JP5260676B2 - 内燃機関の燃料系 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の調圧弁、すなわち内燃機関の高圧燃料アキュムレータにおける圧力を調整するための調圧弁、特にコモンレール噴射系の高圧燃料アキュムレータにおける圧力を調整するための調圧弁であって、調圧弁が高圧燃料アキュムレータと接続可能であり、かつ弁ピストンを有しており、該弁ピストンが、高圧燃料アキュムレータにおける圧力に抗して、ばねのばね力によって閉鎖位置に負荷されており、制御可能な第１の磁石装置が設けられていて、該第１の磁石装置の力が、前記ばね力に抗して弁ピストンに対して作用する形式のものに関する。

本発明はまた、請求項１０の上位概念部に記載された形式の燃料系、すなわち内燃機関の燃料系、特にコモンレール噴射系の燃料系であって、高圧燃料アキュムレータが設けられていて、該高圧燃料アキュムレータから燃料が燃料タンクに流出制御もしくは戻し制御可能である形式のものに関する。

従来の技術
ＤＥ１０２００５０５２６３６Ａ１に基づいて公知の燃料系は、燃料タンクから燃料を搬送するフィードポンプを有している。フィードポンプから燃料は、調量ユニットとも呼ばれる調節装置を介して高圧ポンプに達し、この高圧ポンプは燃料を圧縮して、高圧燃料アキュムレータ（いわゆるレール）に供給する。高圧燃料アキュムレータには複数の燃料インジェクタが接続されている。高圧燃料アキュムレータにおける圧力は、とくに、調圧弁（流出制御弁）を用いて調節される。高圧燃料アキュムレータから流出制御された燃料は、一般に、燃料タンクへと戻される。

調圧弁の基本的な機能は、高圧燃料アキュムレータにおける圧力調整、つまりレールの圧力調整を種々様々な調整モードにおいて可能にすること、及び安全機能として圧力制限を保証することであり、これによって人間及び周囲に危険が及ぶことを阻止することができる。この際にまた、制御装置の故障又は電源供給もしくは電源電圧の故障が発生したような場合でも、高圧燃料アキュムレータにおける圧力制限としての安全機能を保証することが望まれている。

従来技術においては、高圧燃料アキュムレータから燃料を流出制御するため、ひいては高圧燃料アキュムレータにおける圧力を調節するためには、２つの異なった型式の調圧弁が公知である。両方の調圧弁型式は、無電流時に開放する型式か無電流時に閉鎖する型式かによって異なっている。

無電流時開放式の調圧弁は、通常、乗用車において使用され、無電流時閉鎖式の調圧弁は商用車もしくは産業車において使用される。

無電流時開放式の調圧弁は次のように構成されている。すなわちこの無電流時開放式の調圧弁は、マグネットコイルの作動制御によって操作されるので、高圧燃料アキュムレータからの燃料の流出制御によって、高圧燃料アキュムレータにおける圧力は、所望の値に調節されるようになっている。制御装置又は電源電圧における故障時に、調圧弁は開放されるので、高圧燃料アキュムレータからの燃料が流出制御される。これによって前記故障時にも、高圧燃料アキュムレータにおける圧力制限の安全機能は調圧弁によって保証されている。しかしながらこの構造には次のような欠点がある。すなわちこの公知の構造では、電圧低下時、例えば小動物による損傷のようなケーブル破損時に、レール圧はもはや形成することができず、内燃機関もしくはエンジンはもはや作動しなくなる。つまりこれによってエマージェンシ機能を実現することはできない。

コモンレール系のための無電流時閉鎖式の調圧弁は、無電流時開放式の調圧弁とはその作用形態が逆である。無電流時閉鎖式の調圧弁では、調圧弁は強いばねを介して、無電流状態において系圧（＋許容誤差）に到るまで閉鎖されている。燃料を高圧燃料アキュムレータから流出制御可能にするための、圧力調整、つまり調圧弁の開放は、ばねの閉鎖力とは逆向きに作用する磁力を介して行われる。マグネットコイルへの給電によって、調圧弁の閉鎖力は減じられ、つまりばね力に抗した作用が生ぜしめられ、これによって高圧燃料アキュムレータにおける圧力、つまりレール圧を、所望のレベルに調整することができる。故障時、つまり制御装置又は電源電圧における故障時にも、これによってレール圧を引き続き形成することができ、エマージェンシ機能を保証することができる。

