JP2012167559A

JP2012167559A - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2012167559A
Application number: JP2011027176A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Yonemoto; 敏幸米本; Katsumi Mori; 克己森; Hideki Naruseko; 秀喜成迫
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2012-09-06
Also published as: DE102012100991A1; CN102635473A; US20120204833A1

Abstract

【課題】フィルタのＷＡＸ目詰まりを解消可能な燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】燃料噴射装置１は、燃料供給ポンプ３からインジェクタ５までの高圧流路から高圧燃料の一部をフィルタ６に導入するための還流路として、減圧弁１３の開放によりコモンレール４から流出する高圧燃料をフィルタ６へ導く高圧配管２０を備える。そして、減圧弁１３が、高圧燃料を還流路へ導入する導入バルブとして機能する。また、高圧配管２０には、上流側から逆止弁２５と還流バルブ２６とが設けられている。これによれば、逆止弁２５の開弁圧力を高めに設定することで、高圧配管２０内の燃料の圧力を高圧に保持したまま、フィルタ６に導入することができる。このため、燃料をより高温状態でフィルタ６内に導入できるので、ＷＡＸ目詰まりを確実に解消することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置に関する。

従来より、燃料噴射装置において、燃料温度の低下により析出するワックスがフィルタの目詰まり（以下、ＷＡＸ目詰まりと呼ぶ）を引き起こすのを防止するための技術が開示されている。
例えば、インジェクタ等から戻される低圧のリターン燃料をフィルタに導入して、ワックスを溶解させる技術（リターン燃料還流式）がある（例えば、特許文献１、２参照）。
しかしながら、この技術は、リターン燃料の熱量がワックスを溶解させるのに十分な熱量であることが前提となっている。

しかし、近年の燃料噴射装置では、燃費向上のため、インジェクタからの燃料リーク量を低減することで、ポンプ圧送量を極力少なくし、エンジンの負荷の低減を図っている。このため、リターン燃料の温度が低くなってきており、リターン燃料還流式でワックスを溶解することが困難となる。

そこで、近年では、ＷＡＸ目詰まり解消の手段として、低温時に、インジェクタへ供給される高圧燃料の一部をフィルタに導入する技術がある（特許文献３参照）。
しかし、フィルタに導入するまでの間に、燃料が低圧化し、燃料の温度を高く保つことが困難である。

特開２００５−９８２１２号公報欧州特許出願公開第０８１９８４４号明細書欧州特許出願公開第１２０９３４９号明細書

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、フィルタのＷＡＸ目詰まりを解消可能な燃料噴射装置を提供することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の燃料噴射装置は、燃料を加圧して吐出する燃料供給ポンプ（３）と、この燃料供給ポンプ（３）から吐出された燃料をエンジンに噴射供給するインジェクタ（５）と、燃料供給ポンプ（３）の上流側に配されて、燃料中の異物を除去するフィルタ（６）とを備える。

また、燃料供給ポンプ（３）からインジェクタ（５）までの高圧流路から高圧燃料をフィルタ（６）に導入するための還流路（２０）と、高圧流路から還流路（２０）への高圧燃料の流入を許容又は遮断する導入バルブ（１３）と、還流路（２０）に設けられ、燃料の温度に応じて開閉し、還流路（２０）からのフィルタ（６）への燃料流入を許容または遮断する還流バルブ（２６）と、還流路（２０）において、還流バルブ（２６）の上流側に設けられ、所定の圧力以上で開くとともに、逆流を阻止する逆止弁（２５）とを備える。

すなわち、高圧燃料をフィルタ（６）に導入するまでの経路中に、逆止弁（２５）が存在している。これによれば、逆止弁（２５）の開弁圧力を高めに設定することで、還流路（２０）内の燃料の圧力を高圧に保持したまま、フィルタ（６）に導入することができる。このため、燃料をより高温状態でフィルタ（６）内に導入できるので、ＷＡＸ目詰まりを確実に解消することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の燃料噴射装置によれば、還流バルブ（２６）及び逆止弁（２５）は、フィルタ（６）と一体化されている。

