JP4082180B2

JP4082180B2 - 燃料噴射装置

Info

Publication number: JP4082180B2
Application number: JP2002324115A
Authority: JP
Inventors: 仁関島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-11-07
Filing date: 2002-11-07
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2022-11-07
Also published as: JP2004156552A

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、蓄圧装置としてのコモンレールに蓄圧された高圧燃料をエンジンへ噴射供給する燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射装置としては、例えばディーゼルエンジン用燃料噴射システムとしてのコモンレール式燃料噴射装置において、ディーゼルエンジンのクランク軸の回転力によって駆動され、燃料タンクから汲み上げた燃料を高圧化して吐出する高圧ポンプと、この高圧ポンプから吐出された高圧燃料を、一種のサージタンクとして機能するコモンレールと、エンジンの各気筒に設けられ、このコモンレールに蓄圧された高圧燃料をその気筒の燃焼室に噴射供給するインジェクタを備えたものが知られている。
【０００３】
この種の蓄圧式燃料噴射装置、特にインジェクタは、コモンレール内で所定の一定圧力に維持された高圧燃料が供給され、気筒毎にインジェクタに装着された電磁弁の開閉によって、その気筒の燃焼室へ燃料噴射する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３０４０６５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来構成の燃料噴射装置では、各気筒毎に備えられるインジェクタに付設される電磁弁は、噴射タイミングと、噴射期間に応じた噴射量を可変に制御できるにすぎない。そのため、短い噴射期間で高噴射量を噴射制御したい場合、コモンレール内に蓄圧された燃料圧、いわゆるコモンレール圧を制御して、必要な噴射量が噴射可能なコモンレール圧を確保する必要がある。しかしながら、制御可能なコモンレール圧の範囲は限りがあり、エンジンに要求される噴射量を制御することが難しい場合がある。
【０００６】
また、弁部材としてのニードルのリフト特性を段階的に変えるインジェクタがある（特許文献１）。この特許文献１の開示による構成では、２段階のリフト特性が可能となるように、電磁弁の開弁途中にて、１段目と２段目のニードルリフトを切換えることはできるが、噴射初期において、１段目のニードルリフトつまり低リフト状態で噴射が抑制される。そのため、高出力が望まれる高速高負荷の運転領域においても、噴射初期は、その後の噴射特性に比べて低噴射率となる。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、したがってその目的は、運転状態に応じて弁部材のリフト特性が切換え可能であるとともに、可変制御の対象の噴射タイミングおよび噴射期間に対して、リフトの可変が独立的に制御可能な構造を備えた燃料噴射装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１によれば、噴孔を開閉する弁部材と、その噴孔の燃料上流側に弁座を有するものであって、その弁部材がその弁座に着座することによりその噴孔を閉塞し、その弁部材が離座することによりその噴孔を開放する弁ボディと、その噴孔を閉塞させる方向に向かって燃料圧力をその弁部材に加えることが可能な二つの圧力制御室を有するインジェクタと、その二つの圧力制御室に、所定の圧力に蓄圧された高圧燃料を供給可能なコモンレールを備え、その二つの圧力制御室の高圧燃料の供給および放出により前記弁部材を２段階にリフト可変させる燃料噴射装置において、その二つの圧力制御室のうちの一方の圧力制御室には、噴射の開始および停止の信号に基いて開閉が切換えられる第１の電磁弁が接続され、この第１の電磁弁の開閉によりその一方の圧力制御室の燃料圧力状態を切換えるとともに、他方の圧力制御室には、運転状態の信号に基いて開閉が切換えられる第２の電磁弁が接続され、この第２の電磁弁の開閉によりその他方の圧力制御室の燃料圧力状態を切換えており、
かつ、第２の電磁弁は、エンジンの各気筒に搭載されたインジェクタの他方の圧力制御室の燃料圧力状態を切換えることが可能な共通の電磁弁であると共に、そのコモンレールからその他方の圧力制御室に高圧燃料を導く燃料通路の途中に設けられ、この燃料通路のうちその他方の圧力制御室とその第２の電磁弁の間の燃料通路部に導く燃料を、高圧燃料と低圧燃料とに切換えることが可能な３方弁である。
【０００９】
