JP2004232599A

JP2004232599A - 内燃機関の燃料噴射装置

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Publication number: JP2004232599A
Application number: JP2003024267A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Oonagane; 嘉紀太長根; Yoshimasa Watanabe; 義正渡辺
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP4158541B2

Abstract

【課題】低圧のパイロット燃料噴射と高圧の主燃料噴射との間にインターバルを設ける場合においても、主燃料噴射開始時期を自由に設定可能な内燃機関の燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】各気筒に配置された第一燃料噴射弁２及び第二燃料噴射弁３と、第一燃料噴射弁へ燃料を供給する第一蓄圧室４と、第二燃料噴射弁へ燃料を供給する第二蓄圧室５とを具備し、第一蓄圧室内を低燃料圧力として第一燃料噴射弁によりパイロット燃料噴射を実施し、第二蓄圧室内を高燃料圧力として第二燃料噴射弁により主燃料噴射を実施する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、特に、ディーゼルエンジンにおいて、燃焼温度及び燃焼圧力の急激な上昇を抑制してＮＯ_Ｘの発生量及び騒音を低減するために、一般的には、主燃料噴射に先立ってパイロット燃料噴射が実施される。
【０００３】
このようなパイロット燃料噴射は、主燃料噴射に比較して少量の燃料を低圧で噴射することが好ましい。そのために、燃料噴射弁において、弁体は第一スプリング及び第二スプリングにより二段式に付勢され、燃料溜内の圧力が第一設定圧を超えると第一スプリングが克服され、弁体が一段階開弁してパイロット燃料噴射が開始され、燃料溜内の圧力が第二設定圧を超えると第二スプリングも克服され、弁体が二段階開弁して主燃料噴射が開始されるようになっている。
【０００４】
しかしながら、このような燃料噴射弁では、燃料ポンプの吐出性能に応じた燃料溜内の圧力変化パターンによってパイロット燃料噴射量が一義的に定まることとなり、機関運転状態に応じて、低圧のパイロット燃料噴射における噴射期間を変化させることができない。
【０００５】
パイロット燃料噴射期間を自由に設定するために、燃料噴射弁の燃料溜へ設定圧力で開弁するリリーフ弁を介して戻し通路を接続し、この設定圧力をパイロット燃料噴射の燃料圧力とすると共に、リリーフ弁の下流側に設けられた閉鎖弁により戻し通路を閉鎖可能とする燃料噴射弁が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このような構成の燃料噴射弁により、燃料ポンプの燃料吐出によって燃料溜内の圧力が所定値に高まれば、スプリングにより付勢された弁体は開弁してパイロット燃料噴射が開始され、その後においては、リリーフ弁が開弁して燃料溜内の圧力は設定圧力に維持されるために、設定圧力でのパイロット燃料噴射を持続させることができる。所望のパイロット燃料噴射期間が終了すれば、閉鎖弁により戻し通路を閉鎖して燃料溜内の圧力を高めることにより、設定圧力より高い圧力での主燃料噴射を開始することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平０９−７９１０３号公報
【特許文献２】
特開平１０−１８４４８７号公報
【特許文献３】
特開平１１−４４２７６号公報
【特許文献４】
特開平１１−２１８０６６号公報
【特許文献５】
特開平０７−７１３４７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術において、パイロット燃料噴射期間を自由に設定することはできるが、パイロット燃料噴射と主燃料噴射とが連続することとなる。これら二つの燃料噴射の間にインターバルを設けることは不可能ではないが、そのためには、弁体の開閉を電磁式等として、閉鎖弁により戻し通路を閉鎖する以前に弁体を閉弁し、その後に弁体を再び開弁することが必要となる。このような弁体の開閉には応答遅れが発生するために、設けられるインターバルは、比較的長い時間となり、これをさらに長時間とすることはできても、短時間とすることはできない。すなわち、インターバルを設ける場合には、主燃料噴射の開始時期を自由に設定することはできない。
