JP3887583B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
明細書および特許請求の範囲を理解しやすくするために、以下に幾つかの概念を説明する：本発明による燃料噴射装置は行程制御式に形成されていてもよいし、圧力制御式に形成されていてもよい。本発明の枠内では、行程制御式の燃料噴射装置とは、噴射開口の開閉が、ノズル室内の燃料圧と制御室内の燃料圧との液圧的な協働に基づき移動可能なノズルニードルによって行われることを意味している。制御室の内部の圧力低下はノズルニードルの持上りを生ぜしめる。択一的には、ノズルニードルの変位が作動部材（アクチュエータ）によって行われてよい。本発明による圧力制御式の燃料噴射装置では、インジェクタのノズル室内に形成された燃料圧によって、ノズルニードルが閉鎖力（ばね）の作用に抗して運動させられ、これによって、噴射開口が、ノズル室からシリンダ内への燃料の噴射のために開放される。ノズル室からシリンダ内に流出する燃料に付与された圧力が噴射圧と呼ばれるのに対して、システム圧とは、燃料噴射装置の内部に提供されているかもしくは蓄えられている燃料に付与された圧力を意味している。燃料調量とは、ノズル室に燃料を調量弁によって供給することを意味している。組み合わされた燃料調量では、種々異なる噴射圧を調量するために、１つの共通の弁が使用される。ポンプ・ノズルユニット（ＰＤＥ）では、噴射ポンプとインジェクタとが１つのユニットを形成している。シリンダ１つにつき、このような形式のユニットがシリンダヘッドに組み付けられ、タペットを介して直接的にまたはロッカアームを介して間接的にエンジンカムシャフトによって駆動される。ポンプ・管路・ノズルシステム（ＰＬＤ）は同じ方法に基づき作業する。ここでは、高圧管路がノズル室またはノズルホルダにまで通じている。
【０００３】
高い最大の噴射圧と線形の増圧とによってエミッションを低減するためには、ＰＤＥまたはＰＬＤが使用される。さらに、噴射圧がエンジンの回転数と負荷とに無関係であり、特性マップで可変に調整することができると有利であると分かった。また、多段噴射も有利である。したがって、コモンレールシステム（ＣＲＳ）が使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の燃料噴射装置を改良して、ＣＲＳのフレキシブルな多段噴射および圧力調整の利点と、ＰＤＥの高い噴射圧および線形の増圧の利点とを組み合わせることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、内燃機関の燃料噴射装置において、燃料を圧縮するためのポンプ・ノズルユニットまたはポンプ・管路・ノズルシステムの、各インジェクタに対応配置された少なくとも１つの局所的なポンプエレメントと、インジェクタに接続されている中央の蓄圧器とが設けられており、該蓄圧器と別個にポンプエレメントが、インジェクタに通じる圧力管路に接続されており、該圧力管路への蓄圧器の接続管路が、逆止弁と、該逆止弁に対して並列に接続された絞りとを有しているようにした。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、行程制御式のインジェクタに接続された蓄圧器によって、いつでも噴射を行うことができることが保証される。このことは、たとえばフィルタ・触媒システムの再生のために重要である。さらに、本発明による燃料噴射装置はパイロット噴射とポスト噴射とを実現することができる。この場合、両噴射はカム行程と無関係であってよい。増圧のためには、高い圧力の利点と線形の増圧の利点とを使用するために、ＰＤＥ／ＰＬＤエレメントが使用される。本発明による燃料噴射装置では噴射圧が調整可能であり、この噴射圧を特性マップにおいてエンジンの要求に適合させることができる。装置的な構造の軽減のためには、蓄圧器の充填がＰＤＥ／ＰＬＤエレメントによって達成され得る。
【０００７】
