JP2005510658A - 燃料を高圧噴射するためのインゼクタ - Google Patents
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Abstract
本発明は自己点火式内燃機関で燃料を高圧燃料噴射するためのインゼクタに関する。この場合、インゼクタはインゼクタの開閉のためのアクチュエータ弁と、インゼクタの閉じた状態で少なくとも1つの噴口(18)を閉鎖するノズルニードル(17)と、インゼクタのアクチュエータ弁とリリーフ室(6)との間の液圧的な連通を生じる調量弁(4)と、調量弁(4)のために必要な基準圧の維持に役立つ保圧装置(33)と、アクチュエータ弁を介して流れる制御量(34)のための第1の制御量導管(29)と、調量弁(4)を介して流れる制御量(35)のための第2の制御量導管(43)とを有している。保圧装置(33)は調量弁(4)の制御量(35)を液圧的な振動ダンパによって動的にアクチュエータ弁の制御量(34)から分離する。
Description
【0001】
背景技術
コモンレール式噴射システムは直接噴射式内燃機関内へ燃料を高圧噴射するのに役立つ。この蓄圧式噴射システムでは圧力形成と噴射とが互いに時間的かつ場所的に分離している。別体の高圧ポンプが中央の燃料高圧蓄圧器内に噴射圧を形成する。噴射開始および噴射量は、燃料導管を介して燃料高圧蓄圧器に連通していて電気的に操作されるインゼクタの起動制御時点と起動制御期間とによって規定されている。
【0002】
従来の技術
ドイツ連邦共和国特許公開第10001099号明細書は燃料噴射システムのインゼクタのための制御弁に関している。制御弁は調整部材を有し、かつアクチュエータによって操作される。該制御弁によって燃料戻し路とインゼクタの制御室との間の液圧的な連通が形成される。制御弁が開かれると、燃料が制御室から燃料戻し路内へ流れる。このことにより、制御室内の圧力が低下し、かつノズルニードルの端面に作用する液圧的な力が減少する。この液圧的な力が、開弁方向に作用する液圧的な力より小さくなると、ノズルニードルが開き、その結果、燃料が噴射ノズルの噴口を通して燃焼室内に達することができる。液圧的な増幅システムを介したノズルニードルのこの直接起動制御が必要であるのは、ノズルニードルの迅速な開放に必要な大きな力が制御弁によって直接発生させられることができないからである。
【0003】
ドイツ連邦共和国特許公開第19650865号明細書は電気的に制御される燃料噴射弁の制御のためのマグネット弁に関している。燃料噴射弁の弁ニードルは制御室内に支配する圧力によって閉弁方向に負荷される。噴射の導入のために、マグネット弁はそのマグネットの励磁時に制御室のリリーフを導入する。これにより、噴射弁の弁ニードルは開弁方向でこれに作用する高圧の影響を受けてその座から持上げられる。
【0004】
従来技術ではその場合、燃焼室内へ噴射される燃料量に対して付加的にいわゆる“制御量”が弁ニードルの直接的な起動制御のために必要である。マグネット弁の開放時に制御量はマグネット弁と制御量導管とを介して燃料タンクの低圧領域内に達する。マグネット弁の閉鎖時には制御弁が他方の切換え位置へ移行し、その際、同様に制御量が生じる。制御弁機能のために必要な基幹圧力の維持のために、他の制御量導管内に流入絞りを前置きした保圧弁が役立てられ、この制御量導管を通して制御量が制御弁から流出する。保圧弁の後方ではマグネット弁からの制御量と制御弁からの制御量とが1つの共通の導管内で全漏れ量として低圧領域内へ流れる。それゆえ、保圧弁は上述の基幹圧力の維持に役立つ他に、(制御弁とマグネット弁との)両方の制御量の圧力ポテンシャルの分離のためにも役立つ。
【0005】
しかし、従来技術のこのインゼクタでは制御弁の切換え時に制御弁によって制御量導管内に圧力振動が発生し、該圧力振動はマグネット弁の弁ニードルにまで伝播し、最悪の場合にはマグネット弁の不所望の開放をもたらすことがある。
【0006】
発明の開示
本発明の解決手段が有する利点とするところは、制御量導管内の圧力振動が減衰され、圧力振動の作用によるアクチュエータ弁の不所望の開放が阻止されることにある。さらに、本発明の解決手段は保圧弁のコンパクトでスペース節約的な構成を可能にする。
【0007】
これらの利点は本発明によれば、自己点火式内燃機関で燃料を高圧噴射するためのインゼクタによって達成される。この場合、インゼクタは、インゼクタを開閉するためのアクチュエータ弁と、インゼクタの閉じた状態で少なくとも1つの噴口を閉鎖するノズルニードルと、アクチュエータ弁とインゼクタのリリーフ室との間の液力的な連通を生じる調量弁と、調量弁のために必要な基準圧を維持するのに役立つ保圧装置と、アクチュエータを介して流れる制御量のための第1の制御量導管と、調量弁を介して流れる制御量のための第2の制御量導管とを有している。保圧装置は調量弁の制御量をアクチュエータ弁の制御量から動的に分離すると共に、液圧的な振動ダンパとしても役立つ。
【0008】
それゆえ、保圧装置は燃料の圧力振動を減衰するように構成されている。この圧力振動は特にこの場合には調量弁の切換え時に所属の制御量導管内に発生する圧力振動である。
