(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射の実施のための方法であって、第１の系圧力の形成及び貯蔵のための高圧ポンプ（２；５２）及び蓄圧器室（６；５６）を用いており、系圧力を噴射のために用いるのではなく、圧力伝達ユニット（９；５９；７３；８４）を用いて噴射中に高い噴射圧力を形成し、かつ該噴射圧力を、主噴射に対して小さい噴射圧力でのパイロット噴射及び後噴射のために減少させる形式のものにおいて、前記噴射圧力の、前記主噴射に対して小さい噴射圧力でのパイロット噴射及び後噴射のための減少を、前記圧力伝達ユニット（９；５９；７３；８４）の制御のための弁ユニット（１０，６０，７５，８６，９２）の制御可能な弁横断面によって行うことを特徴とする、燃料噴射の実施のための方法。
【請求項２】
前記圧力伝達ユニット（９；５９；７３；８４）を蓄圧器室（６；５６）とインジェクター（８；５８）のノズル室（２０；６４）との間の任意の箇所に配置する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記圧力伝達ユニット（９；５９；７３；８４）を前記インジェクター（８；５８；９５）内に組み込む請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記圧力伝達ユニット（９；５９；７３；８４）を前記蓄圧器室（６；５６）に配置する請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記圧力伝達ユニット（９；７３）の作動のための圧力液体（４３；７２）として、燃料と異なる媒体を用いる請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記燃料噴射を行程制御によって行う請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記燃料噴射を圧力制御によって行う請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の燃料噴射の方法を実施するための装置において、第１の系圧力の形成及び貯蔵のための高圧ポンプ（２；５２）及び蓄圧器室（６；５６）、並びに噴射中の高い噴射圧力の形成のための圧力伝達ユニット（９；５９；７３；８４）を有しており、該圧力伝達ユニット（９；５９；７３；８４）は、主噴射に対して小さい噴射圧力でのパイロット噴射及び後噴射のために、弁ユニット（１０，６０，７５，８６，９２）によって制御されるようになっていることを特徴とする、燃料噴射の方法を実施するための装置。
【請求項９】
前記圧力伝達ユニットがインジェクターに配置されており、制御弁が蓄圧器室に配置されている請求項８記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の燃料噴射の実施のための方法及び装置に関する。
【０００２】
明細書及び請求の範囲の記載の理解を容易にするために、幾つかの用語の概念を規定する：本明細書では、「行程制御式の噴射」は、噴射開口の開閉が移動可能な弁部材を用いてノズル室と制御室との燃料圧の液圧的な相互作用に基づき行われることを意味する。制御室内の圧力低下が弁部材の行程を生ぜしめる。選択的に弁部材の変位が作動部材（アクチュエータ）によって行われてよい。本発明に基づく「圧力制御式の燃料噴射」においては、インジェクターのノズル室内に生じる燃料圧力によって弁部材が閉鎖力（ばね）の作用に抗して運動させられ、その結果、噴射開口がノズル室から内燃機関のシリンダー内への燃料の噴射のために開放される。燃料をノズル室からシリンダー内へ流出させる圧力が「噴射圧力」と呼ばれ、「系圧力」が、燃料を燃料噴射装置内に供給している若しくは貯蔵しておく圧力である。「燃料調量」は、噴射のために規定された燃料量を生ぜしめることを意味している。「逃がし量」は、燃料噴射装置の運転時に生ぜしめられ噴射に用いられずにタンクへ戻される燃料量を意味している。逃がしの圧力レベルは所定の基準値を有していてよく、この場合、燃料が燃料タンクの圧力レベルに放圧される。
