JPH11182380A - 蓄圧式燃料噴射装置 - Google Patents
蓄圧式燃料噴射装置Info
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- JPH11182380A JPH11182380A JP34515097A JP34515097A JPH11182380A JP H11182380 A JPH11182380 A JP H11182380A JP 34515097 A JP34515097 A JP 34515097A JP 34515097 A JP34515097 A JP 34515097A JP H11182380 A JPH11182380 A JP H11182380A
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Abstract
続く高圧燃料の噴射の立ち上がりの噴射率を下げること
が可能な蓄圧式燃料噴射装置を提供する。 【解決手段】本発明の蓄圧式燃料噴射装置は、高圧燃料
を低圧燃料が流れる通路へ導く逆止弁40の弁体47内
に反力室51を形成し、この反力室51へ弁体前面の流
入口52から高圧燃料を導入することによって反対方向
の反力を発生させる構造にして、高圧燃料の切り換えの
際、弁体47の開方向から加わる高圧燃料の作用力を反
対側から作用する高圧燃料の圧力で低減させて、高圧燃
料の圧力がどのように高くとも、ばね定数、初期セット
力などによる弾性力の設定だけで、逆止弁40の弁移動
速度(開度パターン)を変えられるようにした。
Description
ンのシリンダ内に燃料を最適に噴射させる蓄圧式燃料噴
射装置に関する。
圧縮された空気中に燃料(軽油)を噴射させて、同燃料
を圧縮熱で着火し燃焼させて動力を得るエンジンであ
る。こうしたディーゼルエンジンに用いられる燃料噴射
装置には、列型など燃料噴射ポンプを用いた構造が用い
られている。
ールラックとプランジャとを組み合わせた燃料噴射ポン
プを用いて燃料の噴射と調量を行う構造なので、かなり
大型で重量がある。しかも、燃料噴射ポンプの機能を補
うための機器として、負荷変動に応じて燃料噴射量を加
減するガバナ、噴射時期の進角作用を行う油圧タイマな
どが装着されるので、かなり構造的にも複雑である。そ
のうえ、噴射圧力はエンジンの回転数に依存しているの
で、エンジンが低回転では高回転側に比較して圧力が低
くなり、例えば低回転高負荷域のような運転領域では低
圧で大量の燃料が噴射されてしまい、燃料噴霧の微粒化
が促進されず、燃焼が悪化することもある。
り圧力の高い燃料(例えば120MPaまで圧力を高め
た燃料)を、電気的な制御で、エンジン運転モードに応
じて、所定量、燃焼室へ噴射させる蓄圧式燃料噴射装置
(コモンレール式燃料噴射装置)が提案されている。
燃料噴射が可能な燃料噴射弁と、エンジンで駆動される
燃料フィードポンプとの間を燃料通路でつなぎ、これら
燃料噴射弁,燃料フィードポンプ間に燃料フィードポン
プからの燃料を所定の高い圧力(例えば120MPa)
に蓄圧する蓄圧器(蓄圧室)を設けた構造が用いられ
る。
弁の開閉動作で、燃料噴射弁の針弁(ニードル弁)を開
放動作(リフト)させて、エンジンの回転数の影響を受
けない蓄圧器からの高圧燃料を、所定の噴射開始時期
に、かつ所定の燃料噴射量(噴射終了時期による)で、
燃料噴射弁のノズル(噴孔)から、ディーゼルエンジン
の燃焼室へ噴射させるようにしてある。
は、列型の燃料噴射装置(燃料噴射ポンプを用いた構
造)に見られるような噴射初期で低くそれから次第に圧
力が上昇してピークに達するような挙動とは異なり、高
い圧力が噴射初期から略一定(蓄圧器の高い圧力がノズ
ルに作用することによる)に続く挙動を示す。
燃料噴射弁のノズルから燃焼室へ噴射されてから自着火
するまでの着火遅れの期間に、過剰に燃料が燃焼室へ噴
射されやすく、燃焼の初期で、大量の燃料が一度に燃焼
する爆発燃焼が発生する。
(予混合燃焼)が進むので、NOX が多く発生しやすい
上、燃焼騒音が増加する不具合をもたらす。そこで、初
期燃焼を緩慢するよう、噴射開始時、低圧の燃料(例え
ば15MPa)を燃料噴射弁のノズルから噴射させる蓄
圧式燃料噴射装置が提案されている。
ら噴射させる高圧燃料噴射系と、蓄圧器(蓄圧室)で蓄
圧した低圧の燃料を燃料噴射弁から噴射させる低圧燃料
噴射系とを併用して(2コモンレール式)、燃料噴射弁
のノズルから燃焼室へ低圧側の蓄圧器に蓄圧された低圧
