JP2008274955A - 燃焼機関技術に関する改良 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼機関技術を改良する。
【解決手段】圧縮点火内燃機関の燃焼室で使用される燃料システムは、流体用ポンプ室と、燃焼の結果、燃焼室内に発生した圧力に応答してポンプ室内の流体を加圧するように燃焼室から外側に移動可能なピストンとを有するポンプ構成部を含み、ポンプ室内の加圧流体のアキュムレータ体積部への供給を制御する制御弁アセンブリをさらに含む。特定態様では、少なくとも２つの機関シリンダを持つ機関で使用される燃料システムが、一方および他方の機関シリンダに関連した第１および第２のポンプ構成部を含み、第１および第２のポンプ構成部が流体用ポンプ室と、燃焼の結果、燃焼室内に発生した圧力に応答してポンプ室内の流体を加圧するように燃焼室から外側に移動可能なピストンとを各々有する。少なくとも１つの制御弁アセンブリが少なくとも１つのポンプ構成部のポンプ室内で加圧された流体のアキュムレータ体積部への供給を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮点火（ディーゼル）内燃機関技術に関する改良に取り組む。本発明は特に、コモンレール型ディーゼル燃料噴射システム用のシリンダ圧力によって動作する（シリンダ圧力動作型）改良型の燃料ポンプに関する。

コモンレール型の燃料噴射システムが、新規のディーゼル機関に対して採用されている。このようなシステムでは、マルチピストンポンプが、燃料圧力を、機関燃焼室内へ直接に噴射するのに適したレベルまで上昇させる。このシステムは一般に、カム駆動配置、アキュムレータ体積部（ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ ｖｏｌｕｍｅ）またはレール（ｒａｉｌ）、機関シリンダ１つにつき１つの噴射器、ならびに噴射時期および他のパラメータを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）を有する高圧ポンプを含む。この高圧ポンプは、複雑で、重く、高価な構成部品であり、コモンレールシステムは、より伝統的な燃料噴射システム（例えばディストリビュータポンプ、ユニットポンプ）に優る利点を提供するが、機関設計には、高圧ポンプおよびその駆動構成部の位置に関してかなりの関連性がある。特に、駆動トルクの痕跡は、ポンプおよびその駆動構成部を、望ましくない雑音、振動および荒々しさの主たる源にする「スパイク（ｓｐｉｋｅ）」を含みかねない。

ディーゼル機関技術では近年、特に燃焼プロセス自体の向上に関して、多くの発展が見られた。現在、ディーゼル機関の燃焼プロセスは、不均質であり、拡散に基づくと記述することができるが、現在の支配的トレンドは、あるタイプの予混合自己点火モデルに向かって動いている。様々な先進の燃焼モードは特に、燃焼開始のための積極的な開始剤の欠如、排気で給気を希釈する比較的に高いレベルの希釈の必要性、および過剰の雑音および構造応力をもたらす望ましくない高いシリンダ圧力上昇率（ｄｐ／ｄｔ）の発生を特徴とする。予混合燃焼条件下で、シリンダ圧力上昇率に関して１０から３５バール／クランク角（度）という範囲の受け入れがたい値が記録されたが、通常の最大値はおそらく５バール／クランク角（度）と考えられる。先進の燃焼モードは、効率および排出に関して利点を有するが、特に上述の特性は、解決策が追求されるべき問題を提示する。

一例として、米国特許第５４７６０７２号は、無弁２ストローク火花点火機関において、高い圧力上昇率によって引き起こされる応力に対処することを意図したシリンダヘッド構造を記載している。

本発明の他の背景として、以下の特許文献の先行技術が認められる。米国特許第４２４４３４２号および４３９４８５６号は、噴射ユニットと組み合わされたシリンダ圧力動作型ポンプを、英国特許第４６５２６３号は、噴射のために燃料を加圧するシリンダ圧力動作型ポンプを、英国特許第５９０６２８号は、機関の１つのシリンダの圧力を使用して、その機関の他のシリンダの潤滑油を加圧する燃料システムをそれぞれ記載している。
米国特許第５４７６０７２号 米国特許第４２４４３４２号 米国特許第４３９４８５６号 英国特許第４６５２６３号 英国特許第５９０６２８号 米国特許第７０３７３４９号 米国特許第５９９６５５８号

本発明の目的は、上で参照した既存のシステムに改良を加えた、シリンダ圧力動作型ポンプを提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、圧縮点火内燃機関の燃焼室で使用される燃料システムであって、流体用のポンプ室と、燃焼の結果として燃焼室内に発生した圧力に応答してポンプ室内の流体を加圧するように燃焼室から外に向かって移動することができるピストンとを有するポンプ構成部と、ポンプ室内の加圧された流体のアキュムレータ体積部への供給を制御する制御弁アセンブリとを含む燃料システムが提供される。

本発明の１つの利点は、急速燃焼の結果として燃焼室内で起こる圧力ピークに制御された方法で応答して、ピストンが、燃焼室から外に向かって移動することである。これは、予混合燃焼および／または高負荷条件時の特に明白な問題である急速な圧力増大を吸収する用意がない既存のシステムに優る利点を提供する。本発明では、ピストンが燃焼室から外に向かって押されるため、急速なガス膨張と同時に、燃焼室の容積の制御された増大が起こる。これが可能なのは、軽量で動的に移動するピストンの応答速度が、主シリンダピストンの場合よりも、高い圧力上昇率によく追随することができるためである。したがって、燃焼室内の圧力増大率は緩やかになる。

一実施形態では、このシステムがさらに、加圧の前に、ポンプ室への低圧流体の取込みを調節する充填弁アセンブリをさらに含むことができる。

充填弁アセンブリは、バネ制御式の充填弁または電子制御式の充填弁を含むことができる。

電子制御式充填弁を提供する１つの利点は、特に可変弁開閉時期機構がない機関において、燃焼の開始に影響を及ぼす手段を提供することである。燃焼の始めに燃焼圧が上昇すると、電子制御式充填弁を開いて、ピストンを後退させ、その結果、燃焼室の容積をわずかに変化させるために、電子制御式充填弁に一時的に通電される。

このシステムは、燃焼室のシリンダヘッドをさらに含むことができ、ポンプ室は、シリンダヘッドの中に受け取られたポンプハウジングの中に画定されている。制御弁アセンブリは、ポンプハウジングと共通の弁ハウジングの中に収容し、あるいはポンプハウジングから離れて位置する弁ハウジングの中に収容すると都合がよい。

ピストンの下面からシリンダヘッドへの熱伝達を助けるため、ピストンが、燃焼室内のガスにさらされたピストンの表面からの熱伝達を助ける媒質で少なくとも部分的に満たされると有利である。

一実施形態では、充填および／または制御弁アセンブリが電磁アクチュエータによって動作可能だが、他のタイプのアクチュエータを使用することもできる。

このシステムはさらに、ポンプ室内の圧力を感知するセンサを含む。感知された圧力に応答して、ポンプ室とアキュムレータ体積部との間の連通を開くように、制御弁アセンブリを作動させることができる。

制御弁アセンブリとアキュムレータ体積部の間に逆止め弁を配置することができる。

使用中にピストンが加圧する流体は燃料とすることができるが、他の機関機能（例えば液圧支援排気タービン過給機）で使用される他の流体とすることもできる。

本発明の第２の態様によれば、少なくとも２つの機関シリンダを有する圧縮点火内燃機関で使用される燃料システムであって、一方の機関シリンダに関連した第１のポンプ構成部と、他方の機関シリンダに関連した第２のポンプ構成部とを含む燃料システムが提供される。第１および第２のポンプ構成部はそれぞれ、流体用のポンプ室と、燃焼の結果として燃焼室内に発生した圧力に応答してポンプ室内の流体を加圧するように燃焼室から外に向かって移動することができるピストンとを有する。少なくとも１つの制御弁アセンブリが、少なくとも１つのポンプ構成部のポンプ室内の加圧された流体のアキュムレータ体積部への供給を制御する。

本発明のこの態様では、第１のポンプ構成部および第２のポンプ構成部の両方のポンプ室内の加圧された流体の共通のアキュムレータ体積部への供給を制御するため、制御弁アセンブリを、第１のポンプ構成部および前記第２のポンプ構成部の両方に共通とすることができる。

