JP4476289B2 - 燃料噴射装置内の構成 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載するような燃料噴射装置内の構成に関する。

蓄圧器を利用するコモン・レール噴射システムは一般に、ピストン・エンジンに関連して使用する。このようなシステムでは、いわゆる蓄圧器内に噴射圧力で蓄積された燃料が、噴射弁を制御することによってエンジンの燃焼室内に噴射される。

典型的なコモン・レール・システムでは、噴射圧力は、噴射ノズルのニードルが開く際とほとんど同時に高い圧力レベルに到達する。その結果、燃料を燃焼室に噴射する際の、噴射開始時の燃料の質量流量が大きくなる。このような場合、燃焼室の圧力が、最適動作に到達するには急速に増加し過ぎることがある。

本発明の目的は、従来技術に伴う問題を最小限に抑える燃料噴射装置内の構成を製作することである。本発明の目的はとりわけ、効率的であるが簡単に燃料噴射工程に作用する構成を製作することである。

本発明の目的は、主として請求項１に開示し、より詳細には従属請求項で開示する方法によって達成することができる。

本発明によれば、燃料噴射を制御するための燃料噴射システム内の構成は、内部に空間を設けた本体部分を備え、動作中に噴射される燃料がその空間を通って流れる。この空間は更に入口開口及び出口開口を備える。この構成は更に、前記空間内に可動式に配置したピストン手段などを備え、この構成は、燃料入口開口と燃料出口開口との間に流れ接続をもたらす流路を備える。この流路は、本体部分の空間内に開いた少なくとも１つの絞り部を備え、絞り部の燃料の流れる流れ断面積が、ピストン手段と本体部分との相互位置によって決まる。この絞り部は、噴射開始時にピストン手段が本体部分に対して移動している間、増大するように構成される。

絞り部は、ピストン手段内でその長手軸に沿った様々な位置に配置されるいくつかの開口と、制御縁部とを備え、この開口と制御縁部の相互位置によって、燃料流路の総流れ断面積が規定される。この制御縁部は、境界領域によって形成され、その境界領域内では、本体部分の内面とピストン手段の外面が互いに接触せず、或いは流れを絞るその他の影響を受けない。

一実施例によれば、この絞り部は、ピストン手段内に配置した少なくとも１つの孔を備え、その孔はその長手方向に細長くなっている。

別の実施例によれば、ピストン手段は、燃料圧力と無関係に動作するアクチュエータを備え、それによって燃料圧力の上昇を、エンジンの動作状態に応じて効率的に制御することができる。緩衝空間及びチャネルが、ピストン手段のもう一方の端部と接続して設けられ、このチャネルは、本体部分に配置した空間を緩衝空間に接続する。ピストン手段のばねが、好ましくはこの緩衝空間内に配置され、それによって、ばね用の別の空間が不要となる。ピストン手段は、好ましくは管状部片で形成され、その部片の壁厚は内径よりも小さい。

本発明による構成によって、実際の噴射中に十分な噴射圧力を可能にしながら、噴射開始時に噴射される燃料の質量流量を制限することが可能となる。

次に、本発明を、添付の概略的な図面を参照しながら例として説明する。

これらの図で使用する参照番号は、判り易くするためにできる限り互いに対応させてある。更に、本発明の理解に関してその説明が必要でない限り、実際にこのシステムに属する部品を必ずしもすべては本文に記載しない。

図１は、本発明による構成４を、内燃機関のコモン・レール燃料噴射システムに関してどのように配置することができるかを非常に概略的に示している。この燃料噴射システムを、本発明の動作に必要な程度だけ説明する。コモン・レールに基づくこの燃料噴射システムは、その主要構成要素として、コモン・レール即ち蓄圧器１を備える。この蓄圧器内では燃料がエンジンの燃焼室内に噴射されるように高圧状態であり、噴射弁２がこの蓄圧器と流れ接続している。燃料チャネル・システム３、３’、３”が、コモン・レール１から、燃料を計量して各シリンダ（図示せず）に送る噴射弁２へと配置されている。動作中は、噴射弁２のための十分な噴射圧力を得るために、コモン・レール内に十分な圧力が維持される。各噴射弁２は、燃料噴射を独立に制御する制御手段１．１を備える。ここで、燃料噴射システムの蓄圧器１が、チャネル３”によって制御手段１．１に接続され、そこから燃料が更にチャネル・システム３、３’を通って噴射弁２に供給される。ここで制御手段は、蓄圧器の圧力を、即ち蓄圧器への流れ接続部を、燃料をエンジン内に噴射するために噴射弁に、また弁を閉じるために噴射弁を閉じる装置に接続することができるように動作する。構成４は、その入口開口７及び出口開口８を通じて燃料チャネル・システム３、３’に接続している。構成４の動作を、図２〜図５を参照しながら以下に説明する。

