JP2006132439A - Common rail type fuel injection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はコモンレール式燃料噴射装置に係り、特にコモンレールから供給される高圧燃料を増圧機構により加圧することで燃料の噴射率波形を制御可能な増圧型のコモンレール式燃料噴射装置に関するものである。 The present invention relates to a common rail type fuel injection device, and more particularly to a pressure increase type common rail type fuel injection device capable of controlling a fuel injection rate waveform by pressurizing high pressure fuel supplied from a common rail by a pressure increasing mechanism.
加圧ポンプから圧送される高圧燃料をコモンレールに蓄圧し、エンジンの運転状態に応じた所定時期に燃料噴射弁から機関の筒内に噴射するコモンレール式燃料噴射装置が実用化されている。この種の燃料噴射装置は噴射圧力と噴射時期とを独立制御できることから、車両用ディーゼルエンジンの主流となりつつあるが、例えば噴射率波形がほぼ矩形であるために初期噴射量が多い等、NOxの低減や燃焼騒音の低減に関しては改善の余地があった。 A common rail type fuel injection device that accumulates high pressure fuel pumped from a pressure pump in a common rail and injects it into a cylinder of the engine from a fuel injection valve at a predetermined time according to the operating state of the engine has been put into practical use. Since this type of fuel injection device can control the injection pressure and the injection timing independently, it is becoming the mainstream of diesel engines for vehicles. For example, since the injection rate waveform is almost rectangular, the initial injection amount is large, etc. There was room for improvement in terms of reduction and combustion noise reduction.
そこで、噴射率波形を制御可能な燃料噴射装置として、増圧式のコモンレール式燃料噴射装置が開発されている(例えば、特許分文献1参照)。この種の燃料噴射装置では、コモンレールから供給される燃料を増圧機構の増圧ピストンにより任意の時期に加圧し、これにより燃料の噴射率波形を制御可能としている。増圧ピストンは大径部と小径部とを一体形成してなり、大径部に作用する燃料圧を利用して小径部側で燃料を加圧する構成となっており、通常時には大径部への燃料圧と対抗するようにバックプレッシャとして燃料圧を作用させて増圧ピストンの作動を規制し、燃料増圧を要するときに燃料圧を排除して増圧ピストンを作動させている。 Therefore, a pressure-increase type common rail fuel injection device has been developed as a fuel injection device capable of controlling the injection rate waveform (see, for example, Patent Document 1). In this type of fuel injection device, the fuel supplied from the common rail is pressurized at any time by the pressure-increasing piston of the pressure-increasing mechanism, thereby making it possible to control the fuel injection rate waveform. The booster piston is formed by integrally forming a large diameter part and a small diameter part, and is configured to pressurize the fuel on the small diameter part side using fuel pressure acting on the large diameter part. The fuel pressure is applied as a back pressure so as to oppose the fuel pressure, and the operation of the pressure-increasing piston is regulated. When the fuel pressure needs to be increased, the fuel pressure is removed and the pressure-increasing piston is operated.
ところで、コモンレール式燃料噴射装置では、燃料タンク内の燃料をフィードポンプにより汲み上げてサプライポンプに供給し、サプライポンプにより所定圧に加圧してコモンレールに圧送しているが、上記増圧機構で燃料圧を排除したときのリターン燃料分だけ、燃料噴射以外の加圧燃料の消費が増大することになり、必然的にサプライポンプ及びフィードポンプの容量が不足してしまう。そこで、サプライポンプ側は容量拡大により対処し、リターン燃料を燃料タンクに戻すことなく、オリフィス及び逆止弁を介してサプライポンプの入口側(フィードポンプの出口側)に戻すことで、フィードポンプの容量不足を補うようにした対策が考えられる。
しかしながら、増圧機構からのリターン燃料をサプライポンプに戻した場合には、リターン燃料を燃料タンクに戻して正規経路に従ってサプライポンプに供給する場合とは異なり、リターン燃料の性状の影響をサプライポンプが直接的に受けてしまう。
具体的には、増圧機構から戻されるリターン燃料には配管等を流通する際に鉄粉が混入している場合があり、正規経路に従ってリターン燃料を戻した場合には、燃料タンクからフィードポンプまでの配管に設けられた既存のフィルタにより鉄粉が除去されるが、リターン燃料をサプライポンプに戻した場合には、リターン燃料と共に鉄粉もサプライポンプに流入して故障を発生させる要因となった。
However, when the return fuel from the pressure increasing mechanism is returned to the supply pump, unlike the case where the return fuel is returned to the fuel tank and supplied to the supply pump along the normal path, the supply pump influences the influence of the return fuel properties. It will be received directly.
Specifically, there is a case where iron powder is mixed in the return fuel returned from the pressure increasing mechanism when circulating through the piping, etc. When the return fuel is returned according to the regular route, the feed pump is supplied from the fuel tank. Iron powder is removed by the existing filter installed in the pipe up to this point, but when the return fuel is returned to the supply pump, the iron powder also flows into the supply pump together with the return fuel, causing a failure. It was.
