JP2023528347A - 燃焼機関、特に自動車の燃焼機関用のインジェクタ及び自動車用燃焼機関 - Google Patents

Abstract

【課題】過剰な圧力損失を回避できるように、燃焼機関、特に自動車の燃焼機関用のインジェクタ及び自動車用燃焼機関を提供する【解決手段】本発明は、燃焼室に燃料を導入するインジェクタ（１０）であって、入口開口（１４）と出口開口（１６）とを有するインジェクタハウジング（１２）と、入口開口（１２）を介して流れる燃料を出口開口（１６）に供給し得る貫流開口（１８）と、貫流開口（１８）を遮断する第１の閉位置と、貫流開口（１８）を解放する第１の開位置との間で移動可能な第１の弁体（２２）を有する、電気的に駆動可能な第１の弁（２０）と、復元要素（３８）と、出口開口（１６）を遮断する第２の閉位置と、出口開口（１６）を解放する第２の開位置との間で移動可能な第２の弁体（４０）とを有する逆止弁（３６）とを備えるインジェクタ（１０）に関する。復元要素（３８）は、磁石（４８）であり、磁石を用いて第２の弁体（４０）が、第２の開位置から第２の閉位置に戻るように移動可能であり、第２の閉位置に保持され得る。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前段に記載の燃焼機関、特に自動車の燃焼機関用のインジェクタに関する。さらに、本発明は、自動車用燃焼機関に関する。

特許文献１には、気体燃料を内燃機関に噴射するための噴射ノズルが開示されている。さらに、特許文献２には、軸方向に延びるハウジングと、その内部に位置し、軸方向の一端に固定され、その軸長さが可変である駆動要素とを有する駆動装置が開示されている。さらに、特許文献３から、燃料噴射システム用の電磁切替弁が公知である。

独国特許第１０ ２０１６ ２０４ ５６９（Ｂ４）号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００５ ０３８ ８９１（Ａ１）号明細書 欧州特許出願公開第３ ３６１ ０８５（Ａ１）号明細書

本発明の課題は、過剰な圧力損失を回避できるように、燃焼機関、特に自動車の燃焼機関用のインジェクタ及び自動車用燃焼機関を提供することである。

本課題は、請求項１の特徴を備えるインジェクタ及び請求項１０の特徴を備える燃焼機関により解決される。本発明の好適な態様を備えた有利な実施形態は、残余の請求項に記載されている。

本発明の第１の態様は、燃料、特に気体燃料を燃焼機関、例えば、レシプロエンジンの、特に自動車の燃焼機関の少なくとも１つの燃焼室に導入するためのインジェクタに関する。これは、好適には乗用車、特に商用車として設計された自動車が、エンジン又は内燃機関とも称され、例えば、レシプロエンジンとして設計された燃焼機関を完成品状態で有し、燃焼機関を用いて、特に内燃機関で駆動することができることを意味する。燃焼機関には前述の燃焼室があり、そこにインジェクタによって燃料を導入し得る。特に、燃料の提供が、インジェクタによる燃焼室への直接の導入、特に噴射又は吹き込みによりなされ得るので、例えば、燃焼機関の完全品状態において、インジェクタは、特に直接、燃焼室内に、特に出口とも称される出口開口を介して開口する。

燃料は、オットー燃料（Ｏｔｔｏｋｒａｆｔｓｔｏｆｆ）つまりガソリン、又はディーゼル油などの液体燃料であってもよい。好適には、気体燃料を燃焼室に導入するように設計されたインジェクタも提供される。気体燃料の燃焼室への導入、特に直接導入は、噴射とも称され、したがって好適にはインジェクタにより気体燃料が燃焼室に噴射されることも提供される。これは、特に燃料が気体状態でインジェクタを流れ、インジェクタから、特に出口から、気体状態で流出し、それによって特に直接、燃焼室に流入することを意味する。

そのため、インジェクタは、それを通じて燃料が流れ得るインジェクタハウジングを有し、これを単にハウジングとも呼称する。インジェクタハウジングは、少なくとも１つの又は正確に１つの、入口とも称される入口開口を有し、それを通じて燃料が、特にインジェクタハウジング外部から、特に全体としてのインジェクタ外部から、インジェクタハウジング、したがってインジェクタに導入し得る又は導入される。さらに、インジェクタハウジングは、出口とも称される少なくとも１つ又は正確に１つの出口開口を有し、これは前述の出口開口又は前述の出口であってもよい。燃料の燃焼室への導入、特に直接導入のために、燃料は出口開口を介してインジェクタハウジング（ハウジング）から排出され、それによって好適には燃料は全体としてインジェクタから排出され得る。言い換えれば、出口開口が覆われていないとき、ハウジングを通って流れる燃料は、次に出口開口を通って流れ、それによってハウジングから、特に出口開口を介して全体としてインジェクタから流出し、その後燃焼室に、特に直接流入し得る。このようにして、燃料は、特に直接、燃焼室に導入され得るか、又は導入される。

また、インジェクタは、インジェクタハウジング内で入口開口の下流側かつ出口開口の上流側に位置する少なくとも１つの貫流開口を有する。これは、入口から出口に流れる燃料の流れ方向、したがってインジェクタハウジングを流れる燃料の流れ方向において、貫流開口が、出口開口の上流側かつ入口開口の下流側、すなわち入口開口と出口開口との間に配置されていることを意味する。これを通じて、出口開口は、貫流開口を通じて流れる燃料、すなわち入口開口を通じて流れる燃料、したがって入口開口を介してインジェクタハウジングに流入する燃料の供給を受け得る。再度言い換えれば、貫流開口が遮断されていない場合、燃料は貫流開口を通じて流れ、次に貫流開口を介して入口から出口に流れ得る。

