JP2018040313A

JP2018040313A - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2018040313A
Application number: JP2016175636A
Authority: JP
Inventors: 泰雄岡本; Yasuo Okamoto; 和貴大石; Kazuki Oishi
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-03-15

Abstract

【課題】エンジンが低回転のうちから排気管内への燃料噴射を可能とすること。【解決手段】燃料噴射装置１は、燃料タンク１１の燃料Ｆをエンジンで駆動される低圧ポンプ１２により高圧ポンプ２１に供給する低圧流路上に設けられ、低圧ポンプ１２から供給された低圧燃料の圧力を制御する逆止弁１８ａと、低圧流路上の燃料フィルタ１３内に設けられ、エア抜き弁部５０ａ及び高圧リリーフ弁部５０ｂを有する二段逆止弁５０と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料噴射装置に関する。

従来、燃料噴射装置として、排気管用燃料噴射弁及び気筒用燃料噴射弁を備えたものが知られている（特許文献１）。特許文献１に記載のものは、エンジンで駆動される低圧ポンプから吐出された低圧燃料が排気管用燃料噴射弁により排気管内に噴射される。また、排気管用燃料噴射弁よりも下流において高圧ポンプにより高圧とされた高圧燃料が気筒用燃料噴射弁により気筒内に噴射される。

特開２０１５−０８６８１２号公報

特許文献１に記載のものは、低圧ポンプの下流にリリーフバルブを設け、低圧ポンプを通過した後の燃料の一部を、このリリーフバルブを経由して低圧ポンプより上流側に戻すようにしている。また、低圧ポンプよりも下流に設置された燃料フィルタにエア抜きバルブを設け、燃料フィルタから漏れた燃料を燃料タンクに戻すようにしている。

エア抜きバルブは、燃料に不可避的に混入するエアを抜くためのバルブであり、極めて低い圧力で開弁するように構成されている。そのため、エア抜きバルブは、一般に、低圧燃料の圧力を調節する機能を有していない。

リリーフバルブは、低圧燃料の圧力が異常上昇するのを防止するために設けられている。エンジン回転の増加に伴って低圧ポンプの吐出量及び吐出圧が上昇し、低圧ポンプの下流側の流路を流れる低圧燃料の圧力が所定圧に達すると、リリーフバルブが開弁する。

リリーフバルブが開弁すると、燃料は低圧ポンプより上流側に戻され、再び低圧ポンプから吐出されて低圧ポンプの下流側の流路に供給される。なお、実際には、リリーフバルブが開弁しても、低圧ポンプの下流側の流路における低圧燃料の圧力は一定にはならず、低圧燃料の圧力は、エンジン回転数の増加とともに上昇する。

図１は、従来の燃料噴射装置におけるエンジン回転数と低圧燃料の圧力との関係を模式的に示したものである。図１に示すように、リリーフバルブが開弁した後におけるエンジン回転数の増加に対する低圧燃料の圧力の上昇の割合ΔＰ２は、リリーフバルブが閉弁した状態におけるエンジン回転数の増加に対する低圧燃料の圧力の上昇の割合ΔＰ１より小さい。

ところで、排気管用燃料噴射弁による排気管内への燃料噴射は、ＤＰＦ再生等のために行われるものであり、必要とされる最低噴射量が決まっている。また、排気管用燃料噴射弁から排気管内に噴射される燃料の噴射量は、低圧燃料の圧力に依存する。図１では、必要とされる最低噴射量に対応する低圧燃料の圧力の下限をＰ_ｌｏｗで示している。

ここで、エンジンが比較的低回転の状態から、排気管用燃料噴射弁による排気管内への燃料噴射を行うため、低圧燃料の圧力がＰ_ｌｏｗに達するまでリリーフバルブが開弁しないようにリリーフ圧をＰ_ｒ１に設定することを考える。この場合、エンジン回転数と低圧燃料の圧力の関係は、図１のＡ（実線）の関係となる。

リリーフ圧をＰ_ｌｏｗよりも高いＰ_ｒ１に設定すると、低圧燃料の圧力は、エンジン回転数の増加に対する低圧燃料の圧力の上昇の割合が大きい状態でＰ_ｌｏｗに達するため、エンジンが比較的低回転の状態から排気管内への燃料噴射が可能となる。なお、低圧燃料の圧力がＰ_ｌｏｗに達するときのエンジン回転数をＮ１とする。

