JP3737355B2

JP3737355B2 - コモンレールを有する高圧噴射系統

Info

Publication number: JP3737355B2
Application number: JP2000351127A
Authority: JP
Inventors: フリッツ・シュピンラー; クラウディオ・ツァネッティ
Original assignee: Crt Common Rail Technologies Ag
Current assignee: Crt Common Rail Technologies Ag
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: EP1101931B1; US6745753B2; US6330876B1; EP1101931A2; EP1101931A3; JP2001173537A; DE50013384D1; US20020017278A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、請求項１の前文の特徴による内燃機関のための高圧噴射系統に関し、請求項１３で請求されるようなコモンレールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＢ−Ａ−２１０７８０１は、プランジャシリンダを有する高圧ポンプを備えた内燃機関のための高圧噴射系統を開示しており、このポンプは、ポート要素に設けられた吐出ポートを通って、内燃機関の噴射装置に接続される圧力ラインの接続部に、ポンプ媒体（pumped medium）を噴出させる。上記高圧ポンプとポート要素との隣接した面は、高圧の漏れ止め面として設計されているので、シール要素の使用を省くことができる。
【０００３】
ＥＰ０９１５２５２Ａ２は、高圧ポンプが、ポンプ媒体を、コモンレールに設けられた圧力室に直接噴出させるコモンレール噴射系統を開示している。噴射装置は、これを通して、圧力室に貯蔵されたポンプ媒体が内燃機関に噴出され得るようになっていて、上記噴射装置もまた、コモンレールの中に挿入されている。この解決法（solution）では、プランジャシリンダが直接にコモンレールの中に挿入されていて、そのため、ポート要素の使用を省くことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高圧ポンプが、経済的、かつ、隙間無くコモンレールに接続できる高圧噴射系統を明記することにある。さらに、上記高圧噴射系統のために使用できるコモンレールを創造する目的もある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１と請求項１３で夫々明記された特徴を有する高圧噴射系統とコモンレールによって、達成される。本発明の好ましい実施形態が、付加的な請求項に明記されている。
【０００６】
本発明による高圧噴射系統は、少なくとも１つの出口ポートと、向い合う端面とが設けられたポート要素を有し、上記向い合う端面には、一方には高圧ポンプのプランジャシリンダが、他方にはコモンレールが、高圧シール面を介して接続されている。そのため、上記高圧ポンプは、入口バルブ経由でポンプ媒体を吸い込んで、このポンプ媒体を、増大した圧力で、ポート要素の出口ポートと出口バルブを通して、コモンレールの圧力室に接続された吐出ポートに導くことができる。
【０００７】
本発明による高圧噴射系統は、非常に高い圧力での運転に適しており、簡単な構造であるので、低いコストで製造、取付け、および、運転ができる。
【０００８】
例えば、上記ポート要素が、プランジャシリンダとコモンレールとの間で、ユニオンナットによって締め付けらるのは特に都合が良く、このため、さらなる固定処置は不要である。プランジャシリンダとコモンレールとに関して、ポート要素の調整の仕事を避けるために、互いに接続された部品の正確な心合わせを確実にする少なくとも一つのピンが、好ましくはポート要素に挿入されている。
