JP2003524725A - 内燃機関用燃料噴射系のインジェクタのためのコンパクト構造の二段式電磁弁 - Google Patents

内燃機関用燃料噴射系のインジェクタのためのコンパクト構造の二段式電磁弁

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Abstract

(57)【要約】 本発明では、第１弁ばね（４５）と第２弁ばね（５７）との直列配置を回避できるので、著しくコンパクトにかつ単純に構成された、内燃機関用燃料噴射系のインジェクタのための二段式電磁弁（１５）が提案される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野： 本発明は、弁制御室から流出通路を通流する燃料の流出を制御する電磁弁を備
え、該電磁弁が前記流出通路を閉鎖する手段、電磁石によって作動可能であって
前記流出通路を閉鎖する手段と作用結合している可動磁極子、第１弁ばね及び第
２弁ばね並びに第１行程ストッパ及び第２行程ストッパを有している形式の内燃
機関用燃料噴射系のためのインジェクタに関する。
【０００２】 背景技術： 燃料噴射系のインジェクタ用の二段式電磁弁は公知である。電磁弁の第１の開
放段は、噴射ノズルのノズルニードルを低速度で開放させて、少量の前噴射量の
正確な調量を容易にしようとする。第２の開放段は主噴射のために使用される。
その場合はノズルニードルの開放速度を大きくすることが望まれている。
【０００３】 二段式電磁弁の公知の実施形態では電磁弁の可動磁極子は、直列配置された２
つの圧縮ばねを介して電磁弁の開放方向とは逆向きに負荷可能である。第１行程
ストッパに到達するまでは第１圧縮ばねだけが、弁の開放方向とは逆向きに可動
磁極子に対して作用する。可動磁極子が第１行程ストッパを通過した後に、付加
的に第２圧縮ばねが、同一の作用方向で可動磁極子に対して作用する。
【０００４】 この公知の実施形態の欠点は、圧縮ばねの前記直列配置に基づいて電磁弁の構
造長が大きくなることである。このことは特に、最近のコンパクトに構成された
機関及び最近の自動車の場合に問題である。それというのは、供用可能な構造空
間が原則として制限されているからである。そればかりでなく、中間片を介在さ
れて２つのばねが直列配置されていることによって、電磁弁の固有周波数が比較
的低くなり、これは動作挙動に不利な影響を及ぼすことになる。
【０００５】 またインジェクタ用の、圧電作動子によって作動可能な二段式電磁弁が、ドイ
ツ連邦共和国特許出願公開第１９７４１８５０号明細書に基づいて公知になって
いる。この電磁弁の場合もやはり２つの弁ばねが直列配置されており、しかも両
弁ばね間には中間リングが配置されている。この弁も前記の欠点を有している。
【０００６】 発明の開示： 本発明の課題は、コンパクトに構成されていて、かつ極度に相異した周波数の
場合にも良好な動作挙動を有している、インジェクタ用の二段式電磁弁を提供す
ることである。
【０００７】 前記課題を解決する本発明の構成手段は、弁制御室から流出通路を通流する燃
料の流出を制御する電磁弁を備え、該電磁弁が前記流出通路を閉鎖する手段、電
磁石によって作動可能であって前記流出通路を閉鎖する手段と作用結合している
可動磁極子、第１弁ばね及び第２弁ばね並びに第１行程ストッパ及び第２行程ス
トッパを有している形式の内燃機関用燃料噴射系のためのインジェクタにおいて
、第１弁ばねが可動磁極子を比較的大きなばね力で閉鎖方向に負荷しており、か
つ電磁弁の閉鎖位置から第１行程ストッパに達するまで第２弁ばねが可動磁極子
を比較的小さなばね力で開放方向に負荷している点にある。
【０００８】 第１弁ばねと第２弁ばねの作用方向が相異していることに基づいて、電磁弁の
