JP4154243B2 - 内燃機関のための燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載した形式の、内燃機関のための燃料噴射弁に関する。このような燃料噴射弁は種々の構造のものが背景技術から公知である。例えば文献DE 196 50 865 A1 に記載されている燃料噴射弁は高圧集合室と持続的に接続されており、この高圧集合室において燃料が高圧で準備される。この燃料噴射弁はケーシングを有しており、このケーシング内で弁部材が孔内に縦しゅう動可能に配置されており、この弁部材はその縦運動によって、少なくとも１つの噴射開口の開放を制御し、この噴射開口を通して燃料が、弁部材を取り囲む圧力室から内燃機関の燃焼室内に噴射される。数ミリ秒の範囲内で経過する極めて迅速な、燃料噴射弁の閉鎖過程によって、燃料噴射弁の開放の際にも、また閉鎖の際にも、圧力振動が圧力室に生じ、これは一面ではケーシングの強い機械的な負荷をもたらし、かつ他面では、次の噴射の開始の際に確定されない圧力状態が噴射開口に存在し、したがって次の噴射が詳細に規定されない状態で始まり、これにより正確な調量及び正確な噴射時点が得られないことを生ぜしめる。特に、前噴射、主噴射及び後噴射に分けられる噴射過程の際に、このことは問題となる。なぜならば現在の燃料噴射システムが極めて敏感に噴射の際の量変動に反応するからである。
【０００２】
加えて、例えばDE 196 18 650 A1 に記載されているような、背景技術から公知の燃料噴射弁においては、やはりケーシングが存在しており、このケーシング内で孔にピストン形の弁部材が縦しゅう動可能に配置されており、この弁部材はその燃焼室側の端部をもって少なくとも１つの噴射開口の開放を制御する。この弁部材はやはり圧力室により取り囲まれており、この圧力室は弁部材の縦運動によって噴射開口と接続可能である。圧力室はケーシング内で延びている供給通路を介して燃料高圧源と接続されており、この燃料高圧源によって燃料が高圧下で圧力室内に供給可能である。弁部材は、燃料噴射弁のケーシング内の機械的な装置により、有利には圧縮コイルばねにより、閉鎖方向に閉鎖力で負荷されており、したがって、相応する液力式の対応力がない場合に、閉鎖方向でとどまっていて、これにより噴射孔を閉じる。この燃料噴射弁においても圧力室の範囲内に、特に噴射過程の始めと終わりに圧力振動が生じ、これらの圧力振動はそこで機械的な負荷及び相応して持続する振動の場合に次の噴射の開始の定められていない状態をもたらすことがあり、次の噴射の品質を損なうことがある。
【０００３】
発明の利点
請求項１の特徴を備えた本発明による燃料噴射弁は、これに対して次のような利点を有している。すなわち、迅速に連続する、正確に規定された噴射過程が可能である。圧力室の範囲内ひいては噴射開口の直ぐ近くで生じる圧力振動は緩衝され、したがって燃料噴射弁の閉鎖過程の後に極めて迅速に圧力室に再び静的な状態が達成される。このために圧力室はケーシング内に構成された絞りを介して、ケーシング内に構成された緩衝室と接続されている。圧力室の範囲内に、例えば弁部材の開閉によって惹起される圧力振動が生じると、圧力室内に、緩衝室内の圧力よりも高いあるいは低い燃料圧力が支配する。この圧力落差に基づいて燃料は絞りを通って圧力室から緩衝室内にか、あるいは緩衝室から圧力室内に流れて、このようにして緩衝室と圧力室との間に圧力補償が生ぜしめられる。この場合往復に流れる燃料は絞りを通過しなければならないので、これらの圧力振動は絞りにおける摩擦損失によって緩衝せしめられ、したがってこれらの圧力振動は極めて迅速に消滅し、静的な圧力水準が圧力室内に達成される。
【０００４】
