JP2004514087A - 内燃機関のための燃料噴射設備 - Google Patents

Abstract

提案された燃料噴射システムにおいては、零搬送絞り（４９）を制御することによって又は零搬送絞り（４９）を省略してコモンレール（２５）を適当に制御することによって、内燃機関の始動特性が改善され、内燃機関のエンジンブレーキ運転にてコモンレールに許容されない高さの圧力が形成されないことが保証される。

Description

【０００１】
本発明は内燃機関の燃料噴射システムのための燃料高圧ポンプであって、少なくとも１つのポンプエレメントと前フィードポンプと調量弁とを有しており、前記前フィードポンプが燃料をタンクから前記ポンプエレメントの吸込み側へ搬送し、前記前フィードポンプから前記ポンプエレメントの吸込み側に搬送された燃料量が前記調量弁によって調量可能であり、前記ポンプエレメントの吸込み側からの燃料の流出を制限するための絞りを有している形式のもの及び請求項１０の上位概念として記載した燃料噴射系に関する。
【０００２】
従来技術
燃料高圧ポンプの搬送量を調整するためには、燃料高圧ポンプのポンプエレメントの吸込み側に調量弁が配置されている。この調量弁は強さの異なる絞り作用を発揮する。
【０００３】
例えば自動車が坂道を下る場合のエンジンブレーキ運転では内燃機関の燃焼室に燃料が噴射されないようにしたい。この理由からエンジンブレーキ運転では調量弁は閉じられる。この調量弁は閉じた状態でも所定の漏損を有しているので、エンジンブレーキ運転でも、たとえわずかにしろ、燃料量がポンプエレメントに向かって流れ、ポンプエレメントにより吸込まれる。ポンプエレメントによって搬送された、高圧下にある燃料は、例えば燃料噴射系のコモンレールに流入し、ひいてはエンジンブレーキ運転では不都合である高い圧力が形成される。何故ならばインジェクタは燃焼室内へは燃料を噴射しないからである。
【０００４】
これを阻止するためには、ポンプエレメントの吸込み側から燃料戻し導管へ又は前フィードポンプの吸込み側へ小さな燃料量を流出させるいわゆる零搬送絞りを設けることが公知である。これにより、ポンプエレメントの吸込み側に圧力が形成され、ひいてはポンプエレメントが吸込み弁の閉鎖力を克服することが阻止される。その結果、ポンプエレメントはエンジンブレーキ運転では燃料を吸込まず、エンジンブレーキ運転の間にコモンレールにて望まれない圧力が形成されることが阻止される。
【０００５】
この解決策の欠点は、零搬送絞りが内燃機関の始動時にも開放しており、ポンプエレメントの吸込み側における圧力形成が遅延させられるかもしくは困難にさせられることである。この結果、内燃機関は高い始動回転数を必要とし、所定の時間が経過しないとスタートしなくなる。
【０００６】
発明の課題
本発明の課題は燃料噴射システムのための燃料高圧ポンプ並びに内燃機関の燃料噴射系において、その使用で内燃機関の始動特性を改善することを根底としている。
【０００７】
課題を解決する手段
本発明の課題は、内燃機関の燃料噴射システムのための燃料高圧ポンプであって、少なくとも１つのポンプエレメントと前フィードポンプと調量弁とを有し、前フィードポンプが燃料をタンクからポンプエレメントの吸込み側へ搬送するようになっており、前フィードポンプからポンプエレメントの吸込み側へ搬送される燃料量が調量弁により調整可能であり、ポンプエレメントの吸込み側からの燃料の流出を制限するために制御可能な絞りが設けられていることにより解決された。
【０００８】
発明の利点
本発明による燃料高圧ポンプの利点は、前記絞りは始動過程で閉じられることができ、したがってポンプエレメントの吸込み側における圧力形成がより迅速に行われ、ひいては内燃機関の始動特性が改善されることである。
【０００９】
