JP2007071082A - Fuel injector of internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、複数のコモンレールを具備する燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection device including a plurality of common rails.
噴射圧が異なる2つの燃料噴射弁と、2つの燃料噴射弁の各々に燃料を供給する2本のコモンレールとを備えた内燃機関の燃料噴射装置において、単一の燃料ポンプから吐出された燃料を2つのコモンレールへシリアルに供給する構成が提案されている(たとえば、特許文献1を参照)。
ところで、2つのコモンレールがシリアルに接続されると、一方のコモンレールにおける圧力脈動が他方のコモンレールへ伝播するため、2つのコモンレールの蓄圧力が不安定になる可能性がある。各コモンレールの蓄圧力が不安定になると、燃料の噴射圧力や噴射量が不規則に変動する虞がある。 By the way, when two common rails are connected in series, pressure pulsation in one common rail propagates to the other common rail, and thus the accumulated pressure in the two common rails may become unstable. If the accumulated pressure of each common rail becomes unstable, the fuel injection pressure and the injection amount may fluctuate irregularly.
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄圧力の異なる2つのコモンレールを備えた内燃機関の燃料噴射装置において、2つのコモンレール間における圧力脈動の伝播を防止可能な技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to propagate pressure pulsation between two common rails in a fuel injection device for an internal combustion engine having two common rails having different accumulated pressures. It is to provide a preventable technique.
本発明は、上記した課題を解決するために、単一の燃料ポンプから吐出された燃料を2つのコモンレールの何れか一方に選択的に供給する構成とすることにより、一方のコモンレールの圧力脈動が他方のコモンレールへ伝播することを防止するようにした。 In order to solve the above-described problems, the present invention is configured to selectively supply the fuel discharged from a single fuel pump to one of the two common rails, thereby reducing the pressure pulsation of one common rail. Propagation to the other common rail was prevented.
詳細には、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置は、燃料を昇圧して吐出する燃料ポンプと、蓄圧力が異なる2つのコモンレールと、前記2つのコモンレールの何れか一方を選択的に前記燃料ポンプと導通させる切換手段と、を備えるようにした。 In detail, the fuel injection device for an internal combustion engine according to the present invention selectively selects one of the two common rails, a fuel pump that boosts and discharges fuel, two common rails having different accumulated pressures, and the fuel. And switching means for conducting with the pump.
蓄圧力の異なる2つのコモンレールのうち蓄圧力の高いコモンレール(以下、高圧用コモンレールと称する)では、蓄圧力の低いコモンレール(以下、低圧用コモンレールと称する)に比べ、圧力脈動が大きくなり易い。 Among the two common rails having different accumulated pressures, the pressure pulsation is likely to increase in the common rail having a high accumulated pressure (hereinafter referred to as a high-pressure common rail) compared to the common rail having a low accumulated pressure (hereinafter referred to as a low-pressure common rail).
このため、高圧用コモンレールと低圧用コモンレールが相互に連通していると、高圧用コモンレールの圧力脈動が低圧用コモンレールに伝播して低圧用コモンレール及び高圧用コモンレールの蓄圧力が不安定となる可能性があった。 For this reason, if the high-pressure common rail and the low-pressure common rail are in communication with each other, the pressure pulsation of the high-pressure common rail may propagate to the low-pressure common rail and the accumulated pressure on the low-pressure common rail and high-pressure common rail may become unstable. was there.
このような問題を解決する方法として、高圧用コモンレールに燃料を供給するための燃料ポンプと低圧用コモンレールに燃料を供給するための燃料ポンプを独立させることにより燃料噴射装置を2系統に分割させる方法が考えられる。しかしながら、燃料ポンプや配管の増加によりコストの上昇や車載性の悪化を招く可能性があった。 As a method for solving such a problem, the fuel injection device is divided into two systems by independently providing a fuel pump for supplying fuel to the high pressure common rail and a fuel pump for supplying fuel to the low pressure common rail. Can be considered. However, the increase in fuel pumps and piping may lead to cost increase and deterioration in in-vehicle performance.
これに対し、燃料ポンプが2つのコモンレールの何れか一方のみと選択的に導通するよ
うに構成されると、高圧用コモンレールと低圧用コモンレールが相互に導通しなくなるため、高圧用コモンレールの圧力脈動が低圧用コモンレールへ伝播することを防止することができる。
On the other hand, if the fuel pump is configured to selectively conduct with only one of the two common rails, the high-pressure common rail and the low-pressure common rail do not conduct with each other. Propagation to the low pressure common rail can be prevented.
