JP2001501272A - 内燃機関のための燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 燃料噴射弁部材の運動が制御室（２５）内の圧力により制御される、内燃機関のための燃料噴射装置を提案する。前記制御室内の圧力は、他方では制御弁（３１）によって制御され、この制御弁の弁部材は、圧電駆動装置（６５）により伝達される液圧式の室を介して操作可能である。即ち、前記制御弁の弁部材は、２つの弁座（３６，４０）と協働する２つのシール面（３７，３９）を備えており、この場合、一方の弁座から他方の弁座への弁部材の運動時に、燃料の短時間噴射を制御するための、制御室（２５）の一時的な放圧が生ぜしめられる。より大きな燃料噴射量のためには、制御弁を開放位置又は閉鎖位置にもたらすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関のための燃料噴射装置 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、内燃機関のための燃料噴射装 置から出発する。このような形式の、ドイツ連邦共和国特許第１９５１９１９２ 号明細書に基づき公知の燃料噴射装置の場合、制御弁は単純に作用する平座弁と して形成されており、この平座弁のシール面は、流出通路を介した、制御室から の燃料流出を制御する。この場合、この制御弁の弁部材は、圧力ショルダを有す るピストンによって操作される。このピストンは、圧縮ばねを介して第２のピス トンに支持されており、この第２のピストン自体は、圧電駆動装置によって移動 可能であり、且つ圧力ショルダに隣接して配置された端面を以て液圧式の圧力室 を制限する。この公知の制御弁は、該制御弁が流出通路を開放又は閉鎖するよう に作動する。これに対応して燃料噴射弁の噴射弁部材は、開放位置か、又は閉鎖 位置を占める。 発明の利点 これに対して請求項１の特徴部に記載の本発明による燃料噴射装置は、流出通 路の進路に２つの弁座が設けられており、閉鎖体のシール面が、励振時に圧電駆 動装置によって一方の弁座から他方の弁座へ一回の運動過程において移動され、 しかも流出通路の最初の閉鎖後に、この流出通路が一時的に弁室を介して開放さ れ、次いで再び閉鎖されるという利点を有している。このことは、閉鎖体の運動 過程において、制御室の極めて短時間の放圧をもたらし、その結果、やはり極め て短時間の燃料噴射を伴う燃料噴射弁部材の開放が得られる。このようにして、 有利には非常に小さな噴射量を制御することができ、この噴射量は、一方の弁座 から他方の弁座に移動する閉鎖体の運動過程に基づき規定されている。この運動 過程は、圧電駆動装置の一回の励振に著しく関連しており、従って、非常に短い 時間間隔に制限されていてよい。この噴射のために要求される時間は、請求項１ の上位概念に記載の形式の燃料噴射装置によって、制御弁が同じ前噴射過程のた めに２回制御される場合、即ち圧電駆動装置の第１の励振により開放され、次い で励振の遮断により閉鎖される場合よりも、技術的にはるかに小さく抑えられ得 る。前記の切換えには、その都度制御弁部材の時間のかかる運動反転が必要とな り、更に、圧電駆動装置の励振状態をその都度変化させるための時間的要素を一 緒に計算に入れる必要がある。即ち、前噴射及び主噴射の噴射順序を制御するた めの損失時間は、本発明による構成において、より一層少ない。 この場合、本発明による燃料噴射装置では、圧電駆 動装置の励振の適当な調量により、閉鎖体を中間位置に保持することが可能であ る。この中間位置において、上で述べた作動形式にわたって比較的長い時間、制 御室の放圧が行われ、次いでこの放圧を介して所望の主噴射量を、前記の形式で もたらされた前噴射量、並びに噴射中断に引き続いて噴射することができる。