還流路（２０）の高圧燃料の圧力は、逆止弁（２５）により開放されるが、還流バルブ（２６）及び逆止弁（２５）がフィルタ（６）とユニット化されていることにより、フィルタ（６）のすぐ手前で圧力を開放できる。
燃料は、圧力開放部において、燃料同士の摩擦により高温となるため、フィルタ（６）に近い位置で圧力を開放することで、燃料をより高温状態でフィルタ（６）内に導入できるので、ＷＡＸ目詰まりを確実に解消することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の燃料噴射装置は、フィルタ（６）内もしくはフィルタ（６）周辺の燃料圧力状態と、エンジンの温度状態とに基づいて、フィルタ（６）のＷＡＸ目詰まりを判定する判定手段（７）と、ＷＡＸ目詰まりを判定された場合に、還流路（２０）へ高圧燃料を導入するよう導入バルブ（１３）に指令する制御手段（７）とを備える。
これによれば、ＷＡＸ目詰まりと判定された場合に、フィルタ（６）内へ高圧燃料が導入可能となる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の燃料噴射装置は、燃料供給ポンプ（３）とインジェクタ（５）との間に設けられて燃料供給ポンプ（３）から供給される燃料を蓄えるコモンレール（４）と、コモンレール（４）内の燃料の圧力を制御する圧力制御弁（１３）とを備える。
そして、還流路（２０）は、コモンレール（４）とフィルタ（６）の入口（２２）とを接続する。
また、導入バルブは圧力制御弁（１３）であって、圧力制御弁（１３）の開弁によりコモンレール（４）内の高圧燃料が還流路（２０）に導入される。
すなわち、コモンレール（４）の減圧弁として機能する圧力制御弁（１３）を、導入バルブとしても用いている。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の燃料噴射装置は、還流バルブ（２６）は、温度に応じて変形するバイメタルによって開閉する感温弁である。
これによれば、低コストかつシンプルに還流バルブを構成できる。

燃料噴射装置の構成図である（実施例１）。燃料噴射装置の要部構成図である（実施例１）。燃料噴射装置の作動を説明する説明図である（実施例１）。

本発明の燃料噴射装置は、燃料を加圧して吐出する燃料供給ポンプと、燃料供給ポンプから供給される燃料を蓄えるコモンレールと、コモンレールから供給される燃料をエンジンに噴射供給するインジェクタと、燃料供給ポンプの上流側に配されて、燃料中の異物を除去するフィルタとを備える。

そして、燃料供給ポンプからインジェクタまでの高圧流路から高圧燃料をフィルタに導入するための還流路と、還流路に高圧燃料を導入する導入バルブと、還流路に設けられ、燃料の温度に応じて開閉し、還流路からのフィルタへの燃料流入を許容または遮断する還流バルブと、還流路において、還流バルブの上流側に設けられ、所定の圧力以上で開くとともに、逆流を阻止する逆止弁とを備える。
なお、コモンレールの減圧弁として機能する圧力制御弁を、導入バルブとして用いる。
詳しくは以下の実施例で説明する。

〔実施例の構成〕
本実施例の燃料噴射装置１の構成を、図１および図２を用いて説明する。
燃料噴射装置１は、例えば、ディーゼルエンジン（図示せず：以下、エンジンと呼ぶ）に燃料を噴射供給するものである。

燃料噴射装置１は、燃料タンク２の燃料を吸入するとともに加圧して吐出する燃料供給ポンプ３、燃料供給ポンプ３から吐出された燃料を高圧状態で蓄圧するコモンレール４、コモンレール４に蓄圧された燃料をエンジンの気筒内に噴射するインジェクタ５、燃料供給ポンプ３の上流側に配されて、燃料中の異物を除去するフィルタ６と、燃料供給ポンプ３やインジェクタ５などの駆動を制御するＥＣＵ７を備える。

燃料供給ポンプ３は、コモンレール４の燃料がエンジンの状態に応じた目標圧力（目標レール圧）で蓄圧されるように、燃料タンク２の燃料を吸入して加圧し吐出するものである。

コモンレール４は、燃料供給ポンプ３の吐出口と高圧配管１０を介して接続され、加圧された燃料の供給を受けて燃料を高圧状態で蓄圧するとともに、インジェクタ５のインレットと高圧配管１１を介して接続され、実レール圧の燃料をインジェクタ５に供給する。すなわち、コモンレール４は、高圧の燃料を蓄圧する蓄圧容器として機能するとともに、高圧の燃料をインジェクタ５に分配する分配容器として機能する。

