JP2006514212A - 内燃機関のためのインジェクタの真空排気 - Google Patents

Abstract

内燃機関のための噴射弁、例えばコモンレールインジェクタを運転準備状態にするための方法であって、前記噴射弁には運転開始時に最初は少なくとも部分的に空気が充填されていて、液状の媒体が、燃料供給のための通常の接続部を介して供給される形式のものにおいて、噴射弁の内室を、通常の運転時よりも低い圧力にし、この場合、存在している気泡の体積を、通常の運転時の体積よりも大きくし、上記内室に含まれる前記媒体を少なくともほぼ同じに保たれている低い圧力下で排出し、選択的にこの過程を複数回繰り返す。インジェクタの内側の液状媒体内に最初に気体の空気が含まれているにも関わらず、これによりインジェクタの運転準備状態は迅速に得られる。相応の装置も開示されている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の方法に関する。

本発明は特に、コモンレールインジェクタにおいて重要である。このような形式のインジェクタは、それ自体が圧力を高めることはなく、エンジン、特にディーゼルエンジンへの噴射のために圧力下にある燃料が直接的に供給されるもので、インジェクタによって処理される媒体における空気成分に対して敏感に反応する。この媒体は、運転準備完了状態のディーゼルエンジンの場合はディーゼル燃料である。これに対して、テスト領域でインジェクタの測定とテストを行う際のテスト媒体は通常ディーゼル燃料ではなく、液圧的に類似の物質であって、有利には不燃性のものである。運転開始前に媒体の充填時に存在しているインジェクタ内の空気含有物は、通常の運転中に例えばリーク量及び／又は制御弁の操作部から生じる媒体の戻し量の体積流を介してインジェクタの低圧接続部（リーク接続部）に向かって排出（洗い流し）される。

気体として存在している空気は、液状の媒体よりも極めて大きな圧縮率を有していて、これにより、インジェクタ、特に電磁弁における動力学的な減衰特性が再現不能に影響され、噴射量に直接影響する。これにより、テスト領域では測定が困難になる。ディーゼルエンジンを備えた運転準備完了状態にある車両で、例えば工場でインジェクタが取り替えられたばかりで、初めてディーゼル燃料が充填される車両では、気体の空気が存在していると同様に再現不能な噴射過程が行われることとなり、このことは短時間、不快な運転感覚や、必要な排ガス値を守れない結果となる恐れがある。媒体に含まれる溶けた空気は、本発明の使用例では、この空気がインジェクタの全運転状態において溶けたままであり、気体でないならば不都合なものとはみなさない。

上記電磁弁は特に、流出絞りを介して、噴射過程を行わせるために行程制御されたインジェクタの制御室からの媒体の流出を解放し、噴射過程を終了させるために遮断する制御弁である。電磁弁の種々様々な可動部分および不動部分（例えば図２に示したように可動子、少なくとも１つのばね、流出流の解放のための操作される閉鎖エレメント、可動子の不動のガイド）は１つの機能室に配置されている。この機能室はと、この機能室内に保持される制御弁の部分とは多くの縁部と突起とを有していて、これらは気泡を、それが所定のサイズを越えてない場合は引き留め、これにより、通常の運転時にはこの機能室が内燃機関の機能もしくは測定を実質的に妨げない程度に僅かな気体の状態の空気しか有さないようになるまでには著しい時間（数秒から約１分）がかかる傾向にある。

機能室は、インジェクタの低圧接続部に、一般的に直接に、即ち特別な遮断機構を介在せずに接続されている。簡単には１ｂａｒ（絶対圧）、もしくは０ｂａｒ（相対圧）の周囲圧力におけるインジェクタの運転の際に、内燃機関はしばしば低圧接続部において、周囲圧力よりも少なくとも僅かな過圧（例えば０．５ｂａｒ）が維持され、リーク導管からの排出が防止される。運転中に、インジェクタの低圧接続部において著しく高い圧力（例えば１０ｂａｒ）が形成される内燃機関がある。例えば、制御弁がピエゾアクチュエータによって、有利には油圧増幅部（液圧カプラ）を介して操作されるインジェクタである。このような形式のインジェクタでも、本発明による空気抜きは有利である。

本発明の課題は、インジェクタのニューマチック充填・ハイドロリック充填の際にこのインジェクタの内部において液状の媒体に含まれる気体の空気があるにも関わらず、インジェクタの運転準備が迅速に行えるようにすることである。