即 ち、本発明による燃料噴射装置によって、極めて正確に噴射が実現され得、この 噴射においては、極めて小さな燃料前噴射量が正確に噴射され、前噴射と主噴射 との間の時間間隔が正確に維持され、次いで慣用の形式で、やはり非常に正確に 調量されて主噴射が生ぜしめられる。 この場合、有利な形式では請求項２に記載したように、閉鎖体のストロークは 作動速度と共に圧電駆動装置によって、所望の前噴射量が得られるように調整さ れる。 本発明の別の有利な構成は、請求項３から９に記載されている。 図面 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。 第１図は、公知の形式の燃料噴射装置の概略図であり、第２図は、第１図に示 した燃料噴射装置のための制御弁の構成を示した図であり、第３図は、燃料噴射 弁の噴射弁部材のストローク過程にわたって描かれる 、制御弁の弁部材の運動経過を示したグラフである。 実施例の説明 第１図には、燃料噴射弁１を備えた公知の形式の燃料噴射装置が示されており 、この燃料噴射弁１は、内部に噴射弁部材５が案内されている孔３を備えた噴射 弁ケーシング２を有している。噴射弁部材５の一方の端部には円錐形のシール面 ６が設けられており、このシール面６は、孔３の端部に設けられた円錐形の弁座 ７と協働する。この弁座７の下流側には複数の燃料噴射開口８が配置されており 、これらの燃料噴射開口８は、シール面６の弁座７への載着時に、圧力室９から 分離される。この圧力室９は、噴射弁部材５の、シール面６に上流側で接続する 比較的小さな直径を有する部分１１を取り囲む環状室１０にわたって、弁座７に 向かって延びている。圧力室９は、圧力管路１２を介して常に燃料高圧源１４と 接続状態にある。圧力室９の領域では、弁座７の方に向けられた圧力ショルダ１ ６を備えた、噴射弁部材５の直径の比較的小さな部分１１が、噴射弁部材５の直 径の比較的大きな部分１８に移行している。噴射弁部材５のこの直径の比較的大 きな部分１８は、孔３内で密に案内されており、圧力ショルダ１６とは反対の側 で、噴射弁部材５のピストン形の端部２０にまで至る結合部材１９に続いている 。この結合部材１９の領域では、噴射弁部材５はばね皿２２を有しており、この ばね皿２２と燃料噴射弁の ケーシング２との間に圧縮ばね２１が締め込まている。この圧縮ばね２１は、燃 料噴射弁部材５を閉鎖位置へと負荷する。 ピストン形の端部２０は、圧力ショルダ１６の面積よりも大きな面積を有する 端面２４を以て、燃料噴射弁のケーシング２内で制御室２５を制限する。この制 御室２５は、第１の絞り２６を介して燃料高圧源１４と常に接続状態にあり、且 つ流出通路２８に配置された第２の絞り２７を介して放圧室２９に接続されてい る。流出通路２８の通流は制御弁３１によって制御され、この制御弁３１を介し て流出通路２８が開放されるか、又は閉鎖される。 本発明により構成された制御弁３１は、第２図に示されている。第２図にも同 様に、制御室２５を燃料噴射弁ケーシング２内で制限する、噴射弁部材のピスト ン形の端部２０が示されている。制御室２５には、第１の絞り２６を有する流入 通路３３が開口しているので、この制御室２５は、常に燃料高圧源１４に接続さ れている。ピストン形の端部２０に対して同軸的に、第２の絞り２７を備えた流 出通路２８が、制御室２５から分岐している。この場合、流出通路２８は弁室３ ５に開口しており、この弁室３５への開口部に第１の弁座３６を有している。こ の第１の弁座３６は、有利には円錐形の弁座として形成されている。この第１の 弁座３６とは、閉鎖体３８の、やはり円錐形に形成さ れた第１のシール面３７が協働する。閉鎖体３８は、弁室３５内で移動可能に配 置されており、第１の弁シール面３７とは反対の側に、やはり円錐形の第２のシ ール面３９を有している。