【0009】
本発明の有利な1つの実施例ではアクチュエータ弁がマグネット弁から成る。変発明の別の1つの実施形ではアクチュエータ弁のアクチュエータがピエゾアクチュエータから成る。ピエゾアクチュエータの場合には、有利にアクチュエータの大きな作動力と迅速な応答とが保証される。
【0010】
次に、本発明を図面につき詳細に説明する。
【0011】
変化実施形
図1はマグネット弁と調量弁と保圧装置とを備えた本発明によるインゼクタの図式的な図面を示す。さらに、これに関連した燃料高圧蓄圧器(コモンレール)が示されている。
【0012】
図示のシステムは圧力制御式のコモンレール式噴射システムである。燃料高圧蓄圧器1(コモンレール)内には燃料が(1400バールまでの)高圧下で貯蔵されている。高圧ポンプ2が燃料を燃料高圧蓄圧器1内へ搬送する。燃料高圧蓄圧器1は高圧導管3を介して調量弁4に接続されている。調量弁4はマグネット弁5と噴射ノズル7のリリーフ室6との間の液圧的な連通を生じる。調量弁4は3ポート2位置方向制御弁から成る。中空の調量弁4の内部には調整ピストン8が摺動可能に配置されている。調整ピストン8は座着エッジ9を有している。調整ピストン8は、調量弁体11内で一方の切換え位置aへ摺動して、調量弁体11内に形成された弁座10に座着エッジ9で当接している。調量弁4のこの切換え位置aでは高圧導管3が液圧的に噴射ノズル7から遮断されている。調量弁4からは2つの導管12,13が噴射ノズル7へ延びている。第1の導管12は調量弁4の部分室14を噴射ノズル7のリリーフ室6へ接続せしめている。第2の導管13は調量弁体11内の環状室15から、噴射ノズル7のノズルニードル17を囲む燃料貯蔵室16へ延びている。このことにより、(調量弁の切換え位置aでは)燃料貯蔵室16内に高圧が形成されず、その結果、ノズルニードル17は閉じたままである。
【0013】
調整ピストン8は調量弁体11内で開弁方向50に摺動されてその第2の切換え位置bに達する。この切換え位置bでは、調整ピストン8の比較的大きな直径を有する部分領域52が調量弁体11の部分領域53と協働してシールを形成し、その結果、調量弁4の部分室14が環状室15から液圧的に遮断される。この切換え位置bでは高圧導管3と、調量弁4の部分室23と、環状室15と、噴射ノズル7への導管13と、燃料貯蔵室16との間に連通が生じる。
【0014】
インゼクタの閉じた状態では、ノズルニードル17は内燃機関の燃焼室内に開口した噴口18を閉鎖する。圧縮ばね20が、ノズルニードル17へ作用する閉鎖力を生じる。
【0015】
マグネット弁5および調量弁4は制御導管21を介して互いに連通している。流入絞りエレメント22が調量弁4の調整ピストン8内を通って延びていて調量弁体11の内部の2つの部分室23,24内に開口しており、その場合、一方の部分室23は高圧導管3に、かつ他方の部分室24は流出絞りエレメント63を有する制御導管21に連通している。
【0016】
マグネット弁5は、マグネット可動子26とソレノイド27とを介して開放されることのできるマグネット弁ニードル25を有している。圧縮ばね28が、マグネット弁ニードル25へ作用する力を生じる。マグネット弁5のばね室47はバランス絞り48を介してタンク49に連通しており、タンク49はマグネット弁ニードル25によって制御導管21へ向かって閉鎖されることができる。バランス絞り48を介して、マグネット弁ニードル25に開弁方向50で作用するタンク49内圧力と、マグネット弁ニードル25に開弁方向50ならびに閉弁方向51で作用する力を生じる、マグネット弁5のばね室47内圧力とがバランスされる。タンク49内の圧力とばね室47内の圧力とが同じとなった際には、マグネット弁ニードル25へ開弁方向50で作用する力と、閉弁方向51で作用する力とが釣合う。なぜならば、作用面が同じ大きさであるからである。次いで、マグネット弁5は圧縮ばね28の力によってのみ閉鎖されたままとなる。マグネット弁5からは第1の制御量導管29が制御量タンク30内へ、かつそこから全漏れ導管32が低圧領域31内へ、例えば内燃機関の燃料タンク内へ延びている。
【0017】
制御量タンク30は保圧装置33の一部から成る。保圧装置33は一面では調量弁4のために必要な基準圧を維持するのに役立ち、他面ではマグネット弁5の制御量34と調量弁4の制御量35とを動的に分離するのに役立つ。この分離が動的である理由は、調量弁4の制御量35は振動してハイダイナミックな状態にあり、他面においてマグネット弁5の制御量34はタンク49が振動を妨げるように作用するためほとんど定常的であるからである。両方の制御量34,35は互いに動的に影響しない。さらに、本発明では保圧装置33は液圧的な振動減衰器の機能を有している。保圧装置は制御量タンク30の他に保圧弁36と、容積貯蔵室37と、流入絞り38と、流出絞り39と、流入タンク40とを有している。保圧弁36は本発明の有利な本実施例では特に、圧縮ばね41と球42とを有していてばね負荷された弁から成る。調量弁4の制御量35は第1の導管12と、噴射ノズル7のリリーフ室6と、ばね室64と、第2の制御量導管43とを介して保圧装置33へ達する。保圧弁36の開放時に調量弁4の制御量35が第2の制御量導管43を通して流入タンク40へ流れる。そこから、制御量35は流入絞り38と、容積貯蔵室37と、保圧弁36と、流出絞り39とを介して制御量タンク30内へ達する。
