀)34的第1出口油路b(控制油路)连接，该电磁阀34还具有与后述的增压装置100连通的入口油路a以及与燃料箱38连通的第2出口油路c。上述第1出口油路b是作成借助电磁致动器40所驱动的阀体与上述入口油路a或第2出口油路c有选择地连接，电磁致动器40断电时，入口油路a与出口油路b连通，另外，在电磁致动器40通电时，第1出口油路b与第2出口油路c连通。另外，在上述喷嘴保持件20与喷嘴16内设置将上述燃料积存腔14与上述增压装置100连通的燃料油路(供给油路)44。
利用燃料加压泵46根据发动机的运转状态将预先设定的高压力(例如20-40MPa)的燃料供给到上述蓄压器36内。上述燃料加压泵46具有由偏心轮或凸轮48进行往驱动的柱塞50，该偏心轮或凸轮48是由发动机的曲轴连动地驱动，该柱塞50将利用低压燃料输送泵52由燃料箱38内供给到泵腔54内的燃料油加压并通过单向阀56压送到蓄压器36内。
在上述燃料加压泵的泵腔54的输出通路58与连通到上述燃料泵52的吸入通路60之间，安装有利用电磁致动器62进行开闭的溢流阀64。上述电磁致动器62与上述三通电磁阀34的电磁致动器40以及后述的增压装置100的致动器114分别由上述控制器200进行控制。
控制器200根据必要接收用以判别多缸发动机的每个缸的气缸判别装置68，发动机转速与曲轴角检测装置70，发动机负荷检测装置72，检测上述蓄压器36内的燃料压力的燃料压力传感器74以及影响发动机运转状态的气温、大气压、燃料温度等辅助信息76等的检测信号与设定信号输入，并且分别控制上述电磁致动器40、电磁致动器62与增压装置用致动器114。
100是增压装置，105是该增压装置用的三通电磁阀(活塞动作用的第2变换阀)，114是控制该三通电磁105用的电磁致动器。
上述增压装置100具有将大直径活塞101a与比其直径小的小直径活塞101b制成整体的增压活塞101、安装大直径活塞101a的大直径缸106、安装小直径活塞101b的小直径缸107、大直径活塞复位用的弹簧104、小直径活塞复位用的弹簧103等。再者，上述大直径活塞101a与小直径活塞101b分成两者时，便于制作。在分成两者的情况下，大直径活塞101a与小直径活塞101b的同心精度与大直径缸106和小直径缸107的同心精度无关，容易获得大直径油压125与小直径油压109各自的油密封。
110是蓄压器36的出口油路(供给油路)，它分岐成3条油路：流向上述增压装置用三通电磁阀105的第1连接口105a的油路(第2油路)111；与上述增压活塞的大直径活塞101a面临的大直径油腔(一方的分腔)125连通的油路(第1油路)108；与上述小直径活塞101b面临的小直径油腔(第1缸腔)109连通的油路(供给油路)119。
112是将上述三通电磁阀105的第2连接口105b与大直径活塞101a的背面面临的中油腔(另一方的分腔)104连通的油路，113是将上述三通电磁阀105的第3连接口105c与燃料箱38连接的排油路。再者，在供给工作液压到增压装置100的液压回路是与蓄压器36的高压燃料分开设置的情况下，需要单独的工作液箱与加压泵。
上述油路119通向上述小油腔109的开口121是设置在能由小直径活塞101b的端面122开闭的位置。再者，象本实施这样，在发动机为多缸的情况下，增压装置100与燃料喷射阀10是按每个缸进行设置，各缸共用的蓄压器36通过分别设置在各缸上的出口油路110与各增压装置100连接。
下面说明上述实施例的蓄压式燃料喷射系统的动作。
首先，燃料加压泵46的柱塞50由与发动机的曲轴连动驱动的偏心轮或凸轮48驱动，将由燃料泵52供给到泵腔54内的低压燃料加压到设定的高压后供给到蓄压器36内。
驱动输出是根据发动机的运转状态由控制器200供给到电磁致动器62，使溢流阀64进行开闭，蓄压器36内的燃料压力由该溢流阀64控制成预先设定的高压力(例如20-40MPa)。另一方面，蓄压器36内的燃料压力的检测信号是由传感器74反馈输入到控制器200内。
