JP2004517266A - ３ポート２位置切替弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関のコモンレール噴射システムにおける燃料の噴射を制御するための３ポート２位置切替弁であって、噴射ノズルが燃料戻し路に接続されている第１の切換位置と、噴射ノズルが燃料高圧リザーバに接続されている第２の切換位置とを有している形式のものに関する。噴射の開始は圧力制御されて行われ、噴射の終了は行程制御されて行われる。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、内燃機関のコモンレール噴射システムにおける燃料の噴射を制御するための３ポート２位置切替弁であって、噴射ノズルが燃料戻し路に接続されている第１の切換位置と、噴射ノズルが燃料高圧リザーバに接続されている第２の切換位置とを有している形式のものに関する。
【０００２】
このような形式の３ポート２位置切替弁は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７２４６３７号明細書により公知である。コモンレール噴射システムでは、高圧ポンプが燃料を、コモンレールといわれる中央の高圧リザーバに供給する。このレールから高圧導管が、エンジンシリンダに配属されている個々のインジェクタに通じている。インジェクタは、エンジン電子機器によって個々に起動制御される。制御弁が開くと、高圧が負荷された燃料が、ノズルばねのプレロード力に抗して持ち上げられたノズルニードルの近傍を通過し燃焼室に到る。
【０００３】
本発明の課題は、噴射の機能と品質を改善することである。さらに本発明による制御弁は簡単に形成され、安価に製造可能であるのが望ましい。
【０００４】
この課題を解決するために本発明の構成では、内燃機関のコモンレール噴射システムにおける燃料の噴射を制御するための３ポート２位置切替弁であって、ケーシング内にガイドされた制御ピストンが設けられており、該制御ピストンは第１の切り替え位置では、インジェクタと燃料戻し路との間の液圧的な接続を解放しており、制御ピストンは第２の切り替え位置では、インジェクタと燃料高圧リザーバとの間の液圧的な接続を解放している形式のものにおいて、制御ピストンの運動が、第２の切り替え位置から第１の切り替え位置への移行の際に、インジェクタのノズルニードルに伝えられるようにした。
【０００５】
発明の効果
制御ピストンの閉鎖位相中にノズルニードルの行程制御を行うことにより、調量弁とノズルとの間の圧力変動によりノズルニードルの閉鎖が遅延されたり、インジェクタが再び開いてしまうことが防止される。ニードルの閉鎖のこのような遅延またはインジェクタの再開放は、内燃機関の燃料消費を高め、エミッション値を悪化させる。さらに本発明による３ポート２位置切替弁は、構成グループとして完全に調節し、組み付け、次いでインジェクタまたは噴射ノズルまたはノズル保持組み合わせ体またはユニットインジェクタに載着することができる。さらに本発明による３ポート２位置切替調量弁は、内燃機関に合わせて調節された種々のインジェクタに、構成的に変更させることなしに、調量弁の側に装着することができる。
【０００６】
３ポート２位置切替弁とインジェクタとの組み合わせは、本発明によれば、制御ピストンとインジェクタのノズルニードルとが互いに同心的に対応配置されていることにより簡単に行える。
【０００７】
本発明の別の構成では、制御ピストンとノズルニードルとの間に、押圧ロッドが配置されている。これによりインジェクタと調量弁とは、互いに独立的に製造すべき構成群として組み付けることができ、制御ピストンとノズルニードルとの連結は押圧ロッドを介して行われる。
【０００８】
この場合、制御ピストンと押圧ロッドとの間に、第１の切り替え位置で軸方向の遊びが存在しているならば有利である。これにより、同じ熱膨張または製造誤差であっても、噴射システムの機能には不都合な作用が生じない。
【０００９】
本発明の別の構成では、制御ピストンが２つの部分として形成されている。これにより制御ピストンの完全な力補償が得られ、同時に、本発明による３ポート２位置切替弁の製造と組み付けが簡単になる。
【００１０】
製造プロフィールに応じて、３ポート２位置切替弁は弁座・弁座型弁または弁座・スライダ型弁として製造することができる。
【００１１】
本発明による３ポート２位置切替弁は、磁石弁またはピエゾアクチュエータを介して操作することができ、これにより本発明による弁は、種々様々な構成形式において、かつ閉鎖速度、閉鎖力等に関する種々様々な要求のもとで、広く使用することができる。
【００１２】
基本的には本発明による３ポート２位置切替弁は、１つの部分としてまたは２つの部分として形成することができる。制御は磁石弁またはピエゾアクチュエータを介して直接的にまたはサーボ回路を介して行われる。
