(57)【要約】本発明は、内燃機関用の燃料噴射弁であって、ハウジング（１）において孔（１６）内に、長手方向摺動可能な外側の弁ニードル（２０）と、該外側の弁ニードル（２０）内を長手方向摺動可能な内側の弁ニードル（２２）とが配置されており、両弁ニードル（２０，２２）が燃焼室側の端部でそれぞれ少なくとも１つの噴射開口（３０）を制御するようになっており、制御室（５０）における圧力によって、少なくとも間接的に閉鎖力が外側の弁ニードル（２０）に加えられるようになっており、さらに制御圧室（５２）における圧力によって、少なくとも間接的に閉鎖力が内側の弁ニードル（２２）に加えられるようになっており、さらにまた内部に常に低い燃料圧が存在している漏れオイル室（７８）が設けられている形式のものにおいて、ハウジング（１）内に制御弁（５８）が配置されていて、該制御弁（５８）が弁室（６８）と、該弁室（６８）内に配置された弁部材（６０）とを有しており、弁室（６８）が、漏れオイル室（７８）に通じる接続部（５９）と、制御室（５０）に通じていて常に開放している接続部（７２）と、制御圧室（５２）に通じる接続部（７４）とを有しており、弁部材（６０）が弁室（６８）内において２つの終端ポジションの間で可動であり、第１の終端ポジションでは漏れオイル室（７８）に通じる接続部（５９）が閉鎖し、制御圧室（５２）に通じる接続部（７４）が開放し、第２の終端ポジションでは制御圧室（５２）に通じる接続部（７４）が閉鎖し、漏れオイル室（７８）に通じる接続部（５９）が開放するようになっていることを特徴とする。
2005526211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の燃料噴射弁であって、ハウジング（１）において孔（１６）内に、長手方向摺動可能な外側の弁ニードル（２０）と、該外側の弁ニードル（２０）内を長手方向摺動可能な内側の弁ニードル（２２）とが配置されており、両弁ニードル（２０，２２）が燃焼室側の端部でそれぞれ少なくとも１つの噴射開口（３０）を制御するようになっており、供給絞り（７０）を介して高圧室（１０）に接続されている制御室（５０）が設けられていて、該制御室（５０）の圧力によって、少なくとも間接的に閉鎖力が外側の弁ニードル（２０）に加えられるようになっており、さらに制御圧室（５２）が設けられていて、該制御圧室（５２）の圧力によって、少なくとも間接的に閉鎖力が内側の弁ニードル（２２）に加えられるようになっており、さらにまた内部に常に低い燃料圧が存在している漏れオイル室（７８）が設けられている形式のものにおいて、ハウジング（１）内に制御弁（５８）が配置されていて、該制御弁（５８）が弁室（６８）と、該弁室（６８）内に配置された弁部材（６０）とを有しており、弁室（６８）が、漏れオイル室（７８）に通じる接続部（５９）と、制御室（５０）に通じていて常に開放している接続部（７２）と、制御圧室（５２）に通じる接続部（７４）とを有しており、弁部材（６０）が弁室（６８）内において２つの終端ポジションの間で可動であり、第１の終端ポジションでは漏れオイル室（７８）に通じる接続部（５９）が閉鎖し、制御圧室（５２）に通じる接続部（７４）が開放し、第２の終端ポジションでは制御圧室（５２）に通じる接続部（７４）が閉鎖し、漏れオイル室（７８）に通じる接続部（５９）が開放するようになっていることを特徴とする、内燃機関用の燃料噴射弁。
【請求項２】
供給絞り（７０）を介しては、制御弁（５８）の相応な位置において排出絞り（７２）を介して漏れオイル室（７８）に流出するよりも僅かな燃料しか制御弁（７８）に流入しない、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
弁部材（６０）がアクチュエータ（４６）によって運動させられる、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
アクチュエータ（４６）が弁部材（６０）を、種々異なった速度で第１の終端ポジションから第２の終端ポジションへと移動可能である、請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
アクチュエータ（４６）がピエゾアクチュエータである、請求項３又は４記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
弁部材（６０）が第１の終端ポジションと第２の終端ポジションとの間に位置している場合に、弁室（６８）に通じるすべての接続部（５９；７４；７２）が開放されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
