JP2005536681A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関の燃料噴射装置（３）は、シリンダ数に応じて、ポンプ−ノズル−ユニット、又はポンプ−ライン−ノズル−システムの、各インジェクタ（２）に配属された、少なくとも１つのローカルなポンプエレメント（１）を燃料圧縮のために有している。インジェクタ（２）及び／又はインジェクタ（２）への供給導管はローカルな蓄圧室を構成している。

Description

本発明は請求項１の上位概念に記載の燃料噴射装置に関する。

明細書及び請求の範囲のより良い理解のために、以後若干の概念について説明する：本発明による燃料噴射装置は行程制御されるように構成されていても、圧力制御されるように構成されていてもよい。本発明の枠内で言うところの行程制御された燃料噴射装置とは、噴射開口の開閉が、ノズル室内と制御室内との燃料圧の液圧的な協働に基づき移動可能なノズルニードルの助けで行なわれる燃料噴射装置のことである。制御室内の圧力降下はノズルニードルに行程運動を与える。選択的にノズルニードルの変位は調節部材（アクタ、アクチエータ）で行なうこともできる。本発明による圧力制御された燃料噴射装置では、インジェクタのノズル室内を支配する燃料圧によって、ノズルニードルは閉鎖力（ばね）の作用に抗して動かされるので、噴射開口はノズル室からシリンダ内へ燃料を噴射するために開放される。燃料がノズル室からシリンダ内へ噴射される圧力は、噴射圧と呼ばれるのに対し、システム圧とは、燃料が燃料噴射装置の内部に与えられているかもしくは貯留されている圧力のことである。燃料の調量とはノズル室へ燃料を調量弁を用いて導くことである。組合わされた燃料調量では、種々の噴射圧を調整するために1つの共通の弁が使用される。ポンプ−ノズル−ユニット（ＰＤＥ）の場合には、噴射ポンプとインジェクタは１つのユニットを形成する。シリンダあたりこのようなユニットの１つがシリンダヘッド内へ組込まれ、直接的にタペットを介して又は間接的に揺動レバーを介してエンジンカム軸によって駆動される。ポンプ−ライン−ノズル−システム（ＰＬＤ）は同じ方法に従って働く。この場合には高圧導管はノズル室又はノズル保持体に通じている。

燃料を直接噴射式のディーゼルモータ内へ供給するためには圧力制御された噴射システムと行程制御された噴射システムとの両方が公知である。エミッションを減少させるためにはできるだけ高い最大噴射圧と直線的な圧力上昇が好ましい。したがって今日では屡々ＰＤＥ／ＰＬＤシステムが使用される。このＰＤＥ／ＰＬＤシステムでは高い噴射圧が可能である。

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かつ特性フィールド間で可変に調節できると有利であることが証明された。同様に多段噴射が有利である。したがって他のエンジン製造者はコモンレールシステム（ＣＲＳ）を使用している。

ＰＤＥ／ＰＬＤ噴射システムの機能性を改善するためには行程制御されたインジェクタを使用することができる。これによりカムの搬送領域にて多段噴射（前噴射、主噴射、後噴射）が実現される。多段噴射を具現するためには拡大されたカム行程及びポンプ行程が必要である。さらに後噴射を高い圧力のもとで制御開始した場合には圧力の強い過大上昇が発生し、この過大上昇が噴射システムを破壊することがある。したがって後噴射は低い噴射圧でしか可能ではない。さらにカム搬送領域の外側での噴射は可能ではない。しかしこれは排ガス後処理システムのための遠く隔絶された後噴射のためには重要である。

発明の利点
前記問題点を排除するためには、請求項１の燃料噴射装置が提案されている。この場合、インジェクタ領域はローカルな蓄圧器として構成され、この蓄圧器に貯留された燃料は噴射とノズルニードルの液圧式の閉鎖とのために利用される。本発明の更なる構成は請求項2から４までに含まれている。ポンプエレメントの下流側の逆止弁はインジェクタの高圧室が搬送終了後放圧されることを阻止する。蓄えられた高圧は別の噴射に利用することができる。この場合には主噴射の直後に高圧下で後噴射を実施することも、隔絶された後噴射を実施することもできる。

さらに後続のサイクルの前噴射をローカルな蓄圧器から実施することもできる。これによってこの多段噴射をカムの搬送領域の外で行なうことができ、この結果、搬送領域の縮小により構成的な利点が得られる。

別の利点は主噴射と後噴射との間で得られる。液圧式のニードル閉鎖に際して発生する数百バールの圧力ピークは完全に抑制される。これはニードル閉鎖とポンプエレメントにおける圧力形式との適当な制御によって達成される。この場合、圧力形成は主噴射のための噴射圧が発生する間だけしか制御されない。ノズルニードルの液圧式の閉鎖によって圧力形成も終了する。

