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発明の名称 需用量制御式の燃料圧送モジュールによって内燃機関に燃料を供給するための燃料供給系
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−65419(P2001−65419A)
公開日 平成13年3月16日(2001.3.16)
出願番号 特願2000−234421(P2000−234421)
出願日 平成12年8月2日(2000.8.2)
代理人 【識別番号】100061815
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 敏雄 (外4名)
発明者 クラウス ヨース / イェンス ヴォルバー / トーマス フレンツ / マルクス アムラー / ハンスイェルク ボーフム
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 需用量制御式の燃料圧送モジュール(3)が吸込み側を貯蔵タンク(7)に、かつ吐出側を内燃機関(2)に接続されており、かつ燃料吐出ユニット(4)の吐出側に、該燃料吐出ユニット(4)を充填するための少なくとも1つのポンプに通じる戻し導管(11)が設けられている形式の、需用量制御式の燃料圧送モジュール(3)によって内燃機関に燃料を供給するための燃料供給系において、往路から供給される戻し導管(11)が、切換え可能な調整部材(10)によって遮断可能であり、かつ戻し量が全ての運転圧において絞りエレメント(10.1)によって最低需用量以上に調整可能であることを特徴とする、需用量制御式の燃料圧送モジュールによって内燃機関に燃料を供給するための燃料供給系。
【請求項2】 切換え可能な調整部材(10)が制御器(20)に接続されている、請求項1記載の燃料供給系。
【請求項3】 切換え可能な調整部材が遮断弁(10)として構成されており、該遮断弁に絞りエレメント(10.1)が配設されている、請求項1記載の燃料供給系。
【請求項4】 切換え可能な調整部材(10)と絞りエレメント(10.1)が1つの構成部品である、請求項3記載の燃料供給系。
【請求項5】 絞りエレメント(10.1)の絞り横断面が、最低のシステム運転圧においても、燃料吐出ユニット(4)に充填するために戻し導管(11)に配設されたポンプへの燃料供給を可能にする、請求項3記載の燃料供給系。
【請求項6】 切換え可能な調整部材が、作動制御導線(17)を介して作動制御可能なタイミング制御式の弁(10)であり、該弁が作動制御に応じて種々異なった絞り強度を有している、請求項1記載の燃料供給系。
【請求項7】 燃料圧送モジュール(3)がタイミング制御モジュール(16)を備え、該タイミング制御モジュールが、作動制御導線(18)を介して制御器(20)に接続している、請求項6記載の燃料供給系。
【請求項8】 燃料吐出ユニット(4)を充填するために往路から供給される戻し導管(11)を配設した需用量制御式の燃料圧送モジュール(3)によって内燃機関(2)用の燃料供給系を運転する方法において、生成した圧力増成を、制御器(20)の機関データに基づいて導出することを特徴とする、需用量制御式の燃料圧送モジュールによって内燃機関用の燃料供給系を運転する方法。
【請求項9】 始動期中および停止期中に戻し導管(11)を遮断する方法段階と、始動終了後または設定可能な時間間隔中または生成した圧力増成の検出後に切換え可能な調整部材(10)を開放する方法段階と、戻し導管(11)を介して貯蔵タンク(7)へ還流する燃料量を、燃料吐出ユニット(4)を充填するためおよび前記貯蔵タンク(7)が分割されている場合には燃料を循環させるために要する量に制限する方法段階とから成る、請求項8記載の方法。
【請求項10】 戻し導管(11)の開放時点を、始動終了認識後に切り換え可能な調整部材(10)によって生ぜしめる、請求項9記載の方法。
【請求項11】 始動終了が、ビットのセッティングによって規定されている、請求項10記載の方法。
【請求項12】 設定可能な時間間隔を固定的に規定しておく、請求項9記載の方法。
【請求項13】 時間間隔が燃料圧目標値に関連している、請求項9記載の方法。
【請求項14】 時間間隔がバッテリ電圧に関連している、請求項9記載の方法。
【請求項15】 時間間隔が、燃料噴射量の積分に関連している、請求項9記載の方法。
