JPH10512651A - 内燃機関のための燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、内燃機関の燃料噴射装置であって、調量式の噴射弁（１０）及び吸込管側で噴射弁（１０）の噴射開口（１２）の前に配置された燃料気化器（１６）を備えており、燃料気化器が配設された電気的な少なくとも１つの加熱エレメント（２３）を備えた気化領域（２１）を有している形式のものに関する。特にすべての加熱状態で、即ち完全気化若しくは部分気化のための加熱運転に際して、かつ非加熱状態で燃料気化器によって著しく良好な燃料形成を保証するために、本発明に基づき、少なくとも１つの加熱エレメント（２３）を受容する気化領域（２１）が出口側で出口弁（３０）によって閉鎖されている。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関のための燃料噴射装置 本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、内燃機関のための燃料噴射装 置に関する。 従来技術 前記形式の公知の燃料噴射装置（イギリス国特許出願第２２８１１０１Ａ号明 細書）においては、燃料気化器が気化室(Verdampferkammer)を有しており、該気 化室内に入口開口を介して噴射弁によって燃料が噴射される。気化室内には通常 の加熱プラグ(Gluehkerze)を配置してあり、加熱プラグが加熱状態で燃料の気化 を生ぜしめる。気化室内で形成された燃料蒸気が、対応する空気入口を介して気 化室内に流入する空気と一緒に小さいノズルを通って内燃機関の燃焼室の入口領 域内に流出する。 冷間始動(Kaltstart)の後に暖機段階(Warmlauf-phase)の終了に基づき加熱プ ラグが遮断されると、気化室を介した燃料搬送が、気化室を通って流れて内燃機 関によって吸い込まれる空気に基づき行われ、この場合、燃料の霧化(Zerstaeub ung)を小さなノズルによって達成しようとするものである。 別の公知の燃料噴射装置（ドイツ連邦共和国特許出願公開第２８４３５３４Ａ １号明細書）においては、 吸込管側で噴射弁の燃料出口領域の噴射開口の前に、気化面を備えた加熱エレメ ントが配置されており、気化面に気化すべき燃料が噴射される。この場合、加熱 エレメントによって規定された気化領域は出口側で開いている。この公知の燃料 噴射装置においては、燃料への熱伝達を改善するために蜂巣構造(Honigwabe-str uktur)の加熱エレメントも配置してあり、該加熱エレメントは出口側で同じく開 いている。 前記形式の加熱エレメントが噴射弁の噴射領域で加熱されない場合に、噴射さ れた燃料噴流に対する比較的大きな障害が生じ、混合気のための燃料形成(Kraft stoffaufbereitung)が損なわれる。 従って燃料弁の噴射領域に配置された通常の燃料気化器においては、燃料気化 器が内燃機関の継続運転中に電気的に加熱されない場合に、混合気形成の際に、 即ち燃料空気混合気の形成のための燃料形成に際して問題が生じ、それというの は燃料気化器が噴射弁によって形成された燃料噴流を損ない、ひいては燃料搬送 を妨げるからである。 別の公知の燃料噴射装置（ドイツ連邦共和国特許第２０５７９７２Ｃ３号明細 書）は、内燃機関の個別の燃焼室に配設された噴射弁を有しており、該噴射弁に 燃料調量装置によって管通路を介して燃料が供給される。供給された燃料がそれ ぞれの噴射弁の弁室に達し、該噴射弁は出口側で出口弁によって閉鎖される。こ の場合、出口弁の弁体はばねによって閉鎖位置に付勢されていてかつ、弁室内の 燃料圧力によって、該燃料圧力から弁体に生ぜしめられる力がばねの閉鎖力を越 えた場合に開かれる。 この場合、各噴射弁は内部に加熱部材を有しており、加熱部材を用いて噴射弁 内に存在する燃料が加熱されて、その結果、燃料は出口弁を通って流出して燃料 噴射弁の出口領域内で膨張する場合に冷たい機関においても気化する。 本発明の利点 前記公知技術に対して、請求項１に記載の特徴を有する本発明に基づく燃料噴 射装置においては利点として、燃料気化器があらゆる加熱状態で、即ち完全気化 (Vollverdampfung)若しくは部分気化(Teilver-dampfung)のための加熱運転に際 して、及び非加熱状態で、著しく良好な燃料形成を保証しており、それというの は燃料が常に予め調節された圧力で流出するからである。