JP2004150391A

JP2004150391A - Fuel injection equipment for internal combustion engine

Info

Publication number: JP2004150391A
Application number: JP2002318470A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Yamamoto; 義久山本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make simpler a boosting mechanism of a fuel injection equipment, to provide a delicate control in synchronism with an injection, and to realize a stabilized injection characteristic. <P>SOLUTION: A fuel passage 23 from a fuel pump 1 is connected to a piston operating chamber 45 of a boosting mechanism 4 via a supply passage 24, and thus fuel injection is controlled by a boosting control valve 3 consisting of two-position two-way valves. The piston operating chamber 45 is connected to a return passage 27 via a throttle 27a. When the boosting control valve 3 is closed by a control unit 7, fuel pressure of the piston operating chamber 45 is decreased, and then fuel discharged from the fuel pump 1 is supplied directly to an injection mechanism 5. Now, when the injection mechanism 5 is actuated, low pressure injection is caused. When the boosting control valve 3 is opened, the fuel pressure of the piston operating chamber 45 is increased, then a large bore piston 41 and a small bore plunger 42 are displaced in one piece, thereby boosting the fuel and supplying the fuel to the injection mechanism 5. Next, when the injection mechanism 5 is actuated, high pressure injection is caused. The boosting control and injection control can be performed at any given timing, and consequently a desired injection can be fulfilled. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、増圧機構を備えた内燃機関用の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球温暖化の観点から、ＣＯ_２排出量が少ないディーゼルエンジンが見直されている。ディーゼルエンジンについては、排出ガスのクリーン化が重要な課題であり、その対策として、燃料の噴射圧力を高めることが要求されている。これを簡易に実現するために、例えば、特許文献１には、燃料ポンプから供給される燃料を増圧する増圧機構を備えた燃料噴射装置が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２５２６６２０号公報
【０００４】
特許文献１の燃料噴射装置は、図９に示すように、大径部１０１と小径部１０２を有するピストン１０３と、大径部１０１と小径部１０２を連結する連結部１０４周りに摺動自在に配設したスプール１０５を有し、ピストン１０３の大径部１０１とスプール１０５を大径の嵌合孔１０６に、小径部１０２を小径の嵌合孔１０７にそれぞれ摺動自在に嵌合して、大径部１０１側の嵌合孔１０６端部に加圧室１０８を、小径部１０２側の嵌合孔１０７端部に燃料圧送室１０９を形成した増圧装置１００を備えている。燃料ポンプ１１０から吐出される燃料は、通路１１１を介して燃料圧送室１０９へ供給されるとともに、スプール外周に設けた環状溝１１２および通路１１３を介して加圧室１０８へ供給される。
【０００５】
そして、燃料ポンプ１１０から供給される燃料によって加圧室１０８の圧力が増加すると、ピストン１０３が図の上方に移動し、燃料圧送室１０９内の燃料を加圧、圧送する。燃料の圧送によりピストン１０３がスプール１０５を押し上げると、スプール１０５外周の環状溝１１２がドレーン通路１１４に連通し、加圧室１０８の圧力を低下させる。この時、圧送される燃料の圧力は、大径部１０１と小径部１０２の受圧面積比に比例するため、増圧された燃料を燃料噴射部１１５に供給することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の燃料噴射装置は、燃料ポンプ１１０から供給される燃料によって増圧装置１００が自動的に作動する構成となっており、内部に弁機能を有するため構造が複雑で高価になる問題がある。しかも、近年、エンジン運転状態に応じて噴射毎の圧力を最適化することが望まれるようになっているが、上記従来装置は、増圧装置１００を介して増圧された燃料を供給することを前提としており、このような要求には対応していない。特許文献１には、燃料ポンプ１１０から増圧装置１００への通路１１６に切換弁を設けて、燃料の供給、遮断を制御できるようにした構成も示されているが、切換弁は増圧装置１００の自動作動を行うか否かを制御するもので、増圧作動そのものの制御はできない。また、作動と噴射は必ずしも同期していないため、噴射毎に圧力を最適にすることが不可能であるばかりでなく、油圧回路内の圧力変動により噴射の安定性にも問題があった。
【０００７】
本発明は、燃料噴射装置の増圧手段から弁機能を削除して、構成をより簡易なものとし、かつ噴射に同期したきめ細かい制御が可能であるとともに、安定した噴射特性を得ることが可能な燃料噴射装置を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の内燃機関用燃料噴射装置は、燃料を送出する燃料供給手段と、該燃料供給手段からの燃料を増圧する増圧手段と、上記燃料供給手段からの燃料または上記増圧手段により増圧された燃料を噴射する噴射手段とを備える。上記増圧手段は、一体に摺動する大径のピストンおよび小径のプランジャと、上記燃料供給手段と上記噴射手段の間に介設され上記小径のプランジャの作動に伴い容積を拡縮するプランジャ室と、上記大径のピストンに流体圧を作用させるピストン作動室と、上記ピストン作動室に作動流体を供給する流体供給手段を有しており、上記流体供給手段と上記ピストン作動室とを連通する流体供給通路には、二方弁構造の増圧制御弁が、上記ピストン作動室からの戻り通路には絞りが設けてあって、上記ピストン作動室の流体を加圧、放圧することにより増圧作動を制御する。
【０００９】
上記増圧制御弁が閉状態の時、上記ピストン作動室への作動流体の供給が遮断され、絞りを経て作動流体が戻されるために、上記増圧手段は作動せず、上記噴射手段へ低圧の燃料が供給される。次に上記増圧制御弁を開状態とすると、上記流体供給手段から上記ピストン作動室へ作動流体が供給されるので、その圧力で大径のピストンと小径のプランジャがプランジャ室の容積を縮小する方向に移動し、燃料を増圧して上記噴射手段へ供給する。
【００１０】
従って、上記増圧制御弁の開閉を制御することで、高圧燃料または低圧燃料を上記噴射手段に供給することができる。また、この時、上記噴射手段を作動させれば、高圧噴射と低圧噴射を任意に切換えることができる。よって、例えば内燃機関の負荷に応じて上記増圧手段の作動を制御することで、噴射圧力を最適化し運転状態に応じたきめ細かい制御を行うとともに、安定した噴射特性を得ることが可能である。また、二方弁からなる上記増圧制御弁と絞りを用いた簡単な構成で、増圧作動を制御することができるので低コスト化が可能である。
【００１１】
