JP2005105870A - Fuel injection device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関、特にディーゼルエンジン用の燃料噴射装置に関し、詳しくは、増圧機構を備えた燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine, particularly a diesel engine, and more particularly to a fuel injection device provided with a pressure increasing mechanism.
ディーゼルエンジン用燃料噴射装置として、コモンレールシステムが注目されている。コモンレールシステムは、共通の蓄圧器(コモンレール)を設けて、燃料供給ポンプから圧送される加圧燃料を蓄え、油圧制御弁で噴射ノズルを開閉して各気筒に噴射するシステムで、噴射圧力と噴射量を独立に制御できるなど、優れた性能を有する。 A common rail system has attracted attention as a fuel injection device for diesel engines. The common rail system is a system that provides a common pressure accumulator (common rail), stores pressurized fuel pumped from a fuel supply pump, and opens and closes the injection nozzle with a hydraulic control valve and injects it into each cylinder. Excellent performance, such as the amount can be controlled independently.
このようなコモンレールシステムに対し、近年、排気ガス浄化、燃費向上の見地から、さらに高性能化の要求がなされている。具体的には、燃料の噴射圧力を高めることが必要であり、これを簡易に実現するために、例えば、特許文献1に記載されるような増圧機構を有する新しいシステムが提案されている。
特許文献1の燃料噴射装置は、蓄圧器の燃料を増圧する増圧機構を備え、かつコモンレールシステムの長所であるノズル開閉を油圧で制御する機構を備えている。この装置では、増圧機構を用いて、より高圧での噴射ができるだけでなく、増圧と噴射の両方を制御することで、低圧での微小噴射や超高圧での主噴射といった複数の噴射モードを可能にし、また、1噴射サイクルの中で噴射圧力を変えることができる。従って、運転状態に応じたきめ細かい制御を行って、燃焼の最適化ができるようになる。
The fuel injection device of
ところが、この種のシステムにおいては、本質的に2つの作動、すなわち増圧作動と噴射作動を各々独立に制御する必要があるために、アクチュエータが少なくとも2個必要になるなど、システムの構成が複雑になりやすい。このため、コストが高くなるという問題があり、同等の機能をより簡易に実現することが望まれている。 However, in this type of system, since it is necessary to control two operations, that is, a pressure increasing operation and an injection operation independently, at least two actuators are required, and the system configuration is complicated. It is easy to become. For this reason, there exists a problem that cost becomes high, and it is desired to implement | achieve an equivalent function more simply.
必要となる作動としては、増圧しないで蓄圧器の圧力をそのまま微小噴射するモードと、増圧して超高圧で噴射するモードがある。本発明では、これら作動をアクチュエータ1つの簡易な構成で実現可能とすること、さらに、アクチュエータを1つにすることで生ずる噴射圧低下などの性能低下を防ぐため、制御弁の応答性を上げ、またタイミング制御を高精度に行える構成として、高性能かつ安価なシステムを提供することを目的としている。 Necessary operations include a mode in which the pressure in the accumulator is injected as it is without increasing the pressure, and a mode in which the pressure is increased and injected at an ultrahigh pressure. In the present invention, these operations can be realized with a simple configuration of one actuator, and in addition, in order to prevent performance degradation such as a decrease in injection pressure caused by using one actuator, the response of the control valve is increased, Another object of the present invention is to provide a high-performance and inexpensive system as a configuration capable of performing timing control with high accuracy.
請求項1の発明において、内燃機関用燃料噴射装置は、
燃料を蓄圧する蓄圧器と、
該蓄圧器から高圧室に供給される燃料を増圧ピストンの駆動によって増圧する増圧器と、
背圧室の油圧を増減することによって開閉が制御され、前記蓄圧器から直接供給される燃料または前記増圧器によって増圧された燃料を噴射する噴射ノズルを備え、
1つの2位置電磁アクチュエータによって駆動されて2つの制御機能をなし、その一方が前記増圧器の増圧作動を制御する増圧制御弁部、他方が前記噴射ノズルの噴射作動を制御する噴射制御弁部である制御弁を有している。
前記制御弁は、2つの制御機能部がともに2位置2方弁の機能を有しており、かつ前記増圧制御弁部による増圧作動制御の開始が、前記噴射制御弁部による噴射作動制御の開始より早く、前記増圧制御弁部による増圧作動制御の終了が、前記噴射制御弁部による噴射作動制御の終了より遅くなるように、2つの制御機能部の作動にずれを有する構成としてある。
In the invention of
An accumulator for accumulating fuel;
A pressure intensifier for increasing the pressure of the fuel supplied from the pressure accumulator to the high pressure chamber by driving the pressure increasing piston;
Opening / closing is controlled by increasing / decreasing the hydraulic pressure of the back pressure chamber, and includes an injection nozzle that injects fuel directly supplied from the accumulator or fuel increased in pressure by the intensifier,
Driven by one two-position electromagnetic actuator to perform two control functions, one of which is a pressure-increasing control valve unit for controlling the pressure-increasing operation of the pressure intensifier, and the other is an injection control valve for controlling the injection operation of the injection nozzle It has a control valve that is a part.
