JP3293248B2

JP3293248B2 - 蓄圧式燃料噴射装置の蓄圧器

Info

Publication number: JP3293248B2
Application number: JP17146993A
Authority: JP
Inventors: 善範秋山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1993-07-12
Filing date: 1993-07-12
Publication date: 2002-06-17
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: JPH0727032A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に燃料を供給
する蓄圧式燃料噴射装置に係り、特にその蓄圧器（コモ
ンレール）に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ディーゼルエンジンに燃料を噴
射する燃料噴射装置の一種として蓄圧式燃料噴射装置が
知られている。このものは燃料供給ポンプから供給され
る高圧燃料を一旦蓄圧器（コモンレール）に蓄え、この
蓄圧器で圧力を均等に調整し、この蓄圧燃料を各気筒の
インジェクタに分配供給し、これらインジェクタを通じ
てそれぞれ気筒に噴射するようになっている。

【０００３】ところで、ディーゼルエンジンの場合、回
転数や負荷の変動によりインジェクタから噴射される噴
射圧を制御すると、燃焼効率や排ガス対策に有効である
ことが知られている。すなわち、回転数や負荷が高い場
合、インジェクタから噴射される燃料の噴射圧を高くす
ると、燃料が微細化されて霧化が促され、よって燃焼効
率が向上し、有害な排ガスが減少する。

【０００４】このため、エンジンの運転状況に応じて噴
射圧を制御する必要があり、よって蓄圧器に蓄える燃料
圧もエンジンの運転状況に応じて変更するようになって
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の蓄圧
式燃料噴射装置の蓄圧器は、その容量が大きい場合は蓄
圧器内の圧力が安定し、インジェクタに送られる燃料圧
のばらつきが小さくなって噴射圧が安定するが、前記し
たようにエンジンの運転状況の変化により噴射圧を変更
する指令が出された場合は、容量が大きいため圧力伝播
に時間を要し、応答性がよくなく、すなわち圧力追従性
に劣る不具合がある。

【０００６】これに対し、蓄圧器の容量が小さい場合
は、蓄圧器内の圧力安定性に劣り、インジェクタに送ら
れる燃料圧のばらつきが大きくなって噴射圧の安定性が
低下する。しかし、噴射圧を変更する指令が出された場
合の圧力追従性については優れる利点がある。

【０００７】従来の蓄圧器は容量が一定であり、圧力の
安定性および追従性の両者を同時に満足することができ
なかった。

【０００８】したがって、本発明の目的とするところ
は、蓄圧燃料の圧力安定化が向上するとともに、圧力変
更指令に対する追従性に優れた蓄圧式燃料噴射装置の蓄
圧器を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、燃料供給ポンプから供給される燃料を蓄
圧器に蓄え、この蓄圧器から複数のインジェクタに分配
する蓄圧式燃料噴射装置に適用するものであり、上記蓄
圧器は、相互に区画されて少なくとも容量の小さい蓄圧
室と容量の大きい蓄圧室とを備え、容量の小さい上記蓄
圧室に上記燃料供給ポンプ及び複数の上記インジェクタ
を接続するとともに、これら容量の異なる上記各蓄圧室
を相互に連通する連通路を有し、容量の小さい上記蓄圧
室の実圧力と内燃機関の運転状態に基づいて算出される
指令燃料圧との差が所定値以下の状態では、容量が小さ
い上記蓄圧室と容量が大きい上記蓄圧室とを連通させる
とともに、この連通を前記所定値を超えた状態では遮断
する制御弁を上記連通路に設けたことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の構成によれば、蓄圧器の容量が可変と
なるから、噴射圧を一定にする指令が出されている場合
は制御弁により連通路を開いて容量の小さい蓄圧室と容
量の大きい蓄圧室とを連通させ、これにより容量を増し
て圧力を安定させることができ、また、噴射圧変更の指
令が出された場合は制御弁により連通路を閉じて容量の
小さい蓄圧室と容量の大きい蓄圧室との連通を遮断し、
よって容量を減じて圧力の追従性を向上させ、インジェ
クタから燃焼を内燃機関の気筒に噴射させることができ
る。

