JP2002537517A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 燃料噴射弁であって、弁部材（１）と、操作手段と、補償手段とが設けられており、弁部材（１）によって、燃料流出開口（４）が開閉制御可能であり、操作手段によって、弁部材（１）が移動調整可能であり、補償手段によって、弁部材（１）が補償力で負荷可能であり、該補償力が、弁部材（１）の開放行程とは逆方向で作用するようになっており、補償手段がピストン（１０）を有しており、該ピストン（１０）が、対応配置されたシリンダ（１１）内で移動調整可能であり、ピストン（１０）が、一方ではシリンダ（１１）内で、基準圧で負荷される液圧的な室（１２）を仕切っており、他方では出発位置で、シリンダ（１１）に対して相対的に位置不動なストッパ（１８）に支持されており、また、ピストン（１０）が、弁部材（１）によって力伝達手段を介してピストンの出発位置を起点としてストッパ（１８）から離れる方向へ駆動可能である形式のものにおいて、燃料噴射弁の制御可能性に関して改善されることが望ましい。このことは、力伝達手段がばね手段（１５，１６）として形成されており、該ばね手段（１５，１６）が、弁部材（１）の開放行程時に該弁部材（１）によって緊縮されることによって達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の特徴を備えた燃料噴射弁か
ら出発する。

【０００２】 このような形式の燃料噴射弁は、ドイツ連邦共和国特許出願番号第１９７２７
８９６．５号明細書（出願日：１９９７年７月１日）に基づき公知であり、両方
向に調整可能に支承された弁部材を有している。この弁部材によって、燃料流出
開口は開閉制御可能である。また、操作手段が設けられている。この操作手段に
よって、燃料流出開口を開閉するための弁部材が調整可能である。ここでは、こ
の操作手段は、電気的に操作可能な制御弁と、放圧室とを有している。この放圧
室は、一方では制御弁によって開閉制御可能な接続部を介して閉鎖圧力室と連通
しており、他方では比較的無圧の燃料タンクと連通している。閉鎖圧力室は、弁
部材に形成された閉鎖受圧面によって一方の側で仕切られていて、絞りを介して
燃料高圧源と連通している。この場合、閉鎖圧力室内の圧力は閉鎖受圧面に、弁
部材に作用する閉鎖力を形成している。制御弁が閉鎖されている場合には、閉鎖
圧力室内の圧力は、弁部材をその閉鎖位置で保持するために、十分に大きな閉鎖
力を形成している。制御弁が開放される場合には、制御圧力室内では圧力低下が
生ぜしめられる。なぜならば、開放された接続部を通って、絞りを介して閉鎖圧
力室内へ後流れする燃料量よりも多量の燃料が放圧室内へ流出するからである。
その結果、閉鎖圧力室内の圧力によって形成された閉鎖力は、弁部材に作用する
開放力が閉鎖力を凌駕し、弁部材が開放行程を行うまで低下される。

【０００３】 弁部材がその閉鎖位置にある場合には、弁部材のシールゾーンは弁座と協働し
、シールゾーン内のもしくはこのシールゾーンの下流側の弁部材の面区分は、シ
ールゾーンの上流側に形成された高圧によって連結解除されるようになっている
。弁部材の開放行程がシールゾーンを弁座から持ち上げるやいなや、シールゾー
ンの下流側でも高圧が増大される。なぜならば、燃料流出開口を通って、いま開
放された接続部を通って燃料高圧源へ後流れする燃料よりも僅かな燃料が流出し
得るからである。その結果、弁部材の開放行程時には、シールゾーンの下流側の
前記面区分にも高圧が付勢され、付加的な開放力を弁部材に導入する。付加的な
動的開放力が、弁部材の調整運動ひいては燃料噴射弁の制御特性に影響を与える
ことを減少させるために、公知の燃料噴射弁は補償手段を有している。この補償
手段によって弁部材は、この弁部材の開放行程とは逆方向に作用する補償力で負
荷可能である。前記補償手段は、公知の燃料噴射弁ではピストンを有している。
このピストンは、対応配置されたシリンダ内に調整可能に支承されている。ピス
トンは、一方ではシリンダ内で、基準圧、特に燃料高圧源の圧力で負荷可能な液
圧的な室を仕切っている。ピストンは、他方では出発位置で、シリンダに対して
相対的に位置不動なストッパに支持されていて、弁部材によって力伝達手段を介
して出発位置から駆動可能である。この場合、ピストンはストッパから離れる。
力伝達手段は、公知の燃料噴射弁では、付加的な液圧室によって形成されている
。この液圧室は、一方ではピストンによって仕切られており、他方では弁部材に
形成された補償受圧面によって仕切られている。したがって、弁部材の開放行程
時には、動力伝達手段の、付加的な液圧室内に、迅速に最高値へ上昇するものの
、その後、一定に保たれる圧力が形成される。なぜならば、ピストンの位置が、
前記圧力最高値を超えてから変化することができるからである。したがって、付
加的な液圧室内の体積は一定に保たれる。これによって、弁部材には、安定化し
た補償力が生ぜしめられる。この補償力は、燃料噴射弁の弁部材の開放動作を均
等化しかつ燃料噴射弁の制御性能を改善する。この場合、特に弁部材の閉鎖時に
おける前記補償手段の機能形式は、力伝達のために使用される液圧媒体、特に燃
料の、生ぜしめられる漏れと、剛性とに関連しており、これは、噴射圧が高い場
合には特に激しく作用することがある。

