JPH09512325A - 内燃機関のための燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、内燃機関のための燃料噴射装置であって、燃料を低圧室（７）から高圧導管（９，２１）を介して、供給しようとする内燃機関の燃焼室内に突入する少なくとも１つの噴射弁（２３）に送るための燃料圧送ポンプ（１）と、少なくとも１つの高圧導管（９，２１）内で最大燃料貫流量を制限する貫流制限弁（２７）とを備えており、該貫流制限弁（２７）が、軸方向で摺動可能な弁部材（３５）を有していて、該弁部材（３５）が、その閉鎖位置で噴射弁（２３）に向かう方向に流れる燃料によって、最大燃料貫流量を越えた時に戻しばね（４３）のばね力に抗して弁座（３９）に当てつけられるようになっており、弁座（３９）から持ち上げられた弁部材（３５）を通る燃料貫流量が、弁部材（３５）に設けられた少なくとも１つの絞り箇所（４９，５０）によって調節可能である形式のものに関する。この場合、最小の漏れ量を検出することができるようにするために、貫流制限弁（２７）は、弁部材（３５）が各噴射毎に弁座（３９）に向かう方向で１回のストローク運動を行うが、この弁座（３９）には高圧導管が非気密な状態でのみ達するように構成されており、少量の漏れ量においては、弁部材（３５）の初期位置が噴射段階中に弁座（３９）に向かう方向で移動するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関のための燃料噴射装置 本発明は、請求項１の上位概念に記載した内燃機関のための燃料噴射装置に関 する。このような形式の、ドイツ連邦共和国特許出願第４４１４２４２号明細書 により公知の燃料噴射装置においては、燃料圧送ポンプが燃料を低圧室から高圧 収集室に圧送する。この高圧収集室は、高圧導管を介して、供給しようとする内 燃機関の燃焼室内に突入する噴射弁に個別に接続されており、この共通の圧力貯 蔵システム（Common Rail）は、高圧ポンプに設けられた圧力制御装置によって 所定の圧力に調節可能であるので、噴射弁の噴射圧を、回転数とは無関係に、供 給しようとする内燃機関の全運転特性フィールドに亙って規定することができる 。噴射弁の噴射量及び噴射時間を制御するために、この噴射弁においてそれぞれ １つの、電気式に制御される制御弁が高圧導管内に挿入されており、該高圧導管 の開閉制御によって、噴射弁における燃料高圧噴射が制御される。 さらにまた、公知の燃料噴射装置は高圧導管内に貫流制限弁を有しており、該 貫流制限弁は、漏れが生じた時に閉鎖し、これによって、制御不能な燃料の流出 及びこれに関連した危険性を確実に避けることができ る。このために貫流制限弁は可動な弁部材を有しており、該弁部材は、貫流制限 弁の下流において、高圧導管内での所定の圧力低下から、流入してくる燃料によ って戻しばねのばね力に抗して弁座に気密に押しつけられ、これによって高圧導 管を閉鎖する。しかしながらこの公知の貫流制限弁は、比較的大きい漏れ量にし か応答しないので、小さい漏れ量は気づかれずに流出してしまうという欠点があ る。 発明の利点 これに対して、請求項１に記載した特徴を有する本発明の燃料噴射装置は、高 圧導管内の少量の漏れ量でも検出することができ、それぞれの貫流制限弁によっ てこの高圧導管が閉鎖されるようになっているという利点を有している。非常に 少量の貫流率においても、このように損失を検知することによって、完全に閉鎖 していない噴射弁も確認され、エンジン駆動装置によって遮断されるので、エン ジンにおける重大な連続損失は避けることができる。 この場合、少量の漏れ量においても貫流制限弁の応答は、貫流制限弁の弁部材 の絞り横断面、及び戻しばねのばね力を、噴射弁における流量率に応じて、本発 明に従って合わせることによって、有利な形式で行うことができる。これは、絞 り横断面及びばね力が、完全な高圧導管においても噴射弁の噴射中に弁部材が弁 座に向かって摺動される程度に低く設定されることに よって、得られる。 