JP2011525583A - 燃料インジェクタ - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関に用いられる燃料インジェクタ（１０）に関する。当該燃料インジェクタ（１０）は、システム圧下にある燃料によって負荷されている制御室（２８）を有している。この制御室（２８）は、切換弁、特に電磁弁(２２)を介して放圧可能である。該電磁弁（２２）は、マグネットコア（７２）とマグネットコイル（７４）とを備えたマグネットアッセンブリ（７０）を有している。前記制御室（２８）から戻し路（８４）内へ逃がされた量が、マグネットコイル（７４）を少なくとも部分的に取り囲んで流れて、該マグネットコイル（７４）を冷却する。

Description

背景技術
欧州特許出願公開第１６１２４０３号明細書に基づき、噴射弁部材が、電磁作動式の制御弁を介して制御されるような、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が公知である。この制御弁を用いて、制御室から燃料戻し路内への流出絞りが開閉可能である。この制御室は片側で制御ピストンにより画定され、この制御ピストンによって噴射弁部材が制御される。この噴射弁部材は内燃機関の燃焼室に開口した少なくとも１つの噴射開口を開放するか、または該噴射開口を閉鎖する。流出絞りは、１つのボディ（本体）に収容されており、このボディは制御室とは反対の側で、先細りになっている弁座を備えている。この弁座内には、閉鎖エレメントが当付け可能である。この閉鎖エレメントは電磁弁のアーマチュアに結合されている。このためには、閉鎖エレメントに、円錐状に加工成形された座に当て付けられるエッジが形成されている。この閉鎖エレメントは軸方向のロッドに沿って運動し、このロッドは、流出絞りが形成されている前記ボディに一体に結合されている。この弁が密に閉じるようにするためには、高精密な表面を製作しかつ閉鎖エレメントの高精度の嵌合を形成することが必要となり、これにより、閉鎖エレメントがひっかかって座が完全に閉鎖されなくなり、圧力損失や漏れが発生することが回避される。

直接噴射式の内燃機関、特に自己着火式の内燃機関へ燃料を導入するために、現在では、行程制御型のコモンレール噴射システムがますます多く使用されている。この行程制御型のコモンレール噴射システムの利点は、噴射圧を内燃機関の負荷および回転数に適合させることができるという事情である。電磁弁を介して操作される行程制御型の燃料インジェクタが公知である。噴射弁部材はサーボ制御室を介して制御される。燃料インジェクタの制御室内の圧力は電磁弁を介して制御される。改善されたインジェクタ調整のためには、できるだけ短い切換時間、ひいては高い切換速度を有する電磁弁が必要となる。圧力補償されて形成された弁ピストンの使用は、小さなばね力、電磁石により発生されるべき磁力の低減ならびに弁行程の縮小、ひいて切換時間の短縮を可能にする。弁切換時間の短縮に基づき、噴射パフォーマンス、特に燃料インジェクタの多重噴射能力を決定的に改善することができる。サーボ制御を有する電磁弁の場合、サーボ循環路の制御量および場合によっては案内部に発生する漏れにより、極めて高い温度が生ぜしめられる。このような燃料量は高いシステム圧から放圧される。このことは燃料インジェクタの材料の温度負荷を招き、ひいては材料問題を招く。臨界的となるのはこの場合、特にマグネットコイルである。なぜならば、電気的なエネルギの投入により、コイル温度は燃料の温度に比べて高められてしまうからである。電磁弁においては、コイル枠体であるボビンや射出成形被覆体のために現在使用されているプラスチックが、高い温度のためには不適当であり、そしてコイル抵抗は温度と共に増大するので、コイル設計は困難となる。これにより特に、電磁弁とアクチュエータとがヘッドに配置されているようなインジェクタ構造では、アクチュエータがさらされ得る許容温度領域が超過されてしまう。ヘッド範囲では、熱伝導によりインジェクタハウジングを介して行われる熱放出は比較的僅かであり、燃料インジェクタのヘッド範囲では熱導出が場合によっては対流により行われ得る。

現在使用されている、自己着火式の内燃機関のための燃料インジェクタを制御するための電磁弁では、マグネットコイル（電磁コイル）が、一般にマグネットコアによって取り囲まれており、これにより十分に高い磁力が発生させられる。しかしこれにより、マグネットコイルは熱的には不良に結合されていて、僅かな熱エネルギしか放出することができない。それに対して、導入された電気的な制御エネルギにより、燃料の温度を上回る高いコイル温度が発生してしまう。

