JPH04232374A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気圧縮式内燃機関用
の燃料噴射装置であって、噴射ポンプと噴射ノズルと噴
射ポンプ及び噴射ノズルを接続している第１及び２の噴
射管を有しており、第１の噴射管は噴射ポンプを予備噴
射のために噴射ノズルに直結しており、第２の噴射管は
第１の噴射管に対して並列的に接続されていてかつ主噴
射を予備噴射に対して時間的に遅く開始させるために、
第１の噴射管よりも長く構成されており、この場合第１
及び第２の両噴射管の長さの差が、噴射ポンプから発す
る圧力波の両噴射管における走行時間差が予備噴射開始
及び主噴射開始の時間差に相応するように設定されてい
る形式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】ドイツ連邦共和国特許出願公開第３５　
　１６　　５３７号明細書によれば、噴射量を予備噴射
と主噴射に分けるために、列型噴射ポンプから出発して
、該ポンプに長さの異なる第１及び第２の噴射管を設け
ることが公知になっている。この場合第１の噴射管は、
シリンダ及びピストンを備えた調量弁ユニットへ直接に
導かれているのに対して、第２の噴射管は調量弁ユニッ
トの直前で第１の噴射管から分岐し、かつ逆止め弁を介
して、調量弁ユニットから噴射弁へ延びている導管に接
続し開口している。噴射ポンプからの燃料の送出が始ま
ると長い方の噴射管により調量弁ユニットのピストンが
動かされ、シリンダ容積に相応して調量された燃料量が
予備噴射される。第１の導管に第２の導管を直列に継ぎ
たしたものと想定してこの第２の導管の長さだけ第１の
噴射管が長くされていることにより、主噴射は、上記第
２の導管の通過に要する長さの走行時間だけ時間的に遅
延される。予備噴射中の圧力発生の結果生じる逆流を避
けるために上記第２の導管内に逆止め弁が配置される。 この装置の欠陥は、機関の回転数が低いと、予備噴射開
始時の燃料圧力が、調量弁ユニットのピストンの変位速
度が低いため、過度に低く、良好な混合気の調製がえら
れないこのにある。

【０００３】直接噴射式のデイーゼル機関のデイーゼル
ノックを軽減させるために所謂予備噴射が行われるが、
この予備噴射の実現は、噴射ノズルへの燃料調量が変位
形ピストン−原理によって行われる場合に困難に遭遇す
る。このことは、完全に前記作用原理によって作動する
従来多用されている列型及び分配型噴射ポンプについて
妥当する。例えば、主噴射量をも制御する同じノズルで
比較的小量の予備噴射量を霧化しようとする場合には、
以下の事情が考慮されなければならない。

【０００４】良好な混合気調製をうるために次第に多孔
ノズルが用いられるようになっており、該ノズルの孔径
は通常の極めて短い噴射時間に適合するものであり、要
するに、全負荷運転時に高い体積流量をまかなうために
全流過横断面が比較的大きくなっている。このようなノ
ズルを用いて、許容できる程度までの霧化を、予備噴射
量が極めて小量である場合にも、達成するためには、極
めて短い時間だけ持続する高い燃料圧力パルスを必要と
する。噴射ポンプランジャの変位速度と瞬間的な機関回
転数との関連に基き、「低」及び「中」の機関回転数で
は、前行程を大きく設定した場合にも、燃料体積流の時
間的過程が予備噴射量の十分な霧化を稀にしか保証しな
いことが予測される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、はじ
めに述べた形式の燃料噴射装置から出発し、内燃機関の
負荷及び回転数と無関係に、１作業サイクルの予備噴射
過程における一定の全燃料量のために、噴射ノズルの入
口において、再生反復可能な時間的圧力過程が強制的に
えられるようにすることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、はじめに述べた形式の空気圧縮内燃機関用の燃料
噴射装置において、噴射ポンプの出口と両噴射管の第１
の分配器との間に圧力波発生器が接続されており、かつ
両噴射管に、それも第２の分配器の手前に、該第２の分
配器の合流点から圧力波発生器へ向かう方向での戻り流
を遮断する逆止め弁が配置されており、かつ逆止め弁と
合流点にある第２の分配器との間若しくは第２の分配器
と噴射ノズルとの間の噴射管区分の長さが構造上可能な
限り短く設定されていることにより、解決されている。

