JP3887583B2 - Fuel injection device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
明細書および特許請求の範囲を理解しやすくするために、以下に幾つかの概念を説明する:本発明による燃料噴射装置は行程制御式に形成されていてもよいし、圧力制御式に形成されていてもよい。本発明の枠内では、行程制御式の燃料噴射装置とは、噴射開口の開閉が、ノズル室内の燃料圧と制御室内の燃料圧との液圧的な協働に基づき移動可能なノズルニードルによって行われることを意味している。制御室の内部の圧力低下はノズルニードルの持上りを生ぜしめる。択一的には、ノズルニードルの変位が作動部材(アクチュエータ)によって行われてよい。本発明による圧力制御式の燃料噴射装置では、インジェクタのノズル室内に形成された燃料圧によって、ノズルニードルが閉鎖力(ばね)の作用に抗して運動させられ、これによって、噴射開口が、ノズル室からシリンダ内への燃料の噴射のために開放される。ノズル室からシリンダ内に流出する燃料に付与された圧力が噴射圧と呼ばれるのに対して、システム圧とは、燃料噴射装置の内部に提供されているかもしくは蓄えられている燃料に付与された圧力を意味している。燃料調量とは、ノズル室に燃料を調量弁によって供給することを意味している。組み合わされた燃料調量では、種々異なる噴射圧を調量するために、1つの共通の弁が使用される。ポンプ・ノズルユニット(PDE)では、噴射ポンプとインジェクタとが1つのユニットを形成している。シリンダ1つにつき、このような形式のユニットがシリンダヘッドに組み付けられ、タペットを介して直接的にまたはロッカアームを介して間接的にエンジンカムシャフトによって駆動される。ポンプ・管路・ノズルシステム(PLD)は同じ方法に基づき作業する。ここでは、高圧管路がノズル室またはノズルホルダにまで通じている。
【0003】
高い最大の噴射圧と線形の増圧とによってエミッションを低減するためには、PDEまたはPLDが使用される。さらに、噴射圧がエンジンの回転数と負荷とに無関係であり、特性マップで可変に調整することができると有利であると分かった。また、多段噴射も有利である。したがって、コモンレールシステム(CRS)が使用される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の燃料噴射装置を改良して、CRSのフレキシブルな多段噴射および圧力調整の利点と、PDEの高い噴射圧および線形の増圧の利点とを組み合わせることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、内燃機関の燃料噴射装置において、燃料を圧縮するためのポンプ・ノズルユニットまたはポンプ・管路・ノズルシステムの、各インジェクタに対応配置された少なくとも1つの局所的なポンプエレメントと、インジェクタに接続されている中央の蓄圧器とが設けられており、該蓄圧器と別個にポンプエレメントが、インジェクタに通じる圧力管路に接続されており、該圧力管路への蓄圧器の接続管路が、逆止弁と、該逆止弁に対して並列に接続された絞りとを有しているようにした。
【0006】
【発明の効果】
本発明によれば、行程制御式のインジェクタに接続された蓄圧器によって、いつでも噴射を行うことができることが保証される。このことは、たとえばフィルタ・触媒システムの再生のために重要である。さらに、本発明による燃料噴射装置はパイロット噴射とポスト噴射とを実現することができる。この場合、両噴射はカム行程と無関係であってよい。増圧のためには、高い圧力の利点と線形の増圧の利点とを使用するために、PDE/PLDエレメントが使用される。本発明による燃料噴射装置では噴射圧が調整可能であり、この噴射圧を特性マップにおいてエンジンの要求に適合させることができる。装置的な構造の軽減のためには、蓄圧器の充填がPDE/PLDエレメントによって達成され得る。
【0007】
蓄圧器の充填がポンプエレメントと絞りとを介して行われると、損失量が生ぜしめられる。この損失量を回避するためには、ポンプエレメントによる増圧の間に(すなわち噴射の間でも)インジェクタへの接続を遮断する充填弁が提案される。ポンプエレメントの圧送の終了後、インジェクタへの接続が再び形成される。蓄圧器の充填は、主として、インジェクタ容積の、システム内の損失量として生ぜしめられた逃がし量から達成される。
【0008】
充填弁が、すでにシステムに設けられた逆止弁と組み合わされ、これによって、装置的な費用が不要に増加させられないないと特に有利である。基本的には、充填弁は別個の弁として形成されてもよいし、システムの別の弁と組み合わされてもよいし、必要な場合にはアクチュエータによって操作されてもよい。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【0010】
各シリンダには、ポンプ・ノズルユニット(PDE)またはポンプ・管路・ノズルシステム(PLD)が対応配置されている。各ポンプ・ノズルユニットはポンプエレメント1とインジェクタ2とから形成されている。エンジンシリンダあたり1つのポンプ・ノズルユニットがシリンダヘッドに組み付けられている。ポンプエレメント1はタペットを介して直接的にまたはロッカアームを介して間接的にエンジンカムシャフトによって駆動される。電子的な調整装置によって、噴射される燃料の量(噴射経過)に適切に影響を与えることが可能となる。図1に示した行程制御式の燃料噴射装置3の第1実施例では、低圧ポンプ4が燃料5をストックタンク6から圧送管路7を介してポンプエレメント1にまで圧送する。制御弁8はポンプエレメント1のポンプ室9を充填するために働く。高圧発生は、制御弁8が閉鎖された状態でカム行程の間に行われる。これによって、増圧が開始され、圧力下にある燃料が逆止弁10を介してインジェクタ2にまで案内される。
