JP2002349392A - 内燃機関のための燃料噴射装置、特にコモンレールインジェクタと燃料系と内燃機関 - Google Patents
内燃機関のための燃料噴射装置、特にコモンレールインジェクタと燃料系と内燃機関Info
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Abstract
系、内燃機関を提供する。 【解決手段】 内燃機関のための燃料噴射装置10であ
って、噴射端部18を備えたケーシング12と、該ケー
シング内に設けられた切欠20と、該切欠内に配置され
ている軸方向で運動可能な少なくとも1つの弁部材24
とが設けられており、該弁部材が、弁座と協働し、噴射
端部18とは反対側の押圧面32を有しており、該押圧
面は制御室34を軸方向で制限しており、弁部材24を
押圧面32の合力33に抗して負荷する装置30,5
4,56が設けられており、制御弁38が設けられてお
り、該制御弁が流れ絞り40を介して制御室34に接続
されている形式のものにおいて、制御弁38が少なくと
も3つのポートと少なくとも2つの切替位置とを有して
おり、一方の側では高圧流体入口48と低圧流体出口5
0とに接続されており、他方の側では流れ絞り40に接
続されている。
Description
燃料噴射装置、特にコモンレールインジェクタであっ
て、噴射端部を備えたケーシングと、該ケーシング内に
設けられた切欠と、該切欠内に配置されている軸方向で
運動可能な少なくとも1つの弁部材とが設けられてお
り、該弁部材が、弁座と協働し、噴射端部とは反対側の
押圧面を有しており、該押圧面は制御室を軸方向で制限
しており、弁部材を押圧面の合力に抗して負荷する装置
が設けられており、制御弁が設けられており、該制御弁
が流れ絞りを介して制御室に接続されている形式のもの
にに関する。
公知である。このような燃料噴射装置は、コモンレール
インジェクタである。このコモンレールインジェクタで
は、制御室は、弁ニードルの軸方向の端部面によって制
限されている。この制御室は、半径方向ではスリーブ部
分によって制限されていて、該スリーブ部分の壁には供
給絞りが設けられている。制御室は、弁ニードルと反対
の側では、ケーシング部分によって制限されていて、こ
のケーシング部分には流出絞りが設けられている。供給
絞りは、高圧供給部に接続されていて、これに対して流
出絞りは、制御弁を介して低圧領域に接続されている。
供給絞りの絞り作用は、流出絞りの絞り作用よりも大き
い。
合力がかけられている弁ニードルの端面には、通常の高
さの液圧が作用する。噴射端部の領域において弁ニード
ルを弁座から持ち上げるために、制御室における圧力
が、制御弁の相応の切替装置によって減じられる。十分
な圧力差がある場合には、弁ニードルを弁座から持ち上
げる合力が生じる。
で述べた形式の燃料噴射装置を改良して、特に簡単に形
成されるようにすることである。
に本発明の構成では、切換弁が少なくとも3つのポート
と少なくとも2つの切替位置とを有しており、一方の側
では高圧流体入口と低圧流体出口とに接続されており、
他方の側では流れ絞りに接続されているようにした。
1つの流れ絞りしか必要としない。この流れ絞りは、一
方の方向では供給絞りとして、他方の方向では流出絞り
として働く。全体として、本発明による燃料噴射装置で
は、比較的少ない流路を設ければよく、このことは構成
を簡単にし、製造コストを下げる。さらにこのように構
成された燃料噴射装置を小さく構成することもできる。
記載されている。
弁の方向の絞り作用が、制御室の方向の絞り作用よりも
大きいように形成されている。即ち制御室は、再び充填
されるよりもゆっくりと空にされる。このことは、燃料
噴射装置が閉鎖するよりもゆっくりと開かれることを意
味している。このような形式の開閉特性は内燃機関の燃
焼室における混合気の形成に有利である。
段では、流れ絞りの両端部にそれぞれ1つのトランペッ
