JP2003042040A - 燃料噴射装置 - Google Patents

燃料噴射装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＲＳのフレキシブルな多段噴射および圧力
調整の利点と、ＰＤＥの高い噴射圧および線形の増圧の
利点とを組み合わせる。 【解決手段】 シリンダの数に応じて、燃料を圧縮する
ためのポンプ・ノズルユニットまたはポンプ・管路・ノ
ズルシステムの、各インジェクタ２に対応配置された少
なくとも１つの局所的なポンプエレメント１と、インジ
ェクタ２に接続されている中央の蓄圧器２５とが設けら
れているようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料噴
射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】明細書および特許請求の範囲を理解しや
すくするために、以下に幾つかの概念を説明する：本発
明による燃料噴射装置は行程制御式に形成されていても
よいし、圧力制御式に形成されていてもよい。本発明の
枠内では、行程制御式の燃料噴射装置とは、噴射開口の
開閉が、ノズル室内の燃料圧と制御室内の燃料圧との液
圧的な協働に基づき移動可能なノズルニードルによって
行われることを意味している。制御室の内部の圧力低下
はノズルニードルの持上りを生ぜしめる。択一的には、
ノズルニードルの変位が作動部材（アクチュエータ）に
よって行われてよい。本発明による圧力制御式の燃料噴
射装置では、インジェクタのノズル室内に形成された燃
料圧によって、ノズルニードルが閉鎖力（ばね）の作用
に抗して運動させられ、これによって、噴射開口が、ノ
ズル室からシリンダ内への燃料の噴射のために開放され
る。ノズル室からシリンダ内に流出する燃料に付与され
た圧力が噴射圧と呼ばれるのに対して、システム圧と
は、燃料噴射装置の内部に提供されているかもしくは蓄
えられている燃料に付与された圧力を意味している。燃
料調量とは、ノズル室に燃料を調量弁によって供給する
ことを意味している。組み合わされた燃料調量では、種
々異なる噴射圧を調量するために、１つの共通の弁が使
用される。ポンプ・ノズルユニット（ＰＤＥ）では、噴
射ポンプとインジェクタとが１つのユニットを形成して
いる。シリンダ１つにつき、このような形式のユニット
がシリンダヘッドに組み付けられ、タペットを介して直
接的にまたはロッカアームを介して間接的にエンジンカ
ムシャフトによって駆動される。ポンプ・管路・ノズル
システム（ＰＬＤ）は同じ方法に基づき作業する。ここ
では、高圧管路がノズル室またはノズルホルダにまで通
じている。
【０００３】高い最大の噴射圧と線形の増圧とによって
エミッションを低減するためには、ＰＤＥまたはＰＬＤ
が使用される。さらに、噴射圧がエンジンの回転数と負
荷とに無関係であり、特性マップで可変に調整すること
ができると有利であると分かった。また、多段噴射も有
利である。したがって、コモンレールシステム（ＣＲ
Ｓ）が使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式の燃料噴射装置を改良して、ＣＲＳのフレ
キシブルな多段噴射および圧力調整の利点と、ＰＤＥの
高い噴射圧および線形の増圧の利点とを組み合わせるこ
とである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、シリンダの数に応じて、燃料を圧
縮するためのポンプ・ノズルユニットまたはポンプ・管
路・ノズルシステムの、各インジェクタに対応配置され
た少なくとも１つの局所的なポンプエレメントと、イン
ジェクタに接続されている中央の蓄圧器とが設けられて
いるようにした。
【０００６】
【発明の効果】本発明によれば、行程制御式のインジェ
クタに接続された蓄圧器によって、いつでも噴射を行う
ことができることが保証される。このことは、たとえば
フィルタ・触媒システムの再生のために重要である。さ
らに、本発明による燃料噴射装置はパイロット噴射とポ
スト噴射とを実現することができる。この場合、両噴射
はカム行程と無関係であってよい。増圧のためには、高
い圧力の利点と線形の増圧の利点とを使用するために、
ＰＤＥ／ＰＬＤエレメントが使用される。本発明による
燃料噴射装置では噴射圧が調整可能であり、この噴射圧
を特性マップにおいてエンジンの要求に適合させること
ができる。装置的な構造の軽減のためには、蓄圧器の充
