JP2009185609A - Fuel injection device for multiple cylinder internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気筒毎に燃料噴射時期が設定された多気筒内燃機関に適用され、2種類の燃料を噴射できるように構成された燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection device that is applied to a multi-cylinder internal combustion engine in which fuel injection timing is set for each cylinder and configured to be able to inject two types of fuel.
高セタン価の燃料と低セタン価の燃料といった2種類の互いに異なる燃料を内燃機関の運転状態に応じた比率で燃焼室に噴射する燃料噴射装置が知られている。このような2種類の燃料を共通の燃料噴射弁で選択的に噴射させるには、各燃料を所定の燃圧まで昇圧することが必要である。なお、本発明に関連する先行技術文献として特許文献1〜5が存在する。
2. Description of the Related Art There is known a fuel injection device that injects two different types of fuel such as a high cetane number fuel and a low cetane number fuel into a combustion chamber at a ratio corresponding to the operating state of the internal combustion engine. In order to selectively inject such two types of fuel with a common fuel injection valve, it is necessary to increase the pressure of each fuel to a predetermined fuel pressure. Note that
上記のような燃料毎の昇圧を実現するため、燃料ポンプを燃料毎に設けて各燃料を別々に昇圧することも考えられるが、燃料ポンプの数が増えるほどその駆動のためにそれだけエネルギを消費するから効率が悪い。 In order to realize boosting for each fuel as described above, it may be possible to boost each fuel separately by providing a fuel pump for each fuel. However, the more fuel pumps are used, the more energy is consumed to drive them. So efficiency is bad.
そこで、本発明は、互いに異なる異種の燃料をそれぞれ効率良く昇圧して燃料噴射弁に供給できる多気筒内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fuel injection device for a multi-cylinder internal combustion engine capable of efficiently boosting different types of different fuels and supplying them to a fuel injection valve.
本発明の燃料噴射装置は、気筒毎に燃料噴射時期が設定された多気筒内燃機関に適用される多気筒内燃機関の燃料噴射装置において、互いに異なる第1燃料と第2燃料とを噴射可能な前記気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、前記第1燃料又は前記第2燃料のうち、いずれか一方の燃料を昇圧する燃料ポンプと、前記燃料ポンプにて昇圧された前記一方の燃料を前記燃料噴射弁に供給する第1供給手段と、前記燃料ポンプにて昇圧された前記一方の燃料が導入される圧力室を有し、かつ前記圧力室に導入された前記一方の燃料の圧力を利用して燃料噴射時期の到来前に合わせて前記他方の燃料を昇圧する前記気筒毎に設けられた増圧機構と、前記増圧機構にて昇圧された前記他方の燃料を前記燃料噴射弁に供給する第2供給手段と、前記他方の燃料の昇圧時期が互いに相違する二つの前記増圧機構の前記圧力室同士を結ぶ接続通路と、前記増圧機構による前記他方の燃料の昇圧動作に連動して前記接続通路を開閉する開閉手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。 The fuel injection device of the present invention is a fuel injection device for a multi-cylinder internal combustion engine that is applied to a multi-cylinder internal combustion engine in which fuel injection timing is set for each cylinder, and is capable of injecting different first fuel and second fuel. A fuel injection valve provided for each cylinder; a fuel pump for boosting one of the first fuel and the second fuel; and the one fuel boosted by the fuel pump A first supply means for supplying fuel to the fuel injection valve; a pressure chamber into which the one fuel boosted by the fuel pump is introduced; and the pressure of the one fuel introduced into the pressure chamber is used. Then, a pressure increasing mechanism provided for each cylinder for boosting the other fuel in accordance with the arrival of the fuel injection timing, and supplying the other fuel boosted by the pressure increasing mechanism to the fuel injection valve Second supply means for performing the other A connecting passage connecting the pressure chambers of the two pressure increasing mechanisms having different pressure increasing timings, and an opening / closing means for opening and closing the connecting passage in conjunction with the pressure increasing operation of the other fuel by the pressure increasing mechanism. By solving, the above-mentioned problem is solved.