【００１１】

【実施例】以下本発明について、図面に示す一実施例に
もとづき説明する。図２は蓄圧式燃料噴射装置の全体を
示す構成図であり、符号１は燃料タンク、２は低圧燃料
供給ポンプ、３は高圧燃料供給ポンプである。低圧燃料
ポンプ２は燃料タンク１の燃料を高圧燃料ポンプ３に供
給し、この高圧燃料ポンプ３は導入された燃料を昇圧
し、所定の高圧にして蓄圧器（コモンレール）１０に供
給する。上記高圧燃料ポンプ３は、エンジン４の回転に
同期して回転するカム５によりシリンダ６内のピストン
７を往復駆動するようになっており、このピストン７が
上記低圧燃料ポンプ２から送られてきた低圧燃料を加圧
して昇圧する。この高圧燃料はチェックバルブ８および
供給管９を通じてコモンレール１０へ供給される。この
場合、上記高圧燃料ポンプ３には、上記コモンレール１
０へ供給する燃料圧を制御するために供給圧制御用の電
磁弁３０が設けられている。この供給圧制御用電磁弁３
０は後述する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０からの指
令を受けて作動する。

【００１２】上記コモンレール１０は、詳細な構成を図
１に示してあり、これにもとづき説明する。コモンレー
ルの本体１１内には、小さな容量の第１の蓄圧室１２
と、これより大きな容量の第２の蓄圧室１３が相互に区
画して形成されている。これら第１の蓄圧室１２と第２
の蓄圧室１３は、これらのほぼ中央部に形成した連通路
１４により相互に連通されている。この連通路１４には
制御弁１５が設置されており、この制御弁１５は連通路
１４を開閉または通路面積を可変する。この制御弁１５
は、例えばパルス制御式電磁開閉弁であり、ソレノイド
１６にパルス電流を流すと、プランジャ１７が作動し、
これにより上記連通路１４を開閉またはその通路面積を
変更するものである。したがって、この制御弁１５の開
閉作動により、第１の蓄圧室１２と第２の蓄圧室１３の
連通および遮断がなされ、これによりコモンレール１０
の容量が変更される。

【００１３】上記第１の蓄圧室１２は、前記供給管９を
通じて高圧燃料ポンプ３に通じている。また、この第１
の蓄圧室１２にはこの部屋の燃料圧を検出する圧力セン
サ３５が取り付けられている。

【００１４】上記第１の蓄圧室１２には、図２に示すよ
うに、複数の噴射管２０…が接続されており、これら噴
射管２０…にはそれぞれインジェクタ２１…が接続され
ている。インジェクタ２１…はエンジン４の気筒に対応
して取り付けられている。第１の蓄圧室１２とそれぞれ
の噴射管２０…との間には、図１に示すように、インジ
ェクタ２１…からの反射波がコモンレール１０に伝わる
のを阻止する逆止弁２２が設けられている。

【００１５】前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０は、
気筒判別センサ５１、クランク角センサ５２および負荷
センサ５３よりエンジンの回転数および負荷の情報が入
力されるようになっており、これら信号により判断され
るエンジンの運転状況に応じて、インジェクタ２１…か
ら噴射すべき燃料噴射圧、噴射時期および噴射量を決定
する。燃料噴射圧は、前記高圧燃料ポンプ３の供給圧制
御用電磁弁３０を作動させることにより、高圧燃料ポン
プ３からコモンレール１０へ供給する燃料圧力を制御
し、これによりコモンレール１０内の燃料圧力を変える
ようになっている。また、噴射時期および噴射量は、イ
ンジェクタ２１の図示しないニードル弁を電磁作用によ
り作動させ、このニードル弁が噴孔を開くタイミングお
よび閉じるタイミングを制御して調節するようになって
いる。

【００１６】さらに、上記ＥＣＵ５０は燃料噴射圧を変
える時、同時に上記コモンレール１０の制御弁１５に指
令信号を送り、この制御弁１５を作動させるようになっ
ている。すなわち、制御弁１５は上記ＥＣＵ５０からの
指令信号に応じてパルス電流のデューティ比を０から１
００％に変更し、これによりプランジャ１７を作動させ
て連通路１４の開度を０から１００％に範囲で変更する
ようになっている。

【００１７】また、コモンレール１０に設けた圧力セン
サ３５は、この検出信号を上記ＥＣＵ５０に送るように
なっている。ＥＣＵ５０は圧力センサ３５にて測定した
第１の蓄圧室１２の圧力状態に応じて、後述するように
上記制御弁１５を作動させるようになっている。

【００１８】このような構成による実施例の蓄圧式燃料
噴射装置について、図３の作動特性図を加えて説明す
る。エンジン４の運転中は、低圧燃料ポンプ２により燃
料タンク１の燃料を高圧燃料ポンプ３に供給し、この高
圧燃料ポンプ３は導入された燃料を昇圧し、所定の圧力
にしてコモンレール１０へ供給する。コモンレール１０
においては、導入した燃料を一時的に蓄えて圧力の均整
を図り、この圧力燃料を噴射管２０…を通じてそれぞれ
のインジェクタ２１…へ分配供給する。上記ＥＣＵ５０
からの指令を受けてインジェクタ２１が作動すると噴孔
が開かれ、この噴孔から圧力燃料が気筒に噴射される。

