(57)【要約】【課題】気筒間における燃料噴射量のばらつきを抑えることが可能な燃料噴射装置を提供する。【解決手段】高圧燃料流路４と気筒毎の燃料噴射弁５のそれぞれの流路開閉部５ａとの間に、高圧燃料流路４から流路開閉部５ａへの燃料の通過を許容する第１の逆止弁１１と、流路開閉部５ａから高圧燃料流路４への燃料の通過を許容する第２の逆止弁１２とを設け、逆止弁１１、１２と流路開閉部５ａとの間には燃料を蓄える容積室１３を設ける。第１の逆止弁１１の開弁差圧を第２の逆止弁１２の開弁差圧よりも小さく設定し、かつ、第２の逆止弁１２の開弁差圧は、いずれか一つ燃料噴射弁５から燃料を低圧かつ少量噴射したときに生じる高圧燃料流路４の圧力降下量よりも大きく、かつ、その燃料噴射弁５から燃料を高圧かつ多量に噴射したときの高圧燃料流路４の圧力降下量よりも小さく設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力調整機構を備えた高圧ポンプから吐出される燃料を気筒間で共用される燃料流路を介して気筒毎の燃料噴射弁のそれぞれに分配する構成を有し、前記燃料噴射弁からの燃料噴射量が少量域に設定される場合には前記燃料の噴射圧が低圧域に設定され、前記燃料噴射量が多量域に設定される場合には前記燃料の噴射圧が高圧域に設定されるように前記圧力調整機構を操作しつつ、各燃料噴射弁に設けられた流路開閉部を開閉操作して前記燃料噴射弁から燃料を噴射させる燃料噴射装置において、
前記燃料流路と前記燃料噴射弁のそれぞれの流路開閉部との間には、前記燃料流路から前記流路開閉部への燃料の通過を許容し、前記流路開閉部から前記燃料流路への燃料の流れを阻止する第１の逆止弁と、前記流路開閉部から前記燃料流路への燃料の通過を許容し、前記燃料流路から前記流路開閉部への燃料の流れを阻止する第２の逆止弁と、前記第１の逆止弁及び前記第２の逆止弁と前記流路開閉部との間にて燃料を蓄える容積室と、が設けられ、
前記第１の逆止弁の開弁差圧が前記第２の逆止弁の開弁差圧よりも小さく設定され、
前記第２の逆止弁の開弁差圧は、いずれか一つの気筒の燃料噴射弁から燃料を前記少量域で噴射したときに生じる前記燃料流路の圧力降下量よりも大きく、かつ、前記一つの気筒の燃料噴射弁から燃料を前記多量域で噴射したときの前記燃料流路の圧力降下量よりも小さく設定されている、
ことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
複数の気筒に燃料が噴射される毎に前記高圧ポンプから前記燃料流路へ燃料が１回圧送されるように前記高圧ポンプの吐出周期が設定されてい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】
前記燃料噴射装置が適用される機関の運転停止に伴う前記容積室の圧力上昇に対して前記第２の逆止弁が開弁するように前記第２の逆止弁の開弁差圧が設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力調整機構を備えた高圧ポンプから吐出される燃料を気筒毎の燃料噴射弁から噴射させる燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料噴射装置として、燃料タンクの燃料を低圧電動ポンプでフィード圧まで加圧し、その燃料を内燃機関にて駆動される高圧ポンプでさらに加圧してコモンレールに供給し、そのコモンレールと接続された気筒毎の燃料噴射弁の開閉操作により燃料を噴射するようにした装置が実用に供されている。この種の燃料噴射装置では、高圧ポンプに圧力調整機構を付加し、燃料噴射弁から噴射すべき燃料量が少ないときはコモンレール内の燃料圧力を低圧域に制御し、燃料量が多いときはコモンレール内の燃料圧力を高圧域に制御することにより、噴射量のダイナミックレンジを拡大している。なお、本願発明に関連する先行技術文献としては特許文献１〜５が存在する。
【特許文献１】特開２００１−１４０７３３号公報
【特許文献２】特開平９−１８４４６０号公報
【特許文献３】特開２００１−８２２８２号公報
【特許文献４】特開平８−１８９４４５号公報
