JP2003519752A - 制御室内の圧力を上昇させる、内燃機関の燃料噴射システムのインジェクタのための制御弁 - Google Patents

制御室内の圧力を上昇させる、内燃機関の燃料噴射システムのインジェクタのための制御弁

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JP2003519752A JP2001551976A JP2001551976A JP2003519752A JP 2003519752 A JP2003519752 A JP 2003519752A JP 2001551976 A JP2001551976 A JP 2001551976A JP 2001551976 A JP2001551976 A JP 2001551976A JP 2003519752 A JP2003519752 A JP 2003519752A
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Abstract

(57)【要約】 内燃機関のための噴射システムのインジェクタのための制御弁(15)であって、作動部材(45)の作動距離の一部が、制御室(11)内の増圧のために利用されるものが提案される。これによりノズルニードル(19)の閉鎖時間が減じられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、請求項1の上位概念に記載の形式の、内燃機関のための燃料噴射シ
ステムのインジェクタのための制御弁ならびに、請求項15の上位概念に記載の
形式の内燃機関のための燃料噴射システムのインジェクタに関する。
【0002】 技術的な一連の進歩のなかで、インジェクタの制御弁およびインジェクタ自体
をできるだけコンパクトに形成すると同時に短い閉鎖時間を実現させようという
努力がなされている。欧州特許第0740068号明細書により公知のインジェ
クタでは、制御室がノズルニードルの端面によって制限される。これによりコン
パクトな構成形式が得られる。しかしながらノズルニードルの閉鎖速度はこのよ
うな措置により減じられてしまう。何故ならばノズルニードルの閉鎖運動の方向
では液圧的な力の補償が得られないからである。
【0003】 本発明の課題は、コンパクトに構成でき、噴射ノズルの閉鎖速度が高いような
、インジェクタのための制御弁を提供することである。
【0004】 この課題は本発明によれば、内燃機関のための燃料噴射システムのインジェク
タのための制御弁であって、ケーシングを有しており、制御弁が、作動部材を有
していてアクチュエータによって操作され、制御弁によって燃料戻し部とインジ
ェクタの制御室との間が液圧的に接続可能である形式のものにおいて、作動部材
が圧力ピストンと作用結合しており、制御室が制御弁から液圧的に分離される、
制御弁の切替位置に達する前に、圧力ピストンが制御室を制御弁から液圧的に分
離し、前記切替位置に達するまでの制御弁の残された作動距離は、圧力ピストン
による制御室内の増圧のために利用されることにより解決される。
【0005】 発明の効果 本発明の制御弁の有する利点は、制御弁の作動運動の一部によって、制御室に
おける押しのけ作業が行われ、従って制御室における圧力が作動運動によって高
められることにある。これにより制御弁の閉鎖時における制御室内での急激な圧
力上昇が得られ、従って、ノズルニードルに作用する閉鎖力も急激に増大する。
その結果、閉鎖期間が短縮される。短縮された閉鎖期間により、前噴射量を精密
に調量することができ、主噴射の制御もより正確かつ大きな自由度によって行え
る。
【0006】 本発明の変化実施例では、作動部材と、ケーシングの孔とが環状室を形成し、
該環状室の第1の端部は、燃料戻し部と液圧的に接続されており、第2の端部は
、制御室と液圧的に接続されていて、作動部材が、第1のガイド孔内にガイドさ
れたプランジャによって軸方向摺動可能であって、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。選択的な構成では、作動部材が、環状室を燃料戻し
部からシールするための手段を有している。これにより、本発明による制御弁は
、2ポート2位置制御弁を基本として、または3ポート2位置制御弁を基本とし
て実現可能である。
【0007】 本発明の補完的な構成では、圧力ピストンが、作動部材の、プランジャとは反
