JP2008309015A - Fuel injection control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine.
従来より、図17に示すように、内燃機関(特に、ディーゼル機関)の燃焼室に燃料を噴射する噴孔110を開閉するニードル弁120と、内部の燃料の圧力である噴射圧Pcによりニードル弁120の一端側(図17において下端側)が開弁方向(図17において上方向)の力を受けるとともにニードル弁120の開弁状態において内部の燃料が噴孔110から燃焼室に向けて噴射されるノズル室130と、内部の燃料の圧力である制御圧Pcntlによりニードル弁120の他端側(図17において上端側)が閉弁方向(図17において下方向)の力を受ける制御室140と、高圧発生部(図示しない液圧ポンプ+コモンレール)が発生する高圧燃料をノズル室130に供給する燃料供給路150と、燃料供給路150から制御室140に燃料を流入させる流入オリフィス160が介装された燃料流入路170と、制御室140から燃料を燃料タンク(図示せず)へ排出させる排出オリフィス180が介装された燃料排出路190と、燃料排出路190に介装されて燃料排出路190を連通・遮断する制御弁210とを備えた燃料噴射制御装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
この装置では、閉弁状態にあるニードル弁120を開弁させる場合(閉弁状態(リフト量=0)から開弁状態(リフト量>0)へと変更させる場合)、制御弁210が開弁させられる(閉弁状態から開弁状態へと変更される)。これにより、燃料排出路190を通して制御室140から燃料が排出されて制御圧Pcntlが噴射圧Pcから低下し、これに伴って燃料流入路170を通して制御室140に燃料供給路150から燃料が流入する。この結果、制御圧Pcntlは、排出オリフィス180を通過する燃料の流出流量Qoutと流入オリフィス160を通過する燃料の流入流量Qinの差(=Qout−Qin)に応じた速度をもって噴射圧Pcから低下していく。
In this device, when the
このように低下していく制御圧Pcntlが「ニードル弁開弁圧」(ニードル弁120が閉弁状態から開弁状態へ移行する時点での制御圧Pcntl)まで達すると、ニードル弁120が開弁し(図17において上方へ移動し)、この結果、燃料噴射が開始される。その後、ニードル弁120は、制御室140内の燃料の体積の減少速度(即ち、上記流出流量Qoutと上記流入流量Qinの差(=Qout−Qin))に応じた速度をもって上昇していく(図17において上方へ移動していく)。即ち、ニードル弁120のリフト量が増大していく。この間、燃料噴射は継続される。以下、このようにニードル弁120が上昇する際のニードル弁120の上昇速度(リフト量の増大速度)を「ニードル弁上昇速度」と称呼する。
When the control pressure Pcntl decreasing in this way reaches the “needle valve opening pressure” (the control pressure Pcntl when the
一方、このように上昇していく(開弁状態にある)ニードル弁120を閉弁させる場合(開弁状態から閉弁状態へと変更させる場合)、制御弁210が閉弁させられる(開弁状態から閉弁状態へと変更される)。これにより、燃料排出路190を通した制御室140からの燃料の排出が中止される一方、燃料流入路170を通した制御室140への燃料の流入は継続される。この結果、ニードル弁120は、制御室140内の燃料の体積の増大速度(即ち、上記流入流量Qin)に応じた速度をもって下降していく(図17において下方へ移動していく)。即ち、ニードル弁120のリフト量が減少していく。以下、このようにニードル弁120が下降する際のニードル弁120の下降速度(リフト量の減少速度)を「ニードル弁下降速度」と称呼する。そして、ニードル弁120のリフト量が「0」に達すると、ニードル弁120が閉弁し、燃料噴射が終了する。このように、制御弁210を制御して制御圧Pcntlを制御することでニードル弁120の位置(リフト量)が調整されて燃料の噴射制御が行われる。
On the other hand, when the
ところで、上記ニードル弁上昇速度を2段階に切り替え可能にしたいという要求がある。この理由の一つとして以下のものが挙げられる。即ち、ディーゼル機関において、燃料噴射開始後着火開始までの期間(所謂、着火遅れ時間)内に噴射された燃料の大部分は、所謂拡散燃焼(ディーゼル燃焼)に代えて所謂予混合燃焼(燃焼室内において比較的均一に拡散した状態にて略同時に着火する燃焼)を行う傾向がある。この予混合燃焼では燃料が略同時に着火するため、燃焼室内圧力が急激に上昇して騒音が大きくなるという問題がある。この騒音を小さくするためには、着火遅れ時間中に噴射される燃料の総量を小さくすればよい。このためには、燃料噴射開始後の極短期間だけ噴射率(単位時間当たりに噴射される燃料噴射量)を小さめに設定すればよい。ここで、噴射率は、燃料噴射開始後ニードル弁リフト量の増大に応じて増大していく。以上より、燃料噴射開始後の極短期間だけニードル弁上昇速度(従って、ニードル弁リフト量)を小さめに設定し、その後、ニードル弁上昇速度を大きい値に切り替えると(即ち、ニードル弁上昇速度を「小」から「大」へと2段階に切り替えると)、上記予混合燃焼に伴う騒音を小さくすることができる。 By the way, there is a demand for enabling the needle valve ascending speed to be switched between two stages. One reason for this is as follows. That is, in the diesel engine, most of the fuel injected within the period from the start of fuel injection to the start of ignition (so-called ignition delay time) is replaced by so-called diffusion combustion (diesel combustion), so-called premixed combustion (combustion chamber). In this case, there is a tendency to perform combustion that ignites substantially simultaneously in a relatively uniformly diffused state. In this premixed combustion, since the fuel is ignited substantially simultaneously, there is a problem that the pressure in the combustion chamber rises rapidly and noise increases. In order to reduce this noise, the total amount of fuel injected during the ignition delay time may be reduced. For this purpose, the injection rate (fuel injection amount injected per unit time) may be set to be small only for an extremely short period after the start of fuel injection. Here, the injection rate increases as the needle valve lift amount increases after the start of fuel injection. From the above, when the needle valve ascent rate (and hence the needle valve lift amount) is set to a small value for a very short period after the start of fuel injection, and then the needle valve ascent rate is switched to a larger value (ie, the needle valve ascent rate is reduced). When switching from “small” to “large” in two stages, the noise associated with the premixed combustion can be reduced.
上述のように、ニードル弁上昇速度は上記流量差(=Qout−Qin))に基づく。従って、ニードル弁上昇速度を「小」から「大」へと2段階に切り替えるためには、例えば、ニードル弁上昇中における所定時期にて上記流出流量Qoutをステップ的に大きくすればよい。このためには、例えば、図17に示した装置において、制御室140からの燃料の排出系統を図18に示したように構成すればよい。図18において、図17に示した部材と同じ或いは等価な部材には図17と同じ符号が付されている。
As described above, the needle valve ascending speed is based on the flow rate difference (= Qout−Qin). Therefore, in order to switch the needle valve ascent speed from “small” to “large” in two stages, for example, the outflow flow rate Qout may be increased stepwise at a predetermined time during needle needle ascent. For this purpose, for example, in the apparatus shown in FIG. 17, the fuel discharge system from the
即ち、図18に示した燃料排出系統では、第1排出オリフィス220が介装された流路230を介して制御室140に接続された第1弁体収容室240内に第1弁体250が収容されている。第1弁体250は第1弁体収容室240内にて開弁・閉弁方向(図18において上下方向)に移動可能であって、第1弁体収容室240と、燃料タンクに接続された第1背圧室260とを連通・遮断するようになっている。
That is, in the fuel discharge system shown in FIG. 18, the
また、第2排出オリフィス270が介装された流路280を介して制御室140に接続された第2弁体収容室290内に第2弁体310が収容されている。第2弁体310は第2弁体収容室290内にて第1弁体250と同軸的に開弁・閉弁方向(図18において上下方向)に移動可能であって、第2弁体収容室290と第1弁体収容室240とを連通・遮断するようになっている。
The
アクチュエータ320(例えば、ピエゾ素子(圧電/電歪素子)から構成される)は、第1弁体250の第1背圧室260側部分を開弁方向に押圧する駆動力を発生し、第1弁体リフト量(図18に示した位置から下方への移動量)を調整可能となっている。
The actuator 320 (for example, composed of a piezo element (piezoelectric / electrostrictive element)) generates a driving force that presses the first
第1弁体250のリフト量が所定量(図18に示した距離z)に達すると、第1弁体250の下端が第2弁体310の第1弁体収容室240側部分と接触し、第1弁体250のリフト量の増大に応じて第2弁体310が第1弁体250に押圧されながら閉弁位置から開弁方向(図18に示す位置から下方)に移動可能(即ち、第2弁体リフト量(図18に示した位置から下方への移動量)が増大可能)となっている。このように、第1弁体250はアクチュエータ320で駆動され、第2弁体310は開弁状態にある第1弁体250の押圧により駆動される。
When the lift amount of the
以上の構成により、第1弁体リフト量=0の場合、第2弁体リフト量=0となる(即ち、図18に示す状態)。この場合、第1、第2弁体250,310が共に閉弁状態にあり、第1、第2排出オリフィス220,270を通過する燃料の流出流量Qout1,Qout2=0となる。従って、制御室140から燃料が流出しない。
With the above configuration, when the first valve body lift amount = 0, the second valve body lift amount = 0 (that is, the state shown in FIG. 18). In this case, the first and
一方、図19に示すように、0<第1弁体リフト量≦zの場合(図19では、第1弁体リフト量=z)、第1弁体250のみが開弁状態となり、流出流量Qout2=0である一方で流出流量Qout1>0となる。この場合、ニードル弁120は、流量差(=Qout1−Qin)に応じたニードル弁上昇速度(=第1上昇速度)で上昇していく。
On the other hand, as shown in FIG. 19, when 0 <first valve body lift amount ≦ z (in FIG. 19, first valve body lift amount = z), only the
更に、図20に示すように、z<第1弁体リフト量の場合(図20では、第1弁体リフト量=最大値max)、第1、第2弁体250,310が共に開弁状態となり、流出流量Qout1,Qout2>0となる。この場合、ニードル弁120は、流量差(=Qout1+Qout2−Qin)に応じたニードル弁上昇速度(=第2上昇速度>第1上昇速度)で上昇していく。
Furthermore, as shown in FIG. 20, when z <the first valve body lift amount (in FIG. 20, the first valve body lift amount = maximum value max), the first and
このように、図19に示す状態(第1弁体が開弁、第2弁体が閉弁)にてニードル弁120の上昇中において、アクチュエータ320の駆動力を増大させて図20に示す状態に変更する(第1、第2弁体が共に開弁)ことで、ニードル弁上昇速度を「小」から「大」へと2段階に切り替えることができる。
As described above, when the
以下、特に、上記アクチュエータ320がピエゾ素子からなる場合について説明する。この場合、アクチュエータ320は、駆動電圧の付与により図18における上下方向に自身が伸長しようとすることで第1弁体250を開弁方向に押圧する駆動力を発生する。
Hereinafter, the case where the
図21は、アクチュエータ320がピエゾ素子からなる場合について、駆動電圧と、アクチュエータ320の駆動力(以下、「アクチュエータ発生力」とも称呼する。)と、アクチュエータ320の伸長量(=第1弁体リフト量、以下、「アクチュエータリフト量」とも称呼する。)と関係を示している。このように、駆動電圧が一定の場合、アクチュエータリフト量の増大に応じてアクチュエータ発生量が小さくなる。アクチュエータリフト量が一定でアクチュエータ発生力を増大させるには、駆動電圧を増大させる必要がある。
FIG. 21 shows a case where the
図22は、アクチュエータ320がピエゾ素子からなる場合について、ニードル弁上昇速度を「小」から「大」へと2段階に切り替えるために、第1、第2弁体250,310の状態が図18に示す状態(第1、第2弁体が共に閉弁)、図19に示す状態(第1弁体が開弁、第2弁体が閉弁)、及び図20に示す状態(第1、第2弁体が共に開弁)に順に変更されていく場合における、駆動電圧、アクチュエータ発生力、並びにアクチュエータリフト量の関係の推移を示している。
