JP4903762B2 - Fuel injection device - Google Patents
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Description
本発明は、燃料を噴射するために制御されたインジェクタにより燃焼室に接続されている、少なくとも1つの燃料タンクに燃料を供給するための1つの高圧ポンプを備えた、燃料噴射システム、特にディーゼル内燃機関などの自動点火式内燃機関に関する。 The invention relates to a fuel injection system, in particular a diesel internal combustion engine, comprising one high-pressure pump for supplying fuel to at least one fuel tank, which is connected to a combustion chamber by a controlled injector for injecting fuel. The present invention relates to an automatic ignition internal combustion engine such as an engine.
近年のディーゼル内燃機関の燃料噴射システムは今日その多くがコモンレール方式で運転されている。その場合燃料の圧力レベルは、高圧ポンプにより高められる。加圧された燃料はタンクに満たされ、該タンクからインジェクタを介して内燃機関の個々のシリンダに燃料が供給される。 Many of the fuel injection systems of recent diesel internal combustion engines are operated by a common rail system today. In that case, the pressure level of the fuel is increased by a high-pressure pump. Pressurized fuel is filled in a tank, and fuel is supplied from the tank to individual cylinders of the internal combustion engine via an injector.
従来のコモンレール・インジェクタでは、インジェクタに存在する圧力がノズルに直接かかるように構成されている。そのため、インジェクション・バルブのニードルシートに損傷があると、漏れが原因で、無制御に継続噴射される危険がある。このシステムにおいては定格量を11/2から2倍超える噴射量において初めてフローリミッタが介入し、レールと噴射バルブとの間のパイプを閉じる。そのため安全上の理由から、大型ディーゼルエンジンにおいては通常は、噴射イベントと噴射イベントとの間に、高圧の供給圧力をノズルから分離するコモンレール・システムが導入されている。 The conventional common rail injector is configured such that the pressure existing in the injector is directly applied to the nozzle. For this reason, if the needle seat of the injection valve is damaged, there is a risk of continuous injection without control due to leakage. In this system, the flow limiter intervenes for the first time at an injection amount exceeding the rated amount by 11/2 to 2 times, and the pipe between the rail and the injection valve is closed. Thus, for safety reasons, large diesel engines typically have a common rail system that separates the high supply pressure from the nozzles between injection events.
たとえば特許文献1により知られているスライド式インジェクタには、存在する燃料圧力にとってより適切な構造が備わっている。該構造では制御体が、燃焼室の方向に向って閉じている、外側面に複数の開口部が設けられたスリーブ内で軸方向に移動し、該開口部は、インジェクタが閉じている場合には制御体により閉じられる。制御体内には、軸方向に1つの穴が通っており、該穴には制御体シートの下において複数のクロスホールが設けられており、これらのクロスホールは、制御体が制御体シートから持ち上がるとすぐに、燃料供給システムと連結する。このようなスライド式インジェクタを使用する場合でも、大型ディーゼルエンジンにおいては従来は、噴射イベントと噴射イベントとの間において通常は、高圧の供給圧力をノズルから分離する。 For example, the sliding injector known from US Pat. In this structure, the control body moves axially within a sleeve that is closed in the direction of the combustion chamber and is provided with a plurality of openings on the outer surface, the openings being when the injector is closed. Is closed by the control body. In the control body, one hole passes in the axial direction, and a plurality of cross holes are provided in the hole under the control body sheet, and the control body is lifted from the control body sheet. Immediately connect with the fuel supply system. Even when such a sliding injector is used, conventionally, in a large diesel engine, a high supply pressure is usually separated from the nozzle between injection events.
