JP2011501020A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

本発明による燃料噴射装置は、特に騒音の少ない構造の点ですぐれている。該燃料噴射装置は、少なくとも１つの燃料噴射弁（１）と燃料分配管路（４）とを有しており、該燃料分配管路（４）は少なくとも１つの接続管片（６）を備えており、この場合、該接続管片（６）に設けられた弁取付け用の収容開口（１２）内に燃料噴射弁（１）が取り付けられており、燃料分配管路（４）が、燃料噴射弁（１）へ燃料を送出するために流出開口（１６）を有している。燃料噴射弁（１）と燃料分配管路（４）との間には、燃料噴射弁（１）内の動的な圧力変動が、十分に接続管片（６）の収容開口（１２）の容積の傍らを通過して案内可能となるように、燃料噴射弁（１）と燃料分配管路（４）とを接続する圧力波導体（２０）が設けられている。
前記燃料噴射装置は、混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関の燃焼室内に燃料を直接に噴射するために特に適しているが、しかし吸気管内に燃料を噴射するためにも適している。

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の燃料噴射装置、すなわち内燃機関の燃料噴射ユニットに用いられる、特に燃焼室内に燃料を直接に噴射するための燃料噴射装置であって、少なくとも１つの燃料噴射弁と燃料分配管路とが設けられており、該燃料分配管路が、少なくとも１つの接続管片を備えており、該接続管片に設けられた弁取付け用の収容開口内に燃料噴射弁が取り付けられており、燃料分配管路が、燃料噴射弁へ燃料を送出するために流出開口を有している形式のものに関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００４０４８４０１号明細書に基づき、既に燃料噴射装置が公知である。この燃料噴射装置は複数の燃料噴射弁と、各燃料噴射弁のためのシリンダヘッドに設けられた１つの弁取付け用の収容孔と、燃料噴射弁に燃料を供給するために働く燃料分配管路の各１つの接続管片とを有している。燃料噴射弁は燃料分配管路の比較的中実な接続管片に押し込まれていて、シールリングによってシールされている。接続管片は固有の燃料分配管路に一体に形成されている。燃料分配管路は、たとえばねじ締結によってシリンダヘッドに固く結合されている。燃料分配管路の接続管片と、燃料噴射弁との間には、ブラケット状の押さえが緊締されている。この押さえは部分環状のベースエレメントを有しており、このベースエレメントを起点として折り曲げられて、軸方向でフレキシブルな押さえブラケットが延びている。この押さえブラケットは少なくとも２つのウェブを有している。上記燃料噴射装置は特に、混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関の燃料噴射ユニットにおける使用のために適している。作動時では、接続管片内に加えられた燃料圧を介して、横断面積に比例したハイドロリック的な力が、燃料噴射弁と燃料分配管路とに対して形成される。このようなハイドロリック的な力はシールリングに損傷を与える恐れがあり、そして固体伝播音としてエンジン構造体に伝達される恐れがあり、こうして望ましくない音響放射を招く（図１）。

別形式の接続管片を備えた燃料噴射装置の別の公知の実施態様については、図２および図３につき詳しく説明する。これらの解決手段も、上で挙げた不都合な作用を有する恐れがある。

発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による燃料噴射装置、すなわち燃料噴射弁内の動的な圧力変動が、十分に接続管片の収容開口の容積の傍らを通過して案内可能となるように燃料噴射弁と燃料分配管路との間に圧力波導体が設けられていることを特徴とする、内燃機関の燃料噴射ユニットに用いられる燃料噴射装置には、単純な手段によって燃料噴射弁と、燃料分配管路の接続管路とにおいて改善されたシールが提供されており、かつ減じられた騒音発生が達成される。本発明によれば、燃料噴射弁の開閉時における燃料中の動的な圧力変化の大部分が接続管片から遠ざけられるようになり、この場合、この動的な圧力変化は、接続管片の容積内に動的な圧力変動を生ぜしめることなしに、接続管片を通過して直接に燃料分配管路内に導入される。このことは、圧力波導体を用いて行われる。この圧力波導体の働きにより、動的な交番力の発生は著しく低減される。その結果、燃料噴射弁のシールリングの減じられた摩耗および著しく低減された騒音発生が得られる。ゆっくりと変化する増圧・減圧は維持される。なぜならば、高い負荷状態では、圧力により生ぜしめられた力が、燃焼室の燃焼圧に対する、押えを用いた燃料噴射弁の押えをさらにアシスト（助成）するからである。