【０００９】
好ましい実施形態において、入り口ポートもまた、コモンレールとポート要素に設けられていて、上記入口ポートを通してポンプ媒体、つまり燃料が高圧ポンプに供給される。ポート要素の端面に同時に設けられる高圧シール面は、このため、入口ポートの隙間無い接続を確実にして、これによって、組立と運転のコストを更に低減する。
【００１０】
上記プランジャシリンダとポート要素は、好ましくは、コモンレールにねじで取付けられるユニオンナットによって、組立てられる。
【００１１】
高圧シール面を減少させ、それによって、シール面の面圧力を増加させて、改良されたシールになるように、上記ポート要素の端面は、相応じて切り込みが付けられる。これに加えて、中空軸が設けられた入口バルブが好ましくは用いられ、これは入口ポートの内側に取付けられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に実施形態の事例に基づいて、図面を参照しながら、本発明がさらに詳細に説明される。
【００１３】
図１に長さ方向の断面図が示された本発明による高圧噴射系統１は、平行に動作する２つの高圧ポンプ２０と２０ａを有する。断面が描かれている第１の高圧ポンプ２０は、フランジ２２を有するプランジャシリンダ２１が設けられていて、このシリンダに、駆動シャフト４１に偏心して配置された回転接触リング４２に向ってバネ要素２３によって押圧されたプランジャ２４が、移動可能に支持されている。上記プランジャ２４の持ち上がる距離は、図１にＨで示されている。
【００１４】
高圧シール面として設計されて、プランジャシリンダ２１とコモンレール１０とに面する端面３４と３５とを有するポート要素３０が、上記プランジャシリンダ２１の出口側に配置されている。コモンレール１０の吸入ポート１３と吐出ポート１４とに各々接続された入口ポート３１と出口ポート３２は、第１の端面３４と第２の端面３５との間を走っている。ポンプ媒体は、吸入ポート１３を通って入口ポートに送り込まれる。上記吐出ポート１４は、コモンレール１０に設けられた圧力室１１に接続されていて、上記圧力室から連結ライン１２ａ，・・・１２ｄが夫々噴射装置２に導かれている。
【００１５】
入口ポート３１と出口ポート３２とを開閉するために、入口バルブ３３と出口バルブ１７が設けられており、これらは、バネ要素によって、対応するポート３１，３２の開口に向って、引張り、または押圧されている。
【００１６】
上記コモンレール１０は、高圧ポンプ２０，２０ａの各々のための、ねじ山１６を有する形成部分１５を有する。上記形成部分１５は、端面に高圧シール面が設けられていて、ここに、ポート要素３０の第２の端面３５が、入口ポート３１と出口ポート３２とが各々コモンレール１０の吸入ポート１３と吐出ポート１４とに接続されるように、接続されている。
【００１７】
上記形成部分１５は、内側のねじ山を有して開口７３を有するユニオンナット７０がねじで固定されており、このユニオンナット７０はプランジャシリンダ２４を適応させるように働く（図３参照）。プランジャシリンダ２４の出口側に設けられていてポート要素３０に面する高圧シール面を有するフランジ２２は、ユニオンナット７０によって内側フランジ７２で保持されて、ポート要素３０の第１の端面３４に向って引き寄せられている。上記ポート要素３０は、このため、プランジャシリンダ２１とコモンレール１０との間で、ユニオンナット７０によって締め付けられている。上記ユニオンナット７０が工具によって掴められるように、例えば、底の端が六角形の形状７４を有している。
【００１８】
上記高圧ポンプ２０，２０ａは、コモンレール１０に連結されたハウジング４０の中に配置されていて、蓋５０によってしっかりと密閉されている。プランジャ２４を駆動するために設けられた駆動シャフト４１が、ハウジング４０の中に導かれていて、ハウジング４０と蓋５０とに各々設けられた軸受４３，５３によって支持されている。
