JPH09222056A - 燃料噴射装置 - Google Patents

燃料噴射装置

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JPH09222056A
JPH09222056A JP3066196A JP3066196A JPH09222056A JP H09222056 A JPH09222056 A JP H09222056A JP 3066196 A JP3066196 A JP 3066196A JP 3066196 A JP3066196 A JP 3066196A JP H09222056 A JPH09222056 A JP H09222056A
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JP
Japan
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pressure
fuel
engine
fuel injection
supply pump
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JP3066196A
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Yasuhiro Horiuchi
康弘 堀内
Masatoshi Kuroyanagi
正利 黒柳
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Denso Corp
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Denso Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F02M55/025Common rails
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンの出力トルクの変動を低減するよう
にした燃料噴射装置を提供する。 【解決手段】 高圧供給ポンプ7から供給された高圧燃
料をコモンレール4に蓄圧し、このコモンレール4を通
して、内燃機関の気筒に設けられたインジェクタに燃料
を供給し噴射する。燃料噴射装置の高圧供給ポンプ7は
内燃機関の回転に応じて駆動され、内燃機関の燃焼行程
中の出力トルクがピークに達する時期と高圧供給ポンプ
7のプランジャ15による燃料圧送時期とがほぼ一致す
るように設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コモンレール内に
蓄圧された高圧燃料をインジェクタによりディーゼルエ
ンジンの各気筒へ噴射するコモンンレール式燃料噴射装
置のコモンレール内に高圧燃料を圧送する可変吐出量高
圧ポンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、ディーゼルエンジンに燃料を噴射
する燃料噴射装置として、例えば特開昭59−1658
58号公報に示されるような、高圧配管(コモンレー
ル)を有する燃料噴射装置が提案されている。この燃料
噴射装置においては、図3に示すように、高圧供給ポン
プ7によってコモンレール4内に高圧燃料を圧送し、こ
の高圧燃料を電磁弁3の開閉によりインジェクタ2から
エンジン1の各気筒へ噴射させるようにしている。図4
には、この従来例のコモンレール圧、電磁弁3への制御
パルス、噴射率および高圧供給ポンプ7からの吐出量の
タイムチャートが示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記構成からなる燃料
噴射装置によると、噴射圧に相当する例えば100MP
aという高い圧力をコモンレール内に高精度に生成維持
する必要があり、そのため、高圧供給ポンプ7は噴射に
よって消費された分の燃料(図4に示す噴射率の斜線
部)をサイクル毎に供給する必要がある。したがって、
従来より、高圧供給ポンプは、エンジンの負荷や回転数
に応じて、あるいは所望の目標噴射圧力に応じて吐出量
を毎回電子制御できる噴射ポンプである必要がある。
【0004】このような観点から従来の高圧供給ポンプ
