(57)【要約】【課題】油圧によって摺動するピストンを備えた燃料噴射弁において、圧力均衡装置で発生したデポジットによる噴射特性の悪化を防止できる燃料噴射弁の制御装置を提供する。【解決手段】摺動可能なピストンと、ピストンの一方の頂面側に設けられ燃料が流入する第１のチャンバと、ピストンの他方の頂面側に設けられ作動流体が流入する第２のチャンバと、を有する圧力均衡装置と、第２のチャンバに設けられる作動流体圧センサと、第２のチャンバに設けられる減圧弁と、を備えた燃料噴射弁の制御装置において、作動流体圧センサの出力に基づいて作動流体圧の変動を検出し、減圧弁を開弁してデポジットを排出する。【選択図】図４
2014234796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動可能なピストンと、前記ピストンの一方の頂面側に設けられ燃料が流入する第１のチャンバと、前記ピストンの他方の頂面側に設けられ作動流体が流入する第２のチャンバと、を有する圧力均衡装置と、
前記第２のチャンバに設けられる作動流体圧センサと、
前記第２のチャンバに設けられる減圧弁と、を備えた燃料噴射弁の制御装置において、
前記作動流体圧センサの出力に基づいて、作動流体圧の変動を検出する作動流体圧変動検出手段と、
前記作動流体圧変動検出手段によって作動流体圧の変動を検出した場合、前記減圧弁を開弁する減圧弁開弁手段と、
を備えることを特徴とする燃料噴射弁の制御装置。
【請求項２】
前記作動流体圧変動検出手段は、前記第２のチャンバに前記作動流体を供給するときに発生する作動流体圧の変動、または、前記燃料を噴射するときに発生する作動流体圧の変動の少なくとも１つを作動流体圧の変動として検出することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射弁の制御装置。
【請求項３】
前記作動流体は、液体燃料であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射弁の制御装置。
【請求項４】
前記燃料は、気体燃料であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁の制御装置。
【請求項５】
前記減圧弁開弁手段は、フェールカット中に前記減圧弁を開弁することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料噴射弁の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料噴射弁の制御装置に関し、より詳しくは、気体燃料及び液体燃料をそれぞれ噴射することができる燃料噴射弁の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、内燃機関において気体燃料及び液体燃料を噴射するために、それぞれの燃料の圧力を均衡させる装置である圧力均衡装置を備えている燃料噴射弁が開示されている。この圧力均衡装置は、気体燃料が流入する第１のチャンバ、液体燃料が流入する第２のチャンバ、そして第１のチャンバと第２のチャンバとの間に位置する摺動可能なピストンを備えている。
【０００３】
上記の圧力均衡装置では、液体燃料の流量を制御してピストンに加える圧力を変化させて、ピストンの位置を決定している。このように、液体燃料は、ピストンの作動油として用いられている。このため、ピストンの位置は一定の位置に保持される。この結果、気体燃料及び作動油の噴射圧力は、均衡に保たれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３０５１２号公報
【特許文献２】特開平１０−２２０３０３号公報
【特許文献３】特開２００７−１７０２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のピストンの摺動部分には、温度環境の変化、作動油組成の変化及び経時劣化により、デポジットが堆積することがある。デポジットが堆積すると、ピストンの摺動部分の摩擦力が増大する。この結果、ピストンの摺動に渋りが発生し、燃料噴射弁の噴射特性に悪影響を与える恐れがある。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、油圧によって摺動するピストンを備えた燃料噴射弁において、圧力均衡装置で発生したデポジットによる噴射特性の悪化を防止できる燃料噴射弁の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料噴射弁の制御装置であって、
