JP2004506843A - スプリットレール式ガソリン燃料供給装置のための自己調節切換え - Google Patents

Abstract

自動車用のコモンレール式燃料噴射装置は、少なくともひとつの燃料インジェクタ（１８）に流体接続されているディストリビュータレール（１６）と、このディストリビュータレールに流体接続されているアキュムレータ（１４）と、低圧供給装置（２０，２２，２４）からの燃料を受け入れる入口及び燃料を高圧で前記アキュムレータ（１４）に供給する出口室（１２）を有する高圧燃料ポンプ（１０）とを包含する。そして、再循環弁（５２）が前記ポンプ出口室（１２）、前記アキュムレータ（１４）及び前記低圧供給装置に流体接続され、第１の位置では前記ポンプ出口室（１２）を前記アキュムレータ（１４）に流体接続し、また第２の位置では前記ポンプ出口室（１２）を前記低圧供給装置に流体接続し、燃料を低圧で前記高圧ポンプを通して再循環せしめる。更に、切換弁（５０）が前記ポンプ出口室（１２）、前記アキュムレータ（１４）及び前記再循環弁（５２）に流体接続され、第１の位置では前記再循環弁（５２）をその前記第１の位置に動かし、また第２の位置では前記再循環弁（５２）をその前記第２の位置に動かす。前記切換弁（５０）は設定値圧力を有し、これにより、前記アキュムレータ（１４）の圧力が前記設定値以下であるときには前記再循環弁（５２）がその前記第１の位置に動かされ、また前記アキュムレータ（１４）の圧力が前記設定値に達したときには前記再循環弁（５２）がその前記第２の位置に動かされる。

