(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧燃料を蓄圧するコモンレール、このコモンレール内の燃料をエンジンの各気筒に噴射し、電気信号に応答して燃料噴射を断続する噴射ノズル、上記燃料が流入するポンプ室を有し、このポンプ室の燃料を上記コモンレールに向けて圧送し、上記コモンレール内の燃料を加圧する高圧供給ポンプ、上記ポンプ室と低圧燃料通路とを連通する通路に設けられ、開弁時に上記ポンプ室と上記低圧燃料通路とを連通させ、閉弁時に上記ポンプ室から上記コモンレールへ燃料を圧送させる電磁弁、上記ポンプ室の燃料の圧送可能行程期間の全期間において、上記電磁弁の全閉または全開を調整し上記高圧供給ポンプにおける上記コモンレールへの吐出量を制御して上記コモンレール内の燃料圧力を所定圧力に制御する制御手段、及び上記コモンレール内の燃料圧力を調整する圧力制御バルブを備えた燃料噴射装置。
【請求項２】
圧力制御バルブは、電磁式であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
圧力制御バルブは、機械式であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
コモンレールにこのコモンレール内の圧力を検出する圧力センサを設け、制御手段はこの圧力センサの出力信号が、エンジンの運転状態に応じて予め定められた値となる様に電磁弁の全閉期間と、全開期間、並びに圧力制御バルブの開閉を各々補正制御することを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
圧力制御バルブは、コモンレールと低圧通路側との間に設けられていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
圧力制御バルブは、コモンレールに直結されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジン等に使用されるコモンレールを有する高圧の燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種コモンレール式燃料噴射装置として、特公平７−１２２４２２号公報、特開昭６４−７３１６６号公報に記載されたものが公知である。
【０００３】
まず、特公平７−１２２４２２号公報に記載されたものでは、高圧ポンプとして、電磁弁による圧送ストローク制御が可能な可変吐出量ポンプを使用し、該ポンプのポンプ室の燃料の圧送可能行程期間中において、電磁弁を閉弁させ燃料をポンプ室からコモンレールへ圧送させ、所定時間、この電磁弁の閉弁を維持し、その圧送行程期間の途中において電磁弁を開弁させて燃料を低圧燃料通路へ流出させるようにして、コモンレール内の燃料圧力を所定圧力に制御するようにしたものである。
【０００４】
また、特開昭６４−７３１６６号公報に記載されたものでは、高圧ポンプとして、外開式電磁弁による圧送ストローク制御が可能な可変吐出量ポンプを使用し、該ポンプにおける圧送可能行程期間途中の所定時期に電磁弁を閉弁させ燃料をポンプ室からコモンレールへ圧送させ、この電磁弁の閉弁をポンプの圧送行程期間終了まで維持するようにし、上記電磁弁を閉弁させる通電タイミングを制御することにより、コモンレール内の燃料圧力を所定圧力に制御するようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来装置では、ポンプにおける燃料の圧送可能期間内においてポンプの圧送ストローク制御用の電磁弁の閉弁と開弁の期間を、コモンレール圧力とかエンジンの回転数、負荷状態に応じて制御しているため、電磁弁の制御電流の正確なオン、オフ制御が必要であり、その電磁弁の制御が極めて困難であるという問題点があった。