(57)【要約】本発明は、高圧部分と低圧部分とを有している、内燃機関のための燃料噴射系に関する。高圧部分においては、燃料が燃料タンクから高圧ポンプ（４）と高圧管路（３２）とを介して高圧アキュムレータ（５）に供給される。高圧供給管路（６）を介して、インジェクタ（７）には高圧アキュムレータ（４）から燃料が供給される。低圧部分においては、インジェクタ（７）がインジェクタ戻し管路（８）を介して低圧アキュムレータ（９）に結合されており、低圧アキュムレータ（９）内に圧力保持弁（１１）によって≦５０バールの圧力が保たれるようになっている。圧力保持弁（１１）の開放圧力を上回る低圧アキュムレータ（９）内の圧力のもとで、燃料は戻し管路（１２）を介して燃料タンク内に戻し案内されるようになっている。低圧アキュムレータ（９）は溢れ弁（１５）と溢れ管路（３３）とを介して前記高圧部分の高圧管路（３２）に結合されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のための燃料噴射系であって、当該燃料噴射系が高圧部分と低圧部分とを有しており、高圧部分においては、燃料が燃料タンクから高圧ポンプ（４）と高圧管路（３２）とを介して高圧アキュムレータ（５）に供給され、インジェクタ（７）に高圧供給管路（６）を介して高圧アキュムレータ（５）から供給されるようになっており、低圧部分においては、インジェクタ（７）がインジェクタ戻し管路（８）を介して低圧アキュムレータ（９）に結合されており、低圧アキュムレータ（９）内に圧力保持弁（１１）によって≦５０バールの圧力が保たれるようになっており、圧力保持弁（１１）の開放圧力を上回る低圧アキュムレータ（９）内の圧力のもとで、燃料が戻し管路（１２）を介して燃料タンク内に戻し案内されるようになっている形式のものにおいて、低圧アキュムレータ（９）が溢れ弁（１５）と溢れ管路（３３）とを介して前記高圧部分の高圧管路（３２）に結合されていることを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射系。
【請求項２】
高圧部分の放圧された状態で、溢れ弁（１５）が開放されている、請求項１記載の燃料噴射系。
【請求項３】
圧力保持弁（１１）の開放圧力を下回る閉鎖圧力に達した時に、溢れ弁（１５）が、高圧ポンプ（４）によって圧縮された燃料の作用によって閉鎖されるようになっている、請求項１記載の燃料噴射系。
【請求項４】
溢れ弁（１５）が弁ばね（２４）を有しており、該弁ばね（２４）のばね力Ｆが、閉鎖圧力によって溢れ弁（１５）に加えられる力に相当する、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射系。
【請求項５】
溢れ弁（１５）が低圧室（２８）を有しており、該低圧室（２８）が漏れ管路（３５）を介して戻し管路（１２）に結合されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射系。
【請求項６】
インジェクタ（７）がピエゾ制御されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射系。
【請求項７】
低圧アキュムレータ（９）内の圧力が≦１０バールである、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
自己着火式の内燃機関では、高圧アキュムレータを備えた燃料噴射系が使用される。ピエゾ制御されるインジェクタが使用される場合には、液圧的な連結部の領域に戻り（逆流）・対抗圧力（Ruecklauf-Gegendruck）が必要とされる。この戻り・対抗圧力は、インジェクタが低圧アキュムレータに結合されていることによって達成される。内燃機関の始動に際して確実な運転が保証されているようにするために、まず、低圧アキュムレータが充填されなければならない。
【０００２】
従来技術
