JP4150091B2 - ピストン式内燃機関における燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各シリンダに対する噴射ポンプが一つの搬送通路を介して異なる貫流断面積を有する複数個の噴射ノズルに接続されているピストン式内燃機関のための燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置はドイツ特許出願公開第４２１３５５４号明細書で知られている。この装置の場合、各作動行程に対してまずあらかじめ小さな貫流断面積のノズルを介して少量の燃料が燃焼室に噴射される。続いて作動行程にとって必要な量の燃料が大きな貫流断面積を有する別のノズルを通して燃焼室に入れられる。従って負荷に関係して貫流断面積を変化することは行われておらず、また行うこともできない。
【０００３】
本発明は、定置形エンジンあるいは船舶エンジンとして利用される自動点火式に作動する大形ピストン式内燃機関の燃料噴射系統が全負荷に対して設計されているということを前提としている。即ち、噴射ノズルの必要な貫流断面積は必要な噴射容積および噴射圧力、噴射継続時間を介して決められている。しかしこの貫流断面積は燃料消費および有害物質の発生に関して比較的狭い負荷範囲においてしか最適化されていない。出力が減少されたとき、部分負荷特に無負荷運転の場合に各噴射過程で供給される燃料量は少なく、全負荷に合わせて設計された噴射ノズルは燃料の最適噴霧をもはや保証しなくなる。即ち燃料は比較的大きな液滴で噴射される。その場合、燃焼に用いられる時間は十分ではなく、液滴は完全に燃焼しない。これにより多量の黒煙を発生させるおそれが生ずる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、噴射過程をその都度の負荷範囲に良好に適合させることのできる簡単に構成された燃料噴射装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の手段によって解決される。
【０００６】
本発明によれば、ピストン式内燃機関の運転に対して、燃料噴射用に少なくとも二つの異なった貫流断面積を提供でき、それにもかかわらず唯一の噴射ポンプしか必要とされない。従ってピストン式内燃機関の構成には殆んど追加経費がかからない。種々の貫流断面積はそれぞれの負荷範囲に対して最適に設計が可能である。本発明に基づく燃料噴射装置は従って、通常の燃料噴射装置に比べて、小さな部分負荷範囲においても燃料の液滴を良好に噴霧でき、これによってきれいな燃焼が可能となる。
【０００７】
搬送通路がそれぞれ噴射ノズルに通じている部分通路に分岐され、その場合切換装置が部分通路に対する少なくとも一つの遮断要素を有していると有利である。
【０００８】
本発明の有利な実施態様においては、切換装置がそれぞれ各部分通路に対する遮断要素を有している。これらの遮断要素は全負荷運転あるいは部分負荷運転に対して選択的に作動させられるか、あるいは追加的に全負荷運転に対して前記遮断要素が前記各部分通路に共通に開状態となるように作動可能にされる。
【０００９】
本発明の他の有利な実施態様においては、切換装置は一方の部分通路に対する遮断要素を有し、この遮断要素のいずれの位置においても他方の部分通路が部分負荷の噴射ノズルに接続されている。この実施態様によれば可動部分を最小限にできる。
【００１０】
【実施例】
以下図面に示した実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１１】
図１の実施例の場合、シリンダにある二つの噴射ノズルに前置された切換装置のハウジング１が示されている。このハウジングは噴射ポンプの配管に対する入口２とこれに接続された搬送通路３とを有している。搬送通路３は二つの部分通路４、５に分岐しており、そのうちの一方の部分通路４は小さな貫流断面積の噴射ノズルに通じ、他方の部分通路５は大きな貫流断面積の噴射ノズルに通じている。各部分通路４、５は全体を符号６、７で示され、ここでは弁として形成されている遮断要素を有している。このために部分通路４、５は屈曲して形成され、その屈曲範囲にそれぞれ弁座８、９を有している。各遮断要素６、７は一端に弁座８、９と共働する円錐状の弁体１０、１１を有している。これらの弁体１０、１１はハウジング１内に気密に案内されている軸１２、１３に設けられている。これらの軸１２、１３の弁体１０、１１と反対側の端部にそれぞれピストン１４、１５が配置されている。各ピストン１４、１５は軸１２、１３に比べて大きな直径を有し、ハウジングカバー１６、１７の凹所の内部に気密に案内されている。各ピストン１４、１５に遮断要素６、７を開放位置に保持する働きをする復帰ぱね１８、１９が作用している。ピストン１４、１５の直径が大きくされていることにより、噴射圧力に比べて小さな制御圧力での作動を可能にしている。
