JP2003507648A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 弁体（１０）と、制御圧力室（２２）と、この制御圧力室（２２）内の圧力を制御する制御弁（２８）と、ノズルニードル（１２）のための操作部材（１４）とを備えた燃料噴射弁であって、操作部材（１４）が、弁体（１０）内に摺動可能に設けられ、制御圧力室（２２）内の圧力がこの操作部材（１４）を負荷する形式のものにおいて、操作部材（１４）とノズルニードル（１２）とに加わる圧力を減少すべく、制御圧力室（２２）への流入通路（２４）を制御する制御弁（２８）が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 従来の技術 本発明は、弁体と、制御圧力室と、この制御圧力室内の圧力を制御する制御弁
と、ノズルニードルのための操作部材とを備えた燃料噴射弁であって、操作部材
が弁体内で摺動可能に設けられていてかつ制御室内の圧力によって負荷される形
式のものに関する。

【０００２】 このような燃料噴射弁は、例えばドイツ連邦共和国特許公開第１９６２４００
１号明細書により公知であり、高圧下で供給された燃料の、内燃機関のシリンダ
への噴射を制御するのに用いられている。この噴射弁は、特にいわゆるコモンレ
ールシステムにおいて用いられる。

【０００３】 公知の燃料噴射弁では、制御弁が、制御圧力室の流出通路内に配置されていて
、燃料を流出通路内でせき止めるようになっている。このようにして、制御圧力
室内で圧力が生ぜしめられ、この圧力が操作部材、ひいてはノズルニードルを閉
鎖位置に保つ。制御弁が開放されると、制御圧力室内の圧力が低下し、操作部材
に加わる閉鎖力が低下して、ノズルニードルに加わる開放力がノズルニードルの
開放を行うようになる。

【０００４】 発明の利点 請求項１の特徴部に記載の構成を備えた本発明の燃料噴射弁では、生じる圧力
は全体としてより小さくなる。なぜならば、制御圧力室内の圧力は、ノズルニー
ドルを閉鎖位置に保つために形成されるのではなく、ノズルニードルが開放され
るべき時にだけ、制御弁が開放されて制御圧力室が圧力を受けるようになってい
るからである。この場合、制御圧力室内では燃料圧が最大値で作用することはい
かなる時点でもないので、生じる力は全体としてより小さくなっている。このよ
うに圧力が低下することによって、操作部材とノズルニードルとの間の位置決め
誤差および整合誤差によって生じる締め付け力が減少させられる。締め付け力が
より小さくなることによって、特にノズルニードルの磨耗がより小さくなる。

【０００５】 本発明の有利な実施形態では、操作部材の、ノズルニードルとは反対側の端部
に、操作部材より大きい直径を有する制御ピストンが設けられており、この制御
ピストンは、制御圧力室の、ノズルニードルとは反対側で、この制御圧力室から
突出している。このようにして、操作部材を制御圧力室内の圧力の上昇によって
作動させて、ノズルニードルを開放するために必要な直径差が、構造的に簡単に
得られる。

【０００６】 この有利な実施形態では、制御ピストンの、ノズルニードルとは反対側に補償
延長部が設けられており、この補償延長部は燃料によって圧力下にある補償室内
に突入している。この場合有利には、補償延長部は、ノズルニードルの弁座と等
しい直径を有しているので、補償延長部が、ノズルニードルの開放状態でノズル
ニードルの、弁座に対応する面に作用する開放力を補償している。

【０００７】 この有利な実施形態では、さらにシールばねが設けられており、このシールば
ねは、操作部材の、ノズルニードルとは反対側の端部に作用し、ノズルニードル
が閉鎖する位置へ操作部材を負荷している。シールばねは、操作部材の領域には
配置されていないので、操作部材およびノズルニードルの領域が非常に細い構造
である燃料噴射弁を得ることができる。外径が１０から１４ｍｍの範囲となる構
造を得ることもできる。有利には、シールばねは補償延長部の周りを取り囲むよ
うに配置されている。このように、シールばねのための案内部がコストをかけず
に得られ、同時に非常にコンパクトな構造も得ることができる。

