JP2004519607A - 直列接続された制御弁部材を備えた、燃料を噴射するための燃料インジェクタ - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関の燃焼室へ燃料を噴射するための燃料インジェクタに関する。この燃料インジェクタはインジェクタボディ（２）を有し、このインジェクタボディのケーシング孔（８）内には第１の３ポート２位置制御弁（６）が収容されており、この３ポート２位置制御弁（６）の弁ボディ（７）は、スプール区分（１８）とシート直径部（１１）とを有している。３ポート２位置制御弁（６）の弁ボディ（７）は、アクチュエータ（４０）を介して、直接的若しくは間接的に変換エレメント（３，４）を介して操作される。３ポート２位置制御弁（６）の弁ボディ（７）によって、第２の制御弁（２９）の弁部材（３０）が伝達エレメント（２６）を介して強制的に制御される。この伝達エレメント（２６）は、ケーシング孔（８）内における弁ボディ（７）の第１の位置では、ギャップ寸法ｈ_１（２５）分だけ弁ボディ（７）から隔離されている。

Description

【０００１】
技術分野
空気圧縮形の内燃機関を備えた自動車では、高圧集合室（コモンレール）を介在させて燃料で負荷される燃料インジェクタを備えた燃料噴射システムが使用される。噴射開始時期及び噴射量は、電気的に制御可能なインジェクタによって調節される。燃料インジェクタは、内燃機関のシリンダヘッドに著しい改良を加える必要なしに、シリンダヘッドに取り付けられる。乗用車若しくは実用車での使用目的に応じて、それぞれ使用されるインジェクタによって、噴射の経過に影響を与えることができる。
【０００２】
背景技術
ヨーロッパ特許出願公開第０９８７４３２号明細に記載の燃料インジェクタはノズルニードルを有しており、このノズルニードルはばねエレメントを介して、対応するシート面に押圧される。ノズルニードルの端面は制御室内の燃料圧を介して負荷される。この制御室内には、燃料が供給管路を介して流入する。この供給管路内には絞りエレメントが収容されている。燃料インジェクタ内には、さらに流出弁が収容されており、この流出弁は供給管路から低圧領域内への燃料の流出を制御する。燃料インジェクタ内には、さらに制御弁が設けられており、この制御弁は制御室と低圧領域との間の接続を開放するか、若しくは閉鎖する。流出弁と制御弁とは共通の電磁式アクチュエータを介して操作される。このアクチュエータは流出弁と制御弁とを取り囲むケーシング内に収容されている。制御弁と流出弁とアクチュエータとは、アクチュエータの作動停止状態で流出弁と制御弁とがそれぞれの開放位置に位置するように配置されている。アクチュエータが、第１の通電レベルに相当する第１の位置へ運動させられると、流出弁が閉鎖され、制御弁は開放位置に留まる。これに対して、電磁式のアクチュエータがさらに通電されて、第１の通電レベルよりも高い第２の電流レベルに到達すると、制御弁も閉鎖される。
【０００３】
このような解決手段を用いると、アクチュエータの作動を停止することによって噴射が終了され、この場合、流出弁が最初に開く。流出弁が開く直前に制御弁はまだ開いているので、ノズルの閉鎖時にノズルニードルのばねエレメントに抗して働く圧力を低下させることができるため、ノズルの一層迅速な閉鎖が達成可能である。
【０００４】
ヨーロッパ特許出願公開第０９９４２４８号明細には、ピエゾアクチュエータによって噴射経過の形成が行われる燃料インジェクタが開示されている。この燃料インジェクタのインジェクタボディには噴射開口が形成されている。このインジェクタボディ内にはノズルニードルが可動に収容されており、このノズルニードルは噴射開口の開放位置と噴射開口の閉鎖位置との間で往復運動可能である。ピエゾ圧電式のアクチュエータはインジェクタボディに収容されていて、作動位置と非作動位置との間で可動である。カップリングエレメントによって、ノズルニードルとピエゾ圧電式のアクチュエータとは互いに結合されており、これにより、ピエゾ圧電式のアクチュエータの運動がインジェクタボディ内でのノズルニードルの行程時における、ノズルニードルのより大きな運動に変換される。
【０００５】
発明の開示
