(57)【要約】【課題】コモンレール噴射システムの▲１▼高圧サプライポンプ５に対しては、圧送中の脈圧低減と圧力制御の際の高圧燃料の逃し損失防止、▲２▼ＣＲ燃料インジェクタ９に対しては、燃料噴射を制御するノズルニードル弁背圧室流出通路からの高圧油素通り損失を低減する。【解決手段】▲１▼高圧サプライポンプ５に圧送ストロークを自己調節する可変ストローク構造を採用して圧力制御の際の高圧燃料の逃し損失を防止し、同時にプッシュロッド室のすきま容積最少位置に吐出弁を設けピストン形アキュムレータ機能、昇圧性能とレール７内の圧力変動に対する追従性とを高めて圧力変動を低減する。▲２▼ＣＲ燃料インジェクタ９には、噴射制御迅速化のために電磁弁にポペットバルブを採用し、同バルブ円筒形すべり面に高圧油のニードル弁背圧室への流入口を設けて、同バルブの揚程による可変流入口面積構造とし、揚程途中で閉口させて高圧油の素通り損失を低減する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射用燃料を高圧サプライポンプ（５）で高圧化してレール（７）に蓄え、その高圧燃料をレール（７）から各気筒のＣＲ燃料インジェクタ（９）に供給し、各ＣＲ燃料インジェクタ（９）で電磁弁（４０）によりノズルスプリング室（３１）へのその高圧燃料の供給通路（８）とノズルスプリング室（３１）から燃料タンク（１）への戻し通路との連通を制御してノズルニードル弁（３２）を開閉し、燃料噴射を制御するエンジンのコモンレール燃料噴射システムにおいて、
前記高圧サプライポンプ（５）は、カム（２１）の前進行程の際に、プランジャ（２４）をプッシュロッド（２２）により押上げてプランジャスプリング室（２６）内の燃料を加圧し流入弁（２７）を閉じ流出弁（２８）を開いてプッシュロッド室（２３）に送出すが、カム（２１）の後退行程の際に、プランジャスプリング（２５）によりプランジャ（２４）を押下げてプランジャスプリング室（２６）内を減圧し流出弁（２８）を閉じ流入弁（２７）を開いてプランジャスプリング室（２６）内に燃料を充填し、同時にプッシュロッド室（２３）内燃料を加圧し吐出弁（２９）を開き吐出通路（６）に圧送する。プッシュロッド室（２３）に吐出弁（２９）を装着し、さらにプッシュロッド（２２）とプランジャ（２４）とをプランジャスプリング室（２６）の燃料充填行程の際に離隔可能な構造にすることにより、エンジン運転時に、プランジャ（２４）を、カム（２１）の最大揚程位置からプランジャ（２４）に対するプランジャスプリング室（２６）側油圧荷重とプランジャスプリング（２５）の押下げ荷重との和がプッシュロッド室（２３）側油圧荷重に釣合う位置まで作動させるようにして、噴射量に対応して圧送ストロークを自己調節する可変ストローク形にし、またプッシュロッド室（２３）をピストン形アキュムレータにしたことを特徴とするコモンレール燃料噴射システム。
【請求項２】
カム（２１）揚程がゼロ時のプッシュロッド室（２３）内油圧を、全運転域における最低噴射圧付近に設定した際に、プランジャ（２４）の前後面の荷重が釣合うようにプランジャスプリング（２５）の初期変位を設定したことを特徴とする請求項１記載のコモンレール燃料噴射システム。
【請求項３】
全運転域における最高噴射圧に開弁圧力を設定した圧力制限弁（１１）を、または運転条件により開弁圧力を制御する圧力制御装置（１１）をレール（７）に取り付けたことを特徴とする請求項１記載のコモンレール燃料噴射システム。
【請求項４】
前記電磁弁（４０）は、非通電でポペットバルブ（４１）が着座の際にノズルスプリング室（３１）から盗み部（４２）を経由してソレノイド油室（４３）へ流出する流出口（４４）を閉じ高圧燃料供給通路（８）から盗み部（４２）を経由してノズルスプリング室（３１）へ流入する円筒形すべり面の流入口（４５）を開き、通電でポペットバルブ（４１）の揚程が最大位置に到達した際に流出口（４４）を開き流入口（４５）を閉じて、ノズルニードル弁（３２）の背圧を制御し、燃料噴射を制御する。その流入口（４５）をポペットバルブ（４１）の円筒形すべり面に設けてポペットバルブ（４１）の揚程による可変流入口面積構造とし、またポペットバルブ（４１）閉弁時の流入口軸方向すきま（４６）の最大値をポペットバルブ（４１）の最大揚程値より小さく選定したことを特徴とする請求項１記載のコモンレール燃料噴射システム。
