JP4505448B2 - 燃料噴射装置内の装置 - Google Patents

Description

本発明は、特許請求の範囲第１項に記載の燃料噴射装置内の装置に関する。

圧力アキュムレータを利用する共通レール噴射システムは最近一般に、ピストン・エンジンに関連して使用されている。このようなシステムでは、いわゆる圧力アキュムレータ内に噴射圧力で蓄えられた燃料は、噴射バルブ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。

一般に、流れヒューズが噴射システム内の安全手段として使用されている。流れヒューズは通常、圧力アキュムレータと噴射バルブとの間に配置されている。流れヒューズは、漏洩があったり、噴射バルブが例えば開位置で詰まって、燃料が制御不可能にシリンダ燃焼室内に漏洩する状況がある場合に、圧力アキュムレータからの流路を閉じる。上記状況を避けるため、米国特許第３７８０７１６号及び国際特許出願公開ＷＯ９５／１７５９４号は、燃料流量を絞る流れヒューズを開示している。通常、流れヒューズは、噴射中に燃料流方向に対向して作用するばね負荷を有するピストン装置を備えたシリンダ空間を含んでいる。通常の作動中、各噴射に必要な燃料量はピストンによって変位される量と一致する。何らかの理由で噴射バルブが漏洩し始めた場合、ピストンは他の限界位置まで移動し、そこで流れを閉じる。

典型的な共通レール・システムでは、噴射圧力は噴射ノズルのニードルが開くとほぼ同時に高圧レベルに達する。この結果、燃料質量流量は、燃料を燃焼室内に噴射する間の、噴射の開始時に非常に多くなる。このような場合、燃焼室の圧力は、最適な性能に達するために早く増加しすぎる可能性がある。

本発明の目的は、従来技術に関連する問題を最小限に抑える燃料噴射装置内の装置を提供することである。本発明の特別な目的は、噴射段階の始めに燃料質量流量を絞るための装置を提供することである。

本発明の目的は、特許請求の範囲第１項に主に開示され、従属項により詳細に開示された方法によって達成できる。

本発明によると、燃料噴射を制御するための燃料噴射システム内の装置は、作動中に噴射される燃料が流れる空間内部に有する本体部を備え、前記空間はさらに入口開口部及び出口開口部を有する。装置はさらに、前記空間内に移動可能に配置され、燃料入口開口部と燃料出口開口部との間に流れ連結を生じるための経路などを有するピストン手段を備えている。この装置において、ピストン手段は前記空間を入口開口部に連結された第１の部分と、出口開口部に連結された第２の部分とに分割することができる。装置はさらに、ピストン手段に対して燃料流の主な方向と反対方向へ作用する力を生じるばねなどを備えている。装置の主たる特徴は、ピストン手段及び本体部が、ピストン手段が入口開口部に隣接するかそれに近い端部にあるときに、少なくとも１つの第３の部分を形成し、その第３の部分の容積がピストン手段及び本体部の相互位置に依存していることにある。

ピストン手段及び空間は、円筒形に形成されて、それらがピストン手段及び空間の中心軸線に対して異なる距離に形成された少なくとも２つの別個の摺動表面を形成することが好ましい。この装置では、空間の第３の部分及びその状態を好ましい態様で、前記摺動表面により規定することができる。この装置では、ピストン手段が入口開口部に隣接する端部にあるときに空間の第３の部分の容積は最小であり、ピストン手段が入口開口部に隣接する端部からある距離まで後退すると第３の部分の容積は増加し、ピストン手段が前記ある距離を越えて後退すると空間の第３及び第１の部分は併合される。第３の部分は、燃料入口開口部及び／又は第１の空間部と連続的に流れ連結している。流れ連結は、絞り経路などにより達成される。

空間は好ましくは円筒形であり、異なる直径を有する少なくとも２つの部分を備え、小さい方の直径を有する部分は入口開口部に隣接する端部に配置される。ピストン手段はそれに応じて、異なる直径を有する２つの部分を含み、小さい方の直径を有する部分は入口開口部に隣接する端部に配置され、小さい方の直径を有するピストン手段の前記部分の長さ及び小さい方の直径を有する空間の前記部分の長さは両方とも、ピストン手段のストロークの長さより短い。

ピストン手段が出口開口部に隣接する端部に配置されたときに、ピストン手段は本体部に結合されて、入口開口部への流路を閉じる。これにより、本発明による装置はまた、いわゆる流れヒューズとしても機能する。

本発明による配置により、実際の噴射中に十分な噴射圧力を可能にしながら、噴射の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になる。また、本発明による装置は、好適に燃料流量ヒューズを作り出す。

