(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧燃料が導入・リークされてニードルに対する圧力バランスを制御する圧力制御室、該圧力制御室のリーク孔を開閉する弁及び該弁を駆動する圧電素子を有するインジェクタと、上記圧電素子を冷却するための冷却装置と、上記圧電素子が通常の使用温度より高温になっていると判断したとき上記冷却装置を作動させる冷却装置制御手段とを備え、
上記冷却装置制御手段が、エンジン運転状態に基づき予め決定されたコモンレール圧降下時期より実際のコモンレール圧降下時期が遅れた場合に上記圧電素子が高温になっていると判断する
ことを特徴とするコモンレール式燃料噴射装置。
【請求項２】
上記冷却装置が、上記インジェクタ内部に上記圧電素子を取り囲んで設けられた冷却燃料通路と、該冷却燃料通路及びフィードポンプ吐出側の間に設けられた電磁弁とからなり、上記冷却装置制御手段が上記電磁弁を開にすることにより上記冷却装置を作動させる請求項１記載のコモンレール式燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼルエンジン、直噴式ガソリンエンジン等に適用されるコモンレール式燃料噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にコモンレール式燃料噴射装置では高圧ポンプで加圧された燃料をコモンレール（蓄圧室）に一旦貯留しておき、これをインジェクタから所定タイミングで所定量ずつ、各気筒内に噴射するようになっている。
【０００３】
インジェクタは、その下端ないし先端に設けられた噴孔を、ニードル（針弁）の昇降により開閉し、燃料噴射を実行する。特に、ニードルを高圧燃料中に浸漬し、いわば浮かせた状態としておいて、ニードルにバネ部材による下向き（閉弁方向）の力を付与し、ニードル先端部をバルブシートに押し当てて閉弁させておくものがある。これにおいてはニードル上端に付加する下向きの燃圧を圧力制御室（バランスチャンバ）で制御し、圧力制御室の高圧燃料を適宜リークさせることにより、ニードルに対する圧力バランスを崩してニードルを上昇させ、開弁させるようになっている。
【０００４】
図５は本出願人が先に提案した上記インジェクタの要部を示す（特開平10-77924号公報）。ノズルボディ８１内に燃料通路８２が形成され、この燃料通路８２にはコモンレールから送られてきた加圧ないし高圧燃料が常時供給されている。この通路内の燃料が図外下方の噴孔に送られると共に、ニードル８３周囲に回り込んでニードル８３をいわば浮かせた状態とする。８４が圧力制御室で、ここには絞り通路となる燃料導入通路８５を介して燃料通路８２の高圧燃料が常に導入されている。圧力制御室８４内にスプリング８６及びスプリング受８７が設けられ、スプリング８６はスプリング受８７を介してニードル８３に下向きの力を常時付与する。
【０００５】
閉弁時は、ニードル８３が下方のバルブシートに突き当たって噴孔を閉じている。このときニードル８３においては、先端のバルブシート内周側の小領域を除き、ほぼ全体で高圧燃料の圧力を受け、ほぼ圧力バランスされた状態にある。よってニードル８３は比較的弱いスプリング８６の力で下降し、バルブシートに押し当てられることができる。
【０００６】
一方、圧力制御室８４において弁体８８が下降し、リーク孔８９が開かれると、圧力制御室８４内の高圧燃料がリーク孔８９からリークし、ニードル８３はその外周（ニードルホルダ）に対して軸シール状態にある為、室内圧力が下がってニードル８３に対する圧力バランスが崩れる。こうなるとニードル８３が上昇し、噴孔が開いて燃料噴射が実行される。このように燃料噴射制御は弁体８８の昇降移動を制御することにより行われる。このため、プッシュロッド９０の上方に図示しないアクチュエータが設けられ、このアクチュエータがエンジン運転状態に基づき電子制御ユニットによって通電制御される。
【０００７】
なお、弁体８８は圧力制御室８４内でリーク孔８９を開閉するセルフシール弁となっている。つまり室内圧力が高まるほどに、リーク孔８９の入口周りの弁座に強力に押し付けられ、そのシール圧を高める。このため、高負荷運転時等において燃圧が高まったときにも、圧力制御室８４の静的リークを完全に防止できる利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、弁体８８を駆動するアクチュエータとして圧電素子が知られている。圧電素子は印加電圧に応じた伸縮方向のストロークを瞬時的に行うので、この種のインジェクタには好適である。実際的には、圧電素子の伸縮ストロークをプッシュロッド９０を介して弁体８８に伝え、弁体８８を昇降ないし開閉動作させるようにする。
