(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁ケーシング（４７，５３）内に摺動可能に設けられたノズルニードル（１５）を備え、このノズルニードルが燃料を噴射するために、燃料シリンダに通じる噴射開口（４）を開閉し、かつ反対側で制御室（１７ａ）内に突出し、制御室が制御媒体を含む高圧部分に接続され、かつ通路部分（１９）とこの通路部分を閉鎖可能な制御弁（２０）を介して流出通路（１０）に接続され、他の弁（２５）が設けられ、ノズルニードル（１５）が閉鎖運動を行うときに、前記の他の弁が自動的な開放によって高圧部分と制御室（１７ａ）とを付加的に連通し、それによってノズルニードルの閉鎖速度が高められる、内燃機関のための噴射弁において、他の弁（２５）が弁ケーシング（４７，５３）内でノズルニードル（１５）と相対的に摺動可能に配置された弁体（２６）を備え、この弁体の端面の密封閉鎖面が、弁ケーシング（４７，５３）に形成された弁座（２７）に当接可能であり、この弁座（２７）の隣に室（２８）が形成され、この室が制御媒体の高圧部分に連結され、室の少なくとも一部が弁体（２６）によって形成され、弁体（２６）が弁座（２７）に当接している位置にあるときに、前記室が追加室（１７ｂ）から分離され、弁体（２６）が開放位置にあるとき、前記室が追加室（１７ｂ）に接続され、追加室（１７ｂ）が制御弁（２０）を介して流出通路（１０）に接続されていることを特徴とする噴射弁。
【請求項２】
他の弁（２５）の弁体（２６）が円筒状に形成され、室（２８）が弁体（２６）の少なくとも一部を取り囲んでいることを特徴とする請求項１の噴射弁。
【請求項３】
他の弁（２５）の弁体（２６）の端面側の密封閉鎖面が環状縁部として形成され、弁座（２７）が円錐形に、円筒形にまたは平らな面として形成されていることを特徴とする請求項２の噴射弁。
【請求項４】
他の弁（２５）の弁体（２６）が弁ケーシング（４７，５３）内で側方をシールされてノズルニードル（１５）に対して同軸に案内され、ノズルニードル（１５）寄りの端面が、制御室（１７ａ）内に突出し、弁体（２６）が、高圧部分に接続された第１の絞り孔（２１）と、制御室（１７ａ）に接続された貫通する第２の絞り孔（２３）とを有することを特徴とする請求項２または３の噴射弁。
【請求項５】
他の弁（２５）の弁体（２６）が閉鎖位置にあるノズルニードル（１５）から離れており、この弁体とノズルニードルの間にこれらを離すように押圧する圧縮ばね（９６）が設けられ、制御弁（２０）の開放、ひいては制御室（１７ａ）内の圧力低下によって生じるノズルニードル（１５）の開放位置で、このノズルニードル（１５）が弁体（２６）の下側端面（１６）に当接していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つの噴射弁。
【請求項６】
制御弁（２０）の閉鎖後すぐに、横方向の絞り孔（２１）によって先ず最初に追加室（１７ｂ）内で圧力が上昇し、その結果弁体（２６）がノズルニードル（１５）の方へ移動し、それによって弁座（２７）の開放が行われ、従って追加室（１７ｂ）への高圧の制御媒体の付加的な流入が行われ、それによってノズルニードル（１５）が弁体（２６）によって速い速度で閉鎖位置にもたらされることを特徴とする請求項４または５記載の噴射弁。
【請求項７】
弁体（２６；２６ｂ）がその狭い密封閉鎖面の範囲において、制御室（１７ａ）内に突出するノズルニードル（１５）の範囲よりも大きな直径を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つの噴射弁。
【請求項８】
制御弁（２０）の制御弁体（３８）によって閉鎖可能な弁ケーシング（４７）内の通路部分（１９）が、後続の流出通路に案内され、この制御弁体（３８）が通路部分（１９）に連通する孔（６０′）を備え、この孔が制御弁体（３８）の内部で、制御弁体の閉鎖方向に作用する閉鎖力を発生するために広げられ、かつ制御弁体（３８）内を縦方向に移動可能なピン（６０）によって画成され、このピンがその上側の端部で制御弁体（３８）とは独立して支持されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つの噴射弁。
【請求項９】
制御弁（２０）が電磁弁（２２７）として形成され、弁座（５７）と反対側で制御弁体（３８）に磁気アーマチュア（６２）が固定され、電磁弁（２２７）の磁石鉄心を作用させるときに磁気アーマチュアが磁石鉄心に対して残余隙間を維持し、この残余隙間が制御弁体（３８）と磁石鉄心（２２）の間のピン（６０）の部分長さによって設定されていることを特徴とする請求項８の噴射弁。