【００１３】
本発明のさらなる利点、特徴、詳細は、図面につき本発明の種々の実施例を詳しく説明した以下の明細書により明らかである。この場合、請求項および明細書に記載の特徴はそれぞれ個別にそれ自体で、または任意に組み合わせた状態で本発明の本質を成す。
【００１４】
図１にはコモンレール噴射システムが概略的に示されている。燃料タンク１からは燃料がポンプユニット２によって燃料高圧リザーバ３に吐出され、高圧を負荷される。高圧を負荷された燃料は、必要に応じて、供給すべき内燃機関の個々のシリンダに供給される。高圧を負荷された燃料の噴射はインジェクタ４，５，６，７によって行われる。本発明との関連ではインジェクタとは、あらゆる形式の噴射ノズルまたはノズル保持体組み合わせ体と解される。
【００１５】
図１では、見やすくするためにインジェクタ７しか示されていない。インジェクタ７への燃料供給は、３ポート２位置切替弁として形成された調量弁８を介して行われる。以下に記載する本発明の実施例では、調量弁８はインジェクタ７に直接に配置されている。
【００１６】
調量弁８は３ポート２位置切替弁であって電磁的に操作される。図１に示した切り替え位置では、燃料高圧リザーバ３と、インジェクタ７の高圧接続部１０との間の接続が遮断されている。インジェクタ７の高圧接続部１０は、調量弁８の、図１に示した切り替え位置では、燃料戻し路９に接続されている。
【００１７】
調量弁８は操作時に、第２の切り替え位置（図１に示さず）に切り替えられる。第２の切り替え位置では、インジェクタ７の高圧接続部１０が直接に燃料高圧リザーバ３に接続される。この切り替え位置では、高圧がかけられた燃料が、燃料高圧リザーバ３から高圧接続部１０を介して、インジェクタ７内に形成された圧力室１１に到る。圧力室１１における圧力が所定の値を超過すると、ノズルばね１３に抗してプレロードをかけられたノズルニードル１２が、その座から持ち上がり、高圧を付与された燃料が、供給したい内燃機関の燃焼室１４に噴射される。図１に示したコモンレールシステムは圧力制御されている。即ち、燃料が燃焼室に噴射されるべき場合にだけ、インジェクタ７に燃料圧がかけられる。
【００１８】
図２には、制御ピストン４４を備えた、弁座・スライダ型弁として形成された調量弁８が示されている。制御ピストン４４の運動は電磁石４３によって直接に制御される。しかしながら制御ピストン４４の運動の直接的な制御は、必要な磁力を所定の範囲で維持することができる場合にしか行えない。このために制御ピストン４４は、開放位相および閉鎖位相でできるだけ完全に圧力補償されていなければならない。
【００１９】
調量弁８の、図２に示した切り替え位置では、燃料供給部４０と、インジェクタ７（図示せず）のための接続部４１との間の接続は遮断されている。同時に、接続部４１と燃料戻し路４２との間の接続は開放されている。図２に示した切り替え位置では、制御ピストン４４は圧縮ばね４５によって弁座４６に対して押し付けられている。この切り替え位置では、インジェクタにおける圧力は、燃料戻し路４２に接続されている接続部４１を介して減圧される。制御ピストン４４の、圧縮ばね４５に面した端部には、中央の袋孔５０が切り欠かれている。この袋孔５０は孔５１を介して長手方向孔４９に接続されている。この長手方向孔４９内で、制御ピストン４４は往復運動可能に収容されている。袋孔５０内にはピストン５２が往復運動可能に収容されている。ピストン５２は弁ケーシングに支持されている。孔５１の直径によって所望の絞り作用が調節される。この絞り作用により圧力補償は時間的に遅らされる。
【００２０】
制御ピストン４４は２つのガイドを有している。即ち、第１に制御ピストン４４は燃料供給部４０の上方でガイドされていて、第２に多角形ガイド４８によって弁ケーシングでガイドされている。弁座４６の直径は、制御ピストン４４の上方の直径に相当するので、制御ピストン４４は開放時には完全に圧力補償されている。
【００２１】
制御ピストン４４を持ち上げるために磁石弁に給電する際には、圧縮ばね４５の力が克服されればよい。制御ピストン４４が持ち上げられると、弁座４６は開放され、制御縁部４７が長手方向孔４９を閉鎖する。これにより弁には燃料供給部４０を介して高圧下の燃料が充填される。圧力波は音速で、接続部４１を通りインジェクタ７に到り噴射が開始される。
【００２２】
