JP4613882B2 - 燃料噴射弁への燃料注入方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁への燃料注入方法に関する。

従来より、図３に示すように、ハウジング９１内を燃料噴射弁長手方向に延びるピストン収容孔９５、９３内に一次ピストン９６及び二次ピストン９４を燃料噴射弁長手方向に並べてそれぞれ摺動可能に収容し、一次ピストン９６の底面と二次ピストン９４の頂面とピストン収容孔９５、９３の内壁面とにより油圧室９７（変位拡大室とも言う）を区画形成して油圧室９７を作動油、例えば燃料により満たし、燃料噴射を開始するためにアクチュエータ９９が例えば伸張されて一次ピストンが油圧室に向け変位されると油圧室の容積が減少すると共に油圧室内の圧力が上昇し、それにより二次ピストンが油圧室から離れる方向に変位し、燃料噴射を停止するためにアクチュエータが例えば収縮されて一次ピストンが油圧室から離れる方向に変位されると油圧室の容積が増大すると共に油圧室内の圧力が低下し、それにより二次ピストンが油圧室に向け変位するようにした燃料噴射弁が知られている（例えば特許文献１または２）。

このような燃料噴射弁では、一次ピストン及び二次ピストンがピストン収容孔内にそれぞれ油密に挿入され、作動油が油圧室内からできるだけ漏れないようにされている。逆に言えば、油圧室内へ外部から流体が浸入することが容易でない構造となっている。

そして、一次ピストンが油圧室に向けて変位されたときに油圧室内の作動油は非圧縮性流体として作用し、このため一次ピストンの変位が速やかに二次ピストンに伝達される。ところが、油圧室内に例えば空気や作動油の蒸気からなる気泡が存在すると、この気泡は圧縮性流体として作用するので、一次ピストンが変位しても二次ピストンが速やかに変位できず、その結果作動遅れが生じて燃料噴射時期が正規の時期から逸脱する恐れがある。また、この気泡が燃料と共に噴射されると、実際に噴射された燃料の量が正規の燃料よりも少なくなる。即ち、燃料噴射時期又は燃料噴射量が正規の時期又は量から逸脱する恐れがある。

ところで、燃料噴射弁が組立てられた直後は、燃料噴射弁内には燃料は充填されておらず、当然、油圧室内には空気のみが存在する。この状態で、燃料供給装置を燃料噴射弁と接続して燃料噴射を実行させようとすると、油圧室内には作動油である燃料が浸入しておらず空気が存在するため、一次ピストンが変位しても、その変位に追従して二次ピストンが変位せず、噴射量や噴射時期が正規要求値と大幅に相違することとなる。

以上の理由により、燃料噴射を実行させる前に、油圧室内へ作動油たる燃料を完全に充填させる必要がある。そして、従来は、以下の方法により燃料噴射弁に燃料を注入していた。

図５は、燃料噴射弁へ燃料を注入する従来の方法（例えば特許文献３参照）を表した図である。図５に示すように、真空チャンバ３１は、容器３０ａ全体をその中に入れることができる程度の大きさを有しており、密閉可能な構造になっている。この真空チャンバ３１には真空ポンプ３２が接続されており、この真空ポンプ３２を稼働させることにより真空チャンバ３１内の気圧を外部の気圧（大気圧）よりも低くすることができるようになっている。

燃料Ｆが貯留されて燃料噴射弁９０が設置された前記容器３０ａを真空チャンバ３１内に設置する。そして、真空チャンバ３１を密閉した後、真空ポンプ３２を稼働させて同真空チャンバ３１内の気圧を減圧する。このときには、真空チャンバ３１内の空気は外部に排出されるとともに作動油である燃料の液圧も低下するため、燃料噴射弁９０内に存在する空気も排出され易くなる。すなわち、油圧室９７内の空気も外部に排出され易くなる。またこれに伴い、作動油はこうした空気の排出と入れ替わりで油圧室９７内に注入されるようになり、やがては油圧室９７内が作動油で満たされるようになる。

その後、真空ポンプ３２を停止して、真空チャンバ３１内の気圧を真空チャンバ３１の外部の気圧と同じにする。次いで、燃料噴射弁９０全体が作動油に浸された状態を維持しつつ、前記容器３０ａを真空チャンバ３１から取り出す。その後、燃料噴射弁９０を前記容器３０ａから取り出す。この取り出し直後の燃料噴射弁の表面には作動油が付着しているため、この作動油をウエスを使用して手作業によりぬぐう必要がある。

