JP2006170201A - コモンレール式燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料が高圧ポンプ装置によって低圧範囲から高圧範囲に搬送され、該範囲が、搬送配管（６）により互いに結合された複数のレールから成るコモンレール（５、６、７、１３）を有し、これらレールが、少なくとも１つのシリンダに供給するために絞り、貫流制限および流量制限のための全制御手段が一体に組み込まれたレール蓋（７）によって端面が閉じられている内燃機関の複数のシリンダに対するコモンレール式燃料供給装置を、今迄の利点が失われることなしに、高価な部品を省けるように改良する。
【解決手段】高圧ポンプ装置に少なくとも２つの高圧ポンプ（３）を設け、各高圧ポンプ（３）を各々別個のポンプ配管（１２）を経て液圧的に、搬送配管（６）又はレール（５）のレール蓋（７）に接続する。この装置は、従来装置が必須の構成要素としていた高価なポンプ蓄圧器を必要としないと言う利点を持つ。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文に記載のコモンレール式燃料供給装置に関する。

この燃料供給装置は、特に重油を燃料とする大形ディーゼルエンジンに採用される。

請求項１の前文に記載の特徴を有するこの種燃料供給装置は、例えば特許文献１で知られている。燃料噴射器の機能は、十分に短時間で正確な噴射を保証すべく、特に電磁弁によって電子制御される。

その場合、大形ディーゼルエンジンへのコモンレール方式の採用は、エンジン軸線に沿った全シリンダに対するコモンレールの必要長ないし一定した蓄圧圧力のために問題があることが既に提起されている。このため、接続配管によって互いに接続された複数の別個のレールからなるコモンレールが既に実現されている。

更にそこには、互いに接続された複数の別個のレールから成るコモンレールにおいて、該レールを、各レールが各々少なくとも２つのシリンダに供給するのに十分な容積を有するように設計し、かつ液圧的に並列に配置することが記載されている。

特に燃料供給装置、即ちコモンレール式燃料噴射装置を、場所をとらず柔軟な、特にモジュール構造に転換し、かつ燃料供給装置全体の運転安全性を高めるべく、レールの両側端面にレール蓋を設け、各々のシリンダへの燃料噴射のために必要な絞り、貫流制限および流量制限に対する制御手段をレール蓋に組み入れ、高圧ポンプ装置とコモンレールとの間の高圧範囲に少なくとも１つの別個のポンプ蓄圧器を配置し、該蓄圧器を燃料搬送のためにコモンレールのレールのレール蓋に液圧的に開口させることは公知である。

コモンレールの個々の各レールが、各々例えば２つのシリンダに供給する貯蔵容積を持つように設計することで、コモンレールの配置および液圧的機能について最良に構成すべく、内燃機関に沿ったレールの位置と長さを決定できる。燃料供給と燃料継続案内に関する全機能ユニットを組み入れたレール蓋を両端面に設けることで、コモンレール式燃料噴射装置の既存形式のエンジンへの追加装備も、新形式のエンジンへの新設もかなり単純になる。全管継手、内燃機関に沿ってレールを位置決めするサポート、レールに対するシール要素および燃料量制限弁等の機能ユニットを全てレール蓋に設け、もってモジュール構造を簡単化し、かつサポートおよび管継手に起因する外力をレール蓋で受けることで、レールとコモンレール全体がその外力を受けないようにして、運転安全性を向上できる。別個のポンプ蓄圧器を高圧ポンプとコモンレールの間の高圧範囲に配置し、燃料を供給すべくコモンレールのレールの少なくとも片側レール蓋に接続し、少なくとも１つの高圧ポンプから供給することで、ポンプで発生した動的圧力成分を、搬送する燃料、即ち重油を最終的にコモンレールに通じるポンプ配管に供給する前に、かなり減少させ得る。

その多くの利点にもかかわらず、高圧ポンプ装置とコモンレールとの間の別個のポンプ蓄圧器は、非常に経費がかかるという欠点がある。
独国特許出願公開第１０１５７１３５号明細書