ローカルな蓄圧器は絞りによってゆっくりと放圧されて、各噴射サイクルのために規定された出発状態を保証することができる。

同様に放圧は圧力維持弁を介して行なうことも可能である。これによって所定の正確に規定された残留圧が次の噴射サイクルまで維持され、この残留圧力は例えば前噴射のために使用することができる。

ローカルな蓄圧器が十分に大きく構成されていると、この蓄圧器を同様にブーツ相のために使用することができる。又、インジェクタにおけるローカルな蓄圧器はノズルニードルに対する液圧的な閉鎖力をも可能にするので、ノズルニードルは燃焼によってシリンダ圧力が上昇する間に押し開かれることはない。

この液圧式の閉鎖力によってノズルに対して作用する閉鎖するばね力を小さくするか又は省略することができ、これにより構造的な利点が得られる。

以下、本発明の燃料噴射装置の３つの実施例を概略的な図面で示し、これについて説明する。

図１は第1の燃料噴射装置の液圧回路図
図２は第2の燃料噴射装置の液圧回路図
図３は第3の燃料噴射装置の液圧回路図
図４は図１の燃料噴射装置の第1の圧力経過とニードル行程とを示した図
図５は図３の燃料噴射装置の第2の圧力経過とニードル行程とを示した図

実施例の説明
各シリンダはポンプ−ノズル−ユニット（PDE）又はポンプ−ライン−ノズル−システムが配属されている。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とから構成されている。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込まれる。ポンプエレメント１は直接的にタペットを介して又は間接的に揺動レバーを介してエンジンカム軸により駆動される。電子的な調整装置は噴射された燃料量（噴射経過）を目標に合わせてコントロールすることを可能にする。図１に示された行程制御された燃料噴射装置３の第１実施例の場合には、低圧ポンプ４は燃料５を貯蓄タンク６から搬送導管７を介してポンプエレメント１に向かって搬送する。制御弁８はポンプエレメント１のポンプ室を充たすために役立つ。高圧の発生は制御弁８を閉じた状態でカム行程の間に行なわれる。これにより圧力の形成が始まり、圧力下にある燃料は逆止弁９を介しインジェクタ２へ導かれる。

噴射は燃料調量装置を介し、案内孔内で軸方向に移動可能なノズルニードル１０を用いて行なわれる。この場合にはノズル室１１と制御室１２とが構成されている。ノズル室１１内では、ノズルニードル１０の開放方向に向いた受圧面が、ノズル室１１内を支配している圧力に晒される。この圧力は圧力導管１３を介してノズル室１１に供給される。さらにノズルニードル１０には圧縮ばねに対し同軸的にタペットが作用し、該タペットは弁シール面とは反対側の端面で制御室１２を制限している。制御室１２は燃料圧接続部から燃料を供給する、絞りを有する供給部を備え、放圧導管１４へ通じる排出部を備えている。この排出部は弁ユニット１５によって制御される。制御室１２における圧力を介してタペットは閉鎖方向へ圧力負荷される。弁ユニット１５を作動することで制御室１２における圧力を低減させることができるので、この結果として、ノズルニードル１０の開放方向に作動するノズル室１１内の圧力はノズルニードル１０に閉鎖方向で作用する圧力を上回る。弁シール面は弁座面から持上がりかつ燃料が噴射される。噴射の終了は弁ユニット１５を改めて作動すること（閉じること）で行なわれる。弁ユニット１４は制御室１２を再び放圧導管１４から遮断するので、制御室１２においてはノズルニードル１０を閉鎖方向に移動させる圧力が形成される。逆止弁９はインジェクタ２における圧力をポンプエレメント１の搬送の終了後急激に下降させないために役立つ。この圧力は逆止弁９が閉じられるまでいくらか下降するに過ぎない。逆止弁９の下流の総容積（インジェクタ２と供給導管１３との容積）はインジェクタ２のためのローカルな蓄圧器として作用する。液圧的に制御されたインジェクタ２によってノズルは閉じられたままに留められる。貯えられた圧力を用いて更なる噴射が行なわれる。特にこのローカルな蓄圧器は後噴射及び前噴射の場合に典型的な形式で与えられる小さな噴射量のために適している。インジェクタ領域における圧力を次の噴射まで規定されたレベルに調節し、ひいては許容誤差問題を回避するためには逆止弁９に並列に絞り１６が接続されている。この絞り１６は、ローカルな蓄圧器における圧力がゆっくりと減圧され、次の噴射サイクルまでにポンプ室における低圧レベルに減圧されるように設計されている。

