JP3754649B2 - 内燃機関の噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は、電磁的に作動される制御弁を備え、その制御弁が弁制御部材によって密封面に付設された流体貫通開口を選択的に閉鎖或いは解放し、それにより流体貫通開口と接続された制御圧室内の圧力を制御する内燃機関の噴射弁に関する。
【０００２】
前記特徴を有する噴射弁は欧州特許第０５３１５３３号明細書の図２から公知である。公知の噴射弁では、弁制御部材は電磁石のアンカ−と固定的に連結されていて、ばね力によって密封面に押圧されているので、制御圧室に対する貫通開口が封鎖されている。通常にはそのような噴射弁は貯蔵噴射システムにおいて使用されて、そのシステムでは数百バ−ルの大きさの極めて高い制御圧が生じる。電磁石の通電によって磁石アンカ−と連結された弁制御部材はばね力に逆らって持ち上げられるので、貫通開口が解放されて、それにより制御圧室内の高圧が下げられる。制御圧室内の圧力降下によって噴射弁の噴射が惹起される。磁石コイル電流の遮断によって磁石アンカ−とこれと一緒に通常に円筒状ボルトとして形成された弁制御部材とがその弁制御部材の前面でばね力下で密封面に当たり、それにより貫通開口を閉鎖する。制御圧室内の極めて高い圧力に逆らう弁制御部材の良好な密封作用は、弁制御部材の出来るだけ小さい横断面と小さい直径によって得られる。それ故に、仕上がり不正確さによって生じる角度誤差、即ち付属する密封座面からの弁制御部材の前面の整列の偏差が漏れ隙間に生じないために、弁制御部材の出来るだけ小さい直径を得るように努めるべきである。結局、弁制御部材の出来るだけ僅かな直径である第三理由は得ようとする高い密封座押圧とそれによる正確な制御にある。
【０００３】
勿論、弁制御部材の小さい直径の欠点は、小さい直径と小さい前面によりおそらくは許容できないより高い着座停止が弁開口にて生じることにある。弁制御部材の小さい直径の更なる欠点は、著しい慣性質量を一緒に形成する磁石アンカ−と弁制御部材の閉鎖運動が零へと僅かに減衰されて遅延されて、跳ね返り効果を生じる。弁制御部材を減衰して制動するためには、出来るだけ大きい直径と相応しい大きい前面が望まれていた。
【０００４】
本発明の課題は、前記指摘された目的の論点が解消されて、それにより制御弁の大きな精度と極めて高い圧力が得られ、同時に許容できない高い磨耗が弁制御部材の跳ね返り運動によって阻止されるように、前記構成の噴射弁を形成することである。
【０００５】
この発明によると、提起された課題は、電磁石により作動された弁制御部材が流体貫通開口の密封面と共働する制御部材密封面に対して付加して、制御部材密封面から間隔をおいて配置されている制御部材停止面を有することによって解決される。
【０００６】
制御部材停止面からの制御部材密封面のこの発明による立体的分離により、対立した必要条件が一方で密封機能と他方で跳ね返り減衰機能に関して同時に実現される。それ故に、この発明の好ましい構成では、制御部材停止面が制御部材密封面より実質的に大きいことが提案される。制御部材停止面と制御部材密封面との局部的に分離された構成はさらに、流体貫通開口と制御部材密封面との領域に生じるように高い流体圧が局部的に電磁石から移転されて、電磁石が高い油圧圧力により保護されると言う利点を有する。結局、更なる利点は、電磁石が損傷前にも制御流体の物理的或いは化学的特性により保護され得る。
【０００７】
この発明の噴射弁の好ましい実施態様では、制御部材密封面は弁制御部材から形成された弁ロッドの前面である。他の好ましい実施態様では、弁制御部材は弁ロッドの前面に当接して、貫通開口の円錐状密封面と共働する球状弁体を包含する。その際に弁ロッドの長さは、実質的に、制御部材密封面或いは弁ロッドの制御部材停止部が制御部材停止面から有する距離から求められる。それは、弁制御部材が実質的に茸状に構成されるならば、好ましく、この場合に茸茎が弁ロッドを形成し、制御部材停止面が茸傘の領域にて弁ロッドを同心円状に取り囲む環状カラ─である。その様に形成された弁制御部材が仕上げ技術的に僅かな費用で製造できる。