この場合、貫流制限弁と噴射弁との間の高圧導管内の圧力低下によって生ぜし められる、このような弁部材のストロークは、貫流制限弁の閉鎖位置において弁 座に当接するまでの、弁部材の最大ストロークよりも小さい。完全な高圧導管及 び噴射弁においては、弁部材は、閉じた噴射弁において貫流制限弁の前後で高圧 導管内に同じ圧力が形成されるのに従って、再びその初期位置に戻る。これに対 して、破損した場合には、弁部材はその圧力差に従ってその初期位置に再び戻る ことはないので、次いで行われる、高い初期位置から弁座に向かうストローク運 動は、貫流制限弁が閉じられるまで行われる。 このような形式で、貫流制限弁には有利な形式で、少量の漏れ量、及び対応す る導管の閉鎖を検知することができるという不可欠な特性が与えられる。漏れ量 が多い場合には、貫流制限弁と噴射弁との間の導管内の圧力は、流入してくる燃 料が弁座を直ちに弁座までシフトさせる程度に強く低下するので、この場合、貫 流制限弁は直ちに閉鎖する。 貫流制限弁の弁部材は、構造的に簡単な形式で鉢状のピストンとして構成され ており、この場合絞り箇所は例えばピストンの閉鎖した端面に形成された貫流開 口によって形成されている。 二者択一的に、弁部材に挿入された絞り挿入体に絞 り箇所を設けることも可能である。この絞り挿入体は、簡単に交換することがで き、これによって、各噴射システムのそれぞれの必要に容易に合わせることがで きる。 確実な弁閉鎖のために、シール面及び弁座は円錐形に形成されており、この円 錐形のそれぞれの角度は、貫流開口のシール面側の出口開口が、閉鎖した端面に おいて噴射弁に向かう流れ方向で見て、有効シール縁の手前に位置している。 貫流制限弁を、高圧収集室（Common Rail）を備えた燃料噴射装置の高圧導管 内に配置すれば特に有利である。何故ならば、この箇所では、高圧収集室と噴射 弁との間の導管が非気密であると、噴射システム全体が故障するが、残りの噴射 弁の非常運転は可能だからである。 本発明の別の利点及び有利な構成要件は、実施例の説明、図面及び請求項に記 載されている。 図面 内燃機関のための本発明の燃料噴射装置の２つの実施例が図面に示されていて 、以下に詳しく説明されている。 図１には、挿入された貫流制限弁を有する燃料噴射装置の構成の概略図が示さ れており、図２には、絞り挿入体を備えた貫流制限弁の第１実施例の断面図、図 ３には、弁部材の端面壁内で絞り孔を備えた貫流制限 弁の第２実施例の断面図、図４は、噴射弁における２つの噴射時間にわたる、高 圧導管内の少量の漏れがある場合及びない場合の弁部材ストローク運動の経過を 示す線図が示されている。 実施例の説明 図１に示した内燃機関のための燃料噴射装置においては、例えばピストンポン プとして構成された高圧ポンプ１が燃料を、フィルタ３を有する吸気導管５を介 して、燃料タンクとして構成された低圧室からフィード導管９を介して、高圧で 、互いに平行に配置された２つの高圧収集室１１内に供給する。フィード導管９ 及び高圧収集室１１内の圧力の制御は、公知の形式で、高圧収集室１１若しくは フィード導管９から導出された図示していない戻し導管内に設けられた同様に図 示していない圧力弁によって、及び供給しようとする内燃機関の運転パラメータ に応じて電子式の制御装置１９で燃料圧送ポンプ１のフィード量を調整すること によって行われる。 高圧収集室１１からはさらに、高圧導管２１が、供給しようとする内燃機関の 燃焼室内に突入する個別の噴射弁２３に分岐している。この場合、噴射過程を制 御するために、電子式の制御装置１９によって制御される、各噴射弁２３に設け られたそれぞれ１つの制御弁２５が高圧導管２１内に挿入されており、該制御弁 ２５を介して、低圧室７に分岐する高圧導管２９と噴 射弁２３との接続部が開放制御される。 