(57)【要約】  本発明は、燃料インジェクタ（１）のためのサーボ弁（３）であって、該サーボ弁（３）が圧力変換器（２）を有しており、該圧力変換器（２）の作業室（７）が、変換器ピストン（１０，１１）を介して差圧室（８）から分離されており、サーボ弁（３）の制御室（３３）がアクチュエータ（４）を介して第１の負圧側の環流部（３５）に接続可能であり、かつ圧力変換器（２）の差圧室（８）が第２の負圧側の環流部（３７）又は環流部（３５，３７）をつなぎ合わせる環流システムに接続可能になっている形式のものに関する。第１のサーボ弁ピストン（３０）には第１のシール座（３８）が形成されている。第１のサーボ弁ピストン（３０）にはシールスリーブの形で形成されたサーボ弁ピストン（４１）が収容されており、このサーボ弁ピストン（４１）は弁ケーシング（２９）と共に第２のシール座（５０）を形成している。この第２のシール座（５０）は、制御室（３３）の放圧時にはよりわずかな行程距離で第１のシール座（３８）よりも早く閉じる。制御室（３３）の加圧時には、第１のシール座（３８）が閉じられている場合にはじめて第２のシール座（５０）が開く。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料インジェクタ（１）のためのサーボ弁（３）であって、該サーボ弁（３）が圧力変換器（２）を有しており、該圧力変換器（２）の作業室（７）が、変換器ピストン（１０，１１）を介して差圧室（８）から分離されており、サーボ弁（３）の制御室（３３）がアクチュエータ（４）を介して負圧側の環流部（３５）に接続可能になっており、かつ圧力変換器（２）の差圧室（８）が、負圧側の環流部（３７）、又は環流部（３５，３７）をつなぎ合わせる環流システムに接続可能になっている形式のものにおいて、持続的にシステム圧により負荷された面（４５）を有する第１のサーボ弁ピストン（３０）に第１のシール座（３８）が形成されており、前記第１のサーボ弁ピストン（３０）に、シールスリーブの形で形成されたサーボ弁ピストン（４１）が、軸線方向に摺動可能に収容されており、該サーボ弁ピストン（４１）が、弁ケーシング（２９）と共に第２のシール座（５０）を形成しており、これにより、第１のサーボ弁ピストン（３０）が、第２のサーボ弁ピストン（４１）による第２のシール座（５０）の閉鎖後に第１のシール座（３８）のさらなる開放をもたらすことを特徴とする、燃料インジェクタ（１）のためのサーボ弁（３）。
【請求項２】
第１のシール座（３８）が、第１のサーボ弁ピストン（３０）の第１のシャフト領域（４６）に形成されている、請求項１記載のサーボ弁。
【請求項３】
第１のサーボ弁ピストン（３０）が、第２のシャフト領域（４７）を有しており、該第２のシャフト領域（４７）に、第２のサーボ弁ピストン（４１）に向いたピストン側のストッパ（４９）が形成されている、請求項１記載のサーボ弁。
【請求項４】
第１のサーボ弁ピストン（３０）が、第３のシャフト領域（４８）を有しており、該第３のシャフト領域（４８）に、シールスリーブの形で形成された第２のサーボ弁ピストン（４１）がばね負荷されて収容されている、請求項１記載のサーボ弁。
【請求項５】
第１のサーボ弁ピストン（３０）の第３のシャフト領域（４８）が、圧力変換器（２）の作業室（７）内へ突入している、請求項４記載のサーボ弁。
【請求項６】
第１のサーボ弁ピストン（３０）の第３のシャフト領域（４８）が、作業室（７）内のシステム圧により負荷された作業室側の端面（４５）を有している、請求項４記載のサーボ弁。
【請求項７】
第１のサーボ弁ピストン（３０）が、貫通通路（３１）を有しており、該貫通通路（３１）の、制御室（３３）に向いた側に第２の絞り箇所（３２）が設けられている、請求項１記載のサーボ弁。
【請求項８】
