JP2001500215A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 制御圧室（２３）内の圧力によって制御される弁部材（１４）を有し、該弁部材の開弁運動を、前記弁部材（１４）の補償圧面（２１）を介して影響を及ぼすようにした燃料噴射弁が開示される。この場合前記補昇圧面（２１）は１つの液圧室（２０）に境を接しており、該液圧室の圧力はピストン（３３）によって制御され、該ピストンは、前記液圧室（２０）の液圧予荷重を低減して実質的に一定の値に保持し、かつ前記液圧室の容積変動を、基準圧（３９）に抗して前記ピストンのシフトによって補償することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料噴射弁 背景技術 本発明は、請求項１に発明の上位概念として規定した形式の燃料噴射弁に関す る。英国特許第１３２００５７号明細書に基づいて公知になっている前記形式の 燃料噴射弁では、弁部材の作動部分が該弁部材と一体に構成されている。弁部材 はこの場合、作動部分としてプランジャピストンを有しており、該プランジャピ ストンは一方の側ではその端面でもって制御圧室を画成しており、また他方の側 では受圧肩を介して減径部分へ移行し、該減径部分の端部には、噴射オリフィス を制御するシール面が配置されている。前記受圧肩は、圧力室の圧力を受圧して おり、該圧力室は、燃料高圧蓄圧器と常時連通しており、該燃料高圧蓄圧器自体 は絞りを介して制御圧室と常時連通している。該制御圧室は、圧電弁によって制 御される第２の出口ポートを有している。この出口ポートの開放によって制御圧 室内の圧力は負荷径減圧に低下し、この負荷径減圧に基づいて、例えば受圧肩を 介して弁部材に作用する開弁方向力が燃料噴射弁を開弁させることになる。 前記形式の燃料噴射弁における欠点は、時間と燃料噴射弁部材のストロークと を関数として燃料噴射量を 正確に調量できないことである。噴射弁ニードルの開弁時に該噴射弁ニードルの シール面は弁座から離間し、かつこの瞬間に、圧力室内に支配している高い燃料 圧がシール面に対しても開弁方向に作用する。これによって弁部材は開弁方向に 付加的な力を受け、この付加的な力は、弁部材の動的な開弁挙動に不利な作用を 及ぼす。その際、弁部材のストロークに関して、開弁方向に作用する力は限界値 に達する。その場合の力経過はほぼ指数曲線に従う。この特性は、少量の燃料噴 射量の調量を困難にし、しかもこのように少量の燃料噴射量の場合、弁部材がそ の終端位置に達する前に、つまり開弁方向に作用する力が最大値に達する前に、 弁部材は再閉鎖することが必要である。燃料噴射量の正確な調量は、中間ストロ ーク範囲において殊に困難である。 発明の利点 請求項１の特徴部に記載した構成手段を有する本発明の燃料噴射弁によって今 や、弁部材の開弁動作を一層良好に統御して、少量の燃料噴射量を正確に調量す ることが可能になる。一方の側を弁部材によって、他方の側をピストンによって 閉鎖された液圧室並びにピストンによって、弁部材に設けた補償圧面を介して安 定化する力が得られ、この安定化する力は、燃料噴射弁部材の開弁動作を均等化 する。すでに弁部材の最初の開弁運動によって前記液圧室内には、著しく迅速に 最高値に昇圧する圧力が増成され、次いで一定に維持される。それというのは前 記ピストンは、特定の圧力以降に変化することができ、従って容積は一定に維持 されるからである。本発明の有利な実施形態ではピストンは、異なった大きさの ピストン面を配備しているので、前記液圧室内の初期圧は基準圧に対比して下げ られており、その場合、基準圧として燃料高圧源の圧力が選ばれている場合には 、弁部材の補償圧面に、減圧比分だけ小さな圧力が閉弁方向に作用する。このよ うにして弁部材に対する反作用力を特定圧力以降は、実質的に一定に維持するこ とが可能である。 本発明によって得られるその他の利点は、請求項２以降に記載した構成手段並 びに以下に説明する実施例から容易に推考することができる。 説明 図１は本発明による燃料噴射弁の実施例の概略的な構成図である。 図１に概略的に図示した燃料噴射弁には、燃料高圧蓄圧器１から燃料が供給さ れる。燃料高圧ポンプ３は燃料貯蔵タンク４から燃料を吸込んで、高い燃料噴射 圧で燃料高圧蓄圧器１へ圧送する。該燃料高圧蓄圧器から燃料は圧力導管６を介 して燃料噴射弁８の圧力室７へ達する。該圧力室７は燃料噴射オリフィス９の上 流側に位置しており、該燃料噴射オリフィスは、内部に対して前記圧力室７寄り で弁座１０によって画成さ れており、かつ前記圧力室７と、所属内燃機関の燃焼室１１との間の前記燃料噴 射オリフィスの連通は、弁部材１４の端部に設けられたシール面１２によって制 御される。