JP2010169099A - コモン・レール・システム用アキュムレータ - Google Patents

Abstract

【課題】アキュムレータのスペース要件なしに、可能な限り単純な手段及び動的荷重で、非常に高い内圧を可能にする内燃機関のコモン・レール・システム用アキュムレータを提供すること。
【解決手段】この内燃機関のコモン・レール・システム用アキュムレータは、基部本体（２）の内部に設けられた媒体を蓄積する蓄積スペース（４）の境界を画定する壁（３）を備えた管状の基部本体（２）と、媒体を排出するために前記壁（３）を貫通して延びる少なくとも１つの孔（５）を有する。前記蓄積スペース（４）が、その断面が重なり合うように配置された少なくとも２つの円筒形の長手方向の穴（４１、４２、４３）によって形成されていて、前記少なくとも１つの孔（５）が前記少なくとも２つの円筒形の長手方向の穴（４１、４２、４３）の交差部（６’）に開口している。
【選択図】図４

Description

本発明は、独立請求項１のプリアンブルによる、内燃機関のコモン・レール・システム用アキュムレータに関する。

本発明は、具体的には、大型ディーゼル機関のコモン・レール・システムに適したアキュムレータに関する。大型ディーゼル機関は、たとえば、船舶用主駆動ユニットとして、又は発電用定置機械設備として使用される。これらは通常、低速２行程クロスヘッド機関、又は４行程機関として形成される。さらに最近の開発によれば、燃料噴射、ガス交換、水噴射、及び油量調整用など任意選択による補助システムが、最新の大型ディーゼル機関でコモン・レール・システムを使用して実施されている。それぞれ流体、たとえば、噴射用燃料、出口弁の作動用液圧媒体、又は噴射の制御用作動媒体が、高圧下でポンプによって圧力リザーバとも呼ばれるアキュムレータ内に輸送される。次いで、内燃機関のシリンダ全てに、それぞれアキュムレータ及び／又は弁から高圧下の流体が供給され、燃料噴射装置が制御される。

通常、アキュムレータは、それぞれ管状の構成部品として設計されており、両端部で閉鎖され、ほぼシリンダ・ヘッドの高さで機関に沿って延びている。アキュムレータの管状基部本体は、通常、複数の孔を有し、その孔を介してアキュムレータの蓄積スペースを、それぞれ個々のシリンダの供給又は作動装置に連結することができる。

最大圧力は、通常、燃料噴射用コモン・レール・システム内で生じる。関連するアキュムレータ内の圧力は、たとえば２０００バールに達することがある。作動の際に、特にアキュムレータに大きい機械的要求をもたらすのは、たとえば圧力変動によって生じた動的荷重である。アキュムレータの高圧力は、特に半径方向の孔によっても制限を受ける。この半径方向の孔は、３つから４つあるいはそれ以上の要因によって、ひずみ、たとえば等価のストレスを増加させる可能性がある。

コモン・レール噴射システムのアキュムレータの高圧力をさらに増加させるには、ＤＥ−Ａ−１９９ ４９ ９６２では、蓄積スペースとして働く基部本体の内部スペースを、孔の開口の領域内で平らな形に形成し、それによって孔と基部本体の間のオーバレイ（ｏｖｅｒｌａｙ）領域における最大ひずみを低減することが提案されている。こうした平面領域は、材料を除去する局所的処理によって後に作成される。

本発明の目的は、非常に高い内圧を可能にするために拡大されている外形寸法、したがってアキュムレータのスペース要件なしに、可能な限り単純な手段及び動的荷重で、非常に高い内圧を可能にする内燃機関のコモン・レール・システム用アキュムレータを提供することである。このアキュムレータは、特に大型ディーゼル機関のコモン・レール・システム、及び具体的には燃料噴射システムに適している。

この目的を満足させるアキュムレータは、独立請求項１の特徴部分によって特徴づけられている。

したがって、本発明によれば、内燃機関のコモン・レール・システム用アキュムレータは、基部本体の内部に設けられた媒体を蓄積する蓄積スペースの境界を画定する壁を備えた管状の基部本体と、媒体の排出のために前記壁を貫通して延びる少なくとも１つの孔を有することが提案されている。蓄積スペースが、その断面が重なり合うように配置された少なくとも２つの円筒形の長手方向の穴によって形成されていて、前記少なくとも１つの孔が前記少なくとも２つの円筒形の長手方向の穴の交差部に開口している。