【請求項５】
ＣＲ燃料インジェクタ（９）からの燃料噴射をカム（２１）の後退行程で実施することを特徴とする請求項１記載のコモンレール燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、噴射用燃料を高圧化してレールに蓄え、各気筒に設けられた電磁弁を付加したＣＲ燃料インジェクタで高圧噴射の開始及び終了を制御するようにしたディーゼルエンジンのコモンレール燃料噴射システムの作動油損失・油圧変動低減構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコモンレール燃料噴射システムにおいては、例えば特開平１０−１２２０２２号公報に示されるように、高圧サプライポンプは定容量形ポンプで、エンジン運転条件とレール内の油圧を検知し加圧室流入部に設けたポンプ（圧力）制御弁により加圧の際の燃料タンクへの流出量制御と、レールに設けた一方向弁（プレッシャリミッタ）による高圧燃料流出とにより油圧調節を実施しており、高圧燃料作動油の逃し損失が発生する。ＣＲ燃料インジェクタにおいては、ソレノイドコイルを励磁すると三方弁が上方へ付勢されてバルブシートが開口し、その開口中、高圧燃料作動油の素通り損失が発生する。
【０００３】
またカムの前進行程ならびに後退行程の連続繰返し作動の際に発生する脈圧とパイロット噴射ならびに主噴射の連続繰返し実施の際に次噴射特性に悪影響をおよぼす不具合圧力変動とを、それぞれ圧力調整弁とレール等内の高圧燃料の体積弾性とにより低減し、また噴射特性制御手段により対応している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、衆知のごとくエンジンの有害排出ガス対策に高圧化による燃料噴霧の微粒化と噴射率制御の自由度とに優れて有望視されている、コモンレール噴射システムの信頼性、単純化、小型化、コンパクト化、低コスト化、エンジン性能（燃料消費量低減、有害排気ガス低減）等の向上を勘案し、
【０００５】
▲１▼高圧サプライポンプに対しては、圧送中に発生する脈圧の自己調圧化、圧力制御の際に発生する高圧燃料の逃し損失防止、▲２▼レールに対しては、高圧燃料の自己調圧化、▲３▼ＣＲ燃料インジェクタに対しては、燃料噴射を制御するノズルニードル弁背圧室流出通路からの高圧油素通り損失低減を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係わる発明では、高圧サプライポンプはプランジャにレール内圧力に対応して圧送ストロークを自己調節する可変ストローク構造を採用する事により、ポンプ圧力制御弁または圧力制御装置を取付ける必要性を無くして圧力制御の際の高圧燃料の逃し損失を防止する。同時にプッシュロッド室にピストン形アキュムレータ機能を発揮させ、またプッシュロッド室すきま容積を少なくする位置に吐出弁を設けることにより昇圧性能とレール内の圧力変動に対する追従性とを高めて、圧力変動を低減する。
【０００７】
請求項２に係わる発明では、プランジャスプリングの初期変位を全エンジン運転域における最低噴射圧力でプランジャ前後面荷重が釣合うように設定し、レール内の全圧力変動の下限値を抑制する。
【０００８】
請求項３に係わる発明では、レールに取付けた圧力制限弁または圧力制御装置の開弁圧力を全運転域における最高噴射圧力に設定し、レール内の全圧力変動の上限値を抑制する。
【０００９】