対側の端部で、作動部材に接続されていて、前記第1のガイド孔に対して同心的
に、環状室の反対側の端部に、制御縁部を備えた第2のガイド孔が設けられてお
り、第2のガイド孔が、最初は制御縁部で圧力ピストンによって閉鎖可能である
。これにより、制御室内の押しのけ作業は、簡単かつ有効に制御弁の作動運動と
連動される。
【0008】 本発明の別の実施例では、環状室を燃料戻し部からシールするための手段及び
/又は環状室を制御室からシールするための手段が、プランジャの長手方向軸線
に対して同心的に配置された円錐台形状のそれぞれ1つのシール円錐を有してい
る。これにより制御弁の全耐用期間にわたって、良好なシール作用が得られる。
【0009】 本発明のさらに別の構成では、孔と制御室と燃料戻し部との間にシール面が形
成されており、該シール面は、環状室を制御室からシールするための手段と、及
び/又は環状室を燃料戻し部からシールするための手段と協働する。これにより
シール面を簡単かつ省スペースで配置することができる。
【0010】 本発明の別の構成では、閉鎖ばねが設けられており、該閉鎖ばねは、アクチュ
エータの操作方向で作動部材に作用する。これにより、システム圧がない場合で
も、制御弁は常に所定の切替位置をとっている。
【0011】 別の実施例では、ケーシングは2つの部分から形成されているので、製造及び
組み付けが容易である。
【0012】 本発明の別の構成では、制御弁が2ポート3位置切替弁である。これにより、
極めて小さな噴射量の調量が改善されると同時に大きな主噴射量を得ることがで
きる。
【0013】 本発明の別の構成では、プランジャの、作動部材とは反対側の端面と、アクチ
ュエータによって操作されるピストンとが、液圧変換器の、液体を充填される圧
力室を制限する。これによりアクチュエータの作動距離および作動力を、本発明
による制御弁もしくはインジェクタにおいて必要な値に適合させることができる
【0014】 本発明の別の構成では、アクチュエータがピエゾアクチュエータであるので、
大きな作動力と迅速な反応が保証されている。
【0015】 本発明の別の構成では、作動部材が回転対称的であって、特にほぼ円筒状であ
るか、または、作動部材が球状に形成されていて、燃料戻し部から環状室をシー
ルするための手段及び/又は制御室から環状室をシールするための手段が、球表
面上で延びるシールラインである。即ち、適当な運転条件に応じて適当な作動部
材を有することができる。
【0016】 本発明の別の構成では、燃料噴射システムが、コモンレール噴射システムであ
る。従って、本発明による制御弁の効果は、この噴射システムにおいても有利で
ある。
【0017】 前述した本発明の課題は、本発明によれば、内燃機関のための燃料噴射システ
ムのためのインジェクタであって、ケーシングが設けられており、アクチュエー
タによって操作される制御弁が設けられており、該制御弁によって燃料戻し部と
、インジェクタの制御室との間の液圧的な接続部が形成可能である形式のものに
おいて、前記制御弁が、請求項1から14までのいずれか1項記載の制御弁であ
ることによっても解決される。このようなインジェクタは、前述した本発明の利
点を有している。
【0018】 本発明の別の実施例では、制御室が、ノズルニードルの端面によって制限され
る。これにより本発明のインジェクタを特にコンパクトに形成することができ、
しかも本発明によるインジェクタの閉鎖時間は極めて短くなる。
【0019】 実施例の説明 図1には本発明によるインジェクタ1が示されている。図示されていない高圧
接続部を介して燃料が、供給通路5を介して噴射ノズル7へ、また供給絞り9を
介して制御室11へ供給される。制御室11は略示した流出通路を介して流出絞
り13に接続されていて、概略的に示した制御弁15を介して間接的に燃料戻し
部17に接続されている。
【0020】 制御室11はノズルニードル19によって制限されている。ノズルニードル1
9は、噴射と噴射の間の圧力下にある燃料が燃焼室(図示せず)に流れるのを阻
止する。ノズルニードル19は大きい直径部25から小さい直径部27へと変化
する横断面変更部23を有している。ノズルニードル19は大きい直径部25で
ケーシング29内にガイドされている。横断面変更部23は噴射ノズル7の圧力
室31を制限している。
【0021】 流出絞り13が閉鎖されている状態では、ノズルニードル19の端面33が、
