JP4535027B2 - Fuel injection device and differential pressure valve used therefor - Google Patents
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Description
本発明は、燃料を内燃機関に噴射するための燃料噴射装置およびそれに用いられる差圧弁に関する。 The present invention relates to a fuel injection device for injecting fuel into an internal combustion engine and a differential pressure valve used therefor.
従来の燃料噴射装置は、高圧燃料を内燃機関に噴射するインジェクタを備えている。このインジェクタは、ニードルにより噴孔を開閉するノズルを備え、制御室の燃料圧力によりニードルが閉弁向きに付勢され、制御弁にて制御室の圧力を制御してノズルの開閉作動を制御するようになっている。 A conventional fuel injection device includes an injector that injects high-pressure fuel into an internal combustion engine. This injector has a nozzle that opens and closes the nozzle hole with a needle, and the needle is biased toward the valve closing direction by the fuel pressure in the control chamber, and the pressure in the control chamber is controlled by the control valve to control the opening and closing operation of the nozzle. It is like that.
また、ピエゾスタックの伸縮変位が液圧式の駆動伝達部を介して制御弁に伝達されることにより、制御弁が駆動されるようになっている。そして、駆動伝達部の液室には作動液として燃料が充填されており、ピエゾスタックが伸長すると液室の圧力が上昇し、その圧力を受けてピストンが変位して制御弁が駆動されるようになっている。ピエゾスタックや駆動伝達部は、インジェクタ内の低圧空間に配置されている。 Further, the expansion / contraction displacement of the piezo stack is transmitted to the control valve via the hydraulic drive transmission unit, so that the control valve is driven. The liquid chamber of the drive transmission unit is filled with fuel as a working fluid, and when the piezo stack extends, the pressure of the liquid chamber rises, and the piston is displaced by the pressure to drive the control valve. It has become. The piezo stack and the drive transmission unit are arranged in a low pressure space in the injector.
このような燃料噴射装置においては、ガス欠時にはインジェクタ内の低圧空間にエアが侵入し、ひいては駆動伝達部の液室にエアが侵入するため、ガス欠後の再始動時には駆動伝達部が正常に作動することができず、内燃機関を始動できないという問題が発生する。 In such a fuel injection device, when the gas runs out, air enters the low-pressure space in the injector, and eventually air enters the liquid chamber of the drive transmission unit. The problem arises that the engine cannot be operated and the internal combustion engine cannot be started.
ところで、特許文献1には、上記のような燃料噴射装置において、低圧ポンプから圧送される低圧の燃料(詳細には、噴射圧力よりも低圧の燃料)の一部を、液圧式の駆動伝達部が配置されたインジェクタ内の低圧空間に供給するようになっている。これによると、低圧ポンプから圧送される燃料により、駆動伝達部の液室のエアが排出されるため、ガス欠後においても内燃機関を始動することができる。
しかしながら、一般的な内燃機関においては低圧ポンプとインジェクタとの間の距離が長いため、特許文献1に記載された燃料噴射装置では、低圧ポンプからの燃料をインジェクタ内の低圧空間に導くための配管の取り回しが複雑になるという問題があった。また、低圧ポンプから圧送される燃料の圧力は一般的には最大1MPa以上にまで上昇する。従って、その配管としては金属製または樹脂製の強度が高い配管を用いる必要があり、その配管は剛性も高いため配管の取り回しが容易ではない。
However, in a general internal combustion engine, since the distance between the low pressure pump and the injector is long, in the fuel injection device described in
さらに、特許文献1に記載された燃料噴射装置では、通常運転時であっても、低圧ポンプからは引き続き燃料がリターン経路に供給されるので、インジェクタの低圧側を、低圧ポンプから圧送される燃料の圧力(例えば、1MPa以上)に耐え得るような耐圧構造としなければならない。
Further, in the fuel injection device described in
本発明は上記点に鑑みて、駆動伝達部が配置された低圧空間に燃料を供給して、駆動伝達部の液室のエアを排出させるようにした燃料噴射装置において、配管の取り回しを簡素にすることを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides a fuel injection device that supplies fuel to a low-pressure space in which a drive transmission unit is disposed, and discharges air in a liquid chamber of the drive transmission unit, thereby simplifying the handling of piping. The purpose is to do.
また、本発明は、駆動伝達部が配置された低圧空間に燃料を供給して、駆動伝達部の液室のエアを排出させるようにした燃料噴射装置において、インジェクタの低圧側の耐圧要求性能を低下させることを他の目的とする。 Further, the present invention provides a fuel injection apparatus in which fuel is supplied to a low pressure space in which a drive transmission unit is disposed, and air in a liquid chamber of the drive transmission unit is discharged. Another purpose is to lower.
