(57)【要約】【課題】安価に製造可能な燃料インジェクタおよび安価に実行可能な多重制御方法を提供する。【解決手段】第１のニードル部分７と第２のニードル部分８とを備えた複数部分から成る噴射弁部材６を有した燃料インジェクタ４を多重制御するための方法であって、両ニードル部分を介してそれぞれ複数の噴射開口１５，１６が開閉可能である形式のものにおいて、前記ニードル部分を、これらニードル部分に共通の２段階式の切替弁３２を介して制御し、この制御では、第１のニードル部分を開放するための切替弁の第１の制御時間７１が、第１のニードル部分の部分的な閉鎖を可能にする時間８０分だけ中断され、この中断時間８０が、第２のニードル部分において開放方向に作用する力の形成を可能にし、この中断時間には、多重噴射において、両ニードル部分を開放するための切替弁の第２の制御時間７３が続く。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料インジェクタ（４）を多重制御するための方法であって、該燃料インジェクタは、第１のニードル部分（７）と第２のニードル部分（８）とを備えた複数部分から成る噴射弁部材（６）を有しおり、両ニードル部分を介してそれぞれ、燃料インジェクタ（４）の燃焼室側の端部に設けられた複数の噴射開口（１５，１６）が開閉可能であって、燃料インジェクタ（４）の制御が切替弁（３２）を介して行われ、該切替弁（３２）がアクチュエータ（６０）によって操作可能である形式のものにおいて、
前記ニードル部分（７，８）を、これらニードル部分（７，８）に共通の２段階式の切替弁（３２）を介して制御し、この制御では、第１のニードル部分（７）を開放するための切替弁（３２）の第１の制御時間（７１）が、第１のニードル部分（７）の部分的な閉鎖を可能にする時間（８０）分だけ中断され、この中断時間（８０）が、第２のニードル部分（８）において開放方向に作用する力の形成を可能にし、この中断時間（８０）には、多重噴射において、両ニードル部分（７，８）を開放するための切替弁（３２）の第２の制御時間（７３）が続くことを特徴とする、燃料インジェクタを多重制御するための方法。
【請求項２】
切替弁（３２）の第１の制御時間（７１）中に、第１のニードル部分（７）が開き、第２のニードル部分（８）は閉鎖位置にとどまる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１のニードル部分（７）の部分的な閉鎖を可能にする時間（８０）を超過する時間だけ切替弁（３２）の制御を中断する場合、両ニードル部分（７，８）が閉鎖される、請求項１記載の方法。
【請求項４】
第１の制御時間（７１）における切替弁（３２）の制御時に、燃料インジェクタ（４）の第１の制御室（２７）に第１の圧力レベル（ｐｓ１）が、燃料インジェクタ（４）の第２の制御室（３０）に、第１の圧力レベルに比べて低い第２の圧力レベル（ｐｓ２）が形成される、請求項１記載の方法。
【請求項５】
第１のニードル部分（７）の液圧作用面Ａ１．１，Ａ１．２にかかる開放力が、第１の圧力レベル（ｐｓ１）によって制御室（２７）内に形成される、第１のニードル部分（７）に作用する閉鎖力を超過する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
第２のニードル部分（８）の液圧作用面Ａ４にかかる開放力が、第２の圧力レベル（ｐｓ２）によって第２の制御室（３０）内に形成される、第２のニードル部分（８）の液圧作用面Ａ６にかかる閉鎖力よりも小さい、請求項４記載の方法。
【請求項７】
内燃機関の燃焼室（１２）への燃料噴射を、第１の噴射横断面Ａ１（１５）を介して行う、請求項４から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
切替弁（３２）の制御の中断時間（８０）中に、第１のニードル部分（７）がその開放位置から部分的に閉鎖する間に、第２のニードル部分（８）の少なくとも部分的な開放運動が、第２の制御室（３０）の放圧時に行われ、第２のニードル部分（８）の液圧作用面Ａ５に作用する開放力が形成される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
切替弁（３２）の制御の中断時間（８０）の経過後に第１のニードル部分（７）が開き、第２のニードル部分（８）の液圧作用面Ａ４，Ａ５にかかる開放力が、第２の制御室（３０）内において、液圧作用面Ａ６を介して第２のニードル部分（８）に作用する閉鎖力を上回る、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