これにより、弁部材に係わる背圧室としての二つの圧力制御室の燃料圧力を制御して弁部材を２段階にリフトさせる燃料噴射装置において、この二つの圧力制御室のうち一方の圧力制御室には、噴射の開始および停止の信号に基いて開閉が切換えられる第１の電磁弁が接続されているとともに、他方の圧力制御室の燃料状態を、例えば高圧燃料状態と低圧燃料状態に切換えることで、弁部材のリフト量の切換えを、第１の電磁弁の駆動制御とは独立的に制御することが可能である。
【００１０】
したがって、運転状態に応じて弁部材のリフト特性を切換え可能であるとともに、可変制御対象の噴射タイミングおよび噴射期間の制御とは、独立してリフト量の切換え制御が可能である。
【００１１】
本発明の請求項２によれば、一方の圧力制御室は、その弁部材と協働してその噴孔の閉塞、開放が可能な第１のピストンと、この第１のピストンに対向して軸方向に進退可能な第２のピストンとの間に形成され、他方の圧力制御室は、その第２のピストンの進退移動の範囲を制限するシリンダ部の内周と、その第２のピストンとで区画され、その一方の圧力制御室に臨むその第２のピストンの端面とは反対の反対端面側に形成されるとともに、その第２のピストンのその端面には、その噴孔を閉塞させる方向とは反対方向にその端面を付勢するスプリングが設けられている。
【００１２】
これにより、二つの圧力制御室は、噴孔を閉塞させる方向に向かって燃料圧力を加える、いわゆる背圧を、弁部材に作用させることが可能である。
【００１３】
さらに、二つの圧力制御室のうち、第２のピストンを挟んで、弁部材側の端面側に一方の圧力制御室を配置し、弁部材側とは反対の反対端面側に他方の圧力制御室を配置することが可能である。一方の圧力制御室内の燃料圧力が背圧として作用する第１のピストンは、弁部材と協働してリフトすることが可能である。
【００１４】
また、第２のピストンの軸方向の進退移動の範囲を制限するシリンダ部の両軸方向端部は、第２の電磁弁の開閉により燃料圧力状態を切換えることで、それぞれ第２のピストンの軸方向位置を規制することが可能である。
【００１５】
したがって、運転状態に応じて、第２の電磁弁の開閉を制御することで、弁部材のリフト量を切換えができる。
【００１６】
本発明の請求項４によれば、運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運動状態検出手段により検出したその運転状態に基いてその噴射開始およびその噴射停止の信号を発生する制御手段を備えている。
【００１７】
これにより、運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段によって検出した運転状態に基いて噴射の開始および停止の信号を発生する制御手段を備えているので、第１、および第２の電磁弁の開閉を駆動制御することが可能であるとともに、第１、および第２の電磁弁をそれぞれ独立して制御することが可能である。
【００１８】
更に本発明の請求項１に記載の如く、第２の電磁弁は、そのコモンレールからその他方の圧力制御室に高圧燃料を導く燃料通路の途中に設けられ、この燃料通路のうちその他方の圧力制御室とその第２の電磁弁の間の燃料通路部に導く燃料を、高圧燃料と低圧燃料とに切換えることが可能な３方弁である。
【００１９】
インジェクタの基本機能である噴射の開始および噴射期間を制御する第１の電磁弁を有する構成に、弁部材のリフト量を制限し、リフト量を切換えることが可能な第２の電磁弁を加えたい場合がある。
【００２０】
これに対して、この場合、エンジンの気筒に搭載されたインジェクタに対して、他方の圧力制御室つまりインジェクタに高圧燃料を導入する燃料経路、およびインジェクタから高圧燃料を例えば燃料タンクに通じる低圧燃料側へ排出する燃料経路の二つの燃料経路を、３方弁の開閉動作により、一つの燃料通路で行なうことが可能である。これにより、エンジンに搭載されたインジェクタに組付ける燃料通路としての例えば燃料噴射鋼管の本数を削減できるので、組付け工数の低減が図れる。結果として、燃料噴射装置のコストの増加を抑えることが可能である。
【００２１】
更に本発明の請求項１に記載の如く、第２の電磁弁は、エンジンの各気筒に搭載されたそのインジェクタのその他方の圧力制御室の燃料圧力状態を切換えられることが可能な共通の電磁弁である。
【００２２】
これにより、エンジンの各気筒に搭載されたインジェクタに対して、共通の一つの第２の電磁弁で対応することが可能である。したがって、燃料噴射装置のシステムコストの低減が図れる。
【００２３】
本発明の請求項３によれば、第１の電磁弁は、そのインジェクタに取付けられている。
【００２４】
インジェクタの基本機能である噴射の開始および噴射期間を制御する第１の電磁弁は、例えば要求される短噴射期間に対して、弁部材の挙動を高応答に駆動させる必要がある。
【００２５】
これに対して、第１の電磁弁を、インジェクタを構成する構成要素にすることが可能であるので、第１の電磁弁による制御対象である一方の圧力制御室の高圧燃料のボリュームを小さくすることが可能である。したがって、第１の電磁弁の開閉による燃料圧力の変化、つまり弁部材の挙動を高応答にすることが可能である。