Description

【０００１】
【発明の背景】
ガソリンエンジン用のコモンレール式高圧直接噴射を用いることに関心が増加することで、多数の可能性のある利点が自動車産業を捜し求めるために導かれている。一定の設計制限又は困難は、これらの利点を完全に成し遂げるうえにおいて生ずるものと思われる。
【０００２】
燃料の高レベル（例えば、１００バール以上）への加圧は、かなりのポンピングパワーを必要とし、これはかなりの熱を発生せしめる。更に、自動車産業においては、一層高いレール圧力、すなわち２００バール以上を求めている。この熱は、もし高く加圧した燃料をエンジンシリンダ内にすぐに噴射することができる場合には、大部分消失させることができる。しかしながら、これは不可能である。なぜなら、燃料ポンプ流量率は典型的にエンジンクランキングのための大きさとされ、クランキング状態では高い流量率で２０−３０バールの圧力であり、これに対し、典型的な安定した状態のクリージング状態は単に非常に低い流量率で１００バールを必要とする。したがって、従来のポンピング設計においては、典型的な１時間の自動車使用時間の経過の間に噴射圧力を生じさせる燃料の量は、同じ使用時間の間に実際に噴射される燃料の量よりも非常に多い。予測定及び種々のスピル制御技術がこの点について幾つかの利点のために用いることができるけれども、これらの技術がいずれも高圧ポンプそれ自体のパワー出力を十分満足に調節するものではない。
【０００３】
他の困難は、高圧ポンプがエンジンにより直接に（例えば、クランクシャフト、カムシャフト、付属ベルトにより）駆動されることにより生ずる。すなわち、一時的に、燃料指令が低いときに（例えば、下り坂又はギヤをシフトする間）、エンジンは回転することを続け、ポンプはすでに最大圧力であるコモンレールに高圧燃料を供給することを続ける。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、レール圧力を１００バール以上に上昇せしめて維持するための高圧放出がエンジン指令に応答する高圧ガソリンコモンレール式直接噴射型燃料供給装置を提供することにある。放出した燃料に付与されるエネルギ（例えば、圧力の増大）は、従来の燃料供給装置と比べて、時間をかけて十分に減少させられる。
【０００５】
【発明の概要】
本発明によれば、インジェクタが接続されているディストリビュータ部分とこのディストリビュータ部分内に目標圧力を維持するアキュムレータ部分とを有するコモンレール式燃料供給装置に、多機能弁が設けられる。本発明は、作動の３つのモードを行うための圧力ベースドループ制御を提供する。それぞれ高圧ポンプの吐出部に直接に流体接続されている切換スプール弁及び再循環スプール弁は、第１のモードでのアキュムレータ内の圧力に抗しての加圧燃料のポンピングと、第２のモードでの燃料供給源への低圧吐出燃料の再循環との間の相互作用の自己調節を提供する。この方法によれば、燃料は、目標アキュムレータ圧力及び／又はアキュムレータとディストリビュータ部分との間の差圧を維持することが必要とされたときに、ただ間欠的に高く加圧される。第３の弁、すなわち放出弁が、第３のモードを行うために、アキュムレータ、ディストリビュータレール及び低圧供給源に直接に流体接続され、これによりディストリビュータ内の圧力を供給源の低圧にさらすことによって減少せしめることができる。
【０００６】
本発明を実施する好適な燃料噴射装置は、少なくともひとつの燃料インジェクタに流体接続されているディストリビュータレールと、このディストリビュータレールに流体接続されているアキュムレータと、低圧供給装置からの燃料を受け入れる入口及び燃料を高圧で前記アキュムレータに供給する出口室を有する高圧燃料ポンプとを包含する。そして、再循環弁が前記ポンプ出口室、前記アキュムレータ及び前記低圧供給装置に流体接続されている。この再循環弁は、第１の位置では前記ポンプ出口室を前記アキュムレータに流体接続して高圧燃料を前記アキュムレータに供給し、また第２の位置では前記ポンプ出口室を前記低圧供給装置に流体接続し、燃料を実質的に前記低圧供給装置の圧力で前記高圧ポンプを通して再循環せしめる。更に、切換弁が前記ポンプ出口室、前記アキュムレータ及び前記再循環弁）に流体接続されている。この切換弁は、第１の位置では前記再循環弁をその前記第１の位置に動かし、また第２の位置では前記再循環弁をその前記第２の位置に動かす。前記切換弁は設定値圧力を確立する手段を包含し、これにより、前記アキュムレータの圧力が前記設定値以下であるときには前記切換弁が前記再循環弁をその前記第１の位置に動かし、また前記アキュムレータの圧力が前記設定値に達したときには前記切換弁が前記再循環弁をその前記第２の位置に動かす。
【０００７】
本発明の燃料噴射装置は、好適には、前記アキュムレータ、前記低圧供給装置及び前記ディストリビュータレールに流体接続されている放出弁を包含し、この放出弁は、第１の位置では前記アキュムレータを前記ディストリビュータレールに流体接続して前記アキュムレータ内の高圧の燃料を前記ディストリビュータレールに供給し、また第２の位置では前記ディストリビュータレールを前記低圧供給装置に流体接続して前記ディストリビュータレールの圧力を受ける。この放出弁は、前記第２の位置では、前記ディストリビュータレールを前記アキュムレータから流体遮断し、これにより前記アキュムレータ圧力は軽減されない。
【０００８】
当技術分野の当業者は、本明細書に詳述している本発明が上述の目的を達成することを容易に認識できよう。
