(57)【要約】内燃機関用の燃料噴射装置（１）であって、電気制御式の制御弁（９）が設けられており、該制御弁が軸方向の貫通孔（１０）を備えていて、該貫通孔が２つの弁座（１９，２０）によって３つのリング室（１１，１２，１３）に分割されており、該３つのリング室（１１，１２，１３）にそれぞれ、高圧下にある燃料のための供給ライン（７）、噴射弁（８）に向かって延びる高圧ライン（１５）及び放圧ライン（１７）が接続されており、貫通孔（１０）内において案内される制御ピストン（１４）が設けられていて、該制御ピストンが、それぞれ両弁座（１９，２０）と共働する２つの弁シール面（２４，２７）を有している形式のものにおいて、本発明の構成では制御ピストン（１４）が、第１弁座（１９）と共働する別のシール面（２５）を有していて、該別のシール面と第１の弁シール面（２４）との間の間隔（ｈ１）が、第１シール座の閉鎖時における第２の弁シール面（２７）と第２弁座（２０）との間の間隔（ｈ２）と少なくとも同じであるようにした。このように構成したことによって、供給ライン（７）と放圧ライン（１７）との間の接続は確実に阻止される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の燃料噴射装置（１；４０）であって、電気制御式の制御弁（９；９′）が設けられており、該制御弁（９；９）が軸方向の貫通孔（１０）を備えていて、該貫通孔（１０）が２つの弁座（１９，２０）によって３つのリング室（１１，１２，１３）に分割されており、該３つのリング室（１１，１２，１３）にそれぞれ、高圧下にある燃料のための供給ライン（７；５０）、噴射弁（８；４１）に向かって延びる高圧ライン（１５；４９）及び放圧ライン（１７）が接続されており、貫通孔（１０）内において案内される制御ピストン（１４）が設けられていて、該制御ピストン（１４）が、それぞれ両弁座（１９，２０）と共働する２つの弁シール面（２４，２７）を有している形式のものにおいて、制御ピストン（１４）が、第１弁座（１９）と共働する別のシール面（２５）を有していて、該別のシール面（２５）と第１の弁シール面（２４）との間の間隔（ｈ１）が、第１シール座の閉鎖時における第２の弁シール面（２７）と第２弁座（２０）との間の間隔（ｈ２）と少なくとも同じであることを特徴とする、内燃機関用の燃料噴射装置。
【請求項２】
第１シール座の閉鎖時における別の弁シール面（２５）と第１の弁シール面（２４）との間の間隔（ｈ１）が、第２の弁シール面（２７）と第２弁座（２０）との間の間隔（ｈ２）よりも大きい、請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
別の弁シール面（２５）が制御ピストン（１４）におけるリングカラー（２６）によって形成されている、請求項１又は２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
リングカラー（２６）が第１の弁シール面（２４）に隣接している、請求項３記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
第２の弁シール面（２７）と第２弁座（２０）とが一緒にスプール弁を形成している、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
第１の弁シール面（２４）及び／又は第１弁座（１９）が制御ピストン（１４）の閉鎖方向において円錐形に先細である、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
供給ライン（７；５０）が高圧アキュムレータ（６）に接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
噴射弁（８；４１）の弁ニードル（４３）によって開放制御可能な、噴射弁（８；４１）の噴射横断面が、制御弁（９）を介して供給ライン（７）か又は放圧ライン（１７）と接続可能である、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項９】
