JP2010038139A - Accumulating fuel injection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄圧式燃料噴射装置に関し、詳しくは、リークラインの低圧燃料圧を設定圧に保持する機構を備えた蓄圧式燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to an accumulator fuel injection device, and more particularly to an accumulator fuel injection device provided with a mechanism for holding a low pressure fuel pressure in a leak line at a set pressure.
例えば、特許文献1に開示されるように、内燃機関の複数の気筒に共通のコモンレール(蓄圧室)を設けて、噴射用の高圧燃料を蓄圧する蓄圧式燃料噴射装置が知られている。各気筒に対応して設けられるインジェクタには、近年、応答性の良さからピエゾインジェクタが用いられるようになっている。ピエゾインジェクタは、その駆動源であるピエゾアクチュエータの駆動力を効果的にニードル弁に伝達するために、例えば、特許文献2に開示される駆動力伝達機構を備えた構造が一般的である。
駆動力伝達機構は、一般に、ピエゾアクチュエータと、一対のピストン間に作動油を充填して形成された油密室を備えている。ピエゾアクチュエータは、内部構成部品である圧電素子および電極部材を保護するために、筐体に収納されており、ピエゾアクチュエータの伸縮に伴って一対のピストンの一方が一体的に変位する。油密室は、このピストンの変位を油圧変換してもう一方のピストンに伝達する機能があり、一対のピストンを大小径ピストンとすると、大小径ピストンの受圧面積比に応じてピエゾアクチュエータの変位を拡大伝達することができる。 The driving force transmission mechanism generally includes a piezoelectric actuator and an oil tight chamber formed by filling hydraulic oil between a pair of pistons. The piezo actuator is housed in a housing in order to protect the piezoelectric elements and electrode members which are internal components, and one of the pair of pistons is integrally displaced as the piezo actuator expands and contracts. The oil-tight chamber has a function to convert the displacement of this piston to hydraulic pressure and transmit it to the other piston. When a pair of pistons are large and small diameter pistons, the displacement of the piezo actuator is expanded according to the pressure receiving area ratio of the large and small diameter pistons. Can communicate.
ところで、駆動力伝達機構を常時機能させるには、油密室へ燃料(軽油等)を補充し続けなければならない。特許文献2には、この補充手段として、ピストン内に低圧燃料溜まりに連通する通路を設けて逆止弁を配設し、油密室内外の差圧を利用して補充する構造が開示されている。その他の手段としては、例えば正圧ポンプを設置して積極的に周囲圧力を上げることで、油密室が負圧になった時にピストン外周の摺動クリアランス部より補充する方法がある。
By the way, in order for the driving force transmission mechanism to always function, it is necessary to continue to replenish fuel (light oil, etc.) into the oil-tight chamber.
いずれの補充手段においても、油密室に逆止弁付き通路または摺動クリアランス部を介して燃料を補充する外部通路、つまりインジェクタリーク燃料による低圧燃料ラインの圧力を一定圧に保つ必要がある。通常は、低圧燃料圧を設定圧に保持する手段として、インジェクタから燃料タンクへ至るリークラインの途中にチェック弁を設けており、弁体を付勢するスプリング力によって開弁圧を設定している。 In any of the replenishing means, it is necessary to keep the pressure of the low pressure fuel line by the injector leak fuel, that is, the external passage for replenishing the fuel through the passage with the check valve or the sliding clearance portion in the oil tight chamber. Normally, a check valve is provided in the middle of the leak line from the injector to the fuel tank as means for holding the low-pressure fuel pressure at the set pressure, and the valve opening pressure is set by a spring force that urges the valve body. .
しかしながら、何らかの原因でチェック弁に不具合が生じた場合、例えばインジェクタ内で可動部材の衝突により異物が発生し、リークラインに混入してチェック弁の詰まりを生じると、リークラインから燃料タンクへの燃料排出が困難になる。あるいは、制御異常等によりコモンレール圧が上昇した場合、例えば特許文献1に記載されるコモンレール付設のプレッシャリミッタやフェイルセーフが作用するまでに、インジェクタの金属面シールからのリーク流量が増加して、チェック弁からの燃料排出が追い付かなくなる。 However, if the check valve malfunctions for some reason, for example, foreign matter is generated due to the collision of the movable member in the injector and enters the leak line, resulting in clogging of the check valve, fuel from the leak line to the fuel tank Discharge becomes difficult. Alternatively, if the common rail pressure rises due to a control error or the like, the leak flow rate from the metal surface seal of the injector increases before the pressure limiter or fail safe provided with the common rail described in Patent Document 1, for example, is checked. The fuel discharge from the valve cannot catch up.
その結果、リークラインの燃料圧力が設定圧を超えて上昇する。最悪の場合、樹脂やゴムホースでできたリークライン部材の破損をまねき、燃料の漏れや燃焼故障を引き起こす可能性がある。これを回避する目的でリークライン部材を金属製とすることもできるが、今度は、インジェクタ内部の筐体が破損しピエゾアクチュエータの機能障害を起こすおそれがある。そうした場合、1次故障原因( 例えばチェック弁詰まり)を取り除いても、その後のインジェクタの駆動に支障を来すことが考えられえる。 As a result, the fuel pressure in the leak line rises above the set pressure. In the worst case, the leak line member made of resin or rubber hose may be damaged, which may cause fuel leakage or combustion failure. In order to avoid this, the leak line member may be made of metal, but this time, there is a possibility that the casing inside the injector may be damaged to cause a malfunction of the piezoelectric actuator. In such a case, even if the cause of the primary failure (for example, check valve clogging) is removed, it may be considered that the subsequent drive of the injector is hindered.
