JP2005531714A

JP2005531714A - 噴射弁部材の運動による圧力増幅装置制御

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Publication number: JP2005531714A
Application number: JP2004516440A
Authority: JP
Inventors: ハンス−クリストフ　マーゲル
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-06-29
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2005-10-20
Also published as: DE50301573D1; EP1520095B1; DE10229413A1; WO2004003373A1; EP1520095A1; US20050116058A1

Abstract

本発明は、内燃機関の燃焼室（４１）に燃料を噴射する装置であって、インジェクタ本体（５，６）が設けられていて、該インジェクタ本体（５，６）に噴射弁部材（３４）が受容されていて、該噴射弁部材（３４）が制御室（２１）の圧力負荷／放圧によって操作可能であり、制御室（２１）の圧力負荷／放圧は制御弁（２５）を用いて生ぜしめられるようになっており、さらに圧力増幅装置（３）が設けられていて、該圧力増幅装置（３）が、圧縮室（１８）と制御室（１５）とを隔てるピストンユニット（１７）を有しており、該ピストンユニット（１７）が、噴射弁部材（３４）を取り囲むノズル室（３６）に接続（９，２０）されている圧縮室（１８）を負荷するようになっている形式のものに関する。本発明では、このような形式の燃料を噴射する装置において、圧力増幅装置（３）の制御室（１５）の圧力負荷（２，１１，１２）並びに放圧（１９，２６.２，６４）が、噴射弁部材（３４）の行程運動に関連して行われる。

Description

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、圧力制御される噴射系及び行程制御される噴射系を使用することができる。燃料噴射系としては、ポンプ・ノズルユニットの他に、ポンプ・管路・ノズルユニットやアキュムレータ噴射系が使用される。アキュムレータ噴射系（コモンレール）は、有利な形式で噴射圧を自己着火式の内燃機関の負荷及び回転数に合わせることができる。内燃機関の高い比出力を得るため及び有害物質放出を減じるためには、一般的に可能な限り高い噴射圧が必要である。

従来の技術
製造上の理由から、今日使用されているアキュムレータ噴射系において得ることのできる圧力レベルは、約１６００バールに制限されている。アキュムレータ噴射系においてさらに圧力を上昇させるために、コモンレール系においては圧力増幅装置が使用される。

ドイツ連邦共和国特許第１９９１０９７０号明細書に開示された燃料噴射装置は、アキュムレータ室とノズル室との間に配置された圧力増幅ユニットを有しており、この圧力増幅ユニットの圧力室は圧力管路を介してノズル室に接続されている。さらに、アキュムレータ室に接続されたバイパス管路が設けられている。このバイパス管路は直接、圧力管路に接続されている。バイパス管路は圧力噴射のために使用可能であり、圧力室に対して並列的に配置されており、その結果バイパス管路は、圧力増幅ユニットの摺動可能な圧力手段の運動及び位置とは無関係に独立している。このように構成されていることによって、噴射のフレキシビリティが高められる。差室（Differenzraum）は２ポート２位置方向切換え弁を介して、漏れ管路と接続可能であり、差室からアキュムレータ室への接続を生ぜしめる。圧力増幅ユニットには、該圧力増幅ユニットを制御するための弁装置が、インジェクタの外側においてアキュムレータ室とインジェクタとの間における任意の箇所に配属されている。

ドイツ連邦共和国特許第１９０４０５２６号明細書に開示された燃料噴射装置は、アキュムレータ室とノズル室との間に配置された圧力増幅ユニットを有しており、この圧力増幅ユニットは、ノズル室に供給される燃料の圧力を増幅するために、摺動可能なピストンユニットを有している。ピストンユニットは圧力増幅ユニットを制御するために、大きなピストン横断面から小さなピストン横断面への移行部と、これによって形成された差室とを有している。差室は、充てん弁を備えた充てん路を介してアキュムレータ室に接続されている。これによって、圧力増幅ユニットの制御中における制御量の減少と、ピストンユニットの迅速な戻り運動とが達成される。

自己着火式の内燃機関において有害物質放出や騒音発生に対する要求が益々高まってくる状況を鑑みて、近い将来必ず課せられることになるより厳しい制限値を満たすために、噴射系における別の解決策が必要である。

