(57)【要約】  インジェクタノズル（５）と、インジェクタノズル（５）内で長手方向に変位可能に案内され、開放および閉止動作を制御するべく、燃料に充填された制御室（１２）に働く圧力により軸方向に加圧しうるノズルニードル（７）とを有し、制御室（１２）が供給ライン（１４）と吐出ライン（１９）に連通し、磁気制御弁（１６）が、この２本のラインの少なくとも一つに配置され、磁気制御弁（１６）は、作動部材（２１）に結合され、弁座（２６）に押圧可能の弁閉止部材（２５）を含み、前記作動部材（２１）は、ベロウシール（２８）により弁閉止部材（２５）および弁座（２６）から離されて配置されている内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するための装置において、弁閉止部材（２５）は、弁球として構成され、円錐弁座（２６）に押圧可能とする。
2008509310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジェクタノズル（５）と、該インジェクタノズル（５）内で長手方向に変位可能に案内され、開放および閉止動作を制御するべく、燃料に充填された制御室（１２）に働く圧力により軸方向に加圧しうるノズルニードル（７）とを含み、前記制御室（１２）が供給ライン（１４）と吐出ライン（１９）に連通し、磁気制御弁（１６）がこの２本のラインの少なくとも一つに配置され、前記磁気制御弁（１６）は、作動部材（２１）に結合され、弁座（２６）に押圧可能の弁閉止部材（２５）を含み、前記作動部材（２１）は、ベロウシール（２８）により該弁閉止部材（２１）および該弁座（２６）から離されて配置されている、
内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するための装置において、前記弁閉止部材は、弁球として構成され、円錐弁座（２６）に押圧可能であることを特徴とする内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するための装置。
【請求項２】
前記作動部材は、前記磁気制御弁（１６）の磁気アマチュア（１７）に接続された加圧ピン（２１）として構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ベロウシール（２８）は、前記作動部材（２１）を包囲する上部環状プレート（２９）と下部プレート（２３）との間に配置され、該下部プレート（２３）は、前記弁球（２５）を担持するボールプレート（２４）に接続され、該上部プレート（２９）は、弁本体（３）に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御室（１２）は、中間プレート（４）により前記制御弁（１６）に向く側で画成され、前記制御室（１２）からの前記吐出ライン（１９）は、該中間プレート（４）に設けた軸方向ボアとして設計され、該中間プレート（４）は、該制御弁（１６）を向く該吐出ライン（１９）の口部上で弁座（２６）を担時することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記吐出ライン（１９）の長手方向軸は、前記インジェクタ（５）の長手方向軸に一致することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記弁球（２５）および前記弁座（２６）を含む前記中間プレート（４）は、耐磨耗性の硬い金属製であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
弁座（２６）を含む前記中間プレート（４）は、耐磨耗性のセラミック材料製であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記制御室（１２）への前記供給ライン（１４）は、前記ノズルニードル（７）の少なくとも一つのボアを介して導通していることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記制御室（１２）は、前記制御弁（１６）と反対側で前記ノズルニードル（７）の端面により画成され、該制御室（１２）への前記供給ライン（１４）は、該ノズルニードル（７）に設けられ、供給スロットル（１５）によりノズル前室（８）に接続された軸方向ボアとして設計されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインジェクタノズルとこのインジェクタノズル内で長手方向に変位可能に案内されるノズルニードルとを含む内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する装置に関し、上記ノズルニードルは、開閉運動制御するべく燃料が充填された制御室に働いている圧力により長手方向に加圧可能であり，さらに制御室に供給ラインと吐出ラインが連通されており、これらのラインの少なくとも一つに磁気制御弁が設けられ、この磁気制御弁が、作動部材に接続され、かつ弁座に対して押圧可能である弁閉止部材を有し、また作動部材がベロウシールにより弁閉止部材および弁座から離されて設けられている構成になったものである。
【背景技術】
【０００２】