当增压活塞101不动作时(即处于左端位置时)，蓄压器36内的加压燃料由油路119经小直径油腔109再经燃料喷射阀10燃料油路44供给到燃料积存腔14内，将针阀18推向上方即开启方向。另外，当燃料喷射泵10不动作时，三通电磁34的电磁致动器40断电，入口油路a与第1出口油路b连通，因此，蓄压器36的高压燃料经由单向阀30与节流孔32供给到油腔26内。
上述油腔26内的油压活塞28，由该油腔内的燃料压力推到下方，由该油压力所决定的压下力加上弹簧24的弹力所得到的闭阀力通过推杆22作用于针阀18上。燃料压力向下作用于油压活塞28上的受压面积比燃料压力向上作用于上述针阀18上的作用面积设定成足够大，再加上弹簧24的向下的弹力的作用，致使针阀18保持在图示的闭止位置。
电磁致动器40由于控制器200的驱动输出而通电时，入口油路a与第1出口油路b的连通被隔断，第1出口油路b与第2出口油路c连通。因此油腔26通过节流孔32和第2出口c与燃料箱38连接，解除作用于油压活塞28上的燃料压力，作用于针阀18上的向上的燃料压力克服弹簧24，使该针阀18开启，燃料积存腔14内的高压燃料由喷嘴12喷射到缸内。
在根据发动机的运转状态预先设定的时间后，电磁致动器40由控制器200断电时，三通电磁阀34的入口油路a与第1出口油路b再次连通，蓄压器36内的燃料压力作用于油压活塞28上。因此，针阀18关闭，燃料喷射完毕。
下面参看图2-图6说明一并使用增压装置100与蓄压器36时的燃料喷射系统的动作。
在以下的说明中，燃料喷射用三通电磁阀34与增压装置用三通电磁阀105是通过将来自控制器200的控制信号给与附设在该各自的电磁阀上的电磁致动器40和114而进行变换操作。
(1)只借助于蓄压器36的压力进行燃料喷射的情形：图2(a)-(c)
三通电磁阀105连接油路111与油路112。
将来自蓄压器36的加压燃料导入增压装置100的大油腔125、中油腔126、小油腔所有的油腔内，因此增压活塞101不动作，处于图1中的左端位置。
(a)喷射前的状态图2(a)〕
三通电磁阀34连接油路a与油路b。经由增压装置100的小油腔109的加压燃料，经由电磁阀34以及节流孔32与单向阀30而引导到燃料喷射阀的油腔26内，将油压活塞28压在针阀18上，因此，针阀18不打开。
(b)喷射开始的状态〔图2(b)〕
三通电磁阀34连接油路b与油路c。油腔26内的燃料油通过油路c排出到燃料箱38内，解除作用于油压活塞28上的油压。
经由增压装置100的小油腔109的加压燃料通过油路44流入燃料积存腔14内，将针阀18抬起，由喷射孔12喷射到缸内。
(c)喷射完毕的状态〔图2(c)〕
三通电磁阀34连接油路a与油路b。加压燃料被引导到油腔26内，作用于活塞28上，针阀18关闭，成为与上述(a)的喷射前相同的状态。
图3表示上述(a)-(c)的喷射模式。
(2)只借助增压装置100进行的喷射：图4(a)、(b)、(c)、(d)
(a)喷射前的状态〔图4(a)〕
三通电磁阀105连通油路111与油路112。就是说，电磁阀105是与上述(1)同一状态，针阀18由油压活塞28压在阀座上，处于关闭状态。
(b)利用增压装置100获得的高压化状态〔图4(b)〕
三通电磁阀105连接油路112与油路113，三通电磁阀34连接油路a与油路b。
来自蓄压器36的加压燃料油经由油路110、108而进入大油腔125内，作用于大直径活塞101a上。
另一方面，中油腔126内的加压燃料经由油路112、三通电磁阀105、油路113而排出到油箱118内，因此，将增压活塞101推压到箭头Z方向，油路119由小直径活塞101b的端面101c封闭，小油腔109内的燃料油被更加压成高压。
另外，该高压油经由油路a、三通电磁阀34、油路b而引导到油腔26内，推压油压活塞28，因此，针阀18关闭
(c)喷射开始的状态〔图4(c)〕
