JP2003507641A - インジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特に内燃機関の燃焼室内への燃料の噴射動作を制御するためのインジェクタ（１８）が提案される。該インジェクタ（１８）は閉鎖部材（３０）を有している。該閉鎖部材（３０）は操作装置（４４，５２，５４）によって液圧的に負荷されている。該操作装置（４４，５２，５４）は、制御通路（４４）内に移動可能に案内された弁体（５４）を有している。該弁体（５４）は圧電式のアクチュエータ（５２）によって操作されていて、連続して位置する２つの制御横断面（６８，７０）との交番作用において、高圧を案内する流入通路（２４）と、流出通路（４６）との間の圧力媒体接続を制御する。この場合、弁体（５４）の操作方向で見て第１の制御横断面（６８）と弁体（５４）とが座弁（５１）を形成しており、操作方向で見て第２の制御横断面（７０）と弁体（５４）とがスプール弁（７１）を形成している。さらに、弁体（５４）の最大限に変位させられた状態では、弁体（５４）と第２の制御横断面（７０）との間に絞りギャップ（７２）が形成される。この絞りギャップ（７２）はインジェクタ（１８）内の圧力比率ひいては単位時間あたりの噴射量を規定する。

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、内燃機関の燃焼室内への
燃料の噴射動作を制御するためのインジェクタから出発する。このような形式の
インジェクタは、特に圧力発生器が蓄圧器に高圧下の圧力媒体を供給する噴射シ
ステムのために使用される。この場合、蓄圧器には複数のインジェクタが接続さ
れている。このようなシステムはコモンレール噴射システムとも呼ばれる。

【０００２】 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６２４００１号明細書に基づき、請求項
１の上位概念部に記載の特徴を備えたインジェクタがすでに公知である。このイ
ンジェクタは閉鎖部材を有している。この閉鎖部材およびこれに類するものは、
操作装置の液圧的な押圧力によって負荷されている。この操作装置は、圧電式の
アクチュエータと、このアクチュエータによって操作される弁体とから成ってい
る。この弁体は、低圧と高圧との間の圧力媒体接続部を案内する圧力媒体通路を
制御するために、制御孔内に移動可能に案内されている。これによって、弁体は
、インジェクタの閉鎖部材を閉鎖位置で保持する押圧力の液圧的な割合を規定し
ている。この閉鎖位置の間、アクチュエータは電気的に制御されている。

【０００３】 制御されていない状態では、弁体が、圧力媒体接続部を低圧に向かって案内す
る圧力媒体通路を開放する。これによって、閉鎖部材が液圧的に負荷軽減され、
行程運動を圧縮ばねのばね力に抗して実施する。この場合、閉鎖部材が開口を開
放し、この開口を通って燃料が内燃機関の燃焼室内に噴射され得る。

【０００４】 操作装置は、互いに反対の側に位置する２つの制御横断面を有しているので、
弁体の唯一の行程運動によってパイロット噴射とメイン噴射とを制御することが
できる。弁体と両制御横断面とは、弁体の運動方向で連続して位置する２つの座
弁を形成している。この場合、このような形式の複座弁では、弁体の案内部が弁
座に対して特に正確に整合している場合にしか弁座のシール性が付与されていな
いという欠点がある。これによって、個別部分の製作が高価となる。

【０００５】 発明の利点 従来のものに比べて、請求項１の特徴部に記載の特徴を備えたインジェクタは
、このインジェクタが、より僅かな精度要求に基づきより廉価に製作可能である
弁体を装備しているという利点を有している。さらに、弁体と、この弁体の操作
方向で見て第２の制御横断面との間には絞りギャップが得られる。この絞りギャ
ップは、たとえば両個別部分の対偶によって組付け時に特定の範囲内で維持可能
である。これによって、別個の絞りを設けることなしに、圧力媒体流を噴射シス
テムのその都度の使用条件に適合させることができる。したがって、弁体には、
制御機能および案内機能の他に付加的に絞り機能が付け加えられている。これに
よって、使用される個別部分の数とインジェクタの組付け手間とが削減される。

