JP2008509311A - 内燃機関の燃焼室の中へ燃料を噴射するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関の燃焼室の中へ燃料を噴射するための装置に関し、噴射器ノズル（５）およびこの噴射器ノズル（５）内を縦方向に変位可能で、少なくとも部分的にノズル供給室（８）に囲まれたニードル弁（７）を含み、そのニードル弁は、その開閉時間を制御するために、燃料で満たされた制御室（１２）に存在する圧力によって軸方向に加圧可能であり、そこである管路がこの制御室（１２）へ開き且つ中にソレノイド制御弁が結合してある排出管路（１９）をこの制御室（１２）から導き出す。この制御室（１２）への管路は、入口スロットル（１５）によってこのノズル供給室（８）に接続された、このニードル弁（７）の少なくとも一つの孔（１４）を通る。更なる入口スロットル（３５）が制御室（１２）とノズル供給室（８）の間に配置してあり、その通路断面は、このニードル弁（７）の少なくとも部分ストロークの通過中に、ニードル弁（７）のストロークに依って、変りおよび／または閉鎖してもよい。

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室の中へ燃料を噴射するための装置であり、噴射器ノズルおよびこの噴射器ノズル内を縦方向に変位可能な方法で案内されるニードル弁を含み、そのニードル弁は、少なくとも部分的にノズル予燃室に囲まれおよび、その開閉運動を制御するために、燃料で満たされた制御室に広がる圧力によって軸方向に加圧可能であり、そこで供給管路がこの制御室に入り込みおよび中に磁気制御弁が配置してある吐出管路がこの制御室から出て、この制御室への供給管路が、供給スロットルを介してこのノズル予燃室に通じている、このニードル弁の少なくとも一つの孔を通して案内される装置に関する。

この種の装置は、例えば、ＥＰ９２１３０１ Ｂ１およびＵＳ ２００２／１２５３３９ Ａ１から知られている。

噴射器とも呼ばれる、この種の装置は、ディーゼルエンジンの燃焼室にディーゼル燃料を噴射するためのコモンレールシステムに屡々使われ、通常ノズル本体内を縦方向に変位可能な方法で軸部によって案内されるニードル弁によって噴射断面の開閉を行うように構成してある。このニードル弁の運動の制御は、電磁弁によって実現する。このニードル弁は、燃料圧力および閉鎖方向に作用する圧力ばねによって両側が加圧される。このニードル弁の裏側、即ち、ニードル弁座と反対に向いた側に制御室が設けてあり、その中で圧力を受ける燃料がこのニードル弁を閉鎖方向に加圧し、それでこのニードル弁をニードル座または弁座に押付ける。

この制御弁は、例えば、電磁弁として設計してあってもよく、この燃焼室に広がる燃料圧を低下させるためにこの制御室から出る吐出管路を解放し、するとニードル弁がその座から他の側に広がる燃料圧のためにばねの力に抗して上がり、それでこの燃料の通路を噴射口へ解放する。このニードル弁の開放速度は、この制御室へ入る供給管路の中の流量とこの制御室から出る吐出管路の中の流量の間の差によって決り、そこでこの供給管路と吐出管路の両方にそれぞれ上記流量を決めるためにスロットルが各々配置してある。

従来の噴射器では、制御室への供給管路と制御室からの吐出管路の両方がこの制御室の上側を区切る中間板に作ってあり、従って電磁制御弁のすぐ近くに配置してある。しかし、燃料として重油を使うと従来の噴射器は多くの困難を伴う。重油は粘度が高く、上記粘度を下げるために１５０°Ｃまでの加熱が必要である。これは、噴射器を通常の範囲を超えて加熱させ、それが、特に電磁弁の領域で、問題を起すだろう。制御室へ通じる供給管路および制御室から出る吐出管路の配置は、特に、電磁弁のすぐ近くで、猛烈な加熱に繋がり、従って、この部品を危険に曝し、損傷さえするかも知れない。このため、制御室への供給管路を、供給スロットルを経てこのノズル予燃室に通じている、このニードル弁の少なくとも一つの孔を通して案内することが既に提案されている。制御室への供給管路をニードル弁の少なくとも一つの孔を通して案内すると言う事実のために、この制御室は下から、即ち、この制御室の吐出管路と反対に位置する側から燃料が供給される。それで、この制御室は、流れ状態が改善するように軸方向に灌流されるだろう。制御室への供給ダクトが中間板にではなくニードル弁孔を介して配置してあるという事実のために、重油を使って見られる熱の発生は、電磁制御弁の領域から離され、ともかく加熱した重油と接触している、ニードル弁の領域に移るだろう。供給管路が制御室へ案内されて通るニードル弁の孔は、このニードル弁の開閉運動を制御するための多数の最適化オプションをもたらすように供給スロットルを経てノズル予燃室に通じている。