その結果、燃料ポンプや配管を不要に増加させることなく、高圧用コモンレール及び低圧用コモンレールの蓄圧力を安定させることが可能となる。 As a result, it is possible to stabilize the accumulated pressure of the high pressure common rail and the low pressure common rail without unnecessarily increasing the number of fuel pumps and piping.
本発明に係る切換手段は、燃料ポンプから吐出された燃料を輸送する燃料供給路と、燃料供給路から分岐して2つのコモンレールに接続された2本の燃料分岐通路と、燃料供給路から2本の燃料分岐通路へ分岐する部分に配置された三方切換弁と、2本の燃料分岐管のうち高圧用コモンレールに接続された燃料分岐管(以下、高圧用燃料分岐管と称する)に配置されて該高圧用燃料分岐通路の逆流を防止する逆止弁と、を備えるようにしてもよい。 The switching means according to the present invention includes a fuel supply path for transporting fuel discharged from a fuel pump, two fuel branch paths branched from the fuel supply path and connected to two common rails, and two fuel supply paths. A three-way switching valve arranged at a portion branching to the fuel branch passage and a fuel branch pipe (hereinafter referred to as a high-pressure fuel branch pipe) connected to the high-pressure common rail among the two fuel branch pipes. And a check valve for preventing a back flow of the high-pressure fuel branch passage.
このような構成によれば、高圧用コモンレールへ燃料が供給される時には三方切換弁が高圧用コモンレールと燃料ポンプを導通させ、且つ低圧用コモンレールを遮断するため、高圧用コモンレールの圧力脈動が低圧用コモンレールへ伝播されなくなる。 According to such a configuration, when the fuel is supplied to the high pressure common rail, the three-way switching valve connects the high pressure common rail and the fuel pump, and shuts off the low pressure common rail. It will not be propagated to the common rail.
また、低圧用コモンレールへ燃料が供給される時には三方切換弁が低圧用コモンレールと燃料ポンプを導通させ、且つ高圧用コモンレールを遮断するため、高圧用コモンレールと低圧用コモンレールとの間における圧力伝播が防止される。 Also, when fuel is supplied to the low-pressure common rail, the three-way selector valve connects the low-pressure common rail and the fuel pump, and shuts off the high-pressure common rail, preventing pressure propagation between the high-pressure common rail and the low-pressure common rail. Is done.
ところで、三方切換弁が切換動作する際には、一時的に低圧用コモンレールと高圧用コモンレールが導通する。この場合、高圧用コモンレールの燃料が燃料分岐管を逆流して低圧用コモンレールへ流出し、若しくは高圧用コモンレールの圧力脈動が低圧用コモンレールへ伝播する可能性があるが、高圧用燃料分岐管に逆止弁が設けられているため高圧用コモンレールの燃料が低圧用コモンレールへ流出することも抑止される。 By the way, when the three-way switching valve performs the switching operation, the low pressure common rail and the high pressure common rail are temporarily connected. In this case, the high-pressure common rail fuel may flow back through the fuel branch pipe and flow out to the low-pressure common rail, or the pressure pulsation of the high-pressure common rail may propagate to the low-pressure common rail. Since the stop valve is provided, the fuel in the high pressure common rail is also prevented from flowing out to the low pressure common rail.
従って、上記したように切換手段が構成されると、燃料ポンプや配管の増加を抑えつつ、高圧用コモンレール及び低圧用コモンレールの蓄圧力を安定させることができる。 Therefore, when the switching means is configured as described above, it is possible to stabilize the accumulated pressure of the high pressure common rail and the low pressure common rail while suppressing an increase in fuel pumps and piping.
本発明によれば、蓄圧力の異なる2つのコモンレールを備えた内燃機関の燃料噴射装置において、燃料ポンプの増加や配管の複雑化を抑制しつつ2つのコモンレール間における圧力脈動の伝播を防止することが可能になる。 According to the present invention, in a fuel injection device for an internal combustion engine having two common rails having different accumulator pressures, it is possible to prevent propagation of pressure pulsations between the two common rails while suppressing an increase in the number of fuel pumps and complicated piping. Is possible.
