JP2005344659A - Fuel injection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料噴射装置に関し、特に、燃料供給源から供給される燃料を増圧ピストンにより増圧して噴射することが可能な燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection device, and more particularly, to a fuel injection device capable of injecting fuel supplied from a fuel supply source by increasing the pressure by a pressure increasing piston.
この種の燃料噴射装置の一例が特許文献1に開示されている。特許文献1においては、ポンプから送出された燃料を増圧ピストンの作動により増圧して噴射することが可能な増圧装置が設けられている。図11(A)に示すように、この増圧装置105には、増圧ピストン151の作動により増圧される第2圧力室134と、増圧ピストン151を第2圧力室134側へ押圧するための圧力が供給される第1圧力室132と、増圧ピストン151を第1圧力室132側へ押圧するための圧力が供給されるとともに供給圧力が制御される制御室133と、が形成されている。そして、増圧ピストン151は、一端にて制御室133内の圧力を第1圧力室132側へ受ける大径部151−1と、一端にて第2圧力室134内の圧力を第1圧力室132側へ受け他端に大径部151−1の一端が連結された小径部151−2と、一端に大径部151−1の他端が連結され他端にて第1圧力室132内の圧力を第2圧力室134側へ受ける中径部151−3と、により構成されている。
An example of this type of fuel injection apparatus is disclosed in
この構成の増圧ピストン151においては、第1圧力室132内の圧力により第2圧力室134側へ押圧される面積は、第2圧力室134内の圧力により第1圧力室132側へ押圧される面積と、制御室133内の圧力により第1圧力室132側へ押圧される面積との和より小さく設定される。これによって、作動させた増圧ピストン151を初期位置へ戻す際に、増圧ピストン151に作用する第1圧力室132側(図11の上側)への力を増大させ、増圧ピストン151を初期位置まで戻すのに要する時間の短縮を図っている。
In the pressure-increasing
また、その他の背景技術として、特許文献2〜4の燃料噴射装置が開示されている。 Moreover, the fuel injection apparatus of patent documents 2-4 is disclosed as other background art.
特許文献1においては、図11(B)に示すように、増圧ピストン151が作動して第2圧力室134側(図11の下側)へ移動したときに、増圧ピストン151の移動に伴い負圧となる負圧室156が中径部151−3の側面とハウジング157との間に発生することになる。そして、この負圧室156内に燃料がリークすることで、キャビテーションやエロージョンの発生の原因となる。その場合は、圧力振動が増圧ピストン151に作用し、増圧ピストン151の運動が不規則となってしまう。また、図11(C)に示すように、作動させた増圧ピストン151が第1圧力室132側(図11の上側)へ戻るときは、負圧室156内にリークした燃料が増圧ピストン151により加圧されることで、負圧室156内の圧力が増大することになる。その場合は、負圧室156内にリークした燃料が、増圧ピストン151を初期位置へ戻す動作の妨げとなってしまう。したがって、特許文献1においては、燃料を増圧ピストン151により増圧して噴射する動作を安定して行うことが困難であるという問題点がある。
In
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、増圧ピストンの移動に伴う負圧の発生を防止し、燃料を増圧ピストンにより増圧して噴射する動作を安定して行うことができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can prevent the generation of negative pressure accompanying the movement of the pressure-increasing piston, and can stably perform the operation of injecting fuel by increasing the pressure by the pressure-increasing piston. An object is to provide a fuel injection device.
本発明に係る燃料噴射装置は、燃料供給源から燃料溜りに供給された燃料を噴射する噴射手段と、増圧ピストンの作動により燃料溜りに供給された燃料の圧力を増大させる増圧手段と、を備え、増圧手段には、燃料溜りと連通し、増圧ピストンの作動により増圧される増圧室と、増圧ピストンを増圧室側へ押圧するための圧力が燃料供給源から供給される加圧室と、増圧ピストンを加圧室側へ押圧するための圧力が供給され、増圧ピストンの作動を制御するために該圧力が制御される制御室と、が形成されている燃料噴射装置であって、増圧ピストンに関し、加圧室内の圧力により増圧室側へ押圧される面積は、増圧室内の圧力により加圧室側へ押圧される面積と、制御室内の圧力により加圧室側へ押圧される面積との和より小さく設定されており、増圧手段には、大気圧以上の圧力が供給される背圧室がさらに形成され、増圧ピストンには、背圧室内の圧力を増圧室側へ受ける面が設けられていることを要旨とする。 A fuel injection device according to the present invention includes an injection unit that injects fuel supplied from a fuel supply source to a fuel reservoir, a pressure increasing unit that increases the pressure of fuel supplied to the fuel reservoir by the operation of a pressure increasing piston, The pressure-increasing means communicates with the fuel reservoir, and is supplied from the fuel supply source with a pressure-increasing chamber that is pressurized by the operation of the pressure-increasing piston and a pressure for pressing the pressure-increasing piston toward the pressure-increasing chamber. And a control chamber in which a pressure for pressing the pressure increasing piston toward the pressure chamber is supplied and the pressure is controlled to control the operation of the pressure increasing piston. In the fuel injection device, with respect to the pressure increasing piston, the area pressed to the pressure increasing chamber side by the pressure in the pressure increasing chamber is equal to the area pressed to the pressure increasing chamber side by the pressure in the pressure increasing chamber and the pressure in the control chamber Is set smaller than the sum of the area pressed against the pressurizing chamber The pressure increasing means is further provided with a back pressure chamber to which a pressure higher than the atmospheric pressure is supplied, and the pressure increasing piston has a surface for receiving the pressure in the back pressure chamber toward the pressure increasing chamber. Is the gist.