発明の開示
本発明による解決策によって、アクチュエータを備えた燃料噴射系の燃料インジェクタの制御が可能になり、これにより製造に関する手間及びコストを著しく低減させることができる。本発明による解決策によって特に、別体の調整装置を省いて、有利にはノズルニードルとして形成された噴射弁部材の運動に直接的に関与する圧力増幅装置を得ることができる。圧力増幅装置は、噴射弁部材の開放運動時に接続されることができる。圧力増幅装置は、その作業室と制御室とを隔てるピストンユニットを有しており、このピストンユニットにおいては部分行程が調節可能であり、この部分行程を進んだ後で圧力増幅装置を接続することができる。これによって、圧力増幅装置を備えた燃料インジェクタの設計に関して、数々の著しい利点を得ることができる。例えば、圧力増幅装置を作動させることなしに、自己着火式の内燃機関の燃焼室への前噴射を複数回行うことができる。従って、高圧アキュムレータ室（コモンレール）の内室における圧力レベルにほぼ相当する圧力レベルで、前噴射を行うことが可能になる。圧力増幅装置のピストンユニットにおいて調節された行程距離を完全に進んだ後で、圧力増幅装置が作動させられた状態での主噴射を行うことができ、これによって主噴射中に、自己着火式の内燃機関の有害物質放出を阻止するのに有利な高い圧力レベルが得られ、この高い圧力レベルは、高圧アキュムレータ室（コモンレール）の内室における圧力よりも高い。これによってブーツ形の噴射形態を得ることができる。それというのは、第１の噴射段階（前噴射）が低い圧力で行われ、次いで、増幅された噴射圧への増圧が行われるからである。圧力増幅装置の作動によって、主噴射段階中には、開放位置にある噴射弁部材において、最大許容圧力までの圧力形成を行うことができる。さらに本発明による解決策によって、圧力増幅装置は、有利にはノズルニードルとして形成される噴射弁部材の閉鎖前に、その作動を止めることができるので、これによって最大噴射圧を上回るニードル閉鎖時における圧力ピークを、回避することができる。このことは、自己着火式の内燃機関における燃料噴射系の耐用寿命に対して有利に作用する。さらにまた本発明による解決策によって、主噴射段階に続く後噴射段階を、極めて高い噴射圧で行うことも、幾分長く設定された時間をおいて主噴射に続く抑制された後噴射を行うこともできる。

図面
次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。

図１は、噴射弁部材を介して操作される圧力増幅装置の実施例を、第１の状態において示す図であり、
図２は、図１に示された圧力増幅装置の実施例を、第２の状態において示す図であり、
図３は、互いに入れ子式に案内される２つの弁エレメントを備えた、噴射弁部材を介して操作される圧力増幅装置の実施例を示す図であり、
図４は、２つの弁エレメントを備えていて、そのうちの１つがばね負荷された構成を有する、噴射弁部材を介して操作される圧力増幅装置の実施例を示す図である。

実施例
図１には、噴射弁部材を介して操作可能な圧力増幅装置の第１実施例が示されており、この場合噴射弁部材は第１の状態を占めていて、この第１の状態では圧力増幅装置の制御室は、戻し路から、つまり燃焼噴射系の低圧領域から切り離されている。

例えば高圧アキュムレータ室（コモンレール）として形成することができる高圧源１からは、高圧供給路２が圧力増幅装置３に延びている。高圧供給路２は高圧管路７を有しており、この高圧管路７には逆止弁８が受容されている。高圧管路７に対して並列に、高圧供給路２によって高圧源１から並列分岐路１１に燃料が供給され、この並列分岐路１１には充てん弁１０が受容されている。この並列分岐路１１に対して並列に、別の並列分岐路１２が延びており、この並列分岐路１２は絞り箇所１３を有している。充てん弁１０を有する並列分岐路１１及び絞り箇所１３を受容する別の並列分岐路１２は、共に圧力増幅装置３の制御室１５に開口している。圧力増幅装置３はさらに作業室１４を有していて、この作業室１４は同様に高圧供給路２を介して高圧源１と接続されている。

圧力増幅装置３内においては作業室１４と制御室１５とが、ピストンユニット１７によって互いに隔てられている。ピストンユニット１７は一体に形成されていても、複数部分から形成されていてもよく、大きな直径をもって形成されていて圧力増幅装置３の作業室１４を画成する端面を備えた区分と、該区分に対して減じられた直径をもって形成されたピストン部分とを有しており、このピストン部分の下側の端面は、圧力増幅装置３の圧縮室１８を画成している。圧力増幅装置３の圧縮室１８からは圧縮室管路２０が延びており、この圧縮室管路２０はさらなる経過において、逆止弁８を有する高圧供給路７と合流し、この高圧供給路７と一緒にノズル室供給路９に移行している。圧力増幅装置３の制御室１５の内部にはばねエレメント１６が受容されており、このばねエレメント１６は、ピストンユニット１７の下側を負荷し、制御室１５の底部に支持されている。圧力増幅装置３はインジェクタ本体５の内部に設けられており、圧力増幅装置３の制御室１５は制御管路１９を有していて、この制御管路１９は弁エレメント２７のリング室３３に接続されている。

高圧管路７と、圧縮室１８から延びている圧縮管路２０とが開口しているノズル供給路９は、開口箇所３７でノズル室３６に開口している。

ノズル室供給路９からは高圧分岐路２２が分岐しており、この高圧分岐路２２は供給絞りエレメント２３を有している。高圧分岐路２２は、燃料インジェクタ４のノズル本体６の内部における制御室２１に開口している。制御室２１は、２ポート２位置方向切換え弁として形成された制御弁２５を介して放圧可能である。制御弁２５（２ポート２位置方向切換え弁）と制御室２１との間には、排出絞りエレメント２４が受容されている。制御弁２５（２ポート２位置方向切換え弁）の低圧側には、低圧側の戻し路２６が延びており、この戻し路２６は自動車の燃料タンク（図示せず）に開口している。制御弁２５は電磁弁として形成されていても、ピエゾアクチュエータによって操作可能な弁として形成されていてもよい。さらにまた制御弁２５はサーボ弁であっても直接的に操作可能な弁であってもよい。

