JPH09256925A - 蓄圧式噴射装置の噴射率制御構造 - Google Patents

蓄圧式噴射装置の噴射率制御構造

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JPH09256925A
JPH09256925A JP8071689A JP7168996A JPH09256925A JP H09256925 A JPH09256925 A JP H09256925A JP 8071689 A JP8071689 A JP 8071689A JP 7168996 A JP7168996 A JP 7168996A JP H09256925 A JPH09256925 A JP H09256925A
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JP
Japan
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fuel
pressure
detecting means
injection rate
piezoelectric element
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JP8071689A
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Inventor
Yuji Yajima
島 裕 司 矢
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UD Trucks Corp
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UD Trucks Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602Fuel pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 蓄圧式噴射装置に関し、パーテイキュレート
及び燃料消費率の対NOX トレードオフが良好な燃焼を
広範囲の回転域、負荷域で得られる可変噴射率制御構造
を提供する。 【解決手段】 燃料圧力を調整可能な高圧フィードポン
プ1と、高圧燃料の蓄圧室2と、ノズル11を作動する
油圧ピストン4と、蓄圧室側と燃料戻し13側とに切換
える三方電磁弁3と、リリーフオリフィス5と逆止弁7
とを並列に介装したインジェクタ10を備える。リリー
フオリフィスはニードルバルブと、駆動を行なう積層圧
電素子とから成り、燃料噴射率の制御は積層圧電素子に
印加する電圧を制御するコントロールユニット15によ
り行なう。コントロールユニットは、燃料温度を検出す
る温度検出手段21と、燃料圧力を検出する圧力検出手
段22と、各気筒上死点検出手段32と、クランク角検
出手段31と、負荷検出手段33、とからの情報により
積層圧電素子に印加する電圧を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は蓄圧式噴射装置の噴
射率制御構造に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料噴霧の微粒化による混合気形成促進
を狙った高圧噴射が近年注目されている。具体例として
は、比較的高い圧力(例えば120〜150MPa)の
燃料を蓄圧室(以下蓄圧室をコモンレールと呼称する)
に蓄えておき、高い圧力の噴射を行なう所謂コモンレー
ル式ユニットインジェクタが知られている。
【0003】この方式は蓄圧燃料の圧力が回転速度に依
存せず一定であるため、噴射圧も回転速度によらず一定
である(図10参照)。尚、図10で示す装置は後述す
る「発明の実施の形態」の欄で説明されている装置とリ
リーフオリフィスの構造を除いて同一であるため、重複
説明は省略する。
【0004】一方、燃料の高圧噴射は燃料消費率be
(以下、燃料消費率を「be」と表記する)を低く抑
え、パティキュレートPM(以下、パティキュレートを
「PM」と表記する)の低減効果は大きいが、同時に窒
素酸化物NOX (以下、窒素酸化物を「NOX 」と表記
する)が増加の傾向にあり(図9参照)、高圧噴射を使
いこなすには噴射率の制御が必要となる。
【0005】従来技術の上記コモンレール式ユニットイ
ンジェクタにおいてはリリーフオリフィス径を固定して
あるため、例えば、低回転高負荷で最適の噴射率パター
ン(図7のa線)となるようにリリーフオリフィス径を
決めると、他の回転、負荷、例えば高回転高負荷では最
適な噴射率パターン(図8のa線)とならないため、P
M及びbeの対NOX トレードオフの良好な燃焼を実現
できない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の問題点に鑑みて提案されたものであり、PM及びbe
の対NOX トレードオフ、即ちPM、be及びNOX
増加を同時に抑制し、且つ、燃料消費量が少ない良好な
燃焼を広範囲の回転、負荷域で得るために必要な可変噴
