JP2001506345A - 内燃機関用の燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、内燃機関用の燃料噴射弁であって、弁本体（１）内に軸方向シフト可能な弁部材（１１）が配置されており、該弁部材（１１）が内燃機関の燃焼室に向けられた端部に、円錐形の弁シール面（１５）を有していて、噴射横断面を制御するために該弁シール面（１５）で弁本体（１）における円錐形の弁座面（１９）と共働するようになっている形式のものに関する。このような形式の燃料噴射弁において、本発明では、弁部材（１１）が内側案内を介して、位置固定の挿入体（７）の突出部（９）に沿って摺動可能に案内されている。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関用の燃料噴射弁 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の内燃機関用の燃料噴射弁に関 する。 米国特許第４９７２９９７号明細書に基づいて公知のこのような形式の燃料噴 射弁では、ピストン状の弁部材が軸方向シフト可能に弁本体の孔内において案内 されている。弁部材はこの場合その燃焼室側の端部に円錐形の弁シール面を有し ており、この弁シール面で弁本体における円錐形の弁座面と共働するようになっ ており、この弁座面は、閉鎖された弁孔の内方に向かって延びる端部に形成され ている。この場合弁部材における弁シール面と弁座面との間における接触縁は、 環状のシール縁を形成している。噴射弁の閉鎖時に形成されるこのシール縁は、 この場合上流側においてシール縁に隣接する圧力室を、噴射弁の閉鎖時にシール する。このシール縁の下流側には、燃料供給される内燃機関の燃焼室に開口する 少なくとも１つの噴射開口が、弁本体の壁に設けられており、この噴射開口はこ の場合弁座面から延びている。 この公知の燃料噴射弁にはしかしながら次のような欠点がある。すなわち公知 の燃料噴射弁では、弁部材 の調節時間が、弁部材における大きな液圧式の力つまり燃料による圧力に基づい て、極めて迅速に切り換わる噴射弁にとってはあまりに長くかかってしまう。さ らに、公知の燃料噴射弁は、軸方向において相前後して位置している多数の構成 部材に基づいて、極めて大きな構造を有しており、その結果、利用できる空間の 小さい機関における、公知の燃料噴射弁の使用可能性は制限されてしまう。 発明の利点 請求項１の特徴部に記載のように構成された本発明による燃料噴射弁には、公 知の燃料噴射弁に対して次のような利点がある。すなわち本発明による燃料噴射 弁では、噴射弁の弁部材の調節力を極めて小さくすること、ひいては弁部材の弁 行程運動を極めて迅速にすることができる。このような迅速な調節運動はこの場 合、弁部材における液圧有効面が小さいこと及び制御容積が小さいことによって 可能になり、この場合には運動させられる小さな質量だけを調節するだけでよい 。このことは、弁部材が案内孔を有しており、該案内孔によって弁部材が、位置 固定の挿入体の突出部に沿って摺動可能に案内されていることによって、有利な 形式で達成される。この場合シフト可能な弁部材は噴射休止中に液圧式に圧力補 償もしくは圧力相殺されているので、漏れ損失は生じない。したがって外方に向 かって流出する漏れ油に対するシール部材は不要にな り、しかも漏れのみならず、熱の発生及び汚れの侵入も、シール部材と案内部材 との良好な分離に基づいて減じることができる。別の利点は、本発明による燃料 噴射弁の極めて短い構造形式によって達成され、これによって、燃料供給される 内燃機関において必要な組込み空間を同様に著しく減じることができる。噴射弁 の弁部材を閉鎖方向に負荷する戻しばねは、噴射弁を単に系の無圧時に閉鎖する だけでよいので、戻しばねは相応に小さく寸法設定することができる。高圧充填 される運転の間に、閉鎖運動が行われ、弁座面における弁部材の保持は、弁部材 において有効な液圧式の開閉面の設計によって行われ、この場合噴射弁の閉鎖時 における弁部材の閉鎖面の液圧作用面は、開放方向に作用する液圧作用面よりも 大きい。弁部材の開放行程運動はこの場合有利には、位置固定の挿入体の突出部 における機械式の行程ストッパ面によって制限されるが、しかしながら択一的に 液圧式の行程ストッパも可能である。制御室を放圧室に向かって開放制御する制 御弁はこの場合、例えば実施例に示されているように、２ポート２位置方向切換 え制御弁として構成することができるが、択一的に、２ポート３位置、３ポート ２位置又は３ポート３位置の方向切換え制御弁を使用することも可能である。