内燃機関の燃焼室（１２）への燃料噴射を、第１の噴射横断面Ａ１（１５）と、第２の噴射横断面Ａ２（１６）とを介して行う、請求項８または９記載の方法。
【請求項１１】
内燃機関の燃焼室（１２）に燃料を噴射するための燃料インジェクタ（４）であって、第１のニードル部分（７）と第２のニードル部分（８）とを備えた複数部分から成る噴射弁部材（６）を有しており、前記両ニードル部分を介してそれぞれ、燃料インジェクタ（４）の燃焼室側の端部に設けられた複数の噴射開口（１５，１６）が開閉可能であって、燃料インジェクタ（４）の制御が２段階式の切替弁（３２）を介して行われ、該切替弁（３２）がアクチュエータ（６０）によって操作可能であって、燃料インジェクタ（４）内に、第１のニードル部分（７）を負荷する第１の制御室（２７）と、第２のニードル部分（８）を負荷する第２の制御室（３０）とが形成されている形式のものにおいて、
２段階式の切替弁（３２）が弁ピストン（５０）を有しており、この弁ピストン（５０）を介して弁座（５４）が低圧側の戻し路（３５）へと開閉可能であって、弁座（５４）から戻し路（３５）への接続部に絞り個所（３４）が設けられており、第２の制御室（３２）が弁座（５４）と絞り個所（３４）との間に接続されていることを特徴とする、内燃機関の燃焼室（１２）に燃料を噴射するための燃料インジェクタ。
【請求項１２】
第１の制御室（２７）における圧力を第１のニードル部分（７）に伝える第１の閉鎖ピストン（４０）と、第２の制御室（３０）に配置された第２の閉鎖ピストン（４４）とが設けられており、これらの閉鎖ピストンは互いに同心的に配置されていて、２段階式の切替弁（３２）が第１の弁ピストン（５０）を有しており、該第１の弁ピストン（５０）を介して、弁座（５４）が、低圧側の戻し路（３５）へと開閉可能である、請求項１１記載の燃料インジェクタ。
【請求項１３】
アクチュエータ（６０）が、ピエゾクリスタル装置（６１）として形成されている、請求項１１記載の燃料インジェクタ。
【請求項１４】
アクチュエータ（６０）の後方に、液圧的な変換装置（５８）が配置されており、該変換装置（５８）を介して、ピエゾクリスタル積層体（６１）の変位が、押しのけピストン（５９）を介して、第１の弁ピストン（５０）を負荷する第２の弁ピストン（５５）へと伝えられる、請求項１１記載の燃料インジェクタ。
【請求項１５】
複数部分から成る噴射弁部材（６）の第２のニードル部分（８）が、リーク通路系（１７，１８，１９）を有しており、該リーク通路系を介して、噴射休止中に両ニードル部分（７，８）の間で生じるリーク流が、第２の制御室（３０）へと流出し、溢流導管（３３）を介して低圧側の戻し路（３５）へと導出可能である、請求項１１記載の燃料インジェクタ。
【請求項１６】
力・行程変換装置（５８）の充填が、第２の弁ピストン（５５）において生じるガイドリークによって行われる、請求項１４記載の燃料インジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
自己着火式内燃機関の燃焼室への供給のために、圧力制御されたまたは行程制御された噴射システムを使用することができる。燃料噴射システムとしては、ユニットインジェクタ、ポンプ・導管・ノズルユニットの他に、アキュムレータ噴射システム（コモンレール）も使用される。例えばアキュムレータ噴射システムにより、有利には、噴射圧導入と、内燃機関の回転数とを適合させることができる。高い特別な出力を得るために、かつエミッションを減じるために、一般的にはできるだけ高い噴射圧が必要である。
【背景技術】
【０００２】
ＤＥ１０２２９４１７．８号明細書には、噴射率可変ノズル（Varioduese）と圧力変換装置とを備えたアキュムレータ噴射システムが開示されている。燃料高圧源を介して燃料インジェクタに燃料が供給される。噴射弁と燃料高圧源との間に、この明細書の手段によれば、圧力増幅装置が配置されている。圧力増幅装置は変換ピストンを有しており、この変換ピストンは、燃料高圧源に接続された圧力室を、燃料インジェクタのノズル室を負荷する高圧室から分離する。燃料インジェクタの噴射弁はノズルニードルを有しており、このノズルニードルによって、燃焼室に面した噴射開口が開閉可能である。ノズルニードルは、同心的な噴射部材として、第１のノズルニードル部分と、別の第２のノズルニードル部分とを有するように形成されている。２部分から成るノズルニードルは圧力に応じて制御され、複数部分から成る噴射弁部材の燃焼室側の端部に配置されている、異なる噴射横断面を閉鎖もしくは開放する。