JP2002202020A - 内燃機関の燃焼室内に、高い圧力下にある燃料を噴射するためのインジェクタ - Google Patents

内燃機関の燃焼室内に、高い圧力下にある燃料を噴射するためのインジェクタ

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JP2002202020A
JP2002202020A JP2001374694A JP2001374694A JP2002202020A JP 2002202020 A JP2002202020 A JP 2002202020A JP 2001374694 A JP2001374694 A JP 2001374694A JP 2001374694 A JP2001374694 A JP 2001374694A JP 2002202020 A JP2002202020 A JP 2002202020A
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chamber
valve
nozzle
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Friedrich Boecking
ベッキング フリードリヒ
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギ的および動力的に著しい節約を達成
する。 【解決手段】 インジェクタハウジング２内で運動可能
な弁体７が設けられていて、該弁体７にスプール範囲１
３と、ハウジング側のシート面と協働するシート直径部
８とが形成されており、該シート直径部８を介して、噴
射ノズルのノズル室２８に通じた流入路１２が開閉可能
であり、弁体７が３ポート３位置制御弁として形成され
ており、該３ポート３位置制御弁のスプール範囲１３を
介して、ノズルニードル２３の行程３３に影響を与える
制御室２１が制御可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼室
内に、高い圧力下にある燃料を噴射するためのインジェ
クタであって、インジェクタハウジング内で運動可能な
弁体が設けられていて、該弁体にスプール範囲と、ハウ
ジング側の座面もしくはシート面と協働するシート直径
部とが形成されており、該シート直径部を介して、噴射
ノズルのノズル室に通じた流入路が開閉可能である形式
のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】理想的な噴射特性を得るためには、別の
要求の他に、噴射圧と噴射量とを独立して別個に規定す
るという要求が課せられる。噴射圧と噴射量とは、内燃
機関が運転され得る各運転点に合わせて自由に設定可能
であることが望ましい。これにより、混合気形成に関す
る付加的な自由度が得られる。それと同時に、噴射開始
と燃焼開始との間に生じるイグニッションラグ（点火遅
れ）を考慮するために、噴射開始時の噴射量はできるだ
け少なく形成されることが望ましい。これら２つの要求
は、高圧集合室（コモンレール）を備えた燃料噴射シス
テムにより満たされる。この高圧集合室を介して、個々
のインジェクタには、内燃機関の燃焼室のために極めて
高い圧力下にある燃料が供給される。
【０００３】欧州特許出願公開第０６５７６４２号明細
書には、内燃機関に用いられる燃料噴射システムが記載
されている。この燃料噴射システムは、燃料高圧ポンプ
により充填可能な高圧集合室を有しており、この高圧集
合室からは複数の高圧管路が導出されていて、個々の噴
射弁に通じている。個々の高圧管路には、噴射弁におけ
る高圧噴射を制御するための制御弁と、これらの制御弁
と高圧集合室（コモンレール）との間の付加的な蓄圧室
とが設けられている。高いシステム圧が常時、噴射弁に
加えられることを回避するために、この制御弁は、噴射
弁における噴射休止時にこの制御弁が蓄圧室に対する接
続路を閉鎖し、かつ噴射弁と放圧室との間の接続路を開
制御するように形成されている。
【０００４】米国特許第５６２８２９３号明細書に基づ
き、電子制御された流体インジェクタが公知である。こ
の流体インジェクタは、パイロット噴射により負荷可能
な流体集合室と、この流体集合室と、内燃機関の燃焼室
に突入した噴射ノズルとの間の接続管路を開放するため
の直接に制御可能な制御エレメントとを備えている。第
１の直接に制御可能な噴射エレメントの他に、別の圧力
制御エレメントが２つの作動位置の間で往復運動であ
る。切換可能な両圧力制御エレメントによって、互いに
対抗して作用するハイドロリック力をバランスさせるこ
とができる。このような構成では、圧力エレメントの制
御が２つのユニットを介して行われ、そして両ユニット
