JP2003512562A - 球形の作動部材を備えた、内燃機関のための燃料噴射システムのインジェクタ用の２重切換式制御弁 - Google Patents

球形の作動部材を備えた、内燃機関のための燃料噴射システムのインジェクタ用の２重切換式制御弁

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JP2003512562A JP2001531971A JP2001531971A JP2003512562A JP 2003512562 A JP2003512562 A JP 2003512562A JP 2001531971 A JP2001531971 A JP 2001531971A JP 2001531971 A JP2001531971 A JP 2001531971A JP 2003512562 A JP2003512562 A JP 2003512562A
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    • F16K31/124—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston servo actuated

Abstract

(57)【要約】 作動部材が球（４５）であり、該球がアクチュエータにより液圧式の伝達装置（６９）を介して作動される、内燃機関のための噴射システムのインジェクタ用の制御弁（１５）を提案する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 背景技術 本発明は、アクチュエータによって作動される作動部材を備えた、内燃機関の
ための燃料噴射システムのインジェクタ用の２重切換式制御弁であって、作動部
材とケーシングの孔とが、燃料戻し部と制御室とに接続された第１の環状室を形
成しており、作動部材が、第１のガイド孔内を案内されるプランジャによって軸
方向でシフト可能であり、しかも作動部材が、前記の第１の環状室を燃料戻し部
からシールするための手段及び第１の環状室を制御室からシールするための手段
を有している形式のものに関する。更に本発明は、請求項１４の上位概念に記載
の形式のインジェクタに関する。
【０００２】 従来技術に基づいた前記のような形式の制御弁の場合、作動部材はカラー及び
このカラーに続くシール円錐から成っており、この場合、作動部材は少なくとも
１本のプランジャによって案内される。この公知の作動部材の欠点は、大きな製
作手間並びにプランジャと作動部材との間の移行部及びカラーとシール円錐との
移行部における激しい機械的負荷である。
【０００３】 本発明の課題は、簡単且つ廉価に製作することができ、特に確実に作動する、
燃料噴射システムのインジェクタ用の２重切換式制御弁及びインジェクタを供給
することである。
【０００４】 この課題は本発明に基づき、アクチュエータにより作動される作動部材を備え
た、内燃機関のための燃料噴射システムのインジェクタ用の制御弁によって解決
される。この場合、前記作動部材及びケーシングの孔が、燃料戻し部と制御室と
に接続された第１の環状室を形成しており、前記作動部材が、第１のガイド孔内
を案内されるプランジャによって軸方向でシフト可能であり、しかも前記作動部
材が、第１の環状室を燃料戻し部からシールするための手段及び第１の環状室を
制御室からシールするための手段を有しており、この場合、前記作動部材は球で
ある。
【０００５】 本発明による制御弁は、作動部材が特に簡単なジオメトリを有しているという
利点を有している。このジオメトリは製作技術的に問題がなく、溝等が無いので
機械的に高負荷可能である。作動部材の球形に基づき、この作動部材にはシール
手段が統合されているので、付加的な製作手間は不要である。更に、作動部材は
ケーシングのシール座によってセンタリングされることができるので、このシー
ル座の誤整合がネガティブに影響することはない。
【０００６】 本発明の変化態様では、アクチュエータの操作方向とは逆向きで球に作用する
シールばねが設けられており、これにより、主噴射と前噴射との間の作動部材の
シール作用が改良される。更に、前記シールばねは、制御室内の圧力が足りない
場合に制御弁を常に規定された切換位置へもたらす。
【０００７】 本発明の別の有利な構成では、シールばねは孔に配置されたスリーブの段部に
支持されており且つ孔に配置されたばねピストンを介して球に作用するので、短
くコンパクトな構成のシールばねが可能になる。
