JP2591772B2 - 内燃機関特にデイーゼル機関用の燃料噴射装置 - Google Patents

内燃機関特にデイーゼル機関用の燃料噴射装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔背景技術〕 本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に規定した形
式の、内燃機関特にデイーゼル機関用の燃料噴射装置を
技術上の出発点としている。
直接噴射式デイーゼル機関では、衝撃的燃焼によつて
重大な騒音問題が生じる。とは云え、燃料噴射量を比較
的少ない予噴射量と、デイーゼル機関の回転数と負荷に
関連した主噴射量とに分けることによつて相当の騒音低
下が得られる。それゆえに噴射量を分けるために燃料噴
射ポンプに加えて、予噴射量を噴射ノズルに供給する特
別の予噴射ユニツトが設けられた。
冒頭で述べた形式の内燃機関用の公知の燃料噴射装置
（西独国特許出願公開第2721628号明細書）では予噴射
ユニツトは、圧電式駆動装置を備えた予噴射ポンプを有
している。前記圧電式駆動装置は制御回路によつて印加
され、該制御回路自体は内燃機関の回転部材によつて、
例えばクランク軸によつて、回転角に関連した信号を受
取る。慣用型式の燃料噴射ポンプは内燃機関と同期駆動
される。予噴射ポンプは、燃料噴射ポンプと噴射ノズル
との間の燃料導管と接続しているシリンダ内を軸方向に
摺動可能である。圧電式駆動装置が印加されると、該圧
電式駆動装置は、場合によつては油圧伝動装置を介して
ピストンを最小シリンダ容積の位置にシフトさせる。こ
れによつて燃料はシリンダから押出されて噴射ノズルを
開放させ、該噴射ノズルを通つて予噴射量が噴出する。
ピストンストロークの終期に圧電式駆動装置は付勢状態
にあり、これによつて、今度は燃料噴射ポンプによつて
吐出された燃料が噴射ノズルを開状態に保つか又は改め
て開くので、主噴射量が、開いた噴射ノズルを通つて噴
出することができる。燃料噴射ポンプの吐出ストローク
の終り頃に圧電式駆動装置は消勢され、これによつてピ
ストンは最大シリンダ容積の位置へ戻る。これによつて
燃料導管の容積が突発的に拡大する。従つて燃料導管内
及び噴射ノズル内の圧力が急激に低下しかつ噴射ノズル
が閉じる。
このように構成された予噴射ユニツトでは予噴射量は
ピストンのストロークによつて規定されておりかつ構造
的にも変更不能に確定されている。予噴射の時点だけが
制御できるにすぎない。
従つて、調節可能性を欠如していることに基づいて、
騒音を最大限に減少させるように予噴射装置を最適に設
計することは不可能である。それに加えて主噴射に影響
を及ぼすことなしに予噴射を時間的に変化することはで
きない。それというのは主噴射は常に予噴射の終了直後
に始まるからである。
〔発明の利点〕
請求の範囲第１項に記載した構成手段を有する本発明
の燃料噴射装置は、主噴射用と予噴射用との油圧回路が
完全に互いに隔離されており、従つて予噴射が主噴射に
いかなる影響も及ぼさないという利点を有している。電
磁弁の時間制御によつて予噴射量は広い限度範囲内で調
整することができる。前記の両利点は共に、消費量及び
排ガスに関して欠点を生ぜしめることなく騒音低下のた
めに予噴射装置を最適に設計することを可能にする。主
噴射に対する予噴射の関係は選択自在であるので、噴射
開始期及び噴射量のような特性値は特性曲線において整
理することができる。従来慣用の主噴射系から予噴射系
を分離したことによつて高圧アキユムレータの所要容積
がそれ相応に小さくなり、それによつてアキユムレータ
に給圧するためのポンプの所要容量も僅かになる。
第２項以下の請求の範囲に記載した手段によつて、請
求の範囲第１項に記載した燃料噴射装置の有利な構成と
改良が可能である。
本発明の有利な実施態様は請求の範囲第２項から明ら
かである。例えば請求の範囲第３項記載の複ニードル型
ノズルによつて実現することのできる分離されたノズル
横断面は、主噴射系における欠点を甘受けることなく予
噴射系の最適設計を容易にする。
本発明の有利な実施態様は請求の範囲第４項、第５項
又は第６項に記載した手段から明らかである。これらの
実施態様では従来慣用の噴射ノズルを使用することが可
能である。請求の範囲第４項に記載の実施態様では、高
圧アキユムレータと電磁弁との間の導管長さが危険がな
くなり、噴射ノズルの閉鎖時に形成される圧力波が良好
な減衰特性を示し、かつ燃料戻し導管への燃料の流出制
