JPH09510525A - 内燃機関用の噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 コモン・レール・システムのための燃料噴射装置が、駆動機構（１８，３４）を介してダブル座付弁（１４）によって制御される噴射弁を有している。この場合このダブル座付弁が弁座（３６，３７）及び駆動機構と一緒に、両方の位置において圧力がバランスされるように、構成されている。ディーゼル噴射技術において使用可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関用の噴射弁 本発明は、請求の範囲の請求項１の上位概念に記載の噴射弁に関する。 このような噴射弁は、例えばヨーロッパ特許出願公開第０５３１５３３号明細 書に基づいて公知である。この刊行物には、高圧系（Common Rail-System）を備 えたディーゼル噴射装置が開示されており、この高圧系では、燃料が高圧ポンプ を介して高圧リザーバに供給されるようになっている。そして高圧下にある燃料 は、次いで制御に相応してディーゼル機関の個々のシリンダに噴射弁を介して供 給される。この場合噴射弁はそれぞれ、例えば個別の噴射時間をも可能にするた めに、電磁弁を介して制御される。 燃費、排ガス値、騒音などの改善を目的として、予備噴射をも可能にする特別 な噴射弁を得るために、噴射弁を高い噴射圧においても迅速に切換え可能である ことが望ましい。しかしながらそのためには、比較的大きなスペースを必要とす るソレノイドが必要である。それというのは、この場合ソレノイドは、必要な出 力を出すために大きな電流容量を必要とするからである。通常の噴射弁は、多く の場合比較的緩慢に切り換えられるので、予備噴射のためには条件付きでしか役 に立たない。なぜならば通常の噴射弁は、例えば大きな力又は大きな行程を克服 しなくてはならないからである。 所望の噴射特性線、特に予備噴射及び主噴射の時間に対する所望の噴射特性線 を得るために、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４１１８２３６号明細書に開示 された構成では、２つのソレノイドが使用されており、この場合両ソレノイドの 燃料供給孔は高圧系に接続されている。そして両ソレノイドは、電流供給に応じ て孔・弁系を介して、予備噴射及び主噴射のために働き、この場合予備噴射及び 主噴射は、噴射過程の中断なしに行われることができる。 この装置によってほぼ任意の噴射特性線を得ることができる。しかしながらこ の装置は、２つのソレノイドと相応な制御装置とを必要とすることに基づいて高 価である。 ゆえに本発明の課題は、特に、予備噴射のためにも適している、リーンバーン （lean burn）式のディーゼル機関において、排ガスや騒音の放出を減じること ができる、迅速に切換え可能な噴射弁を提供することである。 この課題は本発明によれば請求項１に記載の構成によって解決される。本発明 のその他の有利な構成は請求項２以下に記載されている。 本発明の構成によって、弁室内において往復運動可 能なダブル座付弁が両方の切換え位置において完全に圧力バランスされている噴 射弁を得ることができる。言い換えれば、両方の終端位置においてダブル座付弁 には、該ダブル座付弁を他方の位置に移動させようとする力がまったく作用せず 、この結果ダブル座付弁の切換え時もしくは保持時に、駆動装置においてなんら 特別な措置を講じる必要がない。そしてこれによって、ダブル座付弁を駆動装置 を用いてより迅速に切り換えることが可能であり、したがって噴射弁は予備噴射 のためにも適している。 ダブル座付弁の傾斜角の幾何学形状に基づいて、ダブル座付弁の切換え運動は 両方向において助成される。ダブル座付弁の上昇時には、弁座の下において付加 的な横断面が解放され、室になお存在する圧力はダブル座付弁を駆動力に加えて 加速する。上側の弁座からのダブル座付弁の下降時には、供給室に存在する圧力 が、上側の面以外にダブル座付弁の大きな直径に作用し、弁室にはなお低圧が存 在しているので、これによりダブル座付弁は再び加速される。 次に図面を参照しながら本発明の実施例を詳しく説明する。 第１図は、噴射弁の断面図である。 第２図は、ダブル座付弁の範囲を拡大して示す断面図である。 第３図は、下側の弁座に位置するダブル座付弁を示 す断面図である。 第４図は、上側の弁座に位置するダブル座付弁を示す断面図である。 