(57)【要約】本発明は、内燃機関のコモンレール噴射システム内の燃料の噴射を制御するための３ポート２位置弁であって、噴射ノズルが、燃料戻し通路に接続されている第１の切換位置と、噴射ノズルが、燃料高圧アキュムレータに接続されている第２の切換位置とが設けられている形式のものに関する。噴射の機能および特質を改善するためには、３ポート２位置弁が、力補償された２つの制御ピストン（２１，２２）を有しており、両制御ピストン（２１，２２）が、互いに別個に案内されており、両制御ピストン（２１，２２）にそれぞれ１つの弁座縁部（２４，３０）が形成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のコモンレール噴射システム内の燃料の噴射を制御するための３ポート２位置弁であって、ハウジング（２０）内に案内された制御部材が設けられており、該制御部材が、第１の切換位置でインジェクタ（７）と燃料戻し通路（３２）との間の液圧的な接続を解放しており、制御部材が、第２の切換位置でインジェクタ（７）と燃料高圧アキュムレータ（３）との間の液圧的な接続を解放している形式のものにおいて、制御部材が、第１の制御ピストン（２１）と第２の制御ピストン（２２）とを有しており、ハウジング（２０）と第１の制御ピストン（２１）との間に第１の弁座（２４）が形成されており、ハウジング（２０）と第２の制御ピストン（２２）との間に第２の弁座（３０）が形成されていることを特徴とする、３ポート２位置弁。
【請求項２】
第１の制御ピストン（２１）の端面が、制御室（３４）を仕切っており、該制御室（３４）が、流入絞り（２９）を介して燃料流入通路（２６）に液圧的に接続されており、制御室（３４）が、流出絞り（３１）を介して流出通路に液圧的に接続可能である、請求項１記載の３ポート２位置弁。
【請求項３】
制御室（３４）と流出通路との間の液圧的な接続が、電磁弁（３５）またはピエゾアクチュエータによって制御されるようになっている、請求項２記載の３ポート２位置弁。
【請求項４】
流入絞り（２９）が、第１の制御ピストン（２１）内に組み込まれている、請求項２または３記載の３ポート２位置弁。
【請求項５】
第２の制御ピストン（２２）の端面（２５）が、圧力室（３７）を仕切っており、該圧力室（３７）内に燃料高圧アキュムレータ（３）の圧力が形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の３ポート２位置弁。
【請求項６】
第２の制御ピストン（２２）の端面（２５）が、圧縮ばね（２３）のプレロード力で負荷されるようになっている、請求項１から５までのいずれか１項記載の３ポート２位置弁。
【請求項７】
第１の制御ピストン（２１）が、案内孔（３９）内に案内されるようになっており、接続部（２７）が、案内孔（３９）に開口しており、第１の制御ピストン（２１）が、接続部（２７）の開口（２７ａ）の領域に第１の切欠き（４０）を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の３ポート２位置弁。
【請求項８】
第２の制御ピストン（２２）が、案内孔（３９）内に案内されるようになっており、接続部（２７）が、案内孔（３９）に開口しており、第２の制御ピストン（２２）が、接続部（２７）の開口（２７ｂ）の領域に第２の切欠き（４１）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の３ポート２位置弁。
【請求項９】
当該３ポート２位置弁が、インジェクタ（７）、ポンプ・ノズルユニットまたは噴射ノズルに相俟って使用されるようになっている、請求項１から８までのいずれか１項記載の３ポート２位置弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、内燃機関のコモンレール噴射システム内の燃料の噴射を制御するための３ポート２位置弁であって、ハウジング内に案内された制御部材が設けられており、該制御部材が、第１の切換位置でインジェクタと燃料戻し通路との間の液圧的な接続を解放しており、制御部材が、第２の切換位置でインジェクタと燃料高圧アキュムレータとの間の液圧的な接続を解放している形式のものに関する。
【０００２】
このような形式の３ポート２位置弁は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７２４６３７号明細書に基づき公知である。コモンレール噴射システムでは、高圧ポンプが燃料を、コモンレールと呼ばれる中央の高圧アキュムレータ内に圧送する。このレールからは複数の高圧管路が、エンジンシリンダに対応配置された個々のインジェクタに通じている。このインジェクタはエンジン電子装置によって個々に制御される。制御弁が開放すると、高圧で負荷された燃料が、ノズルばねのプレロード力に抗して持ち上げられたノズルニードルを通過して燃焼室内に到達する。
