JP2005513332A - 内燃機関のための燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

燃料噴射装置は、内燃機関の各シリンダのために、１つの燃料高圧ポンプ（１０）と、該燃料高圧ポンプに接続された１つの燃料噴射弁（１２）とを有している。燃料高圧ポンプ（１０）のポンププランジャ（１８）はポンプ作業室（２２）を制限しており、ポンプ作業室は燃料噴射弁（１２）の圧力室（４０）に接続されており、燃料噴射弁は、噴射開口（３２）を制御する噴射弁部材（２８）を有しており、噴射弁部材は、圧力室（４０）内に支配する圧力によって閉弁力に抗して開弁方向（２９）に運動可能である。制御弁（８０）によって、ポンプ作業室（２２）に接続されていて制御ピストン（６０）により制限された制御圧力室（６２）を放圧室（２４）に接続する接続部（７４）が制御され、この接続部には絞り箇所（７５）が設けられている。制御ピストン（６０）によって、制御圧力室（６２）を放圧室（２４）に接続する接続部（７４）の通流横断面は、制御ピストン（６０）のストロークに関連して制御されて、それにより、噴射弁部材（２８）の開弁ストロークの増大に伴って、制御ピストン（６０）によって、開放される通流横断面が減少し、かつ噴射弁部材（２８）の最大開弁ストローク時には、開放される通流横断面が、第２の絞り箇所（７５）の通流横断面よりも小さくなるように構成されている。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の、内燃機関のための燃料噴射装置に関する。
【０００２】
このような燃料噴射装置は、欧州特許出願公開第０９８７４３１号明細書により公知である。この燃料噴射装置は内燃機関の各シリンダごとに、１つの燃料高圧ポンプと、該燃料高圧ポンプに接続された１つの燃料噴射弁とを有している。燃料高圧ポンプは、内燃機関によりストローク運動を実施するように駆動されるポンププランジャを有しており、このポンププランジャはポンプ作業室を制限している。燃料噴射弁は、ポンプ作業室に接続された圧力室と、少なくとも１つの噴射開口を制御する噴射弁部材とを有しており、噴射弁部材は、圧力室内を支配する圧力によって負荷されて、少なくとも１つの噴射開口を開放するために閉弁力に抗して開弁方向で運動可能である。電気的に操作される第１の制御弁が設けられており、この制御弁によりポンプ作業室と放圧室との接続部が制御される。さらに、電気的に操作される第２の制御弁が設けられており、この制御弁により制御圧力室と放圧室との接続部が制御される。制御圧力室は絞り箇所を介してポンプ作業室に接続されている。制御圧力室は制御ピストンにより制限されており、この制御ピストンは噴射弁部材に、その閉弁方向で支持されており、制御圧力室内に支配する圧力により噴射弁部材の閉弁方向で負荷されている。燃料噴射のためには第１の制御弁が閉じられ、かつ第２の制御弁が開かれる。その結果、制御圧力室内に高圧は形成されず、燃料噴射弁は開弁することができる。しかし第２の制御弁が開かれると、ポンプ作業室から制御圧力室を介して燃料が流出するので、ポンププランジャにより圧送される燃料量の、噴射のために用いられる燃料量は減じられ、さらに、噴射のために使用される圧力は低下する。結果として、燃料噴射装置の効率は最適ではないし、燃料噴射のプロセスを所望の通りに調整することもできない。
【０００３】
発明の利点