インジェクタとも称される、この形式の装置は、ディーゼルエンジンの燃焼室にディーゼル燃料を噴射する共同噴射システムに用いられており、ノズル本体内で長手方向に変位可能にシャンクにより案内されるノズルニードルにより噴射横断面の開閉が行われる構成となっている。ノズルニードルの運動制御は、磁気弁によって行われる。ノズルニードルは燃料圧力と閉止方向に作用する押圧スプリングにより両側で加圧される。ノズルニードルの後方、すなわちノズルニードル弁座と反対側に制御室が設けられ、制御室内で高圧燃料が閉止方向にノズルニードルを押圧してニードル座あるいは弁座にノズルニードルを押圧している。
【０００３】
例えば、磁気弁として設計できる制御弁は、制御室に働く燃料圧力を下降させるべく制御室からの吐出ラインを解放し、これによりノズルニードルが他方の側に働く燃料圧力でスプリングの力に抗してシートから離れて、噴射開口への燃料の流路が開放される。ノズルニードルの開口速度は、制御室への供給ラインの流量と、制御室からの吐出ラインの流量との差により決まり、このためスロットルが供給ラインと吐出ラインのそれぞれに設けられ、それぞれの流量を決定できるようになっている。
【０００４】
従来のインジェクタでは、制御室への供給ラインと制御室からの吐出ラインは、制御室の上側を画成する中間プレートに形成され、このため磁気制御弁に接近して配置されていた。燃料として重油が使用されると、このような従来のインジェクタでは様々な困難な問題が発生していた。重油は高粘度であり、この粘度を低下させるために１５０℃まで加熱することが必要となる。このためインジェクタは、通常範囲を超えて加熱され、いろいろな問題を生じさせる。特に磁気弁の領域で問題が著しい。特に、磁気弁に近接する領域における、制御室への供給ラインと、制御室からの吐出ラインとの配置構成により、及び、磁気弁特に作動部材の弁閉止部材の弁座の面積および流体にさらされる（フラッシュされる）そのガイドの面積が大きいことにより、強烈な加熱により、この構成要素の危険性さらには損傷問題が生ずる。重油の混入物により磁気弁の構成要素が短時間で磨耗することになる。
【０００５】
少なくとも磁気弁の部品から重油を遠くに離すために、ベロウシールにより閉止部材および弁座から作動部材を離す構成がＤＥ１００２６６４２Ａ１号に開示されている。ベロウシールを配置したために弁を二つの離れた領域に構造的に分離することが可能となり、すなわち、重油により漬かり、かつ重油が流れる制御領域と、重油に比べて混入物が少なく温度が低いオイルであるエンジンオイルにより冷却され潤滑される領域との二つに分離される。重油に漬かっている制御流域では、単に弁閉止部材および弁座のみが配置されているため、重油の混入物および高温に曝される領域が低減される。結局のところ作動部材、作動部材用のガイドならびに磁気アマチュアを含む残りの弁領域は、重油に接触しないのでこれらの構成要素の摩損が低減できる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、重油の使用における欠点、さらに弁閉止部材および弁座の領域における欠点を解消し、かつインジェクタを全体として重油における作動に最適なものとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の目的を達成するために、本発明にるインジェクタは、基本的には、弁閉止部材を弁球により構成し、円錐の弁座に押圧可能にしたものである。この構成により、たとえ弁閉止部材および／もしくは弁座が重油に含まれる混入物で多少損傷したとしても、弁がしっかりと閉止される一方、弁閉止部材がかなり磨耗した場合には、交換を容易にすることができる。本発明の構成は、特に耐摩耗性が高く、しかして摩損や機能不良が起きたとしても弁球の交換や、弁座を担持する中間プレートの交換を、制御弁の他の構成要素になんら影響を与えることなく、簡単に行うことができる。
【０００８】
重油使用に対する適合性に関する作動部材の領域を改良するべく、作動部材を磁気制御弁の磁気アマチュアに接続される押圧ピンとして構成すると効果的であり、これにより制御弁の機能の信頼性の高い動作モードが確保できる。ベロウシールを、作動部材を包囲する環状の上部プレートと下部プレートとの間に設けると効果的であり、この構成においては、下部プレートは、弁球を担持するボールプレートなどのプレートに接続し、上部プレートは、弁本体に固定され、ベロウシールは、金属スプリングベロウとすることができる。この場合、下部および下部プレートへのベロウシールの取付けは、例えば、溶接あるいは接着により確実に固定することにより行われる。制御弁の両領域を確実に分離するのに加えて、さらにベロウシールは、そのスプリング動作により作動部材と下部プレートとの間の接触を確保する。
【０００９】
効果的には、以上の構成は、制御室を制御弁に面する側での中間プレートにより画成し、制御室からの吐出ラインは中間プレートに設けた軸方向ボアとして設計し、中間プレートは、制御弁に面する吐出ラインの口部上で弁座を担時するように展開できる。よって、中間プレートは、制御室と制御弁との間に配置され、制御室からの吐出ラインと制御弁への供給ラインの双方を中間プレートに設けて構造的に簡単な組立体を提供し、これにより中間プレートは、弁座が摩損状態となったら容易に交換可能の磨耗プレートとして構成できる。このような摩損を低減するために、弁球と弁座を構成する中間プレートは、耐摩耗性の硬い材料性とすることが好ましい。さらに、弁座を構成する中間プレートを体摩耗性のセラミック材料性とすると更なる向上が得られる。制御室からの吐出ラインと、中間プレートの弁座の構成は、これら二つの構成要素の軸方向の整合を可能とし、流動性においても有利である。これに関する構成では、吐出ラインの長手方向軸がインジェクションノズルの長手方向軸と整合することとなる。