開放後は、制御ピストン４４は最初はもはや圧力補償されない。開放方向では付加的な液圧的な力が作用し、制御縁４７と制御ピストン４４の上方のガイドとの間に生じる円環面に作用する。このような力は補償されなければならない。何故ならばこの力は圧縮ばね４５に抗して作用し、制御ピストン４４の閉鎖を妨げるからである。圧力補償は袋孔５０によって行われる。袋孔５０内の液圧力が作用し、制御ピストン４４の閉鎖方向の力が生じることが、孔５１を介して保証される。このような力は袋孔５０の直径に依存している。この場合、接続孔５１の面積は差し引かなければならない。袋孔５０の押圧面が、制御縁部４７と制御ピストン４４の上方のガイドとの間の円環面と同じ大きさであるならば、制御ピストン４４は完全に圧力補償されている。しかしながら袋孔５０の直径は、制御ピストン４４の押圧面よりも大きくても良い。これにより、迅速な閉鎖を可能とする付加的な力が生ぜしめられる。しかしながら付加的な閉鎖力は、力の均衡が著しく変更されない程度に留められるべきである。
【００２３】
袋孔５０内に案内されたピストン５２は、圧力負荷された燃料が永続的に補償室から漏れオイル戻し路へと流れることを防止している。袋孔５０の、ピストン５２から解放された室をこの補償室と言うことができる。補償室の容積は、弁座４６の開放後どのくらいの時間で圧力補償が行われるかということに関して重要である。容積が大きいと、流入および増圧までの時間が比較的長い。通常、前噴射量は少量であって、前噴射後に弁は再び閉鎖されるべきであるので、補償室の容積はできるだけ僅かに維持されなければならない。
【００２４】
制御ピストン４４の下方には押圧ロッド５３が設けられている。この押圧ロッド５３の一方の端部は、制御ピストン４４の端面に当接し、他方の端部は、インジェクタ７（図示せず）のノズルニードル（図示せず）に作用する。押圧ロッド５３とノズルニードルとは一体に形成されていても良い。
【００２５】
ノズルニードル（図示せず）の圧力制御された開放により、押圧ロッド５３は上方に動かされる。制御ピストン行程とノズルニードル行程とが同じ大きさである場合には、制御ピストン４４とノズルニードルとは連結解除される。何故ならば、制御ピストン４４の運動はノズルニードルの運動よりも時間的に前に行われるからである。制御ピストン４４が、噴射過程の終了時に図２で見て下方に運動されて初めて、押圧ロッド５３の下降運動がノズルニードルへ伝えられ、ノズルニードルは座の方向に運動される。制御縁部４７が燃料戻し路４２を解放するとすぐに、インジェクタの放圧が接続部４１を介して始められる。
【００２６】
結果としてインジェクタ７は行程制御されて閉鎖され、調量弁と噴射ノズルとの間の圧力振動によるニードル閉鎖の遅延またはノズルニードルの再開放は防止される。インジェクタ７の放圧が十分迅速に行われなくても、ノズルニードルの行程制御された閉鎖により、後噴射の危険は回避される。制御ピストン４４とノズルニードルが座に位置している場合には、押圧ロッド５３と制御ピストン４４との間には製造技術に起因する小さなギャップが残される。このギャップにより、閉鎖過程の動力学が機能を損なうことはない。
【００２７】
図３には、弁座・弁座型弁として形成された本発明による３ポート２位置切替弁の第２実施例が示されている。図３で縦断面された調量弁は、弁ケーシング２０を有しており、この弁ケーシング２０内に、第１の制御ピストン２１と第２の制御ピストン２２とがガイド孔３９内で往復運動可能に収容されている。制御ピストン２２は、圧力面の構造上の設計により力補償されている。制御ピストン２２はサーボ液圧的な弁として形成されている。第１の制御ピストン２１の力補償は、第１の制御ピストン２１の突切り加工部３７によって接続部２７の領域２７ａにおいて得られる。第２の制御ピストン２２の力補償は、第２の制御ピストン２１の第２の突切り加工部３８によって接続部２７の領域２７ｂにおいて得られる。これは相応の制御ピストンの運動には僅かな力で十分であることを意味している。
【００２８】
第２の制御ピストン２２は圧縮ばね２３によってプレロードをかけられている。図３に示した切り替え位置では、第２の制御ピストン２２の、圧縮ばね２３とは反対側の端部に、第１の制御ピストン２１が当接している。第１の制御ピストン２１と弁ケーシング２０とには、第１の弁座２４が形成されている。この弁座２４は図３では閉鎖されて示されている。
【００２９】
図３に示した第１の切り替え位置では、コモンレール（図示せず）に接続されている燃料供給部２６と、インジェクタ（図示せず）への接続部２７との間の接続が遮断されている。
【００３０】
第２の制御ピストン２２と弁ケーシング２０とに形成されている第２の弁座３０は、図３では開放状態で示されている。これにより、噴射ノズルのための接続部２７と、第１の燃料戻し路３２との間の接続は解放される。第２の燃料戻し路３３は、運転中に生じる漏れを戻すために働く。この第１の切り替え位置ではインジェクタは無圧状態である。
【００３１】
両制御ピストン２１，２２の運動は磁石弁３５によって、制御室３４の圧力を介して制御される。図３に示した第１の切り替え位置では、制御室３４の放圧が弁球３６によって妨げられる。第１の制御ピストン２１に形成された供給絞り２９を介して、高圧を負荷された燃料は制御室３４に到る。制御室３４内に位置する高圧を負荷された燃料により、第１の制御ピストン２１は、下方に向かって第２の制御ピストン２２へと押し付けられる。これにより第１の弁座２４は閉鎖状態に保持される。同時に、第２の制御ピストン２２は圧縮ばね２３に抗して押される。
