KR20030040142A - 엔진의 연료 분사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고압 연료원 또는 저압 연료원의 한쪽을 인젝터에 작용시키도록 전환하는 전환 수단의 전환 시기를, 인젝터로부터의 고압 연료원의 연료 분사를 종료하는 시점보다도 빠르게 설정함으로써, 리크 연료나 리턴 연료가 저감되고, 엔진 부하가 감소되어 연비가 향상된다.

Description

엔진의 연료 분사장치{Apparatus for fuel injection of engine}
본 발명은, 분사율 파형의 형상을 양호하게 유지하면서, 리턴 연료나 리크 연료를 감소시켜 연비를 향상시킬 수 있는 연료 분사장치에 관한 것이다.
(종래의 기술)
디젤 엔진의 연료 분사장치로서, 커먼레일식(common rail type) 연료 분사장치가 있다. 이와 같은 커먼레일식 연료 분사장치에서는, 분사 압력과 분사 시기를 독립 제어할 수 있기 때문에, 자동차용 디젤 엔진의 분사계로서 주류로 되어 있다. 그러나 종래의 커먼레일식 연료 분사장치에서는, 인젝터에 의한 연료 분사의 시작·종료를 제어하는 제어 밸브(제 1 제어 밸브)를 폐쇄하는 타이밍과, 인젝터에의 고압 연료의 공급·정지를 제어하는 제어 밸브(제 2 제어 밸브)를 폐쇄하는 타이밍을 일치시키고 있다. 경우에 따라서는 제 2 제어 밸브를 폐쇄하는 타이밍을 제 1 제어 밸브를 폐쇄하는 타이밍보다도 느리게 하고 있다.
이것은 고압 연료가 인젝터 등에 작용하고 있는 기간이 길게 되는 것을 의미하고 있고, 이 때문에 리크 연료나 리턴 연료가 증가된다. 리크 연료란, 고압 연료가 인젝터에 작용한 때에 인젝터의 실(seal) 부분에서 연료가 적지만 누설되어 돌아오는 연료이고, 리턴 연료란, 연료 분사에 기여하는 일 없이 커먼레일로부터 연료 탱크로 되돌아오는 연료이다.
이와 같이 연료 분사에 사용되지 않는 리크 연료나 리턴 연료가 증가한다는 것은, 커먼레일에 연료를 공급하고 있는 연료 공급 펌프의 구동을 하는 작동량이 증가하는 것을 의미한다. 이 결과, 연료 공급 펌프를 구동하고 있는 엔진이 불필요한 일을 하게되어 연비 악화의 한 요인으로 되어 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하는 것으로서, 분사율 파형의 형상을 양호하게 유지하면서, 리턴 연료나 리크 연료를 감소시키켜서 연비를 향상시킬 수 있는 연료 분사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 엔진의 연료 분사장치에서는, 고압 연료를 공급 가능한 고압 연료원과, 상기 고압 연료원의 연료압보다도 저압의 연료를 공급 가능한 저압 연료원과, 상기 고압 연료원과 상기 저압 연료원에 전환 수단을 통해 접속된 인젝터와, 상기 전환 수단에 의한 상기 연료원의 전환과 상기 인젝터의 작동을 제어하는 제어 수단을 구비하고, 상기 제어 수단은 상기 인젝터가 고압 연료원의 연료 분사를 종료하는 시점의 소정 기간 전에, 상기 전환 수단이 상기 인젝터로의 연료원의 연통을 상기 고압 연료원으로부터 상기 저압 연료원으로 전환하도록 제어한다.
