JP4024314B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の燃料噴射装置から出発する。ＤＥ４４０６９０１に基づき公知のこのような燃料噴射装置の場合、３方向切換弁が使用される。この３方向切換弁によって、制御室は燃料高圧源にだけ接続されるか、または燃料戻し容器にだけ接続されている。このような３方向切換弁の弁部材は、電磁石によって操作される。このような公知の構成によって、３方向切換弁の制御に応じて、噴射弁部材は全開位置または全閉位置にもたらされる。
発明の利点
これに対して、請求項１に記載の特徴を有する本発明による燃料噴射装置は、弁部材の弁体を中間位置にもたらすことができるという利点を有している。これにより制御室は、同時に存在する燃料高圧源との接続と放圧室との接続とを適宜に制御することにより、制御室が専ら一方の圧力レベルまたは他方の圧力レベルにだけ接続されている場合よりも低い圧力もしくは高い圧力を有することになる。これにより、噴射弁部材も部分開放に相応して中間位置を占めることができる。この部分開放は、このような中間位置において、燃焼室への燃料の減じられた燃料噴射率（Kraftstoffeinspritzrate）を生ぜしめることを可能にする。こうして、規定された形式の３方向切換弁によって前噴射を実現することができるので有利である。この前噴射は通常、極めて小さな噴射量だけを必要とする。ピエゾエレメントまたは磁歪エレメントの部分励起によって、弁部材は部分行程を実施し、両弁座の間の所定の位置にとどまる。次いで弁部材は、前噴射と主噴射との間で燃料噴射を中断するために、再び制御室を負荷する位置にもたらすことができる。次いで、弁部材は流入通路を完全に遮断する位置にもたらされる。これにより、制御室は放圧され、前噴射に続く主噴射が行われる。
請求項２によれば、弁部材の弁体を操作するプランジャがこの弁体に固定的に結合されている。放圧動力学的特性を調節するために、請求項３に記載したように流出通路に絞りが配置されると有利である。
図面
本発明の実施例を図面につき以下に詳しく説明する。
第１図は燃料噴射装置を概略的に示す図である。第２図は、燃料噴射装置の燃料噴射弁の断面図である。第３図は、燃料噴射弁を制御する弁部材を示す図である。第４図は、３方向切換弁の制御および制御動作の作用を明らかにする圧力特性線を示す図である。
実施例の説明
本発明が基づく燃料噴射装置は、燃料高圧ポンプ５を有しており、この燃料高圧ポンプは燃料貯え容器６から場合によっては前フィードポンプの介在下で燃料を得て、高圧にもたらされた燃料を吐出管路７を介して燃料高圧貯え器（燃料高圧アキュムレータ）８に供給する。これらの構成部分は燃料高圧源と呼ぶことができる。燃料高圧貯え器８内の圧力を制御するために、圧力制御弁１１を有する放圧管路１２が設けられている。この放圧管路は燃料高圧貯え器から燃料貯え容器６に戻るように延びている。燃料高圧貯え器８は燃料管路１５を介してそれぞれ１つの燃料噴射弁１４に、燃料噴射圧にもたらされた燃料を供給する。このような燃料噴射弁は電気的に、それも制御装置１８によって制御される。この制御装置１８は、内燃機関の運転パラメータに応じて、燃料噴射弁１４の開口を制御し、これにより燃料噴射開始時機および燃料噴射時間を規定する。このような制御装置によって、同時に圧力制御弁も制御される。パラメータの１つとして、燃料高圧貯え器内の圧力が圧力フィーラ９によって検出され、制御装置に供給される。
第２図は、１つの燃料噴射弁１４の部分を断面図で示したものである。この燃料噴射弁はケーシング１９を有している。このケーシング１９では長手方向孔２０に、ニードル状の噴射弁部材２１が案内されている。このような噴射弁部材の一方の端部には、円錐状のシール面２３が設けられている。このシール面は、内燃機関の燃焼室内に突入した、弁ケーシングの頂部２４で座部と協働する。この座部からは噴射開口２５が延びている。これらの噴射開口は、燃料噴射弁の内部、この場合噴射弁部材２１を取り囲む、噴射圧下の燃料を充填された環状室２７と、燃焼室とを接続する。これにより、噴射弁部材がその座部から持ち上がったときに噴射を行なうことができる。環状室２７は圧力室２９に接続されている。この圧力室は、圧力管路３０に常に接続されている。この圧力管路はそれぞれの燃料噴射弁の燃料管路１５に接続されている。こうして燃料高圧貯え器８に供給された燃料圧は、圧力室２９内にも、そしてこの圧力室において受圧ショルダ３１にも作用する。この受圧ショルダを介して、燃料噴射弁部材は公知の形式で、適宜の条件においてその弁座から持ち上げることができる。