【０００３】
行程制御式の燃料噴射は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６１９５２３Ａ１号公報によって公知である。この場合、達成可能な噴射圧力は蓄圧器室（レール）及び高圧ポンプによってほぼ１６００乃至１８００バールに制限されている。
【０００４】
噴射圧力を高めることが圧力伝達ユニット（加圧ユニット）によって可能であり、圧力伝達ユニットが例えば米国特許第５１４３２９１号明細書及び米国特許第５５２２５４５号明細書により公知である。該圧力伝達ユニットにおいては欠点として、噴射の融通性(Flexibilitaet)が欠けており、かつ小さい燃料量の調量の際の調量誤差が大きい。
【０００５】
ＪＰ０８２７７７６２Ａ号明細書に記載の燃料噴射装置においては、噴射の融通性及びパイロット噴射の調量精度を高めるために、圧力の異なる２つの蓄圧器室が設けられている。両方の蓄圧器室は煩雑な構造であり、高い製造コストを必要とし、この場合、最大の噴射圧力が燃料ポンプ及び蓄圧器室によって制限されている。
【０００６】
発明の利点
噴射の調量の改善及び迅速な制御の実施のために本発明に基づき請求項１に記載の方法及び請求項１０記載に記載の装置を提案するものである。本発明の実施態様が請求項２乃至９に記載してある。主噴射に対して小さい噴射圧力でのパイロット噴射及び後噴射が、再現可能に行われる。高い噴射圧力が中央の蓄圧器室内の低い圧力で得られる。燃料の高圧形成が直接に噴射（調量）の領域で行われ、その結果、高圧容積が小さくなって、効率が高められる。圧力伝達ユニットの制御のためにエンジンオイルを用いる実施態様によって、本発明の方法を実施する際の高い確実性が保証される。噴射圧力が別の実施態様では液圧式に生ぜしめられるのに対して、機械的に高圧ポンプによって形成される部分の圧力は蓄圧器室に蓄積されて、噴射には用いられない。圧力が小さいことに基づき、高圧ポンプの負荷が減少され、それというのは高圧ポンプは蓄圧器室の充填のためにのみ利用されて、噴射それ自体のためには利用されないからである。
【０００７】
次に、本発明に基づく燃料噴射装置の９つの実施例を図面に概略的に示して、説明する。
【０００８】
図１に示す燃料噴射装置１の第１の実施例においては、可変吐出式の燃料ポンプ２によって燃料３がタンク４から搬送管路５を介して中央の蓄圧器室６（コモンレール）内に圧送される。蓄圧器室６から、個別のシリンダーの数に相当する数の圧力管路７が個別の各インジェクター８（図１には１つだけしか図示されていない）に通じている。燃料を供給すべき内燃機関の燃焼室内に突入している各インジェクター（噴射装置）８内に、圧力伝達ユニット（増圧ユニット）９を配置してある。圧力管路１１が、圧力伝達制御のための弁ユニット（３／２方向制御弁）１０を用いて圧力管路７に接続されるか若しくは逃がし管路１２に接続されるようになっている。蓄圧器室６内にはほぼ２００バール乃至１０００バールの系圧力（ライン圧力）を蓄えるようになっており、該系圧力が圧力伝達ユニット９を用いてさらに増大(verstaerken)される。
【０００９】
圧力手段（加圧手段）１７が圧力管路７及び弁ユニット１０を介して一端で圧力負荷されるようになっている。差動室１７′が逃がし管路１５を介して放圧されており、従って、圧力手段１７が圧力室１３の容積の減少のために移動させられ得る。圧力手段１７が圧縮方向で運動させられると、圧力室１３内で圧縮された燃料（第１の噴射圧力）が制御室１９及びノズル室２０へ送られる。逆止弁１４が圧縮された燃料の、蓄圧器室６内への逆流を阻止するようになっている。このようにして、一次室１３′と圧力室１３との適当な面積比に基づき、高い第２の圧力が形成される。一次室１３′が弁ユニット１０を介して逃がし管路１２に接続されると、圧力手段１７の戻り及び圧力室１３の再充填が行われる。圧力室１３内と一次室１３′内との圧力比に基づき逆止弁１４が開き、その結果、圧力室１３がレール圧力（蓄圧器室６の圧力）を受けるようになっており、圧力手段１７が液圧的に作動し、室１３，１３′及び１７′内に１つ若しくは複数のばねが配置されていてよい。
