JP5881505B2 - 油圧駆動燃料噴射装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ディーゼル機関等の内燃機関に燃料を噴射する油圧駆動燃料噴射装置に関するものである。
ディーゼル機関等の内燃機関に燃料を噴射する油圧駆動燃料噴射装置としては、例えば、特許文献1に開示されたものが知られている。
特開2004−100644号公報
内燃機関では、一般的に筒内燃焼サイクルの改善のため、受熱期間の短縮が求められている一方、急激な燃焼温度上昇によりNOx(窒素酸化物)の増加を伴ってしまう。そこで、燃料噴射開始から一定期間を経た後の燃料噴射圧力モードが噴射圧力上昇率の大きい噴射圧力モードとなる、いわゆる後高の燃料噴射圧力モードとすることにより、筒内最高圧力および燃焼温度の上昇が抑制されてNOxの排出量が低減されるとともに、燃費が低減されるといわれている。
これに対して、上記特許文献1に開示されたものでは、後高の燃料噴射圧力モードとなっているものの受熱期間をさらに短縮させる(後高の燃料噴射圧力モードの期間を短縮させる)余地があり、上記特許文献1に開示されたもののさらなる改善が求められていた。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、燃料噴射期間の短縮に対応した受熱期間を短縮させるとともに、燃料噴射開始から一定期間を経た後の燃料噴射圧力モードが噴射圧力上昇率の大きい噴射圧力モードとなる、いわゆる後高の燃料噴射圧力モードとすることができる油圧駆動燃料噴射装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る油圧駆動燃料噴射装置は、作動油の圧力を増圧ピストンにより増圧して燃料噴射ポンプのプランジャに伝達する増圧装置と、前記増圧装置への作動油の供給をつかさどる開き側ロジック弁および前記増圧装置からの作動油の排出をつかさどる閉じ側ロジック弁をそれぞれ開閉制御する第1の電磁弁と、前記増圧装置への作動油の供給をつかさどる、前記開き側ロジック弁とは異なる少なくとも一つの開き側ロジック弁を開閉制御する少なくとも一つの第2の電磁弁と、前記第1の電磁弁および前記第2の電磁弁をそれぞれ開閉制御する制御器と、を備えた油圧駆動燃料噴射装置であって、前記制御器により前記第1の電磁弁および前記第2の電磁弁の開閉時期を制御するとともに、前記第1の電磁弁および前記第2の電磁弁のリフトを調整することにより、前記燃料噴射ポンプから噴射される燃料噴射圧力が、所望の燃料噴射圧力となるようにした。
本発明に係る油圧駆動燃料噴射装置によれば、燃料噴射ポンプから噴射される燃料噴射圧力を、所望の燃料噴射圧力、すなわち、燃料噴射期間の短縮に対応した受熱期間を短縮させるとともに、燃料噴射開始から一定期間を経た後の燃料噴射圧力モードが噴射圧力上昇率の大きい噴射圧力モードとなる、いわゆる後高の燃料噴射圧力モードとすることができる。
上記油圧駆動燃料噴射装置において、作動油の圧力を増圧ピストンにより増圧して燃料噴射ポンプのプランジャに伝達する増圧装置と、前記増圧装置への作動油の供給をつかさどる第1の開き側ロジック弁および前記増圧装置からの作動油の排出をつかさどる閉じ側ロジック弁をそれぞれ開閉制御する第1の電磁弁と、前記増圧装置への作動油の供給をつかさどる第2の開き側ロジック弁を開閉制御する少なくとも一つの第2の電磁弁と、前記第1の電磁弁および前記第2の電磁弁をそれぞれ開閉制御する制御器と、を備えた油圧駆動燃料噴射装置であって、前記制御器により燃料噴射開始時に前記第1の開き側ロジック弁が開となり、かつ、前記閉じ側ロジック弁が閉となり、所定時間経過後に前記第2の開き側ロジック弁が開となるようにした。
