JP2003515050A - 内燃機関用の燃料噴射弁 - Google Patents
内燃機関用の燃料噴射弁Info
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Abstract
(57)【要約】
弁体(1,80)を備えた燃料噴射弁であって、該弁体(1,80)において孔(2,90)内に、閉鎖力に抗して軸方向可動のピストン状の弁部材(5,100)が配置されており、該弁部材(5,100)が燃焼室とは反対側の端部において、開放行程運動によって少なくとも1つの噴射開口(13a,13b,92)を制御する。開放行程運動時に弁部材(5,100)は、弁部材(5,100)を取り囲む制御ピストン(30)の、ストッパ面(42)として形成された端面に接触し、該制御ピストン(30)はその段付けされて形成された端面(35)で、燃料を充填可能な制御室(33)を制限している。制御室(33)における規定の燃料圧時に、制御ピストン(30)はばね室(20,105)に向かって第1の行程ポジションから第2の行程ポジションに運動し、これによって弁部材(5,100)の開放行程運動を部分行程に制限する。制御ピストン(30)の一部は、ピエゾアクチュエータ(26)として形成されており、このピエゾアクチュエータ(26)は給電によってその軸方向長さを変化させ、これによって弁部材(5,100)の部分行程は、制御ピストン(30)の第1の行程ポジションにおいてピエゾアクチュエータ(26)の行程内で無段階式に調節可能である。
Description
【0001】
従来の技術
本発明は、請求項1の上位概念部に記載された形式の、内燃機関用の燃料噴射
弁に関する。
弁に関する。
【0002】
ドイツ連邦共和国特許公開第19623211号明細書に基づいて公知の、こ
のような形式の燃料噴射弁は、弁体を有しており、この弁体には孔内に、閉鎖ば
ねの力に抗して軸方向運動可能なピストン状の弁部材が配置されている。燃焼室
側の端部において弁部材は閉鎖ヘッドに移行しており、この閉鎖ヘッドは孔内に
おいて案内されている。閉鎖ヘッドは、弁部材の外方に向けられた開放行程運動
時に孔から進出し、閉鎖ヘッドに形成された制御縁が、少なくとも1つの噴射開
口を開放する。この場合複数の噴射開口が設けられていてもよく、これらの噴射
開口は制御縁によって順次開放制御される。これによって、弁部材の開放行程を
部分行程に制限することにより、複数の噴射開口の一部だけを又は1つの噴射開
口の部分横断面だけを開放制御することができ、ひいては有効な噴射横断面全体
を、弁部材の開放行程に関連して制御することが可能になる。開放行程運動は、
弁体に配置された制御ピストンによって部分行程に制限され、この場合制御ピス
トンの端面は液圧式の制御室を制限する。制御室は高圧下の燃料によって充填可
能であり、かつこれによって制御ピストンを軸方向で第1の行程ポジションから
第2の行程ポジションへとシフトさせることができ、これによって弁部材は最大
行程か又は部分行程を進むことになる。このような液圧式に調節可能な行程スト
ッパは、黒白機能(schwarz-weiss-Funktion)を有しており、つまりこのような
行程ストッパは、両開放行程の間における段付けを不可能にする。このことは燃
料噴射動作の制御可能性を制限し、その結果噴射動作のさらなる最適化は困難に
なる。
のような形式の燃料噴射弁は、弁体を有しており、この弁体には孔内に、閉鎖ば
ねの力に抗して軸方向運動可能なピストン状の弁部材が配置されている。燃焼室
側の端部において弁部材は閉鎖ヘッドに移行しており、この閉鎖ヘッドは孔内に
おいて案内されている。閉鎖ヘッドは、弁部材の外方に向けられた開放行程運動
時に孔から進出し、閉鎖ヘッドに形成された制御縁が、少なくとも1つの噴射開
口を開放する。この場合複数の噴射開口が設けられていてもよく、これらの噴射
開口は制御縁によって順次開放制御される。これによって、弁部材の開放行程を
部分行程に制限することにより、複数の噴射開口の一部だけを又は1つの噴射開
口の部分横断面だけを開放制御することができ、ひいては有効な噴射横断面全体
を、弁部材の開放行程に関連して制御することが可能になる。開放行程運動は、
弁体に配置された制御ピストンによって部分行程に制限され、この場合制御ピス
トンの端面は液圧式の制御室を制限する。制御室は高圧下の燃料によって充填可
能であり、かつこれによって制御ピストンを軸方向で第1の行程ポジションから
第2の行程ポジションへとシフトさせることができ、これによって弁部材は最大
行程か又は部分行程を進むことになる。このような液圧式に調節可能な行程スト
ッパは、黒白機能(schwarz-weiss-Funktion)を有しており、つまりこのような
行程ストッパは、両開放行程の間における段付けを不可能にする。このことは燃
料噴射動作の制御可能性を制限し、その結果噴射動作のさらなる最適化は困難に
なる。
【0003】
ドイツ連邦共和国特許公開第19729843号明細書に基づいて公知の、内
方に向かって開放する構造形式の燃料噴射弁においても、パイロット噴射量の正
確な調量のためには、黒白機能だけではない部分行程を用いることが有利であり
、その結果最適な噴射経過を達成することができる。
方に向かって開放する構造形式の燃料噴射弁においても、パイロット噴射量の正
確な調量のためには、黒白機能だけではない部分行程を用いることが有利であり
、その結果最適な噴射経過を達成することができる。
【0004】
発明の利点
請求項1の特徴部に記載のように構成された、本発明による内燃機関用の燃料
噴射弁は、公知のものに対して次のような利点を有している。すなわち本発明に
よる燃料噴射弁では、閉鎖ばねと弁部材の案内された区分との間には、組み合わ