【００１０】
弁１０若しくは２９のうちの１つの内部の絞りによって、噴射中に変化可能な噴射圧力、ひいては噴射特性線の形成が横断面制御に基づき達成されてよく、この場合、制御室１９内の圧力が弁２９の横断面の制御によって調節され、従って弁シール面２２における噴射圧力の絞りが弁部材２１を介して行われる。連続的な横断面制御を実施するために、圧電アクチュエータ並びに高速のマグネットアクチュエータが考えられる。噴射圧力特性線を連続的に形成する代わりに、多段式の弁を用いて異なる絞り位置によって噴射中の異なる複数の噴射圧力レベルを得ることも考えられる。
【００１１】
圧力室１３に接続している圧力管路１８内に圧力が生ぜしめられ、該圧力は制御室１９及びノズル室２０内にも作用する。燃料噴射は、一方の端部に円錐形の弁シール面２２を備えていて案内孔内を軸線方向に移動可能なピストン状の弁部材２１によって調量して行われ、弁シール面がインジェクターユニット８のインジェクターケーシングに形成された弁座面と協働するようになっている。インジェクターケーシングの弁座面に噴射開口が設けられている。ノズル室２０内では、弁部材２１の、開放方向に有効な圧力面が該ノズル室に作用する圧力を受けており、該圧力は圧力管路１８を介してノズル室２０内に供給される。弁ばね２３に対して同軸的に、さらに弁部材２１に圧力片（加圧片）２４を係合させてあり、該圧力片が弁シール面２２とは逆の端面２５で制御室１９を制限している。制御室１９が燃料圧力接続部側に第１の絞り２６を備えた入口を有し、かつ放圧管路２７に向かって第２の絞り２８を備えた出口を有しており、放圧管路２７が２／２方向制御弁２９によって制御される。
【００１２】
ノズル室２０が弁部材２１と案内孔との間のリング間隙を介してインジェクターケーシングの弁座面まで続いている。制御室１９内の圧力を介して圧力片２４が閉鎖方向に負荷される。
【００１３】
２／２方向制御弁２９の操作（開放）に際して、制御室１９内の圧力が低下され、その結果、ノズル室２０内の、開放方向で弁部材２１に作用する圧力が、閉鎖方向で弁部材２１に作用する力を上回るようになる。弁シール面２２が弁座面から離されて、燃料が噴射される。この場合、制御室１９の放圧過程、ひいては弁部材２１の行程制御が、絞り２６及び絞り２８の寸法規定によって調節される。
【００１４】
燃料噴射の終了が２／２方向制御弁２９の新たな操作（閉鎖）によって行われるようになっており、２／２方向制御弁が制御室１９を再び放圧管路２７から遮断し、その結果、制御室１９内に再び圧力が形成され、該圧力が圧力片２４を閉鎖方向へ運動させる。
【００１５】
弁ユニットは電磁石によって開閉のため若しくは切換のために操作される。電磁石が制御装置によって制御されるようになっており、制御装置が内燃機関の種々の運転パラメータ（例えば機関回転数など）を監視していて、処理するようになっている。
【００１６】
マグネット制御式の弁ユニットの代わりに、圧電作動部材（アクチュエータ）を用いてよく、該圧電作動部材が必要な温度補償装置及び場合によっては必要な力伝達装置若しくは行程伝達装置を備えている。
【００１７】
次に、図２乃至図８の実施例を図１の実施例と異なる点についてのみ説明する。
【００１８】
図２から明らかなように、圧力伝達ユニット９が、燃料噴射装置１の場合と異なってインジェクター８の外側で蓄圧器室６の領域内に配置されている。インジェクター８の構成寸法が小さくされている。弁１０が蓄圧器室に配置されて、かつ圧力伝達ユニットがインジェクターに配置されてよい。
【００１９】
図３に示す燃料噴射装置においては、蓄圧器室６が圧力伝達ユニット９の制御のために搬送管路４５及びポンプ４２を介してエンジンオイル若しくは適合な別の圧力液体４３をタンク４４から充填されるようになっている。圧力手段１７の低圧側１６が圧力管路１７を介して圧力負荷されるか、若しくは逃がし管路４８に接続されるようになっている。この切換は３／２方向制御弁１０によって行われる。