図１に示された燃料インジェクタ４は噴射弁部材３４を有しており、この噴射弁部材３４は有利にはノズルニードルとして形成されている。噴射弁部材３４は図１に示された実施例では、一体的な弁エレメント２７によって負荷されていて、この弁エレメント２７は弁ピストンとして形成されていることができる。一体的に形成された弁エレメント２７の端面２９は、制御室２１を画成しており、この制御室２１は供給絞り箇所２３を介して充てん可能であり、かつ排出絞り箇所２４を介して放圧可能である。制御室２１の下においては、弁ピストンとして形成された一体的な弁エレメント２７が、リング室３３によって取り囲まれていて、このリング室３３には制御管路１９が開口しており、この制御管路１９はリング室３３を圧力増幅装置３の制御室１５と接続している。リング室３３には制御縁３１が形成されていて、この制御縁３１は、一体的に形成された弁エレメント２７に形成された制御縁３０と共働する。図１の図示では制御縁３０；３１は行程距離ｈ１（符号３２参照）だけ重なっている。一体的に形成された弁エレメント２７の下にはノズル本体６の内部に、別の液圧室が形成されており、この液圧室からも同様に、自動車の燃料タンク（図示せず）に通じる第２の低圧側の戻し路２６.２が、分岐している。

ノズル室供給路９からは、燃料インジェクタ４のノズル本体６の内部におけるノズル室３６に、高圧下にある燃料が供給され、その結果噴射弁部材３４の外周面に形成された受圧肩部３５には、開放方向に作用する液圧力が加えられる。ノズル本体６の内部におけるノズル室３６からは、噴射弁部材３４の燃焼室側の座４０に通じるリング間隙３８が延びている。燃焼室側の座４０の下には噴射開口３９が配置されており、これらの噴射開口３９は例えばリング状の孔列として、単数又は複数の互いに同心的に延びる孔円として形成されていることができる。図１に示された噴射弁部材３４のポジションでは、噴射開口３９は、燃焼室側の座４０に進入した噴射弁部材３４によって閉鎖されるので、この場合燃料は自己着火式の内燃機関の燃焼室４１内に達することができない。噴射開口３９に対する噴射弁部材３４の閉鎖位置は、図１において符号４２で示されている。噴射弁部材３４のこのポジションにおいては、自己着火式の内燃機関の燃焼室４１内への燃料の噴射は行われない。

自己着火式の内燃機関のシリンダ数に相応して、燃料噴射系は相応な数の燃料インジェクタ４を有しており、この場合各燃料インジェクタ４はそれぞれ圧力増幅装置３を有していて、各燃料インジェクタ４には制御弁２５が配属されている。図１に示された作業状態、つまり噴射開口の閉鎖された状態４２において、有利には２ポート２位置方向切換え弁として形成された制御弁２５は閉鎖位置を占めており、つまり噴射弁部材３４の制御室２１と低圧側の戻し路２６とは互いに切り離されている。ノズル本体６における制御縁３１と一体的な弁エレメント２７における制御縁３０とが合致していることによって、制御縁３０；３１によって形成されたスライダシール機構（Schieberdichtung）は閉鎖されている。噴射弁部材３４が、燃焼室側の噴射開口３９を閉鎖する位置４２を占めていて、圧力増幅装置３のピストンユニット１７が圧力バランスされているので、この場合には圧力増幅は行われない。図１に示されたこの状態において、高圧供給路２から分岐している第１の並列管路１１における充てん弁１０は、開放しており、圧力増幅装置３のピストンユニット１７はその出発位置を占めている。高圧アキュムレータ室（コモンレール）の内室における圧力は、開放された充てん弁１０を介して圧力増幅装置３の制御室１５に作用し、高圧管路７に受容された逆止弁８を介して、燃料インジェクタ４の制御室２１とノズル室３６に達する。この運転状態では何時でも、高圧源１における圧力レベル、つまりレール圧レベルで噴射を行うことができる。