【００１２】
各ハウジングカバー１６、１７にピストン１４、１５に通じている孔２０、２１が設けられている。これらの各孔２０、２１にそれぞれ圧油制御配管２２、２３が接続されている。各圧油制御配管２２、２３の先端に制御弁２４、２５が配置されている。各制御弁２４、２５はその一方の終端位置において圧油制御配管２２、２３を圧油供給配管２６、２７を介して圧油源２８に接続し、図１に示されている他方の終端位置において圧油制御配管２２、２３を無圧の戻り配管２９、３０に接続している。各制御弁２４、２５は制御ユニット３１を介して操作される。この制御ユニット３１は内燃機関で検出される負荷に関係した信号を制御弁２４、２５に対する制御信号に変換する。最も簡単な場合、制御ユニット３１は内燃機関にその都度供給される燃料量に比例した信号を受けとる。
【００１３】
図１は本発明に基づく装置を全負荷に対する状態で示している。ここでは圧油制御配管２２、２３は制御弁２４、２５を介して放圧され即ち無圧にされている。従って遮蔽要素６、７は復帰ばね１８、１９の作用下において開いているので、部分通路４、５を介して両方の噴射ノズルに燃料が供給される。内燃機関を中間負荷範囲で運転する必要のあるときには、各サイクルにおいて噴射される燃料量は減少される。その場合制御ユニット３１を介して制御弁２４が制御され、圧油制御配管２２を圧油供給配管２６に接続する。この結果、ピストン１４の背面に圧力が形成され、このピストンが遮断要素６を復帰ばね１８の作用に抗して閉鎖する。これによりシリンダは部分通路５を介して供給される大きな貫流断面積の噴射ノズルだけを介して燃料を受ける。内燃機関を無負荷運転する必要のあるときには、燃料量はもっと減少される。その場合、制御ユニット３１によって制御弁２５は圧油制御配管２３が圧油供給配管２７に接続されるように制御される。これによって遮断要素７が閉鎖する。同時に制御弁２４は圧油制御配管２２が放圧されるように制御される。従って遮断要素６が復帰ばね１８の作用下で開く。これにより部分通路４に接続されている小さな貫流断面積の噴射ノズルだけが燃料を受ける。
【００１４】
図１に示されている装置は、高い負荷範囲に対しては遮断要素７が、低い負荷範囲に対しては遮断要素６が択一的にしか開かれないように制御を単純化して設計することもできる。
【００１５】
各シリンダに対してそれぞれ切換装置６、７および制御弁２４、２５が設けられているが、内燃機関全体に対して唯一の制御ユニット３１および唯一の圧油源２８が設けられていれば十分である。
【００１６】
図２および図３の実施例においては、切換装置を収容しているハウジング３５が設けられている。このハウジング３５の中に搬送通路３６が設けられ、この搬送通路３６は噴射ポンプの搬送配管に接続されている。搬送通路３６は二つの部分通路３７、３８に分岐しており、そのうちの一方の部分通路３７は小さな貫流断面積の噴射ノズルに通じ、他方の部分通路３８は大きな貫流断面積の噴射ノズルに通じている。部分通路３８に対して直角に断面円形のスプールとして形成された遮断要素３９がハウジング３５の孔の中に気密に案内されている。遮断要素３９の両側端面４０、４１の前に圧油制御配管４２、４３が開口している。その場合、遮断要素３９の調整行程はエンドカラー４４、４５によって制限されている。遮断要素３９は周溝４６を有している。制御圧力が端面４１にかかっている位置において部分通路３８が周溝４６で開かれる。図２および図３は遮断要素３９のこの状態を示している。従って両方の部分通路３７、３８が開いた後、両方の噴射ポンプとも燃料を受ける。従ってその位置は全負荷運転に対して考慮されている。端面４１の前の空間内の圧力が消滅し、同時に端面４０の前の空間内に圧力が形成されると、遮断要素３９は、端面４１がエンドカラー４５に当接する他方の終端位置に移動する。これによって遮断要素３９は部分通路３８を閉鎖する。これにより小さな貫流断面積の噴射ノズルだけが燃料を受ける。この装置は唯一の可動部品を有するコンパクトな構造によって特徴づけられる。更にこれはより低い制御圧力を必要とするだけである。
