JP2003528253A - 可変噴射圧プロセスで燃料を噴射する装置 - Google Patents

可変噴射圧プロセスで燃料を噴射する装置

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JP2003528253A JP2001569137A JP2001569137A JP2003528253A JP 2003528253 A JP2003528253 A JP 2003528253A JP 2001569137 A JP2001569137 A JP 2001569137A JP 2001569137 A JP2001569137 A JP 2001569137A JP 2003528253 A JP2003528253 A JP 2003528253A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、１つの圧力室（１３）を内蔵するインジェクタ（１）によって燃料を噴射する装置に関する。前記圧力室（１３）を起点として１本の高圧導管（５）がインジェクタケーシング（２）を通って延びており、該インジェクタケーシング内には、ノズルニードル（４）によって閉鎖可能なノズル（３）が配置されており、しかも前記ノズルニードル（４）は蓄力器（７）によって負荷されている。作動子（１１）を介して相互に無関係に調整可能かつ作動制御可能な２つの制御弁（８，１０）が設けられており、この両制御弁は作用結合室（９）を介して互いに接続されており、かつ、両制御弁を介して噴射圧プロセス（２４）が制御可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 技術分野： 本発明は、内燃機関の燃料供給のために使用できる、例えば高圧噴射システム
の場合のような、可変噴射圧プロセスで燃料を噴射する装置に関する。
【０００２】 背景技術： 欧州特許出願公開第０８２３５４９号明細書に記載された技術は、燃料を噴射
するためのインジェクタユニットに関する。可動磁極子が流出弁並びに、制御室
内の圧力を調圧する制御ニードル弁を作動する。高圧下の燃料で制御室を負荷す
る場合、圧縮ばねの力を支援する力が制御部分に及ぼされる。流出弁と制御ニー
ドル弁は、電磁作動制御を介して共通の構造部分によって制御される。従来技術
に基づいて公知になっている前記解決手段では、制御ニードル弁と、該制御ニー
ドル弁の上面側は、制御室の構成部分であり、かつ、制御ニードル弁を常に実質
的に圧力平衡させるように設計されている。前掲の欧州特許出願公開第０８２３
５４９号明細書によって選択された配置構成に基づいて、制御部構成要素、すな
わち噴射弁における制御部分とニードル弁は、相応の電流レベルに関連して作動
制御されることになり、しかも、より低い第１電流レベルが第１の制御部材を作
動するために必要になる。この場合ニードル弁は機械的結合によって部分的に作
動される。より高い第２電流レベルを介してニードル弁はフルに作動される。従
来技術の当該解決手段における問題点は、調整パラメータを正確に厳守すること
である。
【０００３】 軽度に開弁した制御弁を介して燃料容積の一部分を再放出することによって噴
射プロセスを形成するようにした解決手段が従来技術に基づいて公知になってい
る。この操作方式はＣＣＲＳ（Current Controlled Rate Shaping）という名称
で公知である。
【０００４】 噴射圧プロセスを制御するために従来技術に基づいて公知になっている別の実
施形態は、制御弁ストロークを介して圧力を制御する点にある。
【０００５】 発明の開示： 本発明による解決手段では、制御弁を僅かな経費で有利に分割設計することに
よって、インジェクタの制御弁の作動制御を介して設定値に相応して噴射圧プロ
セスを形成できるように、制御弁を調整することが可能である。燃料噴射にとっ
て重要なパラメータ、つまり前噴射、ブーツ段階を伴う圧力増成期、圧力制限並
びに噴射量抑制制御率のためのパラメータを、使用目的に応じて可変に設定する
ことが可能である。圧力増成期中のブーツ圧は、ノズル設計、インジェクタ内の
ポンププランジャ直径の設計並びにカム軸設計には関わりなく確定できるので、
