(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）に用いられる燃料システム（１２）であって、燃料容器（１４）と、少なくとも１つの燃料ポンプ（１６，２２）と、該燃料ポンプ（２２）によって燃料が供給される燃料集合管路（２６）と、内燃機関（１０）の運転中に、燃料集合管路（２６）内に所望の圧力が形成されるように、該燃料集合管路（２６）内の圧力を制御することができる弁装置（３８）と、燃料を内燃機関（１０）の燃焼室（３０）内に到達させることができる少なくとも１つの燃料噴射装置（２８）とが設けられている形式のものにおいて、弁装置（３８）が、少なくとも燃料集合管路（２６）内の運転圧が通常である場合に、操作されない状態で閉鎖されているように形成されており、弁装置（３８）が、プレロード装置（６８）を有しており、該プレロード装置（６８）が、弁エレメント（４６）を閉鎖方向で負荷しており、燃料集合管路（２６）内の圧力が、規定された値を上回った場合に、弁装置（３８）が、操作されない状態で開放するように、プレロード装置（６８）が形成されており、弁装置（３８）の開放圧が、操作されていない状態において、燃料噴射装置（２８）の、最大限に許容可能な機能圧よりも低く設定されていることを特徴とする、内燃機関に用いられる燃料システム。
【請求項２】
弁装置（３８）が、電気的に操作されるようになっていて、無通電状態において、少なくとも燃料集合管路（２６）内の圧力が通常である場合に閉鎖されている、請求項１記載の燃料システム。
【請求項３】
内燃機関（１０）の回転数が高い場合の弁装置（３８）の開放圧が、内燃機関（１０）の回転数が少ない場合よりも高く設定されている、請求項１または２記載の燃料システム。
【請求項４】
特に自動車に用いられる内燃機関（１０）であって、当該内燃機関（１０）が、燃料容器（１４）と、少なくとも１つの燃料ポンプ（１６，２２）と、該燃料ポンプ（２２）によって燃料が供給される燃料集合管路（２６）と、該燃料集合管路（２６）内の圧力を制御することができる弁装置（３８）と、燃料を当該内燃機関（１０）の燃焼室（３０）内に到達させることができる少なくとも１つの燃料噴射装置（２８）とを備えた燃料システム（１２）を有している形式のものにおいて、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料システム（１２）が形成されていることを特徴とする、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に用いられる燃料システムであって、燃料容器と、少なくとも１つの燃料ポンプと、該燃料ポンプによって燃料が供給される燃料集合管路と、内燃機関の運転中に、燃料集合管路内に所望の圧力が形成されるように、該燃料集合管路内の圧力を制御することができる弁装置と、燃料を内燃機関の燃焼室内に到達させることができる少なくとも１つの燃料噴射装置とが設けられている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような燃料システムは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５３９８８３号明細書に基づき公知である。この燃料システムでは、直列に接続された２つのポンプが燃料を燃料容器から、一般的に「レール」とも呼ばれる燃料集合管路内に圧送する。この燃料集合管路内には燃料が、比較的に高い圧力下で蓄圧される。燃料集合管路には噴射弁が接続されている。この噴射弁は燃料を、対応する燃焼室内に直接噴射する。
【０００３】
燃料集合管路内の圧力は圧力弁によって制御される。この圧力弁の制御に応じて、燃料は燃料集合管路から戻し管路を介して燃料容器内に戻し案内される。公知の燃料システムでは、停止後、燃料集合管路内の圧力が減少させられる。しかし、この場合、エンジンブロックからの熱伝導に基づき、燃料集合管路内に存在する燃料に蒸気泡が形成され得る。この蒸気泡によって内燃機関の再始動が困難となる。この欠点を排除するためには、公知の燃料システムにおいて、第１の燃料ポンプによって圧送された燃料の圧力が、場合によって存在する蒸気泡を可能な限り迅速に燃料システムから非除するために内燃機関の始動時に増加させられる。しかし、このためには、ある程度の時間が必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の燃料システムを改良して、燃料システムと共に運転される内燃機関が、高温の状態でも可能な限り迅速に始動することができるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の燃料システムでは、弁装置が、少なくとも燃料集合管路内の運転圧が通常である場合に、操作されない状態で閉鎖されているように形成されており、弁装置が、プレロード装置を有しており、該プレロード装置が、弁エレメントを閉鎖方向で負荷しており、燃料集合管路内の圧力が、規定された値を上回った場合に、弁装置が、操作されない状態で開放するように、プレロード装置が形成されており、弁装置の開放圧が、操作されていない状態において、燃料噴射装置の、最大限に許容可能な機能圧よりも低く設定されているようにした。