格別コンパクトな構造が得られる。
【０００９】 第１弁ばね及び第２弁ばねが共に圧縮ばね又は引張りばねである場合、可動磁
極子の各側にそれぞれ１つの弁ばねを配置することができるので、両弁ばねの長
さは、電磁弁の全構造長を得るために可動磁極子の構造長に加算せずに済ますこ
とができる。すなわち少なくとも１つの弁ばねは、可動磁極子に対して平行に、
特に同心的に配置することができるので、それに相応して電磁弁の全構造長は短
縮される。
【００１０】 第１弁ばねが圧縮ばねであり、かつ第２弁ばねが引張りばねである場合には、
両弁ばねを、可動磁極子に対して平行に、特に同心的に配置することができるの
で、電磁弁の全構造長はなお一層短縮される。
【００１１】 更に弁ばねの本発明の実施形態では、弁ばねの直列配置は避けられ、これは電
磁弁の共振挙動に対して好結果を及ぼすことになる。
【００１２】 本発明の１実施形態では、第１弁ばねは、インジェクタのケーシングと、流出
通路を閉鎖する手段から離反した方の可動磁極子の端部との間に張設された圧縮
ばねであり、かつ第２弁ばねは、インジェクタの前記ケーシングと、流出通路を
閉鎖する前記手段に対面した方の前記可動磁極子の端部との間に張設された圧縮
ばねであるので、単純な構造と相俟って同時に電磁弁の所要スペースを僅かにす
ることが達成される。所要スペースが僅少になったことの要因は殊に、第２弁ば
ねを、流出通路を閉鎖する手段と可動磁極子との間に配置したことに遡及するこ
とができる。そればかりでなくこの実施形態の場合には、主噴射時におけるノズ
ルニードルの開放速度が高いにも拘わらず、少量の前噴射量を配量することが可
能になる。
【００１３】 本発明の別の実施形態では第２弁ばねは、シフト可能な中間リングを介して可
動磁極子を負荷しており、かつ前記中間リングの移動距離は第１行程ストッパに
よって制限されるので、第１行程ストッパは、簡単かつ正確に位置決めすること
が可能である。
【００１４】 本発明の１実施形態では可動磁極子の移動距離は、第２行程ストッパによって
制限されるので、主噴射時における電磁弁の開放度は、大きな繰り返し精度をも
って固定している。
【００１５】 本発明の更に別の実施形態では、流出通路を閉鎖する手段は、加圧棒を介して
可動磁極子と作用結合しているので、前記の流出通路を閉鎖する手段と可動磁極
子との間には空間的な分離が存在している。更にこれによって第２弁ばねのため
のスペースがより充分になる。
【００１６】 本発明の１実施形態では、第２弁ばね及び／又は中間リングは、加圧棒に対し
て同心的に配置されているので、本発明の電磁弁の所要スペースは更に減少する
ことになる。
【００１７】 本発明では、以上の事項に加えて、流出通路を閉鎖する手段は、１つの球とケ
ーシング内に配置された１つの球座とから成っているか、或いは可動磁極子から
離反した方の加圧棒端部に配置された１つの弁ヘッドと、ケーシング内に対応成
形された１つの弁座とから成っているので、流出通路の確実な封止が簡単に行わ
れる。
【００１８】 本発明の実施形態によれば噴射系はコモン・レール形噴射系であるので、本発
明の利点は、該コモン・レール形噴射系にも付与される。
【００１９】 図面： 本発明のその他の利点及び有利な構成は、以下の詳細な説明、図面及び請求項
の記載に基づいて容易に想到することができる。
【００２０】 図１は本発明によるインジェクタの概略断面図である。
【００２１】 図２は本発明による二段式電磁弁の断面図である。
【００２２】 図３は電磁弁の時間線図である。
【００２３】 発明を実施するための最良の形態： 図１にはインジェクタが概略的に図示されている。高圧接続管片１を介して燃