又、増圧機構からのリターン燃料はサプライポンプの加圧等により温度上昇しており、その燃料温度は機関の高負荷高回転域では例えば110℃程度まで達する。サプライポンプでは燃料を利用してベアリングやカムを潤滑しているため、温度上昇に伴って油膜切れが生じ易くなり、サプライポンプが焼付いてしまう虞もあった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、請求項1の目的は、増圧機構からのリターン燃料に混入した鉄粉によるサプライポンプの故障を未然に防止することができるコモンレール式燃料噴射装置を提供することにある。
Further, the temperature of the return fuel from the pressure increasing mechanism rises due to pressurization of the supply pump and the like, and the fuel temperature reaches, for example, about 110 ° C. in the high load high rotation range of the engine. Since the supply pump uses the fuel to lubricate the bearings and cam, the oil film is likely to be cut off as the temperature rises, and the supply pump may be seized.
The present invention has been made to solve such problems, and the object of the present invention is to prevent a supply pump failure due to iron powder mixed in return fuel from a pressure increasing mechanism. The object is to provide a common rail fuel injection device.
請求項2の目的は、請求項1に加えて、増圧機構からの高温のリターン燃料によるサプライポンプの焼付きを未然に防止することができるコモンレール式燃料噴射装置を提供することにある。
In addition to
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、加圧ポンプにより加圧された燃料を貯留するコモンレールと、コモンレールから供給される燃料を機関の筒内に噴射する燃料噴射機構と、コモンレールと上記燃料噴射機構との間に設けられ、コモンレールの燃料圧をピストンの一側面に作用させてピストンの作動を規制すると共に、一側面に作用する燃料圧を排除してピストンを作動させ、コモンレールからの燃料を更に加圧して燃料噴射機構に供給可能な増圧機構と、増圧機構のピストンの一側面に作用する燃料圧を排除したときのリターン燃料を加圧ポンプの入口側に戻すリターン路と、リターン路に設けられた脈動抑制手段と、リターン路の上記脈動抑制手段の下流側に設けられたフィルタとを備えたものである。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention includes a common rail that stores fuel pressurized by a pressurizing pump, a fuel injection mechanism that injects fuel supplied from the common rail into the cylinder of the engine, and a common rail. The fuel injection mechanism is provided between the fuel injection mechanism and the fuel pressure of the common rail acts on one side of the piston to regulate the operation of the piston. Pressure increasing mechanism that can further pressurize and supply the fuel to the fuel injection mechanism, and a return path that returns the return fuel to the inlet side of the pressure pump when the fuel pressure acting on one side of the piston of the pressure increasing mechanism is removed And a pulsation suppressing means provided in the return path, and a filter provided downstream of the pulsation suppressing means in the return path.
従って、燃料は加圧ポンプにより加圧されてコモンレールに貯留され、コモンレールから燃料噴射機構に供給される。コモンレールの燃料圧は増圧機構のピストンの一側面にバックプレッシャとして作用し、燃料圧の作用中はピストンの作動が規制されて増圧機構による燃料増圧は行われずに、燃料噴射機構により燃料はコモンレール圧で機関の筒内に噴射され、一方、増圧機構のピストンに作用している燃料圧が排除されると、ピストンの作動によりコモンレールからの燃料が更に加圧されて燃料噴射機構に供給され、筒内への燃料の噴射圧力がより増加する。結果として増圧機構による燃料増圧の有無や増圧開始のタイミング(ピストンに作用する燃料圧の排除のタイミング)に応じて燃料噴射率波形を任意に変更可能となる。 Accordingly, the fuel is pressurized by the pressurizing pump, stored in the common rail, and supplied from the common rail to the fuel injection mechanism. The fuel pressure of the common rail acts as a back pressure on one side of the piston of the pressure increasing mechanism. During the operation of the fuel pressure, the operation of the piston is restricted and the fuel pressure is not increased by the pressure increasing mechanism. Is injected into the cylinder of the engine at the common rail pressure, and when the fuel pressure acting on the piston of the pressure increasing mechanism is eliminated, the fuel from the common rail is further pressurized by the operation of the piston and is injected into the fuel injection mechanism. The fuel injection pressure into the cylinder is further increased. As a result, it is possible to arbitrarily change the fuel injection rate waveform in accordance with the presence or absence of fuel pressure increase by the pressure increase mechanism and the timing of start of pressure increase (timing to eliminate fuel pressure acting on the piston).
