JP3646779B2 - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄圧式燃料噴射装置に関し、特に噴射圧力制御の応答性の向上を図った蓄圧式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として、蓄圧器に蓄圧した高圧燃料をエンジンの各気筒に安定に供給して低速域から高速域までの広い運転領域においてエンジン性能を向上可能とする蓄圧式燃料噴射装置（コモンレールシステム）がある。このような燃料噴射装置を用いた場合でも、燃料噴射開始直後における燃料噴射率が過大であると、燃焼の初期に急激な爆発燃焼が行われ、エンジン騒音が増大するばかりでなく排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）が増大する。このような不具合を解消するため、各回の燃料噴射サイクルの初期段階において、低めの燃料噴射率で燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置が提案されている。
【０００３】
この蓄圧式燃料噴射装置は、図５に示すように燃料ポンプ１により加圧された高圧の燃料を貯溜する高圧蓄圧器２と、高圧蓄圧器２と燃料通路１１を介して接続され且つ供給された燃料をエンジン燃焼室内に噴射する燃料噴射弁３と、高圧蓄圧器２の高圧燃料を燃料通路１１の下流側へ排出制御する圧力切換弁４と、高圧蓄圧器２の高圧燃料よりも低圧の燃料を貯溜し圧力切換弁４より下流側の燃料通路１１に分岐通路１２、及びオリフィス５と逆止弁６とが並列に接続された油路を介して接続される低圧蓄圧器７と、低圧蓄圧器７と燃料タンク１０との燃料通路に接続され、低圧蓄圧器７の燃料圧を制御する圧力制御弁８とを備えた構成とされている。
【０００４】
燃料噴射開始時期が到来するまでの間、圧力切換弁４及び燃料噴射弁３の燃料噴射時期制御用の開閉弁１５は、共に閉弁されており、オリフィス５と逆止弁６の下流側の分岐通路１２、及び圧力切換弁４の下流側の燃料通路１１には低圧蓄圧器７から低圧燃料が供給され、この低圧燃料が燃料噴射弁３の圧力制御室３ａ及び燃料室３ｂに供給される。燃料噴射開始時期が到来した時に開閉弁１５を開弁させて燃料噴射弁３を開弁させて低圧燃料を噴射させて低圧初期噴射（以下「低圧噴射」という）を行い、低圧噴射期間が経過した時に圧力切換弁４を開弁して高圧蓄圧器２からの高圧燃料を噴射させて高圧主噴射（以下「高圧噴射」という）を行い、噴射終了時期が到来すると開閉弁１５を閉弁して燃料噴射弁３を閉弁すると共に圧力切換弁４を閉弁する。即ち、圧力切換弁４により低圧蓄圧器７と高圧蓄圧器２を燃料噴射中に切り換えて燃料の噴射波形の制御を行う。
【０００５】
そして、低圧噴射により、燃料噴射期間の初期段階での燃焼が比較的緩慢に行われ、排気ガス中のＮＯｘ量の低減が図られ、燃料噴射終了時点で燃料噴射率が急速に立ち下がって黒煙（スモーク）やパティキュレート（粒状物質ＰＭ）の排出量が低減される。
圧力切換弁４が閉弁した後、当該圧力切換弁４と燃料噴射弁３の燃料室３ａとの間に溜まった高圧燃料をオリフィス６を通して低圧蓄圧器７に導入すると共に圧力制御弁８をデューティ制御して、低圧蓄圧器７の燃料圧が所定圧となるように当該低圧蓄圧器７の燃料を燃料タンク１０に排出する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の蓄圧式燃料噴射装置においては、圧力切換弁４と燃料噴射弁３との間の燃料通路１１、及び逆止弁６と燃料通路１１との間の分岐通路１２の燃料通路長が長いために、これらの燃料通路内における燃料のデッドボリューム（矢線で示す）により、低圧噴射と高圧噴射とを噴射途中で切り換えて選択的に噴射させる噴射圧力制御の応答性が悪くなる。
【０００７】
また、図６に示すように逆止弁６は、円筒形のハウジング１６の弁体１７を閉弁方向に付勢するスプリング１８の収納されている部分即ち、スプリング収納部１９は、弁シート部１６ａに比べて流路面積が大きいために当該部分におけるデッドボリュームが大きい。圧力切換弁４、オリフィス５及び逆止弁６から燃料噴射弁３までの燃料通路内における燃料のデッドボリュームの低減は、燃料通路１１、分岐通路１２の通路長を短くすることは勿論のこと、これらの圧力切換弁４、オリフィス５及び逆止弁６から燃料噴射弁３までの燃料通路のあらゆる箇所における各デッドボリュームをできる限り低減することが必要である。従って、逆止弁６内部のスプリグ収納部１９におけるデッドボリュームも低減させることが好ましい。