発明の開示
一般にマグネットアッセンブリのマグネットコア内に埋め込まれているマグネットコイルの温度を低下させるために、サーボ弁の戻し量を少なくとも部分的に直接にマグネットコイルの傍らに通して案内することが提案される。この戻し量はマグネットコイルから熱を吸収するので、マグネットコイルの温度は低下する。このことを達成するために、マグネットコアとマグネットコイルとの間に、このために適した相応する流過横断面が提供される。この流過横断面は、たとえば環状横断面として形成されていてよい。この環状横断面は戻し量によって少なくとも部分的に直接に通流される。

これまで使用されてきた電磁弁コンセプトとは異なり、本発明により提案された電磁弁構成アッセンブリでは、マグネットコイルが、シールされてマグネットコアの環状の切欠き内に嵌め込まれているのではなく、環状に形成されたマグネットコイルの外周面と、マグネットコアの内部に設けられた、マグネットコイルを取り囲む切欠きとの間に、環状に延びる流過横断面が残される。この環状に延びる流過横断面は、環状またはトーラス状に形成されたマグネットコイルをすべての側で戻し量流により取り囲むことを可能にする。これによって、マグネットコイルの内周面および外周面だけでなく、上側および下側の端面も、逃がされた燃料によって流過され得る。マグネットコイルを取り囲むこのような燃料流の流過を改善するためには、アーマチュアピンに案内されたアーマチュアプレートに複数の孔が設けられていてよい。これらの孔は逃がされた燃料の、低圧側の戻し路の方向への流入を促進する。有利には、マグネットコアに、集合管路を形成する流過横断面が、マグネットコアに設けられた切欠きの上方に配置されている。この集合管路を介して、逃がされ、そしてマグネットコイルによって加熱された燃料が、低圧側の戻し路内へ流出する。本発明により提案された解決手段により、あらゆる側で燃料流によって取り囲まれたマグネットコイルから、燃料噴射システムの低圧側の戻し路へ流出する、このマグネットコイルを取り囲んで流れる、逃がされた燃料への対流式の熱輸送が与えられている。

有利には、マグネットコイルはマグネットコアに設けられた環状室の内部で、コイル枠体であるボビンによって取り囲まれていてよい。このボビンは逃がされた量の流れまたは漏れ量の流れによって取り囲まれている。さらに、本発明の根底を成す思想の有利な１変化形では、マグネットコイルが場合によってはボビンと共に配置されているマグネットコアの切欠き内にスペーサを配置することができる。これにより、端面および内周面もしくは外周面におけるマグネットコイルもしくはボビンの全ての側が流過されることが保証されている。このスペーサにより、マグネットコアに低圧範囲への戻し路の方向に配置された開口がマグネットコイルによって閉鎖されるのではなく、環状に形成された第１の流路と、環状に形成された第２の流路とが、マグネットコイルの端面の上方で合流されて、マグネットコアに形成された、カバーに設けられた逃がし通路と整合した開口を介して、低圧側の戻し路内へ逃がされ得るようになる。

図面の簡単な説明
図面につき、本発明により提案された解決手段を詳しく説明する。

逃がされた燃料流により取り囲まれたマグネットコイルを有するマグネットアッセンブリを有する電磁弁として形成された切換弁を備えている、本発明により提案された燃料インジェクタの断面図である。

実施形態
図面から判るように、燃料インジェクタ１０が、高圧管路１２を介して、システム圧下にある燃料で負荷されている。高圧管路１２は高圧蓄え体（コモンレール）を介して、システム圧下にある燃料で負荷される。この高圧蓄え体（コモンレール）は高圧ポンプまたは別の高圧フィードユニットを介して負荷されているので、この高圧蓄え体内に貯えられた燃料は２０００バール以上のシステム圧下にある。この圧力レベル、すなわちシステム圧レベルにおいて、図示の燃料インジェクタ１０のインジェクタボディ１４には、燃料が供給される。高圧管路１２を介してインジェクタボディ１４内へ圧送された燃料は、貯え容積１６内に貯えられる。

