JP2016513213A - 燃料噴射システムに用いられる圧力制限弁および燃料噴射システム - Google Patents

Abstract

燃料噴射システム（２００）に用いられる圧力制限弁において、該圧力制限弁が、流体入口（１０２）と流体出口（１０３）とを備えたハウジング（１０１）を有しており、前記圧力制限弁が、シール座（１０４）とシール体（１０５）とを有しており、これによって、流体入口（１０２）から流体出口（１０３）への流体流れが、シール体（１０５）がシール座（１０４）に接触している閉鎖位置では遮断されていて、複数のその他の位置では解放されており、前記圧力制限弁が、保持装置（１０６）を有しており、これによって、シール体（１０５）が、シール座（１０４）から離れる方向に少なくとも設定距離（１０７）だけ移動させられた場合に、シール体（１０５）が、前記複数のその他の位置のうちの１つのその他の位置に保持されている。

Description

本発明は、燃料噴射システムに用いられる圧力制限弁、特に自動車のための内燃機関に設けられた燃料噴射システムに用いられる圧力制限弁に関する。さらに、本発明は、このような圧力制限弁を備えた燃料噴射システムに関する。

燃料噴射システムに用いられる高圧ポンプは、従来、圧力制限弁（「過圧弁」または「圧力逃がし弁」とも呼ばれる）を有している。この圧力制限弁は、大抵、液圧的にロックされているように高圧ポンプに接続されている。「液圧的にロックされている」とは、圧力制限弁が高圧ポンプのポンプ室に向かって導出することを意味している。相応して、ポンプ圧送行程の間には、圧力制限弁が液圧的にロックされていて、開放しないようになっている。効率損失を回避するために、圧力制限弁の開放圧は、圧力制限弁が内燃機関の正常運転時に開放しないように調整されている。ポンプ全圧送という故障の際には、規格化された高圧範囲から大幅に外れたシステム圧が生じてしまう。これによって、たとえば、噴射弁がもはや開放しなくなってしまう。自動車の運転がもはや不可能となるかまたは、たとえば触媒の損傷が結果的に生じる恐れがある。

高圧ポンプの故障の際でも、自動車の少なくとも最低限の運転を確実に可能にする圧力制限弁を提供することが所望されている。さらに、高圧ポンプの故障の際でも、自動車の少なくとも最低限の運転を確実に可能にする燃料噴射システムを提供することが所望されている。

本発明の態様によれば、燃料噴射システムに用いられる圧力制限弁が、ハウジングと、流体入口と、流体出口とを有している。圧力制限弁は、シール座とシール体とを有しており、これによって、流体入口から流体出口への流体流れが、閉鎖位置では遮断されていて、複数のその他の位置では解放されている。圧力制限弁は、保持装置を有しており、これによって、シール体が、シール座から離れる方向に少なくとも設定距離だけ移動させられた場合に、シール体が、複数のその他の位置のうちの１つのその他の位置に保持されている。

保持装置によって、圧力制限弁を持続的に開放した状態に保ち、流体入口から流体出口への流体流れを持続的に解放することが可能となる。保持装置によって、圧力制限弁を、作用している圧力に左右されずに開放した状態に保つことが可能となる。保持装置によって、圧力制限弁の閉鎖を回避することが可能となる。保持装置は、特に高圧ポンプが故障していて、１００％の全圧送が生じてしまう場合に、シール体をその他の位置に保持するように構成されている。このことは、たとえば高圧ポンプのデジタル式の流入弁でばねが壊れているかまたはデジタル式の流入弁が電気的に故障している場合に生じる。このような場合には、高圧ポンプが、もはや、回転数に関連した定容量型ポンプとしてしか働かなくなる。この場合には、極めて高い体積流量に基づき、シール体が極めて十分に変位させられる。この場合には、特にシール体が少なくとも設定距離だけ変位させられる。正常運転中には、シール体は、特に設定距離ほど十分に変位させられない。シール体が設定距離ほど十分に変位させられていない場合には、シール体は保持装置によって保持されない。正常運転中には、シール体は保持装置によって保持されない。

