JP2004502085A - 内燃機関に用いられる燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関に用いられる燃料噴射装置は、燃料高圧源（１）から燃料を、圧電式のユニット（９）によって操作可能な制御弁（６）を介して噴射開口（７）にまで案内する。制御弁（６）は弁部材（８）を有している。該弁部材（８）は、第１の弁室（１５）を仕切る第１の弁座（１３）と第２の弁座（１４）との間で軸方向に移動可能である。燃料高圧源（１）から導出した管路（５）は第２の弁室（１６）に開口している。該弁室（１６）は第１の弁座（１３）と弁部材（８）の第１の案内部（１８）とによって弁体（１０）内に仕切られている。第１の弁室（１５）からは、噴射開口（７）にまで延びる管路（２２）が分岐している。弁部材（８）の第２の案内部（２８）は、弁部材（８）の、第２の弁座（１４）に隣接した領域に設けられている。案内部（１８，２８）の両側には、それぞれ１つの漏れ管路（２１，３０）が設けられている。弁座（１３，１４）と案内部（１８，２８）との直径は、制御弁（６）における力補償が形成されているようにそれぞれ同一に選択されている。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射装置から出発する。この燃料噴射装置では、燃料高圧源から燃料が制御弁を介して噴射開口にまで案内される。実際十分に知られている、特にコモンレールシステムで使用されるこのような燃料噴射装置では、たいていノズルホルダ装置として形成されている噴射開口への燃料の供給が、しばしばスプール弁もしくは座スプール弁を介して制御される。このスプール弁もしくは座スプール弁は力補償式にまたは部分力補償式に形成されていてよい。しかし、供給部と導出部とを開放しかつ供給部と導出部とに重ねるための制御縁部を有するスプール弁の使用は、通常小さな重なりによって生ぜしめられる大きな漏れに基づき不都合である。
【０００２】
この欠点を回避するためには、複座弁を使用することが提案される。この複座弁はスプール弁に比べて、行程長さが著しく増大され、座に対する高いシール作用が獲得可能であるという利点を有している。さらに、複座弁における行程長さは、力補償される弁を前提として弁の直接的な制御が圧電式のユニットによって行われ得るように小さく選択できることが試験してみて分かった。
【０００３】
内燃機関に用いられるこのような形式の燃料噴射装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８６０６７８号明細書に記載されている。この公知の燃料噴射装置では、圧力管路を介して燃料噴射弁に燃料が供給される。この燃料噴射弁は、噴射開口を制御するために噴射弁部材を有している。この噴射弁部材の運動ひいては噴射ノズルの開放は制御弁によって制御される。この制御弁は、ピエゾアクチュエータによって操作される制御弁部材を有している。この制御弁部材は弁ヘッドを備えて形成されていて、制御弁の２つの弁座と協働する。これによって、ピエゾアクチュエータへの電圧の印加時には、燃料高圧源から延びる管路と、第１の弁座および第２の弁座とを介した、噴射開口に通じる管路内への燃料の通流が可能となる。
【０００４】
しかし、この場合、複数の分離平面を備えた弁ケーシングの手間のかかる構成が問題であると分かった。この場合、複数の部分から成るボディを備えた力補償式の弁の組付けが特に困難であると分かった。
【０００５】
発明の利点
請求項１の特徴を備えた本発明による燃料噴射装置は従来のものに比べて、制御弁が、圧電式のユニットによって機械的な変換部、特に有利には液圧的な変換部を介して直接操作することができる正確に作業する３ポート２位置弁として圧力制御式のシステムに設けられているという利点を有している。この場合、燃料噴射装置の噴射開口への燃料の供給部に制御弁を組み込むことによって、正確に調量された短い噴射が可能となる。
【０００６】
本発明による燃料噴射装置では、制御弁の構造が著しく有利である。この制御弁によって、第２の弁座と第２の案内部とを形成するための適切な構成部材、有利には請求項３記載のスリーブを挿入することができる主として弁体を備えた弁の実現が可能となる。
【０００７】
制御弁の組付けは相応に簡単に行われる。なぜならば、弁体と、第２の弁座を形成する対応片、たとえば請求項３記載のスリーブとを有利にはチャック緊締下で製造することができるからである。これによって、構成部材の互いの高い嵌合性が得られる。
【０００８】
