JPH08296520A

JPH08296520A - 蓄圧式燃料噴射装置

Info

Publication number: JPH08296520A
Application number: JP10604895A
Authority: JP
Inventors: Terukazu Nishimura; 輝一西村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1996-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】噴射圧の高圧化とリーク燃料量の低減とを両
立できる蓄圧式燃料噴射装置を提供する。【構成】蓄圧室内に貯蔵された燃料を針弁５先端側の
噴射室１９と針弁５根元側の制御室２２とに導き、その
制御室２２内の燃料を回収系２４に逃がすことにより針
弁５をリフトさせ、噴射室１９内の燃料を噴射する蓄圧
式燃料噴射装置において、上記蓄圧室を高圧室３と低圧
室４とに分割し、その高圧室３と上記噴射室１９とを接
続する噴射通路１７を設けると共に、低圧室４と上記制
御室２２とを接続する制御通路２１を設けたことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、蓄圧室内に貯蔵された
高圧の燃料をディーゼルエンジン等に噴射供給する蓄圧
式燃料噴射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】蓄圧式燃料噴射装置のシステム全体を図
７に示す。図示するように、燃料タンクａ内の燃料は、
高圧ポンプｂによって汲み上げられ、コモンレールと呼
ばれる蓄圧室ｃに圧送されて高圧状態で貯蔵される。こ
の蓄圧室ｃ内の圧力は、圧力センサｄによりフィードバ
ックされ、高圧ポンプｂの送油量をコントロールするこ
とによって、一定に保たれるようになっている。

【０００３】蓄圧室ｃ内の高圧の燃料は、供給系ｆを通
ってインジェクタｇに導かれ、その内部に設けられた電
磁弁（後述する三方弁ｑ）の開閉により、ノズル先端部
の噴射口ｈからディーゼルエンジン等の燃焼室内に噴射
される。このインジェクタｇには、余分な燃料を燃料タ
ンクａに戻す回収系ｉが接続されている。また、上記高
圧ポンプｂ、蓄圧室ｃおよびインジェクタｇは、コント
ロールユニットｊによって適宜制御されるようになって
いる。

【０００４】インジェクタｇの概要を図８に示す。図示
するように、蓄圧室ｃ内に貯蔵された高圧の燃料は、上
記供給系ｆから分岐された噴射通路ｋを介して針弁ｌ先
端側の噴射室ｍに導かれると共に、制御通路ｎを介して
針弁ｌ根元側の制御室ｏに導かれる。制御室ｏ内の燃料
は、リーク通路ｐを介して回収系ｉに戻される。リーク
通路ｐと制御通路ｎと制御室ｏとの接合部には、三方弁
ｑ（電磁弁）が設けられている。三方弁ｑは、制御通路
ｎと制御室ｏとを連通するフィード状態と、制御室ｏと
リーク通路ｐとを連通するリーク状態とを切り替える。

【０００５】上記構成によれば、噴射室ｍ内の燃圧は針
弁ｌのコーン部ｒに作用してそれを上昇（開弁）させる
ように働き、制御室ｏ内の燃圧は針弁ｌを下降（閉弁）
させるように働く。よって、これらの燃圧がバランスし
ている状態から三方弁ｑをリーク状態とすると、圧力バ
ランスが崩れて針弁ｌが上昇し、噴射室ｍ内の燃料がノ
ズル先端部の噴射口ｈから噴射される。その後、三方弁
ｑをフィード状態に切り替えると、再び上下の圧力がバ
ランスし、針弁ｌが下降して噴射口ｈを塞ぎ、噴射が終
了する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のシステムにおい
ては、実質的な噴射燃料を蓄積する噴射室ｍと、針弁ｌ
の昇降（開閉）を制御する制御室ｏとが、一つの蓄圧室
ｃから供給系ｆおよび通路ｋ，ｎを介して分岐して接続
されている。このため、噴射圧を高めるべく蓄圧室ｃの
圧力を高くすると、噴射室ｍの圧力のみならず制御室ｏ
の圧力をも高くなってしまう。