１００％のポンプ圧送という故障の際には、保持装置がシール体を、大幅に変位させられた位置に保持している。したがって、静的リークが発生させられる。圧力制限弁は、もはや、高圧ポンプの吸入行程の間でも閉鎖されない。したがって、圧力制限弁によって、燃料噴射システム内の圧力を、特にプレフィードポンプにより提供される圧力に減少させることが可能となる。したがって、故障の際でも、システム圧が判明している。特にこの判明しているシステム圧は５〜７ｂａｒであり、プレフィードポンプにより提供される圧力に相当している。したがって、５〜７ｂａｒの供給圧を有する燃料の少なくとも１回の噴射が可能となる。これによって、十分な量の燃料が噴射可能となり、エンジン全負荷の出力の約２０〜３０％を呼び出すことができる。したがって、内燃機関の少なくとも緊急運転が確実に可能となる。噴射弁を確実に開放することができる。

保持装置によって、簡単なかつ廉価な可能性が提供されており、これによって、１００％の全圧送という高圧ポンプの故障が生じた場合に、内燃機関の低圧緊急運転が可能となる。これによって、この故障に際して、故障直後に内燃機関が停止されなければならないことが回避される。さらに、インジェクタと、このインジェクタを制御するための制御装置とを簡単に設計かつ構成することができる。インジェクタを高い圧力、たとえば３５０ｂａｒを上回る圧力に対して設計することは不要である。

別の態様によれば、保持装置が、シール体をその他の位置に不可逆的に保持するようになっている。シール体は、もはや、その他の位置から移動させられない。しかしながら、いずれにせよ、高圧ポンプは、故障に繋がった損傷を有しているので、いずれにせよ、ポンプは交換されなければならない。しかしながら、不可逆的な保持によって、確実な減圧が可能となり、更なる増圧が回避される。

別の態様によれば、保持装置が、シール体を可逆的に保持するようになっている。被保持体が保持装置によってその他の位置に保持された後、被保持体はその他の位置から再び移動させられ、たとえばばねによって閉鎖位置に押圧される。したがって、故障の際でも、燃料噴射システム内の圧力を、プレフィードポンプの低圧を上回る圧力に再び増加させることが可能となる。弁体をその他の位置にまで設定距離にわたって移動させるほど、圧力が再び大きくなると、ある程度の期間、シール体が保持装置によって再び保持され、これによって、確実な減圧が実現される。

別の態様によれば、保持装置が、シール体をその他の位置に磁気的に保持するように構成されている。さらに別の態様によれば、保持装置が、シール体をその他の位置に機械的に保持するように構成されている。さらに別の態様によれば、保持装置が、シール体をその他の位置に別の形式で保持するようになっている。また、シール体を保持するために、種々異なる力を組み合わせる、たとえば磁力と摩擦力とを組み合わせることも可能である。

別の態様によれば、設定距離が、燃料噴射システムに用いられる最大限に許容可能な圧力に関連して設定されている。燃料噴射システムに用いられる最大限に許容可能な圧力が大きければ大きいほど、設定距離もますます大きく設定される。たとえば、設定距離は、燃料集合管路内で３００ｂａｒの圧力を上回った場合に、保持装置がシール体をその他の位置に保持するように設定される。

本発明の更なる態様によれば、燃料噴射システムが、前述した態様のうちの少なくとも１つの態様による圧力制限弁を有している。燃料噴射システムは、高圧ポンプを有しており、この高圧ポンプは、高圧領域と低圧領域との間に液圧的に配置されたポンプ室を備えている。圧力制限弁は、流体入口で高圧領域に液圧的に接続されている。この態様によれば、圧力制限弁の流体出口が、ポンプ室に液圧的に接続されている。したがって、正常運転中には、圧力制限弁が液圧的にロックされている。しかしながら、保持装置がシール体をその他の位置に保持すると、保持装置によって液圧的なロックが阻止され、迅速なかつ確実な減圧が可能となる。

別の態様によれば、圧力制限弁の流体出口が、低圧領域に接続されている。したがって、圧力制限弁の開放が、高圧ポンプの圧送行程の間でも可能となる。

別の態様によれば、燃料噴射システムが、高圧ポンプの高圧領域に液圧的に接続された燃料集合管路（「コモンレール」とも呼ばれる）を有している。この燃料集合管路に関連して、設定距離が設定されている。別の態様によれば、設定距離が、燃料噴射システムの別のエレメントに関連して設定されている。

更なる利点、特徴および改良態様は、図面を参照しながら説明する以下の複数の実施の形態から明らかである。これらの実施の形態において、同一のエレメント、同様のエレメントおよび同作用のエレメントには、同じ符号が付してある。

本実施の形態に係る燃料噴射システムを概略的に示す図である。 本実施の形態に係る圧力制限弁の閉鎖位置を概略的に示す図である。 本実施の形態に係る圧力制限弁のその他の位置を概略的に示す図である。

