(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンで駆動される高圧ポンプと、気筒に配置されるインジェクタと、高圧ポンプからの高圧燃料を蓄えてインジェクタへ供給するコモンレールと、コモンレール内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように高圧ポンプを制御する手段と、インジェクタのノズルを開閉するニードル弁と、ニードル弁の閉弁圧力をコモンレールから導入する経路と、ニードル弁の閉弁圧力を低圧側に開放する経路と、これらの経路を選択的に開成する三方電磁弁と、インジェクタの燃料噴射を制御するべく三方電磁弁への通電をON-OFFする手段と、を備えるエンジンの蓄圧式燃料噴射装置において、コモンレールから高圧燃料をインジェクタのノズルへ供給する燃料通路の途中に減圧室を形成する一方、燃料噴射時に減圧室を開閉する手段と、インジェクタのニードル弁の閉弁圧力を低圧側へ開放する経路に介装される絞り弁と、コモンレールからインジェクタのノズルへ高圧燃料を供給する燃料通路と減圧室との間にインジェクタの絞り弁よりも少ない流量に絞る手段と、を設けたことを特徴とするエンジンの蓄圧式燃料噴射装置。
【請求項２】
エンジンで駆動される高圧ポンプと、気筒に配置されるインジェクタと、高圧ポンプからの高圧燃料を蓄えてインジェクタへ供給するコモンレールと、コモンレール内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように高圧ポンプを制御する手段と、インジェクタのノズルを開閉するニードル弁と、ニードル弁の閉弁圧力をコモンレールから導入する経路と、ニードル弁の閉弁圧力を低圧側に開放する経路と、これらの経路を選択的に開成する三方電磁弁と、インジェクタの燃料噴射を制御するべく三方電磁弁への通電をON-OFFする手段と、を備えるエンジンの蓄圧式燃料噴射装置において、コモンレールから高圧燃料をインジェクタのノズルへ供給する燃料通路の途中から低圧側への燃料戻し通路を分岐形成する一方、燃料噴射時に燃料戻し通路を開閉する手段と、インジェクタのニードル弁の閉弁圧力を低圧側へ開放する経路に介装される絞り弁と、コモンレールからインジェクタのノズルへ高圧燃料を供給する燃料通路と燃料戻し通路との間にインジェクタの絞り弁よりも少ない流量に絞る手段と、を設けたことを特徴とするエンジンの蓄圧式燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの蓄圧式燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃料噴射装置として、高圧燃料を蓄えて各インジェクタへ供給するコモンレール（蓄圧器）を設け、コモンレール内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように高圧ポンプを制御することにより、低速低負荷の運転領域においても高い燃料噴射圧を得られるようにしたものが知られている（特公平７ー１０９１８３号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この蓄圧方式では噴射圧の設定や噴射時期および噴射量の制御が容易に行えるが、噴射率の制御はなかなか難しい。高圧噴射の場合、黒煙などパティキュレートの低減効果は大きい反面、燃料噴射率の上昇に伴いＮＯｘの増加する傾向が見られ、高圧噴射を使いこなすには噴射率の制御が必要になる。従来方式では燃料噴射率を制御する上から、燃料を圧送する割合はカム形状で定義できるため、理想的な噴射波形を容易に得られる。
【０００４】
この発明はこのような問題点を着目してなされたもので、燃料噴射率の制御機能を備える蓄圧式燃料噴射装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンで駆動される高圧ポンプと、気筒に配置されるインジェクタと、高圧ポンプからの高圧燃料を蓄えてインジェクタへ供給するコモンレールと、コモンレール内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように高圧ポンプを制御する手段と、インジェクタのノズルを開閉するニードル弁と、ニードル弁の閉弁圧力をコモンレールから導入する経路と、ニードル弁の閉弁圧力を低圧側に開放する経路と、これらの経路を選択的に開成する三方電磁弁と、インジェクタの燃料噴射を制御するべく三方電磁弁への通電をON-OFFする手段と、を備えるエンジンの蓄圧式燃料噴射装置において、コモンレールから高圧燃料をインジェクタのノズルへ供給する燃料通路の途中に減圧室を形成する一方、燃料噴射時に減圧室を開閉する手段と、インジェクタのニードル弁の閉弁圧力を低圧側へ開放する経路に介装される絞り弁と、コモンレールからインジェクタのノズルへ高圧燃料を供給する燃料通路と減圧室との間にインジェクタの絞り弁よりも少ない流量に絞る手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００６】