同心的な噴射率可変ノズルとして形成された複数部分から成る噴射弁部材の使用は、良好な高い耐圧性を特徴とする。複数部分から成る噴射弁部材の両ニードルの互いにフレキシブルな制御を行うために２つの制御室が形成されている。これらの制御室はそれぞれ１つのアクチュエータによって互いに無関係に制御することができる。しかしながらこれは、極めて手間のかかる構造と高い製造コストという欠点に結びつく。この手段は３段階式に制御可能な１つのアクチュエータによって得られる。この場合、３つの切換段に制御可能なアクチュエータの第１の切換段では、複数の部分から成る噴射弁部材の第１のニードルが作動され、第２の切換段では、複数部分から成る噴射弁部材の第２のニードルが作動される。しかしながら、３段階に切換可能なアクチュエータも極めて手間がかかり、大量生産において考えられる製造誤差に関して管理が困難である。
【特許文献１】ＤＥ１０２２９４１７．８号明細書（ＤＥ１０２２９４１７．８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、冒頭で述べた形式の噴射率可変のズルを備えた燃料インジェクタおよびこの燃料インジェクタの多重制御方法を改良して、安価に製造可能な燃料インジェクタおよび安価に実行可能な多重制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題を解決するために本発明の方法では、ニードル部分を、これらニードル部分に共通の２段階式の切替弁を介して制御し、この制御では、第１のニードル部分を開放するための切替弁の第１の制御時間が、第１のニードル部分の部分的な閉鎖を可能にする時間分だけ中断され、この中断時間が、第２のニードル部分において開放方向に作用する力の形成を可能にし、この中断時間には、多重噴射において、両ニードル部分を開放するための切替弁の第２の制御時間が続くようにした。
【０００５】
さらに上記課題を解決するために本発明の構成では、２段階式の切替弁が弁ピストンを有しており、この弁ピストンを介して弁座が低圧側の戻し路へと開閉可能であって、弁座から戻し路への接続部に絞り個所が設けられており、第２の制御室が弁座と絞り個所との間に接続されているようにした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明による制御原理によれば、複数部分から成る噴射弁部材の両ニードル部分を一緒に１つの２段階式の弁によって制御することにより、上述した欠点を回避することができる。この場合、２段階式の弁は、２ポート２位置弁もしくは３ポート２位置弁として形成することができる。複数部分から成る噴射弁部材の両ニードル部分を互いに無関係に制御するために、２段階式の弁が多重に制御される。
【０００７】
２段階式弁の第１の制御時には、複数部分から成る噴射弁部材の第１のニードル部分が開き、第２のニードル部分は閉じられたままである。第１のニードル部分の開放状態で、２段階式弁は再び短時間閉じられ、再び開かれる。これにより第１のニードル部分に対して付加的に第２のノズルニードル部分も開く。２段階式弁は、極めて短時間しか閉じられないので、第１のニードル部分の閉鎖過程中には、第１のニードル部分は部分的にしか閉じられない。２段階式弁が比較的長い時間、閉鎖位置にとどまると、複数部分から成る噴射弁部材の両ニードル部分が閉じ、噴射が終了する。複数部分から成る噴射弁部材の両ニードル部分が開放位置に位置する場合には、燃料の噴射が大きな噴射横断面を介して行われる。第１のニードル部分にも第２のニードル部分にもそれぞれ噴射開口が設けられていて、これらの噴射開口はそれぞれ、複数部分から成る噴射弁部材の第１のニードル部分によってのみ、もしくは第２のニードル部分によってのみ開閉される。噴射開始時に、複数部分から成る噴射弁部材の第１のニードル部分しか開放位置にないならば、有利にはブーツ型噴射が実現される。即ち、比較的少ない噴射率の第１の燃料噴射段階が実現される。全ての噴射中において、第１のニードル部分しか開放位置にないならば、有利には、比較的少ない燃料量が小さな液圧的なノズル貫流部を介して噴射される。
【０００８】
本発明による多重制御法によって運転可能な燃料インジェクタは、有利には、各噴射間の噴射休止中に、複数部分から成る噴射弁部材の両ニードル部分間に生じるリーク流を低圧側の戻し路に流出させるリーク通路が設けられているように形成されている。これにより、噴射休止中に、噴射開口への燃料リークによる高い炭化水素エミッションが回避される。リーク流の低圧側の戻し路への導出は、大きな付加的な手間なく行われ、簡単に燃料インジェクタの構造に組み込むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に図面につき本発明の実施例を詳しく説明する。
