JP3999504B2 - 内燃機関に用いられる燃料噴射システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射システムであって、燃料高圧ポンプと、コモンレールと、少なくとも１つのインジェクタとが設けられていて、燃料高圧ポンプが、１つまたは複数のインジェクタにコモンレールを介して燃料を供給するようになっており、プレフィードポンプが設けられていて、該プレフィードポンプが、タンクから供給管路を介して燃料高圧ポンプへ燃料を圧送するようになっており、さらに、コモンレールから燃料を導出するための戻し管路と、コモンレールと戻し管路との間に配置された圧力制御弁と、燃料高圧ポンプから燃料を導出するための漏れ管路とが設けられている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような形式の燃料噴射システムでは、周囲温度が相応に低い場合に供給管路内の燃料のゼリー化（Ｖｅｒｓｕｌｚｅｎ）が生じる恐れがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、燃料のゼリー化が生じないような燃料噴射システムを提供することである。
【０００４】
【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、燃料高圧ポンプと、コモンレールと、少なくとも１つのインジェクタとが設けられていて、燃料高圧ポンプが、１つまたは複数のインジェクタにコモンレールを介して燃料を供給するようになっており、プレフィードポンプが設けられていて、該プレフィードポンプが、タンクから供給管路を介して燃料高圧ポンプへ燃料を圧送するようになっており、さらに、コモンレールから燃料を導出するための戻し管路と、コモンレールと戻し管路との間に配置された圧力制御弁と、燃料高圧ポンプから燃料を導出するための漏れ管路とが設けられている形式の、内燃機関に用いられる燃料噴射システムにおいて、圧力制御弁と供給管路とが、供給管路内の燃料の温度に関連してハイドロリック的に、すなわち液圧的に接続可能であるようにした。
【０００５】
【発明の効果】
圧力制御弁では、コモンレールからの高圧下にある燃料の一部が膨張させられる。このときに散逸されたエネルギが圧力制御弁内の燃料の加熱を生ぜしめる。この加熱された燃料が供給管路内へ導入されると、供給管路内部や、供給管路に配置された燃料フィルタおよび燃料高圧ポンプにおいて燃料のゼリー化が生じなくなることが確保される。
【０００６】
燃料予熱のための電気的な加熱エレメント等が必要にならず、戻し管路の燃料に含まれている熱エネルギが燃料予熱のために使用されるので、本発明による燃料噴射システムの構造は単純となる。その上、本発明による燃料予熱は付加的なエネルギ投入を必要としない。
【０００７】
本発明の有利な構成では、圧力制御弁と供給管路とのハイドロリック的な接続が温度弁により形成されるようになっており、該温度弁が供給管路を、プレフィードポンプと該温度弁との間の第１の区分と、該温度弁と燃料高圧ポンプとの間の第２の区分とに分割しているので、戻し管路と供給管路とのハイドロリック的な接続が簡単にかつ信頼性良く達成される。
【０００８】
本発明の別の有利な構成では、温度弁が方向切換弁、特に１０ポート２位置切換弁または流量制御弁として形成されているので、要求された制御品質と、予め規定されたコスト枠とに応じて本発明を実現することができる。
【０００９】
本発明のさらに別の有利な構成では、圧力制御弁が入口ポートと、第１の出口ポートと、第２の出口ポートとを有しており、入口ポートがコモンレールにハイドロリック的に接続されており、圧力制御弁が、コモンレール内の圧力に関連して、入口ポートと第１の出口ポートおよび第２の出口ポートとの間のハイドロリック的な接続を形成するようになっている。１つの入口ポートと２つの出口ポートとを備えた圧力制御弁を使用することにより、燃料予熱の他に圧力制御弁の冷却をも達成することが可能である。
【００１０】
