JP2005514555A - 切り替え可能なノズルニードルを備えたインジェクタのための制御部分 - Google Patents

Abstract

本発明は、制御ピストン／ノズルニードル（２７）を、制御室（２６）を介して操作するための装置に関する。制御室は制御室導管（２５）を介して３ポート２位置方向制御弁（５）の複数の弁室（３，２２）に接続されている。３ポート２位置方向制御弁（５）の弁体（６，４０，５１）はアクチュエータ（１１）によって切り替え可能である。戻しばね（１４）によって、弁体（６，４０，５１）は、弁体（６，４０，５１）において構成されている、ケーシング（４）内の座区分（７）がその弁座（２０）に当て付けられるように、負荷されている。３ポート２位置方向制御弁（５）の弁体（６，４０，５１）は座区分（７）と縦スライダ区分（８）とを有しており、更に弁体（６，４０，５１）の圧力均衡性を可能にする、互いに向き合った液力式の面（３１，３２）を有している。弁体（６，４０，５１）はアクチュエータ（１１）によって、種々の行程距離（１０；２３，２４）に移動せしめられる。

Description

空気圧縮式の内燃機関においては、例えばインジェクタを含む燃料噴射システムが次第に使用されており、この燃料噴射システムに、高圧集合室（コモンレール）あるいは増圧器又はポンプノズルシステムを備えたインジェクタを介して燃料が供給される。列挙した燃料噴射システムは主として２ポート２位置弁を含み、この２ポート２位置弁は一般に圧力均衡されていない。

背景技術
ヨーロッパ特許公開第０９８７４３１号明細書は内燃機関のための燃料インジェクタを対象としている。燃料インジェクタはノズルニードルを含み、このノズルニードルはインジェクタケーシング内の孔の内部で鉛直に可動に受容されている。ノズルニードルの面は部分的に制御室を制限しており、この制御室はくびれ箇所を介して、供給導管と接続している。制御弁によって、制御室と低圧範囲との間の接続が制御される。更に、１つの弁が、供給導管と低圧範囲との間の接続のために、存在している。この弁及び制御弁は、それぞれ可動子部分を有しており、これらの可動子部分は両方の弁に共通な電磁的な調節器によって操作可能である。

ヨーロッパ特許公開１０８１３７３号明細書はやはり燃料インジェクタを対象としている。この燃料インジェクタは、燃料ポンプと、ポンプ室と、第１の弁とを含む配置内で使用され、その際、この第１の弁はポンプ室と低圧範囲との間の接続を制御する。インジェクタはノズルニードルを有し、このノズルニードルはニードル座と作用結合させることができる。１つの制御室が、この制御室内に支配している流体圧力がノズルニードルをそのニードル座に押すように、配置されている。１つの制御弁によって、流体圧力が制御室の内部において制御される。この制御弁自体は操作配置を介して、操作配置が付勢されていない場合に制御弁が制御室と低圧範囲との間の流体接続を開放するように、制御される。

ヨーロッパ特許公開第１０８１３７３号明細書による解決策では、２ポート２位置方向制御弁が制御室に関して出口側に使用されている。このような２ポート２位置方向制御弁を、ノズルニードルを間接的に操作する制御ピストンを負荷する制御室の入口側に使用することは、必要な高い操作力のために、不利である。

発明の開示
本発明により提案される解決策は、圧力均衡された３ポート２位置方向制御弁を用意し、この３ポート２位置方向制御弁は、背景技術から公知の解決策に比較して、わずかな操作力を必要とする。したがって本発明により提案された解決策は特に有利に、ノズルニードルを間接的に操作する制御ピストンの制御室の前方の高圧側に、あるいは制御室の直前に配置することができる。３ポート２位置方向制御弁の有利な構成では、この３ポート２位置方向制御弁は、３ポート２位置方向制御弁の弁体がＩ弁としての配置に使用されるものであれ、Ａ弁としての配置に使用されるものであれ、スライダ区分と座区分とを含んでいる。