【０００９】
しかし、圧電素子は伸縮動作を繰り返したり、エンジンから受熱したりするうちに高温となり、これが問題となる。即ち、圧電素子には高温になるにつれ伸び量が減少するものがあり、過度に高温となると図４に示すように、圧電素子に所定の印加電圧を与えても伸びが不十分となり、弁体８８の下降量、下降速度が減少し、燃料噴射量の減少、噴射時期の遅延等を招いて正常な燃料噴射を行えなくなる。
【００１０】
この場合、圧電素子の冷却構造に関する提案もなされているが（特公平4-27715 号公報等）、この冷却方法について好適な提案は従来なされていなかった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るコモンレール式燃料噴射装置は、加圧燃料が導入・リークされてニードルに対する圧力バランスを制御する圧力制御室、該圧力制御室のリーク孔を開閉する弁及び該弁を駆動する圧電素子を有するインジェクタと、上記圧電素子を冷却するための冷却装置と、上記圧電素子が通常の使用温度より高温になっていると判断したとき上記冷却装置を作動させる冷却装置制御手段とを備え、上記冷却装置制御手段が、エンジン運転状態に基づき予め決定されたコモンレール圧降下時期より実際のコモンレール圧降下時期が遅れた場合に上記圧電素子が高温になっていると判断するものである。
【００１２】
ここで、上記冷却装置が、上記インジェクタ内部に上記圧電素子を取り囲んで設けられた冷却燃料通路と、冷却燃料通路及びフィードポンプ吐出側の間に設けられた電磁弁とからなり、上記冷却装置制御手段が上記電磁弁を開にすることにより上記冷却装置を作動させるのが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図１は本発明にかかるコモンレール式燃料噴射装置を示し、図示するように本装置はエンジン（ここではディーゼルエンジン）のシリンダ内に燃料噴射を行うインジェクタ１を備える。インジェクタ１においては、ノズルボディ２内にニードル３が昇降自在に装入され、ノズルボディ２の下端ないし先端の噴孔４が複数同時に開閉されるようになっている。
【００１７】
ノズルボディ２内において、ニードル３は高圧燃料中に浸漬されたいわば浮いた状態となっている。そしてニードル３にはスプリング５による下向き（閉弁方向）の力が常時付与され、通常はニードル先端がノズルボディ先端のバルブシートに突き当たって噴孔４を閉じている。そしてニードル上端に付加される下向きの燃圧を、圧力制御室（バランスチャンバ）６で適宜解放することにより、ニードル３に対する圧力バランスを崩し、ニードル３を上昇させ、噴孔４を開くようになっている。
【００１８】
ノズルボディ２は、中央ノズルボディ７の下方に第１ピース８、第２ピース９を順次同軸に取付け、リテーニングナット１０でこれらを一括保持するようになっている。ニードル３は第２ピース９の中心穴１１に昇降自在に装入される。ノズルボディ２内に燃料通路１２が形成され、ここにコモンレール１３から燃料配管１４を通じて加圧ないし高圧燃料が送られる。燃料通路１２の燃料は燃料溜り１５に送られ、ニードル３に上向きの力を付与する。そして燃料溜り１５からニードル３と中心穴１１の隙間を通って噴孔４に向かって下方に流れる。
【００１９】
図２に詳しく示すように、ニードル４の直上に圧力制御室６が設けられ、圧力制御室６のリーク孔１６が弁１７の昇降により開閉される。弁１７はプッシュロッド１８を介して圧電素子１９によって昇降駆動される。即ち、圧電素子１９に電子制御ユニット２０から所定の印加電圧が送られると、圧電素子１９が伸長して弁１７を下降させ、リーク孔１６を開く。こうなると圧力制御室６から高圧燃料がリークし、ニードル３に対する圧力バランスを崩れてニードル３が上昇し、燃料噴射が実行される。
【００２０】
逆に印加電圧が断たれると、圧電素子１９が収縮して弁１６が上昇し、リーク孔１５を塞ぐ。すると圧力制御室６に絞り孔２１を通じて高圧燃料が供給され、室内圧力が高まってニードル３が下降し、燃料噴射が停止される。
【００２１】
なお、ノズルボディ２内に圧電素子１９の収縮を補助するスプリング３３と、プッシュロッド１８の上昇を行わせるスプリング３４とが設けられる。
【００２２】
図２に示すように、ここではプッシュロッド１８に取付軸２１が一体に設けられ、取付軸２１が弁１７に挿通されると共に、これらが圧入及びカシメにより一体化されている。取付軸２１はリーク孔１６に隙間をもって挿通され、リーク燃料はこの隙間を通って室外に排出される。
【００２３】