【００１０】
図１には、本発明により形成される燃料インジェクタの液圧的な構成部分が概略的に示されている。
【００１１】
燃料インジェクタ４には、アキュムレータ１（コモンレール）から、高圧導管２を介して燃料が供給される。高圧導管２から分岐した第１の分岐路２．１を介して、第１の制御室２７に、高圧下にある燃料が供給される。第１の分岐路２．１には供給絞り部材３が設けられている。高圧導管２に接続されているノズル室供給部２．２を介して、燃料インジェクタ４のノズル室５にも高圧下にある燃料が供給される。ノズル室５は、燃料インジェクタ４のインジェクタ本体内に、複数部分から成る噴射弁６を取り囲むように配置されている。複数部分から成る噴射弁部材６は、外側の第１のニードル部分７と、内側に位置する第２のニードル部分８とを有している。
【００１２】
第１のニードル部分７には、ノズル室５の領域で圧力段部９が形成されている。この圧力段部９は円錐状の面として形成されていて良い。ノズル室５からは、リングギャップ１０が燃料インジェクタ４のノズル本体１１を貫通して燃焼室１２にまで延びている。燃料インジェクタ４の燃焼室側の端部には、ノズル本体１１に、第１のニードル部分７のための第１のニードル座部１３と、第２のニードル部分８のための第２のニードル座部１４とが形成されている。さらに、燃料インジェクタ４のノズル本体１１の燃焼室側の端部には、図１に示したように複数の噴射開口が設けられている。これらの噴射開口は、第１の孔列１５と、第２の孔列１６として形成されている。これらの孔列１５，１６は、互いに同心的に配置されている。この場合、第１の孔列１５は複数部分から成る噴射弁部材６の第１のニードル部分７によって開閉可能であって、第２の孔列１６は内側に位置する第２のニードル部分８によって開閉可能である。
【００１３】
複数部分から成る噴射弁部材６の第２のニードル部分８には、リーク孔１７が設けられている。このリーク孔１７は横方向孔１８に接続されている。第２のニードル部分８の横方向孔１８は、第２のニードル部分８の外周面に形成された周方向スリット１９に接続されている。複数部分から成る噴射弁部材６の第２のニードル部分８に設けられたリーク孔１７と、横方向孔１８と、周方向スリット１９とによって、リーク流出系が形成されている。このリーク流出系を介して、複数部分から成る噴射弁部材６における噴射休止中に、第１のニードル部分７と第２のニードル部分８との間に生じたリーク体積が、第２の制御室３０と、溢流導管３３とを介して、第１の低圧側の戻し路３５へと制御されて流出される。これにより有利には、噴射休止中における燃料リークによる炭化水素の噴射開口への多量の流出は回避される。第２のニードル部分８のリーク孔１７、横方向孔１８、周方向スリット１９によって形成されるリーク流出系は、付加的な構造的な手間なく燃料インジェクタ４に組み込むことができる。
【００１４】
複数部分から成る噴射弁部材６の第１のニードル部分７は、次のように形成された液圧面を有している。
【００１５】
圧力段部９の領域には液圧的に作用する面Ａ１．１が形成されていて、外側の第１のニードル部分７の燃焼室側の端部には、別の液圧的に作用する面Ａ１．２が形成されている。第１のニードル部分７の、第１のニードル座部１３に当接する端面には、別の液圧面Ａ２が形成されている。さらに、複数部分から成る噴射弁部材６の第１のニードル部分７は、液圧面として作用する端面を有している。これは符号Ａ３で示されている。これに対して、複数部分から成る噴射弁部材６の第２のニードル部分８には、燃焼室側の端部に、第２のニードル座部１４の上方に円錐状の面が延びるように形成されている。これは符号Ａ４で示されている。さらに、第２のニードル部分８の第２のニードル座部１４の下側には、第２のニードル部分８の先端部に形成された別の液圧面Ａ５が設けられている。第１のニードル部分７の内側に案内されている第２のニードル部分８の端面は、液圧的に作用する面Ａ６を有している。
【００１６】
複数部分から成る噴射弁部材６の第１のニードル部分７には、第１の制御室２７が配属されている。この第１の制御室２７には、高圧導管２から分岐した分岐路２．１から、供給絞り３を介して燃料が供給される。第１の制御室２７には第１のばね部材２８を挿入することができる。このばね部材２８は、第１のニードル部分７の端面Ａ３を閉鎖方向に負荷する。第１の制御室２７からは、放圧導管が切替弁３２へと延びている。この放圧導管には流出絞り２９が収容されている。切替弁３２の後方には第１の低圧側の戻し路３５が接続されていて、この戻し路３５には、別の絞り部材３４が配置されている。流出側で、切替弁３２と第１の低圧側の戻し路３５との間に、溢流導管３３の開口個所が設けられている。この開口個所を介して、第２の制御室３０からリーク流が第１の低圧側の戻し路３５へと流出する。