따라서, 고압 연료원 또는 저압 연료원으로부터의 연료를 인젝터에 작용시키도록 전환하는 전환 수단의 전환 시기를, 인젝터의 연료 분사를 종료하는 시기보다도 빠르게 설정하였기 때문에, 인젝터에 고압 연료가 작용하는 시간이 짧아져서, 리크 연료가 감소됨과 함께, 2커먼레일형의 연료 분사장치에서는 저압 커먼레일에 고압 연료가 작용하는 시간이 짧아지고 리턴 연료가 감소된다. 이와 같이 리크 연료나 리턴 연료가 저감되기 때문에, 고압 연료원이나 저압 연료원으로의 불필요한 연료 공급이 억제될 수 있고, 엔진의 부하가 감소되어 연비를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 관한 2 커먼레일형의 연료 분사장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 형태에 있어서 부츠형의 분사율 파형 및 전자 밸브의 구동 상태를 도시한 설명도.
도 3은 본 발명에 있어서 구형(矩形)의 분사율 파형 및 전자 밸브의 구동 상태를 도시한 설명도.
도 4는 본 발명에 있어서 진행 시간(ΔToff)과 리턴 유량 및 분사량과의 관계를 도시한 특성도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 형태에 있어서 전자 제어장치의 동작을 도시한 흐름도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 형태에 관한 증압 피스톤형의 연료 분사장치를 도시한 구성도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 형태에 있어서 초기 분사를 억제한 분사율 파형 및 전자 밸브의 구동 상태를 도시한 설명도.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 형태에 있어서 구형의 분사율 파형 및 전자 밸브의 구동 상태를 도시한 설명도,
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 공급 펌프 2 : 연료 탱크
3 : 고압 커먼레일 4 : 전자 제어장치
Ne : 엔진 회전수
이하, 도면에 의거하여 본 발명의 실시 형태를 상세히 설명한다.
<제 1 실시 형태 : 2커먼레일형의 연료 분사장치>
우선, 고압 커먼레일과 저압 커먼레일을 갖고 있는 2커먼레일형의 연료 분사장치에 본 발명을 적용한 제 1 실시 형태를 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 2커먼레일형의 연료 분사장치에서는, 고압 연료 공급 펌프(1)는, 내연 기관으로서의 엔진에 의해 구동되어 연료 탱크(2) 내로부터 도시하지 않은 피드 펌프에 의해 공급된 연료를 가압하여, 고압의 연료를 고압 커먼레일(3)을 향해 토출한다. 전자 제어장치(4)는, 엔진 회전수 센서에 의해 검출된 엔진 회전수(Ne)와, 액셀 개방도 센서에 의해 검출된 액셀 페달 밟는량(액셀 개방도)(Acc)에 따라 고압 연료 공급 펌프(1)를 제어하여 압송 스트로크(연료 공급량)를 가변 조정하고, 또한, 고압 커먼레일(3)에 마련되어 있는 압력 센서(도시 생략)에 의해 검출된 연료 압력에 따라 압송 스트로크를 피드백 제어함으로써, 엔진 운전 상태에 적합한 고압 연료를 얻게 되어 있다.
고압 연료 공급 펌프(1)로부터 토출된 고압 연료는 고압 커먼레일(3)에 저장된다. 이 고압 커먼레일(3)은 상기 엔진의 각 기통에 공통되는 것으로서, 연료 통로(5)를 통하여 인젝터(6)에 접속되어 있다. 인젝터(6)에는, 인젝터 구동 전자 밸브(제 1 제어 밸브)(7)가 구비되어 있고, 연료 통로(5)의 도중에는 압력 전환 전자 밸브(제 2 제어 밸브)(8)가 장착되어 있다. 이들 전자 밸브(7, 8)의 개방(ON), 폐쇄(OFF)의 제어는 전자 제어장치(4)에 의해 행하여진다.