孔によって生じたひずみの増加は、曲率が有限の、この内側面に延びる交差部によってかなり低減できることが判明している。基部本体を製造する適当な疲労強度の材料を備えた、アキュムレータの最適化した内部形状により、動的荷重に対する許容内圧を大幅に増加させることができ、又は、たとえば壁を薄くすることができるため、アキュムレータの外形寸法、特にその直径を縮小することができる。本明細書では、有限の曲率、すなわちとりわけ平面的ではない曲率で、孔が蓄積スペース内に開く領域を設計することを理解することが重要である。

交差部は、好ましくは蓄積スペースの長さの大部分にわたって延び、特に好ましくは、蓄積スペースの全長にわたって延びる。その結果、長手方向の軸線に垂直の断面である、蓄積スペースの内側断面は、蓄積スペースの全長にわたって同一である。したがって、アキュムレータの局所的内部加工を省くことができ、それによって製造を大幅に軽減することができる。蓄積スペースを備えた基部本体を、簡単な方法、たとえば、押出し成型、鋳造、又は対応した形状の加工工具でのブローチ加工によって、製造することができる。

さらに有利な方法は、蓄積スペース内に延び、それぞれ蓄積スペースの長さの大部分にわたって延びる、たとえば３つの交差部を壁の内側面に設け、壁の内側面の周方向に対して様々な位置に設けることである。したがって、複数の交差部が、内側面周方向に分散して設けられ、好ましくは、それぞれ蓄積スペースの全長にわたって延びる。したがって、異なる方向スキャン（ｓｃａｎ）で延びる孔を設け、それによって、連結可能性に対するアキュムレータの適応性を大幅に向上させる。

ひずみの最小化については、１つ又は複数の孔がそれらの中心軸線が基部本体の長手方向の軸線に垂直になるように半径方向に延びている。さらに、判明しているように、各孔が壁の内側面の周方向に対して交差部の中心で、すなわち孔の中心軸線が交差部の中心に位置するように、蓄積スペース内に開いていることが有利である。当然、孔を偏心的に又は互いにずらして配置することもできる。孔が交差部の内側面で蓄積スペース内に開いていることが重要である。

各交差部が蓄積スペースの内径の５％〜３０％に相当する半径方向の高さを有することが好ましいことを実施例が示している。この高さは、交差部が他の点を超えて、たとえば蓄積スペースの断面の円形の輪郭を超えて、蓄積スペース内に突出する最大値である。

蓄積スペース内に延びる本発明に従った交差部は、蓄積スペースが、穴の断面が重なり合うように構成された少なくとも２つの実質的に円筒形長手方向の穴を備えているという点で、特に好ましく実現され得る。特に好ましい変形形態は、２つの円筒形長手方向の穴によって実現された蓄積スペースを備えており、これら穴の軸線は平行に延び、互いに間隔を置いて配置されて、長手方向の穴の断面が重なり合うようになっている。これは、長手方向の穴の軸線の間隔が、２つの長手方向の穴の半径の合計よりも小さいということである。この寸法の結果、蓄積スペースは、内側断面（長手方向の軸線に垂直の断面領域）が８の形を有することになる。この８が「くびれ」を有する領域が、本発明の意図する蓄積スペースに延びている２つの交差部を形成している。

蓄積スペースが、少なくとも２つの重なり合った長手方向の穴を有する形態の実現により、とりわけ製造が簡単になるという利点がもたらされる。基部本体が作成される管状の構造内に、２つ（又はそれ以上）の長手方向の穴を形成することだけしか必要ではない。

さらに有利な特徴は、基部本体の壁が、壁の外側面に少なくとも１つの平坦部を有し、平坦部が壁の外側面で平面内に孔が開くように構成され設計されていることである。この手段によって、アキュムレータ、たとえば燃料噴射用スライド弁から媒体を充填すべき壁の外部側面に、作動又は供給装置を直接備えることができるようになる。これには、耐高圧性の供給線を省くことができるという利点がある。