一方、増圧機構のピストンの一側面に作用する燃料圧を排除したときのリターン燃料はリターン路を経て加圧ポンプの入口側に戻されるが、このときの燃料は脈動抑制手段により圧力脈動を抑制された後に加圧ポンプの入口側に戻される。脈動抑制手段としては、例えばリターン燃料を流量制限するオリフィス、リターン燃料の逆流を防止する逆止弁等を用いる。そして、フィルタは脈動抑制手段の下流側に設けられているため、圧力脈動を抑制された後のリターン燃料を濾過することになり、圧力脈動によるフィルタの破損及び濾過機能の低下が未然に防止されて、リターン燃料に混入した鉄粉を確実に除去可能となる。 On the other hand, the return fuel when the fuel pressure acting on one side of the piston of the pressure increasing mechanism is removed is returned to the inlet side of the pressurizing pump through the return path. At this time, the fuel is subjected to pressure pulsation by the pulsation suppressing means. After being suppressed, it is returned to the inlet side of the pressure pump. As the pulsation suppressing means, for example, an orifice for restricting the flow rate of the return fuel, a check valve for preventing a back flow of the return fuel, or the like is used. Since the filter is provided on the downstream side of the pulsation suppressing means, the return fuel after the pressure pulsation is suppressed is filtered, so that the filter is prevented from being damaged and the filtration function from being lowered due to the pressure pulsation. Thus, the iron powder mixed in the return fuel can be reliably removed.
請求項2の発明は、請求項1において、リターン路にヒータコアが設けられ、ヒータコアが車両に搭載された暖房用のヒータユニット内に配設されているものである。
従って、増圧機構から排出されるリターン燃料は加圧ポンプによる加圧等により温度上昇しており、このリターン燃料がヒータコアを流通する際に暖房用空気が加熱されて、リターン燃料の熱が暖房に有効利用される一方、暖房用空気の加熱によりリターン燃料が冷却されるため、高温のリターン燃料が加圧ポンプに戻されて焼付きを発生させる事態が未然に防止される。
The invention of
Therefore, the temperature of the return fuel discharged from the pressure increasing mechanism has risen due to pressurization by a pressurizing pump, etc., and when the return fuel flows through the heater core, the heating air is heated and the heat of the return fuel is heated. On the other hand, since the return fuel is cooled by heating the heating air, a situation in which the high-temperature return fuel is returned to the pressurizing pump and seizure occurs is prevented.
以上説明したように請求項1の発明のコモンレール式燃料噴射装置によれば、増圧機構からのリターン燃料を濾過するフィルタを脈動抑制手段の下流側に設けて、圧力脈動を抑制された後のリターン燃料を濾過するようにしたため、フィルタの破損及び濾過機能の低下を未然に防止してリターン燃料に混入した鉄粉を確実に除去でき、もって、鉄粉によるサプライポンプの故障を未然に防止することができる。 As described above, according to the common rail fuel injection device of the first aspect of the present invention, the filter for filtering the return fuel from the pressure increasing mechanism is provided on the downstream side of the pulsation suppressing means, and the pressure pulsation is suppressed. Since the return fuel is filtered, the iron powder mixed in the return fuel can be surely removed by preventing the filter from being damaged and the filter function from being lowered, thereby preventing the supply pump from being damaged due to the iron powder. be able to.
請求項2の発明は、請求項1に加えて、増圧機構からのリターン燃料の熱を暖房に利用することでリターン燃料を冷却するようにしたため、高温のリターン燃料による加圧ポンプの焼付きを未然に防止することができる。
In the invention of
以下、本発明を車両用エンジンのコモンレール式燃料噴射装置に具体化した一実施形態を説明する。
図1は本実施形態のコモンレール式燃料噴射装置を示す全体構成図である。車両に設置された燃料タンク1はタンク燃料路2を介してフィードポンプ3と接続され、フィードポンプ3はフィード燃料路6を介してフィルタ4及び電磁式のフィード燃料量調整弁5を備えたサプライポンプ7(加圧ポンプ)に接続されている。サプライポンプ7は逆止弁8を備えた一対のサプライ燃料路9を介してコモンレール10と接続されている。図ではフィードポンプ3及びサプライポンプ7を分離して表示しているが、実際のこれらのポンプ3,7は一体化されており、共通の駆動軸11を介して図示しないエンジンにより駆動される。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a common rail fuel injection device for a vehicle engine will be described.
