JP4903762B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を噴射するために制御されたインジェクタにより燃焼室に接続されている、少なくとも１つの燃料タンクに燃料を供給するための１つの高圧ポンプを備えた、燃料噴射システム、特にディーゼル内燃機関などの自動点火式内燃機関に関する。

近年のディーゼル内燃機関の燃料噴射システムは今日その多くがコモンレール方式で運転されている。その場合燃料の圧力レベルは、高圧ポンプにより高められる。加圧された燃料はタンクに満たされ、該タンクからインジェクタを介して内燃機関の個々のシリンダに燃料が供給される。

従来のコモンレール・インジェクタでは、インジェクタに存在する圧力がノズルに直接かかるように構成されている。そのため、インジェクション・バルブのニードルシートに損傷があると、漏れが原因で、無制御に継続噴射される危険がある。このシステムにおいては定格量を１１／２から２倍超える噴射量において初めてフローリミッタが介入し、レールと噴射バルブとの間のパイプを閉じる。そのため安全上の理由から、大型ディーゼルエンジンにおいては通常は、噴射イベントと噴射イベントとの間に、高圧の供給圧力をノズルから分離するコモンレール・システムが導入されている。

たとえば特許文献１により知られているスライド式インジェクタには、存在する燃料圧力にとってより適切な構造が備わっている。該構造では制御体が、燃焼室の方向に向って閉じている、外側面に複数の開口部が設けられたスリーブ内で軸方向に移動し、該開口部は、インジェクタが閉じている場合には制御体により閉じられる。制御体内には、軸方向に１つの穴が通っており、該穴には制御体シートの下において複数のクロスホールが設けられており、これらのクロスホールは、制御体が制御体シートから持ち上がるとすぐに、燃料供給システムと連結する。このようなスライド式インジェクタを使用する場合でも、大型ディーゼルエンジンにおいては従来は、噴射イベントと噴射イベントとの間において通常は、高圧の供給圧力をノズルから分離する。

特許文献２より、高圧管を介してインジェクタに連結している、燃料高圧ポンプを備える内燃機関用燃料噴射装置が知られている。これらインジェクタには、燃焼室の方向に向かう開口時行程が制御可能である、外に向かって開いた１つの制御体を備えており、その際、閉じる力とは逆方向に作用する燃料供給圧力により常に開口方向に負荷がかかる。制御体の一部は穴の中で軸方向にクロージングヘッド内に導かれ、制御体全体にわたって噴射開口部が軸方向に連続して２列に並んで分布しており、これら噴射開口部を通じて、インジェクタが開いたときに第１段階では噴射開口部の１列のみが、第２段階では２列の噴射開口部が開口可能である。この噴射装置について、供給圧力が継続的に該バルブ要素にかかる実施例が記述されている。このような実施形態は、燃料供給圧力によりインジェクタ開口方向において制御体に作用する力のために、安全上の理由から導入はほとんど不可能である。
独国特許発明第２８３７６０６号明細書 欧州特許第０７７９９４９号明細書

したがって特許文献１にかんがみて、本発明の課題は、燃料噴射装置の構造を簡略化することである。

この課題は本発明の請求項１に記載の事項により解決される。好適な発展形は従属請求項に記載されている。

本発明の燃料噴射システムには、燃料を少なくとも１つの燃料タンクに供給するための少なくとも１つのポンプ、特に高圧ポンプが備わっており、該燃料タンクは、少なくとも１つの制御装置により制御された、操作装置により操作されるインジェクタに接続しており、該インジェクタの制御体は、好適には完全にインジェクタ内で移動する。このときインジェクタと燃料タンクとは、ディーゼル内燃機関運転中に継続的に接続されている。

燃料噴射システムのための本発明の解決は、スライダ原理に基づいて構成されたインジェクタを使用することにより行うことができる。このような構成においては、インジェクタが閉じている場合には噴射室内では、バルブ開口方向に向けられた制御体にはまったくまたはほとんど力が作用しない。

