JP4556881B2 - Common rail fuel injection system - Google Patents
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Description
本発明は、低圧燃料が満たされる油圧室を加圧することで燃料噴射を行うピエゾスタックを搭載するピエゾインジェクタを備えたコモンレール式燃料噴射装置に関し、特に油圧室にエアが侵入する際の対処技術に関する。 The present invention relates to a common rail fuel injection device including a piezo injector equipped with a piezo stack that injects fuel by pressurizing a hydraulic chamber filled with low-pressure fuel, and more particularly to a countermeasure technique when air enters the hydraulic chamber. .
ピエゾインジェクタを搭載したコモンレール式燃料噴射装置が知られている。
ピエゾインジェクタの具体例としては、(1)ピエゾスタックによって油圧室(変位拡大室)の圧力を可変することで切替バルブ(三方切替弁)を駆動し、切替バルブによりニードルの背圧室の圧力を切り替えてニードルを駆動する切替バルブ型(図2参照)、(2)ピエゾスタックによって油圧室(油圧変換部)の圧力を可変することで、ニードルを着座方向に付勢する中間ピストンを持ち上げる制御室の圧力を可変し、中間ピストンの移動によりニードルを駆動する中間ピストン型などが知られている。
A common rail type fuel injection device equipped with a piezo injector is known.
Specific examples of piezo injectors include: (1) The switching valve (three-way switching valve) is driven by varying the pressure in the hydraulic chamber (displacement expansion chamber) by the piezo stack, and the pressure in the back pressure chamber of the needle is controlled by the switching valve. A switching valve type (see FIG. 2) that drives the needle by switching, (2) a control chamber that lifts the intermediate piston that urges the needle in the seating direction by varying the pressure of the hydraulic chamber (hydraulic converter) by the piezo stack An intermediate piston type is known in which the pressure is varied and the needle is driven by the movement of the intermediate piston.
コモンレール式燃料噴射装置に限らず、燃料噴射装置は、ガス欠等によりシステム内にエアが混入する場合がある。ピエゾインジェクタ内にエアが混入すると、内燃機関(以下、エンジンと称す)の始動時、クランキングを開始してから、エンジンが始動(完爆)するまでに時間がかかる。このため、エンジン始動時の快適性が損なわれるという問題が生じる。 In addition to the common rail fuel injection device, the fuel injection device may have air mixed into the system due to a lack of gas. When air enters the piezo injector, it takes time from the start of cranking to the start (complete explosion) of the engine when the internal combustion engine (hereinafter referred to as the engine) is started. For this reason, the problem that the comfort at the time of engine starting is impaired arises.
ガス欠後のエンジンの始動性を向上させる技術として、特許文献1の技術が知られている。この特許文献1のコモンレール式燃料噴射装置は、電磁弁により制御室の圧力を可変して、ニードルを着座方向に付勢するコマンドピストンを移動させることでニードルを駆動する電磁インジェクタを搭載するものであり、エンジンの停止中に電磁弁を駆動することでコモンレールと電磁インジェクタの間のエアを排出し、エンジン始動性を向上させる技術である。
しかし、ピエゾインジェクタの油圧室にエアが混入した場合は、油圧室内でエアが圧縮されて油圧上昇が抑えられてしまうため{図3(a)参照}、上記特許文献1のような制御を行っても、エンジン始動時の快適性(クランキング時間の短縮)を得ることができない。
However, when air is mixed into the hydraulic chamber of the piezo injector, the air is compressed in the hydraulic chamber and the increase in hydraulic pressure is suppressed {see FIG. 3 (a)}. However, the comfort (shortening of the cranking time) when starting the engine cannot be obtained.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、信頼性の確保が容易でありしかも安価でかつ簡潔な追加構成によって、ガス欠等によりピエゾインジェクタの油圧室にエアが混入しても、クランキング開始から、エンジン始動(完爆)までの時間を短縮することができるコモンレール式燃料噴射装置の提供にある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object thereof is to provide air in the hydraulic chamber of a piezo injector due to a lack of gas or the like due to a lack of gas or the like due to an easy and reliable configuration that is easy to ensure reliability. The present invention provides a common rail type fuel injection device that can shorten the time from cranking start to engine start (complete explosion) even if mixed.
[請求項1の手段]
請求項1の手段を採用するコモンレール式燃料噴射装置は、燃料タンク内の燃料をサプライポンプに導くプライミング手段から吐出される燃料圧力を用いて、エンジンの始動時にピエゾインジェクタの低圧側の圧力を高めるものである。
ガス欠等によりピエゾインジェクタの油圧室にエアが混入した場合、プライミング手段によりピエゾインジェクタの低圧側の圧力を高めることにより、ピエゾインジェクタの油圧室に混入したエアが圧縮されて、油圧室の容積におけるエアの占める容積率が小さくなる。
これによって、ピエゾスタック作動時に油圧室のエア圧縮が抑えられ、クランキング開始から、エンジン始動(完爆)までの時間を短縮することができる。
しかも、プライミング手段から吐出される燃料圧力、即ちサプライポンプへのプライミング圧は、サプライポンプからコモンレールへの燃料圧力に比べはるかに低圧であるため、追加すべき配管、弁などの構成についても、信頼性を容易に確保でき、かつ安価で簡潔な構成となる。
[Means of claim 1]
The common rail type fuel injection device adopting the means of claim 1 uses the fuel pressure discharged from the priming means for guiding the fuel in the fuel tank to the supply pump to increase the pressure on the low pressure side of the piezo injector when the engine is started. Is.
