JP4971463B2 - 燃料インジェクタ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した燃料インジェクタに関する。

従来技術
直接噴射式のディーゼルエンジン内に燃料を供給するためにストローク制御式の燃料インジェクタを用いることは公知である。これによって、噴射圧を負荷及び回転数に適合させることができる、という利点が得られる。インジェクタの制御は、ピエゾアクチュエータによって直接的に、又はサーボ制御室を介在して行うことができる。

本発明の課題は、請求項１の上位概念部に記載した燃料インジェクタを改良して、安価に製造することができるようにすることである。

この課題は、燃料インジェクタであって、インジェクタハウジングを有しており、該インジェクタハウジングが、開放位置と閉鎖位置との間で可動なノズルニードルと、圧力を有する結合室と、圧力室と燃料高圧接続部とを有しており、前記燃料高圧接続部が、インジェクタハウジング内で中央の燃料高圧源に接続され、インジェクタハウジングの外で圧力室に接続されており、ノズルニードルが開放すると、前記圧力室から、結合室（Kopplungsraum）内の圧力に応じて、高圧で負荷された燃料が内燃機関の燃焼室内に噴射されるようになっており、前記ノズルニードルが、燃焼室から離反した側の端部に制御圧面を有していて、該制御圧面が結合室内の結合室圧力によって負荷されている形式のものにおいて、本発明によれば、前記ノズルニードルの、燃焼室から離反した側の前記端部が、段部介して接続された、直径の異なる２つのガイド区分を有しており、前記段部が低圧で負荷された低圧面として構成されており、ノズルニードルの、燃焼室から離反した側の前記端部が、ノズル体の、燃焼室とは離反した側の高圧室内に位置するダブルガイド体内において前記２つのガイド区分によってガイドされており、前記低圧面が、前記ノズルニードルの、燃焼室に近い方の端部に設けられた燃焼室圧力面よりも小さいことによって、解決された。本発明によるインジェクタは、引っ張り作業段階及び圧縮作業段階で駆動される。これによって、インジェクタを操作するために使用されるアクチュエータ（特にピエゾアクチュエータ）の大きさを、従来のインジェクタと比較して小さすることができる、という利点が得られる。有利な形式でノズルニードル上側に配置され、かつ閉鎖方向とは逆方向に向けられた付加的な低圧面によって、ノズルニードルを開放するために必要な開放力が減少される。本発明によれば、従来技術のインジェクタにおいて発生する大きい開放力が、ノズルニードルの開放段階と閉鎖段階とに分割される。特に有利には、分割比は５０対５０である。さらに、ノズルニードルの開放力が減少されたことによって、液圧式及び機械式の伝達部材の剛性損失は減少される。ノズルニードルはまた、付加的な部材と作用接続することができる。その他の部材は、ノズルニードルと機械的にまたは液圧的に結合される。

燃料インジェクタの有利な実施態様によれば、記低圧面が、前記ノズルニードルの、燃焼室に近い方の端部に設けられた燃焼室圧力面よりも小さいことを特徴としている。燃焼室圧力面は、ノズルニードルの、燃焼室に近い方の端部に設けられたシール座部によって規定される。燃焼室に対面し、かつシール座部によって仕切られた、ノズルニードルにおける圧力面は、燃焼圧面と称呼される。

燃料インジェクタの別の有利な実施態様によれば、前記低圧面が、燃焼室ばね面のほぼ半分の大きさを有している。これによって、インジェクタを操作するために使用されるアクチュエータ（特にピエゾアクチュエータ）の作業能力は、最適に利用し尽くされ、必要なアクチュエータの大きさはほぼ半分にされる。

燃料インジェクタの別の有利な実施態様によれば、前記ノズルニードルが、燃焼室から離反した側の端部で、低圧面を形成する段部を有している。ノズルニードルの、燃焼室から離反した側の端部は、有利な形式で、真っ直ぐな円筒形の形状を有しており、この円筒形に段部が形成されている。段部は、横断面で見て１段の形を有している。

燃料インジェクタの別の有利な実施態様によれば、前記段部が、燃焼室から離れる方向に延在する第１のガイド区分と、燃焼室に向かって延在する第２のガイド区分との間に設けられている。２つのガイド区分は、ノズルニードルのための２重ガイドを形成している。ノズルニードルは、その燃焼室に近い方の端部とダブルガイドとの間で別のガイ区分を有しており、この別のガイド区分によって、ノズルニードルはインジェクタハウジング内でガイドされている。

