JP4395319B2 - 内燃機関用の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関用の燃料噴射装置であって、燃料を高圧下でアキュムレータに圧送する高圧ポンプが設けられていて、アキュムレータに、内燃機関のシリンダに配置されたインジェクタが接続されており、燃料タンクから燃料を高圧ポンプに圧送するフィードポンプが設けられており、高圧ポンプが少なくとも１つのポンプエレメントを有していて、該ポンプエレメントが、作業室を制限していて往復動するように駆動されるポンプピストンを備えており、作業室がフィードポンプの圧力側との接続部を有していて、該接続部に、作業室に向かって開放する吸込み弁が配置されており、該吸込み弁を通して、ポンプピストンの吸込み行程時に燃料が作業室に流入するようになっており、吸込み弁が、閉鎖ばねによって閉鎖方向に負荷された弁部材を有しており、閉鎖ばねが少なくとも間接的にポンプピストンに支持されていて、ポンプピストンの吸込み行程の増大に連れて、閉鎖ばねによって弁部材に加えられる閉鎖力が小さくなる形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような形式の燃料噴射装置は、ドイツ連邦共和国特許公開第１９８４８０３５号明細書に基づいて公知である。この公知の燃料噴射装置は、コモンレール噴射系のために設けられた高圧ポンプを有しており、コモンレール噴射系では、高圧ポンプによって燃料が高圧下でアキュムレータに圧送される。アキュムレータには、内燃機関のシリンダに配置されたインジェクタが接続されている。通常コモンレール噴射系では、燃料を燃料タンクから高圧ポンプに圧送するフィードポンプが設けられている。高圧ポンプは複数のポンプエレメントを有していて、これらのポンプエレメントはそれぞれ、作業室を制限していて往復動するように駆動されるポンプピストンを備えている。また、作業室に向かって開放する吸込み弁が設けられており、この吸込み弁はポンプピストンの吸込み行程時に開放し、この吸込み弁を通して燃料が作業室に流入する。吸込み弁は、閉鎖ばねによって閉鎖方向に負荷された弁部材を有していて、この場合閉鎖ばねはポンプピストンに支持されている。ピストンの吸込み行程の開始時に、ピストンによって閉鎖ばねは最も強く圧縮されており、その結果、吸込み弁が開放される圧力は、閉鎖ばねが徐々に弛緩されるポンプピストンの吸込み行程中におけるよりも高くなる。内燃機関の所定の運転条件下、特にエンジンブレーキ運転時には、高圧ポンプによってアキュムレータに燃料の圧送されないことが望ましい。このことを保証するために、吸込み弁の開放差圧は比較的高く、例えば最低で２バールに調節される。しかしながらこれによって、高圧ポンプの供給率が最適ではなくなる。
【０００３】
【特許文献１】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９８４８０３５号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式の燃料噴射装置において、内燃機関の所定の運転条件下、特にエンジンブレーキ運転時に、高圧ポンプによってアキュムレータに燃料が圧送されないという利点を維持しながら、高圧ポンプの供給率を高めることである。
【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、冒頭に述べた形式の燃料噴射装置において、吸込み弁の最小開放差圧が、０.９バール未満であるようにした。
【０００６】
【発明の効果】
このように構成された本発明による燃料噴射装置は、公知のものに比べて次のような利点、すなわち吸込み弁の最小開放差圧が極めて低く、これによって高圧ポンプの供給率が改善されるという利点を有している。
【０００７】
本発明の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。請求項５記載のように構成されていると、流過横断面を燃料調量装置によって完全に閉鎖することによって、吸込み弁の小さな開放差圧時において高圧ポンプの０吐出を達成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