【０００６】 メイン噴射を制御するためには、両制御横断面が開放されている中間位置に弁
体が移動可能である。中間位置では液圧部分の壁が加工成形されており、これに
よって、弁体がさほどの絞り作用を有さないようになっている。したがって、燃
焼室内への圧力媒体流れはほぼ絞られることなしに行われ、これによって、温度
影響および圧力影響に対して敏感でなくなる。

【０００７】 本発明のさらなる利点または有利な改良形は、従属請求項および以下の説明か
ら得られる。

【０００８】 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。

【０００９】 図１には、位置番号１０で噴射システムが示してある。この噴射システム１０
は、主として、圧送ポンプ１２と、蓄圧器１４と、圧力制御弁１６と、燃料を内
燃機関の燃焼室（図示せず）内に噴射するインジェクタ１８とから成っている。
圧送ポンプ１２は蓄圧器１４に高圧下の燃料を供給する。この場合、圧力調整の
ためには、圧力制御弁１６が圧力センサ２０および電気的な制御装置２２と協働
する。

【００１０】 蓄圧器１４は、高圧下の圧力媒体を案内する流入通路２４を介して複数のイン
ジェクタ１８に液圧的に接続されている。図１には、ただ１つのインジェクタ１
８しか例示されていない。このインジェクタ１８はケーシング２６を有している
。このケーシング２６の内室２８内には閉鎖部材３０が運動可能に案内されてい
る。この閉鎖部材３０は弁ニードルの形で形成されている。この弁ニードルは圧
縮ばね３２によって図示の閉鎖位置の方向で負荷されている。このために予荷重
もしくはプレロードがかけられている圧縮ばね３２は、閉鎖部材３０の端部に形
成されたばね受け３４と、内室２８の、ばね受け３４とは反対の側に位置する壁
とに支持されている。

【００１１】 ばね受け３４には、圧縮ばね３２の他に、閉鎖部材３０に対して同軸的に配置
されたプランジャ３６が作用している。このプランジャ３６の円筒形の軸部３８
は、ケーシング２６の、圧力媒体で負荷される案内孔４０内に案内されている。
この案内孔４０はプランジャ３６の端部の上方で圧力媒体接続部５６を介してイ
ンジェクタ１８の内室２８に接続されている。この場合、案内孔４０への圧力媒
体接続部５６の入口の直前には絞り５８が組み込まれている。さらに、案内孔４
０には貫通孔４２が開口している。この貫通孔４２はインジェクタ１８の制御通
路４４に通じている。この制御通路４４は無圧の流出通路４６を介して燃料蓄え
容器４８に接続される。

【００１２】 制御通路４４への貫通孔４２の開口横断面は弁座５０として形成されている。
この弁座５０は、制御通路４４内に運動可能に案内された、アクチュエータ５２
で負荷される弁体５４によって閉鎖される。アクチュエータ５２として、制御装
置２２によって電気的に制御可能なピエゾが使用されていると有利である。

【００１３】 説明した噴射システム１０は以下のように作業する： アクチュエータ５２が電気的に制御されている限り、弁体５４は図示の位置に
位置していて、弁座５０を閉鎖している。これによって、インジェクタ１８の、
高圧下にある内室２８と燃料蓄え容器４８との間の圧力媒体接続は中断されてい
る。この場合にプランジャ３６の端面に作用している押圧力は圧縮ばね３２を助
成していて、閉鎖部材３０を閉鎖された状態で保持している。これによって、ケ
ーシング２６の開口３１を通って燃料は内燃機関（図示せず）の燃焼室に到達す
ることはできない。

【００１４】 アクチュエータ５２の電気的な制御が中止されることによって、弁体５４が、
インジェクタ１８の、高圧を案内する領域と低圧を案内する領域との間の上記圧
力媒体接続を開放する。これによって、制御通路４４が放圧され、ひいてはプラ
ンジャ３６に加えられている押圧力が除去される。閉鎖部材３０は閉鎖位置から
開放位置に運動し、この場合、ケーシング２６の開口３１を開放する。したがっ
て、燃料の噴射動作が行われ得る。アクチュエータ５２が新たに制御されること
によってインジェクタ１８は再び閉鎖する。圧力媒体接続部５６内に配置された
絞り５８によって、インジェクタ１８の、高圧を案内する領域における圧力比率
ひいては単位時間あたりに噴射される燃料量を規定することができる。