本発明による解決手段を用いると、圧力制御されかつ部分圧力補償された制御弁と、強制的に制御される、行程制御される制御弁との組合せが実現可能となる。ピエゾアクチュエータの使用下に、圧力制御され部分的に圧力補償された、有利には３ポート２位置制御弁として形成された制御弁の直接的な制御を行うことができる。３ポート２位置制御弁の直接的な制御により、この制御弁の段階的な調節が可能となる。圧力制御された３ポート２位置制御弁と、この制御弁に後置された、強制的に制御され行程制御された制御弁との間のカップリングは、ロッド状の伝達エレメントにより行われる。この伝達エレメントは、３ポート２位置制御弁に設けられたポット形の切欠きによって取り囲まれていてよい。伝達エレメントに設けられた当付け面と、３ポート２位置制御弁に設けられた当付け面との間では、アイドル行程を調節することができる。このアイドル行程により、制御室の圧力を解放する２ポート２位置弁の開放時点及び閉鎖時点を調節することができ、この場合、ノズルニードルを取り囲むノズル室が、既に部分的に開放された３ポート２位置制御弁によって、高圧下にある燃料で負荷されるようになる。
【０００６】
本発明により提案された解決手段を用いると、ノズルニードルを負荷する制御室の放圧を、ノズルニードルを取り囲むノズル室の負荷後に、適宜な時点で達成することができる。有利にはシート・スプール弁として形成された３ポート２位置制御弁では、部分的な閉鎖時に第１に、後置された３ポート２位置制御弁の閉鎖を達成することができる。つまり、３ポート２位置制御弁がインジェクタのケーシングに設けられた対応するシート部から引き出されていて、かつこの３ポート２位置制御弁に形成されたスプール部分がまだ閉鎖されている場合には、当該燃料インジェクタは行程制御されたインジェクタとして作用する。３ポート２位置制御弁が対応するシート部に到達して完全に閉鎖されると、ノズル流入部、ひいてはノズルニードルのノズル室が、リークオイル流出部へ放圧される。
【０００７】
それと同時に、ノズル流入部から分岐した、流入絞りを有する流入孔を介して制御室での圧力形成が行われることによってノズルニードルの閉鎖が行われる。
【０００８】
以下に本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【０００９】
実施例
図１には、ノズルニードルを負荷する制御室の上方に直列接続式に配置された３ポート２位置制御弁と２ポート２位置制御弁とが示されている。
【００１０】
内燃機関の燃焼室内へ燃料を噴射するためのインジェクタ１のインジェクタボディ２には、ケーシング孔８が形成されている。このケーシング孔８内には、有利には３ポート２位置制御弁として形成された制御弁６の弁ボディ７が可動に収容されている。弁ボディ７の上端面は変換室５内に突入している。この変換室５には、変換ピストン３の、弁ボディ７の上端面に向かい合って位置する端面が突入している。この変換ピストン３は、図１に図示していないアクチュエータ４０を介して操作可能である。このアクチュエータ４０は、第１の３ポート２位置制御弁６の弁ボディ７の、アクチュエータ４０に向いている方の端面に直接に作用していてもよい。
【００１１】
弁ボディ７にはくびれ部１０が形成されている。このくびれ部１０の領域にはインジェクタボディ２で、図示されていない高圧集合室（コモンレール）からの流入部９が開口している。弁ボディ７のくびれ部１０は、弁室１３に向かって円錐状に延びている。くびれ部１０の下側の領域にはシート直径部１１が形成されており、このシート直径部１１はインジェクタボディ２に設けられた第１のシート面１２と共に弁ボディ７のシート部を形成している。
【００１２】
第１の３ポート２位置制御弁６の弁ボディ７は、インジェクタボディ２内で弁室１３によって取り囲まれている。この弁室１３は分岐部１４を介してノズル流入部１５に接続している。このノズル流入部１５は、図１には図示していないノズル室に開口しており、このノズル室は同じく図示されていないノズルニードルを、インジェクタボディ２の下側の領域で取り囲んでいる。ノズル流入部１５からは流入部１６が分岐しており、この流入部１６は制御室３７に通じている。制御室３７に通じた流入部１６には流入絞り１７が収容されている。
【００１３】
有利には３ポート２位置制御弁として形成された第１の制御弁６の弁ボディ７の下側の領域はスプール部分１８を備えている。弁ボディ７のスプール部分１８に設けられたスプール縁部の重なり行程は符号１９（ｈ_２）で示されている。弁ボディ７の下側の領域には、ポット形の中空室２３が形成されており、このポット形の中空室２３の、ピン状の伝達エレメント２６に向いている方の側は、当付け面２４を有している。弁ボディ７の下端部は環状に形成された端面２０を有しており、この端面２０には、コイルばね２１として形成された戻しエレメント２１が接触している。この戻しエレメント２１はインジェクタボディ２内の中空室に収容されており、この中空室からはリークオイル流出部２２も孔部３１も分岐している。
