JP5000834B2 - 車両エンジン用のコモンレール式ガソリン燃料噴射装置 - Google Patents
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Description
【発明の背景】
【0002】
本発明は、車両エンジン用の燃料噴射装置に関し、より詳細には、コモンレール式ガソリン燃料噴射装置に関する。
【0003】
このようなコモンレール式ガソリン燃料噴射装置のための高圧燃料供給ポンプの設計は、多数の取引(トレードオフ)を要求する。例えば、車両の進行中最大要求燃料供給率は大きくない寸法のポンプでもって容易に成し遂げることができるのに対して、車両エンジンの冷態始動のための要求は車両の進行のために必要とされる最大燃料供給率よりも3倍ほど高い燃料供給率を要求する。その結果として、従来のポンプは、エンジン作動時間の95パーセントにわたる間必要とされている燃料供給要求に関してかなり大きすぎる寸法とされている。
【0004】
【発明の概要】
非常に高い燃料供給率は最も厳しい車両エンジンの冷態始動状態の間さえもほんの短い期間(2〜3秒)の間必要とされることを認識して、本発明は、上記設計問題を、ポンプを過大の寸法にすることによってではなくて、燃料噴射装置に直列型流量調整器を組み込むことにより解決したものである。
【0005】
すなわち、本発明によれば、車両エンジン用のコモンレール式ガソリン燃料噴射装置であって、高圧燃料供給ポンプを有し、燃料がポンピング室内で加圧され、高圧通路を通してコモンレールに供給される燃料噴射装置において、前記高圧通路に設けられて、前記車両エンジンの冷態始動時に追加の低圧燃料を前記コモンレールに供給する流量調整器を包含し、前記流量調整器が一次ピストンと二次ピストンとを包含し、前記車両エンジンの冷態始動状態で、前記一次ピストンが前記ポンピング室の一次圧力のみが加えられる有効断面積を有し、前記二次ピストンが前記一次ピストンに接触すると共に前記一次ピストンの有効断面積よりも大きくてコモンレール圧力のみが加えられる有効断面積を有し、これにより、前記一次ピストンが前記ポンピング室からの一次圧力により前記二次ピストンに向かって動かされたときに、前記二次ピストンが前記一次ピストンにより動かされた燃料の量よりも多い量の燃料を前記コモンレール内に動かすようにした燃料噴射装置が提供される。
【0006】
好適には、前記車両エンジンの冷態始動後の状態、すなわち、通常作動状態で、前記二次ピストンが停止制限部の位置に動かされ、これにより、前記流量調整器内に設けた燃料供給通路を開通して前記ポンピング室内の高圧燃料を前記コモンレールに供給するようにする。前記燃料供給通路は前記一次及び二次ピストンを通る流れ通路を包含し、これらの流れ通路は前記車両エンジンが前記通常作動状態であるときのみ互いに流体接続される。
【0007】
【好適な実施例の説明】
図1は本発明による車両エンジン用のコモンレール式ガソリン燃料噴射装置10の一部分の系統図であり、この燃料噴射装置は燃料を高圧燃料供給ポンプ14に供給する低圧燃料供給ライン12を有する。車両が通常運転中走行している間、高圧燃料供給ポンプ14及び高圧燃料供給ライン(高圧通路)16はコモンレール18内に例えば120バール又はそれ以上の圧力を維持する。燃料を制御装置(図示せず)にしたがってそれぞれのエンジンシリンダ内に噴射するために、複数のインジェクタ20がコモンレール18に流体接続されている。以下に詳細に述べられる好適な実施例にしたがい、本発明による流量調整器22が高圧燃料供給ライン16に高圧燃料供給ポンプ14と直列にして設けられている。
【0008】
符号14で示されている高圧燃料供給ポンプである公知のプランジャ型ポンプは、たとえ低い毎分回転数でも、非常に短い時間で120バールの圧力を発生することができる。冷えているエンジンを始動するためには単に約50バールの圧力が必要とされるだけであるので、ポンプ14の120バールの圧力を流量調整器22で減少せしめ、低圧の追加燃料を供給することにより、コモンレール18への高い燃料供給量を得ることができる。
【0009】
図2及び図3は、本発明の概念のひとつの可能な実施例を示す。流量調整器22は管状ハウジング24を包含し、この管状ハウジングはその一方の端を密封する入口キャップ26とその他方の端を密封する出口キャップ28とを有する。入口キャップ26は内向きに延びてシリンダを形成するカラー30を有し、このカラー、したがってシリンダ30内には一次ピストン32が配置されている。高圧燃料供給ポンプ14からの高圧燃料供給ライン16とシリンダ30及びそれ故一次ピストン32の一方の端面との間を流体連通するために、入口通路34が入口キャップ26を貫通して延びている。他の流れ通路36が、一次ピストン32の一方の端面、すなわち、後述する二次ピストン44と反対の、その一端面から一次ピストン32の内部を通して部分的に軸方向に延び、それから他方の端面40から間隔を置いている一次ピストンポート38にまで半径方向に延びている。カラー30は、好適には、ハウジング24の内径よりもかなり小さい外径を有し、これにより環状の膨張室42を画定する。