は、ディーゼルエンジンのピストンの圧縮行程に高圧供
給ポンプ側カムシャフトの圧送行程が対応するように設
定されていた。このようなエンジン側の吸入、圧縮、燃
焼、排気の行程のうち圧縮行程に高圧供給ポンプ側カム
の圧送行程が対応していることから、従来の認識では、
エンジン側ピストンの燃焼行程に高圧供給ポンプ側カム
の圧送行程を対応させる思想はなかった。
【0005】一方、高圧供給ポンプを駆動するための瞬
時トルクは例えば150Nmと高いことが知られている
が、このようなポンプ側駆動トルクが大きいことがエン
ジン側の出力変動に大きな影響を与えているという問題
が従来からあった。しかし、この高圧供給ポンプの駆動
トルクがエンジンの出力トルク変動に与える影響を小さ
くする提案はなされていない。
【0006】発明者によると、インジェクタの開弁直後
つまりコモンレール圧がわずかに低下したときに高圧供
給ポンプからコモンレールに燃料を圧送する場合、わず
かなコモンレール圧の低下がインジェクタの噴射特性を
悪化させる影響は小さいことが判明した。高圧供給ポン
プの吐出タイミングはインジェクタの噴射サイクル毎に
供給すればよく、その圧送タイミングを燃料噴射時期と
一致させることは必ずしも要求されないことが判明し
た。
【0007】本発明は、エンジンの出力トルクの変動を
低減するようにした燃料噴射装置を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料噴射装置
は、請求項1又は請求項2に記載の技術的手段を採用す
る。この手段によると、高圧供給ポンプは内燃機関の回
転に応じて駆動され、内燃機関の燃焼行程中の出力トル
クがピークに達する時期と高圧供給ポンプの燃料圧送時
期とがほぼ一致するように設定されているため、内燃機
関の出力変動を小さくすることができ、エンジン振動や
回転変動を低減することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図3において、エンジン1には各気筒
の燃焼室に対してインジェクタ2が配設され、インジェ
クタ2からエンジン1への燃料の噴射は、噴射制御用電
磁弁3のオンオフにより制御される。インジェクタ2は
各気筒共通の高圧配管いわゆるコモンレール4に接続さ
れており、噴射制御用電磁弁3が開弁している期間、コ
モンレール4内の燃料がインジェクタ2からエンジン1
に噴射される。したがってコモンレール4には連続的に
燃料噴射圧に相当する高い所定圧が蓄圧される必要があ
り、そのために供給配管5、吐出弁20を経て高圧供給
ポンプとしての可変吐出量高圧ポンプ7が接続される。
【0010】高圧ポンプ7は、燃料タンク8から公知の
低圧供給ポンプ9を経て吸入された燃料を高圧に加圧
し、コモンレール4内の燃料を高圧に制御維持する。こ
の蓄圧式燃料噴射システムを制御する電子制御ユニット
ECU40には、例えばエンジン回転数センサー71お
よび負荷センサー72からエンジン回転数とエンジン負
荷の情報が入力され、これらの信号より判断されるエン
ジン状態に応じて決定される最適の噴射時期、噴射量
(噴射期間)となるようにECU40は噴射量制御用電
磁弁3に制御信号を出力する。同時にECU40はエン
ジン負荷やエンジン回転数に応じて噴射圧力が最適値と
なるように高圧ポンプ7に制御信号を出力する。
【0011】さらに、コモンレール圧を検出する圧力セ
ンサ43をコモンレール4に配設し、圧力センサ43の
信号が予めエンジン負荷やエンジン回転数に応じて設定
した最適値となるように高圧ポンプ7の吐出量を制御す
る。次に、図1〜図3を用いて本実施例の可変吐出量を
高圧ポンプ7としての高圧供給ポンプについて説明す
る。図1において、符号10はポンプハウジングであ
り、下端にカム室11が形成されている。カム室11に
は機関の回転数の1/2の速度で回転するカム軸12が
挿通されており、このカム軸12にカム13が形成され
ている。このカム13はカム軸12の一回転に2度の上
昇行程を行う。すなわち2個のカム山の形態をなし、図
2に示すように各カム13(13a、13b、13c)
のカムリフトの角度に相当する位相は6気筒の場合12
0度ポンプ回転角づつ相互に異ならせてある。またカム