In the control valve, both of the two control function units have the function of a two-position two-way valve, and the start of the pressure increase operation control by the pressure increase control valve unit is the injection operation control by the injection control valve unit. The operation of the two control function units has a deviation so that the end of the pressure increase operation control by the pressure increase control valve unit is earlier than the end of the injection operation control by the injection control valve unit earlier than the start of is there.
上記構成において、2位置電磁アクチュエータに通電すると、まず、制御弁の増圧制御弁部が増圧制御を開始する。増圧制御弁部は、2位置2方弁構造で、増圧器の制御室と燃料戻し通路の間を開閉することによって、増圧ピストンを駆動する。次いで、同じく2位置2方弁構造の噴射制御弁部が、噴射ノズルの背圧室と燃料戻し通路の間を開閉することで、噴射制御を開始する。アクチュエータへの通電を停止すると、先に噴射制御が終了し、次いで増圧制御が終了する。 In the above configuration, when the two-position electromagnetic actuator is energized, first, the pressure increase control valve portion of the control valve starts the pressure increase control. The pressure increase control valve portion has a two-position two-way valve structure, and drives the pressure increase piston by opening and closing between the control chamber of the pressure increaser and the fuel return passage. Next, the injection control valve portion having the two-position two-way valve structure opens and closes between the back pressure chamber of the injection nozzle and the fuel return passage to start injection control. When the energization to the actuator is stopped, the injection control ends first, and then the pressure increase control ends.
このように、2つの制御機能部の作動にずれを設けることで、系の作動遅れによる増圧加圧の遅れをなくし、また、噴射終了時の噴射圧力の低下を防止して、超高圧での噴射を可能にする。また、増圧が進まないうちに短期間の噴射を行なえば、低圧での微小噴射が可能である。 Thus, by providing a deviation in the operation of the two control function units, the delay of the pressurization and pressurization due to the system operation delay is eliminated, and the decrease in the injection pressure at the end of the injection is prevented. Allows injection of. Further, if injection is performed for a short time before the pressure increase proceeds, minute injection at a low pressure is possible.
よって、1つのアクチュエータと1つの弁体で、増圧および噴射の2つの作動を制御し、簡易な構成で、超高圧での主噴射、低圧での微小噴射といった噴射パターンが可能となる。アクチュエータは、安価な電磁アクチュエータであり、簡易な2位置2方弁構造の制御弁と組み合わせることで、システム全体のコストを低減することができ、安価なシステムで、応答性よく高精度な噴射制御を行なうことができる。 Accordingly, two operations of pressure increase and injection are controlled by one actuator and one valve body, and an injection pattern such as main injection at an ultrahigh pressure and micro injection at a low pressure is possible with a simple configuration. The actuator is an inexpensive electromagnetic actuator that can be combined with a simple control valve with a two-position two-way valve structure to reduce the overall cost of the system, and it is an inexpensive system with high responsiveness and high accuracy. Can be performed.
請求項2記載の発明では、前記制御弁を、作動方向に常に圧力バランスする構成とする。圧力バランスさせることで、電磁アクチュエータの要求吸引力を低減し、小型に構成することができる。 According to a second aspect of the present invention, the control valve is configured to always balance the pressure in the operation direction. By balancing the pressure, the required attractive force of the electromagnetic actuator can be reduced and the structure can be reduced.
請求項3記載の発明では、前記制御弁の可動部材が前記電磁アクチュエータに直結した1つの弁体からなる。弁体を1つとして2位置電磁アクチュエータと一体と設けることで、簡単な構成で応答性よく制御を行なうことができる。 According to a third aspect of the present invention, the movable member of the control valve is composed of one valve body directly connected to the electromagnetic actuator. By providing a single valve element and a two-position electromagnetic actuator, control can be performed with a simple structure and good response.
請求項4記載の発明では、前記制御弁の可動部材を、円筒シール部をもつスプール弁形状とする。スプール弁を用いると2つの制御機能部の構成が容易で、圧力バランス構造がとりやすく、コンパクトにできる。 According to a fourth aspect of the present invention, the movable member of the control valve has a spool valve shape having a cylindrical seal portion. When a spool valve is used, the configuration of the two control function units is easy, the pressure balance structure is easy to adopt, and the size can be reduced.
請求項5記載の発明では、前記可動部材の円筒シール部の制御エッジを、可動部材のリフトに合わせて噴射作動制御より先に増圧作動制御状態になるとともに、戻りリフトに合わせて噴射作動制御より後に増圧作動制御の終了状態になるよう配置する。 According to a fifth aspect of the present invention, the control edge of the cylindrical seal portion of the movable member is brought into the pressure increasing operation control state prior to the injection operation control according to the lift of the movable member, and the injection operation control according to the return lift. It arrange | positions so that it may be in the completion | finish state of pressure increase operation | control control later.