この燃料噴射装置によれば、燃料ポンプにて昇圧された一方の燃料の圧力を利用して他方の燃料を増圧機構にて昇圧することができる。このため、第1燃料及び第2燃料のそれぞれに対して燃料ポンプを設ける必要がなくなるから、燃料毎に燃料ポンプを設ける場合と比べて効率良く第1燃料と第2燃料とをそれぞれ昇圧できる。しかも、燃料の昇圧時期が互いに異なる二つの増圧機構の圧力室同士が接続通路で結ばれ、その接続通路は増圧機構による燃料の昇圧動作に連動して開閉手段にて開閉される。このため、先に昇圧時期が到来する増圧機構による昇圧が終わった後に接続通路を開閉手段にて開放することにより、昇圧に利用した後の燃料を、昇圧時期が後に到来する増圧機構の圧力室に導くことができる。つまり、気筒毎に設けられた増圧機構相互間で昇圧に利用した燃料を再利用できるから燃料ポンプの吐出流量を低減できる。これにより、このような再利用を実施しない場合よりも第1燃料及び第2燃料をそれぞれ昇圧するための効率が向上する。 According to this fuel injection device, the pressure of one fuel boosted by the fuel pump can be used to boost the pressure of the other fuel by the pressure increasing mechanism. For this reason, since it is not necessary to provide a fuel pump for each of the first fuel and the second fuel, it is possible to increase the pressure of the first fuel and the second fuel more efficiently than when a fuel pump is provided for each fuel. In addition, the pressure chambers of the two pressure increasing mechanisms having different fuel boosting timings are connected by a connection passage, and the connection passage is opened and closed by the opening / closing means in conjunction with the fuel pressure increasing operation by the pressure increasing mechanism. For this reason, by opening the connection passage with the opening / closing means after the pressure increase by the pressure increase mechanism that the pressure increase timing comes first, the fuel used for the pressure increase is supplied to the pressure increase mechanism that the pressure increase timing comes later. Can lead to a pressure chamber. That is, since the fuel used for boosting can be reused between the pressure boosting mechanisms provided for each cylinder, the discharge flow rate of the fuel pump can be reduced. As a result, the efficiency for boosting the first fuel and the second fuel is improved as compared with the case where such reuse is not performed.
接続通路によって圧力室が結ばれる増圧機構の組み合わせは、昇圧時期が相違するものであれば如何なる組み合わせでもよい。増圧機構による昇圧時期は燃料噴射時期の到来前に合わせて設定されるため、例えば燃料噴射時期が互いに隣り合う二つの気筒に対して設けられた二つの増圧機構の圧力室同士を接続通路で結んでもよい。また、3気筒以上の内燃機関に本発明の燃料噴射装置を適用する場合には、燃料噴射時期が互いに隣り合わない二つの気筒に対して設けられた二つの増圧機構の圧力室同士を接続通路で結んでもよい。 The combination of the pressure increasing mechanisms in which the pressure chambers are connected by the connection passage may be any combination as long as the pressure increasing timing is different. Since the pressure increase timing by the pressure increase mechanism is set before the arrival of the fuel injection timing, for example, the pressure chambers of two pressure increase mechanisms provided for two cylinders whose fuel injection timing is adjacent to each other are connected to each other You may tie in. In addition, when the fuel injection device of the present invention is applied to an internal combustion engine having three or more cylinders, the pressure chambers of two pressure increasing mechanisms provided for two cylinders whose fuel injection timings are not adjacent to each other are connected to each other. You may connect with a passage.
第1燃料と第2燃料とを区別して噴射できる限度で燃料噴射弁の構成に特段の制限はない。例えば、前記燃料噴射弁は、中心側に第1弁室が、外周側に前記第1弁室に対して隔壁で仕切られた第2弁室がそれぞれ設けられ、先端部には、前記第1弁室に通じる第1噴孔と、前記第2弁室に通じる第2噴孔とが設けられたバルブ本体と、前記第1噴孔を開閉できるようにして前記第1弁室に配置された第1弁体と、前記第2噴孔を開閉できるようにして前記第2弁室に配置された第2弁体と、前記第1弁体を開閉駆動する第1駆動機構と、前記第1駆動機構による前記第1弁体の駆動とは独立して前記第2弁体を開閉駆動する第2駆動機構と、を有し、前記第1供給手段は前記第1弁室又は前記第2弁室のいずれか一方の弁室に前記一方の燃料を、前記第2供給手段は前記第1弁室又は前記第2弁室のいずれか他方の弁室に前記他方の燃料をそれぞれ供給してもよい(請求項2)。この態様によれば、燃料噴射弁の第1駆動機構にて第1弁体を開閉駆動すれば、第1弁室に導かれた燃料がバルブ本体の第1噴孔から噴射され、第2駆動機構にて第2弁体を開閉駆動すれば、第2弁室に導かれた燃料が同一のバルブ本体の第2噴孔から噴射される。これにより、2種類の異なる燃料を互いに独立して噴射することができる。一回の燃料噴射時期における第1燃料と第2燃料との噴射比率は内燃機関の運転状態に応じて適宜定めてよい。その噴射比率は第1駆動機構及び第2駆動機構をそれぞれ操作することにより実現することができる。 There is no particular limitation on the configuration of the fuel injection valve as long as the first fuel and the second fuel can be distinguished and injected. For example, the fuel injection valve is provided with a first valve chamber on the center side and a second valve chamber partitioned by a partition wall with respect to the first valve chamber on the outer peripheral side, and the first valve chamber is provided at the tip. A valve main body provided with a first nozzle hole communicating with the valve chamber and a second nozzle hole communicating with the second valve chamber, and disposed in the first valve chamber so as to be able to open and close the first nozzle hole. A first valve body, a second valve body disposed in the second valve chamber so as to be able to open and close the second nozzle hole, a first drive mechanism for opening and closing the first valve body, and the first A second drive mechanism that opens and closes the second valve body independently of driving the first valve body by a drive mechanism, wherein the first supply means is the first valve chamber or the second valve. The one fuel is supplied to one of the valve chambers, and the second supply means is connected to the other valve chamber of the first valve chamber or the second valve chamber. Fee may be supplied (claim 2). According to this aspect, when the first valve body is driven to open and close by the first drive mechanism of the fuel injection valve, the fuel guided to the first valve chamber is injected from the first injection hole of the valve body, and the second drive is performed. When the second valve body is driven to open and close by the mechanism, the fuel guided to the second valve chamber is injected from the second injection hole of the same valve body. Thereby, two different types of fuel can be injected independently of each other. The injection ratio of the first fuel and the second fuel at one fuel injection timing may be appropriately determined according to the operating state of the internal combustion engine. The injection ratio can be realized by operating the first drive mechanism and the second drive mechanism, respectively.