弁部材（６０）が、制御圧室（５２）内における圧力がほとんど低下しないように、迅速に第１の終端ポジションから第２の終端ポジションへと運動可能である、請求項１記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに入れ子式に案内される２つの弁ニードルを備えた燃料噴射弁であって、請求項１の上位概念部に記載の形式のものに関する。
【０００２】
このような形式の燃料噴射弁は例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４１１５４７７号明細書に基づいて公知である。両方の弁ニードルはその燃焼室側の端部で、それぞれ少なくとも１つの噴射開口の開放を制御し、そして外側の弁ニードルだけが噴射開口の一部を開放制御するか又は両方の弁ニードルが開放してすべての噴射開口を開放制御するように、制御することができる。このようにして噴射横断面を、内燃機関の負荷に関連して最適に調節することができる。孔内における弁ニードルの長手方向運動は、弁ニードルに作用する開放力と、それぞれ逆方向に作用する閉鎖力との関係によって行われる。開放力は、相応な受圧面に作用する液圧力によって生ぜしめられ、これに対して閉鎖力は、公知の燃料噴射弁の場合ばねか又は同様に液圧力によって生ぜしめられる。公知の燃料噴射弁にはこの場合次のような欠点、すなわち両方のニードルの開放時期及び開放時間を任意に制御できない、という欠点がある。外側の弁ニードルは圧力制御されて閉鎖ばねの力に抗して開放し、これに対して内側の弁ニードルは、閉鎖ばねの閉鎖力に加えて、制御室内における液圧力による力を受ける。電磁弁によって制御できるのはしかしながら、１つの噴射サイクルにおいて内側の弁ニードルが開放するか否かだけである。外側の弁ニードルは電磁弁によってその開放特性に影響を与えることはできない。このことは、正確な噴射時期及び正確な噴射量の制御に限界を与えており、そしてこれにより燃焼をさらに最適化することが困難になる。
【０００３】
本発明の利点
請求項１の特徴部に記載のように構成された本発明による燃料噴射弁には、公知のものに比べて次のような利点がある。すなわち本発明による燃料噴射弁では、ただ１つの制御弁によって、外側の弁ニードル及び内側の弁ニードルの開放時期及び開放時間が制御可能である。そのために、燃料噴射弁のハウジング内に配置された制御弁は弁室を有していて、この弁室の内部には弁部材が配置されている。弁部材は２つの終端ポジションの間において可動であり、弁部材が第１の終端ポジションを占めている場合には、制御室及び制御圧室の両方が高圧下の燃料で満たされ、その結果外側の弁ニードル及び内側の弁ニードルは共にその閉鎖位置において動かない。弁部材が素早くその第２の終端ポジションに移動すると、制御室だけが漏れオイル室に放圧され、これに対して制御圧室はその圧力を事実上維持する。これによって外側の弁ニードルだけが開放し、これに対して内側の弁ニードルはその閉鎖位置において動かない。両方の弁ニードル、つまり内側の弁ニードルと外側の弁ニードルとを開放制御したい場合には、弁部材は幾分ゆっくりとその第１の終端ポジションから第２の終端ポジションへと移動し、これによって今や制御圧室内における圧力は、外側の弁ニードルに加えて内側の弁ニードルも開放するように大きく低下する。つまり制御弁の切換え時間によって、すべての噴射横断面を開放制御するのか又は噴射横断面の一部だけを開放制御するのかを、調節することができる。従って、同軸式・可変ノズル（Koaxial-Varioduese）の制御をただ１つの制御弁だけを用いて実施することができる。
【０００４】
本発明による燃料噴射弁の有利な構成では、弁部材が、有利には電気作動式のアクチュエータによって運動させられる。アクチュエータがピエゾアクチュエータであるとして形成されていると、特に有利である。それというのは、ピエゾアクチュエータは、ほぼ任意の速度で切換え可能であるという利点を有しているからである。従ってアクチュエータによって運動させられる弁部材は、種々異なった速度で第１の終端ポジションから第２の終端ポジションへと移動することができ、しかも切換え速度によって噴射横断面を調節することが可能である。
【０００５】
図面
図１は、本発明による燃料噴射弁を示す縦断面図であり、
図２は、図１のＩＩで示された範囲を拡大して示す図であり、
図３は、図１のＩＩＩで示された範囲を拡大して示す図であり、
図４は、外側の弁ニードルだけの開放制御時における圧力、ニードル行程及び弁部材行程の時間的な経過を示す線図であり、
