(57)【要約】本燃料噴射装置は内燃機関の各シリンダのために１つの燃料高圧ポンプ（１０）と、これに接続された１つの燃料噴射弁（１２）とを有している。燃料高圧ポンプ（１０）のポンププランジャ（１８）はポンプ作業室（２２）を制限しており、該ポンプ作業室（２２）は燃料噴射弁（１２）の圧力室（４０）に接続されている。燃料噴射弁は噴射開口（３２）を制御する噴射弁部材（２８）を有しており、該噴射弁部材（２８）は、圧力室（４０）内を支配する圧力により閉弁力に抗して開弁方向（２９）で可動である。第１の制御弁（６８）により、ポンプ作業室（２２）を放圧室（２４）に接続する接続管路（６６）が制御され、第２の制御弁（７０）により、ポンプ作業室（２２）に接続された制御圧力室（５２）を放圧室（２４）に接続する接続管路（６４）が制御される。制御圧力室（５２）をポンプ作業室（２２）に接続する接続管路（６２）および制御圧力室（５２）を放圧室（２４）に接続する接続管路（６４）にその都度１つの絞り箇所（６３，６５）が設けられている。ポンプ作業室（２２）に接続されていて受圧面（５３）により制限される別の圧力室（５４）が設けられており、前記受圧面（５３）を介して更なる力が閉弁方向で噴射弁部材（２８）に加えられるようになっている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のための燃料噴射装置であって、内燃機関の各シリンダのために１つの燃料高圧ポンプ（１０）と、該燃料高圧ポンプ（１０）に接続された１つの燃料噴射弁（１２）とが設けられていて、燃料高圧ポンプ（１０）が、内燃機関によってストローク運動を実施するように駆動されるポンププランジャ（１８）を有しており、該ポンププランジャ（１８）がポンプ作業室（２２）を制限しており、該ポンプ作業室（２２）には燃料が燃料貯蔵容器（２４）から供給されるようになっており、前記燃料噴射弁（１２）が、ポンプ作業室（２２）に接続された圧力室（４０）と、少なくとも１つの噴射開口（３２）を制御する噴射弁部材（２８）とを有しており、該噴射弁部材（２８）が、圧力室（４０）内に支配する圧力によって負荷されて、閉弁力に抗して開弁方向（２９）で、少なくとも１つの噴射開口（３２）を開放するために運動できるようになっており、さらに、ポンプ作業室（２２）を放圧室（２４）に接続する接続管路（６６）を制御する第１の制御弁（６８）と、制御圧力室（５２）を放圧室（２４）に接続する接続管路（６４）を制御する第２の制御弁（７０）とが設けられていて、制御圧力室（５２）が制御プランジャ（５０）により制限されており、該制御プランジャ（５０）が、制御圧力室（５２）内を支配する圧力により負荷されて、閉弁方向で噴射弁部材（２８）に作用し、しかも噴射弁部材（２８）と共に可動であるようになっており、さらに、制御圧力室（５２）がポンプ作業室（２２）との接続管路（６２）を有している形式のものにおいて、制御圧力室（５２）をポンプ作業室（２２）に接続する接続管路（６２）および制御圧力室（５２）を放圧室（２４）に接続する接続管路（６４）にその都度１つの絞り箇所（６３，６５）が設けられており、かつポンプ作業室（２２）に接続されていて受圧面（５３）により制限される別の圧力室（５４）が設けられており、前記受圧面（５３）を介して更なる力が閉弁方向で噴射弁部材（２８）に加えられるようになっていることを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射装置。
【請求項２】
受圧面（５３）が、制御プランジャ（５０）を取り巻く別個のプランジャ（５５）に、環状の面として形成されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
受圧面（５３）が、横断面で見て段付けされて形成された制御プランジャ（５０）に形成されており、該制御プランジャ（５０）が、小さな横断面を備えた領域（２５０）の端面でもって制御圧力室（５２）を制限し、かつ受圧面（５３）が、制御プランジャ（５０）の、横断面で見て大きな領域（１５０）の、小さな横断面を備えた前記領域（２５０）への移行部に環状の面として形成されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記別の圧力室（５４）がポンプ作業室（２２）に直接的に、制御圧力室（５２）をポンプ作業室（２２）に接続する接続管路（６２）の絞り箇所（６３）を迂回して接続されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