横断面変更部23の環状面よりも大きいことにより、ノズルニードル19の端面
33に作用する液圧的な力は、横断面変更部23に作用する液圧的な力よりも大
きい。従って、ノズルニードル19はノズルニードル座部35に押し付けられ、
供給通路5を燃焼室(図示せず)に対してシールする。
【0022】 エンジンが停止していて、燃料噴射システムの高圧ポンプ(図示せず)が駆動
されていない場合は、ノズルばね(図示せず)が、噴射ノズル7もしくはインジ
ェクタ1を閉鎖する。
【0023】 制御弁15が開放されると、燃料が制御室11から燃料戻し部に流れる。これ
により制御室11内の圧力が低下し、ノズルニードル19の端面33に作用する
液圧力が減少する。この液圧力が、横断面変更部23に作用する液圧力よりも小
さくなるとすぐにノズルニードル19が開き、燃料が噴射ノズル7の噴射孔(図
示せず)から燃焼室に達する。ノズルニードル19を迅速に開放させるために必
要な大きな力が制御弁15によって直接的には得られないので、液圧的な増力シ
ステムを介して行うノズルニードル19のこのような間接的な制御が必要である
。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ないわゆる「制御
量」が供給絞り9と、制御室11と、制御弁15を介して燃料戻し部に到る。
【0024】 制御量に加えて付加的に、さらにノズルニードルガイドにおいても漏れが生じ
る。制御量および漏れ量は、燃料戻し部17を介して再び燃料タンク(図示せず
)に戻される。噴射と噴射の間は、制御弁15が、ひいては噴射ノズル7も閉鎖
される。制御弁15は概略的に示したアクチュエータ37によって操作される。
制御弁15とアクチュエータ37との間には液圧的な圧力変換機(図示せず)を
設けることができる。
【0025】 図2には、本発明による制御弁15の構成が示されている。ケーシング29に
は孔41が設けられている。この孔41に対して同心的に、第1のガイド孔43
が設けられている。孔41には作動部材45が配置されている。この作動部材4
5はフランジ47と、圧力ピストン49と、第1のシール円錐51と、第2のシ
ール円錐53とを有している。孔41とフランジ47とは1つの環状室54を形
成している。環状室54は適宜に設計することにより、流出絞りの機能を果たす
。第1のガイド孔43はプランジャ55がガイドされている。このプランジャ5
5は作動部材45と結合されている。圧力ピストン57は、作動部材45の、プ
ランジャ55とは反対の側に配置されている。
【0026】 環状室54と、流出絞り13を備えた流出通路との間に、段付き孔として構成
された第2のガイド孔59が設けられている。第2のガイド孔59の段部は、圧
力ピストン49と協働する制御縁部61を形成している。圧力ピストン49が、
比較的大きな直径の部分で制御縁部61に達する程度に第2のガイド孔59内へ
と動かされると、制御室11と燃料戻し部17との間の液圧的な接続が遮断され
る。
【0027】 孔41と第2のガイド孔59との間では、ケーシング29に、第1のシール座
部63が形成されている。このシール座部63は、第1のシール円錐部51によ
って環状室54を制御室11から液圧的に分離することができる。第2のシール
円錐53は、孔41と燃料戻し部17との間に配置された第2のシール座65と
協働して、環状室54を燃料戻し部17から液圧的に分離する。
【0028】 制御室11にはノズルばね67が設けられていて、このノズルばね67は、燃
料圧力が欠如している場合でも、噴射ノズル7を閉鎖状態に保つために働く。
【0029】 制御弁は、プランジャ55に作用するアクチュエータ(図示せず)によって操
作される。
【0030】 閉鎖ばね75は、一方の側ではケーシング29の段部77に、他方の側では、
保持リング79を介してプランジャ55に支持されている。閉鎖ばね75によっ
て、作動部材45は、制御室11内の圧力が不足している場合でも、第1の切替
位置aにもたらされる。さらにアクチュエータは、圧力に基づいてしか負荷され
ない。このことは、ピエゾアクチュエータを使用する場合に特に重要である。何
故ならば、このようなアクチュエータは圧力に基づいて極めて確実に作用するか
らである。
【0031】 本発明による制御弁15は2ポート2位置切替弁または2ポート3位置切替弁
として使用することができる。次にまず、3つの切替位置を備えた本発明による
