JP2003507651A - 内燃機関用の燃料噴射系 - Google Patents

内燃機関用の燃料噴射系

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JP2003507651A JP2001518576A JP2001518576A JP2003507651A JP 2003507651 A JP2003507651 A JP 2003507651A JP 2001518576 A JP2001518576 A JP 2001518576A JP 2001518576 A JP2001518576 A JP 2001518576A JP 2003507651 A JP2003507651 A JP 2003507651A
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Abstract

(57)【要約】 少なくとも２つの異なった高さの燃料圧を有する燃料が、インジェクタ（１０；６１）を介して内燃機関の燃焼室内に噴射され得る形式の、内燃機関用の燃料噴射系（１）では、バイパス導管（１９）に対して並列的に、液圧式の圧力変換器（１１）が高い燃料圧を生ぜしめるために設けられており、この場合圧力変換器（１１）が弁ユニット（１３）を介して活性化可能及び不活性化可能である。圧力変換器は持続的に運転されているのではなく、かつ摩擦による損失もまた減じられているので、効率は改善されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の、内燃機関用の燃料噴射
系に関する。
【０００２】 このような形式の噴射系は、例えばヨーロッパ特許公開第０７１１９１４号明
細書に基づいて公知である。
【０００３】 以下の記載の良好な理解のために、まず初めに幾つかの概念について詳しく述
べる：「圧力制御式の燃料噴射系」では、インジェクタのノズル室内における燃
料圧によって弁体（例えばノズルニードル）が閉鎖力に抗して開放制御され、そ
して燃料の噴射のために噴射開口が開放される。燃料がノズル室からシリンダ内
に流出する圧力は、「噴射圧」と呼ばれる。本発明の枠内において「行程制御式
の燃料噴射系」というのは、次のような燃料噴射系のことを意味する。すなわち
行程制御式の燃料噴射系では、噴射開口の開閉がシフト可能な弁部材を用いてノ
ズル室及び制御室における燃料圧の液圧的な共働に基づいて行われる。さらに、
以下において配置形式に関して「中央」というのは、すべてのシリンダのために
共通に存在する場合を示し、「局部」というのは、個々のシリンダに対してそれ
ぞれ設けられている場合を示す。
【０００４】 ヨーロッパ特許公開第０７１１９１４号明細書に基づいて公知の圧力制御式の
燃料噴射系では、高圧ポンプを用いて燃料が約１２００バールの第１の高い燃料
圧に圧縮され、第１のアキュムレータにおいて蓄えられる。さらに、高圧下にあ
る燃料は第２のアキュムレータにも送られ、この第２のアキュムレータにおいて
２ポート２位置方向切換え弁を用いた燃料供給の調整によって、約４００バール
の第２の高い燃料圧が維持される。弁制御ユニットを介して低い燃料圧か又は高
い燃料圧がインジェクタのノズル室内に導かれる。このノズル室内において圧力
によって、ばね負荷された弁体が弁座から持ち上げられ、その結果燃料はノズル
開口から流出することができる。
【０００５】 この公知の燃料噴射系における欠点としては次のことが挙げられる。すなわち
この公知の燃料噴射系では、まず初めに燃料全体を高い圧力レベルに圧縮しなく
てはならず、次いで燃料の一部を再び低い圧力レベルに放圧するようになってい
る。さらに、両方の燃料圧を蓄えるためには、２つのアキュムレータが必要であ
る。高圧ポンプは、それが機関のカム軸によって駆動されることに基づいて、持
続的に運転されており、つまりそれぞれのアキュムレータにおいて既に所望の圧
力が形成されている場合でも、高圧ポンプの運転はされ続ける。この持続的な高
圧発生及び、次いで行われる低い圧力レベルへの放圧は、良好な効率を損なうこ
