JP5508526B2 - 内燃機関のための燃料システム - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の内燃機関のための燃料システムに関する。

独国特許出願公開第１９９２６３０８号明細書は、プレフィードポンプが燃料管を介してタンクから高圧ポンプへと燃料流を圧送するコモンレール燃料システムを示している。プレフィードポンプと高圧ポンプとの間には、高圧ポンプに達する燃料流に対して影響を与えうる調量素子が配置される。調量素子と、高圧ポンプの圧送室との間で、その内部にゼロ供給絞り弁が配置されたゼロ圧送管が分岐して通じている。調量素子が閉鎖されている際にそれにも関わらず当該調量素子を通って発生する漏れ量が、ゼロ圧送管を介して搬送される。

本発明の課題は、燃料システムの効率性を改善することにある。

本課題は、請求項１の特徴を備えた燃料システムによって解決される。好適な発展形態は、従属請求項において示される。本発明にとって重要な特徴がさらに以下の記載及び図面において示され、上記特徴は、個別に明示的に示されないが、単一でも及び様々な組み合わせにおいても、本発明にとって重要でありうる。

吸入手段の利点は、ゼロ圧送管内又は当該ゼロ圧送管の末端での圧力の低下であり、従って、高圧ポンプの入口弁のクラッキング圧力を低いまま維持することが可能であり、これにより、高圧ポンプの効率性が改善される（入口弁のクラッキング圧力は、安全間隔（Ｓｉｃｈｅｒｈｅｉｔｓａｂｓｔａｎｄ）を取り、及び、寿命ドリフトを考慮した上で、ゼロ圧送管及び場合によりゼロ圧送管にあるゼロ圧送絞り弁を介した必要な差圧を含めて最大で発生しうる圧力レベルよりも常に高い必要がある）。さらに、ゼロ圧送絞り弁の直径が比較的小さいままで維持されうるため、通常の圧送の場合には、比較的僅かな燃料がゼロ圧送管を介して「失われる」。このことにより、高圧ポンプの圧送室の充填、及び、特に始動時の効率が、そのために必要な圧力がほぼプレフィードポンプのみにより印加される必要がある場合には、改善される。

本発明にとっては、吸入手段がベンチュリ管を含む場合には特に有利である。好適に、ゼロ圧送管は、ベンチュリ管の、最も低い圧力が支配する領域へと通ずる。ベンチュリ管は容易に組み立てられ、移動する構成要素が無い。従って、ベンチュリ管は安価であり、実用的に、磨耗することなく機能する。燃料システム内にはほぼ常に、ベンチュリ管の駆動のために必要な燃料流がいずれにせよ存在するため、ベンチュリ管のための追加的な駆動は必要ではない。

燃料システムが、プレフィードポンプと高圧ポンプとの間に存在する低圧領域における圧力を制御するための圧力制御弁を有し、ベンチュリ管が、圧力制御弁の排出制御管（Ａｂｓｔｅｕｅｒｌｅｉｔｕｎｇ）内に配置される場合には、特に有利である。このような圧力制御弁は一般に、調量素子が閉鎖されている場合には、特に多量の燃料を排出する（ａｂｓｔｅｕｅｒｎ）。従って、ベンチュリ管の吸入出力は、調量素子が閉鎖されているためにゼロ圧送管を介して搬送される漏れ量が最大である場合には、特に大きい。反対に、調量素子が開放されている場合には、吸入出力は下がる。即ち、吸入出力は需要に対して自動的に調節され、燃料システムの効率性のためには特に有益である。

ベンチュリ管がその内部に配置された排出制御管が、プレフィードポンプへの入口管へと通じる場合に、本発明は更に効果を奏する。これにより、内燃機関の稼動、又は、駆動室若しくはクランク室の潤滑及び冷却のため燃料循環へと漏れた燃料を再び案内するために、プレフィードポンプの入口へと漏れた燃料を再び直ぐに圧送することが可能である。

代替的に、ベンチュリ管がその内部に配置された排出制御管が、燃料タンクへと戻る戻し管へと通じることも可能である。戻された燃料は燃料タンク内で冷却可能であり、燃料システムの温度管理が容易になる。

本発明の変更された実施形態において、ベンチュリ管が圧力制御弁の供給制御管内に配置されることも可能である。圧力制御弁が、当該圧力制御弁の様々なクラッキング圧力が割り当てられた複数の排出制御管を有する場合には、ベンチュリ管の機能は、どの排出制御管が今正にアクティブ（ａｋｔｉｖ）であるかに依存せずに、保障される。