これに対して、請求項１の特徴部に記載した特徴を備えた、本発明による燃料噴射装置が有する利点は、第２の制御弁を燃料噴射のために開弁し、それにより燃料噴射弁が開弁された際に、制御圧力室から放圧室への通流横断面が僅かに開放されるに過ぎず、それにより微量の燃料量しか流出せず、このことより、噴射のために供用される圧力及び燃料噴射装置の効率が向上することにある。さらに、燃料噴射の開始時もしくは終了時において、燃料噴射弁の迅速な開弁もしくは迅速な閉弁が達成され、このことは、第２の制御弁の開弁もしくは閉弁時における、制御ピストンによって制御されて変化する通流横断面に基づいて生ぜしめられる、制御圧力室内での迅速な圧力減成もしくは圧力増成により可能である。
【０００４】
請求項２以下には、本発明による燃料噴射装置の有利な構成及び変化形が記載されている。請求項２に記載した構成手段により、流量横断面の制御が単純な形式で可能になる。
【０００５】
実施例の説明
以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。
【０００６】
図１〜図３には、自動車の内燃機関のための燃料噴射装置が示されている。内燃機関は有利には自己着火式の内燃機関である。燃料噴射装置は有利にはポンプ・ノズル・ユニット、いわゆる「ユニットインジェクタシステム」として形成されており、かつ内燃機関の各シリンダごとにその都度１つの燃料高圧ポンプ１０と、燃料高圧ポンプ１０に接続された１つの燃料噴射弁１２とを有しており、両者は１つの共通の構成ユニットを形成している。択一的に燃料噴射装置はポンプ・管路・ノズル・システム、いわゆる「ユニットポンプシステム」として形成されていてもよく、このシステムの場合、各シリンダの燃料高圧ポンプと燃料噴射弁は互いに別個に配置されており、管路を介して互いに接続されている。燃料高圧ポンプ１０はシリンダ孔１６を備えたポンプボディ１４を有しており、シリンダ孔１６内をポンププランジャ１８が密に案内されており、ポンププランジャ１８は少なくとも間接的に内燃機関のカムシャフトのカム２０により、戻しばね１９の力に抗して、ストローク運動を実施するように駆動される。ポンププランジャ１８はシリンダ孔１６内でポンプ作業室２２を制限し、ポンプ作業室２２内でポンププランジャ１８の圧送ストローク時に燃料が高圧下に圧縮される。ポンプ作業室２２に燃料が自動車の燃料貯蔵タンク２４から供給される。
【０００７】
燃料噴射弁１２はポンプボディ１４に結合された弁ボディ２６を有しており、弁ボディ２６は多部分から形成されていることができ、かつ弁ボディ２６において噴射弁部材２８が孔３０内で長手方向摺動可能に案内されている。弁ボディ２６は内燃機関のシリンダの燃焼室側の端部領域に少なくとも１つの、有利には複数の噴射開口３２を有している。噴射弁部材２８は燃焼室側の端部領域に、例えばほぼ円錐形のシール面３４を有しており、シール面３４は、弁ボディ２６において燃焼室側の端部領域に形成された弁座３６と協働しており、弁座３６からまたは弁座３６の下流で噴射開口３２が分岐している。弁ボディ２６内で噴射弁部材２８と孔３０との間に、弁座３６に向かって延びるリング室３８が存在しており、リング室３８は弁座３６とは反対側の端部領域において、孔３０を半径方向で拡張することにより、噴射弁部材２８を取り巻く圧力室４０へと移行している。噴射弁部材２８は圧力室４０の高さに、横断面を減じることにより受圧肩４２を有している。
【０００８】
噴射弁部材２８の、燃焼室とは反対側の端部には、図１に示したように、例えばスリーブ４８を介して、プレロードもしくは予荷重のかけられた閉鎖ばね４４が作用しており、閉鎖ばね４４により噴射弁部材２８はその閉弁方向で弁座３６に向かって押圧される。閉鎖ばね４４はハウジング部分５０のばね室４６内に配置されており、ハウジング部分５０は弁ボディ２６に接続している。ばね室４６はハウジング部分５０内に穿設された、弁ボディ２６内の孔３０に対して同軸的な孔により形成されている。
【０００９】
