JP4148009B2 - Fuel injection system for internal combustion engine - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
主噴射と主噴射前に少量の燃料を噴射させるパイロット噴射とを順次行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
そして、燃焼室中心に複数の噴孔を備えた燃料噴射弁を設け、燃焼室側壁に沿う方向にＥＧＲガスを噴射する噴射弁を備える技術（例えば、特許文献２参照。）、キャビティ中心に臨む複数噴孔を有した第１噴射弁及び燃焼室周辺に設けられ対向するキャビティ側壁に向けて燃料を噴射する第２噴射弁を備える技術（例えば、特許文献３参照。）、主噴射用噴射弁及びパイロット噴射用噴射弁を備え、主噴射用噴射弁には、エンジン運転条件に応じて調圧された燃料を供給し、パイロット噴射用噴射弁には、常時略一定圧力の燃料を供給する技術（例えば、特許文献４参照。）、主噴射時期を上死点前とし、パイロット噴射時期を燃料到達距離が抑制されるよう上死点から十分前とする技術（例えば、特許文献５参照。）、予測された筒内温度に基づいて主噴射による燃料が目標着火時期に着火するように着火源形成用パイロット噴射の形態を設定する技術（例えば、特許文献６参照。）が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２５９７５３号公報（第３−６頁）
【特許文献２】
特開平５−３０６６１８号公報（第２頁）
【特許文献３】
特開平９−３１７６０４号公報（第２−４頁）
【特許文献４】
特開平１０−１８４４８７号公報（第３−４頁）
【特許文献５】
特開２００１−８２２３２号公報（第２−５頁）
【特許文献６】
特開２００１−２５４６４５号公報（第３−７頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、早い時期にパイロット噴射を行うと、空気と燃料との混合が進行して空燃比がリーンとなりすぎ、着火が困難となる。これにより、燃焼騒音が発生することがある。これを改善しようと、パイロット噴射時期を主噴射時期に近づけると、パイロット噴射による燃料が燃焼室中央付近で燃焼し、その後の主噴射による燃料も拡散しないまま燃焼室中央付近で燃焼してしまう。これにより、スモークが発生することがある。
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の燃料噴射システムにおいて、スモークの発生を抑制しつつ燃焼騒音を低減させたパイロット噴射を行う技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の燃料噴射システムは、以下の手段を採用した。即ち、第１の発明は、
燃焼室内へ主噴射よりも前にパイロット噴射を行うディーゼルエンジンにおいて、
パイロット噴射の燃料噴射率を主噴射の燃料噴射率よりも高くしたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の最大の特徴は、パイロット噴射の燃料噴射率を高くすることにより、主噴射と近接してパイロット噴射を行っても、パイロット噴射された燃料を燃焼室外周付近まで到達させ、燃焼室外周付近で着火させることを可能にすることにある。
【０００９】
ここで、燃料噴射率とは、単位時間当たりの燃料噴射量で表される。
【００１０】
また、パイロット噴射とは、主噴射に先立って行われる燃料噴射であり、吸気行程中及び圧縮行程中に行われるものを含む。
【００１１】
このように構成された内燃機関の燃料噴射システムでは、パイロット噴射された燃料は、燃料噴射率が高いため、主噴射された燃料と比較して短時間で燃焼室外周付近まで到達する。従って、パイロット噴射を行う時期を遅角させて主噴射と近づけても、パイロット噴射による燃料を燃焼室外周付近に到達させることができる。これにより、燃焼室外周付近であって主噴射された燃料と空気との混合が進行した位置で、パイロット噴射及び主噴射された燃料を着火させることが可能となり、スモークの発生を抑制することが可能となる。また、パイロット噴射が行われてから主噴射が行われるまでの時間を短くすることができるので、パイロット噴射による混合気がリーンになりすぎることを抑制することが可能となる。これにより、燃焼騒音の発生を抑制することが可能となる。
【００１２】
本発明においては、主噴射を行う主噴射弁と、パイロット噴射を行うパイロット噴射弁と、前記主噴射弁及びパイロット噴射弁へ夫々異なる圧力で燃料を供給する燃料供給装置とを更に備えることができる。
【００１３】
夫々、異なる圧力で供給された燃料を夫々異なる噴射弁により噴射させるので、１サイクル中の主噴射及びパイロット噴射による噴霧の位置及び着火位置を容易に変更することが可能となる。
【００１４】
本発明においては、パイロット噴射及び主噴射の両方を行う単一の燃料噴射弁を備えることができる。
【００１５】
単一の燃料噴射弁により燃料噴射率を変更することができれば、燃料噴射弁の取り付けスペースの確保が容易となる。
【００１６】
本発明においては、前記燃料噴射弁は、
燃料を貯留する燃料貯留室と、
前記燃料貯留室に開口し燃料を燃料噴射弁外へ噴射させる燃料噴射孔と、
前記燃料噴射孔を開閉するニードル弁と、
前記燃料貯留室に接続され該燃料貯留室に燃料を導入する燃料通路と、
前記燃料通路で前記燃料貯留室側へのみ燃料を通過させる逆止弁と、
前記逆止弁よりも下流の燃料通路若しくは前記燃料貯留室の容積を変更する作動装置と、
を備えることができる。
【００１７】
ニードル弁により燃料噴射孔が閉じられているときには、燃料貯留室に貯留された燃料の圧力が保持される。そして、燃料噴射孔が開かれると燃料貯留室内の圧力により定まる燃料噴射率で燃料が噴射される。ここで、燃料噴射時に、作動装置により燃料貯留室等の容量を小さくすると、燃料貯留室内の圧力が増加し、燃料噴射率を高めることができる。ここで、逆止弁が備えられているため、燃料通路を燃料が逆流することもない。従って、パイロット噴射時に貯留室の容量を小さくすれば、主噴射よりもパイロット噴射の燃料噴射率を高くすることが可能となる。一方、主噴射時に燃料貯留室等の容量を大きくすると、主噴射時の燃料噴射率を低下させることができる。このようにしても、主噴射よりもパイロット噴射の燃料噴射率を高くすることが可能となる。
【００１８】
本発明においては、前記燃料噴射弁は、
燃料を貯留する燃料貯留室と、
前記燃料貯留室に開口し燃料を燃料噴射弁外へ噴射させる燃料噴射孔と、
前記燃料噴射孔を開閉するニードル弁と、
前記ニードル弁を移動させ該ニードル弁のリフト量が小さいほど前記燃料貯留室の容量が小さくなる作動装置と、
前記燃料貯留室に接続され該燃料貯留室に燃料を導入する燃料通路と、
前記燃料通路で前記燃料貯留室側へのみ燃料を通過させる逆止弁と、
を備え、
パイロット噴射時のニードル弁のリフト量を主噴射時のニードル弁のリフト量よりも小さくすることができる。
【００１９】
ニードル弁により燃料噴射孔が閉じられているときには、燃料貯留室に貯留された燃料の圧力が保持される。そして、燃料噴射孔が開かれると燃料貯留室内の圧力に応じた燃料噴射率で燃料が噴射される。ここで、ニードル弁が開弁側へ作動すると、ニードル弁のリフト量に応じて燃料貯留室の容量が大きくなる。即ち、燃料噴射中に、ニードル弁のリフト量を小さくすると燃料貯留室の容量が小さくなり、燃料の圧力が上昇して燃料噴射率が高まる。従って、パイロット噴射時にニードル弁のリフト量を小さくし、若しくは、主噴射時にニードル弁のリフト量を大きくすれば、主噴射よりもパイロット噴射の燃料噴射率を高くすることが可能となる。
【００２０】
本発明においては、前記燃料噴射弁は、
燃料を貯留する燃料貯留室と、
前記燃料貯留室に開口し燃料噴射弁外へ主噴射用燃料を噴射する主噴射用燃料噴射孔と、
前記主噴射用燃料噴射孔を開閉する主噴射用ニードル弁と、
前記主噴射用燃料噴射孔よりも大きい開口面積で前記燃料貯留室に開口し燃料噴射弁外へパイロット噴射用燃料を噴射するパイロット噴射用燃料噴射孔と、
前記パイロット噴射用燃料噴射孔を開閉するパイロット噴射用ニードル弁と、を備えることができる。
【００２１】
パイロット噴射時には、パイロット噴射用燃料噴射孔から燃料噴射率の高い噴射を行い、主噴射時には、主噴射用燃料噴射孔から燃料噴射率の低い噴射を行う。これにより、容易に燃料噴射率の異なる燃料噴射を行うことが可能となる。ここで、パイロット噴射用燃料噴射孔の開口面積を主噴射用燃料噴射孔の開口面積よりも大きくすることにより、夫々の燃料噴射孔に供給される燃料の圧力が等しくても、パイロット噴射の燃料噴射率を高めることができる。
【００２２】
本発明においては、前記燃料噴射弁は、
前記燃料貯留室に開口し燃料を燃料噴射弁外へ噴射する燃料噴射孔と、
前記燃料噴射孔を開閉し、パイロット噴射時よりも主噴射時のリフト量が大きいニードル弁と、
主噴射時に前記ニードル弁のリフト量が所定量以上となった場合に開口し燃料を排出させる燃料排出通路と、
を備えることができる。
【００２３】
ニードル弁により燃料噴射孔が閉じられているときには、燃料貯留室に貯留された燃料の圧力が保持される。そして、パイロット噴射時に燃料噴射孔が開かれると、燃料貯留室内の圧力に応じた燃料噴射率で燃料が噴射される。また、ニードル弁のリフト量を大きくして主噴射が行われると、燃料排出通路に燃料が排出されるため燃料の圧力が低下し、燃料噴射率が低下する。これにより、パイロット噴射よりも主噴射による燃料噴射率を低下させることが可能となる。
【００２４】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の燃料噴射システムは、以下の手段を採用した。即ち、第２の発明は、
燃焼室内へ主噴射よりも前にパイロット噴射を行うディーゼルエンジンにおいて、
複数の燃料噴射孔を有し燃焼室中心側で主噴射を行う主噴射弁と、前記主噴射弁から噴射された燃料が到達する位置であって燃焼室外周でパイロット噴射を行う複数のパイロット噴射弁と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
本発明の最大の特徴は、主噴射により噴射された燃料の空気との混合が進んだ燃焼室外周でパイロット噴射を行うことにより、パイロット噴射時期を遅角させつつ主噴射による燃料を燃焼室外周近辺で着火可能とすることにある。
【００２６】
このように構成された内燃機関の燃料噴射システムでは、パイロット噴射弁は、燃焼室外周であって主噴射弁からの燃料噴射が到達する位置に備えられる。そして、主噴射弁は複数の燃料噴射孔を有しているため、燃焼室外周には複数のパイロット噴射弁が備えられている。ここで、前記したように、パイロット噴射により噴射された燃料は、燃焼室外周付近で燃焼させることが望ましい。また、パイロット噴射が行われてから主噴射が行われるまでの時間は、短いほうが望ましい。その点、パイロット噴射弁を燃焼室外周に備えることにより、パイロット噴射時期を遅角させ、燃焼室外周付近で燃料を着火させることができ、しかも、パイロット噴射された燃料と空気との混合が進みリーンとなりすぎることもない。また、複数の噴孔から放射状に燃料を噴射して主噴射が行われる場合には、夫々の噴孔から噴射された燃料が到達する位置に夫々パイロット噴射弁を備えれば、夫々の噴孔から噴射された燃料を個別に着火させることが可能となる。
【００２７】
本発明においては、前記パイロット噴射弁は、燃焼室外周近傍で該燃焼室外周に沿う方向に燃料を噴射する燃料噴射孔を少なくとも２つ備えることができる。
【００２８】
このような燃料噴射孔によりパイロット噴射を行うと、機関運転状態によりスワールの回転速度が変化し主噴射の到達位置が変動したとしても、パイロット噴射による燃料が主噴射による燃料を捉えることが可能となり、主噴射による燃料を着火しやすくすることが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明による内燃機関の燃料噴射システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明による内燃機関の燃料噴射システムを車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。
【００３０】
図１は、本実施の形態によるエンジンの概略構成を示す図である。図１（Ａ）は、側面断面図、図１（Ｂ）は、本実施の形態によるパイロット噴射及び主噴射による噴霧の関係示した上面図である。
【００３１】
図１に示すエンジン１は、気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。
【００３２】
エンジン１は、シリンダヘッド１ａ及びシリンダブロック１ｂが連結されて構成されている。
【００３３】
シリンダヘッド１ａには、吸気ポート４及び排気ポート５が形成されており、吸気ポート４及び排気ポート５と気筒２内との境界には、上下に移動する吸気弁６及び排気弁７が備えられている。
【００３４】
また、シリンダヘッド１ａには、気筒２内に燃料を主噴射する主噴射弁３ａ及び、主噴射に先立ち燃料を噴射（以下、パイロット噴射とする。）するパイロット噴射弁３ｂが設けられている。
【００３５】