摺動可能なピストンと、前記ピストンの一方の頂面側に設けられ燃料が流入する第１のチャンバと、前記ピストンの他方の頂面側に設けられ作動流体が流入する第２のチャンバと、を有する圧力均衡装置と、
前記第２のチャンバに設けられる作動流体圧センサと、
前記第２のチャンバに設けられる減圧弁と、を備えた燃料噴射弁の制御装置において、
前記作動流体圧センサの出力に基づいて、作動流体圧の変動を検出する作動流体圧変動検出手段と、
前記作動流体圧変動検出手段によって作動流体圧の変動を検出した場合、前記減圧弁を開弁する減圧弁開弁手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記作動流体圧変動検出手段は、前記第２のチャンバに前記作動流体を供給するときに発生する作動流体圧の変動、または、前記燃料を噴射するときに発生する作動流体圧の変動の少なくとも１つを作動流体圧の変動として検出することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記作動流体は、液体燃料であることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかにおいて、前記燃料は、気体燃料であることを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、前記減圧弁開弁手段は、フェールカット中に前記減圧弁を開弁することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、ピストンの摺動部分に発生したデポジットを圧力均衡装置の外部に排出することができる。このため、ピストンが摺動する際に発生する渋りを抑制することができる。この結果、デポジットの堆積による噴射特性への悪影響を予防することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、渋りの発生しやすいタイミングで作動流体圧の変動の検出を行うことで、効率的にデポジットの堆積を検出することができる。
【００１４】
第５の発明によれば、フェールカットを行うことで、減圧弁開弁時に外部に排出される燃料の量を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態のエンジンの燃料系統が備えている圧力均衡装置の概略構成図である。
【図２】圧力均衡装置におけるピストンが第２のチャンバ側に移動したことを表した図である。
【図３】正常時の圧力均衡装置における作動油圧の変化を示した図である。
【図４】デポジットが堆積しているときの圧力均衡装置におけるピストンの動きを表した図である。
【図５】デポジットが堆積しているときの圧力均衡装置におけるピストンの動きを表した図である。
【図６】ハンチングが発生している場合の作動油圧の変化を表した図である。
【図７】圧力均衡装置においてデポジットを排出する制御が行われている様子を示す図である。
【図８】実施の形態１において、ＥＣＵで実行されるデポジット排出ルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
［圧力均衡装置の構造］
本実施形態におけるエンジンの燃料系統は、２種類の燃料を供給するために、それぞれ独立した燃料系統を備えている。本実施形態におけるエンジンには、この２種類の燃料におけるそれぞれの噴射圧力の均衡を保つ目的で、圧力均衡装置が設けられている。以下、図１を用いて、この圧力均衡装置の構造の説明を行う。また、２種類の燃料の例として、一方の燃料を気体燃料として、もう一方の燃料を作動油として説明を行うが、各燃料はこれに限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本実施形態のエンジンの燃料系統が備えている圧力均衡装置の概略構成図である。図１に示す圧力均衡装置１０は、気体燃料が流入する第１のチャンバ１４、作動油が流入する第２のチャンバ２０、そして第１のチャンバ１４と第２のチャンバ２０との間に摺動可能に設けられるピストン１２から構成されている。
【００１８】
第１のチャンバ１４には、気体燃料タンクから気体燃料を流入させる気体燃料流入通路１７が接続されている。気体燃料流入通路１７には、気体燃料の流入量を調節する調圧弁１８が設けられている。第１のチャンバ１４には、燃料噴射弁へ気体燃料を供給する気体燃料供給通路１９が接続されている。第１のチャンバ１４の内部には、ピストン１２の頂面を付勢するための弾性体として、スプリング１６が設けられている。