第２の発明は、エンジンで駆動される高圧ポンプと、気筒に配置されるインジェクタと、高圧ポンプからの高圧燃料を蓄えてインジェクタへ供給するコモンレールと、コモンレール内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように高圧ポンプを制御する手段と、インジェクタのノズルを開閉するニードル弁と、ニードル弁の閉弁圧力をコモンレールから導入する経路と、ニードル弁の閉弁圧力を低圧側に開放する経路と、これらの経路を選択的に開成する三方電磁弁と、インジェクタの燃料噴射を制御するべく三方電磁弁への通電をON-OFFする手段と、を備えるエンジンの蓄圧式燃料噴射装置において、コモンレールから高圧燃料をインジェクタのノズルへ供給する燃料通路の途中から低圧側への燃料戻し通路を分岐形成する一方、燃料噴射時に燃料戻し通路を開閉する手段と、インジェクタのニードル弁の閉弁圧力を低圧側へ開放する経路に介装される絞り弁と、コモンレールからインジェクタのノズルへ高圧燃料を供給する燃料通路と燃料戻し通路との間にインジェクタの絞り弁よりも少ない流量に絞る手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１において、１はエンジンで駆動される高圧ポンプ、２は各気筒に配置されるインジェクタ、３は高圧ポンプ１からの高圧燃料を蓄圧して各インジエクタ２へ供給するコモンレールを表す。
【０００８】
高圧ポンプ１はカム４の回転に伴うプランジャ５の往復運動により、フィードポンプ６からの燃料を加圧し、その高圧燃料を逆止弁７を介してコモンレール３へと送り出す。ポンプ１の吐出側と吸入側を短絡する通路に制御バルブ８が介装され、バルブ８が開くとポンプ吐出量は吸入側へ戻される。
【０００９】
コモンレール３の高圧燃料は分岐通路１０を介してインジェクタ２へ供給され、インジェクタ２内部の燃料通路１１を介してノズル１２へ導かれる。ノズル１２を開閉するのがニードル弁１３で、ノズル１２の高圧燃料は後述するピストン１４への燃料圧力が戻し通路１５へ開放されると、ニードル弁１３をリフトしてノズル１２から燃焼室へ噴射される。
【００１０】
ニードル弁１３の後側にピストン１４が当接され、ピストン１４の後端への燃料通路１１（ニードル弁の閉弁圧力を導入する経路と）と戻し通路１５（ニードル弁の閉弁圧力を開放する経路）とを選択的に連通する三方電磁弁１６が設けられる。ピストン１４と三方電磁弁１５とを継ぐ通路に絞り弁１７と逆止弁１８が並列に介装され、三方電磁弁１６が通電のオンで燃料通路１１側へ切り替わると、燃料通路１１の高圧燃料が逆止弁１８を通してピストン１４の後端へ導入され、三方電磁弁１６が通電のオフで戻し通路１５側に切り替わると、ピストン１４の後端から燃料圧力が絞り弁１７の流量調整を受けながらタンク（低圧側）へと逃がされる。
【００１１】
コモンレール３とインジェクタ２を結ぶ分岐通路１０の途中に減圧弁２０が形成され、減圧弁２０を開閉するプランジャ２１と、プランジャ２１を閉じるスプリング２２と、スプリング２２に抗してプランジャ２１を開くソレノイド２３を備える。図示しないが、分岐通路１０と減圧室２０との連通路２４にインジェクタ２の絞り弁１７の調整流量よりも少ない通路流量に設定する絞り弁（絞り弁１７よりも少ない流量に絞る手段）が介装される。
【００１２】
ソレノイド２３への通電がオフのときは、スプリング２２の付勢力でプランジャ２１は減圧室２０に押圧され、分岐通路１０との連通路２４を閉じる一方、ソレノイド２３への通電がオンすると、プランジャ２１はソレノイド２３の励磁力で分岐通路１０との連通路２４を開いて減圧室２０を所定容積に拡張する。
【００１３】
高圧ポンプ１の制御バルブ８とインジェクタ２の三方電磁弁１６および減圧室２０のソレノイド２３を制御するのがコントロールユニット３０で、各気筒の噴射順序を決める基準気筒信号を検出する気筒判別センサ３１と、各気筒の適正な噴射時期を検出するクランク角センサ３２（エンジン回転速度を検出するエンジン回転センサとしても機能する）と、エンジンの負荷状態（アクセル開度）を検出するエンジン負荷センサ３３と、コモンレール３内部の燃料圧力を検出する圧力センサ３４などが設けられる。
