JP4219415B2 - 内燃機関用の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

背景技術：
本発明は、請求項１に記載した形式の内燃機関用の燃料噴射装置に関する。
専門誌“ｍｏｔ Ｎｏ．１３／１９９７，１９９７年６月７日刊行、第６２頁収録”に基づいて公知になっている前記形式の内燃機関用の燃料噴射装置では燃料高圧フィードポンプが貯蔵タンクから、高圧下にある燃料を高圧集合室（Common Rail＝分配レール）に充填する。殊に１本の分配レールによって形成された前記高圧集合室から全ての噴射導管が個々の燃料噴射弁に達している。その場合、燃料高圧フィードポンプには、前置低圧フィードポンプによって燃料貯蔵タンクから燃料が供給され、前記の前置低圧フィードポンプは燃料を低圧導管系を介して燃料高圧フィードポンプのポンプ作業室へ圧送する。その場合、公知の燃料噴射装置では燃料高圧フィードポンプの高圧吐出量を制御するために、低圧導管系内に制御弁が配置されている。それに伴って該制御弁は、低圧圧送導管から燃料高圧フィードポンプのポンプ作業室への流量を制御し、しかも該低圧圧送導管のポンプ側部分から１本の高圧導管が高圧集合室へ達している。ところで燃料高圧フィードポンプの高圧吐出量は、燃料高圧フィードポンプの吐出ストローク段階中に、ポンプ作業室から出ている導管部分と低圧導管系との間のオーバーフロー横断面を閉鎖することによって調整される。前置低圧フィードポンプはその場合ポンプ作業室に間断無く燃料を連続供給し、該燃料は低圧導管系内で先ず制御弁を通過する。燃料高圧フィードポンプの吐出ストローク運動開始時には制御弁は開かれているので、ポンプ作業室内に在る燃料の一部分が先ず低圧導管系内へ押し戻される。燃料高圧フィードポンプで高圧吐出を行なおうとする場合、制御弁が低圧導管系へのオーバーフロー横断面を閉鎖するので、今度は燃料高圧フィードポンプの吐出ストローク運動のその後の経過中にポンプ作業室内では燃料高圧が増成され、該高圧燃料は圧送導管を介して高圧集合室へ移送される。その場合高圧吐出量の制御は、前記制御弁によるポンプ作業室から低圧導管系へのオーバーフロー横断面の閉鎖時点を介して行なわれ、その場合、制御弁が前記オーバーフロー横断面を閉鎖する時点が遅くなるに応じて高圧吐出量は減少し、またその逆に制御弁が前記オーバーフロー横断面を閉鎖する時点が速くなるに応じて高圧吐出量は増大する。
その場合しかしながら内燃機関用の公知の燃料噴射装置は、前置低圧フィードポンプによって圧送される全燃料吐出量が先ず燃料高圧フィードポンプのポンプ作業室内へ流入し、次いで少なくとも部分的に該燃料高圧フィードポンプのポンプ作業室から再び低圧導管系内へ押し戻されるという欠点を有している。これに伴って、燃料高圧フィードポンプのポンプ作業室からの前記燃料の初期押出し時に、燃料の無駄な質量運動が惹起されて、燃料高圧フィードポンプの効率を余計に低下させることになる。
発明の効果
背景技術に対比して、請求項１の特徴部に記載した構成手段を有する本発明による内燃機関用の燃料噴射装置は、前置低圧フィードポンプが、燃料高圧フィードポンプのポンプ作業室に事実上、瞬間的に必要とされる燃料量しか充填しないので、燃料高圧フィードポンプのポンプピストンの無駄な付加的な押し退け作業を回避することができるという利点を有している。その場合、燃料高圧フィードポンプのポンプ作業室への、この必要に即した吐出流量の充填は、前置低圧フィードポンプによって充填される低圧回路内に設けた制御手段を介して、構造的に単純な方式で制御される。その場合低圧回路は、第１実施例では有利に３つの分枝回路部分に分割されており、この３つの分枝回路部分には共に、殊に電動式燃料フィードポンプとして構成された前置低圧フィードポンプによって燃料が充填される。