請求項２記載の発明では、上記増圧制御弁の駆動を上記噴射手段の作動に同期させて制御する制御手段を設ける。上記制御手段により上記噴射手段に同期させて上記増圧制御弁を開閉することで、噴射毎の圧力を任意に設定したり、一回の噴射において低圧噴射から高圧噴射へ切り換える等、最適な形での噴射が可能になるので、よりきめ細かい制御を実現する。
【００１２】
請求項３記載の発明のように、上記噴射手段は開閉弁を三方弁によって制御することができる。例えば、三方弁のポートを上記増圧手段からの通路と戻り通路に接続し、これら通路と上記開閉弁の背圧室に至るポートとの連通を切り換えることで、上記開閉弁を駆動し噴射を制御することができる。
【００１３】
請求項４記載の発明では、上記噴射手段の開閉弁を二方弁によって制御する。例えば、上記増圧手段からの通路に連通する上記開閉弁の背圧室と戻り通路の間を、二方弁で開閉するようにしてもよく、より簡単な構成で噴射制御を行うことができる。
【００１４】
請求項５記載の発明では、上記流体供給手段として上記燃料供給手段を用いる。上記燃料供給手段からの燃料を上記流体供給手段の作動流体として用いることができ、より簡単な構成で上記増圧手段を作動させることができる。
【００１５】
請求項６記載の発明では、上記流体供給手段を上記燃料供給手段と別体とする。上記流体供給手段として内燃機関に備えられる他の圧力源を用いることもでき、燃料消費量を低減することができる。
【００１６】
請求項７記載の発明では、上記流体供給手段および上記燃料供給手段の少なくとも一方に蓄圧器を設ける。これにより、流体通路または燃料通路内の圧力をより安定化することができる。
【００１７】
請求項８記載の発明では、上記噴射手段を内燃機関の気筒数と同数設け、これら噴射手段の２つ以上に上記増圧手段から増圧した燃料を供給する。上記増圧手段によって増圧された高圧燃料を複数の噴射手段に供給することが可能であり、装置を大型化することなく、精度よい噴射制御が可能になる。
【００１８】
請求項９記載の発明では、上記噴射手段および上記増圧手段を内燃機関の気筒数と同数設ける。上記増圧手段を上記噴射手段のそれぞれに対応させて設けることもでき、増圧作動が各気筒毎になされるので安定性に優れ、より正確な制御が可能となる。
【００１９】
請求項１０記載の発明では、上記請求項９の構成において、上記増圧手段を上記噴射手段と一体に構成する。これにより、上記増圧手段と上記噴射手段が近接するので、エネルギーロスとなる高圧部のデッドボリュームが小さくでき、安定性、制御性がより向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の第１の実施形態を説明する。図１は本発明を適用したディーゼルエンジンの燃料噴射装置の全体構成を示す図で、主な構成要素として燃料ポンプ１、燃料タンク２、増圧機構４、噴射機構５、制御装置７を有している。図中、燃料ポンプ１は、燃料タンク２の燃料をフィルタ２１を介して汲み、加圧した燃料をフィルタ２２を通して燃料通路２３に供給するようになっている。燃料通路２３は途中分岐しており、その一方は流体供給通路である供給通路２４となり、増圧機構４に作動流体としての燃料を供給している。他方は低圧供給路２５となり、増圧機構４に増圧するための燃料を供給するとともに、燃料供給路２６を介して噴射機構５に接続している。
【００２１】
燃料供給手段としての燃料ポンプ１は、吐出量の可変機構を持つ公知の構成のものが用いられ、制御手段である制御装置７によって吐出量を制御する。制御装置７は、圧力センサ６によって燃料通路２３の圧力を監視し、検出される燃料通路２３の圧力が所望の圧力となるように、燃料ポンプ１の吐出量を変更する。
【００２２】
増圧手段である増圧機構４は、大径のボア４３内を油密を保って摺動可能な大径のピストン４１と、ボア４４内を油密を保って摺動可能な小径のプランジャ４２を有している。これら大径のピストン４１と小径のプランジャ４２は軸線を一致させて一体的に摺動するように設けられ、増圧ピストンとして機能する。大径のピストン４１の端面（プランジャ４２と反対側の端面）と大径のボア４３とで囲まれる空間は、大径のピストン４１に油圧を作用させるピストン作動室４５を形成しており、このピストン作動室４５に上記供給通路２４が接続されている。ピストン作動室４５には、また、燃料タンク２に連通する戻り通路２７が接続される。
【００２３】
燃料通路２３から分岐する供給通路２４には、増圧機構４の作動を制御するための増圧制御弁３が設けられる。増圧制御弁３は二位置二方弁からなり、制御装置７により開位置または閉位置に切換え駆動されることで、ピストン作動室４５への作動流体となる燃料の供給、遮断を制御する。また、ピストン作動室４５からの戻り通路２７には絞り２７ａが設けられて、燃料タンク２へ戻される燃料の量を制限している。
【００２４】
一方、増圧機構４の吐出側には、小径のプランジャ４２の端面（ピストン４１と反対側の端面）と小径のボア４４とで囲まれる空間にて、プランジャ室４６が形成される。プランジャ室４６は、逆止弁２６ａおよび燃料供給路２６を介して噴射機構５に接続しており、プランジャ室４６と逆止弁２６ａの間には、逆止弁２５ａを介して低圧供給路２５が接続される。逆止弁２５ａ、２６ａはいずれも噴射機構５方向への燃料流れのみを許容する。従って、低圧供給路２５から供給される燃料をプランジャ室４６で増圧し、燃料供給路２６に吐出することができる。
【００２５】
噴射手段である噴射機構５は、噴孔５１を開閉する開閉弁であるノズルニードル５２と、ノズルニードル５２に背圧を作用させるノズル制御室５３と、ノズル制御室５３の圧力を制御する三方電磁弁５４を有している。ノズルニードル５２は縦穴５５内に摺動自在に配置され、ノズルニードル５２の上端面と縦穴５５上端部とでノズル制御室５３を形成している。さらにノズル制御室５３内にノズルニードル５２を閉弁方向に押圧するばね５９を配置している。ノズルニードル５２周りには、通路５５１を介して燃料供給路２５に連通する燃料溜まり室５５２が設けられる。ノズル制御室５３は、並列配置されたオリフィス５６と逆止弁５７を介して三方電磁弁５４に接続される。三方電磁弁５４は、その１つのポートが燃料供給路２５に連通するとともに、他の１つのポートが戻り通路２８を介して燃料タンク２に連通している。そして、これらポートのいずれかとノズル制御室５３に連通するポートが連通するように切換えることにより、ノズルニードル５２の背圧を制御する。三方電磁弁５４の作動を制御する制御手段は、望ましくは制御装置７と一体に設けられる。
【００２６】
上記構成の燃料噴射装置の作動について、次に説明する。燃料ポンプ１下流の燃料通路２３は、圧力センサ６からの検出信号を基に制御装置７が燃料ポンプ１の吐出量を増減制御することによって、所望の圧力（例えば３０ＭＰａの圧力）に制御されており、この燃料が増圧機構４および噴射機構５に供給される。制御装置７は、また、エンジンの運転状態に応じて最適な噴射モードを決定し、噴射機構５からの燃料噴射を制御するともに、これに同期させて増圧機構４の作動を制御することにより噴射圧力を制御する。増圧機構４は、増圧制御弁３を開閉して、ピストン作動室４５を加圧、放圧することにより、大径のピストン４１および小径のプランジャ４２を駆動し増圧作動を行う。
【００２７】
ここで、増圧制御弁３が閉の状態を維持していると、増圧機構４は作動せず、燃料通路２３の燃料は、低圧供給路２５から逆止弁２４ａ、２５ａを通って燃料供給路２６へ供給されると同時に、増圧機構５のプランジャ室４６へ供給される。増圧制御弁３が閉じているため、その下流の流体供給路２４および増圧機構４のピストン作動室４５へは燃料が供給されず、ピストン作動室４５の燃料は絞り２７ａを経て戻り通路２７から燃料タンク２へ戻される。このため、ピストン作動室４５の燃料圧はほぼ大気圧まで低下し、大径のピストン４１および小径のプランジャ４２は、プランジャ室４６の燃料圧を受けて図の下方へ変位した後、停止したままとなる。
【００２８】
この時、噴射機構５に、制御装置７から図示しない信号ラインを通じて噴射開始の制御信号を出力すると、ノズル制御室５３と戻り通路２８が連通する状態となるように三方電磁弁５４が切換えられて、低圧の燃料噴射がなされる。すなわち、ノズル制御室５３の燃料が戻り通路２８から燃料タンク２へ排出されるために、ノズルニードル５２を下向きに作用するノズル制御室５３の圧力が低下し、これとばね５９の押圧力の和が上向きに作用する燃料溜まり室５５２の圧力を下回るとノズルニードル５２がリフトする。これにより、燃料供給路２６から通路５５１を経て燃料溜まり室５５２に供給される低圧の燃料が、噴孔５１から噴射される。次いでノズル制御室５３と燃料供給路２６が連通する状態となるように三方電磁弁５４を切換えると、ノズル制御室５３に燃料が供給されて圧力が上昇する。この圧力を受けるノズルニードル５２の下方向の油圧力とばね力の和が燃料溜まり室５５２からの上向きの油圧力より大きくなりノズルニードル５２が下降して噴孔５１に押圧され、噴射が停止する。また、噴射機構５に制御信号を与えなければ、このままの状態で噴射せず、待機することができる。
【００２９】