ばね室４６を形成する孔に、図１によれば、ハウジング部分５０内に設けられたばね室４６の、孔３０とは反対側の端部に、例えばばね室４６の直径よりも小さな直径を有する別の同軸的な孔５２が接続しており、孔５２内で制御ピストン６０が液密に案内されており、制御ピストン６０は噴射弁部材２８上に支持されている。孔５２における、ばね室４６とは反対側の端部領域で、制御ピストン６０により制御圧力室６２が制限されている。制御ピストン６０は、制御ピストン６０に比べて直径の小さなピストンロッド６１を介して、噴射弁部材２８に支持されている。ピストンロッド６１の、噴射弁部材２８側の端部は、スリーブ４８の一方の端部からスリーブ４８内に突入し、スリーブ４８内で付加的に案内されることができる。スリーブ４８の他方の端部からスリーブ内に、ピストンロッド６１に比べて直径の大きな噴射弁部材２８の端部が突入している。ピストンロッド６１と噴射弁部材２８との間でスリーブ４８内に補償ディスク４９を配置することができ、補償ディスク４９は、噴射弁部材２８と制御ピストン６０とから成る複合体の長さの正確な調整を、必要な厚さを備えた補償ディスク４９を使用することにより可能にする。閉鎖ばね４４はピストンロッド６１を包囲しており、かつ一端でスリーブ４８に、ひいては間接的に噴射弁部材２８に支持されており、他端で、ばね室孔４６からより直径の小さな制御圧力室孔６２へと移行する領域に形成された環状肩に当接しているばね受け皿６４に支持されている。
【００１０】
ハウジング部分５０とポンプボディ１４との間には中間ディスク５４が配置されている。ポンプ作業室２２からポンプボディ１４、中間ディスク５４、ハウジング部分５０及び弁ボディ２６を通って、通路７０が燃料噴射弁１２の圧力室４０に通じている。ポンプ作業室２２から中間ディスク５４及びハウジング部分５０を通って、通路７２が制御圧力室６２に通じている。通路７２にはハウジング部分５０内に、第１の絞り箇所が絞り孔７３の形で配置されている。さらに、制御圧力室６２に通路７４が開口しており、この通路７４は放圧室への接続部を形成する。放圧室として、少なくとも間接的に燃料貯蔵タンク２４、または僅かな圧力が支配する別の領域が働くことができる。ポンプ作業室２２または通路７０から接続部７６が放圧室２４へ分岐しており、接続部７６は、電気的に操作される第１の制御弁７８により制御される。制御弁７８は図１に示したように２ポート２位置切換弁として形成されていることができる。制御圧力室６２を放圧室２４に接続する接続部７４は、電気的に操作される第２の制御弁８０により制御され、制御弁８０は２ポート２位置切換弁として形成されていることができる。制御弁７８，８０は電磁式のアクチュエータまたはピエゾアクチュエータを有することができ、電子式の制御装置８２により起動制御される。
【００１１】
図１〜図３に示されているように孔５２はその端部領域に、制御圧力室６２を形成するために半径方向の拡張部を有している。通路７２は制御圧力室６２に、制御ピストン６０の長手方向軸線５９に対してずらされて縁部領域において開口している。通路７４は有利には制御圧力室６２に、制御ピストン６０の長手方向軸線５９に対して同軸的に開口しており、通路７４には第２の絞り箇所が絞り孔７５の形で配置されている。絞り孔７５は制御圧力室６２への通路７４の開口部から距離を置いてハウジング部分５０内に配置されている。制御圧力室６２への通路７４の開口部５６は、通路７４の横断面が制御圧力室６２に向かって拡大するように形成されており、その際、開口部５６は例えば円錐形に拡張するように形成されていることができる。制御ピストン６０は、噴射弁部材２８とは反対側の端部に、その長手方向軸線５９に対して同軸的に配置されていて通路７４に向かって突出する１つのピボット６６を有しており、ピボット６６は、横断面で見て開口５６に適合されて、つまり例えば制御ピストン６０の、孔５２内で案内された領域に比べて小さい。ピボット６６は通路７４に向かってテーパを成すように形成されており、その際、ピボット６６は例えば円錐形にテーパを成して形成されていることができる。
