JP2005090392A

JP2005090392A - 内燃機関の燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2005090392A
Application number: JP2003326327A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Tsuchiya; 孝幸土屋; Tomoyuki Kashiwatani; 呂之柏谷
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2003-09-18
Filing date: 2003-09-18
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-18
Also published as: JP4095520B2

Abstract

【課題】液化ガス燃料のエンジンの始動を的確に行えるようにする。
【解決手段】燃料に液化ガスを用いる内燃機関の燃料噴射装置であって、燃料タンク２に蓄えた液化ガスの燃料を圧送する低圧ポンプ３と、低圧ポンプ３からの燃料を所定高圧に加圧して供給用コモンレール６に送る高圧ポンプ４と、供給用コモンレール６の高圧燃料を噴射する燃料インジェクタ８と、燃料インジェクタ８の余剰燃料を回収する回収用コモンレール２０と、回収用コモンレール２０の余剰燃料をレギュレータバルブ２４を介して燃料タンク２に戻す燃料戻し通路２３とを備える一方、前記低圧ポンプ３からの燃料を弁手段２６を介して回収用コモンレール２０に導入するバイパス充填通路２５を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、燃料に液化ガスを用いる内燃機関の燃料噴射装置に関する。

エンジンの燃料噴射装置として、燃料タンクの燃料を高圧ポンプで加圧してコモンレールに蓄えておき、このコモンレールの高圧燃料を燃料インジェクタを介してエンジンの燃焼室に噴射する畜圧式の燃料噴射装置がある（例えば、特許文献１）。
特開２００３−４１９９６

このような燃料噴射装置では、燃料インジェクタの背圧部所に入った余剰燃料を回収する通路を設けるが、液化ガス燃料を用いた場合、エンジン停止時には燃料の圧力が低下するため、燃料インジェクタの背圧部所の燃料も気化するようになる。

そのため、エンジンを始動する場合、スタータモータによるエンジン回転に同期して駆動される燃料ポンプの加圧によって、燃料インジェクタの背圧部所に燃料が充填・液化するまでは、燃料インジェクタの弁の動作が安定せず、正常な噴射制御が行われない。

したがって、エンジンを始動するためのクランキングに時間がかかってしまい、特に、背圧部所を閉弁圧室にして閉弁圧室の開閉によって噴射を制御する場合、噴射圧がなかなか高まらず、クランキングに時間がかかることになる。

この発明は、燃料に液化ガスを用いるエンジンの始動を的確に行えるようにすることを目的としている。

第１の発明は、燃料に液化ガスを用いる内燃機関の燃料噴射装置であって、燃料タンクに蓄えた液化ガスの燃料を圧送する低圧ポンプと、低圧ポンプからの燃料を所定高圧に加圧して供給用コモンレールに送る高圧ポンプと、供給用コモンレールの高圧燃料を噴射する燃料インジェクタと、燃料インジェクタの余剰燃料を回収する回収用コモンレールと、回収用コモンレールの余剰燃料をレギュレータバルブを介して燃料タンクに戻す燃料戻し通路とを備える一方、前記低圧ポンプからの燃料を弁手段を介して回収用コモンレールに導入するバイパス充填通路を設けたことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記燃料インジェクタの余剰燃料は、燃料インジェクタの閉弁圧室を経由して回収するようになっていることを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、前記燃料インジェクタは、燃料インジェクタの閉弁圧室を開閉する電磁弁を備えることを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明において、前記低圧ポンプはエンジンキースイッチのオンによって駆動する電動ポンプであり、前記高圧ポンプはエンジン駆動のポンプであることを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明において、エンジンキースイッチのオンによって、前記低圧ポンプが駆動して、前記回収用コモンレール内の圧力が所定圧に上昇したことを運転者に報知する報知手段を設けたことを特徴とする。

第６の発明は、第１の発明において、前記回収用コモンレール内の圧力が所定圧に上昇してないときは、エンジンのスタータモータの始動を禁止するスタータ禁止手段を設けたことを特徴とする。