図５は、両方の弁ニードルの開放制御時における弁部材行程、圧力及びニードル行程の時間的な経過を示す線図である。
【０００６】
実施例の記載
図１には、本発明による燃料噴射弁が縦断面図で示されている。燃料噴射弁はハウジング１を有しており、このハウジング１は保持体１４と制御体１２と中間円板９と中間体７と弁体３とを有していて、これらの部材は記載の順番で互いに接触している。ハウジング１の個々の部材は緊締ナット５によって互いに押し付けられて、部材相互の所定位置で固定されている。弁体３には孔１６が形成されており、この孔１６には外側の弁ニードル２０が長手方向摺動可能に配置されている。この外側の弁ニードル２０は、孔１６の、燃焼室とは反対側の区分において案内されていて、受圧肩部２７を形成しながら燃焼室に向かって先細になっている。外側の弁ニードル２０は、孔１６の、燃焼室側の端部に形成された座面２４のところまで延びており、この座面２４には複数の噴射開口３０が形成されており、これらの噴射開口３０は座面２４を内燃機関の燃焼室と接続している。外側の弁ニードル２０と孔１６の壁との間にはリング通路２８が形成されており、このリング通路２８は、座面２４から受圧肩部２７の高さまで達している。受圧肩部２７の高さにおいてリング通路２８は拡大して圧力室２６を形成しており、この圧力室２６には、弁体３と中間体７と中間円板９と制御体１２と弁保持体１４とを貫通して延びている供給通路１０が開口している。圧力室２６内には、ひいてはリング通路２８内にも、供給通路１０を介して燃料が圧力下でもたらされる。外側の弁ニードル２０は長手方向孔２１を有しており、この長手方向孔２１内には内側の弁ニードル２２が長手方向摺動可能に配置されている。弁ニードル２０，２２による噴射開口３０の制御を明瞭にするために、図２には図１においてＩＩで示された範囲が拡大して示されている。座面２４は円錐形に形成されていて、噴射開口３０は、２つの噴射開口列に、つまり外側の噴射開口列１３０と内側の噴射開口列２３０とにグループ分けされている。外側の弁ニードル２０は燃焼室側の端部に円錐形の外側の弁シール面３２を有しており、その結果シール縁３４が形成されていて、このシール縁３４で外側の弁ニードル２０はその閉鎖位置において座面２４に接触する。外側の噴射開口列１３０は少なくとも２つの噴射開口３０から成っていて、これらの噴射開口３０は孔１６の長手方向軸線に対して同一の半径方向平面に位置しており、しかも外側の噴射開口列１３０はシール縁３４の下流に配置されている。内側の弁ニードル２２は、燃焼室側の端部に内側の弁シール面３６と円錐面３８とを有しており、この弁シール面３６と円錐面３８との移行部にシール縁３７が形成されていて、このシール縁３７で内側の弁ニードル２２はその閉鎖位置において座面２４に接触する。内側の噴射開口列２３０もまた、少なくとも２つの噴射開口から成っており、これらの噴射開口は孔１６の長手方向軸線に対する共通の半径方向平面に配置されており、そして内側の噴射開口列２３０は、内側の弁ニードル２２のシール縁３７の下流で座面２４に開口している。
【０００７】
噴射開口３０を制御するために両方の弁ニードル２０，２２は次のように共働する：
外側の噴射開口列１３０だけを通して燃料を内燃機関の燃焼室に噴射したい場合には（これは特に、内燃機関を部分負荷範囲において運転することが望まれている場合に有利である）、噴射のために外側の弁ニードル２０だけが座面２４から上昇する。これによって、リング通路２８内において高圧下にある燃料は、外側の弁シール面３２と座面２４との間を通って外側の噴射開口列１３０に流れ、そこから内燃機関の燃焼室内に噴射される。内側の弁ニードル２２はこの場合その閉鎖位置に留まっており、つまり座面２４と接触したままなので、内側の噴射開口列２３０は閉鎖されたままである。全部の噴射開口３０を通して噴射したい場合には、内側の弁ニードル２２も座面２４から持ち上げられ、これによって内側の噴射開口列２３０も開放される。
【０００８】
両弁ニードル２０，２２を制御するためには、中間体７と中間円板９と制御体１２と弁保持体１４とに配置された装置が働く。図３には、図１にＩＩＩに示された範囲が拡大して示されている。中間体７には孔１６に対して同軸的にピストン孔４５が形成されており、このピストン孔４５はその直径を段付けされていて支持面４１を形成している。受容孔３５には外側の圧力ピストン４０が配置されており、この圧力ピストン４０は外側の弁ニードル２０に接触していて、該弁ニードル２０と一緒に同期的に長手方向において運動することができる。外側の圧力ピストン４０の外側にはリング面３９が配置されており、このリング面３９と支持面４１との間には、閉鎖ばね４４がプレロードもしくは予負荷をかけられて配置されており、この閉鎖ばね４４は圧縮コイルばねとして形成されていて、外側の圧力ピストン４０を取り囲んでいる。外側の圧力ピストン４０の端面と中間円板９とピストン孔４５の壁とによって、制御室５０が画成されており、この制御室５０は供給絞り７０を介して供給通路１０と接続されていて、ここでは常に高圧下にある燃料が存在している高圧室として働く。つまり閉鎖ばね４４の力のみならず、圧力ピストン４０ひいては外側の弁ニードル２０には、液圧力が端面５１を介して作用し、この端面５１は制御室５０における圧力によって負荷される。
