JP2005527738A - 高圧流体噴射回路 - Google Patents

Abstract

圧力波を作り出す流体は高圧流体噴射回路内を流れる。これらの圧力波はそれ自身高圧流体回路を損傷させる可能性のある圧力ピークを作り出す。これら圧力波及び圧力ピークの両方を低減するために、本発明はシリンダ，ロッド２２及び複数のプレート２３とを備えた圧力波吸収器１４を提案する。プレート２３はシリンダの内部に自由で狭い通路を残すように位置決めされ形成されている。狭い通路は流体の通常の動きを変則的な動きに変え、これにより圧力ピークを初期の値から50％低減する。

Description

本発明は、高圧流体噴射回路に関するものである。本発明の目的は、高圧流体噴射回路の性能を向上させることにある。本発明は、更に詳しくは、自動車の分野で使用されるように設計されているが、他の分野にも適用することができる。自動車の分野において、この回路はエンジンにおける少なくとも１つのシリンダ内に高圧流体を噴射するのに使用できる。この場合、流体は燃料である。

流体噴射回路は、流体貯留部と、低圧（約10bars，即ち約1,000,000Pa）で流体噴射するための液圧ポンプと、少なくとも１つのポンプ噴射器とを備えている。貯留部、噴射ポンプ及びポンプ噴射器は管で連結されており、流体が貯留部から噴射ポンプを介してポンプ噴射器まで流れ、余剰流体が貯留部に戻るように流れを継続させることができる。ポンプは貯留部から得られた流体を吸引し、その流体を低圧まで昇圧する。一例として、この低圧は1MPa（10bars）である。この低圧の流体は、管を通して噴射ポンプから噴出する。分配器はこの低圧の流体を異なるポンプ噴射器に分配する。各ポンプ噴射器は流体を最高30MPa（300bars）まで昇圧し、ソレノイド弁が開いた後にその流体を自身のシリンダに向けて最高圧力205MPa（2050bars）噴射する。

このような流体を高圧で供給できるポンプ噴射器を備えた噴射回路は、低噴射圧力でしか供給できない噴射ポンプを備えた回路との比較において優れた性能を持つという利点を有している。一例として、高噴射圧力は約200MPa(2000bars)である。しかしながら、高圧ではポンプや回路の管が損傷を受ける場合があり、この種の回路では性能が極端に低下する場合がある。

発明において、この性能劣化の原因が調査され、特に、回路の様々な要素の強化が試みられた。しかし、この試みは不成功、即ち言い換えるとコスト高となる。そこで、動作中の回路における圧力の経過的な時々刻々の変化を検出するという考えが生み出された。

流体を高圧で供給することは圧力波の形成の原因となることが分かっている。この圧力波は、ポンプ噴射器のソレノイド弁の急激な開閉によるものである。ソレノイド弁の急激な閉鎖の後に、圧力波が生成されて流体を通して流体の流れと反対方向に伝播する。

この圧力波は、圧力ピークの形成の原因となる。もしこれらの圧力ピークがあまりに高いと、噴射回路の要素を損傷させ、これにより高圧での性能を低下させてしまう。例えば、200MPa（2,000bars）の圧力で液体が供給される場合、0.6MPa（60bars）の圧力ピークが生じ、噴射回路の要素を損傷させる。

先行技術において、流体噴射回路この圧力波の影響は受けなかった。なぜなら、流体は低圧に加圧されており、回路の要素がこれらの圧力波によっては損傷を受けないように十分に強いからである。

加圧流体、特に高圧の流体による噴射回路の要素への損傷を抑制するために、管は幅広で肉厚に形成されている。しかし、この解決手法では、流体噴射回路を自動車で使用するものとしてはあまりにかさ高なものとしてしまう。どのような場合でも、ポンプの問題を解決することにはならない。

圧力ピークを生じさせる可能性のあるこれらの圧力波を低減するために、本発明は高圧流体噴射回路の管に介在される圧力波吸収器を提案する。一例として、この吸収器は長さの異なる様々な異なる経路へ流体を強制的に流すように作られている。流体の方向は、これらの狭い通路部を必ず通過し、流体の動きが加速されるようになっている。この流体の動きの加速は乱流を作り出す。この乱流は、流体の正常な流れを乱し、これにより圧力波及びその結果の圧力ピークを減少させる。

