JP2004527685A - 燃料噴射装置の増圧器 - Google Patents

Abstract

燃料噴射装置（１）の増圧器（９ａ；９ｂ；５１；６１）であって、一方の端部が低圧側の増圧室（１３；６７）を介して圧力負荷可能であり且つ他方の端部が燃料圧縮用の高圧側の増圧室を有する摺動可能なピストンユニット（３０ａ，３１ａ；３０ｂ，３１ｂ；５２，５３；６６）が設けられており、該ピストンユニット（３０ａ，３１ａ；３０ｂ，３１ｂ；５２，５３；６６）が、漏れ導管（１６）に接続可能な差室（１０ａ；１０ｂ；５７；６８）を形成するために、圧力負荷用に設けられた第１のピストン横断面に比べて減径された第２のピストン横断面を有している。少なくとも１つの制御通路（３３，３５；５４，５５；６２，６４）が、低圧側の増圧室（１３；６７）を差室（１０ａ；１０ｂ；５７；６８）と接続しており、該差室の開口が、少なくとも前記ピストンユニット（３０ａ，３１ａ；３０ｂ，３１ｂ；５２，５３；６６）の構成部材の運動に関連して開閉されている。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の燃料噴射装置の増圧器に関する。
【０００２】
明細書および特許請求の範囲の理解を深めるために次にいくつかの概念を説明する。本発明による燃料噴射装置は、行程制御式にも、圧力制御式にも構成することができる。本発明の範囲内で、「行程制御式の燃料噴射装置」とは、噴射開口の開閉が、摺動可能なノズルニードルによって、ノズル室の燃料圧と制御室の燃料圧との液圧的な協働に基づいて行われることである。制御室の内側の減圧によって、ノズルニードルのストロークがもたらされる。選択的にノズルニードルの変位は、調節部材（アクチュエータ）によって行うことができる。本発明による、「圧力制御式の燃料噴射装置」とは、ノズルニードルが、インジェクタのノズル室に作用する燃料圧によって、閉鎖力（ばね）の作用に抗して運動し、ノズル室からシリンダへの燃料の噴射のための噴射開口が解放されることである。燃料をノズル室から内燃機関のシリンダに流出させる圧力は「噴射圧」と称され、これに対して、「システム圧」とは、燃料噴射装置の内側で燃料が有している圧力もしくは蓄えられている燃料が有している圧力であると理解される。「燃料調量」とは、噴射のために規定の燃料量を準備することを意味している。「漏れ」とは、燃料噴射装置の運転時に生じるもので（たとえばガイド漏れ）、噴射には使用されず、燃料タンクに戻される燃料の量と理解される。この漏れの圧力レベルは待機圧力を有することができ、この場合、燃料は次いで、燃料タンクの圧力レベルに合わせて放圧される。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９３９４２８号明細書に記載の論理に基づく燃料噴射装置では、インジェクタ及び増圧器に設けられた全ての高圧室が、増圧器のピストンが戻る際に放圧されねばならないので、極端に高い放圧損失を生ぜしめる。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９１０９７０号明細書に記載の論理に基づく回路では、増圧器の制御中に付加的な制御量が発生する。この制御量は、高圧導管から絞りと増圧器の差室とを介して、漏れに流入する。前記絞りは、漏れ損失を減少させるために小型に設計されるのが望ましい。反対に、増圧器のピストンを容易に迅速に戻すためには、比較的大型の設計が望ましく、これにより、戻し時に極端に大きな力を克服する必要がなくなる。小型の絞りの場合、インジェクタの構造空間内では、戻り作用に反して働く力を克服するための手段は実現され得ない。戻り作用は遅くなり、場合によっては次の噴射までに終了することができない。
【０００５】
発明の利点
前記の問題を最小限にするためには、請求項１記載の燃料噴射装置が提案される。本発明の改良は、請求項２から６に記載されている。一方では、ピストンを戻すために、ピストン内に形成された１制御通路のみにおいて費やされねばならない力が減少される。他方では、持続的な制御通路に設けられた絞りを、増圧器の接続時の漏れ損失を防止するために小型に設計することができる。１ピストン行程が行われた後で戻る際に、必要な戻し力が付加的な制御通路によって減少される。
【０００６】
本発明の有利な構成では、制御通路が２つのピストンの相対運動に基づいて、戻り時に解放される。圧縮行程では、付加的な制御通路が閉じられるので、漏れ損失を縮小することができる。
