JP2010223143A - Fuel injection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。 The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine.
燃焼室内に燃料を噴射するためのインジェクタと、当該インジェクタを制御する制御手段とを備えた燃料噴射装置が知られている。インジェクタの内部には、インジェクタの開弁及び閉弁を行うためのニードルが備えられている。 2. Description of the Related Art There is known a fuel injection device that includes an injector for injecting fuel into a combustion chamber and a control unit that controls the injector. Inside the injector, a needle for opening and closing the injector is provided.
また、インジェクタの内部に磁石を含む吸着部材を配置し、燃料中に混入した異物(金属粉)を磁力により吸着除去する技術が知られている(特許文献1)。 Further, a technique is known in which an adsorption member including a magnet is disposed inside an injector, and foreign matter (metal powder) mixed in the fuel is adsorbed and removed by magnetic force (Patent Document 1).
燃料中に異物が混入すると、ニードルの先端部とニードルが着座するニードルボディとの間に、異物が挟まってしまう場合がある。その結果、ニードルが正しく着座できず、燃料漏れが発生してしまう場合がある。磁力により金属粉を除去する上記の技術では、一度補足された金属粉が燃料流れにより脱離し、ニードルとニードルボディとの間に挟まってしまう場合があり、燃料漏れを防ぐには不十分であった。 When foreign matter is mixed in the fuel, the foreign matter may be caught between the tip of the needle and the needle body on which the needle is seated. As a result, the needle may not be seated correctly and fuel leakage may occur. In the above technique of removing the metal powder by magnetic force, the metal powder once captured may be detached by the fuel flow and may be caught between the needle and the needle body, which is insufficient to prevent fuel leakage. It was.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、特にニードル先端部とニードルボディとの間に挟まった異物を効果的に除去し、インジェクタからの燃料漏れを抑制することのできる燃料噴射装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in particular, a fuel injection device capable of effectively removing foreign matter sandwiched between the needle tip and the needle body and suppressing fuel leakage from the injector. The purpose is to provide.
本燃料噴射装置は、閉弁速度が変更可能なニードルを備えたインジェクタと、前記インジェクタの燃料噴射孔からの燃料漏れを検出する検出手段と、前記検出手段が燃料漏れを検出した場合に、前記ニードルの閉弁速度を増加させる制御手段と、を有する。この構成によれば、燃料漏れを検出した場合に閉弁時におけるニードル速度を上げることで、速度を増したニードルが着座の際に異物を粉砕し、破砕された異物を燃料流れにより効果的に除去することができる。その結果、ニードル先端部とニードルボディとの間に異物が挟まることに起因する燃料漏れを効果的に抑制することができる。 The fuel injection device includes: an injector provided with a needle that can change a valve closing speed; a detection unit that detects a fuel leak from a fuel injection hole of the injector; and when the detection unit detects a fuel leak, Control means for increasing the valve closing speed of the needle. According to this configuration, when a fuel leak is detected, the needle speed at the time of closing the valve is increased, so that the needle with the increased speed pulverizes the foreign matter when seated, and the crushed foreign matter is effectively removed by the fuel flow. Can be removed. As a result, it is possible to effectively suppress fuel leakage caused by foreign matter caught between the needle tip and the needle body.
上記構成において、前記検出手段は、燃焼室に設けられた燃焼圧センサの出力変化に基づき、燃料漏れを検出する構成とすることができる。この構成によれば、燃焼圧センサを用いることにより、燃料漏れを早期に検出することができるため、異物の除去を速やかに行うことができる。 The said structure WHEREIN: The said detection means can be set as the structure which detects a fuel leak based on the output change of the combustion pressure sensor provided in the combustion chamber. According to this configuration, by using the combustion pressure sensor, fuel leakage can be detected at an early stage, so that foreign matter can be removed quickly.
上記構成において、付与された電荷量に応じて伸縮を行うピエゾ素子と、前記ピエゾ素子への電荷の付与及び前記ピエゾ素子からの電荷の除去を行う充放電手段と、前記ピエゾ素子の伸縮をニードルに伝達することにより、前記ニードルの開弁及び閉弁を実現する伝達手段と、を有し、前記制御手段は、前記ピエゾ素子の充電速度及び放電速度の少なくとも一方を増加させることにより、前記ニードルの閉弁速度を増加させる構成とすることができる。この構成によれば、ピエゾ素子の充電速度または放電速度を制御することにより、ニードル速度の変更を容易に行うことができる。 In the above configuration, a piezo element that expands and contracts according to the amount of applied charge, charge / discharge means that applies charge to the piezo element and removes charge from the piezo element, and expands and contracts the piezo element. Transmitting means for realizing opening and closing of the needle by transmitting to the needle, and the control means increases at least one of a charging speed and a discharging speed of the piezo element to increase the needle. The valve closing speed can be increased. According to this configuration, the needle speed can be easily changed by controlling the charging speed or discharging speed of the piezo element.