主噴射弁３ａには、該主噴射弁３ａに燃料を供給する主噴射用燃料供給源３１ａが、パイロット噴射弁３ｂには、該パイロット噴射弁３ｂに燃料を供給するパイロット噴射用燃料供給源３１ｂが夫々接続されている。そして、パイロット噴射用燃料供給源３１ｂの燃料吐出圧力は、主噴射用燃料供給源３１ａのものよりも高く設定されている。即ち、パイロット噴射弁３ｂに供給される燃料の圧力は、主噴射弁３ａに供給される燃料の圧力よりも高くなり、パイロット噴射の燃料噴射率は主噴射の燃料噴射率よりも高くなる。
【００３６】
主噴射弁３ａ若しくはパイロット噴射弁３ｂに駆動電流が印加されると、主噴射弁３ａ若しくはパイロット噴射弁３ｂが開弁し、その結果、主噴射弁３ａ若しくはパイロット噴射弁３ｂから気筒２内へ燃料が噴射される。ここで、主噴射弁３ａ及びパイロット噴射弁３ｂから噴射される燃料量は、エンジン回転数と負荷とからマップにより算出される。また、基本となる燃料噴射時期もエンジン回転数と負荷とからマップにより算出される。これらのマップは、予め実験等により求めておく。
【００３７】
また、シリンダブロック１ｂは、気筒２内に挿入されたピストン１０を備えて構成される。このピストン１０の上面とシリンダヘッド１ａ及び気筒２の内壁面とで囲まれた空間により燃焼室１１が形成されている。
【００３８】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１２が併設されている。このＥＣＵ１２は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００３９】
ＥＣＵ１２には、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ１２に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１２には、主噴射弁３ａ、パイロット噴射弁３ｂ等が電気配線を介して接続され、制御することが可能になっている。また、前記ＥＣＵ１２は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。
【００４０】
ところで、従来の内燃機関の燃料噴射システムでは、単一の噴射弁によりパイロット噴射及び主噴射が行われるものがあった。ここで、パイロット噴射は、燃料の噴射量が少量であるため、噴射弁の開弁時間が短く、また、ニードル弁のリフト量も小さくなるため、燃料噴射率が小さくなっていた。
【００４１】
そして、パイロット噴射を吸気行程の比較的早い時期に行うと、パイロット噴射された燃料の蒸発及び空気との混合が進んでリーン空燃比となってしまい、パイロット噴射した燃料の着火が困難となっていた。これにより、主噴射による燃料が急激に燃焼し、燃焼騒音が発生することがあった。
【００４２】
また、パイロット噴射を吸気行程の比較的遅い時期に行うと、パイロット噴射された燃料が、噴射後すぐに燃焼室中央付近で燃焼してしまい、その後の主噴射された燃料も燃焼室中央付近で燃焼することがあった。これにより、主噴射された燃料は空気との混合が進む前、即ち、リッチ空燃比で燃焼するので、スモークが発生することがあった。
【００４３】
このように、パイロット噴射の燃料噴射率が低いと、パイロット噴射を行う時期によりスモークが発生し若しくは燃焼騒音が発生する虞があった。
【００４４】
その点、本実施の形態では、主噴射用の噴射弁とパイロット噴射用の噴射弁とを夫々備え、パイロット噴射の燃料噴射率を主噴射の燃料噴射率よりも高く設定している。
【００４５】
図２は、クランク角度と燃料噴射率の関係を示した図である。図２（Ａ）は従来のものを示し、図２（Ｂ）は本実施の形態によるものを示している。本実施の形態では、パイロット噴射の燃料噴射率は従来のものよりも高くなり、主噴射の燃料噴射率は従来のものよりも低くなっている。ここで、パイロット噴射及び主噴射による燃料噴射量の総量が従来のものと略等しくなるように燃料噴射量を変更しても良い。
【００４６】
図３は、燃焼室内のパイロット噴射と主噴射とによる噴霧状態を示した上面図及びそれに伴う熱発生率の時間推移を示したタイムチャート図である。図３（Ａ）は、燃料噴射率の低いパイロット噴射を吸気行程の比較的早い時期に行った場合、図３（Ｂ）は、燃料噴射率の低いパイロット噴射を吸気行程の比較的遅い時期に行った場合、図３（Ｃ）は、燃料噴射率の高いパイロット噴射を吸気行程の比較的遅い時期に行った場合を夫々示している。ここで、熱発生率とは、混合気の燃焼過程における単位時間当りの発熱量を示す。図３（Ａ）の場合には、パイロット噴射による熱発生率は殆ど上昇しない。図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）の場合には、パイロット噴射による熱発生率が上昇し、燃焼騒音の発生を抑制することができる。ただし、図３（Ｂ）の場合には、燃焼室中心付近で主噴射による燃料が燃焼するため、スモークが発生する虞がある。
【００４７】
本実施の形態では、図３（Ｃ）に示した燃料噴霧状態及び熱発生率とするために、主噴射弁３ａ及びパイロット噴射弁３ｂを備えている。さらに、この主噴射弁３ａ及びパイロット噴射弁３ｂに夫々４つの噴孔を備え、燃焼室１１（気筒２）外周へ向けて燃料を噴射させる。ここで、主噴射弁３ａの噴孔から噴射される燃料と、パイロット噴射弁３ｂの噴孔から噴射される燃料とが、図１（Ｂ）に示すような噴霧状態となるように夫々の噴孔が形成されている。ここで、主噴射弁３ａ及びパイロット噴射弁３ｂから噴射された燃料は、スワールにより気筒中心軸を中心にして回転することがある。従って、パイロット噴射された燃料の燃焼ガス中に主噴射された燃料が到達するように、予め実験等により主噴射弁３ａ及びパイロット噴射弁３ｂ噴孔の位置を求め、設定しておく。このようにして、燃焼室１１外周付近で、パイロット噴射及び主噴射による燃料を燃焼させることができる。
【００４８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、燃料噴射率の高いパイロット噴射を行うため、吸気行程の比較的遅い時期にパイロット噴射を行ったとしても、パイロット噴射による燃料を燃焼室１１外周付近に供給することができる。これにより、燃焼室１１中心付近でパイロット噴射及び主噴射による燃料が燃焼することがなく、スモークの発生を抑制することができる。また、パイロット噴射が行われてから主噴射が行われるまでの期間を短くすることができるので、パイロット噴射による燃料と空気との混合が進みリーンとなりすぎることもない。従って、パイロット噴射による燃料が着火しないことに起因した燃焼騒音の発生を抑制することができる。また、主噴射弁３ａ及びパイロット噴射弁３ｂに夫々異なる圧力で燃料を供給することができるので、燃料噴射率を容易に変更することができる。
【００４９】
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、パイロット噴射及び主噴射を単一の噴射弁で行う点、それに伴い燃料供給源を単一とする点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００５０】
図４は、本実施の形態による燃料噴射弁３の概略構成を示した断面図である。
【００５１】
燃料噴射弁３は、本体３０１、噴孔３０２、ニードル弁３０３、本体３０１内で燃料を貯留する燃料貯留室３０４、燃料貯留室３０４に接続され燃料供給源からの燃料を該燃料貯留室３０４に導入する燃料通路３０５、燃料通路３０５の途中に設けられ燃料噴射弁３の外部から燃料貯留室３０４の方向にのみ燃料を通過させる逆止弁３０６、燃料貯留室３０４に接続され燃料を一時貯留する筒状の別室３０７、別室３０７内の容積を変更するピストン３０８、電圧を印加することによりピストン３０８を移動させるアクチュエータ３０９を備えて構成されている。このアクチュエータ３０９は、圧電素子からなり電圧を印加することにより作動する。
【００５２】
このように構成された燃料噴射弁３では、燃料供給源から吐出された燃料が燃料通路３０５を流通し、逆止弁３０６を通過して本体３０１内に導入される。そして、ニードル弁３０３により噴孔３０２が閉じられている場合には、本体３０１内に導入された燃料は、燃料貯留室３０４及び別室３０７へ貯留される。ニードル弁３０３が作動され、噴孔３０２が開かれると、燃料供給源から印加される燃料の圧力に応じた量の燃料が噴孔３０２を通過して燃焼室１１内へ噴射される。
【００５３】
ここで、燃料噴射前若しくは燃料噴射中にアクチュエータ３０９によりピストン３０８を移動させ、別室３０７内の容積を減少させると、それに伴い燃料貯留室３０４、別室３０７及び燃料通路３０５の圧力が上昇する。燃料通路３０５には逆止弁３０６が設けられているため、それよりも上流の燃料供給源側へ燃料が逆流することはない。そして、燃料の圧力の上昇により、単位時間あたりに噴孔３０２から噴射される燃料の量、即ち燃料噴射率が増加する。
【００５４】
従って、パイロット噴射を行うときに、別室３０７の容積を減少させれば主噴射よりも、パイロット噴射の燃料噴射率を高めることができる。同様に、主噴射を行うときに、別室３０７の容積を増加させて主噴射の燃料噴射率を低めても良い。また、別室３０７の容積の変更量は、パイロット噴射された燃料が燃焼室１１外周付近で燃焼するような、パイロット噴射及び主噴射の燃料噴射率となるように予め実験等により求め、設定しておく。
【００５５】
尚、本実施の形態においては、別室３０７を設け、この別室３０７の容積を変更して燃料噴射率を変更しているが、別室３０７を設けずに、燃料貯留室３０４の容積を直接変更するような構成としても良い。
【００５６】
ここで、図５は、図４に示す噴射弁の別室３０７の容積と燃料噴射率との関係を示したタイムチャート図である。別室３０７の容積がパイロット噴射直前に減少され、パイロット噴射直後に増加されて元の状態に戻されている。
【００５７】
このようにして、主噴射よりもパイロット噴射の燃料噴射率を高めることができる。
【００５８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、単一の燃料噴射弁によりパイロット噴射の燃料噴射率を主噴射のものよりも高めることができ、吸気行程の比較的遅い時期にパイロット噴射を行ったとしても、パイロット噴射による燃料を燃焼室１１外周付近に供給することができる。これにより、燃焼室１１中心付近でパイロット噴射及び主噴射による燃料が燃焼することがなく、スモークの発生を抑制することができる。また、パイロット噴射が行われてから主噴射が行われるまでの期間を短くすることができるので、パイロット噴射による燃料と空気との混合が進みリーンとなりすぎることもない。従って、パイロット噴射による燃料が着火しないことに起因した燃焼騒音の発生を抑制することができる。また、単一の燃料噴射弁により行われるので、取り付けスペースは従来の燃料噴射弁と殆ど変わらず、本実施の形態による燃料噴射弁をエンジンへ容易に取り付けることができる。
【００５９】
＜第３の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、パイロット噴射及び主噴射を単一の燃料噴射弁で行う点、それに伴い燃料供給源を単一とする点で相違する。また、第２の実施の形態と比較して、ニードル弁のリフト量を大きくしてパイロット噴射時の燃料噴射率を高める点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００６０】
図６は、本実施の形態による燃料噴射弁３の概略構成を示した断面図である。
【００６１】
燃料噴射弁３は、本体３０１、噴孔３０２、ニードル弁３０３、燃料貯留室３０４、燃料貯留室３０４に接続され燃料供給源からの燃料を該燃料貯留室３０４に導入する燃料通路３０５、燃料通路３０５の途中に設けられ燃料噴射弁３の外部から燃料貯留室３０４の方向にのみ燃料を通過させる逆止弁３０６、電圧を印加することによりニードル弁３０３を図の上下方向に移動させるアクチュエータ３１０を備えて構成されている。ここで、燃料貯留室３０４は、ニードル弁３０３及びアクチュエータ３１０の周辺であって、燃料が入り込む隙間のあるところ全てを含むものとする。
【００６２】
また、アクチュエータ３１０は、圧電素子からなり電圧を印加することにより作動する。そして、アクチュエータ３１０に印加した電圧の大きさにより、ニードル弁３０３のリフト量を制御することができる。また、ニードル弁３０３が開弁方向に移動されるときに、アクチュエータ３１０に電圧が印加されると、圧電素子の変形に応じてアクチュエータ３１０の容積が減少する。そして、この容積が減少するに従って、燃料貯留室３０４の容積が増加し、該燃料貯留室３０４内の燃料の圧力が低下する。しかし、圧力の低下に応じて燃料通路３０５から燃料が供給されるため、このときの圧力の低下は殆どない。一方、ニードル弁３０３を閉弁方向に移動させると、圧電素子が変形してアクチュエータ３１０の容積が増加し、その分、燃料貯留室３０４の容積が減少する。これにより、燃料の圧力が上昇し、燃料噴射率が高まる。このときには、逆止弁３０６により、燃料が燃料通路３０５を逆流することもない。このように、アクチュエータ３１０の体積変化により、ニードル弁３０３のリフト量を変化させつつ燃料噴射率を変化させることができる。
【００６３】
従って、ニードル弁３０３を閉弁方向に移動させながらパイロット噴射を行うと、主噴射よりもパイロット噴射の燃料噴射率を高めることができる。また、ニードル弁３０３の移動量は、パイロット噴射された燃料が燃焼室１１外周付近で燃焼するようなパイロット噴射及び主噴射の燃料噴射率となるように予め実験等により求め、設定しておく。