【０００３】
本発明の課題は、噴射の機能および特質を改善することである。さらに、本発明による制御弁は単純に形成されていて、廉価に製作可能であることが望ましい。
【０００４】
この課題は、内燃機関のコモンレール噴射システム内の燃料の噴射を制御するための３ポート２位置弁であって、ハウジング内に案内された制御部材が設けられており、該制御部材が、第１の切換位置でインジェクタと燃料戻し通路との間の液圧的な接続を解放しており、制御部材が、第２の切換位置でインジェクタと燃料高圧アキュムレータとの間の液圧的な接続を解放している形式のものにおいて、制御部材が、第１の制御ピストンと第２の制御ピストンとを有しており、ハウジングと第１の制御ピストンとの間に第１の弁座が形成されており、ハウジングと第２の制御ピストンとの間に第２の弁座が形成されていることによって解決される。
【０００５】
発明の利点
複座弁としての構造上の構成によって、制御したい調量横断面もしくは逃がし横断面を広い範囲内で自由に形成することができるので、本発明による３ポート２位置調量弁によって短い制御時間を実現することができる。さらに、２つの制御ピストンの使用によって機能安全性が高められる。特に２つの制御ピストンの使用によって本発明による調量弁の製作も簡単となる。なぜならば、両制御ピストンのための案内手段が同一の軸線に配置されてもよいし、互いに異なる軸線に配置されてもよいからである。制御ピストンの案内手段は、弁ハウジングに設けられた案内孔によって達成することができる。この場合、この案内孔は段孔として形成されていてもよい。
【０００６】
本発明の有利な構成では、第１の制御ピストンの端面が、制御室を仕切っており、該制御室が、流入絞りを介して燃料流入通路に液圧的に接続されており、制御室が、流出絞りを介して流出通路に液圧的に接続可能である。これによって、自体公知のかつ信頼できる構造エレメントを本発明による調量弁の実現時に少なくとも部分的に起用することができる。
【０００７】
本発明のさらに有利な構成では、制御室と流出通路との間の液圧的な接続が、電磁弁またはピエゾアクチュエータによって制御されるようになっている。これによって、液圧的な接続の固有の利点を本発明の調量弁でも使用することができる。
【０００８】
構成スペースを節約しかつ製造を簡単にするためには、流入絞りが第１の制御ピストン内に組み込まれてよい。しかし、３ポート２位置弁の弁ハウジング内に燃料高圧アキュムレータへの付加的な接続部が設けられなければならない。
【０００９】
本発明のさらに有利な構成では、第２の制御ピストンの端面が、圧力室を仕切っており、該圧力室内に燃料高圧アキュムレータの圧力が形成されている。これによって、第２の制御ピストンが常に第１の制御ピストンの方向に押圧される。さらに、この構成では、第２の制御ピストンが少なくとも部分的に圧力補償されている。択一的には、第２の制御ピストンが圧縮ばねによって第１の制御ピストンの方向に押圧されてもよい。
【００１０】
本発明の特に有利な構成では、第１の制御ピストンが、案内孔内に案内されるようになっており、接続部が、案内孔に開口しており、第１の制御ピストンが、接続部の開口の領域に第１の切欠きを有しており、かつ／または第２の制御ピストンが、案内孔内に案内されるようになっており、接続部が、案内孔に開口しており、第２の制御ピストンが、接続部の開口の領域に第２の切欠きを有している。これによって、第１の制御ピストンのかつ／または第２の制御ピストンの少なくとも部分的な力補償が形成される。これによって、制御ピストンの操作力が著しく減少させられる。このことは、制御時間を短縮しかつ調量弁の耐用年数を高める。案内孔は段孔として形成されていてもよい。
【００１１】
本発明による調量弁は、圧力制御式の別の燃料噴射システムで使用されてもよい。本出願によって目標とされる保護はこの使用も含んでいることが望ましい。
【００１２】
本発明のその他の利点、特徴および詳細は、図面に基づき本発明の種々異なる実施例を詳しく説明した以下の実施例の説明から得られる。この場合、特許請求の範囲および実施例の説明に記載した特徴はそれぞれ、それ自体個々でまたは任意に組み合わせて本発明にとって重要となる。
【００１３】
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。
【００１４】