本発明の課題は、従来技術から出発し、冒頭に述べた形式の燃料供給装置を、高価なポンプ蓄圧器を省き、発生する圧力振幅の欠点をレールが受けることなく、良好な燃料噴射過程を得られるように改良することにある。

この課題は、本発明に基づき、請求項１に記載の特徴事項によって解決される。

即ち、本発明に基づいて燃料は、吸込み絞り制御される個々の高圧ポンプによって、個々のレール間の接続配管に直接搬送されおよび／又はレール蓋の別個の接続口を経てレールに直接搬送される。燃料はそこから、特許文献１で実施されている如く、レール蓋に一体化された切換弁を経て、内燃機関の各シリンダの噴射器に送られる。即ち、本発明に基づき高圧ポンプ装置は少なくとも２つの高圧ポンプを有し、各ポンプは各々別個のポンプ配管を経て液圧的に、搬送配管および／又はレールのレール蓋に結合される。

本発明の他の有利な処置および有利な実施態様を従属請求項に示す。

以下、図を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は、ディーゼル式内燃機関（図示せず）に対するモジュール構造のコモンレール式燃料供給装置を示す。このディーゼルエンジンは重油での運転用に設計され、該重油は、低圧範囲にある燃料タンク１から燃料低圧系統２を経て、複数の高圧ポンプ３により各々別個のポンプ配管１２を経て、高圧ポンプ３の下流に続く高圧範囲に搬送される。内燃機関（図示せず）は各シリンダに燃料噴射器９を備えた六気筒エンジンである。

高圧ポンプ３と噴射器９の間の高圧範囲に蓄圧配管５、６、７、８、１３があり、該配管は用語「コモンレール」で知られ、搬送配管６により互いに接続された複数、この例では３つの別個のレール５で構成される。各レール５は、高圧下にある他の配管６、１２の容積に比べて大きな貯蔵容積を提供する内部蓄圧室により特徴づけられる。

レール５は組込み物付き又は組込み物なしの管状部品１３で形成され、レール蓋７により端面を密封され、各々内燃機関に沿って略シリンダヘッドの高さに配置されている。

レール５は、各々少なくとも１つの高圧配管８によって、通常電子制御式の少なくとも１つの噴射器９に接続されている。

この場合、燃料を供給すべき２つのシリンダ毎に１つのレール５を設けている。エンジン形式と用途に応じ、互いに接続された個々のレール５は、複数の高圧ポンプ３、この実施例では２台の高圧ポンプにより充填される。これら高圧ポンプ３は、通常カムと制御シャフトのような公知の手段を経て、ディーゼルエンジンのクランクシャフトでタイミング駆動され、従って通常はクランク室の近くに配置されている。

高圧ポンプ３の上流に、各々電磁制御式絞り弁３１が配置されている。各高圧ポンプ３の搬送流量は、絞り弁３１で調整される。燃料は絞り弁３１から吸込み弁３２を経てポンプ室３３に導かれる。各高圧ポンプ３の搬送質量において吸込み弁３２が閉じ、燃料が吐出し弁３４を経てコモンレール５、６、７、１３に圧送される。

即ち高圧ポンプ３は、コモンレール５、６、７、１３内に設定可能な高圧を生ずる。図示の全実施例で、高圧ポンプ３からコモンレール５、６、７、１３への燃料の搬送方向に見て最後のレール５の下流で、燃料配管を経て燃料を燃料タンク１に戻すべく、放出装置１６を分岐して設けている。放出装置１６は安全弁１１と追加的排出弁１０の形で形成されている。安全弁１１と排出弁１０は唯一の弁要素の形でも実現できる。排出弁１０は第１、第２切換位置を持ち、第１切換位置で、燃料はコモンレール５、６、７、１３から燃料タンク１に流出し、第２切換位置で、燃料は安全弁１１を経て燃料タンク１に戻る。

更に第１レール５の上流で、レール蓋７に、コモンレール５、６、７、１３の排出過程に対する逆止め弁１０１付きの分岐管を設けている。

他方では、各レール５からの燃料は、レール蓋７に接続された切換弁７１を経て、各噴射器９に送られる。該切換弁７１は、通常２ポート２位置切換弁で制御される３ポート２位置切換弁として形成され、この切換弁は、高圧配管８および通常のニードル弁として形成された噴射器９を経る噴射を制御する。