蓄圧器の充填がポンプエレメントと絞りとを介して行われると、損失量が生ぜしめられる。この損失量を回避するためには、ポンプエレメントによる増圧の間に（すなわち噴射の間でも）インジェクタへの接続を遮断する充填弁が提案される。ポンプエレメントの圧送の終了後、インジェクタへの接続が再び形成される。蓄圧器の充填は、主として、インジェクタ容積の、システム内の損失量として生ぜしめられた逃がし量から達成される。
【０００８】
充填弁が、すでにシステムに設けられた逆止弁と組み合わされ、これによって、装置的な費用が不要に増加させられないないと特に有利である。基本的には、充填弁は別個の弁として形成されてもよいし、システムの別の弁と組み合わされてもよいし、必要な場合にはアクチュエータによって操作されてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１０】
各シリンダには、ポンプ・ノズルユニット（ＰＤＥ）またはポンプ・管路・ノズルシステム（ＰＬＤ）が対応配置されている。各ポンプ・ノズルユニットはポンプエレメント１とインジェクタ２とから形成されている。エンジンシリンダあたり１つのポンプ・ノズルユニットがシリンダヘッドに組み付けられている。ポンプエレメント１はタペットを介して直接的にまたはロッカアームを介して間接的にエンジンカムシャフトによって駆動される。電子的な調整装置によって、噴射される燃料の量（噴射経過）に適切に影響を与えることが可能となる。図１に示した行程制御式の燃料噴射装置３の第１実施例では、低圧ポンプ４が燃料５をストックタンク６から圧送管路７を介してポンプエレメント１にまで圧送する。制御弁８はポンプエレメント１のポンプ室９を充填するために働く。高圧発生は、制御弁８が閉鎖された状態でカム行程の間に行われる。これによって、増圧が開始され、圧力下にある燃料が逆止弁１０を介してインジェクタ２にまで案内される。
【００１１】
噴射は燃料調量を介して、一方の端部に円錐形の弁シール面１２を備えた、案内孔内で軸方向に移動可能なノズルニードル１１によって行われる。このノズルニードル１１の弁シール面１２は、インジェクタハウジングに設けられた弁座面と協働する。インジェクタハウジングの弁座面には噴射開口が設けられている。ノズル室１３と制御室１４とが形成されている。ノズル室１３の内部では、ノズルニードル１１の開放方向に向けられた受圧面が、ノズル室１３に形成された圧力にさらされている。この圧力は圧力管路１５を介してノズル室１３に供給される。さらに、圧縮ばね１６に対して同軸的にノズルニードル１１にプランジャ１７が作用している。このプランジャ１７は、弁シール面１２とは反対の側の端面１８で制御室１４を仕切っている。この制御室１４は、燃料圧接続部から延びる、絞り１９を備えた流入通路と、放圧管路もしくは絞り２０に向かって延びる、弁ユニット２１によって制御される流出通路とを有している。制御室１４内の圧力を介してプランジャ１７は閉鎖方向で圧力負荷される。弁ユニット２１の操作時には、制御室１４内の圧力が減少させられ得るので、この結果、開放方向でノズルニードル１１に作用するノズル室１３内の圧力が、閉鎖方向でノズルニードル１１に作用する押圧力を上回る。弁シール面１２が弁座面から持ち上がり、燃料が噴射される。この場合、制御室１４の放圧過程ひいてはノズルニードル１１の行程制御には第１の絞り１９と第２の絞り２０との寸法設定を介して影響を与えることができる。噴射の終了は弁ユニット２１の新たな操作（閉鎖）によって導入される。この操作は制御室１４を再び漏れ管路２２から遮断するので、制御室１４内には再び、ノズルニードル１１を閉鎖方向に運動させることができる圧力が形成される。
【００１２】
さらに、インジェクタ２は逆止弁２３と絞り２４とを介して、インジェクタ全てのために設けられた中央の蓄圧器２５に接続されている。この蓄圧器２５は噴射の間に絞り２４を介して充填される。噴射圧からレール圧へのインジェクタ領域での燃料の逃がし時に生ぜしめられる燃料の逃がし量は絞り２４を介して蓄圧器２５に供給される。
【００１３】
