JP2002533614A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 少なくとも１つのシリンダを有する内燃機関用の燃料噴射装置であって、各シリンダ用の燃料噴射ユニット（１）と、各燃料噴射ユニット（１）の流量制御弁（１４）とが設けられており、、該流量制御弁（１４）から流れ出る燃料が燃料最大量に達した場合に、前記燃料噴射ノズル（７）への燃料の供給が遮断されるようになっている形式のものに関する。このような燃料噴射装置において燃料最大量を減少させるために、本発明では流量制御弁（１４）がノズル供給管路（１３）内に配置されており、このノズル供給管路（１３）を介して燃料噴射ノズル（７）が高圧燃料供給部（２）に連通しているようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４１４２４２号明細書に基づき多気筒式内
燃機関用の燃料噴射装置が公知である。このような形式の装置では各シリンダに
燃料噴射ユニットが対応配置されている。この噴射ユニットは高圧燃料供給部に
よって比較的高い圧力下にある燃料が供給される。この高圧燃料供給部には噴射
ユニットの前に流量制御弁が配置されており、この流量制御弁はそこから流れ出
す燃料が燃料最大量に達すると閉鎖される。このような形式で燃料噴射ユニット
における漏れに基づいた内燃機関の損傷が回避されている。

【０００２】 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７０９７９４号明細書には、軸方向に調
節可能に支承された燃料噴射ユニットが詳説されている。この燃料噴射ユニット
は弁ニードルとこれに駆動接続されたピストンとを有しており、しかもこの弁ニ
ードルはシリンダの燃焼室に開口する燃料噴射ノズルと、高圧燃料供給部に連通
しているノズル供給管路との間に配置されている。しかもピストンの、弁ニード
ルとは反対側の端部の閉鎖面が閉鎖圧室に突入しており、かつ前記ピストンの、
弁ニードルに面する側の端部の開放面が開放圧室に突入している。閉鎖圧室は絞
りを介して高圧燃料供給部に連通しており、他方、開放圧室は絞り作用が働くこ
となく高圧燃料供給部に連通しているように接続されている。さらに閉鎖圧室と
、比較的低い圧力下にある放圧室との間には制御弁が配置されている。閉鎖面は
開放面より大きいように選択されている。制御弁の閉鎖時には、開放圧室は閉鎖
圧室と同じ圧力（高圧）下にあり、したがってピストンでは前述した面積差に基
づき、燃料噴射弁を閉鎖位置に駆動させる力が生ぜしめられている。制御弁が例
えば電気的に操作されるピエゾアクチュエータを介して開放されるまで、閉鎖圧
室と放圧室とは連通して互いに接続されており、したがって閉鎖圧室では放圧（
圧力降下）されている。開放圧室における圧力が同じ高さのままであるのでピス
トンには燃料噴射弁を開放方向に駆動する力が作用する。燃料噴射弁を開放する
ために弁ニードルは、燃料噴射ノズルに形成されている弁座から引き出されるの
で、燃料を高圧で燃焼室に噴射することができる。

【０００３】 公知の燃料噴射装置では、流量制御弁は高圧燃料供給部において燃料噴射ユニ
ットの上流側に配置されているので、流量制御弁において規定される燃料最大量
はあらゆる運転状況において最大出力を得られる、内燃機関のために必要である
ような燃料部分量を有するように選択されねばならない。

【０００４】 別の燃料部分量は、燃料噴射弁を開放するために閉鎖圧室を放圧するのに必要
である制御量から得られる。この放圧時には燃料が放圧室に放出される。

【０００５】 最後にさらに別の燃料部分量として、各燃料噴射ユニットのためにまさに許容
可能な漏れ量が考慮されなければならない。この漏れ量は燃料噴射弁と制御弁と
における漏れ量を合わせたものである。燃料噴射ユニットの誤った機能、例えば
開放位置でロックされる弁またはもはや許容できない漏れによって流量制御弁が
燃料噴射ユニットへの燃料供給することが生ぜしめられるために、この比較的大
きな燃料最大量が達成されなければならない。したがって比較的小さな漏れをこ
のような内燃機関の運転領域においてのみ流量制御弁の応答を生ぜしめることが
できる。この応答において比較的大きな燃料最大量が必要である。

【０００６】 発明の利点 請求項１の特徴部に記載した構成を有する本発明による燃料噴射装置は次のよ
うな利点を有している。すなわち燃料最大量を減少させることができ、したがっ
て流量制御弁が比較的早く反応し、これにより内燃機関の損傷を防止する効果が
改良される。