電磁弁に、作動とニードル弁背圧制御とを迅速化するためと弁座の油密性と耐久性とに優れているために、ポペットバルブを採用しているが、請求項４に係わる発明では、高圧油をポペットバルブ弁座首元盗み部に流入させる流入口を同バルブ円筒形すべり面に設けて同バルブの揚程による可変流入口面積構造とし、またその流入口の開口時または閉口時の揚程長さを同バルブの最大揚程値より短く選定することにより、燃料噴射時に高圧油が盗み部から弁座を経由して燃料タンクへ流出する素通り損失を低減する。
【００１０】
請求項５に係わる発明では、燃料噴射をカムの後退行程で実施させることにより、プッシュロッド室のピストン形アキュムレータ機能とレール内高圧油の弾性とを利用して高圧油の油圧変動を低減し、またカム回転数の油圧変動におよぼす影響を低減する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例にもとずき模式図を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すディーゼルエンジンのコモンレール燃料噴射システム図である。
燃料タンク１内の燃料は流入通路２、低圧供給ポンプ３、燃料フィルタ４を経由してエンジン駆動の高圧サプライポンプ５によって吐出通路６からレール７に圧送される。レール７内の高圧燃料はそれぞれの高圧燃料供給通路８を経由してＣＲ燃料インジェクタ９に供給され、レール内の圧力センサ１２、エンジン回転数Ｎ、エンジン負荷（アクセル開度）Ｌとピストン上死点位置θ等の信号に基づき、コントロールユニット１３からの指令により、気筒毎の所定の噴射時期にＣＲ燃料インジェクタ９より燃焼室内に噴射される。それぞれのＣＲ燃料インジェクタ９からの戻し燃料は戻し通路１０を経由して燃料タンク１へ戻される。またレール７には最高圧力を制限する圧力制限弁１１または圧力制御装置１１を設け、戻し燃料は戻し通路１０を経由して燃料タンク１へ戻される。
【００１２】
図２は高圧サプライポンプ５の作動説明図で、図２（ａ）と図２（ｂ）の作動を連続して繰り返す。高圧サプライポンプ５は、カム２１の前進行程（プランジャスプリング室２６の燃料送出し行程）の際に、図２（ａ）に示すように、ローラ仕組と一体で作動するプッシュロッド２２によりプランジャ２４を押上げてプランジャスプリング室２６内の燃料を加圧し、流入弁２７を閉じ流出弁２８を開いてプッシュロッド室２３に送出し、さらに一部を吐出弁２９を開いて吐出通路６からレール７へ送出す。
【００１３】
またカム２１の後退行程（プランジャスプリング室２６の燃料充填行程）の際には、図２（ｂ）に示すように、プランジャスプリング２５によりプランジャ２４を押し下げてプランジャスプリング室２６内を減圧し流出弁２８を閉じ流入弁２７を開いてプランジャスプリング室２６内に燃料を充填し、同時にプッシュロッド室２３内燃料を加圧し、吐出弁２９を開き、吐出通路６からレール７へ圧送する。
【００１４】
プランジャ２４とプッシュロッド２２とは離隔可能な別体構造であるため、プランジャ２４はプランジャ２４に対するプランジャスプリング室２６側油圧荷重とプランジャスプリング２５の押下げ荷重との和がプッシュロッド室２３側油圧荷重に釣合う位置で後退を止めるが、プッシュロッド２２はプランジャ２４より離れカム２１の揚程ゼロ位置まで引続き後退する。
【００１５】
図３はＣＲ燃料インジェクタ９の作動説明図、図４は図３の電磁弁ポペットバルブ４１部を拡大した作動説明図である。図３（ａ）、図４（ａ）は無噴射行程の説明図である。電磁弁４０のコイル４７への電流を遮断すると、ポペットバルブ４１はソレノイドスプリング４８に押し下げられ、当初閉じていた盗み部４２のスプール部流入口４５を開く。つぎにポペットバルブボディ４９に着座し、流出口４４を閉ざす。レール７内の高圧油は高圧燃料供給通路８、スプール部流入口４５と燃料通路５０を経由してニードル弁３２の背圧室であるノズルスプリング室３１に流入し、そのニードル弁３２の背圧荷重とノズルスプリング３０の押し下げ荷重とでニードル弁３２を押し下げて閉弁し、墳口３４からの噴射を止める。
【００１６】