【０００９】
従って、本発明の目的は、低圧のパイロット燃料噴射と高圧の主燃料噴射との間にインターバルを設ける場合においても、主燃料噴射開始時期を自由に設定可能な内燃機関の燃料噴射装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、各気筒に配置された第一燃料噴射弁及び第二燃料噴射弁と、前記第一燃料噴射弁へ燃料を供給する第一蓄圧室と、前記第二燃料噴射弁へ燃料を供給する第二蓄圧室とを具備し、前記第一蓄圧室内を低燃料圧力として前記第一燃料噴射弁によりパイロット燃料噴射を実施し、前記第二蓄圧室内を高燃料圧力として前記第二燃料噴射弁により主燃料噴射を実施することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記第一蓄圧室と前記第一燃料噴射弁とを接続する第一配管におけるオリフィス径は、前記第二蓄圧室と前記第二燃料噴射弁とを接続する第二配管におけるオリフィス径より小さいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記第一蓄圧室と前記第一燃料噴射弁とを接続する第一配管の配管長は、前記第二蓄圧室と前記第二燃料噴射弁とを接続する第二配管の配管長より長いことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関低負荷時の前記第二燃料噴射弁による主燃料噴射の噴射圧を機関高負荷時に比較して低下させるために、機関低負荷時における前記第二蓄圧室内の燃料圧力を機関高負荷時に比較して低下させる場合に、機関高負荷時から機関低負荷時への機関過渡直後には、前記第一燃料噴射弁を使用して主燃料噴射を実施することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、燃料ポンプは前記第二蓄圧室へ接続され、前記第一蓄圧室と前記第二蓄圧室とは制御弁を介して連通されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明による請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射装置は、請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射装置において、前記第一蓄圧室内を所望燃料圧力に維持するために、前記制御弁の開弁時期は前記燃料ポンプの吐出行程に基づき設定され、前記制御弁の開弁時間は、前記第一燃料噴射弁の燃料噴射量に基づき設定されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明による請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記制御弁の開弁時間は、前記第一燃料噴射弁の内部漏れ燃料量も考慮されて設定されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明による請求項８に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記第一蓄圧室と前記第二蓄圧室とは一つのブロック内に形成されおり、前記制御弁も前記ブロック内に配置されていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明による請求項９に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項８に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記第一蓄圧室と前記第二蓄圧室とは細長形状を有して前記ブロック内に並列して形成され、前記第一蓄圧室には複数の前記第一燃料噴射弁へ燃料を供給するための複数の第一供給口が前記第一蓄圧室の軸線方向に離間して配置され、前記第二蓄圧室には複数の前記第二燃料噴射弁へ燃料を供給するための複数の第二供給口が前記第二蓄圧室の軸線方向に離間して配置され、前記制御弁は、前記第一蓄圧室における両端の前記第一供給口の間と前記第二蓄圧室における両端の前記第二供給口の間とにおいて前記第一