JP4884529B2 - 燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの高圧アキュムレータ、インジェクタ、高圧アキュムレータをインジェクタと接続する少なくとも１つの高圧ライン、及びインジェクタと高圧アキュムレータの間に高圧ラインと平行に配置され、高圧アキュムレータ側にレゾネータのスロットルを含むレゾネータ・ラインを含む、燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射するための装置に関する。

コモン・レール・システムでは、燃料を機関の燃焼室内に噴射するために、電子制御式のインジェクタが用いられる。そうしたインジェクタに使用されるサーボ弁によって噴射ノズルがきわめて迅速に閉鎖され、その結果、連続する高圧孔の中の燃料の慣性によってノズル・シートに強い圧力脈動が生成され、それが激しい摩耗を引き起こす。最も好ましくない場合には、そこで生じる圧力のピークがレールの圧力より最大５００バール高くなる。

すぐ後に続く噴射手順では、そうした圧力振動がさらに噴射率の大きいずれを生じさせる。例えば先立ち噴射によってノズル・シートに圧力振動が引き起こされた場合、ニードル弁の一定の開き時間における第２の後続の噴射での噴射量は、前記第２の噴射が前記圧力振動の最高点で行われたか、最低点で行われたかによって決まる。したがって、油圧系の任意の動作状態において、インジェクタでの圧力振動ができるだけ小さいことが望ましい。

特許文献には、油圧系の圧力振動の発生を防止するための多くの手段が記載されてきた。ほとんどの場合、それらは、減衰容量、スロットル組立体、弁組立体、又はそうした手段の組合せを備えている。最も頻繁に使用されるのは、流れエネルギーの静水圧エネルギーへの散逸に寄与すべきスロットル組立体である。

したがって例えば、圧力振動をより速く減衰させることができるように、逆止め弁及び散逸要素を、高圧ライン（コモン・レール）から離れ、インジェクタに通じる高圧孔の中に平行に配置することが、欧州特許出願公開第１２１７２０２Ａ１号明細書によって知られている。

ドイツ特許出願公開第１６０７８５Ａ１号明細書によれば、高圧ラインから供給を受ける燃料噴射ラインにおける圧力脈動を最小限に抑えるために、高圧ラインへの接続側に、噴射ラインの断面を低減するスロットルが設けられる。

さらに、圧力調節によって噴射経路を形成するために、噴射系に生じる圧力振動を用いることも知られている。これについては、圧力ラインを介して第１及び第２の弁の圧力容量を接続することが、ドイツ特許出願公開第１０２０９５２７Ａ１号明細書によって知られている。第１及び第２の弁は直列に接続され、第１の弁が第２の弁の圧力容量への圧力供給を制御し、噴射段階の間、第２の弁によって噴射圧力のレベルが制御される。

ドイツ特許出願公開第１０２４７７７５Ａ１号明細書は、噴射パルスの時間間隔がわずか数マイクロ秒である場合に、サイクルごとの複数の噴射パルスに生じる問題を扱っている。噴射のたびに生じる圧力降下のため、生成する圧力波が十分に減衰されず、したがって、後続の噴射に制御できない不規則性を生じさせる。その問題は、多くの反射及び吸収によってそれに対する圧力波が減衰される多孔性材料、例えば燒結金属の挿入物からなる減衰手段によって解決される。それによって圧力損失が生じるのは不都合である。

この問題を本質的に解決するための下記の取り組みにおける従来の欠点は、以下のとおりである。
絞り流れ：
高圧アキュムレータとインジェクタの間に圧力振動を減衰させるためのスロットルを設けた場合、副作用として、前記スロットルによって主要な流れも絞られる。したがって、レールにおいて支配的なシステムの圧力を、噴射のために十分に利用することができなくなる。スロットルが効果的に圧力振動を減衰させることが可能になるほど、噴射中の圧力損失も大きくなる。
特定の弁組立体：
弁はそれ自体で振動系を構成するため、顕著な時間効率性を示すが、それがさらなる干渉源となり、噴射系には望ましくない。各要素を機械的に移動させるとき、弁では耐性が問題になり、作動頻度が高いために激しい摩耗現象を受ける。
減衰容量：
したがって、コモン・レールは既にシステムで利用可能な最大の減衰容量を実現している。レールの容量を増大させることによって、圧力振動をかなり低減できることは事実である。しかしこれは、システムがきわめて緩慢になり、迅速な圧力変化が容易に行われなくなるという欠点を伴う。

そうした従来技術に対する改良を施したシステムが、ドイツ特許出願公開第１０３０７８７１Ａ１号明細書によって知られている。そのシステムでは、高圧アキュムレータ側にレゾネータのスロットルを備えたレゾネータ・ラインが、インジェクタと高圧アキュムレータの間に高圧ラインと平行に配置される。

そうした構成とは異なり、本発明は、できるだけ単純な構造的手段によって燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射すると同時に、個々の構成要素にとって有害な圧力振動の発生を防止する、又はできるだけ急速に低減させることができるように装置を改善することを目的としている。