その場合第１の分枝回路部分は、燃料高圧フィードポンプのポンプ作業室への圧送導管によって形成され、該圧送導管内には定圧弁が配置されている。第２の分枝回路部分は潤滑油導管を形成し、該潤滑油導管は、燃料高圧フィードポンプのポンプ駆動装置の駆動機構を通流し、その通流時に該駆動機構室を潤滑しかつ冷却する。その場合この潤滑油導管は、流動方向で見てポンプ駆動機構の後方に殊に逆流絞り部を有し、かつ、第３の分枝回路部分を形成する戻し導管を介して貯蔵タンクへ達している。貯蔵タンクへの前記戻し導管内には、電気的な圧力制御弁、特に電磁弁が配置されている。この電気的な圧力制御弁は、燃料高圧フィードポンプへ通じる圧送導管内の定圧弁と相俟って制御手段を形成し、該制御手段を介して、燃料高圧フィードポンプのポンプ作業室の充填度が調整可能である。その場合、戻し導管内の電気的な圧力制御弁の保持圧もしくは最低開放圧は、燃料高圧フィードポンプへ通じる圧送導管内の定圧弁の開放圧よりも小さく構成されており、かつ同時にまた潤滑油導管内の流動抵抗よりも大きく構成されている。このようにして潤滑油導管の確実な通流、ひいてはポンプ駆動機構の確実な冷却と潤滑が保証される。第２図に示した本発明の参考例では低圧回路は２つの分枝回路部分を有しているにすぎない。その場合燃料高圧フィードポンプのポンプ作業室への圧送導管の一部分は、ポンプ駆動機構室を通る潤滑油導管を形成している。この場合は電気的な圧力制御弁はポンプ駆動機構とポンプ作業室との間で圧送導管内に配置されている。所定の圧力を調整するために必要な機械的な定圧弁はその場合、貯蔵タンクへ通じる戻し導管内に配置されている。前置低圧フィードポンプの吐出側と高圧集合室との間にバイパス導管を付加的に設け、該バイパス導管内に、高圧集合室の方に向かって開く逆止弁を設けることによって、更なる利点が得られる。このようにすれば、燃料の供給される内燃機関の始動時に、高圧集合室内における迅速な圧力増成が達成され、しかもその場合、高圧集合室内の噴射圧は、前置低圧フィードポンプによって最大限に供用可能な圧力値に調整することができる。その場合、潤滑油導管を介しての流動損失を発生させないようにするために、潤滑油導管内の絞り部に対して直列に、所謂フロー・リミッター（流量制限弁）を配置し、所定の最大流量を超えた場合には該流量制限弁によって、貯蔵タンクとの連通を中断するようにするのが有利である。更にまた、内燃機関の運転停止後に燃料噴射装置を迅速に放圧するために、高圧集合室から貯蔵タンクに通じている放圧導管内に、２ポート２位置式電磁制御弁を設けるのが有利である。該電磁制御弁の開弁時には、該電磁制御弁に前置された絞りを介して圧力は迅速に低減することができる。また噴射圧の可変なシステムの場合には、より低い圧力レベルへの迅速な適合が可能である。周辺温度が高く、かつ噴射量もしくは高圧吐出量が少量の場合、低い圧送流に基づいて生じるリスク、つまり燃料高圧フィードポンプの過熱を避けるために、高圧集合室の放圧導管内に設けた電磁制御弁は、周辺温度もしくは燃料温度が規定値を超えると噴射休止期の間、目的に即して開制御される。その結果、燃料高圧フィードポンプのポンプ作業室内への圧送流は増量し、これに伴って燃料高圧フィードポンプの申し分のない冷却が保証される。
本発明の燃料噴射装置のその他の利点及び有利な構成は、明細書の詳細な説明、図面及び請求の範囲に基づいて容易に推考することができる。
図面
第１図は低圧回路が３つの分枝回路部分を有する第１実施例の原理的構成図である。
第２図は低圧回路が２つの分枝回路部分を有する本発明の参考例の原理的構成図である。
