JP4304075B2 - 内燃機関用始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射のコモンレールを備えたエンジンのための始動システムに関するものである。

今日、自動車メーカーは、公害の少ない自動車車両を設計することが可能な技術を追求している。その理由は、まず、車両の運転者がこれまで以上にエコロジーに対して敏感になっており、特に、廃棄物に関する現行の規格が、次第に厳しくなっているということが挙げられる。

汚染された廃棄物を軽減するためにメーカーが考えている解決策の１つは、たとえば赤信号などで、エンジンが稼動していない時にはエンジンを停止させることである。この技術は、一般に、「ストップ＆スタート」（英語でｓｔｏｐ ａｎｄ ｓｔａｒｔ）と呼ばれている。実際に、エンジンを停止させることにより、燃料の消費量を削減し、汚染廃棄物を減量することが可能になる。こうした廃棄物の減量は、とりわけ、道路の信号機が集中し、頻繁に車両を停止させなければならず、しばしば交通渋滞が引き起こされるような都市部において意味がある。

この「ストップ＆スタート」技術は、各シリンダ内の噴射が個別に誘導されるエンジンによって容易に適用される。しかしながら、同時に複数のシリンダの噴射を管理するコモンレール（英語でｃｏｍｍｏｎ ｒａｉｌ）を取り付けられたエンジンの場合にはそうではない。実際に、現在、高圧燃料噴射型のコモンレールを備えたこれらのエンジンの始動は、「ストップ＆スタート」技術を適用するには、あまりに時間がかかりすぎる。このように時間がかかる原因は、インジェクタの作動に必要な最小圧までコモンレールに存在する燃料を圧縮するための高圧ポンプに必要な時間である。その結果、コモンレール付きエンジンが、「ストップ＆スタート」モードで稼動するためには、始動時間を短縮することが必要である。

米国特許出願第５８３９４１３号には、コモンレールを備えたエンジンの始動時間を短縮することができるシステムが開示されている。このシステムの原理は、コモンレールを高圧ポンプに連絡させるだけでなく、バランス調整された２つの逆止弁（低圧第１弁と高圧第２弁）によって低圧回路にも連絡させることである。低圧回路は、高圧ポンプがフルチャージされた場合に供給される圧力よりも常に低い圧力を保つことができる低圧アキュムレータを有する。その結果、高圧ポンプが運転開始する始動時には、低圧回路が、すでにコモンレール内で燃料を圧縮する。次に、高圧ポンプが低圧回路内の圧力より高い圧力を加えると、その時まで低圧の流れを通過させていた低圧弁が、第２の弁のために閉鎖される。コモンレールは最終的に高圧ポンプによってのみ圧力が加えられる。

したがって、このシステムによって圧力上昇時間が短縮される。しかしながら、この技術は、一方では、実施するにはあまりに複雑すぎるために、他方では、「ストップ＆スタート」技術への適用が使用に際して快適なものとなるには迅速性が不十分であるために、満足できるものとはいえない。
米国特許出願第５８３９４１３号

本発明の目的は、「ストップ＆スタート」技術に既存のエンジンを適応させるために、容易に組み込むことができる冗長な圧縮手段を備える単純な始動システムを提案することによって、先述の不都合の一部または全部を解消することにある。

そのため、本発明は、加圧された燃料の供給手段と、前記供給手段によって圧力下で燃料が供給されるアキュムレータ手段と、アキュムレータ手段によって燃料が供給される少なくとも１つの噴射手段とを有する内燃機関用始動システムであって、前記アキュムレータ手段内の圧力によって燃料が供給される加圧燃料保存装置をさらに備え、前記燃料保存装置が、前記内燃機関がより迅速に始動できるようにする第２の燃料圧縮手段となるように、保存された前記の燃料を始動時に供給できることを特徴とするシステムに関するものである。

本発明によると、前記のアキュムレータ手段と直接連絡している保存装置は、好ましくは、少なくとも1つの保存装置と、保存装置が、圧力下で燃料を選別的に供給または回収できるようにする制御手段とを有する。

