(57)【要約】内燃機関の燃料高圧供給のための装置であって、ピストン状のエレメント（５）が設けられており、該ピストン状のエレメント（５）は、構成部分（１）の孔（３）内に長手方向摺動可能に配置されている。前記ピストン状のエレメント（５）はシール区分（１０５）で、孔（３）のガイド区分（１０３）内にガイドされており、ガイド区分（１０３）の一方の端部は、高圧下の燃料が充填可能である圧力室（１９）に開口しており、他方の端部は漏れオイル室（１５）に開口している。ピストン状のエレメント（５）のシール区分（１０５）に少なくとも１つの切欠（３０）が形成されており、該切欠（３０）は前記圧力室（１９）に液圧的に接続されていて、ピストン状のエレメント（５）と、ガイド区分（１０３）の内壁との間に形成される環状ギャップ（１７）を除いて、漏れオイル室（１５）に対してシールされていて、これによりピストン状エレメント（５）は孔（３）において液圧的にセンタリングされる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料高圧供給のための装置であって、ピストン状のエレメント（５）が設けられており、該ピストン状のエレメント（５）は、構成部分（１）の孔（３）内に長手方向摺動可能に配置されていて、前記ピストン状のエレメント（５）はシール区分（１０５）で、孔（３）のガイド区分（１０３）内にガイドされており、ガイド区分（１０３）の一方の端部は、高圧下の燃料が充填可能である圧力室（１９）に開口しており、他方の端部は漏れオイル室（１５）に開口しており、該漏れオイル室（１５）には常に低い燃料圧が形成されている形式のものにおいて、
ピストン状のエレメント（５）のシール区分（１０５）に少なくとも１つの切欠（３０）が形成されており、該切欠（３０）は前記圧力室（１９）に液圧的に接続されていて、ピストン状のエレメント（５）と、ガイド区分（１０３）の内壁との間に形成される環状ギャップ（１７）を除いて、漏れオイル室（１５）に対してシールされていることを特徴とする、内燃機関の燃料高圧供給のための装置。
【請求項２】
切欠（３０）が、ピストン状のエレメント（５）の長手方向で延びる縦溝であって、該縦溝は、圧力室（１９）に面した端部で、圧力室（１９）内にまで達している、請求項１記載の装置。
【請求項３】
切欠（３０）が溝として形成されていて、該溝が、ピストン状のエレメント（５）のガイドされたシール区分（１０５）を取り囲むようにねじ状に延びている、請求項１記載の装置。
【請求項４】
切欠（３０）が、それぞれ直線的な複数の溝によって形成されていて、これらの溝が互いに液圧的に接続されている、請求項１記載の装置。
【請求項５】
切欠（３０）がメアンダ状の溝として形成されている、請求項１記載の装置。
【請求項６】
溝が方形状の横断面を有している、請求項２から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
溝が三角形状の横断面を有している、請求項２から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
溝が円区分状の横断面を有している、請求項２から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
切欠が、ピストン状のエレメント（５）のシール区分（１０５）の長さの２０〜８０％にわたって、有利には５０〜８０％にわたって延びている、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
切欠（３０）が、２〜５０μｍの、有利には２〜１０μｍの深さを有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
ピストン状のエレメント（５）に複数の切欠（３０）が形成されていて、これらの切欠（３０）はピストン状のエレメント（５）の周面にわたって均一に分配配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
前記装置が燃料噴射弁である、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
前記構成部分が弁本体（１）である、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
ピストン状のエレメントが弁部材（５）である、請求項１３記載の装置。
【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、内燃機関の燃料高圧供給のための装置から出発している。このような装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８４３３４４号明細書により燃料噴射弁として公知である。弁本体には孔が形成されていて、この孔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。この弁部材はシール区分を有しており、このシール区分で、孔のガイド区分にガイドされているので、この領域では弁部材と、孔の内壁との間の極めて小さな環状ギャップしか残されていない。この環状ギャップは、弁部材の長手方向摺動可能性を保証するには十分な大きさである。孔のガイド区分の、燃焼室側の端部では、孔の半径方向拡大部によって形成されている圧力室がガイド領域に続いている。この圧力室には高圧下の燃料を充填できる。圧力室は、弁部材を取り囲む環状の通路として燃焼室に続いており、燃焼室側の端部で、燃焼室への孔を閉じる弁シール面によって制限されている。弁部材は、燃焼室側の端部で弁シール面を有しており、弁シール面は、少なくとも１つの噴射口を制御するために弁座と協働しており、従って弁部材の長手方向運動により、噴射開口が圧力室に接続可能である。
【０００２】