制御圧力室（５２）が前記別の圧力室（５４）を介してポンプ作業室（２２）に接続されており、かつ絞り箇所（１６３）が制御圧力室（５２）と前記別の圧力室（５４）との間の接続管路（１６２）に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
制御圧力室（５２）の、前記別の圧力室（５４）との接続（１６２）が、制御プランジャ（５０）に設けられた少なくとも１つの通路を介して達成される、請求項５記載の燃料噴射装置。
【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された形式の、内燃機関のための燃料噴射装置に関する。
【０００２】
このような形式の燃料噴射装置はヨーロッパ特許出願公開第０９８７４３１号明細書により公知である。この燃料噴射装置は内燃機関の各シリンダのために１つの燃料高圧ポンプと、これに接続された１つの燃料噴射弁とを有している。燃料高圧ポンプは、内燃機関によってストローク運動を実施するように駆動されているポンププランジャを有しており、このポンププランジャがポンプ作業室を制限している。燃料噴射弁は、ポンプ作業室に接続された圧力室と、少なくとも１つの噴射開口を制御する噴射弁部材とを有しており、この噴射弁部材は、圧力室内を支配している圧力により閉弁力に抗して開弁方向で、少なくとも１つの噴射開口を開放するために可動である。電気的に操作される第１の制御弁が設けられており、この第１の制御弁により、ポンプ作業室を放圧室に接続する接続管路が制御される。さらに、電気的に操作される第２の制御弁が設けられており、この第２の制御弁により、制御圧力室を放圧室に接続する接続管路が制御される。制御圧力室は制御プランジャにより制限され、その際に、制御プランジャは、制御圧力室内を支配する圧力により負荷されて、閉弁方向で噴射弁部材に作用し、かつ噴射弁部材と共に可動である。制御圧力室はポンプ作業室との接続管路を有している。燃料噴射のために第１の制御弁は閉鎖され、かつ第２の制御弁は開放されるので、制御圧力室内に高圧が形成され得ず、燃料噴射弁は開弁できる。しかし、第２の制御弁を開弁した場合、ポンプ作業室から制御圧力室を介して燃料が流出してしまうので、ポンププランジャにより圧送される燃料量のうち、噴射のために供与される燃料量が減じられ、しかも、噴射のために供与される圧力も減じられてしまう。結果として、燃料噴射弁の効率は最適ではない。
【０００３】
本発明の利点
これに対して、本発明による、請求項１の特徴部に記載された特徴を備えた燃料噴射装置が有する利点は、制御圧力室内を支配している圧力により負荷される、制御プランジャの端面を小さく保つことができて、このことにより、絞り箇所の、機能のために必要な最小通流横断面において、第２の制御弁の開弁時に流出してしまう燃料量を僅かに抑えることができ、ひいては燃料噴射装置の効率が改善されていることにある。
【０００４】
本発明による燃料噴射装置の有利な構成および展開は請求項２以下に記載されている。請求項３に基づく構成は簡単な形式で別の受圧面を配置することを可能にする。請求項４および５に基づく構成は燃料噴射装置の簡単な構造を可能にする。
【０００５】
実施例の説明
以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。
【０００６】
図１〜図３には自動車の内燃機関のための燃料噴射装置が示されている。この内燃機関は有利には自己着火式の内燃機関である。燃料噴射装置は有利にはポンプ・ノズル・ユニット、いわゆる「ユニットインジェクタシステム」として形成されており、内燃機関の各シリンダのためにその都度１つの燃料高圧ポンプ１０と、これに接続された１つの燃料噴射弁１２とを有しており、両者は１つの共通の構成ユニットを形成している。択一的には、燃料噴射装置はポンプ・管路・ノズル・システム、いわゆる「ユニットポンプシステム」として形成されていてもよく、ユニットポンプシステムの場合、各シリンダの燃料高圧ポンプおよび燃料噴射弁は互いに別個に配置されており、管路を介して互いに接続されている。燃料高圧ポンプ１０はシリンダ孔１６を備えたポンプボディ１４を有しており、シリンダ孔１６内でポンププランジャ１８が密に案内されており、このポンププランジャ１８は少なくとも間接的に内燃機関のカムシャフトのカム２０により戻しばね１９の力に抗してストローク運動を実施するように駆動される。ポンププランジャ１８はシリンダ孔１６内でポンプ作業室２２を制限しており、ポンプ作業室２２内においてポンププランジャ１８の吐出ストローク時に燃料が高圧下に圧縮される。ポンプ作業室２２には燃料が自動車の燃料貯蔵容器２４から供給される。
【０００７】
