JP4142688B2 - 燃料注入装置 - Google Patents

Description

本発明は、二重ピストンポンプとして構成された燃料ポンプを有する燃料注入装置に関する。この燃料ポンプは、燃料を内燃機関の燃焼室内に注入するために燃料ポンプにそれぞれ割り当てられたインゼクタに供給される。注入の開始及び終了を制御するため、燃料ポンプによって供給された燃料が、ノズル針の断面を貫流する。この燃料は、開口部の力をノズル針で開口部方向に作用させる。燃料圧力が、二重ピストンポンプの供給特性に応じて注入の間に最高圧力に到達するまで上昇して再び低下する。

それ自体従来の技術である必要な構造の二重ピストンポンプは、２つのポンプピストンを有する。この場合、１つの制御ロッドが、各ポンプピストンに割り当てられている。それぞれのポンプピストンの供給の開始及び供給の終了が、ポンプピストンの回転によって制御可能である。このような二重ピストンポンプには、大きい供給量が小さい構造容量でも可能であるという利点がある。この従来の技術から公知の用途の場合、両ポンプピストンのうちの１つのポンプピストンのそれぞれが、供給の開始及び供給の終了を調整するために利用される。両ポンプピストンが、１本の共通の管に向かって並列に送られることによって、供給の開始前及び供給の終了後に制御されなかったポンプピストンによって供給された燃料分が、制御されたポンプピストンの制御孔を通じて排出制御される。

注入された燃料をより良好に噴射させるため、単一式ピストンポンプを有する注入システムで注入弁の開口部圧力をエンジンパラメータに応じて変化させることが、この従来の技術からさらに公知である。このような燃料注入システムは、例えば米国特許発明第4,403,585 号明細書から公知である。この燃料注入システムの場合、ノズル針保持力が、弁閉鎖バネに作用するピストンの液圧によって変化する。確かに注入の開始が、保持力の上昇と共により高い注入圧力に向かってシフトするものの、注入の開始の故意でないSPATへのシフトが、注入の開始のシフトにつながっている点が、このシステムの場合の欠点である。燃料注入弁が、燃料に対する異なる加圧横断面の結果として閉じている状態及び開いている状態で開口部圧力とレシート圧力との間に差を有する。それ故に、さらなるレシート圧力が、注入の開始後にノズル針にかかることによって、このレシート圧力が、針の幾何構造で決まる値によって上昇する。
米国特許発明第 4,403,585号明細書 ドイツ連邦共和国特許発明第 25 00 644号明細書

請求項１に記載の発明の課題は、二重ピストンポンプを有する燃料注入装置を注入工程に関して最適化することにある。

この課題は、供給の開始が二重ピストンポンプの第１ポンプピストンで調整ｓあれ、供給の終了が第２ポンプピストンで調整されることによって、特許請求の範囲に記載の特徴によって解決される。この場合、第２ポンプピストンが、供給の開始に対して第１ポンプピストンに先行し、第２ポンプピストンが、供給の終了に対して第１ポンプピストンに追従する。この場合、第１ポンプピストンの供給の開始前に第２ポンプピストンによって供給された燃料が、第１ポンプピストンに割り当てられた制御孔を通じて排出される。この場合、第２ポンプピストンの供給の終了後に第１ポンプピストンによって供給された燃料が、第２ポンプピストンに割り当てられた制御孔を通じて排出される。さらに、制御管が設けられている。この制御管は、全てのインゼクタの第１制御室に連結されていて制御圧力を発生させる。この制御圧力は、エンジン駆動パラメータに応じた注入の開始前の閉める方向に沿ってノズル針に作用する力を可変調整するための閉める方向に沿ってノズル針に作用する制御室に割り当てられたピストンの加圧を可能にする。

これにむすびつく射出の開始の変化を補正するため、制御ロッドが、制御管内で支配する圧力に応じて目的に合わせて調整される。制御ロッドのこの調整は、電動機を用いて例えば油圧式に又は電気式に実施できる。

