JP4476295B2 - 圧力を検出するための装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関内の燃料圧力を検出するための装置に関する。本発明は特に、燃料が高い圧力に達する内燃機関適用例に関する。本発明はさらに、燃料が重油である適用例に関する。

燃焼機関の多くの燃料噴射システムでは、圧力が上昇し始める時（噴射の開始）を知ることが必要である。例えば、いわゆるコモンレール・システムでは、燃料がインジェクタ・ノズルを通して燃焼室内に噴射される前に、燃料圧力が約１５００バールまで上昇される。圧力情報は、適切な時にシリンダ内に燃料を噴射するために必要とされる。

さらに、多くの内燃機関は比較的高い温度で動作する。例えば重油で動く大型のディーゼル機関では、動作温度は１２０℃程度である。

いくつかの現行のシステムでは、機関の電子装置が圧力検出動作を担当する。実際には、これは、機関の様々な動作範囲で噴射を制御するように電子装置が設定されることを意味する。電子装置のための設定値は、例えば機関の試験走行から得られる。したがって電子装置に基づく燃料噴射システムの燃料噴射タイミングおよび持続時間を求めるために、燃料圧力の直接の測定は必ずしも用いられない。これらのシステムに関わる問題は、動作中に機関の摩耗があるので、変化した機関の状態に電子装置の設定値がもはや対応せず、それにより機関が低下した効率で動作し、機関の構造にさらなる応力を引き起こすことである。このため、機関は、ある間隔で整備しなければならない。

圧力センサによる燃料圧力の検出が可能であるが、そのような装置は高価である。市場で入手可能な多くの圧力センサがあるが、センサは１００度を超える温度で１０００バールを超える圧力に耐えることができなければならないので、妥当な価格での市販の解決策はほとんどなく、したがってそれらは使用されない。しかし、知られている解決策が米国特許第４５６６４１７号明細書に開示されており、その解決策では、燃料圧力が、圧力センサによって燃料ポンプから測定される。センサは圧電素子に基づいている。このセンサに関する問題は、（例えば約２０バールの圧力で動作する）低い動作範囲のため、および高い最大圧力（例えば約１５００バール）に対する同時に起こる要件のための寸法決めを実施することが、不可能ではないにせよ非常に難しいことである。別の問題は、１００度を超える温度での動作である。

圧力を検出するための複雑なシリンダ専用システムが、比較的一般に使用されている。これらの適用も高価である。

本発明の目的は、前記従来技術の問題を除去／低減することである。この目的は、特許請求の範囲に開示されるようにして実現される。

本発明は、正確な圧力測定が必要ではないという着想に基づいている。実際に知らなければならないことは、燃料圧力がある所定のレベルを超える時点である。このためには単純なオンオフ検出器で十分である。そのような本発明の検出器は、圧力がある限界を超える時に、その圧力がスイッチング動作を引き起こすことができるようにすることによって製造することができる。ここでもやはり、スイッチング動作の検出は、燃料噴射のタイミングの修正など所望の操作を実施することを可能にする。この状況で、単純だが耐久性のある解決策によって、単純な操作を実施することができる。

本発明による装置は、例えば高圧燃料ラインと直接接続された第１の端部、および弾性要素に接続された第２の端部を含むピストンと、装置の外部にインターフェースを有する回路とを有する。

圧力がある値に達した（またはその値を超えた）時、ピストンが弾性要素に向かって移動し、弾性要素は、十分な圧力がピストンの第１の端部に作用している時に移動を可能にする。したがってピストンの第２の端部の位置はピストンの移動に依存し、所定の位置で、ピストンが回路を閉じる機械的接触を形成し、これはインターフェースから見ることができる。

弾性要素は、好ましくはばねなどである。回路は、第１の導体を含む第１の部品と、第２の導体を有する第２の部品とを有する。また装置は、好ましくは、弾性要素に向かうピストンの移動をある位置で停止させる移動制限手段も含む。

ピストンの端部が、ピストンに接続した中間部品を押し、さらに中間部品が、装置のばねの上側支持体を押す。装置のばねは、伝達されるパワーの影響の下で図示されるように縮む。下側支持体は位置を変えず、支持を提供する。

ばねはその極限までは縮まらず、ばねの動きは移動制限手段によって制限される。換言すると、ばねが所定の長さにだけ縮んだ時、ばねの上側支持体が移動制限手段に触れ、それにより上述した接続動作が生成される。この接続動作が装置の回路を閉じる。回路は２つの部品からなり、第１の部品は移動制限手段を有し、第２の部品は、ばねの上側支持体と、ばねと、ばねの下側支持体とを有する。第１および第２の部品は、接続動作を検出する検出器に接続された導体に接続される。検出器は、例えば、比較器として働く演算増幅器接続とすることができる。したがって検出器は、本発明による装置の別個の部品である。