【００１７】
複数部分から成る噴射弁部材６の内側に位置する第２のニードル部分８は、第２のばね部材３１を介して負荷される。この第２のばね部材３１は第２の制御室３０内に配置されている。第２のばね部材３１は、ケーシング側で支持されていて、第２のニードル部分８の上端部における液圧的に作用する面Ａ６を負荷する。
【００１８】
図１に示した燃料インジェクタ４の液圧的な作用形式は次のようである。
【００１９】
切替弁３２が閉鎖された状態では、第１の制御室２７には、アキュムレータ１内に形成されているシステム圧レベルが負荷される。第２のニードル部分８の上側に配置された第２の制御室３０は、溢流導管３３と、別の絞り個所３４とを介して、第１の低圧側の戻し路３５に接続されている。この状態で、第１のニードル部分７と、第２のニードル部分８とは閉鎖位置に位置している。即ち、燃料インジェクタ４のノズル本体１１の燃焼室側端部における第１の孔列１５もしくは第２の孔列１６として形成されている噴射開口は閉じられている。第１のニードル部分７の液圧的に作用する面Ａ３を負荷している閉鎖力は、第１の制御室２７内に形成された圧力により生ぜしめられる。第２のニードル部分８は、第２の制御室３０内に配置されている第２のばね部材３１のばね力によって閉鎖位置に押し付けられている。何故ならば、第１のニードル部分７の閉鎖状態では、第２のニードル部分８の燃焼室側の端部における液圧面Ａ４およびＡ５には圧力が生じないからである。
【００２０】
これに対して切替弁３２が開放されると、第１の制御室２７内には第１の制御圧レベルｐｓ１が生じる。第１の制御圧レベルｐｓ１は、例えばアキュムレータ１内に形成されているシステム圧の７０％に相当する。別の第２の制御室３０内には、より低い第２の制御圧レベルｐｓ２が生じる。この第２の制御圧レベルｐｓ２は例えば、アキュムレータ１内に形成されているシステム圧の約４０％に相当する。第１のニードル部分７と第２のニードル部分８の液圧面Ａ１．１，Ａ１．２，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６は、第１のニードル部分７の切替弁３２が開放されている状態で開放するように設計されている。何故ならばこの場合、液圧的に作用する面Ａ１．１，Ａ１．２，Ａ２に作用する、開放方向にかかる押圧力が、第１のニードル部分７の端面Ａ３に作用する、場合によっては、第１の制御室２７内に配置された第１のばね部材２８によって助成される閉鎖方向にかかる押圧力よりも大きいからである。第２のニードル部分８は、これに対して、切替弁３２が開放された状態でも閉鎖されている。何故ならば、第２のニードル部分８の燃焼室側の端部における液圧的に作用する面Ａ４にかかる開放方向に作用する噴射圧の力は、第２の制御室３０において液圧的に作用する面Ａ６に作用する閉鎖方向にかかる力よりも小さいからである。
【００２１】
従って切替弁３２が開放された状態では、燃焼室１２への燃料噴射は第１の孔列１５を介して行われる。第１の孔列１５は、複数部分から成る噴射弁部材６の、開放方向に移動した第１のニードル部分７によって解放されている。切替弁３２が再び閉鎖されると、制御室２７は再び、アキュムレータ１におけるシステム圧に接続され、第２の制御室３０内には、戻し路圧レベルが生じる。第１のニードル部分７は閉鎖し、第２のニードル部分８は開き始める。しかしながら第１のニードル部分７の閉鎖運動により噴射は終了する。これに続いて、第２のニードル部分８もすぐに再び閉鎖する。ニードル部分７が閉鎖方向に運動している状態では、燃料インジェクタ４の燃焼室側の端部における全ての噴射開口１５，１６は閉じられている。これにより、上述した噴射過程によれば、小さな噴射横断面、即ち第１の孔列１５により与えられる横断面からの噴射しか行われない。
【００２２】
燃料が燃焼室側の全ての噴射開口１５，１６を介して燃焼室１２に噴射される噴射過程は次のように行われる。
【００２３】
