JP2003522905A

JP2003522905A - 噴射装置、制御弁および流体を噴射する方法

Info

Publication number: JP2003522905A
Application number: JP2001560006A
Authority: JP
Inventors: ベッキングフリードリヒ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-02-18
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2003-07-29
Also published as: KR20020003236A; WO2001061181A3; WO2001061181A2; US6622985B2; US20020158219A1; EP1183458A2; DE10006785A1; CZ20013725A3

Abstract

(57)【要約】本発明は、噴射装置であって、当該噴射装置が、流体流入通路（１０）と、制御弁（１２）と、該制御弁（１２）の第１の端面（２４）の領域を力で負荷することができる作動エレメント（１４）と、制御弁（１２）の第２の端面（２６）の側に設けられている制御室（３０）とを備えている形式のものに関する。この場合、補償室（２８）が、制御弁（１２）の第１の端面（２４）の側に設けられており、補償室（２８）が、制御弁（１２）の第１の端面（２４）によって部分的に仕切られており、補償室（２８）が、制御室（３０）に連通している。さらに、本発明は、制御弁ならびに流体を噴射する方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】背景技術本発明は、噴射装置であって、当該噴射装置が、流体流入通路と、制御弁と、
該制御弁の第１の端面の領域を力で負荷することができる作動エレメントと、制
御弁の第２の端面の側に設けられている制御室とを備えている形式のものに関す
る。さらに、本発明は、制御弁であって、弁座と、補償室に向けられている第１
の端面と、制御室に向けられている第２の端面とが設けられている形式のものに
関する。さらに、本発明は、制御弁の第１の端面を作動エレメントの操作によっ
て力で負荷し、制御弁の弁座を介して制御室を負荷軽減し、噴射ノズルを開放さ
せる形式の、流体を噴射する方法に関する。

【０００２】冒頭で述べた形式の装置ならびに冒頭で述べた形式の方法は既知である。一般
的に、作動エレメントとして電磁弁またはピエゾアクチュエータが設けられてい
る。電磁弁は、制御のために十分となる工程を自発的に提供することができるの
に対して、ピエゾアクチュエータの使用時には一般的に力・距離変換が必要とな
る。この力・距離変換は慣用の形式で液圧式に行われる。ピエゾアクチュエータ
の運動は、液圧式の力・距離変換部を介して制御弁に伝達され、これによって、
制御弁の切換状態が変化する。これによって、制御室内の圧力比率が変化する。
これによって、最終的に噴射ノズルが開放する。

【０００３】噴射装置は、出発状態で高い圧力、たとえばコモンレールシステムの圧力が制
御室内に存在するようにしばしば形成されている。このようなコモンレールシス
テムまたはアキュムレータ噴射システムは、圧力形成と噴射とが分離されている
ことによって特徴付けられている。噴射圧は、エンジン回転数および噴射量とは
無関係に形成され、噴射のために「レール」（燃料アキュムレータ）内にすでに
存在している。現在のシステムでは、コモンレール内の圧力は１０００〜２００
０ｂａｒの間の範囲内にある。この場合、ますます高い圧力が使用される。噴射
弁を開放させるためには、制御室が制御弁の操作によって負荷軽減もしくは放圧
されるので、低下させられた圧力が弁制御ピストンに作用する。結果的に、噴射
ノズルは開放することができる。噴射ノズルを閉鎖させるためには、制御弁が再
びその出発状態にもたらされる。これによって、制御室内の高い圧力が新たに形
成される。したがって、噴射ノズルが、弁制御ピストンに作用する力に基づき閉
鎖する。

【０００４】噴射装置の内部での制御弁の配置形式に応じて、噴射ノズルの、望ましくない
ゆっくりとした閉鎖と、噴射装置の、ほとんどコンパクトでない構造とが生ぜし
められる。さらに、制御弁を作動エレメントによって操作するために、著しい力
が必要となり得る。