圧力制限の安全機能は、無電流時閉鎖式の調圧弁ではばね力によって実現されるようになっている。この場合にはばね力は、高圧燃料アキュムレータにおける許容最大系圧に、場合によってはある程度の誤差を加えて、調節される。しかしながら実験及びシミュレーションでは、調節されるレール圧、もしくは高圧燃料アキュムレータにおける圧力は、無電流状態では貫流する流れに強く影響を受けることが判明している。系圧は、制御装置又は電源電圧における故障時に、貫流する流れに関連して、許容最大系圧を越えて上昇してしまう。これによって、コンポーネントが損傷するのみならず、人間及び周囲に危険の及ぶことがある。さらにまた、調圧弁の燃料戻し路における温度は、２００℃を超える値にまで上昇してしまう。

発明の利点
従来技術における欠点を排除すべく提案された本発明の構成では、内燃機関の高圧燃料アキュムレータにおける圧力を調整するための調圧弁、特にコモンレール噴射系の高圧燃料アキュムレータにおける圧力を調整するための調圧弁であって、調圧弁が高圧燃料アキュムレータと接続可能であり、かつ弁ピストンを有しており、該弁ピストンが、高圧燃料アキュムレータにおける圧力に抗して、ばねのばね力によって閉鎖位置に負荷されており、制御可能な第１の磁石装置が設けられていて、該第１の磁石装置の力が、前記ばね力に抗して弁ピストンに対して作用する形式のものにおいて、第２の磁石装置が設けられていて、該第２の磁石装置の力が、前記ばね力を助成する方向で作用するようにした。

本発明のように、ばね力を助成する方向で作用する力を有する第２の磁石装置が設けられていると、ばね力の弱いばねを使用することが可能になる。そしてこれにより、制御装置又は電源電圧に故障が発生した場合に、高圧燃料アキュムレータにおける最大許容系圧が得られる前に、ばねの閉鎖力は、上昇するレール圧もしくは高圧燃料アキュムレータにおける上昇する圧力によって克服されることができる。その結果コンポーネントが損傷したり、人間及び周囲に危険の及ぶことが回避され、さらに、調圧弁の燃料戻し路における温度が過度に上昇することも回避される。

ばねを使用することによって、調圧弁において電圧供給されない場合にも、引き続きレール圧を形成することができ、ひいてはエマージェンシ機能を保証することができる。

調圧弁もしくはその弁ピストンを閉鎖する１つの磁石装置の代わりに、互いに逆向きに作用する２つの磁石装置を、ばね力の弱いばねとの関連において使用することによって、従来公知の両方の型式の調圧弁における利点を互いに組み合わせることができ、しかもこの際に両型式の調圧弁における欠点を甘受する必要はない。

機械式の開放圧（無電流状態）は有利には、系の平均的な圧力範囲にある。第１の磁石装置の力は、ばね力に抗して作用するので、調圧弁によって、０バールからばねの機械的な開放圧に到るまでの範囲におけるレール圧を調整することができる。

第２の磁石装置の力はばね力を助成する。これによって、ばねの機械的な開放圧と最大系圧との間においてレール圧を有利に調整することができる。

制御兼調整装置もしくは制御装置を用いた電流のインテリジェント制御によって、連続的な圧力上昇及び圧力降下を実現することができる。

制御装置又は電源電圧に故障が発生したような場合でも、レール圧は運転範囲内に留まる。

本発明の別の有利な構成では、磁石装置がマグネットコイルとして形成されている。

本発明による解決策は、特に商用車もしくは産業車におけるコモンレール系のための圧力調整を、種々異なった調整モードにおける全調整範囲内で可能にする。同様に本発明による解決策は、一方では商用車のエマージェンシ機能を保証し、他方では最大系圧が許容範囲を超えて上昇することはない。