されて液圧式及び圧電式に制御される行程ストッパが形成されており、この行程
ストッパによって、弁部材の開放行程運動は最大開放行程と部分行程との間のい
かなる値にも調節されることができる。液圧式に調節可能なピストンとピエゾア
クチュエータとを組み合わせることによって、液圧式ピストンを単に最大行程と
部分行程との間において切り換えるだけでなく、ピエゾアクチュエータへの給電
により部分行程と、弁部材の最大開放行程と部分行程との間のいかなる任意の値
との間においても切り換えることができる。これによって機関の幅広い特性領域
において、最適に合わせられた弁部材の開放行程を実現することが可能になる。
単に部分行程と最大開放行程との間においてだけで切り換えることが望まれてい
る場合には、ピエゾアクチュエータへの給電は不要であり、これによって有利に
エネルギを節約することができる。
噴射弁は、公知のものに対して次のような利点を有している。すなわち本発明に
よる燃料噴射弁では、閉鎖ばねと弁部材の案内された区分との間には、組み合わ
されて液圧式及び圧電式に制御される行程ストッパが形成されており、この行程
ストッパによって、弁部材の開放行程運動は最大開放行程と部分行程との間のい
かなる値にも調節されることができる。液圧式に調節可能なピストンとピエゾア
クチュエータとを組み合わせることによって、液圧式ピストンを単に最大行程と
部分行程との間において切り換えるだけでなく、ピエゾアクチュエータへの給電
により部分行程と、弁部材の最大開放行程と部分行程との間のいかなる任意の値
との間においても切り換えることができる。これによって機関の幅広い特性領域
において、最適に合わせられた弁部材の開放行程を実現することが可能になる。
単に部分行程と最大開放行程との間においてだけで切り換えることが望まれてい
る場合には、ピエゾアクチュエータへの給電は不要であり、これによって有利に
エネルギを節約することができる。
【0005】
組み合わせられた液圧式及び圧電式に制御される行程ストッパを、外方に向か
って開放する可変ノズル(Vario-Duese)において使用する他に、本発明の対象
は、内方に向かって開放する燃料噴射弁においても同じく有利な形式で使用する
ことができる。
って開放する可変ノズル(Vario-Duese)において使用する他に、本発明の対象
は、内方に向かって開放する燃料噴射弁においても同じく有利な形式で使用する
ことができる。
【0006】
行程ストッパの有利な構成では、制御ピストンが中空円筒体として形成されて
おり、該中空円筒体の、燃焼室とは反対側の端部にピエゾアクチュエータが配置
されている。このようになっていると、制御ピストンの簡単な組立て可能性が得
られる。それというのはこの場合、ピエゾアクチュエータと、制御ピストンの圧
電式に作動しない部分とを、別個に組み付けることができるからである。このよ
うに構成された制御ピストンにおいて、別の有利な構成では、弁部材が開放行程
運動時に直接的にピエゾアクチュエータに接触するのではなく、中間円板を介し
てピエゾアクチュエータに接触するようになっている。このように構成されてい
ると、ピエゾアクチュエータにおける摩耗が少なくなり、ひいては液圧式の行程
ストッパの耐用寿命が長くなる。さらに中間円板は、簡単にひいては安価に製造
可能なこの中間円板の交換によって、該中間円板の厚さによって最大開放行程を
正確に調節することが可能である。
おり、該中空円筒体の、燃焼室とは反対側の端部にピエゾアクチュエータが配置
されている。このようになっていると、制御ピストンの簡単な組立て可能性が得
られる。それというのはこの場合、ピエゾアクチュエータと、制御ピストンの圧
電式に作動しない部分とを、別個に組み付けることができるからである。このよ
うに構成された制御ピストンにおいて、別の有利な構成では、弁部材が開放行程
運動時に直接的にピエゾアクチュエータに接触するのではなく、中間円板を介し
てピエゾアクチュエータに接触するようになっている。このように構成されてい
ると、ピエゾアクチュエータにおける摩耗が少なくなり、ひいては液圧式の行程
ストッパの耐用寿命が長くなる。さらに中間円板は、簡単にひいては安価に製造
可能なこの中間円板の交換によって、該中間円板の厚さによって最大開放行程を
正確に調節することが可能である。
【0007】
別の有利な構成では、液圧式の行程ストッパを制御するための制御圧が、制御
弁を介して高圧アキュムレータに接続されている制御導管から取り出されるよう
になっている。制御導管はさらに別の制御弁を介して、ほとんど無圧の燃料タン
クと接続されているので、両方の弁を適宜に制御することによって、別の燃料高
圧源を必要とすることなしに、制御導管のロード及びアンロードが可能である。
弁を介して高圧アキュムレータに接続されている制御導管から取り出されるよう
になっている。制御導管はさらに別の制御弁を介して、ほとんど無圧の燃料タン
クと接続されているので、両方の弁を適宜に制御することによって、別の燃料高
圧源を必要とすることなしに、制御導管のロード及びアンロードが可能である。
【0008】
図面
次に図面を参照しながら、本発明による内燃機関用の燃料噴射弁の実施例を説
明する。
明する。
【0009】
図1は、本発明による燃料噴射弁を示す縦断面図であり、
図2は、図1においてIIで示された閉鎖ヘッドの領域を拡大して示す図であ
り、 図3は、図1においてIIIで示された行程ストッパの領域を拡大して示す図
であり、 図4は、液圧式に調節可能な行程ストッパのための燃料制御圧を準備するため
及び燃料噴射のための燃料供給系を示す概略図であり、 図5は、内方に向かって開放する構造形式の本発明による燃料噴射弁を示す縦