図１には、コモンレール噴射システムが概略的に示してある。燃料タンク１からは燃料がポンプユニット２によって燃料高圧アキュムレータ３内に圧送され、高圧で負荷される。その後、高圧で負荷された燃料は必要に応じて、燃料を供給したい内燃機関の個々のシリンダに分配される。高圧で負荷された燃料の噴射はインジェクタ４，５，６，７によって行われる。
【００１５】
図１には、図面を見やすくするという理由に基づき、インジェクタ７しか示されていない。このインジェクタ７への燃料の供給は調量弁８を介して行われる。この調量弁８は、選択された構成とは無関係に独自の構成群として設計されていてよい。これによって、弁を燃料高圧アキュムレータとノズルホルダとの間に任意に取り付けることが可能となる。これによって、燃料高圧アキュムレータと調量弁との間のかつ調量弁とノズルホルダとの間の管路長さが自由に選択される。
【００１６】
調量弁８は３ポート２位置弁として形成されている。この３ポート２位置弁は電磁式に操作される。図１に示した切換位置では、燃料高圧アキュムレータ３とインジェクタ７の高圧接続部１０との間の接続が遮断されている。インジェクタ７の高圧接続部１０は、図１に示した調量弁８の切換位置で燃料戻し通路９に接続されている。
【００１７】
調量弁８が操作されると、図１には示していない第２の切換位置への切換が行われる。この第２の切換位置では、インジェクタ７の高圧接続部１０が燃料高圧アキュムレータ３に直接接続されている。この位置では、高圧で負荷された燃料が燃料高圧アキュムレータ３から高圧接続部１０を介して、インジェクタ７に形成された圧力室１１内に到達する。この圧力室１１内の圧力が、規定された値を上回ると、予荷重もしくはプレロードがかけられたノズルばね１３に抗してノズルニードル１２がその座から持ち上がり、高圧で負荷された燃料が、燃料を供給したい内燃機関の燃焼室１４内に噴射される。
【００１８】
図２および図３には、複座弁として形成された３ポート２位置弁が示してある。図２および図３に縦断面図で示した調量弁は弁ハウジング２０を有している。この弁ハウジング２０内には、第１の制御ピストン２１と第２の制御ピストン２２とが往復運動可能に収容されている。
【００１９】
図２および図３には、複座弁として形成された３ポート２位置弁の第１の実施例が示してある。図２および図３において縦断面図で示した調量弁は弁ハウジング２０を有している。この弁ハウジング２０内には、第１の制御ピストン２１と第２の制御ピストン２２とが往復運動可能に収容されている。
【００２０】
図２に示した第１の切換位置では、第１の制御ピストン２１と弁ハウジング２０との間に形成された第１の弁座２４が閉鎖されている。これによって、コモンレール（図示せず）にも接続されている燃料流入通路２６と、噴射ノズル（図示せず）またはインジェクタに通じる接続部２７との間の液圧的な接続が遮断されている。
【００２１】
第２の制御ピストン２２と弁ハウジング２０との間に形成された第２の弁座３０は第１の切換位置では開放されて図示してある。これによって、噴射ノズルのための接続部２７と第１の燃料戻し通路３２との間の液圧的な接続は解放される。第２の燃料戻し通路３３は、運転中に生ぜしめられる漏れを戻すために働く。この第１の切換位置ではインジェクタ（図示せず）は無圧状態にある。
【００２２】
第１の制御ピストン２１と第２の制御ピストン２２との運動は、電磁弁３５によって、第１の制御ピストン２１の上方の制御室３４内の圧力を介して制御される。図２に示した第１の切換位置では、制御室３４の放圧が弁ボール３６によって阻止される。第１の制御ピストン２１内に形成された流入絞り２９を介して、高圧で負荷された燃料が制御室３４内に到達する。この制御室３４内に位置する、高圧で負荷された燃料は、第１の制御ピストン２１を第２の制御ピストン２２に向かって押圧しかつ第１の弁座２４に押圧するために働く。第２の制御ピストン２２は、この第２の制御ピストン２２の端面２５に作用する液圧的な力によって第１の制御ピストン２１に向かって押圧される。液圧的な力は、圧力室３７内の圧力によって生ぜしめられる。圧力室３７は孔３８を介して燃料流入通路２６に接続されている。
【００２３】
電磁弁３５が開放し、弁ボール３６が所属の座から持ち上がると、制御室３４内の圧力が減少し、第１の制御ピストン２１がストッパ２８にまで上方に運動させられる。第１の制御ピストン２１の運動の速度は、第１の制御ピストン２１に設けられた、高圧で負荷される面の設計と、流入絞り２９と流出絞り３１との調和とによって調整することができる。
【００２４】
同時に第２の制御ピストン２２も上述した液圧的な力によって上方に運動させられるので、第２の弁座３０は閉鎖される。
【００２５】
本発明による調量弁８を複座弁として形成することによって、漏れ量は減少し、シール性は増大し、制御される流れ横断面はスプール弁の場合よりも大きくなる。これによって、インジェクタをより迅速にかつより精確に制御することができる。このことは、内燃機関の運転特性に有利に作用する。