第１図に示された噴射弁は長く延びるケーシング１から成っており、このケー シング１の下端部には袋ナット２が螺合している。この袋ナット２によってケー シング１の下端部を起点として、中間プレート３と噴射ノズルケーシング２９と が保持され、この噴射ノズルケーシング２９内には噴射ノズルニードル６が案内 されている。中間円板３及び噴射ノズルケーシング２９は中央孔５を有しており 、この中央孔５にはノズルニードル６が、軸方向シフト可能に配置されている。 図示の状態においてノズルニードル６はその一方の端部において、リング状のノ ズル座７に接触しているので、ノズルニードル６はノズル孔８，９を閉鎖してい る。ノズルニードル６は他方の端部に押圧ピン１０を備えており、この押圧ピン １０は、ケーシング１内に形成されたばね室１１に配置されており、かつばね室 １１に配置されたノズルばね１２によって負荷されるので、この結果ノズルニー ドル６はノズル座７に接触していて、このノズル座７を閉鎖している。ノズルば ね１２の他方の端部は、ばね室１１の、押圧ピン１０に向かい合っている端部に 位置している。 ケーシング１は上側範囲に、ケーシング１の軸方向に延びる弁室１３を有して おり、この弁室１３には、 軸方向においてシフト可能なダブル座付弁１４が配置されている。このダブル座 付弁１４は、突き棒１６を介して、ケーシング１の室２０に配置された可動子１ ７と結合されており、この可動子１７は、コイルケーシング２２の切欠き２３内 に支承された圧縮ばね２１によって負荷される。突き棒１６の１部分１８は、軸 方向において滑動可能にケーシング１内において案内されている。コイルケーシ ング２２内にはさらにコイル２４が配置されており、このコイル２４はコイル接 続部２５，２６によって外部と接続されている。 ケーシング１には、第１図において左上に接続部ＣＲが設けられており、この 接続部ＣＲは、供給される燃料のための高圧リザーバ（図示せず）と接続されて いる。接続部ＣＲには、ケーシング１の内部に設けられた第１の供給孔２７が通 じており、この供給孔２７はその他方の端部において、噴射ノズルケーシング２ ９内に形成された圧力室２８に開口している。この圧力室２８は、ノズル座を備 えた軸方向に延びる中間室３０と接続されている。中間室３０は、ノズルニード ル６の下側部分が段付けされていることによって、つまり、噴射ノズルケーシン グ２９内において案内されているノズルニードル６の下側部分が、ノズルニード ル６の上側部分よりも小さな直径を有していることによって、形成される。小径 から大径への移行部の範囲は、圧力室２８の上側部分において終わっている。そ してこの移行部の範囲によって、段付けされたノズルニードル６のリング状の付 加部３５が形成される。 接続部ＣＲはさらに、弁室１３に開口する第２の供給孔３１と接続されている 。 第１図の右上には、戻し接続部ＲＬが示されており、この戻し接続部ＲＬは戻 し孔３２を介して弁室１３と接続され、かつ放圧導管３３を介して可動子１９の ための室２０と接続されている。 上に述べた装置は以下のように働く： 第１図に示された位置において、噴射弁は閉鎖されている。この状態において 高圧下にある燃料は、高圧リザーバから接続部ＣＲと第１の供給孔２７とを介し て、圧力室２８においてノズルニードル６のリング状の付加部３５に作用してい る。高圧下にある燃料はさらに、第２の供給孔３１を介して、弁室１３と孔１５ とばね室１１とにも存在している。この状態においてソレノイドは無電流状態な ので、座付弁１４は圧縮ばね２１の力に基づいて、戻し孔３２の弁座３６に向か って（第２図、第３図）その下側の位置に押圧され、これによって戻し接続部Ｒ Ｌへの接続は閉鎖されている。 ソレノイド３４が給電されると、可動子１７と突き棒１８とを介してダブル座 付弁４は、その上側の位置に移動させられ、これによって、第２の供給孔３１を 介して行われる弁室１３への、高圧下の燃料のための 供給部が閉鎖される。ダブル座付弁１４がその上側の位置に移動するのと同時に 、ダブル座付弁１４は下側の弁座３６から解離し、これによってばね室１１は孔 １５と弁室１３と戻し孔３２とを介して、低圧を有する戻し接続部ＲＬと接続さ れる。これにより圧力室２８における圧力は、ばね室１１における圧力よりも相 対的に大きくなり、この結果ばね１２の力が克服されて、ノズルニードル６は上 方に向かって運動することができ、これによってノズル孔８，９を介して噴射が 行われる。 