とになる。高圧アキュムレータの使用時には、燃料圧は強度の理由から現在、最
大約１８００バールに制限されている。
【０００６】 国際公開第９８／０９０６８号パンフレットに基づいて公知の行程制御式の燃
料噴射系においても、同様に２つの燃料圧を蓄えるために２つのアキュムレータ
が設けられている。そして各アキュムレータのためにはそれぞれ固有の高圧ポン
プが設けられており、この高圧ポンプは持続的に運転されており、つまりそれぞ
れのアキュムレータにおいて既に所望の圧力が形成されている場合でも、高圧ポ
ンプの運転はされ続ける。
【０００７】 発明の利点 効率を改善するために、本発明によれば第２の高い圧力レベルが圧力変換器を
用いて生ぜしめられる。この変換された圧力はアキュムレータにおいて蓄えられ
ないので、高い噴射圧を得ることができる。両方の圧力レベルは、ボート形（bo
otfoermig）の噴射、前噴射及び後噴射のようなフレキシブルな噴射を行うため
に、使用することができる。
【０００８】 図面 図面は、２つの異なった高さの燃料圧を有する燃料が噴射される、液圧式の圧
力変換ユニットを備えた本発明による燃料噴射系の種々様々な実施例を示すもの
であり、以下においては図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【０００９】 図１は、圧力制御式のインジェクタと中央の圧力変換ユニットとを備えた第１
の燃料噴射系を示す回路図である。
【００１０】 図２は、圧力制御式のインジェクタと各インジェクタ毎に設けられた局部的な
圧力変換ユニットとを備えた第２の燃料噴射系を示す回路図である。
【００１１】 図３は、圧力制御式のインジェクタと各インジェクタ毎に設けられた変化実施
例による局部的な圧力変換ユニットとを備えた第３の燃料噴射系を示す回路図で
ある。
【００１２】 図４は、行程制御式のインジェクタと各インジェクタ毎に設けられた変化実施
例による局部的な圧力変換ユニットとを備えた第４の燃料噴射系を示す回路図で
ある。
【００１３】 実施例の記載 図１ａに示された、圧力制御式の燃料噴射系１の第１実施例では、高圧ポンプ
２が燃料３を燃料タンク４から圧送導管５を介して、中央の圧力変換ユニット６
に高圧で圧送し、この高圧は２ポート２位置方向切換え弁７の通電によって形成
される。高圧ポンプ２は約３００〜約１０００バールの第１の（低い）燃料圧を
生ぜしめることができ、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３５１６８６７
号明細書に基づいて公知の分配型噴射ポンプに似た、噴射分配装置を備えたカム
式ポンプである。
【００１４】 中央の圧力変換ユニット６を介して必要な場合には、より高い燃料圧を生ぜし
めることが可能である。波動伝播効果（Wellenausbreitungseffekt）の使用によ
って、２０００バールを越える噴射圧を実現することが可能である。その都度存
在する燃料圧は次いで、中央の分配装置８から、個々のシリンダの数に相当する
複数の高圧導管９に分配され、これらの高圧導管９は、燃料供給される内燃機関
の燃焼室に入り込む個々のインジェクタ１０（噴射装置）に通じている。図１に
はインジェクタ１０のうちの１つだけが示されている。
【００１５】 中央の圧力変換ユニット６は、シフト可能なピストンエレメントの形の押圧手
段１２を備えた圧力変換器１１を有している。この押圧手段１２は一端では弁ユ
ニット１３を用いて圧送導管５に接続されることができ、その結果押圧手段１２
は、１次室１４内における燃料によって一端で負荷される。差圧室（Differenzr
aum）１５は漏れ導管１６を用いて放圧されるので、押圧手段１２は圧力室１７
の容積を減じるために圧縮方向にシフトされることができる。これによって、圧
力室１７内における燃料は一次室１４と圧力室１７との面積比に相応して、高い
燃料圧に圧縮される。圧力室１７の充填は、押圧手段１２内に設けられた逆止弁
１８を介して行われる。圧力変換器１１は、この圧力変換器１１に対して平行な