この例において、吸収器はロッドが内部に配置されたシリンダを備えている。このロッドは、開放された区画の境界を定めるプレートを備えている。流体は狭い通路部を介してこれらの区画を通過して流れる。

従って、本発明の目的は、高圧流体噴射回路を提供することであって、この回路は、一方で管によって貯留部に接続され、他方において高圧流体を提供するように設計された少なくとも１つのポンプ噴射器に接続された低圧流体噴射ポンプを備え、更に、ポンプ噴射器に延びるポンプの出力とポンプ噴射器自体の間に介在する圧力波吸収器を備えている。

本発明は後述の詳細な説明及び添付図面から、より明確に理解されるであろう。添付図面は、単に説明のためのものであり、どのような形にせよ本発明を限定するものではない。

図１は、本発明に係る高圧流体噴射回路１を示しており、この回路は、管３．１，３によって流体５を収容している貯留部６と、少なくとも１つのポンプ噴射器８とにそれぞれ接続される低圧流体噴射ポンプ２を備えている。

ポンプ２はハウジング４の内部に収納されている。流体は以下の態様でこの回路に供給される。ポンプ２は、管３．１を通して貯留部６に収容されている流体５を吸引する。
一例として、貯留部はディーゼル油などの燃料を収容している。流体５はポンプ２で加圧されると、管３を通して送られる。一例として、低圧流体ポンプ２は流体の圧力をおよそ１MPa（10bars）まで昇圧する。この場合において、管３は少なくとも１つのポンプ噴射器８に接続された分配器７を備えている。一例として、分配器７は４つのポンプ噴射器８に接続されている。ポンプ噴射器８は、内部でピストン９．１が滑動しているエンジン（図示略）のシリンダ９に接続されている。ポンプ噴射器は、休止状態では噴射器ニードル（図示略）によって閉鎖されている開口（図示略）通して高圧流体を大量に噴出するように設計されている。一例において、ポンプ噴射器からの噴出時における流体の圧力は205MPa(2050bars)である。ポンプ噴射器８は、指令Ｏｉ（図２）によって開１１／閉１２するソレノイド弁１０を更に備えている。例えば、各ポンプ噴射器８のソレノイド弁１０は、動作指令Ｏ１〜Ｏ４（図１及び図２）によって開１１／閉１２される。従ってソレノイド弁は、各ポンプ噴射器に流体を間欠的に供給することができる。この指令に応答して、ソレノイド弁１０は開状態１１若しくは閉状態１２になることができる。開状態は、流体がポンプ噴射器へ予噴射されるように、経過期間１３の間予め定められている。それから流体はポンプ噴射器の内部で30MPa（300bars）まで圧縮される。30MPa（300bars）において、噴射器ニードルはポンプ噴射器の開口から移動する。そして、流体はおよそ205MPa(2050bars)の圧力でエンジンシリンダ内に噴射される。なぜなら、ポンプ噴射器に入る燃料の総量は、ポンプ噴射器の開口を通って逃げる量よりも多いからである。

流体は以下の態様で貯留部へと戻る。流体は、ソレノイド弁が再度開いた場合に回路に流体を供給する後続の流体の流れとは逆の方向に流れる。ポンプ噴射器内での効果的な圧力上昇のために必要な過剰な流体は、その後、管３とは異なる管（図示略）を通して貯留部に戻される。

本発明によれば、高圧流体噴射回路１は、圧力波吸収器１４を備えている。圧力波吸収器１４は、ポンプ噴射器８に延びるポンプ２の出力部とポンプ噴射器８（図１）との間に介在している。より詳細には、吸収器１４はポンプ２のハウジング４の内部であって、ポンプ噴射器８に延びているポンプの出力部の位置に配置されていることが望ましい。しかし、管３に沿った別の位置に配置することもできるが、それは分配器７の上流側が望ましい。一例として、この吸収器１４は、中実の外側部分１６と中空の中央部分１７からなるシリンダ１５（図４）を備えている。吸収器の横断方向断面では、シリンダ１５（図４）の中央部分１７の断面１８が示されている。周辺部１９，表面２０及び中央部２１はこの断面図で区別される。望ましい実施例においてシリンダ１５は円形であるが（図４）、シリンダは矩形であってもよい。