御が電磁弁によつて行われないという付加的な利点が得
られる。
請求の範囲第８項乃至第11項に記載の本発明の実施態
様は燃料噴射装置のその他の可能性を示すものである
が、この場合は予噴射ノズルの特殊な構成を必要とす
る。これらの噴射ノズルではノズルニードルの背面にか
かる圧力によつて噴射ノズルは閉鎖状態に保たれる。こ
の閉鎖圧を流出制御することによつてノズル横断面を開
くことが可能である。
図面の簡単な説明 図面は本発明の実施例を示すものであり、第１図はデ
イーゼル機関用の燃料噴射装置の略示図、第２図、第３
図、第４図及び第５図は第１図とは夫々異なつた実施態
様による燃料噴射装置の略示図である。
〔実施例の説明〕
次に、図面に示した実施例に基づいて本発明を詳説す
る。
内燃機関の例としての４気筒デイーゼル機関用の、第
１図に略示した燃料噴射装置は４つの吐出導管接続部11
を有する燃料噴射ポンプ10を備え、前記吐出導管接続部
11は燃料導管12を介して、各シリンダに配設された噴射
ノズル13と接続されている。但し、図面を判り易くする
ために第１図ではデイーゼル機関の１つのシリンダのた
めのただ１つの噴射ノズル13だけが示されているにすぎ
ない。４気筒デイーゼル機関では４つの噴射ノズル13が
配設されており、該噴射ノズルは夫々１本の燃料導管12
を介して燃料噴射ポンプ10と接続されている。入口側で
吸込み導管14を介して燃料タンク15に接続された燃料噴
射ポンプ10はデイーゼル機関と同期的に駆動され、かつ
列型又は分配型噴射ポンプとして構成されている。主噴
射ノズル131と予噴射ノズル132とに分けられた噴射ノズ
ル13はいわゆる複ニードル型ノズルであり、該複ニード
ル型ノズルは、２つの噴射室17,18と２つのノズルニー
ドル弁体19,20を内蔵したノズルホールダ16を有してい
る。各噴射室17,18は１つの噴射オリフイス21,22を有
し、該噴射オリフイスは、所属のノズルニードル弁体1
9,20によつて閉鎖又は解放される。両噴射オリフイスの
横断面積は異なつて構成されており、この場合予噴射ノ
ズル132には小さい方の横断面が属している。ノーズル
ホールダ16内で軸方向可動のノズルニードル弁体19,20
は、噴射室17,18内の圧力によつて開弁方向に負荷され
るように構成されている。両ノズルニードル弁体19,20
の背面には、該ノズルニードル弁体19,20を閉弁方向に
負荷する閉鎖力が夫々作用している。該閉鎖力は、ノー
ズルホールダ16の２つのばね室24に夫々内蔵された閉鎖
ばね23によつて発生せしめられ、該閉鎖ばねの一端はノ
ズルホールダ16に、また他端は夫々１つの加圧ピン25を
介して両ノズルニードル弁体19,20の背面に支えられて
いる。燃料漏れ量を戻すために前記ばね室24は燃料戻し
導管26を介して燃料タンクに連通されている。燃料噴射
ポンプ10を起点とする燃料導管12は主噴射ノズル131の
噴射室17に開口しているのに対して、予噴射ノズル132
の噴射室18は予噴射ユニツト27と接続されている。
予噴射ユニツト27は、燃料フイードポンプ29によつて
噴射圧の燃料でチヤージされる高圧アキユムレータ28
と、タイミング制御される４つの電磁弁30とから成り、
該電磁弁の励磁は制御ユニツト31によつて制御される。
配設される電磁弁30の数は、配設される噴射ノズル13の
数に関連している。第１図では、１つの噴射ノズルに相
応して電磁弁30は１つしか示されていない。高圧アキユ
ムレータ28、燃料フイードポンプ29及び制御ユニツト31
は噴射ノズル13の数には無関係に夫々１つしか設けられ
ていない。この場合燃料フイードポンプ29は、もう１つ
の吸込み導管32を介してやはり燃料タンク15に接続され
ている。電磁弁30は戻しばね機構を有する２ポート２位
置切換弁33として構成されており、しかも該切換弁の制
御される２つの接続ポートのうちの１つは噴射ノズル13
の噴射室18と連通し、もう１つの接続ポートは高圧アキ
ユムレータ28と連通している。２ポート２位置切換弁33
は無通電状態すなわち励磁されない不作用状態では閉弁
されており、従つて高圧アキユムレータ28と噴射ノズル
13の噴射室18との間の連絡導管34を遮断する。電磁弁30
の制御と燃料噴射ポンプ10の吐出ストロークとを同期化
するために制御ユニツト31はセンサ（図示せず）を有
し、該センサは電磁弁30のトリガリレーをリレーズす
る。このようなセンサは、例えば回転角に関連したトリ
ガ信号を供給するクランク角センサとして構成すること