FIG. 22 shows the state of the first and
図22の点oに示すように、駆動電圧が「0」の場合、アクチュエータ発生量、アクチュエータリフト量が共に「0」になるから、第1、第2弁体250,310の状態は、図18に示す状態(第1、第2弁体が共に閉弁)に維持される。
As indicated by a point o in FIG. 22, when the drive voltage is “0”, the actuator generation amount and the actuator lift amount are both “0”. Therefore, the states of the first and
この状態にて、点aに示すように、駆動電圧を「0」から、アクチュエータリフト量=0の状態にてアクチュエータ発生力を第1弁体250の開弁に必要な力とするために必要な値V1にステップ的に増大すると、第1弁体250が開弁する(即ち、アクチュエータリフト量が「0」から増大する)。この結果、流出流量Qout1(>0)の発生に起因して第1排出オリフィス220の両側間にて大きい差圧が発生して第1弁体収容室240内の圧力が制御圧Pcntlから大きく低下する。これにより、第1弁体250が閉弁方向に受ける力が減少するから第1弁体リフト量(=アクチュエータリフト量)が更に増大していき、これに伴ってアクチュエータ発生力が減少していく。そして、点bに示すように、アクチュエータリフト量が値zに達すると、第1弁体250が第2弁体310に接触してアクチュエータリフト量の増大が停止する。この結果、第1、第2弁体250,310の状態は、図19に示す状態(第1弁体が開弁、第2弁体が閉弁)に維持される。
In this state, as shown by a point a, it is necessary to set the actuator generation force to a force necessary for opening the
続いて、この状態にて、点cに示すように、駆動電圧を値V1から、アクチュエータリフト量=zの状態にてアクチュエータ発生力を第2弁体310の開弁に必要な力とするために必要な値V2にステップ的に増大すると、第2弁体310が開弁する(即ち、アクチュエータリフト量が値zから増大する)。この結果、流出流量Qout2(>0)の発生に起因して第2排出オリフィス270の両側間にて大きい差圧が発生して第2弁体収容室290内の圧力が制御圧Pcntlから大きく低下する。これにより、第2弁体310が閉弁方向に受ける力が減少するからアクチュエータリフト量が更に増大していき、これに伴ってアクチュエータ発生力が減少していく。そして、点dに示すように、アクチュエータリフト量が最大値maxに達すると、アクチュエータリフト量の増大が停止する。この結果、第1、第2弁体250,310の状態は、図20に示す状態(第1、第2弁体が共に開弁)に維持される。
Subsequently, in this state, as indicated by a point c, the driving voltage is set to the force necessary for opening the
ここで、上述したように、図19に示した状態(図22の点bに対応する)では、第1弁体収容室240内の圧力が制御圧Pcntlより大きく低下している。一方、第2弁体収容室290内の圧力は制御圧Pcntlに維持されている。この結果、第2弁体310には、この差圧により閉弁方向に大きな力が作用している。従って、図19に示した状態(図22の点bに対応する)にて、第2弁体310の開弁に必要なアクチュエータ発生力の増大量F(図22を参照)は、非常に大きい値となる。この結果、第2弁体310の開弁に必要な駆動電圧の値V2が非常に大きくなる。このことは、アクチュエータ320の体格の大型化に繋がる。以上、アクチュエータ320がピエゾ素子からなる場合について説明したが、アクチュエータ320がその他のタイプの場合であっても同様に、第2弁体310の開弁に必要なアクチュエータ発生力が大きいことに起因してアクチュエータ320の体格の大型化の問題が発生し得る。
Here, as described above, in the state shown in FIG. 19 (corresponding to the point b in FIG. 22), the pressure in the first valve
本発明の目的は、制御室から燃料タンクへの燃料の排出を制御する第1、第2の制御弁を備えニードル弁上昇速度を2段階に切り替え可能な燃料噴射制御装置であって第1制御弁の第1弁体をアクチュエータで駆動し第2制御弁の第2弁体を開弁状態にある第1弁体の押圧により駆動するタイプのものにおいて、第2弁体の開弁に必要なアクチュエータ駆動力を低減してアクチュエータの体格の大型化を抑制し得るものを提供することにある。 An object of the present invention is a fuel injection control apparatus that includes first and second control valves that control the discharge of fuel from a control chamber to a fuel tank and that can switch the needle valve ascent speed in two stages. In the type in which the first valve body of the valve is driven by an actuator and the second valve body of the second control valve is driven by pressing the first valve body in the open state, it is necessary for opening the second valve body An object of the present invention is to provide an actuator that can reduce the actuator driving force and suppress an increase in the size of the actuator.
本発明に係る燃料噴射制御装置は、制御室からの燃料の排出系統以外については、上述した図17に示した装置と同じ構成を有する。制御室からの燃料の排出系統について、発明に係る燃料噴射制御装置は、大略的には、前記制御室から燃料タンクへ燃料を排出させる第1燃料排出路と、前記第1燃料排出路に介装されて前記第1燃料排出路を連通・遮断する第1制御弁と、前記制御室から燃料タンクへ燃料を排出させる第2燃料排出路と、前記第2燃料排出路に介装されて前記第2燃料排出路を連通・遮断する第2制御弁とを備える。そして、前記第1、第2制御弁を制御して制御室内の制御圧を制御することでニードル弁の位置を調整して燃料の噴射制御が行われる。 The fuel injection control device according to the present invention has the same configuration as the device shown in FIG. 17 described above, except for the fuel discharge system from the control chamber. Regarding the fuel discharge system from the control chamber, the fuel injection control device according to the invention is generally arranged between a first fuel discharge passage for discharging fuel from the control chamber to a fuel tank, and the first fuel discharge passage. A first control valve that communicates and blocks the first fuel discharge path, a second fuel discharge path that discharges fuel from the control chamber to the fuel tank, and a second fuel discharge path that is interposed in the second fuel discharge path. And a second control valve for communicating / blocking the second fuel discharge path. Then, by controlling the first and second control valves to control the control pressure in the control chamber, the position of the needle valve is adjusted to perform fuel injection control.
前記第1制御弁は、前記制御室と連通する第1弁体収容室と、前記燃料タンクと連通する第1背圧室と、前記第1弁体収容室内に移動可能に収容されて前記第1弁体収容室と前記第1背圧室とを連通・遮断する第1弁体と、前記第1弁体の前記第1背圧室側部分を開弁方向に押圧する駆動力を発生して前記第1弁体の閉弁状態からの開弁方向へのリフト量を調整可能なアクチュエータとを備える。ここにおいて、前記第1弁体収容室と前記第1背圧室とは前記第1燃料排出路の一部を構成している。 The first control valve is movably accommodated in the first valve body housing chamber communicating with the control chamber, the first back pressure chamber communicating with the fuel tank, and the first valve body housing chamber. A first valve body that communicates and blocks the one valve body housing chamber and the first back pressure chamber, and a driving force that presses the first back pressure chamber side portion of the first valve body in a valve opening direction. And an actuator capable of adjusting a lift amount in the valve opening direction from the closed state of the first valve body. Here, the first valve body storage chamber and the first back pressure chamber constitute a part of the first fuel discharge passage.
前記第2制御弁は、前記制御室と連通する第2弁体収容室と、前記燃料タンクと連通する第2背圧室と、前記第2弁体収容室内に移動可能に収容されて前記第2弁体収容室と前記第2背圧室とを連通・遮断する第2弁体と、前記第1背圧室と連通する圧力導入室と、
前記第2背圧室と前記圧力導入室とを区画するピストンとを備える。ここにおいて、前記第2弁体収容室と前記第2背圧室とは前記第2燃料排出路の一部を構成している。
The second control valve is movably accommodated in the second valve body housing chamber communicating with the control chamber, the second back pressure chamber communicating with the fuel tank, and the second valve body housing chamber. A second valve body that communicates and blocks the two-valve body storage chamber and the second back pressure chamber, a pressure introduction chamber that communicates with the first back pressure chamber,
A piston that divides the second back pressure chamber and the pressure introduction chamber; Here, the second valve body accommodation chamber and the second back pressure chamber constitute a part of the second fuel discharge path.
前記ピストンは、その一端側が前記第2背圧室に臨むとともにその他端側が前記圧力導入室に臨んで前記圧力導入室内の圧力により前記他端側から前記一端側の方向の力を受け、前記第1弁体のリフト量が所定量以上の場合に前記他端側が前記第1弁体と接触して前記第1弁体のリフト量の増大に応じて前記第1弁体に押圧されながら前記他端側から前記一端側の方向に移動可能に、且つ、前記一端側が前記第2弁体の前記第2背圧室側部分と接触して前記第2弁体を開弁方向に押圧するように配置・構成される。ここにおいて、前記第1弁体、前記ピストン、及び前記第2弁体は、同軸的に配置されることが好ましい。 The piston has one end facing the second back pressure chamber and the other end facing the pressure introducing chamber, and receives a force in the direction from the other end to the one end due to the pressure in the pressure introducing chamber. When the lift amount of one valve body is greater than or equal to a predetermined amount, the other end is in contact with the first valve body and is pressed against the first valve body in response to an increase in the lift amount of the first valve body. It is movable in the direction from the end side to the one end side, and the one end side comes into contact with the second back pressure chamber side portion of the second valve body to press the second valve body in the valve opening direction. Arranged and configured. Here, it is preferable that the first valve body, the piston, and the second valve body are arranged coaxially.
