JP2005510658A - 燃料を高圧噴射するためのインゼクタ - Google Patents

Abstract

本発明は自己点火式内燃機関で燃料を高圧燃料噴射するためのインゼクタに関する。この場合、インゼクタはインゼクタの開閉のためのアクチュエータ弁と、インゼクタの閉じた状態で少なくとも１つの噴口（１８）を閉鎖するノズルニードル（１７）と、インゼクタのアクチュエータ弁とリリーフ室（６）との間の液圧的な連通を生じる調量弁（４）と、調量弁（４）のために必要な基準圧の維持に役立つ保圧装置（３３）と、アクチュエータ弁を介して流れる制御量（３４）のための第１の制御量導管（２９）と、調量弁（４）を介して流れる制御量（３５）のための第２の制御量導管（４３）とを有している。保圧装置（３３）は調量弁（４）の制御量（３５）を液圧的な振動ダンパによって動的にアクチュエータ弁の制御量（３４）から分離する。

Description

【０００１】
背景技術
コモンレール式噴射システムは直接噴射式内燃機関内へ燃料を高圧噴射するのに役立つ。この蓄圧式噴射システムでは圧力形成と噴射とが互いに時間的かつ場所的に分離している。別体の高圧ポンプが中央の燃料高圧蓄圧器内に噴射圧を形成する。噴射開始および噴射量は、燃料導管を介して燃料高圧蓄圧器に連通していて電気的に操作されるインゼクタの起動制御時点と起動制御期間とによって規定されている。
【０００２】
従来の技術
ドイツ連邦共和国特許公開第１０００１０９９号明細書は燃料噴射システムのインゼクタのための制御弁に関している。制御弁は調整部材を有し、かつアクチュエータによって操作される。該制御弁によって燃料戻し路とインゼクタの制御室との間の液圧的な連通が形成される。制御弁が開かれると、燃料が制御室から燃料戻し路内へ流れる。このことにより、制御室内の圧力が低下し、かつノズルニードルの端面に作用する液圧的な力が減少する。この液圧的な力が、開弁方向に作用する液圧的な力より小さくなると、ノズルニードルが開き、その結果、燃料が噴射ノズルの噴口を通して燃焼室内に達することができる。液圧的な増幅システムを介したノズルニードルのこの直接起動制御が必要であるのは、ノズルニードルの迅速な開放に必要な大きな力が制御弁によって直接発生させられることができないからである。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９６５０８６５号明細書は電気的に制御される燃料噴射弁の制御のためのマグネット弁に関している。燃料噴射弁の弁ニードルは制御室内に支配する圧力によって閉弁方向に負荷される。噴射の導入のために、マグネット弁はそのマグネットの励磁時に制御室のリリーフを導入する。これにより、噴射弁の弁ニードルは開弁方向でこれに作用する高圧の影響を受けてその座から持上げられる。
【０００４】
従来技術ではその場合、燃焼室内へ噴射される燃料量に対して付加的にいわゆる“制御量”が弁ニードルの直接的な起動制御のために必要である。マグネット弁の開放時に制御量はマグネット弁と制御量導管とを介して燃料タンクの低圧領域内に達する。マグネット弁の閉鎖時には制御弁が他方の切換え位置へ移行し、その際、同様に制御量が生じる。制御弁機能のために必要な基幹圧力の維持のために、他の制御量導管内に流入絞りを前置きした保圧弁が役立てられ、この制御量導管を通して制御量が制御弁から流出する。保圧弁の後方ではマグネット弁からの制御量と制御弁からの制御量とが１つの共通の導管内で全漏れ量として低圧領域内へ流れる。それゆえ、保圧弁は上述の基幹圧力の維持に役立つ他に、（制御弁とマグネット弁との）両方の制御量の圧力ポテンシャルの分離のためにも役立つ。
【０００５】