図２は、本発明による、燃料噴射を制御するための燃料噴射装置の構成４の有利な実施例を示す。この構成は、空間６を内部に設けた本体部分５を備える。エンジンが動作すると、燃料がこの空間６内を流れる。空間６の内部にはまた、ばね１０によって発生するパワーに対抗して移動可能なように、ピストン手段９が配置される。燃料入口開口７及び出口開口８もまた、空間６と流れ接続される。このピストン手段はまた、空間６を、入口開口７側及び出口開口８側の２つの部分に分割する。入口開口７と出口開口８の間に燃料流路が、チャネルと空間を組み合わせることによって形成されている。ピストン手段９は、片方の端部に壁９．１を、もう片方の端部に肩９．１を備えた管状部分である。ピストン手段が長手方向の孔を有することも理解されよう。壁９．１は、小さめの開口３５．１を備え、それによってとりわけ、燃料圧力を平準化し、噴射工程後にピストン手段９をその初期位置に戻すことが可能になる。噴射工程後にピストン手段を戻すために、この構成はばね１０を備える。ピストン手段の第２端部とその肩９．２とに関連するチャネル３５．２もあり、このチャネルは、空間６を、ピストン手段のばね１０用に形成した緩衝空間６．１に接続する。

ピストン手段９内には開口３５が配置されており、この開口もまた流路の一部を形成している。この開口は、ピストン手段の内部からその外面へと延びる。ここではピストン手段の長手方向に配置したいくつかの開口３５を示すが、その形状及び数は、常に各応用例に合わせて選択することができる。ピストン手段の位置によっては、燃料は入口開口７から入口開口３５を通って出口開口へと流れることができる。

図２に噴射前の状態を示す。ここで、ピストン手段９は、その端部が燃料入口開口７に隣接する初期位置にある。したがって、ピストン手段９の開口３５は、本体部分５の制御縁部より上流側にあり、本体部分に接している。本体部分は基本的に、ピストン手段の管体の壁部内に配置した開口３５をすべて覆っている。噴射弁２が開くと、出口開口８に隣接する端部内の燃料圧力が、入口開口７に隣接する端部内より低くなり、ピストン手段９が運動を開始する。ピストン手段が動くとき、ピストン手段の部分上にあるチャネル３５．２を通じて緩衝空間６．１から燃料を引き出すことにより、噴射圧力が最大値へと増大する速度が低減するとともに、ピストンの移動速度が低減する。図３は、燃料噴射がすでに始まっている状態の、図６による構成を示す。図では、本体５内に制御縁部４０が形成されている。ピストン手段９の開口３５が制御縁部を通り過ぎると、開口が制御縁部４０を通り過ぎ、空間６の出口開口８に隣接する部分に対して開くにつれて絞り部の流れ面積が増大していき、出口開口８に隣接する端部内の圧力がより速く上昇し始める。ピストン手段が出口開口８に近づくほど、より多くの開口から燃料を流すことができ、これによって噴射圧力が上昇する。図３は、ピストン手段に沿って長手方向に延びる長い開口３５．２を代替例として示す。

噴射行程開始時は、開口の総断面積が非常に小さく、それにより生み出される絞り作用によって燃料の質量流量がかなり制限される。ピストン手段が動くと、開口３５の面積のより大きい部分が開放され、流路の絞り部の面積が増大し、噴射圧力即ち出口側の燃料圧力も上昇する。開口３５の面積は、少なくとも噴射終了時には燃料の流れを大幅に制限しないように、即ち圧力損失が小さくなるように選択される。長手軸に沿った開口３５の位置、及びその断面積を適切に選択することによって、燃料圧力の上昇速度、及びその段階調整を所望のとおりに実現することができる。

図４は、燃料圧力によってではなく、ピストン手段９を制御する別個のアクチュエータ８０によってピストン手段９の運動及び位置が決まること以外は、図２に対応する実施例を示す。好ましくはアクチュエータ８０は、電磁二方弁８２によってエンジンのサーボ・オイル・システム８１に接続される。従って、ピストン手段９の運動を燃料圧力と無関係に制御することができる。アクチュエータ８０に接続されたサーボ・オイル・システムは、別個の絞り手段８３を介して戻りチャネル８４に接続される。絞り部８３もまた調整可能とすることができる。絞り手段８３の、アクチュエータ８０内のサーボ・オイル圧力に対する作用によって、ピストン手段９の運動の速度が制御され、ピストン手段の動作は、例えばエンジンの様々な運転状態において異なる設定にすることができる。