燃料を噴射させ、この噴射中、低圧側蓄圧器から燃料噴
射弁へ向かう燃料通路に、高圧側の蓄圧器に蓄圧された
高圧燃料を割り込ませて(低圧燃料から高圧燃料への切
り換え)、高圧燃料を燃料噴射弁のノズルから燃焼室へ
噴射させることが行われている。
燃焼が緩慢になる。しかしながら、主噴射となる高圧燃
料の噴射率は変わらないために、依然、図4の実線に示
されるように立ち上がり角θが大きく、排気ガスの点、
燃焼騒音の低減に有効な図4中の破線に示される理想的
なデルタ型噴射率波形とは大きく異なる。
入を規制するよう、この蓄圧式燃料噴射装置の高圧側蓄
圧器から、低圧燃料が流れる燃料通路へ向かう接続路
に、逆止弁を設けることが行われている。つまり、切り
換えの際の燃料通路へ向かう高圧燃料で、逆止弁を徐々
に開弁させて、高圧燃料が急激に燃料噴射弁へ流入する
のを制御しようとする。
閉位置から開位置へ移動可能とした弁体を圧縮ばね(弾
性部材)で閉方向へ付勢する構造である。これに対し
て、逆止弁に加わる高圧燃料の圧力は、120MPaと
いったような超高圧である。
しても、作用する圧力が高すぎるために逆止弁は、一気
に開弁され高圧燃料が急激に流入する。そのために、高
圧燃料の噴射(主噴射)の立ち上がり角θを小さくして
理想のデルタ型噴射率波形に近づけるような主噴射の開
度パターンの制御は難しいとされていた。
で、その目的とするところは、逆止弁を用いて、低圧燃
料の噴射に続く高圧燃料の噴射の立ち上がりの噴射率を
下げることが可能な蓄圧式燃料噴射装置を提供すること
にある。
に請求項1に記載の蓄圧式燃料噴射装置では、高圧燃料
を低圧燃料が流れる通路へ導く接続路の逆止弁を、弁体
が開く方向と閉じる方向との双方から高圧燃料の圧力を
受けながら開放側へ変位する構造の採用によって、高圧
燃料の切り換えの際、逆止弁の弁体の開方向から加わる
高圧燃料の作用力を反対側から作用する高圧燃料の圧力
で低減させて、高圧燃料の圧力がどのように高くとも、
ばね定数、初期セット力などによる弾性力の設定だけ
で、逆止弁の弁移動速度(開度パターン)を変えられる
ようにした。
率が下げられる。すなわち、高圧燃料の急激な流入を防
ぎつつ開口面積が連続的に増大するという、立ち上がり
角を小さくした理想的な噴射率波形に近づけられるの
で、NOX 排出量の低減、燃費の向上、エンジン騒音の
低減が図れる。
は、簡単な逆止弁構造で開度パターンの調節が可能にす
るよう、逆止弁の弁体を下流方向から延びるガイド部材
で進退自在にガイドするとともに弾性部材で上流側へ付
勢して、弁孔を閉止するように形成され、弁体の内部に
ガイド部材を壁面に用いた反力室を形成し、弁体の上流
側の端面に弁孔へ向かう高圧燃料を反力室へ導く流入口
を形成するという構成を採用したことにある。
示す一実施形態にもとづいて説明する。図1は、本発明
を適用した例えば車両用の直噴式ディーゼルエンジンの
蓄圧式燃料噴射装置の概略構成を示し、図中1はディー
ゼルエンジンのシリンダヘッド(図示しない)に取り付
けられたユニットインジェクタ(本願の燃料噴射弁に相
当)である。
には筒形のノズル3が形成されている。このノズル3の
下端部中央から突き出た突起部4は、シリンダヘッドの
下面からシリンダ中央へ突き出ていて、突起部4の周壁
に穿設してある複数の噴孔を、ディーゼルエンジンのシ
リンダ内に形成される燃焼室(いずれも図示しない)に
開口させてある。
弁)が上下方向に摺動自在に嵌挿されている。このノズ
ルニードル5の下端(先端)の円錐部6は、ノズル下端
部に形成された弁座7と当接していて、ノズルニードル
5の変位で、噴孔を開閉できるようにしてある。なお、
ノズルニードル5の上端部は、本体2内に収容した油圧
ピストン8aに当接している。
ホール10、ノズルニードル5の段差部5aを囲むよう
に形成された環状の燃料溜り室11、本体2に形成され
たフィードホール12を介して、インジェクタ本体2の
上部に形成した燃料入口13と連通している。
から分岐された分岐路14を介して、油圧ピストン8a
を上下方向に移動自在に収容した油圧シリンダ部8bに
連通してあり、燃料圧がノズルニードル5の先端と基端
との双方に加わることを利用して、圧力および圧縮ばね
力によりノズルニードル5を閉止させる構造(受圧面
積:油圧ピストン8a>ノズルニードル5)にしてあ
る。
形の電磁二方弁で構成される噴射制御電磁弁15を介装
した通路15aを介して、本体2の側部に形成した燃料
リーク口16と連通している。そして、この燃料リーク