本発明の第1の特徴では、低圧ポンプ(20)から圧送された燃料を高圧ポンプ(22)にて加圧して蓄圧器(23)に圧送し、この蓄圧器(23)に蓄えられた高圧燃料をインジェクタ(10)から噴射するように構成し、中間に液室(1135)を形成する2つのピストン(1133、1134)がインジェクタ(10)内の低圧空間(112、114)に配置され、低圧空間(112、114)の燃料を燃料タンク(21)に戻すリターン経路(26)中に背圧弁(27)が配置された燃料噴射装置であって、高圧ポンプ(22)よりも下流側の高圧燃料をリターン経路(26)における背圧弁(27)よりも上流側部位に導く充填経路(29)を備えることを特徴とする。 In the first feature of the present invention, the fuel pumped from the low pressure pump (20) is pressurized by the high pressure pump (22) and pumped to the pressure accumulator (23), and the high pressure stored in the pressure accumulator (23). Two pistons (1133, 1134) configured to inject fuel from the injector (10) and forming a liquid chamber (1135) in the middle are disposed in the low pressure space (112, 114) in the injector (10), A fuel injection device in which a back pressure valve (27) is disposed in a return path (26) for returning the fuel in the low pressure space (112, 114) to the fuel tank (21), and is located downstream of the high pressure pump (22). A filling path (29) for guiding the high-pressure fuel to a part upstream of the back pressure valve (27) in the return path (26) is provided.
このようにすれば、充填経路(29)を介して低圧空間(112、114)に供給される燃料により液室(1135)のエアが排出されるため、ガス欠後においても内燃機関を始動することができる。そして、充填経路(29)は高圧ポンプ(22)よりも下流側とリターン経路(26)における背圧弁(27)よりも上流側部位とを連通するものであり、この充填経路(29)の配管長さは、特許文献1に記載された燃料噴射装置における低圧ポンプからの燃料をインジェクタ内の低圧空間に導くための配管の長さよりも短くすることが可能であり、したがって配管の取り回しを簡素にすることができる。
In this way, the air in the liquid chamber (1135) is discharged by the fuel supplied to the low pressure space (112, 114) via the filling path (29), so that the internal combustion engine is started even after the gas runs out. be able to. The filling path (29) communicates the downstream side of the high-pressure pump (22) and the upstream side of the back pressure valve (27) in the return path (26). The piping of the filling path (29) The length can be made shorter than the length of the pipe for guiding the fuel from the low-pressure pump in the fuel injection device described in
この場合、充填経路(29)を開閉する差圧弁(60、553)を設け、この差圧弁(60、553)は、高圧ポンプ(22)側の圧力がリターン経路(26)側の圧力よりも所定差圧以上高くなると充填経路(29)を閉じるようにすることができる。 In this case, a differential pressure valve (60, 553) for opening and closing the filling path (29) is provided, and the differential pressure valve (60, 553) is configured such that the pressure on the high pressure pump (22) side is higher than the pressure on the return path (26) side. The filling path (29) can be closed when it becomes higher than the predetermined differential pressure.
このようにすれば、インジェクタの低圧側が高圧になるのを防止できるため、インジェクタの低圧側の耐圧要求性能を低下させることができる。 In this way, it is possible to prevent the low pressure side of the injector from becoming a high pressure, so that the required pressure resistance performance on the low pressure side of the injector can be reduced.
この場合、高圧ポンプ(22)側の圧力が第2所定圧力以上になると充填経路(29)を開く安全弁(50)内に、差圧弁(553)を組み込むことができる。 In this case, the differential pressure valve (553) can be incorporated into the safety valve (50) that opens the filling path (29) when the pressure on the high pressure pump (22) side becomes equal to or higher than the second predetermined pressure.
このようにすれば、安全弁(50)を備える燃料噴射装置の場合、リターン経路(26)の取り回しを変更する(増設する)ことなく実施することができる。 In this way, in the case of a fuel injection device provided with a safety valve (50), it can be implemented without changing (adding) the routing of the return path (26).
また、差圧弁(553)が組み込まれた安全弁(50)を蓄圧器(23)に組み付けることができる。 Moreover, the safety valve (50) in which the differential pressure valve (553) is incorporated can be assembled to the pressure accumulator (23).
このようにすれば、一般的には蓄圧器(23)とリターン経路(26)における背圧弁(27)よりも上流側部位は近接しているため、充填経路(29)の配管の取り回しをさらに簡素にすることができる。 In this way, since the upstream portion of the accumulator (23) and the return path (26) are generally closer to the upstream side than the back pressure valve (27), the piping of the filling path (29) can be further routed. It can be simplified.
また、高圧ポンプ(22)から圧送される高圧燃料の量を制御して蓄圧器(23)内の高圧燃料の圧力を制御するように構成された燃料噴射装置では、内燃機関の始動が完了したと判定されるまでは、差圧弁(60、553)の開弁状態が維持されるように蓄圧器(23)内の高圧燃料の圧力を制御することができる。 Further, in the fuel injection device configured to control the pressure of the high pressure fuel in the accumulator (23) by controlling the amount of the high pressure fuel pumped from the high pressure pump (22), the start of the internal combustion engine is completed. Until it is determined, the pressure of the high-pressure fuel in the pressure accumulator (23) can be controlled so that the valve open state of the differential pressure valve (60, 553) is maintained.
このようにすれば、内燃機関の始動が完了するまで充填経路(29)を介して液室(1135)に燃料が供給されるため、液室(1135)のエアを確実に排出させて、ガス欠後においても内燃機関を確実に始動することができる。 In this way, since the fuel is supplied to the liquid chamber (1135) through the filling path (29) until the start of the internal combustion engine is completed, the air in the liquid chamber (1135) is surely discharged and the gas is discharged. Even after the absence, the internal combustion engine can be reliably started.