これに付け加えて、供給制御管が高圧ポンプの潤滑管及び／又は冷却管の一部であること、及び、圧力制御弁が、供給制御管が戻し管と連結される第１のクラッキング圧力を有することは有利である。従って、低圧領域で比較的圧力が低い際に既に、例えば内燃機関の始動時に、燃料がベンチュリ管を貫流し、ゼロ圧送漏れ（Ｎｕｌｌｆｏｅｒｄｅｒｌｅｃｋａｇｅ）が効果的に搬送されることが保障される。

さらに、高圧ポンプが、軸受での漏れを返送するための少なくとも１つの返送管を備え、返送管内には、高圧ポンプに対して遮断するばね荷重逆止め弁が配置されることは有利である。逆止め弁は、始動時に燃料圧が迅速に構築されうるようにする。

プレフィードポンプと並行して、プレフィードポンプ入口の方向に開放された、ばね荷重逆止め弁又は圧力制限弁が配置されることは有利である。ここでは、ばね荷重逆止め弁又は圧力制限弁は、例えば圧力側で（プレフィードポンプの後の下流で）燃料フィルタを利用する際に、万一当該フィルタが詰まった場合には、プレフィードポンプを過負荷から保護する役割を有する。このエラーケースについては、フィルタの詰まりを解消し又はフィルタを交換するために、並行して、警告信号が、例えば車両のダッシュボードに出力されうる。

燃料システムにおいては、例えば修理又はメンテナンス後の燃料システムの充填のために、ハンドポンプが設けられる。従って、このような実施形態にとっては、プレフィードポンプと並行して、高圧ポンプ入口の方向に開放された、ばね荷重逆止め弁又は圧力制限弁が設けられることは有利である。この弁は、燃料の全てが充填のためにプレフィードポンプを通って圧送される必要がないために、上記充填時にフィードポンプへのバイパスとなる。

以下では、図面を用いて本発明の実施例が例示的に解説される。
圧力制御弁の排出制御管内のベンチュリ管へと通じるゼロ圧送管を備えた、第１の実施形態における燃料システムを示す。 図１のベンチュリ管の断面図を示す。 圧力制御弁の供給制御管内のベンチュリ管へと通じるゼロ圧送管を備えた、第２の実施形態における燃料システムを示す。 圧力制御弁の戻し管内のベンチュリ管へと通じるゼロ圧送管を備えた、第３の実施形態における燃料システムを示す。 戻し管内の逆止め弁を備えた図１の燃料システムを示す。 燃料供給管へと、図１の高圧ポンプの軸受での漏れを搬出するための管路内に逆止め弁を備えた図１の燃料システムを示す。 図１のプレフィードポンプと高圧ポンプとの間に配置された燃料フィルタを備えた、第４の実施形態における燃料システムを示す。

図１は、内燃機関１２の所謂コモンレール（Ｃｏｍｍｏｎ−Ｒａｉｌ）噴射システム１２のために構成された燃料システム１０を示している。内燃機関１２の駆動のために、高圧下の燃料が燃料噴射器（コモンレール）１４へと圧送されて、そこで蓄えられ、燃料噴射器１４には、内燃機関１２の燃焼室１８内へと高圧下の燃料を噴射する燃料噴射装置１６が接続される。

ここでは、燃料は車両の燃料タンク２０から圧送される。流れ方向において、燃料圧送路２２内には、燃料タンク２０から出発して、燃料フィルタ２４と、絞り弁２５と、機械的又は電気的に駆動されるプレフィードポンプ２６と、が配置される。この燃料路は最初に、駆動素子の潤滑のために、好適に機械的に駆動されるラジアルプランジャポンプとして構成された高圧ポンプ３０の駆動室又はクランク室２８内へと入る。燃料システム１０内での燃料の流れ方は、図では矢印で示される。

駆動室又はクランク室２８の後の燃料の流れは２つに分かれる。燃料の第１の出口は、内燃機関１２の駆動のための駆動管３２であり、第２の出口は、高圧ポンプ３０の潤滑及び冷却のための燃料循環の供給戻り管３４である。