【0010】
二次ピストン44は、一次ピストンの端面40に直面して当接する端面(ソリッド面)46を有する。この端面46は、好適には、後述する理由のために、ノーズ部又はニップル部を持つように形成される。二次ピストン44は、その中空本体が出口キャップ28に向かって開放し、これによりばね48のための座を形成し、ハウジング24の囲み部分で流量増大室50を画定する。出口キャップ28を貫通している出口通路52は、流量増大室50を高圧燃料供給ライン16及びコモンレール18に流体接続する。
【0011】
逆止弁(一方向弁)56及び関連するばね54は、二次ピストン44の端面46と流量増大室50との間に延びて端面46を貫通している流れ通路58内に設けられている。端面46に任意に設けられるノーズ部又はニップル部は、流れ通路58と一次ピストンの端面40との間の隙間のための相対距離(オフセット)を提供する。
【0012】
図4−図7は、流量調整器22の作動の種々の状態を示す。これらの図において、ハウジング24の厚くした部分が一次ピストン32のためのシリンダを形成し、これにより膨張室42’は図3に示されている膨張室42よりも小さく形成されている。また、二次ピストン44の端面46のノーズ部は形成されていない。
【0013】
図4は、車両が2週間の間ほとんど使用されていない状態である後の流量調整器22の状態を示し、燃料噴射装置10は除圧され、燃料供給ライン12及び16の圧力は大気圧(0バール)に達している。しかしながら、高圧燃料供給ライン16と流量調整器22内のすべての通路及び室は燃料で一杯である。ばね48及び54はどちらかといえば弱く、単に図3及び図4に示されるような状態を維持するのに十分なものである。
【0014】
図5は、車両エンジンの冷態始動時に高圧燃料供給ポンプ14が始動されたときの流量調整器22の状態を示し、一次ピストン32に120バールの圧力をすばやく確立せしめ、これにより、一次ピストン32を、レール圧力を例えば約50バールにまで上昇させるために十分な体積(例えば、1000mm3)動かす。
【0015】
図6においては、追加の燃料量(例えば、4900mm3)が二次ピストン44により50バールでコモンレール18に供給される。二次ピストン44の動きは、低圧で高体積の燃料を動かす。
【0016】
図6は、このようにして流量調整器22が車両エンジンの冷態始動時に追加の低圧燃料をコモンレールに供給した後に、二次ピストン44の底部が出口キャップ28に当接した状態を示す。すなわち、一次ピストン32は更に動かされて、その一次ピストンポート38がシリンダを画定するカラー30の縁60に到達し、これにより一次ピストンポート38を膨張室42’にさらす。二次ピストン44が図4に示されている位置から図6に示されている位置にまで前進すると、膨張室42’の圧力は急速に減少するが、しかし、一次ピストンポート38がカラー30の縁60に到達しているので、燃料は非常に高い圧力差で膨張室42’にすばやく入る。この理由のために、図3に示されているような大きな膨張室42が好ましく、これにより圧力差を減少せしめる。
【0017】
膨張室42’が燃料で一杯になった後、流量調整器22の両端の圧力は120バールで均等し、流量調整器22は燃料噴射装置10内の残り部分への燃料の供給を妨げない。すなわち、燃料は、流量調整器22内の入口通路34、流れ通路36、膨張室42’を通して流れ、それから弱い逆止弁装置54,56に抗して流れ通路58を通して流れ、流量増大室50及び出口通路52内へ流れる。このように、車両エンジンの冷態始動後の状態、すなわち、通常作動状態で、二次ピストン44が出口キャップ(停止制限部)28の位置に動かされ、これにより、流量調整器22内に設けた燃料供給通路(34,36,42’,58,50,52)を開通して高圧燃料供給ポンプ14のポンピング室内の高圧燃料をコモンレール18に供給するようにする。
【0018】
図7に示されるように、高圧燃料供給ポンプ14が停止させられた後は、入口通路34の入口圧力が0バールに減少し、レール圧力が多少の燃料を流量調整器22に戻し、一次及び二次ピストン32及び44を図4に示される位置にリセットする。これは、また、レール圧力を減少せしめ、それ故熱浸透中に燃料の膨張から生じるポストシャットオフ圧力の増大を減少せしめる。
【0019】
