JP3716211B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、直接噴射式ディーゼル機関などの燃料噴射弁から燃焼室内に燃料を噴射する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焼は燃料の燃焼室への投入履歴、即ち燃料噴射率に大きく左右される特徴があり、排気ガスをクリーンにして高効率とするためには、燃料噴射装置側の噴射率制御の自由度を高くすることが望まれる。しかしながら、カム、プランジャ、燃料噴射管及び燃料噴射弁(自動弁)からなる噴射装置では、カムの幾何学形状によってほぼ燃料噴射率が決まり多段階に制御できない。このため、排気ガスのクリーン化と高効率の両立に限界がある。
【0003】
これを解決するための技術として、例えば、燃料を噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁に燃料を導く噴射管と、燃料タンクからの燃料を噴射管に供給するカム及びプランジャからなる燃料噴射ポンプと、噴射管から燃料タンクに燃料を戻す第1の戻し管と、噴射管から燃料タンクに燃料を戻す第2の戻し管と、第1の戻し管を断続する第1の弁機構(逃がし弁)と、第2の戻し管を断続する第2の弁機構(逃がし弁)とを備える燃料噴射装置が提案されている。
【0004】
図10は、燃料噴射装置(比較例)の作動の仕方を説明するためのタイミングチャートである。図11は、燃料噴射装置の吸入行程1回当たりの燃料噴射率の変化を示す図表である。
この燃料噴射装置では、第1及び第2の弁機構の断続動作が制御装置によって自由に制御可能であり、第1及び第2の弁機構は開放時の通路面積が異なり、第1の弁機構の通路面積よりも第2の弁機構の通路面積のほうが大きく設定されている。図10に示すように、最初、第1及び第2の弁機構が開放した状態でプランジャが上昇し、噴射を開始したい時期に第1の弁機構が閉じ、続いて任意の時間をおいて第2の弁機構が閉じる。その結果、図11に示すように、時差を付けて2つの弁機構を閉じていくことで燃料噴射率を2段階に制御することができ、燃焼の初期噴射率を低減することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の燃料噴射装置では、2段階にしか制御ができず低排気ガス化と高効率化には限界があった。
本発明は、燃料噴射率の自由度が増し低排気ガス化と高効率化を図ることができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の燃料噴射装置を採用する。
すなわち請求項1記載の本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料を導く噴射管と、燃料タンクからの燃料を前記噴射管に送出する燃料送出手段と、前記噴射管から前記燃料タンクに燃料を戻す第1及び第2の戻り管と、前記第1の戻り管を断続する第1の弁機構と、前記第2の戻り管を断続する第2の弁機構とを備える燃料噴射装置であって、
前記第1の弁機構の開放時の燃料流量が、前記第2の弁機構の開放時の燃料流量よりも少なく設定され、
前記燃料噴射弁への燃料供給にあたっては前記第1の弁機構を先行して閉鎖し、続いて前記第2の弁機構を閉鎖するのと同時に前記第1の弁機構を開放し、続いて前記第1の弁機構を閉鎖することを特徴とする。
【0007】
本発明においては、燃料噴射率を3段階に制御することができるため燃料噴射率の自由度が増し、低排気ガスと高効率とを両立し易くなる。特に、着火性の良い燃料の場合には、早めに多くの燃料を噴射するとNOX が多くなるために、燃料噴射率を3段階に制御することで低排気ガス化と高効率化とを実現することができる。
【0008】
請求項2記載の本発明は、燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料を導く噴射管と、燃料タンクからの燃料を前記噴射管に送出する燃料送出手段と、前記噴射管から前記燃料タンクに燃料を戻す第1及び第2の戻り管と、前記第1の戻り管を断続する第1の弁機構と、前記第2の戻り管を断続する第2の弁機構とを備える燃料噴射装置であって、