【０００５】発明の利点本発明は、補償室が、制御弁の第１の端面の側に設けられており、補償室が、
制御弁の第１の端面によって部分的に仕切られており、補償室が、制御室に連通
していることによって、冒頭で述べた形式の噴射装置に基づいている。この配置
形式によって、制御室内に存在する圧力（コモンレールシステムではレール圧で
ある）が補償室内に伝達される。この圧力は、制御弁の第１の端面に作用する力
に相当している。これによって、制御弁を操作するために、低下させられた力が
作動エレメントによって制御弁に作用しさえすればよい。

【０００６】制御弁が、少なくとも１つの通路を有しており、該通路が、補償室を制御室に
接続していると有利である。したがって、制御室から補償室内への圧力伝達は単
純な手段によって提供することができる。

【０００７】制御弁の弁座が、第１の状態で制御室を漏れシステムに対してシールしている
と有利である。したがって、制御室内には高い圧力を形成することができる。こ
の圧力は噴射ノズルを閉鎖状態で保持するかもしくは噴射ノズルを閉鎖状態に移
行させる。

【０００８】弾性的な手段が設けられており、該手段が、制御弁の弁座を閉鎖して保持して
いると有利である。こうして、作動エレメントが引き戻される場合に、制御弁の
、規定された状態が保証される。

【０００９】制御弁が、第２の状態で制御室を漏れシステムに接続していると有利である。
したがって、制御弁が作動エレメントによって力で負荷されて第２の状態に移行
すると、圧力は制御室から漏れシステムに逃出することができる。したがって、
噴射ノズルの開放が可能となる。

【００１０】有利な配置形式では、制御室が、漏れシステムに通路と流出絞りとを介して接
続されている。流出絞りは、システムの内部のその他の流れ比率との協働によっ
て、噴射ノズルの開放時間に影響を与えることができる。この流出絞りを、制御
室を補償室に連通させる通路に接続して設けることは、特に経済的であると同時
に空間を節約しているので、制御弁のコンパクトな構造が助成される。

【００１１】制御弁が、弁座を取り囲む室内に、制御室内に形成された圧力によって力で負
荷可能である面を有していると有利である。こうして、さらなる力補償が行われ
、作動エレメントによって制御弁に付与したい力はさらに減少させられる。

【００１２】この場合、制御弁の有効な第１の端面が、弁座を取り囲む室内の有効な面と合
わせて、制御弁の有効な第２の端面にほぼ相当していると特に有利である。ここ
では、有効な面とは、制御弁の運動方向に対して垂直なそれぞれ１つの面を意味
している。有効な第２の端面が制御室内の全圧力によって力で負荷されると、こ
の力は、一方では第１の端面に作用しかつ他方では弁座を取り囲む室内の面に作
用する力の総和によって補償される。したがって、力補償のために提供される有
効な面は、第１の端面の、作動エレメントが作用する面の分だけしか減少させら
れていない。この面は、たとえば１．８ｍｍの直径を有していて、有効な第２の
端面に比べて極めて小さく寸法設定されている。したがって、満足のいく力補償
が得られる。

【００１３】本発明のさらなる利点は、制御弁の第１の状態でかつ制御弁の第２の状態で、
流体流入通路が、制御室に対してシールされていることによって得られる。制御
弁の両状態では、制御室は流入絞りを介してしか流体流入通路に接続されていな
い。したがって、制御室と漏れシステムとの接続によって圧力低下が生ぜしめら
れることが可能となる。

【００１４】制御弁の第３の状態で、流体流入通路と制御室との間に接続部が形成されてい
ると特に有利である。したがって、制御弁の第３の切換状態をとることによって
、制御室内の急激な圧力上昇が可能となる。これによって、噴射ノズルは特に迅
速に閉鎖させられる。

【００１５】制御室と流体流入通路とのシールもしくは接続が、制御弁によって移動可能な
制御スリーブによって行われるようになっていると有利である。したがって、第
１の切換状態および第２の切換状態の間、制御スリーブは制御スリーブ座に位置
している。この制御スリーブ座によって流体流入通路は制御室に対してシールさ
れている。しかし、制御弁が第３の切換状態に運動させられると、制御スリーブ
が制御スリーブ座から持ち上げられる。流体流入通路と制御室との間に接続部が
急激に形成される。したがって、制御室内に急激な圧力上昇が生ぜしめられる。
この圧力上昇によって、噴射ノズルの有利に迅速な閉鎖が可能となる。