【００１４】
インジェクタボディ２内に対称軸線と同軸的に収容されたピン状の伝達エレメント２６の下端面２８は、別の制御弁２９に設けられた、球状に形成された弁部材３０に接触している。この第２の制御弁２９は２ポート２位置制御弁として形成されていると有利である。第２の制御弁２９の弁部材３０には環状の当付け面３３が形成されており、この当付け面３３には別のシールばね３４が接触している。このシールばね３４は球状に形成された弁部材３０に戻し運動を加えている。第２の制御弁２９の弁部材３０は、その閉鎖位置で、インジェクタボディ２に設けられたシート面３２に接触している。このシート面３２に向かい合って位置する形で、選択的にインジェクタボディ２は、第２の制御弁２９の例えば球状に形成された弁部材３０のための別のシート部が設けられていてもよい。
【００１５】
インジェクタボディ２内の第２の制御弁２９の弁部材３０によって、制御室３７は、図示されていないノズルニードルに作用する押圧ロッド３８の上方で放圧される。これにより制御室３７の放圧時では、制御室３７内に収容された制御容量が、流出絞り３６と孔３１とを介してインジェクタボディ２に設けられたシート面３２の上方でリークオイル流出部２２内へ流出する。
【００１６】
図１にした状態では、第１の制御弁６の弁ボディ７が閉鎖位置に位置している。すなわち、弁ボディ７のシート直径部１１がインジェクタボディ２のシート面１２に接触している。弁ボディ７のこの位置では、当付け面２４と、ピン状に形成された伝達エレメント２６の上端面２７との間にギャップ寸法（ｈ_１）が生じる。図１に示したインジェクタの作動状態では、第２の制御弁２９の弁部材３０も、インジェクタボディ２に設けられた対応するシート面３２に接触している。
【００１７】
第１の制御弁６の弁ボディ７の閉鎖位置でも、第２の制御弁２９の弁部材３０の閉鎖位置でも、ノズル流入部１５は弁室１３を介して弁ボディ７の開制御されたスプール部分１８によってリークオイル流出部２２に接続されているので、燃料はノズル室からノズル流入部１５と、分岐部１４と弁室１３とを介して流出することができる。第１の制御弁６のこの作動位置では、当付け面２４と、この当付け面２４に向けられた、ピン状に形成された伝達エレメント２６の端面７との間にギャップ寸法２５が生じる。この作動位置では、内燃機関の燃焼室内へ燃料を噴射するためのインジェクタ１は、圧力制御式のインジェクタとして作用する。
【００１８】
図１には図示していないアクチュエータ４０（図２参照）が操作されると、第１の制御弁６の弁ボディ７は下方へ移動するので、図示されていない高圧集合室（コモンレール）からの流入部９からは、高圧下にある燃料がインジェクタ１のインジェクタボディ２内の弁室１３に流入する。この弁室１３を介して、燃料は分岐部１４を経由してノズル流入部１５に流入するので、ノズルニードルを取り囲んでいるノズル室（図示しない）は高圧下にある燃料で負荷される。垂直な降下運動時に、スプール部分１８は弁室１３とリークオイル流出部２２との接続を閉じる。弁ボディ７と、ピン状に形成された伝達エレメント２６の上端面７との間のギャップ寸法２５に相当するアイドル行程が克服された後に、第２の制御弁２９の弁部材３０は、強制的に開放される。インジェクタボディ２内の第２の制御弁２９の弁ボディ３０が開放されるやいなや、放圧可能となった制御室２７内の制御容量は、流出絞り３６を介して、有利には２ポート２位置制御弁として構成された第２の制御弁２９の弁部材３０が収容されている中空室に流入する。開放されたシート面３２を介して、この制御容量は孔３１を経由してインジェクタボディ２に形成された、ばねエレメント２１が収容されている中空室に流入する。この中空室から制御容量はリークオイル流出部２２を介して流出する。制御室３７の放圧によって、制御室３７に突入している押圧ロッド３８の走出が行われるので、押圧ロッド３８と結合しているノズルニードルは内燃機関の燃焼室に突入している噴射開口を開放し、ノズル流入部１５を介してノズル室内に溜められた燃料容量は、内燃機関の燃焼室内へ噴射され得る。
【００１９】
