JP2013500429A - 低圧領域からの燃料冷却が行われる高圧噴射システム - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料タンク、及び、当該燃料タンクと高圧ポンプとの間の接続管路を備える高圧噴射システムであって、高圧ポンプは、対応する接続管路を介して少なくとも１つの燃料噴射弁と接続される、上記高圧噴射システムに関する。少なくとも１つの燃料噴射弁から、高圧ポンプ内で圧縮された燃料の少なくとも部分量が、当該燃料噴射弁内の漏れによって、燃料タンクと接続された戻り管路を介して燃料タンクへと再び送り戻される。基本的な特徴は、高圧噴射システムが、燃料タンク又は高圧までの低圧領域又は高圧ポンプの戻り管を、混合点を介して戻り管路と接続する冷却管路を有することにある。これにより、燃料噴射弁と燃料タンクとの間の戻り管路内の燃料を冷却することが可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料タンクであって、当該燃料タンクから燃料圧送ポンプ及び伝達経路を介して燃料が案内される上記燃料タンクを備えた高圧噴射システム、特に、内燃機関のための高圧アキュムレータ噴射システムに関する。高圧ポンプ内での燃料の圧縮によって、燃料温度が上昇する。圧縮された燃料は、高圧ポンプから更なる別の管路によって高圧アキュムレータへと案内され、この高圧アキュムレータ自身は少なくとも燃料噴射弁と接続される。内燃機関の稼動時には、圧縮された燃料が燃料噴射弁から燃焼室へと噴射される。燃料噴射弁に供給された燃料の一部は、燃料噴射弁内の漏れを介して又は燃料噴射弁からの制御量として戻り管路内に達し、その際に、この漏れ量は、燃料噴射弁を貫流する際の圧力緩和（Ｅｎｔｓｐａｎｎｅｎ）により追加的に暖められる。

本発明は、不都合な前提（ほぼ空の燃料タンク、頻繁に循環して圧送される少量の燃料）及び対応する負荷状況においては、許容される限界温度を超えて燃料が温められるために、燃料の変質（劣化）が起こって燃料の潤滑特性が下がり、従ってシステム内の機械的磨耗が激しくなることにつながる駆動状態が発生し得るという認識から出発している。更に、戻り温度が上昇することによって、場合によっては、より高価な素材が戻り管路の実現のために使用される。

例えば独国特許出願公開第１０２００４０３７５５７号明細書で公知の噴射システムの場合、燃料は冷却されずに燃料タンクへと送り戻される。韓国特許第７１７３１６号明細書では、燃料戻り管内に特別な冷却装置を備えた高圧噴射システムが開示されている。

しかし、独国特許出願公開第１０２００４０３７５５７号明細書の噴射システムの場合、戻り管内の温度が高くなり、対応して価値が高く値段の高い素材が戻り管路のために必要となり、状況によっては燃料が変質し、高圧噴射システム内の磨耗が激しくなることにつながる。韓国特許第７１７３１６号明細書で開示された高圧噴射システムは、より高い構造上のコスト及び対応する追加コストを招き、その構造により比較的大きな設置空間を必要とする。このような解決策は、エンジン室内の各任意の箇所で実現されえず、又は、エンジン室内のコストが掛かる再構成に繋がる。

本発明によって、簡単で安価な手段によって、燃料戻り管が冷却されないという欠点を軽減することが達成される。さらに、燃料タンクと高圧ポンプとの間の低圧領域の、より冷たい領域からの燃料を混ぜるために冷却管路が設けられ、当該冷却管路を介して、より冷たい燃料を燃料戻り管に混ぜることが出来る。これにより、戻り管内の燃料温度が下げられるため、上述のネガティブ（ｎｅｇａｔｉｖ）な影響がもはや現れず、又は、少なくとも明らかに低減された規模において現れる。