【００１９】
上記蓋５０には、接合部５１に接続されたポート５２が設けられていて、このポート５２は２つの支流ポート５２ａ，５２ｂに枝分かれしている。上記第１の支流ポート５２ａは軸受５３に導かれて、そこからハウジングの内側室４８に導かれ、上記第２の支流ポート５２ｂはハウジング４０に設けられた移送ポート４５に導かれ、この移送ポートは上記第２支流ポート５２ｂをコモンレール１０内に通された吸入ポート１３に接続している。
【００２０】
（ここには図示しない）供給ポンプによって接合部５１に供給されるポンプ媒体の流速は、移送ポート４５に突出する吸入スロットルバルブ４６によって制御され、上記スロットルバルブはハウジング４０に取付けられた調節要素４７に接続されている。この取り合わせ（arrangement）は、付加的な部品が全く必要なく、ハウジング４０の受取り部分の対応する設計のみでよい。ハウジングの内側室４８に導かれて駆動シャフト４１とプランジャ２４の潤滑のために働くポンプ媒体は、高圧ポンプ２０，２０ａから少量が漏れたかもしれないポンプ媒体と共に、出口接合部４４を通ってハウジング４０から導き出される。
【００２１】
図１に示された高圧噴射系統１は、以下のように機能する。吸入スロットルバルブ４６の下流で、ポンプ媒体が、移送ポート４５と、コモンレール１０に設けられた吸入ポート１３と、ポート要素３０に設けられた入り口ポート３１とを通って入口バルブ３３まで流れ、この入口バルブ３３は、プランジャ２４が突出してプランジャシリンダ２１の内側室の圧力が低下するとすぐに開く。プランジャ２４が入り込むと、プランジャシリンダ２１の内側室２５に引き込まれたポンプ媒体は、入口ポート３１を閉じている入口バルブ３３に向って押しつけられる一方、他方で、ポート要素３０の出口ポート３２を通って出口バルブ１７に導かれ、この出口バルブ１７が開いて、ポンプ媒体を通過させてコモンレール１０の圧力室１１に至らせる。その結果、ポンプ媒体は、駆動シャフト４１の回転速度の作用として、コモンレール１０の圧力室１１に導かれる。
【００２２】
図３は、図１に記入されたＩＩ−ＩＩ線に沿う高圧噴射系統１の断面図を示している。これから、コモンレール１０がボルト６０によってハウジング４０に連結されていて、上記ボルト６０はコモンレール１０の穴６１を通って、ハウジング４０のネジ穴６２にねじ込まれていることがわかる。プランジャシリンダ２１とポート要素３０とが組合わされているのも明瞭に認識できて、このプランジャシリンダ２１とポート要素３０とは、形成部分１５の外側のネジ山１６が、内側のねじ山７１に結合されたユニオンナット７０によって、掴まれて保持されている。ポート要素３０の端面３４，３５に働かされる、接合部分を密閉するために予めかけられる力が、プランジャシリンダ２１の外側フランジ２２に、ユニオンナット７０の内側フランジ７２によって、全円周に亘って均一に伝達されると特に有利である。結果としてシール材が不要な、ポート要素３０の端面３４，３５での密閉は、互いに連結された部品の接合箇所を流体が貫通することを防止する。現存する継ぎ目を閉じる、あるいは減少させるのに役立つ面圧力の増加は、密閉のさらなる改善を可能にするので、高圧噴射系統１は、さらに高い流体圧で運転できる。
【００２３】
図４（ａ）は、ポート要素と入口バルブの好ましい実施形態の長さ方向の断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に描かれた中空軸が設けられた入口バルブの拡大図である。
【００２４】
図５（ａ）は、中央に配置された入口バルブを有する図１のポート部分である。図５（ｂ）は、図１のプランジャシリンダ２１の、ポート部分に面する端面である。
【００２５】
図６（ａ）は、横方向に偏った入口バルブを有するポート部分を示す図である。図６（ｂ）は、図４（ａ）のプランジャシリンダ２１０の、ポート部分に面する端面を示す図である。
【００２６】