発明の効果
請求項１に記載の本発明の方法の特徴により、気体の空気が圧力降下のため、インジェクタにおけるいかなる形式の突起にも引っかからないような大きさの気泡を形成するようになる。これにより空気はほぼ取り除かれ、インジェクタの一義的に再現可能な充填状態がテスト領域におけるテストの際に、または自動車の運転時に迅速に得られる。

圧力降下は、液状の媒体またはその部分の蒸気圧に達するほど、またはこれを下回るほど大きくない。気泡により増大された戻し量の迅速な導出は、コモンレール圧よりも著しく低い圧力下で空気のない媒体によりそそぎ流すことにより加速される。自動車ではこの媒体は、燃料タンクから直接出る燃料である。

請求項４記載の本発明による装置は、インジェクタを媒体の高圧源と負圧接続部へと接続するための装置を有している。有利には、制御装置は切替弁の制御接続部に、さらに有利には、インジェクタの噴射開口の開閉のための制御回路に連結されている。

実施例の説明
図１に示した装置１には、この装置に組み付けられた、コモンレール運転のためのインジェクタ２が概略的に示されていて、このインジェクタ２は、気体の空気を含まない液体のテスト媒体のための高圧接続部３を有している。このテスト媒体は、高圧下でテスト媒体が供給される接続部５から導管６を介して供給される。インジェクタ２はテスト領域で完全に空の、即ち空気しか充填されていない状態で、図示の装置１に装着される、または例えば再テストの際には混合充填物（空気とテスト媒体）も充填されている。

インジェクタ２は、磁気的な制御弁８を電気的に制御するために例えば接続部７を有しており、制御弁８は、制御の際に流出絞り９を介して、制御室１０（図２）における圧力を減少させて、弁ピストン１２による噴射開口１１の開放を制御する。

リーク量、およびインジェクタ２の構成によっては運転に応じて生じるインジェクタの大きな戻し流量は、インジェクタ２の接続部１３（低圧接続部、リーク接続部）を介して流出する。この実施例ではこの接続部１３は、例えば燃料タンクへの戻し案内のために働く導管に直接に接続されているのではなく、接続部１３を装置の別の接続部に接続させることができるアダプタヘッド１４に接続されている。

このアダプタヘッド１４には真空ポンプ１６が配属されている。この真空ポンプ１６は導管１７と管分岐部１８とを介して、アダプタヘッド１４に接続された導管１９に接続されている。さらに、上記戻し流量を収容するためのタンク２０が、導管２１を介して管分岐部１８に接続されている。さらに、ここでは排出（そそぎ流し）媒体と言われる低圧媒体のための低圧接続部２２が設けられていて、これは導管２４と絞り２５とを介して、アダプタヘッド１４の前記導管１９とは反対側に位置する接続部に供給される。これにより排出媒体が、インジェクタ２からアダプタヘッド１４に到った気泡３０を図面の左方向へと排出する（流し出す）。装置全体の機能は切替弁により制御される。即ち導管１７における切換弁Ｖ１、導管２４における切替弁Ｖ２、導管２１における切替弁Ｖ３、導管６における切替弁Ｖ４によって制御される。切替弁の電気的な制御接続部は、この方法の経過を制御する制御装置に接続されている。

図３に示した曲線は、基準線がそれぞれ対応する切替弁の閉じられた状態を示していて、基準線の上方に延びる線が、開かれた状態を示しているもので、作用の経過を示している。

まず最初に全ての切替弁Ｖ１〜Ｖ４が遮断されている。次いで切替弁Ｖ１とＶ４が開放される。即ち、低圧が装置にかけられ、同時に高圧下（通常のインジェクタでは例えば１６００ｂａｒ）にある媒体がインジェクタ２の接続部３に供給される。

真空ポンプ１６によって生ぜしめられた負圧は、アダプタヘッド１４を介してインジェクタの接続部１３に作用し、その液圧的な内部体積にも作用する。接続部１３に接続されているならば特に、制御弁が位置している室に作用する。同時に真空は、導管１７と１９と、アダプタヘッド１４と、接続部１３とを介してテスト媒体をインジェクタから吸引する。この場合、まず最初に第１の過程では、恐らくまだ極めて多くの気泡の形ではない空気が存在しているだろう。もし、もともと気泡が存在しているならば、その気泡は、真空によってもともとの状態よりも拡大され（例えば圧力が１ｂａｒから０．１ｂａｒに減少すると直径はほぼ２倍になる）、もはや突出部にひっかかり易いことはなく、これはインジェクタの常に生じる戻り量により排出される。