しかし、従来技術のこのインゼクタでは制御弁の切換え時に制御弁によって制御量導管内に圧力振動が発生し、該圧力振動はマグネット弁の弁ニードルにまで伝播し、最悪の場合にはマグネット弁の不所望の開放をもたらすことがある。
【０００６】
発明の開示
本発明の解決手段が有する利点とするところは、制御量導管内の圧力振動が減衰され、圧力振動の作用によるアクチュエータ弁の不所望の開放が阻止されることにある。さらに、本発明の解決手段は保圧弁のコンパクトでスペース節約的な構成を可能にする。
【０００７】
これらの利点は本発明によれば、自己点火式内燃機関で燃料を高圧噴射するためのインゼクタによって達成される。この場合、インゼクタは、インゼクタを開閉するためのアクチュエータ弁と、インゼクタの閉じた状態で少なくとも１つの噴口を閉鎖するノズルニードルと、アクチュエータ弁とインゼクタのリリーフ室との間の液力的な連通を生じる調量弁と、調量弁のために必要な基準圧を維持するのに役立つ保圧装置と、アクチュエータを介して流れる制御量のための第１の制御量導管と、調量弁を介して流れる制御量のための第２の制御量導管とを有している。保圧装置は調量弁の制御量をアクチュエータ弁の制御量から動的に分離すると共に、液圧的な振動ダンパとしても役立つ。
【０００８】
それゆえ、保圧装置は燃料の圧力振動を減衰するように構成されている。この圧力振動は特にこの場合には調量弁の切換え時に所属の制御量導管内に発生する圧力振動である。
【０００９】
本発明の有利な１つの実施例ではアクチュエータ弁がマグネット弁から成る。変発明の別の１つの実施形ではアクチュエータ弁のアクチュエータがピエゾアクチュエータから成る。ピエゾアクチュエータの場合には、有利にアクチュエータの大きな作動力と迅速な応答とが保証される。
【００１０】
次に、本発明を図面につき詳細に説明する。
【００１１】
変化実施形
図１はマグネット弁と調量弁と保圧装置とを備えた本発明によるインゼクタの図式的な図面を示す。さらに、これに関連した燃料高圧蓄圧器（コモンレール）が示されている。
【００１２】
図示のシステムは圧力制御式のコモンレール式噴射システムである。燃料高圧蓄圧器１（コモンレール）内には燃料が（１４００バールまでの）高圧下で貯蔵されている。高圧ポンプ２が燃料を燃料高圧蓄圧器１内へ搬送する。燃料高圧蓄圧器１は高圧導管３を介して調量弁４に接続されている。調量弁４はマグネット弁５と噴射ノズル７のリリーフ室６との間の液圧的な連通を生じる。調量弁４は３ポート２位置方向制御弁から成る。中空の調量弁４の内部には調整ピストン８が摺動可能に配置されている。調整ピストン８は座着エッジ９を有している。調整ピストン８は、調量弁体１１内で一方の切換え位置ａへ摺動して、調量弁体１１内に形成された弁座１０に座着エッジ９で当接している。調量弁４のこの切換え位置ａでは高圧導管３が液圧的に噴射ノズル７から遮断されている。調量弁４からは２つの導管１２，１３が噴射ノズル７へ延びている。第１の導管１２は調量弁４の部分室１４を噴射ノズル７のリリーフ室６へ接続せしめている。第２の導管１３は調量弁体１１内の環状室１５から、噴射ノズル７のノズルニードル１７を囲む燃料貯蔵室１６へ延びている。このことにより、（調量弁の切換え位置ａでは）燃料貯蔵室１６内に高圧が形成されず、その結果、ノズルニードル１７は閉じたままである。
【００１３】
調整ピストン８は調量弁体１１内で開弁方向５０に摺動されてその第２の切換え位置ｂに達する。この切換え位置ｂでは、調整ピストン８の比較的大きな直径を有する部分領域５２が調量弁体１１の部分領域５３と協働してシールを形成し、その結果、調量弁４の部分室１４が環状室１５から液圧的に遮断される。この切換え位置ｂでは高圧導管３と、調量弁４の部分室２３と、環状室１５と、噴射ノズル７への導管１３と、燃料貯蔵室１６との間に連通が生じる。
【００１４】