切替弁３２が開放された状態で、上述したように、第１のニードル部分７によって解放された第１の孔列１５を介して噴射が行われる。それに続いて、切替弁３２が短時間だけ閉鎖されるように制御され、これにより、第１のニードル部分７では、閉鎖運動が開始される。いまや、第２のニードル部分８は、開放方向での鉛直な行程運動を開始する。何故ならば、第２の制御室３０が放圧されている状態で第２のニードル部分８の液圧面Ａ４に生じる圧力が、開放方向への力を形成するからである。これにより、噴射圧は今や液圧面Ａ５にも、即ち第２のニードル部分８の先端部にも形成される。これに対して短時間後に切替弁３２は再び開放される。このような時間中に、第２のニードル部分８は、部分行程分だけ開放方向へ運動し、これにより、第２のニードル部分８の先端部に噴射圧が形成される。第１のニードル部分７はこれに対して、所定の部分行程分だけ閉鎖方向へ運動するが、まだ閉鎖されていない。
【００２４】
短い閉鎖時間中に、第１のノズルニードル部分７は、部分的にだけ閉鎖方向に動かされ、再び完全に開放される。第２のニードル部分８も完全に開放する。何故ならば、第２のニードル部分８の燃焼室側の端部における液圧面Ａ４，Ａ５にかかる、噴射圧の押圧力が、第２の制御室３０の内側で液圧面Ａ６に作用する押圧力よりも大きいからである。
【００２５】
今や、燃料の噴射は、両孔列１５，１６を介して行われる。何故ならば、複数部分から成る噴射弁部材６の両ニードル部分７，８が開放位置にもたらされているからである。切替弁３２が再び閉鎖されると、第１のニードル部分７は、第１の制御室２７におけるシステム圧に基づき閉鎖する。第１のニードル部分７の閉鎖後には燃料はもはや第２のニードル部分８へと流れず、第１の孔列１５と第２の孔列１６とを介して、即ち大きな噴射横断面で行われる噴射は終了される。第２のニードル部分８の閉鎖は、第２の制御室３０に配置された第２のばね部材３１を介して行われる。
【００２６】
図２には、多重制御可能な２ポート２位置ピエゾ切替弁を備えた燃料インジェクタの構造的な構成が示されている。
【００２７】
燃料インジェクタ４のインジェクタ体内には、第１の閉鎖ピストン４０と第２の閉鎖ピストン４４とが収容されている。第１の閉鎖ピストン４０は、リング４１を有していて、このリングには、第１の閉鎖ピストンばね４２が支持されている。第１の閉鎖ピストン４０はさらに溢流開口４３を有しており、この溢流開口４３を介して、第１の閉鎖ピストン４０内に形成された、第２のピストンばね４５が収容されている中空室が、第１の閉鎖ピストンばね４２を収容している、第１の閉鎖ピストン４０を取り囲んでいる中空室に接続される。この中空室からは、第２の低圧側の戻し路４８が分岐している。
【００２８】
第１の閉鎖ピストン４０の中空室に収容されている第２のピストンばね４５は、第２のニードル部分８の端面４７を負荷する。第１のニードル部分７の端面４６は、第１の閉鎖ピストンばね４２の環状面によって直接に負荷されている。
【００２９】
第１の制御室２７からは、流出絞り２９を備えた導管が延びていて、この導管は切替弁３２の弁室４９に開口している。第２の制御室３０からは、溢流導管３３が延びていて、この溢流導管３３は、別の絞り個所３４の手前で第１の低圧側の戻し路３５に開口している。
【００３０】
切替弁３２の弁室４９には第１の弁ピストン５０が収容されている。この第１の弁ピストン５０の端面５７は弁ばね５２によって負荷されている。弁ばね５２は、ドーム状に形成された当接面５３を有している。第１の弁ピストン５０の端面５７と当接面５３との間の、符号５１で示した距離ｈｍａｘは、第１の弁ピストン５０が弁座５４に位置している場合の、第１の弁ピストン５０の最大の行程距離を規定する。図２に示した半球状に形成された第１の弁ピストン５０は、第２の弁ピストン５５のシャフト６３によって負荷される。このシャフト６３は室５６によって取り囲まれている。この室５６からは第１の低圧側の戻し路３５が分岐している。第２の弁ピストン５５は、液圧的な連結室５８に突入する端面６４を有している。液圧的な連結室５８はさらに、押しのけピストン５９の端面６２を介して負荷される。押しのけピストン５９はアクチュエータ６０によって操作される。このアクチュエータ６０は、図２に示したようにピエゾアクチュエータとして、ピエゾクリスタル積層体６１を有するように形成されている。
【００３１】
図２に示したアクチュエータ６０は、弁座５４の後方で弁流出路において、即ち第１の低圧側の戻し路３５において、別の絞り個所３４が配置されているように形成されている。第１の閉鎖ピストン４０によって、第１の制御室２７からの圧力は、複数部分から成る噴射弁部材６の第１のニードル部分７の端面に伝えられる。燃料インジェクタ４のインジェクタ本体内にはさらに、第２の制御室３０が形成されている。第２の閉鎖ピストン４４によって生ぜしめられる圧力は、複数部分から成る噴射弁部材６の第２のニードル部分８に伝えられる。第１のニードル部分７と第２のニードル部分８の閉鎖運動を補助するために、第２のばね部材２８と第２のピストンばね４５とが使用されても良い。