本発明のさらなる利点および有利な構成は、特許請求の範囲および図面に基づき原理的に説明された以下の実施例から得られる。
【０００９】
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。
【００１０】
図１には、自動車の内燃機関に用いられる燃料噴射装置の実施例が示してある。この燃料噴射装置は、ディーゼル燃料を噴射するためのコモンレールインジェクタとして形成されている。この場合、コモンレールシステムは燃料高圧源１を成している。この燃料高圧源１は燃料高圧アキュムレータ２を備えて形成されている。この燃料高圧アキュムレータ２には燃料高圧フィードポンプ３によって燃料蓄え容器４から、噴射圧に圧縮された燃料が供給される。
【００１１】
燃料高圧アキュムレータ２からは管路５が制御弁６に通じている。この制御弁６によって燃料は噴射のために同じく噴射開口７に案内される。この噴射開口７は図１にシンボリックにしか示されておらず、慣用の形式でノズルホルダ装置として形成されていてよい。
【００１２】
噴射開始、噴射期間および噴射量を燃料供給部を介して調整するためには、制御弁６が弁部材８を備えて形成されている。この弁部材８は、圧電式のアクチュエータ９として形成された圧電式のユニットを介して制御される。
【００１３】
弁部材８はプランジャ状に形成されていて、弁体１０の長手方向孔１１内に移動可能に配置されている。この場合、弁部材８は中間の領域に、横断面で拡張された弁ヘッド１２を有している。この弁ヘッド１２は両運動方向にそれぞれ１つの皿状の弁ヘッドシール面を有している。この弁ヘッドシール面は、第１の弁室１５に設けられたピエゾ側の第１の弁座１３もしくは反対の側に位置する第２の弁座１４と協働する。
【００１４】
図１から知ることができるように、燃料高圧源１から延びる管路５は、第１の弁座１３に続く第２の弁室１６に開口している。この弁室１６は、第１の弁座１３への弁部材８の当付け時に長手方向孔１１と弁部材８の環状溝状の加工成形部１７とによって形成される。第２の弁室１６は、弁部材８の、弁体１０に設けられた第１の案内部１８にピエゾ側で続いている。この案内部１８は第１の弁座１３と同じ直径を有している。
【００１５】
弁部材８のピエゾ側の端部は、液圧的な変換部として働く液圧室１９内に進入している。この液圧室１９を介して圧電式のアクチュエータ９の変位が弁部材８に伝達される。また、液圧室１９は、この液圧室１９を取り囲む構成部材の、温度に基づく膨張変動に対する補償エレメントとしても働く。
【００１６】
圧電式のユニット９寄りの第１の案内部１８と液圧室１９との間の領域には、弁部材８を取り囲むように環状室２０が設けられている。この環状室２０からは漏れ管路２１が導出している。
【００１７】
本発明による燃料噴射装置が、第２の弁座１４の、圧電式のアクチュエータ９とは反対の側に配置されることを考慮すると、燃料を噴射開口７に引き続き案内するための管路２２が延びる第１の弁室１５がスリーブ２３によって仕切られることは明らかである。このスリーブ２３には第２の弁座１４も加工成形されている。スリーブ２３は収容部２４内に差し込まれている。この収容部２４は、弁体１０の製作時に有利にはチャック緊締下で第１の案内部１８および第１の弁座１３と共に製造されるかもしくは研削される。これによって、最適な同心度と高いシール性とが得られる。収容部２４内では、スリーブ２３はテンションナットによって、スリーブ２３の、第１の弁室１５とは反対の側で保持される。この場合、スリーブ２３は、第１の弁室１５に面した側の端部でシール縁部２５に押圧される。
【００１８】
圧電式のアクチュエータ９のための収容部から、ナット２６をねじ込むためのねじ山２７にまで一体に形成された弁体１０と同様にスリーブ２３も工具緊締下で加工されている。
【００１９】
スリーブ２３の内径には、第２の弁座１４に続く領域に第２の案内部２８が設けられている。この案内部２８は第２の弁座１４および第１の案内部１８と同じ直径を有している。
【００２０】
第２の案内部２８の、第１の弁室１５とは反対の側では、弁部材８がばね２９によって予荷重もしくはプレロードがかけられて組み込まれている。これによって、弁部材８は、圧電式のアクチュエータ９が電圧で負荷されていない制御されていない状態で第１の弁座１３に押圧されている。弁部材８のこの端部にも漏れ管路３０が設けられている。この漏れ管路３０は管路３１を介して第１の弁室１５に接続されている。この場合、管路３１は、弁部材８を取り囲むギャップ室である。このギャップ室は、スリーブ２３に設けられた内側の環状溝３２と、この環状溝３２を弁部材８の端部に接続する、弁部材８に設けられた面取り部３３とによって形成される。