弁部材１４は作動部分１５とニードル部分１２６を有し、該ニードル 部分は、作動部分１５の案内孔１７内に圧力室７を開放しており、かつ端部に前 記シール面１２を有している。本実施例では該シール面は、円錐形の弁座１０に 対応して、円錐形に形成されている。作動部分１５とニードル部分１６との間に は受圧肩１８が形成され、該受圧肩は圧力室７内の圧力を受けており、こうして 受圧肩の受圧に基づいて、弁部材１４の開弁方向に作用する合力が形成されるこ とになる。 作動部分１５は、燃料噴射弁８のケーシング内に設けられた液圧室２０内へ侵 入しており、かつこの侵入部位には、補償圧面を形成するリング肩２１を有して いる。この場合前記作動部分１５は、前記リング肩から生じる減径部分１５ａを 有し、該減径部分は前記液圧室２０から再び導出され、かつ、制御圧室２３へ開 口する案内孔２４に沿ってガイドされる。前記制御圧室２３内に作動部分１５の 端部が位置し、該端部の端面２６は制御圧室２３内の圧力に曝されている。制御 圧室２３は絞り２８を介して燃料高圧蓄圧器１と常時連通している。更にまた制 御圧室２３を起点として放圧通路２９が延びており、該放圧通路内には、場合に よっては第２の絞り３０が配置されている。放圧通路は、電気制御弁３２の弁部 材３１によって開閉可能である。弁部材３１が開弁されると、制御圧室２３内の 圧力は負荷径減圧に低下される。それというのは、絞り２８を介して流入できる 量より多量の燃料が放圧通路２９を介して流出するからである。この圧力の低下 に伴って、ひいては又、この圧力に基づいて弁部材に対して閉弁方向に作用して いる液力の低下に伴って、受圧肩１８を介して弁部材に対して開弁方向に作用す る液力が打ち勝つ。これは取りも直さず、弁部材１４が開弁して燃料噴射オリフ ィスを介して燃料噴射を開始することを意味している。この燃料噴射動作を終了 させるためには弁部材３１が再び閉弁位置へもたらされ、その結果、急速に後流 れする燃料は制御室圧を再び、燃料高圧蓄圧器１内の燃料圧レベルの元の値にす る。この高い圧力に基づいて、弁部材１４の閉弁方向に作用する力が優勢になり 、閉弁動作が始まる。 端面２６の面積と受圧肩１８の面積は、開弁動作及び閉弁動作が迅速かつ確実 に行なわれ得るように互いに調和されていなければならない。なお付加的に注意 すべきことは、弁のニードル部分１６がその弁座１０から離間するに伴って付加 的な面が高圧を受圧するので、力が限界値に至るまで漸増的に弁部材１４に対し て開弁方向に作用することである。弁部材のストロークもしくは時間に関する前 記力の経過は一次関数的で はない。従って弁ニードルストロークの中間範囲における開口横断面を測定して 評価することは困難である。弁ニードルの開弁ストロークをこのように減少させ ることは、最小限の燃料噴射量を噴射させようとする場合に特に重要である。こ れが必要になるのは、例えば燃料噴射弁を介して燃焼プロセスを制御するために 主噴射前に前噴射量を燃焼室内へ噴入しようとする場合である。弁部材の運動を 一層良く統御するために本発明では液圧室２０並びに、作動部分１５と減径部分 １５ａとの間のリング肩２１によって形成された補償圧面が設けられている。液 圧室２０は閉じられているが、シフトすることができる。このシフトのために、 前記液圧室２０へ開口する１つの孔内に液密に摺動可能に支承されたピストン３ ３が設けられている。該ピストンは、大径部分３５と小径部分３７とを有する段 付きピストンとして構成されており、前記大径部分３５の第１ピストン面３６は 液圧室２０を画成し、かつ前記小径部分３７の第２ピストン面つまり端面３８は 基準圧室３９内に達しており、該基準圧室は絞り４０を介してやはり燃料高圧蓄 圧器１に接続されている。ピストン３３は、液圧室２０の方へのピストンのシフ トを制限するストッパ４１を有している。 すでに述べたように弁部材１４の開弁動作が開始され、要するに弁部材３１が 開弁されて制御圧室２３が負荷径減圧に放圧されると、弁部材１４は開弁方向に 運動し始めることになる。しかもその場合、大径の作動部分１５は更に液圧室２ ０内へ侵入して、そのリング肩２１の端面でもって燃料を押し退ける。この押し 退け作用は、液圧室２０内の液柱の剛さと該液圧室内に収容されている液圧媒体 の弾性特性とに基づいて、該液圧室２０内を先ず初めに昇圧させる。本例では前 記液圧媒体は、基準圧室３９内にも存在しているような燃料である。初期位置で は前記液圧室２０はピストン３３に基づいて、第１ピストン面３６と第２ピスト ン面３８の受圧面積比から生じる圧力に予荷重をかけた状態にある。