本発明の有利な１実施形態では、緩衝室は燃料噴射弁のケーシング内に構成された袋孔として構成されている。この場合袋孔は直接的に圧力室に開口しており、有利には、絞りは圧力室の近くに位置している。緩衝室を袋孔として構成することによって、緩衝室はケーシング内で簡単にかつ安価に製作することができる。
【０００５】
別の有利な１実施形態では、１つよりも多い絞りがケーシング内に配置されており、これらの絞りは緩衝室から圧力室への接続部を形成する。これによって、絞りの緩衝作用を増強することができ、種々の絞りによって、燃料噴射弁の要求により良好に適合させることができる。
【０００６】
本発明の別の有利な実施形態では、弁部材は弁体に配置されており、これに対して緩衝室は弁保持体に構成されており、弁体もまた弁保持体もケーシングの一部分である。弁体と弁保持体との間には中間ディスクが配置されており、この中間ディスクを通って、圧力室から緩衝室への接続部が通っている。中間ディスクには絞りが配置されており、したがって中間ディスクを、変化せしめられた絞りを有する中間ディスクと交換することによって、絞りを容易に交換すること、ひいては緩衝作用を種々の燃料噴射弁に適合させることが可能であり、燃料噴射弁のその他の構造を変化させる必要はない。
【０００７】
本発明の別の利点及び有利な構成は、実施例の説明、図面及び請求の範囲から明らかである。
【０００８】
実施例の説明
図面には本発明による燃料噴射弁の２つの実施例が示されている。
【０００９】
図１においては、本発明による燃料噴射弁の縦断面図が、概略的に示した高圧燃料供給部と一緒に示されている。燃料噴射弁はケーシング１２を有しており、これは弁保持体１５と弁体３２とを含んでいる。弁体３２内には孔３４が構成されており、この孔内でピストン形の弁部材３５が縦しゅう動可能に配置されている。弁部材３５は、孔３４の、燃焼室とは逆の側の区分内でシール作用をもって案内されていて、かつ燃焼室に向かって圧力肩３６を形成して先細になっている。圧力肩３６の高さのところで、孔３４の半径方向の拡大部によって圧力室３７が弁体３２内に構成されており、この圧力室は、弁部材３５を取り囲むリング通路として、孔３４の、燃焼室側の端部にまで延長せしめられている。その燃焼室側の端部をもって、弁部材３５は少なくとも１つの噴射開口３９の開放を制御しており、これらの噴射開口は圧力室３７を内燃機関の燃焼室と接続する。このために、弁部材３５の燃焼室側の端部に弁シール面４０が構成されており、この弁シール面は孔３４の、燃焼室側の端部に構成された弁座４１と協働する。ケーシング１２内に構成された供給通路１４を介して、圧力室３７は高圧接続部８と接続されている。高圧接続部８は高圧導管７を介して高圧集合室５と接続されており、この高圧集合室内には所定の高さの圧力を有する燃料が存在しており、その際燃料は燃料タンク１から高圧ポンプ２及び燃料導管４を介して高圧集合室５に供給される。
【００１０】
弁部材３５とは逆の側で、弁保持体１５内には、ばね室２８が配置されており、このばね室内に圧縮コイルばね３０が配置されている。圧縮コイルばね３０はプレロード（Druckvorspannung；予圧）をかけられていて、かつその弁部材３５に面した端部をもって弁部材３５を閉鎖方向に負荷している。孔３４に対してかつ燃焼室とは逆の側でばね室２８に対して同軸的に、弁保持体１５内にピストン孔２７が構成されており、このピストン孔はばね室２８内に開口していて、かつその中にピストン棒２６が配置されており、このピストン棒はその燃焼室側の端部をもって弁部材３５に接触していて、かつ燃焼室とは逆の側の端面をもって制御室２０を制限している。制御室２０は、供給絞り１９を介して供給通路１４と接続されていて、かつ排出絞り１７を介して、弁保持体１５内に構成されている漏えい油室２３と接続されており、この漏えい油室は、図面には示されていない漏えい油システムと接続されていて、これによって持続的に低圧を有している。