次に、所定のタイミングで増圧制御弁３を開状態にすると、燃料通路２３からの燃料が、例えば３０ＭＰａの圧力で増圧機構４のピストン作動室４５へ供給される。この時、同時に戻り通路２７へ一部の燃料が流出するが、その量は絞り２７ａで最小限に制限される。ピストン作動室４５内は、増圧制御弁３のシートの絞り（図示せず）量と絞り２７ａとで決まる圧力になり、例えばほぼ３０ＭＰａになる。従って、大径のピストン４１と小径のプランジャ４２とは、各々同じ圧力で上下から油圧力を受けることになるが、その受圧面積が異なるため上向きの作用力が優勢となって、大径のピストン４１と小径のプランジャ４２が上方（プランジャ室４６の容積を縮小する方向）へ変位する。
【００３０】
この時、受圧面積比が例えば５：１に設定してあれば、プランジャ室４６の圧力は、例えば１５０ＭＰａに増圧され、この高圧燃料が逆止弁２６ａ、燃料供給路２６を通して噴射機構５へ供給される。プランジャ室４６は、一方で低圧供給路２５とも連通しているが、逆止弁２５ａにより増圧された燃料の逆流は抑止される。ここで、噴射機構５に制御信号を与え、ノズル制御室５３と戻り通路２８が連通する状態となるように三方電磁弁５４を切換えれば、ノズルニードル５２がリフトして、燃料供給路２６から通路５５１、燃料溜まり５５２を経て高圧の燃料が噴孔５１から噴射される。次いでノズル制御室５３と燃料供給路２６が連通する状態となるように三方電磁弁５４を切換えると、噴射が停止する。このようにして高圧の燃料噴射が可能となる。
【００３１】
その後、再び、所定のタイミングで増圧制御弁３を閉状態にすると、ピストン作動室４５への燃料の供給が断たれ、戻り通路２７から燃料タンク２への燃料の戻りのみとなるため、ピストン作動室４５の圧力が低下し、ほぼ大気圧状態となる。このため、プランジャ室４６の残圧により、さらには低圧供給路４からの例えば３０ＭＰａの供給圧により、大径のピストン４１および小径のプランジャ４２は、再び図の下方へ変位し、最初の状態に戻る。
【００３２】
以上のように、上記構成によれば、制御装置７により増圧制御弁３の開閉を制御することで、燃料供給路２６に低圧の燃料または高圧の燃料を供給し、低圧噴射と高圧噴射を容易に切換えることができる。従って、エンジンの運転状態に応じて任意の燃料噴射制御を行うことができる。例えば、エンジンが低速低負荷においては、増圧機構４を作動させず、噴射機構５を作動させて低圧噴射を行う。場合によっては、２回の噴射に分割して低圧噴射することもできる。中速中負荷においては、低圧状態で１回噴射し、即時に増圧機構５を増圧制御弁３によって作動させて、高圧状態で２回目の噴射を行うことができる。増圧制御と噴射制御は各々任意のタイミングで行うことができるので、これを近接させて行えば、いわゆるパイロット噴射となる。また、高負荷においては、増圧機構５を作動させて、高圧状態で噴射を行う。この時、要求によっては、低圧状態で噴射を開始し、そのまま増圧機構５を作動させて、１回の噴射で低圧状態と高圧状態を継続して切り換えることも可能である。これは、いわゆるブーツ噴射となる。
【００３３】
このように、噴射機構５による燃料噴射に同期させて増圧機構４の増圧作動を制御することで、一回毎の噴射のタイミング、回数、間隔、圧力および量の全てを自由に設定できるので、エンジンの運転状態に応じて、最適な形で噴射を行うことができ、きめ細かい制御が可能である。しかも、増圧機構４において、可動部材は、大径のピストン４１および小径のプランジャ４２のみであり、複雑な弁機能を構成する部品を要しない。そして、大径のピストン４１の端面に形成されたピストン作動室４５の加圧、放圧を、二方弁からなる増圧制御弁３の開閉と絞り２７ａで制御するようにしたので、簡易な構成で小型かつ安価にできる。
【００３４】
本発明の第２実施形態を図２に従って説明する。本実施形態の燃料噴射装置の基本構成および作動は第１実施形態と同じであり、図２のように、第１実施形態の噴射機構５に代えて、さらに構成を簡易なものとした噴射機構５´を用いている点でのみ異なっている。この噴射機構５´の構成を以下に説明する。噴射機構５´は、ノズルニードル５２の上方にノズル制御室５３を有し、この圧力によってノズルニードル５２は噴孔５１を閉じる方向に押圧される。燃料供給路２６は、ノズルニードル５２周りに形成される燃料溜まり室５５２に連通するとともに、絞り５３１を介してノズル制御室５３に連通しており、さらに絞り５３１とノズル制御室５３の間から分岐して、絞り５８１を介して噴射制御弁５８に連通している。本実施形態では、噴射制御弁５８として二位置二方弁を用いている。
【００３５】
噴射制御弁５８が閉の状態にある時、燃料溜まり室５５２、ノズル制御室５３は共に燃料供給路２６と同じ圧力となるが、燃料溜まり室５５２からの上向き受圧面積がシート内側分小さいために、ノズル制御室５３の圧力による下向きの力が勝り、ノズルニードル５２は噴孔５１を閉鎖して無噴射状態になる。
【００３６】
次に噴射制御弁５８に噴射信号が入ると、噴射制御弁５８が開の状態になり、ノズル制御室５３から戻り通路２８への燃料の流出が可能となる。燃料供給路２６からの燃料は、燃料溜まり室５５２へは、直接、例えば３０ＭＰａの圧力で与えられるが、ノズル制御室５３へは絞り５３１で制限された量だけが流入し、絞り５８１を通って戻り通路２８へ逃げるため、２つの絞り５３１、５８１で決まる圧力になるまで低下する。望ましくは、絞り５３１を小さくし絞り５８１は大きく設定することで、ほぼ大気圧になるまで低下させることができる。燃料溜まり室５５２の圧力と受圧面積で決まる上向きの力が、ノズル制御室５３の圧力と受圧面積で決まる下向きの力とばね５９の押圧力の和がアンバランスとなり、上向きの力が勝ってノズルニードル５２が開弁し、噴射が開始される。
【００３７】
このように、本実施の形態によれば、二方弁からなる噴射制御弁５８を用いたので噴射機構５´がより簡易な構成となり、しかもノズルニードル５２の開閉動作については上記第１実施形態と同等機能を維持できる。噴射機構５と噴射機構５´の作動、構成上の違いは、噴射機構５のオリフィス５６と逆止弁５７によるノズルニードル５２の速度制御の有無のみである。その他の構成、作動は上記第１の実施形態と同じであり、同様の効果が得られる。
【００３８】
本発明の第３実施形態を図３に従って説明する。上記第１、第２実施形態では、燃料ポンプ１下流の燃料通路２３にフィルタ２２を設けたが、図３のように、燃料ポンプ１上流側のフィルタ２１のみで十分な燃料の浄化機能が得られる場合には、これを省略することも可能である。さらに、本実施形態では、燃料ポンプ９下流の燃料通路２３に蓄圧器９を設けており、これにより燃料通路内の圧力をより安定化することができる。また、上記第１、第２実施形態で燃料供給路２６に設けた逆止弁２６ａも省略しており、構成を簡易にすることができる。逆止弁２６ａは、増圧機構４の小径プランジャ４２が下方に変位する時、噴射機構５の残圧を下げないようにする効果があるが、多くの場合、毎回の噴射の前に低圧まで下げた方が制御自由度が高くなるため、そのような場合には、本実施形態の構成を採用するとよい。
【００３９】
本発明の第４実施形態を図４に従って説明する。上記第１〜第３実施形態では、従来構成（図９参照）と同様、増圧機構４をエンジンに１つ設け、各気筒がこれを共用する構成としたが、本実施形態では、増圧機構４´を気筒数分設けるとともに、噴射機構５´´に一体化している。図４のように、本実施形態では上記図３の第３実施形態と同様、燃料ポンプ１から蓄圧器９に燃料を送出する構成としており、この蓄圧器９から燃料通路２３´にて各気筒の噴射機構５´´へ接続している。制御装置７は、蓄圧器９の燃料圧力を検出し、その結果を基に燃料ポンプ１からの吐出量を制御している。
【００４０】
噴射機構５´´は、上記各実施形態の増圧機構４と同一構成の増圧機構４´を内蔵しており、蓄圧器９で安定化された燃料を、上記各実施形態と同様にして増圧し、増圧機構４´下流の燃料供給路２６に供給する。増圧機構４´下流の燃料供給路２６は、燃料通路２３´から分岐する低圧供給路２５とともに噴射機構５´´の本体ハウジング内部に穿設される小径孔にて形成される。ノズル制御室５３は絞り５３１にて燃料供給路２６に接続するとともに、絞り５８１にて噴射制御弁５８に接続し、ノズルニードル５２の開閉を二位置二方弁である噴射制御弁５８にて制御するようになっている。なお、図には、増圧機構４´と一体の噴射機構５´´を一気筒分のみ示したが、他の気筒についても、それぞれ同様の噴射機構５´´が接続される。従って、蓄圧器９で安定化された燃料は、図示の噴射機構５´´の他、図示しない他の気筒に対応する増圧機構４´の各々に供給される。増圧機構４´の増圧制御弁３、絞り２７ａ、低圧供給路２５の逆止弁２５ａ等も各気筒毎に設けられている。
【００４１】
上記構成によれば、図３の上記第３実施形態と比較して、増圧機構４´と噴射機構５´´が近接して配置されるので、増圧機構４´の下流の燃料供給路２６を短くすることができる。すなわち、本実施形態においては、増圧作動が気筒毎に各々なされ、しかも噴射機構５´´に極めて近い位置で行われるため、エネルギーロスとなる高圧部のデッドボリュームが小さくできる。さらに、安定性に優れ、かつ正確な制御が可能となる。また、増圧機構５´´が１気筒分の作動をすればよいので、従来適用できなかった高速エンジンにも適用することができる、という効果を有している。なお、本実施形態では、他の実施形態に比べると部品が多くなり構成も複雑になるが、図９の従来構成と比較すれば、増圧機構４´、噴射機構５´´とも大きく簡素化しているため、比較的簡素に保つことができる。