上記構成によれば、第1制御弁の第1弁体はアクチュエータにより開弁方向に駆動され、第1弁体のリフト量は、アクチュエータの駆動力の調整により調整され得る。第2制御弁の第2弁体は、開弁状態にある第1弁体の押圧によりピストンを介して開弁方向に駆動される。以下、弁体の開弁状態、閉弁状態をそれぞれ、「開」、「閉」と称呼するものとする。 According to the above configuration, the first valve body of the first control valve is driven in the valve opening direction by the actuator, and the lift amount of the first valve body can be adjusted by adjusting the driving force of the actuator. The second valve body of the second control valve is driven in the valve opening direction via the piston by the pressing of the first valve body in the valve open state. Hereinafter, the open state and the closed state of the valve body are referred to as “open” and “closed”, respectively.
ここで、ピストンは、その他端側が圧力導入室に臨むことで圧力導入室内の圧力によりピストンの他端側から一端側の方向の力(即ち、第2弁体の開弁方向の力)を受ける。圧力導入室は第1背圧室と連通している。ここで、第1制御弁の第1弁体が「開」の場合、第1背圧室内の圧力(従って、圧力導入室内の圧力)は、第1燃料排出路内の燃料の流れの存在により、燃料タンク内の圧力(即ち、大気圧)よりも高い圧力となり得る。また、第2制御弁の第2弁体が「閉」の場合、第2燃料排出路内の燃料の流れが存在しないからピストンの一端側が臨む第2背圧室内の圧力は大気圧と同等となる。 Here, since the other end of the piston faces the pressure introduction chamber, the piston receives a force in the direction from the other end side of the piston to the one end side (that is, a force in the valve opening direction of the second valve body) due to the pressure in the pressure introduction chamber. . The pressure introducing chamber communicates with the first back pressure chamber. Here, when the first valve body of the first control valve is “open”, the pressure in the first back pressure chamber (accordingly, the pressure in the pressure introduction chamber) is due to the presence of the fuel flow in the first fuel discharge passage. The pressure in the fuel tank (ie, atmospheric pressure) can be higher. In addition, when the second valve body of the second control valve is “closed”, there is no fuel flow in the second fuel discharge passage, so the pressure in the second back pressure chamber facing the one end of the piston is equal to the atmospheric pressure. Become.
従って、第1弁体が「開」で第2弁体が「閉」の場合、圧力導入室内の圧力>第2背圧室内の圧力(≒大気圧)となり、ピストンは、圧力導入室内の圧力により第2弁体の開弁方向の力(以下、「第2弁体開弁助勢力」と称呼する。)を受ける。この第2弁体開弁助勢力は、第2弁体の開弁に必要なアクチュエータの駆動力を助勢する方向に働く。以上より、第1弁体が「開」で第2弁体が「閉」の場合において、この第2弁体開弁助勢力が発生することで、第2弁体の開弁に必要なアクチュエータ駆動力を低減してアクチュエータの体格の大型化を抑制することができる。 Therefore, when the first valve body is “open” and the second valve body is “closed”, the pressure in the pressure introduction chamber is greater than the pressure in the second back pressure chamber (≈atmospheric pressure), and the piston has a pressure in the pressure introduction chamber. To receive the force in the valve opening direction of the second valve body (hereinafter referred to as “second valve body opening assist force”). This second valve body opening assisting force acts in the direction of assisting the driving force of the actuator necessary for opening the second valve body. As described above, when the first valve element is “open” and the second valve element is “closed”, the second valve element opening assisting force is generated, so that the actuator necessary for opening the second valve element is obtained. It is possible to reduce the driving force and suppress an increase in the size of the actuator.
この場合、前記第1燃料排出路における、前記第1燃料排出路と前記圧力導入室とを連通する流路と前記第1燃料排出路との合流部よりも下流において、第1流路絞り部を設けることが好適である。これによれば、第1制御弁の第1弁体が「開」の場合、第1燃料排出路内の燃料の流れの存在により第1流路絞り部の両側間に大きな差圧が発生し得る。これにより、第1背圧室内の圧力(≒圧力導入室内の圧力)を、制御室内の圧力(制御圧)近傍まで高めることができる。この結果、上記第2弁体開弁助勢力が十分に大きくなり、第2弁体の開弁に必要なアクチュエータ駆動力をより一層低減することができる。 In this case, in the first fuel discharge passage, the first flow passage restriction portion is located downstream of the joining portion of the flow passage connecting the first fuel discharge passage and the pressure introduction chamber and the first fuel discharge passage. Is preferably provided. According to this, when the first valve body of the first control valve is “open”, a large differential pressure is generated between the both sides of the first flow restrictor due to the presence of the fuel flow in the first fuel discharge passage. obtain. Thereby, the pressure in the first back pressure chamber (≈pressure in the pressure introduction chamber) can be increased to the vicinity of the pressure (control pressure) in the control chamber. As a result, the second valve body opening assisting force becomes sufficiently large, and the actuator driving force required for opening the second valve body can be further reduced.
このように第1流路絞り部が設けられている場合、前記ピストンの外径と前記第2弁体の弁座径とを等しくすることが好ましい。上述したように、第1弁体が「開」で第2弁体が「閉」の場合において、圧力導入室内の圧力≒制御室内の圧力=第2弁体収容室内の圧力が成立する。従って、上記構成のように、ピストンの外径と第2弁体の弁座径とが等しいと、第2弁体が圧力導入室内の圧力により受ける開弁方向の力(=上記第2弁体開弁助勢力)と、第2弁体が第2弁体収容室内の圧力により受ける閉弁方向の力とを略等しくすることができる。この結果、第2弁体の開弁に必要なアクチュエータ駆動力を大幅に低減することができる。 Thus, when the 1st flow-path restriction | limiting part is provided, it is preferable to make the outer diameter of the said piston and the valve-seat diameter of a said 2nd valve body equal. As described above, when the first valve body is “open” and the second valve body is “closed”, the pressure in the pressure introduction chamber≈the pressure in the control chamber = the pressure in the second valve body housing chamber is established. Therefore, when the outer diameter of the piston is equal to the valve seat diameter of the second valve body as in the above configuration, the force in the valve opening direction that the second valve body receives due to the pressure in the pressure introducing chamber (= the second valve body). The valve opening assisting force) and the force in the valve closing direction that the second valve body receives due to the pressure in the second valve body housing chamber can be made substantially equal. As a result, the actuator driving force required for opening the second valve body can be greatly reduced.
また、上記本発明に係る燃料噴射制御装置においては、前記第2燃料排出路における前記制御室と前記第2弁体収容室との間において、第2流路絞り部を設けることが好適である。これによれば、第2制御弁の第2弁体が「開」の場合、第2燃料排出路内の燃料の流れの存在により第2流路絞り部の両側間に大きな差圧が発生し得る。これにより、第2弁体収容室内の圧力を、略大気圧近傍まで下げることができる。 Moreover, in the fuel injection control device according to the present invention, it is preferable that a second flow restrictor is provided between the control chamber and the second valve body storage chamber in the second fuel discharge path. . According to this, when the second valve body of the second control valve is “open”, a large differential pressure is generated between the both sides of the second flow restrictor due to the presence of the fuel flow in the second fuel discharge passage. obtain. Thereby, the pressure in the second valve body housing chamber can be lowered to substantially the atmospheric pressure.
即ち、第2制御弁の第2弁体の開弁後、第2弁体が第2弁体収容室内の圧力により受ける閉弁方向の力の大きさが減少していく一方で、上記第2弁体開弁助勢力の大きさは維持される。この結果、アクチュエータによる押圧力による助勢なしで上記第2弁体開弁助勢力により、第2弁体のリフト量を最大値まで増大させることができる。 That is, after opening the second valve body of the second control valve, the magnitude of the force in the valve closing direction that the second valve body receives due to the pressure in the second valve body housing chamber decreases, while the second The magnitude of the valve opening assisting force is maintained. As a result, the lift amount of the second valve body can be increased to the maximum value by the second valve body opening assist force without assist by the pressing force by the actuator.