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、ポンプの制御用電磁弁の通電制御を容易に行なえるようにした燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る燃料噴射装置は、加圧燃料を蓄圧するコモンレールと、このコモンレール内の燃料をエンジンの各気筒に噴射し、電気信号に応答して燃料噴射を断続する噴射ノズルと、燃料が流入するポンプ室を有し、このポンプ室の燃料を上記コモンレールに向けて圧送し、上記コモンレール内の燃料を加圧する高圧供給ポンプと、上記ポンプ室と低圧燃料通路とを連通する通路に設けられ、開弁時に上記ポンプ室と上記低圧燃料通路とを連通させ、閉弁時に上記ポンプ室から上記コモンレールへ燃料を圧送させる電磁弁と、上記ポンプ室の燃料の圧送可能行程期間の全期間において、上記電磁弁の全閉または全開を調整し上記高圧供給ポンプにおける上記コモンレールへの吐出量を制御して上記コモンレール内の燃料圧力を所定圧力に制御する制御手段と、上記コモンレールと上記低圧通路側との間に設けられ上記コモンレール内の燃料圧力を調整する圧力制御バルブとを備えたものである。
【０００８】
また、圧力制御バルブは、電磁式から構成されているものである。
【０００９】
また、圧力制御バルブは、機械式からなるものである。
【００１０】
また、コモンレールにこのコモンレール内の圧力を検出する圧力センサを設け、制御手段はこの圧力センサの出力信号が、エンジンの運転状態に応じて予め定められた値となる様に電磁弁の全閉期間と全開期間、並びに圧力制御バルブの開閉を各々補正制御するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この実施の形態１におけるコモンレール式の燃料噴射装置の概略構成図である。
【００１３】
まず、図１において、１は、エンジンで、４サイクルの４気筒ディーゼルエンジンである。２は、このエンンジン１の各気筒の燃焼室に各々配設された噴射ノズルである４個のインジェクタ、３はこれら各インンジェクタに各々設けられ、ＯＮ−ＯＦＦによりエンジンへの燃料の噴射を制御する噴射制御用電磁弁、４は、上記エンジンの各気筒共通の高圧蓄圧配管いわゆるコモンレールで、上記インジェクタ２に接続されており、噴射制御用電磁弁３が開いている間、コモンレール４内の燃料がインジェクタ２よりエンジン１に噴射される。５は上記コモンレール４へ所定圧の燃料を供給し得る供給配管、６はこの供給配管に設けられたチェックバルブである。
【００１４】
７は上記チェックバルブ６、供給配管５を介してコモンレール４へ高圧燃料を圧送し得る高圧供給ポンプで、以下（図２）に示すポンプのカム式駆動機構８によって駆動される。９はこのポンプに付設されたスピル制御電磁弁、１０は上記高圧供給ポンプ７に燃料を供給し得る低圧供給ポンプ、１１はこのポンプ１０に連通される燃料タンクである。
【００１５】
１２は、上記噴射制御用電磁弁３、スピル制御電磁弁９および後述する圧力制御バルブ１６を制御する電子制御ユニットで、エンジン回転数センサ１３、負荷センサ１４、およびコモンレール圧を検出する圧力センサ１５により、回転数と負荷の情報およびコモンレール圧が入力される。１６は、コモンレール４と燃料タンク１１との間に設けられた電磁式の圧力制御バルブで、コモンレール４内の燃料圧力を調整するものである。
【００１６】
すなわち、このコモンレール式の燃料噴射装置では、高圧コモンレールシステムを制御する電子制御ユニット１２には、各センサ１３、１４、１５によりエンジン回転数と負荷の情報およびコモンレール圧が入力される。
【００１７】
電子制御ユニット１２はコモンレール圧の負帰還制御を行ないながら、これらの信号より判断されるエンジン状態に応じて決定される最適の噴射時期、噴射量となるように噴射制御用電磁弁３に制御信号を出力すると共に、スピル制御電磁弁９並びに電磁式の圧力制御バルブ１６に制御信号を出力し、コモンレール圧を最適噴射圧となるように制御する。
【００１８】