本発明の変化実施例では前フィードポンプの圧力側における燃料圧が第１の基準値を下回ると前記絞りは閉鎖し、したがって燃料高圧ポンプへの燃料供給が十分ではないすべての運転状態で絞りが閉じられ、ひいては前フィードポンプによって搬送されたすべての燃料がポンプエレメントに与えられるようになっている。
【００１０】
本発明の補足的な構成では、絞りは前フィードポンプの圧力側の燃料圧で負荷された制御弁で制御される。したがって簡単でかつ信頼のおける形式で絞りの制御が行われる。そのためには燃料噴射システムの制御装置は必要とされない。
【００１１】
本発明の別の補足的な構成によれば、前記制御弁は潤滑のために燃料高圧ポンプへの燃料の供給をも制御しており、したがって２つの機能、すなわち絞りを制御すること及び潤滑のために燃料を燃料高圧ポンプへ供給することを１つの弁で簡単にかつ費用的に有利に行うことができる。
【００１２】
本発明による別の構成によれば前記制御弁はカスケード弁であって、制御弁は潤滑のための燃料高圧ポンプへの燃料の供給を複数のステップで制御し、一方では燃料高圧ポンプが常に十分に潤滑されかつ他方ではポンプエレメントに低い回転数で十分に燃料が供給されることを保証する。
【００１３】
特に有利であることは前記絞りが制御弁に統合され、必要な構成グループ及び接続導管の数並びに所要スペースが減少せられることである。
【００１４】
本発明の別の構成では前記絞りが流出側にてタンクに開口する戻し導管と又は前フィードポンプの吸込み側と又は燃料高圧ポンプの潤滑装置と接続され、流出側の回路接続とは無関係に本発明の利点が活用されるように構成されている。
【００１５】
冒頭に述べた課題は本発明によれば同様に、内燃機関のための燃料噴射設備であって、少なくとも１つのポンプエレメントを有する燃料高圧ポンプと前フィードポンプと調量弁とを有し、前記前フィードポンプが燃料をタンクから前記ポンプエレメントの吸込み側に搬送するようになっており、前記前フィードポンプにより前記ポンプエレメントの吸込み側に搬送された燃料量が前記調量弁により調整可能であり、さらに前記燃料高圧ポンプの圧力側に接続されたコモンレールを有しており、該コモンレールが圧力調整弁を介し燃料戻し導管に接続可能でかつ内燃機関のエンジンブレーキ運転時に前記圧力調整弁が開放されかつ前記調量弁が閉じられることによっても解決された。
【００１６】
前記燃料噴射システムにおいては、零搬送絞りを省略できる。何故ならばエンジンブレーキ運転では圧力調整弁が開放され、ひいてはエンジンブレーキ運転での圧力形成が可能ではなくなるまでコモンレールにおける圧力が低下させられるからである。エンジンブレーキ運転にて燃料高圧ポンプから搬送された燃料量は調量システムの漏損に相応しかつきわめてわずかである。本発明による燃料噴射システムにて特に有利であることは、零搬送絞りの機能性が、いずれにしても存在する圧力調整弁及びいずれにしても存在する調量弁の適当な制御によって達成されることである。これにより燃料噴射系の構造が簡易化されかつ燃料噴射系の信頼度が高められる。
【００１７】
燃料噴射設備の別の構成では、前記圧力調整弁が遮断弁又は流量弁でありかつ／又は燃料噴射設備を制御するための制御装置が設けられ、燃料噴射設備の調整構想に応じてコモンレールにおける圧力が遮断弁又は流量弁によって制御可能である。
【００１８】
本発明の他の実施例では、前記前フィードポンプは燃料高圧ポンプ又は内燃機関により駆動される歯車ポンプである。この構成形式の燃料高圧ポンプの場合には、前フィードポンプの回転数、ひいては搬送出力が直接的に内燃機関の回転数に関連するので、内燃機関の始動時におけるポンプエレメントの吸込み側の圧力形成は比較的にゆっくりと実施される。したがって本発明による燃料高圧ポンプもしくは本発明による燃料噴射システムの利点は有利な形式で発揮される。
【００１９】
本発明のさらなる利点と有利な構成は以下、図示の実施例の説明に開示してある。
【００２０】
実施例の説明