具体的には、制御弁を構成するスプール弁において、噴射作動を制御する円筒シール部のエッジと増圧作動を制御するエッジの位置を適切に設定することで、流路の連通・遮断のタイミングをずらし、所望の制御状態を実現することができる。 Specifically, in the spool valve constituting the control valve, the timing of communication / blocking of the flow path is set by appropriately setting the positions of the edge of the cylindrical seal portion that controls the injection operation and the edge that controls the pressure increase operation. The desired control state can be realized by shifting.
請求項6記載の発明では、前記制御弁の可動部材が2つの弁体からなり、その一方が前記増圧制御弁部の増圧作動を制御する第1の弁体、他方が前記噴射制御弁部の噴射作動を制御する第2の弁体として、前記第1の弁体を前記電磁アクチュエータに直結する。前記第2の弁体は前記第1の弁体を介して前記電磁アクチュエータの駆動力を受けて従動させる。 According to a sixth aspect of the present invention, the movable member of the control valve comprises two valve bodies, one of which is the first valve body that controls the pressure-increasing operation of the pressure-increasing control valve section, and the other is the injection control valve. The first valve body is directly connected to the electromagnetic actuator as a second valve body for controlling the injection operation of the part. The second valve body is driven by the driving force of the electromagnetic actuator via the first valve body.
制御弁の可動部材を2つの弁体で構成することもできる。この場合、2つの弁体間の隙間を調整することで、作動のずれの設定が容易にできる利点がある。 The movable member of the control valve can also be composed of two valve bodies. In this case, there is an advantage that an operation deviation can be easily set by adjusting a gap between the two valve bodies.
請求項7記載の発明では、前記制御弁の可動部材はコーンシートまたは平面シートを有する。シール構造をコーンシート、平面シートに変更することでシール性が向上するので、軸方向のシール長をなくすことができ、必要リフトが小さくできるため、制御弁の小型化が可能となる。 In a seventh aspect of the invention, the movable member of the control valve has a cone sheet or a flat sheet. Since the sealing performance is improved by changing the seal structure to a cone sheet or a flat sheet, the axial seal length can be eliminated, and the required lift can be reduced, so that the control valve can be miniaturized.
請求項8記載の発明では、前記制御弁の2つの弁体を同軸上に配置し、2つの弁体がともに着座して、それぞれ増圧作動停止状態と噴射作動停止状態にある初期状態において、2つの弁体の間に前記作動のずれに相当する隙間を設ける。 In the invention according to claim 8, in the initial state where the two valve bodies of the control valve are arranged coaxially, the two valve bodies are both seated, and in the pressure increasing operation stop state and the injection operation stop state, respectively. A gap corresponding to the displacement of the operation is provided between the two valve bodies.
この初期状態から、電磁アクチュエータに通電すると、これと一体の第1の弁体がリフトして増圧制御弁部の増圧作動制御を開始する。前記隙間分リフトすると、第1の弁体が第2の弁体が当接して、その後は一体でリフトする。すなわち、2つの弁体の隙間によって、両者の作動のずれを調整することができる。 When the electromagnetic actuator is energized from this initial state, the first valve body integrated with the electromagnetic actuator is lifted to start the pressure increasing operation control of the pressure increasing control valve portion. When the clearance is lifted, the first valve body comes into contact with the second valve body, and thereafter, the first valve body lifts together. That is, the gap between the operations of the two valve bodies can be adjusted by the gap between the two valve bodies.
請求項9記載の発明では、前記制御弁の2つの弁体の隙間を、少なくとも一方の弁体のシート位置調整またはシートと接触端面間の長さ調整、またはシム調整することで設定する。 According to the ninth aspect of the present invention, the gap between the two valve bodies of the control valve is set by adjusting the seat position of at least one of the valve bodies, adjusting the length between the seat and the contact end surface, or adjusting the shim.
作動のずれとなる隙間は、少なくとも一方の弁体のシート面が着座する位置の調整またはシートからの接触端面間距離を調整することで、容易に設定することができる。あるいはシムを用いて、2つの弁体間の距離を調整することで、作動のずれに相当する隙間を、弁体形状を変更することなく、容易に設定できる。 The gap that causes the operation deviation can be easily set by adjusting the position where the seat surface of at least one valve body is seated or adjusting the distance between the contact end surfaces from the seat. Alternatively, by using a shim to adjust the distance between the two valve bodies, a gap corresponding to a shift in operation can be easily set without changing the valve body shape.