以下、本発明に係る内燃機関の燃料噴射装置の具体的な実施形態について、図面に基づいて説明する。図1は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、1気筒当たり2本のインジェクタが設けられた圧縮着火式の内燃機関(ディーゼルエンジン)である。
Hereinafter, specific embodiments of a fuel injection device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied. An
内燃機関1のシリンダヘッド2においてピストン3の頂面と対向する面の略中央には、センターインジェクタ4が配置されている。シリンダヘッド2においてピストン3の頂面と対向する面の縁には、サイドインジェクタ5が配置されている。
In the
センターインジェクタ4は、第1燃料パイプ6を介して高圧用コモンレール7と連通している。高圧用コモンレール7は、高圧用燃料分岐管8を介して三方切換弁9に接続されている。高圧用燃料分岐管8の途中には、燃料の逆流を抑止するチェックバルブ(逆止弁)10が配置されている。 The center injector 4 communicates with the high-pressure common rail 7 through the first fuel pipe 6. The high-pressure common rail 7 is connected to a three-way switching valve 9 via a high-pressure fuel branch pipe 8. In the middle of the high-pressure fuel branch pipe 8, a check valve (check valve) 10 that suppresses the back flow of fuel is disposed.
サイドインジェクタ5は、第2燃料パイプ11を介して低圧用コモンレール12と連通している。低圧用コモンレール12は、低圧用燃料分岐管13を介して三方切換弁9に接続されている。
The
三方切換弁9には、上記した高圧用燃料分岐管8及び低圧用燃料分岐管13に加え、燃料供給管14が接続されている。三方切換弁9は、高圧用燃料分岐管8と低圧用燃料分岐管13の何れか一方を選択的に燃料供給管14と導通させる弁である。
In addition to the high-pressure fuel branch pipe 8 and the low-pressure
燃料供給管14は、燃料ポンプ15に接続されている。燃料ポンプ15は、図示しない燃料タンクから汲み上げられた燃料を昇圧して吐出するポンプである。図2は、燃料ポンプ15の概略構成を示す図である。
The fuel supply pipe 14 is connected to the
図2において、燃料ポンプ15は、シリンダ150と、シリンダ150内に軸方向へ摺動自在に嵌挿されたプランジャ151と、プランジャ151を下降方向(図2中の下方)へ付勢するスプリング152と、プランジャ151を上昇方向(図2中の上方)へ押圧するポンプ用カムシャフト153とを備えている。
In FIG. 2, the
ポンプ用カムシャフト153には、プランジャ151を上昇方向へ押圧するための第1カム154及び第2カム155が設けられている。第1カム154と第2カム155は、カムプロフィールが同一であり、且つ、回転位相が180度相違している。このように構成されたポンプ用カムシャフト153は、内燃機関1のカムシャフトに同期して回転(クランクシャフトが2回転する度に1回転)することにより、クランクシャフトが1回転する度にプランジャ151を1回上昇(1往復)させる。つまり、ポンプ用カムシャフト153は、内燃機関1の1サイクル当たりにプランジャ151を2回上昇(2往復)させる。
The
また、シリンダ150には、燃料タンクから吸い上げられた燃料を該シリンダ150内へ導く吸入孔156と、プランジャ151の上昇によって昇圧されたシリンダ150内の燃料を前記した燃料供給管14へ吐出する吐出孔157とが形成されている。
Also, the
前記吸入孔156には、ECU16によって開閉制御される吸入弁158が設けられている。前記吐出孔157には、燃料供給管14内の燃料圧力に比してシリンダ150内の燃料圧力が高くなった時に開弁し、燃料供給管14内の燃料圧力に比してシリンダ150内の燃料圧力が低くなった時に閉弁する逆止弁159が設けられている。
The
このように構成された燃料ポンプ15では、第1カム154及び第2カム155によってプランジャ151が下降する行程(吸入行程)にある時に吸入弁158が開弁させられると、シリンダ150内に燃料が吸入される。
In the
吸入弁158の開弁期間(有効吸入行程)は、内燃機関1に要求される燃料噴射量に基づいて定められる。例えば、図2に示す燃料ポンプ15ではポンプ用カムシャフト153が内燃機関1の1サイクル当たりにプランジャ151を2回上昇(2往復)させるため、1回の有効吸入行程において2気筒分の燃料噴射量をシリンダ150内へ吸入できるように開弁期間が定められればよい。
The valve opening period (effective intake stroke) of the
吸入弁158が閉弁された後にプランジャ151が下降する行程から上昇する行程(吐出行程)へ移行すると、シリンダ150内の燃料がプランジャ151の上昇動作に伴って昇圧される。そして、シリンダ150内の燃料圧力が燃料供給管14内の圧力より高くなると、逆止弁159が開弁してシリンダ150内の高圧燃料が燃料供給管14へ吐出され
るようになる(有効吐出行程)。シリンダ150内から燃料供給管14へ吐出された高圧燃料は、高圧用燃料分岐管8又は低圧用燃料分岐管13を介して高圧用コモンレール7又は低圧用コモンレール12へ供給される。