図１には、燃料噴射システム２００が示してある。この燃料噴射システム２００は、特に自動車のための内燃機関に用いられる燃料噴射システムである。燃料噴射システム２００は、流体、特にガソリンまたはディーゼルを圧送するための高圧ポンプ２０１を有している。燃料噴射システム２００は、流体タンク２０６と燃料集合管路２０５とを有している。高圧ポンプ２０１は、流体を流体タンク２０６から加圧下で燃料集合管路２０５に圧送するように構成されている。高圧ポンプ２０１は、低圧領域２０４で流体タンク２０６に接続されている。高圧ポンプ２０１は、高圧領域２０３で燃料集合管路２０５に接続されている。この燃料集合管路２０５は、複数の噴射弁に接続されている。これらの噴射弁は、流体を燃料集合管路２０５から内燃機関のそれぞれ対応した燃焼室内に噴射するために働く。

高圧ポンプ２０１はポンプ室２０２を有している。このポンプ室２０２は低圧領域２０４と高圧領域２０３との間に配置されている。たとえば、高圧ポンプ２０１は、ポンプ室２０２内でプランジャが往復運動させられて、流体を流体タンク２０６から吸い込み、燃料集合管路２０５に圧送するプランジャポンプである。流体タンク２０６とポンプ室２０２との間には、流入弁２０７が配置されている。ポンプ室２０２と燃料集合管路２０５との間には、流出弁２０８が配置されている。

本実施の形態によれば、この流出弁２０８に対して液圧的に並列に圧力制限弁１００が配置されている。別の実施の形態によれば、圧力制限弁１００が、図１に示したように、出口側でポンプ室２０２に液圧的に接続されているのではなく、低圧領域２０４に直接接続されている。圧力制限弁１００は高圧領域２０３、特に燃料集合管路２０５を、許容できないほど高い圧力に対して防護している。この許容できないほど高い圧力は、たとえば、高圧ポンプ２０１の異常な運転の間に生じる。たとえば、流入弁２０７の故障によって、高圧領域２０３に許容できないほど高い圧力が生じてしまう。

流入弁２０７は、特に高圧ポンプ２０１の圧送行程の間でも開放した状態に保つことができる、いわゆる「デジタル式の流入弁」である。したがって、１００％未満の圧送度での高圧ポンプ２０１の部分圧送が実現可能となる。たとえば、流入弁２０７でばねが壊れているかまたは流入弁２０７が電気的に故障している場合には、もはや、高圧ポンプ２０１の圧送行程の間に流入弁２０７を開放した状態に保つことが不可能となってしまう。したがって、もはや、１００％の圧送度での高圧ポンプ２０１の全圧送しか可能とならなくなってしまう。

図２には、本実施の形態に係る圧力制限弁１００の概略図が示してある。この圧力制限弁１００はハウジング１０１を有している。たとえば、このハウジング１０１は高圧ポンプ２０１のポンプハウジングである。圧力制限弁１００は流体入口１０２を有している。この流体入口１０２は、特に高圧領域２０３に接続されている。圧力制限弁１００は流体出口１０３を有している。この流体出口１０３は、本実施の形態によれば、ポンプ室２０２に液圧的に接続されている。別の実施の形態によれば、流体出口１０３は低圧領域２０４に液圧的に接続されている。圧力制限弁１００はシール座１０４を有している。このシール座１０４は、圧力制限弁１００のシール体１０５と協働する。たとえば、このシール体１０５は、ばね２０９によってシール座１０４の方向に押圧される。シール体１０５がシール座１０４に接触している場合には、圧力制限弁１００はその閉鎖位置にある。流体入口１０２から流体出口１０３への流体流れが阻止されている。シール体１０５は、ばね２０９のばね力に抗してシール座１０４から離れる方向に運動可能である。シール体１０５がシール座１０４に対して間隔を置いて配置されている場合には、流体入口１０２から流体出口１０３への流体流れが解放されている。流体流れが解放されている場合には、流体が高圧領域２０３、特に燃料集合管路２０５から導出され、ひいては、高圧領域２０３内の圧力が減少させられる。圧力制限弁１００は保持装置１０６を有している。この保持装置１０６は、作用している圧力に左右されることなく、シール体１０５を閉鎖位置と異なる位置でシール座１０４から間隔を置いて位置固定するように構成されている。