インジェクタの望ましい実施形態においては、該インジェクタの制御体は、該インジェクタの、燃焼室に向いた端において好適には狭い許容誤差範囲で、インジェクタ・スリーブ内を移動する。このスリーブには、内側のスリーブ底から隔てられて半径方向にまっすぐにまたは外側に向かって斜めに配置された１つのまたは複数の開口部が設けられている。これら開口部の寸法と配置は好適には、制御体の位置にしたがって、実際に負荷がかかっている範囲における適切な噴射体積流のための噴射断面積が解放され、また、完全開口時には、望ましくは完全に負荷がかかる範囲のために必要である最大の噴射断面積が解放されるようになっている。

該解放された噴射断面積は、望ましくは、下端がやはりスライダとして表現される制御体が軸方向に移動することにより生じる。噴射開口部はこのとき望ましくは、インジェクタ・スリーブがまず、制御体が一定の行程だけ持ち上げられたときに初めて解放されるようにインジェクタ・スリーブに配置されている。さらに制御体は望ましくは、同様に制御体が一定の距離だけ持ち上げられて初めて、噴射室と燃料タンクとが接続されるように構成されている。このような構成により、バルブ・ユニットの弁座に損傷や漏れがあった場合でも、バルブ・ユニットにより噴射開口部の範囲が燃料タンクから分離され、噴射開口部が完全に覆われるという長所がある。これらインジェクタのこのような構造原理により、インジェクタを燃焼室に対して確実に閉じること、および、望まない継続噴射を回避することにつながる。

そのために、好適な実施形態においては、制御体の弁座がスリーブ内に設けられているため、該弁座に乗っている制御体により、燃料タンクと噴射開口部との接続が閉じられる。該弁座及びスライダにより閉じられた噴射開口部はそのようにして２つの冗長なバリアを構成することとなるため、弁座内の漏れや、スライダと噴射開口部との間の漏れがあっても、無制御の噴射が回避される。そのため好適に、運転の間ずっと、インジェクタは燃料タンクと連絡することができ、従来のように、安全上の理由から噴射イベントと噴射イベントとの間にインジェクタを燃料タンクから分離する必要がなくなる。

本発明の燃料噴射システムには望ましくは、燃料を燃料タンクに供給する高圧ポンプが備わっている。該燃料タンクは、この目的のために設けられた高圧タンクとして実施することができる。しかしながら、望ましくは、燃料噴射システムの燃料管が適切に大きな体積を示すよう、該燃料管はより大きな断面積で実施されている。このように体積の大きな燃料管（レール）はこのとき望ましくは、これら燃料管が、個々のシリンダに配置されているインジェクタの近くを通るようにエンジンに配置されている。インジェクタは、供給管により望ましくは直接的にこの燃料タンク（タンクまたはレール）に接続されている。前述のように、これらインジェクタは望ましくはスライド式インジェクタとして実施されている。

噴射制御のために望ましくは各インジェクタに操作要素、望ましくは制御バルブが配置されており、該制御バルブは、燃料を燃料貯蔵システムに戻す燃料低圧管に接続されている。

望ましい実施形態においては、該操作要素は電磁石により操作される。この電磁石は望ましくは電子制御装置により制御され、該制御装置はディーゼル内燃機関の多数の運転パラメータを処理し、そこから、操作要素を制御するための制御命令を生成する。好適に導入された電子的制御装置により、噴射システムのインジェクタを操作するサーボモータまたは圧電アクチュエータを制御することも可能である。制御体の制御も行うことが可能である。

記述したインジェクタの好適な構造に基づくことにより、継続噴射を回避するために、内燃機関の当該シリンダの噴射イベントと噴射イベントとの間にインジェクタと燃料タンクとの接続を分離する必要がなくなる。本発明では、操作要素により制御される制御体がインジェクタ内で移動することにより初めて、高圧下にある燃料タンクからインジェクタの噴射室までの接続が成立する。