圧力変換器（２）の差圧室（８）を負荷する導管、並びに差圧室（８）を放圧する導管（２８）が、サーボ弁（３）のサーボ弁ケーシング（２９）内の開口箇所（４０）に開口しており、該開口箇所（４０）が、第１のシール座（３８）と第２のシール座（５０）との間に位置している、請求項１記載のサーボ弁。
【請求項９】
サーボ弁ケーシング（２９）と第２の閉鎖ピストン（４１）との間の第２のシール座（５０）が、平坦座の形で形成されている、請求項１記載のサーボ弁。
【請求項１０】
サーボ弁ケーシング（２９）と第２の閉鎖ピストン（４１）との間の第２のシール座（５０）が、円錐座の形で形成されている、請求項１記載のサーボ弁。
【請求項１１】
平坦座の形で形成された第２のシール座（５０）が、サーボ弁ケーシング（２９）と、第２のサーボ弁ピストン（４１）の輪郭付けされたピストン面（４４）との間に形成される、請求項９記載のサーボ弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
直接噴射式の内燃機関に燃料を噴射するためには、行程制御された高圧アキュムレータ噴射システム（コモンレール）を使用することができる。この燃料噴射システムは、噴射圧を内燃機関の負荷及び回転数に適合させることができることにより優れている。エミッションを低減し、高い固有出力を得るためには、高い噴射圧が必要である。高圧燃料ポンプ内で達成可能な圧力レベルは安定性の理由から制限されているので、高圧噴射システム（コモンレール）ではさらなる圧力上昇はインジェクタに設けられた圧力変換器を介して達成することができる。
【０００２】
従来技術
ドイツ連邦共和国特許第１０１２３９１３号明細書が、燃料高圧源から供給可能な燃料インジェクタを有する、内燃機関のための燃料噴射装置を開示している。燃料インジェクタと燃料高圧源との間には、可動な圧力変換ピストンを有する圧力変換装置が配置されている。この圧力変換装置の圧力変換ピストンが、燃料高圧源に接続可能な室を、燃料インジェクタに接続された高圧室から分離する。圧力変換装置の戻し室に燃料を充填すること若しくは戻し室から燃料を排出することにより、高圧室内の燃料圧を変化させることができる。燃料インジェクタは噴射開口を開閉するための可動な閉鎖ピストンを有しており、この場合にこの閉鎖ピストンは閉鎖圧力室内に突入している。閉鎖ピストンは、閉鎖方向に閉鎖ピストンに作用する力を得るために燃料圧により負荷可能である。閉鎖圧力室及び戻し室は共通の閉鎖圧力−戻し室により形成されており、この場合に閉鎖圧力−戻し室の部分領域全体が燃料の交換のために持続的に互いに接続されている。噴射開口に燃料を供給し、開放方向に作用する力により閉鎖ピストンを負荷するための圧力室が設けられている。高圧室は燃料高圧源に接続されており、これにより、圧力変動は別として高圧室内には少なくとも燃料高圧源の燃料圧を恒常的に加えることができる。圧力室及び高圧室は共通の噴射室により形成されており、この噴射室の部分領域は燃料の交換のために持続的に互いに接続されている。
【０００３】
燃料インジェクタでは切換弁の形のサーボ弁を使用することができ、このサーボ弁は制御横断面の座−スプール−構成の一体的なサーボ弁ピストンを有している。座−スプール構成形式で実施された、切換弁の形で使用されるこのようなサーボ弁では、スプールエッジに高い摩耗が生じる恐れがある。なぜならば、極わずかなオーバラップ長さしか実施することができないからである。さらに座−スプール構成で形成されたサーボ弁は特にサーボ弁ピストンの互いに制御エッジの位置に関して製造精度に高い要請を課す。
【０００４】
発明の説明