前記第1の弁機構の開放時の燃料流量が、前記第2の弁機構の開放時の燃料流量よりも少なく設定され、
前記燃料噴射弁への燃料供給にあたっては前記第2の弁機構を先行して閉鎖し、続いて前記第1の弁機構を閉鎖するのと同時に前記第2の弁機構を開放し、続いて前記第2の弁機構を閉鎖することを特徴とする。
【0009】
本発明においては、着火性の悪い燃料や低温で始動する場合などに、燃料噴射率を3段階に制御することで燃料噴射率の自由度が増し、低排気ガス化と高効率化とを実現することができる。
【0010】
請求項3記載の本発明は、前記燃料噴射弁への燃料供給を終了するときに、時差を設けて前記第1及び前記第2の弁機構を断続することを特徴とする。
【0011】
本発明においては、噴射を終了するときに燃料噴射率を3段階に制御して、噴射管内の圧力を徐々に低下させ、噴射管内のキャビテーションを抑え配管の腐食を防止することができる。
【0012】
請求項4記載の本発明は、前記燃料送出手段は、前記燃料を吸引及び加圧して前記噴射管に供給する燃料噴射ポンプを備えることを特徴とする。
【0013】
請求項5記載の本発明は、前記燃料送出手段は、昇圧された前記燃料を蓄える蓄圧器を備えることを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明に係る燃料噴射装置の第1の実施形態を図1ないし図3に示して説明する。
図1は燃料噴射装置の概略構成を示す図である。図2は、燃料噴射装置の作動の仕方を説明するためのタイミングチャートである。図3は、燃料噴射装置の吸入行程1回当たりの燃料噴射率の変化を示す図表である。図において、符号1は燃料タンク、2は燃料供給ポンプ(燃料供給手段)、3はリリーフ弁、4は逆止弁、5は燃料供給管、6は燃料噴射ポンプ(燃料送出手段)、7は燃料噴射弁、8は燃料噴射管、9は燃料戻り管(第1の戻り管)、10は逆止弁、11は絞り、12は電磁弁(第1の弁機構)、13は燃料戻り管(第2の戻り管)、14は逆止弁、15は絞り、16は電磁弁(第2の弁機構)である。
【0015】
リリーフ弁3は、常時作動する燃料供給ポンプ2が所定圧よりも高い圧力で燃料を供給したときに圧力を逃がして、燃料供給管5から燃料タンク1に燃料を戻す。逆止弁4は、燃料噴射ポンプ6のプランジャ6bの上昇(吐出動作)時に燃料供給管5を遮断する。
【0016】
燃料噴射ポンプ6は、燃料タンク1からの燃料を吸引及び加圧して燃料噴射管8に送出し供給するポンプである。燃料噴射ポンプ6は、燃料供給管5を介して燃料タンク1と接続されたプランジャ室6aと、図示しないディーゼル機関のクランク軸に連動するカムCに接して上下に往復動しプランジャ室6a内の燃料を加圧するプランジャ6bなどを備えている。
【0017】
また、カムCには、プランジャ3bを下降させる過程のある期間においてプランジャ3bを一定速度で下降させるためのプロファイルが与えられている。これにより、この期間での燃料噴射ポンプ3の単位時間当たりの吸入量は一定となっている。
【0018】
燃料噴射弁7は、図示しない燃焼室内に燃料を噴射する装置であり、燃料噴射管8は燃料噴射弁7に燃料を導く管路である。燃料戻り管9,13は燃料噴射管8から燃料タンク1に燃料を戻す管路であり、逆止弁10,14は燃料噴射ポンプ6のプランジャ6bの下降(吸入動作)時に燃料戻り管9,13を遮断する。絞り11の通路面積は絞り15の通路面積よりも小さく設定されている。
【0019】
電磁弁12は、燃料戻り管9を断続する弁機構であり、電磁弁16は燃料戻り管13を断続する弁機構である。電磁弁12,16には、常時開放され、通電によって閉止される normal open 型が採用されている。電磁弁12,16は、絞り11,15の働きによって開放時の燃料流量が異なり、電磁弁12の開放時の燃料流量が電磁弁16の開放時の燃料流量よりも少ない。この電磁弁12,16はコントロール装置17に作動を制御される。
