JP4146227B2 - 内燃機関に用いられる噴射システムの燃料調量装置としての行程制御式の弁 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の行程制御式の弁に関する。
【０００２】
現代の弁制御式の燃料噴射システム、特にディーゼル噴射システムは、燃料調量装置の弁座において、極めて高い熱負荷にさらされている。弁の開放によって噴射が終了させられ、高い圧力下にある燃料が、開放した弁座を介して戻し通路内に放圧される。この場合、燃料の圧力エネルギの大部分が熱エネルギに変換される。このことは、燃料と周囲の構成部材との極めて激しい昇温を生ぜしめる。これによって、構成部材の、昇温に基づく激しい熱膨張が、運動させられる構成部材の運転遊びを相応の程度変化させる。これによって、同時に漏れ特性ひいては噴射システムの全機能も変化する。極端な事例では、運動させられる構成部材の間の運転遊びが０に減少させられ得る。この結果として、運動させられる構成部材の溶接の形の締付けもしくは摩耗が生ぜしめられる。これによって、噴射システムが完全に故障する。
【０００３】
燃料噴射システムの公知の高圧弁は、放圧流れ方向で見て弁座の後方に設けられた低圧領域に低圧補償ピストンを有している。この低圧補償ピストンは、弁の切換動作時に発生する、弁ニードルの下面への圧力衝撃を回避するという役割を有している。
【０００４】
さもなければ、このような種の望ましくない圧力衝撃は、規定されてない力による弁ニードル運動の乱れを生ぜしめる恐れがある。低圧補償ピストンは、前述した形式の公知の弁において、絞り作用を発揮する永久的に不変な環状ギャップを弁ニードルと弁体との間に形成している。これによって、噴射システムから不変の燃料量が取り出される。
【０００５】
環状ギャップを通って流出したオーバフロー量は、放圧領域（低圧領域）に引き続き流入する燃料に常に置き換えられる。これによって、この燃料は噴射システムの高圧・充填領域を冷却している。環状ギャップを介して永久的に取り出された燃料は戻し通路を介して燃料タンク内に戻される。
【０００６】
本発明の課題は、総オーバフロー量を維持したまま冷却作用を改善することである。
【０００７】
発明の利点
本発明によれば、この課題は、冒頭で述べた上位概念部の行程制御式の弁において、請求項１の特徴部に記載の特徴によって解決される。
【０００８】
本発明は、燃料が放圧領域で最大限に昇温されている場合にかつ昇温されている場合にのみ、増加させられた燃料量が放圧領域から、前述した環状ギャップを介して戻し通路内に導出されるという思想に基づいている。これは、弁座の開放直後の事例であると同時に、これに関連した、高い圧力下にある燃料の放圧直後の事例である。これによって、充填・放圧領域の、改善された冷却が達成されると同時に噴射システム全体の効率が向上させられる。
【０００９】
さらに、改善された冷却によって、弁の構成部材への入熱が低減される。したがって、構成部材の熱膨張が最小限に抑えられる。これによって、相応に機能安全性を高めることができる。なぜならば、運転中の弁の、運動させられる構成部材の運転遊びが寸法通りのままであるからである。
【００１０】
本発明の有利な構成は請求項２〜６に記載されている。
【００１１】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１２】
図面には、内燃機関に用いられる噴射装置の燃料調量装置としての行程制御式の弁の弁体が符号１０で示してあり、弁ニードルが符号１１で示してある。弁体１０は、詳しく図示していない噴射ポンプのポンプボディ１２内に組み込まれている。弁ニードル１１は、弁体１０に設けられた、複数回直径が変えられた同軸的な切欠き１３内に軸方向１４で運動可能に配置されている。この切欠き１３の、符号１５で示した上側の領域は弁ニードル１１のための案内孔として働く。