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in a claim and this column shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は本発明の第1実施形態に係る燃料噴射装置の配管構成を示す系統図である。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a system diagram showing a piping configuration of the fuel injection device according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、低圧ポンプ20は、燃料タンク21から燃料を吸入して高圧ポンプ22へ圧送し、高圧ポンプ22は、低圧ポンプ20から圧送された燃料を加圧して蓄圧器23へ圧送する。
As shown in FIG. 1, the
略円筒状の蓄圧器23内には、高圧ポンプ22から圧送される高圧燃料が蓄圧される。蓄圧器23には、図示しない内燃機関(より詳細には、ディーゼルエンジン)の各気筒毎に設けられる複数のインジェクタ10(詳細後述)が接続され、蓄圧器23内に蓄圧された高圧燃料が各インジェクタ10から対応する気筒に噴射されるようになっている。蓄圧器23の一端側には、蓄圧器23内の燃料の圧力を検出する圧力センサ24が配設されている。
In the substantially
電子制御ユニット(以下、ECUという)25は、CPU、ROM、RAM等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶された各種処理を実行する。そして、ECU25には、エンジン回転数や図示しないアクセルペダルの踏み込み量等の情報、および圧力センサ24の出力信号が入力され、ECU25は、それらの情報に基づいてインジェクタ10の開弁時期および開弁時間を制御する。また、ECU25は、それらの情報に基づいて高圧ポンプ22の圧送量を制御することにより、蓄圧器23内の燃料の圧力を、負荷やエンジン回転数に応じて求めた所定圧力に制御する。
The electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 25 includes a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and executes various processes stored in the microcomputer. The ECU 25 receives information such as the engine speed, the amount of depression of an accelerator pedal (not shown), and the output signal of the
インジェクタ10には、インジェクタ10のリーク燃料を燃料タンク21へ戻すためのリターン経路26が接続されている。また、このリターン経路26中には、インジェクタ10内の低圧空間の圧力を第1所定圧力以下に制御する背圧弁27が配置されている。因みに、蓄圧器23内に蓄えられた高圧燃料の圧力が最低でも20MPa以上であるのに対し、背圧弁27はインジェクタ10内の低圧空間側の圧力を1MPa程度に制御する。
A
高圧ポンプ22からのリーク燃料を燃料タンク21へ戻すためのリターン経路28は、リターン経路26における背圧弁27よりも下流側部位に接続されている。
A
蓄圧器23と、リターン経路26における背圧弁27よりも上流側部位との間は、充填経路29にて接続されている。この充填経路29には、充填経路29を開閉する安全弁50(詳細後述)が配設されている。
A
次に、インジェクタ10について説明する。図2は図1のインジェクタ10の構成を示す断面図である。
Next, the
図2に示すように、インジェクタボデー101は、蓄圧器23からの高圧燃料が導入される燃料入口部102と、インジェクタ10内部の燃料を燃料タンク21に向けて流出させる燃料出口部103とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
インジェクタボデー101の軸方向一端側に、開弁時に燃料を噴射するノズル104が配置されている。このノズル104は、インジェクタボデー101に摺動自在に保持されたニードル1041と、ニードル1041を閉弁向きに付勢するノズルスプリング1042と、ニードル1041のピストン部1041aが挿入されたノズルシリンダ1043とを有している。
A
インジェクタボデー101の軸方向一端には、高圧燃料通路105を介して燃料入口部102と連通する噴孔106が形成され、この噴孔106から高圧燃料を内燃機関の気筒内に噴出させるようになっている。この噴孔106の上流側にテーパ状の弁座107が形成されており、ニードル1041に形成されたシート部1041bが弁座107に接離することにより噴孔106が開閉される。なお、高圧燃料通路105は本発明の高圧空間に相当する。
At one end in the axial direction of the
ピストン部1041aは、ノズルシリンダ1043に摺動自在に且つ液密的に挿入されており、ピストン部1041aとノズルシリンダ1043とにより、内部の燃料圧力が高圧と低圧に切り替えられる制御室108が形成されている。そして、ニードル1041は、制御室108内の燃料圧力により閉弁向きに付勢されるとともに、燃料入口部102から高圧燃料通路105を介して噴孔106側に導かれる高圧燃料により開弁向きに付勢される。
The
インジェクタボデー101の軸方向中間部には、制御室108の圧力を制御する制御弁109が収納される弁室110が形成されている。この弁室110は、連絡通路111を介して制御室108と常時連通されている。弁室110は、高圧燃料通路105から分岐された高圧連絡通路105aが接続されている。また、弁室110は、低圧燃料通路112を介して燃料出口部103に接続されている。
A
制御弁109は、弁室110と高圧連絡通路105aとの間および弁室110と低圧燃料通路112との間を開閉する制御弁弁体1091と、弁室110と高圧連絡通路105aとの間が開かれるとともに弁室110と低圧燃料通路112との間が閉じられる向きに制御弁弁体1091を付勢する制御弁スプリング1092とを有している。
The
インジェクタボデー101の軸方向他端側には、制御弁109を駆動するアクチュエータ113が収納されるアクチュエータ室114が形成されている。このアクチュエータ室114は、低圧連絡通路112aを介して低圧燃料通路112に接続されている。なお、アクチュエータ室114および低圧燃料通路112は、本発明の低圧空間を構成する。
