JP4309493B2 - 内燃機関の燃料噴射機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射機構であって、低圧源を備えており、前記低圧源から燃料は高圧ポンプへ送られるようになっており、前記高圧ポンプは前記燃料を前記燃料噴射機構の燃料高圧室に供給するようになっており、流量調整弁を備えており、前記流量調整弁は前記低圧源から前記高圧ポンプへの燃料供給の、運転パラメータに関連して行う制御のために用いられるようになっている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ連邦共和国特許公告第１０２５６９３号明細書により公知の前記形式の弁においては、弁閉鎖部材が貫通孔内を移動可能であって、かつ２つのリングつばを備えており、リングつばの互いに向き合わされた側がそれぞれ平らなシール面として形成されている。シール面が平座面と協働するようになっており、平座面が制御室内の貫通孔の出口を制限している。制御室から導管が分岐して圧力源又はリリーフ室に通じている。貫通孔の中央から排出通路を分岐させ、排出通路が弁部材の位置に応じて制御室の１つと接続可能である。即ち、該弁は切換弁として形成されていて、一方の制御室と排出通路との間の一方の接続部を接続するか、若しくは他方の制御室と排出通路との間の他方の接続部を接続する。圧縮ばねが電磁石の非励磁状態で一方の接続部を閉鎖している。該公知の弁は、高い圧力レベルでも小さな切換磁石を用いて切換えられるように形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の内燃機関の燃料噴射機構において、電気的に制御可能な流量調整弁を用いて、低圧源から高圧ポンプへの燃料供給量を正確に制御できるようにすることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明においては、流量調整弁は電磁石により移動可能な弁部材を備えており、前記弁部材は、第１の小径の部分と、前記弁部材の長手方向で前記第１の小径の部分に続く第２の大径の部分とを有しており、前記第１の小径の部分と前記第２の大径の部分との間の移行部にシール面を形成してあり、前記シール面が弁ケーシングに設けた弁座と協働しており、前記第１の小径の部分が前記弁ケーシングの、流出側に接続された案内領域内に、前記移行部から延びる出口横断面を形成するように案内されており、前記第２の大径の部分が、流入側で前記弁ケーシングの、前記案内領域に比べて内径の大きな部分内に配置されており、前記弁部材が前記電磁石により戻しばねの力に抗して前記弁座に密接に接触せしめられるようになっており、前記弁座が前記案内領域の側で、制御縁により制限されており、前記制御縁（「エッジ」とも称する）が、前記弁部材の行程運動に際して前記弁座からの前記弁部材の前記シール面の離れる距離の増大に伴って、前記弁部材の前記出口横断面と協働して、前記出口横断面を開放制御して次第に増大させるようになっており、前記電磁石は前記弁部材の前記行程運動のために制御装置を用いて可変のアナログ電圧により若しくはクロック制御により制御されるようになっている。
【０００５】
【発明の効果】
本発明の構成により、電気的に制御可能な流量調整弁が、可変の出口横断面（「流過横断面」とも称する）を調節して、低圧源から高圧ポンプへの燃料供給量を正確に制御するために用いられる。この場合、低圧源と高圧ポンプとの間の燃料のゼロ供給も確実に調節でき、即ち、低圧源と高圧ポンプとの間の接続部が確実に完全に閉鎖できる。
【０００６】