【請求項16】 切換え可能な調整部材(10)による戻し導管(11)の開放時点が、圧力センサ(15,23)の圧力信号に関連している、請求項9記載の方法。
【請求項17】 全ての運転圧のためのオーバーフロー量が、燃料圧送モジュール(3)を充填するため、もしくは貯蔵タンクが分割または屈曲されている場合に燃料を循環させるために要する最低需用量に調整されている、請求項9記載の方法。
【請求項18】 所要の検出比を、燃料圧目標値に関連した特性フィールドと所要の最低オーバーフロー量とから求める、請求項17記載の方法。
【請求項19】 所要のオーバーフロー量を一定に選ぶか、或いは燃料吐出ユニットのポット内の充填量に関連して、また貯蔵タンク(7)が分割されている場合にはタンク半部の充填量に関連して求める、請求項18記載の方法。
【請求項20】 切換え可能な調整部材(10)の作動制御を、燃料吐出ユニット(4)のポット内の充填量に関連して、また貯蔵タンク(7)が分割されている場合にはタンク半部の充填量に関連して行う、請求項9記載の方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば需用量制御式の燃料ポンプにおけるジェットポンプの、運転に関連した始動運転時供給に関する。
【0002】
【従来の技術】ドイツ連邦共和国特許出願公開第4224981号明細書に基づいて、貯蔵タンクから自動車の内燃機関へ燃料を圧送するための装置が公知になっている。該燃料圧送装置は、吸込み側を貯蔵タンクに、かつ吐出側を内燃機関に接続された燃料吐出ユニット並びに圧送系の吐出側に接続された分岐導管から成っている。該分岐導管は、タンク底の近傍に延びる導管区分を有しており、該導管区分内に1つのジェットポンプが配置されており、該ジェットポンプの圧力管は、タンク内室から仕切られた室内に開口し、該室から燃料吐出ユニットが燃料を取出す。内燃機関の確実にして迅速な始動が保証されるのは、分岐導管内に、しかも燃料の流動方向で見て前記ジェットポンプの手前に遮断弁が配置されている場合であり、該遮断弁は、分岐導管内の特定の制限圧を超えると開弁するようになっている。
【0003】慣用されている実施形態では概ね単数または複数のジェットポンプが、燃料吐出ユニットのポットに充填するため、或いはサドルタンクとして構成されている場合には燃料を循環させるために調圧器から復路(Ruecklauf)供給される。調圧器を有してない実施形態の場合には単数または複数のジェットポンプの供給は往路(Vorlauf)から行われねばならない。この目的を達成するために、需用量制御式の燃料圧送装置を備えた(機械的な調圧器を有していない)燃料供給系では往路内で機械的なオーバーフロー弁が使用される。該オーバフロー弁は運転中に開弁され、かつ所定の戻し量を保証する絞り横断面を解放する。機関停止時には機械的なオーバーフロー弁は、燃料供給系内の圧力を維持するために閉弁する。
【0004】機械的なオーバーフロー弁によって、例えば燃料の熱膨張による燃料供給系内の過圧増成が防止され、かつ、燃料吐出ユニットの動的挙動を改善するため、つまり応答時間を短縮するために該燃料吐出ユニットの基本負荷が発生される。戻し量は、場合によっては存在する別のジェットポンプに供給するために使用される。機械的なオーバーフロー弁はその場合、最低の燃料吐出圧の場合の開弁圧および絞り横断面が、ジェットポンプの確実な運転のために必要とする戻し量を保証するように設計されねばならない。ジェットポンプ当り約20l/hの量が必要になる。
【0005】しかしながら需用量制御式の燃料吐出ユニットの場合システム圧は可変であるので、冷機始動時または暖機始動時には(或いは暖機運転時にも)絞りを介して還流する燃料量が増大する。その場合特に始動の場合、機械的なオーバーフロー弁の開弁圧以下での圧力増成は、流出する燃料量によって困難になる。機関停止時の圧力は最低システム圧のすぐ下のレベルにしか維持されず、始動時の圧力増成はオーバーフローによって困難になる。