上記構成において、前記制御手段は、燃料漏れが検出された後、予め定められた燃料噴射回数だけ、前記ニードルの閉弁速度を増加させて閉弁を行う構成とすることができる。この構成によれば、ニードル速度を上げる回数を制限することにより、ニードルが着座する際のニードルボディへのダメージを抑制することができる。 In the above configuration, after the fuel leakage is detected, the control unit can increase the valve closing speed of the needle by a predetermined number of fuel injections to perform valve closing. According to this configuration, by limiting the number of times of increasing the needle speed, damage to the needle body when the needle is seated can be suppressed.
本発明によれば、ニードル先端部とニードルボディとの間に挟まった異物を効果的に除去し、インジェクタからの燃料漏れを抑制することができる。 According to the present invention, foreign matter sandwiched between the needle tip and the needle body can be effectively removed, and fuel leakage from the injector can be suppressed.
以下、図面を用い本発明に係る実施例について説明する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、実施例1に係る燃料噴射装置100の構成を示した図である。燃料タンク10には、内燃機関で使用される燃料(例えば、軽油等)が蓄えられている。高圧ポンプ12は、燃料タンク10から燃料を汲み上げ、高圧状態にしてコモンレール14へと供給する。コモンレール14は、高圧ポンプ12から供給される燃料を高圧状態で蓄え、高圧燃料通路16を介してピエゾインジェクタ18に供給する。コモンレール14に蓄えられた燃料の一部は、リターン通路19を介して燃料タンク10へと戻される。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a
ピエゾインジェクタ18は、ECU20(Engine Control Unit)からEDU21(Electronic Driving Unit)を介して出力される駆動信号に基づき、燃焼室22へ燃料噴射を行う。燃焼室22内の燃焼圧は、燃焼圧センサであるCPSセンサ24(CPS:Conbustion Pressure Sensor)により測定され、ECU20へと出力される。噴射に使用されされなかった燃料は、ピエゾインジェクタ18に接続されたリターン通路19により、燃料タンク10へと戻される。
The
ECU20は、マイクロコンピュータやメモリ等を備えて構成される。本実施例において、ECU20はインジェクタの燃料噴射孔からの燃料漏れを検出する検出手段、及び燃料漏れを検出した場合にニードル34の閉弁速度を増加させる制御手段として機能する。
The ECU 20 includes a microcomputer and a memory. In this embodiment, the
図2は、図1のピエゾインジェクタ18の断面模式図である。ピエゾインジェクタ18は、ピエゾ素子としてのピエゾスタック30、ピストン32、及びニードル34を備える。また、ピエゾインジェクタ18には、燃料通路として高圧燃料通路36、リターン通路38、及び油密室40が設けられている。ニードル34の先端部には燃料室42が、基端部には背圧室44が設けられ、それぞれ高圧燃料通路36から燃料が供給されている。また、ニードル34の中央部34aの水平断面は他の部分より直径が大きく、ニードル34の中央部34aを挟んだ先端側は油密室40と、基端側はリターン通路38とそれぞれ繋がっている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the
EDU21は、ECU20及びピエゾスタック30の間に接続されており、ピエゾスタック30への電荷の付与及びピエゾスタック30からの電荷の除去を行う充放電手段として機能する。ピエゾスタック30は、蓄えられた電荷量が増加すると伸張し、減少すると収縮する。ピエゾスタック30の伸縮は、伝達手段として機能するピストン32及び油密室40内の燃料により、ニードルの中央部34aへと伝えられる。
The EDU 21 is connected between the
図2をもとに、ピエゾインジェクタ18の動作について説明する。噴射停止状態においては、ニードル34の基端部に作用するレール圧による押下げ力及びスプリング力が、ニードルの先端部に作用する圧力による押上げ力より大きく、高圧燃料はニードル34の先端部でシールされている。ECU20の指令により、EDU21からピエゾスタック30に電荷が付与されると、ピエゾ素子が膨張し、ピストン32が押下げられる。ピストン32が押下げられると、慣性により作動の遅れたチェックボール52がリターン通路38と油密室40との間の通路53を塞ぎ、油密室40は閉空間となる。
The operation of the
ピエゾスタック30が更に伸張すると、油密室40内の燃料は圧縮され、圧力の上昇した燃料がニードル34を先端側から基端側に持ち上げようとする。油密室40の圧力が一定以上になると、ニードル34の基端部に作用する押下げ力(背圧室44のレール圧による押下げ力+スプリング力)より、ニードルの中央部及び先端部に作用する押上げ力(燃料室42のレール圧による押上げ力+油密室40のレール圧による押上げ力)が大きくなり、噴射孔54が開く。噴射孔54が開いた後も、ピエゾスタック30が伸張を続ける間は油密室の圧力が上昇するため、ニードル34の開弁速度が増大する。