【０００８】 補足的に本発明では、前記スリーブが流出通路と流出絞りとを有しているので
コンパクトな構成が得られ且つ製作が簡単になる。
【０００９】 本発明の更に別の有利な構成では、前記スリーブは球と協働する第２のシール
座を有しており、孔と第１のガイド孔との間の移行部が球と協働する第１のシー
ル座として形成されているので、本発明による制御弁のスペース要求は更に減少
される。
【００１０】 補足的に本発明では、第１のシール座及び第２のシール座は截頭円錐形なので
これらのシール座の製作は簡単であり、耐用年数全体にわたって良好なシール作
用が得られる。
【００１１】 本発明の更に別の変化態様では、第２の環状室を制御室からシールするための
手段及び第１の環状室を燃料戻し部からシールするための手段は、球の表面に延
在するシールラインなので、特にコンパクトで単純な構成が得られる。
【００１２】 補足的に本発明では、プランジャは液圧式の伝達装置を介してアクチュエータ
によって作動されるので、制御弁は閉鎖力及び作動距離に関して種々様々なアク
チュエータに簡単に適応可能である。
【００１３】 本発明の更に別の有利な構成では、球とは反対の側のプランジャの端面と、ア
クチュエータによって作動されるピストンとが、液体を満たされた液圧式の伝達
装置の圧力室を制限しているので、距離伝達又は力伝達はあまり損失無く、小さ
な手間及びスペース要求で行われる。
【００１４】 本発明の更に別の有利な構成では、制御弁は２ポート３位置制御弁として作動
されるので、最少前噴射量の設定が改良される。
【００１５】 本発明の更に別の変化態様では、アクチュエータは圧電アクチュエータなので
、大きな作動力と迅速な応答とが保証されている。
【００１６】 更に本発明を補足すると、噴射システムはコモンレール式噴射システムなので
、本発明による制御弁の利点は、この噴射システムのためにも役立つ。
【００１７】 冒頭で述べた課題は、制御弁によって制御される制御室を備えた、内燃機関の
ための燃料噴射システム用のインジェクタによっても解決される。この場合、制
御弁がアクチュエータによって作動される作動部材を有しており、この作動部材
及びケーシングの孔が、燃料戻し部と制御室とに接続された第１の環状室を形成
しており、作動部材が、第１のガイド孔内を案内されるプランジャによって軸方
向でシフト可能であり、作動部材が、第１の環状室を燃料戻し部からシールする
手段と、第１の環状室を制御室からシールする手段とを有しており、しかも作動
部材が球であるということを特徴としている。
【００１８】 本発明によるインジェクタは、制御弁が特に簡単な、機械的に高負荷可能なジ
オメトリを有しているという利点を有している。
【００１９】 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００２０】 図１には本発明によるインジェクタが示されている。高圧接続部１を介して、
燃料は流入通路５を介して噴射ノズル７へ案内され且つ流入絞り９を介して制御
室１１へ案内される。この制御室１１は、流出通路１２と流出絞り１３とを介し
て燃料戻し部１７に接続されている。前記流出絞り１３は、制御弁１５によって
開くことができる。
【００２１】 制御室１１は制御ピストン１９によって制限される。弁ピストンとして形成さ
れたこの制御ピストン１９にはノズルニードル２１が続いており、このノズルニ
ードル２１は、圧力下にある燃料が噴射の合間に燃焼室（図示せず）へ流入する
ことを防止する。ノズルニードル２１は大きい方の直径２５から小さい方の直径
２７へ変化する横断面変化部２３を有している。ノズルニードル２１の大きい方
の直径２５は、ケーシング２９内でガイドされている。横断面変化部２３は噴射
ノズル７の圧力室３１を制限する。
【００２２】 流出絞り１３が閉じられている場合、弁ピストン１９の端面３３に作用する液
圧力は、横断面変化部２３に作用する液圧力よりも大きい。なぜならば、弁ピス
トン１９の端面３３は、横断面変化部２３の環状面よりも大きいからである。そ
の結果、ノズルニードル２１がノズルニードル座３５に押し付けられて、流入通
路５を燃焼室（図示せず）に対してシールする。
【００２３】 エンジンが停止しているために燃料噴射システムの高圧ポンプ（図示せず）が
駆動されない場合は、ノズルニードル２１の段部３７に作用するノズルばね３９
が噴射ノズル７若しくはインジェクタを閉じる。
【００２４】 流出絞り１３若しくは制御弁１５が開かれると、制御室１１内の圧力延いては