本発明によると、好ましくは、前記の制御手段は、電磁式開放手段と、弾性的閉鎖手段と、前記の電磁手段によって選別的に誘導される駆動手段を備え、前記弾性手段は、前記の始動システムを誘導するために提供すべきエネルギーを制限することができる。

本発明によると、電磁手段は、好ましくは、駆動手段を移動させることができる電磁場を発生させ、その内径が、前記の少なくとも1つの保存手段とアキュムレータ手段との間にトンネルを形成するようなコイルを備える。

好ましくは、本発明による弾性手段は、ばねと、前記の電磁手段と前記の保存手段との間に固定された中空プレートと、アキュムレータ手段と前記の少なくとも１つの保存手段との間の圧力差に従って、これらの手段間の連絡を確立することができる前記ばねに連動した、前記プレートの中空部分を塞ぐことができる１つの球とを有する。

好ましくは、本発明によると、駆動手段は、コイルによって形成された前記トンネルの中央軸にほぼ位置する第１ロッドと、前記第１ロッドの一端にほぼ垂直に固定されたプレートと、第１ロッドの他端の延長部において、前記の球と接触し、前記の球の運動をたどる、または始めることができる前記プレートの中空部分より小さな直径を有する第２ロッドを備える。

さらに、プレートは、本発明によると好ましくは、前記プレートが前記電磁手段に押し付けられると燃料をその中空部分内に通すことができる少なくとも１つの溝を備える。

本発明によれば、供給手段は、好ましくは、前記のアキュムレータ手段に燃料を供給するポンプと、前記のアキュムレータ手段に向けてポンプからの燃料のただ１つの循環方向だけを可能にする逆止弁とを備える。

添付の図面を参照して、以下に詳述することによって他の特徴および利点が明らかになるだろう。

図１に示された例においては、本発明による始動システム１は、主に、コモンレール２、供給手段３、噴射手段４、および加圧燃料保存装置５を備えている。

内燃機関のためのコモンレールの作動についてはよく知られているので、本特許では詳述しない。

図１に示された実施例において、供給手段３は、逆止弁８とダクト７の高圧ポンプ６で構成されている。このポンプは、圧力下で燃料を圧縮し、ダクト７によってコモンレールに圧力下で燃料を送る。この同一ダクト内に取り付けられた逆止弁８は、燃料の圧力が、前記ポンプの出口においてより、コモンレール２において、より大きくなると、ポンプ６内への燃料の吐き出しを防ぐために使用される。

図１に示された例における噴射手段４は、主に、前記内燃機関の各シリンダのために、主に、パイプ９およびインジェクタ１０を備える。パイプ９によって、インジェクタ１０が、コモンレール２に接続される、つまり、圧力下で燃料を供給されることが可能になる。実際に、各インジェクタは、あらかじめ定められた最小圧での燃料のみで作動することができる。その結果、４気筒エンジンについては、パイプ９とインジェクタ１０の４組のアセンブリを使用しなければならないだろう。

加圧燃料保存装置５は、例示されている同一実施例においては、ダクト１１によってコモンレールと直接連絡している。図２に示されている例においては、前記の保存装置が保存手段１２と開放手段１３を備えることをより詳しく見ることができる。

保存手段１２は、主に、シールド１４およびセンサ１５を備える。このシールド１４は、少なくとも、高圧ポンプ６によって供給された圧力に等しい圧力で燃料を含むことができる。センサ１５によって、前記のシールド内部で燃料の圧力を決定することができる。

開放手段１３は、シールド１４とダクト１１との間の連絡を可能にする。これらの開放手段は、弾性特性を有する第１の要素１６と、電磁特性を有する第２の要素１７とを有し、これらの２種類の要素は機械的に結合されている。

前記の第１要素は、ばね１８、球１９、中空のばねの座面２０、および中空の球の座面２１を備える。ばね座面２０は、前記ばねの方向を保持するためだけでなく、中空部分を用い、開放手段１３と保存手段１２との間に燃料を伝達させるために使用される。

ばね１８は、前記のばねの座面と向かい合う先端に球１９を有する。球１９は、加えられた応力に対するばねのレスポンスに従って、球の座面２１の中空部分を開放または閉鎖し、その結果、ばねの座面２０とダクト１１との間の燃料の連絡を可能にすることができる並進運動を伝達する。