上記油圧駆動燃料噴射装置において、前記第1の電磁弁および/または前記第2の電磁弁の数、前記第1の電磁弁および/または前記第2の電磁弁のリフト、絞りの径を適宜必要に応じて選択することにより、多種多様の燃料噴射圧力モードを作り出すようにした。
このような油圧駆動燃料噴射装置によれば、電磁弁の数、電磁弁のリフト、絞りの径を適宜必要に応じて選択することにより、多種多様の燃料噴射圧力モードを作り出すことができ、燃料噴射率制御の自由度を広げることができる。
本発明に係る内燃機関は、上記油圧駆動燃料噴射装置を具備している。
本発明に係る内燃機関によれば、燃料噴射期間の短縮に対応した受熱期間を短縮させるとともに、燃料噴射開始から一定期間を経た後の燃料噴射圧力モードが噴射圧力上昇率の大きい噴射圧力モードとなる、いわゆる後高の燃料噴射圧力モードとすることができる油圧駆動燃料噴射装置を具備しているので、筒内最高圧力および燃焼温度の上昇を抑制することができ、NOx(窒素酸化物)の排出量を低減させることができるとともに、燃費を低減させることができる。
本発明に係る油圧駆動燃料噴射装置によれば、燃料噴射期間の短縮に対応した受熱期間を短縮させるとともに、燃料噴射開始から一定期間を経た後の燃料噴射圧力モードが噴射圧力上昇率の大きい噴射圧力モードとなる、いわゆる後高の燃料噴射圧力モードとすることができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る油圧駆動燃料噴射装置の系統図である。 本発明の一実施形態に係る油圧駆動燃料噴射装置の一構成要素である燃料噴射ポンプの断面図である。 (a)は本発明の一実施形態に係る油圧駆動燃料噴射装置の一構成要素である開き側ロジック弁(主弁)のリフトと、時間との関係を示す図表、(b)は本実施形態に係る油圧駆動燃料噴射装置の一構成要素である燃料噴射ポンプの燃料噴射圧力と、時間との関係を示す図表である。 本発明の一実施形態に係る油圧駆動燃料噴射装置の一構成要素である開き側ロジック弁(主弁)の断面図である。
以下、本発明の一実施形態に係る油圧駆動燃料噴射装置について、図1から図4を参照しながら説明する。
図1は本実施形態に係る油圧駆動燃料噴射装置の系統図、図2は本実施形態に係る油圧駆動燃料噴射装置の一構成要素である燃料噴射ポンプの断面図、図3(a)は本実施形態に係る油圧駆動燃料噴射装置の一構成要素である開き側ロジック弁(主弁)のリフトと、時間との関係を示す図表、図3(b)は本実施形態に係る油圧駆動燃料噴射装置の一構成要素である燃料噴射ポンプの燃料噴射圧力と、時間との関係を示す図表、図4は本実施形態に係る油圧駆動燃料噴射装置の一構成要素である開き側ロジック弁(主弁)の断面図である。
図2に示すように、燃料噴射ポンプ1は、ポンプケース2と、ポンプケース2内に固定されたプランジャバレル3と、プランジャバレル3内に往復摺動可能に嵌合されたプランジャ4と、プランジャバレル3の上部に固定された吐出弁5と、増圧装置6と、を備え、プランジャバレル3の内周面とプランジャ4の上面とにより、プランジャ室7が区画形成されている。
なお、図2中の符号8は、プランジャ4の下部に連結されるタペット、符号9はプランジャ4を押し下げる方向に付勢するプランジャスプリング、符号10はプランジャスプリング9を支持するバネ受である。
増圧装置6は、ポンプケース2の下部に固定された増圧部ケース21を備えており、増圧部ケース21内には、内径の異なる段付きの2つのピストン、すなわち、断面積の大きい大径ピストン22と、大径ピストン22と一体でこれよりも小径のピストンロッド23とが、往復摺動可能に嵌合されている。ピストンロッド23は、大径ピストン22に固定されており、ピストンロッド23の上面は、タペット8の下面に当接している。
