JP2004519602A - 漏れを減じられた、圧力制御される制御ユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する装置であって、制御ユニット（１）が設けられていて、該制御ユニット（１）内にケーシング室（４）が形成されており、該ケーシング室（４）に、供給路を介して蓄圧室（コモンレール）から常に高圧下にある燃料が供給されており、該燃料が供給絞り（７）を介して常に、制御弁体（５）の制御室（６）に作用しており、しかも制御弁体（５）が噴射ノズルに通じるノズル供給路（１４）を開閉する形式のものに関する。このような形式の装置において本発明の構成では、制御ユニット（１）のケーシング室（４）内に、制御室（６）を制限する圧力部材（２１）が受容されており、該圧力部材（２１）が平らな面（２３）でケーシング（２）に支持されており、かつ圧力部材（２１）内に、制御室（６）を放圧する排出ノズル（２８）が受容されていて、該排出絞り（２８）がサーボ弁（２４）を用いて開放制御可能である。

Description

【０００１】
産業上の利用分野
空気圧縮型の内燃機関において使用されかつコモンレール原理に基づいて作動する噴射系は、極めて高い運転圧にさらされる。運転圧を得るため及び持続的に維持するために、高圧ポンプが使用される。高圧ポンプの吐出量のうちの一部は、漏れ損失によって消費されていまい、この場合漏れ損失は、高圧下にある燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する噴射系の燃料インジェクタの可動の構成部材において生じるおそれがある。そして高圧ポンプの必要な吐出量は、使用される高圧ポンプの構造寸法に影響を与える基準である。
【０００２】
従来の技術
ドイツ連邦共和国特許公開第１９７１５２３４号明細書には、多シリンダ内燃機関のアキュムレータ噴射系のための、電磁弁制御される直接噴射式の燃料噴射弁が開示されている。この公知の燃料噴射弁では、ばね負荷されたノズルニードルに通じる供給管路が設けられていて、この供給管路は、弁機能を備えた制御ピストンによって遮断可能である。ノズルニードルは、ばね室内に支持されたノズルニードルばねによって、ニードル座に押し付けられる。さらに、系圧下にある制御ピストンの背側に配置された制御室と、電磁弁とが設けられている。この電磁弁によって制御室は放圧管路と接続可能であり、かつ同時に、制御ピストンに配置された高圧弁によるノズルニードルに通じる供給管路の遮断を、中断可能である。また絞られた管路接続部が、供給管路と放圧管路との間のバイパスとして形成されており、この管路接続部は、電磁弁と接続されている漏れ弁を有しており、この漏れ弁によって管路接続部を噴射中に遮断することができる。
【０００３】
本発明の記載
本発明による解決策には、制御弁が高圧集合室（コモンレール）からの供給路に一体に組み込まれていて、漏れが圧力低下を回避することによって制御弁における漏油圧に著しく減じられる、という利点がある。本発明の有利な構成では、制御部分の弁体を負荷する制御室が、ポット形の輪郭を有する圧力部材によって取り囲まれており、この圧力部材に、高圧集合室（コモンレール）に存在する高圧が常に作用するようになっている。制御室を制限する圧力部材は、フラット座で制御ユニットのケーシングに接触していて、ばねエレメントによって負荷されており、このばねエレメントは圧力部材を、ケーシング室における高圧に加えて、制御ユニットのケーシング室の壁への接触状態に保つように働く。
【０００４】
圧力部材の上にはサーボ弁が受容されており、このサーボ弁のサーボ弁体によって、制御室を放圧する排出絞りの開閉を行うことができる。漏れ損失は、本発明による解決策では、サーボ弁の制御に基づく制御室の放圧時に排出絞りを通って流出する制御容積量に制限されている。圧力部材が高圧集合室（コモンレール）からの供給路に組み込まれていることによって、この圧力部材はそこに生じる高圧によって、かつ圧力部材の下に受容されたばねに助成されて、フラット座に押し付けられる。漏油レベルへの制御部分における圧力低下は、回避されることができ、このことは制御弁における漏れに有利な影響を与える。