インジェクタポンプユニットは、種々異なった設計のエンジンのために使用する
ことができる。それというのは１つのインジェクタにおいて、各噴射動作にとっ
て重要なパラメータが、特別のパラメータによる各内燃機関のための適用例に応
じて前調整可能だからである。
【０００６】 両制御弁の並列配置及び両制御弁間に延びる高圧導管によって、インジェクタ
を、その所要スペースを著しく削減した構造形態にすることが可能になる。前噴
射圧及び噴射量抑制制御率は、制御弁の作動子作動制御によって、内燃機関の回
転数モーメント及び負荷モーメントには無関係に変化することができ、これによ
ってその都度得ようとする噴射圧プロセスの形成を広い範囲で設定することが可
能である。インジェクタケーシング内に収容された作動子ピストンの製作トレラ
ンスが高められるので、この構成部品のより有利な製作が得られる。
【０００７】 本発明の提案した解決手段に基づいて得られる更なる利点は、制御弁を種々の
力で負荷するばねのばね力に抗して制御弁を、各弁座へ戻せる点にある。これに
よって封止が得られるので、圧力形成（ブーツ噴射）を更に損失なく行うことが
できる。それというのは圧力増成を遅らせる漏れ損失が、制御弁座における封止
作用によって阻止されるからである。
【０００８】 各機関設計に個別に適合された前噴射を実現するために、第１制御弁がその終
端位置へ移動される。主噴射の制御は、第２制御弁の閉弁によって行われ、又こ
の第２制御弁を介して、該第２制御弁を部分開弁位置へ移動させるようにして圧
力制限を行うことも可能である。燃料の一部分が燃料タンクへ流出することがで
きるので、インジェクタ内のポンプエレメントの過負荷を防止することが可能で
ある。これによって更にまた、より高いカム速度が得られ、従って、より小さな
回転数及びより小さな負荷モーメントで圧力の上昇が得られる。
【０００９】 発明を実施するための最良の形態： 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【００１０】 図１には、インジェクタケーシング内に組込まれていて個別的な作動子を介し
て作動可能な２つの制御弁を備えたインジェクタの概略的な構成断面図が示され
ている。
【００１１】 図１では概略的に図示したにすぎないインジェクタ１はインジェクタケーシン
グ２を有し、該インジェクタケーシングの内燃機関寄り端部内にノズル３が設け
られている。該ノズル３は、制御室６から延びるノズルニードル４によって閉鎖
される。制御室６内に高圧導管５が開口しており、該高圧導管は、インジェクタ
ケーシング２の内部を通って延在し、かつ、作動子ピストン１２によって負荷さ
れている圧力室１３と前記制御室６とを互いに連通している。ノズルニードル４
は、ノズル３から離反した方の端部で蓄力器７によって負荷される。例えばコイ
ルばねとして形成された該蓄力器７は、インジェクタ１のインジェクタケーシン
グ２によって囲まれる。
【００１２】 噴射圧制御は、高圧供給導管内に組込まれた２つの制御弁８，１０によって行
われる。第１制御弁８が低圧側で第２低圧域１７に接続しているのに対して、第
２制御弁１０は等圧弁１４（又は択一的に絞りエレメント）を介して第１低圧域
１６に接続している。等圧弁１４に設けられたばねエレメント１５又は任意に形
成された調整エレメントを介して、第１低圧域１６における第２制御弁１０の開
弁圧が調整されるので、第２制御弁を介して、圧力室１３の圧力負荷は作動子ピ
ストン１２によって調整することができる。部分開弁された第２制御弁１０を介
して燃料は流出することができるので、インジェクタケーシング２の内部に組込
まれた機械的な構成要素の負荷限界を越えることはない。
【００１３】 両制御弁８，１０に夫々１つずつ配設された両ばねエレメント３１，３２によ
って、両制御弁８，１０の作動圧を前調整することが可能である。両制御弁８，
１０における作動圧は、有利には比較的低く選ばれるので、両制御弁８，１０は
ほぼ無力である。但しこの場合次の条件式が当て嵌まる。
【００１４】 第２制御弁１０の行程体積＜第１制御弁８の行程体積 図１に概略的に図示した例では、両制御弁８，１０は開弁状態にあり、すなわ
ち燃料は、それぞれ図示の矢印方向で、第２低圧域１７内へ、もしくは等圧弁１