流体出口１０３がポンプ室２０２に液圧的に接続されている本実施の形態では、圧力制限弁１００が液圧的にロックされている。圧力制限弁１００は、圧送行程の間、液圧的にロックされている。圧力制限弁１００の開放圧は、圧力制限弁１００が内燃機関の正常運転時に開放しないように調整されている。したがって、高圧ポンプ２０１の良好な効率が可能となる。高圧ポンプ２０１の吸入段階の間には、流体入口１０２から流体出口１０３への流体流れが解放され、ひいては、高圧領域２０３内の圧力が減少させられることが可能となる。正常運転中（たとえば、いわゆる「昇温(heating up)」の間かつ／または、いわゆる「高温放置(hot soak)」中）には、過圧を減少させるために、シール体１０５がシール座１０４からほんの数μｍだけ変位させられる。

ポンプ故障時、特に１００％の全圧送が生じる場合には、極めて大きな体積流量が発生する。この体積流量によって、シール体１０５がシール座１０４から離れる方向に正常運転中よりも大きく変位させられる。

図３には、高圧ポンプ２０１の１００％の全圧送という故障の際の圧力制限弁１００が示してある。高い体積流量によって、シール体１０５が、シール座１０４から離れる方向に設定距離１０７だけ運動させられている。したがって、シール体１０５が圧力制限弁１００の保持装置１０６の作用領域に達している。この保持装置１０６は、シール体１０５を保持しかつシール座１０４の方向へのシール体１０５の戻し運動を阻止するように構成されている。シール体１０５が保持装置１０６によって保持される場合には、圧力制限弁１００の閉鎖位置が回避される。したがって、流体入口１０２から流体出口１０３への流体流れが、特に高圧ポンプ２０１の圧送行程の間でも常に解放されている。保持装置１０６はシール体１０５を、図３に示したように、たとえば機械的に保持している。このためには、保持装置１０６が、たとえば弾性的に変位可能なレバーを有している。このレバーは、シール体１０５に設けられた溝内に係合して、シール体１０５を保持する。別の実施の形態によれば、保持装置１０６が、磁気的な保持エレメントを有しており、これによって、シール体１０５が、磁力によってシール座１０４に対して間隔を置いて保持される。別の実施の形態によれば、保持装置１０６が別のエレメントを有しており、これによって、シール体１０５が別の力によってシール座１０４に対して間隔を置いて保持される。また、種々異なる保持力を組み合わせることも可能である。

１００％のポンプ圧送というポンプ故障の発生時には、シール体１０５が保持装置１０６によって、大幅に変位させられた位置に位置固定される。この位置固定によって、静的リークが発生させられる。高圧ポンプ２０１の圧送行程の間でも、圧力制限弁１００をもはや閉鎖することはできない。これによって、高圧領域２０３内の圧力が、特にたとえば流体タンク２０６内に配置されているプレフィードポンプにより提供される圧力に極めて迅速に減少させられる。したがって、１００％の全圧送というポンプ故障時でも、燃料噴射システム２００と内燃機関とを運転することができる規定された状態が提供される。どの程度の燃料量が噴射されるのかは判明している。これによって、たとえば触媒の破壊を阻止することができる。インジェクタの確実な開放が可能となる。さらに、圧力が３００ｂａｒを上回る場合でも確実な測定値を求めることができる高圧センサを省略することができる。プレフィードポンプの約５〜７ｂａｒのシステム圧での運転によって、全負荷の出力の約２０〜３０％の範囲内での内燃機関の運転が可能となる。したがって、ポンプ故障時でも、たとえば修理工場まで走行することが可能となる。これによって、自動車の有効性が拡張されている。

保持装置を備えていない従来の圧力制限弁では、１００％の全圧送というポンプ故障の際に、燃料集合管路内の圧力が極めて高いことに基づき、この圧力をプレフィードポンプの約５〜７ｂａｒのシステム圧に持続的に減少させて、保持することは不可能である。したがって、従来では、故障の際に自動車が停止させられなければならない。緊急運転は不可能である。

設定距離１０７は、燃料噴射システム２００の構成要素に関連して規定される。シール体１０５が、どの程度変位させられた位置から保持装置１０６によって位置固定されるのかは、特に高圧領域２０３内のかつ／または燃料集合管路２０５内の最大限に許容可能な圧力に関連して設定される。たとえば、設定距離１０７は、シール体１０５が、燃料集合管路２０５内の３００ｂａｒ以上の圧力で変位させられて、保持装置１０６によって保持されるように設定される。

正常運転中には、たとえば約２００ｂａｒの圧力が設定されている。別の実施の形態によれば、正常運転中に約１５０ｂａｒの圧力が設定されている場合には、シール体１０５が、燃料集合管路２０５内の異なる圧力、たとえば燃料集合管路２０５内の２５０ｂａｒの圧力で保持装置１０６によって保持される。