【００２６】
両制御ピストン２１，２２は別個に案内されている。これによって、調量弁の製作が著しく簡単となる。さらに、第１の制御ピストン２１に対する第２の制御ピストン２２の整合誤差は調量弁８の機能に不利に作用しない。調量横断面と逃がし横断面とのサイズは任意に大きく形成されてよい。
【００２７】
運転中の両制御ピストン２１，２２の運動速度には、流入絞り２９と流出絞り３１との設計によって広い範囲内で影響を与えることができる。
【００２８】
電磁弁３５の無通電状態では、第１の制御ピストン２１が第１の弁座２４に保持される。これによって、燃料流入通路２６に対する接続ひいては燃料高圧アキュムレータ（図示せず）に対する接続も閉鎖されたままとなり、燃料戻し通路３２と接続部２７との間の接続は開放されたままとなる。図２に示した切換位置では噴射は行われない。
【００２９】
電磁弁３５が通電されると、制御室３４内の圧力が減少し、制御ピストン２１に作用する押圧力がこの制御ピストン２１を第１の弁座２４から持ち上げる。同時に、端面２５に作用する液圧的な力が第２の制御ピストン２２の持上げのために働く。いまや、燃料流入通路２６と接続部２７との間の接続が開放されている；インジェクタもしくは噴射ノズル（図示せず）によって燃料噴射が行われる。同時に接続部２７と燃料戻し通路３２との間の接続は遮断される。
【００３０】
電磁弁３５の通電が遮断されるやいなや、制御室３４内の圧力が再び増加し、第１の制御ピストン２１が再び下向きで第１の弁座２４に押圧される。同時に、第１の制御ピストン２１の降下運動によって、第２の制御ピストン２２も、端面２５に作用する液圧的な力に抗して下方に押圧される。これによって、燃料流入通路２６と接続部２７との接続が遮断される。さらに、接続部２７と第１の燃料戻し通路３２との間の接続は解放される。
【００３１】
図４および図５には、複座弁として形成された３ポート２位置弁の第２の実施例が示してある。図４および図５に縦断面図で示した調量弁は弁ハウジング２０を有している。この弁ハウジング２０内では、第１の制御ピストン２１と第２の制御ピストン２２とが案内孔３９内に往復運動可能に案内されている。両制御ピストン２１，２２はその受圧面の構造上の設計によってそれぞれ独自に力補償されている。第１の制御ピストン２１の力補償は、接続部２７の領域２７ａで第１の制御ピストン２１に設けられた第１の切欠き４０によって達成される。第２の制御ピストン２２の力補償は、接続部２７の領域２７ｂで第２の制御ピストン２２に設けられた第２の切欠き４１によって達成される。これは、対応する制御ピストンを運動させるためには極めて僅かな力で十分であることを意味している。
【００３２】
第２の制御ピストン２２には圧縮ばね２３によってプレロードがかけられている。図４に示した切換位置では、第２の制御ピストン２２の、圧縮ばね２３とは反対の側の端部に第１の制御ピストン２１が接触している。この第１の制御ピストン２１と弁ハウジング２０との間には第１の弁座２４が形成されている。この第１の弁座２４は図４では閉鎖されて示してある。
【００３３】
図４に示した第１の切換位置では、コモンレール（図示せず）にも接続されている燃料流入通路２６と、噴射ノズル（図示せず）に通じる接続部２７との間の接続が中断されている。
【００３４】
第２の制御ピストン２２と弁ハウジング２０との間に形成された第２の弁座３０は図４では開放されて示してある。これによって、噴射ノズルのための接続部２７と第１の燃料戻し通路３２との間の接続は解放される。第２の燃料戻し通路３３は、運転中に生ぜしめられる漏れを戻すために働く。この第１の切換位置ではインジェクタ（図示せず）は無圧状態にある。
【００３５】
両制御ピストン２１，２２の運動は、電磁弁３５によって、制御室３４内の圧力を介して制御される。図４に示した第１の切換位置では、制御室３４の放圧が弁ボール３６によって阻止される。第１の制御ピストン２１内に形成された流入絞り２９を介して、高圧で負荷された燃料が制御室３４内に到達する。この制御室３４内に位置する、高圧で負荷された燃料は、第１の制御ピストン２１を下方に第２の制御ピストン２２に向かって押圧するために働く。これによって、第１の弁座２４が閉鎖された状態に保持される。同時に第２の制御ピストン２２が圧縮ばね２３に抗して押圧される。
【００３６】
電磁弁３５が開放し、弁ボール３６が所属の座から持ち上がると、制御室３４内の圧力が減少し、第１の制御ピストン２１がストッパ２８にまで上方に運動させられる。第１の制御ピストン２１の運動の速度は、第１の制御ピストン２１に形成された、圧力で負荷される面の設計と、流入絞り２９と流出絞り３１との調和とによって調整することができる。