軸12はカム13もプランジャ16の上昇行程がエンジ
ンの各気筒における燃焼行程に一致するようにエンジン
に取り付けられている。
【0012】ポンプハウジング10の内部にはシリンダ
14が取り付けられており、このシリンダ14内にはプ
ランジャ15が往復動かつ摺動自在に収容されている。
このプランジャ15は、従来の列型噴射ポンプのような
外周面に切欠きが形成された円筒形状のプランジャと異
なり、リード溝が全く設けられていない円柱形状をして
いる。またプランジャ15の上端面とシリンダ14の内
周面とによりポンプ室16が形成されており、シリンダ
14にはポンプ室16に連通する連通路としてフィード
ホール17およびこのフィードホール17より図中上方
の位置でポンプ室16に連通する吐出孔18のみが形成
されている。フィードホール17はシリンダ14とポン
プハウジング10との間に形成された燃料溜まり19に
連通しており、この燃料溜まり19には導入管28を介
して低圧供給ポンプ9からの低圧燃料が供給される。
【0013】シリンダ14には吐出弁20が取り付けら
れており、この吐出弁20は吐出孔18を介してポンプ
室16に連通している。ポンプ室16内で加圧された燃
料は吐出弁20の弁体21を復帰用スプリング22の付
勢力に抗して押し開き、これにより加圧された高圧燃料
は吐出口体23を通じてコモンレール4内に圧送され
る。プランジャ15の下端は弁座24に連結されてお
り、この弁座24は復帰用スプリング25によって摺動
子26に押しつけられている。摺動子26はカムローラ
27を有し、このカムローラ27はカム13に当接して
いる。したがってカム軸12の回転によりカム13が回
転すると、カムローラ27および弁座24を通じてプラ
ンジャ15が往復摺動される。なお、プランジャ15の
往復ストロークはカム13の高低差により決定される。
したがって、プランジャ15がシリンダ14内を往復動
することにより、プランジャ15の外周面がフィードホ
ール17を開閉し、プランジャ15の外周面がフィード
ホール17を閉塞していないときにはフィードホール1
7を介して低圧側の燃料がポンプ室16へ供給される。
【0014】シリンダ14にはプランジャ15の上端面
に対抗した位置に電磁弁30が固定されている。この電
磁弁30は、プランジャ15の外周面がフィードホール
17を閉塞した後に所定のタイミングで通電されること
により、弁体38がシート部37に着座しプランジャ1
5の加圧開始時期を設定するプレストローク制御式の電
磁弁で、この電磁弁30への通電タイミングを制御する
ことによりコモンレール4への吐出量を変化させること
ができる。低圧通路31はギャラリー41および通路4
2を介して燃料溜まり19に連通している。電磁弁30
を制御するため、図2に示すように、エンジン気筒数に
対応する個数、本実施例の場合には6個の突起をもつ円
筒円盤51がカム軸12と同軸に取り付けられ、この突
起に対向して公知の電磁ピックアップであるカム角度セ
ンサ50が配置され、突起がセンサの近傍を通過する毎
に信号がECU40に送られる。ここで、突起円盤51
の取付位相はカム13の各下死点近傍の回転位相でカム
角度センサ50に接近するように決められている。
【0015】さらに、カム軸12には、一対の円盤61
と気筒判別センサ62が同じく同軸に取り付けられてい
る。この円盤61には1個のみの突起が形成されている
ため、ECU40はセンサ62からポンプ1回転につき
1個の信号を受け取る。この気筒判別センサ62とカム
角度センサ50の信号とからECU40は正確にポンプ
の特定気筒の下死点信号を判別入力することができる。
図2においてカム13は円盤51、プランジャ15、シ
リンダ14等は90度回転して図示してある。
【0016】図2において、カム軸13は、従来のカム
13のカム山はエンジン側のピストンの圧縮行程でポン
プ側のプランジャ15の圧送行程が対応する位置に設定
していたが、本発明では、位相を遅らせてエンジンの燃
焼行程に対応する位置でプランジャ15が圧送行程を行
うようにカム13のカム山が設定されている。これによ
るコモンレール圧および高圧供給ポンプ7の吐出量のタ
イムチャートは図4に示す通りである。
【0017】次に、この実施例の作動を説明する。ま
ず、図1を用いて本実施例の可変吐出量高圧ポンプとし