インジェクタは電気的に駆動する第１の弁を有し、この第１の弁はインジェクタハウジング内に配置された第１の弁体を有する。第１の弁体は、流体的に貫流開口を遮断する第１の閉位置と、貫流開口を開放する少なくとも１つの第１の開位置との間で電気的に駆動させることにより、インジェクタハウジングに対して、特に並進的に、移動し得る。これは、特に、第１の閉位置にある第１の弁体が、燃料が貫流開口を通って流れることができず、したがって、流れ開口部を介して入口から出口へ流れることができないように、貫流開口を流体的に遮断することを意味する。しかし、第１の開位置では、第１の弁体が貫流開口を解放するので、燃料は貫流開口を通って流れ、したがって、貫流開口を介して入口から出口へ流れ得る。第１の弁が電気的に駆動可能であるという特徴によって、特に、第１の弁が電気エネルギー又は電流を用いて駆動可能であり、それにより第１の弁体を第１の開位置と第２の開位置との間で動かす、すなわち、それにより第１の弁体を第１の開位置と第１の閉位置との間で移動させることが理解されよう。第１の開位置を第１の位置、第１の閉位置を第２の位置とも称する。第１の弁が電気的に駆動可能であるという特徴によって、特に、第１の弁に電気エネルギー、特に電流を供給することによって、第１の弁体を一方の位置から他方の位置へ、特に並進的に移動させることができることが理解され得る。言い換えれば、第１の弁に電気エネルギー、特に電流を供給することによって、第１の弁体の一方の位置から他方の位置への移動を効果的に行い得る。第１の弁への電気エネルギーの供給を停止又は解除することにより、弁体を、例えば、他方の位置から一方の位置へ移動させ得る。言い換えれば、第１の弁への電気エネルギーの供給を終了又は解除することにより、第１の弁体を他方の位置から一方の位置へ移動させることができる。一方の位置は、例えば、第１の閉位置であり、他方の位置は、例えば、第１の開位置である。つまり考えられるのは、第１の弁に電気エネルギーを供給することにより、第１の弁体を第１の閉位置から第１の開位置へ移動させることである。第１の弁への電気エネルギーの供給が解除又は終了されると、第１の弁体の第１の開位置から第１の閉位置への移動が行われる又は許容され得る。これにより、特に必要に応じた方法で第１の弁を駆動、すなわち開閉し得る。言い換えれば、第１の弁体を必要に応じた方法で開位置と閉位置との間で移動させ得る。貫流開口は、第１の弁体によって必要に応じて開閉されるため、第１の弁、すなわち第１の弁体は、貫流開口に関連付けられる。例えば、第１の弁は電磁弁として設計される。

インジェクタは、さらに出口開口に関連する逆止弁を備え、この逆止弁は、インジェクタの第２の弁であるか、又は単に第２の弁とも称される。第２の弁（逆止弁）は、復元要素と、出口開口に関連する第２の弁体と、を有する。第２の弁体は、インジェクタハウジング内に配置され、出口開口を流体的に遮断する第２の閉位置と出口開口を解放する少なくとも１つの第２の開位置との間で、インジェクタハウジングに対して、特に並進的に移動可能である。これは、第２の閉位置では、第２の弁体が出口開口を流体的に遮断するため、燃料は出口開口を通って流れることができず、したがって、インジェクタハウジングから流出することも全体としてインジェクタから流出することもし得ないことを意味する。しかし、第２の開放位置では、第２の弁体が出口開口を解放するので、燃料は次に出口開口を介して流れ、したがって、出口開口を介してインジェクタハウジングから流出し、したがって、全体としてインジェクタから流出し得る。

第２の弁体は、第２の閉位置から第２の開位置へ、燃料が貫流開口から第２の弁体へ流れ、特に直接的に第２の弁体に作用することによって生じる圧力によって、かつ排他的に、移動し得る。言い換えると、貫流開口から第２の弁体に流れる燃料は、例えば、第２の弁体の少なくとも一部の部分領域に直接接触し、したがって、第２の弁体に直接作用し得る。一方で燃料は圧力を有し、部分領域又は第２の弁体上に、特に直接作用し得る。燃料の圧力は、第２の弁体に特に直接作用し、その結果、特に弁体に直接作用する開弁力が生じる。開弁力によって、弁体をインジェクタハウジングに対して第２の閉位置から第２の開位置へ移動させ得る。好適には、インジェクタは、第２の弁体が、第２の閉位置から第２の開位置まで、専ら開弁力によって、又は専ら燃料の圧力によって移動され得るように設計されている。したがって、例えば、第２の弁体は、特に排他的に、第２の閉位置から第２の開位置へ油圧又は空圧で移動可能である。

燃料によって又は燃料の圧力によって第２の弁体が第２の閉位置から第２の開位置へ移動した後、第２の弁体は、復元要素によって、特に復元要素のみによって、燃料の圧力低下又は解除の結果として第２の開位置から第２の閉位置へ戻され得る。特に、圧力低下は以下を意味する。少なくとも第２の開位置では、復元要素は、少なくとも間接的に、特に直接的に、弁体に作用する復元力を提供し、例えば、開弁力を打ち消すか反対側に作用する。圧力が、例えば、開弁力が復元力よりも大きくなるような方法で、特に予め定められた閾値を超えると、第２の弁体は、復元力に抗する開弁力によって、第２の閉位置から第２の開位置へ、インジェクタハウジングに対して特に並進的に移動される。その後、例えば、開弁力が復元力よりも小さくなるような方法で、圧力、したがって開弁力が、例えば、ゼロ又はゼロよりも大きい値まで低下すると、第２の弁体は、次に、復元力によって、第２の開位置から第２の閉位置へと、特に排他的に又は単独で再び移動される。さらに、第２の弁体は、特に第２の開位置から第２の閉位置へ戻る移動の後、復元要素又は復元力によって第２の閉位置に保持され、したがって第２の弁体は、開弁力が復元力より小さいとき及び／又は貫流開口が閉じられたとき、すなわち第１の弁体によって流体的に遮断されたとき、第２の閉位置に確実に留まる。

