JP5936764B2 - 流量制限器を備えたモジュール式のコモンレール燃料噴射装置のインジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、モジュール式のコモンレール燃料噴射装置のインジェクタであって、インジェクタボディ内に組み込まれた蓄圧器を有しており、前記インジェクタは噴射ノズルを有していて、該噴射ノズルは、内部で軸方向摺動可能にガイドされかつノズル室によって包囲されたノズルニードルを備えており、さらに前記インジェクタは、前記蓄圧器を前記ノズル室に接続する高圧管路と保持体とを有しており、該保持体は、端面側で、前記蓄圧器を形成する構成部分、特に蓄圧管にねじ結合されていて、前記保持体を通って高圧管路が延在しており、流れ方向で見て蓄圧器の後ろに、蓄圧器から噴射ノズルに圧送される燃料量を制限するための流量制限器が配置されている形式のものに関する。

このような形式のインジェクタは、特許文献１に記載されている。

モジュール式のコモンレースシステムは、システム内に存在する蓄圧容積の一部がインジェクタ自体の内に存在することを特徴としている。モジュール式のコモンレールシステムは、個別のインジェクタが場合によっては互いに大きい間隔を保って取り付けられている、特に大型エンジンに使用される。すべてのインジェクタのために１つの共通のレールだけを使用することは、このようなエンジンにおいては合理的ではない。何故ならば、長い管路に基づいて噴射中に噴射圧力の著しい降下が発生し得るので、長い噴射時間では噴射率が著しく低下するからである。従って、このようなエンジンにおいては、蓄圧器を各インジェクタの内部に配置するようになっている。このような構造方式はモジュール式構造と呼ばれるが、それは、個別のインジェクタがそれぞれ、固有の蓄圧器を有しており、それによって自立的なモジュールとして使用されるからである。この場合、蓄圧器とは、一般的な管路ではなく、高圧管路と比較して著しく大きい直径を有する供給管路若しくは導出管路を備えた気密な容器のことであり、従って圧力低下が直ちに発生することなく、蓄圧器から所定の噴射量が送出される。

コモンレースシステムにおいては、不都合な状態下において、管路系内にまたは故障した噴射弁によって漏れが発生することがある。燃焼室内への連続的な噴射をもたらす、固着したノズルニードルを有する噴射弁は、重大な損傷を引き起こす。このような損傷は、車両の火災またはエンジンの破壊をもたらす。このような危険性を避けるために、閉鎖機能を有する流量制限器が公知である。この流量制限器は、蓄圧器からの最大送出し量を越えると、当該のインジェクタに通じる入口を閉鎖し、それによって噴射ポンプ側の高圧を噴射弁側から遮断する。

流量制限器は、一体型の蓄圧器を備えたインジェクタにおいて、流れ方向で見て大抵の場合、蓄圧容積の前に配置されている。いわゆるトップフィード型インジェクタ（蓄圧器の上側に配置されたインジェクタの蓄圧器接続部を介して燃料供給が行われる）においては、流量制限器は、大抵の場合インジェクタの上端部に取り付けられている。いわゆるサイドフィード型インジェクタ（インジェクタの側方に当接するランス“Ｌａｎｚｅ”を介して燃料供給が行われる）においては、流量制限器は、大抵の場合、圧力管スリーブの前でＴ字形部材内に配置されている。また、流量制限器が流れ方向で見て蓄圧容積の後ろに配置されている配置も得られる。この場合、流量制限器ハウジングは、インジェクタ保持体内に押し込まれているか、または固定リングによって保持体内に組みつけられている。

流れ方向で見て蓄圧容積の前に配置されている流量制限器は、原理的に制限されて、この流量制限器を著しく不正確にしか調節できない、という欠点を有している。その原因は、蓄圧容積の不作動時間および減衰作用にあり、また様々な燃料パラメータ、例えば温度および粘性または燃料の種類（ディーゼルまたは重油）にある。流れ方向で見て蓄圧容積の前に配置された流量制限器のその他の欠点は、流量制限器の閉鎖時に、蓄圧器の膨張容積に基づいて著しく多量の燃料がさらに噴射される、という点にある。このような特性は、特に大型の船舶用電動機の非常に旧式の操作では常に非常に危険であると評価される。しかも、流量制限器をトップフィード型インジェクタの上端部に取り付けると質量が大きくなり、それによってインジェクタの耐振動負荷能力を低下させる。サイドフィード型インジェクタにおいては、高価なＴ字形部材を必要とする。従って、２つのインジェクタ方式のために、２つの異なる解決策が必要となり、これは構成部分の多様性を高めることになる。