【００１５】 図１では、弁体５４がただ１つの弁座５０を制御しているにもかかわらず、冒
頭で述べた公知先行技術に基づき、２つの弁座が弁体５４の操作方向で連続して
配置されている装置がすでに公知である。これによって、弁体５４の唯一の行程
運動により、連続した２つの噴射動作が行われ得ることが達成される。これによ
って、インジェクタ１８の切換時間をより短くすることができると同時にアクチ
ュエータ５２の制御周波数を減少させることができる。これによって、アクチュ
エータ５２により発生させられた、このアクチュエータ５２の運転確実性に損害
を与える損失熱が減少する。しかし、互いに同軸的な２つの弁座は、弁体５４の
案内部が弁座５０に確実に整合している場合にしかこの弁座５０のシール性が付
与されていないという欠点を有している。これによって、製造技術的に高い手間
がかかると同時にインジェクタ１８が高価となる。

【００１６】 この欠点を回避するためには、図２に示したインジェクタ１８の本発明による
構成が提案される。簡単に図示するために、図２には、インジェクタ１８の、構
造上変更された領域しか示されていない。この部分図は、図１に符号Ｘで示した
詳細部分に相当している。

【００１７】 本発明の対象では、弁体５４が円筒形の弁軸部６０を有している。この弁軸部
６０の一方の端部は、肉厚にされた制御ヘッド６２に結合されている。この制御
ヘッド６２は円錐形の区分６２ａを有している。この区分６２ａは円筒形の区分
６２ｂに続いている。この区分６２ｂは、外向きに湾曲させられた区分６２ｃに
移行している。この区分６２ｃは制御ヘッド６２の端面側の端部を形成している
。弁軸部６０には、弁体５４の、制御ヘッド６２とは反対の側に位置する端部で
、全周にわたって環状に延びる支持つば６６を備えたスリーブ６４がプレス嵌め
されている。支持つば６６とケーシング２６の肩部との間には圧縮ばね３２が緊
締されている。

【００１８】 弁体５４は、複数回段付けされた制御通路４４内に移動可能に案内されている
。この制御通路４４は、弁軸部６０の直径に調和された案内区分４４ａと、第１
の拡張部４４ｂと、第２の拡張部４４ｃと、狭隘部４４ｄとで形成されている。
第１の拡張部４４ｂは弁軸部６０と共に環状室を形成している。この環状室には
流出通路４６が開口している。第２の拡張部４４ｃ内には、弁体５４の制御ヘッ
ド６２が軸方向で移動可能に配置されている。狭隘部４４ｄは第２の拡張部４４
ｃに対して直角に段付けされて減径されている。第１の拡張部４４ｂから第２の
拡張部４４ｃへの移行部は斜め面取り部として形成されている。この斜め面取り
部は弁座５０として働く。この弁座５０によって仕切られた第１の制御横断面６
８は弁体５４の円錐形の区分６２ａによって制御されているのに対して、狭隘部
４４ｄは、図２に示した位置で開放されている第２の制御横断面７０を成してい
る。

【００１９】 この第２の制御横断面７０の直径は弁体５４の円筒形の区分６２ｂに調和され
ており、弁体５４の最大限に変位させられた状態で両構成エレメントの間に特定
の絞りギャップ７２が形成されるようになっている。この絞りギャップ７２は、
たとえば両構成部分の対偶（Ｐａａｒｕｎｇ）によってインジェクタ１８の組付
け時に規定可能である。これによって、絞りギャップ７２の上方で流出通路４６
への圧力媒体流が規定される。制御通路４４の第２の拡張部４４ｃの半径方向の
かつ軸方向の寸法は、弁体５４がアクチュエータ５２によって中間位置に移動可
能であるように設計されている。この中間位置では、両制御横断面６８，７０が
同時に開放されており、制御ヘッド６２は、さほど絞らない作用を有している。

