JP2005531712A - 噴射終了時の迅速な減圧を伴う増圧式の燃料インジェクタ - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料を内燃機関の燃焼室（７）内に噴射するための装置に関する。燃料を噴射するための装置は、高圧蓄圧室（２）（コモンレール）と、増圧器（５）と、調量弁（６）とを有している。増圧器（５）は作業室（１０）と制御室（１１）とを有しており、両室（１０，１１）は、軸方向に運動可能なピストン（１２；１３，１４）によって互いに分離されている。増圧器（５）の制御室（１１）内の圧力変化が増圧器（５）の圧縮室（１５）内の圧力変化を生ぜしめる。増圧器（５）は流入通路（２１）を介して、噴射弁部材（２６）を取り囲む、ノズルボディ（４）に設けられたノズル室（２２）を負荷する。増圧器（５）の制御室（１１）と、２ポート２位置弁として形成された調量弁（６）との間の制御管路（２０，４９）内には、放圧弁（４０）が配置されており、この放圧弁（４０）は弁体（４３，５４）を有しており、この弁体（４３，５４）は、放圧弁（４０）の少なくとも１つのハイドロリック的な室（４１，４２）を負荷し、高圧蓄圧室（２）内に形成された圧力に接続可能である。

Description

技術分野
自己着火式の内燃機関の燃焼室に燃料を供給するためには、圧力制御式の噴射システムが使用されてもよいし、ストローク制御式の噴射システムが使用されてもよい。燃料噴射システムとして、一般的に「ユニットインジェクタ」と呼ばれるポンプ・ノズル・ユニット、一般的に「ユニットポンプ」と呼ばれるポンプ・ライン・ノズル・ユニットのほかに、蓄圧噴射システムも使用される。この蓄圧噴射システム（コモンレール噴射システム）によって、有利には、噴射圧を内燃機関の負荷および回転数にその都度適合させることが可能となる。高い比出力を獲得しかつ内燃機関のエミッションを低減するためには、一般的に可能な限り高い噴射圧が必要となる。

背景技術
強度理由から、今日使用される蓄圧噴射システムにおける達成可能な圧力レベルは、現在、約１６００ｂａｒに制限されている。蓄圧噴射システムにおけるさらなる増圧のためには、コモンレールシステムに増圧器が使用される。

ヨーロッパ特許第０５６２０４６号明細書には、電子的に制御される噴射ユニットに用いられる、減衰手段を備えた操作・弁装置が開示されている。ハイドロリック式のユニットのための操作・弁装置は、固定のステータと、運動可能なプランジャとを備えた電気的に励磁可能な電磁石を有している。プランジャは第１の表面と第２の表面とを有している。プランジャの第１の表面と第２の表面とは第１の中空室と第２の中空室とを規定している。この場合、プランジャの第１の表面はステータに面している。プランジャに結合された弁が設けられている。この弁は、サンプからハイドロリック的な操作流体を噴射装置に案内することができる。減衰流体は電磁石装置の一方の中空室に関してそこに集められ得るかもしくはそこから流出させられ得る。弁の、中心孔内に突入した領域によって、減衰流体の流れ接続部をこの減衰流体の粘性に比例して選択的に開閉することができる。

ドイツ連邦共和国特許出願第１０１２３９１０．６号明細書は、燃料噴射装置に関する。この燃料噴射装置は内燃機関に使用される。この内燃機関の燃焼室には、燃料インジェクタを介してその都度燃料が供給される。この燃料インジェクタは高圧源を介して負荷される。さらに、ドイツ連邦共和国特許出願第１０１２３９１０．６号明細書による燃料噴射装置は増圧器を有している。この増圧器は可動の増圧器ピストンを有している。この増圧器ピストンは、高圧源に接続可能な室を、燃料インジェクタに接続された高圧室から分離している。高圧室内の燃料圧は、増圧器の戻し室を燃料で充填するかもしくは燃料のこの戻し室を空にすることよって変化させることができる。

燃料インジェクタは、燃焼室に面した噴射開口を開閉するための可動の閉鎖ピストンを有している。この閉鎖ピストンは閉鎖圧室内に突入しており、これによって、この閉鎖圧室が燃料で負荷可能となる。これによって、閉鎖ピストンを閉鎖方向に負荷する力が得られる。閉鎖圧室と、別の室とは共通の作業室によって形成される。この場合、作業室の全ての部分領域は、燃料の交換のために永続的に互いに接続されている。

この解決手段によって、戻し室を介した増圧器の制御によって、燃料高圧システムにおける制御損失を、一時的に燃料高圧源に接続される作業室を介した制御に比べて小さく保つことができることを達成することができる。さらに、高圧室は高圧蓄圧室の圧力レベルにまでしか放圧されず、漏れ圧レベルにまでは放圧されない。このことは、一方では、燃料インジェクタのハイドロリック的な効率を改善しており、他方では、システム圧レベルまでの一層迅速な増圧を行うことができ、これによって、噴射段階の間に位置する時間的な間隔を短縮することができる。