【００６４】
ここで、図７は、図６に示す燃料噴射弁のニードル弁３０３のリフト量と燃料噴射率との関係を示したタイムチャート図である。パイロット噴射直時に一旦最大リフト量として燃料貯留室３０４の容積を増加させておき、パイロット噴射中にリフト量を減少させて燃料貯留室３０４の容積を減少させている。
【００６５】
このようにして、主噴射よりもパイロット噴射の燃料噴射率を高めることができる。
【００６６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、単一の燃料噴射弁によりパイロット噴射の燃料噴射率を主噴射のものよりも高めることができ、吸気行程の比較的遅い時期にパイロット噴射を行ったとしても、パイロット噴射による燃料を燃焼室１１外周付近に供給することができる。これにより、燃焼室１１中心付近でパイロット噴射及び主噴射による燃料が燃焼することがなく、スモークの発生を抑制することができる。また、パイロット噴射が行われてから主噴射が行われるまでの期間を短くすることができるので、パイロット噴射による燃料と空気との混合が進みリーンとなりすぎることもない。従って、パイロット噴射による燃料が着火しないことに起因した燃焼騒音の発生を抑制することができる。また、単一の燃料噴射弁により行われるので、取り付けスペースは従来の燃料噴射弁と殆ど変わらず、本実施の形態による燃料噴射弁をエンジンへ容易に取り付けることができる。
【００６７】
＜第４の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、パイロット噴射及び主噴射を単一の燃料噴射弁で行う点、それに伴い燃料供給源を単一とする点で相違する。また、第２、第３の実施の形態と比較して、パイロット噴射用の噴孔と主噴射用の噴孔とを夫々備えている点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００６８】
図８は、本実施の形態による燃料噴射弁３の概略構成を示した断面図である。
【００６９】
燃料噴射弁３は、本体３０１、主噴射用噴孔３０２ａ、パイロット噴射用噴孔３０２ｂ、主噴射用ニードル弁３０３ａ、主噴射用ニードル弁３０３ａの中心部を貫通するパイロット噴射用ニードル弁３０３ｂ、本体３０１内壁と主噴射用ニードル弁３０３ａ外壁とで囲まれ主噴射用ニードル弁３０３ａが開弁すると主噴射用噴孔３０２ａと連通される主噴射用燃料通路３０５ａ、パイロット噴射用ニードル弁３０３ｂの中心軸を貫通しパイロット噴射用ニードル弁３０３ｂが開弁するとパイロット噴射用噴孔３０２ｂと連通されるパイロット噴射用燃料通路３０５ｂを備えて構成されている。
【００７０】
主噴射用ニードル弁３０３ａ及びパイロット噴射用ニードル弁３０３ｂは、夫々単独で開閉弁させることが可能となっている。また、主噴射用噴孔３０２ａの開口面積よりもパイロット噴射用噴孔３０２ｂの開口面積のほうが大きくなるように夫々の噴孔が形成されている。
【００７１】
このように構成された燃料噴射弁３では、パイロット噴射用ニードル弁３０３ｂが図上方向に開弁されると、パイロット噴射用燃料通路３０５ｂを介してパイロット噴射用噴孔３０２ｂから燃料が噴射される。一方、主噴射用ニードル弁３０３ａが図上方向に開弁されると、主噴射用燃料通路３０５ａを介して主噴射用噴孔３０２ａから燃料が噴射される。
【００７２】
そして、パイロット噴射用噴孔３０２ｂは、主噴射用噴孔３０２ａよりも開口面積が大きいため、燃料の圧力が等しい場合には、単位時間当たりの燃料噴射量、即ち燃料噴射率は、パイロット噴射のほうが高くなり、燃料がより遠くまで届くようになる。ここで、主噴射用噴孔３０２ａ及びパイロット噴射用噴孔３０２ｂの開口面積は、パイロット噴射された燃料が燃焼室１１外周付近で燃焼するようなパイロット噴射及び主噴射の燃料噴射率となるように予め実験等により求め、設定しておく。
【００７３】
このようにして、主噴射よりもパイロット噴射の燃料噴射率を高めることができる。
【００７４】
尚、本実施の形態においては、噴孔の開口面積により燃料噴射率を調整しているが、これに代えて、主噴射用燃料通路３０５ａよりも高い圧力の燃料をパイロット噴射用燃料通路３０５ｂに供給するようにして、燃料噴射率を調整しても良い。
【００７５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、単一の燃料噴射弁によりパイロット噴射の燃料噴射率を主噴射のものよりも高めることができ、吸気行程の比較的遅い時期にパイロット噴射を行ったとしても、パイロット噴射による燃料を燃焼室１１外周付近に供給することができる。これにより、燃焼室１１中心付近でパイロット噴射及び主噴射による燃料が燃焼することがなく、スモークの発生を抑制することができる。また、パイロット噴射が行われてから主噴射が行われるまでの期間を短くすることができるので、パイロット噴射による燃料と空気との混合が進みリーンとなりすぎることもない。従って、パイロット噴射による燃料が着火しないことに起因した燃焼騒音の発生を抑制することができる。また、単一の燃料噴射弁により行われるので、取り付けスペースは従来の燃料噴射弁と殆ど変わらず、本実施の形態による燃料噴射弁をエンジンへ容易に取り付けることができる。
【００７６】
＜第５の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、パイロット噴射及び主噴射を単一の燃料噴射弁で行う点、それに伴い燃料供給源を単一とする点で相違する。また、第２、第３、第４の実施の形態と比較して、主噴射時であってニードル弁のリフト量が大きくなったときに燃料排出孔が開口し、燃料噴射率を低下させる点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００７７】
図９は、本実施の形態による燃料噴射弁３の概略構成を示した断面図である。
【００７８】
燃料噴射弁３は、本体３０１、噴孔３０２、ニードル弁３０３、本体３０１内壁とニードル弁３０３外壁の軸線方向に設けられた溝とで囲まれる燃料通路３０５、本体３０１内壁とニードル弁３０３外壁との摺動部であって本体３０１内壁に開口し燃料を排出する本体側燃料排出通路３１１、本体３０１内壁とニードル弁３０３外壁との摺動部であってニードル弁３０３外壁に開口しニードル弁３０３先端と連通するニードル弁側燃料排出通路３１２を備えて構成されている。
【００７９】
本体側燃料排出通路３１１とニードル弁側燃料排出通路３１２とは、ニードル弁３０３のリフト量が所定量ａとなった場合に連通する。この所定量ａは、パイロット噴射時には到達しないが、主噴射時には到達するリフト量である。ここで、所定量ａは、パイロット噴射された燃料が燃焼室１１外周付近で燃焼するようなパイロット噴射及び主噴射の燃料噴射率となるように予め実験等により求め、設定しておく。
【００８０】
このように構成された燃料噴射弁３では、パイロット噴射時にニードル弁３０３が開弁されると、燃料通路３０５を介して噴孔３０２から燃料が噴射される。このときの燃料噴射率は、燃料供給源から供給される燃料の圧力に応じたものとなる。一方、主噴射時にニードル弁３０３が開弁されると、燃料通路３０５を介して噴孔３０２から燃料が噴射されるが、同時に本体側燃料排出通路３１１とニードル弁側燃料排出通路３１２とが連通し、一部の燃料が本体側燃料排出通路３１１を介して燃料タンクへ戻される。これにより、噴射される燃料の圧力は、燃料供給源から供給される燃料の圧力よりも低下する。従って、このときの燃料噴射率は、本体側燃料排出通路３１１とニードル弁側燃料排出通路３１２とが連通していないときのものよりも低下する。
【００８１】
このようにして、主噴射よりもパイロット噴射の燃料噴射率を高めることができる。
【００８２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、単一の燃料噴射弁によりパイロット噴射の燃料噴射率を主噴射のものよりも高めることができ、吸気行程の比較的遅い時期にパイロット噴射を行ったとしても、パイロット噴射による燃料を燃焼室１１外周付近に供給することができる。これにより、燃焼室１１中心付近でパイロット噴射及び主噴射による燃料が燃焼することがなく、スモークの発生を抑制することができる。また、パイロット噴射が行われてから主噴射が行われるまでの期間を短くすることができるので、パイロット噴射による燃料と空気との混合が進みリーンとなりすぎることもない。従って、パイロット噴射による燃料が着火しないことに起因した燃焼騒音の発生を抑制することができる。また、単一の燃料噴射弁により行われるので、取り付けスペースは従来の燃料噴射弁と殆ど変わらず、本実施の形態による燃料噴射弁をエンジンへ容易に取り付けることができる。
【００８３】
＜第６の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、パイロット噴射弁を燃焼室（気筒でも良い）外周に配置した点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００８４】
図１０は、本実施の形態による主噴射弁及びパイロット噴射弁の配置及び燃料噴霧の状態を示した上面図である。
【００８５】
燃焼室１１の中心部には、主噴射弁３ａが備えられている。この主噴射弁３ａは、４つの噴孔が等間隔に備えられ、気筒外周へ向けて燃料が噴射される。一方、燃焼室１１外周には、パイロット噴射弁３ｂが等間隔に４つ備えられている。このパイロット噴射弁３ｂは、主噴射弁３ａの４つの噴孔から噴射された燃料の軌跡の延長線上に設けられている。ここで、主噴射弁３ａから噴射された燃料は、スワールにより気筒中心軸を中心にして回転することがある。従って、パイロット噴射された燃料の燃焼ガス中に主噴射された燃料が到達するように、予め実験等によりパイロット噴射弁３ｂの位置を設定しておいても良い。また、パイロット噴射弁３ｂから噴射する燃料の燃料噴射率は、主噴射のものよりも低く設定しても良い。これは、パイロット噴射弁３ｂに燃料の吐出圧力が高い燃料供給源３１ｂを接続し、主噴射弁３ａにはそれよりも低い圧力の燃料を吐出する燃料供給源３１ａを接続することにより可能となる。
【００８６】
このように構成された内燃機関の燃料噴射システムでは、パイロット噴射による燃料を燃焼室１１外周付近に供給することができ、主噴射による燃料と空気との混合が進んだ位置でパイロット噴射された燃料を燃焼させることができる。即ち、パイロット噴射は燃焼室１１外周から行われるので、パイロット噴射の時期を主噴射に近づけたとしても、燃焼室１１外周付近に燃料を供給することができる。そして、燃焼室１１外周付近でパイロット噴射による燃料を燃焼させるので、主噴射による燃料も空気との混合が進んだ燃焼室１１外周付近から着火させることができ、スモークを低減させることができる。また、パイロット噴射による燃料の移動距離が短くて済むので、パイロット噴射が行われてから主噴射が行われるまでの時間を短くすることができ、パイロット噴射による燃料と空気との混合が進みすぎて着火しないということもない。
【００８７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、パイロット噴射弁３ｂを燃焼室１１外周に配置することにより、吸気行程の比較的遅い時期にパイロット噴射を行ったとしても、パイロット噴射による燃料を燃焼室１１外周付近に供給することができる。これにより、燃焼室１１中心付近でパイロット噴射及び主噴射による燃料が燃焼することがなく、スモークの発生を抑制することができる。また、パイロット噴射が行われてから主噴射が行われるまでの期間を短くすることができるので、パイロット噴射による燃料と空気との混合が進みリーンとなりすぎることもない。従って、パイロット噴射による燃料が着火しないことに起因した燃焼騒音の発生を抑制することができる。また、パイロット噴射と主噴射とで燃料噴射弁を異ならせることにより、パイロット噴射と主噴射とで容易に燃料噴射率を変更することができる。
【００８８】
＜第７の実施の形態＞
本実施の形態では、第６の実施の形態と比較して、パイロット噴射弁３ｂに噴孔を２つ持たせ、夫々の噴孔から別々の方向にパイロット噴射を行う点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第６の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００８９】
図１１は、本実施の形態による主噴射弁及びパイロット噴射弁の配置及び燃料噴霧の状態を示した上面図である。
【００９０】
燃焼室１１中心部には、主噴射弁３ａが備えられている。この主噴射弁３ａは、４つの噴孔が等間隔に備えられ、燃焼室１１外周へ向けて４方向に燃料が噴射される。一方、燃焼室１１外周には、パイロット噴射弁３ｂが等間隔に４つ備えられている。このパイロット噴射弁３ｂは、主噴射弁３ａの４つの噴孔から噴射された燃料の軌跡の延長線上に設けられている。また、パイロット噴射弁３ｂは、夫々噴孔を２つ備えている。この噴孔は、噴射される燃料が燃焼室１１外周へ沿うように、そして、２つの噴孔から噴射される燃料が夫々燃焼室１１外周を逆回りに沿って進むようにパイロット噴射弁３ｂの噴孔が別方向に開口して形成されている。即ち、主噴射弁３ａから噴射された燃料とパイロット噴射弁３ｂから噴射された燃料とが対向しないようになっている。