【００４２】
ここで、本発明による燃料噴射制御について、図４の第４実施形態の構成を用いて、さらに詳しく説明する。図５は通常噴射の場合で、増圧制御弁３が開の状態を維持していると増圧機構４´は作動せず、ノズル噴射圧は低圧のままである。噴射に先立って増圧制御弁３を閉の状態に切り換えると、増圧機構４´のピストン作動室４５への燃料の供給が遮断され、燃料が絞り２７ａを経て戻り通路２７から燃料タンク２へ戻される。このため、ピストン作動室４５の燃料圧が低下し、これに伴って大径のピストン４１および小径のプランジャ４２からなる増圧ピストンが一体で、図４の上方（プランジャ室４６の容積を拡大する方向）へ変位する。ピストン作動室４５の燃料圧がほぼ大気圧まで低下すると、増圧ピストンは停止する。
【００４３】
次に、増圧制御弁３を再び開の状態とすると、増圧機構４´のピストン作動室４５へ燃料が供給されるために、ピストン作動室４５の燃料圧で増圧ピストンが、図４の下方（プランジャ室４６の容積を縮小する方向）へ変位する。これにより、増圧された燃料が燃料供給路２６から噴射機構５´´に供給される。同時に、噴射機構５´´の噴射制御弁５８を開弁し、ノズルニードル５２をリフトさせれば、図５のように所望の噴射率で高圧の燃料噴射を行うことができる。
【００４４】
図６はパイロット噴射の場合で、増圧制御弁３が開の状態から、図５の通常噴射と同様にして、増圧制御弁３を閉の状態に切り換える。これにより、増圧ピストンをリフトさせた後、ノズル噴射圧が低圧のままである時に、噴射機構５´´の噴射制御弁５８を開弁して低圧噴射を行う。次いで所定のタイミングで増圧制御弁３を再び開の状態とすると同時に、噴射制御弁５８を開弁して高圧のメイン噴射を行う。
【００４５】
また、図７はブーツ噴射の場合で、増圧制御弁３を閉の状態に切り換えて増圧ピストンをリフトさせ、この状態で噴射制御弁５８を開弁して低圧噴射を開始した後、増圧制御弁３を再び開の状態とする。これによりプランジャ室４６の燃料が増圧されて噴射機構５´´に供給されるので、低圧噴射に続けて高圧噴射を行うことができる。
【００４６】
以上説明した各実施形態では、増圧機構４、４´を作動させるためにピストン作動室４５に供給する作動流体を燃料とし、燃料ポンプ１から増圧機構４へ燃料を供給する構成としたが、別の圧力源を用いて燃料以外の作動流体を供給することもできる。別の圧力源としては、例えばオイルポンプを用い、エンジンオイルを作動流体とすることができる。これを図８に本発明の第５実施形態として示す。図中、燃料タンク２ａからフィルタ２１ａを経て供給される燃料は燃料ポンプ１ａで加圧されて蓄圧器９ａへ吐出される。蓄圧器９ａ下流の低圧供給路２５は、増圧機構４のプランジャ室４６および噴射機構５への燃料供給路２６へ接続される。一方、オイルタンク２ｂからフィルタ２１ｂを経てオイルポンプ１ｂへエンジンオイルが供給され、加圧されて蓄圧器９ｂへ吐出される。オイル通路２３ｂに設置した蓄圧器９ｂ下流の供給通路２４は、増圧制御弁３を介して増圧機構４のピストン作動室４５に接続される。
【００４７】
蓄圧器９ａ下流の低圧供給路２５、蓄圧器９ｂ下流の供給通路２４には、それぞれ圧力センサ６ａ、６ｂが接続されており、その検出結果から制御装置７ａ、７ｂが燃料ポンプ１ａ、オイルポンプ１ｂを制御するようになっている。このように、同じ構成の２つの圧力源を用いてもよく、増圧機構４の作動に燃料を使用しないので、燃料消費量を低減できる。
【００４８】
また、上記実施形態では、増圧機構４を１つ設けた構成、および気筒数だけ設けた構成を示したが、その中間として、例えば２気筒に１つの増圧機構４を設けたりすることも可能である。また、噴射機構５やその他の部位の構成は、上記実施形態に示したものに限らず、適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１実施形態のディーゼルエンジンの燃料噴射装置構成を示す油圧回路図である。
【図２】第２実施形態のディーゼルエンジンの燃料噴射装置構成を示す油圧回路図である。
【図３】第３実施形態のディーゼルエンジンの燃料噴射装置構成を示す油圧回路図である。
【図４】第４実施形態のディーゼルエンジンの燃料噴射装置構成を示す油圧回路図である。
【図５】第４実施形態の燃料噴射装置を用いた燃料噴射制御の一例（通常噴射）を示す図である。
【図６】第４実施形態の燃料噴射装置を用いた燃料噴射制御の一例（パイロット噴射）を示す図である。
【図７】第４実施形態の燃料噴射装置を用いた燃料噴射制御の一例（ブーツ噴射）を示す図である。
【図８】第５実施形態のディーゼルエンジンの燃料噴射装置構成を示す油圧回路図である。
【図９】従来のディーゼルエンジンの燃料噴射装置構成を示す油圧回路図である。
【符号の説明】
１燃料ポンプ（燃料供給手段、流体供給手段）
２燃料タンク
２４供給通路（流体供給通路）
２７戻り通路
２７ａ絞り
３増圧制御弁
４増圧機構（増圧手段）
４１大径のピストン
４２小径のプランジャ
４５ピストン作動室
４６プランジャ室
５噴射機構（噴射手段）
５４三方電磁弁
５８噴射制御弁
７制御装置（制御手段）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine having a pressure increasing mechanism.
[0002]
[Prior art]
From the perspective of global warming, CO ₂ Diesel engines with low emissions are being reviewed. For diesel engines, it is an important issue to clean exhaust gas, and as a countermeasure, it is required to increase the fuel injection pressure. In order to easily realize this, for example, Patent Literature 1 proposes a fuel injection device including a pressure increasing mechanism for increasing the pressure of fuel supplied from a fuel pump.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2526620
[0004]
As shown in FIG. 9, the fuel injection device of Patent Document 1 is slidable around a piston 103 having a large-diameter portion 101 and a small-diameter portion 102 and a connecting portion 104 connecting the large-diameter portion 101 and the small-diameter portion 102. A large-diameter portion 101 of the piston 103 and the spool 105 are slidably fitted to the large-diameter fitting hole 106, and the small-diameter portion 102 is slidably fitted to the small-diameter fitting hole 107, respectively. The pressure increasing device 100 is provided with a pressurizing chamber 108 formed at the end of the fitting hole 106 on the large diameter part 101 side and a fuel pressure chamber 109 formed at the end of the fitting hole 107 on the small diameter part 102 side. The fuel discharged from the fuel pump 110 is supplied to the fuel pressure feed chamber 109 through the passage 111 and is supplied to the pressurizing chamber 108 through the annular groove 112 and the passage 113 provided on the outer periphery of the spool.