以下、図面に基づいて本発明を説明する。図1は本発明の燃料噴射装置の概略構成を示す模式図であり、車両ディーゼルエンジンのコモンレールシステムに適用される燃料噴射装置として具現化される。図1に示されるように、燃料噴射装置1は、主な構成要素として、燃料を蓄圧する蓄圧器(コモンレール)10と、蓄圧器10からの燃料を増圧する増圧器20と、蓄圧器10からの燃料または増圧された燃料を噴射する噴射ノズル30と、増圧器20および噴射ノズル30の作動を制御する制御弁100とを備えている。また、これら構成要素に連通する燃料通路6、61〜64と、燃料タンクTに至る燃料戻し通路7、71、72が設けられ、燃料通路の途中には逆止弁40およびいくつかの絞り51、52、53、54が配設してある。
The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a fuel injection device of the present invention, which is embodied as a fuel injection device applied to a common rail system of a vehicle diesel engine. As shown in FIG. 1, the
増圧器20は、大径ピストン21および小径プランジャ22からなる増圧ピストンを有し、蓄圧器10から逆止弁40を介して高圧室24に供給される燃料を増圧する。噴射ノズル30は、高圧室24に連通する背圧室34の油圧を増減することによって開閉が制御されるようになっている。概括的に示す制御弁100は、大きく2つの制御機能部を有し、その一方は増圧器20の増圧作動を制御する増圧制御弁部110、もう一方は噴射ノズル30による噴射作動を制御する噴射制御弁部120となっている。ここでは、その機能から便宜的に2つの部分に分けたが、これらは1つの2位置アクチュエータ130によって駆動されるもので、増圧制御弁部110、噴射制御弁部120とも2位置2方弁の機能を有している。
The
図2〜図5に本発明の第1の実施形態を示す。図2は図1の制御弁100の詳細構成例であり、これを含む燃料噴射装置1の全体構成例を図5に示している。図5において、燃料噴射装置1は、増圧器20が収容されるボデーBの上端側に、制御弁100が収容される第1ボデーB1および第2ボデーB2を、ボデーBの下端側に、噴射ノズル30を構成する第3ボデーB3および第4ボデーB4を配設し、リテーナ201、202で油密に固定してなる。ボデーBの側部には、蓄圧器10に至る燃料通路6が接続される燃料導入管203(図1の左側部)と、燃料タンクTに至る燃料戻し通路7が接続される燃料導出管204(図1の右側部)が突出形成される。
2 to 5 show a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a detailed configuration example of the
蓄圧器10には、吐出量の可変機構を持つ公知の燃料ポンプ(図示せず)にて加圧された燃料が供給される。蓄圧器10内に蓄えられる燃料の圧力は、図示しない制御装置によって、燃料ポンプからの吐出量を変更することで制御される。このように、蓄圧器10を用いることで、運転状態によらず、安定した圧力を維持できる利点がある。蓄圧器10の燃料は、燃料通路6から分岐する燃料通路61、62を経て増圧器20に供給されるとともに、燃料通路62から燃料通路63を経て噴射ノズル30に供給される。
The
増圧器20は、大径ボア2a内を油密を保って摺動可能な大径ピストン21と、小径ボア2b内を油密を保って摺動可能な小径プランジャ22を有する。これら大径ピストン21および小径プランジャ22は軸線を一致させて実質的に一体となって上下方向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。大径ピストン21の上端面(小径プランジャ22と反対側の端面)と大径ボア2aの上端内周面とで囲まれる空間は、駆動室23としてある。駆動室23には、燃料通路61から高圧燃料が導入されて増圧ピストンに下向きの油圧を作用させるようになっている。
The
一方、小径プランジャ22の下端面(大径ピストン21と反対側の端面)と小径ボア2b下端内周面とで囲まれる空間は、高圧室24としてある。高圧室24は、燃料通路63を介して噴射ノズル30の燃料溜まり部36に連通するとともに、逆止弁40を介して燃料通路62に、絞り52を有する燃料通路64を介して噴射ノズル30の背圧室34に連通している。逆止弁40は、高圧室24および噴射ノズル30方向への燃料流れのみを許容するもので、例えば、燃料通路62の途中に設けた大径部にボール状の弁体を配設してなる。弁体は、通常、戻りバネによって閉弁方向(上方)に付勢されるが、ここでは、図示を省略している。
On the other hand, a space surrounded by the lower end surface of the small diameter plunger 22 (the end surface opposite to the large diameter piston 21) and the lower end inner peripheral surface of the
また、大径ピストン21の下端面(小径プランジャ22側の端面)と、大径ボア2aの下端内周面と、小径プランジャ22の上端外周面とで、制御室25が形成される。制御室25には、大径ピストン21を上向きに付勢する戻りバネ26が配設される。制御室25の圧力は、絞り54を有する燃料通路72を介して連通する制御弁100によって制御され、これに伴って増圧ピストン(大径ピストン21および小径プランジャ22)がボア内を摺動することで、高圧室24の燃料を増圧することができる。
A
噴射ノズル30は、第4ボデーB4に設けたボア32内を油密を保って図の上下方向に摺動し、噴孔35を開閉するニードル弁31と、ニードル弁31に背圧を作用させる背圧室34を有している。背圧室34は、ニードル弁31の上端面とボア32の上端内周面とで形成され、背圧室34内にはニードル弁31を閉弁方向に付勢するバネ33が配設される。噴射燃料は、燃料通路63からニードル弁31の中間部周りに設けた燃料溜まり部36を介して噴孔35へと供給される。