以下、本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of an internal combustion engine fuel injection control apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態による内燃機関(ディーゼル機関)の燃料噴射制御装置10の全体の概略構成を示している。この燃料噴射制御装置10は、燃料タンクTに貯留されている燃料を吸入・吐出する燃料ポンプ20と、燃料ポンプ20により吐出された高圧燃料が供給されるコモンレール30と、コモンレール30から燃料供給路C1を通して高圧燃料が供給されて内燃機関の燃焼室(図示せず)に燃料を噴射するインジェクタ40と、燃料ポンプ20及びインジェクタ40を制御するECU50とを備える。燃料ポンプ20とコモンレール30は、前記「高圧発生部」に対応している。
FIG. 1 shows an overall schematic configuration of a fuel injection control device 10 for an internal combustion engine (diesel engine) according to an embodiment of the present invention. The fuel injection control device 10 includes a
なお、図1では、コモンレール30から1本の燃料供給路C1を通して高圧燃料が供給される1つのインジェクタ40が記載されているが、実際には、インジェクタ40及び燃料供給路C1は内燃機関の複数の燃焼室の各々に対してそれぞれ設けられていて、各インジェクタ40は対応する燃料供給路C1を通してコモンレール30と個別に接続されている。燃料供給路C1内の燃料の圧力(以下、「噴射圧Pc」と呼ぶ。)は、コモンレール30内の燃料の圧力(=前記高圧燃料の圧力)と略等しい。以下、説明の便宜上、各図における紙面上の上・下を単に、「上」、「下」と称呼することもある。
In FIG. 1, one
燃料ポンプ20は、ECU50からの指示により燃料の吸入流量を調整可能に構成されている。これにより、燃料の吐出圧(従って、噴射圧Pc)が調整できるようになっている。
The
インジェクタ40は、主として、ボディ41と、ボディ41の内部の第1所定空間においてその軸線方向に摺動可能に収容された段付円柱状のニードル弁42と、ボディ41の内部の第2所定空間に配設された第1、第2制御弁43、44とを備えている。
The
ニードル弁42は、上記第1所定空間を、ノズル室R1と、制御室R2とに区画している。ノズル室R1は燃料供給路C1と連通していて、ノズル室R1内の燃料圧力は上記噴射圧Pcと等しい。ノズル室R1は、ボディ41の下端部に設けられて燃焼室に臨む複数の噴孔41aとも連通している。
The
ニードル弁42の下端側の先端部には先端に近づくほど縮径するテーパー部(円錐形状部)42aが同軸的に形成されている。ニードル弁42が上記第1所定空間内にて下降してテーパー部42aが噴孔41a近傍に形成されたボディ41の円形弁座部41bに当接した状態(図1に示す状態)にて、噴孔41aがノズル室R1から遮断されるようになっている。この状態では、燃料が噴射されない。
A tapered portion (conical shape portion) 42a whose diameter is reduced toward the distal end is coaxially formed at the distal end portion on the lower end side of the
以下、この状態を、ニードル弁42の閉弁状態とも称呼する。また、ニードル弁42のリフト量(ニードル弁リフト量Ln)は、この状態からのニードル弁42の上方への移動量(上昇量)を意味するものとする。即ち、図1に示したニードル弁42の閉弁状態では、ニードル弁リフト量Lnは「0」である。
Hereinafter, this state is also referred to as a closed state of the
一方、ニードル弁42が閉弁状態から上方へ移動(上昇)してテーパー部42aが円形弁座部41bから離間すると、噴孔41aがノズル室R1と連通するようになっている。この状態(即ち、ニードル弁リフト量Ln>0)では、燃料が噴射圧Pcをもって噴射される。以下、この状態を、ニードル弁42の開弁状態とも称呼する。また、以下において、弁の種類にかかわらず、開弁状態を「開」、閉弁状態を「閉」と称呼し、「開」から「閉」に移行することを「閉弁」と呼び、「閉」から「開」に移行することを「開弁」と称呼することもある。
On the other hand, when the
ニードル弁42の下端側は、ノズル室R1内の圧力(=噴射圧Pc)により開弁方向(上方向)の力F1を受ける。ここで、ニードル弁42におけるノズル室R1と制御室R2とを区画する摺動部42bの外径をD1、円形弁座部41bの弁座径(シート径)をD2とすると、ニードル弁42の閉弁状態では、この開弁方向の力F1についてのニードル弁42の下端側の受圧面積は(π/4)・(D12−D22)となる。従って、ニードル弁42の閉弁状態では、この開弁方向の力F1は、下記(1)式にて表すことができる。
The lower end side of the
F1=(π/4)・(D12−D22)・Pc …(1) F1 = (π / 4) ・ (D1 2 −D2 2 ) ・ Pc (1)
なお、ニードル弁42が開弁すると、テーパー部42aにおける円形弁座部41bと当接する部位よりも先端側の部分も噴射圧Pcをもった燃料にさらされることになる。従って、ニードル弁42の開弁状態では、この開弁方向の力F1についてのニードル弁42の下端側の受圧面積が(π/4)・D22だけ増大して(π/4)・D12となる。従って、ニードル弁42の開弁状態では、この開弁方向の力F1は、下記(2)式にて表すことができる。
When the
F1=(π/4)・D12・Pc …(2) F1 = (π / 4) · D1 2 · Pc (2)
ニードル弁42の上端側は、制御室R2内の圧力(以下、「制御圧Pcntl」と称呼する。)により閉弁方向(下方向)の力F2を受ける。この閉弁方向の力F2についてのニードル弁42の上端側の受圧面積は(π/4)・D12である。従って、この閉弁方向の力F2は、下記(3)式にて表すことができる。
The upper end side of the
F2=(π/4)・D12・Pcntl …(3) F2 = (π / 4) ・ D1 2・ Pcntl (3)
加えて、制御室R2内には、ニードル弁42を閉弁方向へ常時付勢するコイルスプリング45が配設されている。このコイルスプリング45の付勢力(閉弁方向の力)をF3とすると、ニードル弁42の上端側は、全体として閉弁方向の力(F2+F3)を受ける。なお、コイルスプリング45は、燃料ポンプ20の非作動中など噴射圧Pcが低い場合等において、ニードル弁42が開弁して燃料が燃焼室へ流出する事態等の発生を防止するために設けられている。
In addition, a
後述するように、制御圧Pcntlは、第1、第2制御弁43、44の開閉制御により噴射圧Pc以下の範囲内で変化し得るようになっている。制御圧Pcntlを噴射圧Pcよりも小さい或る圧力(以下、「ニードル弁開弁圧Py」と称呼する。)まで噴射圧Pcから低下させると、ニードル弁42が開弁する。
As will be described later, the control pressure Pcntl can be changed within a range equal to or lower than the injection pressure Pc by opening / closing control of the first and
このニードル弁開弁圧Py(<Pc)は、上記(1)式、(3)式を考慮すると、下記(4)式にて表すことができる。このように、ニードル弁開弁圧Pyは噴射圧Pcに依存する。以上のように、制御圧Pcntlの制御によりニードル弁リフト量Lnが調整されて、噴孔41aが開閉されるようになっている。
This needle valve opening pressure Py (<Pc) can be expressed by the following equation (4) in consideration of the above equations (1) and (3). Thus, the needle valve opening pressure Py depends on the injection pressure Pc. As described above, the needle valve lift amount Ln is adjusted by the control of the control pressure Pcntl, and the
Py={1/((π/4)・D12)}・{(π/4)・(D12−D22)・Pc−F3} …(4) Py = {1 / ((π / 4) ・ D1 2 )} ・ {(π / 4) ・ (D1 2 −D2 2 ) ・ Pc−F3} (4)
以下、第1、第2制御弁43、44の拡大図である図2をも参照しながら第1、第2制御弁43、44について説明する。先ず、第1制御弁43について説明する。
Hereinafter, the first and
第1制御弁43は、上記第2所定空間を第1弁体収容室R3と第1背圧室R4とに区画する半球状の第1弁体43aと、第1弁体43aを開弁方向(図2において下方向)に駆動するアクチュエータ43bとを備えている。第1弁体43a、及びアクチュエータ43bは上記第2所定空間の軸線方向に対して同軸的に配置されている。
The
第1弁体収容室R3は流路C2を通して制御室R2と連通していて、第1弁体収容室R3内の圧力は上記制御圧Pcntlと常時等しい。第1背圧室R4は第1排出オリフィスZ1(開口面積一定)が介装された流路C3を通して燃料タンクTと連通している。ここで、流路C2、第1弁体収容室R3、第1背圧室R4、及び流路C3は、制御室R2から燃料を排出させる前記「第1燃料排出路」に対応している。 The first valve body storage chamber R3 communicates with the control chamber R2 through the flow path C2, and the pressure in the first valve body storage chamber R3 is always equal to the control pressure Pcntl. The first back pressure chamber R4 communicates with the fuel tank T through a flow path C3 in which a first discharge orifice Z1 (constant opening area) is interposed. Here, the flow path C2, the first valve body accommodating chamber R3, the first back pressure chamber R4, and the flow path C3 correspond to the “first fuel discharge path” that discharges fuel from the control chamber R2.
第1弁体43aは、第1弁体収容室R3内において移動可能に収容されていて、第1弁体43aの位置(上下方向の位置)は、アクチュエータ43bの駆動力に応じて調整されるようになっている。第1弁体43a(の球面部)が第1弁体収容室R3の上端側に形成されたボディ41の弁座部(円錐形状部)41cに当接した状態(閉弁状態、図1,2に示す状態)にて、第1弁体収容室R3と第1背圧室R4とが遮断されて「第1燃料排出路」が遮断されるようになっている。この閉弁状態では、第1燃料排出路を介して燃料が制御室R2から排出されない。第1弁体43aのリフト量(第1弁体リフト量Lv1)は、この状態からの第1弁体43aの下方への移動量(下降量)を意味するものとする。
The
一方、第1弁体43aが閉弁状態から下方へ移動(下降)して弁座部41cから離間すると、第1弁体収容室R3と第1背圧室R4とが連通して「第1燃料排出路」が開通するようになっている。この状態(開弁状態、第1弁体リフト量Lv1>0)では、「第1燃料排出路」を通して制御室R2から燃料タンクTへ燃料が排出されるようになっている。即ち、排出オリフィスZ1を通過する流量を「第1流出流量Qout1」と称呼するものとすると、第1弁体43aが「閉」では第1流出流量Qout1=0となり、第1弁体43aが「開」では第1流出流量Qout1>0となる。
On the other hand, when the
アクチュエータ43bは、本例では、ピエゾ素子(圧電/電歪素子)から構成されていて、ECU50からの指示により調整・供給される駆動電圧Vに応じて上下方向に伸長しようとすることでロッド43cを介して第1弁体43aを開弁方向(下方向へ)押圧するようになっている。このアクチュエータ43bについて、駆動電圧Vと、アクチュエータ43bの駆動力(以下、「アクチュエータ発生力」とも称呼する。)と、アクチュエータ43bの伸長量(図1,2に示す状態からの上下方向への伸び量、即ち、第1弁体リフト量Lv1と等しい。以下、「アクチュエータリフト量」とも称呼する。)と関係は、上述した図21に示したとおりである。即ち、駆動電圧Vが一定の場合、アクチュエータリフト量の増大に応じてアクチュエータ発生量が小さくなる。アクチュエータリフト量が一定でアクチュエータ発生力を増大させるには、駆動電圧Vを増大させる必要がある。
In this example, the
加えて、第1弁体収容室R3内には、第1弁体43aを閉弁方向へ常時付勢するコイルスプリング43dが配設されている。このコイルスプリング43dの付勢力は、本例では値F4(一定)とする。なお、コイルスプリング43dは、アクチュエータ43bの非作動時(駆動電圧V=0)にて第1弁体43aを確実に「閉」とするためにのみ設けられている。従って、付勢力F4は微小である。
In addition, a
第1弁体43aが「閉」のとき、第1流出流量Qout1=0であって第1背圧室R4内の圧力が大気圧と等しい一方で、第1弁体収容室R3内の圧力は制御圧Pcntlと等しい。従って、弁座部41cの弁座径(シート径)をD3とすると、第1弁体43aの開弁に必要な力F5は、下記(5)式にて表すことができる。即ち、上記アクチュエータ発生力が値F5を超えると第1弁体43aが開弁する。
When the
F5=(π/4)・D32・Pcntl+F4 …(5) F5 = (π / 4) · D3 2 · Pcntl + F4 (5)
次に、第2制御弁44について説明する。第2制御弁44は、上記第2所定空間を第2弁体収容室R5と第2背圧室R6とに区画する半球状の第2弁体44aと、上記第2所定空間を第2背圧室R6と圧力導入室R7とに区画するピストン44bとを備えている。第2弁体44a、及びピストン44bは、上記第2所定空間の軸線方向に対して(即ち、第1弁体43a、及びアクチュエータ43bと)同軸的に配置されている。
Next, the
第2弁体収容室R5は、第2排出オリフィスZ2(開口面積一定)が介装された流路C4を通して制御室R2と連通している。第2背圧室R6は、流路C5を通して第1排出オリフィスZ1よりも下流の流路C3と(従って、燃料タンクTと)連通している。従って、第2背圧室R6内の圧力は大気圧と常時略等しい。圧力導入室R7は、流路C6を通して第1背圧室R4と連通している。従って、圧力導入室R7内の圧力は第1背圧室R4の圧力と常時等しい。ここで、流路C4、第2弁体収容室R5、第2背圧室R6、流路C5、及び流路C3は、制御室R2から燃料を排出させる前記「第2燃料排出路」に対応している。 The second valve body storage chamber R5 communicates with the control chamber R2 through a flow path C4 in which a second discharge orifice Z2 (constant opening area) is interposed. The second back pressure chamber R6 communicates with the flow path C3 downstream of the first discharge orifice Z1 (accordingly, with the fuel tank T) through the flow path C5. Accordingly, the pressure in the second back pressure chamber R6 is always substantially equal to the atmospheric pressure. The pressure introducing chamber R7 communicates with the first back pressure chamber R4 through the flow path C6. Therefore, the pressure in the pressure introducing chamber R7 is always equal to the pressure in the first back pressure chamber R4. Here, the flow path C4, the second valve body storage chamber R5, the second back pressure chamber R6, the flow path C5, and the flow path C3 correspond to the “second fuel discharge path” that discharges fuel from the control chamber R2. is doing.