４を介して（其処で調整された圧力を超えた場合には）第１低圧域１６内へ流出
することができる。
【００１５】 両制御弁８，１０が、殊に有利には圧電作動子として形成された作動子１１に
よって作動制御され、圧縮ばねとしてのばねエレメント３１，３２の作用に抗し
て下段位置へ移動されると、ノズルニードル４を負荷する制御室６は、高圧導管
５を介して、圧力室１３内で最高圧下で貯蔵される燃料と接続される。
【００１６】 図２に拡大図で示したインジェクタ内の構成要素は、インジェクタケーシング
内に設けられている作用結合室９を介して互いに接続されている。
【００１７】 両制御弁８，１０は夫々１つの制御部を有し、該制御部は円筒形に形成されて
いるのが有利である。第１制御弁８における制御部の横断面積Ａ１は、第２制御
弁１０における制御部の横断面積Ａ２よりも大きく設計されている。両制御弁８
，１０の両制御部は、作動子１１によって圧力負荷される作用結合室９内へ侵入
している。第１制御弁８は、燃料を第１制御弁８から流出させる第２低圧域１７
に接続している。第１低圧域１６へは、過剰燃料が第２制御弁１０から流出する
。両制御弁８，１０はそれぞれ異なったばね定数で形成された蓄力器３１，３３
を内蔵し、該蓄力器によって、各弁機能に適合されたばね力Ｆ１，Ｆ２が発生さ
れる。
【００１８】 作用結合室９、管路及び両制御弁８，１０を相互に接続した結合通路９．１は
１つの通路系を形成しており、該通路系の放圧は、例えば第２制御弁１０の部分
開弁を介して可能である。等圧弁１４は第２制御弁１０に前置することもでき、
これによってブーツ段階の圧力が調整される。その場合インジェクタケーシング
２内の機械的構成要素のための最大許容負荷圧は等圧弁１４で調整され、該等圧
弁は、容器、例えば燃料タンクへ開口する流出域に設けられている。両制御弁８
，１０間には、実質的に鉛直に延びる高圧孔１８が穿設されており、該高圧孔は
、極度に高い高圧燃料をノズル３へ導き、該ノズルは、インジェクタケーシング
２から内燃機関の燃焼室内へ侵入している。両制御弁８，１０の空間的な配置並
びに高圧孔８の経路は、図３の図示に基づいて明らかである。
【００１９】 この概略的な平面図に図示した作動子１１の作動子ピストンを介して作用結合
室９（図２参照）が形成され、該作用結合室を起点として、該作用結合室に圧力
を負荷する結合通路９．１が分岐しており、該結合通路自体は、作用結合室９の
一部分と見做すことができる。結合通路９．１内へ両制御弁８，１０の両ピスト
ン面が侵入しており、両ピストン面は、作動子１１、例えば圧電作動子によって
負荷される圧力室１３を介して、高圧燃料で負荷される。
【００２０】 高圧孔１８は両制御弁８，１０間に延びるように配置されており、これによっ
てインジェクタ１のインジェクタケーシング２の構造が極度にコンパクトになる
。両制御弁８，１０をそれぞれ包囲する制御室並びに第１制御弁８のピストンよ
りも小さなピストン面積Ａ２を有する第２制御弁１０から第１低圧域１６へ通じ
る流出導管は破線で図示されている。
【００２１】 図４には、作動子の作動制御の経時的プロセス、両制御弁の各ストローク運動
のプロセス、並びにその結果生じる噴射圧プロセスが、時間を関数としてプロッ
トされている。
【００２２】 図４では、各ストローク運動、圧力並びに発生噴射圧プロセスを表す５つの線
図が、時間を関数として上下にプロットされている。時間軸は、前噴射期２５と
圧力増成期２６と圧力減成期３０に分割されている。従って作用結合室９，９．
１内では、作動子ストローク線図の下の線図で与えられた圧力プロセス２１が生
じ、同じく前噴射期に相当する第１の昇圧期と、それに続く主噴射期に相当する
別の昇圧期とに分割することができる。
【００２３】 その下位に位置する、符号２２及び符号２３で夫々示した線図では、両制御弁
８，１０のストローク行程が図示されている。線図２２から判るように、第１制
御弁８を介して前噴射期２５が制御されると共に、主噴射期の一部分が制御され
る。主噴射は、内燃機関の燃焼室内へ所要燃料量を噴射するために、比較的大き
な時間間隔を必要とする。最下位の線図２４におけるノズルニードルストローク
（上位曲線）は、主噴射期にわたって一定であるので、燃焼のために必要とされ
る燃料体積は、比較的長い時間間隔にわたって燃焼室内へ搬送つまり噴射されれ