本発明によれば、この目的は、レゾネータ・ラインが、高圧ラインの孔に押し込まれた挿入部品からなり、特に挿入部品の中に形成されることによって達成される。この場合、レゾネータ・ラインに別個の孔は不要であり、したがって製造費用が著しく削減される。さらに、そうした構造によって、確実に高圧ライン及びレゾネータ・ラインの各部分の長さが等しくなり、その結果、圧力波の反射後、接続点において波の消滅が引き起こされるようになる。

好ましい方法では、レゾネータ・ラインは、挿入部品内の中心孔として形成される。挿入部品と高圧ラインの孔の壁との間に、高圧ラインの流れ断面が形成されるように、挿入部品及び高圧ラインの孔の断面は、互いに異なる外形を有することができる。この点に関しては、少なくとも２つ、特に好ましい方法では３つの扇形の流れ断面が形成される。好ましい方法では、高圧ラインの流れ断面は、実質的にレゾネータ・ラインの流れ断面に一致する。

したがって本発明は、挿入部品を押し込むことによって、高圧ラインを２つの独立した部分に分割し、ノズル・シートに生成された圧力振動がその２つの部分において異なる形で反射され、反射された振動がその位相ずれのためにほとんど消滅するように、２つの部分の一方がスロットルを備えることを企図している。そうすると、ラインの振動のみを消滅させるため、スロットルなしの場合と全く同じように油圧系の機能が再現される。そうした構成の重要な利点は、以下のとおりである。
−移動される部分がない、
−追加されるスロットルの位置によって、圧力アキュムレータとインジェクタの間の高圧が下がることはない、
−圧力振動が確実に消滅する（減衰は起こらない）、
−最初に半波が励起した後には既に、消滅が完全に実施されている、
−温度、圧力などの外部の影響を補償するように、消滅機構は生成機構と対称である。

他の好ましい発展形態によれば、レゾネータ・ラインの長さが高圧ラインの長さに対して、インジェクタによって引き起こされる圧力振動の相互の減衰又は消滅を生じさせるように調整された場合、特に効果的な消滅が実現される。インジェクタとレゾネータのスロットルとの間のレゾネータ・ラインの長さは、実質的にインジェクタと高圧ラインの高圧アキュムレータへの入口との間の高圧ラインの長さに一致することが好ましい。

さらに好ましい他の発展形態によれば、インジェクタとレゾネータのスロットルとの間のレゾネータ・ラインの長さ、並びにインジェクタと高圧ラインの圧力アキュムレータへの入口との間の高圧ラインの長さはそれぞれ、インジェクタによって引き起こされる圧力振動の波長の整数倍になるように定められる。

以下では、図面に概略的に示した例示的な実施例によって、本発明をより詳しく説明する。

図１及び２は、高圧アキュムレータ１、サーボ弁２、スロットル板３、及び噴射ノズル４を備えたコモン・レール・インジェクタの構造を概略的に示している。休止状態では、サーボ弁２が、スロットル板３の中に設けられた排出用スロットル５を閉鎖する。これによって、高圧孔７及び供給用スロットル６を介してアキュムレータ１と連通する制御室８内にシステムの圧力が加えられ、その結果、ニードル弁１０がノズル本体９の中に形成されたノズル・シート１１に押し付けられ、噴射孔１２が閉鎖される。サーボ弁２を作動させることによって、排出用スロットル５が解放され、制御室内にある燃料が低圧系（図示せず）においてその圧力を低下させる。同時に、高圧下の燃料が供給用スロットル６を通って流入する。排出用スロットル５及び供給用スロットル６の有効な流れ断面は互いに、サーボ弁２の作動後、ニードル弁１０の低部に作用するノズル室１３内の圧力が、制御室８内の圧力及びノズルばね１４の力に逆らってニードル弁１０をノズル・シート１１から押し出し、噴射孔１２を解放して燃料を燃焼室１５内に噴射することができるようになるまで、制御室８内の圧力が低下するように調整される。サーボ弁２が閉鎖された後、燃料はもはや排出用スロットル５を介して制御室８から流出することができなくなり、したがって、そこで増加した圧力が、ニードル弁１０を再びノズル・シート１１に押し込む。流動する燃料をきわめて短い時間のうちに制動しなければならないため、ニードル弁が閉じた直後に、アキュムレータ１、高圧孔７及びノズル室１３内の燃料の慣性によって、ノズル・シート１１に強い圧力振動が引き起こされる。その圧力振動を低減するために、レゾネータが使用される。それは、高圧孔７と同じ長さ及び直径を有するレゾネータ孔１６、並びにレゾネータ孔１６のアキュムレータ側の端部に取り付けられ、レゾネータ孔１６をアキュムレータ１と接続するレゾネータのスロットル１７からなる。サーボ弁を閉鎖することによって、ノズル・シートに圧力パルスが生成され、ノズル室１３を介して高圧孔７及びレゾネータ孔１６に伝わる。高圧孔７の端部では、アキュムレータ１への移行部の開放端で圧力パルスの反射が生じる。同時に、レゾネータ孔１６の中を伝わる圧力パルスは、レゾネータのスロットル１７の閉鎖端で反射される。反射された２つの圧力パルスは、反射のタイプが異なるために（それぞれ開放端及び閉鎖端）位相が１８０°ずれており、ノズル室１３内で互いにぶつかると消滅する。したがって、ノズル・シート１１にはそれ以上圧力パルスが生成されなくなり、そこでの摩耗が著しく軽減される。