弁 部材はこの場合その内側の案内孔を介して軸方向で、位置固定の挿入体の突出部 に沿って案内されるが、しかしながらまた、付加的に 別の案内を弁本体の内部において弁部材の外周部に設けることも可能である。こ のような改善された案内を使用する場合には、弁部材に燃料貫流開口が設けられ ており、これらの燃料貫流開口は、圧力室から弁座面への燃料貫流を可能にし、 かつ弁部材の周面における面取り部もしくは研削部として、又は貫通孔として構 成され得る。弁部材自体はこの場合、有利には２部分から構成されており、この 場合弁シール面を有するヘッド部材がスリーブに挿入され、有利には押し嵌めら れている。このような２部分から成る弁部材は、簡単な形式でかつ高い精度をも って製造することができる。本発明による燃料噴射弁の別の利点としては、突出 部を有する、弁本体における挿入体を、液圧式に浮遊するように支承することが できる、ということが挙げられる。そしてこれによって、挿入体及び該挿入体に 沿って案内される弁部材を弁本体に対して確実にセンタリングすることができる 。 図面 次に図面を参照しながら、本発明による内燃機関用の燃料噴射弁の５つの実施 例について詳説する。 第１図は、突出部と弁部材との間における制御室もしくは作業室に対する燃料 供給及び放圧が突出部における中央の貫通孔を介して行われるようになっている 、燃料噴射弁の第１実施例を示す縦断面図であり、 第２図は、突出部に沿って案内される弁部材であっ て、２部分から構成されている弁部材の変化実施例を示す縦断面図であり、 第３図は、弁部材が付加的な外側案内を弁本体に有している、燃料噴射弁の第 ２実施例を示す縦断面図であり、 第４図は、突出部外周に設けられた段部によって形成された、弁部材のための 行程ストッパを備えた第３実施例を示す縦断面図であり、 第５図は、弁部材の行程ストッパが突出部の段付けされた端面によって形成さ れた、燃料噴射弁の第４実施例を示す縦断面図であり、 第６図は、作業室もしくは制御室が挿入体の突出部の外側に配置された、燃料 噴射弁の第５実施例を示す縦断面図である。 実施例の記載 内燃機関用の本発明による燃料噴射弁の、第１図に示された第１実施例は、シ リンダ状の弁本体１を有しており、この弁本体１はその自由端部である下端部で 、燃料供給される内燃機関の図示されていない燃焼室に突入している。中空体と して形成された弁本体１は緊締ナット３を用いて、軸方向で弁保持体５に対して 緊締されており、この場合弁本体１と弁保持体５との互いに向かい合っている端 面の間には、挿入体７が緊締されている。この段付された円筒形の挿入体７は、 弁保持体５とは反対側の端部にピン状の突出部９を有 していて、この突出部９で弁本体１の内室に突入している。突出部９の自由端部 に沿ってこの場合、中央の案内孔１３を備えた円筒形の弁部材１１が軸方向摺動 可能に案内されている。この弁部材１１は、突出部９とは反対側の閉鎖された端 面に、円錐形の弁シール面１５を有しており、この弁シール面１５は、異なった 円錐角をもつ２つの領域に分割されており、この場合弁シール面１５の両円錐角 の間における移行部には、環状のシール縁１７が弁部材１１に形成されている。 そして弁部材１１はその弁シール面１５で、弁本体１における内室の、内方に向 かって延びる閉鎖された端部に形成された弁座面１９と共働し、この場合弁部材 １１におけるシール縁１７は、弁部材１１が弁座面１９に接触している場合に、 上流側に位置していて弁本体１の内部に形成された圧力室２１を、シール縁１７ の下流側に位置する盲孔２３から隔て、またシール縁１７に後置された弁座面１ ９からは、噴射開口２５が内燃機関の燃焼室内に延びている。無圧の系において 弁座面１９に弁部材１１を確実に接触させるために、戻しばね２７が、弁部材１ １における、弁座面１９とは反対側のリング端面２９と、突出部９における段部 ３１との間に緊締されており、この戻しばね２７は弁部材１１を弁座面１９に向 かって負荷する。さらに、弁部材１１に設けられた案内孔１３の閉鎖された端部 における端面３３と、突出部９の端面３５との間には 、液圧式の作業室もしくは制御室３７が形成されている。この制御室３７は、挿 入体７における軸方向の貫通孔３９を介して、高圧の燃料を満たされたり、放圧 されたりする。