断面図である。
り、 図3は、図1においてIIIで示された行程ストッパの領域を拡大して示す図
であり、 図4は、液圧式に調節可能な行程ストッパのための燃料制御圧を準備するため
及び燃料噴射のための燃料供給系を示す概略図であり、 図5は、内方に向かって開放する構造形式の本発明による燃料噴射弁を示す縦
断面図である。
【0010】
実施例の記載
図1には、外方に向かって開放する構造形式の、内燃機関用の燃料噴射弁が示
されている。複数部分から構成可能な弁体1内には孔2が形成されており、この
孔2内には、閉鎖ばね21の力に抗して軸方向可動なピストン状の弁部材5が配
置されている。弁部材5は、図1において上方に示された、燃焼室とは反対側の
孔区分において案内されており、これに対して弁部材5の、燃焼室側の区分は、
図1で見て下方において圧力室11によって取り囲まれており、この圧力室11
は、弁体1内に形成された流入通路3を介して燃料高圧源と接続可能である。弁
部材5は燃料室側において、直径を増大された閉鎖ヘッド10に移行しており、
この閉鎖ヘッド10は孔2の大径区分において案内されている。
されている。複数部分から構成可能な弁体1内には孔2が形成されており、この
孔2内には、閉鎖ばね21の力に抗して軸方向可動なピストン状の弁部材5が配
置されている。弁部材5は、図1において上方に示された、燃焼室とは反対側の
孔区分において案内されており、これに対して弁部材5の、燃焼室側の区分は、
図1で見て下方において圧力室11によって取り囲まれており、この圧力室11
は、弁体1内に形成された流入通路3を介して燃料高圧源と接続可能である。弁
部材5は燃料室側において、直径を増大された閉鎖ヘッド10に移行しており、
この閉鎖ヘッド10は孔2の大径区分において案内されている。
【0011】
図2には、閉鎖ヘッド10と該閉鎖ヘッド10を取り囲む弁体1とが拡大され
て示されている。閉鎖ヘッド10の外壁には、2列の噴射開口13a,13bが
配置されており、この場合一列全部の噴射孔は、閉鎖ヘッド10の同じ高さに配
置されている。噴射開口13a,13bは、閉鎖ヘッド10に形成された噴射通
路12を介して、圧力室11と接続されている。燃料噴射弁の閉鎖状態において
、閉鎖ヘッド10に形成さえた弁シール面15は、弁座面17に形成された弁体
端面に接触し、噴射開口13a,13bは弁体1によって覆われる。閉鎖ヘッド
10の、弁部材5に比べて大きな直径によって、閉鎖ヘッド10の、燃焼室とは
反対側の端部には圧力肩部18が形成されており、この圧力肩部18は圧力室1
1における燃料圧にさらされている。図2に示された構成に対して択一的に、軸
方向において互いにずらされて配置された噴射開口13a,13bを2列よりも
多くつまり3列以上、閉鎖ヘッド10の外周面に配置することも可能である。ま
た別の構成では、閉鎖ヘッド10の外周面にただ1列の噴射開口13a,13b
を設けることも可能であり、これらの噴射開口13a,13bの横断面は弁部材
5の開放行程運動時に完全に又は部分的にだけ開放制御される。
て示されている。閉鎖ヘッド10の外壁には、2列の噴射開口13a,13bが
配置されており、この場合一列全部の噴射孔は、閉鎖ヘッド10の同じ高さに配
置されている。噴射開口13a,13bは、閉鎖ヘッド10に形成された噴射通
路12を介して、圧力室11と接続されている。燃料噴射弁の閉鎖状態において
、閉鎖ヘッド10に形成さえた弁シール面15は、弁座面17に形成された弁体
端面に接触し、噴射開口13a,13bは弁体1によって覆われる。閉鎖ヘッド
10の、弁部材5に比べて大きな直径によって、閉鎖ヘッド10の、燃焼室とは
反対側の端部には圧力肩部18が形成されており、この圧力肩部18は圧力室1
1における燃料圧にさらされている。図2に示された構成に対して択一的に、軸
方向において互いにずらされて配置された噴射開口13a,13bを2列よりも
多くつまり3列以上、閉鎖ヘッド10の外周面に配置することも可能である。ま
た別の構成では、閉鎖ヘッド10の外周面にただ1列の噴射開口13a,13b
を設けることも可能であり、これらの噴射開口13a,13bの横断面は弁部材
5の開放行程運動時に完全に又は部分的にだけ開放制御される。
【0012】
弁部材5は燃焼室とは反対側の端部においてばね突き棒24に移行しており、
このばね突き棒24は弁体1の、燃焼室とは反対側の領域に形成されたばね室2
0にまで入り込んでいる。ばね突き棒24の、燃焼室とは反対側の端部には、ば
ね受23が形成されており、このばね受23には閉鎖ばね21が燃焼室とは反対
側の端部で支持されている。ばね室20は、弁体1内に形成されていて図示され
ていない流出通路を介して流出導管と接続されており、これによってばね室20
内に侵入する漏れオイルを排出することができる。
このばね突き棒24は弁体1の、燃焼室とは反対側の領域に形成されたばね室2
0にまで入り込んでいる。ばね突き棒24の、燃焼室とは反対側の端部には、ば
ね受23が形成されており、このばね受23には閉鎖ばね21が燃焼室とは反対
側の端部で支持されている。ばね室20は、弁体1内に形成されていて図示され
ていない流出通路を介して流出導管と接続されており、これによってばね室20
内に侵入する漏れオイルを排出することができる。
【0013】
図3には、図1に示された移動調節可能な行程ストッパが拡大されて示されて
いる。弁部材5の案内された区分とばね室20との間には、大径の案内孔6が形
成されている。案内孔6内には、弁体1に結合された制御ストッパ31が配置さ
れ、さらに案内孔6内において可動の制御ピストン30が配置されている。制御
ストッパ31は案内孔6の、ばね室20から離れてる端部に配置されていて、中