料３は流入通路５を経て噴射ノズル７へ導かれると共に流入絞り９を経て弁制御
室１１へ導かれる。該弁制御室１１は、流出通路１２と流出絞り１３とを介して
燃料戻し通路１７に接続されており、前記流出絞り１３は電磁弁１５によって開
放することができる。
【００２４】 電磁弁１５の漏れ量はリーク流出口１８を通って導出される。但し図１では燃
料３は黒色面として図示されている。
【００２５】 弁制御室１１は弁プランジャ１９によって画成される。該弁プランジャ１９に
はノズルニードル２１が接続し、該ノズルニードルは、加圧状態にある燃料３が
燃料噴射間に燃焼室（図示せず）内へ流入するのを防止する。ノズルニードル２
１は、大径部２５から小径部２７への横断面変化部２３を有している。前記大径
部２５をもってノズルニードル２１はケーシング２９内を案内されている。前記
横断面変化部２３は噴射ノズル７の圧力室３１を制限する。
【００２６】 流出絞り１３が閉鎖されている場合、弁プランジャ１９の端面３３に対して作
用する液力は、横断面変化部２３に対して作用する液力よりも大である。それと
いうのは弁プランジャ１９の端面３３が、横断面変化部２３の円環面よりも大で
あるからである。前記の液力に基づいて、ノズルニードル２１はノズルニードル
座３５内へ圧入され、かつ図示を省いた燃焼室へ通じる流入通路５を封止する。
【００２７】 燃料噴射系の、図示を省いた高圧ポンプが、機関停止の故に駆動されない場合
は、ノズルニードル２１の段差部３７に対して作用するノズルばね３９が、噴射
ノズル７つまりインジェクタを閉鎖する。
【００２８】 流出絞り１３もしくは電磁弁１５が開放されると、弁制御室１１内の圧力が低
下し、ひいては弁プランジャ１９の端面３３に作用する液力も低下する。この液
力が、前記横断面変化部２３に対して作用する液力よりも小さくなると即座にノ
ズルニードル２１が開放するので、燃料３は、図示を省いた複数の噴射穴を通っ
て燃焼室内へ到達することができる。このように液力増力系を介してノズルニー
ドル２１を間接的に作動制御することが必要になるのは、ノズルニードル２１を
迅速に開放させるのに必要な動力が、電磁弁１５によって直接的には発生できな
いからである。その場合に燃焼室内へ噴射される燃料量に加えて必要とされる所
謂「制御量」は、流入絞り９と弁制御室１１と流出絞り１３とを経て燃料戻し通
路１７へ達する。
【００２９】 なお制御量に加えて、ノズルニードルガイドと弁プランジャガイドに沿って漏
れ量も発生する。この制御量及び漏れ量はストローク当り最大５０ｍｍ３ に達
することがあり、かつ燃料戻し通路１７を介して再び燃料タンク（図示せず）へ
戻される。
【００３０】 図２には本発明の電磁弁１５が図示されている。燃料噴射間に流出絞り１３は
、電磁弁１５の球４１によって閉塞される。この閉塞は、可動磁極子４３、該可
動磁極子に結合された加圧棒４４及び第１弁ばね４５を介して間接的に行われ、
その場合前記球４１は、ケーシング２９の球座４７内へ圧入される。球座４７と
可動磁極子４３との間には第２弁ばね５７が配置されており、該第２弁ばねは中
間リング５９を介して、第１弁ばね４５に対抗する力を可動磁極子４３に対して
及ぼす。
【００３１】 中間リング５９は、可動磁極子４３の縦軸線の方向で、第１行程ストッパ６１
に達するまでシフト可能である。図２では、第１行程ストッパ６１を貫通する凹
設部６３によって中間リング５９をセンタリングする１実施形態が図示されてい
る。電磁弁１５の図示の運転状態において球４１を球座４７内へ圧入させる力は
、第１弁ばね４５と第２弁ばね５７とのばね力差である。
【００３２】 前噴射をリリースさせるためには、電磁弁１５の電磁石４９が引きつけ電流値
ＩＶで作動制御される。これによって可動磁極子４３に対して作用する電磁石４