ト状の拡大部が設けられており、一方の端部のトランペ
ット状の拡大部の曲率及び/又は湾曲の延在が、他方の
端部のトランペット状の拡大部の曲率及び/又は湾曲の
延在と異なっている。
トランペット状の拡大部が、制御弁に面した端部におけ
る拡大部よりも著しく湾曲していると特に有利である。
が、流体が制御室から流出する際に、流れ絞りの下流側
にキャビテーションが生じるように形成されている。こ
のようなキャビテーションにより、流体が制御室から制
御弁の方向に流出する際に流れ抵抗が高まり、このこと
は流れ絞りによる減圧の増大につながる。これによりさ
らに、制御弁の、流れ絞りに面した側の圧力が減少す
る。制御弁自体により行われる減圧は従って減少し、こ
れにより制御弁の流れギャップにおける誤差は重要では
なくなる。このような理由からより簡単かつ安価な制御
弁を使用することができる。
ために、流れ絞りが、長手方向で見て円錐形状を有して
おり、この場合、流れ絞りの、制御室に面した端部の横
断面が、制御弁に面した端部の横断面よりも小さいと有
利である。
制御弁に向かう出口にディフューザが配置されているこ
とにより助成される。
る燃料噴射装置は特に有利である。このようなピエゾア
クチュエータは極めて迅速に働く。
成では、燃料噴射装置が、少なくとも1つの第2の流れ
絞りを有しており、該流れ絞りは制御室を常に高圧流体
入口に接続しており、第2の流れ絞りの絞り作用は、制
御室から制御弁の方向での第1の流れ絞りの絞り作用よ
りも大きい。このような燃料噴射装置では、第2の流れ
絞りを取り付けるために確かに付加的な作業ステップが
必要とはなるが、この第2の流れ絞りにより、制御室の
充填は加速され、従って弁部材の閉鎖速度は著しく加速
される。
ていて、該押圧面の合力が、高圧液体入口に接続されて
いる圧力室を制限する第1の押圧面の合力のほぼ反対に
向けられている。本発明によるこのような燃料噴射装置
により、即ち、高圧による、弁部材における押圧面の圧
力負荷により生じる力によって弁部材が開放方向に負荷
される。即ちこの場合、弁座から弁部材を持ち上げるた
めに必要な力を加える機械的な部材、例えばばねなどは
不要である。このことは、一方では製造コストに有利に
作用し、他方では燃料噴射装置の耐用期間に有利に作用
する。
が、ケーシングに加工成形された流路を介して高圧液体
入口に接続されていて、第2の流れ絞りがこの流路から
分岐している。高圧液体入口から第2の流路と第2の流
れ絞りを介した流体接続部の製造は特に簡単に実現可能
である。
なくとも1つの燃料噴射装置とが設けられており、該燃
料噴射装置は、燃料を内燃機関の燃焼室に直接に噴射
し、少なくとも1つの高圧燃料ポンプと、燃料捕集導管
とが設けられており、該燃料捕集導管に燃料噴射装置が
接続されている形式のものにも関する。
かつ簡単に製造するために、燃料噴射装置を上述の形式
により形成することが提案されている。
が直接に噴射される少なくとも1つの燃焼室が設けられ
ている形式のものに関する。
に維持し、製造と構成を簡単にするために、内燃機関が
上述の形式の燃料系を有していることが提案されてい
る。
態を詳しく説明する。
示されている。この燃料噴射装置は、コモンレールイン
ジェクタであって、内燃機関の燃焼室に高圧の燃料を直
接に噴射するために使用される。燃料としてはディーゼ
ルおよびガソリンが使用される。インジェクタ10は複
数の部分から成るケーシング12を有している。このケ
ーシング12は、ノズル本体14と中間プレート16と
を有している。ノズル本体14と中間プレート16と
は、ノズル緊締ナット(図示せず)を介して互いに緊締
されている。
は、噴射端部18として形成されている。ノズル本体1
4内では、長手方向で切欠20が延びている。この切欠
20は段付き孔の形状を有しており、噴射端部18で終
わっている。噴射端部18には、噴射端部18の周囲に