制御弁（９′）が噴射弁（４１）の横断面制御のために設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来の技術
本発明は請求項１の上位概念部に記載の形式の燃料噴射装置に関する。ドイツ連邦共和国特許公開第１９７０１８７９号明細書に基づいて公知のこのような形式の燃料噴射装置は、噴射時間及び噴射量を制御するために、電気式に制御される３ポート２位置方向切換え弁を使用しており、この３ポート２位置方向切換え弁は軸方向の貫通孔において案内される制御ピストンを備えていて、この制御ピストンは、噴射弁に通じる高圧ラインを交互に、燃料を高圧アキュムレータ（コモンレール）から供給する供給ラインか又は放圧ラインに接続する。そのために貫通孔は２つの弁座によって３つのリング室に分割されており、これらのリング室には供給ライン、高圧ライン及び放圧ラインがそれぞれ開口している。制御ピストンは行程運動時にその都度一方の弁座を閉鎖し、その際に他方の弁座を開放する。そのために制御ピストンは、弁座と共働する２つの弁シール面を有しており、両弁シール面の間の間隔は、両弁座の間の間隔よりも大きい。従って供給ライン、つまり高圧側は制御ピストンの行程運動中に、短時間ではあるが放圧ライン、つまり漏れオイルと直接接続され、その結果燃料の一部は放圧ラインを介して排出制御される。排出制御される量は、高圧アキュムレータ内における圧力に依存しており、部分的には噴射量よりもかなり多い。
【０００２】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載のように構成された内燃機関用の燃料噴射装置は、公知のものに比べて、別の弁シール面によって高圧側と漏れオイルとの直接的な接続を確実に阻止することができるという利点がある。このことによって、排出制御量を著しく減じることができ、かつ液圧効率を高めることができる。
【０００３】
圧力制御される噴射弁では制御弁を使用することができ、これによって、噴射弁の弁ニードルによって開放制御可能な、噴射弁の噴射横断面を、供給ラインか又は放圧ラインに接続することができる。高圧側例えば高圧アキュムレータに燃料を供給する燃料高圧ポンプの必要な吐出量は、従って僅かで済み、さらに燃料タンク系に対する温度負荷も、排出制御される高温の戻り量が少なくなることによって減じられる。
【０００４】
圧力制御及び横断面制御される噴射弁では制御弁は、噴射横断面を制御するためにも使用することができる。噴射量制御のため及び噴射横断面制御のために同じ弁を使用すると有利である。
【０００５】
本発明のその他の利点及び有利な構成は、明細書、図面及び特許請求の範囲に記載されている。
【０００６】
図面
次に図面を参照しながら、本発明による内燃機関用の燃料噴射装置の２つの実施例について説明する。
【０００７】
図１は、本発明の第１実施例を示す図であって、この場合噴射のために使用される制御弁を拡大して概略的に示す図である。
【０００８】
図２は、図１に示された制御弁の一部を拡大して示す断面図である。
【０００９】
図３は、図２に示された制御弁の開放横断面を制御弁の行程運動に関連して示す線図である。
【００１０】
図４は、図２に示された制御弁の開放横断面を制御弁の行程運動に関連して示す線図である。
【００１１】
図５は、図２に示された制御弁のブロック回路図である。
【００１２】
図６は、図２に示された制御弁が噴射弁を横断面制御するための使用される第２実施例を示す図である。
【００１３】
実施例の記載
図１において全体を符号１で示された、内燃機関用の燃料噴射装置の第１実施例は、燃料高圧ポンプ２を有しており、この燃料高圧ポンプ２は吸込み側において、燃料フィードライン３を介して燃料を満たされた低圧室４と接続され、かつ圧力側においてフィードライン５を介して高圧アキュムレータ（コモンレール）６と接続されている。この高圧アキュムレータ６からは、高圧下の燃料が供給ライン７を介して、燃料供給される内燃機関の燃焼室内に突入しかつ燃料制御される個々の噴射弁８に送られる。噴射動作を制御するために各噴射弁８には、３ポート２位置方向切換え弁の形をしたそれぞれ１つの電気操作可能な制御弁９が配属されている。