【０００８】
このため、本発明では、燃料通路内の燃料のデッドボリュームを低減して噴射圧力制御の応答性の向上を図るようにした蓄圧式燃料噴射装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、燃料噴射開始時期まで切換弁及び燃料噴射弁は閉弁されており、絞り付逆止弁の下流側の分岐通路及び切換弁の下流側の燃料通路には低圧蓄圧室から低圧燃料が供給されている。燃料噴射開始時に燃料噴射弁を開弁させると、低圧蓄圧室から前記絞り付逆止弁を介して前記燃料噴射弁に低圧燃料を供給し、低圧燃料を噴射させて低圧噴射を行い、低圧噴射期間が経過した時に切換弁を開弁して高圧燃料源からの高圧燃料を噴射させて高圧噴射を行い、噴射終了時に燃料噴射弁を閉弁すると共に切換弁を閉弁する。切換弁により低圧蓄圧室と高圧燃料源とを燃料噴射中に切り換えて燃料の噴射波形の制御を行う。
【００１０】
前記絞り付逆止弁は、側壁部内面に形成されている環状の凸部により当該逆止弁内の燃料通路のデッドボリュームが低減されており、燃料の供給時特に、低圧噴射から高圧噴射に切り換えたときの圧力の立上りの勾配が大きくなる。これにより、噴射圧力切換制御の応答性が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。
図１は、本発明に係る蓄圧式燃料噴射装置の断面図、図２は、図１の蓄圧式燃料噴射装置の逆止弁の拡大図、図３は、図１に示す蓄圧式燃料噴射装置をエンジンのシリンダヘッドに装着した状態の平面図である。
【００１２】
図１及び図３に示すように、燃料噴射装置２０は、燃料噴射弁ハウジング（以下単に「ハウジング」という）２１に切換弁としての圧力切換弁２２と、絞り付逆止弁２３と、燃料噴射弁２４が側面視垂直をなし、平面視一列に配置収納されて一体構造とされており、大径の圧力切換弁２２と燃料噴射弁２４は、ハウジング２１の両側に配置され、小径の絞り付逆止弁２３は、これらの圧力切換弁２２と燃料噴射弁２４との間に配置されている。従って、ハウジング２１は、図３に示すように、絞り付逆止弁２３が収納されている中央部が圧力切換弁２２及び燃料噴射弁２４が収納されている両側よりも幅狭（薄い）の形状をなしている。
【００１３】
ハウジング２１の一側に設けられた穴２１ａには、燃料噴射弁２４の針弁３０の上部、スプリング３１、ピストン３２が収納されており、針弁３０を収納するノズルホルダ３３は、ハウジング２１の下端に穴２１ａと整合して着脱可能に装着されている。ピストン３２の上方には、噴射時期を制御する開閉弁３５がハウジング２１に着脱可能に装着されている。そして、ピストン３２の上端面と開閉弁３５との間に圧力制御室３７が形成されている。開閉弁３５は、電磁弁により構成されている。
【００１４】
ハウジング２１の他側に設けられた穴２１ｂには、圧力切換弁２２のバルブホルダ４０が着脱可能に装着されており、当該バルブホルダ４０には、針弁４１とスプリング４２が収納されている。また、バルブホルダ４０には燃料通路４０ａ、４０ｂが設けられており、夫々下面に開口されている。バルブホルダ４０の上方には、制御弁としての電磁弁４３がハウジング２１に着脱可能に装着されている。そして、針弁４１の上端面と電磁弁４３との間に圧力制御室４４が形成されている。
【００１５】
ハウジング２１の中央に設けられた穴２１ｃには、絞り付逆止弁２３が収納されている。図２に示すように絞り付逆止弁２３は、基部５１、蓋部５２、側壁部５３から成る円筒形状のハウジング５０内に逆止弁５４、スプリング５５が収納されて構成されている。基部５１には後述する分岐通路６２に接続される燃料通路５１ａが、蓋部５２には低圧蓄圧室に連通する配管６９に接続される燃料通路５２ａが設けられている。逆止弁５４は、中心に絞りとしての小孔（以下「オリフィス」という）５４ａが貫設されている。即ち、逆止弁５４による燃料の流れとオリフィス５４ａの燃料の流れとは並列状態となる。スプリング５５は、基部５１のばね座と逆止弁５４のばね座との間に縮径されて、逆止弁５４を付勢して閉弁している。このスプリング５５の外径は、逆止弁５４のシート部５４ｂの外径よりも小径とされている。