３ポート２位置方向制御弁が、制御ピストンにおいて使用され、この制御ピストンを介してノズルニードルが制御されかつこの制御ピストンが圧力で負荷される場合には、噴射ノズルが圧力下でも閉じることができる。３ポート２位置方向制御弁によって、圧力の制御を制御ピストンを介して行うことができる。Ｉ形構造の３ポート２位置方向制御弁の弁体も、またＡ形構造の３ポート２位置方向制御弁の弁体も、成形された液力式の面を備えており、この成形により弁体の圧力均衡性が可能にされる。弁体の圧力均衡性は小さな操作力の使用を可能にし、換言すれば、本発明により成形された弁体は磁石弁によって、行程距離を増大するための増圧器を間挿することなしに、動かすことができる。弁体は更にその都度１つの座区分と１つの縦スライダ区分とを含んでいる。弁体の座区分によって、３ポート２位置方向制御弁の高圧側を閉じることができ、したがって何らの圧力損失も生じない。

弁体はわずかな寸法を有しており、かつしたがって最も短い切り替え時間を可能にする。わずかな切り替え時間の達成は、更に弁体の圧力均衡性によって補助される。特にＩ形構造の３ポート２位置方向制御弁を使用する場合には、弁ニードルの開放運動が補助される。それは弁体はこの配置によれば圧力室内に開くからである。

座区分及び縦スライダ区分を備えた弁体の構造形は、弁体を大量生産で簡単に製作することを可能にする。

図面
以下に、図面を用いて、本発明を詳細に説明する。

図１は、Ａ形構造の、換言すれば圧力室から走出する、３ポート２位置方向制御弁の実施例を示し、
図２は、Ａ形構造の３ポート２位置弁の別の実施例を示し、
図３は、図２による別の実施例の概略的な液力式の接続図を示し、
図４は、Ｉ形構造の、換言すれば圧力室内に走入する、３ポート２位置方向制御弁の実施例を示す。

実施例
図１に、３ポート２位置方向制御弁の実施例が示されており、これはＡ形構造で構成されていて、かつノズルニードルを負荷する制御ピストンを操作する。

図１に図示された配置においては、制御ピストン２７を圧力負荷する制御室２６は３ポート２位置方向制御弁５によって放圧され、若しくは圧力負荷される。ノズルニードルを制御ピストン２７を介して間接的に操作することによって、ノズルニードルの閉鎖を圧力下においても行うことがき、このことは噴射過程において望ましいことである。

開口箇所３４においてリング室３内に開口している高圧供給部１を介して、このリング室は高い圧力下にある燃料をここでは図示していない噴射システムの高圧集合室（コモンレール）から負荷される。高圧集合室の代わりに、高圧供給部１は高圧ポンプを介して直接に負荷されることもできる。高圧供給部１は−図１において概略的に示すように−供給絞り２を備えていることができる。リング室３はインジェクタ体のケーシング４の内部におい構成されている。

図１において図示されている３ポート２位置方向制御弁５の実施例は弁体６を含み、この弁体は１つの座区分７と１つの縦スライダ区分８とを含んでいる。図１による弁体６の実施例では、座区分７は縦スライダ区分８の上方にある。図１の実施例による弁体６の座区分７の上方には、可動子プレート９が弁体６に構成されており、この可動子プレートは弁体６の端面を形成している。可動子プレート９の上方には、この可動子プレートからギャップ寸法１０（ｈ）だけ隔てられて、コイルケーシング１２があり、このコイルケーシングはリング形に成形された磁石コイル１１を受容している。コイルケーシング１２はさらにスリーブ形の挿入体１３を含んでおり、この挿入体は押しばね１４を取り囲んでいる。押しばねはコイルケーシング１２の上方の端部において調整ディスク１５によって支えられており、この調整ディスクはスリーブ形の部材１３の内部内に挿入されている。有利にはコイルばねとして構成されている押しばね１４の他方の端部は可動子プレート９の接触面１６上に支えられており、この接触面はコイルケーシング１２内の磁石コイル１１の端面からギャップ寸法１０（ｈ）だけ隔てられている。ギャップ寸法１０は１つの部分１０.１（ｈ_１）と、符号１０.２で表した第２の部分（ｈ_Ｕｅ）から成っている。ｈ_ＲＬは、必要な残存エアギャップを示す、ギャップ寸法１０の部分である。ｈ_１は、制御縁が同じ高さにあり、かつシール作用を生じるまでの前行程を表すのに対し、第２の部分ｈ_Ｕｅは重なりのための寸法である。両方の部分ｈ_１及びｈ_Ｕｅから、全体行程ｈ_ｇｅｓが生じる。