この解決手段によって、燃料インジェクタのノズルニードルに作用する可変のハイドロリック的な閉鎖力が達成可能となる。これによって、可変のノズル開放圧が達成される。このノズル開放圧は、高圧蓄圧室内に形成された圧力によって高められるので、小さな量でも高い噴射圧が達成され、ニードル閉鎖を改善することができる。このハイドロリック的な閉鎖力を僅かな構造上の手間で実現するためには、高圧蓄圧室内に形成された圧力が直接ノズルニードルの裏側に加えられる。効率を向上させるためには、この解決手段による増圧器が戻し室を介して制御される。この場合、この戻し室は増圧器制御室として機能する。これによって、より小さな戻し室しか放圧されず、増圧器の大きな作業室は放圧されない。付加的には、高圧領域が、高圧蓄圧室内に形成された圧力にまでしか放圧されず、漏れ圧レベルにまでは放圧されない。これによって、このような装置のハイドロリック的な効率を著しく改善することができる。これによって、達成可能な高い噴射圧と同時に高められた効率を備えた、自己着火式の内燃機関に用いられる噴射システムが得られる。しかし、制御のためには、噴射終了時の迅速な減圧を保証するために、３ポート２位置弁が必要となる。しかし、この３ポート２位置弁は製造技術的に極めて手間をかけて製作されなければならず、高価である。要求された公差は大量生産では目下実現不可能である。

原理的には、ドイツ連邦共和国特許出願第１０１２３９１０．６号明細書に基づき公知の解決手段による、２ポート２位置弁を備えた増圧式の燃料インジェクタを充填絞りに関連して制御することが可能である。この場合、戻りの加速および充填絞りを介した損失量の減少ために、有利には、充填弁を使用することができる。しかし、充填弁の使用時には、噴射終了時に、高圧蓄圧室内に形成された圧力レベルにまでの緩速な減圧が生ぜしめられる。この減圧によって、劣悪なエミッション結果が生ぜしめられる。したがって、迅速な減圧（ｒａｐｉｄ ｓｐｉｌｌ）が、将来的な排ガス規制値を満たすために強制的に必要となる。さらに、噴射段階の終了頃の緩速にしか行われない減圧には、平均的な噴射圧レベルが著しく低下させられるという欠点が結びつけられている。

発明の開示
本発明により提案された解決手段は、３ポート２位置弁として形成された制御弁の使用を回避するだけでなく、充填絞りもしくは充填弁を備えた２ポート２位置弁の使用に結びつけられた欠点、すなわち、噴射の終了頃の緩速にしか進捗しない減圧も回避する。本発明により提案された解決手段によって、充填絞りと充填弁とを、噴射動作の終了時の極めて迅速な減圧を達成することができる放圧弁に置き換えることができる。さらに、噴射段階の終了時の迅速な減圧（ｒａｐｉｄ ｓｐｉｌｌ）は、自己着火式の内燃機関の排ガスのエミッション値を著しく改善する。

放圧弁は、増圧器の制御室を放圧するための制御管路内に組み込まれる。放圧弁の弁体は円筒状のボディ（円筒体）として形成されてもよいし、減径された直径で、たとえばくびれ箇所として形成することができる領域を有していてもよい。放圧弁の弁体の端面は、ハイドロリック的に有効な同じ面積であってもよいし、異なる直径を有していてもよい。放圧弁には、互いに反対の側に位置する２つのハイドロリック的な室を形成することができる。両室は、放圧弁の弁体に設けられた貫通孔によって互いに接続されている。放圧弁の弁体の内部の貫通孔の流れ横断面は、放圧弁のハイドロリック的な室の間に圧力差が形成され、これによって、放圧弁を閉鎖された状態に保持することができるように選択されている。

２ポート２位置弁として形成された調量弁の使用によって、要求された公差に関して手間をかけてしか製作することができず、したがって、高価な３ポート２位置弁の使用を回避することができる。放圧弁を増圧器の制御管路内に使用することによって、噴射の終了時の迅速な減圧が可能となる。これによって、たとえばノズルニードルとして形成された噴射弁部材の迅速な閉鎖を達成することができる。

構成
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１から、並列に接続された充填弁と充填絞りとを備えた増圧式の燃料インジェクタを知ることができる。この燃料インジェクタは緩速な減圧特性を有している。

図１に示した燃料噴射装置は燃料インジェクタ１と高圧蓄圧室２（コモンレール）とを有している。燃料インジェクタ１は、インジェクタボディ３と、ノズルボディ４と、調量弁６とを有している。この場合、インジェクタボディ３内には増圧器５が収容されている。調量弁６は、図１に示した装置では、２ポート２位置弁として形成されている。燃料インジェクタ１によって、高い圧力下にある燃料が、自己着火式の内燃機関の燃焼室７内に噴射される。

調量弁６から、低圧側の戻し通路８が燃料容器（図示せず）、たとえば自動車の燃料タンクに延びている。

高圧蓄圧室２（コモンレール）から、高い圧力下にある燃料が供給管路９を介して増圧器５の作業室１０内に流入する。さらに、増圧器５は制御室１１を有している。この制御室１１はピストン１２を介して増圧器５の作業室１０から分離されている。増圧器５のピストン１２は一体に形成されていてもよいし、複数の部分から形成されていてもよい。図１に示した構成では、増圧器５のピストン１２が第１の部分ピストン１３と第２の部分ピストン１４とを有している。第１の部分ピストン１３は第１の直径で形成されており、これに対して、戻しばね当接面１８を介在して第１の部分ピストン１３に接触する第２の部分ピストン１４は、減径された直径で形成されている。増圧器５の制御室１１の内部には戻しばね１７が収容されている。この戻しばね１７は、一方では、インジェクタボディ３内の制御室１１の底部によって形成された受け１６に支持されていて、他方では、すでに上述した戻しばねストッパ１８に接触している。ピストン１２の第２の部分ピストン１４の下側の端面は増圧器５の圧縮室１５を負荷する。増圧器５自体は燃料流入通路２１を介して、高い圧力下にある燃料を燃料インジェク１のノズルボディ４の内部のノズル室２２内に案内する。