そこで、本発明は、リークラインの低圧燃料圧を一定圧に保持する機構を有する蓄圧式燃料噴射装置において、何らかの不具合が生じて、リーク燃料圧が設定圧を超えて異常に上昇しても、リークライン部材の破損やインジェクタ内部のピエゾアクチュエータ筐体の破損を起こすことがなく、安全で高性能な燃料噴射装置を提供することを目的とする。 Therefore, in the accumulator fuel injection device having a mechanism for holding the low pressure fuel pressure of the leak line at a constant pressure, even if some trouble occurs and the leak fuel pressure rises abnormally beyond the set pressure, It is an object of the present invention to provide a safe and high-performance fuel injection device without causing damage to a leak line member or damage to a piezoelectric actuator housing inside an injector.
請求項1の発明は、蓄圧室から供給される高圧燃料を内燃機関の気筒に噴射する蓄圧式燃料噴射装置であって、
各気筒に対応して設けたインジェクタが、油密室を介してアクチュエータの駆動力を伝達する駆動力伝達機構を備えており、
上記インジェクタからのリーク燃料を燃料タンクへ導くリークラインに、リーク燃料圧を所定の設定圧に保持するリークライン圧力設定弁を設けるとともに、
上記リークラインのリーク燃料圧が所定の許容圧を超えて上昇した時にのみ作動して、上記燃料タンクへの通路を開放する安全弁機構を設けたものである。
The invention of claim 1 is a pressure accumulation type fuel injection device for injecting high pressure fuel supplied from a pressure accumulation chamber into a cylinder of an internal combustion engine,
The injector provided for each cylinder has a driving force transmission mechanism that transmits the driving force of the actuator through the oil-tight chamber,
In the leak line that guides the leaked fuel from the injector to the fuel tank, a leak line pressure setting valve that holds the leak fuel pressure at a predetermined set pressure is provided,
A safety valve mechanism that operates only when the leak fuel pressure in the leak line rises above a predetermined allowable pressure and opens the passage to the fuel tank is provided.
本発明の安全弁機構は、例えば、異物混入に起因するリークラインの異常燃料圧力の発生時に、これを速やかに開放する。この機構は、リークラインが許容圧の範囲にある時には作動しないので、リークライン圧力設定弁の作動に影響することがない。 The safety valve mechanism of the present invention quickly opens, for example, when an abnormal fuel pressure in a leak line due to foreign matter contamination occurs. Since this mechanism does not operate when the leak line is within the allowable pressure range, it does not affect the operation of the leak line pressure setting valve.
したがって、通常制御時には、リークライン圧力設定弁がリーク燃料圧を設定圧に維持するので、駆動力伝達機構の油密室に摺動クリアランス部等から作動油としての燃料を補充して、その機能を効果的に発揮可能とする。一方、異常発生時には、速やかに安全弁機構を作動させ、燃料タンクへ燃料を排出して、リークライン部材やインジェクタの構成部材が破損するのを防止する。よって、インジェクタからの高精度な燃料噴射性能と、安全性の向上とを両立させ、高性能かつ実用性の高い蓄圧式燃料噴射装置を実現できる。 Therefore, during normal control, the leak line pressure setting valve maintains the leak fuel pressure at the set pressure, so that the oil-tight chamber of the driving force transmission mechanism is replenished with fuel as hydraulic oil from the sliding clearance portion, etc. It can be effectively demonstrated. On the other hand, when an abnormality occurs, the safety valve mechanism is quickly activated to discharge the fuel to the fuel tank, thereby preventing the leak line member and the constituent members of the injector from being damaged. Therefore, it is possible to achieve a high-performance and highly practical pressure accumulation fuel injection device that achieves both high-precision fuel injection performance from the injector and improved safety.
請求項2の発明では、上記安全弁機構が、上記リークライン圧力設定弁と一体的に設けられる。そして、上記リークライン圧力設定弁は、上記リークラインの一部をなす通路を形成した弁ハウジング内に、該通路を開閉する弁体を収容してなり、該弁体が、上記インジェクタからのリーク燃料圧が上記設定圧以上となった時に開弁してリーク燃料を流出させるチェック弁としての機能と、上記インジェクタからのリーク燃料圧が上記許容圧を超えた時に、開口面積を急拡大させて上記通路を開放する安全弁としての機能を兼ね備えている。 According to a second aspect of the present invention, the safety valve mechanism is provided integrally with the leak line pressure setting valve. The leak line pressure setting valve includes a valve body that opens and closes the passage in a valve housing that forms a passage that forms a part of the leak line, and the valve body leaks from the injector. When the fuel pressure exceeds the set pressure, it functions as a check valve that opens the leaked fuel, and when the leaked fuel pressure from the injector exceeds the allowable pressure, the opening area is rapidly expanded. It also functions as a safety valve that opens the passage.
既存のリークライン圧力設定弁を改良し、弁体に、チェック弁としての機能と、安全弁としての機能を持たせることで、リークラインに新たな装置を追加することなく、安全性を高めることができる。また、弁体を共通に設けることで、既存の構成を大きく変更することなく、装置をコンパクトにでき、コストの増加を抑制することができる。 By improving the existing leak line pressure setting valve and providing the valve body with a check valve function and a safety valve function, safety can be improved without adding a new device to the leak line. it can. Moreover, by providing the valve body in common, the apparatus can be made compact without greatly changing the existing configuration, and an increase in cost can be suppressed.