この従来方法では、上記のごとく燃料噴射弁の油圧室内へ外部から流体を浸入させるには長時間を要するため、油圧室内に燃料を充填させるのに約４０分間もの多大な時間を要していた。また、燃料噴射弁の表面に付着した作動油を手作業でぬぐうことも煩雑な作業であった。これらの理由により、燃料噴射弁への作動油の注入工程が非効率的となり、燃料噴射弁の生産効率に重大な支障をきたしていた。

特開２００５−５４５９９号公報 特開２００５−７６５７１号公報 特開２００３−２６９２８５号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料噴射弁、特に作動油で満たされる油圧室を備える燃料噴射弁において、燃料噴射弁への作動油の注入と燃料噴射弁内の気泡（空気）の除去とを確実かつ短時間に行うことができ、作動油注入後の燃料噴射弁表面をぬぐうことが不要な、燃料噴射弁への燃料注入方法を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の燃料注入方法を提供する。
請求項１に記載の発明によれば、燃料注入方法は、第１接続口を開放すると同時に第２接続口を閉鎖して燃料噴射弁内の空気または燃料を真空ポンプにより吸引し排出する真空引きステップと、第２接続口を開放すると同時に第１接続口を閉鎖して燃料噴射弁内へ燃料タンク内の加圧燃料を注入する燃料注入ステップと、を有し、真空引きステップの後に燃料注入ステップを実行し、前記真空引きステップと前記燃料注入ステップとを交互に実行することを特徴とする。

真空引きステップと燃料注入ステップとを相互に独立したステップとし、真空引きステップを実行した後に、燃料注入ステップを実行することにより、燃料噴射弁の油圧室への作動油の注入と同室内の気泡（空気）の除去とを確実かつ短時間に行うことが可能となり、作動油注入後の燃料噴射弁表面をぬぐうことを不要とすることが可能となる。

そして、真空引きステップと燃料注入ステップを交互に複数回実行することにより、燃料噴射弁の油圧室内の気泡（空気）の除去をより確実に行うことが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、燃料注入システムは、第１接続口と第２接続口とを切替える機能を有する切替弁を備えることを特徴とする。この切替弁の採用により、燃料注入システムを単純かつコンパクトにすることが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、燃料注入方法は、真空引きステップにおいて燃料噴射弁内の負圧が所定値より低くなった後、前記燃料注入ステップを開始することを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、燃料注入方法は、燃料注入ステップ実行時には、並行して燃料注入量計測ステップも実行し、燃料注入ステップにおいて、燃料注入開始時から所定時間経過した時において燃料注入量が所定値未満のとき、真空引きステップを開始することを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、燃料噴射弁は作動油で満たされる油圧室を備えることを特徴とする。油圧室を備える燃料噴射弁への燃料注入方法に本発明に係る方法を使用すれば、その作用効果は顕著なものとなる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る第１実施形態の真空引きステップを説明するための図である。図２は、本発明に係る第１実施形態の燃料注入ステップを説明するための図である。図３は、燃料噴射弁の断面図である。図４は、本発明に係る燃料注入方法を説明するための図である。

（第１実施形態）
図１において、９０は燃料噴射弁、９０ａは燃料噴射弁９０の燃料注入口であり、１は切替弁、１ａは切替弁１の第１接続口、１ｂは切替弁１の第２接続口、１ｃは切替弁１の第３接続口であり、１ｄは接続口切替用バタフライ弁である。２は燃料タンク、３は加圧ポンプ、４は真空ポンプ、５は真空計、６は燃料流量計である。５は、後述する第１接続管１１内の負圧を計測する真空計、６は、後述する第２接続管１２内の燃料流量を計測する流量計、７はコントローラである。１１は、切替弁１の第１接続口１ａと真空ポンプ４を接続する第１接続管であり、１２は、切替弁１の第２接続口１ｂと燃料タンクを接続する第２接続管であり、１３は、燃料注入口９０ａと切替弁１の第３接続口１ｃを接続する第３接続管である。Ｆは燃料タンク２内に貯留され、加圧ポンプ３により空気溜まりを介して加圧される燃料である。

切替弁１は、２方電磁弁（ツーウェイソレノイドバルブ）であり、燃料噴射弁９０の燃料注入口９０ａと接続している第３接続口１ｃは常時開口しており、コントローラ７の指令により第１接続口１ａと第２接続口１ｃの開閉を切替える機能を有する。コントローラ７は、後述する第２実施形態または第３実施形態において、真空計５または流量計６からの信号を受信し、内部回路でそれらの信号を内部処理し切替弁１に対して制御信号を送信する。