【００１９】エンジンの回転数や負荷が低い状態では、
インジェクタ２１…から噴射すべき燃料の噴射圧は相対
的に低くてよく、このためＥＣＵ５０が高圧燃料ポンプ
３の供給圧制御用電磁弁３０を作動させて高圧燃料ポン
プ３からコモンレール１０へ供給する燃料の圧力を低く
して送る。これによりコモンレール１０内の燃料圧力
は、図３の（ａ）図におけるｐ₁のように、比較的低い
状態に保たれる。このときＥＣＵ５０からの指令によ
り、制御弁１５は図３の（ｃ）図に示す通り開作動して
おり、よって連通路１４を開いている。このため、コモ
ンレール１０は第１の蓄圧室１２と第２の蓄圧室１３が
連通しており、容量が大きくなっている。よって、いず
れかのインジェクタ２１を通じて燃料が噴射される時の
ように、コモンレール１０内に局部的な圧力変動が生じ
ても、大きな容量のコモンレール１０内全体で分散吸収
することができ、全体の圧力変動を少なくすることがで
きる。この結果、他のインジェクタ２１に分配される燃
料圧に影響を及ぼすことがなく、安定した圧力状態を維
持することができる。

【００２０】エンジンの回転数や負荷が高くなってＥＣ
Ｕ５０が燃料噴射圧を高くする指令を出した場合、ＥＣ
Ｕ５０の指令により高圧燃料ポンプ３の供給圧制御用電
磁弁３０が作動されて高圧燃料ポンプ３からコモンレー
ル１０へ供給する燃料の圧力を、図３の（ａ）図におけ
るｐ2 のように高くして送る。したがって、コモンレー
ル１０内の燃料圧力が上昇する。この燃料圧力は第１の
蓄圧室１２に設けた圧力センサ３５が検出しており、こ
の検出値を上記ＥＣＵ５０に送信する。上記ＥＣＵ５０
は、前記エンジンの回転数や負荷変動にもとづき算出し
た指令燃料圧と、上記圧力センサ３５で検出した実圧力
とを比較し、この差が所定の格差以上、つまり図３の
（ｂ）図に示す所定値Ａを超えると、詳しくは、図３の
（ｂ）図における時間I−II間に示す−Ａのレベル（所
定値Ａ）を超えた状態、及び図３の（ｂ）図における時
間III−IV間に示す＋Ａのレベル（所定値Ａ）を超えた
状態では、コモンレール１０の制御弁１５を閉じるよう
に指令を出す。この指令により制御弁１５は図３の
（ｃ）図に示すように、パルス電流のデューティ比を１
００％に変更して全閉状態になる。このため連通路１４
が閉じられ、コモンレール１０は第１の蓄圧室１２と第
２の蓄圧室１３の連通が絶たれ、第１の蓄圧室１２のみ
が高圧燃料ポンプ３側およびインジェクタ２１…側に通
じ、すなわち容量が減少される。よって、高圧燃料ポン
プ３から供給される高圧燃料ｐ2 は第１の蓄圧室１２の
みに送られ、このときコモンレール１０内の容量が小さ
いので、第１の蓄圧室１２の圧力上昇が素早くなされ、
圧力上昇に対する応答性が向上する。この結果、各イン
ジェクタ２１…に高圧燃料ｐ2 を迅速に分配するように
なり、各インジェクタ２１…で直ちに高圧噴射がなされ
るので、燃料の微細化、つまり霧化を促し、燃焼効率を
上昇させることができる。

【００２１】図３の（ａ）図においては、実線で示す指
令値の変動特性に対して、制御弁１５により連通路１４
を遮断制御した場合の実際圧力の変動を同（ａ）図の破
線で示し、また制御弁１５により連通路１４を遮断しな
い場合の実際圧力変動を同（ａ）図の一点鎖線で示す。
これらの特性から、制御弁１５により連通路１４を制御
する方が圧力応答性に優れることが理解できる。