３ポート２位置方向制御弁５の実施例の弁体６の座区分７は、ケーシング４の内部において、コップ形に成形された切り欠き部２１により取り囲まれている。コップ形の切り欠き部２１の上方で、可動子プレート９から側方に方向を定められて、低圧排出部１７が分岐しており、この低圧排出部によって排出制御される燃料体積は、例えば自動車タンクのような、燃料噴射システムの低圧範囲内に排出される。弁体６の座区分７の内部において、座直径１８が構成されており、この座直径はケーシング４内に構成された、弁座２０の座面１９と協働する。この座区分７によって、座区分７の下方のリング室２２がシールされることができ、したがって高圧側の圧力損失が３ポート２位置方向制御弁５の低圧範囲１７内に生ずることはない。３ポート２位置方向制御弁５のケーシング４の内部には、リング室２２が座区分７から縦スライダ区分８のための制御縁にまで延びている。縦スライダ区分８はスライダ区分長３０内に構成されており、その直径３３は、弁体６の座区分７の下方の範囲内における座直径１８に相応している。３ポート２位置方向制御弁５のケーシング４の内部におけるリング室２２を制限している液力式の面３１及び３２はその液力的な面に関して同一であり、したがって３ポート２位置方向制御弁の弁体６は圧力均衡されている。更に、ケーシング４の内部においてリング室２２から制御室導管２５が分岐しており、この制御室導管は図１による実施例による図示においては、絞りなしに構成されている。制御室導管２５は制御室壁２９内において、制御室２６内に開口している。やはりケーシング４内に構成されている制御室２６は制御ピストン２７の上方の端面２８を取り囲んでおり、この制御ピストンにより、ここでは図示していないノズルニードルが間接的に操作可能である。

ケーシング４内に構成されているリング室３は弁体６の縦スライダ区分８を取り囲んでおり、その際リング室３の上方の範囲内で切り欠き部が形成されている。この切り欠き部内に、スライダ側の制御縁を形成している液力式の面３２が、磁石コイル１１の制御の際に、突入する。弁体６の、部分ｈ_１とｈ_Ｕｅとから成る全体行程は可及的に速やかに通過せしめられる。磁石コイル１１の通電によって、可動子プレート９が引き付けられ、かつ弁体６が上方に向かって動かされる。開放行程距離ｈ_１（符号２４）に相応する第１のギャップ寸法１０.１は、磁石コイル１１の励起の際に、橋絡され、したがって座区分７は弁座２０から外向きに走行し、かつ圧力が制御室２６から低圧導管１７内に逃げる。排流量は選択的に、ここでは図示していない絞りによって制限することができる。弁体６の可動子プレート９が、ギャップ寸法の第２の部分１０.２により、換言すれば行程距離ｈ_Ｕｅ（符号２３、重なり行程ｈ_Ｕｅを参照）に相応して、更に行程を行うと、ケーシング４内に構成された制御縁と、縦スライダ区分８の上方の区分内に構成された液力式の面３２との重なりが行われる。調整されている重なり２３（ｈ_Ｕｅ）に相応して、リング室３内に高圧供給部１を介して高圧源から受ける高圧が完全に閉鎖される。高圧供給部から生ずる漏えいは制御室の動作に何らの影響も及ぼさない。それは３ポート２位置方向制御弁５の弁体６の上方の範囲内で座区分７の開かれている横断面がこれに対し非常に大きいからである。

図１において図示されていない制御装置によって、磁石コイル１１が遮断されると、弁体６のゼロ位置への戻しが行われる。このことは戻しばね１４によって達成され、この戻しばねは可動子プレート９に構成されたストッパ面１６を負荷し、かつ３ポート２位置方向制御弁５の弁体６を図１により再び戻す。

図１に図示された３ポート２位置方向制御弁５の実施例は、弁体６が圧力室、ここではリング室３から走出して開く配置４３で選ばれている。図１に図示された３ポート２位置方向制御弁５の実施例は切り替え位置で圧力均衡されている。換言すれば、弁体６における、圧力にさらされている有効な液力式の面３１若しくは３２ひいては結果する力が互いにその作用を相殺し、したがって磁石コイル１１を有する電磁石の使用によって、迅速な短い切り替え時間が充分な行程において達成可能である。

