(57)【要約】  燃料を噴射するための燃料噴射システム（１）であって、燃料噴射弁（２）が設けられており、燃料噴射弁（２）が電磁コイル（３）を有しており、該電磁コイル（３）が、戻しばね（４）によって負荷されたアーマチュア（５）と協働するようになっており、該アーマチュア（５）が、弁ニードル（６）と共に軸方向可動の１つの弁部分を形成しており、さらに制御装置（９）が設けられており、該制御装置（９）が、燃料噴射弁（２）のために、第１の保持電流（１２）を有する開放段階（１０）と、該開放段階（１０）の後に開始する、第２の保持電流（１３）を有する閉鎖段階（１１）とを設定している形式の燃料噴射システム（１）において、電磁コイル（３）に流れる第２の保持電流（１３）により形成された磁界が特定の磁力を生ぜしめ、これにより弁ニードル（６）が、ゼロとは異なる規定のストローク（１４）を受けかつ該ストローク（１４）を、規定の時間間隔にわたり一定に維持するように燃料噴射弁（２）の閉鎖段階（１１）の間の電磁コイル（３）内の電流経過が設定されていることを特徴とする、燃料を噴射するための燃料噴射システム。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射システム（１）であって、燃料噴射弁（２）が設けられており、燃料噴射弁（２）が電磁コイル（３）を有しており、該電磁コイル（３）が、戻しばね（４）によって負荷されたアーマチュア（５）と協働するようになっており、該アーマチュア（５）が、弁ニードル（６）と共に軸方向可動の１つの弁部分を形成しており、該弁ニードル（６）に弁閉鎖体（７）が設けられており、該弁閉鎖体（７）が、弁座体（８）と共にシールシートを形成しており、さらに燃料噴射弁（２）を制御するための制御装置（９）が設けられており、燃料噴射弁（２）に接続された該制御装置（９）が、燃料噴射弁（２）のための第１の方法ステップで第１の保持電流（１２）を有する開放段階（１０）を設定しており、第２の方法ステップで前記制御装置（９）が、燃料噴射弁（２）の開放段階（１０）の後に開始する、第２の保持電流（１３）を有する閉鎖段階（１１）を設定している形式の燃料噴射システム（１）によって燃料を意図した通りに的確に噴射するための方法において、燃料噴射弁（２）の閉鎖段階（１１）の間、電磁コイル（３）内の電流経過を、電磁コイル（３）に流れる第２の保持電流（１３）により形成された磁界が特定の磁力を生ぜしめ、これにより弁ニードル（６）が、ゼロとは異なる規定のストローク（１４）を受けかつ該ストローク（１４）を、規定の時間間隔にわたり一定に維持するように設定し、ただし第２の保持電流（１３）により生ぜしめられたストローク（１４）は、第１の保持電流（１２）により生ぜしめられたストローク（１４）よりも小さく形成されていることを特徴とする、燃料噴射システム（１）によって燃料を噴射するための方法。
【請求項２】
制御装置（９）により、燃料噴射弁（２）の開放段階（１０）および閉鎖段階（１１）を、全体として開放段階（１０）のための時間間隔ｔａ（１６）と閉鎖段階（１１）のための時間間隔ｔｓ（１７）との合算により得られる時間間隔ｔｇｅｓ（１５）の間、制御する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１の方法ステップで制御装置（９）により、燃料噴射弁（２）の開放段階（１０）内に、電磁コイル（３）に予磁化電流Ｉｖｍ（１９）が流れる短い時間間隔（１８）を設定する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
第１の方法ステップで制御装置（９）により、電磁コイル（３）に予磁化電流Ｉｖｍ（１９）が流れた後に、時点ｔａｎ（２０）で電磁コイル（３）において電流強度が最大電流Ｉｍａｘ（４４）へ増大することを設定する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
