JP4869342B2

JP4869342B2 - 燃料インジェクタ

Info

Publication number: JP4869342B2
Application number: JP2008520786A
Authority: JP
Inventors: ホルマー・シュロチンスキー
Original assignee: ロラーンジェ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2026-07-12
Also published as: EP1907686B1; KR20080028377A; ATE431901T1; JP2009501289A; DE102005033123B3; DE502006003778D1; EP1907686A1; WO2007009641A1; KR101001002B1

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、燃料アキュムレータ内に高圧下に予め保持された燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するための燃料インジェクタに関する。

燃料アキュムレータ内に高圧下に予め保持された燃料を内燃機関の燃焼室に噴射するため（コモンレール噴射システム）、例えば前噴射及び／又は後噴射をするためには低い第１の圧力で内燃機関の燃焼室に燃料を噴射可能にし、例えば主噴射をするためには高い第２の圧力で内燃機関の燃焼室に燃料を噴射可能にする圧力変換式燃料インジェクタが公知である。

特許文献１からは、噴射ノズルと接続した小さい第１の横断面を有する移送容積と、選択的に燃料圧を作用可能な大きい第２の横断面を有する作動容積とを備える油圧変換ピストンを有する圧力変換式燃料インジェクタが公知である。作動容積は、燃料アキュムレータ内に高圧下に予め保持された燃料で作動ストロークを開始するため又は圧力変換ピストンをその初期位置に戻すため、圧力除去のために電気制御式の３方２位置弁により選択的にリークラインと接続可能である。電気操作可能な制御弁は、付加的な費用を意味し、固有の電気制御を必要とする。

別の圧力変換式燃料インジェクタが特許文献２から公知である。ここでは、前記公知の圧力変換式燃料インジェクタと同様に構成された圧力変換ピストンの制御が、電気制御される２方２位置弁を介して作動容積と移送容積の横断面の差に相当する差空間の圧力除去をすることにより行なわれる。

特許文献３からは、制御のため圧力変換ピストンの差空間に低圧又は燃料圧の作用を加えることができる圧力変換式燃料インジェクタが公知であると分かった。ノズルニードルと連結された制御ピストンは、２重の機能を有する。制御弁を構成する制御ピストンの位置に依存して、差空間に通じるラインは、低圧と接続されるか、低圧の接続を遮断される。遮断位置では、差空間は、２重化された別の接続ラインを介して燃料圧の作用を受ける。
独国特許出願公開第１９９３９４２３号明細書独国特許出願公開第１００６００８９号明細書独国特許出願公開第１０２２９４１３号明細書

本発明の課題は、前記方式の燃料インジェクタの改善を提供することに、特に、少ない費用で制御可能な、確実な作動を保証する圧力変換式燃料インジェクタを提供することにある。

この課題は、請求項１の特徴を有する燃料インジェクタによって解決される。

本発明による燃料インジェクタの有利な発展形及び実施形は、従属請求項に記載されている。

本発明により、インジェクタケースと、インジェクタケース内に長手方向に可動に配設されたノズルニードルと、燃料を内燃機関の燃焼室に噴射可能にする、ノズルニードルによって選択的に開放すべき噴射ノズルと、噴射ノズルを開放するために第１の制御弁によって圧力除去可能な、ノズルニードルと協働し、燃料圧の作用を受ける制御室と、上昇させた圧力で噴射すべき燃料を移送する圧力変換器とを有し、圧力変換器が、制御室と油圧連結され、制御室内の燃料の圧力によって操作される第２の制御弁によって制御可能である、燃料アキュムレータ内に高圧下に予め保持された燃料を、高さの異なった少なくとも２つの噴射圧で内燃機関の燃焼室に噴射するための燃料インジェクタが提供される。本発明によれば、第２の制御弁（８）は、制御ピストン面（８ｂ）に制御室（１２）内を支配する燃料圧の作用を受ける弁体（８ａ）を備えた３方２位置弁として形成されている。