ピストン44bは、互いに同軸的に配置された大径部44b1、小径部44b2、及び小径部44b3から構成されている。大径部44b1は、第2背圧室R6と圧力導入室R7とを区画する。小径部44b2は、圧力導入室R7と第1弁体収容室R3とを区画し、その先端部(上端部)は、第1弁体収容室R3内に露呈して第1弁体43a(の平面部)と当接可能に対向している。小径部44b3の先端部(下端部)は、第2弁体44a(の球面部)に常時当接している。
第2弁体44aは、第2弁体収容室R4内において移動可能に収容されている。第2弁体44aの位置(上下方向の位置)は、後述するように、開弁状態にある第1弁体43aによりピストン44bを介して開弁方向に押圧されることで調整されるようになっている。第2弁体44a(の球面部)が第2弁体収容室R5の上端側に形成されたボディ41の弁座部(円錐形状部)41dに当接した状態(閉弁状態、図1,2に示す状態)にて、第2弁体収容室R5と第1背圧室R6とが遮断されて「第2燃料排出路」が遮断されるようになっている。この閉弁状態では、第2燃料排出路を介して燃料が制御室R2から排出されない。第2弁体44aのリフト量(第2弁体リフト量Lv2)は、この状態からの第2弁体44aの下方への移動量(下降量)を意味するものとする。
The
一方、第2弁体44aが閉弁状態から下方へ移動(下降)して弁座部41dから離間すると、第2弁体収容室R5と第2背圧室R6とが連通して「第2燃料排出路」が開通するようになっている。この状態(開弁状態、第2弁体リフト量Lv2>0)では、「第2燃料排出路」を通して制御室R2から燃料タンクTへ燃料が排出されるようになっている。即ち、排出オリフィスZ2を通過する流量を「第2流出流量Qout2」と称呼するものとすると、第2弁体44aが「閉」では第2流出流量Qout2=0となり、第2弁体44aが「開」では第2流出流量Qout2>0となる。
On the other hand, when the
加えて、第2弁体収容室R4内には、第2弁体44aを閉弁方向へ常時付勢するコイルスプリング44cが配設されている。このコイルスプリング44cの付勢力は、本例では値F6(一定)とする。なお、コイルスプリング44cは、アクチュエータ43bの非作動時(駆動電圧V=0)にて第2弁体44aを確実に「閉」とするためにのみ設けられている。従って、付勢力F4と同様、付勢力F6も微小である。
In addition, a
図2に示すように、第1、第2弁体43a、44aが共に「閉」のとき、ピストン44bの小径部44b2の先端部と第1弁体43a(の平面部)とは、上下方向において距離zだけ離間している。従って、第1弁体リフト量Lv1が値zに達すると、第1弁体43a(の平面部)が小径部44b2の先端部と接触する。そして、第1弁体リフト量Lv1が更に増大すると、第2弁体44aがピストン44b(即ち、第1弁体43a)に押圧されることで開弁する。このように、第1弁体43aはアクチュエータ43bで駆動され、第2弁体44aは開弁状態にある第1弁体43aの押圧により駆動される。
As shown in FIG. 2, when both the first and
第2弁体44aが「閉」のとき、第2流出流量Qout2=0であって第2弁体収容室R5内の圧力が制御圧Pcntlと等しい一方で、第2背圧室R6内の圧力は大気圧と等しい。従って、弁座部41dの弁座径(シート径)をD4とすると、第2弁体44aの開弁に必要な力F7は、下記(6)式にて表すことができる。即ち、ピストン44bの第2弁体44aに対する押圧力が値F7を超えると第2弁体44aが開弁する。なお、本例では、弁座径D4は、ピストン44bの大径部44b1の外径D5と等しい。
When the
F7=(π/4)・D42・Pcntl+F6 …(6) F7 = (π / 4) · D4 2 · Pcntl + F6 (6)
また、制御室R2は、流入オリフィスZ3(開口面積一定)が介装された燃料流入路C7を通して燃料供給路C1と連通している。従って、流入オリフィスZ3の両側間の差圧(従って、噴射圧Pcと制御圧Pcntlとの差圧)に応じて燃料流入路C7を通して制御室R2に燃料供給路C1から燃料が流入するようになっている。以下、流入オリフィスZ3を通過する流量を「流入流量Qin」と称呼する。 The control chamber R2 communicates with the fuel supply path C1 through a fuel inflow path C7 in which an inflow orifice Z3 (constant opening area) is interposed. Accordingly, the fuel flows from the fuel supply passage C1 into the control chamber R2 through the fuel inflow passage C7 in accordance with the differential pressure between the both sides of the inflow orifice Z3 (hence, the differential pressure between the injection pressure Pc and the control pressure Pcntl). ing. Hereinafter, the flow rate passing through the inflow orifice Z3 is referred to as “inflow rate Qin”.
以上の構成により、アクチュエータ43bに供給される駆動電圧Vを制御することで、第1、第2制御弁43、44の開閉(具体的には、第1、第2弁体43a、44aの開閉)が制御され、これにより、第1、第2流出流量Qout1,Qout2、及び流量流量Qinが調整されて、制御圧Pcntlが調整されるようになっている。
With the above configuration, the drive voltage V supplied to the
次に、図3、並びに図4〜図8を参照しながら、駆動電圧V、アクチュエータ発生力、アクチュエータリフト量、並びに、第1、第2弁体43a、44aの開閉状態の関係について説明する。図3は、発明の開示の欄で説明した図22に対応する図であり、図3の破線o−a−b−c’−d’は、図22の実線o−a−b−c−d(即ち、図18等に示した従来の装置が適用された場合)に対応していて、図3の実線は本例が適用された場合に対応している。また、図4〜図8に示した各室に関して、「白抜き」は内部の圧力が大気圧と等しいことを示し、「微細なドット」は内部の圧力が制御圧Pcntlと等しいことを示している。
Next, the relationship among the drive voltage V, the actuator generating force, the actuator lift amount, and the open / closed states of the first and
先ず、図3の点oに示すように、駆動電圧V=0の場合、アクチュエータ発生量、アクチュエータリフト量が共に「0」となるから、図4に示すように、第1、第2弁体43a、44aは共に「閉」に維持される。従って、この場合、第1、第2流出流量Qout1,Qout2=0となる。従って、制御室R2から燃料が流出しない。この図4に示す状態では、第1、第2弁体収容室R3,R5内の圧力は制御圧Pcntlに等しく、第1、第2背圧室R4,R6内の圧力は大気圧に等しい。 First, as shown at a point o in FIG. 3, when the drive voltage V = 0, the actuator generation amount and the actuator lift amount are both “0”, so that the first and second valve bodies are shown in FIG. 43a and 44a are both kept closed. Therefore, in this case, the first and second outflow rates Qout1, Qout2 = 0. Therefore, fuel does not flow out from the control chamber R2. In the state shown in FIG. 4, the pressure in the first and second valve body accommodating chambers R3 and R5 is equal to the control pressure Pcntl, and the pressure in the first and second back pressure chambers R4 and R6 is equal to the atmospheric pressure.
この状態にて、図3の点aに示すように、駆動電圧Vを「0」から、アクチュエータリフト量=0の状態にてアクチュエータ発生力を第1弁体43aの開弁に必要な力F5(上記(5)式を参照)とするために必要な値V1にステップ的に増大すると、図5に示すように、第1弁体43aが開弁する(即ち、アクチュエータリフト量が「0」から増大する)。この結果、第1流出流量Qout1(>0)の発生に起因して第1排出オリフィスZ1の両側間にて差圧が発生し、図6に示すように、第1背圧室R4内の圧力、及び圧力導入室R7内の圧力が大気圧から制御圧Pcntl(近傍)まで増大する。
In this state, as indicated by a point a in FIG. 3, the driving voltage V is changed from “0” to the force F5 required to open the
これにより、第1弁体43aが第1背圧室R4内の圧力により開弁方向に受ける力が増大するから、第1弁体リフト量Lv1(=アクチュエータリフト量)が「0」から増大していき、これに伴ってアクチュエータ発生力が減少していく。そして、図3の点bに示すようにアクチュエータリフト量が値zに達すると、第1弁体43aがピストン44b(の小径部b2)に接触してアクチュエータリフト量の増大が停止する。この結果、図6に示すように、第1弁体43aが「開」、第2弁体44aが「閉」に維持される。
As a result, the force that the
即ち、この図6に示す状態では、第1流出流量Qout1>0,第2流出流量Qout2=0となり、「第1燃料排出路」を通して制御室R2から燃料が流出する。この状態では、第1、第2弁体収容室R3,R5内の圧力、並びに第1背圧室R4及び圧力導入室R7内の圧力が制御圧Pcntlに等しく、第2背圧室R6内の圧力は大気圧に等しい。 That is, in the state shown in FIG. 6, the first outflow rate Qout1> 0 and the second outflow rate Qout2 = 0, and the fuel flows out from the control chamber R2 through the “first fuel discharge path”. In this state, the pressure in the first and second valve body accommodating chambers R3 and R5, and the pressure in the first back pressure chamber R4 and the pressure introduction chamber R7 are equal to the control pressure Pcntl, and the pressure in the second back pressure chamber R6 is The pressure is equal to atmospheric pressure.
