JP4197350B2 - 内燃機関のための燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のための燃料噴射装置であって、少なくとも２つの弁部材を備えており、該弁部材はそれぞれ、閉鎖方向で作用する液圧式の１つの制御面を有しており、該制御面に対応して液圧式の制御室を配置してあり、制御弁を備えており、該制御弁は前記制御室内の圧力を制御するようになっており、さらに負荷装置を備えており、該負荷装置は前記弁部材の開放方向で作用するようになっており、この場合に前記弁部材の、前記制御室内に生じている液圧の開放圧力は互いに異なっている形式のものに関する。

さらに本発明は前記形式の燃料装置の運転方法に関する。

冒頭に述べた形式の燃料噴射装置は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０１２２２４１Ａ１号明細書により公知である。該明細書は内燃機関のための、互いに同軸的に配置された弁部材を備えた噴射ノズルを開示している。両方の弁部材は行程を制御されるようになっており、即ち弁部材は、制御室内の液体の圧力が降下すると開く。弁部材の開放方向に作用する力は、対応する圧力面に作用する噴射圧力によって生ぜしめられる。この場合にまず外側の弁部材が開き、次いで内側の弁部材が開く。外側の弁部材のみを開きたい場合には、制御室内の圧力降下が適切に終了されて、圧力が再び増大されねばならない。

燃料噴射装置に複数の弁部材を用いる理由は、次に述べる通りであり、即ち、殊にディーゼルエンジンにおいて、エミッションを減少させかつ効率を高めるために、燃料をできるだけ微細な噴霧で内燃機関の燃焼室内へ噴射する必要がある。このことは、噴射圧力を高めることによって達成される。

それぞれ複数の燃料流出開口を解放する複数の弁部材を用いることによって、小さい燃料量を噴射する場合でも、十分に長い噴射時間及び良好な噴霧特性を得ることができ、大きな燃料量を噴射する場合に過度に長い噴射時間及び／又は過度に高い噴射圧を甘受する必要がない。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式の燃料噴射装置を改善して、該燃料噴射装置ができるだけ簡単に制御されかつ確実に作動できるようにすることである。該燃料噴射装置を内燃機関に使用した場合に、エミッション及び燃料消費特性を改善したい。さらに本発明の課題は、冒頭に述べた形式の方法を改善して、該方法が１つの弁部材だけを作動させる場合にも必要に応じてできるだけ迅速に行われるようにすることである。

はじめに述べた課題を解決するために本発明では、冒頭に述べた形式の燃料噴射装置において、制御弁によって制御室内に異なる少なくとも３つの圧力レベルが形成されるように成っており、この場合に高い方の圧力レベルではすべての弁部材が閉じられるようになっており、中間の圧力レベルでは１つの弁部材が開かれるようになっており、かつ低い方の圧力レベルではすべての弁部材が開かれるようになっている。

あとに述べた課題を解決するために本発明に基づく方法では、前記形式の燃料噴射装置において、１つの弁部材だけの開放のために、まず制御室を低圧接続部に接続し、次いで同時に低圧接続部及び高圧接続部に接続するようになっている。

本発明に基づく燃料噴射装置においては利点として、付加的な中間の圧力レベルが制御室内に形成され、この場合に一方の弁部材はすでに開かれており、しかしながら他方の弁部材は閉じられたままである。このようにして、長い噴射時間も１つの弁部材だけの開放によって達成され、このことは殊に内燃機関の部分負荷運転時にエミッション及び燃料消費特性の改善につながる。さらに本発明に基づく燃料噴射装置は構造が簡単であり、それというのは各弁部材のための、互いに分離された制御室による個別の制御が不要であるからである。燃料噴射装置は必要に応じて唯一の制御室しか含んでいなくてよい。

本発明に基づく方法においては利点として、まず制御室と低圧接続部だけとの接続によって制御室内の圧力は著しく急速に降下され、しかしながら続いて制御室と高圧接続部との付加的な接続によって圧力降下は制限され、即ち所定の中間圧力のレベルに制限される。該第２の制御過程は有利には、弁部材が開かれた終端位置に達する前に行われるようになっている。

本発明の有利な実施態様を従属請求項に記載してある。

有利な１つの実施態様において、制御室は流入絞りを介して高圧接続部に接続されており、制御弁は一方で制御室に接続されかつ他方で低圧接続部に接続されるようになっている。該燃料噴射装置ではもっぱら２つの圧力接続部、即ち１つの高圧接続部及び１つの低圧接続部と簡単な１つの制御弁によって燃料噴射を完全に制御することができる。このことは該燃料噴射装置が安価でかつ運転時に確実に作動することを意味している。

別の実施態様においては、制御弁は切換室及び該切換室内に配置された切換部材を有しており、該切換部材は第１の切換位置で、低圧接続部へ通じる第１の弁座に接触し、第２の切換位置で、バイパス通路へ通じる第２の弁座に接触するようになっており（この場合に該バイパスは高圧接続部に接続されており）、かつ第３の切換位置では第１の弁座にも第２の弁座にも接触しない、即ち低圧接続部及び高圧接続部に接続されるようになっている。このような制御弁は構造が簡単で、従って経済的である。