空円筒体として形成されており、このばね室20の内径は段付けされて形成され
ており、この場合大きな内径を備えた区分はばね室20に向けられている。制御
ピストン30も同様に中空円筒体として形成されており、この場合制御ピストン
30は外径を段付けされて形成されていて、外径の小さな区分はばね室20とは
反対側に位置している。制御ピストン30の外径の小さな区分はこの場合、制御
ストッパ31の、内径の大きな区分内に進入しており、制御ピストン30と制御
ストッパ31との間には絞り間隙45が形成されている。制御ピストン30の燃
焼室側において段付けされた外径によって形成された外側のリング端面35と、
制御ストッパ31とは、制御室33を制限しており、この制御室33には、弁体
1内に形成された制御通路34が通じている。この場合絞り間隙45を介しては
僅かな燃料しか、制御室33から弁部材5のそばを通ってばね室20内に流出す
ることができない。制御ピストン30は2部分から構成されていて、ばね室20
に向けられた中空円筒形の区分は、ピエゾアクチュエータとして形成されており
、かつ他方の部分は、段付けされて形成された液圧ピストン27を形成している
。ピエゾアクチュエータ26への給電のために、ピエゾアクチュエータ26には
適宜な電気接点が配置されており、この電気接点は、図示されていない導電体を
介して適宜な電圧源に接続されている。この場合導電体は例えば、弁体1に形成
された別の通路内において案内されていても、又はばね室20とばね室20の流
出通路(図示せず)を通して外方に向かって案内されていてもよい。
いる。弁部材5の案内された区分とばね室20との間には、大径の案内孔6が形
成されている。案内孔6内には、弁体1に結合された制御ストッパ31が配置さ
れ、さらに案内孔6内において可動の制御ピストン30が配置されている。制御
ストッパ31は案内孔6の、ばね室20から離れてる端部に配置されていて、中
空円筒体として形成されており、このばね室20の内径は段付けされて形成され
ており、この場合大きな内径を備えた区分はばね室20に向けられている。制御
ピストン30も同様に中空円筒体として形成されており、この場合制御ピストン
30は外径を段付けされて形成されていて、外径の小さな区分はばね室20とは
反対側に位置している。制御ピストン30の外径の小さな区分はこの場合、制御
ストッパ31の、内径の大きな区分内に進入しており、制御ピストン30と制御
ストッパ31との間には絞り間隙45が形成されている。制御ピストン30の燃
焼室側において段付けされた外径によって形成された外側のリング端面35と、
制御ストッパ31とは、制御室33を制限しており、この制御室33には、弁体
1内に形成された制御通路34が通じている。この場合絞り間隙45を介しては
僅かな燃料しか、制御室33から弁部材5のそばを通ってばね室20内に流出す
ることができない。制御ピストン30は2部分から構成されていて、ばね室20
に向けられた中空円筒形の区分は、ピエゾアクチュエータとして形成されており
、かつ他方の部分は、段付けされて形成された液圧ピストン27を形成している
。ピエゾアクチュエータ26への給電のために、ピエゾアクチュエータ26には
適宜な電気接点が配置されており、この電気接点は、図示されていない導電体を
介して適宜な電圧源に接続されている。この場合導電体は例えば、弁体1に形成
された別の通路内において案内されていても、又はばね室20とばね室20の流
出通路(図示せず)を通して外方に向かって案内されていてもよい。
【0014】
ばね室20の側にはピエゾアクチュエータ26に支持円板25が配置されてお
り、この支持円板25の、ばね室20に向けられた端面は、行程ストッパ面42
として形成されており、この行程ストッパ面42は、ばね室20に向かっての制
御ピストン30の行程運動時に、ばね室20に通じる案内孔6の横断面減少によ
って形成された制御ピストンストッパ43に接触する。ばね室20内にはばね支
持リング22が配置されており、このばね支持リング22には閉鎖ばね21が燃
焼室側の端部で支持されている。ばね支持リング22はこの場合ばね室20内に
おいて案内されていて、閉鎖ばね21の力によって支持円板25に押圧される。
ばね突き棒24への弁部材5の移行部には、弁部材5に環状のリングカラー40
が形成されており、このリングカラー40の、燃焼室に向けられたリング端面は
、ストッパ面41として形成されている。燃焼室に向かっての弁部材5の開放行
程運動時に、ストッパ面41は、中間円板25に形成された行程ストッパ面42
に接触し、これによって開放行程が制限される。
り、この支持円板25の、ばね室20に向けられた端面は、行程ストッパ面42
として形成されており、この行程ストッパ面42は、ばね室20に向かっての制
御ピストン30の行程運動時に、ばね室20に通じる案内孔6の横断面減少によ
って形成された制御ピストンストッパ43に接触する。ばね室20内にはばね支
持リング22が配置されており、このばね支持リング22には閉鎖ばね21が燃
焼室側の端部で支持されている。ばね支持リング22はこの場合ばね室20内に
おいて案内されていて、閉鎖ばね21の力によって支持円板25に押圧される。
ばね突き棒24への弁部材5の移行部には、弁部材5に環状のリングカラー40
が形成されており、このリングカラー40の、燃焼室に向けられたリング端面は
、ストッパ面41として形成されている。燃焼室に向かっての弁部材5の開放行
程運動時に、ストッパ面41は、中間円板25に形成された行程ストッパ面42
に接触し、これによって開放行程が制限される。
【0015】
図4には燃料高圧供給系の構造が略示されている。燃料タンク50から燃料が