【００２６】
本発明の請求項５によれば、制御手段は、運転状態が略低負荷状態であるとき、その第２の電磁弁を駆動制御して、その他方の圧力制御室に高圧燃料を導入するとともに、運転状態が略高負荷状態であるとき、その第２の電磁弁を駆動制御して、その他方の圧力制御室に低圧燃料を導入する。
【００２７】
これにより、制御手段は、第２の電磁弁の駆動制御を行なうことで、弁部材のリフトを機械的に切換えることが可能であるので、第１の電磁弁の駆動制御によって噴射の開始および噴射期間が制御されている最中に、平行して運転状態に応じて、弁部材のリフトの切換え制御を行なうことが容易に可能である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の蓄圧燃料噴射装置を、ディーゼル機関に搭載されるコモンレール式燃料噴射装置に適用して、具体化した実施形態を図面に従って説明する。図１は、本実施形態の燃料噴射装置を適用するコモンレール式燃料噴射装置のシステム概略構成を表す構成図である。図２は、図１中のインジェクタにおいて、そのインジェクタの弁部材のリフト特性が第１段階のリフトに制限された低リフト状態に、第２の電磁弁の開閉により切換えられていることを示す部分的断面図である。図３は、図１中の制御系を表す概略構成図である。図４は、本実施形態の燃料噴射装置に係わる第２の電磁弁の開閉により切換えられた弁部材のリフト特性を示すグラフであって、図４（ａ）は弁部材のリフト状態が第２段階のリフトまで可能な高リフト状態、図４（ｂ）は弁部材のリフト状態が第１段階のリフトに制限された低リフト状態を示すグラフである。図５は、図４中の低リフト状態および高リフト状態を、エンジンの運転状態に応じて切換える制御の一実施例を示すグラフである。なお、図１は、図２のインジェクタの弁部材が低リフト状態にあるのに対して、弁部材が第2段階のリフトまで可能な高リフト状態に切換えられていることを示す部分的断面図でもある。
【００２９】
（コモンレール式燃料噴射装置に適用する本実施形態の概略構成）
図１および図３に示すように、コモンレール式燃料噴射装置は、燃料タンク（図示せず）から燃料を汲み上げる高圧ポンプ７と、高圧ポンプ７から吐出された高圧燃料を蓄圧するサージタンクの一種であるコモンレール１０と、多気筒（図１では６気筒）ディーゼル機関（以下、エンジンと呼ぶ）の各気筒毎に設けられ、コモンレール１０に蓄圧された高圧燃料をその気筒の燃焼室に噴射供給する燃料噴射弁（以下、インジェクタと呼ぶ）１〜６と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段１１０と、コモンレール１０内に蓄圧された高圧燃料の燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段１１９と、運転状態検出手段１１０で検出された運転状態、燃料圧力検出手段１１９で検出された燃料圧力等に応じて、燃料噴射装置、特にインジェクタ１〜６を構成する流体制御用電磁弁８、９を制御する制御手段１００とを備えている。なお、この制御手段１００は、エンジンを制御する制御装置であって、複数のインジェクタ１〜６の制御に限らず、コモンレール１０に高圧燃料を吐出する高圧ポンプ７等を電子制御する電子式コントロールユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）である。なお、弁ボディは、１個の噴孔を有しても、複数個の噴孔を有してもいずれでもよい。
【００３０】
複数個（本実施形態では６個）のインジェクタ１〜６は、エンジンの各気筒（シリンダー）の燃焼室に取り付けられて、エンジンの各燃焼室内に高圧燃料を噴射供給する。そして、各インジェクタ１〜６からエンジンへの燃料噴射量および燃料噴射時期等は、噴射期間制御用電磁弁としての第１の電磁弁（噴射期間可変手段）８への通電および通電停止をＥＣＵ１０で電子制御することにより決定される。なお、図１および図２中では、図面作成の便宜上、６個あるインジェクタのうち代表として第１の気筒に設けられているインジェクタ１のみを図示しており、他のインジェクタ２〜６については図示を省略し、符号で表している。
【００３１】
なお、このインジェクタ１〜６は、図１に示すように、噴孔１ａａを開閉する弁部材（以下、ニードルと呼ぶ）１ｂと、その噴孔１ａａの燃料上流側に弁座１ａｂを有するものであって、ニードル１ｂが弁座１ａｂに着座することにより噴孔１ａａを閉塞し、ニードル１ｂが離座することにより噴孔１ａａを開放する弁ボディ１ａと、噴孔１ａａを閉塞させる方向に向かって燃料圧力を背圧としてニードル１ｂに加えることが可能な二つの圧力制御室１ｐ１、１ｐ２を備え、二つの圧力制御室１ｐ１、１ｐ２のいずれか一方の圧力制御室の燃料圧力を低下させることで噴孔１ａａを開放する構成であれば、いずれの構造を有するインジェクタ１であってもよい。
【００３２】