高圧収集室１１におけるフィード圧導管９又は高圧導管２１が破損した場合に 、この破損個所から燃料が不都合に漏れ出るのを避けるために、この導管９，２ １内にさらに貫流制限弁２７が設けられており、この貫流制限弁２７は、有利に は高圧収集室１１に直接若しくはその近くに配置されている。この貫流制限弁２ ７の使用は、その他の別の構成のすべての燃料噴射装置、例えば列型ポンプを備 え高圧収集室を備えていない燃料噴射装置に選択的に使用することができる。 図２の閉鎖位置で詳しく図示した貫流制限弁２７は弁体３１を有しており、該 弁体３１内に、段付き孔として構成された貫流孔３３が設けられている。この貫 流孔３３内では、鉢状の弁部材３３が軸方向摺動可能にガイドされている。この 場合、弁部材３５は、その円筒形の外周面と閉じた端面壁との間の円錐形の移行 面を有しており、弁部材３５はこの移行面と共に弁シール面３７を形成していて 、この弁シール面３７は、貫流孔３３の円錐形の横断面移行部に形成された弁座 ３９と協働する。弁シール面３７の、弁座３９とは反対側の端部には、貫流開口 ４１有利には孔が設けられており、該貫流開口４１を介して、弁部材３５が弁座 ３９から持ち上げられた状態で、燃料は、弁部材３５の内部から弁座３９に、こ こからさらに、この弁座３９に接続された、貫流制限弁２７の開放方向で弁部材 ３５を負荷する戻しばね４３を受容する孔部分に流れ込む。この孔部分は、弁部 材３５とは反対側の、弁座３９の部分で弁座に隣接している。この場合、弁シー ル面３７及び弁座３９の角度は、貫流開口４１のシール面側の吐出開口が、噴射 弁に向かう流れ方向で見て、弁座３９と弁シール面３７との間に形成されたシー ル縁の手前に位置するように設計されている。 弁部材３５は、その開放する端部が、燃料流れ方向とは逆方向で、弁体３１と フィード導管９との接続部に若しくは高圧収集室１１に向けられていて、弁シー ル面３７を有する閉鎖した端部が、燃料流れ方向で接続スリーブ４５に向けられ ているように、貫流孔３３内に挿入されている。接続スリーブ４５では、高圧収 集室１１（フィード導管９内に挿入されている場合）又は高圧導管２１が噴射弁 ２３に接続されている。 弁部材３５はさらに、燃料が貫流する内部で、貫流開口４１に前置接続された 、絞り箇所４９を備えた絞り挿入体４７を有しており、この絞り箇所４９は有利 には絞り孔によって形成されている。 弁部材３５を開放方向でストローク制限するために、貫流開口を備えたストッ パ部材５１が弁体３１の貫流孔３３内に挿入、有利にはねじ込まれている。この ストッパ部材５１の、弁部材３５に向けられた端面５３は、弁部材３５の開放す る端面側と協働するストッパを形成している。この場合、ねじ込み深さに亙って 、弁部材３５の開放ストローク運動及びひいては弁座３９における開放横断面を 調節することができる。 図３に開放位置で示された、貫流制限弁２７の第２実施例は、図２に示した第 １実施例とは、絞り箇所の配置が異なっているだけである。つまりこの第２実施 例においては、絞り箇所は、弁シール面３７を形成する、弁部材３５の閉じた端 面側に設けられた絞り孔５５によって形成されている。絞り孔５５は、図２に示 した貫流開口４１の代わりに設けられている。 次に図４の線図を用いて、貫流制限弁２７の機能について説明する。貫流制限 弁２７の機能は、弁部材３５に設けられた絞り横断面、及び戻しばね４３のばね 力を、噴射弁２３の流過率及び貫流制限弁２７の流過率に応じて調節することに よってのみ得ることができる。 絞り横断面及び戻し力の調節は、燃料噴射中における高圧導管２１内の圧力低 下が、弁座３９に向かう方向での弁部材３５のストローク運動を行うために、既 に十分である形式で行われる。この場合、弁部材３５の直径及び最大ストローク は、弁部材３５のこの閉鎖ストローク運動が、損傷のない高圧導管２１において 最大噴射率及びひいては最大貫流率においても、弁座３９まで達することがない ように設計されているので、貫流制限弁２７は閉じることがない（図３）。