第１の発明においては、エンジン停止時に、燃料の圧力の低下によって、燃料インジェクタ内、回収用コモンレール内の余剰燃料（燃料インジェクタの背圧あるいは閉弁圧に相当する）が気化していても、エンジンを始動する際に、低圧ポンプからの燃料がバイパス充填通路を介して回収用コモンレール内、燃料インジェクタ内に充填されるので、高圧ポンプから燃料インジェクタに送られる燃料に対して、速やかに適正範囲の圧で噴射を行え、したがって、クランキングに時間がかかることはなく、エンジンの始動を的確に行うことができ、気化しやすい液化ガスを燃料とするエンジンの始動において、始動時間を短縮でき、スタータモータの過熱、過度のバッテリ電圧の降下を防止できる。

第２、第３の発明においては、燃料インジェクタに閉弁圧室を設けるものにおいて、エンジンの始動を的確に速やかに行うことができる。

第４の発明においては、エンジンキースイッチのオンによって、回収用コモンレール内、燃料インジェクタ内に燃料を速やかに充填でき、エンジンの始動を速やかに行うことができる。

第５、第６の発明においては、始動可能な状態にあるときに、適切にクランキングを行うことができ、クランキングに時間がかかることはなく、エンジンの始動を的確に速やかに行うことができる。

図１は、燃料噴射装置の全体構成図で、１は液化ガスを燃料とするエンジン、２はその燃料タンク、３は電動モータにより駆動される低圧ポンプ、４はエンジン１により駆動される高圧ポンプを示す。

燃料タンク２の燃料は、低圧ポンプ３によって燃料供給通路５に送出され、燃料供給通路５を通して高圧ポンプ４に圧送された燃料は、高圧ポンプ４によって所定高圧に加圧されて供給用コモンレール６に導かれ、供給用コモンレール６の高圧燃料は、分配通路７を介してエンジン１の各気筒の燃料インジェクタ８に導入される。

燃料インジェクタ８は、図２のように本体１０内にノズル孔１１を開閉する針弁１２が配設され、針弁１２の回りに供給用コモンレール６の高圧燃料が導かれる燃料室１３が形成される。針弁１２の基端にはピストン部１４が設けられ、ピストン部１４は燃料室１３の奥方に形成された閉弁圧室１５との間の案内部に摺動自由に嵌挿されると共に、ピストン部１４に燃料室１３と閉弁圧室１５とを連通する連通溝１６が形成される。閉弁圧室１５には、ピストン部１４を介して針弁１２を閉方向に付勢するリターンスプリング１７が介装される。閉弁圧室１５の出口は、回収通路１８を介して回収用コモンレール２０に接続されると共に、その閉弁圧室１５の出口を開閉する電磁弁２１が設けられる。

電磁弁２１が開動されると、閉弁圧室１５が開放されて、燃料室１３の燃料圧力によって針弁１２がリフトされ、燃料がノズル孔１１より噴射される。閉弁圧室１５の燃料は、ピストン部１４の後退動によって、余剰燃料として回収通路１８より回収用コモンレール２０に排出、回収される。

電磁弁２１が閉動されると、閉弁圧室１５が閉じられ、閉弁圧室１５に連通溝１６を通して燃料室１３の燃料が導かれて、ピストン部１４にかかる圧力によって、針弁１２が閉じられ、燃料の噴射が終了される。

供給用コモンレール６はレギュレータバルブ２２を介して燃料タンク２につながる燃料戻し通路２３に接続され、回収用コモンレール２０はレギュレータバルブ２４を介して燃料タンク２につながる燃料戻し通路２３に接続される。

低圧ポンプ３と高圧ポンプ４とを結ぶ燃料供給通路５は、途中を分岐され、バイパス充填通路２５を介して、レギュレータバルブ２４の上流側の回収用コモンレール２０に接続され、バイパス充填通路２５には一方向弁（逆止弁）２６が設置される。