あるいは、このシステムは、第１のポンプ構成部のポンプ室内で加圧された流体の第１のアキュムレータ体積部への供給を制御する第１の制御弁アセンブリと、第２のポンプ構成部のポンプ室内で加圧された流体の第２のアキュムレータ体積部への供給を制御する第２の制御弁アセンブリとを含むことができる。

共通のアキュムレータ体積部は、使用中に、燃料の形態の加圧された流体を、噴射目的で蓄積することができる。

あるいは、第１のアキュムレータ体積部は、使用中に、燃料の形態の加圧された流体を、噴射目的で蓄積することができ、第２のアキュムレータ体積部は、使用中に、電気液圧式可変弁作動システム、液圧支援タービン過給機および噴射可能な燃料を加圧する増圧ピストンのうち１つまたは複数の目的で、加圧された流体を蓄積する。

本発明の第３の態様によれば、圧縮点火内燃機関の燃焼室で使用される燃料システムであって、流体用のポンプ室と、燃焼の結果として燃焼室内に発生した圧力に応答してポンプ室内の流体を加圧するように燃焼室から外に向かって移動することができるピストンとを有するポンプ構成部と、加圧の前に、ポンプ室への低圧流体の取込みを調節する充填弁アセンブリとを含む燃料システムが提供される。

第４の態様では、本発明が、圧縮ストロークを含む燃焼サイクルを実行する関連シリンダピストンを有する燃焼室用の燃料システムを動作させる方法において、燃料システムが、流体用のポンプ室、ピストンおよび制御弁アセンブリを含む方法であって、燃焼の結果として燃焼室内に発生した圧力に応答してポンプ室内の流体を加圧するようにピストンを燃焼室から外に向かって移動させるステップと、圧縮ストローク中に、ポンプ室内の流体の圧力を感知するステップとを含む方法を提供する。感知された流体の圧力に応答して、自己点火燃焼の開始が差し迫ったときに、制御弁アセンブリは、ポンプ室とアキュムレータ体積部との間の流体の供給を可能にするように動作される。

第５の態様では、本発明のこの方法が、燃焼の結果として燃焼室内に発生した圧力に応答して、ピストンが、圧縮ストローク中に、燃焼室から外に向かって移動し、それによって燃焼室の容積を変化させるために、充填弁アセンブリを圧縮ストロークの始めまたはその付近で開くように、動作させるステップを含む。

充填弁アセンブリが開かれたまま維持される期間は、燃焼室の容積の所望の増大を提供するように選択される。

本発明の第１、第２および第３の態様の特徴は、本発明の第４および第５の態様の方法を、単独でまたは適当な組合せで使用して、実現することができる。

次に、添付図面を参照して、本発明を、単なる例として説明する。

図１を参照すると、圧縮点火（ディーゼル）型の内燃機関の機関シリンダが、燃焼性燃料がその中へ噴射される燃焼室１２を画定している。この機関には一般に複数のシリンダが提供されるが、単に単純にするため、ここでは、それらのシリンダのうちの１つが説明される。燃焼室１２は、機関制御ユニット（ＥＣＵ）１６の制御の下で比較的に高い圧力で燃焼室１２内に燃料を噴射するように配置された関連燃料噴射器１４を有する。噴射器１４は、加圧された噴射用の燃料を、供給通路１８を通して受け取る。

機関シリンダは、一般にファイアデッキ（ｆｉｒｅ ｄｅｃｋ）２２と呼ばれる燃焼室１２の上天井を画定するシリンダヘッド２０を有する。使用時には、シリンダピストン２６が、機関のクランク軸によってシリンダスリーブ２４内で駆動される。燃焼室１２の下境界を形成するピストンボウル（ｐｉｓｔｏｎ ｂｏｗｌ）を画定するため、シリンダピストン２６の上面には、凹みないし冠部分が提供される。シリンダヘッド２０には、それぞれ、燃焼サイクルの全体を通じて、空気が燃焼室１２へ流入し、排気ガスが燃焼室１２から流出することを可能にするように動作することができる吸気弁および排気弁（図示せず）が提供される。シリンダピストン２６の右側の上面には、内側へ開いている排気弁を収容するために切り抜き部分２８が提供されている。

シリンダヘッド２０には、全体が３２で示されたポンプ構成部を収容するボア（ｂｏｒｅ）が提供される。このボアには、下ボア領域３０ａおよび上ボア領域３０ｂを画定するために段差が設けられている。下ボア領域３０ａは上ボア領域３０ｂよりも小さな直径を有し、そのため、下ボア領域３０ａと上ボア領域３０ｂの間の境界面に円錐台形の第１の段ないし座３４が画定される。上ボア領域３０ｂは、シリンダヘッド２０の上面に取り付けられたハウジング３６によって閉じられる。下領域３０ａと上ボア領域３０ｂは一軸に沿って同心であり、そのため機械加工するのに都合がよい。

燃焼プロセスに起因する燃焼室１２内のガス圧の影響の下で、ボア領域３０ａの中をピストン３８が移動することができる。ピストン３８は、燃焼室１２内のガスにさらされる下外面４０をその閉じた下端に有する中空カップの形態をとる。

図２に示されているように、ピストン３８は、段３４と係合可能な環状リップ（ｌｉｐ）またはショルダ（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）４２をその上端に有するピストン本体を含む。ピストン本体の下端には、使用時にシリンダ圧力がピストン３８よりも先に逃げることを最小限に抑えるための１本または数本のラビリンス溝（ｌａｂｙｒｉｎｔｈ ｇｒｏｏｖｅ）４４（そのうちの１本だけが示されている）が、ピストン３８の外面に沿って円周方向に延びている。代替として、ピストン３８上のピストンリング（図示せず）を、この目的に使用することができる。

代替実施形態（図示せず）では、下ボア領域３０ａと上ボア領域３０ｂの間の段３４の上にピストン３８のリップ４２が停止するときに軟着陸が得られることを保証するため、この第１の位置に、波形座金、ベルヴィル座金（Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ ｗａｓｈｅｒ）などの弾性構成部品が載置される。

ピストン３８の中空の内部は、その上端が、ピストンキャップ４６によって閉じられている。ピストンキャップ４６は、ピストン３８の中空体の中に受け取られる下部（図２では見えない）と、ピストン本体の環状リップ４２に着座する環状リップ４８を画定するより大きな直径の上部とを含む。図１に示された図解では、ピストンキャップ４６の環状リップ４８がピストン本体の環状リップ４２と係合している。

ピストン３８のキャップ４６は、シリンダヘッド２０の上面に取り付けられたハウジング３６の中へ突き出た別のピストンないしポンピングプランジャ５０と機械的に接続している。ピストン３８とポンピングプランジャ５０の境界面におけるピストン３８からポンピングプランジャ５０への熱伝達を最小限に抑える方策が企図される。ハウジング３６は下面３６ａを有し、ハウジング３６には、ピストン３８から遠い側のポンピングプランジャ５０の上端がその中に受け取られる別のボア５２が提供される。上ボア領域３０ｂ内に画定された室の中への燃料漏れを最小限に抑えるため、プランジャ５０またはハウジング３６に、エラストマーまたは同様の材料のシール（図示せず）を提供することができる。

ピストン３８は、下ボア領域３０ａ内で、ピストン３８の下面４０がファイアデッキ２２とほぼ同じ高さにある第１の（静止）位置と、ピストン３８が下ボア領域３０ａ内を燃焼室１２から外に向かって移動してハウジング３６の下面３６ａと係合した第２の（最大上昇）位置との間を移動することができる。ハウジング３６の下面３６ａは、この最大上昇位置においてピストン３８の移動止めを画定する。上ボア領域３０ｂ内のピストン３８のキャップ４６とハウジング３６の間に収容されたピストンバネ５８が、ピストン３８を第１の位置に押し付ける役目を果たす。

衝突雑音および摩耗を最低限に抑えるため、ピストン３８のキャップ４６とハウジング３６の下面３６ａとの間の着座境界面に、ポリマー材料などの弾性構成部品（図示せず）を提供することも企図される。