【００１２】
制御ピストン６０はそのピボット６６で通路７４の開口部５６と共に、制御圧力室６２から通路７４への、および第２の制御弁８０の開弁時には通路７４を通して放圧室２４への通流横断面を制御するために協働する。制御ピストン６０が、図２に示されているように、そのピボット６６を通路７４の開口部５６から大きな間隔を置いて配置したストローク位置に在る場合には、ピボット６６と開口５６との間に、制御圧力室６２から通路７４へ大きな通流横断面が開放される。この場合、制御圧力室６２からの燃料の流出のための最小の通流横断面は、ハウジング部分５０に設けられた所定の確定的な通流横断面を備えた絞り孔７５により与えられる。燃料噴射弁１２が閉弁していて、その噴射弁部材２８がシール面３４で弁座３６に当接している場合に、制御ピストン６０はこのストローク位置に在る。制御ピストン６０がストローク運動を実施しそのピボット６６で通路７４の開口部５６を閉鎖するように運動するに伴って、開放されている通流横断面は小さくなる。制御ピストン６０が、図３に示したように、そのピボット６６において、通路７４の開口部５６に対して極く僅かな距離しか置かずに配置されている場合には、絞り箇所７５の通流横断面よりも小さな通流横断面が開放されるに過ぎないので、ピボット６６と開口５６との間の通流横断面は、制御圧力室６２から流出する燃料のための本質的な絞り箇所を意味することになる。燃料噴射弁１２が開弁していて、その噴射弁部材２８がシール面３４で弁座３６から持ち上げられている場合に、制御ピストン６０はこのストローク位置に在る。
【００１３】
以下に燃料噴射装置の機能を説明する。ポンププランジャ１８の吸込みストローク時に、ポンププランジャに燃料が燃料貯蔵タンク２４から供給される。ポンププランジャ１８の圧送ストローク時に、燃料噴射装置はパイロット噴射を開始する。その際、第１の制御弁７８は制御装置８２により閉弁されるので、ポンプ作業室２２は放圧室（燃料貯蔵タンク）２４から遮断されている。第２の制御弁８０は当初閉弁されていることができるので、制御圧力室６２は放圧室２４から遮断されており、かつ制御圧力室６２内にはポンプ作業室２２内と等しい圧力が支配するので、燃料噴射は実施され得ない。燃料噴射を開始するために制御装置８２により第２の制御弁８０が開弁されるので、制御圧力室６２は放圧室２４に接続されている。この場合、制御圧力室６２内に高圧が形成されることはない。それというのは、制御圧力室６２は放圧室２４に向かって放圧されているからである。ポンプ作業室２２内の、ひいては燃料噴射弁１２の圧力室４０内の圧力が大きくなって、この圧力によって受圧肩４２を介して噴射弁部材２８に及ぼされる押圧力が、閉鎖ばね４４の力と、制御圧力室６２内で働く残留圧により制御ピストン６０に働く押圧力との合計よりも大きくなると、噴射弁部材２８は開弁方向２９に運動して、少なくとも１つの噴射開口３２を開放する。制御ピストン６０はその場合、図２に示したストローク位置、つまり制御ピストン６０のピボット６６と通路７４の開口部５６との間にごく僅かな通流横断面を開放したストローク位置をとるので、絞り孔７５の通流横断面よりも小さな通流横断面を備えた絞り箇所が形成されている。従って、ポンププランジャ１８により圧送される燃料のうちの僅かな部分量のみが、ピボット６６と開口部５６との間の絞り箇所を介して、通路７４と開弁した第２の制御弁８０とを通流して放圧室２４へと流出することができる。
【００１４】
パイロット噴射を終了するために制御装置により第２の制御弁８０が閉弁されるので、制御圧力室６２が放圧室２４から遮断された状態にある。第１の制御弁７８は閉弁した位置に留まる。その際、制御圧力室６２内にはポンプ作業室２２内と同等の高圧が形成されるので、制御ピストン６０には大きな押圧力が閉弁方向で作用し、噴射弁部材２８はその閉弁位置へ運動させられる。その際、制御ピストン６０は図３に示したストローク位置を取る。