第３図は第１図の実施例に類似しているが前置低圧フィードポンプと高圧集合室との間にバイパス導管を付加的に設けた第３実施例の原理的構成図である。
実施例の説明
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
第１図に略示した本発明による内燃機関用の燃料噴射装置の第１実施例は、燃料高圧フィードポンプ１を有し、該燃料高圧フィードポンプ内では、軸方向に往復駆動されるポンプピストン３がその端面でもってポンプ作業室５を画成している。該ポンプ作業室５から噴射導管７が出ており、該噴射導管の他端は高圧集合室９に開口しており、しかも該噴射導管７内には、高圧集合室９の方に向かって開く出口逆止弁１１が配置されている。高圧集合室（分配レール）から複数の噴射導管１３が個々の噴射弁１５に達している。該噴射弁１５はその場合、燃料を供給すべき内燃機関の個々のシリンダの燃焼室に直接開口するか、或いは該内燃機関の吸気通路へ開口することができる。
燃料高圧フィードポンプ１へ燃料を供給するために更に、前置低圧フィードポンプ１７が設けられており、該前置低圧フィードポンプは、貯蔵タンク２１から吸出し導管１９を介して燃料を吐出する。前置低圧フィードポンプ１７はその場合、圧力側で低圧回路内へ吐出し、該低圧回路は第１実施例では３つの分枝回路部分を有しており、これら３つの分枝回路には共に、前置低圧フィードポンプ１７によって燃料を充填することが可能である。その場合第１の分枝回路部分は燃料高圧フィードポンプ１への圧送導管２３を形成し、該圧送導管は燃料高圧フィードポンプでポンプ作業室５へ開口している。しかも該圧送導管２３内には、機械的に調整可能な定圧弁２５が配置され、更に前記ポンプ作業室５への開口部には入口逆止弁２７が配置されている。前置低圧フィードポンプ１７の吐出側の第２の分枝回路部分は潤滑油導管２９を形成しており、該潤滑油導管は、燃料高圧フィードポンプ１を駆動する駆動機構３１、特にピストン駆動装置を通流する。駆動機構３１から進出したのち潤滑油導管（又は冷却油導管）２９は貯蔵タンク２１へ開口し、しかも流動方向で見て駆動機構３１の後方で潤滑油導管２９内に逆流絞り部３３が設けられている。低圧導管系の第３の分枝回路部分は戻し導管３５によって形成されており、該戻し導管は潤滑油導管２９と共に貯蔵タンク２１へ開口しており、かつ前記戻し導管３５内には、電気的に作動制御可能な圧力制御弁３７が配置されている。該圧力制御弁３７はその場合、電磁弁制御式の制御弁として構成されているのが有利である。
また高圧集合室９内の圧力をチェックするために、該高圧集合室には圧力センサ３９を設けておくことが可能である。更にまた低圧導管系内には、殊に前置低圧フィードポンプ１７からの吐出側出口近傍に燃料フィルタ４１が配置されている。
本発明による内燃機関用の燃料噴射装置の第１実施例は次のように稼働する。燃料を供給すべき内燃機関の運転開始と相俟って前置低圧フィードポンプ１７は、燃料高圧フィードポンプ１の運転に必要な体積流を準備する。このために前置低圧フィードポンプ１７は、貯蔵タンク２１から吸出し導管１９を介して燃料を、低圧導管系の個々の低圧回路部分つまり圧送導管２３、潤滑油導管２９及び戻し導管３５へ圧送する。その場合、戻し導管３５内の電気的な圧力制御弁３７の最低保持圧もしくは最低開放圧は、潤滑油導管２９及び駆動機構３１を通流する最小流量を保証するために、無通電状態でもなお特定圧力（殊に約０．３バール）が低下するように設計されている。ポンプ駆動機構３１用の潤滑油導管２９における前記潤滑油流もしくは冷却油流はその場合、増成された予圧と逆流絞り部３３の横断面によって決定されている。圧送導管２３内に設けた定圧弁２５の開放圧はその場合、電気的な圧力制御弁３７の最低保持圧よりも上に位置している。また定圧弁２５の高い開放圧を、燃料高圧フィードポンプ１の入口逆止弁２７において直接実現することも可能である。その場合、付加的な定圧弁２５の使用は、多ピストンポンプにおいて入口弁の開放圧におけるトレランスから結果する充填差を避けようとする場合に特に有利である。