次に図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

内燃機関の燃料系を示す概略図である。 本発明による調圧弁を示す断面図である。

実施の形態
図１には、内燃機関２に燃料を供給するために働く燃料系１が示されている。内燃機関２は、図１では一点鎖線で略示されているだけである。

燃料系１は燃料タンク３を有しており、この燃料タンク３から、汎用の電気駆動式のフィードポンプ４が燃料を、調量ユニットとも呼ばれる調節装置５に搬送する。この調節装置５から燃料は、内燃機関２によって機械的に駆動される高圧燃料ポンプ６に搬送される。高圧燃料ポンプ６は燃料を、極めて高い圧力に圧縮して、「レール」とも呼ばれる高圧燃料アキュムレータ７に搬送する。この高圧燃料アキュムレータ７には複数のインジェクタ８が接続されており、これらのインジェクタ８は燃料を、内燃機関２の燃焼室（図示せず）内に噴射する。高圧燃料アキュムレータ７には本発明による調圧弁９が接続されており、この調圧弁９については以下において図２を参照しながら詳しく述べる。調圧弁９からは流出制御管路もしくは戻し管路１０が燃料タンク３に通じている。

燃料系１の運転は、制御兼調整装置（以下においては単に制御装置と呼ぶ）１１によって制御もしくは調整される。この制御装置１１には、高圧燃料アキュムレータ７における圧力を検出する圧力センサ１２から信号が送られる。この圧力センサ１２からの信号に関連して、制御装置１１は特に調圧弁９を制御もしくは調整する。

図２に示された調圧弁９は、内燃機関２の高圧燃料アキュムレータ７における圧力を調整するための高圧調整弁として形成されている。

調圧弁９は特に、特に商用車もしくは産業車におけるコモンレール噴射系において使用するのに適している。

調圧弁９は、高圧燃料アキュムレータ７からの燃料の流出制御を調整するために高圧燃料アキュムレータ７と接続される（図１も参照）。

調圧弁９の基本構造は従来技術に基づいて公知であるので、以下において本発明にとって重要な特徴についてだけ詳しく述べる。

調圧弁９は、弁孔１４を備えた弁座１３を有しており、この弁孔１４を介して調圧弁９は、燃料の流出制御のために高圧燃料アキュムレータ７と接続されている。弁孔１４の開口は、弁ハウジング１６内に可動に支承された弁ピストン１７によって、流出制御される燃料量を調整するために影響される（増大又は縮小される）。

弁ピストン１７は高圧燃料アキュムレータ７における圧力に抗して、ばね１８のばね力によって閉鎖位置に向かって負荷されている。図示の実施形態ではばね１８は圧縮ばねとして形成されている。

さらに、制御装置１１によって制御可能な２つの磁石装置１９，２０が設けられている。第１の磁石装置１９は、ばね力に抗して弁ピストンに対して作用する力を生ぜしめる。第２の磁石装置２０は、ばね力を助成する力、つまり相応に弁ピストン１７に対して作用する力を生ぜしめる。

ばね１８のばね力は、高圧燃料アキュムレータ７における系圧が許容可能な系圧に達した場合に弁ピストン１７に対して前記ばね力とは逆向きに作用する力よりも、小さいように設定されている。

図示の実施形態では、この場合ばね１８のばね力は、高圧燃料アキュムレータ７における平均的な圧力範囲において弁ピストン１７に対して前記ばね力とは逆向きに作用する力に相当している。

さらに第１の磁石装置１９によって、少なくともばね力に相当する力を生ぜしめることができるようになっている。さらにまた、第２の磁石装置２０が生ぜしめることができる力とばね力との和は、高圧燃料アキュムレータ７における系圧が許容可能な系圧に達した場合に弁ピストン１７に対して前記ばね力とは逆向きに作用する力に相当している。

図示の実施形態では、高圧燃料アキュムレータ７における圧力を調整するため、もしくは高圧燃料アキュムレータ７からの燃料の流出制御を調整するために、両方の磁石装置１９，２０が制御装置１１によって制御もしくは調整可能である。

図２から分かるように、弁ピストン１７は図示の実施形態では、可動子プレート１７ａを備えた可動子ピン１７として形成されている。そして可動子プレート１７ａは第１の磁石装置１９と第２の磁石装置２０との間に（移動可能に）配置されている。