図１には、内燃機関例えば自動車の内燃機関用の燃料噴射装置が示されている。内燃機関は有利には自己着火式の内燃機関であり、単数又は複数のシリンダを有している。燃料噴射装置はフィードポンプ１０を有しており、このフィードポンプ１０は例えば自動車の燃料タンク内に配置されているが、しかしながらタンク１２の外に配置されていてもよい。フィードポンプ１０は電気式の駆動モータを有していることができ、例えば前置フィルタ１４を介して燃料を燃料タンク１２から吸い上げる。フィードポンプ１０は例えば機械的に内燃機関によって駆動されてもよい。フィードポンプ１０の出口からは管路１６が高圧ポンプ１８に通じている。フィードポンプ１０と高圧ポンプ１８との間において管路１６には、燃料フィルタ２０が配置されており、この燃料フィルタ２０は、微細フィルタ（Feinfilter）として形成されていて、フィードポンプ１０から圧送される燃料によって貫流される。
【００１０】
高圧ポンプ１８は例えば複数のポンプエレメント２２を有しており、これらのポンプエレメント２２はそれぞれ、シリンダ孔２４内を案内されるポンプピストン２６を有しており、各ポンプピストン２６は、偏心駆動装置２８を介して駆動されて往復動させられる。高圧ポンプ１８は有利には機械的に内燃機関によって駆動される。高圧ポンプ１８によって圧送された燃料は、管路３０を介してアキュムレータ３２に供給される。各ポンプエレメント２２は、ポンプピストン２６によって画成された作業室３４を有しており、この作業室３４にはフィードポンプ１０からの流入部が開口していて、作業室３４からはアキュムレータ３２への流出部が延びている。各ポンプエレメント２２の流入部には、作業室３４に向かって開放する吸込み弁３６が設けられていて、各ポンプエレメント２２の流出部には、アキュムレータ３２に向かって開放する圧力弁３８が設けられている。ポンプピストン２６の吸込み行程時に、ポンプピストン２６が半径方向内側に向かって運動すると、各吸込み弁３６が開放して、作業室３４内にフィードポンプ１０からの燃料が流入し、この際に圧力弁３８は閉鎖されている。ポンプピストン２６の圧送行程時に、ポンプピストン２６が半径方向外側に向かって運動すると、各圧力弁３８が開放され、作業室３４から燃料がアキュムレータ３２に向かって流出し、この際に吸込み弁３６は閉鎖されている。
【００１１】
内燃機関の各シリンダのためにそれぞれインジェクタ４０が設けられており、このインジェクタ４０によって燃料がシリンダの燃焼室内に噴射される。各インジェクタ４０は管路４２を介してアキュムレータ３２と接続されており、燃料噴射のためのインジェクタ４０の開口は、電気的に制御される弁４４によって制御され、この弁４４は電子制御装置４６によって制御される。インジェクタ４０からは、噴射されない燃料のために、燃料タンク１２に通じる戻し路４１が延びている。
【００１２】
アキュムレータ３２における圧力を制御及び／又は制限するために、圧力弁４８が設けられており、この圧力弁４８は、所定の圧力の超過時に開放し、管路５０を介してアキュムレータ３２から燃料タンク１２への戻し路を開放する。アキュムレータ３２にはさらに圧力センサ５２が設けられており、この圧力センサ５２によってアキュムレータ３２における圧力が検出され、この圧力センサ５２は電気的に制御装置４６と接続されており、これによって制御装置４６には、アキュムレータ３２における圧力のための信号が供給される。高圧ポンプ１８には戻し路５４が設けられており、この戻し路５４を介して例えば燃料の漏れ量を流出させることができ、かつ戻し路５４は管路５０に開口している。
【００１３】