ところで内燃機関の部分負荷運転時、電気的に調整可能な圧力制御弁３７を介して低圧回路内の予圧は次のように、すなわち定圧弁２５の圧力差に相応して（開放圧は殊に有利には約０．５バールである）丁度噴射に必要な燃料量を通過させてポンプ作業室５内へ流入させるように、調整される。その場合、入口逆止弁２７の開放圧は定圧弁２５の開放圧よりも低い。噴射休止期中に燃料高圧フィードポンプ１のポンプ作業室５内へ流入した燃料量は、ポンプピストン３の上死点へ向かっての吐出ストローク中に今度は圧縮され、かつ所定の噴射圧値を超えた後に出口逆止弁１１を介して高圧集合室９内へ移流する。其処での燃料高圧は噴射導管１３を介して個々の噴射弁１５へと続き、各噴射弁で公知のように制御されて噴射させられる。
部分負荷運転範囲においてポンプ作業室５内におけるネガティブな量平衡に基づいて吸込み期中に発生する燃料蒸気はその場合、それに続くポンプピストン３の吐出ストローク時に再び凝縮される。その場合、燃料高圧フィードポンプ１の入口逆止弁２７において規定された開放圧を調整することによって、ポンプ作業室５における燃料蒸気の発生を制限することが保証され、ひいては燃料高圧フィードポンプ１の再現可能な吐出流を確実に得ることが可能になる。噴射弁１５における噴射量を高め、ひいては燃料高圧フィードポンプ１から吐出すべき燃料高圧量を高めようとする場合には、電気的な圧力制御弁３７の開放圧も相応に高められるので、前置低圧フィードポンプ１７の、より多量の吐出量が、圧送導管２３を介して燃料高圧フィードポンプ１のポンプ作業室５内へ到達する。その場合、逆流絞り部３３は、潤滑油導管２９を介して吐出燃料が未制御のまま流出するのを防止する。従ってポンプ作業室５内へ圧送された吐出量は、噴射毎に個別に電気的な圧力制御弁３７の開放圧を介して定圧弁２５の開放圧に関連して調整される。
第２図に示した本発明による内燃機関用の燃料噴射装置の本発明の参考例が前記第１実施例と相違している点は、低圧導管系の構成の点にあり、前置低圧フィードポンプ１７を起点とする分枝回路部分を２つしか有していないことである。この場合、第１の分枝回路部分は改めて貯蔵タンク２１への戻し導管３５によって形成されており、しかも該戻し導管３５内にはこの場合は１つの定圧弁１２５が配置されている。第２の分枝回路部分は、燃料高圧フィードポンプ１へ通じる圧送導管２３によって形成され、しかも該圧送導管２３はその場合、燃料高圧フィードポンプ１の駆動機構３１を通流し、従って元々の潤滑油導管の一部分を受け継いでいる。その場合、駆動機構３１と燃料高圧フィードポンプ１のポンプ作業室５との間には電気的な圧力制御弁１３７が間挿されており、該圧力制御弁には、ポンプ作業室５へ圧送導管２３が開口する少し手前で、ポンプ作業室５の方へ向かって開く入口逆止弁２７が接続している。
第２図に示した参考例の機能は、第１実施例に類似しており、その場合ポンプ作業室５の充填制御は、改めて電気的な圧力制御弁１３７を介して定圧弁１２５の開放差圧に関連して行なわれ、しかも瞬間的に必要とされる燃料量しかポンプ作業室５内へ充填されないようになっている。前置低圧フィードポンプ１７から吐出される過剰の燃料量はこの場合、戻し導管３５を介して貯蔵タンク２１へ戻される。従って燃料高圧フィードポンプの駆動機構３１から貯蔵タンクへの戻し導管を有していない本システムは、直接噴射・火花点火式内燃機関において、タンク容積の付加的な加熱、ひいてはタンク通気系の過負荷を避けるために使用するのに殊に適している。
