(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料蓄圧噴射システムに用いられる噴射装置であって、内燃機関の燃焼室内に突入した、蓄圧噴射システムの高圧燃料分配器（１２）から高圧燃料供給路（１４，５２，４４，４０）を介して燃料を供給することができる噴射ノズル（１６）と、該噴射ノズル（１６）を制御室（５８）内の圧力に関連して開閉するノズルニードル（３０）とが設けられており、制御室（５８）内への燃料導入のために、燃料供給路（１４，５２，４４，４０）から分岐した流入通路（６２）が、制御室（５８）に開口しており、該制御室（５８）から出発する流出路（６６，７８）が、制御室（５８）からの燃料の流出を可能にしており、さらに、遮断弁（７０）が設けられており、該遮断弁（７０）によって、燃料の流出方向で見て、流出路（６６，７８）の下流側の区分（６６′′）が、流出路（６６，７８）の上流側の区分（６６′）に対して遮断可能であり、さらに、流出路（６６，７８）の下流側の区分（６６′′）と上流側の区分（６６′）とが、弁室（７８）に開口しており、該弁室（７８）内に遮断弁（７０）の遮断エレメント（７６）が、調節可能に配置されており、流出路（６６，７８）に開口する、制御室（５８）への付加的な燃料流の導入のためのバイパス通路（７４）が、燃料供給路（１４，５２，４４，４０）から分岐されている形式のものにおいて、流出路（６６，７８）へのバイパス通路（７４）の開口箇所が、弁室（７８）の領域に位置していることを特徴とする、内燃機関の燃料蓄圧噴射システムに用いられる噴射装置。
【請求項２】
弁室（７８）の上流側で流出路（６６，７８）内に配置された流出絞り（６４）が、流出路（６６，７８）に沿って弁室（７８）から間隔を置いて配置されている、請求項１記載の噴射装置。
【請求項３】
制御室（５８）からの燃料流出時に流出絞り（６４）内でキャビテーションが発生するように、流出路（６６，７８）の、特に流出絞り（６４）と弁室（７８）との間に位置する領域（８４）が形成されている、請求項２記載の噴射装置。
【請求項４】
バイパス通路（７４）が、常に開いている、請求項１から３までのいずれか１項記載の噴射装置。
【請求項５】
遮断エレメント（７６）が、弁室（７８）に設けられた、互いに向かい合って位置する２つの弁座（８０，８２）の間で調節可能な座エレメントとして形成されており、両弁座（８０，８２）において、流出路（６６，７８）の上流側の区分（６６′）と下流側の区分（６６′′）とが、弁室（７８）に開口しており、該弁室（７８）へのバイパス通路（７４）の開口箇所が、燃料の流出方向で見て、両弁座（８０，８２）の間に位置している、請求項１から４までのいずれか１項記載の噴射装置。
【請求項６】
遮断弁（７０）が、圧電式に操作されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の噴射装置。
【請求項７】
当該噴射装置が、コモンレールインジェクタの構成部分として使用されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に詳しく規定した形式の、内燃機関の燃料蓄圧噴射システムに用いられる噴射装置に関する。
【０００２】
このような形式の噴射装置は実際に十分に知られている。多気筒型の内燃機関に用いられる燃料蓄圧噴射システムもしくはコモンレール噴射システムは高圧燃料分配器もしくはレールを有している。このレールからは、複数の高圧燃料供給路が、内燃機関のシリンダ燃焼室内に突入したそれぞれ１つの噴射ノズルに通じている。
【０００３】
各燃焼室内での燃料噴射はノズルニードルによって制御される。このノズルニードルは各噴射ノズルを制御室内の圧力に関連して開閉する。制御室内の増圧のためには、常に開いた流入通路が設けられている。この流入通路を通って、レール圧下にある燃料は各燃料供給路から制御室内に流入することができる。別個の流出路を介して燃料は制御室から流出することができ、したがって、制御室内の放圧が生ぜしめられ得る。流出路内に配置された遮断弁の選択的な開閉によって、制御室内の圧力レベルひいてはノズルニードルの位置に影響を与えることができる。