燃料インジェクタの別の有利な実施態様によれば、２つのガイド区分を備えた前記ノズルニードルの、燃焼室から離反した側の前記端部が、前記ガイド区分に対して相補的に構成されたダブルガイド体内でガイドされている。ダブルガイド対は、堅固に、有利にはインジェクタハウジングの一部、例えば中間プレートと一体的に結合されている。

燃料インジェクタの別の有利な実施態様によれば、前記ダブルガイド体が段部を有していて、該段部の領域内に低圧通路が開口している。低圧通路は、低圧源例えば燃料タンクに接続されている。低圧通路を介して、低圧面は、低圧例えば周囲圧力で負荷される。

燃料インジェクタの別の有利な実施態様によれば、前記ダブルガイド体がスリーブ状に構成されていて、高圧室内に配置されている。ダブルガイド体が外部から高圧で負荷されることによって、簡単な形式で、高いシステム圧によってガイドが不都合に拡げられることは避けられる。従って、損失量は僅かである。

燃料インジェクタの別の有利な実施例によれば、前記結合室が、半径方向でダブルガイド体によって仕切られていて、軸方向で燃焼室に向かって前記ノズルニードルによって仕切られている。結合室は、燃焼室から離反する軸方向で結合ピストンによって仕切られており、この結合ピストンは、アクチュエータ（特にピエゾアクチュエータ）に接続されている。

燃料インジェクタの別の有利な実施態様によれば、前記結合室が複数の部分結合室に分割されていて、これらの部分結合室が絞りを介して互いに接続されている。これによって、インジェクタの振動特性は最適化される。しかも、ニードル開放速度は、絞りによって調節される。

本発明による燃料インジェクタの概略的な縦断面図である。 燃料インジェクタのアクチュエータの作業線が概略的に示されている、力とストロークとの関係を示す線図である。

実施例の説明
図１には、インジェクタハウジング１を備えた燃料インジェクタの縦断面図が示されている。インジェクタハウジング１はノズル体２を有しており、このノズル体２は、その下側の自由端部が、燃料を供給しようとする内燃機関の燃焼室内に突入する。ノズル体２は、燃焼室から離反した側の上端部が、（図示していない）緊締ナットによって、中間体３及びインジェクタボディ４に向かって軸方向に緊締されている。インジェクタボディ４は、ほぼ円筒形周壁状のスリーブの形を有しており、このスリーブの一方の端面側は中間体３によって閉鎖され、他方の端面側がインジェクタヘッド５によって閉鎖されている。

ノズル体２には、軸方向のガイド孔６が開けられており、このガイド孔６内でノズルニードル８が軸方向しゅう動可能にガイドされている。ノズルニードル８の先端９には、シールエッジ１０が形成されており、このシールエッジ１０は、シール座部若しくはシール面１１と協働し、これによって、２つの噴射孔１３，１４をノズルニードル８の位置に応じて所望に開放又は閉鎖するようになっている。ノズルニードル８の先端９のシールエッジ１０が、そのシール座部から持ち上がると、高圧で負荷される燃料が、噴射孔１３及び１４を通って、内燃機関の燃焼室内に噴射される。

ノズルニードル８は、その先端９から延在するノズル室区分１５と、このノズル室区分１５に続く、円錐台形に広がった区分１６とを有している。この円錐台形に広がった区分１６は加圧ショルダとも称呼される。加圧ショルダは、ノズルニードル８とノズル体２との間に形成された圧力室１７内に配置されている。加圧ショルダ１６に続いてガイド区分１８が設けられており、このガイド区分１８は、ガイド孔６内で往復運動可能にガイドされている。ガイド区分１８に設けられた扁平部１９，２０によって、圧力室１７とノズルばね室２２との間の流体接続が得られる。

ノズルばね室２２は、中間体３内に形成された接続通路２４を介して、アクチュエータ室２５に接続され、このアクチュエータ室２５は、流入通路又は流入管路２６を介して燃料高圧源２８に接続されている。この燃料高圧源２８はコモンレールとも称呼されている。燃料インジェクタは、結合ピストン３２を備えたピエゾアクチュエータ３０によって操作され、このピエゾアクチュエータ３０の、燃焼室に近い方向の端面は、軸方向で部分結合室３４を仕切っている。部分結合室３４は、半径方向でシールスリーブ３５によって仕切られている。このシールスリーブ３５は、結合ピストン３２に沿ってガイドされていて、結合ピストン３２のつば３７で支えられた圧縮コイルばね３６によってプリロード（予備荷重）をかけられている。部分結合室３４は、絞り３９を備えた接続通路３８を介して別の部分結合室４０に接続されている。