[0005]
Then, when the pressure in the pressurizing chamber 108 increases due to the fuel supplied from the fuel pump 110, the piston 103 moves upward in the drawing, and pressurizes and pressurizes the fuel in the fuel pumping chamber 109. When the piston 103 pushes up the spool 105 by pumping the fuel, the annular groove 112 on the outer periphery of the spool 105 communicates with the drain passage 114 to reduce the pressure in the pressurizing chamber 108. At this time, the pressure of the fuel to be pumped is proportional to the pressure receiving area ratio between the large diameter portion 101 and the small diameter portion 102, so that the increased pressure fuel can be supplied to the fuel injection unit 115.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional fuel injection device has a configuration in which the pressure booster 100 is automatically operated by the fuel supplied from the fuel pump 110, and has a problem that the structure is complicated and expensive because it has a valve function inside. There is. Moreover, in recent years, it has been desired to optimize the pressure for each injection according to the operating state of the engine. However, the above-described conventional device supplies the pressurized fuel via the pressure booster 100. And does not respond to such a request. Patent Document 1 also discloses a configuration in which a switching valve is provided in a passage 116 from the fuel pump 110 to the pressure intensifier 100 so that supply and cutoff of fuel can be controlled. It controls whether or not to perform the automatic operation of 100, and cannot control the pressure increasing operation itself. In addition, since the operation and the injection are not always synchronized, it is not only impossible to optimize the pressure for each injection, but also there is a problem in the stability of the injection due to pressure fluctuations in the hydraulic circuit.
[0007]
The present invention eliminates the valve function from the pressure increasing means of the fuel injection device, makes the configuration simpler, and enables fine control synchronized with the injection and obtains stable injection characteristics. It is intended to realize a fuel injection device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel injection device for an internal combustion engine, comprising: fuel supply means for delivering fuel; pressure increase means for increasing the pressure of fuel from the fuel supply means; and fuel from the fuel supply means or the pressure increase means. Injection means for injecting the fuel under increased pressure. The pressure increasing means includes a large-diameter piston and a small-diameter plunger that slide together, a plunger chamber that is interposed between the fuel supply means and the injection means and expands or contracts in volume with the operation of the small-diameter plunger. A piston working chamber for applying a fluid pressure to the large-diameter piston, and fluid supply means for supplying a working fluid to the piston working chamber, and a fluid that communicates the fluid supply means with the piston working chamber. A pressure increase control valve having a two-way valve structure is provided in the supply passage, and a throttle is provided in the return passage from the piston working chamber. The pressure increasing operation is performed by pressurizing and releasing the fluid in the piston working chamber. Control.
[0009]
When the pressure increase control valve is in the closed state, the supply of the working fluid to the piston working chamber is shut off, and the working fluid is returned through the throttle. Therefore, the pressure increasing means does not operate, and the low pressure is applied to the injection means. Of fuel is supplied. Next, when the pressure increasing control valve is opened, the working fluid is supplied from the fluid supply means to the piston working chamber, so that the large-diameter piston and the small-diameter plunger reduce the volume of the plunger chamber by the pressure. , The fuel is increased in pressure and supplied to the injection means.
[0010]
Therefore, by controlling the opening and closing of the pressure increase control valve, high pressure fuel or low pressure fuel can be supplied to the injection means. At this time, by operating the injection means, high-pressure injection and low-pressure injection can be arbitrarily switched. Therefore, for example, by controlling the operation of the pressure increasing means according to the load of the internal combustion engine, it is possible to optimize the injection pressure, perform fine control according to the operation state, and obtain stable injection characteristics. Further, the pressure increasing operation can be controlled with a simple configuration using the above-described pressure increasing control valve composed of a two-way valve and a throttle, so that the cost can be reduced.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, there is provided control means for controlling the driving of the pressure increase control valve in synchronization with the operation of the injection means. By opening and closing the pressure increase control valve in synchronization with the injection means by the control means, the pressure for each injection can be set arbitrarily, or the injection can be switched from low pressure injection to high pressure injection in one injection. Injection is possible, so that finer control is realized.
[0012]
As in the invention according to claim 3, the injection means can control the on-off valve by a three-way valve. For example, the port of the three-way valve is connected to the passage from the pressure increasing means and the return passage, and the communication between these passages and the port to the back pressure chamber of the on-off valve is switched, so that the on-off valve is driven to perform injection. Can be controlled.
[0013]
In the invention described in claim 4, the on-off valve of the injection means is controlled by a two-way valve. For example, a two-way valve may be used to open and close between the back pressure chamber of the on-off valve and the return passage communicating with the passage from the pressure-increasing means, and the injection control can be performed with a simpler configuration. .
[0014]
In the invention according to claim 5, the fuel supply means is used as the fluid supply means. The fuel from the fuel supply means can be used as the working fluid of the fluid supply means, and the pressure increasing means can be operated with a simpler configuration.
[0015]
In the invention according to claim 6, the fluid supply means is separate from the fuel supply means. Another pressure source provided in the internal combustion engine can be used as the fluid supply means, and the fuel consumption can be reduced.
[0016]
In the invention according to claim 7, at least one of the fluid supply means and the fuel supply means is provided with a pressure accumulator. Thereby, the pressure in the fluid passage or the fuel passage can be further stabilized.
[0017]
In the invention described in claim 8, the same number of the injection means as the number of cylinders of the internal combustion engine are provided, and two or more of these injection means are supplied with the fuel whose pressure has been increased from the pressure increasing means. The high-pressure fuel increased in pressure by the pressure increasing means can be supplied to a plurality of injection means, and accurate injection control can be performed without increasing the size of the apparatus.
[0018]
According to the ninth aspect of the present invention, the number of the injection means and the number of the pressure increasing means are set to be equal to the number of cylinders of the internal combustion engine. The pressure increasing means may be provided corresponding to each of the injection means. Since the pressure increasing operation is performed for each cylinder, the stability is excellent and more accurate control is possible.
[0019]
According to a tenth aspect of the present invention, in the configuration of the ninth aspect, the pressure increasing means is integrally formed with the injection means. Thus, since the pressure increasing means and the injection means are close to each other, the dead volume of the high pressure part, which causes energy loss, can be reduced, and the stability and controllability are further improved.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing the overall configuration of a fuel injection device for a diesel engine to which the present invention is applied, and has a fuel pump 1, a fuel tank 2, a pressure increasing mechanism 4, an injection mechanism 5, and a control device 7 as main components. ing. In the figure, a fuel pump 1 pumps fuel from a fuel tank 2 through a filter 21 and supplies pressurized fuel to a fuel passage 23 through a filter 22. The fuel passage 23 branches in the middle, one of which is a supply passage 24 which is a fluid supply passage, and supplies the pressure increasing mechanism 4 with fuel as a working fluid. The other is a low-pressure supply path 25, which supplies fuel for increasing the pressure to the pressure-increasing mechanism 4 and is connected to the injection mechanism 5 via a fuel supply path 26.
[0021]
As the fuel pump 1 as a fuel supply unit, a known configuration having a mechanism for changing the discharge amount is used, and the discharge amount is controlled by a control device 7 which is a control unit. The control device 7 monitors the pressure in the fuel passage 23 with the pressure sensor 6 and changes the discharge amount of the fuel pump 1 so that the detected pressure in the fuel passage 23 becomes a desired pressure.