口16が、リーク路17を介して、燃料(軽油)を収容
している燃料タンク18に接続されている。
圧側の蓄圧器に相当)で、同タンク20の内部には所定
の低圧力の燃料、例えば15MPa の低圧力で蓄圧され
た燃料が貯溜されている。この蓄圧タンク20の燃料供
給口は、燃料通路21を介して、ユニットインジェクタ
1の燃料入口13に接続されている。
けば、ノズルニードル5を閉止させていた油圧ピストン
8aに加わる圧力がリーク路17から燃料タンク18へ
逃げ、これにしたがいノズルニードル5が燃料溜り室1
1の燃料圧力で押し上げられ、開く噴孔から燃料が燃焼
室へ噴射されるようにしてある。また噴射電磁制御弁1
5を閉じれば、再びノズルニードル5の基端に燃料圧が
加わり、ノズルニードル5を閉止するようにしてある。
ンジェクタ1から噴射させる低圧燃料噴射系22を構成
している。なお、図中23は、ノズルニードル5の作動
速度を設定するために分岐路14,通路15aにそれぞ
れ介装されたオリフィスを示す。
料を汲み上げる燃料フィードポンプである。この燃料フ
ィードポンプ30の吐出部には、高圧用の蓄圧タンク3
1(高圧側の蓄圧器に相当)が接続され、燃料フィード
ポンプ30の作動によって、蓄圧タンク31内に所定の
高圧力の燃料、例えば120MPaの高圧力で蓄圧され
た燃料を貯溜させている。
なす燃料通路32を介して、ユニットインジェクタ1と
低圧用の蓄圧タンク20との間をむすぶ燃料通路21の
途中に接続されていて、低圧燃料が流れる燃料通路21
へ高圧燃料を割り込ませられるようにしてある。また燃
料通路32には、圧力切換用電磁弁33(例えば常閉形
の電磁二方弁からなる)が介装されていて、噴射制御電
磁弁15の開動作でユニットインジェクタ1から低圧燃
料を噴射中、圧力切換用電磁弁33を開動作させると、
蓄圧タンク31からの高圧燃料が燃料通路21へ導かれ
て、ユニットインジェクタ1から噴射されるようにして
ある。
高圧燃料の噴射に切り換える高圧燃料噴射系34を構成
している。なお、燃料通路32との接続部32aから蓄
圧タンク20へ至る燃料通路21には、高圧燃料流入を
禁止する逆止弁35aとオリフィス35bとを並列に組
んだ流量制御部35が介装され、また蓄圧タンク20か
らは、低圧の燃料圧に設定してある圧力調整弁36を介
装した燃料通路37が燃料タンク18へ延びていて、オ
リフィス35bを介して高圧燃料を溢流させ、噴射終了
から次の噴射迄の間に、低圧用の蓄圧タンク20へ低圧
燃料として補給されるようにしてある。
との間の通路部分32bには、本発明の要部となる高圧
燃料の流入を制御する逆止弁40が介装されている。こ
の逆止弁40の詳しい構造が、図1中の拡大図で示して
ある。
中41は通路部分32bをなす配管部部材が両端部に接
続された筒状のホルダである。このホルダ41の軸心部
には、上流側(圧力切換用電磁弁33側)から、入口ポ
ート42、同ポート42と連通する弁収容室43、出口
ポート44が順に形成してある。また弁収容室43の下
流側の壁面中央からは、軸状のガイド軸45(ガイド部
材)が上流側に延びている。そして、このガイド軸45
の基端部外周に形成されている通孔46に上記出口ポー
ト44が連通させてある。
の端部には、先端側が例えば円錐台状に形成された弁体
47が進退自在に嵌挿されている。具体的には、弁体4
7は、弁収容室43の内径より小さい外径で形成してあ
る。弁体47の基端部中央には有底筒形の嵌合穴47a
が形成してあり、この嵌合穴47aがガイド軸45の端
部に摺動自在に嵌挿されることによって、弁収容室43
内に弁体全体を進退自在に収容させてある。
43の壁面との間には、弾性部材、例えば圧縮ばね48
が介装され、弁体47を入口ポート42の開口端で形成
される弁座49へ付勢して、入口ポート42の開口で形
成される弁孔50を閉止させている。これにより、電磁
弁33が開弁して高圧燃料がユニットインジェクタ1へ
供給されると、弁体47が圧縮ばね48の弾性力に抗し
て、閉位置からストロークSだけ、開放側へ変位を許す
ようにしている。
に反力室51を形成している。すなわち、反力室51は
ガイド軸45の軸端面,嵌合穴47aの壁面とを組み合
わせてなる収縮可能な室空間から形成してある。
面)には、弁孔50と反力室51との間を連通する流入
口52が形成され、弁体47に加わる高圧燃料を反力室
51に導けるようにしている。この流入口52は、嵌合
穴47aより小径な通路で形成されていて、反力室51
へ高圧燃料が導入されると、弁体47の先端面に向き合
