JP2011510222A - 燃料用インジェクター - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するためのインジェクター（１）、特にコモンレール用インジェクターであって、制御室（１１）内の燃料圧に依存して閉鎖位置と燃焼室内への燃料流を放出する開放位置との間で作動可能な噴射弁要素（９）、及び制御室（１１）に対応配置された制御弁（２１）を備え、該制御弁は、アクチュエータ（３１）によりインジェクター構成部分（１３）に設けられた制御弁座（２８）に対して相対的に移動可能な制御弁要素（２２）を有し、該制御弁要素は、該制御弁要素の外周面でもって案内構成部分（３３）により案内されている形式のものに関する。本発明に基づき、案内構成部分（３３）は、第１のセンタリング面（３８）でもってインジェクター構成部分（１３）の第２のセンタリング面（３９）に接触している。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するためのインジェクター、特にコモンレール用インジェクターに関する。

欧州特許出願公開第１６１２４０３Ａ１号明細書により、軸線方向で圧力バランスされた制御弁を有するコモンレール用インジェクターが公知である。スリーブ状の制御弁要素を有する前記制御弁を用いて、噴射弁要素により端面を画定された制御室内の燃料圧は制御されるようになっている。制御室内の燃料圧の制御により、噴射弁要素は開放位置と閉鎖位置との間を移動させられ、開放位置では内燃機関の燃焼室内への燃料流を解放するようになっている。公知のインジェクターにおいて、スリーブ状の制御弁は該制御弁の内周面でもって、インジェクター構成部分の、制御弁要素の中央を貫通する軸線方向延長部に案内されており、軸線方向延長部には制御弁座も配置されている。

さらに、独国特許出願公開第１０２００６０５６８４０Ａ１号明細書により公知のインジェクターにおいては、軸線方向で圧力バランスされた制御弁のスリーブ状の制御弁要素は、その外周面でもって案内構成部分に案内されている。この場合に案内構成部分は、制御弁座を含むインジェクター構成部分とは別個の構成部分として形成されている。このような構成の利点は、制御弁座が制御弁要素のための案内に左右されることなしに加工できることにある。制御弁を、平面座として形成された制御弁座で構成する場合には、案内構成部分とインジェクター構成部分との間の半径方向の位置決めは二次的な問題である。しかしながら、制御弁座を円錐座として構成する場合には、上記半径方向の位置決めは、重要な問題であり、つまり、案内構成部分は、円錐座と制御弁要素のための外周面案内との間の同軸性を得るために、手間を掛けてインジェクター構成部分に対して中心位置決めして、すなわちセンタリングして組み立てられなければならない。

本発明の課題は、外周面で案内される制御弁要素を有するインジェクターを改良して、該インジェクターにおいて外周面案内と制御弁座との間の良好な同軸性が組立に際して自動的に得られるようにすることである。

前記課題は、請求項１の特徴部分に記載の構成を有するインジェクターにより解決される。本発明の有利な実施の形態を従属請求項に記載してある。本発明には、明細書、請求の範囲並びに図面に記載の構成要素のうちの少なくとも２つの構成要素のあらゆる組み合わせが含まれる。

本発明の技術思想は、案内構成部分を直接にインジェクター構成部分に接触させた状態で配置することにあり、この場合に案内構成部分とインジェクター構成部分との間の接触面は、センタリング面として形成されており、該センタリング面は、案内構成部分を組立時にインジェクター構成部分に対して自動的に同軸に整合させるようになっている。このような構成により、円錐座として形成された制御弁座を有するインジェクターの製造が簡単に行われるようになっており、しかも、本発明はインジェクターの円錐座の実施の形態に限定されるものではない。本発明に基づく構成は、例えば平面座を有するインジェクターにも用いられるものである。本発明に係るインジェクターは、一面では、製作時や任意付加的に行われる被覆過程時における制御弁座への良好なアクセスを保証し、かつ他面では、外周面案内（案内構成部分）と制御弁座との間の最適な同軸性を保証している。換言すれば、本発明の構成に基づき形成されるインジェクターは、インジェクター構成部分に対して追加的に別個の案内構成部分を設けてあるインジェクターにおける利点と、制御弁要素をインジェクター構成部分の軸線方向の延長部に案内してあるインジェクターにおける利点とを合わせ持っている。製作精度をさらに高めるために、有利な実施の形態によれば、インジェクター構成部分の、案内構成部分の第１のセンタリング面と協働する第２のセンタリング面と制御弁座とが、インジェクター構成部分の一回の緊定で加工成形される。さらに有利には、案内構成部分において、案内面とセンタリング面とが同様に案内構成部分の一回の緊定で加工成形される。このような構成により、両方の構成部分間の各当接面の製作誤差が最小にされる。