ピエゾアクチュエータで制御されるインジェクタは、電磁弁で制御されるかまたは電気液圧式に制御されるインジェクタよりも、極めてはるかに短い切換え時間を有している。ピエゾアクチュエータの機能が全回転数範囲にわたって保証されているようにするために、ピエゾ制御されるインジェクタは、その液圧的な連結部の領域に約１０バール（bar）の戻り・対抗圧力を必要とする。この戻り・対抗圧力は、ピエゾ制御されるインジェクタを備えた燃料噴射系に低圧アキュムレータが装備されることによって達成される。この低圧アキュムレータは圧力保持弁によって閉鎖され、この圧力保持弁はインジェクタからタンクに向かう方向に過圧弁として働くようになっている。これにより、内燃機関の運転中、インジェクタにおける戻り量は約１０バールの所定の戻り圧力になるように堰き止められる。
【０００３】
燃料リザーブタンクから低圧アキュムレータに向かう方向に、圧力保持弁は逆止弁として約０．３バールの開放圧力で作用する。電気式の低圧・前搬送ポンプを備えた燃料噴射系では、圧力保持弁の流出側は、低圧・前搬送ポンプの吐出側に液圧的に結合される。これにより、３〜５バールの範囲内にある低圧・前搬送ポンプの吐出圧力は、内燃機関の始動事例でも直ちに低圧アキュムレータに提供される。このことによって、インジェクタへの燃料供給は、低圧アキュムレータが完全には燃料で充填されていない場合にも保証されている。このことは、特に、低圧アキュムレータがサービス事例において取り外された場合について当てはまり、特に、エンジン機構内の燃料噴射系の最初の始動についても当てはまる。しかしながら、低圧・前搬送ポンプなしの燃料噴射系も、頻繁に使用される。しかもこの燃料噴射系では、内燃機関の始動前に低圧アキュムレータを燃料で充填する可能な手段は存在しない。
【０００４】
発明の開示
自己着火式の内燃機関のための燃料噴射系のインジェクタは、ピエゾアクチュエータによって運転されるか、電磁弁によって運転されるかまたは電気液圧式に運転される。ピエゾアクチュエータを備えているインジェクタが使用される場合、内燃機関の全回転数範囲にわたって機能を保証するには、約１０バールの戻り・対抗圧力が必要である。この戻り・対抗圧力は、インジェクタが戻し部側で低圧アキュムレータに結合されることによって達成される。圧力保持弁により閉鎖された低圧アキュムレータ内の燃料圧力によって、ピエゾ制御されるインジェクタの機能が保証される。インジェクタの機能を内燃機関の始動に際しても保証するためには、内燃機関の始動前に低圧アキュムレータを充填することが必要である。
【０００５】
本発明に従って形成された、自己着火式の内燃機関のための燃料噴射系では、低圧アキュムレータは内燃機関の始動前に溢れ弁を介して燃料で充填される。この溢れ弁は燃料噴射系の高圧ポンプと低圧アキュムレータとの間に接続されている。これにより、前置された低圧・前搬送ポンプなしでも低圧アキュムレータを燃料で充填することが可能になる。
【０００６】
自己着火式の内燃機関のための、高圧アキュムレータを備えた燃料噴射系は、高圧部分と低圧部分とを有している。高圧部分においては、燃料は燃料タンクから高圧ポンプと高圧管路とを介して高圧アキュムレータに供給される。高圧アキュムレータにはインジェクタが高圧供給管路を介して結合されている。高圧アキュムレータからインジェクタへの燃料の供給は、高圧供給管路を介して行われる。
【０００７】
インジェクタを運転するには、弁ニードルの制御のために使用される液圧的な連結部が戻り・対抗圧力で負荷されていることが必要である。この戻り・対抗圧力は、インジェクタが低圧部分においてインジェクタ戻し管路を介して低圧アキュムレータに結合されていることによって達成される。低圧アキュムレータ内では、圧力保持弁によって≦５０バール、有利には≦２０バールの圧力、および特に≦１０バールの圧力が保持される。低圧アキュムレータ内の圧力が圧力保持弁の開放圧力を上回った後、直ちに燃料が戻し管路を介して燃料タンク内に戻し案内される。
【０００８】
低圧アキュムレータ内に必要な圧力を形成するために、低圧アキュムレータは溢れ弁と溢れ管路とを介して高圧部分の高圧管路に結合されている。
【０００９】
低圧アキュムレータを充填するために、溢れ弁は、高圧部分の放圧された状態でこの溢れ弁が開放されており、かつひいては高圧部分から低圧アキュムレータ内への接続部が形成されているように、形成されている。溢れ弁の閉鎖圧力は、３〜７バールの範囲内の圧力においてこの溢れ弁が閉鎖するように設定されている。したがって、溢れ弁の閉鎖圧力は圧力保持弁の開放圧力を下回る。