図３（ｂ）、図４（ｂ）は噴射行程の説明図である。コイル４７へ通電すると、ポペットバルブ４１は、軸上下両端が等圧で軸方向油圧荷重差は極めて小さいので、コイル４７に吸引されてソレノイドスプリング４８の押し下げ荷重に抗して迅速に揚程し、流出口４４を開く。そのためノズルスプリング室３１の高圧油は燃料通路５０、流出口４４と戻し通路１０とを順に経由して燃料タンク１へ流出する。ポペットバルブ４１の揚程当初に高圧油は高圧燃料供給通路８、スプール部流入口４５と流出口４４とを経由して戻し通路１０へ流出するが、揚程するにつれスプール部流入口４５は急速に閉じ、その流出を止める。ニードル弁３２は背圧急減によりノズル油溜室３５の油圧押上荷重により瞬時に押上げられて開弁する。その結果、高圧燃料供給通路８からノズル油溜室３５を経由して来た高圧油は墳口３４より噴射される。
【００１７】
近年、実測が極めて困難な噴射装置の噴射特性ならびに作動状況を計算で精度良く予測できるようになった。図５，６と７は運転時のそれらの計算例である。図５は高圧サプライポンプ５のプランジャ２４とカム２１の揚程状況を示す。カム２１の突出部は等間隔に２個所、供試機関は４サイクル機関で、クランク軸２回転毎にカム２１が１回転し、高圧油が２回圧送されるとした場合である。図中の記号は上から下に向かって、−、＋は電磁弁への通電状況でそれぞれ非通電、通電を示し、記号Ｂを結ぶ実線はプランジャ２４の、記号Ｈを結ぶ点線はカム２１の１０度回転毎の揚程推移を示す。
【００１８】
図５の上段（ａ）はアイドリングの運転条件で噴射量が少なく、図５の下段（ｂ）は定格運転条件で噴射量が多い。それらの実線の揚程範囲は点線の揚程範囲より狭く、また上段の実線の揚程範囲は下段の実線の揚程範囲より短いので、噴射量に対応して、プランジャ２４の圧送ストロークが適切に自己調節されているのが分かる。またカム２１の前進行程の途中から記号ＢがＨと重なりＨのみで表されてプランジャ２４がプッシュロッド２２で押上げられているのが分かり、カム２１の後退行程の途中から記号ＨのみからＢとＨとに分かれプランジャ２４が前後面荷重平衡に近ずくにつれ適切にプッシュロッド２２と離隔していくのが分かる。
【００１９】
図６は定格運転時の噴射特性を示す。縦軸は、上から下に向かって、通電状況（−が非通電、＋が通電），ノズル油溜室３５内圧力（記号はＯ）、ノズルサック３３内圧力（記号はＳ）、ノズルニードル弁３２の揚程（記号はＮ）、噴射率（記号はＱ）である。横軸はカム２１の０．５度回転毎の経過時間と累積回転角度を示す。図５は主噴射の前にパイロット噴射をさせた場合の例で、パイロット噴射をさせた要領で主噴射の前後に自在に多次噴射をさせることもできる。またノズル油溜室３５内圧力と比較するとノズルサック３３内圧力は低いが、ノズル噴口３４の数、墳口径の再選定により容易に高めることができる。
【００２０】
図７は供試コモンレール燃料噴射システムの噴射量特性例で、縦軸が１サイクル当りの主噴射量（ｍｍ３／ｃｙｃｌｅ）、横軸が主噴射時の通電時間長さ（ｍｓ）である。通常の運転条件では、レール７に装着した圧力制御装置１１の開弁圧力とノズルの揚程制限長さは制御せず、一定である。この運転条件では、図６例を手がかりにして、アイドリング運転条件の主噴射特性が方形波状変化を示すようにノズル揚程制限長さ等を始めに選定すると、全運転域で図７に示すように主噴射量はおおよそエンジン回転数に関係なく通電時間長さで決まり、エンジン制御が容易かつ高精度にできる。
【００２１】
なお燃料噴霧の微粒化向上にはレール７内高圧油を適切に加熱（電気加熱，エンジンオイル熱，排気ガス熱利用等）し運転条件により油温を制御する方法も効果的である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２３】
請求項１に係わる発明によれば、▲１▼高圧サプライポンプは噴射量に対応してプランジャの圧送ストロークが自己調節される自動可変容量形ポンプであり、送油量調節時の作動油損失を無くする事ができる。
【００２４】
