JP2003514188A - 噴射システムを制御するための制御エレメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、噴射システムのための制御エレメント（１）であって、噴射システムが、高圧集合容器（１２）を有しており、該高圧集合容器（１２）から高圧流入管路（７）が、当該制御エレメント（１）を取り囲むケーシング（６）に向かって延びている形式のものに関する。該ケーシング（６）は、リザーバ（２１）に通じる無圧の流出通路（８）と、噴射システム（３４，３５）に通じる接続孔（９）とを有している。流入側の制御縁部（１７，１８）の、高圧管路（７）の閉鎖を生ぜしめる重なりは、操作機構（２，３）の制御によって、当該制御エレメント（１）に対応配置された少なくとも１つの蓄力器（４）によって助成されて行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 背景技術 液圧的に運転したいインジェクタの上位の液圧的に駆動される噴射ポンプは、
圧送終了および各圧送開始を生ぜしめる制御動作を、運動可能な制御エレメント
によって実施する。この制御エレメントは、２ｍｓよりも小さく設定されていて
よい極めて短い切換時間内で制御される。制御エレメントが実施する行程は０．
３ｍｍよりも大きく設定されている。

【０００２】 複数のインジェクタに共通の高圧集合室（コモンレール）に接続されているイ
ンジェクタまたは液圧的に駆動される噴射ポンプでは、制御エレメントの行程運
動を実施するために、極めて短い切換時間もしくは制御時間が必要となり得る。
要求される切換時間は２ｍｓよりも小さく設定することができる。液圧的に負荷
される極めて小さなユニット、すなわち極めて小さな通流横断面のユニットでは
、直接的なソレノイド制御が使用され得る。直接的なソレノイド制御は、小さな
通流横断面を備えたユニットで使用され得る。このユニットには、行程距離が０
．３ｍｍよりも小さく設定されている行程運動が制御エレメントによって実施さ
れ得る場合に、たとえば３ポート２位置切換制御エレメントを形成することがで
きる。より長い調整エレメント行程が必要となる場合には、制御スプールとして
形成された制御エレメントの直接的なソレノイド制御がその限界に達してしまう
。

【０００３】 別の変化形は制御スプールのサーボ制御にある。しかし、このサーボ制御は、
制御縁部を閉鎖するためにその都度制御エレメントによって戻りたい行程距離が
前記限界を上回らない場合にしか実現することができない。ここでも、サーボ制
御が、有利には小さな通流横断面を備えた小さなユニットでしか使用されないと
いう、すでに述べた制約が当てはまる。したがって、このユニットでは、調整力
はまだサーボ制御によって制御可能なオーダ内にある。これに対して、より大き
な通流横断面を備えた調整ユニットが必要となる大型ディーゼルエンジンでの使
用時には、より大きな通流量ならびにこの通流量に基づくより大きな調整力が生
ぜしめられる。この調整力は、サーボモータによってだけまたは制御スプールの
、独占的なソレノイド制御によってだけではもはや制御することができない。

【０００４】 発明の利点 いま、本発明による解決手段によって、より大きな通流横断面のために用いら
れる弁ユニットの直接的な電子的な制御が実現可能となる。この制御は、とりわ
け大型ディーゼル使用のためにも適している。そこで生ぜしめられる高い圧力に
よって高い調整力が形成される。この調整力は、提案された蓄力器によって助成
された解決手段によって制御可能となる。より大きなユニットにおけるより大き
な調整距離は、本発明による解決手段によって著しく迅速に戻ることができ、生
ぜしめられる閉鎖力をより迅速に提供することができる。制御エレメントと、こ
の制御エレメントを取り囲むケーシングとの間の制御縁部の重なり度は、無圧の
流出管路に対する高圧流入管路の効果的なシールが獲得可能であるように選択す
ることができる。

【０００５】 制御エレメントの閉鎖運動を助成する蓄力器により流入側の調整エレメントを
負荷することによって、供給電圧の損失時のシステム安定性が保証されている。
流入側の端部に対応配置された、たとえばコイルばねとして形成された蓄力器は
、電圧損失の場合に一方の操作機構において常に高圧流入管路の閉鎖が保証され
ているように設定されている。高圧流入管路と無圧の流出通路との開制御もしく
は閉制御を制限するために、ケーシングに設けられた、制御エレメントを取り囲
む孔内に、蓄力器の予荷重もしくはプレロードを制限するストッパが設けられて
いる。