有利には２ポート２位置方向切換え弁として形成される制御弁２５が、開放位置に切り換えられると、制御室２１は排出絞り２４を介して第１の低圧側の戻し路２６.１から燃料インジェクタ４の低圧側へと放圧される。燃料インジェクタ４の制御室２１における圧力低下に基づいて、この制御室２１における圧力を、噴射弁部材３４の受圧肩部３５に作用する液圧力が上回り、噴射弁部材３４は噴射開口３９を開放する。これにより、高圧源１における圧力レベルで、燃焼室側の噴射開口３９を通して自己着火式の内燃機関の燃焼室４１への燃料噴射が開始する。一体的な弁エレメント２７と噴射弁部材３４とが直列的に接続されていることに基づいて、一体的な弁エレメント２７の端面２９は噴射弁部材３４の開放運動時に、燃料インジェクタ４の制御室２１に進入する。この際に行程運動が行程距離ｈ１（符号３２）を上回ると、制御縁３０；３１は、図１に示された重なり合った状態をもはや占めておらず、互いに離れており、その結果スライダシール機構は開放されている。これによって圧力増幅装置３の制御室１５は、該制御室１５をリング室３３と接続している制御管路１９を介して、第２の低圧側の戻し路２６.２と接続される。圧力増幅装置３の制御室１５はいまや放圧されて低圧になり、充てん弁１０は閉鎖するので、圧力増幅装置３のピストンユニット１７はもはや圧力バランスされておらず、その結果圧力増幅装置３の作業室１４内における圧力が上回り、ピストンユニット１７の下端面は圧縮室１８に進入する。圧力増幅装置３のピストンユニット１７における受圧面の比に相応して、ピストンユニット１７は圧縮室１８に進入するので、高圧管路７と一緒に高圧源１からノズル供給路９に開口している圧縮室管路２０を介して、ノズル室３６においては、増幅された圧力、つまり、高圧源１だけでもたらすことができるよりも高い圧力が存在することになる。圧縮室１８における燃料は、圧縮室１８へのピストンユニット１７の下端面の進入時に圧縮され、その結果ノズル供給路９を介してノズル室３６には、より高いつまり増幅された圧力が存在することになる。

行程距離ｈ１（符号３２参照）を上回ると、噴射は増幅されたつまりより高い圧力で行われる。これによってブーツ形の噴射（bootfoermige Einspritzung）を達成することができる。例えば前噴射段階である第１の噴射段階は、例えば高圧アキュムレータ室（コモンレール）として形成された高圧源１における圧力レベルで行われ、次いで次に続く噴射段階は著しく高い噴射圧レベルで行われ、この高い噴射圧レベルは、圧力増幅装置３のピストンユニット１７における受圧面の比によって生ぜしめられ、そして圧縮室管路２０を介して燃料インジェクタ４のノズル本体６におけるノズル室３６に存在している。

図２には、図１に示された圧力増幅装置を備えた燃料インジェクタの実施例が第２の状態で示されている。

図２に示されているように第２の状態では、ノズル本体６におけるハウジング側の制御縁３１と一体的な弁エレメント２７の制御縁３０とは重なり合っておらず、これによって制御管路１９を介して圧力増幅装置３の制御室１５に通じる低圧側の接続部５０が形成され、この接続部５０は、一体的に形成された弁エレメント２７を取り囲むリング室３３の下側部分との通流を可能にする。このようにして制御室１５は、第２の低圧側の戻し路２６.２を介して放圧され、その結果ピストンユニット１７は、圧力増幅装置３の作業室１４における圧力に基づいて、圧力増幅装置３の圧縮室１８における燃料容積を圧縮し、圧縮された燃料容積を圧縮室管路２０とノズル供給路９とを介してノズル本体６のノズル室３６に圧送する。燃料インジェクタ４の噴射弁部材３４はいまや、上昇させられたポジション５１つまり開放位置を占めており、これによって燃料は圧力増幅された高められた圧力レベルに相応して、ノズル室３６とリング間隙３８と開放された噴射開口３９とを介して、高い圧力で、自己着火式の内燃機関の燃焼室４１内に噴射される。

噴射終了のためには、有利には２ポート２位置方向切換え弁として形成された制御弁２５が閉鎖され、これにより噴射弁部材３４の制御室２１において圧力が形成される。一体的な弁エレメント２７の端面２９が負荷されることに基づいて、弁エレメント２７と共働する噴射弁部材３４が閉鎖方向に移動する。ノズル本体６における制御縁３１に達すると、制御縁３０；３１は互いに重なり合い、その結果両制御縁３０，３１によって形成されたスライダシール機構が閉鎖される。これにより制御管路１９とリング室３３とを介した制御室１５と低圧側の戻し路２６との接続部が閉鎖され、圧力増幅装置３は不作動になる。噴射弁部材３４はその燃焼室側の座４０にさらに進入し、これによって遅い時期で、自己着火式の内燃機関の燃焼室４１に開口する噴射開口３９を閉鎖する。圧力増幅装置３は既に不作動になっているので、噴射弁部材３４の閉鎖時に生じる圧力ピークは補償される。

行程距離ｈ１（符号３２）と噴射弁部材３４及び弁エレメント２７の閉鎖速度とによって、圧力増幅装置３の遮断時期つまり制御縁３０，３１が重なり合う時期を、各噴射段階の終了に最適に合わせることができる。例えば前噴射におけるような小さな噴射量では、有利にはノズルニードルとして形成された噴射弁部材３４は、行程距離ｈ１（符号３２）全体に沿って完全には開放されなくてもよく、このようにすると、圧力増幅装置３は不作動のままになる。これによって任意に多くの前噴射を、圧力増幅装置３の作動なしに実現することができる。燃焼室４１における燃焼混合体を調整するための前噴射の際における圧力レベルは、この前噴射の際には、例えば高圧アキュムレータ室（コモンレール）である高圧源１が有している圧力レベルにあり、つまり圧力増幅装置３によって得られる高められた圧力レベルにはない。各前噴射段階の数及び時間並びに、高められた圧力レベルにおける主噴射の時間は、制御弁２５の制御時間によって調節することができる。