【0006】機械的なオーバーフロー弁を有せず、ただ絞りだけを有しているにすぎない往路供給式のジェットポンプを備えた実施形態の場合には圧力増成は、燃料の流出によってすでに周辺圧以下でなお一層困難になる。バッテリ電圧が比較的低いのに噴射量が大になるという相反する効果がぶつかり合う冷機始動の場合、このことは排除すべき重要な問題である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来慣用の機械的なオーバーフロー弁に代えて切換え可能な調整部材を用い、始動期中、戻し導管を完全に遮断して、燃料供給系の高圧部分のための圧力を燃料吐出ユニットによって損失無く増成できるようにし、機関停止の場合には戻し導管の遮断によって燃料供給系内に高いシステム圧を維持して、暖機始動時には燃料供給系内における蒸気気泡の生成を抑止できるようにすることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するための本発明の構成手段は、往路から供給される戻し導管が、切換え可能な調整部材によって遮断可能であり、かつ戻し量が全ての運転圧において絞りエレメントによって最低需用量以上に調整可能である点にある。
【0009】
【発明の効果】機関停止の場合の圧力の維持が、最低システム圧のすぐ下でしか実現できず、これによって該システム圧を上回ると開弁し、高圧部分における圧力増成を遅延させるという従来慣用のオーバーフロー弁の欠点が、本発明の構成によって排除される。
【0010】本発明の有利な構成では、切換え可能な調整部材は、作動制御をリリースする制御器に接続されている。前記切換え可能な調整部材は、別個の絞りエレメントを配設した遮断弁として構成することができるが、前記の切換え可能な調整部材と絞りエレメントを1つの構成部品として実現して所要スペースを節減することも可能である。絞り横断面を固定的に設定した場合には、絞りエレメントの絞り横断面は、最低のシステム運転圧においても、燃料吐出ユニットに充填するために戻し導管に配設されたポンプへの燃料供給を確実にするように設計されるのが有利である。切換え可能な調整部材を、作動制御に応じて種々異なった絞り強度を有するタイミング制御式の弁として構成した場合には、オーバーフロー量は目的に即応して調整でき、従って、燃料吐出ユニットのポットに燃料を充填するためのポンプの最低需用量に最適に適合することができる。
【0011】可変燃料圧を有する、需用量制御式の電動燃料ポンプの場合には、切換え可能な調整部材として、タイミング制御式の弁を使用するのが有利である。
【0012】燃料吐出ユニットを充填するために往路から供給される戻し導管を配設した需用量制御式の燃料圧送モジュールによって内燃機関用の燃料供給系を運転する本発明の方法を用いれば、始動時にも機械停止の場合にも共に戻し導管の閉止が実現される。絞り横断面を縮小することによってオーバーフロー量を制限すると共に燃料圧を高めることによって、システム圧が高められた場合でも機関の最大需用量を確実に保証することが可能になる。
【0013】戻し導管の開放時点を、機関が回転し始めて始動終了を検知した後に切り換え可能な調整部材によって生ぜしめるのが有利である。有利な実施形態では始動終了は、例えば相応のビットのセッティングによって規定される。切換え可能な調整部材の開放時点は、例えばバッテリ電圧に関連した予選可能な時間間隔の経過後にも有利に実現することができる。タイマーによって前設定可能な時間間隔は、燃料圧目標値に関連していることもできる。有利な実施形態では、燃料供給系の高圧部分内および燃料圧送モジュールに配置された圧力センサによって、燃料圧目標値に達したことを検出することが可能である。
【0014】タイミング制御式弁を備えた実施形態の場合には、燃料供給系内のすべての運転圧に対するオーバーフロー量を、燃料吐出ユニットを充填するためのポンプの最低需用量に調和させることが可能である。
【0015】所要の検出比は、例えば燃料圧目標値に関連した特性フィールドと所要の最低オーバーフロー量とから求められる。所要のオーバーフロー量は一定に選ぶこともでき、或いは燃料吐出ユニットのポット内の充填量に関連して、また複数の室によって貯蔵タンクが分割されている場合にはタンク半部の充填量に関連して選択することもできる。
【0016】
【発明の実施の形態】次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【0017】図1には、内燃機関用の燃料供給系が燃料圧送モジュールの高圧部分と諸構成要素と共に例示されている。本発明は、吸気管噴射式の燃料供給系においても有利に使用することができる。