本発明による燃料インジェクタは、有利なことに、燃料を、特に重油を、異なった圧力レベルで、特に燃料の前噴射及び／又は後噴射をするためには燃料アキュムレータ（コモンレール）内に高圧下に予め保持された燃料の圧力で、主噴射をするためには圧力変換器によって生じた高圧で内燃機関の燃焼室に噴射するために適している。

異なった圧力レベルで噴射工程を行なうため、合目的に、制御弁の弁体は、時間的に遅延して制御室内を支配する燃料圧の作用を受ける。このため、特に、主噴射よりも低い圧力レベルでの前噴射及び後噴射と主噴射の開始が可能であるが、これは、圧力変換が時間的に遅延して応答するからである。

本発明の特に有利な実施形によれば、圧力変換器は、噴射ノズルと接続した、小さい横断面を備える第１の移送容積をその前面に備え、大きい横断面を備える第２の作動容積をその背面に備える圧力変換ピストンを有し、作動容積には、上昇させた圧力で圧力変換ピストンにより燃料を移送するために、第２の制御弁を介して選択的に燃料圧を作用可能である。

本発明の他の有利な実施形によれば、圧力変換器は、噴射ノズルと接続した、小さい横断面を備える第１の移送容積をその前面に備え、大きい横断面を備える第２の作動容積をその背面に備えた圧力変換ピストンを有し、圧力変換ピストンの前面に更にある第３の横断面を備える、作動容積と移送容積の差に相当する差容積は、上昇させた圧力で圧力変換ピストンにより燃料を移送するために、第２の制御弁を介して選択的に圧力除去可能である。

合目的に、第２の制御弁（８）は、第２の制御弁（８）から圧力変換ピストン（９）に通じるラインを、リークライン（３）と接続するか、燃料アキュムレータ（１）と接続した燃料ライン（１５）と接続する。

制御ピストン面が、第２の制御弁の応答の遅延時間を決定するオリフィスを有する接続ラインを介して制御室と連結されていることは好ましい。

本発明の有利な実施形によれば、オリフィスに対して平行に、制御室から第２の制御弁の制御ピストン面に向かう流れ方向が流通可能な逆止弁が接続されている。

本発明の有利な実施形によれば、遅延時間内で制御室の圧力除去を行なった場合には、上昇させてない圧力で燃料の前噴射及び／又は後噴射をするために、圧力変換器の有効な制御をしないで噴射ノズルの解放が行なわれ、遅延時間を越えて制御室の圧力除去を行なった場合には、上昇させた圧力で燃料の主噴射をするために、圧力変換器の有効な制御をしてノズルニードルの解放が行なわれる。

本発明による燃料インジェクタの実施例を図面を基にして以下で説明する。

図１には、燃料アキュムレータ１（コモンレール）内に高圧下に予め保持された燃料を噴射するために設けられた燃料インジェクタが図示されている。燃料インジェクタは、部分的にしか図示されてないインジェクタケース１１を有し、このインジェクタケース内に、ノズルニードル６が長手方向に可動に配設されており、このノズルニードルは、その前端に設けられた燃料を噴射するための噴射ノズル７を選択的に解放する。バネ１３によって閉鎖方向に予荷重を受けているノズルニードル６の背面には、供給オリフィス４を介して燃料アキュムレータ１内に高圧下に予め保持された燃料の作用を受け、第１の制御弁２を介して選択的に圧力除去可能な制御室１２が設けられている。燃料アキュムレータ１内に高圧下に予め保持された燃料は、ノズルニードル６の尖端を環状に取り囲むノズル前室１４に、燃料通路１５を介して供給可能である。