【０００５】
制御弁を制限する圧力部材のフラット座が、制御ユニットのケーシングに設けられていることに基づいて、サーボ弁とサーボ弁体を取り囲む弁室とは、高圧集合室からの供給路における高圧に対してシールされている。制御室の放圧時に該制御室から流出する制御容積は、排出絞りの寸法設定によって制限され、単に制御ユニットの高圧部分から流出する容積に過ぎない。従って高圧ポンプはその吐出量に関して、著しく有利に設計することができ、このことは使用される高圧ポンプの製造コスト及び構造寸法に対して有利な影響を及ぼす。ポンプサイズの減少と共にさらに得られる利点としては、インジェクタの戻し路における燃料温度の低下が挙げられる。もし極めて高い燃料温度が存在するような場合には、冷却装置を設ける必要が発生し、ひいては付加的なコストが派生するが、このような不都合は、本発明の構成によりポンプサイズを減じることによって、回避することができる。
【０００６】
図面
次に図面を参照しながら本発明の１実施例を説明する。
【０００７】
図１は、ノズルホルダコンビネーションにおいて使用される、ガイド漏れのない圧力制御される制御ユニットを示す縦断面図である。
【０００８】
実施例の記載
図１には、本発明による制御ユニットが縦断面図で示されており、この制御ユニット１はケーシング２を有している。制御ユニット１のケーシング２内にはケーシング室４が形成されており、このケーシング室４は供給路３を介して、蓄圧室又は高圧集合室（コモンレール）と接続されており、この高圧集合室内には高圧ポンプを介して燃料が供給され、極端に高い圧力レベルに保たれる。制御ユニット１のケーシング室４に通じる供給路３を介して、アキュムレータ又は高圧集合室（コモンレール）において生ぜしめられたこの高い圧力レベルは、制御ユニット１のケーシング室４内にも存在する。
【０００９】
図１に示された制御ユニット１のケーシング室４内には、圧力部材２１が受容されている。この圧力部材２１は、片側が開放しているほぼポット形の物体として形成されており、その平らに形成された面２３は、制御ユニット１のケーシング２の壁に接触している。圧力部材２１の開放した端部において圧力部材２１の内室には、制御弁体５が導入されており、この制御弁体５の端面８は圧力部材２１の内壁と共に制御室６を制限している。圧力部材２１の壁には制御室の領域に、一方では供給絞り７が形成されており、かつ他方では、圧力部材２１の内側面と制御弁体５の端面８とによって制限された制御室６が、圧力部材２１の上部領域に形成された排出絞り２８を介して放圧可能である。制御室６の放圧は、排出絞り２８に配属もしくは対応配置されたサーボ弁２４を介して行われる。制御ユニット１のケーシング室４内に受容されている圧力部材２１は、一方では、圧力部材２１のリング状の端面２２を負荷するばねエレメント２０を介して、制御ユニット１のケーシング２の壁におけるフラット座２３に押し付けられる。一方の側においてリング状に延びる端面２２において圧力部材２１に支持されているばねエレメント２０は、他方の側において、制御ユニット１のケーシング２内におけるケーシング室４の底部によって支持されている。さらに、高圧集合室（コモンレール）から供給路３を介してケーシング室４内にもたらされた高圧下にある燃料は、圧力部材２１のリング状の端面２２に対して作用し、これによって圧力部材２１は、ケーシング２の壁におけるフラット座２３に接触する。
【００１０】
ケーシング室４内における高圧が、圧力部材２１のリング状に延びる端面２２に作用することによって、制御ユニット１のケーシング２の壁におけるフラット座２３における、圧力部材２１の接触が保証されている。ケーシング２の壁及び圧力部材２１の対応する側におけるフラット座２３は、製造技術的に特に簡単に製造することができる。これによって、圧力部材２１と制御ユニット１のケーシング２の対応する壁との間におけるリング状に延びるシール面２３を得ることができ、このシール面２３によって、サーボ弁２４の弁室３２を、ケーシング４に対して及びそこに存在する高い圧力レベルに対してシール可能である。
