JP2000008988A

JP2000008988A - 燃料噴射弁用の制御弁

Info

Publication number: JP2000008988A
Application number: JP11139117A
Authority: JP
Inventors: Heinz Lixl; リクスルハインツ
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-05-19
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2000-01-11
Also published as: EP0959243B1; DE19822503C1; US6145492A; DE59907682D1; EP0959243A1

Abstract

(57)【要約】【課題】構造が単純であるにもかかわらず、加えられ
る制御力が小さくてよい制御弁を提供する。【解決手段】制御弁１２が、制御室４とは反対側に配
置された弁室２６を有していて、該弁室２６が流出絞り
２８を介して制御室４と接続されており、制御弁１２
が、第１の作用面Ａ１とは逆向きに作用する第２の作用
面Ａ２を弁体２０に有していて、該第２の作用面Ａ２が
第１の作用面Ａ１よりも小さな面積を有しており、弁室
２６が、流れ方向で見て流出絞り２８の後ろでかつシー
ル面２２及び所属の弁座２４の前に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に燃料を
噴射するための燃料噴射弁用の制御弁であって、流入絞
りを介して高圧アキュムレータに接続されている制御室
が設けられていて、該制御室が、流出絞りと、軸方向可
動の弁体を有する制御弁とを介して、燃料タンクに通じ
る無圧の戻し路と接続可能であり、流入絞りと流出絞り
とは、流入絞りにおける圧力降下が流出絞りにおける圧
力降下よりも大きくなるように、寸法設定されており、
制御弁が制御室に隣接して形成されていて、制御弁の弁
体が第１の作用面で、制御室に面しており、弁体が、制
御室及び第１の作用面とは反対の側に、弁座と共働する
シール面を有しており、弁体のシール面が弁座から持ち
上がることによって、制御室が戻し路と接続可能であ
り、しかも制御室における圧力が、ノズルニードルを備
えた可動のノズル体に作用するようになっていて、ノズ
ルニードルがノズル体の運動時に噴射孔を開閉する形式
のものに関する。

【０００２】このような形式の制御弁は、ヨーロッパ特
許公開第０８２６８７６号明細書に基づいて公知であ
る。

【０００３】

【従来の技術】内燃機関への燃料供給のためには今日ま
すます、極めて高い噴射圧で作動させられるアキュムレ
ータ噴射系が使用されるようになっている。このような
噴射系はコモンレール系（ディーゼル機関）及びＨＰＤ
Ｉ噴射系（オット機関）として公知である。これらの噴
射系が優れている点は次のことにある。すなわちこのよ
うな噴射系では、燃料は高圧ポンプによって機関のすべ
てのシリンダに共通の１つの圧力アキュムレータに圧送
され、この圧力アキュムレータから個々のシリンダにお
ける噴射弁に燃料が送られる。そして噴射弁の開閉は、
通常電磁式に、場合によっては圧電素子を補助的に用い
て、制御される。

【０００４】制御弁は、本来の燃料噴射弁の開閉をハイ
ドロリック式に生ぜしめるために、つまり噴射過程の開
始及び終了を時間的に正確に決定するために、働く。噴
射弁は例えばコントロールされて開放され、かつ噴射過
程の終了時に迅速に閉鎖されることが望まれている。ま
た、本来の噴射の前に前噴射（パイロット噴射）のため
に少量の燃料を噴射できることが望まれており、このよ
うな噴射形式によって燃焼プロセスを最適化することが
できる。

【０００５】前記ヨーロッパ特許公開第０８２６８７６
号明細書及びヨーロッパ特許公開第０７７８４１１号明
細書では、コモンレール系のための制御弁として、２ポ
ート２位置方向切換え制御弁が使用される。

【０００６】次に図１を参照しながら、制御弁として本
発明による２ポート２位置方向切換え制御弁を備えた公
知の噴射弁について説明する。

【０００７】図１に示されているように、コモンレール
系では燃料は系圧をもって、高圧アキュムレータ（図示
せず）から、高圧孔１と流入絞り３を備えた流入孔２と
を介して、噴射弁本体５における制御室４に案内され
る。制御室４内においては、そこに存在する圧力が、前
端部にノズルニードル１３を備えた可動のノズル体６の
後端部に作用し、ノズルニードル１３は、ノズル体６の
運動時に噴射弁本体５における噴射孔７を開閉し、これ
らの噴射孔７は内燃機関の燃焼室に通じている。同様に
高圧孔１を介して高圧アキュムレータにはノズル室８が
接続されており、このノズル室８は、噴射弁本体５にお
いてノズル体６の前端部に形成されている。制御室４に
もノズル室８にも共に完全な系圧が存在する場合には、
ノズル体６は制御室４におけるその大きな作用面に基づ
いて、下方に向かって押圧され、その場合ノズルニード
ル１３はノズル室８における弁座１５に接触していて、
噴射孔７を閉鎖している。