[0022]
The pressure-increasing mechanism 4 as a pressure-intensifying means includes a large-diameter piston 41 slidable inside the large-diameter bore 43 while keeping oil-tightness, and a small-diameter plunger slidable inside the bore 44 while keeping oil-tight inside. 42. The large-diameter piston 41 and the small-diameter plunger 42 are provided so as to slide together with their axes aligned, and function as a pressure-increasing piston. A space surrounded by the end surface of the large-diameter piston 41 (the end surface opposite to the plunger 42) and the large-diameter bore 43 forms a piston working chamber 45 for applying hydraulic pressure to the large-diameter piston 41. The supply passage 24 is connected to the piston working chamber 45. A return passage 27 communicating with the fuel tank 2 is connected to the piston working chamber 45.
[0023]
A pressure increasing control valve 3 for controlling the operation of the pressure increasing mechanism 4 is provided in a supply passage 24 branched from the fuel passage 23. The pressure-increasing control valve 3 is a two-position two-way valve, and controls the supply and cutoff of fuel as working fluid to the piston working chamber 45 by being switched to the open position or the closed position by the control device 7 and driven. A throttle 27 a is provided in the return passage 27 from the piston working chamber 45 to limit the amount of fuel returned to the fuel tank 2.
[0024]
On the other hand, on the discharge side of the pressure increasing mechanism 4, a plunger chamber 46 is formed in a space surrounded by the end surface of the small-diameter plunger 42 (the end surface opposite to the piston 41) and the small-diameter bore 44. The plunger chamber 46 is connected to the injection mechanism 5 via a check valve 26a and a fuel supply passage 26, and between the plunger chamber 46 and the check valve 26a, a low-pressure supply passage 25 is provided via a check valve 25a. Is connected. Each of the check valves 25a and 26a allows only the fuel flow toward the injection mechanism 5. Therefore, the pressure of the fuel supplied from the low-pressure supply passage 25 can be increased in the plunger chamber 46 and discharged to the fuel supply passage 26.
[0025]
An injection mechanism 5 serving as an injection means includes a nozzle needle 52 which is an on-off valve for opening and closing the injection hole 51, a nozzle control chamber 53 for applying a back pressure to the nozzle needle 52, and a three-way electromagnetic valve for controlling the pressure of the nozzle control chamber 53. It has a valve 54. The nozzle needle 52 is slidably disposed in the vertical hole 55, and the upper end surface of the nozzle needle 52 and the upper end of the vertical hole 55 form a nozzle control chamber 53. Further, a spring 59 for pressing the nozzle needle 52 in the valve closing direction is disposed in the nozzle control chamber 53. A fuel reservoir 552 communicating with the fuel supply path 25 via the passage 551 is provided around the nozzle needle 52. The nozzle control chamber 53 is connected to a three-way solenoid valve 54 via an orifice 56 and a check valve 57 arranged in parallel. The three-way solenoid valve 54 has one port communicating with the fuel supply passage 25 and the other port communicating with the fuel tank 2 via the return passage 28. Then, the back pressure of the nozzle needle 52 is controlled by switching such that any one of these ports communicates with a port communicating with the nozzle control chamber 53. Control means for controlling the operation of the three-way solenoid valve 54 is desirably provided integrally with the control device 7.
[0026]
Next, the operation of the fuel injection device having the above configuration will be described. The fuel passage 23 downstream of the fuel pump 1 is controlled to a desired pressure (for example, a pressure of 30 MPa) by the control device 7 controlling the discharge amount of the fuel pump 1 to increase or decrease based on a detection signal from the pressure sensor 6. This fuel is supplied to the pressure increasing mechanism 4 and the injection mechanism 5. The control device 7 also determines the optimal injection mode according to the operating state of the engine, controls the fuel injection from the injection mechanism 5, and controls the operation of the pressure increasing mechanism 4 in synchronization with the fuel injection. Control the injection pressure. The pressure increasing mechanism 4 opens and closes the pressure increasing control valve 3 to pressurize and release the pressure in the piston working chamber 45, thereby driving the large-diameter piston 41 and the small-diameter plunger 42 to perform the pressure increasing operation.
[0027]
Here, if the pressure increasing control valve 3 is kept closed, the pressure increasing mechanism 4 does not operate, and the fuel in the fuel passage 23 flows from the low pressure supply passage 25 through the check valves 24a, 25a. At the same time as being supplied to the supply path 26, it is supplied to the plunger chamber 46 of the pressure increasing mechanism 5. Since the pressure increase control valve 3 is closed, no fuel is supplied to the fluid supply passage 24 and the piston working chamber 45 of the pressure increasing mechanism 4 downstream thereof, and the fuel in the piston working chamber 45 returns to the return passage 27 via the throttle 27a. To the fuel tank 2. For this reason, the fuel pressure in the piston working chamber 45 is reduced to almost the atmospheric pressure, and the large-diameter piston 41 and the small-diameter plunger 42 are displaced downward in the drawing by receiving the fuel pressure in the plunger chamber 46 and remain stopped. It becomes.
[0028]
At this time, when a control signal for starting the injection is output from the control device 7 to the injection mechanism 5 through a signal line (not shown), the three-way solenoid valve 54 is switched so that the nozzle control chamber 53 and the return passage 28 are in communication. , Low-pressure fuel injection is performed. That is, since the fuel in the nozzle control chamber 53 is discharged from the return passage 28 to the fuel tank 2, the pressure in the nozzle control chamber 53 that acts downward on the nozzle needle 52 decreases, and the sum of the pressure and the pressing force of the spring 59. When the pressure falls below the pressure of the fuel accumulation chamber 552 acting upward, the nozzle needle 52 is lifted. Thereby, low-pressure fuel supplied from the fuel supply passage 26 to the fuel storage chamber 552 via the passage 551 is injected from the injection hole 51. Next, when the three-way solenoid valve 54 is switched so that the nozzle control chamber 53 communicates with the fuel supply path 26, fuel is supplied to the nozzle control chamber 53 and the pressure increases. The sum of the downward oil pressure and the spring force of the nozzle needle 52 receiving this pressure becomes larger than the upward oil pressure from the fuel reservoir 552, and the nozzle needle 52 descends and is pressed by the injection hole 51, thereby stopping the injection. . If no control signal is given to the injection mechanism 5, it is possible to stand by without performing injection in this state.
[0029]
Next, when the pressure increase control valve 3 is opened at a predetermined timing, the fuel from the fuel passage 23 is supplied to the piston working chamber 45 of the pressure increase mechanism 4 at a pressure of, for example, 30 MPa. At this time, a part of the fuel flows out to the return passage 27 at the same time, but the amount is limited to a minimum by the throttle 27a. The pressure inside the piston working chamber 45 is determined by the amount of throttle (not shown) of the seat of the pressure increase control valve 3 and the throttle 27a, and is, for example, approximately 30 MPa. Therefore, the large-diameter piston 41 and the small-diameter plunger 42 receive hydraulic pressure from above and below at the same pressure, respectively. However, since the pressure receiving areas are different, the upward acting force becomes dominant, and the large-diameter piston 41 becomes large. The plunger 41 and the small-diameter plunger 42 are displaced upward (in a direction to reduce the volume of the plunger chamber 46).
[0030]
At this time, if the pressure receiving area ratio is set to, for example, 5: 1, the pressure of the plunger chamber 46 is increased to, for example, 150 MPa, and the high-pressure fuel is supplied to the injection mechanism 5 through the check valve 26a and the fuel supply path 26. Supplied. The plunger chamber 46 is also in communication with the low pressure supply passage 25, but the backflow of the fuel whose pressure has been increased by the check valve 25a is suppressed. Here, when a control signal is given to the injection mechanism 5 and the three-way solenoid valve 54 is switched so that the nozzle control chamber 53 and the return passage 28 communicate with each other, the nozzle needle 52 is lifted, and the fuel is supplied from the fuel supply passage 26. High-pressure fuel is injected from the injection hole 51 through the passage 551 and the fuel reservoir 552. Next, when the three-way solenoid valve 54 is switched so that the nozzle control chamber 53 and the fuel supply path 26 communicate with each other, the injection stops. In this manner, high-pressure fuel injection is possible.
[0031]
Thereafter, when the pressure increase control valve 3 is closed again at a predetermined timing, the supply of fuel to the piston working chamber 45 is cut off, and only the return of fuel from the return passage 27 to the fuel tank 2 is performed. The pressure in the working chamber 45 is reduced, and the working chamber 45 is almost in the atmospheric pressure state. For this reason, the large-diameter piston 41 and the small-diameter plunger 42 are again displaced downward in the figure by the residual pressure of the plunger chamber 46, and further by the supply pressure of, for example, 30 MPa from the low-pressure supply passage 4, and return to the initial state. Return.