このように、第1弁体43aの開弁後は、第1排出オリフィスZ1の作用により第1背圧室R4内の圧力が制御圧Pcntlまで増大することで、駆動電圧VをV1から増加させることなく第1弁体リフト量Lv1(=アクチュエータリフト量)を値zまで増大させることができる。
As described above, after the opening of the
続いて、この状態にて、図3の点cに示すように、駆動電圧を値V1から、アクチュエータリフト量=zの状態にてアクチュエータ発生力を第2弁体44aの開弁に必要な力F8とするために必要な値V2にステップ的に増大すると、図7に示すように、第2弁体44aが開弁する(即ち、アクチュエータリフト量が値zから増大する)。
Subsequently, in this state, as shown at a point c in FIG. 3, the actuator voltage is a force necessary to open the
ここで、この力F8について説明する。図6に示すように、第1弁体43aが「開」、第2弁体44aが「閉」の状態では、第1弁体収容室R3内の圧力、及び圧力導入室R7内の圧力は制御圧Pcntlになっている。一方、第2背圧室R6内の圧力は大気圧に維持されている。従って、ピストン44bには、下記(7)式にて表される力F9(=上記「第2弁体開弁助勢力」)が、第2弁体44bの開弁方向(下方向)に作用している。
Here, the force F8 will be described. As shown in FIG. 6, when the
F9=(π/4)・D52・Pcntl …(7) F9 = (π / 4) · D5 2 · Pcntl (7)
他方、上述したように、D4=D5である。以上より、力F8=F7−F9=コイルスプリング44cの付勢力F6(=微小)が成立する。従って、第2弁体44aの開弁に必要なアクチュエータ発生力の増大量f(図3を参照)も微小となる。この増大量fは、図18等に示す従来の装置が適用された場合において第2弁体44aの開弁に必要なアクチュエータ発生力の増大量F(図3を参照)よりも十分に小さい。
On the other hand, as described above, D4 = D5. From the above, the force F8 = F7−F9 = the urging force F6 (= small) of the
これは、第1排出オリフィスZ1の作用により第1弁体43aが「開」のときに圧力導入室R7内の圧力が制御圧Pcntlまで上昇すること、圧力導入室R7内の圧力(=制御圧Pcntl)によりピストン44bが受ける力F9((7)式を参照)が第2弁体44aの開弁に必要なアクチュエータ発生力を助勢する方向に働くこと、に基づく。この結果、第2弁体44aの開弁に必要なアクチュエータ43bの負荷が上記従来の装置が適用される場合に比して大幅に低減され得、駆動電圧V2を上記従来の装置が適用された場合における駆動電圧V2’(図3を参照)よりも十分に小さくすることができる。
This is because the pressure in the pressure introduction chamber R7 rises to the control pressure Pcntl when the
第2弁体44aが開弁すると、第2流出流量Qout2(>0)の発生に起因して第2排出オリフィスZ2の両側間にて差圧が発生し、図8に示すように、第2弁体収容室R5内の圧力が制御圧Pcntlから大気圧まで低下する。
When the
これにより、第2弁体44aが第2弁体収容室R5内の圧力により閉弁方向に受ける力が減少するから、第2弁体リフト量Lv2が「0」から増大していき(即ち、アクチュエータリフト量が値zから増大していき)、これに伴ってアクチュエータ発生力が減少していく。そして、図3の点dに示すように、アクチュエータリフト量(=第1弁体リフト量Lv1)が最大値に達すると、アクチュエータリフト量の増大が停止する。
As a result, the force that the
他方、上記力F9を受けてピストン44b及び第2弁体44aはなおも下降を続け(即ち、小径部44b2の先端部が第1弁体43aから離間し)、第2弁体リフト量が最大値に達すると、ピストン44b及び第2弁体44aの下降が停止する。この結果、図8に示すように、第1、第2弁体43a、43bは共に「開」に維持される。なお、本例では、アクチュエータリフト量(=第1弁体リフト量Lv1)の最大値はコイルスプリング43dが密着する状態に対応し、第2弁体リフト量の最大値はコイルスプリング44cが密着する状態に対応する。
On the other hand, receiving the force F9, the
即ち、この図8に示す状態では、第1流出流量Qout1>0,第2流出流量Qout2>0となり、「第1燃料排出路」及び「第2燃料排出路」を通して制御室R2から燃料が流出する。この状態では、第1弁体収容室R3内の圧力、並びに第1背圧室R4及び圧力導入室R7内の圧力が制御圧Pcntlに等しく、第2弁体収容室R5及び第2背圧室R6内の圧力は大気圧に等しい。 That is, in the state shown in FIG. 8, the first outflow rate Qout1> 0 and the second outflow rate Qout2> 0, and the fuel flows out from the control chamber R2 through the “first fuel discharge path” and the “second fuel discharge path”. To do. In this state, the pressure in the first valve body storage chamber R3, the pressure in the first back pressure chamber R4 and the pressure introduction chamber R7 are equal to the control pressure Pcntl, and the second valve body storage chamber R5 and the second back pressure chamber The pressure in R6 is equal to atmospheric pressure.
このように、第2弁体44aの開弁後は、第2排出オリフィスZ2の作用により第2弁体収容室R5内の圧力が大気圧まで低下することで、駆動電圧VをV2から増加させることなく、上記力F9により第2弁体リフト量Lv2を最大値まで増大させることができる。
Thus, after the valve opening of the
そして、図8に示した状態(図3の点dに対応)にて、駆動電圧Vを値V2から「0」にステップ的に変更すると、アクチュエータ発生量が「0」となる。従って、コイルスプリング43d、44cの付勢力F4,F6により、第1、第2弁体43a、44aが閉弁する。この結果、第1、第2排出流量Qout1,Qout2が「0」になることで、第1背圧室R4内の圧力が制御圧Pcntlから大気圧に低下するとともに、第2弁体収容室R5内の圧力が大気圧から制御圧Pcntlまで増大する。即ち、図4に示すように、第1、第2弁体43a、44aが再び「閉」に維持される。
Then, in the state shown in FIG. 8 (corresponding to the point d in FIG. 3), when the drive voltage V is changed stepwise from the value V2 to “0”, the actuator generation amount becomes “0”. Accordingly, the first and
次に、図9を参照しながら、この燃料噴射制御装置10の作動の一例について説明する。時刻t1以前では、駆動電圧V=0である。これにより、図4に示すように、第1、第2弁体リフト量Lv1,Lv2=0であり、「第1燃料排出路」及び「第2燃料排出路」が遮断されている。即ち、第1、第2流出流量Qout1,Qout2=0である。また、制御圧Pcntlが噴射圧Pcと等しい圧力に維持されている(即ち、流入流量Qin=0)。この結果、制御圧Pcntlは上記(4)式にて表されるニードル弁開弁圧Pyよりも大きい。従って、ニードル弁42は「閉」に維持されている。即ち、ニードル弁リフト量Ln=0であり、燃料が噴射されていない。従って、燃料の噴射率も「0」である。
Next, an example of the operation of the fuel injection control device 10 will be described with reference to FIG. Prior to time t1, the drive voltage V = 0. Accordingly, as shown in FIG. 4, the first and second valve body lift amounts Lv1, Lv2 = 0, and the “first fuel discharge path” and the “second fuel discharge path” are blocked. That is, the first and second outflow flows Qout1, Qout2 = 0. Further, the control pressure Pcntl is maintained at a pressure equal to the injection pressure Pc (that is, the inflow flow rate Qin = 0). As a result, the control pressure Pcntl is larger than the needle valve opening pressure Py expressed by the above equation (4). Therefore, the
時刻t1にてECU50からの指示により駆動電圧Vが「0」から上述した値V1にステップ的に変更されると、時刻t1(直後)にて第1弁体43aが開弁して「第1燃料排出路」が開通し(図5を参照)、時刻t1以降、「第1燃料排出路」のみを通して制御室R2から燃料が排出されていき(Qout1>0)、制御圧Pcntlが噴射圧Pcから低下していく(図6を参照)。これに伴って、燃料流入路C7を通して制御室R2に燃料供給路C1から燃料が流入する(Qin>0)。この結果、制御圧Pcntlは、第1流出流量Qout1と流入流量Qinの差(=Qout1−Qin)に応じた速度をもって噴射圧Pcから低下していく。
When the driving voltage V is changed stepwise from “0” to the above-described value V1 by an instruction from the
時刻t1以降において低下していく制御圧Pcntlが時刻t2にて、上記(4)式にて表されるニードル弁開弁圧Pyまで達すると、ニードル弁42が開弁し、この結果、燃料噴射が開始されて、噴射率が「0」から増大していく。
When the control pressure Pcntl that decreases after time t1 reaches the needle valve opening pressure Py expressed by the above equation (4) at time t2, the
ニードル弁42が開弁する時刻t2以降、ニードル弁42は、制御室R2内の燃料の体積の減少速度(=Qout1−Qin)に応じた比較的小さいニードル弁上昇速度(以下、「第1上昇速度」と呼ぶ。)をもって上昇していく(時刻t2〜t4を参照)。この間、燃料噴射は継続される。ニードル弁上昇速度(=第1上昇速度)が比較的小さいことからニードル弁リフト量Lnが比較的小さい値に維持されて、噴射率は、大幅に増大していかずに比較的小さい値に維持される。
After time t2 when the
ニードル弁42が開弁する時刻t2以降、噴射圧Pcは、燃料が噴射開始されたことに起因して極短期間だけ減少した後、燃料供給路C1内の圧力脈動に起因して直ちに上昇していく。
After time t2 when the
また、ニードル弁42が開弁すると、上述したように、テーパー部42aにおける円形弁座部41bと当接する部位よりも先端側の部分も噴射圧Pcをもった燃料にさらされるから、上記開弁方向の力F1についてのニードル弁42の下端側の受圧面積と上記閉弁方向の力F2についてのニードル弁42の下端側の受圧面積とが等しくなる(上記(2)式、(3)式を参照。受圧面積=(π/4)・D12)。
Further, when the
このことに起因して、ニードル弁42が開弁する時刻t2以降、制御圧Pcntlは、ノズル室R1内の圧力(=噴射圧Pc)から、コイルスプリング45の付勢力F3に相当する制御室R2内の圧力分(=F3/((π/4)・D12)、以下、「バネ力相当圧力分Px」と称呼する。)を減じて得られる圧力(Pc−Px)まで迅速に上昇していき、時刻t3にて、制御圧Pcntlは、圧力(Pc−Px)に達する。時刻t3以降、制御圧Pcntlは、圧力(Pc−Px)で推移していく。なお、本例では、コイルスプリング45のスプリング定数が非常に小さいため、コイルスプリング45の付勢力F3(従って、バネ力相当圧力分Px)は、ニードル弁リフト量に依存することなく一定として扱う。
Due to this, after time t2 when the
時刻t4にてECU50からの指示により駆動電圧Vが値V1から上述した値V2にステップ的に変更されると、時刻t4(直後)にて第2弁体44aが開弁して「第1燃料排出路」に加えて「第2燃料排出路」も開通し(図7を参照)、時刻t4以降、「第1燃料排出路」及び「第2燃料排出路」を通して制御室R2から燃料が排出されていき(Qout1>0、Qout2>0)、制御圧Pcntlが噴射圧Pcから低下していく(図8を参照)。これに伴って、燃料流入路C7を通して制御室R2に燃料供給路C1から燃料が流入する(Qin>0)。
When the drive voltage V is changed stepwise from the value V1 to the above-described value V2 according to an instruction from the
この結果、制御圧Pcntlは、第1、第2流出流量Qout1,Qout2の和と流入流量Qinの差(=Qout1+Qout2−Qin)に応じた速度をもって噴射圧Pcから低下していく。即ち、前記第1上昇速度よりも大きいニードル弁上昇速度(以下、「第2上昇速度」と呼ぶ。)をもって上昇していく(時刻t4〜t5を参照)。この間、燃料噴射は継続される。ニードル弁上昇速度(=第2上昇速度)が大きいことからニードル弁リフト量Lnも大幅に増大していき、噴射率は大幅に増大していく。 As a result, the control pressure Pcntl decreases from the injection pressure Pc at a speed corresponding to the difference between the sum of the first and second outflow flow rates Qout1, Qout2 and the inflow flow rate Qin (= Qout1 + Qout2-Qin). That is, the needle valve rises at a needle valve ascent rate (hereinafter referred to as “second ascent rate”) greater than the first ascent rate (see times t4 to t5). During this time, fuel injection is continued. Since the needle valve ascent speed (= second ascent speed) is large, the needle valve lift amount Ln also increases significantly, and the injection rate increases significantly.