【００２１】
第１の案内部１８および第１の弁座１３のために同じ直径を選択することによって、３ポート２位置弁を成す制御弁６は、閉鎖された状態、すなわち、第１の弁座１３に当て付けられた状態で力補償されている。付加的に第２の弁座１４と第２の案内部２８とが、第１の弁座１３および第１の案内部１８と同じ直径を有しているので、制御弁６は、燃料が管路２２を介してノズル開口７にまで流れる開放された状態でも力補償されて形成されている。すなわち、弁部材８を移動させるための液圧的な力は作用していない。
【００２２】
システムを緊張させないために、本発明による構成では、第２の案内部２８が遊びを備えて組み込まれている。この遊びは、第１の案内部１８の遊びよりも因子２〜３だけ大きく寸法設定されている。当然ながら、別の構成では、たとえば第１の案内部１８の遊びよりも因子２〜５だけ大きく寸法設定された異なる遊びが設けられていてもよい。この場合、第１の案内部１８は、有利には１μｍ〜４μｍの遊びを有することができ、第２の案内部２８は４μｍ〜１０μｍの遊びを有することができる。
【００２３】
この場合、図１に示した燃料噴射装置は、以下に説明する形式で働く。
【００２４】
噴射開口７の閉鎖された状態、すなわち、圧電式のアクチュエータ９が通電されていない場合には、弁部材８が弁ヘッド１２で第１の弁座１３に接触していて、ばね２９によってばねプレロードで負荷される。第１の弁座１３の上方では、第２の弁室１６内にコモンレールシステム１からの高圧が加えられている。
【００２５】
噴射開口７を開放するためには、圧電式のアクチュエータ９が電圧で負荷される。これによって、この圧電式のアクチュエータ９が急激に軸方向に伸長する。このような形式で圧電式のアクチュエータ９が迅速に操作されると、液圧室１９内に開放圧が形成される。この開放圧は弁部材８に伝達される。
【００２６】
制御弁６は力補償式に形成されているので、弁部材８を開放位置に移動させるためには、圧電式のアクチュエータ９によって、ばね２９のばね力を上回るための力が付与されさえすればよい。圧電式のアクチュエータ９によって形成された開放圧が液圧室１９または選択的な機械的な伝達部を介して弁部材８に伝達されており、かつこの弁部材８が第１の弁座１３から持ち上げられている場合には、高圧下にある燃料が流入管路５から、開放された第１の弁座１３と第１の弁室１５とを介して、噴射開口７にまで通じる管路２２内に流入する。制御弁６の、この開放された状態では、弁部材８が弁ヘッド１２で第２の弁座１４に当て付けられている。これによって、確実なシール部が、開放された状態で形成されている。
【００２７】
噴射開口７を閉鎖するためには、圧電式のアクチュエータ９の電圧負荷が中断される。これによって、この圧電式のアクチュエータ９が軸方向で短縮され、液圧室１９内の圧力が減少させられる。したがって、弁部材８がばね２９によって第１の弁座１３に向かって戻し運動させられる。この場合、第２の弁座１４におけるシール機能は排除される。閉鎖過程の間、環状溝３２と、弁部材８に設けられた面取り部３３とから形成された管路３１を介して、漏れオイルが漏れ管路３０に供給される。これによって、システムは制御弁６の閉鎖時に放圧される。
【００２８】
まとめて考えてみると、本発明によれば、力補償式の３ポート２位置制御弁６が、圧力制御式のコモンレールインジェクタシステムのために提供される。このコモンレールインジェクタシステムは簡単に組み付けることができると共に高い精度を伴った噴射を可能する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
燃料高圧アキュムレータからの燃料供給を伴う本発明による燃料噴射装置の概略図であり、この場合、特に燃料噴射装置の制御弁の構造が示してある。
【符号の説明】
１　燃料高圧源、　２　燃料高圧アキュムレータ、　３　燃料高圧フィードポンプ、　４　燃料蓄え容器、　５　管路、　６　制御弁、　７　噴射開口、　８　弁部材、　９　アクチュエータ、　１０　弁体、　１１　長手方向孔、　１２　弁ヘッド、　１３　弁座、　１４　弁座、　１５　弁室、　１６　弁室、　１７　加工成形部、　１８　案内部、　１９　液圧室、　２０　環状室、　２１　漏れ管路、　２２　管路、　２３　スリーブ、　２４　収容部、　２５　シール縁部、　２６　ナット、　２７　ねじ山、　２８　案内部、　２９　ばね、　３０　漏れ管路、　３１　管路、　３２　環状溝、　３３　面取り部