【０００７】この結果、三方弁ｑによって制御室ｏから
リーク通路ｐ（回収系ｉ）へ逃がされるリーク燃料量が
多くなり、その分だけ高圧ポンプｂの無駄仕事が増大
し、車両の燃費が悪化する。

【０００８】また、三方弁ｑには、圧力が高くなるとそ
の構造上、側圧が発生してしまうため、圧力が高くなる
と作動力を増大させなくてはならなくなり、三方弁ｑ
（電磁弁）の消費電流も増大する。

【０００９】また、このように制御室ｏの圧力が高まる
と、三方弁ｑの内部にコジリや変形等が生じる虞がある
ため、その耐久性・信頼性が低下する。また、コジリ等
に起因して三方弁ｑの作動がしぶくなるため、三方弁ｑ
の作動応答性が悪化する。

【００１０】また、針弁ｌの開閉に応じて噴射室ｍ内の
圧力が変動するが、その変動の影響が通路ｋおよび通路
ｎを介して三方弁ｑに伝わり、三方弁ｑがダメージを受
けることも考えられる。

【００１１】以上の事情を考慮して創案された本発明の
目的は、噴射圧の高圧化とリーク燃料量の低減とを両立
できる蓄圧式燃料噴射装置を提供することにある。

【００１２】なお、関連する技術として特開平6-108948
号公報等が知られている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、蓄圧室内に貯蔵された燃料を針弁先端側の
噴射室と針弁根元側の制御室とに導き、その制御室内の
燃料を回収系に逃がすことにより針弁をリフトさせ、噴
射室内の燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置において、
上記蓄圧室を高圧室と低圧室とに分割し、その高圧室と
上記噴射室とを接続する噴射通路を設けると共に、低圧
室と上記制御室とを接続する制御通路を設けて構成され
ている‥‥。

【００１４】上記噴射通路と制御通路とを接続するバイ
パス通路を設け、そのバイパス通路の接続部より上流側
の噴射通路に第１開閉弁を設け、上記制御室内の燃料を
回収系へ逃がすリーク通路に第２開閉弁を設けてもよい
‥‥。

【００１５】上記第１開閉弁より下流側でバイパス通路
の接続部より上流側の噴射通路に、絞り部を設けてもよ
い‥‥。

【００１６】

【作用】の構成によれば、高圧室内の高圧の燃料は、
噴射通路を通って針弁先端側の噴射室に導入され、針弁
のリフト時に高圧状態で噴射される。他方、低圧室内の
低圧の燃料は、制御通路を通って針弁根元側の制御室に
導入され、針弁の作動流体として用いられた後、低圧状
態で回収系に逃がされる。このように、高圧室内の高圧
の燃料を噴射燃料として用い、低圧室内の低圧の燃料を
針弁の作動流体として用いているので、燃料噴射圧が高
まり、同時にリーク燃料量が低減する。

【００１７】の構成によれば、最初、噴射通路の第１
開閉弁と、リーク通路の第２開閉弁とを共に閉じてお
き、その後、第２開閉弁のみを開く。すると、制御室内
の燃料がリーク通路を通って回収系へ逃がされ、針弁が
リフトして噴射室内の燃料が噴射される。このとき、噴
射室内には、低圧室の低圧の燃料がバイパス通路を通っ
て供給されているため、低圧燃料噴射となる。その後、
第１開閉弁を開くと、高圧室の高圧の燃料が噴射通路を
通って噴射室に供給されるため、高圧燃料噴射となる。
これにより、燃焼初期における予混合燃焼が抑えられ、
急激な燃焼温度の上昇が抑制され、ＮＯｘが低減する。

【００１８】の構成によれば、上記高圧燃料噴射の際
に、噴射通路を流れる燃料が絞り部によって絞られるの
で、高圧燃料噴射時の噴射立上り特性がなだらかにな
る。これにより、予混合燃焼時の急激な燃焼温度の上昇
が抑制され、ＮＯｘがさらに低減する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。