【００１４】
コントロールユニット３０はこれらセンサ３１〜３４の検出信号などに基づいて、所定の噴射順序に従って適切な噴射時期に適正量の高圧燃料を燃焼室に噴射するように三方電磁弁１６を制御する一方、コモンレール３内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように制御バルブ８を開閉する。また、噴射開始時に減圧室２０を開いて噴射終了後、次回噴射時までに減圧室２０を閉じ状態に復帰させるようにソレノイド２３を制御する。
【００１５】
図２において、燃料噴射時はインジェクタ２の三方電磁弁１６が戻り通路１５側に切り替わると、ピストン１４の後端に懸かる燃料圧力が絞り弁１７を通してタンクへ逃がされるため、ノズル１２のニードル弁１３がリフトし、高圧燃料の噴射が開始される。
【００１６】
減圧室２０が作動しない場合は、ニードル弁１３のリフトは絞り弁１７の調整流量にのみ依存するため、急な立ち上がりになるが、三方電磁弁１６と同時に減圧室２０のソレノイド２３への通電がオンされると、その励磁力でプランジャ２１は分岐通路１０との連通路２４を開いて後退しながら、減圧室２０へ高圧燃料を導入する。
【００１７】
減圧室２０が所定容積に広がり切るまでは、減圧室２０が高圧燃料を吸収するので、その分だけノズル１２への燃料供給量が減少するから、ニードル弁１３のリフトは緩やかに立ち上がる。
【００１８】
インジェクタ２の三方電磁弁１６が燃料通路１１側に切り替わると、ピストン１４の後端へコモンレール３の高圧燃料が逆止弁１８を通して供給されるので、ニードル弁１３はピストン１４に押され、ノズル１２を閉じて高圧噴射を終了する。減圧室２０は三方電磁弁１６と同時にソレノイド２３への通電がオフされ、スプリング２２の付勢力で高圧燃料を押し出しながら前進するプランジャ２２により閉じられる。
【００１９】
このようにして、燃料初期の噴射率が下げられるため、高圧噴射に拠るパテキュレートの低減効果を確保しつつ、ＮＯｘの増加を抑制することができる。減圧室２０の作動タイミングを遅らせると、初期噴射率を高めに調整することも可能になる。
【００２０】
図３は他の実施形態を表すもので、インジェクタ２内部の燃料通路１１からタンクへの燃料戻し通路４０が分岐され、この通路４０を開閉する流量調整用の二方電磁弁４１が介装される。二方電磁弁４１は図２のように構成され、ソレノイド４２への通電がオフのときは、スプリング４３の付勢力で弁体４４は通路４０を閉じる一方、ソレノイド４２への通電がオンすると、弁体４４はソレノイド４２の励磁力でスプリング４３を圧縮しながら通路４０を開くようになっている。
【００２１】
弁体４４の中心部にシリンダ状の穴４５が形成され、この穴４５に摺動自由なガイド４６がハウジング側に固定される。穴４５はガイド４６で室４５ａに仕切られ、その室４５ａを弁体４４先端に開口するオリフィス４７が設けられ、ガイド４６の先端に弁体４４の開き位置でオリフィス４７を塞ぐ突起４６ａが形成される。
【００２２】
弁体４４が開閉すると、室４５ａはガイド４６で拡縮され、高圧燃料がオリフィス４７を出入りするため、このオリフィス径（調整流量）により、弁体４４の開閉速度は一気に開かないように規制される。弁体４４先端のニードル部４４ａで絞られる流量（二方電磁弁４１の調整流量）は、インジェクタ２の絞り弁１７の調整流量よりも少なく設定される。つまり、オリフィス４７の流量調整を受けながら開閉する弁体４４等により、インジェクタ２の絞り弁１７よりも少ない流量に絞る手段が構成されるのである。
【００２３】
図５に三方電磁弁１６の制御パルスと二方電磁弁４１の制御パルスと、ニードル弁１３のリフト特性を表す。三方電磁弁１６への通電は前記と同じく噴射開始時にオンされ、噴射終了時にオフされる。二方電磁弁４１への通電は噴射開始時にオンされ、初期噴射の終了時にオフされる。なお、図１と同じ部品に同じ符号を付ける。
【００２４】
二方電磁弁４１への通電がオンすると、ソレノイド４２の励磁力で弁体４４は開らかれ、二方電磁弁４１を通してインジェクタ２の燃料通路１１からタンクへと高圧燃料が流れるため、その分だけノズル１２への燃料供給量が減少するから、ニードル弁１３のリフトは緩やかな立ち上がる。
【００２５】