本発明に関連して「出口ポート」とは、燃料がこの出口ポートを通じて圧力制御弁から流出することができる共に、圧力制御弁内へ流入することもできることを意味する。圧力制御弁の第１の出口ポートおよび第２の出口ポートの通流方向は、これらの出口ポートに接続された管路内の背圧に関連している。プレフィードポンプは、たとえば約６．５〜８．５バールの圧送高さを有しており、それに対して、戻り管路内には約１．２〜１．６バールの圧力が生ぜしめられる。最大１５００バールにまで及ぶコモンレール内の極めて高い圧力に基づき、燃料噴射システムの低圧領域から圧力制御弁を通ってコモンレール内へ流入する戻し流は行われない。
【００１１】
圧力制御弁は部分的に高い熱負荷を導出しなければならず、かつ圧力制御弁は温度に敏感であるので、圧力制御弁が冷却され、ひいては圧力制御弁が作動するための温度領域が減じられると、本発明による燃料噴射システムの機能が改善される。
【００１２】
燃料予熱と圧力制御弁の冷却とを結びつけることは、次の構成により達成される。すなわち、この構成では、温度弁の第１の切換位置で、圧力制御弁の第１の出口ポートが戻し管路に接続されており、圧力制御弁の第２の出口ポートが漏れ管路に接続されており、プレフィードポンプが供給管路を介して燃料高圧ポンプへ燃料を圧送するようになっており、温度弁の第２の切換位置で、圧力制御弁の第１の出口ポートが供給管路の第１の区分に接続されており、圧力制御弁の第２の出口ポートが供給管路の第２の区分に接続されており、漏れ管路が戻し管路に接続されている。
【００１３】
第１の切換位置では燃料が燃料高圧ポンプへ圧送される。温度弁は、プレフィード管路内の燃料の温度が、燃料予熱なしでも燃料のゼリー化が生じない程度の高さである場合に第１の切換位置を占める。この第１の切換位置では、燃料高圧ポンプから導出される漏れ流と、燃料高圧ポンプの潤滑のために使用される燃料とが第２の出口ポートを介して圧力制御弁内へ案内されるので、この燃料流によって圧力制御弁の冷却が行われる。この燃料流は、入口ポートから圧力制御弁へ流入しかつ圧力制御弁内での絞りで著しく加熱される燃料と一緒に、戻し管路を介して導出される。一般に、戻し管路はタンクに通じている。燃料フィルタがこの燃料の高い温度で負荷されないので、燃料フィルタにも、許容され得ない程高い温度は生じない。
【００１４】
第２の切換位置においては、プレフィードポンプが供給管路の第１の区分を介して燃料を圧力制御弁へ圧送する。この燃料は、コモンレールから到来して圧力制御弁内で放圧もしくは膨張された燃料と混合されるので、全体として圧力制御弁の第２の出口ポートでの燃料の加熱が得られる。引き続き、この燃料は供給管路の第２の区分を介して燃料高圧ポンプに供給されるので、この第２の切換位置では供給管路の第２の区分における燃料のゼリー化が阻止される。周囲温度が極めて低く、さらに内燃機関がまだその運転温度に到達していない場合に、この第２の位置が占められる。圧力制御弁は背圧に対して敏感であるため、コモンレール内の圧力の制御品質はこの第２の切換位置では、温度弁の第１の切換位置における程良好ではない。しかし、温度弁は、低い周囲温度でかつ内燃機関のウォームアップ運転時にしか第２の切換位置を占めないので、この短い運転時間では、場合によっては生じる、制御品質の極めてわずかな悪化は甘受され得る。
【００１５】
内燃機関の運転時間の十分に大きな部分にわたって占められる第１切換位置では、制御品質は極めて高い。なぜならば、戻し管路内の背圧がほぼ一定であるからである。
【００１６】
本発明のさらに別の有利な構成では、供給管路の第２の区分に温度センサが配置されており、該温度センサにより検出された温度に関連して温度弁が制御されるので、温度弁の第１の切換位置から第２の切換位置への切換および第２の切換位置から第１の切換位置への切換を簡単に行うことができる。また、温度弁を制御装置により制御することも可能になる。
【００１７】
本発明のさらに別の有利な構成では、供給管路の第２の区分に燃料フィルタ、特に水分離器を備えた燃料フィルタが設けられているので、本発明による燃料噴射システムでは燃料フィルタのゼリー化も阻止される。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１には、本発明による燃料噴射システムが概略的に示されている。プレフィードポンプ１により、タンク３から供給管路５を介して燃料高圧ポンプ７へ燃料が圧送される。燃料高圧ポンプ７はラジアルピストンポンプとして形成されている（詳しい説明は省略する）。燃料高圧ポンプ７は燃料を高い圧力でコモンレール９内へ圧送する。コモンレール９は１つまたは複数の高圧管路１１を介して、１つまたは複数のインジェクタ（図示しない）に燃料を供給する。コモンレール９内の圧力を制御できるようにするために、圧力制御弁１３が設けられている。電気的に操作されるこの圧力制御弁１３は、制御装置（図示しない）によって制御される。圧力制御弁１３は、たとえば第１の出口ポート１５と第２の出口ポート１７とを開放するスプールを常時調節することにより、コモンレール９内の圧力を制御することができる。択一的に、圧力制御弁１３は２つの切換位置の間で往復切換されてもよい。