【0011】
噴射は燃料調量を介して、一方の端部に円錐形の弁シール面12を備えた、案内孔内で軸方向に移動可能なノズルニードル11によって行われる。このノズルニードル11の弁シール面12は、インジェクタハウジングに設けられた弁座面と協働する。インジェクタハウジングの弁座面には噴射開口が設けられている。ノズル室13と制御室14とが形成されている。ノズル室13の内部では、ノズルニードル11の開放方向に向けられた受圧面が、ノズル室13に形成された圧力にさらされている。この圧力は圧力管路15を介してノズル室13に供給される。さらに、圧縮ばね16に対して同軸的にノズルニードル11にプランジャ17が作用している。このプランジャ17は、弁シール面12とは反対の側の端面18で制御室14を仕切っている。この制御室14は、燃料圧接続部から延びる、絞り19を備えた流入通路と、放圧管路もしくは絞り20に向かって延びる、弁ユニット21によって制御される流出通路とを有している。制御室14内の圧力を介してプランジャ17は閉鎖方向で圧力負荷される。弁ユニット21の操作時には、制御室14内の圧力が減少させられ得るので、この結果、開放方向でノズルニードル11に作用するノズル室13内の圧力が、閉鎖方向でノズルニードル11に作用する押圧力を上回る。弁シール面12が弁座面から持ち上がり、燃料が噴射される。この場合、制御室14の放圧過程ひいてはノズルニードル11の行程制御には第1の絞り19と第2の絞り20との寸法設定を介して影響を与えることができる。噴射の終了は弁ユニット21の新たな操作(閉鎖)によって導入される。この操作は制御室14を再び漏れ管路22から遮断するので、制御室14内には再び、ノズルニードル11を閉鎖方向に運動させることができる圧力が形成される。
【0012】
さらに、インジェクタ2は逆止弁23と絞り24とを介して、インジェクタ全てのために設けられた中央の蓄圧器25に接続されている。この蓄圧器25は噴射の間に絞り24を介して充填される。噴射圧からレール圧へのインジェクタ領域での燃料の逃がし時に生ぜしめられる燃料の逃がし量は絞り24を介して蓄圧器25に供給される。
【0013】
蓄圧器25はインジェクタ2にポンプエレメント1とは無関係に燃料を供給することができる。噴射と、フレキシブル(flexibl)な多段噴射と、噴射経過形成とは常に可能である。弁ユニット21と制御弁8との制御時間を変化させることによって、噴射圧経過に種々異なった形式で影響を与えることができる。たとえばブーツ型噴射は、まずブーツ段階においてレール圧で燃料噴射されることによって可能となる。その後、ポンプ室9内の増圧が噴射の間に制御され、増圧と、高い圧力を伴った第2の噴射段階とが行われる。方形の噴射経過は、増圧がまず促進させられ、この増圧が行われた後、インジェクタ2が噴射に関連して制御されることによって形成される。
【0014】
さらに、噴射圧はエンジンの要求に適合させることができる。このことは、種々異なる形式で行うことができる。噴射時には、インジェクタが増圧の開始後まだ若干の時間閉鎖されたままである。これによって、高い圧力が堰き止められる。その後、この圧力下で噴射が行われる。しかし、この場合、ブーツ型噴射はもはや不可能である。レール圧が上昇させられ得る。これによって、より高いベース圧が生ぜしめられる。このことは、噴射全体をより高い圧力レベルに移動させる。この場合、1つの噴射経過形成の可能性、たとえばブーツ型噴射は維持されたままである。
【0015】
絞り24を介した、蓄圧器25を充填するための充填量が十分でない場合には、逃がし制御量(Absteuermenge)を増加させるために、インジェクタ2に設けられた局所的な蓄圧器または増加させられたインジェクタ・管路容積が使用され得る。また、別個の高圧ポンプ26(図2参照)が燃料噴射装置27に設けられていてもよい。
【0016】
図3〜図6に示したように、たとえば燃料噴射装置3に使用された絞り24(図1参照)の代わりに、組み合わされた充填弁/逆止弁を燃料噴射弁に形成することができる。
【0017】
この構成の第1の構造において、図3には、燃料噴射装置3と比較して、ポンプエレメント29と、制御弁30と、インジェクタ31とを備えた燃料噴射装置28が示してある。インジェクタ31は、組み合わされた充填弁/逆止弁32を介して蓄圧器33に接続されている。充填弁/逆止弁32はインジェクタ31から蓄圧器33への接続を調整する。ポンプエレメント29が作業していない場合には、充填弁/逆止弁32は第1の切換位置に位置している。ポンプエレメント29からインジェクタ31への流れ接続は中断されており、蓄圧器33が、規定された圧力の燃料をインジェクタ31に供給している。
【0018】
ポンプエレメント29の圧送時には、充填弁/逆止弁32は第2の切換位置に位置している。蓄圧器33からインジェクタ31への流れ接続は中断されており、ポンプエレメント29からインジェクタ31への流れ接続は開放されている。