【００１３】
弁ニードル１１には弁円錐体１６が形成されている。この弁円錐体１６は弁座１７と協働する。この弁座１７は弁体１０もしくは切欠き１３に加工されている。
【００１４】
弁円錐体１６と弁座１７とは、燃料噴射装置の、対応配置された噴射ノズル（図示せず）への高圧燃料流を制御するための行程制御式の弁を形成している。このためには、切欠き１３が弁円錐体１６と弁座１７との領域で拡張されて圧力室１８を形成している。この圧力室１８には通路１９，２０を介して、高圧下にある燃料が供給される。噴射ノズル（図示せず）への燃料分配は分配溝２１を介して行われる。
【００１５】
弁円錐体１６には、弁ニードル１１に一体に結合された、全体的に符号２２で示した低圧補償ピストンが続いている。この低圧補償ピストン２２はその（下側の）端面２３で圧縮ばね２４によって軸方向（矢印方向２５）に力負荷される。反対の側では、圧縮ばね２４は板２６を介して切欠き１３の底部２７に支持されている。
【００１６】
切欠き１３の、弁座１７の下方に成形された領域２８は低圧領域として機能していて、低圧補償ピストン２２と切欠き１３との間の環状ギャップ２９を介して、圧縮ばね２４の領域で延びる戻し通路３０に液圧的に接続されている。この戻し通路３０から燃料は、弁体１０もしくはポンプボディ１２に設けられた通路３１，３２を介して燃料タンク（図示せず）内に戻される。
【００１７】
弁１６，１７の操作は弁ニードル１１の上側の端部３３において矢印方向３４で行われる、すなわち、圧縮ばね２４の抵抗に抗して行われる。弁ニードル１１の操作機構として、たとえば押圧電磁石を使用することができる。この押圧電磁石は構造および機能に関して既知であるので、図示を省略することにする。
【００１８】
前述した構造上のかつ液圧的な状態において、このような形式の燃料調量装置は以下のように作業する。対応配置された噴射ノズル（図示せず）に高圧下の燃料を供給するためには、弁円錐体１６が弁座１７に当て付けられた状態で位置していなければならない。したがって、弁１６，１７は閉鎖されている。この弁１６，１７の開放によって噴射動作が終了させられる。いま、圧力室１８内に位置する高い圧力下にある燃料は、開放した弁座１７を介して切欠き１３の低圧領域２８に流れる。この場合、燃料は放圧されていて、その圧力エネルギの大部分を熱エネルギに変換する。昇温された燃料の一部は環状ギャップ２９を介して戻し通路３０に到達し、この戻し通路３０から通路３１，３２を介して燃料タンク（図示せず）内に戻される。環状ギャップ２９を介して導出された燃料量は、冷たい温度を有する適宜な燃料量に置き換えられる。この燃料量は低圧領域２８に通路３５，３６を介して供給される。両通路３５，３６は環状通路３７によって液圧的に接続されている。これによって、低圧領域２８にとどまる熱い燃料だけでなく、弁１６，１７の、低圧領域２８を取り囲む構成部材も適宜に冷却される。
【００１９】
図１に示した構造における欠点は、環状ギャップ２９が弁ニードル１１のその都度の位置とは無関係に常に不変な横断面を有していて、したがって、一定絞りとしてしか作業しないという事実にある。
【００２０】
図２および図３に示した本発明による構成は、ここで有効となる解決手段を提供している。図面を見やすくするために、図１に示した構造に対応する構成部材には、図２および図３において、図１と同じ符号を付してある。
【００２１】
図２に示した本発明による行程制御式の弁の構成は、図１に示した構造に比べて弁ニードル行程制御される横断面３８；３８ａの点で優れている。この横断面３８；３８ａは、弁ニードル１１に一体に結合された低圧補償ピストン２２に設けられた第１の制御縁部３９と、弁体１０に設けられた第２の制御縁部４０とによって規定される。
【００２２】
