(57)【要約】燃料噴射弁に、噴射開口（２０）を制御するために弁座（１６）と協動する弁部材（１０）が設けられている。この弁部材（１０）は、孔（７）の、燃焼室とは反対の側の区分でガイドされていて、高圧下にある燃料を充填することができる圧力室（１２）によって取り囲まれている。弁部材（１０）は、ばね室（２５）に配置されたばね（２７）の閉鎖力によって、弁座（１６）の方向で負荷されていて、圧力室（１２）内の相応の開放圧で、弁部材（１０）に形成された押圧肩部（１１）を液圧的に押圧することにより弁座（１６）から持ち上がり、噴射開口（２０）が開き、この場合、燃料の噴射が、主噴射とそれに続く後噴射とに分割して行われる。圧力室（１２）とばね室（２５）とは、絞り接続部を介して接続されているので、この絞り接続部以外では閉鎖されているばね室（２５）における圧力は主噴射の間に上昇し、弁部材（１０）への付加的な液圧的な力を介して後噴射の開放圧が高められ、この場合、ばね室（２５）における圧力は、次の噴射サイクルの開始時までに再び初期値に達せられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のための燃料噴射弁であって、弁本体（１）が設けられており、該弁本体（１）の孔（７）内には弁部材（１０）が長手方向摺動可能に配置されており、該弁部材（１０）は、燃焼室側の端部に弁シール面（１８）を有しており、該弁シール面（１８）は、弁本体（１）に形成された弁座（１６）と協働して少なくとも１つの噴射開口（２０）を制御し、弁部材（１０）は、燃焼室とは反対側で少なくとも間接的にばね室（２５）内に突入しており、ここでばね室（２５）内に配置されたばね（２７）によって弁座（１６）に向かって負荷されており、燃料を充填することができる圧力室（１２）が設けられており、該圧力室（１２）は弁部材（１０）を取り囲んでおり、前記圧力室（１２）内には、弁部材（１０）に形成された押圧面（１１）が配置されているので、圧力室（１２）に燃料を供給することにより、そこにある燃料圧が、待機圧（Ｐ０）から上昇し、ばね（２７）の閉鎖力に反して向けられた液圧的な力を前記押圧面（１１）に加え、これにより、弁部材（１０）は、圧力室（１２）内に所定の開放圧（Ｐ１，Ｐ２）が存在している場合に閉鎖位置から開放位置へと動かされ、該開放位置では、燃料噴射が、少なくとも１つの噴射開口（２０）により行われ、圧力室（１２）とばね室（２５）との間に形成された絞り接続部が設けられており、この場合、ばね室（２５）は、前記絞り接続部以外では閉鎖されている形式のものにおいて、
絞り接続部は、ばね室（２５）内の圧力が、噴射サイクルの終了後に、次の噴射サイクルが開始されるまで少なくともほぼ待機圧（Ｐ０）にまで減少されているように形成されていることを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射弁。
【請求項２】
噴射サイクルにおける噴射が、少なくとも１度の第１の部分噴射と、時間的に遅れて行われる第２の部分噴射とを有した部分噴射によって行われる、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
第２の部分噴射の開放圧（Ｐ２）が、第１の部分噴射の開放圧（Ｐ１）よりも高い、請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
絞り接続部が、弁部材（１０）のガイド区分と、孔（７）との間に形成された環状ギャップ（３２）によって形成される、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
絞り接続部が、弁部材（１０）に設けられた切欠（２３）によって形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
切欠（２３）が、弁部材（１０）のガイド区分の長さの一部にわたって延びている、請求項５記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
絞り接続部が、孔（７）のガイド区分に設けられた切欠によって形成される、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