インジェクタ、特に燃料に起因する過剰の圧力損失を避けるために、本発明に従って、第２の弁の復元要素は磁石であり、それにより磁界が提供され得る又は提供される。圧力が低下した結果、第２の弁体は、磁界によって第２の開位置から第２の閉位置に戻され、その後、第２の閉位置に保持され得る。これは、先に説明した復元力が、磁界から生じる、又は磁界により生じ、特に磁界と、例えば、強磁性材料などの磁化を有する又は磁化可能な材料との相互作用の結果又は相互作用として生じることを意味する。本発明に係るインジェクタでは、前述の復元力は、したがって、磁界から、又は磁界と材料との相互作用から生じる磁力であり、これによって、例えば、第２の弁体は、第２の閉位置から第２の開位置へ移動した後に、第２の開位置からの前述の圧力低下の結果、第２の閉位置へ戻るように移動される。再度言い換えれば、例えば、圧力、したがって開弁力が、磁力として形成される復元力以下となるように減少すると、第２の弁体は、磁力（復元力）により、第２開位置から第２閉位置に磁気的に戻され、第２の閉位置に保持される。

特に、本発明は以下の知見に基づく。すなわち、特に、燃料を直接燃焼室に導入する、特に噴射又は吹き込むようにインジェクタが設計されている場合、当該インジェクタは直噴インジェクタとも称される。燃焼機関は、燃焼室内で燃焼プロセスが進行する燃焼状態において燃料で動作し得る。燃料が気体燃料の場合、燃焼機関はエンジン又は内燃機関とも称されるが、ガスエンジンとも称される。本開示の文脈では、気体燃料とは、例えば、天然ガス（ＣＮＧ、ＬＮＧ）、ＬＰＧ、水素、及び他の任意の気体燃料を意味する。内燃機関、特にガスエンジン用のインジェクタ、特に直噴インジェクタは、通常、その閉状態、すなわち特に弁体がその閉位置にあるときに、ある量の漏れを示す。第２の閉位置では、例えば、第２の弁体が対応する弁座に着座し、それにより出口開口を流体的に遮断する。特に、インジェクタが直噴インジェクタとして設計されている場合、弁座は燃焼室からの高圧と高温に曝され、又は弁座は当該の高圧と高温に十分長い期間少なくとも実質的に損傷なく耐える必要がある。これは、例えば、弁座が金属であること、すなわち、金属材料から作られていることを意味する。特に、弁座は、完成品状態で燃焼室内に配置され得る。さらに、弁座、ひいては第２の弁体は、第１の弁体よりもはるかに燃焼室に近い場所に配置し得る。特に、弁座と第２の弁体が燃焼室内に配置され、第１の弁体とそのさらなる弁座が燃焼室外に配置されることが考えられる。

さらに、燃料は低粘度であり、特に気体燃料である場合には、その粘度は低い。燃料のこの低粘度は、例えば、金属弁座の避けられない表面粗さとともに、閉状態、すなわち第２の弁体がその第２の閉位置にあるときに漏れの原因となる。したがって、第２の弁体はその第２の閉位置にあるが、燃料は第２の弁体と弁座の間を通って流れ、したがって出口開口を通り、その後インジェクタハウジングから又は全体としてのインジェクタから流出し得る。これは、例えば、爆燃並びにエンジン及び周辺部品の損傷といった好ましくない影響をもたらし得る。

このようなインジェクタ、特に直噴インジェクタにおける過剰な漏れを回避する一つの方法は、弁、したがって弁体を直列に結合又は相互接続することである。言い換えると、本発明に係るインジェクタでは、弁体、したがって弁が、特に入口開口から貫流開口を経て出口開口に流れる燃料の流れ方向に互いに直列に配置又は接続されている。この場合、第１の弁は、第１の弁体用の第１の弁座を有し得て、ここで第１の弁体は、その第１の閉位置において、特に直接、第１の弁座上に着座している。第２の弁は、第２の弁体用の第２の弁座を有し、第２の弁体は、その第２の閉位置で、特に直接、第２の弁座に着座する。第２の弁座の特に高い堅牢性を実現するために、第２の弁座は金属弁座であり、すなわち鋼のような金属材料から形成されるように設計されることが好ましい。各弁座は、封止座とも称され、それぞれの弁座とそれぞれの関連する弁体が、それぞれの閉位置で貫流開口又は出口開口部を流体的に遮断するために使用される。過剰な漏れを防ぐために、第１の弁座又は封止座は、例えば、弾性封止座、すなわち弾性変形可能な材料、つまりゴム又はエラストマーで作られたものとして設計される。このようにして、第１の弁座又は第１の弁は、少なくともほとんど漏れないように設計され得て、それにより燃料が望ましくない形でインジェクタから流出し得る過剰な漏れを回避し得る。第２の弁座と第２の弁体とによって、燃焼室に対して、特に燃焼室内の圧力に対して、十分な密閉性を実現し得る。

第１の弁及び第１の弁体は、第２の弁及び第２の弁体よりも上流側に配置され、第２の弁及び第２の弁体よりも燃焼室から離間しているため、第２の弁体は、インジェクタのいわゆる燃料側に配置される燃料側弁体とも称される。第２の弁体は、インジェクタの燃焼室側に配置される燃焼室側弁体である。第１の弁を電気的に駆動させることにより、したがって電気エネルギーを使用して第１の弁体を第１の閉位置と第１の開位置との間で移動させ得るので、燃料側の第１の弁、したがって第１の弁体は、能動的に駆動される、又は能動的に駆動され得る。燃焼室側の第２の弁は、例えば、第２の弁体が第２の閉位置と第２の開位置との間で、すなわち第２の閉位置から第２の開位置へ、かつ第２の開位置から第２の閉位置へ、好適には外部駆動又は制御なしに、すなわち特に第２の弁に電気エネルギーを供給せずに移動可能な受動型逆止弁である。第２の弁体の第２の閉位置から第２の開位置への移動は、特に単独かつ排他的に、燃料圧とも称される燃料の圧力によって引き起こされ、第２の弁体の第２の開位置から第２の閉位置への移動は、好適には、復元力によってのみ、したがって復元要素によってのみ引き起こされる。