【００１６】作動エレメントが、ピエゾアクチュエータであると有利である。ピエゾアクチ
ュエータは、噴射装置においてそのコンパクトな構造と信頼性とに基づき認めら
れている。さらに、ピエゾアクチュエータの電気的な制御量の変化によって、制
御弁の複数の切換状態の獲得が確実に可能とされている。

【００１７】液圧式の力・距離変換器が設けられており、該力・距離変換器を介して作動エ
レメントが、制御弁を力で負荷するようになっていると有利である。これによっ
て、ピエゾアクチュエータの行程が僅かな場合でも、制御弁の種々異なる切換状
態が達成可能となる。

【００１８】流体流入通路が、コモンレールに接続されていると有利である。コモンレール
は噴射過程とは無関係に常に高い圧力を提供しているので、噴射ノズルの閉鎖を
特に迅速に行うことができる。

【００１９】制御室が、流入絞りを介して流体流入通路に接続されていると有利である。し
たがって、流入絞りを別の流れ比率、特に漏れシステムのための流出絞りに関し
て適切に形成することによって、噴射ノズルの開放速度に影響を与えることがで
きる。

【００２０】制御弁が、制御室内に突入していると有利である。これによって、噴射装置の
特にコンパクトな構造が可能となる。

【００２１】また、本発明は制御弁に関する。この制御弁は、弁座を取り囲む室と、補償室
と、制御室とが、互いに連通していることによって、冒頭で述べた形式の制御弁
に基づいている。こうして、制御弁は力補償されているので、僅かな力が制御弁
の操作のための作動エレメントによって付与されさえすればよい。

【００２２】制御室と補償室とが、当該制御弁に設けられた通路を介して連通していると有
利である。このことは、本発明による力補償を提供するための特に単純な解決手
段である。

【００２３】弁座を取り囲む室が、絞りを介して通路に接続されていると特に有利である。
これに基づき、制御弁を、制御室が、弁座を取り囲む室に通路と絞りとを介して
連通しているように挿入することができる。この解決手段は特に経済的である。
他方では、絞りは、制御弁内の流れ比率をその他の制御目的のために使用すると
いう可能性を提供している。

【００２４】有効な第１の端面が、弁座を取り囲む室内の有効な面と合わせて、有効な第２
の端面にほぼ相当していると有利である。有効な面とは、制御弁の運動方向に対
して垂直に配置された面成分を意味している。したがって、十分な力補償が行わ
れる。

【００２５】本発明は、制御弁の第１の端面の少なくとも一部が、流体の圧力によって力で
負荷され、これによって、制御弁の第２の端面に作用する力が、少なくとも部分
的に補償されることによって、冒頭で述べた形式の方法に基づいている。これに
よって、制御弁の第２の端面に作用する全ての力を作動エレメントによって付与
することが不要となる。

【００２６】弁座を取り囲む室内の面が、流体の圧力によって力で負荷されることにより、
第２の端面に作用する力が、付加的に補償されると有利である。この付加的な力
補償により、作動エレメントによって付与したい力をさらに減少させることがで
きる。

【００２７】本発明による方法の有利な実施態様では、制御室が負荷軽減された後、作動エ
レメントが、引き続き操作され、作動エレメントの引き続きの操作により、制御
弁によって制御スリーブがその制御スリーブ座から持ち上げられて移動させられ
、制御スリーブの移動によって制御室が、圧力で負荷され、制御室内の圧力によ
って噴射ノズルが閉鎖される。したがって、噴射ノズルの閉鎖は作動エレメント
の引き戻しによって行われるのではなく、引き続きの操作によって行われる。制
御室内の圧力は、流入絞りを介して形成される必要はなく（このことは、圧力上
昇の速度に関して場合によって不都合な影響を与え得る）、制御スリーブ座を介
した流体流入通路への接続によって急激に上昇させることができる。したがって
、噴射ノズルは特に迅速に閉鎖される。