燃料噴射システムの第１の実施例は、冷却管路が、燃料圧送ポンプと高圧ポンプとの間の、燃料冷却のために必要な容積流量（Ｖｏｌｕｍｅｎｓｔｒｏｍ）を受け入れ、この冷却のための容積流量を、混合点を介して、例えばコモンレール（Ｃｏｍｍｏｎ−Ｒａｉｌ）噴射器として実現可能な燃料噴射弁からの漏れ流れと合流させることを特徴とする。燃料圧力ポンプによって常に、容積流量が冷却のために十分な圧力下で提供されることが配慮されるため、本実現は、更なる別の調整の仕組みが無くても済む。本実現では有利に、更に、燃料圧送ポンプによって、高圧ポンプ上のプレフィードポンプが省略されうる。

燃料噴射システムの更なる別の実施例は、冷却管路が、高圧ポンプ上に配置されたプレフィードポンプからの、燃料冷却のために必要な容積流量を受け入れ、この容積流量を、混合点を介して、燃料噴射弁からの漏れ流れと合流させることを特徴とする。例えば、燃料タンクから容積流量を吸入する歯車ポンプとして実現可能な、高圧ポンプ直上のプレフィードポンプによって燃料圧送ポンプが省略されうる。本実現では有利に、冷却管路は対応して短く、従って安価に実現されうる。

燃料噴射システムの更なる別の実施例は、冷却管路が直接的に燃料タンクから、燃料噴射弁からの漏れ流れとの混合点へと通じており、その際に、混合点から燃料タンクへと戻る戻り管路内には例えば吸入ポンプが配置されるため、当該戻り管路内では常に冷却管路内よりも低い圧力が支配することを特徴とする。本実現では有利に、冷却管路の配置の際に、設計者に最大の自由度が与えられる。

燃料噴射システムの更なる別の実施例は、冷却管路が、高圧ポンプの戻り管からの、燃料冷却のために必要な容積流量を受け入れ、この容積流量を、混合点を介して燃料噴射弁からの漏れ流れと合流させることを特徴とする。本実現では有利に、高圧ポンプからの戻り量が比較的大きな容積流量を伝達する。構造的には、存在する高圧ポンプからの戻り管路が戻り管と混合点とを接続するように配置されるため、追加的な構成要素が必要ではない。

燃料噴射システムの好適な実施例は、冷却管路と燃料噴射弁からの漏れとが合流する混合点が、限りなく燃料噴射弁と密着して配置されることを特徴とする。本実現では有利に、燃料噴射弁と混合点との間の短い区間により、燃料が臨界温度に晒される伝達経路における滞留時間及び容積（Ｖｏｌｕｍｅｎ）が可能な限り小さく保たれ、従って、これに伴うリスクが対応して低減される。

燃料噴射システムの更なる別の実施例は、冷却管路が、高圧ポンプの戻り管路からの、燃料冷却のために必要な容積流量を受け入れ、この容積流量は、絞り弁又は弁を介して、冷却のための容積流量の１の部分量が冷却管路を通って混合点へと案内され、他の部分量が直接的に高圧ポンプの戻り管路を介して燃料タンクへの燃料戻り管と繋がれるように、分けられ得ることを特徴とする。本実現では好適に、冷却のために利用される容積流量が冷却管路によって対応して制御されうる。

燃料噴射システムの更なる別の実施例は、混合点上に、温度測定のためのセンサ又は流量測定のためのセンサが配置されるため、冷却管路によって、例えば調整可能な絞り弁又は弁によって、冷却のために十分な容積流量が常に冷却管路を通って混合点へと供給されるように容積流量が調整されうることを特徴とする。本実現は、正にシステム温度がより低い場合に、不必要に高い容積流量が冷却管路を通って圧送されず、従って、システムの総効率が不必要に下げられないという利点を有する。

図には、以下で詳細に記載される本発明の実施例が示される。
従来技術による燃料噴射システムの概略図を示す。 本発明に係る燃料噴射システムの第１の実施例を示す。 本発明に係る燃料噴射システムの更なる実施例の概略図を示す。 本発明に係る燃料噴射システムの更なる実施例の概略図を示す。 本発明に係る燃料噴射システムの更なる実施例の概略図を示す。 本発明に係る燃料噴射システムの更なる実施例の概略図を示す。 本発明に係る燃料噴射システムの更なる実施例の概略図を示す。 本発明に係る燃料噴射システムの更なる実施例の概略図を示す。 本発明に係る燃料噴射システムの更なる実施例の概略図を示す。