When the
なお、油密室40の圧力が上昇する速度は、ピエゾスタック30に対し電荷を付与する速度により決定される。従って、本実施例の燃料噴射装置100では、ピエゾスタック30に対する電荷の付与速度を変更することにより、ニードルの開弁速度を変更させることができる。
The speed at which the pressure in the oil-
ノズルの閉弁は、ピエゾスタック30からの電荷の除去により行われる。電荷が除去されることでピエゾスタック30は収縮し、ピストン32が押し上げられて油密室40の容積が増大する。これにより、油密室40の圧力が低下し、ニードル34を押し上げる力も低下するため、ニードル34を押下げる力が相対的に大きくなりニードル34はニードルボディ50に押し付けられる。これにより、燃料の噴射が終了する。ここでも、ニードル34の上昇時と同様に、ピエゾスタック30からの電荷の除去割合を変更することにより、ニードル34の閉弁速度を変更することができる。
The nozzle is closed by removing the electric charge from the
上述したインジェクタ18では、ニードル34の上昇時に噴射孔54から高圧燃料が噴射される。ここで、燃料中に金属粉等の異物が混入していると、ニードル34の先端部とニードルボディ50との間に異物が挟まってしまう場合がある。その結果、ニードル34がニードルボディ50に適切に着座せず、高圧燃料のシールが不十分となり、燃料漏れが発生してしまう場合がある。
In the
本実施例の燃料噴射装置は、このような課題を解決し、ニードル34の先端部とニードルボディ50との間に挟まった異物を効果的に除去し、インジェクタ18からの燃料漏れを抑制することを目的とするものである。
The fuel injection device according to the present embodiment solves such a problem, effectively removes the foreign matter sandwiched between the tip of the
図3は、燃料噴射装置100の異物除去時における動作を示したフローチャートである。最初に、ECU20が、インジェクタ18の噴射孔54からの燃料漏れを検出する(ステップS10)。本実施例では、燃焼室22内に設けられたCPSセンサ24からの出力信号に基づいて、ECU20が燃料漏れの有無を判定する。具体的には、燃料漏れが発生すると、燃焼室22において異常な燃焼圧力の上昇が発生する。従って、CPSセンサ24により燃焼室22内の圧力を測定し、センサ出力が所定の閾値(例えば、通常の燃焼時における最大圧力)を超えた場合に燃料漏れと判定することにより、燃料漏れの検出を行うことができる。
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the
燃料漏れが検出された場合、ECU20は、インジェクタ18の閉弁時におけるニードル34の閉弁速度を増加させる制御を行う(ステップS12)。これにより、ニードル34は通常時よりも速度が増した状態でニードルボディ50に着座し、異物が付着している場合には、衝撃によりそれを破砕する。破砕された異物は、燃料噴射時の燃料流れに伴い外部に排出されるため、燃料漏れは解消する。その後は、再びCPSセンサ24による燃料漏れの検出(ステップS10)を行い、燃料漏れが解消されるまで、通常時より速いニードル速度でピエゾインジェクタ18の閉弁動作を行う。
When fuel leakage is detected, the
図4は、本実施例に係るピエゾインジェクタ18の制御回路である。ピエゾインジェクタ18には、コンデンサ60と抵抗62とが並列に接続されている。抵抗62は、ピエゾインジェクタ18に蓄積された電荷を消費するためのもので、代わりにコンデンサを用いることもできる。また、コンデンサ60とピエゾインジェクタ18との間にはスイッチSW1が、抵抗62とピエゾインジェクタ18との間にはスイッチSW2がそれぞれ直列に接続されており、ECU20からの指令により開閉する。コンデンサ60には、ピエゾインジェクタ18に付加するための電荷が蓄えられており、EDU21内の昇圧機構(図示せず)により予め所定の電圧に昇圧されている。なお、図視するように、コンデンサ60、抵抗62、並びに2つのスイッチSW1及びSW2は、EDU21の一部である。コンデンサ60及びスイッチSW1はピエゾイジェクタ18に対する充電手段として、抵抗62及びスイッチSW2は放電手段としてそれぞれ機能する。
FIG. 4 is a control circuit of the
図5は、燃料噴射時における図4の制御回路の動作を示すタイミングチャートである。通常時におけるチャートを実線で、図3のステップS12におけるニードル速度増加時(以下、高速閉弁時)におけるチャートを破線で示す。最初に、ECU20からの通電指令がONになると、電荷が蓄積されたコンデンサ60側のスイッチSW1が接続され、スイッチSW2は開放状態となる。これにより、コンデンサ60からピエゾインジェクタ18へと電流が流れ、ピエゾインジェクタ18の電圧は上昇する。スイッチSW1が接続されたままだと電流値が過剰となるため、スイッチSW1はT1on時間後にT1off時間だけ切断される。以後、ピエゾインジェクタ18の電圧が所定値(予め設定された最大電圧)に達するまで、スイッチSW1はT1on時間の接続とT1off時間の切断を繰り返す。ピエゾインジェクタ18の電圧増加に伴いニードル34は上昇し、上昇速度も増大し続ける。
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the control circuit of FIG. 4 during fuel injection. The chart at the normal time is indicated by a solid line, and the chart at the time when the needle speed is increased in Step S12 in FIG. First, when the energization command from the