図１には図示していないアクチュエータによって、第１の制御弁６の弁ボディ７を段階的に調節することができる。インジェクタボディ２に設けられたケーシング孔８内での第１の制御弁６の弁ボディ７の段階的な調節可能性に応じて、弁ボディ７が、インジェクタボディ２に設けられた、対応するシート面１２の方向に部分的に閉鎖される際に、第２の制御弁２９の弁部材３０も、対応するシート面３２へ向かって引き込まれる。これにより、流出絞り３６による制御室３７の放圧が終了され、そしてノズル流入部１５を介して流入絞り１７を備えた流入部１６に流入する燃料容量によって、制御室３７内での圧力形成もしくは増圧が行われる。制御室３７内での圧力形成によって、押圧ロッド３８は垂直方向で下方へ向かって移動し、ひいてはノズルニードルに設けられた円錐体が、対応するシートに進入することによって噴射開口の閉鎖を生ぜしめる。
【００２０】
弁ボディ７の部分的な閉鎖時では、たしかにまだスプール部分８と、インジェクタボディ２に設けられた対応するケーシング縁部との重なりが与えられているが、しかし弁ボディ７はケーシング側のシート面１２において、まだ開放されている。第１の制御弁６の部分的に閉鎖されたこのような作動状態では、インジェクタ１は行程制御式のインジェクタとして作用する。
【００２１】
アクチュエータ４０（図２参照）が引き続き操作されると、はじめて弁ボディ７は垂直方向で上方へ向かってケーシング孔８内をシート面１２に向かって移動する。これにより、スプール部分１８とインジェクタボディ２に設けられた対応する制御端との重なりが解消されるので、ノズル流入部１５は、分岐部１４と弁室１３を介してリークオイル流出部２２内へ放圧され得る。弁ボディが完全に閉鎖されると、すなわちインジェクタケーシングに設けられたシート面１２に弁ボディ７が引き込まれると、弁ボディ７の当付け面２４と、この当付け面に向けられた、ピン状に構成された伝達エレメント２６の端面２７との間に、ギャップ寸法２５が生じる。この状態では、第２の制御弁２９も閉鎖されている。すなわち、例えば球状に形成された弁部材３０が、インジェクタボディ２に設けられた対応するシート面３２に当て付けられる。これにより生ぜしめられた、インジェクタボディ２に設けられた制御室３７内での圧力形成によって、押圧ロッド３８と結合されているノズルニードルは強制的に閉鎖される。
【００２２】
弁ボディ７に設けられた当付け面２４と、ピン状に構成された伝達エレメント２６の上端面２７との間のギャップ寸法２５を規定することにより、ケーシング孔８内での弁ボディ７の垂直な降下運動時に弁ボディ７に後置された第２の制御弁２９が開く時点、すなわち制御室３７がいつ放圧されるのかを決定することができる。これにより、弁室１３を介して部分的に開放されたこの弁ボディ７において、インジェクタボディ２内に設けられた対応するシート面１２のところで高圧集合室から流入部９を介して分岐部１４とノズル流入部１５とに流入した燃料がノズル室内に貯えられ、これにより、ギャップ寸法２５が克服された直後に制御室３７内への押圧ロッド３８の上昇運動が行われ得ることを達成することができる。従って、既にギャップ寸法２５の克服直後にノズルニードルの開放運動が行われるので、ノズル室に既に貯えられていた燃料容量を遅延なく内燃機関の燃焼室内に噴射することができる。
【００２３】
部分的に閉鎖された状態、すなわち第２の制御弁２９は閉鎖されているが、第１の制御弁６はまだシート面１２で開放されていて、インジェクタボディ７のスプール部分１８はまだ閉鎖されている状態では、インジェクタは行程制御式のインジェクタとして作用する。これに対して、第１の制御弁６がシート面１２で閉鎖されると、すなわち高圧集合室からの流入部９が遮断されると、インジェクタはノズル流入部１５と分岐部１４と弁室１３とを介してリークオイル流出部２２へ放圧される。次いで第１の制御弁６、すなわち第１の制御弁６の弁ボディ７は、完全に開放された状態となる。つまり、流入部９を介して貯えられた燃料はノズル流入部１５を介してノズルまで流れ、しかもそれと同時にスプール部分１８と、対応するケーシング制御縁との重なりが有効となり、そして２ポート２位置制御弁すなわち第２の制御弁２９は、ピン状に形成された伝達エレメント２６による強制的な制御によって開放される。この状態でインジェクタ１は圧力制御式のインジェクタとして作用する。
【００２４】
本発明による解決手段を用いると、行程制御式インジェクタの利点と、圧力制御式のインジェクタの利点とを、３ポート２位置制御弁として形成された第１の制御弁６と、この第１の制御弁６により強制的に制御される２ポート２位置制御弁、すなわち第２の制御弁２９とによって組み合わせることができる。