この場合、標準規格の 噴射弁の調量機能は燃料気化器によって変えられることはなく、それというのは 噴射弁内の燃料圧力と燃料気化器内の圧力との間のコンスタントな圧力差が出口 弁の開放圧力によって確保されるからである。 従って、本発明に基づく燃料噴射装置によって、特に冷間始動の際及び暖機段 階中の有害物質エミッションも、燃料消費も減少させられ、それというのは燃料 空気混合気の始動及び加速富化(Start-und Beschleunigungsanrechung)が省略さ れるからである。 燃料気化器の加熱領域全体が常に液体の燃料で洗浄されるので、堆積が確実に 避けられる。 燃料気化器の加熱領域、即ち気化領域における燃料の自己着火のおそれは実質 的に排除されており、それというのはそこではもっぱら燃料及び又は燃料蒸気し か存在しないからである。 従属項に記載の処置により、請求項１に記載の燃料噴射装置の有利な構成が可 能である。 本発明に基づく燃料噴射装置において燃料気化器を取り囲むガス通路が設けら れていると、電気的な加熱装置を遮断した場合も内燃機関の継続運転中の燃料の 加熱が、ガス通路に熱い排ガスを内燃機関から供給することによって保証される 。排ガスの代わりに空気をガス通路に導入すると、出口弁から流出する液状の燃 料部分が空気流によって著しく微細に霧化される。 ＰＴＣ・加熱エレメント、即ちポジチブな熱係数を有する加熱エレメントの使 用の他にＮＴＣ・加熱エレメント、即ちネガチブな熱係数を有する加熱エレメン トも使用でき、該加熱エレメントが外部の制御装置によって調節される。この場 合、ＮＴＣ・加熱エレメントの使用は製造コスト及び許容誤差に関連して有利で あり、特に異なる燃料流過量に基づき加熱エレメントの外部の温度制御装置がい ずれにしても必要な場合 に経済的である。 燃料気化器が任意の噴射弁に容易に適合されるので、本発明に基づく燃料噴射 装置は調量機能を備えた各慣用の噴射弁に使用される。 本発明の実施例を図面に示して、以下に詳細に説明する。 図１は、本発明に基づく燃料噴射装置の概略的な断面図、 図２は、別の形式の加熱エレメントを備えた本発明に基づく燃料噴射装置の燃 料気化器の概略的な断面図、及び 図３は、さらに別の形式の加熱エレメントを備えた本発明に基づく燃料噴射装 置の燃料気化器の概略的な断面図である。 各図面において互いに対応する部分には同じ符号が付けてある。 図１に示してあるように、内燃機関のための燃料噴射装置は燃料調量式(kraft stoffzumessend)の噴射弁１０を有しており、噴射弁１０は通常の形式で出口側 の端面１１に噴射開口１２を有しており、噴射開口は弁ニードル１３と協働する 弁座１４に配設されている。 図示の実施例では弁ニードル１３は、噴射開口１２を貫通して延びる噴射ピン １３′を有しており、噴射ピンは噴射弁１０の開かれた状態で噴射された燃料層 (Kraftstofflamelle)を形成するために噴射開口１２内に位置して、噴射領域１ ５内に噴射された燃料層がほぼ円錐面を成している。燃料層、若しくは所望する 別の形式で形成された単数部分若しくは複数部分の燃料噴流の形成が別の形式で も達成される。例えば、噴射孔プレートに１つ若しくは複数の孔を備えること、 若しくは噴射開口をリング間隙として構成することも可能である。 燃料弁１０の吸込管側の端部に燃料気化器１６を密接に装着してあり、燃料気 化器のケーシング１７がスリーブ状の組立区分１８を有している。組立区分１８ の内周壁に形成されたリングウエブ(Ringsteg)１９が噴射弁１０の吸込管側の端 部に設けられたリング溝２０内に係合して燃料気化器１６を密接に噴射弁１０に 保持している。燃料噴射器１６の取り付けは別の形式で行われてもよい。例えば 、噴射弁１０にリングウエブを設けることも可能であり、該リングウエブが半径 方向内側へ延びるリングフランジによって取り囲まれ、若しくは組立区分１８の 内面に設けられた適当なリング溝内に係合する。燃料気化器１６と噴射弁１０と の間の密接なプレス嵌め結合(Presssitzverbindung)も考えられる。 ケーシング１７の組立区分１８に、噴射弁１０から離れる方向に延びて噴射弁 １０の自由な噴射領域１５及びこれに続く気化領域２２の周囲を取り囲む受容ス リーブ２２が接続しており、受容スリーブ内に２つの加熱エレメント２３が軸線 方向に互いに間隔を置いて配置され、金属製の保持部分２４を用いて機械的に保 持されて電気的にアース接続されている。