バイパス通路を介して切換室内には高い液体圧力、中間の液体圧力若しくは低い液体圧力が形成される。相応に制御室内にそれぞれ終端圧力が生ぜしめられ、これによって制御室内の圧力を降下させるための速度が規定される。噴射の終端時点での切換室と高圧接続部との接続によって、制御室も切換室を介して高圧接続部に接続され、その結果、制御室内の圧力が著しく急速に上昇し、かつ弁部材が急速に閉鎖する。このことはエミッション特性の改善にとって特に効果的である。

さらに別の実施態様においては、制御弁は第３の切換位置で低圧接続部に対して絞り箇所を形成している。該手段は、高圧接続部から直接に低圧接続部へ流れる燃料流を制限している。その結果、燃料の吐出量を減少させることができ、ひいては小さい燃料ポンプを使用することができる。

さらに可能な実施態様においては、制御室は高圧接続部に接続されており、制御弁は少なくとも２つの制御通路を介して制御室に接続されており、制御弁は第１の切換位置ですべての制御通路を低圧接続部に対して遮断し、第２の切換位置で１つの制御通路を低圧接続部に接続し、かつ第３の切換位置ですべての制御通路を低圧接続部に接続するようになっている。

高圧接続部から制御室内への燃料の最大の供給流若しくは流入量を制限するようになっているので、選ばれた制御通路の数によって規定される流過横断面に応じて、高い圧力レベル若しくは低い圧力レベルが制御室内に生ぜしめられる。これによって、別の弁部材の任意の開放時点を得ることができる。殊に全負荷時には両方の弁部材を噴射開始に際して同時に開放させることができる。その結果、最大の噴射量が所定の噴射時間で達成される。

本発明に基づく燃料噴射装置は、技術的に簡単に形成され、従って経済的である。原理的には、制御通路は互いに同一に形成されていてよく、この場合には制御通路の数を二倍にすることによって二倍の流過横断面を得ることができる。しかしながら有利な実施態様においては、各制御通路はそれぞれの制御通路に所定の絞り特性を与えることに基づき互いに異なって形成されており、これによって、制御室内に生じる圧力レベルを精密に形成することができる。

制御室内に異なる圧力レベルを形成するための別の簡単な実施態様においては、制御室は高圧接続部に接続されており、制御弁は制御室を第１の切換位置で低圧接続部に接続し、かつ第２の切換位置で低圧接続部に対して遮断するようになっており、さらに制御弁は連続的に第１の切換位置から第２の切換位置へ、かつ逆に第２の切換位置から第１の切換位置へ制御されるようになっている。

本発明に基づく燃料噴射装置の殊に有利な実施態様においては、制御室内に種々の圧力レベルを形成するために、１つの簡単な２／２切換弁しか必要としない。最も簡単な場合には弁は、開く第２としての弁部材が開放運動を開始する直前に（有利には、最初に開く弁部材がその開かれた終端位置に達する前に）再び閉じられ、かつ、最初に開く弁部材が流出する燃料流を不当に絞ってしまう程に強く閉鎖する直前に、再び開かれる。中間の圧力レベルは、制御弁の開閉に基づき変化する圧力の特性値の中間値である。速い速度で繰り返される開閉によって、例えばクロック制御若しくはパルス制御によって、一定な中間の圧力レベルを形成することができる。本発明に基づく燃料噴射装置の別の有利な実施態様においては、制御弁は、連続的な切換によって制御室内の圧力を、中間の圧力レベルを基準として振動させるために、即ち制御室内の圧力をほぼ中間の圧力レベルに保つために連続的に制御されるようになっている。制御弁は、連続的な切換によって一定の中間の圧力レベルを形成するために高速に、即ち高い頻度で制御されるようになっている。

本発明に基づく燃料噴射装置の有利な実施態様においては、弁部材は互いに同軸的に配置されており、制御室の軸線方向の１つの画成面（画定面）は環状のシール領域を有しており、該シール領域は外側の弁部材の開放された終端位置、即ち開放行程の終端位置で制御室を、高圧接続部に接続された外側の領域と、制御弁に接続された内側の領域とに仕切るようになっている。このような同軸的な構造に基づき、燃料噴射装置は極めてコンパクトである。シール領域によって、外側の弁部材の開放された終端位置では、内側の弁部材の制御面に所属する制御室領域は、高圧の燃料の供給流に対して遮断されている。従って該制御室領域内の圧力は、著しく急速に降下し、その結果、内側の弁部材は相応に急速に開放する。このことはエミッションを減少させることになる。

前述のすべての燃料噴射装置において、制御弁が極めて高速に切り換えられると有利である。このことは、制御弁が圧電アクチュエータを含んでいることによって簡単に達成される。

さらに別の実施態様においては、制御弁は弁体（弁本体）を含んでおり、該弁体は液圧式に圧電アクチュエータに連結されており、この場合に液圧媒体として逃がし燃料（漏れ燃料）を用いるようになっており、該逃がし燃料は少なくとも１の弁部材の案内に沿って流れるようになっている。このような液圧式の連結によって、圧電アクチュエータの小さい行程が液圧式の伝達に基づき増幅される。従って制御弁の弁体は、寸法を大きくすることなしに、開放に際して十分な流過横断面を解放するようになっている。必然的に存在する逃がし燃料を液圧式の連結のために用いることによって、付加的な液体供給を避けることができる。これによって燃料噴射装置はさらにコンパクトに形成でき、かつ相応に安価になる。

