JP4898830B2 - 直接操作可能な噴射弁部材を有する燃料インジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、噴射弁部材と、インジェクタボディ内に配置されているアクチュエータとを有する、内燃機関のための燃料インジェクタであって、前記噴射弁部材が、ノズルボディ内で軸線方向に運動可能に案内されているノズルニードルを有していて、該ノズルニードルが、制御室に作用するノズルニードル側の連結ピストンに結合しており、前記アクチュエータが、連結室を圧力負荷軽減するかまたは圧力負荷する、アクチュエータ側の連結ピストンに結合しており、前記インジェクタボディと前記ノズルボディとの間に、流路を有する中間プレートが配置されていて、該流路によって前記連結室と前記制御室がハイドロリック（液圧）式に接続されており、前記制御室内の圧力に応じてノズルニードルが、ノズルニードルシールシートから持ち上げられ、それによって、ノズルニードル圧力室内にある、高圧システムのシステム圧力がかかっている燃料が噴射される形式のものに関する。

背景技術
ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００４００５４５２号明細書に基づいて、直接操作可能な噴射弁部材と、ノズルニードルの開放のためにアクチュエータが引き上げられるようになっている、アクチュエータストロークの１段階式の伝達部材とを有する燃料インジェクタが公知である。このような燃料インジェクタでは、アクチュエータによって操作されるアクチュエータ側の連結ピストンが連結室に作用し、ノズルニードルと結合している連結ピストンが制御室に作用する。連結室と制御室とは流路を介してハイドロリック式に接続されている。この流路は中間プレート（中間ディスク）内に設けられていて、この中間プレートはインジェクタボディ（インジェクタハウジング）とノズルボディとの間に配置されている。

アクチュエータが作動すると、加速度が上がり、アクチュエータのストロークエンドで相応のアクチュエータの振動が発生する。この振動はハイドロリック式の空間を介して、ノズルニードルに伝達され、それによってノズルニードルが共振する。ノズルニードルシールシートにおける絞り弁の横断面が変化するため、この振動は噴射量の変動を起こす。

本発明の課題は、アクチュエータストロークの振動がノズルニードルに伝達されることを抑え、しかもノズルニードルの迅速な開閉が維持されるような、コンパクトに構成された燃料インジェクタを提供することである。

発明の開示
本発明の課題は、請求項１の特徴部に記載されている構成によって解決される。アクチュエータの連結室とノズルニードルの制御室との間の流路内に配置されたハイドロリック式の絞りが、アクチュエータのストロークをノズルニードルのストロークに伝達する際にアクチュエータの振動を抑え、かつ素早く振動を吸収するように作用する。このハイドロリック式の絞りは、種々異なる流過横断面を有する少なくとも２つのセクションを有していて、小さい流過横断面を有するセクションが、連結室に面して配置されていて、大きい流過横断面を有するセクションが、制御室に面して配置されている。

本発明の有利な別の実施態様は、従属請求項に記載した手段によって可能である。

迅速なストローク伝達を保証するための、特に有利な実施例では、第１のセクションの連結室側に第３のセクションが配置され、第２のセクションの制御室側に第４のセクションが配置され、これらのセクションが実質的に等しい流過横断面を有していて、この流過横断面は、大きい流過横断面を有する第２のセクションの流過横断面よりさらに大きい。流路は制御室の中心軸線に対して偏心して、中間プレート内に配置されていると有利である。制御室の横断面に対する、絞りの第１のセクションの小さい流過横断面の比が０．０５から０．１の間、好ましくは０．０７５から０．８の間にあれば、特に効果的な減衰、および連結室と制御室との間の迅速なハイドロリック式の伝達が得られる。中間プレートが少なくとも接続流路を有していて、この接続流路が高圧流入管に接続している高圧室とノズルニードル室（ノズルニードル高圧室）とをハイドロリック式に接続していると特に有利である。この場合、中間プレートには制御室の中心軸を囲んで円形に配置された複数の接続流路が設けられている。

実施例
以下に本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１は、本発明による燃料インジェクタの燃焼室側の部分を示す断面図であり、図２は、中間プレートの断面図であり、図３は、図２に示した中間プレートのX部分の拡大図である。

図１に図示の燃料インジェクタは、噴射弁部材を有するインジェクタハウジング１０を備えている。噴射弁部材はノズルボディ１２と一緒に、内燃機関の燃焼室内に突入している。ノズルボディ１２内には、ノズルニードル１３が軸線方向に摺動可能に案内されている。ノズルニードル１３の先端に接触するノズルボディ１２には、ノズルニードルシールシート１４が形成されている。このノズルニードルシールシート１４には、ノズルボディ１２内に形成され、かつ燃焼室内に突入した噴射ノズル１５が噴射方向で後置配置されている。ノズルニードルシールシート１４には、噴射弁部材内にノズルニードル圧力室１６が噴射方向で前置されている。つまりノズルニードルシールシート１４の噴射方向の下流側に噴射ノズル１５が配置され、上流側にノズルニードル圧力室１６が配置されている。ノズルニードル圧力室１６には、ノズルニードル１３に形成されているノズルニードル側の圧力ショルダ１７が配置されている。