【０００７】
別の有利な構成では、制御通路を通る戻し力は、大きなピストンストローク（＞ｈ）が行われた後に、解放された制御通路によって軽減される。
【０００８】
戻り特性を更に最適化するためには、複数の付加的な制御通路が使用されてもよい。
【０００９】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１０】
図１から、図５に示した従来技術を改良した増圧器の第１実施例９ａは、第１のピストン３０ａ及び第２のピストン３１ａを有している（２部材から成るピストン構成）ということが判る。増圧器９ａの接続時（弁１５は開放）にピストン面３２が圧力負荷されると、第１のピストン３０ａから第２のピストン３１ａに対して持続的な力伝達が行われる。増圧器９ａの接続中は、所定量の制御燃料が第１の絞り３４を備えた第１の制御通路３３と差室１０ａとを介して漏れ導管１６に流入する。第１のピストン３０ａ内には付加的な第２の制御通路３５が形成されており、この第２の制御通路３５は第２の絞り３６を有している。増圧器９ａの接続時（弁１５は開放）には、第１のピストン３０ａから第２のピストン３１ａへの力伝達に基づいて皿ばね３７ａが圧縮され、第１のピストン３０ａと第２のピストン３１ａとの間のギャップ３８ａが閉じられ、これにより第２の制御通路３５が閉鎖される。
【００１１】
増圧器９ａが遮断（弁１５は閉鎖）されて、第１のピストン３０ａと第２のピストン３１ａとの間の力伝達が減少されると、前記ギャップ３８ａが開かれるので、第２の制御通路３５を介して、低圧側の増圧室１３ａから差室１０ａに燃料が流入することも可能である。第１のピストン３０ａ及び第２のピストン３１ａを戻すために、第１のピストン３０ａに形成された１制御通路のみにおいて費やさなければならない力が減少される一方で、増圧器９ａの接続時に漏れ損失を減少させるための絞り３４を小さく設計することができる。
【００１２】
図２は、図１に示した装置の類似装置に関するものである。同一構成部材又は類似構成部材には同一符号又は類似性を示す符号（９ａ≒９ｂ，１０ａ≒１０ｂ，１３ａ≒１３ｂ，３０ａ≒３０ｂ，３１ａ≒３１ｂ，３７ａ≒３７ｂ，３８ａ≒３８ｂ）を付してある。装置の相違点は、皿ばね３７ｂ、シールギャップ３８ｂ及びピストン３０ｂ，３１ｂの接触面によって実現されている。
【００１３】
図３に示した燃料噴射装置は、第１のピストン５２及び第２のピストン５３を備えた増圧器又は圧力変換器５１を有している。第１のピストン５２は第１の制御通路５４と、絞りを備えた第２の制御通路５５とを有している。両ピストン５２，５３は、戻り行程に際して所定のギャップが発生し、これにより、制御通路５４を介して低圧側の増圧室５６と差室５７との間に付加的な接続が形成されるように、相対運動可能に配置されている。ピストン５２，５３の相対運動は、ストッパ（結合部材５８）とばね５９とによって制限される。圧送行程の間、ピストン５２，５３は図３に示したように互いに接触しており、これにより、付加的な制御通路５４を閉鎖している。ギャップの開閉は、ピストン５２，５３のピストンストロークによって、図１に図示して説明したのと同様の形式で制御される。
【００１４】
図４には、図５に示した従来技術を改良した増圧器の１実施例６１が示されている。この実施例では、第１の絞り６３を備えた第１の制御通路６２と、第２の絞り６５を備えた第２の制御通路６４とが、増圧器６１のピストン６６内に形成されている。第２の制御通路６４は、低圧側の制御室６７を差室６８と常時接続している。第１の制御通路６２は、ピストン行程に関連して制御室６７と差室６８との間に接続を生ぜしめる。ピストンが行程ｈを進んだ後に接続が生ぜしめられる。大きなピストンストローク（＞ｈ）が行われた後で戻る場合、戻し力は両制御通路６２，６４によって軽減される。小さなピストンストローク（＜ｈ）の場合は制御通路６４で十分であり、これにより、境界部の漏れ損失が抑えられる。
【００１５】
従来技術の説明