フィードポンプ１０と高圧ポンプ１８との間の接続部には、燃料調量装置６０が設けられており、この燃料調量装置６０によって、高圧ポンプ１８に通じる接続部の流過横断面が調節される。燃料調量装置６０は制御装置４６によって制御される。燃料調量装置６０は流過調整弁６２と、制御装置４６によって制御されるアクチュエータ６４とを有している。流過調整弁６２を用いて、高圧ポンプ１８に通じる接続部の流過横断面は、０と最大流過横断面との間において連続的に調節されることができる。アクチュエータ６４としては電磁石又はピエゾアクチュエータを使用することができ、このアクチュエータ６４にはそれぞれ、制御装置４６によって規定された電圧が供給され、この際にアクチュエータ６４は流過調整弁６２を規定された位置にもたらし、この規定された位置において流過調整弁６２は規定された流過横断面を開放する。内燃機関の特定の運転条件下、特にエンジンブレーキ運転時に、高圧ポンプ１８によって燃料がアキュムレータ３２に圧送されることは許されない。そのために燃料調量装置６０によって、フィードポンプ１０から高圧ポンプ１８に通じる流過横断面が完全に閉鎖され、その結果高圧ポンプ１８にはもはや燃料は流入しない。
【００１４】
例えば回転数、負荷及びその他のパラメータのような内燃機関の運転パラメータに関連して、制御装置４６によってアキュムレータ３２における目標圧が所定される。圧力センサ５２によって制御装置４６は、アキュムレータ３２における実際圧のための信号を得る。アキュムレータ３２における圧力は、高圧ポンプ１８によってアキュムレータ３２に圧送される燃料量に関連している。高圧ポンプ１８によって圧送される燃料量は、燃料調量装置６０を用いてフィードポンプ１０への接続部の流過横断面を変えることによって、変化させることができる。燃料調量装置６０は制御装置４６によって次のように制御される。すなわちこの場合制御装置４６はフィードポンプ１０への接続部において流過横断面を、該流過横断面が大きくなるように調節し、これによって高圧ポンプ１８に流入する燃料量が多くなり、その結果高圧ポンプ１８によってアキュムレータ３２に圧送される燃料量は、アキュムレータ３２における所定の目標圧を維持するのに十分な値になる。アキュムレータ３２における実際圧が目標圧よりも低い場合には、高圧ポンプ１８によって極めて僅かな燃料量が圧送され、制御装置によって燃料調量装置６０が制御されて、この燃料調量装置６０は、フィードポンプ１０への接続部において大きな流過横断面を開放し、これによって高圧ポンプ１８によって圧送される燃料量が高められる。アキュムレータ３２における実際圧が目標圧よりも高い場合には、高圧ポンプ１８によって極めて多くの燃料量が圧送され、制御装置４６によって燃料調量装置６０が制御され、この燃料調量装置６０は、フィードポンプ１０への接続部において小さな流過横断面を開放し、これによって高圧ポンプ１８によって圧送される燃料量が減じられる。
【００１５】
次に図２及び図３を参照しながらポンプエレメント２２の吸込み弁３６について詳説する。この場合ポンプエレメント２２全体は同じ構成を有している。高圧ポンプ１８のケーシング部分７０には、フィードポンプ１０から圧送される燃料を作業室３４に供給するための流入通路７２が形成されている。作業室３４への流入通路７２の開口には、作業室３４に向けられて弁座７４が形成されており、この弁座７４は例えば少なくともほぼ円錐形に形成されている。吸込み弁３６は弁部材７６を有しており、この弁部材７６は例えば球の形で形成されていて、作業室３４と流入通路７２との接続部を制御するために弁座７４と共働する。弁部材７６は例えば、ポンプピストン２６に向かって配置された保持部材７８に受容されている。吸込み弁３６はさらに閉鎖ばね８０を有しており、この閉鎖ばね８０は例えば圧縮コイルばねとして形成されていて、ポンプピストン２６と保持部材７８との間に緊縮配置されている。閉鎖ばね８０によって弁部材７６は閉鎖方向で弁座７４に向かって押圧される。弁部材７６はさらに、作業室３４内における圧力によって閉鎖方向に負荷される。
【００１６】