【０００７】 本発明による燃料噴射装置では燃料最大量を減少させることができる。なぜな
らば流量制御弁がノズル供給管路内に配置されていて、したがって制御弁におけ
る漏れに関係なく作動するからである。これに相応して本発明による燃料噴射装
置では比較的多くの制御量の分および制御弁のために許容可能な漏れ量の分を減
少させることができる。これに相応し。新しい燃料量は最大限必要な燃料噴射量
よりもわずかに多いだけ、つまり燃料噴射弁のために許容可能な漏れ量の分だけ
多い。

【０００８】 本発明による燃料噴射装置の別の利点および有利な実施形態は実施例の説明、
図面および請求の範囲から明らかである。

【０００９】 次に本発明の実施形態を図面に示した実施例に基づき詳説する。

【００１０】 本発明による燃料噴射装置は汎用の形式で複数のシリンダを備えた内燃機関に
おいて使用されており、しかも各シリンダに１つの燃料噴射ユニットが対応配置
されている。

【００１１】 図１に相応して、このような燃料噴射ユニット１は高圧燃料供給部２を介して
、比較的高い圧力つまり噴射圧下にある燃料が供給される。

【００１２】 この燃料噴射ユニット１は棒状の燃料噴射弁３を有しており、この燃料噴射弁
３は燃料噴射ユニット１内で軸線方向調節可能に支承されている。燃料噴射弁３
は円筒状のピストン４からなっており、このピストン４は軸線方向の一方の端部
で弁ニードル５に駆動接続されている。弁ニードル５は軸線方向の自由端部に円
錐形の弁ニードル先端部６を有しており、この弁ニードル先端部６は燃料噴射ノ
ズル７に形成されたニードル弁座８と協働する。燃料噴射ノズル７は燃料噴射ユ
ニット１に対応配置されたシリンダの、ここでは単にシンボリックに示された燃
焼室９内に突入している。

【００１３】 弁ニードル５と、この弁ニードル５が案内されている燃料噴射ユニット１の領
域との間にはスリーブ状の半径方向の環状スペース１０が形成されている。この
環状スペース１０はピストン４への弁ニードル５の移行領域において環状の開放
圧室１１に開口している。この開放圧室１１にはピストン４の、弁ニードル５に
面した軸線方向端部が突入し、ピストン４と弁ニードル５との間の直径差に基づ
いて、開放圧室１１内に生じる圧力を受ける開放面１２が形成される。この開放
圧室１１はノズル供給管路１３を介して高圧燃料供給部２に連通している。この
ノズル供給管路１３には流量制御弁１４（後で詳説する）が配置されている。開
放圧室１１と高圧燃料供給部２との連通した接続部を介して、開放圧室１１に燃
料高圧もしくは噴射圧が生じる。

【００１４】 燃料噴射ユニット１において、ピストン４の、弁ニードル５とは反対側の軸線
方向端部には閉鎖圧室１５が形成されており、この閉鎖圧室１５にはピストン４
の軸線方向の端面が突入している。このピストン４の端面は、閉鎖圧室１５内に
生じる圧力を受ける閉鎖面１６を形成する。この閉鎖圧室１５は絞り１７を介し
て、燃料噴射ユニット１に形成された環状室１８に連通している。この環状室１
８自体は孔１９と管路２０とを介して高圧燃料供給部２に連通しているように接
続されている。このような形式で閉鎖圧室１５の、開放圧室１１と同じ燃料高圧
もしくは燃料噴射圧を生ぜしめることができる。しかし閉鎖面１６は開放面１２
よりも大きく形成されているので、下方に向かって作用する、弁ニードル先端部
６をニードル弁座８に駆動させる力が得られる。

【００１５】 閉鎖圧室１５は放圧孔２１を介して、比較的低い圧力例えば周囲圧力が生じて
いる放圧室２２に連通している。この放圧室２２には弁座２３が形成されている
。放圧孔２１を開閉させるためにこの弁座２３と、燃料噴射ユニット１内で軸線
方向調整可能に支承された制御弁２５の弁体２４が協働する。弁体２４は圧縮コ
イルばね２６を用いて閉鎖位置つまり弁座２３に緊締されている。弁体２４は制
御ピストン２７に駆動接続されており、この制御ピストン２７は弁体２４に面し
た側の一方の端部に圧力肩部２８を有しており、この圧力肩部２８は圧力室２９
に突入し、したがってここに生じる圧力を受けている。さらにこの圧力室２９に
は電気的に操作可能なピエゾアクチュエータ３１の圧力面３０が突入する。