【００１９】
第２のチャンバ２０には、作動油タンクから作動油を流入させる作動油流入通路２１が接続されている。作動油流入通路２１には、作動油を第２のチャンバ２０内に圧送するために、作動油ポンプ２２が設けられている。第２のチャンバ２０には、作動油を燃料噴射弁へ供給する作動油供給通路２３が接続されている。第２のチャンバ２０には、圧力均衡装置１０の外部に作動油を排出する作動油排出通路２８が接続されている。作動油排出通路２８には、作動油の排出量を調節するために減圧弁２４が設けられている。減圧弁２４は、通常は閉弁している。第２のチャンバ２０には、第２のチャンバ２０内の作動油の油圧（以下、作動油圧という。）を測定する作動油圧センサ２６が設けられている。
【００２０】
本実施形態のエンジンは、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）を備えている。ＥＣＵの入力側には、作動油圧センサ２６が電気的に接続されている。ＥＣＵは、作動油圧センサ２６の出力に基づいて、作動油圧を算出する。ＥＣＵの出力側には、作動油ポンプ２２が電気的に接続されている。ＥＣＵは、作動油ポンプ２２に信号を出力することで、作動油ポンプ２２を駆動する。これにより、第２のチャンバ２０に流入する作動油の流入量を調節している。ＥＣＵの出力側には、調圧弁１８が電気的に接続されている。ＥＣＵは、調圧弁１８の開度を調節して、第１のチャンバ１４に流入する気体燃料の圧力を調節している。ＥＣＵの出力側には、減圧弁２４が電気的に接続されている。ＥＣＵが減圧弁２４に信号を出力することで、減圧弁２４が開弁する。これにより、第２のチャンバ２０内の作動油が外部に排出される。
【００２１】
［圧力均衡装置におけるピストン位置の制御］
本実施形態の圧力均衡装置１０では、２種類の燃料それぞれの噴射圧力を均衡にするために、ピストン位置の制御が行われている。以下、圧力均衡装置１０におけるピストン位置の制御について、図１乃至図３を用いて説明する。
【００２２】
図１に示すピストン１２の位置は、スプリング１６をわずかに押している状態で保持されている。これは、作動油ポンプ２２から圧送される作動油の流入量が調節されて、第１のチャンバ１４における気体燃料の圧力と、第２のチャンバ２０における作動油圧とが均衡しているからである。
【００２３】
図２は、圧力均衡装置１０におけるピストン１２が第２のチャンバ２０側に移動したことを表した図である。図２に示すピストン１２の位置は、図１に示すピストン１２より第２のチャンバ２０側に移動している。これは、燃料噴射弁が作動油を消費して、第２のチャンバ２０の作動油の量が減少したからである。作動油の量の減少により、ピストン１２がスプリング１６から離れるとき作動油圧は低下する。作動油圧の低下後に再度燃料噴射が行われると、作動油ポンプ２２が駆動されて、第２のチャンバ２０に作動油が圧送される。これにより、第２のチャンバ２０側からのピストン１２を押す力が増加して、ピストン１２の位置が図１に示す位置に戻される。このようにして、ピストン１２が、圧力均衡装置１０の中央付近に保持されている。
【００２４】
図３は、正常時の圧力均衡装置１０における作動油圧の変化を示した図である。図３には、２回の燃料噴射後１回の作動油の圧送という行程が繰り返された場合の作動油圧の変化が示されている。図３にＸで示す期間は、作動油が第２のチャンバ２０に圧送されてから、１回目の燃料噴射が行われるまでの期間を示している。このＸで示す期間におけるピストン１２の位置は、図１に示すピストン１２の位置に対応している。また、図３にＹで示す期間は、１回目の燃料噴射が行われてから、作動油が第２のチャンバ２０に圧送されるまでの期間を示している。このＹで示す期間におけるピストン１２の位置は、図２に示すピストン１２の位置に対応している。
【００２５】
図３には、ＸからＹへ期間が切り替わるときに、作動油圧が減少する様子が示されている。これは、燃料噴射が行われ作動油が消費されることで、ピストン１２が第２のチャンバ２０側に移動してスプリング１６から離れるからである。これにより、ピストン１２が第２のチャンバ２０側にかける圧力が減少して、作動油圧が低くなる。
【００２６】