蓄圧室と前記第二蓄圧室とを連通する連通路内に配置されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明による請求項１０に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関高負荷時の前記第一燃料噴射弁によるパイロット燃料噴射の噴射圧を機関低負荷時に比較して高めるために、機関高負荷時における前記第一蓄圧室内の燃料圧力を機関低負荷時に比較して増大させる場合に、機関高負荷時から機関低負荷時への機関過渡直後には、前記制御弁の開弁を中止し、前記第一燃料噴射弁を使用して主燃料噴射を実施することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明による請求項１１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、機関始動時には、前記制御弁の開弁を中止し、前記第一燃料噴射弁によるパイロット燃料噴射を中止することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による内燃機関の燃料噴射装置の第一実施形態を示す平面図である。１は内燃機関としてのディーゼルエンジンの機関本体であり、各気筒には、第一燃料噴射弁２と第二燃料噴射弁３とが配置されている。特に、第一燃料噴射弁２は気筒上壁中央部の排気弁側から気筒内へ燃料を噴射するように配置されており、また、第二燃料噴射弁３は気筒上壁中央部の吸気弁側から気筒内へ燃料を噴射するように配置されている。４は各第一配管２ａを介して各第一燃料噴射弁２へ燃料を供給するための第一蓄圧室であり、５は各第二配管３ａを介して各第二燃料噴射弁３へ燃料を供給するための第二蓄圧室である。
【００２２】
ディーゼルエンジンにおいては、必要量の燃料を一度に噴射すると、この燃料が一気に着火燃焼して燃焼温度及び燃焼圧力が急激に上昇し、多量のＮＯ_Ｘ及び大きな騒音が発生する。これを防止するために、必要量の燃料の一部が主燃料噴射に先立ってパイロット燃料噴射として噴射される。パイロット燃料噴射による噴射燃料が一気に着火燃焼したのでは意味はなく、パイロット燃料噴射の噴射圧は主燃料噴射に比較して低くすることが好ましい。また、機関運転状態（例えば、機関負荷）に応じて必要量の燃料が増大すると、パイロット燃料噴射量を増加させて、主燃料噴射量を常に十分に減少させることが好ましい。このためには、パイロット燃料噴射期間が延長されることとなるが、その分、主燃料噴射の開始時期を遅角すると燃焼が悪化してしまう。こうして、機関運転状態に応じて、適当なパイロット燃料噴射期間及び主燃料噴射開始時期は変化する。
【００２３】
本燃料噴射装置は、前述の構成を有し、第一蓄圧室４内の燃料圧力をパイロット燃料噴射に適した低圧として第一燃料噴射弁２によってパイロット燃料噴射を実施し、また、第二蓄圧室５内の燃料圧力を主燃料噴射に適した高圧として第二燃料噴射弁３によって主燃料噴射を実施するようになっている。それにより、一つの燃料噴射弁によってパイロット燃料噴射と主燃料噴射とを実施する場合のように、弁体の応答性によって主燃料噴射開始時期がパイロット燃料噴射期間に影響されることはなく、第一燃料噴射弁３は、主燃料噴射に係らずに、機関運転状態に適した噴射開始時期及び噴射期間を実現するようなパイロット燃料噴射を実施することができ、また、第二燃料噴射弁４は、パイロット燃料噴射に係らずに、機関運転状態に適した噴射開始時期及び噴射期間を実現するような主燃料噴射を実施することができる。
【００２４】
こうして、例えば、クランク角度に対する燃料噴射率Ｑを示す図４におけるように、第一燃料噴射弁２によるパイロット燃料噴射及びポスト燃料噴射（タイムチャートＢ）と、第二燃料噴射弁３による主燃料噴射（タイムチャートＡ）とを組み合わせて、タイムチャートＣのような燃料噴射を実現することができる。ここで、パイロット燃料噴射と主燃料噴射との間のインターバル及び主燃料噴射とポスト燃料噴射との間のインターバル（図４に示す例では無くしている）とは機関運転状態に応じて自由に設定することができる。ポスト燃料噴射は、主燃料噴射に次いで実施される燃料噴射であり、パイロット燃料噴射と同様に主燃料噴射量を減少させるのに有効である。
【００２５】