【０００８】 有利な実施形態においては、制御室を有する制御弁を設けることもでき、この
制御室には、制御室から出ていく流出通路に配属されている第１弁座と、制御室
へ通じる流入通路に配属されている第２弁座とが設けられており、これら両弁座
と協働可能な弁部材が制御室内に配置されている。このようにして、再現可能な
小さなパイロット噴射量を可能にする二重切り替え制御弁が得られる。弁部材の
操作のために圧電式アクチュエータが使用される場合には、単一切り替え制御弁
と比較して、エネルギを節減することができる。なぜならば、圧電式アクチュエ
ータを一回だけ給電すればよいからである。

【０００９】 有利には、弁部材には案内付加部が設けられており、この案内付加部の外径は
、第１弁座および第２弁座の直径に相当する。したがって、弁部材が弁座に当接
する両端部位置において力がバランスされる制御弁が得られる。これにより、圧
電式アクチュエータによっても形成可能な小さな操作力しか必要ではなくなる。

【００１０】 図面 本発明の有利な実施例を図面を用いて以下に詳細に説明する。

【００１１】 図１は、本発明の燃料噴射弁の概略的な断面図である。

【００１２】 図２は、図１の燃料噴射弁の制御弁で用いられる弁部材の側面図である。

【００１３】 図３は、制御弁の弁部材の行程と時間との関係、および噴射弁のノズルニード
ルの行程と時間との関係を示す線図である。

【００１４】 実施例の説明 図１には、本発明の燃料噴射弁が示されている。この燃料噴射弁は弁体１０を
有しており、この弁体１０には、ノズルニードル１２とこのノズルニードル１２
のための操作部材１４とが、摺動可能に配置されている。このノズルニードル１
４は、直径Ｄ_ｖを有する弁座１６と協働している。流入通路１８がノズルニード
ル１２に通じており、この流入通路１８を通って圧力Ｐ下にある燃料が供給され
る。この燃料噴射弁が、いわゆるコモンレールシステムにおいて使用される場合
には、この圧力Ｐは１０００ｂａｒ以上にもなる。

【００１５】 操作部材１４には、ノズルニードル１２とは反対側に、制御ピストン２０が設
けられている。この制御ピストン２０は、操作部材１４と制御ピストン２０との
間の移行領域が制御圧力室２２の内部に位置するように、配置されている。制御
圧力室２２は流入通路２４を有しており、この流入通路２４は、制御弁２８の制
御室２６に接続されている。制御室２６には同様に流入通路１８が通じており、
この流入通路１８を介して燃料が供給される。この制御室２６内には、第１弁座
３０および第２弁座３２が形成されている。第１弁座３０は、制御圧力室２２に
通じる流入通路２４に配属されており、第２弁座３２は、流入通路１８に配属さ
れている。制御室２６の内部には弁部材３４（図２も参照）が配置されており、
この弁部材３４には、第１弁座３０に配属された第１弁面３６と、第２弁座３２
に配属された第２弁面３８とが設けられている。さらに、弁部材３４には案内付
加部４０が設けられており、この案内付加部４０にアクチュエータ４２が作用し
ている。このアクチュエータ４２は、圧電式アクチュエータまたはマグネット作
動部材であってよい。案内付加部４０の直径は、制御室２６の両弁座３０，３２
の直径に相当するので、弁部材３４が弁座３０，３２のいずれかに一方に当接し
ている場合には、燃料圧Ｐによって弁部材３４に加わる力がバランスしている。

【００１６】 制御圧力室２２から流出通路４４が分岐しており、この流出通路４４内には、
流出絞り４６が配置されている。流出通路４４は、例えば燃料貯えタンクに通じ
ている。

【００１７】 制御ピストン２０には、ノズルニードル１２とは反対側に、補償延長部４８が
設けられている。この補償延長部４８は、捕集室５０を通って補償室５２に延び
ており、この補償室５２は、流入通路１８を介して同様に、燃料圧Ｐで負荷され
る。補償延長部４８はノズルニードル１２の弁座１６と等しい直径を有する。