従来のインジェクタ、特に直噴インジェクタでは、復元要素はばね、好適には機械的なばね、したがって好適には固体として設計されたばねであり、そのばねは、例えば、引張ばね又は圧縮ばねとして設計されている又は機能する。したがって、従来のインジェクタでは、復元力はばねが提供するばね力である。従来のインジェクタでは、第２の弁体が第２の閉位置から第２の開位置に移動された場合、これによってばねに張力がかかり、これにより少なくとも第２の開位置においてばねが前述のばね力を提供し、これが少なくとも間接的に、特に直接的に、第２の弁体に作用する。復元力として作用するばね力によって、第２の弁体は、次に、第２の開位置から第２の閉位置に戻され、特に、第２の閉位置に保持される。そのため、ばねは閉鎖ばねとも呼ばれている。第２の弁体は、閉鎖ばねに抗して、又はばね力に抗して、特に燃料によって、又は燃料の圧力によって開弁する必要があるため、すなわち第２の開位置から第２の閉位置へ移動し、開弁したまま、すなわち第２の開位置に保持されるので、燃料の圧力損失が必然的に生じる。

そのようにして、インジェクタは、第１の弁と第２の弁、及び貫流開口と下流側出口開口を有し、２段式インジェクタ、好ましくは２段式直噴インジェクタ、より好ましくは２段式ガス直噴インジェクタとして設計されている。従来のインジェクタでは、第２の弁体の開弁と開弁維持に必要なばね力が非常に大きく、燃料の過剰の圧力損失を引き起こしている。

当該の燃料の過剰な圧力損失は、復元要素がばねとしてではなく、磁石又は上述の磁石として設計されているため、ここでは、本発明によって回避され得る。したがって、復元力はばね力ではなく、上記の磁力となるため、過大な圧力損失が回避され得る。磁石及び磁界から生じる磁力により、第２の弁体のための磁気的な、好ましくは受動的な駆動が実現又は実施され、過剰な圧力損失が回避され得る。

インジェクタの、したがって燃焼機関及び自動車全体の特に効率的な動作を実現できるようにするために、本発明の一実施形態では、磁石は永久磁石であり、これにより磁界が提供されることが意図される。これにより、磁気駆動を受動駆動として設計し得て、第２の弁は戻しばねを備えた従来のチェックバルブのように機能し得るが、復元要素がばね又は戻しばねとしてではなく、永久磁石として設計されている点が異なる。これは、過剰な圧力損失を防止する特に好ましい形態である。これにより、第２の弁体は、好適には、第２の弁に電気エネルギーが供給されることなく、燃料の圧力によってのみ開弁し得、好適には、第２の弁に電気エネルギーが供給されることなく、磁力によってのみ閉弁し得る。

さらなる実施形態は、インジェクタが、第２の弁体に作用する力が磁界から生じるように磁界と相互作用するように設計された材料、又は前述の材料を備えることを特徴とする。この力は、前述の復元力又は磁力であり、圧力低下の結果、第２の弁体は第２の開位置から第２の閉位置に戻され得てかつ第２の閉位置に保持され得る。これにより、第２の弁は、過剰の圧力損失を回避し得るものの、特に有利には従来の能動的な逆止弁と同様に機能することができる。

好適には、材料は、第２の弁体上に設けられ、したがって、第２の弁体とともに、インジェクタハウジングに対して第２の開位置と第２の閉位置との間で、特に並進的に移動可能である。言い換えれば、第２の弁体は、材料を有し得る。そして、例えば、磁石がインジェクタハウジングに保持され、特に固定されているため、例えば、第２の弁体及びそれとともに材料が、第２の開位置と第２の閉位置との間でインジェクタハウジングに対して及び磁石に対して相対的に移動可能である。さらに、例えば、ハウジングが材料を有する、特に、材料がハウジングに固定されて提供されることが意図される。そして、例えば、第２の弁体が磁石を有するように、第２の弁体に磁石が設けられ、又は保持されることが好適に意図される。したがって、例えば、磁石は、第２の弁体とともに、第２の開位置と第２の閉位置との間で、特に並進的に、インジェクタハウジングに対して移動可能であることが考えられる。