【0018】
図1に示した本発明の有利な実施形では、保圧装置33が、第2の制御量導管43と保圧弁36との間に配置された流入絞り38を備えている。さらに、保圧装置33は有利に保圧弁36の流出口46に配置された流出絞り39を有している。さらに、保圧装置33は本発明の図示の有利な実施形では、保圧弁36の流入絞り38と流入口45との間に配置された容積貯蔵室37を有している。
【0019】
制御量タンク30内では調量弁4の制御量35とマグネット弁5の制御量34とが混合されて、全漏れ量44として全漏れ導管32を介して低圧領域31内へ案内される。
【0020】
噴射過程は次のように経過する。
【0021】
まずマグネット弁5が閉じられる。このことにより制御導管21がタンク49へ向かって閉鎖される。調量弁4が切換え位置aを占め、要するに調整ピストン8が閉弁方向51に調量弁体11内で摺動され、その結果、座着エッジ9が弁座10に当接する。これにより調量弁4の第1の部分室23が環状室15に対してシールされる。高い圧力下の燃料が調量弁4のこの切換え位置aでは第1の部分室23内に流入し、そこから流入絞りエレメント22を介して第2の部分室24と制御導管21内とに達する。燃料は第2の部分室24内で閉弁方向51の力を生じ、この力が調整ピストン8に作用し、これにより調整ピストン8の座着エッジ9が弁座10に圧着する。環状室15内、部分室14内、第1および第2の導管12,13内、燃料貯蔵室16内、および噴射ノズル7のリリーフ室6内には高圧に対比して減少した圧力が支配する。ノズルニードル17は主として圧縮ばね20のばね力により噴口18を燃焼室へ向かって閉鎖せしめているのみである。この切換え位置aでは保圧弁36が閉鎖されており、かつマグネット弁5の制御量34も調量弁4の制御量35も流れない。その場合、調量弁4の部分室14から流入タンク40まで基準圧が生じる。
【0022】
マグネット弁5の作動(ソレノイド27による励磁)によって、マグネット可動子26は開弁方向50にソレノイド27に当接するまで運動する。マグネット弁ニードル25が開放されて、調量弁4の第2の部分室24と制御導管21とから燃料がタンク49と第1の制御量導管29とを介して流出する。その結果、第2の部分室24と第1の部分室23との間の圧力差によって、閉弁方向51の力より大きな開弁方向50の力が調整ピストン8に作用し、その結果、調整ピストンは切換え位置b内へ運動する。調整ピストン8の比較的大きな直径を有する部分領域52が調量弁体11の部分領域53に達し、これにより環状室15と部分室14との間の液圧的な連通を遮断する。これに対して、第1の部分室23はこの切換え位置bでは環状室15へ向かって開放され、その結果、高圧下の燃料が高圧導管3から第1の部分室23と、環状室15と、第2の導管13とを介して燃料貯蔵室16内へ達する。燃料貯蔵室16内の高圧は、圧縮ばね20の力とリリーフ室6内の閉弁方向51のわずかな圧力と(の和)よりも大きい開弁方向50の力をノズルニードル17へ作用する。その結果、ノズルニードル17が開き、燃料が高圧下で噴口18を介して燃焼室19内へ噴射される。この切換え位置bでは制御量34が遮断されずに流入絞りエレメント22と、流出絞りエレメント63と、制御導管21と、タンク49と、第1の制御量導管29とを介して制御量タンク30内へ、かつここから全漏れ導管32を介して低圧領域31内へ流れる。保圧弁36は閉じられており、第2の制御量導管43を介して調量弁4の制御量35は流れない。
【0023】
噴射過程の終了時に、ソレノイド27の遮断と圧縮ばね28の力とによってマグネット弁5が閉じられる。調量弁4の第2の部分室24内の圧力が再び上昇し、このことにより、調整ピストン28が切換え位置aへ運動する。この切換え運動によって制御量35が調量弁4の部分室14内へ流入する。この衝撃的に運動する制御量35は、導管12内と、リリーフ室6内と、第2の制御量導管43内と、流入タンク40内とに液圧的な振動を発生せしめる。流入絞り38を介して制御量35の圧力降下が行われ、容積貯蔵室37を介して液圧的な振動の減衰が行われる。保圧弁36の設計によって設定された基準圧を上回る圧力が生じるやいなや保圧弁36が開き、その結果、制御量35が流出絞り39を介して制御量タンク30内へ、かつそこから低圧領域31内へ流れる。制御量35による制御量タンク30内の圧力は第1の制御量導管29を介して開弁方向50にマグネット弁ニードル25にも作用する。本発明では流入絞り38、流出絞り39および容積貯蔵室37がそれらの直径もしくは容積に関して、制御量タンク30内の圧力が最大圧、例えば5バールを上回らないように設計されている。このことによって特に、ソレノイドのコイルのシール性の理由でマグネット弁のばね室47内の圧力がこの最大圧の範囲内にとどめられる。さらに、流入絞り38と流出絞り39との直径の適当な選択により、第2の制御量導管43内の圧力振動がアクチュエータ弁、特にアクチュエータ弁ニードルの運動に遡及効果を有しないことが保証される。バランス絞り48は、第1の制御量導管29内の液圧的な振動または衝撃がマグネット可動子26へ伝達されることを阻止する。