インゼクタの閉じた状態では、ノズルニードル１７は内燃機関の燃焼室内に開口した噴口１８を閉鎖する。圧縮ばね２０が、ノズルニードル１７へ作用する閉鎖力を生じる。
【００１５】
マグネット弁５および調量弁４は制御導管２１を介して互いに連通している。流入絞りエレメント２２が調量弁４の調整ピストン８内を通って延びていて調量弁体１１の内部の２つの部分室２３，２４内に開口しており、その場合、一方の部分室２３は高圧導管３に、かつ他方の部分室２４は流出絞りエレメント６３を有する制御導管２１に連通している。
【００１６】
マグネット弁５は、マグネット可動子２６とソレノイド２７とを介して開放されることのできるマグネット弁ニードル２５を有している。圧縮ばね２８が、マグネット弁ニードル２５へ作用する力を生じる。マグネット弁５のばね室４７はバランス絞り４８を介してタンク４９に連通しており、タンク４９はマグネット弁ニードル２５によって制御導管２１へ向かって閉鎖されることができる。バランス絞り４８を介して、マグネット弁ニードル２５に開弁方向５０で作用するタンク４９内圧力と、マグネット弁ニードル２５に開弁方向５０ならびに閉弁方向５１で作用する力を生じる、マグネット弁５のばね室４７内圧力とがバランスされる。タンク４９内の圧力とばね室４７内の圧力とが同じとなった際には、マグネット弁ニードル２５へ開弁方向５０で作用する力と、閉弁方向５１で作用する力とが釣合う。なぜならば、作用面が同じ大きさであるからである。次いで、マグネット弁５は圧縮ばね２８の力によってのみ閉鎖されたままとなる。マグネット弁５からは第１の制御量導管２９が制御量タンク３０内へ、かつそこから全漏れ導管３２が低圧領域３１内へ、例えば内燃機関の燃料タンク内へ延びている。
【００１７】
制御量タンク３０は保圧装置３３の一部から成る。保圧装置３３は一面では調量弁４のために必要な基準圧を維持するのに役立ち、他面ではマグネット弁５の制御量３４と調量弁４の制御量３５とを動的に分離するのに役立つ。この分離が動的である理由は、調量弁４の制御量３５は振動してハイダイナミックな状態にあり、他面においてマグネット弁５の制御量３４はタンク４９が振動を妨げるように作用するためほとんど定常的であるからである。両方の制御量３４，３５は互いに動的に影響しない。さらに、本発明では保圧装置３３は液圧的な振動減衰器の機能を有している。保圧装置は制御量タンク３０の他に保圧弁３６と、容積貯蔵室３７と、流入絞り３８と、流出絞り３９と、流入タンク４０とを有している。保圧弁３６は本発明の有利な本実施例では特に、圧縮ばね４１と球４２とを有していてばね負荷された弁から成る。調量弁４の制御量３５は第１の導管１２と、噴射ノズル７のリリーフ室６と、ばね室６４と、第２の制御量導管４３とを介して保圧装置３３へ達する。保圧弁３６の開放時に調量弁４の制御量３５が第２の制御量導管４３を通して流入タンク４０へ流れる。そこから、制御量３５は流入絞り３８と、容積貯蔵室３７と、保圧弁３６と、流出絞り３９とを介して制御量タンク３０内へ達する。
【００１８】
図１に示した本発明の有利な実施形では、保圧装置３３が、第２の制御量導管４３と保圧弁３６との間に配置された流入絞り３８を備えている。さらに、保圧装置３３は有利に保圧弁３６の流出口４６に配置された流出絞り３９を有している。さらに、保圧装置３３は本発明の図示の有利な実施形では、保圧弁３６の流入絞り３８と流入口４５との間に配置された容積貯蔵室３７を有している。
【００１９】
制御量タンク３０内では調量弁４の制御量３５とマグネット弁５の制御量３４とが混合されて、全漏れ量４４として全漏れ導管３２を介して低圧領域３１内へ案内される。
【００２０】
噴射過程は次のように経過する。
【００２１】