好ましくは、制御管内にかかる制御圧力が、供給の開始を調整するポンプピストンの制御ロッドを調整するために直接利用される。

好ましくは、制御管内にかかる制御圧力が、駆動パラメータに応じて内燃機関の低い回転数時により高い回転数の時よりも高く調整される。低い回転数に対応する高い制御圧力が、第１ポンプピストン（７０）で方向FRUHの供給の開始の調整に対応する。高い回転数に対応する低い制御圧力が、方向SPATの供給の開始の調整に対応する。低い注入圧力時の注入が、この連結によって阻止される。同時に、開口部圧力の上昇につながる方向SPATの注入の開始のシフトが、方向FRUHのポンプピストンの供給の開始のシフトによって補正される。しかし基本的には、エンジン駆動要求に応じてこれと異なる制御も可能である。

従属請求項による別の構成では、別の制御管が設けられ得る。レシート圧力を上げるため、ノズル針に作用するレシート圧力が、この制御管によって注入の間に上昇する。圧力低下が供給の終了時に注入ノズルで発生する前に、ノズル針を閉まる方向に加圧するための排出制御圧力を利用するため、必要な制御圧力が、供給の終了を制御する二重ピストンポンプの第２ポンプピストンのポンプシリンダ内に配置されている１つの孔で低下され得る。

別の構成によれば、制御孔に連動する複数の制御縁部が、制御ロッドによって回転可能な第１ポンプピストンに付設されている。これらの制御縁部は、段差を段差を伴って形成されている。特に段差は、階段状に形成されている。段差の幅は、制御孔の直径よりも大きく設計されている。

好ましくは、制御ロッド（７１）は、制御縁部の段差状の構成に適合してステップ的に調整される。

特に、ステップ的に変化可能な制御圧力が、ステップ的に調整するための制御ロッド（７１）にかけることが可能である。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。

図１中には、２つのインゼクタ５を有する燃料注入装置が示されている。二重ピストンポンプ１が、これらのインゼクタ５に１つずつ割り当てられている。燃料ポンプ１のポンプピストン７０，７３がそれぞれ、カムによって駆動される。しかしながらこのカムは示されていない。注入管４内の圧力が、最高値に到達するまで燃料ポンプの供給特性に基づいて上昇し、次いで終わりに再び低下する。注入管４は、インゼクタ５の供給管６に連結されている。インゼクタ５は圧力制御されている。すなわち、注入が、燃料の圧力をノズル室１１に加えることによって制御される。この燃料の圧力は、ノズル針１２の束に作用する。この束は、環状リング面である。この環状リング面は、密閉嵌合直径(dichtenden Sitzdurchmesser)とノズル針との間にある。さらに図中には、制御管９が示されている。この制御管９は、この制御管９から分岐している第１制御管７及び第２制御管８を介して各インゼクタ５に連結されている。制御圧力が、制御室１３，１４に割り当てられているピストン１６，１７に作用する。注入前の第１制御室１３内にかかる制御圧力が、ノズル開口部圧力を上昇させる。特に制御圧力が、制御管９を通じて二重ピストンポンプ１の制御ロッド７１にもかかる。制御圧力は、供給の開始を調整して注入開始の調整をノズル開口部圧力の上昇によって補正するために制御ロッド７１に対して利用される。制御ロッドを例えばエンジンの駆動状況に応じて制御管９内で支配する圧力とは異なって調整できるようにするためには、制御管９内の制御圧力を制御ロッド用の調整装置に直接加えるのではなくて、独立した油圧回路又は電気回路を使用することが目的に合っている。場合によっては、制御信号が、この制御圧力から導き出され得る。この制御信号は、新しい電気制御値又は油圧制御値に変換される。適切な電気制御値又は油圧制御値を制御信号から生成するために、例えば電子的に記憶されたテーブルを使用してもよい。