流れ方向で見て蓄圧容積の後ろに組みつけられる流量制限器は、押し込み組立構造では、保持体内にプレス嵌めを必要とするか、または固定リングによる組立の際には複雑な穿孔切削部を必要とする。いずれの構成も、コモンレールシステムにおいて一般的な過度の圧力負荷時に、耐疲労性に関連して非常に不都合である。つまり、２２００ｂａｒ（バール）のライン圧力を有するシステムにおいて、２５００ｂａｒ（バール）までの圧力負荷が観察される。

ドイツ連邦共和国特許公開第１０２１０２８２号明細書

そこで本発明の課題は、耐疲労性を高めることであり、この場合、保持体内における特別なプレス嵌めおよび固定リングのための凹部、または追加的な危険な穿孔切削部が避けられるものでなければならない。また、トップフィード型インジェクタおよびサイドフィード型インジェクタのために１つの同じ構造的設計が用いられるべきである。全体として、保持体または蓄圧器の耐高圧負荷能力に不都合な影響を及ぼすことなしに、従来技術におけるのと同じ構成部分費用で、機能的に最適な流量制限器を有する構成が得られなければならない。

この課題を解決するために本発明によれば、冒頭に述べた形式のインジェクタにおいて、主として、流量制限器が固有の構成部分として構成されており、該構成部分が、前記保持体と前記蓄圧管との間に嵌め込まれていて、前記保持体と前記蓄圧管とをねじ結合することによって固定されている。流量制限器が保持体と蓄圧管との間に嵌め込まれていることによって、流れ方向で見て蓄圧容積の後ろに組み込まれた流量制限器の利点が利用される。流量制限器が保持体と蓄圧管との間に嵌め込まれていて、また保持体と蓄圧管とがねじ結合によって固定されていることによって、押し込みの必要性および固定リングを用いた固定の必要性が省かれ、高い耐疲労性を有する、とても簡単な構造が得られる。この場合、流量制限器構成部分は、保持体と蓄圧管とをねじ結合する際に生ぜしめられる軸方向力によってのみ保持され、これら２つの構成部分間で、その他の固定手段を必要とすることなしに、いわば緊締される。

保持体と蓄圧管とをねじ結合する際に流量制限器構成部分に作用するトルクが、流量制限器構成部分を回動させることがないようにするために、本発明の好適な実施態様によれば、保持体と流量制限器構成部分とが軸方向の固定ピンによって回動防止されている。

一方では、流量制限器構成部分を確実に保持し、他方では高圧気密な結合を得るために、好適には、流量制限器構成部分が、円錐形の第１のシール面を備えたショルダを有しており、第１のシール面が、蓄圧管の段部に形成された円錐形のシール面と協働するようになっている。

さらに、高圧気密な結合は、流量制限器構成部分が、保持体に面した端面側に円錐形の第２のシール面を有しており、この第２のシール面が、保持体の端面側に形成された円錐形のシール面と協働するようになっていることによって得られる。この場合、固定ピンとして構成された回動防止部材の配置は省かれる。

流量制限器構成部分と保持体との間に円錐形のシール面が設けられている場合、トップフィード型インジェクタにおいて、流量制限器は保持体の高圧孔と直接的な接続を行う必要はなく、流量制限器構成部分の円錐形の第２のシール面が、保持体と流量制限器構成部分との間に形成された中空室を画成するように構成されていてよい。この場合、接続はこの中空室を介して行われる。これは、保持体を通って、高圧管路に対して並列接続された別の高圧管路が延在していて、この別の高圧管路が一方ではノズル室に、他方では蓄圧器に接続されていれば、特に有利である。この場合、高圧管路も、別の高圧管路もこの中空室内に開口するので、２つの管路に、流量制限器を介して流れる燃料が供給される。