図３には、互いに入れ子式に案内される弁エレメントを備えた、噴射弁部材を介して操作される圧力増幅装置の別の実施例が示されている。

自己着火式の内燃機関に燃料供給するために働く、図３に示された燃料インジェクタ４もまた、インジェクタ本体５に組み込まれた圧力増幅装置３を有している。高圧源１からは高圧供給路２を介して、高圧管路７と第１の並列分岐路１１と別の並列分岐路１２と圧力増幅装置３の作業室１４とに燃料が供給される。第１の並列分岐路１１には充てん弁１０が受容され、別の並列分岐路１２には絞り箇所１３が受容されている。そして高圧管路７には逆止弁８が受容されている。

図３に示されたこの別の実施例による圧力増幅装置３は、図１に示された圧力増幅装置３と同様に、作業室１４と制御室１５とを隔てているピストンユニット１７を有している。このピストンユニット１７の下側によって、圧力増幅装置３のインジェクタ本体５における圧縮室１８が負荷され、この圧縮室１８からは圧縮室管路２０がノズル室供給路９に向かって分岐していて、圧縮室管路２０は、高圧源１から延びる高圧管路７と合流して一緒になっている。

図１及び図２に示された本発明による解決策の実施例とは異なり、図３に示された噴射弁部材３４は、複数部分から成る弁エレメント２８によって負荷されている。複数部分から成るこの弁エレメント２８は第１の弁エレメント２８.１と、該弁エレメント２８.１を取り囲んでいる第２の弁エレメント２８.２とを有している。第１の弁エレメント２８.１及び第２の弁エレメント２８.２はピストン状に形成されることができる。第２の弁エレメント２８.２におけるリング面６０は部分的に制御室２１を画成している。第２の弁エレメント２８.２には開口６１が形成されていて、この開口６１を介して第１の弁エレメント２８.１の端面は、制御室２１における圧力によって負荷可能である。この実施例では、複数部分から成る弁エレメント２８の内側の第１の弁エレメント２８.１もしくはその端面６２と、第２の弁エレメント２８.２の開口６１におけるカラーとの間において、行程距離ｈ１（符号３２）が生ぜしめられている。第２の弁エレメント２８.２には制御縁３０が設けられていて、この制御縁３０は、弁室６３の座と共働する。弁室６３には、座の上において、圧力増幅装置３の制御室１５から延びる制御管路１９が開口している。弁室６３からは、燃料供給系の低圧側に通じる第１の戻し管路６４が分岐している。第１の弁エレメント２８.１にはピストン延長部６６が形成されていて、このピストン延長部６６は、第１の弁エレメント２８.１のピストン部分に比べて小さな直径を有している。ピストン延長部６６は、ノズル本体６の弁室６３の下に配置された別の中空室を貫通しており、この中空室内には閉鎖ばね６７が受容されている。ピストン延長部６６の端面は、有利にはノズルニードルとして形成された噴射弁部材３４の端面に接触している。

有利には２ポート２位置方向切換え弁として形成された制御弁２５による制御室２１の放圧と、同時に行われる噴射弁部材３４のノズル室３６の負荷時に、ノズル供給路９を介してノズル室３６には、噴射弁部材３４の受圧肩部３５を負荷する液圧力が生ぜしめられる。これによる噴射弁部材３４の開放によって、噴射開口３９を介した図示されていない内燃機関の燃焼室への例えば前噴射を実施することができる。しかしながらこの前噴射は、高圧源１における圧力レベルでしか行われない。それというのは、この時点では圧力増幅装置３はまだ作動していないからである。制御室２１がさらに放圧されると、内部に位置するように配置された第１の弁エレメント２８.１の端面６２が、外側に位置する第２の弁エレメント２８.２のカラー状のストッパに接触し、この外側に位置する第２の弁エレメント２８.２を開放方向に連行する。これによって第２の弁エレメント２８.２の外周部における制御縁３０は、制御管路１９と弁室６３とを介して第１の戻し管路６４に通じる制御室１５の接続部を開放し、その結果圧力増幅装置３の制御室１５が放圧される。従って圧力増幅装置３のピストンユニット１７は圧縮室１８内に進入し、その結果圧縮室管路２０とノズル供給路９とを介して、開口箇所３７において、高められた圧力下にある燃料が、ノズル本体６におけるノズル室３６に導入される。いまや、圧力増幅装置３の圧力増幅作用に相応して高められた圧力レベルにある後続噴射を、自己着火式の内燃機関の燃焼室内へと行うことができる。図３に示された本発明による燃料インジェクタの別の実施例は、弁室６３から分岐している第１の戻し管路６４の他に、燃料供給系の低圧領域に通じる第２の戻し管路６５を有しており、この第２の戻し管路６５は、噴射弁部材３４の上に位置していて閉鎖ばねエレメント６７を受容する中空室から分岐している。ストッパ箇所、つまり内側に位置する第１の弁エレメント２８.１の端面６２が外側に位置する第２の弁エレメント２８.２に当接して、該第２の弁エレメント２８.２を制御室２１のさらなる放圧時に開放方向に連行するストッパ箇所は、図３においても符号６８で示されている。