そのために貫通孔３９は弁保持体５における絞り孔４１を介して 、高圧導管４３に接続されており、この高圧導管４３自体は、図示されていない 高圧アキュムレータに開口してしており、この高圧アキュムレータは、高圧フィ ードポンプを介して常に高圧の燃料を満たされ、有利には噴射系のすべての噴射 弁に接続されている。制御室３７を放圧するために、該制御室３７に開口してい る貫通孔３９は、弁保持体５における放圧導管４５と接続されており、この放圧 導管４５は図示されていない低圧放圧室に開口しており、かつ制御弁４７を用い て閉鎖可能である。外部から任意に制御可能なこの制御弁４７は、この場合図示 の実施例では２ポート２位置方向切換え制御弁として形成されており、かつ有利 には電磁弁によって操作される。 弁部材１１の調節のために、この場合リング面２９と案内孔１３の端面３３と は、弁部材１１における閉鎖方向に作用する液圧式のつまり燃料の圧力作用面と して機能する。開放方向においては弁シール面１５が作用し、この場合、弁部材 １１が弁座１９に接触している場合には、まず初めに、弁シール面１５の、上流 側においてシール縁１７に接続する領域が作用する。 この場合、シール縁１７における弁部材直径は第１の直径ｄ１を形成し、円筒形 の弁部材１１の外周部の直径は第２の直径を形成し、かつ突出部９の外周部の直 径は第３の直径ｄ３を形成している。直径ｄ３は燃料噴射弁の確実な機能のため に、弁シール座における座直径を規定する直径ｄ１よりも大きくなくてはならな い。 本発明による燃料噴射弁は以下のように働く。噴射系の機能を開始するために 、図示されていない高圧アキュムレータは、燃料高圧ポンプによって高圧の燃料 を満たされる。この圧力は幾つかの高圧導管４３を介して、内燃機関の燃焼室に 突入する各噴射弁に導かれる。この場合燃料高圧は第１実施例では、高圧導管４ ３を介して圧力室２１に、かつ高圧導管４３から分岐する絞り孔４１及び挿入体 ７における貫通孔３９を介して、制御室３７に達する。制御弁４７はこの場合放 圧導管４５を閉鎖状態に保つ。噴射休止中における燃料噴射弁のこの閉鎖された 状態において、リング端面２９及び弁部材１１における案内孔１３の端面３３は 、閉鎖方向に作用し、かつこの際に弁部材１１を弁座面１９に向かって負荷する 。同時に、シール縁１７の上流側に形成された弁座面１９には、圧力室２１にお ける燃料高圧が開放方向において弁部材１１に作用する。しかしながらこの場合 弁部材１１における液圧式の圧力作用面は、この状態において閉鎖方向に作用す る面２９，３３が弁シール面１５における開放方向に作用する面積よりも大であ るように、形成されており、その結果弁部材１１は液圧式に弁座面１９との接触 状態に保たれる。そして噴射弁において噴射を行いたい場合には、制御弁４７が 開放方向に操作され、その結果制御弁４７は、低圧室に通じる放圧導管４５を開 放制御する。これによって貫通孔３９を介して制御室３７における圧力は極めて 迅速に放圧導管４５内に放圧され、その結果、閉鎖方向において弁部材１１に作 用する燃料の圧力は消滅する。そして、開放方向において作用する弁シール面１ ５における圧力作用面が、閉鎖方向において作用するリング端面２９よりも大き いことに基づいて、弁部材１１は戻しばね２７の力に抗して弁座１９から持ち上 げられ、その結果燃料は圧力室２１から、弁座面１９と弁シール面１５との間に おいて開放された開放横断面を介して、噴射開口２５に、かつさらに内燃機関の 燃焼室内に流入することができる。この場合絞り孔４１は、高圧導管４３から流 入する燃料高圧が直ちに短絡して放圧導管４５に流出することを、確実に防止す る。噴射弁における噴射は、制御弁４７が放圧導管４５を新たに閉鎖することに よって、終了される。すなわち制御弁４７による放圧導管４５の閉鎖によって、 制御室３７には孔４１，３９を介して新たに燃料高圧を形成することができ、こ の燃料高圧はいまや作用面３３及びリング端面２９を 介して弁部材１１を新たに弁座面１９との接触方向にシフトさせる。噴射弁が閉 鎖されている場合、燃料の圧力はシフト可能な弁部材１１の内側及び外側におい て等しい大きさで形成されているので、低圧室内への弁部材１１における漏れ流 を回避することができる。弁部材１１はこの場合その行程運動中にその内側案内 を用いて挿入体７の突出部９に沿って、確実に軸方向において摺動可能に案内さ れている。 第２図には、弁部材１１を２部分から成る部材として構成する変化実施例が示 されている。