When the
ここで図1に戻り、内燃機関1には、ECU16が併設されている。ECU16は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM等から構成される算術論理演算回路である。ECU16には、クランクポジションセンサ17やアクセルポジションセンサ18等の各種センサが電気的に接続され、それら各種センサの出力信号を入力可能となっている。
Here, referring back to FIG. 1, the
ECU16は、前記した各種センサの出力信号をパラメータとしてセンターインジェクタ4、サイドインジェクタ5、三方切換弁9、燃料ポンプ15を電気的に制御する。
The
例えば、内燃機関1が4つの気筒を具備する場合には、ECU16は、図3に示すように、1番気筒(#1)〜4番気筒(#4)の各々について、吸気行程上死点の近傍(例えば、圧縮行程上死点前400°CA〜300°CA)にてセンターインジェクタ4から燃料噴射(ビゴム噴射)を行い、次いで圧縮行程の初期から中期(例えば、圧縮行程上死点前150°CA〜60°CA)にてサイドインジェクタ5から(予混合噴射)を行うことにより、気筒内に予混合気を形成し、該予混合気をピストン3の上昇により圧縮させて着火及び燃焼させる。
For example, when the
その際、ECU16は、必要に応じて圧縮行程上死点の近傍にてセンターインジェクタ4から再度燃料を噴射させることにより、着火遅れを抑制するようにしてもよい。
At that time, the
ところで、図2に示すようにセンターインジェクタ4とサイドインジェクタ5の双方から燃料が噴射される場合には、燃料ポンプ15から吐出された燃料を高圧用コモンレール7と低圧用コモンレール12の双方へ供給する必要がある。
By the way, when fuel is injected from both the center injector 4 and the
しかしながら、燃料供給管14が高圧用燃料分岐管8と低圧用燃料分岐管13の双方と同時に連通していると、一方のコモンレールにおける圧力脈動が他方のコモンレールへ伝播する可能性がある。特に、高圧用コモンレール7では低圧用コモンレール12に比べて大きな圧力脈動が発生し易いため、高圧用コモンレール7の圧力脈動が低圧用コモンレール12へ伝播してサイドインジェクタ5からの噴射圧力や噴射量を変動させる可能性がある。
However, if the fuel supply pipe 14 communicates with both the high-pressure fuel branch pipe 8 and the low-pressure
これに対し、ECU16は、燃料ポンプ15から吐出された燃料を高圧用コモンレール7と低圧用コモンレール12へ供給する場合に、燃料ポンプ15(燃料供給管14)が高圧用コモンレール7と低圧用コモンレール12の何れか一方のみと導通するように三方切換弁9を制御するようにした。
In contrast, when the
以下、ECU16による三方切換弁9の制御手順について図4に基づいて説明する。図4は三方切換弁9の制御手順を示すタイミングチャートである。
Hereinafter, the control procedure of the three-way switching valve 9 by the
ECU16は、有効吐出行程(図4において、第1カム154又は第2カム155がプランジャ151を上昇動作させている時であって、シリンダ150内の燃料圧力が燃料供給管14内の燃料圧力Pより高くなる期間)の一部の期間のみ燃料供給管14と低圧用燃料分岐管13が導通し、その他の期間では燃料供給管14が高圧用燃料分岐管8と導通するように三方切換弁9を制御する。
The
例えば、図4に示す例では、ECU16は、有効吐出行程の途中から有効吐出行程の終了時までの期間では燃料供給管14が低圧用燃料分岐管13と連通し、有効吐出行程の終
了時から次回の有効吐出行程の途中までの期間では燃料供給管14が高圧用燃料分岐管8と連通するように三方切換弁9を制御する。
For example, in the example shown in FIG. 4, the
このように三方切換弁9が制御されると、有効吐出行程の前半では燃料供給管14が高圧用燃料分岐管8のみと連通し、有効吐出行程の後半では燃料供給管14が低圧用燃料分岐管13のみと連通することになる。
When the three-way switching valve 9 is controlled in this way, the fuel supply pipe 14 communicates only with the high-pressure fuel branch pipe 8 in the first half of the effective discharge stroke, and the fuel supply pipe 14 communicates with the low-pressure fuel branch in the second half of the effective discharge stroke. Only the
したがって、本実施例によれば、高圧用コモンレール7に燃料が供給される時には三方切換弁9が高圧用コモンレール7と燃料ポンプ15を導通させ、且つ低圧用コモンレール12を遮断するため、高圧用コモンレール7と低圧用コモンレール12との間における圧力脈動の伝播が防止される。
Therefore, according to the present embodiment, when the fuel is supplied to the high-pressure common rail 7, the three-way switching valve 9 connects the high-pressure common rail 7 and the