ここでは個々に述べない、図３に示された噴射弁部材３４の残りの構成部材は、図１及び図２に示された本発明による燃料インジェクタの実施例において既に記載した構成部材にほぼ相当している。

図４には、２つの弁エレメントを備えていて噴射弁部材を介して操作される圧力増幅装置の実施例が示されており、この場合２つの弁エレメントのうちの１つは、ばね負荷されて構成されている。

高圧源１からは高圧供給路２が延びており、この高圧供給路２からは、逆止弁８を有する高圧管路７と、第１の並列分岐路１１と、圧力増幅装置３の制御室１５に通じる別の並列分岐路１２とが分岐している。さらに、例えば高圧アキュムレータ室（コモンレール）である高圧源１は、圧力増幅装置３の作業室１４を直接的に負荷する。圧力増幅装置３の作業室１４と制御室１５とはピストンユニット１７を用いて互いに隔てられており、ピストンユニット１７の、作業室１４に向けられた端面は、圧力増幅装置３の圧縮室１８を画成しているピストンユニット１７の端面よりも、大きな直径を有している。燃料インジェクタ４のインジェクタ本体５の内部における圧縮室１８からは、圧縮室管路２０が延びており、この圧縮室管路２０は、逆止弁８を受容する高圧管路７と合流して一緒になって、ノズル室供給路９に移行している。

燃料インジェクタ４の内部における制御室２１は、供給絞り箇所２３を備えた高圧分岐路２２を介して圧力負荷され、制御弁２５の操作時には排出絞り箇所２４を介して低圧側の戻し路２６に放圧可能である。

図４に示された燃料インジェクタ４の実施例においても、複数部分から形成された弁エレメント２８が使用されている。燃料インジェクタ４のノズル本体６における噴射弁部材３４を負荷する、この複数部分から形成された弁エレメント２８は、第１の弁エレメント２８.１を有しており、この第１の弁エレメント２８.１の端面６２は制御室２１を画成している。第１の弁エレメント２８.１はピストン延長部６６を有していて、このピストン延長部６６はその下端面で、噴射弁部材３４の端面に接触している。第１の弁エレメント２８.１は別の第２の弁エレメント２８.２によって取り囲まれており、そして第１の弁エレメント２８.１と第２の弁エレメント２８.２との間には、貫通間隙７２が形成されている。図３に示された実施例とは異なり、第２の弁エレメント２８.２は制御室２１を画成しているのではなく、第１の弁エレメント２８.１の下に配置されていて、リング面６０においてばねエレメント７０によって負荷されている。ばねエレメント７０は、燃料インジェクタ４のノズル本体６における弁室６３の上側面７１に支持されている。

弁室６３内に配置されたばねエレメント７０によって、スリーブ状に形成された第２の弁エレメント２８.２もしくはその制御縁３０は、閉鎖位置に向かって押圧され、その結果休止位置において、制御縁３０と弁室６３のハウジング縁３１と間における弁座は閉鎖され、圧力増幅装置３は不作動になる。座が、第２の弁エレメント２８.２における制御縁と弁室６３における制御縁３１とによって閉鎖されているので、管路１９を介した弁室６３への制御室１５の放圧は不可能であり、その結果ピストンユニット１７は、圧力増幅装置３の作業室１４と制御室１５の放圧との間において出発位置を占めている。制御縁３０に対する閉鎖力を高めるために、閉鎖方向に作用する液圧力を、弁室６３の内部における相応な圧力段によって生ぜしめることができる。有利には２ポート２位置方向切換え弁として形成されている制御弁２５の制御後に制御室２１の放圧が行われ、その結果第１の弁エレメント２８.１の端面６２は制御室２１内に進入する。第１の弁エレメント２８.１の端面６２の上における制御室２１が放圧されて、噴射弁部材３４の端面が第２の弁エレメント２８.２の下側のリング面に当接すると、つまり端面の移動距離が行程距離ｈ１（符号３２）を上回ると、圧力増幅装置３は噴射弁部材３４によって作動させられる。それというのは、受圧肩部３５に作用するノズル室３６内における液圧力に基づいて、第２の弁エレメント２８.２における制御縁３０と弁室６３の制御縁３１との間におけるシール座が開放され、圧力増幅装置３の制御室１５における圧力を、管路１９を介して第１の低圧側の戻し路６４へと放圧することができるからである。これによって、圧力増幅装置３の圧縮室１８において圧縮された燃料が、圧縮室管路２０とノズル室供給路９と該ノズル室供給路９の開口箇所３７とを介してノズル室３６に存在することになる。図４に示された実施例によって、規定された範囲内で、つまり噴射弁部材３４の上昇移動距離を、行程距離ｈ１（符号３２）を下回るように、噴射弁部材３４の制御室２１を相応に放圧すると、前噴射段階を、高圧源１における圧力で行うことができ、次いで噴射弁部材３４を介して制御室２１の放圧停止を終わらせることによって、圧力増幅装置３を作動させることができ、そして主噴射段階を高められた圧力レベルにおける噴射パターン（Rate-Shaping）で実現することができる。制御弁２５の制御サイクルに相応して、有利には２ポート２位置方向切換え弁として形成され得る制御弁２５の制御時間及び制御プログラムだけに関連して、１回又は複数回の前噴射段階を行うことができる。図１及び図２もしくは図３及び図４に示された本発明の実施例によって、ニードル行程ｈ１（符号３２）を下回る値で、第１の圧力レベル、例えば高圧源１の圧力エレメントベルに相当する圧力レベルにおいて、自己着火式の内燃機関の燃焼室４１への燃料の噴射を行うことができ、その結果後続の噴射が高められた圧力レベルで行われる。このことによって一方では、ブーツ形の経過を有する噴射を行うことができる。それというのは、第１の噴射段階（前噴射）は、主噴射よりも低い圧力レベルで行われるからである。噴射弁部材３４の垂直な行程運動による圧力増幅装置３の作動によって、高められた圧力レベルは、これが自己着火式の内燃機関の燃焼室における燃焼経過においてプロセス技術的に必要である時に、ちょうど存在することになる。噴射量が少量の場合には、前噴射は、制御室２１の放圧時間をコントロールすることによって噴射弁部材３４の行程距離ｈ１（符号３２）が得られるまで、行われるのではなく、圧力増幅装置３を不作動のままにすることができる。従って本発明による解決策によって、圧力増幅装置３の作動時に比べて低い圧力レベルで複数回の前噴射を行うことが可能であり、燃料インジェクタ４は本発明による解決策では、単に１つの制御弁２５で運転することができる。