【0019】
充填弁/逆止弁32は逆止弁のための球座34を有している。この球座34はポンプの圧送時に開放する。さらに、蓄圧器33への接続のためのスプールシール部が設けられている。このスプールシール部は球座34の開放時に閉鎖されている。
【0020】
図4には、燃料噴射装置36の、組み合わされた充填弁/逆止弁35の別の構成が示してある。ここでは、逆止弁が円錐座37として形成されている。弁ピストンの開放時には平座38が閉鎖され、したがって、蓄圧器への接続が中断される。
【0021】
図5によれば、燃料噴射装置40の充填弁/逆止弁39が、この充填弁/逆止弁39に対して共通の弁球41を備えて形成されている。弁球41の開放時には弁座42が開放され、弁座43は閉鎖される。
【0022】
ポンプエレメント圧送の終了後に増圧に影響を与えるためには、燃料噴射装置45の絞り44が設けられている(図6参照)。ポンプエレメント圧送の終了後、ゆっくりとした減圧が生ぜしめられる。この減圧の間、高い圧力を伴ったポスト噴射を実現することができる。このポスト噴射はカム圧送範囲外に位置している。これによって、メイン噴射とポスト噴射との間の圧力ピークを回避することができる。この圧力ピークは、ノズルニードルがポンプエレメント圧送の間に液圧的に制御されて開放位置から閉鎖位置に運動させられる場合に生ぜしめられる。逆止弁46は、絞られることなしにインジェクタに燃料を蓄圧器から供給するために働く。ポンプエレメントとインジェクタとの間の任意の箇所に配置可能な逆止弁46は、蓄圧器と充填弁/逆止弁39との間に直接配置することもできる。弁ユニット47と制御弁48との制御時間を変化させることによって噴射経過に影響を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の燃料噴射装置を示す図である。
【図2】付加的な高圧ポンプを備えた第2の燃料噴射装置を示す図である。
【図3】組み合わされた充填弁/逆止弁を備えた第3の燃料噴射装置を示す図である。
【図4】組み合わされた別の充填弁/逆止弁を備えた第4の燃料噴射装置を示す図である。
【図5】組み合わされた別の充填弁/逆止弁を備えた第5の燃料噴射装置を示す図である。
【図6】組み合わされた別の充填弁/逆止弁を備えた第6の燃料噴射装置を示す図である。
【符号の説明】
1 ポンプエレメント、 2 インジェクタ、 3 燃料噴射装置、 4 低圧ポンプ、 5 燃料、 6 ストックタンク、 7 圧送管路、 8 制御弁、 9 ポンプ室、 10 逆止弁、 11 ノズルニードル、 12 弁シール面、 13 ノズル室、 14 制御室、 15 圧力管路、 16 圧縮ばね、 17 プランジャ、 18 端面、 19 絞り、 20 絞り、 21弁ユニット、 22 漏れ管路、 23 逆止弁、 24 絞り、 25 蓄圧器、 26 高圧ポンプ、 27 燃料噴射装置、 28 燃料噴射装置、 29 ポンプエレメント、 30 制御弁、 31 インジェクタ、 32 充填弁/逆止弁、 33 蓄圧器、 34 球座、 35 充填弁/逆止弁、 36 燃料噴射装置、 37 円錐座、 38 平座、 39 充填弁/逆止弁、40 燃料噴射装置、 41 弁球、 42 弁座、 43 弁座、 44 絞り、 45 燃料噴射装置、 46 逆止弁、 47 弁ユニット、 48 制御弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In order to facilitate understanding of the specification and claims, the following concepts are described: The fuel injection device according to the present invention may be formed in a stroke control type or a pressure control type. It may be. Within the framework of the present invention, a stroke-controlled fuel injection device is a nozzle needle whose opening and closing of the injection opening is movable based on hydraulic cooperation between the fuel pressure in the nozzle chamber and the fuel pressure in the control chamber. It means to be done. The pressure drop inside the control chamber causes the nozzle needle to lift. Alternatively, the displacement of the nozzle needle may be performed by an actuating member (actuator). In the pressure-controlled fuel injection device according to the present invention, the nozzle