【００１８】 捕集室５０は、捕集室流出通路５４を介して流出通路４４に接続されており、
捕集室５０内には、シールばね５６が配置されている。このシールばね５６は、
補償延長部４８により案内されていて、捕集室５０の壁部と、制御ピストン２０
の、ノズルニードル１２とは反対側の端部との間に支持されている。シールばね
５６は、弁座１６の直径とノズルニードル１２の直径との差を補償するために用
いられている。ノズルニードル１２が弁座１６より大きな直径を有しているので
、燃料圧Ｐは、ノズルニードル１２の領域で、ノズルニードル１２を弁座から持
ち上げようとする開放力を生ぜしめる。この開放力が、シールばね５６によって
バランスされている。約２ｍｍの直径を有する弁座１６、および２．５から３ｍ
ｍの直径を有するノズルニードル１２が使用される場合には、シールばね５６に
よってノズルニードル１２に加えられる予負荷力は、約１００Ｎの範囲で選択さ
れる。

【００１９】 シールばね５６が、制御ピストン２０の、ノズルニードル１２とは反対側に配
置されているので、操作部材１４の領域では、１０から１４ｍｍの領域にある外
径Ｄａの非常に細い構造が得られる。

【００２０】 本発明の燃料噴射弁は、次のような形式で作動する。弁部材３４が、流入通路
１８に対応配置された第２弁座３２に当接している出発状態では、制御圧力室２
２内には、圧力は生じていない。なぜならば、制御圧力室２２は、流出通路４４
を介して放圧されているからである。操作部材１４に加わる閉鎖力が、ノズルニ
ードル１２に加わる開放力よりも大きいため、ノズルニードル１２は、閉鎖位置
で弁座１６に当接している。閉鎖力は、補償室５２内で補償延長部４８に加わる
力と、シールばね５６から制御ピストン２０に加わる力とから成る。ノズルニー
ドル１２に加わる開放力は、ノズルニードル１２の弁座１６の外側の、圧力Ｐで
負荷されるリング状の面により規定されている。

【００２１】 パイロット噴射を得るには、弁部材３４が弁座３２から持ち上げられ、燃料が
、流入通路１８と、制御室２６と、流入通路２４とを介して制御圧力室２２に流
れ込む。流出通路４４内に設けられた流出絞り４６が、制御圧力室２２からの燃
料の流出を妨げるので、制御圧力室２２では圧力が上昇する。この圧力上昇によ
って、図１において上方に向かう開放力が、制御ピストン２０に加えられ、この
開放力は、ノズルニードル１２に加わる開放力と加算され、操作部材１４に加わ
る閉鎖力より大きくなる。つまり、ノズルニードル１２は、ノズルニードル１２
の弁座１６から持ち上がり、燃料が噴射される。

【００２２】 パイロット噴射を終了させるため、弁部材３４は、第２弁座３２に再び当接す
るように移動させられるか（単一切り替え弁；図３の破線）、または制御室２６
を通って第１弁座３０に当接するように移動させられる（二重切り替え弁；図３
の実線）。弁部材３４が、弁座３０，３２のうちのいずれか一方に当接すると直
ちに、流入通路１８を介した燃料の供給流が中断されるので、制御圧力室２２の
圧力は、再び低下する。ゆえに、この圧力低下に応じて開放力が低下し、これに
より、ノズルニードル１２は再び弁座１６に当接し、パイロット噴射が中断され
る。

【００２３】 図３では、パイロット噴射は段階Ｉに示されている。図面の上側部分には、弁
部材３４の行程が示されており、一方、図面の下側部分には、ノズルニードル１
２の行程が示されている。弁部材３４が単一切り替え制御弁として使用される場
合には、弁部材３４は、弁座３２から離れて中間位置への行程を行い、この中間
位置に所定の時間にわたって保たれて、次いで最終的に再び弁座３２に当接する
ように運動させられる。これに対して、弁座３４が二重切り替え制御弁２８とし
て使用される場合には、弁部材３４は弁座３２から出発して制御室２６を通って
弁座３０に当接するように運動する。弁部材３４が弁座３０に当接すると直ちに
、パイロット噴射が終了する。