【０００６】
【発明の効果】
本発明による方法は、蒸気泡が第１に全く形成され得ないという利点を有している。なぜならば、燃料集合管路内の圧力が内燃機関の停止時でも高いレベルに維持されるからである。したがって、高温の内燃機関の再始動の前に万が一の蒸気泡を燃料システムから排除するするための手段は不要となる。したがって、本発明による燃料システムを装備している内燃機関の始動は極めて迅速に行われる。
【０００７】
本発明による燃料システムでは、燃料集合管路内の比較的に高い圧力の維持が極めて簡単に可能となる：弁装置は、操作されない休止状態において閉鎖されてるように形成されている。すなわち、弁装置は、燃料集合管路から、たとえば燃料容器にまで戻る接続が存在していないように形成されている。いずれにせよ、このような操作されない状態は一般的に内燃機関の停止時に付与されている。
【０００８】
本発明の有利な改良形は従属請求項に記載されている。
【０００９】
第１の改良形では、弁装置が、電気的に操作されるようになっていて、無通電状態において、少なくとも燃料集合管路内の圧力が通常である場合に閉鎖されていることが提案される。電気的に操作される弁装置は極めて簡単にかつ廉価に製作することができる。さらに、無通電状態は内燃機関の停止時に容易に実現可能である。
【００１０】
さらに、弁装置が、予荷重装置もしくはプレロード装置を有しており、該プレロード装置が、弁エレメントを閉鎖方向で負荷していることが可能となる。このようなプレロード装置は、たとえばばねを有することができる。すなわち、弁エレメントの操作はプレロード装置の力に抗して行われる。このような弁装置は単純に形成されていて、確実に作業する。
【００１１】
この場合、プレロード装置は、燃料集合管路内の圧力が、規定された値を上回った場合に、弁装置が、操作されない状態で開放するように選択することができる。この手段によって、燃料集合管路内の圧力が内燃機関の停止時に最大の値を上回ることがあり得ないことが保証される。これによって、燃料集合管路と、接続された構成要素との機能確実性が保証される。なぜならば、燃料集合管路内に閉じ込められている燃料の加熱が、たとえば内燃機関からの熱伝導と、これに関連した、閉じ込められた燃料の膨張とに基づき、燃料集合管路または閉じ込められた構成要素に損傷を与え得ないからである。
【００１２】
弁装置の開放圧が、操作されていない状態において、燃料噴射装置の、最大限に許容可能な機能圧よりも低く設定されていると特に有利である。本発明による燃料システムのこの改良形は、慣用の燃料噴射装置が、燃料集合管路内の、規定された圧力以降ではもはや確実に操作され得ないという事実を考慮している。さらに、最大限に許容可能な機能圧を上回った場合には、燃料噴射装置がもはや確実に閉鎖せず、したがって、燃料が内燃機関の待機時に内燃機関の燃焼室内に到達する危険がある。本発明による改良形によって、これらすべてのことは阻止される。
【００１３】
内燃機関の回転数が高い場合の弁装置の開放圧が、内燃機関の回転数が低い場合よりも高く設定されていることも可能となる。この手段に基づき、内燃機関の燃料消費とエミッションとに対して最適な運転のためには、燃料噴射装置における燃料の圧力が、内燃機関の回転数が低い場合にはむしろ低く設定されていて、内燃機関の回転数が高い場合にはむしろ高く設定されていると有利であるという事実が同じく考慮される。したがって、弁装置の開放圧は、内燃機関のその都度の運転状態に相当する燃料集合管路内の圧力に起因している。
【００１４】
本発明は、特に自動車に用いられる内燃機関であって、当該内燃機関が、燃料容器と、少なくとも１つの燃料ポンプと、該燃料ポンプによって燃料が供給される燃料集合管路と、該燃料集合管路内の圧力を制御することができる弁装置と、燃料を当該内燃機関の燃焼室内に到達させることができる少なくとも１つの燃料噴射装置とを備えた燃料システムを有している形式のものに関する。
【００１５】