漏えい油室２３内には磁石接極子２２が配置されており、これは閉鎖ばね３１によって制御室２０の方向に負荷されており、これにシール玉２９が固定されており、このシール玉は排出絞り１７を閉鎖する。漏えい油室２３には加えて電磁石２４が配置されており、この電磁石は適当に通電されると引き付け力を閉鎖ばね３１の力に抗して磁石接極子２２に作用させ、これを制御室２０から引き離し、これによって制御室２０は漏えい油室２３と接続される。電磁石２４が無電流に切り替えられると、磁石接極子２２は閉鎖ばね３１の力によって再び制御室２０の方向に動き、かつシール玉２９をもって排出絞り１７を閉鎖する。
【００１１】
弁保持体１５内には緩衝室４６が構成されており、これは袋孔として構成されており、その開いている端部は、弁保持体１５の、弁体３２に面した端面に配置されている。緩衝室４６を形成している袋孔はこの場合ピストン孔２７に対して平行に延びていて、かつ弁体３２内に構成された接続部４２を介して圧力室３７と接続されている。接続部４２内には絞り４４が配置されており、この絞りは接続部４２の横断面減少部によって構成されている。圧力室３７と緩衝室４６との間に圧力差が支配している場合には、接続部４２及び絞り４４を介して、燃料が一方の室から他方の室内に流れることができ、このようにして圧力補償が生ぜしめられる。
【００１２】
燃料噴射弁の機能形式は次の通りである。圧力室３７が供給通路１４及び高圧導管７を介して高圧集合室５に接続されていることによって、圧力室３７内には常に、高圧集合室５内に予め保持されているような高い燃料圧力が支配している。噴射を行う場合には、電磁石２４が作動され、磁石接極子２２が前述の形式で排出絞り１７を開放する。これによって、制御室２０内の燃料圧力が低下し、ピストン棒２６の、燃焼室とは逆の側の端面上への液力的な力が減少せしめられ、したがって圧力肩３６上への液力的な力が大きくなり、弁部材３５が開放方向に動かされ、これによって噴射開口３９が開放される。噴射を終了するためには、電磁石２４の通電が適当に変化せしめられ、磁石接極子２２が、閉鎖ばね３１によって駆動されて、シール球２９をもって再び排出絞り１７を閉じる。供給絞り１９を通って後流れする燃料によって、制御室２０内には再び供給通路１４内にも支配しているような燃料圧力が形成され、したがってピストン棒２６上への液力式の力が、圧力肩３６上への液力的な力よりも大きくなり、弁部材３５が閉鎖位置に戻る。閉鎖過程によって、圧力室３７内で噴射開口３９の方向に噴射の間に流れる燃料は突然に制動せしめられ、したがって燃料の運動エネルギは圧縮作業に変換せしめられる。これによって圧力室３７内で広がる圧力波が生じる。このようにして惹起せしめられた圧力上昇は圧力室３７と緩衝室４６との間の圧力差を生ぜしめ、そこでは噴射の開始の前に圧力室内にも存在していた圧力と少なくとも近似的な圧力がまだ支配している。この圧力差によって、幾分か燃料が圧力室３７から接続部４２及び絞り４４を通って、緩衝室４６内に流れ、そこから緩衝室４６と圧力室３７との間の圧力差によって再び圧力室３７内に戻る。絞り４４を通過する際に、摩擦作業を行わなければならず、この摩擦作業はこの圧力振動を迅速に緩衝し、したがって既に短時間後に圧力室３７内に再び静的な圧力水準が達成される。次の噴射のために、これにより規定された圧力状態が圧力室３７内に存在し、この圧力状態は相応して正確で精密な噴射を可能にする。
【００１３】