制御圧力を生成する装置は、例えば圧力調整弁８３を制御するエンジン制御装置８２から構成される。例えばエンジンオイルが、制御液体として使用され得る。このエンジンオイルは、ポンプ８０によってエンジンオイルタンク８１から取り出される。

二重ピストンポンプ１は、ポンプシリンダ７２，７５を有する第１ポンプピストン７０及び第２ポンプピストン７３によって構成されている。制御ロッド７１，７７が、ポンプピストン７０，７３に割り当てられている。第１ポンプピストン７０は、本発明にしたがって供給の開始を制御するために利用され、第２ポンプピストン７３は、供給の終了を制御するために利用される。供給された燃料が、注入管４を通じてインゼクタ５のノズル室１１内に到達する。第１ポンプピストンの供給の開始が、例えば制御管９，７を通じて制御ロッド７１にかかる圧力によって内燃機関の低い回転数で方向FRUHに調整され、より高い回転数で方向SPATに調整される。制御ロッドのこの調整は、エンジンの駆動状況に応じてこの駆動状況と異なる制御を要求する。これに応じて、制御ロッド７１は、調整装置を有する必要がある。この調整装置は、制御管内で支配する圧力に関係なく制御可能である。第２ポンプピストン７３は、供給の開始に対して第１ポンプピストン７０に先行してもよい。この場合、第１ポンプピストン７０の供給の開始前に第２ポンプピストン７３によって供給された燃料が、第１ポンプピストン７０に割り当てられた制御孔を通じて排出される。

レシート圧力 (Schliessdruck)を上げるため、燃料圧力又は別の制御液体が、注入の間に第２制御室１４及び第２制御管８を通じてインゼクタにさらにかかる。弁２０が、このインゼクタ５で使用される。この弁２０は、ノズル針１２の往復行程によって自動的に制御される。第２制御管８は、共通の制御管９から分岐させてもよいし又は制御管９から独立した図示しなかった、異なる圧力レベルを有する別の制御管に連結させてもよい。

図示したように、制御室１４が、制御管６０を介してポンプシリンダ７５の孔６１に連結され得る。制御管６０は、見やすさの理由から一部だけが示されている。圧力低下が、供給の終了時に注入ノズルで発生する前に、制御圧力が制御管６１内にかかるように、この孔は、ポンプシリンダ７５内に配置されている。レシート圧力が、この構成によってさらに上昇され得る。しかしながら制御管６０は、第２制御管８で代用してもよく、専らレシート圧力を調整するために使用される。

二重ピストンポンプの場合、図２中に示された段状の制御縁部１００を有するポンプピストン７０が、連続して延在する制御縁部を有するポンプピストンの位置で注入の開始を制御するために使用され得る。ノズル針の低い保持力の上昇と共に、上述したように、注入の開始が、都合悪く事後的にずれる。レシート力の変化によってノズル針１２で引き起こされる注入開始の変化を補正するため、及び、動作範囲に対して最適な注入開始時点を調整するため、ピストンポンプ７０の回転位置が、制御ロッド７１によって補正される。これに対して必要な制御ロッド７１が、任意の手段によって、例えば制御管９内にかかる制御圧力によって調整される。この制御圧力は、制御ロッド７１の制御ピストンに作用する。ポンプピストン７０が、制御ロッド７１をシフトさせることによって回転する。制御ロッド７１の制御ピストンが、増大する制御距離と共に上昇する力、例えばバネの力に逆らって作動する。その結果、特定の制御距離が、各制御圧力に割り当てられ得る。この制御距離は、ポンプピストン７０の特定の回転位置に相当する。