この第２のシール面３９は、閉鎖体３８の適当な位置 において、やはり円錐形に形成されている第２の弁座４０と協働する。 閉鎖体３８は、プランジャ４２の端部に位置しており、このプランジャ４２は 、燃料噴射弁のケーシング２に設けられたガイド孔４３内で案内されている。こ のガイド孔４３は環状室４４で終わっており、この環状室４４は、ガイド孔４３ と第２の弁座４０、若しくは第２のシール面３９との間に延在しており、且つプ ランジャ４２とケーシング２の壁とによって仕切られる。環状室４４は、放圧室 ２９に通じる、流出通路２８の引き続き延びる部分４６と常に接続状態にある。 他端部においてガイド孔４３は、ばね室４８に開口しており、このばね室４８の 内部において、プランジャ４２がばね皿４９を有している。このばね皿４９と燃 料噴射弁のケーシング２との間で圧縮ばね５０が支持されており、この圧縮ばね ５０は、プランジャ４２をその閉鎖体３８と共に、第１の弁座３６に向かって負 荷する。プランジャ４２はばね室４８から更にガイド孔において、液圧式の圧力 室５２へと案内されており、この圧力室５２は、シリンダ孔５４の端部に設けら れた第１のピストン５３によって封入されており、シ リンダ孔５４は、第１のピストン５３を案内するために働く。第１のピストン５ ３に対して同軸的に、第２のピストン５６が、第１のピストン５３に設けられた 止り孔５７内で案内されており、この第２のピストン５６の、圧力ショルダとし て作用する第１の端面５８は、隣接して配置された、第１のピストン５３の端面 ５９と共に、可動壁として圧力室５２を制限する。第２のピストン５６の第２の 端面６０は、止り孔５７において第１の放圧領域６１を封入しており、この第１ の放圧領域６１は、第１のピストン５３の底部を貫通する孔６３を介して、第２ の放圧領域６２に移行している。 シリンダ孔５４内で第２の放圧領域６２を制限する、第１のピストン５３の端 面５９とは反対の側の端面６４には、駆動装置として圧電駆動装置６５が作用す る。この圧電駆動装置６５は、公知の形式で複数の部材から組み立てることがで き、制御装置（図示せず）によって励振若しくは遮断され、励振時には、第１の ピストン５３に伝達される高い力作用によって、長手方向に伸長される。 第１のピストン５３は、液圧式の圧力室５２内に配置されている皿ばね６６に よって、圧電駆動装置６５と常に接触されている。第２図に示した位置では、圧 電駆動装置６５は励振されてはおらず、第１のシール面３７が第１の弁座３６に 密着し、これにより制御室 ２５が閉鎖されているように、プランジャ４２が圧縮ばね５０によって負荷され る。その結果、制御室２５には圧力が生ぜしめられる。燃料高圧源１４と制御室 ２５との間は、流入通路３３を介して常に接続されているので、前記圧力は、燃 料高圧源１４内をも支配する。この高い圧力は、噴射弁部材が圧力ショルダ１６ に作用する、圧縮ばね２１により助成される押圧力に抗して閉鎖位置で保持され るように、噴射弁部材を負荷する。 圧電駆動装置６５が励振されると、第１のピストン５３がシフトされる。この ことは、液圧式の圧力室５２内の圧力を高めるので、次いでプランジャ４２に結 合された第２のピストン５６の端面５８に作用する圧力に基づき第２のピストン ５６がシフトして、更に止り孔５７に侵入する。この場合、第２のピストン５６ は燃料を第１の放圧領域６１から第２の放圧領域へと押し退ける。この燃料は体 積が増大するのと同時に、止り孔５７内への第２のピストン５６の侵入運動を助 成する。この過程の結果としてやはり、プランジャ４２が圧縮ばね５０の力に抗 してシフトするのと同時に、閉鎖体３８を第１の弁座３６から持ち上げる。この 時点で制御室２５の放圧が行われる。