【００１４】
制御弁９は、上側、中央及び下側のリング室１１，１２，１３を備えた軸方向の貫通孔１０を有していて、さらに制御弁部材として、この貫通孔１０内において案内される制御ピストン１４を有している。上側のリング室１１には供給ライン７が開口しており、中央のリング室１２からは高圧ライン１５が延びており、この高圧ライン１５は公知の形式で噴射弁８内において開口し、該噴射弁８の弁ニードル１６によって開放制御可能な該噴射弁８の噴射横断面にまで達している。制御ピストン１４は中央のリング室１２を交互に上側のリング室１１か又は下側のリング室１３に接続し、この下側のリング室１３からは低圧室４に通じる放圧ライン１７が延びている。制御ピストン１４の調節運動はこの場合電磁弁１８によって制御され、この電磁弁１８は、燃料供給される内燃機関の多数の運転パラメータを処理する電気式の制御装置（図示せず）によって制御される。
【００１５】
図２に示された制御弁９の拡大された断面図から分かるように、中央のリング室１２は上側のリング室１１からは円錐形の第１弁座１９によって、かつ下側のリング室１３からは第２弁座２０によって隔てられている。制御ピストン１４の横断面はその上端部からまず初めに、円錐形に形成された２つの上側リング端面を介して、中央のピストン横断面２１へと先細になっており、この中央のピストン横断面２１に比べて、制御ピストン１４の下端部におけるスプールヘッド２２は拡大されている。中央のピストン横断面２１の直径は上側弁座１９及び下側弁座２０の各開放横断面よりも小さい。第１の上側リング端面２３は上側のリング室１１の領域に設けられており、第２の上側リング端面は第１の円錐形の弁シール面２４を形成していて、この弁シール面２４は第１弁座１９と共働する。弁シール面２４と第１弁座１９との間に形成されたこの第１シール座は、上側のリング室１１を中央のリング室１２に対して閉鎖する。円錐形の第１の弁シール面２４の下に隣接して、制御ピストン１４は別の弁シール面２５を有しており、この弁シール面２５はリングカラー２６の下縁部によって形成されている。リングカラー２６はコンビネーション研削（ｐａａｒｕｎｇｓｇｅｓｃｈｌｉｆｆｅｎ）されて、僅かな遊びをもって第１弁座１９において案内されており、その下縁部は第１弁座１９と一緒にスプール弁を形成している。第１の弁シール面２４に対する弁シール面２５の間隔、つまりリングカラー２６の長さもしくは厚さは、符号ｈ１で示されている。第２弁座２０とは、弁制御縁として形成された、スプールヘッド２２の第２の弁シール面２７が共働し、この場合その間に形成された第２のシール横断面は、中央のリング室１２と下側のリング室１３との間の接続を閉鎖する。第２弁座２０と弁シール面２７とによって形成されたスプール弁の閉鎖行程は、符号ｈ２で示されており、これは最大でも長さｈ１と同じ大きさであり、つまりｈ１≧ｈ２である。下側のリング室１３から放圧ライン１７への燃料排出は、制御ピストン１４の下端面２８に向かって開放する盲孔２９を介して行われ、この盲孔２９からは、絞り箇所として形成された横孔３０が延びていて、下側のリング室１３に開口している。
【００１６】
制御ピストン１４を操作するためには液圧式の作業室３１が設けられており、この作業室３１は貫通孔１０内においては制御ピストン１４の上端面３２によって、かつ電磁弁１８に対しては中間円板３３によって制限されている。この中間円板３３には、作業室３１から延びる放圧通路３４が設けられており、この放圧通路３４は電磁弁１８を介して低圧室４と接続可能である（図１）。高圧下にある燃料によって作業室３１を満たすために、制御ピストン１４には横孔３６を備えた充填孔３５が設けられており、横孔３６の横断面は放圧通路３４の横断面よりも小さく、ゆえに絞り箇所を形成している。横孔３６は制御ピストン１４の第１のリング端面２３の下から延びているので、作業室３１は充填孔３５を介して何時でも供給ライン７と接続されている。