高圧蓄圧室２から増圧器５の作業室１０に延びる供給管路９内には、絞り箇所１９を収容することができる。この絞り箇所１９は、燃料インジェクタ１の開閉時に生ぜしめられる供給管路９内の圧力脈動を減衰するために働く。この圧力脈動の、高圧蓄圧室２の内部への減衰されない反作用は、そこに許容できないほど高い圧力ピークを結果的に招く恐れがある。開口箇所３８で増圧器５の作業室１０に開口した供給管路９から、絞り分岐路３６が増圧器５の作業室１１に延びている。絞り分岐路３６内には充填絞り３５が収容されている。組み込まれた充填絞り３５を備えた絞り分岐路３６に対して並列に充填弁３７が接続されている。この充填弁３７は、図１に示した燃料噴射装置の構成では、開放するばねを備えたボール弁として形成されている。充填弁３７は、絞り分岐路３６内の絞り箇所３５に対して並列に位置していて、絞り分岐路３６と同一の管路に開口している。この管路自体は増圧器５の作業室１１に開口している。

増圧器５の制御室１１は制御管路２０を介して調量弁６に接続されている。さらに、制御室１１から接続管路２５が分岐している。この接続管路２５自体はノズル制御室２４に開口している。このノズル制御室２４内に収容された閉鎖ばねエレメント２８は噴射弁部材２６の上側の端面２７を負荷する。噴射弁部材２６は、たとえばノズルニードルとして形成することができる。ノズル制御室２４の内部にはストッパ２９が収容されている。このストッパ２９は、コイルばねとして形成された閉鎖ばねエレメント２８によって取り囲まれている。ノズル制御室２４から充填管路２３が分岐している。この充填管路２３内には逆止弁３４が収容されている。充填管路２３を介して、増圧器５の圧縮室１５が燃料で充填される。

図１に示した装置による燃料インジェクタ１のノズルボディ４はノズル室２２を収容している。このノズル室２２には、すでに上述した燃料流入通路２１を介して圧縮室１５から、高い圧力下にある燃料が供給される。噴射弁部材２６は受圧肩部３０を有している。この受圧肩部３０は、ノズル室２２の内部の高い圧力の形成時に噴射弁部材２６を閉鎖ばね２８の作用に抗して開放方向に運動させる。ノズル室２２から、ノズルボディ４の内部で環状ギャップ３２が噴射弁部材２６の先端部３１に向かって延びている。環状ギャップ３２を介して、燃料が噴射開口３３に向かって流れる。この噴射開口３３を介して燃料が、噴射弁部材２６の開放時、すなわち、燃焼室側の座からの噴射弁部材２６の運動時に自己着火式の内燃機関の燃焼室７内に噴射される。図１に示した燃料噴射装置の構成は調量弁６として２ポート２位置弁を使用している。この２ポート２位置弁は、戻りの加速および流出する損失量の減少のために、充填絞り３５に並列に接続された弁３７を備えている。しかし、図１に示した装置は、噴射過程の終了頃に、高圧蓄圧室２（コモンレール）内に付与された圧力レベルまでの緩速な減圧が生ぜしめられるという欠点を有している。これによって、不十分なエミッション結果が生ぜしめられ、さらに、緩速にしか生ぜしめられない減圧によって、達成可能な平均的な噴射圧が減少させられる。

図２には、２ポート２位置調量弁と、制御管路に設けられた、増圧器の制御室内の圧力を制御するための放圧弁とを備えた、本発明により形成された増圧式の燃料インジェクタが示してある。

図２に示した燃料噴射装置の本発明による構成では、増圧式の燃料インジェクタ１が示してある。この燃料インジェクタ１の調量弁６は２ポート２位置弁として形成することができる。この２ポート２位置弁の、増圧器５の制御室１１に通じる制御管路２０内には、充填絞りおよび充填弁３７に置き換わる付加的な放圧弁４０が組み込まれている。この構成によって、迅速な減圧（ｒａｐｉｄ ｓｐｉｌｌ）を噴射過程の終了時に達成することができる。

図２に示した状態では、燃料を噴射するための装置がその休止状態に位置している。２ポート２位置弁として形成された調量弁６はその閉鎖位置に調整されている。調量弁６は、直接操作される弁またはサーボ弁として形成することができる。さらに、調量弁６はソレノイドプランジャによって制御されてもよいし、ピエゾアクチュエータによって制御されてもよい。