燃料インジェクタ１０のインジェクタボディ１４の下方には、ノズルボディ１８が設けられている。燃料インジェクタ１０の上側の範囲において、この燃料インジェクタ１０はアクチュエータハウジング２０を有しており、このアクチュエータハウジング２０内には切換弁が収容されている。この切換弁は、電磁弁２２であると有利である。さらに、燃料インジェクタ１０のインジェクタボディ１４はバルブピース２４を有している。このバルブピース２４の内部には、制御室２８が形成されている。バルブピース２４の内部に形成されたこの制御室２８は、流入絞り３０と、流出通路３４に形成された少なくとも１つの流出絞り３２とを有している。流入絞り３０を介して、バルブピース２４内に形成された制御室２８が、システム圧下にある燃料で常時負荷されることが保証されている。切換弁、特に電磁弁２２が操作されると、制御室２８からは、低圧側の戻し路８４の方向に所定の制御量が逃がされる（リリーフされる）。制御室２８内に前記少なくとも１つの流入絞り３０を介して生ぜしめられた、システム圧下にある燃料は、有利にはニードル状に形成された噴射弁部材２６の一方の端面を負荷する。特にニードル状に形成されたこの噴射弁部材２６は、貯え容積１６を貫いて延びている。

バルブピース２４の上側の平坦面は弁座３６を有している。この弁座３６は平座として、円錐座として、または球状に形成された閉鎖エレメントのための座として形成されていてよい。バルブピース２４は弁緊締ナット４０を介してインジェクタボディ１４内に固定されている。

図面からさらに判るように、バルブピース２４の下側の端面には、閉鎖ばね５４が接触している。この閉鎖ばね５４は、有利にはニードル状に形成された噴射弁部材２６の周面に設けられたつば５２に支持されている。インジェクタボディ１４はノズルボディ１８に結合されている。ノズルボディ１８は、インジェクタボディ１４の貯え容積１６内に生ぜしめられた、システム圧下にある燃料容量を介して負荷されている。システム圧下にある燃料は、有利にはニードル状に形成された噴射弁部材２６の周面に形成された研削加工部５６を介して、ノズルボディ１８に設けられた環状室５８に流入する。研削加工部５６は１つまたは複数の研削加工部５６であってよい。図面から判るように、噴射弁部材２６の図示の位置では、有利にはニードル状に形成された噴射弁部材２６に設けられた弁座６０が、燃料インジェクタ１０の燃焼室側の端部において閉じられている。有利にはニードル状に形成された噴射弁部材２６の図示の位置においては、少なくとも１つの噴射開口６２を介して内燃機関、有利には自己着火式の内燃機関の燃焼室内へ燃料を噴射することはできない。

さらに図面から判るように、バルブピース２４の平坦側には、ガイドボディ４８が形成されている。このガイドボディ４８はスリーブ状に形成された弁部材３８を案内する。この弁部材３８の下側の端面は、喰込みエッジを有しており、この喰込みエッジはバルブピース２４の上側の端面に設けられた弁座３６と協働する。ガイドボディ４８は環状室４６を画定しており、この環状室４６は少なくとも１つの開口を介して、アクチュエータハウジング２０内に形成されたハイドロリック室に連通している。さらに、図示の切換弁もしくは電磁弁２２は、圧力補償された切換弁である。なぜならば、スリーブ状に形成された弁部材３８ならびにこの弁部材３８に形成されたアーマチュアプレート９０が押圧ピン５０に案内されているからである。図面から判るように、切換弁、特に電磁弁２２が圧力補償されることを可能にする押圧ピン５０は、カバー８６の下側の端面に取り付けられており、このカバー８６を介してアクチュエータハウジング２０は閉じられている。