燃料噴射弁１２は、ポンプボディ１４に接続された弁ボディ２６を有しており、この弁ボディ２６は複数部分から形成されていてよく、弁ボディ２６内において噴射弁部材２８が孔３０内で長手方向摺動可能に案内されている。弁ボディ２６は、内燃機関のシリンダの燃焼室に面した端部領域に、少なくとも１つの、有利には複数の噴射開口３２を有している。噴射弁部材２８は、燃焼室に面した端部領域に、例えばほぼ円錐形のシール面３４を有しており、このシール面３４は、弁ボディ２６内において燃焼室に面したその端部領域に形成された弁座３６と協働する。弁座３６からまたは弁座３６の下流側で噴射開口３２が分岐している。弁ボディ２６内において噴射弁部材２８と孔３０との間には弁座３６にかけて環状室３８が存在しており、環状室３８は弁座３６とは反対側のその端部領域で、孔３０の半径方向の拡幅により、噴射弁部材２８を取り巻く圧力室４０へと移行している。噴射弁部材２８は圧力室４０の高さに横断面減少により受圧肩４２を有している。噴射弁部材２８の、燃焼室とは反対側の端部に、プレロードもしくは予荷重をかけられた閉鎖ばね４４が作用しており、この閉鎖ばね４４により噴射弁部材２８は弁座３６に向かって押圧される。閉鎖ばね４４は弁ボディ２６のばね室４６内に配置されており、ばね室４６は孔３０に接続している。
【０００８】
ばね室４６には、孔３０とは反対側のその端部に、弁ボディ２６内において別の孔４８が接続しており、この孔４８内で制御プランジャ５０が密に案内されており、制御プランジャ５０は噴射弁部材２８に結合されている。孔４８は大小の直径を備えた形で段付けされて形成されており、ばね室４６に向かって配置された、大径の区分１４８と、ばね室４６とは反対側に配置された、小径の区分２４８とを有している。制御プランジャ５０も同じく相応に大小の直径を備えた形で段付けされて形成されており、孔区分１４８内で密に案内された、大径の領域１５０と、孔区分２４８内で密に案内された、小径の領域２５０とを有している。孔区分２４８において、制御プランジャ５０の領域２５０の端面により、可動な壁として制御圧力室５２が制限される。領域１５０と領域２５０との間の移行領域において、制御プランジャ５０の領域１５０には環状の受圧面５３が形成されており、この受圧面５３でもって制御プランジャ５０の領域１５０は孔区分１４８内で別の圧力室５４を制限している。制御プランジャ５０は、これに比べて小径のプランジャロッド５１を介して噴射弁部材２８に結合されている。制御プランジャ５０は噴射弁部材２８と一体的に形成されていてもよいが、組立上の理由から、有利には別個の部分として噴射弁部材２８に結合されている。
【０００９】
ポンプ作業室２２から、ポンプボディ１４および弁ボディ２６を通して通路６０が燃料噴射弁１２の圧力室４０へと導かれている。ポンプ作業室２２または通路６０から通路６２が制御圧力室５２へと導かれている。さらに、制御圧力室５２には通路６４が開口しており、この通路６４は放圧室への接続管路を形成しており、放圧室としては、少なくとも間接的に燃料貯蔵容器２４または僅かな圧力が支配している別の領域が働くことができる。ポンプ作業室２２または通路６０から、放圧室２４への接続管路６６が分岐しており、この接続管路６６は、電気的に操作される第１の制御弁６８により制御される。制御弁６８は図１に示されているように２ポート２位置切替弁として形成されていてよい。制御圧力室５２を放圧室２４に接続する接続管路６４は、電気的に操作される第２の制御弁７０により制御される。制御弁７０は２ポート２位置切替弁として形成されていてよい。制御圧力室５２をポンプ作業室２２に接続する接続管路６２には絞り箇所６３が設けられており、制御圧力室５２を放圧室２４に接続する接続管路６４には絞り箇所６５が設けられている。絞り箇所６３，６５を適当に寸法設定することにより、必要な分量の、ポンプ作業室２２から制御圧力室５２への燃料の流入と制御圧力室５２からの燃料の流出とが調節され得る。制御圧力室５２への燃料の十分な流入は、燃料噴射弁１２を迅速に閉弁するために必要であって、制御圧力室５２からの燃料の十分な流出は、燃料噴射弁１２を迅速に開弁するために必要である。制御弁６８，７０は電磁式のアクチュエータまたはピエゾアクチュエータを有していることができ、電子式の制御装置７２により起動制御される。
【００１０】