本発明の燃料噴射装置の一態様においては、前記内燃機関がディーゼルエンジンであり、前記第1燃料がGTL燃料であり、前記第2燃料が軽油であってもよい(請求項3)。この態様によれば、GTL燃料を所定の燃圧にまで昇圧できる燃料ポンプを一つ用意すれば、軽油も増圧機構にて昇圧することができるから、GTL燃料と軽油とをそれぞれ効率良く昇圧することができる。 In one aspect of the fuel injection device of the present invention, the internal combustion engine may be a diesel engine, the first fuel may be GTL fuel, and the second fuel may be light oil. According to this aspect, if one fuel pump capable of boosting the GTL fuel to a predetermined fuel pressure is prepared, the gas oil can be boosted by the pressure boosting mechanism. be able to.
以上説明したように、本発明によれば、燃料ポンプにて昇圧された一方の燃料の圧力を利用して他方の燃料を増圧機構にて昇圧できるから、第1燃料及び第2燃料を効率良く昇圧できる。しかも、燃料の昇圧時期が互いに異なる二つの増圧機構の圧力室同士が接続通路で結ばれて、その接続通路が増圧機構による燃料の昇圧動作に連動して開閉手段にて開閉されるため、気筒毎に設けられた増圧機構相互間で昇圧に利用した燃料を再利用できる。これにより、このような再利用を実施しない場合よりも第1燃料及び第2燃料をそれぞれ昇圧するための効率が向上する。 As described above, according to the present invention, since the pressure of one fuel boosted by the fuel pump can be used to boost the pressure of the other fuel by the pressure increasing mechanism, the first fuel and the second fuel can be efficiently used. Boosts well. In addition, since the pressure chambers of the two pressure increasing mechanisms having different fuel boosting timings are connected by a connecting passage, the connecting passage is opened and closed by the opening / closing means in conjunction with the fuel pressure increasing operation by the pressure increasing mechanism. The fuel used for boosting can be reused between the boosting mechanisms provided for each cylinder. As a result, the efficiency for boosting the first fuel and the second fuel is improved as compared with the case where such reuse is not performed.
図1は、本発明に係る燃料噴射装置を多気筒内燃機関としてのディーゼルエンジン(以下、エンジンと略称する。)に適用した形態を示している。エンジン1は、車両に走行用の動力源として搭載されるもので、図中の左右方向に一列に並べられた複数(図では4つ)の気筒2と、気筒2内に吸気を導く吸気通路3と、気筒2からの排気が導かれる排気通路4と、吸気通路3と排気通路4との間に設けられたターボチャージャ5とを備えている。
FIG. 1 shows a form in which a fuel injection device according to the present invention is applied to a diesel engine (hereinafter abbreviated as an engine) as a multi-cylinder internal combustion engine. The
吸気通路3のコンプレッサ5aよりも上流側には、吸入空気を濾過するためのエアクリーナ6及び吸入空気量を検出するためのエアフローメータ7が設けられている。コンプレッサ5aの下流側には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁8が設けられている。一方、排気通路4のタービン5bの下流側には、少なくとも一つの排気浄化触媒9が設けられている。排気通路4のエキゾーストマニホールド4aにはEGR通路10が接続されている。気筒2からエキゾーストマニホールド4aに排出された排気の一部はEGR通路10のEGRクーラ11及びEGR弁12を順次通過して吸気通路3の吸気絞り弁8とインテークマニホールド3aとの間に還流する。