【０００４】
弁が開放されると、燃料が制御室から流出する。これにより生ぜしめられた制御室内の減圧によって、ノズルニードルが、噴射ノズルに設けられた座から持ち上がり、燃料が噴射ノズルから流出する。弁が再び閉鎖されると、流入通路を介して引き続き流入する燃料によって、制御室内の圧力が再び上昇する。この圧力上昇によって、ノズルニードルが再び座に向かって押圧され、噴射ノズルを閉鎖する。この場合、流出路と流入通路とは、流出路が開いている場合に、この流出路を介して流出する燃料の通流率が、流入通路を通って引き続き流入する燃料の通流率よりも大きくなるように形成されているので、制御室内の燃料容積は効果的により小さくなる。
【０００５】
噴射される燃料量の調量精度は、噴射ノズルを開閉することができる速度によって著しく規定される。ノズルの閉鎖時には、流入通路の、比較的小さな通流横断面に基づき、十分に迅速な閉鎖時間を達成するためには、燃料が不十分な量でしか引き続き流入することができない。
【０００６】
それにもかかわらず、制御室内の被燃料損失を十分迅速に補償することができるようにするために、流出路に開口するバイパス通路を燃料供給路から分岐させることが知られている。遮断弁が閉鎖されている限り、このバイパス通路を通って、付加的な燃料流は燃料供給路から流出路の制御室付近の部分を介して制御室内に流入することができる。これによって、ノズルニードルのより高い閉鎖速度が獲得可能となることが分かった。
【０００７】
しかし、流出路へのバイパス通路の開口が、制御室からの燃料流出時に燃料の流れ特性を妨害し得ることも分かった。たとえば開口箇所に設けられた不可避の流れ縁部によって渦流が生ぜしめられ得る。最終的に、この渦流は、噴射ノズルの開放のために必要となる燃料量が、所望の迅速さで制御室から流出することを阻止する。この場合、噴射ノズルの遅らされた開放は、調量精度に不都合に作用し得る。
【０００８】
発明の利点
本発明によれば、流出路へのバイパス通路の開口箇所が、弁室の領域に位置していることが提案されている。開口箇所のこの局所化によって、制御室から流出する燃料の流れ特性の望ましくない妨害を極めて小さく保つことができることが分かった。いずれにせよ、一般的には、弁室の領域において、燃料流の、増大された乱れが考慮されなければならないので、開口箇所の流れ縁部の付加的な渦流効果は、この乱れに比べて無視することができる。
【０００９】
バイパス通路が開いている場合には、燃料は、減圧が生ぜしめられている限り、燃料供給路からバイパス通路を介して流出路内に流れ、そこで、圧力を増加させる。制御室をより迅速に充填するために、この効果は噴射ノズルの閉鎖時に見込まれているのに対して、噴射ノズルの開放時には、バイパス通路を介して流出路内に流入する燃料流は制御室からの燃料の流出を部分的に著しく妨害することができ、したがって、噴射ノズルを遅らせて開放することができる。このことに関連して、バイパス通路の開口箇所の本発明による局所化が有利であると分かった。
【００１０】
このような形式の燃料流出の妨害を可能な限り小さく保つことができるようにバイパス通路を流出路に開口させるために、弁室の領域には、十分な構造上の構成自由度が存在している。したがって、バイパス通路は難なく常に開いていることができる。
【００１１】
一般的には、弁室の上流側で流出路内に流出絞りが配置されている。この流出絞りによって、流出する燃料の所望の通流量を調整することができる。この流出絞りは流出路に沿って弁室から有利な間隔を有している。
【００１２】
流出路の、流出絞りと弁室との間に位置する領域の構成が、流出する燃料の流れ特性に対して著しく重要となり得ることが分かった。特に流出路のこの領域を適切に形成することによって、制御室からの燃料流出時に流出絞り内にキャビテーションを発生させることができる。流出絞り内のキャビテーションは、流出絞りを通る通流量が、弁室内の圧力ひいては万一の場合の燃料流入とは無関係にバイパス通路に関連しているという利点を有している。