このような内燃機関では、ホットスタート、すなわち、高温の内燃機関の再始動を加速させるために、燃料システムの弁装置が、少なくとも燃料集合管路内の運転圧が通常である場合に、操作されない状態で閉鎖されているように形成されていることが提案される。このような内燃機関の利点に関しては上述の説明を参照されたい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１９】
図１では、内燃機関が全体的に符号１０を有している。この内燃機関１０は、本実施例では、一点鎖線によってシンボリックにしか図示されていない。また、内燃機関１０は燃料システム１２を有している。
【００２０】
この燃料システム１２には燃料容器１４が所属している。この燃料容器１４からは、電動式の燃料ポンプ１６が燃料を燃料接続部１８内に圧送する。フィルタ２０を介して、燃料は高圧燃料ポンプ２２に到達する。この高圧燃料ポンプ２２は、ここでは図示しない形式で内燃機関のクランクシャフトによって直接駆動される。燃料接続部１８内の圧力は低圧レギュレータ２４によって調整される。
【００２１】
高圧燃料ポンプ２２は、電動式の燃料ポンプ１６によって予め圧縮された燃料をさらに圧縮し、この燃料を燃料集合管路２６内に圧送する。この燃料集合管路２６は一般的に「レール」とも呼ばれる。このレール内には燃料が、内燃機関１０の運転の間、約１２０ｂａｒまでの極めて高い圧力下で蓄圧されている。燃料集合管路２６には複数の燃料噴射装置２８が接続されている。これらの燃料噴射装置２８は図示の実施例ではインジェクタである。このインジェクタは燃料を、対応する燃焼室３０内に直接噴射する。すなわち、図示の内燃機関１０は、燃料直接噴射を伴う内燃機関である。燃料はガソリンならびにディーゼルであってよい。
【００２２】
燃料集合管路２６内の圧力は圧力センサ３２によって検出される。この圧力センサ３２は信号を制御・調整装置３４に供給する。燃料集合管路２６は燃料接続部３６を介して燃料接続部１８に接続されている。燃料接続部３６内には圧力弁３８が配置されている。この圧力弁３８の詳細な構成については、さらに以下で説明することにする。圧力弁３８は制御・調整装置３４によって制御される。
【００２３】
圧力弁３８は詳しくは以下のように形成されている（図２参照）：
図２には、円筒形の弁体４０が示してある。この弁体４０は、組付け位置において、図２には示していない収容部分の円筒形の切欠き内に挿入されていて、固定されている。収容部分には、燃料接続部３６に対する接続部も設けられている。この場合、燃料接続部３６の、圧力弁３８と高圧ポンプ２２との間に位置する範囲は符号３６ａを有している。これに対して、燃料接続部１８に向けられた範囲は符号３６ｂを有している。
【００２４】
弁体４０は２つの部分から形成されている。図２で見て下側の部分４２には、弁体４０に対して同軸的な貫通孔４４が設けられている。この貫通孔４４は、図２で見て上方に円錐形に拡張されている。円錐形の拡張部（符号なし）は、弁ボール４６のための弁座を形成している。弁体４０の、図２で見て上側の部分４８には、同じく弁体４０に対して同軸的な貫通孔５０が設けられている。この貫通孔５０からは、半径方向に延びる２つの孔５２が分岐している。弁体４０の下側の部分４２に設けられた貫通孔４４は圧力弁３８の入口に接続されていて、したがって、組付け位置で管路３６ａに接続されている。これに対して、半径方向の孔５２は圧力弁３８の出口にまで通じていて、したがって、組付け位置で管路３６ｂにまで通じている。
【００２５】
中央の貫通孔５０内には弁プランジャ５４が配置されている。この弁プランジャ５４には、図２で見て上側の終端区分で電磁可動子５６が固定されている。弁プランジャ５４は貫通孔５０の領域で滑りブシュ（図示せず）内に案内されている。弁体４０の上側の部分４８の上側の領域では、上側の部分４８の外側の周壁面にスリーブ５８が固定されている。また、このスリーブ５８は、図２で見て上側の領域でハウジングボディ６０に結合されている。このハウジングボディ６０には、図２で見て下方に開いた盲孔６２が設けられている。
【００２６】
この盲孔６２の、図２で見て下側の端部では、この盲孔６２内に案内リング６４が挿入されている。この案内リング６４には、弁プランジャ５４の上側の端部６６が滑り案内されている。弁プランジャ５４の上側の端部６６は圧縮ばね６８によって負荷される。この圧縮ばね６８は、ハウジングボディ６０に設けられた盲孔６２の底部に支持されている。圧縮ばね６８と弁プランジャ５４とを介して、最終的に弁ボール４６は、弁体４０の下側の部分４２に設けられた貫通孔４４に設けられた弁座に向かって押圧される。
【００２７】
ハウジングボディ６０には外部で保持リング７０が固定されている。この保持リング７０はハウジングボディ６０から半径方向に張り出していて、全体的にハウジングボディ６０に対して同軸的に位置している。保持リング７０の、半径方向外側の縁部領域には２つの湾曲エレメント７２が固定されている。両湾曲エレメント７２は電磁巻線７４を取り囲んでいる。ハウジングボディ６０の上側の領域と、保持リング７０と、湾曲エレメント７２とはプラスチック７６の射出成形によって、このプラスチック７６で取り囲まれている。