【請求項１０】
磁石鉄心（２２）の平らな下側端面と磁気アーマチュア（６２）の上側端面との間に、残余隙間を決定する非磁性のシートディスク（６１）が設けられ、電磁弁（２２７）を作用させたときにもピン（６０）が制御弁体（３８）寄りに遊びを有することを特徴とする請求項９の噴射弁。
【請求項１１】
制御弁体（３８）が弁ケーシング（４７，５３）内で保持された、ほぼ三角形の一つまたは複数のばねセグメントからなるばね要素（５８）によって閉鎖方向に押圧されていることを特徴とする請求項８の噴射弁。
【請求項１２】
ばね要素（５８，２５８，３５８）の内側の尖端が制御弁体（３８）に作用し、ばね要素が十字状にまたは側方の支持薄板（３５８′）を有する板ばねとしてまたは半径方向のスリット（２５８′）を有する皿のように形成されていることを特徴とする請求項１１の噴射弁。
【請求項１３】
弁ケーシング（４７，５３）内に形成された、環状室（２８）に通じる通路が、絞り孔（２１）の閉塞を防止するために、複数のノズル開口（９３）または微細な網目のフィルター（９４）を備えていることを特徴とする請求項１１の噴射弁。
【請求項１４】
ノズル開口（９３）が高圧部分から制御室内に案内された絞り孔（２１）で構成されていることを特徴とする請求項１３の噴射弁。
【請求項１５】
弁体（２６ａ）がほぼ中空円筒状に形成され、その中をノズルニードル（１５）が延び、更に制御室（１７ａ）が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つの噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、弁ケーシング内に摺動可能に設けられたノズルニードルを備え、このノズルニードルが燃料を噴射するために、燃料シリンダに通じる噴射開口を開閉し、かつ反対側で制御室内に突出し、制御室が制御媒体を含む高圧部分に接続され、かつ通路部分とこの通路部分を閉鎖可能な制御弁を介して流出通路に接続され、他の弁が設けられ、ノズルニードルが閉鎖運動を行うときに、前記他の弁が自動的な開放によって高圧部分と制御室とを付加的に連通し、それによってノズルニードルの閉鎖速度が高められる、特にディーゼルエンジンとして設けられた内燃機関のための噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヨーロッパ特許出願公開第０４２６２０５号明細書記載のこの種の噴射弁の場合には、ノズルニードルの上端が突出する制御室が、絞り孔を介して高圧部分に接続され、かつ孔とこの孔を閉鎖する弁体を介して流出通路に接続されている。電磁弁として形成された制御弁の開放時に、制御室内の圧力が降下し、噴射開口寄りのノズルニードルに下側に高圧で作用する燃料に基づいてノズルニードルが開放する。ノズルニードルは他の弁体によって形成された上側のストッパーまで移動する。その際、この弁体はノズルニードルと同軸に配置され、その上側の端面が制御媒体の高圧部分によって付勢され、しかもそれに対してほぼ垂直方向に設けられた二つ以上の孔によって形成された横断面積で付勢される。それによって、電磁弁の閉鎖後すぐに、高圧接続部と制御室の間の付加的な接続が行われる。というのは孔内に作用する高圧が弁体をノズルニードルに押しつけ、ノズルニードルの閉鎖速度を高めるからである。この場合、この弁体の前記の平らな端面が、製作誤差または摩耗現象を有するときにこの弁の機能に悪影響を与えるという欠点がある。例えば、しばしば発生する高圧部分の圧力変動が弁の不意の閉鎖を引き起こす危険がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ノズルニードルの最適な閉鎖速度が達成され、長い運転期間の後でも噴射弁によって申し分のない確実な機能が保証され、噴射弁が簡単にかつ製作誤差に対する要求を厳しくしないで製作可能であるように、冒頭に述べた種類の噴射弁を改良することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明に従い、他の弁が弁ケーシング内でノズルニードルと相対的に摺動可能に配置された弁体を備え、この弁体の端面の密封閉鎖面が、弁ケーシングに形成された弁座に当接可能であり、この弁座の隣に室が形成され、この室が制御媒体の高圧部分に連結され、室の少なくとも一部が弁体によって形成され、弁体が弁座に当接している位置にあるときに、前記室が追加室から分離され、弁体が開放位置にあるとき、前記室が追加室に接続され、追加室が制御弁を介して流出通路に接続されていることによって解決される。
【０００５】