【０００９】
【詳細な説明】
図１に示される本発明の一実施例によれば、高圧ポンプ１０は燃料を高圧ポンピング室１２に吐出し、この高圧ポンピング室は吐出通路１２ａ及び１２ｂを有している。主高圧燃料供給通路は通路１２ａからアキュムレータ１４に続いており、このアキュムレータで燃料はレールのディストリビュータ部分１６の圧力以上のポート４８及び５６を通しての差圧で、例えば１００バール以上に維持される。電子制御装置からの噴射指令に応答して燃料をエンジン内にパルス状に噴射するために、複数のインジェクタ１８がレールのディストリビュータ部分の燃料圧力にさらされる。例えば大気圧の燃料タンク２０又は他の燃料供給源は低圧燃料ポンプ２４への燃料通過通路２２を提供し、この低圧燃料ポンプは燃料を高圧ポンプ１０に供給する。
【００１０】
作動の多モードを成し遂げるために、通路２８及び３０が再循環スプール弁５２及び関連する室を通して及び切換スプール弁５０及び関連する室を備えて（ポート３６及び３８を介して）通路１２ａに選択的に流体接続される。通路１２ｂは、同様に、切換スプール弁５０の室に選択的に流体連通する。通路２２は、スプリット通路３２及び３４を通してスプール弁５０の室に選択的に流体連通する。通路２６は、アキュムレータ１４を切換スプール弁５０の室に流体接続する。通路２８及び３０は、少なくとも通路２６を通しての圧力フィードバックに基づき、弁５０及び５２の動きをもたらすために設けられている。ポート４０及び４２は、スプール弁５２の室を大気圧（燃料タンク２０）及び高圧アキュムレータ１４にそれぞれ流体接続する。ポート４６，４８及び５６は、関連する室の作動放出弁５４の動きにしたがって選択的に流体接続することができる。
【００１１】
好適な実施例においては、図２に示されるように、ディストリビュータレール部分１６は通路５８を通して室６０に流体接続され、これにより切換弁５０のためのバイアスを提供する。以下、図２を参照して説明を続ける。
【００１２】
作動のアキュムレータ充填モードはクランキング中に連続して発生し、このモードでは、エンジンはほんの約１００ＲＰＭで回転し、ディストリビュータレール部分１６への最大の燃料供給が望まれるが、しかしクルージング中は間欠的に望まれる充填のために、切換弁５０は右側へ動き、フィードバック通路２６を閉じると共にポート３８を開き、弁５２は右側へ動くことができ、これによりポート４２を開く。弁５４はその通常（非作動）状態であり、ポート４８及び５６を開き、一方ポート４６を閉じる。ディストリビュータレール部分１６内の圧力は通路５８を通して切換弁５０の室にフィードバックされ、一方アキュムレータ圧力は通路２６を通して切換弁５０の室にフィードバックされる。流れは、通路３４及び２２を通して切換弁５０の室から燃料タンク２０に（又は、同等には、供給ポンプへの入口室又は他の低圧地点に）排出される。これは、アキュムレータからのフィードバック圧力が増大して切換スプール弁５０が通路３４へのベントポートを遮断し、弁５０を左側へ動かすまで、続く。
【００１３】
アキュムレータが目標圧力（典型的には、１００バール以上）であるときには、再循環モードが高圧ポンプの圧力出力を減少せしめる。すなわち、通路１２ｂ内の高圧力が切換弁５０を動かし、切換弁５０は通路３４を閉じると共にベント通路３２及びポート３８を開く。この高圧力は、通路３０に加えられ、再循環弁５２を動かし、ポート４２を閉じると共にポート４０を開く。再循環弁５２の室の排出は、通路２８及び３２を通して行われる。その後、アキュムレータ圧力が目標閾以上を維持している限りは、高圧ポンプはアキュムレータ内の高圧に抗してポンピングしないが、燃料供給源２０の低圧に抗してはポンピングする。アキュムレータ１４内の圧力が降下して、ディストリビュータレール１６内の圧力に近づくと、戻しばね６２が切換弁５０を充填モードにリセットする。パルス状噴射量、レール圧力、ポンピング圧力、インジェクタ指令信号及び再循環弁の動きの関係は、図３に示されている。明らかに、高圧ポンプは、複数、例えば４〜６又はそれ以上の噴射期間の間、高圧ポンピング総効率を軽減されている。これは、発生する熱に加えて、ポンプの電力要求を減少せしめる。
【００１４】
作動の第３モードにおいて、レール圧力は放出弁５４を外から（右側）へ動かすことにより迅速に減少せしめることができる。これは、実際に、新しい所望レール圧力が成し遂げられるまで、ポート５６及び４６を直接通してディストリビュータ１６内の高圧燃料を多少放出してその圧力を燃料供給源２０の圧力にまで落す。ポート４８は閉じられ、これによりアキュムレータ圧力は燃料の放出中維持され、これにより通常の充填及び再循環モードの復旧を容易にする。弁５４は、例えば、自動車が停止させられたとき又は下り坂を走行するときにレール圧力を減少せしめるために作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の模式図であり、本実施例によれば、目標アキュムレータ圧力及び／又はアキュムレータとディストリビュータとの間の差圧を維持することが必要とされたときに、切換スプール弁が燃料噴射装置の圧力差に応答して再循環スプール弁を作動せしめ、これにより燃料が単に間欠的に高く加圧される。
【図２】本発明の第２の実施例の模式図であり、本実施例においては、ディストリビュータレール圧力が切換スプール弁へのバイアスを与える。
【図３】パルス状噴射量、レール圧力、ポンピング圧力、インジェクタ指令信号及び再循環弁の動きの模範的な関係を示すグラフである。