【００３２】
切替弁３２の休止状態では弁座５４は閉じられていて、第１の制御室２７から第１の低圧側の戻し路３５への流れ接続は、弁座５４に当てつけられた第１の弁ピストン部材５０によって遮断されている。アキュムレータ１内に形成されたシステム圧が、第１の制御室２７内に生じ、第２の制御室３０は、溢流導管３３を介して第１の低圧側の戻し路３５に接続されている。複数部分から成る噴射弁部材６の両ニードル部分７，８は閉じられている。
【００３３】
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６０が操作されると、液圧的な連結室５８において第２の弁ピストン５５を負荷する押しのけピストン５９を介して、第１の弁ピストン５０が、弁室４９に形成された当接部５３の方向に変位される。閉鎖されていた弁座５４は、符号５１で示した最大行程ｈｍａｘの運動時に開放される。これにより、第１の制御室２７から、流出絞り２９と、弁室４９と、室５６とを介した第１の低圧側の戻し路３５への流れ接続が解放される。これに続いて、第１の制御室２７には、第１の圧力レベルｐｓ１が形成され、第２の制御室３０には、既に説明したより低い第２の制御圧レベルｐｓ２が形成される。次いで、複数部分から成る噴射弁部材６の第１のニードル部分７が開放され、第２のニードル部分８は閉鎖されたままである。上述したように、噴射は第１のニードル部分７によって解放された噴射開口１５、即ち第１の噴射列１５を介してのみ行われる。
【００３４】
図２に示した半球状に形成された第１の弁ピストン５０は多様に形成することができる。図２に示した球状に形成された第１の弁ピストン５０の代わりに、弁部材５０は、スライド弁、扁平座弁、円錐座弁またはこれらの弁形式の任意の組み合わせとして形成されていてもよい。切替弁３２の閉鎖運動を補助し、噴射システムの無圧状態において規定の調節を行うために、弁室５０には、図２に示した弁ばね５２が配置されている。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６０には、液圧的な連結室５８としての力・行程変換器が設けられている。ピエゾアクチュエータに内在する僅かな変位が、押しのけピストン５９の端面６２および第２の弁ピストン５５の端面６４が相応に寸法設計されていることにより増幅される。アクチュエータ６０と第１の弁ピストン５０との間の液圧的な連結室５８のために、適当な充填可能性が、ピストン５０，５５のガイドリークによって充填が行われることによって得られる。図２に示した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６０の代わりに、切替弁３２を制御するための電磁弁や、サーボハイドロリック弁が使用されていても良い。
【００３５】
図３の概略的なグラフには、切替弁の圧力・行程経過と、複数部分から成る噴射弁部材６の第１のニードル部分７の圧力・行程経過と、第２のニードル部分８の圧力・行程経過と、燃料インジェクタの燃焼室側の端部における貫流横断面とが示されている。
【００３６】
第１のニードル部分７の制御時点を示す時点７０では、切替弁３２は、アクチュエータ６０への給電により最大の行程距離ｈｍａｘを変位する。噴射過程のブーツ型位相８１中には第１の切替弁３２の起動制御が、第１の制御時間７１の間中行われる。制御時点７０の直後に、第１のニードル部分７が、上昇傾斜７８に相応して開き始める。第１の制御時間７１には、符号７６で示した第１の貫流横断面Ａ１が解放される。この貫流横断面Ａ１は、第１の孔列１５の個々の孔の貫流横断面によって与えられる。これにより、第１の孔列１５を通過する相応の燃料量が、内燃機関の燃焼室１２へと噴射される。制御期間７１の経過後には、時点７４で切替弁３２の制御が行われる。この時点ではアクチュエータ６０への給電は中断される。制御終了７４に続く閉鎖時間８０のために、アクチュエータ６０への給電が解消され、これにより第１のニードル部分７は閉鎖過程を開始する。第１のニードル部分７の閉鎖過程と同時に、第２のニードル部分８が、第２のニードル部分８の上昇傾斜７９に相応して開かれる。第２のニードル部分８は、第２の制御室３０内の圧力が減少するが、液圧面Ａ４への噴射圧は存在しているので開かれる。液圧面Ａ４に対して開放方向で作用する力は、液圧面Ａ６に対して閉鎖方向で作用する閉鎖力よりも大きい。
【００３７】
