JP4638604B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
明細書および特許請求の範囲の理解を深めるために次にいくつかの概念を説明する。本発明による燃料噴射装置は行程制御されるようにも、圧力制御されるようにも構成することができる。本発明の範囲では、行程制御される燃料噴射装置とは、噴射開口の開閉が、摺動可能な弁部材によって、ノズル室の燃料圧と制御室の燃料圧との液圧的な協働に基づき行われることである。制御室内の減圧により弁部材が上昇する。選択的には弁部材の変位は作動部材（アクチュエータ）によって行われる。本発明による、圧力制御される燃料噴射装置とは、インジェクタのノズル室内に形成される燃料圧によって弁部材が、閉鎖力（ばね）の作用に抗して運動し、ノズル室からシリンダへの燃料の噴射のための噴射開口が解放されることである。燃料をノズル室から、内燃機関のシリンダへと流出させる圧力は噴射圧と称される。一方、システム圧とは、燃料噴射装置の内側で燃料が有している圧力もしくは蓄えられている燃料が有している圧力であると解される。燃 料の調量とは、噴射のために規定の燃料量を準備することを意味している。漏れとは、燃料噴射装置の運転時に存在するもので（例えばガイド漏れ）、噴射には使用されず、燃料タンクに戻される燃料の量と解される。この漏れの圧力レベルは待機圧力を有することができ、この場合、燃料は次いで、燃料タンクの圧力レベルに合わせて放圧される。
【０００３】
行程制御される噴射は例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６１９５２３号明細書により公知である。得ることのできる噴射圧はこの場合、蓄圧室（レール）と高圧ポンプとによって約１６００〜１８００バールに制限されている。
【０００４】
噴射圧を高めるためめに、例えば米国特許第５１４３２９１号明細書または米国特許第５５２２５４５号明細書により公知であるように増圧ユニットを設けることができる。このような増圧されるシステムの欠点は、噴射の自在性が不十分であり、小量の燃料を調量する際の量の誤差が大きいことにある。
【０００５】
特公平８−２７７７６２号公報に記載された燃料噴射装置では、噴射の自在性を高め、前噴射の調量精度を高めるために、異なる圧力を有する２つの蓄圧室が設けられている。これら２つの蓄圧室を設けるには、大きな製造の手間を要し、製造コストは高い。この場合、最大の噴射圧はやはり燃料ポンプ及び蓄圧室によって制限されている。
【０００６】
インジェクタに配置された増圧ユニットは欧州特許公開第０６９１４７１号明細書により公知である。圧力噴射のためのバイパス導管および増圧ユニットの圧力室が列状に位置しているので、バイパス導管は、増圧ユニットの摺動可能なピストンが動いておらず、完全に引き戻されている場合にしか貫通することができない。
【０００７】
発明の効果
自在性と最大噴射圧を高めるために、請求項１に記載の燃料噴射装置が提案されている。コモンレールシステムの各インジェクタには液圧的な増圧ユニットが配属されている。この増圧ユニットは、最大噴射圧を、例えば１８００バール以上のような高い圧力に高めることができ、かつ第２の噴射圧を準備することもできる。バイパス導管は増圧ユニットの圧力室の端部で、ノズル室への供給導管または増圧ユニットからノズル室へ供給導管に通じている。比較的低い圧力の燃料の噴射は、増圧ユニットの圧力手段の位置とは無関係に行うことができる。増圧ユニットにより、蓄圧室とインジェクタとは比較的小さな待機圧（レール圧）で負荷されるので、比較的長い耐用期間を有している。高圧ポンプの負荷も小さくなる。小さな（増圧されていない）噴射圧による誤差の少ない、調量可能な前噴射を行うことができる。噴射圧の間の切替により、噴射圧が高いもしくは低い場合に、自在性の高い後噴射または複数回の後噴射を行うことができる。
【０００８】
実施例の説明