両制御縁部３９，４０は弁円錐体１６もしくは弁座１７に対して正確に位置決めされているので、両制御縁部３９，４０の間には、弁行程４１に関連した絞り横断面が得られる。このことは、弁１６，１７の開放時（図２の右半分参照）の絞り横断面３８と、弁１６，１７の閉鎖時（図２の左半分参照）の絞り横断面３８ａとが比較される場合に明瞭となる。したがって、絞り横断面３８は弁１６，１７の開放時に最大値に到達するのに対して、弁１６，１７の閉鎖時には最小値３８ａに減少させられる。この場合、（弁１６，１７の開放時の）絞り横断面３８は、まず両制御縁部３９，４０の軸方向の間隔によって規定される。さらに、閉鎖方向での弁ニードル運動時には両制御縁部３９，４０の重なりが生ぜしめられるので、いま、絞り横断面は低圧補償ピストン２２の周面４４と、切欠き１３の周面との間で流出領域４５に延びる環状ギャップ（図２の左半分に示した弁１６，１７の閉鎖時の符号３８ａ参照）によって規定される。
【００２３】
したがって、弁１６，１７の開放時には、弁１６，１７の閉鎖時よりも著しく大きな量の昇温された燃料が低圧領域２８から絞り横断面３８を介して戻し通路３０内に導出され得る。これに相応して低圧領域２８には、弁１６，１７の開放時に弁１６，１７の閉鎖時よりも著しく大きな量の冷たい燃料が供給され得る。これによって、低圧領域２８を取り囲む構成部材に対する冷却効果が、その都度の要求に相応して可変となる。
【００２４】
図３に示した構成では、低圧補償ピストン２２に第１の制御縁部４２が形成されており、弁体１０に第２の制御縁部４３が形成されている。この場合、図２に示した構成とは異なり、第１の制御縁部４２が弁円錐体１６に向けられているのに対して、第２の制御縁部４３は弁座１７から離れる方向に向けられている。ここでも、（この事例では弁１６，１７の閉鎖時の）絞り横断面４６は、まず両制御縁部４２，４３の軸方向の間隔によって規定される。
【００２５】
弁ニードル１１が（かつひいては低圧補償ピストン２２も相応に）弁１６，１７の開放位置（図３の右半分参照）に運動させられると、両制御縁部４２，４３の重なりが生ぜしめられる。この事例では、絞り横断面４６ａは、低圧補償ピストン２２の周面４７と、切欠き１３の周面とによって流出領域４８で規定され、これによって、狭幅の環状ギャップを成している。したがって、図３に示した変化形では、図２に示した構成とは逆に弁１６，１７の閉鎖時に弁１６，１７の開放時よりも著しく大きな量の昇温された燃料が低圧領域２８から絞り横断面４６を介して戻し通路３０内に導出され得る。これに相応して低圧領域２８には、弁１６，１７の閉鎖時に弁１６，１７の開放時よりも著しく大きな量の冷たい燃料を供給することもできる。
【００２６】
どちらの構成（図２に示した構成または図３に示した構成）が有利であるのかは、具体的な個別事例において、圧力損失と弁の切換特性とに関連している。
【００２７】
両事例では、弁ニードル行程制御された低圧横断面３８（図２参照）もしくは低圧横断面４６（図３参照）によって、充填・放圧室（低圧領域２８）から戻し通路３０内への熱い燃料放圧量の適切な取出しが可能となる。弁ニードル行程制御された重なり長さ３８ａ（図２参照）もしくは重なり長さ４６ａ（図３参照）は、これにより得られた、弁ニードル１１と弁体１０との間の環状ギャップによって、行程制御された絞りを形成している。弁ニードル行程制御された両横断面３８；４６は、戻し通路３０内への漏れが最小の場合に充填・放圧領域（低圧領域２８）の最大の冷却出力が達成されるように弁の切換特性に調和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一定絞りとして作用する環状ギャップを備えた（公知先行技術に基づく）行程制御式の弁の、著しく拡大された鉛直方向の縦断面図である。
【図２】 本発明による行程制御式の弁の構成の図１に相応の（部分）図である。
【図３】 本発明による行程制御式の弁の別の構成の図２に相応の図である。