【０００４】 発明の利点 請求項１の特徴部に記載した特徴を備えた本発明による燃料噴射弁では、補償
力、特にこの補償力の、弁部材の開放行程に関する関連性が予めより正確に規定
され得る。なぜならば、使用されるばねの弾性率もしくは剛性を高い精度で設定
することができるからである。さらに、弁部材の閉鎖動作にとって、高められた
機能安定性が保証され得る。なぜならば、ばね部材は漏れとは無関係に作業する
からである。

【０００５】 本発明による燃料噴射弁のさらに重要な特徴および利点は、従属請求項、図面
の簡単な説明および図面につき説明される所属の実施例の説明から知ることがで
きる。

【０００６】 実施例の説明 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

【０００７】 図１によれば、ニードル状の弁部材１は、両方向の調整運動または行程調整を
行うために、燃料噴射弁の内部で支承されかつ案内されている。弁部材１は、弁
座３と協働するシールゾーン２を有している。内燃機関、特にディーゼルエンジ
ンの燃焼室内へ開口する燃料流出開口４は弁部材１によって開閉制御され得る。
この場合、シールゾーン２と弁座３とは、シールゾーン２の下流側に配置された
、燃料流出開口４を有するポケット室５もしくは袋穴と、シールゾーン２の上流
側に配置された、環状室６を介してポケット室５と接続された圧力室７との間の
接続部を開閉する。この圧力室７は、高圧ライン８を介して燃料高圧源９と連通
している。

【０００８】 弁部材１がその閉鎖位置にある場合、ポケット室５は無圧であるので、シール
ゾーン２の下流側には低い圧力が形成されているのに対して、シールゾーン２の
上流側には燃料高圧が形成されている。弁部材１が、開放行程を行うために操作
手段（図示せず）によって制御され、これによって、圧力室７がポケット室５と
連通するとすぐに、主として、シールゾーン２の下流側にも燃料高圧が形成され
るので、下流側では、弁部材１に作用する付加的な開放力が形成される。この付
加的な開放力を可能な限り十分に補償するために補償手段が設けられている。こ
の補償手段を用いて弁部材１は、付加的な開放力とは逆方向に作用する補償力で
負荷可能である。

【０００９】 ここでは、前記補償手段はピストン１０を有しており、このピストンはシリン
ダ１１内に位置調整可能に支承されている。この場合、ピストン１０とシリンダ
１１とは、弁部材１によって同心的に貫通されているかもしくはこの弁部材１に
対して同軸的に配置されている。この場合、ピストン１０はリングピストンとし
て形成されている。ピストン１０はシリンダ１１内で液圧的な補償圧力室１２を
仕切っている。この補償圧力室は、適当な高圧ライン１３を介して燃料高圧源９
に接続されているので、燃料高圧が、補償圧力室１２内に形成された基準圧を成
している。特に、液圧的な補償圧力室１２と燃料高圧源９との接続部は絞られて
いない。有利には、圧力室７と補償圧力室１２とは高圧ライン８，１３を介して
互いに直接連通することができる。

【００１０】 ピストン１０と、弁部材１に形成されたリング段部１４との間に軸方向で弁部
材１に対して同軸的にばね手段、つまり、第１の圧縮コイルばね１５と第２の圧
縮コイルばね１６とが配置されている。このばね手段は、一方ではピストン１０
に支持されており、他方ではリング段部１４に支持されている。両ばね１５，１
６の間に軸方向でリング状の支持エレメント１７が配置されている。この場合。
第１のばね１５は、一方ではリング段部１４に支持されており、他方では支持エ
レメント１７に支持されている。また、第２のばね１６は、一方ではピストン１
０に支持されており、他方では支持エレメント１７に支持されている。