特許文献2より、高圧管を介してインジェクタに連結している、燃料高圧ポンプを備える内燃機関用燃料噴射装置が知られている。これらインジェクタには、燃焼室の方向に向かう開口時行程が制御可能である、外に向かって開いた1つの制御体を備えており、その際、閉じる力とは逆方向に作用する燃料供給圧力により常に開口方向に負荷がかかる。制御体の一部は穴の中で軸方向にクロージングヘッド内に導かれ、制御体全体にわたって噴射開口部が軸方向に連続して2列に並んで分布しており、これら噴射開口部を通じて、インジェクタが開いたときに第1段階では噴射開口部の1列のみが、第2段階では2列の噴射開口部が開口可能である。この噴射装置について、供給圧力が継続的に該バルブ要素にかかる実施例が記述されている。このような実施形態は、燃料供給圧力によりインジェクタ開口方向において制御体に作用する力のために、安全上の理由から導入はほとんど不可能である。
したがって特許文献1にかんがみて、本発明の課題は、燃料噴射装置の構造を簡略化することである。
Therefore, in view of
この課題は本発明の請求項1に記載の事項により解決される。好適な発展形は従属請求項に記載されている。
This problem is solved by the matters described in
本発明の燃料噴射システムには、燃料を少なくとも1つの燃料タンクに供給するための少なくとも1つのポンプ、特に高圧ポンプが備わっており、該燃料タンクは、少なくとも1つの制御装置により制御された、操作装置により操作されるインジェクタに接続しており、該インジェクタの制御体は、好適には完全にインジェクタ内で移動する。このときインジェクタと燃料タンクとは、ディーゼル内燃機関運転中に継続的に接続されている。 The fuel injection system according to the invention comprises at least one pump, in particular a high-pressure pump, for supplying fuel to at least one fuel tank, which fuel tank is controlled by at least one control device. Connected to the injector operated by the device, the injector control body preferably moves completely within the injector. At this time, the injector and the fuel tank are continuously connected during operation of the diesel internal combustion engine.
燃料噴射システムのための本発明の解決は、スライダ原理に基づいて構成されたインジェクタを使用することにより行うことができる。このような構成においては、インジェクタが閉じている場合には噴射室内では、バルブ開口方向に向けられた制御体にはまったくまたはほとんど力が作用しない。 The solution of the present invention for a fuel injection system can be achieved by using an injector constructed on the basis of the slider principle. In such a configuration, when the injector is closed, no or almost no force acts on the control body directed in the valve opening direction in the injection chamber.
インジェクタの望ましい実施形態においては、該インジェクタの制御体は、該インジェクタの、燃焼室に向いた端において好適には狭い許容誤差範囲で、インジェクタ・スリーブ内を移動する。このスリーブには、内側のスリーブ底から隔てられて半径方向にまっすぐにまたは外側に向かって斜めに配置された1つのまたは複数の開口部が設けられている。これら開口部の寸法と配置は好適には、制御体の位置にしたがって、実際に負荷がかかっている範囲における適切な噴射体積流のための噴射断面積が解放され、また、完全開口時には、望ましくは完全に負荷がかかる範囲のために必要である最大の噴射断面積が解放されるようになっている。 In a preferred embodiment of the injector, the injector control moves within the injector sleeve, preferably with a narrow tolerance, at the end of the injector facing the combustion chamber. The sleeve is provided with one or more openings spaced from the inner sleeve bottom and arranged radially straight or diagonally outward. These openings are preferably sized and arranged according to the position of the control body, so that the injection cross-section for the appropriate injection volume flow in the area of actual load is released and is desirable when fully open. The maximum injection cross-section required for the fully loaded range is released.
該解放された噴射断面積は、望ましくは、下端がやはりスライダとして表現される制御体が軸方向に移動することにより生じる。噴射開口部はこのとき望ましくは、インジェクタ・スリーブがまず、制御体が一定の行程だけ持ち上げられたときに初めて解放されるようにインジェクタ・スリーブに配置されている。さらに制御体は望ましくは、同様に制御体が一定の距離だけ持ち上げられて初めて、噴射室と燃料タンクとが接続されるように構成されている。このような構成により、バルブ・ユニットの弁座に損傷や漏れがあった場合でも、バルブ・ユニットにより噴射開口部の範囲が燃料タンクから分離され、噴射開口部が完全に覆われるという長所がある。これらインジェクタのこのような構造原理により、インジェクタを燃焼室に対して確実に閉じること、および、望まない継続噴射を回避することにつながる。 The released injection cross-sectional area is preferably caused by the axial movement of a control body whose lower end is also represented as a slider. The injection opening is then preferably arranged in the injector sleeve so that the injector sleeve is first released only when the control body is lifted by a certain stroke. Furthermore, the control body is desirably configured so that the injection chamber and the fuel tank are connected only after the control body is lifted by a certain distance. With such a configuration, even if the valve seat of the valve unit is damaged or leaked, there is an advantage that the range of the injection opening is separated from the fuel tank by the valve unit and the injection opening is completely covered. . These structural principles of these injectors lead to a reliable closing of the injector with respect to the combustion chamber and to avoid unwanted continuous injection.