前記の第２の要素は、制御電極２２、コイル２３、および駆動装置２４を有する。電極２２は、前記の駆動装置を移動することができる磁場を発生させることができるように、コイル２３内に電流を印加する。さらに、コイル２３は、その内径が、球２１の座面の前記中空部分の内径と同じ点において中心合わせされるように、球の座面２１に押し付けるように取り付けられる。その結果、球の座面の中空部分２１とダクト１１との間を通すための燃料は、コイル２３の内径を横断しなければならない。

図３の例に示されているように、駆動装置２４は、円板２５、第１ロッド２６、および第２ロッド２７を備える。円板２５は、コイル２３内を電流が通るときに、コイルの方に円板が引き寄せられるような磁気特性を有する。さらに、円板２５は、前記コイルと向かい合った面において互いに等距離の３つの溝２８を有する。

第１ロッド２６は、前記ロッドが、コイル２３の内側表面の中央軸にほぼ沿った位置に来ることができるように、前記円板と連動するように取り付けられる。第１ロッド２６の延長部には、第２ロッド２７が固定される。この第２ロッドは、そこを横切って通ることができるように、第１ロッド２６より細いだけでなく、同様に球の座面の前記中空部分より細くなっている。

さらに、本発明によれば、第２ロッド２７は、球１９と恒常的に接触し、そのことから、弾性要素１６と電磁式要素１７とを機械的に結びつけることができる。その結果、燃料の圧力差が球１９をその座面２１に向けて押すと、駆動装置２４は、コイル２３から遠ざかり、または、コイル２３が電流を受け取る場合には、駆動装置２４は、その座面２１から球１９を追い出す。

最初の始動時には、低圧下で燃料を充填された保存手段１４は作動しない。センサ１５がそれを検知し、始動の際には保存装置の開放が可能にならないからである。

こうしてエンジンが始動し、分配要素という間接的な方法によって、高圧ポンプ６が運転を開始する。ポンプ６の慣性は、インジェクタ１０に必要な最小圧をすぐに供給させるようなものではない。この最小圧を超えると、ポンプ６は、コモンレール２内の圧力を増大させ続け、その時、ダクト１１内と円板２５の周囲とコイル２３の中空の内側体積部分内に燃料が存在し、さらに、最初の噴射が実施される。こうしてエンジンが始動する。

圧力がコモンレール２内で最小限界値に達すると、この限界圧力によってバランス調整されたばね１８が、燃料の通過を可能にし、その結果、保存装置１４の充填も可能になる。コモンレール２と保存手段１４の間の圧力差に従って、ばね１８は、保存手段１４内に含まれる燃料の圧力が増大するまたは安定したままとなるために、圧縮されるまたは弛緩する。

始動システムにとっては偶然にも、運転者がエンジンを停止させる決断をすると、高圧ポンプ６が停止する。コモンレール２内の圧力は低下し、ばね１８は、その座面２１の上に球１９を押し付けるために弛緩し、保存手段１４内に加圧燃料を閉じ込める。このとき、エンジンは停止し、保存装置５は作動する。

次の始動の際には、センサ１５は、圧力が十分であることを検知し、こうして、コモンレール２に向かって保存手段１４内に含まれる燃料の解放を可能にする。それは、コイル２３の有効化によって行われる。こうして、駆動装置は、コイル２３に引き寄せられ、その結果、ロッド２６および２７によってその座面２１から球１９を押し出す。こうして保存手段１４内に含まれる燃料は、解放され、ばねの座面２０の中空部分、球の座面の中空部分（ロッド２７の周囲）、コイル２３の内径（ロッド２６の周囲）、円板２５の溝２８、ダクト１１を次々と通る。

ポンプ６は、前記解放によって発生した圧力より大きな圧力をまだ供給しないので、逆止弁８がダクト７を塞ぎ、その結果、コモンレール２内で一定の、解放に起因する圧力を保つことができる。

