JP4608554B2 - 圧力増幅機能を有する燃料システム - Google Patents
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Description
本願は2005年2月22日付け米国仮出願第60/655,302号に基づく優先権を主張する。
本発明は広義には内燃機関の燃料システムに係わる。より具体的には、本発明は燃料噴射装置と連通する燃料圧力を増幅させるための燃料レールシステムに係わる。
従来の燃料システムはエンジン用の多様な燃料噴射装置に所要の燃料圧を提供する。燃料圧を高くすることで効率を高め、結果として性能と燃費を改善することになる。また、燃料圧を高くすることで、望ましい排ガス軽減を達成することができる。
しかしながら、燃料圧のレベルは、例えば、燃料レール、高圧ポンプ、レール接続手段、弁、アクチュエータ及びその他の補完装置のような部品による制約を受ける。燃料圧を高くするにはこれに耐え得るより堅牢な装置が必要であり、結果としてコストの増大につながるという問題を伴う。
従って、高圧に適応できる部品の必要性を抑えながら高圧を供給できる燃料システムを開発し、設計することが望まれる。
本発明によると、第1圧の状態にある燃料が存在している燃料レールと；燃料レールから第１圧の状態にある燃料を供給され、供給された燃料を第１圧よりも高い第２圧にまで上昇させる圧力増幅器と；圧力増幅器から第２圧状態の燃料を供給される少なくとも１つの燃料噴射装置とより成り；圧力増幅器が、増圧ピストン、高圧チェンバ、増圧ピストンにより高圧チェンバ内へ駆動されて燃料圧を第２圧にまで増圧させる高圧プランジャ及び作動されると周囲圧を増圧ピストンと連通させて増圧ピストンを挟んだ圧力差を発生させ、この圧力差により高圧プランジャを高圧チェンバ内へ駆動する弁により構成された燃料システムであって、弁は燃料噴射装置の開閉に応答して圧力増幅器を通過する燃料の流動により作動されることを特徴とする燃料システムが提供される。圧力増幅器は複数の燃料噴射装置のそれぞれと連通する燃料の圧力を増幅するから、燃料システム全体を増幅された圧力に順応するように構成する必要はない。
従って、本発明の燃料システムは多数の耐高圧燃料システム部品を必要とすることなく個々の燃料噴射装置における燃料圧の上昇を可能にする。
本発明の上記の、及びその他の特徴を添付の図面を参照して以下に説明する。
図1に示す燃料システム10は燃料タンク18から複数の燃料噴射装置14へ燃料を供給する燃料レール12を含む。燃料レール12と個々の燃料噴射装置14との間には燃料圧増幅器16が配置されている。燃料圧増幅器16は燃料の圧力を燃料レール12によって提供される第1燃料圧から個々の燃料噴射装置14に供給される所要の第2燃料圧まで上昇させる。燃料レール12内の燃料圧を指示する情報をコントローラ22に提供するため、燃料レール12内に圧力センサー20が配置されている。コントローラ22はまた、個々の燃料噴射装置14と電気的に連携してエンジン運転中の燃料噴射装置14の作動を制御する。
個々の燃料圧増幅器16は燃料をリターンレール26に移し、再び燃料タンク18へ戻すための排出ライン28を含む。リターンレール26も燃料タンク18も周囲圧の状態にある。リターンレール26及び燃料タンク18からの燃料流量はバイパス弁24によって調整される。バイパス弁24の動作はコントローラ22によって制御される。
図2に示すのは複数の燃料噴射装置14の1つであり、流入する燃料の入口32及び直列フィルタ42を含む。直列フィルタ42は公知であり、流入する燃料を洗浄して汚染物質が燃料噴射装置14内の細い流路に進入するのを防止する。