時刻t5にてECU50からの指示により駆動電圧Vが値V2から「0」にステップ的に変更されると、時刻t5以降、第1、第2弁体リフト量Lv1,Lv2は「0」に戻る。即ち、「第1燃料排出路」及び「第2燃料排出路」が共に遮断され(Qout1,Qout2=0)、制御室R2からの燃料の排出が中止される。一方、燃料流入路C7を通した制御室R2への燃料の流入はなおも継続される(Qin>0)。この結果、時刻t5以降、ニードル弁42は、制御室R2内の燃料の体積の増大速度(=Qin)に応じた速度をもって下降していく(時刻t5〜t6を参照)。この間、燃料噴射は継続される。
When the drive voltage V is changed stepwise from the value V2 to “0” according to an instruction from the
そして、ニードル弁リフト量Lnが「0」に達する時刻t6になると、ニードル弁42が閉弁し、燃料噴射が終了する。時刻t6以降、燃料流入路C7を通して燃料供給路C1から制御室R2内に燃料が供給されることで(Qin>0)、制御圧Pcntlは噴射圧Pcに近づく。制御圧Pcntlが噴射圧Pcに一致した後は(Qin=0)、時刻t1以前と同様、制御圧Pcntlは、噴射圧Pcと等しい圧力に維持される。
At time t6 when the needle valve lift amount Ln reaches “0”, the
以上、説明したように、本発明による燃料噴射制御装置の実施形態によれば、インジェクタ40の背面に位置する制御室R2から燃料を排出させる流路として第1、第2燃料排出路が設けられ、第1、第2燃料排出路に第1、第2制御弁43,44がそれぞれ介装される。第1制御弁43の第1弁体43aは、アクチュエータ43bで駆動され、第2制御弁44の第2弁体44aは、「開」にある第1弁体43aの押圧(即ち、ピストン44bの押圧)により駆動される。
As described above, according to the embodiment of the fuel injection control device of the present invention, the first and second fuel discharge paths are provided as the flow paths for discharging the fuel from the control chamber R2 located on the back surface of the
アクチュエータ43bの駆動電圧VをV1に調整して第1弁体43aを開弁させ、ニードル弁42の上昇中において、駆動電圧VをV1からV2(>V1)へ切り替えることで、第2弁体44aをも開弁させる。これにより、ニードル弁上昇速度を比較的小さい第1上昇速度から第2上昇速度(>第1上昇速度)へと2段階に切り替えることができる。
The
これにより、ニードル弁上昇速度が第1上昇速度に維持される期間を前記着火遅れ時間に合わすことにより、着火遅れ時間中に噴射される燃料の総量を小さくすることができる。この結果、着火遅れ時間内に噴射された燃料の予混合燃焼に伴う騒音を小さくすることができる。 Accordingly, the total amount of fuel injected during the ignition delay time can be reduced by matching the period during which the needle valve ascent rate is maintained at the first ascent rate with the ignition delay time. As a result, noise associated with premixed combustion of fuel injected within the ignition delay time can be reduced.
また、第1弁体43aが「開」、第2弁体44aが「閉」の状態では、第1排出オリフィスZ1の作用により圧力導入室R7内の圧力が制御圧Pcntlまで上昇すること、圧力導入室R7内の圧力(=制御圧Pcntl)によりピストン44bが受ける力F9((7)式を参照)が第2弁体44aの開弁に必要なアクチュエータ発生力を助勢する方向に働くこと、並びに、ピストン44bの大径部44b2の外径D5が第2弁体44aの弁座径D4と等しいこと、に起因して、第2弁体44aの開弁に必要なアクチュエータの駆動力をコイルスプリング44cの付勢力F6(=微小)と等しくすることができる。
When the
この結果、駆動電圧V2も上記従来の装置が適用された場合における駆動電圧V2’(図3を参照)よりも十分に小さくすることができる。即ち、上記従来の装置に比して、第2弁体44aの開弁に必要なアクチュエータ駆動力を低減してアクチュエータ43bの体格の大型化を抑制することができる。
As a result, the drive voltage V2 can also be made sufficiently smaller than the drive voltage V2 '(see FIG. 3) when the conventional device is applied. That is, compared with the conventional device, the actuator driving force required for opening the
加えて、第2弁体44aの開弁後は、第2排出オリフィスZ2の作用により第2弁体収容室R5内の圧力が大気圧まで低下することで、駆動電圧VをV2から増加させることなく、上記力F9により第2弁体リフト量Lv2を最大値まで増大させることができる。
In addition, after the
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、図9の例に示すように、駆動電圧VをV1に設定してニードル弁42を開弁させ、ニードル弁42の上昇中において駆動電圧VをV1からV2に切り替えることで、ニードル弁上昇速度を第1上昇速度から第2上昇速度(>第1上昇速度)へと2段階に切り替えているが、図10に示すように、駆動電圧VをV1に設定してニードル弁42を開弁させ、その後も駆動電圧VをV1に維持することで、ニードル弁上昇中に亘ってニードル弁上昇速度を第1上昇速度に維持してもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, as shown in the example of FIG. 9, the drive voltage V is set to V1, the
同様に、図11に示すように、駆動電圧VをV2に設定してニードル弁42を開弁させ、その後も駆動電圧VをV2に維持することで、ニードル弁上昇中に亘ってニードル弁上昇速度を第2上昇速度に維持してもよい。
Similarly, as shown in FIG. 11, the
また、一般に、噴射圧Pcは、運転状態に応じて変更される。他方、上記(5)式にて表される第1弁体43aの開弁に必要な力F5は、制御圧Pcntl(=噴射圧Pc)に依存し、噴射圧Pcが大きいほど大きくなる。従って、一般には、噴射圧Pcが大きいほど駆動電圧V1、V2をより大きい値に設定することが好ましい。
In general, the injection pressure Pc is changed according to the operating state. On the other hand, the force F5 required to open the
即ち、この場合、図12に示すように、噴射圧Pcが高圧の場合、駆動電圧V1、V2が高圧用の大きめの値にそれぞれ設定される(図12を参照)。これにより、駆動電圧Vを「0」→V1→V2と変更すると、アクチュエータ発生力とアクチュエータリフト量との関係は、実線o−a−b−cで示すように推移する。点a,cはそれぞれ、第1、第2弁体43a、44aの開弁に対応する。値fは、図3と同様、コイルスプリング44cの付勢力F6と等しい。
That is, in this case, as shown in FIG. 12, when the injection pressure Pc is high, the drive voltages V1 and V2 are set to higher values for high pressure (see FIG. 12). As a result, when the drive voltage V is changed from “0” → V1 → V2, the relationship between the actuator generation force and the actuator lift amount changes as indicated by the solid line oabc. Points a and c correspond to the opening of the first and
一方、噴射圧Pcが低圧の場合、駆動電圧V1、V2が低圧用の小さめの値にそれぞれ設定される(図示せず)。これにより、駆動電圧Vを「0」→V1→V2と変更すると、アクチュエータ発生力とアクチュエータリフト量との関係は、破線o−a’−b’−c’で示すように推移する。点a’,c’はそれぞれ、第1、第2弁体43a、44aの開弁に対応する。
On the other hand, when the injection pressure Pc is low, the drive voltages V1 and V2 are set to lower values for low pressure (not shown). As a result, when the drive voltage V is changed from “0” → V1 → V2, the relationship between the actuator generated force and the actuator lift amount changes as indicated by a broken line o-a′-b′-c ′. Points a 'and c' correspond to the opening of the first and
他方、噴射圧Pcに依存することなく駆動電圧V1、V2を一定とする場合を考える。この場合、噴射圧Pcが高圧の場合でも第1弁体43aが開弁し得るように、図12に示すように、駆動電圧V1、V2を高圧用の大きめの値にそれぞれ設定する必要がある。しかしながら、この場合、図12において、点c’が駆動電圧V1に対応する点a,bを通る直線よりも左下の領域内に位置している。これは、噴射圧Pcが低圧の場合、駆動電圧VをV1に設定すると、第1弁体43aのみならず第2弁体44aをも開弁してしまうことを意味する。
On the other hand, let us consider a case where the drive voltages V1 and V2 are made constant without depending on the injection pressure Pc. In this case, it is necessary to set the drive voltages V1 and V2 to large values for high pressure as shown in FIG. 12, so that the
係る問題を解決するためには、図12において、点c’を駆動電圧V1に対応する点a,bを通る直線よりも右上の領域内に移動させればよい。このための手法の1つとしては、図13に示すように、点b’(従って、点c’)を右へシフトすることが挙げられる。 In order to solve such a problem, in FIG. 12, the point c 'may be moved into the upper right region from the straight line passing through the points a and b corresponding to the drive voltage V1. One technique for this is to shift the point b '(and hence the point c') to the right as shown in FIG.