図２はやはりＡ形構造の３ポート２位置方向制御弁の別の実施例を示す。

図２に図示された、３ポート２位置方向制御弁５の実施例によれば、弁体４０において座区分７及び縦スライダ区分８が−図１の図示と異なって−互いに交換されている。

図２における別の実施例による３ポート２位置方向制御弁５のケーシング４においては、高圧供給部１はケーシング４のリング室３内に開口している。リング室３には、ケーシング４の内部においてリング室２２が接続している。リング室２２からは、開口箇所３５において制御室導管２５が分岐しており、この制御室導管は選択的に絞り箇所４８を有することができる。制御室導管２５は制御室壁２９の内部において、制御室２６内に開口しており、この制御室は部分的に制御ピストン２７の端面２８により制限されている。

図２における別の実施例によれば、ケーシング４内のリング室３の上方の範囲内に、磁石コイル１１を挿入されているコイルケーシング１２がある。図１による実施例に対して類似して、弁体４０と結合されている可動子プレート９と、磁石コイル１１の、この可動子プレートに面した端面との間に、ギャップ寸法１０が調整されており、このギャップ寸法は第１のギャップ寸法部分１０.１と第２のギャップ寸法部分１０.２とを含んでいる（図１による実施例に対して類似して）。ｈ_ＲＬは残存エアギャップを示す。弁体４０の先細の範囲は押しばね１４により取り囲まれており、この押しばねはその一方の端部をもって、可動子プレート９を受容している、弁体４０の部分に支えられているのに対し、戻しばね１４の他方の端部はばね前緊縮力調整ディスク４１上に接触し、このばね前緊縮力調整ディスクは磁石コイルケーシング１２の中央孔内に挿入されている。

弁体４０の中央の位置を安定にするために、ばね前緊縮力調整ディスク４１とリング室３との間において弁体４０の円周面に単数又は複数の溝４２が構成されている。

図１に示した実施例に類似して、図２による３ポート２位置方向制御弁５の実施例においては、リング室３はケーシング４内において縦スライダ区分８により大体において貫通され、縦スライダ区分においてはケーシングの内部の孔内に走入する円すい形に成形された液力式の面３２が構成されている。この、縦スライダ区分８の液力式の面３２には弁体４０の下方の端部において座区分７が向き合っており、この座区分自体は液力式の面３１を含んでいる。座区分７によって、磁石コイル１１によって調整されている、弁体４０の、ケーシング４の内部の行程に相応して、弁座２０が閉じられ、したがってリング室２２を介して漏えい油排出部４４内への高圧の排流が阻止されている。座区分７の端面の下方には、プレート形の挿入体４７が図示されており、この挿入体は最大行程、換言すればケーシング４の内部における弁体４０の、ギャップ寸法１０を超える、鉛直の行程運動を阻止する。

磁石コイル１１の励起に相応して、換言すれば磁力の強さに応じて、弁体４０はケーシング４の内部に孔内へ走入する。第２のギャップ寸法部分１０.１に相応する走入運動の際に、弁体４０の座区分７内の弁座２０の開放が行われ、したがって制御室２６が漏えい油側で負荷除去される。図２における別の実施例による３ポート２位置方向制御弁５の弁体４０の下降運動が、最大行程を制限する挿入体４７の方向に行われる。第２のギャップ寸法部分１０.２に相応する鉛直の下降運動の際に、座スライダ区分８若しくはこの座スライダ区分に構成された液力式の面３２とケーシング側の制御縁４６との間に、重なり行程長２３（ｈ_Ｕｅ）内での重なりが生ずる。弁体４０の座スライダ区分８の下方の範囲内の液力式の面３２の縁４５は高圧供給部１の重なり行程２３に相応するケーシング側の制御縁４６の重なりの際に、リング室３をケーシング４の内部のリング室２２に対してシールする。コイルケーシング１２内の磁石コイル１１が遮断されると、可動子プレート９とケーシング４の支持ディスク４１との間に挿入されている戻しばね１４の作用で、弁体４０の戻しが行われ、かつ弁体４０の下方の範囲内に構成されている座区分７をそのケーシング側の座面１９に走入させる。この、３ポート２位置方向制御弁５のゼロ位置において、図２の実施例によれば、漏えい油排出部４４が閉じられている。