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a common rail fuel injection device according to the present embodiment. A
燃料タンク1内の燃料はフィードポンプ3により汲み上げられてタンク燃料路2及びフィード燃料路6を経てサプライポンプ7に供給され、サプライポンプ7により更に加圧されてサプライ燃料路9を経てコモンレール10に供給される。フィード燃料量調整弁5の開度に応じてサプライポンプ7の燃料吸入量が制限され、それに応じてサプライポンプ7の燃料吐出量が制御されてコモンレール10内の燃料圧が調整される。
The fuel in the
コモンレール10にはエンジンの各気筒に設けられた燃料噴射弁21がそれぞれコモンレール燃料路22を介して接続され、燃料噴射弁21は先端(下側)を各気筒の筒内に臨ませた姿勢で配設されている。燃料噴射弁21の構成は、エンジンの筒内への燃料噴射を制御する燃料噴射機構31、及び燃料噴射機構31に供給される燃料を事前に増圧する増圧機構51とに大別される。
A
まず、燃料噴射機構31の構成を説明すると、燃料噴射弁21のボディ21aには先端側から噴孔部32、燃料溜り33、ばね室34、圧力室35が連続して形成されている。噴孔部32及び燃料溜り33内にはニードル弁36の先端部36aが配設され、ばね室34内にはニードル弁36の鍔部36bが配設され、圧力室35内にはニードル弁36のピストン部36cが配設され、これらの先端部36a、鍔部36b、ピストン部36cはそれぞれの部品が組合わされて形成されている。ばね室34内においてニードル弁36の鍔部36bの上面とばね室34の上壁との間にはばね37が介装され、このばね37の付勢力によりニードル弁36は下方に付勢されている。
First, the structure of the
上記コモンレール燃料路22は燃料噴射弁21のボディ21a内に形成された燃料供給路38の一端に接続され、燃料供給路38には逆止弁39が設けられている。燃料供給路38の他端は燃料噴射機構31の燃料溜り33に接続され、コモンレール燃料路22からの燃料は燃料供給路38及び燃料溜り33を経て噴孔部32まで導かれている。
燃料供給路38の逆止弁39より下流側(燃料溜り33側)の箇所にはオリフィス40を備えた圧力路41の一端が接続され、圧力路41の他端は上記圧力室35の上部と接続されている。従って、燃料供給路38の燃料圧が圧力路41を経て圧力室35内に位置するニードル弁36のピストン部36cの上面にバックプレッシャとして作用する一方、ニードル弁36には燃料溜り33の箇所において上方への燃料圧が作用している。ニードル弁36のピストン部36cの上面に作用する燃料圧とばね37の付勢力との合力は燃料溜り33に作用する燃料圧を上回るため、ニードル弁36は下方に付勢されて先端部36aを噴孔部32に圧接させた閉弁状態に保持されている。
The common
One end of a pressure passage 41 having an
圧力室35の上部にはオリフィス42を介して電磁式の噴射制御弁43が接続され、噴射制御弁43はリターン路44を介して上記燃料タンク1と接続されている。尚、リターン路44は各気筒で共用化されており、各気筒のリターン路44がエンジン付近で1本に集合した上で燃料タンク1に接続されている。噴射制御弁43の開弁に伴って圧力室35内の上部の燃料がリターン路44を経て燃料タンク1に回収されて、ニードル弁36のピストン部36cの上面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、上記燃料圧の大小関係が逆転して、ニードル弁36は上方に付勢されて開弁状態に切換えられる。
An electromagnetic
一方、増圧機構51は燃料噴射機構31の上側に設けられている。燃料噴射弁21のボディ21aには増圧機構51のシリンダ52が形成され、シリンダ52内には増圧ピストン53が上下動可能に配設されてばね60により上方に付勢されている。増圧ピストン53は上側の大径部53a及び下側の小径部53bからなり、増圧ピストン53の大径部53aによりシリンダ52内は上側シリンダ室52a及び下側シリンダ室52bに区画されると共に、増圧ピストン53の小径部53bの下側には加圧室52cが区画されている。
On the other hand, the
上記燃料供給路38の逆止弁39より上流側の箇所は、上側供給路54を介して上側シリンダ室52aと接続されると共に、オリフィス55を備えた下側供給路56を介して下部シリンダ室52bと接続され、それぞれのシリンダ52a,52b内に燃料が導入されている。又、燃料供給路38の逆止弁39より下流側の箇所は加圧路57を介して加圧室52cに接続され、加圧室52c内にも燃料が導入されている。増圧ピストン53の大径部53aの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧とばね60の付勢力との合力は大径部53aの上面に作用する燃料圧を上回るため、増圧ピストン53は上方に付勢されて加圧室52cを最大容積に保持している。
A location upstream of the
増圧機構51の下側シリンダ室52bには電磁式の増圧制御弁58が接続され、増圧制御弁58はリターン路59を介して上記フィード燃料路6のフィルタ4とフィード燃料量調整弁5との間の個所、即ち、サプライポンプ7の入口側と接続されている。増圧制御弁58の開弁に伴って下部シリンダ室52b内の燃料がリターン路59を経てサプライポンプ7の入口側に戻されて、増圧ピストン53の大径部53aの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、上記燃料圧の大小関係が逆転して、増圧ピストン53は下方に付勢されて加圧室52cの容積を縮小する。尚、このリターン路59も各気筒で共用化されており、各気筒のリターン路59がエンジン付近で1本に集合した上でサプライポンプ7の入口側と接続されている。
An electromagnetic pressure-increasing