つまり並列的なバイパス導管１９によって迂回されることができ、このバイパス
導管１９は弁ユニット１３を用いて活性化可能もしくは不活性化可能つまり活動
可能もしくは休止可能である。図１ａには弁ユニット１３は圧力変換器１１の前
で、３ポート２位置方向切換え弁として形成されている。部材１１，１３，１９
は中央の圧力変換ユニット６を形成している。
【００１６】 分配装置８においてその都度生じている燃料圧は、圧力導管９を介してインジ
ェクタ１０のノズル室２０内に導かれる。噴射は、案内孔内において軸方向シフ
ト可能なピストン状の弁部材２１（ノズルニードル）を用いて圧力制御されて行
われ、弁部材２１の円錐形の弁シール面２２は、インジェクタケーシングにおけ
る弁座面と共働し、そしてそこに設けられた噴射開口２３を閉鎖する。ノズル室
２０の内部には、弁部材２１の開放方向に向いた受圧面が、圧力にさらされてい
て、この場合ノズル室２０は弁部材２１と案内孔とを間のリング間隙を介して、
インジェクタ１０の弁シール面２２にまで続いている。ノズル室２０内における
圧力によって、噴射開口２３をシールする弁部材２１は、閉鎖力（閉鎖ばね２４
）の作用に抗して開放制御され、この場合ばね室２５は漏れ導管２６を用いて放
圧されている。分配装置８の後ろにはさらに各インジェクタ１０のためにそれぞ
れ逆止弁装置２７が設けられており、この逆止弁装置２７は燃料をインジェクタ
１０に向かって第１の逆止弁２８を介して貫流させ、かつインジェクタ１０から
の燃料の戻り流を、絞り２９及び第２の逆止弁３０を用いて、分配装置８の放圧
のため及び圧力形成のために可能にする。
【００１７】 燃料圧の低い前噴射（パイロット噴射）は、弁ユニット１３の無電流時に２ポ
ート２位置方向切換え弁７への給電によって行われる。次いで弁ユニット１３に
も給電されると、燃料圧の高い主噴射が行われる。燃料圧の低い後噴射のために
弁ユニット１３は再び無電流状態に切り換えられる。１次室１４が弁ユニット１
３を用いて２ポート２位置方向切換え弁７の非給電時に高圧ポンプ２の入口に接
続されると、押圧手段１２の戻りと、逆止弁１８を介して圧送導管５に接続され
ている圧力室１７の再充填とが行われる。１次室１４と圧力室１７とにおける圧
力状態に基づいて、逆止弁１８は開放し、その結果圧力室１７は高圧ポンプ２の
燃料圧下になり、押圧手段１２は液圧によってその出発位置に戻される。戻り特
性を改善するために、単数又は複数のばねを室１４，１５，１７内に配置するこ
とが可能である。
【００１８】 図１ｂでは弁ユニット１３ａは圧力変換器１１の後ろで２ポート２位置方向切
換え弁として形成されており、これはバイパス導管１９から逆止弁３１を介して
遮断されている。部材１１，１３ａ，１９，３１は中央の圧力変換ユニット６ａ
を形成している。
【００１９】 以下において、別の図を用いてさらに実施例を記載するが、そこでは単に図１
に示された燃料噴射系との違いだけを述べる。また同一もしくは機能の同じ部材
には同一符号を使用し、説明の繰り返しは省く。
【００２０】 図２に示された燃料噴射系４０では、圧力変換ユニット４１は中央にではなく
、局部的（lokal）に各インジェクタ１０のために個々に設けられている。局部
的な圧力変換ユニット４１は、図１ａに示された中央の圧力変換ユニット６のよ
うに、逆止弁４３を備えた圧力変換器４２と、この圧力変換器４２とバイパス導
管４５との間における切換えのための弁ユニット４４とを有している。
【００２１】 図３に示された燃料噴射系５０では、高圧ポンプ２が燃料を圧送導管５を介し
て中央のアキュムレータ（コモンレール）５１に圧送し、このアキュムレータ内
において燃料は約３００〜約６００バールの圧力下で蓄えられる。中央の弁ユニ
ット５２（例えば３ポート２位置方向切換え弁）を介して制御されて、燃料はア
キュムレータ５１から中央の分配装置８を介して、圧力制御されるつまり圧力制
御式の個々のインジェクタ１０に送られる。各インジェクタ１０には、圧力変換
器５４を備えた局部的な圧力変換ユニット５３が配属されており、圧力変換器５