本発明に基づく燃料噴射装置の別の有利な実施態様においては、１つの弁部材は、開放方向で別の弁部材に作用する連行部を有している。このような構成によって、次に開くべき、即ち後から開くべき弁部材は、最初に開くべき弁部材が所定の行程を行うと正確に開く。これによって、内燃機関の所定の負荷及び回転数範囲でエミッションの極めて少ない噴射特性を得ることができる。制御室内の圧力によっては、連行部が後から開くべき弁部材に生ぜしめる力は、後から開くべき弁部材を該力によってのみ開く程に十分でなくてもよい。この場合には連行部は、最初に開くべき弁部材の行程を制限するように機能している。このような手段は、極めて少ない燃料量の噴射を可能にしている。

別の実施態様では連行部は、該連行部が１つの弁部材の最大行程の達成の直前に別の弁部材に当接するように形成されている。これによって、一面において１つの弁部材の最大行程を達成するまでの間は該１つの弁部材のみを開いておくことができ、かつ他面において該第１の弁部材がその最大行程を行うことに基づき、第２の弁部材を確実に開くことができる。

本発明に基づく燃料噴射装置の殊に有利な実施態様においては、別の弁部材の開放方向で作用する負荷装置と別の弁部材の液圧のための制御面（受圧面）とは、該弁部材が１つの弁部材の連行部によって開放方向に作用する力を付加的に受けた場合にはじめて開かれるように、互いに適合され、即ち相互に依存して規定されている。従って別の、即ち第２の弁部材を開くためには、制御室内の圧力の降下を必要とするだけではなく、最初に開くべき弁部材による連行をも必要としている。制御面及び負荷装置の適切な寸法規定によって、各弁部材の開放圧力を互いに極めて明確に区別することができ、開放圧力の明確な区別によって燃料噴射装置の作動の信頼性を高めることができる。

次に本発明の有利な実施例を添付の図面に基づく詳細に説明する。図面において、
図１は、燃料噴射装置の第１の実施例の、同軸的な２つの弁部材を備える領域の部分断面図であり、
図２は、図１の燃料噴射装置の、弁部材を閉じた状態での概略的な断面図であり、
図３は、両方の弁部材の開放のための開放過程中の、図２に類似の断面図であり、
図４は、弁部材を開いた状態での、図２に類似の概略的な断面図であり、
図５は、１つの弁部材のみを開いた状態での、図２に類似の概略的な断面図であり、
図６は、図３及び図４に示す開放及び閉鎖過程中の、制御室内の圧力経過若しくは圧力推移をプロットしたダイヤグラムであり、
図７は、図５に示す例の、図６に類似のダイヤグラムであり、
図８は、図６に示す圧力経過に対応して弁部材の切換位置の経過をプロットしたダイヤグラムであり、
図９は、図７に示す圧力経過に対する、図８に類似のダイヤグラムであり、
図１０は、燃料噴射装置の第２の実施例の、図２に類似の概略的な断面図であり、
図１１は、第１の制御変化例における制御弁及び外側の弁部材の位置を時間にわたってプロットしたダイヤグラムであり、
図１２は、第２の制御変化例における制御弁及び外側の弁部材の位置を時間にわたってプロットしたダイヤグラムであり、
図１３は、燃料噴射装置の第３の実施例の概略的な部分断面図であり、
図１４は、図１３の燃料噴射装置の変化例の一部分の概略的の断面図であり、
図１５は、図１３の燃料噴射装置の別の変化例の一部分の概略的の断面図である。

図１で燃料噴射装置は全体を符号１０で表してある。燃料噴射装置のケーシング１２は、ノズル本体１４を備えている。ノズル本体内に、互いに同軸的な２つの弁部材１６，１８を配置してある。両方の弁部材１６，１８は図１で下方の端部にそれぞれ円錐形の圧力面２０，２２を有しており、該圧力面（受圧面）は弁部材１６，１８の閉鎖状態で、ケーシング側の対応するシール縁部２４，２６に接触している。両方のシール縁部２４，２６間に生じている環状室（符号なし）から、ノズル本体１４の全周にわたって分配された複数の燃料流出通路２８を外側へ向けて形成してある。さらに、ノズル本体１４内でノズル本体の下方の端部に設けられている袋孔（符号なし）から、ノズル本体１４の全周にわたって分配された複数の燃料流出通路３０を外側へ向けて形成してある。

内側の弁部材１６の図１で上方の端部は圧力ロッドとして形成されて、円形の制御面３２を備えている。両方の弁部材１６，１８を対応するシール縁部２４，２６に接触させてある場合には、内側の弁部材１６の制御面３２は、外側の弁部材１８の圧力ロッドの対応する環状の制御面３４とほぼ同じ高さにある。環状（リング状）の制御面３４の一部分は、円錐形であって、半径方向内側でシール領域３６によって画定されている。
制御面３２，３４は液圧式の共通の１つの制御室３８を画成しており、該制御室はさらにノズル本体１４及び対向片４０によって包囲されている。弁ばね４１によって、外側の弁部材１８は閉鎖方向に負荷されている。

