JPH02500925A - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の燃焼室に燃料を注入するための方法と装置本発明は、燃焼機関の燃焼 室に燃料を注入する方法であって、動作サイクルの間、シリンダから圧縮ガスが 取り出されて中間貯蔵され、これに続く動作サイクルで燃料とともにシリンダ内 に吹き出される方法、及びその方法を実施するための装置に関する。

燃焼機関、好ましくは別点火式のそのようなものにおいて、できるだけ高い熱効 率とできるだけ少ない有害物質放出を達成するため燃料の燃焼を急速にそしてで きるだけ完全にピストン上死点領域で行うべく努力されていることはよく知られ ている。燃焼室への燃料噴射または外部で混合形成する場合は燃料−空営混合体 の吸い込みの際この目標は完全に満足できる程度に達成されていない。というの は、その燃焼が混合塘成の時間不足から損なわれるからである。そのため点火点 も上死点のある程度前に設定しなければならない。

もし高温での外部混合形成を採用し、これを空気−燃料混合体の点火に先立つ動 作サイクルの間に行われ、その混合体が次の動作サイクルで燃焼室に吹き出され るなら、利点を生じる。

冒頭部に記載された方法は西ドイツ特許公開公報１７５１５２４号から知られて おり、ここでは燃料の注入は燃焼機関の全てのシリンダのために共通に備えられ た回転弁によって行われる。この回転弁は、円板状ロータ、薄い円板状の分配板 、そしてきのこ状の制御摺動部材から構成され、ロータとともに共通の軸に設け られている偏心ポンプと一緒にハウジング内に収納されている。

この軸、従ってポンプとロータは４サイクルエンジンの場合カム軸の回転数で回 転する。ロータ自体の内部には径方向に延びている適量分配室が配設され、これ はその分配板の側の制御面に複数の制御孔が設けられている。

このロータは、付加的に、軸方向に延びている貯蔵開口部を備えており、これを 通じてシリンダ空間から吹き出し管路を介して取り出された圧縮空気の貯蔵が制 御される。この工夫により、圧縮行程の間にそれぞれのシリンダ空間から圧縮状 態の空気が取り出され、これがそれぞれのシリンダ空間への燃料の吹き出しのた めの圧縮空気源として用いられる。

この装置の欠点としては、特にその複雑な構造、及び多気筒エンジンの全てのシ リンダのために中央の適量分配ユニットと制御ユニットが用いられるということ である。このことから、吹き出し管路や取り出し管路が長くなり、これは取り出 し過程において汚れがちとなり、その際吹き出し段階において燃料−空気混合体 がら燃料が壁で分離されることができ、このことがら燃料適量分配におけるほと んど対処できないようなエラーが生じる。

さらに、シリンダに開口している吹き出し管路が一方ではエンジンの爆発過程に おいて吹き出し管路への排ガスの背圧をうけ、他方では充填交換過程の間シリン ダで燃料を含むガスの後に続く流出をうけ、これによって必然的に炭化水素放出 が増えることになる。

吹き出しや取り出しの時間的制御は、カム軸ないしはクランク軸の回転数で回転 する制御装置や適量分配装置の軸によって行われる。従って、燃料消費や有害物 質の放出の低減のためのエンジンへの要求に応じて例えば吹き出し開始を調整す ることは不可能である。

公知の装置の燃料−適量分配システムは、選択的につまり順番に燃料圧（これは ここでは吹き出し管路ないしは取り出し管路の空気圧より低い）と空気圧がかか る適量分配室を用いて作動する。適量分配室のかなり高い空気圧に抗して燃料を ここに注入するために、この適量分配室はまず管路を介して吸い込みパイプに空 気抜きされなければならない。この空気抜き過程は、エンジンから吸い込まれた 空気を圧縮して、取り出し、そし°て再び吸い込みパイプに戻されるので、熱力 学的な損失となる。

本発明の課題は、燃焼機関の燃焼室に燃料を注入する方法及びこの方法を実施す るための装置を提案することであり、これにより上述された欠点が解消され、特 に燃焼機関の効率を向上させること、及び簡単で効率的な制御で有害物質の放出 を低減させることである。

上記課題は、本発明によれば、以下のステップによって解決される： ａ）前記シリンダの燃焼室に開放している弁を介しての少量の、特に２〜６立方 ｃｍの圧縮高温ガスの時間的に制御される取り出し、 ｂ）前記取り出された高温ガスの前記弁の弁室内での貯蔵、 Ｃ）前記高温ガスへの燃料の噴射、 ｄ）前記シリンダ内に開放している前記弁を通じての前記貯蔵された燃料−ガス 混合体の吹き出し。

本発明の構成においては、吹き出し弁が取り出しユニットと吹き出しユニットと して弁側の室と弁から離れた側の室を備えており、その燃焼機関の燃焼室に開放 する弁が前記燃焼室と弁側の室との間のガス交換を制御し、その際弁側の室が燃 焼室から取り出されるガスのためのガス溜として用いられ、かつ 前記弁が前記弁から離れた側の室を区画している駆動手段により作動させられ、 かつ　前記弁側の室が少なくとも１つの逆止弁を介して前記弁から離れた側の室 と接続され、その室に圧力発生ユニットが燃料を送り出すことが提案される。

これにより、大変簡単な実施例が与えられ、そこでは一方では吹き出し弁が同時 にガス取り出し弁としても機能し、弁側の室がガス溜として用いられる。燃料は 、その際、吹き出し弁のガス溜に直接噴射される。吹き出し弁の流体圧操作は、 ソレノイドや押しレバーあるいはカムによる直接操作に比べて、大きな操作力、 種々の開放速度、そして大きな弁ストロークといった利点が得られる。

シリンダに直接開放している弁を通じて取り出されるべきガスが、長く冷たい管 路を通ることなしに直接好ましくは断熱されたガス溜に達し、そこでは高くされ た温度により炭化物の形成が抑制される。

本発明による方法、及び本発明による装置は、第１に遅れ吹き出しのために点火 開始に先行するエンジンサイクルの後半４分の１から６分の１に設定されている 。

本発明による方法の変形例において、燃料ポンプによって、まず、先のサイクル で形成された燃料−ガス混合体の吹き出しが行われ、それから高い燃料圧で燃料 の噴射が貯蔵された高温ガス中に行われる。