装置が回路を有しているので、回路の部品を互いから、および他の構造から絶縁するために、絶縁体部品も必要とされる。絶縁体部品は、ばねの下側支持体と移動制限手段の基部（すなわち下端部）との間に位置付けられる。絶縁部品は、移動制限手段の基部と構造の残りの部分との間にも位置付けられる。中間部品もまた絶縁材料からなる。

以下、添付図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。

図１に、本発明による装置の一実施例を例示する。この装置は休止モードであり、すなわち装置によって形成されるスイッチが開いている。装置のピストン３が、高圧燃料を含むボリューム（容積空間）２に接続している。この実施例では、装置の本体構造１が周囲構造と一体である（例えば、装置に必要な空間が、機関構造内の所望の場所に穴あけされている場合）。しかし、構造が、周囲構造に接続された別個の構造であることも可能である。

ピストンの下端部が、装置のばね６の上側支持体５に接続した中間部品４に接続している。中間部品と本体との間のクリアランスは大きく、それにより大きな熱膨張差が操作を妨げることはない。中間部品は、ばねの上側支持体にピストンの移動を伝え、且つばねの上側支持体と本体構成との接触を防止するものである。この開示では、用語「上端部」および「下端部」などは、ボリューム２上に位置付けられた装置の部品の一部を意味することに留意されたい。したがって、用語「下側」および「上側」などは、前記ボリュームからさらに離れた装置の部品を意味する。

ばね６は、ばねの上側支持体５と下側支持体８との間に位置付けられる。移動制限手段７がばねの内側に部分的に位置付けられ、その下端部７’（すなわち基部）がばねの外側に位置付けられる。ばねは、好ましくはコイルばねであり、移動制限手段は、好ましくは本体および基部を備えるタップであり、したがって本体がコイルばねの内側に位置付けられ、基部がコイルばねの外側に位置付けられ、その基部に第１の導体１５が接続される。

絶縁体部品９が、下側支持体８と移動制限手段の基部７’との間に位置付けられ、第２の絶縁体部品１０が、ばねの基部と本体構成との間に位置付けられる。第２の絶縁体部品は、好ましくは、燃料圧力によって生じる力を受けるプレートでもある。ばねの下側支持体と移動制限手段との間の絶縁体部品は、好ましくは、適当に成形されたリングである。したがってこのリングは、ばねの下側支持体から移動制限手段を絶縁し、移動制限手段を横方向に位置付ける。第２の導体１２が、ばねの下側支持体に接続される。絶縁体部品および中間部品はセラミック材料からなり、しかしそれらは、良好な耐熱性を有する別の機械的耐久性のある（圧縮強度）電気絶縁材料からなっていてもよい。中間部品は、特に圧縮抵抗および耐熱性のあるものでなければならない。

ばねおよびその支持体が位置付けられるボリュームは、好ましくは、あるとしたらそこから漏れる燃料のための漏れ経路１１を備える。さらに、本体構造は、第１の導体１５および第２の導体１２のための経路１３、１４を設けられる。

図２に、本発明による装置の実施例を例示する。この装置は動作モードであり、すなわち装置によって形成されるスイッチが閉じられている。燃料圧力があるレベルまで、さらにはあるレベルを超えて上昇した時、ピストン３が中間部品４を押し、さらに中間部品４が、圧力の作用をばねの上側支持体５に移す。図２に示されるように、移動制限手段７のタップがばねの上側支持体に触れるまで、ばね６が圧力によって押圧される。ばねの上側支持体と移動制限手段との接触が装置の回路を閉じる。この回路は、２つの部品（およびそれらの部品に接続した導体）を含む。上述したように、第１の部品は移動制限手段７を含み、第２の部品は、ばね６と、ばねの上側支持体５と、ばねの下側支持体８とを含む。

導体は、装置によって行われる接続を検出する検出器に接続される。圧力がピストン３をばねに向けて移動させず、ばね６が図１に示される位置にある時、回路は開いており、回路から測定される抵抗は大きい。上昇した圧力がピストンをばねに向けて移動させる時、回路は閉じられる。閉じられた回路から測定される抵抗は小さい。別の電気的量を測定することも可能である。検出器は、より複雑な電子装置を必要としない単純な回路とすることができる。例えば、比較器（コンパレータ）として接続される１つの演算増幅器で十分である。したがって検出器の設計は本発明に関する限り重要とは考えられないので、それを本明細書でより詳細に説明する必要はないものと考えられる。

装置の本体構造に、ピストンのための第１のボリューム２１と、中間部品およびピストンの第２の端部のための第２のボリューム２２と、ばね、ばねの上側および下側支持体、移動制限手段、および絶縁体部品のための第３のボリューム２３と、前記導体のための第４のボリューム１３および第５のボリューム１４とが構成されていることを図２で見ることができる。本体構造はさらに、第３のボリュームに接続する第６のボリューム１１であって、圧力を受けてボリューム２から漏れ出た燃料があればその燃料のための上述した漏れ経路を形成する第６のボリューム１１を有する。