たとえば、圧力１００Ｍｐａに蓄圧されたコモンレール４内の燃料の内、噴射制御用電磁弁３への制御パルスが発生する毎に、一定量の燃料が消費される。これを補って、常に一定の１００ＭＰａレベルにコモンレール圧を維持すべく、高圧供給ポンプ７は間欠的に消費量に対応した必要量だけをコモンレール４内に吐出する。この必要量は、噴射量や回転数により変化するため、スピル制御電磁弁９が作用し、高圧供給ポンプ７の吐出量を調整する。また、圧力制御バルブ１６を開閉して所定のコモンレール圧になるように調整される。かかる高圧の供給、維持、制御を行うためには、噴射装置の１作動サイクル、すなわち、１噴射毎に燃料の補充を各サイクルに同期して行うようにするため、高圧供給ポンプ７には、エンジンの燃焼回数だけ燃料の圧送を行なえる間欠型往復タイプのジャーク式ポンプを使用する。
【００１９】
次に図２を用いて高圧供給ポンプ７の詳細を説明する。
図２において、７０はポンプハウジングであり、下端にポンプ駆動機構８のカム室８０が形成されている。
７１は上記ポンプハウジング７０内に取り付けられたシリンダ、７２はこのシリンダ内に往復動かつ摺動自在に装着されたプランジャ、７３はこのプランジャの上端面とシリンダ７１の内周面とにより形成されたポンプ室、７４はこのポンプ室に連絡する連絡通路として上記チェックバルブ６に連通された吐出孔、７５は燃料溜まりで、導入管７６を介して低圧供給ポンプ１０によって低圧燃料が供給される。７７はこの燃料溜まり７５と上記スピル制御弁９とを連通する通路である。
【００２０】
７８は上記プランジャ７２の下端に連結された弁座、７９はこの弁座をカムフォロア８１に押し付けているプランジャスプリング、８２はこのカムフォロア８１に一体的に設けられたカムローラ、８３は、このカムローラに摺接するカムで、このカムの駆動軸８４はエンジン回転数の１／２回転数で回転するものであり、かつ、カム８３はその外周に均等に形成された４山形状を呈している。
【００２１】
従って、カム８３の駆動軸８４の回転によりカム８３が回転すると、カムローラ８２、カムフォロア８１および弁座７８を通じてプランジャ７２が往復駆動される。このプランジャ７２の往復ストロークはカム８３の高低差により決定される。従って、プランジャ７２がシリンダ７１内を往復動することにより、低圧側の燃料がポンプ室７３へ吸入され、その吸入された燃料は、以下に詳述するスピル制御電磁弁９の閉弁時に圧送され、開弁時には低圧側ヘリターンされる。
【００２２】
次にスピル制御電磁弁９について詳述する。
９１は上記シリンダ７１に形成された通路７７と連通する通路９２を有するボディ、９３はこのボディのポンプ室７３側に設けられた弁座、９４は電磁コイルで、リード線９５を介して通電される。９６はこの電磁コイルの通電による磁力により、スプリング９７の付勢力に抗して図２上方向へ吸引されるアマチュア、９８はこのアマチュアと一体的に連結された外開弁で、上記電磁コイル９４の消勢時にはスプリング９７の弾性力により図２の下方向に位置して、通路９２とポンプ室７３とを連通し、上記電磁コイル９４の付勢時（通電時）に外開弁９８が弁座９３に着座して通路９２とポンプ室７３との通路を遮断する。９９は上記外開弁９８の下方向の位置を決定する如くシリンダ７１に設けられたストッパで、上記電磁コイル９４の消勢時に外開弁９８の下端と当接して位置を規制しており、また、燃料が流通可能な如く貫通孔９９ａが複数形成されている。
【００２３】
このスピル制御電磁弁９は、所定のタイミングで通電されることにより、外開弁９８が弁座９３に着座してプランジャ７２の加圧開始時期を設定するプレストローク制御式の電磁弁である。
【００２４】
次に図３に示す高圧ポンプ７とポンプ駆動機構８との概略構成について説明する。
第３図において、８５はカム駆動軸８４に同軸的に取り付けられた回転円盤で、エンジン気筒数に対応する４個の突起（４山形状）を有する。
１８はこの突起に対向配置された電磁ピックアップであるカム角度センサで、上記突起８５がこのカム角度センサ１８の近傍を通過する毎に信号が電子制御ユニット１２に送られる。
８６はカム駆動軸８４に同軸的に取り付けられた気筒判別用の回転円盤で、１個のみの突起が形成されている。