【００９１】
ここで、主噴射弁３ａから噴射された燃料は、スワールにより気筒中心軸を中心にして回転することがある。従って、パイロット噴射された燃料の燃焼ガス中に主噴射された燃料が到達するように予め実験等によりパイロット噴射弁３ｂの位置を設定しておいても良い。また、パイロット噴射弁３ｂから噴射する燃料の燃料噴射率は、主噴射のものよりも低く設定しても良い。これは、パイロット噴射弁３ｂに燃料の吐出圧力が高い燃料供給源３１ｂを接続し、主噴射弁３ａにはそれよりも低い圧力の燃料を吐出する燃料供給源３１ａを接続することにより可能となる。
【００９２】
このように構成された内燃機関の燃料噴射システムでは、パイロット噴射による燃料を燃焼室１１外周付近に供給することができ、主噴射による燃料と空気との混合が進んだ位置でパイロット噴射された燃料を燃焼させることができる。即ち、パイロット噴射は燃焼室１１外周から行われるので、パイロット噴射の時期を主噴射に近づけても燃焼室１１外周付近に燃料を供給することができる。そして、燃焼室１１外周付近でパイロット噴射による燃料を燃焼させるので、主噴射による燃料も空気との混合が進んだ燃焼室１１外周付近から着火させることができ、スモークを低減させることができる。また、パイロット噴射による燃料の移動距離が短くて済むので、パイロット噴射が行われてから主噴射が行われるまでの時間を短くすることができ、パイロット噴射による燃料と空気との混合が進みすぎて着火しないということもない。さらに、パイロット噴射を２つの噴孔から燃焼室１１外周に沿わせて行うことにより広い範囲にパイロット噴射による燃料を供給することができる。これにより、スワールで主噴射の到達位置が変動したとしても主噴射による燃料と空気との混合が進んだ燃焼室１１外周付近で着火させることができる。
【００９３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、パイロット噴射弁３ｂを燃焼室１１外周に配置することにより、吸気行程の比較的遅い時期にパイロット噴射を行ったとしても、パイロット噴射による燃料を燃焼室１１外周付近に供給することができる。これにより、燃焼室１１中心付近でパイロット噴射及び主噴射による燃料が燃焼することがなく、スモークの発生を抑制することができる。また、パイロット噴射が行われてから主噴射が行われるまでの期間を短くすることができるので、パイロット噴射による燃料と空気との混合が進みリーンとなりすぎることもない。従って、パイロット噴射による燃料が着火しないことに起因した燃焼騒音の発生を抑制することができる。また、パイロット噴射と主噴射とで燃料噴射弁を異ならせることにより、パイロット噴射と主噴射とで容易に燃料噴射率を変更することができる。更に、夫々のパイロット噴射弁からパイロット噴射を２方向に行うことにより、主噴射による噴霧を捕捉することが容易となる。
【００９４】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の燃料噴射システムでは、パイロット噴射による燃料を燃焼室外周付近に供給することができる。これにより、燃焼室中心付近でパイロット噴射及び主噴射による燃料が燃焼することがなく、スモークの発生を抑制することができる。また、パイロット噴射が行われてから主噴射が行われるまでの期間を短くすることができるので、パイロット噴射による燃料と空気との混合が進みリーンとなりすぎることもない。従って、パイロット噴射による燃料が着火しないことに起因した燃焼騒音の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態によるエンジンの概略構成を示す図である。（Ａ）は側面断面図、（Ｂ）は本実施の形態によるパイロット噴射及び主噴射による噴霧の関係示した上面図である。
【図２】 クランク角度と燃料噴射率の関係を示した図である。（Ａ）は従来のものを示し、（Ｂ）は本実施の形態によるものを示している。
【図３】 燃焼室内のパイロット噴射と主噴射とによる噴霧状態を示した上面図及びそれに伴う熱発生率の時間推移を示したタイムチャート図である。（Ａ）は、燃料噴射率の低いパイロット噴射を吸気行程の比較的早い時期に行った場合、（Ｂ）は、燃料噴射率の低いパイロット噴射を吸気行程の比較的遅い時期に行った場合、（Ｃ）は、燃料噴射率の高いパイロット噴射を吸気行程の比較的遅い時期に行った場合を夫々示している。
【図４】 第２の実施の形態による燃料噴射弁の概略構成を示した断面図である。
【図５】 図４に示す燃料噴射弁の別室の容積と燃料噴射率との関係を示したタイムチャート図である。
【図６】 第３の実施の形態による燃料噴射弁の概略構成を示した断面図である。
【図７】 図６に示す燃料噴射弁のニードル弁のリフト量と燃料噴射率との関係を示したタイムチャート図である。
【図８】 第４の実施の形態による燃料噴射弁の概略構成を示した断面図である。
【図９】 第５の実施の形態による燃料噴射弁の概略構成を示した断面図である。
【図１０】 第６の実施の形態による主噴射弁及びパイロット噴射弁の配置及び燃料噴霧の状態を示した上面図である。
【図１１】 第７の実施の形態による主噴射弁及びパイロット噴射弁の配置及び燃料噴霧の状態を示した上面図である。
【符号の説明】
１ エンジン
１ａ シリンダヘッド
１ｂ シリンダブロック
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
３ａ 主噴射弁
３ｂ パイロット噴射弁
４ 吸気ポート
５ 排気ポート
６ 吸気弁
７ 排気弁
１０ ピストン
１１ 燃焼室
１２ ＥＣＵ
３１ａ 主噴射用燃料供給源
３１ｂ パイロット噴射用燃料供給源
３０１ 本体
３０２ 噴孔
３０２ａ 主噴射用噴孔
３０２ｂ パイロット噴射用噴孔
３０３ ニードル弁
３０３ａ 主噴射用ニードル弁
３０３ｂ パイロット噴射用ニードル弁
３０４ 燃料貯留室
３０５ 燃料通路
３０５ａ 主噴射用燃料通路
３０５ｂ パイロット噴射用燃料通路
３０６ 逆止弁
３０７ 別室
３０８ ピストン
３０９ アクチュエータ
３１０ アクチュエータ
３１１ 本体側燃料排出通路
３１２ ニードル弁側燃料排出通路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection system for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
A technique for sequentially performing main injection and pilot injection in which a small amount of fuel is injected before main injection is known (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
And the technique (for example, refer patent document 2) provided with the fuel injection valve which provided the several injection hole in the combustion chamber center, and injects EGR gas in the direction along a combustion chamber side wall faces the cavity center. A technique (for example, refer to Patent Document 3) including a first injection valve having a plurality of injection holes and a second injection valve that is provided around the combustion chamber and injects fuel toward a facing cavity side wall, a main injection valve And a pilot injection injector, a fuel that is pressure-regulated according to engine operating conditions is supplied to the main injection injector, and a fuel at a substantially constant pressure is always supplied to the pilot injection injector (For example, refer to Patent Document 4.), a technique in which the main injection timing is set before the top dead center and the pilot injection timing is set sufficiently before the top dead center so that the fuel reach distance is suppressed (for example, refer to Patent Document 5). The predicted in-cylinder temperature Based on that the fuel is set in the form of ignition source for forming pilot injection to ignite the target ignition timing techniques (e.g., see Patent Document 6.) It is known by the main injection.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-259753 (pages 3-6)
[Patent Document 2]
JP-A-5-306618 (2nd page)
[Patent Document 3]
JP-A-9-317604 (page 2-4)
[Patent Document 4]
JP-A-10-184487 (page 3-4)
[Patent Document 5]
JP 2001-82232 A (page 2-5)
[Patent Document 6]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-254645 (page 3-7)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, if pilot injection is performed early, mixing of air and fuel proceeds, the air-fuel ratio becomes too lean, and ignition becomes difficult. As a result, combustion noise may occur. In order to improve this, when the pilot injection timing is brought close to the main injection timing, the fuel from the pilot injection burns near the center of the combustion chamber, and the fuel from the subsequent main injection burns near the center of the combustion chamber without being diffused. As a result, smoke may be generated.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a technique for performing pilot injection with reduced combustion noise while suppressing the generation of smoke in a fuel injection system for an internal combustion engine. Objective.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the fuel injection system for an internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is, the first invention is
In a diesel engine that performs pilot injection before main injection into the combustion chamber,
The fuel injection rate of pilot injection is higher than the fuel injection rate of main injection.