燃料噴射装置１０は、図１に略示の高圧接続部４２を有しており、該高圧接続部は図示省略のコモンレール噴射系の燃料蓄圧分配管に接続されている。高圧接続部４２は、燃料噴射装置１０の長手方向に延びる通路４４に通じており、該通路は燃料噴射装置１０の下方の端部に設けられた環状の制御室４６に開口しており、該制御室は外側の弁部材１８の閉鎖状態で、外側の弁部材１８の圧力面２２の、シール縁部から半径方向外側に位置する区分によって画定されている。

図１で対向片４０の上側に配置されたケーシング片４８内には、対向片４０に向いた端面に環状溝５０を加工成形してあり、該環状溝は分岐通路５２を介して通路４４に接続されている。対向片４０内に高圧通路５４を成形してあり、該高圧通路は環状溝５０を制御室３８に接続している。高圧通路５４は流入絞り５６を有している。

燃料噴射装置１０はさらに、図１に概略的に示す低圧接続部５８を有している。該低圧接続部は戻り通路（図示省略）に接続されており、該戻り通路は燃料タンクに通じている。燃料噴射装置１０の作動時に低圧接続部５８には周囲圧力若しくは大気圧が作用しているのに対して、高圧接続部４２には２０００バールまでの極めて高い圧力が生じている。

低圧接続部５８は切換室６０に通じている。切換室６０は対向片４０内の制御通路６２に接続されており、該制御通路は制御室３８に通じている。制御通路６２内に流出絞り６４を設けてある。切換室６０はさらに、絞り箇所６６を介してバイパス通路６８に接続されており、該バイパス通路は環状溝５０に通じており、該環状溝は高圧接続部４２に接続されている。バイパス通路６８は、互いに角度を成して延びる２つの孔区分６８ａ，６８ｂによって形成されている。

切換室６０内に、３／３・切換弁７２のシリンダー状若しくは柱体状の切換部材７０を配置してある。該切換部材７０は弁ばね７４によって第１の弁座７６に向けて押圧されており、該弁座は切換室６０内に低圧接続部５８へ向けて形成されている。さらに切換部材７０は操作ロッド７８に連結されており、該操作ロッドは圧電アクチュエータ８０によって作動される。これによって切換部材７０は弁ばね７４の力に抗して第２の弁座８２に圧着され、該弁座は切換室６０内にバイパス通路６８へ向けて形成されている。

燃料噴射装置１０は次に述べるように作動する。

図１及び図２には燃料噴射装置１０の１つの作動状態を示してあり、該作動状態では３／３・切換弁７２は第１の切換位置８４にあり、該切換位置で切換部材７０は第１の弁座７６に接触していて、第２の弁座８２から持ち上げられている。この場合に、高圧接続部４２に作用する燃料高圧は一方で高圧通路５４を介し、かつ他方で環状溝５０、バイパス通路６８、切換室６０及び制御通路６２を介して制御室３８内へ伝達される。その結果制御室３８内にも、高圧接続部４２に作用している燃料高圧が支配している。これによって相応に、制御面３２，３４に弁部材１６，１８の閉鎖方向の液圧力が生じている。外側の弁部材１８は弁ばね４１によって付加的に閉鎖方向に負荷されている。制御面３２，３４は、内側の弁部材１６が燃焼室圧力に抗して閉鎖位置に確実に保たれ、かつ外側の弁部材１８が燃焼室圧力及び、圧力面２２に作用する高い圧力に抗して閉鎖位置に確実に保たれるように寸法を規定されている。

両方の弁部材１６，１８の開放について図３及び図４並びに図６及び図８を参照して述べる。

弁部材の開放のために、３／３・切換弁７２は第２の切換位置８６へ移されて、第２の弁座８２に接触する。これによって切換室６０と高圧接続部４２との間の接続は中断され、代わりに切換室６０、ひいては制御通路６２は低圧接続部５８に接続される。その結果、燃料は制御室３８から流出絞り６４を経て低圧接続部５８へ流出する。

流入絞り５６を設けてあることに基づき、制御室３８内に圧力降下が生じる。圧力降下は図６に符号８８によって表してある。外側の弁部材１８の開放圧力が下回られると（該開放圧力は図示の燃料噴射装置１０において内側の弁部材１６の開放圧力よりも高くなっている）、外側の弁部材１８は、圧力面２２に作用している液圧に基づき弁ばね４１の力に抗してシール縁部２６から離され（図８の符号８９）、その結果、燃料は圧力室４６から燃料流出通路２８を経て流出する。

弁部材１８のシール領域３６が対向片４０に接触すると（図６の符号９０）、制御室３８の、シール縁部３６の内側に位置する領域は、高圧通路５４からの新たな燃料の供給流を遮断され、若しくは該供給流は少なくとも絞られる。制御室３８の半径方向内側に位置していてかつ引き続き制御通路６２を介して低圧接続部５８に接続されている領域内の圧力は、さらに降下して、内側の弁部材１６の圧力面２０もシール縁部２４から離れる（図６の符号９２若しくは図８の符号９３）。いまや燃料は燃料流出通路３０からも流出する。このような状態は図４に示してある。