１７はこの突起に対向配置された気筒判別センサで、ポンプ１回転につき１個の信号を発生し、電子制御ユニット１２に送られる。上記気筒判別センサ１７とカム角度センサ１８の信号とから電子制御ユニット１２はポンプのシリンダの下死点信号を判別入手する。
【００２５】
図３の構成のものでは、カム駆動軸８４の回転に伴って往復動されるプランジャ７２は、下降するときスピル制御電磁弁９が開いており、燃料タンク１１より低圧供給ポンプ１０、スピル制御電磁弁９を介してポンプ室７３内に燃料が導入され、上昇する際、プランジャ７２はポンプ室７３内の燃料を加圧しようとする。このときスピル制御電磁弁９が通電されていない場合、外開弁９８は開弁しており、ポンプ室７３内の燃料は燃料通路９２、７７、燃料溜まり７５、低圧通路７６を順次介して溢流する。
一方、スピル制御電磁弁９に制御パルスが送られ、スピル制御電磁弁９が通電されると、外開弁９８は弁座９３に着座し、閉塞される。
【００２６】
そのため、プランジャ７２によるポンプ室７３内の燃料加圧が開始され、ポンプ室７３内の燃料圧力がチェック弁６に背設されたスプリング６１の付勢力に打ち勝つと、吐出孔７４を介して圧送された燃料は弁体６２を押し開き、コモンレール４内へ吐出される。コモンレール４内の圧力は圧力センサ１５によって検出され、所定の圧力に調整するべく圧力制御バルブ１６が開または閉路される。
【００２７】
次に、図３および図４を用いて、本発明の実施の形態１の可変吐出量高圧ポンプを用いたコモンレール式燃料噴射装置の作動を説明する。
図４は本発明の実施の形態１のポンプ７の作動の様子をおよそポンプ１回転、即ち３６０°カム回転間にわたって示すタイムチャートである。
【００２８】
図４において、（Ａ）は図３の気筒判別センサ１７の信号、（Ｂ）はカム角度センサ１８の信号を示す。これら両センサ１７、１８の信号から電子制御ユニット１２はポンプ７のシリンダ７１の下死点信号を判別入手する。（Ｃ）はカム８３のリフト量を示し、カム駆動軸８４の１回転の間に、エンジン気筒数に対応する４回の圧送可能行程が行われる。（Ｄ）は電磁弁９への制御信号を示している。
【００２９】
カム８３が回転駆動され、カム角信号Ｃ１  から所定のタイミングＴ１  （あるいはカム角）で電子制御ユニット１２から電磁弁９へ制御信号が送られ、この制御信号は次のカム角信号Ｃ２  で遮断される。従って、電磁弁９へ制御信号が送られている間は、電磁弁９は閉弁しているので、この閉弁以後のカムリフトＨ１  の間にプランジャ７２によって加圧されたポンプ室７３内の燃料は図４に斜線で示す部分に対応してチェック弁６を経てコモンレール４内へ流入し、コモンレール４内に蓄圧される。同様に、次のカム角信号Ｃ３  からタイミングＴ１  経過後、電子制御ユニット１２から電磁弁９へ制御信号が送られ、この制御信号は次のカム角信号Ｃ４  で遮断される。
【００３０】
この様にこの実施の形態１のものでは、カム駆動軸８４の１回転の間に２回のポンプ圧送行程が行なわれ、しかも、そのポンプ圧送可能行程の全期間においてスピル制御電磁弁９を閉弁させてポンプ室７３内の燃料を加圧しコモンレール４内へ蓄圧させるようにしている。
【００３１】
なお、スピル制御電磁弁９への制御信号すなわち、スピル制御電磁弁９の閉弁を、エンジン回転数（回転数センサ１３にて検出）、エンジン負荷（負荷センサ１４にて検出）あるいはコモンレール圧（圧力センサ１５にて検出）に応じてカム駆動軸８４の１回転の間のポンプ圧送行程の回数（０〜４回）を制御すれば、目標とするコモンレール圧の生成・維持に必要な燃料の吐出量の制御ができ、所望のコモンレール圧を達成することができる。
つまり、カム角信号Ｃ１  〜Ｃ４  の発生から所定のタイミングＴ１  （あるいはカム角）毎に各々電子制御ユニット１２からスピル制御電磁弁９へ制御信号を送れば、カム駆動軸８４の１回転の間に４回のポンプ圧送行程が行なわれるので、燃料の吐出量は増加し、一方、カム角信号Ｃ１  〜Ｃ４  が発生しても、電子制御ユニット１２からスピル制御電磁弁９へ全く制御信号を送らなければ、スピル制御電磁弁９は通電されないため、ポンプ室７３内の燃料は低圧側へ戻され、加圧されないので、燃料の吐出量は低減する。