本発明による装置の別な形態においては、前記弁から離れた側の室と圧力管路を 介して接続されているピストンポンプが備えられており、そのポンプ室がマグネ ット弁を介して燃料タンクと接続しており、その際第２のマグネット弁が備えら れており、この第２マグネツト弁が前記燃料タンクを前記圧力管路に接続してい る付加的な燃料管路に配設されているものがある。一つだけの２方向弁によって 吹き出し時間と吹き出し量が時期と期間に応じて互いに結合されるのに対し、第 １のマグネット弁とは独立して制御されるマグネット弁を用いてこの両者の結合 が解除され、このことが低燃費と低放出に関してのエンジンの調整に利点をもた らす。その際、前記付加的な燃料管路に逆止弁が配設され、この弁を介して過剰 な燃料量が燃料タンクに戻される。

もし、本発明により、前記マグネット弁が、例えば、マグネット弁の電磁石に印 加される電圧のパルス長さ変調されたパルス列により少なくとも・２つの異なる 電流強さで制御され、このことにより少なくとも２つの異なる圧力レベルが得ら れる場合、１つのマグネット弁とそれに付属する負荷電子系でもって吹き出し時 間と噴射量の結合を解除することが実現する。低い電流レベルと結果としての低 いパワーレベルの場合、吹き出し弁の閉鎖圧より大きな開放圧が得られ、このこ とによりこの弁は当り面のところまで開く。引続き、マグネット弁の力がタンク への戻り管路を閉鎖するに十分でない程度まで圧力が上昇し、続いてピストンポ ンプによって送り出された過剰な燃料量がタンクに戻される。さらにマグネット 弁は高い電流を印加され、これによって管路の燃料圧に逆らって再び閉じる。圧 力は、さらにガス溜への接続管路の逆止弁が開き、噴射が開始するまで上昇する 。マグネット弁の力が電流の適切な制御により低い圧力レベルないしは零まで下 げられると、噴射が終了し、零に下げた場合同時に吹き出しも終了する。

本発明による他の実施形態の一つに、ピストンポンプまたは定吐出ポンプが流体 適量分配装置に接続されて備えられており、かつ 前記適量分配装置がハウジング内を案内される適量分配ピストンを備えており、 このピストンがハウジング内に配設された駆動側の室と適量分配室に入り込み、 その際その２つの当り面により規制されるストロークが噴射されるべき燃料量を 決定し、かつ 前記通量分配室が圧力管路を介して前記吹き出し弁の弁から離れた側の室と接続 され、前記駆動側の室がマグネット弁を介して前記ピストンポンプまたは定吐出 ポンプの出口に接続され、かつ 前記適量分配室を満たすために前記ポンプから出て前記圧力管路に開口している とともに逆止弁を設けた管路が備えられているものがある。エンジンサイクル当 りに噴射される燃料量は、ここでは２つの当り面の間を動く適量ピストンのスト ロークによって決定される。燃料量の正確な適量分配はこれによって可能である 。

この変形例の一形態において、定吐出ポンプ、例えばローラ室ポンプやギヤポン プを用いる場合、前記適量分配ピストンの前記適量分配装置の駆動側の室に入り 込む部分が前記適量分配室を区画している面積Ａ２を有する部分より大きな圧力 作用面積Ａ、を有し、噴射圧力の流体増幅が比Ａ　ｒ　／　Ａ　ｚで達成される ものがある。適量分配装置で行われる流体圧増幅は、その際高圧側の面積Ａ２を もつ小径のピストンと例えば低圧側の面積ＡＩをもつ大径のピストンによって達 成される。

さらに本発明によれば、前記駆動側の室が前記適量分配ピストンを駆動するとと もにシステム圧がかけられる膜によって区画されているものもある。その際適量 分配ピストンの送り出し行程は供給管路のマグネット弁を開けることにより行わ れる。

本発明によれば、もちろん、前記駆動側の室を、前記通量分配ピストンを駆動す る膜によって前記マグネット弁からの管路が開口している環状室と噴射バネを収 容するためのバネ室とに分割することができる。機関のパラメータに応じての噴 射量の制御は、本発明によれば、前記適量分配ピストンのストロークを規制する 当り面のひとつが可変であり、これが例えば調整モータと相互作用する偏心手段 によって実現されることによって簡単に達成される。

本発明による別な形態に、前記通量分配装置の駆動側の室への管路に好ましくは 電気的に操作される流量調節ユニットが配設され、これを介して前記吹き出し弁 の弁のストローク速度が制御されるものがある。流量調節ユニットを用いて流量 率を無段階に制御することができる。

それぞれの要求される燃料量の噴射は、低いニードルストローク速度、例えば部 分負荷の場合高いニードルストローク速度（全負荷）より遅く行われる。このこ とは、高負荷時に燃料の一部分が同じサイクルにおいて直接燃焼室に達し、これ により内部冷却が向上し、これとは逆に部分負荷時に全ての燃料がガ・ス溜で予 備気化され、これにより放出ができるだけ抑えられるという利点を与える。燃焼 室内のガス流の流入パルスを制御することによりエンジンの放出特性に影響する 充填層形成を制御することができる。

これとは違った制御の形態として、前記吹き出し弁のピストンが、弁ストローク を可変にするために、前記ハウジングの壁とともに環状室を形成する段部を備え ており、その隙前記段部が弁の閉鎖方向に圧力をかけられ、かつ 前記環状室が逆止弁を介装しながら一方では弁から離れた側の室と他方では逆止 弁を介して弁側の室と接続しているものがある。

この実施変形例では、吹き出し弁の弁ストロークが噴射された燃料量に比例して 可変される（同時制ｗＥ）。このことは、弁ストロークが可変でない実施例に比 べ低負荷時ないしは全負荷時でのエンジンの運転に関して利点を与える。

さらに、前記吹き出し弁のピストンが、弁ストロークを可変にするために、前記 ハウジングの壁とともに環状室を形成する段部を備えており、その際前記段部が 弁の開放方向に圧力をかけられ、かつ 前記環状室が逆止弁を介装しながら一方では前記圧力管路と他方では逆止弁を介 して弁側の室と接続することもできる。この実施例では、ガス溜での噴射は吹き 出し弁の弁の閉鎖過程の間でガス溜の充填段階の最後に行われる。この時点でガ スは燃焼室からガス溜に流れ、噴射された燃料は次のサイクルまでガス溜に留ま っている。