ノズルニードル８のガイド区分１８は、燃焼室から離反した側がつば４４によって区切られており、このつば４４から、ノズルニードル８の燃焼室から離反した側の端部４５が延在している。ノズルニードル８の、燃焼室から離反した側の端部４５は、第１のガイド区分４６と第２のガイド区分４７とを有している。第１のガイド区分４６は、前記つば４４から延在する第２のガイド区分４７よりも小さい外径を有している。２つのガイド区分４６及び４７は、段部５０によって互いに結合されている。この段部５０は低圧面を有しており、従ってこの低圧面も符号５０で示されている。

ノズルニードル８の、燃焼室から離反した側の端部４５は、そのガイド区分４６及び４７で以てダブルガイド体５５内でガイドされており、このダブルガイド体５５は、中間プレートとも称呼される中間体３に結合されている。中間体３及びダブルガイド体５５内に、圧力接続通路５２が形成されており、この圧力接続通路５２は段部５０の領域が、燃焼室から離反した側の端部４５とダブルガイド体５５との間に形成された環状室内に開口している。矢印５３によって、低圧接続通路５２が低圧源（例えば燃料タンク）に接続されていることが示されている。ダブルガイド体５５は、中間体３から燃焼室に向かって延在するスリーブの形状を有している。ダブルガイド体５５の、燃焼室に近い方の端面とつば４４との間に、ノズルばね６０が緊締されている。ノズルばね６０は、ダブルガイド体５５と同様に、高圧室２２内に配置されている。従って高圧室２２はノズルばね室とも称呼される。

ノズルニードル８は、ノズル体２の軸部内に形成されたガイド区分１８によって、並びに燃焼室から離反した側の端部に設けられたダブルノズル体５５のガイド区分４６，４７によってガイドされている。低圧面５０の配置構成は、ノズルニードル８の先端９におけるニードル座部に従っていて、低圧面５０は、ニードル座部の下側における燃焼室圧力面６２の一部としての機能を有している。

燃料インジェクタの非作業位置で、部分結合室３４及び４０内に高圧（レール圧とも称呼される）が支配している。高圧は、ノズルニードル８の、燃焼室から離反した側の端面に作用する。この端面は、制御圧面６１とも称呼される。ノズルニードル８はその制御面６１が高圧で負荷されている場合、閉じられている。ピエゾアクチュエータ３０は、燃料インジェクタの非作業状態で荷電されて、長手方向で最大長さに伸張されている。燃料インジェクタを制御するために、ピエゾアクチュエータ３０は放電され、この際に収縮する。部分結合室３４及び４０内の圧力は低下し、ノズルニードルは開放する。つまりノズルニードルはそのノズルニードル座部から持ち上がる。有利な形式で、ストロークを制限するためにニードルストッパが設けられている。

低圧で負荷された段部５０（圧力段部とも称呼される）によって、ニードル開放のために必要な切換力が減少、有利には半減される。これによって、ニードル開放のために必要な力をもたらすために、ピエゾアクチュエータ３０が、従来のアクチュエータと比較して約半分の横断面を有していればよい、という利点が得られる。選択的に、より高い、例えば２倍の距離伝達比（Weguebersetzung）、及びより短いアクチュエータを用いることができる。従来の燃料インジェクタとは異なり、ノズルニードル８は開放状態では圧力補償されず、開放方向に作用する力によって負荷されている。この力は、ニードル閉鎖のために、ピエゾアクチュエータ３０によってもたらす必要がある。ピエゾアクチュエータ３０は、１作業サイクル内で同じ引っ張り力及び押圧力をもたらすことができる。本発明によるインジェクタの構成によって、アクチュエータの作業能力を最適に利用することができる。

図２には、力ＫとストロークＨとの関係を示すデカルト座標（平行座標）が示されている。円７１によって、インジェクタの非作業位置が示されており、この円７１内でアクチュエータはその最大ストロークを有している。符号７２で、インジェクタの第２の位置又は開放位置が示されており、この開放位置においてアクチュエータはその最小ストロークを有している。破線で示した四角形７４によって、図１に示した燃料インジェクタのアクチュエータ２０の作業線が概略的に示されている。三角形７６によって、本発明による燃料インジェクタの拡大された作業領域が示されている。

Claims (13)