更に、燃料インジェクタは、小さい横断面を備える第１の移送容積１６がその前面に設けられ、大きい横断面を備える第２の作動容積１７がその背面に設けられた圧力変換ピストン９を有する圧力変換器１９を有する。圧力変換ピストン９の移送容積１６は、燃料通路１５を介して同様にノズル前室１４と接続されており、燃料通路１５内の移送容積１６の上流には、移送容積１６から上流への燃料の逆流を防止する逆止弁１０がある。更に設けられた第２の制御弁８は、圧力変換ピストン９の背面に設けられた作動容積１７を選択的に燃料通路１５と接続するか、リークライン３を介して圧力除去する３方２位置弁の形態で設けられている。

第２の制御弁８は、制御ライン１２ａを介して制御室１２内を支配する燃料圧の作用を受ける制御ピストン面８ｂが設けられた弁体８ａを有する。制御ピストン面８ｂに作用する制御室１２の燃料圧により、第２の制御弁８の弁体８ａは、高圧下にある燃料を燃料通路１５から圧力変換ピストン９の作動容積１７への流入を遮断し、他方でリークライン３への作動容積１７の接続を解放する、閉鎖した第１の位置に強制される。

制御室１２から弁体８ａの制御ピストン面８ｂに通じる制御ライン１２ａ内にはオリフィス５が配設されており、このオリフィスにより、第１の制御弁２の開閉に応じた制御室１２内の圧力変化に対する第２の制御弁８の時間的な応答特性が決定されている。このオリフィス５に対して平行に逆止弁５ａが接続されており、この逆止弁は、制御室１２から制御ピストン面８ｂに向かう方向が流通可能である。従って、圧力変換器９は、制御室１２内を支配する圧力に応じて第２の制御弁８により制御される。

図２ａ）〜２ｄ）を基にして、本発明による圧力変換式燃料インジェクタの運転時の種々の段階を説明する。

図２ａ）は、第１の制御弁２が電磁制御されていない初期状態を示す。ノズルニードル６は、噴射ノズル７を閉鎖したままであり、第２の制御弁８は、図１に図示した閉鎖位置にあり、この閉鎖位置で、圧力変換ピストン９の作動容積１７は、燃料通路１５内にかかっている燃料圧から遮断され、その代りにリークライン３と接続されている。

図２ｂ）に示した状態で、第１の制御弁２は、電磁制御され、ノズルニードル６の上の制御室１２内の圧力低下を生じさせ、これが噴射ノズル７を開放する。ノズル前室１４内でノズルニードル６の尖端にかかっている燃料は、燃料アキュムレータ１から供給される圧力で内燃機関の燃焼室に噴射される。オリフィス５によって生じた時間的な遅延に基づいて、第２の制御弁８は、未だ操作されないが、これは、第１の制御弁２の開放により制御室１２内に生じた圧力低下が、第２の制御弁８の弁体８ａの制御ピストン面８ｂには未だ作用しないからである。第２の制御弁８で制御室１２内の圧力低下が有効になる前に第１の制御弁２による制御が終了した時に、圧力変換器１９の操作なしで燃料アキュムレータ１の圧力でのみ噴射が行なわれる。このようにして、低い第１の圧力レベルで前噴射及び／又は後噴射が実現可能である。

しかしながら第１の制御弁２が比較的長い時間に亘って通電された場合、図２ｃ）に示した第３の運転状態が有効になる。オリフィス５を介して、制御室１２内で行なわれる圧力低下は、第２の制御弁８の弁体８ａの制御ピストン面８ｂでも有効になるので、弁体８ａの開放運動により、燃料通路１５から圧力変換ピストン９の背面の作動容積１７への接続が行なわれ、この接続は、その前面にある移送容積１６から噴射ノズル７のノズル前室１４への燃料を移送するために圧力変換ピストン９の運動を導く。これにより、噴射中の燃料圧は、これに応じて高められ、移送容積１６から燃料通路１５への燃料の逆流が逆止弁１０により防止される。圧力変換ピストン９の運動時には、作動容積１７と移送容積１６の横断面の差に相当する差容積１８内にある燃料がリークライン３に流れる。