本発明においては、増圧手段には、大気圧以上の圧力が供給される背圧室が形成され、増圧ピストンには、背圧室内の圧力を増圧室側へ受ける面が設けられている。これによって、増圧ピストンが増圧室側へ移動することで背圧室が膨張しても、背圧室内の圧力が負圧になるのを防止することができ、負圧によるキャビテーションやエロージョンの発生を防止することができる。そして、増圧ピストンが加圧室側へ移動することで背圧室が縮小しても、背圧室内の圧力上昇を防止することができる。したがって、本発明によれば、燃料を増圧ピストンにより増圧して噴射する動作を安定して行うことができる。 In the present invention, the pressure increasing means is formed with a back pressure chamber to which a pressure higher than atmospheric pressure is supplied, and the pressure increasing piston is provided with a surface for receiving the pressure in the back pressure chamber toward the pressure increasing chamber. Yes. As a result, even if the back pressure chamber expands by moving the pressure increasing piston to the pressure increasing chamber side, it is possible to prevent the pressure in the back pressure chamber from becoming negative, and cavitation and erosion due to negative pressure can be prevented. Occurrence can be prevented. And even if a back pressure chamber shrink | contracts because a pressure increase piston moves to the pressurization chamber side, the pressure rise in a back pressure chamber can be prevented. Therefore, according to the present invention, it is possible to stably perform the operation of injecting the fuel by increasing the pressure by the pressure increasing piston.
本発明に係る燃料噴射装置において、背圧室には、燃料供給源の圧力より低い圧力が供給されるものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの戻し動作時に、増圧ピストンを初期位置へ戻す力を増大させることができるので、増圧ピストンが初期位置へ戻るのに要する時間を短縮することができる。 In the fuel injection device according to the present invention, the back pressure chamber may be supplied with a pressure lower than the pressure of the fuel supply source. In this way, the force required to return the pressure boosting piston to the initial position during the return operation of the pressure boosting piston can be increased, so that the time required for the pressure boosting piston to return to the initial position can be shortened.
この態様の本発明に係る燃料噴射装置において、背圧室には、大気圧が供給されるものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの戻し動作時に、増圧ピストンを初期位置へ戻す力をさらに増大させることができるので、増圧ピストンが初期位置へ戻るのに要する時間をさらに短縮することができる。 In the fuel injection device according to the present invention of this aspect, atmospheric pressure can be supplied to the back pressure chamber. By doing so, the force required to return the pressure increasing piston to the initial position can be further increased during the returning operation of the pressure increasing piston, and therefore the time required for the pressure increasing piston to return to the initial position can be further shortened.
本発明に係る燃料噴射装置において、背圧室内の圧力を制御する背圧制御手段をさらに備えるものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの移動速度を制御することができる。 The fuel injection device according to the present invention may further include back pressure control means for controlling the pressure in the back pressure chamber. In this way, the moving speed of the pressure increasing piston can be controlled.
背圧制御手段を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置において、背圧制御手段は、増圧ピストンの作動時に、背圧室内の圧力を作動前より上昇させるものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの作動時に、増圧ピストンに作用する増圧室側への力を増大させることができるので、増圧ピストンによる燃料の増圧を速やかに行うことができる。 In the fuel injection device according to the present invention including the back pressure control means, the back pressure control means may increase the pressure in the back pressure chamber before the operation when the pressure increasing piston is operated. In this way, when the booster piston is operated, the force to the booster chamber acting on the booster piston can be increased, so that the fuel can be quickly boosted by the booster piston.
背圧制御手段を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置において、背圧制御手段は、増圧ピストンの作動時に、背圧室内の圧力が大気圧より高くなるように制御するものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの作動時に、増圧ピストンに作用する増圧室側への力を増大させることができるので、増圧ピストンによる燃料の増圧を速やかに行うことができる。 In the fuel injection device according to the present invention having the back pressure control means, the back pressure control means may control the pressure in the back pressure chamber to be higher than the atmospheric pressure when the pressure increasing piston is operated. it can. In this way, when the booster piston is operated, the force to the booster chamber acting on the booster piston can be increased, so that the fuel can be quickly boosted by the booster piston.
背圧制御手段を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置において、背圧制御手段は、増圧ピストンの作動時に、背圧室内の圧力が燃料供給源の圧力になるように制御するものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの作動時に、増圧ピストンに作用する増圧室側への力をさらに増大させることができるので、増圧ピストンによる燃料の増圧をさらに速やかに行うことができる。 In the fuel injection device according to the present invention having the back pressure control means, the back pressure control means controls the pressure in the back pressure chamber to be the pressure of the fuel supply source when the pressure increasing piston is operated. You can also. In this way, the force to the pressure increasing chamber acting on the pressure increasing piston can be further increased during the operation of the pressure increasing piston, so that the pressure of the fuel can be increased more quickly by the pressure increasing piston.
背圧制御手段を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置において、背圧制御手段は、増圧ピストンの加圧室側への移動時に、背圧室内の圧力を移動前より低下させるものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの戻し動作時に、増圧ピストンを加圧室側へ移動させる力を増大させることができるので、増圧ピストンを初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。 In the fuel injection device according to the present invention including the back pressure control means, the back pressure control means lowers the pressure in the back pressure chamber from before the movement when the pressure increasing piston moves toward the pressurizing chamber. You can also. By doing so, it is possible to increase the force for moving the pressure-increasing piston to the pressurizing chamber side during the returning operation of the pressure-increasing piston, and therefore it is possible to shorten the time required to return the pressure-increasing piston to the initial position. .