そのために、好適な実施形態においては、制御体の弁座がスリーブ内に設けられているため、該弁座に乗っている制御体により、燃料タンクと噴射開口部との接続が閉じられる。該弁座及びスライダにより閉じられた噴射開口部はそのようにして2つの冗長なバリアを構成することとなるため、弁座内の漏れや、スライダと噴射開口部との間の漏れがあっても、無制御の噴射が回避される。そのため好適に、運転の間ずっと、インジェクタは燃料タンクと連絡することができ、従来のように、安全上の理由から噴射イベントと噴射イベントとの間にインジェクタを燃料タンクから分離する必要がなくなる。 Therefore, in a preferred embodiment, since the valve seat of the control body is provided in the sleeve, the connection between the fuel tank and the injection opening is closed by the control body riding on the valve seat. Since the injection opening closed by the valve seat and the slider thus constitutes two redundant barriers, there is leakage in the valve seat and leakage between the slider and the injection opening. However, uncontrolled injection is avoided. Thus, preferably, the injector can communicate with the fuel tank throughout operation, and it is not necessary to separate the injector from the fuel tank between injection events for safety reasons, as is conventional.
本発明の燃料噴射システムには望ましくは、燃料を燃料タンクに供給する高圧ポンプが備わっている。該燃料タンクは、この目的のために設けられた高圧タンクとして実施することができる。しかしながら、望ましくは、燃料噴射システムの燃料管が適切に大きな体積を示すよう、該燃料管はより大きな断面積で実施されている。このように体積の大きな燃料管(レール)はこのとき望ましくは、これら燃料管が、個々のシリンダに配置されているインジェクタの近くを通るようにエンジンに配置されている。インジェクタは、供給管により望ましくは直接的にこの燃料タンク(タンクまたはレール)に接続されている。前述のように、これらインジェクタは望ましくはスライド式インジェクタとして実施されている。 The fuel injection system of the present invention preferably includes a high pressure pump for supplying fuel to the fuel tank. The fuel tank can be implemented as a high-pressure tank provided for this purpose. Preferably, however, the fuel tube is implemented with a larger cross-sectional area so that the fuel tube of the fuel injection system exhibits a suitably large volume. Such large volume fuel tubes (rails) are then preferably arranged in the engine so that they pass close to the injectors arranged in the individual cylinders. The injector is preferably connected directly to this fuel tank (tank or rail) by a supply pipe. As mentioned above, these injectors are preferably implemented as sliding injectors.
噴射制御のために望ましくは各インジェクタに操作要素、望ましくは制御バルブが配置されており、該制御バルブは、燃料を燃料貯蔵システムに戻す燃料低圧管に接続されている。 An operating element, preferably a control valve, is preferably disposed in each injector for injection control, and the control valve is connected to a fuel low pressure line that returns fuel to the fuel storage system.
望ましい実施形態においては、該操作要素は電磁石により操作される。この電磁石は望ましくは電子制御装置により制御され、該制御装置はディーゼル内燃機関の多数の運転パラメータを処理し、そこから、操作要素を制御するための制御命令を生成する。好適に導入された電子的制御装置により、噴射システムのインジェクタを操作するサーボモータまたは圧電アクチュエータを制御することも可能である。制御体の制御も行うことが可能である。 In a preferred embodiment, the operating element is operated by an electromagnet. The electromagnet is preferably controlled by an electronic control unit, which processes a number of operating parameters of the diesel internal combustion engine and generates control commands therefrom for controlling the operating elements. It is also possible to control a servo motor or piezoelectric actuator that operates the injector of the injection system by means of a suitably introduced electronic control device. The control body can also be controlled.
記述したインジェクタの好適な構造に基づくことにより、継続噴射を回避するために、内燃機関の当該シリンダの噴射イベントと噴射イベントとの間にインジェクタと燃料タンクとの接続を分離する必要がなくなる。本発明では、操作要素により制御される制御体がインジェクタ内で移動することにより初めて、高圧下にある燃料タンクからインジェクタの噴射室までの接続が成立する。 Based on the preferred structure of the injector described, it is not necessary to disconnect the connection between the injector and the fuel tank between injection events of the cylinder of the internal combustion engine in order to avoid continuous injection. In the present invention, the connection from the fuel tank under high pressure to the injection chamber of the injector is established only when the control body controlled by the operating element moves in the injector.