第３図に示した本発明による内燃機関用の燃料噴射装置の第２実施例は、第１図に基づいて説明した第１実施例の基本構造を有しているが、ただ２つの別の機能分が補充されている。第３図に示した燃料噴射装置は、低圧導管系の吐出圧側の領域を起点として延びて高圧集合室９へ開口する付加的なバイパス導管４３を有している。しかも該バイパス導管４３内には、高圧集合室９の方へ向かって開く逆止弁４５が配置されている。バイパス導管４３はこの場合、前置低圧フィードポンプ１７から直接に高圧集合室９を充填することを可能にするので、燃料を供給すべき内燃機関の始動時に必要な高圧集合室９内の噴射圧を、前置低圧フィードポンプ１７によって最大限に供用できる圧力値に極めて迅速に増成することが可能である。このことは、火花点火式内燃機関の燃料噴射系において有利である。それというのは内燃機関の始動時には高圧回路内に気体又は空気が巻込まれていることに基づいて、高圧集合室９内の昇圧が遅延することがあるからである。燃料噴射のために必要な噴射圧は今や、前置低圧フィードポンプ１７によって最大限に供用できる圧力値に著しく迅速に調整することができる。その場合、潤滑油導管２９を介しての損失流を避け得るようにするために、逆流絞り部３３に対して直列に潤滑油導管２９内に流量制限弁４７（フロー・リミッター）を配置し、所定の流量値を超えた場合には該流量制限弁４７によって貯蔵タンク２１への連通を遮断するのが有利である。
更に第３図に示した第２実施例は、第１図に示した第１実施例に補足して、高圧集合室９の付加的な放圧導管４９を有しており、該放圧導管は貯蔵タンク２１に通じている。この場合、該放圧導管４９内には、電気的に作動制御可能な２ポート２位置切換え制御弁５１が配置されており、該２ポート２位置切換え制御弁には、流動方向で見てその上流側に絞り部５３が前置されている。その場合、高圧集合室９内の圧力は、内燃機関の停止後、有利に前記放圧導管４９を介して迅速に低減される。また噴射圧の可変な燃料噴射系の場合は特に、高圧集合室９内の圧力を、より低い圧力レベルに迅速に適合させることが可能である。周辺温度が高くて噴射量が少ない場合に、低い圧送流量に基づいて燃料高圧フィードポンプ１が高熱運転するリスクを防止するために、２ポート２位置切換え制御弁５１は、周辺温度もしくは燃料温度が規定値を上回っている場合には、噴射休止期中に放圧導管４９を開制御することもできる。高圧集合室９におけるこの放圧に基づいて生じるところの、燃料高圧フィードポンプ１のポンプ作業室５内への充填圧送流の増加によって、燃料高圧フィードポンプ１を付加的に冷却することが可能になる。その場合、電磁弁として構成された２ポート２位置切換え制御弁５１は、無通電状態で通流横断面を貯蔵タンク２１へ向かって解放するように切換えられている。
従って本発明による内燃機関用の燃料噴射装置を用いれば、低圧導管系を相応に制御することによって、燃料高圧フィードポンプ１のポンプ作業室５の充填度を、瞬間的に実際に必要とされる燃料容量に調整することが可能であり、従って燃料高圧フィードポンプ１の過剰の押し退け作業を回避することができる。それに伴って本発明の燃料噴射装置は、火花点火式内燃機関に燃料を供給するためにも、自己点火式内燃機関に燃料を供給するためにも適している。

Claims (11)

1. 個々の噴射弁（１５）へ通じる噴射導管（１３）の起点となる高圧集合室（９）に高圧燃料を充填する燃料高圧フィードポンプ（１）と、貯蔵タンク（２１）から低圧導管系を介して前記燃料高圧フィードポンプ（１）のポンプ作業室（５）内へ燃料を圧送する前置低圧フィードポンプ（１７）と、前記燃料高圧フィードポンプ（１）の高圧吐出量を制御するための少なくとも１つの制御弁とを備えた形式の内燃機関用の燃料噴射装置において、