こうして、コモンレール２内の圧力は、エンジンの計算装置（ここには図示されていない）がインジェクタ１０の作動を可能にするために十分なものとなる。高圧ポンプ６は、エンジンの分配要素から運動を開始し、最初の噴射は、ポンプ６の性能について加速作用を有し、その結果ポンプは、より迅速に圧力を上昇させる。このようにして、ポンプ６が、コモンレール２内の圧力より大きな圧力を供給すると、ポンプが、前記の保存装置５を中継するために、ダクト７の逆止弁８が、前記のコモンレールとポンプ６との間の連絡を可能にする。こうして、その瞬間、コイル２３は好ましくも有効でない状態となる。

同様に好ましくも、保存装置１４は、高圧ポンプがコモンレール２より大きな圧力を供給する前に、２回の噴射サイクルがなされるように、寸法決めされる。

圧力が、コモンレール２内で最小限界値に達すると、この限界圧力によってバランス調整されたばね１８は、燃料の通過を可能にし、その結果、保存手段１４の充填を可能にする。エンジンが、「ストップ＆スタート」と呼ばれる技術に適応するために十分短い時間の始動を確保することができるように、保存装置５のサイクルが、先述したように繰り返される。

当然のことながら、本発明はここに示された例に限定されず、当業者によってさまざまな変形形態や修正が可能である。とりわけ、保存装置の設置場所は別の場所とすることができる。同様に、円板２４の運動は、保存装置５に沿った前記駆動装置の滑動を伴うストッパによってより直線的なものとすることができる。さらに、逆止弁８は、高圧ポンプ６に組み込むこともできる。最後に、このシステムは、圧力センサ１５なしで作動することもでき、タイミング装置または他の機構によって保存手段１４内に含まれる圧力を解放することもできる。

本発明による始動システムのアセンブリの概略図である。 本発明による燃料保存装置の概略図である。 本発明による駆動装置の図である。

Claims (2)

1. 燃料加圧供給手段（３）と、前記供給手段によって圧力下で燃料を供給されるアキュムレータ手段（２）と、アキュムレータ手段（２）によって燃料を供給される少なくとも１つの噴射手段（４）とを有する内燃機関用の始動システム（１）において、
   加圧燃料保存装置（５）が前記アキュムレータ手段（２）内の圧力によって燃料を供給され、保存された前記燃料を始動時に供給することができ、前記アキュムレータ手段（２）と直接連絡している保存装置（５）が、前記アキュムレータ手段（２）に近い側から少なくとも１つの制御手段（１３）と保存手段（１２）とを備える始動システム（１）であって、
   前記制御手段（１３）は、
   前記保存手段（１２）と前記アキュムレータ手段（２）との間に設けられて、貫通孔を有するプレート（２１）と、
   前記保存手段（１２）側から前記プレート（２１）の前記貫通孔を閉鎖可能に配置された球（１９）と、
   前記保存手段（１２）側から前記プレート（２１）の前記貫通孔に向けて前記球（１９）を押圧するバネ（１８）と、
   前記プレート（２１）よりも前記アキュムレータ手段（２）側に設けられて、内部に燃料を流通させる貫通孔を有するコイル（２３）と、
   該コイル（２３）の前記貫通孔内にその一部が配置され、燃料の流通方向に移動可能に設けられた第１のロッド（２６）と、
   該第１のロッド（２６）の一方の端部に連結されて、前記プレート（２１）の前記貫通孔内に挿通可能かつ前記球（１９）に当接可能に形成された第２のロッド（２７）と、
   前記第１のロッド（２６）において前記コイル（２３）の前記貫通孔から離脱した位置にある他方の端部に連結される円板（２５）とを有して構成され、
   該円板（２５）において前記コイル（２３）に向く面には、燃料を通過させることができる少なくとも１つの溝（２８）が放射方向に形成され、
   前記プレート（２１）と前記球（１９）と前記バネ（１８）とを有して構成される弾性手段が、前記アキュムレータ手段（２）内の圧力が所定の閾値を超えた際に、前記保存手段（１２）内へ燃料を流入させることを特徴とする始動システム。
2. 供給手段（３）が、前記アキュムレータ手段（２）に燃料を供給するポンプ（６）と、前記アキュムレータ手段（２）に向かって前記ポンプ（６）からの燃料のただ１つの循環方向を可能にする逆止弁（８）とを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム（１）。

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