[0008]
The greatest feature of the present invention is that by increasing the fuel injection rate of the pilot injection, even if pilot injection is performed close to the main injection, the fuel injected by the pilot reaches the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber. It is to be able to ignite in the vicinity.
[0009]
Here, the fuel injection rate is represented by a fuel injection amount per unit time.
[0010]
The pilot injection is fuel injection performed prior to the main injection, and includes fuel injection performed during the intake stroke and the compression stroke.
[0011]
In the fuel injection system of the internal combustion engine configured as described above, the pilot injected fuel reaches the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber in a short time compared to the main injected fuel because the fuel injection rate is high. Therefore, even if the timing for performing the pilot injection is delayed to approach the main injection, the fuel from the pilot injection can reach the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber. As a result, pilot injection and main injected fuel can be ignited near the outer periphery of the combustion chamber and at a position where mixing of the main injected fuel and air has progressed, and the occurrence of smoke can be suppressed. It becomes possible. In addition, since the time from the pilot injection to the main injection can be shortened, it is possible to prevent the air-fuel mixture resulting from the pilot injection from becoming too lean. Thereby, generation | occurrence | production of a combustion noise can be suppressed.
[0012]
The present invention may further include a main injection valve that performs main injection, a pilot injection valve that performs pilot injection, and a fuel supply device that supplies fuel to the main injection valve and the pilot injection valve at different pressures. .
[0013]
Since the fuels supplied at different pressures are respectively injected by different injection valves, it is possible to easily change the spray position and the ignition position by main injection and pilot injection in one cycle.
[0014]
In the present invention, a single fuel injection valve that performs both pilot injection and main injection can be provided.
[0015]
If the fuel injection rate can be changed by a single fuel injection valve, it is easy to secure a mounting space for the fuel injection valve.
[0016]
In the present invention, the fuel injection valve is
A fuel storage chamber for storing fuel;
A fuel injection hole that opens into the fuel storage chamber and injects fuel out of the fuel injection valve;
A needle valve that opens and closes the fuel injection hole;
A fuel passage connected to the fuel storage chamber for introducing fuel into the fuel storage chamber;
A check valve that allows fuel to pass only to the fuel storage chamber side in the fuel passage;
An actuator for changing the volume of the fuel passage downstream of the check valve or the fuel storage chamber;
Can be provided.
[0017]
When the fuel injection hole is closed by the needle valve, the pressure of the fuel stored in the fuel storage chamber is maintained. When the fuel injection hole is opened, fuel is injected at a fuel injection rate determined by the pressure in the fuel storage chamber. Here, at the time of fuel injection, if the capacity of the fuel storage chamber or the like is reduced by the operating device, the pressure in the fuel storage chamber increases and the fuel injection rate can be increased. Here, since the check valve is provided, the fuel does not flow back through the fuel passage. Therefore, if the capacity of the storage chamber is reduced during pilot injection, the fuel injection rate of pilot injection can be made higher than that of main injection. On the other hand, if the capacity of the fuel storage chamber or the like is increased during main injection, the fuel injection rate during main injection can be reduced. Even in this case, the fuel injection rate of the pilot injection can be made higher than that of the main injection.
[0018]
In the present invention, the fuel injection valve is
A fuel storage chamber for storing fuel;
A fuel injection hole that opens into the fuel storage chamber and injects fuel out of the fuel injection valve;
A needle valve that opens and closes the fuel injection hole;
An actuator that moves the needle valve to reduce the volume of the fuel storage chamber as the lift amount of the needle valve decreases;
A fuel passage connected to the fuel storage chamber for introducing fuel into the fuel storage chamber;
A check valve that allows fuel to pass only to the fuel storage chamber side in the fuel passage;
With
The lift amount of the needle valve at the time of pilot injection can be made smaller than the lift amount of the needle valve at the time of main injection.
[0019]
When the fuel injection hole is closed by the needle valve, the pressure of the fuel stored in the fuel storage chamber is maintained. When the fuel injection hole is opened, fuel is injected at a fuel injection rate corresponding to the pressure in the fuel storage chamber. Here, when the needle valve is operated to the valve opening side, the capacity of the fuel storage chamber is increased in accordance with the lift amount of the needle valve. That is, if the lift amount of the needle valve is reduced during fuel injection, the capacity of the fuel storage chamber is reduced, the fuel pressure is increased, and the fuel injection rate is increased. Therefore, if the lift amount of the needle valve is reduced at the time of pilot injection or the lift amount of the needle valve is increased at the time of main injection, the fuel injection rate of pilot injection can be made higher than that of main injection.
[0020]
In the present invention, the fuel injection valve is
A fuel storage chamber for storing fuel;
A fuel injection hole for main injection that opens into the fuel storage chamber and injects fuel for main injection outside the fuel injection valve;
A main injection needle valve for opening and closing the main injection fuel injection hole;
A pilot injection fuel injection hole that opens into the fuel storage chamber with an opening area larger than the main injection fuel injection hole and injects pilot injection fuel out of the fuel injection valve;
A pilot injection needle valve that opens and closes the pilot injection fuel injection hole.
[0021]
At the time of pilot injection, injection with a high fuel injection rate is performed from the fuel injection hole for pilot injection, and at the time of main injection, injection with a low fuel injection rate is performed from the fuel injection hole for main injection. This makes it possible to easily perform fuel injection with different fuel injection rates. Here, by making the opening area of the pilot injection fuel injection hole larger than the opening area of the main injection fuel injection hole, even if the pressure of the fuel supplied to each fuel injection hole is equal, the fuel of the pilot injection The injection rate can be increased.
[0022]
In the present invention, the fuel injection valve is
A fuel injection hole that opens into the fuel storage chamber and injects fuel out of the fuel injection valve;
A needle valve that opens and closes the fuel injection hole and has a larger lift amount during main injection than during pilot injection;
A fuel discharge passage that opens and discharges fuel when the lift amount of the needle valve exceeds a predetermined amount during main injection;
Can be provided.
[0023]
When the fuel injection hole is closed by the needle valve, the pressure of the fuel stored in the fuel storage chamber is maintained. When the fuel injection hole is opened at the time of pilot injection, fuel is injected at a fuel injection rate corresponding to the pressure in the fuel storage chamber. Further, when main injection is performed by increasing the lift amount of the needle valve, fuel is discharged into the fuel discharge passage, so that the fuel pressure is reduced and the fuel injection rate is reduced. Thereby, the fuel injection rate by main injection can be reduced rather than pilot injection.
[0024]
In order to achieve the above object, the fuel injection system for an internal combustion engine of the present invention employs the following means. That is, the second invention is
In a diesel engine that performs pilot injection before main injection into the combustion chamber,
A main injection valve that has a plurality of fuel injection holes and performs main injection on the center side of the combustion chamber, and a plurality of pilot injections that perform pilot injection on the outer periphery of the combustion chamber at a position where the fuel injected from the main injection valve reaches And a valve.
[0025]
The greatest feature of the present invention is that the pilot injection is performed on the outer periphery of the combustion chamber where the mixing of the fuel injected by the main injection with the air has progressed, thereby delaying the pilot injection timing and the fuel from the main injection to the outer periphery of the combustion chamber. It is to be able to ignite in the vicinity.
[0026]
In the fuel injection system for an internal combustion engine configured as described above, the pilot injection valve is provided at a position where the fuel injection from the main injection valve reaches the outer periphery of the combustion chamber. Since the main injection valve has a plurality of fuel injection holes, a plurality of pilot injection valves are provided on the outer periphery of the combustion chamber. Here, as described above, it is desirable that the fuel injected by the pilot injection is burned near the outer periphery of the combustion chamber. Further, it is desirable that the time from the pilot injection to the main injection be short. In that respect, by providing the pilot injection valve on the outer periphery of the combustion chamber, the pilot injection timing can be retarded, and the fuel can be ignited in the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber, and the mixing of the fuel and air injected with the pilot is advanced. It won't be too lean. Further, in the case where main injection is performed by injecting fuel radially from a plurality of injection holes, each injection hole can be provided with a pilot injection valve at a position where the fuel injected from each injection hole arrives. It becomes possible to individually ignite the fuel injected from the fuel.
[0027]
In the present invention, the pilot injection valve can include at least two fuel injection holes for injecting fuel in the direction along the outer periphery of the combustion chamber in the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber.
[0028]
When pilot injection is performed through such fuel injection holes, even if the rotational speed of the swirl changes depending on the engine operating state and the arrival position of the main injection fluctuates, the fuel from the pilot injection can catch the fuel from the main injection. This makes it easy to ignite the fuel from the main injection.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<First Embodiment>
Hereinafter, specific embodiments of a fuel injection system for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, a case where the fuel injection system for an internal combustion engine according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle will be described as an example.
[0030]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine according to the present embodiment. FIG. 1A is a side sectional view, and FIG. 1B is a top view showing the relationship between the pilot injection and the main injection spray according to the present embodiment.
[0031]
An engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having cylinders 2.
[0032]
The engine 1 is configured by connecting a cylinder head 1a and a cylinder block 1b.
[0033]
An intake port 4 and an exhaust port 5 are formed in the cylinder head 1a, and an intake valve 6 and an exhaust valve 7 that move up and down are provided at the boundary between the intake port 4 and the exhaust port 5 and the inside of the cylinder 2. ing.
[0034]
The cylinder head 1a is provided with a main injection valve 3a that mainly injects fuel into the cylinder 2, and a pilot injection valve 3b that injects fuel prior to the main injection (hereinafter referred to as pilot injection).
[0035]
The main injection valve 3a has a main injection fuel supply source 31a for supplying fuel to the main injection valve 3a, and the pilot injection valve 3b has a pilot injection fuel supply source 31b for supplying fuel to the pilot injection valve 3b. Are connected to each other. The fuel discharge pressure of the pilot injection fuel supply source 31b is set higher than that of the main injection fuel supply source 31a. That is, the pressure of the fuel supplied to the pilot injection valve 3b is higher than the pressure of the fuel supplied to the main injection valve 3a, and the fuel injection rate of the pilot injection is higher than the fuel injection rate of the main injection.
[0036]
When a drive current is applied to the main injection valve 3a or the pilot injection valve 3b, the main injection valve 3a or the pilot injection valve 3b opens, and as a result, fuel enters the cylinder 2 from the main injection valve 3a or the pilot injection valve 3b. Is injected. Here, the amount of fuel injected from the main injection valve 3a and the pilot injection valve 3b is calculated from a map of the engine speed and the load. Further, the basic fuel injection timing is also calculated from the engine speed and load using a map. These maps are obtained in advance by experiments or the like.
[0037]
Further, the cylinder block 1 b includes a piston 10 inserted into the cylinder 2. A combustion chamber 11 is formed by a space surrounded by the upper surface of the piston 10 and the inner wall surface of the cylinder head 1 a and the cylinder 2.
[0038]
The engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 12 for controlling the engine 1. The ECU 12 is a unit that controls the operating state of the engine 1 in accordance with the operating conditions of the engine 1 and the driver's request.
[0039]
Various sensors are connected to the ECU 12 via electric wiring, and output signals of the various sensors described above are input to the ECU 12. On the other hand, the ECU 12 is connected to the main injection valve 3a, the pilot injection valve 3b, and the like via electric wiring and can be controlled. The ECU 12 stores various application programs and various control maps.