また、もう一つのクランク角度に対する燃料噴射率Ｑを示す図５におけるように、第一燃料噴射弁２によるパイロット燃料噴射（タイムチャートＥ）と、第二燃料噴射弁３による主燃料噴射（タイムチャートＤ）とを組み合わせて、タイムチャートＦのような燃料噴射を実現することができる。ここで、第一燃料噴射弁２は、低圧での二回のパイロット燃料噴射を実施しているが、二回目のパイロット燃料噴射の後半は、第二燃料噴射弁３による主燃料噴射と同時期とされており、これらを合わせて主燃料噴射と考えれば、タイムチャートＦに示すように、主燃料噴射において、初期の噴射率を低くし、中期以降の噴射率を高くすることができる。それにより、主燃料噴射において、噴射燃料が一気に着火燃焼し難くなる。
【００２６】
本実施形態において、第一蓄圧室４及び第二蓄圧室５とを別々の燃料ポンプによってそれぞれの所望燃料圧力に維持するようにしても良いが、コスト低減のために、一つの燃料ポンプ６によって、第一蓄圧室４及び第二蓄圧室５を所望燃料圧力に維持するようになっている。
【００２７】
燃料ポンプ６は、機関駆動式であり、第二蓄圧室５へ燃料を圧送するようにされ、第一蓄圧室４と第二蓄圧室５とは配管４ａ及び５ａによって制御弁７を介して連通されている。制御弁７は、本体内に形成された第一蓄圧室４と第二蓄圧室５との連通路７ａを先端部により閉鎖可能な弁体７ｂを有している。弁体７ｂの基端側には圧力室７ｃが形成され、この圧力室７ｃには第二蓄圧室５内の燃料圧力が細径通路７ｄを介して供給されている。また、圧力室７ｃ内には弁体７ｂを閉弁方向に付勢するスプリング７ｅが配置されている。
【００２８】
さらに、制御弁本体内には、燃料タンクへ連通して大気圧の燃料により満たされた低圧室７ｆが形成され、この低圧室７ｆ内には排出弁７ｇが配置されている。排出弁７ｇは、圧力室７ｃと低圧室７ｆとを連通する連通穴７ｈを閉鎖可能とするものであり、スプリング７ｉによって閉弁方向に付勢されている。７ｊは排出弁７ｇをスプリング７ｉに逆らって開弁させるためのソレノイドである。
【００２９】
スプリング７ｉにより排出弁７ｇが閉弁されて、連通穴７ｈが閉鎖されていれば、圧力室７ｃ内の圧力は、第二蓄圧室５内の燃料圧力と等しくなり、弁体７ｂはスプリング７ｅにより付勢されて連通路７ａを閉鎖する。この時において、第一蓄圧室４と第二蓄圧室５とは連通されていない。一方、ソレノイド７ｊを励磁して排出弁７ｇを開弁させれば、連通穴７ｈが開放されて、圧力室７ｃ内の燃料は低圧室７ｆへ流出し、圧力室７ｃ内の圧力が低下する。この時において、弁体７ｂの先端には依然として第二蓄圧室５内の高圧が開弁方向に作用しているために、弁体７ｂの基端側へ閉弁方向に作用する圧力室７ｃ内の圧力が所定値まで低下すれば、弁体７ｂはスプリング７ｅに逆らって開弁される。それにより、第一蓄圧室４と第二蓄圧室５とは連通路７ａを介して連通することとなる。
【００３０】
次いで、ソレノイド７ｊを消磁して排出弁７ｇが連通穴７ｈを閉鎖すれば、圧力室７ｃ内の圧力は、細径通路７ｄを介して第二蓄圧室５から流入する高圧燃料によって徐々に高められ、第二蓄圧室５内の圧力と等しくなる直前に、スプリング７ｅによって弁体７ｂは閉弁され、連通路７ａが閉鎖されることにより第一蓄圧室４と第二蓄圧室５とは遮断される。
【００３１】
第一蓄圧室４と第二蓄圧室５との連通によって、第二蓄圧室５から第一蓄圧室４へ次式により算出される量Ｑの燃料が移動し、その分、第一蓄圧室４内の燃料圧力を高めることができる。
Ｑ＝Ａ＊ｃ＊（２ΔＰ／ρ）^１／２＊ｔ
ここで、Ａは連通穴７ｈの断面積であり、ｃは連通穴７ｈの流量係数であり、ΔＰは第二蓄圧室５と第一蓄圧室４との圧力差であり、ρは燃料の密度であり、ｔは連通路７ａの開放時間である。圧力差ΔＰを算出するために、第一蓄圧室４内の圧力を監視する第一圧力センサ４ｂと、第二蓄圧室５内の圧力を監視する第二圧力センサ５ｂとが設けられている。
【００３２】
燃料ポンプ６は、機関一回転毎に吐出行程を迎えて比較的多量の燃料を調量することなく吐出するように設定されており、すなわち、二気筒分の第一燃料噴射弁２及び第二燃料噴射弁３が燃料を噴射する毎に燃料を吐出する。この吐出燃料によって第二蓄圧室５内は所望高圧以上に昇圧されることとなるが、第二蓄圧室５には所望高圧より僅かに高い圧力で開弁するリリーフ弁（図示せず）が設けられており、必要以上の吐出燃料はリリーフ弁を介して燃料タンクへ戻され、第二蓄圧室５内の燃料圧力は主燃料噴射に適した所望高圧に維持される。
【００３３】