填がＰＤＥ／ＰＬＤエレメントによって達成され得る。
【０００７】蓄圧器の充填がポンプエレメントと絞りと
を介して行われると、損失量が生ぜしめられる。この損
失量を回避するためには、ポンプエレメントによる増圧
の間に（すなわち噴射の間でも）インジェクタへの接続
を遮断する充填弁が提案される。ポンプエレメントの圧
送の終了後、インジェクタへの接続が再び形成される。
蓄圧器の充填は、主として、インジェクタ容積の、シス
テム内の損失量として生ぜしめられた逃がし量から達成
される。
【０００８】充填弁が、すでにシステムに設けられた逆
止弁と組み合わされ、これによって、装置的な費用が不
要に増加させられないないと特に有利である。基本的に
は、充填弁は別個の弁として形成されてもよいし、シス
テムの別の弁と組み合わされてもよいし、必要な場合に
はアクチュエータによって操作されてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。
【００１０】各シリンダには、ポンプ・ノズルユニット
（ＰＤＥ）またはポンプ・管路・ノズルシステム（ＰＬ
Ｄ）が対応配置されている。各ポンプ・ノズルユニット
はポンプエレメント１とインジェクタ２とから形成され
ている。エンジンシリンダあたり１つのポンプ・ノズル
ユニットがシリンダヘッドに組み付けられている。ポン
プエレメント１はタペットを介して直接的にまたはロッ
カアームを介して間接的にエンジンカムシャフトによっ
て駆動される。電子的な調整装置によって、噴射される
燃料の量（噴射経過）に適切に影響を与えることが可能
となる。図１に示した行程制御式の燃料噴射装置３の第
１実施例では、低圧ポンプ４が燃料５をストックタンク
６から圧送管路７を介してポンプエレメント１にまで圧
送する。制御弁８はポンプエレメント１のポンプ室９を
充填するために働く。高圧発生は、制御弁８が閉鎖され
た状態でカム行程の間に行われる。これによって、増圧
が開始され、圧力下にある燃料が逆止弁１０を介してイ
ンジェクタ２にまで案内される。
【００１１】噴射は燃料調量を介して、一方の端部に円
錐形の弁シール面１２を備えた、案内孔内で軸方向に移
動可能なノズルニードル１１によって行われる。このノ
ズルニードル１１の弁シール面１２は、インジェクタハ
ウジングに設けられた弁座面と協働する。インジェクタ
ハウジングの弁座面には噴射開口が設けられている。ノ
ズル室１３と制御室１４とが形成されている。ノズル室
１３の内部では、ノズルニードル１１の開放方向に向け
られた受圧面が、ノズル室１３に形成された圧力にさら
されている。この圧力は圧力管路１５を介してノズル室
１３に供給される。さらに、圧縮ばね１６に対して同軸
的にノズルニードル１１にプランジャ１７が作用してい
る。このプランジャ１７は、弁シール面１２とは反対の
側の端面１８で制御室１４を仕切っている。この制御室
１４は、燃料圧接続部から延びる、絞り１９を備えた流
入通路と、放圧管路もしくは絞り２０に向かって延び
る、弁ユニット２１によって制御される流出通路とを有
している。制御室１４内の圧力を介してプランジャ１７
は閉鎖方向で圧力負荷される。弁ユニット２１の操作時
には、制御室１４内の圧力が減少させられ得るので、こ
の結果、開放方向でノズルニードル１１に作用するノズ
ル室１３内の圧力が、閉鎖方向でノズルニードル１１に
作用する押圧力を上回る。弁シール面１２が弁座面から
持ち上がり、燃料が噴射される。この場合、制御室１４
の放圧過程ひいてはノズルニードル１１の行程制御には
第１の絞り１９と第２の絞り２０との寸法設定を介して
影響を与えることができる。噴射の終了は弁ユニット２
１の新たな操作（閉鎖）によって導入される。この操作
は制御室１４を再び漏れ管路２２から遮断するので、制
御室１４内には再び、ノズルニードル１１を閉鎖方向に
運動させることができる圧力が形成される。
【００１２】さらに、インジェクタ２は逆止弁２３と絞
り２４とを介して、インジェクタ全てのために設けられ
た中央の蓄圧器２５に接続されている。この蓄圧器２５
は噴射の間に絞り２４を介して充填される。噴射圧から
レール圧へのインジェクタ領域での燃料の逃がし時に生
ぜしめられる燃料の逃がし量は絞り２４を介して蓄圧器
２５に供給される。
【００１３】蓄圧器２５はインジェクタ２にポンプエレ
メント１とは無関係に燃料を供給することができる。噴
射と、フレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌ）な多段噴射と、