【００２５】
図２には、３ポート２位置制御弁の上方に収容された変換ピストン装置が示されている。
【００２６】
図２から判るように、第１の制御弁６の弁ボディ７の上方には、圧電式アクチュエータ、すなわちピエゾアクチュエータ４０が収容されている。このピエゾアクチュエータ４０は、弁ボディ２に収容された皿形のエレメント４３に作用する。この皿形のエレメント４３は、ばね積層体４２に支持されており、別の変換ピストン４で受け止められている。この変換ピストン４の、皿形のエレメント４３とは反対の側に位置する端面は、インジェクタボディ２に設けられた第２の変換室４１に突入している。この第２の変換室４１には、第１の変換ピストン３の上端面も突入しており、この第１の変換ピストン３は変換室５を介して、有利には３ポート２位置制御弁として形成された第１の制御弁６の弁ボディ７の上端面を負荷する。第１の変換ピストン３若しくは第２の変換ピストン４として形成された圧力変換装置の代わりに、弁ボディ７の十分な昇降運動を実施するためのアクチュエータ運動の機械的な変換装置が考えられる。その場合、この機械的な変換装置が、ピン状に構成された伝達エレメント２６を介して、第２の制御弁２９の弁部材３０を強制的に制御する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ノズルニードルを負荷する制御室の上方に配置された、直列接続された３ポート２位置制御弁と２ポート２位置制御弁とを示す断面図である。
【図２】
３ポート２位置制御弁の上方に収容された変換ピストン装置を示す断面図である。

Claims (11)

1. インジェクタボディ（２）を備えた燃料インジェクタであって、インジェクタボディ（２）に設けられたケーシング孔（８）内に第１の３ポート２位置制御弁（６）が収容されており、該３ポート２位置制御弁（６）の弁ボディ（７）がスプール区分（１８）とシート直径部（１１）とを有していて、アクチュエータ（４０）によって、直接的又は間接的に変換エレメント（３，４）を介して操作される形式のものにおいて、第１の３ポート２位置制御弁（６）の弁ボディ（７）が、別の第２の制御弁（２９）の弁部材（３０）を、伝達エレメント（２６）を介して強制的に制御するようになっており、該伝達エレメント（２６）が、ケーシング孔（８）内での弁ボディ（７）の第１の位置で、ギャップ寸法ｈ_１（２５）分だけ該弁ボディ（７）から間隔を置いて配置されていることを特徴とする燃料インジェクタ。
2. 第１の３ポート２位置制御弁（６）の弁ボディ（７）がポット形の中空室（２３）を有している、請求項１記載の燃料インジェクタ。
3. ポット形の中空室（２３）が伝達エレメント（２６）のための当付け面（２４）を有している、請求項２記載の燃料インジェクタ。
4. 弁ボディ（７）が、インジェクタボディ（２）のケーシング孔（８）内で段階的に操作可能である、請求項１記載の燃料インジェクタ。
5. 弁ボディ（７）の、対応するシート部（１１，１２）からの開放時にギャップ寸法ｈ１（２５）が克服された後に、第２の制御弁（２９）が開放されて、制御室（３７）が放圧されるようになっている、請求項４記載の燃料インジェクタ。
6. 弁ボディ（７）の部分的な閉鎖時に、該弁ボディ（７）のスプール部分（１８）がケーシング側で重なったままとなり、第２の制御弁（２９）の弁部材（３０）が、対応するシート部（３２）へ移動するようになっている、請求項４記載の燃料インジェクタ。
7. 弁ボディ（７）が、対応するシート部（１１，１２）へ到達して完全に閉鎖されると、ノズル流入部（１４，１５）が弁室（１３）を介してリークオイル流出部（２２）へ放圧可能である、請求項４記載の燃料インジェクタ。
8. 弁ボディ（７）が、対応するシート部（１１，１２）へ到達して完全に閉鎖されると、弁ボディ（７）と伝達エレメント（２８）との間にギャップ寸法ｈ_１（２５）が生じるようになっている、請求項７記載のインジェクタ。
9. 第１の３ポート２位置制御弁（６）の弁ボディ（７）と第２の制御弁（２９）の弁ボディ（３０）とが、戻しばねエレメント（２１，３４）によって負荷されている、請求項１記載の燃料インジェクタ。
10. 第２の制御弁（２９）が２ポート２位置制御弁として形成されている、請求項１記載の燃料インジェクタ。
11. 戻しばねエレメント（２１，３４）が弁ボディ（７）若しくは弁部材（３０）に設けられた環状面（２０，３３）に接触している、請求項９記載の燃料インジェクタ。