さらに図面から判るように、切換弁、特に電磁弁２２として形成された切換弁は、マグネットアッセンブリ（Magnetgruppe）７０を有している。マグネットアッセンブリ７０はマグネットコア７２を有しており、このマグネットコア７２内には、マグネットコイル（電磁コイル）７４が配置されている。マグネットコイル７４は第１の流路８０および／または第２の流路８２の形成下にマグネットコア７２内に配置されていてよい。有利には環状通路として形成された流路８０；８２の形成により、弁部材３８の開放時に制御室２８から逃がされた燃料容量をマグネットコイル７４の冷却のために使用することが可能となるので有利である。この場合、マグネットコイル７４が、マグネットアッセンブリ７０のマグネットコア７２に適宜に形成された、つまり過剰寸法を持って形成された切欠き内に、コイル枠体もしくはボビン７６なしに嵌め込まれているのか、あるいはボビン７６によって取り囲まれて嵌め込まれているのかは重要ではない。過剰寸法の形成により、図示されているような第１の流路８０および／または第２の流路８２のような環状横断面を有する流路の形成が可能となる。マグネットコイル７４もしくはマグネットコイル７４とボビン７６とから成る組合せは、たとえばマグネットコア７２の切欠き内部に少なくとも１つのスペーサ７８によって固定され得る。これにより、マグネットコイル７４もしくはそのコイル枠体であるボビン７６を取り囲んで流れかつマグネットコイル７４もしくはボビン７６の温度を低下させる、逃がされた燃料が、マグネットコア７２に設けられた開口９８を介して流出することが確保されている。有利には、マグネットコア７２の上側の範囲に多数の開口９８が設けられており、これらの開口９８は戻し通路９６と整合して、この戻し通路９６と連通している。これらの戻し通路９６は、燃料インジェクタ１０のアクチュエータハウジング２０を閉じるカバー８６に形成されていると有利である。ボビン７６もしくはマグネットコイル７４を直接に取り囲んで流れる燃料（制御室２８から逃がされた量または案内漏れ量またはこれに類するもの）はカバー８６において捕集室９４内に捕集される。この捕集室９４から燃料は、低圧側の戻し路８４を介して燃料噴射システムの低圧側の範囲へ流出する。

図面から判るように、カバー８６の捕集室９４に開口した戻し通路９６は、マグネットコア７２の上側に設けられた開口９８と整合していると有利である。

マグネットコイル７４もしくはマグネットコイル７４とボビン７６とから成る組合せの冷却を一層改善するためには、図示されているように、マグネットアッセンブリ７０のアーマチュアプレート９０が、孔として形成された少なくとも１つの開口８８を有している。このことは、コイル枠体であるボビン７６の下側の端面への改善された燃料流入もしくは、マグネットコイル７４がボビン７６なしに形成されている場合には直接にマグネットコイル７４の下側の端面への改善された燃料流入を意味する。アーマチュアプレート９０に形成された前記少なくとも１つの開口８８を介して、マグネットコイル７４もしくはボビン７６の下側の端面は、逃がされた燃料量によって直接に流過され、ひいては冷却される。ボビン７６もしくはマグネットコイル７４の下側の端面からは、ボビン７６もしくはマグネットコイル７４を冷却する、逃がされた逃がし制御量が、第１の流路８０もしくは第２の流路８２に相応してボビン７６もしくはマグネットコイル７４の内周面もしくは外周面に沿って流れる。したがって、この燃料流はボビン７６もしくはマグネットコイル７４をその内周面においても外周面においても冷却する。第１第２の両流路８０；８２はボビン７６もしくはマグネットコイル７４の上側の端面で合流する。前記少なくとも１つのスペーサ７８によって、ボビン７６もしくはマグネットコイル７４の上側の端面が、マグネットコア７２内に形成された前記少なくとも１つの開口９８を閉じないことが保証されているので、第１の流路８０もしくは第２の流路８２を通過した燃料量は、カバー８６に形成された戻し通路９６の方向に流出する。マグネットアッセンブリ７０のアーマチュアプレート９０に設けられた開口は、孔またはスリットまたはこれに類するものとして、任意の、ただし製作技術的にできるだけ簡単に製作され得るジオメトリ（幾何学的形状）で形成されていてよい。アクチュエータハウジング２０を閉じるカバー８６は、捕集室９４を有しており、この捕集室９４からは、低圧側の戻し路８４が、燃料噴射システムの低圧範囲へ延びている。

マグネットアッセンブリ７０のマグネットコア７２に形成された、ボビン７６もしくはマグネットコイル７４の上方でマグネットコア７２に形成された開口９８は、マグネットコイル７４もしくはボビン−マグネットコイル組合せ７４，７６を冷却する、逃がされた量の導出の他に、マグネットコイル７４の電気的なコンタクトの貫通案内のためにも利用され得る。その場合には、燃料の流出を回避するために相応するシールが配慮されなければならない。