ソレノイド３４への給電が中断されると、噴射過程が終了し、この結果ダブル 座付弁１４は再び下側の弁座３６に向かって移動させられて、戻し接続部を閉鎖 する。これにより直ちに再び、ばね室１１において高圧が形成され、これによっ て噴射は、調節された力特性に基づいて、ノズル座７へのノズルニードル６の下 降によって終了する。このことは、非給電時に噴射が行われないということが望 まれていることに基づいて、確実性を高める上で重要な働きである。 第２図は、本発明の重要部分を説明するために、第１図に示された座付弁１４ の範囲だけを示す断面図である。 図示の位置においてダブル座付弁１４は、その下側の弁座３６のところに位置 しており、これにより戻し接続部ＲＬを閉鎖している。弁室１３及び隣接の孔１ ５並びに供給室１９には、高圧下の燃料が存在する。ダブル座付弁１４は全面を 高圧によって取り囲まれているので、合力が弁室１３においてダブル座付弁１４ に作用することはなく、この結果ダブル座付弁１４はこの位置において圧力バラ ンスされている。低圧範囲における圧力、つまり戻し孔３２を介して下側の弁座 ３６に作用する圧力と、室２０における突き棒１６の突き棒面に作用する圧力と は同様に等しいので、この圧力が、ダブル座付弁１４に作用する力のバランスに 対してなんら影響を及ぼすことはなく、特にこの圧力は極めて小さい。言い換え れば、適宜な寸法設定においてこの位置では、共に低圧系に隣接している、ノズ ルニードル１４の面Ｆ１と突き棒１８の面Ｆ２とは互いに等しく、この結果座付 弁１４は圧力バランスされている。 ダブル座付弁１４の上側の位置において、ダブル座付弁１４は弁座３７に接触 している。これによってダブル座付弁１４は同時にその弁座３６から離されてお り、この結果弁室１３には低圧が存在している。これにより供給室１９には高圧 が存在しており、この高圧は突き棒１８の横断面Ｆ３とダブル座付弁１４の有効 な横断面Ｆ４とに作用している。面Ｆ３及びＦ４は等しいことが望ましいので、 供給室１９においては差圧が両方の面Ｆ３及びＦ４に作用することはなく、この 結果ダブル座付弁１４はこの位置においても圧力バラ ンスされている。 第３図及び第４図には、ダブル座付弁１４の両方の位置がもう一度大きく示さ れている。この場合第３図には、ダブル座付弁１４が下側の弁座３６に接触して いる位置が示されており、かつ第４図には、ダブル座付弁１４が上側の弁座３７ に接触している位置が示されている。 第３図において、ダブル座付弁１４の軸線Ａに対して垂直な面に対する、ダブ ル座付弁１４の弁座面の傾斜は、α１で示されており、ケーシング１における弁 座面の傾斜はα２で示されている。これによって、面Ｆ２（第２図）と等しくな くてはならない有効な面Ｆ１が形成され、これによりダブル座付弁１４は圧力バ ランスされている。この位置においてさらにＦ３及びＦ４も面積が等しい。さら にα２＞α１である。 第４図ではダブル座付弁１４は、その上側の弁座３７に接触している。この場 合ダブル座付弁１４はこの範囲において傾斜角α３を有しており、ケーシング１ の弁座３７は傾斜角α４を有している。そしてこの場合傾斜角α３は、弁座の傾 斜角α４よりも大きくなくてはならず、このようになっていることによって、面 Ｆ３と面Ｆ４とが等しくなり、これによって、この位置において圧力バランスさ れたダブル座付弁１４が得られる。 冒頭において既に述べたように、ダブル座付弁の幾 何学形状に基づいて、ダブル座付弁の切換え運動は両方向において助成される。 ダブル座付弁１４の上昇時には、弁座３６の下において付加的な横断面Ｆ１が解 放され、弁室１３になお存在する圧力は、磁力に加えてダブル座付弁１４を加速 する。またダブル座付弁１４が弁座３７から下降する場合には、供給室１９にお ける圧力が面Ｆ４に加えてダブル座付弁１４の大きな直径に作用し、この場合弁 室１３にはなお低圧が存在しており、これによってダブル座付弁１４は再び加速 される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年４月２２日 【補正内容】 請求の範囲 １．