【０００７】

【発明の効果】圧力波発生器の使用により、噴射ポンプ
から噴射管への燃料経路は、所定の高さの圧力レベルが
生じたときにはじめて開放され、上記圧力は圧力波とし
て噴射ノズル内へ流入しかつここで反射され、これによ
り噴射ノズルのノズルニードルの手前で静圧が２倍化さ
れる。この高い圧力によりノズルニードルが開き、所期
の通り、細かく霧化された噴流が調製される。噴射管の
異なる長さにより、噴射量の予備噴射及び主噴射への再
生反復可能な分割がえられる。両噴射管の長さの差を選
択することにより、音速で伝播する圧力波を考慮して、
予備噴射の始めと主噴射の始めとの時間差を必要に応じ
て選択的に設定することができる。

【０００８】本発明の圧力波発生器の構成的特徴は請求
項２に記載されている。燃料圧力を受ける受圧面が調節
エレメント開放後急激に増大する結果としての調節エレ
メントの急激な開放により、圧力室内にたくわえられた
ポテンシャルエネルギが解放され、調節エレメントの下
流側へ移動する極めて強力な圧力波が発生し、その圧力
作用は、既に述べたように、噴射ノズルのノズルニード
ルのシール面に衝突したとき反射しさらに倍化される。 これにより、ノズルニードルが予備噴射のために開き、
次いで、圧力の消滅後再び閉じる。噴射ポンプからの後
続の燃料の送出により、圧力波発生器の圧力室内の圧力
は調節された閉鎖圧を下回わることはなく、その結果第
２の噴射管からの圧力波がノズルホルダに遅れて衝突し
た後、調節エレメントがまた開かれ、この圧力波の反射
のさいにノズルニードルが再度開かれることにより主噴
射が開始される。

【０００９】請求項３によれば、弁シャフトに負荷を与
えるピストンの代わりにばねが用いられており、該ばね
はピストンにかけられる力に相応する力で付勢されプレ
ロードを負荷されている。この構成はコスト的に有利で
あり、調整の可能性についての要求があまりない場合に
使用することができる。

【００１０】

【実施例】図面は本発明の燃料噴射装置の一実施例を示
すものである。

【００１１】燃料噴射装置の噴射ポンプ、噴射ノズル及
び噴射管の接続配置関係は図１に示されている。噴射ポ
ンプ１は第１及び第２の噴射管２及び３を介して噴射ノ
ズル４に接続している。噴射ポンプ１の出口５ａの後方
で第２の噴射管３が第１の分配器５により第１の噴射管
２から分岐している。ところで本発明によれば、噴射ポ
ンプ１の出口５ａと第１の分配器５との間に圧力波発生
器６が接続されている。その作用については後に詳述す
る。両噴射管２及び３は噴射ノズル４の手前で第２の分
配器７により再び合流する。第１の噴射管２は先に予備
噴射量を送出するために役立ち、これに対して第２の噴
射管３は主噴射量の送出に役立つ。この目的で第２の噴
射管３（主噴射用）は第１噴射管２（予備噴射用）より
もΔＬだけ長くなっている。この長さの差ΔＬは、ΔＬ
＝Ｃ・ΔＴ Ｃ＝燃料中の音速度。

【００１２】ΔＴ＝予備噴射開始と主噴射開始との時間
差。

【００１３】で求められる。

【００１４】第２の分配器７の手前には２つの逆止め弁
８，９が接続されており、この場合第１の逆止め弁８は
第１の噴射管２に、第２の逆止め弁９は第２の噴射管３
に配置されている。逆止め弁８及び９はこの場合噴射ポ
ンプ１から噴射ノズル４への方向で流体を通過させ、逆
方向では遮断する。逆止め弁８及び９並びに噴射ノズル
４は、構造上これらの取外しができるところまで第２の
分配器７へ接近させて配置すべきである。

【００１５】圧力波発生器６の構成は図２に示されてい
る。圧力波発生器はその構成の点で燃料噴射弁に似てい
る。この圧力波発生器はまず、ノズルホルダ１０、ノズ
ル本体１１及び、該ノズルホルダ１０及びノズル本体１
１を結合する締合わせ用ナット１２から成っている。ノ
ズル本体１１内には調節エレメント１３が軸方向で可動
に案内されており、該調節エレメント１３は弁シャフト
１４とピストン１５に分かれており、該ピストン１５は
弁シャフト１４に弛く接触した状態で結合している。弁
シャフト１４の直径ｄ１を有す円筒形部分は円錐台形状
に構成された先端部を有している。この先端部は直径ｄ
２の平らなシール面１６を有している。