【００２４】 図３にＩＩで示された噴射中断段階では、弁部材３４は、制御室２６の所定の
弁座に当接したままになっており、そのため、燃料噴射弁は閉鎖されたままとな
る。

【００２５】 続いて行われるメイン噴射では、弁部材３４は、制御室２６の所定の弁座から
持ち上げられる。したがって、制御圧力室２２の圧力上昇が再び起こり、この圧
力上昇によって、ノズルニードル１２の開放が起こる。弁部材３４は、単一切り
替え制御弁として使用されても、二重切り替え制御弁として使用されても、所望
のメイン噴射の噴射時間中、制御室２６のほぼ中央位置に保たれる。したがって
、燃料は、流入通路１８から制御室２６を通って制御圧力室２２内に流れ込むこ
とができ、ノズルニードル１２が開放位置に保たれる。図３で段階ＩＩＩとして
示されたメイン噴射を終了させるためには、弁部材３４は再び第２弁座３２に当
接するよう移動させられ、これにより、流入通路１８を介した燃料の供給流が中
断される。その結果生じる開放力の低下によって、燃料噴射弁は閉鎖される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の燃料噴射弁の概略的な断面図である。

【図２】 図１の燃料噴射弁の制御弁で用いられる弁部材の側面図である。

【図３】 制御弁の弁部材の行程と時間との関係、および噴射弁のノズルニードルの行程
と時間との関係を示す線図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射弁であって、弁体（１０）と、制御圧力室（２２）
   と、該制御圧力室（２２）内の圧力を制御する制御弁（２８）と、ノズルニード
   ル（１２）のための操作部材（１４）とが設けられており、該操作部材（１４）
   が弁体（１０）内で摺動可能に設けられていてかつ制御圧力室（２２）内の圧力
   によって負荷される形式のものにおいて、 制御弁（２８）が制御圧力室（２２）への流入通路（２４）を制御している ことを特徴とする、燃料噴射弁。
2. 【請求項２】 操作部材（１４）の、ノズルニードル（１２）とは反対側の
   端部に、制御ピストン（２０）が設けられており、該制御ピストン（２０）の外
   径が、操作部材（１４）の外径より大きくなっており、制御ピストン（２０）が
   、制御圧力室（２２）の、ノズルニードル（１２）とは反対側で、制御圧力室（
   ２２）から突出している、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 【請求項３】 制御ピストン（２０）の、ノズルニードル（１２）とは反対
   側に、補償延長部（４８）が設けられており、該補償延長部（４８）が、燃料圧
   下にある補償室（５２）に突入している、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 【請求項４】 シールばね（５６）が設けられており、該シールばね（５６
   ）が、操作部材（１４）の、ノズルニードル（１２）とは反対側の端部に作用し
   ていて、操作部材（１４）をノズルニードル（１２）が閉鎖する位置へ負荷する
   、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
5. 【請求項５】 シールばね（５６）が、補償延長部（４８）の周りに配置さ
   れている、請求項３または４記載の燃料噴射弁。
6. 【請求項６】 制御弁（２８）が制御室（２６）を有しており、該制御室（
   ２６）には、制御室（２６）から出る流出通路に配属されている第１弁座（３０
   ）と、制御室（２６）へ通じる流入通路に配属されている第２弁座（３２）とが
   設けられており、前記制御室（２６）内に両弁座（３０，３２）と協働可能な弁
   部材（３４）が配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料
   噴射弁。
7. 【請求項７】 弁部材（３４）に案内延長部（４０）が設けられており、該
   案内延長部（４０）の外径が、第１弁座（３０）および第２弁座（３２）の直径
   に相当している、請求項６記載の燃料噴射弁。