この場合、特に好適には、別の高圧管路が共振管路として構成されており、この共振管路が共振絞りを介して蓄圧器に接続されている。

流量制限器と２つの高圧管路との流体接続は、選択的に、高圧管路および別の高圧管路が、流量制限器構成部分内に形成された穿孔切削部を介して、流量制限器に接続されているように、行われてもよい。このような構成は特に、流量制限器の閉鎖時に燃料量が側方の燃料入口から直接的に噴射ノズル（流量制限器のバイパス）に流れ込まないようにする必要があるサイドフィード型インジェクタのためにも有利である。

サイドフィード型インジェクタにおいては、燃料供給部と蓄圧器との接続は、好適には、インジェクタが燃料供給のための側方の接続部を有しており、この接続部が流入孔に接続されていて、この流入孔の第１の区分が保持体内に形成され、流入孔の第２の区分が流量制限器構成部分を軸方向で貫通していることによって行われる。この場合、流量制限器構成部分が、保持体に面した端面側に、平坦な第２のシール面を有しており、該第２のシール面が保持体の平坦な端面側と協働することによって、流量制限器のバイパスは避けられる。

流量制限器を固有の構成部分として構成することによって、流量制限器の構造的な構成における自由度が高められる。これに関連して、好適には、流量制限器構成部分が、蓄圧器側のハウジング入口および保持体側のハウジング出口を有するハウジングと、ハウジングのチャンバ内において初期位置と終端位置との間で長手方向摺動可能、かつ流れ方向に抗してばね付勢された閉鎖部材とを有しており、この閉鎖部材が、少なくとも１つの絞りを有する通路を介して、ハウジング入口とハウジング出口とを互いに流体接続し、閉鎖部材がさらに、ハウジング入口とハウジング出口との間の接続流路を制御するようになっている。特に、流量制限器構成部分内に固定された固定リングが、閉鎖部材の初期位置を規定するように構成されていてよい。

本発明はさらに、本発明によるインジェクタに使用するための流量制限器構成部分であって、流量制限器を有しており、該流量制限器が、蓄圧器側の入口と保持体側の出口と、チャンバ内において初期位置と終端位置との間で長手方向摺動可能、かつ流れ方向に抗してばね付勢された閉鎖部材とを備えており、該閉鎖部材が、絞りを有する少なくとも１つの通路を介して入口と出口とを互いに流体接続し、さらに入口と出口との間の接続流路を制御する形式のものに関する。この流量制限器構成部分は、入口側の軸方向の第１の区分と出口側の軸方向の第２の区分とを有しており、第２の区分が、第１の区分に対して拡大された直径を有しており、第２の区分が、ショルダに円錐形の第１のシール面を有し、この第１のシール面とは反対の端面側に第２のシール面を有していて、該第２のシール面がそれぞれ対抗面に押しつけ可能であることを特徴としている。拡大された直径を有する第２の区分にシール面を配置したことによって、流量制限器構成部分は、保持体と蓄圧管との間に嵌め込まれ、保持体を蓄圧管にねじ結合することによって、確実に固定される。この場合、第１の区分は、蓄圧器のチャンバ内に侵入し、燃料圧力によって負荷される。

この場合、好適な実施態様によれば、第１のシール面の内径は、第１の区分の外周面に対して半径方向で間隔を保っている。これによって、流量制限器構成部分の組み込まれた状態において、軸方向の第１の区分と蓄圧器の内側との間に環状ギャップが形成されるので、燃料圧力は、内側つまり流量制限器内だけではなく、外側からも作用するので、圧力補正領域が得られる。

従来技術によるモジュール式のコモンレール燃料噴射装置のインジェクタの概略的な構造を示す図である。 図１の領域Ｘにおける、第１実施例によるインジェクタの詳細を示す図である。 第２実施例によるインジェクタの詳細を示す図である。 第３実施例によるインジェクタの詳細を示す図である。 第４実施例によるインジェクタの詳細を示す図である。