請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の燃料噴射装置の有利な改良および改善が可能となる。

圧力波導体が燃料噴射弁に固定される場合には、この固定を燃料噴射弁に設けられた燃料フィルタまたは接続スリーブにおいて、特に拡張されたプラスチック射出成形被覆体によって、あるいは係止結合、スナップ結合またはクリップ結合によって行うことが有利である。

圧力波導体が燃料分配管路に固定される場合には、この固定を特に係止結合、スナップ結合またはクリップ結合によって行うことができる。

圧力波導体は接続管片に設けられた弁取付け用の収容開口と、該収容開口の上流側に設けられた、著しく小径の流れ開口とを少なくとも部分的に貫通している、特に完全に貫通していると有利である。このことは、燃料分配管路に設けられた流出開口にも云える。

燃料分配管路の流出開口の範囲または接続管片の流れ開口の範囲には、環状の漏れギャップが形成されている。漏れギャップの別の有利な実施態様は、圧力波導体の表面に特定の輪郭を付与することにより形成されていてよい。圧力波導体と、該圧力波導体を取り囲む壁との間の漏れギャップは、システム圧に相応した接続管片内でのゆっくりとした増圧および減圧、つまり静的な圧力補償を可能にする。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

第１の公知の構成における燃料噴射装置の部分図である。 第２の公知の構成における燃料噴射装置の部分図である。 第３の公知の構成における燃料噴射装置の部分図である。 燃料噴射装置を、本発明による圧力波導体を備えた、接続管片と燃料噴射弁との結合部の範囲で示す原理図である。 本発明による圧力波導体の第１の構成を示す断面図である。 本発明による圧力波導体の第２の構成を示す断面図である。 本発明による圧力波導体の第３の構成を示す断面図であり、ただし図５〜図７に示した圧力波導体は図１および図３に示した燃料噴射装置のために適している。 圧力波導体の漏れギャップの範囲を示す横断面図である。 圧力波導体の漏れギャップの範囲の別の実施例を示す横断面図である。 本発明による圧力波導体の第４の構成を示す断面図であり、ただしこの圧力波導体は図２に示した燃料噴射装置のために適している。

実施例の説明
本発明を理解するために、以下に図１〜図３につき、燃料噴射弁１を収容しかつ燃料噴射弁１に燃料を供給するための燃料分配管路４に設けられた種々異なる接続管片６を備えた燃料噴射装置の公知の３つの構成を詳しく説明する。図１には、１実施例として、混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関の燃料噴射ユニットに用いられる燃料噴射弁１の形の弁が側面図で図示されている。この燃料噴射弁１は燃料噴射装置の一部である。内燃機関の燃焼室内に燃料を直接に噴射するための直接噴射式の噴射弁の形に形成されている燃料噴射弁１は下流側の端部を先頭にして、図示されていないシリンダヘッド（図２に示したシリンダヘッド９）に設けられた弁取付け用の収容孔内に組み込まれている。特にテフロン（登録商標）から成るシールリング２により、シリンダヘッドの壁に対する燃料噴射弁１の最適なシールが行われる。

燃料噴射弁１の流入側の端部３は燃料分配管路（フューエルレール）４に対する差込み結合部を有している。この差込み結合部はシールリング５によって燃料分配管路４の、断面図で図示されている接続管片６と、燃料噴射弁１に設けられた流入管片７との間でシールされている。燃料噴射弁１は燃料分配管路４の比較的中実な接続管片６に設けられた収容開口１２内に押し込まれている。接続管片６はこの場合、たとえば固有の燃料分配管路４に一体に成形されていて、収容開口１２の上流側に、収容開口１２よりも小径の流れ開口１５を有している。この流れ開口１５を介して、燃料噴射弁１への流入が行われる。燃料噴射弁１は、この燃料噴射弁１を作動させるための電気的なコンタクトのための電気的な接続コネクタ８を有している。

燃料噴射弁１と燃料分配管路４とを十分に半径方向力なく互いに間隔を置いて配置しかつ燃料噴射弁１をシリンダヘッドに設けられた収容孔内に確実に押さえるためには、燃料噴射弁１と接続管片６との間に押さえ１０が設けられている。この押さえ１０はＵ字形のブラケット状の構成部分として形成されていて、たとえば打抜き・曲げ成形部品として形成されている。押さえ１０は部分環状のベースエレメント１１を有している。このベースエレメント１１を起点として折り曲げられて押さえブラケット１３が延びている。この押さえブラケット１３は取り付けられた状態において、燃料分配管路４に設けられた接続管片６の下流側の端面１４に接触している。