【0024】
本発明の図1に示された有利な実施形が提供するその他の利点は、マグネット弁5の不所望の開放が阻止されること、さらには有利な形式で絞り38,39および容積貯蔵室37の配置によって保圧弁36を著しく小形化する可能性があることにある。図1に模式的に示された高圧噴射システムはいわゆるPCS(Pressur Controlled Rail−System)であり、このシステムでは調量弁4がインゼクタ内に組み込まれている。さらに、該高圧噴射システムはDCRS(Druckgesteuertes Common Rail−System=圧力制御式コモンレールシステム)ともいわれ、この場合には調量弁4がインゼクタから離隔されたモジュールを成している。
【0025】
図2は本発明による保圧装置からその一部分を示す。
【0026】
保圧弁54が示されており、該保圧弁内にはその縦軸線55に沿って、ばね負荷された球弁の球42と圧縮ばね41とが配置されている。弁の閉じた状態では移行部56内に設けられた弁球座57に球42が圧着される。球42を圧縮ばね41に結合させるために球ホルダ58が役立てられている。容積貯蔵室37は一部分しか示されていない。組込み状態の保圧装置をシールリング62がシールする。(図示されていない)調量弁4の制御量35は球弁の開放時に容積貯蔵室37を介して、流出絞り39へ通じたばね室59に達する。流出絞り39は、ばね室59を制限していると同時に圧縮ばね41を予負荷している予負荷装置60内に位置している。調量弁4の制御量35が流出絞り39を通過した後、該制御量は(図示されていない)マグネット弁5の制御量34と一緒に案内され、すべての制御量が全漏れ量44として低圧領域内へ案内される。
【0027】
図3は本発明による保圧装置を示す。
【0028】
保圧装置は既に図2について記載したように、容積貯蔵室37、移行部56、球42、球ホルダ58、ばね室59内の圧縮ばね41、シールリング62および流出絞り39を有している。さらに、調量弁4が保圧弁体54に取付けられている(一部分しか示されていない)。流入絞り38を介して調量弁4の制御量35が容積貯蔵室37内に達する。流出絞り39の後方でこの制御量35は(図示されていない)マグネット弁5の制御量34と一緒に案内されて全漏れ量44を形成する。
【図面の簡単な説明】
【図1】
マグネット弁と調量弁と保圧装置とを備えた本発明によるインゼクタと、これに結合された燃料高圧蓄圧器とを模式的に示した図である。
【図2】
本発明による保圧装置からその一部を示した図である。
【図3】
本発明による保圧装置を示す図である。
【符号の説明】
1 燃料高圧蓄圧器、 2 高圧ポンプ、 3 高圧導管、 4 調量弁、 5 マグネット弁、 6 噴射ノズルのリリーフ室、 7 噴射ノズル、 8 調量弁の調整ピストン、 9 座着エッジ、 10 弁座、 11 調量弁体、 12 調量弁と噴射ノズルとの間の第1の導管、 13 調量弁と噴射ノズルとの間の第2の導管、 14 調量弁の部分室、 15 環状室、 16 燃料貯蔵室、 17 ノズルニードル、 18 噴口、 19 燃焼室、 20 圧縮ばね、 21 制御導管、 22 流入絞りエレメント、 23 調量弁の第1の部分室、 24 調量弁の第2の部分室、 25 マグネット弁ニードル、 26 マグネット可動子、 27 ソレノイド、 28 圧縮ばね、 29 第1の制御量導管、 30 制御量タンク、 31 低圧領域、 32 全漏れ導管、 33 保圧装置、 34 マグネット弁の制御量、 調量弁の制御量、 36 保圧弁、 37 容積貯蔵室、 38 流入絞り、 39 流出絞り、 40 流入タンク、 41 圧縮ばね、 42 球、 43 第2の制御量導管、 44 全漏れ量、 45 保圧弁の流入口、 46 保圧弁の流出口、 47 マグネット弁のばね室、 48 バランス絞り、 49 タンク、 50 開弁方向、 51 閉弁方向、 52 調整ピストンの部分領域、 53 調量弁体の部分領域、 54 保圧弁体、 55 縦軸線、 56 移行部、 57 弁球座、 58 球ホルダ、 59 ばね室、 60 予負荷装置、 61 合流点、 62 シールリング、 63 流出絞りエレメント、 64 ばね室
背景技術
コモンレール式噴射システムは直接噴射式内燃機関内へ燃料を高圧噴射するのに役立つ。この蓄圧式噴射システムでは圧力形成と噴射とが互いに時間的かつ場所的に分離している。別体の高圧ポンプが中央の燃料高圧蓄圧器内に噴射圧を形成する。噴射開始および噴射量は、燃料導管を介して燃料高圧蓄圧器に連通していて電気的に操作されるインゼクタの起動制御時点と起動制御期間とによって規定されている。
【0002】
従来の技術