図２に示したハイドロリック切換プランから、燃料を噴射するための装置が高圧蓄圧室２（コモンレール）を有していることが明らかである。この高圧蓄圧室２は、図２には示していない、燃料を高い圧力レベルに圧縮する高圧ポンプを介して燃料で負荷される。システム圧下にある高圧蓄圧室２内に燃料が蓄えられ、これによって、燃料システム圧、すなわち、高圧蓄圧室２の内部に形成された圧力を、自己着火式の内燃機関の気筒数に相当する個数で設けられた全ての燃料インジェクタ１に供給することができる。これらの燃料インジェクタ１は、すでに上述した、２ポート２位置弁として形成された調量弁６と、増圧器５の制御室１１と調量弁６との間の制御管路２０内に収容された放圧弁４０と、増圧器５と、噴射弁部材とを有している。図２に示した構成では、増圧器５が、軸方向に移動可能なピストンユニットとしてピストン１２を有して形成されている。一体に形成されていてもよいし、複数の部分から形成されていてもよいピストン１２によって、作業室１０と、放圧可能なもしくは圧力負荷可能な制御室１１とが互いに分離される。増圧器５のピストン１２は第１の部分ピストン１３と第２の部分ピストン１４とを有することができる。第１の部分ピストン１３はより大きな直径で形成することができるのに対して、第２の部分ピストン１４は、第１の部分ピストン１３に比べて減径された直径で形成されていて、下側の端面で増圧器の圧縮室１５を負荷する。

高圧蓄圧室２から、供給管路９が増圧器５の作業室１０に延びている。この場合、供給管路９内には絞り箇所１９を形成することができ、これによって、供給管路９内に形成される圧力脈動もしくは圧力波反射および高圧蓄圧室２の内部への圧力脈動もしくは圧力波反射の反作用が減衰される。図２に示した、燃料を噴射するための装置の休止状態では、有利には２ポート２位置弁として形成された調量弁６が制御されておらず、噴射は行われない。増圧器５の制御室１１の制御管路２０，４９内に収容された放圧弁４０は、その開放された出発状態に位置している。図２に示した、燃料を噴射するための装置の切換状態では、高圧蓄圧室２の内室に形成された圧力レベルが増圧器５の作業室１０内に形成され、この作業室１０から出発してオーバフロー管路４７を介して放圧弁４０の第２の室４２内に形成され、放圧弁４０の弁体４３に形成されたオーバフロー通路４４を介して放圧弁４０の第１の室４１内に形成される。さらに、放圧弁４０の第２の室４２から、高圧蓄圧室２内に形成された圧力レベルが、制御管路２０を介して増圧器５の制御室１１内に形成され、この制御室１１から接続管路２５を介してインジェクタボディ４内のノズル制御室２４内に形成され、充填管路２３（充填路）を介して、高圧蓄圧室２の内部に形成された圧力が増圧器５の圧縮室１５内に形成される。

したがって、燃料を噴射するための装置の休止状態では、増圧器５の全ての圧力室、つまり、増圧器５の作業室１０と、増圧器５の制御室１１と、圧縮室１５とが、高圧蓄圧室２内に形成された圧力レベルで負荷されている。これによって、増圧器５のピストン１２が圧力補償されている。増圧器５は、図２に示した、燃料を噴射するための装置の休止状態では作動させられておらず、増圧は行われない。この状態では、増圧器５の、第１の部分ピストン１３と第２の部分ピストン１４とを有することができるピストン１２が、制御室１１内に配置された戻しばねエレメント１７を介して出発位置に調整されている。圧縮室１５の充填は充填管路２３を介して行われる。この充填管路２３はノズル制御室２４から逆止弁３４を有して圧縮室１５に延びている。

ノズル制御室２４内に形成された、高圧蓄圧室２の内部の圧力レベルに相当する圧力レベルによって、噴射弁部材２６の一方の端面２７にハイドロリック的な閉鎖力が加えられる。この閉鎖力は、同じくノズル制御室２４内に収容された閉鎖ばね２８の閉鎖力によって付加的に助成される。この装置によれば、噴射弁部材２６が望ましくない形で開放され、噴射開口３３を燃焼室７に向かって解放することなしに、高圧蓄圧室２内に形成された圧力レベルをノズル室２２内に常に形成することが可能となる。

図２に示した、増圧器５のピストン１２の位置、すなわち、増圧器５が作動させられていない状態では、増圧器５の圧縮室１５がピストン１２の第２の部分ピストン１４によって負荷されておらず、これによって、燃料インジェクタ１のノズルボディ４のインジェクタボディ４の内部のノズル室２２に通じる燃料流入通路２１が、高圧蓄圧室２内に形成された圧力レベルでしか負荷されていない。しかし、この圧力レベルは、噴射弁部材２６を受圧肩部３０に対するハイドロリック的な力の形成によって燃焼室側の座から開放しかつ噴射開口３３を介して自己着火式の内燃機関の燃焼室７内への燃料の噴射を生ぜしめるのに十分でない。

調量弁６と制御室１１との間の制御管路２０，４９内に組み込まれた放圧弁４０は、ほぼ円筒状に形成された弁体４３を有している。この円筒状に形成された弁体４３は貫通孔４４によって貫通されている。この貫通孔４４は第１の室４１を放圧弁４０の第２の室４２に接続している。図２に示した、放圧弁４０の弁体４３の位置では、放圧弁４０の弁部材４５が、第２の室４２内に走入したスプール領域４６によって解放されている。ほぼ円筒状に形成された弁体４６はくびれ箇所５０を有することができる。放圧弁４０の第１の室４１内には弁ばね４８が収容されている。この弁ばね４８は弁体４３の上側の端面を負荷する。放圧弁４０の弁体４３のスプール座４６が開放されることによって、作業室１０と、放圧弁４０の第２の室４２とが、制御管路２０を介して増圧器５の制御室１１に接続される。これらの室内には同一の圧力レベルが形成される。