図５は、本発明による構成の別の実施例を示す。ここで、本体部分５はまた、ピストン手段９用の円筒形空間６を備える。ピストン手段９の両端間の部分に、ピストン手段の主な部分より直径が小さい部分９．３が配置されており、この部分は、円錐形制御縁部４０を備える。即ちこの制御縁部は、ピストン手段の直径がその長手軸の方向で変化する部分からなる。これは、段階的であっても適切に連続したものでもよく、直線的でも非直線的でもよい。直径がより小さい前記部分９．３は空間６内に空間９３を形成し、その空間を通じて、エンジンに供給する燃料が流される。燃料入口開口７は、ピストン手段のもう一方の端部と本体部分５とによって形成された空間と連通し、それによって、燃料圧力によって生じる力の作用をピストン手段９に働かせることができる。これによってピストン手段の運動が生じる。燃料入口開口７から空間９３へと、更に空間９３から、燃料出口開口８に続く流路によって形成されたチャネル９２へと開くチャネル９１が形成されている。円錐形制御縁部４０は、チャネル９１及びチャネル９２に対するピストン手段の位置に応じて燃料流れを制御する。ばね構成１０が、ピストン手段９の燃料入口開口７と反対側の端部内に配置され、このばね構成は２つの別々のばね機構によって形成され、ばね機構は２段階で動作する。ばね機構の第１のピストン部片９４は、第１のばね９５に負荷をかける。図で示した状態では、ピストン手段９が下に、即ち燃料入口開口から離れて移動すると、第１のばねのみがピストン手段９の運動に対抗する力を生じる。つまり、ピストンの動きは比較的速い。この動きによって制御縁部４０が動き、チャネル９１及び９２が空間９３に対して開き、したがって燃料の流れが増大する。ピストン手段９とピストン部片９４とが共にある距離を移動すると、ピストン部片９４は、ばね機構の別のピストン部片９６と接し、そこでばね機構のばね９５が、ピストン手段９の動きに対して作用し始める。それに続いて、ピストン手段の速度が減少する。

本発明は、ここで説明した実施例に限定されず、添付の特許請求の範囲内でそのいくつかの変更を思いつくことができる。例えば、ピストン手段の様々な形状を考えることができる。

エンジンの燃料噴射システムに適用した本発明による構成を示す図である。 初期状態にある本発明による構成を示す図である。 第２の極限状況にある図２の構成を示す図である。 本発明による別の構成を示す図である。 本発明による更に別の構成を示す図である。

Claims (8)

1. 燃料噴射を制御するためのコモン・レール燃料噴射装置内の構成（４）であって、動作中に噴射される燃料が流れる空間（６）を内部に設けた本体部分（５）と、前記空間（６）に対して開いた燃料入口開口（７）及び燃料出口開口（８）と、可動に配置したピストン手段（９）と、前記入口開口（７）と前記出口開口（８）の間の流路によって形成される流れ接続部とを備える構成において、前記流路が、前記空間内へ開いた少なくとも１つの絞り部（３５、４０、９１、９２）を含み、噴射開始時に前記ピストン手段（９）が前記本体部分（５）に対して移動する間に前記絞り部の流れ断面積が増大するように構成されていることを特徴とする構成。
2. 前記絞り部がその長手軸に沿う複数の位置に設けた複数の開口（３５）を含み、これら開口が前記ピストン手段の内側からその外面へと延びることを特徴とする、請求項１に記載の構成。
3. 前記絞り部が、前記ピストン手段に設けられて該ピストン手段の長手軸の方向に延びる少なくとも１つの開口（３５．２）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の構成。
4. 前記ピストン手段が、燃料圧力と無関係に動作するアクチュエータ（８０）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の構成。
5. 前記絞り部が、該絞り部の流れ断面積を制御するための制御部を有し、その制御部が、前記本体部分（５）の内面と前記ピストン手段（９）の外面との互いの接触等の流れを絞る作用から解放される境界領域によって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の構成。
6. 燃料入口開口（７）に面する前記ピストン手段（９）の一端部にチャネル（３５．２）を設けるとともに、前記本体部分（５）の内周面と前記ピストン手段（９）の外周面との間に、前記チャネル（３５．２）によって前記空間（６）に接続された空間部分（６．１）を設けたことを特徴とする、請求項２又は３に記載の構成。
7. 前記ピストン手段のばね（１０）が、前記空間部分（６．１）内に配置されることを特徴とする、請求項６に記載の構成。
8. 前記ピストン手段（９）が、管状部片で形成され、前記管状部片の壁厚が内径よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の構成。

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