なお、インジェクタ１以外の他のインジェクタ２〜６も、インジェクタ１と同じ構成であって、インジェクタ１の構成として説明した噴孔１ａａ等の構成部材の符号の添え字（例えば、噴孔１ａａの添え字ａａ）は、例えば他のインジェクタ２の噴孔２ａａというように、他のインジェクタ２〜６における符号に同様な符号を付すことで、インジェクタ１で説明した構成部材と同じであることを意味するものとする。なお、インジェクタ２〜６と同様に、図面作成の便宜上、構成部材についてもその図示を省略する。
【００３３】
コモンレール１０は、比較的に高い（大気圧の１００倍から１０００倍以上の範囲）圧力（以下、コモンレール圧力と呼ぶ）の高圧燃料を蓄える一種のサージタンクで、高圧パイプ等の燃料経路１１〜１６を介して各インジェクタ１〜６に接続されている。なお、各インジェクタ１〜６、コモンレール１０および高圧ポンプ７から燃料タンクへ通じるそれぞれの燃料のリターン配管１ｚ、１９、７９は、コモンレール１０内のコモンレール圧力が、限界蓄圧圧力を超えることがないようにプレッシャリミッタ１８からも圧力を逃がせるように構成されている。
【００３４】
高圧ポンプ７は、エンジンのクランク軸（図示せず）の回転に伴って回転することで、燃料タンク内の燃料を燃料フィルター（図示せず）を介在した燃料配管７７を経て汲み上げるフィードポンプ（図示せず）を内蔵し、このフィードポンプにより吸い出された燃料を加圧して高圧燃料を圧送するサプライポンプよりなる。この高圧ポンプ７には、吐出量調整用電磁弁としての流量制御電磁弁７１が取り付けられている。その流量制御電磁弁（以下、噴射圧力制御用電磁弁と呼ぶ）７１は、ＥＣＵ１００からの制御信号により電子制御されることにより、高圧ポンプ７から燃料配管７８を経てコモンレール１０への高圧燃料の圧送量を調整することで、各インジェクタ１〜６からエンジンの燃焼室内に燃料噴射する噴射圧力を変更等をする噴射圧力可変手段である。
【００３５】
ＥＣＵ１００は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種の制御プログラムおよびデータを保存するＲＯＭ、入力データを保存するＲＡＭ、入力回路、出力回路、電源回路およびインジェクタ駆動回路（以下、ＥＤＵと呼ぶ）１２０等より構成されている（図３参照）。このＥＣＵ１００は、後述の運転状態検出手段７０で検出したエンジンの運転状態等に応じて高圧ポンプ７の噴射圧力制御用電磁弁７１およびインジェクタ１〜６の噴射期間制御用電磁弁８を制御する。また、ＥＣＵ１００は、後述するインジェクタ１〜６の弁部材のリフト特性、特にリフト量を制限する第２の電磁弁９を制御する。
【００３６】
ＥＤＵ１２０は、ＥＣＵ１００より出力される制御信号（例えば制御パルス信号）を受けて、ＥＣＵ１００で算出された燃料噴射時期（開弁時期）、燃料噴射量（＝噴射期間）に応じて開弁、閉弁させるように、図示しないバッテリーのバッテリー電圧を昇圧させ、各インジェクタ１〜６の各噴射期間制御用電磁弁８へ供給（通電）または供給停止（通電停止）を制御する。
【００３７】
ＥＣＵ１００にエンジンの運転状態を示す信号を入力する運転状態検出手段１１０としては、エンジンの回転速度を検出する回転速度センサ１１１、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１１２、エンジンが吸入する吸入空気の温度を検出する吸気温センサ１１３、エンジンの冷却水温を検出する冷却水温センサ１１４、エンジンのクランク軸の回転角度およびエンジン回転速度を検出するクランク角センサ１１５等がある。
【００３８】
さらに、ＥＣＵ１００に入力する基本センサとしては、コモンレール１０内に蓄圧された高圧燃料の燃料圧力（噴射圧力、コモンレール圧力）を検出する燃料圧センサ（燃料圧力検出手段）１１９、およびリターン配管９内の燃料の温度を検出する燃料温センサ（燃料温度検出手段）１１８等がある。
【００３９】
ここで、ＥＣＵ１００は、エンジンの定常運転の運転状態においては、クランク角センサ１１５からの例えばクランク軸回転パルス、カム軸回転パルスの信号などの信号を基準にして、インジェクタ１〜６の燃料噴射時期（開弁時期）や、高圧ポンプ７の吐出量（燃料圧送期間）を算出することで、コモンレール圧力を最適な噴射圧力（＝目標圧力）に保持するように高圧ポンプ７の噴射圧力制御用電磁弁７１への通電タイミングを制御する。
【００４０】
そして、回転速度センサ１１１とアクセル開度センサ１１２や、冷却水温センサ１１４または燃料温センサ１１８で測定した値から燃料噴射量を算出し、この算出した燃料噴射量を達成するために、運転状態毎にコモンレール１０内の燃料圧力から算出されたインジェクタ通電時間指令（値）で各インジェクタ１〜６の噴射期間制御用電磁弁８をそれぞれ駆動することで、エンジンが運転される。
【００４１】