【符号の説明】
１０ 弁体
１１ 弁ニードル
１２ ポンプボディ
１３ 切欠き
１４ 軸方向
１５ 領域
１６ 弁円錐体
１７ 弁座
１８ 圧力室
１９ 通路
２０ 通路
２１ 分配溝
２２ 低圧補償ピストン
２３ 端面
２４ 圧縮ばね
２５ 矢印方向
２６ 板
２７ 底部
２８ 低圧領域
２９ 環状ギャップ
３０ 戻し通路
３１ 通路
３２ 通路
３３ 端部
３４ 矢印方向
３５ 通路
３６ 通路
３７ 環状通路
３８ 絞り横断面
３８ａ 絞り横断面
３９ 制御縁部
４０ 制御縁部
４１ 弁行程
４２ 制御縁部
４３ 制御縁部
４４ 周面
４５ 流出領域
４６ 絞り横断面
４６ａ 絞り横断面
４７ 周面
４８ 流出領域

Claims (6)

1. 内燃機関に用いられる噴射システムの燃料調量装置としての行程制御式の弁であって、ばね抵抗（２４）に抗して軸方向で操作可能な弁ニードル（１１）が設けられており、該弁ニードル（１１）が、弁体（１０）に設けられた段付けされた同軸的な切欠き（１３）内に配置されていて、弁体（１０）の切欠き（１３）に形成された弁座（１７）と協働して燃料噴射動作を制御しており、さらに、対応配置された噴射ノズルに接続された、弁座（１７）の手前に位置する高圧領域（１８）と、弁座（１７）の後方に位置する、燃料戻し通路（３０）に開口した低圧領域（２８）と、弁（１６，１７）に同軸的に続く、弁ニードル（１１）に固く結合された低圧補償ピストン（２２）とが設けられている形式のものにおいて、低圧補償ピストン（２２）に第１の制御縁部（３９；４２）が形成されており、該第１の制御縁部（３９；４２）が、弁体切欠き（１３）に設けられた第２の制御縁部（４０；４３）と燃料戻し通路（４５，３０；４８，３０）の領域で協働するようになっており、両制御縁部（３９，４０；４２，４３）の間に、行程（４１）に関連した絞り横断面（３８，３８ａ；４６，４６ａ）が形成されるようになっていることを特徴とする、内燃機関に用いられる噴射システムの燃料調量装置としての行程制御式の弁。
2. 弁行程（４１）に関連した絞り横断面が弁（１６，１７）の開放時にその最大値（３８）に到達しかつ弁（１６，１７）の閉鎖時にその最小値（３８ａ）に到達するように、両制御縁部（３９，４０）が互いに対応配置されている、請求項１記載の弁。
3. 低圧補償ピストン（２２）が、拡大された直径を備えたつば（４４）を有しており、該つば（４４）の、弁座（１７）とは反対の下側に第１の制御縁部（３９）が形成されており、弁体切欠き（１３）が、段状の直径狭幅部（４５）を有しており、該直径狭幅部（４５）の、弁座（１７）に面した上側の端部に第２の制御縁部（４０）が形成されている、請求項２記載の弁。
4. 弁行程（４１）に関連した絞り横断面が弁（１６，１７）の開放時にその最小値（４６ａ）に到達しかつ弁（１６，１７）の閉鎖時にその最大値（４６）に到達するように、両制御縁部（４２，４３）が互いに対応配置されている、請求項１記載の弁。
5. 低圧補償ピストン（２２）が、拡大された直径を備えたつば（４７）を有しており、該つば（４７）の、弁座（１７）に面した上側に第１の制御縁部（４２）が形成されており、弁体切欠き（１３）が、段状の直径狭幅部（４８）を有しており、該直径狭幅部（４８）の、弁座（１７）とは反対の下側の端部に第２の制御縁部（４３）が形成されている、請求項４記載の弁。
6. 弁行程（４１）に関連した絞り横断面が、弁ニードル（１１）の一方の終端位置で両制御縁部（３９，４０；４２，４３）の間のギャップ高さ（３８；４６）によってかつ弁ニードル（１１）の他方の終端位置で環状ギャップ（３８ａ；４６ａ）によって規定されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の弁。

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