ドイツ連邦共和国特許公開第10001099号明細書は燃料噴射システムのインゼクタのための制御弁に関している。制御弁は調整部材を有し、かつアクチュエータによって操作される。該制御弁によって燃料戻し路とインゼクタの制御室との間の液圧的な連通が形成される。制御弁が開かれると、燃料が制御室から燃料戻し路内へ流れる。このことにより、制御室内の圧力が低下し、かつノズルニードルの端面に作用する液圧的な力が減少する。この液圧的な力が、開弁方向に作用する液圧的な力より小さくなると、ノズルニードルが開き、その結果、燃料が噴射ノズルの噴口を通して燃焼室内に達することができる。液圧的な増幅システムを介したノズルニードルのこの直接起動制御が必要であるのは、ノズルニードルの迅速な開放に必要な大きな力が制御弁によって直接発生させられることができないからである。
【0003】
ドイツ連邦共和国特許公開第19650865号明細書は電気的に制御される燃料噴射弁の制御のためのマグネット弁に関している。燃料噴射弁の弁ニードルは制御室内に支配する圧力によって閉弁方向に負荷される。噴射の導入のために、マグネット弁はそのマグネットの励磁時に制御室のリリーフを導入する。これにより、噴射弁の弁ニードルは開弁方向でこれに作用する高圧の影響を受けてその座から持上げられる。
【0004】
従来技術ではその場合、燃焼室内へ噴射される燃料量に対して付加的にいわゆる“制御量”が弁ニードルの直接的な起動制御のために必要である。マグネット弁の開放時に制御量はマグネット弁と制御量導管とを介して燃料タンクの低圧領域内に達する。マグネット弁の閉鎖時には制御弁が他方の切換え位置へ移行し、その際、同様に制御量が生じる。制御弁機能のために必要な基幹圧力の維持のために、他の制御量導管内に流入絞りを前置きした保圧弁が役立てられ、この制御量導管を通して制御量が制御弁から流出する。保圧弁の後方ではマグネット弁からの制御量と制御弁からの制御量とが1つの共通の導管内で全漏れ量として低圧領域内へ流れる。それゆえ、保圧弁は上述の基幹圧力の維持に役立つ他に、(制御弁とマグネット弁との)両方の制御量の圧力ポテンシャルの分離のためにも役立つ。
【0005】
しかし、従来技術のこのインゼクタでは制御弁の切換え時に制御弁によって制御量導管内に圧力振動が発生し、該圧力振動はマグネット弁の弁ニードルにまで伝播し、最悪の場合にはマグネット弁の不所望の開放をもたらすことがある。
【0006】
発明の開示
本発明の解決手段が有する利点とするところは、制御量導管内の圧力振動が減衰され、圧力振動の作用によるアクチュエータ弁の不所望の開放が阻止されることにある。さらに、本発明の解決手段は保圧弁のコンパクトでスペース節約的な構成を可能にする。
【0007】
これらの利点は本発明によれば、自己点火式内燃機関で燃料を高圧噴射するためのインゼクタによって達成される。この場合、インゼクタは、インゼクタを開閉するためのアクチュエータ弁と、インゼクタの閉じた状態で少なくとも1つの噴口を閉鎖するノズルニードルと、アクチュエータ弁とインゼクタのリリーフ室との間の液力的な連通を生じる調量弁と、調量弁のために必要な基準圧を維持するのに役立つ保圧装置と、アクチュエータを介して流れる制御量のための第1の制御量導管と、調量弁を介して流れる制御量のための第2の制御量導管とを有している。保圧装置は調量弁の制御量をアクチュエータ弁の制御量から動的に分離すると共に、液圧的な振動ダンパとしても役立つ。
【0008】
それゆえ、保圧装置は燃料の圧力振動を減衰するように構成されている。この圧力振動は特にこの場合には調量弁の切換え時に所属の制御量導管内に発生する圧力振動である。
【0009】
本発明の有利な1つの実施例ではアクチュエータ弁がマグネット弁から成る。変発明の別の1つの実施形ではアクチュエータ弁のアクチュエータがピエゾアクチュエータから成る。ピエゾアクチュエータの場合には、有利にアクチュエータの大きな作動力と迅速な応答とが保証される。
【0010】
次に、本発明を図面につき詳細に説明する。
【0011】
変化実施形
図1はマグネット弁と調量弁と保圧装置とを備えた本発明によるインゼクタの図式的な図面を示す。さらに、これに関連した燃料高圧蓄圧器(コモンレール)が示されている。
【0012】
図示のシステムは圧力制御式のコモンレール式噴射システムである。燃料高圧蓄圧器1(コモンレール)内には燃料が(1400バールまでの)高圧下で貯蔵されている。高圧ポンプ2が燃料を燃料高圧蓄圧器1内へ搬送する。燃料高圧蓄圧器1は高圧導管3を介して調量弁4に接続されている。調量弁4はマグネット弁5と噴射ノズル7のリリーフ室6との間の液圧的な連通を生じる。調量弁4は3ポート2位置方向制御弁から成る。中空の調量弁4の内部には調整ピストン8が摺動可能に配置されている。調整ピストン8は座着エッジ9を有している。調整ピストン8は、調量弁体11内で一方の切換え位置aへ摺動して、調量弁体11内に形成された弁座10に座着エッジ9で当接している。調量弁4のこの切換え位置aでは高圧導管3が液圧的に噴射ノズル7から遮断されている。調量弁4からは2つの導管12,13が噴射ノズル7へ延びている。第1の導管12は調量弁4の部分室14を噴射ノズル7のリリーフ室6へ接続せしめている。第2の導管13は調量弁体11内の環状室15から、噴射ノズル7のノズルニードル17を囲む燃料貯蔵室16へ延びている。このことにより、(調量弁の切換え位置aでは)燃料貯蔵室16内に高圧が形成されず、その結果、ノズルニードル17は閉じたままである。