【００２２】前記ＥＣＵ５０からの指令値の発信タイミ
ングと、第１の蓄圧室１２の圧力変動とは若干のタイミ
ング遅れを生じるので、指令燃料圧と圧力センサ３５で
検出した実圧力との間には時間差分の圧力差を生じ、こ
の圧力差が図３の（ｂ）図に示すＡを越えると上記した
ように制御弁１５が作動して上記連通路１４を閉じる。
そして、制御弁１５が閉じた直後は指令燃料圧と第１の
蓄圧室１２の圧力差がさらに大きくなるが、制御弁１５
が閉じることにより第１の蓄圧室１２の圧力が上昇する
ので両者の圧力差が減少に転じる。そして、この圧力差
が図３の（ｂ）図に示すＢ以下になると、ＥＣＵ５０は
制御弁１５を開くように指令を出す。この指令により制
御弁１５は図３の（ｃ）図におけるIIに示すように、開
き動作する。よって、第１の蓄圧室１２と第２の蓄圧室
１３が再び連通され、コモンレール１０の容量が増大さ
れる。すなわち、このときコモンレール１０は燃料を高
圧状態で蓄圧し、この高圧の状態で安定させることがで
きる。

【００２３】なお、上記制御弁１５の開弁圧Ａと閉弁圧
Ｂには差をもたせてあり（Ａ＞Ｂ）、これによりヒステ
リシスを与えて作動を確実に行うようにしてある。

【００２４】また、制御弁１５が開く場合は、図３の
（ｃ）図における角度αで示すように、徐々に開く。こ
れは、制御弁１５に供給するパルス電流のデューティ比
を１００％から０％にゆっくり変更することにより実現
できる。制御弁１５を瞬間的に開くと、第１の蓄圧室１
２の高圧と第２の蓄圧室１３の低圧が導通して圧力が急
激に変動し、脈動などが生じて各インジェクタからに噴
射量がばらつく等の心配があるが、制御弁１５を徐々に
開くことにより、上記の不具合を解消することができ
る。

【００２５】なお、上記実施例の制御弁１５は、パルス
電流により作動される電磁駆動式の弁で構成し、そのデ
ューティ比を０から１００％に変更することにより開度
を制御する弁を示したが、本発明はこれに限らず、例え
ばロータリバルブ等により連通路１４の開度を制御する
ようにしてもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、少
なくとも容量の小さい蓄圧室と容量の大きい蓄圧室とを
連通する連通路を、内燃機関の運転状態に基づいて算出
される指令燃料圧と容量の小さい蓄圧室の実圧力との差
にしたがって開閉される制御弁を用いて、上記容量の小
さい蓄圧室と容量の大きい蓄圧室との連通及び遮断をす
るように構成したから、噴射圧を一定にする指令が出さ
れている場合は容量の小さい蓄圧室と容量の大きい蓄圧
室とを連通させて容量を増して、圧力を安定させること
ができ、また、噴射圧変更の指令が出された場合は容量
の小さい蓄圧室と容量の大きい蓄圧室との連通を遮断し
て容量を減じて、燃料供給ポンプ及び複数のインジェク
タが接続された容量の小さい蓄圧室を用いて圧力の追従
性を向上させることができる。したがって、単一の蓄圧
器により圧力安定性と圧力追従性の両機能を内燃機関の
通常運転時に満足することができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す蓄圧器の断面図。

【図２】同実施例の蓄圧式燃料噴射装置の全体を概略的
に示す構成図。

【図３】同実施例の作動特性図。

【符号の説明】

１…燃料タンク２…低圧燃料供給
ポンプ３…高圧燃料供給ポンプ４…エンジン１０…蓄圧器（コモンレール）１１…コモンレー
ルの本体１２…第１の蓄圧室１３…第２の蓄圧
室１４…連通路１５…制御弁２０…噴射管２１…インジェク
タ３０…供給圧制御用電磁弁３５…圧力センサ５０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02M 55/02 310 F02M 55/02 350 F02M 59/44 F02M 47/02 F02M 47/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料供給ポンプから供給される燃料を蓄
圧器に蓄え、この蓄圧器から複数のインジェクタに分配
する蓄圧式燃料噴射装置において、上記蓄圧器は、相互に区画されて少なくとも容量の小さ
い蓄圧室と容量の大きい蓄圧室とを備え、容量の小さい
上記蓄圧室に上記燃料供給ポンプ及び複数の上記インジ
ェクタを接続するとともに、これら容量の異なる上記各
蓄圧室を相互に連通する連通路を有し、容量の小さい上
記蓄圧室の実圧力と内燃機関の運転状態に基づいて算出
される指令燃料圧との差が所定値以下の状態では、容量
が小さい上記蓄圧室と容量が大きい上記蓄圧室とを連通
させるとともに、この連通を前記所定値を超えた状態で
は遮断する制御弁を上記連通路に設けたことを特徴とす
る蓄圧式燃料噴射装置の蓄圧器。