図３及び４は、本発明によるインジェクタの構成を示している。挿入部品１８が、弁群２及びスロットル板３を介して、アキュムレータ１から噴射ノズル４に通じる高圧ライン７に押し込まれている。図４は、挿入部品１８の断面を示している。高圧孔自体は複数の同一の扇形部分１９の形に設計されている。挿入部品１８の軸にはレゾネータ孔１６が設けられ、その中のアキュムレータ側の端部に、レゾネータのスロットル１７が配置されている。レゾネータのスロットル１７の自由な直径は、レゾネータ・ライン即ちレゾネータ孔１６の直径の１０〜５０％、好ましくは約２５％である。好ましい方法では、扇形部分１９の総断面積は、レゾネータ孔１６の断面積と同じ大きさであり、レゾネータ孔１６の直径は、レゾネータのスロットル１７の直径の２倍から１０倍、より好ましくは約４倍の大きさである。

図５は、ノズル室１３での圧力２０の推移を時間２１の関数として示している。このグラフ２２を起動の場合に用いると、レゾネータなしの場合の圧力の推移２３、及びレゾネータありの場合の圧力の推移２４が得られる。

第１の実施例による圧力振動減衰手段を含む、コモン・レール・インジェクタの構成を概略的に示す図である。 インジェクタの低部の拡大図である。 圧力振動減衰手段の変更した構成を示す図である。 図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面を示す図である。 本発明によるインジェクタの圧力の推移を示す図である。

Claims (13)

1. 少なくとも１つの高圧アキュムレータ、インジェクタ、前記高圧アキュムレータを前記インジェクタと接続する少なくとも１つの高圧ライン、及び前記インジェクタ（４）と前記高圧アキュムレータ（１）の間に前記高圧ライン（７）と平行に配置され、前記高圧アキュムレータの側にレゾネータのスロットル（１７）を含むレゾネータ・ライン（１６）を含む、燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射するための装置であって、前記レゾネータ・ライン（１６）が、前記高圧ラインの孔に押し込まれた挿入部品（１８）からなり、特に前記挿入部品の中に形成されることを特徴とする装置。
2. 前記レゾネータのスロットル（１７）が、前記レゾネータ・ライン（１６）の前記高圧アキュムレータ（１）への入口に配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記レゾネータ・ライン（１６）の長さが前記高圧ライン（７）の長さに対して、前記インジェクタ（４）によって引き起こされる圧力振動の相互の減衰又は消滅を生じさせるように調整されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記インジェクタ（４）と前記レゾネータのスロットル（１７）との間の前記レゾネータ・ライン（１６）の長さ、並びに前記インジェクタ（４）と前記高圧ライン（７）の前記圧力アキュムレータ（１）への入口との間の前記高圧ライン（７）の長さがそれぞれ、前記インジェクタ（４）によって引き起こされる圧力振動の波長の整数倍であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の装置。
5. 前記インジェクタ（４）と前記レゾネータのスロットル（１７）との間の前記レゾネータ・ライン（１６）の長さが、実質的に前記インジェクタ（４）と前記高圧ライン（７）の前記圧力アキュムレータ（１）への入口との間の前記高圧ライン（７）の長さに一致することを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の装置。
6. 前記レゾネータ・ライン（１６）が、前記挿入部品（１８）内の中心孔として設計されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
7. 前記挿入部品（１８）と前記高圧ライン（７）の孔の壁との間に、前記高圧ライン（７）の流れ断面（１９）が形成されるように、前記挿入部品（１８）及び前記高圧ライン（７）の孔の断面が、互いに異なる外形を有することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の装置。
8. 少なくとも２つ、好ましくは３つの扇形の流れ断面（１９）が形成されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の装置。
9. 前記高圧ライン（７）の流れ断面積が、実質的に前記レゾネータ・ライン（１６）の流れ断面積と同じ大きさであることを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載の装置。
10. 前記レゾネータのスロットル（１７）の自由な直径が、前記レゾネータ・ライン（１６）の直径の１０〜５０％、好ましくは約２５％であることを特徴とする請求項１から９までのいずれか一項に記載の装置。
11. インジェクタ（４）ごとに、共通の高圧供給ラインと連通する圧力アキュムレータ（１）が設けられることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一項に記載の装置。
12. 前記インジェクタ（４）が、コモン・レール・システムのアキュムレータのインジェクタであることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一項に記載の装置。
13. 前記圧力アキュムレータ（１）が、アキュムレータのコモン・レールとして設計されることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一項に記載の装置。

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