【0013】
調整ピストン8は調量弁体11内で開弁方向50に摺動されてその第2の切換え位置bに達する。この切換え位置bでは、調整ピストン8の比較的大きな直径を有する部分領域52が調量弁体11の部分領域53と協働してシールを形成し、その結果、調量弁4の部分室14が環状室15から液圧的に遮断される。この切換え位置bでは高圧導管3と、調量弁4の部分室23と、環状室15と、噴射ノズル7への導管13と、燃料貯蔵室16との間に連通が生じる。
【0014】
インゼクタの閉じた状態では、ノズルニードル17は内燃機関の燃焼室内に開口した噴口18を閉鎖する。圧縮ばね20が、ノズルニードル17へ作用する閉鎖力を生じる。
【0015】
マグネット弁5および調量弁4は制御導管21を介して互いに連通している。流入絞りエレメント22が調量弁4の調整ピストン8内を通って延びていて調量弁体11の内部の2つの部分室23,24内に開口しており、その場合、一方の部分室23は高圧導管3に、かつ他方の部分室24は流出絞りエレメント63を有する制御導管21に連通している。
【0016】
マグネット弁5は、マグネット可動子26とソレノイド27とを介して開放されることのできるマグネット弁ニードル25を有している。圧縮ばね28が、マグネット弁ニードル25へ作用する力を生じる。マグネット弁5のばね室47はバランス絞り48を介してタンク49に連通しており、タンク49はマグネット弁ニードル25によって制御導管21へ向かって閉鎖されることができる。バランス絞り48を介して、マグネット弁ニードル25に開弁方向50で作用するタンク49内圧力と、マグネット弁ニードル25に開弁方向50ならびに閉弁方向51で作用する力を生じる、マグネット弁5のばね室47内圧力とがバランスされる。タンク49内の圧力とばね室47内の圧力とが同じとなった際には、マグネット弁ニードル25へ開弁方向50で作用する力と、閉弁方向51で作用する力とが釣合う。なぜならば、作用面が同じ大きさであるからである。次いで、マグネット弁5は圧縮ばね28の力によってのみ閉鎖されたままとなる。マグネット弁5からは第1の制御量導管29が制御量タンク30内へ、かつそこから全漏れ導管32が低圧領域31内へ、例えば内燃機関の燃料タンク内へ延びている。
【0017】
制御量タンク30は保圧装置33の一部から成る。保圧装置33は一面では調量弁4のために必要な基準圧を維持するのに役立ち、他面ではマグネット弁5の制御量34と調量弁4の制御量35とを動的に分離するのに役立つ。この分離が動的である理由は、調量弁4の制御量35は振動してハイダイナミックな状態にあり、他面においてマグネット弁5の制御量34はタンク49が振動を妨げるように作用するためほとんど定常的であるからである。両方の制御量34,35は互いに動的に影響しない。さらに、本発明では保圧装置33は液圧的な振動減衰器の機能を有している。保圧装置は制御量タンク30の他に保圧弁36と、容積貯蔵室37と、流入絞り38と、流出絞り39と、流入タンク40とを有している。保圧弁36は本発明の有利な本実施例では特に、圧縮ばね41と球42とを有していてばね負荷された弁から成る。調量弁4の制御量35は第1の導管12と、噴射ノズル7のリリーフ室6と、ばね室64と、第2の制御量導管43とを介して保圧装置33へ達する。保圧弁36の開放時に調量弁4の制御量35が第2の制御量導管43を通して流入タンク40へ流れる。そこから、制御量35は流入絞り38と、容積貯蔵室37と、保圧弁36と、流出絞り39とを介して制御量タンク30内へ達する。
【0018】
図1に示した本発明の有利な実施形では、保圧装置33が、第2の制御量導管43と保圧弁36との間に配置された流入絞り38を備えている。さらに、保圧装置33は有利に保圧弁36の流出口46に配置された流出絞り39を有している。さらに、保圧装置33は本発明の図示の有利な実施形では、保圧弁36の流入絞り38と流入口45との間に配置された容積貯蔵室37を有している。
【0019】
制御量タンク30内では調量弁4の制御量35とマグネット弁5の制御量34とが混合されて、全漏れ量44として全漏れ導管32を介して低圧領域31内へ案内される。
【0020】
噴射過程は次のように経過する。
【0021】
まずマグネット弁5が閉じられる。このことにより制御導管21がタンク49へ向かって閉鎖される。調量弁4が切換え位置aを占め、要するに調整ピストン8が閉弁方向51に調量弁体11内で摺動され、その結果、座着エッジ9が弁座10に当接する。これにより調量弁4の第1の部分室23が環状室15に対してシールされる。高い圧力下の燃料が調量弁4のこの切換え位置aでは第1の部分室23内に流入し、そこから流入絞りエレメント22を介して第2の部分室24と制御導管21内とに達する。燃料は第2の部分室24内で閉弁方向51の力を生じ、この力が調整ピストン8に作用し、これにより調整ピストン8の座着エッジ9が弁座10に圧着する。環状室15内、部分室14内、第1および第2の導管12,13内、燃料貯蔵室16内、および噴射ノズル7のリリーフ室6内には高圧に対比して減少した圧力が支配する。ノズルニードル17は主として圧縮ばね20のばね力により噴口18を燃焼室へ向かって閉鎖せしめているのみである。この切換え位置aでは保圧弁36が閉鎖されており、かつマグネット弁5の制御量34も調量弁4の制御量35も流れない。その場合、調量弁4の部分室14から流入タンク40まで基準圧が生じる。