▲２▼プッシュロッド室のすきま容積を最少とする位置に吐出弁を設けてあるので、高圧サプライポンプを作動時のプッシュロッド室の昇圧性が高く、通常のエンジン始動時間内でレール内圧力を所要の圧力に昇圧できる。
【００２５】
▲３▼プッシュロッド室のピストン形アキュムレータ作用により吐出弁以降のシステム内油圧変動に対する追従性を良くし、またその変動を低減できる。
【００２６】
▲４▼高圧サプライポンプは列形または星形の多筒化、カムの突起の複数化が可能で、小形、コンパクトに大容量化できる。
【００２７】
請求項２に係わる発明によれば、噴射圧力をピストン形アキュムレータ作用の最低作動圧力と最高作動圧力との間に制約できる。
【００２８】
請求項３に係わる発明によれば、噴射圧力をピストン形アキュムレータ作用の最低作動圧力とレールに装着した圧力制限弁または圧力制御装置の開弁圧力との間に制約できる。またシステム内の圧力上限値を規制できる。
【００２９】
請求項４に係わる発明によれば、電磁弁作動時に発生する高圧油の素通り損失を低減してコモンレール燃料噴射システムの所要駆動動力を低減して燃料消費率を低減し、またニードル弁背圧制御を強力かつ迅速にできるので噴射量を安定して低噴射量領域まで制御できる。
【００３０】
請求項５に係わる発明によれば、燃料噴射に対するカム回転数の影響を少なくできる。
【００３１】
上記の相乗効果により、不整噴射が極めて小さく、噴射量と通電時間長さとの関係もエンジン回転数に関係なくおおよそ直線的関係を示し、全運転域で噴射時期ならびに噴射量の制御の簡易化、高精度化を図ることができる。また本構造は小形エンジンから大形エンジンまで広く適用でき汎用性が大きい。さらに本構造は簡単で容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すディーゼルエンジンのコモンレール燃料噴射システム図である。
【図２】高圧サプライポンプの作動説明用模式図である。
【図３】ＣＲ燃料インジェクタの作動説明図である。
【図４】電磁弁ポペットバルブ部の作動説明図である。
【図５】高圧サプライポンプのプランジャとカムの作動状況を示す。
【図６】定格運転時の噴射特性（通電状況、ノズルサック内の圧力、ノズルニードル弁の揚程、噴射率）を示す。
【図７】供試コモンレール燃料噴射システムの噴射量特性（−サイクルの主噴射量と主噴射時の通電時間長さとの関係線図）例を示す。
【符号の説明】
１  燃料タンク
２  流入通路
３  低圧供給ポンプ
４  燃料フィルタ
５  高圧サプライポンプ
６  吐出通路
７    レール
８    高圧燃料供給通路
９    ＣＲ燃料インジェクタ
１０  戻し通路
１１  圧力制限弁、圧力制御装置
１２  圧力センサ
１３  コントロールユニット
２１  カム
２２  プッシュロッド
２３  プッシュロッド室
２４  プランジャ
２５  プランジャスプリング
２６  プランジャスプリング室
２７  流入弁
２８  流出弁
２９  吐出弁
３０  ノズルスプリング
３１  ノズルスプリング室
３２  ノズルニードル弁
３３  ノズルサック
３４  噴口
３５  ノズル油溜室
４０  電磁弁
４１  ポペットバルブ
４２  盗み部
４３  ソレノイド油室
４４  流出口
４５  流入口
４６  流入口軸方向すきま
４７  コイル
４８  ソレノイドスプリング
４９  ポペットバルブボディ
５０  燃料通路
【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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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年11月28日(2002.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004156574.tif 000010