【００３２】
また、この実施の形態１のものでは、コモンレール４と低圧側の燃料タンク１１との間に電磁式の圧力制御バルブ１６を設けている。この圧力制御バルブ１６を図５を用いて詳細に説明する。
【００３３】
図５において、１９はコモンレール４と圧力制御バルブ１６との間を連通する連通管、２０は圧力制御バルブ１６と燃料タンク１２との間を連通する戻し管、２１は圧力制御バルブ１６のハウジング、２２，２３はこのハウジングに各々設けられた連通路で、連通路２２は連通管１９に、連通路２３は戻し管２０に各々接続されている。
【００３４】
２４は上記ハウジング２１に設けられたシリンダ部、２５はこのシリンダ部に移動可能に装着された可動弁体で、環状溝２５ａが形成されている。２６はこの可動弁体の頭部２５ｂとハウジング２１との間に装着された圧縮コイルスプリング、２７は上記ハウジング２１内に固着された電磁コイルで、消勢時には図５に示す如くスプリング２６が可動弁体２５を弾性力でシリンダ部２４の最下端に押し下げており、付勢時にはスプリング２６の弾性力に抗して可動弁体２５を上方へ吸引し、環状溝２５ａを介し、連通路２２と連通路２３とを連通する。
【００３５】
この連通路２２と連通路２３との連通により、コモンレール４内の燃料が連通管１９、連通路２２、環状溝２５ａ、連通路２３、戻し管２０を介して燃料タンク１１へ戻され、コモンレール４内の燃圧は低下する。一方、電磁コイル２７の消勢により、可動弁体２５がスプリング２６により押し下げられ、連通路２２と連通路２３との連通は可動弁体２５によって遮断され、コモンレール４内から燃料の低圧側への戻しは阻止される。
【００３６】
このようにこの実施の形態１のものでは、高圧ポンプ７の圧送可能行程の全期間に亘りスピル制御電磁弁９を閉弁（全閉）または開弁（全開）し、この閉弁または開弁をエンジン回転数、エンジン負荷、コモンレール圧に応じて制御すると共に、圧力制御バルブ１６の電磁コイル２７をエンジン回転数、エンジン負荷、コモンレール圧に応じて制御することにより、所望のコモンレール圧を達成するようにしている。
【００３７】
即ち、図６において、特性ａは目標コモンレール圧、特性ｂはインジェクタ２の噴射量、特性ｃは高圧ポンプ７による燃料の補充量、特性ｄ，ｅは圧力制御バルブ１６により制御されたコモンレール圧を各々示している。
まず、特性ｄのものでは、インジェクタ２の１回毎の噴射タイミングに応じて、高圧ポンプ７より燃料が補充され、その１回毎の補充に応じて、圧力制御バルブ１６の電磁コイル２７をを付勢して低圧側へ燃料を戻して燃圧を低下せしめるように制御するようにしたものである。この圧力制御バルブ１６を設けない場合、破線Ａの如くコモンレール圧が目標圧力に比して高くなるが、この実施の形態１の如く圧力制御バルブ１６を設けることにより、コモンレール４内の圧力を目標圧に近い特性に設定することができる。
【００３８】
また、特性ｅのものでは、インジェクタ２の２回の噴射タイミング毎、高圧ポンプ７の２回の燃料補充の毎に、圧力制御バルブ１６の電磁コイル２７を付勢してコモンレール４内の燃料を低圧側へ戻すことで、コモンレール圧を目標値に近づけるようにしたものである。この場合、圧力制御バルブ１６を設けない場合は破線Ｂの如くコモンレール圧は異常に高くなるが、圧力制御バルブ１６を設けることにより、より目標値に近づけることが可能となる。
更に、この実施の形態１のものでは、スピル制御電磁弁９への通電制御に関し、従来の公知のものより、煩雑な制御が不要となるので、極めて制御が簡単となる利点を有する。
【００３９】
実施の形態２．
なお、上記の実施の形態１では、圧力制御バルブとして電磁コイル２７を用いた電磁式を例示したが、電磁コイル２７を用いることなく、コモンレール４内の圧力が高くなるとスプリング等の弾性力に抗して弁体が開き、低圧側へ燃料を戻すことでコモンレール圧を低下させるように制御する機械式の圧力制御バルブでもよい。
【００４０】
実施の形態３．