供給スロットルの類似の構成は、ＥＰ１０８８９８５ Ａ１からも知られている。中央供給スロットルに加えて、更なる供給スロットルがニードル弁に設けてある。この機能モードは、ニードル弁が開くとこの中央供給スロットルが急に閉じ、従って不作動状態になる。このニードル弁閉鎖運動の始めに、供給スロットルだけが活動状態になり、このニードル弁閉鎖運動は、迅速なニードル閉鎖が生じるように十分に大きな断面を介して供給スロットルへの放射状流れが可能であるまでゆっくりと始動する。

重油の使用に伴う問題を解決することに加えて、本発明は、特に簡単な構造およびニードル弁の開閉運動の最適化制御の実現を可能にするような方法で制御室への供給管路を配置することを狙う。

この目的を解決するために、この発明によれば、制御室とノズル予燃室の間に更なる供給スロットルを配置し、その通路断面が、このニードル弁の少なくとも部分ストロークの通過中にこのニードル弁のストロークの関数として変化可能および／または閉鎖可能であり、上記更なる供給スロットルは、好ましい方法では、このニードル弁の少なくとも部分ストロークの通過中に開きおよび上記少なくとも部分ストロークの外で閉じる。この制御室に追加の供給スロットルを設けることによって、単位時間当りにこの制御室に達する燃料の量を、この流量への影響がこのニードル弁のストロークの関数として可能であるように、調整できる。単位時間当りにこの制御室に流入する燃料の量が増えると、ニードル弁の運動が制御室からの一定の吐出で減速する。逆に、このニードル弁の運動は、制御室への追加の流れが減ると加速する。そうする際に、この更なる供給スロットルの通路断面への継続的影響を、例えば、少なくとも部分ストロークの通過中に、上記更なる供給スロットルがこのニードル弁の少なくとも部分ストロークが通過すると開き且つ上記少なくとも部分ストロークの外で閉じるように、とることが出来る。ニードル弁の開および／または閉運動へのこの影響は、種々の方法で実現でき、上記更なる供給スロットルが、このニードル弁の開放位置から出発して、部分ストロークを越えて開くように設けるのが好ましい。これは、ニードル弁の開放がこの開放運動の終りに向って減速し、それでこのニードル弁が中間板に衝突する衝撃力が弱く、それが接触面の摩耗を減らすであろうことを意味する。従って、ニードル弁の閉鎖手順中に、このニードル弁が弁座へ緩やかに着地し、それで同様に摩耗を減らす。

また、ニードル弁開放手順が最初遅く、それから加速した方法で起る、逆の構成が、実施例として以下に説明するように、多くの目的に利益をもたらすことが出来る。

この構成は、このニードル弁が制御スリーブ内を案内され、および上記更なる供給スロットルがこのニードル弁の孔に入り込むスロットル孔によって形成されおよび供給孔がこの制御スリーブに設けてあり、そこでこのスロットル孔とこの供給孔がこのニードル弁の部分ストロークの通過中に整列し、そこでこの供給孔がこの制御スリーブの内周に設けた環状溝に入り込みおよびこのニードル弁の外周に設けた環状溝と整列させてこのスロットル孔に通じることが出来ることが付加的に用意してある。この構成は、制御スリーブに対するニードル弁の軸方向運動によって上記更なる供給スロットルの開閉を行う。この点で、制御スリーブが、スロットル孔と整列できる供給孔を含んでもよく、またはスロットル孔が制御スリーブの下縁と直接協同できる。後者の場合、この構成は、このスロットル孔がこのニードル弁の外周に設けた環状溝に入り込み、その環状溝は、第１部分ストロークを通過後この制御スリーブの下縁によって閉ざされるように工夫してある。

以下にこの発明を、図面に概略的に示す実施例によって更に詳しく説明する。

図１は、大型ディーゼルエンジンのコモンレール噴射システム用噴射器の構造を描く。この噴射器１は、噴射器本体２、弁本体３、中間板４および噴射器ノズル５を含み、これらはノズル・クランプ・ナット６によってまとめてある。噴射器ノズル５は、ニードル弁７を含み、それはこの噴射器ノズル５のノズル本体内を縦方向に変位可能な方法で案内され且つ幾つかの自由空間を有し、それを通って燃料がノズル予燃室８からニードル先端へ流れることができる。このニードル弁７が開くと、燃料が幾つかの噴射開口９を通ってこの内燃機械の燃焼室へ噴射する。