請求項２に記載の有利な構成では、流量調整弁の可変の出口横断面の調節のために、流量調整弁の弁部材の案内部分（小径の部分）が先細（テーパ状）に形成されており、案内部分の先細の部分が、制御縁と一緒に弁部材の出口横断面を制限している。さらに請求項３に記載の有利な構成では、弁部材の出口横断面が、制御縁と弁部材の外套面に開口する絞り開口との間で規定される。有利には請求項４に記載の構成により、制御縁を形成しかつ低圧源から高圧ポンプへの燃料供給を遮断するために、弁部材の弁座が円錐形に形成されており、弁部材のシール面も同じく円錐形に延びている。この場合、弁部材のシール面を規定する円錐の頂角が、座面を規定する円錐の頂角に比べて大きくなっている。このような構成により弁部材の縁部が弁座に接触し、これによって高いシール性が保証される。さらに、弁部材が別の構造形式で形成されていてよい。さらに請求項５に記載の有利な構成では、弁部材が電磁石の可動子に対する接触箇所を球状に形成されている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の３つの実施例を図面に示して、詳細に説明する。
【０００８】
本発明に基づく流量調整弁１は、図１では接続導管２内で前搬送ポンプ(Vorfoerderpumpe)４と高圧ポンプ５との間に配置されている。前搬送ポンプ４は燃料のための低圧源として用いられ、燃料が配量されて高圧ポンプ５のポンプ作動室に供給され、これによって、高圧にもたらされた燃料の所定量が、高圧ポンプ５の圧力側に接続された燃料高圧アキュムレータ７に供給される。前搬送ポンプ４は燃料を燃料タンク８から吸い込む。燃料高圧アキュムレータ７は燃料噴射機構の一部を成していて、噴射に使用される燃料を準備し、該燃料がさらに圧力導管９を介して燃料噴射弁１０に導かれる。燃料噴射弁１０は電気的に制御され、このために制御装置１２が用いられる。制御装置１２を用いて燃料高圧アキュムレータ７内の圧力も制御され、このために、該圧力を検出する圧力センサ１４によって制御装置１２を介して流量調整弁１が制御される。この場合、制御信号に相応して流量調整弁１の出口横断面(Durchtrittsquerschnitt)が変化させられ、その結果、高圧ポンプ５の高圧吐出量が変化させられる。
【０００９】
流量調整弁１は弁部材１６を備えており、弁部材が第１の小径の部分１７及び第２の大径の部分１９を有している。第１の小径の部分１７が弁ケーシング３の案内孔２０内に突入している。案内孔２０は案内部分（案内領域）とも呼ばれる。案内孔２０の閉じた端部２１と、該案内孔内に突入する小径の部分１７の端面２２との間に圧縮ばね２３が緊縮されている。
【００１０】
弁部材１６の小径の部分１７から大径の部分１９への移行部が、円錐形のシール面２５として形成されており、シール面が、案内孔２０から、流入側を形成する室２７への移行部に設けられた対応する円錐形の弁座２６と協働している。室２７は弁部材の大径の部分１９を受容していて、端面側を電磁石２８により閉鎖されている。室２７内に接続導管２を開口させてあり、接続導管は前搬送ポンプから到来している。接続導管２は、案内孔２０内で弁部材１６の端面２２により閉鎖されて流出側を形成する室２９からさらに高圧ポンプ５へ延びている。
【００１１】
電磁石２８は略示する可動子３０を備えており、可動子に向けて弁部材１６が圧縮ばね２３の作用により運動させられる。従って、可動子３の移動量に相応して弁部材１６の位置も変化する。この場合、電磁石２８は作動マグネット(Stellmagnet)として形成されており、可動子３０は励磁の程度に応じて多かれ少なかれ変位させられる。このことは、可変のアナログ電圧により若しくは電磁石のクロック制御により公知形式で行われる。可動子３０への弁部材１６の接触箇所は球面３４として形成されており、その結果、可動子への弁部材１６の接触に際て、該弁部材には極めてわずかな横力しか生ぜしめられない。
【００１２】