駆動管３２によって、燃料は流れ方向に、更なる別の燃料フィルタ３５を介して、電磁的に制御可能な比例ばね荷重スライド弁（ｐｒｏｐｏｔｉｏｎａｌｅｓ ｆｅｄｅｒｂｅｌａｓｔｅｔｅｓ Ｓｃｈｉｅｂｅｒｖｅｎｔｉｌ）として構成された調量素子３６へと供給される。調量素子３６は、プレフィードポンプ２６と高圧ポンプ３０との間に流体的に（ｆｌｕｉｄｉｓｃｈ）又は油圧的に（ｈｙｄｒａｕｌｉｓｃｈ）配置され、高圧ポンプ３０のための燃料の調量に役立つ。調量素子３６の下流で、燃料の流れが再び２つに分かれる。一方では、燃料フィルタ３９を介してベンチュリ管４０へ通じるゼロ圧送管３８が分岐する。ベンチュリ管４０の厳密な記載は以下で行う。他方では、調量素子３６から、吸入弁４４を介して高圧ポンプ３０の圧送室４６へと入る圧送管４２が分岐し、圧送室４６は、高圧ポンプ３０に対して遮断する逆止め弁４８を介して、燃料噴射器１４と接続可能である。

供給戻し管３４によって、駆動室又はクランク室２８内に存在する燃料が、流れ方向において、更なる別の燃料フィルタ５０を介して圧力制御弁５２へと供給されるが、この圧力制御弁５２は、２つの切り替え段を有する、ばね荷重プランジャ型スライド弁（ｆｅｄｅｒｂｅｌａｓｔｅｔｅｓ Ｋｏｌｂｅｎｓｃｈｉｅｂｅｒｖｅｎｔｉｌ）として構成される。従って、供給戻し管３４は、圧力制御弁５２の供給制御管（Ｚｕｓｔｅｕｅｒｌｅｉｔｕｎｇ）に相当する。圧力調整弁５２は、供給戻し管３４のための入口の他に、３つの出口を含む。第１の切り替え段において、即ち、供給戻し管３４内の燃料圧力がより低い場合には、戻し管５４内の燃料が、絞り弁５６を介して燃料タンク２０へと圧送され、第２の切り替え段において、即ち、供給戻し管３４内の燃料圧がより高い場合には、燃料が、ベンチュリ管４０がその内部に配置された貫流管５８へと圧送される。従って、戻し管５４及び貫流管５８は、圧力調整弁２２の排出制御管（Ａｂｓｔｅｕｅｒｌｅｉｔｕｎｇ）に相当する。貫流管５８は、燃料供給管２２へと通じる。圧力制御弁５２の第３の出口は、圧力制御弁５２内でプランジャスライダ（Ｋｏｌｂｅｎｓｃｈｉｅｂｅｒ）を移動した際の圧力補正のために役立つ。ここでも、漏れが発生する可能性があり、漏れた燃料は、絞り弁６２を介して戻し管５４へと圧送される。

高圧ポンプ３０は通常、偏心輪の回転シャフトを保持するための２つの軸受箇所を有する。この軸受箇所からも燃料の漏れが発生しうる。２つの軸受箇所は、図１では、絞り弁６３として示される。軸受箇所６３の漏れは、戻し管５４を介して燃料タンク２０へと返送される。

図２には、ベンチュリ管４０の断面図が示されている。ベンチュリ管４０は、管壁が滑らかな（ｇｌａｔｔｗａｎｄｉｇ）導管６４から成り、互いに逆方向に向く２つの円錐部（Ｋｏｎｕｓ）６６及び６８であって、それらの直径Ｄが最も小さい領域において互いに結合される上記円錐部６６及び６６により、内側の断面積Ｄが狭くなっている。２つの円錐部６６及び６８は、同一の狭くなった断面積Ｄと、同一の広がった断面積３Ｄと、を有する。導管６４の内側の全ての端部は、流線型に従って丸くなっている。広い断面積３Ｄは、狭い断面積Ｄよりも約３倍大きい。流れ方向７０において、円錐部６６はほぼ、狭い断面Ｄの長さを有する。即ち、円錐部６８の長さは、流れ方向７０において、狭い断面積Ｄの長さの約３〜５倍の長さ３〜５Ｄを有する。導管６４の内部の、狭い断面積Ｄを有する位置の範囲において、当該導管６４と直角に回収チャネル７２が設けられる。回収チャネル７２の断面は、断面積Ｄに比例して基本的により小さく、上記断面がゼロ供給絞り弁の絞り弁断面となるように、大きさが定められている。本発明では、このゼロ供給絞り弁７２へとゼロ圧送管３８が接続されるのに対し、導管６４は、貫流管５８の一部である。製造技術的には、高圧ポンプ３０のハウジング内のチャネルは、圧入部としてベンチュリ管４０を有する。しかしながら、ベンチュリ管４０は、代替的に、別部品をねじ込むことにより（Ｓｃｈｒａｕｂｌｏｅｓｕｎｇ）、又は、外部の構成要素としても実現されうるであろう。