【０００８】
弁ロッドの長さは、制御部材停止面用の基準停止部からの流体貫通開口の密封面或いは弁ロッドの弁体停止部までの距離より最小値だけ大きい長さである。
【０００９】
この発明の好ましい実施態様は、弁制御部材が分離スリットで制御部材停止面を有する制御部材停止部と、制御部材密封面と制御部材停止部とに作用連結する弁ロッドとに分割されていることを特徴とする。
【００１０】
弁制御部材のこの発明により分割された構成の実質的利点は、直径の明らかに小さい弁ロッドを制御部材停止部と無関係に容易に製造できることにある。更なる利点は、弁ロッドや制御部材停止部のための種々の材料が使用され得ることにある。弁制御部材の分割された実施態様では、弁ロッドの解放運動、即ち密封面からの持ち上げが流体貫通開口からの過圧によって或いは支持する補助ばねによって保証されることが、単に確保されるにちがいない。弁ロッドの僅かな余分長さは、制御部材密封面或いは弁体停止部と制御部材停止面（弁ロッド突出部）との間の間隔に関連して、閉鎖運動の際に弁ロッドの弾性変形（短縮）によって吸収され得る。
【００１１】
制御部材停止部が実質的に茸状に構成されるならば、好ましく、この場合に制御部材停止面が茸脚の領域にて弁ロッドに当接する前面である。この前面は通常の場合に円面となり、その直径が当接する弁ロッドの直径より明らかに大きい。
【００１２】
この発明の他の構成では、弁ロッドを案内スリ−ブ内で軸方向に移動自在に案内することが提案されている。この場合に出来るだけ最小制御部材密封面を考慮して、案内スリ−ブが弁ロッドの制御部材密封面の僅かな距離に配置されていることを得ようと努めるべきである。この方法では弁ロッドの自由端の曲げ振動が制御部材密封面により阻止されるので、制御部材密封面が貫通孔の直径よりほんの僅かに大きい直径を有するにちがいない。
【００１３】
弁ロッドの長さが特にそのロッド直径の数倍である。好ましい実施態様では制御部材密封面が一部材或いは多部材の円板状挿入部材に付設されており、密封面と反対を向いた面に制御圧室が接続する。相応しい挿入部材が僅かな費用で材料的に種々の要求の場合に適合でき、それによってパッキングが改良される。勿論、それは種々の絞り孔をもつ積み木箱状に組立てられた部材によって可能であり、この場合に流入絞りと流出絞りが簡単な方法で噴射特性における種々の要件に関係する異なる部材に付設され得る。
【００１４】
添付図面に基づいてこの発明の実施例が説明される。図面では、図１は長手方向断面でこの発明の噴射弁を示し、図２は図１による噴射弁の電磁制御弁の領域を拡大して示し、図３は先行技術の電磁制御弁を図２の図示に比べて一層拡大された断面で示し、図４は制御部材密封面の領域内に挿入部材を備える噴射弁の異種態様を示し、図５は弁ロッドの端部に配置された球状弁体をもつ直接制御部材密封面領域の拡大面を示し、図６は弁ニ−ドルがその噴射開口と反対を向いた端により直接に制御圧室に位置するこの発明による噴射弁の異種態様を長手方向断面で示す。
【００１５】
内燃機関用の高圧貯蔵噴射システムの図１に示された噴射弁は、ケ−シング１を有する。噴射弁の下領域には弁ニ−ドル２０が支承されて、そのニ−ドルの軸運動により噴射穴２４が高圧室２１に対して解放され得て、それで噴射が行われる。高圧室２１はケ−シング１内の通路を介して高圧接続部２２に接続している。ノズルニ−ドル２０の運動の制御が電磁石１０によって行われ、その磁石アンカ−１１が弁制御部材１２としっかりと連結されている。弁制御部材１２は電磁石１０によって作動される制御弁の一部である。この電磁的に作動される制御弁の機能は図２による拡大に基づいて説明される。