図１は、本発明の真空引きステップを表している。すなわち、真空ポンプ４と接続する第１接続口１ａが開口しており、燃料タンク２と接続する第２接続口１ｂは閉鎖している。真空ポンプ４は、第３接続管１３、切替弁１、第１接続管１１を介して、燃料噴射弁９０内の空気または燃料（含む油圧室９７の空気または燃料）を吸引して燃料タンクへ排出する。いわゆる真空引き操作である。この真空引き操作により、燃料噴射弁９０内（含む油圧室１７）は、真空に近い状態となる。

図２は、本発明の燃料注入ステップを表している。すなわち、真空ポンプ４と接続する第１接続口１ａは閉鎖しており、燃料タンク２と接続する第２接続口１ｂが開口している。燃料Ｆは、燃料タンク２内に貯留されており、加圧ポンプ３により空気Ｌを介して例えば０.１ＭＰａで加圧されている。加圧ポンプ３により空気Ｌを介して加圧された燃料Ｆは、第２接続管１２、切替弁１、第３接続管１３、燃料注入口９０ａを介して、燃料噴射弁９０内（含む油圧室１７）へ注入される。

次に、燃料噴射弁９０へ燃料を注入する方法について述べる。図４は、本発明に係る燃料注入方法を説明するための図であり、（ａ）は油圧室内燃料量ｋの時間ｔに対する変化を表した図であり、（ｂ）は油圧室内空気量ｊの時間ｔに対する変化を表した図である。図４に示すように、時刻ｔ１に第１回目の真空引きステップが開始される。この時の切替弁１の状態は、図１に表したような第１接続口が開口し、第２接続口が閉鎖された状態となっている。このとき、油圧室内空気は、真空ポンプ４により吸引されて排出管１４を通過して燃料タンク２の上方空気溜まりへ排出される。油圧室内空気量ｊは最初は急激に減少するがある時点以後はなだらかに減少するようになる。

１５秒後の時刻ｔ２に切替弁１のバタフライ弁が回動して、第１接続口が閉鎖され第２接続口が開口される。これにより、第１回目の真空引きステップは完了し、第１回目の燃料注入ステップが開始する。このとき、油圧室内には完全には空気が除去されておらず、Δで示す残留空気量が存在している。

このため、第１回目の燃料注入ステップを長時間実行しても油圧室内への目標燃料の充填を達成することは困難となる。時刻ｔ２で、加圧燃料Ｆが油圧室１７へ流入し始めると残留空気は加圧燃料Ｆにより圧縮される。約３秒後の時刻ｔ３に、燃料注入ステップが完了し、第２回目の真空引きステップが開始される。すると、油圧室内に充填されていた燃料は急激に減圧され、圧縮されていた残留空気は急激に膨張して燃料内へ細かい気泡となって溶け込む。そして時刻ｔ４には、燃料内へ細かい気泡となって溶け込んだ残留空気は、油圧室内に充填されていた燃料とともに真空ポンプ４により吸引されて排出管１４を通過して燃料タンク２の上方空気溜まりへ排出される。

これにより、時刻ｔ４には、油圧室内空気量はほぼゼロとなる。そして、時刻ｔ３より１５秒後の時刻ｔ５に、第２回目の真空引きステップが終了し第２回目の燃料注入ステップが開始される。油圧室内残留空気量がほぼゼロになっているため、時刻ｔ５から３秒後の時刻ｔ６には、油圧室内燃料充填量ｋは目標値Ｚ（すなわち油圧室容積）に到達することとなる。その後、燃料注入口９０ａを形成しているカプラ（図示せず）をゆるめて、燃料噴射弁９０を第３接続管１３から取り外す。燃料噴射弁９０は、燃料注入口９０ａを利用して燃料を注入するので、表面に燃料が付着することは無い。

このように、真空引きステップを１５秒実行し、燃料注入ステップを３秒実行する計１８秒のサイクルを２回連続実行する。これにより、油圧室内残留空気量はほぼゼロとなる。すなわち、１本の燃料噴射弁に対し３６秒の燃料注入時間で燃料注入工程を完了することができるので、従来の４０分間に比し大幅に工程時間を短縮可能となる。

（第２実施形態）
第１実施形態においては、真空引きステップを１５秒間実行した後、燃料注入ステップを開始する。この１５秒間の設定は実験によるものであるが、燃料噴射弁の種類等により真空引きステップ実行時間が相違することとなる。

その対策として、真空ポンプ４と切替弁１の第１接続口１ａとの間に設置された真空計５により、その位置の負圧を検出し、真空引きステップにおいて前記負圧が所定値より低くになった後、コントローラ７より切替弁１へ指令を出し、前記燃料注入ステップを開始するようにしても良い。この負圧検出により、油圧室内空気量ｊが例えばΔ以下になったことを実質上確認でき、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。これにより、多種類の燃料噴射弁の燃料注入工程に対応することが可能となる。