３ポート２位置方向制御弁の、図２に図示された別の実施例もＡ形構造で構成されている。換言すれば弁体４０は圧力室から、この場合ケーシング４内部のリング室３から開く。圧力均衡をもたらすために、弁体４０の座区分７の座直径１８及び弁体４０の縦スライダ区分８の直径は互いに等しい。

図３は、図２による別の実施例の、概略的に簡単化された、液力式の接続図及び選択的に設けられた絞り箇所を示す。

図３においては、３ポート２位置方向制御弁は概略的なブロック接続図として図示されている。高圧供給部１には選択的に絞り箇所２が所属せしめられており、同様に、高圧供給部に向き合う制御室導管２５には選択的に設けられた絞り箇所４８が組み入れられていることができ、この絞り箇所により、制御室２６の、低圧範囲１７内への放圧の間に、排流する燃料量を制限可能である。制御室導管２５は上方の制限壁２９において制御室２６内に開口している。制御室２６は部分的に制御ピストン２７の端面２８により、若しくはノズルニードルにより、制限される。制御ピストン２７を、ノズルニードルに前接続されたピストンとして構成する場合に、ノズルは閉じられた状態にとどまることができ、若しくは圧力下で閉じられることができる。ピストン２７を介しての圧力の制御は、３ポート２位置方向制御弁５の課題である。図３による図示では、更に、低圧排出部１７が示されており、この低圧排出部を介して制御室２６から排流される排流制御量を、ここでは単に概略的に図示した、例えば燃料タンクのような自動車の低圧範囲内に戻すことができる。

図４は３ポート２位置方向制御弁のＩ形構造の実施例、換言すれば圧力室内に走入する弁を示す。

３ポート２位置方向制御弁５のＩ形構造の弁体５０のこの実施例によれば、その座区分７若しくはその縦スライダ区分８は一緒に３ポート２位置方向制御弁５の弁体５１の下方の端部範囲にある。弁体５１の上方の範囲内には、磁石コイル１１が受容されており、この磁石コイルはコイルケーシング１２により取り囲まれている。ギャップ寸法１０（ｈ）内で、弁体５１の可動子プレート９は磁石コイル１１の下方の端面から隔てられている。磁石コイル１１の可動子プレートに面した端面と可動子プレート９との間の全体行程は、二重矢印１０によって表されており、かつ第１のギャップ寸法１０.１と第２のギャップ寸法１０.２とから成っている。第１のギャップ寸法１０.１は開放行程ｈ_１、符号２３、に相応しているのに対し、第２の更に示したギャップ寸法１０.２は行程ｈ_Ｕｅに相応している。

Ｉ形構造の弁体５１の３ポート２位置方向制御弁５の弁体５１の中間の範囲内で、ケーシング４の内部のリング室２２の両側に、液力式の面３１若しくは３２が互いに向き合っている。液力式の面３１及び３２を同一の面に構成することによって、３ポート２位置方向制御弁５の弁体５１の圧力均衡性が達成可能であり、これは、最もわずかな調節力及び最も短い切り替え時間を可能にする。

この実施例によれば、制御室２６の制御室導管２５を介しての低圧１７内への負荷解除（放圧）は、アクチュエータとして役立つ電磁石１１の、開放行程ｈ_１（符号２４）による制御の際に、導入される。この状態において、円すい座５２は弁体５１の下方の範囲内で開くのに対し、高圧供給部は、弁体５１の縦スライダ区分８の上方の範囲内の液力式の面３２の、リング室２２内への上向き走行によって、閉じられる。重なり２４（ｈ_Ｕｅ）の寸法が大きいほど、それだけ弁室３の閉鎖が、作用する高圧に対して緊密になる。弁体５１が磁石コイル１１の励起の際に、開放行程ｈ_１（符号２４）に相応して開くと、円すい座５２の座直径１８が上方に向かってリング室３内に走行し、したがって燃料は制御室２６から制御室導管２５及びリング室３を介して低圧範囲１７内に排流することができる。

本発明により成形された３ポート２位置方向制御弁５の、図４に図示されたＩ形構造の弁体５０は、更に圧力室内への開放を可能にし、これによって、弁ニードル若しくは制御室２６の開放運動が補助され、このことは切り替え時間を付加的に短縮する。