【００２０】
圧力制御弁１３とコモンレール９との間の第１の接続管路１９は圧力制御弁１３の入口ポート２１に開口している。燃料高圧ポンプ７からは漏れ管路２３が導出されており、この漏れ管路２３は燃料高圧ポンプ７を潤滑するために使用された燃料と、ゼロフィード絞り（Ｎｕｌｌｆｏｅｒｄｅｒｄｒｏｓｓｅｌ）２５を通って流出する燃料とを導出する。漏れ管路２３は、図示の実施例では１０ポート２位置弁として形成された温度弁２７に開口している。漏れ管路２３は第２の接続管路２９を介して圧力制御弁１３の第２の出口ポート１７に接続されている。圧力制御弁１３の第１の出口ポート１５は第３の接続管路３１を介して戻し管路３３に接続されている。
【００２１】
温度弁２７の図１に示した第１の切換位置では、漏れ管路２３からの燃料が第２の接続管路２９を介して圧力制御弁１３に供給されて、この圧力制御弁１３を冷却する。漏れ管路２３から到来した燃料と、第１の接続管路１９から到来して圧力制御弁１３で絞られた燃料とが、第３の接続管路３１を介して、タンク３に開口した戻し管路３３に供給される。
【００２２】
周辺温度が極端に低くなく、かつ内燃機関がほぼその運転温度に到達している場合には、温度弁２７が第１の切換位置を占める。この第１の切換位置では、プレフィードポンプ１が供給管路５を介して燃料高圧ポンプ７へ燃料を圧送する。圧力制御弁１３は燃料高圧ポンプ７の漏れ量によって冷却されるので、圧力制御弁１３の制御品質は改善される。なぜならば、圧力制御弁１３が作動させられる温度領域が減じられるからである。圧力制御弁１３の背圧が、ほぼ一定に１．２〜１．６バールである戻し管路３３内の圧力によって予め規定されているので、圧力制御弁１３はこの第１の切換位置で極めて良好な制御品質で作動可能となる。
【００２３】
供給管路５は温度弁２７によって、プレフィードポンプ１を温度弁２７に接続する第１の区分５ａと、温度弁２７を燃料高圧ポンプ７に接続する第２の区分５ｂとに分割される。第２の区分５ｂには、ウォータトラップもしくは水分離器を備えた燃料フィルタ３５が取り付けられている。第１の切換位置では、直接にタンク３から到来する燃料が燃料フィルタ３５に供給されるので、燃料フィルタ３５に、許容され得ない程に高い燃料温度が生じることはない。
【００２４】
図２には、本発明による燃料噴射システムの上記実施例が、温度弁２７の第２の切換位置で示されている。符号は図１で選択されたものに相当しており、また図１につき説明した事項は全て図２にも該当する。
【００２５】
この第２の切換位置では、プレフィードポンプ１が供給管路５の第１の区分５ａと第３の接続管路３１とを介して圧力制御弁１３に燃料を圧送する。圧力制御弁１３では、この燃料が、第１の接続管路１９から到来して圧力制御弁１３内の絞りによって加熱された燃料と混合される。これにより、第２の出口ポート１７で予熱された燃料が第２の接続管路２９と供給管路５の第２の区分５ｂとを介して燃料高圧ポンプ７内へ流入する。低い周囲温度および冷たい内燃機関という条件で占められるこの第２の切換位置では、供給管路５の第２の区分５ｂと、燃料フィルタ３５と、温度弁２７と、燃料高圧ポンプ７とにおける燃料が燃料のゼリー化温度よりも著しく温かくなることが保証されている。
【００２６】
図示の第２の切換位置では、燃料高圧ポンプ７から漏れ管路２３を介して導出された燃料が戻し管路３３内に流入する。第２の切換位置は、周囲温度が低くかつ／または内燃機関がまだその運転温度に到達していない場合にしか占められないので、圧力制御弁１３を冷却する必要も生じない。さらに、この第２の切換位置では、圧力制御弁１３がタンク３からの冷たい燃料によって冷却される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料噴射システムの１実施例を温度弁の第１の切換位置で示す概略である。