この場合、保持部分２４は加熱エレメ ント２３から噴射された燃料への熱伝達を助成するものの、気化領域２１内への 燃料の流入を妨げないように構成されている。 加熱エレメント２３は電流供給のために、電気的に絶縁されてガス密にケーシ ング１７内に導入された電気的な導線２５を介して電流源（図示せず）に接続さ れている。 図１に示してあるように、加熱エレメント２３がリングプレートから成ってい る。加熱エレメント２３の別の幾何学的な構成も考えられる。 図２は実施例としてスリーブ状の２つの加熱エレメント２３′を示しており、 該加熱エレメントは互いにかつ受容スリーブ２２に対して同軸的に配置されて、 共通の１つの保持部分２４によって保持されている。この場合、保持部分２４は 加熱エレメント２３′の、噴射弁１０と逆の側に設けられ、図示してない形式で 気化領域２１からの燃料蒸気の流出を妨げないように形成されている。有利には 、内側の加熱エレメント２３′が軸線方向で、外側の加熱エレメントよりも短く 構成されている。電気的な接続のために加熱エレメント２３′は分岐導線２６を 介して導線２５に接続され ている。 図３は加熱エレメント２３の別の構造を示しており、この場合、加熱エレメン ト２３″が互いにかつ受容スリーブ２２に対して同軸的に配置されている。両方 の加熱エレメント２３″は軸線方向の端部で保持部分２４に保持されている。加 熱エレメント２３″間の気化領域２１は、多孔性の材料２７、例えば多孔性のセ ラミック若しくは細い金属ウール(Metallwolle)を満たされて、燃料への熱伝達 をさらに改善している。 個別の加熱エレメント２３，２３′，２３″は幾何学的な構造に無関係にＰＴ Ｃ・抵抗材料(PTC-Wider-standsmaterial)、即ちポジチブな熱係数を有する抵抗 材料から成っている。ＮＴＣ・抵抗材料、即ちネガチブな熱係数を有する抵抗材 料を用いることも可能である。この場合には外部の温度調節を行うことが必要で ある。このために、内燃機関の制御装置に組み込まれていてよい温度制御装置（ 図示せず）に、加熱エレメント２３，２３′，２３″の温度に対応する温度信号 が供給される。この場合、温度信号を形成するために加熱エレメント２３，２３ ′，２３″の温度に関連した内部抵抗(Innenwiderstand)が用いられるか、温度 センサ（図示せず）が加熱エレメントに配置される。 ＮＴＣ・抵抗材料から成る加熱エレメント２３，２３′，２３″の使用は、異 なる燃料流過量に基づき加 熱エレメント２３，２３′，２３″のための温度調節がいずれにしても必要であ る場合に特に有利である。 形成された燃料蒸気の流出方向で気化領域２１の後方に、即ち加熱エレメント ２３，２３′，２３″の、噴射弁１０と逆の側に、有利には圧力調節された出口 弁３０を配置してあり、出口弁が気化領域２１を出口側で閉鎖している。 出口弁３０はニードル状の弁体３１、噴射弁１０から離れた側の端部の閉鎖ヘ ッド３２及び弁座３３を備えていて、保持スリーブ３４内に配置されており、保 持スリーブが外側に、組み立てられた状態で受容スリーブ２２の内面に接触する シールリング３５を支持しており、シールリングが、保持スリーブ３４の半径方 向外側へ突出する３６と保持スリーブ３４の外側に配置された支えスリーブ３８ の同じく外側へ突出するフランジ３７との間にはめ込まれている。保持スリーブ ３４は出口側の端部に半径方向内側に延びる保持フランジ３４′を有しており、 保持フランジに弁座３３を保持する弁座部材３９が取り付けられている。 弁座部材３９の、弁座３３によって取り囲まれた貫通開口４０を貫いて延びる 弁体３１が閉鎖ばね４１によって噴射弁１０に向けて閉鎖位置に付勢されており 、閉鎖ばね４１は圧縮ばねとして形成されていて弁座部材３９と弁体３１の閉鎖 ヘッド３２と逆の側の端部に配置された支えプレート４２との間に配置されてお り、前記閉鎖位置では出口弁３０の外側領域に配設された閉鎖ヘッド３２が弁座 ３３に接触している。 閉鎖ばね４１によって生ぜしめられる弁閉鎖力は、出口弁３０が２０００ｈＰ ａから４０００ｈＰａまでの内部圧力に際して開くように調節されている。 機械的に生ぜしめられる閉鎖力の代わりに、例えば永久磁石によって生ぜしめ られる磁気的な閉鎖力が設けられてよい。 