JP2004508494A - コモンレールシステム - Google Patents

Abstract

流体を制御するための弁であって、軸方向で摺動可能な弁部材（６）を操作するためのアクチュエータユニット（７）を有しており、前記弁部材（６）は弁閉鎖部材（１５）に対応配置されていて、該弁閉鎖部材（１５）は、弁（１）を開閉するために弁座（２３）と協働し、高圧領域（３）を弁（１）から分離する形式のものが提案されている。高圧領域（３）では、制御したい流体は作業圧（ｐ＿Ｒ）下にある。この作業圧（ｐ＿Ｒ）と場合によっては生じる過圧とは、アクチュエータユニット（７）が力測定センサとして形成されていることにより検出される。特にこの弁（１）は、コモンレールシステムにおける圧力制限弁として働く。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は請求項１に記載の形式のコモンレールシステムを起点としており、特に、請求項３に詳しく記載した形式の、流体を制御するための弁を起点としている。
【０００２】
このような形式の流体を制御するための弁では、通常は弁閉鎖部材によって、弁内部の低圧領域が、弁外部の高圧領域から分離されており、実際にはとりわけ、例えばコモンレールインジェクタのような燃料インジェクタ、または自動車分野におけるポンプでは種々様々な構成が公知である。
【０００３】
欧州特許公開第０４７７４００号明細書により公知の、このような形式の弁は、特別な圧電式のアクチュエータを介して操作可能である。さらに、この公知の弁は、圧電式のアクチュエータの、行程方向で作用する方向変換器のための装置を有している。この場合、このような変位は液圧室を介して伝えられる。この液圧室は変換補償エレメントおよび誤差補償エレメントとして働く。
【０００４】
この場合、変換比は、２つのピストンの異なる直径によって規定される。これらのピストンの間には液圧室が配置されている。さらに液圧室の作業容積を介して、例えば弁で使用される材料の種々様々な熱膨張係数に基づき場合によっては生じる硬化作用ならびに誤差を補償する。
【０００５】
先行技術により、電磁弁を備えたコモンレールシステムも公知である。この公知のコモンレールシステムでは、ばねが相応の弁閉鎖部材をシール目的で弁座に押し付ける。
【０００６】
慣用のコモンレールシステムでは、噴射圧がエンジン回転数と噴射量とに無関係に形成され、共通の燃料リザーバ（コモンレール）で、弁制御されるインジェクタを介しての噴射のために準備される。このコモンレールシステムでは、圧力制限弁が、過圧に対する保護のために使用される。これらの圧力制限弁は、通常は、全ての噴射弁のために共通の燃料リザーバの領域に配置されている。
【０００７】
このような圧力制限弁により、燃料リザーバもしくは蓄圧器における圧力が制限され、この場合、圧力制限弁は、負荷が高すぎる場合に、燃料のための流出開口を開放する。この場合、例えば、通常の作業圧が１３５０ｂａｒまでの場合には、蓄圧器内で短時間で、約１５００ｂａｒまでの最大の圧力を許容することができる。
【０００８】
実際に公知の圧力制限弁は、機械的に働く構成部分であって、この構成部分は、レールにねじ込むための雄ねじ山を備えたケーシングと、燃料容器への戻り導管への接続部と、可動のピストンと、ばねとを備えている。このケーシングは、レールへの接続側に孔を有しており、この孔は、ピストンの円錐状の端部によって、ケーシング内部におけるシールシートで閉鎖される。
【０００９】
ばねは、燃料の通常の作業圧でピストンをシールシートに密に圧着しているので、蓄圧器は、圧力制限弁が接続されている接続側で閉鎖されたままである。最大の作業圧もしくは噴射圧が超過されて初めて、ピストンが、蓄圧器に形成された過圧によってばね力に抗して開放するように押される。これにより高圧下にある燃料が逃げることができる。逃げた燃料は、通路を介してピストンの円筒状の孔に導入され、補集室を介して燃料容器に戻される。
【００１０】
発明の効果
請求項１の特徴を備えた本発明によるコモンレールシステムは、有利には、コモンレール蓄圧器に、先行技術により公知な別個の過圧弁を必用としない。何故ならば過圧弁の機能が、噴射装置での噴射特性を制御するためのいずれにせよ存在する制御弁によって果たされるからである。
【００１１】
この場合、請求項３の特徴を備えた、流体を制御するための本発明による弁が使用されると特に有利である。勿論、別の領域でも使用することができるこのような弁により、生じる圧力を、場合によっては既に存在するアクチュエータユニットを介して感知することができるという利点が得られ、圧力制限作用を、簡単なソフトウェアを介してほぼ実現することができる。
【００１２】
これにより、付加的な構成部分としての圧力制限弁が不要になるだけでなく、弁において機械的な手間も殆ど生じないので、これにより著しいコストの削減が得られる。
【００１３】