この場合弁部材１１はスリーブ４９を有しており、このスリーブ４ ９はその内径部で摺動可能に挿入体７の突出部９に沿って案内されており、かつ その燃焼室側の下端部に、階段状のシリンダとして形成されたヘッド部材５１を 押し嵌められており、このヘッド部材５１は、スリーブ４９とは反対側の端面に 弁シール面１５とシール縁１７とを有している。この場合ヘッド部材５１は有利 には、突出部状の付加部でスリーブ４９の内径部に挿入されていて、リング段部 面においてスリーブ１１のリング端面と溶接されている。 第３図には本発明による燃料噴射弁の第２実施例が示されており、この第２実 施例では、弁部材１１は孔１３における内側案内に加えて、弁本体１の内壁にお ける外側案内を介して案内されている。この場合弁部材１１の外周壁５３はこの 付加的な第２の案内面を形 成しており、この第２の案内面は、弁本体１の内壁面５５に沿って滑動する。圧 力室２１から弁座面１９への燃料貫流のために、この場合複数の切欠きが弁部材 １１の外周部に設けられており、これらの切欠きは有利には面取り部もしくは研 削面５７として形成されている。 第４図及び第５図に示された燃料噴射弁の別の２つの実施例では、弁部材１１ の開放行程を制限するために、異なった機械的な行程ストッパが設けられている 。第４図に示された第３実施例では、弁部材１１のための行程ストッパはリング 段部５９として、挿入体７の突出部９の周面に形成されている。このリング段部 面５９にはこの場合、弁部材１１がその全開放行程運動距離を通過した後で、弁 部材１１のリング端面２９が接触する。 さらに、突出部９と弁部材１１における案内孔１３の閉鎖された端面３３との 間に設けられた制御室３７は、直接圧力室２１から燃料を満たされ、そのために 弁部材１１には絞り孔６１が設けられており、この絞り孔６１は制御室３７を起 点として、弁部材１１における外周面において圧力室２１に開口している。 第５図に示された第４実施例が第４図に示された第３実施例に対して異なって いるのは、単に、弁部材１１の開放行程運動を制限するための行程ストッパの形 式だけである。第５図の実施例では弁部材１１の開放 行程は、弁部材１１における孔１３の端面３３が挿入体７における突出部９の端 面３５に接触することによって、制限される。突出部９のリング端面３５はその ために、軸方向において内方にずらされた段部６３を有しており、この段部６３ は、閉鎖方向において作用する、弁部材１１における端面３３の維持を保証して いる。このように構成されていることによって、噴射段階の終了時や絞り孔６１ を介した高圧燃料による制御室３７の新たな充填時に、制御弁４７によって放圧 導管４５が閉鎖された場合に、弁座１９への弁部材１１の戻し運動を確実に保証 することができる。弁部材１１の開放行程運動距離はこの場合簡単な形式で、位 置固定に配置された挿入体７の軸方向長さにわたって調節されることができる。 第６図に示された第５実施例では、制御室３７は上に述べた実施例とは異なり 、弁部材１１の外側に配置されている。弁部材１１はそのために第２実施例と同 様に、内側においては案内孔１３に沿ってかつ外側では弁部材１１の周壁５３に 沿って案内されている。弁部材１１における背側のリング端面２９と位置固定の 挿入体７における段部３１との間に形成された室は、この場合第５実施例では制 御室１３７を形成しており、この制御室１３７内には戻しばね２７が配置されて いる。また制御室１３７からは放圧通路６４が分岐しており、この放圧通路６４ は制御弁４７によって放圧 導管４５に開放制御可能である。突出部９の端面３５と弁部材１１における孔１ ３の閉鎖された端面３３との間において閉じ込められた液圧式の作業室６５には 、この場合新たに貫通孔３９と高圧導管４３とを介して、燃料高圧集合容器から の高圧燃料が充填される。また、液圧式の作業室６５からは接続孔６７が分岐し ており、この接続孔６７は弁本体１の内部における弁座近傍の室に開口している 。制御室１３７への燃料高圧の供給は、絞り孔４１を介して行われ、この絞り孔 ４１は挿入体７における貫通孔３９から制御室１３７に開口している。 弁部材１１の開放行程運動は第５実施例では、放圧通路６４と放圧導管４５と を介した外側に位置する制御室１３７の放圧によって行われる。この場合、弁部 材１１の内部における端面３３はその直径ｄ３でさらに弁部材１１の閉鎖方向に 作用する。弁部材１１の外周部（ｄ２）とシール縁１７における直径との間にお ける直径差によって形成される、開放方向において弁部材１１に作用する液圧式 の圧力面は、この場合、もっぱら閉鎖方向に作用する弁部材１１における端面３ ３よりも大きく形成されていなくてはならない。