エンジンの回転数が上昇し、Ｎ２に達すると、低圧燃料の圧力がＰ_ｒ１となり、リリーフバルブが開弁する。リリーフバルブが開弁すると、エンジン回転数の増加に対する低圧燃料の圧力の上昇の割合はΔＰ１からΔＰ２に変化し、緩やかになるが、その後もエンジン回転数の増加に伴って低圧燃料の圧力は上昇し続ける。そして、エンジンの回転数がＮ３に達すると、低圧燃料の圧力が燃料フィルタ、排気管用燃料噴射弁等の強度限界に相当する許容上限圧力Ｐ_ＭＡＸを超えてしまう。

そのため、実際には、リリーフバルブのリリーフ圧を高めに設定することはできず、一般的に、リリーフ圧はＰ_ｌｏｗよりも低いＰ_ｒ２とされる。

リリーフ圧がＰ_ｒ２であると、エンジン回転数と低圧燃料の圧力の関係は、図１のＢ（一点鎖線）の関係となる。この場合、エンジン回転数がＮ１より低いＮ４の時点でリリーフバルブが開弁し、エンジン回転数の増加に対する低圧燃料の圧力の上昇の割合が緩やかになる。

そのため、低圧燃料の圧力がＰ_ｌｏｗに達するためには、エンジンの回転数がＮ１より高いＮ５にまで増加することを要する。

このように、特許文献１に記載のものでは、リリーフバルブのリリーフ圧を低めに設定せざるを得ず、その結果、エンジンが高回転にならないと排気管内への燃料噴射を行うことができない。また、エンジン始動から低圧燃料の圧力が排気管内への燃料噴射が可能となる圧力に上昇するまでに時間がかかるという課題も有している。

本発明の目的は、エンジンが低回転のうちから排気管内への燃料噴射を可能とすることである。

本発明に係る燃料噴射装置は、燃料タンクの燃料をエンジンで駆動される低圧ポンプにより高圧ポンプに供給する低圧燃料供給経路上に設けられ、低圧ポンプから供給された低圧燃料の圧力を制御する第１の圧力制御弁と、前記低圧燃料供給経路上の燃料フィルタ内に設けられたエア抜き弁と、前記低圧燃料供給経路上に設けられ、前記低圧燃料の圧力を前記第１の圧力制御弁が制御する圧力より高い圧力に制御する第２の圧力制御弁と、を備える。

本発明によれば、エンジンが低回転のうちから排気管内へ燃料を噴射することができる。

従来の燃料噴射装置におけるエンジン回転数と低圧燃料の圧力との関係を示す図燃料噴射装置を示す図二段逆止弁の閉弁状態を示す断面図二段逆止弁のエア抜き状態を示す断面図二段逆止弁の開弁状態を示す断面図エンジン回転数と低圧燃料の圧力との関係を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は一例であり、本発明はこの実施の形態により限定されるものではない。

まず、図２を参照して、本実施の形態における燃料噴射装置について説明する。図２に示すように、燃料噴射装置１は、燃料供給部１０と、燃料加圧部２０とを備えている。

燃料供給部１０は、燃料タンク１１に貯留した燃料Ｆを、エンジンにより駆動される低圧ポンプ１２により、第１低圧流路Ｌ１、燃料フィルタ１３、第２低圧流路Ｌ２を経由して、高圧ポンプ２１に供給する部位である。なお、以下の説明では、燃料供給部１０における低圧の燃料を「低圧燃料」という。

低圧ポンプ１２から高圧ポンプ２１に供給される燃料Ｆの圧力は比較的低く、例えば１ＭＰａ程度である。燃料タンク１１と低圧ポンプ１２の間には、燃料フィルタ１３の交換、ガス欠によるエンスト等で、燃料配管にエアが混入し、燃料吸い上げが困難となった場合に使用するプライミングポンプ１４が設けられている。

燃料フィルタ１３と高圧ポンプ２１の間の第２低圧流路Ｌ２には、高圧ポンプ２１へ流入する燃料Ｆの流量を制御するサクションバルブ１５が設けられている。また、低圧ポンプ１２を通過する燃料Ｆの流量を制御すべく、プライミングポンプ１４と低圧ポンプ１２の間から、燃料Ｆの一部を低圧ポンプ１２を迂回して燃料フィルタ１３に供給する流路１６が設けられている。なお、流路１６には、逆止弁が設けられている。