噴射弁を本発明に従ってこのように形成することにより、公知の弁に対して、噴射過程および永久的な機能発揮性に関して大幅が改善がなされ、同時に噴射弁の製作コストが低減される。というのは、環状の弁座が、一般的に燃料として使用される制御媒体内の汚染粒子の発生時に１００パーセント閉じないという危険にさらされることが少なくなり、そして本発明による解決策によって、制御媒体の迅速な全量供給が理想的に行われるからである。制御媒体の圧力の脈動は弁の不所望な開放を生じない。なぜなら、公知の解決策と異なり、圧力が弁体の外周面に作用し、弁体の摺動方向に作用しないからである。それによって、結果的に排気エミッションが持続的に減少し、この噴射弁の制御の制御のために、非常に有利に作用する噴射弁の迅速な応答が得られる。
【０００６】
有利な実施形の場合には、制御弁体内に、その端面側の弁座から出発し通路部分に連結する孔が設けられている。この孔は制御弁体の内部で、制御弁体の閉鎖方向に作用する閉鎖力を発生するために広げられ、かつ制御弁体内で縦方向に移動可能なピンによって画成されている。このピンはその上端部で制御弁とは別に支持されている。それによって、この制御弁体は付加的な力で持続的に閉鎖方向に付勢され、従って不意の開放に対する安全性が高められる。このような危険は特に、許容されない非常に高い圧力の場合に発生する。
【０００７】
【実施例】
次に、図に基づいて本発明と本発明の他の効果を詳しく説明する。
図１は図示していない特にディーゼルエンジンとしての内燃機関のための噴射弁２を示している。噴射弁２は従来の噴射装置に適しているので、この噴射装置については詳細な説明を省略する。噴射弁は実質的に複数の部材からなる弁ケーシング４７，５３と、この弁ケーシング内で縦方向に摺動可能に案内された、一部材または複数の部材からなるノズルニードル１５と、このノズルニードルを操作する、電磁弁２２７として形成された制御弁２０と、高圧下の燃料のための流入通路１３および流出通路１０とを備えている。ノズルニードル１５は下側部分が、流入通路１３から燃料を供給される貯蔵室１４によって取り囲まれ、ディーゼルエンジンの燃料シリンダ内に案内される噴射開口４またはその流入通路を開閉する。ノズルニードルはその中央の範囲が弁ケーシング４７の嵌め合い孔４４内を案内され、上端部が制御室１７ａ内に達し、そこで更に圧縮ばね９７によって補助されて閉鎖方向に押圧されている。制御室１７ａは流入通路１３を介して燃料を含む高圧部分に接続され、かつ通路部分１９とこの通路部分を閉鎖可能な制御弁２０を介して流出通路１０に接続されている。流入通路１３のために、噴射弁２に対して半径方向の接続部材９２が設けられている。この接続部材は弁ケーシング４７を取り囲む接続リング７０と、流入管１３をケーシングに押しつけるナット７２を備えている。
【０００８】
一部だけを示した図２の噴射弁の場合には、このノズルニードル１５の上方に、本発明に従って、他の弁２５が設けられている。この弁は流入通路１３を介して制御媒体の高圧部分に接続された環状室２８と、この環状室の上側端面を閉鎖する環状の弁座２７を備えている。この弁座は開放時に高圧部分と制御室１７ａの間を付加的に接続する。そのために、弁２５はノズルニードル１５に対して同軸に延びる弁体２６を備えている。この弁体は弁ケーシング５３内で側方をシールして案内されている。この円筒状の弁体２６と弁ケーシング５３は共に環状室２８を形成し、弁座２７がこの環状室２８を閉鎖する。その際、弁体２６はノズルニードル１５寄りの端面が制御室１７ａ内に達し、他方の端面が制御弁２０を介して流出通路１０に連通する追加室１７ｂ内に達している。この追加室は弁体２６を貫通する絞り孔２３を介して制御室１７ａに接続され、この追加室の端部の外周側が弁座２７によって画成されている。弁座は次のように形成されている。すなわち、弁体２６の上側の斜めの環状縁部が閉鎖状態で、ケーシング孔内の対応する環状面に密封接触し、環状室２８が弁体２６の少なくとも上側範囲を取り囲むように形成されている。円錐状に形成されたこの弁座は円筒形であってもよいし、平らな面として形成してもよい。更に、弁体２６は流入通路１３を制御室１７ａに接続する横方向の絞り孔２１を備えている。この絞り孔によって、高圧部分からこの制御室への制御媒体連通が永久的に行われる。
【０００９】