面圧力の増加は、図４（ａ）および６（ａ）に示される好ましい設計のポート要素３００によって、有利に得られる。面圧力の増加は、互いに連結される部品の接合面を減少することによって得られる。図４（ａ）および６（ａ）に示されるように、ポート要素３００の端面３４０，３５０に設けられる接合面が好ましく減少される。このことは、例えば、ポート要素に、好ましくは端面３４０，３５０の縁に、環状の溝３０５，３０６を刻むことによってなされる。明らかに、隣接する部品１５，２１の端面もまた、相応じて加工される。図７は、図５（ｂ）のプランジャシリンダ２１の端面と、図６（ｂ）のプランジャシリンダ２１０の端面での面圧力の勾配を、共に示す図である。２つの異なるポート部分３０，３００の設計について、接合地点での面圧力の異なる勾配が、図７から分かる。ここにおいて、プランジャシリンダ２１，２１０の端面が、ポート要素３０，３００に応じて適合されていることが示されている。明確に高い面圧力と、このため、接合部分の向上された密閉が、好ましい設計のポート部分３００に得られている。
【００２７】
ポート要素３００の端面３４０，３５０の表面を減少させる際に、ポート３１，３２と、そこに設けられるバルブ３３が、当然に考慮されなければならない。これらの部品３１，３２，３３を、ポート要素３０の端面３４，３５の中心の方に、集中させる、あるいは移動させる（図６（ａ）参照）ことが、端面３４，３５に更に幅が広い溝３０５を作ることを可能にして、面圧力が更に増加されることを可能にする。
【００２８】
図４（ｂ）に示された入口ポート３１０の内側の入口バルブ３３０の配列は、入口バルブ３３０のための付加的なスペースが不要であるので、ポート要素３００のポート３１０，３２０を、更に有利に中心に置くことを可能にする。図５（ａ）と図６（ａ）のポート要素３０，３００の比較は、以下のことを更に示す。すなわち、入口バルブ３３０が設けられた入口ポート３１０の経路は、明らかに簡単にされて、その結果、ポート要素３００の製造コストの削減になる。
【００２９】
図４（ｂ）に示された入口バルブ３３０は、ポート３３２に設けられた中空軸３３１を有する。中空軸の内側室３３２、あるいは、入口バルブ３３０は、ラム３３４が支持面から切り離されるとすぐに、開口３３３によってプランジャシリンダ２１０の内側室２５０に接続される。そのため、プランジャ２４が下降するとき、流体がシリンダ室２５０の中に通って入ることができる。ラム３３４から離れた側に台部３３５を有する入口バルブ３３０は、上記台部が入口ポート３１０の筒状の拡張部３０７に挿入されたバルブバネ３３６によって上側に引張られているので、上述の高圧噴射系統とは無関係の他の噴出系統にも有利に用いることができる。
【００３０】
上述の高圧噴射系統には、異なるバルブも用いることができる。上記形成部分に設けられた出口バルブ１７の全て、あるいは一部を、ポート要素３０または３００に設けることもできる。
【００３１】
形成部分１５，１５０とプランジャシリンダ２１，２１０に関して、組立の容易さと正確な調整のために、ポート要素３０，３００に１つまたはそれ以上のピン８０が設けられていてもよい。図８に示されているピン８０は、形成部分１５，１５０と、ポート要素３０，３００と、プランジャシリンダ２１，２１０とに設けられた孔８１，８２，８３に挿入されている。
【００３２】
入口バルブ３１，３１０と出口バルブ３２，３２０を有するポート要素３０，３００のみが、図面に描かれている。しかしながら、本発明は、コモンレールとポート要素を経由せずに、例えば高圧ポンプ２０に直接接続されたラインを通って、燃料が高圧ポンプ２０に供給される系統にも用いることができる。
【００３３】
図２に示されるように、本発明による高圧噴射系統１は、種々の形式のコモンレールにおいて有利に用いることができる。ここに示されたコモンレール１０ａは、短縮された本体と、高圧出口１２０を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による高圧噴射系統の長さ方向の断面図であり、この高圧噴射系統はポート要素を有し、これによって高圧ポンプのプランジャシリンダがコモンレールに接続されている。