【００２８】
内燃機関１０が始動させられている場合には、燃料集合管路２６内の圧力が圧力センサ３２によって検出され、制御・調整装置３４を介して圧力弁３８は、燃料集合管路２６内に所望の圧力が形成されるように制御される。この場合、電磁巻線７４の通電によって、電磁可動子５６に矢印７８の方向で作用する力が生ぜしめられる。この力は圧縮ばね６８の閉鎖力に重畳される。したがって、弁ボール４６は電磁巻線７４の通電時に僅かな力で弁座に向かって押圧される。これによって、圧力弁３８の開放圧を変化させることができる。
【００２９】
電流が電磁巻線７４を通電していない場合には、弁ボール４６は圧縮ばね６８の完全な力によって弁座に向かって押圧される。すなわち、この事例では、圧力弁３８は閉鎖されている。しかし、圧縮ばね６８は、燃料集合管路２６内の圧力が、最大限に許容可能な値を上回った場合に、弁ボール４６が圧縮ばね６８の力に抗して弁座から持ち上がるように形成されている。こうして、たとえば給電が故障によって中断されていることに基づき、電磁巻線７４をもはや通電することができない場合に、燃料集合管路２６内の圧力が、最大限に許容可能な値を上回らないことが保証される。
【００３０】
したがって、規定された最大の圧力にまでしか確実に作業し得ない燃料噴射装置２８の機能確実性が保証される。さらに、内燃機関の停止時に、燃料集合管路２６内に閉じ込められた燃料容積において、熱伝導に基づき燃料集合管路２６の内部に許容不能な圧力上昇は生ぜしめられ得ないことが保証される。この圧力上昇は、たとえば燃焼室３０内への燃料噴射装置２８の、望ましくない漏れを生ぜしめる恐れがある。
【００３１】
内燃機関１０の停止時には、電磁巻線７４は通電されていない。すでに説明したように、この事例では、弁ボール４６は圧縮ばね６８の最大の力によって弁座に向かって押圧される。したがって、圧力弁３８は閉鎖されており、燃料集合管路２６内に存在している燃料容積は外部に対して閉鎖されている。したがって、燃料集合管路２６内に存在している圧力は内燃機関１０の停止時に放圧されずに維持される。
【００３２】
電磁巻線７４の可変な通電によって、圧力弁３８の開放圧を内燃機関１０の回転数に適合させることが可能となる。エミッションと燃料消費との理由に基づき、内燃機関１０の回転数が低い場合に燃料噴射装置２８に加えられる燃料圧は、回転数が高い場合よりも低く設定されていることが望まれている。このことは、通常、電磁巻線７４の適宜な通電によって達成される。電磁巻線７４への給電が、たとえばコネクタの抜落ちによって中断されている場合には、これにもかかわらず、弁ボール４６の弁座の適宜な幾何学的形状によって、図３に示したように、圧力弁３８の、このような開放特性を実現することができる。この場合、圧力弁３８の開放圧ＰＯは回転数ｎとともに増加する。いずれにせよ、この場合、圧力弁３８の開放圧ＰＯは、燃料噴射装置２８の、最大限に許容可能な機能圧ＰＶｍａｘよりも小さいことが保証されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】弁装置を備えた燃料システムを備えた内燃機関のブロック回路図である。
【図２】図１の弁装置の部分的な断面図である。
【図３】図２の弁装置の開放圧を内燃機関の回転数に関連して示した線図である。
【符号の説明】
１０  内燃機関、  １２  燃料システム、  １４  燃料容器、  １６  燃料ポンプ、  １８  燃料接続部、  ２０  フィルタ、  ２２  高圧燃料ポンプ、  ２４  低圧レギュレータ、  ２６  燃料集合管路、  ２８  燃料噴射装置、  ３０燃焼室、  ３２  圧力センサ、  ３４  制御・調整装置、  ３６  燃料接続部、  ３６ａ  範囲、  ３６ｂ  範囲、  ３８  圧力弁、  ４０  弁体、  ４２  部分、  ４４  貫通孔、  ４６  弁ボール、  ４８  部分、  ５０  貫通孔、  ５２  孔、  ５４  弁プランジャ、  ５６  電磁可動子、  ５８  スリーブ、  ６０  ハウジングボディ、  ６２  盲孔、  ６４  案内リング、  ６６  端部、６８  圧縮ばね、  ７０  保持リング、  ７２  湾曲エレメント、  ７４  電磁巻線、  ７６  プラスチック、  ７８  矢印
【図１】
0003836399.tif 000002
【図２】
0003836399.tif 000003
【図３】
0003836399.tif 000004