ニードル弁７は、圧縮ばね１０を支持するカラーを含み、そのばねは、その上端で制御スリーブ１１を中間板４の下側に押付ける。この制御スリーブ１１、ニードル弁７の上端面および中間板４の下側は、制御室１２の境界を定める。制御室１２内に広がる圧力がこのニードル弁の運動の制御に関連する。燃料供給孔１３を経て、この燃料圧力が、一方で、ノズル予燃室８に有効になり、そこでそれがニードル弁７の圧力肩を介してニードル弁７の開放方向に力を及す。他方、それは、制御室１２の中で孔１４および供給スロットル１５を介して作用し、および圧力ばね１０の力に支援されて、ニードル弁７をその閉鎖位置に保持する。

この噴射器の閉位置で、電磁弁の磁石アーマチュア１７が圧力ばね２２によって下方に押され、および、今度は、弁ボール２５をスピンドル２１、下ベロー板２３およびボール板２４を介して、中間板４に設けてある円錐座２６の中へ押込む。上ベロー板２９は、調整円板３０を介してねじ結合２７によって弁本体３にしっかりと取付けてある。金属ばねベロー２８は、溶接または接着によって上ベロー板２９および下ベロー板２３に封止するように取付けてあり、一方で、電磁弁スペース３１と吐出スペース３２の間の封止をもたらし、他方で、スピンドル２１とベロー板２３の間の接触を確実にする。

電磁石１６を作動させることによって、磁石アーマチュア１７がそれに結合したスピンドル２１と共に上げられ、同時に弁座２６が開く。制御室１２からの燃料が、吐出管路１９を経て、吐出スロットル２０および開放弁座２６を通って無加圧吐出チャンネル（図示せず）に流れ込み、それが、ニードル弁７の上端面に加えられる油圧力の低下と共に、ニードル弁７を開放する。すると燃料が噴射開口９を通ってこのモータの燃焼室に達する。噴射器ノズル５が開いた状態で、高圧燃料が供給スロットル１５を通って制御室１２に流れ込み、同時に、大量に、吐出スロットル２０から流れ出る。そうする際に、所謂制御量が噴射量に加えて無圧力にこの吐出チャンネルに吐出される、即ち、レールから引出される。ニードル弁７の開放速度は、供給スロットル１５と吐出スロットル２０の間の流量差によって決る。

電磁石１６の作動が終ると、磁石アーマチュア１７が圧力ばね２２の力によって下方に押され、弁ボール２５が円錐座２６を介して吐出スロットル２０を通る燃料の吐出路を閉じる。供給スロットル１５を経て、制御室１２の中で燃料圧力が再び増進し、圧力ばね１０の力によって減少される、ニードル弁７の圧力肩に加わる油圧力を超える閉鎖力を発生する。その結果、ニードル弁７が噴射開口９への経路を閉じ、この噴射手順を終える。

この発明によれば、図１に示すこの噴射器の供給スロットル１５が中間板４に設けてなく、ニードル弁７内に配置してある。孔１４と共に、それは、このノズル予燃室８と制御室１２の間の永久に開いた接続をもたらす。供給スロットル１５と吐出スロットル２０を異なる構造部品に配置する利点は、モータ概念の異なる要件に容易に適合でき、二つのスロットル孔の内の一つが事によると摩耗してもよりコスト効果よく交換できることにある。

図２は、制御スリーブ１１の領域およびニードル弁７の上部領域の部分断面を描く。ニードル弁７は、供給スロットル１５に加えて、更なる供給スロットル３５を含み、それは、ニードル弁７に設けた環状溝３６に開き、その溝は、ニードル弁７の部分ストローク４０を移動後、制御スリーブ１１に設けた環状溝３７と合致し、従って、制御スリーブ１１に設けた供給孔３８を介してノズル予燃室８から制御室１２へ付加的接続を開く。その結果、制御室１２に流入する燃料の量が増し、ニードル弁７の開放運動が遅くなるだろう。図３は、この構成の効果をニードル・ストローク曲線で示す。それは、時間に関するニードル運動を示す。実線は、図１による構成でのニードル運動を示し、破線は、図２による修正した構成でのものを示す。ニードル開放の遅れのために、ニードル運動の緩やかな上昇４１には部分ストローク４０を経験した後に達する。ニードル弁７の中間板４への衝突も低衝突力で起る。それで接触面の摩耗が減るだろう。この構成のもう一つの効果は、ニードル弁７の閉鎖手順中に制御した供給スロットル３５が閉じると、この閉鎖手順が遅くなるように、制御室１２への燃料供給が供給スロットル１５の開放によってだけ起ることにある。このニードル弁の運動の影響を図３に緩やかな低下４２を表す線によって示す。それは、ニードル弁７の弁座への滑らかな衝突を生じ、それがこの部位の摩耗も減らすだろう。図示するニードル運動曲線は、その噴射曲線への影響と共に多くの燃焼室設計に望ましく、他には少なくとも不都合ではなく、噴射器の有効寿命を実質的に延すだろう。