わたって分配配置された複数の燃料流出開口22が設け
られている。
は、弁部材24が配置されている。弁部材24は、切欠
20に対して同心的に延び、軸方向可動な弁ニードルで
ある。弁ニードル24は、噴射端部18の領域に設けら
れた弁座(符号なし)と協働する。
る複数の区分を有している。
6と、比較的大きな直径の上方区分28とが示されてい
る。両区分26と28とは、1つの段部によって分割さ
れており、この段部は傾斜押圧面30を形成している。
比較的大きな直径を有した上方の区分は、軸方向上方に
向かって押圧面32によって制限されている。この押圧
面32は軸方向で制御室34を制限している。押圧面3
0の力の合力と押圧面32の力の合力とは、図1では破
線の矢印で示されている。これらの矢印は符号31,3
3で示されている。
プレート16によって制限されている。制御室34から
は流路36が中間プレート16を貫通して1つの制御弁
38へと通じている。流路36は、流れ絞り40として
形成されている(図2参照)比較的小さな直径の区分を
有している。この流れ絞り40は、制御弁38に向かっ
て、比較的大きな直径の区分へと開口している。この区
分はディフューザ42を形成している。
トランペット型の拡大部44,46が設けられている。
ディフューザ42に面したトランペット型の拡大部44
は、この場合、流れ絞り40の、制御室34に面した端
部に位置するトランペット状の拡大部46よりも大きく
湾曲している。
る。この制御弁38は、即ち3つのポートと2つの切替
位置47,49とを有している。この制御弁38は、一
方の側では、上述したように流路36に接続されてい
る。他方の側では、高圧流体流入部48と、低圧流体流
出部50とに接続されている。制御弁38はピエゾアク
チュエータ52によって操作される。
にボール状である。この弁部材は通常、相応に円錐状の
弁座と協働する。しかしながら制御弁は、例えばプレー
ト状の弁部材を有していてもよい。制御弁38の切替位
置47,49は、休止位置47では、流路36が高圧流
体流入部48に接続されており、操作切替位置49で
は、流路36が低圧流体流出部50に接続されるように
なっている。
インジェクタ10の長手方向でさらに別の流路54によ
って貫通されている。この流路54は、図1で見て上方
の端部で常に高圧流体流入部48に接続されている。流
路54の、図1で見て下方の端部は環状室56に開口し
ている。この環状室56は、切欠20を相応に形成する
ことにより、弁本体14と弁ニードル24との間に、傾
斜押圧面30の高さで形成されている。環状室56から
は、ノズルニードル14と弁ニードル24との間で、噴
射端部18にまで別の環状室58が延びている。
に働く。
は、制御弁38は図1に示した休止位置47にある。こ
の場合、制御室34には高圧流体流入部48の完全なシ
ステム圧が形成されている。このシステム圧は、流路5
4にも、環状室56にも、環状室58にも形成されてい
る。このような圧力は一方では弁ニードル24の上端部
に設けられた押圧面32に作用する。他方ではこの圧力
は、環状室56の高さに位置する弁ニードル24のおう
傾斜押圧面30にも作用する。この弁ニードル24の上
方の端部に設けられた押圧面32は、押圧面30よりも
大きいので、相応の力の合力(矢印33)は、逆方向の
力の合力31よりも大きい。弁ニードル24は従って、
ノズル本体14の噴射端部18に向かって押し付けられ
る。燃料流出開口22は、このような状態では環状室5
8から分離されているので、燃料は流出することはでき
ない。
には、制御弁38は第2の切替位置49に動かされる。
この移動はピエゾアクチュエータ52によって行われ
る。今や、流路36は低圧流体流出部50に接続されて
いる。従って燃料は制御室34から流れ絞り40と、デ
ィフューザ42と、制御弁38とを通って低圧流体流出
部50へと流れる。従って制御室34の圧力は減少す
る。しかしながら同時に、環状室56ではまだ完全なシ