【００１０】
溢れ弁の閉鎖圧力は、溢れ弁内に弁ばねが設けられており、この弁ばねのばね力が、弁ピストンの押圧面に作用する押圧力に相当することによって形成される。弁ピストンは、遊びの少ない弁案内部内で案内される。遊びの少ない案内部を通る燃料漏れ流は、弁ピストンによって制限もしくは画成された低圧室内に集合させられ、戻し部を介して燃料リザーブタンク内に戻し案内される。
【００１１】
実施例
以下に、本発明を図面につき詳しく説明する。
【００１２】
図１には、電気式の低圧・前搬送ポンプを備えた、公知先行技術による燃料噴射系を示してある。
【００１３】
自己着火式の内燃機関に燃料供給するための燃料噴射系では、燃料は燃料リザーブタンク（ここでは図示せず）から燃料供給管路１を介して前搬送ポンプ２に供給される。この前搬送ポンプ２内で燃料は前圧縮され、さらに低圧管路３を介して高圧ポンプ４に供給される。この高圧ポンプ４内で燃料は高圧アキュムレータ圧力に圧縮され、高圧アキュムレータ５に供給される。この高圧アキュムレータ５内の、内燃機関の運転に必要な圧力は、１００〜２０００バール（bar）の範囲内である。高圧アキュムレータ５から燃料は高圧供給管路６を介してインジェクタ７に供給される。図１に示した６個のインジェクタを備えた燃料噴射系（この燃料噴射系には、６つのシリンダを備えた内燃機関が対応配置されている）のほかに、燃料噴射系は他のどのような個数のインジェクタを有していてもよい。
【００１４】
内燃機関の燃焼室内に噴射されない、インジェクタ７の運転に必要な燃料は、インジェクタ戻し管路８を介して低圧アキュムレータ９に供給される。この低圧アキュムレータ９内の圧力は、インジェクタの確実な運転が保証されるように保たれる。特にピエゾ制御されるインジェクタが使用される場合、内燃機関の全回転数範囲にわたって確実に運転するには、インジェクタの液圧的な連結部における５バール〜１０バールの対抗圧力が必要である。
【００１５】
低圧アキュムレータ９内の一定の圧力は、この低圧アキュムレータ９が圧力保持弁１１によって閉鎖されていることによって達成される。圧力保持弁１１の開放圧力を上回った時に、この圧力保持弁１１は開放し、燃料は低圧戻し部１３を介して低圧管路３内に戻される。低圧アキュムレータ９から、圧力保持弁１１の開放圧力を上回るほどに多くの燃料が流出した後、直ちに圧力保持弁１１は再び閉鎖される。
【００１６】
高圧ポンプ４による燃料の連続的な搬送に際して高圧アキュムレータ５内の圧力を一定に保つために、高圧アキュムレータ５は圧力調整弁１０によって閉鎖されている。高圧アキュムレータ５内の圧力が圧力調整弁１０の開放圧力を上回った後、直ちに圧力調整弁１０は開放し、燃料が戻し管路１２を介して燃料リザーブタンク内に戻される。択一的に、高圧ポンプ４による制御可能な燃料搬送を伴う系も公知であり、この場合、高圧アキュムレータ５内の圧力調整はポンプ搬送量の変化によって行われ、この結果、圧力調整弁１０は設けなくてよくなる。
【００１７】
図２には、溢れ弁を備えた、本発明に従って形成された燃料噴射系を示してある。
【００１８】
本発明に従って形成されたこの燃料噴射系では、図１とは異なって、燃料リザーブタンクと高圧ポンプ４との間に前搬送ポンプが接続されていない。本発明に従って形成されたこの燃料噴射系では、燃料は直接に燃料リザーブタンクから燃料供給管路１と高圧管路３２とを介して高圧ポンプ４によって高圧アキュムレータ５内に搬送される。このような系では、一般的に、機械式に駆動される前搬送ポンプ２が高圧ポンプ４内に組み込まれている。このことによって、前搬送ポンプ２の後方（下流側）の領域はもはや外側から接近可能ではなくなる。高圧供給管路６を介して、インジェクタ７に高圧アキュムレータ５から燃料が供給される。内燃機関の燃焼室内に噴射されない、インジェクタ７の液圧式の運転に必要とされる燃料は、インジェクタ戻し管路８を介して低圧アキュムレータ９に供給される。この低圧アキュムレータ９は圧力保持弁１１で閉鎖されている。低圧アキュムレータ９内の圧力が圧力保持弁１１の開放圧力を上回った後、直ちに圧力保持弁１１は開放し、燃料が戻し管路１２を介して燃料リザーブタンク内に戻される。