ここで、上述の構成の燃料噴射装置において、インジェクタ１〜６の第１の電磁弁（噴射期間制御用電磁弁）８は、ＥＣＵ１００からの噴射の開始および停止の信号に基いて、噴射タイミングと、噴射期間に応じた噴射量を可変に制御できるにすぎない。そのため、比較的短い短噴射期間の間に比較的噴射量が大きい高噴射量を制御したい場合、コモンレール１０内のコモンレール圧を制御して、必要な噴射量を噴射可能なコモンレール圧を確保する必要がある。しかしながら、制御可能なコモンレール圧の範囲は、燃料噴射装置のハード上の燃料加圧能力の限界、あるいは燃料気密限界等の制約により、限りがあり、エンジンに要求される噴射量を制御することが難しい場合がある。また、従来技術による燃料噴射装置として、二つの圧力制御室を有し、ニードルのリフト特性を段階的に変えるもの（特開２００１−３０４０６５号公報）を提案したが、この開示技術の構成では、噴射期間制御用電磁弁の開弁途中にて、１段目と２段目のニードルリフトを切換えるため、噴射初期において、１段目のニードルリフトつまり低リフト状態で噴射が抑制される。そのため、高出力が望まれる高速高負荷の運転領域においても、噴射初期は、その後の噴射特性に比べて低噴射率となる。
【００４２】
（本実施形態の要部およびその詳細説明）
そこで本実施形態では、以下の特徴を具備することで、運転状態に応じてニードル１ｂのリフト特性が切換え可能であるとともに、可変制御の対象の噴射タイミングおよび噴射期間に対して、リフトの可変が独立的に制御可能な構造を備えた燃料噴射装置を提供する。
【００４３】
上記構成で説明した二つの圧力制御室１ｐ１、１ｐ２のいずれか一方の圧力制御室の燃料圧力を低下させることで噴孔１ａａを開放する構成において、本実施形態では、図１に示すように、二つの圧力制御室１ｐ１、１ｐ２のその一方の圧力制御室１ｐ１には、噴射期間制御用電磁弁としての第１の電磁弁８が接続されている。この噴射期間制御用電磁弁８の開閉により、コモンレール圧の高圧燃料が導入された一方の圧力制御室１ｐ１と、燃料タンク等の燃料低圧側に通じる低圧通路としてのリターン配管１ｚとの連通を燃料導通、遮断する。さらに、他方の圧力制御室１ｐ２には、運転状態の信号に基いて開閉が切換えられるリフト切換え制御用電磁弁としての第２の電磁弁９が接続されている。このリフト切換え制御用電磁弁９の開閉により他方の圧力制御室１ｐ２の燃料圧力状態を切換えることで、ニードル１ｂの弁座１ａｂからの最大離間距離（以下、最大ニードルリフトと呼ぶ）を制限する。
【００４４】
これにより、噴孔１ａａを開閉するニードル１ｂの動作に係わる背圧室としての二つの圧力制御室１ｐ１、１ｐ２の燃料圧力を制御してニードル１ｂを２段階にリフトさせる燃料噴射装置において、この二つの圧力制御室１ｐ１、１ｐ２のうち一方の圧力制御室１ｐ１には噴射期間制御用電磁弁８を接続するとともに、他方の圧力制御室１ｐ２にはリフト切換え制御用電磁弁９を接続するので、ニードル１ｂのリフト量すなわち最大ニードルリフトを２段階に切換える切換え制御を、噴射期間制御用電磁弁８の駆動制御とは独立的に、リフト切換え制御用電磁弁９の駆動制御によって行なうことが可能である。したがって、運転状態に応じてニードル１ｂのリフト特性を切換え可能であるとともに、可変制御対象の噴射タイミングおよび噴射期間の制御とは、独立してリフト量の切換え制御、つまり最大ニードルリフトの切換え制御が可能である。
【００４５】
なお、噴射期間制御用電磁弁８およびリフト切換え制御用電磁弁９を用いて、噴射タイミングおよび噴射期間の制御に対して最大ニードルリフトの切換え制御を独立して行なうことが可能な二つの圧力制御室１ｐ１、１ｐ２の詳細な構成としては、以下の一実施例の特徴を有することが好ましい。図１に示すように、一方の圧力制御室１ｐ１は、ニードル１ｂと協働して噴孔１ａａの閉塞、開放が可能な第１のピストン（以下、コマンドピストンと呼ぶ）１ｆと、このコマンドピストン１ｆに対向して軸方向に進退可能な第２のピストン（以下、リフト規制ピストンと呼ぶ）１ｇとの間に形成されている。さらに、他方の圧力制御室１ｐ２は、リフト規制ピストン１ｇの進退移動の範囲を制限するシリンダ部１ｃｂの内周と、リフト規制ピストン１ｇとで区画されており、一方の圧力制御室１ｐ１に望むリフト規制ピストン１ｇの端面１ｇａとは反対の反対面１ｇｂ側に形成されている。なお、二つの圧力制御室１ｐ１、１ｐ２は、上記構成部材により区画されるとともに、コマンドピストン１ｆ、リフト規制ピストン１ｇを、ニードル１ｂを閉塞させる方向に進退可能にするハウジング１ｃの内周部（以下、シリンダと呼ぶ）１ｃａに区画されることにより形成されている。これにより、二つの圧力制御室１ｐ１、１ｐ２は、噴孔１ａａを閉塞させる方向に向かって燃料圧力を加える背圧を、ニードル１ｂに作用させることが可能である。さらに、二つの圧力制御室１ｐ１、１ｐ２のうち、リフト規制ピストン１ｇを挟んで、ニードル１ｂ側の端面１ｇａ側に一方の圧力制御室１ｐ１を配置するとともに、ニードル１ｂ側とは反対の反対端面１ｇｂ側に他方の圧力制御室１ｐ２を配置することが可能である。一方の圧力制御室１ｐ１内の燃料圧力が背圧として作用するコマンドピストン１ｆは、ニードル１ｂと協働してリフトすることが可能である。また、リフト規制ピストン１ｇの軸方向の進退移動可能な範囲を制限するシリンダ部１ｃｂの両軸端部１ｃｂ１、１ｃｂ２は、図１および図２に示すように、リフト切換え制御用電磁弁９の開閉により他方の圧力制御室１ｐ２の燃料圧力状態を、例えば高圧燃料状態と低圧燃料状態に切換えることで、それぞれリフト規制ピストン１ｇの軸方向進退位置を規制することが可能である。