【0018】燃料供給系1によって燃料が内燃機関2に供給される。燃料圧送モジュール3によって燃料は吐出され、昇圧された圧力レベルにされ、次いで燃料供給系1の高圧部分内へ圧送される。燃料圧送モジュール3は、例えば電動燃料ポンプとして構成された燃料吐出ユニット4を有している。該燃料吐出ユニット4はポットによって包囲されており、該ポットを介して燃料吐出ユニット4の吸込み側に燃料がタンク7から供給される。燃料吐出ユニット4の手前には前置フィルタ5が配置されており、該前置フィルタは、貯蔵タンク7に供給された燃料が燃料吐出ユニット4内に達する前に該燃料から粗粒不純物を濾過する。燃料吐出ユニット4を包囲して濾材6が配置されており、該濾材は燃料から極微粒不純物を濾過する。この濾材6は、燃料が別の燃料系内へ達する前に通流させられる。貯蔵タンク7は、燃料圧送モジュール3に接続しているフロートエレメント8によって検出される。燃料供給系1の概略図と見做される図1に示した貯蔵タンク7の形態以外に、別の経過を辿るタンク制限壁9も当然考えられる。共通のケーシング内に燃料吐出ユニット4および濾材6を収容する燃料圧送モジュール3において、燃料を燃料供給系1の高圧部分に供給する吐出導管13.1には、貯蔵タンク7への戻し導管11の分岐点で、切換え可能な調整部材10が配設されている。この切換え可能な調整部材10は絞りエレメント10.1を有しており、この場合、両構成要素は1つの構成部品として構成されているのが有利である。戻し導管11を介して、図1では図示を省いた複数のポンプに燃料が供給され、これらのポンプは、燃料吐出ユニット4を包囲するポットに燃料を充填する。
【0019】燃料圧送モジュール3の吐出側13では燃料吐出ユニット4の上位に圧力センサ15が設けられており、該圧力センサは信号導線19を介して制御器20に接続されている。圧力センサ15以外に燃料圧送モジュール3内には更にタイミング制御モジュール16が設けられており、該タイミング制御モジュールは作動制御導線18を介して制御器20に接続されている。吐出側13から吐出導管13.1は、逆止弁を組込んだ高圧ポンプ21へ延びており、該高圧ポンプは、ディストリビュータ24を介して燃料を個々の高圧噴射弁25に供給し、該高圧噴射弁は次いで燃料を、各高圧噴射弁25に対応配設された内燃機関2の燃焼室26内へ噴射する。ディストリビュータ24には高圧センサ23が配設されており、該高圧センサによって、ディストリビュータ24内に支配する燃料圧の実際値が検出される。
【0020】燃料吐出ユニット4のポットを充填するポンプに戻し導管11を介して燃料を導く切換え可能な調整部材10は、作動制御導線17を介して制御器20に接続されている。第1の実施形態では前記切換え可能な調整部材10は、定横断面の絞りエレメント10.1を配属した遮断弁10として構成することができる。該絞りエレメント10.1の絞り横断面は、運転中のシステム圧が最低であっても貯蔵タンク7内に設けたポンプが電動燃料ポンプのポットを充填するのに充分な燃料を供給することを保証するように設計されている。前記の切換え可能な調整部材10および絞りエレメント10.1は、モジュール式組立原理に基づいて燃料圧送モジュール3内にスペースを節減して組込める1つの構成部品として構成されているのが有利である。
【0021】戻し導管11を遮断する切換え可能な調整部材10は、燃料吐出ユニット4の往路運転段階中、つまり始動時の圧力増成中は閉鎖されている。この期間中は貯蔵タンクへの戻し導管11は締切られており、燃料吐出ユニット4のポットに設けられているポンプには、この未臨界期の間は燃料が供給されず、これによって問題が生じることもない。始動動作時の戻し導管11の遮断によって、燃料吐出ユニット4のポット用のポンプに供給するための戻し導管11を介してのオーバーフロー量の流出は阻止されるので、これによって燃料吐出ユニット4による圧力増成作用の改善が得られる。戻し導管11は燃料をジェットポンプ27へ戻す。例えば分割または屈曲されたタンクを使用する場合に燃料を循環させるために随意選択的に別のジェットポンプ27への分岐点11.1を設けることも可能である。
【0022】所定の圧力を得る場合に機械的なオーバーフロー弁の開弁によって、(機械的なオーバーフロー弁の場合に従来そうであったように)戻し導管11を介してのオーバーフロー量の流出が生じることによって、始動時の圧力増成が遅延することはない。特に冷機時始動の場合、戻し導管11は従来の実施形態に対比して長く遮断しておくことが可能であり、これは特にバッテリ電圧が低い場合、比較的高い始動圧に達するのに極めて有益である。