保持装置１０６がシール体１０５をより長い期間にわたって、特に高圧ポンプ２０１の圧送行程の間でも保持していることによって、圧力制限弁１００、特にシール体１０５の慣性が、もはや、高圧側２０３における減圧に対して重要ではなくなる。保持装置１０６を備えていない従来の弁では、当該慣性によって、故障の際でも圧送行程の間に常に少なくとも少量の流体が圧送される。なぜならば、従来では、圧力制限弁１００が流入弁よりも鈍いからである。これによって、吸入段階の間、少量の流体が流入弁を通して吸い込まれるのに対して、圧力制限弁１００は閉鎖されている。従来では、圧送行程の間、圧力制限弁１００が液圧的にロックされているので、減圧を行うことはできない。

圧力制限弁１００は保持装置１０６を有している。この保持装置１０６は、１００％のポンプ送給という故障が生じた場合に、圧力制限弁１００を常に開放位置に保持している。したがって、故障の際でも、内燃機関の運転が可能となる。圧力制限弁１００の設定開放圧を上回る圧力が回避されることによって、高価な高圧構成部材を省略することができる。圧力制限弁１００は簡単にかつ廉価に実現可能となる。目下の圧力情報が提供されない運転は回避される。これによって、誤ったかつ／または過度に高い噴射量が回避される。

別の実施の形態によれば、設定距離１０７は、保持装置１０６が高圧ポンプ２０１の別の故障の際にもシール体１０５を保持しているように設定されている。たとえば、保持装置１０６はシール体１０５をすでに高圧ポンプ２０１の９９％のポンプ送給時に保持している。

Claims (10)

1. 燃料噴射システム（２００）に用いられる圧力制限弁において、
   該圧力制限弁が、流体入口（１０２）と流体出口（１０３）とを備えたハウジング（１０１）を有しており、
   前記圧力制限弁が、シール座（１０４）とシール体（１０５）とを有しており、これによって、流体入口（１０２）から流体出口（１０３）への流体流れが、シール体（１０５）がシール座（１０４）に接触している閉鎖位置では遮断されていて、複数のその他の位置では解放されており、
   前記圧力制限弁が、保持装置（１０６）を有しており、これによって、シール体（１０５）が、シール座（１０４）から離れる方向に少なくとも設定距離（１０７）だけ移動させられた場合に、シール体（１０５）が、前記複数のその他の位置のうちの１つのその他の位置に保持されていることを特徴とする、燃料噴射システムに用いられる圧力制限弁。
2. 保持装置（１０６）が、シール体（１０５）を前記その他の位置に不可逆的に保持するようになっている、請求項１記載の圧力制限弁。
3. 保持装置（１０６）が、シール体（１０５）を前記その他の位置に可逆的に保持するようになっている、請求項１記載の圧力制限弁。
4. 保持装置（１０６）が、シール体（１０５）を前記その他の位置に磁気的に保持するように構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の圧力制限弁。
5. 保持装置（１０６）が、シール体（１０５）を前記その他の位置に機械的に保持するように構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の圧力制限弁。
6. 設定距離（１０７）が、燃料噴射システム（２００）に用いられる最大限に許容可能な圧力に関連して設定されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の圧力制限弁。
7. 燃料噴射システムにおいて、
   該燃料噴射システムが、請求項１から６までのいずれか１項記載の圧力制限弁（１００）を有しており、
   前記燃料噴射システムが、高圧ポンプ（２０１）を有しており、該高圧ポンプ（２０１）が、高圧領域（２０３）と低圧領域（２０４）との間に液圧的に配置されたポンプ室（２０２）を備えており、圧力制限弁（１００）が、流体入口（１０２）で高圧領域（２０３）に液圧的に接続されていることを特徴とする、燃料噴射システム。
8. 圧力制限弁（１００）の流体出口（１０３）が、ポンプ室（２０２）に液圧的に接続されている、請求項７記載の燃料噴射システム。
9. 圧力制限弁（１００）の流体出口（１０３）が、低圧領域（２０４）に液圧的に接続されている、請求項７記載の燃料噴射システム。
10. 前記燃料噴射システムが、高圧ポンプ（２０１）の高圧領域（２０３）に液圧的に接続された燃料集合管路（２０５）を有しており、該燃料集合管路（２０５）に関連して設定距離（１０７）が設定されている、請求項７から９までのいずれか１項記載の燃料噴射システム。

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