ポンプピストン２６は弁部材７６に向けられた端部に、直径を減じられた延長部８２を有しており、この場合、ポンプピストン２６がシリンダ孔２４内においてシールされて案内されているポンプピストン２６の完全な直径部から、延長部８２への移行部には、リング肩部８４が形成されており、このリング肩部８４には閉鎖ばね８０が支持されている。閉鎖ばね８０は延長部８２を取り囲んでいて、保持部材７８はこの延長部８２に続いて配置されている。ポンプピストン２６がその上死点にある場合、つまりポンプピストン２６が最もケーシング部分７０の近傍にある行程位置を占めている場合に、弁部材７６が弁座７４に接触している閉鎖位置を占めていると、、ポンプピストン２６の延長部８２と保持部材７８との間には、ポンプピストン２６の長手方向軸線２７の方向において間隔が存在している。ポンプピストン２６の延長部８２の端部が、弁部材７６の開放運動を制限するためのストッパを形成していてもよく、この場合には保持部材７８が延長部８２に当接する。ポンプピストン２６が図２に示されているように、その上死点を占めている場合、吸込み弁３６の閉鎖ばね８０は強く圧縮されていて、相応に大きな力を弁部材７６に対して加え、この大きな力によって弁部材７６は弁座７４に押し付けられる。閉鎖ばね８０と作業室３４内における圧力とによって生ぜしめられて弁部材７６に作用する力には、流入通路７２における圧力によって弁部材７６に加えられる開放方向における力が、対抗して作用する。流入通路７２における圧力によって弁部材７６に加えられる力が、閉鎖ばね８０と作業室３４内における圧力とによって弁部材７６に作用する力よりも大きい場合には、弁部材７６は閉鎖ばね８０の力に抗して開放方向に運動し、作業室３４への流入通路７２の開口を開放する。弁部材７６が開放方向に運動する際の圧力は、吸込み弁３６の開放差圧と呼ばれる。
【００１７】
吸込み行程時にポンプピストン２６は、図２に示された上死点から図３に示された下死点に移動する。ポンプピストン２６の吸込み行程時に、閉鎖ばね８０は徐々に弛緩し、その結果閉鎖ばね８０は閉鎖方向で弁部材７６に対して小さな力しか生ぜしめず、相応に吸込み弁３６の開放差圧（Oeffnungsdifferenzdruck）も小さくなる。吸込み行程の開始時にポンプピストン２６がその上死点を占めている場合には、吸込み弁３６の開放差圧は最大であり、このような開放差圧は以下において最大開放差圧と呼ばれる。ポンプピストン２６の吸込み行程の増大に連れて、開放差圧は減少し、中間の吸込み行程の範囲において、つまりポンプピストン２６の上死点と下死点との間における中間の行程位置において、吸込み弁３６の中間開放差圧が生じる。ポンプピストン２６が下死点に位置している場合、吸込み弁３６の開放差圧は最低になり、この開放差圧は以下において最小開放差圧と呼ばれる。吸込み弁３６の最小開放差圧は０.９バール未満、有利には最高でも０.８バールである。吸込み弁３６の中間開放差圧及び最大開放差圧は、閉鎖ばね８０のばね強さｃつまり閉鎖ばね８０によって生ぜしめられる力がばね運動距離に関連して変化する値と、上死点と下死点との間におけるポンプピストン２６の行程とに依存している。閉鎖ばね８０のばね強さｃは小さな値を有することができるが、この場合閉鎖ばね８０によって弁部材７６に対して加えられる力は、ポンプピストン２６の比較的大きな吸込み行程にわたって大きく変化する。吸込み弁３６の中間開放差圧は、０.９バールよりも大きい。吸込み弁３６の中間開放差圧と最小開放差圧との間の比は、１よりも大きく、最高で約１０である。
【００１８】
吸込み弁３６の開放差圧がポンプピストン２６の吸込み行程中に減少することによって、吸込み弁３６の確実な開放が、燃料流入通路７２における低い圧力時にも、燃料調量装置６０によって調節されるフィードポンプ１０からの小さな流過横断面に基づいて、達成される。この場合また、高圧ポンプ１８のすべてのポンプエレメント２２の吸込み弁３６は確実に均一に開放し、ひいてはすべてのポンプエレメント２２の作業室３４の均一な充填、ひいては高圧ポンプ１８による同じ形態の燃料圧送が達成される。小さなばね強さｃをもつ閉鎖ばね８０を使用することによって、高圧ポンプ１８の構成部材の、開放圧に対する許容誤差の影響を減じることができ、これによって同様に、すべてのポンプエレメント２２による均一な燃料搬送を達成することができる。さらに、吸込み弁３６の小さな中間及び最小開放差圧によって、作業室３４の充填が改善される。それというのは、充填に対して決定的な役割を果たす両パラメータ、つまり吸込み弁３６の前後における充填に際して有効な圧力差及び、吸込み弁３６の開放時間は、吸込み弁３６の開放差圧が小さい場合でも大きいからである。