【００１７】
図４および図５は類似した同一機能の装置を示している。ここでは切換装置に対するハウジング５０が設けられ、このハウジングは噴射ポンプに接続されている搬送通路５１を有している。搬送通路５１はこれに対して直角に延びる孔に通じ、この孔はスプールとして形成された断面円形の遮断要素５２を収容している。この孔から二つの部分通路５３、５４が分岐しており、その一方の部分通路は小さな貫流断面積の噴射ノズルに通じ、他方の部分通路は大きな貫流断面積の噴射ノズルに通じている。遮断要素５２の両側端面６４、６５の前にそれぞれ圧油制御配管５５、５６が開口している。遮断要素５２の調整行程は二つのエンドカラー５７、５８によって制限されている。
【００１８】
遮断要素５２は二つの終端位置においてそれぞれ搬送通路５１を部分通路５３に接続する二つの貫通孔５９、６０を有している。遮蔽要素５２の中に貫通孔５９に対して直角に別の孔６１が設けられている。この孔６１は貫通孔５９を大きな貫流断面積の噴射ノズル用の部分通路５４に接続する。更にハウジング５０にはガイド６２が設けられている。このガイド６２は、遮断要素５２の直線的な案内を保証するためにこの遮断要素５２の相応した溝に係合している。
【００１９】
これらの図には装置が全負荷に対する調整位置において示されている。従って噴射すべき燃料量は搬送通路５１を通って流れ、両方の分岐通路５３、５４に分岐するので、両方の噴射ノズルが燃料を受ける。この位置において遮断要素５２の端面６４に圧力がかかっている。内燃機関を小さな負荷で運転するか無負荷運転をすべきときには、端面６４の前の圧力は消滅し、端面６５が圧力で付勢される。その場合遮断要素５２は、貫通孔６０が搬送通路５１を小さな貫流断面積の噴射ノズルに対する部分通路５３にだけ接続する位置に移動される。
【００２０】
本発明は上述した図示の実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく燃料噴射装置の一実施例の概略断面図。
【図２】本発明に基づく燃料噴射装置の異なる実施例の概略断面図。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。
【図４】本発明に基づく燃料噴射装置の更に異なる実施例の断面図。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ線に沿う断面図。
【符号の説明】
１ 切換装置
３ 搬送通路
４ 部分通路
５ 部分通路
６ 遮断要素
７ 遮断要素
８ 弁座
９ 弁座
１０ 弁体
１１ 弁体
１４ ピストン
１５ ピストン

Claims (2)

1. 各シリンダに対する噴射ポンプが一つの搬送通路を介して異なる貫流断面積を有する複数個の噴射ノズルに接続され、前記搬送通路には、負荷に関係して制御して種々の大きさの貫流断面積を開けて燃料を噴射させるための切換装置が設けられ、かつ前記搬送通路は、それぞれ噴射ノズルに通じている部分通路に分岐され、前記切換装置は、前記部分通路に対する少なくとも一つの遮断要素を有し、さらに前記遮断要素は圧油によって制御され、遮断要素の制御圧力を発生する圧油源が、それぞれ圧油制御配管によって遮断要素に接続され、圧油が遮断要素に供給可能となるように構成されたピストン式内燃機関における燃料噴射装置であって、
   前記各圧油制御配管（22,23）は、それぞれ制御弁（24,25）の一つによって前記圧油源（28）からの圧油配管（26,27）の一つあるいは無圧の戻り配管（29,30）の一つに選択可能に接続され、
   前記各制御弁（24,25）は、内燃機関で検出され負荷に関係した信号を制御弁（24,25）に対する制御信号に変換する制御ユニット（31）を介して制御可能であり、
   前記切換装置は、次の構成、すなわち、２つの部分通路（4,5）に対してそれぞれ１つの遮断要素（6,7）が対応して設けられ、中間負荷領域では一方の遮断要素（7）が、低負荷または無負荷領域では他方の遮断要素（6）が、全負荷領域では両方の遮断要素（6,7）が、それぞれ開状態となるように選択的に作動する構成を備えたことを特徴とするピストン式内燃機関における燃料噴射装置。
2. 遮断要素（6,7）が弁として形成されていることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。

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