【００１１】
制御ユニット１の制御弁体５はその上側の端面８で制御室６内に進入しており、この制御室６は、供給絞り７を介して流入する制御容積を受容していて、この制御容積は、略示されたアクチュエータ２９によるサーボ弁２４の操作によって、開閉制御可能である。制御弁体５はさらにリング状に延びる座面１９を備えており、この座面１９は制御弁体５の狭窄部９において終わっている。狭窄部９には流出方向において、制御弁体５の外周部における流れ自由面１０が接続しており、この流れ自由面１０は例えば、制御弁体５の外周部において互いに反対側に位置するように１８０°ずらされて形成されている。制御ユニット１のケーシング２内において制御弁体５における狭窄部９に対向して位置するように、リング室１１が形成されており、このリング室１１からはノズル供給路１４が、噴射ノズルを備えたノズルホルダコンビネーション（図示せず）に分岐している。制御弁体５はその上部領域で一方では圧力部材２１内においてセンタリングされかつ案内され、他方において制御弁体５は狭窄部９の下においてケーシング面１５に沿って案内される。圧力部材２１と制御弁体５の上端面８とによって制限された制御室６に、排出絞り７を介して高圧下にある制御容積が供給されると、制御弁体５の座面１８はケーシング室４の底部へと移動させられる。制御弁体５におけるリング状に延びる座面１９は、ケーシング４の底部における円錐形の輪郭を備えたシール座面に接触し、その結果制御弁体５の閉鎖時に、つまりケーシング側のシール座１８における制御弁体５の接触時に、ノズル供給路１４は、制御ユニット１のケーシング２におけるリング室１１と、流れ自由面１０とを介して放圧される。漏油室１２から燃料容積はさらに漏油排出路１３に向かって流れる。制御弁体５の端面８が排出絞り２８の操作による制御室６の放圧時に進入する行程高さは、符号３０（ｈ_２）で示されている。制御室６の放圧時における制御弁体５の行程高さ３０に相応して、制御弁体５の外周部における流れ自由面１０の残留オーバラップ１６が設定されている。この残留オーバラップはｈ_１で示されている。ケーシング室４におけるシール座１８に進入した状態においてはつまり制御室６の圧力負荷時には、ケーシング２におけるガイド区分１５の下の流れ自由面１０の領域ｈ_１を介して、燃料がノズル供給路１４からリング室１１を介して漏油室１２に、ひいては漏油排出路１３に流出できることが、保証されていなくてはならない。
【００１２】
制御室６を放圧するために圧力部材２１に形成された排出絞り２８は、サーボ弁２４を用いて切り換えられる。サーボ弁２４は、略示された調節装置例えばピエゾ調節装置を介して操作され、このピエゾ調節装置は、サーボ弁２４のサーボ弁体２５を矢印３１の方向に操作する。サーボ弁２４のサーボ弁体２５は、図１の実施例では半球形状に形成されている。半球形状の輪郭を有するサーボ弁体２５の湾曲した側は、制御ユニット１のケーシング２に形成された第２の座２７と共働し、これに対してサーボ弁体２５の、ほぼ平らに形成された側は、圧力部材２１の上面における第１の座２６と共働する。ピエゾアクチュエータ又は電磁弁を介して制御され得るサーボ弁２４を用いて、サーボ弁体２５は排出絞り２８を閉鎖するための第１の座２６か、又は制御ユニット１のケーシング２における排出路を閉鎖するための第２の座に切り換えられることができる。サーボ弁体２５はサーボ弁室３２によって取り囲まれており、このサーボ弁室３２は一方では制御ユニット１のケーシング２の壁によって、かつ他方では圧力部材２１によって形成される。サーボ弁２４のサーボ弁体２５は単に第１の座２６と第２の座２７との間においてしか往復切り換えされないので、漏れ損失は、制御室６から排出絞り２８を介して抑制制御可能な制御容積に制限されている。
【００１３】