ホットスタート中、車両エンジンはコモンレールに存在する残存圧力で即座に始動する。すなわち、流量調整器22の二次ピストン44の底部が出口キャップ28に当接するや否や、十分なポンピング圧力が噴射のために得ることができる。この初期状態は、いかなる損傷をなしに通常エンジン作動状態になるまで良好に延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】 本発明による流量調整器を備えている車両エンジン用のコモンレール式ガソリン燃料噴射装置の一部分の系統図であって、上記流量調整器はコモンレールへの高圧燃料供給ラインに高圧燃料供給ポンプと直列にして設けられている。
【図2】 本発明による流量調整器のひとつの具体的な実施を示す側面図である。
【図3】 上記流量調整器の断面図である。
【図4】 上記流量調整器の一作動状態を示す図である。
【図5】 上記流量調整器の他の作動状態を示す図である。
【図6】 上記流量調整器の更に他の作動状態を示す図である。
【図7】 上記流量調整器の更に他の作動状態を示す図である。
Claims (10)
- 車両エンジン用のコモンレール式ガソリン燃料噴射装置であって、高圧燃料供給ポンプを有し、燃料がポンピング室内で加圧され、高圧通路を通してコモンレールに供給される燃料噴射装置において、前記高圧通路に設けられて、前記車両エンジンの冷態始動時に追加の低圧燃料を前記コモンレールに供給する流量調整器を包含し、前記流量調整器が一次ピストンと二次ピストンとを包含し、前記車両エンジンの冷態始動状態で、前記一次ピストンが前記ポンピング室の一次圧力のみが加えられる有効断面積を有し、前記二次ピストンが前記一次ピストンに接触すると共に前記一次ピストンの有効断面積よりも大きくてコモンレール圧力のみが加えられる有効断面積を有し、これにより、前記一次ピストンが前記ポンピング室からの一次圧力により前記二次ピストンに向かって動かされたときに、前記二次ピストンが前記一次ピストンにより動かされた燃料の量よりも多い量の燃料を前記コモンレール内に動かすようにした燃料噴射装置。
- 請求項1記載の燃料噴射装置において、前記車両エンジンの冷態始動後の状態、すなわち、通常作動状態で、前記二次ピストンが停止制限部の位置に動かされ、これにより、前記流量調整器内に設けた燃料供給通路を開通して前記ポンピング室内の高圧燃料を前記コモンレールに供給するようにした燃料噴射装置。
- 請求項2記載の燃料噴射装置において、前記燃料供給通路が前記一次及び二次ピストンを通る流れ通路を包含し、これらの流れ通路は前記車両エンジンが前記通常作動状態であるときのみ互いに流体接続されるようにした燃料噴射装置。
- 請求項3記載の燃料噴射装置において、前記一次ピストンが前記二次ピストンと反対の端面から軸方向に延びてそれから一次ピストンポートにまで半径方向外向きに延びている前記流れ通路を有する本体であり、また、前記二次ピストンが前記一次ピストンに直面するソリッド面と、前記停止制限部に向かって延びている開放の中空本体とを有して、前記流れ通路が前記ソリッド面を貫通して延びている燃料噴射装置。
- 請求項4記載の燃料噴射装置において、一方向弁が前記流れ通路に設けられている燃料噴射装置。
- 請求項5記載の燃料噴射装置において、前記一次ピストンが前記二次ピストンの前記ソリッド面から間隔を置いている縁を有するカラーの内部で移動可能であり、前記二次ピストンが前記停止制限部に到達すると、前記一次ピストンポートが前記縁を通過し、前記ポンピング室からの燃料が前記間隔に入り、前記二次ピストンの前記ソリッド面を貫通している前記流れ通路を通過するようにした燃料噴射装置。
- 請求項6記載の燃料噴射装置において、前記一方向弁が前記二次ピストンの前記ソリッド面を貫通している前記流れ通路に設けられている燃料噴射装置。
- 請求項1記載の燃料噴射装置において、前記高圧燃料供給ポンプによって高圧で前記流量調整器内に供給された燃料が前記一次ピストンに作用し、これにより、前記供給された燃料の量よりも多い量の残りの燃料が前記二次ピストンによって低圧で前記流量調整器から前記コモンレールに排出され、また、前記車両エンジンの冷態始動後の状態、すなわち、通常作動状態で、前記高圧燃料供給ポンプによって高圧で前記流量調整器内に供給された燃料のすべてが実質的に同じ圧力で前記流量調整器から前記コモンレールに排出されるようにした燃料噴射装置。
- 請求項8記載の燃料噴射装置において、前記高圧燃料供給ポンプが高圧燃料を100バールよりも大きいポンピング圧力で前記流量調整器に供給し、前記車両エンジンの冷態始動状態の間前記流量調整器が燃料を前記ポンピング圧力の約半分よりも小さい圧力で前記コモンレールに供給するようにした燃料噴射装置。
- 請求項8記載の燃料噴射装置において、前記高圧燃料供給ポンプが高圧燃料を120バールよりも大きいポンピング圧力で前記流量調整器に供給し、前記車両エンジンの冷態始動状態の間前記流量調整器が燃料を約50バールよりも大きくない圧力で前記コモンレールに供給するようにした燃料噴射装置。
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