ベンチュリ管４０は、本発明で使用される際に以下のように機能する。

燃料が、導管６４を通って、即ち貫流管５８を通って流れた場合に、導管６４の最も狭い箇所Ｄにおいて、動的な圧力（動圧）が最大であり、静的な圧力（静圧）が最小である。流れる燃料の速度は、導管６４の絞まった部分を貫流した際に、断面積Ｄ：３Ｄに比例して上昇する。なぜならば、どこでも同量の燃料が貫流するためである。最も狭い箇所Ｄの領域における比較的小さな圧力のために、ゼロ供給絞り弁７２の入口でも、対応するより小さな圧力が支配する。従って、ベンチュリ管４０の内部空間内のゼロ供給絞り弁７２の入口と、ゼロ圧送管３８の先頭と、の間には圧力差が発生し、この圧力差によって、調量素子３６と吸入弁４４との間の範囲からの燃料が、ゼロ圧送管３８を介して吸引される。ベンチュリ管４０は、その限りにおいて、ゼロ圧送管３８の下流側の末端の吸入手段である。

図１に示される実施形態の燃料システム１０は、従って以下のように機能する。

燃料は、プレフィードポンプ２６の吸入作用によって、燃料タンク２０から燃料圧送管２２へと吸引される。その際に、燃料は燃料フィルタ２４においてフィルタリングされる。プレフィードポンプ２６は更に、高圧ポンプ３０の駆動室又はクランク室２８へと燃料を圧送する。そこから、内燃機関１２の駆動のために、駆動管３２を介して開放された調量素子３６へと供給され、その後、燃料は吸入弁４４を介して、引き続いて高圧ポンプ３０の圧送室４６内へと達する。そこで燃料は圧縮され、高圧下で、逆止め弁４８を介して内燃機関のレール１４へと導入される。

（例えば、惰力走行時に）調量素子３６が閉鎖されている際には、プレフィードポンプ２６により圧送される全燃料が、駆動室又はクランク室２８から供給管３４を介して圧力調整弁５２へと圧送される。過剰な燃料量によって供給管３４内の圧力が上昇するため、燃料が一方では戻し管５４を介して燃料タンク２０と戻り、他方では、ベンチュリ管４０がその内部に配置された貫流管５８を通って、再びプレフィードポンプ２６の入口へと圧送される程度にまで、圧力制御弁５２が開放される。後者の燃料の流れにより、駆動室及びクランク室２８の潤滑、及び、ベンチュリ管４０の駆動のために役立つ燃料循環が発生する。

プレフィードポンプ２６は通常、内燃機関１２の駆動のために必要であるよりも多くの燃料を圧送するため、調量素子３６が部分的に開放された際にも、即ち、内燃機関１２の負荷運転時にも、或る程度の燃料流が供給管３４内に発生するが、但し、この燃料流は惰力走行に際よりも小さいため、圧力制御弁５２は部分的にのみ開放される。戻し管５４を貫流する燃料量が、このことによって（未だに）影響を受けずにいる一方で、貫流管５８を通る燃料流は小さくなり、従って、ベンチュリ管４０の吸入出力もより小さくなる。

内燃機関１２の始動時に、調量素子３６が開放された際に駆動管３２を介して可能な限りより大きな燃料圧が形成されうるために、ばね荷重圧力制御弁５２は最初閉鎖される。

内燃機関１２の惰力走行時に調量素子３６が閉鎖されている場合には、調量素子３６において燃料漏れが発生する。上記漏れは、ゼロ圧送管３８及びベンチュリ管４０のゼロ圧送絞り弁７２を介して搬送される。調量素子３６が閉鎖されている場合には、貫流管５８は大きな貫流を有し、ベンチュリ導管６４内の回収管７２の入口では、調量素子３６が部分的又は完全に開放されている場合よりも大きな吸入効果が発生する。ベンチュリ管４０は、ゼロ圧送管３８からの漏れを吸引し、残りの燃料と共に、プレフィードポンプ２６の入口へと燃料圧送管２２内に圧送する。

図３は、本発明の第２の実施形態を示す。図３及び以下の全ての図について、図１の燃料システムの構成要素及び領域に対して機能が同等である構成要素及び領域には、同じ符号が付され、再度詳細には解説されない。図１に対する相違は、ベンチュリ管４０の配置にある。このベンチュリ管４０は図１に対して、供給管３４内、即ち、圧力制御弁５２の供給制御管内に配置される。本実施形態の機能は、図１の実施形態の記載された機能と基本的に同じである。ベンチュリ管４０は、供給制御管３４を通る流れが比較的より小さい場合にも機能する。