【0022】
マグネット弁5の作動(ソレノイド27による励磁)によって、マグネット可動子26は開弁方向50にソレノイド27に当接するまで運動する。マグネット弁ニードル25が開放されて、調量弁4の第2の部分室24と制御導管21とから燃料がタンク49と第1の制御量導管29とを介して流出する。その結果、第2の部分室24と第1の部分室23との間の圧力差によって、閉弁方向51の力より大きな開弁方向50の力が調整ピストン8に作用し、その結果、調整ピストンは切換え位置b内へ運動する。調整ピストン8の比較的大きな直径を有する部分領域52が調量弁体11の部分領域53に達し、これにより環状室15と部分室14との間の液圧的な連通を遮断する。これに対して、第1の部分室23はこの切換え位置bでは環状室15へ向かって開放され、その結果、高圧下の燃料が高圧導管3から第1の部分室23と、環状室15と、第2の導管13とを介して燃料貯蔵室16内へ達する。燃料貯蔵室16内の高圧は、圧縮ばね20の力とリリーフ室6内の閉弁方向51のわずかな圧力と(の和)よりも大きい開弁方向50の力をノズルニードル17へ作用する。その結果、ノズルニードル17が開き、燃料が高圧下で噴口18を介して燃焼室19内へ噴射される。この切換え位置bでは制御量34が遮断されずに流入絞りエレメント22と、流出絞りエレメント63と、制御導管21と、タンク49と、第1の制御量導管29とを介して制御量タンク30内へ、かつここから全漏れ導管32を介して低圧領域31内へ流れる。保圧弁36は閉じられており、第2の制御量導管43を介して調量弁4の制御量35は流れない。
【0023】
噴射過程の終了時に、ソレノイド27の遮断と圧縮ばね28の力とによってマグネット弁5が閉じられる。調量弁4の第2の部分室24内の圧力が再び上昇し、このことにより、調整ピストン28が切換え位置aへ運動する。この切換え運動によって制御量35が調量弁4の部分室14内へ流入する。この衝撃的に運動する制御量35は、導管12内と、リリーフ室6内と、第2の制御量導管43内と、流入タンク40内とに液圧的な振動を発生せしめる。流入絞り38を介して制御量35の圧力降下が行われ、容積貯蔵室37を介して液圧的な振動の減衰が行われる。保圧弁36の設計によって設定された基準圧を上回る圧力が生じるやいなや保圧弁36が開き、その結果、制御量35が流出絞り39を介して制御量タンク30内へ、かつそこから低圧領域31内へ流れる。制御量35による制御量タンク30内の圧力は第1の制御量導管29を介して開弁方向50にマグネット弁ニードル25にも作用する。本発明では流入絞り38、流出絞り39および容積貯蔵室37がそれらの直径もしくは容積に関して、制御量タンク30内の圧力が最大圧、例えば5バールを上回らないように設計されている。このことによって特に、ソレノイドのコイルのシール性の理由でマグネット弁のばね室47内の圧力がこの最大圧の範囲内にとどめられる。さらに、流入絞り38と流出絞り39との直径の適当な選択により、第2の制御量導管43内の圧力振動がアクチュエータ弁、特にアクチュエータ弁ニードルの運動に遡及効果を有しないことが保証される。バランス絞り48は、第1の制御量導管29内の液圧的な振動または衝撃がマグネット可動子26へ伝達されることを阻止する。
【0024】
本発明の図1に示された有利な実施形が提供するその他の利点は、マグネット弁5の不所望の開放が阻止されること、さらには有利な形式で絞り38,39および容積貯蔵室37の配置によって保圧弁36を著しく小形化する可能性があることにある。図1に模式的に示された高圧噴射システムはいわゆるPCS(Pressur Controlled Rail−System)であり、このシステムでは調量弁4がインゼクタ内に組み込まれている。さらに、該高圧噴射システムはDCRS(Druckgesteuertes Common Rail−System=圧力制御式コモンレールシステム)ともいわれ、この場合には調量弁4がインゼクタから離隔されたモジュールを成している。
【0025】
図2は本発明による保圧装置からその一部分を示す。
【0026】
保圧弁54が示されており、該保圧弁内にはその縦軸線55に沿って、ばね負荷された球弁の球42と圧縮ばね41とが配置されている。弁の閉じた状態では移行部56内に設けられた弁球座57に球42が圧着される。球42を圧縮ばね41に結合させるために球ホルダ58が役立てられている。容積貯蔵室37は一部分しか示されていない。組込み状態の保圧装置をシールリング62がシールする。(図示されていない)調量弁4の制御量35は球弁の開放時に容積貯蔵室37を介して、流出絞り39へ通じたばね室59に達する。流出絞り39は、ばね室59を制限していると同時に圧縮ばね41を予負荷している予負荷装置60内に位置している。調量弁4の制御量35が流出絞り39を通過した後、該制御量は(図示されていない)マグネット弁5の制御量34と一緒に案内され、すべての制御量が全漏れ量44として低圧領域内へ案内される。