図１には公知技術によるコモンレール噴射システムが概略的に示されている。
【００２１】
前フィードポンプ１は供給導管３を介して、図示されていない燃料をタンク５から吸込む。この場合、燃料は前フィルタ７と水分離器を有するフィルタ９内で濾過される。
【００２２】
前フィードポンプ１は歯車ポンプとして構成され、第１の過圧弁１１を有している。吸込み側では前フィードポンプは第１の絞り１３によって絞られている。前フィードポンプ１の圧力側１５は燃料高圧ポンプ１７に燃料を供給する。燃料高圧ポンプ１７は３つのポンプエレメント１９を有するラジアルピストンポンプとして構成されかつ前記フィードポンプ１を駆動する。ポンプエレメント１９の吸込み側にはそれぞれ１つの吸込み弁２１が設けられている。ポンプエレメント１９の吸込み側にはそれぞれ１つの逆止弁２３が設けられている。この逆止弁２３は、ポンプエレメント１９によりコモンレール２５内へ搬送された高圧下にある燃料がポンプエレメント１９へ逆流することを阻止する。燃料噴射系の高圧下にある導管は図１から図５までには太い線で示されているのに対し、燃料噴射系の低い圧力下にある領域の導管は細い線で示されている。
【００２３】
コモンレール２５は図１には示されていない単数又は複数のインゼクタに燃料を高圧導管２７を介して供給する。必要に際してコモンレールを戻し導管２９に接続する第２の過圧弁２８は許容できない高い圧力が燃料噴射システムの高圧領域に発生することを阻止する。戻し導管２９と漏れ導管３１とを介して図示されていないインゼクタの漏れと制御量はタンク５へ戻される。
【００２４】
切換え弁３３を介して戻し導管２９内にある燃料は前フィードポンプ１の供給導管３へも搬送される。したがって温度が低い場合にゼラチン化の惧れが減少させられる。
【００２５】
燃料高圧ポンプ１７には前フィードポンプ１により一方ではポンプエレメント１９のための燃料がかつ他方では潤滑のための燃料が供給される。燃料高圧ポンプの潤滑に役立つ燃料量は、第１の制御弁３５と第２の絞り３７を介して制御される。第１の制御弁３５の図１に示された位置では前フィードポンプ１の圧力側１５の圧力は第１の制御弁３５のピストン３９をばね４１のばね力に抗して動かすためには十分ではない。従って第１の制御弁３５は図１では閉じられて示されている。圧力側１５の圧力が上昇するとピストン３９はばね４１のばね力に抗して左へ動き、導管４３を開放する。導管４３と第２の絞り３７を介して燃料は燃料噴射ポンプ１７を潤滑するためにそのクランク室へ流入する。
【００２６】
燃料噴射ポンプ１７は分配導管４５を介してポンプエレメント１９にも燃料を供給する。燃料高圧ポンプ１７の搬送量を調整するためには前フィードポンプ１の圧力側１５と分配導管４５との間には調量弁４７が設けられている。調量弁４７は燃料噴射系の図示されていない制御装置で制御される流量弁である。したがってポンプエレメント９は調量弁４７を介して吸込み側にて絞られる。
【００２７】
エンジンブレーキ運転、つまり例えば自動車が坂道を下る場合にはポンプエレメント１９へは燃料が供給されてはならず、又図示されていないインゼクタから内燃機関の燃焼室へ噴射されてもならない。調量弁４７は製作及び機能上の理由に基づき漏損を有し、この漏損が分配導管４５内へ流入するので、適当な補助手段なしでは、ポンプエレメント１９の吸込み側に圧力が形成される。この圧力の大きさは吸込み行程の間にポンプエレメントが吸込み弁２１を開放しかつ燃料を吸込むほどである。この結果、コモンレール２５における圧力が不都合に上昇することになる。
【００２８】
これを阻止するためには第３の絞り４９が設けられ、この絞り４９は以後、零搬送絞り４９と呼ぶことにする。零搬送絞り４９を通って燃料は分配導管４５から燃料高圧ポンプ１７のクランクケーシングへ流出し、そこで燃料高圧ポンプ１７を潤滑するために使用することができる。零搬送絞り４９を通して燃料が流れることによって、エンジンブレーキ運転に際して閉じられた調量弁４７の漏損に基づく分配導管４５における前述の圧力形成は阻止される。