図１の２つの高圧ポンプ３は、各々別個のポンプ配管１２を経て、液圧的に搬送配管６に接続されている。該高圧ポンプ３は空間的に直列に連続する接続配管６に開口しているが、特にエンジン形式とその用途に応じた高圧ポンプ３の台数に従い、高圧ポンプ３と接続配管６の他の割り当てや組合せも採用できる。

ポンプ配管１２の接続配管６への接続は、一般に搬送配管６が２つの部材から成るなら３つの接続口付きのアダプタ、搬送配管が単一部材であるなら１つの溶接された継手を経て直接行われる。

図２は、図１と同じ配管系統図を示す。ここでは、例えば高圧ポンプ３のコモンレール５、６、７、１３への接続方式が異なっている。右側の第１高圧ポンプ３はポンプ配管１２を経てコモンレール５、６、７、１３の右端の第１レール５のレール蓋７に直接接続され、他の全ての高圧ポンプ、ここでは第２高圧ポンプ３は、互に空間的に連続しコモンレール５、６、７、１３の軸方向に見て連続する搬送配管６に、３つの接続口を備えたアダプタで接続されている。

図３の異なる実施例では、全ての高圧ポンプ３を、各々ポンプ配管１２を経てレール蓋７に直接、即ちレール５に接続している。そのため、レール蓋７は別個の接続口又は補助接続口を有している。右側の第１レールのレール蓋には搬送配管が接続されないので、補助接続口は不要である。レール5毎に１台の高圧ポンプ３を接続するとよい。

しかし異なった実施例では、レール５に各々レール蓋７を経て２つ迄の高圧ポンプ３を接続できる（レール蓋７毎に１台の高圧ポンプ３）。勿論、空間的配置上好適な位置にある任意の個々のレール蓋７だけに高圧ポンプ３を液圧的に直接接続してもよい。

図４は、各接続配管６に２つ以上の高圧ポンプ３を接続した実施例を示す。

いずれの場合も、ポンプ配管１２は少なくとも同じ大きさの流れ断面積、好適には接続配管部材又は搬送配管６と同じ流れ断面積を有している。

更に別の実施例では、全ポンプ配管１２を、搬送配管６への接続のため、接続すべき高圧ポンプ３の吸込み弁３２と吐出弁３４を含む弁ホルダの２つの接続口を経ての直接継手としても形成できる。この結果高圧ポンプ３は必要に応じて１つ、２つ又はそれ以上のレール５に燃料を供給し、更に隣のレールへの配管６を経て、レール間の接続もなし得る。

即ち、従来のコモンレール構想と異なり、高価なポンプ蓄圧器が不要となる。高圧ポンプ３のコモンレール５、６、７、１３への本発明に基づく接続により、レール内での圧力振幅も低減し、かくして良好な燃料噴射が可能となる。

更に第１又は最終レール５の燃料排出接続口ないし第１又は最終高圧ポンプ３の吸込み接続口に、燃料低圧系統２への逆止め弁１０１付き接続配管を接続している。この逆止め弁１０１は、排出弁１０の開放時にエンジン上流の燃料低圧系統２からエンジン下流の燃料帰還路への燃料の流れが生ずるように接続されている。その排出に伴い、重油燃料エンジンの停止時、燃料供給装置全体が貫流する重油で暖められ、運転性が保たれる。エンジン始動時、排出弁１０が閉じられ、逆止め弁１０１が、高圧ポンプ３の動作による圧力発生に伴い自動的に閉鎖する。

低圧系統から逆止め弁１０１を経て中間の１つのレール５又は高圧ポンプ３への燃料供給および各１つの排出弁１０を経た両端レール５での排出も実現可能である。

本発明に基づく燃料供給装置の全体配管系統図。 図１と異なった本発明に基づく燃料供給装置の実施例の配管系統図。 本発明に基づく燃料供給装置の更に異なった実施例の配管系統図。 本発明に基づく燃料供給装置の更に異なった実施例の配管系統図。