【００１５】
後続のメイン噴射のために第２の制御弁８０が制御装置８２により開弁される。それにより、燃料噴射弁１２は、制御ピストン６０に作用する押圧力が減じられることに基づいて開弁し、噴射弁部材２８はその最大の開弁ストロークにわたってその開弁位置へと移動する。噴射弁部材２８の開弁運動時において最初は絞り孔７５の通流横断面が、最小の通流横断面として働く。それというのは、制御ピストン６０のピボット６６と通路７４の開口部５６との間には大きな通流横断面が開放されているからである。これにより燃料噴射弁１２の迅速な開弁が可能である。それというのは絞り孔７５は比較的大きな通流横断面を備えて形成されていることができるからである。燃料噴射弁１２が完全に開弁している場合、制御ピストン６０のピボット６６は、通路７４の開口部５６から僅かな距離を置いて配置されているので、僅かな通流横断面が開放されているに過ぎず、この通流横断面は絞り孔７５の通流横断面よりも小さい。制御ピストン６０は平衡状態をピボット６６において、通路７４の開口部５６から間隔を置いた形で保つ。それというのは、ピボット６６が開口５６に当接するようになると、制御圧力室６２が放圧室２４から完全に遮断されて、制御圧力室６２内の圧力が上昇することになって、このことは結果として、噴射弁部材２８を閉弁方向に運動させ、ひいては制御ピストン６０のピボット６６を開口部５６から離間させることにつながるからである。これによって再び比較的大きな通流横断面が開放されるので、制御圧力室６２内の圧力は再び低下し、噴射弁部材２８は開弁方向２９で運動することになる。その結果、ピボット６６と開口部５６との間隔、ひいては通流横断面は再び小さくなる。制御ピストン６０のピボット６６と通路７４の開口部５６とは、制御ピストン６０及び噴射弁部材２８のための液圧式のストッパを形成する。
【００１６】
メイン噴射を終了するためには、第２の制御弁８０が制御装置８２により、閉弁された切換位置へ切換えられるので、制御圧力室６２は放圧室２４から遮断され、制御圧力室６２内には高圧が形成され、制御ピストン６０に作用する力を介して燃料噴射弁１２は閉弁される。噴射弁部材２８の閉弁運動時には、制御ピストン６０によって、制御ピストン６０のピボット６６と開口部５６との間で大きな通流横断面が開放されるので、制御圧力室６２内の圧力は急速に上昇し、制御ピストン６０に対して高い押圧力が作用する。その結果、燃料噴射弁１２は迅速に閉弁する。燃料のポスト噴射のために、第２の制御弁８０が制御装置８２により再度開弁されるので、制御圧力室６２内の圧力の低下に基づいて燃料噴射弁１２は開弁する。ポスト噴射を終了するためには第２の制御弁８０が閉弁され、かつ／または第１の制御弁７８が開弁される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
内燃機関のための燃料噴射装置の概略的な縦断面図である。
【図２】
制御ピストンが第１のストローク位置にある、図１にＩＩで示した範囲の抜粋拡大図である。
【図３】
制御ピストンが第２のストローク位置にある、図１にＩＩで示した範囲の抜粋拡大図である。

Claims (6)

