JP4443051B2 - 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。ドイツ連邦共和国特許第３９００７６３号明細書から公知のこの種の燃料噴射弁では、弁部材が軸方向摺動可能に弁体の案内孔内で案内されている。その場合、弁部材はその燃焼室側の端部で、供給されるべき内燃機関の燃焼室内への少なくとも１つの噴口に通じた流れ横断面を制御する。弁部材は燃焼室から遠いその端部で少なくとも間接的に、燃料で充填されたばね室内へ突入しており、ばね室内には弁部材を流れ横断面の閉鎖方向に負荷する弁ばねが緊縮されている。この弁ばねは弁部材とは逆の側のその端部で逃げピストンに支持されており、逃げピストンは燃料噴射弁への燃料高圧の供給時に所定の距離だけばね室内へ押し込まれて、この押込みによって弁ばねの予負荷力を増大せしめる。その場合、噴射過程時の弁ばねの予負荷力のこの増大によって燃料噴射弁における前噴射が制御される。その場合、弁ばねを受容するばね室は燃料噴射弁の弁体を囲む燃料低圧室に通じた接続通路を有している。この燃料低圧室は、燃料噴射弁と共に１構成ユニットを形成していてユニオンナットによって燃料噴射弁に結合された燃料高圧ポンプのための吸込室として形成されている。この構成ユニットはその場合、供給されるべき内燃機関のハウジングの適当な受容開口内に挿入される。その場合、燃料高圧ポンプの高圧吐出の制御ひいては燃料噴射弁における燃料高圧噴射が電気的な制御弁によって、有利には燃料高圧ポンプのハウジングの側部に取付けられたマグネット弁によって行われれる。
【０００２】
しかしその場合、公知の燃料噴射弁は、燃料噴射弁における著しく高い噴口開放圧をも実現するためには弁ばねの閉鎖力が不十分であるという欠点を有している。さらに、公知の燃料噴射弁では弁部材の急激な開放制御時に、弁ばねひいてはこれに結合された構成部分、特に弁部材の振動が生じ、このことが、実際に発生した噴口開放圧に、ひいては燃料噴射弁における噴射量の計量精度に不利に作用する。
【０００３】
発明の利点
これに対して、請求項１の特徴概念に記載した特徴を備えた、内燃機関のための本発明に基づく燃料噴射弁が有する利点は、主噴射過程時に弁部材へ作用する閉鎖力を構造寸法は変えずに著しく増大させることができることにある。その場合、弁部材へ作用する閉鎖力のこの増大は、ばね室内に存在する燃料の流出を制限する絞りをばね室と燃料低圧室との間に配置することによって有利に達成される。この形式で、ばね室内への逃げピストンの没入時の弁ばねのばね力の増大の他に、付加的に液圧的な閉鎖力増大が生じ、その際、付加的なこの液圧的な閉鎖力はほぼ弁ばねの閉鎖力に相応している。このことによって、従来の燃料噴射弁に対比して閉鎖力がほぼ２倍に増大する。その際、弁部材における増大した閉鎖力は、燃料噴射弁における所要の噴口開放圧の著しい増大を生じ、その結果、噴射弁における改善された燃料噴射特性を得ることができ、この噴射特性は、特にエミッションと燃費とに敏感なエンジン特性範囲内で、供給されるべき内燃機関の燃焼室内での燃料調製および燃焼にポジティブに作用する。その場合、付加的な液圧的な閉鎖力の大きさは絞り直径と、逃げピストンの全行程と、ノズルニードルのシャフト直径とによって影響され、その際、噴射過程時の噴口開放圧の増大および最大噴射圧は、特に、低いエンジン回転数と中間のエンジン回転数とにおいて調整される。その場合、高圧吐出ポンプのピーク圧力がほとんど噴口開放圧の上方に位置することのない、エミッション測定のために重要である少ない噴射量での増大が著しい。しかし、定格回転数および最大噴射量では脈動時間が短いことにより有利に最大噴口開放圧の著しい増大は生じない。
【０００４】
ばね室と弁保持体を囲む燃料低圧室との間に絞り開口を設けたことの別の利点は、ばね室内の液圧の緩衝作用が生じることにあり、この緩衝作用によって弁ばねの振動ひいては噴口開放圧の変動が抑制される。
【０００５】