図３には、図２に示した増圧式の燃料インジェクタが、作動させられた状態、すなわち、２ポート２位置弁の制御時の状態が示してある。

燃料の調量は、有利には２ポート２位置弁として形成された調量弁６の制御によって行われる。この調量弁６はピエゾアクチュエータまたはソレノイドアクチュエータを介して制御することができる。さらに、調量弁６はサーボ弁として形成されていてもよいし、直接制御される弁として形成されていてもよい。調量弁６の制御によって、放圧弁４０の第１の室４１が低圧側の戻し通路８に接続される。放圧弁４０の弁体４３はそのスプール区分４６で弁横断面４５を、弁ばね４８の作用に抗して第１の室４１に向かって走入することによって閉鎖する。これによって、増圧器５の作業室１０と放圧弁４０の第２の室４２との間のオーバフロー管路４７が閉鎖される。これによって、システム圧供給部、すなわち、高圧蓄圧室２（コモンレール）からの増圧器５の制御室１１の分離が行われる。

いま、制御室１１の放圧が制御管路２０を介して放圧弁４０の第２の室４２に行われ、弁体４３に形成された貫通孔４４を介して低圧側の戻し通路８に行われる。増圧器５の制御室１１内の圧力レベルの減少によって、増圧器５が作動させられる。なぜならば、ここでは２つの部分から形成されたピストン１２が、いま、作業室１０内に形成された制御室１１内よりも高い圧力レベルに基づき増圧器５の圧縮室１５内に走入するからである。燃料流入通路２１を介した圧縮室１５とノズルボディ４内のノズル室２２との間の流れ接続に基づき、圧力が、噴射弁部材２６を取り囲むノズル室２２内でも増加する。これによって、噴射弁部材２６の開放方向に作用する押圧力が噴射弁部材２６の受圧肩部３０に生ぜしめられる。同時に調量弁６の作動時には、ノズル制御室２４内の圧力が減少する。これによって、閉鎖方向に作用する、噴射弁部材２６の端面２６に対する押圧力が減少させられる。たとえばノズルニードルとして形成された噴射弁部材２６は、受圧肩部３０に形成されたノズル室２２内のハイドロリック的な力によって開放する。したがって、この開放は圧力制御式に行われるので、燃料がノズル室２２から、噴射弁部材２６を取り囲む環状ギャップ３２を介して噴射弁部材２６の先端部３１に向かって流れ、そこから噴射開口３３を介して、自己着火式の内燃機関の燃焼室７内に到達する。

増圧器５の制御室１１が放圧され続ける限り、すなわち、増圧器５が作動させられている限り、この増圧器５の圧縮室１５内には、極めて高い圧力が形成される。高圧縮された燃料は圧縮室１５から燃料流入通路２１を介してノズル室２２に流れ、そこから、上述した環状ギャップ３２を介して噴射開口３３に向かって流れる。制御室１１内へのピストン１２の走入、図３に示した構成では、制御室１１内への第２の部分ピストン１４の走入によって、制御室１１から押し退けられた燃料が放圧弁４０、すなわち、放圧弁４０の貫通孔４４を介して低圧側の戻し通路８内に流入する。放圧弁４０の弁体４３を貫通した流れ通路４４の内部の流れ横断面は、放圧弁４０の第１の室４１と第２の室４２との間に十分な圧力差が生ぜしめられるように設計されている。この圧力差は放圧弁４０の弁体４３を閉鎖位置、すなわち、弁体４３のスプール領域４６を弁横断面４５に重ねた状態に保持するので、増圧器５の圧力室１０に通じるオーバフロー管路４７は閉鎖されたままである。

噴射を終了させるためには、２ポート２位置弁として形成された調量弁６の再度の制御によって、増圧器５の制御室１１が低圧側の戻し通路８から分離され、高圧蓄圧室２（コモンレール）内に形成された高圧レベルに再び接続される。このことは、２ポート２位置弁として形成された調量弁６の閉鎖によって行われる。低圧側の戻し通路８に通じる接続部が遮断される。これによって、放圧弁４０の弁体４３に設けられた流れ通路４４を通る燃料流が停止する。これによって、閉鎖方向に有効な圧力差を放圧弁４０の第１の室４１と第２の室４２との間に形成することが不可能となる。第１の室４１内に配置された弁ばね４８によって、弁体４３がその第２の端面５３と、この端面５３に続く、弁体４３に設けられたスプール区分４６とで放圧弁４０の第２の室４２内に押圧される。これによって、スプール区分４６が弁横断面４５から走出し、これによって、増圧器５の作業室１０内に形成された、高圧蓄圧室２内の圧力に相当する圧力レベルが、オーバフロー管路４７と、第２の室４２と、制御管路２０とを介して再び増圧器５の制御室１１に形成される。圧力補償が行われることによって、増圧器５のピストン１２が作業室１０内に走入する。この場合、ピストン１２の走入運動は、制御室１１内に配置された戻しばねエレメント１７よって助成される。走入運動によって、増圧器５の圧縮室１５の内部の圧力レベルが、高圧蓄圧室２に形成された圧力レベルに迅速に低下させられる。ノズル制御室２４内には、いまや再び、高圧蓄圧室２内に形成された圧力レベルが接続管路２５を介して形成されるので、たとえばノズルニードルとして形成された噴射弁部材２６はハイドロリック的に補償されている。すなわち、ノズル室２２内の圧力レベルとノズル制御室２４内の圧力レベルとが同一となる。閉鎖ばねエレメント２８によって噴射弁部材２６の端面２７に加えられる閉鎖力が上回り、噴射弁部材２６の閉鎖、すなわち、燃焼室側の座への噴射弁部材２６の走入が生ぜしめられる。これによって、噴射開口３３が噴射弁部材２６の先端部３１の領域で閉鎖され、噴射が終了する。