연료 통로(5)중 압력 전환 전자 밸브(8)보다도 하류측(인젝터(6)측)에서부터는, 분기 연료 통로(9)가 분기되어 있고, 저압 커먼레일(10)은 분기 연료 통로(9)를 통하여 인젝터(6)에 접속되어 있다. 분기 연료 통로(9)의 도중에는, 역지 밸브(11)와 오리피스(12)가 병렬로 접속되어 있고, 역지 밸브(11)는 저압 커먼레일(10)로부터 인젝터(6)를 향하는 연료의 흐름을 허용한다. 그리고, 연료 통로(5) 내의 연료 압력이 분기 연료 통로(9) 내의 연료 압력보다도 높은 경우에는, 연료 통로(5) 내의 연료가 분기 연료 통로(9) 및 오리피스(12)를 통하여 저압 커먼레일(10)로 유입한다. 분기 연료 통로(9)중, 저압 커먼레일(10)과 연료 탱크(2)와의 사이에는, 저압 커먼레일(10)의 연료 압력을 조정하는 압력 제어 밸브(13)가 마련되어 있다. 이 압력 제어 밸브(13)에 의한 압력 조정에 의해, 저압 커먼레일(12) 내의 연료 압력을 미리 결정한 저압으로 조정할 수 있다. 또한, 압력 제어밸브(13)를 전자 제어장치(4)에 의해 가변 조정하여도 좋다.
다음에, 이와 같은 구성으로 되어 있는 2커먼레일형의 연료 분사장치의 동작을 설명한다. 전자 제어장치(4)의 제어하에서, 고압 커먼레일(3) 내의 연료 압력, 즉 고압 연료 공급 펌프(1)의 토출 압력이 엔진 운전 상태에 적합하도록 제어되고, 엔진 운전 상태(엔진 회전수(Ne), 액셀 페달 밟는량(Acc) 등)에 따라 연료 분사 기간(연료 분사 시작·종료 시기)이 설정된다.
또한, 저압 커먼레일(10), 분기 연료 통로(9) 및 압력 전환 전자 밸브(8)보다도 하류측의 연료 통로(5)에는, 압력 제어 밸브(13)에 의해 압력이 저압으로 조정된 연료가 축적되어 있다.
전자 제어장치(4)는, 전자 밸브(7, 8)의 개방(ON), 폐쇄(OFF)의 시기를 제어하여, 연료 분사율 파형을 다음과 같이 하여 변환할 수 있다.
도 2의 (b), (c)에 도시한 바와 같이, 압력 전환 전자 밸브(8)가 폐쇄된 상태에서 인젝터 구동 전자 밸브(7)를 개방하면, 저압 커먼레일(10)로부터 저압의 연료가 인젝터(6)에 공급되어 저압 연료가 분사된다.
인젝터 구동 전자 밸브(7)가 개방되고 나서, 시간적으로 지연되어 압력 전환 전자 밸브(8)를 개방하면, 고압 커먼레일(3)로부터 고압의 연료가 인젝터(6)에 공급되어 고압 연료가 분사된다.
이와 같이, 분사 기간의 초기에서 저압 연료를 분사하고, 소정 시간 지연되어 고압 연료를 분사하면, 도 2의 (a)에 실선으로 도시한 바와 같이, 분사율 파형은 부츠형으로 된다.
도 3의 (b), (c)에 도시한 바와 같이, 인젝터 구동 전자 밸브(7)의 개방에 앞서서, 압력 전환 전자 밸브(8)를 개방하면, 연료 통로(5)중 압력 전환 전자 밸브(8)보다도 하류측에 고압의 연료가 공급된다. 이와 같이 고압 연료가 미리 공급되고 있는 상태에서 인젝터 구동 전자 밸브(7)를 개방하면, 연료 분사 시작 직후부터 가파르게 분사량이 증가하여 단시간에 대량의 연료를 분사할 수 있다. 따라서 이 때의 분사율 파형은, 도 3의 (a)에 실선으로 도시한 바와 같이, 개략 구형으로 된다.
이와 같이, 인젝터 구동 전자 밸브(7)와 압력 전환 전자 밸브(8)의 개방 시기를 조정함으로써 분사율 파형의 형상을 변화시킬 수 있다. 즉, 엔진 운전 상태에 따라, 연료 분사 시작 직후부터 분사량이 완만하게 증가하는 부츠형의 분사율 파형, 또는 연료 분사 시작 직후부터 가파르게 분사량을 증가시켜서 단기간에 대량의 연료를 분사시키는 구형의 분사율 파형으로 제어할 수 있다. 물론, 인젝터 구동 전자 밸브(7)와 압력 전환 전자 밸브(8)의 개방 시기를, 전술한 바와는 다른 시기로 조정함으로써, 분사율 파형의 형상을 또다른 형상으로 할 수 있다.