射率制御構造の提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の蓄圧式噴射装置
の噴射率制御構造はエンジン回転数、クランク角、負
荷、燃焼室内の温度及び圧力の情報により燃料圧力を調
整が可能な高圧フィードポンプと、該フィードポンプに
より発生した高圧の燃料を高圧のまま蓄えておく蓄圧室
と、ノズルを作動する油圧ピストンを設け、その油圧ピ
ストンへ通じる燃料通路を前記蓄圧室側と燃料戻し側と
に切換える三方電磁弁を設けて、該三方電磁弁と油圧ピ
ストンとの間の燃料通路にリリーフオリフィスと逆止弁
とを並列に介装したインジェクタと、を備えた蓄圧式噴
射装置において、該リリーフオリフィスは先端が円錐形
状のニードルバルブと、該ニードルバルブの駆動を行な
う積層圧電素子とから成り、燃料噴射率の制御は前記積
層圧電素子に印加する電圧を制御するコントロールユニ
ットによりニードルバルブを駆動することにより行なう
ように構成される。
【0008】ここで、前記コントロールユニットは、前
記蓄圧室内の燃料温度を検出する温度検出手段と、前記
蓄圧室内の燃料圧力を検出する圧力検出手段と、上死点
検出手段と、クランク角検出手段と、負荷検出手段、と
からの情報により前記積層圧電素子に印加する電圧を制
御することが望ましい。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図1〜図9に基づいて本発
明の実施の形態について説明する。図1において、エン
ジン回転及びクランク角センサ31、気筒判別センサ3
2、負荷センサ33、コモンレール2内の圧力センサ2
2等からの情報により第一のコントロールユニット30
は各気筒に最適な条件の燃料圧力を発生するように高圧
フィードポンプ1を制御し、その圧縮された燃料をコモ
ンレール2内に蓄えるように構成されている。
【0010】そして、前記圧縮された燃料は、コモンレ
ール2からユニットインジェクタ10の第1の燃料流路
12へ連通し、第2の燃料流路9を介してノズル11に
連通している。そのノズル11の開閉を行う針弁11a
の一端には、油圧ピストン4の一端が当接しており、そ
の油圧ピストン4の他端は、第1のコントロールユニッ
ト30の信号により前記流路12と、燃料戻し回路13
とを切換え連通する三方電磁弁3に連通している。この
三方電磁弁3と油圧ピストン4との連通は、後記するリ
リーフオリフィス5が介装された第1の通路6と、その
リリーフオリフィス5と並列に三方電磁弁3から油圧ピ
ストン4の一方向へ流れる逆止弁7が介装された第2の
通路8とで構成されている。
【0011】前記リリーフオリフィス5の構成を図2を
も使って詳細に説明すると、先端が円錐形状のニードル
バルブ51と、該ニードルバルブの駆動を行なうピエゾ
スタック(積層圧電素子:以下、積層圧電素子を「ピエ
ゾスタック」と表記する)52とから成り、燃料噴射率
の制御は第二のコントロールユニット15により前記ピ
エゾスタック52に印加する電圧を制御し、ニードルバ
ルブ51を駆動することにより行なわれる。
【0012】又、前記第二のコントロールユニット15
は、前記コモンレール2内の燃料温度を検出する温度検
出手段21と、前記コモンレール2内の燃料圧力を検出
する圧力検出手段22と、上死点検出手段32と、クラ
ンク角検出手段31と、負荷検出手段33とからの情報
により前記ピエゾスタック52に印加する電圧を制御す
る。
【0013】次に、噴射率コントロールの例を図1〜図
4を用いて説明する。
【0014】図3はピエゾ印加電圧とリリーフ流量率、
噴射率(単位クランク角当たりの燃料噴射量)の関係を
示す図であり、リリーフ流量率と噴射率は共にピエゾ印
加電圧に比例していることを示している。又、図4はク
ランク角に対する三方電磁弁の制御パルス、ピエゾ印加
電圧、噴射率の関係を示す図である。
【0015】先ず、コモンレール2内には高圧フィード
ポンプ1により各気筒に最適な条件の圧力に高められた
燃料が蓄えられる。燃料非噴射時には三方電磁弁3によ
り、前記コモンレール2に連通する流路12と、通路
6、8とが連通しており、高圧の燃料は逆止弁7を通り
油圧ピストン4に流れ、油圧ピストン4はノズル11の
針弁11aを押して、ノズル11は閉弁している。そし
て、第1のコントロールユニット30の信号によって三
方電磁弁3が作動して、流路12側は閉じられ、通路6
と燃料戻し回路13とが連通して油圧ピストン4の油圧
はリリーフオリフィス5を介してリリーフし、ノズル1
1は燃料流路9からの圧力で開弁して燃料噴射が行われ
る。
【0016】一方、第二のコントロールユニット15は
コモンレール2内の燃料温度を検出する温度検出手段2
1と、前記コモンレール2内の燃料圧力を検出する圧力
検出手段22と、各気筒の上死点検出手段32と、クラ
ンク角検出手段31と、負荷検出手段33とからの情報
により運転状況に最適の図4のV線で示されるピエゾ印
加電圧がピエゾスタック52に印加される。
【0017】この時の噴射率は図4のQ線のQ1部とな
る。しかし従来のリリーフオリフィスが固定の場合は噴