   燃料高圧フィードポンプ（１）のポンプ作業室（５）内への燃料充填流を、瞬間的に必要とされる充填容量に調整する手段が、低圧導管系内に配置されており、
   前置低圧フィードポンプ（１７）によって一緒に充填される３つの分枝回路部分を低圧導管系が有し、第１の分枝回路部分が燃料高圧フィードポンプ（１）への圧送導管（２３）を形成し、第２の分枝回路部分が、燃料高圧フィードポンプ（１）を駆動する駆動機構（３１）内へ進入する潤滑油導管（２９）を形成し、第３の分枝回路部分が貯蔵タンク（２１）への戻し導管（３５）を形成しており、しかも前記潤滑油導管（２９）が前記駆動機構（３１）から進出した後に前記貯蔵タンク（２１）へ開口しており、１つの電気的な圧力制御弁（３７）が前記戻し導管（３５）内に配置されかつ少なくとも１つの別の圧力弁（２５）が燃料高圧フィードポンプ（１）へ通じる圧送導管（２３）内に配置されており、前記圧力制御弁（３７）と前記圧力弁（２５）とが燃料高圧フィードポンプ（１）のポンプ作業室（５）に燃料を充填するための制御手段を形成しており、前記別の圧力弁が圧送導管（２３）内に、有利には燃料高圧フィードポンプ（１）のポンプ作業室（５）への開口近傍に配置されており、該圧力弁が燃料高圧フィードポンプ（１）の方に向かって開く逆止弁（２７）として構成されていることを特徴とする、内燃機関用の燃料噴射装置。
2. 圧送導管（２３）内の前記圧力弁（２５）が定圧弁として構成されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 潤滑油導管（２９）が、流動方向で見てポンプ駆動機構（３１）に後置された絞り部（３３）を有している、請求項１記載の燃料噴射装置。
4. 潤滑油導管（２９）が、流動方向で見て電気的な圧力制御弁（３７）の後方で戻し導管（３５）へ開口している、請求項１記載の燃料噴射装置。
5. 燃料高圧フィードポンプ（１）のポンプ作業室（５）を起点とする高圧導管（７）が高圧集合室（９）内へ開口しており、かつ該高圧導管内には、高圧集合室（９）の方に向かって開く逆止弁（１１）が配置されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
6. 燃料高圧フィードポンプ（１）へ通じる圧送導管（２３）内の圧力弁（２５）の開放圧が、電気的な圧力制御弁（３７）の最低開放圧よりも大である、請求項１記載の燃料噴射装置。
7. 電気的な圧力制御弁（３７）の最低開放圧が、潤滑油導管（２９）内の流動抵抗よりも大である、請求項１記載の燃料噴射装置。
8. 前置低圧フィードポンプ（１７）の吐出側と高圧集合室（９）との間に付加的なバイパス導管（４３）が設けられており、該バイパス導管内に、前記高圧集合室（９）の方に向かって開く逆止弁（４５）が配置されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
9. 放圧導管（４９）が高圧集合室（９）から貯蔵タンク（２１）へ達しており、該放圧導管（４９）内には電気的な制御弁（５１）が配置されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
10. 放圧導管（４９）の電気的制御弁（５１）には、流動方向で見て上流側に絞り部（５３）が前置されている、請求項９記載の燃料噴射装置。
11. 燃料フィルタ（４１）が、低圧導管系内で、しかも前置低圧フィードポンプ（１７）からの出口近傍に配置されている、請求項１記載の燃料噴射装置。

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