制御弁15の作用形式を説明する。
【0032】 第1の切替位置aでは、第2のシール円錐53が第2のシール座部65に載置
されていて、燃料戻し部17は環状室54から液圧的に分離されている。
【0033】 第2の切替位置bでは、第1のシール円錐51が第1のシール座部63に載置
されていて、制御室11は環状室54から液圧的に分離されている。
【0034】 両切替位置a,bでは制御室11と燃料戻し部17とは液圧的に分離されてい
る。即ち、噴射ノズル7は閉鎖されている。
【0035】 第1の切替位置aから第2の切替位置bへと移行する際に、制御室11と燃料
戻し部17とは短時間、液圧的に接続される。即ち、制御室11内の圧力が少な
くとも部分的になくなり、噴射ノズル7が短時間開く。この短時間の開放は、前
噴射のために使用される。前噴射量と前噴射継続時間とは、アクチュエータおよ
び流出絞り13を備えた流出通路もしくは環状室54の設計により、大きな再現
正確性をもって構造的に設定することができる。
【0036】 第1の切替位置aから第2の切替位置bへの前述したような移行の際に、弁行
程cが得られる。この弁行程cは、圧力ピストン49と制御縁部61とが制御室
11を燃料戻し部に対して遮断することを特徴とする。切替位置bに達するまで
の残された弁行程の間に、圧力ピストン49は制御室11に関して、ピストンポ
ンプのピストンのように作用し、制御室11内の圧力を高める。圧力の上昇によ
り、ノズルニードル19に作用する閉鎖力も増大する。これにより閉鎖期間が減
じられる。
【0037】 第3の切替位置dでは、作動部材45が中間位置をとる。この中間位置では第
1のシール円錐51と第2のシール円錐53とが、第1のシール座部63または
第2のシール座部65に載置されていない。噴射は、制御弁15が切替位置dを
とる時間間隔とほぼ同じ時間行われる。
【0038】 本発明にによる制御弁15が2ポート2位置切替弁として運転される場合には
、噴射と噴射との間には、この制御弁は切替位置bをとる。短時間、切替位置d
がとられ次いで再び切り替え位置bとなることで、前噴射が行われる。主噴射は
、噴射ノズル7の開放時間が長いという相違点はあるが同様に行われる。
【0039】 このような運転形式では、前噴射の終了後および主噴射の終了後にノズルニー
ドル19の閉鎖時間が、圧力ピストン49によって上述した形式で減じられる。
【0040】 図3には、制御弁15の切替位置もしくは弁行程と、ノズルニードル19の行
程81と、制御室11の圧力Pとの間の関係が示されている。
【0041】 図3aには、制御室11内の圧力Pが時間tに関して示されている。図3bに
はノズルニードル19の行程81の時間的な経過が示されていて、図3cおよび
図3dには、切替弁15に所属の切替位置が示されている。図3cでは制御弁1
5が2ポート3位置弁として運転されていて、図3dでは制御弁は2ポート2位
置弁として運転されている。
【0042】 次にまず最初に2ポート3位置制御弁15の作用形式を説明する。図3cの第
1の切替位置aから出発して、制御弁15はアクチュエータによって切替位置d
に動かされる。その結果として制御室11内の圧力Pは、PHDから減少する(
図3a参照)。圧力Pを下回ると、ノズルニードル19はノズルニードル座部
35から離れて噴射を始める。このような過程は、図3aと図3bとから明らか
である。
【0043】 噴射の終了時には、制御弁15の作動部材45が、図3cにおいてeで示した
切替位置にもたらされる。この切替位置では、制御室11から燃料戻し部17へ
の燃料流が、圧力ピストン49と制御縁部61との間で絞られる。これにより制
御室11内の圧力Pは図3aに示したように上昇する。
【0044】 制御室11内における圧力Pが十分高いならば、作動部材45は第2の切替位
置bに動かされる。制御弁15が弁行程cに達し、圧力ピストン49が制御室1
1を制御縁部61で燃料戻し部17に対してシールすると、圧力ピストン49は
ピストンポンプのように制御室11内の圧力を上昇させるように作用する。切替
位置eと弁行程cとは互いに極めて近くにあるので、図3cで選択された図では
ほぼ同時である。圧力ピストン49の押しのけ作業は、図3aの斜線で示した面
83として示されている。実線85は、先行技術による制御弁の圧力の経過を示
しており、破線87では本発明による制御弁15の圧力の経過を示している。