さらなる実施形態は、第２の弁体を閉位置から開位置へ移動させると、磁石と材料との間の距離が、特に連続的に増加し、その結果、力（復元力又は磁力）が距離に対して非線形に、特に非比例的に、さらに特には二次関数的に減少することを提供する。二次関数的に減少するということは、特に距離が２倍になったとき、特に距離の初期値に由来する力が４分の１になる、すなわち距離が初期値を持つときと比較して４分の１の大きさになることを意味する。磁力は、したがって、ヒステリシス又はヒステリシス効果が生成されるように非線形挙動を示し、特に、その効果により、第２の弁体が最初に第２の閉位置にあるとき、第２の弁体を最初に第２の閉位置から移動させ、したがって第２の開位置の方向に移動させるために、高い開弁力が最初に第２の弁体に作用又は生じる必要がある。高い開弁力によって引き起こされる、第２の閉位置から第２の開位置の方向へのこの初期移動の後、高い開弁力よりもかなり低い開弁力又は保持力は、第２の弁体を第２の開位置の方向へ、特に第２の開位置へさらに移動させる又は第２の開放位置で保持するために十分である。高い開弁力は最初だけ、したがって非常に限られた時間だけ発生し、その後、第２の弁体を第２の開位置に保持するために低い保持力のみを適用する必要があるため、燃料の圧力損失は全体として、すなわち第２の弁体が第２の閉位置から第２の開位置へ移動する期間、次に第２の閉位置から第２の開放位置へ移動しその後第２の開放位置に保持する期間、特に中断なく特に低く保たれ得る。言い換えれば、前述のヒステリシス効果は、特に、第２の弁体が閉じている場合に高い閉弁力であり、第２の弁体が開いている場合に低い閉弁力であることを特徴とする。言い換えれば、第２の弁体が第２の閉位置にあるときには、閉弁力とも称される第２の弁体に作用する復元力（磁力）が大きく、したがって距離が短く又は排除され、復元力は第１の値を有する。しかし、距離が第１の値よりも大きい第２の値を有するように、第２の弁体が第２の開位置にある場合、第２の弁体に作用する閉弁力（復元力又は磁力）は、第２の閉位置にある場合よりも小さい。このため、第２の弁体が開くと、ごく短時間で高い圧力損失が発生する。しかし、第２の弁体が第２の開位置にあるように第２の弁体が開いている場合、逆止弁を介した圧力損失はごくわずかである。それにもかかわらず、逆止弁又は第２の弁体は、貫流開口部から第２の弁体へ燃料がもはや流れなくなり、逆止弁を通過すると自動的に閉じる。逆止弁により生じる圧力損失が小さく、したがって、例えば、開弁時に短時間発生する燃焼室側逆止弁を介した圧力損失が大きいことは、燃料の圧力で出口開口を流れ、したがって、インジェクタから燃焼室に流出し得る燃料の、燃料圧力とも称される圧力をできるだけ低く保つために望ましいとさえされ得る。これは、例えば、燃料が気体状態で貯蔵されている圧力タンクをできるだけ空にできるようにするために、気体状態で貯蔵されている燃料に対して特に望ましい。さらに、本発明に係るインジェクタの逆止弁は、特に、例えば従来の逆止弁でのような比例特性曲線の代わりに、逆止弁の明確に定義された状態が実現され得る。

本発明に係る特に有利な実施形態では、第２の弁体は、第２の開位置と第２の閉位置との間で、インジェクタハウジングに対して相対的に移動方向に沿って並進移動可能である。これは、過剰な圧力損失を回避する特に好ましい形態である。

この実施形態においては、少なくとも第２の開位置で、特に第２の閉位置でも、材料が、移動方向に対して垂直に延びる方向に沿って配置され、特に磁石と重ならずに外側又は内側を向いている、すなわち磁石と重なっていないことが、特に有利であることが示されている。移動方向に対して垂直に延びる上述の方向は、例えば、第２の弁、特に第２の弁体の半径方向と一致し、特に、例えば、第２の弁及び／又は第２の弁体が、少なくとも長手方向領域において、円筒状に、すなわち、直円柱の形状を有するか、球状に設計されている場合に、一致する。この実施形態により、少なくとも間接的に、特に直接的に第２の弁体に作用する磁力又は復元力が、距離の増加に応じて非線形に、好適には非比例的に、つまり二次関数的に減少するという上述の効果が、特に良好に実現され得る。これは、上述したヒステリシス効果を特に良好に示すことができることを意味する。

ヒステリシス効果が特によく現れ得るように、最初に高い開弁力が第２の弁体を開くために必要とされ、その後、第２の弁体を開いたままにするために低い開弁力のみが必要とされるように、本発明に係るさらなる実施形態では、第２の閉位置と同様に第２の開位置においても、材料は、移動方向と平行に、第１の弁に向かって又は第１の弁から離れる方向に、例えば、第２の弁又は第２の弁体の軸方向と平行に、磁石により少なくとも部分的に重ねられていることが提供される。結果として、材料と磁石との間の距離、特に移動方向に沿った距離は、第２の弁体が第２の閉位置から第２の開位置へ移動するときに増加し、第２の弁体が第２の開位置から第２の閉位置へ移動するときに、特に直線的に減少する。

さらなる実施形態は、上述の距離が移動方向に沿って、又は移動方向と平行であることを特徴とする。

最後に、第１の弁体が、インジェクタハウジングに対して、第１の閉位置から第１の開位置へ、特に並進方向に移動可能であると、特に有利であることが示されている。第２の弁体は、インジェクタハウジングに対して、第２の閉位置から第２の開位置へ、第１の開方向とは反対の、例えば、移動方向と平行に、特に並進的に移動され得る。これは、過剰な圧力損失を容易に回避し得る特に好ましい形態である

本発明に係る第２の態様は、自動車用の燃焼機関、好ましくはレシプロエンジン形態の燃焼機関に関する。燃焼機関は、本発明に係る第１の態様に係る少なくとも１つのインジェクタを備える。

本発明に係る第１の態様の利点及び有利な実施形態は、本発明に係る第２の態様の利点及び有利な実施形態とみなされ、その逆もまた同様である。

本発明の更なる利点、特徴及び詳細は、好適な実施形態の以下の説明及び図面から明らかになるであろう。本明細書において上述した特徴及び特徴の組み合わせ、並びに図の説明において後述する特徴及び特徴の組み合わせ、及び／又は図に単独で示した特徴は、それぞれの場合に示した組み合わせだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなく他の組み合わせ又は単独で使用することが可能である。

燃焼機関、特に自動車の少なくとも１つの燃焼室に燃料を導入するための、本発明に係るインジェクタの概略縦断面図である。 図１においてＢと記された領域におけるインジェクタの更なる概略縦断面図である。

