JP2019517636A - 高圧アキュムレータ、および高圧アキュムレータを製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】【解決手段】高圧のもとにある燃料を蓄えるための内燃機関のための高圧アキュムレータ（１）。高圧アキュムレータ（１）は、アキュムレータ管（２）およびアキュムレータ管（２）の中に構成されたアキュムレータ室（３）を含んでいる。高圧アキュムレータ（１）は、高圧のもとにある燃料を供給するための供給接続部（７）と、高圧のもとにある燃料を排出するための少なくとも１つの排出接続部（４）とを有している。アキュムレータ室（３）の中にハニカム構造体（１０）が配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、特に内燃機関の噴射システムのための高圧アキュムレータに関する。さらに本発明は、そのような高圧アキュムレータを製造する方法に関する。

本発明は、特に内燃機関の燃焼室へ高圧のもとで燃料を噴射するための噴射システムのための高圧アキュムレータに関し、および、そのような高圧アキュムレータを製造する方法に関する。

高圧アキュムレータは、たとえば特許文献１などの従来技術から知られている。公知の高圧アキュムレータは、高圧のもとにある燃料を蓄えるためのアキュムレータ室を有している。さらに、ポンプ側およびインジェクタ側の接続部に加えて、取付コンポーネントのための収容部がさらに存在する。このとき通常、レール圧力センサと圧力制御弁ないし圧力制限弁という両方の取付コンポーネントが、高圧アキュムレータに取り付けられる。

噴射システム、特に高圧アキュムレータやインジェクタは圧力振動の影響を受けやすく、それは圧力振動が、これによって負荷されるコンポーネントの耐用寿命を縮めるという意味からである。

ドイツ特許出願公開第１０２００８０４０９０１Ａ１号明細書

それに対して、本発明による内燃機関のための高圧アキュムレータは、低減された負荷およびこれに伴ういっそう長い耐用寿命を有している。

そのために高圧アキュムレータは、アキュムレータ管およびこのアキュムレータ管の中に構成されたアキュムレータ室を含んでいる。高圧アキュムレータは、高圧のもとにある燃料を供給するための供給接続部と、高圧のもとにある燃料を排出するための少なくとも１つの排出接続部とを有する。アキュムレータ室の中にハニカム構造体が配置されている。

ハニカム構造体は、たとえば排出接続部が開いたときに生じるような、アキュムレータ室の高速の貫流のときに絞りとして作用し、そのようにして、アキュムレータ室における圧力振動を減衰し、さらには、排出接続部に後置された、内燃機関へ燃料を噴射するためのインジェクタなどのコンポーネントにおける圧力振動も減衰する。圧力オーバーシュートの減衰に伴い、各コンポーネントへの圧力負荷が低減され、それによってコンポーネントの耐用寿命が長くなる。さらにハニカム構造体は、アキュムレータ管に剛性を与え、それによって高圧アキュムレータの強度を高めるように構成されていてもよい。

好ましい実施形態では、アキュムレータ管とハニカム構造体が一体的に製作される。それにより、高いコストのかかる接続技術を省略することができ、高圧アキュムレータが特別に高い剛性で製作される。高圧アキュムレータは３Ｄ印刷法で製造され、従来式の注型法はそのために好適ではない。

好ましい発展例では、ハニカム構造体は少なくとも１つの、ただし好ましくは１０個から１５個のディスクを含んでおり、各々のディスクに複数のハニカム状の切欠きが構成される。それにより、燃料流が個々のディスクによって減衰される。圧力波がディスクで部分的に反射されて、圧力オーバーシュートが弱められるように互いに重なり合う。

ディスクはそれぞれ等しい軸方向間隔をおいて前後に並んでいるのが好ましい。それにより、アキュムレータ室の軸方向に等しい間隔をおいて絞り個所が配置される。アキュムレータ室における圧力振動が、そのようにして均一に減衰される。

好ましい実施形態では、切欠きは規則的な六角形の基本形状を有している。これは、比較的少ない重量での特別に好都合な絞りジオメトリーである。比較として円形の穴は、それぞれの穴の間に一定のウェブ幅を有しておらず、それに応じて局所的に高い材料集積を必要とする。