【００２０】図１は、本実施例に係る蓄圧式燃料噴射装
置のシステム全体を示す図である。図示するように、こ
の蓄圧式燃料噴射装置は、燃料タンク１内の燃料を加圧
して圧送する高圧ポンプ２と、高圧ポンプ２に接続され
燃料を高圧（ 1200bar程度）で貯蔵する高圧室３と、高
圧室３に接続され燃料を低圧（600bar程度）で貯蔵する
低圧室４と、高圧室３内の燃料を噴射燃料として用いる
と共に低圧室４内の燃料を針弁５の作動流体として用い
るインジェクタ６とから主に構成されている。

【００２１】高圧ポンプ２は、エンジンのクランク軸等
に連動されたカム軸７を回転させることによってプラン
ジャ８をバネ９に抗して往復動させ、燃料タンク１から
吸上ポンプ１０によって吸上げられた燃料をシリンダ１
１内で加圧して高圧室３に圧送するものである。高圧ポ
ンプ２の流入通路１２と排出通路１３とは、返流通路１
４によってバイパスされている。返流通路１４には、開
閉弁１５が設けられている。また、排出通路１３には、
逆止弁１６が設けられている。

【００２２】高圧室３は、高圧ポンプ２の排出通路１３
から圧送されてきた燃料を高圧状態（ 1200bar程度）で
貯蔵するものである。また、高圧室３には、インジェク
タ６の噴射通路１７と、低圧室４への連結通路１８とが
接続されている。よって、高圧室３内の燃料は、その一
部が連結通路１８を通って低圧室４に導かれ、残りが噴
射通路１７を通ってインジェクタ６の針弁５先端側の噴
射室１９に導かれる。噴射室１９内に導かれた燃料は、
実質的な噴射燃料として用いられ、針弁５のリフトによ
って噴射口２０から噴射される。また、高圧室３には、
圧力センサ２１ａが設けられている。

【００２３】低圧室４は、連結通路１８を介して高圧室
３から導かれた燃料を低圧状態（600bar程度）で貯蔵す
るものである。低圧室４には、インジェクタ６の制御通
路２１が接続されている。この制御通路２１を通って低
圧室４から流出した燃料は、インジェクタ６の針弁５根
元側の制御室２２に導かれ、針弁５の作動流体として用
いられ、最終的にはリーク通路２３を介して回収系２４
に逃がされる。また、低圧室４には、圧力センサ２５が
設けられ、連結通路１８には開閉弁２６（電磁弁）が設
けられている。

【００２４】インジェクタ６は、高圧室３内の高圧の燃
料を噴射燃料として用い、低圧室４内の低圧の燃料を針
弁５の作動流体として用いるものである。インジェクタ
６の内部には、軸方向に移動自在な針弁５が収容されて
おり、その針弁５の先端側に噴射室１９が形成され、根
元側に制御室２２が形成されている。詳しくは、噴射室
１９は、針弁５のコーン部２７を囲繞するように形成さ
れており、制御室２２は、針弁５のピストン部２８を案
内するシリンダ２９に形成されている。また、針弁５
は、コイルスプリング３０により閉弁（下降）方向に付
勢されている。

【００２５】制御室２２には、二股通路３１が接続され
ており、その一方３１ａにオリフィス３２が設けられ、
他方３１ｂに逆止弁３３が設けられている。かかる二股
通路３１ａ，３１ｂは再び集合され、その集合路３４が
三方弁３５（電磁弁）を介してリーク通路２３と制御通
路２１とに接続されている。三方弁３５は、制御通路２
１と集合路３４（制御室２２）とを連通するフィード状
態と、リーク通路２３と集合路３４（制御室２２）とを
連通するリーク状態とを切り替える。リーク通路２３
は、制御室２２内の燃料を回収系２４に逃がすための通
路である。