【００２０】
圧力室１３が逆止弁１４を介して燃料を別のタンクから充填可能であり、若しくは充填が図示してあるように、吐出圧力の低い供給ポンプを用いて行われてよい。噴射は図１の実施例と同様に行われる。
【００２１】
燃料の調量の領域で燃料を絞ること異なって、第２の系圧力が圧力伝達ユニット９の領域に逆止弁５０の形の圧力制限弁を用いることによって形成されてよい（図４）。逆止弁５０がほぼ３００バールの圧力で開く。圧力室１３が燃料ポンプによってタンクから逆止弁１４を介して燃料を充填される。この場合、圧力室１３は、まず戻されていて次いで圧力室１３の底部に向かって運動させられる圧力手段１７の行程の小さい段階では逆止弁５０に接続されたままであり、従って圧力室１３内の圧力は３００バールに制限され、該圧力の燃料が圧力室２０及び制御室１９に導かれる。逆止弁１４が圧縮された燃料の、燃料ポンプ２に向かう逆流を阻止している。
【００２２】
蓄圧器室６からの液体による圧力手段１７の負荷に基づく圧力手段１７の行程の大きくなるにつれて、圧力室１３から逃がし管路４９への入口が閉じられ、その結果、高い噴射圧力が達成される。この主噴射でいわゆる「ブート・インジェクション（Boot-lnjection）」が行われ、低い圧力でパイロット噴射が行われる。
【００２３】
前述の実施例と異なって、図５には圧力制御式の燃料噴射装置５１が示してある。この場合にも高圧ポンプ５２によって、燃料５３がタンク５４から搬送管路５５を介して、３００乃至８００バールの圧力で燃料の蓄積の可能な蓄圧器室５６内に圧送されるようになっており、該蓄圧器室が個別の圧力管路５７を介して個別のインジェクター５８に接続されている。蓄圧器室５６から出発して各インジェクター５８の噴射圧力が、各インジェクター５８内に配置された圧力伝達ユニット５９によって形成される。弁ユニット６０（３／２方向制御弁）を用いて燃料噴射が圧力制御に基づき実施される。弁部材６１が、ノズル室６４内に所定の圧力の燃料を充填すると、圧力ばね６２の閉鎖力に抗してインジェクターケーシングの弁座面６３から離れる方向に運動する。弁ユニット６０の非給電状態で、圧力伝達ユニット５９が逃がし管路６６に接続されている。圧力室６７が逆止弁６８を介して充填されるようになっている。
【００２４】
弁６０の連続的な横断面制御によって、（図１におけるように）、噴射特性線の形成が実施されてよい。多段の弁を用いる場合には、異なる絞り箇所によって異なる噴射圧力レベルが得られる。アクチュエータとして、同じく圧電作動装置若しくはマグネットアクチュエータが考えられる。
【００２５】
図６に示す圧力制御式の燃料噴射装置５１においては、圧力伝達ユニット５９及び弁ユニット６０がインジェクター５８の外側で蓄圧器室５６の領域に配置されている。
【００２６】
図７に示す圧力制御式の燃料噴射装置７１の実施例においては、タンクから供給される燃料７４の圧力形成及び増大が、圧力液体７２としてのエンジンオイルで実施されている。圧力伝達ユニット７３が燃料供給通路と圧力液体供給通路との間の連結部材として作用する。第２の系圧力が弁ユニット７５の弁横断面内の絞りを介して達成される（図１乃至図６の説明も参照）。
【００２７】
図８には、圧力室８２内で圧縮された燃料の圧力制限手段を用いる圧力制御式の燃料噴射装置８１が示してある（図４の行程制御式の類似の実施例も参照）。圧力手段８３の小さい行程では圧力伝達ユニット８４の圧力室８２の圧力がほぼ３００バールに制限されており、それというのは圧力室８２が逆止弁を介して逃がし管路８７に接続されているからである。圧力手段８３の矢印８５の方向への引き続く運動に際して、圧力制限通路が閉じられて、完全な噴射圧力が形成される。
【００２８】
小さい圧力でのパイロット噴射が弁ユニット８６の個別の操作によって可能である。１回の主噴射に際して付加的に１回のブート・インジェクションが行われ得る。弁ユニット８６はマグネットアクチュエーターによって直接に制御され（弁座面の領域における絞りの場合にはマグネット弁の行程制御が行われる）、若しくは液圧的に助成される（制御ピストン及び制御室）。このことは本発明のすべての実施例に当てはまる。