1. 内燃機関のための燃料噴射装置であって、内燃機関の各シリンダごとに１つの燃料高圧ポンプ（１０）と、該燃料高圧ポンプ（１０）に接続された１つの燃料噴射弁（１２）とが設けられており、前記燃料高圧ポンプ（１０）が、内燃機関によってストローク運動を実施するように駆動されるポンププランジャ（１８）を有しており、該ポンププランジャ（１８）がポンプ作業室（２２）を制限しており、該ポンプ作業室（２２）には燃料が燃料貯蔵タンク（２４）から供給されるようになっており、前記燃料噴射弁（１２）が、ポンプ作業室（２２）に接続された圧力室（４０）と、少なくとも１つの噴射開口（３２）を制御する噴射弁部材（２８）とを有しており、該噴射弁部材（２８）が、圧力室（４０）内に支配する圧力によって負荷されて、閉弁力に抗して開弁方向（２９）で、少なくとも１つの噴射開口（３２）を開放するために運動できるようになっており、さらに、ポンプ作業室（２２）を放圧室（２４）に接続する接続部（７６）を制御する第１の制御弁（７８）と、燃料噴射弁の制御圧力室（６２）を放圧室（２４）に接続する接続部（７４）を制御する第２の制御弁（８０）とが設けられており、制御圧力室（６２）が少なくとも間接的にポンプ作業室（２２）との接続部（７２）を有していて、該接続部（７２）に第１の絞り箇所（７３）が配置されており、かつ制御圧力室（６２）が、噴射弁部材（２８）に対して閉弁方向の作用を及ぼす制御ピストン（６０）により制限されている形式のものにおいて、制御圧力室（６２）を放圧室（２４）に接続する接続部（７４）に、確定的な通流横断面を備えた第２の絞り箇所（７５）が設けられており、制御ピストン（６０）が噴射弁部材（２８）とは反対側の面（６６）でもって、制御圧力室（６２）から放圧室（２４）に通じる接続部（７４）にかけての通流横断面を、制御ピストン（６０）のストロークに関連して制御し、それによって、噴射弁部材（２８）の開弁ストロークの増大に伴い、制御ピストン（６０）により、開放される通流横断面が減少するようになっており、かつ前記噴射弁部材（２８）の最大の開弁ストローク時には、開放される通流横断面が第２の絞り箇所（７５）の通流横断面よりも小さいようになっていることを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射装置。
2. 制御ピストン（６０）が噴射弁部材（２８）とは反対側の面にピボット（６６）を有しており、該ピボット（６６）において制御ピストン（６０）が前記噴射弁部材（２８）の開弁時に、制御圧力室（６２）を放圧室（２４）に接続する接続部（７４）の開口部（５６）内に進入し、かつピボット（６６）と開口（５６）との間で通流横断面が制御ピストン（６０）により制御される、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. ピボット（６６）と接続部（７４）の開口（５６）とがそれぞれ少なくともほぼ円錐形に形成されている、請求項２記載の燃料噴射装置。
4. 制御圧力室（６２）が、燃料噴射装置のハウジング部分（５０）内に穿設された孔（５２）内に形成されており、かつ第１の絞り箇所（７３）及び第２の絞り箇所（７５）が絞り孔として前記ハウジング部分（５０）内に形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
5. ハウジング部分（５０）に設けられた、制御圧力室（６２）を形成する孔（５２）に、ばね室（４６）を形成する別の孔が接続しており、該孔内には、少なくとも間接的に噴射弁部材（２８）に対して作用して閉弁力を発生するために役立つ閉鎖ばね（４４）が配置されており、制御圧力室（６２）がばね室（４６）から制御ピストン（６０）によって仕切られている、請求項４記載の燃料噴射装置。
6. 燃料高圧ポンプ（１０）と燃料噴射弁（１２）とが１つの共通の構成ユニットを形成しており、かつハウジング部分（５０）が、燃料高圧ポンプ（１０）のポンプボディ（１４）と、燃料噴射弁（１２）の弁ボディ（２６）との間に配置されている、請求項４または５記載の燃料噴射装置。

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