一方、第一蓄圧室４は、高圧ポンプ６の吐出行程毎に、二気筒分の第一燃料噴射弁２により消費された燃料による圧力低下分を補ってパイロット燃料噴射に適した所望低圧に維持されなければならない。第一蓄圧室４における消費燃料量は、二気筒分の第一燃料噴射弁２による燃料噴射量であって既知であり、この消費燃料量を第二蓄圧室５から第一蓄圧室４へ移動させれば良い。すなわち、前述の式において、制御弁７の連通路７ａの開放時間ｔを変化させて移動量Ｑを消費燃料量に一致させれば良い。前述したように、圧力室７ｃ内の燃料圧力は、弁体７ｂを開閉する圧力まで瞬間的には変化しないために、連通路７ａの開放時間ｔは、ソレノイド７ｊを励磁している時間とは一致しない。それにより、実際には、ソレノイド７ｊの励磁時間を制御することとなるが、この制御には前述した弁体７ｂの応答遅れを考慮する必要がある。前述したように、第一蓄圧室４には第一圧力センサ４ｂが設けられているために、第一圧力センサ４ｂによって検出される実際の第一蓄圧室４内の燃料圧力が所望圧力となるように、弁体の開弁時間又はソレノイドの励磁時間を補正するようにしても良い。
【００３４】
弁体７ｂの開弁は、高圧ポンプ６の吐出行程毎に実施されることが好ましく、例えば、吐出行程の直前毎に実施されることが好ましい。また、吐出行程毎に同期して実施しても良く、また、吐出行程の直後毎に実施しても良い。さらに、高圧ポンプ６の二回の吐出行程毎に実施しても良く、この場合には、四気筒分の第一燃料噴射弁２による燃料噴射量を第二蓄圧室５から第一蓄圧室４へ移動させることとなる。このように制御弁７の開弁時期は、高圧ポンプ６の吐出行程に基づき設定され、すなわち、機関駆動式の燃料ポンプ６の場合には、機関回転数が高いほど制御弁７の開弁時期は短時間で繰り返されるようになる。
【００３５】
図２は本発明による内燃機関の燃料噴射装置の第二実施形態を示す平面図である。第一実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態において、第一蓄圧室４’と第二蓄圧室５’とは、一つのブロック内に形成されており、また、制御弁７’も同じブロック内に配置されている。制御弁７’の構成は、第一実施形態の制御弁７と同様であり、ここでは説明を省略する。このような構成によって第一蓄圧室及び第二蓄圧室と制御弁とを連通する配管４ａ，５ａが不要となって構造を簡素化することができる。
【００３６】
ところで、燃料噴射弁によって燃料を噴射すると、燃料噴射弁の先端部の燃料溜において発生した負圧波が蓄圧室へ伝播し、この時、蓄圧室は開放端となるために、負圧波は蓄圧室から正圧波として反射し、この正圧波が燃料噴射弁の燃料溜へ到来する。燃料噴射圧は、実際には、蓄圧室の燃料圧力ではなく、この燃料溜内の燃料圧力となるために、こうして正圧波が燃料溜へ到来すると、噴射率が増大することとなる。
【００３７】
第二燃料噴射弁３による主燃料噴射では、パイロット燃料噴射に比較して噴射量が多く、すなわち、第二燃料噴射弁３の開弁期間が長いために、噴射期間中に燃料溜へ正圧波が到来しても、開弁期間を短く調整して所望量の燃料を噴射することができる。しかしながら、第一燃料噴射弁２によるパイロット燃料噴射では、開弁期間が短く、開弁期間の調整は困難であり、噴射期間中に燃料溜へ正圧波が到来すると、所望量の燃料を噴射することができない。
【００３８】
この問題を解決するために、本実施形態においては、各第一燃料噴射弁２と第一蓄圧室４’とを連通する各第一配管２ａ’の配管長が、各第二燃料噴射弁３と第二蓄圧室５’とを連通する各第二配管３ａ’の配管長に比較して長くされおり、圧力波が第一燃料噴射弁２と第一蓄圧室とを往復する時間が長くなるようにしている。それにより、第一燃料噴射弁２によるパイロット燃料噴射中には、正圧波が第一燃料噴射弁２の燃料溜内へ到来することはなく、パイロット燃料噴射の噴射量を正確に制御することができる。
【００３９】
また、第二燃料噴射弁３による主燃料噴射では、第二配管３ａ’の配管長が第一配管２ａ’に比較して短くされるために、主燃料噴射中に正圧波が確実に第二燃料噴射弁３の燃料溜へ到来して噴射率を高めることができる。それにより、第二燃料噴射弁３の開弁期間が短く補正され、燃料噴射時間を短縮することができる。これは多量の燃料噴射を可能とし、さらに機関出力を高めることができる。
【００４０】