An air cleaner 6 for filtering the intake air and an air flow meter 7 for detecting the intake air amount are provided upstream of the
エンジン1が搭載されるべき車両には燃料タンク14が設けられている。その燃料タンク14には、第1燃料としてのGTL(Gas to Liquidsの略)燃料を蓄える第1貯留室15と、第2燃料としての軽油を蓄える第2貯留室16とが設けられている。燃料タンク14のそれぞれの燃料は燃料噴射装置20によってエンジン1の気筒2内に噴射される。
A
燃料噴射装置20は、第1貯留室15のGTL燃料をセジメンタ17を介して吸い込んで昇圧する燃料ポンプ21と、第2貯留室16の軽油をセジメンタ17を介して送り出す低圧のフィードポンプ22と、燃料ポンプ21から送り出される高圧のGTL燃料を蓄えるコモンレール23と、フィードポンプ22から送り出される低圧の軽油が導かれるデリバリパイプ24と、コモンレール23及びデリバリパイプ24にそれぞれ接続されてGTL燃料及び軽油を気筒2内に噴射する燃料噴射弁25と、デリバリパイプ24を経由して導かれた軽油を、燃料ポンプ21にて昇圧されたGTL燃料の圧力を利用して昇圧する増圧機構26とを備えている。
The
フィードポンプ22の吐出圧は燃料ポンプ21の吐出圧と比べて低い。例えば燃料ポンプの吐出圧が100MPa程度あるいはそれを超える高圧であるのに対してフィードポンプ22の吐出圧は0.5MPa程度である。燃料噴射弁25は気筒2毎に設けられている。増圧機構26は燃料噴射弁25に対して一つずつ、つまり気筒2毎に設けられている。各燃料噴射弁25は、GTL燃料及び軽油をそれぞれ独立して気筒2内に噴射する機能を有している。燃料噴射弁25と燃料タンク14の貯留室15、16との間には、余剰の燃料を戻すためのリターン配管18、19がそれぞれ設けられている。エンジン1は燃料噴射弁25による燃料噴射時期が気筒2毎に設定されている。エンジン1の気筒2の並び方向の左側の一端から右側の他端に向かって気筒番号#1、#2、#3、#4を付した場合、これらの気筒2に対する燃料噴射時期は#1、#3、#4、#2の順序に設定されている。以下、各気筒2を互いに区別する必要がある場合には上記の気筒番号を使用することがある。
The discharge pressure of the
次に、図2を参照して燃料噴射弁25の詳細を説明する。図2は燃料噴射弁25の構成を模式的に示した断面模式図である。図示するように、燃料噴射弁25は、燃料噴射弁25の全体のケーシングとして機能するバルブ本体31と、そのバルブ本体31に内蔵された第1弁体としての第1ニードル32及び第2弁体としての第2ニードル33と、第1ニードル32を駆動する第1駆動機構34と、第2ニードル33を駆動する第2駆動機構35とを備えている。
Next, the details of the
第1ニードル32は中実の軸状であり、第2ニードル33は中空筒状である。バルブ本体31の先端部(図2において下端部)31aの中心側には第1弁室36が設けられ、外周側には第2弁室37が設けられている。これらの弁室36、37は、隔壁38により燃料の流通が不可能となるように仕切られている。バルブ本体31の先端部31aは先細りのコーン状に形成され、その先端部31aには第1弁室36に通じる第1噴孔39と、第2弁室37に通じる第2噴孔40とがそれぞれ設けられている。第1ニードル32は、その後端のピストンフランジ32aが隔壁38の内周面38aに嵌め合わされることにより、燃料噴射弁25の中心線CLの方向に移動自在な状態で第1弁室36に配置されている。
The
第2ニードル33は、隔壁38の外周面38bに嵌め合わされることにより、中心線CLの方向に移動自在な状態で第2弁室37に配置されている。第1ニードル32がバルブ本体31の先端側に移動すると、その第1ニードル32の先端のテーパ面32bによって第1噴孔39が閉じられ、第1ニードル32がバルブ本体31の後端側(図2において上端側)に移動すると第1噴孔39が開口する。一方、第2ニードル33がバルブ本体31の先端側に移動すると、その第2ニードル33の先端のテーパ面33bによって第2噴孔40が閉じられ、第2ニードル33がバルブ本体31の後端側(図2において上端側)に移動すると第2噴孔40が開口する。
The
第1駆動機構34は、第1ニードル32をバルブ本体31の先端部31aに向かって押し付ける第1ニードルリターンスプリング42と、バルブ本体31の第1シリンダ43に摺動自在に嵌め合わされた第1コマンドピストン44と、バルブ本体31の第1ソレノイド室45に配置された第1アウタバルブ46と、第1アウタバルブ46を第1気筒43側に押し付ける第1アウタバルブリターンスプリング47と、その第1アウタバルブリターンスプリング47の外周に配置された第1ソレノイドコイル48とを備えている。
The
第1コマンドピストン44により第1シリンダ43の内部は先端側の第1スプリング室43aと後端側の第1コマンド室43bとに区分されている。第1コマンドピストン44の先端側には小径のニードル保持軸44aが設けられている。そのニードル保持軸44aは、第1ニードル32が第1噴孔39を閉じているときに第1ニードル32の後端と当接可能である。第1コマンド室43bには第1高圧燃料通路50が第1オリフィス51を介して接続されている。第1高圧燃料通路50はバルブ本体31に形成されており、その一部は第1弁室36にも通じている。第1コマンド室43bは第2オリフィス52を介して第1ソレノイド室45と通じている。第2オリフィス52の内径は第1オリフィス51の内径よりも小さく設定されている。更に、第1スプリング室43a及び第1ソレノイド室45のそれぞれは、バルブ本体31に形成された第1低圧燃料通路53と接続されている。