When air is mixed into the hydraulic chamber of the piezo injector due to lack of gas, etc., the air mixed into the hydraulic chamber of the piezo injector is compressed by increasing the pressure on the low pressure side of the piezo injector by the priming means, and the volume of the hydraulic chamber is increased. The volume ratio occupied by air is reduced.
As a result, air compression in the hydraulic chamber is suppressed when the piezo stack is operated, and the time from the start of cranking to the start of the engine (complete explosion) can be shortened.
Moreover, since the fuel pressure discharged from the priming means, that is, the priming pressure to the supply pump is much lower than the fuel pressure from the supply pump to the common rail, the configuration of piping and valves to be added is also reliable. Can be easily secured, and the structure is inexpensive and simple.
[請求項2の手段]
請求項2の手段を採用するコモンレール式燃料噴射装置において、プライミング手段によってエンジン始動時に高められるピエゾインジェクタの低圧側の圧力は、ピエゾスタックの作動によりピエゾインジェクタが噴射動作可能となるエア実質消失圧力である。
[Means of claim 2]
In the common rail fuel injection apparatus employing the means of
[請求項3の手段]
請求項3の手段を採用するコモンレール式燃料噴射装置は、高圧燃料をコモンレールに圧送するサプライポンプのオーバーフロー部から排出される燃料圧力を用いて、エンジンの始動時にピエゾインジェクタの低圧側の圧力を高めるものである。
ガス欠等によりピエゾインジェクタの油圧室にエアが混入した場合、サプライポンプのオーバーフロー部から排出される燃料圧力を用いてピエゾインジェクタの低圧側の圧力を高めることにより、ピエゾインジェクタの油圧室に混入したエアが圧縮されて、油圧室の容積におけるエアの占める容積率が小さくなる。
これによって、ピエゾスタック作動時に油圧室のエア圧縮が抑えられ、クランキング開始から、エンジン始動(完爆)までの時間を短縮することができる。
しかも、サプライポンプのオーバーフロー部から排出される燃料圧力、即ちサプライポンプからのオーバーフロー圧も、請求項1の手段と同様に低圧であるため、追加すべき配管、弁などの構成についても、信頼性を容易に確保でき、かつ安価で簡潔な構成となる。
[Means of claim 3]
The common rail type fuel injection device employing the means of claim 3 uses the fuel pressure discharged from the overflow portion of the supply pump that pumps high pressure fuel to the common rail to increase the pressure on the low pressure side of the piezo injector when starting the engine. Is.
When air is mixed into the hydraulic chamber of the piezo injector due to lack of gas, etc., it is mixed into the hydraulic chamber of the piezo injector by increasing the pressure on the low pressure side of the piezo injector using the fuel pressure discharged from the overflow part of the supply pump. Air is compressed, and the volume ratio of the air in the volume of the hydraulic chamber is reduced.
As a result, air compression in the hydraulic chamber is suppressed when the piezo stack is operated, and the time from the start of cranking to the start of the engine (complete explosion) can be shortened.
In addition, since the fuel pressure discharged from the overflow portion of the supply pump, that is, the overflow pressure from the supply pump is also low as in the means of claim 1, the reliability of the configuration of pipes and valves to be added is also reliable. Can be easily secured, and the structure is inexpensive and simple.
[請求項4の手段]
請求項4の手段を採用するコモンレール式燃料噴射装置において、サプライポンプのオーバーフロー部から排出される燃料圧力によってエンジンの始動時に高められるピエゾインジェクタの低圧側の圧力は、ピエゾスタックの作動によりピエゾインジェクタが噴射動作可能となるエア実質消失圧力である。
[Means of claim 4]
5. A common rail fuel injection apparatus employing the means of
コモンレール式燃料噴射装置は、
高圧燃料を蓄圧するコモンレールと、
このコモンレールに高圧燃料を供給するサプライポンプと、
燃料を燃料タンクへ戻す低圧配管と、
コモンレールから高圧燃料を受ける高圧部、および低圧配管に連通する低圧部を備えるとともに、低圧燃料が満たされる油圧室(ピエゾスタックの伸縮を油圧に変換する油室:例えば、切替弁を駆動する変位拡大室、中間ピストンを駆動する油圧を発生させる油圧変換部など)を加圧可能に配置されたピストン、および通電による伸長によりピストンを駆動して油圧室を加圧するピエゾスタックを備え、油圧室内の圧力変化によってコモンレールから供給された高圧燃料を噴射するピエゾインジェクタとを具備する。
このピエゾインジェクタは、低圧側の燃料を油圧室のみへ導く低圧燃料供給手段(逆止弁等)を備える。
また、コモンレール式燃料噴射装置は、低圧配管の途中に、ピエゾインジェクタ側の低圧燃料圧力を所定圧力に設定する背圧チェック弁を備える。
さらに、コモンレール式燃料噴射装置は、エンジン始動時にピエゾインジェクタの低圧側の圧力を高める低圧昇圧手段を備える。
Common rail fuel injectors
A common rail for accumulating high-pressure fuel,
A supply pump that supplies high pressure fuel to the common rail;
Low pressure piping to return fuel to the fuel tank;
A high-pressure part that receives high-pressure fuel from a common rail and a low-pressure part that communicates with low-pressure piping, and a hydraulic chamber filled with low-pressure fuel (an oil chamber that converts expansion and contraction of a piezo stack into hydraulic pressure: for example, displacement expansion that drives a switching valve Chamber, a piston that can pressurize the intermediate piston, etc., and a piezo stack that pressurizes the hydraulic chamber by driving the piston when it is energized. And a piezo injector for injecting high-pressure fuel supplied from the common rail by the change.
This piezo injector includes low-pressure fuel supply means (such as a check valve) that guides the low-pressure side fuel only to the hydraulic chamber.