さらに有利な変形形態は、管状基部本体の実質的に全長にわたって延びる他方側で、基部本体の壁が少なくとも１つの平面帯状部を有することである。これによって、たとえば高圧アキュムレータの外側面に加熱要素を設けて、蓄積スペース内の媒体に熱を加えることができるようになる。平面帯状部は、たとえばアキュムレータを固定するための接触領域として働くこともできる。

本発明によるアキュムレータは、特に大型ディーゼル機関のコモン・レール・システムに、具体的には、燃料噴射用コモン・レール・システムに適している。

本発明のさらに有利な手段及び好ましい態様は、従属請求項から生ずる。

図２の切断線Ｉ―Ｉに沿って切り取った、アキュムレータの一例の断面図である。 図１の切断線ＩＩ―ＩＩに沿って切り取った、アキュムレータの一例の長手方向の断面図である。 図１と同様の別のアキュムレータの例の断面図である。 本発明によるアキュムレータの第１の実施例の断面図である。 図４と同様の本発明によるアキュムレータの第２の実施例の断面図である。

図１は、全般的に参照番号１で示した、アキュムレータの断面図を示す。この断面図は、図２の切断線Ｉ―Ｉに沿って切り取られたものである。図２は、同じアキュムレータを図１の切断線ＩＩ―ＩＩに沿って切り取った長手方向の断面を示す。

コモン・レール・システム、特に大型ディーゼル機関用の、具体的には大型ディーゼル機関の燃料噴射用のコモン・レール・システムは、その設計及び機能に関して十分によく知られているため、以下のさらに詳細な説明ではこうしたことを省く。

アキュムレータ１は、壁３を備えた、管状の、たとえば円筒形の基部本体２を有する。壁３の内側面３１は、媒体、たとえば高圧下の燃料用の蓄積スペース４の境界を画定する。基部本体２及び蓄積スペース４は、長手方向の軸線Ｌの方向に延びる。さらに、少なくとも１つの孔５が設けられ、この孔５は、壁３を通って長手方向の軸線Ｌに垂直な半径方向に伸び、蓄積スペース４を壁３の外側面３２につなぐ。媒体を、孔５によって蓄積スペース４から除去することができる。

アーチ６が壁３の内側面３１に設けられ、蓄積スペース４の大部分にわたって、好ましくは蓄積スペース４の全長にわたって、軸線Ｌの方向に延びている。図２の表示では、アーチ６は、壁３の上部３ａが下部３ｂよりも厚くなっている、その差分である。特に図１で示したように、アーチ６は、連続して湾曲しており、平らな領域がない。アーチ６の曲率は、壁３の内側面３１の残りの部分の曲率に反対の符号を有している。よりよく理解するため、蓄積スペース４の正確な円形の断面から得られる輪郭Ｋが、図１の破線で完全に示されている。

アーチ６と壁３の内側面３１の残りの部分との間の移行領域６１は、丸みをつけてあり、ここにはエッジが存在せず、こうした領域のストレスを低く保つこともできるようになっている。

アーチ６は、周方向に対して、孔５がアーチ６の中心で対称的に蓄積スペース４内に開くように構成されている。

アーチ６の設計に関して、具体的にはアーチ６の曲率及び曲率の中心位置に関して、いくつかの変形形態が可能である。アーチ６の曲率も、一定である必要はない。しかし、曲率が有限値であり、内側面３１の残りの部分の曲率と異なる符号であること、すなわちアーチ６が蓄積スペース４内に延びていなければならないことが重要である。さらに、孔５が全体的にアーチ６内で蓄積スペース４内に開いていること、すなわち蓄積スペース４内への孔５の開口がアーチ６によって完全に包含されていなければならないことが重要である。

半径方向の輪郭Ｋからの最大偏差を意味するアーチ６の高さＨに関して、この高さが蓄積スペース４の内径Ｄの５％〜３０％であることが実際に有利であることが証明されている。