４を用いて必要な場合には、アキュムレータ５１の低い燃料圧から高い燃料圧を
生ぜしめることができる。弁ユニット５２（３ポート２位置方向切換え弁）を介
して、中央の圧力変換器１１と同様に構成された局部的な圧力変換器５４を、活
性化させること、つまり活動させることができる。局部的な圧力変換器５４の圧
力室５６はアキュムレータ５１から燃料を満たされ、この場合、圧力変換器５４
に対して平行なバイパス導管５８における逆止弁５７は、アキュムレータ５１へ
の圧縮された燃料の戻りを阻止する。部材５４，５５，５７，５８は局部的な圧
力変換ユニット５３を形成しており、この圧力変換ユニット５３は、インジェク
タケーシングの内部（図３ａ）に設けられていても、インジェクタケーシングの
外部（図３ｂ）に設けられていてもよい。
【００２２】 中央のアキュムレータ５１の低い燃料圧による前噴射は、弁ユニット５５の無
電流時に中央の３ポート２位置方向切換え弁５２への給電によって行われる。次
いで弁ユニット５５への給電によって、燃料圧の高い主噴射が行われる。燃料圧
の低い後噴射のために、弁ユニット５５は再び無電流状態に切り換えられる。噴
射の終了時に中央の弁ユニット５２は漏れ部５９に切り換えられ、これによって
分配装置８及びインジェクタ１０は放圧される。
【００２３】 図４に示された燃料噴射系６０が燃料噴射系５０と異なっているのは、行程制
御されるつまり行程制御式のインジェクタ６１が使用されていることと、中央の
弁ユニット６２が２ポート２位置方向切換え弁として形成されていることである
。図１に示された圧力制御式のインジェクタ１０とは異なり、行程制御式のイン
ジェクタ６１では、弁部材２１に、弁ばね２２に対して同軸的に押圧部材６３が
係合しており、この押圧部材６３は弁シール面２２とは反対側の端面６４で、制
御室６５を制限しており、制御室６５は、圧力導管９から延びていて第１の絞り
６６を備えた燃料供給部と、第２の絞り６８を備えた放圧導管６７に通じている
燃料流出部とを有しており、放圧導管６７は２ポート２位置方向切換え弁６９に
よって漏れ部７０に対して制御可能である。制御室６５における圧力によって押
圧部材６３は閉鎖方向に圧力負荷される。低い燃料圧又は高い燃料圧下にある燃
料が、常にノズル室２０及び制御室６５を満たす。２ポート２位置方向切換え弁
６９の操作（開放）時に、制御室６５における圧力は消滅させることができ、そ
の結果、開放方向で弁部材２１に作用するノズル室２０内における圧力が、閉鎖
方向において弁部材２１に作用する圧力を上回る。弁シール面２２は弁座面から
持ち上がり、燃料が噴射される。この場合制御室６５の放圧動作ひいては弁部材
２１の行程制御に対しては、両方の絞り６６，６８の寸法設定によって影響を与
えることができる。噴射の終了は２ポート２位置方向切換え弁６９の新たな操作
（閉鎖）によって導入され、これによって制御室６５は再び漏れ導管７０から遮
断され、その結果制御室６５内には、押圧部材６３を閉鎖方向に移動させること
ができる圧力が新たに形成される。低い燃料圧又は高い燃料圧への燃料の切換え
は、各インジェクタ６１に対して局部的な圧力変換ユニット５３において弁ユニ
ット５５によって行われる。圧力変換ユニット５３はインジェクタケーシングの
内部（図４ａ）に配置されていても、インジェクタケーシングの外部（図４ｂ）
に配置されていてもよい。
【００２４】 燃料を少なくとも２つの異なった高さの燃料圧でインジェクタ１０を介して内
燃機関の燃焼室内に噴射することができる、内燃機関用の燃料噴射系１では、バ
イパス導管１９に対して平行につまり並列的に、高い燃料圧を生ぜしめる液圧式
の圧力変換器１１が設けられており、この場合圧力変換器１１は弁ユニット１３
を介して活性化可能及び不活性化可能つまり活動可能及び休止可能である。圧力
変換器は持続的に運転されているのではなく、かつ摩擦による損失もまた減じら
れているので、効率は改善されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 圧力制御式のインジェクタと中央の圧力変換ユニットとを備えた第１の燃料噴