Further, the common rail fuel injection device includes a back pressure check valve for setting the low pressure fuel pressure on the piezoelectric injector side to a predetermined pressure in the middle of the low pressure pipe.
Furthermore, the common rail fuel injection device includes low pressure boosting means for increasing the pressure on the low pressure side of the piezo injector when the engine is started.
最良の形態1の低圧昇圧手段は、
燃料タンク内の燃料をサプライポンプに導くプライミング手段と、ピエゾインジェクタ側の低圧燃料圧力を所定圧力に設定する背圧チェック弁と、ピエゾインジェクタ内において低圧側の燃料を油圧室のみへ導く低圧燃料供給手段(逆止弁等)と、プライミング手段から吐出される燃料を、サプライポンプから、背圧チェック弁よりピエゾインジェクタ側の低圧配管へ切り替えて導く燃料経路切替手段とから構成される。
また、最良の形態2の低圧昇圧手段は、ピエゾインジェクタ内において低圧側の燃料を油圧室のみへ導く低圧燃料供給手段(逆止弁等)と、サプライポンプのオーバーフロー部から排出される燃料を、背圧チェック弁よりピエゾインジェクタ側の低圧配管へ切り替えて導く燃料経路切替手段とから構成される。
The low pressure boosting means of the best mode 1 is
Priming means for guiding the fuel in the fuel tank to the supply pump, a back pressure check valve for setting the low pressure fuel pressure on the piezo injector side to a predetermined pressure, and low pressure fuel supply for guiding the low pressure side fuel to the hydraulic chamber only in the piezo injector And a fuel path switching unit that switches the fuel discharged from the priming unit from the supply pump to the low-pressure pipe on the piezo injector side from the back pressure check valve.
Further, the low pressure boosting means of the
実施例1では、先ずコモンレール式燃料噴射装置の構成を説明し、その後で実施例1の特徴を説明する。
〔コモンレール式燃料噴射装置の説明〕
コモンレール式燃料噴射装置を図1を参照して説明する。
コモンレール式燃料噴射装置は、エンジン(例えばディーゼルエンジン:図示しない)の各気筒に燃料噴射を行うシステムであり、コモンレール1、ピエゾインジェクタ2、サプライポンプ3、プライミング手段4、および制御装置5等によって構成される。なお、制御装置5は、ECU(エンジン制御ユニット)5aとEDU(駆動ユニット)5bで構成されるものであり、EDU5bはECU5aのケース内に内蔵されるものであっても良い。
In the first embodiment, the configuration of the common rail fuel injection device will be described first, and then the features of the first embodiment will be described.
[Description of common rail fuel injection system]
A common rail fuel injection device will be described with reference to FIG.
The common rail type fuel injection device is a system that injects fuel into each cylinder of an engine (for example, a diesel engine: not shown), and includes a common rail 1, a
(コモンレール1の説明)
コモンレール1は、ピエゾインジェクタ2に供給する高圧燃料を蓄圧する蓄圧容器であり、燃料噴射圧に相当するコモンレール圧が蓄圧されるように高圧ポンプ配管を介して高圧燃料を圧送するサプライポンプ3の吐出口と接続されるとともに、各ピエゾインジェクタ2へ高圧燃料を供給する複数のインジェクタ配管6が接続されている。
(Description of common rail 1)
The common rail 1 is a pressure accumulating container for accumulating high-pressure fuel supplied to the
コモンレール1の一端には、プレッシャリミッタを兼ねた減圧弁7が取り付けられている。この減圧弁7は、制御装置5から与えられる開弁指示信号によって開弁して還流配管(低圧配管)8を介してコモンレール圧を急速に減圧するものである。このように、コモンレール1に減圧弁7を搭載することによって、制御装置5はコモンレール圧を車両走行状態に応じた圧力へ素早く低減制御できる。
また、コモンレール1の他端には、コモンレール圧センサ9が取り付けられており、蓄圧するコモンレール圧をECU5aによって検出できるように設けられている。
A
A common
(ピエゾインジェクタ2の説明)
ピエゾインジェクタ2は、エンジンの各気筒毎に搭載されて燃料を各気筒内に噴射供給するものであり、コモンレール1より分岐する複数のインジェクタ配管6の下流端に接続されて、コモンレール1に蓄圧された高圧燃料を各気筒内に噴射供給するものであり、その具体的な構成は後述する。