背圧制御手段を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置において、背圧制御手段は、増圧ピストンの加圧室側への移動時に、背圧室内の圧力が燃料供給源の圧力より低くなるように制御するものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの戻し動作時に、増圧ピストンを加圧室側へ移動させる力を増大させることができるので、増圧ピストンを初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。 In the fuel injection device according to the present invention having the back pressure control means, the back pressure control means is configured such that the pressure in the back pressure chamber is lower than the pressure of the fuel supply source when the pressure increasing piston moves toward the pressurizing chamber. It can also be controlled as follows. By doing so, it is possible to increase the force for moving the pressure-increasing piston to the pressurizing chamber side during the returning operation of the pressure-increasing piston, and therefore it is possible to shorten the time required to return the pressure-increasing piston to the initial position. .
背圧制御手段を備える態様の本発明に係る燃料噴射装置において、背圧制御手段は、増圧ピストンの加圧室側への移動時に、背圧室内の圧力が大気圧になるように制御するものとすることもできる。こうすれば、増圧ピストンの戻し動作時に、増圧ピストンを加圧室側へ移動させる力をさらに増大させることができるので、増圧ピストンを初期位置まで戻すのに要する時間をさらに短縮することができる。 In the fuel injection device according to the present invention including the back pressure control means, the back pressure control means controls the pressure in the back pressure chamber to be the atmospheric pressure when the pressure increasing piston moves toward the pressurizing chamber. It can also be. In this way, the force for moving the boosting piston to the pressurizing chamber side can be further increased during the return operation of the boosting piston, so that the time required to return the boosting piston to the initial position can be further shortened. Can do.
本発明に係る燃料噴射装置において、増圧ピストンは、一端にて制御室内の圧力を加圧室側へ受け、他端にて背圧室内の圧力を増圧室側へ受ける大径部と、一端にて増圧室内の圧力を加圧室側へ受け、他端に大径部の一端が連結された小径部と、一端に大径部の他端が連結され、他端にて加圧室内の圧力を増圧室側へ受ける中径部と、を有することが好適である。 In the fuel injection device according to the present invention, the pressure increasing piston receives the pressure in the control chamber at one end toward the pressurizing chamber, and the large diameter portion receives the pressure in the back pressure chamber at the other end toward the pressure increasing chamber. One end receives the pressure in the pressure-increasing chamber toward the pressurizing chamber, the other end is connected to one end of the large diameter portion, the other end is connected to the other end of the large diameter portion, and the other end is pressurized And a medium-diameter portion that receives the pressure in the chamber toward the pressure-increasing chamber.
以下、本発明を実施するための形態(以下実施形態という)を図面に従って説明する。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
「第1実施形態」
図1〜3は、本発明の第1実施形態に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図であり、図1は全体構成、図2は増圧装置の構成、図3は増圧ピストンの構成を示す。本実施形態の燃料噴射装置は、例えば圧縮点火式内燃機関に適用されるものであり、燃料加圧ポンプ1、共通蓄圧室(コモンレール)2、及びインジェクタ100を備えている。そして、インジェクタ100は、各気筒に対応して設けられており、ノズル6、噴射制御バルブ11、インジェクタ内蓄圧室4、増圧装置5、及び増圧制御バルブ18を備えている。なお、本実施形態の燃料噴射装置を用いた燃料噴射制御は、コントローラ30によって実行される。
“First Embodiment”
1 to 3 are diagrams showing an outline of the configuration of the fuel injection device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is an overall configuration, FIG. 2 is a configuration of a pressure booster, and FIG. The configuration is shown. The fuel injection device of this embodiment is applied to, for example, a compression ignition internal combustion engine, and includes a