規則的な六角形の辺の長さは０．７５ｍｍであるのが好ましい。これは、特に実質的に円筒状のアキュムレータ室の約１０ｍｍの直径について良く適している。

好ましい別案の実施形態では、ハニカム構造体は少なくとも１つの、ただし好ましくは１０個から１５個のハニカムゴブレットを含んでいる。各々のハニカムゴブレットに、複数のハニカム状の切欠きが構成される。それにより、絞り個所のように作用する個々のハニカムゴブレットによって燃料流が減衰される。圧力波がハニカムゴブレットで部分的に反射されて、圧力オーバーシュートが減衰されるように互いに重なり合う。アキュムレータ室を通る燃料流を、ハニカムゴブレットによって非常に的確に誘導することができる。

各々のハニカムゴブレットは、直径がアキュムレータ室の直径に相当する、好ましくは約１０ｍｍである頭部領域を有するのが好ましい。さらに各々のハニカムゴブレットは、先細になった脚部領域を有している。このとき軸方向に沿う先細部はテーパ状に、または弧を描いて延びることができる。このときゴブレット形状は、良好な流動案内と、良好な減衰機能と、高い剛性と、少ない重量との非常に良好な妥協点となる。

好ましい発展例では、ハニカムゴブレットは、それぞれ１つの頭部領域が次のハニカムゴブレットの頭部領域と協同作用するとともに、それに応じて１つの脚部領域が後続のハニカムゴブレットの脚部領域と協同作用するように配置される。それによりハニカムゴブレットは、互いに接して配置された２つの頭部領域が貫流されるときに圧力振動の強力な減衰が行われるように、列をなして配置される。さらに、このような種類の配置によって、高圧アキュムレータの剛性が軸方向でも著しく高められる。

好ましい実施形態では、ハニカムゴブレットは５ｍｍの長さを有している。それにより、アキュムレータ室の軸方向で等しい間隔をおいて、頭部領域による絞り個所が配置される。アキュムレータ室における圧力振動が、そのようにして均等に減衰される。

好ましい実施形態では、切欠きは規則的な六角形の基本形状を有している。これは、比較的少ない重量での特別に好都合な絞りジオメトリーである。比較として円形の穴は、それぞれの穴の間に一定のウェブ幅を有しておらず、それに応じて局所的に高い材料集積を必要とする。

規則的な六角形の辺の長さは０．７５ｍｍであるのが好ましい。これは、特にアキュムレータ室の約１０ｍｍの直径について良く適している。

上に説明した高圧アキュムレータの製造は、このような種類のジオメトリーの製作を初めて低コストに可能にする３Ｄ印刷法によって行われる。特にその場合、アキュムレータ管とハニカム構造体との一体的な施工形態が特別に好ましく、すなわち、一方では非常に低コストに、他方では高い剛性で行われる。

次に、本発明の実施例について添付の図面を参照しながら詳しく説明する。図面は次のものを示す。

従来技術から知られているような高圧アキュムレータを模式的に示す縦断面図である。 本発明による高圧アキュムレータのハーフモデルの一部分を示す斜視図であり、主要な領域だけが図示されている。 本発明による別の高圧アキュムレータの一部分をハーフモデルとして示す斜視図であり、主要な領域だけが図示されている。

図１の縦断面図には、従来技術から知られるような管状の高圧アキュムレータが符号１で表されている。この高圧アキュムレータ１は、アキュムレータ室３を取り囲むアキュムレータ管２を有している。高圧アキュムレータ１は内燃機関のための噴射システム用として意図されており、通常はレールとも呼ばれる。

高圧アキュムレータ１のアキュムレータ管２には、図示しないインジェクタに通じる燃料圧力配管のための複数の排出接続部４が構成されている。さらに、図示しない高圧ポンプに通じる供給接続部７が、アキュムレータ管２に構成されている。これに加えてアキュムレータ管２には、取付コンポーネント８および９のための収容部５および６が構成されている。通常、取付コンポーネント８は、アキュムレータ室３の圧力を判定するためのレール圧力センサである。そして取付コンポーネント９は圧力弁であり、好ましくはアキュムレータ室３の圧力を制御するための圧力制御弁である。圧力弁９ないし圧力制御弁９はたとえば電磁弁として製作され、図示しない制御装置ないし電流供給部と接続するための図示しない電気接続部を有している。

圧力弁９のための収容開口部６は、流出通路３２を介して低圧接続部３４と接続されており、それにより、圧力弁９を介して制御される燃料量を低圧帰還部へと案内することができる。このとき流出通路３２は、高圧アキュムレータ１に圧力弁９が装着されたときに高圧部分と低圧部分（流出通路３２）との間で封止が保証されるように、収容開口部６に連通する。