本発明を以下に、図面に示した実施例を用いて詳しく説明する。

図１には、インジェクタ１が示されており、このインジェクタ１は、噴射ノズル２と絞りプレート３と弁プレート４と保持体５と蓄圧器６とを有しており、保持体５にねじ結合されたノズル締付ナット７が、噴射ノズル２と絞りプレート３と弁プレート４とを結束している。非作業状態では電磁弁１３が閉鎖されているので、高圧燃料は蓄圧器６から、高圧管路８、横方向接続部９および流入絞り１０を介して、噴射ノズル２の制御室１１内に流入するが、流出絞り１２を介しての制御室１１からの流出は、電磁弁１３の弁座において阻止される。制御室１１内に存在するライン圧力はノズルばね１４のばね力と協働して、ノズルニードル１５をノズルニードル座部１６内に押し込むので、噴射孔１７は閉鎖されている。電磁弁１３の電磁石が操作されると、電磁弁の弁座を介する流れが解放され、燃料が制御室１１から、流出絞り１２、電磁弁可動子室および低圧孔１８を介して、図示していない燃料タンクに流れ戻される。制御室１１内で、流入絞り１０および流出絞り１２の流過横断面によって規定された平衡圧力が調整される。この平衡圧力は、ノズル室１９内に存在するライン圧力がノズル体内で長手方向に摺動可能にガイドされたノズルニードル１５を開放させることができる程度に低いので、噴射孔１７が解放され、噴射が行われる。

電磁弁１３が閉鎖されると直ちに、燃料の流出経路は流出絞り１２によって遮断される。流入絞り１０を介して、制御室１１内に再び燃料圧力が形成される。この燃料圧力は、ノズルニードル１５の圧力ショルダに作用する液圧力を減少させ、ノズルばね１４のばね力を上回る追加的な閉鎖力を生ぜしめる。ノズルニードル１５は、噴射孔１７に通じる経路を閉鎖し、それによって噴射過程が終了する。

高圧管路８に対して平行に、蓄圧器側の共振絞り２１を備えた共振管路２０が配置されており、この共振絞り２１によって、発生した圧力ピークが迅速に低下せしめられる。

詳細には図示していない高圧ポンプからインジェクタ１内への高圧燃料の供給は、インジェクタ１の上側に配置された高圧接続部２２を介して行われる（トップフィード型インジェクタ）。選択的に、燃料供給は、インジェクタ１、特に保持体５の側方に配置された高圧接続部２３、並びに蓄圧器６に通じる流入孔２４を介して行われてよい（サイドフィード型インジェクタ）。

図２〜図５は、蓄圧管２５と蓄圧器６と保持体５との間に配置された流量制限器を備えた、図１の部分Ｘの詳細を示す。図２〜図５の構成において、流量制限器が固有の流量制限器構成部分２６内に形成されている点で共通している。流量制限器構成部分２６は、第１の軸方向区分２７と第２の軸方向区分２８とを有しており、この場合、前記第２の軸方向区分２８は、第１の軸方向区分２７よりも大きい外径を有している。流量制限器構成部分２６は、第２の軸方向区分２８に、円錐形状の第１のシール面２９を備えたショルダを有しており、第１のシール面２９は、蓄圧管２５の段部３０に形成された円錐形の対抗シール面と協働する。蓄圧管２５の段部３０は、環状溝状の切欠３１を介して、蓄圧管２５の、雌ねじ山３３を備えた薄壁状の区分３２に接続されている。流量制限器構成部分２６は、保持体５と蓄圧管２５との間に嵌め込まれていて、これら２つの構成部分をねじ結合することによって固定される。この場合、流量制限器構成部分２６は、ピン３４によって回動しないように固定されている。図２、図３および図５の実施例においては、保持体５に対するシールは面シール個所を介して行われる。この面シール個所は、保持体５に面した端面側に形成された、保持体５の平坦な端面と協働する平坦シール面によって形成される。