同軸性に関する高い精度と外周面に対する制御弁座の直角度とを共に得るために、有利な実施の形態によれば、両方のセンタリング面は、内円錐と外円錐との組み合わせから成っており、つまり、第１のセンタリング面が内円錐面として形成され、かつ第２のセンタリング面が外円錐面として形成され、或いは第１のセンタリング面が外円錐面として形成され、かつ第２のセンタリング面が内円錐面として形成されている。有利には、内円錐角及び外円錐角は、約８０°〜約１６０°の角度範囲から選ばれており、この場合に他の角度も実施可能である。

特に有利な実施の形態によれば、内円錐角と外円錐角とは、組立に際してインジェクター構成部分に対する案内構成部分の自動的な整合を可能にするために、互いに組み合わされた両方のセンタリング面間に自縛作用若しくはセルフロック作用が形成されないように、選ばれており、つまり、内円錐面と外円錐面との組み合わせは、非自縛式に形成されるようになっている。

本発明のさらに有利な実施の形態によれば、制御弁座は円錐座として形成されている。このように制御弁座として円錐座を設けることにより、案内構成部分とインジェクター構成部分とがそれぞれセンタリング面を介して互いに接触する前述のインジェクターにおいて、制御弁座と外周面案内との間の同軸性に関する問題は発生しなくなっている。

案内構成部分は、適切な構成により、あらゆる形式の制御弁要素の案内のために適している。しかしながらインジェクターの有利な実施の形態によれば、制御弁要素は、制御弁が軸線方向で圧力バランスされているように形成されている。このことは、特に有利な実施の形態によれば、制御弁が弁スリーブとして形成されており、該弁スリーブには制御弁の閉じた状態では半径方向の力しか作用しないようになっていることにより達成される。軸線方向に作用する力は、有利には、制御弁要素内へ突入するボルト並びにインジェクター構成部分によって受け止められる。この場合に、ボルトをインジェクター構成部分と一体に形成することが可能である。しかしながら有利な実施の形態によれば、制御弁座の製造を容易にするために、ボルトは、インジェクター構成部分とは別個の構成部分として形成されており、該構成部分は、有利には軸線方向で見て上方の部分でもって電磁式のアクチュエータの電磁石装置及び／又はインジェクター構成部分に支えられている。

インジェクターの作動中におけるインジェクター構成部分に対する案内構成部分の相対位置の十分な安定性を保証するために、有利な実施の形態によれば、案内構成部分は端面側で、つまり該案内構成部分のセンタリング面でもって、インジェクター構成部分に押し付けられ、つまりインジェクター構成部分のセンタリング面に押し付けられている。この場合に、特に有利な実施の形態によれば、案内構成部分は、雄ねじ部材を用いて、特に、有利にはインジェクター本体の雌ねじ内にねじ込まれて該案内構成部分に端面で当接する雄ねじナットを用いて、軸線方向でインジェクター構成部分に向けて圧力負荷されている。

両方のセンタリング面が互いに少なくともほぼ完全に接触することを保証するために、有利な実施の形態によれば、センタリング面の外円錐角とセンタリング面の内円錐角とは、互いに有利にはわずかに異なっており、このような構成により両方のセンタリング面は、組立に際してまず、半径方向外側の領域から、若しくは半径方向内側の領域から互いに接触し始める。軸線方向力を例えば前述の雄ねじナットによって作用させることにより、案内構成部分は加圧（押圧）され、その結果、両方のセンタリング面は互いに少なくともほぼ面全体で接触するようになっている。このために、案内構成部分及び／又はインジェクター構成部分は、ある程度弾性的であり、組立時に亀裂を発生させることなく、所望の変形を行うことができるようになっている。接触面、つまりセンタリング面をさらに規定して形成するために、少なくとも一方のセンタリング面、有利には両方のセンタリング面は、該センタリング面に例えば少なくとも１つの環状溝を設けることによって、それぞれ少なくとも２つの面区分に分割されていてよい。一方若しくは両方のセンタリング面をそれぞれ一貫した面、つまりつながった面として形成することも考えられる。

制御弁座の開かれた状態で制御室からインジェクター戻り通路内への燃料の流過を可能にするために、本発明の有利な実施の形態によれば、少なくともほぼ半径方向に延びる孔が燃料通路として設けられている。追加的に、若しくは選択的な構成として、制御弁要素の外周及び／又は案内構成部分の案内孔の内周に少なくとも１つの面取り部を設けることができ、これにより、制御室からの燃料の流過のための少なくとも１つの軸線方向通路が形成される。