【００１９】
内燃機関の始動前に低圧アキュムレータを充填するために、高圧ポンプ４の後方の高圧管路３２からは溢れ管路３３が分岐している。この溢れ管路３３は溢れ弁１５と低圧結合部３４とを介して低圧アキュムレータ９に結合されている。溢れ管路３３への溢れ弁１５の接続は、例えば、適切なキャップナット（Ueberwurfmutter）１９を備えた高圧接続部１７によって行うことができる。低圧結合部３４への溢れ弁１５の結合は、低圧接続部２５を介して行われる。発生する漏れ流によって溜まる燃料は、低圧室２８内に集合させられ、戻し管路１２に結合されている漏れ管路３５を介して燃料リザーブタンク内に戻し案内される。漏れ管路３５は戻し接続部２６で溢れ弁１５に固定されている。燃料噴射系の低圧側における管路は、通常、組み込まれた織布を備えた燃料ホースとして形成されているので、戻し接続部２６および低圧接続部２５は、ホース用の接続ニップルとして形成されている。
【００２０】
溢れ弁１５は、高圧領域における圧力が溢れ弁１５の閉鎖圧力よりも低い限りは開放されているように設計されている。溢れ弁１５の閉鎖圧力は、低圧アキュムレータ９内の、圧力保持弁１１によって制限された圧力よりも、幾分低くなるように選択されている。高圧ポンプ４が、内燃機関の運転に必要な圧力を高圧アキュムレータ５内に形成するために、燃料を搬送し始めた後、直ちにまず、開放した溢れ弁１５を介して低圧アキュムレータ９も燃料で充填される。溢れ弁１５の閉鎖圧力に達した後、直ちに溢れ弁１５は、高圧ポンプ４により溢れ管路３３内に形成された圧力によって閉鎖される。溢れ弁１５が閉鎖された後、直ちに高圧アキュムレータ５内に圧力が、必要な運転圧力に達するまでさらに形成される。溢れ弁１５を介した低圧アキュムレータ９の充填によって、既に複数のインジェクタ７のうちの１つのインジェクタの最初の制御に際して、十分に高い戻り・対抗圧力がインジェクタ７に形成されることが保証される。これにより、行程増大伝達（Hubuebersetzung）、すなわち行程距離延長（Hubwegverlaengerung）のためにピエゾアクチュエータに対応配置されている液圧的な連結部を、高い信頼度で燃料で充填することができる。さらに、運転圧力に達するまでの低圧アキュムレータ９内のさらなる圧力形成が、インジェクタ７から戻る（逆流する）燃料の減制御（Absteuern）によって行われる。
【００２１】
図３には、溢れ弁の詳細図を示してある。
【００２２】
溢れ弁１５は弁ケーシング１８と弁ピストン２１と弁ばね２４とを有している。弁ピストン２１には押圧面２２と、この押圧面２２とは反対の側に位置する座面３６とが形成されている。座面３６は弁ケーシング１８と一緒に弁座２３を形成している。弁ピストン２１の、図３に示した位置では、溢れ弁１５は開放されている。弁ピストン２１の押圧面２２は高圧結合部１６の方向に向けられている。この高圧結合部１６は高圧接続部１７を有しており、この高圧接続部１７は有利には溢れ管路３３の終端部を成している。高圧接続部１７はキャップナット１９によって弁ケーシング１８に固定されている。弁ピストン２１は弁ばね２４によってばね力Ｆで負荷される。このばね力Ｆは、高圧結合部１６内で所定の圧力に達した時に溢れ弁１５が閉鎖するように設定されている。弁ピストン２１の押圧面２２に作用する力は、
【００２３】
【数１】
2006511760.tif 000003
に従って算出され、この場合、Ｐ＝戻し部における圧力、ｄ＝押圧面２２の直径である。
【００２４】
押圧面２２に対する力が弁ばね２４のばね力Ｆを上回った後、直ちに溢れ弁１５が閉鎖する。このことは、
【００２５】
【数２】
2006511760.tif 000004
になる場合に当てはまる。
【００２６】
