JP5089679B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関エンジン用の燃料噴射装置に関するものである。

本発明は内燃機関エンジンの燃料噴射装置、とりわけ圧縮点火エンジンの燃焼シリンダに直接燃料を噴射する装置に関する。とりわけ、噴射器のノズル内の圧力除去用制御弁を備えた燃料噴射装置に関する。そのような解決策は一般的にコモンレール噴射装置に適用されて、ＤＭＥ等の低粘度燃料を使用する際に避け難い閉鎖ノズルからの燃料漏れを防止する。

そのような従来技術装置の例を図１に示す。そのシステムでは、燃料供給装置からエンジン燃焼室まで、前記装置のエンジンが作動していないスタンバイ中の閉鎖ノズルからの燃料漏れを防止するための自動遮断弁が存在する。一連の噴射器の戻り配管を共通配管に連結した後、その共通配管を遮断弁に接続することによって、遮断弁の総数が抑えられる。しかしながら、この設計には、噴射器の油圧接続ポートの数が比較的多くなるという欠点がある。別の欠点は、遮断弁の比較的大きな死容積が制御弁１０とノズル１１の間に画定される高圧容積に広がることである。死容積が大きいほど、その容積内の圧力の増大や軽減に伴う遅延によって、制御漏れが大きくなり、制御性が悪くなる。

図２に示す従来技術装置の別の例では、自動遮断弁の数が１つの噴射器につき２つに増大する代わりに、噴射器の接続ポートの数が３つから２つに減少する。

油圧接続ポートおよび／または遮断弁の数の増加に伴い、装置の信頼性が低下し、コストが増大する。本発明は、従来技術装置の信頼性を向上させ、コストを削減するとともに、制御性を向上させ、漏れを低減することを目的としている。

従来技術装置の別の問題は、ノズル開口圧（ＮＯＰ）の制御が比較的難しいことである。ＮＯＰを、図３に示すように、一連の噴射器のスプリング室と戻り導管の間に設置された圧力調整器によって制御することができるが、このこともまた１つの噴射器につき３つの接続ポートが必要なことを意味している。比較的大きな容積のノズルスプリング室を設けることによって、原則的に、図４に示すように、ＮＯＰ制御ポートを排除して、戻り配管と戻り導管の間に接続された圧力調整器を備えることが可能であるが、その場合、さまざまな噴射器のノズルニードルガイドに沿った漏れの差や、残留圧力がノズル閉鎖圧と閉鎖ノズルからの漏れに及ぼす影響によってＮＯＰ制御は複雑化し、さらに作用が比較的緩慢になる。本発明はまた、そのような燃料噴射装置におけるＮＯＰ制御を改善する手段を提供する。

米国特許第６，１８９，５１７号明細書（ＵＳ６，１８９，５１７Ｂ1）

本発明の目的は、複雑さを軽減し、エンジン効率を向上させるとともに、噴射率の制御性に優れた燃料噴射装置を提供することである。

本発明に係る燃料噴射装置は、燃料タンク、低圧系統を形成する供給ポンプと関連部品、コモンレールに加圧下で燃料を供給する高圧ポンプを組み込んでおり、前記コモンレールは多気筒エンジンのすべての噴射器に加圧燃料を供給する。前記コモンレールと前記噴射器の間に第１自動遮断弁が設置されており、前記噴射器には、前記コモンレールとノズルの間に位置する油圧作動弁を制御する電動三方パイロット弁と、前記油圧作動弁の出口と戻り配管の間に位置する電動二方式の正常時開放逃し弁とが組み込まれる。前記ノズルは、リターンスプリングによって前記ノズルを閉鎖する方向に付勢されるニードルを有する。前記リターンスプリングはスプリング室に設置されており、圧力をかけると、前記スプリングによるノズルの閉鎖方向への前記ニードルの付勢を促進することができる。前記スプリング室、前記パイロット弁の出口および前記逃し弁の出口は、噴射器の戻り配管に接続される。

前記噴射器の前記戻り配管は連結して単一の戻り導管となり、第２自動遮断弁を介して前記低圧系統に接続される。各噴射器の前記戻り配管と前記戻り導管の間に、絞りが配置される。

前記第１自動遮断弁を、従来技術装置のように前記油圧作動弁の出口と前記ノズルの間に設置する代わりに、前記コモンレールと前記噴射器の間に設置することによって、前記ノズルの上流の死容積を前記噴射器の間に排出して減少させることが可能になり、このようにして前記噴射装置の制御性を向上させ、水力効率を向上させる。この別の利点は、前記噴射器が高圧ポートおよび戻りポートの２つの接続ポートのみを有するとともに、自動遮断弁の総数を噴射器の数に１を足した数と等しい最小値に抑えることができるので、前記燃料噴射装置の設計が簡単になり、信頼性が向上し、コストが削減されることである。従来技術装置では、噴射器が２つのポートを有する場合、前記自動遮断弁の総数を噴射器の数の２倍にしなければならない。そうでなければ、共通の自動遮断弁を従来技術の装置の前記戻り導管で使用する場合、前記噴射器のポートの数を３つに増やす必要がある。