図６から明らかなように、制御室３８内の圧力は全体的にもとの値のほぼ三分の一に降下している。該値は流入絞り５６及び流出絞り６４の適当な寸法規定によって設定される。この場合に、外側の弁部材１８は引き続き確実に、開かれた位置に維持され、それというのは制御面３４のシール領域若しくはシール縁部３６は、該制御面の半径方向内側の縁から離れており、その結果、制御面３４のシール縁部３６から半径方向内側に位置する領域には、引き続き極めて低い制御圧力しか作用しないからである。さらにシール縁部３６は次のように形成されており、即ち、制御室３８の半径方向外側の領域と半径方向内側の領域との間のシールは完全ではなく、即ち燃料はさらに制御室３８の半径方向外側の領域から流出して、そこに相応の圧力降下を生ぜしめるようになっている。

燃料噴射を終了するために、切換部材７０は再び第１の弁座７６に接触させられる（切換位置８４）。これによって、切換室６０は低圧接続部５８から遮断され、かつ再びバイパス通路６８、制御通路６２、制御室３８並びに高圧通路５４を介して高圧接続部４２に接続され、制御室３８内の圧力は急速に上昇する（符号９４）。その結果、両方の弁部材１６，１８はほぼ同時に閉じられる（図８の符号９６，９８）。

外側の弁部材１８だけを開きたい場合には、次に述べる操作を行うようになっている（図５）。即ち、３／３・切換弁７２は第３の切換位置１００へ移され、該切換位置では切換部材７０は第１の弁座７６と第２の弁座８２との間の中間位置を占めている。即ち切換部材は両方の弁座７６，８２のいずれにも接触していない。３／３・切換弁の切換位置１００では、切換室６０は一方で低圧接続部５８に接続され、かつ他方でバイパス通路６８を介して高圧接続部４２にも接続されている。従って切換室６０内に生じている圧力は、高圧接続部４２の高い燃料圧力よりも低いものの、しかし３／３・切換弁７２の図３及び図４に示す切換位置で作用する圧力よりも高くなっている。

制御通路６２を介して切換室６０と制御室３８とを接続することによって、制御室３８内の圧力は降下するものの（図７の符号８８）、３／３・切換弁の図３及び図４若しくは図６及び図８に示す第２の切換位置８６の場合よりも降下していない。圧力特性曲線の相応の区分には図７では符号１０２を付けてある。図面に示してあるように、圧力は出発圧力のほぼ半分に降下している。制御室３８内の圧力は十分に降下しており、即ち、外側の弁部材１８は圧力面２２に作用する液圧によってシール縁部２６から離され（図９の符号８９）、その結果、燃料は圧力室４６から燃料流出通路２８へ流れて、そこから流出する。この場合にも弁部材１８は、該弁部材のシール縁部３６を対向片４０に接触させるまで移動させられ（図７の符号９０）、制御室３８内の圧力はさらに降下させられ、しかしながら内側の弁部材１６を開放しない程度に降下される。

外側の弁部材１８の開放を加速するためには、３／３・切換弁７２はまず第２の切換位置８６へ移され、該切換位置では切換部材７０は第２の弁座８２に接触している。外側の弁部材１８のシール縁部３６を対向片４０に接触させる前に、３／３・切換弁７２は第３の切換位置１００に移され、これによって、制御室３８内の圧力が強く降下することは避けられる。

付言すると、切換部材７０が第１の弁座７６と第２の弁座８２との間の中間位置１００にある場合に、切換室６０内に生じる中間圧力（高い圧力と低い圧力との間の圧力）は、切換部材７０と第１の弁座７６との間の間隙によっても調節される。該間隙は切換室６０から低圧接続部５８への流下絞りを成している。

燃料噴射装置１０の別の実施例を図１０に示してある。この場合に、前述の実施例の部材若しくは部分と等価の機能を有する部材若しくは部分には同じ符号を付けてある。

図１０に示す燃料噴射装置１０は、前述の実施例の燃料噴射装置とは切換弁７２の構成によって異なっている。該切換弁は、３／３・切換弁（３ポート３位置式切換弁）としてではなく、３／２・切換弁として形成されている。該切換弁において第１の切換位置８４では高圧接続部４２は、環状溝５０、バイパス通路６８並びに制御通路６２を介して直接に制御室３８に接続されるようになっている。従って該切換位置では制御室３８内に最大の圧力が生じており、該圧力は、高圧接続部４２に作用している圧力に相当している。第２の切換位置８６では制御室３８は流出絞り６４及び制御通路６２を介して低圧接続部５８に接続されている。従って該切換位置では制御室３８内に低い圧力が生じており、該圧力は流出絞り６４及び流入絞り５６の寸法によって規定される。

図１乃至図９に示す実施例ですでに示してあるように、制御室３８内の高い圧力では両方の弁部材１６，１８は閉じられている。低い圧力では両方の弁部材１６，１８は開かれている。外側の弁部材１８だけを開きたい場合には、制御室３８内に中間の圧力レベルを生ぜしめるとよい。このような中間の圧力レベルは、図１０に示す燃料噴射装置１０では切換弁７２の連続的に行われる開放及び閉鎖によって生ぜしめられる。