図中、同一又は機能的に同一の要素には、同一の参照符号を付している。

図１は、好適にはレシプロエンジンとして設計される自動車の燃焼機関の少なくとも１つの燃焼室に燃料、特に気体燃料を導入するためのインジェクタ１０の概略縦断面図である。これは、完成品状態の自動車が燃焼機関を有し、燃焼機関によって、特に内燃機関によって駆動することができることを意味する。エンジン又は内燃機関とも呼ばれる燃焼機関は、燃料が、特に直接、インジェクタ１０によって導入され得る上述の燃焼室を有する。好適には、燃料は水素のような気体燃料であり、インジェクタ１０によって気体状態で燃焼室に直接導入、特に噴射される。これは、特に、燃料が気体状態でインジェクタ１０から流出し、それによって、特に直接、燃焼室に流入することを意味する。したがって、インジェクタ１０は、ガスインジェクタ、直噴インジェクタ、又はガス直噴ダイレクトインジェクタとも称される。

インジェクタ１０は、燃料が流れ得るインジェクタハウジング１２を有しており、これは単にハウジングとも参照する。インジェクタハウジング１２は、入口とも称される少なくとも又は正確に１つの入口開口１４を有し、これを介して、特にインジェクタハウジング１２の環境（周囲領域）から、特にインジェクタ１０全体として、燃料がインジェクタハウジング１２内に導入又は供給することができる。さらに、図２に関連して特によく分かるように、インジェクタハウジング１２及びしたがってインジェクタ１０は、出口とも称される出口開口１６を有し、これを介して流れる燃料が、入口を介してインジェクタハウジング１２に流入し、入口から出口に流れ、したがって燃焼室に燃料を導入、特に直接噴射するためにインジェクタハウジング１２、したがって全体としてインジェクタ１０から排出され得る。入口から出口へ流れる燃料の流れ方向において、出口は入口より下流側に配置されている。

インジェクタ１０は、インジェクタハウジング１２内に配置され、入口から出口に流れる燃料の流れ方向において、出口よりも上流側かつ入口よりも下流側に配置された少なくとも１つの貫流開口１８をさらに備える。入口から出口に向かう途中、燃料は貫流開口１８を通じて流れ、それによって出口開口１６に、入口を通じて流れ、したがって入口を介してインジェクタハウジング１２に流入する燃料が貫流開口１８を介して供給され得る。

インジェクタ１０は、電気的、特に電磁気的に駆動可能な第１の弁２０をさらに備え、この弁は、本実施形態では、例えば、電磁弁として設計されている。第１の弁２０は、インジェクタハウジング１２内に配置され、第１の弁２０の電気的駆動によって、また本実施形態では電磁気的に、図２において二重矢印２５で示される移動方向に沿って、図１及び図２に示すように貫流開口１８を流動的に遮断する第１の閉位置と、貫流開口１８を解放する少なくとも１つの第１の開位置との間でインジェクタハウジング１２に対して並進移動できる第１の弁体２２を備える。このため、電磁弁として設計された弁２０は、電磁コイルとも称されるコイル２４を有し、このコイル２４に電気エネルギー、特に電流を供給することにより、コイル２４に電流が流れ得る。例えば、コイル２４は、特にバルブ２０の固定子を介して、インジェクタハウジング１２に固定される。ここでは、例えば、コイル２４は保持され、したがって固定される。特に、コイルには、例えば、図示しないエネルギー源から供給される、端子とも称される少なくとも１つの電気接触要素２６を介して電気エネルギーが供給され得る。接触要素２６は、例えばプラスチック材で形成されたハウジング２８内に配置される。代替形態又は付加形態として、ハウジング２８は、インジェクタハウジング１２とは別個に形成され、インジェクタハウジング１２に接続される。例えば、ハウジング２８は、射出成形により製造される。公知のように、コイル２４は電磁石として機能し得る又は電磁石を形成し得る。電気エネルギー、特に電流がコイル２４を通じて流れるようにコイル２４に電気エネルギーが供給されると、コイル２４は、磁気的な場（磁場）とも称される磁界を提供する。特に、磁界はコイル２４で発生される。

第１の弁体２２は、電機子又は複数の電機子の一部であり、それによって、電機子及びしたがって弁体２２は、磁界によって、特に第１の閉位置から第１の開位置まで十分に公知の方法で移動させることができる。特に、弁体２２は、弁体２２の第１の開方向である移動方向と平行な、図１に矢印３０で図示される第１の方向に、第１の閉位置から第１の開位置にインジェクタハウジング１２に対して、特に磁界を発生させることによって移動可能である。

弁体２２と関連するのは第１の復元要素であり、図示の実施形態例では、機械ばね３２として、したがって、固体として設計される。弁体２２の第１の閉位置から第１の開位置への移動により、ばね３２に張力がかかり、特に圧縮又は偏向される。このため、少なくとも第１の開位置において、ばね３２は、移動方向と平行でかつ第１の方向とは反対の、図１に矢印３４で図示された第２の方向を指すばね力を提供する。第２の方向は、弁体２２の第２の閉方向であり、この方向で弁体２２は、第１の開位置から第１の閉位置までインジェクタハウジング１２に対して並進移動可能である。したがって、弁体２２は、ばね３２によって提供されるばね力によって、第２の方向に、したがって第１の開位置から第２の閉位置に移動する又は移動させられ得る。特に、ばね３２は、第１の閉位置においてもばね力を提供するので、弁体２２は、ばね力によって、したがって、ばね３２によって、第１の閉位置に保持される。

弁２０を電気的に駆動させることによって弁体２２を第１の閉位置と第１の開位置との間で往復運動可能なため、全体として、弁２０は能動的又は能動的に駆動可能な弁であることが分かる。バルブ２０の電気的、特に電磁的な駆動は、コイル２４及びしたがって弁２０に電気エネルギーを供給することと、コイル２４への電気エネルギーの供給を終了又は解除することからなる。コイル２４への電気エネルギーの供給が終了又は解除されると、ばね３２は、磁界によって以前に開かれた弁体２２に抗して又はそのばね力に抗して、弁体２２を再び閉じ得て、すなわち、第１の開位置から第１の閉位置に戻し、特に第１の閉位置で保持し得る。