【０００６】 たとえば制御スプールとして形成された本発明による制御エレメントは、極め
て高い圧力下にある燃料を燃焼室内に噴射するために噴射ノズルに接続すること
ができるかまたは液圧的に運転可能なピストンポンプへの燃料の供給に役立つこ
とができる。蓄力器を助成する調整システムとしての制御エレメントの本発明に
よる構成によって、最短の切換時間にもかかわらず延長された行程距離を実現す
ることができる。制御エレメントにおける短い切換時間は、制御エレメント端部
に対応配置されたそれぞれ１つの蓄力器によって実現可能である。この蓄力器は
、一方の操作機構の制御によって形成された制御エレメント運動を助成し、これ
によって、切換時間を短縮する。電流損失時のシステム安定性は、並列に配置さ
れていてもよいし直列に配置されていてもよい、有利にはコイルばねの寸法設定
に応じて、電流損失時に、高圧流入管路の閉鎖を助成する蓄力器が、制御スプー
ルとして形成された制御エレメントの流入側の端部により高い閉鎖力を形成する
ためにより大きく寸法設定されていることによって実現することができる。

【０００７】 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。

【０００８】 図１に示した構成には、個々に制御可能な２つの操作機構を介して運動可能で
ある制御エレメントを備えた３ポート２位置切換弁が示してある。

【０００９】 ３ポート２位置切換弁のケーシング６内には、制御スプールとして形成された
制御エレメント１が収容されている。この制御エレメント１の各端部には面が設
けられている。この面は操作機構２，３に向かい合って配置されている。この操
作機構２，３は、有利には、電気的に制御可能な電磁石として形成されている。
この電磁石は、両操作機構２，３を互いに別個に制御する制御ユニット１５によ
って制御することができる。電磁石として有利に形成された操作機構２，３には
、制御エレメント１の直径に比べて大きな直径で寸法設定された面が向かい合っ
て位置している。

【００１０】 制御スプールとして形成された制御エレメント１はケーシング６の孔３１内に
収容されている。制御エレメント１を取り囲む孔３１は、両構成部分の互いの相
対運動時に生ぜしめられる漏れ損失を可能な限り小さく保つために、最も狭い公
差で形成されている。制御エレメント１は運動可能な構成部分として、有利には
高価値の材料から製造されているのに対して、３ポート２位置切換弁のケーシン
グ６はより廉価な材料から成っていてよい。制御エレメント１には、互いに面し
た側の端面で互いに間隔を置いて配置された円筒状の２つの閉鎖体３２が設けら
れている。両閉鎖体３２は、一方では中空室２８をケーシング６の孔３１の内部
に仕切っていて、他方では制御エレメント１の流入側の端部と流出側の端部とに
それぞれ対応配置された蓄力器４；５のための環状の当接面として働く。蓄力器
４，５は、有利にはコイルばねとして形成することができる。制御エレメント１
における形成可能な予荷重力もしくはプレロード力を増大させるために、コイル
ばねはばねセットとして、たとえば並列に互いに内外に差し込まれて形成されて
いてもよいし、直列に相前後して位置するように配置されてもよい。コイルばね
の代わりに、たとえばばねリングまたは皿ばねのようなばねエレメントをケーシ
ング６の孔３１内に、制御エレメント１を負荷する蓄力器４，５として設けるこ
ともできる。

【００１１】 孔３１内には、制御エレメント１の行程距離を制限する環状の当接面１３；１
４もしくはストッパが形成されている。このストッパ１３，１４は、たとえば環
状に延びるスリーブエレメントとして孔３１内に焼嵌めすることができる。スト
ッパ１３，１４は、流入側の閉鎖円筒体３２がストッパ１４に接触している場合
に、流入側に設けられた円筒状の閉鎖エレメント３２によって高圧流入管路７が
ケーシング側の制御縁部１７と、スプール側で円筒状の閉鎖体３２に設けられた
制御縁部１８とによってまさに開放されているのに対して、流出側の閉鎖円筒体
３２がストッパ１３に接触している場合に、図１に示したように、無圧の流出通
路８がリザーバ２１に向かってまさに開放されており、これによって、中空室２
８内にまだ存在している過剰の燃料もしくはエンジンオイルが流出できるように
、孔３１内に配置されている。

【００１２】 図１に示したケーシング６には高圧流入管路７が形成されている。この高圧流
入管路７を介してケーシング６は高圧集合室１２に接続されている。この高圧集
合室１２（コモンレール）は高圧ポンプ２３を介して、たとえば、リザーバ２１
からの燃料で負荷される。リザーバ２１内を支配している現在の燃料液面レベル
は符号２２で示してある。ケーシング６から延びる無圧の流出管路８はリザーバ
２１内に直接開口していて、過剰の燃料をリザーバ２１内に戻し案内する。