【００１６】
図２では同じ構成部材は図１における様に同じ符号を備えている。弁制御部材１２は実質的に茸形状に構成されており、弁ロッド１６を茸茎形状として形成されていて、弁ロッドが茸傘形状領域から密封面１７にまで達し、流体貫通開口１４ａが制御圧室１４から密封面に連通する。弁ロッド１６の直径は、前面が流体貫通開口１４ａを直接に過圧して、それで密封面１７に密封座を形成するように選定されている。弁ロッド１６の長さがその直径の数倍の長さであることが容易に認識できる。制御圧室１４は絞り孔を介して噴射弁の高圧通路システムと接続している。弁制御部材１２は弁ロッド１６によって上案内スリ−ブ１５ｏと下案内スリ−ブ１５ｕにケ−シング側に軸方向に移動自在に支承されている。下案内スリ−ブ１５ｕは、制御部材密封面１６ａとして形成されている弁ロッド１６の下端と下案内スリ−ブ１５ｕの下辺との間に僅かな間隔が残っているように配置されている。そこに生じる環状室１８は噴射弁の低圧流体接続部１９と接続している。電磁制御弁の図２に示された閉鎖状態では、弁ロッド１６はその制御部材密封面１６ａにより流体貫通開口１４ａを閉じる。制御部材１２の茸脚領域に弁ロッド１６を同心円状に取り囲む環状カラ─を制御部材停止面１２ａとして形成されて、スリ−ブ１５ｏの上平面に静止する。電磁制御弁の図示された閉鎖状態では、弁制御部材１２は磁石アンカ−１１と一緒に詳細に図示されない圧縮ばねから負荷を受けて、圧縮ばねは制御部材１２を密封面１７に、同時に上案内スリ−ブ１５ｏの上面に押圧し、上案内スリ−ブは制御部材１２の制御部材停止面１２ａ用の基準停止部として役立つ。電磁石１０が通電されるならば、磁石アンカ−１１が圧縮ばねの力に逆らって弁制御部材１２を上方へ引くので、流体貫通開口１４ａが解放されて、それにより制御圧室１４内に圧力降下が生じ、弁ニ−ドル２０の上昇とそれによる噴射を奏する。電流が切れると、圧縮ばねの力下で弁制御部材１２が磁石アンカ−１１と一緒に下方へ作用する。この場合に弁ロッド１６の制御部材密封面１６ａに比較して制御部材１２の極めて大きな制御部材停止面１２ａは磁石アンカ−と弁制御部材との慣性力を低下させる純粋な減衰且つ跳ね返り面として作用する。弁ロッド１６の下端における極めて小さい制御部材密封面１６ａが密封座の機能を引き受け、このことは小さい面自体に基づいて極めて高制御圧で大きな精度で漏れの危険なしに行われる。
【００１７】
この漏れの危険は図３による強力に拡大された図示に基づいて従来の噴射弁にも示される。そのような弁は図１と図２に示されたのと同様に構成されるが、しかし制御圧室１４と接続している流体貫通開口１４ａが停止密封面の機能を有するケ−シング面１３にまで案内されるという相違をもつ。更に、弁制御部材１２は茸状に形成されているが、しかしこの発明の弁ロッド１６を有しない。弁制御部材１２の減衰跳ね上がり作用を僅かにさせないために、密封座面と跳上り面の直径ｄは流体貫通開口１４ａの直径より大きく明らかに選定される。その際には角度誤差ｆ、即ち弁制御部材１２の長手軸線に対して正確に直角の密封停止面の偏差によって弁制御部材１２の当接する状態においても最小隙間ｓが残っており、この隙間ｓが高圧領域１４内で永続的圧力降下をまねくという危険を受けなけねばならない。
【００１８】
図４には噴射弁の図２に一致する領域が図示され、この領域は制御部材密封面の領域で修正されている。弁ロッド１６は図４に拡大されて図示されるように球体として形成されている弁体３０に作用する。弁体３０は流体貫通開口１４ａの円錐状に形成された密封面１７に隣接する。流体貫通開口１４ａは流入絞り３３を包含する。他方を球状構成として有する個別の弁体３０の使用は密封が改良されると言う利点を有する。特に、弁ロッド１６と弁体３０に対して異なる材料を使用することが可能である。密封の更なる改良は、流入絞り３３を包含する円板状部材３７の形態の挿入部材の使用によって生じる。