インジェクタ１０は、インジェクタ１０の第２の弁又は第２の弁とも称される、図２に拡大して示されている逆止弁３６をさらに備える。逆止弁３６は、復元要素３８と、インジェクタハウジング１２内に配置された第２の弁体４０とを備え、第２の弁体４０は、図１及び図２に示す第２の閉位置と少なくとも１つの第２の開位置との間で、二重矢印２５で示す移動方向に沿ってインジェクタハウジング１２に対して並進的に移動可能である。第２の閉位置では、弁体４０は、出口開口１６から燃料が流出しないように出口開口１６を流体的に遮断する。しかし、第２の開位置では、弁体４０が出口開口１６を解放するので、燃料が出口開口１６を介して流れ、したがってインジェクタハウジング１２から流出し、全体としてインジェクタ１０から流出し得る。この場合、弁体４０は、弁体４０の第２の方向が第２の開方向となるように、第２の閉位置から第２の開位置まで矢印３４で図示する第２の方向に移動可能である。弁体４０は、第２の開位置から第２の閉位置まで矢印３０で図示する第１の方向に移動可能であるため、弁体４０の第１の方向が第２の閉方向となる。弁体２２と弁体４０が反対方向に開閉していることが明らかである。

弁体２２が第１の開位置にあるとき、燃料は貫流開口１８を通って流れ得て、したがって、入口開口１４から貫流開口１８を通じて弁体４０に流れ得る。特に、燃料は、貫流開口１８を介して弁体４０に、すなわち弁体４０の流路４２に流入し、流路４２を通じて、したがって弁体４０を通じて流れる。燃料は、流出開口４４を介して流路４２から、したがって弁体４０から流出し得て、それによって、例えば、環状チャンバとして形成され、インジェクタハウジング１２の内側かつ弁体４０の外側に配置されて、それによって一部がインジェクタハウジング１２によって、一部が弁体４０によって境界付けられたチャンバ４６に流入し得る。チャンバ４６において、チャンバ４６に収容された燃料、特に燃料圧力とも称されるその圧力は、燃料圧力が第２の方向を向く開弁力をもたらし、弁体４０に直接作用するように、弁体４０に直接作用し得る。例えば、開弁力が、復元要素３８によって提供される単に力とも称される復元力又は閉弁力を超え、少なくとも間接的に、特に直接的に弁体４０に作用して第１の方向を指し、したがって開弁力に抗する場合、弁体４０は開弁力によって第２の閉位置から第２の開位置に移動し、それによってインジェクタハウジング１２から少なくとも部分的に移動される。その後、弁体２２を第１の開位置から第１の閉位置へ移動させることにより、又は弁体２２の第１の開位置から第１の閉位置への移動を引き起こす又は許容することにより流体的に貫流開口１８が遮断されると、チャンバ４６内で優勢な燃料圧力及びそれに伴う開弁力が低下する。開弁力が復元力又は閉弁力を下回る場合、弁体４０は、復元力によって、したがって復元要素３８によって、第２の開位置から第２の閉位置に戻され、その後、第２の閉位置に保持される。

第１の弁２０が能動的に駆動又は切替可能な弁であるのに対し、逆止弁３６は、その弁体４０が専ら燃料圧力によって開口され得るかつ専ら復元力によって閉口され得る、したがって外部の影響又は制御を受けない受動弁である。

なお、過剰の圧力損失を避けるため、復元要素３８は磁石４８として設計されており、この磁石は好適には永久磁石である。永久磁石は、燃料圧力の低下によって磁界を提供し、その結果として第２の弁体４０が第２の開位置から第２の閉位置に戻され、その後、第２の閉位置に保持され得る。一方で、本実施形態においてインジェクタ１０は、弁体４０に設けられた材料５０を備えているため、弁体４０とともに移動可能である。材料５０は、強磁性材料などの磁性体又は磁化可能な材料である。特に、材料５０は、鉄を備え得る。材料要素５２は材料５０で形成され、弁体４０上に設けられるか、弁体４０の構成要素となり得る。材料５０、したがって材料要素５２は、磁界が材料要素５２、したがって弁体４０に作用する前述の閉弁力を第１の方向に向けるように永久磁石によって提供される磁界と相互作用するように設計され、かつ、それにより、圧力低下の結果として、第２の弁体４０が第２の開位置から第２の閉位置に戻され得、したがって閉口し得、次に第２の閉鎖位置に保持し得る磁力として設計される。

図に示す実施形態の代替形態として、材料５０、したがって材料要素５２がハウジングに固定されているか、又はハウジングの構成要素であることが考えられ、この場合、磁石４８は弁体４０に保持され得る又は弁体４０の構成要素であり得る。材料５０又は材料要素５２と対応する磁石４８は、弁体４０を第２の閉位置から第２の開位置へ移動させることによって、磁石４８と移動方向に沿った材料５０（材料要素５２）との間の距離が連続的に増加し、その結果、磁力が距離に対して非線形に、好ましくは二次関数的に減少するように配置される。したがって、第２の閉位置から第１の開位置の方向への弁体４０の初期移動のために、第２の方向に作用する高い開弁力が必要とされる又は印加される必要があり、弁体４０を開いたまま、すなわち第２の開位置に保持するために、高い開弁力と比較して実質的に低い開弁力が印加される必要がある。

図１及び図２から明らかなように、第２の開位置及び第２の閉位置においても、材料５０は、移動方向に対して垂直に延びる方向に沿って磁石４８と重ならずに配置され、この場合、外側に向けられ、図２において矢印５４で示される。さらに、第２の開位置と第２の閉位置の両方において、材料５０は、移動方向と平行な第１の方向において、磁石４８と少なくとも部分的に重なり、第１の弁２０の方を向く。一方で、この距離は、移動方向に沿って、すなわち移動方向と平行である。結果として、磁力の形態をとる閉弁力の、前述の非線形挙動が特によく実現され得る。