ピエゾインジェクタ2からリークされる低圧のリーク燃料は、背圧チェック弁11を介して還流配管8に導かれて燃料タンク12に戻される。この背圧チェック弁11は、所定圧力(例えば、200kPa)以上で開弁し、エンジンの運転中にピエゾインジェクタ2のリーク燃料圧力を所定圧力に保つ手段である。
(Description of piezo injector 2)
The
The low-pressure leaked fuel leaked from the
(サプライポンプ3の説明)
サプライポンプ3は、コモンレール1へ高圧燃料を圧送する高圧ポンプと、燃料タンク12内の燃料を燃料フィルタ13を介して高圧ポンプへ供給するフィードポンプとを内蔵し、フィードポンプによって吸い上げられた燃料を高圧ポンプで高圧に圧縮してコモンレール1へ圧送する。フィードポンプおよび高圧ポンプは共通のカムシャフト14によって駆動される。なお、このカムシャフト14は、エンジンによって回転駆動されるものである。
(Description of supply pump 3)
The supply pump 3 includes a high-pressure pump that pumps high-pressure fuel to the common rail 1 and a feed pump that supplies the fuel in the
サプライポンプ3には、燃料を高圧に加圧する加圧室内に燃料を導く燃料流路に、その燃料流路の開度度合を調整するためのSCV(吸入調量弁)15が搭載されている。このSCV15は、制御装置5からのポンプ駆動信号によって制御されることにより、加圧室内に吸入される燃料の吸入量を調整し、コモンレール1へ圧送する燃料の吐出量を変更する調量バルブであり、コモンレール1へ圧送する燃料の吐出量を調整することにより、コモンレール圧を調整するものである。即ち、ECU5aはSCV15を制御することにより、コモンレール圧を車両走行状態に応じた圧力に制御できる。
The supply pump 3 is equipped with an SCV (suction metering valve) 15 for adjusting the degree of opening of the fuel flow path in a fuel flow path that guides the fuel into a pressurizing chamber that pressurizes the fuel to a high pressure. . The
また、サプライポンプ3の内部は潤滑のために燃料で満たされている。具体的に、サプライポンプ3内のフィードポンプの吐出する燃料の一部がサプライポンプ3内を満たすように設けられており、サプライポンプ3内から溢れる燃料は、サプライポンプ3のオーバーフロー部3aからオーバーフロー配管16を介して還流配管8へ導かれて燃料タンク12に戻される。
The inside of the supply pump 3 is filled with fuel for lubrication. Specifically, a part of the fuel discharged from the feed pump in the supply pump 3 is provided so as to fill the supply pump 3, and the fuel overflowing from the supply pump 3 overflows from the
(プライミング手段4の説明)
プライミング手段4は、出荷時やガス欠時など、燃料タンク12からサプライポンプ3へ燃料を導く供給配管17内が空で、サプライポンプ3が燃料を吸引できない状態の時に作動させて、燃料タンク12からサプライポンプ3に燃料を供給する手段であり、コモンレール式燃料噴射装置は、燃料タンク12内に搭載された電動ポンプ(電動プライミング)4a、あるいは燃料フィルタ13に搭載された手動ポンプ(手動プライミング)4bの少なくても一方を搭載している。
なお、手動ポンプ(手動プライミング)4bによる燃料の供給圧は、約200kPaが可能である。
(Description of priming means 4)
The priming means 4 is operated when the
The fuel supply pressure by the manual pump (manual priming) 4b can be about 200 kPa.
〔ピエゾインジェクタ2の説明〕
ピエゾインジェクタ2の一例を図2を参照して説明する。なお、以下では、図2中の上側を上、図2中の下側を下と称して説明する。
ピエゾインジェクタ2は、下から上に向けて、ノズル部21、三方切替弁22、変位拡大手段23、ピエゾスタック24を備える。
[Description of Piezo Injector 2]
An example of the
The
(ノズル部21の説明)
ノズル部21は、高圧燃料の噴射と停止を切り替えるものであり、ハウジング25(具体的には、ノズルホルダ)において軸方向へ摺動自在に支持されたニードル26を備える。
ニードル26は、上部に設けられた大径部27がハウジング25内に摺動自在に支持されるものであり、ニードル26の下端円錐部28がハウジング25の下端内側に形成された環状シート29に着座または離座する。ニードル26の下側の外周空間31には、ハウジング25に形成された高圧燃料通路32(インジェクタ配管6に連通する燃料通路)を介して高圧燃料が導入され、ニードル26の離座時に噴孔33から燃料が噴射される。ニードル26の下側の外周空間31に供給される高圧燃料は、大径部27の下面の段差面27aに作用して、ニードル26に上向き(離座方向)の力を発生させる。
(Description of nozzle portion 21)
The
The
一方、大径部27の上側には、燃料の圧力によってニードル26に下向き(着座方向)の力を発生させるための圧力制御室34が形成されている。圧力制御室34には、高圧燃料通路32からインオリフィス35を介して高圧燃料が供給されており、圧力制御室34に供給される高圧燃料は大径部27の上面27bに作用して、ニードルスプリング36とともにニードル26を下向き(着座方向)に押しつける。
圧力制御室34の内圧は、三方切替弁22によって高圧状態と低圧状態に切替制御されるものであり、(1)圧力制御室34が低圧になり、ニードル26の下向き(着座方向)の力より、ニードル26の上向き(離座方向)の力が上回ると、ニードル26がリフトして高圧燃料が噴孔33から噴射され、(2)圧力制御室34が高圧になり、ニードル26の上向き(離座方向)の力より、ニードル26の下向き(着座方向)の力が上回ると、ニードル26がリフトダウンして噴孔33からの燃料噴射が停止する。