The interior of the
第1アウタバルブ46は磁性材料にて構成されている。第1ソレノイドコイル48が非励磁状態にあるとき、第1アウタバルブ46は第1アウタバルブリターンスプリング47のばね力で第2オリフィス52を閉じる位置に保持される。この場合、第1コマンド室43bと第1低圧燃料通路53との間は閉鎖される。一方、第1ソレノイドコイル48が励磁されると第1アウタバルブ46が開かれ、それにより、第1コマンド室43bが第2オリフィス52及び第1ソレノイド室45を介して第1低圧燃料通路53に接続される。
The first
第2駆動機構35は、第2ニードル33をバルブ本体31の先端部31aに向かって押し付ける第2ニードルリターンスプリング62と、バルブ本体31の第2気筒63に摺動自在に嵌め合わされた第2コマンドピストン64と、バルブ本体31の第2ソレノイド室65に配置された第2アウタバルブ66と、第2アウタバルブ66を第2シリンダ63側に押し付ける第2アウタバルブリターンスプリング67と、第2アウタバルブリターンスプリング67の外周に配置された第2ソレノイドコイル68とを備えている。
The
第2コマンドピストン64により第2気筒63の内部は先端側の第2スプリング室63aと後端側の第2コマンド室63bとに区分されている。第2コマンドピストン64の先端側には中空のニードル保持軸64aが設けられている。そのニードル保持軸64aは、第2ニードル33が第2噴孔40を閉じているときに第2ニードル33の後端と当接可能である。第2コマンド室63bには第2高圧燃料通路70が第1オリフィス71を介して接続されている。第2高圧燃料通路70はバルブ本体31に形成されており、その一部は第2弁室37にも通じている。第2コマンド室63bは第2オリフィス72を介して第2ソレノイド室65と通じている。第2オリフィス62の内径は第1オリフィス61の内径よりも小さく設定されている。更に、第2スプリング室63a及び第2ソレノイド室65のそれぞれは、バルブ本体31に形成された第2低圧燃料通路73と接続されている。
The inside of the
第2アウタバルブ66は磁性材料にて構成されている。第2ソレノイドコイル68が非励磁状態にあるとき、第2アウタバルブ66は、第2アウタバルブリターンスプリング67のばね力で第2オリフィス72を閉じる位置に保持される。この場合、第2コマンド室63bと第2低圧燃料通路73との間は閉鎖される。一方、第2ソレノイドコイル68が励磁されると第2アウタバルブ66が開かれ、それにより、第2コマンド室63bが第2オリフィス72及び第2ソレノイド室65を介して第2低圧燃料通路73と接続される。
The second
以上の構成を備えた燃料噴射弁25において、第1高圧燃料通路50にはコモンレール23に蓄えられた高圧のGTL燃料が供給され、第2高圧燃料通路70には増圧機構26にて昇圧された軽油が供給されるようになっている。これにより、燃料噴射弁25の第1弁室36及び第1コマンド室43bに高圧のGTL燃料が導入され、第2弁室37及び第2コマンド室63bに高圧の軽油が導入される。そして、第1低圧燃料通路53は第1リターン配管18と接続され、第2低圧燃料通路73は第2リターン配管19と接続される。
In the
図2に示したように、ソレノイドコイル48、68がそれぞれ非励磁の状態では、第2オリフィス52、72がアウタバルブ46、66によってそれぞれ閉じられているので、各コマンド室43b、63bに燃料圧力が閉じ込められる。それにより、コマンドピストン44、64が燃料噴射弁25の先端側に押し出され、それに伴って、ニードル保持軸44a、64aがニードル32、33を押し込んで噴孔39、40が閉じられる。これらの状態ではいずれの燃料も噴射されない。
As shown in FIG. 2, when the solenoid coils 48 and 68 are respectively de-energized, the
一方、ソレノイドコイル48、68が励磁された場合には、図3に示すようにアウタバルブ46、66がソレノイドコイル48、68に引き寄せられ、第2オリフィス52、72が開いてコマンド室43b、63bの燃料が低圧燃料通路53、73にそれぞれ流出する。これにより、コマンド室43b、63bの圧力が低下してニードル32、33を燃料噴射弁25の先端側に押し付ける力が低下する。その結果、ニードル32、33がそれらのピストンフランジ32a、33aに作用する燃料の圧力で燃料噴射弁25の後端部へと押し込まれて噴孔39、40が開口する。これにより、第1噴孔39からはGTL燃料が、第2噴孔40からは軽油がそれぞれ噴射される。噴孔39、40からの燃料の噴射量はソレノイドコイル48、68に励磁電流を供給する時間長(PWM制御の場合はオンデューティー比)を変化させることにより適宜に調整することができる。しかも、第1ソレノイドコイル48及び第2ソレノイドコイル68への励磁電流の供給を互いに独立して変化させることにより、噴孔39、40のそれぞれからの燃料の噴射時期を独立して設定することができ、更には燃料の噴射量の比率(以下、噴射比率と呼ぶ。)も変化させることができる。