ピストンバネ５８の提供は、燃焼サイクルの燃焼室１２内の圧力が比較的に低い期間の間（すなわち燃焼前）、ピストン３８の下面４０がファイアデッキ２２と同じ高さにある位置に、ピストン３８がとどまることを保証する。燃焼室１２内の燃焼圧に起因する力にさらされたときに、ピストン３８は、このバネの力に逆らって移動する。

使用中のピストン３８の下面４０からシリンダヘッド２０への熱伝達を促進するため、自由選択で、中空ピストン３８が、ナトリウム塩または同様の材料６０で部分的に満たされる。例えば、ナトリウム塩は比較的に低い温度では固体だが、加熱すると融解して、ピストン３８の下面４０からピストン３８の壁を通してシリンダヘッド２０へ熱を伝導する。低温での始動時に下ボア領域３０ａ内でピストン３８が膠着する危険を最小限に抑えるため、ピストン３８は、低い熱膨張率を有するセラミック材料（例えば窒化ケイ素）から製造されることが好ましい。金属から製造される場合には、ピストン３８が下ボア領域３０ａ内で移動するときの摩擦を最小限に抑えるため、ピストン３８を、硬い低摩擦のダイヤモンド様の炭素コーティングで覆うことができる。下ボア領域３０ａの表面に同様のコーティングを付着させてもよい。

ポンピングプランジャ５０の端面は、ハウジング３６のボア５２とともに、燃料を受け取るポンプ室５４を画定する。ポンプ室５４は、接続流路６４の一端に接続された入口／出口ポート６２を有し、接続流路６４の他端は、制御弁配置の入口／出口ポート６６と連通している。この制御弁配置は弁ハウジング６８を有し、２つの弁アセンブリ、すなわちＥＣＵ１６によって制御される全体が７０で示されたレール制御弁アセンブリと、全体が７２で示された充填弁アセンブリとを含む。

図３を参照して制御弁配置をさらに説明する。弁ハウジング６８には、レール制御弁アセンブリ７０の制御の下で弁ハウジング６８内の第２の通路７６と連通する第１の通路７４が提供される。第２の通路７６は、弁ハウジング６８内に画定されたアキュムレータ体積部８０（レール体積部８０とも呼ばれる）に燃料を送達するように配置される。

図１および３の実施形態では、レール体積部８０が、シリンダヘッド２０の外部に取り付けることができる弁ハウジング６８と一体化されているが、代替実施形態（図示せず）では、弁ハウジング６８を、機関の弁カバー（ロッカーカバー（ｒｏｃｋｅｒ ｃｏｖｅｒ）とも呼ばれる）の下に取り付けることができる。弁ハウジング６８をハウジング３６に組み込むことを含む他の配置（図示せず）も企図される。

第２の通路７６には、レール制御弁アセンブリ７０とレール体積部８０の間に位置する逆止め弁ないしチェックバルブ７８が提供される。逆止め弁７８によって、レール制御弁アセンブリ７０は、（接続通路６４および第１の通路７４を介した）ポンプ室５４とレール体積部８０との間の連通を制御する手段を提供する。レール体積部８０は、供給通路１８によって噴射器１４に接続されており、自由選択で、レール体積部８０を、機関の他の１つまたは複数の噴射器の供給通路（図示せず）に接続することもできる。

レール制御弁アセンブリ７０は、レール制御弁アクチュエータ８２の制御の下で、このアセンブリのレール制御弁ピン８４が弁座８６から離隔した開位置と、レール制御弁ピン８４が弁座８６に着座した閉位置との間を移動するように動作することができる。レール制御弁アクチュエータ８２は、アーマチュア室８５内に収容されたアーマチュア８３を有するソレノイドまたは他の電気的に操作されるアクチュエータである。レール制御弁バネ８８が、レール制御弁ピン８４をその閉位置に押し付ける役目を果たす。

レール制御弁ピン８４は、ネック領域８４ｃによって接合された大径領域８４ａと小径領域８４ｂとを含む。レール制御弁ピン８４の大径および小径領域８４ａ、８４ｂは、弁ハウジング６８の中に形成されたそれぞれのボア９０ａ、９０ｂの中を移動することができる。第１の通路７４は、弁ハウジング６８内の環状部分、具体的には座８６に隣接したボア９０ａの内側端で終わる。座８６は、ボア９０ａと９０ｂの間の移行部分を形成する。この領域では、第１の通路７４と第２の通路７６の間の連通を防ぐために、レール制御弁ピン８４の大径領域８４ａが弁座８６に着座する。（図１および３に示された向きに見て）弁座８６の左側では、レール制御弁ピン８４のネック８４ｃに画定された環状部分が第２の通路７６と連通している。

使用時、レール制御弁アクチュエータ８２が作動していないとき、レール制御弁ピン８４は、レール制御弁バネ８８の力によって弁座８６に対して保持されて、第１の通路７４と第２の通路７６の間の連通を閉じる。レール制御弁アクチュエータ８２が作動すると、レール制御弁ピン８４は、バネ８８の力に逆らって、（図１および３に示された向きに見て）右へ移動して、第１の通路７４と第２の通路７６の間の連通を開く。弁ハウジング６８内の座８６とレール制御弁ピン８４上の対応する座との間に角度差があってもよい。この角度差は、第１の通路７４内の燃料圧力に関して圧力のバランスがとられるように、レール制御弁ピン８４ａの外径上で座が接触することを保証する。このことは、レール制御弁ピン８４を閉位置と開位置の間で移動させるのに、アクチュエータが、比較的に小さな作動力しか必要としないことを意味する。

充填弁アセンブリ７２は、ボール弁の形態の充填弁９２を含む。充填弁９２は、閉位置と開位置の間でそれぞれ、第１の通路７４の中に画定された充填弁座９４に向かって移動し、充填弁座９４から離れる方向に移動することができる。バネ室９９の中に収容された充填弁バネ９８は、充填弁ボール９２が弁座９４に着座したその閉位置へ充填弁ボール９２を押し付ける役目を果たす。

弁ハウジング６８にはさらに、充填弁９２が弁座９４から持ち上げられたときに第１の通路７４を低圧供給ギャラリ（ｇａｌｌｅｒｙ）１０６に接続する分岐通路１００が提供される。一般に、低圧ギャラリ１０６には、遠隔ポンプから約５バールの圧力で燃料が供給される。充填弁９２は、第１の通路７４が分岐通路１００を通して低圧ギャラリ１０６と連通することができるのか、または第１の通路７４と低圧ギャラリ１０６の間の連通が閉じられるのかを制御するように動作することができる。充填弁９２が充填弁バネ９８によって充填弁座９４に対して保持されるとき、分岐通路１００と低圧ギャラリ１０６の間の連通は閉じられる。充填弁９２が充填弁バネ９８の力に逆らって（図１および３に示された向きに見て）左側へ動かされると、分岐通路１００と低圧ギャラリ１０６の間の連通は開かれる。充填弁９２が弁座９４に着座しているとき、第１の通路７４と低圧ギャラリ１０６の間の連通は閉じられているが、第１の通路７４はボア９０ａの環状部分と依然として連通していることを理解されたい。

圧力センサ１０２は、充填弁アセンブリ７２のバネ室９９に対する栓を形成し、後にさらに論じるように、レール制御弁アセンブリ７０の動作のタイミングに影響を及ぼす出力信号をＥＣＵ１６に提供する。

レール制御弁ピン８４ａ、８４ｂから漏れた燃料を充填ギャラリ１０６に戻すことができるように、ドリル穴（図示せず）が、レール制御弁ピン８４のボア９０ｂの左端およびアクチュエータ８２のアーマチュア室８５を、充填ギャラリ１０６に接続する。

次に、この燃料システムの動作を、４ストローク燃焼サイクルに関してより詳細に説明する。

以下の説明の目的上、燃焼サイクルが一般に、シリンダピストンの４つのストローク、すなわち吸気（誘導）ストローク、圧縮ストローク、動力（膨張）ストロークおよび排気ストロークに対応する４つの位相を含むことを理解しておくことは有用である。本発明は、異なるストローク数（例えば２、６、８など）を有する燃焼サイクルに適用できるが、単純にするため、ここでは４ストローク燃焼サイクルだけを考える。図４は、４ストローク燃焼サイクル、すなわち誘導、圧縮、出力および排気のイベントタイミング図である。時間基準は機関クランク軸の位置（回転度数）であり、左から右へ移動する。