needle is moved against the action of the closing force (spring) by the fuel pressure formed in the nozzle chamber of the injector. Open for fuel injection from the chamber into the cylinder. The pressure applied to the fuel flowing out from the nozzle chamber into the cylinder is called the injection pressure , whereas the system pressure is the pressure applied to the fuel provided or stored in the fuel injection device. Means. Fuel metering means that fuel is supplied to the nozzle chamber by a metering valve. In combined fuel metering, one common valve is used to meter different injection pressures. In the pump / nozzle unit (PDE), the injection pump and the injector form one unit. For each cylinder, a unit of this type is assembled to the cylinder head and driven by the engine camshaft either directly via a tappet or indirectly via a rocker arm. The pump / line / nozzle system (PLD) works in the same way. Here, the high-pressure line leads to the nozzle chamber or the nozzle holder.
[0003]
PDE or PLD is used to reduce emissions by high maximum injection pressure and linear boost. Furthermore, it has been found that it is advantageous if the injection pressure is independent of the engine speed and load and can be variably adjusted in the characteristic map. Multistage injection is also advantageous. Therefore, a common rail system (CRS) is used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to improve the fuel injection system of the type mentioned at the outset by combining the advantages of CRS flexible multistage injection and pressure regulation with the advantages of high PDE injection pressure and linear pressure increase. is there.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, according to the configuration of the present invention, in a fuel injection device for an internal combustion engine, at least one of a pump / nozzle unit or a pump / pipe / nozzle system for compressing fuel is disposed corresponding to each injector. One of the local pump element, and is a central pressure accumulator is provided which is connected to the injector, accumulating divider and separate pump element is connected to the pressure line leading to the injector, the pressure tube The connecting line of the pressure accumulator to the passage has a check valve and a throttle connected in parallel to the check valve.