図２においては、本発明による燃料噴射弁の別の実施例が縦断面図で示されている。圧力振動の緩衝はこの燃料噴射弁においては、図１に示したような燃料噴射弁の場合と同じ形式で行われるが、しかしながらその他の構成要素及び作業形式は異なっている。弁保持体５０は中間ディスク５２を間挿して締め付けナット５５により弁体５４に緊締されている。弁体５４内には孔５７が構成されており、この孔内に、ピストン形に構成されている弁部材６０が縦しゅう動可能に配置されている。弁部材６０は、燃焼室側の端部において、シール面６２を有しており、これは孔５７の、燃焼室側の端部に構成されている弁座６４と協働し、弁座６４内に配置されている少なくとも１つの噴射開口６６の開放を制御する。燃焼室に向かって弁部材６０が先細になっていることによって、弁部材６０に圧力肩６１が構成されており、その高さのところにおいて、孔５７の横断面拡大部によって圧力室６８が構成されており、この圧力室は弁体５４、中間ディスク５２及び弁保持体５０内に構成されている供給通路５８を介して高圧接続部５６と接続されている。高圧接続部５６は図面には示されていない高圧燃料源と接続されており、これは燃料を高圧接続部５６内の高い圧力で供給通路５８を通って圧力室６８に供給することができる。
【００１４】
燃焼室とは逆の側で、弁部材６０はばね皿７４に移行しており、このばね皿は中間ディスク５２の開口に配置されていて、かつ弁体５０に構成されたばね室７０内にまで突出している。ばね皿７４とばね室７０の、燃焼室とは逆の側の端部との間には、閉鎖ばね７２が配置されており、これはコイル圧縮ばねとして構成されていて、かつプレロードをかけられており、したがって弁部材６０に閉鎖力を及ぼす。圧力室６８に接続部７６が開口しており、この接続部は、中間ディスク５２内に構成されている絞り７８を介して、弁保持体５０内に構成されている緩衝室８０と接続されている。絞り７８は接続部７６の横断面減少部によって構成されており、１つよりも多い絞り７８を中間ディスク５２に配置しておくこともできる。緩衝室８０は、既に図１に示した実施例のように、袋孔として構成されていて、ばね室７０若しくは孔５７の縦軸線に対して平行に延びている。袋孔の長さひいては緩衝室８０の容積は、所望の緩衝作用に応じて変化させることができる。噴射を行う場合には、燃料が高圧接続部５６に導入され、したがって燃料が供給通路５８を通って圧力室６８に流れる。圧力室６８内の燃料圧力によって圧力肩６１に及ぼされる液力式の力が閉鎖ばね７２の閉鎖力を超えると、弁部材６０が弁座６４から離れ、噴射開口６６を開放する。圧力室６８への燃料供給が中断されると、圧力室内で燃料圧力が低下し、閉鎖ばね７２の力が、圧力室６８内のある程度の圧力を下回ると弁部材６０上への液力式の力を上回り、次いで弁部材がその閉鎖位置に戻る。燃料噴射弁の閉鎖によって、圧力室６８に既に述べた形式で圧力振動が生じる。このような圧力振動は、絞り７８を介して圧力室６８と緩衝室８０との間に燃料流を生ぜしめ、したがって圧力振動はこの過程によって迅速に緩衝される。中間ディスク５２内の絞り７８の構成はこの場合特に有利である。なぜならば中間ディスク５２を交換することによって、他の絞り７８を圧力室６８の、緩衝室８０内への接続部内に内蔵することができ、それも別の構造的な変化を燃料噴射弁において行う必要がないからである。代替的に、絞り７８を弁体５４に、例えば圧力室６８の直ぐ近くに配置することも可能である。
【００１５】
図１及び２に示した実施例に対して代替的に、図１の緩衝室４６若しくは図２の緩衝室８０を袋孔として構成しないで、燃料噴射弁のケーシング内の任意の形状を有する中空室として構成することもできる。このようにして燃料噴射弁の空間的な可能性を最適に利用することができ、それも既存の機能的な構成要素に構造的な変化を行う必要がない。加えて、圧力室３７；６８の、緩衝室４６；８０への接続部内に１つよりも多い絞り４４；７８を配置することができる。これによって絞り４４；７８の最適の緩衝特性を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 概略的に示した高圧燃料供給部と共に、燃料噴射弁を示す縦断面図である。