弁部材１１の閉鎖行程運動は、 上に述べた実施例と同様に、放圧導管４５の新たな閉鎖によって行われ、その結 果制御室１３７内においては絞り孔４１を介して新たに燃料高圧が形成され、こ の燃料高圧は弁部材１１を リング端面２９において、端面３３に加えて閉鎖方向に負荷し、それによって弁 部材１１をシフトさせて弁座面１９に再び接触させる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 内燃機関用の燃料噴射弁であって、弁本体（１）内に軸方向シフト可能な 弁部材（１１）が配置されており、該弁部材（１１）が内燃機関の燃焼室に向け られた端部に、円錐形の弁シール面（１５）を有していて、該弁シール面（１５ ）で弁本体（１）における円錐形の弁座面（１９）と共働するようになっており 、弁部材（１１）における円錐形の弁シール面（１５）が、シール縁（１７）を 形成するリング縁を有しており、さらに、噴射弁の閉鎖時に下流側においてシー ル縁（１７）に接続する、弁座面（１９）の領域に、内燃機関の燃焼室に開口す る少なくとも１つの噴射開口（２５）が設けられている形式のものにおいて、弁 部材（１１）が案内孔（１３）を有しており、該案内孔（１３）によって弁部材 （１１）が、位置固定の挿入体（７）の突出部（９）に沿って摺動可能に案内さ れていることを特徴とする、内燃機関用の燃料噴射弁。 ２． 弁本体（１）内に、弁座面（１９）に開口する高圧室（２１）が形成され ており、該高圧室（２１）が常に高圧導管（４３）を介して、高圧燃料を満たさ れた高圧アキュムレータと接続されている、請求項１記載の燃料噴射弁。 ３． 弁部材（１１）における案内孔（１３）の閉鎖さ れた端面（３３）と挿入体（７）の突出部（９）の端面（３５）との間に、作業 室が制限されており、該作業室には高圧室（２１）もしくは高圧導管（４３）か ら高圧燃料が充填可能である、請求項１記載の燃料噴射弁。 ４． 燃料高圧を充填可能な制御室（３７，１３７）が弁本体（１）に設けられ ており、制御室（３７，１３７）の内圧が弁部材（１１）を閉鎖方向に負荷する ようになっていて、制御室（３７，１３７）が、開放制御可能な放圧導管（４５ ）を介して低圧室に放圧可能である、請求項１記載の燃料噴射弁。 ５． 外部から操作可能な制御弁（４７）が放圧導管（４５）に挿入されている 、請求項４記載の燃料噴射弁。 ６． 制御室（３７）が、弁部材（１１）における端面（３３）と突出部（９） における端面（３５）との間の作業室によって形成されている、請求項３又は４ 記載の燃料噴射弁。 ７． 制御室（３７）が、絞り箇所（４１）を有する供給通路を介して、高圧導 管（４３）又は高圧室（２１）と接続されている、請求項６記載の燃料噴射弁。 ８． 制御室（１３７）が、位置固定の挿入体（７）の突出部（９）の半径方向 外側に配置されていて、弁部材（１１）の、燃焼室とは反対側のリング端面（ ２９）によって制限される、請求項４記載の燃料噴射弁。 ９． 制御室（１３７）が、絞り孔（４１）を介して常に高圧導管（４３）と接 続可能であり、かつ閉鎖制御可能な放圧導管（４５）を介して低圧室と接続可能 である、請求項８記載の燃料噴射弁。 10． 弁部材（１１）と挿入体（７）との間において、弁部材（１１）を閉鎖方 向に負荷する戻しばね（２７）が緊縮されている、請求項１記載の燃料噴射弁。 11． 弁部材（１１）がスリーブ（４９）によって形成されており、該スリーブ （４９）の、燃焼室側の開口に、ヘッド部材（５１）が挿入されていて、該ヘッ ド部材（５１）の、スリーブ（４９）とは反対側の端面に、弁シール面（１５） が配置されている、請求項１記載の燃料噴射弁。 12． 弁部材（１１）の開放行程運動距離が、行程ストッパによって制限されて いる、請求項１記載の燃料噴射弁。 13． 行程ストッパが、挿入体（７）のシリンダ状の突出部（９）におけるリン グ段部（５９）によって形成されている、請求項12記載の燃料噴射弁。 14． 行程ストッパが、挿入体（７）の突出部（９）の弁部材側のリング端面（ ３５）によって形成されている、請求項１２記載の燃料噴射弁。 15． 弁部材（１１）が付加的にその半径方向の周面（５３）で、弁本体（１） の内壁（５５）に沿って案内されており、しかも燃料貫流のための貫流通路（５ ７，６７）が弁部材（１１）に設けられている、請求項１記載の燃料噴射弁。