JP2003513197A - 貫流制限機能を組み込まれた燃料インジェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、内燃機関用の燃料噴射装置であって、高圧ポンプを介して充填可能な共通の高圧集合室（コモンレール）が設けられており、該高圧集合室が噴射弁と接続されており、該噴射弁が、３ポート２位置方向切換え弁として形成された制御部分（２）を有しており、該制御部分（２）に、高圧供給通路（１８）を噴射ノズル（１３）に通じる噴射通路（９，９′）と又は放圧通路（４）と接続する制御面（５，６；１９）が設けられており、さらに制御部分（２）が制御される流出通路（２３）によって操作可能である形式のものにおいて、制御部分（２）が、孔（１１）を介して中空室（７）と接続されている絞りエレメント（１０）を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 産業上の利用分野 充填可能な高圧集合室（コモンレール）を備えた燃料噴射装置では、常に極端
に高い系圧によって負荷され得るインジェクタが使用され、このことは一方では
燃料の遅延のない噴射を可能にするが、他方では、噴射後におけるわずかな後噴
射を、噴射終了時における迅速なニードル閉鎖によって阻止することを必要とす
る。

【０００２】 従来の技術 ヨーロッパ特許公開第０６５７６４２号明細書に開示された内燃機関用の燃料
噴射装置では、高圧集合室が噴射弁と常に接続されている。高い系圧が常に噴射
弁に作用することを回避するために、制御弁は次のように、すなわち制御弁が噴
射ポーズ中に噴射部材において高圧集合室への噴射部材の接続部を閉鎖し、噴射
弁と放圧室との間における接続部が開放制御するように、構成されている。これ
によって、ばね力によってもたらされる形成すべき閉鎖力が低下してしまうこと
がある。系圧高さに対する常に高まる要求は、より大きな閉鎖力を必要とするが
、これはばねの異なった寸法設定を要する。しかしながら可動のばねのために利
用できる構造スペースは限られている。

【０００３】 ドイツ連邦共和国特許公開第１９７０１８７９号明細書に開示された内燃機関
用の燃料噴射装置では、制御可能な電磁弁を用いて、圧力下にある作業室に開口
する放圧通路が次のように、すなわち制御弁が開放位置にもしくは閉鎖位置に移
動可能であるように、開放制御可能である。

【０００４】 発明の記載 制御部分に設けられた絞りエレメントによって、付加的に必要な部材又は大き
な閉鎖力を生ぜしめるコイルばねに頼る必要なしに、制御部分に対して作用する
閉鎖力を高めることができる。そしてこれによって、噴射終了時におけるノズル
ニードルの迅速な閉鎖と、高圧集合室からの高圧供給路に対する密な閉鎖とが保
証される。制御部分における閉鎖力の上昇は、ばね室における圧力の上昇による
極めて少量の燃料の後噴射をも阻止する。噴射動作中に、ばねエレメントが設け
られているばね室は、高い噴射圧下にある燃料によって負荷されている。噴射動
作中に、制御部分のそばに設けられている放圧通路は、制御部分の制御縁によっ
て閉鎖されるので、噴射中に高い燃料圧はばね室においても作用し、その結果制
御部分の開放時間の関数（Funktion）としてばね室内においては、噴射終了後に
生じる制御部分の戻り動作に有利な燃料圧が形成される。

【０００５】 制御部分を取り囲むスリーブにおいて該制御部分に対向して位置して、別の絞
りエレメントが、無圧の放圧通路内に設けられている。噴射動作の終了後に放圧
通路におけるこの絞りは、噴射ノズルにおいてキャビテーションが発生するのを
阻止する。絞りエレメントの横断面を相応に寸法設定すると、一方ではばね室を
完全に放圧することができ、かつ他方ではばね室の完全な放圧を次のことによっ
て、すなわち絞りエレメントの横断面の適宜な寸法設定によってばね室内におけ
る高められた残留圧が予め調節可能でかつ維持されることによって、阻止するこ
とが可能である。