噴射システムの望ましい実施形態は、インジェクタの制御体が行程制御またはストローク制御されるように構成されている。つまり、該制御体がインジェクタ底から持ち上がる行程が望ましくは操作要素により制御される。好適に設定されたインジェクタ構成においては、所与の行程変更により所定の噴射断面が開く。噴射システムの燃料タンク内の燃料圧力が一定であるため、噴射された体積流は設定可能である。そのため制御体の移動行程に応じて噴射断面を望ましくは自由に選択できる。このことにより、バルブの動きと関連して、可変の噴射率が可能となり、この可変の噴射率によりたとえば予備噴射が簡単に実行できるようになる。それにより制御装置を介して、エンジンの特性マップを介して噴射率を、噴射断面により自由に選択することができる。

噴射イベントと噴射イベントとの間において、燃料タンクとインジェクタとの間で必要な燃料圧力の中断がなくなることにより、本発明の燃料噴射装置においては、通常の燃料噴射装置においてシリンダごとに必要なスイッチ要素およびそれに必要な制御ライン及び供給ラインをなくすことができる。その結果として燃料噴射装置の構造がより簡単になり、その際、インジェクタ内の制御体の移動に応じて噴射率を制御できるという追加的な可能性により、噴射の可変性が改善される。

本発明のさらなる長所、特徴、使用可能性は、以下の説明および図から理解できる。

図１は、既知の燃料噴射システムの配線図を示しており、該燃料噴射システムは高圧ライン１を備え、高圧ライン１により燃料タンク（図示されず）が操作要素１３に連結されており、操作要素１３はインジェクタ５に直接接続されている。操作要素１３は磁気的に制御される操作要素６により操作され、操作要素６は、燃料タンクとインジェクタ５とを連結する高圧ライン１を、インジェクタ５における噴射イベントと噴射イベントとの間で中断する。インジェクタ５のための操作装置は図１には図示されていない。

図２は、本発明のある実施例の燃料噴射システムの配線図である。ポンプ４により燃料が、本図で高圧レールである燃料タンク２に供給され、燃料タンク２は高圧ライン１を介して、大型ディーゼルエンジンの複数のインジェクタ５に接続されている。電磁的に制御される操作要素３は、本発明に基づいて構成されたインジェクタ５を操作する。インジェクタ５は高圧ライン１を介して継続的に燃料タンク２に接続されている。

図２には、静止状態にある操作要素３が図示されている。このスイッチ状態において操作要素３は、インジェクタ５の制御室７に燃料低圧ライン１４をつなぐ。このときインジェクタ５の制御室７の圧力が低下し、それにより制御体９は、高圧室１０の圧力により、バネ８の力とは逆方向に弁座１９から持ち上がり、その持ち上がり運動の間に噴射断面が解放される。

図３は本発明に基づいて制御されるインジェクタ５の例を示しており、インジェクタ５の高圧室１０は、燃料タンク２と連結している高圧ラインに直接的に取り付けられている。インジェクタ５の制御室７は、スロットルを介して高圧ライン１に連結されている。インジェクタ５は、電子制御装置１２により制御される電磁石１１により操作される。インジェクタ５の外側スリーブ２０はワンピースとして実施されており、シリンダの燃焼室に向いていないほうの側において閉じられている。スリーブ２０の、シリンダの燃焼室に向いている側には、内側スリーブの底から隔てられて円周上に複数の開口部２２が分布しており、これら開口部２２は、制御体９が燃焼室から遠ざかる方向に移動することにより、噴射断面積が無段階に拡大するように構成および配置されている。

図示された制御体９の位置では、インジェクタ５の高圧室１０とインジェクタ５の噴射室３１との間は接続されていない。制御体９が、制御体９とスリーブ２０との間にある弁座１９から持ち上げられて初めて、複数の連結開口部２４及び軸方向の供給穴２５を介して、燃料タンク２から噴射室３１への接続が成立する。該制御体が、燃焼室に向いていない方向に引っ込む行程に応じて、制御体により解放された噴射開口部２２の噴射断面積及び、燃焼室内に供給される燃料の体積流が拡大する。断面積が変化するため、噴射される放射状燃料の構造も変化する。

