JP4884254B2 - 内燃機関用の燃料噴射システムに対する改良 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関(エンジン)のための燃料噴射システムの改良に関し、往復動作で駆動される少なくとも1つのポンプ素子を有する可変な送出量又は流量を備える高圧ポンプを含む。

EP1674716A1に示されるような、上述の種類の既知の高圧ポンプでは、過剰な燃料が噴射器の供給用の通常の共通レールに送られるのを阻止し、高圧ポンプによって吸収される仕事量をこのようにして減少するために、ポンプの流量はエンジンの動作条件に従って調節されなければならない。一般的には、上述の種類のポンプは、低圧ポンプによって燃料供給され、低圧ポンプは、経済上の理由から、一般的には、定電圧を備える電気ポンプであり、故に、燃料の一定流量を送り出す。前記電気ポンプは、送り出される一定流量が、1よりも高い適切な安全係数によって乗じられた所要の最大流量(最大負荷の条件下で噴射器によってエンジンシリンダ内に導入される燃料の流量と同一条件下でポンプのクランクケースを潤滑するために必要な流量との合計)と等しいような大きさとされる。加えて、高圧ポンプは、クランクケース内に封入された作動機構を含み、クランクケースは、低圧電気ポンプによって供給される流量から減じられる燃料の流量によって潤滑され且つ冷却される。

EP1674716A1に示されるような、既知の噴射システムでは、普通の吸入パイプ上に配置され且つ制御装置によって制御される遮断ソレノイド弁を用いて高圧ポンプの流量を投与することが提案された。その結果、高圧ポンプのポンプ素子の吸入パイプ上に設置される圧力調整器が意図的に設けられる必要があるのは明白であり、高圧ポンプは、可能な過剰な燃料をタンク内に放出することによって、遮断ソレノイド弁の上流の燃料の圧力を一定値に維持することができる。このようにして、遮断弁は2つの殆ど一定な圧力レベルの間で動作するので、(介入速度に加えて)遮断弁の開放回数を制御することによって、ポンプ素子吸入弁に送られる燃料の量を投与することが可能である。このようにして、高圧ポンプは、エンジンの動作条件によって要求される、圧縮されるべき燃料のみを吸引する。よって、エンジンが低レベルのrpm(毎分回転数)で動作するとき、ソレノイド弁はより長い期間に亘って閉塞されたままである。何故ならば、エンジンはより少量の燃料を必要とするからである。その代わり、低いエンジンrpmで、圧力調整器は、より多量の燃料(即ち、低圧電気ポンプによって供給される量の補完分)をクランクケースに向けて廃棄しなければならない。

上述の既知のシステムにおいて、遮断ソレノイド弁は、圧力調整器の下流でポンプの吸入パイプ上に配置されるので、ソレノイド弁が閉塞されるとき、圧力調整器の入口とソレノイド弁との間の吸入パイプの延伸部において、燃料の流れが停止する。ソレノイド弁が再び開放するとき、前記延伸部内の燃料の流れは、再び静止状態から動作を開始しなければならず、よって、特定のヒステリシス(histheresis)を生じさせるので、ソレノイド弁の再開放の効果は遅らせられ且つ妨げられる。

本発明の目的は、高い信頼性及び限定的なコストの燃料噴射システムを提供し、既知の技術に従った噴射システムの欠点を解消することである。

本発明によれば、上記目的は、請求項1に定められる燃料噴射システムによって達成される。

具体的には、圧力調整器が調量ソレノイド弁の上流で高圧ポンプの吸入パイプ内に設置されると同時に、ソレノイド弁の入口と圧力調整器の入口との間に設置されるのは、ソレノイド弁の入口に対応する地域内で事前設定された流量及び/又は速度を有する燃料の流れを保証するよう設計される制御容積である。