図１に示した、行程制御される燃料噴射装置１の第１の実施例では、調量される燃料ポンプ２によって燃料３が貯えタンク４から供給導管５を介して中央の蓄圧室６（コモンレール）に圧送される。この蓄圧室６からは、個々のシリンダの総数に相当する複数の圧力導管７が、供給したい内燃機関の燃焼室に突入する個々のインジェクタ８（噴射装置）に向かって導出されている。図１にはこれらのインジェクタ８のうちの１つしか図示されていない。燃料噴射ポンプ２によって、第１のシステム圧が形成され、蓄圧室６内に蓄えられる。この第１のシステム圧は前噴射と必要とあらば後噴射（排ガス後処理のためのＨＣ濃度増加又は煤減少）のために、並びにプラトーを有する噴射経過（ブーツ型噴射Bootinjektion）を形成するために使用される。比較的高い第２のシステム圧を有する燃料を噴射するために、各インジェクタ８にそれぞれ１つの局所的な増圧ユニット９が配属されている。この増圧ユニット９はインジェクタ８の内側に位置している。増圧ユニット９は、増圧を制御するための弁ユニット（３ポート２位置弁）１０と、逆止弁１１と、摺動可能なピストンエレメントとしての圧力手段１２とを有している。この圧力手段１２は一方の端部で弁ユニット１０によって圧力導管７に接続することができ、圧力手段１２は一方の端部で圧力負荷され得る。差室１２´は漏れ導管１３を介して放圧されているので、圧力手段１２は圧力室１４の容積を減じるために摺動することができる。圧力手段１２は圧縮方向で運動され、これにより圧力室１４内に存在する燃料は圧縮され、制御室１５及びノズル室１６に供給される。逆止弁１１により、圧縮された燃料が蓄圧室６に逆流するのが防止される。第１の室１４´と圧力室１４との適当な面積比によって比較的高い第２の圧力が生ぜしめられる。第１の室１４´が弁ユニット１０によって漏れ導管１３に接続されている場合、圧力手段１２が戻され、圧力室１４が再び充填される。圧力室１４および第１の室１４´の圧力比に基づき逆止弁１１が開放され、これにより圧力室１４はレール圧（蓄圧室６の圧力）下にあり、圧力手段１２は液圧によって出発位置に戻される。戻し挙動を改善するために単数又は複数のばねを室１２，１４，１４´内に配置することができる。このように圧力増幅によって第２のシステム圧を形成することができる。
【０００９】
噴射は燃料調量装置を介して、ガイド孔内で軸方向摺動可能なピストン状の弁部材１８によって行われる。この弁部材１８は一方の端部に円錐状の弁シール面１９を有していて、この弁シール面１９で、インジェクタユニット８のインジェクタケーシングに設けられた弁座面と協動する。インジェクタケーシングの弁座面には噴射口が設けられている。ノズル室１６の内側では、弁部材１８の開放方向に向けられた受圧面が、圧力導管２０を介してノズル室１６に供給されてここに形成された圧力にさらされている。弁ばね２１に対して同心的に、さらに弁部材１８に圧力部材２２が作用している。この圧力部材２２は、弁シール面１９とは反対側の端面２３で制御室１５を制限している。制御室１５は燃料圧接続部を起点として第１の絞り２４を有した供給部と、第２の絞り２６を備えた放圧導管２５への導出部とを有している。第２の絞り２６は２ポート２位置弁２７によって制御される。
【００１０】
ノズル室１６は、弁部材１８とガイド孔との間の環状ギャップを介して、インジェクタケーシングの弁座面にまで続いている。制御室１５における圧力を介して圧力部材２２は閉鎖方向で圧力負荷される。
【００１１】
第１のシステム圧または第２のシステム圧下にある燃料が常にノズル室１６及び制御室１５に充填されている。２ポート２位置弁２７の操作（開放）時に、制御室１５内の圧力は減じられるので、結果として、弁部材１８に開放方向で作用するノズル室１６の圧力が、弁部材１８に閉鎖方向で作用する圧力を超過する。弁シール面１９は弁座面から持ち上がり、燃料が噴射される。この場合制御室１５の放圧過程、ひいては弁部材１８の行程制御は、絞り２４と絞り２６の寸法設定により影響を与えられる。
【００１２】
噴射の終了は２ポート２位置弁２７を再び操作（閉鎖）することにより行われる。この２ポート２位置弁２７によって制御室１５は漏れ導管１３から再び連結解除され、これにより制御室１５内には再び圧力が形成され、この圧力によって圧力部材２２は閉鎖位置に動かされる。
【００１３】
弁ユニットは電磁石によって開閉もしくは切換のために操作される。電磁石は、供給したい内燃機関の種々の運転パラメータ（エンジン回転数など）を監視し、処理することができる制御装置によって制御される。
【００１４】
磁石によって制御される弁ユニットの代わりに圧電作動部材（アクチュエータ）を使用することもできる。この圧電作動部材は必要な温度補償部材と、場合によっては必要な、力もしくは距離変換装置とを備えている。