또한, 압력 전환 전자 밸브(8)를 개방하고 있는 때에는, 고압의 연료가 분기 연료 통로(9)의 오리피스(12)를 통하여 저압 커먼레일(10)에 공급된다. 저압 커먼레일(10) 내의 연료의 압력은, 압력 제어 밸브(13)에 의해 소정의 저압으로 조정된다. 즉, 저압 커먼레일(10) 내의 압력이, 압력 제어 밸브(13)에 의해 조정되는 조정 압력보다도 커지면, 저압 커먼레일(10) 내의 연료가 압력 조정 밸브(13)을 통하여 유출되어 연료 탱크(2)로 되돌아온다. 이와 같이 저압 커먼레일(10)로부터 압력제어 밸브(13)를 통하여 연료 탱크(2)로 되돌아오는 연료를 「리턴 연료」라고 칭하고 있다.
또한, 인젝터(6)에 연료를 공급하면(특히, 고압 연료를 공급하면), 연료 압력이 높기 때문에, 인젝터(6)의 실 부분으로부터 연료가 적지만 누출되어 연료 탱크(2)로 되돌아온다. 이와 같이 인젝터(6)의 실 부분으로부터 누출되어 연료 탱크(2)로 되돌아오는 연료를 「리크 연료」라고 칭하고 있다.
여기서, 본 발명의 포인트가 되는, 분사 기간의 종기(終期)에 있어서 전자 밸브(제 1, 제 2 제어 밸브)(7, 8)의 폐쇄 타이밍에 관해 설명한다, 도 2의 (b), (c), 도 3의 (b), (c)에 실선으로 도시한 바와 같이, 압력 전환 전자 밸브(제 2 제어 밸브)(8)의 폐쇄 시기는, 인젝터 구동 전자 밸브(제 1 제어 밸브)(7)의 폐쇄 시기보다도, 소정 기간(ΔTclose)만큼 시간적으로 앞으로 설정하고 있다. 이 소정 기간(ΔTclose)은, 「① 분사율 파형의 형상을 양호하게 유지할 수 있고, 또한, ② 압력 전환 전자 밸브(8)의, 개방 기간(ΔTc)을 최소로 하는(즉 인젝터(6)나 저압 커먼레일(10)에 고압 연료를 작용시키는 시간을 최소로 하는)」시간 간격(기간)으로서 구한 것으로서, 그 설정 연산 방법은 후술한다.
덧붙여서, 종래에는, 도 2의 (b), 도 3의 (b)에 점선으로 도시한 바와 같이, 압력 전환 전자 밸브(제 2 제어 밸브)(8)의 폐쇄 시기를, 인젝터 구동 전자 밸브(제 1 제어 밸브)(7)의 폐쇄 시기에 일치시키고 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 압력 전환 전자 밸브(8)의 폐쇄 시기를, 인젝터 구동 전자 밸브(7)의 폐쇄 시기보다도 빠르게 하고 있기 때문에, 고압 연료가인젝터(6)나 저압 커먼레일(10)에 작용하는 기간 또는 시간이 짧아진다. 이 결과, 인젝터(6)로부터의 리크 연료나, 저압 커먼레일(10)로부터의 리턴 연료가 저감하고, 고압 연료 공급 펌프(1)가 구동 되는 것이 적어지고, 나아가서는 엔진의 부하가 감소하고, 연비가 향상된다.
여기서, 압력 전환 전자 밸브(8)의 폐쇄 시기와 인젝터 구동 전자 밸브(7)의 폐쇄 시기와의 사이의 기간 또는 시간(진행 시간(ΔToff))과, 리턴 연료의 유량(리턴 유량) 및 분사량과의 관계를, 도 4를 기초로 설명한다. 도 4에 있어서, 진행 시간(ΔToff)은, 인젝터 구동 전자 밸브(7)가 폐쇄한 때를 시간(0)으로 하여, 시간적으로 앞의 시간을 나타내고 있다.