【００２０】 狭隘部４４ｄの、弁体５４とは反対の側に位置する端部には圧力媒体接続部５
６が開口している。すでに説明したように、この圧力媒体接続部５６は制御通路
４４とインジェクタ１８の内室２８との液圧的な接続部を形成している。圧力媒
体接続部５６内には絞り５８が位置している。

【００２１】 図２では、インジェクタ１８の閉鎖部材３０を操作するプランジャ３６の軸部
３８の一部しか認知することができない。この軸部３８は案内孔４０内に移動可
能に案内されている。この案内孔４０には流入通路２４が半径方向で開口してい
る。

【００２２】 図２に示した基本位置では、弁体５４が第１の制御通路６８を閉鎖していて、
これによって、流入通路２４から流入通路４６への圧力媒体接続を中断している
。これによって、案内孔４０内を流入通路２４の高い圧力が支配している。この
圧力はプランジャ３６に作用していて、これによって、インジェクタ１８の閉鎖
部材３０を閉鎖された状態で保持している。アクチュエータ５２の制御は弁体５
４に行程運動を強要する。この行程運動の最終段階では、制御ヘッド６２の円筒
形の区分６２ｂが、狭隘部４４ｄによって仕切られた第２の制御横断面７０に少
なくとも部分的に進入している。しかし、このことが行われる前には、流入通路
２４と流出通路４６との間に短時間の圧力媒体接続が生ぜしめられる。この圧力
媒体接続の間、プランジャ３６は圧力負荷軽減されている。これによって、イン
ジェクタ１８に設けられた制御部材３０が開放しかつ燃料の、いわゆる「パイロ
ット噴射」を可能にする。

【００２３】 このパイロット噴射は第２の制御区分７０への弁体５４の進入によって終了さ
せられている。この場合、弁体５４の円筒形の区分６２ｂと狭隘部４４ｃの壁と
の間には絞りギャップ７２が形成されている。この絞りギャップ７２は流出通路
４６への圧力媒体流を許容している。しかし、この圧力媒体流は、絞り５８を通
る圧力媒体流よりも著しく僅かである。これによって、案内孔４０内には、流入
通路２４内の圧力レベルよりも確かに僅かに小さいが、インジェクタ１８の閉鎖
部材３０を閉鎖位置に移動させるためには十分となる圧力レベルが形成されてい
る。

【００２４】 アクチュエータ５２の制御の段階的な取消しによって、弁体５４を中間位置に
移動させることができる。この中間位置では、両制御横断面６８，７０が開放さ
れており、メイン噴射が経過している。このメイン噴射の間、プランジャ３６は
圧力負荷軽減されている。この場合に単位時間あたりに噴射される燃料量は絞り
５８によって規定されている。アクチュエータ５２の制御が完全に取り消された
後、制御ヘッド６２が弁座５０を閉鎖しかつ流入通路２４と流出通路４６との間
の圧力媒体接続を中断する。案内孔４０内にいま形成されている圧力はプランジ
ャ３６ひいては閉鎖部材３０を負荷している。その後、この閉鎖部材３０が閉鎖
位置に戻る。したがって、アクチュエータ５２の唯一の行程運動によって、弁体
５４は、この弁体５４の案内部と制御横断面６８，７０との正確な整合に関する
高い要求を満たす必要なしに、時間的に互いに分離された２つの噴射動作を制御
することができる。

【００２５】 当然ながら、本発明の基本思想から逸脱することなしに、説明した実施例にお
ける変更または補足が可能である。したがって、たとえば３つの領域６２ａ，６
２ｂ，６２ｃを有する制御ヘッド６２の代わりに単純な球体が使用されてもよい
。この球体は、たとえば弾性的なエレメント、たとえばばねまたはエラストマ部
材によってプランジャ３６の端面側の端部に当て付けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 公知先行技術に基づき公知の、噴射動作を制御するためのインジェクタの縦断
面図を備えた噴射システムを示す図である。