この部材３７は材料と絞り孔に関して簡単な方法で異なる応力降下に最適に調和され得る。異なる大きな絞り孔をもつ挿入部材の用意によって、さらに簡単な交換によって噴射特性を変更することが可能である。同様に簡単な交換によって噴射特性を調和させるために、異なる流入絞り３６をもつ第二部材３４を用意することが可能である。異なる絞りをもつ第一と第二挿入部材の挿入による作動態様、噴射量と噴射経過を変更することは其自体が欧州特許出願公開第０８４４３８５号明細書から知られている。部材３７は中心合せ保持クリップ３９によってスリ−ブ３８と接続しており、そのスリ−ブ内に案内スリ−ブ１５ｏと１５ｕをもつ弁ロッド１６が収容されている。この部材は弁ロッド突出部に関して調整できる構成ユニットを形成する。
【００１９】
図５は、同様に円板状挿入部材３２を包含するこの発明による噴射弁を示す。挿入部材３２の密封面１７と反対を向いた面に直接に制御圧室１４が接続している。ノズルニ−ドル２０はその後方端により直接に制御圧室１４内に位置する。挿入部材３２はノズル保持体と噴射ノズル４０との間に取り付けられる。噴射ノズル４０と挿入部材３２はノズルナットによってノズル保持体に押圧されるので、高圧案内領域が互いに連結される。挿入部材３２は制御圧室１４に対する流体貫通開口１４ａとしての中心孔を有し、弁ロッド１６と向かい合う領域内に測定された流出絞り３３を有する。さらに、挿入部材は高圧通路４１を包含し、この高圧通路は噴射圧下にある燃料を高圧接続部２２から噴射ノズルの高圧通路まで更に案内される。挿入部材３２内の高圧通路４１は挿入部材３２内の中心孔への導管接続部を有し、この導管接続部に測定された流入絞り３６が存在する。特に、挿入部材３２は図４に図示されたように円錐状密封面１７を有し、その密封面で球状弁体３０が密封する。相応しい実施態様は其自体米国特許第５８３２８９９号明細書から公知である。
【００２０】
機能ではインゼクタが図１或いは図２に記載されたインゼクタに一致する。挿入部材の両面をもつ構成に基づいて直接に付設された制御室が、簡単に抑制され得るこの領域において密封を実質的に減少されている。特に、適した挿入部材の用意によって簡単な方法で、異なる応力降下や噴射量と噴射経過に関する要件に反応することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 長手方向断面でこの発明の噴射弁を示す。
【図２】 図１による噴射弁の電磁制御弁の領域を拡大して示す。
【図３】 技術水準による電磁制御弁の図２の図示に比べてなおいっそう拡大された断面を示す。
【図４】 制御部材密封面の領域内に挿入部材を備える噴射弁の異種態様を示し、
【図５】 弁ロッドの端部に配置された球状弁体をもつ直接制御部材密封面領域の拡大面を示す。
【図６】 弁ニ−ドルがその噴射開口と反対を向いた端により直接に制御圧室に位置するこの発明による噴射弁の異種態様を長手方向断面で示す。

Claims (20)

1. 電磁的に作動される制御弁を備え、その制御弁が弁制御部材（１２）によって密封面（１３，１７）に付設された流体貫通開口（１４ａ）を選択的に閉鎖或いは解放し、それにより流体貫通開口と接続された制御圧室（１４）内の圧力を制御し、弁制御部材（１２）が流体貫通開口（１４ａ）の密封面（１７）と共働する制御部材密封面（１６ａ）と、制御部材密封面（１６ａ）から間隔をおいて配置されている制御部材停止面（１２ａ）とを有し、弁制御部材（１２）が制御部材密封面（１６ａ）と制御部材停止面（１２ａ）の間の間隔に関して余分な寸法を有する弁ロッド（１６）を有する内燃機関の噴射弁において、この余分な寸法が閉鎖運動の際に弁ロッド（１６）の弾性変形によって吸収されることを特徴とする内燃機関の噴射弁。
2. 制御部材停止面（１２ａ）は制御部材密封面（１６ａ）より実質的に大きいことを特徴とする請求項１に記載の噴射弁。