以下、本発明を例として、添付の略図を参照して説明する。

図１は、本発明による装置４を内燃機関の共通レール燃料噴射システムに関連してどのように配置することができるかを極めて概略的に示している。このような燃料噴射システム自体は公知であり、ここでは発明の動作を理解するのに必要な限りにおいてのみ説明する。共通レールに基づく燃料噴射システムは、その主な構成要素として、共通レール、即ち圧力アキュムレータ１を備えており、その内部に、燃料がエンジン内に噴射されるように高圧で収納されており、その圧力アキュムレータと噴射バルブ２が流れ連結している。燃料経路システム３、３’は、共通レール１と噴射バルブ２との間に配置されて、各シリンダ（図示せず）への燃料を調量する。動作中、十分な圧力が共通レール内に維持されて、噴射バルブ２に対して十分な噴射圧力が得られる。各噴射バルブ２は、噴射を独立して制御する制御手段（図示せず）を備えている。その動作を、図２〜８を参照して説明する装置４は、燃料経路システム３、３’内に設けられる。

図２は、噴射中に占める位置にある本発明による装置を示し、図３は図２の断面Ａ−Ａを示している。装置４は、円筒形空間６を内部に有する本体部５を含んでいる。燃料入口開口部７及び出口開口部８はまた、燃料空間と連結して本体部５内に配置されている。空間６はまたピストン手段９を備えている。ピストン手段は、孔１２、１４及びピストン手段の平坦な表面１５の組合せなどの経路を有し、この組合せにより燃料が入口開口部７から出口開口部８まで流れることが可能になる。ピストン手段は、空間６を主として２つの部分、即ち入口開口部７に連結する第１の部分６．１と、出口開口部８に連結する第２の部分６．２とに分割する。ばねなど１０がまた、ピストン手段に対して燃料流の主たる方向と反対方向へ作用する押圧力を生じるように、空間６内に設けられている。装置を密封するための係合面１１が、出口開口部８に隣接する側でピストン手段に設けられ、これに応じて本体部５は、密封装置の係合面１６を備えている。これらにより、ピストン手段が本体部５に結合することが可能になり、それによって、ピストン手段が部分６．２に隣接する第２の部分に位置しているときに、係合表面が入口開口部７への燃料流れ連結を閉じる。したがって、本発明による装置は流れヒューズとしても機能する。より小さい直径を有する本体部の部分５．１の直径は、符号ＣＤ１で示されている。

空間６及びピストン手段９は円筒形である。ピストン手段９は、より大きな直径を有する部分９．２を備え、その直径ＰＤ２は空間の部分５．２の直径ＣＤ２と一致する。空間６及びピストン手段９は両方とも、部分５．１、９．１を備え、それらの直径はより小さい。より小さい直径を有するピストン手段の部分９．１の直径に、符号ＰＤ１が付されている。より小さい直径を有する本体部の部分５．１の直径は、符号ＣＤ１で示されている。

この装置では、ピストン手段９及び空間６は、ピストン手段が燃料入口開口部７に隣接する端部にあるときに、それらが少なくとも第３の空間６．３を形成し、その第３の空間の容積がピストン手段９及び本体部５の相互位置に依存するように形成されている。この場合、ピストン手段の位置は空間の第１の部分６．１に隣接する端部にあるように決めることができる。まず、空間６は２つの異なる直径ＣＤ１、ＣＤ２を有する少なくとも２つの部分５．１、５．２を備え、小さい方の直径ＣＤ１を有する部分５．１は第１の空間の部分６．１に隣接する端部にあり、ピストン手段９はこれに応じて、２つの異なる直径ＰＤ１、ＰＤ２を有する２つの部分９．１、９．２を備え、小さい方の直径ＰＤ１を有する部分９．１は空間の第１の部分６．１に隣接する端部に配置されている。次に、ピストン手段の小さい方の部分９．１の長さＬ２、及び小さい方の直径を有する空間６の部分５．１の長さＬ１は両方とも別個に、ピストン手段９のストロークの長さＬ３より短い。したがって、空間６の部分及び小さい方の直径を有するピストン手段９の一方が他方の内側にあるときは、空間６の第３の部分６．３は直径が変化する場所によって形成される。ピストン手段９及び空間６は円筒形に形成され、それらはその構成及び形状により、ピストン手段の中心軸線及び空間に対する異なる距離に形成された、少なくとも２つの別個の摺動表面１７、１７’、１８を形成する。ピストン手段が入口開口部７に隣接する端部からある距離Ｌ１後退すると、摺動表面１７、１７’は存在しなくなり、空間の第３の部分６．３及び空間の第１の部分６．１が併合される。このことが装置の動作に与える影響を以下に説明する。