ピエゾイジェクタ18の電圧が所定値に達すると、スイッチSW1は開放状態に維持され、ピエゾインジェクタ18の電圧は一定値に保たれる。ピエゾインジェクタ18への充電が停止してからしばらくの間は、油密室40の圧力が背圧よりも高い状態が続くため、ニードル34は上昇を続ける。油密室40の圧力が背圧と同等になった時点で、ニードル速度は0となり、ニードル34の上昇が停止する。
When the voltage of the
ECU20からの通電指令がOFFになると、抵抗62側のスイッチSW2が所定時間T2onだけ接続される。これにより、ピエゾインジェクタ18に蓄えられた電荷は抵抗62において消費され、ピエゾインジェクタ18の電圧は下降する。この場合も、電流が過剰にならないように、スイッチSW2はT2on時間後にT2off時間だけ切断される。以後、ピエゾインジェクタ18の電圧が初期値に戻るまで、スイッチSW1はT2on時間の接続とT2off時間の切断を繰り返す。ニードル34はピエゾインジェクタ18の電圧降下に伴い下降を始め、ニードルボディ50に着座して停止する。ニードル速度は、下降の開始段階で大きく増加した後緩やかに減少し、ニードルの着座に伴いゼロになる。
When the energization command from the
通常時及び高速閉弁時におけるチャートを比較すると、高速閉弁時におけるニードル下降時のスイッチSW2の接続時間(T2on:B)が、通常時(T2on:A)に比べ長くなっている(A<B)。これにより、高速閉弁時におけるピエゾインジェクタ18からの電荷の除去速度を、通常時に比べ大きくすることができる。その結果、高速閉弁時におけるニードル速度を通常時に比べて速くすることができる。
Comparing charts at normal time and high-speed valve closing, the connection time (T2on: B) of the switch SW2 when the needle descends at high-speed valve closing is longer than that at normal time (T2on: A) (A < B). As a result, the charge removal rate from the
以上のように、本実施例に係る燃料噴射装置100によれば、ECU20がインジェクタの噴射孔54からの燃料漏れを検出した場合に、ニードル34の閉弁速度を増加させる。これにより、燃料中に含まれる異物をニードル着座時の衝撃により破砕・除去することができる。その結果、ニードル34の先端部とニードルボディ50との間に挟まった異物を効果的に除去し、インジェクタ18からの燃料漏れを抑制することができる。
As described above, according to the
従来の燃料噴射装置では、ニードル先端の疲労破壊及び着座時の騒音を低減するために、ニードルの閉弁速度が制限されていた。従って、異物の破壊を行うために必要な閉弁速度を得ることが難しかった。また、油圧回路により予めニードル速度が決定されているインジェクタでは、ニードル速度の変更を行うことはできなかった。本実施例の燃料噴射装置100のように、燃料漏れの検出時にのみ閉弁速度を高速化させることで、ニードル34やニードルボディ50へのダメージを抑制しつつ異物の除去を効果的に行うことができる。
In a conventional fuel injection device, the valve closing speed of the needle is limited in order to reduce fatigue damage at the tip of the needle and noise during seating. Therefore, it has been difficult to obtain a valve closing speed necessary to destroy the foreign matter. Further, in the injector in which the needle speed is determined in advance by the hydraulic circuit, the needle speed cannot be changed. As in the
本実施例では、燃焼室22に設けられたCPSセンサ24の出力に基づき、ECU20が燃料漏れの検出を行っている。従来の燃料漏れロジックでは、判定エラーを避けるために数サイクルを要する場合があったが、CPSセンサ24を用いることにより早期に燃料漏れの検出を行うことができるため、異物の除去を速やかに行うことができる。
In this embodiment, the
また、本実施例では、インジェクタとして直動型のピエゾインジェクタ18を採用しており、ECU20がピエゾスタック30からの放電速度を増加させることにより、ピエゾスタック30の収縮速度を増加させ、ニードル34の閉弁速度を増加させている。これによりニードル速度の変更を容易に行うことができる。なお、ピエゾインジェクタには、図2で示したものとは反対に、ピエゾスタックが収縮(放電)することにより開弁し、伸張(充電)することにより閉弁するものも考えられる。このようなピエゾインジェクタでは、図4で示した制御回路と同等の回路を用い、図5で示したピエゾインジェクタの電流制御において、充電と放電とを逆に行えばよい。この場合も、ピエゾスタックの充電時(閉弁時)において、コンデンサ(充電手段)側のスイッチをONにする時間を長くすることで、充電速度を早め、ニードルの閉弁速度を増加させることができる。このように、ニードルの閉弁速度が変更可能なインジェクタであれば、任意の形態のインジェクタを用いてよい。
Further, in this embodiment, a direct-acting
