JP2001500210A - 液体燃料の噴射圧力を制御する方法および構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、燃料の圧力が噴射工程の適当な瞬間に第２バルブから解放されることを特徴とするノズルから噴射される液体燃料の噴射圧力を制御する方法に関する。また、この本発明は、前述の方法を実行するための構造、すなわち、従来のバルブ本体（８）内に設けられ、上下動する電磁石（６）の部分に固定され、バルブ本体に作用する第１のばね（１１）より強くバルブ本体（８）の下部に抗して圧接する第２のばねを坦持し、バルブ本体（８）に形成された半径方向の穴（１３）によりバルブ本体（８）と共に第２のバルブを形成する可動ロッド（７）に特徴づけられた構造に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 液体燃料の噴射圧力を制御する方法および構造 技術分野 本発明は、従来どおり、圧力が、カムシャフトにより駆動され、内部でピスト ンが動作するシリンダの開口部に接続されたノズルを通ってオイルを圧出させる ピストンにより生成されるエンジンのディーゼルオイルなどの燃料噴射時の圧力 を制御する方法や構造に関する。スプレーノズルには、液体燃料が噴霧される微 小な孔が設けられている。 従来の技術 従来より、種々のディーゼルオイル噴射構造が数多く知られている。これらの 構造は、実質的にそれぞれ異なるが、液体を噴霧するために高圧を要する点、噴 射が所定の瞬間に開始され所定の制限時間内に終了する点という共通点を有する 。このため、ほとんどの構造が、ピストンが、孔を有するノズルに対して約３０ ０バールの圧力が生成されるような高速度で燃料を圧縮し、それ故燃料の噴射が 開始するという原理に基づいている。これは、噴射孔を十分小さくして圧縮され る燃料のすべてが通過しないようにすることにより行われる。燃料がノズルから 流出してもその圧力は上昇し続ける。圧力を解放するために、圧力チャンバとバ ルブとの接続が調節され、噴射を終了するときにはこのバルブを開き、圧力が瞬 時にゼロになるようにする。この制御バルブの開放時にこれを通過するオイルは 排水管を介してオイル貯蔵部に回収される。 制御バルブは通常電磁石によって駆動される。噴射の全工程は約１５００バー ルの最高圧力でわずか約３ｍｓ（ミリセカンド）しかかからないから、バルブが 瞬時に動作することは非常に重要である。 通常シリンダ内のピストンである圧力生成装置は一般的に単純な構成であり、 現存する燃料噴射構造のバリエーションは、そのほとんどが燃料圧力に接続され たバルブの制御や操作に関係している。このような構造の例は、ドイツ特許 明細書３７４１５２６や国際特許出願ＷＯ８９／００２４２，ヨーロッパ特許明 細書０１９３７８８，米国特許明細書５５１７９７３に開示されている。これら の特許明細書のすべては全く異なる構造を記載しており、それ故、これらを互い に比較したり他の従来技術と比較するのは困難である。 技術的課題 制御バルブを一つのみ備える既知の構造では、燃料圧力は約３００バールまで 急速に上昇し、その後、この制御バルブによって圧力が解放されるまで、約１５ ００バールまで上昇する。噴射孔からの噴射は約３００バールで開始する。噴射 工程の初期には、燃料の消費の際に環境面から好ましくない比較的大量の窒素酸 化物（ＮＯ_x）が生成される。窒素酸化物の含有量は法律で規制されており、こ の法律はますます厳しくなっているため、通常、噴射時期と燃焼は、大気汚染を 減少するためには遅延されなければならない。この遅延はエンジンの効率に悪影 響を与える。既知の構造の他の問題点としては、高速動作で、圧力があまりにも 急速に上昇するために、噴射構成の許容限度を超えて高圧になりすぎることであ る。したがって、噴射工程の選択された瞬間に、例えば工程の初期にＮＯ_xの排 出量を低減したり工程の終期に圧力が高くなりすぎるのを回避するために、効果 的な圧力を得ることができるよう又は圧力を解放することができることが必要で ある。 解決方法 本発明によれば、上述の問題は、開閉を行う制御バルブと、圧力が例えばシリ ンダ内のピストンやノズルに向かう液体燃料に関連し噴射時は閉じているメイン 制御バルブからの急速な動作により生成され、狭い噴射開口を有するノズルから 噴射されるディーゼルオイルなどの液体燃料の噴射圧力を制御する方法であって 、圧力が噴射工程中の適当な瞬間に第２バルブから解放されることを特徴とする 方法とにより解決される。 