【００１３】 内燃機関のための噴射システムでは、高圧集合室１２が、極めて高い圧力下に
ある燃料で負荷される。３ポート２位置切換弁を介して同様に負荷され得る高圧
ポンプでは、高圧集合室１２が、燃料の代わりに鉱油、たとえばエンジンオイル
で充填されている。両操作機構２，３は抗張棒２６；２７を介して互いに結合す
ることができる。操作機構２，３自体には、両操作機構２，３を互いに緊締する
ために止めナットもしくは位置固定ナット２９を設けることができる。

【００１４】 本発明により提案された３ポート２位置切換弁の機能形式は、制御装置１５に
よって制御線路３０を介して操作機構２，３、有利には電磁石を制御することに
基づき行われる。図１に示した制御エレメント１の位置では、たとえば流入側の
操作機構２が制御されていて、制御エレメント１の、操作機構２に向かい合って
位置する面を突き離しているのに対して、流出側で位置決めされた操作機構３は
、制御エレメント１に設けられた、操作機構３に向かい合って位置する面を引き
寄せている。流入側に配置された蓄力器４の弛緩によって助成されて、高圧流入
管路７は、ケーシング側の制御縁部１７とスプール側の制御縁部１８との重なり
によって閉鎖される。図１に示した制御エレメント１の調整状態では、燃料量ま
たはエンジンオイル量が供給管路９内に到達させられているのに対して、中空室
２８の開放後、無圧の流出通路８の開制御によって過剰の燃料または場合によっ
ては過剰のエンジンオイルは使用に応じてリザーバ２１内に戻ることができる。

【００１５】 制御エレメント１の、逆方向に経過する運動時には、流出側に設けられた操作
機構３の制御は、制御エレメント１の、操作機構３に向かい合って位置する面が
突き離されるように行われる。流入側に配置された操作機構２は、制御エレメン
ト１の、操作機構２に向かい合って位置する流入側の面が引き寄せられるように
制御ユニット１５によって制御することができる。これによって、制御エレメン
ト１が高圧管路７に向かって運動させられ、重なるケーシング側の制御縁部２０
と、円筒状の閉鎖体３２に設けられた制御縁部１９とによって流出縁部８を閉鎖
する。この場合、流入側に設けられた蓄力器４は、流入側の閉鎖円筒体３２がス
トッパ１４に接触するまで圧縮される。流出通路８の閉鎖運動は流出側の蓄力器
５によって助成される。この蓄力器５はその弛緩によって閉鎖運動を助成してい
る。

【００１６】 高圧管路７の閉鎖運動から流出側の流出通路８の開放にまで経過する期間の間
、供給管路９は短時間、中空室２８内に閉じ込められた流体容積によってしか負
荷されておらず、この流体容積を供給管路９を介して、３ポート２位置切換弁の
ケーシング６に接続された噴射システムに引き続き案内している。

【００１７】 制御エレメント１の軸線２５に対して同軸的に閉鎖円筒体３２が収容されてい
る。この閉鎖円筒体３２の端面には、設定したい燃料量またはエンジンオイル量
を制限する制御縁部を、負荷したい噴射システムに応じて簡単にかつ廉価に製造
することができる。噴射したい容量の正確な調量に加えて、制御縁部対１７，１
８；１９，２０の重なりの程度によって、漏れ損失のために、最小限に制限され
たシールが働く。中空室２８内にその都度閉じ込められた燃料量またはエンジン
オイル量は、制御エレメント１の、両閉鎖円筒体３２を互いに結合させる区分の
直径の設定によって正確に設定することができる。

【００１８】 図１ａには、接続孔に接続された噴射システムとして噴射ノズル１０が概略的
な配置形式で示してある。この噴射ノズル１０の、ノズルニードル閉鎖部によっ
て開放可能である開口３５は内燃機関の燃焼室内に突入している。これに対して
選択的に、噴射システムとして、図１ｂに概略的に示した高圧ポンプ１１を、た
とえばエンジンオイルで負荷することもできる。この高圧ポンプ１１は管路３４
を、高められた圧力で負荷する。圧力室は遮断弁３３によってシールすることが
でき、規定された前調整可能な過圧を超越してから開放することができる。高圧
ポンプ１１を負荷するための本発明による３ポート２位置切換弁のこの使用事例
では、高圧集合室１２が燃料の代わりに高い圧力下にある（ここでは、単に例示
的に呼ばれているにすぎない）エンジンオイルで負荷される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 制御エレメントに対応配置された、電気的に制御可能な操作機構を備えた３ポ
ート２位置切換弁の構成を示す図である。