通常、アキュムレータ１は複数の孔５を有する。上述したように、第１の実施例では、これらは、各孔５がアーチ６の中心で蓄積スペース４内に開くように順に配置されている。

アキュムレータ１は、アーチ６により、ひずみに対して最適化した内部形状をもつ。ひずみに対して重要なことであるが、孔５が開いている領域で蓄積スペース４内に突出するアーチ６の設計により、この領域は、圧力を加える際に圧力ひずみの範囲内に留まる。周知のアキュムレータでは、圧力を加える際に、接線のひずみ、すなわち引張ひずみが直接生じる。本例では、引張ひずみの領域内への移行が、はるかに高い荷重だけで生じる。したがって、アキュムレータ１を、動的荷重を伴う相当高い内圧にさらすこともできる。

アーチ６は、好ましくは、蓄積スペース４の全長にわたって延びて、蓄積スペース４の断面を意味する内側断面が、基部本体２の全長にわたって同一になっている。これは、製造プロセスをかなり簡略化することになる。本例のアキュムレータ１の基部本体２は、押出し成型、鋳造、又は所望の断面に合ったツールでブローチ加工することによって、簡単な方法で製造することができる。アーチ６の内側面３１でのその後の局所的内部加工は、もはや必要ではない。

さらなる利点は、孔５を長手方向で任意の所望の位置に穿孔できることであり、それによって、様々な環境に合った適応性が大幅に増すことである。

さらに有利な手段は、基部本体２の壁３の外側面３２に平坦部７を設け、平坦部が、孔５が外側面３２で平面内に開くように構成され設計されていることである。これは、アキュムレータから供給された媒体を有するべき（図１及び図２で破線で示した）装置１０、たとえば燃料噴射システムの構成要素を、基部本体２に直接固定して、接続線を省くことができる利点がある。

平坦部７が基部本体の全長にわたって延びて、平坦部７が、実質的に基部本体２の全長にわたって延びる平面帯状部を形成することも当然可能である。このとき孔５は、この平面帯状部内に開く。

図３は、図１に類似の表示で、別のアキュムレータを示す。この例では、基部本体２の外形は、円筒形ではなく、管状の基部本体２の実質的に全長にわたって延びる２つの平面帯状部８を有する。平面帯状部８は、孔５がこれらの平面帯状部８の外側の外側面３２内に開くように構成されている。

追加の装置９をこれらの帯状部８上に配置することができる。大型ディーゼル機関では、通常、重油が燃料として使用される。重油は、所要の粘度に達するまで加熱しなければならない。この目的で、平面帯状部８の１つに追加の装置９として加熱装置を設けて、蓄積スペース４内の重油に熱を加えることができる。

以下では、蓄積スペース４内に延びる、本発明によるアキュムレータを説明する。図１から図３に関して説明したアキュムレータの例に関する説明もこの本発明の実施例に基本的に同様に適用され、記載した個々の手段は、同様に本発明の実施例と組み合わされ、又はこれに適用できることを理解されたい。

図４は、本発明によるアキュムレータの第１の実施例の断面を示す。蓄積スペース４は、互いに軸線Ｌの方向に平行に延びている２つの円筒形の長手方向の穴４１、４２からなる。この長手方向の穴４１、４２の軸線Ｌ１、Ｌ２は、互いに間隔Ｅを有し、この間隔Ｅは、長手方向の穴４１、４２の断面が重なり合うような寸法である。図４で示した内側断面は、このため、実質的に８の形をしている。したがって、この８のくびれは、本発明による２つの交差部６’を形成し、それが蓄積スペース４の内部スペース内に延びている。この表示によれば、孔５は、上部交差部６’内に開いている。この表示により、当然、下部交差部６’内に、孔を追加して、又は代替として開けることもできる。

この実施例では、長手方向の穴４１又は４２の直径と、長手方向の穴４１及び４２の２つの円形断面の共通割線の長さとの差は、交差部６’の高さＨとして理解される。

軸線Ｌからの軸線Ｌ１又はＬ２の各間隔は、たとえば、それぞれ関連する長手方向の穴４１又は４２の半径の約４０％でもよい。長手方向の穴４１、４２の中心（軸線Ｌ）からの間隔は、半径方向の孔５の直径及び許容疲労強度によって画定される。この図で示した実施例では、２つの長手方向の穴４１及び４２は、軸線Ｌに対して対称的に位置している。しかし、このことは、必要ではない。

