JP4447595B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。

燃料を可変圧力で噴射する、例えばコモンレール式燃料噴射装置のような燃料噴射装置は、通常、燃料噴射開始時に非常に急勾配の燃料噴射率を有し、多量の燃料を高圧状態で噴射する。しかしその作用は窒素酸化物（ＮＯ_x）発生率に不利な影響を与える。燃料噴射ノズルの開口の段階的開放ないし燃料噴射ノズルの所定の開放特性（燃料噴射率適合化 = ブート レート シェイピング ）によりステップ状燃料噴射率が得られ、この結果窒素酸化物発生率を良好に抑制できる。

従来から、燃料噴射率適合化が達成された内燃機関の燃料噴射装置が公知である。内燃機関でのかかる燃料噴射装置の実行可能な形態では、行程制御式コモンレール形噴射器に２ポート２位置切換弁が前置接続されている。該切換弁の一方の切換位置で、レール（蓄圧器）に蓄えられた燃料の燃料高圧搬送装置で発生した最大圧力が、噴射器にかかる。内燃機関の燃焼室への加圧燃料の噴射は、噴射器の開放行程によって実施される。他方の切換位置で、噴射器に通じる加圧状態にある燃料配管が、絞りおよび圧力調節弁を経て放圧され、この結果低い圧力が噴射器にかかる。いまや同様に噴射器の開放行程により加圧状態にある燃料が燃焼室に噴射されるとき、これは所望の低い圧力下で行われる。

燃料噴射装置の多くの製造業者およびかかる燃料噴射装置が採用されるディーゼルエンジンの多くの製造業者において、燃料噴射率適合化が可能であり、燃料噴射開始時に少量の燃料を低い圧力で内燃機関の燃焼室に噴射する方式を開発することが望まれている。

上述の点から出発して、本発明の課題は、他の方式で燃料噴射率適合化が実現される内燃機関の新たな燃料噴射装置を提供することにある。

この課題は、請求項１と５に記載の内燃機関の燃料噴射装置によって解決される。

本発明者等は、行程制御式噴射器の場合は３ポート２位置切換弁の前置接続、そして圧力制御式噴射器の場合は３ポート２位置切換弁とそれに続く２ポート２位置切換弁の前置接続により、各々燃料噴射率適合化が達成できることを確認した。

この新たな認識から、本発明者等は、少なくとも圧力制御式燃料噴射弁を備え、該燃料噴射弁に２ポート２位置切換弁を前置接続し、該切換弁が、加圧状態の燃料が存在するレールを、圧力制御式燃料噴射弁に接続又は切離する内燃機関の燃料噴射装置において、２ポート２位置切換弁に３ポート２位置切換弁を流体流れ方向において前置接続し、この３ポート２位置切換弁が、その第１切換位置でレールを２ポート２位置切換弁に接続し、第２切換位置で２ポート２位置切換弁を減圧制御配管に接続することを提案する。

２ポート２位置切換弁の開閉で、選択的に圧力制御式燃料噴射弁に圧力が作用するか不作用になり、燃料噴射弁が開閉される。燃料噴射率適合化を達成し、かつ燃料噴射開始時に少量の燃料を低い圧力で内燃機関の燃焼室に噴射すべく、３ポート２位置切換弁と２ポート２位置切換弁が次のように切り換えられる。

即ち、３ポート２位置切換弁の第１切換位置で、レールから加圧燃料が燃料配管を経て３ポート２位置切換弁を通して搬送される。それから３ポート２位置切換弁が第２切換位置に切り換えられる。この結果燃料配管内の圧力は、圧力保持弁と可調整絞りを備え、いまや接続された減圧制御配管を経て所望圧力に低下する。個々で、２ポート２位置切換弁が開くと、燃料は開いたノズルニードル弁を経て低い圧力で噴射される。

多量の燃料を高圧状態で内燃機関の燃焼室に噴射すべく、３ポート２位置切換弁が第２切換位置に切り換えられ、２ポート２位置切換弁が第２位置に切り換えられて開かれたとき、噴射器にレールから燃料が直接供給される。本発明の好適な実施態様では、圧力制御式燃料噴射弁がノズルニードル弁を有し、該ニードル弁は少なくとも１個のばね要素を経て閉鎖位置に保持される。燃料噴射弁に圧力が供給されると、燃料噴射弁はばね圧に抗して開かれ、燃料が燃焼室に流入する。減圧制御配管に少なくとも１個の圧力保持弁が配置され、該圧力保持弁は、この配管の内部に所定の圧力を維持すべく使われる。