しかしながら、異なる理由が原因で、共通の制御管９に連結されている全ての二重ピストンポンプ１のポンプピストン７０が、正確に調整できないという可能性がある。その結果、インゼクタごとの望まない偏差が、注入の開始に発生する。制御開口部１０１と連動する制御縁部１００が、水平部分を有する段差によって構成されていることによって、調整誤差が発生しうる。円周方向に水平に延在しかつ軸線方向に互いにずれた複数の部分が、階段の段差のように配置されている。ポンプピストン７０の可能な限り小さい回転角度でそれぞれの次の段差に到達するように、１つの水平な段差から次の水平な段差への移行が特に実施される。目的に適した構成は、水平な部分とほぼ垂直な部分とを有する段差である。垂直は、ポンプピストンの長手軸線方向に延在することを意味する。

制御圧力も特定の段差で変化すると、この制御縁部の段差付けは特に好ましい。異なる二重ピストンポンプ１の供給の開始及び注入の開始が同じであるにもかかわらず、目標回転位置からのポンプピストン７０の回転位置の偏差が、許容誤差内で発生する。これらの許容偏差は、水平な部分が制御開口部１０１の直径に比べて大きい程大きい。

段差を付けた制御縁部１００によって実現可能な調整誤差の補正は、制御ロッド７１への加圧による説明した操作だけに関係しない。むしろ、この段差を付けた制御縁部１００は、制御ロッド７１を制御する別の手段にも関係して好適に使用可能である。

開口部圧力とレシート圧力とに適合可能なインゼクタを有する注入システムを示す。二重ピストン燃料ポンプが、これらのインゼクタに１つずつ割り当てられている。 段差状の制御縁部を有するポンプピストンを示す。このポンプピストンは、二重ピストン燃料ポンプで注入の開始をステップ状に調整するために使用できる。

符号の説明

１ 二重ピストンポンプ
４ 注入管
５ インゼクタ
６ 供給管
７ 制御管
８ 制御管
９ 制御管
１１ ノズル室
１２ ノズル針
１３ 制御室
１４ 制御室
１６ ピストン
１７ ピストン
２０ 弁
６０ 制御管
７０ ポンプピストン
７１ 制御ロッド
７２ ポンプシリンダ
７３ ポンプピストン
７４ 制御ロッド
７５ ポンプシリンダ
８０ ポンプ
８１ エンジンオイルタンク
８２ エンジン制御装置
８３ 圧力調整弁
１００ 制御縁部
１０１ 制御開口部

Claims (13)