レギュレータバルブ２４の設定圧は、例えば１５〜２０ｋｇ／ｃｍ²に、低圧ポンプ３の吐出圧は、例えば最大１０ｋｇ／ｃｍ²に設定される。

低圧ポンプ３は、エンジンキースイッチ２７のオンによって駆動され、スタータモータ２８は、エンジンキースイッチ２７のスタータ位置によって駆動され、高圧ポンプ４は、クランキング時はスタータモータ２８によってエンジン１とともに駆動される。

エンジンキースイッチ２７のオン信号、スタータ位置信号は、制御回路３０に送られる。また、回収用コモンレール２０内の燃料圧力を検出する出口燃圧センサ３１が設けられ、その検出圧が制御回路３０に入力される。

制御回路３０は、エンジン１の始動時、運転時に、各燃料インジェクタ８より要求量の燃料を要求噴射時期に噴射するように、各燃料インジェクタ８の電磁弁２１の開閉を制御すると共に、エンジン１の始動時（エンジンキースイッチ２７がオン状態）に、出口燃圧センサ３１の検出に基づき、回収用コモンレール２０内の燃料圧力が規定値（回収用コモンレール２０から各燃料インジェクタ８の閉弁圧室１５の出口周辺部位まで液化状態の燃料で満たすことが可能な圧力、例えば５ｋｇ／ｃｍ²程度）以上のとき、回収用コモンレール２０内の燃料圧力が規定値以上にあること、スタータ可にあることを運転室に設けた表示器３２に表示するように制御する。

図３は、エンジン始動時の動作フローを示しており、エンジンキースイッチ２７をオンすると、低圧ポンプ３が起動され、燃料タンク２の燃料が低圧ポンプ３によって、バイパス充填通路２５を介して回収用コモンレール２０側へ供給され、燃料の充填が開始される（Ｓ１、Ｓ２）。

燃料が回収用コモンレール２０から各燃料インジェクタ８の閉弁圧室１５の出口周辺部位まで充填され、出口燃圧センサ３１の検出値が規定値以上になると、回収用コモンレール２０内の燃料圧力が規定値以上にあること、スタータ可にあることが表示器３２に表示され、運転者に報知される（Ｓ３、Ｓ４）。

運転者が、表示器３２の表示によって回収用コモンレール２０内の燃料圧力が規定値以上にあること、スタータ可にあることを確認して、エンジンキースイッチ２７をスタータ位置に入れると、スタータモータ２８が駆動され、クランキングが行われ、エンジン１が始動される（Ｓ５〜Ｓ７）。

このような構成のため、エンジン停止時に、燃料の圧力の低下によって、燃料インジェクタ８の閉弁圧室１５より回収通路１８、回収用コモンレール２０内の燃料が気化していても、エンジンを始動する際に、エンジンキースイッチ２７のオンによって駆動される低圧ポンプ３から燃料が、バイパス充填通路２５を介して回収用コモンレール２０側へ供給され、回収用コモンレール２０から燃料インジェクタ８の閉弁圧室１５の出口周辺部位まで液化状態の燃料が充填される。

そして、表示器３２の表示によって回収用コモンレール２０内の燃料圧力が規定値以上にあること、スタータ可にあることを確認後、エンジンキースイッチ２７をスタータ位置に入れ、クランキングが開始されると、燃料インジェクタ８の電磁弁２１の開動作によって、閉弁圧室１５の出口周辺部位の液化状態の燃料が閉弁圧室１５内に進入し、閉弁圧室１５内も液化状態の燃料で満たされる。

このため、高圧ポンプ４から燃料室１３に導入される燃料に対して、低すぎる圧で針弁１２がリフトして燃料が噴射されることが回避され、適正範囲の圧で噴射が行われる。

したがって、クランキングに時間がかかることはなく、適切にクランキングを行って、エンジン１の始動を的確に行うことができる。この結果、気化しやすい液化ガスを燃料とするエンジン１の始動において、始動時間を短縮でき、スタータモータ２８の過熱、過度のバッテリ電圧の降下を防止できる。