Claims (8)

1. 自動車用のコモンレール式燃料噴射装置において、
   少なくともひとつの燃料インジェクタ（１８）に流体接続されているディストリビュータレール（１６）と、
   このディストリビュータレールに流体接続され、高圧燃料を前記ディストリビュータレールに供給するアキュムレータ（１４）と、
   低圧供給装置（２０，２２，２４）からの燃料を受け入れる入口及び燃料を高圧で前記アキュムレータ（１４）に供給する出口室（１２）を有する高圧燃料ポンプ（１０）と、
   前記ポンプ出口室（１２）、前記アキュムレータ（１４）及び前記低圧供給装置に流体接続され、第１の位置では前記ポンプ出口室（１２）を前記アキュムレータ（１４）に流体接続して高圧燃料を前記アキュムレータに供給し、また第２の位置では前記ポンプ出口室（１２）を前記低圧供給装置に流体接続し、燃料を実質的に前記低圧供給装置の圧力で前記高圧ポンプを通して再循環せしめる再循環弁（５２）と、
   前記ポンプ出口室（１２）、前記アキュムレータ（１４）及び前記再循環弁（５２）に流体接続され、第１の位置では前記再循環弁（５２）をその前記第１の位置に動かし、また第２の位置では前記再循環弁（５２）をその前記第２の位置に動かす切換弁（５０）と、
   を包含し、前記切換弁（５０）が設定値圧力を確立する手段（６２）を包含し、これにより、前記アキュムレータ（１４）の圧力が前記設定値以下であるときには前記切換弁（５０）が前記再循環弁（５２）をその前記第１の位置に動かし、また前記アキュムレータ（１４）の圧力が前記設定値に達したときには前記切換弁（５０）が前記再循環弁（５２）をその前記第２の位置に動かすようにした燃料噴射装置。
2. 請求項１記載の燃料噴射装置において、更に、前記アキュムレータ（１４）、前記低圧供給装置（２２）及び前記ディストリビュータレール（１６）に流体接続されている放出弁（５４）を包含し、この放出弁が、第１の位置では前記アキュムレータを前記ディストリビュータレールに流体接続して前記アキュムレータ内の高圧の燃料を前記ディストリビュータレールに供給し、また第２の位置では前記ディストリビュータレールを前記低圧供給装置に流体接続して前記ディストリビュータレールの圧力を軽減するようにした燃料噴射装置。
3. 請求項２記載の燃料噴射装置において、前記放出弁（５４）が、その前記第２の位置で、前記ディストリビュータレールを前記アキュムレータ（１４）から流体遮断し、これによりアキュムレータ圧力が軽減されないようにした燃料噴射装置。
4. 請求項３記載の燃料噴射装置において、前記放出弁が、この放出弁をその前記第２の位置に動かしまたその前記第１の位置に戻す電気機械手段を包含している燃料噴射装置。
5. 請求項１記載の燃料噴射装置において、前記設定値圧力を確立する手段（６２）が前記ディストリビュータレール（１６）と前記切換弁（５０）との間の流体接続部を包含している燃料噴射装置。
6. 請求項１記載の燃料噴射装置において、前記切換弁（５０）及び前記再循環弁（５２）がスプール弁である燃料噴射装置。
7. 請求項６記載の燃料噴射装置において、前記切換スプール弁（５０）が前記低圧供給装置に流体接続可能な対向したベントポート及び通路を有している燃料噴射装置。
8. 請求項７記載の燃料噴射装置において、前記再循環弁（５２）が前記切換弁（５２）のベントポート及び通路に流体接続可能な対向したベントポート及び通路を有している燃料噴射装置。

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