ステム圧が存在していて、弁ニードル24に設けられた
傾斜押圧面30にも作用している。
向に働く合力33よりも大きくなるとすぐに、弁ニード
ル24が、噴射端部18の領域に設けられた弁座から持
ち上がり、燃料流出開口22を環状室58に接続する。
こうして燃料が、燃料流出開口22から流出する。
は、流れ絞り40の両軸方向端部に設けられたトランペ
ット状の拡大部44,46の構成によって規定される。
この場合、減圧は、比較的ゆっくり行われるので、弁ニ
ードル24は比較的ゆっくり開放する。このようなこと
は、燃料流出開口22から流出する燃料噴流を燃焼最適
にかつエミッションに関して最適に形成するために有利
である。
エータ52を再び無電流状態に切り替える。これにより
制御弁38は、図1に示した休止位置47に戻される。
今や燃料は、流入部48から制御弁38と、ディフュー
ザ42と、流れ絞り40とを通って高圧流体制御室34
へと戻される。従って制御室34における圧力は上昇す
る。合力33の大きさが、逆方向に向けられた合力31
の大きさを超えると、弁ニードル24は再び、噴射端部
の領域の弁座に向かって押圧され、燃料流出開口22と
環状室58との間の接続が遮断される。
制御室34内の圧力が上昇する速度によって規定され
る。この速度は、流れ絞り40を貫流する燃料の流れ速
度に依存している。制御弁38に面した方のトランペッ
ト状の拡大部44の湾曲が、流れ絞り40の、制御室3
4に面した端部に配置されたトランペット状の拡大部4
6の湾曲よりも大きいので、制御室34への流れ方向に
おける燃料の流れ抵抗は、逆方向の流れ抵抗よりも小さ
い。
な、制御室34における増圧は、弁ニードル24の開放
のために必要な減圧よりも速く行われる。従って、トラ
ンペット状の拡大部44,46を相応に形成することに
より、燃費最適な、かつエミッション的に最適な燃焼の
ために必要な、弁ニードル24の開閉速度を調節するこ
とができる。この場合、ただ1つの流れ絞り40しか必
要としない。
0の流れ絞り40の領域が示されている。上記実施例と
同じ部分及び範囲において同じ機能を有する部分及び範
囲には同じ符号を付与し再度の説明は省く。
のジオメトリ的な構成である。上記実施例では、流れ絞
り40の両端部にトランペット状の拡大部が設けられて
いたのに対して、図3に示した流れ絞り40は、このよ
うな形式のトランペット状の拡大部は設けられていな
い。その代わりに流れ絞りは、長手方向で見て円錐形状
を有している。この場合、流れ絞り40の横断面は、制
御室34に面した端部が、制御弁38に面した端部より
も大きくなっている。
れ絞り40は制御弁38に向かってディフューザ42に
開口している。制御弁38が操作されると、制御室34
は低圧流体流出部50に接続され、燃料が流れ絞り40
を介して、制御室34からディユーザ42へと流れる。
流れ絞り40からディフューザ42への突然の横断面拡
大により、燃料の圧力は急激に減少するので、この領域
の燃料にはキャビテーション気泡が発生する。
高まるので、制御室34は空にされ、弁ニードル24の
相応の解放運動は比較的ゆっくりにしか行われない。逆
の流れ方向、即ち制御弁38から制御室34への流れ方
向ではこのようなキャビテーションは生じない。従って
燃料は、高圧流体流入部48から制御室34への方が、
制御室34から低圧流体流出部50へよりも迅速に流れ
ることができる。
る場合に生じる、流れ絞り40とディフューザ42との
間の移行部で生じる著しい減圧はさらに有利な作用を有
している。このような著しい減圧に基づき、制御室34
に面している、制御弁38の側では、制御弁38が操作
されている状態で既に比較的低い圧力が形成されてい
る。制御弁38を超えて生じる減圧は従って比較的僅か
でよい。その限りでは、例えば制御弁38の弁部材(図
示せず)における製造誤差があったとしても、制御室3
4内の圧力が減じる際の速度に僅かに影響をあたえるだ