吹き出し弁の弁バネを保護するために、本発明によるひとつの実施例では、吹き 出し弁の圧縮または引っ張りバネが前記弁側の室から中間壁によって分離されて いるバネ室に配設されており、前記中間壁が前記弁軸のための開口部を設けるこ とができる。

本発明の枠内で、前記弁を閉じるために燃焼機関の燃焼室内の弁断面に働いてい るガス圧だけが使われることも全く可能である。これによってバネやバネ室を省 くことができる。

本発明による装置をさらに簡単化したものとして、前記吹き出し弁のハウジング 内に適量分配室を備えた適量分配装置が配設され、その適量分配ピストンが前記 吹き出し弁のピストンと同心に配設されるとともにこれに係合しており、かつ 前記吹き出し弁の弁から離れた側の室が前記通量分配装置の駆動側の室を兼用し ており、かつ前記適量分配室が一方では逆止弁を介して前記弁から離れた側の室 にそして他方では逆止弁を介して前記弁側の室に接続しており、かつ 前記弁から離れた側の室が前記圧力発生ユニットからきている燃料管路と接続さ れているものがある。吹き出し弁と適量分配装置がこの実施例ではそのピストン を互いに係合させている一体品となっている。

その際、本発明によれば、前記圧力発生ユニットは、定吐出ポンプとその後に接 続されている電子制御式流量調節ユニットとポンプ吐出側に設けられた圧力制限 弁とから構成され、その際３方向マグネツト弁が備えられており、このマグネッ ト弁があるひとつの位置で前記弁かとつの位置で前記燃料タンクへの戻り管路に 接続することができる。この実施例では、弁はほぼ全負荷の場合のみその当り面 に達し、部分負荷の場合弁ストローク速度に応じて一部分だけがその行程を戻す 。弁ストロークは噴射される燃料量に比例し、その噴射は弁の閉鎖移動の間に行 われる。

最高ストローク速度つまりは弁の最高閉鎖速度を制限するために、前記流量調節 ユニットと３方向マグネツト弁との間の管路中に、及び前記燃料タンクへの戻り 管路中にそれぞれ１つの固定絞りが配設されることが提案される。

上記の実施例の構成において、直列接続された前記流量調節ユニットの代わりに 前記定吐出ポンプに並列に設けられた電子制御式圧力調節ユニットを配設するこ とができる。

さらに本発明による好都合な実施形態において、前記吹き出し弁の弁から離れた 側の室が弁軸に直角に配設されている膜によってその弁側を区画されており、こ の膜が一方では前記適量分配ピストンをそして他方では前記吹き出し弁を駆動し 、その際前記下側膜室が自己の前記定吐出ポンプから出ている圧力管路を介して 圧力をかけられるものがある。この工夫は、好都合にも吹き出し弁の閉鎖バネを 補い、その際多気筒エンジンにおいては自動的に全弁の閉鎖力の均等化がバネ力 の誤差に関係なく達成される。このことは、また全シリンダに対して噴射量を一 定にするために重要な意味をもつ。

弁の軸のところでガス溜のガス圧に対して密封している密封材の保護のために、 本発明によれば、前記吹き出し弁の弁側の室につながっている前記接続管路が前 記弁軸に同心で配設された環状隙間内に開口しており、この隙間から燃料が前記 弁の方向で前記ガス溜に流出する。

最後に吹き出し弁の特に簡単な構成として、前記弁から離れた室が前記弁側の室 と前記弁軸に同心で配設された貫通環状隙間を介して接続されており、その際前 記環状隙間の延長部に前記弁軸を取り巻いている付勢手段、例えばホースバネ付 の密封材が逆止弁として配設されることが可能である。この密封材は下から上へ 弁軸を密封し、つまり弁例の室から弁から離れた側の室へ高圧に対抗して、そし て上から下へかなり低い圧力に対抗して密封する。

本発明は次に図面を用いて詳しく説明される。部分的に概略図の形で示されてい る： 第１図は本発明による装置であり、第２．４．４ａ、５．６．８．１０．１２． １４図は第１図の実施変形例であり、第３図は第１図によるマグネット弁の制御 でのクランク角αに対して与えられる電圧変化（Ｕ）やパワー変化（Ｆ）に関す るグラフであり、第４ｂ、７．９．１１．１３図はクランク角αに対するニード ルストロークＳや噴射量βを示すグラフであり、第１５図は本発明による吹き出 し弁の詳細図であり、第１６図は第１５図による吹き出し弁の実施変形例であり 、第１７図は第１６図の詳細図である。

第１図に示されたピストンポンプと一定二一ドルストロークを備えたシステムの 実施例は詳しく図示されていない内燃機関の燃焼室３に接続されている吹き出し 弁２を提示しており、これの弁１６の方を向いた室１８は同時にガス溜４として 機能する。ここでは、取り込み弁は、好都合にもなくなっており、燃料は直接吹 き出し弁２のガス溜４に噴射される。燃焼室３からのガスの取り込みは吹き出し 弁自身によって行うため、この弁は吹き出し過程の終了後相応な時間解放される 。吹き出し弁２は、その中にバネ１５によって閉鎖方向に付勢されているピスト ン１４を軸方向に摺動可能に支持しているハウジング１３から構成されている。

このバネも、弁とピストンの有効面積を適切に設計してガス溜内でのガス圧が弁 を自動的に閉じるようにすれば、なくすことができる。燃焼室３に開放している 弁１６はピストン３を備えた軸１７と接続している。ピストン１４の上側にある この弁から離れた側の室２０は逆止弁付きの接続管路３７を介してガス溜４と接 続している。接続管路３７は圧力管路３５に開口して室２０に接続することも可 能である。

圧力管路３５を介して吹き出し弁２の室２０に接続されている圧力発生手段、つ まり、ピストンポンプ５はポンプシリンダ２２内に摺動可能に配設されたプラン ジャ２３を有し、このプランジャはバネ２４によってプランジ中を駆動するカム ２５に対して付勢している。カム２５、つまりはそのカム軸２６は内燃機関によ り公知の方法で駆動される。管路２９を通って燃料タンク２８から吸い込まれる 燃料はマグネット弁６０によってポンプシリンダ２２に達する。燃料量を定める ための制御手段を備えることも可能であり、その際、例えば、ポンプシリンダ２ ２内にここでは図示されない調整可能ストロームストッパを備えた待避ピストン を設けることができる。