図３に示した構成による噴射システムの内部の圧力補償の後、増圧器ピストン１２が、この増圧器ピストン１２を負荷する戻しばね１７によって出発位置に戻される。ノズル制御室２４から、組み込まれた逆止弁３４を備えた充填管路２３を介して圧縮室１５の再充填が行われる。この圧縮室１５はハイドロリック的な室１１；１０から充填されてもよい。

さらに、ノズル制御室２４が増圧器５の制御室１１から接続管路２５を介して燃料で充填される。さらに、増圧器５の制御室１１内には、燃料が増圧器５の作業室１０からオーバフロー管路４７と、放圧弁４０の第２の室４２と、制御管路２０とを介して流入する。補充、すなわち、噴射弁部材２６の燃焼室側の座に設けられた噴射開口３３を介して燃焼室７内に噴射される燃料量の体積補償によって、列挙された構成要素が十分に洗浄され、自己着火式の内燃機関の燃焼室７内に噴射される燃料体積が取り換えられる。

符号６で示した調量弁は、有利には２ポート２位置弁として形成され、要求された公差で製造技術的に特に簡単に製作することができる。２ポート２位置弁として有利に形成された調量弁６は、直接操作される弁として形成されてもよいし、サーボ弁として形成されてもよい。２ポート２位置調量弁６の制御はソレノイドプランジャによって行われてもよいし、ピエゾアクチュエータによって行われてもよい。しかし、制御管路４９から戻し通路８への流れ横断面の横断面制御を可能にする弁が使用されてもよい。放圧弁４０は、有利には、オーバフロー管路４７内に形成される圧力に対して、ハイドロリック的な受圧面が存在しないように設計することができる。したがって、弁を小さなばね力と、室４２と室４１との間の僅かな圧力差とによって運動させることができ、逃がし制御量の僅かな絞り作用しか孔４４内に必要とならない。切換特性の最適化のためには、絞り手段がオーバフロー管路４７内に配置されてもよい。

図３に示した、燃料を自己着火式の内燃機関の燃焼室７内に噴射するための装置の構造の変化形では、ノズル制御室２４が、増圧器５の制御室１１の代わりに、接続管路２５を介してインジェクタ流入通路に接続されていてよく、たとえば増圧器の作業室を介して接続されていてよい。すでに上述したように、増圧器の内部のピストン１２は一体の構成エレメントとして形成されていてもよいし、２つの部分から形成された、第１の部分ピストン１３と第２の部分ピストン１４とを有する構成エレメントとして形成されていてもよい。第１の部分ピストン１３と第２の部分ピストン１４とは一体に形成することもできるし、複数の部分から形成することもできる。

図４には、座を備えた放圧弁を有する、図２に示した増圧式の燃料インジェクタが示してある。

図２および図３に示した放圧弁４０と異なり、図４に示した放圧弁の弁体４３はきのこ状の段部を有している。流れ通路４４を備えた弁体４３の下側の端面５２に設けられたスプール区分４５（図３参照）の代わりに、図４に示した弁体４３の下側の端部には、きのこ状の付設部が一体成形されている。この付設部は弁横断面４５と共にシール座５１を形成している。弁体４３の下側の領域における一方の端面５３．１は、弁体４３の、放圧弁４０の第１の室４１に向かい合って位置する端面５２よりも大きな直径で形成されている。弁体４３を貫通した貫通孔４４によって、放圧弁４０の第１の室４１と第２の室４２との間には、図４に示した構成によれば、２ポート２位置弁として形成された調量弁６が作動させられた後、すなわち、開放された後、弁体４３を流れ通路４４の通流時にその閉鎖位置に保持する圧力差を達成することができる。図４に示した、燃料インジェクタ１の残りの構成要素は、主として、図２もしくは図３ですでに説明した構成要素に相当していて、繰返しを避けるために、図４に関して詳しく説明しない。