けである。
示されている。この実施例でも、前述の実施例と機能的
に同等の部分及び領域には同じ符号を付与し再度の説明
はしない。
から第2の流れ絞り59が分岐している。このような第
2の流れ絞り59を介して制御室34は常に高圧液体入
口48に接続されている。第2の流れ絞り59の横断面
と長さとは、絞り作用が、制御室34から制御弁38へ
の方向での第1の流れ絞り40の絞り作用よりも大きい
ように規定されている。これにより、制御弁38が操作
されている場合に、燃料は制御室34から、第1の流れ
絞り40を通って流出する方が、第2の流れ絞り59を
通って制御室34に流れ込むよりも速いことが保証され
る。
する。流れ絞り40は、インジェクタ10の図4に示し
た実施例では、トランペット状の拡大部および円錐状の
拡大部を有しておらず、直線的な同型の流路として形成
されている。
材24の閉鎖のために必要な制御室34の充填のため
に、流れ絞り40と、流れ絞り59とが設けられてい
る。制御室34の充填は、従って極めて迅速に行われ、
弁部材24も極めて迅速に開放位置から閉鎖位置にもた
らされ、インジェクタ10からの燃料の放出は終了され
る。しかし勿論、図1から図3に示したように流れ絞り
を形成することもできる。
いる。この内燃機関は燃料系62を有している。この燃
料系62はさらに燃料容器64を有しており、この燃料
容器64から電気的な低圧燃料ポンプ66によって燃料
が、モータ駆動された高圧ポンプ68へと送られる。こ
こから燃料は燃料捕集導管70へと達する。燃料捕集導
管70は一般に「レール」とも言われている。この燃料
捕集導管70は、上記高圧流体入口48へと通じてい
る。燃料捕集導管70には複数のインジェクタ10が接
続されている。これら複数のインジェクタ10は、図1
及び図2もしくは図1及び図3のように形成されてい
る。インジェクタ10はそれぞれ燃料(ディーゼルまた
はガソリン)を直接に燃焼室72に噴射する。インジェ
クタ10の低圧流出部50からはそれぞれ1つの燃料導
管73が燃料容器64へと戻されている。
示した図である。
る。
の図である。
置とを備えた内燃機関の原理を示した図である。
ズル本体、 16 中間プレート、 18 噴射端部、
20 切欠、 22 燃料流出開口、 24弁部材、
26 下方区分、 28 上方区分、 30 傾斜押
圧面、 32押圧面、 34 制御室、 36 流路、
38 制御弁、 40 流れ絞り、 42 ディフュ
ーザ、 44,46 拡大部、 48 高圧流体流入
部、50 低圧流体流出部、 52 ピエゾアクチュエ
ータ、 54 流路、 56環状室、 58 環状室、
59 第2の流れ絞り、 60 内燃機関、 62
燃料系、 64 燃料容器、 66 低圧燃料ポンプ、
68 高圧ポンプ、 70 燃料補集導管、 72
燃焼室、 73 燃料導管
Claims (13)
- 【請求項1】 内燃機関(60)のための燃料噴射装置
(10)、特にコモンレールインジェクタであって、噴
射端部(18)を備えたケーシング(12)と、該ケー
シング(12)内に設けられた切欠(20)と、該切欠
(20)内に配置されている軸方向で運動可能な少なく
とも1つの弁部材(24)とが設けられており、該弁部
材(24)が、弁座と協働し、噴射端部(18)とは反
対側の押圧面(32)を有しており、該押圧面は制御室
(34)を軸方向で制限しており、弁部材(24)を押
圧面(32)の合力(33)に抗して負荷する装置(3
0,54,56)が設けられており、制御弁(38)が
設けられており、該制御弁(38)が流れ絞り(40)
を介して制御室(34)に接続されている形式のものに
おいて、 制御弁(38)が少なくとも3つのポートと少なくとも
2つの切替位置とを有しており、一方の側では高圧流体
入口(48)と低圧流体出口(50)とに接続されてお
り、他方の側では流れ絞り(40)に接続されているこ