第２図は第１図の変形例を示しており、そこでは、吹き出し時間（＝吹き出し弁 の開放時間）と噴射量（一つだけの２方向マグネツト弁６０による）の共通制御 により、吹き出し時間と噴射量が時期及び時間長さに応じて結合される。第１図 による装置では第１のものとは独立的に制御されるとともに燃料タンク２８を圧 力管路３５に接続している付加的な管路６２に設けられている第２マグネツト弁 ６１を用いて、結合解除を行い、この結合解除は内燃機関の低コストと低放出値 に関して利益を与える。

吹き出し弁２の開放圧力をｐ、とし、管路６２の逆止弁６３の開放圧力をｐｚ、 逆止弁３２の開放圧力をｐ。

とする。吹き出し過程の初めに、マグネット弁６０が閉鎖され、弁６１が開放さ れている。吹き出し弁２が圧力ｐ、に達するとこの弁がピストン１４がその当り 部に接当するところまで開放する。その後、圧力がさらにＦ２まで上昇し、これ により逆止弁６３が開き、過剰な燃料をタンクに戻す。ガス：１ｆＡ４における 噴射過程の開始はマグネット弁６１の閉鎖により導かれ、これにより噴射管路の 圧力はｐ、まで上昇し逆止弁３２が開く。噴射だけは弁６１の開放により終了す るか、または弁６０の開放による吹き出しとともに終了するかのいずれかであす る。

その量配分はマグネット弁６１の閉鎖時間により及びこの時点で行われる噴射ポ ンプ５カムの上昇により行われる。

第３図のグラフは、マグネット弁に対する変動電圧経過Ｕつまり結果的にはパワ ー経過Ｆを示しており、これに第１．２図による実施例の利点を結び付けること ができる。第１図でのマグネット弁６０を特定なやり方で制御することによって 一つだけのマグネット弁と付属する動作電子系でもって吹き出し期間と噴射期間 、結果として量配分の結合解除が作り出される。第１図を参考にすると、マグネ ット弁６０は２つの異なる電流強度で制御される。これは、種々の方法で、例え ば、電磁石に印加される電圧のパルス変調された信号によって行われている。こ のことによって、マグネット弁６０に２つのパワーレベルＦ＋　とＦ２が作用す る。低い電流レベル、つまり低いパワーレベルＦ＋により圧力Ｐｌより大きい開 放圧力が得られ、このことによって吹き出し弁２は開放され、その当り部に接当 する。その結果、その圧力は、マグネット弁のパワーがタンク２８に逆流しよう とする力を閉じ込めるに十分でなくその結果ピストンポンプ５によって送られた 燃料量がタンクに戻されるぐらい（Ｆ２）に上昇する。さらにマグネット弁６０ は高い電流を印加され、このことによってマグネット弁は管路内の燃料圧力に逆 らって再び閉じる。圧力はさらに圧力値Ｐ、まで上昇し、そこで逆止弁３２が開 き、噴射が始まる。マグネット弁６０への圧力が適当な電流制御によるＦ＋　も しくは０に下げられ噴射が完了し、例えば０に下げられた場合同時に吹き出しも 完了する。

第４図は、第１図によるシステムの変形例であって低圧駆動と一定二一ドルスト ロークを備えたシステムを示している。高圧ピストンポンプ５の代わりに定吐出 ポンプ５”、たとえばよく知られているように流体増幅器と適量配分装置６４と つながれたローラポンプまたはギアポンプが用いられる。適量配分装置６４はハ ウジング６５内を案内される適量配分ピストン６６を備え、このピストンがハウ ジングを駆動側室６７と適量配分室６８とに分けている。流体増幅はその高圧側 を面積Ａ、をもつ小径のピストンとそして低圧側を面積Ａ−をもつ大径の弾性膜 またはピストンとすることで可能である。適量分配ピストン６６と膜６９は互い に連結されている。この連結体は固定した当り点と変動当り点の間を動き、変動 当り点は、図示しているように低圧側あるいは高圧側に置くことができる。当り 点間のストロークは噴射されるべき燃料量に比例している。流体増幅は定吐出ポ ンプ５′によって生み出される圧力、たいていは２から８バール、をＡ、／Ａｔ 　／Ａ、の比でこの燃料吹き出しシステムに必要な圧力、約１０から４０バール に変換する。

ここで、Ａ４は吹き出し弁２の駆動のための流体ピストン１４の断面積である。

サイクル当りの噴射燃料量は、可変ストロークでサイクル当り往復運動する適量 配分ピストン６６によって定まる。可変当り点は、例えば偏心手段７０またはカ ムにより実現され、この偏心手段は調整応答機構を備えた調整モータによっであ るいは電子制御を備えたステンピングモータによって回転される。

圧力変換・適量配分装置６４及び吹き出し過程は適当な電子制御により制御され る３方向マグネツト弁７１によって制御される。このマグネット弁７１は適量配 分ピストン６６を取り巻いているとともに膜６９に区画されている環状室７３へ の管路７２を開放し、圧力弁７４を用いてポンプ５゛により生み出されるシステ ム圧が、噴射バネ７８のバネ力に抗して適量分配ピストン６６を変動当り面７０ （吸い込みストローク）に向かって動かす。

同時に、管路７５内に配設された逆止弁７６を通じて圧力管路３５と適量分配室 ６８が燃料で満たされる。続いてマグネット弁７１を閉鎖すると膜６９によって 区画された環状室７３が戻り管路７７を通じてタンク２８に開放され、ハウジン グ６５内に配設された噴射バネ７８が適量分配ピストン６６を送り出し方向（吐 出ストローク）に動かす、この動きの初めに、吹き出し弁２の開放圧を越えてい る場合これは−送り出されてきた燃料により一開放され、その当り面に付く。次 に、圧力がさらに上昇し、逆止弁３２の開放圧を越えると残りのなお送り出され るべき燃料量が吹き出し弁２のガス溜４に噴射される。

吹き出し弁を開放するために必要な燃料量は弁ストロークが一定の場合各サイク ルにおいて一定であるから、適量分配ピストン６６のストロークを変化させるこ とにより噴射量のみを変化させることができる。（追従制御）。