噴射弁部材の他方の端部は、シリンダ孔３３内で案内されていて、噴射弁部材の端面３４で制御室３６を閉鎖している。噴射弁部材の閉鎖位置は、制御室３６内の圧力と、圧縮ばねとによって制御される。この圧縮ばねは閉鎖方向に作用する矢印Ｆとしてだけシンボリックに表されている。閉鎖力で作用するばねＦがその特性において不変である一方、制御室３６内の圧力によって、噴射弁部材の開放・閉鎖運動が発動される。このために制御室３６は通路３７を介して、３方向切換弁として形成された弁４０に接続されている。この弁４０は、第３図においてその詳細が示されている。制御室からは、通路３７が弁室４１内に開口している。この弁室には、弁４０の弁部材４３の閉鎖体４２が移動調節可能に配置されている。このために、弁部材４３は、閉鎖体４２に固定的に結合されたプランジャ４５を有している。閉鎖体には第１のシール面４６が閉鎖体の一方の端面に、第２のシール面４７が閉鎖体の他方の端面に配置されている。この第２のシール面は、プランジャ４５との結合部４８に移行している。この結合部は、ガイド孔５０内で案内された残りのプランジャ４５よりも小さな直径を有している。ガイド孔とプランジャ４５の結合部４８との間には環状室５１が形成されている。この環状室内には、流入通路５３が開口している。この場合環状室５１は流入通路と弁室４１との間の貫流通路を形成している。弁室４１内へのガイド孔５０の開口には、弁座５４が形成されている。この弁座５４は、第２の弁座として第２のシール面４７と協働する。この弁座に対して同軸的に、また弁部材４３もしくは閉鎖体４２に対しても同軸的に、弁室４１の反対側の端部には、第１の弁座５５が形成されている。この第１の弁座とは、第１のシール面４６が協働する。第１の弁座５５からは、流出通路５７が弁室４１から引き出されている。この流出通路５７は第２図にも示されており、燃料貯え容器６に戻るか、または別に形成された放圧室に通じている。流出通路には、絞り５８が設けられている。この絞りは第１の弁座５５から弁体が持ち上げられた時に流出横断面を規定する。第２図においても明らかな流入通路５３は燃料管路１５に接続されており、ひいては、燃料高圧貯え器からの燃料を、第２の弁座５４から弁部材４３が持ち上げられたときに、弁室４１を介して制御室３６に供給することができる。
第１および第２のシール面４６；４７は、この実施例の場合円錐形に形成されている。弁部材４３の操作は、詳細には図示していない駆動装置５９によってプランジャ４５を介して行われる。この駆動装置はピエゾ装置、例えばいわゆるピエゾスタック（Piezostack）としてまたは磁歪エレメントとして形成されている。このような駆動装置は、絶対的に形成可能な距離が比較的小さいので、大きな調節行程においては大きなピエゾエレメントユニットを使用しなければならないけれども、このような駆動装置は電圧印加に比例して調節行程を高い操作力で実施するという利点を有している。このような駆動装置のさらなる利点は、極めて迅速に作用することにより迅速な切換動作が実施可能であることである。このような迅速な切換動作は特に、噴射技術において大きな利点となる。
駆動装置５９によって弁体４２は移動調節されて、この弁体は第１のシール面４６で第１の弁座５５に当接して、ひいては制御室３６と流出通路５９との間の接続を遮断する。このような場合には、制御室３６に、燃料高圧貯え器５の高い圧力が供給され、噴射弁部材２１は、その端面３４に作用する圧力から成る合成力に基づいて閉鎖位置に保持される。駆動装置５９の他方の切換状態においては、弁体４２は第２のシール面４７で第２の弁座５４に当接しており、ひいては、制御室３６への高圧燃料の供給部を閉鎖し、同時に流出通路５７を開放する。次いで制御室３６は放圧され、噴射弁部材２１は、その受圧ショルダ３１に作用する高い燃料圧に基づいて開放位置に達し、ひいては燃料噴射を行なうことができる。制御室３６が再び燃料圧を充填されると、噴射弁部材２１は、今や閉鎖方向で力が優勢になるので、再び閉鎖位置にもたらされる。
閉鎖体４２の上に述べた位置の代わりに、この閉鎖体は、駆動装置５９のピエゾエレメントの適宜な励起によって中間位置にもたらすことができるので、制御室３６内で、燃料高圧貯え器内の圧力に相当する最大圧力レベルと、放圧圧力に相当する最小圧力レベルとの間の中間圧力を生ぜしめることができる。このことは、噴射弁部材に作用する残留力との調和において、中間位置に噴射弁部材をもたらすことを可能にする。この中間位置を介して、燃料が絞られた状態で噴射のために燃焼室内に達する。このような噴射は、火花点火式の内燃機関においてノイズ減小のために必要となるような前噴射のために使用される。第４図には、上側に制御室３６内の圧力Ｐの圧力特性が時間に関連して示されており、その下方ではその都度の噴射量および噴射時間に相応する、噴射弁部材の行程が示されている。主噴射Ｈのためには、上側の実線において、制御室３６が、前噴射Ｖの範囲におけるよりも著しく大きく放圧されることが明らかである。