また、高圧ポンプ２１へ供給する燃料Ｆの流量を制御すべく、サクションバルブ１５に流入する直前の燃料Ｆの一部を低圧ポンプ１２の上流側に戻す流路１７が設けられている。なお、流路１７には、逆止弁が設けられている。

また、第１低圧流路Ｌ１には、低圧ポンプ１２を通過した燃料Ｆの一部を、逆止弁１８ａを経由して低圧ポンプ１２の上流側に戻す流路１８が設けられている。逆止弁１８ａは、第１低圧流路Ｌ１の圧力の異常上昇を防止するために設けられるリリーフバルブである。また、流路１８は、流路１７と合流している。

燃料フィルタ１３には、二段逆止弁５０（詳細は後述する。）を経由してエアとともに排出された燃料Ｆを燃料タンク１１に戻す流路１９が設けられている。

燃料加圧部２０は、コモンレール式であり、低圧ポンプ１２から供給された燃料Ｆを高圧ポンプ２１で加圧し、燃料Ｆを蓄圧するコモンレール２２を経由して、気筒内に設けた燃料噴射弁２３に供給する部位である。燃料噴射弁２３は、各気筒にそれぞれ設けられる。

高圧ポンプ２１で加圧され、コモンレール２２に蓄圧される燃料Ｆの圧力は比較的高く、例えば２００ＭＰａ程度である。コモンレール２２には、コモンレール２２に蓄圧した燃料Ｆの一部を燃料タンク１１に戻す流路２４が設けられている。

流路２４は、燃料噴射弁２３からの噴射に使用されなかった燃料Ｆを燃料タンク１１に戻す流路２５と合流して、燃料タンク１１に接続する流路２６に接続されている。流路２６には、下流にて、上述の流路１９も合流している。

燃料供給部１０における、燃料フィルタ１３とサクションバルブ１５の間の第２低圧流路Ｌ２には、エンジンの排気管に燃料Ｆを噴射する排気管用燃料噴射弁４が設けられている。なお、排気管における排気管用燃料噴射弁４よりも下流には、ＤＯＣ、ＤＰＦ、尿素ＳＣＲ、ＬＮＴ等から構成される排ガス後処理装置が設けられている。

また、第２低圧流路Ｌ２には、排気管用燃料噴射弁４から噴射される燃料Ｆの圧力を検出する圧力センサ３０が設けられている。さらに、燃料噴射装置１は、圧力センサ３０によって検出された燃料Ｆの圧力が入力され、燃料噴射弁２３及び排気管用燃料噴射弁４からの燃料Ｆの噴射を制御する制御装置４０を備えている。

次に、本実施の形態における二段逆止弁５０の構成について、図３〜図５を参照して詳細に説明する。図３は、二段逆止弁５０の閉弁状態を模式的に示す断面図である。図４は、二段逆止弁５０のうち、エア抜き弁部５０ａのみが開いたエア抜き状態を模式的に示す断面図である。図５は、高圧リリーフ弁部５０ｂが開いた開弁状態を模式的に示す断面図である。

二段逆止弁５０は、燃料フィルタ１３の上部に設けられる。図３に示すように、二段逆止弁５０は、ケース５１、弁シート５２、球５３、第１コイルばね５４、及び第２コイルばね５５を主な構成要素として備える。

ケース５１は、筒状部５１ａと、筒状部５１ａの上側を覆うように設けられた円板部５１ｂとを備える。円板部５１ｂには、周方向に間隔を空けて複数の孔５１ｃが設けられている。孔５１ｃは、エア抜き弁部５０ａ及び高圧リリーフ弁部５０ｂから排出された燃料Ｆが流通する流通路である。また、円板部５１ｂには、第２コイルばね５５を収容する第２筒状部５１ｄが下側に向けて立設されている。

筒状部５１ａには、全周に亘って、内周側に向かって突出する突出部５１ｅが設けられている。突出部５１ｅは、弁シート５２が着座する弁座を構成している。

突出部５１ｅの内周端近傍には、上側へ向けて、複数の立設部５１ｆが周方向に間隔をあけて立設されている。立設部５１ｆは、弁シート５２及び第１コイルばね５４をガイドしている。また、立設部５１ｆ同士の間は、エア抜き弁部５０ａ及び高圧リリーフ弁部５０ｂから排出された燃料Ｆが流通する流通路である。