ピストンと本体構造との間のクリアランスは、好ましくは非常に小さく、これは、加圧空間からの漏れを防止する。本体とピストンは本質的に同様の材料、実用上は好ましくは同一の材料から製造されるので、熱膨張による問題は存在しない。ピストンの直径は、好ましくは非常に小さい寸法とされて、最大圧力によって引き起こされる力を最小にしている。

したがって本発明は、燃料圧力によって加圧されるボリューム内の圧力を検出するための装置に関する。本発明による装置は、弾性要素と、例えば高圧燃料ラインに直接接続した第１の端部、および弾性要素に接続した第２の端部を含むピストンと、装置の外部にインターフェースを有する回路とを有する。

圧力がある値に達した（またはその値を超えた）時、ピストンは弾性要素に向かって移動する。弾性要素は、十分な圧力がピストンの第１の端部に作用している時に移動を可能にする。したがってピストンの第２の端部の位置はピストンの移動に依存し、所定の位置で、ピストンは回路を閉じる機械的接触を形成し、これはインターフェースから見ることができる。

弾性要素は、好ましくはばねなどである。回路は、第１の導体を含む第１の部品と、第２の導体を有する第２の部品とを有する。また装置は、好ましくは、弾性要素に向かうピストンの移動をある位置で停止させる移動制限手段も含む。それら導体の端部は、例えば、ピストンの他方の端部および弾性要素が配置されるボリュームの反対側に配置され、好ましくは、移動制限手段がピストンの移動を停止した時にピストンの他方の端部が回路を閉じる位置、すなわち接触を形成する位置に配置される。圧力が低下した時、ばね手段が燃料ボリュームに向けてピストンを押し、それにより回路が開く。

本発明の一実施例は、ばねと、ばねの上端部を支持するためのばねの上側支持体と、ばねの下端部を支持するためのばねの下側支持体と、ばねの上側支持体に接続した中間部品とを有する。さらに、装置はピストンを有し、その第１の端部が前記ボリュームに接続し、その第２の端部が中間部品に接続している。中間部品は、ばねの移動をばねの上側支持体に伝達する要素であり、上側支持体に接続したばねは、ばねの移動により可動である。さらに装置は、第１の回路の一部を形成する移動制限手段と、回路の第２の部品を形成するばね、ばねの上側支持体、およびばねの下側支持体と、回路の第１の部品に接続した第１の導体、および回路の第２の部品に接続された第２の導体と、絶縁体部品とを有し、絶縁体部品は、中間部品と共に、前記回路を互いから、且つ他の構造から絶縁する。この装置では、圧力がピストンを中間部品に向けて押す時、移動制限手段が、ばねおよびピストンの移動を制限し、同時に、移動制限手段とばねの上側支持体との接触面を形成し、それにより回路の第１の部品と第２の部品とが一体に接続され、これは、第１の導体と第２の導体との間から所望の電気的量を測定することによって検出することができる。

さらに、図１および図２から、移動制限手段が、図示されるように成形および位置付けられ、且つばねの内側にあるタップと、外側にある基部とを有していることが好ましいことが分かる。したがって導体を基部に接続して、動かない部分に接続が存在するようにすることが可能である。それに応じて、下側支持体は可動部品ではないので、第２の導体をばねの下側支持体に接続することが好ましい。導体の接続が、ばねの上側支持体など移動部品に対してなされる場合、接続は、移動部品と共に移動するのに十分な柔軟性を持たなければならない。この解決策は、故障／破損をより受けやすい。したがって、回路の第１および第２の部品に、導体を取り付けることができる少なくとも１つの静止部品を有することが好ましい。

移動制限手段を実施するための他の解決策がある。例えば移動制限手段が２つの部品、すなわちコイルばねの内側に位置付けられた、上側支持体のタップ状延在部と、ばねに関して他方の下側支持体の側で、コイルばねの外側に位置付けられた基部とからなっていてもよく、その基部に第１の導体が接続される。換言すれば、図１〜２による移動制限手段のタップが、基部ではなく、ばねの上側支持体に接している。図に示されるように、移動制限手段の基部とばねの下側支持体との間に絶縁体が配置される。

本発明は、全ての内燃機関に適用可能であり、任意の適切な位置に配置することができる。本発明による装置に好ましい位置は、制御弁とインジェクタ・ノズルとの間で高圧燃料ラインに接続する。本発明は、ディーゼル機関、特に大型のディーゼル機関に特に適している。特別な適用範囲は、重油で動く内燃機関である。