弁体２６は閉鎖位置で、その下にあるノズルニードル１５に対して所定の間隔を有し、更に、この弁体とノズルニードルの間に、それらを離隔するよう押圧する圧縮ばね９６が設けられている。一方、制御弁２０の開放、それと関連する制御室１７ａ内の圧力降下によって生じるノズルニードル１５の開放位置においては、このノズルニードル１５は弁体２６の下側端面１６に当接する。制御弁２０の閉鎖後すぐに、横方向の絞り孔２１を介して先ず最初に追加室１７ｂ内の圧力が上昇する。その結果、弁体２６はノズルニードル１５の方へ移動し、それによって弁座２７が自動的に開放する。この開放によって、高圧部分と制御室１７ａが連通し、高圧下の制御媒体が制御室１７ａ内に付加的に流入し、それによってノズルニードル１５が弁体２６によって速い速度で閉鎖位置にもたらされる。ノズルニードルが閉鎖位置に達した後で、弁体２６は制御室１７ａ内の圧力上昇とばね９６のばね力補助に基づいて再び上方へ移動して戻り、しかもその上側の環状縁部がケーシング孔に接するまで戻り、それによって弁座２７が再び閉鎖位置に達する。
【００１０】
弁座２７を形成する弁体２６の上側の環状縁部は好ましくは、弁ケーシング５３にシールされている下側範囲と同じような直径または少しだけ小さな直径を有する。それによって、この弁体２６の切換に対する供給圧力の変動の影響が実質的に除去される。
【００１１】
更に、制御弁体３８は弁ケーシング５３内に保持されたほぼ皿状のばね要素５８によって閉鎖方向に押圧されている。このばね要素は三角形のばねセグメントからなっている。ばねセグメントはその内側の尖端が制御弁体に作用している。
【００１２】
図３に示した弁体２６ａは中空円筒形に形成され、その中をノズルニードル１５が延びている。これにより、ノズルニードルの直径と比較して、弁体の横断面の直径を大きくすることができ、制御室１７ａの容積を小さくすることができる。なぜなら、圧縮ばね９６が弁体２６ａの外側に設けられているからである。更に、永久的な絞り孔２１ａが追加室１７ｂに案内されている。その他については、この噴射弁２は図１の噴射弁と同様に形成される。従って、その他の構造はもはや詳しく説明しない。
【００１３】
電磁弁２２７として形成された制御弁２０は制御弁体３８を備えている。この制御弁体は下方の端面側の弁座５７によって、垂直で次に水平な流出通路１０に移行する弁ケーシング４７内の通路部分１９を開閉する。この制御弁体３８は通路部分１９に連通する孔６０′を備えている。この孔は制御弁体３８の内部でその閉鎖方向に作用する閉鎖力を発生するために広げられている。そのために、この孔６０′は上側が、制御弁体３８内で同軸に縦方向移動可能に設けられたピン６０によって画成されている。このピンはその上端部で、本実施例では磁石鉄心２２内に設けられた充分な硬度を有するピンの下側端面で、制御弁体３８とは無関係に支持されている。更に、制御弁体３８には、弁座５７と反対側において、磁気アーマチュア（磁石コイル）６２が固定されている。この磁気アーマチュアは弁２０の開放位置でも電磁弁の磁石鉄心２２に対して残余隙間を形成する。この残余隙間はピン６０と磁石鉄心２２の間に設けられている。この残余隙間は特に、スイッチを切るときに電磁弁の迅速な応答を生じる。これは内燃機関の排気エミッションと効率に対して間接的に良好に作用する。従って、磁石鉄心２２の平らな下側端面と磁気アーマチュア６２の上側端面の間には、残余隙間を決定する非磁性の、場合によっては多孔性のシートディスク（フィルム円板）６１が設けられている。この場合、電磁弁２２７が作用する場合にも、ピン６０は制御弁体３８寄りに端面側の遊びを有する。磁石鉄心２２の下側の平らな端面はシートディスク６１に直接載っている。このシートディスク自体は弁ケーシングの平らな環状面に固定されている。更に、磁気アーマチュア６２には凹部６６が設けられている。アーマチュアが移動するときに、この凹部によって、アーマチュアを取り囲む燃料の迂回が可能である。凹部６６の横断面積を適当に選択することにより、往復運動する制御弁体３８を緩衝することができる。
【００１４】
噴射弁２の他の変形実施例を示す図４では、弁ケーシング４７内に形成され環状室２８に通じる通路が、複数のノズル開口９３または微細網目のフィルター９４によって形成されている。二つのフィルターインサートが示してあるが、実際には１個でもよいし異なる数でもよい。しかし、両方共一緒ではない。更に、環状室２８を形成する範囲における、円筒状の弁体２６の直径は、弁ケーシング４７の円筒部分内を案内される下側範囲よりも幾分小さくなっている。それによって、弁ケーシング４７の円筒部分内の孔は、直径を変えないで製作可能である。
【００１５】
図５の噴射弁２の場合には、弁体２６ｂの他の変形実施例が示してある。この場合、横方向の絞り孔２１ｂが環状室２８の下方に設けられ、その間の狭い環状隙間が或る程度のろ過作用を生じる。弁体２６ｂはその狭い密封閉鎖面の範囲において、制御室１７ａ内に突出するノズルニードル１５の範囲よりも大きな直径を有していてもよい。
【００１６】