点b’を右へシフトするためには、例えば、第1弁体43aが「開」で第2弁体44aが「閉」の場合において、噴射圧Pcの変化に対する、アクチュエータ43bに作用する上向きの力(=アクチュエータ発生力)の変化量を小さくすればよい。ここで、図14に示すように、第1弁体43aが「開」で第2弁体44aが「閉」の場合においてアクチュエータ43bに作用する上向きの力は、油圧による上向きの力(=制御圧Pcntl×「ロッド43cの下面の受圧面積」、白矢印を参照)と、コイルスプリング43dによる上向きの力F4(一定、黒矢印を参照)との和である。従って、噴射圧Pcの変化に対する、アクチュエータ43bに作用する上向きの力の変化量を小さくするためには、ロッド43cの外径を小さくすることが考えられる。
In order to shift the point b ′ to the right, for example, when the
また、点c’を駆動電圧V1に対応する点a,bを通る直線よりも右上の領域内に移動させるための他の手法としては、図15に示すように、値f、即ち、コイルスプリング44cの付勢力F6を大きくすることも考えられる。また、点c’を駆動電圧V1に対応する点a,bを通る直線よりも右上の領域内に移動させるために、ロッド43cの外径を小さくし、且つ、コイルスプリング44cの付勢力F6を大きくしてもよい。
Further, as another method for moving the point c ′ into the upper right region with respect to the straight line passing through the points a and b corresponding to the driving voltage V1, as shown in FIG. It is also conceivable to increase the urging force F6 of 44c. Further, in order to move the point c ′ into the upper right region with respect to the straight line passing through the points a and b corresponding to the driving voltage V1, the outer diameter of the
また、上記実施形態においては、第1弁体収容室R3と圧力導入室R7とを区画する部材(小径部44b2)がピストン44b側に一体に設けられているが(図2を参照)、図16に示すように、第1弁体収容室R3と圧力導入室R7とを区画する部材(43a2)を第1弁体43a側に一体に設けてもよい。この場合、例えば、部材43a2の外径を第1弁体43aの弁座径D3と等しくすることで、第1弁体43aの開弁に必要な力F5を、上記(5)式にて表される値に代えて、コイルスプリング43dの付勢力F4(=微小)と等しい値とすることができる。これにより、第1弁体43aの開弁に必要なアクチュエータ43bの負荷を大幅に低減することができる。
In the above embodiment, the member (small diameter portion 44b2) that partitions the first valve body housing chamber R3 and the pressure introduction chamber R7 is integrally provided on the
また、上記実施形態においては、アクチュエータ43bとしてピエゾ素子が使用されているが、その他のタイプのアクチュエータが使用されてもよい。
In the above embodiment, a piezoelectric element is used as the
また、上記実施形態においては、ピストン44bの大径部44b2の外径D5が第2弁体44aの弁座径D4と等しいが、外径D5が弁座径D4より小さくても大きくてもよい。
In the above embodiment, the outer diameter D5 of the large diameter portion 44b2 of the
加えて、上記実施形態においては、第1、第2排出オリフィスZ1、Z2が設けられているが、何れか一方、或いは両方がなくてもよい。また、第1弁体43a、ピストン44b、及び第2弁体44aが同軸的に配置されているが、これらが同軸的に配置されていなくてもよい。
In addition, in the above-described embodiment, the first and second discharge orifices Z1 and Z2 are provided, but either one or both may be omitted. Moreover, although the
20…燃料ポンプ、30…コモンレール、40…インジェクタ、41…ボディ、41a…噴孔、42…ニードル弁、43…第1制御弁、43a…第1弁体、43b…アクチュエータ、43c…ロッド、43d…コイルスプリング、44…第2制御弁、44a…第2弁体、44b…ピストン、44b1…大径部43c、44b2,44b3…小径部、44c…コイルスプリング、50…ECU、C1…燃料供給路、C7…燃料流入路、Z1…第1排出オリフィス、Z2…第2排出オリフィス、Z3…流入オリフィス
DESCRIPTION OF
Claims (5)
内部の燃料の圧力である噴射圧により前記ニードル弁の一端側が開弁方向の力を受けるとともに前記ニードル弁の開弁状態において内部の燃料が前記噴孔から前記燃焼室に向けて噴射されるノズル室と、
内部の燃料の圧力である制御圧により前記ニードル弁の他端側が閉弁方向の力を受ける制御室と、
高圧の燃料を発生する高圧発生部と、
前記高圧発生部が発生する前記高圧燃料を前記ノズル室に供給する燃料供給路と、
前記燃料供給路から前記制御室に燃料を流入させる燃料流入路と、
前記制御室から燃料タンクへ燃料を排出させる第1燃料排出路と、
前記第1燃料排出路に介装されて前記第1燃料排出路を連通・遮断する第1制御弁と、
前記制御室から燃料タンクへ燃料を排出させる第2燃料排出路と、
前記第2燃料排出路に介装されて前記第2燃料排出路を連通・遮断する第2制御弁と、
を備え、前記第1、第2制御弁を制御して前記制御圧を制御することで前記ニードル弁の位置を調整して燃料の噴射制御を行う燃料噴射制御装置であって、
前記第1制御弁は、
前記制御室と連通する第1弁体収容室と、
前記燃料タンクと連通する第1背圧室と、
前記第1弁体収容室内に移動可能に収容されて前記第1弁体収容室と前記第1背圧室とを連通・遮断する第1弁体と、
前記第1弁体の前記第1背圧室側部分を開弁方向に押圧する駆動力を発生して前記第1弁体の閉弁状態からの開弁方向へのリフト量を調整可能なアクチュエータと、
を備え、前記第1弁体収容室と前記第1背圧室とは前記第1燃料排出路の一部を構成していて、
前記第2制御弁は、
前記制御室と連通する第2弁体収容室と、
前記燃料タンクと連通する第2背圧室と、
前記第2弁体収容室内に移動可能に収容されて前記第2弁体収容室と前記第2背圧室とを連通・遮断する第2弁体と、
前記第1背圧室と連通する圧力導入室と、
前記第2背圧室と前記圧力導入室とを区画するピストンと、
を備え、前記第2弁体収容室と前記第2背圧室とは前記第2燃料排出路の一部を構成していて、
前記ピストンは、
その一端側が前記第2背圧室に臨むとともにその他端側が前記圧力導入室に臨んで前記圧力導入室内の圧力により前記他端側から前記一端側の方向の力を受け、前記第1弁体のリフト量が所定量以上の場合に前記他端側が前記第1弁体と接触して前記第1弁体のリフト量の増大に応じて前記第1弁体に押圧されながら前記他端側から前記一端側の方向に移動可能に、且つ、前記一端側が前記第2弁体の前記第2背圧室側部分と接触して前記第2弁体を開弁方向に押圧するように配置・構成された、燃料噴射制御装置。 A needle valve for opening and closing a nozzle hole for injecting fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine;
A nozzle in which one end of the needle valve receives a force in the valve opening direction due to an injection pressure that is an internal fuel pressure, and in which the internal fuel is injected from the nozzle hole toward the combustion chamber when the needle valve is open. Room,
A control chamber in which the other end side of the needle valve receives a force in a valve closing direction by a control pressure that is a pressure of an internal fuel; and
A high-pressure generator that generates high-pressure fuel;
A fuel supply path for supplying the high-pressure fuel generated by the high-pressure generator to the nozzle chamber;
A fuel inflow path for allowing fuel to flow into the control chamber from the fuel supply path;
A first fuel discharge path for discharging fuel from the control chamber to a fuel tank;
A first control valve that is interposed in the first fuel discharge path and communicates and blocks the first fuel discharge path;
A second fuel discharge path for discharging fuel from the control chamber to the fuel tank;
A second control valve that is interposed in the second fuel discharge path and communicates and blocks the second fuel discharge path;
A fuel injection control device that controls the first and second control valves and controls the control pressure to adjust the position of the needle valve to perform fuel injection control,
The first control valve is
A first valve body storage chamber communicating with the control chamber;
A first back pressure chamber communicating with the fuel tank;
A first valve body that is movably housed in the first valve body housing chamber and communicates and blocks the first valve body housing chamber and the first back pressure chamber;
An actuator capable of generating a driving force for pressing the first back pressure chamber side portion of the first valve body in the valve opening direction and adjusting a lift amount in the valve opening direction from the closed state of the first valve body. When,
The first valve body storage chamber and the first back pressure chamber constitute a part of the first fuel discharge path,
The second control valve is
A second valve body accommodating chamber communicating with the control chamber;
A second back pressure chamber communicating with the fuel tank;
A second valve body that is movably housed in the second valve body housing chamber and communicates and blocks the second valve body housing chamber and the second back pressure chamber;
A pressure introducing chamber in communication with the first back pressure chamber;
A piston partitioning the second back pressure chamber and the pressure introducing chamber;
The second valve body storage chamber and the second back pressure chamber constitute a part of the second fuel discharge path,
The piston is
One end of the first valve body faces the second back pressure chamber and the other end faces the pressure introduction chamber and receives a force in the direction from the other end to the one end side due to the pressure in the pressure introduction chamber. When the lift amount is greater than or equal to a predetermined amount, the other end side comes into contact with the first valve body and is pressed against the first valve body in accordance with an increase in the lift amount of the first valve body. Arranged and configured so that it can move in the direction of one end side, and the one end side comes into contact with the second back pressure chamber side portion of the second valve body to press the second valve body in the valve opening direction. Fuel injection control device.
前記第1燃料排出路における、前記第1燃料排出路と前記圧力導入室とを連通する流路と前記第1燃料排出路との合流部よりも下流において、第1流路絞り部が設けられた燃料噴射制御装置。 The fuel injection control device according to claim 1,
In the first fuel discharge passage, a first flow passage restricting portion is provided downstream of the joining portion between the flow passage communicating the first fuel discharge passage and the pressure introducing chamber and the first fuel discharge passage. Fuel injection control device.
前記ピストンの外径と前記第2弁体の弁座径とが等しい燃料噴射制御装置。 The fuel injection control device according to claim 2,
A fuel injection control device in which an outer diameter of the piston and a valve seat diameter of the second valve body are equal.
前記第2燃料排出路における前記制御室と前記第2弁体収容室との間において、第2流路絞り部が設けられた燃料噴射制御装置。 The fuel injection control device according to any one of claims 1 to 3,
A fuel injection control device in which a second flow restrictor is provided between the control chamber and the second valve body storage chamber in the second fuel discharge path.
前記第1弁体、前記ピストン、及び前記第2弁体が同軸的に配置された燃料噴射制御装置。 The fuel injection control device according to any one of claims 1 to 4,
A fuel injection control device in which the first valve body, the piston, and the second valve body are arranged coaxially.
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