On the other hand, when the solenoid coils 48 and 68 are energized, the
次に、図4を参照して増圧機構26の詳細を説明する。図4は増圧機構26の構成を模式的に示すとともに、気筒2毎に設けられた増圧機構26の相互の接続関係及びこれらの増圧機構26と燃料噴射弁25等の他の構成との接続関係を模式的に示している。増圧機構26はコモンレール23から供給されるGTL燃料の圧力を利用して、フィードポンプ22から送られる軽油の圧力を昇圧する。
Next, the details of the
この昇圧機能を実現するため、増圧機構26は増圧シリンダ81と、その増圧シリンダ81の内部に摺動自在に収容された増圧ピストン82と、GTL燃料の供給及びその停止を切り替える電磁駆動式の制御弁83とを備えている。増圧ピストン82はピストン部82aと、そのピストン部82aの一端に同軸に配置された加圧プランジャ82bとを有している。増圧シリンダ81は、増圧ピストン82のピストン部82aにより、第1圧力室81a及び第2圧力室81bにそれぞれ区分されている。更に、第2圧力室81bには増圧室81cが接続され、その増圧室81cに加圧プランジャ82bが嵌め合わされている。増圧室81cの内径は第1圧力室81aのそれよりも十分に小さい。よって、増圧ピストン82のピストン部82aの面積と比較して加圧プランジャ82bの面積も十分に小さい。増圧室81cには、その容積が拡大する方向に増圧ピストン82を付勢するリターンスプリング89が設けられている。
In order to realize this boosting function, the
増圧機構26には、コモンレール23と第1圧力室81aとを接続して高圧のGTL燃料を第1圧力室81aに導くための第1高圧燃料通路85と、デリバリパイプ24と増圧室81cとを接続して低圧の軽油を増圧室81cに導くための低圧燃料通路86とが設けられている。第1高圧燃料通路85は途中で分岐されており、その分岐路85aは燃料噴射弁25の第1高圧燃料通路50に通じている。即ち、燃料ポンプ21にて昇圧されたGTL燃料はコモンレール23及び第1高圧燃料通路85を通じて燃料噴射弁25に供給されるから、コモンレール23及び第1高圧燃料通路85によって本発明に係る第1供給手段が構成される。低圧燃料通路86にて導かれた低圧の軽油は逆止弁87を介して増圧室81cに導かれる。逆止弁87は増圧室81cから低圧燃料通路86への軽油の逆流を阻止できる向きで設けられている。増圧室81cには第2高圧燃料通路88が接続されており、その第2高圧燃料通路88は燃料噴射弁25の第2高圧燃料通路70に通じている。即ち、増圧機構26にて昇圧された軽油は第2高圧燃料通路88を通じて燃料噴射弁25に供給されるから、第2高圧燃料通路88にて本発明に係る第2供給手段が構成される。
The pressure-increasing
このような構成により、高圧のGTL燃料が第1圧力室81aに導かれて各増圧機構26の第1圧力室81aの圧力が高まると増圧ピストン82がリターンスプリング89のばね力に打ち勝って押し下げられる。増圧ピストン82の押し下げにより加圧プランジャ82bが増圧室81cの容積を縮小する。増圧室81cは低圧の軽油で満たされているので、増圧室81c内の軽油は加圧プランジャ82bによって昇圧された状態で燃料噴射弁25の第2高圧通路70へ導かれる。軽油の昇圧に利用したGTL燃料の一部は第2圧力室81bにリークし、そのリークしたGTL燃料はリーク通路95を介してリターン配管18に戻される。また、プランジャ82bの加圧によりリークした軽油はリーク通路96を介してリターン配管19に戻される。
With such a configuration, when the high pressure GTL fuel is guided to the
本形態の燃料噴射装置20は、軽油の昇圧に利用した高圧のGTL燃料を他の増圧機構26で再利用するため、昇圧時期が隣り合う二つの増圧機構26の第1圧力室81a同士が接続通路90A〜90Dにて結ばれている。軽油の昇圧時期は、各気筒2に対する燃料噴射時期の到来前に合うように設定されている。つまり、各気筒2に対する燃料噴射時期の順番と同様に、#1、#3、#4、#2、#1・・・の順序で軽油が昇圧される。従って、接続通路90Aは#1の気筒2に設けられた増圧機構26の第1圧力室81aと#3の気筒2に設けられた増圧機構26の第1圧力室81aとを結んでおり、接続通路90Bは#3の気筒2に設けられた増圧機構26の第1圧力室81aと#4の気筒2に設けられた増圧機構26の第1圧力室81aとを結んでおり、接続通路90Cは#4の気筒2に設けられた増圧機構26の第1圧力室81aと#2の気筒2に設けられた増圧機構26の第1圧力室81aとを結んでおり、接続通路90Dは#2の気筒2に設けられた増圧機構26の第1圧力室81aと#1の気筒2に設けられた増圧機構26の第1圧力室81aとを結んでいる。各接続通路90A〜90Dには開閉手段としての電磁駆動式の開閉弁91A〜91Dが設けられている。
In the