運転中に、電磁石の励磁に応じて可動子３０が多かれ少なかれ移動させられて、相応に弁部材１６が弁座２６から多かれ少なかれ離れた位置を占める。電磁石の完全な励磁に際して、弁部材１６が戻しばね２３の力に抗して円錐形の弁座２６に密接に圧着され、その結果、接続導管２の両方の部分間の接続が完全に遮断さる。部分励磁の際にのみ弁部材１６は弁座２６から持上げられる。案内孔２０への移行部の弁座２６を制限していて制御縁として作用するエッジ(Kante)３１が弁部材１６の出口横断面を制御するようになっており、弁部材が弁座２６から離されるのに伴って弁部材の出口横断面が開放制御されて増大される。この目的のために、弁部材の小径の部分１７が、図１及び一層詳しくは図２の断面から分かるように、案内孔２０の領域で軽く円錐形に形成されている。弁座２６からの弁部材の持上がりにより、環状のエッジ３１と、弁部材の円錐形の小径の部分１７の外套面との間にリング状の横断面３３が生じる。弁座から持上がり距離の増大に伴って、リング状の横断面３３、ひいては低圧源４から高圧ポンプ５へ流れる燃料のための出口横断面が増大する。従って、制御装置１２による制御に応じて、高圧ポンプ５の高圧吐出量が変化する。
【００１３】
図２には流量調整弁１の、シール面２５及び弁座２６を備える部分が断面を拡大して示してある。明らかなように、シール面２５及び弁座２６はそれぞれ、円錐面の一部分である面として形成されており、この場合、シール面２５を規定する円錐の頂角は、弁座２６を規定する円錐の頂角に比べて大きくなっている。従って、弁部材１６の大径の部分１９の外周に形成されたシールエッジ(Dichtkante)３２が弁座２６に接触している。弁座２６からのシールエッジ３２の持上げに際して、弁座２６のエッジ３１と弁部材の小径の部分の外套面３４との間の出口横断面３３が直ちに流過横断面として作用する。この場合、出口横断面は弁部材の行程の増大に伴って増大する環状面である。
【００１４】
図３は図２に示す実施例の変化実施例を示しており、弁座２６のエッジ３１が同時にシールエッジを形成しており、該シールエッジにシール面２５が弁部材１６の閉鎖位置で当接するようになっており、このことは円錐頂角を適当に異なって選択することにより実現される。
【００１５】
図４に示す実施例では、弁部材の小径の部分１７′に、端面２２から延びる袋孔３５が設けられており、該袋孔から絞り通路３６が、弁部材の小径の部分１７′の外套面３４′に通じている。この場合、絞り通路の開口部は弁部材のシール面２５にすぐ隣接して位置しており、従って、弁部材の行程開始と共に、弁座２６のエッジ（制御縁）３１が絞り通路３６の出口と室２７との間の接続部を開き始める。この場合、絞り通路３６の出口横断面は方形であってよく、これによって、制御縁３１と協働して弁部材の行程に正確に対応すべき出口横断面が得られる。この実施例においても有利には、シール面２５を規定する円錐の頂角が、弁座２６の面を規定する円錐の頂角に比べて大きくなっている。これによってエッジ３１が絞り通路３６の出口に幾何学形状的に正確に対応して配置でき、この場合、外側に位置するシール縁３２が弁部材の閉鎖位置でのシール機能の役割を担っている。
【００１６】
図４に示す構成では、小径の部分１７′が円筒状であって、かつ同じく円筒状に形成された案内孔内に案内されている。図１乃至図３に示す構成では、弁部材の小径の部分１７及び／又は大径の部分１９に案内エレメントを設けてよく、案内エレメントにより正確な流過状態が維持される。これによって、再現可能なコンスタントな流過状態が得られる。案内エレメントとして、例えば羽根を設けて、羽根は弁部材から突出して孔壁に接触している。
【００１７】
前述のように形成された流量調整弁を用いることによって、低圧源４から高圧ポンプ５への燃料供給が確実に遮断される。このことは特に、高圧ポンプを用いて燃料を燃料高圧アキュムレータに供給し、かつ燃料高圧アキュムレータから燃料を取り出して噴射弁により噴射する場合に重要である。即ち、前述の流量調整弁を用いて内燃機関の燃料噴射が、必要に応じて確実に遮断される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく流量調整弁の概略図
【図２】流量調整弁の弁部材のシール面の第１実施例の部分断面図
【図３】流量調整弁の弁部材のシール面の第２実施例の部分断面図
【図４】流量調整弁の弁部材の変化実施例の部分断面図
【符号の説明】