符号の説明

１ 燃料タンク、２ 燃料低圧系統、３ 高圧ポンプ、５ レール、６ 接続配管、７ レール蓋、８ 高圧配管、９ 噴射器、１０ 排出弁、１１ 安全弁、１２ ポンプ配管、１３ 管状部品、１４ カム、１５ 制御シャフト、１６ 放出装置、３１ 絞り弁、３２ 吸込み弁、３３ ポンプ室、３４ 吐出し弁、７１ 切換弁、１０１ 逆止め弁

Claims (11)

1. 燃料が高圧ポンプ装置によって低圧範囲から高圧範囲に搬送され、高圧範囲が搬送配管（６）により互いに結合された複数のレールから成るコモンレール（５、６、７、１３）を有し、前記レールが、少なくとも１つのシリンダに供給すべく絞り、貫流制限および流量制限のための全制御手段を一体に組み込んだレール蓋（７）により端面を閉じられている内燃機関の複数のシリンダに対するコモンレール式燃料供給装置において、
   高圧ポンプ装置が少なくとも２つの高圧ポンプ（３）を有し、該ポンプ（３）が各々別個のポンプ配管（１２）を経て液圧的に、搬送配管（６）の１つおよび／又は１つのレール（５）のレール蓋（７）の１つに接続されたことを特徴とする燃料供給装置。
2. 個々の高圧ポンプ（３）のポンプ配管（１２）が、各々空間的に連続しコモンレール（５、６、７、１３）の軸方向に見て互いに連続する搬送配管（６）に、３つの接続口を備えたアダプタによって接続され、又は搬送配管（６）に直接接続されたことを特徴とする請求項１記載の燃料供給装置。
3. 第１高圧ポンプ（３）が、ポンプ配管（１２）を経てコモンレールの第１レール（５）のレール蓋（７）に直接接続され、他の全ての高圧ポンプ（３）が、各々空間的に連続しコモンレール（５、６、７、１３）の軸方向に見て互いに連続する搬送配管（６）に、３つの接続口を備えたアダプタによって接続され、又は搬送配管（６）に直接接続されたことを特徴とする請求項１記載の燃料供給装置。
4. 全高圧ポンプ（３）が各々ポンプ配管（１２）を経て、コモンレールのレール蓋（７）に液圧的に直接接続されたことを特徴とする請求項１記載の燃料供給装置。
5. 各レール蓋（７）が、高圧ポンプ（３）に接続するための別個の管継手を備えることを特徴とする請求項４記載の燃料供給装置。
6. 各レール（５）の少なくとも片側のレール蓋（７）に、高圧ポンプ（３）が接続されたことを特徴とする請求項４又は５記載の燃料供給装置。
7. 少なくとも２つの高圧ポンプ（３）が、各々空間的に連続し、コモンレール（５、６、７、１３）の軸方向に見て連続する各搬送配管（６）に開口することを特徴とする請求項２記載の燃料供給装置。
8. ポンプ配管（１２）が搬送配管（６）より大きな流れ断面積を有することを特徴とする請求項１から３および７の１つに記載の燃料供給装置。
9. 高圧ポンプ（３）が１つ又は複数のレール（５）に燃料を供給し、配管によって隣のレール（５）への接続が形成されるように、全ポンプ配管（１２）が搬送配管（６）への接続のために、接続すべき高圧ポンプ（３）の吸込み弁（３２）と吐出し弁（３４）を含む弁ホルダの少なくとも２つの接続口を経ての直接継手として形成されていることを特徴とする請求項１から３、７および８の１つに記載の燃料供給装置。
10. 第１又は最終レール（５）の燃料排出接続口に、或いは第１又は最終ポンプ（３）の吸込み接続口に、燃料低圧系統（２）への逆止め弁（１０１）付き接続配管が接続されたことを特徴とする請求項１から９の１つに記載の燃料供給装置。
11. 中間レール（５）に又は中間高圧ポンプ（３）における燃料供給のために、燃料低圧系統への逆止め弁（１０１）付き接続配管が利用され、両端レール（５）における排出のために、各々排出弁付き接続配管が接続されたことを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の燃料供給装置。

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