【００１６】 燃料噴射ユニット１は次のように作動する。

【００１７】 すなわち燃料噴射ユニット１の停止状態ではピエゾアクチュエータ３１は非ア
クティブ状態であり、したがって圧縮コイルばね２６は弁体２４を閉鎖位置に緊
締する。これにより放圧室２２は閉鎖圧室１５から切り離され、その結果絞り１
７を介して閉鎖圧室１５には噴射圧を構成することができる。閉鎖圧室１５に噴
射圧が生ぜしめられた場合、閉鎖面１６に形成された閉鎖力が開放圧室１１にお
ける開放面１２に形成される開放圧力よりも大きくなる。したがって燃料噴射弁
３は閉鎖されている。

【００１８】 燃料噴射を行いたい場合には、ピエゾアクチュエータ３１は電気的にアクティ
ブ化されて拡張し、その結果その圧力面３０は圧力室２９に突入し、圧力室２９
内に挿入されている伝達流体を押し出す。適当な形式で制御ピストン２５の圧力
肩部２８に、制御ピストン２７ひいては制御弁２５を開放方向に移動させる力が
作用する。弁体２４が放圧室２２と閉鎖圧室１５との間の接続部を解放している
限り、閉鎖圧室１５の圧力は低下する。なぜならば放圧孔２１を介して流れ出す
燃料よりも少ない燃料が絞り１７を介して流れ出るからである。これにより閉鎖
圧室１５には圧力低下が生じる一方で、開放圧室１１での圧力は一定に保たれて
いる。これによってピストン４に作用する開放力は押着力よりも大きくなり弁ニ
ードル先端部６はニードル弁座８から持ち上げられる。そして燃料噴射ノズル７
の環状スペース１０を介して供給される燃料を噴射圧によって燃焼室９に噴射す
ることができる。

【００１９】 燃料噴射行程を終了させるためにはピエゾアクチュエータ３１を再び非アクテ
ィブ状態にし、これにより制御弁２５はばね２６に基づき再び閉鎖される。絞り
１７を介して閉鎖圧室１５に比較的迅速に再び噴射圧を構成でき、したがって閉
鎖圧は開放力より再び大きくなり、燃料噴射弁３を閉鎖する。

【００２０】 燃料噴射弁３で漏れが生じた場合のために、燃料噴射ノズル７によって燃焼室
９に流入する燃料量は、流量制御弁１４で規定された燃料最大量によって制限さ
れている。燃料最大量の規定によって、制御弁２５における許容可能なもれ、な
らびに燃料噴射弁３を制御するのに必要な制御量を保証することができる。この
制御量は制御弁２５の開放時に閉鎖圧室１５から放圧室２２に流れ出た燃料量で
ある。絞り１７を介して常に燃料は閉鎖圧室に流れ出ている。

【００２１】 図２および図３に相応して、燃料噴射ユニット１には接続収容部３２が形成さ
れている。燃料噴射ユニット１を高圧燃料供給部２に接続するためにこの接続収
容部３２には接続管片３３が挿入されている。接続収容部３２および接続管片３
３にはねじ山３４が設けられており、このねじ山３４は接続収容部３２と接続管
片３３との間の極めて堅固な結合を可能にしている。

【００２２】 この接続管片３３は同軸的な第１燃料通路３５を有しており、この燃料数路３
５は接続管片３３の軸線方向端部でシール円錐部３６に開口している。接続収容
部３２内に挿入された接続管片３３においてシール円錐部３６は相補的なシール
座３７内にシールされて突入している。このシール座３７は接続収容部３２に形
成されている。このシール座部３７には第１燃料管路３８が開口しており、この
第１燃料管路３８は燃料噴射ノズル７（図１参照）に連通する。したがって第１
燃料管路３８および第１燃料通路３５は図１におけるノズル燃料供給管路１３を
形成する。

【００２３】 接続管片３３の第１燃料通路３５には流量制御弁１４が配置されている。この
流量制御弁１４は従来の形式で構成されていて、軸線方向調節可能なピストン３
９を有している。このピストン３９は、流入開口４０と、これに絞り位置４１を
介して接続する流出開口４２とを有している。このピストン３９は圧縮コイルば
ね４３を介して流れ方向とは逆に向かって緊締されている。ピストン３９と、流
れの下流に配置されたストッパプレート４４との間に供給室４５が形成されてい
る。この供給室４５の容量はほぼ燃料最大量を規定する。供給室４５は排出開口
４６を介して第１の燃料通路３５の、下流に接続する部分に連通する。