両方の実施例、換言すればＡ形構造の弁体４３若しくはＩ形構造の弁体５０においては、弁体６，４０，５１は３ポート２位置方向制御弁５のその都度の切り替え位置において圧力均衡されている。圧力にその都度さらされる面３１，３２及びこれから結果する調節力はその作用において相殺する。３ポート２位置方向制御弁５の操作は一面では、磁石コイル１１として構成されているアクチュエータによって行われることができ、他面において別の迅速に切り替えられるアクチュエータ、例えば圧電アクチュエータも、使用することができる。圧電アクチュエータの場合には、開放行程の部分ｈ_１（２４）及び重なり行程の部分ｈ_Ｕｅ（符号２３）を覆う充分な行程１０を保証するために、必要な行程距離の達成に関して増大のために、例えば圧力増大器などの形の増大のために、考慮をすることができる。

本発明により創造された３ポート２位置方向制御弁５は、ノズルニードル行程が制御されるインジェクタ、例えばコモンレールインジェクタあるいはポンプノズルユニットのようなインジェクタに使用することができる。

Ａ形構造の、換言すれば圧力室から走出する、３ポート２位置方向制御弁の実施例を示す断面図である。 Ａ形構造の３ポート２位置弁の別の実施例を示す断面図である。 図２による別の変化実施例の概略的な液力回路図である。 Ｉ形配置の、換言すれば圧力室内に走入する、３ポート２位置方向制御弁の実施例を示す断面図である。

Claims (11)

1. 制御ピストン／ノズルニードル（２７）を、制御室（２６）を介して操作するための装置であって、該制御室（２６）が、制御室導管（２５）を介して３ポート２位置方向制御弁（５）の複数の弁室（３，２２）に接続されており、３ポート２位置方向制御弁の弁体（６，４０，５１）は、アクチュエータ（１１）によって切り替え可能であり、更に戻しばね（１４）によって圧力負荷されており、弁体（６，４０，５１）に形成された座区分（７）がケーシング（４）内でケーシング（４）の弁座（２０）に当て付けられている形式のものにおいて、
   ３ポート２位置方向制御弁（５）の弁体（６，４０，５１）が、座区分（７）と、縦スライダ区分（８）と、弁体（６，４０，５１）の圧力均衡性を可能にする面（３１，３２）とを有しており、弁体（６，４０，５１）はアクチュエータ（１１）によって種々異なる行程距離（１０.１，１０.２；２３，２４）で移動せしめられることを特徴とする、制御ピストン／ノズルニードルを操作するための装置。
2. ３ポート２位置方向制御弁（５）が、高圧供給部（１）に関して、制御室（２６）の前方に位置して配置されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. ３ポート２位置方向制御弁（５）がＡ形構造（４３）でケーシング（４）内に取り付けられていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
4. ３ポート２位置方向制御弁（５）がＩ形構造（５０）でケーシング（４）内に受容されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
5. 座区分（７）及び縦スライダ区分（８）が弁体（６）において互いに向き合っていることを特徴とする、請求項３記載の装置。
6. 座区分（７）及び縦スライダ区分（８）が、一緒に弁体（５１）の下方の範囲内に構成されていることを特徴とする、請求項４記載の装置。
7. 弁体（５１）の座区分（７）に、座面（１９）が形成されており、この座面はケーシング（４）の内部の円すい座（５２）と協働することを特徴とする、請求項６記載の装置。
8. 弁体（６，４０，５１）の第１の行程距離ｈ_１（２４）内において、制御室（２６）が低圧側に負荷解除されることを特徴とする、請求項４記載の装置。
9. 第２の行程距離ｈ_Ｕｅ（２３）内において、高圧供給部（１）が３ポート２位置方向制御弁（５）の複数の弁室（３，２２）から隔てられることを特徴とする、請求項４記載の装置。
10. 縦スライダ区分（８）が一方のリング室（３）を他方のリング室（２２）から液力式に隔てることを特徴とする、請求項１記載の装置。
11. 制御室（２６）の放圧の間に、行程距離ｈ_１（２４）内において排流される量が制御室導管（２５）内に受容されている絞りエレメント（４８）によって制限されていることを特徴とする、請求項８記載の装置。

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