【００２９】
この解決策の欠点は、零搬送絞り４９が常に開放しており、したがって特に低い回転数では、例えば内燃機関の運転開始に際して発生するような回転数では、零搬送絞り４９を通る燃料の流出により分配導管４５において所望される圧力形成が妨げられることである。
【００３０】
コモンレール２５における圧力は流量弁として構成されていることもできる圧力調整弁５１を介して調整される。圧力調整弁５１は同様に図示されていない制御装置によって制御される。
【００３１】
図２から５までには燃料噴射系の本発明による種々の実施形態が示されている。この場合、同じ構成部分は同じ符号で示されており、これについては図１を参照されたい。
【００３２】
図２においては、第１の制御弁３５はシステムの排気に役立つ第４絞り５３に対し並列に接続されているので前フィードポンプ１の搬送の開始にあたっては燃料は潤滑のために燃料高圧ポンプ１７にも達する。零搬送絞り４９はこの実施例では分配導管４５を戻し導管２９と接続する。この場合には零搬送絞り４９を通る流れは第２の制御弁５５によって制御される。第２の制御弁５５は、前フィードポンプ１の圧力側の圧力で負荷されるピストン５７を有している。圧力側１５の圧力がわずかであると、球５９はばね６１によりシール座６３に圧着させられ、ひいては第２の制御弁５５を閉鎖する。前フィードポンプ１の圧力側１５の圧力が第１の基準値を上回ると、ピストン４７は左へ移動し、ピンを介して球６１をそのシール座６３から離し、ひいては第２の制御弁５５を開放する。その結果、制御弁５５は零搬送絞り４９を通って燃料が流出しないために、始動過程に際し、分配導管４５における圧力形成を迅速にする。この結果、燃料高圧ポンプは比較的に早期に搬送を開始し、コモンレール２５における圧力形成が加速され、内燃機関は比較的早期にかつ比較的低い回転数で働きはじめる。
【００３３】
モータがエンジンブレーキ運転で、つまりアイドリングよりも高められた回転数でかつ閉じられた調量弁４７で働くと、前フィードポンプ１の圧力側１５における圧力は、第２の制御弁５５を開放し、ひいては零搬送絞り４９の上述の機能を保証するのに十分に高くなる。これは特に、前フィードポンプ１が燃料高圧ポンプ１７によって直接的に駆動されると有利である。何故ならばこの場合には内燃機関、燃料高圧ポンプ及び前フィードポンプ１の回転数は直接的に互いに結合されているからである。
【００３４】
図３による実施例においては零搬送絞り４９の制御装置は第１の制御弁３５に統合されている。第１の制御弁３５はカスケード弁として構成されている。つまり燃料高圧ポンプ１を潤滑するための燃料は、前フィードポンプ１の圧力側１５の圧力がわずかであると、システム排気に役立つ第４の絞り５３を通って燃料高圧ポンプ１７のクランクケースへ流入する。前フィードポンプ１の圧力側１５の圧力が第１の基準値を越えると、第１の制御弁が開放しかつ第４の絞り５３に並列に接続された第５の絞り６５を開放する。これにより燃料高圧ポンプ１７を潤滑するために準備された燃料流は拡大される。これは特に燃料高圧ポンプ１７、ひいては前フィードポンプの回転数が比較的に高い場合に必要である。圧力側１５にて第１の基準値が達成されると第１の制御弁３５のピストン３９の開口によって零搬送絞り４９も開放される。第１の制御弁の漏損６７を介し、分配導管４５から零搬送絞り４９を介し第１の制御弁３５に達している燃料は導出されかつ燃料高圧ポンプ１７の潤滑に使用される。
【００３５】
さらに零搬送絞り４９と第５の絞り６５との開放を前フィードポンプ１９の圧力側１５における種々の圧力で行うこともできる。図４の実施例では第１の制御弁３５は同様にカスケード弁として構成されている。第１の制御弁３５のピストン３９はリング溝６９を有し、リング溝６９は前フィードポンプ１の圧力側１５における圧力が第１の基準値に達すると、零搬送絞り４９が流出導管７１と接続されるように位置している。流出導管７１は前フィードポンプ１の供給導管３に開口している。