噴射経過形成とは常に可能である。弁ユニット２１と制
御弁８との制御時間を変化させることによって、噴射圧
経過に種々異なった形式で影響を与えることができる。
たとえばブーツ型噴射は、まずブーツ段階においてレー
ル圧で燃料噴射されることによって可能となる。その
後、ポンプ室９内の増圧が噴射の間に制御され、増圧
と、高い圧力を伴った第２の噴射段階とが行われる。方
形の噴射経過は、増圧がまず促進させられ、この増圧が
行われた後、インジェクタ２が噴射に関連して制御され
ることによって形成される。
【００１４】さらに、噴射圧はエンジンの要求に適合さ
せることができる。このことは、種々異なる形式で行う
ことができる。噴射時には、インジェクタが増圧の開始
後まだ若干の時間閉鎖されたままである。これによっ
て、高い圧力が堰き止められる。その後、この圧力下で
噴射が行われる。しかし、この場合、ブーツ型噴射はも
はや不可能である。レール圧が上昇させられ得る。これ
によって、より高いベース圧が生ぜしめられる。このこ
とは、噴射全体をより高い圧力レベルに移動させる。こ
の場合、１つの噴射経過形成の可能性、たとえばブーツ
型噴射は維持されたままである。
【００１５】絞り２４を介した、蓄圧器２５を充填する
ための充填量が十分でない場合には、逃がし制御量（Ａ
ｂｓｔｅｕｅｒｍｅｎｇｅ）を増加させるために、イン
ジェクタ２に設けられた局所的な蓄圧器または増加させ
られたインジェクタ・管路容積が使用され得る。また、
別個の高圧ポンプ２６（図２参照）が燃料噴射装置２７
に設けられていてもよい。
【００１６】図３〜図６に示したように、たとえば燃料
噴射装置３に使用された絞り２４（図１参照）の代わり
に、組み合わされた充填弁／逆止弁を燃料噴射弁に形成
することができる。
【００１７】この構成の第１の構造において、図３に
は、燃料噴射装置３と比較して、ポンプエレメント２９
と、制御弁３０と、インジェクタ３１とを備えた燃料噴
射装置２８が示してある。インジェクタ３１は、組み合
わされた充填弁／逆止弁３２を介して蓄圧器３３に接続
されている。充填弁／逆止弁３２はインジェクタ３１か
ら蓄圧器３３への接続を調整する。ポンプエレメント２
９が作業していない場合には、充填弁／逆止弁３２は第
１の切換位置に位置している。ポンプエレメント２９か
らインジェクタ３１への流れ接続は中断されており、蓄
圧器３３が、規定された圧力の燃料をインジェクタ３１
に供給している。
【００１８】ポンプエレメント２９の圧送時には、充填
弁／逆止弁３２は第２の切換位置に位置している。蓄圧
器３３からインジェクタ３１への流れ接続は中断されて
おり、ポンプエレメント２９からインジェクタ３１への
流れ接続は開放されている。
【００１９】充填弁／逆止弁３２は逆止弁のための球座
３４を有している。この球座３４はポンプの圧送時に開
放する。さらに、蓄圧器３３への接続のためのスプール
シール部が設けられている。このスプールシール部は球
座３４の開放時に閉鎖されている。
【００２０】図４には、燃料噴射装置３６の、組み合わ
された充填弁／逆止弁３５の別の構成が示してある。こ
こでは、逆止弁が円錐座３７として形成されている。弁
ピストンの開放時には平座３８が閉鎖され、したがっ
て、蓄圧器への接続が中断される。
【００２１】図５によれば、燃料噴射装置４０の充填弁
／逆止弁３９が、この充填弁／逆止弁３９に対して共通
の弁球４１を備えて形成されている。弁球４１の開放時
には弁座４２が開放され、弁座４３は閉鎖される。
【００２２】ポンプエレメント圧送の終了後に増圧に影
響を与えるためには、燃料噴射装置４５の絞り４４が設
けられている（図６参照）。ポンプエレメント圧送の終
了後、ゆっくりとした減圧が生ぜしめられる。この減圧
の間、高い圧力を伴ったポスト噴射を実現することがで
きる。このポスト噴射はカム圧送範囲外に位置してい
る。これによって、メイン噴射とポスト噴射との間の圧
力ピークを回避することができる。この圧力ピークは、
ノズルニードルがポンプエレメント圧送の間に液圧的に
制御されて開放位置から閉鎖位置に運動させられる場合
に生ぜしめられる。逆止弁４６は、絞られることなしに
インジェクタに燃料を蓄圧器から供給するために働く。
ポンプエレメントとインジェクタとの間の任意の箇所に
配置可能な逆止弁４６は、蓄圧器と充填弁／逆止弁３９
との間に直接配置することもできる。弁ユニット４７と
制御弁４８との制御時間を変化させることによって噴射