三通电磁阀105与上述(b)处于同一状态，三通电磁阀34连接油路b与油路c。因此，油腔26内的油经由油路b、电磁阀34、油路c而排出到油箱38内，解除针阀18上所承受的油压。
在上述(b)的过程中，比蓄压器36的高压燃料的压力更高压化的燃料油经油路44引导到燃料积存腔14内，因此，该高压燃料油将针阀18推起，使阀打开，因而该高压燃料油由喷射孔12喷射到缸内。
(d)喷射完毕的状态〔图4(d)〕
三通电磁阀105与上述(c)为同一状态，三通电磁阀34连接油路a与油路b。
小油腔109内的高压燃料油被引导入油腔26内，作用于油压活塞28上。因此，针阀18由于弹簧24的推力而关闭，喷射完毕。再者，喷射终了后，为了准备下次的喷射，控制器200使三通电磁阀105变换，迅速回复到(a)的状态。
图5表示上述图4(a)-图4(d)的喷射模式。
可以这样地进行控制：只靠上述图2与图3所示的蓄压器36的压力的燃料喷射是在空转以低中负荷转矩运转的情况下利用；利用图4的增压装置100的燃料喷射是在以中高负荷转矩运转的情况下利用。
并且蓄压器36的压力可设定为20-40MPa，最好是25-30MPa，增压装置100的增压压力可设定为70-120MPa左右，最好是70-80MPa。
就是说，图12是表示在40％负荷下，并且以最高转速的100％转速(2700rpm)、约80％转速(2200rpm)、约60％转速1600rpm)进行运转时各自的燃料喷射压(MPa)与燃料消耗率be、碳黑R、散粒PM和HC之间的关系，由本图可以理解，在以低中负荷转矩并且60％转速进行运转的情况下，可将燃料喷射压设定在20-40MPa，最好是25-30MPa，因此，蓄压器36的压力可设定在上述压力范围内。
另一方面，图13是表示在95％负荷下并且以最大转速的100％转速(2700rpm)、约80％转速(2200rpm)、约60％转速(1600rpm)进行运转时的燃料喷射压(MPa)与be、R、PM和HC之间的关系，由本图可以理解，在高负荷转矩并且以60％转速进行运转的情况下，可将燃料喷射压设定在70MPa以上，具体来讲为70-120MPa程度，过高时，则噪音也与此按比例地增大，因此，增压装置100的增压压力可设定在70-120MPa左右，最好是70-80MPa。
又在本实施例中，如上述的图11中所示的蓄压式燃料喷射系统那样，没有必要使蓄压器压力进行大幅度变化，因此，即使由低负荷时的低压喷射(燃料喷射压：20MPa)急剧升压到高负荷时的高压喷射(燃料喷射压：90MPa)的情况下，例如图15(c)所示那样，能迅速提升燃料喷射压，不必担心在发动机的转速滞后的同时，产生急剧加速时的过渡运转时的发动机输出不足。
再者，如图16所示，将上述图3的喷射模式与图5的喷射模式组合起来，通过利用控制器200控制三通电磁阀105的开启时间或阀开度，能控制针阀的提升时间以使喷射率变化缓慢，其结果，在想要使主喷射的初始压力比蓄压器压力提高若干的情况下，换言之，在低负荷时或中负荷时能一面控制初始主喷射量一面在燃料中进行最佳的喷射率控制。
不仅限于本实施例的蓄压式燃料喷射装置，在一般的蓄压式燃料喷射系统中，与以往的单列式燃料喷射泵的情形比较，发动机噪声大幅度地增大。
为了消除这样的缺点，本发明在低速运转时，在进行主喷射之前，通过进行所说的使针阀18稍许提升的引导喷射，来谋求噪音的降低。(即在这种情况下，在一个燃料循环中进行引导喷射与主喷射这样的2次喷射)。
下面说明将引导喷射组合起来的本发明的实施例的作用。
(3)利用蓄压器压力进行的引导喷射与利用增压装置进行的主喷射：图6(a)、(b)、(c)、(d)
(a)喷射前的状态〔图6(a)〕
三通电磁阀105连接油路111与油路112，三通电磁阀34连接油路a与油路b。
这与上述(1)、(2)的喷射前是同一状态。
(b)引导喷射开始的状态〔图6(b)〕