流量制限器構成部分２６は、入口３６および出口３７を有している。チャンバ３８内に、軸方向で摺動可能にガイドされたピストン３９が配置されており、このピストン３９は、押しばね４０によって固定リング４１に向かって押しつけられる。ピストン３９は盲孔４２を有しており、この盲孔４２は、一方では入口３６に接続されていて、他方では絞り孔４３を介して出口３７に接続されている。運転中に、噴射量がチャンバ３８から送出される。これによって、ピストン３９はばね力に抗して下側のシール座４４に向かって移動するが、このシール座４４に達することはない。非噴射時間中に、押しばね４０は、ピストン３９を初期位置に押し戻す。この場合、チャンバ３８は、絞り４３を介して再び満たされる。噴射量が所定の最大値を越えると、ピストン３９は、シール座４４に達して噴射が終了されるまで移動する。絞り４３によって、盲孔４２内に存在する燃料とチャンバ３８との間に圧力損失が発生する。所定の絞り流量を越えると、ピストン３９はばね力に抗して下側のシール座４４に向かって移動し、それによって噴射を終了する。

図２に示した構成では唯一の高圧管路８が設けられており、この高圧管路８は、保持体５を通って延在している。流量制限器２６を通過する燃料は、孔区分４８を介して直接的に高圧管路８内に達する。

図３に示した構成では、保持体５内に高圧管路８に対して平行に、別の高圧管路２０が配置されており、この別の高圧管路２０は、共振管路として構成されていて、共振絞り２１を介して燃料供給部に接続されている。２つの高圧管路８および２０には、流量制限器構成部分２６内に形成された穿孔切削部４５を通って燃料が供給される。

図４に示した構成では、保持体５に対する流量制限器構成部分２６のシールは、トップフィード型インジェクタにおいて、円錐形シール４６を介して行うこともできる。この場合、回動防止用のピン３４は省くことができる。円錐形シール４６を形成する円錐形のシール面は中空室４７を画成しており、この中空室４７内に、一方では出口３７が開口し、他方では高圧管路８および２０が開口している。

図５に示した構成は、サイドフィード型インジェクタに関するものであり、このサイドフィード型インジェクタにおいては、燃料が流入孔２４を介して保持体５から、流量制限器構成部分２６を介して蓄圧器６内に供給される。この場合、流入孔２４は、蓄圧器絞り４９を介して蓄圧器６内に開口している。

１ インジェクタ
２ 噴射ノズル
３ 絞りプレート
４ 弁プレート
５ 保持体
６ 蓄圧器
７ ノズル締付ナット
８ 高圧管路
９ 横方向接続部
１０ 流入絞り
１１ 制御室
１２ 流出絞り
１３ 電磁弁
１４ ノズルばね
１５ ノズルニードル
１６ ノズルニードル座部
１７ 噴射孔
１８ 低圧孔
１９ ノズル室
２０ 別の高圧管路、共振管路
２１ 共振絞り
２２ 高圧接続部
２３ 高圧接続部
２４ 流入孔
２５ 蓄圧管
２６ 流量制限器構成部分
２７ 第１の軸方向区分
２８ 第２の軸方向区分
２９ 第１のシール面
３０ 段部
３１ 環状溝状の切欠
３２ 薄壁状の区分
３３ 雌ねじ山
３４ ピン
３５ 第２のシール面
３６ 入口
３７ 出口
３８ チャンバ
３９ ピストン
４０ 押しばね
４１ 固定リング
４２ 盲孔
４３ 絞り（孔）
４４ シール座
４５ 穿孔切削部
４６ 円錐形シール、第２のシール面
４７ 中空室
４８ 孔区分
４９ 蓄圧器絞り

Claims (15)