射系を示す回路図である。
【図２】 圧力制御式のインジェクタと各インジェクタ毎に設けられた局部的な圧力変換
ユニットとを備えた第２の燃料噴射系を示す回路図である。
【図３】 圧力制御式のインジェクタと各インジェクタ毎に設けられた変化実施例による
局部的な圧力変換ユニットとを備えた第３の燃料噴射系を示す回路図である。
【図４】 行程制御式のインジェクタと各インジェクタ毎に設けられた変化実施例による
局部的な圧力変換ユニットとを備えた第４の燃料噴射系を示す回路図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 57/02 Ｆ０２Ｍ 57/02 ３３０Ｃ ３３０Ｇ ３３０Ｚ 59/10 59/10 Ｚ 59/36 59/36 (72)発明者 ハンス−クリストフ マーゲル ドイツ連邦共和国 プフリンゲン バッハ シュトラーセ 10 (72)発明者 ヴォルフガング オッターバッハ ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト ヴ ィキンガーヴェーク 45 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AC02 AC09 BA13 CA07 CA19 CA29 CA38 CE13 CE22

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関用の燃料噴射系（１；４０；５０；６０）であって
    、少なくとも２つの異なった高さの燃料圧を有する燃料が、インジェクタ（１０
    ；６１）を介して内燃機関の燃焼室内に噴射され得る形式のものにおいて、バイ
    パス導管（１９；４５；５８）に対して並列的に、液圧式の圧力変換器（１１；
    ４２；５４）が高い燃料圧を生ぜしめるために設けられており、この場合圧力変
    換器（１１；４２；５４）が弁ユニット（１３；１３ａ；４４；５５）を介して
    活性化可能及び不活性化可能であることを特徴とする、内燃機関用の燃料噴射系
    。
  2. 【請求項２】 バイパス導管（１９；４５；５８）が、圧力変換器（１１；
    ４２；５４）の活性化時に閉鎖されている、請求項１記載の燃料噴射系。
  3. 【請求項３】 弁ユニット（１３；４４；５５）が圧力変換器（１１；４２
    ；５４）の前に配置されている、請求項１又は２記載の燃料噴射系。
  4. 【請求項４】 弁ユニット（１３ａ）が圧力変換器（１１）の後ろに配置さ
    れている、請求項１又は２記載の燃料噴射系。
  5. 【請求項５】 圧力変換器（１１）がすべてのインジェクタ（１０）のため
    に中央に設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射系
    。
  6. 【請求項６】 圧力変換器（４２；５４）が個々のインジェクタ（１０；６
    １）のために局部的に設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載
    の燃料噴射系。
  7. 【請求項７】 少なくとも１つのアキュムレータ（５１）が、低い燃料圧を
    蓄えるために設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴
    射系。
  8. 【請求項８】 個々のインジェクタ（１０；６１）に燃料圧を分配するため
    に、１つの中央の分配装置（８）が設けられている、請求項１から７までのいず
    れか１項記載の燃料噴射系。
  9. 【請求項９】 インジェクタ（１０）が圧力制御式に形成されている、請求
    項１から８までのいずれか１項記載の燃料噴射系。
  10. 【請求項１０】 インジェクタ（６１）が行程制御式に形成されている、請
    求項１から８までのいずれか１項記載の燃料噴射系。
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