両磁石装置１９，２０は図示の実施形態ではマグネットコイル１９，２０として形成されている。

弁孔１４を閉鎖するために、可動子ピン１７の先端は球形先端１７ｂとして形成されている。

図２にはさらに、フィルタ２１（流れ方向で見て弁孔１４の上流側）、戻し開口２２（これは流出制御管路もしくは戻し管路１０に通じている）、フランジ付ねじ２３、弁蓋２４及びコネクタ２５が示されているが、これらの部材の機能については自体公知であるので、説明は省く。

本発明による解決策は、図示の燃料系及び、図示された調圧弁の実施形態に制限されるものではない。調圧弁は構造上、他の構造形式を有することも可能であり、つまりこの場合調圧弁の構造は、ばねによって生ぜしめられる閉鎖力が第１の磁石装置の力に抗して作用し、第２の磁石装置の力がばねの閉鎖力を助成するようになっていればよい。

さらにまた本発明による解決策は、商用車もしくは産業車における使用に制限されるものではなく、乗用車やその他の系、つまり調圧弁特に高圧調整弁が必要なその他の系においても使用することができる（例えば発電電動機、乗用車、海洋における使用、発電所における使用等）。

Claims (10)

1. 内燃機関の燃料系であって、高圧燃料アキュムレータが設けられていて、該高圧燃料アキュムレータから燃料が燃料タンクに流出制御もしくは戻し制御可能である形式のものにおいて、
   高圧燃料アキュムレータ（７）から燃料タンクへの燃料の流出制御もしくは戻し制御を調整するため及び高圧燃料アキュムレータにおける圧力を調整するために調圧弁が使用されており、
   前記調圧弁が高圧燃料アキュムレータと接続可能であり、かつ弁ピストンを有しており、該弁ピストンが、高圧燃料アキュムレータにおける圧力に抗して、ばねのばね力によって閉鎖位置に負荷されており、制御可能な第１の磁石装置が設けられていて、該第１の磁石装置の力が、前記ばね力に抗して弁ピストンに対して作用するものであり、第２の磁石装置（２０）が設けられていて、該第２の磁石装置（２０）の力が、前記ばね力を助成する方向で作用することを特徴とする、内燃機関の燃料系。
2. 前記ばね（１８）のばね力は、高圧燃料アキュムレータ（７）における系圧が許容可能な系圧に達した場合に弁ピストン（１７）に対して前記ばね力とは逆向きに作用する力よりも小さい、請求項１記載の内燃機関の燃料系。
3. 前記ばね（１８）のばね力は、高圧燃料アキュムレータ（７）における平均の圧力範囲において弁ピストン（１７）に対して前記ばね力とは逆向きに作用する力に相当している、請求項２記載の内燃機関の燃料系。
4. 第１の磁石装置（１９）によって、少なくとも前記ばね力に相当する力が発生可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機関の燃料系。
5. 第２の磁石装置（２０）によって発生可能な力と前記ばね力とを足した力が、高圧燃料アキュムレータ（７）における系圧が許容可能な系圧に達した場合に弁ピストン（１７）に対して前記ばね力とは逆向きに作用する力に相当している、請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関の燃料系。
6. 高圧燃料アキュムレータ（７）における圧力を調整するために、前記第１及び第２の磁石装置（１９，２０）が、制御装置（１１）を用いて制御可能もしくは調整可能である、請求項１から５までのいずれか１項記載の内燃機関の燃料系。
7. 弁ピストン（１７）が、可動子プレート（１７ａ）を備えた可動子ピンとして形成されていて、可動子プレート（１７ａ）が第１の磁石装置（１９）と第２の磁石装置（２０）との間に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の内燃機関の燃料系。
8. 前記第１及び第２の磁石装置（１９，２０）がマグネットコイルとして形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の内燃機関の燃料系。
9. 前記ばね（１８）が圧縮ばねである、請求項１から８までのいずれか１項記載の内燃機関の燃料系。
10. 前記内燃機関の高圧燃料アキュムレータが、コモンレール噴射系の高圧燃料アキュムレータである、請求項１から９までのいずれか１項記載の内燃機関の燃料系。

Images