内燃機関用の噴射弁であって、該噴射弁が噴射弁ケーシング内に配置されて おり： 制御弁を制御する駆動機構（３４，１８）が設けられており； 高圧下にある燃料・供給接続部（ＣＲ）と低圧下にある燃料・戻し接続部（ ＲＬ）とが設けられていて、両接続部がそれぞれ弁室（１３）と接続されており ； 噴射弁ケーシング内に、該噴射弁ケーシングの軸線方向にシフト可能なノズ ルニードル（６）が配置されており、該ノズルニードルが制御弁の切換え位置に 関連して、噴射弁のノズル流出開口（８，９）を開閉可能であり、 ノズルニードル（６）の範囲に圧力室（２８）が設けられていて、該圧力室 が燃料・供給接続部と接続されており、さらにノズルニードル（６）の後方に戻 し室が設けられていて、該戻し室が弁室と接続されており、 制御弁が、ダブル座付弁（１４）として弁室（１３）内に構成されていて、 燃料・供給接続部（ＣＲ）と燃料・戻し接続部（ＲＬ）とを開閉し、この場合駆 動機構の制御に基づいて上側／下側の切換え位置において、２つの弁座のうちの 一方が開放可能で あり、これに対して他方の弁座は閉鎖され、これによって燃料の噴射が導入／中 断されるようになっている形式のものにおいて、 ダブル座付弁（１４）が片側において突き棒（１６）と結合されており、該 突き棒（１６）が、軸方向滑動可能に供給室（１９）内において案内されている 部分（１８）に移行しており、該部分（１８）の自由端部が、燃料・戻し接続部 に接続されている室（２０）内にまで延びており、 ダブル座付弁（１４）の第１の面（Ｆ１）が、ダブル座付弁（１４）が下側 の弁座（３６）に接触している場合には、低圧を負荷されており、 第１の面（Ｆ１）と、前記室（２０）において突き棒（１６）の軸方向支承 に対して垂直に配置されている、前記第１の部分（１８）の突き棒面（Ｆ２）と が、等しい大きさに寸法設定されており、 ダブル座付弁（１４）に第１の横断面（Ｆ４）が構成されており、該第１の 横断面が、供給室（１９）の長手方向の延びに対して平行に、供給室（１９）の 縁部を起点としてダブル座付弁（１４）に投影された線と、突き棒（１６）とに よって制限されており、 第２の横断面（Ｆ３）が前記部分（１８）に設けられていて、該第２の横断 面が、供給室（１９）に隣接していて、突き棒（１６）と供給室（１９）と によって制限されており、 第１の横断面（Ｆ４）と第２の横断面（Ｆ３）とが等しい大きさであること を特徴とする、内燃機関用の噴射弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関用の噴射弁であって、該噴射弁が噴射弁ケーシング内に配置されて おり： 制御弁を制御する駆動機構（３４，１８）が設けられており； 高圧下にある燃料・供給接続部（ＣＲ）と低圧下にある燃料・戻し接続部（ ＲＬ）とが設けられていて、両接続部がそれぞれ弁室（１３）と接続されており ； 噴射弁ケーシング内に、該噴射弁ケーシングの軸線方向にシフト可能なノズ ルニードル（６）が配置されており、該ノズルニードルが制御弁の切換え位置に 関連して、噴射弁のノズル流出開口（８，９）を開閉可能であり； ノズルニードル（６）の範囲に圧力室（２８）が設けられていて、該圧力室 が燃料・供給接続部と接続されており、さらにノズルニードル（６）の後方に戻 し室が設けられていて、該戻し室が弁室（１３）と接続されている形式のものに おいて、 制御弁が弁室（１３）内に配置されていて、かつダブル座付弁（１４）とし て構成されており、該ダブル座付弁が駆動機構の制御に基づいて、上側／下側の 切換え位置において、２つの弁座のうちの一方を開放可能であり、これに対して 他方の弁座は閉鎖 され、これによって燃料の噴射が導入／中断されるようになっており、 しかも、ダブル座付弁（１４）の、燃料のために有効な面（Ｆ１，Ｆ４）と 、ダブル座付弁（１４）に結合されている駆動機構の有効な面（Ｆ２，Ｆ３）と が、ダブル座付弁（１４）の第１の切換え位置とダブル座付弁（１４）の第２の 切換え位置とにおいて、ほぼ等しい大きさであることを特徴とする、内燃機関用 の噴射弁。 ２．ダブル座付弁（１４）の弁座面と弁室（１３）の対応する弁座とが、切換え 時にダブル座付弁（１４）の運動を助成する傾斜角を有している、請求項１記載 の噴射弁。 ３．ダブル座付弁（１４）の下側の位置において、ダブル座付弁（１４）の軸線 （Ａ）に対して垂直な面に対する傾斜角（α１）が、所属の弁座（３６）の傾斜 角（α２）よりも小さい、請求項２記載の噴射弁。 ４．ダブル座付弁（１４）の上側の位置において、ダブル座付弁（１４）の軸線 （Ａ）に対して垂直な面に対する傾斜角（α３）が、所属の弁座（３７）の傾斜 角（α４）よりも大きい、請求項２記載の噴射弁。