【００２８】噴射ノズルが閉鎖された後、作動エレメントが引き戻され、制御スリーブと制
御弁とが、制御スリーブ座もしくは弁座に戻されると有利である。したがって、
制御スリーブと制御弁とのこの戻りは実際の噴射過程とは無関係に行われる。こ
れによって、弁の内部での種々異なる過程が有利に分離される。

【００２９】制御スリーブと制御弁とが、制御スリーブ座もしくは弁座に戻される間、制御
弁の、噴射ノズルの開放を生ぜしめ得る負荷軽減が行われないと有利である。こ
のことは、運動可能なエレメントに作用する力の比率ひいては座へのエレメント
の戻りの順序によって達成され得るかまたは流れ過程に比べて迅速な切換過程に
よって達成され得る。

【００３０】本発明は、力補償される制御弁によって多数の利点が得られるという驚くべき
認識に基づいている。したがって、一方では、作動エレメントによって加えたい
力が低減されており、他方では、噴射装置のコンパクトな構造が、制御室内への
制御弁の突入によって可能となる。さらなる利点として、噴射ノズルの特に迅速
な閉鎖を可能にすることができることを強調することができる。これら全ての利
点は、コモンレールシステム内での使用時に特に有効となる。

【００３１】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。

【００３２】図１には、本発明による噴射装置が示してある。この噴射装置には流体流入通
路１０を介して、噴射したい流体、有利にはディーゼル燃料が供給される。制御
弁１２は作動エレメント１４、有利にはピエゾアクチュエータによって液圧式の
変換器１６を介して制御される。制御弁１２は弁座１８を有している。図示の状
態では、この弁座１８は室２０を漏れシステム２２から分離している。さらに、
制御弁１２は第１の端面２４と第２の端面２６とを有している。第１の端面２４
は補償室２８を部分的に仕切っている。第２の端面２６は制御室３０内に突入し
ている。補償室２８は制御室３０に通路３２を介して接続されている。この通路
３２には流出絞り３４が接続されている。この流出絞り３４は、通路３２ひいて
は補償室２８と制御室３０とを、弁座１８を取り囲む室２０に接続している。

【００３３】図示の状態では、制御室３０内を、流体流入通路１０と流入絞り３６とを介し
て加えられた圧力が支配している。この圧力は、有利にはコモンレールによって
提供される。この圧力は弁制御ピストン３８を力で負荷しているので、噴射ノズ
ル４０は閉鎖されている。

【００３４】作動エレメント１４が操作されると、液圧式の変換器１６を介して制御弁１２
が操作される。したがって、制御弁１２が、弁座１８を取り囲む室２０と漏れシ
ステム２２との間の接続を形成する。その後、通路３２と流出絞り３４とを介し
て制御室３０内の圧力が低下され得る。弁制御ピストン３８が負荷軽減され、噴
射ノズル４０の行程制御式の開放が行われる。

【００３５】補償室２８と、弁座１８を取り囲む室２０と、制御室３０とは、通路３２と流
出絞り３４とを介して連通しており、これによって、力補償が行われている。補
償室２８内では、流体の圧力によって力が制御弁１２の端面２４に、記入した直
径ｄ_１に相当する面の分だけ減じられて作用している。弁座１８を取り囲む室２
０内では、同じく流体圧によって力が、外側の直径ｄ_３と内側の直径ｄ_２とを備
えた円環に相当する面に作用している。制御弁１２の第２の端面２６には、流体
圧に基づき、記入した直径ｄ_３に相当する力が作用している。したがって、制御
弁１２の有効な面に作用する力は、直径ｄ_１に相当する力を除いて補償されてい
る。この力だけしか、液圧式に変換される作動エレメント１４によって、制御室
３０内で流体により第２の端面２６に作用する力に対して付与することはできな
い。