三通电磁阀105如上述(a)那样是连接油路111与油路112的状态，将三通电磁阀34变换成连接油路b与油路c。该状态与前述(1)-(b)的利用蓄压器36进行的喷射开始是同一状态，来自蓄压器36的加压燃料经由增压装置100的小油腔109、油路44、燃料积存腔14，由喷射孔12喷射到缸内。
(c)引导喷射完毕的状态〔图6(c)〕
三通电磁阀105与上述(a)、(b)同样，连接油路111与油路112，在该状态下使三通电磁阀34变换成连接油路a与油路b。
该状态与前述(1)-(c)是同一状态，加压燃料被引导到油腔26内，推压油压活塞28，使针阀18关闭。因此，引导喷射完毕。
(d)利用增压装置进行高压化的状态〔图6(a)〕
三通电磁阀105接通油路112与油路113，三通电磁阀34接通油路a与油路b。
该状态与前述(2)-(b)是同一状态，利用增压活塞101进一步加压成高压的燃料油到达燃料喷射阀的燃料积存腔14内，针阀18由油压活塞26推压在阀座上，将阀关闭。
(e)主喷射开始的状态〔图6(e)〕
三通电磁阀105连接油路112与油路113，三通电磁阀34连接油路b与油路c。
该情况与前述(2)-(c)是同一状态，燃料喷射阀的油腔26内的油排出到油箱38内，针阀18打开，利用增压装置100比蓄压器36的高压燃料的压力更加高压化的燃料油由喷射孔12喷射到缸内。
(f)主喷射完毕的状态〔图6(f)〕
三通电磁阀105为上述(e)的状态，三通电磁阀34变换成接通油路a与油路b。
这种情况与上述(2)-(d)是同一状态，来自增压装置的高压燃料油被引导到燃料喷射阀的油腔26内，作用于油压活塞28上，将针阀关闭。
在图7中表示出上述图6(a)-(f)中所说明的利用蓄压器36进行的引导喷射与利用增压装置100进行的高压喷射的组合喷射模式。
图中(b)-(c)是利用蓄压器36进行的引导喷射，(e)-(f)是利用增压装置100进行的高压主喷射。
(4)只用蓄压器进行的引导喷射与主喷射：图8(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)
在这种情况下为使增压装置100不进行动作，三通电磁阀105与前述(1)相同，连接油路111与油路112。
(a)喷射前的状态〔图8(a)〕
与前述(1)-(a)是同一状态，三通电磁阀34连接油路a与油路b，针阀由于油压活塞28的推压力而关闭。
(b)引导喷射开始的状态〔图8(b)〕
与前述(1)-(b)是同一状态，三通电磁阀34连接油路b与油路c，解除压向油压活塞28的油压，使针阀18打开，使来自蓄压器36的燃料喷射到缸内。
(c)引导喷射完毕的状态〔图8(c)〕
与前述(1)-(c)是同一状态，三通电磁阀34连接油路a与油路b，使来自蓄压器36的加压燃料作用于油压活塞28上，使针阀18关闭。
接着，只用蓄压器36进行的主喷射是按照下述(d)、(e)、(f)的顺序进行，这与上述(a)、(b)、(c)所示的引导喷射的情形按同样的顺序进行。
但是，在这种情况下，要用控制器200进行控制，使喷射量与喷射时间比引导喷射时还要大。
(d)主喷射前的状态〔图8(d)〕
三通电磁阀34连接油路a与油路b，针阀18关闭。
(e)主喷射的状态〔图8(e)〕
三通电磁阀34连接油路b与c，针阀18打开，将来自蓄压器36的燃料喷射。
(f)主喷射完毕的状态〔图8(f)〕
三通电磁阀34连接油路a与b，针阀18关闭。
在图9中表示出只利用上述(a)-(f)中所说明的蓄压器压力进行的引导喷射与主喷射的组合喷射模式。
根据发动机的运转条件利用控制器200变换使用上面说明的(1)-(4)的喷射方式。
就是说，在空运转时、低负荷时利用前述(1)或(4)的喷射方式，即只用蓄压器36的压力进行低压喷射。另外，在一定负荷以上的高负荷时，使增压装置100发生作用，利用前述(3)的喷射方式，即喷射初期的低压引导喷射与高压的主喷射的组合喷射方式对发动机进行运转控制。
从前述喷射系统来看，使用三通电磁阀可以由利用蓄压器压力进行的低压喷射瞬时地变换成利用增压装置进行的高压喷射，能使发动机过渡时的响应性大幅度提高。