次に、本発明を図示の実施の形態に基づき詳細に説明する。

コモンレール用インジェクターとして形成されかつ制御弁を備えるインジェクターの断面図である。 案内構成部分及びインジェクター構成部分を破断して示す斜視図である。

図面において、同一の構成部分及び同一機能の構成部分には同一の符号を付してある。

図１には、コモンレール用インジェクターとして形成された、内燃機関の燃焼室への燃料の噴射のためのインジェクター１が示してある。インジェクター１は、高圧供給管路２を介して燃料蓄圧器（レール）３から、高圧の燃料、図示の実施の形態では約２０００バールの燃料、特にディーゼル燃料若しくはガソリンの供給を受けるようになっている。燃料蓄圧器３は、特にラジアルピストンポンプとして形成された高圧ポンプ４を介して、低圧に設定された貯蔵タンク５から燃料の供給を受けるようになっている。インジェクター１の低圧領域６は、インジェクター戻り通路７を介して貯蔵タンク５と液圧的に接続され、つまり連通されており、このような構成により、低圧領域６から燃料が貯蔵タンク５に戻されるようになっている。燃料の後で述べる制御量は、インジェクター戻り通路７内に排出されて、高圧ポンプ４を介して再び高圧回路に供給される。

インジェクター１はインジェクター本体８を有しており、該インジェクター本体内では、１つの構成部品から成る単一構造若しくは複数の構成部品から成る複数構造の噴射弁要素９が、軸線方向で開放位置と閉鎖位置との間を摺動するようになっている。噴射弁要素９の開放位置では、燃料流がノズル孔（図示省略）から内燃機関の燃焼室内へ噴射される。

噴射弁要素９は上方の端面１０でもって制御室１１を画成しており、該制御室はインジェクター構成部分１３の止まり穴１２内に配置されている。別の実施の形態によれば、制御室１１は例えば、軸線方向でばね（図示省略）のばね力によりインジェクター構成部分１３に向けて負荷されているスリーブ構成部分によって画成されてよいものである。

制御室１１には、インジェクター構成部分１３内に形成された半径方向の流入絞り１４を開口させてあり、該流入絞りは、インジェクター構成部分１３の、制御室１１が設けられている下方の部分を取り囲む圧力室（環状室）１５から燃料を制御室１１内に導くようになっている。圧力室１５は、高圧供給管路２及びインジェクター本体８内の供給通路１６を介して燃料蓄圧器３から燃料の供給を受けるようになっている。供給通路１６から分岐する孔１７内を通る燃料は、直接にノズル室（図示省略）内に流入し、次いで該ノズル室から噴射弁要素９の開放時に燃焼室内に流入するようになっている。

制御室１１は、インジェクター構成部分１３内を軸線方向へ延びる流出通路１８に接続されており、該流出通路は、流出絞り１９を備えていて、制御弁（サーボ弁）２１の弁室２０に接続されている。弁室２０は、上方の区分内で、半径方向を、弁スリーブとして形成された制御弁要素２２によって画定されており、かつ図面で見て、軸線方向で上方を複数構造のボルト（圧力ピン）２３によって画定されている。ボルト２３は、作動中には図面で見て、軸線方向で上方へ圧力負荷されており、この場合にボルト２３は支持皿２４を介してインジェクターカバー２５に支持されており、該インジェクターカバーは締め付けナット２６を用いてインジェクター本体８に固定されている。制御弁２１は、接極子２７と一体に形成された制御弁要素２２には制御弁２１の閉鎖状態では液圧の開放力が作用しないので、軸線方向で圧力バランスされた弁を成している。

制御弁２１の開放のために、つまり、インジェクター構成部分１３に設けられかつ円錐座として形成された制御弁座２８から制御弁要素２２を持ち上げるために、電磁式のアクチュエータ３１の保持体３０内に配置されている電磁石２９が給電され、その結果、図面で見て電磁石２９の下側に配置された接極子２７、ひいては制御弁要素２２が軸線方向で上方へ運動させられる。これにより、燃料は、図面で見て制御弁要素２２の下側で弁室２０から半径方向に案内構成部分３３の横孔３２を経てインジェクター戻り通路７に向かって流れるようになっている。この場合に、燃料は、インジェクター戻り通路７に向かっている途中で、保持体３０の中央に設けられかつボルト２３によって貫通された通路３４を通って流れるようになっている。流出絞り１９の流過断面と流入絞り１４の流過断面とは、制御室１１からの燃料の正味の流出に基づき、噴射弁要素９の端面１０に作用する押圧力が降下して、噴射弁要素９が図示省略の噴射弁要素用弁座から持ち上げられるように、互いに規定されている。インジェクター戻り通路７に向かって流れる燃料量は、燃料の前に述べた制御量であり、再び高圧ポンプ４を介して高圧回路に戻されるものである。噴射過程の終了のためには電磁石２９への給電が中断され、その結果、制御弁要素２２が、通路３４内に配置された圧縮ばね３５によって再び、インジェクター構成部分１３に形成された制御弁座２８上へ運動させられる。流入絞り１４を経て引き続き制御室１１内へ流入する燃料により、制御圧力１１内の圧力は急速に上昇し、その結果、噴射弁要素９は図面で見て下方へ該噴射弁要素の弁座（図示省略）に向けて運動させられ、これにより内燃機関の燃焼室内への燃料流が中断される。