【００３６】
図５の実施例では零搬送絞り４９は存在していない。第１の制御弁３５は上記形式で燃料高圧ポンプ１７の潤滑のために燃料を燃料高圧ポンプ１７に供給するのに対し、ポンプエレメント１９には分配導管４５を介して燃料が供給される。内燃機関の始動時には、コモンレール２５における圧力を調整するための圧力弁５１は閉じられている。分配導管４５における圧力の形成は、零搬送絞り４９が存在していないので、始動時に零搬送絞り４９が閉じられる図２から図４までの実施例の場合と同じ速度で行われる。第１の制御弁３５はカスケード弁として構成されているので、供給導管３、前フィードポンプ１及び前フィードポンプ１の圧力側１５の排気はきわめて小さい横断面を有する第４の絞り５３によって行うことができる。
【００３７】
内燃機関のエンジンブレーキ運転では調量弁４７は閉じられる。調量弁４７の漏損量は分配導管４５に流入し、分配導管４５における圧力が十分に高いとポンプエレメント１９に達し、ポンプエレメント１９は吸込み行程の間、吸込み弁２１を開くことができる。エンジンブレーキ運転の間、圧力弁５１は開放されているので、コモンレール２５における圧力は図１に示されているように高くはなく、噴射設備全体に比較的に低い圧力が支配している。その結果、ポンプエレメント１９の搬送作業はわずかでありかつコモンレール２５内の圧力は低く、インゼクタのノズルはばねの閉鎖力を克服するためには燃料圧が十分でないために、インゼクタ（図示せず）は開放しない。すなわち、調量弁４７及び圧力弁５１の本発明による制御によって、燃料噴射系の機能障害なしで、零搬送絞り４９を省略することができる。
【００３８】
本発明による燃料噴射系の利点を明らかにするために図６には回転数ｎに流過量７３をプロットした線図が示されている。第１の線７５は回転数ｎに関連した前フィードポンプ１の搬送量を示している。第２の線７７は公知技術による燃料高圧ポンプ１の所要燃料を示している。公知技術による燃料高圧ポンプの所要燃料は、主として、ポンプエレメント１９の回転数に関連した搬送量と零搬送絞り４９を通る、差圧に関連した搬送量とから構成される。第１の線７５と第２の線７７との交点７９にて、公知技術の燃料噴射系を有する内燃機関の始動回転数が達成される。この実施例の場合、始動回転数は分あたり１３３回転である。
【００３９】
第３の線８１は本発明による燃料噴射系を備えた内燃機関の所要燃料を示している。本発明による燃料高圧ポンプ１７の回転数に関連した所要燃料はポンプエレメント１９の搬送量だけに関連し、したがって全回点数領域に亘って、公知技術の内燃機関の所要燃料（第２の線７７を参照）の下側に位置している。その結果、第３の線８１と第１の線７５との交点８３も比較的に低い回転数で達成される。図６の実施例では本発明による燃料噴射系を備えた内燃機関の始動回転数は分あたり１１６回転である。つまり、内燃機関は比較的に迅速に始動し、スタータと車内電網の負荷は減少し、始動は過酷な運転条件のもとでも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
公知技術による燃料噴射系を示した図。
【図２】
本発明による燃料噴射系の実施例を示した図。
【図３】
本発明による燃料噴射系の実施例を示した図。
【図４】
本発明による燃料噴射系の実施例を示した図。
【図５】
本発明による燃料噴射系の実施例を示した図。
【図６】
本発明による燃料噴射系の利点を証明する線図。
【符号の説明】