う反力室51の壁面に、弁体47を閉じる方向へ向かわ
せる反対方向の反力が発生されるようにしてある。な
お、51aは反対方向の力が作用する反力室51の受圧
面(壁面)を示す。
部、すなわち開く方向と閉じる方向との双方に、高圧燃
料の圧力が加わるようにしてある。つまり、弁体47の
開方向に加わる高圧燃料の作用力を反対側から作用する
高圧燃料の圧力によってキャンセルする構造にしてあ
る。
圧燃料への切換時、圧縮ばね48のばね特性だけで、閉
止位置から連続的にかつ徐々に開口面積が増えながら開
動作する機能をもたらしている。
て、高圧燃料が急激にユニットインジェクタ1へ流入さ
れない構造にしてある。つぎに、この高圧燃料の流入を
制御する逆止弁40の作用を説明するべく、蓄圧式燃料
噴射装置の作用を説明すれば、今、低圧用の蓄圧タンク
20が低圧燃料(例えば15MPaの燃料)で満たさ
れ、高圧用の蓄圧タンク31が高圧燃料(120MPa
の燃料)で満たされ、またノズルニードル5が上下方向
から加わる燃料圧力によって噴孔を閉止させているとす
る。
示しないECU(制御部)からは、まず低圧噴射のため
のパルス信号が出力され、その後、高圧噴射のためのパ
ルス信号が出力される。
ートで示されるように最初の低圧噴射のパルス信号を受
けて開動作する。すると、燃料圧力による油圧ピストン
8aの規制は解除され、この間、ノズルニードル5は、
燃料溜り部11の燃料圧力にて上方へ押し上げられ、開
放するノズル3の噴孔から低圧燃料が燃焼室へ噴射され
る。
されてから自着火するまでの着火遅れ期間に噴射される
噴射量は抑制されるので、爆発的燃焼が抑制できる。圧
力切換用電磁弁33は、図2のタイムチャートで示され
るように続く高圧噴射のパルス信号を受けて開動作す
る。
が、逆止弁40を経て、低圧燃料が流れる燃料通路21
に割り込むように導入される。これにより、燃料の噴射
中、ノズルの噴孔から噴射している低圧燃料が高圧燃料
へ切換わる。
には開く方向と閉じる方向との双方から高圧燃料の圧力
が加わる。詳しくは、入口ポート42へ導入される高圧
燃料は、弁孔50から露出する弁体47を上流側から押
圧する。と共に弁体前面の流入口52から反力室51に
導入された高圧燃料の圧力が、反力室51の受圧面51
aに加わり、弁体47を下流側から押圧するようにな
る。
わる高圧燃料の作用力が反対側から作用する高圧燃料の
圧力でキャンセル(低減)される。このことにより、弁
体47は、高圧燃料の圧力がどのように高くとも、圧縮
ばね48の弾性力、すなわちばね定数、初期セット力な
どの設定だけで、閉位置から連続的に開口面積を増大さ
せながら開放側へ変位するようになる。
径)をDとし、反力室51の直径d(D>d)とし、弁
体27に入力される圧力をPとしたとき、弁体47に作
用する力F1 を求めれば、F1 =π/4×(D2 −d
2 )×Pとなって、弁体47に作用する力F1 は、本構
造を用いない場合の弁体に作用する F1 ′=π/4・D2 ・Pに比べて、F=π/4・d2
・P分、小さくでき、大部分がキャンセルされる。
ル構造を用いない場合のF1 ′より、はるかに小さい値
であるから、圧縮ばね48によって弁体47の動きが制
御可能となる。つまり、F1 を越えるばね圧をもつ圧縮
ばね48を用いることにより、弁体47の移動速度が変
えられるようになる。
で、ばね定数、初期セット力の調整により、弁体47は
通常の連続的に開口面積を増大させながら開放側へ変位
するという挙動が得られることがわかる。
り、通孔46、出口ポート44を経て、ノズル3の噴孔
から噴射される高圧燃料は、当初は少量、次第にその量
が増加するように噴射される。
ね48のばね定数,初期セット力を変更するだけで、図
3(a)の線図中の実線に示されるようにかなり広範囲
の領域で逆止弁40の弁移動速度(開度パターン)の調
節を行うことができた。
圧燃料の噴射に続いて噴射される高圧燃料の立ち上がり
の噴射率の制御が容易に行えることが確認された。この
結果、図3(b)の線図中の実線に示されるように高圧
燃料の噴射率の立ち上がり角θを小さくした理想的なデ
ルタ型噴射率波形に近づけることができる。
最適に制御することができ、NOX排出量の低減、燃費
の向上、エンジン騒音の低減を図ることができる。しか
も、逆止弁40は、圧縮ばね48で付勢される弁体47
を下流方向から延びるガイド軸45で進退自在にガイド
し、弁体27の内部に反力室51を形成し、弁体47の
前面に高圧燃料を反力室51へ導く流入口52を形成す