が制御装置による選出時に、発生する燃料過剰圧もしく
は発生する燃料過剰量に対して部分的にしか防護されて
いないという事情が不都合となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式のインジェクタを改良して、上記不都合が
回避されると共に、エネルギ的および動力的に著しい節
約が得られるようなインジェクタを提供することであ
る。
【０００６】
【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、弁体が３ポート３位置制御弁とし
て形成されており、該３ポート３位置制御弁のスプール
範囲を介して、ノズルニードルの行程に影響を与える制
御室が制御可能であるようにした。
【０００７】
【発明の効果】本発明によるインジェクタの構成を用い
ると、インジェクタのノズルニードルの、予め設定可能
な段階付けで行われる開放もしくは段階付けされて行わ
れる閉鎖を生ぜしめることができる。直接噴射式の内燃
機関の燃焼室内へのメイン噴射を得るために、あるいは
燃焼室内へのポスト噴射を行うためには、インジェクタ
の唯一回の制御しか必要とならず、このことは電気供給
に関して云えば、電気エネルギの５０％の節約を意味す
る。インジェクタの制御に関する５０％の電気エネルギ
節約の他に、ガイド直径とシート直径とに同じ直径を設
定することにより、切換力を最小限に抑えることができ
る。なぜならば、この場合には弁体が力補償（力バラン
ス）されているからである。
【０００８】ノズルニードルのための制御室の流出側と
流入側とに設けられた絞りの設計により、インジェクタ
を設計することができる。両絞り部の平行な変化が行わ
れると、制御弁を適合させる場合に、通過される燃料容
量は不変となる。本発明により提案された解決手段を用
いると、弁体を取り囲む弁室が、弁ニードルを負荷する
制御室に接続されているような、圧力制御されたインジ
ェクタが提供される。それと同時に、この制御室は流入
側で絞りエレメントを介して、ノズル室への流入管路に
接続されている。このような構成に基づき、ノズルニー
ドルを負荷する制御室の部分的な放圧により、ノズルニ
ードルを段階的に運動させること、すなわち、ノズルニ
ードルに複数の部分行程距離を付与することが可能にな
るので、たとえば実用車エンジンにとって最適となる噴
射特性を得ることができる。
【０００９】段階付けされた鉛直運動を調節し、ひいて
は実用車における使用のために特に適した噴射特性を調
節することが可能になると共に、提案された圧力／行程
制御されるインジェクタは特に単純に形成されていて、
したがって廉価に製作され得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。
【００１１】図１には、ノズルニードルの、段階付けさ
れた鉛直運動を実施する、本発明により構成されたイン
ジェクタの横断面図が示されている。
【００１２】図１に示したインジェクタは、インジェク
タハウジング２内に鉛直方向に案内された、３ポート３
位置制御弁の弁体７と、インジェクタハウジング２内に
同じく鉛直方向に案内されたノズルニードル２３とを有
している。
【００１３】弁体７の鉛直方向の行程運動は、アクチュ
エータ３を介して生ぜしめられる。このアクチュエータ
３はピエゾアクチュエータまたはソレノイドバルブとし
て形成されていてよい。アクチュエータ３には、ハイド
ロリック式の増圧器４が対応配置されている。アクチュ
エータ３にはピストンエレメント６が対応配置されてお
り、このピストンエレメント６の上端面は、プレロード
もしくは予荷重を発生させるばねエレメント５を有して
いる。図１に示した実施例では、このばねエレメント５
が皿ばねとして形成されている。ピストンエレメント６
の下端面は、３ポート３位置制御弁として機能する弁体
７の上端面に接触している。
【００１４】弁体７は、インジェクタハウジング２によ
り取り囲まれているガイド範囲を備えており、このガイ
ド範囲はシート直径部８の直径に相当する直径を有して
いる。弁体７は弁が閉鎖された状態で、このシート直径
部８によって、弁室１０内に設けられた座面もしくはシ
ート面を閉鎖する。弁室１０には、高圧集合室（コモン
レール）からの流入路９が開口している。インジェクタ
ハウジング２の内部に設けられた弁室１０からは、導出
管路１１が分岐しており、この導出管路１１はノズル流
入路１２へ移行している。このノズル流入路１２はノズ
ルニードル２３の範囲で、このノズルニードル２３を取
り囲んでいるノズル室２８に開口している。ノズル流入
路１２からは、制御室２１のための供給管路２２が分岐
しており、この場合、この供給管路２２内には流入絞り
が収容されている。