電気的な接続部７には、上記制御装置に連結された制御回路７′を介して制御信号が送られる。この制御信号によりインジェクタが例えば内燃機関の運転時に通常行われるように制御され、例えば１分間に１０００の電気パルスで制御され、これにより制御弁８が１分につき１０００回開閉過程を行う。（これは例えば制御弁２の切換周期よりもずっと速い。）この間、接続部１３を通って、弁ピストン１２の行程時に生じるリーク流体と制御流体が流出し、制御弁の領域に存在する負圧の結果、通常の運転時よりも拡大された気泡を排出する。排出された気泡はアダプタヘッド１４に到り、ここで方法の有利な実施例では、弁Ｖ２から図示の実施例では全部で３回放出される排出媒体によってアダプタヘッド１４から流し出され、これにより空気をインジェクタの近傍から取り除くのが支援される。

真空ポンプ１６は装置の操作を簡単にするために、空気も生じた媒体または燃料も吸引するように形成されている。方法および装置の別の実施例では、真空ポンプ１６は単に空気のみを吸引し、導管１７を通って例えば鉛直方向で上方に向かって流れる気泡と液状媒体とから成る混合物は、なお真空下で上方から、液状媒体が集められる捕集タンクへと到る。真空ポンプは捕集タンクの上方に接続されていて、従って液状媒体に接触していない。上記捕集タンクは時間によって空にしなければならない。

既に説明したように、図示した装置１が例えば数秒間運転された後、切換弁Ｖ１（真空）は再びしばらく閉じられる。この実施例では、これに続き、さらに一度だけの排出過程が行われる。切換弁４を介して行われるテスト媒体の高圧供給はさらに維持され、切換弁Ｖ３が開放され、これによりインジェクタ２の低圧接続部１３でさらに流出する、今や十分空気が抜けた媒体が、弁Ｖ４による高圧接続部３への媒体のさらなる供給下で捕集タンク２０に、自動車の通常運転の場合のように供給され、必要に応じて測定（計量）できる。

弁の動作のここに記載した時間経過に続いて、テスト領域では、インジェクタの特性の測定が行われる。または、燃料噴射弁が内燃機関で新たに使用される場合には、これは空気抜きされていて、空気抜きにするために使用される内燃機関の装置は、その停止後に取り出され、測定装置を取り付けるために外さなければならなかった内燃機関の標準的な接続が再び行われる。

図１にはさらに、真空、低圧排出媒体、高圧テスト媒体のための測定装置または測定個所が指針機器としてシンボル的に示されている。これにより、装置の動作が監視され、その測定値がプロトコルに記録される。

図３には時点ｔ１〜ｔ６が示されていて、ｔ１は弁Ｖ１とＶ４の開放直後に位置しており、ｔ６はＶ１の閉鎖直後である。しかしこの場合Ｖ２はまだ開いており（液体を通すことができ）、その他の時点はそれぞれ弁Ｖ２の開放されたまたは遮断された状態に対応している。これらの時点ｔ１〜ｔ６では、インジェクタ２の低圧接続部１３の領域において次のような絶対圧が形成されており、制御弁８の領域における個々の気泡のこの絶対圧に対応する相対的なサイズを体積として記載する。

ｔ１：絶対圧０．１ｂａｒ、気泡体積１０；
ｔ２：絶対圧２．６ｂａｒ、気泡体積０．３８；
ｔ３：絶対圧０．１ｂａｒ、気泡体積１０；
ｔ４：絶対圧２．６ｂａｒ、気泡体積０．３８；
ｔ５：絶対圧０．１ｂａｒ、気泡体積１０；
ｔ６：絶対圧４ｂａｒ、気泡体積０．２５；
図３は単に略図として理解されるものであって、実際は複数の排出過程であったり（または唯１つの排出過程ではない）、図示した過程が複数回繰り返されたりすることができる。

本発明の方法の実施例と本発明による装置の動作では、常に新しい、空気のない媒体が接続部３に供給されるので、インジェクタに存在している気泡の数、特にその総体積は徐々に減少し、短時間後、いずれにせよ数秒後に、インジェクタは実際に空気なしになり、インジェクタにおける測定を正確に行うことができる。