請求項3の発明では、上記弁体が、上記設定圧から所定範囲の通常制御領域では、リーク燃料圧の増加とともに開口面積を増加させる第1絞りを形成し、上記通常制御領域の上限圧から上記許容圧までの脈動領域では、上記第1絞りの上限開口面積を保持する第2絞りを形成し、上記許容圧以上の異常時開放領域では、リーク燃料圧の増加により速やかに最大開口面積となる第3絞りを形成する構造を有している。 According to a third aspect of the present invention, the valve element forms a first throttle that increases the opening area with an increase in the leak fuel pressure in the normal control region within a predetermined range from the set pressure, and from the upper limit pressure of the normal control region. In the pulsation region up to the permissible pressure, a second throttling is formed to maintain the upper limit opening area of the first throttling, and in the abnormally open region above the permissible pressure, the maximum opening area is quickly increased due to an increase in leak fuel pressure. A third diaphragm is formed.
具体的には、チェック弁として機能する第1絞り、第2絞りでは、開弁直後は、リーク燃料圧に応じて開口面積を変化させ、通過流量を増減させて、速やかに設定圧に保持する。リーク燃料圧がやや高い領域では、比較的大きい一定の開口面積で、脈動等によるリークラインの圧力変動を良好に吸収する。安全弁として機能する第3絞りは、さらに、リーク燃料圧が上昇し、異常圧力と判断される領域において、瞬時に最大開口面積となることで、速やかに流路を開放して装置の破損を防止する。このように、リーク燃料圧に応じた第1絞り、第2絞り、第3絞りを形成することで、安全性を確保しながら、安定してリーク燃料圧を設定圧に保持することができる。 Specifically, in the first throttle and the second throttle that function as check valves, immediately after opening the valve, the opening area is changed according to the leak fuel pressure, the passing flow rate is increased or decreased, and the set pressure is quickly maintained. . In a region where the leak fuel pressure is slightly high, the pressure fluctuation of the leak line due to pulsation or the like is satisfactorily absorbed with a relatively large constant opening area. The third throttle, which functions as a safety valve, further increases the leak fuel pressure and instantly reaches the maximum opening area in the area where abnormal pressure is determined, thereby quickly opening the flow path and preventing damage to the device. To do. Thus, by forming the first throttle, the second throttle, and the third throttle according to the leak fuel pressure, the leak fuel pressure can be stably held at the set pressure while ensuring safety.
請求項4の発明では、上記弁体が、先端側へ向けて縮径する円錐状シート部と、該シート部の先端最小径部と同径でシート径より小径の円柱状先端部とを備え、上記弁体が離座すると、上記シート部の側面と上記シートとの間に上記第1絞りを形成し、次いで上記先端部の側面と上記シートとの間に上記第2絞りを形成した後、上記先端部の端面と上記シートとの間に上記第3絞りを形成する。 According to a fourth aspect of the present invention, the valve body includes a conical sheet portion whose diameter is reduced toward the tip end side, and a columnar tip portion having the same diameter as the tip minimum diameter portion of the sheet portion and smaller than the sheet diameter. After the valve body is separated, the first throttle is formed between the side surface of the seat portion and the seat, and then the second throttle is formed between the side surface of the tip portion and the seat. The third diaphragm is formed between the end face of the tip and the sheet.
より具体的には、弁体を、円柱状先端部と、これに続く円錐状シート部を有する形状とすると、開弁時に弁体がリフトするにつれて、開口面積が変化する第1絞り、一定開口面積の第2絞り、通路を開放する第3絞りが順に形成される。 More specifically, when the valve body has a cylindrical tip portion and a shape having a conical sheet portion that follows, the first throttle whose opening area changes as the valve body lifts at the time of valve opening, a constant opening A second diaphragm having an area and a third diaphragm for opening the passage are formed in this order.
請求項5の発明では、上記弁ハウジング内に、上記弁体を着座方向に付勢するスプリングを配設するとともに、上記弁体を最大開口面積となる位置で保持するストッパを形成した。
In the invention of
好適には、弁体のリフト位置を規制するストッパを設け、通路を開放する最大開口面積に維持することで、安全性と安定性を確保することができる。 Preferably, a stopper that regulates the lift position of the valve body is provided, and safety and stability can be secured by maintaining the maximum opening area that opens the passage.
請求項6の発明では、上記安全弁機構が、上記リークライン圧力設定弁より上記インジェクタ側の上記リークラインと上記燃料タンクとを連通させる分岐通路に配設され、リーク燃料圧が上記許容圧を超えた時に開弁して該分岐通路を開放する設定とした機械式安全弁である。 According to a sixth aspect of the present invention, the safety valve mechanism is disposed in a branch passage that communicates the leak line on the injector side with the fuel tank from the leak line pressure setting valve, and the leak fuel pressure exceeds the allowable pressure. It is a mechanical safety valve that is set to open when the valve is opened to open the branch passage.
安全弁機構を、リークライン圧力設定弁と別体に設けることもできる。例えば、許容圧を超えた時に、弁体が開弁するようにスプリング力を設定した機械式安全弁を、リークライン圧力設定弁と並列に設けることで、容易に安全性を向上させることができる。 The safety valve mechanism may be provided separately from the leak line pressure setting valve. For example, the safety can be easily improved by providing a mechanical safety valve in which the spring force is set so that the valve body is opened when the allowable pressure is exceeded in parallel with the leak line pressure setting valve.
請求項7の発明では、上記安全弁機構が、上記リークライン圧力設定弁より上記インジェクタ側の上記リークラインと上記燃料タンクとを連通させる分岐通路に配設され、圧力検出手段によって検出されるリーク燃料圧が上記許容圧を超えた時に開弁駆動されて上記分岐通路を開放する電気式安全弁である。 According to a seventh aspect of the present invention, the safety valve mechanism is disposed in a branch passage that communicates the leak line on the injector side with the fuel tank from the leak line pressure setting valve, and the leak fuel detected by the pressure detection means It is an electric safety valve that opens when the pressure exceeds the allowable pressure to open the branch passage.