図１には、従来技術で公知の高圧噴射システムが概略的に示されている。燃料が、燃料タンク１から、燃料圧送ポンプ２を用いて接続管路３を介してプレフィードポンプ４及び高圧ポンプ１０へと圧送される。燃料タンク１、燃料圧送ポンプ２、接続管路３、及び、プレフィードポンプ４は低圧が加えられ、従って、低圧領域に割り当てられる。

高圧ポンプ１０上には燃料戻り管１１が配置され、当該燃料戻り管１１は、戻り管路１２及び更なる別の戻り管路２２を介して燃料タンク１と接続される。さらに、高圧ポンプ１０から、高圧管１３が、コモンレールとも呼ばれる高圧アキュムレータ１４へと繋がり、この高圧アキュムレータ１４は、更なる別の高圧管１５を介して燃料噴射弁２０と接続される。ここでは、高圧アキュムレータ１４の存在は必ずしも必要ではない。

内燃機関（図示せず。）の稼動のために、高圧ポンプ１０により圧縮された燃料が、燃料噴射弁２０を開放することによって燃料室へと噴射される。燃料噴射弁２０に供給された燃料の一部は、当該燃料噴射弁２０内で圧力緩和され（ｅｎｔｓｐａｎｎｅｎ）、制御量又は漏れ量として戻り管路２１内へと達し、この戻り管路２１は、燃料噴射弁２０を、場合によっては更なる別の戻り管２２を介して、上記低圧領域、特に燃料タンク１と接続する。概略図では、燃料の流れ方向は各対応する管路の横に示される。

高圧アキュムレータ１４上には圧力制限弁１６が配置され、この圧力制限弁１６は、戻り管路１７を介して混合点２４と接続され、この混合点２４において、圧力制限弁１６の戻り管路１７からの容量流量と、燃料噴射弁２０の戻り管路２１からの容量流量とが合流し、この混合点２４から、当該容量流量は、更なる別の戻り管路２２を介して燃料タンク１へと達する。高圧アキュムレータ１４内の圧力が最大所定値を超えて上がると、圧力制限弁１６が開放され、高圧アキュムレータ１４内の過剰圧力が、戻り管路１７への燃料の排出制御により下げられる。

本発明によれば、戻り管路２１及び２２内の温度を下げるために、冷却管路を用いて、低圧領域からの燃料が燃料噴射弁からの漏れ量に混入される。

図２には、本発明に係る高圧噴射システムの第１の実施例が示されており、当該噴射システムは、図１の記載に対して追加的な冷却管路５を含む。この冷却管路５は、噴射システムの低圧領域から混合点２３へと通じており、当該混合点２３において、冷却管路５からのより冷たい燃料と、燃料噴射弁２０の漏れ量からの燃料と、が混ぜられ、これにより、戻り管路２１及び２２内の温度が対応して下がる。その際に、冷却管路５は、燃料圧送ポンプ２によって供給されるため、燃料が冷却管路５を通って混合点２３へと流れうる。その際に、常に十分な量のより冷たい燃料が冷却管路５を通って混合点２３へと圧送されるように、燃料圧送ポンプ２は制御される。更に、燃料圧送ポンプ２は、接続管路３内及び冷却管路５内の圧力が常に混合点２３での圧力よりも高いように構成され、従って、図２の記載に応じた流れ方向が調整される。燃料圧送ポンプ２の使用により、プレフィードポンプ４が省略されうる。

図３には、本発明に係る高圧噴射システムの更なる別の実施例が示され、ここでは、追加的な冷却管路５が、プレフィードポンプ４と混合点２３との間に配置される。この冷却管路５を介して、低圧領域からのより冷たい燃料が混合点２３へと圧送され、その際に、プレフィードポンプは、混合点２３から戻り管路２１及び２２を介した燃料タンク１への流れ方向を保障するために、戻り管内２１内の圧力よりも高い圧力を形成するように構成される必要がある。プレフィードポンプ４が、燃料タンク１から燃料を吸入するために十分な吸入管を有する場合には、燃料圧送ポンプ２は省略されうる。