（第３実施形態）
燃料注入ステップにおける燃料噴射弁への燃料注入量を計測する燃料注入量計測ステップをさらに備え、燃料注入ステップ実行時には、並行して燃料注入量計測ステップも実行し、燃料注入ステップにおいて、燃料注入開始時から所定時間経過した時に燃料注入量が所定値（例えば油圧室内目標燃料充填量Ｚ）未満のとき、真空引きステップを開始するようにしても良い。

１回目のサイクルのみで油圧室内残留空気量がほぼゼロとなり、油圧室内燃料量が目標充填量Ｚに到達するケースが大部分のため、本第３実施形態が有効なものとなる。１０本の燃料噴射弁を使い実験をしたところ、１回目のサイクルのみで油圧室内燃料量が目標充填量Ｚに到達した燃料噴射弁が９本あった。この場合、わざわざ２回目のサイクルを実行する必要はない。

詳細に説明すると、図１に示すように第２接続管１２に燃料流量計６を設置し、燃料注入ステップにおいて、燃料注入開始時から所定時間（例えば１５秒）経過した時に燃料流量を計測する。この燃料流量が燃料噴射弁の油圧室１７への燃料注入量となる。この燃料流量が目標燃料充填量Ｚ未満のとき、コントローラ７より切替弁１へ指令を出し、燃料注入ステップを終了し真空引きステップを開始する。この燃料流量が目標燃料充填量Ｚ以上のときは、その燃料噴射弁の燃料注入工程を完了する。これにより、多数の燃料噴射弁に燃料を注入する場合、その工程に要する総合計時間を大幅に減少させることができる。

以上述べた方法により、燃料噴射弁への作動油の注入と燃料噴射弁内の気泡（空気）の除去とを確実かつ短時間に行うことのでき、作動油注入後の燃料噴射弁表面をぬぐうことが不要となる。

本発明に係る第１実施形態の真空引きステップを説明するための図である。 本発明に係る第１実施形態の燃料注入ステップを説明するための図である。 燃料噴射弁の断面図である。 本発明に係る燃料注入方法を説明するための図である。 従来の燃料噴射弁への燃料注入方法を説明するための図である。

符号の説明

９０ 燃料噴射弁
１ 切替弁
２ 燃料タンク
３ 加圧ポンプ
４ 真空ポンプ

Claims (5)

1. 燃料噴射弁（９０）と、
   該燃料噴射弁と第１接続口（１ａ）を介して接続された真空ポンプ（４）と、
   該燃料噴射弁と第２接続口（１ｂ）を介して接続され、その内部に貯留された燃料（Ｆ）が加圧を受ける燃料タンク（２）と、を備えた燃料噴射弁への燃料注入システムにおいて、
   前記第１接続口を開放しかつ前記第２接続口を閉鎖して、前記燃料噴射弁内の空気または燃料を前記真空ポンプにより吸引し排出する真空引きステップと、
   前記第２接続口を開放しかつ前記第１接続口を閉鎖して、前記燃料噴射弁内へ前記燃料タンク内の加圧燃料を注入する燃料注入ステップと、を有し、
   前記真空引きステップの後に前記燃料注入ステップを実行し、
   前記真空引きステップと前記燃料注入ステップとを交互に実行することを特徴とする燃料噴射弁への燃料注入方法。
2. 前記燃料噴射弁（９０）の燃料注入口（９０ａ）と接続される第３接続口（１ｃ）並びに前記第１接続口（１ａ）および前記第２接続口（１ｂ）を持ち、第１接続口と第２接続口とを切替える機能を有する切替弁（１）を、前記燃料注入システムが備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料注入方法。
3. 前記真空ポンプの上流側の負圧を検出し、
   前記真空引きステップにおいて前記負圧が所定値より低くなった後、前記燃料注入ステップを開始することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料注入方法。
4. 前記燃料注入ステップにおける燃料噴射弁への燃料注入量を計測する燃料注入量計測ステップをさらに備え、
   前記燃料注入ステップ実行時には、並行して燃料注入量計測ステップも実行し、
   前記燃料注入ステップにおいて、燃料注入開始時から所定時間経過した時において前記燃料注入量が所定値未満のとき、前記真空引きステップを開始することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料注入方法。
5. 前記燃料噴射弁（９０）は作動油で満たされる油圧室（９７）を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料注入方法。

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