切欠が、弁部材（１０）のガイド区分の長さの一部にわたって延びている、請求項７記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
ばね室（２５）内に、ばね室（２５）の壁に固定された押しのけ体（３０）が配置されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
押しのけ体（３０）がピストン状に形成されていて、ばね部材（２５）によって取り囲まれている、請求項９記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
ばね室（２５）内の燃料が、弁部材（１０）の燃焼室とは反対側の端面の少なくとも一部を負荷している、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項１２】
絞り接続部が接続通路によって形成されており、該接続通路内には、絞り横断面が配置されており、前記接続通路は圧力室（１２）をばね室（２５）に接続している、請求項１記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の燃料噴射弁から出発している。このような燃料噴射弁は、例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開１９７５２４９６第号明細書により公知である。この燃料噴射弁は、弁本体を有しており、この弁本体は軸方向で弁保持体に緊締されている。弁本体には孔が形成されており、該孔内には、ピストン状の弁部材が長手方向摺動可能に配置されている。弁部材は、燃焼室とは反対側の区分で孔にガイドされていて、燃焼室側の端部に弁シール面を有している。この弁シール面は、弁本体に形成された弁座と協働して、少なくとも１つの噴射開口を制御する。弁部材は、燃焼室とは反対側の端部でばね受けに結合されていて、弁保持体に形成されたばね室内にまで突入しており、前記ばね受けと、ばね室の燃焼室とは反対側の端部との間にばねがプレロードをかけられて配置されている。ばねによって弁部材は弁座に向かって閉鎖力によって負荷される。
【０００２】
弁部材は圧力室によって取り囲まれている。この圧力室は、弁座に向かって、弁部材のガイド区分に続いており、供給通路を介して高圧下の燃料を供給することができる。弁部材には押圧面が形成されていて、該押圧面は、圧力室内の燃料によって負荷される。これにより、ばねの閉鎖力に抗して軸方向での力が、弁部材へと加えられる。燃料噴射弁の開放は、圧力室内の所定の燃料圧で液圧的に行われる。この所定の燃料圧を開放圧と言う。各噴射の間に、圧力室には低い待機圧が形成される。この待機圧の高さは燃料供給システムによって規定される。
【０００３】
内燃機関の有害物質のエミッションを減じるためには、燃料を１段階で燃焼室にもたらすのではなく、主噴射と後噴射とに分割してもたらすのが有利であることが示されている。この場合、後噴射は主噴射と比較して僅かな噴射量しか有していない。後噴射は、できるだけ高い圧力で行われるべきである。このことは、噴射量が小さいので、燃料噴射弁の開放圧が、主噴射の開放圧よりも著しく高められた場合にだけ行うことができる。公知の燃料噴射弁では、ばね室が圧力室に、弁部材のガイド区分と孔との間に形成されている絞りギャップを介して接続されている。ばね室は絞りギャップ以外では閉鎖されているので、絞りギャップを介してばね室に流れる燃料が、ここで燃料圧を高めることとなり、ひいては弁部材への閉鎖力を高める。しかしながら公知の燃料噴射弁は欠点を有している。即ち、ばね室内の燃料圧が、噴射と噴射の間に完全に減圧されず、ばね室内では高い待機圧が維持されてしまい、この待機圧は、この噴射弁により相次いで行われる噴射と噴射との間で圧力室内の圧力よりも高くなってしまう。これにより、弁部材の開放は遅れ、緩衝されてしまう。このことは第１の部分噴射と第２の部分噴射とに分割された燃料噴射の正確な調量と制御とを、内燃機関の１サイクル中でその都度異なる開放圧によって不可能する。
【０００４】
発明の効果