【００１３】
本発明によりバイパス通路が弁室に開口しており、したがって、流出路の、流出絞りと弁室との間に位置する領域が、バイパス通路の開口により形成された流れ縁部から解放されていることによって、バイパス通路が流出絞りと弁室との間で流出路に開口している場合の事例よりも構造上容易に燃料流出時の所望の流れ特性に関して流出路の前記領域を最適化させることができる。
【００１４】
本発明の有利な改良形では、遮断エレメントが、弁室に設けられた、互いに向かい合って位置する２つの弁座の間で調節可能な座エレメントとして形成されており、両弁座において、流出路の上流側の区分と下流側の区分とが、弁室に開口しており、この弁室へのバイパス通路の開口箇所が、燃料の流出方向で見て、両弁座の間に位置している。
【００１５】
しかし、遮断弁をスプール弁または単座弁として形成することは、本発明の枠内で決して排除されていないことが分かった。
【００１６】
本発明の対象のさらなる利点および有利な構成は、実施例の説明、図面の簡単な説明および特許請求の範囲から知ることができる。
【００１７】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１８】
図１には、コモンレール噴射システムを成す蓄圧噴射システムの圧力源１０が示してある。この圧力源１０はディーゼル燃料を、たとえば１５００ｂａｒよりも高い圧力下で分配管もしくはレール１２内に供給する。分配管１２からは複数の燃料供給管路１４が分岐している。これらの燃料供給管路１４は、それぞれ１つの噴射ノズル１６への燃料供給のために働く。この噴射ノズル１６は、図示していない形式で多気筒型の内燃機関、たとえば自動車内燃機関のシリンダ燃焼室内に突入している。噴射ノズル１６は、全般的に符号１８で示したインジェクタ構成群の一部である。このインジェクタ構成群１８は、前組付け可能な構成ユニットとして内燃機関のシリンダブロック内に挿入可能である。
【００１９】
インジェクタ構成群１８は、ノズルケーシング２２と弁ケーシング２４とを備えたケーシング構成群２０を有している。ノズルケーシング２２内には、ケーシング軸線２６に沿って延びる案内孔２８が形成されている。この案内孔２８内には、縦長のノズルニードル３０が軸方向で運動可能に案内されている。このノズルニードル３０はノズル先端部３２に閉鎖面３４を有している。この閉鎖面３４でノズルニードル３０は、ノズルケーシング２２に形成されたニードル座３６に密に接触可能である。
【００２０】
ノズルニードル３０がニードル座３６に接触している、すなわち、ニードル閉鎖位置にある場合には、ノズル孔装置３８からの燃料流出が、ノズルケーシング２２の、燃焼室内に突入した端部で遮断されている。これに対して、ノズルニードル３０がニードル座３６から持ち上げられている、すなわち、ニードル開放位置にある場合には、燃料が、ノズルニードル３０と案内孔２８の周壁面との間に形成された環状室４０からニードル座３６を通ってノズル孔装置３８にまで流れることができ、そこで、主として高圧下でもしくはレール圧下で燃焼室内に噴射され得る。
【００２１】
ノズルニードル３０には、予荷重ばねもしくはプレロードばね４２によってノズルニードル３０の閉鎖位置の方向で予荷重もしくはプレロードがかけられている。プレロードばね４２は、ノズルケーシング２２内に形成されたばね室４４内に収納されている。プレロードばね４２は、一方では、ノズルニードル３０の、燃焼室とは反対の側の端部を密に、しかし、軸方向で運動可能に収容する、食込み縁部で弁ケーシング２４に食い込んでいるスリーブ４６を介してケーシング構成群２０に支持されていて、他方では、ノズルニードル３０に被せ嵌められたばね受け４８を介してノズルニードル３０に支持されている。この場合、ばね受け４８は、ノズルニードル３０の環状溝内に挿入された保持リング５０に支持されている。
【００２２】