【図２】高圧出口１２０を有する好ましい短い設計のコモンレール１０ａを有する高圧噴射系統を示す図である。
【図３】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った高圧噴射系統の断面図である。
【図４】図４（ａ）は、ポート要素と入口バルブの好ましい実施形態の長さ方向の断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に描かれた中空軸が設けられた入口バルブの拡大図である。
【図５】図５（ａ）は、中央に配置された入口バルブを有する図１のポート部分である。図５（ｂ）は、図１のプランジャシリンダ２１の、ポート部分に面する端面である。
【図６】図６（ａ）は、横方向に偏った入口バルブを有するポート部分を示す図である。図６（ｂ）は、図４（ａ）のプランジャシリンダ２１０の、ポート部分に面する端面を示す図である。
【図７】図５（ｂ）のプランジャシリンダ２１の端面と、図６（ｂ）のプランジャシリンダ２１０の端面での面圧力の勾配を、共に示す図である。
【図８】付加的にピン８０が設けられたポート部分を示す図である。
【符号の説明】
１高圧噴射系統
１０コモンレール
１１圧力室
１３吸入ポート
１４吐出ポート
１５形成部分
１７出口バルブ
２０高圧ポンプ
２１プランジャシリンダ
３０ポート要素
３２出口ポート
３３入口バルブ
３４端面
３５端面

Claims

吐出室と出口側を有するプランジャシリンダ（２１，２１０）を有する高圧ポンプ（２０）と、
上記プランジャシリンダ（２１，２１０）の出口側に配置され、第１の端面（３４，３４０）および第２の端面（３５，３５０）と、上記端面（３４，３４０；３５，３５０）の間に延びると共に上記プランジャシリンダ（２１，２１０）の吐出室（２５，２５０）に連通する出口ポート（３２，３２０）と、出口バルブ（１７，３３０）の少なくとも一部とを備え、上記第１の端面（３４，３４０）が上記プランジャシリンダ（２１，２１０）に面しているポート要素（３０，３００）と、
上記ポート要素（３０，３００）の第２の端面（３５，３５０）に配置された高圧ライン要素（１０）とを備える内燃機関のための高圧噴射系統において、
上記高圧ライン要素（１０）は、突出した形成部分（１５，１５０）を有し、この形成部分（１５，１５０）は端面を有し、この端面に高圧シール面が形成されており、
上記プランジャシリンダ（２１，２１０）の出口側と、上記ポート要素（３０，３００）の第１および第２の端面（３４，３４０；３５，３５０）は高圧シール面を各々有し、上記第１の端面（３４，３４０）の高圧シール面は、上記プランジャシリンダ（２１，２１０）の出口側を圧迫すると共に、上記第２の端面（３５，３５０）の高圧シール面は、上記形成部分（１５，１５０）の端面の高圧シール面を圧迫しており、
上記ポート要素（３０，３００）は、ユニオンナット（７０）を含む固定要素によって、上記プランジャシリンダ（２１，２１０）と高圧ライン要素（１０）との間に締め付けられており、
上記ユニオンナット（７０）は、内部ねじ山（７１）と内部フランジ（７２）を有し、上記ねじ山（７１）と内部フランジ（７２）によって、上記ポート要素（３０，３００）を取り囲むと共に、上記プランジャシリンダを掴んで、外部ねじ山（１６）を有する高圧ライン要素（１０）の円筒状の形成部分（１５，１５０）に固定するように位置して形成されていることを特徴とする高圧噴射系統。
請求項１による高圧噴射系統（１）において、
上記高圧ライン要素（１０）は、上記形成部分（１５，１５０）を有するコモンレールを含むことを特徴とする高圧噴射系統。
請求項１または２による高圧噴射系統（１）において、