射率はQ2で示されるものとなり、これは急激な燃焼を
伴い、燃焼温度が上がりNOX が増大してしまうことを
示している。
【0018】又、図5の実線は低回転、低負荷時の、図
6の実線は高回転、低負荷時の、図7の実線は低回転、
高負荷時の、図8の実線は高回転、高負荷時の夫々クラ
ンク角に対する目標噴射率の関係を、又、図5の破線は
低回転、低負荷時の、図6の破線は高回転、低負荷時
の、図7の破線は低回転、高負荷時の、図8の波線は高
回転、高負荷時の夫々クランク角に対する従来技術によ
る噴射率の関係を示すものである。
【0019】即ち、図5〜図8は回転数と負荷によって
理想の噴射率が異なることを示しており、図3はピエゾ
印加電圧を制御すれば噴射率を任意に変えることが出来
ることを示している。
【0020】尚、図9はパティキュレートPMの増減と
酸化窒素NOX の増減の関係及び、燃料消費率beの増
減と酸化窒素NOX の増減の関係で破線が従来技術によ
るもの、実践が本発明によるものである。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、回転、負荷に応じた最
適な噴射率パターンを実現できるため、広い回転、負荷
域でパティキュレートPM及び、燃料消費率beの対酸
化窒素NOX トレードオフの良好な燃焼を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する蓄圧式燃料噴射装置の全体構
成図。
【図2】図1のリリーフオリフィス部の拡大図。
【図3】本実施例によるピエゾ印加電圧とニードル部開
口面積、リリーフ流量率、ニードルリフト速度、噴射率
の関係を示す図。
【図4】本実施例による噴射率制御例であるクランクア
ングルと三方弁制御パルス、ピエゾ印加電圧、噴射率の
関係を示す図。
【図5】低回転、低負荷時のクランク角に対する噴射率
の関係を示す図。
【図6】高回転、低負荷時のクランク角に対する噴射率
の関係を示す図。
【図7】低回転、高負荷時のクランク角に対する噴射率
の関係を示す図。
【図8】高回転、高負荷時のクランク角に対する噴射率
の関係を示す図。
【図9】PM及びbeの対NOX トレードオフ変化を示
す図。
【図10】従来技術による蓄圧式燃料噴射装置の全体構
成図。
【符号の説明】
1・・・フィードポンプ 2・・・コモンレール 3・・・三方電磁弁 4・・・油圧ピストン 5・・・リリーフオリフィス 6・・・第一の通路 7・・・逆止弁 8・・・第2の通路 9・・・第2の燃料流路 10・・・インジェクタ 11・・・ノズル 12・・・第1の燃料流路 13・・・燃料戻し回路 15・・・コントロールユニット 51・・・ニードルバルブ 52・・・ピエゾスタック

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジン回転数、クランク角、負荷、燃
    焼室内の温度及び圧力の情報により燃料圧力を調整が可
    能な高圧フィードポンプと、該フィードポンプにより発
    生した高圧の燃料を高圧のまま蓄えておく蓄圧室と、ノ
    ズルを作動する油圧ピストンを設け、その油圧ピストン
    へ通じる燃料通路を前記蓄圧室側と燃料戻し側とに切換
    える三方電磁弁を設けて、該三方電磁弁と油圧ピストン
    との間の燃料通路にリリーフオリフィスと逆止弁とを並
    列に介装したインジェクタと、を備えた蓄圧式噴射装置
    において、該リリーフオリフィスは先端が円錐形状のニ
    ードルバルブと、該ニードルバルブの駆動を行なう積層
    圧電素子とから成り、燃料噴射率の制御は前記積層圧電
    素子に印加する電圧を制御するコントロールユニットに
    よりニードルバルブを駆動することにより行なうように
    構成されたことを特徴とする蓄圧式噴射装置の噴射率制
    御構造。
  2. 【請求項2】 前記コントロールユニットは、前記蓄圧
    室内の燃料温度を検出する温度検出手段と、前記蓄圧室
    内の燃料圧力を検出する圧力検出手段と、上死点検出手
    段と、クランク角検出手段と、負荷検出手段、とからの
    情報により前記積層圧電素子に印加する電圧を制御する
    請求項1の蓄圧式噴射装置の噴射率制御構造。
JP8071689A 1996-03-27 1996-03-27 蓄圧式噴射装置の噴射率制御構造 Pending JPH09256925A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1138904A1 (en) * 2000-04-01 2001-10-04 Robert Bosch GmbH Method and apparatus for charging a piezoelectric element
JP2008539359A (ja) * 2005-04-28 2008-11-13 ワルトシラ フィンランド オサケユキチュア 内燃機関の燃料噴射装置制御システム

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