【００２６】このような構成のインジェクタ６の針弁５
は、噴射室１９内の燃圧によって上昇（開弁）方向に付
勢され、制御室２２内の燃圧およびコイルスプリング２
０によって下降（閉弁）方向に付勢される。よって、上
下室１９，２２内の燃圧がバランスしている状態から三
方弁３５をリーク状態とすると、圧力バランスが崩れて
針弁５が上昇し、噴射室１９内の燃料がノズル先端部の
噴射口２０から噴射される。その後、三方弁３５をフィ
ード状態に切り替えると、再び上下の圧力がバランス
し、針弁５が下降して噴射口２０を塞ぎ、噴射が終了す
る。

【００２７】上記高圧室３の圧力センサ２１ａ、低圧室
４の圧力センサ２５、エンジン速度とカム角度のセンサ
３６、噴射すべきシリンダを選択するセンサ３７、エン
ジンの負荷のセンサ３８、その他様々なエンジンの運転
情報（吸入空気量など）を検出するセンサが、コントロ
ールユニット３９（ＥＣＵ）に接続されている。コント
ロールユニット３９は、これらの情報に基づいて、適
宜、インジェクタ６の三方弁３５、連結通路１８の開閉
弁２６、高圧ポンプ２の開閉弁１５を制御する。

【００２８】具体的には、コントロールユニット３９
は、高圧室３の圧力センサ２１ａの検出値に基づいて高
圧ポンプ２の開閉弁１５を制御し、プランジャ８で加圧
された燃料の一部を返流通路１４を介して流入通路１２
側に返流することにより、高圧室３内を略一定の燃圧
（ 1200bar程度）にコントロールする。また、コントロ
ールユニット３９は、低圧室４内を次のようにして略一
定の燃圧（600bar程度）にコントロールする。

【００２９】図２に示すように、まず高圧室３の圧力Ｐ
₁と低圧室４の圧力Ｐ₂とをそれぞれ圧力センサ２１
ａ，２５で検出する。そして、 (Ｐ₁／ｎ) ＞Ｐ₁を判
定する。ここで、ｎは高圧室３と低圧室４との圧力比で
あり、通常２〜４程度に設定される。そして、この判定
がイエスならば連結通路１８の開閉弁２６を開き、ノウ
ならば連結通路１８の開閉弁２６を閉じる。かかる制御
によって、高圧室３と低圧室４との圧力比をｎに保つこ
とができる。

【００３０】従って、このフローによれば、高圧室３の
燃圧を高圧ポンプ２の開閉弁１５の開閉制御によって一
定（例えば 1200bar程度）に保っておけば、低圧室４の
燃圧をその１／ｎに保つことができる。本実施例におい
てはｎ＝２としているため、低圧室４の燃圧は600bar程
度に保たれている。

【００３１】また、コントロールユニット３９は、エン
ジン速度とカム角度のセンサ３６等から得られた情報に
基づいて、インジェクタ６の三方弁３５をフィード状態
とリーク状態とに適宜切り替える。リーク状態にすると
前述したように針弁５が上昇して噴射室１９内の燃料が
ノズル先端部の噴射口２０から噴射され、フィード状態
にすると針弁５が下降して噴射口２０を塞ぐ。

【００３２】以上の構成からなる本実施例の作用につい
て述べる。

【００３３】高圧室３内の高圧（ 1200bar程度）の燃料
は、噴射通路１７を通って針弁５先端側の噴射室１９に
導入され、針弁５のリフト時に高圧状態で噴射される。
他方、低圧室４内の低圧（600bar程度）の燃料は、制御
通路２１を通って三方弁３５のフィード状態時に針弁５
根元側の制御室２２に導入され、針弁５の作動流体とし
て用いられた後、三方弁３５のリーク状態時に低圧状態
でリーク通路２３に逃がされる。