また、コモンレール４の他端には、開弁してコモンレール４から低圧配管１２へ燃料を逃すことで、実レール圧を減圧する減圧弁１３（圧力制御弁）が装着されている。減圧弁１３は、電磁弁であって、後述する制御手段によって作動が制御される。

インジェクタ５は、高圧配管１１が接続されてコモンレール４と連通するとともに、気筒内に燃料を噴射する噴射ノズル、噴射ノズルを作動させる電磁弁等により構成されている。なお、インジェクタ５は、気筒数と同数だけ備えられている（図１には１つだけ示す）。

フィルタ６は、燃料タンク２と燃料供給ポンプ３の吸入口とを連結する燃料吸入流路１４に配設されて、燃料に含まれるダスト等の固形物や水分を除去するものであって、周知の構造を有する。
すなわち、フィルタ６は、フィルタケース１７内に、例えばろ紙で形成されたフィルタエレメント１８を有しており、このフィルタエレメント１８によって、燃料中のダストなどを捕らえる。
なお、燃料が低温時に、このフィルタエレメント１８に燃料が固形化したワックスが付着することがある。

ＥＣＵ７は、制御処理および演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶手段、入力回路、出力回路等により構成される周知構造のコンピュータとして構成されている。
そして、ＥＣＵ７は、各種センサからの検出値の入力を受け、この検出値に基づいて演算処理をし、各種アクチュエータ（インジェクタ５の電磁アクチュエータ等）に指令値を出力する。

〔本実施例の特徴〕
本実施例の燃料噴射装置１は、燃料供給ポンプ３からインジェクタ５までの高圧流路から高圧燃料の一部をフィルタ６に導入するための還流路を備える。
すなわち、本実施例では、減圧弁１３の開放によりコモンレール４から流出する高圧燃料をフィルタ６へ導く高圧配管２０を備えている。すなわち、高圧配管２０は、減圧弁１３により開閉されるコモンレール４の圧力開放口２１とフィルタ６の入口２２とを接続しており、還流路を形成している。
そして、減圧弁１３が、高圧燃料を還流路へ導入する導入バルブとして機能する。

そして、高圧配管２０には、上流側から逆止弁２５と還流バルブ２６とが設けられている。
逆止弁２５は、所定の圧力以上で開くとともに、逆流を阻止するもので、例えば、ばね式逆止弁が採用されている。
また、還流バルブ２６は、温度に応じて変形するバイメタルによって開閉する感温弁であって、温度に応じて、還流路からのフィルタ６への燃料流入を許容または遮断する。具体的には、還流バルブ２６は、所定温度より大きい場合には閉弁状態であり、所定温度以下で開弁しフィルタ６への高圧燃料の流入を許容する。

また、本実施例では、還流バルブ２６と逆止弁２５とフィルタ６はユニット化されており、フィルタユニット２８を構成している（図２参照）。
フィルタユニット２８は高圧配管２０の一部と還流バルブ２６と逆止弁２５とフィルタ６とを備えている。
例えば、図２に示すように、フィルタケース１７に、フィルタ６の入口２２に連通する高圧配管２０の一部（ユニット内高圧配管３０）を形成する蓋体１７ａが装着されており、ユニット内高圧配管３０中に、還流バルブ２６と逆止弁２５とが設けられている。

なお、逆止弁２５の下流側且つ還流バルブ２６の上流側には、高圧配管２０にリターン配管３１が接続されている。
リターン配管３１は、燃料タンク２へ燃料を戻す低圧配管１２に連通している。なお、低圧配管１２には、燃料供給ポンプ３、コモンレール４、インジェクタ５からの低圧リーク燃料を燃料タンク２へ戻すリターン配管３２も接続されている。

また、ＥＣＵ７は、フィルタ６内もしくはフィルタ６周辺の燃料圧力状態と、エンジンの温度状態とに基づいて、フィルタ６のＷＡＸ目詰まりを判定する判定手段と、ＷＡＸ目詰まりを判定された場合に、高圧配管２０へ高圧燃料を導入するよう導入バルブ（減圧弁１３）に指令する制御手段として機能する。