さらに第４ａ図に示されている実施例では、管路７２は、膜６９の変動ストロー ク当り面７０の方を向いた側の室６７に開口している。送り出しストロークは弁 ７１を開くことにより行われ、これとは逆に管路７７による負荷開放は吸い込み ストロークを引き起こす。バネ７８は、ここでは省かれている。適量分配ピスト ン６６の戻り移動は室６８にシステム圧がたつことにより確実に行われる。

吹き出し弁２は、ここでは弁１６の方を向いた環状面９９に作用する燃料圧によ って閉じる。逆止弁３２は、吹き出し弁２が弁座に接当しているかぎり閉じてい る。

管路３７内の圧力はさらに開放圧２２以上に上昇し、逆止弁３２が開き、燃料が ガス溜４に送られる。この過程は、適量分配ピストン６６が高圧側のストローク エンドに達すると終了する。この位置はシステムの静止または出発位置である。

吹き出し過程は、３方向マグネツト弁７１による低圧室６７の負荷開放で始まる 。タンク２８への戻り管路７７に例えば電子制御される流量調節ユニッ）１００ が備えられ、このユニットは吹き出し弁２の弁開放速度を制御する。吹き出し弁 の開放過程は、弁１６の反対側のバネ室８５”内に位置している圧縮バネ１５に よって行われ、この圧縮バネは同時に適量分配ピストン６６の戻り行程のために 利用され、その際噴射量は逆止弁７６を通ってポンプ５”から圧力管路に送り出 される。適量分配装置６４はこの実施例ではバネなしで構成されている。

ニードルストローク変化Ｓと噴射量変化βが第４ｂ図に示されている。第４図の ものに比べてこのシステムの利点は、噴射が吹き出し過程の終了後初めて行われ 、圧力比と面積比の所定の組合せによりわずかに低い圧力レベルを高圧側に設定 させることができ、このことにより燃料ポンプの能力を低減させることができる ことにある。

図示されている定吐出ポンプを備えた低圧供給ユニットの代わりにピストンポン プを備えた高圧ピストンポンプを用いることも可能であり、これにより圧力増幅 器を取り払うことができる。さらに電子制御付不連続吐出高圧ピストンポンプを 用いることもできる。その際、弁行程速度はいずれにせよ戻り管路７７に介装さ れた流量調節ユニット１００によって調節される。

ここでは、”高圧”とは記載されている全てのケースにおいて１０バール以上と 理解される。

第４図による装置を簡単化することによりさらに利点が生じる。第５図に示すよ うにもし必要な流体圧変換比が吹き出し弁２のピストン１４の適当な断面Ａ４に よって保証されるなら、膜６９または面積Ａ１をもつなんらかのピストン及び適 量分配ピストンを駆動するバネ７８を省くことができる。面積Ａ、を有する適量 分配ピストン６６は、この場合適量分配機能のみをもつ。吹き出し弁２の弁１６ は、この実施例では、３方向マグネツト弁７１が定吐出ポンプ５°から適量配分 ピストンへの管路を開放することで上昇し始める。弁１６は、次に弁体内をその ストローク当り面にまで移動する。次に行われる噴射過程は、吹き出し弁２の開 放期間と同様に３方向弁７１の切り換えによって終了し、その際室６７はタンク ２８への戻り管路７７に開放される。続いて、圧力管路３５は逆止弁、この場合 減圧弁７６を介して充填され、適量配分ピストン６６はその出発位置に戻る。弁 ７６つまりその開放圧による圧力低下はこの実施例では吹き出し弁２が充填圧に より開けられることが確実に起こらない程度の大きさにしておかなければならな い。

第６図には、第５図による装置の変形例を示している。

図示されていない制御ユニットによって制御される流量調節ユニット７９を用い てニードルストローク速度が、第７図の流量率α、β、Ｔで示されているように 制御される。

要求される燃料量の噴射は、ニードルストローク速度が低い時（部分負荷）はニ ードルストローク速度が高い時（全負荷）より遅く行われる。このことは、高負 荷時において燃料の一部が同じサイクルにおいて直接燃焼室に達し、その結果内 部冷却が向上し、逆に部分負荷時において全ての燃料がガス溜で予備蒸発させら れ、その結果放出ができるだけ抑えられるという利点をもたらす。

さらに、ニードルストローク速度の変化により燃焼室へのガス流の噴射パルスの 制御が行われ、その結果エンジンの放出状態に影響する充填層の制御が行われる 。

第８図において、第５図の変形としての吹き出しシステムの実施例が示されてお り、吹き出し弁２のニードルストロークが噴射される燃料量に比例して変化する （同時制御）。このことはニードルストロークが固定のものと比べて低負荷や全 負荷でのエンジン運転に関し利点をもたらし、第６図と第７図のところで述べた ことがここでも有効である。

第８図による変形実施例では、吹き出し弁２のピストン１４が段部８０を備えて おり、この段部がハウジング１３とともに環状室８１を形成する。この段部は、 弁１６の閉じ方向で環状面Ａｈに圧力をうけ、その際環状室は、一方では弁から 離れた側の室２ｏに逆止弁３２を介して弁側の室１８に接続されている。

有効面積Ａｈを有する環状室８１は逆止弁８２を介してシステム圧をうける。噴 射開始時、つまり適量配分ピストンが送り出しを始めた時、次に吹き出し弁２の ピストン１４が下方に動き、弁１６が開く。同時に環状室８１から燃料が追い出 され、逆止弁３２を介してガス溜４に噴射される。吹き出し弁２の弁１６は、適 量配分ピストン６６によって送り出される噴射量に相応するまで開けられ、この ことによりエンジン負荷の上昇につれての弁ストロークの増大が実現される。

第８図による吹き出し弁の構成では、全噴射量が、第９ずのグラフに示されてい るように、開放過程の間吹き出し段階の初めに吹き出し弁２のガス室４に噴射さ れる。

この時に、ガス溜４からガスがエンジンの燃焼室３に流れ、噴射された燃料の大 部分が直接ガス流とともに燃焼室に送られる（Ｖ・・・全負荷、Ｔ・・・部分負 荷）。

これに対して、ピストン１４が弁１６の開放方向に圧力がかかる段部８３を備え ている第１０図に示されている実施例では、ガス溜への噴射が弁１６の閉鎖過程 の間のガス溜４の充填段階の終わりに行われる。この時に、燃焼室３のガスがガ ス溜４に流れ、噴射された燃料は、第１１図のグラフに示されているように、つ ぎのサイクルまでガス溜に残る。