インジェクタハウジング１０は高圧室（圧力室）１８を備えていて、該高圧室１８は接続管１９によって、図示されていない高圧システム、たとえばディーゼル噴射装置のコモンレールシステムに接続されている。高圧室１８内にはピエゾアクチュエータ２０が配置されていて、このピエゾアクチュエータ２０は、アクチュエータ側の連結ピストン２１に固く結合されている。アクチュエータ側の連結ピストン２１は、案内部２２およびリング状のフランジ２３を有している。案内部２２には、第１の摺動スリーブ３０が軸線方向で摺動可能に案内されている。この摺動スリーブ３０には、アクチュエータ側の連結ピストン２１のフランジ２３によって支持されている圧縮ばね２５が作用する。比較的長いピエゾアクチュエータ２０は、その長さが変わる際に連結ピストン２１を高圧室１８内で傾けないので、たとえば摺動スリーブ３０が、案内孔２６に設けられた図示されていない案内面によって、インジェクタハウジング１０内を軸線方向に案内される。

インジェクタハウジング１０とノズルボディ１２の間に中間プレート４０が配置されている。この中間プレート４０は、緊締ナット４１によって液密に締結されている。中間プレート４０は、たとえば、少なくとも２つの接続流路４２を有している。これらの接続流路４２を介して、高圧室１８がノズルニードル圧力室１６にハイドロリック式に接続されている。第１の摺動スリーブ３０はシールエッジ３１によって、絞りプレート４０に形成された、アクチュエータ側の端面４３を押圧する。これによって、第１の摺動スリーブの中に連結室３２が形成される。該連結室３２にアクチュエータ側の連結ピストン２１の圧力面２７が対応配置されている。

ノズルニードル１３には、ノズルニードル側の連結ピストン３４が形成されていて、該連結ピストン４３には、別の摺動スリーブ３６が軸線方向に摺動可能に案内されている。この別の摺動スリーブ３６は、別のシールエッジ３７によって、中間プレート４０に設けられたノズルニードル側の端面４４を押圧する。別のシールエッジ３７にかかる押圧力は、別の圧縮ばね２８によってもたらされる。

別の摺動スリーブ３６内に、制御室３８が形成されている。この制御室にはノズルニードル側の連結ピストン３４の圧力面３９が対応配置されている。アクチュエータ側の連結ピストン２１からノズルニードル側の連結ピストン３４へのストロークの伝達比を１より大きくするために、アクチュエータ側の連結ピストン２１もしくは圧力面２７の直径が、ノズルニードル側の連結ピストン３４もしくは別の圧力面３９の直径よりも大きいことが必要である。

ノズルプレート４０を通って流路５０が延在しており、該流路５０が連結室３２と制御室３８とをハイドロリック式に接続している。制御室の中心軸線から偏心して中間プレート４０内に配置されている流路５０は、ハイドロリック式の絞り５１を有している（図２）。

連結室３２および制御室３８は伝達室として作用し、ノズルニードル側の連結ピストン３４の小さい圧力面３９に対して圧力面２７が大きいために、アクチュエータ側の連結ピストン２１のストロークがより大きくなる。液圧式の媒体として伝達に役立つ燃料は、流絞り５１を有する流路を介して圧送される。燃料を迅速に、かつ衝撃を抑えて圧送するために、図３に図示されているように、絞り５１が、小さい流過横断面を有する第１のセクション５２と、大きい流過横断面を有する第２のセクション５３とを備えている。小さい流過横断面を有する第１のセクションは、連結室３２に面して配置されていて、大きい流過横断面を有する第２のセクション５３は、制御室３８に面して配置されている。さらに第１のセクション５２には、連結室３２側に第３のセクション５４が配置されていて、第２のセクションには、制御室３８側に第４のセクション５５が配置されている。これらのセクション５４，５５は実質的に等しい流過横断面を有していて、この流過横断面は、小さい流過横断面に対して大きい、第２のセクション５３の流過横断面よりさらに大きい。さらに制御室３８に対応配置されたセクション５５と、絞り５１の第２のセクション５３との間には、円錐台形状に延在する先細りした移行部５６が形成されている。

効果的に振動を抑えるために、絞り５１の直径もしくは横断面積と制御室２８の直径もしくは横断面積との比がさらに重要である。制御室３８の横断面AKに対する、絞り５１の第１のセクション５２の小さい流過横断面ADの比が、０．０５から０．１、好ましくは０．０７５から０．０８にある場合、ノズルニードル１３の振動が、アクチュエータストロークの伝達比によって効果的に抑えられることが分かった。

燃料インジェクタによる噴射は、ピエゾアクチュエータ２０を引き上げることで開始される。噴射ノズル１５が閉じている状態では、ピエゾアクチュエータ２０に電圧が加えられている。噴射を開始するために、電圧が低下されるか、ゼロに切り替えられ、それによってピエゾアクチュエータが短縮し、アクチュエータ側の連結ピストンによってストロークの引上げが開始される。燃料インジェクタのこのような制御は、ピエゾアクチュエータの反転制御（ｉｎｖｅｒｓｅ Ａｎｓｔｅｕｅｒｕｎｇ）と呼ばれている。