なお、図2中の符号24は、ピストンロッド23が臨む小油室で、小油室24には、図示しない低圧の作動油ポンプから低圧作動油管60を介して常時作動油が供給されている。
また、図2中の符号25は、大径ピストン22が臨む大油室で、二つの開き側ロジック弁31,71および一つの閉じ側ロジック弁32により作動油が給排されるようになっている。
図1において、符号31,71はそれぞれ、増圧装置6の大油室25への作動油の供給を制御する開き側ロジック弁(主弁)、符号32は、増圧装置6の大油室25からの作動油の排出を制御する閉じ側ロジック弁である。開き側ロジック弁31,71の出口ポート、および閉じ側ロジック弁32の入口ポートはそれぞれ、作動油管33を介して増圧装置6の大油室25に接続されている。
符号34は、開き側ロジック弁31および閉じ側ロジック弁32を開閉制御する(第1の)電磁弁であり、符号35は、開き側ロジック弁71を開閉制御する(第2の)電磁弁であって、これら電磁弁34,35はそれぞれ、図示しない制御器により開閉制御される。
なお、図1中の符号36は、燃料噴射始めと噴射終りを制御する作動油を供給する作動油ポンプ、符号37は、作動油ポンプ36の吐出口に接続される作動油供給管、符号38は、作動油供給管37に設けられたアキュムレータである。
また、図1中の符号39は、オイルタンク、符号40は、閉じ側ロジック弁32の出口ポートからオイルタンク39に接続される作動油戻り管である。
開き側ロジック弁31,71の作動油入口ポートはそれぞれ、作動油供給管37に接続され、閉じ側ロジック弁32の出口ポートは、作動油戻り管40を介してオイルタンク39に接続されている。また、開き側ロジック弁31の背圧ポートは、背圧管41を介して電磁弁34に接続され、閉じ側ロジック弁32の背圧ポートは、背圧管42を介して電磁弁34に接続されているとともに、開き側ロジック弁71の背圧ポートは、背圧管43を介して電磁弁35に接続されている。
なお、閉じ側ロジック弁32の背圧ポートは、燃料噴射時以外、電磁弁34により常時オイルタンク39の側に開放されている。
図1中の符号51は、作動油供給管37から分岐されて電磁弁34の入口ポートに接続される作動油管、符号52は、作動油供給管37から分岐されて電磁弁35の入口ポートに接続される作動油管、符号53は、作動油管51の途中に設けられた絞り、符号54は、作動油管52の途中に設けられた絞りである。
また、図1中の符号55は、電磁弁34の閉じ側ロジック弁用戻しポートおよび電磁弁35の閉じ側ロジック弁用戻しポートから作動油戻り管40に接続される背圧戻り管、符号56は、電磁弁34の閉じ側ロジック弁用戻しポートから作動油戻り管40に至る背圧戻り管15の途中に設けられた絞り、符号57は、電磁弁35の閉じ側ロジック弁用戻しポートから作動油戻り管40に至る背圧戻り管15の途中に設けられた絞りである。
図1中の符号58は、電磁弁34の開き側ロジック弁用戻しポートから背圧戻り管55を介してオイルタンク39への作動油戻り管40に接続される(あるいは戻しポートから直接に作動油戻り管40に接続される)逃がし油路、符号59は、逃がし油路の途中に設けられた絞りである。
このような油圧駆動式燃料噴射装置81を備えたディーゼル機関の運転時において、燃料噴射が行われていない期間には、開き側ロジック弁31の背圧ポートに、背圧管41を介して作動油管51に設けられた絞り53にて流量を制御された作動油圧が掛かり、開き側ロジック弁71の背圧ポートに、背圧管43を介して作動油管52に設けられた絞り54にて流量を制御された作動油圧が掛かる。また、閉じ側ロジック弁32の背圧ポートは、絞り56にて流量を制御された背圧側戻り管55に開放されている。