安全弁機構を、リークライン圧力設定弁と別体に設けることもできる。例えば、リーク燃料圧を監視する圧力検出手段を設け、許容圧を超えた時に、速やかに弁体が開弁するように制御する電気式安全弁を、リークライン圧力設定弁と並列に設けることで、容易に安全性を向上させることができる。 The safety valve mechanism may be provided separately from the leak line pressure setting valve. For example, by providing a pressure detection means for monitoring the leak fuel pressure and providing an electric safety valve in parallel with the leak line pressure setting valve for controlling the valve body to open quickly when the allowable pressure is exceeded, Safety can be improved easily.
請求項8の発明では、上記駆動力伝達機構が、ピエゾアクチュエータの変位を一対のピストン間に形成した油密室の油圧を介して伝達する機構である。 In the invention of claim 8, the driving force transmission mechanism is a mechanism for transmitting the displacement of the piezo actuator via the oil pressure of an oil tight chamber formed between a pair of pistons.
具体的には、上記構成の駆動力伝達機構を採用することにより、ピエゾアクチュエータの変位を効果的に伝達することができ、しかも油密室への作動油の補充を良好に行って、高性能なインジェクタを実現できる。 Specifically, by adopting the driving force transmission mechanism configured as described above, the displacement of the piezo actuator can be transmitted effectively, and the oil-tight chamber can be replenished satisfactorily with high performance. An injector can be realized.
以下、図面を参照して本発明を詳述する。図1は、本発明の蓄圧式燃料噴射装置の全体構成図であり、ここでは4気筒のディーゼルエンジンへの適用例として説明する。本発明の蓄圧式燃料噴射装置は、図示しないエンジンの各気筒に共通に、蓄圧室としてのコモンレール1を備えている。コモンレール1には、エンジンの気筒毎に設けられる複数のピエゾインジェクタ2が接続され、コモンレール2から高圧ライン11を経て供給される高圧燃料を、対応する気筒に噴射する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an accumulator fuel injection device according to the present invention. Here, an example of application to a four-cylinder diesel engine will be described. The pressure accumulation fuel injection device of the present invention includes a common rail 1 as a pressure accumulation chamber in common to each cylinder of an engine (not shown). A plurality of
コモンレール1には、サプライポンプ3から高圧燃料が圧送され、燃料噴射圧に相当する所定圧で蓄圧される。サプライポンプ3は、公知の構造の可変吐出量高圧ポンプであり、燃料タンクTから燃料フィルタFを介して吸入される燃料を、内蔵するフィードポンプでフィード圧まで加圧した後、吸入調量弁によって所定量をプランジャ室に吸入し、さらに加圧して圧送通路31からコモンレール1に送出する。フィードポンプからのフィード圧の燃料は、エンジンの排気通路に設置される燃料添加弁32等へも供給される。
High pressure fuel is pumped from the
インジェクタ2およびサプライポンプ3の駆動は、制御部4を構成するECU41およびEDU42によって制御される。ECU41は、各種演算処理を行うCPU、ROM、RAM等の記憶装置、入出力回路等を備える周知構造の電子制御ユニットであり、コモンレール1の一端側に設けられて蓄圧された燃料圧力を検出するコモンレール圧センサ(Pcセンサ)13の検出信号の他、各種センサからアクセル開度や回転数といった検出信号が入力されるようになっている。ECU41は、これら検出信号を基に演算を行い、運転状態に応じた噴射量、噴射圧力が得られるように、EDU42を介してインジェクタ2およびサプライポンプ3に駆動信号を出力する。
Driving of the
コモンレール1の他端側には、減圧弁14が設けられる。減圧弁14は、燃料タンクTに燃料を回収するリークライン12に接続されており、ECU41からの制御信号によって開弁してコモンレール圧を低下させる。これにより、車両走行状態に応じた圧力へ素早く減圧制御するとともに、コモンレール1内の燃料圧力が過大となった時に開弁して、燃料をリークライン12に一気に放出するプレッシャリミッタを兼ねている。
A pressure reducing valve 14 is provided on the other end side of the common rail 1. The pressure reducing valve 14 is connected to a
図2は、本実施形態で用いるインジェクタ2の詳細構成例を示す図であり、ハウジングHに収容した駆動力伝達機構21によって、ハウジングHの下端部に配設した3方弁構造の制御弁22を開閉駆動し、ノズルボディBの上端部に設けた制御室23の圧力を増減する。ハウジングHとノズルボディBの間には、プレートP1、P2が配設され、これら部材内に軸方向に延びる高圧通路24が形成されて、外部の高圧ライン11から高圧燃料が供給されるようになっている。高圧通路24の先端は、ニードル26外周に設けた燃料溜まり27に連通している。また、ハウジングHには、高圧通路24と平行に、外部のリークライン12に連通する低圧通路25が設けられる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration example of the