【０００６】 本発明による解決策によって得ることができる別の利点としては、内燃機関の
最初の始動前に、３ポート２位置方向切換え弁である制御部分の絞りエレメント
によって内燃機関が空気抜き可能である、ということが挙げられる。

【０００７】 本発明による解決策の、噴射弁の噴射確実性のために有利な効果としては、絞
りエレメント及び孔を介して行われて徐々に生ぜしめられる、ノズルニードルと
ばね室とにおける圧力バランスが挙げられ、このような圧力バランスは、例えば
電磁弁の非閉鎖や座における制御部分の引っ掛かりや摩擦によって、噴射弁にお
いて機能障害が生じた場合に生ぜしめられる。圧力バランスは所定の時間内にお
いて行われる。圧力バランスのための絞りエレメントの横断面が利用できる時間
は、最大の系圧において最大噴射量を規定する。最小の噴射量を上回る最大の噴
射量は、制御部分における絞りエレメントの横断面の適宜な寸法設定によって次
のように、すなわち最大噴射量で機関に噴射が行われた場合でも機関が損傷を被
らないように、設計されることができる。

【０００８】 このように機械的に制御される最大噴射量によって、発生していない制御信号
や長過ぎる制御信号の形で生じる電子的なエラー機能をも捕捉することができる
。

【０００９】 図面 次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。

【００１０】 図１は、高圧集合室（コモンレール）を介して負荷されるインジェクタを示す
断面図であり、 図２は、電磁弁とばね室との間における３ポート２位置方向切換え弁の制御部
分を拡大して示す図である。

【００１１】 実施例 図１には、高圧集合室（コモンレール）を介して負荷される、つまり燃料供給
されるインジェクタが示されている。

【００１２】 インジェクタの、噴射ノズルとは反対側の端部には、２ポート２位置方向切換
え弁が設けられており、この２ポート２位置方向切換え弁は有利には電気的に制
御可能な電磁弁として構成されている。２ポート２位置方向切換え弁１は次のよ
うな課題、すなわち有利には制御スプールとして形成された制御弁２の上に設け
られた制御室に存在する高圧を、放圧通路を開放することによって放圧するとい
う課題を有している。放圧通路を開放することによって、供給通路１８内におい
て高圧下にある燃料は、噴射ノズル１３のノズルニードル８に通じる高圧通路９
，９′と接続される。そして噴射ノズル１３を用いて、高圧下にある燃料は噴射
開始時に、規定されて計量された量が内燃機関の燃料室内に噴射される。

【００１３】 図２に拡大されて詳しく示されている制御部分２は、スリーブによって取り囲
まれ、このスリーブは、燃料通路４，１８及び高圧通路９のための流入孔及び流
出孔を備えている。スリーブ１２自体はケーシング２１内に設けられている。ケ
ーシング２１内にはばね室７が設けられており、このばね室７の中にはコイルば
ね２４が収容されている。コイルばね２４は一方では一対のディスク２６に支持
されていて、かつ他方の端部では、ノズルニードル８を受容するリング状の挿入
体に支持されており、このノズルニードル８によって噴射ノズル１３は開放され
、かつ噴射終了後に再び閉鎖されることができる。

【００１４】 図１に示されたインジェクタと高圧集合室（コモンレール）との接続は、高圧
通路１８を介して行われる。高圧集合室は図１には示されていない。無圧の放圧
通路４は余剰の燃料を、同様に図示されていない燃料タンクに戻す。比較的安価
な材料から製造することができるインジェクタケーシング２１と比較して、制御
部分２を取り囲むスリーブ１２及び制御部分２自体は高価な材料から製造されて
いる。制御部分２と該制御部分２を取り囲むスリーブ１２との間の相対運動時に
生じる漏れ損失を最小にするために、制御部分２及びスリーブ１２は互いに最小
の製作誤差をもって構成されている。