まずマグネット弁５が閉じられる。このことにより制御導管２１がタンク４９へ向かって閉鎖される。調量弁４が切換え位置ａを占め、要するに調整ピストン８が閉弁方向５１に調量弁体１１内で摺動され、その結果、座着エッジ９が弁座１０に当接する。これにより調量弁４の第１の部分室２３が環状室１５に対してシールされる。高い圧力下の燃料が調量弁４のこの切換え位置ａでは第１の部分室２３内に流入し、そこから流入絞りエレメント２２を介して第２の部分室２４と制御導管２１内とに達する。燃料は第２の部分室２４内で閉弁方向５１の力を生じ、この力が調整ピストン８に作用し、これにより調整ピストン８の座着エッジ９が弁座１０に圧着する。環状室１５内、部分室１４内、第１および第２の導管１２，１３内、燃料貯蔵室１６内、および噴射ノズル７のリリーフ室６内には高圧に対比して減少した圧力が支配する。ノズルニードル１７は主として圧縮ばね２０のばね力により噴口１８を燃焼室へ向かって閉鎖せしめているのみである。この切換え位置ａでは保圧弁３６が閉鎖されており、かつマグネット弁５の制御量３４も調量弁４の制御量３５も流れない。その場合、調量弁４の部分室１４から流入タンク４０まで基準圧が生じる。
【００２２】
マグネット弁５の作動（ソレノイド２７による励磁）によって、マグネット可動子２６は開弁方向５０にソレノイド２７に当接するまで運動する。マグネット弁ニードル２５が開放されて、調量弁４の第２の部分室２４と制御導管２１とから燃料がタンク４９と第１の制御量導管２９とを介して流出する。その結果、第２の部分室２４と第１の部分室２３との間の圧力差によって、閉弁方向５１の力より大きな開弁方向５０の力が調整ピストン８に作用し、その結果、調整ピストンは切換え位置ｂ内へ運動する。調整ピストン８の比較的大きな直径を有する部分領域５２が調量弁体１１の部分領域５３に達し、これにより環状室１５と部分室１４との間の液圧的な連通を遮断する。これに対して、第１の部分室２３はこの切換え位置ｂでは環状室１５へ向かって開放され、その結果、高圧下の燃料が高圧導管３から第１の部分室２３と、環状室１５と、第２の導管１３とを介して燃料貯蔵室１６内へ達する。燃料貯蔵室１６内の高圧は、圧縮ばね２０の力とリリーフ室６内の閉弁方向５１のわずかな圧力と（の和）よりも大きい開弁方向５０の力をノズルニードル１７へ作用する。その結果、ノズルニードル１７が開き、燃料が高圧下で噴口１８を介して燃焼室１９内へ噴射される。この切換え位置ｂでは制御量３４が遮断されずに流入絞りエレメント２２と、流出絞りエレメント６３と、制御導管２１と、タンク４９と、第１の制御量導管２９とを介して制御量タンク３０内へ、かつここから全漏れ導管３２を介して低圧領域３１内へ流れる。保圧弁３６は閉じられており、第２の制御量導管４３を介して調量弁４の制御量３５は流れない。
【００２３】
噴射過程の終了時に、ソレノイド２７の遮断と圧縮ばね２８の力とによってマグネット弁５が閉じられる。調量弁４の第２の部分室２４内の圧力が再び上昇し、このことにより、調整ピストン２８が切換え位置ａへ運動する。この切換え運動によって制御量３５が調量弁４の部分室１４内へ流入する。この衝撃的に運動する制御量３５は、導管１２内と、リリーフ室６内と、第２の制御量導管４３内と、流入タンク４０内とに液圧的な振動を発生せしめる。流入絞り３８を介して制御量３５の圧力降下が行われ、容積貯蔵室３７を介して液圧的な振動の減衰が行われる。保圧弁３６の設計によって設定された基準圧を上回る圧力が生じるやいなや保圧弁３６が開き、その結果、制御量３５が流出絞り３９を介して制御量タンク３０内へ、かつそこから低圧領域３１内へ流れる。制御量３５による制御量タンク３０内の圧力は第１の制御量導管２９を介して開弁方向５０にマグネット弁ニードル２５にも作用する。本発明では流入絞り３８、流出絞り３９および容積貯蔵室３７がそれらの直径もしくは容積に関して、制御量タンク３０内の圧力が最大圧、例えば５バールを上回らないように設計されている。このことによって特に、ソレノイドのコイルのシール性の理由でマグネット弁のばね室４７内の圧力がこの最大圧の範囲内にとどめられる。さらに、流入絞り３８と流出絞り３９との直径の適当な選択により、第２の制御量導管４３内の圧力振動がアクチュエータ弁、特にアクチュエータ弁ニードルの運動に遡及効果を有しないことが保証される。バランス絞り４８は、第１の制御量導管２９内の液圧的な振動または衝撃がマグネット可動子２６へ伝達されることを阻止する。