駆動力伝達機構21は、ハウジングHの上部内に配置したピエゾアクチュエータ201を駆動源とし、その下方に当接して変位を伝達するフランジ部材202と、一対のピストンである大径ピストン203および小径ピストン204と、大小ピストン203、204間に形成される油密室としての変位拡大室205を備える。ピエゾアクチュエータ201は円板状の圧電素子を電極を挟んで積層してなり、構成部品である圧電素子および電極部材を保護するために、図示しない筐体に収納されている。
The driving
ピエゾアクチュエータ201は、充電により伸長し、放電すると収縮する。この変位の発生に伴ってフランジ部材202が大径ピストン203を押し下げると、作動油としての燃料が充填された変位拡大室205の圧力を上昇させ、小径ピストン204に変位を拡大伝達する。この時の変位拡大率は、大径ピストン203と小径ピストン204の受圧面積比に応じて決定される。
The
一対のピストン203、204の周囲には、低圧通路24に連通するスプリング室206が形成される。スプリング室206には、スプリング207が収容されて大径ピストン203をピエゾアクチュエータ201側に付勢し、一体に上下動可能とするとともに、ピエゾアクチュエータ201に所定の初期荷重を印加する。
A
駆動力伝達機構21は、小径ピストン204の先端側に、弁室211内に収容される半球状の制御弁22に当接する軸部材208を有している。小径ピストン204が軸部材208を介して制御弁22を押し下げると、制御弁22は、低圧通路25に連通する低圧シートから離座して、対向する高圧シートに着座する。
The driving
弁室211は、高圧シートを介して、プレートP2に形成した通路212から高圧燃料が供給されるとともに、プレートP1、P2に形成した連通路213によって、制御室23と常時連通している。そのため、制御室23の燃料が弁室211を経由して低圧通路25に流出し、ニードル弁26に背圧を与える制御室23の圧力が低下することにより、ニードル弁26が開弁して燃料噴射が開始される。燃料噴射の停止は、ピエゾアクチュエータ201を放電により収縮させ、各部材を初期位置に戻すことによりなされる。
The
ここで、ピエゾアクチュエータ201の変位を、駆動力伝達機構21により効果的に伝達するには、変位拡大室205の燃料がリーク等により減少した時に、燃料を補充するための機構が必要となる。図2の構成では、スプリング室206に収容される大径ピストン203外周の摺動クリアランス部を介して、内外の圧力差により変位拡大室205へ燃料が流入する。あるいは、大径ピストン203の内部に、スプリング室206と変位拡大室205を連通する通路を設け、変位拡大室205に逆止弁を介して燃料が供給されるようにしてもよい。
Here, in order to effectively transmit the displacement of the
いずれの場合も、スプリング室206に連通する低圧通路25の圧力を、変位拡大室205に対して十分高くする必要がある。そこで、本発明では、変位拡大室205への燃料補充をスムーズに行うために、図1に示すように、リークライン12のリーク燃料圧を所定の設定圧以上に保持し、かつ安全性を向上させたインジェクタリターンシステムを備えている。
In either case, the pressure in the low-
図1は、インジェクタリターンシステムの基本構成を示すもので、リークライン12は、各気筒に対応するインジェクタ2にそれぞれ接続される分岐路を有し、インジェクタ2内の低圧通路24からリーク燃料を燃料タンクTへ戻すようになっている。リークライン12の途中には、リーク燃料圧を設定するリークライン圧力設定弁5が設けられるとともに、本発明の特徴である安全弁機構6が併設される。リークライン12は樹脂またはゴムホース、あるいは金属製の配管にて構成される。
FIG. 1 shows a basic configuration of an injector return system. A
リークライン圧力設定弁5は、リークライン12の一部をなす通路と、該通路を開閉する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢するスプリングからなり、インジェクタ2から燃料タンクT方向への燃料移動のみを許容するチェック弁構造を有している。弁体の背圧、すなわちリーク燃料圧がスプリングで調整される所定圧を超えると、スプリング力に抗して弁体が開弁し、リーク燃料を流出させて、設定圧に保持する。また、安全弁機構6は、リークライン12と燃料タンクTとを直接接続し、リークライン圧力設定弁5を経由せずにリークライン12を開放することが可能な構成となっている。安全弁機構6は、リーク燃料圧が所定の許容圧を超えた時にのみ開弁して、リークライン12を開放し、燃料を速やかに燃料タンクTに戻す。
The leak line
なお、インジェクタリターンシステムには、リークライン12の圧力が低下している時に、圧力を上昇させる手段として、サプライポンプ3に内蔵したフィードポンプからのリーク燃料通路33を、逆止弁34を介して、リークライン圧力設定弁5よりインジェクタ2側のリークライン12に接続する。例えば始動時にリークライン12の圧力が低いとインジェクタ2の駆動ができなくなるおそれがあるが、フィード圧の燃料を、リークライン圧力設定弁5の上流に供給することで、リーク圧を高め、また逆止弁34により逆流を防止して、安定してリーク圧を設定圧に維持できる。
In the injector return system, a
図1では、インジェクタリターンシステムの基本構成を説明するために、リークライン圧力設定弁5と安全弁機構6を別体にて記載しているが、具体的には、両者を一体的に設けることができる。また、別体とした場合、安全弁機構6は、リークライン圧力設定弁5のように所定の許容圧を超えると開弁するように設定された機械式の安全弁、あるいは電磁駆動部等を備える電気式の安全弁とすることができる。これら詳細構成について、以下に、第1実施形態ないし第3実施形態として説明する。
In FIG. 1, in order to explain the basic configuration of the injector return system, the leak line
(第1実施形態)
図3(a)に、本発明の第1実施形態におけるインジェクタリターンシステムの主要部を示す。本実施形態では、図1のリークライン圧力設定弁5と安全弁機構6を一体的に設けた、安全弁機構内蔵型のリークライン圧力設定弁7を、インジェクタ2から燃料タンクTに至るリークライン12に設置する。
(First embodiment)
FIG. 3A shows a main part of the injector return system according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, a leak line