【特許文献５】特開平１１−１８２３８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した従来の燃料噴射装置において、高圧ポンプからコモンレールの燃料の圧送を複数の気筒（例えば２つの気筒）への燃料噴射に対して１回に制限することがある。このようなポンプ動作を行った場合、燃料圧送後の最初の気筒に対する燃料噴射でコモンレール内の圧力が低下し、気筒間で燃料の噴射圧が異なってしまう。このため、特に低圧少量噴射時には気筒間で燃料噴射量にばらつきが生じる。このような問題点に対する解決策として、各気筒に対する燃料の噴射毎に高圧ポンプからコモンレールに燃料を圧送する方法が取られることがある。しかし、高圧ポンプの動作限界により、そのような高頻度でポンプを動作させることが困難な場合がある。また、コモンレールの容積を拡大して燃料圧力の低下を抑える対策も取られることがあるが、容積の拡大に伴ってコモンレール内の燃料圧力の昇圧速度が低下し、燃料圧力の応答性が悪化するおそれがある。上述した特許文献１〜５の燃料噴射装置は、このような問題に対して有効な解決策を備えていない。
【０００４】
本発明は、従来とは異なる手段により、低圧少量噴射時における気筒間の燃料噴射量のばらつきを抑えることが可能な燃料噴射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】
【０００５】
本発明は、圧力調整機構を備えた高圧ポンプから吐出される燃料を気筒間で共用される燃料流路を介して気筒毎の燃料噴射弁のそれぞれに分配する構成を有し、前記燃料噴射弁からの燃料噴射量が少量域に設定される場合には前記燃料の噴射圧が低圧域に設定され、前記燃料噴射量が多量域に設定される場合には前記燃料の噴射圧が高圧域に設定されるように前記圧力調整機構を操作しつつ、各燃料噴射弁に設けられた流路開閉部を開閉操作して前記燃料噴射弁から燃料を噴射させる燃料噴射装置において、前記燃料流路と前記燃料噴射弁のそれぞれの流路開閉部との間には、前記燃料流路から前記流路開閉部への燃料の通過を許容し、前記流路開閉部から前記燃料流路への燃料の流れを阻止する第１の逆止弁と、前記流路開閉部から前記燃料流路への燃料の通過を許容し、前記燃料流路から前記流路開閉部への燃料の流れを阻止する第２の逆止弁と、前記第１の逆止弁及び前記第２の逆止弁と前記流路開閉部との間にて燃料を蓄える容積室と、が設けられ、前記第１の逆止弁の開弁差圧が前記第２の逆止弁の開弁差圧よりも小さく設定され、前記第２の逆止弁の開弁差圧は、いずれか一つの気筒の燃料噴射弁から燃料を前記少量域で噴射したときに生じる前記燃料流路の圧力降下量よりも大きく、かつ、前記一つの気筒の燃料噴射弁から燃料を前記多量域で噴射したときの前記燃料流路の圧力降下量よりも小さく設定されることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００６】
本発明の燃料噴射装置によれば、高圧ポンプから燃料流路に燃料を送り出すことにより、その燃料圧力でそれぞれの燃料噴射弁に対応する第１の逆止弁が開いて各容積室に燃料圧力が蓄えられる。この状態でいずれかの一つの気筒の燃料噴射弁から燃料を噴射すると、その燃料噴射量に応じて燃料流路の圧力が低下する。このとき、燃料噴射量が少量域に設定された場合には燃料流路の圧力降下量が第２の逆止弁の開弁差圧よりも小さい範囲に止まるので、第２の逆止弁は開弁しない。このため、燃料噴射を実行した燃料噴射弁以外の燃料噴射弁と接続された容積室には当初の圧力が保持される。従って、次の気筒に対する燃料噴射までに高圧ポンプから圧力が供給されなくても、次の気筒の燃料噴射弁からは容積室の圧力を利用して適切な噴射圧で適量の燃料を噴射させることができる。これにより、噴射圧が低圧で燃料噴射量が少量域に設定されているときの気筒間における燃料噴射量のばらつきが抑えられる。一方、燃料噴射量が多量域に設定された場合には、いずれか一つの気筒に対する燃料噴射に伴う燃料流路の圧力降下量が第２の逆止弁の開弁差圧よりも大きくなる。その結果、他の燃料噴射弁に対応する容積室に蓄えられていた燃料の圧力が燃料噴射を実施する燃料噴射弁に作用し、噴射圧の低下が防がれる。つまり、高圧多量噴射時においては、全ての容積室の圧力を利用して各気筒に対する燃料噴射を実施することができる。これにより、高圧多量噴射時における燃料噴射量の気筒間におけるばらつきが悪化することもない。