【００１５】シート直径部８の下方では、弁体７が円錐
状の移行範囲を備えており、この円錐状の移行範囲は弁
体７に設けられたスプール範囲１３へ移行している。こ
のスプール範囲１３内には、横方向孔１５が形成されて
おり、この横方向孔１５は、スプール範囲１３で長手方
向に延びている長手方向孔１６に接続されている。弁体
７の下端面は、漏れオイル側に設けられた漏れオイル室
１７内に浸漬されている。この漏れオイル室１７は漏れ
オイル管路１８を介して、たとえば燃料リザーバに接続
されているので、この漏れオイル室１７を介して燃料を
捕集することができる。アクチュエータ３の制御により
望まれる、弁体７の所望の鉛直行程に応じて、弁体７の
スプール範囲１３内の横方向孔１５は制御縁１４と完全
に重なり合うか、または部分的に重なり合う。弁体７の
スプール範囲１３には、流出路１９が開口しており、こ
の流出路１９内には流出絞り２０が収容されている。こ
の流出絞り２０を介して、制御室２１が放圧可能とな
る。この制御室２１は既に説明したように、ノズル流入
路１２からの供給管路２２を介して、高い圧力下にある
燃料で負荷可能である。
【００１６】制御室２１内には、ピストンエレメント２
４が収容されている。このピストンエレメント２４はジ
ャーナル状の付設部によってノズルニードル２３の上端
面を負荷している。インジェクタハウジング２内に設け
られた制御室２１は、インジェクタハウジング２の壁
と、ピストンエレメント２４の上端面２５とによって仕
切られている。制御室２１の放圧時またはノズル流入路
１２から分岐した供給管路２２による制御室２１の圧力
負荷時では、ピストンエレメント２４が、制御室２１内
に生ぜしめられる圧力レベルに応じて上昇運動を実施す
るか、または下降運動を実施する。ピストンエレメント
２４のヘッド範囲の下方に形成されたジャーナル状の付
設部には、閉鎖ばねとして作用するばねエレメント２７
が装着されている。このばねエレメント２７を用いて、
ピストンエレメント２４により負荷されたノズルニード
ル２３の開放圧を調節することができる。制御室２１と
ピストンエレメント２４とノズルニードル２３とは、対
称軸線２６に対して対称的に形成されている。ノズル室
２８の範囲では、ノズルニードル２３に受圧段部３１が
形成されている。図示の実施例では、ノズル室２８がノ
ズルニードル先端部２９に設けられたシート面にまで延
びている。ノズルニードル先端部２９は図示の状態で
は、噴射孔３２を閉鎖している。噴射孔３２はインジェ
クタハウジング２の壁３０に形成されている。
【００１７】本発明により構成されたインジェクタの機
能形式は以下の通りである。
【００１８】たとえばピエゾアクチュエータとして形成
されたアクチュエータ３が制御されると、弁体７がイン
ジェクタハウジング２内で上昇するので、弁室１０に配
置されたシート面と協働してシート直径部８により閉鎖
されていたシートが開制御される。これにより、高い圧
力下にある燃料は高圧集合室（コモンレール）から流入
路９を介して弁室１０へ流入することができる。弁室１
０に流入した燃料容量は導出管路１１を介してノズル流
入路１２へ流入し、そしてノズル流入路１２を介してノ
ズル室２８へ流入するので、ノズル室２８内には高い燃
料圧が生ぜしめられる。ノズルニードル２３にノズル室
２８の範囲で形成された受圧段部３１により、ノズルニ
ードル２３は制御室２１の方向へ作用する開放力で負荷
される。この開放力には、閉鎖ばね２７により生ぜしめ
られた閉鎖力と、制御室２１内にその都度形成される押
圧力とが対抗している。ノズル流入路１２を介してノズ
ル室２８が高い圧力下にある燃料で負荷されることと平
行して、供給管路２２によって制御室２１の圧力負荷も
行われる。制御室２１は、流出絞り２０を備えていてよ
い流出路１９を介して、弁体７に設けられたスプール範
囲１３の位置に関連して制御される。ピエゾアクチュエ
ータがどの程度に制御されたのかに応じて、つまりイン
ジェクタハウジング２内で弁体７がどの程度の鉛直行程
距離を進んだのかに応じて、制御室２１の流出路１９は
閉鎖されているか、部分的に開放されているか、または
漏れオイル室１７の方向へ完全に開放されている。
【００１９】アクチュエータ３の部分制御時では、スプ
ール範囲１３が部分開放されているので、流出路１９
と、この流出路１９内に収容された流出絞り２０とを介
して、制御室２１の放圧を行うことができる。弁体７の
部分行程状態で横方向孔１５と長手方向孔１６とを介し
て漏れオイル室１７と流出用の漏れオイル管路１８とに
接続されている制御室２１の流出路１９を介して、制御
室２１の放圧が行われる。受圧段部３１に生じる、閉鎖
ばね２７により調節された開放圧によって、ピストンエ
レメント２４は、弁体７のスプール範囲１３の部分行程