3. 弁制御部材（１２）は一部材或いは多部材の弁ロッド（１６）を備えて形成されていることを特徴とする請求項１或いは請求項２に記載の噴射弁。
4. 弁制御部材（１２）は弁ロッド（１６）の前面に接触し且つ制御部材密封面（１６ａ）を包含する弁体（３０）を包含することを特徴とする請求項３に記載の噴射弁。
5. 弁体（３０）は密封するよう流体貫通開口（１４ａ）と共働する球体として形成されていることを特徴とする請求項４に記載の噴射弁。
6. 制御部材密封面（１６ａ）は弁制御部材（１２）から形成された弁ロッド（１６）の前面であることを特徴とする請求項３に記載の噴射弁。
7. 弁制御部材（１２）は茸形状に構成されており、弁ロッド（１６）を茸茎状に形成し、制御部材停止面（１２ａ）が茸傘状領域内で弁ロッド（１６）を同心円状に取り囲む環状カラ─であることを特徴とする請求項３乃至請求項６のいずれか一項に記載の噴射弁。
8. 弁制御部材（１２）は分割ライン（１２０）で制御部材停止面（１２ａ）を有する制御部材停止部と、制御部材密封面（１６ａ）や制御部材停止部と作用接続する弁ロッド（１６）とに分割されることを特徴とする請求項３乃至請求項７のいずれか一項に記載の噴射弁。
9. 制御部材停止部は茸形状に構成されており、制御部材停止面（１２ａ）が茸脚状領域内で弁ロッド（１６）に当接する前面であることを特徴とする請求項３乃至請求項８のいずれか一項に記載の噴射弁。
10. 弁ロッド（１６）は少なくとも一個の案内スリ−ブ（１５ｏ，１５ｕ）内で軸方向に移動自在に案内されることを特徴とする請求項３乃至請求項９のいずれか一項に記載の噴射弁。
11. 案内スリ−ブ（１５ｕ）は制御部材密封面（１６ａ）に対して近い距離に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の噴射弁。
12. 弁ロッド（１６）の長さがそのロッド直径の数倍の長さであることを特徴とする請求項３乃至請求項１１のいずれか一項に記載の噴射弁。
13. 密封面（１７）は円板状挿入部材（３２）の前面に形成されていて、密封面（１７）と反対を向いた面に制御圧室（１４）が接続することを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の噴射弁。
14. 挿入部材（３２）は二部材で流体貫通開口（１４ａ）と流出絞り（３３）を包含する第一部材（３７）と、制御圧室（１４）を流体貫通開口（１４ａ）と接続する孔（３５）を備えて制御圧室側に位置する第二部材（３４）とより形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の噴射弁。
15. 第二部材（３４）は孔（３５）と接続する流入絞り（３６）を包含することを特徴とする請求項１４に記載の噴射弁。
16. 挿入部材（３２）は流出絞り（３３）の外に流入絞り（３６）を含有することを特徴とする請求項１３に記載の噴射弁。
17. 制御圧室（１４）は流入絞り（３６）と接続していることを特徴とする請求項１３或いは請求項１４に記載の噴射弁。
18. 弁ニ−ドル（２０）はノズルニ−ドル座面から反対を向いた後方端を備えて制御圧室（１４）内に位置することを特徴とする請求項１３乃至請求項１７のいずれか一項に記載の噴射弁。
19. 挿入部材（３２）は弁ニ−ドル（２０）用の停止部を形成することを特徴とする請求項１８に記載の噴射弁。
20. 挿入部材（３２）、中心合せ保持クリップ（３９）と、少なくとも一個の弁ロッド（１６）と制御部材停止面（１２ａ）を備える少なくとも一個の案内スリ−ブ（１５ｏ，１５ｕ）とが収容されているスリ−ブ（３８）とは弁ロッド突出部に関して調整可能な構成ユニットを形成することを特徴とする請求項１３乃至請求項１９のいずれか一項に記載の噴射弁。

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