【００１６】
円筒形状の側壁部５３のスプリング収納部５６の内周面には、スプリング５５と対向して同心的に、且つ僅かな間隙を存して環状の凸部５３ａが形成されている。この凸部５３ａの上端と逆止弁５４のシート部５４ｂの下端との間、及び凸部５３ａの下端と基部５１のばね座の上端との間には燃料通路としての環状の間隙ａ、ｂが設けられている。そして、凸部５３ａは、逆止弁５４が最も基部５１側に位置したとき即ち、逆止弁５４の基端５４ｃが基部５１のストッパ５１ｂに当接して係止される位置においても、上端が逆止弁５４のシート部５４ｂの下端と干渉しないように形成され、且つ凸部５３ａの部位における燃料の流路面積は、弁シート部５２ｂにおける流路面積以下とならないように形成されている。
【００１７】
これにより、絞り付逆止弁２３は、開弁時における低圧燃料通路の流路面積を確保し、且つ内部即ち、スプリング収納部５６のデッドボリュームを低減することができる。更に、逆止弁５４の中心に絞りとしてのオリフィス５４ａが設けられていることで、回路の簡素化、小型化が図られる。
図１に戻り、ハウジング２１には燃料通路６０、６１、６２、６３及びリーク燃料通路６４、６５、６６が設けられている。燃料通路６０の一端は、穴２１ｂの底面に開口されて圧力切換弁２２のバルブホルダ４０の燃料通路４０ａに、他端は、ハウジング２１の側面に開口されている。燃料通路６３の一端は、燃料噴射弁２４の燃料室３６に、他端は、圧力制御室３７に接続され、燃料通路６１の一端は、穴２１ｂの底面に開口されてバルブホルダ４０の燃料通路４０ｂに、他端は、燃料通路６３の途中に接続されている。分岐通路としての燃料通路６２の一端は、燃料通路６１の途中に、他端は、穴２１ｃの底面に開口されて絞り付逆止弁２３の前記燃料通路５１ａ（図２）に接続されている。燃料噴射弁２４、開閉弁３５、電磁弁４３の各リーク燃料は、リーク燃料通路６４、６５、６６を通してリーク燃料合流部６７に集合されて図示しない燃料タンクに還流される。
【００１８】
圧力切換弁２２、絞り付逆止弁２３及び燃料噴射弁２４は、ハウジング２１内に近接して一体に収納されていることで、これらを接続する燃料通路６１、６２の通路長を短くすることができ、これに伴いこれらの燃料通路６１、６２内の燃料のデッドボリューム（矢線で示す）を大幅に低減することが可能となる。
そして、ハウジング２１に、高圧燃料源側から圧力切換弁２２、絞り付逆止弁２３、燃料噴射弁２４の順序で一列に配置することで、これらを接続する燃料通路６１〜６３を順序よく配置することができ、前記高圧燃料源から燃料噴射弁２４までの燃料通路６０〜６３の構成が簡潔且つ容易となる。更に、各弁のリーク燃料通路６４〜６６を統合することができ、リーク燃料系の簡素化が図られる。
【００１９】
この燃料噴射装置２０は、図１及び図３に示すように多弁エンジン例えば、４弁エンジンのシリンダヘッド７１に、燃料噴射弁２４が燃焼室７０の真上に位置し、絞り付逆止弁２３が一側の吸気バルブ７２と排気バルブ７３との間に位置し、圧力切換弁２２が、ロッカアームシャフト７４に装着されている吸気側ロッカアーム７５及び排気側ロッカアーム７６と反対側に位置して配置装着され、固定部材としてのノズルブリッジ７８によりシリンダヘッド７１に固定される。そして、ハウジング２１の燃料通路６０は、配管６８を介して図示しない高圧燃料源としての高圧蓄圧室に接続され、絞り付逆止弁２３は、前記燃料通路５２ａ（図２）が配管６９を介して図示しない低圧蓄圧室に接続される。燃料噴射装置２０は、小径の絞り付逆止弁２３を吸排気多弁エンジンの吸気バルブ７２と排気バルブ７３との間の狭い空間に収納することで、シリンダヘッド７１のスペースの有効利用が図られる。
【００２０】
以下に作用を説明する。
燃料噴射装置２０は、燃料噴射開始時期が到来するまでの間、圧力切換弁２２及び燃料噴射弁２４の燃料噴射時期制御用の開閉弁３５は、共に閉弁されており、絞り付逆止弁２３の下流側の燃料通路６２、圧力切換弁２２の下流側の燃料通路６１及び燃料通路６３には前記低圧蓄圧室から低圧燃料が供給され、この低圧燃料が燃料噴射弁２４の燃料室３６及び圧力制御室３７に供給されている。