低圧システムにおいて圧力のかかる相応な面は、その流体圧変換比が結果的には 噴射管路の圧力上昇がピストン１４の面Ａ４を介してトータルの圧力が逆止弁や 吹き出し弁の摩擦力による圧力低下を上回るような大きさとなるように定められ る。

シリンダユニット毎に要求される可変ストローク適量分配ピストン及びそれに付 随する３方向マグネツト弁が、第４．５．６．８．１０図に示されているように 、吹き出し弁２から独立した制御ブロック内に構成され、管路を介してそれぞれ の吹き出し弁に接続されている。これによって、適量分配ピストンの調整と同期 の際利点が得られる。しかし、同様に、かく吹き出し弁２を適量分配装置付で構 成することも可能であり、その際適量分配ピストンの当り面の調整のための駆動 がエンジンのシリンダヘッドに置かれている。最初の実施例は複気筒のエンジン の際利点を与え、後者のものは単気筒のエンジンの際に利点を与える。

可変の弁ストロークを有する吹き出し弁は、その構造形式に応じて、第１図や第 ２図に示されているように、高圧ピストンポンプと接続して用いられる。

全ての実施例において、断熱のため吹き出し弁２のバネ１５は弁側の室１８から 中間壁８４によって分離されているバネ室８５内に配設されることができる。こ のバネ室は、その際低圧領域に解放管路９１（漏れ油管路）を備えることができ る。

第１２図には、可変ニードルストローク速度を有する混合吹き出しシステムの他 の実施例を示している。その際、吹き出し弁２のハウジング１３内に適量分配室 ６８を有する適量分配装置６４′が配設されており、その適量分配ピストン６６ ゛が吹き出し弁２のピストン１４に同心に配設されており、これに係合している 。吹き出し弁２の弁とは反対側の室２０は、同時に適量分配装置６４′の駆動側 の室としても用いられており、この適量分配室６８″は一方では減圧弁８６を介 して、他方では逆止弁３２を介して弁側の室１８に接続されている。この実施例 では、弁ニードルは全負荷の場合のみその当り面に達し、部分負荷では弁ストロ ーク速度に応じてその行程の一部分だけ戻る。その弁ストロークは噴射される燃 料量に比例し、噴射は弁ニードルの閉鎖移動の間に行われる。

圧力発生ユニットは、定吐出ポンプ５°　（約６バール）、開放圧ｐ２の圧力制 限弁７４、主流路の電子制御流量調節ユニット７９から構成されている。後の流 量調節ユニットは、例えば可変断面あるいはその種の絞り弁とすることができる 。吹き出し弁２は、（図示されているように）膜８７または面積Ａ、のピストン によて軸１７を介して駆動される弁１６から構成されている。閉鎖バネ１５は弁 １６を閉鎖位置に保持する。３方向マグネツト弁７１が開き、弁から離れた側の 室２０にシステム圧ｐ２がたつとすぐに、弁１６が開き始める。これは、流量調 節ユニット７９によって調節された室２０への燃料流により及び閉鎖バネ１５の 力によって定まる速度で行われる。従って、弁１６が流量が大きい場合速く開き 、少ない場合遅く開く。流量は傍流（第１４図）の流量調節ユニット８８によっ ても調節することができる。

流量調節ユニット７９とマグネット弁７１の間の固定絞り弁８９は、最大のスト ローク速度を制限する。吹き出し弁２を開放すると適量分配室６８°が減圧弁８ ６を介して燃料で満たされる。その充満圧は接続管路３７の逆止弁３２の開放圧 より低い。開放動作は３方向弁７１の開放により終了し、その際、上側の膜室っ まり弁から離れた側の室２０がタンク２８への戻り管路７７を介して解放される 。戻り管路７７の絞り９ｏは弁１６の閉鎖速度を制限する。

閉鎖過程において、適量分配ピストン６６“がその都度のストロークに相応する 燃料量を追い出す。その燃料量が逆止弁３２を介してガス溜４に噴射される。そ の噴射は閉鎖バネ１５の力と弁軸断面に作用するガス圧によって行われる。記載 された機能は適量分配ピストン６６゛の構造を相応に変形することにより得られ る。第１の形態は、まず、燃料をガス溜４に前もって滞在させることにより排ガ ス中の炭化水素を低下させるので激しい放出規準を満たさなければならないエン ジンに適している。

後者の形態は、直接シリンダに達する燃料の気化熱が直接シリンダ充填層から取 り出されるので、高負荷エンジンにおいて良好な内部冷却を可能にする。各運転 状態のために要求される最大弁ストロークは弁ストローク速度と開放時間によっ て定まり、この開放時間は電子制御系によりマグネット弁７１を用いて制御され る。第１３図の変化が示されている。噴射はニードルの閉鎖行程の間に行われ、 弁皿が弁座に着座すると終了し、噴射される量とは無関係である。噴射の開始と その結果としての噴射量は開放直線ａの傾きδと閉鎖直線すの傾きＴによって定 まり、この直線は閉鎖バネ力による弁軸断面と絞り９０の断面へのガス力を表し ている。

さらに別な実施例において、既に述べたように、第１４図では流量調節が傍流の 圧力調節器８８によって置き換えられている。これは、絞り９０と下側膜室９２ の対抗圧との相互作用で第１３図の開放直線ａの傾きδを定める。下側の膜室に かかる圧力は第１２図の閉鎖バネ１５の代わりである。従って、多気筒エンジン の場合自動的に閉鎖力を同一に設定することがそして結果として全ての弁の閉鎖 直線すの傾きＴの同−設定がバネ力の誤差に関係なく達成される。このことは、 個々のシリンダの噴射量を同一にすることにおいて大きな重要性をもつ。

弁９６は弁１６の開放行程の際下側膜室９２の圧力を調節し、その結果すべての 弁に対し同時に開放直線ａの傾きδを調節する。その他の詳細の全ては第１２図 による装置のそれと機能的に相応する。