【００１１】 補償圧力室１２内の圧力によってピストン１０に加えられた補償力は、第２の
圧縮コイルばね１６を介して支持エレメント１７に伝達される。支持エレメント
１７の、弁部材１に沿って同軸的な軸方向での位置調整運動は、シリンダ１１に
関連して位置不動なストッパ１８によって制限されているので、第２のばね１６
は、補償圧力室１２内に形成された圧力によって予荷重もしくはプレロードをか
けられている。

【００１２】 図２では、Ｘ軸方向に弁部材１の行程Ｘがプロットされており、Ｙ軸方向に、
行程に関連して弁部材１に加えられる補償力Ｙがプロットされている。したがっ
て、図１に示した構成では、弁部材１の開放行程の開始時にまず、第１のばねの
、開放行程Ｘと相俟って線形に上昇するばね力だけが補償力Ｙとして作用する。
この領域は、図２に符号Ｉで示してある。第１のばね１５が第２のばね１６のプ
レロード力に等しくなるまで緊縮される（符号ＩＩ）やいなや、支持エレメント
１７がストッパ１８から持ち上がり、（第２のばね１６のプレロードが補償圧力
室１２内の圧力と相関関係にあるので）ピストン１０は補償圧力室１２内へ移動
調整される。燃料は補償圧力室１２から高圧ライン１３を介して逃出することが
できるので、補償圧力室１２内の圧力ひいては第１のばね１５と第２のばね１６
との戻し合力は一定に保たれ、これによって、図２に符号ＩＩＩで示した行程領
域で補償力がほぼ一定に保たれる。

【００１３】 １つの変化形では、リングピストン１０と、支持エレメント１７と、ピストン
と支持エレメントとの間に配置された第２のばね１６の代わりに、ストッパ１８
に直接支持されるスリーブ状のピストンを使用することができる。同じく別の変
化形では、支持エレメント１７と第２のばね１６とが省略されてもよい。したが
って、この場合、第１のばね１５はピストン１０に直接支持され、このピストン
１０のために、このピストンと直接協働するストッパ１９（図１の破線）が設け
られている。

【００１４】 図１に示した構成の別の変化形では、支持エレメント１７を支持するストッパ
１８に対して付加的に、ピストン１０を支持するストッパ１９が設けられている
。この場合、ストッパ１８とストッパ１９との間の間隔は第２のばね１６によっ
て調整されており、弁部材１の閉鎖位置で第２のばね１６に、補償圧力室１２内
の圧力によってピストンに加えられる力よりも小さく設定されたプレロード力が
形成されるようになっている。したがって、このような構成では、図２に破線で
示した関係が獲得される。第１の行程領域ＩＶではやはり第１のばね１５の戻し
力だけが補償力として作用する。行程点Ｖでは、第１のばね１５の戻し力が、第
２のばね１６のプレロード力に到達するので、第２の行程領域ＶＩでは両ばね１
５，１６が補償力に寄与している。行程点ＶＩＩでは、両ばね１５，１６の戻し
合力が、補償圧力室１２内でピストン１０に加えられる力に到達するので、第３
の行程領域ＶＩＩＩで補償力は、ピストン１０の移動調整に基づきほぼ一定に保
たれる。

【００１５】 図３によれば、補償力を弁部材１に伝達するばね手段は、第１の圧縮コイルば
ね２０と、第２のばね２１とから形成されている。第１の圧縮コイルばね２０は
、一方ではピストン１０に支持されており、他方ではリング段部１４に支持され
ている。、また、第２のばね２１は、一方ではリング段部１４に支持されており
、他方ではシリンダ１１に関連して位置不動なアバットメント２２に支持されて
いる。ピストン１０の、補償圧力室１２とは反対の側にはストッパ２３が対応配
置されている。このストッパ２３に向かってピストン１０は、補償圧力室１２内
に形成された圧力によって押圧されている。

【００１６】 図３に示した構成によって、弁部材１の開放行程Ｘと、補償力Ｙとの間の、図
５に示した関係が獲得される。第１の行程領域Ｉでは、弁部材１の開放行程によ
って両ばね２０，２１は、ピストン１０が運動することなしに緊縮される。行程
点ＩＩで、第１のばね２０の戻し力が、補償圧力室１２内の圧力によってピスト
ン１０に加えられる力に到達する。これに続く第２の行程領域ＩＩＩでは、ピス
トン１０の調整運動による第１のばね２０のさらなる緊縮が阻止されるのに対し
て、第２のばね２１はさらにより強く緊縮され得る。したがって、第２の行程領
域ＩＩＩでは、開放行程Ｘと補償力Ｙとの間に別の比例関係が生じる。