一方、リターン路59の各気筒からの集合箇所より下流側(サプライポンプ7側)には、上流側から順にオリフィス61(脈動抑制手段)、逆止弁62(脈動抑制手段)、ヒータコア63、フィルタ64が設けられている。リターン路59はエンジンルーム内から一旦車室側に迂回するように配管され、そのヒータコア63を車室側に設置されたヒータユニット65に組込まれており、以下、ヒータユニット65の構造を説明する。
On the other hand, the orifice 61 (pulsation suppressing means), the check valve 62 (pulsation suppressing means), the
ここで、ヒータユニット65にはヒータコア63と共に内部をエンジン冷却水が循環する既存のヒータコア66も組込まれているため、これらのヒータコア63,66を区別するためにリターン路59のものを燃料ヒータコア63と称し、既存のものを冷却水ヒータコア66と称する。
ヒータユニット65のダクト67は車室内の助手席の足元等に設置され、ダクト67の一側に設けられた入口68にはモータ69により駆動されるファン70が設置されている。入口68は運転者による空調パネルの操作に応じて車室内や車外と選択的に連通し、ファン70の作動に伴って車室内空気或いは外気が導入される。ダクト67は入口68から二股状に第1通路71及び第2通路72に分岐し、第1通路71には燃料ヒータコア63が配設され、第2通路72には冷却水ヒータコア66が配設されている。入口68の反対側において第1通路71及び第2通路72は合流して出口73を形成し、出口73は車室内の各部に設けられた図示しない吹出口と連通している。
Here, since the
The
第1通路71の出口73側にはモータ74により駆動される燃料ヒータコア用ダンパ75が設けられ、この燃料ヒータコア用ダンパ75の開閉に応じて第1通路71が出口73側に対して連通又は遮断される。同様に第2通路72の出口73側にはモータ76により駆動される冷却水ヒータコア用ダンパ77が設けられ、この冷却水ヒータコア用ダンパ77の開閉に応じて第2通路72が出口73側に対して連通又は遮断される。
A fuel
第1通路71の燃料ヒータコア63と燃料ヒータコア用ダンパ75との間には排出通路78が分岐して形成され、第1通路71は排出通路78を介して車外と連通している。排出通路78にはモータ79により駆動される車外排出用ダンパ80が設けられ、この車外排出用ダンパ80の開閉に応じて第1通路71が車外に対して連通又は遮断される。
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置(ROM,RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えたECU91(電子制御ユニット)が設置されている。ECU91の入力側には、コモンレール10内の燃料圧を検出するレール圧センサ92、増圧機構51のリターン路59内を流通するリターン燃料の温度を検出する温度センサ93、図示しないアクセル操作量を検出するアクセルセンサ、各気筒を判別するための気筒判別センサ、エンジンの回転に同期したクランク角信号を出力するクランク角センサ等の各種センサ類が接続されている。又、ECU91の出力側には、フィード燃料量調整弁5、各気筒の燃料噴射弁21の噴射制御弁43、増圧制御弁58、ヒータユニット65のファン駆動用モータ69、燃料ヒータコア用ダンパ駆動用モータ74、冷却水ヒータコア用ダンパ駆動用モータ76、車外排出用ダンパ駆動用モータ79等のデバイス類が接続されている。
A
On the other hand, an input / output device (not shown), a storage device (ROM, RAM, etc.) used for storing control programs, a control map, etc., a central processing unit (CPU), a timer counter, etc. Control unit) is installed. On the input side of the
そして、ECU91はアクセルセンサにより検出されたアクセル操作量(機関負荷)やクランク角センサからのクランク角信号から算出したエンジン回転速度等のエンジン運転状態に関する各種情報に基づいて、コモンレール圧、燃料噴射量、燃料噴射時期、増圧機構51による燃料増圧の有無、増圧機構51の作動時期等の目標値を設定し、フィード燃料量調整弁5、噴射制御弁43、増圧制御弁58を駆動制御して、エンジンの運転状態に対して最適な噴射率波形で燃料噴射を実行している。
Then, the
そこで、このECU91の処理に基づくコモンレール式燃料噴射装置の作動、特に増圧機構51の作動状況について説明する。
エンジンに駆動されるフィードポンプ3により燃料タンク1内の燃料が汲み上げられ、タンク燃料路2及びフィード燃料路6を経てフィルタ4により鉄粉を除去された後にサプライポンプ7に供給され、サプライポンプ7により更に加圧されてサプライ燃料路9を経てコモンレール10に供給される。ECU91はフィード燃料量調整弁5の開度制御によりサプライポンプ7の燃料吸入量を制限して燃料吐出量を調整し、レール圧センサ92により検出された実コモンレール圧をレール圧の目標値にフィードバック制御する。
Therefore, the operation of the common rail fuel injection device based on the processing of the
The fuel in the
一方、燃料噴射弁21は噴射制御弁43及び増圧制御弁58の開閉に応じて以下のように作動する。
コモンレール10の燃料はコモンレール燃料路22により各気筒の燃料噴射弁21に供給され、各燃料噴射弁21のボディ21a内で燃料噴射機構31の燃料供給路38及び燃料溜り33を経て噴孔部32まで導かれる一方、圧力路41を経て圧力室35の上部まで導かれている。そして、噴射制御弁43の閉弁時には、ニードル弁36のピストン部36cの上面にバックプレッシャとして作用する燃料圧により、ニードル弁36は下方に付勢されて閉弁状態に保持されている。