高圧集合室（コモンレール）から供給路３を介して制御ユニット１のケーシング室４内に高圧が存在している場合、この高圧は供給絞り７を介して、制御弁体５の上端面８と圧力部材２１の内側とによって制限されている制御室６内に流入する。制御室６内において形成されている高圧によって、制御弁体５は、ケーシング室４の底部に形成されたシール座１８に移動させられる。ケーシング室４から狭窄部９を介してリング室１１に、かつそこからノズルホルダコンビネーションのノズル供給路１４に通じる供給路は、制御弁体５のこのポジションにおいては閉鎖されている。制御弁体５がケーシング室４の底部におけるケーシング側の座に接触しているポジションにおいて、ノズル供給路１４は、リング室１１、制御弁体５の狭窄部９及び流れ自由面１０を介して漏油室１２に、かつそこから漏油排出路１３への放圧が可能である。制御室６を制限する圧力部材２１は、高圧集合室から供給路３を介してもたらされた高圧によって、常に負荷されており、この高圧はフラット座２３を介して、サーボ弁２４のサーボ弁室３２に対してシールされている。排出絞り２８の上における第１の座２６から、制御ユニット１のケーシング２内に形成された第２の座２７への制御弁体２５の切換えによって、制御室６が放圧されると、制御容積が制御室６から排出絞り２８を介してサーボ弁室３２に流入し、その結果制御弁体５の端面８は上方に向かって制御室６内に移動する。同時にサーボ弁室３２は、制御弁体２５の湾曲した部分によって閉鎖される第２の座２７においてシールされる。これに対して制御弁体２５がアクチュエータ２９によって運動方向３１に向かって制御されると、制御弁体２５はその平らな側で、圧力部材２１における排出絞り２８の上における第１の座２６に接触させられ、そしてこの第１の座２６を閉鎖する。連続的に供給絞り７を介して制御室６内に流入する高圧の燃料によって、制御室６内においては圧力が形成され、これによって制御弁体５はケーシング室４の底部におけるシール座に押し付けられる。同時にノズル供給路１４は、狭窄部９、リング室１１及び流れ自由面１０を介して、制御ユニット１の低圧領域における漏油室１１内へと放圧が行われる。
【００１４】
制御室６もしくは制御弁５がケーシング室４内に組み込まれていることによって、そこに存在している圧力レベルが漏油圧力レベルまで下降することが回避される。漏油圧力レベルは単に制御ユニット１の低圧領域にしか、つまり流れ自由面１０の下における漏油室１２もしくは漏油排出路１３においてしか存在しない。圧力部材２１と制御ユニット１のケーシング２の対応する壁との間にリング状に形成されたフラット座の形のシール面２３によって、かつばねエレメント２０とリング状の端面２２において作用する高圧とによるシール面２３への圧力部材２１の圧着とによって、漏れ損失に対するケーシング室４の改善されたシールが得られる。さらに、制御室６の排出絞り２８を開閉するために圧力部材２１の上におけるサーボ弁２４を使用することによって、単に、制御室６の放圧時に該制御室６から流出する制御量だけが制御弁室３２に流入することが保証されている。サーボ弁室３２はいわば、制御容積として働く燃料を受容するための緩衝器として働き、この制御容積としての燃料は、第１の座２６からのサーボ弁体２５の移動による排出絞り２８の開放運動毎にサーボ弁室３２に流入する。単に、略示されたピエゾ調節装置２９を用いたサーボ弁２４の制御時に、排出絞り２８を介して制御室６から流出する燃料容積だけが、漏れである。漏れ損失は、制御室６の放圧時に制御室６から流出する制御容積に制限されているので、本発明による制御ユニット１によって、著しく小さく寸法設定された高圧ポンプを備えた燃料噴射系を、運転することが可能である。そして本発明による制御ユニットでは漏れ損失は、制御室６から流出する制御量の流出容積に制限されているので、漏れ損失をカバーするために従来必要であった、高圧ポンプの過剰な寸法設定は、回避することができる。高圧集合室を圧力供給するため、ひいては本発明による制御ユニット１のケーシング室４を供給路３を介して圧力供給するために、小さく寸法設定された高圧ポンプを使用することによって、燃料温度を低下させることができる。