The
制御弁100は2つの制御機能を有し、可動部材である弁体101が、第1ボデーB1に設けたボア内を油密を保って図の上下方向に摺動することにより、増圧器20の増圧ピストンの駆動および噴射ノズル30からの噴射を制御する。弁体101の上端には、円板状のアーマチャ132が結合されており、電磁コイル131、戻りバネ133との協働により2位置の電磁アクチュエータ130として作動する。アーマチャ132、電磁コイル131、戻りバネ133は、第2ボデーB2内に収容されている。
The
弁体101は円筒シール部を有するスプール弁構造で、軸方向(作動方向)に2箇所の細径部102、103を有している。2つの細径部102、細径部103は図の上下方向に十分な間隔をおいて配置され、対向するボア内周面には、それぞれ複数の環状溝112、111、環状溝121、122が上下方向にこの順で設けられている。これら細径部102、103と環状溝111、112、環状溝121、122は、それぞれ制御機能部を構成するもので、細径部102、103の位置に応じて、流路の開閉制御を行う。すなわち、上側の細径部102と環状溝111、112とで、2位置2方弁として開閉作動をする増圧制御弁部110を構成する一方、下側の細径部103と環状溝121、122は、2位置2方弁として開閉作動をする噴射制御弁部120を構成する。
The
増圧制御弁部110において、環状溝111は燃料戻し通路7を介して燃料タンクTに連通し、環状溝112は絞り54、燃料戻し通路72を介して増圧器20の制御室25に連通している。従って、アクチュエータ130で弁体101の位置を切り換えることにより、細径部102周囲の間隙を通じて、環状溝111と環状溝112が連通し、あるいは連通が遮断される。この開閉作動に伴い、制御室25の圧力を増減させ、増圧器20の油圧ピストンの駆動を制御することができる。
In the pressure increase
噴射制御弁部120において、環状溝121は絞り53、燃料戻し通路71を介して噴射ノズル30の背圧室34に連通し、環状溝122は燃料戻し通路7を介して燃料タンクTに連通している。そして、アクチュエータ130で弁体101の位置を切り換えることにより、細径部103周囲の間隙を通じて、環状溝121と環状溝122が連通し、あるいは連通が遮断される。この開閉作動に伴い、背圧室34の圧力を増減させ、ニードル弁31の駆動を制御することができる。
In the injection
ここで、弁体101は、細径部102、103上下の摺動部径を一定として、作動油圧を受ける面積を上下方向で同じにするとともに、弁体101下端を、環状溝122を介して燃料戻し通路7に連通するボア下端部の低圧室に配置している。これにより、弁体101にかかる軸方向の圧力をキャンセルし、作動の状態によらず常に圧力バランスさせている。これにより、制御弁100のアクチュエータ130の要求吸引力を低減し、小型に構成することができる。
Here, the
本発明の構成上の特徴は、2位置アクチュエータ130によって駆動される2位置弁としての制御弁100に、2つの制御弁部110、120を設けたこと、しかも、これら2つの制御弁部110、120の間に作動のずれを設けたことにある。具体的には、増圧制御弁部110と噴射制御弁部120の作動制御時期にずれを設け、増圧制御弁部110の増圧作動制御開始が早く、制御終了は遅くなるように、すなわち噴射停止状態から噴射を開始する場合には、増圧制御弁部110の作動に遅れて噴射制御弁部120が作動し、噴射を停止する場合には、噴射制御弁部120の作動に遅れて増圧制御弁部110が作動するように構成して、噴射圧力の低下を抑制する。本実施の形態では、図2に示すように、増圧制御弁部110の作動リフト位置をha、噴射制御弁部120の作動リフト位置をhiとした時に、hi>haとなるように弁体101を構成しており、X=hi−haの作動のずれを有する。
The constitutional feature of the present invention is that the
上記構成の燃料噴射装置の作動について、図2〜4を用いて説明する。図2は、制御弁100の弁体101が戻りバネ133 (図5)によって初期位置(上端位置)にある状態である。この状態において、増圧制御弁部110では、細径部102下端に続く円筒シール面104が、環状溝111と環状溝112との連通を遮断し、閉状態となっている。この時、増圧器20において、環状溝112に連通する制御室25の圧力は、燃料通路62、絞り51を介して連通する蓄圧器10からの圧力で高くなっており、この同じ圧力が、燃料通路61を通って駆動室23および燃料通路62を通って高圧室24にも供給されているため、増圧器20の大径ピストン21が上下の各室23、24、25から受ける力はバランスする。この時、戻りバネ26 (図5)によって大径ピストン21および小径プランジャ22は図の上方に移動し、高圧室24に燃料通路62、逆止弁40を通って燃料が充填される。
The operation of the fuel injection device having the above configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a state in which the
この初期状態において、噴射制御弁部120は、細径部103下端に続く円筒シール面105が環状溝121と環状溝122との連通を遮断し、閉状態となっている。この時、噴射ノズル30の背圧室34の圧力は、絞り52、燃料通路64を介して連通する高圧室24の圧力、すなわち蓄圧器10と同じ圧力になり、ニードル弁31(図5)に下向きに作用する油圧力とバネ力の和が上向きの油圧力より大きくなる。従って、噴射ノズル30は開弁せず、噴射はなされない。
In this initial state, the injection
次に、アクチュエータ130の電磁コイル131に通電すると吸引力が発生し、制御弁100の弁体101は図の下方に移動を始める。図3は移動中の状態を示しており、増圧制御弁部110では、円筒シール面104が環状溝111と環状溝112を連通させる位置に下降し、開状態となる。従って、増圧器20の制御室25が、絞り54、燃料戻し通路72、環状溝112、環状溝111を介して燃料戻し通路7に連通する。これによって制御室25の圧力が開放され、増圧器20の大径ピストン21が上下の各室23、24、25から受ける力のバランスがくずれて、大径ピストン21と小径プランジャ22は下方に移動を始める。