[0040]
Incidentally, some conventional fuel injection systems for internal combustion engines perform pilot injection and main injection using a single injection valve. Here, in the pilot injection, since the fuel injection amount is small, the valve opening time of the injection valve is short and the lift amount of the needle valve is also small, so the fuel injection rate is small.
[0041]
If pilot injection is performed at a relatively early stage of the intake stroke, evaporation of the pilot injected fuel and mixing with air proceed to a lean air-fuel ratio, making it difficult to ignite the pilot injected fuel. It was. Thereby, the fuel by main injection burned rapidly, and the combustion noise might generate | occur | produced.
[0042]
Also, if pilot injection is performed at a relatively late time of the intake stroke, the fuel injected by pilot burns in the vicinity of the center of the combustion chamber immediately after the injection, and the main injected fuel thereafter is also in the vicinity of the center of the combustion chamber. It sometimes burned. As a result, the main injected fuel burns before mixing with air, that is, at a rich air-fuel ratio, so that smoke may occur.
[0043]
Thus, when the fuel injection rate of pilot injection is low, there is a possibility that smoke or combustion noise may occur depending on the timing of pilot injection.
[0044]
In this regard, the present embodiment includes a main injection valve and a pilot injection valve, and the fuel injection rate for pilot injection is set higher than the fuel injection rate for main injection.
[0045]
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the crank angle and the fuel injection rate. 2A shows a conventional one, and FIG. 2B shows one according to the present embodiment. In the present embodiment, the fuel injection rate of pilot injection is higher than the conventional one, and the fuel injection rate of main injection is lower than the conventional one. Here, the fuel injection amount may be changed so that the total amount of fuel injection by the pilot injection and the main injection becomes substantially equal to the conventional one.
[0046]
FIG. 3 is a top view showing the spray state by the pilot injection and the main injection in the combustion chamber, and a time chart showing the time transition of the heat generation rate associated therewith. FIG. 3A shows a case where pilot injection with a low fuel injection rate is performed at a relatively early timing of the intake stroke, and FIG. 3B shows a case where pilot injection with a low fuel injection rate is performed at a relatively late timing of the intake stroke. When performed, FIG. 3C shows a case where pilot injection with a high fuel injection rate is performed at a relatively late time of the intake stroke. Here, the heat generation rate indicates the calorific value per unit time in the combustion process of the air-fuel mixture. In the case of FIG. 3A, the heat generation rate by pilot injection hardly increases. In the case of FIGS. 3B and 3C, the heat generation rate due to pilot injection is increased, and the generation of combustion noise can be suppressed. However, in the case of FIG. 3 (B), the fuel from the main injection burns near the center of the combustion chamber, which may cause smoke.
[0047]
In the present embodiment, the main injection valve 3a and the pilot injection valve 3b are provided in order to obtain the fuel spray state and the heat generation rate shown in FIG. Further, each of the main injection valve 3a and the pilot injection valve 3b is provided with four injection holes, and fuel is injected toward the outer periphery of the combustion chamber 11 (cylinder 2). Here, the fuel injected from the injection hole of the main injection valve 3a and the fuel injected from the injection hole of the pilot injection valve 3b are respectively injected so as to be in a spray state as shown in FIG. A hole is formed. Here, the fuel injected from the main injection valve 3a and the pilot injection valve 3b may rotate around the cylinder center axis by swirl. Accordingly, the positions of the main injection valve 3a and pilot injection valve 3b nozzle holes are obtained and set in advance by experiments or the like so that the fuel injected by the main fuel reaches the combustion gas of the fuel injected by pilot. In this way, fuel by pilot injection and main injection can be burned near the outer periphery of the combustion chamber 11.
[0048]
As described above, according to the present embodiment, pilot injection with a high fuel injection rate is performed. Therefore, even if pilot injection is performed at a relatively late timing of the intake stroke, fuel from the pilot injection is injected into the outer periphery of the combustion chamber 11. Can be supplied nearby. Thereby, the fuel by pilot injection and main injection does not burn near the center of the combustion chamber 11, and the generation of smoke can be suppressed. In addition, since the period from when the pilot injection is performed until the main injection is performed can be shortened, mixing of fuel and air by the pilot injection does not proceed and the air does not become too lean. Therefore, it is possible to suppress the generation of combustion noise due to the fact that fuel by pilot injection does not ignite. Further, since fuel can be supplied to the main injection valve 3a and the pilot injection valve 3b at different pressures, the fuel injection rate can be easily changed.
[0049]
<Second Embodiment>
This embodiment is different from the first embodiment in that pilot injection and main injection are performed by a single injection valve, and accordingly, a single fuel supply source is used. In the present embodiment, the basic configuration of the engine and other hardware to be applied is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
[0050]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the fuel injection valve 3 according to the present embodiment.
[0051]
The fuel injection valve 3 is connected to a main body 301, an injection hole 302, a needle valve 303, a fuel storage chamber 304 for storing fuel in the main body 301, and fuel from a fuel supply source to the fuel storage chamber 304. A fuel passage 305 to be introduced, a check valve 306 provided in the middle of the fuel passage 305 and allowing fuel to pass only from the outside of the fuel injection valve 3 toward the fuel storage chamber 304, and temporarily connected to the fuel storage chamber 304 A cylindrical separate chamber 307, a piston 308 that changes the volume in the separate chamber 307, and an actuator 309 that moves the piston 308 by applying a voltage are provided. The actuator 309 is composed of a piezoelectric element and operates by applying a voltage.
[0052]
In the fuel injection valve 3 configured as described above, the fuel discharged from the fuel supply source flows through the fuel passage 305, passes through the check valve 306, and is introduced into the main body 301. When the nozzle hole 302 is closed by the needle valve 303, the fuel introduced into the main body 301 is stored in the fuel storage chamber 304 and the separate chamber 307. When the needle valve 303 is operated and the injection hole 302 is opened, an amount of fuel corresponding to the pressure of the fuel applied from the fuel supply source passes through the injection hole 302 and is injected into the combustion chamber 11.
[0053]
Here, when the piston 308 is moved by the actuator 309 before or during fuel injection to reduce the volume in the separate chamber 307, the pressure in the fuel storage chamber 304, the separate chamber 307, and the fuel passage 305 increases accordingly. Since the check valve 306 is provided in the fuel passage 305, the fuel does not flow back to the fuel supply source side upstream thereof. As the fuel pressure increases, the amount of fuel injected from the nozzle hole 302 per unit time, that is, the fuel injection rate increases.
[0054]
Therefore, when the pilot injection is performed, the fuel injection rate of the pilot injection can be increased more than the main injection if the volume of the separate chamber 307 is reduced. Similarly, when performing the main injection, the volume of the separate chamber 307 may be increased to lower the fuel injection rate of the main injection. Further, the amount of change in the volume of the separate chamber 307 is determined and set in advance by experiments or the like so that the fuel injection rates of pilot injection and main injection become such that the fuel injected by pilot injection burns near the outer periphery of the combustion chamber 11. deep.
[0055]
In this embodiment, a separate chamber 307 is provided and the fuel injection rate is changed by changing the volume of the separate chamber 307. However, the volume of the fuel storage chamber 304 is directly changed without providing the separate chamber 307. It is good also as such a structure.
[0056]
FIG. 5 is a time chart showing the relationship between the volume of the separate chamber 307 of the injection valve shown in FIG. 4 and the fuel injection rate. The volume of the separate chamber 307 is decreased immediately before the pilot injection, increased immediately after the pilot injection, and returned to the original state.
[0057]
In this way, the fuel injection rate of pilot injection can be increased over main injection.
[0058]
As described above, according to the present embodiment, the fuel injection rate of pilot injection can be increased from that of main injection by a single fuel injection valve, and pilot injection is performed at a relatively late timing of the intake stroke. Even if it does, the fuel by pilot injection can be supplied to the combustion chamber 11 outer periphery vicinity. Thereby, the fuel by pilot injection and main injection does not burn near the center of the combustion chamber 11, and the generation of smoke can be suppressed. In addition, since the period from when the pilot injection is performed until the main injection is performed can be shortened, mixing of fuel and air by the pilot injection does not proceed and the air does not become too lean. Therefore, it is possible to suppress the generation of combustion noise due to the fact that fuel by pilot injection does not ignite. Moreover, since it is performed by a single fuel injection valve, the mounting space is almost the same as that of the conventional fuel injection valve, and the fuel injection valve according to the present embodiment can be easily attached to the engine.
[0059]
<Third Embodiment>
This embodiment is different from the first embodiment in that pilot injection and main injection are performed by a single fuel injection valve, and accordingly, a single fuel supply source is used. Further, the second embodiment is different from the second embodiment in that the lift amount of the needle valve is increased to increase the fuel injection rate at the time of pilot injection. In the present embodiment, the basic configuration of the engine and other hardware to be applied is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
[0060]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the fuel injection valve 3 according to the present embodiment.
[0061]
The fuel injection valve 3 is connected to a main body 301, an injection hole 302, a needle valve 303, a fuel storage chamber 304, a fuel storage chamber 304, a fuel passage 305 that introduces fuel from a fuel supply source into the fuel storage chamber 304, a fuel passage A check valve 306 that is provided in the middle of 305 and passes fuel from the outside of the fuel injection valve 3 only in the direction of the fuel storage chamber 304, and an actuator 310 that moves the needle valve 303 in the vertical direction in the figure by applying a voltage. It is prepared for. Here, it is assumed that the fuel storage chamber 304 includes all the areas around the needle valve 303 and the actuator 310 that have a gap into which fuel enters.
[0062]
The actuator 310 is composed of a piezoelectric element and operates by applying a voltage. The lift amount of the needle valve 303 can be controlled by the magnitude of the voltage applied to the actuator 310. Further, when a voltage is applied to the actuator 310 when the needle valve 303 is moved in the valve opening direction, the volume of the actuator 310 decreases according to the deformation of the piezoelectric element. As the volume decreases, the volume of the fuel storage chamber 304 increases, and the pressure of the fuel in the fuel storage chamber 304 decreases. However, since the fuel is supplied from the fuel passage 305 according to the pressure drop, there is almost no pressure drop at this time. On the other hand, when the needle valve 303 is moved in the valve closing direction, the piezoelectric element is deformed and the volume of the actuator 310 is increased, and the volume of the fuel storage chamber 304 is decreased accordingly. As a result, the fuel pressure increases and the fuel injection rate increases. At this time, the check valve 306 prevents the fuel from flowing back through the fuel passage 305. Thus, the fuel injection rate can be changed while changing the lift amount of the needle valve 303 by changing the volume of the actuator 310.
[0063]
Therefore, if the pilot injection is performed while moving the needle valve 303 in the valve closing direction, the fuel injection rate of the pilot injection can be increased more than the main injection. Further, the amount of movement of the needle valve 303 is obtained and set in advance by experiments or the like so that the fuel injection rate of pilot injection and main injection in which pilot injected fuel burns near the outer periphery of the combustion chamber 11.
[0064]
FIG. 7 is a time chart showing the relationship between the lift amount of the needle valve 303 of the fuel injection valve shown in FIG. 6 and the fuel injection rate. The volume of the fuel storage chamber 304 is once increased as the maximum lift amount immediately after the pilot injection, and the volume of the fuel storage chamber 304 is decreased by decreasing the lift amount during the pilot injection.
[0065]
In this way, the fuel injection rate of pilot injection can be increased over main injection.