図５には、ほぼ円筒状に形成された弁体を備えた放圧弁を有する、図２に示した増圧式の燃料インジェクタが示してある。

図５に示した、燃料を噴射するための装置は燃料インジェクタ１を有している。この燃料インジェクタ１は、２ポート２位置弁として形成された調量弁６と、インジェクタボディ３内に収容された増圧器５と、ノズルボディ４内に収容された噴射弁２６とを有している。燃料インジェクタ１には高圧蓄圧室２（コモンレール）を介して、高い圧力下にある燃料が供給され、供給管路９を介して燃料が供給される。この供給管路９は絞り箇所１９を有することができる。この絞り箇所１９は、高圧蓄圧室２の内部への圧力脈動もしくは圧力波反射を減衰するために働き、これによって、高圧蓄圧室２が過度に高いピーク圧負荷に対して防護される。高圧蓄圧室２（コモンレール）から延びる供給管路９は開口箇所３８で増圧器５の作業室１０に開口している。増圧器５の作業室１０と制御室１１とはピストン１２によって互いに分離されている。このピストンは第１の部分ピストンと第２の部分ピストンとを有することができる。増圧器５のピストン１２は一体に形成されていてもよいし、複数の部分から形成されていてもよく、制御室１１内に配置されたばねエレメント１７によって負荷される。このばねエレメント１７は、一方では、制御室１１の底部によって形成された受け１６に支持されていて、他方では、第２の部分ピストン１４の上側の領域に設けられた当接面１８に支持されている。ピストン１２の第２の部分ピストン１４はその下側の端面で増圧器５の圧縮室１５を負荷する。圧縮室１５から、燃料流入通路２１がノズル室２２に延びている。このノズル室２２は噴射弁部材２６を、この噴射弁部材２６に形成された受圧肩部３０の領域で取り囲んでいる。増圧器５の制御室１１から接続管路２５が延びている。この接続管路２５はノズルボディ４のノズル制御室２４に開口している。このノズル制御室２４から、内部に組み込まれた逆止弁３４を備えた充填管路２３（充填路）が増圧器５の圧縮室１５に延びている。充填管路２３を介して圧縮室１５がノズル制御室２４から燃料で充填される。このノズル制御室２４の内部にはストロークストッパ２９が形成されている。このストロークストッパ２９は、たとえばノズルニードルとして形成された噴射弁部材２６の最大ストロークを形成していて、噴射弁部材２６の上側の端面２７に当接する。さらに、ノズル制御室２４内には閉鎖ばね２８が収容されている。この閉鎖ばね２８は噴射弁部材２６の端面２７を負荷する。ノズルボディ４の内部のノズル室２２から、環状ギャップ３２が、噴射弁部材２６の減径された領域を取り囲んで、噴射弁部材２６の先端部３１にまで延びている。噴射弁部材２６が燃焼室側の座に位置している場合には、噴射開口３３は閉鎖されている。この噴射開口３３を介して、高い圧力下にある燃料が自己着火式の内燃機関の燃焼室７内に噴射される。

増圧器５の制御室１１から、制御管路２０が、本発明により提案された解決手段のこの構成にも設けられた放圧弁４０に延びている。図２〜図４に示した放圧弁４０と異なり、図５に示した放圧弁４０は、ほぼ円筒状に形成された弁体５４を有している。この円筒状に形成された弁体５４は流れ通路４４によって貫通される。この流れ通路４４は放圧弁４０の第１の室４１と第２の室４２との間で延びている。円筒状に形成された弁体５４はその第１の端面５２で第１の室４１内に走入するのに対して、円筒状に形成された弁体５４の第２の端面５３は放圧弁４０の第２の室４２に対応配置されている。図２〜図４に示した構成と異なり、オーバフロー管路４７は、増圧器５の作業室１０と、図５に示した構成による放圧弁４０との間でこの放圧弁４０の第１の室４１に開口している。図５に示した放圧弁４０の構成では、増圧器５の制御室１１を増圧器の作業室１０に接続するかもしくは増圧器５の制御室１１を増圧器の作業室１０から分離するシール座５１が、放圧弁４０の、調量弁６に面した側に位置している。図５に示した放圧弁４０の機能形式は、主として、図２に示した、燃料を噴射するための装置の機能形式に相当している。

有利には２ポート２位置弁として形成された調量弁６が開放されると、放圧弁４０が閉鎖する。この放圧弁４０の第２の室４２と第１の室４１との間に流れ通路４４の通流時に生ぜしめられる圧力差によって、円筒状に形成された弁体５４が流れ通路４４の通流時にその閉鎖位置に保持される。これに対して、調量弁６の閉鎖後、第１の室４１内に配置された弁ばね４８によって、放圧弁４０が開放し、増圧器５の制御室１１を制御管路２０と、第２の室４２と、流れ通路４４とを介して放圧弁の第１の室４１に接続し、そこから、この第１の室４１に開口したオーバフロー管路４７を介して増圧器５の作業室１０に接続する。これによって、第２の部分ピストン１４が極めて迅速に圧縮室１５から走出する。この場合、この走出は、制御室１１内に配置された戻しばね１７によって助成される。これによって、ノズルボディ４の内部の制御室２２内の圧力が極めて迅速に減少する。したがって、噴射弁部材２６の受圧肩部３０に作用する開放力が極めて激しく減少し、これによって、噴射弁部材２６が、ノズル制御室２４内に配置された、噴射弁部材２６の端面２７を負荷する閉鎖ばね２８を介して燃焼室側の座に押圧され、燃焼室７への噴射開口３３が閉鎖される。