前記別の圧力室５４は例えば通路の形でポンプ作業室２２との接続管路５６を有しており、この接続管路５６は例えば通路６０に開口していることができる。接続管路５６に絞り箇所は存在しない。それにより、圧力室５４は、制御圧力室５２をポンプ作業室２２に接続する接続管路６２の絞り箇所６３を迂回して、直接ポンプ作業室２２に接続されており、制御プランジャ５０の受圧面５３にはポンプ作業室２２および圧力室４０内と同等の圧力が作用する。圧力室５４内を支配する圧力により受圧面５３と制御プランジャ５０とを介して、閉鎖ばね４４を支援する力が閉弁方向で噴射弁部材２８に対して生ぜしめられる。制御圧力室５２内を支配する圧力により制御プランジャ５０の端面を介して、同じく、閉鎖ばね４４を支援する力が閉弁方向で噴射弁部材２８に対して生ぜしめられる。第２の制御弁７０により制御圧力室５２内の圧力が制御され、この場合、制御弁７０の閉鎖時には、ポンプ作業室２２および別の圧力室５４内と少なくともほぼ同等の圧力が制御圧力室５２内に生じるのに対し、制御弁７０の開放時には、放圧室２４との接続の結果、僅かな圧力が制御圧力室５２内に発生する。そのため、噴射弁部材２８に総計で作用する閉弁力は、閉鎖ばね４４の力と、第２の制御弁７０により制御されていて制御圧力室５２内を支配している圧力と、やはりポンププランジャ１８の圧送ストロークに依存していてポンプ作業室２２内を支配している圧力に等しい、前記別の圧力室５４内を支配している圧力とに依存している。
【００１１】
図２には抜粋的に燃料噴射装置の改変された構成が示されており、この構成の場合、原理的な構造は先述したものと同一であるが、受圧面５３は、制御プランジャ５０とは別個のプランジャ５５に形成されている。この場合、制御プランジャ５０は、孔区分２４８内で密に案内された制御プランジャ領域２５０のみを有しており、制御プランジャ領域２５０はその端面でもって制御圧力室５２を制限している。制御プランジャ５０はプランジャロッド５１を介して噴射弁部材２８に結合されている。プランジャ５５は図１に示した構成の制御プランジャ領域１５０を代替し、やはりプランジャロッド５７を介して噴射弁部材２８に結合されており、その際、制御プランジャ５０のプランジャロッド５１はプランジャ５５およびそのプランジャロッド５７を貫通している。
【００１２】
図３には抜粋的に燃料噴射装置の改変された構成が示されており、この構成の場合もやはり原理的な構造は図１に示した構成の場合と同一であるが、制御プランジャの形成および制御圧力室５２の、ポンプ作業室２２との接続は改変されている。本例では図１の構成と同様に、制御プランジャ５０が、大径を備えた孔区分１４８内で密に案内された領域１５０と、小径を備えた孔区分２４８内で密に案内された領域２５０とを有している。制御プランジャ領域２５０の端面によって制御圧力室５２は制限され、制御プランジャ領域１５０の、環状の受圧面５３によって圧力室５４が制限される。圧力室５４は接続管路５６を介して通路６０に、かつこの通路６０を介してポンプ作業室２２に接続されている。制御プランジャ領域２５０には接続管路１６２が例えば孔の形で形成されており、この接続管路１６２により制御圧力室５２が圧力室５４に接続されている。接続管路１６２には絞り箇所１６３が設けられており、接続管路１６２が相応に小さな横断面を備えて構成されていれば、絞り箇所１６３は接続管路１６２自体により形成されていることができる。制御圧力室５２から、接続管路６４が放圧室２４へと分岐しており、この接続管路６４は第２の制御弁７０により制御され、かつ接続管路６４には絞り箇所６５が設けられている。図１に示した構成とは異なり、孔区分１４８はばね室４６と同一の直径を有している。孔区分１４８とばね室４６との間を隔てるために中間ディスク５８が設けられており、中間ディスク５８に閉鎖ばね４４がばね室４６内で支持されている。プランジャロッド５１と噴射弁部材２８との間には補償ディスク５９が配置されていることができ、補償ディスク５９によって制御プランジャ５０と噴射弁部材２８との間の間隔が調節され得る。
【００１３】
以下にこの燃料噴射装置の機能について説明する。図４には、燃料噴射弁１２の噴射開口３２における圧力ｐの、噴射サイクル中の時間ｔに関する経過が示されている。ポンププランジャ１８の吸込ストロークに際して、ポンププランジャ１８に燃料が燃料貯蔵容器２４から供給される。ポンププランジャ１８の吐出ストローク時に燃料噴射がパイロット噴射を開始する。その際、第１の制御弁６８は制御装置７２により閉鎖されるので、ポンプ作業室２２は放圧室２４から断絶されている。さらに、制御装置７２により第２の制御弁７０が開放されるので、制御圧力室５２は放圧室２４に接続されている。この場合、制御圧力室５２内に高圧が形成されることはあり得ない。それというのは、制御圧力室５２は放圧室２４に向かって放圧されているからである。しかし、ポンプ作業室２２から僅かな燃料量が絞り箇所６３，６５を介して放圧室２４に流出することができるので、ポンプ作業室２２内には、第２の制御弁７０の閉鎖時に形成されることになるフルの高圧が形成されることはあり得ない。