図４には、更なる別の実施例が示され、ここでは、冷却管路５が、高圧ポンプ１０の戻り管１１と、燃料噴射弁２０の漏れからの容積流量の混合点２３と、の間に配置され、その際に、高圧ポンプ１０の戻り管１１は、混合点２３から戻り管路２１及び２２を介した燃料タンク１への流れ方向を保障するために、戻り管路２１内の圧力よりも大きな圧力が戻り管１１内で支配しているように構成される必要がある。本実施形態では、高圧ポンプ１０の戻り管路１２が省略される。本実現形態では、燃料圧送ポンプ２又はプレフィードポンプ４が省略されうる。

図５には、更なる別の実施例が示され、ここでは、冷却管路５が、燃料タンク１と混合点２３との間に配置される。追加的に、戻り管路２２内に真空ポンプ２５が配置され、その際に、この真空ポンプ２５は、混合点２３から戻り管路２１及び２２を介した燃料タンク１への流れ方向を保障するために、冷却管路５内の圧力及び混合点２３における圧力よりも低い圧力が戻り管路２１及び２２内で支配するように構成される必要がある。本実現では、燃料圧送ポンプ２又はプレフィードポンプ４が省略されうる。

図６には、更なる別の実施例が示され、ここでは、図２の記載とは異なって、戻り管路１７が圧力制限弁１６と混合点２３との間に配置され、その際に、戻り管路１７は、他の実施例よりも短く実現されうる。

図７には、更なる別の実施例が示され、ここでは、図４の記載とは異なって、冷却管路５は高圧ポンプ１０の戻り管１１から直接的に供給されず、冷却管路５内の容積流量は、高圧ポンプ１０の戻り管路１２内に配置された弁７によって制御される。

図８には、更なる別の実施例が示され、ここでは、図７の記載とは異なって、高圧ポンプ１０の戻り管１２を通る容積流量は絞り弁６によって制限され、従って、十分な容積流量が常に冷却管路５を介して混合点２３へと達することが保障される。

図９には、更なる別の実施例が示され、図７の記載に追加して、流量計２６が燃料噴射弁２０と混合点２３との間に配置され、及び、温度センサ２７が混合点２３上に配置され、これら流量計２６及び温度センサ２７によって、冷却線５を通る流量が弁７を介して制御される。その際に、この制御は、２つのパラメータ（流量及び温度）を介して、及び、当該２つのパラメータのうちの１つを介しても制御されうる。その際に、各他の測定値のための測定素子は省略されうる。調整可能な弁７の代わりに、図８と同様に、調整可能な絞り弁６が利用されうる。

Claims (11)