【0020】
上記のような構成の燃料噴射装置における各部の作動の仕方を吸入行程と吐出行程とに分け、図2のタイミングチャート及び図3の図表とともに説明する。
[A.吸入行程]
当初、電磁弁12,16は開いており、燃料タンク1内の燃料は、燃料供給ポンプ2とプランジャ6bの下降動作とによって燃料供給管5を介して燃料噴射ポンプ6内のプランジャ室6aに吸入される。
【0021】
[B.吐出行程]
プランジャ6bの上昇動作によってプランジャ室6a内の燃料が加圧されるとプランジャ室6aの内圧が高まり、加圧された燃料がプランジャ室6aから吐出され燃料噴射管8に噴射される。このとき、電磁弁12,16が開いているため、燃料噴射管8に噴射された燃料の一部が燃料戻り管9,13を介して燃料タンク1に戻り、残りの燃料が燃料噴射管8を介して燃料噴射弁7に供給される。
【0022】
プランジャ6bが上昇中の時刻T1で電磁弁12が閉じると、燃料戻り管9を介して燃料タンク1に戻る燃料がなくなった分だけ、燃料噴射管8を介して燃料噴射弁7に供給される燃料が増加する。
【0023】
そして、プランジャ6bがさらに上昇して、時刻T1から任意の時間をおいた時刻T2で電磁弁12が開くと同時に電磁弁16が閉じると、燃料戻り管13を介して燃料タンク1に戻る燃料がなくなった分だけ、燃料噴射管8を介して燃料噴射弁7に供給される燃料が増加する。ここで、電磁弁12の開放時の燃料流量は、電磁弁16の開放時の燃料流量よりも少なく設定されている。このため、時刻T2〜T3では、時刻T1〜T2よりも燃料タンク1に戻る燃料流量が少なくなる。その結果、時刻T2〜T3では時刻T1〜T2よりも多くの燃料が燃料噴射管8を介して燃料噴射弁7に供給される。
【0024】
続いて、プランジャ6bがさらに上昇して、時刻T2から任意の時間をおいた時刻T3で電磁弁12が再度閉じると、燃料戻り管9,13を介して燃料タンク1に戻る燃料がなくなり、燃料噴射管8を介して燃料噴射弁7に供給される燃料が最大になる。そして、所定の時間が経過した後に、電磁弁12,16が開きプランジャ6bが下降に転じて、燃料供給ポンプ2とプランジャ6bの下降動作とによって燃料タンク1からプランジャ室6aに燃料が吸入される。
【0025】
本実施形態の燃料噴射装置においては、上記の各行程を繰り返すことによって図3に示すように燃料噴射率を3段階に制御することができる。したがって、燃料噴射率の自由度が増し、低排気ガスと高効率とを両立し易くなる。特に、着火性の良い燃料の場合には、早めに多くの燃料を噴射するとNOX が多くなるために、燃料噴射率を3段階に制御することで低排気ガス化と高効率化を実現することができる。
【0026】
次に、本発明に係る燃料噴射装置の第2の実施形態を図4及び図5に示して説明する。なお、第2の実施形態は、上記第1の実施形態の燃料噴射装置と同一構成である。以下では、第2の実施形態に係る燃料噴射装置における各部の作動の仕方を吐出行程についてのみ説明する。
【0027】
プランジャ6bが上昇中の時刻T1で電磁弁16が閉じると、燃料戻り管13を介して燃料タンク1に戻る燃料がなくなった分だけ、燃料噴射管8を介して燃料噴射弁7に供給される燃料が増加する。
【0028】
そして、プランジャ6bがさらに上昇して、時刻T1から任意の時間をおいた時刻T2で電磁弁16が開くと同時に電磁弁12が閉じると、燃料戻り管9を介して燃料タンク1に戻る燃料がなくなる。ここで、電磁弁12の開放時の燃料流量は、電磁弁16の開放時の燃料流量よりも少なく設定されている。このため、時刻T2〜T3では、時刻T1〜T2よりも燃料タンク1に戻る燃料流量が多くなる。その結果、時刻T2〜T3では時刻T1〜T2よりも少ない燃料が燃料噴射管8を介して燃料噴射弁7に供給される。
【0029】