An
アクチュエータ113は、ピエゾ素子が多数積層されて電荷の充放電により伸縮するピエゾスタック1131と、ピエゾスタック1131の伸縮変位を制御弁109の制御弁弁体1091に伝達する駆動伝達部とを備えている。なお、ピエゾスタック1131は本発明の駆動手段に相当する。
The
駆動伝達部は以下のように構成されている。アクチュエータシリンダ1132に第1ピストン1133および第2ピストン1134が摺動自在に且つ液密的に挿入されており、第1ピストン1133と第2ピストン1134との間には、燃料が充填された液室1135が形成されている。
The drive transmission unit is configured as follows. A
第1ピストン1133は、第1ピストンスプリング1136によりピエゾスタック1131側に向かって付勢されており、ピエゾスタック1131により直接駆動されるようになっている。そして、ピエゾスタック1131の伸長時には、第1ピストン1133により液室1135の圧力が高められるようになっている。
The
第2ピストン1134は、第2ピストンスプリング1137により制御弁109の制御弁弁体1091側に付勢されており、液室1135の圧力を受けて作動して制御弁弁体1091を駆動するようになっている。そして、第2ピストン1134は、ピエゾスタック1131の伸長時には、高圧化された液室1135の圧力を受けて作動して、弁室110と高圧連絡通路105aとの間が閉じられるとともに弁室110と低圧燃料通路112との間が開かれる位置に制御弁弁体1091を駆動する。一方、ピエゾスタック1131の収縮時、すなわち液室1135の圧力が低いときには、第2ピストン1134は、第2ピストンスプリング1137に抗して制御弁109の制御弁スプリング1092により第1ピストン1133側に押し戻される。
The
次に、安全弁50について説明する。図3は図1の安全弁50の構成を示す断面図、図4は図3の安全弁50における要部の拡大断面図である。
Next, the
図3、図4に示すように、安全弁50は円筒状のバルブボデー510を備え、このバルブボデー510には、その軸方向に延びるスプリング室511が形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
バルブボデー510の一端には、スプリング室511の一端を閉塞するようにしてバルブシート520がかしめ固定されている。スプリング室502の他端は充填経路29を介してリターン経路26に接続される。
A
バルブシート520には、充填経路29を介して蓄圧器23に接続される第1排出穴521と、安全弁弁体530を摺動自在に支持するとともにスプリング室511に連通するガイド穴522と、安全弁弁体530が接離する安全弁シート面523が形成されている。
The
安全弁弁体530は、ガイド穴522に摺動自在に支持されるとともに安全弁シート面523と接離する略円筒状の第1弁部531と、鍔付き有底円筒状の第2弁部532とを備え、スプリング室511に配置された安全弁スプリング540にて閉弁向きに付勢されている。
The
第1弁部531の外周面には、開弁時にスプリング室511と第1排出穴521とを連通する排出溝533が形成されている。そして、第1弁部531が安全弁シート面523から離れた状態(すなわち開弁状態)では、充填経路29、第1排出穴521、排出溝533、およびスプリング室511にて構成される第1経路を介して、蓄圧器23の燃料がリターン経路26に逃がされるようになっている。また、第1弁部531が安全弁シート面523に当接した状態(すなわち閉弁状態)では、上記の第1経路が遮断される。すなわち、安全弁50は、蓄圧器23内の圧力が第2所定圧力を超えるとその圧力によって開弁して蓄圧器23内の燃料をリターン経路26に逃がして、蓄圧器23内が異常高圧になるのを防止する。
A
安全弁50には、蓄圧器23の燃料をリターン経路26に導く第2経路が、上記の第1経路に対して並列に設けられている。また、蓄圧器23の燃料圧力がリターン経路26側の圧力よりも所定差圧ΔP以上高くなると第2経路を閉じる差圧弁が、安全弁50に一体的に組み込まれている。
The
この第2経路および差圧弁について以下説明する。図4に示すように、第1弁部531と第2弁部532とによって形成された差圧弁室550は、第1弁部531に形成された連通穴551にて第1排出穴521に連通されるとともに、第2弁部532に形成された第2排出穴552にてスプリング室511に連通されている。第2弁部532には、差圧弁弁体553が接離する差圧弁シート面554が形成されている。なお、連通穴551は本発明の入口側開口部に相当し、第2排出穴552は本発明の出口側開口部に相当する。
The second path and the differential pressure valve will be described below. As shown in FIG. 4, the differential
差圧弁室550には、差圧弁シート面554に接離してスプリング室511と第2排出穴552との間を開閉する鍔付き円柱状の差圧弁弁体553が配置されている。この差圧弁弁体553には、連通穴551とスプリング室511とを連通させる差圧弁オリフィス555が形成されている。差圧弁室550には、差圧弁弁体553を開弁向きに付勢する差圧弁スプリング556が配置されている。
In the differential
なお、連通穴551、第2排出穴552、および差圧弁オリフィス555は第2経路を構成する。また、差圧弁弁体553が差圧弁の主要部をなす。
The
次に、上記燃料噴射装置の作動を説明する。まず、アクチュエータ113の液室1135にエアが侵入していない通常の状態では、ピエゾスタック1131に通電されるとピエゾスタック1131が伸長して第1ピストン1133が駆動され、第1ピストン1133により液室1135の圧力が高められる。高圧化された液室1135の圧力により第2ピストン1134が制御弁109の制御弁弁体1091側に向かって駆動される。そして、第2ピストン1134にて制御弁弁体1091が駆動されることにより、弁室110と高圧連絡通路105aとの間が閉じられるとともに、弁室110と低圧燃料通路112との間が開かれる。したがって、制御室108は、連絡通路111および弁室110を介して低圧燃料通路112に連通される。
Next, the operation of the fuel injection device will be described. First, in a normal state where air does not enter the