吸気ストロークで、シリンダピストン２６は、燃焼室１２から外へ向かって動かされ、上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）の間を移動し、吸気弁は開かれる。このとき、排気弁は一般に閉じられている。開いた吸気弁を通してシリンダの中に空気が、ＥＧＲシステムからの再循環された排気ガスととともに、吸引によって、または給気圧の下で吸い込まれる。

圧縮ストロークの間に、シリンダピストン２６は、ＢＤＣとＴＤＣの間で、シリンダヘッド２０に向かって内側へ駆動され、シリンダピストン２６より上の容積を低減させる。このとき、排気弁は閉じられたままである。シリンダピストン２６が圧縮ストロークを開始して少しして、吸気弁は閉じ始める。圧縮ストローク中に、シリンダピストン２６が燃焼室１２の中を内側へ向かって移動すると、燃焼室１２内の空気は圧縮され、空気の温度は大幅に上昇する。

シリンダピストン２６がそのストロークの頂点（ＴＤＣ）に近づくと、燃焼室１２の中へ燃料が噴射され、燃料は燃焼を開始し（自己点火）、燃焼プロセスを始める。燃焼プロセスの結果放出される熱は、燃焼室１２内の圧力を増大させる。

この圧力増大は、シリンダピストン２６に作用し、ＴＤＣとＢＤＣの間でピストンをシリンダヘッド２０から遠ざかる方向へ駆動して、動力ストロークのためにクランク軸上の力を増大させる。動力ストロークの終り近くに排気弁が開かれ、次の排気ストロークでは、シリンダピストン２６がシリンダスリーブ２４内をシリンダヘッド２０に向かって内側へ駆動されたときに、開いた排気弁を通してマニホールドに排気が排出される。

次に、図４、図５（ａ）および５（ｂ）をさらに参照して、図１の燃料システムの動作を説明する。レール制御弁ピン８４および充填弁ピン９２の開閉時期は、シリンダ圧力の表示とともに、図４のタイミング図に示されている。動作戦略は、先進の予混合燃焼モード（例えばＨＣＣＩ）であり、機関は、可変弁作動（ｖａｒｉａｂｌｅ ｖａｌｖｅ ａｃｔｕａｔｉｏｎ：ＶＶＡ）機構（図示せず）および高流量ＥＧＲシステム（図示せず）を有することが仮定される。

吸気ストロークの始めまたはその付近で、ピストン３８は、ピストンバネ５８によって、その下面４０がファイアデッキ２２と同じ高さにある位置に押し付けられる。

ギャラリ１０６内の燃料の圧力は、バネ９８による力に打ち勝つのに十分であり、その結果、充填弁９２はバネ９８に逆らって開けられる。したがって、低圧ギャラリ１０６は第１の通路７４と連通する。レール制御弁アセンブリ７０は閉じた状態にあり、そのため、ピン８４は座８６に接しており、第１の通路７４と第２の通路７６の間の連通は閉じている。したがって、前のサイクルからの高圧の燃料は、やはり閉じられている逆止め弁７８によって、レール体積部８０の中に閉じ込められている。

ピストン３８がピストンバネ５８の力によってその静止位置に向かって押し付けられると、ポンピングプランジャ５０はポンプ室５４から後退し、それによって、低圧の燃料が、低圧ギャラリ１０６から、開いた充填弁９２を通り、接続流路６４を介して、ポンプ室５４の中へ吸い込まれる。環状リップ４２が座３４と当接した静止位置にピストン３８が到達した後、充填弁９２は、吸気ストロークの終りまたはその付近で、バネ９８の力によって閉じられる。ピストン３８の上端の環状リップ４２が座３４に対して押し付けられた位置にピストン３８があるとき、ピストン３８の下面４０はファイアデッキ２２と同じ高さにある。これは、図５（ａ）に示されたポンプ構成部の位置である。吸気ストロークの間に、シリンダピストン２６がシリンダヘッド２０から離れる方向へ移動すると、吸気弁が開かれ、燃焼室１２の中に空気が吸い込まれる。

シリンダピストン２６は次いで圧縮ストロークを実行し、その間に、動力ストロークを開始するための燃料が、噴射器１４を介してシリンダの中に噴射される。吸気ストロークと圧縮ストロークの全体を通じて、レール制御弁ピン８４は着座したままである。

圧縮ストロークの間に、選択された特定の噴射戦略に応じて、希薄で均一な給気を生み出すために、複数回の小さな燃料噴射を、噴射器１４によって燃焼室１２に導入することができる。ＥＧＲの量および温度が正確に制御され、弁開閉時期が適当に制御され、燃料が均一に混合され、圧縮圧が予測されたとおりである場合、燃焼室の給気は、自然発生的に、燃焼室全体で同時に自己点火し、その結果、ＴＤＣ直後に圧力が急速に増大する。

圧縮ストロークの間、急速に増大する燃焼室１２内の圧力は、ピストン３８の下面４０に作用し、それによってピストン３８が、キャップ４６およびプランジャ５０を通して働きかけて、ポンプ室５４内の燃料をシリンダ圧力に比例して加圧する。ポンプ室５４は、レール制御弁ピン８４および充填弁９２が閉じられていることによって流体固着した（ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｌｌｙ ｌｏｃｋｅｄ）通路６４、７４を含む容積の一部であることを理解されたい。

圧力センサ１０２は、バネ室９９（したがってポンプ室５４）内の圧力を感知し、ＥＣＵ１６は、この圧力信号に応答して、第１の通路７４と第２の通路７６の間の連通を開くようにレール制御弁アセンブリ７０を作動させる。レール制御弁アセンブリ７０は、ＥＣＵ１６が、圧力センサ１０２の信号から、自己点火燃焼の開始が差し迫っていると判定した後のＴＤＣにおいて、またはＴＤＣにごく近い時期に開けられる。

ＴＤＣ直後の動力ストロークの始めに、燃料の急速酸化（急速燃焼）による燃焼室１２内の高温、したがって燃焼室１２内の高圧の結果として、ピストン３８が、燃焼室１２から外側へ向かってその最大上昇位置まで移動することは、本発明の特定の特徴である。これは、図５（ｂ）のポンプ構成部の位置であり、この図では、移動したピストン３８が、その最大上昇位置を画定するハウジング３６の下面３６ａと当接している。

ピストン３８がその最大上昇位置まで移動すると、ポンピングプランジャ５０はポンプ室５４の中へ押し込まれて、ポンプ室５４の容積を低下させる。これによって、ポンプ室５４の中の燃料がさらに加圧され、接続通路６４を通して送り出される。

ピストン３８の低い重量は、自己点火後に起こる高い圧力上昇率（ｄｐ／ｄｔ）にピストン３８が反応することを保証する。ピストン３８が燃焼室１２から外側に向かって移動すると、シリンダ圧力の急速な増大と同時に、燃焼室の容積も増大する。この主要な燃焼イベント中の燃焼容積の動的変更の効果は、時間に対する圧力の増大率を穏やかにし、そのため、雑音ならびにシリンダヘッド２０および機関スカントリング（ｓｃａｎｔｌｉｎｇ）の構造応力が低減される。

レール制御弁アセンブリ７０は開いており、ポンプ室５４内の加圧された燃料は、接続流路６４を通して、第１および第２の通路７４、７６の中へ移動する。通路７４、７６内の燃料の圧力がレール体積部８０内のそれを上回ると、逆止め弁７８が開き、その結果、ポンプ室５４内の燃料は、開いたレール制御弁ピン８４および開いた逆止め弁７８を通過して、レール体積部８０に流入することができる。