【００３４】このように、高圧室３内の高圧の燃料を噴
射燃料として用い、低圧室４内の低圧の燃料を針弁５の
作動流体として用いているので、燃料噴射圧が高まり、
同時にリーク燃料量が低減する。すなわち、噴射圧の高
圧化とリーク燃料量の低減とを両立できる。このよう
に、噴射圧を高めてもリーク燃料量が低減するため、高
圧ポンプ２の無駄仕事が少なくなり、燃費が向上する。
同時に、三方弁３５（電磁弁）の消費電流も低減する。

【００３５】また、三方弁３５には、低圧の燃料が作動
流体として供給されるため、三方弁３５の内部にコジリ
や変形等が生じる虞はなく、その耐久性・信頼性が向上
する。また、コジリ等に起因して三方弁３５の作動がし
ぶくなることはなく、噴射圧を高めても三方弁３５の作
動応答性を良好に維持できる。

【００３６】また、針弁５の開閉に応じて噴射室１９内
の圧力が変動するが、その変動は噴射通路１７を介して
高圧室３および低圧室４によって緩衝された後、制御通
路２１を介して三方弁３５に伝達されるため、三方弁３
５にダメージが生じることはない。また、このように制
御通路２１内の圧力を針弁５の開閉に拘らず一定に保持
できるので、三方弁３５をフィード状態とリーク状態に
精度よく制御できる。

【００３７】〔変形実施例１〕次に、特許請求の範囲第
２項に係る実施例を図５に示す。

【００３８】図示するようにこの実施例は、前実施例と
その基本構成が同一であるため、同一の部材については
同一の符号を用いてその説明を省略し、相違点のみを以
下に説明する。

【００３９】まず、インジェクタ６の噴射通路１７と制
御通路２１とが、一方向弁４０を有するバイパス通路４
１によって接続されている。そして、そのバイパス通路
４１の接続部４２より上流側の噴射通路１７ａに、第１
開閉弁４３が設けられている。そして、前実施例におけ
る三方弁３５が、特許請求の範囲第２項の第２開閉弁に
相当する。三方弁３５は、そのリーク時に、制御室２２
内の燃料をリーク通路２３を介して回収系２４に逃がす
機能を発揮するからである。

【００４０】以上の構成からなる本実施例の作用につい
て述べる。

【００４１】図５において、まず、噴射通路１７ａの第
１開閉弁４３を閉じ、インジェクタの三方弁をフィード
状態としておく。そして、三方弁３５をリーク状態に切
り替える。すると、制御室２２内の燃料がリーク通路２
３を通って回収系２４へ逃がされ、針弁５がリフトして
噴射室１９内の燃料が噴射される。このとき、噴射室１
９内には、低圧室４の低圧の燃料が制御通路２１→バイ
パス通路４１→噴射通路１７を通って供給されているた
め、低圧燃料噴射となる。

【００４２】その後、第１開閉弁４３を開くと、高圧室
３の高圧の燃料が噴射通路１７ａ，１７を通って噴射室
１９に供給されるため、高圧燃料噴射となる。かかる噴
射圧の変化を図３に示す。図示するように、Ｔ₁のとき
に三方弁３５をリーク状態に切り替えて低圧噴射
（Ｐ_L）を行い、Ｔ₂のときに第１開閉弁４３を開いて
高圧噴射（Ｐ_H）を行い、Ｔ₃のときに第１開閉弁４３
を閉じると共に三方弁３５をフィード状態に切り替え
て、噴射を終了する。

【００４３】かかる２段階噴射により、燃焼初期におけ
る予混合燃焼が抑えられ、急激な燃焼温度の上昇が抑制
され、ＮＯｘが低減する。

【００４４】〔変形実施例２〕次に、特許請求の範囲第
３項に係る実施例を図６に示す。

【００４５】図示するようにこの実施例は、前実施例と
その基本構成が同一であり、第１開閉弁４３より下流側
でバイパス通路４１の接続部４２より上流側の噴射通路
１７ｂに、絞り部４４を設けた点のみが異なっている。