【0045】 制御室11の圧力上昇によるインジェクタの閉鎖期間の短縮は、図3bに示さ
れている。実線89は、先行技術によるインジェクタのノズルニードルの閉鎖運
動を示していて、点線91は本発明によるインジェクタ1のノズルニードルの閉
鎖運動を示している。制御室の11の圧力上昇によるインジェクタの閉鎖期間の
短縮分は図3bにおいて符号93で示されている。
【0046】 両切替位置aとbとの間の移行中に、ノズルニードル19は僅かに開放し、前
噴射量が燃焼室へと噴射される。前噴射量を増大させるためには、制御弁15は
前噴射中に短時間、切替位置dに留まる。
【0047】 図3に示していない主噴射は、制御弁が第2の切替位置bから切替位置dへと
制御されることにより行われる。このような切替位置は、所要の噴射量が噴射さ
れるまで保たれる。その後、主噴射は、制御弁が第1の切替位置aにもたらされ
ることにより終了する。このような経過により本発明による制御弁のさらなる利
点が明らかになる。即ち、アクチュエータは第1の切替位置aから第2の切替位
置bへと移行する際にだけ、制御室11内の圧力に抗して作業するので、必要な
作業エネルギは極めて僅かである。さらに、この移行中に減少した制御室内の圧
力により所要出力が減じられる。
【0048】 制御弁15が2ポート2位置制御弁として運転される場合には、制御弁15が
図3dの切替位置bから中間位置fへともたらされることにより噴射が行われる
。制御弁15は弁行程cを上回ると開き、制御室11内の圧力Pは減じられる。
制御弁15が中間位置fから再び切り替え位置bへと動かされると噴射は終了す
る。切替位置cに達すると、圧力ピストン49が制御室11を燃料戻し部17に
対して制御縁部61でシールし、制御室11内の圧力が上昇するようにピストン
ポンプのような作用をする。押しのけ作業は、図3aにおいては斜線で示した面
83として図示されている。実線85は、先行技術による制御弁の圧力経過を示
しており、点線は、本発明による制御弁15の圧力経過を示している。
【0049】 明細書、請求の範囲、図面に示した全ての特徴は、個々であっても、互いに組
み合わせた状態であっても本発明の本質をなす。
【図面の簡単な説明】
【図1】 インジェクタを概略的に示した図である。
【図2】 本発明による制御弁の実施例を示す断面図である。
【図3】 本発明の2つの実施例による制御室内の圧力経過およびこれに所属の制御弁位
置を示した図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 61/20 F02M 61/20 M N 63/00 63/00 R

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関のための燃料噴射システムのインジェクタ(1)の
    ための制御弁であって、ケーシングを有しており、制御弁(15)が、作動部材
    (45)を有していてアクチュエータによって操作され、制御弁(15)によっ
    て燃料戻し部(17)とインジェクタ(1)の制御室(11)との間が液圧的に
    接続可能である形式のものにおいて、 作動部材(45)が圧力ピストン(49)と作用結合しており、制御室(11
    )が制御弁(15)から液圧的に分離されるような、制御弁(15)の切替位置
    (b)に達する前に、圧力ピストン(49)が制御室(11)を制御弁(15)
    から液圧的に分離し、前記切替位置(b)に達するまでの制御弁(15)の残さ
    れた作動距離は、圧力ピストン(49)による制御室(11)内の増圧のために
    利用されることを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射システムのインジェク
    タ(1)のための制御弁。
  2. 【請求項2】 作動部材(45)と、ケーシング(29)の孔(41)とが
    環状室(54)を形成し、該環状室(54)の第1の端部は、燃料戻し部(17
    )と液圧的に接続されており、第2の端部は、制御室(11)と液圧的に接続さ
    れていて、作動部材(45)が、第1のガイド孔(43)内にガイドされたプラ
    ンジャ(55)によって軸方向摺動可能であって、環状室(54)を制御室(1
    1)からシールするための手段(51)を有している、請求項1記載の制御弁。