【０００７】
本発明の燃料噴射装置の一形態においては、複数の気筒に燃料が噴射される毎に前記高圧ポンプから前記燃料流路へ燃料が１回圧送されるように前記高圧ポンプの吐出周期が設定されてもよい（請求項２）。このように高圧ポンプの吐出周期を設定しても、上記のように各気筒に対する燃料噴射時の噴射圧が同等に保持される。
【０００８】
さらに、本発明の燃料噴射装置の一形態においては、前記燃料噴射装置が適用される機関の運転停止に伴う前記容積室の圧力上昇に対して前記第２の逆止弁が開弁するように前記第２の逆止弁の開弁差圧が設定されてもよい（請求項３）。この形態によれば、機関停止後において、容積室の燃料圧力が過度に上昇するおそれを排除することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上に説明したように、本発明の燃料噴射装置によれば、燃料噴射弁から低圧で少量の燃料を噴射する際には他の燃料噴射弁に対応する第２の逆止弁と閉じて容積室内に燃料圧力を保持しているので、いずれかの気筒への燃料噴射に伴って気筒間で共用される燃料流路の圧力が低下しても他の気筒に対しては適正な圧力で燃料を噴射させることができ、それにより気筒間における燃料噴射量のばらつきを抑えることができる。一方、燃料噴射弁から高圧で多量の燃料を噴射する際には第２の逆止弁を開弁させることにより全ての容積室の圧力を利用して各気筒に対する燃料噴射を実施し、それにより、燃料噴射量の気筒間におけるばらつきを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の燃料噴射装置を４気筒の筒内噴射式内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ。）に適用した一形態を示している。但し、エンジンの図示は省略した。燃料噴射装置１は、燃料タンク２に蓄えられた燃料を加圧して送り出す燃料供給装置３と、その燃料供給装置３から送り出された燃料が導かれる高圧燃料流路４と、その高圧燃料流路４から分配される燃料を気筒内に噴射するための燃料噴射弁５とを備えている。高圧燃料流路４は気筒間で共用される。燃料噴射弁５は気筒毎に１つずつ設けられている。なお、図１では燃料噴射弁５に気筒番号＃１〜＃４を付して気筒との対応関係を示している。なお、高圧燃料流路４は各燃料噴射弁５に対して燃料を分配できるものであればよく、その容積は従来型の燃料噴射装置に設けられているコモンレールの容積よりも小さくてよい。
【００１１】
燃料供給装置３は、燃料タンク２の燃料を汲み上げてフィード圧まで加圧し、これを低圧燃料流路７に送り出す低圧ポンプ６と、低圧燃料流路７の燃料をさらに加圧して高圧燃料流路４に送り出す高圧ポンプ８とを備えている。低圧ポンプ６は電動モータにより一定速度で駆動される。一方、高圧ポンプ８は、エンジンの駆動軸（クランク軸）から取り出される回転運動を利用して機械的に駆動される。一例として、高圧ポンプ８は、エンジンの駆動軸の回転運動をカム機構によってプランジャの往復運動に変換し、そのプランジャの往復運動を利用して燃料の吸入動作と押し出し動作とを繰り返すプランジャ型ポンプとして構成される。高圧ポンプ８の燃料の吐出周期は、燃料噴射弁５からの２つの気筒への燃料噴射に対して燃料の吐出が１回行われるように設定されている。高圧ポンプ８は圧力調整機構８ａを備えている。一例として、圧力調整機構８ａは、低圧燃料流路７から高圧ポンプ８の内部に燃料を取り込むための流路の絞り量を変化させることにより、高圧ポンプ８から吐出される燃料の圧力を所定の圧力調整範囲内における低圧域と高圧域との間で変化させる。なお、高圧燃料流路４には、その内部の最高圧力を制限する圧力調整弁９と、その高圧燃料流路４の燃料圧力を検出する圧力センサ１０とが取り付けられている。圧力調整弁９から排出された燃料は低圧燃料流路７に戻される。
【００１２】