【００４６】この構成によれば、第１開閉弁４３を開く
高圧燃料噴射の際に、噴射通路１７ｂを流れる燃料が絞
り部４４によって絞られるので、高圧燃料噴射時の噴射
立上り特性がなだらかになる。その様子を図４に示す。
図示するように、ｔ₁のときに三方弁３５をリーク状態
に切り替えて低圧噴射（ｐ_l）を行い、ｔ₂のときに第
１開閉弁４３を開いて高圧噴射（ｐ_h）をなだらかに行
い、ｔ₃のときに第１開閉弁４３を閉じると共に三方弁
３５をフィード状態に切り替えて、噴射を終了する。

【００４７】このように、高圧燃料噴射時の噴射立上り
特性がなだらかになると、予混合燃焼時の急激な燃焼温
度の上昇が抑制され、ＮＯｘがさらに低減する。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る蓄圧式
燃料噴射装置によれば、次のような優れた効果を発揮で
きる。

【００４９】(1)請求項１記載の発明によれば、高圧室
内の高圧の燃料を噴射燃料として用い、低圧室内の低圧
の燃料を針弁の作動流体として用いているので、噴射圧
の高圧化とリーク燃料量の低減とを両立できる。

【００５０】(2)請求項２記載の発明によれば、第１開
閉弁と第２開閉弁とを連続して開閉制御することによ
り、低圧噴射に繋げて高圧噴射することができる。よっ
て、燃焼初期における予混合燃焼を抑制でき、急激な燃
焼温度の上昇を抑制できるため、ＮＯｘを低減できる。

【００５１】(3)請求項３記載の発明によれば、絞り部
が高圧燃料噴射の際に噴射通路を流れる燃料を絞るた
め、高圧燃料噴射時の噴射立上り特性をなだらかにでき
る。よって、予混合燃焼時の急激な燃焼温度の上昇を抑
制でき、ＮＯｘをさらに低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す蓄圧式燃料噴射装置の
説明図である（請求項１）。

【図２】高圧室と低圧室との間に設けられた開閉弁の制
御フローを示す図である。

【図３】図５に示す蓄圧式燃料噴射装置の噴射特性を示
す図である。

【図４】図６に示す蓄圧式燃料噴射装置の噴射特性を示
す図である。

【図５】変形実施例を示す蓄圧式燃料噴射装置の説明図
である（請求項２）。

【図６】別の変形実施例を示す蓄圧式燃料噴射装置の説
明図である（請求項３）。

【図７】従来例を示す蓄圧式燃料噴射装置の説明図であ
る。

【図８】従来の蓄圧式燃料噴射装置のインジェクタの概
要を示す図である。

【符号の説明】

３高圧室４低圧室５針弁１７噴射通路１９噴射室２１制御通路２２制御室２３リーク通路２４回収系３５第２開閉弁としての三方弁４１バイパス通路４２接続部４３第１開閉弁４４絞り部

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【手続補正書】

【提出日】平成８年２月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図７】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】蓄圧室内に貯蔵された燃料を針弁先端側
の噴射室と針弁根元側の制御室とに導き、その制御室内
の燃料を回収系に逃がすことにより針弁をリフトさせ、
噴射室内の燃料を噴射する蓄圧式燃料噴射装置におい
て、上記蓄圧室を高圧室と低圧室とに分割し、その高圧
室と上記噴射室とを接続する噴射通路を設けると共に、
低圧室と上記制御室とを接続する制御通路を設けたこと
を特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項２】上記噴射通路と制御通路とを接続するバ
イパス通路を設け、そのバイパス通路の接続部より上流
側の噴射通路に第１開閉弁を設け、上記制御室内の燃料
を回収系へ逃がすリーク通路に第２開閉弁を設けた請求
項１記載の蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項３】上記第１開閉弁より下流側でバイパス通
路の接続部より上流側の噴射通路に、絞り部を設けた請
求項２記載の蓄圧式燃料噴射装置。