図中に拡大断面図として示すように、リークライン圧力設定弁7は、弁ハウジング71に設けた弁室73内に、弁体72を収容してなる。弁室73は、底面中央にインジェクタ2側のリークライン12に接続するリーク燃料通路74が開口し、開口部周りに円錐テーパ面状のシート75が形成されて、弁体72が着座するようになっている。弁室73の側面には、燃料タンクT側のリークライン12に接続するリーク燃料通路76が開口している。リーク燃料通路74から弁室73を経てリーク燃料通路76へ至る流路は、リークライン12の一部となる。
As shown in the enlarged sectional view in the drawing, the leak line
弁体72は、略円柱状の本体部に続く下端部が、先端側へ向けて縮径する円錐状シート部721となり、これに続く円柱状先端部722が、リーク燃料通路74内に位置している。弁体72の本体部上面に開口する凹部723には、スプリング77が収容されて、弁体72を着座方向に付勢している。スプリング77の上端は、弁体72上方に突出し、弁室73の頂面中央に設けた凹部731内に保持される。凹部731周囲の環状部は、弁体72のリフト量を規制するストッパ78となる。
In the
リークライン圧力設定弁7は、スプリング77の付勢力を調整することで、弁体72の開弁圧を調整し、インジェクタ2側のリークライン12の圧力を所定の設定圧に保持する。この圧力は条件により異なるが、例えば、200kPaの所定圧とすることで、油密室205への燃料補充が可能である。また、リークライン12が異常圧力となった場合には、安全弁としても機能し、所定の許容圧を超えると全開して、リーク燃料通路74を開放する。さらに、弁体72は、円錐状シート部721によって開弁時の開口面積を可変とし、また円柱状先端部722を有するので、脈動を吸収する機能を持たせて、リークライン圧力を安定して設定圧に制御することができる。これら開弁時の挙動を、図3(b)〜図5を用いて説明する。
The leak line
図3(b)の左図は、図3(a)の閉弁状態から、予め設定した開弁圧(例えば、1.1MPa)を超え、弁体72の円錐状シート部721がシート75を離座した直後の開弁状態を示し、円錐状シート部721とシート75との間に、第1絞りが形成される。図4、5に示すように、この第1絞り領域は、弁リフト量が増加するに従い、リーク燃料が通過する第1絞りの開口面積が徐々に増加する通常制御領域である。すなわち、リーク燃料通路74に流入するリーク燃料圧に応じて開口面積が変化し、圧力が高くなるほど開口面積が大きくなるので、余剰の燃料を速やかに流出させてリークライン12の圧力を設定圧まで低下させることができる。
3 (b) shows a state where the valve opening pressure (for example, 1.1 MPa) exceeds a preset valve opening state from the closed state of FIG. 3 (a), and the
図3(b)の中央2図は、弁体72の円柱状先端部722が、シート75と同一面内に位置する状態を示し、円柱状先端部722とシート75との間に、第2絞りが形成される。図4、5に示すように、この第2絞り領域は、円錐状シート部721の最下端、すなわち円柱状先端部722の上端が、シート75と同一面内となる弁リフト量から、円柱状先端部722の下端が、シート75と同一面内となる弁リフト量まで、リーク燃料が通過する第2絞りの開口面積が変化せず、比較的大きな一定開口面積を維持する脈動吸収領域である。
3B shows a state in which the
このため、リーク燃料通路74に流入するリークライン12の圧力が、脈動等により一時的に上昇しても、リーク燃料通路74が直ちに全開せず、第1絞りの最大開口面積に相当する一定開口面積で燃料を流出させる。よって、リーク燃料圧を急減させることなく、速やかに設定圧まで低下させることができ、リーク燃料圧の変動を抑制して、安定して設定圧に制御することができる。
For this reason, even if the pressure of the
図3(b)の右図は、弁体72の円柱状先端部722が、シート75より上方に位置する状態を示し、円柱状先端部722とシート75との間に、第3絞りが形成される。図4、5に示すように、この第3絞り領域は、リーク燃料通路74に流入するリーク燃料圧が、予め設定した許容圧(例えば、1.4MPa)を超えた時に開弁し、圧力増加に伴って第3絞りの開口面積を急拡大させて、リーク燃料通路74を開放する異常時開放領域である。
The right view of FIG. 3B shows a state in which the
すなわち、何らかの異常が発生して、リーク燃料通路74に流入するリーク燃料圧が急上昇しても、弁体72が直ちにリフトして全開となり、ストッパ78に当接する最大開口面積となる。この安全弁としての機能により、インジェクタ2内部の燃料圧力が増加して、リークライン12の構成部材やピエゾアクチュエータ201を保護する筺体を破損するのを防止する。
That is, even if some abnormality occurs and the leak fuel pressure flowing into the
以上により、本実施形態の安全弁機構内蔵型のリークライン圧力設定弁7によれば、簡易な構造で、リークライン12の燃料圧を設定圧に保持し、かつ異常時には速やかにリークライン12を開放して、高性能で安全性に優れた蓄圧式燃料噴射装置を実現できる。
As described above, according to the leak line
(第2実施形態)
図6は、安全弁機構を内蔵しないリークライン圧力設定弁5の例であり、これを用いたインジェクタリターンシステムの構成例を、図7に、本発明の第2実施形態として示す。リークライン12には、リークライン圧力設定弁5の上流側に、別体で、安全弁機構6としての機械式安全弁61が設けられる。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is an example of the leak line
リークライン圧力設定弁5は、図6に示すように、弁ハウジング51に設けた弁室53内に、鋼球状の弁体52を収容してなる。弁室53は、底面中央にインジェクタ2側のリークライン12に接続するリーク燃料通路54が開口し、開口部周りに円錐テーパ面状のシート55が形成されて、弁体52が着座するようになっている。弁室53の側面には、燃料タンクT側のリークライン12に接続するリーク燃料通路56が開口している。リーク燃料通路54から弁室53を経てリーク燃料通路56へ至る流路は、リークライン12の一部となる。
As shown in FIG. 6, the leak line