これにより、制御室108の圧力が低下してニードル1041を閉弁向きに付勢する力が小さくなるため、ニードル1041が開弁向きに移動し、シート部1041bが弁座107から離れて噴孔106が開かれ、噴孔106から内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。
As a result, the pressure in the
その後、ピエゾスタック1131への通電が停止されると、ピエゾスタック1131が縮むため第1ピストン1133は第1ピストンスプリング1136によりピエゾスタック1131側に戻される。また、制御弁スプリング1092により、制御弁弁体1091および第2ピストン1134が第1ピストン1133側に戻される。
Thereafter, when the energization to the
これにより、弁室110と高圧連絡通路105aとの間が開かれるとともに、弁室110と低圧燃料通路112との間が閉じられる。したがって、蓄圧器23からの高圧燃料が、高圧燃料通路105、高圧連絡通路105a、弁室110、および連絡通路111を介して制御室108に導入される。
Thereby, the space between the
これにより、制御室108の圧力が上昇してニードル1041を閉弁向きに付勢する力が大きくなるため、ニードル1041が閉弁向きに移動し、シート部1041bが弁座107に着座して噴孔106が閉じられ、燃料噴射が終了する。
As a result, the pressure in the
次に、ガス欠後の内燃機関の再始動時のように、液室1135にエアが侵入している状態での始動時の作動について説明する。なお、図5(a)、(b)は図3の安全弁50における差圧弁の作動状態を示す拡大断面図である。
Next, an operation at the time of start-up in a state where air has entered the
内燃機関を始動させるためにキースイッチがスタータON位置に操作されると、低圧ポンプ20および高圧ポンプ22が作動して蓄圧器23へ燃料が圧送される。そして、以下述べるように、充填経路29や安全弁50内の第2経路(すなわち、連通穴551、差圧弁オリフィス555、および第2排出穴552)等を介して蓄圧器23の燃料がアクチュエータ室114および低圧燃料通路112側に供給され、アクチュエータ室114や低圧燃料通路112等の圧力が上昇する。
When the key switch is operated to the starter ON position in order to start the internal combustion engine, the
すなわち、低圧ポンプ20および高圧ポンプ22が作動を開始した後において、蓄圧器23の圧力とアクチュエータ室114の圧力との差が所定差圧ΔP未満のときには、図5(a)に示すように、差圧弁弁体553は差圧弁シート面554から離れており、蓄圧器23の燃料は充填経路29や第2経路等を介してアクチュエータ室114に供給される。これにより、アクチュエータ室114の圧力が上昇し、その圧力は背圧弁27により所定圧に制御される。
That is, after the
そして、アクチュエータ室114に供給される燃料により液室1135のエアが排出されるため、インジェクタ10が正常に作動可能になり、ガス欠後においても内燃機関を始動することができる。
Then, since the air in the
蓄圧器23の圧力がアクチュエータ室114の圧力よりも所定差圧ΔP以上高くなると、図5(b)に示すように、差圧弁弁体553が差圧弁シート面554に当接し、第2経路が遮断されてアクチュエータ室114への燃料供給が停止される。
When the pressure in the
因みに、液室1135のエアが排出されて内燃機関が始動されるまでは、蓄圧器23の圧力とアクチュエータ室114の圧力との差が所定差圧ΔP未満に保たれるように、蓄圧器23の圧力を制御する必要がある。
Incidentally, until the air in the
そこで、内燃機関を始動する際の蓄圧器23の圧力制御方法について説明する。図6はECU25にて実行される内燃機関始動時における蓄圧器の圧力制御処理を示す流れ図、図7は内燃機関始動時における蓄圧器の圧力制御処理の説明に供するタイムチャートである。
Therefore, a pressure control method for the
図6に示す処理は、内燃機関を始動させるためにキースイッチがスタータON位置に操作されて、ECU25に電源が投入されることにより開始される。
The process shown in FIG. 6 is started when the key switch is operated to the starter ON position to start the internal combustion engine and the
まず、エンジン回転数Ne、および圧力センサ24にて検出される蓄圧器23の圧力(以下、蓄圧圧力という)Pcを読み込む(S101)。
First, the engine speed Ne and the pressure Pc of the accumulator 23 (hereinafter referred to as the accumulated pressure) detected by the
次いで、始動判定手段としてのステップS102では、内燃機関の始動が完了したか否かを判定する。具体的には、エンジン回転数Neが所定回転数Nf以上になったときに内燃機関の始動が完了したと判定する。その所定回転数Nfは、クランキング回転数よりも高く且つアイドリング回転数よりも低い回転数(例えば500rpm)に設定されている。 Next, in step S102 as start determination means, it is determined whether or not the start of the internal combustion engine is completed. Specifically, it is determined that the start of the internal combustion engine is completed when the engine speed Ne becomes equal to or higher than a predetermined speed Nf. The predetermined rotational speed Nf is set to a rotational speed (for example, 500 rpm) that is higher than the cranking rotational speed and lower than the idling rotational speed.