On the other hand, the
The fuel in the
又、コモンレール燃料路22からの燃料は上側供給路54を経て増圧機構51の上側シリンダ室52a内に導入されると共に、下側供給路56を経て下側シリンダ室52b内に導入され、加圧路57を介して加圧室52c内にも導入されている。これにより、増圧ピストン53の大径部53aの上面及び下面には燃料圧が作用している。そして、増圧制御弁58の閉弁時には、増圧ピストン53の大径部53aの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧により、増圧ピストン53は上方に付勢されて加圧室52cを最大容積に保持している。
Further, the fuel from the common
上記状態から噴射制御弁43が開弁されると、圧力室35内の上部の燃料がリターン路44を介して燃料タンク1側に戻されて、ニードル弁36のピストン部36cの上面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、ニードル弁36が上方に付勢されて開弁状態に切換えられ、噴孔部32から燃料噴射が開始される。その後、噴射制御弁43が閉弁されると、燃料タンク1への燃料流通が中止されてピストン部36cの上部の燃料圧が回復するため、再びニードル弁36が下方に付勢されて閉弁状態に復帰し燃料噴射が中止される。
When the
以上は増圧機構51による燃料増圧を行わずに、コモンレール圧の燃料をそのまま噴射した場合であり、増圧機構51による燃料増圧を実施する場合には、噴射制御弁43の開閉に対して所定のタイミングで増圧制御弁58が開閉駆動される。
例えば図2に実線で示すように、増圧機構51の増圧制御弁58は噴射制御弁43の開弁に先行する所定時期に開弁される。増圧制御弁58の開弁に伴って下部シリンダ室52b内の燃料がリターン路59を経てサプライポンプ7の入口側に戻され、増圧ピストン53の大径部53aの下面にバックプレッシャとして作用する燃料圧が急減するため、増圧ピストン53は下方に付勢されて加圧室52cの容積を縮小する。即ち、増圧ピストン53の大径部53aに作用する燃料圧を利用して小径部53b側で加圧室52c内の燃料が加圧されることになり、燃料供給路38の逆止弁39より下流側(加圧室52c、燃料供給路38、燃料溜り33、噴孔部32)に存在する燃料が元々のコモンレール圧に相当する燃料圧から更に増加する。
The above is a case where the fuel of the common rail pressure is injected as it is without performing the fuel pressure increase by the
For example, as indicated by the solid line in FIG. 2, the pressure
従って、その後に噴射制御弁43が開弁されたときには、噴射圧力が噴射初期から急激に立上がってコモンレール圧より高圧に保持され、その後、噴射制御弁43及び増圧制御弁58が相前後して閉弁されると、ニードル弁36が下方に付勢されて閉弁状態となり燃料噴射が中止される。そして、破線や一点鎖線で示すように増圧制御弁58の開弁時期を遅延させる(噴射制御弁43の開弁時期に接近させる)ほど、噴射初期における噴射圧力の増加が緩やかなものとなり、初期噴射を抑制した噴射率波形が実現される。このような特性を前提として、ECU91ではアクセル操作量やエンジン回転速度等に基づいて増圧制御弁58の開弁時期を制御し、これによりエンジンの運転状態に対して常に最適な噴射率波形に調整している。
Accordingly, when the
一方、増圧機構51からのリターン燃料は燃料タンク1に回収されることなくサプライポンプ7の入口側に戻されており、結果としてリターン燃料分だけサプライポンプ7側の要求燃料量が軽減されて、フィードポンプ3の容量不足が補われ、より小型のフィードポンプ3を適用可能となる。
そして、増圧機構51からのリターン燃料はリターン路59上のオリフィス61、逆止弁62、燃料ヒータコア63、フィルタ64を順次流通し、このリターン燃料に対してオリフィス61及び逆止弁62では圧力脈動の抑制が、燃料ヒータコア63では放熱が、フィルタ64では鉄粉の除去が行われる。そこで、それぞれの作用を以下に説明する。
On the other hand, the return fuel from the
Then, the return fuel from the
まず、オリフィス61及び逆止弁62の作用を述べると、図2に実線で示すようにリターン燃料は増圧機構51の出口から大きな圧力脈動をもって排出される(例えば、4MPa程度)。この圧力脈動はオリフィス61による流量制限で破線で示すように抑制され、更に逆止弁62による逆流防止で一点鎖線で示すようにほぼ完全に抑制されるため、逆止弁62の下流側ではリターン燃料の燃料圧が略一定となり(例えば、フィードポンプ3の吐出圧と略等しい0.5MPa程度)、この状態でサプライポンプ7に供給される。よって、増圧機構51から排出されるときの圧力脈動の影響を受けることなく、サプライポンプ7側ではフィード燃料量調整弁5の制御により燃料加圧が行われ、結果として正確なコモンレール圧が達成される。
First, the operation of the
又、フィルタ64の作用を述べると、増圧機構51からのリターン燃料を燃料タンク1に戻して正規経路に従ってサプライポンプ7に供給する場合とは異なり、リターン燃料をサプライポンプ7に戻した場合には、サプライポンプ7から増圧機構51に至るまでの配管等(コモンレール燃料路22や燃料供給路38)で鉄粉が混入している可能性があるが、リターン路59を流通する際にフィルタ64の濾過により鉄粉が除去されるため、鉄粉によるサプライポンプ7の故障を未然に防止することができる。
Further, the operation of the
