JP2000161178A

JP2000161178A - 直接噴射式内燃機関の高圧噴射システム

Info

Publication number: JP2000161178A
Application number: JP11333060A
Authority: JP
Inventors: Francois Miquel; ミケルフランソワ; Quec Jean Luc Le; ルケクジャン−リュク
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2000-06-13
Also published as: FR2786225B1; FR2786225A1; EP1030052A1

Abstract

(57)【要約】【課題】燃料タンクに接続されている高圧ポンプと、
燃焼室にそれぞれ開口しているいくつかの噴射器に燃料
圧力をかけて送るコモンレールと、コモンレールと各噴
射器との間の少なくとも１つの接続ラインと、コモンレ
ール上に位置する圧力検出器と、噴射器と高圧ポンプと
圧力検出器とに同時に連結されている電子制御装置とを
有している、直接噴射式内燃機関の高圧燃料噴射システ
ムにおいて、各噴射器ニードルの接続および噴射速度の
周期的安定性の問題を解決する。【解決手段】減衰手段１２が、コモンレール１と少な
くとも１つの噴射器３の間の接続ライン２のうちの少な
くとも１つと協働する減衰手段１２が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直接燃料噴射式内
燃機関に関し、特に、燃料をそれぞれの燃焼室に噴射す
る「コモンレール」と呼ばれるシステムを使用する前述
の内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】「コモンレール」システムは、噴射調整
度が大きく、かつ用途に柔軟性があるため、広く使用さ
れるようになっている。特に、コモンレールシステムに
より、広範囲（１５０×１０⁵〜１５００×１０⁵Ｐａ）
にわたって噴射圧力、噴射されるガスオイル量、噴射位
相を動作点と無関係に自由に制御することができる。

【０００３】図１は、燃料タンク８と高圧ポンプ７に関
連する低圧ポンプ１０と、高圧ポンプ７に接続され、各
噴射器３に燃料が供給されるようにするコモンレール１
と、コモンレール１上に位置する圧力検出器９と、燃焼
室数と同じ個数の噴射器と、圧力検出器９からの情報も
受信する中央制御装置（すなわちコンピュータ）１１に
接続されて、各噴射器３を制御する手段（参照符号無
し）である主要要素を備えたこのようなシステムの全体
構成を示す。

【０００４】前述の部品の動作は、まとめると、次のよ
うになる。

【０００５】低圧ポンプ１０は、タンク８から燃料を送
り出して高圧ポンプ７に燃料を供給する。熱機関によっ
て駆動される高圧燃料ポンプ７は、コモンレール１とそ
れぞれの噴射管とを経由して噴射器３にある量の燃料を
送る。燃料の一部は内燃機関の燃焼室に接続噴射される
が、小量は噴射器３の油圧制御に用いられてタンク８に
戻る。

【０００６】高圧ポンプ７は、一般にラジアルピストン
ポンプである。この場合、ドライブシャフトの偏心部
は、燃料を連続的に吸引し、圧縮し、制御弁を介してコ
モンレール１の方に吐出する３つのピストンを移動させ
る。駆動シャフトの偏心部とピストンの対称な配置と
が、ポンプ出口における圧力振動の減少に寄与してい
る。

【０００７】高圧ポンプ７の出口に配置されている制御
弁により、圧力検出器９によって測定されるコモンレー
ル１内の噴射圧を調節できる。噴射圧力は、中央制御装
置１１に記憶されている所望値に調節される。吐出流は
タンク８に戻る。

【０００８】高圧ポンプ７と噴射器３との間の燃料ボリ
ュームが蓄圧器として作用する。それにより、ある量の
燃料を内燃機関の動作点と無関係な所望の圧力に維持す
ることができ、また、高圧ポンプ７の脈動するキャパシ
ティと噴射器３の吐出開始時の突然の燃料抜き出しとに
よって開始される圧力振動を減衰させることができる。
しかしながら、トランジェント（経過）モードで十分に
早い応答を得るために、このボリュームは大きすぎては
ならない。

【０００９】それぞれの噴射器３は、完全に定められた
時間１２に中央に制御装置１１によって生成された電子
パルスの後で「開き」または「閉じ」る。噴射期間、コ
モンレール１内の噴射圧力、および噴射器内の流れの断
面によって、噴射される燃料の量が決まる。

【００１０】噴射器３のノズルの流れの断面は、燃料
（圧力Ｐrail）を筒内圧Ｐcylinder（＜１５０×１０⁵
Ｐａ）である燃焼室に接続する、ノズルと吐出口との間
のニードルによって次第に解放される空間２０によって
定められる。