本発明で開示される圧力スイッチの利点は、その単純さと安価な製造コストであり、そこから長い耐用寿命も得られる。必要に応じて整備操作をより良く実施することができ、所定の整備時間が必要である。所望の圧力値に関して装置を寸法決めすることが簡単であり、さらに装置は、非常に高い圧力および温度に耐えることができる。

製造コストを抑制するために、全てのセラミック（または他の材料の）部品が非常に単純な形状であり、それらに厳密な製造公差は必要とされない。厳密な公差を伴う唯一の部品は、スイッチの上側部分にあるピストン（金属製）である。ピストンと本体との間のクリアランスは、漏れを最小にするためにできる限り小さいことが好ましい。

上述した実施例に基づいて、本発明による適用例を、ここで説明したもの以外の方法で実施することもできることが明らかであろう。したがって本発明は、上述した実施例のみに限定されず、本発明の範囲内でいくつかの方法によって実施することができる。

本発明による実施例の一例を示す図である。 圧力が検出される動作モードでの装置の動作を示す図である。

Claims (9)

1. 燃焼機関に接続された本体構造（１）を有する、加圧された燃料ボリューム（２）から燃料圧力を検出するための装置であって、
   弾性要素と、
   前記ボリューム（２）に直接接続される第１の端部、および弾性要素（６）に接続される第２の端部を有するピストン（３）と、
   第１の部品（７）および第２の部品（５、６、８）を含み、前記装置の外部にインターフェースを有する回路と
   を有する装置において、
   十分な圧力が前記ピストンの前記第１の端部に作用している時に前記弾性要素（６）が前記ピストンの移動を可能にし、一方、前記第２の端部の位置は前記ピストンの前記移動に依存し、所定のピストン位置で、前記装置が機械的な接続を形成し、それによって前記回路（７；５、６、８）を閉じ、これを前記インターフェースから検出することができ、
   前記装置が、前記弾性要素の上端部を支持するための前記弾性要素（６）の上側支持体（５）と、前記弾性要素（６）の下端部を支持するための前記弾性要素の下側支持体（８）と、前記弾性要素の前記上側支持体に接続される中間部品（４）とを有し、
   前記ピストンの前記第２の端部が中間部品（４）に接続され、該中間部品（４）が前記弾性要素の前記上側支持体（５）に接続され、該弾性要素の前記上側支持体が前記ピストンの前記移動を該弾性要素の前記上側支持体に伝達し、
   前記装置が、前記弾性要素に向かう前記ピストン（３）の前記移動を所定の位置で停止するための移動制限手段（７）を有し、該移動制限手段は前記回路の前記第１の部品に属し、
   前記弾性要素（６）と、前記弾性要素の前記上側支持体（５）と、前記弾性要素の前記下側支持体（８）とが、前記回路の前記第２の部品に属し、
   前記装置が絶縁体部品（９、１０）をさらに有し、該絶縁体部品（９、１０）は、前記中間部品（４）と共に、前記回路の前記第１および第２の部品を互いから、および前記本体構造（１）から絶縁することを特徴とする装置。
2. 前記弾性要素（６）がばねであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記回路の前記第１の部品が第１の導体（１５）を含み、前記回路の前記第２の部品が第２の導体（１２）を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記弾性要素がコイルばねであり、前記移動制限手段（７）が、本体および基部（７’）を有するタップであり、該本体は前記コイルばねの内側に位置付けられ、前記タップの前記基部は前記コイルばねの外側に位置付けられ、前記基部に前記第１の導体（１５）が接続されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 前記弾性要素（６）がコイルばねであり、前記移動制限手段が、前記コイルばねの内側に位置付けられた、前記上側支持体のタップ状延在部と、前記ばねに関して他方の前記下側支持体の側で、前記コイルばねの外側に位置付けられた基部とからなり、該基部に前記第１の導体が接続されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記本体構造（１）内に、前記ピストンのための第１のボリュームと、前記中間部品、および前記ピストンの前記第２の端部のための第２のボリュームと、前記弾性要素、前記弾性要素の前記上側および下側支持体、前記移動制限手段、並びに前記絶縁体部品のための第３のボリュームと、前記導体のための第４および第５のボリュームとが構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記絶縁体部品（９、１０）が、前記移動制限手段の前記基部と前記本体構造との間に位置付けられたプレート（１９）と、前記移動制限手段の前記基部と前記弾性要素の前記下側支持体との間に位置付けられたリング（９）とを有し、前記下側支持体に前記第２の導体（１２）が接続されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
8. 前記絶縁体部品および前記中間部品がセラミック材料からなることを特徴とする請求項６に記載の装置。
9. 前記本体構造が、前記第３のボリュームに接続された第６のボリュームを有し、それによって、圧力を受けて前記ボリュームから材料が漏れ出た場合に該材料のための漏れ経路を形成していることを特徴とする請求項５に記載の装置。

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