燃料加圧ポンプ1は、図示しないタンクに蓄えられた燃料を汲み上げて共通蓄圧室2へ供給する。共通蓄圧室2は、燃料加圧ポンプ1から供給された燃料を所定圧力で蓄える。圧力センサ41は、共通蓄圧室2内における燃料の圧力(コモンレール圧力)を検出する。圧力センサ41の検出値はコントローラ30に入力され、共通蓄圧室2内における燃料の圧力が設定圧力となるように、共通蓄圧室2に設けられたレギュレータ(図示せず)の制御がコントローラ30によって行われる。なお、ここでの設定圧力は、例えば40〜140MPa程度の値であり、機関回転速度及び要求トルク(駆動負荷)が高いほど大きい値がコントローラ30内で設定される。
The
共通蓄圧室2から燃料が供給されるインジェクタ内蓄圧室4は、管路3とインジェクタ100内の管路19,20,21とを接続するための容積であって、管路の一部あるいは複数の管路の集合部として構成してもよい。
The in-injector
ノズル6内には燃料溜り7が形成されており、燃料溜り7は、管路8、圧力遮断弁17及び管路20を介してインジェクタ内蓄圧室4と接続されているとともに、管路8,9を介して増圧装置5と接続されている。そして、ノズル6のシート部14には噴射孔23が形成されており、ノズル6内には燃料溜り7と噴射孔23との連通を開閉するニードル13が摺動自在に収容されている。
A
ニードル13の作動は、インジェクタ制御室10内の燃料の圧力を開放することによって行われる。ここで、インジェクタ制御室10は、オリフィス15、圧力遮断弁17及び管路20を介してインジェクタ内蓄圧室4と連通しているとともに、オリフィス15及び管路9を介して増圧装置5と連通している。インジェクタ制御室10に燃料の圧力が供給されているときは、ニードル13は作動せず、共通蓄圧室2から燃料溜り7に供給された燃料は噴射されない。
The operation of the needle 13 is performed by releasing the fuel pressure in the
噴射制御バルブ11を作動させることにより、インジェクタ制御室10内の燃料がオリフィス16を介して排出され、コマンドピストン12及びニードル13がインジェクタ制御室10側に移動して燃料溜り7と噴射孔23とが連通する。これによって、共通蓄圧室2から燃料溜り7に供給された燃料が噴射孔23から図示しない内燃機関の燃焼室内に噴射される。
By operating the
ここで、増圧装置5を作動させずに噴射制御バルブ11を作動させたときは、共通蓄圧室2から燃料溜り7に供給された燃料が増圧されることなく噴射される。一方、増圧装置5を作動させるとともに噴射制御バルブ11を作動させたときは、共通蓄圧室2から燃料溜り7に供給された燃料が増圧されて噴射される。このように、本実施形態に係る燃料噴射装置は、共通蓄圧室2から燃料溜り7に供給された燃料を増圧装置5により増圧して噴射することが可能である。
Here, when the
圧力遮断弁17は、増圧装置5により増圧された燃料がインジェクタ内蓄圧室4へ逆流することを防止するために設けられている。ここでの圧力遮断弁17は、インジェクタ内蓄圧室4から燃料溜り7へ向かう方向の燃料の流れを許容するとともに、燃料溜り7からインジェクタ内蓄圧室4へ向かう方向の燃料の流れを遮断するチェック弁により構成することができる。
The pressure shut-off
図2に示すように、増圧装置5は、増圧ピストン51を有しており、増圧ピストン51の作動により燃料溜り7に貯溜された燃料の圧力を増大させることができる。増圧装置5内には、加圧室32、増圧室34、及び増圧制御室33が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
増圧室34は、管路9及び管路8を介して燃料溜り7と連通している。増圧室34には、共通蓄圧室2からインジェクタ内蓄圧室4及び圧力遮断弁17を介して燃料が供給される。また、加圧室32には、共通蓄圧室2からインジェクタ内蓄圧室4を介して燃料が供給される。加圧室32内の燃料の圧力は、増圧ピストン51を増圧室34側へ押圧する。
The
増圧制御バルブ18は、増圧制御室33とインジェクタ内蓄圧室4とを連通して共通蓄圧室2内の燃料の圧力を増圧制御室33に供給する第1状態と、増圧制御室33と外部のドレイン22とを連通して増圧制御室33に大気圧を供給する第2状態と、の切り換えが可能である。増圧制御バルブ18の切り換え制御により、増圧制御室33における圧力の供給/大気開放を切り換えることができる。増圧制御室33内の燃料の圧力は、増圧ピストン51を加圧室32側へ押圧する。
The pressure
図3に示すように、増圧ピストン51は、一端にて増圧制御室33内の燃料の圧力を加圧室32側へ受ける大径部51−1と、一端にて増圧室34内の燃料の圧力を加圧室32側へ受け他端に大径部51−1の一端が連結された小径部51−2と、一端に大径部51−1の他端が連結され他端にて加圧室32内の燃料の圧力を増圧室34側へ受ける中径部51−3と、により構成される。ここで、大径部51−1の外径d1、小径部51−2の外径d2、及び中径部51−3の外径d3に関して、d1>d3>d2の関係が成立している。この関係により、増圧ピストン51(中径部51−3の他端)が加圧室32内の燃料の圧力により増圧室34側へ押圧される面の面積B1は、増圧ピストン51(大径部51−1の一端)が増圧制御室33内の燃料の圧力により加圧室32側へ押圧される面の面積B3と、増圧ピストン51(小径部51−2の一端)が増圧室34内の燃料の圧力により加圧室32側へ押圧される面の面積B4との和より小さく設定される。なお、d3>d2であるため、B1>B4である。
As shown in FIG. 3, the
そして、本実施形態の増圧装置5内には、背圧室54がさらに形成されている。背圧室54はオリフィス55を介して外部のドレイン22と連通していることで、背圧室54には大気圧が供給される。増圧ピストン51は、背圧室54内の燃料の圧力(大気圧)を、大径部51−1の他端にて増圧室34側へ受ける。なお、増圧ピストン51(大径部51−1の他端)が背圧室54内の燃料の圧力を増圧室34側へ受ける面の面積をB2とすると、B1+B2=B3+B4の関係が成立する。
A back pressure chamber 54 is further formed in the
コントローラ30は、共通蓄圧室2内における燃料の圧力が設定圧力となるように、共通蓄圧室2内の圧力制御を行う。そして、コントローラ30は、燃料噴射時期の制御を行うために、噴射制御バルブ11の作動時期の制御を行う。さらに、コントローラ30は、燃料を増圧装置5により増圧させて噴射させるために、後述する増圧制御バルブ18の切り換え制御も行う。
The
次に、本実施形態に係る燃料噴射装置の動作について説明する。 Next, the operation of the fuel injection device according to this embodiment will be described.