請求項１の特徴を備えた本発明による燃料噴射弁は、これに対して利点を有している。即ち、圧力室からばね室への絞り接続部が、ばね室内の燃料圧が、内燃機関の相応のシリンダにおける作業サイクルにつき、ここでは主噴射と言われる第１の部分噴射の間に上昇し、この燃料圧は、第２の部分噴射の開始までに再び初期圧力にまで減じられるように形成されている。これは圧力室内の待機圧に少なくともほぼ相当する。噴射が２つのステップ、即ち、ここでは主噴射と後噴射と言われる第１の部分噴射と第２の部分噴射とにおいて行われると、主噴射と後噴射との間の時間的な間隔が僅かであることにより、ばね室内の圧力は後噴射時に著しく高まる。このことは一方では、後噴射の際の燃料噴射弁の開放圧を高めることになる。これにより、後噴射は高圧で行われ、これにより有害物質のエミッションは減じられ、内燃機関による騒音の負荷が低減される。
【０００５】
主噴射の間のばね室における圧力上昇は、ばね室の容積と、圧力室からばね室への絞り接続部の貫流抵抗により、燃料噴射弁の相応の要求に適合させることができる。本発明の対象物の有利な構成では、主噴射の間のばね室における圧力上昇は、ばね室内に、ばね室の容積を減じる押しのけ体を配置することにより高められる。これにより、同じ燃料供給で、ばね室内においてより高い圧力の上昇が得られる。
【０００６】
本発明の対象物の別の有利な構成では、圧力室からばね室への絞り接続部は付加的な孔により形成される。この孔内には相応の絞り横断面が設けられている。これにより、絞り接続部を別個に形成することができ、孔における弁部材のガイドは変更しなくて済む。
【０００７】
本発明の対象物のさらなる利点および有利な構成は、明細書、図面、請求項に記載されている。
【０００８】
図面
図面に、本発明による燃料噴射弁の実施例が示されている。図１には、本発明による燃料噴射弁の縦断面図が、図２には、図１の弁部材のガイド区分の領域の拡大図が、いくつかの形状のサイズを規定する符号とともに示されており、図３には、時間の関数としてのばね室と圧力室における燃料圧の概略的な経過と、弁部材行程の経過とを示すグラフが示されており、図４には、本発明による燃料噴射弁のばね室の領域の別の構成が示されており、図５には、本発明による燃料噴射弁の別の構成が縦断面図で示されている。
【０００９】
実施例の説明
図１には、本発明による燃料噴射弁が縦断面図で示されている。弁本体１は、軸方向で中間プレート３を介在させて、緊定ナット１３によって弁保持体５に緊締されている。弁本体１には孔７が形成されていて、この孔の燃焼室側の端部には弁座１６が形成されている。弁座１６には少なくとも１つの噴射開口２０が配置されていて、この噴射開口２０によって孔７が内燃機関の燃焼室に接続されている。孔７には弁部材１０が配置されている。この弁部材１０は、燃焼室とは反対の側の区分で孔７にガイドされていて、圧力肩部１１を形成しながら、燃焼室へ向かって減径している。弁部材１０の燃焼室側の端部には、弁シール面１８が形成されていて、この弁シール面１８は、少なくとも１つの噴射開口２０を制御するために弁座１６と協働している。弁本体１には圧力室１２が形成されている。この圧力室１２は、孔７の半径方向拡大部によって形成されていて、弁部材１０を取り囲んでいる。圧力室１２は、弁部材１０を取り囲むリング通路として弁座１６に続いていて、弁本体１、中間プレート３、弁保持体５内に延びる供給通路１５を介して高圧下にある燃料が充填可能である。この場合、供給通路１５は、圧力室１２とは反対側の端部で、燃料高圧システム（図示せず）に接続されている。
【００１０】
弁部材１０は、燃焼室とは反対側の端部で、中間プレート３に配置されたばね受け２２に接続されている。このばね受け２２は、弁保持体５内に形成されたばね室２５内にまで突入している。ばね受け２２と、ばね室２５の、燃焼室とは反対側の端部との間に、ばね２７がプレロードをかけられて配置されている。このばね２７は、弁部材１０を閉鎖力によって、弁座１６の方向に負荷している。
【００１１】
圧力室１２は絞り接続部を介してばね室２５に接続されている。絞り接続部は、図１に示し、図２にも拡大して示した燃料噴射弁では、弁部材１０のガイド区分と、孔７との間に形成された環状ギャップ３２によって形成されている。環状ギャップ３２を流れる際の燃料の貫流抵抗は、この場合、弁部材１０のガイド区分の長さＬと、孔７における弁部材１０のガイド区分の絞りギャップ寸法Ｓと、孔７の直径Ｄとによって規定される。