図３には、ＹからＸへ期間が切り替わるときに、作動油圧が上昇する様子が示されている。これは、２回目の燃料噴射の後に作動油が圧送されて作動油圧が上昇して、ピストン１２が第１のチャンバ１４側に移動してスプリング１６に当たるためである。これにより、ピストン１２が第２のチャンバ２０側にかける圧力が上昇して、作動油圧が高くなる。
【００２７】
このように、燃料噴射による作動油の消費と作動油ポンプ２２による作動油の圧送とが繰り返されて、ピストン位置が圧力均衡装置１０の中央付近の位置で保持されることで、気体燃料及び作動油の圧力が均衡に保たれる。このため、燃料噴射弁におけるそれぞれの燃料の噴射圧力が安定する。この結果、燃料噴射弁の噴射特性を良好に維持することができる。
【００２８】
［ピストン摺動部におけるデポジットの堆積］
ところで、圧力均衡装置１０におけるピストン１２の摺動部分には、温度環境の変化、作動油の組成の変化、そして作動油の経時劣化などにより、デポジットが発生する。このデポジットが堆積すると、ピストン１２の摺動部分における摩擦力が増大する。この結果、圧力均衡装置１０に悪影響を与えることが懸念される。以下、図４及び図５を用いて、デポジットの堆積による圧力均衡装置１０への悪影響について説明する。
【００２９】
図４は、デポジットが堆積しているときの圧力均衡装置１０におけるピストン１２の動きを表した図である。図４には、第２のチャンバ２０に作動油が圧送されて、ピストン１２が第２のチャンバ２０側から第１のチャンバ１４側へ移動するに際して、摩擦力が発生している様子が示されている。
【００３０】
図５は、デポジットが堆積しているときの圧力均衡装置１０におけるピストン１２の動きを表した図である。図５には、燃料噴射弁が作動油を消費して、ピストン１２が第１のチャンバ１４側から第２のチャンバ２０側へ移動するに際して、摩擦力が発生している様子が示されている。
【００３１】
図４及び図５において説明した摩擦力は、デポジットの堆積によってピストン１２がうける摺動抵抗に起因している。これらの摩擦力は、ピストン１２が滑らかに摺動することを妨げる作用、つまりピストン１２の摺動に渋りを発生させる。このピストン１２の渋りによって、それぞれの燃料における圧力均衡が適切に維持できなくなる恐れがある。この結果、燃料噴射弁の噴射特性に悪影響を与えることが懸念される。
【００３２】
次に、上記のピストン１２の渋りによって発生する作動油圧の短期間の変動（以下、ハンチングという。）について、図６を用いて説明する。
【００３３】
図６は、ハンチングが発生している場合の作動油圧の変化を表した図である。図６において、図３と同一の部分に関しては共通の符号を付してある。図６には、ハンチングの例がＺ１及びＺ２によって拡大して示されている。以下に、これらのハンチングについて詳述する。
【００３４】
図６にＺ１で示すハンチングは、燃料噴射直後に発生している。このハンチングは、燃料噴射直後に大きく下降して、その後正常時の値に戻っている。これは、燃料噴射弁が作動油を消費する際にピストン１２に渋りが発生していると、渋りによって発生する摩擦力の分第１のチャンバ１４側にピストン１２が力を受けて、作動油圧が低下することによる。図６にＺ１で示すハンチングは、図５に示すように、燃料噴射後、ピストン１２がスプリング１６から離れるように移動するときに発生する。
【００３５】
図６にＺ２で示すハンチングは、作動油の圧送直後に発生している。このハンチングは、作動油の圧送直後に上昇し、その後下降して、再び上昇している。これは、作動油ポンプ２２が作動油を圧送する際にピストン１２が渋って一旦作動油圧が上昇し、その後ピストン１２が滑りだすと作動油圧はそれぞれの燃料の噴射圧力が均衡するところまで下がり、スプリング１６に当たり再び上昇することによる。また、ピストン１２の渋りにより、ピストン１２の頂面がスプリング１６に当たるのが遅れる。このため、作動油の圧送後の作動油圧の上昇が、図３に示す正常時のものに比べて遅れている。図６にＺ２で示すハンチングは、図４に示すように、作動油の圧送後、ピストン１２がスプリング１６に向かって移動するときに発生する。
【００３６】
このように、ピストン１２に渋りが発生している際には、ハンチングが生じることがわかった。そこで、本実施形態の圧力均衡装置１０では、ハンチングが検出された場合、作動油排出通路２８からデポジットを排出する制御が行われる。以下、ハンチングの検出について説明する。
【００３７】