前記戻り配管と前記戻り導管の間に絞りを配置することによって、前記燃料噴射装置を前記ノズル開口圧の制御に適合させて、各噴射器および噴射サイクルに個別に使用することもでき、従来技術装置のように追加の圧力調整器を必要としない。

添付図面を参照して、本発明を非限定的な方法で以下に詳細に説明する。

図５に示す好適な実施形態において、本発明に係る燃料噴射装置は、燃料タンク１、供給ポンプ２、低圧系統４を形成する遮断弁３とその他の関連部品（図示せず）、コモンレール６に加圧下の燃料を供給する高圧ポンプ５を組み込んでおり、コモンレール６は多気筒エンジン（図示せず）のすべての噴射器７に加圧燃料を供給する。コモンレール６と噴射器７の間に第１自動遮断弁８が設置されており、噴射器７には、コモンレールとノズル１１の間に位置する油圧作動弁１０を制御する電動三方パイロット弁９と、油圧作動弁１０の出口と戻り配管１３の間に位置する電動二方式の正常時開放逃し弁１２とが組み込まれる。ノズル１１は、リターンスプリング１５によってノズルを閉鎖する方向に付勢されるニードル１４を有する。リターンスプリングはスプリング室１６に設置されており、圧力をかけると、スプリング１５によるノズルの閉鎖方向へのニードル１４の付勢を促進することができる。スプリング室１６、パイロット弁９の出口および逃し弁１２の出口は、戻り配管１３に接続される。

噴射器の戻り配管１３は結合して共通の戻り導管１７となり、第２自動遮断弁１８を介して低圧系統４に接続される。各噴射器の戻り配管１３と戻り導管１７の間に、絞り１９が配置される。エンジン管理システム（ＥＭＳ）２０は、弁９および１２を制御する。

油圧作動弁１０は好ましくは正確整合ステムを有して出口室２２および制御室２３を形成し、好ましくは弾性手段２４によって閉鎖位置に向かって付勢される。弁１０の制御室２３は、ＥＭＳ２０からのコマンドに応じて、三方パイロット弁９によってコモンレール６または戻り配管１３のどちらかに接続することができる。

自動遮断弁８、１８は、弁が一度開放すると、燃料の圧力に曝される弁の領域が充分大きくなって、弁内の圧力が装置の供給圧力をやや下回るかまたはそのレベルを上回っている場合はいつでも、弁のリターンスプリングの力に抗して弁を開放し続けるように設計される。エンジンが停止して供給圧力が所定レベルを下回った場合、自動遮断弁が閉鎖し、弁の上流の圧力に曝される弁の領域は、供給圧力レベルを上回る圧力によって自動遮断弁の再開放が要求されるように比較的小さくなる。そのような弁の設計は当該技術では既知であり、例えば特許文献１に開示されている。

本発明に係る燃料噴射装置は以下のように作用する。図５を参照すると、エンジンは作動中だが非噴射状態のとき、低圧系統４の下流の戻り導管１７内に供給圧力が存在し、高圧ポンプが燃料を一定レベルまで加圧してコモンレール６内でそのレベルを維持する。このとき、ＥＭＳ２０は弁９および１２を作動させない。三方パイロット弁９はその非作動位置で、コモンレール６を油圧作動弁１０の制御室２３に接続する。コモンレールからの圧力は弾性手段２４の力と相まって、弁１０をその閉鎖位置に保持する。逃し弁１２は開放して、油圧作動弁１０の出口を戻り配管１３および戻り導管１７に絞り１９を介して接続する。自動遮断弁８、１８は開放して、ノズル１１内の圧力を戻り導管１７内の圧力と等しくする。ノズルは、ニードルリターンスプリング１５と、ニードル１４に作用するスプリング室１６内の圧力によって閉鎖される。

噴射を開始するために、ＥＭＳは制御電流をパイロット弁９に流して、油圧作動弁１０の制御室２３をコモンレール６から切り離し、逃し弁１２の出口および絞り１９の入口に接続する。制御室２３内の圧力は降下し、コモンレール圧力を出口室２２から弁に作用させて、弾性手段２４の力に抗して弁１０を開放する。低いノズル開口圧が要求される場合、ほぼ同時にＥＭＳが逃し弁１２を閉鎖するので、絞り１９の入口、したがって戻り配管１３およびノズル１１のスプリング室１６内の燃料圧力は上昇しないが、ノズル１１の入口側では増加し、スプリング室１６の低い圧力とリターンスプリング１５の力に抗してニードル１４を持ち上げることによって、最終的にノズルを開放する。高いノズル開口圧が要求される場合、ＥＭＳは制御電流を遅れて逃し弁１２に流すことにより、コモンレールからの燃料を油圧作動弁１０の開口を通って流して、閉鎖ニードル１４の両側の圧力を上昇させる。この圧力が要求レベルに達すると、逃し弁１２がＥＭＳによって閉鎖され、ニードル１４の背部の圧力が戻り配管１３に解放されることによって、ノズル１１が開放して噴射が開始される。