ここで、フィルタ64はリターン路59のオリフィス61及び逆止弁62の下流側に設けられ、圧力脈動を抑制された後のリターン燃料を濾過している。このようなフィルタ64の配置により、フィルタ64に内蔵された濾紙は圧力脈動を受けることなく濾過作用を奏し、結果として圧力脈動による濾紙の破損が防止されると共に、圧力脈動に伴う燃料の周期的な逆流による濾過機能の低下、即ち、濾紙に捕捉された鉄粉が逆流によって離脱する現象が防止され、フィルタ64の濾過機能を向上させて鉄粉によるサプライポンプ7の故障をより確実に防止することができる。
Here, the
一方、燃料ヒータコア63の作用を述べると、増圧機構51から排出されるリターン燃料はサプライポンプ7の加圧等により温度上昇しており、その燃料温度はエンジンの運転状態に応じて変化し、例えば低負荷低回転域では50℃程度、高負荷高回転域では110℃程度のリターン燃料が燃料ヒータコア63を流通している。そして、ECU91側では燃料ヒータコア63を利用してリターン燃料を冷却すべく、以下のようにヒータユニット65の制御を実施している。
On the other hand, when the operation of the
ECU91による具体的な制御は表1に従って実施され、リターン燃料温度及び暖房の要否に応じてヒータユニット65の各ダンパ75,77,80及びファン70の作動状況を切換えている。
Specific control by the
ここで、燃料温度の高低は、リターン燃料を戻したときにサプライポンプ7が焼付く虞がない上限温度(例えば、80℃)を閾値として判定され、暖房の要否は、運転者による空調パネルの操作で暖房が選択されているか否かに応じて判定される。
Here, the level of the fuel temperature is determined by using an upper limit temperature (for example, 80 ° C.) at which the
まず、リターン燃料温度が高く、且つ暖房要のときには、燃料ヒータコア用ダンパ75が開放、冷却水ヒータコア用ダンパ77が閉鎖、車外排出用ダンパ80が閉鎖され、ファン70の作動によりダクト67内に導入された空気は入口68側から第1通路71を経て出口73側に導かれる。従って、第1通路71内を流通する空気が燃料ヒータコア63により加熱されて各吹出口より車室内に吹出される一方、燃料ヒータコア63内のリターン燃料が冷却される。即ち、このときにはリターン燃料の熱が暖房に利用されることになる。
First, when the return fuel temperature is high and heating is required, the fuel
又、リターン燃料温度が高く、且つ暖房不要のときには、燃料ヒータコア用ダンパ75が閉鎖、冷却水ヒータコア用ダンパ77が閉鎖、車外排出用ダンパ80が開放され、ファン70によりダクト67内に導入された空気は入口68側から第1通路71及び排出通路78を経て車外に導かれる。従って、上記した暖房要の場合と同じく、第1通路71内を流通する空気により燃料ヒータコア63内のリターン燃料が冷却されるが、このときには加熱された空気が不要のため車外に排出される。
When the return fuel temperature is high and heating is not required, the fuel
又、リターン燃料温度が低く、且つ暖房要のときには、燃料ヒータコア用ダンパ75が閉鎖、冷却水ヒータコア用ダンパ77が開放、車外排出用ダンパ80が閉鎖され、ファン70によりダクト67内に導入された空気は入口68側から第2通路72を経て出口73側に導かれる。従って、第2通路72内を流通する空気が冷却水ヒータコア66により加熱されて各吹出口より車室内に吹出される。即ち、このようにリターン燃料の温度が低いときには空気によるリターン燃料の冷却は不要なため実施されず、一方、リターン燃料を利用した空気の加熱も期待できないため、一般的な車両用暖房システムと同様にエンジン冷却水の熱が暖房に利用されるのである。
When the return fuel temperature is low and heating is required, the fuel
又、リターン燃料温度が低く、且つ暖房不要のときには、全てのダンパ75,77,80が閉鎖され、ファン70が停止される。従って、何れのヒータコア63,66によっても空気は加熱されず、リターン燃料の冷却も行われない。
尚、上記制御例では、燃料ヒータコア用ダンパ75と冷却水ヒータコア用ダンパ77とを2位置的に切換えたが、リターン燃料の温度や車室内の要求温度に応じて両ダンパ75,77の開度を逆方向に連続的に切換えてもよい。
When the return fuel temperature is low and heating is not required, all the
In the above control example, the fuel
以上の制御の結果、増圧機構51からのリターン燃料の温度が高いときには、燃料ヒータコア63によりリターン燃料を冷却しているため、高温のリターン燃料がサプライポンプ7に戻されて焼付きを発生させる事態を未然に防止でき、更に車室内の暖房時にはリターン燃料の熱を車外に捨てることなく、暖房に有効利用することができる。又、リターン燃料の温度が低いときには、既存のエンジン冷却水による加熱に切換えるため、この場合でも何ら支障を生じることなく暖房を継続でき、リターン燃料の熱を暖房に利用する構成としたことによるデメリット、即ち、リターン燃料の温度が低いときに車室内を暖房不能となる事態を未然に防止することができる。
As a result of the above control, when the temperature of the return fuel from the
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、車両用エンジンのコモンレール式燃料噴射装置に具体化したが、適用対象は車両用のエンジンに限ることはなく、例えば定置型エンジンに適用してもよい。