圧力保持弁に加えて、減圧制御配管に可調整絞りが配置される。この絞りにより、燃料噴射過程間に所定の所望燃料圧力が形成される。

上述した内燃機関の燃料噴射装置に加えて、本発明者は、少なくとも行程制御式燃料噴射弁および加圧状態の燃料が存在するレールから成る内燃機関の燃料噴射装置において、燃料噴射弁に３ポート２位置切換弁を前置接続し、該切換弁を、その第１切換位置でレールを燃料噴射弁に接続し、第２切換位置で燃料噴射弁を減圧制御配管に接続することを提案する。この内燃機関の燃料噴射装置でも、燃料噴射開始時に少量の燃料を低い圧力で内燃機関の燃焼室に噴射することが可能となる。

行程制御式燃料噴射弁を実現すべく、一実施態様では、燃料噴射弁がノズルニードル弁を有し、該ニードル弁の上下に、各々加圧燃料を供給する圧力室が形成される。例えば一方の圧力室で開口の開放により圧力が低下すると、圧力差によりニードル弁が動く。かかる圧力室の開放は、例えば少なくとも１つの圧力室を開閉する少なくとも１個の調整素子、好適には、２ポート２位置切換弁により実現できる。

圧力室内の絞り減圧を達成すべく、少なくとも一方の圧力室において圧力入口開口断面積が圧力出口開口断面積より小さいと有利である。減圧制御配管内に少なくとも圧力保持弁および／又は可調整絞りを配置し得る。

本発明の有利な実施態様を従属請求項および以下の説明から明らかにする。本発明の２つの実施例を図示するが、本発明はこれに限定さない。

以下、図１および図２を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は内燃機関の燃料噴射装置を概略的に示す。本発明のこの実施例は、圧力制御式燃料噴射弁／噴射器７、即ち作用する燃料圧力ではじめて開く燃料噴射弁／噴射器に対して有効に適用できる。

燃料タンク１内に存在する燃料は、燃料高圧搬送装置２によって、約６００〜２５００×１０⁵Paの圧力でレール（蓄圧器）３に搬送される。レール３につながる３ポート２位置切換弁４は、その切換位置に応じ、燃料を噴射器７に導く。３ポート２位置切換弁４の第１切換位置４．１で、圧力保持弁８．１と可調整絞り８．２を備える絞り減圧制御配管１０．２が、３ポート２位置切換弁４で遮断されている。同時に２ポート２位置切換弁６が開いた際、燃料がレール３から、いまや３ポート２位置切換弁４により接続された燃料配管１０．３、１０．１を経て、噴射器７に供給される。ノズルニードル弁７．２に作用する燃料圧力が、ノズルニードル弁７．２をばね７．１のばね圧に抗して動かし、その結果噴射開口断面積を開いて燃料が燃焼室に導かれる。

図１に示す３ポート２位置切換弁４の第２切換位置４．２で、２ポート２位置切換弁６が開いた際（図１ではこの弁６は閉じている）、燃料配管１０．１が、いまや接続された絞り減圧制御配管１０．２を経て、圧力保持弁８．１と可調整絞り８．２に接続され、この結果配管１０．１内に存在する圧力が低下する。３ポート２位置切換弁４の図示した切換位置４．２において、同時に燃料配管１０．３がレール３から切り離される。いま燃料噴射開始時に少量の燃料を低い圧力で内燃機関の燃焼室に噴射すべく、３ポート２位置切換弁４および２ポート２位置切換弁６が次のように切り換えられる。

３ポート２位置切換弁４の第１切換位置４．１で、高圧状態の燃料がレール３から燃料配管１０．３を経て３ポート２位置切換弁４を通して搬送される。次いで３ポート２位置切換弁４が第２切換位置４．２に切り換えられる。このため燃料配管１０．１内の圧力が、いまや接続された圧力保持弁８．１と可調整絞り８．２を備えた減圧制御配管１０．２を経て、所望の値迄低下される。そして２ポート２位置切換弁６が開くと、燃料は低い圧力で、開いたノズルニードル弁７．２を経て噴射される。

多量の燃料を高圧状態で内燃機関の燃焼室に噴射すべく、３ポート２位置切換弁４が第１切換位置４．１に切り換えられ、２ポート２位置切換弁６が開いた際、燃料がレール３から噴射器７に供給される。

図２は内燃機関の燃料噴射装置の異なる実施例を概略的に示す。この実施例は行程制御式燃料噴射弁／噴射器９に対して適用できる。

燃料噴射率適合化のための制御は、図１の如く、レール３につながった３ポート２位置切換弁４で行う。３ポート２位置切換弁４の第１切換位置４．１で、圧力保持弁８．１と可調整絞り８．２を備える絞り減圧制御配管１０．２が、３ポート２位置切換弁４で遮断されている。同時に２ポート２位置切換弁６が開いた際、レール３から、いまや３ポート２位置切換弁４により接続された燃料配管１０．３、１０．１を経て、燃料が噴射器９に供給される。