図２には、第２の公知の構成の燃料噴射装置が部分的に図示されている。公知先行技術による高圧噴射システムのこの概略的な横断面図から判るように、接続管片６の種々のデザイン変化形が考えられる。燃料噴射弁１に燃料を供給するためには、燃料分配管路４が設けられている。この燃料分配管路４は燃料噴射弁１の弁長手方向軸線に対してずれを持って延びている。接続管片６は燃料噴射弁１と燃料分配管路４との間の接続部材を形成しており、この場合、この接続部材は燃料分配管路４に固く結合されている。接続管片６は図１に示した実施例と同様に、流れ開口１５と収容開口１２とから構成されている１つの開口を有している。図１に示した接続管片６とは異なり、流れ開口１５は角度を持って、たとえば直角に形成されているので、燃料分配管路４の流出開口１６と、接続管片６の収容開口１２とは互いに整合して位置していない。その他の点では接続管片６はカップ形に類似して形成されている（「レールカップ」）。

図３には、第３の公知の構成の燃料噴射装置が部分的に図示されている。この公知の解決手段は、基本的な構造の点では、図１に示した構成に極めて類似している。しかし、図１の構成とは異なり、接続管片６は燃料分配管路４に一体に成形されていない。それどころか、接続管片６は、たとえば深絞り成形されたカップ形の固有の構成部分を成しており、そしてこの構成部分は接合（たとえば硬ろう接）によって燃料分配管路４に固く結合されている。それゆえに、接続管片６の肉厚さは著しく減じられており、これにより流れ開口１５の延在長さも小さくなる。接続管片６はこの場合、燃料分配管路４の流出開口１６と、接続管片６の流れ開口１５と、接続管片６の収容開口１２とが互いに整合するように燃料分配管路４に固定されている。

要約すると、以下のことを確認することができる。ガソリン直接噴射のほとんど全ての公知のシステムにおいては、燃料噴射弁１が、差込み結合部を介して燃料分配管路４の接続管片６に結合されている。この差込み結合部はこの場合、レールカップとして形成された接続管片６の内部で実現されている。この接続管片６内に燃料噴射弁１が押し込まれる。外部に対するシールは、燃料噴射弁１の流入管片７に取り付けられたエラストマ製のシールリング５によって行われる。運転中に、接続管片６内に加えられる燃料圧を介して横断面に比例したハイドロリック的な力が、燃料噴射弁１と燃料分配管路４とに対して形成される。現在の典型的な設計では、このことは約１０Ｎ／バールである。この圧力は第１には、走行状態に関連したシステム圧の増圧および減圧によってゆっくりと変化し、この場合、このことは典型的にはアイドリング時における５０バール〜全負荷時の２００バールの間で行われる。第２には、各噴射時に、このときに燃料噴射弁内に生ぜしめられる圧力波（典型的には１０〜４０バールのピークピーク振幅）により圧力の高動的な変化が行われる。

燃料噴射弁１の運転中に生ぜしめられる高動的な圧力変化は、燃料分配管路４および燃料噴射弁１に対する著しい交番力を発生させる。＜１ｋＨｚの低周波数の成分は、接続管片６内のシールリング５のシール機能ならびにシールリング２を用いた燃焼室に対する燃料噴射弁１のシールに、強制された相対運動によって著しい損傷を与える恐れがある。１〜５ｋＨｚの高周波数の成分は、燃料噴射弁１と燃料分配管路４とを介して、固体伝播音としてエンジン構造全体（とりわけシリンダヘッド９）に伝達され、そして望ましくない音響放出を生ぜしめ、この音響放出は耳障りなカチカチ音（Tickergeraeuschen）を招く恐れがある。

本発明によれば、高動的な圧力変化の大部分が接続管片６から遠ざけられる。この場合、高動的な圧力変化は、接続管片６の容積内に動的な圧力変動を生ぜしめることなしに接続管片６を通過して直接に燃料分配管路４へ導入される。このことは圧力波導体２０を用いて行われる。この圧力波導体２０は管形に形成されている。この圧力波導体２０の働きにより、動的な交番力の発生は著しく減じられる。その結果、シールリング２，５の減じられた摩耗および著しく低減された騒音発生が得られる。緩慢可変の、つまりゆっくりと変化する増圧および減圧は維持される。なぜならば、高い負荷状態では、この圧力によって形成された力が、燃焼室の燃焼圧に対する、押さえ１０を用いた燃料噴射弁１の押さえを一層助成するからである。原理的には、本発明は吸気管噴射システムにおいても実現可能となる。