ばよい。
【００２４】 線図２３では第２制御弁１０の制御部のストローク行程が時間を関数としてプ
ロットされている。第２制御弁１０は前噴射期２５のあいだ全開されている。主
噴射期の終期頃に初めて第２制御弁１０は閉弁し、こうして主噴射の終期頃に噴
射圧を高めるために寄与する（線図２４参照）。両制御弁８，１０のストローク
行程を表わす２つの線図２２，２３を比較すれば、線図２４に示した噴射圧プロ
セスが導出され、（但しノズルニードル４のストロークが一定であることを前提
とすれば）図示のような経過を辿り、かつ、前噴射期２５の開始時の開弁運動と
、線図２４に示した時間間隔にわたる主噴射中のノズルニードル４の開弁運動と
から成っている。作動子１１を介して両制御弁８，１０を作動制御することによ
って、前噴射及び主噴射の開始期と終期を、内燃機関の設計に関連して個別に確
定することが可能になる。圧力増成期（ブーツ段階）は適用例に応じて個別に前
調整される。更に噴射圧プロセスは、主噴射期の終期頃に第２制御弁１０を所期
のように作動制御することによって著しく高めることができる。
【００２５】 すでに述べたように更にまた、インジェクタの圧力過負荷を避けるために、第
２制御弁１０の流出域に配設された等圧弁１４において過剰燃料の抑制制御率を
調整かつ変化することが可能である。
【００２６】 図５ではコンパクトな構造のインジェクタが図示されており、該インジェクタ
のインジェクタケーシング内には、１つの制御弁に配設された等圧弁が組込まれ
ている。
【００２７】 図５に示したインジェクタ１はインジェクタケーシング２を有し、該インジェ
クタケーシングの上位部分には、ポンピング室１３内へ侵入するピストン１２が
挿嵌されている。前記ポンピング室１３から高圧導管５がインジェクタケーシン
グ２内をノズル３の制御室６へ向かって延びており、前記ノズル３はノズルニー
ドル４によって閉鎖・解放可能である。該ノズルニードル４自体は、インジェク
タケーシング２によって包囲された圧縮ばね７によって負荷される。両制御弁８
，１０（但し本図では制御弁は１つしか図示されていない）には１つの等圧弁１
４が配設されており、該等圧弁は、インジェクタケーシング２内のケーシング孔
２７を介して第１低圧域１６に接続されており、かつ、圧力制限のために放出さ
れた過剰燃料を再び燃料タンクへ戻す。インジェクタケーシング２の反対側に１
つのケーシング孔２７が設けられており、該ケーシング孔を介して過剰燃料を第
２低圧域１７へ供給することが可能である。
【００２８】 図５に図示した構成では、インジェクタ１のインジェクタケーシング２は例え
ば多段式に構成されており、しかも、ノズルニードル４の領域でインジェクタケ
ーシング２を形成する構成部品を、センタリングエレメント２８，２９を介して
配置することによって、漏れ損失を確実に低下させることが保証されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２つの制御弁を内蔵したインジェクタの概略的な構成断面図である。
【図２】 作用結合室を介してインジェクタのインジェクタケーシング内の圧力室に接続
された両制御弁の構成要素の拡大断面図である。
【図３】 制御弁と高圧導管と作動子ピントンの空間配置の概略的な平面図である。
【図４】 作動子及び制御弁の経時的な作動制御と、これに基づいて生じる噴射圧プロセ
スとを示す線図である。
【図５】 インジェクタケーシング内に収容された両制御弁を備えたインジェクタの縦断
面図である。
【符号の説明】
１ インジェクタ、 ２ インジェクタケーシング、 ３ ノズル、 ４ ノズルニードル、 ５ 高圧導管、 ６ 制御室、 ７ 蓄力器又
は圧縮ばね、 ８ 第１制御弁、 ９ 作用結合室、 ９．１ 結合通路
、 １０ 第２制御弁、 １１ 作動子、 １２ 作動子ピストン、 １
３ 圧力室、 １４ 等圧弁、 １５ ばねエレメント、 １６ 第１
低圧域、 １７ 第２低圧域、 １８ 高圧孔、 １９ 作動子ストロー
クのプロセス、 ２０ ピストンストロークのプロセス、 ２１ 作用結合
室内の圧力プロセス、 ２２ 第１制御弁ストロークのプロセス、 ２３ 第２制御弁ストロークのプロセス、 ２４ 噴射圧／ノズルニードルストロー