弁体52は、その上方に配設したスプリング57の付勢力によって、着座方向に付勢され、リーク燃料通路54を閉鎖している。スプリング57は、上端が弁室53の頂面に設けた凹部に支持され、凹部中央から弁体52方向に突出するロッド状のストッパ58周りに配設されて姿勢が保持される。そして、所定の開弁圧(例えば、1.1MPa)となるように、スプリング57を調整することで、インジェクタ2側のリーク燃料圧を設定圧に保持する。
The
このように構成すると、鋼球状の弁体52を円錐テーパ面状のシート55に押し当てることで、精度の良いシール面を低コストでできる。弁体52は、受圧面に受ける燃料圧がスプリング57荷重を上回った時に開弁して、リーク燃料通路54、56を連通させ、余剰の燃料を燃料タンクT側へ排出する。この時、ストッパ58によりスプリング57の位置ずれを抑制し、弁体52のリフト量を規制して、安定した作動が得られる。
If comprised in this way, an accurate sealing surface can be made at low cost by pressing the steel
機械式安全弁61は、リークライン圧力設定弁5よりインジェクタ2側のリークライン12から分岐する分岐通路15にて、燃料タンクTに直接接続される。機械式安全弁8の構造は、図6のリークライン圧力設定弁5と同様のチェック弁構造とすることができ、分岐通路15の一部となす通路と、該通路を開閉する弁体と、弁体を閉弁方向に付勢するスプリングを有し、インジェクタ2から燃料タンクT方向への燃料移動のみを許容する。そして、流入するリーク燃料圧が所定の許容圧(例えば、1.4MPa)を超えた時に開弁して、分岐通路15を開放するように、スプリング力を調整することで、リークライン圧力設定弁5を経由せずに、リーク燃料を速やかに排出して、安全性を向上させる。
The
機械式安全弁61を安定して適正に作動させるために、上述の特許文献1に記載されるように、鋼球状の弁体を弁部材端面に収容して一体に摺動する構成としたり、弁部材が常時燃料に浸漬する状態として固着を防止する構成としたりすることもできる。
In order to operate the
本実施形態によれば、簡易な構成のリークライン圧力設定弁5で、リーク燃料圧を所定の設定圧に維持し、かつ機械式安全弁8で異常圧力時の破損を防止して、高性能かつ安全性の高い蓄圧式燃料噴射装置を実現することができる。
According to the present embodiment, the leak line
(第3実施形態)
図8は、本発明の第3実施形態におけるインジェクタリターンシステムの構成例で、リークライン圧力設定弁5と、安全弁機構6としての電気式安全弁62を別体に設けたものである。リークライン圧力設定弁5は、上記第2実施形態と同様の構成であり、説明を省略する。電気式安全弁62は、リークライン圧力設定弁5よりインジェクタ2側のリークライン12に設けられ、分岐通路15にて燃料タンクTへ直接接続される点は、機械式安全弁61と同様であり、任意のタイミングリーク燃料を排出することができる点が異なっている。以下、相違点を中心に説明する。
(Third embodiment)
FIG. 8 shows a configuration example of the injector return system according to the third embodiment of the present invention, in which the leak line
図9(a)に、電気式安全弁62の具体的構成例を示す。図中、電気式安全弁62は、ソレノイドハウジング601内に収容したソレノイドコア602に巻回したコイル603と、コイル603に通電することにより吸引駆動されるアーマチャ604と、アーマチャ604と一体に設けたバルブニードル605を有している。バルブニードル605は、バルブボデー606に設けたシリンダ内を摺動可能に設けられ、付勢スプリング608によって下方に押圧されている。付勢スプリング608は、ソレノイドハウジング601中心部の空間内に収容され、下端がアーマチャ604の上面に設けた凸状のガイドスプリング607周りに嵌着されて、姿勢を保持している。
FIG. 9A shows a specific configuration example of the
図8に示すように、本実施形態では、リークライン12に圧力センサ16を設けており、その検出結果に基づいてECU41が、電気式安全弁62の駆動を制御する。図9(a)において、非通電の図示の状態で、バルブニードル605は、バルブボデー606内に設けた凸部頂面のバルブシート609に着座して、バルブボデー606の底面に開口するインレット610を閉鎖している。バルブシート609周囲の環状空間は、バルブボデー606の側面に開口するアウトレット611に常時連通している。インレット610と、バルブシート609周囲の環状空間、アウトレット611は、リークライン12からの分岐通路15の一部をなし、電気式安全弁62が開弁すると、分岐通路15が開放されてリーク燃料が燃料タンクTへ流出する。
As shown in FIG. 8, in this embodiment, the
アーマチャ604の上面には、ガイドスプリング607周りに設けた段部にてストッパ614が形成され、アーマチャ604が吸引駆動された開弁時の上端位置を規制するようになっている。また、アウトレット611には、アーマチャ604が収容されるアーマチャ室からのリーク回収通路613が接続され、駆動時にバルブニードル605摺動部からアーマチャ室へリークする燃料を回収する。リーク回収通路613は、バルブシート609周囲の環状空間にも連通しているため、バルブシート609に至るインレット610開口部に、フィルタ612が介設される。 A stopper 614 is formed on the upper surface of the armature 604 at a step portion provided around the guide spring 607 so as to regulate the upper end position when the armature 604 is driven to be sucked. The outlet 611 is connected to a leak recovery passage 613 from an armature chamber in which the armature 604 is accommodated, and recovers fuel leaking from the sliding portion of the valve needle 605 to the armature chamber when driven. Since the leak recovery passage 613 communicates with the annular space around the valve seat 609, a filter 612 is interposed at the inlet 610 opening that reaches the valve seat 609.