噴射を終了するには、ＥＭＳがパイロット弁９の動作を停止させた後、制御室２３を戻り配管１３から切り離して、再びコモンレールに接続する。制御室２３内の圧力が上昇し、弾性手段２４とともに、弁１０を閉鎖位置に向かって下方に押し下げる。弁１０の閉鎖期間においてその流量範囲が対応して減少している間、燃料は開放ノズルから噴射され続け、リターンスプリング１５がニードル１４を下方に移動させてノズルを閉鎖するまで、ノズル内の圧力は降下する。次に、ＥＭＳは逃し弁１２の動作を停止させて開放して、閉鎖ノズルを通ってエンジンに漏れる可能性のあるノズルの残留圧力を軽減する。したがって、装置は図１に示すようなその初期位置に復帰する。

噴射を素早く終了することが要求される場合、ノズル１１が閉鎖する前、ノズルの上流の圧力が比較的高いままのときに、ＥＭＳが逃し弁１２を開放する。これにより、絞り１９によって戻り配管１３およびスプリング室１６内の圧力が急上昇して、ノズルの素早い閉鎖が促進される。

エンジンが停止すると、例えば逃し弁１２を開放し続けながらパイロット弁９を作動させることによって、実質的に燃料をもとの低圧系統に排出して、コモンレール内の圧力を減少させることができる。これにより、自動遮断弁８、１８内の圧力の減少が発生して、弁が閉鎖することによって、燃料が閉鎖ノズルからエンジンに漏れるのを防止する。これは、この場合の弁８、１８が、残留圧力を含み得るコモンレールと関連部品の比較的大きな容積をノズルから切り離すためである。

図６では、本発明の代替実施形態が示されており、パイロット弁９の出口が戻り導管１７に接続されて、絞り１９の側管を通っている。これにより、油圧作動弁１０の制御のＮＯＰ制御への依存を減らすことができる。

図７では、本発明の別の代替実施形態が示されており、逃し弁１２の出口が戻り導管１７に接続され、パイロット弁９の出口が戻り配管１３に接続されている。そのような実施形態では、ＮＯＰが直接影響を受けるのは、パイロット弁の作動のみである。

本発明は前述の実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲の適用範囲においてさまざまな修正形態が実行可能である。

従来技術装置のさまざまな設計を示す。 従来技術装置のさまざまな設計を示す。 従来技術装置のさまざまな設計を示す。 従来技術装置のさまざまな設計を示す。 本発明のさまざまな実施形態の概略図である。 本発明のさまざまな実施形態の概略図である。 本発明のさまざまな実施形態の概略図である。

Claims (5)

1. 内燃機関エンジン用の燃料噴射装置であって、エンジン管理システム（ＥＭＳ）（２０）と、低圧燃料系統（４）に接続される戻り導管（１７）と、比較的高圧の燃料を蓄積して噴射器（７）に供給するためのコモンレール（６）とからなり、前記噴射器の各々が、前記エンジンに燃料を噴射するためのノズル（１１）と、前記コモンレール（６）と前記ノズル（１１）の間に設置される弁（１０）と、入口が該弁（１０）の出口に、出口が前記戻り導管（１７）に接続される逃し弁（１２）とを有する燃料噴射装置において、第１自動遮断弁（８）が前記コモンレール（６）と前記噴射器（７）の間に設置され、第２自動遮断弁（１８）が前記戻り導管（１７）に設置され、前記戻り導管（１７）は前記第２自動遮断弁（１８）を介して前記低圧燃料系統（４）に接続されることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記戻り導管（１７）が多気筒エンジンの一連の噴射器（７）に共通であることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記ノズル（１１）がスプリング室（１６）内の圧力によって該ノズル（１１）を閉鎖する方向に付勢されるニードル（１４）を有しており、前記逃し弁（１２）の出口および絞り（１９）の入口に接続される戻り配管（１３）が存在し、前記逃し弁（１２）の出口は前記戻り配管（１３）及び前記絞り（１９）を介して前記戻り導管（１７）に接続されており、前記スプリング室（１６）が前記戻り配管（１３）に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記ＥＭＳによって作動可能で、前記弁（１０）の位置を制御するパイロット弁（９）が存在しており、該パイロット弁（９）の出口が前記戻り配管（１３）に接続されることを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射装置。
5. 前記パイロット弁（９）の出口が前記戻り配管（１３）を介して前記戻り導管（１７）に接続されることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射装置。

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