1. １本の共通の管に向かって送られる平行な２つの制御縁部（１００）付きポンプピストン（７０，７３）を有する上昇する圧力及び低下する圧力下にある燃料を供給する少なくとも１つの二重ポンプピストンを備えた内燃機関の燃焼室内に燃料を注入する燃料注入装置にあって、これらの制御縁部は、それぞれ割り当てられたポンプピストン（７２，７５）内で制御開口部（１０１）と連動し、この場合、１つの制御ロッド（７１，７４）が、各ポンプピストン（７０，７３）に割り当てられていて、供給の開始及び供給の終了が、この制御ロッド（７１，７４）によって制御可能であり、この燃料注入装置は、注入の開始及び終了を制御するための各二重ピストンポンプ（１）に割り当てられた注入ノズル及びノズル針（１２）付きインゼクタ（５）をさらに有し、この場合、ノズル針（１２）は、注入の停止中に閉まる方向に沿ってノズル針（１２）で作用する力によって設備の閉まる位置内で弁座に保持され、この場合、二重ピストンポンプ（１）によって供給されて開口部方向に指向された力を発生する燃料が、ノズル針（１２）に流入可能であり、この場合、この開口部方向に指向された力が、閉まる方向に指向された力を超えた時に、注入が開始する燃料注入装置において、供給の開始が、第１ポンプピストン（７０）で調整可能であり、供給の終了が、第２ポンプピストン（７３）で調整可能であり、この場合、第２ポンプピストン（７３）が、供給の開始に対して第１ポンプピストン（７０）に先行し、第２ポンプピストン（７３）が、供給の終了に対して第１ポンプピストン（７０）に追従し、この場合、第１ポンプピストン（７０）の供給の開始前に第２ポンプピストン（７３）によって供給された燃料が、第１ポンプピストン（７０）に割り当てられた制御開口部（１０１）を通じて排出され、この場合、第２ポンプピストン（７３）の供給の終了後に第１ポンプピストン（７０）によって供給された燃料が、第２ポンプピストン（７３）に割り当てられた制御開口部を通じて排出されること、第１制御管（７）がさらに設けられていて、この第１制御管（７）は、全てのインゼクタ（５）の第１制御室（１３）に連結されていてかつ制御圧力を既に調整し、この制御圧力は、エンジン駆動パラメータに応じた注入の開始前の閉める方向に沿ってノズル針（１２）に作用する力を可変調整するための閉める方向に沿ってノズル針（１２）に作用する制御室（１３）に割り当てられたピストン（１６）の加圧を可能にすること、及び、これによって引き起こされる注入の開始の変化を補正するため、供給の開始を調整する第１ポンプピストン（７０）の制御ロッド（７１）が調整されることを特徴とする燃料注入装置。
2. 制御ロッド（７１）は、制御管（７）内で支配する圧力に応じて調整されることを特徴とする請求項１に記載の燃料注入装置。
3. 制御ロッド（７１）を調整するため、制御管（７）内で発生している制御圧力が、制御ロッド（７１）の制御ピストンにかかることを特徴とする請求項２に記載の燃料注入装置。
4. 制御管（７）内にかかる制御圧力が、駆動パラメータに応じて内燃機関の低い回転数時により高い回転数の時よりも高く調整されること、高い制御圧力が、方向fruhの供給の開始を調整する制御ロッド（７１）の調整に対応すること、及び、低い制御圧力が、方向spatの供給の終了を調整する制御ロッド（７１）の調整に対応することを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料注入装置。
5. 第２制御管（８又は６０）が設けられていて、この第２制御管（８又は６０）は、第２制御圧力を既に調整し、この第２制御圧力は、注入の開始後及び終了前のエンジン駆動パラメータに応じた閉まる方向に沿ってノズル針（１２）に向かって作用する力を可変調整するための第２制御室（１４）に割り当てられてノズル針（１２）に向かって閉まる方向に沿って作用するピストン（１７）の加圧を可能にすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料注入装置。
6. 第１制御管（７）は、少なくとも２つのインゼクタに共通の１本の制御管（９）から分岐することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料注入装置。
7. 第２制御管（８）は、制御管（９）から分岐することを特徴とする請求項６に記載の燃料注入装置。
8. 第２制御管（６０）は、供給の終了を調整する第２ポンプピストン（７３）のポンプシリンダ（７５）の孔（６１）に連結されていて、この場合、供給の終了時時の圧力低下が、注入ノズルのノズル室（１１）で発生する前に、排出制御圧力が、制御管（６０）内で発生するように、この孔（６１）は配置されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料注入装置。
9. 制御孔（１０１）に連動する円周上の複数の制御縁部（１００）が、第１ポンプピストン（７０）に付設されていること、供給の開始を制御する第１ポンプピストン（７０）が、制御ロッド（７１）によって調整可能であること、及び、段差を付けた制御縁部（１００）が、水平部分によって形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料注入装置。
10. 段差は、ほぼ垂直な移行部分を有して階段状に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の燃料注入装置。
11. 水平な段差部分は、制御開口部（１０１）の直径よりも大きいことを特徴とする請求項９又は１０に記載の燃料注入装置。
12. 制御ロッド（７１）は、制御縁部（１０１）の段差状の構成に適合してステップ的に調整されることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の燃料注入装置。
13. ステップ的に可変な制御圧力が、ステップ的に調整する制御ロッド（７１）に加圧可能であることを特徴とする請求項１２に記載の燃料注入装置。

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