続いて、プランジャ6bがさらに上昇して、時刻T2から任意の時間をおいた時刻T3で電磁弁16が再度閉じると、燃料戻り管9,13を介して燃料タンク1に戻る燃料がなくなり、燃料噴射管8を介して燃料噴射弁7に供給される燃料が最大になる。そして、所定の時間が経過した後に、電磁弁12,16が開きプランジャ6bが下降に転じて、燃料供給ポンプ2とプランジャ6bの下降動作とによって燃料タンク1からプランジャ室6aに燃料が吸入される。
【0030】
本実施形態の燃料噴射装置においては、上記の各行程を繰り返すことによって図5に示すように燃料噴射率を3段階に制御することができる。したがって、特に、着火性の悪い燃料や低温で始動する場合などに燃料噴射率の自由度が増し、低排気ガス化と高効率化とを実現することができる。
【0031】
次に、本発明に係る燃料噴射装置の第3の実施形態を図6及び図7に示して説明する。なお、第3の実施形態は、上記第1の実施形態の燃料噴射装置と同一構成である。以下では、第2の実施形態に係る燃料噴射装置における各部の作動の仕方を吐出行程についてのみ説明する。
時刻T1〜T4までは第1の実施形態と同様の作動の仕方をし、時刻T4〜T5で電磁弁12,16が開くと、時刻T2〜T3における燃料噴射率の変化と同じパターンになる。時刻T5で電磁弁12を閉じ時刻T6で電磁弁12を再度開くと、時刻T5〜時刻T6では時刻T1〜T2における燃料噴射率の変化と同じパターンになる。
【0032】
本実施形態の燃料噴射装置においては、図6及び図7に示すように噴射を終了するときに時差を付けて電磁弁12,16を断続動作させることで燃料噴射率を3段階に制御することができる。その結果、燃料噴射管8内の圧力が徐々に低下するため、燃料噴射管8内のキャビテーションが抑えられて配管の腐食を防止することができる。
【0033】
次に、本発明に係る燃料噴射装置の第4の実施形態を図8に示して説明する。なお、上記第1の実施形態の燃料噴射装置において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
この第4の実施形態では、図1に示す燃料供給ポンプ2、リリーフ弁3、逆止弁4、燃料供給管5及び逆止弁10,11が省略されている。この第4の実施形態では、吸入動作時には電磁弁12,16が開いており、プランジャ6bの下降(吸入動作)に伴って燃料タンク1の燃料が電磁弁12,16及び絞り11,15を通過してプランジャ室6a内に吸入される。
この第4の実施形態についても電磁弁12,16の断続動作を制御することによって、燃料噴射率を3段階に制御することができる。
【0034】
次に、本発明に係る燃料噴射装置の第5の実施形態を図9に示して説明する。なお、上記第1の実施形態の燃料噴射装置において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
この第5の実施形態では、図8に示す燃料噴射ポンプ6が蓄圧器18に置き換えられている。蓄圧器18には、燃料供給ポンプ2の働きにより昇圧された燃料が常時蓄えられており、燃料噴射弁7からはこの蓄圧器18に蓄えられた燃料が噴射される。
この第5の実施形態についても電磁弁12,16の断続動作を制御することによって、燃料噴射率を3段階に制御することができる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る請求項1記載の燃料噴射装置によれば、燃料噴射率を3段階に制御することができるため、燃料噴射率の自由度が増し、低排気ガスと高効率とを両立し易くなる。特に、着火性の良い燃料の場合には、早めに多くの燃料を噴射するとNOX が多くなるために、燃料噴射率を3段階に制御することによって、低排気ガス化と高効率化とを実現することができる。
【0036】
請求項2記載の燃料噴射装置によれば、特に、着火性の悪い燃料や低温で始動する場合などに低排気ガス化と高効率化とを実現することができる。
【0037】
請求項3記載の燃料噴射装置によれば、時差を付けて電磁弁12,16を断続動作させることによって燃料噴射管8内の圧力を徐々に低下させ、燃料噴射管8内のキャビテーションを抑えて配管の腐食を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る燃料噴射装置の第1の実施形態を示す概略構成図である。