また、図3で説明したように、閉弁時のニードル速度を増加する制御(ステップS12)を行う度に、燃料漏れの検出(ステップS10)を行うことが好ましいが、上述のようにCPSセンサ24を用いない場合は他の方法を用いてもよい。例えば、従来のように燃料漏れの検出に数サイクルを要する場合は、燃料漏れが検出された後、予め定められた噴射回数だけ、ニードル速度を上昇させて閉弁を行ってもよい。これにより、燃料漏れの検出にある程度時間がかかる場合であっても、異物の除去を速やかに行うことができる。また、ニードル速度が上昇した状態における閉弁動作を一定の回数に制限することで、ニードルボディ50へのダメージを抑制することができる。
Further, as described with reference to FIG. 3, it is preferable to detect the fuel leakage (step S10) every time the control for increasing the needle speed at the time of valve closing (step S12) is performed. When 24 is not used, another method may be used. For example, when several cycles are required to detect a fuel leak as in the prior art, the valve may be closed by increasing the needle speed by a predetermined number of injections after the fuel leak is detected. Thereby, even if it takes a certain amount of time to detect the fuel leakage, the foreign matter can be removed quickly. Moreover, damage to the
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
18 ピエゾインジェクタ
20 ECU
30 ピエゾスタック
34 ニードル
50 ニードルボディ
54 噴射孔
18
30
Claims (4)
前記インジェクタの燃料噴射孔からの燃料漏れを検出する検出手段と、
前記検出手段が燃料漏れを検出した場合に、前記ニードルの閉弁速度を増加させる制御手段と、
を有することを特徴とする燃料噴射装置。 An injector with a needle whose valve closing speed can be changed;
Detecting means for detecting fuel leakage from the fuel injection hole of the injector;
Control means for increasing the valve closing speed of the needle when the detection means detects fuel leakage;
A fuel injection device comprising:
前記ピエゾ素子への電荷の付与及び前記ピエゾ素子からの電荷の除去を行う充放電手段と、
前記ピエゾ素子の伸縮をニードルに伝達することにより、前記ニードルの開弁及び閉弁を実現する伝達手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記ピエゾ素子の充電速度及び放電速度の少なくとも一方を増加させることにより、前記ニードルの閉弁速度を増加させることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料噴射装置。 A piezo element that expands and contracts according to the amount of charge applied;
Charge / discharge means for applying charge to the piezo element and removing charge from the piezo element;
A transmission means for realizing the opening and closing of the needle by transmitting expansion and contraction of the piezo element to the needle;
Have
3. The fuel injection device according to claim 1, wherein the control unit increases the valve closing speed of the needle by increasing at least one of a charging speed and a discharging speed of the piezo element. 4.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009072925A JP2010223143A (en) | 2009-03-24 | 2009-03-24 | Fuel injection device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015048837A (en) * | 2013-09-04 | 2015-03-16 | トヨタ自動車株式会社 | Control device of waste gate valve |
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2009
- 2009-03-24 JP JP2009072925A patent/JP2010223143A/en active Pending
Cited By (1)
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