本例では、圧力弁９とレール圧力センサ８は高圧アキュムレータ１の互いに反対側の端部に配置されている。高圧アキュムレータ１におけるこのような取付コンポーネント８，９の配分は、原則として任意に選択可能である。

図２には、本発明による高圧アキュムレータ１の一部分が縦断面で斜視図として示されている。この高圧アキュムレータ１は特に燃料噴射システムのために、たとえばコモンレールシステムのために適している。図示しない高圧ポンプから燃料が高圧のもとで、図示しない供給接続部を介して高圧アキュムレータ１へと送出され、そこから図示しない排出接続部を介して、内燃機関の燃焼室へ噴射するために図示しないインジェクタへと分配される。

高圧アキュムレータ１はアキュムレータ管２を有しており、その中に、高圧のもとにある燃料を蓄えるためのアキュムレータ室３が構成されている。高圧ポンプからの燃料の供給に基づき、および、インジェクタへの燃料の排出に基づき、アキュムレータ室３では燃料の動作点依存的な流動状況が圧力振動とともに生じる。

このような圧力振動を減衰するために、アキュムレータ室３の中にハニカム構造体１０が配置されている。図２の実施形態では、ハニカム構造体１０は軸方向で互いに間隔をおく複数のディスク１１を有していて、これらにそれぞれ複数のハニカム状の切欠き１２がさらに構成されている。このときディスク１１は、少なくとも５ｍｍの相互間隔ａで配置されるとともに、０．５ｍｍの厚みｂを有するのが好ましい。さらにハニカム状の切欠き１２は、約１０ｍｍの直径Ｄを有するアキュムレータ室３について、０．７５ｍｍの辺の長さｓを有する均一な六角形の形状をそれぞれ有するのが好ましい。このとき個々の切欠き１２の間のハニカム構造体１０のウェブ幅ｕは、０．５５ｍｍであるのが好ましい。

ディスク１１によって、ハニカム状の切欠き１２による断面積縮小部を介して互いに結合された個々のチャンバ３ａ，３ｂ等にアキュムレータ室３が分割される。それに応じてハニカム状の切欠き１２は、貫流時に発生する場合がある圧力オーバーシュートを効果的に減衰する軸方向の流動方向の絞りとなる。それにより、高圧アキュムレータ１の内部での、およびこれに後置されたインジェクタの内部でも、最大の圧力ピークが減衰される。それに応じて、これらのコンポーネントの耐用寿命が長くなる。

アキュムレータ管２とハニカム構造体１０は一体的に構成されるのが好ましく、それにより、高いコストのかかる結合技術が必要なくなる。これに相当する製造方法は３Ｄ印刷法であるのが好ましい。従来の注型法は、この種の大量個数のジオメトリーには適していない。

図３は、ハニカム構造体１０を有する高圧アキュムレータ１の別の実施例をハーフモデルとして斜視図で示しており、主要な領域だけが図示されている。この実施形態のハニカム構造体１０は、幅広の頭部領域１７と、著しく先細になった脚部領域１６とを有するゴブレット状にそれぞれ構成された、軸方向で互いに接して並ぶハニカムゴブレット１５を含んでいる。このとき個々のハニカムゴブレット１５は、脚部領域１６が常に次のハニカムゴブレット１５の別の脚部領域１６と協同作用し、頭部領域１７が次の頭部領域１７と協同作用するように、互いに接して並んでいる。アキュムレータ室３のそれぞれの端部では、そこにある脚部領域１６ないし頭部領域１７が、アキュムレータ管２の相応の段部もしくは端面のところで互いに支え合う。

個々のハニカムゴブレット１５が形状接合式に互いに接して並ぶことに基づき、この実施形態のハニカム構造体１０は高い剛性を有しており、そのようにして、アキュムレータ管２ないし高圧アキュムレータ１全体の強度も、半径方向でも軸方向でも向上する。個々のハニカムゴブレット１５は５ｍｍの長さＬを有するのが好ましく、１０個から１５個のハニカムゴブレット１５がアキュムレータ室３の中で互いに接して並ぶのが好ましい。さらにハニカム状の切欠き１２は、約１０ｍｍの直径Ｄを有するアキュムレータ室３について、０．７５ｍｍの辺の長さｓを有する均一な六角形の形状をそれぞれ有するのが好ましい。このとき、個々の切欠き１２の間のハニカム構造体１０のウェブ幅ｕは０．５５ｍｍであるのが好ましい。