【００１５】 図２には、ケーシング２１内に設けられていてスリーブ１２によって取り囲ま
れている制御部分２が、詳しく示されている。

【００１６】 インジェクタケーシング２１内に受容された２ポート２位置方向切換え弁１に
よって、閉鎖体１５は開放されることができ、この閉鎖体１５は休止状態では、
ばねエレメント１６によって負荷されて、ストッパ１７にもけられた放圧孔２３
を閉鎖している。放圧孔２３は小さな貫流横断面を備えて構成されており、これ
によって放圧孔２３は絞りとして作用する。インジェクタケーシング２１内に開
口する高圧供給通路１８を介して、インジェクタへの高圧下にある燃料の供給が
行われる。高圧集合室（コモンレール）から延びる高圧供給通路１８は、スリー
ブ１２の孔に開口している。有利には制御スプールとして形成された制御部分２
は、２ポート２位置方向切換え弁１の制御時に、制御室２２に開口する放圧孔２
３を開放し、これによって制御室２２内における圧力が低下する。これによって
制御スプール２は、制御部分２を受容するスリーブ１２の孔２０を制限するスト
ッパ面１７に向かって移動させられる。

【００１７】 制御室２２内における圧力低下時に、制御部分２は弁座３において開放し、高
圧下にある燃料は、制御段部１９に沿って、噴射ノズル１３に通じる高圧通路９
，９′に接続する。噴射動作の経過には主として、制御段部１９の形状によって
影響を与えることができる。高圧下にある燃料は、噴射ノズルに通じる通路であ
る高圧通路９，９′に供給されるだけではなく、制御部分２内において制御縁５
，６の前に配置された絞りエレメント１０にも供給される。例えば制御部分２に
おける安価な孔として形成されているこの絞りエレメント１０は、制御部分２の
軸方向孔１１に開口しており、この軸方向孔１１はさらに中空室７に開口してい
る。インジェクタケーシング２１のこの中空室７内には、ばねエレメント２４が
支持されているディスク２６が設けられている。ばねエレメント２４の他方の端
部は、中空室７の、ノズルニードル８に向けられた端部において支持されている
。

【００１８】 噴射動作中に、ばね室７内における圧力は制御弁２の開放時間に関連して高め
られる。これによって中空室７内でノズルニードル８（図１）とは反対側におい
て圧力が形成される。したがって噴射終了頃に、つまり２ポート２位置方向切換
え弁１が閉鎖されると、制御室２２における圧力が上昇し、制御部分２は制御ケ
ーシング２１において弁座３に向かって運動し、制御部分２に形成された制御縁
５，６による放圧通路４の開放によって、噴射ノズル１３の緊張が低下させられ
る。

【００１９】 同様に孔として制御部分２を取り囲むスリーブ１２内には、別の絞りエレメン
ト１４が形成されており、この絞りエレメント１４は放圧通路４に設けられてい
る。この別の絞りエレメント１４は、気化圧を下回るような値に燃料圧が急激に
降下することを阻止し、つまりこの別の絞りエレメント１４によってキャビテー
ションが阻止される。

【００２０】 ばね室７内において噴射動作中に、制御部分２の開放時間に相応して、連続的
に圧力が上昇させられるので、ばね室７に向かっての制御部分２の閉鎖運動によ
って、制御部分２のための閉鎖圧の上昇が達成される。これによって、場合によ
っては弁座３と制御段部１９との間において生じる漏れを、有利に回避すること
ができ、このような漏れは、極めて不都合な燃料の後噴射を惹起することがある
。

【００２１】 個々の噴射動作と噴射動作との間において、ばね室７は絞りエレメント１０の
開放横断面によって放圧されることができる。制御縁５，６を通して燃料は放圧
通路４を介して、図示されていない燃料タンクに戻されることができる。絞りエ
レメント１０において選択された横断面に応じて、ばね室７の完全な放圧を実施
することができる。制御部分２における絞りエレメント１０の絞り横断面を相応
に寸法設定すると、ばね室７内において、機関回転数に関連した残留圧を維持す
ることも可能であり、これによって高回転数時におけるノズル開放圧を高めるこ
とができる。