内燃機関の低負荷運転時には、燃料を増圧装置5により増圧することなく噴射する。その場合は、増圧制御バルブ18を第1状態のままで噴射制御バルブ11を作動させる。
During low load operation of the internal combustion engine, the fuel is injected by the
増圧制御バルブ18が第1状態にあるときは、加圧室32、増圧室34、及び増圧制御室33内の燃料の圧力は、共通蓄圧室2内の燃料の圧力(コモンレール圧力)に等しくなっている。このとき、加圧室32内の圧力により中径部51−3の他端に作用する増圧室34側への力Fb1、背圧室54内の圧力により大径部51−1の他端に作用する増圧室34側への力Fb2、増圧制御室33内の圧力により大径部51−1の一端に作用する加圧室32側への力Fb3、及び増圧室34内の圧力により小径部51−2の一端に作用する加圧室32側への力Fb4に関して、Fb1+Fb2<Fb3+Fb4の関係が成立している。そのため、増圧ピストン51は、加圧室32側へ付勢されて図示しないストッパーにより初期位置に固定される。したがって、増圧制御バルブ18が第1状態にあるときは、増圧装置5による燃料の増圧は行われない。
When the pressure
一方、内燃機関の高負荷運転時には、燃料を増圧装置5により増圧して噴射する。その場合は、増圧制御バルブ18を第1状態から第2状態に切り換えて噴射制御バルブ11を作動させる。
On the other hand, during high load operation of the internal combustion engine, fuel is boosted by the
増圧制御バルブ18を第1状態から第2状態に切り換えると、増圧制御室33内の圧力が低下して大気圧になる。このとき、燃料の圧力により増圧ピストン51に作用する増圧室34側への力Fb1+Fb2が加圧室32側への力Fb3+Fb4を上まわるため、増圧ピストン51が作動して増圧室34側へ移動する。これによって、増圧室34内の燃料の圧力を増大させ、燃料溜り7に供給された燃料の圧力を増大させることができるので、燃料を増圧して噴射することができる。なお、B1/B4が増圧比である。
When the pressure
増圧ピストン51が作動して増圧室34側へ移動するときは、背圧室54の容積が増大する。ただし、背圧室54は外部のドレイン22と連通しており、背圧室54には外部の大気圧が供給される。そのため、背圧室54内の圧力は大気圧に保たれ、背圧室54内の圧力が大気圧より小さくなる(負圧になる)のが防止される。したがって、負圧によるキャビテーションやエロージョンの発生が防止される。
When the pressure-increasing
また、燃料を増圧装置5により増圧して噴射した後は、作動させた増圧ピストン51を初期位置へ戻す。その場合は、増圧制御バルブ18を第2状態から第1状態に切り換える。
Further, after the fuel is boosted and injected by the
増圧制御バルブ18を第2状態から第1状態に切り換えると、増圧制御室33内にコモンレール圧力が供給される。このとき、燃料の圧力により増圧ピストン51に作用する加圧室32側への力Fb3+Fb4が増圧室34側への力Fb1+Fb2を上まわるため、増圧ピストン51が加圧室32側へ移動して初期位置へ戻される。このように、本実施形態においては、増圧ピストン51の戻し動作時に、燃料の圧力による加圧室32側への力Fb3+Fb4が増圧室34側への力Fb1+Fb2より大きくなるので、増圧ピストン51を初期位置へ戻す力を増大させることができ、増圧ピストン51を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。
When the pressure
増圧ピストン51が加圧室32側へ移動して初期位置へ戻るときは、背圧室54の容積が減少する。ただし、背圧室54は外部のドレイン22と連通しているため、背圧室54の容積の減少とともに背圧室54内の燃料がドレインされる。したがって、背圧室54内の圧力は大気圧に保たれ、背圧室54の容積の減少による圧力上昇が防止される。
When the
以上のように、増圧制御バルブ18の切り換え制御により増圧制御室33内の圧力を制御することで、増圧ピストン51の作動を制御することができる。
As described above, the operation of the
以上説明したように、本実施形態の増圧ピストン51においては、加圧室32内の燃料の圧力により増圧室34側へ押圧される面積B1は、増圧制御室33内の燃料の圧力により加圧室32側へ押圧される面の面積B3と、増圧室34内の燃料の圧力により加圧室32側へ押圧される面の面積B4との和より小さく設定されている。そして、増圧装置5内に外部の大気圧が供給される背圧室54が形成され、増圧ピストン51に背圧室54内の圧力(大気圧)を増圧室34側へ受ける面(大径部51−1の他端)が設けられている。これによって、増圧ピストン51の戻し動作時に、燃料の圧力により増圧ピストン51に作用する加圧室32側への力Fb3+Fb4が増圧室34側への力Fb1+Fb2より大きくなるため、増圧ピストン51を初期位置へ戻す力を増大させることができる。したがって、増圧ピストン51を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。そして、増圧ピストン51を加圧室32側へ付勢するばねを設けることなく、燃料の圧力によって増圧ピストン51を確実に初期位置へ戻すことができるので、ばねを省略することができ、増圧装置5の小型化を実現することができる。
As described above, in the
さらに、背圧室54に大気圧が供給されることにより、増圧ピストン51が作動(増圧室34側へ移動)することで背圧室54が膨張しても、背圧室54内の圧力が大気圧より小さくなる(負圧になる)のを防止することができる。したがって、負圧によるキャビテーションやエロージョンの発生を防止することができる。そして、増圧ピストン51が初期位置へ戻る(加圧室32側へ移動する)ことで背圧室54が縮小しても、背圧室54内の圧力上昇を防止することができる。したがって、増圧ピストン51を初期位置へ戻す力の低下を防止することができる。
Furthermore, even if the back pressure chamber 54 is expanded by operating the pressure increasing piston 51 (moving toward the pressure increasing chamber 34) by supplying atmospheric pressure to the back pressure chamber 54, the pressure inside the back pressure chamber 54 is increased. It is possible to prevent the pressure from becoming smaller than atmospheric pressure (becomes negative pressure). Therefore, cavitation and erosion due to negative pressure can be prevented. And even if the back pressure chamber 54 shrinks by returning the