緩速な減圧特性を有する、並列に接続された充填弁と充填絞りとを備えた増圧式の燃料インジェクタを示す図である。

２ポート２位置調量弁と、増圧器の制御室の制御管路に設けられた放圧弁とを備えた本発明による増圧式の燃料インジェクタを示す図である。

図２に示した増圧式の燃料インジェクタを、作動させられた状態で示す図である。

シール座を備えた放圧弁を有する、図２に示した増圧式の燃料インジェクタを示す図である。

円筒状に形成された弁体を備えた放圧弁を有する、図２に示した増圧式の燃料インジェクタを示す図である。

符号の説明

１ 燃料インジェクタ、 ２ 高圧蓄圧室、 ３ インジェクタボディ、 ４ ノズルボディ、 ５ 増圧器、 ６ 調量弁、 ７ 燃焼室、 ８ 戻し通路、 ９ 供給管路、 １０ 作業室、 １１ 制御室、 １２ ピストン、 １３ 第１の部分ピストン、 １４ 第２の部分ピストン、 １５ 圧縮室、 １６ 受け、 １７ 戻しばね、 １８ 戻しばねストッパ、 １９ 絞り箇所、 ２０ 制御管路、 ２１ 燃料流入通路、 ２２ ノズル室、 ２３ 充填管路、 ２４ ノズル制御室、 ２５ 接続管路、 ２６ 噴射弁部材、 ２７ 端面、 ２８ 閉鎖ばね、 ２９ ストッパ、 ３０ 受圧肩部、 ３１ 先端部、 ３２ 環状ギャップ、 ３３ 噴射開口、 ３４ 逆止弁、 ３５ 充填絞り、 ３６ 絞り分岐路、 ３７ 充填弁、 ３８ 開口箇所、 ４０ 放圧弁、 ４１ 第１の室、 ４２ 第２の室、 ４３ 弁体、 ４４ 流れ通路、 ４５ 弁横断面、 ４６ スプール区分、 ４７ オーバフロー管路、 ４８ 弁ばね、 ４９ 制御管路、 ５０ くびれ箇所、 ５１ シール座、 ５２ 端面、 ５３ 端面、 ５３．１ 端面、 ５４ 弁体

Claims (16)

1. 燃料を内燃機関の燃焼室（７）内に噴射するための装置であって、高圧源（２）と、増圧器（５）と、調量弁（６）とが設けられており、増圧器（５）が、作業室（１０）と制御室（１１）とを有しており、両室（１０，１１）が、運動可能なピストン（１２；１３，１４）によって互いに分離されており、増圧器（５）の制御室（１１）内の圧力変化が、増圧器（５）の圧縮室（１５）内の圧力変化を生ぜしめるようになっており、増圧器（５）が、流入通路（２１）を介して、噴射弁部材（２６）を取り囲むノズル室（２２）を負荷するようになっている形式のものにおいて、増圧器（５）の制御室（１１）と、調量弁（６）との間の制御管路（２０，４９）内に、弁体（４３，５４）を備えた放圧弁（４０）が配置されており、弁体（４３，５４）が、放圧弁（４０）の少なくとも１つのハイドロリック的な室（４１，４２）を負荷するようになっており、該室（４１，４２）が、高圧蓄圧室（２）内に形成された圧力に接続可能であることを特徴とする、燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射するための装置。
2. 放圧弁（４０）と増圧器（５）との間にオーバフロー管路（４７）が配置されている、請求項１記載の装置。
3. オーバフロー管路（４７）が、増圧器（５）の作業室（１０）に開口している、請求項２記載の装置。
4. 放圧弁（４０）の弁体（４３）が、流れ通路（４４）を有しており、該流れ通路（４４）が、制御管路（２０，４９）の方向に対してほぼ平行に延びている、請求項１記載の装置。
5. 弁体（４３）が、放圧弁（４０）の弁横断面（４５）を開放／閉鎖するスプール区分（４６）を有している、請求項１記載の装置。
6. 弁体（４３）が、その端面（５２，５３）の間に、減径された直径を備えた領域（５０）を有している、請求項１記載の装置。
7. 増圧器（５）と放圧弁（４０）との間のオーバフロー管路（４７）が、放圧弁（４０）に、弁体（４３）において、減径された直径を備えた領域（５０）の内部で開口している、請求項２または６記載の装置。
8. 放圧弁（４０）の弁体（４３）が、弁ばね（４８）を介して開放方向に負荷されている、請求項１記載の装置。
9. 放圧弁（４０）の第１の室（４１）と第２の室（４２）との間に、弁体（４３，５４）を閉鎖位置に保持する、Δｐから成る圧力差が生ぜしめられるように、弁体（４３，５４）に設けられた流れ通路（４４）の流れ横断面が寸法設定されている、請求項４記載の装置。
10. 増圧器（５）と放圧弁（４０）との間のオーバフロー管路（４７）が、放圧弁（４０）に第１の室（４１）の内部で開口しており、該室（４１）が、放圧弁（４０）の、調量弁（６）に面した側に配置されている、請求項２記載の装置。
11. 弁体（５４）が、シリンダとして形成されており、該シリンダが、流れ通路（４４）によって貫通されている、請求項１記載の装置。
12. 弁体（５４）の一方の端面（５２）が、放圧弁（４０）の一方の室（４１，４２）に設けられたシール座（５１）を解放／閉鎖するようになっている、請求項１１記載の装置。
13. 調量弁（６）の開放時に低圧側の戻し通路（８）に対して放圧弁（４０）の弁体（４３，５４）が閉鎖するようになっており、流れ通路（４４）を介して生ぜしめられた、第１の室（４１）と第２の室（４２）との間の圧力差Δｐが、弁体（４３，５４）を閉鎖位置に保持するようになっている、請求項１、４または９記載の装置。
14. 調量弁（６）の閉鎖時に放圧弁（４０）の弁体（４３，５４）が、ばね負荷されて開放するようになっており、増圧器（５）の制御室（１１）が、制御管路（２０）と、放圧弁（４０）と、オーバフロー管路（４７）とを介して、高圧蓄圧室（２）内に形成された圧力レベルに、ノズルボディ（４）のノズル室（２２）内の迅速な減圧を生ぜしめるために接続されるようになっている、請求項１または２記載の装置。
15. 増圧器（５）の圧縮室（１５）が、充填路（２３）を介して、ノズルボディ（４）に設けられたノズル制御室（２４）から燃料で充填可能である、請求項１記載の装置。
16. 増圧器（５）の圧縮室（１５）に通じる充填路（２３）内に逆止弁（３４）が収容されている、請求項１５記載の装置。

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