その際、個々のノズル開口９３またはフィルター９４の網目の横断面あるいは前記の狭い環状隙間の隙間寸法は、流通部を決定する絞り２１の直径よりも小さい。それによって、粒子が絞り２１を閉塞する前に、粒子が捕集される。大きなエンジンのための噴射弁２の場合には、絞り弁２１を複数の小さな横断面に分割すると有利である。個々の横断面の閉塞は機能に悪影響を与えるが、既存の噴射弁の場合に発生し得るような内燃機関の破壊を生じることはない。
【００１７】
図６〜９にはばね要素のいろいろな変形実施例が示してある。このばね要素は図６ではそれぞれ、外周でスペーサリング９０によって弁ケーシング４７に固定され、このばね要素を通って制御弁体３８が延びている。制御弁体はそれぞれのばね要素によって磁石鉄心２２から閉鎖方向へ離れるように押圧される。ばね要素（弾性要素）５８，３５８，２５８は十字状に形成してもよいし、側方の支持板３５８′を備えた板ばね３５８として形成してもよいし、半径方向のスリット２５８′を有するよう皿状に形成してもよい。この新規なばね要素は支持薄板によって作ることができるので非常に安価に製作可能であり、かつ運転中固有振動の発生を防止する。このばね要素の質量が小さいので、このばね要素によって弁の迅速な応答が可能である。
【００１８】
制御室に流れる制御媒体は通常の場合には燃料である。この燃料は貯蔵室に噴射され、続いて噴射開口を通って燃料シリンダに噴射される。しかし原理的には、制御媒体として別個の液体を使用し、燃料は噴射のためにのみ使用することができる。
【００１９】
弁座２７は上述のように、環状室２８を完全に閉鎖するが、弁座が一つまたは複数の凹部を備え、それによって弁２０が絞り弁として機能するようにしてもよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の噴射弁は、ノズルニードルの最適な閉鎖速度が達成され、長い運転期間の後でも噴射弁によって申し分のない確実な機能が保証され、噴射弁が簡単にかつ製作誤差に対する要求を厳しくしないで製作可能であるという利点がある。更に、公知の噴射弁に対して、噴射過程および永久的な機能発揮性に関して大幅な改善がなされ、同時に噴射弁の製作コストが低減される。更に、制御媒体の圧力の脈動は弁の不所望な開放を生じないので、結果的に排気エミッションが持続的に減少し、この噴射弁の制御の制御のために、非常に有利に作用する噴射弁の迅速な応答が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による噴射弁の縦断面図である。
【図２】  ノズルニードルが開放位置にある、図１の噴射弁の部分図である。
【図３】  噴射弁の変形実施例の部分縦断面図である。
【図４】  噴射弁の変形実施例の部分縦断面図である。
【図５】  噴射弁の変形実施例の部分縦断面図である。
【図６】  噴射弁の制御弁の縦断面図である。
【図７】  制御弁の弾性要素の平面図である。
【図８】  制御弁の弾性要素の平面図である。
【図９】  制御弁の弾性要素の平面図である。
【符号の説明】
４                噴射開口
１０              流出通路
１５              ノズルニードル
１６              端面
１７ａ            制御室
１７ｂ            追加室
１９              通路部分
２０              制御弁
２１              絞り孔
２２              磁石鉄心
２５              弁
２６              弁体
２７              弁座
２８              室
３８              制御弁体
４７              弁ケーシング
５７              弁座
５８，２５８，３５８          ばね要素
６０              ピン
６０′            孔
６１              シートディスク
６２              磁気アーマチュア
９３              ノズル開口
９４              微細な網目のフィルター
９６              圧縮ばね
２２７            電磁弁
２５８′          スリット
３５８′          支持薄板
【図１】
0003707824.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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