噴射 弁の燃料噴射終了後に、噴射段階中の貫流制限弁２７ のまだ残っている開放横断面を介して、貫流制限弁２７と噴射弁２３との間の高 圧導管２３内で圧力が、高圧収集室１１と貫流制限弁２７との間の高圧導管圧力 に再び高められ、この場合に、弁部材３５に作用するばね力が、弁部材３５をそ の開放初期位置に戻す。 このために、貫流制限弁２７の弁部材３５の絞り横断面を設定することによっ て、戻しばね４３のばね力及び、弁横断面を調節することができる、貫流制限弁 ２７における燃料流過率を、噴射段階中での最大許容回転数及び噴射量において 、最大許容噴射量よりも多い量が流れるように、調節される。 この過程は、噴射毎に繰り返され、この場合、弁部材３５は、損傷していない 高圧導管２１においては弁座３９に達することがなく、ひいては貫流制限弁２７ を閉鎖することがない。開閉方向でのこのような弁部材ストロークは、図４の線 図に示されており、この図４において実線は損傷のない運転に相当する。 損傷がある場合（少量の漏れ量）、噴射弁２３に通じる高圧導管２１内の圧力 は、もはや完全に噴射中断中に形成されないので、圧力制限弁２７の前後で圧力 差が生じ、この圧力差は、噴射段階に続く、弁部材３５の戻り運動が噴射中断中 に損傷のない運転時におけるよりも小さくなるように作用する。この場合、この 戻り運動（図４の線図で破線で示されているように）は、より高い開放位置の初 期位置まで達するだけであ る。 続いて行われる噴射過程中に、弁部材３５は前述のように、新たに同じストロ ークだけ弁座３９に向かって移動せしめられ、高められた初期位置に基づいて、 この（又はその後の）噴射時において弁座３９に達するので、圧力制限弁２７は 摺動せしめられる。次の噴射中断中においては、圧力制限弁２７の前後における 高圧導管２１内で圧力補償が行われない（ばね力は導管内標準圧力よりも小さい ）ので、圧力制限弁２７は確実に閉鎖され、これによって、損傷のない高圧導管 において燃料が不都合に吐出することは避けられる。 この場合、圧力制限弁２７の完全な閉鎖は、図４に示されているように、２回 の噴射段階及び弁部材ストローク後に既に行われる。しかしながら非常に少量の 漏れ量においては、貫流制限弁２７の完全な閉鎖が、複数回の噴射後にはじめて 行われるようにすることも可能である。この場合、弁部材３５は、このような形 式の初期レベル（噴射時のストローク運動中に弁座３９に達するのに十分である ）と一緒に移動する。この場合、閉鎖時点の速度若しくは少量の漏れ量の検出感 度は、所定の漏れ量に合わせてばね及び絞りを調節することによって正確に調節 することができる。 圧力制限弁２７の前後で漏れ量が多く圧力差が大きい場合には、圧力制限弁２ ７における貫流量は、絞り横断面に亙って調節可能な、絞り抵抗の最大値が超過 される程度に多くなる。これによって、燃料は弁部材３５を通って流れず、流入 してくる燃料は弁部材３５を、直ちに戻しばね４３のばね力に抗して弁座３９に 当接するまでシフトさせて、この位置で不動に保持するので、貫流制限弁は、損 傷があって漏れ量が多い場合に、迅速かつ確実に閉鎖する。 戻しばね４３は、損傷のない運転時の弁部材３５での最大許容貫流量において 、高圧導管２１内若しくは高圧収集室１１内での標準圧力（Standdruck）と協働 して、弁座３９に向かう方向でのストローク運動後でも、弁部材３５が、噴射中 に確実に弁座から持ち上げられて保持されるように設計されている。 しかしながら、付加的な対抗圧力として開放方向に作用する標準圧力が、例え ば高圧導管２１が破損して燃料がこの導管から制御不能に流出することによって 失われると、戻しばね４３のばね力だけでは、絞り箇所に向かって流れ込む燃料 の力に抗して弁部材３５を弁座３９から持ち上げて保持し、かつ、貫流制限弁２ ７を閉鎖するためには、もはや不十分である。 