【００１７】 図４に示した変化形では、弁部材１にリングつば２４が形成されている。この
リングつばには、シリンダ１１に関連して位置不動なストッパ２５が対応配置さ
れている。弁部材１がその閉鎖位置にある場合、ストッパ２５にはリングつば２
４が接触している。ここでは、ピストン１０は、図３に示した構成の場合と同様
に、補償圧力室１２内の圧力によってストッパ２３に向かって押圧される。第１
のばね２６は、一方ではピストン１０に支持されており、他方ではリングつば２
４に支持されている。また、第２のばね２７は、一方ではリング段部１４に支持
されており、他方ではストッパ２５の、リングつば２４とは反対の側に支持され
ている。図４に示した構成によって、弁部材１の開放行程Ｘと、補償力Ｙとの間
には、図３に示した構成のためにすでに図５に示したのと同じの関係が獲得され
る。第１の行程領域Ｉでは、両ばね２６，２７が緊縮される。行程点ＩＩでは、
第１のばね２６の緊縮力が、補償圧力室１２内の圧力によってピストン１０がス
トッパ２３に向かって押圧されている力に到達する。また、第２の行程領域ＩＩ
Ｉでは、第２のばね２７だけがさらに漸増的に緊縮されるのに対して、第１のば
ね２６は、ピストン１０の移動調整によって、一定に保たれた緊縮力を有してい
る。

【００１８】 図６に示した別の変化形では、第１の圧縮コイルばね２８が、ピストン１０と
リング段部１４との間に軸方向で弁部材１に対して同軸的に配置されている。こ
の場合、第１のばね２８は、弁部材１がその閉鎖位置にあり、ピストン１０がス
トッパ２３に接触している場合に、自由行程ΔＸを有するように寸法設定されて
いるので、開放行程Ｘの場合には自由行程値ΔＸに到達するまで、第１のばね２
８をピストン１０とリング段部１４とで同時に支持することはできない。

【００１９】 第２のばね２９は、第１のばね２８に対して同軸的にもしくは弁部材１に対し
て同軸的に配置されていて、一方ではリング段部１４に支持されており、他方で
はアバットメント２２に支持されている。ここでは、このアバットメント２２は
ストッパ２３に形成されている。

【００２０】 図６に示した構成によって、弁部材１の開放行程Ｘと、補償力Ｙとの間の、図
７に示した関係が獲得される。第１の行程領域Ｉでは、自由行程ΔＸに基づき第
２のばね２９だけが緊縮される。行程点ＩＩでは、開放行程が自由行程値ΔＸに
到達するので、これに続く第２の行程領域ＩＩＩで第２のばね２９に加えて第１
のばね２８も緊縮される。行程点ＩＶでは、第１のばね２８のプレロード力が、
補償圧力室１２内の圧力によってピストン１０がストッパ２３に向かって押圧さ
れている力に到達するので、これに続く第３の行程領域Ｖでは、第２のばね２９
の緊縮力だけがさらに増大するのに対して、第１のばね２８の緊縮力は、ピスト
ン１０の移動調整に基づきほぼ一定に保たれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による燃料噴射弁の第１の構成の、補償手段を有する領域の縦断面図で
ある。

【図２】 図１に示した構成で達成可能な、ニードル行程と補償力との間の関係を示すグ
ラフである。

【図３】 本発明による燃料噴射弁の第２の構成の、図１と同様の縦断面図である。

【図４】 本発明による燃料噴射弁の第３の構成の、図１と同様の縦断面図である。

【図５】 図３および図４に示した構成によって達成可能な、ニードル行程と補償力との
間の関係を示す図２と同様のグラフである。

【図６】 本発明による燃料噴射弁の第４の構成の、図１と同様の縦断面図である。

【図７】 図６に示した構成によって達成可能な、ニードル行程と補償力との間の関係を
示す図２と同様のグラフである。

【符号の説明】

１ 弁部材、 ２ シールゾーン、 ３ 弁座、 ４ 燃料流出開口、 ５
ポケット室、 ６ 環状室、 ７ 圧力室、 ８ 高圧ライン、 ９ 燃料高圧
源、 １０ ピストン、 １１ シリンダ、 １２ 補償圧力室、 １３ 高圧
ライン、 １４ リング段部、 １５，１６ ばね、 １７ 支持エレメント、
１８，１９ ストッパ、 ２０，２１ ばね、 ２２ アバットメント、 ２
３ ストッパ、 ２４ リングつば、 ２５ ストッパ、 ２６，２７ ばね、
２８，２９ ばね、 Ｘ 開放行程、 Ｙ 補償力