도 4의 (a)는 진행 시간(ΔToff)과 리턴 유량과의 관계를 도시한 것으로, 분사 압력의 대소에 따른 복수의 특성이 있는데, 진행 기간(ΔToff)이 길게 될수록 리턴 유량이 감소하는 것을 나타내고 있다. 도 4의 (b)는 진행 시간(ΔToff)과 분사량과의 관계를 도시한 것으로, 분사 압력의 대소에 따른 복수의 특성이 있는데, 진행 시간(ΔToff)이 어느 시간보다도 길어지면, 분사량이 저감하여 목적으로 한 분사율 파형을 얻을 수 없음을 나타내고 있다. 즉, 도 4의 (b)의 특성에 있어서, 진행 시간(ΔToff)이 어느 시간보다도 길어지면, 분사량은 수하(垂下) 특성으로 나타내는 양으로까지 저감한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 진행 시간(ΔToff)를 t1로 한 때는, 리턴 유량이 r1이였던 것이, 진행 시간(ΔToff)을 t2로 한 때는, 리턴 유량이 r2로까지 저감하는 것을 알 수 있다. 이 경우, 진행 시간(ΔToff)을, 분사율 파형에 영향이 나오지않는 정도의 분사량을 확보할 수 있는 시간으로 하면, 분사율 파형을 유지하면서 리턴유량을 줄일 수 있다. 이와 같은 시간은, 도 4에 도시한 바와 같이 분사 압력에 따라 달라지기 때문에, 분사 압력(연료 압력)을 고려할 필요가 있다. 또한, 이와 같은 시간은, 연료 온도에 의해서도 달라진다.
도 5의 스텝 2에 나타내는 특성은, 분사 압력(연료 압력)(P)과 연료 온도(tfuel)에 따라, 분사율 파형을 유지하면서 리턴 유량을 줄일 수 있는 진행 시간(ΔToff), 즉, 소정 기간(ΔTclose)를 구할 수 있는 특성을 나타내고 있다. 이 특성에서는, 분사 압력(P)이 높을수록, 또한, 연료 온도(tfuel)가 높을수록, 소정 기간(ΔTclose)이 길어지고 있다. 이러한 특성은, 각 엔진의 특성에 따라 미리 구해져 있고, 전자 제어장치(4)에 편입되어 있다.
여기서, 전자 제어장치(4)에 의해, 분사율 파형을 유지하면서 리턴 유량을 줄일 수 있는 진행 시간(ΔToff)(=소정 기간(ΔTclose)), 나아가서는, 압력 전환 전자 밸브(8)의 개방 기간(ΔTc)을 구하는 연산 순서를, 도 5의 흐름도를 참조하여 설명한다.
전자 제어장치(4)는, 스텝 1에서는, 전환 간격(To), 인젝터 구동 전자 밸브(7)의 개방 기간(ΔTi), 분사 압력(P), 연료 온도(tfuel)을 판독한다. 전자 밸브(7)의 개방 시기와 전자 밸브(8)의 개방 시기와의 사이의 시간 간격인 전환 기간(To)은, 분사율 파형에 따라 결정되는 것으로서, 엔진 운전 상태(엔진 회전수(Ne), 액셀 페달 밟는량(Acc) 등)를 기초로 결정된다. 또한, 인젝터 구동 전자 밸브(7)의 개방 기간(ΔTi)도, 엔진 운전 상태(엔진 회전수(Ne), 액셀 페달 밟는량(Acc) 등)를 기초로 결정된다. 분사 압력(P)은 고압 커먼레일(3)에 구비한 압력 센서(도시 생략)에 의해 검출되고, 연료 온도(tfuel)는 고압 커먼레일(3)에 구비한 온도 센서에 의해(도시 생략)에 의해 검출된다.