絞り作用に基づき徐々に低下するばね室内圧力はさらに有利には力の増大を伴う回転数上昇時に弁部材の閉鎖を促進する。このことは特に中断時間（Ａｂｓｔｅｕｅｒｚｅｉｔｅｎ）の短い高回転数で有利である。さらに、弁部材の閉鎖後に、高圧領域内にわずかなキャビティしか形成されず、このことによって、高圧領域内への続く充填衝撃が軽減される。この形式で、騒音放出と弁部材の不所望な再開放のリスクとが軽減される。
【０００６】
その場合、本発明に基づくばね室の絞り放圧孔は、ばね室の容積を縮小する逃げピストンと関係して本実施例ではいわゆるポンプ・ノズル・ユニットに設けられているが、しかし、逃げピストンを燃料噴射弁のばね室に配置したその他の噴射機構においても使用可能である。
【０００７】
本発明の対象の別の利点および有利な構成は以下の記載、図面および特許請求の範囲から読み取ることができる。
【０００８】
実施例の説明
図１に示された本発明に基づく燃料噴射弁の実施例は電気的な制御弁５を配置した燃料高圧ポンプ３を備えた構成ユニット内の燃料噴射弁１を示しており、かつ燃料高圧ポンプは供給されるべき内燃機関のハウジング７内に構成ユニットとして挿入されている。
【０００９】
この場合、燃料噴射弁１は弁体９を有しており、弁体９はその一端で、供給されるべき内燃機関の図示されていない燃焼室内に突入しており、かつその他端で、中間板１１介して軸方向に弁保持体１３に緊定されている。その場合、この軸方向の緊定はユニオンナット１５を介して行われており、ユニオンナットは弁体９の段部の周りに係合していて燃料高圧ポンプ３のケーシング１７のねじ山内にねじ込まれている。燃料噴射弁１の弁体９はさらに案内孔１９を備えており、この案内孔内にピストン形状の弁部材２１が軸方向摺動可能に案内されている。この場合、この弁部材２１は公知形式でその燃焼室側に弁シール面２３を有しており、この弁シール面２３で弁部材２１は噴口横断面の制御のために案内孔１９の閉じた端部に設けられた弁座面２５と協働している。その場合、シール面２３と弁座面２５との間のシール横断面の下流で弁座面２５から噴口２７が導出されて内燃機関の燃焼室内に開口している。弁部材２１はさらにそのシャフトに開放行程方向に向いた圧力肩２９を有しており、弁部材２１はこの圧力肩２９で圧力室３１内に突入している。この圧力室３１は案内孔１９の横断面拡大によって形成されている。その場合、この圧力室は弁座面２５まで延びており、かつ燃料高圧通路３３を通して高圧下にある燃料を充填される。弁部材２１はさらに燃焼室から遠い側のその端部に圧力ピン３５を有しており、この圧力ピンは中間板１１を貫通して、弁保持体１３内の拡大横断面を有するばね室３７内に突入している。この場合、圧力ピン３５のばね室側の端部に下方のばね受け３９が設けられており、このばね受けには、ばね室３７内に緊定された弁ばね４１が当接しており、その場合、弁ばね４１は弁部材２１を閉鎖方向に弁座面２５へ向けて負荷している。この弁ばね４１は他方では上方のばね受け４３に支持されており、このばね受け４３は弁ばね４１とは逆の側で逃げピストン４５に当接している。
【００１０】
弁部材２１はその圧力ピン３５で、燃料で充填された緩衝室４７内に没入しており、この緩衝室は中間板１１の端面によって形成された定置の段部４９によって制限されており、その場合、この段部は弁部材２１に設けた環状肩５１のための行程ストッパを形成している。その場合、緩衝室４７の壁と圧力ピン３５との間には平面切削部５３として形成された絞り横断面が形成されており、緩衝室４７はこの絞り横断面を介してばね室３７に連通している。その場合、圧力ピン３５に設けた平面切削部５３は弁部材２１に設けた環状肩５１に対して軸方向の間隔を有しており、その領域内では圧力ピン３５は中間板１１内の収容孔の直径に相応しており、その結果、制御縁５５が形成されており、この制御縁が段部４９を通過することにより、液圧的な緩衝室４７の閉鎖制御が制御される。
【００１１】