制御ピストン１９の端面３３に作用する液圧力が低下する。この液圧力が、横断
面変化部２３に作用する液圧力よりも小であると直ちにノズルニードル２１が開
くので、燃料は複数の噴射孔（図示せず）を介して燃焼室に流入することができ
る。液圧式の補力システムを介したノズルニードル２１のこの間接的な制御は不
可欠である。なぜならば、ノズルニードル２１の迅速な開放のために必要な力は
、制御弁１５によって直接には発生させられないからである。この場合、燃焼室
に噴射される燃料量に加えて付加的に必要とされる「制御量」は、流入絞り９、
制御室１１及び制御弁１５を介して燃料戻し部１７に流入する。
【００２５】 前記制御量に加えて付加的に、ノズルニードルガイドと弁ピストンガイドとに
おいて更に漏れが生じる。制御量及び漏れ量は、最大５０ｍｍ３／行程であって
よい。これらの制御量及び漏れ量は、燃料戻し部１７を介して再び燃料タンク（
図示せず）へ戻される。噴射の合間は、流出絞り１３は制御弁１５によって閉じ
られる。
【００２６】 図２には、本発明による制御弁の１実施例が示されている。ケーシング２９に
は孔４１が設けられている。この孔４１に対して同軸的に第１のガイド孔４３が
設けられている。作動部材は球４５である。この球４５と孔４１とは第１の環状
室４７を形成する。軸方向でこの第１の環状室４７は、シール座４９，５１とし
て形成された２つの截頭円錐によって制限される。球４５が両シール座４９；５
１の内の一方に押し付けられると、球と、第１のシール座４９及び第２のシール
座５１とが互いに接触するところに円形のシールライン（図示せず）が生ぜしめ
られる。シール座４９，５１の円錐角度が、前記シールラインの直径を規定する
。即ち、円錐角度を選択することにより、制御弁が閉じている状態で制御室１１
内の圧力に基づき球４５に対して生じる力に影響を及ぼすことができる。
【００２７】 前記の第１のガイド孔４３内では、球４５に作用するプランジャ５３がガイド
されている。このプランジャ５３の、球４５に面した端部は段付けされているの
で、球４５が第１のシール座４９に載着されていない場合は、第１の環状室４７
と燃料戻し部１７との間に液圧的な接続が生じる。
【００２８】 第２のシール座５１は、図示の実施例ではケーシング２９にプレス嵌めされた
スリーブ５５の部分である。このスリーブ５５には更に、流出通路１２及び流出
絞り１３が組み込まれている。スリーブ５５の外径は段部５９を有しており、こ
の段部５９は孔４１と相俟って第２の環状室６１を形成している。この第２の環
状室６１にはシールばね６３と、スリットの付けられたばねピストン６５とが配
置されている。このばねピストン６５は軸方向でシフト可能に孔４１を案内され
ており且つシールばね６３によって球４５の方に押される。この場合、ばねピス
トン６５と孔４１との間の遊びは、シールばね６３の位置している第２の環状室
６１の部分において、常に第１の環状室４７内と同じ圧力が支配しているように
設定されている。制御弁が適当な切換位置へ制御されていると、球４５に作用す
るシールばね６３の力が球４５と第１のシール座４９との間のシール性を高める
。
【００２９】 制御弁は、プランジャ５３に液圧式の伝達装置６９を介して作用するアクチュ
エータ（図示せず）によって作動される。このアクチュエータはピストン７１と
結合されており、このピストン７１は、前記伝達装置６９の圧力室７３内の液体
に圧力を加える。ピストン７１とプランジャ５３との間には皿ばね７２が配置さ
れており、この皿ばね７２は、前記アクチュエータを出発位置へ戻り運動させ且
つ液圧式の伝達装置６９が機能し続けるために役立つ。プランジャ５３及びピス
トン７１の互いに面した端面に設けられた両段部は、皿ばね７２が許容できない
程圧縮されることを防止する。
【００３０】 アクチュエータが圧電アクチュエータである場合、該アクチュエータは大きな
力を小さな距離を介してもたらすことができる。この場合、ピストン７１がプラ
ンジャ５３よりも大きな直径を有している、伝達装置６９の図示の状態が有利で
ある。アクチュエータが例えば電磁式で作用する場合は、小さな力を大きな距離
を介して伝達することができる。この場合は、ピストン７１の直径をプランジャ
５３の直径よりも小さく選択することを推奨する。
【００３１】 また、シールばね６３により、制御室１１内の圧力が足らない場合も、球４５
が第１の切換位置ａにもたらされるということが保証されている。更に、アクチ
ュエータは圧力でしか負荷されず、このことは、特に圧電アクチュエータの使用