１ 流量調整弁、 ３ 弁ケーシング、 ４ 前搬送ポンプ、 ５ 高圧ポンプ、 ７ 燃料高圧アキュムレータ、 １６ 弁部材、 １７ 小径の部分、 １９ 大径の部分、 ２０ 案内孔、 ２２ 端面、 ２３ 戻しばね、 ２５ シール面、 ２６ 弁座、 ２７ 流入側、 ２８ 電磁石、 ２９ 流出側、 ３０ 可動子、 ３１ エッジ、 ３３ 出口横断面、 ３４ 外套面、 ３５ 袋孔、 ３６ 絞り通路

Claims (6)

1. 内燃機関の燃料噴射機構であって、低圧源（４）を備えており、前記低圧源（４）から燃料は高圧ポンプ（５）へ送られるようになっており、前記高圧ポンプ（５）は前記燃料を前記燃料噴射機構の燃料高圧室（７）に供給するようになっており、流量調整弁（１）を備えており、前記流量調整弁（１）は前記低圧源（４）から前記高圧ポンプ（５）への燃料供給の、運転パラメータに関連して行う制御のために用いられるようになっている形式のものにおいて、前記流量調整弁（１）は電磁石（２８）により移動可能な弁部材（１６）を備えており、前記弁部材（１６）は、第１の小径の部分（１７）と、前記弁部材（１６）の長手方向で前記第１の小径の部分（１７）に続く第２の大径の部分（１９）とを有しており、前記第１の小径の部分（１７）と前記第２の大径の部分（１９）との間の移行部にシール面（２５）を形成してあり、前記シール面（２５）が弁ケーシング（３）に設けた弁座（２６）と協働しており、前記第１の小径の部分（１７）が前記弁ケーシング（３）の、流出側（２９）に接続された案内領域（２０）内に、前記移行部から延びる出口横断面（３３，３６）を形成するように案内されており、前記第２の大径の部分（１９）が、流入側（２７）で前記弁ケーシング（３）の、前記案内領域（２０）に比べて内径の大きな部分内に配置されており、前記弁部材（１６）が前記電磁石（２８）により戻しばね（２３）の力に抗して前記弁座（２６）に密接に接触せしめられるようになっており、前記弁座（２６）が前記案内領域（２０）の側で、制御縁（３１）により制限されており、前記制御縁（３１）が、前記弁部材（１６）の行程運動に際して前記弁座（２６）からの前記弁部材（１６）の前記シール面（２５）の離れる距離の増大に伴って、前記弁部材（１６）の前記出口横断面（３３，３６）と協働して、前記出口横断面（３３，３６）を開放制御して次第に増大させるようになっており、前記電磁石（２８）は前記弁部材（１６）の前記行程運動のために制御装置（１２）を用いて可変のアナログ電圧により若しくはクロック制御により制御されるようになっていることを特徴とする、内燃機関の燃料噴射機構。
2. 前記出口横断面（３３）の形成のために、前記弁部材（１６）の前記の第１の小径の部分（１７）が前記シール面（２５）から離反する方向に先細に形成されており、前記案内領域（２０）が円筒形の案内孔として形成されている請求項１記載の燃料噴射機構。
3. 前記弁部材（１６）の前記の第１の小径の部分（１７）が該第１の小径の部分（１７）の端面（２２）から延びるメクラ孔（３５）及び該メクラ孔（３５）から分岐して該メクラ孔（３５）に対して直角に延びる絞り通路によって形成された前記出口横断面（３６）を備えており、前記出口横断面（３６）を形成する前記絞り通路が前記の第１の小径の部分（１７）の外套面（３４）で前記シール面（２５）に隣接して開口している請求項１記載の燃料噴射機構。
4. 前記シール面（２５）及び前記弁座（２６）が円錐形に形成されている請求項２又は３記載の燃料噴射機構。
5. 前記弁部材（１６）の前記の第２の大径の部分（１９）が、前記電磁石（２８）の可動子（３０）との接触領域内で端面を球状に形成されている請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射機構。
6. 前記戻しばね（２３）が圧縮ばねから成っており、前記圧縮ばねが前記弁部材（１６）の前記の第１の小径の部分（１７）の前記端面（２２）に係合している請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射機構。

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