本発明において、噴射圧力は、燃焼中に生じる窒素酸化物（ＮＯ_x）を減少さ せるために、噴射工程の初期に解放されるものとするのも好適である。 また、本発明において、噴射圧力は、圧力生成ピストン等の高速を得るために 噴射工程の終わりに解放されるものとするのも好適である。 また、本発明は、圧力が例えばシリンダ内のピストンやノズル手前の液体燃料 に関連し噴射時は閉じているメイン制御バルブからの急速な動作により生成され 、狭い噴射開口を有するノズルから噴射されるディーゼルオイルなどの液体燃料 の噴射圧力を制御する構造であって、噴射圧力を解放するためのメイン制御シリ ンダー内の第２バルブによって特徴づけられる構造を備える。 この本発明において、メイン制御バルブは電磁石によって第１のばね力に抗し て上下動可能な可動バルブ本体を備え、前記バルブ本体は、周囲に設けられたハ ウジングと共動して流体噴射ノズル手前の液体と連通するハウジングとバルブ本 体との間の液体流に対して開閉可能なバルブを形成する拡大部分を下部に有する 構造であって、バルブ本体内に設けられ、電磁石の上下動可能な部分に固定され 、下部にバルブ本体の下部に対して圧接するバルブ本体に作用する第１のばねよ り硬い第２のばねを坦持し、バルブ本体に形成された半径方向の孔により該バル ブ本体と共にバルブを形成する可動ロッドに特徴づけられる構造とすることもで きる。 本発明において、バルブ本体の半径方向の孔は、より硬い第２のばねが伸長し てロッドがその下方位置にあるときに液体の孔の通過が妨げられるよう前記ロッ ドの狭まった部分が始まるエッジの略上方に配置されていることを特徴とする構 造とすることもできる。 本発明において、バルブ本体の半径方向の孔がバルブ本体内のロッドの周囲に 設けられたリング形状部分に向かって面することと、前記リング形状部分の下部 とロッドの狭まった部分を決定する環状エッジとがバルブを形成することとを特 徴とする構造とすることもできる。 本発明において、メイン制御バルブと第２バルブの両方の流体の出口側は燃料 が燃料貯蔵部に排出されるようになっていることを特徴とする構造とすることも できる。 本発明において、バルブ本体に作用する第１のばねは、その一端部が支持部材 を介してバルブ本体の上側部に圧接し、その第２端部がハウジングの一部に 抗することを特徴とする構造とすることもできる。 本発明において、両ばねが同軸上にあることと、電磁石が、メイン制御バルブ が閉じている第１のステップとメイン制御バルブが閉じており第２制御バルブが 開いている第２のステップとからなる少なくとも２つのステップで動作すること とを特徴とする構造とすることもできる。 図面の説明 本発明を添付の図面に関連して以下に詳細に説明する。 図１は、既知の制御バルブを備える燃料噴射構造を概略的に示す図である。 図２は、制御バルブが他のポジションにあるときの同一の構造を示す図である 。 図３は、メイン制御バルブが開いた状態で第２バルブが閉じた状態の本発明の 制御構造を示す図である。 図４は、メインバルブが閉じた状態で第２バルブが開いた状態の同一構造を示 す図である。 図５は、メイン制御バルブが開いた状態で第２バルブが閉じた状態の本発明の 他の制御バルブの実施例を示す図である。 詳細な説明 図１は、液体燃料があるシリンダ２に押圧されるピストン１を備える従来技術 の燃料噴射装置の概略を示す。ピストンストロークは、おおよそ１５ｍｍから１ ７ｍｍの範囲である。これは、通常カムシャフトにより作動されるピストン１の 極めて小さくて急速な動作による。シリンダの開口部から噴射ノズルに管３が通 じている。このノズルは、一般的に、例えば直径０．２ｍｍの８つの噴射孔を有 するいぼ状装置を備える。 噴射管３から分岐した分岐管４は以後符号５で示す制御バルブに通じている。 制御バルブ５は、静止した上部と上下動が可能な下部とを有する電磁石６によっ て作動する。電磁石の可動下部からロッド７は、下方に延出し、このロッド７に バルブ本体８が結合されている。バルブ本体８の周囲にはハウジング９が 配置されていおり、このハウジング９には、バルブ本体８と共にバルブを形成す るバルブシート１０が形成されている。バルブ本体８は、第１のばねにより下方 に押しつけられた位置に位置する。しかし、電磁石が励磁されると、バルブ本体 ８は上昇し、バルブが閉じるようになっている。 燃料管３からノズルを通過してエンジン内に燃料が噴射されるときには、この 制御バルブは閉じられている。もしこれが閉じられていないと、管３内部の圧力 は上昇されず、燃料は制御バルブを通過して排水管１２から流出してしまうから である。 上記の噴射構造の概略構成図の下に、電磁石の電磁力を図１Ｂとして示す。