図10にECU41による制御フローチャートを示す。また、図9(b)に、異常高圧時の制御と各部の挙動を示す。図10において、ステップ101で圧力センサ16の圧力を読み込み、ステップ102で、異常圧かどうか、すなわち所定の許容圧(例えば、1.4MPa)を超えているかどうかを判定する。異常圧である場合には、ステップ103へ進んで安全弁駆動信号をオンとし、ステップ104で電気式安全弁62を開弁した後、ステップ101へ戻る。
FIG. 10 shows a control flowchart by the
図9(b)に示すように、ECU41が、電気式安全弁62の駆動信号をオフからオンに切り替え、コイル603にソレノイド駆動電流を印加すると、ソレノイドコア602が励磁され、付勢スプリング608の付勢力に打ち勝ってアーマチャ604を吸引駆動する。これに伴いアーマチャ604と一体のバルブニードル605が上方に移動してバルブシート609を開き、せき止められていたリーク燃料がアウトレット611から燃料タンクTへ流出する。これによりインレット610近傍の圧力が急速に低下する。なお、ソレノイド駆動電流は、開弁後、アーマチャ604を開弁位置に吸引保持できる電流値まで低減される。
As shown in FIG. 9B, when the
図10において、ステップ101以降を繰り返し、ステップ102が否定判定されて、異常圧でなくなったら、ステップ105へ進んで安全弁駆動信号をオフとし、ステップ106で電気式安全弁62を閉弁する。続くステップ107で、イグニッションスイッチがオンかどうかを判定し、オンであればステップ101へ戻る。オンでなければ、終了する。
In FIG. 10,
図9(b)に示すように、バルブニードル605の開弁により、インレット610近傍の圧力は、所定の設定圧まで速やかに低下する。ここで、駆動信号を再びオフに切り替え、ソレノイド駆動電流の印加を停止すると、付勢スプリング608の付勢力によって、アーマチャ604と一体のバルブニードル605が下降し、バルブシート609に着座して閉弁する。 As shown in FIG. 9B, when the valve needle 605 is opened, the pressure in the vicinity of the inlet 610 quickly decreases to a predetermined set pressure. Here, when the drive signal is switched off again and application of the solenoid drive current is stopped, the valve needle 605 integrated with the armature 604 is lowered by the biasing force of the biasing spring 608 and is seated on the valve seat 609 to be closed. To do.
図10にECU41による制御フローチャートを示す。図10において、ステップ101で圧力センサ16の圧力を読み込み、ステップ102で、異常圧かどうか、すなわち所定の許容圧(例えば、1.4MPa)を超えているかどうかを判定する。異常圧である場合には、ステップ103へ進んで安全弁駆動信号をオンとし、ステップ104で電気式安全弁62を開弁した後、ステップ101へ戻る。
FIG. 10 shows a control flowchart by the
本実施形態によれば、簡易な構成のリークライン圧力設定弁5で、リーク燃料圧を所定の設定圧に維持し、しかも異常圧力時には、圧力センサ16と電気式安全弁62により、任意のタイミングで瞬時かつ確実にリークライン12を開放して、構成部材の破損を防止できるので、高性能で安全性の高い蓄圧式燃料噴射装置を実現することができる。
According to the present embodiment, the leak fuel pressure is maintained at a predetermined set pressure with the leak line
1 コモンレール
11 高圧ライン
12 リークライン
13 コモンレール圧センサ
14 減圧弁
2 ピエゾインジェクタ
21 駆動力伝達機構
201 ピエゾアクチュエータ(アクチュエータ)
203 大径ピストン
204 小径ピストン
205 油密室
22 制御弁
23 制御室
24 高圧通路
25 低圧通路
26 ニードル弁
3 サプライポンプ
4 制御部
41 ECU
42 EDU
5 リークライン圧力設定弁
6 安全弁機構
61 機械式安全弁
62 電気式安全弁
7 安全弁機構内蔵型リークライン圧力設定弁
71 弁ハウジング
72 弁体
73 弁室
77 スプリング
78 ストッパ
T 燃料タンク
F フィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
203 Large-
42 EDU
5 Leak line
Claims (8)
各気筒に対応して設けたインジェクタが、油密室を介してアクチュエータの駆動力を伝達する駆動力伝達機構を備えており、
上記インジェクタからのリーク燃料を燃料タンクへ導くリークラインに、リーク燃料圧を所定の設定圧に保持するリークライン圧力設定弁を設けるとともに、
上記リークラインのリーク燃料圧が所定の許容圧を超えて上昇した時にのみ作動して、上記燃料タンクへの通路を開放する安全弁機構を設けたことを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。 An accumulator fuel injection device that injects high-pressure fuel supplied from an accumulator into a cylinder of an internal combustion engine,
The injector provided for each cylinder has a driving force transmission mechanism that transmits the driving force of the actuator through the oil-tight chamber,
In the leak line that guides the leaked fuel from the injector to the fuel tank, a leak line pressure setting valve that holds the leak fuel pressure at a predetermined set pressure is provided,
An accumulator fuel injection device comprising a safety valve mechanism that operates only when a leak fuel pressure in the leak line rises above a predetermined allowable pressure and opens a passage to the fuel tank.
上記リークライン圧力設定弁は、上記リークラインの一部をなすリーク燃料通路を形成した弁ハウジング内に、該リーク燃料通路を開閉する弁体を収容してなり、該弁体が、上記インジェクタからのリーク燃料圧が上記設定圧以上となった時に開弁してリーク燃料を流出させるチェック弁としての機能と、上記インジェクタからのリーク燃料圧が上記許容圧を超えた時に、開口面積を急拡大させて上記通路を開放する安全弁としての機能を兼ね備えている請求項1記載の蓄圧式燃料噴射装置。 The safety valve mechanism is provided integrally with the leak line pressure setting valve,
The leak line pressure setting valve accommodates a valve body that opens and closes the leak fuel passage in a valve housing that forms a leak fuel passage that forms part of the leak line, and the valve body is connected to the injector from the injector. A function as a check valve that opens when the leak fuel pressure exceeds the set pressure and causes the leak fuel to flow out, and when the leak fuel pressure from the injector exceeds the allowable pressure, the opening area is rapidly expanded The pressure-accumulation fuel injection device according to claim 1, which also has a function as a safety valve for opening the passage.
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