【０００９】
外側の圧力ピストン４０は案内孔４７を有しており、この案内孔４７においては内側の圧力ピストン４２が長手方向摺動可能に配置されている。内側の圧力ピストン４２は内側の弁ニードル２２に接触していて、常にこの弁ニードル２２と一緒に同期的に運動する。案内孔４７と内側の圧力ピストン４２の端面５３とによって、制御圧室５２が画成されており、この制御圧室５２の圧力によって液圧力が圧力ピストン４２に、ひいては内側の弁ニードル２２に、座面２４の方向で生ぜしめられる。
【００１０】
弁保持体１４には受容体１３が配置されており、この受容体１３内にはアクチュエータ４６と、このアクチュエータ４６に結合された圧力部材４８とが設けられている。有利にはピエゾアクチュエータとして形成されたアクチュエータ４６によって、圧力部材４８は、長手方向でばね４９の力とは逆方向又はばねの作用方向に運動させられ、このばね４９は圧力部材４８と受容体１３との間に配置されている。圧力部材４８は弁部材６０と結合されており、この弁部材６０は弁室６８内に配置されており、この弁室６８は制御体１２内に形成されていて、第１の弁座６２及び該弁座６２に向かい合って位置する第２の弁座６４と一緒に制御弁５８を形成している。弁部材６０は主として半球として形成されていて、半球形の弁シール面６６は第１の弁座６２と共働し、これに対して弁部材６０の平らな面は、フラット座として形成された第２の弁座６４と共働する。弁室６８は、弁保持体１４に形成された漏れオイル室７８への接続部５９を有しており、この接続部５９は弁部材６０によって、第１の弁座６２との共働によって開閉可能である。さらに弁室６８は排出絞り７２を有しており、この排出絞り７２は、弁室６８を制御室５０と接続している。排出絞り７２はこの場合、弁部材６０の位置とは無関係に常に開放している。弁部材６０が第２の弁座６４と共働することによって、接続通路７４が制御され、この接続通路７４は弁室６８と制御圧室５２との間の接続部を形成している。接続通路７４はこの場合中間体７にまで延びていて、ピストン孔４５の側部に開口している。制御圧室５２への接続部は、外側の圧力ピストン４０における横孔５５を介して形成される。接続通路７４への制御圧室５２のこの接続部は、外側の圧力ピストン４０の如何なる位置においても維持される。接続通路７４には絞り箇所７６が設けられており、この絞り箇所７６は可能な燃料流を接続通路７４によって制限することができ、なおこの絞り箇所７６は必要な場合に省くことも可能である。
【００１１】
制御弁５８の作用形式は以下の通りである。噴射サイクルの開始時に弁部材６０は第１の弁座６２に接触しており、その結果漏れオイル室７８への弁室６８の接続部５９は閉鎖されている。接続通路７４と排出絞り７２とは開放されているので、制御圧室５２及び制御室５０は液圧的に弁室６８と接続されている。供給絞り７０を通して制御室５０内には噴射圧ｐ０が存在しており、この噴射圧ｐ０は高圧通路１０にも存在している。同じ圧力ｐ０は、接続が開放されていることに基づいて、もちろん制御圧室５２においても存在している。外側の噴射開口列１３０だけを通して燃料を噴射したい場合には、アクチュエータ４６は圧力部材４８を介して弁部材６０を極めて迅速に第１の弁座６２から第２の弁座６４との接触に切り換える。これによって、漏れオイル室７８への弁室６８の接続部は開放され、接続通路７４は閉鎖される。この切換え動作は極めて迅速に行われるので、制御圧室５２における圧力は、ほとんど降下しない。今や弁室６８が、常に極めて低い燃料圧が存在している漏れオイル室７８に接続していることに基づいて、圧力室５０における圧力が低下する。それというのは、供給絞り７０と排出絞り７２とは互いに次のように、すなわち供給絞り７０を介して高圧通路１０から補充され得るよりも多くの量の燃料が排出絞り７２を介して制御室５０から流出するように、調整されている。これによって、外側の圧力ピストン４０の端面５１に作用する液圧力が低下し、その結果受圧肩部２７に作用する圧力室１９内における液圧力は、外側の弁ニードル２０を座面２４から持ち上げ、その結果外側の噴射開口列１３０が開放される。外側の弁ニードル２０及び外側の弁ピストン４０の運動は、外側の弁ピストン４０の端面５１が中間円板９に接触するまで、続けられる。位置固定のままの内側の弁ピストン４２に対する外側の弁ピストン４０の運動によって、確かに制御圧室５２の容積は僅かに増大するが、しかしながら制御圧室５２及び接続通路７４の大きな容積に基づいて、制御圧室５２における圧力がこれによって著しく降下することはない。