また、上記の実施の形態１．２では、圧力制御バルブ１６をコモンレール４と連通した連通管１９を介して装着するものを例示したが、圧力制御バルブ１６をコモンレール４に直結してもよい。この実施の形態３のものでは、連通管１９が不要となる利点がある。
【００４１】
【発明の効果】
この発明によれば、加圧燃料を蓄圧するコモンレールと、このコモンレール内の燃料をエンジンの各気筒に噴射し、電気信号に応答して燃料噴射を継続する噴射ノズルと、燃料が流入するポンプ室を有しこのポンプ室の燃料をコモンレールに向けて圧送し、コモンレール内の燃料を加圧する高圧供給ポンプと、ポンプ室と低圧燃料通路とを連通する通路に設けられ、開弁時にポンプ室と低圧燃料通路とを連通させ閉弁時にポンプ室からコモンレールへ燃料を圧送させる電磁弁と、ポンプ室の燃料の圧送可能行程期間の全期間において電磁弁の全閉または全開を調整し上記高圧供給ポンプにおける上記コモンレールへの吐出量を制御してコモンレール内の燃料圧力を制御する制御手段と、コモンレール内の燃料圧力を調整する圧力制御バルブとを備えることにより、高圧供給ポンプの制御用電磁弁の通電制御を容易に行なえ、かつ、簡単な構成によりコモンレール圧を所定値に設定できるという効果を有する。また、電磁弁は、全開または全閉となるので、弁を閉じる時の衝撃エネルギーが少なく、耐久性が向上する。
【００４２】
また、圧力制御バルブを電磁式とすることにより、コモンレール圧をより正確に所定値に制御できる。
【００４３】
さらに、圧力制御バルブを機械式とすることにより、構成を簡単にできる効果を奏する。
【００４４】
また、コモンレールにこのコモンレール内の圧力を検出する圧力センサを設け、制御手段はこの圧力センサの出力信号が、エンジンの運転状態に応じて予め定められた値となる様に電磁弁の全閉期間と、全開期間、並びに圧力制御バルブの開閉を各々補正制御することにより、より正確な制御が可能となる。
【００４５】
さらにまた、圧力制御バルブをコモンレールと低圧通路との間に設けたので、圧力制御バルブの設置位置の自由度が増す効果を有する。
【００４６】
また、圧力制御バルブをコモンレールに直結したので、連通管等が不要となり構成を簡単にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における燃料噴射装置の概略構成である。
【図２】この発明の実施の形態１における高圧供給ポンプの断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１における高圧供給ポンプとポンプ駆動機構との概略構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１における高圧供給ポンプの動作を示すタイムチャートである。
【図５】この発明の実施の形態１における電磁式の圧力制御バルブの構成を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１における動作説明のための特性図である。
【符号の説明】
１  エンジン                    ２  インジェクタ
３  噴射制御用電磁弁            ４  コモンレール
５  供給配管                    ６  チェックバルブ
７  ７ａ  高圧供給ポンプ        ８  カム式駆動機構
９  スピル制御電磁弁            １０  低圧供給ポンプ
１１  燃料タンク                １２  電子制御ユニット
１３  エンジン回転数センサ      １４  負荷センサ
１５  圧力センサ                １６  圧力制御バルブ
１７  気筒判別センサ            １８  カム角度センサ
２５  可動弁体                  ２６  スプリング
２７  電磁コイル
【図１】
0003557871.tif 000002
【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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