Claims (13)

1. 内燃機関に用いられる燃料噴射装置であって、燃料高圧源（１）が設けられており、該燃料高圧源（１）から、圧電式のユニット（９）によって操作可能な制御弁（６）を介して燃料が、噴射開口（７）にまで案内されるようになっており、制御弁（６）が、弁体（１０）内に弁部材（８）を有しており、該弁部材（８）に設けられた弁ヘッド（１２）が、第１の弁室（１５）を仕切る第１の弁座（１３）と第２の弁座（１４）との間で軸方向に移動可能である形式のものにおいて、燃料を燃料高圧源（１）から案内する管路（５）が、第２の弁室（１６）に開口しており、該弁室（１６）が、第１の弁座（１３）と弁部材（８）の第１の案内部（１８）とによって弁体（１０）内に仕切られており、噴射開口（７）にまで延びる管路（２２）が、第１の弁室（１５）から分岐しており、弁部材（８）の第２の案内部（２８）が、弁部材（８）の、第２の弁座（１４）に隣接した領域に設けられており、それぞれ１つの漏れ管路（２１，３０）が、案内部（１８，２８）の、第１の弁室（１５）とは反対の側に設けられており、弁座（１３，１４）と案内部（１８，２８）との直径が、それぞれ同一に選択されており、これによって、制御弁（６）における力補償が形成されていることを特徴とする、内燃機関に用いられる燃料噴射装置。
2. 圧電式のユニット（９）が、弁部材（８）を、液圧的な変換部として働く液圧室（１９）を介して制御するようになっている、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 第２の弁座（１４）と弁部材（８）の第２の案内部（２８）とが、弁体（１０）内に挿入されたスリーブ（２３）に形成されている、請求項１または２記載の燃料噴射装置。
4. スリーブ（２３）が、第２の弁座（１４）とは反対の側の端部で固定エレメント、特にナット（２６）によって弁体（１０）内に保持されるようになっている、請求項３記載の燃料噴射装置。
5. 弁部材（８）が、制御されていない状態でばね（２９）によって第１の弁座（１３）に当て付けられて保持されるようになっている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
6. 圧電式のユニット（９）寄りの第１の案内部（１８）と液圧室（１９）との間の領域に、弁部材（８）を取り囲むように環状室（２０）が設けられており、該環状室（２０）から一方の漏れ管路（２１）が導出している、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
7. 第２の案内部（２８）の、第１の弁室（１５）とは反対の側に配置されている漏れ管路（３０）が、第１の弁室（１５）に管路（３１）を介して接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
8. 前記管路が、第１の弁室（１５）と漏れ管路（３０）との間で少なくとも部分的にギャップ室（３１）として弁部材（８）にかつ／またはスリーブ（２３）に形成されている、請求項７記載の燃料噴射装置。
9. スリーブ（２３）に設けられた、弁部材（８）を取り囲む環状溝（３２）と、該環状溝（３２）を弁部材（８）の、弁ヘッド（１２）とは反対の側の端部に接続する、弁部材（８）に設けられた面取り部（３３）とが、前記ギャップ室を形成している、請求項８記載の燃料噴射装置。
10. 第２の案内部（２８）が、遊びを有しており、該遊びが、第１の案内部（１８）の遊びよりも因子２〜５、有利には因子２〜３だけ大きく寸法設定されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
11. 弁体（１０）が、少なくとも第１の案内部（１８）と第１の弁室（１５）とスリーブ（２３）のための収容部（２４）との領域で一体に形成されており、弁体（１０）とスリーブ（２３）とが、有利には、それぞれチャック緊締下で製造されている、請求項３から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
12. 噴射開口（７）が、ノズルホルダ装置として形成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
13. 燃料高圧源（１）が、コモンレールシステムとして形成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。