【００１２】
図４には、弁部材の移動距離Ｖ、制御圧室５２における圧力ｐ、外側の弁ニードル２０の行程ｈ及び内側の弁ニードル２２の時間的な経過が示されている。図４の上側の線図は弁部材６０の運動を示しており、この線図から明らかなように、弁部材６０の運動は時点ｔ０において導入され、時点ｔ１において第２の弁座６４に接触する。真ん中の線図は制御圧室５２における圧力を示しており、この線図には、噴射圧ｐ０から、圧力ｐ１の上における圧力レベルまでの圧力降下が示されており、この場合圧力ｐ１は、内側の弁シール面３６に対する液圧力によって駆動される内側の弁ニードル２２が座面２４から上昇する際の圧力を示している。図４の下側の線図にその行程ｈが示されている外側の弁ニードル２０は、その運動を時点ｔ０の直後に開始し、最大行程が得られるまで運動を続ける。時点ｔ２において、制御弁５８が切り換わり、弁部材６０は時点ｔ３において再び第１の弁座６２における出発ポジションに達する。制御室５０は供給絞り７０を介して高圧通路１０の噴射圧で満たされ、接続通路７４を介して制御圧室５２においても再び圧力ｐ０が形成される。制御圧室５２における圧力の上昇によって、外側の弁ニードル２０はその閉鎖位置に押し戻される。
【００１３】
すべての噴射開口３０を通して噴射を行いたい場合には、制御弁５８は、外側の噴射開口列１３０を通しての上記噴射の場合に比べて、ゆっくりと切り換わる。弁部材６０の比較的ゆっくりとした運動によって、ある一定の時間、弁部材６０が第１の弁座６２と第２の弁座６４との間に位置している場合に、接続通路７４及び漏れオイル室７８に通じる接続部は、開放したままであり、その結果制御圧室５２における圧力は、内側の弁ニードル２２の開放圧よりも下の圧力に、つまり圧力ｐ１に降下する。これによって上に述べたように外側の圧力ピストン４０と内側の圧力ピストン４２とが運動し、その結果外側の弁ニードル２０及び内側の弁ニードル２２が座面２４から上昇し、全部の噴射開口３０が開放する。図５には図４におけると同じ形式で基準値の時間的な経過が示されている。図５の上側の線図には、弁部材６０の運動のゆっくりとした経過が示されており、この場合第１の弁座６２における出発ポジションへの戻り運動は、部分負荷範囲における噴射の場合と同じ速度で行うことができる。制御圧室５２における圧力ｐの圧力経過は、圧力ｐ１より下への圧力降下を示しており、その結果内側の弁ニードル２２はその行程運動を時点ｔ１において開始する。これは図５の下側の線図において破線で示されている。燃料噴射弁の閉鎖動作は、部分負荷範囲と同様に、制御室５０及び制御圧室５２における圧力の再形成によって行われる。
【００１４】
アクチュエータ４６としては有利には、印加された電圧に関連して行程を実施するピエゾアクチュエータが適している。簡単な電圧調整によって、弁部材６０の運動時においてほぼ如何なる時間的な経過でも実現することができる。ピエゾアクチュエータの他に、例えば、磁界の強さに関連して切換え速度を制御することができる迅速切換え式の磁石アクチュエータのようなその他のアクチュエータも使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による燃料噴射弁を示す縦断面図である。
【図２】図１のＩＩで示された範囲を拡大して示す図である。
【図３】図１のＩＩＩで示された範囲を拡大して示す図である。
【図４】外側の弁ニードルだけの開放制御時における圧力、ニードル行程及び弁部材行程の時間的な経過を示す線図である。
【図５】両方の弁ニードルの開放制御時における弁部材行程、圧力及びニードル行程の時間的な経過を示す線図である。
【図１】
2005526211.tif 000003
【図２】
2005526211.tif 000004
【図３】
2005526211.tif 000005
【図４】
2005526211.tif 000006
【図５】
2005526211.tif 000007
【国際調査報告】
2005526211.tif 000008
2005526211.tif 000009
2005526211.tif 000010
2005526211.tif 000011