低圧導管52を介して燃料高圧ポンプ52に供給される。燃料高圧ポンプ52は
燃料を高圧下で高圧導管53を通して高圧アキュムレータ55に圧送する。内燃
機関の各燃料噴射弁101のためには、高圧アキュムレータ55からそれぞれ燃
料供給導管60が延びており、各燃料供給導管60は燃料噴射弁101において
流入通路3と接続されている。この場合流入通路3と燃料供給導管60との間に
は調量弁67が配置されており、この調量弁67によって高圧アキュムレータ5
5から流入通路3への接続部が開閉可能である。高圧アキュムレータ55は制御
弁57を介して制御導管58と接続可能である。高圧アキュムレータ55内にお
いては常に規定の燃料高圧が維持されるので、制御弁57の開放によって燃料は
高圧下で制御導管58内に導かれることができ、これによって制御導管58内に
おける圧力は高圧アキュムレータ55内における圧力と等しくなる。各燃料噴射
弁101は、弁体1における制御通路34に接続されている制御供給導管59を
介して、制御導管58に接続されている。制御導管58は、制御弁61が配置さ
れている排出導管63を介して、放圧室として働く燃料タンク50に接続可能で
ある。制御弁61の開放によって制御導管58における圧力はいつでも燃料タン
ク50の圧力レベルへと放圧されることができ、この圧力レベルはほぼ大気圧に
相当している。燃料噴射系全体は制御装置65によって制御され、この制御装置
65は計算機を内蔵し、この計算機は、図示されていない種々様々なセンサの測
定値によって、燃料高圧ポンプ52、制御弁61,57、調量弁67及びピエゾ
アクチュエータ26への給電を制御する。
低圧導管52を介して燃料高圧ポンプ52に供給される。燃料高圧ポンプ52は
燃料を高圧下で高圧導管53を通して高圧アキュムレータ55に圧送する。内燃
機関の各燃料噴射弁101のためには、高圧アキュムレータ55からそれぞれ燃
料供給導管60が延びており、各燃料供給導管60は燃料噴射弁101において
流入通路3と接続されている。この場合流入通路3と燃料供給導管60との間に
は調量弁67が配置されており、この調量弁67によって高圧アキュムレータ5
5から流入通路3への接続部が開閉可能である。高圧アキュムレータ55は制御
弁57を介して制御導管58と接続可能である。高圧アキュムレータ55内にお
いては常に規定の燃料高圧が維持されるので、制御弁57の開放によって燃料は
高圧下で制御導管58内に導かれることができ、これによって制御導管58内に
おける圧力は高圧アキュムレータ55内における圧力と等しくなる。各燃料噴射
弁101は、弁体1における制御通路34に接続されている制御供給導管59を
介して、制御導管58に接続されている。制御導管58は、制御弁61が配置さ
れている排出導管63を介して、放圧室として働く燃料タンク50に接続可能で
ある。制御弁61の開放によって制御導管58における圧力はいつでも燃料タン
ク50の圧力レベルへと放圧されることができ、この圧力レベルはほぼ大気圧に
相当している。燃料噴射系全体は制御装置65によって制御され、この制御装置
65は計算機を内蔵し、この計算機は、図示されていない種々様々なセンサの測
定値によって、燃料高圧ポンプ52、制御弁61,57、調量弁67及びピエゾ
アクチュエータ26への給電を制御する。
【0016】
図1に示された燃料噴射弁の作用形式は以下の通りである:
噴射動作の開始時に調量弁67は、燃料供給導管60から流入通路3への接続
部を開放する。これによって燃料は高圧アキュムレータ55から燃料供給導管6
0と流入通路3とを通して圧力室11に流入する。圧力室11における燃料圧は
、軸方向で圧力肩部18に対して作用する力が閉鎖ばね21の力よりも大きくな
るまで、上昇する。弁部材5は外方に燃料室に向かって運動し、これによって両
噴射開口13a,13bが順次孔2から進出し、これによって圧力室11は燃料
室と接続され、燃料は燃焼室内に噴射される。外方に向けられた弁部材5の開放
運動によって、リングカラー40もまた燃焼室に向かって運動し、これによって
ストッパ面41もまた行程ストッパ面42に向かって運動する。弁部材5が最大
行程hを進むか又は部分行程だけを進むかは、制御ピストン30の状態によって
左右される。
部を開放する。これによって燃料は高圧アキュムレータ55から燃料供給導管6
0と流入通路3とを通して圧力室11に流入する。圧力室11における燃料圧は
、軸方向で圧力肩部18に対して作用する力が閉鎖ばね21の力よりも大きくな
るまで、上昇する。弁部材5は外方に燃料室に向かって運動し、これによって両
噴射開口13a,13bが順次孔2から進出し、これによって圧力室11は燃料
室と接続され、燃料は燃焼室内に噴射される。外方に向けられた弁部材5の開放
運動によって、リングカラー40もまた燃焼室に向かって運動し、これによって
ストッパ面41もまた行程ストッパ面42に向かって運動する。弁部材5が最大
行程hを進むか又は部分行程だけを進むかは、制御ピストン30の状態によって
左右される。
【0017】
調節可能な行程ストッパの作用形式は以下の通りである:
燃料噴射弁の閉鎖状態において、つまり弁シール面15が弁座面17に接触し
ていて、液圧式の行程ストッパの制御室33が無圧で、ピエゾアクチュエータ2
6が給電されていない場合、行程ストッパ面42はリングカラー40のストッパ
面41から、弁部材5の最大開放行程hに相当する軸方向間隔を有している。こ
の状態は図3において左半部に示されている。制御室33が燃料圧を有していな
い場合に、制御ピストン30の内側のリング端面36は、制御ストッパ31の座
面37に接触している。制御弁57が開放されかつ制御弁61が閉鎖されて、燃