【００４６】
なお、ハウジング１ｃと弁ボディ１ａはチップパッキン１ｄを挟んで、リテーニングナット１ｎ等によって螺合締結される周知の締結構造を有する。
【００４７】
さらになお、本実施形態では、コマンドピストン１ｆを進退可能に収容するシリンダ１ｃａの内周と、コマンドピストン１ｆを進退可能に収容するシリンダ１ｃａ（詳しくは、シリンダ部１ｃｂ）の内周が異なる構成を有する。このとき、シリンダ部１ｃｂの内周がシリンダ１ｃａの内周に比べて大きく形成されていることが好ましい。これにより、背圧室として、一方の圧力制御室１ｐ１の受圧面積に比べて、他方の圧力制御室１ｐ２の受圧面積を大きくすることが可能であるので、最大ニードルリフトを制限するリフト規制ピストン１ｇの背圧を大きく確保できる。したがって、リフト切換え制御用電磁弁９の開閉により他方の圧力制御室１ｐ２の燃料圧力状態を切換える際に、背圧源として比較的大きな燃料圧による背圧荷重を、リフト規制ピストン１ｇに加えることができるので、切換えられられる２段階の最大ニードルリフトの安定性の向上が図れる。
【００４８】
さらになお、本実施形態では、リフト規制ピストン１ｇの端面１ｇａには、噴孔１ａａを閉塞させる方向とは反対方向にその端面１ｇａを付勢するスプリング１ｈ等の付勢手段が設けられている。これにより、リフト切換え制御用電磁弁９の開閉により切換えられる他方の圧力制御室１ｐ２の燃料圧力状態を、コモンレール圧の高圧燃料状態と、燃料タンク等に通じる燃料の低圧燃料状態とに切換えることが可能である。
【００４９】
なお、上記説明の実施形態において、コマンドピストン１ｆとニードル１ｂの間には、ニードルスプリング１ｅが配置されている。このニードルスプリング１ｅは、ニードル１ｂの挙動のうち、最大ニードルリフトに至る途中のニードルリフト特性等を変化させる周知のニードルスプリングである。
【００５０】
さらになお、本実施形態では、図１に示すように、リフト切換え制御用電磁弁９は、コモンレール１０から他の圧力制御室１ｐ２に高圧燃料を導く燃料通路１７の途中に設けられている。さらに、リフト切換え制御用電磁弁９は、このこの燃料通路１７のうち、他の圧力制御室１ｐ２とリフト切換え制御用電磁弁９の間の燃料通路部１７ａに導く燃料を、高圧燃料と低圧燃料とに切換えることが可能な３方弁である。
【００５１】
インジェクタ１の基本機能である噴射の開始および噴射期間を制御する噴射期間制御用電磁弁８を有する構成に、ニードル１ｂのリフト量を制限し、最大ニードルリフトを切換えることが可能なリフト切換え制御用磁弁９を加えたい場合がある。
【００５２】
これに対して、エンジンの気筒に搭載されたインジェクタ１に対して、他方の圧力制御室１ｐ２つまりインジェクタ１に高圧燃料を導入する燃料経路、およびインジェクタ１から高圧燃料を例えば燃料タンクに通じる低圧燃料側へ排出する燃料経路の二つの燃料経路を、３方弁の開閉動作により、一つの燃料通路１７ａで行なうことが可能である。これにより、エンジンに搭載されたインジェクタ１〜６に組付ける燃料通路１７としての例えば燃料噴射鋼管の本数を削減できるので、組付け工数の低減が図れる。結果として、燃料噴射装置のコストの増加を抑えることが可能である。
【００５３】
さらになお、本実施形態では、図１に示すように、リフト切換え制御用電磁弁９は、エンジンの各気筒に搭載されたインジェクタ１〜６の他方の圧力制御室１ｐ２の燃料圧力状態を切換えることが可能な共通の電磁弁である。これにより、エンジンの各気筒に搭載されたインジェクタ１〜６に対して、共通の一つのリフト切換え制御用電磁弁９で対応することが可能である。したがって、燃料噴射装置のシステムコストの低減が図れる。
【００５４】
さらになお、本実施形態では、図１に示すように、噴射期間制御用電磁弁８は、エンジンの各気筒に搭載されたインジェクタ１〜６のそれぞれに取付けられている。
【００５５】
インジェクタ１の基本機能である噴射の開始および噴射期間を制御する噴射期間制御用電磁弁８は、例えば要求される短噴射期間に対して、ニードル１ｂの挙動を高応答に駆動させる必要がある。
【００５６】
これに対して、噴射期間制御用電磁弁８を、インジェクタ１〜６を構成する構成要素にすることが可能であるので、噴射期間制御用電磁弁８による制御対象である一方の圧力制御室１ｐ１の高圧燃料のボリュームを小さくすることが可能である。したがって、噴射期間制御用電磁弁８の開閉による一方の圧力制御室１ｐ１の燃料圧力の変化、つまりニードル１ｂの挙動を高応答にすることが可能である。
【００５７】