【0027】
図3は本発明による保圧装置を示す。
【0028】
保圧装置は既に図2について記載したように、容積貯蔵室37、移行部56、球42、球ホルダ58、ばね室59内の圧縮ばね41、シールリング62および流出絞り39を有している。さらに、調量弁4が保圧弁体54に取付けられている(一部分しか示されていない)。流入絞り38を介して調量弁4の制御量35が容積貯蔵室37内に達する。流出絞り39の後方でこの制御量35は(図示されていない)マグネット弁5の制御量34と一緒に案内されて全漏れ量44を形成する。
【図面の簡単な説明】
【図1】
マグネット弁と調量弁と保圧装置とを備えた本発明によるインゼクタと、これに結合された燃料高圧蓄圧器とを模式的に示した図である。
【図2】
本発明による保圧装置からその一部を示した図である。
【図3】
本発明による保圧装置を示す図である。
【符号の説明】
1 燃料高圧蓄圧器、 2 高圧ポンプ、 3 高圧導管、 4 調量弁、 5 マグネット弁、 6 噴射ノズルのリリーフ室、 7 噴射ノズル、 8 調量弁の調整ピストン、 9 座着エッジ、 10 弁座、 11 調量弁体、 12 調量弁と噴射ノズルとの間の第1の導管、 13 調量弁と噴射ノズルとの間の第2の導管、 14 調量弁の部分室、 15 環状室、 16 燃料貯蔵室、 17 ノズルニードル、 18 噴口、 19 燃焼室、 20 圧縮ばね、 21 制御導管、 22 流入絞りエレメント、 23 調量弁の第1の部分室、 24 調量弁の第2の部分室、 25 マグネット弁ニードル、 26 マグネット可動子、 27 ソレノイド、 28 圧縮ばね、 29 第1の制御量導管、 30 制御量タンク、 31 低圧領域、 32 全漏れ導管、 33 保圧装置、 34 マグネット弁の制御量、 調量弁の制御量、 36 保圧弁、 37 容積貯蔵室、 38 流入絞り、 39 流出絞り、 40 流入タンク、 41 圧縮ばね、 42 球、 43 第2の制御量導管、 44 全漏れ量、 45 保圧弁の流入口、 46 保圧弁の流出口、 47 マグネット弁のばね室、 48 バランス絞り、 49 タンク、 50 開弁方向、 51 閉弁方向、 52 調整ピストンの部分領域、 53 調量弁体の部分領域、 54 保圧弁体、 55 縦軸線、 56 移行部、 57 弁球座、 58 球ホルダ、 59 ばね室、 60 予負荷装置、 61 合流点、 62 シールリング、 63 流出絞りエレメント、 64 ばね室
Claims (10)
- 自己点火式内燃機関で燃料を高圧噴射するためのインゼクタであって、
a) インゼクタを開閉するためのアクチュエータ弁と、
b) インゼクタの閉じた状態で少なくとも1つの噴口(18)を閉鎖するノズルニードル(17)と、
c) アクチュエータ弁とインゼクタのリリーフ室(6)との間の液力的な連通を生ぜしめる調量弁(4)と、
d) 調量弁(4)のために必要な基準圧を維持するのに役立つ保圧装置(33)と、
e) アクチュエータを介して流れる制御量(34)のための第1の制御量導管(29)と、調量弁(4)を介して流れる制御量(35)のための第2の制御量導管(43)とが設けられている形式のものにおいて、保圧装置(33)が調量弁(4)の制御量(35)とアクチュエータ弁の制御量(34)とを動的に分離し、かつ液圧的な振動ダンパとして役立つことを特徴とする燃料を高圧噴射するためのインゼクタ。 - アクチュエータ弁がマグネット弁ニードル(25)を備えたマグネット弁(5)から、またはピエゾアクチュエータ弁から成ることを特徴とする請求項1記載のインゼクタ。
- 液圧的な振動ダンパが、調量弁(4)の切換えによって第2の制御量導管(43)内の圧力振動を減衰することを特徴とする請求項1記載のインゼクタ。
- 調量弁(4)の制御量(35)とアクチュエータ弁の制御量(34)とが保圧装置(33)の後方で一緒に全漏れ導管(44)を介して低圧領域(31)内へ案内されることを特徴とする請求項1記載のインゼクタ。
- 保圧装置(33)が保圧弁(36)を有していることを特徴とする請求項1記載のインゼクタ。
- 保圧弁(36)がばね負荷された弁から成ることを特徴とする請求項5記載のインゼクタ。
- 保圧装置(33)が、第2の制御量導管(43)と保圧弁(36)との間に配置された流入絞り(38)を有していることを特徴とする請求項5記載のインゼクタ。
- 保圧装置(33)が、保圧弁(36)の流出口(46)に配置された流出絞り(39)を有していることを特徴とする請求項5記載のインゼクタ。
- 保圧装置(33)が、流入絞り(38)と保圧弁(36)の流入口(45)との間に配置された容積貯蔵室(37)を有していることを特徴とする請求項5記載のインゼクタ。
- 第2の制御量導管(43)内の圧力振動がアクチュエータ弁への遡及作用を有しないことを保証するような直径を、流入絞り(38)および流出絞り(39)が有していることを特徴とする請求項7および8記載のインゼクタ。
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