１０ インジェクタ
１２ インジェクタハウジング
１４ 入口開口
１６ 出口開口
１８ 貫流開口
２０ 第１の弁
２２ 第１の弁体
２４ コイル
２５ 二重矢印
２６ 接触要素
２８ ハウジング
３０ 矢印
３２ ばね
３４ 矢印
３６ 逆止弁
３８ 復元要素
４０ 第２の弁体
４２ チャネル
４４ 流出開口
４６ チャンバ
４８ 磁石
５０ 材料
５２ 材料要素
５４ 矢印
Ｂ 領域

Claims (10)

1. 燃焼機関の少なくとも１つの燃焼室に燃料を導入するためのインジェクタ（１０）であって、前記燃料が流れるインジェクタハウジング（１２）と、貫流開口（１８）と、前記インジェクタハウジング（１２）内に配置された第１の弁体（２２）を有する電気的に駆動可能な第１の弁（２０）と、第２の弁としての逆止弁（３６）とを備え、前記インジェクタハウジング（１２）が、前記燃料を前記インジェクタハウジング（１２）に導入し得る少なくとも１つの入口開口（１４）と、前記燃焼室に前記燃料を導入するために前記インジェクタハウジング（１２）から前記燃料を吐出し得る少なくとも１つの出口開口（１６）とを有し、前記貫流開口（１８）が、前記インジェクタハウジング（１２）内部の前記入口開口（１４）の下流側及び前記出口開口（１６）の上流側に配置され、前記出口開口（１６）に前記入口開口（１４）を通って流れる前記燃料を供給し得、前記第１の弁体（２２）が、前記第１の弁（２０）の電気的な駆動により、前記貫流開口（１８）を流体的に遮断する第１の閉位置と、前記貫流開口（１８）を解放する少なくとも１つの第１の開位置との間で、前記インジェクタハウジング（１２）に対して移動可能であり、前記逆止弁（３６）が、前記インジェクタハウジング（１２）内に配置され、前記出口開口（１６）を流体的に遮断する第２の閉位置と、前記出口開口（１６）を解放する少なくとも１つの第２の開位置との間で、前記インジェクタハウジング（１２）に対して移動可能な第２の弁体（４０）と、復元要素（３８）とを有し、前記第２の弁体（４０）が、前記貫流開口（１８）から前記第２の弁体（４０）へ流れる燃料により生じ前記第２の弁体（４０）に作用する圧力を用いて、前記第２の閉位置から前記第２の開位置へ相対的に移動可能であり、その後前記復元要素（３８）を用いて圧力低下の結果として、前記第２の開位置から前記第２の閉位置に戻るように移動可能であり、前記復元要素を用いて前記第２の閉位置に保持され得る、インジェクタ（１０）において、
   前記復元要素（３８）は、磁石（４８）であり、前記磁石（４８）により提供され得る又は提供される磁界を用いて、前記圧力低下の結果として、前記第２の弁体（４０）が、前記第２の開位置から前記第２の閉位置に戻るように移動可能であり、その後前記第２の閉位置に保持され得る
   ことを特徴とする、インジェクタ（１０）。
2. 前記磁石（４８）は、永久磁石である
   ことを特徴とする、請求項１記載のインジェクタ（１０）。
3. 前記磁界が前記第２の弁体（４０）に作用する力をもたらすように前記磁界と相互作用するように設計された材料（５０）を更に備え、
   前記力を用いて、前記圧力低下の結果として、前記第２の弁体（４０）が、前記第２の開位置から前記第２の閉位置に戻るように移動可能であり、その後前記第２の閉位置に保持され得る
   ことを特徴とする、請求項１または請求項２記載のインジェクタ（１０）。
4. 前記第２の弁体（４０）の前記第２の閉位置から前記第２の開位置への移動によって、前記磁石（４８）と前記材料（５０）との間の距離が拡大し、その結果として、前記力は、前記距離に相関して非線形に、特に非比例的に、さらに特に二次関数的に減少する
   ことを特徴とする、請求項３記載のインジェクタ（１０）。
5. 前記第２の弁体（４０）は、前記インジェクタハウジング（１２）に対して移動方向（２４）に沿って前記第２の開位置と前記第２の閉位置との間を並進移動可能である
   ことを特徴とする、請求項３または請求項４記載のインジェクタ（１０）。
6. 前記材料（５０）は、少なくとも前記第２の開位置において、特に前記第２の閉位置においてもまた、前記磁石（４８）と重なり合うことなく前記移動方向（２４）に垂直に延びる方向（５４）に沿って配置されている
   ことを特徴とする、請求項５記載のインジェクタ（１０）。
7. 前記材料（５０）は、前記第２の開位置と前記第２の閉位置との両方において、前記移動方向（２４）に平行に延び、前記第１の弁（２０）に向かう又は離れる向きの方向（３０）で、少なくとも部分的に前記磁石（４８）と重なり合う
   ことを特徴とする、請求項５または請求項６に記載のインジェクタ（１０）。
8. 前記距離は、前記移動方向（２４）に沿って延びる
   ことを特徴とする、請求項５～請求項７のいずれか一項及び請求項４記載のインジェクタ（１０）。
9. 前記第１の弁体（２２）は、前記インジェクタハウジング（１２）に対して前記第１の閉位置から前記第１の開位置への第１の開方向（３０）に移動可能、特に並進移動可能であり、
   前記第２の弁体（４０）は、前記インジェクタハウジング（１２）に対して前記第２の閉位置から前記第２の開位置への前記第１の開方向（３０）に移動可能、特に並進移動可能である
   ことを特徴とする、請求項１～請求項８のいずれか一項記載のインジェクタ（１０）。
10. 請求項１～請求項９のいずれか一項記載の少なくとも１つのインジェクタ（１０）を備える、自動車用燃焼機関。

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