図５に示したストローク制御型の燃料噴射装置１では、量制御型の燃料ポンプ２が、燃料をリザーバタンク４から圧送導管５を介して中央の蓄圧室６（コモンレール）に圧送し、この蓄圧室６からは個々のシリンダの数に対応した複数の圧力導管７が、供給しようとする内燃機関の燃焼室に突入する個々のインジェクタ８（噴射装置）に通じている。図５には、複数のインジェクタ８の内の１つしか書き込まれていない。燃料ポンプ２により第１のシステム圧が形成されて、蓄圧室６に蓄えられる。この第１のシステム圧は、パイロット噴射用、必要な場合は後噴射用（排気ガス後処理又はすす減少のためのＨＣ濃度増加）、並びにプラトー(ブーツ形噴射)を伴う噴射経過を形成するために使用される。第２のより高いシステム圧によって燃料を噴射するためには、各インジェクタ８にそれぞれ局所的な増圧器９が対応配置されており、この増圧器９はインジェクタ８内に位置している。
【００１６】
増圧器９の運転時には、比較的大きなピストン横断面から比較的小さなピストン横断面への移行部によって形成された差室１０内の圧力が使用される。増圧器９を再充填し且つ作動停止させるためには、差室１０に供給圧（レール圧）が供給される。この場合、ピストン１１の全ての押圧面は同一圧力比（レール圧）が支配している。ピストン１１は圧力補償されている。付加的なばねにより、ピストン１１はその出発位置へ押し戻される。増圧器９を作動させるためには、差室１０が放圧され、増圧器が面積比に基づき圧力を増大させる。この制御法により、増圧器９を戻し且つ高圧側の増圧室１２を再充填するためには、低圧側の増圧室１３を放圧する必要はないということが達成される。これにより、小型の液圧式伝達装置において、放圧損失が著しく減少され得る。
【００１７】
増圧器９を制御するためには、絞り１４及び２ポート２位置弁１５が使用される。絞り１４は差室１０を、供給圧下にある蓄圧室６からの燃料と接続する。２ポート２位置弁１５は、差室１０を漏れ導管１６に接続する。２ポート２位置弁１５，１７が閉じられている場合、インジェクタ８は蓄圧室６の圧力下にある。増圧器９は出発位置に位置している。この場合、弁１７を介してレール圧による噴射が制御され得る。より高い圧力による噴射が所望される場合は、２ポート２位置弁１５が開制御され、これにより増圧が得られる。ピストン１１は圧縮方向で運動可能なので、増圧室１２に位置する燃料が圧縮されて、制御室１８及びノズル室１９に供給される。逆止弁２０は、圧縮された燃料が蓄圧室６に逆流することを防止する。
【００１８】
噴射は燃料調量を介して、ガイド孔内で軸方向で摺動可能な、円錐形の弁シール面を備えたノズルニードル２１の一方の端部を以て行われ、この端部を以てノズルニードル２１は、インジェクタ８のインジェクタケーシングに設けられた弁座面と協働する。インジェクタケーシングの弁座面には、複数の噴射開口が設けられている。ノズル室１９内では、ノズルニードル２１の開放方向を向いた押圧面が、圧力導管２２を介してノズル室１９に供給される、該ノズル室１９内を支配する圧力にさらされている。更に、ノズルニードル２１では弁ばねに対して同軸的に押圧部材２３が作用しており、この押圧部材２３の弁シール面とは反対の側の端面２４は、制御室１８を制限している。この制御室１８は、燃料圧接続部から見て第１の絞り２５を備えた流入部と、２ポート２位置弁１７によって制御される第２の絞り２７を備えた、放圧導管２６に通じる流出部とを有している。
【００１９】
ノズル室１９は、ノズルニードル２１とガイド孔との間のリングギャップにわたって、インジェクタケーシングの弁座面まで続いている。押圧部材２３は、制御室１８内の圧力を介して閉鎖方向で圧力負荷される。
【００２０】
第１のシステム圧又は第２のシステム圧下にある燃料は、常にノズル室１９及び制御室１８を満たしている。２ポート２位置弁１７の作動（開放）時には、制御室１８内の圧力が低下され、その結果、開放方向でノズルニードル２１に作用するノズル室１９内の押圧力が、閉鎖方向でノズルニードル２１に作用する押圧力を上回る。弁シール面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１９の放圧過程延いては弁部材１７の行程制御は、絞り２５及び絞り２７の寸法決めを介して影響され得る。
【００２１】
噴射の終了は、２ポート２位置弁１７の新たな作動（閉鎖）によって導入される。この閉鎖は、制御室１８を再び漏れ導管２６から遮断するので、制御室１８内には、押圧部材２３を閉鎖方向で運動させることのできる圧力が再び形成される。
【００２２】