圧力室５４内にはポンプ作業室２２および圧力室４０内と同等の圧力が支配している。ポンプ作業室２２内の圧力、ひいては燃料噴射弁１２の圧力室４０内の圧力が大きくなって、この圧力により受圧肩４２を介して噴射弁部材２８に加えられる押圧力が、閉鎖ばね４４の力と、制御プランジャ５０に対して、制御圧力室５２内で作用している残留圧力により加えられる押圧力と、別の圧力室５４内を支配している圧力により受圧面５３を介して生ぜしめられる押圧力との合計よりも大きくなると、噴射弁部材２８は開弁方向２９に運動し、少なくとも１つの噴射開口３２を開放する。パイロット噴射を終了するためには制御装置により第２の制御弁７０が閉鎖されるので、制御圧力室５２は放圧室２４から断絶されている。第１の制御弁６８はその閉鎖位置に留まる。この場合、制御圧力室５２内にはポンプ作業室２２内と同等の高圧が形成されるので、制御プランジャ５０に対して大きな押圧力が閉弁方向で加わる。さらに、第２の制御弁７０を閉鎖した場合、ポンプ作業室２２内の圧力、ひいては圧力室５４内の圧力も上昇するので、受圧面５３を介することによっても、高められた力が閉弁方向で噴射弁部材２８に対して生ぜしめられる。この段階では、噴射弁部材２８に対して開弁方向２９で作用する力は、閉鎖ばね４４の力と、制御プランジャ５０に対する押圧力と、受圧面５３に対する押圧力との合計よりも小さいので、燃料噴射弁１２は閉弁する。パイロット噴射は、図４に符号Ｉで示した噴射期に該当する。
【００１４】
図４に符号ＩＩで示した噴射期に該当する後続のメイン噴射のためには、第２の制御弁７０が制御装置７２により開放されるので、制御圧力室５２内の圧力は低下する。そして、燃料噴射弁１２は制御プランジャ５０に対する減じられた押圧力の結果として開弁し、かつ噴射弁部材２８はその最大の開弁ストロークにわたって運動する。噴射弁部材２８および制御プランジャ５０の開弁運動を制限するために、受圧面５３は、孔区分１４８と孔区分２４８との間の移行部に形成された環状肩に当接するようになっている。しかし噴射弁部材２８のために、その開弁運動を制限するための別のストロークストッパが設けられていてもよい。第２の制御弁７０の開放時には、わずかな燃料量が絞り箇所６３，６５を介して放圧室２４に流出するものの、絞り箇所６３，６５が小さな通流横断面を備えて形成されていることができるために、流出する燃料量およびポンプ作業室２２内の圧力の減少は僅かである。
【００１５】
メイン噴射を終了するためには、第１の制御弁６８が制御装置７２によりその開放切替位置へともたらされるので、ポンプ作業室２２は放圧室２４に接続されていて、噴射弁部材２８に対して開弁方向２９でもはや僅かな押圧力が作用するに過ぎず、燃料噴射弁１２は、閉鎖ばね４４の力と、制御圧力室５２内を支配する残留圧力により制御プランジャ５０に対して加えられる力と、別の圧力室５４内を支配する圧力により受圧面５３に対して生ぜしめられる力とに基づいて閉弁する。第２の制御弁７０はメイン噴射を終了するに当たってその開放位置にあっても閉鎖位置にあってもよい。
【００１６】
上記したような構成の燃料噴射装置の場合、付加的に、制御圧力室５２から放圧室２４への通流横断面が制御プランジャ５０によりそのストロークに関連して可変に制御されるようにすることも考えられる。そうした場合、制御プランジャ５０によって、噴射弁部材２８の閉弁位置に相当するストローク位置において大きな通流横断面が開放され、噴射弁部材２８の開弁位置に相当するストローク位置において小さな通流横断面が開放される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】内燃機関のための燃料噴射装置の概略図である。
【００１８】
【図２】改変した構成の燃料噴射装置の、図１に符号ＩＩで示した範囲の拡大図である。
【００１９】
【図３】さらに改変した構成の燃料噴射装置の、図１に符号ＩＩで示した範囲の拡大図である。
【００２０】
【図４】燃料噴射装置の燃料噴射弁の噴射開口における圧力の経過を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2005517859.tif 000007
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2005517859.tif 000009
2005517859.tif 000010
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