【００１６】先端部のこのシール面１６は出口孔１８に
対して圧力室１７を閉じシールしており、この出口孔１
８は第１の分配器５（図１）内へ開口している。圧力室
１７は弁シャフト１４を同軸的に取囲んでおり、この場
合圧力室１７は入口孔１９を介して噴射ポンプ１の出口
５ａに接続している。調節エレメント１３の軸方向運動
を制限するためにストッパが連結板２０に設けられてお
り、この連結板２０はノズルホルダ１０とノズル本体１
１との間に締込まれている。

【００１７】調節エレメント１３の制御をできるだけフ
レキシブルに行うことができるようにするために、ピス
トン１５を孔２１を介して、記憶された特性値データに
基いて制御される、図示されていない補助圧力源に接続
するのが有利である。弁シャフト１４に閉鎖力を負荷す
るためのより簡単な手段としては、上記のような補助圧
力を負荷されるピストン１５の代わりに、適当に設計し
た、プレロードを有するように付勢された圧縮ばねを使
用することも可能である。該圧縮ばねの圧縮プレロード
はこの場合ピストン１５の力ＦＫの範囲（図３）内に設
定される。

【００１８】以下に図３の線図を用いて圧力波発生器の
作用を説明する。

【００１９】図３において横軸は図１の圧力波発生器の
圧力室１７内の圧力を示しており、これに対して、縦軸
は弁シャフト１４に作用する力を示している。その作用
の点で負の力（逆向きの力）と考えることができる、弁
シャフト１４に対するピストン１５の力ＦＫ又は圧縮ば
ねによってかけられる力は横軸に対して平行な線分ＦＫ
−Ｂとして示されている。

【００２０】燃料ポンプの送出過程が開始されると、圧
力波発生器（図２）の圧力室１７内に圧力が発生する。 この圧力は直径差ｄ１−ｄ２によってえられる、弁シャ
フト１４の液圧有効受圧面に作用し、弁シャフト１４に
作用する、線図中直線区分Ａ−Ｂで示されている力を発
生させる。この力が圧力室１７内の圧力上昇に伴ってピ
ストン力ＦＫの値に達すると、即ち圧力値ｐｏ（開放圧
力）のところで、閉鎖力とこの閉鎖力に対して逆向きの
液圧による開放力との平衡が生じる。燃料送出過程の進
行に基いて、圧力室１７内の圧力が上記の圧力値ｐｏを
僅かに越えると、弁シール座（シール面１６に対する弁
座）が開かれる。同時に、直径ｄ１の円面積の値まで増
大する受圧面は、弁シャフト１４に作用する液力を、直
線区分Ｂ−Ｃで示すように、飛躍的に上昇させる。この
力の比較的高い値は弁１４の高い開放速度の発生を意味
する。圧力室１７内において直ちに発生する減圧は、弁
シャフト１４に作用する、点Ｃで示されている力を、圧
力値Ｐｒに対応する、点Ｅで示されている値まで減少さ
せる。この場合弁シャフト１４は開放位置のストッパに
あたったままの状態にとどまている。噴射ポンプのプラ
ンジャの運動によって維持されている噴射ポンプからの
燃料送出過程は、弁（１４）流過横断面が引続き完全に
開かれた状態において、Ｐｒ＜ｐｏの値までの新たな圧
力上昇を生ぜしめる。

【００２１】噴射ポンプ１の燃料送出過程が終わり、ひ
いては圧力室１７（図２）内の燃料圧力が低下すると、
弁シャフト１４に作用する液力も直線区分Ｃ−Ａに相応
して、点Ａに向って、減少する。圧力レベルが圧力波発
生器の閉鎖圧力ＰＳに達すると、ピストン１５の閉鎖力
ＦＫと液力の開放力との間に力の平衡が生じる。この状
態は線図中に直線Ｃ−Ａと直線ＦＫ−Ｂとの交点で示さ
れている。燃料圧力が値ＰＳを僅かに下回わると、ピス
トン１５の力が優勢になり、弁は閉鎖位置へ移る（上記
液力の変化は線図中点Ｄから点Ｆへの移行に相応する）
。

【００２２】弁ごとの、閉鎖圧力対開放圧力の所望の比
Ｖｐｏは、弁シャフト１４の円錐部分先端面直径ｄ２：
円筒部分直径ｄ１の二乗した直径比としての式Ｖｐｏ＝
Ｖｄ２２：Ｖｄ１２で与えられる。