噴射システムの望ましい実施形態は、インジェクタの制御体が行程制御またはストローク制御されるように構成されている。つまり、該制御体がインジェクタ底から持ち上がる行程が望ましくは操作要素により制御される。好適に設定されたインジェクタ構成においては、所与の行程変更により所定の噴射断面が開く。噴射システムの燃料タンク内の燃料圧力が一定であるため、噴射された体積流は設定可能である。そのため制御体の移動行程に応じて噴射断面を望ましくは自由に選択できる。このことにより、バルブの動きと関連して、可変の噴射率が可能となり、この可変の噴射率によりたとえば予備噴射が簡単に実行できるようになる。それにより制御装置を介して、エンジンの特性マップを介して噴射率を、噴射断面により自由に選択することができる。 The preferred embodiment of the injection system is configured such that the injector control body is stroke controlled or stroke controlled. That is, the stroke in which the control body is lifted from the bottom of the injector is desirably controlled by the operating element. In a suitably set injector configuration, a given injection cross section is opened by a given stroke change. Since the fuel pressure in the fuel tank of the injection system is constant, the injected volume flow can be set. Therefore, the injection cross section can desirably be freely selected according to the movement stroke of the control body. This allows a variable injection rate in connection with the movement of the valve, and this variable injection rate makes it possible to easily perform, for example, preliminary injection. Thereby, the injection rate can be freely selected by the injection section through the control device and the engine characteristic map.
噴射イベントと噴射イベントとの間において、燃料タンクとインジェクタとの間で必要な燃料圧力の中断がなくなることにより、本発明の燃料噴射装置においては、通常の燃料噴射装置においてシリンダごとに必要なスイッチ要素およびそれに必要な制御ライン及び供給ラインをなくすことができる。その結果として燃料噴射装置の構造がより簡単になり、その際、インジェクタ内の制御体の移動に応じて噴射率を制御できるという追加的な可能性により、噴射の可変性が改善される。 Since there is no interruption of the required fuel pressure between the fuel tank and the injector between injection events, the fuel injection device according to the present invention has a switch required for each cylinder in the normal fuel injection device. Elements and control lines and supply lines required for them can be eliminated. As a result, the structure of the fuel injection device becomes simpler, with the additional possibility that the injection rate can be controlled according to the movement of the control body in the injector, thereby improving the variability of injection.
本発明のさらなる長所、特徴、使用可能性は、以下の説明および図から理解できる。 Further advantages, features and applicability of the present invention can be understood from the following description and figures.
図1は、既知の燃料噴射システムの配線図を示しており、該燃料噴射システムは高圧ライン1を備え、高圧ライン1により燃料タンク(図示されず)が操作要素13に連結されており、操作要素13はインジェクタ5に直接接続されている。操作要素13は磁気的に制御される操作要素6により操作され、操作要素6は、燃料タンクとインジェクタ5とを連結する高圧ライン1を、インジェクタ5における噴射イベントと噴射イベントとの間で中断する。インジェクタ5のための操作装置は図1には図示されていない。
FIG. 1 shows a wiring diagram of a known fuel injection system, which comprises a
図2は、本発明のある実施例の燃料噴射システムの配線図である。ポンプ4により燃料が、本図で高圧レールである燃料タンク2に供給され、燃料タンク2は高圧ライン1を介して、大型ディーゼルエンジンの複数のインジェクタ5に接続されている。電磁的に制御される操作要素3は、本発明に基づいて構成されたインジェクタ5を操作する。インジェクタ5は高圧ライン1を介して継続的に燃料タンク2に接続されている。
FIG. 2 is a wiring diagram of a fuel injection system according to an embodiment of the present invention. Fuel is supplied by a
図2には、静止状態にある操作要素3が図示されている。このスイッチ状態において操作要素3は、インジェクタ5の制御室7に燃料低圧ライン14をつなぐ。このときインジェクタ5の制御室7の圧力が低下し、それにより制御体9は、高圧室10の圧力により、バネ8の力とは逆方向に弁座19から持ち上がり、その持ち上がり運動の間に噴射断面が解放される。
FIG. 2 shows the
図3は本発明に基づいて制御されるインジェクタ5の例を示しており、インジェクタ5の高圧室10は、燃料タンク2と連結している高圧ラインに直接的に取り付けられている。インジェクタ5の制御室7は、スロットルを介して高圧ライン1に連結されている。インジェクタ5は、電子制御装置12により制御される電磁石11により操作される。インジェクタ5の外側スリーブ20はワンピースとして実施されており、シリンダの燃焼室に向いていないほうの側において閉じられている。スリーブ20の、シリンダの燃焼室に向いている側には、内側スリーブの底から隔てられて円周上に複数の開口部22が分布しており、これら開口部22は、制御体9が燃焼室から遠ざかる方向に移動することにより、噴射断面積が無段階に拡大するように構成および配置されている。