９の力は、可動磁極子４３に対して作用する第１弁ばね４５と第２弁ばね５７と
のばね力差を上回るように設計されている。それに基づいて可動磁極子４３は、
中間リング５９が第１行程ストッパ６１に当接するまで電磁石４９の方に向かっ
て運動する。第１行程ストッパ６１が第２弁ばね５７のばね力を吸収すると直ち
に、第１弁ばね４５の全ばね力が、電磁石１５によって可動磁極子４３に対して
加えられる力に抗して作用する。第１弁ばね４５のばね力は、値ＩＶ の電流が
電磁石１５を通電する場合の該電磁石の力よりも大である。従って可動磁極子４
３は前噴射時には、中間リング５９が第１行程ストッパ６１に当接するまでしか
開放しない。この行程は、図２に符号６５で示した距離に等しい。尤も別の行程
ストッパを使用することも可能である。例えば第２弁ばね５７の弾発作用を、第
２弁ばねに結合された抗張棒などによって制限することも可能である。第１行程
ストッパという概念は、本発明との関連においては、可動磁極子４３が所定行程
に達した後には第２弁ばね５７が可動磁極子４３をもはや負荷しないことを意味
している。
【００３３】 電磁弁１５の部分的開放によって燃料３は、流出通路１２と、該流出通路内に
配置された流出絞り１３とを介して弁制御室１１から、その上方に位置している
中空室５１内へ流れ、かつ燃料戻し通路１７を介して燃料タンク（図示せず）へ
流出することができるので、弁制御室１１内の圧力は低下する。流入絞り９は、
図１に図示した流入通路５と弁制御室１１との間の完全な圧力平衡を阻止する。
前記弁制御室１１内の圧力降下に基づいて弁プランジャ１９の端面３３に対して
作用する液力が、噴射圧で負荷される（図１に図示した）横断面変化部２３に対
して作用する液力よりも小さくなると即座に、ノズルニードル２１は開放し、か
つ燃料噴射が始まる。
【００３４】 図１に図示したノズルニードル２１の開放速度は、流入絞り９と流出絞り１３
との間の通流差によって決定される。流出絞り１３並びに球座４７及び球４１は
、直列配置された流動抵抗である。前噴射時には、可動磁極子４３の行程６５が
僅かであるため球座４７及び球４１の流動抵抗は大きい。従って前噴射時のノズ
ルニードル２１の開放速度は比較的小さい。これによって少量の前噴射量の配量
が容易になる。
【００３５】 主噴射は、電磁弁１５の電磁石４９を、電流値ＩＶ よりも大きな引きつけ電
流値ＩＡ によって作動制御することによってリリースされる。可動磁極子４３
に対して作用する電磁石４９の力はこの場合も、可動磁極子４３に対して作用す
る第１弁ばね４５の力を上回っているので、可動磁極子４３は、第２行程ストッ
パ６７に達するまで開放する。電磁弁１５の開放時には次の関係がポジティブに
作用する。すなわち： （ａ）電磁弁１５が閉鎖されている場合、可動磁極子４３と電磁石４９との間
の距離は大きい。従って、可動磁極子４３に対して作用する電磁石４９の力は比
較的小さい。この位置では第１弁ばね４５と第２弁ばね５７とのばね力差が可動
磁極子４３に対して作用するにすぎない。すなわち電磁弁１５の開放の開始時に
は、摩擦力及び慣性力に加えて、僅かなばね力が克服されればよい。従って電磁
弁１５の部分開放、ひいてはノズルニードル２１の緩慢な開放を生ぜしめるため
には引きつけ電流ＩＶ で充分である。
【００３６】 （ｂ）電磁弁がすでに部分開放されているか或いは全開されている場合には、
可動磁極子４３と電磁石４９との間隔は小さい。可動磁極子４３と電磁石４９と
の間の空隙が今は比較的小さいので、可動磁極子４３に対して作用する電磁石４
９の力は、電磁石４９を等しく通電する場合、比較的大である。この場合電磁石
４９は第１弁ばね４５のばね力も克服することができる。これに加えて、電磁弁