ポンプ室５４からの流れが弱まると、バネ式の逆止め弁７８は閉じ、移動した高圧の燃料をレール体積部８０の中に閉じ込める。このときさらに、レール制御弁ピン８４がその座８６に戻ることを許し、したがって第１の通路７４と第２の通路７６の間の連通を遮断し、レール体積部８０をポンプ室５４から切り離すために、ＥＣＵ１６によって、レール制御弁アセンブリのアクチュエータ８２が非活動化される。

ピストン３８の急速な変位に起因するポンピングストロークの終りのピストンキャップ４６と移動止め面３６ａとの間の激しい金属−金属衝突を防ぐため、連通通路６４、７４内での流体固着によって、ピストン３８とプランジャ５０の組合せが制止されるように、全ストロークに達する直前に、レール制御弁アセンブリ７０の作動を解除して、弁ピン８４をその座８６に対して閉じることができる。

以降の噴射のために、レール体積部８０内に閉じ込められた高圧の燃料を、供給通路１８を介して、噴射器１４またはレール体積部８０に同様に接続された他の噴射器に送達することができる。

動力ストロークの後の排気ストローク中、ピストン３８がその最大上昇位置にあるときに、排気ガス流が燃焼室１２から流出することができるように、シリンダの排気弁（図示せず）が作動する。

シリンダ１２内の圧力が低い排気ストロークの終りに、充填弁９２はその座９４から引き離され、その結果、ギャラリ１０６からの新鮮な燃料が通路７４、６４に入り、それによって、ピストン３８がその静止位置に戻るときにポンプ室５４に燃料が補充される。ピストン３８がその静止位置に戻るときに、ポンピングプランジャ５０がポンプ室５４から後退し、燃料は、ポンプ室５４を満たし始め、次の燃焼サイクルの準備が整う。したがって、ピストン３８は、ポンピングプランジャ５０上の充填圧力と一緒に作用するピストンバネ５８の力によって、その静止位置に再び押し付けられる。

以上の説明から、このシステムは、燃焼室１２内のガス圧によるピストン３８の移動を利用して、噴射器１４によって噴射される燃料を加圧することを理解されたい。したがって、高価でかさばる別個の高圧燃料ポンプの必要性を回避し、同時に、噴射時期および圧力制御の柔軟性を有するコモンレール噴射システムの認識された利点を維持することができる。さらに、ポンプ駆動の摩擦面積のすべてまたは多くが排除されるので、噴射圧を生成するこの方法は、従来の配置よりも効率的である。さらに、将来の燃焼システムは、単一のポンピング段で生成するのに都合がよい圧力よりも高い２０００バールを大きく超える噴射圧を必要とすると予想される。この要件に対処するため、増強された噴射システムが広く企図される。将来の燃料噴射システムへの増圧モジュールの追加は、コストを増大させると予想されるが、本発明では、この増圧器がポンプであるため、追加のポンプが必要なく、低コストのシステムにつながる。

現在設計されているコモンレール型ディーゼル機関では、ピークシリンダ圧力が一般に１８０から２２０バールの範囲にあり、ピーク噴射圧が一般に２０００から２２００バールの範囲にある。したがって、少なくとも１０：１のピストン／ポンピングプランジャ面積比を有する必要があり、ことによると１５：１以上というより高い圧力が企図される。この場合のポンプの主たる要件は、高圧だが低押しのけ容積のポンプである。

上述の動作モードの代替動作モードでは、吸込み制御式調量機能（ｉｎｌｅｔ ｍｅｔｅｒｉｎｇ ｆｕｎｃｉｔｏｎ）をレール体積部８０に提供するように、レール制御弁アセンブリ７０を動作させることができる。レール体積部８０内の圧力がすでにそのターゲット値にある場合には、レール制御弁ピン８４をその座から移動させて、室５４内の燃料がレール体積部８０へ流れることを可能にするために、レール制御弁アセンブリ７０に通電する必要はなく、したがって、ピストン３８は、ポンプ室５４内の燃料を加圧するために変位しない。

圧縮ストローク中にシリンダ圧力が上昇し、それによって、このとき流体固着状態にあるポンプ室５４内の燃料または流体が加圧されるとき、圧力センサ１０２からの出力信号を使用して、燃焼室圧力の指示を提供することができる。したがって、ピストン３８とポンピングプランジャ５０の面積比（一般に１０：１以上）が分かっている場合には、圧力センサ１０２による燃料圧力測定から、燃焼室圧力を計算することができる。図４から分かるように、プランジャ５０によって実行されるポンピングイベントは、非点火イベントを示す点線１１２からのシリンダ圧力トレースの逸脱によって指示された燃焼イベントと一致する。

燃焼室１２内の圧力を測定するこの方法は、燃焼室の苛酷な環境（例えば高温および圧力）に直接に耐えなければならない従来のシリンダ圧力センサにまつわる問題を回避するため、有利である。本発明では、圧力センサ１０２を、燃焼室１２の外側の弁ハウジング６８上に都合よく取り付けることができる。

動力ストロークの間に、第１の通路７４と第２の通路７６の間の連通（したがってポンプ室５４とレール体積部８０の間の流れ）を可能にするために、レール制御弁アセンブリ７０が開かれた後は、圧力センサ１０２は、燃焼室圧力の意味のある指示をもはや提供しないことを理解されたい。

吸気ストロークの間には一般に、マニホールド絶対圧力（ｍａｎｉｆｏｌｄ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ：ＭＡＰ）センサによって給気圧が追跡される。ピストン３８も燃焼室１２内の同じ圧力にさらされるため、この信号を使用して、このときの圧力センサ出力信号を確認することができる。

本発明の代替実施形態では、図６に示されているように、図１および３のバネ制御式の充填弁アセンブリ７２の代わりに、電子制御式の充填弁アセンブリ１７２が使用される。図１および３に示された部分と同様の部分は、同様の参照符号で示されている。電子制御式充填弁アセンブリ１７２は、充填弁アセンブリを開け、充填弁アセンブリを閉めることを可能にするためにそれぞれ通電し、通電をやめることができるアクチュエータ１７３を含む。電子制御式充填弁１７２の使用はシステム全体のコストを押し上げるが、電子制御式充填弁１７２の使用はシステム制御の程度を追加し、状況によってはそのことが有利となる場合もある。

電子制御充填弁アセンブリ１７２を使用する他の利点は、可変圧縮比機構または可変弁開閉時期の利益を享受せず、したがって、吸気弁が閉じる時期を変更することによって有効圧縮比を制御することができない機関で本発明が実現される場合に生じる可能性がある。この場合、ポンプ構成部３２は、別の方法で燃焼の開始に影響を及ぼす手段を提供する。圧縮比制御の小さな方策を以下の通りに実現することができる。

圧縮ストロークの始めに燃焼室圧力が上昇すると、電子制御充填弁アセンブリ１７２を開いて、ピストン３８を後退させ、それによって燃焼室１２の容積を変化させるために、電子制御充填弁アセンブリ１７２に一時的に通電される。充填弁アセンブリ１７２が開いている期間はピストンの移動量を制御し、したがって燃焼室の容積が増大する量を制御する。有効圧縮比を低減させるこの機能は、予混合自己点火モードで動作している間にのみ必要であり、したがって部分負荷条件下でのみ必要なため、燃料の送達にピストン３８およびプランジャ５０の全ストロークは必要ではなく、そのため、ストロークのある部分を、このような圧縮比の制御に当てることができる。

前述の戦略の一変形では、静止位置へのピストン３８の移動が初期に（すなわち図５（ａ）の位置に到達する前に）停止するように、吸気ストロークの初期に充填弁アセンブリ１７２を非活動化する（閉じる）ことができる。この場合、燃焼室１２の容積は、その公称値よりもわずかに大きく、その結果、その幾何学的圧縮比は他のシリンダよりも小さくなる。したがって、この機能を使用しても、シリンダ−シリンダ圧縮比のある程度の低減を達成することができる。