なお、燃料インジェクタに閉弁圧室を設けず、背圧のみかかる構造のものにおいても、適用でき、その燃料インジェクタの弁の安定した動作を得て、エンジンの始動を的確に速やかに行うことができる。

図４は別の実施の形態のエンジン始動時の動作フローで、回収用コモンレール２０内の燃料圧力が規定値以上にない場合は、スタータモータ２８の駆動を禁止するものである。

図４のように、エンジンキースイッチ２７をオンすると、低圧ポンプ３が起動され、燃料タンク２の燃料が低圧ポンプ３によって、バイパス充填通路２５を介して回収用コモンレール２０側へ供給され、燃料の充填が開始される（Ｓ１１、Ｓ１２）。

出口燃圧センサ３１の検出値が規定値以上かどうかが判定され、規定値以上にないときはスタータモータ２８の駆動回路がオフ状態にされる（Ｓ１３、Ｓ１４）。

したがって、この状態では、運転者がエンジンキースイッチ２７をスタータ位置に入れても、スタータモータ２８は駆動されず、クランキングは行われない。

一方、燃料が回収用コモンレール２０から各燃料インジェクタ８の閉弁圧室１５の出口周辺部位まで充填され、出口燃圧センサ３１の検出値が規定値以上になると、スタータモータ２８の駆動回路がオン状態にされる（Ｓ１３、Ｓ１５）。

したがって、この状態では、運転者がエンジンキースイッチ２７をスタータ位置に入れると、スタータモータ２８が駆動され、クランキングが行われ、エンジン１が始動される（Ｓ１６〜Ｓ１８）。

このようにすれば、始動可能な状態にあるときに、適切にクランキングを行うことができ、クランキングに時間がかかることはなく、エンジン１の始動を的確に速やかに行うことができる。

燃料噴射装置の全体構成図である。燃料インジェクタの断面図である。エンジン始動時の動作フローを示す図である。別の実施の形態の動作フローを示す図である。

符号の説明

１エンジン
２燃料タンク
３低圧ポンプ
４高圧ポンプ
５燃料供給通路
６供給用コモンレール
８燃料インジェクタ
１２針弁
１３燃料室
１４ピストン部
１５閉弁圧室
２０回収用コモンレール
２１電磁弁
２２レギュレータバルブ
２３燃料戻し通路
２４レギュレータバルブ
２５バイパス充填通路
２６一方向弁
２７エンジンキースイッチ
２８スタータモータ
３０制御回路
３１出口燃圧センサ
３２表示器

Claims

燃料に液化ガスを用いる内燃機関の燃料噴射装置であって、
燃料タンクに蓄えた液化ガスの燃料を圧送する低圧ポンプと、
低圧ポンプからの燃料を所定高圧に加圧して供給用コモンレールに送る高圧ポンプと、
供給用コモンレールの高圧燃料を噴射する燃料インジェクタと、
燃料インジェクタの余剰燃料を回収する回収用コモンレールと、
回収用コモンレールの余剰燃料をレギュレータバルブを介して燃料タンクに戻す燃料戻し通路とを備える一方、
前記低圧ポンプからの燃料を弁手段を介して回収用コモンレールに導入するバイパス充填通路を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
前記燃料インジェクタの余剰燃料は、燃料インジェクタの閉弁圧室を経由して回収するようになっ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。
前記燃料インジェクタは、燃料インジェクタの閉弁圧室を開閉する電磁弁を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
前記低圧ポンプはエンジンキースイッチのオンによって駆動する電動ポンプであり、前記高圧ポンプはエンジン駆動のポンプであ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。
エンジンキースイッチのオンによって、前記低圧ポンプが駆動して、前記回収用コモンレール内の圧力が所定圧に上昇したことを運転者に報知する報知手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
前記回収用コモンレール内の圧力が所定圧に上昇してないときは、エンジンのスタータモータの始動を禁止するスタータ禁止手段を設けた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。