ばね室４４には、ケーシング構成群２０に形成された孔５２が開口している。この孔５２内には、該当する燃料供給管路１４を介して、主としてレール圧下にある燃料が導入される。ばね室４４から燃料は環状室４０を介してニードル座３６の領域に到達する。この場合、ノズルニードル３０が案内孔２８の周壁面に案内目的のために接触する軸方向領域では、燃料はノズルニードル周面の単数または複数の扁平加工部５４を通って流れる。
【００２３】
ノズルニードル３０の、燃焼室とは反対の側の端面５６と、スリーブ４６と、弁ケーシング２４との間には制御室５８が仕切られている。この制御室５８には、流入絞り６０を備えて形成された流入通路６２が開口している。この流入通路６２を通って燃料はばね室４４から制御室５８内に流入することができる。流出絞り６４を備えて形成された流出通路６６を介して燃料は制御室５８から放圧室（図示せず）に向かって流出することができる。
【００２４】
概略的にしか図示されていない電磁式のまたは有利には圧電式のアクチュエータ６８により操作可能な遮断弁７０によって、放圧室への燃料流出を遮断することが可能となる。
【００２５】
プレロードばね４２と、制御室５８内を支配する、ニードル端面５６に加えられる圧力の作用とによって、軸方向で燃焼室に向けられた閉鎖力がノズルニードル３０に加えられる。この閉鎖力は軸方向で開放力に抗して作用する。この開放力は、ばね室４４もしくは環状室４０内を支配している圧力が、ノズルニードル３０に形成された段面７２に作用することに基づきノズルニードル３０に加えられる。遮断弁７０が閉鎖位置にあり、したがって、流出通路６６を通る燃料流出が遮断されている場合には、定置の状態で閉鎖力が開放力よりも大きくなっている。したがって、この場合、ノズルニードル３０は閉鎖位置をとっている。その後、遮断弁７０が開放されると、燃料は制御室５８から流出する。
【００２６】
この場合、流入絞り６０の通流横断面と流出絞り６４の通流横断面とは、流入通路６２を通る流入が流出通路６６を通る流出よりも弱くなっており、したがって、燃料の正味流出（Ｎｅｔｔｏａｂｆｌｕｓｓ）が生ぜしめられるように互いに調和されている。引き続き、制御室５８内の減圧が生ぜしめられ、これによって、閉鎖力が開放力よりも低下し、ノズルニードル３０がニードル座３６から持ち上がる。
【００２７】
噴射を終了させたい場合には、遮断弁７０が再び閉鎖位置にもたらされる。これによって、流出通路６４を通る燃料流出が遮断される。さらに、流入通路６２を通って燃料はばね室４４から制御室５８内に流入する。この場合、この制御室５８の圧力が再び上昇する。閉鎖力が開放力よりも大きくなるレベルに制御室５８内の圧力が到達すると、ノズルニードル３０が閉鎖位置に移行する。これによって、ノズル孔装置３８からの燃料流出が中断される。
【００２８】
迅速なニードル閉鎖速度を達成するために、遮断弁７０の閉鎖後の制御室５８内の迅速な圧力上昇が考慮されなければならない。流入通路６２を通る通流量は比較的僅かである。しかし、流入絞り６０の通流横断面の増加は、極めて狭い範囲でしか考慮されない。なぜならば、さもないと、ノズルニードル３０を開放するために、遮断弁７０の開放時に燃料の正味流出がもはや不十分となる危険があるからである。
【００２９】
したがって、バイパス通路７４が設けられている。このバイパス通路７４によって、制御室５８内への付加的な燃料流入が獲得可能となる。バイパス通路７４は孔５２またはばね室４４から分岐している。また、バイパス通路７４には、流入通路６２と同様に、主としてレール圧下にある燃料が供給される。
【００３０】
バイパス通路７４を通る付加的な燃料流入は制御室５８内の圧力を、流入通路６２による唯一の充填時よりも迅速に、ノズルニードル３０を開放位置から閉鎖位置に移行させるために必要となるレベルに上昇させる。したがって、最終的に、燃焼室内に噴射される燃料量をより精細に調量することができる。このことは、図２の概略的な量特性マップにつき明瞭に知ることができる。
【００３１】
図２では、弁７０の開放維持の方向でアクチュエータ６８の電気的な制御が行われている時間ｔが横座標に示してある。縦座標には、噴射された燃料量Ｍが示してある。実線Ｌ１では、バイパス通路７４が設けられている場合の制御時間と噴射量との間の関係が図示してあるのに対して、破線Ｌ２では、バイパス通路７４が設けられていない場合の制御時間と噴射量との間の関係が図示してある。