스텝 2에서는, 연료 압력(tfuel)에 따른 특성을 선택하고, 이 선택된 특성을 이용하여, 이 때의 분사 압력(P)에 대따른 소정 기간(ΔTclose)을 구한다. 스텝 3에서는, 압력 전환 전자 밸브(8)의 개방 기간을, 다음 식 (1) 또는 (2)에 의해 구한다. 식 (1)은, 인젝터 구동 전자 밸브(7)의 개방 시기보다도 압력 전환 전자 밸브(8)의 개방 시기가 늦은 때, 예를 들면 분사율 파형이 부츠형인 때에 이용하고, 식 (2)는 인젝터 구동 전자 밸브(7)의 개방 시기보다도 압력 전환 전자 밸브(8)의 개방 시기가 빠른 때, 즉 분사율 파형이 구형인 때에 이용한다.
ΔTc = ΔTi - ΔTo - ΔTclose … (1)
ΔTc = ΔTi + ΔTo - ΔTclose … (2)
전자 제어장치(4)는, 압력 전환 전자 밸브(8)를 폐쇄하는 시점부터, 식 (1) 또는 식 (2)로 구한 폐쇄 기간(ΔTc)이 경과한 시점에서, 인젝터 구동 전자 밸브(7)를 폐쇄한다. 이 때문에, 압력 전환 전자 밸브(8)의 폐쇄 시기는, 인젝터 구동 전자 밸브(7)의 폐쇄 시기보다도 소정 기간(ΔTclose)만큼 빨라진다.
또한, 압력 전환 전자 밸브(8)의 폐쇄 시기와 구동 전자 밸브(7)의 폐쇄 시기와의 사이의 시간이, 소정 기간(ΔTclose)보다도 길게 되면, 분사 기간의 종기에 있어서 고압 연료가 부족하여, 도 2의 (a), 도 3의 (a)에서 일점 쇄선으로 도시한 바와 같이, 분사 기간의 종기에 있어서 분사율 파형이 크게 모자라 버려서, 소망하는 출력 토오크를 얻을 수 없게 되어, 오히려 문제가 생겨 버린다.
결국, 압력 전환 전자 밸브(8)의 폐쇄 시기와 구동 전자 밸브(7)의 폐쇄 시기와의 사이의 시간을, 소정 기간(ΔTclose)으로 함으로써, 분사율 파형을 양호하게 유지하면서, 리크 연료나 리턴 연료를 저감할 수 있는 것이다.
또한, 소정 기간(ΔTclose)은, 연료 압력에 따라 설정한 기간을, 또한 연료 온도에 따라 보정하여 구하도록 하여도 좋다.
<제 2의 실시 형태 : 증압 피스톤형의 연료 분사장치>
다음에, 연료 증압 기구를 갖고 있는 증압 피스톤형의 연료 분사장치에 본 발명을 적용한 제 2의 실시 형태를 설명한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 증압 피스톤형의 연료 분사장치에서는, 연료 공급 펌프(21)는, 엔진에 의해 구동되고 연료 탱크(22) 내에서 도시 생략된 피드 펌프에 의해 공급된 연료를 가압하고, 저압의 연료를 커먼레일(23)을 향해 토출한다. 전자 제어장치(24)는, 엔진 운전 상황에 따라, 연료 공급 펌프(21)의 압송 스트로크(연료 공급량)를 가변 조정하고 있다.
연료 공급 펌프(21)로부터 토출된 저압 연료는, 커먼레일(23)에 저장된다, 커먼레일(23)은, 엔진의 각 기통에 공통되는 것으로서, 역지 밸브(25)를 개장한 연료 통로(26)를 통하여 인젝터(27)에 접속되어 있다. 인젝터(27)에는, 인젝터 구동 전자 밸브(제 1 제어 밸브)(28)가 구비되어 있다.