燃料インジェクタを制御するための３ポート２位置−座−座構成形式の、サーボ弁の形で形成された切換弁の本発明により提案された構成は弁ニードルを有しており、この弁ニードルには第１のニードルピストンが形成されており、このニードルピストンは第１のシール座を有している。第１のニードルピストンにはさらなる第２のニードルピストンが位置しており、このニードルピストンはシールスリーブの機能を有している。第２のニードルピストンには第２のシール座が形成されており、この場合に第２のニードルピストンは、第１のシール座で支持されたばねにより、弁ケーシングに対して、かつこの弁ケーシングと共に第２のシール座を形成する形で形成されている。第２のシール座は本発明により提案されたこの３ポート２位置−座−座弁の弁ニードルの構成に基づき、著しく小さい弁部分行程の後に既に閉じる。これに対して第１のシール座は第２のシール座の閉鎖とは無関係にさらにさらにより大きい行程まで開く。燃料インジェクタを制御する切換弁を３ポート２位置−座−座弁の形で構成するという本発明により提案された手段は、大きい損失量のない最適なインジェクタ調整を可能にする。本発明により提案された２部分により形成されたサーボ弁は、有利な形式で、燃料インジェクタ内に組み込まれているものであれ、燃料インジェクタに取り付けられたものであれ、圧力変換器を有する燃料インジェクタにおいて使用することができ、これらの燃料インジェクタは、圧力変換器の差圧室（戻し室）の放圧若しくは加圧を介して制御される。
【０００５】
本発明により提案された手段により、スプールシール座のオーバラップ長さが小さすぎる場合に生じる欠点が回避される。このような欠点はしばしば高い損失量及び劣悪なインジェクタダイナミクスをもたらす。
【０００６】
次に本発明の実施の形態を図面につきさらに詳しく説明する。
【０００７】
図１には、燃料インジェクタのための３ポート２位置−座−座切換弁のための実施例を見ることができ、この場合にこの燃料インジェクタは圧力変換器を有している。
【０００８】
燃料インジェクタ１が圧力変換器２並びに切換弁を有しており、この切換弁はサーボ弁３の形で形成されている。このサーボ弁３はアクチュエータ４を介して操作可能である。このアクチュエータ４は電磁弁又は圧電調整器の形で、場合によってはハイドロリック式の連結室を中間配置されて形成されていてよい。
【０００９】
前記燃料インジェクタ１は畜圧器５（コモンレール）を介して、高い圧力下にある燃料を供給される。高圧導管６を介して、畜圧器５の内部のシステム圧が圧力変換器２の作業室７内に滞留している。さらにこの圧力変換器２は差圧室８（戻し室）を有しており、この差圧室８は、変換器ピストン１０，１１を介して作業室７から分離されている。２部分より形成された変換ピストンは、第１の変換器ピストン部分１０と第２の変換器ピストン部分１１とを有している。この第２の変換器ピストン部分１１は差圧室８の底部で支持されたばねエレメント１２により負荷されており、このばねエレメント１２を介して変換器ピストン１０，１１は再び静止位置へ、作業室７内に配置されたストッパリング１３に対して調節される。
【００１０】
第２の変換器を介して、圧力変換器２の圧縮室９が、圧力変換器２の変換比に対応して高められた圧力により負荷される。圧縮室９からはノズル室供給部１４が燃料インジェクタ１のノズル室１７へ延びている。圧力変換器２の作動停止時には圧縮室９の再充填が充填弁１６を介して行われる。この充填弁１６は図１では逆止弁の形で形成されている。図１では２部分より形成された変換ピストン（符号１０，１１参照）は、１部分より構成されていてもよい。
【００１１】
前記ノズル室１７は、ノズルニードルの形で形成された噴射弁エレメント１８を取り囲んでおり、この噴射弁エレメント１８は圧力段部１９を有している。ノズル室１７からはリングギャップ２０が噴射弁エレメント８の座２１まで延びている。この座２１の下方には噴射開口２２が位置しており、これらの噴射開口２２を介して、噴射弁エレメント１８が座２１から持ち上げられた場合に燃料が内燃機関の燃焼室内へ噴射される。噴射弁エレメント１８の端面が閉鎖ピストン２３により負荷される。この閉鎖ピストン２３のボール状に形成された端面がニードル状の噴射弁エレメント１８の端面に接触する。前記閉鎖ピストン２３内には過流絞り２４が収容されており、この過流絞り２４を介して閉鎖ピストン２３の貫通孔２７が、ばねエレメント２５を収容する室に接続されている。このばねエレメント２５を介して閉鎖ピストン２３は閉鎖方向に負荷されている。ばねエレメント２５を収容する液圧室からは制御室導管１５が圧力変換器２の差圧室８（戻し室）まで延びており、制御室導管１５内には第１の絞り箇所２６が形成されている。