燃料高圧ポンプ３のケーシング１７は中間部材５７を介してユニオンナット１５によって軸方向で弁保持体１３に緊定されている。その場合、燃料高圧ポンプ３はシリンダ孔５９内で軸方向に摺動可能なポンプピストン６１を有しており、このポンプピストンはその没入した端面でシリンダ孔５９内のポンプ作動室６３を制限している。ポンプピストン６１は燃料高圧吐出のために図示されていないエンジン駆動されるカム駆動装置によってタペットロッド６５を介して往復駆動される。低圧燃料の供給はエンジンハウジング７内の供給導管６７を介して、燃料噴射弁１を囲む環状室６９内へ行われ、この環状室６９はユニオンナット１５内のフィルタ開口７１を介して、ユニオンナット１５と弁保持体１３との間に形成されている吸込室７３に連通している。この吸込室７３からは第１の制御導管７５が電気的な制御弁５へ通じており、この制御弁５は公知形式でマグネット弁として形成されていて詳細には図示されていない形式で第２の制御導管７７内への燃料通過を、供給されるべき内燃機関の運転パラメータに依存して電気的な制御装置によって制御する。その場合、この第２の制御導管７７は同様に燃料高圧ポンプ３のケーシング１７を貫通してポンプ作動室６３内へ開口している。ポンプ作動室６３からはさらに孔７９が導出されて中間部材５７内の貫通孔内へ開口しており、その場合、この貫通孔は作動室８１を形成している。さらに孔７９は接続通路８３を介して、弁体９と弁保持体１３とを貫通した燃料高圧通路３３に接続されており、かつこれによりポンプ作動室６３と圧力室３１との間の接続、もしくはさらに弁座２５への液圧的な接続を形成している。
【００１２】
液圧的な作動室８１は異なる２つの直径を有しており、その場合、第１の比較的小さな直径領域８５は孔７９を介して燃料高圧ポンプ３のポンプ作動室６３に常時連通している。その場合、液圧的な作動室８１の第２の比較的大きな直径を有する領域８７は、逃げピストン４５の行程運動による流れ横断面の開放制御の後に初めてポンプ作動室６３に接続される。逃げピストン４５はこのことのために異なる２つの液圧的な受圧面を有しており、その一方の小さい方の第１の受圧面８９は、比較的小さな直径を有する第１の液圧的な作動室部分８５を制限している。大きい方の第２の受圧面９１は逃げピストン４５に設けた環状つば９３に形成されていて液圧的な作動室８１の比較的大きな直径領域８７を制限している。環状つば９３は受圧面９１とは逆の側の下方の環状端面によってストッパ面９５を形成しており、このストッパ面は逃げピストン４５の行程運動の制限のために定置の行程ストッパ面９７と協働している。その場合、行程ストッパ面９７は弁保持体１３の燃焼室とは逆の側の端面に形成されている。逃げピストン４５はポンプ作動室６３とは逆の側の下方の端部でばね室３７内に突入していてそこで上方のばね受け４３に結合されている。
【００１３】
開放行程特性ひいては燃料噴射弁１における噴射噴流の特性に影響を与えるために、ばね室３７と燃料低圧室を形成する吸込室７３との間の接続通路が絞り孔９９として形成されており、この絞り孔の直径を介して、燃料噴射弁１における付加的な液圧的な閉鎖力が調整される。
【００１４】
内燃機関のための本発明に基づく燃料噴射弁は次ぎの形式で作動する。燃料高圧ポンプ３の吸込行程中に上方へ運動するポンプピストン６１が吸込室７３から燃料を第１の制御導管７５と、開放された電気的な制御弁５と、第２の制御導管７７とを介してポンプ作動室６３内に吸い込む。その際、燃料噴射弁１の弁部材２１は弁ばね４１によって閉鎖状態で弁座２５に保持される。燃料高圧ポンプ３のポンプピストン６１の下向きの吐出行程の開始に伴って、まず始めに、同じ経路を介してポンプ作動室６３から燃料の一部分が吸込室７３内に戻し搬送される。供給されるべき内燃機関の運転パラメータに依存して、電気的な制御弁５が燃料高圧ポンプ３による燃料噴射弁１への高圧吐出の開始時点と終了時点とを制御する。その場合、燃料高圧吐出と、続く燃料噴射弁１における燃料噴射は、電気的な制御弁５に設けた制御導管７５と７７との間の流れ横断面の閉鎖によって導入される。その結果、ポンプピストン６１の下向きの吐出行程時にポンプ作動室６３内に燃料高圧が形成され、この燃料高圧が孔７９と通路８３と燃料高圧通路３３とを介して、燃料噴射弁１における圧力室３１まで伝播される。その際、そこに所要の噴口開放圧を上回る圧力が生じた後に公知形式で弁座２５からの弁部材２１の持ち上がりによって燃料噴射弁の開放が行われ、その結果、高い圧力で加圧された燃料が圧力室３１から噴口２７を介して内燃機関の燃焼室内へ噴射される。
【００１５】