On the other hand, on the upper side of the
The internal pressure of the
(三方切替弁22の説明)
三方切替弁22は、圧力制御室34に連通する弁室37を、切替バルブ38によって高圧燃料通路32または低圧燃料通路39の一方に切り替えることで圧力制御室34の内圧を切り替える油圧切替弁である。なお、低圧燃料通路39は、ハウジング25に形成されて、還流配管8に連通する燃料通路である。
弁室37の上部には、弁室37内と低圧燃料通路39を連通する低圧側バルブシート41が形成され、弁室37の下部には、弁室37内と高圧側の高圧燃料通路32を連通する高圧側バルブシート42が形成されている。
なお、切替バルブ38は、後述する小径ピストン43によって弁室37内において上下方向に移動可能に支持されている。
(Description of the three-way switching valve 22)
The three-
A low pressure
The switching
そして、切替バルブ38が下方へ変位して低圧側バルブシート41を開き、高圧側バルブシート42を閉じることで、弁室37および圧力制御室34が低圧に切り替わる(噴射動作)。
逆に、切替バルブ38が上方へ変位して、高圧側バルブシート42を開き、低圧側バルブシート41を閉じることで、弁室37および圧力制御室34が高圧に切り替わる(噴射停止動作)。
Then, the switching
Conversely, the switching
(変位拡大手段23の説明)
変位拡大手段23は、ピエゾスタック24の伸縮変位量(積層方向の変化量、即ち上下方向の変化量)を大きくして三方切替弁22の切替バルブ38に伝えるものであり、切替バルブ38の上部に連接された小径ピストン(バルブピストン)43、ピエゾスタック24により直接駆動される大径ピストン(ピエゾピストン)44、および小径ピストン43の上面と大径ピストン44の下面の間に形成されて燃料が満たされる変位拡大室(油圧室の一例)45で構成される。
(Explanation of displacement enlarging means 23)
The
大径ピストン44は、ハウジング25の内部において軸方向に摺動自在に支持される。この大径ピストン44は、変位拡大室45内に配置された皿バネ(ピエゾスプリング)46によってピエゾスタック24に押しつけられており、ピエゾスタック24の伸縮量と同じだけ上下方向に変位する。
ここで、大径ピストン44には、変位拡大室45と低圧燃料通路39とを連通する連通路47が形成されると共に、この連通路47を開閉できる逆止弁48が組み込まれている。この逆止弁48は、変位拡大室45を含む閉空間に燃料を補充する際に開弁する。即ち、上記閉空間には燃料が満たされているが、例えば、変位拡大室45の燃料が大径ピストン44によって加圧された際に、大径ピストン44の摺動隙間等から次第に燃料がリークする。このため、閉空間に燃料を補充する必要が生じる。そこで、燃料のリークによって変位拡大室45の圧力が低圧燃料通路39の圧力(背圧チェック弁11により設定される低圧側の燃料圧力)より低くなった時に、逆止弁48が開弁することで変位拡大室45に燃料が自動的に補充されるようになっている。即ち、ピエゾインジェクタ2の作動停止時であっても、変位拡大室45の圧力は低圧燃料通路39の圧力に設定される。
The
Here, the large-
小径ピストン43は、ハウジング25の内部において軸方向に摺動自在に支持される。この小径ピストン43は、切替バルブ38と一体に上下方向へ変位する。
ここで、変位拡大室45内で対向する小径ピストン43の上端の径は、大径ピストン44の下端の径より小さく設けられており、大径ピストン44の軸方向の変位が小径ピストン43に拡大して伝達される。
The
Here, the diameter of the upper end of the small-
ピエゾスタック24が積層方向に伸長して大径ピストン44が下方向へ移動し、小径ピストン43とともに切替バルブ38が下方へ変位することにより、低圧側バルブシート41を開いて高圧側バルブシート42が閉じ、弁室37および圧力制御室34が低圧に切り替わる(噴射動作)。
逆に、ピエゾスタック24が積層方向に収縮し、皿バネ46によって大径ピストン44が上方向へ移動すると、変位拡大室45によって小径ピストン43が上方へ吸引され、小径ピストン43とともに切替バルブ38が上方へ変位することにより、高圧側バルブシート42を開いて低圧側バルブシート41が閉じ、弁室37および圧力制御室34が高圧に切り替わる(噴射停止動作)。
The
Conversely, when the
(ピエゾスタック24の説明)
ピエゾスタック24は、周知構成のものであり、その一例を説明する。
ピエゾスタック24は、充電により板厚方向に膨張する板状のピエゾ素子を多数積層してなる。各ピエゾ素子は、略円板形状を呈する圧電体、この圧電体の両面に形成された内部電極からなり、多数のピエゾ素子を板厚方向に積層してピエゾスタック24が構成される。
(Description of piezo stack 24)
The
The
また、ピエゾスタック24の側面には、2つの側面電極が設けられている。一方の側面電極は圧電体の一方の内部電極と電気的に接続され、他方の側面電極は圧電体の他方の内部電極と電気的に接続されている。2つの側面電極は、ピエゾインジェクタ2の外部に露出する外部コネクタに接続される。この外部コネクタは、制御装置5(具体的にはEDU5b)に接続され、制御装置5から外部コネクタを介してピエゾスタック24の充放電制御が実施される。
なお、ピエゾスタック24は、ピエゾインジェクタ2内において燃料と接触しないように設けられている。
In addition, two side electrodes are provided on the side surface of the
The
(制御装置5の説明)
制御装置5は、上述したように、ECU5aとEDU5bにより構成される。
ECU5aは、制御処理、演算処理を行うCPU、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置(ROM、RAM、SRAM、EEPROM等のメモリ)、入力回路、出力回路、電源回路を含んで構成される周知構造のコンピュータよりなる。