また、低圧用コモンレール12に燃料が供給される時には三方切換弁9が低圧用コモンレール12と燃料ポンプ15を導通させ、且つ高圧用コモンレール7を遮断するため、高圧用コモンレール7と低圧用コモンレール12との間における圧力脈動の伝播が防止される。
When the fuel is supplied to the low-pressure
ところで、三方切換弁9が切換動作する際には一時的に高圧用燃料分岐管8と低圧用燃料分岐管13が連通するため、高圧用コモンレール7の燃料が高圧用燃料分岐管8を逆流して低圧用燃料分岐管13及び低圧用コモンレール12へ流入する可能性がある。しかしながら、本実施例の内燃機関の燃料噴射装置では、高圧用燃料分岐管8の途中にチェックバルブ10が配置されているため、三方切換弁9の切換動作時に高圧用燃料分岐管8と低圧用燃料分岐管13が導通しても高圧用コモンレール7の燃料が低圧用コモンレール12へ流入することも防止することができる。
By the way, when the three-way switching valve 9 is switched, the high-pressure fuel branch pipe 8 and the low-pressure
以上述べた実施例によれば、高圧用コモンレール7と低圧用コモンレール12を備えた内燃機関の燃料噴射装置において、単一の燃料ポンプ15を用いて2つのコモンレール間における圧力脈動の伝播を防止することが可能になる。その結果、車載性の低下やコストの上昇を抑制しつつ、各コモンレールの蓄圧力を安定させることが可能となる。
According to the embodiment described above, in a fuel injection device for an internal combustion engine including the high-pressure common rail 7 and the low-pressure
1・・・・・内燃機関
4・・・・・センターインジェクタ
5・・・・・サイドインジェクタ
6・・・・・第1燃料パイプ
7・・・・・高圧用コモンレール
8・・・・・高圧用燃料分岐管
9・・・・・三方切換弁(切換手段)
10・・・・チェックバルブ(逆止弁)
11・・・・第2燃料パイプ
12・・・・低圧用コモンレール
13・・・・低圧用燃料分岐管
14・・・・燃料供給管(燃料供給路)
15・・・・燃料ポンプ
16・・・・ECU
DESCRIPTION OF
10. Check valve (check valve)
11 ....
15 ...
Claims (2)
蓄圧力が異なる2つのコモンレールと、
前記2つのコモンレールの何れか一方を前記燃料ポンプと選択的に導通させる切換手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。 A fuel pump for boosting and discharging the fuel;
Two common rails with different accumulated pressures,
Switching means for selectively conducting either one of the two common rails with the fuel pump;
A fuel injection device for an internal combustion engine, comprising:
In Claim 1, the switching means includes a fuel supply path for transporting the fuel discharged from the fuel pump, two fuel branch paths branched from the fuel supply path and connected to the two common rails, A three-way switching valve disposed at a portion branched from the fuel supply passage to the fuel branch passage, and a fuel branch passage connected to a common rail on the high pressure side of the two common rails. A fuel injection device for an internal combustion engine, comprising: a check valve for preventing.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10316787B2 (en) | 2014-06-19 | 2019-06-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel supply device for internal combustion engine |
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2005
- 2005-09-06 JP JP2005257861A patent/JP2007071082A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10316787B2 (en) | 2014-06-19 | 2019-06-11 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel supply device for internal combustion engine |
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