1. モジュール式のコモンレール燃料噴射装置のインジェクタであって、インジェクタボディ内に組み込まれた蓄圧器を有しており、前記インジェクタは噴射ノズルを有していて、該噴射ノズルは、内部で軸方向摺動可能にガイドされかつノズル室によって包囲されたノズルニードルを備えており、さらに前記インジェクタは、前記蓄圧器を前記ノズル室に接続する高圧管路と保持体とを有しており、該保持体は、端面側で、前記蓄圧器を形成する構成部分、特に蓄圧管にねじ結合されていて、前記保持体を通って前記高圧管路が延在しており、流れ方向で見て蓄圧器の後ろに、蓄圧器から噴射ノズルに圧送される燃料量を制限するための流量制限器が配置されている形式のものにおいて、
   前記流量制限器（２６）が固有の構成部分として構成されており、該構成部分は、前記保持体（５）と前記蓄圧管（２５）との間に嵌め込まれていて、前記保持体（５）と前記蓄圧管（２５）とをねじ結合することによって固定されており、前記流量制限器構成部分（２６）が、蓄圧器側のハウジング入口（３６）と保持体側のハウジング出口（３７）とを備えたハウジングと、該ハウジングのチャンバ（３８）内において初期位置と終端位置との間で長手方向摺動可能、かつ流れ方向に抗してばね付勢された閉鎖部材（３９）とを有していることを特徴とする、モジュール式のコモンレール燃料噴射装置のインジェクタ。
2. 前記保持体（５）と前記流量制限器構成部分（２６）とが軸方向のピン（３４）によって回動防止されていることを特徴とする、請求項１に記載のインジェクタ。
3. 前記流量制限器構成部分（２６）が、円錐形の第１のシール面（２９）を備えたショルダを有しており、前記第１のシール面（２９）が、前記蓄圧管（２５）の段部（３０）に形成された円錐形のシール面と協働することを特徴とする、請求項１または２に記載のインジェクタ。
4. 前記流量制限器構成部分（２６）が、前記保持体（５）に面した端面側に円錐形の第２のシール面を有しており、該第２のシール面が、前記保持体（５）の端面側に形成された円錐形のシール面と協働することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のインジェクタ。
5. 前記流量制限器構成部分（２６）の前記円錐形の第２のシール面が、前記保持体（５）と前記流量制限器構成部分（２６）との間に形成された中空室（４７）を画成していることを特徴とする、請求項４に記載のインジェクタ。
6. 前記保持体（５）を通って、前記高圧管路（８）に対して並列に接続された別の高圧管路（２０）が延在しており、この別の高圧管路（２０）が一方では前記ノズル室（１９）に、他方では前記蓄圧器（６）に接続されていることを特徴とする、請求項５に記載のインジェクタ。
7. 前記別の高圧管路（２０）が共振管路として構成されており、該共振管路が共振絞り（２１）を介して前記蓄圧器（６）に接続されていることを特徴とする、請求項６に記載のインジェクタ。
8. 前記高圧管路（８）と前記別の高圧管路（２０）とが、前記中空室（４７）内に開口していることを特徴とする、請求項６または７に記載のインジェクタ。
9. 前記高圧管路（８）および前記別の高圧管路（２０）が、前記流量制限器構成部分（２６）内に形成された穿孔切削部（４５）を介して、前記流量制限器に接続されていることを特徴とする、請求項６または７に記載のインジェクタ。
10. 前記出口（３７）が前記穿孔切削部（４５）内に開口していることを特徴とする、請求項９に記載のインジェクタ。
11. 前記インジェクタ（１）が、燃料供給のための側方の接続部（２３）を有しており、該接続部（２３）が流入孔（２４）に接続されていて、該流入孔（２４）の第１の区分が前記保持体（５）内に形成されていて、前記流入孔の第２の区分が前記流量制限器構成部分（２６）を軸方向で貫通していることを特徴とする、請求項２に記載のインジェクタ。
12. 前記流量制限器構成部分（２６）が、前記保持体（５）に面した端面側に、平坦な第２のシール面（３５）を有しており、該第２のシール面（３５）が、前記保持体（５）の平坦な端面側と協働することを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載のインジェクタ。
13. 前記閉鎖部材（３９）が、少なくとも１つの絞り（４３）を有する通路を介して、前記ハウジング入口（３６）と前記ハウジング出口（３７）とを互いに流体接続し、さらに、前記ハウジング入口（３６）と前記ハウジング出口（３７）との間の接続流路を制御することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１項に記載のインジェクタ。
14. 前記流量制限器構成部分（２６）内に固定された固定リング（４１）が、前記閉鎖部材（３９）の初期位置を規定することを特徴とする、請求項１２に記載のインジェクタ。
15. 前記流量制限器構成部分（２６）が、入口側の軸方向の第１の区分（２７）と出口側の軸方向の第２の区分（２８）とを有しており、前記第２の区分（２８）が、前記第１の区分（２７）に対して拡大された直径を有していることを特徴とする、請求項１３または１４に記載のインジェクタ。

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