上記プランジャシリンダはシリンダ室を有し、上記吐出室（２５，２５０）は、上記プランジャシリンダ（２１，２１０）のシリンダ室内に配置されていて、かつ、出口側においてポート要素（３０，３００）の第１の端面（３４，３４０）によって境界が定義されていることを特徴とする高圧噴射系統。
請求項１乃至３のいずれか１つによる高圧噴射系統（１）において、ポート要素（３０，３００）は端面（３４，３４０；３５，３５０）の間に延びる入口ポート（３１，３１０）を有し、このポートは、一方が上記形成部分（１５，１５０）中の吸入ポート（１３）に接続されており、かつ、他方が高圧ポンプ（２０）の吐出室（２５，２５０）に接続されていることを特徴とする高圧噴射系統。
請求項４による高圧噴射系統（１）において、ポート要素（３００）の入口ポート（３１０）と出口ポート（３２０）との両方、あるいは一方には、バルブ（３３０）が設けられていて、このバルブは、ポンプ媒体を送るのに適した中空の軸と、それに接続する吐出開口を有することを特徴とする高圧噴射系統。
請求項１乃至５のいずれか１つによる高圧噴射系統（１）において、
上記ポート要素（３００）は、大径部分と、この大径部分の両端に位置する小径部分とを有し、上記ポート要素（３００）の小径部分の一方はプランジャシリンダ（２１，２１０）に接していると共に、上記ポート要素（３００）の小径部分の他方は円筒状の形成部分（１５，１５０）に接していることを特徴とする高圧噴射系統。
請求項１乃至６のいずれか１つによる高圧噴射系統（１）において、高圧ライン要素（１０）に隙間無く連結されたハウジング（４０）には、ハウジング内部室（４８）が設けられていて、この中に、高圧ポンプ（２０）と、その駆動装置（４１，４２）の少なくとも一部が配置されていて、ポンプ媒体が、上記駆動装置とポンプ構成要素の潤滑のために、ハウジング内部室（４８）に導かれることを特徴とする高圧噴射系統。
請求項７による高圧噴射系統において、移送ポート（４５）がハウジング（４０）の壁の中に設けられていて、この移送ポートは上記形成部分（１５，１５０）の中に収容されている吸入ポート（１３）に接続されていて、上記移送ポートでのポンプ媒体の流速は、調節要素（４７）に設けられたスロットル要素（４６）によって制御されることを特徴とする高圧噴射系統。
請求項１乃至８のいずれか１つによる高圧噴射系統において、プランジャシリンダ（２１０）と、ポート要素（３００）と、形成部分（１５０）には、孔（８１，８２，８３）が設けられていて、この孔に、部品（１５０，２１０，３００）の心合わせに供するピン（８０）が挿入されていることを特徴とする高圧噴射系統。
高圧ポンプ（２０）と、ハウジング（４０）と、高圧ポンプ（２０）の出口側に設けられた高圧ライン要素（１０）とを有する、請求項１乃至９のいずれか１つによる高圧噴射系統において、上記高圧ポンプ（２０）の吐出室（２５，２５０）に接続されたポンプ媒体のためのポート（４５）が、ハウジング（４０）の壁の中に設けられていて、上記ポートを通る流れの速度が、ハウジング（４０）に固定されて吸入スロットルバルブ（４６）と調節要素とを有する吸入スロットル要素によって調節されることを特徴とする高圧噴射系統。
請求項１乃至１０のいずれか１つによる高圧噴射系統のための高圧ライン要素（１０）であって、ポンプ媒体の貯蔵の役割を果たす圧力室（１１）を有し、この圧力室に高圧ポンプ（２０）によってポンプ媒体が送られ、かつ、上記圧力室から、内燃機関に挿入された噴射装置（２）にポンプ媒体が送られるようになっており、上記高圧ポンプ（２０）に接続され、かつ、吸入ポート（１３）と吐出ポート（１４）を有する少なくとも１つの円筒形の突出した形成部分（１５，１５０）を備え、この高圧ライン要素（１０）に収容されて吸入開口に至る吸入ポート（１３）を通って、上記形成部分に接続された高圧ポンプ（２０）にポンプ媒体を送ることが可能であり、かつ、上記形成部分（１５，１５０）と、この高圧ライン要素（１０）に同様に収容された吐出ポート（１４）とを通って、上記圧力室（１１）にポンプ媒体を送ることが可能であることを特徴とする高圧ライン要素。