第１の方法ステップで制御装置（９）により、電磁コイル（３）に流れる電流が、最大電流Ｉｍａｘ（４４）から、開放段階（１０）の終了時まで時間的に一定となる第１の保持電流（１２）にまで低下することを設定する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
第２の方法ステップで制御装置（９）により、第１の保持電流（１２）の電流強度よりも小さな第２の保持電流（１３）の電流強度と、燃料噴射弁（２）の閉鎖段階（１１）内での第２の保持電流（１３）の遮断時点ｔｃ（２１）とを設定する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
第３の方法ステップで前記遮断時点ｔｃ（２１）にまで弁ニードル（６）のストローク（１４）をゼロに設定する、請求項４から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
時点ｔａｎ（２０）よりも遅い時点ｔｄ（２２）まで、弁ニードル（６）のストローク（１４）が、開放段階（１０）の終了時まで時間的に一定となる最大ストローク（２３）にまで増大する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
時点ｔａｂ（２４）まで弁ニードル（６）のストローク（１４）が、最大値（２３）の半分の値よりも小さな値にまで低下し、かつ遮断時点ｔｃ（２１）まで時間的に一定のままとなる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第２の方法ステップにより、燃料噴射弁（２）の絞り段階の意図的な延長を設定する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
燃料噴射弁（２）の絞り段階の意図的な延長の間、噴射された燃料噴流（２５）の拡開を行う、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
燃料を噴射するための燃料噴射システム（１）であって、燃料噴射弁（２）が設けられており、燃料噴射弁（２）が電磁コイル（３）を有しており、該電磁コイル（３）が、戻しばね（４）によって負荷されたアーマチュア（５）と協働するようになっており、該アーマチュア（５）が、弁ニードル（６）と共に軸方向可動の１つの弁部分を形成しており、該弁ニードル（６）に弁閉鎖体（７）が設けられており、該弁閉鎖体（７）が、弁座体（８）と共にシールシートを形成しており、さらに燃料噴射弁（２）を制御するための制御装置（９）が設けられており、燃料噴射弁（２）に接続された該制御装置（９）が、燃料噴射弁（２）のために、第１の保持電流（１２）を有する開放段階（１０）を設定しており、さらに該開放段階（１０）の後に第２の保持電流（１３）を有する閉鎖段階（１１）を設定している形式の燃料噴射システム（１）において、前記制御装置（９）は燃料噴射弁（２）の閉鎖段階（１１）の間、電磁コイル（３）内の電流経過を、電磁コイル（３）に流れる第２の保持電流（１３）により形成された磁界が特定の磁力を生ぜしめ、これにより弁ニードル（６）が、ゼロとは異なる規定のストローク（１４）を受けかつ該ストローク（１４）を、規定の時間間隔にわたり一定に維持するように設定し、ただし第２の保持電流（１３）により生ぜしめられたストローク（１４）は、第１の保持電流（１２）により生ぜしめられたストローク（１４）よりも小さく形成されていることを特徴とする、燃料を噴射するための燃料噴射システム。
【請求項１３】