【００１１】電子制御装置１１によって送出される第1
の電気制御パルスが、噴射器３内の電気油圧動作に変換
されると、噴射器３が開き、ニードルを上昇させる。こ
のように、ニードルは流れの断面を解放する。その後、
噴射が正常に開始する。

【００１２】噴射器３は、第２の電気制御パルスによっ
てニードルがその弁座に押し下げられると、「閉じ
る」。ニードルは、このように流れの断面を閉じる。噴
射は正常に終了する。

【００１３】これら２つの瞬間（開始と終了）のあい
だ、ニードルは、制御時間に応じて完全に上昇状態に維
持される中間段階がおそらく存在する、上昇段階と下降
段階とを経験する。

【００１４】各噴射器３のノズルにおける吐出速度、す
なわち瞬間燃料流はニードルの動きに従い、流れの断面
が解放されてすぐの上昇段階と、ニードルが最大上昇状
態に維持される場合の平衡段階と、下降段階とを有し、
これらのすべてによって噴射時間が決まる。

【００１５】このように噴射速度、すなわち噴射流と、
コモンレールを各噴射器へ接続するライン内の圧力との
間には、圧力変動によって各噴射器のノズルの流量が乱
される直接的な関係がある。

【００１６】実際は、圧力変動は、高圧ポンプの脈動状
態と噴射器のニードルの開き（または閉じ）状態とが組
合わさった効果によるものである。本発明に関連する図
１３および１５とに関連して後述する図１２および１４
は、この現象を強調している。

【００１７】このように、これら圧力変動は、噴射の周
期的な安定性、したがってシリンダ内の燃焼に悪影響を
及ぼすため、圧力変動に関連する問題が生じる。

【００１８】米国特許明細書第４，１６１，１６１号
は、ディーゼルエンジンの噴射段階の最後に生じる圧力
変動を吸収する手段を開示している。噴射圧力は１００
０×１０⁵Ｐａのオーダのものにでき、したがってニー
ドルが閉じることよって噴射の最後に圧力変動が生じ
る。この米国特許明細書で推奨されている解決策は、噴
射ポンプと噴射器自体との間のラインに接続されている
チャンバである。蓄圧室と呼ばれるこのチャンバは、噴
射段階の最後の圧力変動を減少させ、そのため、噴射器
のニードルが安定して高速に閉じるのがを保証される。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】この問題は、ここで
は、噴射段階の最後にディーゼル高圧ポンプによって生
じ、燃焼にとって勿論極めて不利である、噴射器が再び
開くことが生じるような振幅の振動にしか結びついてい
ない。

【００２０】本発明は、各噴射器ニードルの揚程および
噴射速度の周期的安定性の問題を、別のやり方で解決す
ることを特に目的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】これは、本発明によれ
ば、最も反復可能な噴射速度を得るために周期的な噴射
のばらつきを減少させることから基本的に成る。これ
は、優れた燃焼安定性にとって極めて有利である。

【００２２】この効果は、高圧ポンプと噴射器の開きの
両方による回路内の圧力変動を周期全体にわたって減少
させるまたは除くことによって得られる。

【００２３】したがって、本発明の目的は、燃料タンク
に接続されている高圧ポンプと、燃焼室にそれぞれ開口
しているいくつかの噴射手段に燃料を圧力をかけて送る
コモンレールと、コモンレールと各噴射手段との間の少
なくとも１つの接続ラインと、コモンレール上に配置さ
れている圧力検出器と、噴射手段と高圧ポンプと圧力検
出器とに同時に接続されている電子制御装置とを特に有
している、直接噴射式内燃機関の高圧燃料噴射システム
である。

【００２４】本発明によれば、このシステムは、分岐ラ
イン上に配置されている手段、または多孔性、すなわち
濾過手段のいずれかにより、各噴射手段内の圧力波を減
衰させる少なくとも１つの手段を有している。