本発明のより良好な理解のために、その好適実施態様が、添付の図面の助けを受けて純粋に例証としてここに記載される。

図1を参照すると、1によって全体的に指し示されているのは、内燃機関(エンジン)2、例えば、4ストロークディーゼルエンジンのための燃料噴射システムである。エンジン2は、複数のシリンダ3、例えば、4つのシリンダを含む。噴射システム1は、シリンダ3に関連付けられ且つ燃料を高圧でシリンダ内に噴射するよう設計された複数の電気的に制御される噴射機5を含む。噴射器5は、例えば、普通の共通レール6によって形成された、加圧燃料のための蓄積容積に接続されており、共通レールに接続されているのは全ての噴射機5である。

共通レール6は、送出パイプ8を介して、7によって全体的に指し示される高圧ポンプによって高圧で燃料供給される。次いで、高圧ポンプ7は、ポンプ7の吸入パイプ10を介して、低圧ポンプ、例えば、電気ポンプ9によって供給される。電気ポンプ9は、一般的には、普通の燃料タンク11内に配置され、タンク内に出ているのは、噴射システム1の過剰な燃料のための放出パイプ12である。吸入パイプ10上に設置されているのは、低圧ポンプ9によって汲み出される燃料中に存在する如何なる可能な不純物もポンプ7に進入するのを阻止するよう設計されたフィルタ14である。

各噴射器5は、対応するシリンダ3内に、電子制御装置16の制御の下で最低値と最大値との間で可変な量の燃料を噴射するよう設計され、電子制御装置は、エンジン2の制御のための普通のマイクロプロセッサ制御装置によって構成され得る。制御装置16は、対応するセンサ(図示せず)によって生成される、エンジン2の動作状態を表示する信号、並びに、圧力センサ17によって検出される、共通レール6内の燃料の存在を表示する信号を受信するよう設計される。

制御装置16は、意図的に設けられるプログラムを用いて受信される信号を処理することによって、個々の噴射器5の作動の瞬間及び期間を制御する。結果的に、放出パイプ12は、噴射器5の放出燃料をタンク11に運搬する。

高圧ポンプ7は、吸入/圧縮室20を有するシリンダ19によって形成される少なくとも1つのポンプ素子18を含み、吸入/圧縮室内に摺動するのは、吸入ストロークと送出ストロークとの間の往復運動を伴って移動可能なピストン21である。具体的には、図1において、ポンプ7は、2つのポンプ素子18を含み、各ポンプ素子は、対応する吸入弁25及び対応する送出弁30を備える吸入/圧縮室20を有する。弁25及び30は玉型であり得るし、それぞれ戻りばねを備え得る。2つの吸入弁25は、それに共通の吸入パイプ10と連絡しているのに対し、2つの送出弁30は、後者に共通の送出パイプ8と連絡している。

ピストン21は、クランクケース33内に封入された区画35内に収容された作動機構26によって作動される。図1の変形において、2つのポンプ素子18は、互いに同軸且つ反対である、即ち、互いに直列であり、作動機構は、ポンプ素子18が180°で互いに対する位相ずれで作動されるよう、シャフト23によって支持されるたった1つの偏心カム22を含む。シャフト23は、例えば、動作伝達装置を介して、普通のシャフトエンジン2によって、如何なる既知の方法でも作動され得る。

ポンプ7の流量は、吸入パイプ10と連絡し且つ出口で吸入弁25と連絡する入口29を備える開閉型の遮断ソレノイド弁又は調量によって排他的に制御される。ソレノイド弁27は、周波数及び/又はデューティサを用いて、エンジン2の動作条件に従って電子制御装置16によって、ポンプ素子18の吸入ストロークに対して同期的又は非同期的な方法で動作される。

具体的には、ソレノイド弁27の出口は、2つのポンプ素子18によって吸引されなければならない燃料を蓄積するために、28によって全体的に指し示される他の蓄積容積と連絡している。次いで、蓄積容積28は、吸入パイプ10の2つの延伸部31を通じて吸入弁と連絡している。蓄積容積28は、エンジン2の動作条件に依存して、対応する吸入ストロークの可変部分中に各ポンプ素子18の供給を可能にするように、吸引されるべき特定量の燃料を収容するよう設計されている。前記蓄積容積28は、ソレノイド弁の下流の1つ又はそれよりも多くの延伸部によっても構成され得るし、さもなければ、パイプ10の前記延伸部と統合され得る。