長手方向の穴は、好ましくは、半径が同じである。しかし、異なる半径も使用することができる。

２つの長手方向の穴４１、４２が平行に延びることは好ましいが、必ずしも必要ではない。それらは、互いに対してわずかに傾斜することもできる。

第１の実施例は、特にその製造が簡単なことによって特徴づけられる。本発明によれば、交差部６’を備えた蓄積スペース４を確立するには、２つの穴しか必要とされない。

図５は、第２の実施例の断面を示す。この実施例では、蓄積スペース４は、その断面が重なり合うように構成された、３つの長手方向の穴４１、４２、４３からなる。したがって、図５が示すように、それぞれ蓄積スペース４内に突出している本発明による３つの交差部６’が設けられている。半径方向の孔５がこれらの各交差部内に開いている。当然、半径方向の孔５を１つ又は２つの交差部６’だけに開けることもできる。

長手方向の穴４１、４２、４３は、好ましくは、軸線Ｌに対して対称に配置される。

３つより多くの長手方向の穴４１、４２、４３を備えた実施例も、当然可能である。

記載した実施例を本明細書で明確に記載したのとは別の方法で、互いに組み合わせることもできることを理解されたい。２つ又は３つ以上の交差部６’を備えた実施例も可能である。複数の交差部６’の場合は、全ての交差部を同一に設計する必要はない。

大型ディーゼル機関の実施に密接に関連する適用分野のこの適用例に関して参照してきたが、一般に、本発明によるアキュムレータは、基本的に他のディーゼル機関、たとえば、小型ディーゼル機関及び内燃機関についても同様に使用することができることを理解されたい。

Claims (10)

1. 基部本体（２）の内部に設けられた媒体を蓄積する蓄積スペース（４）の境界を画定する壁（３）を備えた管状の基部本体（２）と、媒体を排出するために前記壁（３）を貫通して延びる少なくとも１つの孔（５）を有する、内燃機関のコモン・レール・システム用アキュムレータにおいて、
   前記基部本体（２）が円筒形の材料で形成されていて、
   前記蓄積スペース（４）が、その断面が重なり合うように配置された少なくとも２つの円筒形の長手方向の穴（４１、４２、４３）によって形成されていて、前記少なくとも１つの孔（５）が前記少なくとも２つの円筒形の長手方向の穴（４１、４２、４３）の交差部（６’）に開口していることを特徴とする、内燃機関のコモン・レール・システム用アキュムレータ。
2. 前記交差部（６’）が、前記蓄積スペース（４）の長さの大部分にわたって延びている、請求項１に記載のアキュムレータ。
3. 前記交差部（６’）が前記壁（３）の前記内側面（３１）の周方向において異なる位置に設けられている、請求項１又は請求項２に記載のアキュムレータ。
4. 前記少なくとも１つの孔（５）が、前記管状の基部本体（２）の半径方向に延びている、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のアキュムレータ。
5. 前記少なくとも１つの孔（５）が、前記壁の前記内側面の周方向において、前記交差部（６’）の中心で前記蓄積スペース（４）内に開いている、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のアキュムレータ。
6. 前記交差部（６’）が、前記蓄積スペース（４）の内径（Ｄ）の５％〜３０％に相当する半径方向の高さ（Ｈ）を有している、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のアキュムレータ。
7. 前記基部本体（２）の前記壁（３）が、前記壁の外側面（３２）に少なくとも１つの平坦部（７）を有し、前記少なくとも１つの孔（５）が前記平坦部（７）に開いている、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のアキュムレータ。
8. 前記少なくとも１つの平坦部（７）が少なくとも１つの平面帯状部（８）を有し、前記少なくとも１つの平面帯状部（８）が、前記基部本体（２）のほぼ全長にわたって延びている、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載のアキュムレータ。
9. 前記少なくとも１つの孔（５）が前記平面帯状部（８）内に開いている、請求項８に記載のアキュムレータ。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載のアキュムレータ（１）を有する燃料噴射用コモン・レール・システムを備えた大型ディーゼル機関。
    

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