弁シート５２は、円板状の部材であり、中心部に、球５３が着座する孔部５２ａが設けられている。孔部５２ａの径は、球５３の径よりも小さい。弁シート５２は、上端が円板部５１ｂに当接させられた第１コイルばね５４によって下方に付勢されており、突出部５１ｅとともに高圧リリーフ弁部５０ｂを構成する。なお、高圧リリーフ弁部５０ｂとしては、高流量かつ圧力オーバーライド特性が低いものを用いるのが好適である。

球５３は、第２筒状部５１ｄに収容された第２コイルばね５５により下方に付勢されており、弁シート５２とともにエア抜き弁部５０ａを構成する。

次に、二段逆止弁５０の動作について説明する。エンジンが停止しており、低圧ポンプ１２が燃料Ｆを吐出していない場合、エア抜き弁部５０ａ及び高圧リリーフ弁部５０ｂはともに閉弁状態を維持する（図３）。

エア抜き弁部５０ａは燃料Ｆ中に不可避的に混入するエアを排出するためのものであり、第２コイルばね５５には弾性定数が極めて小さいものが用いられる。そのため、エンジンが始動し、低圧ポンプ１２が燃料Ｆを吐出し始めると、球５３は低圧燃料の圧力によって第２コイルばね５５の付勢力に抗して弁シート５２の孔部５２ａから離れる（図４）。

これにより、燃料Ｆに混入したエアは、少量の燃料Ｆと一緒に、弁シート５２の孔部５２ａと球５３との隙間から排出される。なお、このとき、弁シート５２は突出部５１ｅに着座したままである。

高圧リリーフ弁部５０ｂは、逆止弁１８ａ（図２参照。）が開弁するリリーフ圧よりも高圧で開弁するように構成されている。すなわち、エンジン回転数が増加し、低圧燃料の圧力が所定の圧力Ｐ_ｒ１８に達して逆止弁１８ａが開弁しても、高圧リリーフ弁部５０ｂは開弁しない。

その後さらにエンジン回転数が増加し、低圧燃料の圧力が高圧リリーフ圧に達すると、高圧リリーフ弁部５０ｂが開弁し、弁シート５２と突出部５１ｅとの隙間から燃料Ｆが排出される。

図６は、本実施の形態におけるエンジン回転数と低圧燃料の圧力との関係を示したものである。なお、図６では、従来技術との比較を容易にするため、図１と同様に、必要とされる最低噴射量に対応する低圧燃料の圧力の下限をＰ_ｌｏｗとし、その時のエンジン回転数をＮ１とする。また、逆止弁１８ａが開弁する圧力をＰ_ｒ１とし、その時のエンジン回転数をＮ２とする。さらに、許容上限圧力をＰ_ＭＡＸとする。

また、逆止弁１８ａが閉弁状態でのエンジン回転数の増加に対する低圧燃料の圧力の上昇割合をΔＰ１とする。また、逆止弁１８ａが開弁状態かつ高圧リリーフ弁部５０ｂが閉弁状態でのエンジン回転数の増加に対する低圧燃料の圧力の上昇割合をΔＰ２とする。さらに、逆止弁１８ａ及び高圧リリーフ弁部５０ｂが開弁状態でのエンジン回転数の増加に対する低圧燃料の圧力の上昇割合をΔＰ３とする。

図６に示すように、低圧燃料の圧力がＰ_ｒ１未満では、逆止弁１８ａは閉弁状態を維持しており、エンジン回転数の増加に対する低圧燃料の圧力の上昇割合はΔＰ１である。したがって、比較的低いエンジン回転数Ｎ１で低圧燃料の圧力がＰ_ｌｏｗに達し、排気管噴射が可能となる。

その後、さらにエンジン回転数が増加し、Ｎ２に達すると、低圧燃料の圧力がＰ_ｒ１になることに伴い、逆止弁１８ａが開く。そして、それ以降、低圧燃料の圧力は、エンジン回転数の増加に伴い、ΔＰ１より小さいΔＰ２の割合で上昇する。

上述のとおり、本実施形態では、燃料フィルタ１３に二段逆止弁５０を設けている。そのため、エンジン回転数がさらに増加し、Ｎ６に達すると、低圧燃料の圧力がＰ_ｒ３になることに伴い、高圧リリーフ弁部５０ｂが開く。