【0023】圧力増成が生じた後、電気的な調整部材10は作動制御導線17を介して制御器20によって開放され、かつ絞りエレメント10.1を介して、絞り横断面に即応したポンプへの燃料供給を可能にして、燃料吐出ユニット4のポットを充填することができる。運転停止の場合には、切換え可能な調整部材10は、燃料圧送モジュール3の吐出側13の圧力を維持するために、制御器20を介して作動制御することによって閉鎖される。内燃機関の停止後に生じる後加熱期においては燃料の熱膨張に基づいて圧力は上昇することができる。切換え可能な調整部材10による戻し導管11の閉止維持によって燃料供給系1の吐出側13には、高められたシステム圧が得られ、該システム圧は、燃料供給系内における蒸気気泡の生成を防止しかつ暖機時始動挙動に有利な影響を及ぼす。この場合、切換え可能な調整部材10は、制御器20の作動制御によって滅勢されて閉鎖されており、タンク側に逆止弁を内蔵する戻し導管11は閉止されており、燃料供給系内の圧力が戻し導管11を介して徐々に低下することはあり得ない。むしろ圧力は、電動燃料ポンプ内に組込まれた圧力制限弁が設定されている圧力まで昇圧することができる。
【0024】切換え可能な調整部材10の第2の実施形態では該調整部材は、可変絞り横断面を有するタイミング制御式弁として構成することができる。定横断面をもって設計された絞りエレメント10.1は、燃料圧の上昇に伴ってオーバーフロー量の増加を惹起することがある。高圧の場合、燃料吐出ユニット4の吐出量は減退するので、それに応じて該燃料吐出ユニットは負荷を受ける。タイミング制御式弁の場合には、電動燃料ポンプおよび調整部材10の作動制御に応じて、戻し導管11によるオーバーフロー量は、種々異なった絞り作用度によって、目的に即して調整される。ノーマルな運転時には制御器20による作動制御は例えば、いかなる運転圧の場合にも、電動燃料ポンプのポットに充填するのに要するポンプの最低需用量にオーバーフロー量を一定に調整するようにして行うことができる。所要の検出比は例えば燃料目標圧に関連した特性フィールドと所要の最低オーバーフロー量とから求められる。必要なオーバーフロー量は一定に選ぶことができ、或いは燃料吐出ユニットのポット内の充填量に関連して、また複数の室によってタンクが分割されている場合には、タンクの充填量に関連して選ぶこともできる。切換え可能な調整部材10のこの実施形態によって、オーバーフロー量はタイミング制御式弁を介して制限され、かつ燃料吐出ユニット4の負荷が軽減される。他面において、システム圧が高い場合にも、機関需用量の確実なカバーが保証されている。
【0025】図2および図3の(1)〜(4)には、切換え可能な調整部材の質疑応答のためのフローチャートが例示されている。
【0026】始動期中に調整部材10が差し当たって閉鎖されている場合、所要の圧力が増成されているか否かが問われる。イエスであれば、切換え可能な調整部材10は、制御器20により作動制御導線17を介して開放される。始動終了は図3の(1)に示すように始動ビットのセッティングまたは非セッティングによって規定することができる。機関が回転し始めたら、切換え可能な調整部材10は開放することができる。機関が回転し始めなければ、切換え可能な調整部材は閉じたままである。始動ビットの質疑応答以外に、圧力の質疑応答を実施することも可能である。図3の(2)に示したように、圧力実際値が燃料圧目標値より大であるかまたは燃料圧目標値に等しいか(Pist ≧ Psoll )を圧力センサ15および高圧センサ23を介して問い質すことが可能である。圧力実際値が少なくとも燃料圧目標値に等しければ、切換え可能な調整部材10は開放することができ、そうでなければ該調整部材は閉鎖したままである。最終的に図3の(3)および図3の(4)に示した切換え可能な調整部材10を開放するための条件式に基づいて、固定的な時間間隔の経過または、燃料圧目標値および/またはバッテリ電圧に関連した時間間隔が検出され、次いで切換え可能な調整部材10が開放される。
【0027】図3の(4)には、時間間隔が燃料圧目標値およびバッテリ電圧の関数として求められる若干の条件式の組合せが開示されている。図2に示したフローチャートによれば、機械的に開く慣用のオーバーフロー弁に対比して高い圧力を燃料供給系内に保証し、これによって次の暖機時始動を著しく改善するために、前記切換え可能な調整部材10は機関停止時に再び閉鎖される。




 

 


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