ができる。しかし又、センサとしてノズルニードル弁運
動検出器を使用することも可能である。制御ユニツト31
における前記センサ信号に対する電磁弁30のトリガを時
間的にそれ相応にシフトすることによつて予噴射開始時
点と予噴射量とを広い限度範囲内で調整しかつ変化させ
ることが可能である。燃料噴射ポンプ10によつて噴射室
17と噴射オリフイス21を介して行われる主噴射は慣用の
通りであり周知である。
第２図乃至第５図には、第１図に示した予噴射ユニツ
ト27の変化態様が夫々示されている。但しこれらの図面
では噴射ノズル13の予噴射ノズル132だけが示されてい
るにすぎない。各予噴射ユニツト227,327,427,527はや
はり４気筒デイーゼル機関のために構想されたものであ
り、かつ第１図に示した実施例において予噴射ユニツト
27の代りに適用することができる。
第２図の予噴射ユニツト227が第１図の予噴射ユニツ
ト27と異なつている点は、４つの予噴射ノズル132のた
めに１つの強制制御される機械的な分配部材35が設けら
れており、該分配部材は出口側で噴射ノズル13の各噴射
室18に、また入口側では電磁弁30を介して高圧アキユム
レータ28に接続されている。該電磁弁30は３ポート２位
置切換弁36として構成されており、該切換弁の３つの制
御される接続ポートのうち、第１の接続ポートは高圧ア
キユムレータ28の出口に、第２の接続ポートは分配部材
35の入口に、また第３の接続ポートは燃料戻し導管37を
介して燃料タンク15に連絡されている。燃料戻し導管37
内にはなお１つの逆止弁38が配置されており、該逆止弁
は３ポート２位置切換弁36に内蔵されていてもよい。
この予噴射ユニツト227ではただ１つの電磁弁30しか
必要でない。それというのは４つの予噴射ノズル132の
同期制御は強制制御される分配部材35によつて行われ、
該分配部材はデイーゼルモータによつて駆動される。
第３図乃至第５図に示した予噴射ユニツトは予噴射ノ
ズル132の変化態様を必要とする。この場合少なくと
も、予噴射ユニツトに所属したノズルニードル弁体20
は、噴射オリフイス22から離反した方の端面39がノズル
ホールダ16（但し第３図〜第５図では図示せず）内の制
御室40を制限している。該制御室40は高圧アキユムレー
タ28から燃料が充填され、かつ電磁弁30によつて選択的
に閉止又は解放される。各噴射ノズル13のためには、や
はり別個の電磁弁30が必要であるので、４気筒デイーゼ
ル機関では全部で４つの電磁弁30が設けられている。該
電磁弁30はやはり制御ユニツト31によつてトリガされ
る。すべての予噴射ユニツト327,427,527において予噴
射ノズル132の各噴射室18は接続導管34を介して高圧ア
キユムレータ28に直接連通している。
第３図に略示した予噴射ユニツト327では制御室40は
一側では絞り41を介して高圧アキユムレータ28に、また
他側では、燃料タンク15に通じる燃料戻し導管26に接続
している。燃料戻し導管26内には、やはり戻しばね機構
を有する２ポート２位置切換弁33として構成された電磁
弁30が組込まれており、該電磁弁は無通電状態で閉止
し、要するに燃料戻し導管26を遮断し、かつ制御室40を
も閉止する。なお制御室40と電磁弁30との間の燃料戻し
導管26内には逆止弁42が設けられている。
この予噴射ユニツト327では高圧アキユムレータ28内
の圧力は噴射室18に作用しかつ絞り41を介して制御室40
に、ひいてはノズルニードル弁体20の背面に作用する。
電磁弁30が励磁されかつ開弁状態に制御されると、制御
室40内の圧力は燃料戻し導管26を介して流出制御され
る。これによつてノズルニードル弁体は開弁して噴射オ
リフイス22を解放する。噴射終了動作は電磁弁30の新た
な切換えによつて導入される。
第４図に示した予噴射ユニツト427では制御室40は一
側では電磁弁30を介して高圧アキユムレータ28に、また
他側では燃料戻し導管26を介して燃料タンク15に接続さ
れている。燃料戻し導管26内には絞り41が配設されてい
る。電磁弁30はやはり、戻しばね機構を有する２ポート
２位置切換弁33として構成されており、該２ポート２位
置切換弁は無通電の不作用位置で開かれておりかつ高圧
アキユムレータ28を制御室40と連通する。
電磁弁30の励磁・作動によつて高圧アキユムレータ28
と予噴射ノズル132の制御室40との連通は断たれる。制
御室40内の圧力は絞り41を介して流出制御されるので、
ノズルニードル弁体は噴射室18の圧力の作用を受けて開