燃料噴射装置14は燃料を先端付近に設けられた燃料流路へ流動させる第1腔34を画定する本体部分30を含む。燃料噴射装置14は二方弁44の動作を制御する圧電アクチュエータ36を含む。二方弁44はピストン弁46を含む腔に通ずる燃料の流量を制御する。ピストン弁46は出口の座50と協働して燃料の流量を制御するニードル弁38を含む。出口の座50に対してニードル弁38を選択的に位置決めすることによって通過する燃料を選択的に制御することができる。ピストン弁46はバネ40によって閉位置に向かって偏倚させられている。バネ40はニードル弁38のバネ座上に支持されている。尚、図示の燃料噴射装置14は本発明の開示内容から恩恵を受けることができる構成の1例に過ぎない。
図3、4及び5に示す燃料圧増幅器16は燃料流入口60を含む。この燃料流入口60は取り付け具64によって固定されている。排出口62もまた連携の取り付け具64によって固定されている。燃料圧増幅器16に流入する燃料は一連の腔及び流路を介して流出口68に進み、この流出口68は対応の燃料噴射装置に達する。燃料圧増幅器16は燃料レール12から第1圧で供給される燃料の圧力をこれよりも高い、流出口68を出る時の第2圧まで増大させる。
燃料流入口60に流入する燃料はバネ付き腔72へ流動する。バネ付き腔72は偏倚バネ70を含む。偏倚バネ70は図示例では最上端に位置する低圧位置に向かってプランジャ88を偏倚させる。増圧ピストン90はプランジャ88の上方に位置し、バネ腔72に向かって上方へ延びるプランジャ88のロッド87を囲む。バネ腔72内の燃料流れは流路100を通って流路96へ流入する。流路96は燃料流れが高圧チェンバ74へ流入することを可能にするチェック・ボール92を含む。燃料は高圧チェンバ74から流路95を通って弁組立体78へ流入する。弁組立体78は第1ピストン84及び第2ピストン86によって上方の座106と下方の座104との間を移動させられる弁球82を含む。
弁組立体78は排出口62と連通する流路102（図4）を含み、排出口62はほぼ周囲圧レベルにある、即ち、燃料レール12からの第1燃料圧よりは遥かに低い圧力レベルにあるリターンレール26と連通する。弁球82の位置に応じて、増圧ピストン90の底面91は排出口62を介して選択的に周囲圧と連通する。増圧ピストン90の底面が周囲圧と選択的に連通することによって圧力差が生じ、この圧力差が増圧ピストン90及びプランジャ88を高圧チェンバ74に向かって下方へ駆動する。高圧チェンバ74内の容積が縮小することで、その分だけ燃料噴射装置14と連通する圧力が増大する。
作用については、流入口60に流入した燃料はバネ腔72を通って流路100に流入する。燃料は流路100から流路96に流入し、チェック・ボール92を通過して高圧チェンバ74に進む。高圧チェンバ74を出た燃料は流路95及び110（図5）を流動しながら第1ピストン84を通過する。第1ピストン84はフロー・ギャップ112を画定し、このフロー・ギャップ112を通って燃料は流路108に進み、流出口68に達する。
燃料がフロー・ギャップ112を流動するのに伴って第1ピストン84の下端において所要の圧力降下が起こり、流路108及び流出口68内の圧力が流路110内の燃料圧よりも低くなる。流出口68における低圧は他の流路98及び流路111を介して第2ピストン86の上方の領域と連通する。第2ピストン86の上方における圧力が降下することによって第1ピストン84と第2ピストン86との間に圧力差が生じ、この圧力差が第1ピストン84、弁球82及び第2ピストン86を上方へ移動させ、その結果、フロー・ギャップ112が広がり、燃料流れに対する制限が弛む。