図１に示してあるように、スリーブ状の制御弁要素２２はその外周面でもって案内されている。このために、案内構成部分３３がスリーブ区分３６を有しており、該スリーブ区分の内径は、制御弁要素２２の外径に最小の案内遊びを加えた値に相当している。スリーブ区分３６はその端部領域で支持区分３７へ移行しており、この場合に、横孔３２がスリーブ区分３６と支持区分３７との間の移行領域に設けられている。支持区分３７は、インジェクター構成部分１３に向けられた側、つまり図面で見て下側の端部に内円錐形の第１のセンタリング面３８を有している。案内構成部分３３の支持区分３７の第１のセンタリング面３８は、インジェクター構成部分１３の、案内構成部分３３に向けられた側、つまり図面で見て上側の端面に形成された外円錐形の第２のセンタリング面３９と全面で接触している。両方のセンタリング面３８，３９の円錐角（内円錐角及び外円錐角）は、組立状態では互いに同一であるものの、組立の前には互いにわずかに異なっており、このような構成により、案内構成部分３３を締め付けた状態では、両方のセンタリング面３８，３９間の完全な面接触が保証されている。

インジェクター構成部分１３に対する案内構成部分３３の完全な面接触を保証するために、外周に雄ねじ山４１を有する雄ねじナット４０が設けられており、該雄ねじナットは雄ねじ山４１でもって、軸線方向で接極子２７とインジェクター構成部分１３との間の領域においてインジェクター本体８の雌ねじ山４２とかみ合っている。インジェクター本体８に対する雄ねじナット４０の回動により、案内構成部分３３はその第１のセンタリング面３８でもって、インジェクター構成部分１３の第２のセンタリング面３９に圧着される。図面から明らかなように、雄ねじナット４０の内周と案内構成部分３３のスリーブ区分３６との間には環状室４３を設けてあり、このような構成により、制御弁２１の開かれた場合には、燃料は弁室２０から環状室４３を経て、該環状室の下流側に、つまり図面で見て該環状室の上側に配置された接極子室４４内へ、かつそこから通路３４並びにインジェクター戻り通路７内へ流れるようになっている。

さらに図１に示してあるように、インジェクター構成部分１３の、制御弁座２８の側に設けられていて弁室２０の半径方向外側を画定する軸線方向延長部４５と案内構成部分３３の支持区分３７の内周壁との間に別の環状室４６を配置してあり、該環状室は横孔３２を介して環状室４３と液圧的に接続されている。

図２は、案内構成部分３３とインジェクター構成部分１３とを分解した状態で断面側から斜視図で示している。明確に見て取れるように、インジェクター構成部分１３の軸線方向延長部４５の自由端部の端面に、円錐座状の制御弁座２８を形成してある。インジェクター構成部分１３は、軸線方向延長部４５と逆の側、つまり図面で見て下側に環状肩部４７を有していて、軸線方向において環状肩部４７でもってインジェクター本体８に支持されるようになっている（図１、参照）。

軸線方向延長部４５に対して半径方向外側でかつ軸線方向の距離を置いて、インジェクター構成部分１３の環状面として形成された外円錐形の第２のセンタリング面３９を配置してあり、該センタリング面は、組立状態で案内構成部分３３の第１のセンタリング面３８と協働している。図２から見て取れるように、第２のセンタリング面３９は２つの部分面４８，４９から成っており、該部分面は該部分面間に位置する環状溝５０によって互いに隔てられている。第１のセンタリング面３８を一貫した１つの面として若しくは２つより多い数の部分面によって形成することも可能である。

さらに図２から見て取れるように、案内構成部分３３の、スリーブ区分３６の長手方向の大部分における内径Ｄ_i1は、案内構成部分３３の、スリーブ区分３６の最も下側の区分並びに支持区分３７における内径Ｄ_i2よりも大きくなっており、従って、制御弁要素２２の案内は、もっぱらスリーブ区分３６内で行われ、半径方向に広い支持区分３７内では行われていない。