【００３７】
同時に第２の制御ピストン２２も圧縮ばね２３のプレロード力によって上方に運動させられるので、第２の弁座３０が閉鎖される。
【００３８】
接続部２７に直接接続されている全ての弁面は、両制御ピストン２１，２２に力を加えることがあり得ないように設計されている。両制御ピストン２１，２２に作用する力は圧縮ばね２３に起因しているかまたは第１の制御ピストン２１と第２の制御ピストン２２との運動の間に力ジャンプ（力の急激な飛躍）またはその他の不連続性を有していない液圧的な力である。
【００３９】
したがって、調量弁８の製作は簡単となり、内燃機関の運転特性が改善される。
【００４０】
両制御ピストン２１，２２は別個に案内されている。これによって、調量弁の製作が一層簡単となる。さらに、第１の制御ピストン２１に対する第２の制御ピストン２２の整合誤差は調量弁の機能に不利に作用しない。調量横断面と逃がし横断面とのサイズは任意に大きく形成されてよい。圧力補償された両制御ピストン２１，２２によって摩耗がより僅かとなる。運転中の両制御ピストン２１，２２の運動速度は同一である。このことは、流入絞りと流出絞りとの設計によって、開放段階の速度と閉鎖段階の速度とを変化させることができることを意味してる。
【００４１】
電磁弁３５の無通電状態では、第１の制御ピストン２１がその下側の位置に保持される。これによって、燃料流入通路２６に対する接続ひいては燃料高圧アキュムレータ（図示せず）に対する接続も閉鎖されたままとなり、燃料戻し通路３２と接続部２７との間の接続は開放されたままとなる。図４に示した切換位置では噴射は行われない。
【００４２】
電磁弁３５が通電されると、制御室３４内の圧力が減少し、制御ピストン２１に作用する押圧力がこの制御ピストン２１を第１の弁座２４から持ち上げる。同時に圧縮ばね２３が第２の制御ピストン２２の持上げのために働く。いまや、燃料流入通路２６と接続部２７との間の接続は開放されている。同時に接続部２７と燃料戻し通路３２との間の接続が遮断される。
【００４３】
電磁弁３５の通電が遮断されると、制御室３４内の圧力が再び増加し、第１の制御ピストン２１が再び下向きで第２の弁座２４に押圧される。同時に、第１の制御ピストン２１の降下運動によって、第２の制御ピストン２２も下方に圧縮ばね２３に抗して押圧される。これによって、燃料流入通路２６と接続部２７との間の接続が遮断される。さらに、接続部２７と第１の燃料戻し通路３２との間の接続は解放される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
コモンレール噴射システムの概略図である。
【図２】
２つの部分から成る制御ピストンを備えた本発明による３ポート２位置弁の第１の構成を第１の切換位置で示す図である。
【図３】
図２に示した３ポート２位置弁を第２の切換位置で示す図である。
【図４】
本発明による３ポート２位置弁の第２の構成を第１の切換位置で示す図である。
【図５】
図４に示した３ポート２位置弁を第２の切換位置で示す図である。
【符号の説明】
１  燃料タンク、  ２  ポンプユニット、  ３  燃料高圧アキュムレータ、  ４，５，６，７  インジェクタ、  ８  調量弁、  ９  燃料戻し通路、  １０  高圧接続部、  １１  圧力室、  １２  ノズルニードル、  １３  ノズルばね、  １４  燃焼室、  ２０  弁ハウジング、  ２１  制御ピストン、  ２２  制御ピストン、  ２３  圧縮ばね、  ２４  弁座、  ２５  端面、  ２６  燃料流入通路、  ２７  接続部、  ２７ａ，２７ｂ  領域、  ２８  ストッパ、  ２９  流入絞り、  ３０  弁座、  ３１  流出絞り、  ３２  燃料戻し通路、  ３３  燃料戻し通路、  ３４  制御室、  ３５  電磁弁、  ３６  弁ボール、  ３７  圧力室、  ３８  孔、  ３９  案内孔、  ４０  切欠き、  ４１  切欠き
【国際公開パンフレット】
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2004518881.tif 000023
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【国際調査報告】
2004518881.tif 000025
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2004518881.tif 000027
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