【００２５】本発明の実施態様によれば、前記減衰手段
は、コモンレールと少なくとも１つの前記噴射手段の間
の少なくとも１つの前記接続ラインと協働する。

【００２６】本発明の他の実施態様にれば、前記減衰手
段はコモンレール内に配置されている。

【００２７】特に、噴射手段は電子制御装置によって制
御される。

【００２８】本発明の独自の特徴によれば、減衰手段は
反射による減衰が可能である。

【００２９】この状況において、減衰手段は、前記接続
ライン上に配置された少なくとも１つの特定のキャパシ
ティを有することができる。

【００３０】減衰手段は、本発明の範囲から逸脱せず
に、前記接続ラインの分岐ライン上に配置されたキャパ
シティも有している。

【００３１】また、減衰手段は、直列、かつ前記接続ラ
インの分岐ライン上に同時に配置されているいくつかの
キャパシティを有することもできる。

【００３２】また、減衰手段は４分の１波長共振器を有
している。

【００３３】４分の１波長共振器は、接続ラインの分岐
ライン上または前記接続ラインの周囲に配置できる。

【００３４】本発明の別の独自の特徴によれば、減衰手
段は干渉式の減衰が可能であり、また、接続ラインの一
部をなす迂回路を有している。

【００３５】本発明により提案される可能性によれば、
前記減衰手段は圧力波を吸収するための多孔性、すなわ
ち濾過要素を有している。

【００３６】特に、前記多孔性要素は、前記接続ライン
の長さの一部にわたって前記接続ライン内に配置されて
いる。

【００３７】本発明の範囲から逸脱せずに、前記接続ラ
インの一部の長さにわたって前記連結ラインに複数の孔
をあけ、この長さにわたって前記ラインの周囲に前記多
孔性要素を配置することができる。

【００３８】多孔性要素は、コモンレールの内部に配置
され、吸収による減衰を確保する厚さを有する筒の形態
であってもよい。

【００３９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００４０】より詳細には、図２は、「コモンレール」
または「蓄圧レール」と呼ばれるレール１が、噴射器３
に至る接続ライン２のうちの１つに対して開口している
本発明の実施形態を示している。

【００４１】コモンレール１は、２のようないくつかの
ラインに開口している。

【００４２】各噴射器３は、ピストン５とシリンダ６に
よって区切られている燃焼室４に開口している。

【００４３】また、例えば図１に記載のパターンにより
コモンレール１に燃料を圧力をかけて誘導する、図２の
参照符号７で示されるような高圧ポンプが使用されてい
る。

【００４４】本発明を実施するために必要な他の要素
は、包括的には、図１と関連して記載された要素、すな
わち、燃料タンク８と高圧ポンプ７とに関連する低圧ポ
ンプ１０と、高圧ポンプ７に接続され、各噴射器３に接
続ライン２経由で燃料を供給させるコモンレール１とで
ある。また、コモンレール１上に配置され、電子制御装
置１１に接続されている圧力検出器９も設けられてい
る。

【００４５】本発明によれば、各噴射器３内の圧力波を
減衰させる減衰手段１２も設けられている。

【００４６】図２は、減衰手段１２が、接続ライン２上
に直列に配置されているキャパシティから成る実施形態
を示す。キャパシティ１２の寸法は、次式の拡大率 τ=D²/d² が十分大きくなるように選択される（図２参照）。式
中、Ｄはキャパシティ１２自体の直径を表し、ｄは接続
ライン２の直径を表し、Ｄ＞ｄである。しかしながら、
大きさおよび重量上の理由から、拡大率τは大きすぎる
べきではない。このように、キャパシティ１２は、キャ
パシティ１２内における部分反射によって圧力波の全体
的減衰を引き起すように接続ライン２に対して寸法決定
されている。

【００４７】実例として、ライン２の内径が３ｍｍの場
合、キャパシティ１２は、内径９ｍｍのシリンダで構成
することができ、すなわち、キャパシティ１２につい
て、拡大率９、長さ２５ｍｍが選択される。

【００４８】図３は、４分の１波長共振器の形態のキャ
パシティ１２を示す。この種の要素は、周知のように、
その他端が閉じている接続ライン２の分岐ラインから構
成されている。分岐ラインは、接続ライン２の直径と実
質的に等しい直径を有しているのが好ましい。

【００４９】図４は、くび部が無い、すなわち、接続ラ
イン２と接続するためのラインが無い分岐キャパシティ
などの減衰手段１２を開示している。このキャパシティ
１２は、実際には、その近傍にある１つまたは複数の開
口１３によって接続ライン２に直接接続されており、し
たがって、キャパシティ１２は開口１３の付近の接続ラ
イン２を囲んでいる。キャパシティ１２は、接続ライン
２の回りに対称であることが好ましい。

【００５０】図５は、ここでは、直列に、かつ接続ライ
ン２に対する分岐ライン上に配列されている一連のボリ
ューム１４１、１４２、１４３の形態をなしている、キ
ャパシティ１２の別の可能性に関するものである。接続
ライン２に最も近い第１のボリューム１４１は、このラ
インの拡径部であり、第１のボリューム１４１は、それ
自体が第３のボリューム１４３と連通している第２のボ
リューム１４２に連通している。第１、第２、および第
３のボリューム１４１、１４２、１４３は、直列に配列
され、いずれも接続ライン２の分岐ラインを形成してい
るとみなすことができる。