範囲における制御室２１の放圧に相応して、対応する中
空室内で上方へ向かって移動する。
【００２０】アクチュエータ３が部分制御を超えて完全
に制御されると、弁体７はインジェクタハウジング２内
で完全に上方へ向かって移動して、流入路９を完全に開
放する。それと同時に、スプール範囲１３が、ハウジン
グ側に設けられた制御縁１４と重なり合うことにより、
流出路１９を経由した制御室２１の放圧は阻止される。
それと同時に制御室２１内で供給管路２２を介して増大
する圧力により、インジェクタハウジング２内でのピス
トンエレメント２４の下降運動が行われるので、ノズル
ニードル２３は受圧段部３１に加えられた、上方へ向け
られた力に抗してシートへ接近する方向に移動して、噴
射孔３２を閉鎖する。ノズルニードル２３は、アクチュ
エータ３が完全に制御されると、アキュムレータ３によ
り力制御されてシートを閉鎖する。
【００２１】弁体７のシート直径部８が再びインジェク
タハウジング２に設けられたシート面に当て付けられる
と、高圧集合室（コモンレール）からの流入路９はノズ
ル流入路１２から分断される。しかし、弁体７の下降運
動時では、スプール範囲１３内に設けられた横方向孔１
５と、インジェクタハウジング２に設けられた制御縁１
４に開口した流出路１９とが部分的に重なり合うので、
流出路１９と、この流出路１９内に収容された流出絞り
２０とを介して、弁体７の閉鎖中に制御室２１内の放圧
が生じ得る。制御室２１に通じた供給管路２２内に収容
された流入絞りを介して、ノズル流入路１２内の圧力、
ひいてはノズル室２８内の圧力は、徐々にしか減少しな
いが、しかし制御室２１内の圧力は、相応して寸法設定
された流出絞り２０によって、ノズル室２８内よりも迅
速に減少する。これにより、弁体７の閉鎖過程の間、受
圧肩部３１により閉鎖ばね２７の閉鎖力に抗して作用す
る、鉛直方向でノズルニードル２３に加えられる力に基
づき、ノズルニードル２３は対応するシートから再度持
ち上げられて開放される。これにより、本発明により構
成されたインジェクタのアクチュエータ３を再度制御す
ることなく燃料のポスト噴射（後噴射）を行うことがで
きる。
【００２２】これによって、本発明により構成されたイ
ンジェクタ１を用いると、ノズルニードル２３の段階付
けされた開放もしくは閉鎖、もしくは直接噴射式の内燃
機関の燃焼室内へ突入した噴射孔３２の段階付けされた
開放もしくは閉鎖を達成することができる。メイン噴射
３７を実施するため、もしくはポスト噴射３８を形成す
るためには、インジェクタ１の、たとえばソレノイドバ
ルブまたはピエゾアクチュエータとして形成されたアク
チュエータ３を一度だけ制御するだけで済む。弁体７
の、インジェクタハウジング２内でのガイド範囲の直径
を、シート直径部８に相当する直径で形成することがで
きると、アクチュエータ３によりその都度加えられるべ
き力は最小となる。この場合には、３ポート３位置制御
弁の弁体７が力補償されている。
【００２３】図２に示した線図には、実施される弁行程
３３と時間との関係が示されている。符号３４もしくは
符号３５により、生ぜしめられる行程レベルが示されて
いる。第１の行程レベル３４は、ピエゾアクチュエータ
またはソレノイドバルブとして形成されたアクチュエー
タ３の部分制御時におけるインジェクタの部分行程に相
当している。符号３５では、アクチュエータ３の完全な
制御に相当する弁体７の第２の行程レベルが示されてい
る。
【００２４】図３には、直接噴射式の内燃機関の燃焼室
への燃料噴射時に生ぜしめられる噴射段階が示されてい
る。この場合、圧力経過３６が時間との関係で描かれて
おり、この場合、符号３７により、メイン噴射段階にお
いて生じる最大圧が示されており、符号３８により、ポ
スト噴射段階における圧力レベルが示されている。この
ポスト噴射段階における圧力レベルは、制御室２１の流
出路１９に設けられた流出絞り２０の設計に応じて、制
御室２１を高圧で負荷するノズル流入路１２がゆっくり
と放圧される場合に生じる。弁体７のシートにおける圧
力経過３９を表す、図３に示した曲線は、なだらかな上
昇側縁により特徴付けられている。このなだらかな上昇
側縁は、圧力経過３９が変化を受けなくなることによ
り、プラトー（高原）状に形成された範囲へ移行してい
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】ノズルニードルの、段階付けされた鉛直行程運
動を実施する、本発明により構成されたインジェクタの
縦断面図である。
【図２】弁体の行程レベルを時間との関係で示す線図で
ある。
【図３】噴射孔における圧力経過を噴射段階との関係で
示す線図である。
【図４】弁体のシート上方の圧力経過を時間との関係で
示す線図である。
【符号の説明】