【００１２】
圧力変換器２の差圧室８の放圧は負荷解除導管２８を介して得られる。この負荷解除導管２８はサーボ弁３の弁ケーシング２９内の開口箇所４０で開口している。サーボ弁３の弁ケーシング２９内にはサーボ弁ピストン３０が収容されている。このサーボ弁ピストン３０は貫通通路３１を有しており、この貫通通路３１は第２の絞り箇所３２を有している。この第２の絞り箇所３２は、貫通通路３１の、サーボ弁３の制御室３３内へ通じる開口箇所に隣接している。制御室３３からは、第１の負圧側の環流部３５内へ延びる導管が分岐しており、この導管内には流出絞り３４が収容されている。サーボ弁３の制御室３３はアクチュエータ４の操作により放圧可能であり、この場合にアクチュエータ４は電磁弁又は圧電調整器の形で実施することができる。
【００１３】
サーボ弁ピストン３０はサーボ弁室３６により取り囲まれており、このサーボ弁室３６からは制御容量を制御するための第２の負圧側の環流部３７が分岐している。
【００１４】
サーボ弁ケーシング２９にはシール座３８が形成されており、このシール座３８はサーボピストン３０の第１のシャフト領域４６のリング面と協働する。サーボ弁ピストン３０の第１のシャフト領域４６には、減じられた直径で形成された第２のシャフト領域４７が接続しており、この第２のシャフト領域４７は、サーボ弁ケーシング２９の内部のリング室３９により取り囲まれている。サーボ弁ピストンの第２のシャフト領域４７は、第１のサーボ弁ピストン３０で可動に収容された第２のサーボ弁４１のためのストッパ面４９を有している。この第２のサーボ弁ピストン４１は第３のシャフト領域４８内で可動に第１のサーボ弁ピストン３０で支承されており、ばねエレメント４２を介して負荷されている。このばねエレメント４２は、第３のシャフト領域４８の下端に設けられたばねエレメント支持部４３で支持される。第１のサーボ弁ピストン３０の第３のシャフト領域４８は作業室側の端面４５を有しており、この端面４５は、圧力変換器２の作業室７内に形成された圧力により負荷されている。可動に収容された第２のサーボ弁ピストン４１は輪郭付けされたピストン面４４を有しており、このピストン面４４は弁ハウジング２９と共に別の第２のシール座５０を形成している。
【００１５】
図１に示した、圧力変換器２の作動停止された静止位置では、サーボ弁ケーシング２９の下方の開かれた第２のシール座５０を介して、圧力変換器２の作業室７内に形成されたシステム圧が開口箇所４０と放圧導管２８とを介して圧力変換器２の差圧室８（戻し室）内に滞留している。これにより、圧力変換器２は、作業室７内及び差圧室８（戻し室）内に形成された同一の圧力により補償され、圧力増幅は行われない。第１のシール座３８内へ調整された、第１のサーボ弁ピストン３０の第１のシャフト領域４６により、第２の負圧側の環流部３７は閉じられている。同様に閉鎖位置へ走行せしめられたアクチュエータ４を介して第１の負圧側の環流部３５は同様に閉じられる。
【００１６】
図１内に示された、圧力変換器２の作動停止された静止状態では噴射は行われない。なぜならば、差圧室８内に形成された圧力を介して閉鎖ピストン２３及び噴射弁エレメント２８は、ばねエレメント２５により支援されて閉鎖位置に走行せしめられており、ノズル室１７内には噴射弁エレメント１８の圧力段部１９に開放方向に作用する高められた圧力が滞留していなからである。
【００１７】
図２は、アクチュエータを制御した場合の燃料インジェクタの圧力変換器の作動を示している。
【００１８】