本発明に基づく燃料噴射弁における燃料噴射は前噴射と主噴射とに分けられ、その際、弁部材２１は前噴射過程時にまず始めに、中間板１１の段部面４９を越えて弁部材２１の制御縁５５が通過することによって制限される開放行程距離だけしか進まず、その結果、燃料噴射弁１の緩衝室４７が閉鎖制御され、これによって弁部材２１へ作用する閉鎖力が増大する。それと同時に逃げピストン４５は、噴射圧の発生時にその座から持ち上り始め、第１の受圧面８９と、座からの逃げピストン４５の持ち上がり後には第２の受圧面９１とに作用する燃料高圧によってばね室３７の方向へ摺動させられる。その場合、ばね室３７へ向かう逃げピストン４５のこの摺動は、弁ばね４１の予負荷力の増大を生じ、さらに付加的に、ばね室３７からの燃料流出を絞ることに起因して、ばね室３７の容積縮小によりばね室３７内の液圧の増大を生じ、その結果、いまや弁部材２１へ作用する閉鎖力全体が開放力を上回り、その結果、弁部材２１はその弁座２５へ押し戻され、その結果、前噴射過程が終了する。いまや、ポンプピストン６１の燃料高圧吐出行程の引き続く経過中に、ポンプ作動室６３内およびポンプ作動室に接続された燃料噴射弁１の室内の燃料高圧が主噴射に必要な噴口開放圧に達するまでさらに上昇する。主噴射のために必要なこの噴口開放圧はその場合、弁ばね４１の増大したばね力と、逃げピストン４５の全行程と、ばね室３７内の付加的な液圧的な閉鎖力を規定する絞り孔９９の絞り直径とによって規定される。主噴射のために必要な噴口開放圧を上回わる圧力が生じた後に、いまや再び弁座２５から弁部材２１が持上げられ、その結果、主噴射量が公知形式で噴口２７を介して噴射される。その場合、弁部材２１における前述の付加的な液圧的な閉鎖力によって主噴射の所要の噴口開放圧をほぼ倍加することが可能であり、その結果、主噴射量は特に低い回転数および中間の回転数で比較的高い噴射圧で、ひいては比較的短い時間インターバルで噴射されることができる。その場合、この主噴射過程は有利には行程ストッパ９７に逃げピストン４５が達する直前に開始される。主噴射は公知形式で電気的な制御弁５の開放制御によって終了し、この制御弁５においては制御導管７７と７５との間の液圧的な接続部が再び開放され、その結果、ポンプ作動室６３内および燃料噴射弁１の内部の高圧導管内の燃料高圧が消失する。その場合、絞り９９によって比較的ゆっくりと減少することのできる、ばね室３７内の付加的な液圧的な閉鎖圧が、燃料噴射弁の迅速かつ確実な閉鎖を促進し、要するに、弁部材２１を弁座面２５に当接させるべく弁部材２１のすみやかで迅速な押し戻しを促進する。
【００１６】
ばね室３７内の付加的な液圧的な閉鎖力の大きさおよびその圧力減少はその場合逃げピストン４５の全行程と弁部材２１のシャフト直径とに依存して絞り孔９９の寸法決めによって調整され、その場合、この絞り孔９９の直径は逃げピストン４５の行程がほぼ０．５から１ｍｍまでの場合に、有利には０．４から１．２ｍｍまでの間にある。
【００１７】
上述したように、本発明に基づく燃料噴射弁によれば、主噴射過程時の燃料噴射弁の噴口開放圧は、燃料噴射弁の設計と特に弁ばね４１の設計とに著しい変更を施す必要なしに、従来の燃料噴射弁に対比して著しく高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 内燃機関のための燃料噴射弁の本発明にとって重要な部分を縦断面して示す図である。
【符号の説明】
２１ 弁部材、２７ 噴口、３７ ばね室、４１ 弁ばね、４５ 逃げピストン、７３ 燃料低圧室、９９ 絞り孔

Claims (5)

1. 軸方向に摺動可能な弁部材（２１）を備えた、内燃機関のための燃料噴射弁であって、弁部材が、その燃焼室側の端部によって少なくとも１つの噴口（２７）に至る流れ横断面を開放制御もしくは閉鎖制御すると共に、その燃焼室から遠い端部で少なくとも間接的に、燃料で充填されたばね室（３７）内に突入しており、かつ、弁部材（２１）を閉鎖方向に負荷する弁ばね（４１）がばね室（３７）内に緊定されており、弁ばね（４１）が弁部材とは逆の側のその端部で逃げピストン（４５）に支持されており、かつ、高圧により加圧された燃料が燃料噴射弁へ供給される際に逃げピストン（４５）が所定量だけばね室（３７）内へ押し込まれて弁ばね（４１）の予負荷力を増大せしめるようになっており、かつ、ばね室（３７）と燃料低圧室（７３）との間に接続通路が設けられている形式のものにおいて、