【００１５】
燃料噴射装置１は、蓄圧室６とノズル室１６との間に配置された増圧ユニット９を有している。この圧力室１４は圧力導管２０を介してノズル室１６に接続されている。さらに、蓄圧室６に接続されたバイパス導管２８が設けられている。バイパス導管２８は直接的に圧力導管２０に接続されている。バイパス導管２８は、レール圧での噴射のために使用することができ、圧力室１４に平行に配置されているので、バイパス導管２８は、増圧ユニット９の摺動可能な圧力手段１２の運動及び位置とは無関係に貫通可能である。噴射の柔軟性は高められる。
【００１６】
次に図２〜図９につき、図１の燃料噴射装置との相違点に限り説明する。同一の構成部分は説明しない。
【００１７】
図２により、燃料噴射装置１の変化実施例で圧力変換装置９がインジェクタ８の外側に配置されていることがわかる。増圧ユニット９は蓄圧室６とインジェクタ８との間の任意の個所に存在することができる。このインジェクタ８の構成サイズは小さくなる。この場合、所属の弁装置を備えた増圧ユニット９と蓄圧室６とを１つの構成部分に組み込むことができる。この弁装置は増圧ユニット９の外側に配置されていてもよい。
【００１８】
図３の燃料噴射装置５０は第１のシステム圧を有する燃料のための蓄圧室５１を有している。比較的高いシステム圧は、弁ユニット５９によって接続される増圧ユニット５２によって形成することができる。圧力制御された燃料の調量は、例えば３ポート２位置弁のような弁ユニット５５を介して行われる。弁部材５６は、受圧面５８に存在する圧力が、弁ばね５７のばね力を超過する場合、弁ばね５７の力に抗して運動することができる。３ポート２位置弁５５と５９はインジェクタ６０の内側に存在している。
【００１９】
図４には図３と類似の燃料噴射装置６１が図示されている。この燃料噴射装置の、燃料調量のための弁ユニット６２（３ポート２位置弁）と、圧力変換制御のための弁ユニット６３（３ポート２位置弁）とはインジェクタ６４の外側に配置されている。燃料噴射装置６１においても、両弁を互いに別個に配置することができる。
【００２０】
増圧ユニット７０の簡略化され、損失に関して最適化された制御は図５に示されている。増圧ユニット７０を制御するために、比較的大きなピストン横断面から比較的小さなピストン横断面への移行により形成される差室７１内の圧力が使用される。増圧ユニットを再び充填し、休止させるためにこの差室は供給圧（レール圧）で負荷される。ピストン７２の全受圧面に同じ圧力（レール圧）が形成されている。ピストン７２は圧力補償されている。付加的なばね７３によってピストン７２が出発位置に押圧される。増圧ユニット７０を作動させるためにはこの差室７１が放圧され、増圧ユニットにより面積比に応じた増圧が行われる。このような形式の制御により、増圧ユニット７０を戻すために、また圧力室７４を再充填するために大きな第１の室７０´を放圧する必要はない。小さな液圧的な増圧の際に放圧損失を著しく減じることができる。
【００２１】
増圧ユニット７０を制御するために、手間のかかる３ポート２位置弁の代わりに絞り７５と簡易な２ポート２位置弁７６を使用することができる。この絞り７５は差室７１を、蓄圧室７７からの供給圧下にある燃料に接続する。２ポート２位置弁は差室７１を漏れ導管７８に接続する。絞り７５はできるだけ小さく、かつピストン７２を噴射サイクル間で出発位置に戻す程度に大きく設計されるのが望ましい。絞りとしてピストン７２のガイド漏れも使用することができる。２ポート２位置弁７６が閉鎖されている場合にはピストン７２のガイドにおける漏れは生じない。何故ならば差室７１が圧力負荷されているからである。絞りはピストンに組み込むこともできる。
【００２２】
２ポート２位置弁７６，７９が閉鎖されている場合、インジェクタは蓄圧室７７の圧力下にある。増圧ユニットは出発位置に位置している。弁７９によってレール圧での噴射が行われる。比較的高い圧力での噴射が所望されるならば、２ポート２位置弁７６が制御され（開放され）、増圧される。
【００２３】
差室における圧力を制御するために、３ポート２位置弁が使用されてもよい。図６には、行程制御される噴射システムにおける３ポート２位置弁を介して行われる制御が示されている。図７には圧力制御される噴射システムにおける３ポート２位置弁を介して行われる制御が示されている。