また、各第一燃料噴射弁２と第一蓄圧室４’とを連通する各第一配管２ａ’に設けられたオリフィスの径を小さくすると、第一配管２ａ’内を伝播する圧力波はオリフィス位置で大きく減衰し、例えば、オリフィスを直径０．７ｍｍとすれば、圧力波をほぼ無くすことができる。それにより、第一配管２ａ’に設けられたオリフィス径を第二配管３ａ’に設けられたオリフィス径（例えば、直径３ｍｍ）より小さくすることによっても、第一燃料噴射弁２によるパイロット燃料噴射において、圧力波の影響を十分に低減することができ、噴射量を正確に制御することができる。
【００４１】
このように、第一燃料噴射弁と第一蓄圧室とを連通する第一配管の配管長を短くしたり、第一配管のオリフィス径を小さくしたりすることは、第一実施形態においても実施することができる。
【００４２】
図３は本発明による内燃機関の燃料噴射装置の第三実施形態を示す平面図である。第二実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態においても、第一蓄圧室４”と第二蓄圧室５”とは、第二実施形態と同様に、細長形状を有して一つのブロック内に並列して形成されている。第一蓄圧室４”には複数の第一燃料噴射弁２へ燃料を供給するための複数の第一供給口（第一配管２ａ’と第一蓄圧室４”との接続部）が第一蓄圧室の軸線方向に離間して配置され、第二蓄圧室５”には複数の第二燃料噴射弁３へ燃料を供給するための複数の第二供給口（第二配管３ａ’と第二蓄圧室５”との接続部）が第二蓄圧室の軸線方向に離間して配置されおり、同じブロックに配置された制御弁７’は、第一蓄圧室４”における両端の第一供給口の間と第二蓄圧室５”における両端の第二供給口の間とにおいて第一蓄圧室４”と第二蓄圧室５”とを連通する連通路内に配置されている。
【００４３】
それにより、第一蓄圧室４’の端に位置する第一供給口の外側と第二蓄圧室５’の端に位置する第二供給口の外側とにおいて、第一蓄圧室４’と第二蓄圧室５’とを連通する連通路内に制御弁７’を配置した第二実施形態に比較して、本実施形態ではブロックを小型化することができ、車両搭載性が向上する。また、第一蓄圧室４”及び第二蓄圧室５”の容積を小さくすることができ、機関始動時において第一蓄圧室４”及び第二蓄圧室５”内の燃料圧力の昇圧時間が短縮され、機関始動性が改善する。
【００４４】
これまで説明した実施形態において、第二燃料噴射弁による主燃料噴射は、第二蓄圧室内を所望高燃料圧力に維持して実施するとしたが、機関低負荷時に比較して機関高負荷時の噴射圧、すなわち、噴射率を高めて、許容された燃料噴射時間で多量の燃料を噴射することを可能とするために、第二蓄圧室内の燃料圧力を機関高負荷時には、機関低負荷時に比較して高めるようにしても良い。また、第二蓄圧室内の燃料圧力を、機関負荷、すなわち、燃料噴射量に応じて、二段階ではなく、さらに多段階又は無段階に変化させるようにしても良い。
【００４５】
このような場合において、第二蓄圧室に設けられたリリーフ弁の開弁設定圧はかなり高められ、燃料ポンプは、各機関負荷に対する第二蓄圧室内の所望燃料圧力を実現するために、燃料を調量して圧送することとなる。
【００４６】
こうして、第二蓄圧室内の燃料圧力は、機関負荷が増加する場合において、燃料ポンプによる燃料の調量圧送によって所望値へ高めることができ、一方、機関負荷が減少する場合においては、第二蓄圧室内の燃料圧力を、燃料噴射による燃料消費によって所望値へ低下させることとなる。このような第二蓄圧室内の燃料圧力制御において、機関負荷が緩やかに低下する場合には問題はない。しかしながら、特に、機関負荷が高負荷から低負荷へ急変した時においては、第二蓄圧室内の燃料圧力を急激に低下させなければならないのに、燃料噴射による燃料消費だけでは間に合わず、第二蓄圧室内の燃料圧力が機関低負荷に適した圧力よりかなり高い時点で主燃料噴射を実施することとなるために、必要以上の過剰な燃料が噴射されてしまう。
【００４７】
この問題を解決するために、機関高負荷時から機関低負荷時への機関過渡直後においては、第一燃料噴射弁を使用して主燃料噴射を実施すれば良い。第一燃料噴射弁により噴射される燃料は、パイロット燃料噴射に適した低圧とされている第一蓄圧室の燃料であり、こうして、高い噴射圧によって必要以上の燃料が噴射されることはない。機関負荷が低負荷から高まった時には、第二燃料噴射弁での主燃料噴射に切り換えられ、この時の第二蓄圧室内の燃料圧力は、依然として現在の機関負荷に対して高いことも考えられるが、機関負荷が増加しているために、それほど大きな差はなく、必要量の燃料に対して、非常に多量の燃料が噴射されることはない。