1. 燃料インジェクタであって、インジェクタハウジング（１）を有しており、該インジェクタハウジング（１）が、開放位置と閉鎖位置との間で可動なノズルニードル（８）と、結合室圧力を有する結合室と、圧力室（１７）と燃料高圧接続部とを有しており、該燃料高圧接続部が、インジェクタハウジング（１）の外で中央の燃料高圧源（２８）に接続され、インジェクタハウジング（１）内で圧力室（１７）に接続されており、ノズルニードル（８）が開放すると、前記圧力室（１７）から、結合室内の圧力に応じて、高圧で負荷された燃料が内燃機関の燃焼室内に噴射されるようになっており、前記ノズルニードル（８）が、燃焼室から離反した側の端部（４５）に制御圧面（６１）を有していて、該制御圧面（６１）が前記結合室内の結合室圧力によって負荷されている形式のものにおいて、
   前記ノズルニードル（８）の、燃焼室から離反した側の前記端部（４５）が、段部（５０）介して接続された、直径の異なる２つのガイド区分（４６，４７）を有しており、
   前記段部（５０）が低圧で負荷された低圧面（５０）として構成されており、
   ノズルニードル（８）の、燃焼室から離反した側の前記端部（４５）が、ノズル体（２）の、燃焼室とは離反した側の高圧室（２２）内に位置するダブルガイド体（５５）内において前記２つのガイド区分（４６，４７）によってガイドされており、前記低圧面（５０）が、前記ノズルニードルの、燃焼室に近い方の端部に設けられた燃焼室圧力面（６２）よりも小さいことを特徴とする、燃料インジェクタ。
2. 前記低圧面（５０）が、燃焼室圧力面（６２）のほぼ半分の大きさを有している、請求項１記載の燃料インジェクタ。
3. 前記２つのガイド区分が、燃焼室から離れる方向に延在する第１のガイド区分（４６）と、燃焼室に向かって延在する第２のガイド区分（４７）とから成っており、前記段部（５０）が前記第１のガイド区分（４６）と前記第２のガイド区分（４７）との間に設けられている、請求項１記載の燃料インジェクタ。
4. 前記２つのガイド区分が、燃焼室から離れる方向に延在する第１のガイド区分（４６）と、燃焼室に向かって延在する第２のガイド区分（４７）とから成っており、前記段部（５０）が前記第１のガイド区分（４６）と前記第２のガイド区分（４７）との間に設けられている、請求項２記載の燃料インジェクタ。
5. 前記ダブルガイド体（５５）が、前記２つのガイド区分（４６，４７）に対して相補的に合致する形状に構成されている、請求項１記載の燃料インジェクタ。
6. 前記ダブルガイド体（５５）が、前記２つのガイド区分（４６，４７）に対して相補的に合致する形状に構成されている、請求項２記載の燃料インジェクタ。
7. 前記ダブルガイド体（５５）が段部を有していて、該段部の領域内に低圧通路（５２）が開口している、請求項５記載の燃料インジェクタ。
8. 前記ダブルガイド体（５５）がスリーブ状に構成されていて、高圧室（２２）内に配置されている、請求項５記載の燃料インジェクタ。
9. 前記結合室が、半径方向でダブルガイド体（５５）によって仕切られていて、軸方向で燃焼室に向かって前記ノズルニードル（８）によって仕切られている、請求項５記載の燃料インジェクタ。
10. 前記結合室が、半径方向でダブルガイド体（５５）によって仕切られていて、軸方向で燃焼室に向かって前記ノズルニードル（８）によって仕切られている、請求項６記載の燃料インジェクタ。
11. 前記結合室が複数の部分結合室（３４，４０）に分割されていて、これらの部分結合室が絞り（３９）を介して互いに接続されている、請求項１記載の燃料インジェクタ。
12. 複数の前記部分結合室（３４，４０）のうちの１つが、ピエゾアクチュエータ（３０）に接続された結合ピストン（３２）によって軸方向で仕切られていて、前記結合ピストン（３２）でガイドされたシールスリーブ（３５）によって半径方向で仕切られており、該シールスリーブ（３５）は、前記結合ピストン（３２）のつば（３７）で支えられた圧縮コイルばね（３６）によって支持されている、請求項１１記載の燃料インジェクタ。
13. 前記結合室は、燃焼室から離反する軸方向で、ピエゾアクチュエータ（３０）に接続された結合ピストン（３２）によって仕切られている、請求項９記載の燃料インジェクタ。

Images