JP3758899B2

JP3758899B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP3758899B2
Application number: JP17327599A
Authority: JP
Inventors: 正二郎琴岡; 晋纐纈; 圭樹田邊
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2019-06-18
Also published as: JP2001003827A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関し、特にエンジン搭載性の向上及び噴射圧力制御の応答性の向上を図った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とを接続する燃料通路１１、及び燃料通路１１と低圧蓄圧器７とを接続する分岐通路１２等の配管が必要である。このため、燃料噴射装置全体のシステムの占有スペースが増大し、実機搭載性が低下する。特に、吸・排気弁を各２弁備えた４弁系のディーゼルエンジンのシリンダヘッド７１上への配置を検討する場合には、システムのコンパクト化が必須である。
【０００７】
更に、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等の問題がある。
【０００８】
このため、本発明では、エンジン搭載性の向上を図ると共に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、本発明の請求項１では、燃料噴射弁ハウジングに、高圧燃料源からの燃料の一部を針弁のピストン作用圧とし、当該作用圧を開放することにより前記針弁の閉弁を解除して前記高圧燃料を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供給通路と、前記高圧燃料源より低圧の低圧燃料源の燃料を前記燃料供給通路下流側に供給するときのみ開弁する前記切換弁よりも小径の逆止弁、及び前記燃料供給通路の下流側端部に配設され、内部に収容された針弁の一端側に作用する燃料圧力を開放することにより当該針弁の閉弁を解除して燃焼室内に燃料を噴射するとともに前記切換弁の作動状態に応じて前記低圧燃料又は前記高圧燃料を選択的に噴射する燃料噴射弁を一体に収容して、切換弁と逆止弁と燃料噴射弁とを接続する燃料通路を短くして燃料通路のデッドボリュームを低減する。これにより、低圧噴射と高圧噴射とを選択的に噴射させる際の噴射圧力制御の応答性が向上する。また、燃料噴射装置のコンパクト化が図られてエンジン搭載性が向上する。
【００１０】
また、燃料噴射弁ハウジングは、前記切換弁の作用圧を開放するリーク燃料通路と前記燃料噴射弁の作用圧を開放するリーク燃料通路並びに当該二つのリーク燃料通路を統合するリーク燃料合流部を内部に形成し、且つ小径の前記逆止弁を大径の燃料噴射弁と大径の切換弁との間に一列になるように収容して一体構造とし、シリンダヘッド上の吸・排気バルブ間の狭い空間に前記逆止弁を配設する。これにより、燃料通路の構成が簡素且つ容易になるとともに、シリンダヘッドのスペースの有効利用が図られる。
【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、本発明に係る燃料噴射装置の断面図、図２は、図１の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、図３は、図２の矢印III方向要部断面側面図である。
【００１２】
図１及び図２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２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。この絞り付逆止弁２３は、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。このように、逆止弁５４の中心にオリフィス５４ａを設けることで、回路の簡素化、小型化が図られる。
ハウジング２１には燃料供給通路としての燃料通路６１、或いは燃料通路６０、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。
【００１６】
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。
【００１７】
この燃料噴射装置２０は、図２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、配管６９を介して図示しない低圧燃料源としての低圧蓄圧室に接続される。
【００１８】
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。
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。
【００１９】
燃料噴射開始時期が到来した時に開閉弁３５を開弁させて燃料噴射弁２４を開弁させ、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
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。
【００２０】
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いことで、低圧噴射と高圧噴射とを選択的に噴射させる際の噴射圧力制御の応答性が向上する。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の上限が拡大され、噴射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、従来の蓄圧式燃料噴射装置の噴射波形を示す。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、切換弁及び逆止弁を燃料噴射弁と一体構造とすることで、各弁間の燃料通路長を短くすることができ、これに伴い、燃料の噴射途中で燃料圧を低圧・高圧に切り換える際に燃料通路内の燃料のデッドボリュームが低減し、低圧・高圧の燃料を選択的に噴射する際の応答性が向上する。加えて、高圧燃料源からの燃料の一部を、切換弁及び燃料噴射弁の針弁のピストン作用圧として利用することにより、切換弁及び燃料噴射弁を作動させる電磁弁を小型化することができるので、燃料噴射装置のコンパクト化が図られ、重量を低減することができると共に、エンジン搭載性の向上が図られる。
【００２２】
また、切換弁及び燃料噴射弁の針弁に作用する作用圧が開放されるリーク燃料通路が統合され、且つ多弁エンジンの吸・排気バルブにより挟まれた狭い空間に逆止弁が配置される。これにより、リーク燃料系の簡素化が図られ、且つ高圧燃料源から燃料噴射弁までの大径の燃料通路を直線的に設けることができるので、燃料通路の構成が簡素且つ容易になるとともに、シリンダヘッドのスペースを有効に活用することができ、実機への搭載性の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料噴射装置の断面図である。
【図２】図１に示す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３】図２の矢印III方向要部断面側面図である。
【図４】図１の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。
【符号の説明】
２０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
５４逆止弁
５４ａオリフィス（絞り）
２４燃料噴射弁

Claims

高圧燃料源からの燃料の一部を針弁のピストン作用圧とし、当該作用圧を開放することにより前記針弁の閉弁を解除して前記高圧燃料を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供給通路と、
前記高圧燃料源より低圧の低圧燃料源の燃料を前記燃料供給通路下流側に供給するときのみ開弁する前記切換弁よりも小径の逆止弁と、
前記燃料供給通路の下流側端部に配設され、内部に収容された針弁の一端側に作用する燃料圧力を開放することにより当該針弁の閉弁を解除して燃焼室内に燃料を噴射するとともに前記切換弁の作動状態に応じて前記低圧燃料又は前記高圧燃料を選択的に噴射する燃料噴射弁と、
前記切換弁及び前記逆止弁並びに前記燃料噴射弁を収容する燃料噴射弁ハウジングとを備え、
前記燃料噴射弁ハウジングは、前記切換弁の作用圧を開放するリーク燃料通路と前記燃料噴射弁の作用圧を開放するリーク燃料通路並びに当該二つのリーク燃料通路を統合するリーク燃料合流部を内部に形成し、且つ前記小径の前記逆止弁を前記燃料噴射弁及び前記切換弁に挟まれて一列になるように収容し、エンジンのシリンダヘッド上の吸排気バルブ間に前記逆止弁が位置するように配設されたことを特徴とする燃料噴射装置。