経過に影響を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の燃料噴射装置を示す図である。
【図２】付加的な高圧ポンプを備えた第２の燃料噴射装
置を示す図である。
【図３】組み合わされた充填弁／逆止弁を備えた第３の
燃料噴射装置を示す図である。
【図４】組み合わされた別の充填弁／逆止弁を備えた第
４の燃料噴射装置を示す図である。
【図５】組み合わされた別の充填弁／逆止弁を備えた第
５の燃料噴射装置を示す図である。
【図６】組み合わされた別の充填弁／逆止弁を備えた第
６の燃料噴射装置を示す図である。
【符号の説明】
１ ポンプエレメント、 ２ インジェクタ、 ３ 燃
料噴射装置、 ４ 低圧ポンプ、 ５ 燃料、 ６ ス
トックタンク、 ７ 圧送管路、 ８ 制御弁、 ９
ポンプ室、 １０ 逆止弁、 １１ ノズルニードル、
１２ 弁シール面、 １３ ノズル室、 １４ 制御
室、 １５ 圧力管路、 １６ 圧縮ばね、 １７ プ
ランジャ、 １８ 端面、 １９ 絞り、 ２０ 絞
り、 ２１弁ユニット、 ２２ 漏れ管路、 ２３ 逆
止弁、 ２４ 絞り、 ２５ 蓄圧器、 ２６ 高圧ポ
ンプ、 ２７ 燃料噴射装置、 ２８ 燃料噴射装置、
２９ ポンプエレメント、 ３０ 制御弁、 ３１ イ
ンジェクタ、 ３２ 充填弁／逆止弁、 ３３ 蓄圧
器、 ３４ 球座、 ３５ 充填弁／逆止弁、 ３６
燃料噴射装置、 ３７ 円錐座、 ３８ 平座、 ３９
充填弁／逆止弁、４０ 燃料噴射装置、 ４１ 弁
球、 ４２ 弁座、 ４３ 弁座、 ４４絞り、 ４５
燃料噴射装置、 ４６ 逆止弁、 ４７ 弁ユニッ
ト、 ４８制御弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC07 AC09 BA05 BA19 BA51 CA09 CC63 CE02 DA01 DA06

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の燃料噴射装置（３；２７）に
    おいて、シリンダの数に応じて、燃料を圧縮するための
    ポンプ・ノズルユニットまたはポンプ・管路・ノズルシ
    ステムの、各インジェクタ（２）に対応配置された少な
    くとも１つの局所的なポンプエレメント（１）と、イン
    ジェクタ（２）に接続されている中央の蓄圧器（２５）
    とが設けられていることを特徴とする、燃料噴射装置。
  2. 【請求項２】 ポンプエレメント（１）が、圧力管路
    （１５）を介してインジェクタ（２）の制御室（１４）
    とノズル室（１３）とに接続されており、圧力管路（１
    ５）が、蓄圧器（２５）に接続されている、請求項１記
    載の燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】 圧力管路（１５）への蓄圧器（２５）の
    接続管路が、逆止弁（２３）と、並列に接続された絞り
    （２４）とを有している、請求項１または２記載の燃料
    噴射装置。
  4. 【請求項４】 蓄圧器（２５）が、ポンプエレメント
    （１）によって圧縮された燃料から充填されるようにな
    っている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃
    料噴射装置。
  5. 【請求項５】 インジェクタを蓄圧器とポンプエレメン
    トとに接続するための充填弁（３２；３５；３９）が設
    けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載
    の燃料噴射装置。
  6. 【請求項６】 充填弁（３２；３５；３９）が、インジ
    ェクタと蓄圧器との接続をポンプエレメント（１）の圧
    送の間に中断している、請求項５記載の燃料噴射装置。
  7. 【請求項７】 充填弁が、組み合わされた充填弁／逆止
    弁（３２；３５；３９）によって形成されている、請求
    項５または６記載の燃料噴射装置。
  8. 【請求項８】 組み合わされた充填弁／逆止弁（３２；
    ３５；３９）が、第１の切換位置でインジェクタを蓄圧
    器（２５）に接続していて、第２の切換位置でインジェ
    クタをポンプエレメント（１）に接続している、請求項
    ７記載の燃料噴射装置。
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