本発明のポンプ構成部は、従来の（レイトインジェクション（ｌａｔｅ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ））ディーゼル噴射モードで動作する機関、または先進の予混合燃焼モード（例えばＨＣＣＩ）で動作する機関、あるいはマルチモード機関（一般に部分負荷では予混合、高負荷では従来どおり）で使用することができる。特に予混合燃焼モードで動作しているとき、燃焼が起こりそうな時期を推定することは有用である。本発明では、燃焼時期を、圧力センサ１０２の出力から決定されるシリンダ圧力およびシリンダピストン２６の位置を使用して推定することができる。給気圧、温度、湿度および燃焼室のガス成分についての知識を一緒に使用して、ＴＤＣにおけるまたはＴＤＣ付近の状態を決定することができ、したがって、たとえ冷炎反応が存在しなくても燃焼が起こりそうな時期を推定することができる。

図７は、関連ポンプ構成部３２ａ〜３２ｆをそれぞれが有する６シリンダ機関として実現されたときの図１および３に示された本発明の第１の実施形態を示す。これらのシリンダは２つのバンク（ｂａｎｋ）に分けられており、３つのシリンダからなる第１のバンクは関連ポンプ構成部３２ａ、３２ｂ、３２ｃを有し、３つのシリンダからなる第２のバンクは関連ポンプ構成部３２ｄ、３２ｅ、３２ｆを有する。すべてのポンプ構成部３２ａ〜３２ｆは互いに同一であり、図１および３に示されたポンプ構成部の形態をとる。したがって、シリンダの第１のバンクに関連したポンプ構成部３２ａ、３２ｂ、３２ｃはそれぞれ、燃焼室内の圧力に応答して移動することができるピストン３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、それぞれのピストン３８ａ、３８ｂ、３８ｃに結合されたプランジャ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、およびポンプ室５４ａ、５４ｂ、５４ｃを含む。レール制御弁アセンブリ７０ａ、充填弁アセンブリ７２ａおよびレール体積部８０ａは、第１のバンクの３つのすべてのポンプ構成部３２ａ、３２ｂ、３２ｃに対して共通である。それぞれのポンプ構成部３２ａ、３２ｂ、３２ｃに共通の連通通路６４ａは、ポンプ構成部３２ａ、３２ｂ、３２ｃと弁アセンブリ７０ａ、７２ａとの間の連通経路を提供する。

同様に、シリンダの第２のバンクに関連したポンプ構成部３２ｄ、３２ｅ、３２ｆはそれぞれ、燃焼室内の圧力に応答して移動することができるピストン３８ｄ、３８ｅ、３８ｆ、それぞれのピストン３８ｄ、３８ｅ、３８ｆに結合されたプランジャ５０ｄ、５０ｅ、５０ｆ、およびポンプ室５４ｄ、５４ｅ、５４ｆを含む。レール制御弁アセンブリ７０ｂ、充填弁アセンブリ７２ｂおよびレール体積部８０ｂは、第２のバンクの３つのすべてのポンプ構成部３２ｄ、３２ｅ、３２ｆに対して共通である。第２のバンクのそれぞれのポンプ構成部３２ｄ、３２ｅ、３２ｆに共通の連通通路６４ｂは、ポンプ構成部３２ｄ、３２ｅ、３２ｆと弁アセンブリ７０ｂ、７２ｂとの間の連通経路を提供する。

３つのポンプ構成部３２ａ〜３２ｃまたは３２ｄ〜３２ｆ間で１つのレール制御弁アセンブリ７０ａまたは７０ｂが共用される図７の実施形態では、一方のバンクの１つのポンプ構成部がポンピングしているときに、それぞれの連通通路６４ａまたは６４ｂを介して、加圧された燃料が、そのバンクの他のポンプ構成部のポンプ室に連通される。例えば、ポンプ構成部３２ａ、３２ｂおよび３２ｃを有する第１のバンクでは、第１のポンプ構成部３２ａがポンピングしているときに、連通通路６４ａを介して、加圧された燃料が、第２および第３のポンプ構成部３２ｂ、３２ｃのポンプ室５４ｂ、５４ｃに供給される。第２および第３のポンプ構成部３２ｂ、３２ｃのポンプ室５４ｂ、５４ｃ内の燃料圧力の結果として生じた力が、プランジャ５０ａ、５０ｂを通して、それぞれのピストン３８ｂ、３８ｃのピストンキャップ、それぞれのピストン３８ｂ、３８ｃの環状リップ、およびこの環状リップのための段（図７には示されていないが、図１および３の段３４と同等の段である）に再び作用する。第２または第３のポンプ構成部３２ｂ、３２ｃがポンピングしているときにも同じことがあてはまり、ポンプ構成部３２ｄ〜３２ｆからなる第２のバンクのポンピングサイクルでも同じことが言える。このシステムのこの特徴は、それぞれのポンプ構成部３２ａ〜３２ｆの戻しバネ５８が、図１および３に関して以前に説明した吸気ストロークとは対照的な排気ストローク中に、それぞれのピストン３８ａ〜３８ｆをその静止位置（すなわちその下面がファイアデッキと同じ高さにあり、ピストン３８ａ〜３８ｆの環状リップがその段に載った位置）まで戻す十分に強いものであることを要求する。このようにすると、それぞれのプランジャ５４ａ〜５４ｆの活動ポンピングストロークは、非活動プランジャを単純にそれらの静止位置へ戻すことに使い尽くされない。

図４のタイミング図は、排気ストローク中にポンピングプランジャ５０ａ〜５０ｆが後退する前の段落で説明した状況に対応する。図６と同様の電子制御式充填弁アセンブリ１７２が単シリンダ機関で使用される代替実施形態では、図８のタイミングイベント図に示すように、プランジャの後退を、そのサイクルのより後刻の燃焼室圧力がより低い吸気ストローク中に起こすことができる。

図７に示された配置の代替配置では、一部の機関シリンダにだけポンプ構成部３２を提供することができる。

図１および３を参照して先に説明したとおりに、噴射のためにレール体積部８０ａの燃料を加圧する目的で、第１のバンクのポンプ構成部３２ａ、３２ｂ、３２ｃを提供することができ、機関の他の機能のためにレール体積部８０ｂの燃料（または他の流体）を加圧する目的で、第２のバンクのポンプ構成部３２ｄ、３２ｅ、３２ｆを提供することができる。例えば、第２のバンクのポンプ構成部３２ｄ、３２ｅ、３２ｆから得られた流体圧力を、電気液圧式ＶＶＡシステムおよび／または液圧支援式タービン過給機に対して使用することができる。電気液圧式ＶＶＡシステムおよび／または液圧支援式タービン過給機に関しては、燃料噴射システムに対して必要な液圧に比べて液圧は低くてよく、そのため、ポンプ構成部３２ｄ、３２ｅ、３２ｆからなる第２のバンクに関して、ピストン／ポンピングプランジャ面積比（すなわちプランジャ５０に対するピストン３８の面積）をより小さく、例えば５：１にすることができ、その結果、体積流体流量は大きくなる。液圧支援式タービン過給機応用までとは言わないが、少なくとも電気液圧式ＶＶＡシステムの場合には、使用される好ましい流体はディーゼル燃料であろう。例えば２５０バールの燃料レールで、ディーゼル燃料はさらに、予混合燃焼動作下の圧縮ストローク中の燃焼室１２への多重噴射のための燃料源として、または機関の後処理デバイスの再生（後処理生成）のための排気システムへの１回または数回の後噴射など、他の動作のための燃料源として使用可能である。この実施形態では、両方のレール体積部を異なる２つの圧力で満たすためにディーゼル燃料が使用されるであろう。このようなシステムの一例が、本発明の出願人の米国特許第７０３７３４９号に記載されている。

他の実施形態では、第２のシリンダバンクに関連したポンプ構成部３２ｄ、３２ｅ、３２ｆを使用して、ディーゼル以外の燃料を加圧することができる。２燃料機関ないし複式燃料機関を使用する着想は知られており、これらの機関は、一般に燃料のアベイラビリティ（ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ）に応じて、運転者の指令で、どちらか一方の燃料で動作するように構成されている。１つの例は、ガソリンまたはエタノールで動作するように設計されたシステム、あるいは２つの別個の燃料システムを有し、圧縮天然ガスまたはガソリンで動作することができるシステムである。ここでは用語複式燃料が、一度に２種類の燃料を使用する機関を指すために使用され、一例は、発火源としてディーゼル燃料の先立ち噴射を必要とする圧縮天然ガス（ＣＮＧ）機関である（ディーゼル−ＣＮＧと呼ばれる）。複式燃料システムは例えば、米国特許第５９９６５５８号に記載されている。