【００２３】第２の噴射管３の作用を明らかにするため
に、もう一度圧力波発生器６内における弁開放の時間的
経過をみると、この経過は、下流側で連続的に圧力波発
生器６（図２）の出口通路孔１８内へ伝えられる圧力波
の発生に伴なわれるものであった。この圧力波はその引
続く案内経路において直ぐ後方に配置された第１の分配
器５内へ達する。この分配器５から圧力波エネルギは、
圧力波が等しい横断面を有する並列に接続された噴射管
２，３内へ入ることに基き、対称に分割される。第２の
噴射管３（遅延噴射管）は以下の値だけ長く設計されて
いる、即ち、第２の噴射管中における、燃料の音速度に
関連する圧力パルス走行時間が第１の噴射管２中におけ
る圧力パルス走行時間に比して値ΔＴだけ長くなる値だ
け長く設計されている。ΔＴは、所期の予備噴射量の点
火遅れ時間に等しいかこれより僅かに長い時間である。 噴射管２及び３中を音速で下流側へ走行する両圧力波の
うち噴射管２中を案内された圧力波が、まず、この噴射
管２に所属する、ばねで付勢された第１の逆止め弁８に
達する。この逆止め弁８が開かれると圧力波はさらに接
続管、第２の分配器７及びもう１つの接続管（両接続管
は極めて短い）を経て伝播され、最後に噴射弁４（図１
）のノズルホルダ内に達する。第２の噴射管３内への圧
力波エネルギの望ましくない侵入は第２の逆止め弁９に
よって防止される。噴射ノズル４の、はじめ閉じている
シール座のところで圧力波が反射することにより、通常
の形式で、圧力波のこの反射した分と後から引続き上記
シール座に達する圧力波分とが重なり合い、これにより
反射個所で圧力が倍化される。複合された極めて高い値
の圧力は弁ギャップを迅速に開くと共に、予備噴射量の
噴射と関連して、特に良好な燃料の霧化を生ぜしめる。 ノズルニードルの直ちに続く下降（シールギャップの閉
鎖）後、この間に第２の噴射管３に案内された圧力波が
逆止め弁９に達し、ここからさらに分配器７を経て噴射
ノズル４のノズルホルダ内へ時間ΔＴ（噴射量の点火遅
れ時間）だけ遅れて達する。第１の噴射管２内へ侵入す
ることによる圧力波エネルギの損失はやはり逆止め弁８
により効果的に防止される。この場合にもやはり、先に
述べた圧力の倍化若しくは複合化の効果が生じ、開始さ
れる主噴射過程における良好な燃料の霧化が生じる。主
噴射開始直後のノズルニードルの望ましくない新たな閉
鎖は、予備噴射の場合も同様であるが、全くない。それ
というのはこの間にまず第１の噴射管２を経て、また遅
れをもって第２の噴射管３を経て後続燃料の供給が行わ
れ、主噴射が維持されるからである。主噴射の後続の時
間的過程は通常の構成の、即ち噴射管一本だけの構成の
噴射装置の場合と同じである。ただ注意すべきことは、
圧力波発生器の閉鎖圧力によて規定される、両噴射管２
，３内の定常圧力である。即ち、圧力で制御される圧力
波発生器の設計においては、その閉鎖圧力を決定するさ
い、この閉鎖圧力は、一方においては、明らかに圧力値
Ｐｒより小さくしなければならず（該圧力値Ｐｒは予備
噴射を目的とした圧力波発生の直後に圧力室１７内に残
留する最小圧力である。図１及び図２。）、また他方で
はこの閉鎖圧力は所期の定常圧力と等しくなるようにし
なければならない。このことからまた、噴射弁の閉鎖圧
力は圧力波発生器の弁の閉鎖圧力よりも高く設定されな
ければならない。

【００２４】噴射ポンプ１から圧力波発生器６までの接
続管、若しくは第２の分配器７から噴射ノズル４までの
接続管並びに圧力波発生器６内及び分配器５，７内の燃
料を通す通路の燃料案内横断面に関して言えば、これら
の横断面は、噴射管２及び３の、燃料を案内する両横断
面の和に少なくとも等しくなるように設計されなければ
ならない。噴射管２，３の横断面が等しいことについて
は既にふれたが、このことはしかし、両横断面の割合を
、両横断面の和が一定であるとの前提の下に、特定の条
件下において第２の噴射管３の横断面をより大きくする
ために変化させなければならないことを排除するもので
はない。このような必要性は予備噴射量が過度に大きい
ことが判明した場合などに生じる。このような場合予備
噴射量の減少は、第１の噴射管２の直径を適宣に小さく
し、これに伴って、噴射管２及び３の横断面の和が一定
に保たれるように第２の噴射管３の直径を相応して増大
させることにより、簡単にえられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】噴射ポンプ、噴射ノズル及び両者を接続する噴
射管の配置及び接続図である。