【００２１】
燃料噴射開始時期が到来した時に開閉弁３５を開弁させ、燃料噴射弁２４を開弁させて低圧燃料を噴射させて低圧噴射を行い、低圧噴射期間が経過した時に圧力切換弁２２を開弁して前記高圧蓄圧室からの高圧燃料を噴射させて高圧噴射を行い、噴射終了時期が到来すると開閉弁３５を閉弁して、燃料噴射弁２４を閉弁させると共に圧力切換弁２２を閉弁する。
【００２２】
燃料噴射装置２０は、圧力切換弁２２が閉弁した後、当該圧力切換弁２２と燃料噴射弁２４の燃料室３６との間に溜まった高圧燃料を絞り付逆止弁２３のオリフィス５４ａを通して前記低圧蓄圧室に導入する。
図４に燃料の噴射波形の一例を示す。燃料噴射装置２０は、圧力切換弁２２、絞り付逆止弁２３及び燃料噴射弁２４を接続する燃料通路６１、６２が短く、これらの燃料通路内の燃料のデッドボリュームが小さく、更に絞り付逆止弁２３内部のデッドボリュームが小さいことで、低圧噴射から高圧噴射に切り換える際に、絞り付逆止弁２３内のスプリング収納部に溜まる高圧燃料を抑えることが可能となり、高圧噴射圧の立ち上がりを構造から向上させることができる。
【００２３】
更に、低圧噴射から高圧噴射への圧力切換直後における噴射圧力の立上り勾配を構造面から急峻にできるため、圧力切換弁を制御することで、噴射圧力の立ち上がり勾配を緩から急と幅広くでき、噴射率波形制御の自由度が増す。この結果、噴射率波形制御の自由度が増し、排出ガスの低減に有効となる。尚、図４において破線は、燃料通路のデッドボリューム低減対策実施前の噴射波形を示す。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、蓄圧式燃料噴射装置における逆止弁内部のデッドボリュームを低減することができ、燃料供給特に、低圧噴射から高圧噴射に切り換わったときの圧力の立上りの応答性が向上すると共に、噴射率波形制御の自由度が増し、排出ガスの低減に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る蓄圧式燃料噴射装置の断面図である。
【図２】図１に示す絞り付逆止弁の拡大図である。
【図３】図１に示す蓄圧式燃料噴射装置をエンジンのシリンダヘッドに装着した状態の平面図である。
【図４】図１の蓄圧式燃料噴射装置による燃料噴射波形の一例を示す図である。
【図５】従来の蓄圧式燃料噴射装置の構成図である。
【図６】図５に示す蓄圧式燃料噴射装置における逆止弁の断面図である。
【符号の説明】
２０ 蓄圧式燃料噴射装置
２１ 燃料噴射弁ハウジング
２２ 圧力切換弁
２３ 絞り付逆止弁
５０ ハウジング
５１ 基部
５２ 蓋部
５３ 側壁部
５３ａ 環状凸部
５４ 逆止弁
５４ａ 絞り
５５ スプリング
６０〜６３ 燃料通路

Claims (1)

1. 高圧燃料源からの燃料を開弁により下流側に供給する切換弁と、
   前記切換弁の下流側に配設された燃料通路と、
   前記燃料通路の途中から分岐して前記高圧燃料源より低圧の低圧蓄圧室とを連通する分岐通路と、
   前記分岐通路に配設され前記低圧蓄圧室の燃料を前記分岐通路を介して前記燃料通路下流側へ供給する逆止弁と絞りとが並列状態で形成された絞り付逆止弁と、
   前記切換弁及び前記絞り付逆止弁の下流側に配設され前記切換弁の開閉により前記低圧燃料又は前記高圧燃料を選択的に燃焼室に噴射する燃料噴射弁と
   を有した蓄圧式燃料噴射装置において、
   前記絞り付逆止弁は、
   前記分岐通路に連通する通路が夫々設けられた基部及び蓋部と、
   前記基部及び蓋部と共に前記逆止弁の外形を形成する側壁部と、
   前記基部からスプリングにより前記蓋部に付勢され該蓋部の前記通路を閉じる弁体と、
   前記側壁部内周面に設けられ、前記弁体が前記燃料の流入により前記スプリングの付勢力に抗して最も基部側に位置したときであっても前記基部及び前記弁体に干渉しない環状の凸部と、
   を有することを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。

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