１　前フィードポンプ、　３　供給導管、　５　タンク、　７　前フィルタ、　９　フィルタ、　１１　第１の過圧弁、　１３　第１の絞り、　１５　圧力側、　１７　燃料高圧ポンプ、　１９　ポンプエレメント、　２１　吸込み弁、　２３　逆止弁、　２５　コモンレール、　２７　高圧導管、　２８　過圧弁、　２９　戻し導管、　３１　漏れ導管、　３３　切換え弁、　３５　制御弁、　３７　絞り、３９　ピストン、　４１　ばね、　４３　導管、　４５　分配導管、　４７　調量弁、　４９　絞り、　５１　圧力調整弁、　５３　絞り、　５５　制御弁、　５７　ピストン、　５９　球、　６１　ばね、　６３　シール座、　６５　第５の絞り、　６７　漏損、　６９　リング溝、　７１　流出導管

Claims (13)

1. 内燃機関の燃料噴射システムのための燃料高圧ポンプであって、少なくとも１つのポンプエレメント（１９）と前フィードポンプ（１）と調量弁（４７）とを有しており、前記前フィードポンプ（１）が燃料をタンク（５）から前記ポンプエレメント（１９）の吸込み側へ搬送し、前記前フィードポンプ（１）から前記ポンプエレメント（１９）の吸込み側に搬送された燃料量が前記調量弁（４７）によって調整可能であり、前記ポンプエレメント（１９）の吸込み側からの燃料の流出を制限するための絞り（４９）を有している形式のものにおいて、前記絞り（４９）が制御可能であることを特徴とする、燃料高圧ポンプ。
2. 前記前フィードポンプ（１）の圧力側（１５）の燃料圧が第１の基準値を下回ると前記絞り（４９）が閉じる、請求項１記載の燃料高圧ポンプ。
3. 前記絞り（４９）が、前記前フィードポンプ（１）の圧力側（１５）における燃料圧で負荷された制御弁（３５）によって制御可能である、請求項１又は２記載の燃料高圧ポンプ。
4. 前記制御弁（３５）が潤滑を目的とした燃料高圧ポンプ（１７）への燃料の供給も制御する、請求項３記載の燃料高圧ポンプ。
5. 前記制御弁（３５）がカスケード弁であって、前記制御弁（３５）が潤滑のために燃料高圧ポンプ（１７）へ供給される燃料を複数のステップで制御する、請求項４記載の燃料高圧ポンプ。
6. 前記絞り（４９）が制御弁（５５，３５）へ統合させられている、請求項３記載の燃料高圧ポンプ。
7. 前記絞り（４９）が流出側にて、タンク（５）に開口する戻し導管（２９）に接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料高圧ポンプ。
8. 前記絞り（４９）が流出側にて前記前フィードポンプ（１）への供給導管（３）と接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料高圧ポンプ。
9. 前記絞り（４９）が流出側にて、燃料高圧ポンプ（１７）の潤滑装置と接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料高圧ポンプ。
10. 内燃機関のための燃料噴射設備であって、少なくとも１つのポンプエレメント（１９）を備えた燃料高圧ポンプ（１７）と前フィードポンプと調量弁（４７）とを有し、前記前フィードポンプ（１）が燃料をタンク（５）から前記ポンプエレメント（１９）の吸込み側に搬送し、前記前フィードポンプ（１）から前記ポンプエレメント（１９）の吸込み側へ搬送された燃料量が前記調量弁（４７）により調整可能であり、さらに前記燃料高圧ポンプ（１７）の吐出側に接続されたコモンレール（２５）を有し、該コモンレール（２５）が圧力調整弁（５１）を介して燃料戻し導管（２９）と接続可能である形式のものにおいて、内燃機関のエンジンブレーキ運転にて前記圧力調整弁（５１）が開放されかつ前記調量弁（４７）が閉じられることを特徴とする、燃料噴射設備。
11. 前記圧力調整弁（５１）が遮断又は流量弁である、請求項１０記載の燃料噴射設備。
12. 当該燃料噴射設備を制御するために制御装置が設けられている、請求項１０又は１１記載の燃料噴射設備。
13. 前記前フィードポンプ（１）が歯車ポンプであって、該前フィードポンプ（１）が燃料高圧ポンプ（１７）により又は内燃機関により駆動される、請求項１から１２までのいずれか１項記載の燃料高圧ポンプ。