図１１及び図１２にも示してあるように、切換弁７２はまず、開かれた切換位置８６へ移され（図１１の特性曲線９６）、その結果、制御室３８内の圧力は降下し、これによってまず外側のニードル１８が開かれる（図１１の特性曲線９８）。外側の弁部材１８が該弁部材の開放行程の終端位置、即ち対向片４０に接触する位置（図１１の水平の破線）に達する直前に若しくはちょうど達した時点で、切換弁７２は再び閉鎖の切換位置８４へ移される。これによって、制御室３８内の圧力は再び上昇し、外側の弁部材１８は閉鎖運動を開始する。しかしながら、外側の弁部材１８が閉じられる直前に、即ちシール縁部２６と圧力面２２との間の流れ（図１、参照）が絞られる直前に、切換弁７２は再び開かれた切換位置８６へ移される。このようにして制御室３８内に中間の圧力レベルを生ぜしめるようになっており、該圧力レベルでは外側の弁部材１８は開かれており、かつ内側の弁部材１６はまだ閉じられている。

図示省略の別の実施例では、図１０に示してある３／２・切換弁７２の代わりに、２／２・切換弁を用いてある。このような切換弁を備えた燃料噴射装置では、バイパス通路は設けられておらず、従って２／２・切換弁の閉鎖の切換位置では制御通路６２は単純に遮断されている。

図１２に示してあるように、切換弁７２を極めて高速の切換頻度で、例えばパルス制御若しくはクロック制御によって開閉することも可能である（図１２の特性曲線）。切換弁のこのような切換に流れは追従できないので、制御室内の制御圧力は強くは変動せず、比較的一定の中間の圧力が生じる。これに相応して、外側の弁部材はストッパー（水平の破線）の直前の比較的一定の中間の位置（特性曲線９８）を閉める。

燃料噴射装置１０の別の可能な実施例を図１３に示してある。この場合には３／３・切換弁７２を設けてあるものの、バイパス通路は省略されている。代わりに、切換室６０から制御室３８へ並列的な２つの制御通路６２ａ，６２ｂを設けてある。１つの制御通路６２ａは、第２の弁座８２で切換室６０に開口している。従って切換弁７２の閉鎖状態では制御通路６２ａは閉じられている。第２の制御通路６２ｂは切換部材７０の側方で切換室６０に開口している。両方の制御通路６２ａ，６２ｂは流出絞り６４ａ，６４ｂを含んでおり、該流出絞りの絞り作用は互いに異なっている。

図１３に示す燃料噴射装置１０において切換部材７０は、圧電アクチュエータ８０に直接に連結されるのではなく、液圧式の伝達器１０４を介して圧電アクチュエータに連結されている。該伝達器は伝達器室１０６を含んでおり、該伝達器室内に円柱状の伝達器部材１０８を突入させてあり、該伝達部材は作動ロッド７８を介して切換部材７０に結合されている。圧電アクチュエータ８０に連結されている伝達部材１１０は、同じく伝達器室１０６内に突入している。伝達部材１１０の直径は伝達器部材１０８の直径よりも大きくなっている。

伝達器室１０６は燃料で満たされている。このために伝達器室１０６は分岐通路１１２（該分岐通路内に逆止弁１１４を配置してある）を介して補充通路１１６に接続されている。補充通路は低圧接続部５８に通じている。別の分岐通路１１８は切換弁７２並びに環状室１２０に通じており、該環状室内に圧縮ばね４１を配置してあり、制御室３８から両方の弁部材１６，１８の上方の領域間の間隙を通って流下する漏れ液体は漏れ通路１２２を経て前記環状室内に達するようになっている。このようにして伝達器室１０６は、制御弁７２及び環状室１２０から流出する漏れ液体を供給されるようになっている。

伝達器部材１０８及び伝達部材１１０の異なる直径に基づき、圧電アクチュエータ８０の長さ変化若しくは膨張は切換部材７０の、圧電アクチュエータ８０の長さ変化よりも大きな行程を生ぜしめる。切換部材７０が第１の弁座７６に接触すると、両方の制御通路６２ａ，６２ｂは低圧接続部５８から遮断される。従って制御室３８内には高い圧力が生じ、両方の弁部材１６，１８は閉じられる。

切換弁７２を次のように開き、即ち切換部材７０が第１の弁座７６と第２の弁座８２との間の位置を占めると、燃料は制御室３８から両方の制御通路６２ａ，６２ｂを経て低圧接続部５８へ流出する。その結果、制御室３８内の圧力は降下して、両方の弁部材１６，１８は開く。

切換部材７０を第２の弁座８２に接触する位置へ移すと、制御通路６２ａは閉じられる。制御室３８から燃料は制御通路６２ｂのみを経て低圧接続部５８へ流出する。流出絞り６４ｂと流入絞り５６とは、制御室３８内に中間の圧力レベルを生ぜしめ、それも外側の弁部材１８を開き、しかしながら内側の弁部材１６を閉じたままにできるように互いに調整されている。

さらに異なる実施例を図１４に示してある。この場合に相違点は、弁部材１６，１８の端部領域にある。内側の弁部材１６に環状つば１２４を形成してあり、該環状つばは外側の弁部材１１８の端部領域の凹設部１２６内に位置している。静止位置で、即ち両方の弁部材１６，１８を閉じている場合に、凹設部１２６の軸線方向の端面は環状つばからわずかに離れている。