弁１７はセルフシール弁の構成が採られ、即ち圧力制御室６内で昇降し、リーク孔１６を開閉するようになっている。これによれば室内圧力が高まるほどにリーク孔１６を強力に閉じられる。弁１７上端部とリーク孔１６入口とがテーパ状に形成され、互いの着座が確実に行えるようになっている。スプリング５は圧力制御室６内に設けられ、スプリング受け２２を介してニードル３を常時押し下げる。
【００２４】
図１に示すように、リーク燃料はノズルボディ２内を通って排出ニップル２２からインジェクタ外に排出され、リーク配管２３を通じて燃料タンク２４に戻される。
【００２５】
特に、ここでは圧電素子１９を冷却するための冷却装置２５が設けられる。冷却装置２５は、ノズルボディ２内に設けられ圧電素子１９の周囲を取り囲む冷却燃料通路２６と、冷却燃料通路２６に中間通路２７を介して接続される供給ニップル２８と、供給ニップル２８及びフィードポンプ２９吐出側を接続する冷却燃料配管３０と、冷却燃料配管３０の途中に設けられた電磁弁３１とから構成される。電磁弁３１は電子制御ユニット２０により開閉制御される。
【００２６】
このコモンレール式燃料噴射装置では、通常同様、燃料タンク２４の燃料がフィードポンプ２９により１次加圧され、次いで高圧ポンプ３２により所定の高圧まで２次加圧され、コモンレール（蓄圧室）１３に貯留される。コモンレール圧がコモンレール圧センサ３３により検出され、その圧力信号が電子制御ユニット２０に送られる。
【００２７】
電子制御ユニット２０は、冷却装置２５を制御する冷却装置制御手段をなすと共に、エンジンの燃料噴射制御を実行するエンジン制御手段を兼ねている。従って電子制御ユニット２０にはエンジン回転センサ、アクセル開度センサ（エンジン負荷センサ）、水温センサ等が接続され、エンジン運転状態を常時把握できるようになっている。
【００２８】
さて、ここでは高温時に伸び量が減少するタイプの圧電素子１９が用いられている。圧電素子１９の予定されている通常の使用温度は80〜90℃程度で、これ以上の温度になると一定電圧を加えても伸び量が十分得られない。
【００２９】
そこで、冷却装置２５により圧電素子１９を燃料冷却するが、ここでは以下のようにして冷却制御を行っている。
【００３０】
まず第１の方法は、コモンレール圧の降下時期を見てこれが通常より遅れたときに、圧電素子１９を高温と判断して冷却装置２５を作動させる方法である。
【００３１】
図３に示すように、圧電素子１９が通常温度の場合において、電子制御ユニット２０が時刻Ｔ0 で一定時間インジェクタ駆動信号（圧電素子１９への印加電圧）を送出したとする。そしてΔＴ1 経過後の時刻Ｔ1 に燃料噴射が開始され、ΔＴ2 経過後の時刻Ｔ2 に燃料噴射に起因したコモンレール圧の降下が開始したとする。
【００３２】
一方、圧電素子１９の温度が通常使用温度より上昇し、伸び量が少なくなると、弁１７の下降量、下降速度が減少し、リーク孔１６の開放面積が減少し開放タイミングが遅れることから、噴射開始時期がΔＴD 遅れた時刻Ｔ1Dとなり、コモンレール圧降下開始時期もΔＴD 遅れた時刻Ｔ2Dとなる。
【００３３】
よって、このようにコモンレール圧降下開始時期が通常より遅れたとき、電子制御ユニット２０が圧電素子１９を高温と判断し、冷却装置２５を作動させればよい訳である。
【００３４】
より詳細に説明すると、インジェクタ駆動信号の送出開始時期Ｔ0 と、送出時間ΔＴ0 とが、エンジン運転状態（主にエンジン回転数とエンジン負荷）に応じて実機試験によって予め定められ、マップ形式で電子制御ユニット２０にメモリされているので、電子制御ユニット２０は、現在のエンジン運転状態に見合ったＴ0 、ΔＴ0 をマップからルックアップし、これらに応じてインジェクタ駆動信号を送出する。
【００３５】
このとき圧電素子１９が通常温度なら、最適時期Ｔ1 で燃料噴射が開始され、予め予定された時刻Ｔ2 でコモンレール圧の降下が開始するはずである。よって電子制御ユニット２０には、実機試験によって決定されたエンジン運転状態に基づくコモンレール圧降下開始時期Ｔ2 、具体的にはＴ0 に対するΔＴ2 の値が予めマップの形でメモリされている。電子制御ユニット２０は、Ｔ0 及びΔＴ0 の決定時に同時にΔＴ2 もマップからルックアップし、インジェクタ駆動信号送出と同時に内部タイマのカウントを開始する。そしてコモンレール圧センサ３３の出力からコモンレール圧降下開始を検知した時、その時のカウント値とマップ値ΔＴ2 との比較を行う。
【００３６】
こうして、電子制御ユニット２０が時刻Ｔ2 でコモンレール圧降下開始を検知したならば、圧電素子１９が通常温度で正常な燃料噴射が行われていると判断する。なお、時刻Ｔ2 は一定の幅をもたせてもよい。
【００３７】