本発明による対象のさらなる利点および有利な構成は、詳細な説明、図面、請求項に記載されている。
【００１４】
実施例の説明
図面に示した実施例には、自動車の内燃機関のための、有利に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もしくは噴射装置２における本発明による弁１の使用が示されている。この実施例では、燃料噴射が、高圧供給部４に接続された弁制御室３における圧力レベルを介して行われている。この弁制御室３内には、高圧領域を定義する高圧もしくは噴射圧ｐ＿Ｒが存在している。高圧供給部４は、弁制御室３をコモンレール蓄圧室５に接続する。このコモンレール蓄圧室５にも同様に高圧ｐ＿Ｒ下にある燃料が存在している。
【００１５】
噴射開始、噴射期間、噴射量を、噴射装置２内の所定の力特性を介して調節するために、弁１における弁部材６が、圧電式のアクチュエータ７として形成されたアクチュエータユニットを介して制御される。このアクチュエータユニットは、弁部材６の、噴射制御室３および燃焼室とは反対の側に配置されている。
【００１６】
圧電式アクチュエータ７は通常は複数の層から形成されていて、弁部材６に面した側でアクチュエータヘッド９を有しており、弁部材６とは反対の側でアクチュエータ脚部８を有している。このアクチュエータ脚部８は、弁１の弁本体１０の壁に支持されている。載置部１１を介して第１のピストン１２は、弁部材６の液圧的な変換装置１３に接続されている。弁部材６は、弁本体１０の相応の長手方向孔内で軸方向摺動可能に配置されていて、第２のピストン１４を有しており、該第２のピストンは弁閉鎖部材１５を操作する。
【００１７】
液圧的な変換装置１３の内側に、第１のピストン１２と第２のピストン１４とが形成されていて、これらのピストン１２，１４は弁本体１０の液圧的な変換器１３の室１６に軸方向摺動可能に配置されている。この場合、第２のピストン１４は、第１のピストン１２の、スリーブ状に形成された端部区分１７内にガイドされている。
【００１８】
第１のピストン１２と第２のピストン１４とは、弁本体１０とともに第１の液圧室１８を閉成している。第２のピストン１４の、第１の液圧室１８とは反対の側と、第１のピストン１２との間に、第１のピストン１２における第２のピストン１４のガイドのために設けられた切欠において第２の液圧室１９が形成されている。
【００１９】
液圧室８，１９の特別な配置により、両ピストン１２，１４の間の、運動が逆転されることがわかる。圧電式アクチュエータ７の変位に基づき第１のピストン１２が下方に押されると、これにより同時に第２のピストン１４が逆方向に行程運動される。この第２のピストン１４は、第２の液圧室１９内に位置する作業流体を補償通路２０を介して補償室２１へと押しのける。補償室２１は、作業流体を導出する目的で、漏れ補償通路２２と接続されていて、ダイアフラム２９によって、圧電式のアクチュエータ７に対してシールされている。
【００２０】
言い換えると、ピストン１２と１４とは液圧的な変換装置１３において互いに連結されていて、圧電式のアクチュエータ７の変位が伝えられるようになっている。この場合、第２のピストン１４は、ピストン直径の変換比に応じて所定の距離だけ持ち上げられる。
【００２１】
弁部材６の、弁制御室３に面した端部では、ボール状に形成された弁閉鎖部材１５が、弁本体１０に形成された弁座２３と協動する。この場合、弁閉鎖部材１５は、内部に低圧の流体を有する低圧領域２４を、流出絞り３０と、弁制御室３とから分離している。この弁制御室３は、流体の高圧もしくは噴射圧ｐ＿Ｒによって負荷されている。
【００２２】
定圧領域２４からは漏れ補償通路２５が分岐している。噴射装置２の弁制御室３は、図面には部分的にしか示されていない。この弁制御室３には可動のノズルニードル２６が配置されていて、このノズルニードル２６はモータの燃焼室への噴射開口を開閉する。このノズルニードル２６の軸方向の運動により、噴射装置２の噴射特性は公知の方式で制御される。この場合、弁制御室３において燃料は、高圧供給装置４を介して、複数の噴射装置２のために共通の蓄圧器５から供給され、弁制御室３は、噴射のために、流出絞り３０と本発明による弁１を介して放圧される。
【００２３】
液圧的な変換装置１３と弁閉鎖部材１５との間にはシールばね２７が配置されている。このシールばね２７は、第２のピストン１４を取り囲んでおり、シールばね２７のばね力によって、第２のピストン１４を下方に押し付けるように弁本体１０に支持されている。これにより弁閉鎖部材１５は、弁１の休止状態で、弁座２３に対して密に接触している。
【００２４】
ここで圧電セラミックによって形成されたアクチュエータユニット７は、本発明によれば、行程機構としてだけ使用されるのではなく力センサとして使用される。圧電式のユニットに作用する力の変化は、電圧の変化として検知される。このために圧電式のアクチュエータ７は、センサラインと制御ラインとして働く唯１つのラインを介して制御装置２８に接続されている。