クのプロセス、 ２５ 前噴射期、 ２６ 圧力増成期（ブート期）、 ２
７ ケーシング孔、 ２８，２９ センタリングエレメント、 ３０ 圧
力減成期、 ３１ 第１蓄力器としてのばねエレメント（Ｆ１）、 ３２ 第２蓄力器としてのばねエレメント（Ｆ２）
───────────────────────────────────────────────────── 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 51/00 Ｆ０２Ｍ 51/00 Ｅ 51/06 51/06 Ｎ (72)発明者 ウルリッヒ プロヤーン ドイツ連邦共和国 レオンベルク ヴァイ ンベルクシュトラーセ 91 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC07 AD07 AD12 BA08 BA13 CA09 CC01 CC06T CC08U CC14 CC68U CC70 CE13 CE27 DA04 DA09

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １つの圧力室（１３）と、該圧力室を起点としてインジェク
    タケーシング（２）を通って延びる１本の高圧導管（５）と、前記インジェクタ
    ケーシング内に配置されていてノズルニードル（４）によって閉鎖可能な１つの
    ノズル（３）とを備え、前記ノズルニードル（４）を１つの蓄力器（７）によっ
    て負荷している形式の、インジェクタ（１）を有する燃料噴射装置において、 相互に無関係に調整可能であって１つの作動子（１１）を介して作動制御可能
    な２つの制御弁（８，１０）が設けられており、かつ、１つの作用結合室（９）
    を介して互いに接続されており、前記の両制御弁によって噴射圧プロセス（２４
    ）が制御可能であることを特徴とする、インジェクタを有する燃料噴射装置。
  2. 【請求項２】 両制御弁（８，１０）が相前後して接続される、請求項１記
    載の燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】 一方の制御弁（８又は１０）に等圧弁（１４）が配設されて
    いる、請求項１記載の燃料噴射装置。
  4. 【請求項４】 作動子（１１）として圧電作動子が設けられている、請求項
    １記載の燃料噴射装置。
  5. 【請求項５】 一方の制御弁（８又は１０）の流出域に絞りエレメントが配
    設されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
  6. 【請求項６】 両制御弁（８，１０）が圧縮ばねエレメント（３１，３２）
    を有し、その場合発生可能なばね力についてＦ２＞ Ｆ１が当て嵌まる、請求項
    １記載の燃料噴射装置。
  7. 【請求項７】 第１制御弁（８）の弁面積Ａ１が第２制御弁（１０）の弁面
    積Ａ２より大である、請求項１記載の燃料噴射装置。
  8. 【請求項８】 ノズル（３）における圧力増成期（２６）が、終端位置への
    第１制御弁（８）の作動制御によって導入される、請求項１記載の燃料噴射装置
    。
  9. 【請求項９】 主噴射が第２制御弁（１０）の閉弁によって行われ、該第２
    制御弁が、圧力室（１３）内の圧力を制限するために部分開弁位置へ移動可能で
    ある、請求項１記載の燃料噴射装置。
  10. 【請求項１０】 インジェクタ（１）における噴射量抑制制御率が等圧弁（
    １４）によって調整可能である、請求項９記載の燃料噴射装置。
  11. 【請求項１１】 放圧が等圧弁（１４）で調整可能である、請求項９記載の
    燃料噴射装置。
  12. 【請求項１２】 インジェクタ（１）における噴射量抑制制御率が、第２制
    御弁（１０）の部分開弁によって調整可能である、請求項９記載の燃料噴射装置
    。
JP2001569137A 2000-03-23 2001-03-20 可変噴射圧プロセスで燃料を噴射する装置 Pending JP2003528253A (ja)

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