【図2】 本発明に係る燃料噴射装置の第1の実施形態の作動の仕方を説明するためのタイミングチャートである。
【図3】 本発明に係る燃料噴射装置の第1の実施形態の吸入行程1回当たりの燃料噴射率の変化を示す図表である。
【図4】 本発明に係る燃料噴射装置の第2の実施形態の作動の仕方を説明するためのタイミングチャートである。
【図5】 本発明に係る燃料噴射装置の第2の実施形態の吸入行程1回当たりの燃料噴射率の変化を示す図表である。
【図6】 本発明に係る燃料噴射装置の第3の実施形態の作動の仕方を説明するためのタイミングチャートである。
【図7】 本発明に係る燃料噴射装置の第3の実施形態の吸入行程1回当たりの燃料噴射率の変化を示す図表である。
【図8】 本発明に係る燃料噴射装置の第2の実施形態を示す概略構成図である。
【図9】 本発明に係る燃料噴射装置の第3の実施形態を示す概略構成図である。
【図10】 燃料噴射装置(比較例)の作動の仕方を説明するためのタイミングチャートである。
【図11】 燃料噴射装置(比較例)の吸入行程1回当たりの燃料噴射率の変化を示す図表である。
【符号の説明】
1 燃料タンク
2 燃料供給ポンプ
3 リリーフ弁
4 逆止弁
5 燃料供給管
6 燃料噴射ポンプ(燃料送出手段)
6a プランジャ室
6b プランジャ
7 燃料噴射弁
8 燃料噴射管
9 燃料戻り管(第1の戻り管)
13 燃料戻り管(第2の戻り管)
10,14 逆止弁
11,15 絞り
12 電磁弁(第1の弁機構)
16 電磁弁(第2の弁機構)
17 コントロール装置(制御手段)
18 蓄圧器(燃料送出手段)
Claims (5)
- 燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料を導く噴射管と、燃料タンクからの燃料を前記噴射管に送出する燃料送出手段と、前記噴射管から前記燃料タンクに燃料を戻す第1及び第2の戻り管と、前記第1の戻り管を断続する第1の弁機構と、前記第2の戻り管を断続する第2の弁機構とを備える燃料噴射装置であって、
前記第1の弁機構の開放時の燃料流量が、前記第2の弁機構の開放時の燃料流量よりも少なく設定され、
前記燃料噴射弁への燃料供給にあたっては前記第1の弁機構を先行して閉鎖し、続いて前記第2の弁機構を閉鎖するのと同時に前記第1の弁機構を開放し、続いて前記第1の弁機構を閉鎖することを特徴とする燃料噴射装置。 - 燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に燃料を導く噴射管と、燃料タンクからの燃料を前記噴射管に送出する燃料送出手段と、前記噴射管から前記燃料タンクに燃料を戻す第1及び第2の戻り管と、前記第1の戻り管を断続する第1の弁機構と、前記第2の戻り管を断続する第2の弁機構とを備える燃料噴射装置であって、
前記第1の弁機構の開放時の燃料流量が、前記第2の弁機構の開放時の燃料流量よりも少なく設定され、
前記燃料噴射弁への燃料供給にあたっては前記第2の弁機構を先行して閉鎖し、続いて前記第1の弁機構を閉鎖するのと同時に前記第2の弁機構を開放し、続いて前記第2の弁機構を閉鎖することを特徴とする燃料噴射装置。 - 前記燃料噴射弁への燃料供給を終了するときに、時差を設けて前記第1及び前記第2の弁機構を断続することを特徴とする請求項1または2記載の燃料噴射装置。
- 前記燃料送出手段は、前記燃料を吸引及び加圧して前記噴射管に供給する燃料噴射ポンプを備えることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか記載の燃料噴射装置。
- 前記燃料送出手段は、昇圧された前記燃料を蓄える蓄圧器を備えることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか記載の燃料噴射装置。
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