   燃料低圧室（７３）とばね室（３７）との間の接続通路が絞り孔（９９）として形成されていて、絞り孔（９９）が、ばね室（３７）を起点として、燃料噴射弁の弁保持体（１３）を囲んでいて燃料低圧室を形成している吸込室（７３）内に開口しており、高圧の燃料を吐出する高圧ポンプ（３）が燃料噴射弁（１）と共に１構成ユニットを形成しており、この構成ユニットが、供給されるべき内燃機関のハウジング（７）内に挿入可能であり、高圧ポンプ（３）の高圧吐出の制御のために、電気的な制御弁（５）が高圧ポンプ（３）に配置されていて、高圧ポンプ（３）のポンプ作動室（６３）に連通する貫通孔である作動室（８１）を備え、作動室（８１）はポンプ作動室（６３）側の第１の直径領域（８５）と第１の直径領域（８５）より大きい第２の直径領域（８７）との異なる２つの直径領域を有しており、逃げピストン（４５）が、液圧的な作動室（８１）内で案内されており、逃げピストン（４５）が、ポンプ作動室（６３）に面した側に、第１の比較的小さな直径領域（８５）を制限する第１の受圧面（８９）と、第２の比較的大きな直径領域（８７）内に配置されている第１の受圧面（８９）より大きな第２の受圧面（９１）との異なる２つの液圧的な受圧面を備えており、第１の直径領域（８５）がポンプ作動室（６３）に常時連通しており、かつ、第２の直径領域（８７）が逃げピストン（４５）の行程運動による第１の受圧面（８９）の第１の直径領域（８５）の開放後に初めてポンプ作動室（６３）に接続可能であることを特徴とする内燃機関のための燃料噴射弁。
2. 前記絞り孔（９９）の直径が０．４から１．２ｍｍまでの範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 噴口（２７）を有する弁体（９）が、燃焼室とは反対側の端部で中間板（１１）を介して弁保持体（１３）に緊定されていて、中間板（１１）は、その燃焼室側の端面によって形成された定置の段部（４９）によって緩衝室（４７）を制限しており、該緩衝室（４７）は、ばね室（３７）に連通して燃料で充填されており、該緩衝室（４７）には、弁部材（２１）の燃焼室から遠い端部に設けられた圧力ピン（３５）が没入しており、前記段部（４９）は、弁部材（２１）に設けた環状肩（５１）のための行程ストッパを形成しており、圧力ピン（３５）は環状肩（５１）から軸方向に間隔をおいてばね室（３７）方向に形成された切削部（５３）を有し、この切削部（５３）が緩衝室（４７）の壁と圧力ピン（３５）との間の絞り横断面を形成しており、緩衝室（４７）は、この絞り横断面を介してばね室（３７）内に連通していて、圧力ピン（３５）の前記間隔の間に延びる制御縁（５５）が緩衝室（４７）を弁部材（２１）の行程運動時に閉鎖することを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射弁。
4. 逃げピストン（４５）が、液圧的な作動室（８１）を制限している環状つば（９３）を有しており、環状つば（９３）の、ポンプ作動室（６３）に面した環状端面が第２の受圧面（９１）を形成しており、かつ環状つば（９３）の、ポンプ作動室（６３）とは逆の側の環状端面がストッパ面（９５）を形成しており、ストッパ面（９５）が逃げピストン（４５）の行程運動の制限のために定置の行程ストッパ面（９７）に当接することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
5. 逃げピストンが、ポンプ作動室（６３）とは逆の側の端部に、ばね室（３７）内に突入する上方のばね受け（４３）を有しており、このばね受けが弁ばね（４１）のための移動可能なばね支承部を形成していることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。

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