圧力変換器２を制御するためには、圧力変換器２の差圧室８が負荷解除導管２８を介して放圧される。このためには、電磁弁又は圧電調整器の形で形成されたアクチュエータ４の制御が行われ、これにより、第１の負圧側の環流部３５が開かれる。いまや燃料がサーボ弁３の制御室３３から第１の負圧側の環流部３５内へ流出し、これにより、第１のサーボ弁ピストン３０の端面がサーボ弁３の制御室３３内へ運動する。第１のサーボ弁ピストン３０が上昇運動した場合には、第２のシール座５０は、第１のシール座３８が完全に開かれるよりも早く閉じられる。それ故、差圧室８からは燃料容積が負荷解除導管２８、開口箇所４０及びリング室３９を介して第２の負圧側の環流部３７内へ流出し、これにより、圧力変換ピストン１０，１１はいまや圧縮室９内へ進入する。これに基づき圧力変換器２の変換比に対応して燃料が高められた圧力下にノズル室１７内へ到達する。これにより、噴射弁エレメント１８は圧力段部１９に開放方向に作用する高められた液圧力により負荷され、開放され、これにより、噴射弁エレメント１８の座２１の下方で燃焼室内に開口する噴射開口２２が解放される。いまや燃料は内燃機関の燃焼室内へ噴射される。
【００１９】
サーボ弁３の制御室３３の放圧時には、上方向の小さい行程で既にサーボ弁ケーシング２９と、第２のサーボ弁ピストン４１の輪郭付けされた表面４４との間の第２のシール座５０が閉じられる。圧力変換器２の作業室７内でサーボ弁ピストン３０の作業室側の端面４５に作用する加圧力に基づき、第１のサーボ弁ピストン３０は第２のシール座５０の閉鎖後にはさらに運動せしめられ、これにより、第１のシール座３８はさらに開く。
【００２０】
第１のシール座３８が形成されており、かつシールスリーブとして機能する可動な第２のサーボ弁ピストン４１が収容されている第１のサーボ弁ピストン３０の本発明による構成により、第２のシール座５０は既に小さい弁行程の後に完全に閉じることができ、この場合に、このこととは無関係に第１のシール座３８は第１のサーボ弁ピストン３０のさらに進む行程距離に対応して開く。このことは、燃料インジェクタ１のインジェクタダイナミクスの改善に著しく貢献する。さらに圧力変換器２の制御時に生じる損失量が、サーボ弁３の本発明による構成により著しく減じることができる。
【００２１】
噴射を終了するためにはアクチュエータ４が制御され、これにより、第１の低圧側の環流部３５が再び閉じられる。これにより、サーボ弁３の制御室３３内では、貫通通路３１を介して制御室３３内へ、作業室７から流れ込んだ燃料に基づき圧力が再び上昇する。第１のサーボ弁ピストン３０は第１のシール座３８へ走行し、このシール座３８を閉じる。第１のサーボ弁ピストン３０が第１のシール座３８内へ走入運動した場合には、、第１のサーボ弁ピストン３０の第２のシャフト領域４７にピストン側に形成されたストッパ４９が第２のサーボ弁ピストン４１に当接し、ひいては第２のシール座５０を開放する。これにより、作業室７からは、開口箇所４０及び負荷解除導管２８を介して、システム圧下の燃料が圧力変換器２の差圧室８内へ流入する。それ故、２つの部分より成る変換器ピストン１０，１１は圧縮室９から走出し、この圧縮室９内へは、いまや充填弁１６を介して、ばねエレメント２５を収容する中空室から燃料が再充填のために後から流れ込む。
【００２２】
第１のサーボ弁ピストン３０に可動に収容された第２のサーボ弁ピストン４１の規定された出発位置を保証するためには、ストッパ４９又はばねエレメント４２を設けることができる。第１のサーボ弁ピストン３０の行程運動を支援するためにはばねエレメントを設けることができるが、しかしながら、これらのばねエレメントは図１及び図２による実施例には示されていない。第１のシール座３８も第２のシール座５０も種々異なった形式で実施されていてよい。図１及び図２に示した実施例では、第２のサーボ弁ピストン４１は、例えばサーボ弁ケーシング２９に設けられた平坦座と協働する、輪郭付けされた端面４４により形成されている。第２のシール座５０に関してサーボ弁ケーシング２９に設けられた平坦座の形の構成、又は円錐座の形の第１のシール座３８の構成のほかに、図１及び図２に示したように、サーボ弁３に設けられた第１のシール座３８並びに第２のシール座５０に別の座ジオメトリを使用することもできる。