出口弁３０にスリーブ状の別の加熱エレメント４３を配設してあり、該加熱エ レメントは弁座部材３９に取り付けられていて、弁体３１並びに閉鎖ばね４１を 取り囲んでいる。加熱エレメント４３は一方では電気的な導線２５にかつ他方で は外側区分で保持スリーブ３４に結合されている。 図１にさらに示してあるように、ケーシング１７を取り囲む外套スリーブ５０ を選択的に設けてあってよく、外套スリーブがケーシング１７と一緒にリング円 筒形のガス通路５１を形成しており、ガス通路に入口側で空気、若しくは有利に は内燃機関から戻された排ガスが接続管片５２を介して供給可能である。外套ス リーブ５０は出口側の端部をフランジ状に内側へ曲げられていて、曲げられた区 分５３で以てケーシング１７に密接に接触している。ケーシング１７は噴射弁１ ０と逆の側の端部に燃料噴射方向で見てシールリング３５の接触領域の後方に複 数の出口開口５４を有して おり、該出口開口は例えば周囲に同じ間隔で配置されている。 空気流若しくは排ガス流を保持スリーブ３４の外周に沿って案内するために、 ケーシング１７若しくは受容スリーブ２２の、噴射弁１０と逆の側の端部が出口 弁３０のための保持スリーブ３４の前方の端部まで延びていて、かつ保持スリー ブ３４と一緒に該保持スリーブを取り囲むリング円筒形の出口通路５５を形成し ている。受容スリーブ２２の、空気流若しくは排ガス流のためのガス案内壁とし て役立ち出口通路５５の外側を取り囲む前方の区分は、内側に向かって軽く円錐 形に延びていてよい。 燃料気化器１６を取り囲むガス通路５１は出口開口５４と一緒に、供給された 空気若しくは内燃機関から戻された排ガスが高い速度で保持スリーブ３４と受容 スリーブ２２との間に形成されたリング間隙状のガス出口開口５６から流出する ように形成されている。 吸込管６０の図１にもっぱら鎖線で暗示された壁内に前述の燃料噴射装置を組 み込むために、横断面Ｕ字形の半径方向外側に向かって開く保持リング６１が外 套スリーブ５０に設けられており、保持リング内にシールリング６２をはめ込ん であり、該シールリングが組み込まれた状態で吸込管６０の対応する開口６４の 内壁６３に密接している。保持リング６１はシールリング６２と一緒に燃料気化 器１６と吸込管６０との間 の熱絶縁として役立っている。燃料気化器１６を取り囲むガス通路５１を形成す るための外套スリーブ５０が設けられていない場合には、保持リング６１が直接 にケーシング１７に取り付けられている。 内燃機関の運転に際して始動の後に暖機運転中に、気化領域の加熱エレメント ２３，２３′，２３″並びに出口弁３０に配設された加熱エレメント４３が電気 的に加熱される。燃料調量式の噴射弁１０から燃料気化器１６の噴射領域１５内 に噴射された燃料が、そこから気化領域２１内に達して、加熱エレメント２３， ２３′，２３″、保持部分２４及び、図３の実施例では気化領域２１内の多孔性 の材料２７にもぶつかって、加熱され、少なくとも部分的に気化される。噴射さ れた燃料噴流の形に応じて、液状の燃料の一部分が受容スリーブ２２の内面にも ぶつかる。そこで燃料は、受容スリーブ２２が十分に加熱されている場合に同じ く気化される。 燃料気化によって燃料気化器１６の内部の圧力が予め調節された開放圧力まで 上昇して、出口弁３０が開き、燃料が流出する。流出する部分的に蒸気、部分的 に液状の熱い燃料は加熱エレメント４３、およびこれによって加熱された出口弁 ３０によって付加的に加熱される。 規定された低い圧力下にある熱い燃料・燃料蒸気混合物(Kraftstoff-Kraftsto ffdampf-Gemisch)の吸込管 ６０内への流出に際して、膨張によって液状の燃料が付加的に気化される。吸込 管内の燃料の蒸気・液体比(Dampf-Fluessigkeits-Verhaeltnis)を、必要な値に 調節して、内燃機関の運転にとって最適な燃料空気混合物を形成するために、加 熱エレメント２３，２３′，２３″が相応に構成されていて、及び若しくは温度 制御装置によって相応に制御されるようになっている。 本発明に基づく燃料気化器１６の著しい利点として、液状の燃料の噴射と熱い 燃料蒸気・混合物の流出とが燃料調量を損なうことなしに時間的にオーバーラッ プされ、噴射弁１０の調量機能が損なわれない。 加熱エレメント２３，２３′，２３″の遮断に際しても、燃料気化器１６内の 圧力が開放圧力まで上昇し、それというのは噴射弁１０によって燃料が高い圧力 で噴射されるからである。