【００３６】噴射ノズル４０を閉鎖させるためには、作動エレメント１４が即座には引き戻
されない。むしろ、作動エレメント１４は引き続き操作され、これによって、制
御弁１２が、第２の端面２６に延びる溝４２の領域で制御スリーブ４４に当接す
る。この時点では、この制御スリーブ４４はまだ制御スリーブ座４６に位置して
いる。これによって、制御スリーブ４４は流体流入通路１０を制御室３０に対し
てシールしている。しかし、制御スリーブ４４が制御スリーブ座４６から持ち上
げられると、制御室３０は急激に、流体流入通路１０から供給されたコモンレー
ル圧下となり、これに応じて、噴射ノズル４０が急激に閉鎖する。

【００３７】その後、作動エレメント１４が引き戻され、制御スリーブ４４と制御弁１２と
が各ばね４８，５０によって制御スリーブ座４６もしくは弁座１８に戻される。
ばね力をその他のシステムパラメータに関して適切に設定することによって、弁
制御ピストン３８の、噴射ノズル４０の開放を生ぜしめ得る負荷軽減が行われな
い程度にまで制御室３０内の圧力を維持することが可能となる。

【００３８】噴射ノズル４０の閉鎖は制御スリーブ４４の移動によって急激に行われるのに
対して、流出絞り３４もしくは流入絞り３６を適切に選択することによって噴射
ノズル４０の開放特性に影響を与えることができる。

【００３９】本発明は、図示の実施例に限定されるものではない。それどころか、本発明の
枠内で多数の変化実施例が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】部分的に断面した本発明による噴射装置の概略図である。

【符号の説明】

１０流体流入通路、１２制御弁、１４作動エレメント、１６変
換器、１８弁座、２０室、２２漏れシステム、２４端面、２
６端面、２８補償室、３０制御室、３２通路、３４流出絞り
、３６流入絞り、３８弁制御ピストン、４０噴射ノズル、４２溝、４４制御スリーブ、４６制御スリーブ座、４８ばね、５０ばね、ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３直径