弁して噴射オリフイス22を解放する。噴射終了動作は不
作用位置への電磁弁30の切換えによつて導入され、該不
作用位置では制御室40はやはり、噴射圧下の燃料で充填
される。
第５図に示した予噴射ユニツト527では制御室40は、
戻しばね機構を有する３ポート２位置切換弁36として構
成された電磁弁30を介して交互に高圧アキユムレータ28
及び、燃料タンクン15に通じる燃料戻し導管26に接続さ
れる。３ポート２位置切換弁36の制御される３つの接続
ポートのうち第１の接続ポートは高圧アキユムレータ28
の出口に、第２の接続ポートは制御室40の入口に、また
第３の接続ポートは燃料戻し導管26に連絡されている。
なお燃料戻し導管26内には絞り41が組込まれており、該
絞りは３ポート２位置切換弁36内に組込まれているのが
殊に有利である。無通電状態では電磁弁30は制御室40を
高圧アキユムレータ28と連通させる。制御室40内の噴射
圧によつてノズルニードル弁体は噴射オリフイス22を閉
止する。電磁弁30の励磁制御によつて制御室40は燃料戻
り導管26に接続され、かつ高圧アキユムレータ28との連
通は断たれる。制御室40内の圧力は流出制御されかつノ
ズルニードル弁体は噴射オリフイス22を解放する。予噴
射ユニツト527は、第４図に示した予噴射ユニツト427と
同じように動作するが、第４図の場合には絞り41を介し
て常に存在する圧下降下による予噴射ユニツト427の不
安定性を回避する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シユミツト，アルフレート ドイツ連邦共和国 Ｄ―7257 デイツイ ンゲン ４ アウグスト―レムレ―ヴエ ーク ２ (72)発明者 シユトラウベル，マツクス ドイツ連邦共和国 Ｄ―7000 シユツツ トガルト 61 オンタリオシユトラーセ 30 ベー (72)発明者 ツルオング―カン，フング ドイツ連邦共和国 Ｄ―7000 シユツツ トガルト 50 クライナー オストリン グ 103 (56)参考文献 特開 昭60−60261（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−8751（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−8752（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−141679（ＪＰ，Ｕ) 特公 平２−35149（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭60−24935（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関特にデイーゼル機関用の燃料噴射
    装置であつて、予噴射量と主噴射量とにその都度調量分
    配された燃料量を噴射するために内燃機関の各シリンダ
    に配設された少なくとも１つの噴射ノズルと、予噴射量
    を調量するための予噴射ユニツトと、前記予噴射量に後
    続する主噴射量を調量するための燃料噴射ポンプとを有
    する形式のものにおいて、予噴射ユニツト（27;227;32
    7;427;527）が、噴射圧に設定された燃料の充填された
    高圧アキユムレータ（28）と少なくとも１つの時間制御
    される電磁弁（30）とを有していることを特徴とする、
    内燃機関特にデイーゼル機関用の燃料噴射装置。
  2. 【請求項２】噴射ノズル（13）が２つの噴射横断面（2
    1,22）を有し、両噴射横断面のうち、小さい方の噴射横
    断面が予噴射ユニツト（27;227;327;427;527）に、また
    大きい方の噴射横断面が燃料噴射ポンプ（10）に配設さ
    れている、請求の範囲第１項記載の装置。
  3. 【請求項３】噴射ノズル（13）が、２つの噴射室（17,1
    8）を備えたノズルホールダ（16）を有し、前記両噴射
    室のうち、一方の噴射室が高圧アキユムレータ（28）
    に、また他方の噴射室が燃料噴射ポンプ（10）に接続さ
    れており、両噴射横断面が前記の両噴射室（17,18）の
    噴射オリフイス（21,22）によつて形成されており、該
    噴射オリフイスが夫々１つのノズルニードル（19,20）
    によつて制御され、かつ該ノズルニードル（19,20）が
    噴射室（17,18）内の噴射圧によつて噴射開放方向に負