図４には、本発明による圧力波導体２０を備えた、接続管路６と燃料噴射弁１との結合部の範囲における燃料噴射装置の部分図が原理図の形で図示されている。この場合、この部分図は図３に示した構成をベースとしている。圧力波導体２０は一貫して延びる長手方向開口を備えた細い管として形成されていて、燃料噴射弁１の流入側の端部に固く結合されている。燃料噴射弁１を起点として、圧力波導体２０は上流側へ向かって収容開口１２と流れ開口１５と流出開口１６とを貫通して、燃料分配管路４の内部へ少しだけ突入している。こうして圧力波導体２０は燃料噴射弁１を燃料分配管路４に接続している。燃料噴射弁１の開閉により生ぜしめられる、燃料中の圧力波は、接続管片６に設けられた収容開口１２の容積内で圧力変動、ひいては交番力を発生させることなしに、圧力波導体２０を通じてこの収容開口１２の容積の傍らを通過する。流出開口１６を圧力波導体２０によって完全に貫通させることは、必ずしも必要ではない。

圧力波導体２０により貫通される燃料分配管路４の流出開口１６の範囲には、環状の漏れギャップ２１が形成されている。圧力波導体２０と流出開口１６の壁との間の漏れギャップ２１はシステム圧に対応した接続管片６内でのゆっくりとした増減圧、つまり静的な圧力補償を可能にする。このような付加的な、密ではない結合により、燃料分配管路４に対する燃料噴射弁１の本来の管路結合の利点が、燃料分配管路４に対する結合のための単純でかつ廉価な差込み手段と組み合わせられる。

圧力波導体２０によって燃料噴射弁１と燃料分配管路４の容積との間の管路結合を形成するためには、本発明による種々の解決手段が考えられる。図５には、本発明による圧力波導体２０の第１の構成が概略的に図示されている。この実施例では、圧力波導体２０が、たとえば耐媒体性のプラスチック（ポリアミド）から製作されている。このプラスチック製の圧力波導体は燃料噴射弁１に設けられた燃料フィルタ２２に、プレス嵌めによる圧入またはクリップイン（クリップ式挿入）もしくはクリップオン（クリップ式装着）によって固定されている。圧力波導体２０を燃料フィルタ２２のプラスチックベースボディに一緒に一体成形することも考えられる。

図６には、本発明による圧力波管導体２０の第２の構成が概略的に図示されている。この実施例では、圧力波導体２０が、たとえば金属から製作されており、この場合、圧力波導体２０は半径方向外側に突出したフランジ２４を備えていて、このフランジ２４は、たとえば燃料噴射弁１に設けられた接続スリーブ２３に接着、溶接、ろう接等によって固定されている。この場合にも、一体の構成が考えられる。その場合、圧力波導体２０は深絞り加工または旋削加工された接続スリーブ２３に直接に一体成形される。図５および図６に示した実施例では、圧力波導体２０と燃料分配管路４との固い結合は行われない。それどころか、この場合には漏れギャップ２１を形成するために遊び嵌めが行われる。しかしプレス嵌めが実現されると、圧力波導体２０の外周面には、溝筋状または畝間状またはねじ山状の複数の凹部が加工成形されていてよい。

図７には、本発明による圧力波導体２０の第３の構成が示されている。この場合、圧力波導体２０は燃料分配管路４に固定されていて、燃料噴射弁１のたとえば燃料フィルタ２２内へ自由に懸吊されている。圧力波導体２０は、たとえば係止結合、スナップ結合、クリップ結合等によって燃料分配管路４に取り付けられている。この固い結合は、漏れギャップ２１が維持されるように行われている。択一的または補助的に、第２の漏れギャップ２１´が設けられていてもよい。その場合、この第２の漏れギャップ２１´は圧力波導体２０と、燃料フィルタ２２または燃料噴射弁１の、圧力波導体２０を取り囲む別の構成部分との間に設けられる。図８および図９には、第２の漏れギャップ２１´の範囲における圧力波導体２０の横断面図が示されている。この場合、圧力波導体２０の外側の表面が輪郭付けされていることが判る。圧力波導体２０の外面は、たとえば長手方向リブ２４（図８）または長手方向溝２５（図９）を有していてよい。