一般に、３Ｄ印刷法によって非常に複雑なハニカム構造体１０のジオメトリーを具体化することができ、それは特に、ハニカム構造体１０がアキュムレータ管２と一体的に製作される場合である。上に説明した各実施形態は、高圧ポンプから供給接続部７を介しての高圧のもとにある燃料の周期的な送出によって、および、１つまたは複数の排出接続部４を介してのインジェクタへの燃料の衝撃的な流出によって引き起こされる、アキュムレータ室３における圧力振動を減衰するのに特別に効果的であることが示されている。

１ 高圧アキュムレータ
２ アキュムレータ管
３ アキュムレータ室
４ 排出接続部
７ 供給接続部
１０ ハニカム構造体
１１ ディスク
１２ 切欠き
１５ ハニカムゴブレット
１６ 脚部領域
１７ 頭部領域

Claims (13)

1. 高圧のもとにある燃料を蓄えるための内燃機関のための高圧アキュムレータ（１）であって、前記高圧アキュムレータ（１）はアキュムレータ管（２）および前記アキュムレータ管（２）の中に構成されたアキュムレータ室（３）を含んでおり、前記高圧アキュムレータ（１）は高圧のもとにある燃料を供給するための供給接続部（７）と高圧のもとにある燃料を排出するための少なくとも１つの排出接続部（４）とを有している、そのような高圧アキュムレータにおいて、
   前記アキュムレータ室（３）の中にハニカム構造体（１０）が配置されていることを特徴とする高圧アキュムレータ。
2. 前記アキュムレータ管（２）と前記ハニカム構造体（１０）は一体的に製作されることを特徴とする、請求項１に記載の高圧アキュムレータ（１）。
3. 前記ハニカム構造体（１０）は少なくとも１つの、好ましくは１０個から１５個のディスク（１１）を含んでおり、各々のディスク（１１）に複数のハニカム状の切欠き（１２）が構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の高圧アキュムレータ（１）。
4. 前記ディスク（１１）はそれぞれ等しい軸方向の間隔（ａ）をおいて相前後して並ぶことを特徴とする、請求項３に記載の高圧アキュムレータ（１）。
5. 前記切欠き（１２）は規則的な六角形の基本形状を有することを特徴とする、請求項３または４に記載の高圧アキュムレータ（１）。
6. 前記規則的な六角形の辺の長さ（ｓ）は０．７５ｍｍであることを特徴とする、請求項５に記載の高圧アキュムレータ（１）。
7. 前記ハニカム構造体（１０）は少なくとも１つの、好ましくは１０個から１５個のハニカムゴブレット（１５）を含んでおり、各々のハニカムゴブレット（１５）に複数のハニカム状の切欠き（１２）が構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の高圧アキュムレータ（１）。
8. 各々のハニカムゴブレット（１５）は直径が前記アキュムレータ室（３）の直径に相当する頭部領域（１７）を有しており、各々の前記ハニカムゴブレット（１５）は先細になった脚部領域（１６）を有することを特徴とする、請求項７に記載の高圧アキュムレータ（１）。
9. 前記ハニカムゴブレット（１５）はそれぞれ頭部領域（１７）が頭部領域（１７）と協同作用するとともに脚部領域（１６）が脚部領域（１６）と協同作用するように配置されることを特徴とする、請求項８に記載の高圧アキュムレータ（１）。
10. 前記ハニカムゴブレット（１５）は５ｍｍの長さ（Ｌ）を有することを特徴とする、請求項７から９までのいずれか１項に記載の高圧アキュムレータ（１）。
11. 前記切欠き（１２）は規則的な六角形の基本形状を有することを特徴とする、請求項７から１０までのいずれか１項に記載の高圧アキュムレータ（１）。
12. 前記規則的な六角形の辺の長さ（ｓ）は０．７５ｍｍであることを特徴とする、請求項１１に記載の高圧アキュムレータ（１）。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項に記載の高圧アキュムレータ（１）を製造する方法であって、前記アキュムレータ管（２）と前記ハニカム構造体（１０）が一体的に製作される、そのような方法において、
    前記高圧アキュムレータ（１）が３Ｄ印刷法で製作されることを特徴とする方法。

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