蓄圧器２５はインジェクタ２にポンプエレメント１とは無関係に燃料を供給することができる。噴射と、フレキシブル（ｆｌｅｘｉｂｌ）な多段噴射と、噴射経過形成とは常に可能である。弁ユニット２１と制御弁８との制御時間を変化させることによって、噴射圧経過に種々異なった形式で影響を与えることができる。たとえばブーツ型噴射は、まずブーツ段階においてレール圧で燃料噴射されることによって可能となる。その後、ポンプ室９内の増圧が噴射の間に制御され、増圧と、高い圧力を伴った第２の噴射段階とが行われる。方形の噴射経過は、増圧がまず促進させられ、この増圧が行われた後、インジェクタ２が噴射に関連して制御されることによって形成される。
【００１４】
さらに、噴射圧はエンジンの要求に適合させることができる。このことは、種々異なる形式で行うことができる。噴射時には、インジェクタが増圧の開始後まだ若干の時間閉鎖されたままである。これによって、高い圧力が堰き止められる。その後、この圧力下で噴射が行われる。しかし、この場合、ブーツ型噴射はもはや不可能である。レール圧が上昇させられ得る。これによって、より高いベース圧が生ぜしめられる。このことは、噴射全体をより高い圧力レベルに移動させる。この場合、１つの噴射経過形成の可能性、たとえばブーツ型噴射は維持されたままである。
【００１５】
絞り２４を介した、蓄圧器２５を充填するための充填量が十分でない場合には、逃がし制御量（Ａｂｓｔｅｕｅｒｍｅｎｇｅ）を増加させるために、インジェクタ２に設けられた局所的な蓄圧器または増加させられたインジェクタ・管路容積が使用され得る。また、別個の高圧ポンプ２６（図２参照）が燃料噴射装置２７に設けられていてもよい。
【００１６】
図３〜図６に示したように、たとえば燃料噴射装置３に使用された絞り２４（図１参照）の代わりに、組み合わされた充填弁／逆止弁を燃料噴射弁に形成することができる。
【００１７】
この構成の第１の構造において、図３には、燃料噴射装置３と比較して、ポンプエレメント２９と、制御弁３０と、インジェクタ３１とを備えた燃料噴射装置２８が示してある。インジェクタ３１は、組み合わされた充填弁／逆止弁３２を介して蓄圧器３３に接続されている。充填弁／逆止弁３２はインジェクタ３１から蓄圧器３３への接続を調整する。ポンプエレメント２９が作業していない場合には、充填弁／逆止弁３２は第１の切換位置に位置している。ポンプエレメント２９からインジェクタ３１への流れ接続は中断されており、蓄圧器３３が、規定された圧力の燃料をインジェクタ３１に供給している。
【００１８】
ポンプエレメント２９の圧送時には、充填弁／逆止弁３２は第２の切換位置に位置している。蓄圧器３３からインジェクタ３１への流れ接続は中断されており、ポンプエレメント２９からインジェクタ３１への流れ接続は開放されている。
【００１９】
充填弁／逆止弁３２は逆止弁のための球座３４を有している。この球座３４はポンプの圧送時に開放する。さらに、蓄圧器３３への接続のためのスプールシール部が設けられている。このスプールシール部は球座３４の開放時に閉鎖されている。
【００２０】
図４には、燃料噴射装置３６の、組み合わされた充填弁／逆止弁３５の別の構成が示してある。ここでは、逆止弁が円錐座３７として形成されている。弁ピストンの開放時には平座３８が閉鎖され、したがって、蓄圧器への接続が中断される。
【００２１】
図５によれば、燃料噴射装置４０の充填弁／逆止弁３９が、この充填弁／逆止弁３９に対して共通の弁球４１を備えて形成されている。弁球４１の開放時には弁座４２が開放され、弁座４３は閉鎖される。
【００２２】
ポンプエレメント圧送の終了後に増圧に影響を与えるためには、燃料噴射装置４５の絞り４４が設けられている（図６参照）。ポンプエレメント圧送の終了後、ゆっくりとした減圧が生ぜしめられる。この減圧の間、高い圧力を伴ったポスト噴射を実現することができる。このポスト噴射はカム圧送範囲外に位置している。これによって、メイン噴射とポスト噴射との間の圧力ピークを回避することができる。この圧力ピークは、ノズルニードルがポンプエレメント圧送の間に液圧的に制御されて開放位置から閉鎖位置に運動させられる場合に生ぜしめられる。逆止弁４６は、絞られることなしにインジェクタに燃料を蓄圧器から供給するために働く。ポンプエレメントとインジェクタとの間の任意の箇所に配置可能な逆止弁４６は、蓄圧器と充填弁／逆止弁３９との間に直接配置することもできる。弁ユニット４７と制御弁４８との制御時間を変化させることによって噴射経過に影響を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の燃料噴射装置を示す図である。