ロッド２２はこの中央部分１７（図３及び図５）の中心２１の位置で挿入されている。このロッド２２は少なくとも１つのプレート２３を備えている。吸収器１４の横断方向断面図はまた、プレート２３（図４）の断面も示している。周辺部２５と表面２６がこの断面２４に表されている。ロッド２２は複数のプレート２３（図３，４，５）を備えている。図３において、図面の描画面に存在するプレート２３の下方に位置する破線でプレート２３を視覚化することが可能である。望ましい実施例においてロッド２２は６枚のプレート２３を有しており、60ｍｍの長さを有している（図５，６）。プレート２３はロッド２２に次々と等間隔２７で配置されている。プレート２３はシリンダ１５の中央部分１７の内部を各区画２８に区分する。望ましい実施例において、プレート２３は円盤の一部が弦に沿って切除された形状を有しており、５つの区画２８に区分している（図３，４，５）。

各プレート２３は同一であり、それ自身の弦に対して直角であり、ロッド２２によって画定されて中心２１を通る軸線３０に関して、一のプレートが次のプレートと角度２９だけずれた方向を向いている。各プレート２３は、ロッド２２（図４，５）の軸線３０に関して互いに180°の角度ずれて交互に向いていることが望ましい。プレート２３は、軸線３０に対して直角に配置されている（図３）。他の実施例において、180°以外の角度で向けることも可能であり、これにより、螺旋状に進む方向を作り出してもよい。本発明によれば、プレート２３の表面２６は、シリンダ１５の中央部分１７の部分１８の表面の少なくとも半分に等しい。加えて、プレート２３の周辺部２５は、シリンダ１５の部分１８の中央部分の周辺部１９に部分的に倣っている（図４）。

プレート２３の周辺部２５は、部分３１と部分３２とを有している。部分３１はシリンダ１５の周辺部１９に倣っているが、部分３２は倣っていない（図４）。
シリンダ１５の周辺部１９もプレート２３に倣っている部分３３と、プレートに倣っていない部分３４とを有している。これにより、プレート２３の部分３２とシリンダ１５の部分３４とは、ロッド２２で形成される軸線３０に関して外側の開口３５を区分する（図４）。各プレート２３におけるこの外側開口３５の存在によって、区画２８はシリンダ１５の内部に開口している（図３）。

プレート２３は、ロッド２２によって形成される軸線３０に直角な軸線３８に沿って、プレート２３の周辺部２５の部分３１上の点が、周辺部２５の部分３２上の他の点から距離３６だけ離れるように作られている。

加えて、部分３２上の点は、ロッド２２の軸線３０と直角な軸線３８に沿った部分３４上の点から距離３７だけ離れている。望ましい実施例においては、６ｍｍ±20％の直径が与えられた場合に、距離３６は4.5ｍｍであり、距離３７は1.5ｍｍである。これにより、寸法と強度の間で適切な歩みよりが図られる。

低圧流体５が管３内に噴射された場合、流体５は流れるに従って除序に圧力が低下する傾向にある（図６）。この僅かな圧力低下、即ち損失ヘッドは、管３を包含する距離の関数として低下する線形曲線３９によって表される。移動流体５は、ソレノイド弁が閉じた瞬間にソレノイド弁を叩く。流体５は、ソレノイド弁１０の急激な開閉によってシリンダ９内に噴射される。指令Oによって動作するソレノイド弁１０の急激な閉鎖状態１２は、圧力波４０を作り出す（図６）。この圧力波４０は、回路に流体が供給される場合の流体５の動く方向とは反対の方向に進む。この反対方向の移動は、ポンプ噴射器８からポンプ２に向かって起こる。この圧力波４０は、空間的及び時間的に移動する（図６，７）。この圧力波４０は、ソレノイド弁１０の閉鎖に続いて少なくとも１つの圧力ピーク４１を放出する（図７）。例えば図７は、４つの流体ポンプ噴射器８の各々のソレノイド弁１０の連続する開状態１１／閉状態１２によって引き起こされる圧力波４０による４つの圧力ピーク４１を示している。これらの圧録ピーク４１は、６MPa（60bars）の圧力まで達する。