Next, when the
この増圧ピストンのリフトによって、高圧室24の圧力が上昇を始める。最終的には、大径ピストン21と小径プランジャ22の断面積比倍、例えば蓄圧器10の圧力が50MPaで断面積比を4に設定した場合には、高圧室24の圧力は、4倍の200MPaに増圧される。この状態において、噴射制御弁部120はまだ閉状態であるので、噴射ノズル30は開弁せず、噴射はなされない。なお、アクチュエータ130は2位置であるので、この状態は安定したものでなく、過渡的な状態を示している。
Due to the lift of the pressure increasing piston, the pressure in the
図4は、さらに弁体101が移動して、下端位置まで変位した状態を示している。この状態では、増圧制御弁部110の連通状態は図3のままであり、噴射制御弁部120は、環状溝121と環状溝122とが連通する開状態になる。従って、噴射ノズル30の背圧室34が、絞り53、燃料戻し通路71、環状溝121、環状溝122を介して燃料戻し通路7に連通するために、ノズル背圧が開放される。
FIG. 4 shows a state where the
ここで、開放される直前における背圧室34の圧力は、連通する高圧室24と同じ高い圧力となっており、ニードル弁31に上向きに作用する燃料溜まり部36も同じ高い圧力となるが、シート径の内側分だけ上向きの力が小さくなるので、閉弁は維持されたままである。背圧が開放されると、上向きの油圧力がバネ33(図5)の下向きの力に打ち勝って、噴射ノズル30が開弁する。そして、高圧室24で増圧された燃料が、燃料通路63、燃料溜まり部36を通って噴孔35(図5)から噴射される。
Here, the pressure in the
この状態を続けて、増圧ピストンのリフトによる増圧作動を進めることによって、超高圧での主噴射が可能になる。微小噴射時には、図4の状態からすぐに図2の状態に戻ることで、増圧が進まないうちに、すなわち、より低圧での噴射が可能になる。噴射を終了するには、アクチュエータ130への通電を停止することで制御弁100を初期位置へ戻し、図2の状態にする。
By continuing this state and proceeding with the pressure-increasing operation by lifting the pressure-increasing piston, main injection at an ultrahigh pressure becomes possible. At the time of the minute injection, the state of FIG. 4 is immediately returned to the state of FIG. 2, so that the injection can be performed before the pressure increase proceeds, that is, at a lower pressure. To end the injection, the
図6は、上記作動をタイミングチャートで示したものである。図中、a)のタイミングは上記図2の初期状態、b)のタイミングは上記図3の過渡状態、c)のタイミングは、上記図4の噴射状態に対応している。アクチュエータ130へ駆動信号が出力されて弁体101が移動を始めると、まず、増圧制御弁部110の増圧ポート(環状溝112−環状溝111)が閉状態から開状態へ移行する。増圧ポートの開放による制御室25圧力の開放に伴い、増圧器20の増圧ピストンがリフトを開始し、高圧室24の燃料を増圧する。さらに、弁体101が移動すると、噴射ポート(環状溝121−環状溝122)が閉状態から開状態へ移行するのと同時に噴射ノズル30から噴射が開始される。噴射停止時は、この逆となる。
FIG. 6 is a timing chart showing the above operation. In the figure, the timing of a) corresponds to the initial state of FIG. 2, the timing of b) corresponds to the transient state of FIG. 3, and the timing of c) corresponds to the injection state of FIG. When the drive signal is output to the
本発明で注目すべきことは、噴射制御弁部120の噴射開始タイミングe)を、増圧制御弁部110の増圧開始タイミングd)より遅らせたこと(図中のA)、同様に、増圧制御弁部110の増圧終了タイミングg)を、噴射制御弁部120の噴射終了タイミングf)より遅らせたこと(図中のB)である。これは上述した弁体101の構成において、2つの制御弁部110、120の間に設けた作動のずれX=hi−haによるものである。本発明では、この作動のずれを設けたことによって、増圧器20の各室23、24、25の容積や増圧ピストンの移動ストロークが、噴射ノズル30の各室34、36の容積やニードル弁31のリフトより大きいことによる系の作動遅れを抑制できる。
What should be noted in the present invention is that the injection start timing e) of the injection
従って、増圧器20で十分な増圧がなされないまま噴射されることがなくなり、簡易な構成で超高圧での噴射が可能になる。ここで、図6は一例であり、アクチュエータ130への駆動信号や作動のずれXは適宜設定変更することができるので、増圧所望のタイミングで噴射制御を開始または終了し、運転状態に応じた最適な噴射特性を得ることができる。
Accordingly, the