燃料噴射弁５は、その内部に設けられた流路開閉部５ａの開閉操作により内部流路を開閉して高圧燃料流路４から導かれる燃料を気筒内に噴射する。流路開閉部５ａは、燃料噴射弁５の噴孔に通じる内部流路を開閉できるものであればよい。一例として、流路開閉部５ａは、ソレノイドコイルの励磁によって弁体を駆動して内部流路を開閉する電磁弁として構成される。高圧燃料流路４から流路開閉部５ａに導かれる燃料の圧力を適正に保つため、高圧燃料流路４と各燃料噴射弁５の流路開閉部５ａとの間には、第１の逆止弁１１及び第２の逆止弁１２と、これら第１の逆止弁１１及び第２の逆止弁１２と流路開閉部５ａとの間にて燃料を蓄える容積室１３とが設けられている。
【００１３】
第１の逆止弁１１は高圧燃料流路４から流路開閉部５ａへの燃料の通過を許容し、流路開閉部５ａから高圧燃料流路４への燃料の流れを阻止する。一方、第２の逆止弁１２は、流路開閉部５ａから高圧燃料流路４への燃料の通過を許容し、高圧燃料流路４から流路開閉部５ａへの燃料の流れを阻止する。逆止弁１１、１２の開弁差圧（クラッキング圧）については後述する。容積室１３は、従来の燃料噴射装置のコモンレールに代えて、燃料噴射弁５から燃料を噴射するための圧力を蓄えるために設けられている。容積室１３の容積は、従来のコモンレールの容積をエンジンの気筒数で除した値に設定される。すなわち、従来のコモンレールの容積が各容積室１３に均等に分配される。但し、高圧燃料流路４が無視できない容積を有している場合には、従来のコモンレールの容積から高圧燃料流路４の容積を差し引いた残りの容積を各容積室１３に均等に分配すればよい。
【００１４】
上述した高圧ポンプ８の圧力調整機構８ａ、及び燃料噴射弁５の流路開閉部５ａのそれぞれの動作は電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５によって制御される。ＥＣＵ１５は、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射弁５から噴射すべき燃料量（目標噴射量）を演算し、その演算された目標噴射量に応じて燃料噴射弁５の流路開閉部５ａの開弁時間（オンデューティー比）を電子駆動ユニット（ＥＤＵ）１６を介して制御するとともに、燃料噴射量に応じて高圧ポンプ８の吐出圧を低圧域と高圧域との間で変化させる。目標噴射量がその調整範囲内の少量域に設定された場合、ＥＣＵ１５は高圧ポンプ８から高圧燃料流路４へ吐出される燃料の圧力が所定の低圧域に設定されるように圧力調整機構８ａを操作する。一方、目標噴射量がその調整範囲内の多量域に設定された場合、ＥＣＵ１５は高圧ポンプ８から高圧燃料流路４へ吐出される燃料の圧力が所定の高圧域に設定されるように圧力調整機構８ａを操作する。このような操作を行うことにより、ＥＣＵ１５は燃料噴射量に応じて燃料圧力を調整する燃料圧力制御手段として機能する。
【００１５】
さらに、第１の逆止弁１１及び第２の逆止弁１２のそれぞれの開弁差圧は次のように設定される。まず、第１の逆止弁１１の開弁差圧を△Ｐａ、第２の逆止弁の開弁差圧を△Ｐｂとしたときに、△Ｐａ＜△Ｐｂ、つまり開弁差圧△Ｐａが開弁差圧△Ｐｂよりも小さく設定される。次に、第２の逆止弁１２の開弁差圧△Ｐｂに関しては、いずれか一つの気筒の燃料噴射弁５から燃料を少量域で噴射したときに生じる高圧燃料流路４の圧力降下量よりも大きく、かつ、いずれか一つの気筒の燃料噴射弁５から燃料を多量域で噴射したときに生じる高圧燃料流路４の圧力降下量よりも小さく設定される。上述したように、本形態の燃料噴射装置１では、高圧ポンプ８の燃料吐出動作が、２つの気筒に対する燃料噴射に対して燃料を１回吐出するように設定されている。従って、高圧ポンプ８からの燃料吐出後、最初の気筒に対して燃料が噴射されると、それに伴って高圧燃料流路４の燃料圧力が低下する。少量域で燃料を噴射するときの圧力降下量は小さく、多量域で燃料を噴射するときは圧力降下量が大きい。第２の逆止弁１２の開弁差圧は、この圧力降下量の大小に応じて開弁か否かが切り替わるように設定されている。つまり、第２の逆止弁１２の開弁差圧は、燃料を低圧域で少量噴射する際に開弁せず、燃料を高圧域で多量噴射する際には開弁するように設定されている。
【００１６】