【００１２】
燃料噴射弁の機能形式は次のようなものである。内燃機関の燃焼室への燃料の噴射は２つのステップで行われる。
【００１３】
まず最初に、主噴射量が、内燃機関の燃焼室に噴射され、次いで僅かな時間的な間隔をおいて、後噴射量が噴射される。これは主に排ガスの有害物質削減に貢献する。噴射過程の開始時には、供給通路１５内と圧力室１２内には比較的低い待機圧Ｐ０が形成されている。供給通路１５を介して圧力室１２に燃料が供給されることにより、燃料圧が、第１の開放圧Ｐ１、即ち主噴射の開放圧にまで高まり、即ち、弁部材１０の押圧肩部１１に軸方向で作用する液圧的な力が、閉鎖ばね２７の力と、ばね室２５内の圧力にさらされた弁部材１０の面を押圧することにより生じる、弁部材１０に作用する液圧的な力よりも大きくなるまで高まる。弁部材１０の弁シール面１８は、弁座１６から持ち上がり、圧力室１２は、噴射開口２０に接続される。弁部材１０の開放行程運動の際に弁部材１０は、極めて僅かな行程運動しか行わないので、ばね室２５内の燃料の押しのけによる圧力上昇は僅かであって、燃料噴射弁の機能には殆ど影響を与えない。主噴射の間は、燃料が圧力室１２から環状ギャップ３２として形成された絞り接続部を通ってばね室２５内に流れ、ここで燃料圧を高める。供給通路１５を介して供給される燃料により、一方では圧力室１２内の燃料圧が高まり、他方ではばね室２５内の圧力が高まる。主噴射を終了させるために、供給通路１５による燃料供給は中断される。その間のばね室２５内の高い圧力により、主噴射の開始のための開放圧よりも高い、圧力室１２内の燃料圧で既に弁部材１０の閉鎖が行われる。弁部材１０はばね２７の力により負荷され閉鎖位置に戻され、噴射開口２０を閉鎖する。
【００１４】
短時間後、僅かな燃料量が圧力室１２にさらに供給されることにより後噴射が行われる。弁部材１０の第２の開放圧Ｐ２、即ち後噴射の開放圧は、今や、主噴射の開放圧よりも極めて高い。何故ならばばね室２５内の燃料圧が、弁座１６の方向で、弁部材１０の、燃焼室とは反対側の端面に付加的な力を加えるからである。即ち後噴射は、主噴射の開放圧よりも極めて高い圧力で行われる。このことは、燃料を良好に噴霧することにより内燃機関の有害物質含量に、良好に作用する。
【００１５】
最後に、供給通路１５からの燃料供給は完全に中断され、圧力室１２内の圧力は迅速に減少する。弁部材１０は、ばね室２５内の圧力と、閉鎖ばね２７の力とによって、閉鎖位置に戻るように押圧され、圧力室１２内と比較してばね室２５内の燃料圧が高いことにより、燃料がばね室２５から、弁部材１０の側方の環状ギャップ３２を通って圧力１２内へと、ばね室２５内の圧力が、供給通路１５における待機圧Ｐ０に相当するまで流れる。ここでは、環状ギャップ３２として形成されている絞り接続部の貫流抵抗は、この場合、ばね室２５内の燃料圧が、次の主噴射の開始までに再び、噴射過程の開始のための初期圧にまで下げられるように設定されている。
【００１６】
図３には、弁部材行程ｈに関して、圧力室１２内の圧力ＰＤと、ばね室２５内の圧力ＰＦとが時間ｔの関数として概略的に示されている。上段のグラフには弁部材行程の経過が示されており、中段のグラフには圧力室１２内の燃料圧ＰＤの経過が示されており、下段のグラフにはばね室２５内における燃料圧ＰＦの経過が示されている。この場合、横座標上の時間は全てのグラフで同じである。内燃機関は作業サイクルで運転される。この場合、各作業サイクルで１つの噴射サイクルが行われる。噴射サイクルでは燃料が、内燃機関の燃焼室に一回または複数回の部分噴射で噴射される。この場合、噴射サイクルの継続期間は通常、作業サイクルの継続期間の一部分だけである。噴射サイクルの開始でもある、時点ｔ０の作業サイクルの開始のためには、圧力室１２内に待機圧Ｐ０が形成されている。この待機圧Ｐ０は、噴射サイクルの開始とともに上昇し、燃料噴射弁の第１の開放圧Ｐ１に達し、弁部材１０が開放行程運動により噴射開口１２を解放するまで上昇する。