図１４に示してある燃料噴射装置は、図１３の燃料噴射装置に類似して作動する。しかしながら外側の弁部材１８を開くと、凹設部１２６の図１４で下方の縁面は環状つば１２４に接触する。これによって外側の弁部材１８から内側の弁部材１６に付加的に生ぜしめられて開放方向に作用する力は、いまや内側の弁部材１６を開くようになる。即ち、外側の弁部材１８の凹設部１２６の図４で下方の画定面は、内側の弁部材１６のための連行部分として機能するようになっている。

環状つば１２４及び凹設部１２６の軸線方向の位置は、凹設部１２６の下方の縁部が外側の弁部材１８の最大行程の達成される直前にようやく内側の弁部材１６の環状つば１２４と当接するように互いに調整されている。これによって段階的な噴射量（ブーツインジェクション）を達成でき、該段階的な噴射量は、燃料噴射装置１０の装備された内燃機関のエミッションの減少を可能にするものである。内側の弁部材１６の制御面３２は、両方の制御通路６２ａ，６２ｂを開いている場合でも、制御室３８内に最小の圧力を生ぜしめていて、凹設部１２６と環状つば１２４との接触に際してようやく内側の弁部材１６を開くように設定されている。

燃料噴射装置１０のさらに異なる実施例を図１５に示してある。この場合には弁部材１６，１８を一体構造で形成してある。制御室３８は半径方向でケーシング１２によってではなく、スリーブ１２８によって画定若しくは画成されており、該スリーブは図１５の上方の端部にシール縁部（符号省略）を有している。シール縁部は圧縮ばね４１によって弁部材１６，１８の制御面３２，３４と相対するケーシング面（符号省略）に圧着されている。

燃料噴射装置の第１の実施例の、同軸的な２つの弁部材を備える領域の部分断面図 図１の燃料噴射装置の、弁部材を閉じた状態での概略的な断面図 両方の弁部材の開放のための開放過程中の概略的な断面図 弁部材を開いた状態での概略的な断面図 １つの弁部材のみを開いた状態での概略的な断面図 図３及び図４に示す開放及び閉鎖過程中の、制御室内の圧力経過をプロットしたダイヤグラム 図５に示す過程のダイヤグラム 図６に示す圧力経過に対応して弁部材の切換位置の経過をプロットしたダイヤグラム 図７に示す圧力経過に対する、図８に類似のダイヤグラム 燃料噴射装置の第２の実施例の概略的な断面図 第１の制御変化例における制御弁及び外側の弁部材の位置を時間にわたってプロットしたダイヤグラム 第２の制御変化例における制御弁及び外側の弁部材の位置を時間にわたってプロットしたダイヤグラム 燃料噴射装置の第３の実施例の概略的な部分断面図 図１３の燃料噴射装置の変化例の一部分の概略的の断面図 図１３の燃料噴射装置の別の変化例の一部分の概略的の断面図

符号の説明

１０ 燃料噴射装置、 １２ ケーシング、 １４ ノズル本体、 １６，１８ 弁部材、 ２０，２２ 圧力面、 ２４，２６ シール縁部、 ２８，３０ 燃料流出通路、 ３２，３４ 制御面、 ３６ シール領域、 ３８ 制御室、 ４０ 対向片、 ４１ 弁ばね、 ４２ 高圧接続部、 ４４ 通路、 ４６ 制御室、 ４８ ケーシング片、 ５０ 環状溝、 ５２ 分岐通路、 ５４ 高圧通路、 ５６ 流入絞り、 ５８ 低圧接続部、 ６０ 切換室、 ６２，６２ａ，６２ｂ 制御通路、 ６４ 流出絞り、 ６６ 絞り箇所、 ６８ バイパス通路、 ６８ａ，６８ｂ 孔区分、 ７０ 切換部材、 ７２ ３／３・切換弁、 ７４ 弁ばね、 ７６ 弁座、 ７８ 操作ロッド、 ８０ 圧電アクチュエータ、 ８２ 弁座、 ７８ 作動ロッド、 １０４ 伝達器、 １０６ 伝達器室、 １０８ 伝達器部材、 １１０ 伝達部材、 １１２ 分岐通路、 １１４ 逆止弁、 １１６ 補充通路、 １１８ 分岐通路、 １２０ 環状室、 １２２ 漏れ通路、 １２４ 環状つば、 １２６ 凹設部、 １２８ スリーブ

Claims (17)

