JP2003512565A - 液圧式に制御される制御スプールを備えた高圧燃料インジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、内燃機関のための燃料噴射装置に関する。高圧アキュムレータ（コモンレール）が、３ポート２位置切換弁３を介して噴射ノズル２に接続可能である。この場合、３ポート２位置切換弁３が制御弁部材５を有している。この制御弁部材５は、供給管路２８を高圧管路９に接続するかまたは燃料タンク２４内に開口する負荷軽減管路１３に接続する。制御弁部材５の、ストッパ８，１８に向かい合って位置する端部領域には、制御弁部材５の行程を緩衝するエレメント７，２１；６，２２が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景技術 高圧燃料噴射装置では３ポート２位置切換弁が使用される。この３ポート２位
置切換弁は制御スプールを有しており、この制御スプールの行程運動が噴射経過
に影響を与える。制御スプールは３ポート２位置切換弁のケーシング内で行程運
動を実施する。この場合、座面と制御スプールの制御縁部とは高い負荷にさらさ
れている。

【０００２】 ３ポート２位置切換弁では、燃料流入通路を噴射ノズルに向かって開放しかつ
遮断する制御スプールがケーシングによって取り囲まれている。制御スプールと
ケーシング孔とは、可能な限り正確な燃料調量を達成しかつ漏れ損失を少なく保
つために、最も狭い直径公差で形成されている。燃料の調量は、流出側の制御縁
部と流入側の制御縁部とを介して行われ、３ポート２位置切換弁のケーシング内
での制御スプールの行程に関連している。座面における機械的な負荷は極めて高
くなっている。なぜならば、制御スプールの運動が十分に緩衝されずに行われる
からである。

【０００３】 制御スプールが３ポート２位置切換弁のケーシング内で小さな行程運動しか実
施しない場合には、僅かな行程距離のために噴射経過には、制限された影響しか
与えることができない。しかし、内燃機関への燃料噴射の経過は、シリンダの内
部での燃焼経過および完全燃焼のために極めて重要となるので、噴射経過の決定
は、燃焼経過を最適化させるためおよび制御弁部材の制御行程に関連する移動パ
ラメータとしての燃料の内部エネルギを十分に使用するために甘受できないよう
に思える。

【０００４】 発明の利点 ３ポート２位置切換弁のケーシングの内部に設けられた制御弁部材の、本発明
により提案された終端位置緩衝によって行程運動が終端位置で緩衝される。これ
によって、３ポート２位置切換弁の内部に設けられたこの構成部分の耐用年数が
著しく増大するようになっている。液圧的に作用する緩衝装置として、制御スプ
ールの端部領域に、それぞれ互いに段付けされた直径対を形成することができる
。この直径対によって、制御スプールの端部領域を取り囲む室内には、制御スプ
ールの行程運動をその都度緩衝する圧力平衡状態が形成可能である。これによっ
て、制御スプールとして機能する円筒状のエレメントの耐用年数を延ばすことが
できる。制御スプールの端面に向かい合って位置する当接面が平坦な環状面とし
て形成されると、一方では加工がより簡単となり、他方ではこのように形成され
た当接面の耐摩耗性が、たとえば円錐座に比べて著しく高くなる。

【０００５】 噴射を開始するためには、上側の制御室の上方に設けられたアクチュエータが
制御され得る。これによって、上側の制御室内の圧力が低下させられる。これに
よって、制御スプールも上側の終端位置に運動させられる。これによって、流入
通路が噴射ノズルに向かって開放され、この噴射ノズルが高圧下にある燃料で負
荷される。

【０００６】 制御弁部材がスリーブによって取り囲まれると有利である。このスリーブは３
ポート２位置切換弁のケーシング内に焼嵌めされ、したがって、修理の場合に容
易に交換可能である。インジェクタのケーシングは廉価な材料から製造すること
ができる一方で、この構成では、スリーブだけが高価値の材料から製造され得る
。３ポート２位置切換弁のケーシング内に焼嵌めされたスリーブと、制御弁部材
の段部との間に得られる制御縁部は、狭い公差で製造することができるので、最
小限の漏れが生ぜしめられる。制御弁部材に設けられた制御縁部と、焼嵌めされ
たスリーブに設けられた制御縁部とが制御弁部材の流出側および流入側で重なっ
ていることによって、最小の漏れ損失が獲得可能である。この漏れ損失は、負荷
軽減管路を介して燃料タンク内に戻し案内することができる。