有利な変化実施形態では、燃料インジェクタ１０のインジェクタボディ１４に冷却孔９２が設けられている。図面から判るように、前記少なくとも１つの冷却孔９２はバルブピース２４の下方でインジェクタボディ１４を貫いてノズルボディ１８にまで延びている。前記少なくとも１つの冷却孔９２は、該冷却孔９２がインジェクタボディ１４を貫いて延びる第１の区分を有するように形成されていると有利である。この第１の区分は、バルブピース２４の下方から出発してノズルボディ１８の上方にまで延びているが、しかしなおこのインジェクタボディ１４内で戻り側の区分へ移行している。前記冷却孔９２の戻り側の区分は、バルブピース２４の下方で終わっているか、または図１に図示されているように、さらにバルブピース２４を貫いて延びていてもよい。このバルブピース２４は弁緊締ナット４０によってインジェクタボディ１４内に固定されている。図１から判るように、前記冷却孔９２の戻り側の区分はバルブピース２４の平坦面において低圧室に開口している。この低圧室内には、弁座３６の上方の環状室４６から燃料量が逃がされる。

本発明により提案された解決手段により、大きな手間をかけることなしに、マグネットコイル７４のコイル温度を対流式に低下させることができるので有利である。第１の流路８０および／または第２の流路８２を通じて、ボビン７６もしくはマグネットコイル７４とボビン７６とから成る組合せの内周面もしくは外周面の傍らを通って案内され得る、逃がされた量もしくは案内漏れ量が多くなればなるほど、マグネットコイル７４のますます効果的な冷却を達成することができる。

Claims (10)

1. 内燃機関に用いられる燃料インジェクタ（１０）であって、システム圧下にある燃料によって負荷されている制御室（２８）が設けられおり、該制御室（２８）が、切換弁、特に電磁弁(２２)を介して放圧可能であり、該電磁弁（２２）が、マグネットコア（７２）とマグネットコイル（７４）とを備えたマグネットアッセンブリ（７０）を有している形式のものにおいて、前記制御室（２８）から戻し路（８４）内へ逃がされた量が、マグネットコイル（７４）を少なくとも部分的に取り囲んで流れて、該マグネットコイル（７４）を冷却することを特徴とする、内燃機関に用いられる燃料インジェクタ。
2. マグネットコイル（７４）が、マグネットコア（７２）に設けられた切欠き内で、逃がされた燃料量のための少なくとも１つの第１の流路（８０）を形成するように配置されている、請求項１記載の燃料インジェクタ。
3. マグネットコイル（７４）が、マグネットコア（７２）に設けられた切欠き内で、逃がされた燃料量のための第１の流路（８０）と第２の流路（８２）とを形成するように配置されている、請求項１記載の燃料インジェクタ。
4. マグネットコア（７２）が、環状横断面を成す切欠きを有しており、該環状横断面内にマグネットコイル（７４）が嵌め込まれて、少なくとも１つのスペーサ（７８）によって位置固定されている、請求項１記載の燃料インジェクタ。
5. マグネットコア（７２）が、マグネットコイル（７４）の上方もしくはコイル枠体であるボビン（７６）とマグネットコイル（７４）とから成る組合せの上方に、少なくとも１つの開口（９８）を有している、請求項１記載の燃料インジェクタ。
6. 前記開口（９８）が、逃がされた量および／または漏れ量のための捕集室（９４）を有するカバー（８６）に設けられた少なくとも１つの戻し通路（９６）と整合している、請求項５記載の燃料インジェクタ。
7. 第１の流路（８０）および／または第２の流路（８２）が、環状の流れ通路として形成されている、請求項２または３記載の燃料インジェクタ。
8. インジェクタボディ（１４）および／またはバルブピース（２４）が、少なくとも１つの冷却孔（９２）によって貫通されている、請求項１記載の燃料インジェクタ。
9. マグネットコイル（７４）への流入を改善するために、マグネットアッセンブリ（７０）が、少なくとも１つの開口（８８）を有するアーマチュアプレート（９０）を有している、請求項１記載の燃料インジェクタ。
10. アーマチュアプレート（９０）に設けられた前記開口（８８）が、孔またはスリットとして形成されている、請求項９記載の燃料インジェクタ。

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