そして、内燃機関の始動中、すなわち内燃機関の始動が完了するまでの所定期間中は(ステップS102:YES)、始動時圧力制御手段としてのステップS103に進んで、ステップS101で読み込んだ蓄圧圧力Pcが所定の圧力範囲(P1<Pc<P2)になるように、高圧ポンプ22の圧送量を制御する。因みに、背圧弁27の開弁圧に相当する第1所定圧力をPbとすると、高圧側設定圧力P2は、P2<Pb+ΔPに設定される。
Then, during the start of the internal combustion engine, that is, during a predetermined period until the start of the internal combustion engine is completed (step S102: YES), the process proceeds to step S103 as the start time pressure control means, and the accumulated pressure Pc read in step S101. Is controlled to a predetermined pressure range (P1 <Pc <P2). Incidentally, if the first predetermined pressure corresponding to the valve opening pressure of the
そして、ステップS101〜ステップS103の処理が繰り返される間は、差圧弁弁体553が差圧弁シート面554から離れており、蓄圧器23の燃料が充填経路29や第2経路等を介してアクチュエータ室114に供給される。したがって、その燃料により液室1135のエアが排出されてインジェクタ10が正常に作動可能になる。
And while the process of step S101-step S103 is repeated, the differential
その後、インジェクタ10が正常に作動可能になって内燃機関の始動が完了すると(ステップS102:NO)、ステップS104に進んで、ECU25のROMに記憶されたマップに基づいて蓄圧圧力Pcを通常圧力レベル(例えば40MPa程度)に制御する。具体的には、エンジン回転数Neや燃料噴射量に基づいて、マップから蓄圧圧力Pcの制御目標値を求め、蓄圧圧力Pcがその制御目標値になるように高圧ポンプ22の圧送量を制御する。
Thereafter, when the
以上述べたように、本実施形態では、液室1135にエアが侵入している状態で内燃機関を始動する際、差圧弁弁体553が差圧弁シート面554から離れて蓄圧器23の燃料が充填経路29や第2経路等を介してアクチュエータ室114に供給され、その燃料により液室1135のエアが排出されるため、インジェクタ10が正常に作動可能になり内燃機関を始動することができる。
As described above, in this embodiment, when the internal combustion engine is started in a state where air has entered the
また、充填経路29は、高圧ポンプ22よりも下流側(より詳細には蓄圧器23)とリターン経路26における背圧弁27よりも上流側部位とを連通するものであり、この充填経路29の配管長さは、特許文献1に記載された燃料噴射装置における低圧ポンプからの燃料をインジェクタ内の低圧空間に導くための配管の長さよりも短くすることが可能であり、したがって配管の取り回しを簡素にすることができる。
The filling
さらに、差圧弁は安全弁50に一体的に組み込まれているため、安全弁50を備える燃料噴射装置の場合、リターン経路26の取り回しを変更する(増設する)ことなく実施することができる。
Furthermore, since the differential pressure valve is integrally incorporated in the
さらにまた、差圧弁によりインジェクタ10の低圧空間が高圧になるのを防止できるため、インジェクタ10の低圧側の耐圧要求性能を低下させることができる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。図8は本発明の第2実施形態に係る燃料噴射装置の配管構成を示す系統図、図9は図8の安全弁50における要部の拡大断面図、図10(a)〜(c)は図8の差圧弁60の作動状態を示す断面図である。なお、第1実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
Furthermore, since the low pressure space of the
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. 8 is a system diagram showing the piping configuration of the fuel injection device according to the second embodiment of the present invention, FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the main part of the
第1実施形態では、差圧弁を安全弁50に一体的に組み込んだが、本実施形態は、図8に示すように安全弁50と差圧弁60を別体にしている。安全弁50は、蓄圧器23とリターン経路26における背圧弁27よりも下流側部位との間を接続する排出経路30に配置されている。差圧弁60は、蓄圧器23とリターン経路26における背圧弁27よりも上流側部位との間を接続する充填経路29に配置されている。
In the first embodiment, the differential pressure valve is integrated into the
図9に示すように、安全弁50は、安全弁弁体530の構成が第1実施形態と異なっている。すなわち、本実施形態の安全弁弁体530は、差圧弁弁体553(図4参照)および差圧弁スプリング556(図4参照)が削除され、第1弁部531(図4参照)と2弁部532(図4参照)が一体化された鍔付き円柱状になっている。
As shown in FIG. 9, the
そして、この安全弁50は、蓄圧器23内の圧力が第2所定圧力を超えると、安全弁弁体530が安全弁シート面523から離れた状態(すなわち開弁状態)となり、排出経路30、第1排出穴521、排出溝533、およびスプリング室511を介して、蓄圧器23の燃料がリターン経路26に逃がされ、これにより蓄圧器23内が異常高圧になるのが防止される。
When the pressure in the
図10に示すように、差圧弁60は円筒状の差圧弁ボデー610を備え、この差圧弁ボデー610には、その軸方向に延びる差圧弁スプリング室611と、充填経路29を介してリターン経路26に接続されるとともに差圧弁スプリング室611に連通する差圧弁ボデー貫通穴612と、差圧弁弁体620が接離する差圧弁シート面613が形成されている。
As shown in FIG. 10, the
差圧弁ボデー610の一端には、差圧弁スプリング室611の一端を閉塞するようにして差圧弁カバー630が接合されている。この差圧弁カバー630には、充填経路29を介して蓄圧器23に接続されるとともに差圧弁スプリング室611に連通するカバー貫通穴631が形成されている。なお、カバー貫通穴631は本発明の入口側開口部に相当し、差圧弁ボデー貫通穴612は本発明の出口側開口部に相当する。
A differential
差圧弁弁体620は、段付き円柱状で、差圧弁スプリング室611に摺動自在に配置されている。そして、差圧弁弁体620には、差圧弁スプリング室611とカバー貫通穴631と連通させるために、差圧弁外周溝621と、差圧弁オリフィス622と、差圧弁中心穴623が形成されている。
The differential pressure
また、差圧弁弁体620は、小径円柱部624を備え、この小径円柱部624の先端側が差圧弁シート面613と接離することにより、差圧弁スプリング室611と差圧弁ボデー貫通穴612との間が開閉されるようになっている。
Further, the differential pressure
差圧弁スプリング室611には、差圧弁弁体620を開弁向きに付勢する差圧弁スプリング640が配置されている。
In the differential pressure
次に、ガス欠後の内燃機関の再始動時のように、液室1135(図2参照)にエアが侵入している状態での始動時の作動について説明する。 Next, a description will be given of an operation at the time of start-up in a state where air has entered the liquid chamber 1135 (see FIG. 2) as in the case of restarting the internal combustion engine after lack of gas.