１５のこの開放段階では、可動磁極子４３の慣性力はすでに減退した状態にある
。
【００３７】 （ｃ）主噴射の場合には、比較的大きな引きつけ電流ＩＡ が電磁石４９を通
電し、その結果、電磁弁１５が、ひいてはノズルニードル２１が、より迅速にか
つより広く開放することになる。主噴射時のノズルニードル２１の開放速度は大
である。それというのは可動磁極子４３の進行する行程が大であり、従って球座
４７及び球４１の流動抵抗が、前噴射時よりも遥かに小さいからである。噴射ノ
ズル７が全開した場合、燃料３は、コモン・レール内の圧力にほぼ等しい圧力を
もって燃焼室内へ噴射される。
【００３８】 或る所定の時間を経た後、高められた引きつけ電流ＩＡ は比較的低い保持電
流ＩＨ に低下される。これが可能になるのは、磁気回路の空隙が今はより微小
だからである。
【００３９】 保持電流ＩＨがもはや流れなくなると即座に、可動磁極子４３は第１弁ばね４
５によって球４１の方に向かって押圧され、かつ該球４１は流出絞り１３を閉鎖
する。その場合、行程６５を下回ると即座に、第２弁ばね５７が可動磁極子４３
を制動して、球座４７及び球４１の強度の摩耗を防止する。
【００４０】 流出絞り１３の閉鎖によって弁制御室１１内には、流入絞り９を介して再びコ
モン・レール圧が増成される。このコモン・レール圧は弁プランジャ１９の端面
３３を介して、開放状態に対比して高められた液力を該弁プランジャ１９に及ぼ
す。この液力及びノズルばね３９のばね力が、横断面変化部２３に対して作用す
る液力を上回ると即座に、ノズルニードル２１は閉鎖する。
【００４１】 ノズルニードル２１の閉鎖速度は、流入絞り９の通流量によって決まる。ノズ
ルニードル２１がノズルニードル座３５に当接すると、燃料噴射は終了する。
【００４２】 図３には、電磁弁及び噴射ノズルの作動の時間的経過が定性的に図示されてい
る。図３ａでは、時間７１の関数である電磁弁の可動磁極子行程６９が示されて
いる。縦座標には、前噴射時の可動磁極子行程が符号ｖで、かつ主噴射時の可動
磁極子行程が符号ｈで示されている。曲線勾配を比較することによって、主噴射
時の電磁弁の開放速度が、前噴射時よりも大きいことを確認することができる。
これは、前噴射時に対比して可動磁極子電流を大きくすることによって得ること
ができる。
【００４３】 図３ｂには、時間７１の関数である噴射ノズル７３の行程が図示されている。
横座標軸に対して垂直に延びる複数本の破線によって、作動による電磁弁の開放
と噴射ノズルの開閉との間の時間的な遅れを表すことが試みられた。
【００４４】 請求の範囲、詳細な説明及び図面に記載したすべての特徴的事項は、それぞれ
単独にも、また互いに任意に組合せても本発明にとって主要な構成要件である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるインジェクタの概略断面図である。
【図２】 本発明による二段式電磁弁の断面図である。
【図３】 電磁弁の時間線図である。
【符号の説明】
１ 高圧接続管片、 ３ 燃料、 ５ 流入通路、 ７ 噴射ノズル
、 ９ 流入絞り、 １１ 弁制御室、 １２ 流出通路、 １３ 流
出絞り、 １５ 電磁弁、 １７ 燃料戻し通路、 １８ リーク流出口
、 １９ 弁プランジャ、 ２１ ノズルニードル、 ２３ 横断面変化
部、 ２５ 大径部、 ２７ 小径部、 ２９ ケーシング、 ３１
圧力室、 ３３ 弁プランジャの端面、 ３５ ノズルニードル座、 ３７
段差部、 ３９ ノズルばね、 ４１ 球、 ４３ 可動磁極子、
４４ 加圧棒、 ４５ 第１弁ばね、 ４７ 球座、 ４９ 電磁石、
５１ 中空室、 ５７ 第２弁ばね、 ５９ 中間リング、 ６１