【０００７】 噴射経過の制御は、行程に関連する絞り手段を介して実施することができる。
たとえば上側の制御室の上方に設けられたアクチュエータはピエゾアクチュエー
タとして形成される。制御弁部材には、流入側の制御縁部の下側に段部を形成す
ることができる。この段部と共に、制御弁部材の行程の機能としての流入側の絞
り手段が獲得可能である。

【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によれば、高圧アキュムレータ１（コモンレール）と噴射ノズル２との間
に３ポート２位置切換弁ユニット３が配置されている。

【００１０】 燃料タンク２４からは供給管路が高圧ポンプ２６にまで延びている。この高圧
ポンプ２６には戻し管路２７が開口している。また、高圧ポンプ２６は高圧アキ
ュムレータ１を高圧下にある燃料で負荷する。高圧アキュムレータ１からは供給
管路２８が各３ポート２位置切換弁ユニット３にまで延びている。図面には、１
つの３ポート２位置切換弁ユニット３だけを示した。制御ユニット１４によって
、高圧アキュムレータ１だけでなくアクチュエータ４も制御することができる。
このアクチュエータ４によって、制御弁部材５の上側に配置された制御室１７が
放圧可能となる。

【００１１】 ケーシング３０内に焼嵌めされた、高価値の材料から成るスリーブ１５によっ
て取り囲まれた制御弁部材５においては、上側の端部領域が直径６で形成されて
いるのに対して、端面にじかに続く領域は、直径６に比べて減径された直径２２
で形成されている。図１に示した状態では、制御弁部材５の、段付けされた直径
２２，６を備えた上側の端部領域が制御室１７内に突入している。この制御室１
７が、通電されていないアクチュエータ４と、２ポート２位置切換弁５５とによ
って閉鎖されている場合には、両直径２２，６によって形成された段部が、制御
弁部材５のための液圧的な緩衝エレメントとして働いている。

【００１２】 制御弁部材５の、先細りにされた中間領域の方向には、流入側の制御縁部１９
，１９′が位置している。この制御縁部１９，１９′は、制御室１７の放圧によ
る制御弁部材５の上昇運動時に、噴射ノズル２に通じる高圧管路９への流入側の
流入開口を開放する。開放状態では、高圧下にある燃料が供給管路２８を通って
スリーブ５内に流入しかつ制御縁部１９，１９′によって開放された開口を通っ
て高圧管路９内に流入する。この時点では、制御縁部２０，２０′の面が重なっ
ていることによって流出側の開口が閉鎖されているので、制御弁部材５における
漏れ損失は生ぜしめられない。噴射が行われた後、制御弁部材５は図１に示した
位置を占める。この場合、流出側の制御縁部２０，２０′が開放されており、燃
料は、制御弁部材５の下側の領域に設けられた減圧孔（Ａｂｓｔｅｕｅｒｂｏｈ
ｒｕｎｇ）１１と溢流通路１２とを通って負荷軽減管路１３内に流入する。この
負荷軽減管路１３自体は再び燃料タンク２４内に開口している。