噴射弁部材２１の開放運動および閉鎖運動に動力学的に影響を与えるために、例えば絞り５８が流出通路５７に設けられている。さらに、流入通路５３にはやはり絞り６０が挿入されてよい。この絞りは制御室内の圧力上昇に影響を与える。両絞り５８，６０は一緒に、両弁座間で弁体が占める中間位置の状態、および、制御室３６内の圧力形成状態に調和されている。このような絞り５８，６０、および／または、一方または他方の弁座５４；５５への閉鎖体４２のその都度の接近が、前噴射量を制御する合成圧力に影響を及ぼす。この図示の実施例においては流入通路５３は環状室５１に開口している。これとは逆に、流入通路が第３図の流出通路５７の個所に、流出通路が第３図の流入通路５３の個所に設けられてもよい。このような構成は一方では、ガイド孔５０とプランジャ４５との間のガイド部分に僅かしか燃料圧が形成されないので、この場所で漏れが減じられるという利点を有している。しかし他方では、第１の弁座５４にシール面４６が位置する閉鎖位置において、比較的高い圧力が弁体の残りの面になおも作用する。この圧力は、このような弁体を駆動装置に抗して負荷する。しかしながらこのような負荷は、高い力を実現するピエゾエレメントによって抑制することができる。

Claims (4)

1. 内燃機関のための燃料噴射装置であって、燃料高圧源（５，８）が設けられており、該燃料高圧源に、燃料噴射弁（１４）が接続されており、該燃料噴射弁が、噴射開口（２５）を制御するための噴射弁部材（２１）と、制御室（３６）とを有しており、該制御室が可動の壁（３４）によって仕切られており、該壁が、燃料噴射弁部材（２１）に少なくとも間接的に結合されており、該壁を介して、制御室（３６）内に支配する圧力が閉鎖力を直接噴射弁部材（２１）に及ぼすようになっており、さらに燃料噴射装置に流入通路（５３）が設けられており、該流入通路を介して、高圧源（８）、有利には燃料高圧源が制御室（３６）に接続可能であり、さらに燃料噴射装置に流出通路（５７）が設けられており、該流出通路を介して、制御室（３６）が放圧室（６）に接続可能であり、制御室と高圧源（８）との前記接続および制御室と放圧室（６）との前記接続が弁（４０）を介して制御可能であり、該弁が、閉鎖体（４２）を備えた弁部材（４３）を有しており、この閉鎖体が２つの弁座（５４，５５）に対して同軸的に弁室（４１）内で移動可能に配置されており、該弁室が、通路（３７）を介して常に制御室（３６）に接続されており、さらに、弁部材（４３）が電気的に作動可能な駆動装置（５９）によって運動させられるプランジャ（４５）を有しており、該プランジャによって、閉鎖体（４２）が両弁座（５４，５５）の間で運動させられるようになっており、一方の弁座（５４）に対して同軸的に続いて設けられたガイド孔（５０）内で案内されており、弁座（５４）と、プランジャ（４５，４８）と、ガイド孔（５０）との間で、弁のケーシング（１９）内に貫流通路（５１）が形成されており、該貫流通路が流出通路または流入通路に接続されており、他方の弁座（５５）に境を接して流入通路または流出通路が同軸的に引き続き案内されていて、これらの通路の少なくとも一方に、貫流を制御する絞り（５８，６０）が配置されている形式のものにおいて、
   プランジャ（４５）の駆動装置（５９）として、ピエゾエレメントまたは磁歪エレメントが設けられており、該エレメントの励起が、弁体（４２）が一方または他方の弁座（５４，５５）が全開もしくは全閉させられるような位置を占めるか、または制御作用を及ぼすように両弁座（５４，５５）が開いているような中間位置を占めるように制御可能であり、この中間位置で制御室（３６）が部分放圧させられて、該部分放圧により、噴射弁部材（２１）が部分開放位置に動かされるようになっていることを特徴とする、燃料噴射装置。
2. プランジャが閉鎖体に不動に結合されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. 流入通路（５３）にも流出通路（５７）にもそれぞれ１つの絞り（６０，５８）が配置されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
4. 流入通路（５３）がプランジャ（４５）の側で弁室（４１）内に開口している、請求項１記載の燃料噴射装置。

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