【図２】付加的な高圧ポンプを備えた第２の燃料噴射装置を示す図である。
【図３】組み合わされた充填弁／逆止弁を備えた第３の燃料噴射装置を示す図である。
【図４】組み合わされた別の充填弁／逆止弁を備えた第４の燃料噴射装置を示す図である。
【図５】組み合わされた別の充填弁／逆止弁を備えた第５の燃料噴射装置を示す図である。
【図６】組み合わされた別の充填弁／逆止弁を備えた第６の燃料噴射装置を示す図である。
【符号の説明】
１ ポンプエレメント、 ２ インジェクタ、 ３ 燃料噴射装置、 ４ 低圧ポンプ、 ５ 燃料、 ６ ストックタンク、 ７ 圧送管路、 ８ 制御弁、 ９ ポンプ室、 １０ 逆止弁、 １１ ノズルニードル、 １２ 弁シール面、 １３ ノズル室、 １４ 制御室、 １５ 圧力管路、 １６ 圧縮ばね、 １７ プランジャ、 １８ 端面、 １９ 絞り、 ２０ 絞り、 ２１弁ユニット、 ２２ 漏れ管路、 ２３ 逆止弁、 ２４ 絞り、 ２５ 蓄圧器、 ２６ 高圧ポンプ、 ２７ 燃料噴射装置、 ２８ 燃料噴射装置、 ２９ ポンプエレメント、 ３０ 制御弁、 ３１ インジェクタ、 ３２ 充填弁／逆止弁、 ３３ 蓄圧器、 ３４ 球座、 ３５ 充填弁／逆止弁、 ３６ 燃料噴射装置、 ３７ 円錐座、 ３８ 平座、 ３９ 充填弁／逆止弁、４０ 燃料噴射装置、 ４１ 弁球、 ４２ 弁座、 ４３ 弁座、 ４４ 絞り、 ４５ 燃料噴射装置、 ４６ 逆止弁、 ４７ 弁ユニット、 ４８ 制御弁

Claims (7)

1. 内燃機関の燃料噴射装置（３；２７）において、燃料を圧縮するためのポンプ・ノズルユニットまたはポンプ・管路・ノズルシステムの、各インジェクタ（２）に対応配置された少なくとも１つの局所的なポンプエレメント（１）と、インジェクタ（２）に接続されている中央の蓄圧器（２５）とが設けられており、該蓄圧器（２５）と別個にポンプエレメント（１）が、インジェクタ（２）に通じる圧力管路（１５）に接続されており、該圧力管路（１５）への蓄圧器（２５）の接続管路が、逆止弁（２３）と、該逆止弁（２３）に対して並列に接続された絞り（２４）とを有していることを特徴とする、燃料噴射装置。
2. ポンプエレメント（１）が、圧力管路（１５）を介してインジェクタ（２）の制御室（１４）とノズル室（１３）とに接続されており、圧力管路（１５）が、蓄圧器（２５）に接続されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 蓄圧器（２５）が、ポンプエレメント（１）によって圧縮された燃料で充填されるようになっている、請求項１または２記載の燃料噴射装置。
4. インジェクタを蓄圧器とポンプエレメントとに接続するための充填弁（３２；３５；３９）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
5. 充填弁（３２；３５；３９）が、インジェクタと蓄圧器との接続をポンプエレメント（１）の圧送の間に中断している、請求項４記載の燃料噴射装置。
6. 充填弁が、組み合わされた充填弁／逆止弁（３２；３５；３９）によって形成されている、請求項４または５記載の燃料噴射装置。
7. 組み合わされた充填弁／逆止弁（３２；３５；３９）が、第１の切換位置でインジェクタを蓄圧器（２５）に接続していて、第２の切換位置でインジェクタをポンプエレメント（１）に接続している、請求項６記載の燃料噴射装置。

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