【００３２】
図２から分かるように、特性線Ｌ１は特性線Ｌ２よりも低い位置で延びている。このことは、同じ制御時間において、バイパス通路７４が設けられている場合には、少ない燃料が噴射ノズル１６から流出することを意味している。これに基づき、バイパス通路７４が設けられていない場合には、アクチュエータ６８の通電の休止後もしくは弁７０の閉鎖後、ノズルニードル３０を開放位置から閉鎖位置に戻すために、ノズルニードル３０は、バイパス通路７４を通る付加的な燃料流がニードル閉鎖を速める場合の事例よりも長い時間を必要とする。
【００３３】
したがって、バイパス通路７４が設けられていない場合には、弁７０の閉鎖後、噴射ノズル１６は、バイパス通路７４が設けられてる場合よりもさらに長い時間の間開いている。これに相応して、バイパス通路７４が設けられていない場合には、燃料の総流出量もより大きくなる。バイパス通路７４が設けられている場合の低い特性線Ｌ１によって、噴射される燃料量をより精細に調量することが可能となり、したがって、全体的に誤差のないインジェクタが得られる。
【００３４】
遮断弁７０は、ここに示した実施例では、いわゆる「二方向切換弁」として形成されている。この二方向切換弁の遮断エレメント（ここでは球形の座エレメント）７６は、アクチュエータ６８によって弁室７８内で２つの終端位置と少なくとも１つの中間位置との間で調節可能である。
【００３５】
両方の終端位置もしくは弁閉鎖位置では、流出通路６６は、制御室５８からの燃料流出に対して遮断されている。これに対して、少なくとも１つの中間位置もしくは弁開放位置では、流出通路６６は、制御室５８からの燃料流出に対して開放されている。
【００３６】
弁７０のこの構成によって、パイロット噴射段階もしくはメイン噴射段階を実現することが容易となる。パイロット噴射のためには、遮断エレメント７６が第１の終端位置から第２の終端位置に運動させられ、メイン噴射のためには、遮断エレメント７６が第２の終端位置から第１の終端位置に戻し運動させられる。この場合、遮断エレメント７６が両終端位置の間にその都度とどまる時間が、パイロット噴射もしくはメイン噴射のために噴射される燃料量を規定している。特に遮断エレメント７６はパイロット噴射のために迅速に、すなわち、比較的長い中間停滞なしに第１の終端位置から第２の終端位置に運動させられ得るので、ほんの僅かな燃料しか噴射されない。メイン噴射のためには、遮断エレメント７６は、相応により大きな燃料量の流出を可能にするために、ある程度の時間中間位置にとどまってよい。
【００３７】
このためには、アクチュエータ６８が、遮断エレメント７６の位置決めを少なくとも１つの中間位置でも可能にするポジショニングアクチュエータとして形成されていなければならないことが分かった。
【００３８】
弁室７８は、燃料の流出方向で見て、流出通路６６の上流側の部分６６′と下流側の部分６６′′との間の流れ接続部を成している。弁室７８への下流側の部分６６′′の開口箇所には、ボールエレメントまたは平座エレメントとして形成された遮断エレメント７６のための第１の弁座８０が形成されており、上流側の部分６６′の開口箇所には第２の弁座８２が形成されている。第１の弁座８０への遮断エレメント７６の接触は、上述した両終端位置のうちの第１の終端位置を規定しており、第２の弁座８２への接触は第２の終端位置を規定している。遮断エレメント７６には、図示していない形式で第１の終端位置に向かってばね予荷重もしくはばねプレロードがかけられていてよい。
【００３９】
バイパス通路７４も同じく弁室７８に開口している。この場合、互いに向かい合って位置する２つの弁座８０，８２を備えた弁７０の構成によって、遮断エレメント７６の第１の終端位置で、すなわち、第１の弁座８０への接触において、制御室５８の充填を速める燃料流が、バイパス通路７４を通って流出通路６６の上流側の部分６６′に流れることができるという結果が得られる。
【００４０】