図４は、制御スリーブ１１の領域およびニードル弁７の上部領域の更なる部分断面を描く。ここでは、環状溝３６がニードル弁７に、供給スロットル１５の上に且つ制御供給スロットル３９に結合して設けてあり、それは、部分ストローク４０を移動後、制御スリーブ１１の下縁によって閉ざされる。この部分ストローク４０は、閉鎖位置から開放位置までのニードル弁７のストロークより小さい。この構成のために、第１段階で、即ち、供給スロットル１５と制御供給スロットル３９の両方が開いている限り、ニードル弁７の開放手順は、低速度で起る。この制御室へ供給する量は、吐出スロットル２０から吐出される量より僅かに小さいだけである。しかし、環状溝３６、従って、制御供給スロットル３９への接続を閉じた後は、ニードル弁７の開放速度が増すだろうが、この供給量は、明らかに減るだろう。図５は、ニードル運動についてのこの構成の影響を示す。噴射開始後、ニードル弁７の部分ストローク４０の通過中に緩やかな上昇４３がある。ニードル弁７の閉鎖手順中、制御室１２は、最初供給スロットル１５によってだけゆっくりと満たされる。制御供給スロットル３９の解放後、より急速な充填が起り、ニードル閉鎖が加速される。これは、噴射の終りの方へのニードル運動の急勾配の低下４４になる。そのようなニードル・ストローク曲線および噴射曲線への、従って、燃焼手順へのその影響は、多数のエンジンのために消費量、騒音およびエミッションに関して有利だろう。

例示した構成の付加的利点は、燃料再循環に無圧力に放出する制御量の減少にある。

噴射器の断面図である。 変更された構成にした噴射器における下部の拡大部分断面図である。 図２による構成で時間の関数としてニードル・ストローク曲線を示す。 この噴射器の更に修正した実施例を示す。 図４の構成における時間の関数としてのニードル・ストローク曲線を示す。

Claims (6)

1. 内燃機関の燃焼室の中へ燃料を噴射するための装置であり、噴射器ノズル（５）および該噴射器ノズル（５）内を縦方向に変位可能な方法で案内されるニードル弁（７）を含み、該ニードル弁（７）は、少なくとも部分的にノズル予燃室に囲まれかつその開閉運動を制御するために、燃料で満たされた制御室（１２）に広がる圧力によって軸方向に加圧可能であり、そこで供給管路が制御室（１２）に入り込み、および中に磁気制御弁（１６）が配置してある吐出管路（１９）が前記制御室（１２）から出て、そこで前記制御室（１２）への供給管路が、供給スロットル（１５）を介してこのノズル予燃室（８）に通じている、前記ニードル弁（７）の少なくとも一つの孔（１４）を通して案内される装置であって、前記制御室（１２）とノズル予燃室（８）の間に更なる供給スロットル（３５）が配置してあり、その通路断面が、前記ニードル弁（７）の少なくとも部分ストロークの通過中に前記ニードル弁（７）のストロークの関数として変化可能および／または閉鎖可能であることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記更なる供給スロットル（３５）が前記ニードル弁（７）の少なくとも部分ストローク（４０）の通過中に開きおよびこの少なくとも部分ストローク（４０）の外で閉じることを特徴とする装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の装置であって、前記更なる供給スロットル（３５）が、このニードル弁（７）の開放位置から出発して、部分ストローク（４０）を越えて開くことを特徴とする装置。
4. 請求項１、請求項２または請求項３の何れか一項に記載の装置であって、前記ニードル弁（７）が制御スリーブ（１１）内を案内され、および前記更なる供給スロットル（３５）がニードル弁（７）の孔（１４）に入り込むスロットル孔によって形成され、および供給孔（３８）が制御スリーブ（１１）に設けてあり、そこで前記スロットル孔と前記供給孔（３８）がニードル弁（７）の部分ストローク（４０）の通過中に整列することを特徴とする装置。
5. 請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の装置であって、前記供給孔（３８）が前記制御スリーブ（１１）の内周に設けた環状溝（３７）に入り込みかつ前記ニードル弁（７）の外周に設けた環状溝（３６）と整列させて前記スロットル孔に通じることが出来ることを特徴とする装置。
6. 請求項１から請求項５までの何れか一項に記載の装置であって、前記スロットル孔が前記ニードル弁（７）の外周に設けた環状溝（３６）に入り込み、該環状溝（３６）は、第１部分ストローク（４０）を通過後制御スリーブ（１１）の下縁によって閉ざされることを特徴とする装置。

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