【００１３】 制御弁部材５の、溢流通路１２を収容する部分は直径７で形成されている。こ
の直径７は、直径７′で形成されているスリーブ１５によって取り囲まれている
。これによって、最も狭い公差と、この公差による最小の漏れ損失とを達成する
ことができる。制御弁部材５の、直径７で形成された領域の下側には、直径７に
比べてやや小さな直径２１を有する直径領域が形成されている。制御弁部材５の
上側の端部領域に類似して下側の端部領域には直径段部７，２１が成形されてい
る。この直径段部７，２１は、制御弁部材５の下降運動時に緩衝エレメントとし
て制御弁部材５に作用しかつスリーブ１５の下側のストッパ８における早期の摩
耗に対して有効である。スリーブ１５によって取り囲まれた制御弁部材５の作用
形式は以下の通りである： 電気的なアクチュエータ４が通電されていない場合には、高圧アキュムレータ
１（コモンレール）と噴射ノズル２との間の接続は遮断されたままである。供給
管路２８にわたって存在している高圧下の燃料が制御弁部材５に存在している。
制御縁部１９，１９′の領域における密な適合によって、噴射ノズル２に通じる
高圧管路９への流入開口が遮断される。噴射ノズル２、負荷軽減管路１３、溢流
通路１２、減圧孔１１、孔１０および高圧管路９は無圧状態のままである。アク
チュエータ４を操作した後、制御室１７が２ポート２位置切換弁５５の制御と弁
絞り１６の開放とによって放圧されると、制御弁部材５がストッパ１８にまで上
方へ運動する。段付けされた直径６，２２によって、制御弁部材５の行程運動は
、上側のストッパ１８の平坦な環状面への接近時に緩衝される。直径６における
通流横断面、すなわち、制御弁部材５とガイドスリーブ１５との間の遊びは、上
側のストッパ１８に設けられた弁絞り１６の横断面よりも小さく寸法設定されて
いる。上昇運動時には、流出側の制御縁部２０，２０′が流出開口を閉鎖するの
に対して、流入側の制御縁部１９，１９′は、高圧管路９への流入開口を開放す
る。制御弁部材５の、上方に向けられた行程運動の間、この制御弁部材５の、ス
トッパ１８の環状面への当接は、段付けされた直径６，２２によって緩衝される
。アクチュエータ４の遮断によって行われる下降運動の間、制御弁部材５は下側
のストッパ８の方向に移動し、いま、高い圧力が制御室１７にも加えられている
ので、下方に運動させられた制御縁部１９，１９′で高圧管路９への流入開口を
閉鎖する。制御弁部材５の下降運動時には、燃料タンク２４に通じる負荷軽減管
路１３内への減圧孔１１と溢流通路１２とを介した燃料の溢流が生ぜしめられる
。制御弁部材５の下降運動の緩衝は、段付けされた直径７，２１によって行われ
る。この直径７，２１によって、スリーブ１５の下側の領域に設けられた緩衝室
２９内で、制御弁部材５を取り囲むスリーブ１５内での制御弁部材５の行程運動
に対する一様な緩衝作用が得られる。

【００１４】 本発明による３ポート２位置切換弁ユニット３はインジェクタ内に直接収容さ
れていてもよいし、高圧アキュムレータ１（コモンレール）と噴射ノズル２との
間に組み付けることができる組付けユニットとして形成されていてもよい。

【００１５】 図２には、焼嵌めされたスリーブ１５内で運動可能である、噴射経過を決定す
る流入側の段部２３を備えた制御弁部材５が示してある。

【００１６】 制御弁部材５に設けられた流入側の制御縁部１９，１９′の下側には、たとえ
ば円錐状に下側のストッパ８の方向に向かって先細りになる段部２３が図示して
ある。この段部２３と共に、制御弁部材５の行程の機能としての絞り手段によっ
て噴射経過に影響を与えることができる。噴射経過のさらなる決定と影響とは、
２ポート２位置切換弁５５に設けられた可変な絞り手段、たとえばピエゾアクチ
ュエータによって実現することができるはずである。流入側の制御縁部１９，１
９′と流出側の制御縁部２０，２０′とを適切に配置することによって、システ
ム圧を最初の開放段階で減少させることができる。

【００１７】 望ましくないコントロール不能な流出量の発生は、制御弁部材５が通常の運転
時にはストッパ１８にまで運動させられず、制御弁部材５の上側の領域とストッ
パ１８の環状面との間の接触がアクチュエータ４または２ポート２位置切換弁５
５の故障時にしか行われないということによって防止することができる。これら
の構成部分が故障した場合には、減圧孔１１が、符号１１′を付した位置に移動
することができる。これによって、噴射ノズル２の放圧は、高圧下にある燃料が
溢流通路１２と負荷軽減管路１３もしくは放圧管路とを介して燃料タンク２４内
に流出することによって行うことができる。これによって、制御構成要素４，５
５の故障時に、残りの構成部分が、生ぜしめられた過度に高い機械的な負荷に対
して防護されるようになっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 高圧アキュムレータと噴射ノズルとの間に配置された、モジュール式に形成さ
れた３ポート２位置切換弁装置を示す図である。