ての高圧供給ポンプ7の基本的作動について説明する。
図1において、カム軸12の回転に伴って往復動される
プランジャ15は、下降するときプランジャ15がフィ
ードホール17を開放すると、このフィードホール17
を介してポンプ室16内に燃料を導入し、上昇するとき
プランジャ15の外周面がフィードホール17を閉塞す
ると、プランジャ15はポンプ室16内の燃料を加圧し
ようとする。
【0018】しかし、このとき電磁弁30に通電されて
いないため、電磁弁30の弁体38は開弁している。し
たがってポンプ室16内の燃料は低圧通路31、ギャラ
リー41、通路42を順次介して溢流し、加圧されな
い。このポンプ室16内の燃料の溢流中に電磁弁30に
制御パルスが送られると、弁体38はシート部に着座
し、低圧通路31が閉塞される。そのためプランジャ1
5によるポンプ室16内の燃料の加圧が開始され、ポン
プ室16内の燃料圧力が吐出弁20のスプリング12の
付勢力に打ち勝つと吐出孔18を介して圧送された燃料
は吐出弁20を押し開き、コモンレール4内への吐出口
体13を通じて吐出される。
【0019】この実施例におけるエンジンのクランク軸
出力トルクと高圧供給ポンプの駆動トルクのタイムチャ
ートを図5に示す。図5に示すように、従来例ではエン
ジン側クランクシャフトの出力トルクがB線で示すよう
に高いピークを示しているが、しかし本発明の実施例に
よるエンジン側クランクシャフトの出力トルクはA線で
示すようにそのピークが小さい値になっている。これ
は、エンジン側の燃焼行程と高圧供給ポンプの圧送行程
とがオーバーラップしているため、エンジンの出力変動
を小さくでき、エンジン振動や回転変動を低減すること
ができる。
【0020】図6と図7に示す本発明の実施例と従来例
とによるエンジン1気筒あたりのトルク変動を対比する
と次のようなことがわかる。図6と図7を対比してわか
るように、図7に示す従来例よりも図6に示す本発明の
実施例の方がエンジン出力トルクの変動を低減すること
ができることがわかる。これは、高圧供給ポンプの圧送
タイミングをエンジン燃焼直後のエンジン出力トルクの
ピークに合わせることによりエンジン出力トルク変動を
低減できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による燃料噴射装置の高圧供給
ポンプの断面図である。
【図2】本発明の実施例によるコモンレール式燃料噴射
装置に用いた要部構成図である。
【図3】本発明をコモンレール式燃料噴射装置に用いた
場合のシステム構成図である。
【図4】本発明の実施例と従来例との作動を説明するタ
イムチャートである。
【図5】本発明の実施例と従来例とにおけるエンジン出
力トルク変動並びに高圧供給ポンプのクランクシャフト
駆動トルクを示すタイムチャートである。
【図6】本発明のエンジン出力トルクと高圧供給ポンプ
の負荷トルクとの関係を示す概略説明図である。
【図7】従来におけるエンジン出力トルクと高圧供給ポ
ンプの負荷トルクとの関係を示すタイムチャートであ
る。
【符号の説明】
1 エンジン 2 インジェクタ 3 電磁弁 4 コモンレール 7 高圧供給ポンプ 12 カム軸 13 カム 14 シリンダ 15 ポンプ室

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 往復動するプランジャにより燃料を加圧
    および圧送する高圧供給ポンプから供給された高圧燃料
    を蓄圧配管に蓄圧し、この蓄圧配管を通して、内燃機関
    の気筒に設けられた燃料噴射弁に燃料を供給し噴射する
    燃料噴射装置において、 前記高圧供給ポンプは前記内燃機関の回転に応じて駆動
    され、前記内燃機関の燃焼行程中の出力トルクがピーク
    に達する時期と前記高圧供給ポンプの燃料圧送時期とが
    ほぼ一致するように設定されていることを特徴とする燃
    料噴射装置。
  2. 【請求項2】 前記高圧供給ポンプの圧送行程と前記内
    燃機関の燃焼行程とが同期していることを特徴とする請
    求項1記載の燃料噴射装置。
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