軽油の昇圧は、各増圧機構26の制御弁83と各開閉弁91A〜91Dとが連動するように操作されることにより実現される。例えば、#1の気筒2の燃料噴射時期の到来前に、開閉弁91Dを開いて利用済みのGTL燃料を#1の気筒2に設けられた増圧機構26の第1圧力室81aに導いてから開閉弁91Dを閉じる。開閉弁91Dにて接続通路90Dが閉鎖された状態で、#1の気筒2に設けられた増圧機構26の制御弁83を開いて、コモンレール23に蓄えられた高圧のGTL燃料を第1圧力室81aに導いて軽油の昇圧を行う。その昇圧が終了したら、今度は、開閉弁91Aを開いて利用済のGTL燃料を#3の気筒2に設けられた増圧機構26の第1圧力室81aに導いてから開閉弁91Aを閉じる。以後同様に、開閉弁91Aにて接続通路90Aが閉鎖された状態で#3の気筒2に設けられた増圧機構26の制御弁83を開いて、コモンレール23に蓄えられた高圧のGTL燃料を第1圧力室81aに導いて軽油の昇圧を行う。その昇圧が終了したら、開閉弁91Bを開いて利用済みのGTL燃料を#4の気筒に設けられた増圧機構26の第1圧力室81aに導いてから開閉弁91Bを閉じる。・・・このようにして、順次、増圧機構26の昇圧動作に連動して各開閉弁91A〜91Dを操作することにより、増圧機構26の相互間で昇圧に利用したGTL燃料を再利用することができる。
The pressure increase of the light oil is realized by operating the
以上の構成を持つ燃料噴射装置20は、図1に示したエンジンコントロールユニット(ECU)100にて制御される。ECU100はエンジン1の運転状態を制御するためのコンピュータユニットとして構成されている。ECU100は、エアフローメータ7から出力される吸入空気量に対応した信号、クランク角センサ101から出力されるクランク角及びエンジン回転数(回転速度)に対応した信号、アクセル開度センサ102から出力されるアクセルペダルの開度に対応した信号等を参照して各種の演算を実行し、その演算結果に従って吸気絞り弁8、EGR弁12、燃料噴射弁25といった制御対象装置を操作することによりエンジン1の運転状態を目標とする状態に制御する。
The
燃料噴射弁25の燃料噴射動作を制御するため、ECU100には第1コイル駆動回路103及び第2コイル駆動回路104が接続されている。なお、図1では一組のコイル駆動回路103、104のみを示したが、コイル駆動回路103、104は燃料噴射弁25毎に1組ずつ設けられている。第1コイル駆動回路103は、ECU100からの指示に従って、不図示の電源から燃料噴射弁25の第1ソレノイドコイル48への励磁電流の供給及び供給停止を切り替え、第2コイル駆動回路104は、ECU100からの指示に従って、電源から燃料噴射弁25の第2ソレノイドコイル68への励磁電流の供給及び供給停止を切り替える。これにより、燃料噴射弁25の第1駆動機構34にて第1ニードル32を開閉駆動すれば、第1弁室36に導かれたGTL燃料がバルブ本体31の第1噴孔39から噴射され、第2駆動機構35にて第2ニードル33を開閉駆動すれば、第2弁室37に導かれた軽油が同一のバルブ本体31の第2噴孔40から噴射される。これにより、2種類の異なる燃料を互いに独立して噴射することができる。一回の燃料噴射時期における第1燃料と第2燃料との噴射比率はエンジン1の運転状態に応じて適宜定めてよい。例えば、エンジン1の高負荷低回転の領域において軽油の噴射比率が最大となり、その領域から離れるほどGTL燃料の噴射比率が大きくなるように制御することができる。
In order to control the fuel injection operation of the
また、増圧機構26による昇圧動作を制御するため、ECU100はクランク角センサ101の出力信号を参照して、各気筒2に対する燃料噴射時期の到来前に合わせて上述した順序で軽油が昇圧されるように各制御弁83及び各開閉弁91A〜91Dをそれぞれ操作する。その結果、こうした再利用を実施しない場合に比べて、GTL燃料を昇圧する燃料ポンプ21の吐出流量を低減できるから、GTL燃料と軽油とをそれぞれ昇圧するための効率が向上する。
Further, in order to control the pressure increasing operation by the
本発明は上述した形態に限ることなく、適宜の形態にて実施することができる。本発明は、GTL燃料と軽油とを利用する例に限らず、2種類の燃料を利用する限りにおいて適宜の燃料噴射装置に適用することができる。内燃機関の形式はディーゼルエンジンに限らず、例えば、2種類の燃料を利用する筒内直接噴射式の火花点火型のエンジン等に適用することもできる。 The present invention is not limited to the above-described form and can be carried out in an appropriate form. The present invention is not limited to an example using GTL fuel and light oil, and can be applied to an appropriate fuel injection device as long as two types of fuel are used. The type of the internal combustion engine is not limited to a diesel engine, and can be applied to, for example, an in-cylinder direct injection type spark ignition engine that uses two types of fuel.