閉鎖時間８０の後、第２の制御時点７２では、切替弁３２の新たな起動制御が、アクチュエータ６０への相応の給電により行われる。これにより部分的に行われる第１のニードル部分７の閉鎖運動は中断される。第１のニードル部分７が開放方向で開放され、第２のニードル部分８は引き続き開放される。複数部分から成る噴射弁部材６の燃焼室側の端部に設けられた両孔列１５，１６の総貫流横断面が、即ち両孔列１５，１６が、内燃機関の燃焼室１２への燃料噴射のために使用される。これにより、噴射過程のブーツ型位相８１中には、僅かな燃料量が、第１のニードル部分７により解放された第１の孔列１５に応じて燃焼室に噴射される。第２の制御時点７２以降、燃料インジェクタ４の燃焼室側の端部に設けられた両孔列１５，１６を介して燃料が、メイン噴射位相８２中に内燃機関の燃焼室へと噴射される。
【００３８】
時点７５では、切替弁３２がアクチュエータ６０によって再び操作され、図２に符号５１で示した最大の行程距離ｈｍａｘから弁座５４へと、場合によっては弁ばね５２に補助されて戻される。これに続いて、まず最初に、複数部分から成る噴射弁部材６の第１のニードル部分７が閉じ、さらに時間をおいて、第２のニードル部分８が閉じて、噴射は終了する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による燃料インジェクタの液圧的な構成を概略的に示した図である
【図２】本発明による燃料インジェクタの変化実施例を示した図である
【図３】２段階式の切換弁の圧力もしくは行程の経過と、複数部分から成る噴射弁部材の第１のニードル部分の圧力もしくは行程の経過と、第２のニードル部分の圧力もしくは行程の経過と、燃料貫流横断面の経過を時間に関して概略的に示した図である
【符号の説明】
【００４０】
１  アキュムレータ、  ２  高圧導管、  ２．１  第１の分岐路、  ２．２  ノズル室供給部、  ３  供給絞り、  ４  燃料インジェクタ、  ５  ノズル室、  ６  複数部分から成る噴射弁部材、  ７  第１のニードル部分、  ８  第２のニードル部分、  ９  圧力段部、  １０  リングギャップ、  １１  ノズル本体、  １２  燃焼室、  １３  第１のニードル部分のニードル座部、  １４  第２のニードル部分のニードル座部、  １５  第１の孔列、  １６  第２の孔列、  １７  リーク孔、  １８  横方向孔、  １９  周方向スリット、  ２７  第１の制御室、  ２８  第１のばね部材、  ２９  流出絞り、  ３０  第２の制御室、  ３１  第２のばね部材、  ３２  切替弁、  ３３  溢流導管、  ３４  流出絞り、  ３５  第１の低圧側の戻し路、  ４０  第１の閉鎖ピストン、  ４１  閉鎖ピストンリング、  ４２  第１のピストンばね、  ４３  溢流開口、  ４４  第２の閉鎖ピストン、  ４５  第２のピストンばね、  ４６  第１のニードル部分の端面、  ４７  第２のニードル部分の端面、  ４８  第２の低圧側の戻し路、  ４９  切替弁の弁室、  ５０  第１の弁ピストン、  ５１  最大行程ｈｍａｘ、  ５２  弁ばね、  ５３  当接部、  ５４  弁座、  ５５  第２の弁ピストン、  ５６  室、  ５７  第１の弁ピストンの端面、  ５８  液圧的な連結室、  ５９  押しのけピストン、  ６０  アクチュエータ、  ６１  ピエゾクリスタル積層体、  ６２  押しのけピストンの端面、  ６３  ピストンシャフト、  ６４  弁ピストン、  ６５  第２の弁ピストンの端面、  ７０  第１の制御時点、  ７１  第１の制御期間、  ７２  第２の制御時点、  ７３  第２の制御期間、  ７４  第１の制御終了点、  ７５  第２の制御終了点、  ７６  第１の貫流横断面（第１の孔列１５）、  ７７  第２の貫流横断面（第１の孔列１５および第２の孔列１６）、  ７８  第１のニードル部分の開口の上昇傾斜、  ７９  第２のニードル部分の上昇傾斜、  ８０  切替弁の制御中断、  ８１  ブーツ型段階、  ８２  メイン噴射段階、  Ａ１．１  圧力段部の液圧作用面、  Ａ１．２  第１のニードル部分の端面の液圧作用面、  Ａ２  第１のニードル部分の端面の液圧作用面、  Ａ３  第１のニードル部分の液圧作用面、  Ａ４  第２のニードル部分の円錐領域の液圧作用面、  Ａ５  第２のニードル部分のニードル先端部の液圧作用面、  Ａ６  第２のニードル部分の端面の液圧作用面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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