噴射工程の終了時（図２ｄ）参照）には、通電の終了により第１の制御弁２が閉鎖され、これにより、供給オリフィス４を介して燃料通路１５から燃料が再び流れることにより制御室１２の圧力の再上昇が生じる。制御室１２内の燃料圧のこの上昇は、制御ライン１２ａ内にあるオリフィス５を介して、短時間の後、第２の制御弁８の弁体８ａの制御ピストン面８ｂに伝播するので、第２の制御弁が閉鎖され、圧力変換ピストン９の作動容積１７が燃料通路１５から切り離される。同時に、第２の制御弁８がリークライン３への作動容積１７の排出路を開放し、これにより、圧力変換ピストン９がその初期位置に戻される。ノズル前室１４内で行なわれる圧力低下は、ノズルニードル６の閉鎖を生じさせ、これにより、噴射工程の終了を生じさせる。

図３ａ）〜３ｆ）は、図２ａ）〜２ｄ）を基にして説明した噴射工程の段階中の、燃料インジェクタの種々の圧力とピストン運動及び噴射率の時間推移を示す。

図３ａ）には、時間的に一定の燃料インジェクタ１内の圧力が、即ち、コモンレールの圧力が図示されている。

図３ｂ）は、ノズルニードル６の背面の制御室１２内の圧力を示す。

図３ｃ）は、第２の制御弁８の弁体８ａの制御ピストン面８ｂでの圧力を示す。

図３ｄ）は、圧力変換ピストン９の運動を示す。

図３ｅ）は、噴射ノズル７の前のノズル前室１４内の圧力を示す。

図３ｆ）は、最後に、噴射ノズル７から内燃機関の燃焼室に噴射された燃料の噴射率の推移を示す。

明らかなように、噴射工程の初期時の第１の制御弁２の短時間の制御は、内燃機関の燃焼室への燃料の短時間の前噴射と関連した（図３ｆ）参照）、制御室１２内の圧力の短時間の低下を生じさせる（図３ｂ）参照）。

次に第１の制御弁２の制御が長時間行なわれた場合、長時間の間制御室１２内の圧力が低下する（図３ｂ）参照）が、この圧力低下は、オリフィス５を介して第２の制御弁８に伝わり（図３ｃ）参照）、これにより、上昇させた圧力で燃料を移送するために（図３ｅ）参照）、圧力変換ピストン９の運動が生じる（図３ｄ）参照）。これにより、図３ｆ）に図示した高い噴射率の主噴射が得られる。

第１の制御弁２の通電を遮断した後、ノズルニードル６は、その閉鎖状態に戻り、圧力変換ピストン９は、その初期位置に戻る。

次に第１の制御弁２の通電が更に短時間行なわれた場合、低圧での再噴射が、即ち前記前噴射が行なわれる。

図３を基にして説明した模範的な時間推移とは違い、噴射工程は、当然他の方法でも制御することができる。

本発明の実施例による圧力変換式燃料インジェクタの概略図を示す。運転時状態の違う、本発明の実施例による圧力変換式燃料インジェクタの油圧スケジュールを示す。運転時状態の違う、本発明の実施例による圧力変換式燃料インジェクタの油圧スケジュールを示す。運転時状態の違う、本発明の実施例による圧力変換式燃料インジェクタの油圧スケジュールを示す。運転時状態の違う、本発明の実施例による圧力変換式燃料インジェクタの油圧スケジュールを示す。３ａ）〜３ｆ）で、本発明の実施例による圧力変換式燃料インジェクタの圧力、ピストン運動及び噴射率の時間推移グラフを示す。