次に、図２を参照して燃料噴射装置１の作用を説明する。なお、以下において、燃料噴射弁５からの燃料噴射順序は＃１→＃３→＃４→＃２→＃１の順とする。エンジンの始動に伴って高圧ポンプ８が起動されると、高圧ポンプ８から吐出された燃料が高圧燃料流路４に導かれ、その圧力で第１の逆止弁１１が開弁して各気筒の容積室１３に燃料圧力が蓄えられる。このとき第２の逆止弁１２はいずれも閉じた状態に維持される。この状態からいずれか一つの燃料噴射弁５（ここでは仮に＃１の燃料噴射弁５とする）から燃料が噴射されると、＃３の燃料噴射弁５からの燃料噴射が行われるまでは高圧ポンプ８から燃料が吐出されないため、高圧燃料流路４の燃料圧力が燃料噴射量に応じた量だけ低下する（図２のＡ部参照）。このとき、燃料噴射量が少量域に設定されていれば、その圧力降下量は第２の逆止弁１２の開弁差圧よりも小さいから、次に燃料を噴射すべき＃３の燃料噴射弁５に対応する第２の逆止弁１２は開弁せず、＃３の燃料噴射弁５に通じる容積室１３内には当初の圧力が保持される（図２のＢ部参照）。従って、＃３の燃料噴射弁５からの燃料噴射圧は＃１の燃料噴射弁５からの燃料噴射圧と同等に維持される。＃３の燃料噴射弁５から燃料が噴射された後は高圧ポンプ８から燃料が供給されることにより、高圧燃料流路４及び各容積室１３の燃料圧力が回復する（図２の矢印Ｃ参照）。従って、＃４の燃料噴射弁５からの燃料噴射圧、及び＃２の燃料噴射弁５からの燃料噴射圧に関しても＃１の燃料噴射弁５からの燃料噴射圧と同等に維持される。この結果、低圧少量噴射時における気筒間の燃料噴射量のばらつきが従来型のコモンレールを利用した燃料噴射装置のそれと比較して抑えられる。
【００１７】
一方、＃１の燃料噴射弁５からの燃料噴射量が多量域に設定された場合には、＃１の燃料噴射弁５からの燃料噴射に伴う高圧燃料流路４の圧力降下量が第２の逆止弁１２の開弁差圧よりも大きくなる。これにより、＃２〜＃４の燃料噴射弁５に対応する第２の逆止弁１２がいずれも開弁する。これにより、＃２〜＃４の燃料噴射弁５に対応する容積室１３の圧力が高圧燃料流路４を介して＃１の燃料噴射弁５に作用し、噴射圧の低下が防がれる。＃３の燃料噴射弁５から燃料が多量域で噴射される場合についても、同様にして他の燃料噴射弁５に対応する容積室１３の圧力が＃３の燃料噴射弁５に作用して燃料噴射圧の低下が防がれる。つまり、高圧多量噴射時には全ての容積室１３が各燃料噴射弁５に対して圧力を供給する高圧容積として利用されるので、気筒間における燃料噴射量のばらつきは従来型のコモンレールを利用した燃料噴射装置と同等に確保される。
【００１８】
なお、本形態の燃料噴射装置１によれば、エンジンが停止して燃料温度が上昇し、それに伴って燃料圧力が上昇したときに、第２の逆止弁が開弁して燃料圧力が高圧燃料流路４に解放されるように第２の逆止弁１２の開弁差圧が設定される。これにより、容積室１３の燃料圧力が過度に上昇するおそれを排除することができる。
【００１９】
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施されてよい。例えば、本発明が適用されるエンジンは４気筒に限らず、他の気筒数のエンジンでも適用できる。本発明は筒内噴射式のエンジンに限らず、ポート噴射式のエンジンにも適用可能である。図１の形態では第１の逆止弁１１、第２の逆止弁１２及び容積室１３を燃料噴射弁５とは別の部品として設けているが、これらの全部又は一部を燃料噴射弁５に内蔵させてもよい。要は、気筒間で共用される燃料流路と、燃料噴射のために開閉操作される燃料噴射弁の流路開閉部との間に第１の逆止弁、第２の逆止弁及び容積室が存在していればよい。逆止弁は開弁差圧に応じて一方向への流路を開閉し、反対方向への流れを阻止する機能を備えたものであればよく、その細部の構成は問わない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の燃料噴射装置が適用された４気筒エンジンを示す図。
【図２】各燃料噴射弁からの燃料噴射に対する各燃料噴射弁内の燃料圧力の変化を示す図。
【符号の説明】
【００２１】
１  燃料噴射装置
３  燃料供給装置
４  高圧燃料流路
５  燃料噴射弁
５ａ  流路開閉部
６  低圧ポンプ
７  低圧燃料流路
８  高圧ポンプ
８ａ  圧力調整機構
１１  第１の逆止弁
１２  第２の逆止弁
１３  容積室
【図１】
2007187030.tif 000003
【図２】
2007187030.tif 000004