とを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射装置(1
0)、特にコモンレールインジェクタ。 - 【請求項2】 流れ絞り(40)が、制御弁(38)の
方向の絞り作用が、制御室(34)の方向の絞り作用よ
りも大きいように形成されている、請求項1記載の内燃
機関のための燃料噴射装置(10)。 - 【請求項3】 流れ絞り(40)の両端部にそれぞれ1
つのトランペット状の拡大部(44,46)が設けられ
ており、一方の端部のトランペット状の拡大部(44)
の曲率及び/又は湾曲の延在が、他方の端部のトランペ
ット状の拡大部(46)の曲率及び/又は湾曲の延在と
異なっている、請求項2記載の燃料噴射装置(10)。 - 【請求項4】 流れ絞り(40)の、制御室(34)に
面した端部におけるトランペット状の拡大部(46)
が、制御弁(38)に面した端部における拡大部(4
4)よりも著しく湾曲している、請求項3記載の燃料噴
射装置(10)。 - 【請求項5】 流れ絞り(40)が、流体が制御室(3
4)から流出する際に、流れ絞り(40)の下流側にキ
ャビテーションが生じるように形成されている、請求項
2から4までのいずれか1項記載の燃料噴射装置(1
0)。 - 【請求項6】 流れ絞り(40)が、長手方向で見て円
錐形所を有しており、この場合、流れ絞りの、制御室
(34)に面した端部の横断面が、制御弁に面した端部
の横断面よりも大きい、請求項5記載の燃料噴射装置
(10)。 - 【請求項7】 流れ絞り(40)の、制御弁(38)に
向かう出口にディフューザ(42)が配置されている、
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
10)。 - 【請求項8】 制御弁(38)がピエゾアクチュエータ
(52)を有している、請求項1から7までのいずれか
1項記載の燃料噴射装置(10)。 - 【請求項9】 少なくとも1つの第2の流れ絞り(5
9)を有しており、該第2の流れ絞り(59)は制御室
(34)を常に高圧流体入口(48)に接続しており、
第2の流れ絞り(59)の絞り作用は、制御室(34)
から制御弁(38)の方向での第1の流れ絞り(40)
の絞り作用よりも大きい、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(10)。 - 【請求項10】 弁部材(24)に第2の圧力面(3
0)が設けられていて、該圧力面の合力(31)が、高
圧液体入口(48)に接続されている圧力室(36)を
制限する第1の圧力面(32)の合力(33)のほぼ反
対に向けられている、請求項1から9までのいずれか1
項記載の燃料噴射装置(10)。 - 【請求項11】 圧力室(34)が、ケーシング(1
2)に加工成形された流路(54)を介して高圧液体入
口(48)に接続されていて、第2の流れ絞り(59)
がこの流路(54)から分岐している、請求項9または
10記載の燃料噴射装置(10)。 - 【請求項12】 燃料系(62)であって、燃料容器
(64)と少なくとも1つの燃料噴射装置(10)とが
設けられており、該燃料噴射装置(10)は、燃料を内
燃機関(60)の燃焼室(72)に直接に噴射し、少な
くとも1つの高圧燃料ポンプ(68)と、燃料捕集導管
(70)とが設けられており、該燃料捕集導管(70)
に燃料噴射装置(10)が接続されている形式のものに
おいて、該燃料噴射装置(10)が、請求項1から11
までのいずれか1項記載のものであることを特徴とする
燃料系(62)。 - 【請求項13】 内燃機関(60)であって、燃料が直
接に噴射される少なくとも1つの燃焼室(72)が設け
られている形式のものにおいて、 請求項12記載の燃料系(62)を有していることを特
徴とする、内燃機関(60)。
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