另外，通过低压的引导喷射与使用增压装置进行的高压喷射的组合，能大幅度地降低发动机的噪音级别。
图10是表示本发明的另一实施例的蓄压式燃料喷射装置的构成图，是特别与权利要求14相对应的装置。
以与图1所示的实施例的差异为中心地进行说明，100是增压装置，105是增压装置用的三通电磁阀(活塞动作用的第2变换阀)，114是该三通电磁阀105控制用的电磁致动器。
前述增压装置100具有由大直径活塞101a与比其直径小的小直径活塞101b制成整体的增压活塞101、内部装有大直径活塞101a的大直径缸106、内部装有小直径活塞101b的小径缸107、大直径活塞的复位弹簧104、小直径活塞的复位弹簧103等，这些与图1的实施例是相同的。
110是蓄压器36的出口油路a供油油路)，该油路分成2条油路：通向前述增压装置用三通电磁阀105的第1连接口105a的油路(第2油路)111；与前述小直径活塞101b所面临的小直径油腔(第1缸腔)109连通的油路(供给油路)119。这一点与前述实施例不同。另外，第1油路108与上述大直径活塞101a所面临的大直径油腔(一方的分腔)125连通，而上述出口油路110不象前述实施例那样与上述第1油路108连通。
并且前述第1油路108是单独的，与上述三通电磁阀105的第2连接口105b连接。
连通大直径活塞101a的背面所面临的中油腔(另一方的分腔)126的油路112B(第3油路)不象前述实施例那样与三通电磁阀105的第2连接口105b连通，而是与燃料箱38连通，成为向大气开放状态。
从这样的实施例来看，通过前述三通磁阀105的变换以使第1连接口105a与第2连接口105b连通，换言之，使蓄压器36的出口油路110与第1油路108连通，以使蓄压器36的工作压力油(燃料油)作用于大直径油腔125内，因此，大直径活塞101a滑动，上述增压活塞101动作，因而能增大燃料压力。
又通过上述三通电磁阀105的变换，使第2连接口105b与排油路113连通，借此，能使大直径油腔125内的工作压力油(燃料油)排出到燃料箱内，又位于大直径活塞101a反对方向的中油腔(另一方的分腔)126通过第3油路112B在燃料箱38内向大气开放，因此，能禁止上述大直径活塞101a的滑动，使上述增压活塞101成为不动作状态。
因此，在这样的实施例中也能获得与前述实施例同样的作用。

Claims (17)

1.一种蓄压式燃料喷射装置，其特征在于它具有：
燃料供给机构，该机构用于将燃料加压泵压送出来的燃料油调整成规定的压力并进行供给；
蓄压器(common rail)，用于在蓄压的状态下储存由上述燃料供给机构供给的燃料油；
供给油路，是用于连通上述蓄压器与燃料喷射阀内的喷射燃料用的燃料积存腔；
控制油路，其一端是由上述供给油路分岐出来的，另一端到达上述燃料喷射阀内所形成的针阀开闭控制用的油腔；
燃料喷射控制用第1切换阀，该阀设置于上述控制油路上，通过使燃料油压作用于上述油腔内，可使燃料喷射阀内的上述针阀关闭，将上述油腔内的燃料油压除去，可使上述针阀打开，以便进行燃料喷射；
第一缸腔，形成于上述供给油路上；
增压活塞，设置于上述第一缸腔内，使该第一缸腔的容积减小地进行动作，以使该第一缸腔下游侧的燃料压力增大；
液压供给机构，就是通过液压回路将工作液压供给到上述增压活塞上；
活塞动作用第2切换阀，该阀设置于上述液压回路上，用于切换工作液压对于上述增压活塞的供给或排出，以驱动上述增压活塞；
控制器，用于将控制信号输出给上述燃料喷射控制用第1切换阀与上述活塞动作用第2切换阀，以控制上述针阀的开闭动作与上述增压活塞的动作。
2.按权利要求1所述蓄压式燃料喷射装置，其特征在于：上述控制器是将控制信号输出给上述第1切换阀与上述第2切换阀以便对高压喷射与低压喷射进行切换的控制，该高压喷射是根据上述增压活塞的动作进行的，该低压喷射是与上述增压活塞的非动作状态相对应的。