エンジン2の動作条件は、ポンプ7がパイプ10を通じて吸引しなければならない燃料の量を決定し、蓄積容積28内の前記燃料の適正な圧力を維持する。ソレノイド弁27の制御は、エンジンの動作条件に基づき、各ポンプ素子18の吸入ストロークに対して同期的又は非同期的な方法で遂行される。有利に、前記制御は、吸入ストロークの間と各ポンプ素子18のピストンの圧縮のストロークの間との双方に遂行される。具体的には、ソレノイド弁27の開閉素子が弾道運動を伴って動作するのを阻止するよう作動速度を用いた低エンジンrpmでの部分化(partialization)の場合には、制御はポンプ素子18の吸入ストロークと非同期的に動作する。

吸入パイプ10上にさらに設置されているのは圧力調整器32であり、圧力調整器は、低圧ポンプ9によって連続的に汲み出される吸引されるべき燃料の圧力を一定に維持する目的を有する。具体的には、圧力調整器32は、吸入パイプ10と連絡する入口34を備える。調整器32は、クランクケース33内に収容される作動機構26全体を冷却し且つ潤滑するために、過剰な燃料をポンプ7のクランクケース33内に送る。次に、クランクケース33の燃料は、パイプ12を通じて、タンク11に戻る。

ソレノイド弁27は、燃料がポンプ7によって高圧に持ち込まれる前に燃料の調量を可能にするよう、通路の比較的減少された有効部分を有する。好ましくは、通路の前記部分は、通路の前記部分の上流の圧力と下流の圧力との間の差の結果(具体的には、上流の圧力は圧力調整器32によって定められる)、ソレノイド弁27が吸入弁25を通じて吸引され得る最大瞬間流量よりも小さな最大の瞬間流量を示すようである。ソレノイド弁27の最大瞬間流量は、吸入弁25の最大瞬間流量の10%未満程度であり得る。

タンク11内で、燃料は大気圧にある。使用中、電気ポンプ9は、燃料を、例えば、たった3〜5バールの領域内の低圧に圧縮する。次いで、燃料を、送出パイプ8を介して、例えば、1600バールの領域内の高圧で加圧燃料共通レール6に送るために、高圧ポンプ7は、ソレノイド弁27によって調量された燃料を圧縮する。結果的に、ソレノイド弁27は、吸入パイプ10を頻繁に閉塞し再開放しなければならない。しかしながら、低圧ポンプ9は、クランクケース33内での燃料の循環及びエンジン2のシリンダ3によって要求され得る最大量の燃料の双方を保証するような流量を有さなければならない。

本発明によれば、圧力調整器32は、ソレノイド弁27の下流で吸入パイプ10上に設置され、好ましくは、吸入パイプ10の延伸部36によって分離され、事前設定容積を有する。このようにして、パイプ10とソレノイド弁27の入口29との間の分岐内に特定量の燃料の流れが常にあるよう、圧力調整器32は特定量の燃料をクランクケース33内に連続的に送る。ソレノイド弁27が再開放される瞬間に、ソレノイド弁27の入口29と圧力調整器32の入口34との間に構成されるパイプ10の延伸部36内には、燃料が特定の運動成分を有し且つソレノイド弁27の入口29を通じて迅速に通過するよう、特定量の燃料が存在する。明らかに、延伸部36の容積は、圧力調整器32がクランクケース33に送る燃料の流れを中断することなしに、ソレノイド弁27の入口29に対応する地域内で、事前設定された流量又は速度を有する流れを保証するよう、選択されなければならない。