図２には制御室１２の接続部のための制御弁１５が供給導管に配置されている燃料噴射装置１７が示されている。弁１５が開かれると、制御室１２においては絞り１８に基づき制御圧が発生し、ノズルは閉じたままに保たれる。弁１５が閉じられると、制御室１２は絞り１８を介して放圧されかつノズルが開かれる。この絞り１８はこの変化実施例の場合にはローカルな蓄圧器をゆっくりと次の噴射まで放圧する働きを同時に有している。何故ならばこの場合にはインジェクタ２が閉じた状態では絞り１８を介した燃料流が存在するからである。

図３は燃料噴射装置１８によって別の実施例が示されている。この場合にも絞り１６は逆止弁９に対し並列に設けられている。この絞り１６はインジェクタ領域における圧力を噴射後ゆっくりと下降させる。付加的に絞り１６には圧力維持弁１９が直列に接続されている。これによって圧力降下は導管における正確に規定された基準圧ｐ（ｓ）（例えば３００ｂａｒ）までしか行なわれない。これによりローカルな蓄圧室においては別の噴射のために利用できる規定された圧力レベルが与えられる。これは有利には前噴射であることができる。しかしながら主噴射のブーツ期をこの蓄圧器から実現することもできる。さらにこの場合にはシステムの液圧的な効率が高められる。何故ならばインジェクタ領域は最早完全には放圧されないからである。

図４は概略的に、インジェクタ（Ｐ_ＩＮＪ）とポンプエレメント（Ｐ_ＰＤＥ）とにおける圧力Ｐの時間的な経過と前噴射（ＶＥ）−、主噴射（ＨＥ）−、後噴射（ＮＥ）−サイクルにおけるニードル行程Ｈが示されている。

図５には概略的にインジェクタ（Ｐ_ＩＮＪ）において可能な時間的な圧力経過Ｐ並びに前噴射（ＶＥ）−、主噴射（ＨＥ）−、後噴射（ＮＥ）−サイクルと隔絶された後噴射（ＡＮＥ）とにおけるニードル行程Ｈが示されている。図示されているのは２つの噴射サイクルの亙った１区分である。この場合には、主噴射間の全時間帯に亙ってローカルな蓄圧器からの噴射が可能であることが判る。特に大きく隔絶された後噴射と大きく前置された前噴射とが可能である。

図示した実施例では各シリンダのために１つのポンプエレメントと１つの液圧的に制御されたノズルとが設けられている。しかし、行程制御されたインジェクタを有するローカルな蓄圧器の原理は原則的にはすべての圧力制御された噴射システムにおいて使用可能であるので、例えば分配型噴射システムにおいても使用可能である。

第1の燃料噴射装置の液圧回路図。 第2の燃料噴射装置の液圧回路図。 第3の燃料噴射装置の液圧回路図。 図１の燃料噴射装置の第1の圧力経過とニードル行程とを示した図。 図３の燃料噴射装置の第2の圧力経過とニードル行程とを示した図。

符号の説明

１ ポンプエレメント、 ２ インジェクタ、 ３ 燃料噴射ポンプ、 ４ 低圧ポンプ、 ５ 燃料、 ６ 貯蓄タンク、 ７ 搬送導管、 ８ 制御弁、 ９ 逆止弁、 １０ ノズルニードル、 １１ ノズル室、 １２ 制御室、 １３ 圧力導管、 １４ 放圧導管、 １５ 弁ユニット、 １６ 絞り、 １７，１８ 燃料噴射装置、 １８′ 絞り、 １９ 圧力維持弁

Claims (4)

1. 内燃機関の燃料噴射装置（３；１７；１８）であって、シリンダの数に応じ、燃料を圧縮するために、各インジェクタ（２）に配属された、ポンプ−ノズル−ユニット又はポンプ−ライン−ノズル−システムの少なくとも１つのローカルなポンプエレメント（１）を有している形式のものにおいて、インジェクタ（２）及び／又はインジェクタ（２）への供給導管がローカルな蓄圧室を構成しており、ポンプエレメント（１）からインジェクタ（２）への供給導管に逆止弁（９）が統合されており、カム行程の間、閉じた状態で高圧を発生させる制御弁（８）が設けられており、インジェクタ（２）のノズル室（１１）の圧力降下を制御するための絞り（１６；１８）が設けられていることを特徴とする、燃料噴射装置。
2. 絞り（１６）が逆止弁（９）に並列に接続されて統合されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 圧力維持弁（１９）が絞り（１６）に直列に接続されている、請求項２記載の燃料噴射装置。
4. ポンプエレメント（１）からインジェクタ（２）へ供給導管が弁ユニット（１５）を介してインジェクタ（２）の制御室に接続されている、請求項１記載の燃料噴射装置。

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