3.按权利要求2所述的燃料喷射装置，其特征在于：作为发动机的运转状态，上述控制器至少要检测发动机负荷状态，为了在发动机低负荷运转时使喷射装置成为上述低压喷射，在发动机高负荷时使喷射装置成为上述高压喷射而进行控制。
4.按权利要求2所述的燃料喷射装置，其特征在于：上述控制器要这样进行控制，以便能切换喷射压力地进行少量喷射与随后的大量喷射，在一个燃燃循环中该少量喷射与引导喷射相对应，随后的大量喷射与主喷射相对应。
5.按权利要求2所述的燃料喷射装置，其特征在于上述控制器要分别进行控制：以上述低压进行与引导喷射对应的少量喷射，根据发动机的运转状态进行与主喷射对应的随后的大量喷射，在发动机低负荷运转时以上述低压喷射，在发动机高负荷运转时以上述高压喷射。
6.按权利要求2所述的燃料喷射装置，其特征在于：上述增压活塞形成于控制油路的分歧点上游侧的供给油路上。
7.按权利要求2所述的燃料喷射装置，其特征在于上述增压活塞是由下述各部构成：
小直径部，它是在上述第一缸腔内滑动；
大直径部，它是滑动自如地配置在与上述第一缸腔接连设置的第二缸腔内，同时在动作上与小直径部连动地设置；
8.按权利要求7所述的燃料喷射装置，其特征在于：在上述第一缸腔内与第二缸腔内的至少一方收容有弹簧，该弹簧使上述小直径部朝向将上述第一缸腔的容积扩大的方向赋势。
9.按权利要求8所述的燃料喷射装置，其特征在于：上述增压活塞是将在上述第一缸内滑动的小直径部与在上述第二缸内滑动的大直径部分成两个零件进行制作。
10.按权利要求8所述的燃料喷射装置，其特征在于：使上述小直径部朝向将上第一缸腔的容积扩大的方向赋势的弹簧，至少要收容在上述第一缸腔内。
11.按权利要求7所述的燃料喷射装置，其特征在于：上述第二缸腔由上述大直径部分隔开，因此，形成不与上述第一缸腔连接设置的一方的分腔以及与上述第一缸腔连接设置的另一方的分腔。
12.按权利要求1所述的燃料喷射装置，其特征在于：上述液压供给机构是通过上述液压回路将上述工作液压引导到上述第二缸腔的一方的分腔内，借此，基于上述大直径部与小直径部的面积差，由液压使大直径部向减小上述第一缸腔容积的方向滑动，以增大上述第一缸腔下游侧的燃料压力。
13.按权利要求11所述的燃料喷射装置，其特征在于：上述液压回路具有将上述工作液压供给到上述一方的分腔内的第一油路与将上述工作液压供给到上述另一方的分腔内的第2油路，通过夹装在上述第二油路上的上述第2切换阀的切换，使工作液压作用于上述另一方的分腔内，因此，禁止上述大直径部滑动，使上述增压活塞成为非动作状态；通过除去上述另一方的工作液压，容许上述大直径部滑动，使上述增压活塞动作，即可增大燃料压力。
14.按权利要求11所述的燃料喷射装置，其特征在于：上述液压回路具有将上述工作液压供给到一方的分腔内的第一油路与将上述另一方的分腔连通到大气侧的第三油路，通过夹装在上述第一油路上的上述第二切换阀的切换，使工作液压作用于上述一方的分腔内，使上述大直径部滑动，因而上述增压活塞动作，燃料压力增大，通过除去上述一方的工作液压，则禁止上述大直径部的滑动，使上述增压活塞成为非动作状态。
15.按权利要求12-14所述的燃料喷射装置，其特征在于：上述液压供给机构是通过上述液压回路引导上述工作液压的上述第一缸腔上游侧的上述供给油路，或者是上述蓄压器内的燃料油压。
16.按权利要求12-14所述的燃料喷射装置，其特征在于：上述液压供给机构是使用与上述燃料油不同的工作液，与此同时，利用与上述燃料供给机构分开设置的加压泵来压送上述工作液，以发生上述工作液压。
17.按权利要求1所述的燃料喷射装置，其特征在于：上述第一缸是在上述供给油路的途中将其通路剖面扩大而形成，通向上述第一缸的上述供给油路的流入口，在上述增压活塞非动作时是连通的，并且在上述增压活塞动作时是接连在闭塞位置。
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