噴射弁部材を介して操作される圧力増幅装置の実施例を、第１の状態において示す図である。図１に示された圧力増幅装置の実施例を、第２の状態において示す図である。互いに入れ子式に案内される２つの弁エレメントを備えた、噴射弁部材を介して操作される圧力増幅装置の実施例を示す図である。２つの弁エレメントを備えていて、そのうちの１つがばね負荷された構成を有する、噴射弁部材を介して操作される圧力増幅装置の実施例を示す図である。

符号の説明

１高圧源、２高圧供給路、３圧力増幅装置、４燃料インジェクタ、５インジェクタ本体、６ノズル本体、７高圧管路、８逆止弁、９分岐路、１０充てん弁、１１，１２並列分岐路、１３絞り箇所、１４作業室、１５制御室、１６ばねエレメント、１７ピストンユニット、１８圧縮室、１９制御管路、２０圧縮室管路、２１制御室、２２高圧分岐路、２３供給絞り箇所、２４排出絞り箇所、２５制御弁、２６.１第１の低圧側の戻し路、２６.２第２の低圧側の戻し路、２７一体的な弁エレメント、２８複数部分から成る弁エレメント、２８.１第１の弁エレメント、２８.２第２の弁エレメント、２９一体的な弁エレメントの端面、３０弁エレメントの制御縁、３１ハウジングの制御縁、３２行程距離ｈ１、３３リング室、３４噴射弁部材、３５受圧肩部、３６ノズル室、３７開口箇所、３８リング間隙、３９噴射開口、４０燃焼室側の座、４１燃焼室、４２閉鎖された噴射開口、５０低圧側の接続部、５１噴射弁部材、５２開放された噴射開口、６０第２の弁エレメントのリング面、６１貫通開口、６２第１の弁エレメントの端面、６３弁室、６４第１の戻し管路、６５第２の戻し管路、６６ピストン延長部、６７閉鎖ばね、６８第２の弁エレメントにおける第１の弁エレメントのストッパ、７０第２の弁エレメントのばねエレメント、７１ばねエレメントのストッパ、７２オーバフロー間隙