料が制御通路34を介して制御室33に導入されると、制御室33における燃料
圧は、外側のリング端面35に作用する力が閉鎖ばね21の力よりも大きくなる
まで、高まる。そして制御ピストン30は、この制御ピストン30が制御行程s
を進んだ後で行程ストッパ面42で制御ピストンストッパ43に接触するまで、
ばね室20に向かって運動する。この状態は図3において右半部に示されている
。弁部材5の開放行程運動時に、ストッパ面41は行程h-sを進んだ後で行程
ストッパ面42に接触する。制御行程sは最大開放行程hの約30〜70%であ
るので、制御室33の圧力負荷と、これによって生ぜしめられた制御ピストン3
0の行程運動とによって、弁部材5の開放行程運動は最大開放行程hの70〜3
0%に制限される。弁部材5を再び最大開放行程h進ませたい場合には、制御室
33における圧力が減じられ、この場合制御導管58は制御弁57の閉鎖時に制
御弁61と排出導管63とを介して燃料タンク50に放圧される。閉鎖ばね21
の力が制御室33の内側のリング端面36に対して作用する燃料圧の力を上回る
と、制御ピストン30は閉鎖ばね21によって燃焼室に向かって押圧され、これ
は内側のリング端面36が座面37に接触するまで続く。行程ストッパ面42を
制御行程sの一部分だけ進めたい場合には、ピエゾアクチュエータ26が給電さ
れる。印加された電圧に基づくピエゾアクチュエータ26の長さ変化によって、
行程ストッパ面42は無段階式に制御行程sの任意の部分に持ち上げられること
ができる。ピエゾアクチュエータ26の最大に可能な長さ変化は、この場合例え
ばほぼ制御行程sに相当する。
ていて、液圧式の行程ストッパの制御室33が無圧で、ピエゾアクチュエータ2
6が給電されていない場合、行程ストッパ面42はリングカラー40のストッパ
面41から、弁部材5の最大開放行程hに相当する軸方向間隔を有している。こ
の状態は図3において左半部に示されている。制御室33が燃料圧を有していな
い場合に、制御ピストン30の内側のリング端面36は、制御ストッパ31の座
面37に接触している。制御弁57が開放されかつ制御弁61が閉鎖されて、燃
料が制御通路34を介して制御室33に導入されると、制御室33における燃料
圧は、外側のリング端面35に作用する力が閉鎖ばね21の力よりも大きくなる
まで、高まる。そして制御ピストン30は、この制御ピストン30が制御行程s
を進んだ後で行程ストッパ面42で制御ピストンストッパ43に接触するまで、
ばね室20に向かって運動する。この状態は図3において右半部に示されている
。弁部材5の開放行程運動時に、ストッパ面41は行程h-sを進んだ後で行程
ストッパ面42に接触する。制御行程sは最大開放行程hの約30〜70%であ
るので、制御室33の圧力負荷と、これによって生ぜしめられた制御ピストン3
0の行程運動とによって、弁部材5の開放行程運動は最大開放行程hの70〜3
0%に制限される。弁部材5を再び最大開放行程h進ませたい場合には、制御室
33における圧力が減じられ、この場合制御導管58は制御弁57の閉鎖時に制
御弁61と排出導管63とを介して燃料タンク50に放圧される。閉鎖ばね21
の力が制御室33の内側のリング端面36に対して作用する燃料圧の力を上回る
と、制御ピストン30は閉鎖ばね21によって燃焼室に向かって押圧され、これ
は内側のリング端面36が座面37に接触するまで続く。行程ストッパ面42を
制御行程sの一部分だけ進めたい場合には、ピエゾアクチュエータ26が給電さ
れる。印加された電圧に基づくピエゾアクチュエータ26の長さ変化によって、
行程ストッパ面42は無段階式に制御行程sの任意の部分に持ち上げられること
ができる。ピエゾアクチュエータ26の最大に可能な長さ変化は、この場合例え
ばほぼ制御行程sに相当する。
【0018】
図5には、内方に向かって開放する構造形式の本発明による燃料噴射弁が縦断
面図で示されている。弁体80内には、盲孔として形成された孔90が配置され
ており、この孔90の底面は燃焼室に向けられている。底面には円錐形の弁座8
3と少なくとも1つの噴射開口92とが形成されており、この噴射開口92は孔
90を燃焼室と接続している。弁体80は緊締ナット98を用いて中間円板94
を介して弁保持体96に対して緊締されており、この弁保持体96は複数部分か
ら構成されていてもよい。
面図で示されている。弁体80内には、盲孔として形成された孔90が配置され
ており、この孔90の底面は燃焼室に向けられている。底面には円錐形の弁座8
3と少なくとも1つの噴射開口92とが形成されており、この噴射開口92は孔
90を燃焼室と接続している。弁体80は緊締ナット98を用いて中間円板94
を介して弁保持体96に対して緊締されており、この弁保持体96は複数部分か
ら構成されていてもよい。
【0019】
孔90内には、閉鎖ばね21の力に抗して長手方向シフト可能なピストン状の
弁部材100が配置されており、この弁部材100は孔90の、燃焼室とは反対
側の区分において密に案内されており、かつ燃焼室に向かって圧力肩部88を形
成しながら、小径区分に移行している。燃焼室側の端部において弁部材100に
は、弁シール面81が形成されており、この弁シール面81は弁座83と共働し
、そして噴射開口92を、弁部材100の長手方向運動によって開閉する。圧力
肩部88は、弁体80に形成された圧力室11内に配置されており、この圧力室
11は弁座83に向かって、弁部材100を取り囲むリング間隙へと続き、弁体
80内に形成された流入通路3を介して燃料を充填可能である。圧力肩部88に
作用する液圧力によって、弁部材100は閉鎖ばね21の力に抗して孔90内に
おいて運動し、その結果噴射開口92は開放制御される。