【００２４】
行程制御されるシステムのためには図８の噴射経過が、静止状態（増圧ユニットが作動されておらず、出発状態にある状態）を起点として生じる。弁ユニット２７の切り替えと増圧ユニットの休止された切替弁１０とによって噴射サイクルの開始時に、僅かな（レール）圧力での前噴射がバイパスを介して行われる。弁２７（図１参照）の閉鎖により前噴射が終了する。切替を繰り返し行うことにより、前噴射を繰り返し行うことができる。主噴射のために増圧ユニットの手前に配置された弁ユニット１０に給電され、これによりインジェクタ内には、増圧比に応じて高められた圧力がノズル室と制御室とに生じる。弁２７の開放により主噴射が始められる（一点鎖線）。主噴射の終了は再び２ポート２位置弁２７を閉鎖することにより行われる。増圧ユニットが弁２７と同時に作動されるならば、噴射はレール圧レベルから始められ、ランプウェイ状（rampenfoermig）に上昇する特性曲線の側縁を描きながら増幅圧力に達する。増圧ユニットの切換が遅延されると、まず最初にレール圧で噴射され、増圧ユニットの切り替えにより、作動された増圧ユニットのもとでブーツ型の噴射経過が生じる。高圧部分の長さは増圧ユニットの作動時間に依存している。主噴射は弁２７の閉鎖により終了される。弁２７を閉鎖する前に増圧ユニットが休止されると、圧力制御されるシステムにより公知であるように、噴射圧がレール圧レベルにランプウェイ状に減圧する。後噴射には、高い噴射レベルと低い噴射レベルの間で選択できる。これにより、主噴射の直後に、煤減少のための高い圧力で後噴射することができる。または、排ガス後処理のために低い噴射圧のもとで減圧された後噴射が行われる。
【００２５】
圧力制御されるシステムでは図９に示したような噴射圧経過が休止状態（増圧ユニットが作動されておらず出発位置にある状態）を起点として得られる。弁ユニット５５の切替と増圧ユニットの休止された切替弁により、噴射サイクルの開始時に僅かなレール圧で前噴射がバイパスを介して行われる。切換を繰り返し行うことにより前噴射も繰り返し行うことができる。ノズル室内の圧力上昇により噴射の全ての部分領域において、ランプウェイ状の噴射圧経過が生じる。主噴射のために増圧ユニットの手前に配置された弁ユニット５９に弁５５と同時に給電することができる。これにより噴射圧は増圧された最高圧にまでランプウェイ状に経過する（一点鎖線）。主噴射の終了は再び、弁５５を閉鎖することにより行われる。増圧ユニットの切替が遅延されると、まず最初にレール圧で噴射され、増圧ユニットを切り替えることによりブーツ型の噴射経過が生じる。高圧部分の長さは増圧ユニットの作動時間に依存している。主噴射は弁５５の閉鎖により終了され、これにより噴射圧は再びノズル室を放圧することにより漏れ圧力レベルにランプウェイ状に減少し、噴射が終了される。後噴射は高い噴射圧レベルと低い噴射圧レベルの間で選択できる。主噴射の直後に、煤を減じるために高い圧力で後噴射することができまたは、排ガスを後処理するための低い噴射圧で減圧された後噴射を行うことができる。
【００２６】
システムのための前述のブーツ型噴射に加えて付加的に、適当な形状の弁部材（ノズルニードル）により、およびノズル室の形状により、いわゆるレート・シェーピング・ノズル（rate-shaping-nozzle）が実現されることが考えられる。これにより、ブーツ型噴射の低圧部分において、もしくは全ての噴射において、さらに別の圧力プラトーが実現される。さらに考えられるのは、（増圧ユニットの運転時の）噴射の高圧部分において、増圧ユニットのピストンに設けた放圧孔によって、別の形の噴射経過が実現されることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 行程制御される燃料噴射装置を示す図である。
【図２】 行程制御される燃料噴射装置の別の実施例を示す図である。
【図３】 圧力制御される燃料噴射装置を示す図である。
【図４】 圧力制御される燃料噴射装置の別の実施例を示す図である。
【図５】 行程制御される燃料噴射装置のさらに別の実施例を示す図である。
【図６】 行程制御される燃料噴射装置のさらぶ別の実施例を示す図である。
【図７】 圧力制御される燃料噴射装置のさらに別の実施例を示す図である。