연료 증압 기구는 증압 피스톤(30), 오리피스(41) 및 증압 피스톤 전자 밸브(43)를 주요 부재로 하여 구성되어 있다. 이 중 증압 피스톤(30)은실린더(31)와 피스톤(32)과 리턴 스프링(33)으로 구성되어 있고, 실린더실(34)과 가압실(35)을 갖고 있다. 그리고, 연료 통로(26)중 역지 밸브(25)보다도 커먼레일(23)측(상류측)의 부분과, 피스톤(32)의 배면 공간(도 6에서는 피스톤(32)보다도 우측의 실린더 내 공간)이, 통로(40)에 접속되어 있고, 또한, 연료 통로(26)중 역지 밸브(25)보다도 상류측의 부분과, 실린더실(34)이, 오리피스(41)을 개장한 통로(42)에 접속되어 있다. 또한, 실린더실(34)과 연료 탱크(22)는, 증압 피스톤 전자 밸브(제 2 제어 밸브)(43)를 개장한 통로(44)에 접속되어 있다. 또한 연료 통로(26)중 역지 밸브(25)보다도 인젝터(27)측(하류측)의 부분과, 가압실(35)이 통로(45)에 의해 접속되어 있다.
전자 제어장치(24)는, 전자 밸브(28, 43)의 개방(ON), 폐쇄(OFF)의 시기를 제어하여, 연료의 분사율 파형을 다음과 같이 하여 변환할 수 있다.
도 7의 (b), (c)에 도시한 바와 같이, 증압 피스톤 전자 밸브(43)가 폐쇄된 상태에서 인젝터 구동 전자 밸브(28)을 개방하면, 커먼레일(23)로부터 연료 통로(26) 및 역지 밸브(25)를 통하여 저압의 연료가 인젝터(27)에 공급되어 저압 연료가 분사된다.
인젝터 구동 전자 밸브(28)가 개방되고 나서, 시간적으로 지연되어 증압 피스톤 전자 밸브(43)를 개방하면, 실린더실(34) 내의 연료가 통로(44)를 통하여 연료 탱크(22)로 유출하여, 실린더실(34) 내의 압력은, 피스톤(32)의 배면의 압력보다도 낮아지고, 피스톤(32)이 가압실(35)측으로 눌리여 이동하고, 가압실(35) 내의 연료가 고압으로 되고 통로(45)를 통하여 인젝터(27)에 공급되어 고압 연료가 분사된다.
이와 같이, 분사 기간의 초기에 있어서 저압 연료를 분사하고, 소정 시간 지연되어 고압 연료를 분사하면, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, 초기 분사를 억제한 분사율 파형으로 할 수 있다.
도 8의 (b), (c)에 도시한 바와 같이, 인젝터 구동 전자 밸브(28)의 개방에 앞서서, 증압 피스톤 전자 밸브(43)를 개방하면, 실린더실(34) 내의 연료가 통로(44)를 통하여 연료 탱크(22)로 유출하여, 실린더실(34) 내의 압력은, 피스톤(32)의 배면의 압력보다도 낮아지고, 피스톤(32)이 가압실(35)측으로 눌리여 이동하고, 가압실(35) 내의 연료가 고압으로 되고, 연료 통로(26)중 역지 밸브(25)보다도 하류측에 공급된다. 이와 같이 하여 고압 연료가 공급되고 있는 상태에 있어서, 인젝터 구동 전자 밸브(28)를 개방하면, 연료 분사 시작 직후부터 가파르게 분사량이 증가하여 단시간에 대량의 연료를 분사할 수 있다. 따라서 이 때의 분사율 파형은, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 개략 구형으로 된다.