弁の開放のために使用される弁ばね２４は、弁ピストン２１においてばね支持面２９に支持されていて、弁ケーシング１８においてばね室制限壁（もしくはばね室画成壁）３０に支持されている。弁ばね２４の収容のために、弁ケーシング１８内にはばね室３１が設けられている。さらに、有利にはこのばね室３１に対してセンタリングされて、弁ケーシング１８に孔が加工成形されている。この孔は弁案内部２７として働き、弁ピストン２１の後方に低圧室２８を形成している。弁案内部２７の直径ｄは、弁ピストン２１が遊び少なく案内されるように選択されている。低圧アキュムレータ９の充填のために、燃料は高圧結合部１６を介して、ここでは円錐形に形成された座面３６を備えた弁ピストンの周囲を流れ、ばね室３１内に流入する。この場所から燃料は低圧接続部２５を介して低圧アキュムレータ９の方向に溢れ弁１５から出て行く。燃料の一部は弁案内部２７に沿って低圧室２８内に流入する。弁案内部２７に沿って流れる燃料は、同時に弁ケーシング１８内の弁ピストン２１を潤滑するために用いられる。低圧室２８が燃料リザーブタンクに直接に結合しているので、この低圧室２８には燃料リザーブタンク１０内とほぼ同じ圧力が形成されている。ばね室３１と低圧室２８との間の圧力差に基づいて、常時新しい燃料が低圧室２８内に補給流入（nachstroemen）する。低圧室２８からの燃料は戻し接続部２６を介して燃料リザーブタンク内に戻し案内される。
【００２７】
戻し接続部２６および低圧接続部２５は、低圧接続部２５および戻し接続部２６のための、図３に示した接続ニップルのほかに、低圧結合部３４もしくは漏れ管路３５に接続するための他の適当な、当業者に公知のどのような形状をとっていてもよい。さらに、溢れ弁１５は、高圧接続部１７とキャップナットとの図示のねじ結合のほかに、当業者に公知の解離可能または解離不能な他のどのような結合で溢れ管路３３に結合されてもよい。この場合、結合部はいずれにせよ、高圧ポンプ４によって形成される圧力に対して安定性でなければならない。したがって、図示のねじ結合のほかに、例えばフランジ結合または溶接結合も可能である。さらに、低圧接続部２５または戻し接続部２６も、フランジ結合部として形成されるか、ねじ結合部として形成されるか、または金属の管路の使用時には溶接によって形成することができる。特に高い圧力では負荷されない接続部では、接着結合も考えられる。
【００２８】
図３に示した円錐形に形成された座面３６のほかに、弁座は球座、平坦座またはスライダ、または当業者に公知の別のどのような形状で形成されていてもよい。したがって、予め規定された閉鎖圧力のもとで溢れ管路３３から低圧アキュムレータ９内への結合部を閉鎖するどのような２位置弁も、溢れ弁１５として適している。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】電気式の低圧・前搬送ポンプを備えた、公知先行技術による燃料噴射系を示す図である。
【図２】溢れ弁を備えた、本発明に従って形成された燃料噴射系を示す図である。
【図３】本発明に従って形成された溢れ弁を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  燃料供給管路、  ２  前搬送ポンプ、  ３  低圧管路、  ４  高圧ポンプ、  ５  高圧アキュムレータ、  ６  高圧供給管路、  ７  インジェクタ、  ８  インジェクタ戻し管路、  ９  低圧アキュムレータ（戻しレール）、  １０  圧力調整弁、  １１  圧力保持弁、  １２  戻し管路、  １３  低圧戻し部、  １５  溢れ弁、  １６  高圧結合部、  １７  高圧接続部、  １８  弁ケーシング、  １９  キャップナット、  ２０  圧力室、  ２１  弁ピストン、  ２２  押圧面、  ２３  弁座、  ２４  弁ばね、  ２５  低圧接続部、  ２６  戻し接続部、  ２７  （遊びの少ない）弁案内部、  ２８  低圧室、  ２９  ばね支持面、  ３０  ばね室制限室、  ３１  ばね室、  ３２  高圧管路、  ３３  溢れ管路、  ３４  低圧結合部、  ３５  漏れ管路、  ３６  座面、  Ｆ  ２１のための開放方向におけるばね力
【図１】
2006511760.tif 000005
【図２】
2006511760.tif 000006
【図３】
2006511760.tif 000007
【国際調査報告】
2006511760.tif 000008
2006511760.tif 000009
2006511760.tif 000010
2006511760.tif 000011