一方、燃料噴射開始時には、電磁弁34により開き側ロジック弁31の背圧ポートが開かれるとともに、常時開放されている閉じ側ロジック弁32の背圧ポートが閉じられ、所定時間経過後、電磁弁35により開き側ロジック弁71の背圧ポートが開かれる。
これにより、開き側ロジック弁31の入口ポートと出口ポートとが連通され、閉じ側ロジック弁32の入口ポートと戻しポートとが遮断されて、作動油ポンプ36からの作動油が、作動油供給管37から開き側ロジック弁31および作動油管33を介して増圧装置6の大油室25に供給され、所定時間経過後、開き側ロジック弁71の入口ポートと出口ポートとが連通され、作動油ポンプ36からの作動油が、作動油供給管37から開き側ロジック弁71および作動油管33を介して増圧装置6の大油室25に供給される。
大油室25に作動油が導入されると、大油室25と小油室24との断面積差つまり大径ピストン22とプランジャ4との断面積差によって大油室25に供給された作動油の圧力を増圧する。
そして、図2に示すように、大油室25の油圧により、ピストンロッド23およびタペット8を介してプランジャ4がプランジャスプリング9のばね力に抗して押し上げられ、プランジャ室7内の燃料を高圧に増圧して、吐出弁5を介して図示しない燃料噴射弁に圧送し、燃料の噴射が開始される。
このように、開き側ロジック弁31を先行して開放し、つづいて開き側ロジック弁71を開放することにより、噴射行程1回当たりの燃料噴射の期間における前半の燃料噴射圧力(燃料噴射率)が低く抑えられ、後半の燃料噴射圧力が高められる(吸入行程1回当たりの開き側ロジック弁31,71の開閉状態(リフトと時間との関係)および燃料噴射圧力の変化を示すと図3(a)および図3(b)のようになる)。
噴射の終了時には、電磁弁34により開き側ロジック弁31の背圧ポートが閉じられ、閉じ側ロジック弁32の背圧ポートが開かれるとともに、電磁弁35により開き側ロジック弁71の背圧ポートが閉じられる。
これにより、開き側ロジック弁31の作動油入口ポートと出口ポートとが遮断され、開き側ロジック弁71の作動油入口ポートと出口ポートとが遮断されるとともに、閉じ側ロジック弁32の入口ポートと戻しポートとが連通され、増圧装置6の大油室25の作動油が、閉じ側ロジック弁32、絞り56によって流量が規制された背圧戻り管55および作動油戻り管40を介してオイルタンク39に戻される。
大油室25から作動油が排出されると、プランジャスプリング9のばね力および低圧作動油管60を介して小油室24に導かれた低圧作動油の油圧によりプランジャ4が下降せしめられる。
ここで、図3(a)に示す開き側ロジック弁31,71のリフトは、図4に示す弁ケーシング91内に往復摺動可能に嵌合された弁体92の一端部に設けられて弁体92と一体に形成されたピストン93のストローク(可動範囲)Sを調整する(増減させる)ストローク調整ピース94の厚み(高さ)を変えることにより調整される(増減される)。
図3に示すように、開き側ロジック弁31のリフトは、開き側ロジック弁71のリフトよりも小さくなるように、すなわち、開き側ロジック弁31のストローク調整ピース94の厚みは、開き側ロジック弁71のストローク調整ピース94の厚みよりも厚くなるように設定されている。
また、図3(a)に示す開き側ロジック弁31が開くときの傾斜は、絞り59によって決まり、図3(a)に示す開き側ロジック弁71が開くときの傾斜は、絞り57によって決まる。一方、図3(a)に示す開き側ロジック弁31が閉じるときの傾斜は、絞り53によって決まり、図3(a)に示す開き側ロジック弁71が閉じるときの傾斜は、絞り54によって決まる。
なお、図4中の符号95は、弁体92およびピストン93を閉じる方向に付勢するバネである。