弁球82が上方の座106に着座すると流路105が開き、周囲圧を増圧ピストン90の底面91へ伝達する。増圧ピストン90の底面91における低い周囲圧は燃料レール12から伝達される遥かに高い燃料圧に圧倒され、増圧ピストン90を下方へ駆動することになる。増圧ピストン90が下方へ移動するのに伴ってプランジャ88が高圧チェンバ74内へ下降する。プランジャ88の移動に伴う高圧チェンバ74の容積の急激な縮小が燃料圧を所要のレベルまで上昇させ、この燃料圧が流路110、98及び流出口68を介して燃料噴射装置14に伝達される。チェック・ボール92は高圧燃料が逆流して流入口60から漏出するのを防止する。
燃料噴射装置14が閉じると、燃料圧増幅器16を通る燃料の流れが止まり、第1及び第2ピストン84、86に作用する圧力が均衡し、それぞれに作用する圧力が同じになる。但し、圧力は同じでも、この同じ圧力を受ける面積は第2ピストンの方が大きいから、第1ピストン84と第2ピストン86との間に力の不均衡が生ずる。力の不均衡が弁球82を下方の座104へ移動させる。
弁球82が下方の座104へ移動すると、排出口62から増圧ピストン90の底面91への燃料の周囲圧の連通が終わる。その結果、増圧ピストン90の頂面と底面91との間の燃料圧が平衡し、バネ70による偏倚作用が増圧ピストン90及びプランジャ88を上方へ駆動することを可能にする。増圧ピストン90とプランジャ88との間に存在する燃料が第2ピストン86内の空所89へ排出される。次いでこのサイクルが繰返され、燃料噴射装置14の次の開放で燃料の流動が始まる。
図6のグラフは燃料圧増幅器16が発生させるストロークと流動圧作用面積との関係を示す。圧力が増圧ピストンに作用する面積はプランジャ88が作用する表面積のほぼ2倍である。従って、この面積差はこれに対応する圧力増大を惹起する。図示例の場合、燃料レール12から最初に提供される燃料圧の2倍である。
実施例で述べたように、本発明の燃料圧増幅器16は燃料レール12の下流における燃料圧を増大させるから、燃料レールなどのような上流に位置する部品は所要の高圧に適応できるランクのものでなくてもよい。燃料圧増幅器16は燃料の流動に合わせてそれぞれの燃料噴射装置14へ直接所要の高圧を提供することによって性能及び効率を必要に応じて高める。
本発明の好ましい実施態様を説明したが、当業者には明らかなように、本発明の範囲内で種々の変更が可能である。従って、本発明の真の範囲及び内容を確認するため、後記する特許請求項を検討されたい。
Claims (5)
- 第1圧の状態にある燃料が存在している燃料レールと；
燃料レールから第１圧の状態にある燃料を供給され、供給された燃料を第１圧よりも高い第２圧にまで上昇させる圧力増幅器と；
圧力増幅器から第２圧状態の燃料を供給される少なくとも１つの燃料噴射装置とより成り；
圧力増幅器が、増圧ピストン、高圧チェンバ、増圧ピストンにより高圧チェンバ内へ駆動されて燃料圧を第２圧にまで増圧させる高圧プランジャ及び作動されると周囲圧を増圧ピストンと連通させて増圧ピストンを挟んだ圧力差を発生させ、この圧力差により高圧プランジャを高圧チェンバ内へ駆動する弁により構成された燃料システムであって、
弁は燃料噴射装置の開閉に応答して圧力増幅器を通過する燃料の流動により作動されることを特徴とする燃料システム。 - 弁は圧力増幅器を通過する燃料の流動に応答して上方座と下方座との間を移動自在な弁球を含む請求項１に記載のシステム。
- 圧力増幅器は、選択的に高圧チェンバと燃料レールとの間で燃料を連通させるため高圧チェンバと連通関係にあるチェック弁を含む請求項１に記載のシステム。
- 高圧チェンバは燃料噴射装置と連通関係にある請求項３に記載のシステム。
- 圧力増幅器は、高圧プランジャを高圧チェンバ外の位置へ偏倚させる偏倚部材を含む請求項４に記載のシステム。
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