弁部材100が配置されており、この弁部材100は孔90の、燃焼室とは反対
側の区分において密に案内されており、かつ燃焼室に向かって圧力肩部88を形
成しながら、小径区分に移行している。燃焼室側の端部において弁部材100に
は、弁シール面81が形成されており、この弁シール面81は弁座83と共働し
、そして噴射開口92を、弁部材100の長手方向運動によって開閉する。圧力
肩部88は、弁体80に形成された圧力室11内に配置されており、この圧力室
11は弁座83に向かって、弁部材100を取り囲むリング間隙へと続き、弁体
80内に形成された流入通路3を介して燃料を充填可能である。圧力肩部88に
作用する液圧力によって、弁部材100は閉鎖ばね21の力に抗して孔90内に
おいて運動し、その結果噴射開口92は開放制御される。
【0020】
燃焼室とは反対側の端部において弁部材100は、ばね受103と、それに続
くばね突き棒107へと移行しており、このばね受103及びばね突き棒107
は、弁保持体96内に形成されたばね室105内に配置されている。ばね室10
5は直径を段付けされて形成されていて、燃焼室とは反対側の端部に向かって、
リング段部として形成された制御ピストンストッパ面43を形成しながら、増大
している。
くばね突き棒107へと移行しており、このばね受103及びばね突き棒107
は、弁保持体96内に形成されたばね室105内に配置されている。ばね室10
5は直径を段付けされて形成されていて、燃焼室とは反対側の端部に向かって、
リング段部として形成された制御ピストンストッパ面43を形成しながら、増大
している。
【0021】
ばね室105の、燃焼室とは反対側の端部には、液圧式兼圧電式に制御される
組み合わされた行程ストッパが配置されている。このような行程ストッパについ
ては、図1及び図3に示された外方に向かって開放する燃料噴射弁において既に
述べているので、ここでは幾つかの点についてだけ詳しく触れる。制御ピストン
30は制御ストッパ31に対して燃焼室に向けられた側に配置されており、制御
ピストン30の、燃焼室側の端面とばね受103との間には、ばね突き棒107
を取り囲む閉鎖ばね21が配置されており、この閉鎖ばね21は弁部材100を
押圧してその弁シール面81を弁座83に押し付ける。弁部材100は燃焼室と
は反対側の端部にストッパ面109を有しており、このストッパ面109は燃焼
室から離れる方向における弁部材100の開放行程運動によって、制御ピストン
30に接触する。液圧式のストッパ又はピエゾアクチュエータの作動時に、制御
ピストン30は閉鎖ばね21の力に抗して運動し、この場合制御ピストンストッ
パ面43は制御ピストン30の最大運動距離を制限する。これによって、制御ピ
ストン30に形成された行程ストッパ面42もまたシフトし、かつこのようにし
て弁部材100の最大可能な開放行程を減じる。
組み合わされた行程ストッパが配置されている。このような行程ストッパについ
ては、図1及び図3に示された外方に向かって開放する燃料噴射弁において既に
述べているので、ここでは幾つかの点についてだけ詳しく触れる。制御ピストン
30は制御ストッパ31に対して燃焼室に向けられた側に配置されており、制御
ピストン30の、燃焼室側の端面とばね受103との間には、ばね突き棒107
を取り囲む閉鎖ばね21が配置されており、この閉鎖ばね21は弁部材100を
押圧してその弁シール面81を弁座83に押し付ける。弁部材100は燃焼室と
は反対側の端部にストッパ面109を有しており、このストッパ面109は燃焼
室から離れる方向における弁部材100の開放行程運動によって、制御ピストン
30に接触する。液圧式のストッパ又はピエゾアクチュエータの作動時に、制御
ピストン30は閉鎖ばね21の力に抗して運動し、この場合制御ピストンストッ
パ面43は制御ピストン30の最大運動距離を制限する。これによって、制御ピ
ストン30に形成された行程ストッパ面42もまたシフトし、かつこのようにし
て弁部材100の最大可能な開放行程を減じる。
【0022】
図3又は図5に示された液圧式の行程ストッパと択一的に、制御ピストン30
全体をピエゾアクチュエータとして構成することも可能である。このようにする
と、有利には金属から製造されている液圧ピストン27とピエゾアクチュエータ
26との結合を省略することができる。さらに、支持円板25を省くことができ
、かつ行程ストッパ面42をピエゾアクチュエータ26に形成することが可能で
ある。
全体をピエゾアクチュエータとして構成することも可能である。このようにする
と、有利には金属から製造されている液圧ピストン27とピエゾアクチュエータ
26との結合を省略することができる。さらに、支持円板25を省くことができ
、かつ行程ストッパ面42をピエゾアクチュエータ26に形成することが可能で
ある。
【0023】
図1、図3及び図5において注意すべきことは、ピエゾアクチュエータ26は
図面を簡単にするために概略的にしか示されていないということである。ピエゾ
アクチュエータ26の寸法、特に軸方向長さは、その都度の使用例に応じて、ピ
エゾアクチュエータのわずかな相対的な長さ変化を考慮して選択されねばならな
い。
図面を簡単にするために概略的にしか示されていないということである。ピエゾ
アクチュエータ26の寸法、特に軸方向長さは、その都度の使用例に応じて、ピ
エゾアクチュエータのわずかな相対的な長さ変化を考慮して選択されねばならな
い。
【図1】
本発明による燃料噴射弁を示す縦断面図である。
【図2】
図1においてIIで示された閉鎖ヘッドの領域を拡大して示す図である。
【図3】
図1においてIIIで示された行程ストッパの領域を拡大して示す図である。
【図4】
液圧式に調節可能な行程ストッパのための燃料制御圧を準備するため及び燃料