【図２】 図１に示した部分Ｘの本発明による構成の拡大図である。

【符号の説明】

１０ 噴射システム、 １２ 圧送ポンプ、 １４ 蓄圧器、 １６ 圧力制
御弁、 １８ インジェクタ、 ２０ 圧力センサ、 ２２ 制御装置、 ２４
流入通路、 ２６ ケーシング、 ２８ 内室、 ３０ 閉鎖部材、 ３１
開口、 ３２ 圧縮ばね、 ３４ ばね受け、 ３６ プランジャ、 ３８ 軸
部、 ４０ 案内孔、 ４２ 貫通孔、 ４４ 制御通路、 ４４ａ 案内区分
、 ４４ｂ 拡張部、 ４４ｃ 拡張部、 ４４ｄ 狭隘部、 ４６ 流出通路
、 ４８ 燃料蓄え容器、 ５０ 弁座、 ５１ 座弁、 ５２ アクチュエー
タ、 ５４ 弁体、 ５６ 圧力媒体接続部、 ５８ 絞り、 ６０ 弁軸部、
６２ 制御ヘッド、 ６２ａ 区分、 ６２ｂ 区分、 ６２ｃ 区分、 ６
４ スリーブ、 ６６ 支持つば、 ６８ 制御横断面、 ７０ 制御横断面、
７１ スプール弁、 ７２ 絞りギャップ

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 時間あたりの噴射量を規定する。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特に内燃機関の燃焼室内への燃料の噴射動作を制御するため
   のインジェクタ（１８）であって、ケーシング（２６）が設けられており、該ケ
   ーシング（２６）の内室（２８）内に、噴射開口（３１）を制御するための閉鎖
   部材（３０）が運動可能に案内されており、さらに、該閉鎖部材（３０）を負荷
   する操作装置（４４，５２，５４）が設けられており、該操作装置（４４，５２
   ，５４）が、外部で制御可能なアクチュエータ（５２）と、該アクチュエータ（
   ５２）と協働しかつ制御通路（４４）内に移動可能に案内された弁体（５４）と
   を有しており、該弁体（５４）が、制御通路（４４）の２つの制御横断面（６８
   ，７０）との交番作用において、高圧を案内する流入通路（２４）と、流出通路
   （４６）との間の圧力媒体接続を調整するようになっており、弁体（５４）の操
   作方向で見て第１の制御横断面（６８）が、弁体（５４）と共に座弁（５１）を
   形成している形式のものにおいて、操作方向で見て第２の制御横断面（７０）が
   、弁体（５４）と共にスプール弁（７１）を形成していることを特徴とする、イ
   ンジェクタ。
2. 【請求項２】 弁体（５４）の外側寸法が、第２の制御横断面（７０）の外
   側寸法に少なくとも部分的に適合されており、これによって、弁体（５４）の最
   大限に変位させられた状態で絞りギャップ（７２）が形成されるようになってい
   る、請求項１記載のインジェクタ。
3. 【請求項３】 絞りギャップ（７２）が、流入通路（２４）内の圧力媒体流
   を制御する絞り（５８）の横断面よりも著しく小さく寸法設定されている、請求
   項１または２記載のインジェクタ。
4. 【請求項４】 両制御横断面（６８，７０）が同時に開放されている中間位
   置に弁体（５４）が移動可能であり、該弁体（５４）が絞り作用なしとなるよう
   に、制御通路（４４）が、前記中間位置で加工成形されている、請求項１から３
   までのいずれか１項記載のインジェクタ。
5. 【請求項５】 弁体（５４）が、制御通路（４４）内での案内に役立つ弁軸
   部（６０）と、該弁軸部（６０）に配置された制御ヘッド（６２）とから成って
   いる、請求項１から４までのいずれか１項記載のインジェクタ。
6. 【請求項６】 制御ヘッド（６２）が、球体である、請求項５記載のインジ
   ェクタ。
7. 【請求項７】 制御ヘッド（６２）が、弁軸部（６０）に一体に成形されて
   いて、第１の制御横断面（６８）に面した円錐形の第１の区分（６２ａ）と、該
   区分（６２ａ）に続く円筒形の第２の区分（６２ｂ）と、第２の制御横断面（７
   ０）に面した湾曲させられた第３の区分（６２ｃ）とを有している、請求項５記
   載のインジェクタ。
8. 【請求項８】 アクチュエータ（５２）が、圧電式のアクチュエータである
   、請求項１から７までのいずれか１項記載のインジェクタ。