【００２９】
図９に示す圧力制御式の燃料噴射装置９１は、これまで述べた実施例と異なる噴射ノズルを備えている。燃料ポンプを介して燃料が若しくは選択的にエンジンオイルが蓄圧器室内にほぼ３００乃至８００バールの圧力で供給される。該蓄圧器室から出発して、局所的に各シリンダーに対して噴射圧力が圧力伝達ユニットを介して形成される。作動媒体としてエンジンオイルを用いる場合には、圧力伝達ユニットは連結器としても作用する。横断面制御式の３／２方向制御弁９２(3/2-Wege-Ventil mit einer Querschnittssteuerung)若しくは圧電アクチュエーターを介して、噴射が圧力制御によって実施される。非給電状態では圧力伝達ユニットの低圧側が逃がし油に作用しており、逆止弁９３を介して充填され得る。弁９２の弁座における絞りによって第２の噴射圧力が形成される。これまでの図面に示された袋穴型ノズル若しくはシートホールノズルの代わりにバリオノズル若しくはバリオ・レジスターノズルが用いられてよい。この場合、ノズル孔の開口横断面が可変である。これによって噴射特性がエンジンの運転特性にさらに良好に適合される。バリオ・レジスターノズルにおいては直列の複数のノズル孔が段階的に開かれる。ノズルの液圧式の行程ストッパ９４の制御が、インジェクター９５内で行われるか若しくはすべてのインジェクターにとって集中的に同時に行われてよい。図示の実施例に対して付加的に、ポンプ・ノズル・ユニット(PDE[Pumpen-Duese-Einheit])のような弾性ピストンを用いることも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  行程制御式の第１の燃料噴射装置を示す図。
【図２】  行程制御式の第２の燃料噴射装置を示す図。
【図３】  別個の圧力液体を用いた行程制御式の第３の燃料噴射装置を示す図。
【図４】  圧力伝達ユニット内に圧力制限装置を用いた行程制御式の第４の燃料噴射装置を示す図。
【図５】  圧力制御式の第１の燃料噴射装置を示す図。
【図６】  圧力制御式の第２の燃料噴射装置を示す図。
【図７】  別個の圧力液体を用いた圧力制御式の第３の燃料噴射装置を示す図。
【図８】  圧力伝達ユニット内に圧力制限装置を用いた圧力制御式の第４の燃料噴射装置を示す図。
【図９】  バリオ噴射ノズルを用いた圧力制御式の第５の燃料噴射装置を示す図。
【符号の説明】
１  燃料噴射装置、２  燃料ポンプ、３  燃料、４  タンク、５  搬送管路、６  蓄圧器室、７  圧力管路、８  インジェクター、９  圧力伝達ユニット、１０  弁ユニット、１１  圧力管路、１２  逃がし管路、１３  圧力室、１３′  一次室、１４  逆止弁、１５  逃がし管路、１６  低圧側、１７  圧力手段、１７′  差動室、１８  圧力管路、１９  制御室、２０  ノズル室、２１  弁部材、２２  弁シール面、２３  弁ばね、２４  圧力片、２５  端面、２６  絞り、２７  放圧管路、２８  絞り、２９  弁、４５  搬送管路、４７  圧力管路、４９  逃がし管路、５０  逆止弁、５１  燃料噴射装置、５２  高圧ポンプ、５３  燃料、５４  タンク、５５  搬送管路、５６  蓄圧器室、６０  弁ユニット、６１  弁部材、６２  圧力ばね、６３  弁座面、６４  ノズル室、６６  逃がし管路、６７  圧力室、６８  逆止弁、７１  燃料噴射装置、７２  圧力液体、７３  圧力伝達ユニット、７４  燃料、７５  弁ユニット、８１  燃料噴射装置、８２  圧力室、８３  圧力手段、８４  圧力伝達ユニット、８６  弁ユニット、９１  燃料噴射装置、９２  ３／２方向制御弁、９３  逆止弁、９４  行程ストッパ、９５  インジェクター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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