また、ポンプエレメント２２の作業室３４の充填が所定されている場合、小さな吐出力と相応に小型の駆動装置を備えたフィードポンプ１０を使用することができ、ひいてはより安価なフィードポンプ１０を使用することができる。燃料調量装置６０を用いてフィードポンプ１０からの流過横断面が完全に閉鎖可能であることによって、吸込み弁３６の開放差圧が小さい場合でも、高圧ポンプ１８の圧送量０（Nullfoerderung）が保証されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】高圧ポンプを備えた、自動車の内燃機関用の燃料噴射装置を示す回路図である。
【図２】図１においてＩＩで示された高圧ポンプの範囲を拡大して示す図であって、ポンプピストンが上死点を占めている状態を示す図である。
【図３】図１においてＩＩで示された高圧ポンプの範囲を拡大して示す図であって、ポンプピストンが下死点を占めている状態を示す図である。
【符号の説明】
１０ フィードポンプ、 １２ 燃料タンク、 １４ 前置フィルタ、 １６管路、 １８ 高圧ポンプ、 ２０ 燃料フィルタ、 ２２ ポンプエレメント、 ２４ シリンダ孔、 ２６ ポンプピストン、 ２８ 偏心駆動装置、 ３０ 管路、 ３２ アキュムレータ、 ３４ 作業室、 ３６ 吸込み弁、 ３８ 圧力弁、 ４０ インジェクタ、 ４４ 弁、 ４６ 電子制御装置、 ４８ 圧力弁、 ５０ 管路、 ５２ 圧力センサ、 ５４ 戻し路、 ６０ 燃料調量装置、 ６２ 流過調整弁、 ６４ アクチュエータ、 ７０ ケーシング、 ７２ 流入通路、 ７４ 弁座、 ７６ 弁部材、 ７８ 保持部材、８０ 閉鎖ばね、 ８２ 延長部、 ８４ リング肩部

Claims (3)

1. 内燃機関用の燃料噴射装置であって、燃料を高圧下でアキュムレータ（３２）に圧送する高圧ポンプ（１８）が設けられていて、アキュムレータ（３２）に、内燃機関のシリンダに配置されたインジェクタ（４０）が接続されており、燃料タンク（１２）から燃料を高圧ポンプ（１８）に圧送するフィードポンプ（１０）が設けられており、高圧ポンプ（１８）が少なくとも１つのポンプエレメント（２２）を有していて、該ポンプエレメント（２２）が、作業室（３４）を制限していて往復動するように駆動されるポンプピストン（２６）を備えており、作業室（３４）がフィードポンプ（１０）の圧力側との接続部を有していて、該接続部に、作業室（３４）に向かって開放する吸込み弁（３６）が配置されており、該吸込み弁（３６）を通して、ポンプピストン（２６）の吸込み行程時に燃料が作業室（３４）に流入するようになっており、吸込み弁（３６）が、閉鎖ばね（８０）によって閉鎖方向に負荷された弁部材（７６）を有しており、閉鎖ばね（８０）が少なくとも間接的にポンプピストン（２６）に支持されていて、ポンプピストン（２６）の吸込み行程の増大に連れて、閉鎖ばね（８０）によって弁部材（７６）に加えられる閉鎖力が小さくなる形式のものにおいて、吸込み弁（３６）の最小開放差圧が、最高でも０.８バールであり、吸込み弁（３６）の中間的な開放差圧が、ポンプピストン（２６）の半分の吸込み行程範囲におけるポンプピストン（２６）の中間位置において、最低でも０.９バールであり、さらに吸込み弁（３６）の最小開放差圧に対する中間的な開放差圧の比が、１よりも大きく、最大でも１０であることを特徴とする、内燃機関用の燃料噴射装置。
2. フィードポンプ（１０）と吸込み弁（３６）との間に燃料調量装置（６０）が配置されていて、該燃料調量装置（６０）によって、吸込み弁（３６）に流れる燃料に対する流過横断面が調節され、かつ該流過横断面が完全に閉鎖可能である、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 燃料調量装置（６０）によって流過横断面が次のように、すなわちアキュムレータ（３２）において所定の圧力を維持するのに必要な燃料量が高圧ポンプ（１８）によってアキュムレータ（３２）に圧送されるように、調節される、請求項２記載の燃料噴射装置。

Images