第２の保持電流（１３）が、第１の保持電流（１２）の半分よりも小さく形成されている、請求項１２記載の燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、燃料噴射システムによって燃料を噴射するための方法、すなわち燃料噴射システムであって、燃料噴射弁が設けられており、燃料噴射弁が電磁コイルを有しており、該電磁コイルが、戻しばねによって負荷されたアーマチュアと協働するようになっており、該アーマチュアが、弁ニードルと共に軸方向可動の１つの弁部分を形成しており、該弁ニードルに弁閉鎖体が設けられており、該弁閉鎖体が、弁座体と共にシールシートを形成しており、さらに燃料噴射弁を制御するための制御装置が設けられており、燃料噴射弁に接続された該制御装置が、燃料噴射弁のための第１の方法ステップで第１の保持電流を有する開放段階を設定しており、第２の方法ステップで前記制御装置が、燃料噴射弁の開放段階の後に開始する、第２の保持電流を有する閉鎖段階を設定している形式の燃料噴射システムによって燃料を意図した通りに的確に噴射するための方法に関する。
【０００２】
さらに本発明は、請求項１２の上位概念部に記載の形式の、燃料を噴射するための燃料噴射システム、すなわち燃料噴射弁が設けられており、燃料噴射弁が電磁コイルを有しており、該電磁コイルが、戻しばねによって負荷されたアーマチュアと協働するようになっており、該アーマチュアが、弁ニードルと共に軸方向可動の１つの弁部分を形成しており、該弁ニードルに弁閉鎖体が設けられており、該弁閉鎖体が、弁座体と共にシールシートを形成しており、さらに燃料噴射弁を制御するための制御装置が設けられており、燃料噴射弁に接続された該制御装置が、燃料噴射弁のために、第１の保持電流を有する開放段階を設定しており、さらに該開放段階の後に第２の保持電流を有する閉鎖段階を設定している形式の燃料噴射システムに関する。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８５５５４７号明細書に基づき公知の燃料噴射弁はコアと、電磁コイルと、該電磁コイルによってストローク方向で戻しばねに抗して負荷可能であるアーマチュアと、弁ニードルとを有している。弁ニードルはアーマチュアにも、固定のシールシートと協働する弁閉鎖体にも固く結合されていて、運動可能な弁部材を形成している。弁ニードルには、アーマチュアと弁閉鎖体との間で補助体が配置されており、この補助体は弁ニードルに対して相対的に運動可能である。弁ニードルは、この補助体がストローク方向に運動する際に弁ニードルが同じ方向に加速可能となり、かつ燃料噴射弁の迅速な開放が可能となるように連行手段を備えて形成されている。
【０００４】
上記ドイツ連邦共和国特許出願公開明細書に基づき公知の燃料噴射弁において不都合となるのは、特にこの公知の燃料噴射弁の開放運動（開弁運動）はたしかに迅速に行われ得るが、しかし閉鎖運動（閉弁運動）は時間と共に線形に遅延されて行われることである。このことは燃料噴射弁の絞り段階に不都合に作用して、コーン（円錐体）の形を有する燃料噴流に基づいた混合気調整を悪化させ、この場合、円錐頂角は小さく形成されている。最適な混合気調整のためには、流出する燃料噴流の大きな円錐頂角が望ましい。これにより、流出する燃料噴流の開きにより燃焼室は燃料・空気混合物で良好に充填され得るようになり、このことは内燃機関の燃焼室内での燃料・空気混合物の均一でかつ完全な燃焼を保証する。
【０００５】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する、燃料噴射システムによって燃料を噴射するための本発明による方法、つまり燃料噴射弁の閉鎖段階の間、電磁コイル内の電流経過を、電磁コイルに流れる第２の保持電流により形成された磁界が特定の磁力を生ぜしめ、これにより弁ニードルが、ゼロとは異なる規定のストロークを受けかつ該ストロークを、規定の時間間隔にわたり一定に維持するように設定し、ただし第２の保持電流により生ぜしめられたストロークは、第１の保持電流により生ぜしめられたストロークよりも小さく形成されていることを特徴とする、燃料噴射システム（１）によって燃料を噴射するための方法ならびに請求項１２の特徴部に記載の特徴を有する本発明による燃料噴射システム、つまり前記制御装置は燃料噴射弁の閉鎖段階の間、電磁コイル内の電流経過を、電磁コイルに流れる第２の保持電流により形成された磁界が特定の磁力を生ぜしめ、これにより弁ニードルが、ゼロとは異なる規定のストロークを受けかつ該ストロークを、規定の時間間隔にわたり一定に維持するように設定し、ただし第２の保持電流により生ぜしめられたストロークは、第１の保持電流により生ぜしめられたストロークよりも小さく形成されていることを特徴とする、燃料を噴射するための燃料噴射システムには、従来のものに比べて次のような利点がある。