図２に示す３ポート２位置切換弁４の第２切換位置４．２で２ポート２位置切換弁９．１が開いた際、いまや接続された絞り減圧制御配管１０．２を経て圧力保持弁８．１と可調整絞り８．２に接続され、燃料配管１０．１内の圧力が低下する。３ポート２位置切換弁４の図示の切換位置４．２で、同時に燃料配管１０．３がレール３から分離される。

図１の圧力制御式燃料噴射弁と異なり、ノズルニードル弁９．４の開閉は、噴射器９の燃料排出配管に存在する２ポート２位置切換弁９．１で制御される。図２の状態で２ポート２位置切換弁９．１は閉じている。このため上部圧力室９．３と下部圧力室９．２に同じ燃料圧力が加わっている。ノズルニードル弁９．４に作用する上部圧力室９．３による上側からの圧力と下部圧力室９．２による下側からの圧力は均衡し、このためノズルニードル弁９．４は下側位置に保持され、噴射開口断面積を閉鎖状態に維持する。

燃料噴射過程を開始する、即ちノズルニードル弁９．４の持ち上げにより噴射開口断面積を開くべく、２ポート２位置切換弁９．１を開く。この結果上部圧力室９．３は放圧される。しかし出口絞り９．５の開口断面積が入口絞り９．６の開口断面積より大きい故、上部圧力室９．３の放圧は絞って行われる。下部圧力室９．２では、加圧状態にある燃料がノズルニードル弁９．４を持ち上げ、このため噴射ノズル開口断面積が開く。ばね要素９．７はノズルニードル弁運動に対抗して作用し、上部圧力室９．３と下部圧力室９．２の圧力平衡時又は燃料噴射後、ノズルニードル弁９．４をその元の位置に戻す。

なお、上述の特徴および請求項に記載の特徴は、上述した組合せだけでなく、本発明を逸脱することなしに、他の組合せや、単独での使用も可能である。

内燃機関の燃料噴射装置の概略図。 内燃機関の燃料噴射装置の異なった実施例の概略図。

符号の説明

１ 燃料タンク、２ 燃料高圧搬送装置、３ レール、４ ３ポート２位置切換弁、４．１ ３ポート２位置切換弁の第１切換位置、４．２ ３ポート２位置切換弁の第２切換位置、５、６ ２ポート２位置切換弁、７ 圧力制御式燃料噴射弁、７．１ ばね、７．２ ノズルニードル弁、８．１ 圧力保持弁、８．２ 可調整絞り、９ 行程制御式燃料噴射弁、９．１ ２ポート２位置切換弁、９．２ 下部圧力室、９．３ 上部圧力室、９．４ ノズルニードル弁、９．５ 出口絞り、９．６ 入口絞り、９．７ ばね、１０．１ 噴射器への燃料配管、１０．２ 絞り減圧制御配管、１０．３ 燃料配管、１０．４ 減圧制御配管

Claims (4)

1. 少なくとも圧力制御式燃料噴射弁（７）を備え、該燃料噴射弁（７）に２ポート２位置切換弁（６）が前置接続され、該２ポート２位置切換弁（６）が、加圧状態の燃料が存在するレール（３）を、圧力制御式燃料噴射弁（７）に接続ないし断絶する内燃機関の燃料噴射装置において、
   ２ポート２位置切換弁（６）に３ポート２位置切換弁（４）が流体流れ方向において前置接続され、両切換弁（４、６）は、３ポート２位置切換弁（４）が、その第１切換位置（４．１）でレール（３）を２ポート２位置切換弁（６）に接続し、第２切換位置（４．２）で２ポート２位置切換弁（６）を減圧制御配管（１０．２）に接続するように切換え可能であり、この際
   ２ポート２位置切換弁（６）の開閉により選択的に圧力制御式燃料噴射弁（７）に圧力が作用するか不作用になって該燃料噴射弁（７）が開閉され、この結果、
   ３ポート２位置切換弁（４）の第１切換位置では、加圧状態にある燃料がレールから燃料導管（１０．１、１０．３）を通り、３ポート２位置切換弁（４）を経て燃料噴射弁（７）に供給され、そして
   ３ポート２位置切換弁（４）の第２切換位置では、３ポート２位置切換弁（４）と燃料噴射弁（７）との間の燃料導管（１０１）内の圧力が、減圧制御配管（２０２）を介して所望の圧力値に低下され、
   ２ポート２位置切換弁（６）が開くと燃料が低い圧力で噴射される
   ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
2. 圧力制御式燃料噴射弁（７）がノズルニードル弁（７．２）を有し、該ノズルニードル弁（７．２）が少なくとも１個のばね要素（７．１）を経て閉鎖位置に保持されることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 減圧制御配管（１０．２）に少なくとも１個の圧力保持弁（８．１）が配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料噴射装置。
4. 減圧制御配管（１０．２）に可調整絞り（８．２）が配置されたことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の燃料噴射装置。
   

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