【００４８】
また、これまで説明した実施形態において、第一燃料噴射弁によるパイロット燃料噴射は、第一蓄圧室内を所望低燃料圧力に維持して実施するとしたが、機関低負荷時に比較して機関高負荷時の噴射圧、すなわち、噴射率を高めて、許容された燃料噴射時間で多量の燃料を噴射することを可能とするために、第一蓄圧室内の燃料圧力を機関高負荷時には、機関低負荷時に比較して高めるようにしても良い。また、第一蓄圧室内の燃料圧力を、機関負荷、すなわち、燃料噴射量に応じて、二段階ではなく、さらに多段階又は無段階に変化させるようにしても良い。
【００４９】
このように、パイロット燃料噴射において機関負荷に応じて噴射圧を変化させる場合において、機関高負荷時から機関低負荷時への機関過渡直後には、パイロット燃料噴射による燃料消費だけでは第一蓄圧室内の圧力は直ぐに低下せず、パイロット燃料噴射において必要以上の過剰な燃料が噴射されてしまう。
【００５０】
この問題を改善するために、機関高負荷時から機関低負荷時への機関過渡直後においては、制御弁の開弁を中止して第二蓄圧室から第一蓄圧室へ燃料が移動しないようにすると共に、第一燃料噴射弁を使用してパイロット燃料噴射だけでなく主燃料噴射も実施するようにすれば良い。それにより、第一蓄圧室内からはパイロット燃料噴射に加えて主燃料噴射によっても燃料が消費され、第一蓄圧室内の燃料圧力を早期に機関低負荷に適した圧力へ低下させることができる。
【００５１】
また、機関始動時において、燃料ポンプによって第一蓄圧室及び第二蓄圧室内の燃料圧力を大気圧からそれぞれの所望圧力へ昇圧するまで燃料噴射を開始しないのでは、機関始動が非常にもたつくこととなる。この問題を改善するために、機関始動時には制御弁の開弁を中止して第二蓄圧室から第一蓄圧室へ燃料が移動しないようにすれば、その分、第二蓄圧室を早期に所望圧力へ昇圧することが可能となる。こうして、第二燃料噴射弁による主燃料噴射が可能となり、機関始動性を向上することができる。この時において、第一燃料噴射弁でのパイロット燃料噴射は中止されるが、必要ならば、第二燃料噴射弁によって第二蓄圧室の燃料を使用するパイロット燃料噴射を実施しても良い。
【００５２】
ところで、第一燃料噴射弁が、制御弁と同様に、弁体を開弁させる際に第一蓄圧室内の燃料を燃料タンクへ戻す（内部漏れ）ような構成を有する場合には、第一蓄圧室からの消費燃料は、この内部漏れ燃料量が燃料噴射量に加えられる。それにより、第一蓄圧室内の燃料圧力を所望値にするための制御弁の開弁時間は、内部漏れ燃料量が加えられた消費燃料量に基づき設定されることとなる。
【００５３】
前述したように、燃料ポンプが燃料を調量せずに第二蓄圧室へ圧送する場合には、リリーフ弁を設けて、第二蓄圧室内の燃料圧力が過剰に高まらないように、必要以上の燃料を燃料タンクへ戻すようにしているが、前述のように第一蓄圧室での燃料消費量が内部漏れ燃料量によって増加する場合には、制御弁の開弁時間が増加することとなるために、燃料ポンプの圧送燃料が第二蓄圧室において必要以上とはならなくなり、第二蓄圧室のリリーフ弁を省略することが可能となる。
【００５４】
【発明の効果】
このように、本発明による内燃機関の燃料噴射装置は、各気筒に配置された第一燃料噴射弁及び第二燃料噴射弁と、第一燃料噴射弁へ燃料を供給する第一蓄圧室と、第二燃料噴射弁へ燃料を供給する第二蓄圧室とを具備し、第一蓄圧室内を低燃料圧力として第一燃料噴射弁によりパイロット燃料噴射を実施し、第二蓄圧室内を高燃料圧力として第二燃料噴射弁により主燃料噴射を実施するようになっている。それにより、第一燃料噴射弁は、主燃料噴射に影響されることなく、機関運転状態に適した噴射開始時期及び噴射期間を実現するようなパイロット燃料噴射を実施することができ、また、第二燃料噴射弁は、パイロット燃料噴射に影響されることなく、機関運転状態に適した噴射開始時期及び噴射期間を実現するような主燃料噴射を実施することができ、低圧のパイロット燃料噴射と高圧の主燃料噴射との間にインターバルを設ける場合においても、主燃料噴射開始時期を自由に設定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料噴射装置の第一実施形態を示す平面図である。
【図２】本発明による燃料噴射装置の第二実施形態を示す平面図である。
【図３】本発明による燃料噴射装置の第三実施形態を示す平面図である。