時に重要である。それというのも、前記運転形式のアクチュエータは特に確実に
作動するからである。
【００３２】 本発明による制御弁は、一般に２ポート３位置制御弁として使用される。第１
の切換位置ａにおいて、燃料戻し部１７は第１の環状室４７から液圧式で分離さ
れる。第２の切換位置ｂでは、制御室１１が第１の環状室４７から液圧式で分離
される。
【００３３】 両切換位置ａ，ｂにおいて、制御室１１は燃料戻し部１７から分離されている
。つまり、噴射ノズル７は閉じられている。第１の切換位置ａから第２の切換位
置ｂへの移行に際して一時的に制御室１１と燃料戻し部１７との間に液圧式の接
続が生ぜしめられる。つまり、制御室１１内の圧力が少なくとも部分的に弱まっ
て噴射ノズル７が一時的に開く。この一時的な開放は、前噴射のために役立つ。
前噴射量及び前噴射時間は、大きな繰返し精度を以てアクチュエータ及び流出絞
り１３を設定することに基づき構造的に規定することができる。第３の切換位置
ｃでは、球４５は第１のシール座４９と第２のシール座５１との間の中間位置を
占めている。この切換位置ｃは、主噴射をトリガする。
【００３４】 図３には、前記の３つの切換位置ａ，ｂ，ｃに関連したノズルニードル２１の
行程９５の時間的な経過が示されている。両線図３ａ，３ｂにおいて、横座標に
時間ｔがとられている。線図３ａの縦座標には制御弁の切換位置ａ，ｂ，ｃが示
されているのに対して、線図３ｂの縦座標にはノズルニードル２１の行程９５が
示されている。
【００３５】 第１の切換位置ａから出発して制御弁１５はアクチュエータにより第２の切換
位置ｂへ運動させられる。両切換位置の間を移行する間にノズルニードル２１が
僅かに開く。これにより、前噴射量が燃焼室内へ噴射される。前噴射量を増やす
ためには、制御弁１５を前噴射中、第３の切換位置ｃに一時的に留めることもで
きる。この変化実施例は破線によって示されている。
【００３６】 主噴射は、制御弁が第２の切換位置ｂから第３の切換位置ｃへ制御されること
によって行われる。この切換位置は、必要とされる噴射量が噴射されるまで維持
される。その後、制御弁が第１の切換位置ａにもたらされることによって主噴射
が終了される。この過程に基づき、本発明による制御弁の別の利点も明らかにな
る。即ち、アクチュエータは第１の切換位置ａから第２の切換位置ｂへの移行時
にしか、制御室１１内の圧力に対して仕事を行わなくてよいので、駆動エネルギ
に対する要求は非常に低い。更に、前記移行中に低下する制御室内の圧力は、小
さな出力要求をもたらす。
【００３７】 実施例の説明、請求項及び図面に示した特徴は全て、個別でも互いに任意に組
み合わせても本発明の根本を成すものであってよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 概略的に示した制御弁を備えた、燃料噴射システム用インジェクタの図である
。
【図２】 本発明による制御弁の１実施例の断面図である。
【図３】 噴射の時間経過の線図である。
【符号の説明】
１ 高圧接続部、 ５ 流入通路、 ７ 噴射ノズル、 ９ 流入絞り、 １
１ 制御室、 １２ 流出通路、 １３ 流出絞り、 １５ 弁ピストン、 １
７ 燃料戻し部、 １９ 制御ピストン、 ２１ ノズルニードル、 ２３ 横
断面変化部、 ２５ 大きい方の直径、 ２７ 小さい方の直径、 ２９ ケー
シング、 ３１ 圧力室、 ３３ 端面、 ３５ ノズルニードル座、 ３７
段部、 ３９ ノズルばね、 ４１ 孔、 ４３ ガイド孔、 ４５ 球、 ４
７ 第１の環状室、 ４９ 第１のシール座、 ５１ 第２のシール座、 ５３
プランジャ、 ５５ スリーブ、 ５９ 段部、 ６１ 第２の環状室、 ６
３ シールばね、 ６５ ばねピストン、 ６９ 伝達装置、 ７１ ピストン
、 ７２ 皿ばね、 ７３ 圧力室、 ９５ 行程の時間的な経過、 ａ，ｂ，
ｃ 切換位置、 ３ａ，３ｂ 線図
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｔ 59/46 59/46 Ｙ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アクチュエータによって作動される作動部材（４５）を備え
    た、内燃機関のための燃料噴射システムのインジェクタ用の制御弁であって、作
    動部材（４５）とケーシング（２９）の孔（４１）とが、燃料戻し部（１７）及
    び制御室（１１）に接続された第１の環状室（４７）を形成しており、前記作動