１ インジェクタ、 ２ インジェクタハウジング、
３ アクチュエータ、４ 増圧器、 ５ ばねエレメン
ト、 ６ ピストンエレメント、 ７ 弁体、 ８ シ
ート直径部、 ９ 流入路、 １０ 弁室、 １１ 導
出管路、 １２ ノズル流入路、 １３ スプール範
囲、 １４ 制御縁、 １５ 横方向孔、 １６ 長手
方向孔、 １７ 漏れオイル室、 １８ 漏れオイル管
路、 １９ 流出路、 ２０ 流出絞り、 ２１ 制御
室、 ２２ 供給管路、 ２３ノズルニードル、 ２４
ピストンエレメント、 ２５ 上端面、 ２６ 対称
軸線、 ２７ ばねエレメント、 ２８ ノズル室、
２９ ノズルニードル先端部、 ３０ 壁、 ３１ 受
圧段部、 ３２ 噴射孔、 ３３ 弁行程
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 45/02 Ｆ０２Ｍ 45/02 47/02 47/02 59/36 59/36 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 BA06 BA13 BA17 CC08T CC08U CC14 CC51 CC67 CC70 CE22 CE27 DA12 3G301 HA02 JA02 LB11 LC01 LC05 MA23

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の燃焼室内に、高い圧力下にあ
    る燃料を噴射するためのインジェクタであって、インジ
    ェクタハウジング（２）内で運動可能な弁体（７）が設
    けられていて、該弁体（７）にスプール範囲（１３）
    と、ハウジング側のシート面と協働するシート直径部
    （８）とが形成されており、該シート直径部（８）を介
    して、噴射ノズルのノズル室（２８）に通じた流入路
    （１２）が開閉可能である形式のものにおいて、弁体
    （７）が３ポート３位置制御弁として形成されており、
    該３ポート３位置制御弁のスプール範囲（１３）を介し
    て、ノズルニードル（２３）の行程（３３）に影響を与
    える制御室（２１）が制御可能であることを特徴とす
    る、内燃機関の燃焼室内に、高い圧力下にある燃料を噴
    射するためのインジェクタ。
  2. 【請求項２】 弁体（７）のスプール範囲（１３）が横
    方向孔（１５）を有している、請求項１記載のインジェ
    クタ。
  3. 【請求項３】 前記横方向孔（１５）が、開口（１６）
    を介して漏れオイル室（１７）に接続されている、請求
    項２記載のインジェクタ。
  4. 【請求項４】 制御室（２１）が、流出路側で、３ポー
    ト３位置制御弁の弁体（７）に設けられたスプール範囲
    （１３）を介して放圧されるようになっている、請求項
    １記載のインジェクタ。
  5. 【請求項５】 制御室（２１）が、ノズル流入路（１
    ２）からの分岐路（２２）を介して負荷されるようにな
    っている、請求項１記載のインジェクタ。
  6. 【請求項６】 ノズル流入路（１２）からの分岐路（２
    ２）内に流入絞りが収容されている、請求項５記載のイ
    ンジェクタ。
  7. 【請求項７】 アクチュエータ（３）の制御時に弁体
    （７）がノズル流入路（１２）を開放し、スプール範囲
    （１３）が制御室（２１）の流出路（１９）を閉鎖し、
    制御室（２１）内に高圧が生ぜしめられるようになって
    いる、請求項１記載のインジェクタ。
  8. 【請求項８】 アクチュエータ（３）の部分制御時に、
    制御室（２１）が弁体（７）のスプール範囲（１３）を
    介して漏れオイル部（１６，１７）に向かって放圧可能
    である、請求項１記載のインジェクタ。
  9. 【請求項９】 制御室（２１）の放圧時に、ノズルニー
    ドル（２３）が、閉鎖ばね（２７）の閉鎖力に関連して
    開くようになっている、請求項８記載のインジェクタ。
  10. 【請求項１０】 ノズルニードル（２３）の閉鎖中にス
    プール範囲（１３）とインジェクタハウジング（２）と
    の間で横方向孔（１５）と流出路（１９）とが部分的に
    重ね合わされると、制御室（２１）の、ポスト噴射（３
    ８）を可能にする放圧が行われるようになっている、請
    求項７記載のインジェクタ。
  11. 【請求項１１】 弁体（７）が、インジェクタハウジン
    グ（２）内でのガイド範囲に、弁体（７）のシート直径
    部（８）と同一の直径を有している、請求項１記載のイ
    ンジェクタ。
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