【図２】図１に示した本発明による燃料噴射システムを第２の切換位置で示す概略図である。
【符号の説明】
１ プレフィードポンプ、 ３ タンク、 ５ 供給管路、 ５ａ 供給管路の第１の区分、 ５ｂ 供給管路の第２の区分、 ７ 燃料高圧ポンプ、 ９ コモンレール、 １１ 高圧管路、 １３ 圧力制御弁、 １５ 第１の出口ポート、 １７ 第２の出口ポート、 １９ 第１の接続管路、 ２１ 入口ポート、 ２３ 漏れ管路、 ２５ ゼロフィード絞り、 ２７ 温度弁、 ２９ 第２の接続管路、 ３１ 第３の接続管路、 ３３ 戻し管路、 ３５ 燃料フィルタ

Claims (6)

1. 内燃機関に用いられる燃料噴射システムであって、燃料高圧ポンプ（７）と、コモンレール（９）と、少なくとも１つのインジェクタとが設けられていて、燃料高圧ポンプ（７）が、１つまたは複数のインジェクタにコモンレール（９）を介して燃料を供給するようになっており、プレフィードポンプ（１）が設けられていて、該プレフィードポンプ（１）が、タンク（３）から供給管路（５）を介して燃料高圧ポンプ（７）へ燃料を圧送するようになっており、さらに、コモンレール（９）から燃料を導出するための戻し管路（３３）と、コモンレール（９）と戻し管路（３３）との間に配置された圧力制御弁（１３）と、燃料高圧ポンプ（７）から燃料を導出するための漏れ管路（２３）とが設けられている形式のものにおいて、圧力制御弁（１３）と供給管路（５ｂ）とが、供給管路（５，５ａ，５ｂ）内の燃料の温度に関連してハイドロリック的に接続可能であり、圧力制御弁（１３）と供給管路（５ｂ）とのハイドロリック的な接続が温度弁（２７）により形成されるようになっており、該温度弁（２７）が供給管路（５）を、プレフィードポンプ（１）と該温度弁（２７）との間の第１の区分（５ａ）と、該温度弁（２７）と燃料高圧ポンプ（７）との間の第２の区分（５ｂ）とに分割しており、圧力制御弁（１３）が入口ポート（２１）と、第１の出口ポート（１５）と、第２の出口ポート（１７）とを有しており、入口ポート（２１）がコモンレール（９）にハイドロリック的に接続されており、圧力制御弁（１３）が、コモンレール（９）内の圧力に関連して、入口ポート（２１）と第１の出口ポート（１５）および第２の出口ポート（１７）との間のハイドロリック的な接続を形成するようになっており、温度弁（２７）の第１の切換位置では、圧力制御弁（１３）の第１の出口ポート（１５）が戻し管路（３３）に接続されており、圧力制御弁（１３）の第２の出口ポート（１７）が漏れ管路（２３）に接続されており、プレフィードポンプ（１）が供給管路（５）を介して燃料高圧ポンプ（７）へ燃料を圧送するようになっており、温度弁（２７）の第２の切換位置では、圧力制御弁（１３）の第１の出口ポート（１５）が供給管路（５）の第１の区分（５ａ）に接続されており、圧力制御弁（１３）の第２の出口ポート（１７）が供給管路（５）の第２の区分（５ｂ）に接続されており、漏れ管路（２３）が戻し管路（３３）に接続されていることを特徴とする、内燃機関に用いられる燃料噴射システム。
2. 温度弁（２７）が方向切換弁、特に１０ポート２位置弁として形成されている、請求項１記載の燃料噴射システム。
3. 温度弁（２７）が流量制御弁として形成されている、請求項１記載の燃料噴射システム。
4. 供給管路（５）の第２の区分（５ｂ）に温度センサが配置されており、該温度センサにより検出された温度に関連して温度弁（２７）が制御されるようになっている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射システム。
5. 供給管路（５）の第２の区分（５ｂ）に燃料フィルタ（３５）が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射システム。
6. プレフィードポンプ（１）が電気的に駆動されるようになっていて、タンク（３）内に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射システム。

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