図６のＺ１及びＺ２に示すハンチングを、作動油圧センサ２６の出力値の短期間の変動から、ＥＣＵが検出する。ここで用いる作動油圧センサ２６の出力値は、燃料噴射直後及び作動油の圧送直後における値が好ましい。これは、ピストン１２が移動して摩擦力が発生するタイミングで作動油圧センサ２６の出力値を検出するためである。このように、ハンチングを検出することで、ピストン１２が移動する際に渋りが発生していることを把握することができる。
【００３８】
次に、上記のハンチングを検出した後に行われる、作動油排出通路２８からデポジットを排出する制御について、図７を用いて説明する。
【００３９】
図７は、圧力均衡装置１０においてデポジットを排出する制御が行われている様子を示す図である。図７に示す圧力均衡装置１０では、作動油ポンプ２２が停止しており、さらに、減圧弁２４が開弁している。これにより、第２のチャンバ２０内の作動油が作動油排出通路２８から排出される。この影響で、作動油圧が減少して、ピストン１２が第２のチャンバ２０側に大きく移動する。この結果、ピストン１２の摺動部分に堆積しているデポジットを作動油と共に作動油排出通路２８から排出することができる。
【００４０】
上記の制御により、ピストン１２の移動時に発生する渋りを抑制して、ピストン１２を圧力均衡装置１０の中央付近に安定して保持させることができる。このため、デポジットの堆積による噴射特性への悪影響を予防することができる。
【００４１】
次に、図６乃至図７において説明した、ハンチングの検出及びデポジットを排出する制御を行うための具体的な処理について、図８を用いて説明する。
【００４２】
［デポジット排出ルーチン］
図８は、実施の形態１において、ＥＣＵで実行されるデポジット排出ルーチンのフローチャートである。ＥＣＵは、本ルーチンを記憶するためのメモリーを有している。ＥＣＵは、記憶した本ルーチンを実行するためのプロセッサを有している。
【００４３】
本ルーチンでは、まず、作動油圧が所定値以上に変動しているか否かが判定される（Ｓ１００）。ここでいう所定値とは、図６におけるＺ１及びＺ２に示すようなハンチングを検出するために設定される値である。
【００４４】
Ｓ１００において、作動油圧が所定値より小さく変動していると判定された場合、本ルーチンは終了する。
【００４５】
一方、Ｓ１００において、作動油圧が所定値以上に変動していると判定された場合、フェールカット中か否かが判定される（Ｓ１０２）。フェールカット中ではないと判定された場合、フェールカットになるまで待機する（Ｓ１０４）。
【００４６】
Ｓ１０２においてフェールカット中であると判定された場合、または、Ｓ１０４において、フェールカットになるまで待機した場合、ＥＣＵは、減圧弁を開き所定時間待機する（Ｓ１０６）。これは、図７で説明したデポジットを排出する制御のことである。
【００４７】
次に、減圧弁を閉じてピストン位置が戻される（Ｓ１０８）。ここで、ピストン位置を戻すために、ＥＣＵが作動油ポンプ２２を駆動して、第２のチャンバ２０に作動油を圧送する。これにより第２のチャンバ２０側からピストン１２を押す力が発生し、ピストン１２が圧力均衡装置１０の中央付近に戻される。
【００４８】
本実施形態における圧力均衡装置１０では、２種類の燃料について、第１のチャンバ１４に流入する燃料を気体燃料として、第２のチャンバ２０に流入する燃料を作動油としたが、これに限定されるものではない。それぞれのチャンバには、気体燃料及び液体燃料のどちらも流入させることができる。
【００４９】
なお、ＥＣＵが、上記Ｓ１００を実行することにより前記第１の発明における「作動流体圧変動検出手段」が、上記Ｓ１０６を実行することにより前記第１の発明における「減圧弁開弁手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００５０】
１０  圧力均衡装置
１２  ピストン
１４  第１のチャンバ
１６  スプリング
１７  気体燃料流入通路
１８  調圧弁
１９  気体燃料供給通路
２０  第２のチャンバ
２１  作動油流入通路
２２  作動油ポンプ
２３  作動油供給通路
２４  減圧弁
２６  作動油圧センサ
２８  作動油排出通路
【図１】
2014234796.tif 000003
【図２】
2014234796.tif 000004
【図３】
2014234796.tif 000005
【図４】
2014234796.tif 000006
【図５】
2014234796.tif 000007
【図６】
2014234796.tif 000008
【図７】
2014234796.tif 000009
【図８】
2014234796.tif 000010