【００１７】
図１及び図２に示された燃料噴射装置１は以下に記載のように働く。系の始動時にまず初め燃料高圧ポンプ２を介して、燃料高圧が共通の高圧アキュムレータ６において形成され、この燃料高圧は異なった供給ライン７を介して、それぞれの制御弁９まで延ばされている。電磁弁１８は噴射段階の開始前は無電流状態に切り換えられているので、放圧通路３４は閉鎖されている。この場合に作業室３１は充填孔３５を介して燃料高圧を満たされ、そして端面３２と第１リング端面２３との間の面積比に基づいて、制御ピストン１４の第１の弁シール面２４を、第１弁座１９に押し付ける。これによって供給ライン７と、噴射弁８における噴射横断面に開口する高圧ライン１５との間における接続部が閉鎖される。同時に第２の弁シール面２７と第２弁座２０との間における第２のシール横断面が開放され、その結果高圧通路１５内における圧力は所定の残留圧に達するまで、放圧ライン１７へと放圧されることができる。噴射弁８において噴射を行いたい場合には、まず初めに電磁弁１８が給電され、これによって放圧通路３４は低圧室４に向かって開放される。放圧通路３４の横断面が充填孔３５における横孔３６の横断面よりも大きいことに基づいて、作業室３１内における圧力は迅速に放圧通路３４を介して低圧室４内に放圧される。リング端面２３における燃料高圧は、今や制御ピストン１４をシフトさせるのに十分になる。この開放行程運動時にまず初めに第１の弁シール面２４が第１弁座１９から持ち上がり、この場合この開放された第１のシール座にもかかわらず、弁シール面２５は中央のリング室１２への接続部をなお閉鎖している。行程ｈ２の後で、第２シール座は第２弁座２０における弁制御縁２７の接触によって閉鎖される。ｈ１＝ｈ２である場合には同時に、又はｈ１＞ｈ２である場合には付加的な行程の後で初めて、弁シール面２５は第１シール座を開放し、供給ライン７における高圧下の燃料は、中央のピストン区分２１に沿って、噴射弁に通じる高圧通路１５内に流入し、そこで公知のように弁ばね３７の戻し力に抗して弁ニードル１６をそのニードル座から持ち上げ、その結果噴射弁において燃料は噴射開口３８を介して、燃料供給される内燃機関の燃焼室内に噴射される。
【００１８】
噴射弁８における高圧噴射は、電磁弁１８を新たに無電流状態に切り換えることによって終了させられる。今や閉鎖された放圧通路３４に基づいて、充填孔３５を介して新たに閉鎖圧が作業室３１内において形成されることができ、その結果弁シール面２５は新たに第１シール座を閉鎖し、これによって供給ライン７と高圧通路１５との間の接続部は再び閉鎖される。ｈ１＝ｈ２である場合には同時に、又はｈ１＞ｈ２である場合には付加的な行程の後で初めて、弁制御縁２７と第２弁座２０との間において第２シール座は新たに開放制御され、その結果高圧通路１５内にある燃料高圧は迅速に放圧通路３４内へと放圧され、これによって燃料噴射弁８における迅速なニードル閉鎖が達成される。
【００１９】
図３の線図には第１弁座１９及び第２弁座２０における幾何学的な開放横断面Ａ１，Ａ２が、制御ピストン１４の行程運動に関連して示されており、この場合ｈ１＝ｈ２である。行程がｈ１＝ｈ２である場合に高圧ライン１５と放圧ライン１７との間の接続部が閉鎖した時に初めて、制御ピストン１４は供給ライン７と高圧ライン１５との間の接続部を開放する。
【００２０】
ｈ１＞ｈ２である場合における幾何学的な開放横断面Ａ１，Ａ２の経過は、図４の線図に示されている。ｈ２とｈ１との間の中間段階において両開放横断面Ａ１，Ａ２は、行程ｈ１において制御ピストン１４が供給ライン７と高圧ライン１５との間の接続部を開放するまで、閉鎖されている。
【００２１】
図５には、３ポート２位置方向切換え弁として働く制御弁９のブロック回路図が示されており、この制御弁９では、第２のリング室１２は無電流状態において第３のリング室１３と接続されるか、又は給電状態において第１のリング室１１と接続されるようになっている。
【００２２】