小さく寸法設定された高圧ポンプを使用した場合における燃料温度の低下は、ノズル供給路１４を介してノズルホルダコンビネーションに供給される噴射容積の噴射特性に対して極めて有利な影響を与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ノズルホルダコンビネーションにおいて使用される、ガイド漏れのない圧力制御される制御ユニットを示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 制御ユニット、 ２ ケーシング、 ３ 供給路、 ４ ケーシング室、 ５ 制御弁体、 ６ 制御室、 ７ 供給絞り、 ８ 端面、 ９ 狭窄部、１０ 自由面、 １１ リング室、 １２ 漏油室、 １３ 漏油排出路、 １４ ノズル供給路、 １５ ケーシング縁部、 １６ オーバラップｈ_１、 １７ リング室、 １８ シール座、 １９ 端面、 ２０ ばねエレメント、 ２１ 圧力部材、 ２２ リング状の端面、 ２３ フラット座、 ２４ サーボ弁、 ２５ サーボ弁体、 ２６ 第１の座、 ２７ 第２の座、 ２８ 排出絞り、 ２９ 操作エレメント、 ３０ 行程ｈ_２、 ３１ 運動方向、 ３２ サーボ弁室

Claims (10)

1. 内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する装置であって、制御ユニット（１）が設けられていて、該制御ユニット（１）がケーシング室（４）を有しており、該ケーシング室（４）に、供給路を介して高圧集合室（コモンレール）から常に高圧下にある燃料が供給されており、該燃料が供給絞り（７）におけると同様に制御弁体（５）の制御室（６）内にも存在しており、制御弁体（５）が噴射ノズルに通じるノズル供給路（１４）を開閉する形式のものにおいて、制御ユニット（１）のケーシング室（４）内に、制御室（６）を制限する圧力部材（２１）が受容されており、さらに制御室（６）が、２つの座（２６，２７）に切換え可能なサーボ弁（２４）を介して放圧又は圧力供給可能であることを特徴とする、燃料を噴射する装置。
2. 圧力部材（２１）がばねエレメント（２０）を用いて、ケーシング（２）に形成されたフラット座（２３）に押し込まれる、請求項１記載の燃料を噴射する装置。
3. 圧力部材（２１）のリング状の端面（２２）が、ケーシング室（４）内に進入している、請求項１記載の燃料を噴射する装置。
4. 圧力部材（２１）の壁に、制御室（６）に通じる供給絞り（７）と、制御室（６）の排出絞り（２８）とが形成されている、請求項１記載の燃料を噴射する装置。
5. 制御室（６）の上側に、排出絞り（２８）に対応配置もしくは配属されて、サーボ弁（２４）が受容されている、請求項１記載の燃料を噴射する装置。
6. サーボ弁（２４）が、ほぼ半球形状に形成されたサーボ弁体（２５）を有している、請求項５記載の燃料を噴射する装置。
7. サーボ弁（２４）が、圧力部材（２１）の上における第１の座（２６）か又は制御ユニット（１）のケーシング（２）における第２の座（２７）を閉鎖する、請求項５記載の燃料を噴射する装置。
8. 圧力部材（２１）の上における第１の座（２６）が、サーボ弁体（２５）の平らに面取りされた部分によって、かつ制御ユニット（１）のケーシング（２）における第２の座（２７）が、サーボ弁体（２５）の湾曲した面によって開閉される、請求項７記載の燃料を噴射する装置。
9. 制御ユニット（１）のケーシング室（４）内に、制御弁体（５）の座面（１９）のためのシール面（１８）が形成されている、請求項１記載の燃料を噴射する装置。
10. 制御弁体（５）が座面（１９）の下に狭窄部（９）を有しており、該狭窄部（９）に対向して位置して制御ユニット（１）のケーシング（２）内にノズル供給路（１４）が延びていて、狭窄部（９）の下において制御弁体（５）に、燃料の流出を可能にする自由面（１０）が形成されており、該自由面（１０）を介して、ノズル供給路（１４）の放圧時に燃料が制御ユニット（１）の低圧領域（１２，１３）に流出する、請求項１記載の燃料を噴射する装置。