低圧技術の一般的な利点は、ピストンポンプや高圧マグネット弁などの高価な部 品をなくすることでトータルシステムのコストが下がることにある。ピストンに よる適量分配装置は、場合によっては有り得る流量特性やマグネット弁の切り換 え時間の誤差とは関係なく噴射されるべき燃料量を大変正確に送り出すことを保 証し、そのためマグネット弁の製造コストを下げることが可能となる。

第１５図は上述したような吹き出し弁２の簡単化された図面である。これは、２ 分割されたハウジング１３内をその軸１７を用いて摺動可能に支持されている弁 １６から構成されている。弁１６は閉鎖バネ１５によって閉鎖位置に保持される 。弁とは反対側の室２０には燃料圧が作用し、これにより弁が開く。ガス溜４つ まり弁側の室１８は上側の室２０に対して弾性プラスチック性の密封材（例えば Ｏ−リング）によって密封されている。この密封材を高温のガス温度から保護す るためにガス溜４内に噴射される燃料は直接密封材９５の下側で弁軸１７に同心 配設された弁ガイドの環状隙間９４に噴射される。

燃料はこの環状隙間９４を通ってガス溜４に達し、そこで気化する。その隙間が 狭いことから燃料の流れ方向に逆らっての密封材９５へのガスの侵入は阻止され 、実用上密封材を汚したり過熱させたりすることはなくなる。