更に、蓄圧室６に接続されたバイパス導管２８が設けられている。このバイパス導管２８は、圧力導管２２と直接に接続されている。バイパス導管２８は、レール圧による噴射のために使用可能であり且つ増圧室１２に対して平行に配置されているので、当該のバイパス導管２８はピストン１１の運動及び位置とは無関係に通流可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】燃料噴射装置の第１の増圧器を示した図である。
【００２４】
【図２】燃料噴射装置の第２の増圧器を示した図である。
【００２５】
【図３】燃料噴射装置の第３の増圧器を示した図である。
【００２６】
【図４】燃料噴射装置の第４の増圧器を示した図である。
【００２７】
【図５】従来技術による燃料噴射装置を示した図である。
【符号の説明】
【００２８】
１ 燃料噴射装置、 ２ 燃料ポンプ、 ３ 燃料、 ４ 燃料タンク、 ５ 圧力導管、 ６ 蓄圧室、 ７ 供給導管、 ８ インジェクタ、 ９，９ａ，９ｂ 増圧器、 １０，１０ａ，１０ｂ 差室、 １１ ピストン、 １２，１３，１３ａ，１３ｂ 増圧室、 １４ 絞り、 １５，１７ ２ポート２位置弁、 １６ 漏れ導管、 １８ 制御室、 １９ ノズル室、 ２０ 逆止弁、 ２１ ノズルニードル、 ２２ 圧力導管、 ２３ 押圧部材、 ２４ 端面、 ２５ 絞り、 ２６ 漏れ導管、 ２７ 絞り、 ２８ バイパス導管、 ３０ａ，３０ｂ 第１のピストン、 ３１ａ，３１ｂ 第２のピストン、 ３２ 端面、 ３３，３５ 制御通路、 ３４，３６ 絞り、 ３７ａ，３７ｂ 皿ばね、 ３８ａ，３８ｂ シールギャップ、 ５１ 増圧器、 ５２，５３ ピストン、 ５４，５５ 制御通路、 ５６ 低圧側の増圧室、 ５７ 差室、 ５８ ストッパ、 ５９ ばね、 ６１ 増圧器、 ６２，６４ 制御通路、 ６３，６５ 絞り、 ６６ ピストン、 ６７ 低圧側の増圧室、 ６８ 差室

Claims (6)

1. 燃料噴射装置（１）の増圧器（９ａ；９ｂ；５１；６１）であって、一方の端部が低圧側の増圧室（１３；６７）を介して圧力負荷可能であり且つ他方の端部が燃料圧縮用の高圧側の増圧室を有する摺動可能なピストンユニット（３０ａ，３１ａ；３０ｂ，３１ｂ；５２，５３；６６）が設けられており、該ピストンユニット（３０ａ，３１ａ；３０ｂ，３１ｂ；５２，５３；６６）が、漏れ導管（１６）に接続可能な差室（１０ａ；１０ｂ；５７；６８）を形成するために、圧力負荷用に設けられた第１のピストン横断面に比べて減径された第２のピストン横断面を有している形式のものにおいて、
   少なくとも１つの制御通路（３３，３５；５４，５５；６２，６４）が、低圧側の増圧室（１３；６７）を差室（１０ａ；１０ｂ；５７；６８）と接続しており、該差室の開口が、少なくとも前記ピストンユニット（３０ａ，３１ａ；３０ｂ，３１ｂ；５２，５３；６６）の構成部材の運動に関連して開閉されていることを特徴とする、燃料噴射装置の増圧器。
2. 少なくとも１つの制御通路（３３，３５；５４，５５；６２，６４）がピストンユニット（３０ａ，３１ａ；３０ｂ，３１ｂ；５２，５３；６６）に組み込まれている、請求項１記載の増圧器。
3. 少なくとも１つの制御通路（３３，３５；５４，５５；６２，６４）が絞り（３４，３６；６３，６５）を有している、請求項１又は２記載の増圧器。
4. ピストンユニットが少なくとも２つの構成部材から形成されており、ピストン（３０ａ，３１ａ；３０ｂ，３１ｂ；５２，５３）が、それぞれ増圧器（９ａ；９ｂ；５１）の圧送行程と戻し運動との間で互いに相対運動を行い、この相対運動によって、少なくとも１つの制御通路（３５；５４）が開閉されるように、結合手段（３７ａ；３７ｂ；５９）が形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の増圧器。
5. 少なくとも１つの制御通路（３５；５５）の開口が、第１のピストン（３０ａ；３０ｂ；５２）と第２のピストン（３１ａ；３１ｂ；５３）との間のギャップ（３８ａ；３８ｂ）に配置されており、前記開口が、増圧器（９ａ；９ｂ；５１）の接続時は閉鎖されており且つ増圧器（９ａ；９ｂ；５１）の遮断時は、ピストン（３０ａ，３１ａ；３０ｂ，３１ｂ；５２，５３）の相対運動によって解放されているように、ばね（３７ａ；３７ｂ）を介して制御される、請求項４記載の増圧器。
6. 前記開口が、殊に一体のピストンユニット（６６）によって行われる圧送行程＞ｈにおいて解放されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の増圧器。