第１行程ストッパ、 ６３ 凹設部、 ６５ 可動磁極子の行程、 ６７
第２行程ストッパ、 ６９ 可動磁極子行程、 ７１ 時間、 ７３
噴射ノズル行程

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 弁制御室（１１）から流出通路（１２）を通流する燃料（３
    ）の流出を制御する電磁弁（１５）を備え、該電磁弁（１５）が前記流出通路（
    １２）を閉鎖する手段（４１，４７）、電磁石（４９）によって作動可能であっ
    て前記流出通路（１２）を閉鎖する手段（４１，４７）と作用結合している可動
    磁極子（４３）、第１弁ばね（４５）及び第２弁ばね（５７）並びに第１行程ス
    トッパ（６１）を有している形式の内燃機関用燃料噴射系のためのインジェクタ
    において、第１弁ばね（４５）が可動磁極子（４３）を比較的大きなばね力でも
    って閉鎖方向に負荷しており、かつ電磁弁（１５）の閉鎖位置から第１行程スト
    ッパ（４５）に達するまで第２弁ばね（５７）が可動磁極子（４３）を比較的小
    さなばね力でもって開放方向に負荷していることを特徴とする、内燃機関用燃料
    噴射系のためのインジェクタ。
  2. 【請求項２】 第１弁ばね（４５）が、インジェクタのケーシング（２９）
    と、流出通路（１２）を閉鎖する手段（４１，４７）から離反した方の可動磁極
    子（４３）の端部との間に張設された圧縮ばねであり、かつ第２弁ばね（５７）
    が、インジェクタの前記ケーシング（２９）と、流出通路（１２）を閉鎖する前
    記手段（４１，４７）に対面した方の前記可動磁極子（４３）の端部との間に張
    設された圧縮ばねである、請求項１記載のインジェクタ。
  3. 【請求項３】 第２弁ばね（５７）がシフト可能な中間リング（５９）を介
    して可動磁極子（４３）を負荷しており、かつ前記中間リング（５９）の移動距
    離が第１行程ストッパ（６１）によって制限される、請求項２記載のインジェク
    タ。
  4. 【請求項４】 可動磁極子（４３）の移動距離が第２行程ストッパ（６７）
    によって制限される、請求項１から３までのいずれか１項記載のインジェクタ。
  5. 【請求項５】 流出通路（１２）を閉鎖する手段（４１，４７）が、加圧棒
    （４４）を介して可動磁極子（４３）と作用結合している、請求項１から４まで
    のいずれか１項記載のインジェクタ。
  6. 【請求項６】 第２弁ばね（５７）及び／又は中間リング（５９）が、加圧
    棒（４４）に対して同心的に配置されている、請求項５記載のインジェクタ。
  7. 【請求項７】 流出通路（１２）を閉鎖する手段（４１，４７）が、１つの
    球（４１）とケーシング（２９）内に配置された１つの球座（４７）とから成っ
    ている、請求項５記載のインジェクタ。
  8. 【請求項８】 流出通路（１２）を閉鎖する手段（４１，４７）が、可動磁
    極子（４３）から離反した方の加圧棒（４４）の端部に配置された１つの弁ヘッ
    ドと、ケーシング（２９）内に対応成形された１つの弁座とから成っている、請
    求項１から６までのいずれか１項記載のインジェクタ。
  9. 【請求項９】 噴射系がコモン・レール形噴射系である、請求項１から８ま
    でのいずれか１項記載のインジェクタ。
JP2001515447A 1999-08-09 2000-08-02 内燃機関用燃料噴射系のインジェクタのためのコンパクト構造の二段式電磁弁 Pending JP2003524725A (ja)

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