図 示するように、電磁力ははじめは値０であるが、Ａの時点で電磁石が励磁され、 その後Ｂの時点で励磁を停止されるまで均一の電磁力が保たれる。 図１Ｃには、結果として得られた噴射圧力が示されている。図からわかるよう に、圧力は最初はほぼ値０であるが、その後約３００バールの圧力が得られノズ ルの孔から噴射を開始する点Ｃまで上昇する。この結果、曲線はいったん下降す る。その後、１５００バールの圧力が得られる点Ｄまで上昇し続ける。この点Ｄ のとき、電磁石の励磁が停止され、圧力は非常に小さい値まで素速く減少する。 圧力が減少すると、それによってノズルからの噴射も停止し、その後は残りの圧 力により、開いたバルブと排水管１２を介して残った燃料が燃料貯蔵部に送られ る。 図２は図１に示したものと同一の構造を示すが、制御バルブは開いており、図 示のように、燃料の流れは接続管４と開いたバルブ８，１０を通って排水管１２ を通過する。この場合、噴射は行われない。 図３は、本発明による制御バルブを示す。図において、符号４〜１２は、図１ や図２における同一部材と関連している。この図が図１や図２と異なるのは、バ ルブ本体８に円筒形ロッド７に対面する半径方向の孔１３が形成されている点で ある。さらに、この円筒形ロッド７は、半径方向の孔１３より下方の部分１４で 細くなっており、ロッド７の下部１５は、この下部と中空のバルブ本体８との間 を液体が流れることができるよう平坦面に形成されている。プレート状に形成さ れたロッド７の最下部１６は、他端がバルブ本体８の平坦な下側部 に抗して当接している第２のばね１７を担持している。第２のばね１７は、バル ブ本体８とハウジング９との間に設けられた第１のばね１１より硬い。バルブ本 体８の下部には、ばね１７に予め荷重をかけると共にロッド７の基本位置を決定 する圧入プレート１９が設けられている。 ハウジング９には、バルブを停止させると共に解放状態のバルブの基本位置を 決定する端部部材２０がバルブの下方に取り付けられている。 図示される位置では、第２バルブ、すなわちバルブ本体８に対してロッド７が 形成するバルブは閉じており、メインバルブは開いているから、液体燃料はメイ ンバルブを通過して排水開口１２から流出することができる。 電磁石６が励磁されると、その下部が静止した上部に対して引っ張られる。す なわち、電磁石６の下部は、ロッド７と共に上方に引っ張られる。この第１のば ね１１は第２のばね１７より弱いから、ばね１１は、バルブ本体８がハウジング ９のバルブシート１０に対して当接してメイン制御バルブが閉じられるまで圧縮 される。電磁石をさらに強く励磁すると、ロッド７がさらに上方に移動すること により第２のばね１７は圧縮され、バルブ本体８の半径方向の孔１３がロッド７ の部分１４の方向に開口する。この位置が図４に示されている。液体は、接続管 ４から半径方向の孔１３に入り、下方に流れて第２のばね１７を通過し、排水管 １２から流出する。孔１３のサイズと数，第２のばねにおける流動抵抗は、メイ ン制御バルブが閉じたときに、その圧力がゼロにならず、わずかに減少するよう 設定されていなければならない。 重要なのは、ロッド７が、バルブ本体８の孔に対してぴったりと密着して滑動 するようシールし、孔１３がロッド７に対して向き合う位置のときに液体が通過 できないようにすることである。部分１４の真上に位置するロッド７のその部分 は、シールが可能なように最低１ｍｍから２ｍｍの長さが必要であるが、孔１３ を開口させるためのロッド７の上昇距離が長くなることから、ロッドのこの部分 は長すぎてはならない。 ロッド７の下部１５は、部分的な研磨平面を備えるから、この部分とバルブ本 体８との間には燃料の流路が形成される。 図５は、本発明の他の実施例を示す。この図における符号４〜１７は、前述 の図面中における同一部材と関連している。本実施例と、図３や図４の実施例の 違いは、孔１３が、バルブ本体８の内側でロッド７の周囲に形成されたリング形 状のチャンバ１８に向いて面している点である。リング形状のチャンバ１８の下 部は、弁座として形成されており、ロッド７には、ロッド７が下方位置にあると きにチャンバ１８がその底部で閉じられるよう、この弁座に対抗するエッジが形 成されている。液体を通過させるようチャンバ１８を開くには、ロッド７はわず かに持ち上げられなければならない。図５には、第２バルブは閉じた位置でメイ ン制御バルブは開いた位置、すなわち電磁石が作動されていない状態が示されて いる。 本発明の方法及び構造によれば、液体燃料の圧力とその噴射量を従来より正確 に制御することが可能になる。