しかし、第２の終端位置では、このような燃料流は流れることができない。流出通路６６の上流側の部分６６′への接近は、第２の弁座８２への遮断エレメント７６の接触によって遮断される。しかし、このことを問題にする必要はない。なぜならば、遮断エレメント７６が第２の終端位置をパイロット噴射後にしかとらない場合、制御室５８の燃料損失を十分迅速に補償するためには、流入通路６２を通る燃料流入だけで十分となり得るからである。つまり、一般的に、パイロット噴射の間には僅かな燃料量しか制御室５８から流出しないようになっている。この燃料量は、助成なしにバイパス通路７４によって迅速に補償することもできる。
【００４１】
流出通路６６は、制御室５８から流出した燃料に流出絞り６４内でキャビテーションが発生するように形成されている。このことは、燃料流出が、弁室７８内を支配している圧力とは無関係であり、したがって、弁７０の開放時にバイパス通路７４を介した燃料流入に基づき生ぜしめられ得る弁室７８内の圧力上昇によっても燃料流出が損なわれないという利点を有している。
【００４２】
キャビテーションを発生させるためには、流出絞り６４自体の構成だけが重要とはならない。流出絞り６４に下流側で直接続く通路区分も著しい影響を与える。したがって、ここでは、流出絞り６４は弁室７８の直前に配置されておらず、この弁室７８から間隔を置いて配置されている。流出絞り６４と弁室７８との間には、いわゆる「ディフューザ８４」が形成されている。このディフューザ８４は流出絞り６４内でのキャビテーション発生を助成する。仮にバイパス通路７４がディフューザ８４に開口している場合には、開口箇所に設けられた流れ縁部がキャビテーション発生を、阻止しないにせよ妨害する恐れがある。しかし、バイパス通路７４はディフューザ８４から間隔を置いて弁室７８に開口しているので、キャビテーション特性のこのような妨害は回避することができる。
【００４３】
バイパス通路７４が弁室７８に開口する開口角度も燃料の流出特性に影響を与え得る。特にバイパス通路７４が燃料の流出方向に対して鋭角の開口角度を成していることによって、良好な結果を得ることができる。
【００４４】
さらに、バイパス通路７４はバイパス絞り８６を有している。このバイパス絞り８６の構造は、一方では、制御室５８への可能な限り大きな燃料流入量に関して規定されていて、他方では、可能な限り僅かな漏れ流量に関して規定されている。この漏れ流量は、弁７０が開放しているかまたは遮断エレメント７６が弁座８２に接触している場合に、流出通路６６の下流側の部分６６′′を介して使用されずに流出する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  蓄圧噴射システムのインジェクタ構成群の概略的な部分縦断面図である。
【図２】  図１に示したインジェクタ構成群の量特性マップを概略的に示す図である。
【符号の説明】
１０  圧力源、  １２  分配管、  １４  燃料供給管路、  １６  噴射ノズル、  １８  インジェクタ構成群、  ２０  ケーシング構成群、  ２２  ノズルケーシング、  ２４  弁ケーシング、  ２６  ケーシング軸線、  ２８  案内孔、  ３０  ノズルニードル、  ３２  ニードル先端部、  ３４  閉鎖面、  ３６  ニードル座、  ３８  ノズル孔装置、  ４０  環状室、  ４２  プレロードばね、  ４４  ばね室、  ４６  スリーブ、  ４８  ばね受け、  ５０  保持リング、  ５２  孔、  ５４  扁平加工部、  ５６  端面、  ５８  制御室、  ６０  流入絞り、  ６２  流入通路、  ６４  流出絞り、  ６６  流出通路、  ６６′  上流側の部分、  ６６′′  下流側の部分、  ６８  アクチュエータ、  ７０  遮断弁、  ７２  段面、  ７４  バイパス通路、  ７６  遮断エレメント、  ７８  弁室、  ８０  弁座、  ８２  弁座、  ８４  ディフューザ、  ８６  バイパス絞り
【図１】
0004625228.tif 000002
【図２】
0004625228.tif 000003