ＷＡＸ目詰まりは、燃料が固形化しやすい低温時に生じ、目詰まりを生じると、フィルタ６下流部の吸引圧力が上昇する。
このため、エンジンの温度状態及びフィルタ周辺の圧力状態を検出すれば、ＷＡＸ目詰まりの有無を推定することができる。

本実施例では、燃料吸入流路１４においてフィルタ６の下流側に圧力スイッチ３５が設けられており、フィルタ６下流部での吸引圧力が所定以上になるとＯＮとなり、ＥＣＵ７に出力される。
そして、エンジンの温度状態は、例えば、外気温Ｔａであって、外気温センサ（図示せず）からの検出信号がＥＣＵ７に出力されている。

そして、図３に示すように、判定手段は、外気温Ｔａが所定値より小さく、且つ、圧力スイッチ３５からの信号がＯＮである場合に、「ＷＡＸ目詰まり」と判定する（Ｓ１、Ｓ２）。なお、外気温Ｔａが所定値より大きく、且つ、圧力スイッチ３５からの信号がＯＮである場合には、ダストによる目詰まりであると判定してもよい。
そして、「ＷＡＸ目詰まり」と判定されると、制御手段は減圧弁１３に開指令を出力する（Ｓ３）。これにより、減圧弁１３は開弁し、コモンレール４から高圧配管２０に高圧燃料が導入される。

そして、高圧配管２０の燃料圧が逆止弁２５の開弁圧よりも高くなると、逆止弁２５が開弁し、高圧燃料は還流バルブ２６へ向う。
フィルタ内の燃料が所定温度以下で還流バルブ２６は開状態となるため、還流バルブ２６が開弁している場合には、高圧燃料がフィルタ６内へ吸引される。この高圧燃料は、フィルタエレメント１８に付着したワックスを溶かし、燃料供給ポンプ３へ吸引される。

なお、還流バルブ２６が閉じており、コモンレール４内の圧力が所定以上になって減圧弁１３が開弁する場合（減圧弁１３がコモンレール４内の圧力調節に用いられる場合）には、コモンレール４からの燃料は、高圧配管２０、リターン配管３１、低圧配管１２を通って燃料タンク２へ戻される（図２の破線矢印参照）。

〔実施例の作用効果〕
本実施例の燃料噴射装置１は、燃料供給ポンプ３からインジェクタ５までの高圧流路から高圧燃料の一部をフィルタ６に導入するための還流路としての高圧配管２０を備え、高圧配管２０には、上流側から逆止弁２５と還流バルブ２６とが設けられている。

すなわち、高圧燃料をフィルタ６に導入するまでの経路中に、逆止弁２５が存在している。これによれば、逆止弁２５の開弁圧力を高めに設定することで、高圧配管２０内の燃料の圧力を高圧に保持したまま、フィルタ６に導入することができる。このため、燃料をより高温状態でフィルタ６内に導入できるので、ＷＡＸ目詰まりを確実に解消することができる。

また、本実施例では、還流バルブ２６と逆止弁２５とフィルタ６はユニット化されており、フィルタユニット２８を構成している。

還流路の高圧燃料の圧力は、逆止弁２５により開放されるが、還流バルブ２６及び逆止弁２５がフィルタ６とユニット化されていることにより、フィルタ６の入口２２のすぐ手前で圧力を開放できる。
燃料は、圧力開放部において、燃料同士の摩擦により高温となるため、フィルタ６に近い位置で圧力を開放することで、燃料をより高温状態でフィルタ６内に導入できるので、ＷＡＸ目詰まりを確実に解消することができる。

また、還流バルブ２６は、温度に応じて変形するバイメタルによって開閉する感温弁である。これによれば、還流バルブ２６を電磁弁にする場合と比較して、低コストかつシンプルに還流バルブ２６を構成できる。

〔変形例〕
本実施例の燃料噴射装置１では、コモンレール４の減圧弁１３により開閉される高圧配管２０によって、フィルタ６に高圧燃料を還流する還流路が形成されていたが、高圧燃料の一部をフィルタ６に導入するための還流路はこの態様に限られるものではく、燃料供給ポンプ３からインジェクタ５までの高圧流路からフィルタ６に高圧燃料を還流できる流路であればよい。