【００２４】 燃料噴射弁３が開放されている場合、燃料をノズル供給管路１３から燃焼室９
に流出させることができるので、第１燃料管路３８において圧力低下が生ぜしめ
られる。この圧力低下は、第１燃料通路３５と、排出開口４６と、供給室４５と
流出開口４２とを介して絞り位置４１にまで伝播する。この圧力位置４１では、
絞り位置４１の上流において下流よりも大きな圧力が生じるような圧力低下が引
き起こされ、結果としてピストン３９は流れ方向で圧縮コイルばねのばね力に抗
して調整される。もはや許容できないもれが生じた場合、もしくは燃料噴射ユニ
ット１の故障した場合（例えば燃料噴射弁３が開放位置において汚れによってロ
ックされている）、ピストン３９の端面プレート４７がストッパプレート４４に
接触し排出開口４６を密に閉鎖するまで供給室４５は空にされる。したがって十
分な燃料噴射ノズル７からの燃料流出がもはや行われない。排出開口４６に、端
面プレート４７をストッパプレート４４から持ち上げるのに十分な圧力が生ぜし
められると、ふたたび流量制御弁１４のピストン３９を流れ方向上流に向かって
出発位置に調整することができる。このことは、燃料噴射弁３が整然として閉鎖
する場合には通常通りである。

【００２５】 さらに接続管片３３には第２の燃料通路４８が形成されている。この第２燃料
通路４８はシール円錐体３６の側方で環状室４９に開口し、この環状室４９はシ
ール円錐体３６と接続管片３３との間で収容部３２に形成されている。この環状
室４９は外方に向かって環状シール部材によってシールされている。燃料噴射ユ
ニット１には第２の燃料管路５１が形成されており、この燃料管路５１の一方の
端部は環状室１８にかつ他方の端部は環状室４９に連通している。この第２の燃
料管路５１は図１に示した実施例では孔１９に相応しており、第２の燃料通路４
８は管路２０に相応している。高圧燃料供給部２に生じる圧力は第２の燃料通路
４８、環状室４９、第２の燃料管路５１、環状室１８および絞り１７を介してを
介して閉鎖圧室１５にまで伝播する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による燃料噴射装置の燃料噴射ユニットの断面図である。

【図２】 図１のＩＩ部分に相応する部分の別の実施例の断面図である。

【図３】 図２の断面線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。

【符号の説明】

１ 燃料噴射ユニット、 ２ 高圧燃料供給部、 ３ 燃料噴射弁、 ４ ピ
ストン、 ５ 弁ニードル、 ６ 弁ニードル先端部、 ７ 燃料噴射ノズル、
８ ニードル弁座、 ９ 燃焼室、 １０ 環状スペース、 １１ 開放圧室
、 １２ 開放面、 １３ ノズル供給管路、 １４ 流量制御弁、 １５ 閉
鎖圧室、 １６ 閉鎖面、 １７ 絞り、 １８ 環状室、 １９ 孔、 ２０
管路、 ２１ 放圧室、 ２２ 放圧室、 ２３ 弁座、 ２４ 弁体、 ２
５ 制御弁、 ２６ 圧縮コイルばね、 ２７ 制御ピストン、 ２８ 圧力肩
部、 ２９ 圧力室、 ３０ 圧力面、 ３１ ピエゾアクチュエータ、 ３２
接続収容部、 ３３ 接続管片、 ３４ ねじ山、 ３５ 燃料通路、 ３６
シール円錐部、 ３７ シール座部、 ３８ 燃料管路、 ３９ ピストン、
４０ 流入開口、 ４１ 絞りユニット、 ４２ 流出開口、 ４３ 圧縮コ
イルばね、 ４４ ストッパプレート、 ４５ 供給室、 ４６ 排出開口、
４７ 端面プレート、 ４８ 燃料通路、 ４９ 環状室、 ５０ 環状シール
部材、 ５１ 燃料管路