なお、微小噴射などの超高圧を必要としない噴射では、噴射制御弁部120が噴射状態になる時間が極めて短く、それに伴う増圧制御弁部110の増圧作動時間も短いため、上記作動遅れを利用して加圧が進まないうちに比較的低圧での噴射を行なうことが可能である。さらに、増圧期間を噴射期間より長くしてあるため、主噴射直後に超高圧で微小噴射を行なう、いわゆるアフター噴射も可能である。また、従来問題であった噴射終了時の圧力低下を防止できる。
In the injection that does not require ultra-high pressure, such as micro injection, the time that the injection
以上のように、本発明は、1つの2位置電磁アクチュエータ130と1つの弁体101を組み合わせた簡易な構成の制御弁100を1個用いるだけで、増圧作動制御と噴射作動制御の2つの制御機能をもたせることができる。そして、これら2つの制御機能部に作動のずれを設けることによって、全噴射期間にわたり増圧加圧された噴射圧によるロスのない噴射を可能にし、超高圧噴射での主噴射、低圧あるいは超高圧での微小噴射といった各種の噴射パターンを実現できる。制御弁100は、弁体101を圧力バランスさせた上で、2つの制御部の制御エッジにずれを設定した簡易な構成であり、アクチュエータ130は低コストの電磁式で、2位置式の弁体101と良好な制御適合性を有する。従って、経済性、制御性に優れた高性能な燃料噴射装置が得られている。
As described above, the present invention uses only one
本発明の第2の実施形態を図7、8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の実施形態と同じであり、制御弁100の構成が異なっている。以下、この相違点を中心に説明する。図7、8のように、本実施形態では、制御弁100の弁体101を増圧制御弁部110側と噴射制御弁部120側に2分割し、第1の弁体としての増圧制御弁体101aで増圧作動制御を、第2の弁体としての噴射制御弁体101bで噴射作動制御を行なう。また、第1の実施形態では、弁体101を円筒シール構造としたが、本実施形態では増制御弁体101a、噴射制御弁体101bのシート部をコーンシート(円錐面シート)106、107としている。あるいは、コーンシートに代えて平面シートとすることもできる。
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The basic configuration and operation of the fuel injection device of the present embodiment are the same as those of the first embodiment, and the configuration of the
図7において、増圧制御弁体101aは、環状溝111内に位置する下端部を上方に向けて縮径する円錐部とし、その外周面をコーンシート106としている。円錐部の上方に続く中間部は細径部となっている。アクチュエータ130のアーマチャ132は、増圧制御弁体101aの上端に結合される。無通電状態である時、図示の上端位置にある増圧制御弁体101aのコーンシート106が着座して、燃料戻し通路72、絞り54を介して増圧器20の制御室25に連通する環状溝112と、燃料戻し通路7に連通する環状溝111との連絡は閉じられている。この時、環状溝112に連通する増圧器20の制御室25には、蓄圧器10からの高圧燃料が供給される。
In FIG. 7, the pressure increase
噴射制御弁体101bは、中間部を細径部とするとともに、環状溝122内に位置する下端部を上方に向けて縮径する円錐部とし、その外周面をコーンシート107としている。図7の状態では、噴射制御弁体101bのコーンシート107も着座しており、噴射ノズル30の背圧室34に連通する環状溝121と、燃料戻し通路7に連通する環状溝122との連絡は閉じられている。この位置で、2つの制御弁体101a、101bの間には、隙間hgが設けられている。また、図8のように、噴射制御弁体101bは、下方に配した戻りバネ205によって着座方向に付勢されている。
The injection
次に、アクチュエータ130の電磁コイル131に通電すると吸引力が発生し、増圧制御弁体101aが下方へ移動を開始する。増圧制御弁体101aのリフトにより、燃料戻し通路7に連通する環状溝111が開放されると増圧作動状態になり、さらにリフトしてhgリフト点(リフト量=hg)を通過すると、その後は、噴射制御弁体101bと一体となってリフトし、噴射作動状態となる。本実施形態では、この隙間hg分だけ噴射制御部120の作動が遅れることになり、上記第1の実施形態における作動のずれX=hi−haと同じ役目をする。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。
Next, when the
なお、第2の実施形態においても、アクチュエータ130は2位置である。すなわち、リフトhgの位置は安定したものでなく、通過点となっている。アクチュエータ130のリフトhsは噴射制御弁体101bが環状溝122の底面に当接することによって決まり、当然ながらhs>hgの関係にある。また、本実施の形態においても、増圧制御弁体101aは2位置2方弁、噴射制御弁体101bは2位置2方弁である。
In the second embodiment as well, the
本実施の形態の特徴は、増圧制御弁体101aと噴射制御弁体101bを別体にしたので、隙間hgによって作動ずれXの設定が容易にできる点にある。すなわち、弁体101a、101b構造を変更することなく、弁体がシートする環状溝の長さ調整などによりシート位置の調整をする、あるいは着座シート位置と接触端面間の距離の調整、または、制御弁部110、120間にシムを配置するなどの簡易な方法で、所定の隙間になるように調整し、所望の特性を実現できる。また、第1の実施形態のような円筒シール構造では、外周に隙間を有するが、コーンシート106、107または平面シートによるシールにすることで、円筒シールのような隙間がなくなり、シート面圧を上げられることからシール性が向上する。さらに、円筒シールで必要となる軸方向のシール長が不要となり、アクチュエータ130の全リフト量を小さくできるので応答性が向上し、アクチュエータ130の構成が小型にできる。