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】噴射装置であって、当該噴射装置が、流体流入通路（１０）
と、制御弁（１２）と、該制御弁（１２）の第１の端面（２４）の領域を力で負
荷することができる作動エレメント（１４）と、制御弁（１２）の第２の端面（
２６）の側に設けられている制御室（３０）とを備えている形式のものにおいて
、補償室（２８）が、制御弁（１２）の第１の端面（２４）の側に設けられてお
り、補償室（２８）が、制御弁（１２）の第１の端面（２４）によって部分的に
仕切られており、補償室（２８）が、制御室（３０）に連通していることを特徴
とする、噴射装置。
【請求項２】制御弁（１２）が、少なくとも１つの通路（３２）を有して
おり、該通路（３２）が、補償室（２８）を制御室（３０）に接続している、請
求項１記載の噴射装置。
【請求項３】制御弁（１２）の弁座（１８）が、第１の状態で制御室（３
０）を漏れシステム（２２）に対してシールしている、請求項１または２記載の
噴射装置。
【請求項４】弾性的な手段（５０）が設けられており、該手段（５０）が
、制御弁（１２）の弁座（１８）を閉鎖して保持している、請求項１から３まで
のいずれか１項記載の噴射装置。
【請求項５】制御弁（１２）が、第２の状態で制御室（３０）を漏れシス
テム（２２）に接続している、請求項１から４までのいずれか１項記載の噴射装
置。
【請求項６】制御室（３０）が、漏れシステム（２２）に通路（３２）と
流出絞り（３４）とを介して接続されている、請求項５記載の噴射装置。
【請求項７】制御弁（１２）が、弁座（１８）を取り囲む室（２０）内に
、制御室（３０）内に形成された圧力によって力で負荷可能である面を有してい
る、請求項３から６までのいずれか１項記載の噴射装置。
【請求項８】制御弁（１２）の有効な第１の端面（２４）が、弁座（１８
）を取り囲む室（２０）内の有効な面と合わせて、制御弁（１２）の有効な第２
の端面（２６）にほぼ相当している、請求項７記載の噴射装置。
【請求項９】制御弁（１２）の第１の状態でかつ制御弁（１２）の第２の
状態で、流体流入通路（１０）が、制御室（３０）に対してシールされている、
請求項１から８までのいずれか１項記載の噴射装置。
【請求項１０】制御弁（１２）の第３の状態で、流体流入通路（１０）と
制御室（３０）との間に接続部が形成されている、請求項１から９までのいずれ
か１項記載の噴射装置。
【請求項１１】制御室（３０）と流体流入通路（１０）とのシールもしく
は接続が、制御弁（１２）によって移動可能な制御スリーブ（４４）によって行
われるようになっている、請求項９または１０記載の噴射装置。
【請求項１２】作動エレメント（１４）が、ピエゾアクチュエータである
、請求項１から１１までのいずれか１項記載の噴射装置。
【請求項１３】液圧式の力・距離変換器（１６）が設けられており、該力
・距離変換器（１６）を介して作動エレメント（１４）が、制御弁（１２）を力
で負荷するようになっている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の噴射
装置。
【請求項１４】流体流入通路（１０）が、コモンレールに接続されている
、請求項１から１３までのいずれか１項記載の噴射装置。
【請求項１５】制御室（３０）が、流入絞り（３６）を介して流体流入通
路（１０）に接続されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の噴射
装置。
【請求項１６】制御弁（１２）が、制御室（３０）内に突入している、請
求項１から１５までのいずれか１項記載の噴射装置。
【請求項１７】制御弁であって、弁座（１８）と、補償室（２８）に向け
られている第１の端面（２４）と、制御室（３０）に向けられている第２の端面
（２６）とが設けられている形式のものにおいて、弁座（１８）を取り囲む室（
２０）と、補償室（２８）と、制御室（３０）とが、互いに連通していることを
特徴とする、制御弁。
【請求項１８】制御室（３０）と補償室（２８）とが、当該制御弁（１２
）に設けられた通路（３２）を介して連通している、請求項１７記載の制御弁。
【請求項１９】弁座（１８）を取り囲む室（２０）が、絞り（３４）を介
して通路（３２）に接続されている、請求項１８記載の制御弁。
【請求項２０】有効な第１の端面（２４）が、弁座（１８）を取り囲む室
（２０）内の有効な面と合わせて、有効な第２の端面（２６）にほぼ相当してい
る、請求項１７または１８記載の制御弁。
【請求項２１】制御弁（１２）の第１の端面（２４）を作動エレメント（
１４）の操作によって力で負荷し、制御弁（１２）の弁座（１８）を介して制御
室（３０）を負荷軽減し、噴射ノズル（４０）を開放させる形式の、流体を噴射
する方法において、制御弁（１２）の第１の端面（２４）の少なくとも一部を流
体の圧力によって力で負荷し、これによって、制御弁（１２）の第２の端面（２
６）に作用する力を少なくとも部分的に補償することを特徴とする、流体を噴射
する方法。
【請求項２２】弁座（１８）を取り囲む室（２０）内の面を流体の圧力に
よって力で負荷することにより、第２の端面（２６）に作用する力を付加的に補
償する、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】制御室（３０）を負荷軽減した後、作動エレメント（１４
）を引き続き操作し、作動エレメント（１４）の引き続きの操作により、制御弁
（１２）によって制御スリーブ（４４）をその制御スリーブ座（４６）から持ち
上げて移動させ、制御スリーブ（４４）の移動によって制御室（３０）を圧力で
負荷し、制御室（３０）内の圧力によって噴射ノズル（４０）を閉鎖させる、請
求項２１または２２記載の方法。
【請求項２４】噴射ノズル（４０）を閉鎖させた後、作動エレメント（１
４）を引き戻し、制御スリーブ（４４）と制御弁（１２）とを制御スリーブ座（
４６）もしくは弁座（１８）に戻す、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】制御スリーブ（４４）と制御弁（１２）とを制御スリーブ
座（４６）もしくは弁座（１８）に戻す間、制御弁（１２）の、噴射ノズル（４
０）の開放を生ぜしめ得る負荷軽減を行わない、請求項２４記載の方法。