上述した形態では、燃料噴射時期が隣り合う二つの気筒2に対して設けられた増圧機構26の第1圧力室81a同士を接続通路90A〜90Dで結んでいるが昇圧時期が相違するものであれば十分である。例えば、3気筒以上の内燃機関に本発明の燃料噴射装置を適用する場合には、燃料噴射時期が互いに隣り合わない二つの気筒に対して設けられた二つの増圧機構の圧力室同士を接続通路にて結んでもよい。この場合においても増圧機構相互間で一方の燃料の昇圧に用いた燃料を他方の燃料の昇圧に再利用することができる。上述した形態の開閉弁91A〜91Dは開閉手段の一例にすぎない。従って、燃料ポンプにて加圧された燃料が接続通路を通じて二つの増圧機構の圧力室に同時に導入されることを阻止できるように増圧機構の昇圧動作に連動して接続通路を開閉するものであれば如何なる構成で開閉手段を実現してもよい。
In the embodiment described above, the
増圧機構と燃料噴射弁とは一体化されてもよいし別体であってもよい。例えば、図2及び図3に示した燃料噴射弁25のバルブ本体31に増圧機構26を内蔵させて実施することもできる。
The pressure increasing mechanism and the fuel injection valve may be integrated or separate. For example, the
1 多気筒内燃機関
2 気筒
20 燃料噴射装置
21 燃料ポンプ
23 コモンレール(第1供給手段)
25 燃料噴射弁
26 増圧機構
31 バルブ本体
32 第1ニードル(第1弁体)
33 第2ニードル(第2弁体)
34 第1駆動機構
35 第2駆動機構
36 第1弁室
37 第2弁室
38 隔壁
39 第1噴孔
40 第2噴孔
81a 第1圧力室(圧力室)
90A〜90D 接続通路
91A〜91D 開閉弁(開閉手段)
DESCRIPTION OF
25
33 Second needle (second valve body)
34
90A-90D Connection passages 91A-91D Open / close valve (open / close means)
Claims (3)
互いに異なる第1燃料と第2燃料とを噴射可能な前記気筒毎に設けられた燃料噴射弁と、前記第1燃料又は前記第2燃料のうち、いずれか一方の燃料を昇圧する燃料ポンプと、前記燃料ポンプにて昇圧された前記一方の燃料を前記燃料噴射弁に供給する第1供給手段と、前記燃料ポンプにて昇圧された前記一方の燃料が導入される圧力室を有し、かつ前記圧力室に導入された前記一方の燃料の圧力を利用して燃料噴射時期の到来前に合わせて前記他方の燃料を昇圧する前記気筒毎に設けられた増圧機構と、前記増圧機構にて昇圧された前記他方の燃料を前記燃料噴射弁に供給する第2供給手段と、前記他方の燃料の昇圧時期が互いに相違する二つの前記増圧機構の前記圧力室同士を結ぶ接続通路と、前記増圧機構による前記他方の燃料の昇圧動作に連動して前記接続通路を開閉する開閉手段と、を備えることを特徴とする多気筒内燃機関の燃料噴射装置。 In a fuel injection device for a multi-cylinder internal combustion engine applied to a multi-cylinder internal combustion engine in which fuel injection timing is set for each cylinder,
A fuel injection valve provided for each of the cylinders capable of injecting different first fuel and second fuel, a fuel pump for boosting one of the first fuel and the second fuel, First supply means for supplying the one fuel boosted by the fuel pump to the fuel injection valve; a pressure chamber into which the one fuel boosted by the fuel pump is introduced; and A pressure-increasing mechanism provided for each cylinder for boosting the other fuel in accordance with the pressure of the one fuel introduced into the pressure chamber before the fuel injection timing arrives; and the pressure-increasing mechanism A second supply means for supplying the other fuel whose pressure has been increased to the fuel injection valve; a connecting passage connecting the pressure chambers of the two pressure-increasing mechanisms having different pressure increasing timings of the other fuel; Boosting the other fuel by the pressure boosting mechanism The fuel injection system for a multi-cylinder internal combustion engine, characterized in that it comprises a closing means for opening and closing the connecting passage in conjunction with the work, the.
前記第1供給手段は前記第1弁室又は前記第2弁室のいずれか一方の弁室に前記一方の燃料を、前記第2供給手段は前記第1弁室又は前記第2弁室のいずれか他方の弁室に前記他方の燃料をそれぞれ供給する請求項1に記載の燃料噴射装置。 The fuel injection valve is provided with a first valve chamber on the center side and a second valve chamber partitioned by a partition wall with respect to the first valve chamber on the outer peripheral side, and the first valve chamber is provided at a tip portion. A valve body provided with a first nozzle hole communicating with the second valve hole and a second nozzle hole communicating with the second valve chamber; and a first valve chamber disposed in the first valve chamber so as to be able to open and close the first nozzle hole. A valve body; a second valve body disposed in the second valve chamber so as to be able to open and close the second nozzle hole; a first drive mechanism that opens and closes the first valve body; and the first drive mechanism. A second drive mechanism for opening and closing the second valve body independently of the driving of the first valve body by
The first supply means supplies the one fuel to one of the first valve chamber and the second valve chamber, and the second supply means uses either the first valve chamber or the second valve chamber. The fuel injection device according to claim 1, wherein the other fuel is supplied to the other valve chamber.
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