そこで本発明による貫流制限弁２７の構成及び機能によれば、高圧導管２１に おける漏れ量が非常に少量な場合でも、大量な場合でも、燃料噴射装置において 燃料が不都合に漏れ出ることを検出して、これを貫流制限弁２７を閉鎖すること によって確実に避けることが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 み達するように構成されており、少量の漏れ量において は、弁部材（３５）の初期位置が噴射段階中に弁座（３ ９）に向かう方向で移動するようになっている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関のための燃料噴射装置であって、燃料を低圧室（７）から高圧導 管（９，２１）を介して、供給しようとする内燃機関の燃焼室内に突入する少な くとも１つの噴射弁（２３）に送るための燃料圧送ポンプ（１）と、少なくとも １つの高圧導管（９，２１）内で最大燃料貫流量を制限する貫流制限弁（２７） とを備えており、該貫流制限弁（２７）が、軸方向で摺動可能な弁部材（３５） を有していて、該弁部材（３５）が、その閉鎖位置で噴射弁（２３）に向かう方 向に流れる燃料によって、最大燃料貫流量を越えた時に戻しばね（４３）のばね 力に抗して弁座（３９）に当てつけられるようになっており、弁座（３９）から 持ち上げられた弁部材（３５）を通る燃料貫流量が、弁部材（３５）に設けられ た少なくとも１つの絞り箇所（４９，５０）によって調節可能である形式のもの において、 弁部材（３５）の絞り横断面と戻しばね（４３）のばね強度が、噴射弁（２３ ）における流過率に応じて、噴射弁（２３）における噴射過程中に既に、貫流制 限弁（２７）の弁部材（３５）の閉鎖方向での、最大ストロークよりも小さい調 節運動が得られるように調節されており、 貫流制限弁（２７）の弁部材（３５）が、損傷のな い運転時の噴射中断中にその初期位置に戻るようになっており、 貫流制限弁（２７）と噴射弁（２３）との間の高圧導管（２１）が非気密であ る場合には、貫流制限弁（２７）の弁部材（３５）が、その初期位置に戻らない ようになっている、 ことを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射装置。 ２．貫流制限弁（２７）の弁部材（３５）の絞り横断面、戻しばね（４３）の ばね力並びに弁横断面を相応に設計することによって調節可能な、貫流制限弁（ ２７）における燃料流の流過率が、内燃機関の最大許容回転数及び最大許容噴射 量において、噴射中断中に、許容噴射量よりも多い量が貫流する程度に高く設定 されている、請求項１記載のな燃料噴射装置。 ３．貫流制限弁（２７）の弁部材（３５）が鉢状に構成されていて、この弁部 材の開放した端面側が、高圧ポンプ（１）に接続された、高圧導管（２１）の部 分に接続され、弁部材の閉鎖した端面側が、弁座（３９）と協働する弁シール面 （３７）を形成しており、弁部材の閉鎖した端面に少なくとも１つの貫流開口（ ４１）が設けられており、該貫流開口（４１）の、弁シール面（３７）における 出口開口が、噴射流方向で見て弁座（３９）の手前に配置されている、請求項１ 記載の燃料噴射装置。 ４．貫流制限弁（２７）の弁部材（３５）の閉鎖した端面側（３７）に設けら れた貫流開口が絞り孔（５５）として構成されている、請求項３記載の燃料噴射 装置。 ５．貫流制限弁（２７）の弁部材（３５）が、絞り箇所（４９）を備えた絞り 挿入体（４７）を有している、請求項３記載の燃料噴射装置。 ６．弁部材（３５）の弁シール面（３７）及び貫流制限弁（２７）の弁座（３ ９）が円錐形に構成されている、請求項３記載の燃料噴射装置。 ７．貫流制限弁（２７）の戻しばね（４３）が、弁部材（３５）における弁シ ール面（３７）の平らな部分と貫流孔（３３）の孔段部との間に緊締されている 、請求項３記載の燃料噴射装置。 ８．燃料高圧ポンプ（１）と噴射弁（２３）との間の高圧導管（９，２１）内 に、共通の高圧収集室（１１）が挿入されていて、該高圧収集室（１１）内に、 燃料高圧ポンプ（１）が送られ、各高圧導管（２１）から噴射弁（２３）に導出 されるようになっている、請求項１記載の燃料噴射装置。