【０００８】制御室４からは、噴射弁本体５に設けられ
ていて流出絞り１０を備えた孔９が、噴射弁本体５に一
体に組み込まれた２ポート２位置方向切換え制御弁の形
の制御弁１２に通じている。制御弁１２からは無圧の燃
料戻し路１４が、燃料タンクに通じている。制御弁１２
は突き棒１６を介して、電磁式及び／又は圧電式のアク
チュエータ１８によって制御されかつ操作される。

【０００９】制御弁１２は、制御室１４において可動の
ノズル体６に加えられる圧力を制御する。制御弁１２が
閉鎖されている場合には、制御室４はほぼ完全な系圧に
あり、その結果ノズル体６の前端部におけるノズルニー
ドル１３は、燃焼室に通じている噴射孔７を閉鎖してい
る。アクチュエータ１８が電気的に制御されると、突き
棒１６はばね負荷された制御弁１２に対して力を加え
る。その結果制御弁１２は開放する。制御弁１２が開放
されている場合には、高圧アキュムレータと制御室４と
制御弁１２と戻し路１４との間には、静的な（stationa
er）流れが生ぜしめられる。この流れは、個々の絞りつ
まり流入絞り３及び流出絞り１０において、規定された
圧力降下を生ぜしめる。流入絞り３及び流出絞り１０に
おける圧力降下はそれぞれ、制御室４における圧力が低
下するように設定されている。これによって、制御室４
においてノズル体６に作用する力は減少し、これに対し
てノズル室８における圧力は系圧と等しいままに保たれ
るので、その結果噴射弁はハイドロリック式に、ノズル
室８においてノズル体６に加えられる力によって、開放
される。これによってノズル室８と噴射孔７との間にお
ける接続が生ぜしめられ、燃料は燃焼室に噴射される。

【００１０】この公知の構成には次のような欠点があ
る。すなわち公知の構成では、閉鎖された状態において
制御弁１２に作用する圧力は、ほぼ系圧に等しく、つま
りかなり高い。この圧力は公知の構成では制御弁１２に
対して開放方向に作用するので、制御弁１２の閉鎖ばね
１２は強力に設計されねばならず、さもないと、制御弁
１２を閉鎖状態に保つことができない。これによってさ
らにまた、制御弁を開放するための力つまりアクチュエ
ータ１８によって加えられねばならない力も、極めて大
きなものになる。

【００１１】このような欠点を排除するために、ヨーロ
ッパ特許公開第０７７８４１１号明細書では、制御室に
圧力補償室及び圧力補償ピストンを設けることが提案さ
れている。制御弁はこの場合依然として、噴射弁本体に
設けられていて流出絞りを備えた孔を介して、制御室と
接続されている。この構成のさらに有利な構成では、流
出孔が、ばね負荷された可動の絞りピストンに設けられ
ており、この絞りピストンは制御室と制御弁との間に配
置されている。このような構成によって、噴射弁のノズ
ル体を制御するための構成は、極めて高価なものにな
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ゆえに本発明の課題
は、冒頭に述べた形式の制御弁を改良して、構造が単純
であるにもかかわらず、加えられる制御力が小さくてよ
い制御弁を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、制御弁が、制御室とは反対側に配
置された弁室を有していて、該弁室が流出絞りを介して
制御室と接続されており、制御弁が、第１の作用面とは
逆向きに作用する第２の作用面を弁体に有していて、該
第２の作用面が第１の作用面よりも小さな面積を有して
おり、弁室が、流れ方向で見て流出絞りの後ろでかつシ
ール面及び所属の弁座の前に配置されている。