【００２４】
本発明の図１に示された有利な実施形が提供するその他の利点は、マグネット弁５の不所望の開放が阻止されること、さらには有利な形式で絞り３８，３９および容積貯蔵室３７の配置によって保圧弁３６を著しく小形化する可能性があることにある。図１に模式的に示された高圧噴射システムはいわゆるＰＣＳ（Ｐｒｅｓｓｕｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒａｉｌ−Ｓｙｓｔｅｍ）であり、このシステムでは調量弁４がインゼクタ内に組み込まれている。さらに、該高圧噴射システムはＤＣＲＳ（Ｄｒｕｃｋｇｅｓｔｅｕｅｒｔｅｓ Ｃｏｍｍｏｎ Ｒａｉｌ−Ｓｙｓｔｅｍ＝圧力制御式コモンレールシステム）ともいわれ、この場合には調量弁４がインゼクタから離隔されたモジュールを成している。
【００２５】
図２は本発明による保圧装置からその一部分を示す。
【００２６】
保圧弁５４が示されており、該保圧弁内にはその縦軸線５５に沿って、ばね負荷された球弁の球４２と圧縮ばね４１とが配置されている。弁の閉じた状態では移行部５６内に設けられた弁球座５７に球４２が圧着される。球４２を圧縮ばね４１に結合させるために球ホルダ５８が役立てられている。容積貯蔵室３７は一部分しか示されていない。組込み状態の保圧装置をシールリング６２がシールする。（図示されていない）調量弁４の制御量３５は球弁の開放時に容積貯蔵室３７を介して、流出絞り３９へ通じたばね室５９に達する。流出絞り３９は、ばね室５９を制限していると同時に圧縮ばね４１を予負荷している予負荷装置６０内に位置している。調量弁４の制御量３５が流出絞り３９を通過した後、該制御量は（図示されていない）マグネット弁５の制御量３４と一緒に案内され、すべての制御量が全漏れ量４４として低圧領域内へ案内される。
【００２７】
図３は本発明による保圧装置を示す。
【００２８】
保圧装置は既に図２について記載したように、容積貯蔵室３７、移行部５６、球４２、球ホルダ５８、ばね室５９内の圧縮ばね４１、シールリング６２および流出絞り３９を有している。さらに、調量弁４が保圧弁体５４に取付けられている（一部分しか示されていない）。流入絞り３８を介して調量弁４の制御量３５が容積貯蔵室３７内に達する。流出絞り３９の後方でこの制御量３５は（図示されていない）マグネット弁５の制御量３４と一緒に案内されて全漏れ量４４を形成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
マグネット弁と調量弁と保圧装置とを備えた本発明によるインゼクタと、これに結合された燃料高圧蓄圧器とを模式的に示した図である。
【図２】
本発明による保圧装置からその一部を示した図である。
【図３】
本発明による保圧装置を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料高圧蓄圧器、 ２ 高圧ポンプ、 ３ 高圧導管、 ４ 調量弁、 ５ マグネット弁、 ６ 噴射ノズルのリリーフ室、 ７ 噴射ノズル、 ８ 調量弁の調整ピストン、 ９ 座着エッジ、 １０ 弁座、 １１ 調量弁体、 １２ 調量弁と噴射ノズルとの間の第１の導管、 １３ 調量弁と噴射ノズルとの間の第２の導管、 １４ 調量弁の部分室、 １５ 環状室、 １６ 燃料貯蔵室、 １７ ノズルニードル、 １８ 噴口、 １９ 燃焼室、 ２０ 圧縮ばね、 ２１ 制御導管、 ２２ 流入絞りエレメント、 ２３ 調量弁の第１の部分室、 ２４ 調量弁の第２の部分室、 ２５ マグネット弁ニードル、 ２６ マグネット可動子、 ２７ ソレノイド、 ２８ 圧縮ばね、 ２９ 第１の制御量導管、 ３０ 制御量タンク、 ３１ 低圧領域、 ３２ 全漏れ導管、 ３３ 保圧装置、 ３４ マグネット弁の制御量、 調量弁の制御量、 ３６ 保圧弁、 ３７ 容積貯蔵室、 ３８ 流入絞り、 ３９ 流出絞り、 ４０ 流入タンク、 ４１ 圧縮ばね、 ４２ 球、 ４３ 第２の制御量導管、 ４４ 全漏れ量、 ４５ 保圧弁の流入口、 ４６ 保圧弁の流出口、 ４７ マグネット弁のばね室、 ４８ バランス絞り、 ４９ タンク、 ５０ 開弁方向、 ５１ 閉弁方向、 ５２ 調整ピストンの部分領域、 ５３ 調量弁体の部分領域、 ５４ 保圧弁体、 ５５ 縦軸線、 ５６ 移行部、 ５７ 弁球座、 ５８ 球ホルダ、 ５９ ばね室、 ６０ 予負荷装置、 ６１ 合流点、 ６２ シールリング、 ６３ 流出絞りエレメント、 ６４ ばね室

Claims (10)

1. 自己点火式内燃機関で燃料を高圧噴射するためのインゼクタであって、
   ａ） インゼクタを開閉するためのアクチュエータ弁と、
   ｂ） インゼクタの閉じた状態で少なくとも１つの噴口（１８）を閉鎖するノズルニードル（１７）と、
   ｃ） アクチュエータ弁とインゼクタのリリーフ室（６）との間の液力的な連通を生ぜしめる調量弁（４）と、
   ｄ） 調量弁（４）のために必要な基準圧を維持するのに役立つ保圧装置（３３）と、
   ｅ） アクチュエータを介して流れる制御量（３４）のための第１の制御量導管（２９）と、調量弁（４）を介して流れる制御量（３５）のための第２の制御量導管（４３）とが設けられている形式のものにおいて、保圧装置（３３）が調量弁（４）の制御量（３５）とアクチュエータ弁の制御量（３４）とを動的に分離し、かつ液圧的な振動ダンパとして役立つことを特徴とする燃料を高圧噴射するためのインゼクタ。
2. アクチュエータ弁がマグネット弁ニードル（２５）を備えたマグネット弁（５）から、またはピエゾアクチュエータ弁から成ることを特徴とする請求項１記載のインゼクタ。
3. 液圧的な振動ダンパが、調量弁（４）の切換えによって第２の制御量導管（４３）内の圧力振動を減衰することを特徴とする請求項１記載のインゼクタ。
4. 調量弁（４）の制御量（３５）とアクチュエータ弁の制御量（３４）とが保圧装置（３３）の後方で一緒に全漏れ導管（４４）を介して低圧領域（３１）内へ案内されることを特徴とする請求項１記載のインゼクタ。
5. 保圧装置（３３）が保圧弁（３６）を有していることを特徴とする請求項１記載のインゼクタ。
6. 保圧弁（３６）がばね負荷された弁から成ることを特徴とする請求項５記載のインゼクタ。
7. 保圧装置（３３）が、第２の制御量導管（４３）と保圧弁（３６）との間に配置された流入絞り（３８）を有していることを特徴とする請求項５記載のインゼクタ。
8. 保圧装置（３３）が、保圧弁（３６）の流出口（４６）に配置された流出絞り（３９）を有していることを特徴とする請求項５記載のインゼクタ。
9. 保圧装置（３３）が、流入絞り（３８）と保圧弁（３６）の流入口（４５）との間に配置された容積貯蔵室（３７）を有していることを特徴とする請求項５記載のインゼクタ。
10. 第２の制御量導管（４３）内の圧力振動がアクチュエータ弁への遡及作用を有しないことを保証するような直径を、流入絞り（３８）および流出絞り（３９）が有していることを特徴とする請求項７および８記載のインゼクタ。

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