噴射のための燃料供給系を示す概略図である。
噴射のための燃料供給系を示す概略図である。
【図5】
内方に向かって開放する構造形式の本発明による燃料噴射弁を示す縦断面図で
ある。
ある。
─────────────────────────────────────────────────────
【要約の続き】
100)の部分行程は、制御ピストン(30)の第1の
行程ポジションにおいてピエゾアクチュエータ(26)
の行程内で無段階式に調節可能である。
Claims (15)
- 【請求項1】 内燃機関用の燃料噴射弁であって、弁体(1,80)が設け
られており、該弁体(1,80)において孔(2,90)内に、閉鎖力に抗して
軸方向可動のピストン状の弁部材(5,100)が配置されており、該弁部材(
5,100)がその長さの、燃焼室とは反対側の区分において孔(2)内におい
て案内されていて、かつ案内される区分から燃焼室側に配置された区分において
、弁体(1,80)内に形成された圧力室(11)によって取り囲まれており、
該圧力室(11)が燃料高圧源(55)と接続可能であり、圧力室(11)内に
、弁部材(5,100)の、開放方向に作用する圧力肩部(18)が配置されて
おり、弁部材(5,100)が燃焼室側の端部領域で、少なくとも1つの噴射開
口(13a,13b,92)を制御し、該噴射開口(13a,13b,92)が
、閉鎖力に抗した弁部材(5,100)の開放行程運動によって、完全に又は部
分的に開放制御可能であり、ひいては圧力室(11)と接続可能であり、弁部材
(5,100)の最大開放行程を制限する軸方向可動の制御ピストン(30)が
設けられており、該制御ピストン(30)の一方の端面が、行程ストッパ面(4
2)として、弁部材(5,100)の開放行程運動を制限するために働き、制御
ピストン(30)の他方のリング端面(35)が、燃料高圧源と接続可能な制御
室(33)を制限している形式のものにおいて、制御ピストン(30)が少なく
とも部分的にピエゾアクチュエータ(26)として形成されていることを特徴と
する、内燃機関用の燃料噴射弁。 - 【請求項2】 弁部材(5,100)にストッパ面(4,109)が形成さ
れていて、該ストッパ面(4,109)が開放行程運動時に行程ストッパ面(4
2)に接触する、請求項1記載の燃料噴射弁。 - 【請求項3】 制御ピストン(30)が中空円筒体として形成されており、
該中空円筒体が弁部材(5,100)に対して同軸的に配置されていて、案内孔
(6)内において案内されている、請求項2記載の燃料噴射弁。 - 【請求項4】 制御ピストン(30)が段付ピストンとして形成されており
、該段付ピストンの、ストッパ面(41,109)に向けられた端面が、行程ス
トッパ面(42)として形成されていて、段付ピストンの、横断面移行部によっ
て形成されていて行程ストッパ面(42)とは反対側のリング端面(35)が、
制御室(33)を制限している、請求項3記載の燃料噴射弁。 - 【請求項5】 ピエゾアクチュエータ(26)が中空円筒形に形成されてい
て、弁部材(5,100)に対して同軸的に配置されている、請求項4記載の燃
料噴射弁。 - 【請求項6】 制御ピストン(30)が部分的にピエゾアクチュエータ(2
6)として形成されていて、ピエゾアクチュエータ(26)が弁部材(5,10
0)のストッパ面(41,109)に向けられて配置されている、請求項5記載
の燃料噴射弁。 - 【請求項7】 制御ピストン(30)の、弁部材(5,100)のストッパ
面(41,109)に向けられた端面に、支持円板(25)が配置されており、
該支持円板(25)に行程ストッパ面(42)が形成されている、請求項5記載
の燃料噴射弁。 - 【請求項8】 閉鎖力が、ばね室(20,105)内に配置された少なくと
も1つの閉鎖ばね(21)によってもたらされる、請求項1記載の燃料噴射弁。 - 【請求項9】 ばね室(20,105)への案内孔(6)の移行部に、リン
グ端面として形成された制御ピストンストッパ面(43)が配置されており、該
制御ピストンストッパ面(43)が、弁部材(5,100)に形成されたストッ
パ面(41,109)に向かっての制御ピストン(30)の軸方向運動を制限す
る、請求項8記載の燃料噴射弁。 - 【請求項10】 弁部材(5)が噴射開口(13a,13b)を開放制御す
るために、外方に向かって燃焼室に向けられた開放行程運動を実施する、請求項
1から9までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。 - 【請求項11】 弁部材(5)にリングカラー(40)が形成されており、
該リングカラー(40)の、燃焼室側のリング端面が、ストッパ面(41)とし
て形成されていて、該ストッパ面(41)が制御ピストン(30)の行程ストッ
パ面(42)と共働する、請求項10記載の燃料噴射弁。 - 【請求項12】 閉鎖ばね(21)が少なくとも間接的に制御ピストン(3
0)の、燃焼室とは反対側の端面に接触しており、その結果閉鎖ばね(21)が
制御ピストン(30)の行程とは逆向きに作用する、請求項11記載の燃料噴射
弁。 - 【請求項13】 制御室(33)が制御弁(57)を介して燃料高圧源(5
5)と接続可能である、請求項1から12までのいずれか1項記載の燃料噴射弁
。 - 【請求項14】 制御室(33)が制御弁(61)を介して放圧室(50)
と接続可能である、請求項13記載の燃料噴射弁。 - 【請求項15】 燃料高圧源が高圧アキュムレータ(55)として形成され
ている、請求項13記載の燃料噴射弁。
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