【図２】 焼嵌めされたスリーブ内で運動可能である、噴射経過を決定する流入側の段部
を備えた制御弁部材を示す図である。

【符号の説明】

１ 高圧アキュムレータ、 ２ 噴射ノズル、 ３ ３ポート２位置切換弁ユ
ニット、 ４ アクチュエータ、 ５ 制御弁部材、 ６ 直径、 ７ 直径、
７′ 直径、 ８ ストッパ、 ９ 高圧管路、 １０ 孔、 １１ 減圧孔
、 １２ 溢流通路、 １３ 負荷軽減管路、 １４ 制御ユニット、 １５
スリーブ、 １６ 弁絞り、 １７ 制御室、 １８ ストッパ、 １９，１９
′ 制御縁部、 ２０，２０′ 制御縁部、 ２１ 直径、 ２２ 直径、 ２
３ 段部、 ２４ 燃料タンク、 ２６ 高圧ポンプ、 ２７ 戻し管路、 ２
８ 供給管路、 ２９ 緩衝室、 ３０ ケーシング、 ５５ ２ポート２位置
切換弁

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のための燃料噴射装置であって、高圧アキュムレー
   タ（１）が設けられており、該高圧アキュムレータ（１）が、３ポート２位置切
   換弁（３）を介して噴射ノズル（２）に接続可能であり、３ポート２位置切換弁
   （３）が、制御弁部材（５）を有しており、該制御弁部材（５）が、供給管路（
   ２８）を高圧管路（９）に接続するかまたは燃料タンク（２４）内に開口する負
   荷軽減管路（１３）に接続する形式のものにおいて、制御弁部材（５）が、スト
   ッパ（８，１８）に向かい合って位置する端部領域に、制御弁部材（５）の行程
   を緩衝するエレメント（７，２１；６，２２）を有していることを特徴とする、
   内燃機関のための燃料噴射装置。
2. 【請求項２】 緩衝するエレメントが、制御弁部材（５）の端部領域にそれ
   ぞれ段付けされた直径（７，２１；６，２２）として形成されている、請求項１
   記載の燃料噴射装置。
3. 【請求項３】 制御弁部材（５）の端部領域が、行程運動を緩衝するための
   室（１７，２９）内にそれぞれ進入している、請求項１記載の燃料噴射装置。
4. 【請求項４】 上側の室（１７）内の圧力が、弁絞り（１６）によって放圧
   可能である、請求項３記載の燃料噴射装置。
5. 【請求項５】 制御弁部材（５）を取り囲むスリーブ（１５）が、３ポート
   ２位置切換弁（３）のケーシング（３０）内に焼嵌めされている、請求項１記載
   の燃料噴射装置。
6. 【請求項６】 制御弁部材（５）を取り囲む交換可能なスリーブ（１５）が
   、高価値の材料から成っている、請求項５記載の燃料噴射装置。
7. 【請求項７】 制御室（１７）の上方に設けられた２ポート２位置切換弁（
   ５５）が、電気的なアクチュエータ（４）によって制御される、請求項１記載の
   燃料噴射装置。
8. 【請求項８】 制御弁部材（５）の行程に関連する絞り手段が、行程制御式
   のピエゾアクチュエータであってよい、請求項７記載の燃料噴射装置。
9. 【請求項９】 ３ポート２位置切換弁（３）が、モジュールとして高圧アキ
   ュムレータ（１）と噴射ノズル装置（２）との間に配置されている、請求項１記
   載の燃料噴射装置。
10. 【請求項１０】 制御弁部材（５）の流入側の制御縁部（１９，１９′）の
    領域に、噴射経過を決定する段部（２３）が形成されている、請求項１記載の燃
    料噴射装置。
11. 【請求項１１】 噴射時における量損失が、制御弁部材（５）とスリーブ（
    １５）との間の制御縁部（１９，１９′；２０，２０′）の重なりによって最小
    限に抑えられている、請求項１記載の燃料噴射装置。
12. 【請求項１２】 内燃機関であって、燃料噴射装置が設けられており、該燃
    料噴射装置が、高圧アキュムレータ（１）（コモンレール）を備えており、該高
    圧アキュムレータ（１）が、３ポート２位置切換弁（３）を介して噴射ノズル（
    ２）に接続可能であり、制御弁部材（５）が設けられており、該制御弁部材（５
    ）が、供給管路（２８）を高圧管路（９）に接続するかまたは燃料タンク（２４
    ）内に開口する負荷軽減管路（１３）に接続する形式のものにおいて、制御弁部
    材（５）が、ストッパ（８，１８）に向かい合って位置する端部領域に、制御弁
    部材（５）の行程を緩衝するエレメント（７，２１；６，２２）を有しているこ
    とを特徴とする、内燃機関。