ピストン手段９が図４に示す初期位置にあるときには、噴射が開始されようとしている。この場合、燃料の圧力は空間６の全ての部分６．１、６．２、及び６．３内でほぼ同じであり、ばね１０の力がピストン手段９を初期位置まで、即ち空間の部分６．１の入口開口部７に隣接する端部まで予め押圧している。噴射が開始すると、噴射バルブ２が開く。これにより、出口開口部８、及びこれに連結される空間６の第２の部分６．２内で圧力減少が起こる。この結果、ピストン手段に作用する力の全体的な効果が変化し、ピストン手段は空間の第１の部分６．１に隣接する端部から後退し始めて、ピストン手段に作用する圧力差を均等にしようとする。この状況は、図５に示されている。

ピストン手段の移動を主として定める力は、空間の種々の部分に作用する圧力と、ばねの力によって形成される。即ち、ばね力と、空間の第２の部分６．２内の圧力及びピストン手段の直径ＰＤ２によって定められる力とが、燃料流の方向に対抗して作用し、これらの力に対向する方向に作用する力は、空間の第１の部分６．１内の圧力及びピストン手段の直径ＤＰ１によって定まる力と、それ自体知られている態様で第３の部分６．３内の圧力及びピストン手段の直径ＤＰ２−ＤＰ１の差によって定まる力である。噴射が進むにつれて、ピストン手段はその移動を続け、空間の第３の部分６．３が増加し、その容積内の圧力が減少しようとする。しかしながら、圧力は孔１２，１３によって形成される流経路を通る流体流によって均一化される。経路１３は、比較的小さな直径を有する絞り経路として形成され、したがって空間の第３の部分６．３と第１の部分６．１の間の圧力均一化の速度を制御することが可能になる。一般に、このことに影響を与える要因は、流れ経路１２、１３の流れ抵抗性である。上記した圧力差の均一化によりピストン手段９の移動が遅くなるので、空間６の第２の部分６．２と、出口開口部８内の圧力はこの状態では、入口開口部７内の圧力より小さい。したがって、噴射される燃料の質量流量もより少ない。

上記過程を、ピストン手段に作用する力の平衡式で示すことができる。

Ｐ_{ｆｉｒｓｔ ｐａｒｔ６．１}・Ａ_１＋Ｐ_{ｔｈｉｒｄ ｐａｒｔ６．３}・Ａ_３＝Ｐ_{ｓｅｃｏｎｄ ｐａｒｔ６．２}・Ａ_２＋ばね力

平衡式における平衡で、圧力Ｐ_{ｔｈｉｒｄ ｐａｒｔ６．３}は減少しなければならない。何故なら、噴射ノズルが開いたときに、圧力Ｐ_{ｓｅｃｏｎｄ ｐａｒｔ６．２}が減少するからである。この状況で、面積は同じままであり、ばね力もそれほど変化しない。空間の第３の部分６．３の内の圧力レベルは、ピストン手段の種々の部分５．１、５．２、９．１、９．２に適切な直径を選択することによって、また流れ経路１２、１３の寸法を定めることによって制御することができる。

図６では、ピストン手段は空間の第１の部分６．１に隣接する端部から離れる距離Ｌ１だけ後退し、この距離で、小さい方の直径を有する部分９．１は小さい方の直径を有する空間６の部分５．１から出る。したがって、これらによって形成された摺動表面１７は存在しなくなり、それによって空間の第３の部分６．３及び第１の部分６．１が併合される。この後には、入口開口部７と出口開口部８との間の圧力差は極めて小さい。何故なら、ピストン手段は基本的に緩衝されることなく移動できるからである。

通常動作中、ピストン手段は図７に示す位置には到達しない。ピストン手段のストロークの長さは、燃料噴射中に使用される燃料によって決まる。図７は、故障により大量の燃料が本発明による装置を通って流れ、それによってピストン手段９が空間の第２の部分６．２に隣接する端部にある状況を示している。それによって、ピストン手段は本体部５に結合されて、それらが入口開口部７と出口開口部との間の流体の流れ連結を閉じる。即ち本発明による装置は流量ヒューズとしても機能する。