The feature of the present embodiment is that the pressure increase
T 燃料タンク
10 蓄圧器
20 増圧器
21 大径ピストン(増圧ピストン)
22 小径プランジャ(増圧ピストン)
23 駆動室
24 高圧室
25 制御室
30 噴射ノズル
31 ニードル弁
34 背圧室
35 噴孔
36 燃料溜まり部
40 逆止弁
51〜54 絞り
6、61〜64 燃料通路
7、71、72 燃料戻し通路
100 制御弁
101 弁体
101a 第1の弁体
101b 第2の弁体
102、103 細径部
110 増圧制御弁部(制御機能部)
111、112 環状溝
120 噴射制御弁部(制御機能部)
121、122 環状溝
130 電磁アクチュエータ
131 電磁コイル
132 アーマチャ
22 Small-diameter plunger (pressure-increasing piston)
111, 112
121, 122
Claims (9)
該蓄圧器から高圧室に供給される燃料を増圧ピストンの駆動によって増圧する増圧器と、
背圧室の油圧を増減することによって開閉が制御され、前記蓄圧器から直接供給される燃料または前記増圧器によって増圧された燃料を噴射する噴射ノズルを備える内燃機関用燃料噴射装置において、
1つの2位置電磁アクチュエータによって駆動されて2つの制御機能をなし、2つの制御機能部の一方が前記増圧器の増圧作動を制御する増圧制御弁部、他方が前記噴射ノズルの噴射作動を制御する噴射制御弁部である制御弁を設けるとともに、
前記制御弁を、2つの制御機能部がともに2位置2方弁として機能し、かつ前記増圧制御弁部による増圧作動制御の開始が、前記噴射制御弁部による噴射作動制御の開始より早く、前記増圧制御弁部による増圧作動制御の終了が、前記噴射制御弁部による噴射作動制御の終了より遅くなるように、2つの制御機能部の作動にずれを有する構成としたことを特徴とする内燃機関用燃料噴射装置。 An accumulator for accumulating fuel;
A pressure intensifier for increasing the pressure of the fuel supplied from the pressure accumulator to the high pressure chamber by driving the pressure increasing piston;
In a fuel injection device for an internal combustion engine comprising an injection nozzle that is controlled to open and close by increasing or decreasing the hydraulic pressure of a back pressure chamber and injects fuel directly supplied from the pressure accumulator or fuel increased in pressure by the pressure intensifier,
Driven by one two-position electromagnetic actuator to perform two control functions, one of the two control function units controls the pressure increasing operation of the pressure intensifier, and the other controls the injection operation of the injection nozzle. While providing a control valve which is an injection control valve part to control,
Both of the control valves function as two-position two-way valves, and the start of the pressure increase operation control by the pressure increase control valve portion is earlier than the start of the injection operation control by the injection control valve portion. The operation of the two control function units is deviated so that the end of the pressure increase operation control by the pressure increase control valve unit is later than the end of the injection operation control by the injection control valve unit. A fuel injection device for an internal combustion engine.
The clearance between the two valve bodies of the control valve is set by adjusting a seat position of at least one valve body, or adjusting a distance between contact end surfaces from the seat, or by adjusting a shim. Item 9. A fuel injection device for an internal combustion engine according to Item 8.
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