[0006]
【The invention's effect】
According to the invention, it is ensured that injection can be performed at any time by means of a pressure accumulator connected to a stroke-controlled injector. This is important, for example, for the regeneration of the filter and catalyst system. Furthermore, the fuel injection device according to the present invention can realize pilot injection and post injection. In this case, both injections may be independent of the cam stroke. For boosting, PDE / PLD elements are used to use the advantages of high pressure and linear boosting. In the fuel injection device according to the present invention, the injection pressure can be adjusted, and this injection pressure can be adapted to the requirements of the engine in the characteristic map. For the reduction of the device structure, the filling of the pressure accumulator can be achieved by the PDE / PLD element.
[0007]
When the pressure accumulator is filled via the pump element and the throttle, a loss is generated. In order to avoid this amount of loss, a filling valve is proposed which shuts off the connection to the injector during boosting by the pump element (ie even during injection). After the pump element has been pumped, the connection to the injector is formed again. Filling the accumulator is accomplished primarily from the amount of relief generated as a loss in the system of the injector volume.
[0008]
It is particularly advantageous if the filling valve is combined with a check valve already provided in the system, whereby the equipment costs are not increased unnecessarily. Basically, the filling valve may be formed as a separate valve, combined with another valve of the system, or operated by an actuator if necessary.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the following, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0010]
Each cylinder is provided with a pump / nozzle unit (PDE) or a pump / pipe / nozzle system (PLD). Each pump / nozzle unit is formed of a pump element 1 and an injector 2. One pump / nozzle unit per engine cylinder is assembled to the cylinder head. The pump element 1 is driven by the engine camshaft directly via a tappet or indirectly via a rocker arm. The electronic adjustment device can appropriately affect the amount of fuel to be injected (injection progress). In the first embodiment of the stroke control type fuel injection device 3 shown in FIG. 1, the low-pressure pump 4 pumps the
[0011]
Injection is effected via a fuel metering by a
[0012]
Furthermore, the injector 2 is connected via a
[0013]
The
[0014]
Furthermore, the injection pressure can be adapted to the engine requirements. This can be done in different ways. At the time of injection, the injector remains closed for some time after the start of pressure increase. This dams up high pressure. Thereafter, injection is performed under this pressure. In this case, however, boot-type injection is no longer possible. Rail pressure can be increased. This creates a higher base pressure. This moves the entire injection to a higher pressure level. In this case, the possibility of forming one injection course, for example, boot-type injection, is maintained.
[0015]
If the filling amount for filling the
[0016]
As shown in FIGS. 3 to 6, for example, instead of the throttle 24 (see FIG. 1) used in the fuel injection device 3, a combined filling valve / check valve can be formed in the fuel injection valve. .
[0017]
In the first structure of this configuration, FIG. 3 shows a
[0018]
When the
[0019]
The fill /
[0020]
FIG. 4 shows another configuration of the combined fill /
[0021]
According to FIG. 5, the filling valve /
[0022]
In order to influence the pressure increase after the pump element pumping is completed, a
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a first fuel injection device.
FIG. 2 shows a second fuel injection device with an additional high pressure pump.
FIG. 3 shows a third fuel injector with a combined fill valve / check valve.
FIG. 4 shows a fourth fuel injector with another combined fill / check valve.
FIG. 5 shows a fifth fuel injector with another combined fill / check valve.
FIG. 6 shows a sixth fuel injector with another combined fill / check valve.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pump element, 2 Injector, 3 Fuel injection apparatus, 4 Low pressure pump, 5 Fuel, 6 Stock tank, 7 Pressure feed line, 8 Control valve, 9 Pump chamber, 10 Check valve, 11 Nozzle needle, 12 Valve seal surface, 13 nozzle chamber, 14 control chamber, 15 pressure line, 16 compression spring, 17 plunger, 18 end face, 19 throttling, 20 throttling, 21 valve unit, 22 leakage pipe, 23 check valve, 24 throttling, 25 accumulator, 26 High Pressure Pump, 27 Fuel Injection Device, 28 Fuel Injection Device, 29 Pump Element, 30 Control Valve, 31 Injector, 32 Filling Valve / Check Valve, 33 Pressure Accumulator, 34 Ball Seat, 35 Filling Valve / Check Valve, 36 Fuel injector, 37 conical seat, 38 flat seat, 39 filling valve / check valve, 40 fuel injector, 41 valve ball, 42 valve seat, 43
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