FIG. 3 shows an example of an
図示された制御体9の位置では、インジェクタ5の高圧室10とインジェクタ5の噴射室31との間は接続されていない。制御体9が、制御体9とスリーブ20との間にある弁座19から持ち上げられて初めて、複数の連結開口部24及び軸方向の供給穴25を介して、燃料タンク2から噴射室31への接続が成立する。該制御体が、燃焼室に向いていない方向に引っ込む行程に応じて、制御体により解放された噴射開口部22の噴射断面積及び、燃焼室内に供給される燃料の体積流が拡大する。断面積が変化するため、噴射される放射状燃料の構造も変化する。
At the position of the illustrated
制御体9により閉じることができる噴射開口部22及び、共同で燃料タンク2の冗長なバリアを形成し、それにより弁座19損傷時でも無制御の漏れ噴射を回避する、制御体9とスリーブ20との間の弁座19を備えるインジェクタ5の構成により、運転中にインジェクタ5と燃料タンク2とを継続的に連結することが可能であるため、噴射イベントと噴射イベントとの間において、該高圧をノズルから遮断する必要がなくなる。
An injection opening 22 that can be closed by the
図4は本発明のある実施例の燃料噴射システムの、変種のインジェクタの図であり、該燃料噴射システムはその他の点では図2、図3の説明に対応している。これらの図では、それぞれ対応する要素は同じ記号で表現されており、そのため、以下では先に図2、図3で説明された実施例との差異についてのみ説明する。 FIG. 4 is a diagram of a variant injector of a fuel injection system according to an embodiment of the present invention, the fuel injection system otherwise corresponding to the description of FIGS. In these drawings, the corresponding elements are represented by the same symbols, and therefore only the differences from the embodiments described above with reference to FIGS. 2 and 3 will be described below.
図3では、1つの共通のタンク2から供給される複数のインジェクタを備える標準的なコモンレール・システムが図示されているのに対し、図4に図示された実施例においては、各インジェクタは、それぞれが独自のタンク32を持つタンク・インジェクタとして構成されている。このタンク32は好適にはそれぞれのタンク・インジェクタに統合されている。
In FIG. 3, a standard common rail system with multiple injectors fed from one
1 高圧ライン
2 燃料タンク
3 操作要素
4 ポンプ
5 インジェクタ
6 操作要素
7 制御室
8 バネ
9 制御体
10 高圧室
11 電磁石
12 電子的制御装置
13 操作要素
14 燃料低圧ライン
19 弁座
20 スリーブ
21 高圧ライン
22 開口部
24 連結開口部
25 軸方向の供給穴
31 噴射室
32 タンク
DESCRIPTION OF
Claims (8)
該燃料タンク(2)は少なくとも1つの制御装置(12)により制御された、操作装置(3)により操作されるインジェクタ(5)に接続されており、該インジェクタ(5)の制御体(9)は前記インジェクタ(5)内で移動し、その際各前記インジェクタ(5)のスリーブ(20)には内側スリーブ底から所定の距離を置いて、制御体により閉じることが可能な噴射開口部(22)が設けられており、前記制御体(9)と前記スリーブ(20)との間には弁座(19)が設けられており、該弁座(19)は、前記制御体(9)が持ち上げられると前記噴射開口部(22)への接続を開く、燃焼噴射システムにおいて、運転中に前記インジェクタ(5)と前記燃料タンク(2)との間に継続的な接続が成立しており、
前記制御体(9)が所定の行程だけ持ち上げられたときに初めて、噴射室(31)と前記燃料タンク(2)との間の接続が成立すると同時に、前記噴射開口部(22)が解放されることにより、前記インジェクタ(5)が閉じている場合には、前記噴射室(31)内でバルブ開口方向に向かう力が前記制御体(9)に作用しないように前記インジェクタ(5)が構成されていることを特徴とする燃料噴射システム。 A fuel injection system, in particular for an auto-ignition internal combustion engine, comprising at least one pump (4) for supplying fuel to at least one fuel tank (2),
The fuel tank (2) is connected to an injector (5) operated by an operating device (3) controlled by at least one control device (12), and a control body (9) of the injector (5). Is moved in the injector (5), at which time the sleeve (20) of each injector (5) is spaced a predetermined distance from the inner sleeve bottom and can be closed by a control body (22). ), And a valve seat (19) is provided between the control body (9) and the sleeve (20). The valve seat (19) is provided by the control body (9). In a combustion injection system that opens a connection to the injection opening (22) when lifted, a continuous connection is established between the injector (5) and the fuel tank (2) during operation,
Only when the control body (9) is lifted by a predetermined stroke, the connection between the injection chamber (31) and the fuel tank (2) is established , and at the same time, the injection opening (22) is released. Thus , when the injector (5) is closed, the injector (5) is configured so that a force in the valve opening direction in the injection chamber (31) does not act on the control body (9). The fuel injection system characterized by the above-mentioned .
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