圧力室１２内の圧力は、全主噴射の間にさらに上昇し、時間的に僅かに遅れてばね室２５内にも燃料が流れる。主噴射の終了後に弁部材１０は閉じ、圧力室１２内の圧力は迅速に減少するが、ばね室２５内の圧力の反応は緩慢で、比較的高いままである。後噴射の開始のために再び燃料が供給されることにより、圧力室１２内の圧力は再び上昇し、ばね室２５内の圧力により高められた第２の開放圧Ｐ２に達し、弁部材１０が後噴射のために開放位置に達するまで上昇する。後噴射の終了後には、圧力室１２内の圧力が再び待機圧Ｐ０に達するまで迅速に減少し、噴射サイクルは時点ｔ１で終了する。これに対してばね室２５内の圧力は、絞り接続部を介して、圧力室１２内への燃料を流出させて再び待機圧Ｐ０まで低下させるには比較的長い時間を要するが、次の主噴射の開始時のために時点ｔ２では待機圧に減圧される。作業サイクルの継続期間は、内燃機関の回転数に依存しており、約０．０２秒〜０．２秒である。噴射サイクルの継続期間は内燃機関のタイプに依存しており、例えば作業サイクルの継続期間の１／２０である。
【００１７】
図４には、本発明による燃料噴射弁の別の実施例が、ばね室２５の領域で示されている。ばね室２５内の圧力上昇を、所定の量の燃料の供給の際にできるだけ大きく維持するために、容積はできるだけ小さく維持されるべきである。この実施例ではこのことが実現されている。即ちこの場合、ばね室２５内に円筒状の押しのけピストン３０が配置されていて、この押しのけピストン３０は閉鎖ばね２７によって取り囲まれている。これにより、燃料が充填される、ばね室２５の容積は縮小される。押しのけピストン３０の長さと直径とはこの場合、変更可能であって、これによりばね室２５の容積は、種々の要求に合わせることができる。
【００１８】
図５には、本発明による燃料噴射弁の別の実施例が示されている。圧力室１２からばね室２０への絞り接続が、専ら、弁部材１０のガイド区分と孔７との間の環状ギャップを介して行われるならば、絞りギャップの寸法Ｓは、特に弁部材１０のガイド区分Ｌが長い場合には、場合によっては、孔７における弁部材１０の摩耗が許容できないほど高くなってしまうように選択されなければならない。しかしながら、貫流抵抗はさらに低くするのが望ましいので、これは弁部材１０のガイド区分の長さＬの一部分が、単数または複数の切欠２３によって橋絡されることにより得られる。この切欠２３は、弁部材１０の燃焼室とは反対側の端部から、弁部材１０のガイド区分に形成された環状溝２４にまで延びている。これにより、絞り作用を行う環状ギャップ３２の有効長さＬ′が減少され、従って、燃料の貫流抵抗は相応に減じられる。
【００１９】
図５に示した構成とは選択的に、弁部材１０の切欠を、弁部材１０のガイド区分の燃焼室側の端部から燃焼室とは反対側の端部まで延びるように設けることもできる。このような切欠の相応の横断面と相応の数により、絞り接続部の貫流抵抗を調節し、燃料噴射弁の要求に合わせることができる。この場合、絞りギャップ寸法Ｓを変更する必要はない。孔７のガイド区分の壁に切欠を配置することもできる。この場合、切欠は例えば長手方向溝として形成されている。
【００２０】
弁部材１０と孔７との間の環状ギャップ３２により圧力室１２からばね室２５への絞り接続部を形成する他に、絞り横断面を有した別個の燃料通路によって絞り接続部を形成することもできる。この燃料通路は弁本体１内で延びていて、圧力室１２をばね室２５に接続する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁を示す縦断面図である。
【図２】
図１の弁部材のガイド区分の領域の拡大図を、いくつかの形状のサイズを規定する符号とともに示す図である。
【図３】
時間の関数としてのばね室と圧力室における燃料圧の概略的な経過と、弁部材行程の経過とを示すグラフを示す図である。
【図４】
本発明による燃料噴射弁のばね室の領域の別の構成を示す図である。
【図５】
本発明による燃料噴射弁の別の構成を示す縦断面図である。
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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