すなわち、弁ニードルが閉鎖過程の間、短時間停止されるので、弁ニードルのストロークに基づいて弁座と弁閉鎖体との間に形成されたギャップは、ある程度の時間にわたり一定のままとなる。閉鎖過程の延長に相当する燃料噴射弁のこのような絞りは、ノズル出口におけるノズル近傍の噴流円錐頂角に有利に作用する。すなわち、ノズル近傍の噴流円錐頂角は本発明による方法により拡大される。これにより、拡開された燃料噴流の改善された噴霧が生じ、ひいては改善された空気捕捉が生じ、これにより、形成された燃料・空気混合物の点火性が高められている。
【０００６】
本発明の別の利点は、噴流と点火火花との対応配置関係の、空間的および時間的な公差の拡大にある。このことは、実際の点火時期が、算出されたかもしくはシミュレーションで規定された最適の点火時期から小さな公差分だけ早められて行われても、遅延されて行われてもよいことを意味する。空間的な公差の拡大は、希薄された燃料・空気混合物が燃焼室内で最適に点火され得ることを意味する。
【０００７】
請求項２〜請求項１１もしくは請求項１３に記載の手段により、有利な改良が可能となる。
【０００８】
さらに、噴射された燃料がノズルの弁座で絞られることが有利である。この効果は弁ニードルのストロークに関連して調節可能であり、したがって燃料噴射弁の種々の実施態様に適合可能となる。
【０００９】
また、燃料噴射弁の絞りが、このために設けられた制御装置によって開始可能でかつ再び遮断可能となることも有利である。
【００１０】
さらに、単一の電磁コイルの代わりに二重コイル（Doppelspule）を使用することができることも有利である。この二重コイルは燃料噴射弁の、より迅速な開閉のために選択的に接続もしくは遮断され得る。
【００１１】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】燃料噴射弁の開放段階と閉鎖段階とを有する本発明による方法の状態−時間線図である。
【図２】本発明による方法によりどのように電磁コイルに電流が加えられるのかを示す電流−時間線図である。
【図３】本発明による方法による弁ニードルのストローク−時間線図である。
【図４】本発明による方法の噴射量−時間線図である。
【図５】燃料噴射弁と、燃料を意図的に噴射するための制御装置とから成る本発明による燃料噴射システムを示す断面図である。
【図６】燃料噴射弁のノズルの可能な噴射孔ジオメトリを示す断面図である。
【図７】個別噴流円錐頂角と全体噴流円錐頂角との間の相違を明瞭にするために、図５に示した本発明による燃料噴射弁のＶＩＩで示した部分を拡大して示す図である。
【００１３】
実施例の説明
以下に、本発明の１実施例を図１〜図７につき詳しく説明する。
【００１４】
図１には、燃料噴射弁２の開放段階１０および閉鎖段階１１を有する、燃料を意図的に、つまり目的に合わせて的確に噴射するための本発明による方法の状態−時間線図が示されている。本発明による燃料噴射システム１の構成要素である制御装置９は、第１の方法ステップにおいて、燃料噴射弁１の開放段階１０および閉鎖段階１１のために合計して時間間隔ｔｇｅｓ１５が規定されていることを設定する。時間間隔ｔａ１６と時間間隔ｔｓ１７とからの合算によって得られる前記時間間隔ｔｇｅｓ１５内で、燃料噴射弁２のためには、時間間隔ｔａ１６と、状態−時間線図の縦座標軸にとられた状態「１」とに相当する開放段階１０と、時間間隔ｔｓ１７と、状態−時間線図の横座標軸にとられた状態「０」とに相当する閉鎖段階１１とが設定される。
【００１５】