以上のことから、本実施形態によれば、燃料を増圧ピストン51により増圧して噴射する動作を安定して行うことができる。さらに、より高い機関回転速度まで燃料を増圧ピストン51により増圧して噴射することができる。
From the above, according to the present embodiment, it is possible to stably perform the operation of injecting the fuel by increasing the pressure by the
以上の本実施形態の説明においては、背圧室54に大気圧を供給する場合について説明した。ただし、本実施形態においては、大気圧より高く且つ共通蓄圧室2内の圧力より低い圧力を背圧室54に供給してもよい。その場合でも、増圧ピストン51の戻し動作時に、燃料の圧力により増圧ピストン51に作用する加圧室32側への力Fb3+Fb4を増圧室34側への力Fb1+Fb2より大きくすることができるので、増圧ピストン51を初期位置へ戻す力を増大させることができる。さらに、増圧ピストン51の作動時に、背圧室54内の圧力が負圧になるのを防止することができる。
In the above description of the present embodiment, the case where atmospheric pressure is supplied to the back pressure chamber 54 has been described. However, in the present embodiment, a pressure higher than the atmospheric pressure and lower than the pressure in the common
「第2実施形態」
図4,5は、本発明の第2実施形態に係る燃料噴射装置の構成の概略を示す図であり、図4は全体構成、図5は増圧装置の構成を示す。本実施形態においては、背圧室54内の圧力を制御可能な圧力レギュレータ61が設けられている。圧力レギュレータ61は、共通蓄圧室2からの燃料の圧力を調整して背圧室54へ供給する。圧力レギュレータ61の制御を行うための圧力制御指令値は、コントローラ30から出力される。なお、他の構成については、第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
“Second Embodiment”
4 and 5 are diagrams schematically showing the configuration of the fuel injection device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 shows the overall configuration, and FIG. 5 shows the configuration of the pressure booster. In the present embodiment, a
本実施形態においても、増圧ピストン51が作動(増圧室34側へ移動)することで背圧室54が膨張しても、圧力レギュレータ61による背圧室54内の圧力制御によって、背圧室54内の圧力が負圧になるのを防止することができ、負圧によるキャビテーションやエロージョンの発生を防止することができる。そして、増圧ピストン51が初期位置へ戻る(加圧室32側へ移動する)ことで背圧室54が縮小しても、圧力レギュレータ61による背圧室54内の圧力制御によって、背圧室54内の圧力上昇を防止することができる。
Also in the present embodiment, even if the back pressure chamber 54 is expanded by operating the pressure increasing piston 51 (moving toward the
さらに、本実施形態においては、圧力レギュレータ61により背圧室54内の圧力を制御することができるので、増圧ピストン51に作用する力を制御することができ、増圧ピストン51の移動速度を制御することができる。以下、好ましい背圧室54内の圧力制御の例について説明する。
Furthermore, in this embodiment, since the pressure in the back pressure chamber 54 can be controlled by the
まず背圧室54内の燃料の圧力を圧力レギュレータ61により低圧(例えば大気圧)に保つ場合(caseB)について説明する。その場合は、第1実施形態と同様に、増圧ピストン51の戻り(加圧室32側への移動)時に、燃料の圧力により増圧ピストン51に作用する加圧室32側への力Fb3+Fb4を増圧室34側への力Fb1+Fb2より大きくすることができるので、増圧ピストン51を初期位置へ戻す力を増大させることができる。したがって、図6のcaseBに示すように、増圧ピストン51の戻り速度を増大させることができ、増圧ピストン51を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。
First, a case where the pressure of the fuel in the back pressure chamber 54 is maintained at a low pressure (for example, atmospheric pressure) by the pressure regulator 61 (case B) will be described. In this case, as in the first embodiment, when the
次に、背圧室54内の燃料の圧力を圧力レギュレータ61により高圧(例えば共通蓄圧室2内の圧力)に保つ場合(caseA)について説明する。その場合は、増圧ピストン51の作動(増圧室34側への移動)時に、増圧ピストン51に作用する増圧室34側への力Fb1+Fb2を増大させることができる。したがって、図6のcaseAに示すように、増圧ピストン51の増圧室34側への移動速度を増大させることができ、増圧室34内の圧力上昇速度を増大させることができるので、増圧ピストン51による燃料の増圧を速やかに行うことができる。
Next, the case where the pressure of the fuel in the back pressure chamber 54 is kept high (for example, the pressure in the common pressure accumulating chamber 2) by the pressure regulator 61 (case A) will be described. In that case, the force Fb1 + Fb2 acting on the