【図１ａ】 ３ポート２位置切換弁のケーシングに接続可能な噴射ノズルを示す図である。

【図１ｂ】 液圧的に駆動される高圧ポンプを示す図である。

【符号の説明】

１ 制御エレメント、 ２ 操作機構、 ３ 操作機構、 ４ 蓄力器、 ５
蓄力器、 ６ ケーシング、 ７ 高圧流入管路、 ８ 流出通路、 ９ 供
給管路、 １０ 噴射ノズル、 １１ 高圧ポンプ、 １２ 高圧集合室、 １
３ ストッパ、 １４ ストッパ、 １５ 制御ユニット、 １７ 制御縁部、
１８ 制御縁部、 １９ 制御縁部、 ２０ 制御縁部、 ２１ リザーバ、
２２ 燃料液面レベル、 ２３ 高圧ポンプ、 ２５ 軸線、 ２６ 抗張棒
、 ２７ 抗張棒、 ２８ 中空室、 ２９ 位置固定ナット、 ３０ 制御線
路、 ３１ 孔、 ３２ 閉鎖体、 ３３ 遮断弁、 ３４ 管路、 ３５ 開
口

───────────────────────────────────────────────────── 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 55/02 ３１０ Ｆ０２Ｍ 55/02 ３１０Ｃ Ｆ１６Ｋ 11/07 Ｆ１６Ｋ 11/07 Ｆ 31/06 ３０５ 31/06 ３０５Ｚ ３８５ ３８５Ａ Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA19 BA26 CA01T CB12 CB16 CC06T CC14 CE12 CE13 CE22 CE34 3H067 AA17 DD05 DD13 DD32 ED11 FF11 GG14 3H106 DA08 DA25 DA32 DC09 DC18 DD03 EE48 FA08 GC02 KK18

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 噴射システムのための制御エレメントであって、噴射システ
   ムが、高圧集合容器（１２）を有しており、該高圧集合容器（１２）から高圧流
   入管路（７）が、当該制御エレメント（１）を取り囲むケーシング（６）に向か
   って延びており、該ケーシング（６）が、リザーバ（２１）に通じる無圧の流出
   通路（８）と、噴射システム（３４，３５）に通じる接続孔（９）とを有してい
   る形式のものにおいて、流入側の制御縁部（１７，１８）の、高圧管路（７）の
   閉鎖を生ぜしめる重なりが、操作機構（２，３）の制御と、当該制御エレメント
   （１）に設けられた蓄力器（４）の弛緩とによって行われるようになっているこ
   とを特徴とする、噴射システムのための制御エレメント
2. 【請求項２】 当該制御エレメント（１）が、閉鎖体（３２）を有しており
   、該閉鎖体（３２）に制御エレメント側の制御縁部（１８，１９）が形成されて
   いる、請求項１記載の制御エレメント。
3. 【請求項３】 閉鎖体（３２）が、ケーシング（６）に形成された制御縁部
   （１７，２０）と協働するようになっている、請求項２記載の制御エレメント。
4. 【請求項４】 当該制御エレメント（１）が、ケーシング（６）に支持され
   た少なくとも１つの蓄力器（４，５）によって負荷されている、請求項１記載の
   制御エレメント。
5. 【請求項５】 制御スプール（１）の制御縁部（１８，１９）の間に位置す
   る中空室（２８）から接続孔（９）が、噴射システム（３４，３５）に向かって
   分岐している、請求項２記載の制御エレメント。
6. 【請求項６】 高圧流入通路（７）と無圧の流出通路（８）との最大の開放
   が、孔（３１）内に当該制御エレメント（１）のために設けられたストッパ（１
   ３，１４）によって制限されている、請求項１記載の制御エレメント。
7. 【請求項７】 当該制御エレメント（１）の端部にそれぞれ向かい合って位
   置する操作機構（２，３）が、それぞれ互いに無関係に制御ユニット（１５）に
   よって制御可能である、請求項１記載の制御エレメント。
8. 【請求項８】 操作機構（２，３）が、電磁石として形成されている、請求
   項７記載の制御エレメント。
9. 【請求項９】 制御スプール（１）による高圧流入通路（７）の閉鎖と無圧
   の流出通路（８）の開放とが、操作機構（２，３）の制御の後に流出側の蓄力器
   （５）の作用に抗して行われるようになっている、請求項１記載の制御エレメン
   ト。
10. 【請求項１０】 当該制御エレメント（１）による流出通路（８）の閉鎖と
    高圧流入通路（７）の開放とが、操作機構（２，３）の制御の後に流入側の蓄力
    器（４）の作用に抗して行われるようになっている、請求項１記載の制御エレメ
    ント。