もちろん、バンク全体に関連した複数のポンプ構成部ではなく、１つの目的のために燃料または他の流体を加圧する単一ポンプ構成部だけが必要な場合もある。

異なる２つの機関シリンダまたは異なる２つの機関シリンダバンク上のポンプ構成部が、燃焼室１２の中で燃焼させる燃料を加圧するために使用される場合、それらの燃料は同じ材料、例えば（前述のとおり）ディーゼル燃料とすることができ、または２つの異なる燃料、例えば液体プロパンガス（ＬＰＧ）などの非反応性圧縮点火燃料、および適当な圧力のジメチルエーテル（ＤＭＥ）などの反応性圧縮点火燃料とすることができる。この場合、機関には、主として非反応性燃料が供給され、燃焼イベントは、一般にＴＤＣに近い適当な時点で反応性燃料を少量噴射することによって開始されると考えられる。他の実施形態では、２つのポンプ構成部が、そのときの燃料のアベイラビリティに応じて機関に独立して燃料を供給することができる別個の燃料噴射システムを表す。

図９を参照すると、本発明の他の実施形態では、これまでに説明した実施形態のレール制御弁アセンブリが除去されており、そのため、弁ハウジング６８が、図１および３の実施形態と同様のバネ制御式の充填弁アセンブリ７２だけを収容する。図９では、図１および３に示された部分と同様の部分が、同様の参照符号で示されている。知られているシステムと同様に、レール体積部８０には、レール圧力を示す出力信号をＥＣＵ１６に提供するために、圧力制御センサ（図示せず）が取り付けられている。

レール制御弁アセンブリ７０が設けられていない場合、システムは、図１から５に関して以前に説明したとおりに動作するが、通路７４、７６間の連通を遮断して、レール体積部８０からポンプ室５４を切り離すことによってポンプ室５４内のポンピングイベントを防ぐことはもはや明らかに不可能である。ポンピングは、ポンプ室５４内で、シリンダ２６の圧縮ストローク中に、ポンプ室５４内の圧力が、レール圧力センサによって測定されるレール体積部８０内の燃料の圧力を上回った状況で起こる。ピストン３８とプランジャ５０の面積比によっては、これが燃焼イベントの前に起こる可能性がある。例えば、ピストン／プランジャ面積比が１０：１の場合には、燃焼室１２内の一般的な４０バール圧縮圧が、ポンプ室５４内の４００バール圧力を生み出し、そのため、レール体積部８０内の燃料の圧力がこれよりも低い圧縮ストロークの任意の段階でポンピングが始まる。しかし、レール体積部８０内の燃料の圧力は一般にこの値よりも大きいので、これが問題を引き起こす可能性は低い。また、バネ５８の予荷重が燃焼ストロークのあまりに初期のポンピングを防ぐように、バネ５８のサイズを設定することも可能である。レール制御弁アセンブリ７０を除去することによる制御のわずかな損失にもかかわらず、図９の実施形態は、部品数が低減するコスト上の利点を提供する。

この実施形態では、レール圧力制御弁（図示せず）も必要である。これは、レール制御弁アセンブリの吸込み制御式調量機能がない場合には、必要な量よりも多くの燃料がポンピングされる可能性が高く、その一部を、レール圧力制御弁を介して低圧に戻す必要があるためである。レール圧力制御弁は、レール体積部内の過剰圧力を軽減することが当技術分野でよく知られている。

図９のシステムは、これまでに説明した実施形態と同様に、燃焼室圧力の指示を提供する圧力センサ１０２を示す。存在しないレール制御弁アセンブリに信号を提供するためのセンサ１０２は必要ないが、例えば、選択的触媒還元（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：ＳＣＲ）制御用のＮＯ_ｘモデルにシリンダ圧力の入力を提供するために、圧力センサ１０２は依然として有用な特徴である。

本明細書に記載された本発明の様々な態様は、記載された特定の機関での使用に限定されず、例えば、任意の燃料で動作する火花点火、圧縮点火、パルスデトネーション（ｐｕｌｓｅ−ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ）、２ストローク、４ストロークおよび／あるいは単一または多シリンダ機関で使用することができることを理解されたい。

ポンプ構成部、レール制御弁アセンブリおよびバネ制御式充填弁アセンブリを含む、本発明の第１の実施形態の燃料システムの概略図である。 図１のポンプ構成部の外側スリーブ、ピストン、プランジャおよびハウジングの分解図である。 図１の燃料システムのレール制御弁アセンブリの拡大図である。 燃焼サイクル全体を通した図１の燃料システムの動作を示すタイミング図である。 図１のポンプ構成部の動作状態を示す図である。 図１のポンプ構成部の他の動作状態を示す図である。 図１および３と同様のレール制御弁アセンブリを含み、図１および３のバネ制御式充填弁アセンブリの代わりに電子制御式充填弁アセンブリを含む、本発明の第２の実施形態の燃料システムの一部分の概略図である。 ６シリンダ機関として実現されたときの図１および３に示された燃料システムなどの燃料システムの概略図である。 燃焼サイクル全体を通した図６の燃料システムの動作を示すタイミング図である。 バネ制御式充填弁アセンブリを含む点では図１および３に示された燃料システムと同様だが、レール制御弁アセンブリを含まない、本発明の第３の実施形態の燃料システムの概略図である。

符号の説明

１２ 燃焼室
１４ 燃料噴射器
１６ 機関制御ユニット（ＥＣＵ）
１８ 供給通路
２０ シリンダヘッド
２２ ファイアデッキ
２４ シリンダスリーブ
２６ シリンダピストン
２８ 切り抜き部分
３０ シリンダヘッドのボア
３０ａ 下ボア領域
３０ｂ 上ボア領域
３２ ポンプ構成部
３２ａ〜ｆ ポンプ構成部
３４ 第１の段ないし座
３６ ハウジング
３６ａ ハウジングの下面
３８ ピストン
３８ａ〜ｆ ピストン
４０ ピストンの下外面
４２ ピストンの環状リップ
４４ ラビリンス溝
４６ ピストンキャップ
４８ ピストンキャップの環状リップ
５０ ポンピングプランジャ
５０ａ〜ｆ ポンピングプランジャ
５２ ハウジングのボア
５４ ポンプ室
５４ａ〜ｆ ポンプ室
５８ ピストンバネ５８
６０ ナトリウム塩または同様の材料
６２ ハウジングの入口／出口ポート
６４ 接続流路
６４ａ〜ｂ 連通通路
６６ 弁ハウジングの入口／出口ポート
６８ 弁ハウジング
７０ レール制御弁アセンブリ
７０ａ〜ｂ レール制御弁アセンブリ
７２ 充填弁アセンブリ
７２ａ〜ｂ 充填弁アセンブリ
７４ 弁ハウジングの第１の通路
７６ 弁ハウジングの第２の通路
７８ 逆止め弁
８０ アキュムレータ体積部（レール体積部）
８０ａ〜ｂ アキュムレータ体積部（レール体積部）
８２ レール制御弁アクチュエータ
８３ アーマチュア
８４ レール制御弁ピン
８４ａ レール制御弁ピンの大径領域
８４ｂ レール制御弁ピンの小径領域
８４ｃ レール制御弁ピンのネック領域
８５ アーマチュア室
８６ レール制御弁ピンの弁座
８８ レール制御弁バネ
９０ａ ボア
９０ｂ ボア
９２ 充填弁
９４ 充填弁座
９８ 充填弁バネ
９９ 充填弁バネ室
１００ 分岐通路
１０２ 圧力センサ
１０６ 低圧供給ギャラリ
１７２ 電子制御式充填弁アセンブリ
１７３ 充填弁アクチュエータ

Claims (23)