【図４】第一燃料噴射弁及び第二燃料噴射弁の燃料噴射パターンを示すタイムチャートである。
【図５】第一燃料噴射弁及び第二燃料噴射弁のもう一つの燃料噴射パターンを示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２…第一燃料噴射弁
３…第二燃料噴射弁
４…第一蓄圧室
５…第二蓄圧室
６…燃料ポンプ
７，７’…制御弁

Claims

各気筒に配置された第一燃料噴射弁及び第二燃料噴射弁と、前記第一燃料噴射弁へ燃料を供給する第一蓄圧室と、前記第二燃料噴射弁へ燃料を供給する第二蓄圧室とを具備し、前記第一蓄圧室内を低燃料圧力として前記第一燃料噴射弁によりパイロット燃料噴射を実施し、前記第二蓄圧室内を高燃料圧力として前記第二燃料噴射弁により主燃料噴射を実施することを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
前記第一蓄圧室と前記第一燃料噴射弁とを接続する第一配管におけるオリフィス径は、前記第二蓄圧室と前記第二燃料噴射弁とを接続する第二配管におけるオリフィス径より小さいことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記第一蓄圧室と前記第一燃料噴射弁とを接続する第一配管の配管長は、前記第二蓄圧室と前記第二燃料噴射弁とを接続する第二配管の配管長より長いことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
機関低負荷時の前記第二燃料噴射弁による主燃料噴射の噴射圧を機関高負荷時に比較して低下させるために、機関低負荷時における前記第二蓄圧室内の燃料圧力を機関高負荷時に比較して低下させる場合に、機関高負荷時から機関低負荷時への機関過渡直後には、前記第一燃料噴射弁を使用して主燃料噴射を実施することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
燃料ポンプは前記第二蓄圧室へ接続され、前記第一蓄圧室と前記第二蓄圧室とは制御弁を介して連通されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
前記第一蓄圧室内を所望燃料圧力に維持するために、前記制御弁の開弁時期は前記燃料ポンプの吐出行程に基づき設定され、前記制御弁の開弁時間は、前記第一燃料噴射弁の燃料噴射量に基づき設定されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
前記制御弁の開弁時間は、前記第一燃料噴射弁の内部漏れ燃料量も考慮されて設定されることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記第一蓄圧室と前記第二蓄圧室とは一つのブロック内に形成されおり、前記制御弁も前記ブロック内に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記第一蓄圧室と前記第二蓄圧室とは細長形状を有して前記ブロック内に並列して形成され、前記第一蓄圧室には複数の前記第一燃料噴射弁へ燃料を供給するための複数の第一供給口が前記第一蓄圧室の軸線方向に離間して配置され、前記第二蓄圧室には複数の前記第二燃料噴射弁へ燃料を供給するための複数の第二供給口が前記第二蓄圧室の軸線方向に離間して配置され、前記制御弁は、前記第一蓄圧室における両端の前記第一供給口の間と前記第二蓄圧室における両端の前記第二供給口の間とにおいて前記第一蓄圧室と前記第二蓄圧室とを連通する連通路内に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
機関高負荷時の前記第一燃料噴射弁によるパイロット燃料噴射の噴射圧を機関低負荷時に比較して高めるために、機関高負荷時における前記第一蓄圧室内の燃料圧力を機関低負荷時に比較して増大させる場合に、機関高負荷時から機関低負荷時への機関過渡直後には、前記制御弁の開弁を中止し、前記第一燃料噴射弁を使用して主燃料噴射を実施することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
機関始動時には、前記制御弁の開弁を中止し、前記第一燃料噴射弁によるパイロット燃料噴射を中止することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。