[0032]
As described above, according to the above configuration, by controlling the opening and closing of the pressure increase control valve 3 by the control device 7, low-pressure fuel or high-pressure fuel is supplied to the fuel supply passage 26, and low-pressure injection and high-pressure injection are performed. It can be easily switched. Therefore, any fuel injection control can be performed according to the operating state of the engine. For example, when the engine is running at a low speed and low load, the low pressure injection is performed by operating the injection mechanism 5 without operating the pressure increasing mechanism 4. In some cases, low pressure injection may be performed by dividing the injection into two injections. At medium speed and medium load, injection can be performed once in a low pressure state, and the pressure increase mechanism 5 can be immediately operated by the pressure increase control valve 3 to perform a second injection in a high pressure state. Since the pressure increase control and the injection control can be respectively performed at arbitrary timings, if they are brought close to each other, a so-called pilot injection is obtained. When the load is high, the pressure increasing mechanism 5 is operated to perform injection in a high pressure state. At this time, depending on the request, it is also possible to start the injection in the low pressure state, operate the pressure increasing mechanism 5 as it is, and continuously switch between the low pressure state and the high pressure state by one injection. This results in so-called boot injection.
[0033]
As described above, by controlling the pressure increasing operation of the pressure increasing mechanism 4 in synchronization with the fuel injection by the injection mechanism 5, all of the timing, number of times, interval, pressure, and amount of each injection can be freely set. Therefore, injection can be performed in an optimal form according to the operating state of the engine, and fine control can be performed. Moreover, in the pressure-increasing mechanism 4, the movable members are only the large-diameter piston 41 and the small-diameter plunger 42, and do not require components that compose a complicated valve function. Since the pressurization and release of the piston working chamber 45 formed on the end face of the large-diameter piston 41 are controlled by opening and closing the pressure-increasing control valve 3 composed of a two-way valve and the throttle 27a, the operation is simplified. It can be small and inexpensive with the configuration.
[0034]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The basic configuration and operation of the fuel injection device of the present embodiment are the same as those of the first embodiment, and as shown in FIG. 2, an injection mechanism having a simpler configuration instead of the injection mechanism 5 of the first embodiment. The only difference is that 5 ′ is used. The configuration of the injection mechanism 5 'will be described below. The injection mechanism 5 ′ has a nozzle control chamber 53 above the nozzle needle 52, and this pressure presses the nozzle needle 52 in a direction to close the injection hole 51. The fuel supply passage 26 communicates with a fuel reservoir 552 formed around the nozzle needle 52, communicates with the nozzle control chamber 53 via a throttle 531, and further branches from between the throttle 531 and the nozzle control chamber 53. Thus, it is in communication with the injection control valve 58 via the throttle 581. In the present embodiment, a two-position two-way valve is used as the injection control valve 58.
[0035]
When the injection control valve 58 is in the closed state, both the fuel storage chamber 552 and the nozzle control chamber 53 have the same pressure as the fuel supply passage 26, but the upward pressure receiving area from the fuel storage chamber 552 is smaller by the seat inner side. The downward force due to the pressure of the nozzle control chamber 53 prevails, and the nozzle needle 52 closes the injection hole 51 to be in a non-injection state.
[0036]
Next, when an injection signal is input to the injection control valve 58, the injection control valve 58 is opened, and fuel can flow out of the nozzle control chamber 53 to the return passage 28. The fuel from the fuel supply passage 26 is directly supplied to the fuel storage chamber 552 at a pressure of, for example, 30 MPa. However, only the amount limited by the throttle 531 flows into the nozzle control chamber 53 and passes through the throttle 581. In order to escape to the return passage 28, the pressure decreases until the pressure is determined by the two throttles 531 and 581. Desirably, by setting the aperture 531 small and the aperture 581 large, the pressure can be reduced to almost the atmospheric pressure. The upward force determined by the pressure of the fuel storage chamber 552 and the pressure receiving area becomes unbalanced, and the sum of the downward force determined by the pressure of the nozzle control chamber 53 and the pressure receiving area and the pressing force of the spring 59 becomes unbalanced. The needle 52 opens and injection is started.
[0037]
As described above, according to the present embodiment, since the injection control valve 58 composed of a two-way valve is used, the injection mechanism 5 ′ has a simpler configuration, and the opening and closing operation of the nozzle needle 52 is the same as in the first embodiment. It can maintain the same function as. The difference between the operation and the configuration of the injection mechanism 5 and the injection mechanism 5 ′ is only whether or not the speed of the nozzle needle 52 is controlled by the orifice 56 and the check valve 57 of the injection mechanism 5. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, and the same effects can be obtained.
[0038]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the first and second embodiments, the filter 22 is provided in the fuel passage 23 downstream of the fuel pump 1. However, as shown in FIG. 3, only the filter 21 upstream of the fuel pump 1 can provide a sufficient fuel purification function. If necessary, this can be omitted. Further, in the present embodiment, the pressure accumulator 9 is provided in the fuel passage 23 downstream of the fuel pump 9, so that the pressure in the fuel passage can be further stabilized. Further, the check valve 26a provided in the fuel supply passage 26 in the first and second embodiments is also omitted, so that the configuration can be simplified. The check valve 26a has an effect of preventing the residual pressure of the injection mechanism 5 from being lowered when the small-diameter plunger 42 of the pressure increasing mechanism 4 is displaced downward. However, in many cases, the check valve 26a reaches a low pressure before each injection. The lower the degree of control, the higher the degree of freedom of control. In such a case, the configuration of the present embodiment may be adopted.
[0039]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the above-described first to third embodiments, as in the conventional configuration (see FIG. 9), one pressure increasing mechanism 4 is provided in the engine, and each cylinder shares the same. The mechanisms 4 'are provided for the number of cylinders and are integrated with the injection mechanism 5''. As shown in FIG. 4, in the present embodiment, similarly to the third embodiment of FIG. 3, fuel is sent from the fuel pump 1 to the pressure accumulator 9, and each cylinder is transferred from the pressure accumulator 9 to the fuel passage 23 '. Is connected to the injection mechanism 5 ″ of the first embodiment. The control device 7 detects the fuel pressure of the accumulator 9 and controls the discharge amount from the fuel pump 1 based on the result.
[0040]
The injection mechanism 5 ″ incorporates a pressure-intensifying mechanism 4 ′ having the same configuration as the pressure-increasing mechanism 4 in each of the above-described embodiments, and uses the fuel stabilized by the pressure accumulator 9 in the same manner as in each of the above-described embodiments. The pressure is increased and supplied to the fuel supply passage 26 downstream of the pressure increasing mechanism 4 '. The fuel supply passage 26 downstream of the pressure increasing mechanism 4 ′ is formed by a small diameter hole formed inside the main body housing of the injection mechanism 5 ″ together with the low pressure supply passage 25 branched from the fuel passage 23 ′. The nozzle control chamber 53 is connected to the fuel supply passage 26 by a throttle 531 and connected to the injection control valve 58 by a throttle 581, and the opening and closing of the nozzle needle 52 is controlled by an injection control valve 58 which is a two-position two-way valve. It is supposed to. Although the drawing shows only one injection mechanism 5 ″ integrated with the pressure increasing mechanism 4 ′, the same injection mechanism 5 ″ is connected to each of the other cylinders. Therefore, the fuel stabilized by the accumulator 9 is supplied to each of the pressure increasing mechanisms 4 ′ corresponding to other cylinders (not shown) in addition to the illustrated injection mechanism 5 ″. The pressure increase control valve 3, the throttle 27a of the pressure increase mechanism 4 ', the check valve 25a of the low pressure supply path 25, and the like are also provided for each cylinder.