ピストン３ ３の摺動可能性に基づいて液圧室２０内の圧力はその場合一定に保持され、しか も基準圧室３９内の圧力、つまり燃料高圧蓄圧室１内の圧力よりも低減された圧 力に保持される。この圧力は補償圧面２１と相俟って弁部材１４を閉弁方向に付 加的に負荷することになり、この付加的な負荷は、実質的に一定であり、従って コンスタントなファクターとして実質的に弁部材１４の開弁特性を決定する。該 弁部材１４の開弁ストロークの開始に伴って液圧室２０内の容積には予荷重がか けられるが、ピストン３３の摺動可能性に基づいて、次いで前記容積は一定に保 持される。ストロークを関数とする予荷重の上昇は、リング肩２１のピストン面 以外に実質的に液圧室２０の容積によって決定される。燃料高圧蓄圧器内の圧力 レベルに応じて、燃料噴射用の弁部材１４の開弁スト ロークに抗する補正力を調整することが可能である。その場合絞り４０も重要な 役割を果たし、該絞りによって、液圧室２０の液柱の剛さ及び弁部材１４に対す る反作用力を付加的に調整することが可能である。殊にこの絞りによって動的挙 動を補正可能であり、これによって開弁方向で弁部材に作用する力の非線形上昇 に影響を及ぼすことができる。 このような燃料噴射弁を用いれば、最小量の燃料噴射量を一層正確に噴射させ ることが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フリードリッヒ ベッキング ドイツ連邦共和国 Ｄ―70499 シュツツ トガルト マインツァー シュトラーセ 27

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．燃料噴出方向とは逆方向に内向きに開弁する弁部材（１４）と、開弁力に抗 して閉弁方向に前記弁部材（１４）を作動するための受圧面（２６）を有する作 動部分（１５，１５ａ）とを備えた燃料噴射弁であって、前記弁部材（１４）が 、燃料噴射オリフィス（９）を制御するシール面（１２）を有し、該シール面に は、その上流側で圧力室（７）が接続しており、該圧力室は燃料高圧源（１）と 常時連通しかつ前記弁部材（１４）の受圧肩（１８）によって画成されており、 該受圧肩が、前記圧力室（７）内の圧力によって閉弁力に抗して開弁方向に負荷 されており、かつ前記作動部分（１５，１５ａ）の受圧面（２６）が制御圧室（ ２３）内で、作業圧と負荷径減圧との間を可変な制御圧によって負荷されており 、しかも前記制御圧室で設定された負荷径減圧において前記弁部材（１４）の開 弁力が打ち勝つようになっている形式のものにおいて、 弁部材（１４）に対して作用する補償圧面（２１）が設けられており、該補償 圧面が液圧室（２０）の一方の側を画成し、該液圧室の他方の側が、ピストン（ ３３）の第１ピストン面（３６）によって画成されており、しかも前記ピストン （３３）が、前記第１ピストン面（３６）から離反した第２ピスト ン面（３８）を有しており、該第２ピストン面が、基準圧、特に定圧によって前 記弁部材（１４）の閉弁方向に負荷されていることを特徴とする、燃料噴射弁。 ２．第２ピストン面（３８）が第１ピストン面（３６）よりも小であり、かつ基 準圧として燃料高圧源の圧力が使用される、請求項１記載の燃料噴射弁。 ３．負荷径減圧を設定する場合に閉弁方向に作用する力の和が、開弁方向に作用 する力の和よりも小さくなるように補償圧面（２１）が設計されている、請求項 １記載の燃料噴射弁。 ４．閉弁方向に作用する力が、液圧室（２０）内の圧力負荷から生じる力と、受 圧面（２６）及び低減された制御圧から生じる力との和から成り、かつ、開弁方 向に作用する力が、受圧肩（１８）の圧力負荷とシール面（１２）の圧力負荷と から生じる力の和から成っている、請求項１記載の燃料噴射弁。 ５．作動部分（１５，１５ａ）が、制御圧を受容する制御圧室（２３）を画成す る端面（２６）を有しており、かつ前記制御圧室が、電気制御式の制御弁（３２ ）によって放圧されるか又は燃料高圧源の圧力に保圧可能である、請求項１から ４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。 ６．制御圧室（２３）が、第１の絞り（２８）を介して燃料高圧源（１）と常時 連通されており、かつ制 御弁（３２）が、燃料噴射弁（８）によって高圧噴射を開始するために制御圧室 （２３）を負荷径減圧に放圧可能な２ポート２位置切換え弁である、請求項５記 載の燃料噴射弁。 ７．制御圧室（２３）が第２の絞り（３０）を介して放圧される、請求項６記載 の燃料噴射弁。 ８．ピストン（３３）の行程が、液圧室（２０）寄りでストッパ（４１）によっ て制限されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。