[0066]
As described above, according to the present embodiment, the fuel injection rate of pilot injection can be increased from that of main injection by a single fuel injection valve, and pilot injection is performed at a relatively late timing of the intake stroke. Even if it does, the fuel by pilot injection can be supplied to the combustion chamber 11 outer periphery vicinity. Thereby, the fuel by pilot injection and main injection does not burn near the center of the combustion chamber 11, and the generation of smoke can be suppressed. In addition, since the period from when the pilot injection is performed until the main injection is performed can be shortened, mixing of fuel and air by the pilot injection does not proceed and the air does not become too lean. Therefore, it is possible to suppress the generation of combustion noise due to the fact that fuel by pilot injection does not ignite. Moreover, since it is performed by a single fuel injection valve, the mounting space is almost the same as that of the conventional fuel injection valve, and the fuel injection valve according to the present embodiment can be easily attached to the engine.
[0067]
<Fourth embodiment>
This embodiment is different from the first embodiment in that pilot injection and main injection are performed by a single fuel injection valve, and accordingly, a single fuel supply source is used. Moreover, it differs from the second and third embodiments in that pilot holes and main injection holes are provided. In the present embodiment, the basic configuration of the engine and other hardware to be applied is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
[0068]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the fuel injection valve 3 according to the present embodiment.
[0069]
The fuel injection valve 3 includes a main body 301, a main injection nozzle hole 302a, a pilot injection nozzle hole 302b, a main injection needle valve 303a, a pilot injection needle valve 303b penetrating through a central portion of the main injection needle valve 303a, a main body When the main injection needle valve 303a is opened by being surrounded by the inner wall 301 and the outer wall of the main injection needle valve 303a, the main injection fuel passage 305a communicates with the main injection injection hole 302a, and the central axis of the pilot injection needle valve 303b. When the pilot injection needle valve 303b is opened, the pilot injection fuel passage 305b communicates with the pilot injection injection hole 302b.
[0070]
The main injection needle valve 303a and the pilot injection needle valve 303b can be individually opened and closed. Further, each nozzle hole is formed so that the opening area of the pilot injection nozzle hole 302b is larger than the opening area of the main injection nozzle hole 302a.
[0071]
In the fuel injection valve 3 configured as described above, when the pilot injection needle valve 303b is opened in the upward direction in the drawing, fuel is injected from the pilot injection injection hole 302b via the pilot injection fuel passage 305b. . On the other hand, when the main injection needle valve 303a is opened in the upward direction in the drawing, fuel is injected from the main injection injection hole 302a through the main injection fuel passage 305a.
[0072]
Since the pilot injection nozzle hole 302b has a larger opening area than the main injection nozzle hole 302a, when the fuel pressure is equal, the fuel injection amount per unit time, that is, the fuel injection rate, is equal to that of the pilot injection. The higher the fuel, the farther the fuel can reach. Here, the opening areas of the main injection nozzle holes 302a and the pilot injection nozzle holes 302b are such that the fuel injection rates of the pilot injection and the main injection are such that the fuel injected by the pilot burns in the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber 11. It is obtained and set in advance by experiments or the like.
[0073]
In this way, the fuel injection rate of pilot injection can be increased over main injection.
[0074]
In this embodiment, the fuel injection rate is adjusted by the opening area of the injection hole. Instead, fuel having a pressure higher than that of the main injection fuel passage 305a is supplied to the pilot injection fuel passage 305b. The fuel injection rate may be adjusted by supplying the fuel.
[0075]
As described above, according to the present embodiment, the fuel injection rate of pilot injection can be increased from that of main injection by a single fuel injection valve, and pilot injection is performed at a relatively late timing of the intake stroke. Even if it does, the fuel by pilot injection can be supplied to the combustion chamber 11 outer periphery vicinity. Thereby, the fuel by pilot injection and main injection does not burn near the center of the combustion chamber 11, and the generation of smoke can be suppressed. In addition, since the period from when the pilot injection is performed until the main injection is performed can be shortened, mixing of fuel and air by the pilot injection does not proceed and the air does not become too lean. Therefore, it is possible to suppress the generation of combustion noise due to the fact that fuel by pilot injection does not ignite. Moreover, since it is performed by a single fuel injection valve, the mounting space is almost the same as that of the conventional fuel injection valve, and the fuel injection valve according to the present embodiment can be easily attached to the engine.
[0076]
<Fifth embodiment>
This embodiment is different from the first embodiment in that pilot injection and main injection are performed by a single fuel injection valve, and accordingly, a single fuel supply source is used. Further, as compared with the second, third, and fourth embodiments, the fuel discharge hole is opened when the lift amount of the needle valve is increased at the time of main injection, and the fuel injection rate is reduced. Is different. In the present embodiment, the basic configuration of the engine and other hardware to be applied is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
[0077]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the fuel injection valve 3 according to the present embodiment.
[0078]
The fuel injection valve 3 includes a main body 301, an injection hole 302, a needle valve 303, a fuel passage 305 surrounded by an inner wall of the main body 301 and a groove provided in an axial direction of the outer wall of the needle valve 303, an inner wall of the main body 301, and an outer wall of the needle valve 303. The main body side fuel discharge passage 311 that opens to the inner wall of the main body 301 and discharges fuel, and the sliding portion between the inner wall of the main body 301 and the outer wall of the needle valve 303 opens to the outer wall of the needle valve 303 and opens the needle valve 303. A needle valve side fuel discharge passage 312 communicating with the tip is provided.
[0079]
The main body side fuel discharge passage 311 and the needle valve side fuel discharge passage 312 communicate with each other when the lift amount of the needle valve 303 reaches a predetermined amount a. The predetermined amount a is a lift amount that does not reach during pilot injection but reaches during main injection. Here, the predetermined amount a is obtained and set in advance by experiments or the like so that the fuel injection rate of pilot injection and main injection in which pilot injected fuel burns in the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber 11.
[0080]
In the fuel injection valve 3 configured as described above, when the needle valve 303 is opened during pilot injection, fuel is injected from the injection hole 302 via the fuel passage 305. The fuel injection rate at this time depends on the pressure of the fuel supplied from the fuel supply source. On the other hand, when the needle valve 303 is opened during the main injection, the fuel is injected from the injection hole 302 through the fuel passage 305. At the same time, the main body side fuel discharge passage 311 and the needle valve side fuel discharge passage 312 communicate with each other. Then, part of the fuel is returned to the fuel tank via the main body side fuel discharge passage 311. Thereby, the pressure of the injected fuel becomes lower than the pressure of the fuel supplied from the fuel supply source. Therefore, the fuel injection rate at this time is lower than that when the main body side fuel discharge passage 311 and the needle valve side fuel discharge passage 312 are not in communication.
[0081]
In this way, the fuel injection rate of pilot injection can be increased over main injection.
[0082]
As described above, according to the present embodiment, the fuel injection rate of pilot injection can be increased from that of main injection by a single fuel injection valve, and pilot injection is performed at a relatively late timing of the intake stroke. Even if it does, the fuel by pilot injection can be supplied to the combustion chamber 11 outer periphery vicinity. Thereby, the fuel by pilot injection and main injection does not burn near the center of the combustion chamber 11, and the generation of smoke can be suppressed. In addition, since the period from when the pilot injection is performed until the main injection is performed can be shortened, mixing of fuel and air by the pilot injection does not proceed and the air does not become too lean. Therefore, it is possible to suppress the generation of combustion noise due to the fact that fuel by pilot injection does not ignite. Moreover, since it is performed by a single fuel injection valve, the mounting space is almost the same as that of the conventional fuel injection valve, and the fuel injection valve according to the present embodiment can be easily attached to the engine.
[0083]
<Sixth Embodiment>
The present embodiment is different from the first embodiment in that the pilot injection valve is arranged on the outer periphery of the combustion chamber (or a cylinder). In the present embodiment, the basic configuration of the engine and other hardware to be applied is the same as that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
[0084]
FIG. 10 is a top view showing the arrangement of the main injection valves and the pilot injection valves and the state of fuel spray according to the present embodiment.
[0085]
A main injection valve 3 a is provided at the center of the combustion chamber 11. The main injection valve 3a is provided with four injection holes at equal intervals, and fuel is injected toward the outer periphery of the cylinder. On the other hand, on the outer periphery of the combustion chamber 11, four pilot injection valves 3b are provided at equal intervals. The pilot injection valve 3b is provided on an extension line of the locus of fuel injected from the four injection holes of the main injection valve 3a. Here, the fuel injected from the main injection valve 3a may rotate around the cylinder center axis by swirl. Accordingly, the position of the pilot injection valve 3b may be set in advance by experiments or the like so that the main injected fuel reaches the combustion gas of the pilot injected fuel. Further, the fuel injection rate of the fuel injected from the pilot injection valve 3b may be set lower than that of the main injection. This can be achieved by connecting a fuel supply source 31b having a high fuel discharge pressure to the pilot injection valve 3b and connecting a fuel supply source 31a for discharging a fuel having a lower pressure to the main injection valve 3a. .
[0086]
In the fuel injection system of the internal combustion engine configured as described above, the fuel by pilot injection can be supplied to the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber 11, and the fuel injected by pilot at the position where the mixing of the fuel and air by the main injection has advanced. Can be burned. That is, since the pilot injection is performed from the outer periphery of the combustion chamber 11, fuel can be supplied to the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber 11 even if the timing of the pilot injection is close to the main injection. Since the fuel by pilot injection is burned near the outer periphery of the combustion chamber 11, the fuel by main injection can also be ignited from the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber 11 where mixing with air has progressed, and smoke can be reduced. In addition, since the travel distance of fuel by pilot injection is short, the time from pilot injection to main injection can be shortened, and mixing of fuel and air by pilot injection has progressed too much. It doesn't ignite.
[0087]
As described above, according to the present embodiment, by arranging the pilot injection valve 3b on the outer periphery of the combustion chamber 11, even if pilot injection is performed at a relatively late timing of the intake stroke, the fuel from the pilot injection is reduced. It can be supplied to the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber 11. Thereby, the fuel by pilot injection and main injection does not burn near the center of the combustion chamber 11, and the generation of smoke can be suppressed. In addition, since the period from when the pilot injection is performed until the main injection is performed can be shortened, mixing of fuel and air by the pilot injection does not proceed and the air does not become too lean. Therefore, it is possible to suppress the generation of combustion noise due to the fact that fuel by pilot injection does not ignite. Further, by changing the fuel injection valve between the pilot injection and the main injection, the fuel injection rate can be easily changed between the pilot injection and the main injection.
[0088]
<Seventh embodiment>
The present embodiment is different from the sixth embodiment in that two pilot holes are provided in the pilot injection valve 3b and pilot injection is performed in different directions from the respective nozzle holes. In the present embodiment, the basic configuration of the engine to be applied and other hardware is the same as that in the sixth embodiment, so that the description thereof is omitted.
[0089]
FIG. 11 is a top view showing the arrangement of the main injection valve and the pilot injection valve and the state of fuel spray according to the present embodiment.
[0090]
A main injection valve 3 a is provided at the center of the combustion chamber 11. The main injection valve 3 a has four injection holes at equal intervals, and fuel is injected in four directions toward the outer periphery of the combustion chamber 11. On the other hand, on the outer periphery of the combustion chamber 11, four pilot injection valves 3b are provided at equal intervals. The pilot injection valve 3b is provided on an extension line of the locus of fuel injected from the four injection holes of the main injection valve 3a. Moreover, the pilot injection valve 3b is provided with two nozzle holes, respectively. The injection holes of the pilot injection valve 3b are arranged so that the injected fuel follows the outer periphery of the combustion chamber 11 and the fuel injected from the two injection holes advances along the outer periphery of the combustion chamber 11 in the reverse direction. The nozzle hole is formed to open in another direction. That is, the fuel injected from the main injection valve 3a and the fuel injected from the pilot injection valve 3b do not face each other.