図５〜図９に示した圧力波導体２０は、図１および図３に示した燃料噴射装置のために適している。これらの実施例においては、圧力波導体２０によって流出開口１６を完全に貫通させることは必ずしも必要ではない。

図１０には、本発明による圧力波導体２０の第４の構成が図示されている。この圧力波導体２０は図２に示した燃料噴射装置のために適している。この圧力波導体２０は燃料噴射弁１の燃料フィルタ２２に圧入またはクリップイン（クリップ挿入）もしくはクリップオン（クリップ装着）により固定されているか、または燃料フィルタ２２のプラスチックベースボディに一体に一緒に成形されている。択一的に圧力波導体２０は燃料噴射弁１の接続スリーブ２３にも結合されているか、または深絞り加工または旋削加工された接続スリーブ２３に直接に一体成形されていてもよい。前で説明した実施例とは異なり、圧力波導体２０は接続管片６の流れ開口１５の一部にしか突入しておらず、燃料分配管路４の、流れ開口１５に対して直角に位置する流出開口１６にまでは達していない。しかし、接続管片６の収容開口１２の容積の傍らに動的な圧力変動を通して案内することの有利な効果は、この場合にも得られる。

Claims (12)

1. 内燃機関の燃料噴射ユニットに用いられる、特に燃焼室内に燃料を直接に噴射するための燃料噴射装置であって、少なくとも１つの燃料噴射弁（１）と燃料分配管路（４）とが設けられており、該燃料分配管路（４）が、少なくとも１つの接続管片（６）を備えており、該接続管片（６）に設けられた弁取付け用の収容開口（１２）内に燃料噴射弁（１）が取り付けられており、燃料分配管路（４）が、燃料噴射弁（１）へ燃料を送出するために流出開口（１６）を有している形式のものにおいて、燃料噴射弁（１）内の動的な圧力変動が、十分に接続管片（６）の収容開口（１２）の容積の傍らを通過して案内可能となるように燃料噴射弁（１）と燃料分配管路（４）との間に圧力波導体（２０）が設けられていることを特徴とする、内燃機関の燃料噴射ユニットに用いられる燃料噴射装置。
2. 圧力波導体（２０）が、一貫して延びる長手方向開口を備えた管の形に形成されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 圧力波導体（２０）が、金属またはプラスチックから製作されている、請求項１または２記載の燃料噴射装置。
4. 圧力波導体（２０）が、燃料噴射弁（１）に固定されているか、または燃料分配管路（４）に固定されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
5. 圧力波導体（２０）が、燃料噴射弁（１）に設けられた燃料フィルタ（２２）または接続スリーブ（２３）に固定されているか、または燃料噴射弁（１）に設けられた燃料フィルタ（２２）または接続スリーブ（２３）に一体に成形されている、請求項４記載の燃料噴射装置。
6. 圧力波導体（２０）が、燃料フィルタ（２２）に圧入またはクリップ式挿入もしくはクリップ式装着によって固定可能である、請求項５記載の燃料噴射装置。
7. 圧力波導体（２０）が、燃料分配管路（４）に係止結合、スナップ結合またはクリップ結合によって固定可能である、請求項４記載の燃料噴射装置。
8. 燃料分配管路（４）の接続管片（６）が、前記収容開口（１２）の上流側に、該収容開口（１２）に比べて著しく小径の流れ開口（１５）を有しており、該流れ開口（１５）が、圧力波導体（２０）によって少なくとも部分的に貫通されるようになっている、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
9. 圧力波導体（２０）が、少なくとも部分的に燃料分配管路（４）の流出開口（１６）を貫通している、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
10. 圧力波導体（２０）が、燃料分配管路（４）の流出開口（１６）を遊び嵌めによって少なくとも部分的に貫通しており、これにより漏れギャップ（２１）が形成されている、請求項９記載の燃料噴射装置。
11. 圧力波導体（２０）が、燃料分配管路（４）の接続管片（６）の前記流れ通路（１５）を遊び嵌めによって少なくとも部分的に貫通しており、これにより漏れギャップ（２１）が形成されている、請求項８記載の燃料噴射装置。
12. 圧力波導体（２０）と、該圧力波導体（２０）を取り囲む壁との間に、該圧力波導体（２０）の外周面に加工成形された溝筋型または畝間形またはねじ山形の凹部（２４，２５）によって漏れギャップ（２１，２１´）が形成されている、請求項８または９記載の燃料噴射装置。

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