弁軸を密封するさらに別な実施例は、”追従制御”を備えた第１図から第６図ま での吹き出しシステムに適用される。その際、記載されたように、弁とは反対側 の室２０にそしてその結果として弁軸の有効断面に圧がかがることにより弁１６ はその当り面のところまで開放される。その結果、圧力はさらに逆止弁３２の開 放圧以上に上昇し、燃料をガス溜に噴射する。逆止弁３２は第１６図に図示され た密封材９６によって置き換えることができ、この密封材は高圧に対して下から 上へそしてかなりの低圧に対して上から下へ密封している。全開時弁が当り付い た後の弁の開放のために必要な燃料圧を越えた場合、例えばホースバネ９８によ って調整される径方向の密封リブ９７のところでの密封力Ｆを越え、燃料が流れ 出ることになる。その場合、密封力はＦ＋ΔＦに上がり、径方向隙間がＷで釣合 う。隙間Ｗは十分の１から百分の１ｍｍの範囲であり、密封材９６は多数の負荷 の役目を摩擦なしで作り出すことができる。噴射の後弁とは反対側の室２０の圧 力低下において密封リブ９７が再び閉鎖し、ガスの逆流が生じることはない。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．燃焼機関の燃焼室に燃料を注入する方法であって、動作サイクルの間シリン ダから圧縮ガスが取り出されて中間貯蔵され、これに続く動作サイクルで燃料と ともにシリンダ内に吹き出されるものにおいて、以下のステップ； ａ）前記シリンダの燃焼室に開放している弁を介しての少量の、特に２〜６立方 ｃｍの圧縮高温ガスの時間的に制御される取り出し、 ｂ）前記取り出された高温ガスの前記弁の弁室内での貯蔵、 ｃ）前記高温ガスヘの燃料の噴射、 ｄ）前記シリンダ内に開放している前記弁を通じての前記貯蔵された燃料一ガス 混合体の吹き出し、を特徴とする方法。 ２．燃料ポンプによる、まず、先のサイクルで形成された燃料一ガス混合体の吹 き出しが行われ、それから高い燃料圧で燃料の噴射が貯蔵された高温ガス中に行 われることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．燃焼機関の燃焼室に燃料を注入する装置であって、燃料を送り出すためのポ ンプと、圧縮ガスをシリンダから取り出すためのユニットと、前記ガスを貯蔵す るためのガス溜と、前記ガス及び送り出された燃料を吹き出すためのユニットと を備えているものにおいて、吹き出し弁（２）が取り出しユニットと吹き出しユ ニットとして弁側の室（１８）と弁から離れた側の室（２０）を備えており、そ の燃焼機関の燃焼室（３）に開放する弁（１６）が前記燃焼室（３）と弁側の室 （１８）との間のガス交換を制御し、その際弁側の室（１８）が燃焼室（３）か ら取り出されるガスのためのガス溜（４）として用いられ、かつ 前記弁（１６）が前記弁から離れた側の室（２０）を区画している駆動手段（１ ４；８７）により作動させられ、かつ前記弁側の室（１８）が少なくとも１つの 逆止弁（３２；９６）を介して前記弁から離れた側の室（２０）と接続され、そ の室（２０）に圧力発生ユニット（５；５′）が燃料を送り出すことを特徴とす る装置。 ４．前記弁から離れた側の室（２０）と圧力管路（３５）を介して接続されてい るピストンポンプ（５）が備えられており、そのポンプ室がマグネット弁（６０ ）を介して燃料タンク（２８）と接続していることを特徴とする請求項３に記載 の装置。 ５．第２のマグネット弁（６１）が備えられており、この第２マグネット弁が前 記燃料タンク（２８）を前記圧力管路（３５）に接続している付加的な燃料管路 （６２）に配設されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。 ６．前記付加的な燃料管路（６２）に逆止弁（６３）が配設され、この弁を介し て過剰な燃料量が燃料タンク（２８）に戻されることを特徴とする請求項５に記 載の装置。 ７．前記マグネット弁（６０）が、例えば、マグネット弁（６０）の電磁石に印 加される電圧のパルス長さ変調されたパルス列により少なくとも２つの異なる電 流強さで制御され、このことにより少なくとも２つの異なる圧力レベルが得られ ることを特徴とする請求項４に記載の装置。 ８．ピストンポンプまたは定吐出ポンプ（５；５′）が流体適量分配装置（６４ ）に接続されて備えられており、かつ前記適量分配装置（６４）がハウジング（ ６５）内を案内される適量分配ピストン（６６）を備えており、このピストンが ハウジング（６５）内に配設された駆動側の室（６７）と適量分配室（６８）に 入り込み、その際その２つの当り面により規制されるストロークが噴射されるべ き燃料量を決定し、かつ 前記適量分配室（６８）が圧力管路（３５）を介して前記吹き出し弁（２）の弁 から離れた側の室（２０）と接続され、前記駆動側の室（６７）がマグネット弁 （７１）を介して前記ピストンポンプまたは定吐出ポンプ（５；５′）の出口に 接続され、かつ 前記適量分配室（６８）を満たすために前記ポンプ（５；５′）から出て前記圧 力管路（３５）に開口しているとともに逆止弁（７６）を設けた管路（７５）が 備えられていることを特徴とする請求項３に記載の装置。 ９．定吐出ポンプ（５′）、例えばローラ室ポンプやギヤポンプを用いる場合、 前記適量分配ピストン（６６）の前記適量分配装置（６４）の駆動側の室（６７ ）に入り込む部分が前記適量分配室（６８）を区画している面積Ａ２を有する部 分より大きな圧力作用面積Ａ１を有し、噴射圧力の流体増幅が比Ａ１／Ａ２で達 成されることを特徴とする請求項８に記載の装置。 １０．前記駆動側の室（６７）が前記適量分配ピストン（６６）を駆動するとと もにシステム圧がかけられる膜（６９）によって区画されていることを特徴とす る請求項９に記載の装置。 １１．前記駆動側の室（６７）が、前記適量分配ピストン（６６）を駆動する膜 （６９）によって前記マグネット弁（７１）からの管路（７２）が開口している 環状室（７３）と噴射バネ（７８）を収容するためのバネ室とに分割されている ことを特徴とする請求項９に記載の装置。 １２．前記適量分配ピストン（６６）のストロークを規制する当り面のひとつが 可変であり、これが例えば調整モータと相互作用する偏心手段（７０）によって 実現されることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の装置。 １３．前記適量分配装置（６４）の駆動側の室（６７）への管路に好ましくは電 気的に操作される流量調節ユニット（７９）が配設され、これを介して前記吹き 出し弁（２）の弁（１６）のストローク速度が制御されることを特徴とする請求 項８に記載の装置。 １４．前記吹き出し弁（２）のピストン（１４）が、弁ストロークを可変にする ために、前記ハウジング（１３）の壁とともに環状室（８１）を形成する段部（ ８０）を備えており、その際前記段部（８０）が弁（１６）の閉鎖方向に圧力を かけられ、かつ 前記環状室（８１）が逆止弁（８２）を介装しながら一方では弁から離れた側の 室（２０）と他方では逆止弁（３２）を介して弁側の室（１８）と接続している ことを特徴とする請求項８に記載の装置。 １５．前記吹き出し弁（２）のピストン（１４）が、弁ストロークを可変にする ために、前記ハウジングの壁とともに環状室（８１）を形成する段部（８３）を 備えており、その際前記段部（８３）が弁（１６）の開放方向に圧力をかけられ 、かつ 前記環状室（８１）が逆止弁（８２）を介装しながら一方では前記圧力管路（３ ５）と他方では逆止弁（３２）を介して弁側の室（１８）と接続していることを 特徴とする請求項８に記載の装置。 １６．吹き出し弁（２）の圧縮または引っ張りバネ（５）が前記弁側の室（１８ ）から中間壁（８４）によって分離されているバネ室（８５、８５′）に配設さ れており、前記中間壁（８４）が前記弁軸（１７）のための開口部を設けている ことを特徴とする請求項３〜１５のいずれかに記載の装置。 １７．前記弁（１６）を閉じるために燃焼機関の燃焼室（３）内の弁断面に働い ているガス圧だけが使われていることを特徴とする請求項３〜１５のいずれかに 記載の装置。 １８．前記吹き出し弁（２）のハウジング（１３）内に適量分配室（６８′）を 備えた適量分配装置（６４′）が配設され、その適量分配ピストン（６６′）が 前記吹き出し弁（２）のピストン（１４）と同心に配設されるとともにこれに係 合しており、かつ 前記吹き出し弁（２）の弁から離れた側の室（２０）が前記適量分配装置（６４ ′）の駆動側の室を兼用しており、かつ 前記適量分配室（６８′）が一方では逆止弁（８６）を介して前記弁から離れた 側の室（２０）にそして他方では逆止弁（３２）を介して前記弁側の室（１８） に接続しており、かつ 前記弁から離れた側の室（２０）が前記圧力発生ユニットからきている燃料管路 （３５）と接続されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。 １９．前記圧力発生ユニットは、定吐出ポンプ（５′）とその後に接続されてい る電子制御式流量調節ユニット（７９）とポンプ吐出側に設けられた圧力制限弁 （７４）とから構成され、その際３方向マグネット弁（７１）が備えられており 、このマグネット弁があるひとつの位置で前記弁から離れた側の室（２０）を前 記流量調節ユニット（７９）にそして他のひとつの位置で前記燃料タンク（２８ ）への戻り管路（７７）に接続することを特徴とする請求項１８に記載の装置。 ２０．前記流量調節ユニット（７９）と３方向マグネット弁（７１）との間の管 路（３５）中に、及び前記燃料タンク（２８）への戻り管路（７７）中にそれぞ れ１つの固定絞り（８９，９０）が配設されていることを特徴とする請求項１９ に記載の装置。 ２１．直列接続された前記流量調節ユニット（７９）の代わりに前記定吐出ポン プ（５１）に並列に設けられた電子制御式圧力調節ユニット（８８）が配設され ていることを特徴とする請求項１９に記載の装置。 ２２．前記吹き出し弁（２）の弁から離れた側の室（２０）が弁軸に直角に配設 されている膜（８７）によってその弁側を区画されており、この膜が一方では前 記適量分配ピストン（６６′）をそして他方では前記吹き出し弁（２）を駆動し ていることを特徴とする請求項１８〜２１のいずれかに記載の装置。 ２３．前記下側膜室（９２）が自己の前記定吐出ポンプから出ている圧力管路（ ９３）を介して圧力をかけられることを特徴とする請求項２２に記載の装置。 ２４．前記吹き出し弁（２）の弁側の室（１８）につながっている前記接続管路 （３７）が前記弁軸（１７）に同心で配設された環状隙間（９４）内に開口して おり、この隙間から燃料が前記弁（１６）の方向で前記ガス溜（４）に流出する ことを特徴とする請求項３〜２３のいずれかに記載の装置。 ２５．前記弁から離れた室（２０）が前記弁側の室（１８）と前記弁軸（１７） に同心で配設された貫通環状隙間（９４）を介して接続されており、その際前記 環状隙間（９４）の延長部に前記弁軸（１７）を取り巻いている付勢手段、例え ばホースバネ（９８）付の密封材が逆止弁として配設されていることを特徴とす る請求項３〜２４のいずれかに記載の装置。