【００２３】
本発明により提案された、２部分より成るピストン３０，４１の形のサーボ弁ピストンの構成により、第２のシール座５０を、第１のサーボ弁ピストン３０の小さい弁行程の後に閉じることができ、第１のシール座３８は第２のシール座５０の閉鎖とは無関係に開く。圧力変換器２を制御する場合に損失量を減じるためには、本発明により提案されたサーボ弁ピストン構成形式により、第１のシール座３８が第２の負圧側の環流部３７に対して既に部分的に閉じられた後にはじめて第２のシール座５０がピストン側のストッパ４９により開放されることが達成される。それからはじめて第２のシール座５０は開放され、これにより、作業室７内に滞留しているシステム圧は、負荷解除導管２８を介して圧力変換器２の差圧室８内にも加わり、極わずかにだけ第２の負圧側の環流部３７内へ流出し、この環流部３７は既に第１のサーボ弁ピストン３０の第１のシャフト領域４６により第１のシール座３８でほぼ完全に閉じられている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】圧力増幅器を有する燃料インジェクタのための３ポート２位置−座−座切換弁の実施例の非作動状態を示す断面図である。
【図２】図１による３ポート２位置−座−座切換弁の作動状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  燃料インジェクタ、  ２  圧力変換器、  ３  サーボ弁、  ４  アクチュエータ、  ５  畜圧器、  ６  高圧導管、  ７  作業室（圧力変換器）、  ８  差圧室（戻し室）（圧力変換器）、  ９  圧縮室（圧力変換器）、  １０  第１の変換器ピストン、  １１  第２の変換器ピストン、  １２  戻しばね、  １３  ストッパリング、  １４  ノズル室供給部、  １５  制御室導管、  １６  充填弁  圧縮室、  １７  ノズル室、  １８  噴射弁エレメント、  １９  圧力段部、  ２０  リングギャップ、  ２１  座  噴射弁エレメント、  ２２  噴射開口、  ２３  閉鎖ピストン、  ２４  過流絞り、  ２５  ばねエレメント、  ２６  第１の絞り箇所、  ２７  貫通開口  閉鎖ピストン、  ２８  不可解除導管、  ２９  弁ケーシング、  ３０  第１のサーボ弁ピストン、  ３１  貫通通路、  ３２  第２の絞り箇所、  ３３  制御室  サーボ弁、  ３４  流出絞り、  ３５  第１の負圧側の環流部、  ３６  サーボ弁室、  ３７  第２の負圧側の環流部、  ３８  第１のシール座、  ３９  リング室、  ４０  開口箇所  負荷解除導管、  ４１  第２のサーボ弁ピストン、  ４２  ばねエレメント、  ４３  ばねエレメント支持部、  ４４  第２のサーボ弁ピストン４１の輪郭付けされたピストン面、  ４５  第２のサーボ弁ピストン４１の作業室側の端面、  ４６  第１のピストンシャフト領域、  ４７  第２のピストンシャフト領域、  ４８  第３のピストンシャフト領域、  ４９  第２のサーボ弁ピストン４１のためのピストン側のストッパ、  ５０  第２のシール座
【図１】
2007500809.tif 000003
【図２】
2007500809.tif 000004
【国際調査報告】
2007500809.tif 000005
2007500809.tif 000006
2007500809.tif 000007
2007500809.tif 000008