なお、圧力制御室１ｐ１の高圧燃料のボリュームを小さくするためのインジェクタ１〜６に装着された噴射期間制御用電磁弁８周りの詳細構成としては、以下の一実施例の特徴を有することが好ましい。図１に示すように、インジェクタ１には、コモンレール１０から供給される高圧燃料が、燃料経路１１を介して導かれるインジェクタ１の高圧燃料導入部１ｋを通じて、ニードル１ｂと弁ボディ１ａの弁座１ａｂが着座、離座することで閉塞、開放する噴孔１ａａに向かって供給可能であるとともに、一方の圧力制御室１ｐ１の内周１ｃａに開口する高圧燃料通路１ｃｐと、リフト規制ピストン１ｇのスプリング室１ｃｇ側に連通し、リーク配管１ｚを介して燃料の低圧側に通じる低圧燃料通路１ｃｒとを備えている。さらに、この高圧燃料通路１ｃｐと低圧燃料通路１ｃｒの連通を燃料導通、遮断する噴射期間制御用電磁弁８の弁部材は、高圧燃料通路１ｃｐの燃料経路長さを抑えるように、シリンダ１ｃａ内周の近傍に配置されている。これにより、高圧燃料を導く高圧燃料通路１ｃｐの燃料経路長さを短くすることができるので、圧力制御室１ｐ１の高圧燃料のボリュームを小さくすることができる。
【００５８】
次に、本発明の構成による燃料噴射装置、特にインジェクタ１〜６の最大ニードルリフトの切換え動作について以下、図１から図４に従って説明する。なお、図１は、図２のインジェクタの弁部材が低リフト状態にあるのに対して、弁部材が第2段階のリフトまで可能な高リフト状態に切換えられていることを示す部分的断面図でもある。図１に示すように、リフト切換え制御用電磁弁９の開閉により、コモンレール１０と他方の圧力制御室１ｐ２の連通を遮断させるとともに、燃料タンクに通じる低圧通路９１に燃料導通に接続することで、燃料通路部１７ａ内の燃料を高圧燃料から低圧燃料に切換える。このとき、リフト規制ピストン１ｇは、スプリング１ｈの付勢力によって、図１の上方に移動し、シリンダ部１ｃｂの軸方向端部（以下、最大リフト上限規制用軸方向端部と呼ぶ）１ｃｂ２に当接し、係止される。リフト規制ピストン１ｇとコマンドピストン１ｆのエアギャップｈ２は、ｈ２＝ｈ２ｍａｘとなる。なお、このとき、ニードル１ｂとチップパキンのエアギャプｈ１は、ｈ２ｍａｘ≦ｈ１である。これにより、ニードル１ｂつまりインジェクタ１のリフト特性ｈ１は、図４（ａ）のように、最大ニードルリフトｈ２＝ｈ２ｍａｘを利用して、高噴射率が得られる。また、噴射開始から最大ニードルリフトｈ２＝ｈ２ｍａｘを利用可能な状態となるので、高出力が望まれる高速高負荷の運転領域においても、噴射初期において従来構成のように、低リフト状態に噴射が抑えられることはない。
【００５９】
一方、図２に示すように、リフト切換え制御用電磁弁９の開閉により、コモンレール１０と他方の圧力制御室１ｐ２の連通を燃料導通させるとともに、燃料タンクに通じる低圧通路９１の連通を遮断することで、燃料通路部１７ａ内の燃料を低圧燃料から高圧燃料に切換える。このとき、リフト規制ピストン１ｇは、他方の圧力制御室１ｐ２に導入された高圧燃料の燃料圧力すなわちコモンレール圧によって、スプリング１ｈの付勢力に抗して、図１の下方に移動し、シリンダ部１ｃｂの軸方向端部（以下、最大リフト下限規制用軸方向端部と呼ぶ）１ｃｂ１に当接し、係止される。リフト規制ピストン１ｇとコマンドピストン１ｆのエアギャップｈ２は、ｈ２＝ｈ２ｍｉｎとなる（ｈ２ｍｉｎ＜ｈ２ｍａｘ）。これにより、インジェクタ１のリフト特性ｈ１は、図４（ｂ）のように、最大ニードルリフトｈ２＝ｈ２ｍｉｎに制限され、低噴射率となる。
【００６０】
したがって、リフト切換え制御用電磁弁９の開閉により、他方の圧力制御室１ｐ２の燃料圧力状態を、低圧燃料と高圧燃料に切換えることによって、燃料圧力が低圧燃料状態になると、最大ニードルリフトをｈ２＝ｈ２ｍａｘに機械的に設定でき、噴射特性の高噴射率化が図れるとともに、燃料圧力が高圧燃料状態になると、最大ニードルリフトをｈ２＝ｈ２ｍｉｎに制限して、噴射率を低く抑えることが可能である。
【００６１】
さらになお、本実施形態では、ＥＣＵ１００は、図３に示すように、運転状態を検出する運転状態検出手段１１０と、この運転状態検出状態により検出した運転状態に基いて、噴射期間制御用電磁弁８を駆動制御する噴射の開始および噴射の停止の信号を発生する。さらに、ＥＣＵ１００は、この運転状態検出状態により検出した運転状態に基いて、リフト切換え制御用電磁弁９を駆動制御する。これにより、ＥＣＵ１００は、運転状態、噴射開始および噴射停止の信号に応じて、リフト切換え制御用電磁弁９および噴射期間制御用電磁弁８を駆動制御することができ、よってリフト切換え制御、および噴射タイミングと噴射期間の制御を行なうことが可能である。さらに、ＥＣＵ１００は、リフト切換え制御用電磁弁９および噴射期間制御用電磁弁８をそれぞれ駆動制御して、リフト切換え制御、および噴射タイミングと噴射期間の制御を独立して制御することが可能である。
【００６２】
さらになお、本実施形態では、図５に示すように、ＥＣＵ１００は、運転状態が略低負荷状態であるとき、リフト切換え制御用電磁弁９を駆動して、他方の圧力制御室１ｐ２に高圧燃料を導入するとともに、運転状態が略高負荷状態であるとき、リフト切換え制御用電磁弁９を駆動して、他方の圧力制御室１ｐ２に低圧燃料を導入する。これにより、ＥＣＵ１００は、リフト切換え制御用電磁弁９を駆動制御することで、ニードル１ｂの最大ニードルリフトｈ２を、ｈ２＝ｈ２ｍａｘとｈ２＝ｈ２ｍｉｎとに機械的に切換えることが可能であるので、噴射期間制御用電磁弁８の駆動制御によって噴射の開始および噴射期間が制御されている最中に、平行して運転状態に応じてリフト切換え制御用電磁弁９を駆動制御することによって、ニードル１ｂの最大ニードルリフトｈ２の切換え制御を容易に行なうことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の燃料噴射装置を適用するコモンレール式燃料噴射装置のシステム概略構成を表す構成図である。