一方、時刻Ｔ2 になってもコモンレール圧降下を検知せず、例えばＴ2 からΔＴD 遅れた時刻Ｔ2Dでコモンレール圧降下を検知した場合は、圧電素子１９が通常温度より高温で、圧電素子１９の実際の伸び方向のストロークが通常温度時のストロークより小さいと判断する。そしてこれにより燃料噴射開始時期が遅れ、正常な燃料噴射が行われていないと判断する。
【００３８】
よってこのときは冷却装置２５を作動させ、コモンレール圧降下開始時期が正常時期に戻るまで圧電素子１９を冷却し続ける。具体的には電磁弁３１を開（ON）にする。すると燃料タンク２４の燃料がフィードポンプ２９、電磁弁３１、供給ニップル２８、中間通路２７を経て冷却燃料通路２６に供給され、ここで圧電素子１９と熱交換されて排出ニップル２２、リーク配管２３を通じて燃料タンク２４に戻される。なお、冷却燃料通路２６以降の下流側が圧力制御室６のリーク燃料の通路も兼ねており、リーク燃料が圧電素子１９を常時冷却するようになっている。コモンレール圧降下開始時期が正常時期に戻ったら、電磁弁３１を閉（OFF ）にし、冷却を終了する。
【００３９】
また、ここでは冷却と同時に燃料噴射時期の補正も行っている。即ち、コモンレール圧降下開始が遅れた分（ΔＴD ）だけ、次回のインジェクタ駆動信号の送出開始時期を早める（図３の仮想線参照）。こうすれば通常のタイミングで燃料噴射が実行され、正常な燃料噴射を行うことができる。
【００４０】
この方法によれば、特に新たなセンサを設けることなく、通常装備されるコモンレール圧センサ３３を冷却制御に利用でき、部品点数の増加を防止してシンプル化、低コスト化が図れる。
【００４１】
次に、参考例として第２の方法を説明する。この第２の方法は、図１に仮想線で示すように圧電素子１９に臨む温度センサ３５を設け、圧電素子１９の温度を直接検出するものである。具体的には、温度センサ３５の出力に基づき、圧電素子温度が通常温度より高温であると電子制御ユニット２０が判断したとき、圧電素子温度が通常温度に戻るまで冷却装置２５を作動し続ける。なお燃料噴射時期の補正は、実際の圧電素子温度から通常使用温度の最大値を減じたときの差に基づいて行うことができる。
【００４２】
次に、参考例として第３の方法を説明する。この第３の方法は、図１に仮想線で示すようにプッシュロッド１８に臨むストロークセンサ３６を設け、プッシュロッド１８のストローク即ち圧電素子１９の実際のストロークを検出するものである。具体的には、ストロークセンサ３６で検出されたストロークが通常温度時のストロークより少ないと電子制御ユニット２０が判断したとき、ストロークが通常温度時の値に戻るまで冷却装置２５を作動し続ける。
【００４３】
ここで、エンジンが高負荷・高回転ほど印加電圧は増大され、圧電素子１９のストロークも増大される。これによって圧力制御室６における燃料リークを速やかに行え、特に初期噴射率を増大できる。このストロークもエンジン運転状態に応じてマップ化され、電子制御ユニット２０にメモリされている。従って実際のストロークがマップ値より少ないと判断したときは、その差に基づいて燃料噴射時期の補正を行うこととなる。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施の形態について述べたが、他にも本発明は種々の実施の形態を採ることが可能である。例えば圧電素子の冷却媒体は燃料でなくてもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、インジェクタの圧電素子の冷却制御を最適に行えるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコモンレール式燃料噴射装置の構成図で、インジェクタは縦断面で示す。
【図２】インジェクタの圧力制御室付近の構成を示す縦断面図である。
【図３】インジェクタ駆動信号、コモンレール圧及び燃料噴射率の関係を示すタイムチャートである。
【図４】圧電素子の温度変化に伴う燃料噴射特性の違いを示すグラフである。
【図５】従来のインジェクタの圧力制御室付近の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  インジェクタ
３  ニードル
６  圧力制御室
１３  コモンレール
１６  リーク孔
１７  弁
１９  圧電素子
２０  電子制御ユニット
２５  冷却装置
２６  冷却燃料通路
２９  フィードポンプ
３１  電磁弁
３３  コモンレール圧センサ
３５  温度センサ
３６  ストロークセンサ
Ｔ2 ，Ｔ2D  コモンレール圧降下開始時期
【図１】
0003791190.tif 000002
【図２】
0003791190.tif 000003
【図３】
0003791190.tif 000004
【図４】
0003791190.tif 000005
【図５】
0003791190.tif 000006