여기서, 본 발명의 포인트가 되는, 분사 기간의 종기에 있어서 전자 밸브(제 1, 제 2 제어 밸브)(28, 43)의 폐쇄 타이밍에 관해 설명한다. 도 7의 (b), (c), 도8의 (b), (c)에 실선으로 도시한 바와 같이, 증압 피스톤 전자 밸브(제 2 제어 밸브)(43)의 폐쇄 시기는, 인젝터 구동 전자 밸브(제 1 제어 밸브)(28)의 폐쇄 시기보다도, 소정 기간(ΔTclose)만큼 시간적으로 전에 설정하고 있다. 이 소정 기간(ΔTclose)은, 「① 분사율 파형의 형상을 양호하게 유지할 수 있고, 또한, ② 증압 피스톤 전자 밸브(43)의 개방 기간(ΔTc)을 최소로 하는(즉 인젝터(28)에 고압 연료를 작용시키는 시간을 최소로 하는)」 시간 간격(기간)으로서 구한 것으로서, 그 설정 연산 방법은, 전술한 제 1 실시 형태와 같다.
덧붙여서, 종래에는, 도 7의 (b), 도 8의 (b)에 점선으로 도시한 바와 같이, 증압 피스톤 전자 밸브(제 2 제어 밸브)(43)의 폐쇄 시기를, 인젝터 구동 전자 밸브(제 1 제어 밸브)(28)의 폐쇄 시기에 일치시키고 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는, 증압 피스톤 전자 밸브(43)의 폐쇄 시기를, 인젝터 구동 전자 밸브(28)의 폐쇄 시기보다도 빠르게 하고 있기 때문에, 고압 연료가 인젝터(27)에 작용하는 기간 또는 시간이 짧아진다. 이 결과, 인젝터(6)로부터의 리크 연료가 저감하고, 고압 연료 공급 펌프(1)가 구동 되는 일이 적어지고, 나아가서는 엔진의 부하가 감소되어 연비가 향상된다.

Claims (6)

  1. 엔진의 연료 분사장치에 있어서,
    고압 연료를 공급 가능한 고압 연료원(3, 30)과,
    상기 고압 연료원(3, 30)의 연료압보다 저압의 연료를 공급 가능한 저압 연료원(10, 23)과,
    상기 고압 연료원(3, 30)과 상기 저압 연료원(10, 23)으로의 전환 수단(8, 43)을 통해 접속된 인젝터(6, 27)와,
    상기 전환 수단(8, 43)에 의한 상기 연료원(3, 30, 10, 23)의 전환과 상기 인젝터(6, 27) 작동을 제어하는 제어 수단(4, 24)을 구비하고,
    상기 제어 수단(4, 24)은 상기 인젝터(6, 27)가 고압 연료원(3, 30)의 연료 분사를 종료한 시점의 소정 기간 전에, 상기 전환 수단(8, 43)이 상기 인젝터(6, 27)로의 연료원(3, 30, 10, 23)의 연통(連通)을 상기 고압 연료원(3, 30)으로부터 상기 저압 연료원(10, 23)으로 전환하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진의 연료 분사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소정 기간은, 상기 전환 수단(8, 43)이 상기 인젝터(6, 27)로 연료를 공급하는 연료원(3, 30, 10, 23)을 상기 고압 연료원(3, 30)으로부터 상기 저압 연료원(10, 23)으로 전환함으로서, 상기 인젝터(6, 27) 분사율의 감소가, 상기 인젝터(6, 27)가 분사를 종료하기 전에 작용하지 않는 기간 내로 설정되는 것을 특징으로 하는 엔진의 연료 분사장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소정 기간은, 상기 고압 연료원(3, 30)의 연료압에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 엔진의 연료 분사장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 소정 기간은, 상기 고압 연료원(3, 30)의 연료 온도에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 엔진의 연료 분사장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고압 연료원(3)은 고압 연료를 저장하는 고압 커먼레일(3)이고,
    상기 저압 연료원(10)은 상기 고압 커먼레일(3)로부터 공급되는 연료를 저압 연료로 압력조정하여 저장하는 저압 커먼레일(10)인 것을 특징으로 하는 엔진의 연료 분사장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 저압 연료원(23)은 저압 연료를 저장하는 저압 커먼레일(23)이고,
    상기 고압 연료원(30)은 상기 전환 수단(24)의 전환에 의해 작동하여 저압연료를 증압하는 연료 증압 기구(30)를 구비한 것을 특징으로 하는 엔진의 연료 분사장치.
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