図2の変形によれば、2つのポンプ素子18の流量は、2つの対応する蓄積容積28に関連付けられた2つの対応する遮断ソレノイド弁27によって調量される。2つの対応する蓄積容積は、吸入パイプ10の2つの対応する延伸部38を介して、各吸入弁と連絡している。2つのソレノイド弁27は、関連する入口29を有し、関連する入口は、圧力調整器32の入口34の上流でパイプ10上に設置され、よって、パイプ10の中間延伸部36を形成している。

図3の変形によれば、2つのポンプ素子18は互いに平行に設置され、且つ、シャフト23上に適合され、互いに180°で位相ずれした2つの偏心カム22によって作動される。また、この場合には、2つのポンプ素子18の流量は、吸入パイプ10の2つの延伸部39を介して対応する吸入弁25と直接的に連絡する2つの対応する遮断ソレノイド弁27によって調量される。2つの対応するソレノイド弁は、調整器32の入口34の上流に設置された2つの対応する入口29を有し、この場合にも、パイプ10の中間延伸部36を形成している。

図4の変形によれば、吸入パイプ10の断面と異なる断面を有する制御容積37が、ソレノイド弁27の入口29と圧力調整器32の入口34との間に設置され得る。しかしながら、制御容積37が含まなければならない燃料の量は、各ソレノイド弁27の入口29に対応する地域内の燃料の十分な流れを保証するようでなければならない。

図4中、矢印Aは、フィルタ14から来る燃料の流れを示し、矢印Bは、ソレノイド弁27がポンプ素子18に送る燃料の流れを示し、矢印Cは、圧力調整器32がクランクケース33に送る燃料の流れを示している。最後に、矢印Dは、制御容積37を横断する燃料の流れを示している。流れDは、ソレノイド弁27が閉塞されるときの低圧ポンプ9の全流量と一致する。さもなければ、それは、低圧ポンプ9によって供給される流量から、ソレノイド弁27が開放のときに噴射器によって必要とされる流量を減じたものと等しい。低圧ポンプ9は定電圧で供給されるので、低圧ポンプは殆ど一定の流量を送り出し、ポンプ7の作動機構26を潤滑し且つ冷却するための特定の流量も保証するために最大負荷の条件内のエンジンによって要求される流量よりも常に大きな流量を送り出すようなサイズとされている。故に、電磁石27の入口29に対応する地域内を通る流れDは、特定の運動エネルギーを有する。

有利に、ソレノイド弁27の入口29と圧力調整器32の入口34との間に設置された延伸部36の容積、即ち、制御容積37と、各ポンプ素子18の吸入/圧縮室20の最大容積との間の比は、1と2との間から選択される。

本発明の他の特性によれば、噴射システム1の製造或いは自動車両のエンジン区画内でのその据付けを容易化するために、クランクケース33は、2つのポンプ素子18のシリンダ19を含むポンプ本体と一体化されるのに対し、圧力調整器32及びソレノイド弁或いは複数のソレノイド弁27は、ポンプ7の本体とは別体の単一の本体内に組み込まれ得るし、図1及び2の変形のための図面中に指し示されるように、場合によっては、燃料のフィルタ14と一体化され得る。

上記の記載から、既知の技術に対する本発明に従った噴射システムの利点は、明らかに現れる。具体的には、ソレノイド弁27の入口29に対応する地域には、特定の運動成分を有する燃料の流れが常にあるので、ソレノイド弁27の開放直後、燃料は静止状態から流れ始める必要はなく、電磁石の応答もより迅速である。

請求項の範囲から逸脱することなしに、上記に記載の噴射システムに様々な変更及び改良を行い得ることが理解される。例えば、共通レール6内の圧力の調節のための弁15が存在し得る。加えて、図1及び2の変形において、吸引されるべき燃料の蓄積容積28は排除さえもされ得る。次いで、図3の変形において、ソレノイド弁27と対応する吸入弁25との間には、2つの蓄積容積28が想定され得る。この変形では、例えば、図2の変形の場合に示されるように、フィルタ14、ソレノイド弁27、及び、圧力調整器32を封入する共通本体が設けられ得る。