【図８】 燃料噴射圧の経過の例を概略的に示す図である。
【図９】 燃料噴射圧の経過の別の例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射装置、 ２ 燃料ポンプ、 ３ 燃料、 ４ 貯えタンク、 ５ 供給導管、 ６ 蓄圧室、 ７ 圧力導管、 ８ インジェクタ、 ９ 増圧ユニット、 １０ 弁ユニット、 １１ 逆止弁、 １２ 圧力手段、 １２´ 差室、 １３ 漏れ導管、 １４ 圧力室、 １４´ 第１の室、 １５ 制御室、 １６ ノズル室、 １８ 弁部材、 １９ 弁シール面、 ２０ 圧力導管、 ２１ 弁ばね、 ２２ 圧力部材、 ２３ 端面、 ２４ 絞り、 ２５ 放圧導管、 ２６ 絞り、 ２７ ２ポート２位置弁、 ２８ バイパス導管、 ５０ 燃料噴射装置、 ５１ 蓄圧室、 ５２ 増圧ユニット、 ５３ 逆止弁、 ５４ バイパス導管、 ５５ ３ポート２位置弁、 ５６ 弁部材、 ５７ 弁ばね、 ５８ 受圧面、 ５９ 弁ユニット、 ６０ インジェクタ、 ６１ 燃料噴射装置、 ６２ 燃料調量のための弁ユニット、 ６３ 圧力変換制御のための弁ユニット、 ６４ インジェクタ、 ７０ 増圧ユニット、 ７１ 差室、 ７２ ピストン、 ７３ ばね、 ７４ 圧力室、 ７５ 絞り、 ７６ ２ポート２位置弁、 ７７ 蓄圧室、 ７８ 漏れ導管、 ７９ ２ポート２位置弁

Claims (7)

1. 燃料噴射装置（１；５０；６１）であって、蓄圧室（６；３１；５１；７７）とノズル室（１６）との間に配置された増圧ユニット（９；３２；５２；７０）が設けられており、該増圧ユニットは圧力手段（１２）と、第１の室（１４´）と、圧力室（１４）と差室（１２´）とを有していて、増圧を制御するための第１の弁ユニット（１０）が設けられており、弁部材（１８）が設けられていて、該弁部材の一方の端面は制御室（１５）からの圧力を受けており、弁部材（１８）を制御するための第２の弁ユニット（２７）が設けられており、前記蓄圧室（６；３１；５１；７７）に接続されたバイパス導管（２８；５４）が設けられており、バイパス導管（２８；５４）が圧力導管（２０）に直接的に接続されていて、前記圧力室（１４，３７，７４）が圧力導管（２０）を介してノズル室（１６）に接続されている形式のものにおいて、
   弁部材（１８）を制御するための第２の弁ユニット（２７）が２ポート２位置弁であって、該２ポート２位置弁によって制御室（１５）内の圧力が減圧され、その結果、弁部材（１８）に開放方向で作用するノズル室（１６）内の圧力が、弁部材（１８）に閉鎖方向で作用する圧力を超過するようになっており、制御室（１５）が、圧力導管（２０）からの第１の絞り（２４）を有した供給部と、第２の絞り（２６）を有した導出部とを有しており、該第２の絞り（２６）が前記２ポート２位置弁（２７）によって制御されており、前記バイパス導管（２８；５４）が逆止弁（１１；５３）を有していることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 増圧ユニット（９）がインジェクタ（８）の内側に配置されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 増圧ユニット（９）がインジェクタ（８）の外側に配置されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
4. 燃料噴射装置（５０；６１）が、圧力制御された燃料噴射を行うための手段を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
5. 燃料噴射装置（１）が、行程制御された燃料噴射を行うための手段を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
6. 差室（１２´）が２ポート２位置弁を介して漏れ導管に接続可能であって、差室から蓄圧室への接続部が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
7. 差室（１２´）が３ポート２位置弁を介して漏れ導管に、又は蓄圧室（６，３１，５１，７７）に接続可能である、請求項１記載の燃料噴射装置。

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