また、本実施例では、フィルタ６の下流の圧力と外気温によって、フィルタ６のＷＡＸ目詰まりを判定していたが、エンジンの温度状態は、外気温ではなく、例えば、燃料噴射装置やエンジンに取り付けられた温度センサによる検出値であってもよい。
また、フィルタ６内もしくはフィルタ６周辺の燃料圧力状態は、フィルタ６の下流の圧力ではなく、フィルタ６内の圧力や、フィルタ６上流の圧力変化等、フィルタ６目詰まりによって生じるフィルタ６周辺の圧力変化であってもよい。

また、本実施例では、還流バルブ２６と逆止弁２５とフィルタ６はユニット化されていたが、還流バルブ２６と逆止弁２５とフィルタ６とをそれぞれ別々に設けてもよい。この場合には、燃料をより高温状態に維持する観点から、フィルタ６と還流バルブ２６及び逆止弁２５との距離を小さくすることが好ましい。
なお、逆止弁２５が開弁する際のバルブリフト量を極力小さくし、燃料通路を狭くすることで、通過燃料と燃料通路壁面との摩擦熱を有効に発生させ、より高温状態にすることができる。

また、本実施例の燃料噴射装置１は、ディーゼルエンジンに燃料を噴射供給するものであったが、ガソリンエンジンに燃料を噴射供給する装置にも適用することができる。

１燃料噴射装置
３燃料供給ポンプ
４コモンレール
５インジェクタ
６フィルタ
７ＥＣＵ（判定手段、制御手段）
１３減圧弁（導入バルブ、圧力制御弁）
２０高圧配管（還流路）
２２入口
２５逆止弁
２６還流バルブ
２８フィルタユニット

Claims

燃料を加圧して吐出する燃料供給ポンプ（３）と、
この燃料供給ポンプ（３）から吐出された燃料をエンジンに噴射供給するインジェクタ（５）と、
前記燃料供給ポンプ（３）の上流側に配されて、燃料中の異物を除去するフィルタ（６）とを備える燃料噴射装置であって、
前記燃料供給ポンプ（３）から前記インジェクタ（５）までの高圧流路から高圧燃料を前記フィルタ（６）に導入するための還流路（２０）と、
前記高圧流路から前記還流路（２０）への高圧燃料の流入を許容又は遮断する導入バルブ（１３）と、
前記還流路（２０）に設けられ、燃料の温度に応じて開閉し、前記還流路（２０）からの前記フィルタ（６）への燃料流入を許容または遮断する還流バルブ（２６）と、
前記還流路（２０）において、前記還流バルブ（２６）の上流側に設けられ、所定の圧力以上で開くとともに、逆流を阻止する逆止弁（２５）とを備えることを特徴とする燃料噴射装置。
請求項１に記載の燃料噴射装置において、
前記還流バルブ（２６）及び前記逆止弁（２５）は、前記フィルタ（６）と一体化されていることを特徴とする燃料噴射装置。
請求項１または２に記載の燃料噴射装置において、
前記フィルタ（６）内もしくは前記フィルタ（６）周辺の燃料圧力状態と、エンジンの温度状態とに基づいて、前記フィルタ（６）のＷＡＸ目詰まりを判定する判定手段（７）と、
ＷＡＸ目詰まりと判定された場合に、前記還流路（２０）へ高圧燃料を導入するよう前記導入バルブ（１３）に指令する制御手段（７）とを備えることを特徴とする燃料噴射装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の燃料噴射装置において、
前記燃料供給ポンプ（３）と前記インジェクタ（５）との間に設けられて前記燃料供給ポンプ（３）から供給される燃料を蓄えるコモンレール（４）と、
前記コモンレール（４）内の燃料の圧力を制御する圧力制御弁（１３）とを備え、
前記還流路（２０）は、前記コモンレール（４）と前記フィルタ（６）の入口（２２）とを接続し、
前記導入バルブは、前記圧力制御弁（１３）であって、
前記圧力制御弁（１３）の開弁によりコモンレール（４）内の高圧燃料が前記還流路（２０）に導入されることを特徴とする燃料噴射装置。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料噴射装置において、
前記還流バルブ（２６）は、温度に応じて変形するバイメタルによって開閉する感温弁であることを特徴とする燃料噴射装置。