二方電磁弁４１への通電がオフすると、弁体４４はスプリング４３の付勢力で閉じられる。この場合、二方電磁弁４１は噴射終了時でなく、初期噴射の終了時に高圧燃料のリークを遮断するので、噴射後期の噴射圧はコモンレール３内部の燃料圧力に高められる。
【００２６】
インジェクタ２の絞り弁１７に拠る流量調整のみで初期噴射率を同程度に抑制するには、絞り弁１７のオリフィス径をさらに小さく設定することが必要になるが、そうするとパイロット噴射など微小量噴射を行う場合、ニードル弁１３の応答が鈍いため、微小量噴射を行うことが難しくなる。
【００２７】
この点、図１，図３の実施形態では、ノズル１２への高圧燃料を減圧室２０やタンクへ逃がすので、その流量分だけ絞り弁１７の調整流量を多めに設定し、図のようにパイロット噴射時は減圧室２０や二方電磁弁４１を作動せさないようにすると、ニードル弁１３の応答が高くなるため、適確な微小量噴射を行うことができる。
【００２８】
【発明の効果】
第１の発明によれば、エンジンで駆動される高圧ポンプと、気筒に配置されるインジェクタと、高圧ポンプからの高圧燃料を蓄えてインジェクタへ供給するコモンレールと、コモンレール内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように高圧ポンプを制御する手段と、インジェクタのノズルを開閉するニードル弁と、ニードル弁の閉弁圧力をコモンレールから導入する経路と、ニードル弁の閉弁圧力を低圧側に開放する経路と、これらの経路を選択的に開成する三方電磁弁と、インジェクタの燃料噴射を制御するべく三方電磁弁への通電をON-OFFする手段と、を備えるエンジンの蓄圧式燃料噴射装置において、コモンレールから高圧燃料をインジェクタのノズルへ供給する燃料通路の途中に減圧室を形成する一方、燃料噴射時に減圧室を開閉する手段と、インジェクタのニードル弁の閉弁圧力を低圧側へ開放する経路に介装される絞り弁と、コモンレールからインジェクタのノズルへ高圧燃料を供給する燃料通路と減圧室との間にインジェクタの絞り弁よりも少ない流量に絞る手段と、を設けたので、減圧室への流量分だけノズルへの燃料供給量が減少するため、燃焼初期の噴射率を適度に抑制することができる。
【００２９】
第２の発明によれば、エンジンで駆動される高圧ポンプと、気筒に配置されるインジェクタと、高圧ポンプからの高圧燃料を蓄えてインジェクタへ供給するコモンレールと、コモンレール内部の燃料圧力を一定の高圧に保つように高圧ポンプを制御する手段と、インジェクタのノズルを開閉するニードル弁と、ニードル弁の閉弁圧力をコモンレールから導入する経路と、ニードル弁の閉弁圧力を低圧側に開放する経路と、これらの経路を選択的に開成する三方電磁弁と、インジェクタの燃料噴射を制御するべく三方電磁弁への通電をON-OFFする手段と、を備えるエンジンの蓄圧式燃料噴射装置において、コモンレールから高圧燃料をインジェクタのノズルへ供給する燃料通路の途中から低圧側への燃料戻し通路を分岐形成する一方、燃料噴射時に燃料戻し通路を開閉する手段と、インジェクタのニードル弁の閉弁圧力を低圧側へ開放する経路に介装される絞り弁と、コモンレールからインジェクタのノズルへ高圧燃料を供給する燃料通路と燃料戻し通路との間にインジェクタの絞り弁よりも少ない流量に絞る手段と、を設けたので、燃料戻し通路の開き期間は、ノズルへと供給される高圧燃料の一部が低圧側へ逃がされるため、燃焼初期の噴射率を適度に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を表す構成図である。
【図２】同じく燃料噴射時の作動特性図である。
【図３】他の実施形態を表す構成図である。
【図４】同じく二方電磁弁の構成図である。
【図５】同じく燃料噴射時の作動特性図である。
【図６】パイロット燃料噴射時の作動特性図である。
【符号の説明】
１  高圧ポンプ
２  インジェクタ
３  コモンレール
８  制御バルブ
１０  分岐通路
１１  燃料通路
１２  ノズル
１３  ニードル弁
１４  ピストン
１５  燃料戻し通路
１６  三方電磁弁
１７  絞り弁
１８  逆止弁
２０  減圧室
２１  プランジャ
２２  スプリング
２３  ソレノイド
３０  コントロールユニット
４０  燃料戻し通路
４１  二方電磁弁
４２  ソレノイド
４３  スプリング
４４  弁体
４５ａ  室
４７  オリフィス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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