[0041]
According to the above configuration, the pressure increasing mechanism 4 ′ and the injection mechanism 5 ″ are disposed closer to each other than in the third embodiment of FIG. 3, so that the fuel supply passage downstream of the pressure increasing mechanism 4 ′. 26 can be shortened. That is, in the present embodiment, the pressure increase operation is performed for each cylinder, and is performed at a position very close to the injection mechanism 5 ″, so that the dead volume of the high pressure portion, which causes energy loss, can be reduced. Furthermore, it is possible to achieve excellent stability and accurate control. In addition, since the pressure increasing mechanism 5 '' only needs to operate for one cylinder, it has an effect that it can be applied to a high-speed engine which could not be applied conventionally. In this embodiment, the number of components is increased and the configuration is complicated as compared with the other embodiments. However, as compared with the conventional configuration of FIG. 9, both the pressure increasing mechanism 4 ′ and the injection mechanism 5 ″ are greatly simplified. Therefore, it can be kept relatively simple.
[0042]
Here, the fuel injection control according to the present invention will be described in more detail using the configuration of the fourth embodiment in FIG. FIG. 5 shows the case of normal injection. When the pressure increase control valve 3 is kept open, the pressure increase mechanism 4 'does not operate, and the nozzle injection pressure remains low. When the pressure-intensifying control valve 3 is switched to a closed state prior to the injection, the supply of fuel to the piston working chamber 45 of the pressure-increasing mechanism 4 'is shut off, and the fuel passes through the throttle 27a and returns from the return passage 27 to the fuel tank 2. Will be returned. For this reason, the fuel pressure in the piston working chamber 45 decreases, and accordingly, the pressure-intensifying piston composed of the large-diameter piston 41 and the small-diameter plunger 42 is integrated, and the upper part of FIG. Direction). When the fuel pressure in the piston working chamber 45 decreases to approximately the atmospheric pressure, the pressure-intensifying piston stops.
[0043]
Next, when the pressure increase control valve 3 is opened again, fuel is supplied to the piston operation chamber 45 of the pressure increase mechanism 4 ′. (In a direction to reduce the volume of the plunger chamber 46). As a result, the fuel whose pressure has been increased is supplied from the fuel supply passage 26 to the injection mechanism 5 ''. At the same time, by opening the injection control valve 58 of the injection mechanism 5 ″ and lifting the nozzle needle 52, high-pressure fuel injection can be performed at a desired injection rate as shown in FIG.
[0044]
FIG. 6 shows the case of pilot injection, in which the pressure increase control valve 3 is switched from the open state to the closed state in the same manner as the normal injection in FIG. As a result, after the pressure-intensifying piston is lifted, when the nozzle injection pressure remains at a low pressure, the injection control valve 58 of the injection mechanism 5 ″ is opened to perform low-pressure injection. Next, at a predetermined timing, the pressure increase control valve 3 is opened again, and at the same time, the injection control valve 58 is opened to perform high-pressure main injection.
[0045]
FIG. 7 shows a case of boot injection, in which the pressure-intensifying control valve 3 is switched to a closed state to lift the pressure-intensifying piston. In this state, the injection control valve 58 is opened to start low-pressure injection, The pressure control valve 3 is again opened. As a result, the fuel in the plunger chamber 46 is increased in pressure and supplied to the injection mechanism 5 '', so that high-pressure injection can be performed following low-pressure injection.
[0046]
In the embodiments described above, the working fluid supplied to the piston working chamber 45 for operating the pressure increasing mechanisms 4 and 4 ′ is used as fuel, and the fuel is supplied from the fuel pump 1 to the pressure increasing mechanism 4. Alternatively, a working fluid other than fuel can be supplied using another pressure source. As another pressure source, for example, an oil pump may be used, and engine oil may be used as a working fluid. This is shown in FIG. 8 as a fifth embodiment of the present invention. In the figure, fuel supplied from a fuel tank 2a via a filter 21a is pressurized by a fuel pump 1a and discharged to an accumulator 9a. The low pressure supply passage 25 downstream of the accumulator 9 a is connected to the plunger chamber 46 of the pressure increasing mechanism 4 and the fuel supply passage 26 to the injection mechanism 5. On the other hand, engine oil is supplied from the oil tank 2b to the oil pump 1b via the filter 21b, pressurized and discharged to the accumulator 9b. The supply passage 24 downstream of the pressure accumulator 9 b installed in the oil passage 23 b is connected to the piston working chamber 45 of the pressure increasing mechanism 4 via the pressure increasing control valve 3.
[0047]
Pressure sensors 6a and 6b are connected to a low-pressure supply passage 25 downstream of the pressure accumulator 9a and a supply passage 24 downstream of the pressure accumulator 9b, respectively, and based on the detection results, the control devices 7a and 7b control the fuel pump 1a and the oil pump 1b. Is to be controlled. As described above, two pressure sources having the same configuration may be used, and no fuel is used for the operation of the pressure increasing mechanism 4, so that the fuel consumption can be reduced.
[0048]
Further, in the above-described embodiment, the configuration in which one pressure increasing mechanism 4 is provided and the configuration in which the number of cylinders is provided are shown. However, for example, one pressure increasing mechanism 4 may be provided in two cylinders. It is possible. Further, the configurations of the injection mechanism 5 and other parts are not limited to those described in the above embodiment, and can be appropriately changed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram illustrating a configuration of a fuel injection device for a diesel engine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram illustrating a configuration of a fuel injection device for a diesel engine according to a second embodiment.
FIG. 3 is a hydraulic circuit diagram illustrating a configuration of a fuel injection device for a diesel engine according to a third embodiment.
FIG. 4 is a hydraulic circuit diagram illustrating a configuration of a fuel injection device for a diesel engine according to a fourth embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing an example (normal injection) of fuel injection control using the fuel injection device of the fourth embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of fuel injection control (pilot injection) using the fuel injection device according to the fourth embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of fuel injection control (boot injection) using the fuel injection device according to the fourth embodiment.
FIG. 8 is a hydraulic circuit diagram illustrating a configuration of a fuel injection device for a diesel engine according to a fifth embodiment.
FIG. 9 is a hydraulic circuit diagram showing a configuration of a conventional fuel injection device for a diesel engine.
[Explanation of symbols]
1 fuel pump (fuel supply means, fluid supply means)
2 Fuel tank
24 Supply passage (fluid supply passage)
27 Return passage
27a aperture
3 Pressure increase control valve
4 Pressure increase mechanism (pressure increase means)
41 Large diameter piston
42 small diameter plunger
45 piston working chamber
46 plunger room
5 Injection mechanism (injection means)
54 Three-way solenoid valve
58 Injection control valve
7 control device (control means)

Claims

Fuel supply means for delivering fuel, pressure increasing means for increasing the pressure of the fuel from the fuel supply means, and injection means for injecting the fuel from the fuel supply means or the fuel increased by the pressure increasing means. Wherein the pressure increasing means comprises a large-diameter piston and a small-diameter plunger which slide together, and the small-diameter plunger interposed between the fuel supply means and the injection means. A plunger chamber that expands and contracts in volume with the operation of the piston, a piston working chamber that applies fluid pressure to the large-diameter piston, and a fluid supply unit that supplies working fluid to the piston working chamber. In addition to providing a pressure increase control valve having a two-way valve structure in a fluid supply passage communicating with the piston working chamber, a throttle is provided in a return passage from the piston working chamber, and a fluid in the piston working chamber is provided. Pressure, for an internal combustion engine fuel injection system and controls the pressure increasing operation by release of the pressure.

2. The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising control means for controlling the driving of the pressure increasing control valve in synchronization with the operation of the injection means.

2. A fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said injection means controls an on-off valve by a three-way valve.

2. A fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said injection means controls an on-off valve by a two-way valve.

5. The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein said fuel supply means is used as said fluid supply means.

5. The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the fluid supply unit is provided separately from the fuel supply unit.

7. The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein an accumulator is provided in at least one of the fluid supply unit and the fuel supply unit.

The fuel for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the number of the injection means is equal to the number of cylinders of the internal combustion engine, and the fuel whose pressure is increased from the pressure increasing means is supplied to two or more of the injection means. Injection device.

The fuel injection device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the number of the injection means and the number of the pressure increasing means are set to be equal to the number of cylinders of the internal combustion engine.

10. The fuel injection device for an internal combustion engine according to claim 9, wherein the pressure increasing means is formed integrally with the injection means.