【００２２】 内燃機関の最初の始動時に、内燃機関の燃焼室は空気抜きされると有利である
。このようにすると、機関のより容易な始動を達成することができる。

【００２３】 本発明による解決策によって、機械的又は電子的な機能障害の不都合な影響を
有利に回避することができる。例えば２ポート２位置方向切換え弁１において非
シール性が発生したり、ばね１６が破損したり、又は制御部分２がスリーブ１２
内において引っ掛かったりした場合には、ノズルニードル８はその座において、
他方の側におけると同じ圧力で負荷され、この他方の側においては絞りエレメン
ト１０と孔１１とばね室７とを介して、徐々に等しい圧力が形成される。圧力バ
ランスが徐々に形成される時間は、絞りエレメント１０における絞り横断面によ
って規定される。ノズルニードル８において最大系圧時に圧力バランスが要する
時間は、最大噴射量を決定する。公称の噴射量を上回る最大噴射量は、絞りエレ
メント１０における絞り横断面の設定によって次のように、すなわち内燃機関の
燃焼室内への最大噴射量の噴射時に内燃機関が損傷を被らないように、規定する
ことができる。

【００２４】 電子的な機能障害が電磁弁１における長すぎる制御信号という形で現れると、
この機能エラーは絞りエレメント１０における絞り横断面の相応な寸法設定によ
って機械的な方法で解決することができる。それというのは、最大噴射量は機械
的な方法で所定されているからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 高圧集合室（コモンレール）を介して負荷されるインジェクタを示す断面図で
ある。

【図２】 電磁弁とばね室との間における３ポート２位置方向切換え弁の制御部分を拡大
して示す図である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関用の燃料噴射装置であって、高圧ポンプを介して充
   填可能な共通の高圧集合室が設けられており、該高圧集合室が噴射弁と接続され
   ており、該噴射弁が、３ポート２位置方向切換え弁として形成された制御部分（
   ２）を有しており、該制御部分（２）が、高圧供給通路（１８）を噴射通路（９
   ，９′）又は放圧通路（４）と接続する制御面（５，６，１９）を備えており、
   さらに制御部分（２）が制御される流出通路（２３）によって操作可能である形
   式のものにおいて、制御部分（２）、孔（１１）を介して中空室（７）と接続さ
   れている絞りエレメント（１０）を有していることを特徴とする、内燃機関用の
   燃料噴射装置。
2. 【請求項２】 孔（１１）が絞りエレメント（１０）を介してノズル供給路
   （９）と接続されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 【請求項３】 放圧通路（４）に、噴射ノズル（１３）の放圧時におけるキ
   ャビテーションを阻止する別の絞りエレメント（１４）が設けられている、請求
   項１記載の燃料噴射装置。
4. 【請求項４】 制御部分（２）の制御縁（５，６）による放圧通路（４）の
   閉鎖によって、該制御部分（２）に作用する閉鎖圧が高められる、請求項１記載
   の燃料噴射装置。
5. 【請求項５】 絞りエレメント（１０）の横断面の寸法設定によって、中空
   室（７）が完全に放圧される、請求項１記載の燃料噴射装置。
6. 【請求項６】 内燃機関の回転数に関連して、絞りエレメント（１０）の横
   断面の寸法設定によって、噴射ノズル（１３）の開放圧を高める中空室（７）に
   おける残留圧が調節可能である、請求項１記載の燃料噴射装置。
7. 【請求項７】 絞りエレメント（１０）によって中空室（７）が内燃機関の
   最初の始動時に空気抜き可能である、請求項１記載の燃料噴射装置。
8. 【請求項８】 制御部分（２）における絞りエレメント（１０）によって、
   制御部分（２）の機能障害時に、ノズルニードル（８）と中空室（７）との間に
   おいて圧力バランスが生ぜしめられる、請求項１記載の燃料噴射装置。
9. 【請求項９】 絞りエレメント（１０）の横断面によって、最大の系圧が存
   在する場合に、ノズルニードル（８）において生じる圧力バランスの時間差が所
   定可能であり、これによって最大噴射量が制限される、請求項８記載の燃料噴射
   装置。