内燃機関のクランキングを行う前は蓄圧圧力が低いため、図10(a)に示すように、差圧弁弁体620は差圧弁スプリング640に付勢されて差圧弁カバー630に当接している。
Since the accumulated pressure is low before cranking the internal combustion engine, as shown in FIG. 10A, the differential
内燃機関を始動させるためにキースイッチがスタータON位置に操作されると、低圧ポンプ20および高圧ポンプ22が作動して蓄圧器23へ燃料が圧送されて、蓄圧圧力が上昇する。
When the key switch is operated to the starter ON position in order to start the internal combustion engine, the
そして、蓄圧圧力とアクチュエータ室114(図2参照)の圧力との差が所定差圧ΔP未満のときには、図10(b)に示すように、差圧弁弁体620は差圧弁スプリング640に抗して差圧弁シート面613側に移動する。但し、このときには小径円柱部624の先端側は差圧弁シート面613から離れている。したがって、蓄圧器23の燃料は、充填経路29、カバー貫通穴631、差圧弁中心穴623、差圧弁オリフィス622、差圧弁外周溝621、差圧弁スプリング室611、および差圧弁ボデー貫通穴612を介してアクチュエータ室114に供給される。これにより、アクチュエータ室114の圧力が上昇し、その圧力は背圧弁27により所定圧に制御される。
When the difference between the accumulated pressure and the pressure in the actuator chamber 114 (see FIG. 2) is less than the predetermined differential pressure ΔP, the differential
そして、アクチュエータ室114に供給される燃料により液室1135のエアが排出されるため、インジェクタ10が正常に作動可能になり、ガス欠後においても内燃機関を始動することができる。
Then, since the air in the
蓄圧圧力がアクチュエータ室114の圧力よりも所定差圧ΔP以上高くなると、図10(c)に示すように、小径円柱部624の先端側が差圧弁シート面613に当接して閉弁し、アクチュエータ室114への燃料供給が停止される。
When the accumulated pressure becomes higher than the pressure in the
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。第2実施形態では、蓄圧器23内が異常高圧になるのを防止する安全弁50を備える燃料噴射装置に本発明を適用したが、本発明は、安全弁50の代わりに電磁式の減圧弁を備える燃料噴射装置にも適用することができる。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the present invention is applied to the fuel injection device including the
図11はその電磁式の減圧弁70を示す断面図であり、その構成は特開2001−182638号公報に記載の弁と同一であるため、構成の説明は省略する。この減圧弁70は、例えば噴射圧力低下の遅れによる燃焼騒音を防止するために、減速時等に蓄圧圧力を目標値まで速やかに低下させるものであり、コイル710に通電されるとアーマチャ720および弁体730が吸引されて開弁状態になり、蓄圧器23内の高圧燃料を排出経路30を介してリターン経路26に排出するようになっている。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the electromagnetic
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。上記各実施形態では、差圧弁の入口側開口部に相当する連通穴551(図4参照)またはカバー貫通穴631(図10参照)を、蓄圧器23に接続したが、図12に示すように、差圧弁60のカバー貫通穴631を、高圧ポンプ22と蓄圧器23との間に接続してもよい。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. In each of the above embodiments, the communication hole 551 (see FIG. 4) or the cover through hole 631 (see FIG. 10) corresponding to the inlet side opening of the differential pressure valve is connected to the
この場合でも、液室1135(図2参照)にエアが侵入している状態で内燃機関を始動する際、高圧ポンプ22から吐出された高圧燃料がアクチュエータ室114(図2参照)に供給され、その燃料により液室1135のエアが排出されるため、インジェクタ10(図2参照)が正常に作動可能になり内燃機関を始動することができる。
Even in this case, when the internal combustion engine is started in a state where air has entered the liquid chamber 1135 (see FIG. 2), the high-pressure fuel discharged from the high-
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態について説明する。上記各実施形態では、差圧弁の入口側開口部に相当する連通穴551(図4参照)またはカバー貫通穴631(図10参照)を、蓄圧器23に接続したが、図13に示すように、差圧弁60のカバー貫通穴631を、低圧ポンプ20と高圧ポンプ22との間に接続してもよい。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described. In each of the above embodiments, the communication hole 551 (see FIG. 4) or the cover through hole 631 (see FIG. 10) corresponding to the inlet side opening of the differential pressure valve is connected to the
これによると、差圧弁によりインジェクタ10の低圧空間が高圧になるのを防止できるため、インジェクタ10の低圧側の耐圧要求性能を低下させることができる。
According to this, since the low pressure space of the
(他の実施形態)
上記第1〜第3実施形態では、充填経路29の一端を蓄圧器23に接続したが、充填経路29は高圧ポンプ22よりも下流側の高圧燃料をリターン経路26における背圧弁26よりも上流側部位に導くことができればよく、したがって、充填経路29の一端を高圧ポンプ22と蓄圧器23との間に接続してもよい。
(Other embodiments)
In the first to third embodiments, one end of the filling
10…インジェクタ、20…低圧ポンプ、21…燃料タンク、22…高圧ポンプ、23…蓄圧器、26…リターン経路、27…背圧弁、29…充填経路、60、553…差圧弁、104…ノズル、105…高圧燃料通路(高圧空間)、106…噴孔、108…制御室、109…制御弁、112…低圧燃料通路(低圧空間)、114…アクチュエータ室(低圧空間)、1041…ニードル、1131…ピエゾスタック(駆動手段)、1133…第1ピストン、1134…第2ピストン、1135…液室。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