このような大きな効果は、第２バルブを備えたこ とと、電磁石に印加される異なる２レベルの電流により両バルブの制御が可能で あることにより得ることができる。このような電流の切り替えは自動的に生じ、 エンジンのトリガーユニットによってこれを簡単に制御できる。 本発明による構成を得るためには、第２バルブを持たない従来の構成を実質的 に再構成する必要はない。メイン制御バルブ内のバルブ本体は従来の構成と実質 的に同一であるが、ロッドを孔内で移動させるために中央の孔を形成する必要が ある。第２バルブがその閉位置で適切にシールするよう、ロッドがバルブ本体に 対してぴったり密着して摺動することは重要である。また、電磁石が２つのステ ップで励磁される時に第２のバルブをロックするような二次的な力が発生しない よう、２つのばねが同軸上にあることも重要である。 本発明は、示された実施例に限られず、請求の範囲内で異なる方法による変更 も可能である。例えば、半径方向の孔１３は、開口した丸い孔でなく、細長いス ロットや丸くない孔でもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．圧力が例えばシリンダ内のピストンやノズルに向かう液体燃料に関連し噴射 時は閉じているメイン制御バルブからの急速な動作により生成され、狭い噴射開 口を有するノズルから噴射されるディーゼルオイルなどの液体燃料の噴射圧力を 制御する方法であって、 圧力が噴射工程中の適当な瞬間に第２バルブから解放されることを特徴とする 方法。 ２．請求の範囲１に記載の方法であって、前記噴射圧力は、燃焼中に生じる窒素 酸化物（ＮＯ_x）を減少させるために、噴射工程の初期に解放されることを特徴 とする方法。 ３．請求の範囲１に記載の方法であって、前記噴射圧力は、圧力生成ピストン等 の高速を得るために噴射工程の終わりに解放されることを特徴とする方法。 ４．圧力が例えばシリンダ（２）内のピストン（１）やノズル手前の液体燃料に 関連し噴射時は閉じているメイン制御バルブからの急速な動作により生成され、 狭いスプレー噴射開口を有するノズルから噴射されるディーゼルオイルなどの液 体燃料の噴射圧力を制御する構造であって、 噴射圧力を解放するためのメイン制御バルブ内の第２バルブによって特徴づけ られる構造。 ５．メイン制御バルブは電磁石（６）によって第１のばね力（１１）に抗して上 下動可能な可動バルブ本体（８）を備え、前記バルブ本体（８）は、周囲に設け られたハウジング（９）と共動して流体噴射ノズル手前の液体と連通するハウジ ング（９）とバルブ本体（８）との間の液体流に対して開閉可能なバルブを形成 する拡大部分を下部に有する請求の範囲４に記載の構造であって、 バルブ本体（８）内に設けられ、電磁石の上下動可能な部分に固定され、下 部（１５，１６）にバルブ本体（８）の下部に対して圧接するバルブ本体（８） に作用する第１のばね（１１）より硬い第２のばね（１７）を坦持し、バルブ本 体（８）に形成された半径方向の孔により該バルブ本体（８）と共にバルブを形 成する可動ロッド（７）に特徴づけられる構造。 ６．請求の範囲５に記載の構造であって、前記バルブ本体の半径方向の孔（１３ ）は、より硬い第２のばね（１７）が伸長してロッド（７）がその下方位置にあ るときに液体の孔（１３）の通過が妨げられるよう前記ロッドの狭まった部分（ １４）が始まるエッジの略上方に配置されていることを特徴とする構造。 ７．請求の範囲５に記載の構造であって、バルブ本体（８）の半径方向の孔（１ ３）がバルブ本体（８）内のロッド（７）の周囲に設けられたリング形状部分（ １８）に向かって面することと、前記リング形状部分（１８）の下部とロッド（ ７）の狭まった部分を決定する環状エッジとがバルブを形成することとを特徴と する構造。 ８．請求の範囲４ないし７いずれか記載の構造であって、メイン制御バルブと第 ２バルブの両方の流体の出口側（１２）は燃料が燃料貯蔵部に排出されるように なっていることを特徴とする構造。 ９．請求の範囲４ないし８いずれか記載の構造であって、バルブ本体（８）に作 用する第１のばね（１１）は、その一端部が支持部材を介してバルブ本体（８） の上側部に圧接し、その第２端部がハウジング（９）の一部に抗することを特徴 とする構造。 １０．請求の範囲４ないし８いずれか記載の構造であって、両ばね（１１，１７ ）が同軸上にあることと、電磁石（６）が、メイン制御バルブが閉じている第１ のステップとメイン制御バルブが閉じており第２制御バルブが開いている第２の ステップとからなる少なくとも２つのステップで動作することとを特徴 とする構造。