るだけでよく、簡単な構造で開度パターンの調節が可能
である。
料フィードポンプで、低圧用の蓄圧タンクと高圧用の蓄
圧タンクに燃料を蓄える構造に、本発明を適用したが、
これに限らず、2台のポンプを用いて、別々に低圧/高
圧用の蓄圧タンクに燃料を蓄えるようにしても構わな
い。
明によれば、高圧燃料の切り換えの際、逆止弁は、弁体
の開方向から加わる高圧燃料の作用力を反対側から作用
する高圧燃料の圧力で低減させるので、高圧燃料の圧力
がどのように高くとも、ばね定数、初期セット力などに
よる弾性力の設定だけで、逆止弁の開度パターン(弁移
動速度)を変えることができる。
噴射に続く高圧燃料の噴射の立ち上がりの噴射率の低減
が可能となり、同噴射率の立ち上がり角を小さくした理
想的な噴射率波形に近づけることができ、NOX 排出量
の低減、燃費の向上、エンジン騒音の低減の向上が図れ
るようになる。請求項2に記載の発明によれば、請求項
1の効果に加え、簡単な逆止弁の構造で、開度パターン
の調節が可能となる。
逆止弁の詳細な構造と共に示す図。
射する電磁弁の動作を、噴射率と共に示す図。
燃料から高圧燃料に切換わるときの噴射率が変化するこ
と説明するための線図。
噴射率の挙動を説明するための線図。
Claims (2)
- 【請求項1】 低圧蓄圧器に貯溜された低圧燃料を燃料
噴射弁へ供給してノズルから噴射させる低圧燃料噴射系
と、 前記低圧燃料の噴射中、高圧蓄圧器に貯溜された高圧燃
料を接続路を通じ、前記低圧燃料が流れる通路へ導いて
前記燃料噴射弁のノズルから噴射させる高圧燃料噴射系
と、 前記接続路に介装され、前記高圧燃料が前記燃料噴射弁
へ供給されるにしたがい弁体が弾性力に抗して閉位置か
ら開放側へ変位する逆止弁とを有し、 前記逆止弁は、前記弁体が開く方向と閉じる方向との双
方から前記高圧燃料の圧力を受けながら開放側へ変位す
るように構成されていることを特徴とする蓄圧式燃料噴
射装置。 - 【請求項2】 前記逆止弁は、 前記弁体が、下流方向から延びるガイド部材で進退自在
にガイドされるとともに弾性部材で上流側へ付勢され
て、弁孔を閉止するように形成され、 前記弁体の内部には前記ガイド部材を壁面に用いた反力
室が形成され、 前記弁体の上流側の端面には前記弁孔へ向かう高圧燃料
を前記反力室へ導く流入口が形成されてなることを特徴
とする請求項1に記載の蓄圧式燃料噴射装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34515097A JP3820715B2 (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | 蓄圧式燃料噴射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34515097A JP3820715B2 (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | 蓄圧式燃料噴射装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH11182380A true JPH11182380A (ja) | 1999-07-06 |
JP3820715B2 JP3820715B2 (ja) | 2006-09-13 |
Family
ID=18374626
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP34515097A Expired - Fee Related JP3820715B2 (ja) | 1997-12-15 | 1997-12-15 | 蓄圧式燃料噴射装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3820715B2 (ja) |
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1997
- 1997-12-15 JP JP34515097A patent/JP3820715B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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JP3820715B2 (ja) | 2006-09-13 |
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