ECU5aは、読み込まれたセンサ類の信号(エンジンパラメータ:乗員の運転状態、エンジンの運転状態に応じた信号)に基づいて各種の演算処理を行う。
なお、ECU5aには、エンジンパラメータを検出するセンサ類として、アクセル開度を検出するアクセルセンサ、エンジン回転数やクランク角を検出する回転数センサ、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ、コモンレール圧を検出するコモンレール圧センサ9など、各種のセンサが接続されている。
(Description of the control device 5)
As described above, the
The
The
The
ECU5aには、ピエゾインジェクタ2の噴射制御を行う「充放電制御機能(ピエゾインジェクタ2制御機能)」、SCV15の開度制御を行う「SCV制御機能」等が搭載されている。
充放電制御機能は、現在の運転状態に応じたタイミングでピエゾスタック24の充放電を制御する機能であり、予め搭載されたプログラムと、ECU5aに読み込まれた各種センサ類の信号(エンジンパラメータ)とに基づいて、単噴射やマルチ噴射等の「噴射形態」、各噴射毎の「噴射開始時期」、各噴射毎の「噴射期間(噴射量)」を算出し、算出した噴射形態、噴射開始時期、噴射期間(噴射量)に基づいてピエゾスタック24の充電と放電を制御する。
SCV制御機能は、現在の運転状態に応じた目標コモンレール圧を求め、コモンレール圧センサ9で検出される実コモンレール圧が目標コモンレール圧となるSCV開度を算出する制御プログラムであり、算出した「開弁信号(例えば、PWM信号)」をSCV15に出力する。
The
The charge / discharge control function is a function for controlling the charge / discharge of the
The SCV control function is a control program that calculates a target common rail pressure corresponding to the current operating state and calculates an SCV opening at which the actual common rail pressure detected by the common
〔実施例1の特徴〕
次に、ピエゾインジェクタ2を採用するコモンレール式燃料噴射装置に特有の不具合と、その解決手段を説明する。
(実施例1の背景技術)
ガス欠等によりシステム内にエアが混入する場合がある。ピエゾインジェクタ2内にエアが混入すると、エンジンの始動時、クランキングを開始してから、エンジンが始動(完爆)するまでに時間がかかり、始動時の快適性が損なわれる。
[Features of Example 1]
Next, a problem peculiar to the common rail type fuel injection device adopting the
(Background of Example 1)
Air may enter the system due to lack of gas. When air is mixed into the
この始動不良のメカニズムを、図3、図4を参照して説明する。
図3(a)に示すように、ガス欠等により変位拡大室45にエア(気泡:図中、丸で示す)が混入していると、ピエゾスタック24が伸長することで大径ピストン44が下方へ変位したとしても、変位拡大室45内でエアが圧縮されて変位拡大室45の油圧上昇が抑えられてしまうため、小径ピストン43にピエゾスタック24の駆動力が適切に伝達されなくなり、切替バルブ38を低圧側バルブシート41から適切に離座させることができなくなる。このため、弁室37および圧力制御室34が低圧に切り替わる作動が阻害され、ニードル26をリフトすることができなくなる。
This starting failure mechanism will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3A, when air (bubbles: indicated by circles in the figure) is mixed in the
変位拡大室45に混入したエアは、燃料タンク12への燃料の充填後、コモンレール1からインジェクタ配管6を介してピエゾインジェクタ2に燃料が供給されても、長期にわたり変位拡大室45内に留まる傾向がある。
ここで、変位拡大室45内に混入したエアが留まっていても、エンジン運転中に背圧チェック弁11の機能により低圧燃料通路39の燃料圧力が高まり、変位拡大室45内の燃料圧力が高まることで、図3(b)に示すように、混入エアの体積が減少し、ピエゾスタック24の駆動力をエア圧縮が吸収する割合が減少することで噴射が可能になる。
即ち、変位拡大室45内に混入エアが留まっていても、低圧燃料通路39内の燃料圧力が圧力P1(例えば、100kPa:符号、図4参照)以上に高まることで、ピエゾインジェクタ2による噴射が可能になる。
The air mixed in the
Here, even if air mixed in the
That is, even if mixed air remains in the
低圧燃料通路39から変位拡大室45への燃料供給は、大径ピストン44に設けられた逆止弁48の作動により行われる。そして、低圧燃料通路39から変位拡大室45へ燃料を供給するには、低圧燃料通路39内の燃料がある程度加圧される必要がある。
低圧燃料通路39内の燃料が加圧される要因は、切替バルブ38と低圧側バルブシート41の間のクリアランスを介して、高圧燃料通路32の燃料が低圧側へリークするのみであり、このリーク(以下、説明のために切替バルブリークと称する)により低圧燃料通路39の燃料が加圧されるには、長い時間がかかってしまう。
Fuel supply from the low
The reason why the fuel in the low
このことを、図4を参照して説明する。
切替バルブリークによる高圧燃料通路32の燃料圧力上昇は実線Aに示すように緩やかであるため、クランキング開始T0後に圧力P1に達するのは時T1となり、クランキング開始T0からインジェクタ作動(T1)には長い時間ΔT1が必要となってしまい、始動時の快適性が損なわれる。
This will be described with reference to FIG.