燃料気化器内の燃料圧力が加熱装置の遮断に際して開 放圧に達すると、ほぼ液状の燃料が標準的に２０００ｈＰａと４０００ｈＰａと の間の予め調節された圧力下で流出して霧化され、その結果、出口弁３０によっ て閉鎖された気化領域２１を備えた燃料気化器１６によって燃料搬送も燃料形成 も損なわれることはない。 内燃機関の継続運転中にガス通路に熱い排ガスが燃料機関から供給されると、 燃料気化器１６が加熱されて、燃料気化が付加的な電気加熱なしに達成される。 他方においてガス通路５１内への空気の導入に際して燃料霧化が助成される。 噴射弁１０の圧力と燃料気化器の出口圧力との間、並びに出口圧力と吸込管６ ０との間の圧力段階の利用によって、噴射弁１０の燃料調量機能、即ち噴射時間 に関連して調量された燃料量が不変に維持される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストフ フォーゲル ドイツ連邦共和国 Ｄ−96120 ビシュベ ルク ザント シュトラーセ 12 (72)発明者 エドウィン リーベマン アメリカ合衆国 29629 サウス カロラ イナ アンダーソン シンプソン ロード 318ビー (72)発明者 マティアス トーマス ドイツ連邦共和国 Ｄ−96169 ラウター −アッペンドルフ ザントホーファー シ ュトラーセ ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関の燃料噴射装置であって、調量式の噴射弁及び吸込管側で噴射弁の 噴射開口の前に配置された燃料気化器を備えており、燃料気化器が配設された電 気的な少なくとも１つの加熱エレメントを備えた気化領域を有している形式のも のにおいて、少なくとも１つの加熱エレメント（２３，２３′，２３″）を受容 する気化領域（２１）が出口側で出口弁（３０）によって閉鎖されていることを 特徴とする、内燃機関のための燃料噴射装置。 ２．出口弁（３０）が弁体（３１）を有しており、該弁体は有利には調節可能な 閉鎖力によって閉鎖位置へ押されかつ、燃料気化器（１６）内の圧力によって、 該圧力から弁体（３１）に生ぜしめられる力が前記閉鎖力を上回ると開放位置へ 運動可能である請求項１記載の燃料噴射装置。 ３．出口弁（３０）に電気的な加熱エレメント（４３）が配設されている請求項 １又は２記載の燃料噴射装置。 ４．出口弁（３０）に配設された加熱エレメント（４３）が弁体部材（３９）に 結合されていて、弁体（３１）、並びに閉鎖力を生ぜしめるエレメント、有利に は閉鎖ばね（４１）をリング円筒状に取り囲んでいる請求項３記載の燃料噴射装 置。 ５．加熱エレメント（２３，２３′，２３″）がポジチブな熱係数を有する抵抗 材料から形成されている請求項１から４のいずれか１項記載の燃料噴射装置。 ６．加熱エレメント（２３，２３′，２３″）がネガチブな熱係数を有する抵抗 材料から形成されている請求項１から４のいずれか１項記載の燃料噴射装置。 ７．加熱エレメント（２３，２３′，２３″）に温度制御装置を配設してあり、 温度制御装置が温度調節のために加熱エレメント（２３，２３′，２３″）に供 給される加熱電流を制御するようになっており、前記温度制御装置に、加熱エレ メント温度に対応する温度信号が供給されるようになっている請求項５又は６記 載の燃料噴射装置。 ８．温度信号を形成するために、加熱エレメント（２３，２３′，２３″）に配 設された少なくとも１つの温度センサが設けられている請求項７記載の燃料噴射 装置。 ９．気化領域（２１）に少なくとも２つの加熱エレメント（２３，２３′，２３ ″）が配置されており、加熱エレメント（２３，２３′，２３″）間の自由な空 間が多孔性の材料（２７）、有利には多孔性のセラミック若しくは細い金属ウー ルで満たされており、多孔性の材料が加熱エレメント（２３，２３′ ，２３″）と熱接触している請求項１から８のいずれか１項記載の燃料噴射装置 。 １０．燃料気化器（１６）がガス通路（５１）によって取り囲まれており、該ガ ス通路に入口側で空気若しくは有利には戻された排ガスが供給可能であり、前記 ガス通路が出口弁（３０）の保持スリーブ（３４）を取り囲むリング円筒形の出 口通路（５５）に開口しており、該出口通路のリング間隙状のガス出口開口（５ ６）が出口弁（３０）の貫通開口（４０）の出口とほぼ１つの平面内に位置して いる請求項１から９のいずれか１項記載の燃料噴射装置。