アクチュエータ側の連結ピストンによって実現されている、引き上げストロークによって連結室３２が拡大し、連結室内の圧力が、コモンレールのレール圧力もしくはシステム圧力よりも低くなる。連結室３２内の低下した圧力は、流路５０を介して絞り５１によって制御室３８に伝達される。これによってノズルニードル圧力室１６内で圧力ショルダ１７に作用していたコモンレールの圧力が、制御室３８内で圧力面３９に作用している圧力よりも高くなる。圧力面３９が、圧力面２７よりも小さいことによって、ノズルニードル１３が、ピエゾアクチュエータ２０のストロークより大きいストロークでノズルニードルシールシート１４から持ち上げられる。ノズルニードル１３をノズルニードルシールシート１４から持ち上げることで、噴射ノズル１５が開放され、該噴射ノズル１５を介して、ノズルニードル圧力室１６内にかかっているコモンレールのレール圧力もしくはシステム圧力によって、燃料が噴射される。

シールシート１４を閉鎖するために、ピエゾアクチュエータ２０に電圧が印可され、この電圧はピエゾアクチュエータ２０の長さを変化させる。これによってアクチュエータ側の連結ピストン２１が連結室３２内に押圧され、連結室３２内の圧力が上がる。圧力の上昇は、流路５０および絞り５１を介して制御室３８に伝達される。制御室３８は、ノズルニードル側の連結ピストン３５の別の圧力面３９に作用する。これによってノズルニードル１３が、圧縮ばね２８に補助されて、ふたたびノズルニードルシールシート１４内に設置される。

本発明による燃料インジェクタの燃焼室側の部分を示す断面図である。 中間プレートの断面図である。 図２に示した中間プレートのX部分の拡大図である。

Claims (6)

1. 噴射弁部材と、インジェクタボディ（１０）内に配置されているアクチュエータ（２０）とを有する、内燃機関のための燃料インジェクタであって、前記噴射弁部材が、ノズルボディ（１２）内で軸線方向に運動可能に案内されているノズルニードル（１３）を有していて、該ノズルニードル（１３）が、制御室（３８）に作用するノズルニードル側の連結ピストン（３４）に結合しており、前記アクチュエータ（２０）が、連結室（３２）を圧力負荷軽減するかまたは圧力負荷する、アクチュエータ側の連結ピストン（２１）に結合しており、前記インジェクタボディ（１０）と前記ノズルボディ（１２）との間に、流路（５０）を有する中間プレート（４０）が配置されていて、該流路（５０）によって前記連結室（３２）と前記制御室（３８）がハイドロリック式に接続されており、前記制御室（３８）内の圧力に応じてノズルニードル（１３）が、ノズルニードルシールシート（１４）から持ち上げられ、それによって、ノズルニードル圧力室（１６）内にある、高圧システムのシステム圧力がかかっている燃料が噴射されており、前記流路（５０）が、ハイドロリック式の絞り（５１）を有していて、該絞り（５１）が、種々異なる流過横断面を有する少なくとも２つのセクション（５２，５３）を有していて、小さい流過横断面を有する第１のセクション（５２）が、連結室（３２）に面して配置されていて、大きい流過横断面を有する第２のセクション（５３）が、制御室（３８）に面して配置されている形式のものにおいて、前記第１のセクション（５２）には、連結室（３２）側に第３のセクション（５４）が配置されていて、前記第２のセクション（５３）には、制御室（３８）側に第４のセクション（５５）が配置されており、これらの第３のセクション（５４）と第４のセクション（５５）とが、実質的に等しい流過横断面を有していて、該流過横断面が、第２のセクション（５３）の大きい流過横断面よりさらに大きいことを特徴とする、内燃機関のための燃料インジェクタ。
2. 制御室（３８）に対応配置された第４のセクション（５５）と、絞り（５１）に設けられた第２のセクション（５３）との間には、第２のセクション（５３）に向かって円錐台形状に延在する先細りした移行部（５６）が形成されていることを特徴とする、請求項１記載の燃料インジェクタ。
3. 前記流路（５０）が、制御室（３８）の中心軸線に対して偏心して中間プレート（４０）内に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の燃料インジェクタ。
4. 第１のセクション（５２）の小さい流過横断面が面ADを有していて、制御室（３８）が横断面AKを有していて、該横断面AKに対する前記面ADの比が０．０５から０．１の間であることを特徴とする、請求項１記載の燃料インジェクタ。
5. 中間プレート（４０）が、少なくとも１つの接続流路（４２）を有していて、該接続流路（４２）が、高圧室（１８）とノズルニードル圧力室（１６）とをハイドロリック式に接続していることを特徴とする、請求項１記載の燃料インジェクタ。
6. 中間プレート（４０）内に、制御室（３８）の中心軸線を囲んで円形に配置された、複数の接続流路（４２）が設けられていることを特徴とする、請求項５記載の燃料インジェクタ。

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