Since the fuel pressure rise in the high-
特に、低温時は、燃料の粘性が高くなるため、切替バルブリークが低減する傾向となり、低圧燃料通路39の加圧に要する時間が長時間化し、ピエゾインジェクタ2の機能が回復するまでの時間がさらに長時間化してしまう。
また、将来の技術として、静リーク(機械的な隙間によるリーク)が無いピエゾインジェクタ2が開発されたことを想定すると、静リークによる低圧燃料通路39の上昇が見込めないため、変位拡大室45内にエアが混入した場合は、エア圧縮によるピエゾインジェクタ2の作動不良を回避することができなくなってしまう。
In particular, when the temperature is low, the viscosity of the fuel increases, so the switching valve leak tends to decrease, the time required for pressurization of the low-
Assuming that a
(問題点の解決手段)
上記の問題点を解決するために、コモンレール式燃料噴射装置は、エンジン始動時(始動直前を含む)にピエゾインジェクタ2の低圧燃料通路39の圧力を高めることで、逆止弁48を介して変位拡大室45内の圧力を高める低圧昇圧手段を備える。
実施例1の低圧昇圧手段は、約200kPaの燃料供給圧が得られるプライミング手段4と、還流配管(低圧配管)8において低圧燃料通路39の内圧を約200kPaに設定する背圧チェック弁11と、低圧燃料通路39の燃料を変位拡大室45に導く逆止弁48と、次に説明する燃料経路切替手段51で構成される。
なお、プライミング手段4、背圧チェック弁11、逆止弁48は、コモンレール式燃料噴射装置が従来より搭載しているものであり、主な追加部品は燃料経路切替手段51の他に、燃料経路切替手段51と背圧チェック弁11よりもピエゾインジェクタ側の還流配管8とを接続する昇圧燃料輸送管52のみである。
(Solutions for problems)
In order to solve the above problems, the common rail fuel injection device is displaced via the
The low pressure boosting means of the first embodiment includes a priming means 4 that can obtain a fuel supply pressure of about 200 kPa, a back
The priming means 4, the back
燃料経路切替手段51は、(1)「エア混入により低圧燃料通路39の昇圧を実施する時」のみ、プライミング手段4から吐出される燃料の供給先を、サプライポンプ3から、背圧チェック弁11よりピエゾインジェクタ側の還流配管8(低圧燃料通路39側)へ切り替える三方切替バルブであっても良いし、(2)「エア混入により低圧燃料通路39の昇圧を実施する時」のみ、昇圧燃料輸送管52を開弁し、プライミング手段4の吐出燃料の一部を、背圧チェック弁11よりピエゾインジェクタ側の還流配管8(低圧燃料通路39側)へ供給するものであっても良い。
The fuel path switching means 51 (1) The supply destination of the fuel discharged from the priming means 4 is supplied from the supply pump 3 to the back
なお、燃料経路切替手段51は、電動アクチュエータ(例えば電磁アクチュエータ)により駆動される電動切替バルブであっても良いし、手動により切り替えられる手動切替バルブであっても良い。
燃料経路切替手段51を電動切替バルブにより構成する場合は、(1)プライミング手段4(主に電動プライミング)の作動時に、ECU5aによって燃料経路切替手段51の切り替えを制御して、プライミング手段4の吐出燃料を低圧燃料通路39へ送るように設けても良いし、(2)運転席近傍の操作パネルに手動の切替スイッチを設け、乗員の切替スイッチの操作により燃料経路切替手段51の切り替えを実施するように設けても良い。 また、燃料経路切替手段51を手動切替バルブにより構成する場合は、説明書やプライミング手段4(主に手動プライミング)の近傍に操作内容を明記して、ドライバー等の操作により燃料経路切替手段51の切り替えを実施するものである。
The fuel path switching means 51 may be an electric switching valve driven by an electric actuator (for example, an electromagnetic actuator) or a manual switching valve that is switched manually.
When the fuel path switching means 51 is constituted by an electric switching valve, (1) when the priming means 4 (mainly electric priming) is operated, the switching of the fuel path switching means 51 is controlled by the
ここで、プライミング手段4によってエンジン始動時に高められるピエゾインジェクタ2の低圧燃料通路39の圧力は、ピエゾスタック24の作動によりピエゾインジェクタ2が噴射動作可能となる圧力、即ち、変位拡大室45のエアが実質消失可能な圧力(エア実質消失圧力)P1以上であることが望ましい。
しかし、図4に示すように、プライミング手段4によってエンジン始動時に高められるピエゾインジェクタ2の低圧燃料通路39の圧力がP1に達しない例えば圧力P2(P2>P0:P0は大気圧)であったとしても、切替バルブリークによって低圧燃料通路39の圧力がP1に達する時が、時T1から時T2へ短縮される。
即ち、プライミング手段4を用いて低圧燃料通路39の圧力をP2に昇圧することにより、切替バルブリークによる高圧燃料通路32の燃料圧力上昇は実線Bに示すように緩やかであっても、クランキング開始T0から圧力P1に達するのは時T2となり、クランキング開始T0からインジェクタ作動(T2)の時間をΔT2に短縮できる。
Here, the pressure of the low-
However, as shown in FIG. 4, it is assumed that the pressure of the low
That is, by using the priming means 4 to increase the pressure of the low-
(実施例1の効果)
実施例1のコモンレール式燃料噴射装置は、上述したように、ガス欠等によりピエゾインジェクタ2の変位拡大室45にエアが混入した場合、エンジンの始動時にプライミング手段4を用いて燃料タンク12内の燃料をピエゾインジェクタ2の低圧燃料通路39に送って、低圧燃料通路39の圧力を高めるものである。
これにより、ピエゾインジェクタ2の変位拡大室45に混入したエアが圧縮されて、変位拡大室45の容積におけるエアの占める容積率が小さくなる。そして、プライミング手段4により、低圧燃料通路39を圧力P1に昇圧させることで、ピエゾインジェクタ2を作動させることができる。
また、プライミング手段4による低圧燃料通路39の圧力がP1より低い圧力P2であっても、切替バルブリークによって低圧燃料通路39の圧力がP1に達する時間が短縮されるため、クランキング開始から、エンジン始動(完爆)までの時間を従来より短縮することができる。
(Effect of Example 1)
As described above, in the common rail fuel injection device according to the first embodiment, when air is mixed into the
Thereby, the air mixed in the
Even when the pressure of the low
実施例2を図5を参照して説明する。なお、次の実施例2において、実施例1と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記実施例1の低圧昇圧手段は、ガス欠後のエンジン始動時にプライミング手段4によって低圧燃料通路39の圧力を昇圧させるものであった。
これに対し、この実施例2の低圧昇圧手段は、サプライポンプ3のオーバーフロー部3aから排出される燃料(サプライポンプ3内のフィードポンプの吐出する燃料の一部)によって、ガス欠後のエンジン始動時に低圧燃料通路39の圧力を昇圧させる技術である。
A second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the same reference numerals as those in the first embodiment denote the same functional objects.