───────────────────────────────────────────────────── 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 51/06 Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｎ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つのシリンダを有する内燃機関用の燃料噴射装
   置であって、各シリンダ用の燃料噴射ユニット（１）と高圧燃料供給部（２）と
   が設けられており、該高圧燃料供給部（２）によって比較的高い圧力下で前記燃
   料噴射ユニット（１）に燃料が供給されており、各燃料噴射ユニット（１）用の
   ノズル供給管路（１３）が設けられており、該ノズル供給管路（１３）によって
   燃料噴射ユニット（１）の燃料噴射ノズル（７）が前記高圧燃料供給部（２）に
   連通するように接続されており、各燃料噴射ユニット（１）用の流量制御弁（１
   ４）が設けられており、該流量制御弁（１４）から流れ出る燃料が燃料最大量に
   達した場合に、前記燃料噴射ノズル（７）への燃料の供給が遮断されるようにな
   っている形式のものにおいて、 前記流量制御弁（１４）が、前記ノズル供給管路（１３）内に配置されている
   ことを特徴としている、燃料噴射装置。
2. 【請求項２】 前記燃料噴射ユニット（１）が接続収容部（３２）を有して
   おり、前記高圧燃料供給部（２）が接続管片（３３）を有しており、該接続管片
   （３３）が前記接続収容部（３２）内に固定可能であり、前記接続管片（３３）
   が第１の燃料通路（３５）と第２の燃料通路（４８）とを有しており、これらの
   燃料通路は別個に前記高圧燃料供給部（２）に連通していて、前記第１の燃料通
   路（３５）に前記流量制御弁（１４）が配置されており、前記接続収容部（３２
   ）に第１の燃料管路（３８）と第２の燃料管路（５１）とが形成されていて、該
   第１の燃料管路（３８）が前記燃料噴射ノズル（７）に連通しており、前記接続
   収容部（３２）に前記接続管片（３３）が固定されている状態では、前記第１の
   燃料管路（３８）が前記第１の燃料通路（３５）に、かつ前記第２の燃料管路（
   ５１）が前記第２の通路（４８）に連通するように接続されており、前記ノズル
   供給管路（１３）が、前記第１の燃料管路（３８）に接続された前記第１の燃料
   通路（３５）によって形成されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 【請求項３】 前記接続収容部（３２）に前記接続管片（３３）が固定され
   ている状態において、該接続収容部（３２）と該接続管片（３３）との間に環状
   室（４９）が形成されており、該環状室（４９）に一方で１つの燃料通路（４８
   ）が、他方で所属の燃料管路（５１）が開口している、請求項２記載の燃料噴射
   装置。
4. 【請求項４】 一方で１つの燃料通路（３５）が前記接続管片（３３）に同
   軸的に配置されていてシール円錐体（３６）で開口しており、他方で所属の燃料
   管路（３８）が、前記接続収容部に形成されたシール座（３７）で開口している
   、請求項２または３記載の燃料噴射装置。
5. 【請求項５】 前記シール円錐体（３６）が環状室（４９）を同軸的に貫通
   している、請求項３または４記載の燃料噴射装置。
6. 【請求項６】 前記燃料噴射ユニット（１）内で燃料噴射弁（３）が軸線方
   向で調節可能に支承されており、該燃料噴射弁（３）が、弁ニードル（５）と、
   該燃料噴射弁（３）に駆動接続されたピストン（４）とを有しており、該弁ニー
   ドル（５）が、シリンダの燃焼室（９）に開口する燃料噴射ノズル（７）と、前
   記高圧燃料供給部（２）に連通するノズル供給管路（１３）との間に配置されて
   おり、前記ピストン（４）が前記弁ニードル（５）とは反対側の端部における閉
   鎖面（１６）で、前記閉鎖圧室（１５）に突入していて、かつ前記ピストン（４
   ）が前記弁ニードル（５）に面する側の端部における開放面（１２）で前記開放
   圧室（１１）に突入しており、該開放圧室（１１）が前記高圧燃料供給部（２）
   に連通しており、前記閉鎖圧室（１５）が絞り（１７）を介して前記高圧燃料供
   給部（２）に連通しており、前記閉鎖圧室（１５）と、比較的低い圧力が生じて
   いる放圧室（２２）との間に、制御弁（２５）が配置されており、前記閉鎖面（
   １６）が前記開放面（１２）よりも大きく構成されているので、前記制御弁（２
   ５）が閉鎖された状態では燃料噴射弁（３）が閉鎖位置に駆動されており、前記
   閉鎖圧室（１５）において前記制御弁（２５）が開放されることによって圧力低
   下が引き起こされ、前記燃料噴射弁（３）が開放位置に駆動されるようになって
   いる、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
7. 【請求項７】 前記第２の燃料管路（５１）が前記絞り（１７）を介して前
   記閉鎖圧室（１５）に連通している、請求項２または６記載の燃料噴射装置。