    部材（４５）が、第１のガイド孔（４３）内を案内されるプランジャ（５３）に
    よって軸方向でシフト可能であり、更に作動部材（４５）が、第１の環状室（４
    ７）を燃料戻し部（１７）からシールするための手段と、第１の環状室（４７）
    を制御室（１１）からシールするための手段とを有している形式のものにおいて
    、作動部材が球（４５）であることを特徴とする、球形の作動部材を備えた、内
    燃機関のための燃料噴射システムのインジェクタ用の２重切換式制御弁。
  2. 【請求項２】 アクチュエータの作動方向とは逆向きで球（４５）に作用す
    るシールばね（６３）が設けられている、請求項１記載の制御弁。
  3. 【請求項３】 シールばね（６３）が、孔（４１）に配置されたスリーブ（
    ５５）の段部（５９）に支持されている、請求項２記載の制御弁。
  4. 【請求項４】 シールばね（６３）が、孔（４１）に配置されたばねピスト
    ン（６５）を介して球（４５）に作用する、請求項２又は３記載の制御弁。
  5. 【請求項５】 スリーブ（５５）が流出通路（１２）及び流出絞り（１３）
    を有している、請求項３又は４記載の制御弁。
  6. 【請求項６】 スリーブ（５５）が、球（４５）と協働する第２のシール座
    （５１）を有している、請求項３から５までのいずれか１項記載の制御弁。
  7. 【請求項７】 第２のシール座（５１）が截頭円錐である、請求項６記載の
    制御弁。
  8. 【請求項８】 孔（４１）と第１のガイド孔（４３）との間の移行部が、球
    （４５）と協働する第１のシール座（４９）として形成されている、請求項１か
    ら７までのいずれか１項記載の制御弁。
  9. 【請求項９】 第１のシール座（４９）が截頭円錐である、請求項８記載の
    制御弁。
  10. 【請求項１０】 第１の環状室（４７）を制御室（１１）からシールするた
    めの手段及び第１の環状室（４７）を燃料戻し部（１７）からシールするための
    手段が、球（４５）の表面に延在するシールラインである、請求項１から９まで
    のいずれか１項記載の制御弁。
  11. 【請求項１１】 プランジャ（５３）が、液圧式の伝達装置（６９）を介し
    てアクチュエータによって作動される、請求項１から１０までのいずれか１項記
    載の制御弁。
  12. 【請求項１２】 球（４５）とは反対の側のプランジャ（５３）の端面と、
    アクチュエータにより作動されるピストン（７１）とが、液圧式の伝達装置（６
    ９）の、液体の満たされた圧力室（７３）を制限する、請求項１から１１までの
    いずれか１項記載の制御弁。
  13. 【請求項１３】 制御弁（１５）が２ポート３位置制御弁である、請求項１
    から１２までのいずれか１項記載の制御弁。
  14. 【請求項１４】 アクチュエータが圧電アクチュエータである、請求項１か
    ら１３までのいずれか１項記載の制御弁。
  15. 【請求項１５】 噴射システムがコモンレール式噴射システムである、請求
    項１から１４までのいずれか１項記載の制御弁。
  16. 【請求項１６】 制御弁（１５）により制御される制御室（１１）を備えた
    、内燃機関のための燃料噴射システム用のインジェクタであって、制御弁（１５
    ）が、アクチュエータにより作動される作動部材（４５）を有しており、該作動
    部材（４５）及びケーシング（２９）の孔（４１）が、燃料戻し部（１７）と制
    御室（１１）とに接続された第１の環状室（４７）を形成しており、作動部材（
    ４５）が、第１のガイド孔（４３）内を案内されるプランジャ（５３）によって
    軸方向でシフト可能であり、更に作動部材（４５）が、第１の環状室（４７）を
    燃料戻し部（１７）からシールするための手段及び第１の環状室（４７）を制御
    室（１１）からシールするための手段を有している形式のものにおいて、作動部
    材が球（４５）であることを特徴とする、制御弁（１５）により制御される制御
    室（１１）を備えた、内燃機関のための燃料噴射システム用のインジェクタ。
JP2001531971A 1999-10-19 2000-10-12 球形の作動部材を備えた、内燃機関のための燃料噴射システムのインジェクタ用の２重切換式制御弁 Pending JP2003512562A (ja)

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