ユニットインジェクター

ユニットインジェクター( UI ) は、インジェクターノズルとインジェクションポンプを1 つのコンポーネントに統合した、ディーゼルエンジン用の高圧統合直接燃料噴射システムです。使用されるプランジャーポンプは通常、共有カムシャフトによって駆動されます。ユニットインジェクターでは、デバイスは通常、燃料自体によって潤滑および冷却されます。

高圧噴射は、燃料を多数の小さな液滴として噴射することで表面積と体積の比率を大幅に高め、従来の低圧燃料噴射に比べてパワーと燃費の面でメリットをもたらします。これにより、燃料液滴の表面からの気化が改善され、大気中の酸素と気化した燃料の結合がより効率的になり、より完全でクリーンな燃焼が実現します。

1911年、イギリスでフレデリック・ランプローが、現在使用されているものと似たユニットインジェクターの特許を取得しました。^[1]

米国におけるユニットインジェクターの商業利用は、1930年代初頭に機関車、船舶、さらには米海軍の潜水艦に動力を供給するウィントンエンジンで始まりました^{[2]。そして1934年にアーサー・フィールデンは、後に}ゼネラルモーターズの2ストロークディーゼルエンジンに使用されるユニットインジェクターの設計^[4]で米国特許番号1,981,913 ^[3]を取得しました。ほとんどの中型ディーゼルエンジンは単一のポンプと個別のインジェクターを使用していましたが、デトロイトディーゼル^[5]やエレクトロモーティブディーゼルなどの一部のメーカーは、高圧ポンプがインジェクター自体に含まれているユニットインジェクターを好むことで有名になりました。EWケタリングの1951年のASMEプレゼンテーションでは、現代のユニットインジェクターの開発について詳細に説明されています。^[6] また、カミンズPT（圧力時間）は、燃料インジェクターが低圧ポンプによって供給されるコモンレール上にあり、インジェクターがカムシャフトの3番目のローブによって作動するユニットインジェクションの一種です。圧力によってインジェクターが得る燃料の量が決まり、時間はカムによって決まります。

1994 年、Robert Bosch GmbH が商用車向けの最初の電子ユニット インジェクターを供給し、他のメーカーもすぐに追随しました。1995 年、Electromotive Diesel はUI に代わる EUI を使用して、 710ディーゼル エンジンを電子燃料噴射に切り替えました。

現在、主要メーカーとしては、ロバート・ボッシュGmbH、CAT、^[7] カミンズ、^[8] デルファイ、^{[9] [10]} デトロイト・ディーゼル、エレクトロ・モーティブ・ディーゼル^[11]などが挙げられます。

ユニットインジェクターの設計により、高圧燃料パイプが不要になり、それに伴う故障もなくなり、より高い噴射圧力を実現できます。ユニットインジェクターシステムは、コモンレールシステムと同様に、正確な噴射タイミングと制御量を可能にします。^[12]

ユニットインジェクターはエンジンのシリンダーヘッドに取り付けられており、燃料はシリンダーヘッドに直接機械加工された一体型ダクトを介して供給されます。各インジェクターには独自のポンプ要素があり、電子制御の場合は燃料ソレノイドバルブも備わっています。燃料システムは、低圧（<500  kPa）燃料供給システムと高圧噴射システム（<2000  bar）に分かれています。^[13]

技術的特徴:

• ユニットインジェクターシステムの特徴は、各シリンダーに個別のポンプが割り当てられていることです。
• ポンプとノズルはコンパクトなアセンブリに統合され、シリンダーヘッドに直接取り付けられます。
• ユニットインジェクターシステムにより、最大 2,200 bar の高圧噴射が可能になります。

利点:

• クリーンでパワフルなエンジンを実現する高性能
• 高いエンジン出力と低燃費、低排出ガスのバランス
• コンパクトな設計による高い効率
• エンジンブロックに直接組み込むことで低騒音を実現
• 空気と燃料の混合比を理想的にするために、最大 2,200 バールの噴射圧力を実現します。

基本的な操作は、充填段階、流出段階、注入段階、圧力低下段階の 4 つの個別の段階のシーケンスとして説明できます。

低圧燃料供給ポンプは、ろ過されたディーゼル燃料をシリンダー ヘッドの燃料ダクトと、オーバーヘッド カムシャフトで作動する定ストローク ポンプ プランジャー インジェクターの各インジェクター燃料ポートに供給します。