【００２５】
この制御装置２８は、圧電式のアクチュエータ７が力測定センサとして作用する場合には、測定検出のために働き、圧電式のアクチュエータ７が変位すべき場合には同時に起動制御装置としても働く。制御装置２８の内側では、この機能は１つの適当な電気的な回路もしくはソフトウェアを介して共通に実行される。
【００２６】
本発明による弁１は、高圧領域３に場合によっては生じる、噴射圧ｐ＿Ｒを越す過圧のための圧力制限弁の機能を有している。弁座２３の直径は、シールばね２７のばね力が規定されている状態でシール力を規定する。高圧領域３における過圧から生じる対抗力がシール力を上回る場合に、このシール力が超過されると、弁１は、圧電式のアクチュエータ７によって制御されることなしに自然と開放される。このような場合、第２のピストン１４の行程と、液圧的な変換装置１３の行程とによって、力が圧電式のアクチュエータ７へ伝達される。アクチュエータ７はこの力を測定し、制御装置２８に伝える。これにより制御装置２８は、高圧領域３が機能不良であることを検知する。
【００２７】
これに続いて行われる、圧電式のアクチュエータ７の意図的な変位により、第２のピストン１４の行程が、ひいては弁閉鎖部材１５が所望のように開かれ、これにより高圧領域３に存在する過圧が、漏れ補償通路２５を介して減じられる。
【００２８】
過圧を減圧する目的での開放は、この場合、ノズルニードル２６自体の制御が行われない程短いサイクルで行われる。換言すれば、弁１の開放は、ノズルニードル２６の慣性により、ノズルニードル２６が閉鎖位置に留まる程短い時間で行われるので、噴射装置２は開かれず、燃料の噴射が行われないという効果が得ある。
【００２９】
本発明は、ここで有利な利用分野として記載したコモンレールシステムで使用されるだけではなく、燃料噴射弁または、例えばポンプのような、短期間で生じる過圧の突然の減圧を確実に行う必用があるような別の分野で使用することもできることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
コモンレールシステムの噴射装置のための本発明の実施例を部分的に示した縦断面図である。

Claims (10)

1. コモンレールシステムであって、コモンレール蓄圧器（５）と、それぞれ１つの制御弁（１）を介して起動制御可能な複数の噴射装置（２）とを有する形式のものにおいて、
   少なくとも１つの制御弁（１）が、同時にコモンレール蓄圧器（５）のための圧力制限弁として形成されていることを特徴とするコモンレールシステム。
2. 制御弁（１）が制御装置（２８）によって、コモンレール蓄圧器（５）内の過圧が検知された場合に、この過圧が制御弁（１）を介して減圧されるまで開放され続けるように制御可能であって、この場合に噴射装置（２）のノズルニードルは起動制御されない、請求項１記載のコモンレールシステム。
3. 流体を制御するための弁、特に請求項１または２記載のコモンレールシステムにおける制御弁としての弁であって、軸方向で摺動可能な弁部材（６）を操作するためのアクチュエータユニット（７）を有しており、前記弁部材（６）は弁閉鎖部材（１５）に対応配置されていて、該弁閉鎖部材（１５）は、弁（１）を開閉するために弁座（２３）と協働し、制御したい流体が高圧（ｐ＿Ｒ）下にあるような高圧領域（３）を弁（１）から分離する形式のものにおいて、
   生じた高圧（ｐ＿Ｒ）を測定するために、アクチュエータユニット（７）が同時に力測定センサとして形成されていて、アクチュエータユニット（７）に作用する検出された力に応じて制御可能であることを特徴とする、特に請求項１または２記載のコモンレールシステムにおける制御弁としての弁。
4. アクチュエータユニット（７）が圧電式のユニットとして形成されている、請求項３記載の弁。
5. 弁部材（６）がシールばね（２７）に連結されていて、該シールばね（２７）により、弁閉鎖部材（１５）が所定のシール力で弁座（２３）に押し付けられる、請求項３または４記載の弁。
6. 弁閉鎖部材（１５）が、弁（１）が閉鎖された状態で流体が低圧下にある低圧領域（２４）に配置されている、請求項３から５までのいずれか１項記載の弁。
7. 低圧領域（２４）が、漏れ補償通路（２５）に接続されている、請求項６記載の弁。
8. 弁部材（６）が液圧的な変換装置（１３）を有している、請求項３から７までのいずれか１項記載の弁。
9. 液圧的な変換装置（１３）が、弁部材（６）が、圧電式のユニット（７）の変位方向に反して摺動可能であるように形成されている、請求項８記載の弁。
10. 液圧的な変換装置（１３）が第１のピストン（１２）を有しており、該ピストン（１２）内に、弁部材（６）の第２のピストン（１４）が、第２のピストン（１４）の両側にそれぞれ１つの液圧室（１８，１９）が配置されているようにガイドされている、請求項９記載の弁。