燃料噴射システム１によって燃料を意図的に噴射するための本発明による方法は、図５に示したように燃料噴射弁２を包含している。この燃料噴射弁２は電磁コイル３を備えており、この電磁コイル３は戻しばね４によって負荷されたアーマチュア５と協働する。このアーマチュア５は弁ニードル６と共に軸方向可動の１つの弁部分を形成している。本発明による方法はさらに、燃料噴射弁２を制御するための制御装置９を包含している。弁ニードル６には、弁閉鎖体７が設けられており、この弁閉鎖体７は弁座体８と共にシールシートを形成している。燃料噴射弁２に接続された制御装置９は燃料噴射弁２のための第１の方法ステップにおいて第１の保持電流１２を有する開放段階１０を設定し、第２の方法ステップにおいて第２の保持電流１３を有する、開放段階１０の後に開始する閉鎖段階１１を設定する。
【００１６】
第２の方法ステップは、時点ｔａ１６と遮断時点ｔｃ２１とにより規定される時間にわたる燃料噴射弁２の絞り段階の意図的な延長である。燃料噴射弁２の絞り段階の意図的な延長の間、噴射された燃料噴流２５の拡開が行われる。すなわち、円錐形の個々の燃料噴流２５の個別噴流円錐頂角３９が拡大され、この場合、全体噴流円錐頂角４０はほぼ一定のままとなる。このことは図７に図示されている。
【００１７】
第３の方法ステップにおいて、燃料噴射弁２の閉鎖段階１１の間の電磁コイル３における電流経過は、第２の保持電流１３により生ぜしめられた磁界が特定の磁力を生ぜしめるように設定されるので、これにより弁ニードル６は、ゼロとは異なる規定のストローク１４を受け、そして閉鎖段階１１よりも短く形成された規定の時間間隔にわたってこのストロークを一定に維持する。このときに、第２の保持電流１３により生ぜしめられたストローク１４は、第１の保持電流１２により生ぜしめられたストローク１４よりも小さく形成されている。
【００１８】
図２には、本発明による方法により制御装置９によって電磁コイル３にどのように電流が印加されるのかを示す電流−時間線図が示されている。時間間隔ｔｂ１８の間の燃料噴射弁２の開放段階１０では、電磁コイル３で予磁化（バイアス磁化）のための所定の予磁化電流（バイアス磁化電流）Ｉｖｍ１９が働く。引き続き、電磁コイル３に予磁化電流Ｉｖｍ１９が流れた後に、電磁コイル３内の電流は時点ｔａｎ２０まで値Ｉｍａｘ４４にまで上昇する。さらに図２には、電磁コイル３に流れる電流がＩｍａｘ４４から、開放段階１０の終了時まで時間的に一定となる第１の保持電流１２にまで降下することが示されている。開放段階１０における第１の保持電流１２の時間はやはり制御装置９によって設定されている。第２の方法ステップでは、制御装置９が、第１の保持電流１２の電流強度よりも小さな第２の保持電流１３の電流強度と、燃料噴射弁２の閉鎖段階１１内での遮断時点ｔｃ２１とを設定している。
【００１９】
図３には、本発明による方法のストローク−時間線図が示されている。この場合、第３の方法ステップにおいて時間間隔ｔｂ１８内で、弁ニードル６のストローク１４がゼロに設定されている。時点ｔａｎ２０よりも遅い時点ｔｄ２２で、弁ニードル６のストローク１４は、開放段階１０の終了時まで時間的に一定となる最大ストローク２３にまで増大している。時点ｔａｂ２４の後に、弁ニードル６のストローク１４は前記最大ストローク２３の半分よりも小さな値にまで低下して、閉鎖段階１１における遮断時点ｔｃ２１まで時間的に一定のままとなる。さらに、燃料噴射弁２のための閉鎖過程４１，４２，４３の、互いに異なる勾配を有する少なくとも３つの別の変化形が使用可能となる。
【００２０】
図４には、本発明による方法の理想化された噴射量−時間線図が示されている。この場合、燃料噴射弁２は第３の方法ステップによれば、開放段階１０においても閉鎖段階１１においても、所定の燃料噴射量を送出し、この燃料噴射量は遮断時点ｔｃ２１まで時間と共に線形に（リニアに）上昇し、かつ遮断時点ｔｃ２１の後では閉鎖段階１１の終了時まで時間的に一定にゼロとなり、この場合、特に燃料噴射弁２の開放時および閉鎖時における小さな噴射量の場合には、噴射量が噴射時間の関数として線形の関係、つまり一次の関係から偏倚し得る。このような非線形の偏倚は制御装置９において相応する特性線により補正される。