  3. 【請求項3】 作動部材(45)が、環状室(54)を燃料戻し部(17)
    からシールするための手段(53)を有している、請求項1または2記載の制御
    弁。
  4. 【請求項4】 圧力ピストン(49)が、作動部材(45)の、プランジャ
    (55)とは反対側の端部で、作動部材(45)に接続されていて、前記第1の
    ガイド孔(43)に対して同心的に、環状室(54)の反対側の端部に、制御縁
    部(61)を備えた第2のガイド孔(59)が設けられており、第2のガイド孔
    (59)が、最初は制御縁部(61)で圧力ピストン(49)によって閉鎖可能
    である、請求項2または3記載の制御弁。
  5. 【請求項5】 環状室(54)を燃料戻し部(17)からシールするための
    手段(53,51)及び/又は環状室(54)を制御室(11)からシールする
    ための手段(51)が、プランジャ(55)の長手方向軸線に対して同心的に配
    置された円錐台形状のそれぞれ1つのシール円錐(53,51)を有している、
    請求項2から4までのいずれか1項記載の制御弁。
  6. 【請求項6】 孔(41)と制御室(11)と燃料戻し部(17)との間に
    シール面(63,65)が形成されており、該シール面(63,65)は、環状
    室(54)を制御室(11)からシールするための手段(51)と、及び/又は
    環状室(54)を燃料戻し部(17)からシールするための手段(53)と協働
    する、請求項2から5までのいずれか1項記載の制御弁。
  7. 【請求項7】 閉鎖ばね(75)が設けられており、該閉鎖ばねは、アクチ
    ュエータ(37)の操作方向で作動部材(45)に作用する、請求項1から6ま
    でのいずれか1項記載の制御弁。
  8. 【請求項8】 ケーシング(29)が一体に形成されている、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】 制御弁(15)が2ポート3位置切替弁である、請求項1か
    ら8までのいずれか1項記載の制御弁。
  10. 【請求項10】 プランジャ(55)の、作動部材(45)とは反対側の端
    面と、アクチュエータ(37)によって操作されるピストンとが、液圧変換器の
    、液体を充填される圧力室を制限する、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】 アクチュエータ(37)がピエゾアクチュエータである、
    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】 作動部材(45)が回転対称的であって、特にほぼ円筒状
    である、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】 作動部材(45)が球状に形成されていて、燃料戻し部(
    17)から環状室(54)をシールするための手段(53)及び/又は制御室(
    11)から環状室(54)をシールするための手段(51)が、球表面上で延び
    るシールラインである、請求項1から11までのいずれか1項記載の制御弁。
  14. 【請求項14】 燃料噴射システムが、コモンレール噴射システムである、
    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】 内燃機関のための燃料噴射システムのためのインジェクタ
    (1)であって、ケーシング(29)が設けられており、アクチュエータ(37
    )によって操作される制御弁(15)が設けられており、該制御弁(15)によ
    って燃料戻し部(17)と、インジェクタ(1)の制御室(11)との間の液圧
    的な接続部が形成可能である形式のものにおいて、 前記制御弁(15)が、請求項1から14までのいずれか1項記載の制御弁で
    あることを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射システムのためのインジェク
    タ。
  16. 【請求項16】 制御室(11)が、ノズルニードル(19)の端面(33
    )によって制限される、請求項15記載のインジェクタ(1)。
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