【図２】図１中のインジェクタにおいて、そのインジェクタの弁部材のリフト特性が第１段階のリフトに制限された低リフト状態に、第２の電磁弁の開閉により切換えられていることを示す部分的断面図である。
【図３】図１中の制御系を表す概略構成図である。
【図４】本実施形態の燃料噴射装置に係わる第２の電磁弁の開閉により切換えられた弁部材のリフト特性を示すグラフであって、図４（ａ）は弁部材のリフト状態が第２段階のリフトまで可能な高リフト状態、図４（ｂ）は弁部材のリフト状態が第１段階のリフトに制限された低リフト状態を示すグラフである。
【図５】図４中の低リフト状態および高リフト状態を、エンジンの運転状態に応じて切換える制御の一実施例を示すグラフである。
【符号の説明】
１〜６インジェクタ（燃料噴射弁）
１ａ弁ボディ
１ａａ噴孔
１ａｂ弁座
１ｂニードル（弁部材）
１ｃａ、１ｃｂシリンダ、シリンダ部
１ｆコマンドピストン（第１のピストン）
１ｇリフト規制ピストン（第２のピストン）
１ｇａ、１ｇｂ（ニードル１ｂ側の）端面、（ニードル１ｂ側とは反対の）反対端面
１ｈスプリング
１ｐ１一方の圧力制御室
１ｐ２他方の圧力制御室
７高圧ポンプ
８噴射期間制御用電磁弁（第１の電磁弁、噴射期間可変手段）
９リフト切換え制御用電磁弁（第２の電磁弁）
１０コモンレール
１００ＥＣＵ（制御手段、制御装置）
１１０運転状態検出手段

Claims

噴孔を開閉する弁部材と、前記噴孔の燃料上流側に弁座を有するものであって、前記弁部材が弁座に着座することにより前記噴孔を閉塞し、前記弁部材が離座することにより前記噴孔を開放する弁ボディと、前記噴孔を閉塞させる方向に向かって燃料圧力を前記弁部材に加えることが可能な二つの圧力制御室を有するインジェクタと、
前記二つの圧力制御室に、所定の圧力に蓄圧された高圧燃料を供給可能なコモンレールを備え、
前記二つの圧力制御室の高圧燃料の供給および放出により前記弁部材を２段階にリフト可変させる燃料噴射装置において、
前記二つの圧力制御室のうちの一方の圧力制御室には、噴射の開始および停止の信号に基いて開閉が切換えられる第１の電磁弁が接続され、前記第１の電磁弁の開閉により前記一方の圧力制御室の燃料圧力状態を切換えるとともに、
他方の圧力制御室には、運転状態の信号に基いて開閉が切換えられる第２の電磁弁が接続され、前記第２の電磁弁の開閉により前記他方の圧力制御室の燃料圧力状態を切換えており、
かつ、前記第２の電磁弁は、
エンジンの各気筒に搭載された前記インジェクタの前記他方の圧力制御室の燃料圧力状態を切換えることが可能な共通の電磁弁であると共に、
前記コモンレールから前記他方の圧力制御室に高圧燃料を導く燃料通路の途中に設けられ、前記燃料通路のうち前記他方の圧力制御室と前記第２の電磁弁の間の燃料通路部に導く燃料を、高圧燃料と低圧燃料とに切換えることが可能な３方弁であることを特徴とする燃料噴射装置。
前記一方の圧力制御室は、前記弁部材と協働して前記噴孔の閉塞、開放が可能な第１のピストンと、前記第１のピストンに対向して軸方向に進退可能な第２のピストンとの間に形成され、
前記他方の圧力制御室は、前記第２のピストンの進退移動の範囲を制限するシリンダ部の内周と、前記第２のピストンとで区画され、前記一方の圧力制御室に臨む前記第２のピストンの端面とは反対の反対端面側に形成されるとともに、
前記第２のピストンの前記端面には、前記噴孔を閉塞させる方向とは反対方向に前記端面を付勢するスプリングが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
前記第１の電磁弁は、前記インジェクタに取付けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料噴射装置。
前記運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運動状態検出手段により検出した前記運転状態に基いて前記噴射開始および前記噴射停止の信号を発生する制御手段を備えていることを特徴とする請求１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
前記制御手段は、運転状態が略低負荷状態であるとき、前記第２の電磁弁を駆動制御して、前記他方の圧力制御室に高圧燃料を導入するとともに、
運転状態が略高負荷状態であるとき、前記第２の電磁弁を駆動制御して、前記他方の圧力制御室に低圧燃料を導入することを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射装置。