1. 圧縮点火内燃機関の燃焼室（１２）で使用される燃料システムであって、
   流体用のポンプ室（５４）と、燃焼の結果として前記燃焼室（１２）内に発生した圧力に応答して前記ポンプ室（５４）内の流体を加圧するように前記燃焼室（１２）から外に向かって移動することができるピストン（３８）と、を有するポンプ構成部（３２ａ〜３２ｆ）と、
   前記ポンプ室（５４）内で加圧された流体のアキュムレータ体積部（８０；８０ａ、８０ｂ）への供給を制御する制御弁アセンブリ（７０；７０ａ、７０ｂ）と、
   を含む燃料システム。
2. 加圧の前に、低圧流体源から前記ポンプ室（５４）への低圧流体の取込みを調節する充填弁アセンブリ（７２；１７２；７２ａ、７２ｂ）をさらに含む、請求項１に記載の燃料システム。
3. 前記充填弁アセンブリ（７２；７２ａ、７２ｂ）がバネ制御式の充填弁（９２）を含む、請求項２に記載の燃料システム。
4. 前記充填弁アセンブリ（１７２）が電子制御式の充填弁を含む、請求項２に記載の燃料システム。
5. 前記燃焼室（１２）のためのシリンダヘッド（２０）をさらに含み、前記ポンプ室（５４）が、前記シリンダヘッド（２０）の中に受け取られたポンプハウジング（３６）の中に画定された、請求項１から４のいずれかに記載の燃料システム。
6. 前記制御弁アセンブリ（７０；７０ａ、７０ｂ）が、前記ポンプハウジング（３６）から離れて位置する弁ハウジング（６８）の中に収容された、請求項５に記載の燃料システム。
7. 前記制御弁アセンブリ（７０；７０ａ、７０ｂ）が、前記ポンプハウジングと共通の弁ハウジングの中に収容された、請求項５に記載の燃料システム。
8. 前記ピストン（３８）が、前記燃焼室（１２）内のガスにさらされた前記ピストン（３８）の表面（４０）からの熱伝達を助ける媒質で少なくとも部分的に満たされた、請求項１から７のいずれかに記載の燃料システム。
9. 前記制御弁アセンブリ（７０）が電磁アクチュエータ（８２）によって動作可能である、請求項１から８のいずれかに記載の燃料システム。
10. 前記ポンプ室（５４）内の圧力を感知するセンサ（１０２）をさらに含み、それにより、前記制御弁アセンブリ（７０；７０ａ、７０ｂ）が、感知された前記圧力に応答して、前記ポンプ室（５４）と前記アキュムレータ体積部（８０；８０ａ、８０ｂ）との間の連通を開くように作動する、請求項１から９のいずれかに記載の燃料システム。
11. 前記制御弁アセンブリ（７０；７０ａ、７０ｂ）と前記アキュムレータ体積部（８０；８０ａ、８０ｂ）の間の逆止め弁（７８）をさらに含む、請求項１から１０のいずれかに記載の燃料システム。
12. 前記流体が燃料である、請求項１から１１のいずれかに記載の燃料システム。
13. 少なくとも２つの機関シリンダを有する圧縮点火内燃機関で使用される燃料システムであって、
    一方の前記機関シリンダに関連した第１のポンプ構成部（３２ａ〜３２ｃ）と、他方の前記機関シリンダに関連した第２のポンプ構成部（３２ｄ〜３２ｆ）とを含み、前記第１および第２のポンプ構成部（３２ａ〜３２ｆ）がそれぞれ、流体用のポンプ室と、燃焼の結果として前記燃焼室（１２）内に発生した圧力に応答して前記ポンプ室内の流体を加圧するように前記燃焼室（１２）から外に向かって移動することができるピストン（３８）とを有し、
    さらに、少なくとも１つの前記ポンプ構成部の前記ポンプ室内で加圧された流体のアキュムレータ体積部（８０ａ、８０ｂ）への供給を制御する少なくとも１つの制御弁アセンブリ（７０ａ、７０ｂ）を含む
    燃料システム。
14. 前記第１のポンプ構成部（３２ａ〜３２ｃ）および前記第２のポンプ構成部（３２ｄ〜３２ｆ）の両方の前記ポンプ室内で加圧された流体の共通のアキュムレータ体積部への供給を制御するため、前記制御弁アセンブリが、前記第１のポンプ構成部（３２ａ〜３２ｃ）および前記第２のポンプ構成部（３２ｄ〜３２ｆ）の両方に共通である、請求項１３に記載の燃料システム。
15. 前記第１のポンプ構成部の前記ポンプ室内で加圧された流体の第１のアキュムレータ体積部（８０ａ）への供給を制御する第１の制御弁アセンブリ（７０ａ）と、前記第２のポンプ構成部の前記ポンプ室内で加圧された流体の第２のアキュムレータ体積部（８０ｂ）への供給を制御する第２の制御弁アセンブリ（７０ｂ）とを含む、請求項１３に記載の燃料システム。
16. 前記共通のアキュムレータ体積部が、使用中に、燃料の形態の加圧された流体を、噴射目的で蓄積する、請求項１４に記載の燃料システム。
17. 前記第１のアキュムレータ体積部（８０ａ）が、使用中に、燃料の形態の加圧された流体を、噴射目的で蓄積する、請求項１５に記載の燃料システム。
18. 前記第２のアキュムレータ体積部（８０ｂ）が、使用中に、電気液圧式可変弁作動システム、液圧支援タービン過給機および噴射可能な燃料を加圧する増圧ピストンのうち１つまたは複数の目的で、加圧された流体を蓄積する、請求項１５または１７に記載の燃料システム。
19. 圧縮点火内燃機関の燃焼室（１２）で使用される燃料システムであって、
    流体用のポンプ室（５４）と、燃焼の結果として前記燃焼室（１２）内で発生した圧力に応答して前記ポンプ室（５４）内の流体を加圧するように前記燃焼室（１２）から外に向かって移動することができるピストン（３８）とを有するポンプ構成部（３２ａ〜３２ｆ）と、
    加圧の前に、前記ポンプ室（５４）への低圧流体の取込みを調節する充填弁アセンブリ（７２；１７２；７２ａ、７２ｂ）と
    を含む燃料システム。
20. 前記ポンプ室（５４）内の流体の圧力を感知する圧力センサ（１０２）をさらに含む、請求項１９に記載の燃料システム。
21. 圧縮ストロークを含む燃焼サイクルを実行する関連シリンダピストン（２６）を有する燃焼室（１２）用の燃料システムを動作させる方法において、前記燃料システムが、流体用のポンプ室（５４）、ピストン（３８）および制御弁アセンブリ（７０；７０ａ、７０ｂ）を含む方法であって、
    燃焼の結果として前記燃焼室（１２）内に発生した圧力に応答して前記ポンプ室（５４）内の流体を加圧するように前記ピストン（３８）を前記燃焼室（１２）から外に向かって移動させるステップと、
    前記圧縮ストローク中に、前記ポンプ室（５４）内の流体の圧力を感知するステップと、
    感知された前記流体の圧力に応答して、自己点火燃焼の開始が差し迫ったときに前記ポンプ室（５４）とアキュムレータ体積部（８０；８０ａ、８０ｂ）との間の流体の供給を可能にするように前記制御弁アセンブリ（７０；７０ａ、７０ｂ）を動作させるステップと、
    を含む方法。
22. 圧縮ストロークを含む燃焼サイクルを実行する関連シリンダピストン（２６）を有する燃焼室用の燃料システムを動作させる方法において、前記燃料システムが、流体用のポンプ室（５４）、ピストン（３８）、および前記ポンプ室（５４）への低圧流体の取込みを調節する充填弁アセンブリ（７２；１７２；７２ａ、７２ｂ）を含む方法であって、
    燃焼の結果として前記燃焼室（１２）内に発生した圧力に応答して、前記ピストン（３８）が、前記圧縮ストローク中に、前記燃焼室（１２）から外に向かって移動し、それによって前記燃焼室（１２）の容積を変化させるために、前記充填弁アセンブリ（７２；１７２；７２ａ、７２ｂ）を前記圧縮ストロークの始めまたはその付近で開くように動作させるステップ
    を含む方法。
23. 前記充填弁アセンブリ（７２；１７２；７２ａ、７２ｂ）が開かれたまま維持される期間が、前記燃焼室（１２）の容積の所望の増大を提供するように選択される、請求項２２に記載の方法。

Images