The low pressure boosting means of the first embodiment boosts the pressure of the low
On the other hand, the low-pressure pressurizing means of the second embodiment starts the engine after the gas runs out due to the fuel discharged from the
具体的に、実施例2は、オーバーフロー配管16と還流配管8との接続部の下流側(燃料タンク12側)に、実施例1で示した燃料経路切替手段51、および昇圧燃料輸送管52を設けて、ガス欠後のエンジン始動時に、オーバーフロー部3aから排出される燃料によって低圧燃料通路39の圧力を昇圧させるものである。
なお、サプライポンプ3のオーバーフロー部3aから排出される燃料によってエンジン始動時に高められる低圧燃料通路39の圧力は、変位拡大室45内のエアが実質消失可能な圧力(エア実質消失圧力)P1であることが望ましいが、実施例1と同様、圧力P1より低い圧力P2であっても良い。
この実施例2を採用しても、実施例1と同様の効果を得ることができる。
Specifically, in the second embodiment, the fuel path switching means 51 and the boosted
Note that the pressure in the low-
Even if the second embodiment is adopted, the same effect as the first embodiment can be obtained.
[変形例]
上記の実施例では、切替バルブ38が軸方向へ変位するピエゾインジェクタ2を例示したが、切替バルブ38が回転変位することで圧力制御室34の内圧が変化するピエゾインジェクタであっても良い。
上記の実施例では、ピエゾスタック24で三方切替弁22を駆動する切替バルブ型のピエゾインジェクタ2を例示したが、ピエゾスタック24によって油圧室(油圧変換部)の圧力を可変することで、ニードル26を着座方向に付勢する中間ピストンを持ち上げる制御室の圧力を可変し、中間ピストンの移動によりニードル26を駆動する中間ピストン型のピエゾインジェクタであっても良い。
[Modification]
In the above embodiment, the
In the above-described embodiment, the switching valve type
1 コモンレール
2 ピエゾインジェクタ
3 サプライポンプ
3a オーバーフロー部
4 プライミング手段
12 燃料タンク
24 ピエゾスタック
45 変位拡大室(油圧室)
51 燃料経路切替手段
52 昇圧燃料輸送管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
51 Fuel path switching means 52 Boosted fuel transport pipe
Claims (4)
このコモンレール式燃料噴射装置は、
燃料タンク内の燃料を前記サプライポンプに導くプライミング手段と、
前記プライミング手段から前記サプライポンプへの燃料経路中に設けられ、内燃機関の始動時に前記プライミング手段から吐出される燃料を前記ピエゾインジェクタの低圧側へ供給可能にする燃料経路切替手段とを備え、
前記プライミング手段から吐出される燃料圧力を用いて、内燃機関の始動時に前記ピエゾインジェクタの低圧側の圧力を高めることを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。 In a common rail fuel injection device comprising a piezo injector equipped with a piezo stack that injects fuel by pressurizing a hydraulic chamber filled with low pressure fuel, and a supply pump that pumps high pressure fuel to the piezo injector to the common rail.
This common rail fuel injection device
Priming means for guiding the fuel in the fuel tank to the supply pump ;
A fuel path switching means provided in a fuel path from the priming means to the supply pump, and capable of supplying fuel discharged from the priming means to the low pressure side of the piezo injector when an internal combustion engine is started,
Using the fuel pressure discharged from the priming means, a common rail fuel injection apparatus characterized by increasing the pressure of the low pressure side of the piezo injector at the start of the internal combustion engine.
前記プライミング手段によって前記内燃機関の始動時に高められる前記ピエゾインジェクタの低圧側の圧力は、前記ピエゾスタックの作動により噴射動作が可能となるエア実質消失圧力であることを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。 In the common rail fuel injection device according to claim 1,
The common rail fuel injection device, wherein the pressure on the low pressure side of the piezo injector, which is increased when the internal combustion engine is started by the priming means, is a substantially air elimination pressure that enables an injection operation by the operation of the piezo stack. .
このコモンレール式燃料噴射装置は、
前記サプライポンプのオーバーフロー部から燃料タンクへの燃料経路中に設けられ、内燃機関の始動時に前記サプライポンプのオーバーフロー部から排出される燃料を前記ピエゾインジェクタの低圧側へ供給可能にする燃料経路切替手段を備え、
前記サプライポンプのオーバーフロー部から排出される燃料圧力を用いて、内燃機関の始動時に前記ピエゾインジェクタの低圧側の圧力を高めることを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。 In a common rail fuel injection device comprising a piezo injector equipped with a piezo stack that injects fuel by pressurizing a hydraulic chamber filled with low pressure fuel, and a supply pump that pumps high pressure fuel to the piezo injector to the common rail.
This common rail fuel injection device
Fuel path switching means provided in the fuel path from the overflow part of the supply pump to the fuel tank, and capable of supplying the fuel discharged from the overflow part of the supply pump to the low pressure side of the piezo injector when the internal combustion engine is started With
Using said fuel pressure discharged from the overflow portion of the supply pump, a common rail fuel injection apparatus characterized by increasing the pressure of the low pressure side of the piezo injector at the start of the internal combustion engine.
前記サプライポンプのオーバーフロー部から排出される燃料圧力によって前記内燃機関の始動時に高められる前記ピエゾインジェクタの低圧側の圧力は、前記ピエゾスタックの作動により噴射動作が可能となるエア実質消失圧力であることを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。 In the common rail type fuel injection device according to claim 3,
The pressure on the low-pressure side of the piezo injector, which is increased when the internal combustion engine is started by the fuel pressure discharged from the overflow portion of the supply pump, is a substantial air elimination pressure that enables an injection operation by the operation of the piezo stack. A common rail type fuel injection device characterized by the above.
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