符号の説明

１燃料アキュムレータ
２第１の制御弁（コモンレール）
３リークライン
４供給オリフィス
５オリフィス
５ａ逆止弁
６ノズルニードル
７噴射ノズル
８第２の制御弁
８ａ弁体
８ｂ制御ピストン面
９圧力変換ピストン
１０逆止弁
１１インジェクタケース
１２制御室
１２ａ制御ライン
１３バネ
１４ノズル前室
１５燃料通路
１６移送容積
１７作動容積
１８差容積
１９圧力変換器

Claims

インジェクタケース（１１）と、インジェクタケース（１１）内に長手方向に可動に配設されたノズルニードル（６）と、燃料を内燃機関の燃焼室に噴射可能にする、ノズルニードル（６）によって選択的に開放すべき噴射ノズル（７）と、噴射ノズル（７）を開放するために第１の制御弁（２）によって圧力除去可能な、ノズルニードル（６）と協働し、燃料圧の作用を受ける制御室（１２）と、上昇させた圧力で噴射すべき燃料を移送するための圧力変換器（１９）とを有し、圧力変換器（１９）が、制御室（１２）と油圧連結され、制御室（１２）内の燃料の圧力によって操作される第２の制御弁（８）によって制御可能である、燃料アキュムレータ（１）内に高圧下に予め保持された燃料を、高さの異なった少なくとも２つの噴射圧で内燃機関の燃焼室に噴射するための燃料インジェクタにおいて、
第２の制御弁（８）が、制御ピストン面（８ｂ）に制御室（１２）内を支配する燃料圧を作用可能な弁体（８ａ）を備えた３方２位置弁として形成されていることを特徴とする燃料インジェクタ。
弁体（８ａ）には、時間的に遅延して制御室（１２）内を支配する燃料圧を作用可能であることを特徴とする請求項１に記載の燃料インジェクタ。
圧力変換器（１９）が、噴射ノズル（７）と接続した、小さい横断面を備える第１の移送容積（１６）をその前面に備え、大きい横断面を備える第２の作動容積（１７）をその背面に備える圧力変換ピストン（９）を有し、作動容積（１７）には、上昇させた圧力で圧力変換ピストン（９）により燃料を移送するために、第２の制御弁（８）を介して燃料圧を作用可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料インジェクタ。
圧力変換器（１９）が、噴射ノズル（７）と接続した、小さい横断面を備える第１の移送容積（１６）をその前面に備え、大きい横断面を備える第２の作動容積（１７）をその背面に備えた圧力変換ピストン（９）を有し、圧力変換ピストン（９）の前面に更にある第３の横断面を備える、作動容積（１７）と移送容積（１６）の差に相当する差容積（１８）は、上昇させた圧力で圧力変換ピストン（９）により燃料を移送するために、第２の制御弁（８）を介して圧力除去可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料インジェクタ。
第２の制御弁（８）が、第２の制御弁（８）から圧力変換ピストン（９）に通じるラインを、リークライン（３）と接続するか、燃料アキュムレータ（１）と接続した燃料ライン（１５）と接続することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料インジェクタ。
制御ピストン面（８ｂ）が、第２の制御弁（８）の応答の遅延時間を決定するオリフィス（５）を有する接続ラインを介して制御室（１２）と連結されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料インジェクタ。
オリフィス（５）に対して平行に、制御室（１２）から第２の制御弁（８）の制御ピストン面（８ｂ）に向かう流れ方向が流通可能な逆止弁（５ａ）が接続されていることを特徴とする請求項６に記載の燃料インジェクタ。
遅延時間内で制御室（１２）の圧力除去を行なった場合には、上昇させてない圧力で燃料の前噴射及び／又は後噴射をするために、圧力変換器（１９）の有効な制御をしないで噴射ノズル（７）の解放が行なわれ、遅延時間を越えて制御室（１２）の圧力除去を行なった場合には、上昇させた圧力で燃料の主噴射をするために、圧力変換器（９）の有効な制御をしてノズルニードル（６）の解放が行なわれることを特徴とする請求項６又は７に記載の燃料インジェクタ。