【００１４】本発明の別の有利な構成は請求項２以下に
記載されている。

【００１５】

【発明の効果】本願発明による制御弁はしたがって、噴
射弁体に一体的に組み込まれた２ポート２位置方向切換
え制御弁である。本発明による制御弁は極めて簡単に構
成されており、噴射弁本体内に完全に組み込まれてい
て、小さな制御力しか必要としない。本発明による制御
弁の特別な構成によって、弁室容積を最小にすることが
できる。また制御弁、絞り及び噴射弁本体はコンパクト
なユニットを形成している。そして制御弁には、プレロ
ード（Vorspannung）を生ぜしめるために、ばね又はそ
れに類した装置は不要である。本発明による制御弁は、
２０〜４０μｍの行程しかない最小の行程運動のために
も設計することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に図面につき本発明の実施の形
態を説明する。

【００１７】第２図には、制御弁として本発明による２
ポート２位置方向切換え制御弁を備えた噴射弁が示され
ている。

【００１８】図２に示された噴射弁においても、図１に
示された噴射弁のように、噴射弁の制御室４は、噴射弁
本体５における高圧孔１と流入絞り３を備えた流入孔２
とを介して、系圧にある高圧アキュムレータに接続され
ている。図２には示されていないが、図２においても高
圧孔１はさらに、可動のノズル体６の前端部におけるノ
ズル室に通じており、ノズル体６はその後端部で制御室
４に突入していて、つまり制御室４の側を形成してい
る。

【００１９】図２に示された本発明による構成では、制
御弁１２は制御室４に直ぐ隣接して配置されている。そ
のために噴射弁本体５には切欠き３０が形成されてお
り、この切欠き３０は、ノズル体６とは反対に、つまり
ノズル体６を受容するために規定された孔とは反対に、
噴射弁本体５の長手方向において、制御室４から離れる
方向に延びている。切欠き３０には弁体２０が挿入され
ている。ノズル体６と同様に、制御弁１２の弁体２０も
また噴射弁本体５の長手方向において運動可能である
が、しかしながら密につまりシール作用をもって切欠き
３０内に押し込まれている。

【００２０】切欠き３０は制御室４に向かって開放して
いるので、切欠き３０に挿入された弁体２０は（その底
面である）面Ａ１で、制御室４に突入しており、つまり
この面Ａ１で制御室４の片側を形成している。通常この
側は、制御室４の、ノズル体６によって形成される側に
向かい合って位置している。

【００２１】切欠き３０の、制御室４とは反対側の他方
の側（つまり上側）において、噴射弁本体５には孔４０
が設けられており、この孔４０を通って、電磁式及び／
又は圧電式のアクチュエータ（図２には図示せず）の突
き棒１６が延びている。突き棒１６の直径は孔４０の直
径よりも小さく、孔４０は無圧の戻し路の一部を形成し
ており、この戻し路を通って燃料は、制御弁１２の開放
時に制御室４から燃料タンクへと流れる。

【００２２】孔４０はまた切欠き３０よりも小さな直径
を有している。孔４０から切欠き４０への移行部は、制
御弁１２のための弁座２４として形成されており、この
弁座２４には、制御弁１２の閉鎖時に弁体２０の上側に
おけるシール面２２が、つまり弁体２０の、制御室４と
は反対の側におけるシール面２２が、密に接触する。

【００２３】弁座２４に対応するシール面２２に続い
て、弁体２０はその外周部に半径方向の段部又は半径方
向の狭窄部２５を有している。この狭窄部２５は階段状
に、弁体２０の上側及びシール面２２から間隔をおい
て、弁体２０の外径にまで拡大し、この外径は切欠き３
０の内径に相当する。狭窄部２５は、切欠き３０の上端
部における半径方向の肩部３２と一緒に、制御弁１２の
上端部において弁室２６を生ぜしめる。

【００２４】狭窄部２５は、弁室２６における圧力に関
連してリング状の作用面Ａ２を有しており、この作用面
Ａ２は、弁体２０の下側における作用面Ａ１とは反対側
に位置していて、この作用面Ａ１よりも小さい。したが
ってこの関係は、上端部と下端部とにおける異なった作
用面の考慮下で、制御室４とノズル室８とにおける圧力
に関連して上下運動するノズル体６における関係と、同
様である。

【００２５】弁体２０には流出孔２７に流出絞り２８が
一体に組み込まれている。流出絞り２８を備えた流出孔
２７は、制御弁４から弁室２６に延びており、すなわち
弁体２０の、制御室４に隣接する側つまり制御室４に突
入する側から、狭窄部２５に延びている。