Claims

内燃機関の燃焼室（４１）に燃料を噴射する装置であって、インジェクタ本体（５，６）が設けられていて、該インジェクタ本体（５，６）に噴射弁部材（３４）が受容されていて、該噴射弁部材（３４）が制御室（２１）の圧力負荷／放圧によって操作可能であり、制御室（２１）の圧力負荷／放圧は制御弁（２５）を用いて生ぜしめられるようになっており、さらに圧力増幅装置（３）が設けられていて、該圧力増幅装置（３）が、圧縮室（１８）と制御室（１５）とを隔てるピストンユニット（１７）を有しており、該ピストンユニット（１７）が、噴射弁部材（３４）を取り囲むノズル室（３６）に接続（９，２０）されている圧縮室（１８）を負荷するようになっている形式のものにおいて、圧力増幅装置（３）の制御室（１５）の圧力負荷（２，１１，１２）／放圧（１９，２６，６４）が、噴射弁部材（３４）の行程運動に関連して行われることを特徴とする、燃料を噴射する装置。
噴射弁部材（３４）に弁エレメント（２７，２８）が配属もしくは対応配置されていて、該弁エレメント（２７，２８）が液圧室（３３，６３）の内部において可動であり、該液圧室（３３，６３）に、圧力増幅装置（３）の制御室（１５）から延びる制御管路（１９）が開口している、請求項１記載の燃料を噴射する装置。
液圧室（３３，６３）の内部に配置された弁エレメント（２７，２８）が、噴射弁部材（３４）の、燃焼室側の噴射開口（３９）とは反対側の端面を負荷する、請求項２記載の燃料を噴射する装置。
弁エレメント（２７，２８）の液圧負荷可能な面（２９，６０，６２）が、噴射弁部材（３４）を圧力負荷する制御室（２１）に進入している、請求項２記載の燃料を噴射する装置。
弁エレメント（２７）が一体的に形成されていて、制御縁（３０）を有しており、該制御縁（３０）が、液圧室（３３）に設けられた制御縁（３１）と共働して、スライダシール機構を形成している、請求項２記載の燃料を噴射する装置。
液圧室（３３，６３）から、低圧領域に通じる戻し管路（２６.２，６４）が分岐している、請求項２記載の燃料を噴射する装置。
制御室（２１）の放圧によって生ぜしめられる、行程距離ｈ１（３２）よりも小さな噴射弁部材（３４）の行程運動時、つまり前記両制御縁（３０，３１）が互いに重なり合っている場合に、スライダシール機構（３０，３１）が閉鎖されたままであり、かつ燃焼室（４１）への燃料の噴射が第１の圧力レベルで行われる、請求項５又は６記載の燃料を噴射する装置。
制御室（２１）のさらなる放圧によって、行程距離ｈ１（３２）を上回る噴射弁部材（３４）の行程運動が生ぜしめられると、圧力増幅装置（３）の制御室（１５）が、制御管路（１９）と開放した制御縁（３０，３１）とを介して、第２の低圧側の戻し路（２６.２）に接続され、燃焼室（４１）への燃料の噴射が第２の高い圧力レベルで行われる、請求項５又は６記載の燃料を噴射する装置。
弁エレメント（２８）が複数部分から形成されていて、第１の弁部分（２８.１）と第２の弁部分（２８.２）とを有しており、両弁部分のうちの少なくとも一方の弁部分が、噴射弁部材（３４）の制御室（２１）における圧力によって負荷されている、請求項２記載の燃料を噴射する装置。
第１の弁部分（２８.１）が第２の弁部分（２８.２）において案内されていて、第１の弁部分（２８.１）の端面（２９）と第２の弁部分（２８.２）の行程ストッパ（６８）との間において、行程距離ｈ１（３２）が調節されている、請求項９記載の燃料を噴射する装置。
第２の弁部分（２８.２）が、液圧室（６３）におけるシール座と共働する制御縁（３０）を有している、請求項１０記載の燃料を噴射する装置。
制御室（２１）の放圧時に第１の弁部分（２８.１）が行程距離ｈ１（３２）だけストッパ（６８）に向かって移動し、噴射弁部材（３４）が燃焼室（４１）への燃料の噴射を第１の圧力レベルで実施する、請求項１０又は１１記載の燃料を噴射する装置。
制御室（２１）のさらなる放圧時に、第１の弁部分（２８.１）が行程距離ｈ１（３２）を完全に進んだ後で、液圧室（６３）のシール座において第２の弁部分（２８.２）を開放制御し、制御室（１５）が制御管路（１９）と液圧室（６３）とを介して低圧側に放圧され、そして燃料の噴射が第２の圧力レベルで行われる、請求項１０又は１１記載の燃料を噴射する装置。
複数部分から成る弁エレメント（２８）の弁部分（２８.１，２８.２）のうちの１つが、ばねエレメント（７０）によって、液圧室（６３）におけるシール座に向かって負荷されている、請求項９記載の燃料を噴射する装置。
第１の弁部分（２８.１）のピストン延長部（６６）が第２の弁部分（２８.２）を貫通していて、リング間隙を形成しており、第１の弁部分（２８.１）のピストン延長部（６６）が噴射弁部材（３４）の端面を負荷している、請求項９又は１４記載の燃料を噴射する装置。
第２の弁部分（２８.２）と噴射弁部材（３４）との間に行程距離ｈ１（３２）が所定可能であり、該行程距離ｈ１（３２）の分だけ噴射弁部材（３４）が、制御室（２１）の放圧時に第１の圧力レベルで燃料を噴射するために可動である、請求項９又は１４記載の燃料を噴射する装置。
制御室（２１）のさらなる放圧時及び、行程距離ｈ１（３２）を上回る噴射弁部材（３４）の開放運動時に、噴射弁部材（３４）が第２の弁部分（２８.２）を液圧室（６３）における座から移動させ、圧力増幅装置（３）の制御室（１５）を、制御管路（１９）を介して低圧側に放圧し、これによって第２の高められた圧力レベルで燃焼室（４１）内への燃料の噴射が行われる、請求項９又は１６記載の燃料を噴射する装置。