図６には、圧力制御及び横断面制御される噴射弁４１を備えた、内燃機関用の燃料噴射装置の第２実施例が、符号４０で示されている。高圧アキュムレータ６からは各噴射弁４１に向かって噴射ライン４２が延びており、この噴射ライン４２は公知のように噴射弁４１において開口し、この噴射弁４１の弁ニードル４３によって開放制御可能な噴射弁４１の噴射横断面にまで延びている。噴射は噴射ライン４２における制御弁９によって制御される。ノズルニードル４３の、噴射弁４１の噴射開口４４とは反対側の端面４５は、室４６を制限しており、この室４６は放圧ライン４７を介して低圧室４と接続可能である。この接続は液圧的に、２ポート２位置方向切換え弁４８を介して制御され、この弁４８の、高圧ライン４９として設計された制御ラインは、制御弁９′を介して高圧アキュムレータ６の供給ライン５０と、又は放圧ライン１７と接続可能である。制御ラインへの高圧負荷時もしくは高圧供給時、つまり制御弁９′が給電されていない場合に、２ポート２位置方向切換え弁４８は閉鎖されている。
【００２３】
制御弁９への給電によって、圧力上昇により、弁ニードル４３は弁ばね５１の戻し力に抗してニードル座から持ち上げられ、その結果噴射弁８における燃料は噴射開口４４を介して、燃料供給される内燃機関の燃焼室内に噴射される。制御弁９′が給電されていないことに基づいて、２ポート２位置方向切換え弁４８は閉鎖されており、従って室４６内において閉じ込められた燃料において圧力上昇が生ぜしめられ、この圧力上昇は噴射横断面の制御のために役立つ。制御弁９′への給電によって高圧ライン４９における圧力が放圧ライン１７を介して低下させられると、２ポート２位置方向切換え弁４８は開放し、その結果室４６内における圧力は放圧ライン１７を介して低下する。これによって弁ニードル４３のさらなる行程が生ぜしめられ、これによって弁ニードル４３においてはより大きな噴射横断面５２が開放される。
【００２４】
３ポート２位置方向切換え弁９を無電流に切り換えることによって、噴射は終了し、弁ニードル４３は弁ばね５１の作用下で噴射開口４４を閉鎖し、この際に室４６は再び低圧室４からの燃料によって満たされる。次いで制御弁９′もまた無電流状態に切り換えられる。
【００２５】
すべての噴射弁４１を制御する共通の制御弁９′と制御弁９とが高圧アキュムレータ（コモンレール）６に組み込まれて配置されている場合には、小さなインジェクタ寸法が可能である。高圧ライン４９は、構造コストが低減するために、少なくとも部分的に同様に高圧アキュムレータ６に組み込まれて配置されていても、又は別体に配置された制御ラインであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す図であって、この場合噴射のために使用される制御弁を拡大して概略的に示す図である。
【図２】図１に示された制御弁の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】図２に示された制御弁の開放横断面を制御弁の行程運動に関連して示す線図である。
【図４】図２に示された制御弁の開放横断面を制御弁の行程運動に関連して示す線図である。
【図５】図２に示された制御弁のブロック回路図である。
【図６】図２に示された制御弁が噴射弁を横断面制御するための使用される第２実施例を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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2004502078.tif 000004
2004502078.tif 000005
2004502078.tif 000006
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2004502078.tif 000021
2004502078.tif 000022
【国際調査報告】
2004502078.tif 000023
2004502078.tif 000024
2004502078.tif 000025
2004502078.tif 000026