【図２】 本発明による別の燃料噴射弁を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 燃料タンク
２ 高圧ポンプ
４ 燃料導管
５ 高圧集合室
７ 高圧導管
８ 高圧接続部
１２ ケーシング
１４ 供給通路
１５ 弁保持体
１７ 排出絞り
１９ 供給絞り
２０ 制御室
２２ 磁石接極子
２３ 漏えい油室
２４ 電磁石
２６ ピストン棒
２７ ピストン孔
２８ ばね室
２９ シール玉
３０ 圧縮コイルばね
３１ 閉鎖ばね
３２ 弁体
３４ 孔
３５ 弁部材
３６ 圧力肩
３７ 圧力室
３９ 噴射開口
４０ 弁シール面
４１ 弁座
４２ 接続部
４４絞り
４６ 緩衝室
４８ ケーシング
５０ 弁保持体
５２ 中間ディスク
５４ 弁体
５５ 締め付けナット
５７ 孔
５６ 高圧接続部
５８ 供給通路
６０ 弁部材
６１ 圧力肩
６２ シール面
６４ 弁座
６６ 噴射開口
６８ 圧力室
７０ ばね室
７２ 閉鎖ばね
７４ ばね皿
７６ 接続部
７８ 絞り
８０ 緩衝室

Claims (6)

1. 内燃機関のための燃料噴射弁であって、ケーシング（１２；４８）が設けられており、該ケーシング内において、ピストン形の弁部材（３５；６０）が孔（３４；５７）に縦しゅう動可能に配置されており、該弁部材が、少なくとも長さの一部分にわたって、ケーシング（１２；４８）内に構成されている圧力室（３７；６８）によって取り囲まれており、該圧力室が、高圧下の燃料で、ケーシング（１２；４８）内を延びる供給通路（１４；５８）を介して充填可能であり、該供給通路（１４；５８）が、圧力室（３７；６８）に開口しており、弁部材（３５；６８）が、少なくとも１つの噴射開口（３９；６６）への圧力室（３７；６８）の接続を制御している形式のものにおいて、
   圧力室（３７；６８）が、ケーシング（１２；４８）内に配置されている少なくとも１つの絞り（４４；７８）を介して、ケーシング（１２；４８）内に構成されている緩衝室（４６；８０）と接続されており、緩衝室（４６；８０）が、圧力室（３７；６８）への接続部を除いて閉鎖されていることを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射弁。
2. 緩衝室（４６；８０）が、ケーシング（１２；４８）内に設けられた袋孔によって構成されており、該袋孔が、直接的に圧力室（３７；６８）に開口している、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 袋孔が、弁部材（３５；６０）の縦軸線に対して少なくとも大体において平行に延びている、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 絞り（４４；７８）が、緩衝室（４６；８０）と圧力室（３７；６８）との接続部の横断面減少部によって構成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
5. 圧力室（３７；６８）が、ケーシング（１２；４８）内に配置されている１つよりも多い絞り（４４；７８）を介して、ケーシング（１２：４８）内に構成されている緩衝室（４６；８０）と接続されている、請求項４記載の燃料噴射弁。
6. ケーシング（４８）が、弁体（５４）と弁保持体（５０）とを有しており、弁部材（６０）が、該弁体（５４）内に配置されており、該弁体が、中間ディスク（５２）を間挿して弁保持体（５０）に緊締されており、緩衝室（８０）が、弁保持体（５０）内に構成されており、該緩衝室が、中間ディスク（５２）及び弁体（５４）に構成された接続部によって圧力室（６８）と接続されており、絞り（７８）が、中間ディスク（５２）に構成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。

Images