【００２６】出発状態においてつまり噴射弁の閉鎖時
に、制御弁１２の弁体２０は、ほぼ系圧に相当する制御
室４における圧力によって、弁座２４に押圧され、その
結果弁室２６と、燃料タンクに通じる無圧の戻し路の一
部である孔４０との間には、接続部が存在しない。確か
に、流出孔２７と流出絞り２８とを介して弁室２６にお
いては制御室４とほぼ同じ圧力が存在しているが、しか
しながら、制御室４の側からの圧力を弁体２０に作用さ
せる面Ａ１は、弁室２６における圧力を逆方向に作用さ
せる面Ａ２よりも大きいので、結果的に生じる力は弁座
に向けられている。

【００２７】系圧は制御室４においてノズル体６にも作
用しているので、ノズル体６の前端部におけるノズルニ
ードルはその座に押圧され、噴射孔７への接続は中断さ
れている。その結果燃料は燃焼室に噴射されない。

【００２８】アクチュエータ１８の電気的な制御時に、
突き棒１６を介して制御弁１２には力が加えられ、この
力は弁体２０を弁座２４から持ち上げる。弁室２６の作
用面Ａ２には既に開放方向に作用する力が存在している
ので、突き棒１６によって加えられる力はもはや単に、
大きな作用面Ａ１に作用する力に対する差を克服するだ
けでよい。

【００２９】弁座２４からの弁体２０の上昇時、つまり
弁座２４から弁体２０が離れる方向に運動した時に、弁
室２６と、燃料タンクに通じる無圧の戻し路の一部であ
る孔４０との間には、接続部が生ぜしめられる。これに
よって燃料は高圧孔１から流入絞り３、制御室４、流出
絞り２８及び弁室２６を通って孔４０に流入する。流出
絞り２８の直径は、噴射弁本体５における流入絞り３の
直径よりも大きい。したがって流入絞り３を通る貫流量
は、流出絞り２８を通る貫流量よりも小さいので、その
結果制御室４における圧力は低下する。これによってノ
ズル体６に対する負荷は軽減され、ノズル室８（図１）
における系圧によってノズルニードルはその座から持ち
上げられ、噴射孔７への接続部を開放する。そしてこれ
によって噴射過程が始まる。

【００３０】弁座２４からの上昇時における弁体２０の
行程及びこの運動とは逆方向のノズル体６の行程は、弁
体２０の下側がノズル体６の上側に接触するように、合
わせられていることができる。両者は共に平らな面であ
るので、これによって、弁体２０の下側に開口する流出
孔２７は閉鎖される。その結果として、戻し路を通って
もはや燃料は実質的に流出しない。そして同時に制御室
４における圧力が上昇する。

【００３１】このような処置には、噴射弁の漏れ流がひ
いては不必要に吐出される燃料量が減じられるという利
点がある。しかしながらこのような処置を施すことは、
必ずしも必要ではない。

【００３２】アクチュエータ１８の制御の終了後に、弁
体２０は制御室４における圧力によって、つまり無圧の
戻し路に接続されている弁室２６における圧力よりも常
に大きい圧力によって、弁座２４に押し付けられる。こ
れによって孔４０への及び無圧の戻し路への接続部が中
断され、その結果制御室４において完全な圧力つまり全
圧が再び形成され得る。制御室４における圧力はノズル
体６において、ノズルニードルの座に向かっての力を生
ぜしめ、この力によってノズルニードルは再びその座に
押圧され、そして噴射過程が終了する。

【００３３】図３には、図２の噴射弁において使用され
る弁体２０の構成が示されている。流出絞り２８を備え
た流出孔２７は、制御室４に隣接する弁体２０の下側を
起点として斜めに弁体２０を貫いて延びていて、シール
面２２の下における狭窄部２５に直接開口している。

【００３４】図４には弁体２０の択一的な構成が示され
ており、この構成では流出絞り２８を備えた流出孔２７
は、制御室４に隣接する弁体２０の下側を起点として、
弁体２０の長手方向軸線の方向で弁体２０内を延びてい
て、横孔２９に開口しており、この横孔２９は、長手方
向軸線に対して垂直に弁体２０を貫通していて、シール
面２２の下における狭窄部２５に開口している。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御弁として本発明による２ポート２位置方向
切換え制御弁を備えた公知の噴射弁を示す図である。