【００５１】４分の１波長共振器の別の形態は、最初に
接続ライン２の部分の拡径部１５１、次に、ライン２と
同じ断面を有するライン１５３と、それらすべてを包囲
する閉じたボリューム１５４とに入れ子式に嵌合して開
口しているより大きな部分１５２を示す図６に表されて
いる。

【００５２】減衰手段１２は、本発明の範囲から逸脱せ
ずに、干渉による圧力波減衰に基づくことも可能であ
る。干渉式減衰の公知の原理は、波を分割して、所望の
効果により、適切な時間にのみ主ライン内の逸脱した部
分（ｄｅｖｉａｔｅｄｆｒａｃｔｉｏｎ）を再併合す
ることから成る。

【００５３】この原理に対応する構造は図７に見ること
ができ、キャパシティ１２は、特定の長さにわたって接
続ライン２の迂回路として取りつけられている二次的な
ライン１６の形態を有している。二次的ライン１６の断
面は、接続ライン２の断面と同一であることが好まし
い。二次的ライン１６は、位相差によって、分岐出口に
おいて送出される波に対して作用することができる。

【００５４】図８は、吸収による減衰である別の減衰タ
イプを示す。

【００５５】更に正確に述べると、この図は接続ライン
２の拡径部内に配置されている要素１７を示しており、
要素１７は、接続ライン２の拡径部全体を占有してお
り、したがって、燃料流は要素１７を完全に通過する。
要素１７は、吸収性の多孔質材料から構成されることが
好ましい。

【００５６】本発明の範囲から逸脱せずに、多孔質材料
は、図９に記載されているように、コモンレール１の内
側に配置されている円筒管１８にすることができる。こ
のように、多孔質材料１７の厚さは、吸収による減衰を
確実なものにしている。

【００５７】図１０は、接続ライン２の長さの一部にわ
たって接続ライン２の周囲に配置されている多孔性要素
１９によって吸収による減衰が行なわれる実施形態に関
するものである。また、接続ライン２には、流体が通過
できる孔２０があけられている。

【００５８】最後の３つの場合では、多孔性、すなわち
濾過要素は、吸収減衰器として作用する。濾過要素が、
吸収性多孔性材料の内張り部における液体の摩擦による
圧力変動を減衰させる。

【００５９】速度波と、相関的に速度波と関連する圧力
波とに減衰が施される。動作圧力に対する（多孔性材料
を通過時の）管内圧力降下は無視できるほど僅かであ
る。壊変しない材料を選択するのが有利である。

【００６０】図１１と１２は、それぞれ、同一動作条件
下、すなわち、圧力３００×１０⁵Ｐａ、噴射時間３ｍ
ｓで、従来技術および本発明により得られた曲線に関す
るものである。

【００６１】図１１と１２において、曲線Ａは、噴射器
３のニードルの揚程を時間の関数として示すものであ
り、曲線Ｂは、噴射速度であり、曲線Ｃは、各噴射器の
制御状態を時間の関数として表している。

【００６２】図１１と１２の曲線Ｂを比較することによ
り、本発明によって与えられる改良点が分かる。実際、
図１１では、いくつかの異なる曲線が重なり合っている
ことが分かる。これは、サイクルごとに噴射速度が変動
するいくつかの燃焼サイクルに対応している。

【００６３】他方、実際にはいくつかの燃焼サイクルに
対応している、図１２の曲線Ｂは、互いに完全に重なり
合った曲線を示している。これは、サイクルごとの噴射
速度のすぐれた反復性を示すものである。

【００６４】図１１と１２の曲線Ａについても同じであ
る。図１１は、１サイクルごとにニードルの揚程に関し
て違ったものを示しているが、図１２では、すべての曲
線Ａは実質的に重なり合っており、このことは、ニード
ルの変位の安定した挙動を示すものである。

【００６５】この周期的噴射安定性の結果として、燃焼
自体のより良い周期的安定性、すなわち、より優れた燃
焼がもたらされる。

【００６６】図１３と１４は、噴射時間８００μｓで得
られた同一の現象を示すものである。

【００６７】図１３の曲線ＡとＢ（従来技術による）
は、噴射速度と同様にニードル揚程について、実際に
は、サイクル間で遅れがあることを示している。他方、
本発明によって得られた図１４の曲線ＡとＢは、実質的
に融合しているのでサイクル間での完全な反復性を示し
ている。

【００６８】このように、異なった動作条件に対して、
本発明は、特に噴射安定性と、したがって燃焼とに関
し、従来技術に対して著しい改良を提供するものである
ことが理解できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】直接噴射式内燃機関の高圧噴射システムの一般
構成を示す図である。