充填段階

上昇中の定ストロークポンプ要素は供給ダクトからチャンバーに燃料を引き込み、電気ソレノイドバルブが通電されていない限り、燃料ラインは開いたままです。

流出段階

ポンプ要素は下降中であり、ソレノイドバルブが通電されていない限り、燃料ラインは開いており、燃料は戻りダクトに流れ込みます。

注入段階

ポンプ要素はまだ下降途中ですが、ソレノイドが通電され、燃料ラインはすぐに閉じられます。燃料は戻りダクトに戻ることができず、圧力が特定の「開放」圧力を超えるまでプランジャーによって圧縮され、インジェクターのノズルニードルが持ち上がり、燃料が燃焼室に噴射されます。

圧力低減段階

プランジャーはまだ下降中であり、必要な量の燃料が供給されると、エンジン ECU はソレノイドの電源を切ります。燃料バルブが開き、燃料が戻りダクトに逆流して圧力が低下します。その結果、インジェクターのノズルニードルが閉じ、それ以上の燃料は噴射されなくなります。

まとめ

噴射の開始はソレノイドの閉じるポイントによって制御され、噴射される燃料の量はソレノイドが閉じている時間の長さである閉じ時間によって決まります。ソレノイドの動作はエンジン ECU によって完全に制御されます。

電子制御の使用により、温度制御による噴射タイミング、シリンダーバランス（スムーズなアイドリング）、部分負荷時の個々のシリンダーのオフによる排出量と燃料消費量のさらなる削減、マルチパルス噴射（1 エンジン サイクル中の複数回の噴射発生）などの特別な機能が可能になります。

ユニットインジェクター燃料システムは、ボルボ、カミンズ、デトロイトディーゼル、CAT、ナビスターインターナショナルなどのメーカーの商用車、ランドローバーやフォルクスワーゲングループなどのメーカーの乗用車、エレクトロモーティブディーゼルの機関車など、さまざまな車両やエンジンに使用されています。

フォルクスワーゲングループの主流ブランドでは、サクションディーゼルインジェクション（SDI）とターボチャージドダイレクトインジェクション（TDI）ディーゼルエンジンにユニットインジェクターシステム（ブランド名は「Pumpe Düse」、^{[14]一般に}「PD」と略される）を使用していましたが、^[15]この燃料噴射方法は、新しい1.6 TDIなどのコモンレール設計に取って代わられました。

北米では、フォルクスワーゲンジェッタ、ゴルフ、ニュービートルTDI 2004-2006がPumpe Düse ^[16]です（MK4世代とMK5世代の両方で利用可能、それぞれBEWとBRMエンジンコード、古いモデルはタイミングベルト駆動の噴射ポンプを使用しています）。^[要出典]

フォルクスワーゲン グループが製造した PD ユニット インジェクター システムを組み込んだ TDI エンジンは、ディーゼル燃料の価格が手頃なヨーロッパやその他の市場で販売された一部の車にも搭載されており、その中には、ダッジ キャリバー (MY07 BKD、MY08 BMR)、ダッジ ジャーニー、ジープ コンパス、ジープ パトリオットなど、ダイムラークライスラー時代のクライスラー/ダッジ車も含まれていました。

フォルクスワーゲン グループの主要トラックおよびディーゼルエンジンメーカーであるスカニア ABも、同社が「 Pumpe-Düse-Einspritzung」または「 PDE 」と呼ぶユニットインジェクターシステムを採用しています。

1993年、CATとInternational Truck & Engine Corporation ^[17]は、インジェクターがカムシャフトで操作されなくなり、エンジン回転数とは独立して燃料を加圧できる「油圧作動式電子ユニット噴射」（HEUI）を発表しました。これは、Navistarの7.3L / 444 cuin、V8 ディーゼルエンジンで初めて利用可能になりました。HEUIはエンジンオイルの圧力を使用して高圧燃料噴射を行いますが、ユニットインジェクターの通常の操作方法はエンジンカムシャフトです。

HEUI アプリケーションには、1993 年 5 月から 2007 年まで使用されたFord 7.3L および 6.0L Powerstrokeが含まれます。International も、 DT 466E、DT 570、T-444E、DT-466–570、MaxxForce 5、7、9、10、MaxxForce DT、VT365 エンジンなど、複数のエンジンに HEUI システムを使用しました。^{[疑わしい–議論する]} Caterpillar は、3116、3126、C7、C9 などに HEUI システムを組み込み、International が供給した Daimler-Detroit Diesel Series 40 エンジンにも HEUI 燃料システムが組み込まれました。Isuzu は、Trooper とその派生モデルに搭載された 3.0 LTR 4JX1 エンジンに HEUI システムを装備しました。多くのメーカーは、燃費の向上と導入されている新しい排出ガス基準を満たすために、HEUI システムを新しい技術 であるコモンレール噴射ソリューションに置き換えました。

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