高圧リリーフ弁部５０ｂが開弁すると、図６に示すように、エンジン回転数がさらに増加しても、低圧燃料の圧力はほとんど増加せず、エンジンが高回転になっても低圧燃料の圧力が許容上限圧力Ｐ_ＭＡＸを上回ることはない。

以上説明したように、本実施の形態では、燃料フィルタ１３に、エア抜き弁部５０ａと、逆止弁１８ａのリリーフ圧よりも高い圧力で開弁する高圧リリーフ弁部５０ｂとからなる二段逆止弁５０を設けた。

したがって、逆止弁１８ａのリリーフ圧を、必要な噴射量が確保できる圧力の下限であるＰ_ｌｏｗより高い値に設定しても、エンジン高回転域で低圧燃料の圧力が回路の許容上限圧力Ｐ_ＭＡＸを上回ることがない。そのため、エンジンが低回転のうちから排気管内への燃料噴射を可能とすることが可能となる。

特に、本実施の形態では、高圧リリーフ弁部５０ｂにおける弁部材である弁シート５２を、エア抜き弁部５０ａにおける弁座部材としたので、二段逆止弁５０の構造を極めて単純なものとすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

上記実施の形態では、高圧リリーフ弁部とエア抜き弁部とで二段逆止弁を構成したが、これに限定されない。高圧リリーフ弁部は、燃料フィルタ内のエア抜き弁部とは別の箇所に設けてもよい。

また、上記実施の形態では、高圧リリーフ弁部をエア抜き弁部と直列に設けたが、これに限定されない。高圧リリーフ弁部は、エア抜き弁部と並列に設けてもよい。

また、上記実施の形態では、高圧リリーフ弁部を燃料フィルタ内に設けたが、これに限定されない。高圧リリーフ弁部は、低圧ポンプと燃料フィルタの間の流路等、燃料フィルタとは別の箇所に設けてもよい。

また、上記実施の形態では、高圧リリーフ弁部を逆止弁としたが、これに限定されない。高圧リリーフ弁部は、スプール弁でもよい。

本発明に係る燃料噴射装置は、ＤＰＦ再生時の排気管への燃料噴射に好適に用いられる。

１燃料噴射装置
４排気管用燃料噴射弁
１０燃料供給部
１１燃料タンク
１２低圧ポンプ
１３燃料フィルタ
１４プライミングポンプ
１５サクションバルブ
１６、１７、１８、１９、２４、２５、２６流路
Ｌ１第１低圧流路
Ｌ２第２低圧流路
Ｆ燃料
２０燃料加圧部
２１高圧ポンプ
２２コモンレール
２３燃料噴射弁
３０圧力センサ
４０制御装置
５０二段逆止弁
５０ａエア抜き弁部
５０ｂ高圧リリーフ弁部
５１ケース
５１ａ筒状部
５１ｂ円板部
５１ｃ孔
５１ｄ第２筒状部
５１ｅ突出部
５１ｆ立設部
５２弁シート
５２ａ孔部
５３球
５４第１コイルばね
５５第２コイルばね

Claims

燃料タンクの燃料をエンジンで駆動される低圧ポンプにより高圧ポンプに供給する低圧燃料供給経路上に設けられ、低圧ポンプから供給された低圧燃料の圧力を制御する第１の圧力制御弁と、
前記低圧燃料供給経路上の燃料フィルタ内に設けられたエア抜き弁と、
前記低圧燃料供給経路上に設けられ、前記低圧燃料の圧力を前記第１の圧力制御弁が制御する圧力より高い圧力に制御する第２の圧力制御弁と、
を備える燃料噴射装置。
前記第２の圧力制御弁は、前記燃料フィルタ内に設けられる、
請求項１に記載の燃料噴射装置。
前記エア抜き弁は、第１の弁体と、第１の弁座と、前記第１の弁体を前記第１の弁座に向けて付勢する第１の付勢部材とを有し、
前記第２の圧力制御弁は、前記第１の弁座が設けられた第２の弁体と、第２の弁座と、前記第２の弁体を前記第２の弁座に向けて付勢する第２の付勢部材とを有する、
請求項２に記載の燃料噴射装置。
前記第２の圧力制御弁は、前記低圧ポンプと前記燃料フィルタの間に設けられる、
請求項１に記載の燃料噴射装置。