図８〜１０は本発明の種々の実施例を示す。図８は、小さい方の直径を有する空間の部分５．１が空間６の内側に延び、それに応じて空間が本体部のこの延長に対応するようにピストン手段９内に配置された実施例を示している。この実施例では、摺動表面１７、１８は、同じ長手方向位置に同心状に配置されている。この実施例では絞り経路１３はピストン手段の代わりに本体部５に配置される。図９は、図４〜７に対応する構成を示しているが、孔の代わりに、絞り経路がピストン手段９の平坦な表面１３’から配置されている。絞り経路の流れ抵抗特性は、その寸法を変えることによって、また長手方向軸線から逸脱するように平面の方向を配置すること、即ち傾斜平面を配置することによって変えることができる。平坦な表面に代えて、又はこれに加えて、小さい方の直径を有する摺動表面１７を全体的又は部分的に円錐状に配置することができる（図示せず）。図１０は、空間６の第３の部分６．３を如何にして２つの異なる部分６．３、６．３’から形成するかを示している。すなわち、小さい方の直径を有するピストン手段の部分９．１は、異なる直径を有する２つの異なる部分９．１、９．１’によって形成され、同時に本体部とともに３つの別個の摺動表面１８、１７、１７’を形成する。これらのうち、摺動表面１７、１７’により、ピストン手段の位置に基づく空間の部分６．３、６．３’の存在が決まる。当然、より多くのこのようなものがある可能性がある。この実施例では、別個の部分６．３の絞り経路、したがってその緩衝特性はまた別個に定めることができる。

本発明は、ここで説明した実施例に限られるものではなく、その多くの変形態様を特許請求の範囲内で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される、本発明による装置を示す図である。 本発明による装置の一実施例を示す図である。 図２の断面Ａ−Ａを示す図である。 第１の極限状況における、図２の装置を示す図である。 中間状況における、図２の装置を示す図である。 別の中間状況における、図２の装置を示す図である。 別の極限状況における、図２の装置を示す図である。 図２の装置の実施例を示す図である。 図２の装置の実施例を示す図である。 図２の装置の実施例を示す図である。

Claims (4)

1. 燃料噴射を制御する燃料噴射システム内の装置（４）であって、
   作動中に噴射される燃料が流れる空間（６）を内部に有する本体部（５）と、前記空間内に開口する燃料入口開口部（７）及び出口開口部（８）と、前記空間内に移動可能に配置され、前記燃料入口開口部（７）と前記出口開口部（８）との間に流れ連結を生じるように配置された経路等（１２、１４、１５）を有するピストン手段（９）とを備え、前記ピストン手段（９）は、前記空間（６）を、前記入口開口部（７）に連結される第１の部分（６．１）と、前記出口開口部（８）に連結される第２の部分（６．２）とに分割することができ、また、前記ピストン手段（９）に対して燃料流の主な方向と反対方向へ作用する力を生じるばねなど（１０）を備えている装置において、前記ピストン手段（９）及び前記本体部（５）は、前記ピストン手段が前記入口開口部（７）に隣接するかそれに近い端部にあるときに、前記空間の少なくとも１つの第３の部分（６．３）を形成し、
   前記第３の部分の容積は前記ピストン手段（９）及び本体部（５）の相互位置に依存していて、前記ピストン手段（９）が前記入口開口部（７）に隣接する端部にあるときに前記第３の部分（６．３）の容積が最小であり、前記ピストン手段が前記入口開口部（７）に隣接する端部から離れてある距離（Ｌ１）だけ後退すると前記第３の部分（６．３）の容積が増加し、前記ピストン手段（９）が前記ある距離（Ｌ１）を越えて後退すると前記空間の前記第３の部分（６．３）及び前記第１の部分（６．１）が併合されるようになっており、また、
   前記第３の部分（６．３）は、前記燃料入口開口部（７）及び／又は前記第１の部分（６．１）と絞り経路（１３）を介して連続的に流れ連結されていることを特徴とする装置。
2. 前記ピストン手段（９）及び前記空間（６）は円筒形に形成され、それらが前記ピストン手段及び前記空間の中心軸線から異なる距離に形成された少なくとも２つの別個の摺動表面（１７、１７’、１８）を形成することを特徴とする、請求項１に記載の配置。
3. 前記空間（６）は、円筒形であって、異なる直径（ＣＤ１、ＣＤ２）を有する少なくとも２つの部分（５．１、５．２）を備えていて、小さい方の直径（ＣＤ１）を有する部分（５．１）は前記入口開口部（７）に隣接する端部にあり、前記ピストン手段（９）はそれに応じて異なる直径（ＰＤ１、ＰＤ２）を有する２つの部分（９．１、９．２）を備えていて、小さい方の直径（ＰＤ１）を有する部分（９．１）は前記入口開口部（７）に隣接する端部にあり、また、小さい方の直径を有する前記ピストン手段の前記部分（９．１）の長さ（Ｌ２）及び小さい方の直径を有する前記空間（６）の前記部分（５．１）の長さ（Ｌ１）は両方とも、前記ピストン手段（９）のストロークの長さ（Ｌ３）よりも短いことを特徴とする、請求項１に記載の配置。
4. 前記ピストンが前記出口開口部（８）に隣接する端部にあるときに、前記ピストン手段は前記本体部（５）と結合し、それによってそれらが前記入口開口部（７）への燃料の流れ連結を閉鎖することを特徴とする、前述の請求項の何れか１項に記載の配置。

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