[0091]
Here, the fuel injected from the main injection valve 3a may rotate around the cylinder center axis by swirl. Therefore, the position of the pilot injection valve 3b may be set in advance through experiments or the like so that the main injected fuel reaches the combustion gas of the pilot injected fuel. Further, the fuel injection rate of the fuel injected from the pilot injection valve 3b may be set lower than that of the main injection. This can be achieved by connecting a fuel supply source 31b having a high fuel discharge pressure to the pilot injection valve 3b and connecting a fuel supply source 31a for discharging a fuel having a lower pressure to the main injection valve 3a. .
[0092]
In the fuel injection system of the internal combustion engine configured as described above, the fuel by pilot injection can be supplied to the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber 11, and the fuel injected by pilot at the position where the mixing of the fuel and air by the main injection has advanced. Can be burned. That is, since pilot injection is performed from the outer periphery of the combustion chamber 11, fuel can be supplied to the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber 11 even when the pilot injection timing is close to the main injection. Since the fuel by pilot injection is burned near the outer periphery of the combustion chamber 11, the fuel by main injection can also be ignited from the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber 11 where mixing with air has progressed, and smoke can be reduced. In addition, since the travel distance of fuel by pilot injection is short, the time from pilot injection to main injection can be shortened, and mixing of fuel and air by pilot injection has progressed too much. It doesn't ignite. Furthermore, by performing pilot injection along the outer periphery of the combustion chamber 11 from the two injection holes, fuel by pilot injection can be supplied over a wide range. Thereby, even if the arrival position of the main injection fluctuates due to swirl, ignition can be performed in the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber 11 where the mixing of fuel and air by the main injection has progressed.
[0093]
As described above, according to the present embodiment, by arranging the pilot injection valve 3b on the outer periphery of the combustion chamber 11, even if pilot injection is performed at a relatively late timing of the intake stroke, the fuel from the pilot injection is reduced. It can be supplied to the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber 11. Thereby, the fuel by pilot injection and main injection does not burn near the center of the combustion chamber 11, and the generation of smoke can be suppressed. In addition, since the period from when the pilot injection is performed until the main injection is performed can be shortened, mixing of fuel and air by the pilot injection does not proceed and the air does not become too lean. Therefore, it is possible to suppress the generation of combustion noise due to the fact that fuel by pilot injection does not ignite. Further, by changing the fuel injection valve between the pilot injection and the main injection, the fuel injection rate can be easily changed between the pilot injection and the main injection. Further, by performing pilot injection in two directions from each pilot injection valve, it becomes easy to capture the spray from the main injection.
[0094]
【The invention's effect】
In the fuel injection system for an internal combustion engine according to the present invention, fuel by pilot injection can be supplied near the outer periphery of the combustion chamber. Thereby, the fuel by pilot injection and main injection does not burn near the center of a combustion chamber, and it can control generation of smoke. In addition, since the period from when the pilot injection is performed until the main injection is performed can be shortened, mixing of fuel and air by the pilot injection does not proceed and the air does not become too lean. Therefore, it is possible to suppress the generation of combustion noise due to the fact that fuel by pilot injection does not ignite.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine according to a first embodiment. (A) is side surface sectional drawing, (B) is the top view which showed the relationship of the spray by pilot injection by this Embodiment, and main injection.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a crank angle and a fuel injection rate. (A) shows a conventional one, and (B) shows one according to the present embodiment.
FIG. 3 is a top view showing a spray state by pilot injection and main injection in a combustion chamber, and a time chart showing a time transition of a heat generation rate associated therewith. (A) is when pilot injection with a low fuel injection rate is performed at a relatively early timing of the intake stroke, (B) is when pilot injection with a low fuel injection rate is performed at a relatively late timing of the intake stroke, (C) shows a case where pilot injection with a high fuel injection rate is performed at a relatively late time of the intake stroke.
FIG. 4 is a sectional view showing a schematic configuration of a fuel injection valve according to a second embodiment.
FIG. 5 is a time chart showing the relationship between the volume of a separate chamber of the fuel injection valve shown in FIG. 4 and the fuel injection rate.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a fuel injection valve according to a third embodiment.
7 is a time chart showing a relationship between a lift amount of a needle valve of the fuel injection valve shown in FIG. 6 and a fuel injection rate.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a fuel injection valve according to a fourth embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a fuel injection valve according to a fifth embodiment.
FIG. 10 is a top view showing the arrangement of the main injection valve and the pilot injection valve and the state of fuel spray according to the sixth embodiment.
FIG. 11 is a top view showing the arrangement of the main injection valve and the pilot injection valve and the state of fuel spray according to the seventh embodiment.
[Explanation of symbols]
1 engine
1a Cylinder head
1b Cylinder block
2-cylinder
3 Fuel injection valve
3a Main injection valve
3b Pilot injection valve
4 Intake port
5 Exhaust port
6 Intake valve
7 Exhaust valve
10 piston
11 Combustion chamber
12 ECU
31a Main injection fuel supply source
31b Fuel supply source for pilot injection
301 body
302 injection hole
302a Main injection hole
302b Pilot injection nozzle
303 Needle valve
303a Needle valve for main injection
303b Needle valve for pilot injection
304 Fuel storage chamber
305 Fuel passage
305a Fuel passage for main injection
305b Pilot injection fuel passage
306 Check valve
307 separate room
308 piston
309 Actuator
310 Actuator
311 Body side fuel discharge passage
312 Needle valve side fuel discharge passage

Claims (7)

燃焼室内へ主噴射よりも前にパイロット噴射を行うディーゼルエンジンにおいて、
パイロット噴射及び主噴射の両方を行う単一の燃料噴射弁を備え、
パイロット噴射の燃料噴射率を主噴射の燃料噴射率よりも高くして、パイロット噴射による燃料を、燃焼室外周付近に供給することを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。In a diesel engine that performs pilot injection before main injection into the combustion chamber,
With a single fuel injection valve that performs both pilot injection and main injection,
A fuel injection system for an internal combustion engine, wherein the fuel injection rate of pilot injection is made higher than the fuel injection rate of main injection, and fuel by pilot injection is supplied to the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber . 前記燃料噴射弁は、
燃料を貯留する燃料貯留室と、
前記燃料貯留室に開口し燃料を燃料噴射弁外へ噴射させる燃料噴射孔と、
前記燃料噴射孔を開閉するニードル弁と、
前記燃料貯留室に接続され該燃料貯留室に燃料を導入する燃料通路と、
前記燃料通路で前記燃料貯留室側へのみ燃料を通過させる逆止弁と、
前記逆止弁よりも下流の燃料通路若しくは前記燃料貯留室の容積を変更する作動装置と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射システム。The fuel injection valve is
A fuel storage chamber for storing fuel;
A fuel injection hole that opens into the fuel storage chamber and injects fuel out of the fuel injection valve;
A needle valve that opens and closes the fuel injection hole;
A fuel passage connected to the fuel storage chamber for introducing fuel into the fuel storage chamber;
A check valve that allows fuel to pass only to the fuel storage chamber side in the fuel passage;
An actuator for changing the volume of the fuel passage downstream of the check valve or the fuel storage chamber;
The fuel injection system for an internal combustion engine according to claim 1 , further comprising: 前記燃料噴射弁は、
燃料を貯留する燃料貯留室と、
前記燃料貯留室に開口し燃料を燃料噴射弁外へ噴射させる燃料噴射孔と、
前記燃料噴射孔を開閉するニードル弁と、
前記ニードル弁を移動させ該ニードル弁のリフト量が小さいほど前記燃料貯留室の容量が小さくなる作動装置と、
前記燃料貯留室に接続され該燃料貯留室に燃料を導入する燃料通路と、
前記燃料通路で前記燃料貯留室側へのみ燃料を通過させる逆止弁と、
を備え、
パイロット噴射時のニードル弁のリフト量を主噴射時のニードル弁のリフト量よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射システム。The fuel injection valve is
A fuel storage chamber for storing fuel;
A fuel injection hole that opens into the fuel storage chamber and injects fuel out of the fuel injection valve;
A needle valve that opens and closes the fuel injection hole;
An actuator that moves the needle valve to reduce the volume of the fuel storage chamber as the lift amount of the needle valve decreases;
A fuel passage connected to the fuel storage chamber for introducing fuel into the fuel storage chamber;
A check valve that allows fuel to pass only to the fuel storage chamber side in the fuel passage;
With
2. The fuel injection system for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein a lift amount of the needle valve at the time of pilot injection is made smaller than a lift amount of the needle valve at the time of main injection. 前記燃料噴射弁は、
燃料を貯留する燃料貯留室と、
前記燃料貯留室に開口し燃料噴射弁外へ主噴射用燃料を噴射する主噴射用燃料噴射孔と、
前記主噴射用燃料噴射孔を開閉する主噴射用ニードル弁と、
前記主噴射用燃料噴射孔よりも大きい開口面積で前記燃料貯留室に開口し燃料噴射弁外へパイロット噴射用燃料を噴射するパイロット噴射用燃料噴射孔と、
前記パイロット噴射用燃料噴射孔を開閉するパイロット噴射用ニードル弁と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射システム。The fuel injection valve is
A fuel storage chamber for storing fuel;
A fuel injection hole for main injection that opens into the fuel storage chamber and injects fuel for main injection outside the fuel injection valve;
A main injection needle valve for opening and closing the main injection fuel injection hole;
A pilot injection fuel injection hole that opens into the fuel storage chamber with an opening area larger than the main injection fuel injection hole and injects pilot injection fuel out of the fuel injection valve;
A pilot injection needle valve that opens and closes the pilot injection fuel injection hole;
The fuel injection system for an internal combustion engine according to claim 1 , further comprising: 前記燃料噴射弁は、
前記燃料貯留室に開口し燃料を燃料噴射弁外へ噴射する燃料噴射孔と、
前記燃料噴射孔を開閉し、パイロット噴射時よりも主噴射時のリフト量が大きいニードル弁と、
主噴射時に前記ニードル弁のリフト量が所定量以上となった場合に開口し燃料を排出させる燃料排出通路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射システム。The fuel injection valve is
A fuel injection hole that opens into the fuel storage chamber and injects fuel out of the fuel injection valve;
A needle valve that opens and closes the fuel injection hole and has a larger lift amount during main injection than during pilot injection;
A fuel discharge passage that opens and discharges fuel when the lift amount of the needle valve exceeds a predetermined amount during main injection;
The fuel injection system for an internal combustion engine according to claim 1 , further comprising: 燃焼室内へ主噴射よりも前にパイロット噴射を行うディーゼルエンジンにおいて、
複数の燃料噴射孔を有し燃焼室中心側で主噴射を行う主噴射弁と、
前記主噴射弁から噴射された燃料が到達する位置であって燃焼室外周でパイロット噴射を行う複数のパイロット噴射弁と、
を備え、パイロット噴射による燃料を、燃焼室外周付近に供給することを特徴とする内燃機関の燃料噴射システム。In a diesel engine that performs pilot injection before main injection into the combustion chamber,
A main injection valve that has a plurality of fuel injection holes and performs main injection on the center side of the combustion chamber;
A plurality of pilot injection valves that perform pilot injection on the outer periphery of the combustion chamber at a position where the fuel injected from the main injection valve reaches;
And a fuel injection system for an internal combustion engine, wherein fuel by pilot injection is supplied to the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber . 前記パイロット噴射弁は、燃焼室外周近傍で該燃焼室外周に沿う方向に燃料を噴射する燃料噴射孔を少なくとも２つ備えることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射システム。The fuel injection system for an internal combustion engine according to claim 6 , wherein the pilot injection valve includes at least two fuel injection holes for injecting fuel in a direction along the outer periphery of the combustion chamber in the vicinity of the outer periphery of the combustion chamber.
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