図４は、本発明の第３の実施形態を示す、図１又は３に対する基本的な相違は、ここでもベンチュリ管４０の配置にある。このベンチュリ管４０は、ここでは戻し管５４内に配置される。ベンチュリ管４０は、比較的不変の吸入出力により機能する。

図５は、図１に対する拡張を示す。ここでは追加的に、高圧ポンプ３０の軸受での漏れも搬送する戻し管５４内に、高圧ポンプ３０に対して閉鎖するばね逆止め弁７４が配置される。逆止め弁７４により、燃料システム１０内の始動圧力がより迅速かつ容易に形成されうる。

図６は、図５の変形例を示し、ここでは、逆止め弁７４が、高圧ポンプ３０の軸受での漏れを燃料供給管２２へと搬出するための管路内に配置される。ここでも、逆止め弁７４は、始動時の軸受での漏れを制限する役目を果たす。

図７は、本発明の第４の実施形態であり、図５の変形例である。しかしながら、本実施形態は、記載された他の実施形態へも転用可能である。以前に記載された実施形態に対する基本的な相違は、燃料フィルタ２４の位置である。以前の実施形態では、燃料フィルタ２４が常にプレフィードポンプ２６の吸入側に配置されていたのに対し、ここでは、燃料フィルタ２４は、プレフィードポンプ２６の圧力側に配置されている。このような燃料システムでは、好適に、修理又はメンテナンスの後の燃料システムの充填のために、ハンドポンプ７６が設けられる。流れ方向に、ハンドポンプ７６の前及び後ろに、燃料タンク２０に対して閉鎖する２つの逆止め弁７７が設けられる。追加的に、プレフィードポンプ２６と並行して、高圧ポンプ２６の方向に開放されたばね荷重逆止め弁７８と、プレフィードポンプ入口の方向に開放されたばね荷重逆止め弁８０と、が設けられる。逆止め弁７８は、燃料の全てが充填のためにプレフィードポンプ２６を通って圧送される必要がないために、燃料システム１０の充填時にバイパスとして機能する。逆止め弁８０は、万一燃料フィルタ２４が詰まった際に、プレフィードポンプ２６を過負荷から保護し、及び、燃料フィルタ２４を損傷から保護する。ベンチュリ管４０を使用してのゼロ圧送管３８の取扱いは、以前に記載した実施形態と同じである。

Claims (6)

1. 車両の内燃機関（１２）のための燃料システム（１０）であって、前記燃料システム（１０）は、プレフィードポンプ（２６）と、高圧ポンプ（３０）と、プレフィードポンプ（２６）と高圧ポンプ（３０）との間に油圧的に配置される調量素子（３６）と、前記調量素子（３６）の漏れを搬送するためのゼロ圧送管（３８）とを有する、前記燃料システム（１０）において、前記ゼロ圧送管（３８）の下流の末端に、吸込手段であるベンチュリ管（４０）が設けられ、
   前記燃料システム（１０）は、プレフィードポンプ（２６）と高圧ポンプ（３０）との間に存在する低圧領域における圧力を制御するための圧力制御弁（５２）を有し、前記ベンチュリ管（４０）は、前記圧力制御弁（２６）の供給制御管（３４）内に配置されることを特徴とする、燃料システム（１０）。
2. 前記ゼロ圧送管（３８）は、絞り弁（７２）を介して前記ベンチュリ管（４０）に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の燃料システム（１０）。
3. 前記供給制御管（３４）は、前記高圧ポンプ（３０）の潤滑管及び／又は冷却管の一部であり、前記圧力制御弁（５２）は、前記供給制御管（３４）が戻し管（５４）と連結される第１のクラッキング圧力を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料システム（１０）。
4. 前記高圧ポンプ（３０）は、軸受での漏れを返送するための少なくとも１つの返送管（５４）を備え、前記返送管（５４）内には、前記高圧ポンプ（３０）に対して遮断する、ばね荷重逆止め弁（７４）が配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料システム（１０）。
5. 前記プレフィードポンプ（２６）と並行して、プレフィードポンプ入口の方向に開放された、ばね荷重逆止め弁又は圧力制限弁（８０）が配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料システム（１０）。
6. 前記プレフィードポンプ（２６）と並行して、高圧ポンプ入口の方向に開放された、ばね荷重逆止め弁又は圧力制限弁（７８）が配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料システム（１０）。

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