【００２１】
図５には、燃料噴射弁２と、燃料を意図的に噴射するための制御装置９とを備えた本発明による燃料噴射システム１が示されている。
【００２２】
この燃料噴射弁２は電磁コイル３を有しており、この電磁コイル３はコイル枠体２６に巻き付けられている。このコイル枠体２６は弁ハウジング２７内にカプセル封入されている。
【００２３】
コイル枠体２６は、内側磁極（インナポール）として働くコア２９により貫通される。このコア２９は管状に形成されている。電磁コイル３の外側磁極（アウタポール）としては、たとえば弁ハウジング２７が役立つ。内側磁極もしくはコア２９の下流側には、可動子もしくはアーマチュア５が配置されており、このアーマチュア５は、たとえば弁ニードル６に一体に形成されている。
【００２４】
弁ニードル６は、本実施例では円錐状に形成されている弁閉鎖体７に溶接によって作用結合されていると有利である。この弁閉鎖体７は弁座体８に設けられた弁座面３２と共にシールシートを形成する。このシールシートの上流側には、スワールディスク３３が設けられている。弁座体８には少なくとも１つの噴射開口３４が形成されており、この噴射開口３４からは燃料が燃焼室（図示しない）内へ噴射される。
【００２５】
アーマチュア５は燃料噴射弁２の休止状態において戻しばね４により、燃料噴射弁２が弁座体８への弁閉鎖体７の押付けによって閉鎖された状態に保持されるように負荷されている。戻しばね４は、内側磁極２９に設けられた切欠きもしくは孔内に配置されていて、フランジを介して調節スリーブ３８によってプリロードもしくは予荷重をかけられる。中央の燃料供給部３５を介して供給される燃料は、内側磁極２９に設けられた前記切欠きを通じて燃料噴射弁２を通流して、シールシートおよび噴射開口３４にまで到達する。
【００２６】
電磁コイル３に、制御装置９に通じた電流ケーブル３７を介して電流が供給されると、磁界が形成され、この磁界は十分な強さにおいてアーマチュア５を、戻しばね４のばね力に抗して燃料の流れ方向とは反対の方向に負荷する。これにより、アーマチュア５と内側磁極２９との間に形成された作業ギャップ３６が閉じられる。アーマチュア５の運動により、アーマチュア５に結合された弁ニードル６も、ストローク方向に連行されるので、弁閉鎖体７は弁座体８から持ち上げられ、燃料は噴射開口３４へ案内される。
【００２７】
電磁コイル３を励磁する電流が遮断され、かつ磁界が崩壊されて、戻しばね４がアーマチュア５を内側磁極２９から押し離すやいなや、燃料噴射弁２は閉じられる。これにより、弁ニードル６は下流方向に運動し、弁閉鎖体７が弁座体８に載着される。
【００２８】
燃料噴射弁２には、制御装置９が接続されている。この制御装置９と燃料噴射弁２とが、内燃機関の燃焼室（図示しない）内に燃料を噴射するための本発明による燃料噴射システム１を形成する。この場合、燃料噴射弁２は閉鎖段階１１の間、絞りを受ける。
【００２９】
図６には、噴流拡開効果の付与に多大な影響を与える、可能となる噴射孔ジオメトリ（幾何学的形状）が示されている。この場合、段部直径Ｄ対噴射孔直径ｄの大きな割合が有利であり、噴射孔は円錐状に延びていてよい。
【００３０】
図７には、図５のＶＩＩで示した部分が拡大されて図示されている。これにより、個別噴流円錐頂角と全体噴流円錐頂角との間の相違が判る。
【００３１】
本発明は、図示の実施例に限定されるものではない。特に種々の特徴の任意の組合せが可能となる。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
2009543969.tif 000010
2009543969.tif 000011
2009543969.tif 000012
2009543969.tif 000013