次いで、高圧ポンプ7は、2つとは異なる多数のポンプ素子を備えるポンプであり得る。具体的には、3つのポンプ素子を備えるポンプの場合には、ソレノイド弁27の介入のより大きな迅速性は、高いエンジンrpmでの著しい部分化の条件においてさえ、吸入/圧縮室20の充填のより大きな均一性を可能にする。

本発明に従った燃料噴射システムを示す概略図である。 本発明の変形を示す部分図である。 本発明の変形を示す部分図である。 本発明の他の変形に従ったシステムを示す詳細図である。

1 燃料噴射システム
2 内燃機関(エンジン)
3 シリンダ
5 噴射器
6 共通レール
7 高圧ポンプ
8 送出パイプ
9 低圧ポンプ(電気ポンプ)
10 吸入パイプ
11 タンク
12 放出パイプ
14 フィルタ
15 弁
16 電子制御装置
17 圧力センサ
18 ポンプ素子
20 吸入/圧縮室
22 偏心カム
23 シャフト
25 吸入
26 作動機構
27 遮断ソレノイド
28 蓄積容積
29 入口
30 送出弁
32 圧力調整器
33 クランクケース
34 入口
35 区画
36 延伸部
37 制御容積
38 延伸部
39 延伸部

Claims (6)

  1. 供給ストローク及び送出ストロークを通じる往復運動で作動される少なくとも1つのポンプ素子を有する、可変な流量を備える高圧ポンプを含み、前記ポンプ素子は、吸入弁と、送出弁とを備え、該送出弁は、前記高圧ポンプの送出パイプと連絡する、内燃機関のための燃料噴射システムであって、
    吸入パイプと連絡する入口を有し且つ内燃機関の動作条件に従って前記高圧ポンプの流量を調量するよう設計される調量ソレノイド弁を含み、該調量ソレノイド弁は、前記吸入パイプを通じて前記吸入弁と連絡する出口を有し
    前記吸入パイプ内の燃料の圧力を一定に維持するために設けられ且つクランクケースと連絡する圧力調整器を含み、
    圧力調整器は、前記調量ソレノイド弁の前記入口の下流で前記吸入パイプに設置される入口を備えること、並びに、前記調量ソレノイド弁の前記入口と前記圧力調整器の前記入口との間には、事前設定された流量又は速度を有する燃料の流れを前記調量ソレノイド弁の前記入口において保証する量の燃料を含むよう設計される制御容積が設置されることを特徴とする、
    燃料噴射システム。
  2. 前記高圧ポンプは、前記クランクケースの区画内に収容される作動機構を含み、前記圧力調整器は、前記作動機構の潤滑のために、前記区画と連絡することを特徴とする、請求項1に記載の燃料噴射システム。
  3. 前記ポンプ素子は、事前設定された吸入容積を有する吸入室を有し、前記制御容積と前記吸入室の前記吸入容積との間の比は、1と2との間構成されることを特徴とする、請求項に記載の燃料噴射システム。
  4. 前記クランクケースは、ポンプ本体の内部に統合され、前記圧力調整器は、吸入されるべき前記燃料のフィルタの下流に設置され、前記フィルタ、前記圧力調整器、及び、前記調量ソレノイド弁は、前記ポンプ本体とは別体の調整本体の内部に統合されることを特徴とする、請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載の燃料噴射システム。
  5. 前記高圧ポンプは、少なくとも2つのポンプ素子を含み、各ポンプ素子は、対応する調量ソレノイド弁に関連付けられ、前記調量ソレノイド弁は、前記圧力調整器の上流で前記吸入パイプに接続されることを特徴とする、請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の燃料噴射システム。
  6. 前記高圧ポンプは、3つのポンプ素子を含むことを特徴とする、請求項1乃至5のうちいずれか1項に記載の燃料噴射システム。
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