１ インジェクター、 ２ 高圧供給管路、 ３ 燃料蓄圧器、 ４ 高圧ポンプ、 ５ 貯蔵タンク、 ６ 低圧領域、 ７ インジェクター戻り通路、 ８ インジェクター本体、 ９ 噴射弁要素、 １０ 端面、 １１ 制御室、 １２ 止まり穴、 １３ インジェクター構成部分、 １４ 流入絞り、 １５ 圧力室、 １６ 供給通路、 １７ 孔、 １８ 流出通路、 １９ 流出絞り、 ２０ 弁室、 ２１ 制御弁、 ２２ 制御弁要素、 ２３ ボルト、 ２４ 支持皿、 ２７ 接極子、 ２８ 制御弁座、 ２９ 電磁石、 ３０ 保持体、 ３１ アクチュエータ、 ３２ 横孔、 ３３ 案内構成部分、 ３４ 通路、 ３５ 圧縮ばね、 ３６ スリーブ区分、 ３７ 支持区分、 ３８，３９ センタリング面、 ４０ 雄ねじナット、 ４１ 雄ねじ山、 ４２ 雌ねじ山、 ４３ 環状室、 ４４ 接極子室、 ４５ 軸線方向延長部、 ４７ 環状肩部、 ４８，４９ 部分面、 ５０ 環状溝

Claims (11)

1. 内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するためのインジェクター、特にコモンレール用インジェクターであって、制御室（１１）内の燃料圧に依存して閉鎖位置と燃焼室内への燃料流を放出する開放位置との間で作動可能な噴射弁要素（９）、及び制御室（１１）に対応配置された制御弁（２１）を備えており、該制御弁は、アクチュエータ（３１）によりインジェクター構成部分（１３）に設けられた制御弁座（２８）に対して相対的に移動可能な制御弁要素（２２）を有しており、該制御弁要素は、該制御弁要素の外周面でもって案内構成部分（３３）により案内されている形式のものにおいて、前記案内構成部分（３３）は、第１のセンタリング面（３８）でもって前記インジェクター構成部分（１３）の第２のセンタリング面（３９）に接触していることを特徴とするインジェクター。
2. 前記第１のセンタリング面（３８）は内円錐面であり、前記第２のセンタリング面（３９）は外円錐面であり、若しくは前記第１のセンタリング面（３８）は外円錐面であり、前記第２のセンタリング面（３９）は内円錐面である請求項１に記載のインジェクター。
3. 前記第１のセンタリング面（３８）と前記第２のセンタリング面（３９）とを組み合わせて成る構成ユニットは、非自縛式に形成されている請求項１又は２に記載のインジェクター。
4. 前記制御弁座（２８）は円錐座として形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載のインジェクター。
5. 前記制御弁（２１）は、軸線方向で圧力バランスされた弁として形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載のインジェクター。
6. 前記制御弁要素（２２）は弁スリーブとして形成されている請求項１から５のいずれか１項に記載のインジェクター。
7. 前記案内構成部分（３３）は、有利には雄ねじナット（４０）を用いて前記インジェクター構成部分（１３）の端面に圧着されている請求項１から６のいずれか１項に記載のインジェクター。
8. 前記外円錐面の外円錐角と前記内円錐面の内円錐角とは、組立の前には互いに有利にはわずかに異なっている請求項２から７のいずれか１項に記載のインジェクター。
9. 前記案内構成部分（３３）及び／又は前記インジェクター構成部分（１３）は、前記第１のセンタリング面（３８）と前記第２のセンタリング面（３９）とが互いに少なくともほぼ面接触できるように、弾性的に形成されている請求項１から８のいずれか１項に記載のインジェクター。
10. 前記第１のセンタリング面（３８）及び／又は前記第２のセンタリング面（３９）は、少なくとも２つの部分面（４８，４９）によって形成されており、該部分面は有利には少なくとも１つの環状溝（５０）により互いに隔てられている請求項１から９のいずれか１項に記載のインジェクター。
11. 前記案内構成部分（３３）に少なくとも１つの横孔（３２）を設けてあり、及び／又は半径方向で前記案内構成部分（３３）と前記制御弁要素（２２）との間に、少なくとも１つの軸線方向通路を設けてあり、前記横孔及び／又は前記軸線方向通路を介して燃料は、前記制御弁要素（２２）の開かれた状態でインジェクター戻り通路（７）に向かって流れるようになっている請求項１から１０のいずれか１項に記載のインジェクター。

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