次に、増圧ピストン51の作動(増圧室34側への移動)時に背圧室54内の燃料の圧力を作動前より上昇(例えば大気圧から共通蓄圧室2内の圧力へ上昇)させ、増圧ピストン51の戻り(加圧室32側への移動)時に背圧室54内の燃料の圧力を移動前より低下(例えば共通蓄圧室2内の圧力から大気圧へ低下)させた場合(caseC)について説明する。その場合は、増圧ピストン51の作動(増圧室34側への移動)時に、増圧ピストン51に作用する増圧室34側への力Fb1+Fb2を増大させることができるので、図6のcaseCに示すように、増圧ピストン51の増圧室34側への移動速度を増大させることができ、増圧室34内の圧力上昇速度を増大させることができる。また、増圧ピストン51の戻り(加圧室32側への移動)時に、増圧ピストン51を初期位置へ戻す力を増大させることができるので、図6のcaseCに示すように、増圧ピストン51の戻り速度を増大させることができる。なお、caseCの場合は、増圧ピストン51の移動時に増圧ピストン51の移動速度(絶対値)が徐々に増大し、増圧室34内の圧力の時間変化率(絶対値)が徐々に増大する。
Next, when the pressure-increasing
以上説明したように、本実施形態においては、増圧ピストン51の作動(増圧室34側への移動)時に、背圧室54内の圧力を作動前より上昇させることで、増圧ピストン51に作用する増圧室34側への力Fb1+Fb2を増大させることができる。したがって、増圧ピストン51による燃料の増圧を速やかに行うことができる。
As described above, in the present embodiment, when the pressure-increasing
そして、増圧ピストン51の作動時に、増圧ピストン51による燃料の増圧を速やかに行うためには、背圧室54内の圧力が共通蓄圧室2内の圧力になるように圧力レギュレータ61の制御を行うことが特に好ましい。ただし、増圧ピストン51の作動時に、背圧室54内の圧力が大気圧より高く且つ共通蓄圧室2内の圧力より低くなるように圧力レギュレータ61の制御を行っても、増圧ピストン51による燃料の増圧を速やかに行うことができる。
In order to quickly increase the fuel pressure by the
また、本実施形態においては、増圧ピストン51の戻り(加圧室32側への移動)時に、背圧室54内の圧力を移動前より低下させることで、増圧ピストン51を初期位置へ戻す力を増大させることができる。したがって、増圧ピストン51を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。
In the present embodiment, when the
そして、増圧ピストン51の戻り時に、増圧ピストン51を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮するためには、背圧室54内の圧力が大気圧になるように圧力レギュレータ61の制御を行うことが特に好ましい。ただし、増圧ピストン51の戻り時に、背圧室54内の圧力が大気圧より高く且つ共通蓄圧室2内の圧力より低くなるように圧力レギュレータ61の制御を行っても、増圧ピストン51を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。
In order to reduce the time required for returning the
なお、本実施形態においては、図7,8に示すように、切換弁62により背圧室54内の圧力を制御してもよい。切換弁62は、背圧室54とインジェクタ内蓄圧室4とを連通して共通蓄圧室2内の燃料の圧力を背圧室54に供給する第1状態と、背圧室54と外部のドレイン22とを連通して背圧室54に大気圧を供給する第2状態と、の切り換えが可能である。切換弁62の切り換え制御は、コントローラ30から出力される制御指令値によって行われる。
In the present embodiment, the pressure in the back pressure chamber 54 may be controlled by the switching valve 62 as shown in FIGS. The switching valve 62 communicates the back pressure chamber 54 with the in-injector
図7,8に示す構成においては、増圧ピストン51の作動(増圧室34側への移動)時に、切換弁62を第1状態に切り換えることで、増圧ピストン51に作用する増圧室34側への力Fb1+Fb2を増大させることができ、増圧ピストン51による燃料の増圧を速やかに行うことができる。そして、増圧ピストン51の戻り(加圧室32側への移動)時に、切換弁62を第2状態に切り換えることで、増圧ピストン51を初期位置へ戻す力を増大させることができ、増圧ピストン51を初期位置まで戻すのに要する時間を短縮することができる。
7 and 8, when the
以上の各実施形態の説明においては、インジェクタ100にインジェクタ内蓄圧室4を設け、共通蓄圧室2とインジェクタ100(インジェクタ内蓄圧室4)とが1本の管路3により接続されている場合について説明した。ただし、各実施形態においては、共通蓄圧室2とインジェクタ100とが複数の管路により接続されていてもよい。図9,10は、その一例として、共通蓄圧室2とインジェクタ100とが3本の管路19,20,21により接続されている場合を示している。なお、図9は、背圧室54がドレイン22と連通している第1実施形態の場合を示し、図10は、背圧室54内の圧力が圧力レギュレータ61により制御可能である第2実施形態の場合を示す。
In the description of each of the above embodiments, the
また、以上の各実施形態の説明においては、増圧制御バルブ18及び噴射制御バルブ11を別々に設け、燃料の増圧及び噴射を独立して制御する場合について説明した。ただし、各実施形態においては、これら2つの制御バルブ11,18を1つにまとめて、燃料の増圧及び噴射を1つの制御バルブで制御してもよい。燃料の増圧及び噴射を1つの制御バルブで制御する各実施形態の構成においては、今回の段付き増圧ピストン51を用いることで、より高い機関回転速度までパイロット噴射やポスト噴射等を用いた分割噴射を行うことができ、分割噴射の適用範囲を拡大することができる。
In the description of each of the above embodiments, the case where the pressure
また、各実施形態においては、増圧装置5内に背圧室54が複数形成されていてもよい。そして、増圧ピストン51に背圧室54内の圧力を増圧室34側へ受ける面が複数設けられていてもよい。
In each embodiment, a plurality of back pressure chambers 54 may be formed in the
また、図1,2,4,5,7〜10では、増圧制御バルブ18、切換弁62(図7,8の場合)は3方弁として示されているが、2方弁式を用いてもよい。そして、各実施形態の増圧装置5においては、増圧ピストン51を加圧室32側へ付勢するばねを原理的には省略することができるが、ばねを補助的に設けても構わない。各実施形態の増圧装置5にばねを設けた場合でも、ばねの小型化を実現することができ、増圧装置5の小型化を実現することができる。
1, 2, 4, 5, 7 to 10, the pressure
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.