【図２】本発明の実施形態に関する図である。

【図３】本発明の実施形態に関する図である。

【図４】本発明の実施形態に関する図である。

【図５】本発明の実施形態に関する図である。

【図６】本発明の実施形態に関する図である。

【図７】本発明の実施形態に関する図である。

【図８】本発明の実施形態に関する図である。

【図９】本発明の実施形態に関する図である。

【図１０】本発明の実施形態に関する図である。

【図１１】噴射圧３００×１０⁵Ｐａ、噴射時間３ｍｓ
の場合に従来技術によって得られた３つの曲線を示す図
である。

【図１２】図１１と同じ条件下で本発明によって得られ
た３つの曲線を示す図である。

【図１３】噴射圧３００×１０⁵Ｐａ、噴射時間０．８
ｍｓの場合に従来技術によって得られた別の３つの曲線
を示す図である。

【図１４】図１３の曲線と同じ条件下で本発明によって
得られた３つの曲線を示す図である。

【符号の説明】

１コモンレール２接続ライン３噴射器４燃焼室５ピストン６シリンダ７高圧ポンプ８燃料タンク９圧力検出器１０低圧ポンプ１１電子制御装置１２減衰手段１３開口１４１、１４２、１４３ボリューム１５１拡径部１５２断面部１５３ライン１５４ボリューム１６二次的ライン１７要素（多孔質材料）１８円筒管１９多孔性要素２０孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジャン−リュクルケクフランス国 78440 ガルジャンヴィルランヴィルルオーカーブ 16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料タンク（８）に接続されている高圧
ポンプ（７）と、燃焼室（４）にそれぞれ開口している
いくつかの噴射手段（３）に燃料を圧力をかけて送るコ
モンレール（１）と、前記コモンレール（１）と前記各
噴射手段（３）との間の少なくとも１つの接続ライン
（２）と、前記コモンレール（１）上に配置されている
圧力検出器（９）と、前記噴射手段（３）と前記高圧ポ
ンプ（７）と前記圧力検出器（９）とに同時に連結され
ている電子制御装置（１１）とを特に有している、直接
噴射式内燃機関の高圧燃料噴射システムにおいて、分枝
ライン上に配置されている手段、または多孔性、すなわ
ち濾過要素のいずれかにより、前記各噴射手段（３）内
の圧力波を減衰させる少なくとも１つの減衰手段（１
２）を有していることを特徴とする直接噴射式内燃機関
の高圧燃料噴射システム。
【請求項２】前記減衰手段（１２）が、前記コモンレ
ール（１）と少なくとも１つの前記噴射手段（３）の間
の少なくとも１つの前記接続ライン（２）と協働する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】前記減衰手段（１２）が前記コモンレー
ル（１）の中に配置されている、請求項１に記載のシス
テム。
【請求項４】前記噴射手段は前記電子制御装置（１
１）によって制御される、請求項１から３のうちのいず
れか１項に記載のシステム。
【請求項５】前記減衰手段は、反射による減衰を可能
とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステ
ム。
【請求項６】前記減衰手段は、前記接続ライン（２）
に対する分岐ライン上に配置されている少なくとも１つ
のキャパシティ（１２）を有している、請求項５に記載
のシステム。
【請求項７】前記減衰手段は、直列、かつ前記ライン
（２）の分岐ライン上で接続されているいくつかのキャ
パシティ（１４１−１４３）を有している、請求項５に
記載のシステム。
【請求項８】前記減衰手段が、４分の１波長共振器
（１２、１５１〜１５３）を有している、請求項５に記
載のシステム。
【請求項９】前記４分の１波長共振器（１２）は、前
記接続ライン（２）の分岐ライン上に配置されている、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】前記４分の１波長共振器（１５１〜１
５３）は、前記接続ライン（２）の周囲に配置されてい
る、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】前記減衰手段は、干渉による減衰を可
能とし、また、接続ライン（２）の一部を分岐させる分
岐ライン（１６）を有している、請求項１〜４のいずれ
か１項に記載のシステム。
【請求項１２】前記多孔性要素（１７）は、前記接続
ライン（２）の長さの一部にわたって前記接続ラインの
中に配置されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】前記多孔性要素（１９）は、前記接続
ライン（２）の長さの一部にわたって前記接続ライン
（２）の周囲に配置されており、前記接続ライン（２）
には、この長さにわたって複数の孔（２０）があけられ
ている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】前記多孔性要素は、厚さによって吸収
減衰を確保する、前記コモンレール（１）の内部に配置
されているシリンダ（１８）である、請求項１に記載の
システム。