外側開口３５及び隣接するプレート２３同士の配置は、吸収器１４のシリンダ１５の内部における断面の制限及び拡大を生み出す。これら断面の制限及び拡大は、流体の直進軌跡を妨げる。戻り波は同じ領域を通過しなければならない。

ポンプ２を出る流体５は、吸収器１４の内部に入る。シリンダ１５内での流体の軌跡４２は、正弦曲線形状を有している（図３）。流体５が入る位置と反対側の端部では、圧力波４０がシリンダ１５内に侵入し、図３の破線でしめすような同様の軌跡４３を描く。加圧流体５は、外側開口３５通って通過した後に区画２８の内部に乱流を作り出し、これによって、圧力波による圧力ピークをその最大値の50％程度まで著しく減少させる。

本発明に係る高圧流体噴射回路の概略図を示す。 本発明に係るソレノイド弁の少なくとも１つの動作指令の時間の関数としてのグラフを示す。 本発明に係る圧力波吸収器の長手方向断面図である。 本発明に係る圧力波吸収器の横断方向断面図である。 本発明に係る圧力波吸収器の斜視図を示す。 本発明における圧力波の移動距離に対する関数を示す概略図である。 時間の関数としての圧力波を示すグラフである。

Claims (12)

1. 管３，３．１によって一方が貯留部に接続され他方が流体を高圧で提供する少なくとも１つのポンプ噴射器８に接続された低圧流体噴射ポンプ２を備えた高圧流体噴射回路１において、前記ポンプ噴射器に延びるポンプの出力部とポンプ噴射器との間に介在する圧力波吸収器を備えていることを特徴とする高圧流体噴射回路。
2. 前記吸収器は前記ポンプ２のハウジング４内に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回路１。
3. 前記吸収器１４は少なくとも１つのプレート２３を担持するロッド２２が内部に挿入されるシリンダ１５を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路１。
4. 前記プレート２３の部分２４の面２６は、前記シリンダ１５の中央部１７の部分１８の面２０の少なくとも半分に等しく、前記プレート２３の周辺部２５は部分的に前記シリンダ１５の部分１８の周辺部１９に倣っていることを特徴とする請求項３に記載の回路１。
5. 前記シリンダ１５の周辺部１９に倣う前記プレート２３の周辺部２５の部分３１における一方の第１の点は、前記シリンダ１５の周辺部１９に倣わない前記プレート２３の周辺部２５における他方の第２の点とは、所定距離３６だけ離れており、前記ロッド２２の軸線３０と直角な軸線３８に沿って計測されるこの距離は、4.5ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載の回路１。
6. 前記シリンダ１５の周辺部１９に倣わない前記プレート２３の周辺部２５の部分３２における一方の第２の点は、前記プレート２３の周辺部２５に倣わない前記シリンダ１５の周辺部１９の部分３１における他方の第３の点とは、所定距離３７だけ離れており、前記ロッド２２の軸線３０と直角な軸線３８に沿って計測されるこの距離は、1.5ｍｍであることを特徴とする請求項４又は５に記載の回路１。
7. 前記ロッド２２は複数のプレート２３を有しており、これらプレート２３は前記ロッド２２上に次々と配置され、互いの間は等しい距離２７だけ離れていることを特徴とする請求項３〜６の何れか一項に記載の回路１。
8. 前記プレート２３はそれぞれ同一であり、前記ロッド２２によって画定される軸線３０に関して、一のプレート２３が次のプレートに対して異なる角度２９で向いていることを特徴とする請求項３〜７の何れか一項に記載の回路１。
9. 前記プレート２３は軸線３０に関して、互いに180°の角度で相互に向いていることを特徴とする請求項８に記載の回路１。
10. 前記プレート２３は前記軸線３０に対して直角に配置されていることを特徴とする請求項９〜１０の何れか一項に記載の回路１。
11. 前記シリンダ１５の周辺部１９に倣わない前記プレート２３の周辺部２５の部分は、前記プレート２３の周辺部２５が倣わない前記シリンダ１５の前記周辺部２５の部分３４と組合せられ、前記軸線３０の外側に開口３５を区分することを特徴とする請求項４，８，９又は１０に記載の回路１。
12. 前記ロッド２２は、前記シリンダ１５の内部に開いた５つの区画２８を区分する６つのプレート２３を有していることを特徴とする請求項３〜１１の何れか一項に記載の回路１。

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