制御体９により閉じることができる噴射開口部２２及び、共同で燃料タンク２の冗長なバリアを形成し、それにより弁座１９損傷時でも無制御の漏れ噴射を回避する、制御体９とスリーブ２０との間の弁座１９を備えるインジェクタ５の構成により、運転中にインジェクタ５と燃料タンク２とを継続的に連結することが可能であるため、噴射イベントと噴射イベントとの間において、該高圧をノズルから遮断する必要がなくなる。

図４は本発明のある実施例の燃料噴射システムの、変種のインジェクタの図であり、該燃料噴射システムはその他の点では図２、図３の説明に対応している。これらの図では、それぞれ対応する要素は同じ記号で表現されており、そのため、以下では先に図２、図３で説明された実施例との差異についてのみ説明する。

図３では、１つの共通のタンク２から供給される複数のインジェクタを備える標準的なコモンレール・システムが図示されているのに対し、図４に図示された実施例においては、各インジェクタは、それぞれが独自のタンク３２を持つタンク・インジェクタとして構成されている。このタンク３２は好適にはそれぞれのタンク・インジェクタに統合されている。

既知の燃料噴射システムの配線図である。 本発明のある実施例の燃料噴射システムの配線図である。 図２の燃料噴射システムのインジェクタの図である。 図２の燃料噴射システムの、変種のインジェクタの図である。

符号の説明

１ 高圧ライン
２ 燃料タンク
３ 操作要素
４ ポンプ
５ インジェクタ
６ 操作要素
７ 制御室
８ バネ
９ 制御体
１０ 高圧室
１１ 電磁石
１２ 電子的制御装置
１３ 操作要素
１４ 燃料低圧ライン
１９ 弁座
２０ スリーブ
２１ 高圧ライン
２２ 開口部
２４ 連結開口部
２５ 軸方向の供給穴
３１ 噴射室
３２ タンク

Claims (8)

1. 少なくとも１つの燃料タンク（２）に燃料を供給するための少なくとも１つのポンプ（４）を備えた、特に自動点火の内燃機関のための燃料噴射システムであって、
   該燃料タンク（２）は少なくとも１つの制御装置（１２）により制御された、操作装置（３）により操作されるインジェクタ（５）に接続されており、該インジェクタ（５）の制御体（９）は前記インジェクタ（５）内で移動し、その際各前記インジェクタ（５）のスリーブ（２０）には内側スリーブ底から所定の距離を置いて、制御体により閉じることが可能な噴射開口部（２２）が設けられており、前記制御体（９）と前記スリーブ（２０）との間には弁座（１９）が設けられており、該弁座（１９）は、前記制御体（９）が持ち上げられると前記噴射開口部（２２）への接続を開く、燃焼噴射システムにおいて、運転中に前記インジェクタ（５）と前記燃料タンク（２）との間に継続的な接続が成立しており、
   前記制御体（９）が所定の行程だけ持ち上げられたときに初めて、噴射室（３１）と前記燃料タンク（２）との間の接続が成立すると同時に、前記噴射開口部（２２）が解放されることにより、前記インジェクタ（５）が閉じている場合には、前記噴射室（３１）内でバルブ開口方向に向かう力が前記制御体（９）に作用しないように前記インジェクタ（５）が構成されていることを特徴とする燃料噴射システム。
2. 前記制御体（９）が所定の行程だけ持ち上げられたときに初めて、噴射室（３１）と前記燃料タンク（２）との間の接続が成立することを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射システム。
3. 前記制御体（９）が所定の行程だけ持ち上げられたときに初めて、前記噴射開口部（２２）が解放されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の燃料噴射システム。
4. 前記インジェクタ（５）の前記制御体（９）が行程制御またはストローク制御されることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
5. 前記インジェクタ（５）が閉じている場合には、前記噴射室（３１）内でバルブ開口部方向に向かう力が前記制御体（９）にほとんど作用しないように前記インジェクタ（５）が構成されていることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
6. 前記制御体（９）の位置により開口部断面積が設定されるように前記噴射開口部（２２）の寸法と配置が決められることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
7. 各前記インジェクタ（５）に操作要素（３）が配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。
8. 前記操作要素（３）が電磁石またはサーボモータまたは圧電アクチュエータにより操作されることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の燃料噴射システム。

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