【図２】圧力波発生器の縦断面図である。

【図３】調節エレメントの手前の圧力室内の圧力と圧力
波発生器の調節エレメントに作用する力との関係を示す
線図である。

【符号の説明】 １　　　　噴射ポンプ ２，３　　　　噴射管 ４　　　　噴射ノズル ５　　　　分配器 ５ａ　　　　出口 ６　　　　圧力波発生器 ７　　　　分配器 ８，９　　　　逆止め弁 １０　　　　ノズルホルダ １１　　　　ノズル本体 １２　　　　ナット １３　　　　調節エレメント １４　　　　弁シャフト １５　　　　ピストン １６　　　　シール面 １７　　　　圧力室 １８　　　　出口孔 １９　　　　入口孔 ２０　　　　連結板 ｄ１　　　　弁シャフト円筒部分直径 ｄ２　　　　弁シャフト円錐部分先端面直径ＦＫ　　　
　ピストン１５の力 ｐｏ，Ｐｒ，ＰＳ　　　　圧力値

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　空気圧縮式内燃機関用の燃料噴射装置
   であって、噴射ポンプと噴射ノズルと噴射ポンプ及び噴
   射ノズルを接続している第１及び２の噴射管を有してお
   り、第１の噴射管は噴射ポンプを予備噴射のために噴射
   ノズルに直結しており、第２の噴射管は第１の噴射管に
   対して並列的に接続されていてかつ主噴射を予備噴射に
   対して時間的に遅く開始させるために、第１の噴射管よ
   りも長く構成されており、この場合第１及び第２の両噴
   射管の長さの差が、噴射ポンプから発する圧力波の両噴
   射管における走行時間差が予備噴射開始及び主噴射開始
   の時間差に相応するように設定されている形式のものに
   おいて、噴射ポンプ（１）の出口と両噴射管（２，３）
   の第１の分配器（５）との間に圧力波発生器（６）が接
   続されており、かつ両噴射管（２，３）に、それも第２
   の分配器（７）の手前に、該第２の分配器（７）の合流
   点から圧力波発生器（６）へ向かう方向での戻り流を遮
   断する逆止め弁（８，９）が配置されており、かつ逆止
   め弁（８，９）と合流点にある第２の分配器（７）との
   間若しくは第２の分配器（７）と噴射ノズル（４）との
   間の噴射管区分の長さが構造上可能な限り短く設定され
   ていることを特徴とする、燃料噴射装置。
2. 【請求項２】　　圧力波発生器（６）が、噴射弁と同様
   に主にノズルホルダ（１０）とノズル本体（１１）と調
   節エレメント（１３）から構成されており、上記調節エ
   レメント（１３）には噴射ポンプ（１）から燃料が、圧
   力室（１７）に開口する入口孔（１９）を経て供給され
   るようになっており、かつ調節エレメント（１３）が、
   ピストン（１５）の負荷を受けかつ噴射管（２，３）に
   通じる出口孔（１８）を開閉する弁シャフト（１４）に
   よって形成されており、上記弁シャフト（１４）が円筒
   形部分と円錐形に先細になった部分とから構成されてい
   て、この場合円筒形部分の直径（ｄ１）の面と円錐形部
   分の直径（ｄ２）の面との差が、所定の圧力値（ｐｏ）
   で調節エレメント（１３）がピストン（１５）の負荷に
   抗して開くのに十分な燃料圧力を受けることができるよ
   うに設定されており、かつこの場合上記ピストン（１５
   ）が孔（２１）を介して補助圧力源から、記憶された特
   性値データに基いて制御された液圧を負荷されるように
   なっていることを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射
   装置。
3. 【請求項３】　　弁シャフト（１４）が、ピストン（１
   ５）の代わりに、ピストン（１５）の負荷に相応するプ
   レロードを有するようにあらかじめ付勢されたばねによ
   って負荷を受けていることを特徴とする、請求項１記載
   の燃料噴射装置。