1. 内燃機関のための燃料噴射装置（１０）であって、少なくとも２つの弁部材（１６，１８）を備えており、該弁部材は閉鎖方向で作用する液圧のための制御面（３２，３４）を有しており、該制御面に対応して液圧のための制御室（３８）を配置してあり、制御弁（７２）を備えており、該制御弁は前記制御室（３８）内の圧力を制御するようになっており、負荷装置（２０，２２）を備えており、該負荷装置は前記弁部材（１６，１８）の開放方向で作用するようになっており、この場合に前記弁部材（１６，１８）の、前記制御室（３８）内に生じている液圧の開放圧力は互いに異なっている形式のものにおいて、制御弁（７２）によって制御室（３８）内に互いに異なる少なくとも３つの圧力レベルが形成されるようになっており、この場合に高い方の圧力レベルでは、すべての弁部材（１６，１８）が閉じられており、中間の圧力レベルでは１つの弁部材（１８）が開かれており、かつ低い方の圧力レベルではすべての弁部材（１６，１８）が開かれていることを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射装置。
2. 制御室（３８）は流入絞り（５６）を介して高圧接続部（４２）に接続されており、制御弁（７２）は一方で制御室（３８）に接続されかつ他方で低圧接続部（５８）に接続されるようになっている請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 制御弁（７２）は、切換室（６０）及び切換部材（７０）を有しており、前記切換部材は第１の切換位置（８４）で、低圧接続部（５８）へ通じる第１の弁座（７６）に接触し、第２の切換位置（８６）で、高圧接続部（４２）に接続されたバイパス通路（６８）へ通じる第２の弁座（８２）に接触するようになっており、かつ第３の切換位置（１００）では第１の弁座（７６）にも第２の弁座（８２）にも接触しないようになっている請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 制御弁（７２）は第３の切換位置（１００）で低圧接続部（４２）に対して絞り箇所を形成している請求項３に記載の燃料噴射装置。
5. 制御室（３８）は高圧接続部（４２）に接続されており、制御弁（７２）は少なくとも２つの制御通路（６２ａ，６２ｂ）を介して制御室（３８）に接続されており、制御弁（７２）は第１の切換位置（７６）ですべての制御通路（６２ａ，６２ｂ）を低圧接続部（５８）に対して遮断し、第２の切換位置（８２）で１つの制御通路（６２ｂ）を低圧接続部（５８）に接続し、かつ第３の切換位置（８３）ですべての制御通路（６２ａ，６２ｂ）を低圧接続部（５８）に接続するようになっている請求項１又は２に記載の燃料噴射装置。
6. 制御室（３８）は高圧接続部（４２）に接続されており、制御弁（７２）は制御室（６２）を第１の切換位置（８６）で低圧接続部（５８）に接続され、かつ第２の切換位置（１００）で低圧接続部に対して遮断するようになっており、さらに制御弁（７２）は連続的に第１の切換位置（８６）から第２の切換位置（１００）へ、かつ逆に第２の切換位置から第１の切換位置へ制御されるようになっている請求項２に記載の燃料噴射装置。
7. 制御弁（７２）は、連続的な切換によって制御室内の圧力を、中間の圧力レベルを基準として振動させるために連続的に制御されるようになっている請求項６に記載の燃料噴射装置。
8. 制御弁（７２）は、連続的な切換によって一定の中間の圧力レベルを形成するために高速に制御されるようになっている請求項６に記載の燃料噴射装置。
9. 弁部材（１６，１８）は互いに同軸的であり、制御室（３８）の軸線方向の１つの画成面はシール領域（３６）を有しており、該シール領域は外側の弁部材（１８）の開放された終端位置で制御室（３８）を、高圧接続部（４２）に接続された外側の領域と、制御弁（６２）に接続された内側の領域とに仕切るようになっている請求項１から８のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
10. 制御弁（７２）は圧電アクチュエータ（８０）を含んでいる請求項１から９のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
11. 制御弁は弁体（７０）を含んでおり、該弁体は液圧式に圧電アクチュエータ（８０）に連結されており、この場合に液圧媒体として逃がし燃料を用いるようになっており、該逃がし燃料は少なくとも１の弁部材（１６）の案内に沿って流れるようになっている請求項１０に記載の燃料噴射装置。
12. １つの弁部材（１８）は、開放方向で別の弁部材（１６）に作用する連行部（１２６）を有している請求項１から１１のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
13. 連行部（１２６）は、該連行部が１つの弁部材（１８）の最大行程の達成の直前に別の弁部材（１６）に当接するように形成されている請求項１２に記載の燃料噴射装置。
14. 別の弁部材（１６）の開放方向で作用する負荷装置（２０）と別の弁部材（１６）の液圧式の制御面（３２）とは、該弁部材（１６）が１つの弁部材（１８）の連行部（１２６）によって開放方向に作用する力を付加的に受けた場合にはじめて開かれるように、互いに適合されている請求項１２又は１３に記載の燃料噴射装置。
15. 燃料噴射装置の運転方法において、請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料噴射装置で、１つの弁部材（１８）のみを開放するためにまず制御室（３８）を低圧接続部（５８）に接続し、次いで同時に低圧接続部（５８）及び高圧接続部（４２）に接続することを特徴とする、燃料噴射装置の運転方法。
16. 燃料噴射装置の運転方法において、請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料噴射装置で、１つの弁部材（１８）のみを開放するためにまず制御室（３８）を低圧接続部（５８）に接続し、次いで追加的に高圧接続部（４２）に接続することを特徴とする、燃料噴射装置の運転方法。
17. 燃料噴射装置の運転方法において、請求項６に記載の燃料噴射装置で、切換弁（７２）を、制御室（３８）内の圧力が降下させられて、内側の弁部材（１６）が開く直前に閉じ、かつ外側の弁部材（１８）が閉じる直前に再び開くことを特徴とする、燃料噴射装置の運転方法。

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