例えば新たな、従ってまだ空気の充填されていないインジェクタを内燃機関に組み込むために、図示した装置１が例えば自動車技術の専門業者で使用されるならば、上述した装置部分をインジェクタに接続するだけで良く、即ち真空ポンプが接続されているアダプタヘッドをインジェクタに接続するだけで良い。高圧媒体の供給、即ち、この場合ディーゼル燃料の供給は、既に自動車側で特別な手段なしに行われているものである。この場合、低圧排出媒体、即ち同様にディーゼル燃料を準備するのは困難であるかもしれない。このような場合は、専門工場での使用するためのアダプタヘッドが、排出媒体の接続部を有していないか、またはこの接続部が閉じられている。

別のインジェクタ、例えば、組み込まれた圧縮機を介して燃料を比較的低い圧力から噴射圧にまで高めるインジェクタを本発明により空気接続部から解放すると有利である。

例えば空気の影響による電磁弁の可動子の開放運動の遅れや、所望の状態よりも速い開放運動は、可動子に作用する磁力の遅れた上昇もしくは加速された上昇に通じ、電磁弁の機能への影響は特に大きいので、上述したような電磁弁における気泡の影響は特に大きな妨げである。

本発明は他の形式の制御弁でも有効に使用することができる。特に例えば、ピエゾアクチュエータによって操作される制御弁では、たとえ上述したような電磁弁における連結効果がないために、気泡の存在によりその機能が大きく影響されることがないとしても本発明を使用することができる。上記の両形式の弁では、特に、ほぼ空気が充填された噴射弁の運転開始後にまず最初に制御弁の可動部分が存在している領域で気泡が発生すると特に妨げとなり、ひいては測定が困難になり、または不可能になる。油圧増幅部（ハイドロリックカプラ）が設けられていて、リーク接続部において約１０ｂａｒの保持圧が通常の運転の際に必要であるようなインジェクタは、ここに記載した形式で含有空気を取り除くことができ、この場合、通常は、それほど長い時間は使用されない０．１ｂａｒの上記低圧力がかけられる。

コモンレールインジェクタから含有空気を取り除くための装置の液圧回路図であって、この場合この装置は、自動車製造者では噴射システムの最初の運転開始の際にテスト領域で使用され、または自動車技術の修理業者でも使用される。 電磁弁を備えたディーゼル燃料のための行程制御された公知のインジェクタの縦断面図であって、この電磁弁は流出絞りを介して制御室の圧力を、噴射開口の開閉のために弁ピストンを操作するために制御する。 弁Ｖ１〜Ｖ４の制御の時間経過を示すグラフである。

Claims (9)

1. 内燃機関のための噴射弁、例えばコモンレールインジェクタを運転準備状態にするための方法であって、前記噴射弁には運転開始時に最初は少なくとも部分的に空気が充填されていて、液状の媒体が、燃料供給のための通常の接続部を介して供給される形式のものにおいて、
   噴射弁の内室を、通常の運転時よりも低い圧力にし、この場合、存在している気泡の体積を、通常の運転時の体積よりも大きくし、上記内室に含まれる前記媒体を少なくともほぼ同じに保たれている低い圧力下で排出し、選択的にこの過程を複数回繰り返すことを特徴とする、内燃機関のための噴射弁を運転準備する機械のための方法。
2. 噴射弁に噴射弁を開閉するための制御信号を送る、請求項１記載の方法。
3. 前記媒体の排出を噴射弁の通過後に低圧媒体の供給により補助する、請求項１または２記載の方法。
4. 請求項１から３までのいずれか１項記載の方法を実行するための装置であって、噴射弁の低圧接続部またはリーク接続部に接続されるアダプタヘッド（１４）が設けられており、該アダプタヘッドは真空ポンプ（１６）に接続可能であって、高圧下で媒体を供給するための装置が、噴射弁の、このために標準的に設けられている接続部に設けられていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法を実行するための装置。
5. アダプタヘッド（１４）が、排出媒体のための低圧接続部に接続されている接続部を有している、請求項４記載の装置。
6. 戻し流量のための戻しタンク（２０）がアダプタヘッド（１４）に接続されている、請求項４または５記載の装置。
7. 少なくとも１つの切替弁（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）が、装置の時間的経過を制御するために設けられている、請求項４から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 少なくとも１つの切替弁（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４）の制御接続部に接続されている制御装置を有している、請求項７記載の装置。
9. 制御装置がインジェクタの電気的な接続部に連結されている、請求項８記載の装置。

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