1. 燃料タンク（１）、及び、前記燃料タンク（１）と高圧ポンプ（１０）との間の接続管路（２、３、４）を備える高圧噴射システムであって、
   前記高圧ポンプ（１０）は、対応する接続管路（１３、１４、１５）を介して少なくとも１つの燃料噴射弁（２０）と接続され、前記少なくとも１つの燃料噴射弁（２０）から、前記高圧ポンプ（１０）内で圧縮された燃料の少なくとも部分量が、当該燃料噴射弁（２０）内の漏れによって、前記燃料タンク（１）と接続された戻り管路（２１、２２）を介して前記燃料タンク（１）へと再び送り戻される、前記高圧噴射システムにおいて、
   前記高圧噴射システムは、前記燃料タンク（１）又は前記接続管路（２、３、４）又は前記高圧ポンプ（１０）の戻り管（１１）を、混合点（２３）を介して前記戻り管路（２１、２２）と接続する冷却管路（５）を有することを特徴とする、高圧噴射システム。
2. 接続管路（２、３、４）は燃料圧送ポンプ（２）を含み、前記冷却管路（５）は、１の末端が、タンク側のプレフィードポンプ（２）と高圧ポンプ（１０）との間の前記接続管路（２、３、４）と接続され、他の末端が、前記混合点（２３）と接続されることを特徴とする、請求項１に記載の高圧噴射システム。
3. 冷却管路（５）は、前記接続管路（２、３、４）の構成要素であり燃料に圧力を加えるプレフィードポンプ（４）から、混合点（２３）へと通じていることを特徴とする、請求項１に記載の高圧噴射システム。
4. 前記接続管路（１３、１４、１５）は、少なくとも以下の構成要素、即ち、
   ・高圧アキュムレータ（１４）と、
   ・前記高圧アキュムレータ（１４）での減圧のための圧力制限弁（１６）と、
   を有し、前記圧力制限弁（１６）からの戻り管路（１７）が存在し、前記戻り管路（１７）は、１の末端が、前記高圧アキュムレータ（１４）上の前記圧力制限弁（１６）と接続され、他の末端が、前記混合点（２３）と直接的に接続され、又は更なる別の混合点（２４）を介して前記戻り管路（２１、２２）と接続される、
   ことを特徴とする、請求項１に記載の高圧噴射システム。
5. 高圧ポンプ（１０）と混合点（２３）との間の前記戻り管路（１２）内には、以下の構成要素、即ち、
   ・絞り弁（６）と、
   ・弁（７）と、
   の少なくとも１つが配置され、前記構成要素（６、７）は、前記戻り管（１１）からの容積流量の少なくとも一部を、前記高圧ポンプ（１０）又は前記高圧ポンプ（１０）の戻り管路（１２）から、当該構成要素（６、７）と前記混合点（２３）との間の前記冷却管路（５）内へと案内することに適することを特徴とする、請求項１に記載の高圧噴射システム。
6. 前記冷却管路（５）と、前記燃料噴射弁（２０）からの漏れ流れと、が合流する前記前記混合点（２３）は、可能な限り前記燃料噴射弁（２０）の近傍に存在することを特徴とする、請求項１に記載の高圧噴射システム。
7. 混合点（２３）と燃料タンク（１）との間の戻り管路（２１、２２）内には、前記戻り管路（２１、２２）内で真空を形成するための真空ポンプ（２５）が配置されることを特徴とする、請求項１に記載の高圧噴射システム。
8. 高圧噴射弁（２０）と混合点（２３）との間には流量計（２６）が配置され、又は、前記混合点（２３）上には温度センサ（２７）が配置され、前記温度センサ（２７）を用いて、前記冷却管路（５）によって流量が調整されるように前記弁（７）又は前記絞り弁（８）が制御されることを特徴とする、請求項５に記載の高圧噴射システム。
9. 燃料タンク（１）と、前記燃料タンク（１）と燃料を圧縮するための高圧ポンプ（１０）との間の接続管路（２、３、４）であって、前記高圧ポンプ（１０）は、対応する接続管路（１３、１４、１５）を介して少なくとも１つの燃料噴射弁（２０）と接続され、前記少なくとも１つの燃料噴射弁（２０）から、前記高圧ポンプ（１０）内で圧縮された燃料の少なくとも部分量が、当該燃料噴射弁（２０）内の漏れによって、前記燃料タンク（１）と接続された戻り管路（２１、２２）を介して前記燃料タンク（１）へと再び送り戻される前記接続管路（２、３、４）と、前記燃料タンク（１）又は前記接続管路（２、３、４）又は高圧ポンプ（１０）の戻り管（１１）を、前記戻り管路（２１、２２）の前記混合点（２３）と接続する冷却管路（５）と、を備えた高圧噴射システムにおいて、
   前記冷却管路（５）内を常に前記戻り管路（２１、２２）内よりも高い圧力に維持することを特徴とする、高圧噴射システムを駆動する方法。
10. 前記冷却管路（５）内の温度は、前記燃料噴射弁（２０）からの前記漏れ量の温度よりも低く、前記冷却管路（５）からのより冷たい燃料を混ぜて、前記混合点（２３）において、前記戻り管路（２１、２２）内の温度が下げることを特徴とする、請求項８に記載の高圧噴射システムを駆動する方法。
11. 前記冷却管路（５）を介して前記混合点（２３）に供給される容積流量は、前記戻り管路（２１、２２）内における前記燃料噴射弁（２０）からの前記漏れに対する冷却効果を得るために十分大きいことを特徴とする、請求項８に記載の高圧噴射システムを駆動する方法。
    

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