この低圧ポンプ(20)から圧送された燃料を加圧して圧送する高圧ポンプ(22)と、
この高圧ポンプ(22)から圧送された高圧燃料を蓄える蓄圧器(23)と、
この蓄圧器(23)に蓄えられた高圧燃料を内燃機関に噴射するインジェクタ(10)と、
このインジェクタ(10)内の低圧空間(112、114)の燃料を前記燃料タンク(21)に戻すリターン経路(26)と、
このリターン経路(26)中に配置されて、前記低圧空間(112、114)の圧力を第1所定圧力以下に制御する背圧弁(27)とを備え、
前記インジェクタ(10)は、
制御室(108)の圧力の増減によりニードル(1041)が作動して噴孔(106)を開閉するノズル(104)と、
前記制御室(108)を前記低圧空間(112、114)または高圧空間(105)に選択的に連通させる制御弁(109)と、
前記低圧空間(112、114)に配置されて前記制御弁(109)を駆動する第2ピストン(1134)と、
前記低圧空間(112、114)に配置されて、前記第2ピストン(1134)との間に形成された液室(1135)内の燃料を介して前記第2ピストン(1134)を駆動する第1ピストン(1133)と、
この第1ピストン(1133)を駆動する駆動手段(1131)とを備え、
前記高圧ポンプ(22)から圧送される高圧燃料の量を制御して前記蓄圧器(23)内の高圧燃料の圧力を制御するように構成された燃料噴射装置であって、
前記高圧ポンプ(22)よりも下流側の高圧燃料を前記リターン経路(26)における前記背圧弁(27)よりも上流側部位に導く充填経路(29)と、
前記充填経路(29)に配設され、前記高圧ポンプ(22)側の圧力が前記リターン経路(26)側の圧力よりも所定差圧以上高くなると前記充填経路(29)を閉じる差圧弁(60、553)と、
前記内燃機関の始動が完了したか否かを判定する始動判定手段(S102)と、
この始動判定手段にて前記内燃機関の始動が完了したと判定されるまでは、前記差圧弁(60、553)の開弁状態が維持されるように前記蓄圧器(23)内の高圧燃料の圧力を制御する始動時圧力制御手段(S103)とを備えることを特徴とする燃料噴射装置。 A low pressure pump (20) for pumping fuel sucked from the fuel tank (21);
A high-pressure pump (22) that pressurizes and pumps fuel pumped from the low-pressure pump (20);
A pressure accumulator (23) for storing high-pressure fuel pumped from the high-pressure pump (22);
An injector (10) for injecting high-pressure fuel stored in the pressure accumulator (23) into the internal combustion engine;
A return path (26) for returning the fuel in the low pressure space (112, 114) in the injector (10) to the fuel tank (21);
A back pressure valve (27) disposed in the return path (26) and controlling the pressure of the low pressure space (112, 114) to be equal to or lower than a first predetermined pressure;
The injector (10)
A nozzle (104) that opens and closes the nozzle hole (106) by operating the needle (1041) by increasing or decreasing the pressure in the control chamber (108);
A control valve (109) for selectively communicating the control chamber (108) with the low pressure space (112, 114) or the high pressure space (105);
A second piston (1134) disposed in the low pressure space (112, 114) and driving the control valve (109);
A first piston disposed in the low-pressure space (112, 114) and driving the second piston (1134) via fuel in a liquid chamber (1135) formed between the second piston (1134). A piston (1133);
Drive means (1131) for driving the first piston (1133) ,
A fuel injection device configured to control the amount of high-pressure fuel pumped from the high-pressure pump (22) to control the pressure of high-pressure fuel in the accumulator (23) ,
A charging path (29) for guiding high-pressure fuel downstream from the high-pressure pump (22) to a portion upstream of the back pressure valve (27) in the return path (26) ;
A differential pressure valve (60) disposed in the filling path (29) and closing the filling path (29) when the pressure on the high pressure pump (22) side becomes higher than the pressure on the return path (26) by a predetermined differential pressure or more. 553),
Start determination means (S102) for determining whether or not the start of the internal combustion engine has been completed;
Until the start determination means determines that the start of the internal combustion engine is completed, the high pressure fuel in the accumulator (23) is maintained so that the open state of the differential pressure valve (60, 553) is maintained. A fuel injection apparatus comprising : a start time pressure control means (S103) for controlling pressure .
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