1 燃料加圧ポンプ、2 共通蓄圧室、3,8,9,19,20,21 管路、4 インジェクタ内蓄圧室、5 増圧装置、6 ノズル、7 燃料溜り、10 インジェクタ制御室、11 噴射制御バルブ、13 ニードル、17 圧力遮断弁、18 増圧制御バルブ、22 ドレイン、23 噴射孔、30 コントローラ、32 加圧室、33 増圧制御室、34 増圧室、51 増圧ピストン、54 背圧室、55 オリフィス、61 圧力レギュレータ、62 切換弁、100 インジェクタ。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
増圧手段には、
燃料溜りと連通し、増圧ピストンの作動により増圧される増圧室と、
増圧ピストンを増圧室側へ押圧するための圧力が燃料供給源から供給される加圧室と、
増圧ピストンを加圧室側へ押圧するための圧力が供給され、増圧ピストンの作動を制御するために該圧力が制御される制御室と、
が形成されている燃料噴射装置であって、
増圧ピストンに関し、加圧室内の圧力により増圧室側へ押圧される面積は、増圧室内の圧力により加圧室側へ押圧される面積と、制御室内の圧力により加圧室側へ押圧される面積との和より小さく設定されており、
増圧手段には、大気圧以上の圧力が供給される背圧室がさらに形成され、増圧ピストンには、背圧室内の圧力を増圧室側へ受ける面が設けられていることを特徴とする燃料噴射装置。 An injection means for injecting fuel supplied from a fuel supply source to the fuel reservoir, and a pressure increasing means for increasing the pressure of the fuel supplied to the fuel reservoir by the operation of the pressure increasing piston;
For pressure increasing means,
A pressure-increasing chamber that communicates with the fuel reservoir and is pressurized by the operation of the pressure-increasing piston;
A pressurizing chamber to which pressure for pressing the boosting piston toward the boosting chamber is supplied from a fuel supply source;
A control chamber in which a pressure for pressing the pressure increasing piston toward the pressurizing chamber is supplied, and the pressure is controlled to control the operation of the pressure increasing piston;
Is a fuel injection device formed,
Regarding the pressure boosting piston, the area pressed to the pressure increasing chamber side by the pressure in the pressurizing chamber is pressed to the pressure chamber side by the pressure in the pressure increasing chamber and the area pressed to the pressure chamber side by the pressure in the control chamber. Is set smaller than the sum of the area to be
The pressure increasing means is further formed with a back pressure chamber to which a pressure higher than atmospheric pressure is supplied, and the pressure increasing piston is provided with a surface for receiving the pressure in the back pressure chamber toward the pressure increasing chamber. A fuel injection device.
背圧室には、燃料供給源の圧力より低い圧力が供給されることを特徴とする燃料噴射装置。 The fuel injection device according to claim 1,
A fuel injection device, wherein a pressure lower than a pressure of a fuel supply source is supplied to the back pressure chamber.
背圧室には、大気圧が供給されることを特徴とする燃料噴射装置。 The fuel injection device according to claim 2,
A fuel injection device characterized in that atmospheric pressure is supplied to the back pressure chamber.
背圧室内の圧力を制御する背圧制御手段をさらに備えることを特徴とする燃料噴射装置。 The fuel injection device according to claim 1,
A fuel injection device further comprising back pressure control means for controlling the pressure in the back pressure chamber.
背圧制御手段は、増圧ピストンの作動時に、背圧室内の圧力を作動前より上昇させることを特徴とする燃料噴射装置。 The fuel injection device according to claim 4,
The back pressure control means increases the pressure in the back pressure chamber from before the operation when the pressure increasing piston is operated.
背圧制御手段は、増圧ピストンの作動時に、背圧室内の圧力が大気圧より高くなるように制御することを特徴とする燃料噴射装置。 The fuel injection device according to claim 4,
The back pressure control means controls the pressure in the back pressure chamber to be higher than the atmospheric pressure when the pressure increasing piston is operated.
背圧制御手段は、増圧ピストンの作動時に、背圧室内の圧力が燃料供給源の圧力になるように制御することを特徴とする燃料噴射装置。 The fuel injection device according to claim 6,
The back pressure control means controls the pressure in the back pressure chamber so as to become the pressure of the fuel supply source when the pressure increasing piston is operated.
背圧制御手段は、増圧ピストンの加圧室側への移動時に、背圧室内の圧力を移動前より低下させることを特徴とする燃料噴射装置。 The fuel injection device according to claim 4,
The back pressure control means lowers the pressure in the back pressure chamber from before the movement when the pressure increasing piston moves toward the pressurizing chamber.
背圧制御手段は、増圧ピストンの加圧室側への移動時に、背圧室内の圧力が燃料供給源の圧力より低くなるように制御することを特徴とする燃料噴射装置。 The fuel injection device according to claim 4,
The back pressure control means controls the pressure in the back pressure chamber to be lower than the pressure of the fuel supply source when the booster piston moves toward the pressurizing chamber.
背圧制御手段は、増圧ピストンの加圧室側への移動時に、背圧室内の圧力が大気圧になるように制御することを特徴とする燃料噴射装置。 The fuel injection device according to claim 9, wherein
The back pressure control means controls the pressure in the back pressure chamber to be an atmospheric pressure when the booster piston moves to the pressurizing chamber side.
増圧ピストンは、
一端にて制御室内の圧力を加圧室側へ受け、他端にて背圧室内の圧力を増圧室側へ受ける大径部と、
一端にて増圧室内の圧力を加圧室側へ受け、他端に大径部の一端が連結された小径部と、
一端に大径部の他端が連結され、他端にて加圧室内の圧力を増圧室側へ受ける中径部と、
を有することを特徴とする燃料噴射装置。
The fuel injection device according to any one of claims 1 to 10,
Booster piston
A large-diameter portion that receives the pressure in the control chamber at one end toward the pressurizing chamber and receives the pressure in the back pressure chamber at the other end toward the pressure-increasing chamber;
Receiving the pressure in the pressure-increasing chamber at one end to the pressurizing chamber side, and a small diameter portion in which one end of the large diameter portion is connected to the other end;
The other end of the large-diameter portion is connected to one end, and the other end of the large-diameter portion receives the pressure in the pressurizing chamber toward the pressure-increasing chamber.
A fuel injection device comprising:
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WO2007111343A1 (en) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Injection fuel pressure intensifier |
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