本実施形態に係る油圧駆動式燃料噴射装置81によれば、燃料噴射ポンプ1から噴射される燃料噴射圧力を、所望の燃料噴射圧力、すなわち、燃料噴射期間の短縮に対応した受熱期間を短縮させるとともに、燃料噴射開始から一定期間を経た後の燃料噴射圧力モードが噴射圧力上昇率の大きい噴射圧力モードとなる、いわゆる後高の燃料噴射圧力モードとすることができる。
また、本実施形態に係る油圧駆動燃料噴射装置81を具備した内燃機関によれば、燃料噴射期間の短縮に対応した受熱期間を短縮させるとともに、燃料噴射開始から一定期間を経た後の燃料噴射圧力モードが噴射圧力上昇率の大きい噴射圧力モードとなる、いわゆる後高の燃料噴射圧力モードとすることができる油圧駆動燃料噴射装置81を具備しているので、筒内最高圧力および燃焼温度の上昇を抑制することができ、NOx(窒素酸化物)の排出量を低減させることができるとともに、燃費を低減させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更・変形が可能である。
例えば、電磁弁の数、電磁弁のリフト、絞りの径を適宜必要に応じて選択することにより、多種多様の燃料噴射圧力モードを作り出すことができ、燃料噴射率制御の自由度を広げることができる。
1 燃料噴射ポンプ
4 プランジャ
6 増圧装置
22 大径ピストン(増圧ピストン)
31 開き側ロジック弁
32 閉じ側ロジック弁
34 (第1の)電磁弁
35 (第2の)電磁弁
71 開き側ロジック弁

Claims (4)

  1. 作動油の圧力を増圧ピストンにより増圧して燃料噴射ポンプのプランジャに伝達する増圧装置と、
    前記増圧装置への作動油の供給をつかさどる開き側ロジック弁および前記増圧装置からの作動油の排出をつかさどる閉じ側ロジック弁をそれぞれ開閉制御する第1の電磁弁と、
    前記増圧装置への作動油の供給をつかさどる、前記開き側ロジック弁とは異なる少なくとも一つの開き側ロジック弁を開閉制御する少なくとも一つの第2の電磁弁と、
    前記第1の電磁弁および前記第2の電磁弁をそれぞれ開閉制御する制御器と、を備えた油圧駆動燃料噴射装置であって、
    前記制御器により前記第1の電磁弁および前記第2の電磁弁の開閉時期を制御するとともに、前記第1の電磁弁および前記第2の電磁弁のリフトを調整することにより、前記燃料噴射ポンプから噴射される燃料噴射圧力が、所望の燃料噴射圧力となるようにした油圧駆動燃料噴射装置。
  2. 作動油の圧力を増圧ピストンにより増圧して燃料噴射ポンプのプランジャに伝達する増圧装置と、
    前記増圧装置への作動油の供給をつかさどる第1の開き側ロジック弁および前記増圧装置からの作動油の排出をつかさどる閉じ側ロジック弁をそれぞれ開閉制御する第1の電磁弁と、
    前記増圧装置への作動油の供給をつかさどる第2の開き側ロジック弁を開閉制御する少なくとも一つの第2の電磁弁と、
    前記第1の電磁弁および前記第2の電磁弁をそれぞれ開閉制御する制御器と、を備えた油圧駆動燃料噴射装置であって、
    前記制御器により燃料噴射開始時に前記第1の開き側ロジック弁が開となり、かつ、前記閉じ側ロジック弁が閉となり、所定時間経過後に前記第2の開き側ロジック弁が開となるようにした油圧駆動燃料噴射装置。
  3. 前記第1の電磁弁および/または前記第2の電磁弁の数、前記第1の電磁弁および/または前記第2の電磁弁のリフト、絞りの径を適宜必要に応じて選択することにより、多種多様の燃料噴射圧力モードを作り出すようにした請求項1または2に記載の油圧駆動燃料噴射装置。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の油圧駆動燃料噴射装置を具備する内燃機関。
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