なぜならば、流出通路２８がこれに引き続 く流出通路部分４６に、今や開いた弁座３６，４０を介して接続されているから である。圧電駆動装置６５の励振が、プランジャ４２ が閉鎖体３８の第２のシール面３９を第２の弁座４０に接触させるほど大きいと 、流出通路２８の再閉鎖が行われ、その結果、制御室２５内では中間放圧の後に 、再び燃料高圧源のフル圧力が形成される。このようにして上で述べた過程が実 施されると、流出通路２８の、第１の弁座３６における開放と、第２の弁座４０ における再閉鎖との間で、制御室２５は一時的に放圧される。その結果、噴射弁 部材５も負荷が軽減されて、少なくとも部分的に開放された位置へ一時的に動か される。これにより、短い放圧時間に基づいて、非常に小さな燃料噴射量を噴射 することができる。第２の弁座４０に接触して閉鎖体３８は次いで流出通路２８ ，４６を閉鎖状態に保持し、制御室２５内の増圧により噴射弁部材５は再び閉鎖 位置に留まるようにもたらされる。有利には前噴射量であってよいこの非常に少 量の燃料噴射に引き続いて、噴射中断の後で制御室２５は、主噴射のために噴射 弁部材５を操作するために、閉鎖体３８が第１の弁座３６と第２の弁座４０との 間の中間位置に留まるように圧電駆動装置６５を制御することにより、再び放圧 されてよい。このことは、圧電駆動装置が励振に相応して中間位置をも占めるこ とができるという、圧電駆動装置の特別な利点である。この中間位置は、必要と される主噴射量が噴射されるまで維持され、次いで圧電駆動装置の励振が例えば 完全に終結されるので、閉鎖体３８を備えたプランジ ャ４２は、圧縮ばね５０の作用を受けて再び第１の弁座３６における閉鎖位置に 達する。 第３図には、制御弁の運動経過が上側の曲線で表されており、燃料噴射弁部材 ５の運動経過が下側の曲線で表されている。上側の曲線では、横座標の点０にお ける圧電駆動装置の励振時に、閉鎖体３８が高さｈ_oにおいて第２の弁座４０に 到達するまでの時間にわたって、プランジャ４２がｈ_aからネガティブな行程を 進むことが判る。この行程にわたって、その下に位置するグラフでは、前噴射に 対応する噴射弁部材運動Ｖが生ぜしめられる。所定の中断時間Ｐ（この中断Ｐに わたって、所定の追従特性に基づき燃料噴射弁部材５は再び閉鎖位置に到達して いる）の後で、例えば圧電駆動装置の部分励振が行われる。このことは、プラン ジャ４２を中間レベルｈ_zへと動かすので、両弁座３６，４０は開放されている 。その結果生じる制御室２５の放圧は、主噴射のための、噴射弁部材５のニード ルストロークＨを生ぜしめる。更に圧電駆動装置を遮断すると、プランジャ４２ は圧縮ばねの作用を受けて再び行程ｈ_aに対応する出発位置に到達する。噴射弁 部材は、制御室２５の動的な放圧、及び絞り２６，２７の設計にも基づく追従特 性において閉鎖する。 本発明による構成により、前噴射及び主噴射による内燃機関の運転のための最 少噴射量が得られる。この場合この装置は、噴射を行いたい場合にのみ、圧電駆 動装置の励振が行われるという特別な利点を有している。即ち圧電駆動装置は、 内燃機関の運転の大部分にわたって無電流状態にあり、電気的なエネルギの用意 は噴射過程のためにしか必要とされない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関のための燃料噴射装置であって、燃料噴射弁（１）に燃料を供給 する燃料高圧源が設けられており、前記燃料噴射弁（１）が、噴射開口（８）を 制御するための噴射弁部材（５）と、制御室（２５）とを有しており、該制御室 （２５）が、前記噴射弁部材（５）に少なくとも間接的に結合されている可動壁 （２４）によって制限され、且つ絞り（２６）によって設定された、高圧源、有 利には燃料高圧源から到来する流入通路（３３）と、規定された最大流出横断面 （２７）を備えた、放圧室（２９）に通じる流出通路（２８，４６）とを有して おり、該流出通路に、制御弁（３１）の弁座（３６）が形成されており、前記制 御弁が、ばね（５０）によって前記弁座（３６）に向かって負荷された、該弁座 （３６）と協働するシール面（３７）を備えた弁部材（４２，３８）を有してお り、該弁部材が、前記シール面（３７）とは反対の側の端部に、前記弁座（３６ ）の方に向けられた圧力ショルダ（５８）を有しており、該圧力ショルダが液圧 式の圧力室（５２）を制限しており、該圧力室が他方では、圧電駆動装置（６５ ）によって操作される、前記圧力ショルダの面積よりも大きな面積を有する可動 壁（５９）によって閉鎖される形式のものにおいて、 弁部材（４２，３８）が、ガイド孔（４３）内でガ イドされるプランジャ（４２）を有しており、該プランジャの、前記ガイド孔（ ４３）から突出する一方の端部に圧力ショルダ（５８）が、また、前記ガイド孔 （４３）から突出する他方の端部に閉鎖体（３８）が配置されており、該閉鎖体 が、弁室（３５）内でプランジャ（４２）によって往復運動可能であり、且つ制 御室（２５）に面した側に第１の弁座（３６）と協働する第１のシール面（３７ ）を有していて、更に、第１の弁座（３６）に向かい合って位置する、流出通路 （２８，４３）に設けられた第２の弁座（４０）と協働する、第１のシール面（ ３７）とは反対の側に位置する第２のシール面（３９）を有しており、しかも、 第１の弁座（３６）と第２の弁座（４０）との間の間隔が、閉鎖体（３８）が中 間位置において両弁座の内のどちらにも接触せず、弁室（３５）を介して、両弁 座に続く流出通路部分（２８，４６）間の接続が生ぜしめられるような大きさで あることを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射装置。 ２．前記弁座の内の一方の弁座に接触している閉鎖体（３８）が他方の弁座に 接触するまでの行程が、閉鎖体の作動速度を考慮して、一方の弁座から他方の弁 座への移動中に生ぜしめられる前記流出通路部分相互の接続時に、閉鎖体が両弁 座の内の１つに接触してこの接続が中断されるまで、前噴射を生ぜしめる制御室 の放圧が行われるような大きさである、請求項１記載 の燃料噴射装置。 ３．第１の弁座（３６）が、円錐形弁座として形成されている、請求項１又は ２記載の燃料噴射装置。 ４．第２の弁座（４０）が、円錐形座として形成されている、請求項３記載の 燃料噴射装置。 ５．第２の弁座が、球形座として形成されている、請求項３記載の燃料噴射装 置。 ６．第２の弁座が、平座として形成されている、請求項３記載の燃料噴射装置 。 ７．閉鎖体が球として形成されている、請求項３から５までのいずれか１項記 載の燃料噴射装置。 ８．ガイド孔（４３）が環状室（４４）に開口しており、該環状室が、前記ガ イド孔から突出するプランジャ（４２）と、第２の弁座（４０）と、噴射弁のケ ーシング（２）との間に形成されており、前記環状室から、放圧室（２９）に通 じる流出通路（４６）が分岐している、請求項１から６までのいずれか１項記載 の燃料噴射装置。 ９．圧力ショルダ（５８）が、プランジャ（４２）に結合された第２のピスト ン（５６）に配置されており、この第２のピストンが、シリンダ孔（５４）内で ガイドされる第１のピストン（５３）に設けられた孔（５７）内でシフト可能で あり、第１のピストンが、前記圧力ショルダ（５８）の隣に位置する端面（５９ ）を以て液圧式の室（５２）を封入し、且つ他方に配 置された圧電駆動装置（６５）にばね（６６）を介して接触させられる、請求項 １から８までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。