    荷されている、請求の範囲第２項記載の装置。
  4. 【請求項４】両ノズルニードル（19,20）が夫々閉鎖ば
    ね（23）によつて噴射閉鎖方向に負荷されており、かつ
    電磁弁（30）が、高圧アキユムレータ（28）と、予噴射
    ユニツト（27;227）に所属した噴射室（18）との間の連
    絡導管（34）内に配置されている、請求の範囲第３項記
    載の装置。
  5. 【請求項５】噴射ノズル（13）が多数設けられている場
    合には、高圧アキユムレータ（28）から噴射室（18）に
    達する各連絡導管（34）内に１つの電磁弁（30）が組込
    まれており、かつ該電磁弁が、殊に無通電の不作用位置
    において閉止する２ポート２位置切換弁（33）として構
    成されている（第１図）、請求の範囲第４項記載の装
    置。
  6. 【請求項６】噴射ノズル（13）が多数設けられている場
    合には、入口側では高圧アキユムレータ（28）に、また
    出口側では、予噴射ユニツト（227）に所属した各噴射
    室（18）に接続する１つの強制制御される分配部材（3
    5）が設けられており、かつ電磁弁（30）が、前記高圧
    アキユムレータ（28）と前記分配部材（35）との間に配
    置されて３ポート２位置切換弁（36）として構成されて
    おり、該３ポート２位置切換弁の制御される第３の接続
    ポートが燃料戻し導管（37）と連通する（第２図）、請
    求の範囲第４項記載の装置。
  7. 【請求項７】少なくとも予噴射ユニツト（327;427;52
    7）に所属したノズルニードル（20）が、噴射オリフイ
    ス（22）から離反した方の端面（39）で以て、高圧アキ
    ユムレータ（28）から燃料の充填可能な制御室（40）を
    制限しており、該制御室が電磁弁（30）によつて閉止又
    は解放可能である（第３図〜第５図）、請求の範囲第３
    項記載の装置。
  8. 【請求項８】制御室（40）が一側では絞り（41）を介し
    て高圧アキユムレータ（28）に、また他側では電磁弁
    （30）を介して燃料戻し導管（26）に接続されており、
    かつ前記電磁弁（30）が、殊に無通電の不作用位置にお
    いて閉止する２ポート２位置切換弁（33）として構成さ
    れている（第３図）、請求の範囲第７項記載の装置。
  9. 【請求項９】制御室（40）が一側では絞り（41）を介し
    て燃料戻し導管（26）に、他側では電磁弁（30）を介し
    て高圧アキユムレータ（28）に接続されており、かつ前
    記電磁弁（30）が、殊に無通電の不作用位置において開
    く２ポート２位置切換弁（33）として構成されている
    （第４図）、請求の範囲第７項記載の装置。
  10. 【請求項１０】制御室（40）が電磁弁（30）を介して交
    互に高圧アキユムレータ（28）と燃料戻し導管（26）と
    に接続されており、かつ前記電磁弁（30）が３ポート２
    位置切換弁（36）として構成されており、該３ポート２
    位置切換弁の制御される３つの接続ポートのうち、第１
    の接続ポートが前記制御室（40）に、第２の接続ポート
    が前記高圧アキユムレータ（28）に、また第３の接続ポ
    ートが絞り（41）を介して前記燃料戻し導管（26）に接
    続されている（第５図）、請求の範囲第７項記載の装
    置。
  11. 【請求項１１】噴射ノズル（13）が多数設けられている
    場合、各制御室（40）に夫々別個の電磁弁（30）が配設
    されている、請求の範囲第７項から第10項までのいずれ
    か１項記載の装置。
  12. 【請求項１２】単数又は複数の電磁弁（30）を制御する
    ための電子制御ユニツト（31）が設けられている、請求
    の範囲第１項から第11項までのいずれか１項記載の装
    置。
  13. 【請求項１３】予噴射ユニツト（27;227;327;427;527）
    が、高圧アキユムレータ（28）に蓄圧を供給するために
    燃料タンク（15）に接続された燃料フイードポンプ（2
    9）を有している、請求の範囲第１項から第12項までの
    いずれか１項記載の装置。
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