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 （１）の開放行程時に該弁部材（１）によって緊縮され ることによって達成される。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射弁であって、以下の特徴：すなわち、 Ａ：燃料噴射弁が、両方向へ移動調整可能に支承された弁部材（１）を有してお
   り、該弁部材（１）によって、燃料流出開口（４）が開閉制御可能であり、 Ｂ：燃料噴射弁が操作手段を有しており、該操作手段によって、燃料流出開口（
   ４）を開閉するための弁部材（１）が移動調整可能であり、 Ｃ：燃料噴射弁が補償手段を有しており、該補償手段によって、弁部材（１）が
   補償力（Ｙ）で負荷可能であり、該補償力（Ｙ）が、弁部材（１）の開放行程と
   は逆方向で作用するようになっており、 Ｄ：補償手段がピストン（１０）を有しており、該ピストン（１０）が、対応配
   置されたシリンダ（１１）内に移動調整可能に支承されており、 Ｅ：ピストン（１０）が、一方ではシリンダ（１１）内で、基準圧で負荷される
   液圧的な室（１２）を仕切っており、 Ｆ：ピストン（１０）が、他方では出発位置で、シリンダ（１１）に対して相対
   的に位置不動なストッパ（１８；１９；２３）に支持されており、 Ｇ：ピストン（１０）が、弁部材（１）によって力伝達手段（１５，１６；２０
   ，２１；２６，２７；２８，２９）を介してピストンの出発位置を起点としてス
   トッパ（１８；１９；２３）から離れる方向へ駆動可能である が設けられている形式のものにおいて、 Ｈ：力伝達手段がるばね手段（１５，１６；２０，２１；２６，２７；２８，２
   ９）であり、該ばね手段（１５，１６；２０，２１；２６，２７；２８，２９）
   が、弁部材（１）の開放行程（Ｘ）時に該弁部材（１）によって緊縮される ことを特徴とする、燃料噴射弁。
2. 【請求項２】 ピストンが、弁部材（１）を同軸的に取り囲むリングピスト
   ン（１０）として形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 【請求項３】 ばね手段が、第１のばねエレメント（１５）と、第２のばね
   エレメント（１６）を有しており、ピストン（１０）が、支持エレメント（１７
   ）によってストッパ（１８）に支持されており、第１のばねエレメント（１５）
   が、弁部材（１）と支持エレメント（１７）とに支持されており、第２ばねエレ
   メント（１６）が、ピストン（１０）と支持エレメント（１７）とに支持されて
   いる、請求項１または２記載の燃料噴射弁。
4. 【請求項４】 ばね手段が第１のばねエレメント（２０；２６）を有してお
   り、該ばねエレメント（２０；２６）が、ピストン（１０）と弁部材（１）とに
   支持されており、また、第２のばねエレメント（２１；２７）が設けられており
   、該ばねエレメント（２１；２７）が、弁部材（１）と、シリンダ（１１）に関
   連して位置不動なストッパエレメント（２２；２５）とに支持されている、請求
   項１または２記載の燃料噴射弁。
5. 【請求項５】 両ばねエレメント（２０，２１）が、互いに同軸的にかつ弁
   部材（１）に対して同軸的に該弁部材（１）に配置されている、請求項４記載の
   燃料噴射弁。
6. 【請求項６】 両ばねエレメント（２６，２７）が、軸方向で相前後してか
   つ弁部材（１）に対して同軸的に該弁部材（１）に配置されている、請求項４記
   載の燃料噴射弁。
7. 【請求項７】 第１のばねエレメント（２８）が自由行程（ΔＸ）を有して
   おり、第１のばねエレメント（２８）が、弁部材（１）の閉鎖位置から開始され
   る第１の行程領域（Ｉ）ではピストン（１０）と弁部材（１）との間で力を伝達
   せず、第１の行程領域（Ｉ）に続く第２行程領域（ＩＩＩ）で始めてピストン（
   １０）と弁部材（１）との間の力伝達のために働くようになっている、請求項１
   から６までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
8. 【請求項８】 ばねエレメント（１５，１６；２０，２１；２６，２７；２
   ８，２９）が、弁部材（１）に対して同軸的に配置されている、請求項１から７
   までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
9. 【請求項９】 支持エレメント（１７）が、弁部材（１）を同軸的に取り囲
   むリングエレメントとして形成されている、請求項３から８までのいずれか１項
   記載の燃料噴射弁。