又、上記実施形態では、脈動抑制手段としてオリフィス及び逆止弁を用いたが、これに限ることはなく、例えば脈動抑制手段としてアキュムレータ等を利用してもよく、この場合でもフィルタ64をアキュムレータの下流側に設置すれば、上記実施形態と同様の圧力脈動に関する作用効果が得られる。
This is the end of the description of the embodiment, but the aspect of the present invention is not limited to this embodiment. For example, in the above-described embodiment, the invention is embodied in a common rail fuel injection device for a vehicle engine. However, the application target is not limited to a vehicle engine, and may be applied to, for example, a stationary engine.
In the above embodiment, the orifice and the check valve are used as the pulsation suppressing means. However, the present invention is not limited to this. For example, an accumulator or the like may be used as the pulsation suppressing means. If it is installed on the downstream side, the same operational effects relating to pressure pulsation as in the above embodiment can be obtained.
更に、上記実施形態では、増圧機構51からのリターン燃料をフィード燃料路6のフィルタ4とフィード燃料量調整弁5との間に戻したが、フィード燃料路6のフィルタ4の上流側に戻してもよい。このように構成した場合にはリターン燃料の濾過作用をフィルタ4が奏するため、フィルタ64を省略してもよい。
Further, in the above embodiment, the return fuel from the
7 サプライポンプ
10 コモンレール
31 燃料噴射機構
51 増圧機構
59 リターン路
61 オリフィス(脈動抑制手段)
62 逆止弁(脈動抑制手段)
63 燃料ヒータコア
64 フィルタ
65 ヒータユニット
7
62 Check valve (pulsation suppression means)
63
Claims (2)
上記コモンレールから供給される燃料を機関の筒内に噴射する燃料噴射機構と、
上記コモンレールと上記燃料噴射機構との間に設けられ、該コモンレールの燃料圧をピストンの一側面に作用させて該ピストンの作動を規制すると共に、上記一側面に作用する燃料圧を排除して上記ピストンを作動させ、上記コモンレールからの燃料を更に加圧して上記燃料噴射機構に供給可能な増圧機構と、
上記増圧機構のピストンの一側面に作用する燃料圧を排除したときのリターン燃料を上記加圧ポンプの入口側に戻すリターン路と、
上記リターン路に設けられた脈動抑制手段と、
上記リターン路の上記脈動抑制手段の下流側に設けられたフィルタと
を備えたことを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。 A common rail for storing fuel pressurized by a pressure pump;
A fuel injection mechanism for injecting fuel supplied from the common rail into the cylinder of the engine;
Provided between the common rail and the fuel injection mechanism, the fuel pressure of the common rail acts on one side of the piston to regulate the operation of the piston, and the fuel pressure acting on the one side is excluded A pressure increasing mechanism capable of operating a piston, further pressurizing fuel from the common rail and supplying the fuel injection mechanism;
A return path for returning the return fuel to the inlet side of the pressurizing pump when the fuel pressure acting on one side of the piston of the pressure increasing mechanism is removed;
Pulsation suppression means provided in the return path;
And a filter provided on the return path downstream of the pulsation suppressing means.
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2004
- 2004-11-05 JP JP2004322163A patent/JP2006132439A/en active Pending
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