【００３２】
磁石弁３５が開放され、弁球３６が所属の座から持ち上げられると、制御室３４内の圧力が下がり、第１の制御ピストン２１は、ストッパ２８に到るまで上方に向かって運動する。第１の制御ピストン２１のこの運動の速度は、第１の制御ピストン２１の、圧力負荷される面の設計と、供給絞り２９と流出絞り３１との調整により調節される。同時に、第２の制御ピストン２２が、圧縮ばね２３のプレロード力によって同様に上方に向かって動かされ、これにより第２の弁座３０は閉鎖される。
【００３３】
接続部２７に直接的に接続されている弁面積全体は、制御ピストン２１，２２に力が加えられ得ないように設計されている。制御ピストン２１，２２に作用する力は、圧縮ばね２３によるものか、または、第１の制御ピストン２１と第２の制御ピストン２２の運動位相中に衝撃力またはその他の不安定性を全く有していない液圧的な力である。
【００３４】
第１の制御ピストン２１および第２の制御ピストン２２が、図３で見て上方に向かって運動するとすぐに、インジェクタの、押圧ロッド５３の下側に配置されたノズルニードル（図示せず）が開放される。その結果、押圧ロッド５３は図３で見て上方に運動する。
【００３５】
磁石弁３５が閉鎖されるとすぐに、第１の制御ピストン２１と第２の制御ピストン２２とが図３の下方に向かって運動し、押圧ロッド５３を介して、ノズルニードル（図示せず）の行程制御された閉鎖を行う。このように、インジェクタの圧力制御された開放の利点と、行程制御された閉鎖の利点とが簡単に互いに組み合わせられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
コモンレール噴射システムを概略的に示した図である。
【図２】
磁石弁を介して直接的に制御される、１つの部分から成る制御ピストンを有した本発明による３ポート２位置切替弁の第１実施例を示した縦断面図である。
【図３】
本発明による３ポート２位置切替弁の第２実施例を第１の切り替え位置で示した図である。

Claims (10)

1. 内燃機関のコモンレール噴射システムにおける燃料の噴射を制御するための３ポート２位置切替弁であって、ケーシング（２０）内にガイドされた制御ピストン（４４，２１，２２）が設けられており、該制御ピストン（４４，２１，２２）は第１の切り替え位置では、インジェクタ（７）と燃料戻し路（４２，３２）との間の液圧的な接続を解放しており、制御ピストン（４４，２１，２２）は第２の切り替え位置では、インジェクタ（７）と燃料高圧リザーバ（３）との間の液圧的な接続を解放している形式のものにおいて、
   制御ピストン（４４，２１，２２）の運動が、第２の切り替え位置から第１の切り替え位置への移行の際に、インジェクタ（７）のノズルニードル（１２）に伝えられることを特徴とする３ポート２位置切替弁。
2. 制御ピストン（４４，２１，２２）とノズルニードル（１２）とが互いに同心的に配置されている、請求項１記載の３ポート２位置切替弁。
3. 制御ピストン（４４，２１，２２）とノズルニードル（１２）との間に、押圧ロッド（５３）が配置されている、請求項１または２記載の３ポート２位置切替弁。
4. 制御ピストン（４４，２１，２２）と押圧ロッド（５３）との間に、第１の切り替え位置で軸方向の遊びが存在している、請求項１から３までのいずれか１項記載の３ポート２位置切替弁。
5. 制御ピストン（４４）が１つの部分から成るものとして形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の３ポート２位置切替弁。
6. 制御ピストン（２１，２２）が２つの部分から成るものとして形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の３ポート２位置切替弁。
7. ３ポート２位置切替弁（８）が、弁座・弁座型弁として形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の３ポート２位置切替弁。
8. ３ポート２位置切替弁が、弁座・スライダ型弁として形成されている請求項１から６までのいずれか１項記載の３ポート２位置切替弁。
9. 制御ピストン（４４，２１，２２）が、磁石弁（３５）またはピエゾアクチュエータを介して操作される、請求項１から８までのいずれか１項記載の３ポート２位置切替弁。
10. インジェクタ（７）または噴射ノズルまたはノズル保持体組み合わせ体またはポンプノズルとともに使用するために設けられている、請求項１から９までのいずれか１項記載の３ポート２位置切替弁。