【図２】本発明による制御弁を備えた噴射弁を示す図で
ある。

【図３】図２に示された制御弁のための噴射弁本体の第
１実施例を示す図である。

【図４】図２に示された制御弁のための噴射弁本体の第
２実施例を示す図である。

【符号の説明】

１高圧孔、２流入孔、３流入絞り、４制
御室、５噴射弁本体、６ノズル体、７噴射
孔、８ノズル室、９孔、１０流出絞り、
１２制御弁、１３ノズルニードル、１４燃料
戻し路、１５座、１６突き棒、１８アクチュ
エータ、２０弁体、２２シール面、２４弁
座、２５狭窄部、２６弁室、２７流出孔、
２８流出絞り、２９横孔、３０切欠き、４
０孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関に燃料を噴射するための燃料噴
射弁用の制御弁であって、流入絞り（３）を介して高圧
アキュムレータに接続されている制御室（４）が設けら
れていて、該制御室（４）が、流出絞り（１０，２８）
と、軸方向可動の弁体（２０）を有する制御弁（１２）
とを介して、燃料タンクに通じる無圧の戻し路（１４）
と接続可能であり、流入絞り（３）と流出絞り（１０，２８）とは、流入絞
り（３）における圧力降下が流出絞り（１０，２８）に
おける圧力降下よりも大きくなるように、寸法設定され
ており、制御弁（１２）が制御室（４）に隣接して形成されてい
て、制御弁（１２）の弁体（２０）が第１の作用面（Ａ
１）で、制御室（４）に面しており、弁体（２０）が、制御室（４）及び第１の作用面（Ａ
１）とは反対の側に、弁座（２４）と共働するシール面
（２２）を有しており、弁体（２０）のシール面（２
２）が弁座（２４）から持ち上がることによって、制御
室（４）が戻し路（１４）と接続可能であり、しかも制
御室（４）における圧力が、ノズルニードル（１３）を
備えた可動のノズル体（６）に作用するようになってい
て、ノズルニードル（１３）がノズル体（６）の運動時
に噴射孔（７）を開閉する形式のものにおいて、制御弁（１２）が、制御室（４）とは反対側に配置され
た弁室（２６）を有していて、該弁室（２６）が流出絞
り（２８）を介して制御室（４）と接続されており、制
御弁（１２）が、第１の作用面（Ａ１）とは逆向きに作
用する第２の作用面（Ａ２）を弁体（２０）に有してい
て、該第２の作用面（Ａ２）が第１の作用面（Ａ１）よ
りも小さな面積を有しており、弁室（２６）が、流れ方向で見て流出絞り（２８）の後
ろでかつシール面（２２）及び所属の弁座（２４）の前
に配置されていることを特徴とする、燃料噴射弁用の制
御弁。
【請求項２】流出絞り（２８）が制御弁（１２）の弁
体（２０）に一体に組み込まれている、請求項１記載の
制御弁。
【請求項３】弁室（２６）の第２の作用面（Ａ２）
が、弁体（２０）の上側における狭窄部（２５）によっ
て形成されている、請求項１記載の制御弁。
【請求項４】弁体（２０）に設けられていて流出絞り
（２８）を備えた流出孔（２７）が、制御室（４）に隣
接した弁体（２０）の下側から、直接、弁体（２０）の
上側における狭窄部（２５）に延びている、請求項２又
は３記載の制御弁。
【請求項５】流出絞り（２８）を備えた流出孔（２
７）が、制御室（４）に隣接した弁体（２０）の下側か
ら、横孔（２９）に通じており、該横孔（２９）が、弁
体（２０）の上側における狭窄部（２５）の高さにおい
て、弁体（２０）の長手方向軸線に対して垂直に延びて
いて、狭窄部（２５）に開口している、請求項２又は３
記載の制御弁。
【請求項６】弁座（２４）からの弁体（２０）の上昇
と所属の座（１５）からのノズルニードル（１３）の上
昇とによって、ノズル体（６）と弁体（２０）とが互い
に向かって接近運動させられ、その結果流出絞り（２
８）を介しての流出量が減じられる、請求項１から５ま
でのいずれか１項記載の制御弁。
【請求項７】弁体（２０）の第１の作用面（Ａ１）に
向けられた、ノズル体（６）の上側が、少なくとも部分
的にシール面として形成されており、ノズルニードル
（１３）及び弁体（２０）の上昇時に、弁体の下側が弁
体の上側に接触して、流出絞り（２８）を介しての流出
が中断される、請求項６記載の制御弁。