【００１０】
磁気弁の領域での加熱をさらに低減するため、本発明では、制御室への供給ラインがノズルニードルの少なくとも一つのボアを介するように変更できる。制御室への供給ラインを、従来のように中間プレートではなく、ノズルニードルのボアを介するようにすることで重油使用において観察される熱の伝播が磁気制御弁の領域から離れて行われ、いずれにしても重油と接触するノズルニードルの領域において行うようにできる。制御室への供給ラインが通るノズルニードルのボアは、供給スロットルを介してノズルの前方室に連通し、ノズルニードルの開閉運動制御についての最適化のオプションを多数提供できる。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明を、図面で概略的に示す例示的実施例の形で詳細に説明する。当該図面は、大型ディーゼルエンジンの共同噴射システム用のインジェクタを図示する。インジェクタ１は、インジェクタ本体２、弁本体３、中間プレート４ならびにインジェクタノズル５で構成され、これら全てはノズルクランプナット６により互いに組み付けられている。インジェクタノズル５は、ノズルニードル７を含み、このノズルニードル７は、インジェクタ５のノズル本体内で長手方向に変位可能に案内され、種々の間隙画成側面を有し、この間隙を通してノズル前室８からニードルチップへ燃料が流れる。ノズルニードル７が開かれたとき、燃料は複数の噴射開口９を通して内燃機関の燃焼室に噴射される。
【００１２】
ノズルニードル７は、上端で制御スリーブ１１を中間プレート４の下側に押圧する圧縮スプリング１０を支持するカラーを有する。制御スリーブ１１、ノズルニードル７の上端面ならびに中間プレート４の下側で制御室１２が画成されている。制御室１２に働く圧力は、ノズルニードルの運動制御に関連する。燃料供給ボア１３を介して、燃圧がノズル前室８に作用してノズルニードルの加圧肩部を介してノズルニードル７の開放方向の力が加えられる一方、ボア１４および供給スロットル１５を介して制御室１２にも作用して加圧スプリング１０の力の補助によりノズルニードル７を閉止位置に保持する。
【００１３】
インジェクタの閉止位置では、磁気弁の磁気アマチュア１７は、加圧スプリング２２により下方に押圧され、磁気アマチュア１７自体は、これにより加圧ピン２１、下部ベロウプレート２３ならびにボールプレート２４を介して、弁球２５を中間プレート４に設けた円錐弁座２６に押し込む。上部プレート２９は、弁本体３に調節ディスク３０を介してねじ結合２７によりしっかりと装着される。金属スプリングベロウ２８は、上部と下部のベロウプレート２９，２３に溶接あるいは接着により密封状態で取り付けられ、磁気弁空間３１と吐出空間３２との間の密封を行う一方、加圧ピン２１とベロウプレート２３とを確実に接触させる。
【００１４】
電磁石１６を励磁することにより、磁気アマチュア１７は該磁気アマチュアに結合された加圧ピンに沿って上昇し、弁座２６は開放する。制御１２からの燃料は、吐出ライン９を介して、吐出スロットル２０および開放した弁座２６を流れて無圧吐出チャネル（図示せず）に流れ込む。これによりノズルニードル７の上側端面に作用する流体力の低下と共に、ノズルニードル７が開放される。燃料は、次いで噴射開口９を通りエンジンの燃焼室に達する。インジェクタノズル５の開放状態で、高圧の燃料が供給スロットル１５を介して制御室１２に流れ込み、同時に、多量の燃料が吐出スロットル２０を介して流出する。これにより、所謂制御量が無圧力で吐出チャネルに吐出される、すなわち噴射量に加えて制御量が燃料ラインから抜き取られる。ノズルニードル７の開口速度は供給ライン１５と吐出ライン２０との流量差で決まる。
【００１５】
電磁石１６の励磁が終了すると、磁気アマチュア１７は加圧スプリング２２の力により下方に押圧され、弁球２５が円錐弁座２６を閉じ、吐出スロットル２０を介する燃料の吐出経路を閉止する。供給スロットル１５を介して、燃料圧力が再び制御室１２に蓄積され、加圧スプリング１０の力により低減されたノズルニードル７の肩部に掛かる流体力以上の閉止力を発生する。結果として、ノズルニードル７は、噴射開口９への経路を閉止し、噴射行程を終了する。
【００１６】
図に示したインジェクタにおいて、供給スロットル１５は、中間プレート４でなくノズルニードル７内に設けられている。ボア１４と共に、供給スロットル１５は、ノズル前室８と制御室１２との間に恒久的開放接続を提供する。供給スロットル１５および吐出スロットル２０を異なる構造の構成要素に配置することは、エンジン使用における異なる要求に容易に適合可能であること、およびこれら両スロットルのボアのうちの一つが摩損してたとしても交換に際してコストが低減できるなど非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】大型ディーゼルエンジンの燃料マニホルドシステムのインジェクタの構造を図示する断面図。
【図１】
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【国際調査報告】
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