孔の、燃焼室とは反対側の端部で、この孔に漏れオイル室が続いている。この漏れオイル室は対応する漏れオイル接続部によって常に低い圧力レベルに保持される。少なくとも噴射中は圧力室において極めて高い燃料圧が存在しているので、孔のガイド区分の両端部の間には高い差圧が存在している。これにより燃料は、弁部材のシール区分と孔のガイド区分との間に長手方向摺動のために残された環状ギャップを通って圧力室から漏れオイル室に押し出される。自己着火式の内燃機関で使用されるような燃料では、燃料はこの領域で、孔における弁部材の潤滑のためにも使用される。従って潤滑特性を改善し、潤滑膜を均一に形成するために、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８４３３４４号明細書のものでは種々様々な形式の切欠が、弁部材のシール区分に設けられている。例えばとりわけ、円形の横断面を有した環状の溝および凹部が設けられている。このような溝および凹部は、均一な潤滑膜、ひいては孔における弁部材の僅かな摩耗を生ぜしめる。孔のガイド区分の両端部の間の差圧が高いことに基づき、弁部材が傾動した場合には、弁部材を孔の内壁に押し付ける液圧的な横方向の力が生じる。この横方向の力は、絞りギャップにおける横断面の狭隘による減圧によるものである。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８４３３４４号明細書のように環状溝を設けることにより、弁部材の安定性が、接線方向の圧力補償により得られる。しかしながらこのような方法は、環状溝の箇所の横方向力を減じるだけである。しかしながら弁部材を安定させるための戻し力として働く圧力は形成されない。これにより、孔において弁部材の許容できないほど高い摩耗が生じ、ひいては燃料噴射弁の、または内燃機関の供給のためのその他の装置の耐用期間を減じさせる。
【０００３】
発明の効果
これに対して、内燃機関の燃料高圧供給のための本発明による装置は、孔内に案内されるピストン状のエレメントのガイド区分に切欠が形成されていて、この切欠は圧力室に液圧的に接続されているが、漏れオイル室には達していないという利点を有している。この場合、切欠は有利には溝として形成されていて、この溝は高圧領域、即ち圧力室から、シール区分の所定の高さにまで続いているが、低圧領域には達していない。このような構成では、切欠の構造により、ピストン状のエレメントと孔との間に形成された環状通路の極めて狭い個所の後方の減圧が防止されるだけでなく、反対側と比較して高い圧力が形成される。このような圧力形成により、孔の内壁面の反対側に向けられた、即ち、ピストン状のエレメントを再び孔内でセンタリングする力が、弁部材に加えられる。
【０００４】
本発明の対象の有利な構成では、切欠は、ピストン状のエレメントの周面にわたって均一に分配配置され、これによりピストン状のエレメントの周面の各領域が切欠を介して圧力室に接続される。
【０００５】
ピストン状のエレメントと孔との間の環状ギャップを通る漏れオイル流が、切欠によって過度に上昇しないように、切欠の横断面は極めて小さく選択しなければならない。この場合、本発明による装置では、１〜５０μｍの、有利には２〜１０μｍの深さが設けられる。溝状の切欠の幅は、１００〜５００μｍの範囲で変化してよい。
【０００６】
この装置が燃料噴射弁であって、ピストン状のエレメントが弁部材であるならば、本発明による切欠の構成は特に有利である。有利には自己着火式の内燃機関で使用されるような燃料噴射弁における高い燃料圧により、耐用期間にわたって問題のない運転を保証するために、孔内における弁部材の正確な配向は特に重要である。
【０００７】
本発明の特別な効果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】
実施例の説明
図１には、内燃機関の燃料高圧供給のための装置が縦断面図で示されている。この場合、この装置は燃料噴射弁である。弁本体１として形成された構成部分には孔３が設けられていて、この孔３には、この実施例では弁部材５として形成されているピストン状のエレメントが長手方向摺動可能に配置されている。弁部材５は、長手方向軸線６を有しており、シール区分１０５で、孔３の、燃焼室から離れた側のガイド区分１０３においてシールされてガイドされている。弁部材５のシール区分１０５を起点として、弁部材５は、押圧肩部１３を形成しながら燃焼室に向かって減径しており、直径が減径している弁部材軸部２０５に移行している。弁部材５の燃焼室側の端部には、弁シール面７が形成されていて、この弁シール面７は少なくともほぼ円錐状に形成されていて、孔３の燃焼室側の端部に形成された弁座９と協働している。弁座９には少なくとも１つの噴射開口１１が形成されていて、この噴射開口１１は孔３を、内燃機関の燃焼室に接続している。押圧肩部１３の領域では、孔３が半径方向で拡大することによって、弁本体１に圧力室１９が形成されている。この圧力室１９は、弁部材軸部２０５を取り囲む環状通路として、弁座９にまで延びている。圧力室１９は、弁本体１内で延びる供給通路２５を介して燃料高圧源（図示せず）に接続可能であって、この供給通路２５を介して高圧下の燃料を充填することができる。
【０００９】
弁本体１の、燃焼室とは反対の側の端面は、弁保持体２に接しており、この弁保持体２に対して、緊締装置（図示せず）によって軸方向で緊締されている。この場合、弁本体１と弁保持体２とを一体に形成することもできる。弁保持体２には漏れオイル室１５が形成されていて、この漏れオイル室１５に孔３が開口し、漏れオイル通路（図示せず）を介して常に放圧されている。これにより漏れオイル室１５には常に低い燃料圧が形成されている。漏れオイル室１５には、閉鎖力Ｆを弁部材５に加える閉鎖装置（図示せず）が配置されている。この場合閉鎖力Ｆは弁座９に向けられている。閉鎖力Ｆの方向は矢印によって図示されている。
【００１０】
燃料を内燃機関の燃焼室に噴射する際の燃料噴射弁の機能は以下の通りである。この場合２つの運転形式に区別することができる。
【００１１】
第１の運転形式では、燃料高圧源によって供給通路２５を介して常に高い燃料圧が圧力室１９内に維持される。これにより、閉鎖力Ｆとは反対方向に向けられた液圧的な力が押圧肩部１３に加えられる。噴射が行われるべきではない場合には、閉鎖力Ｆが相応の高さに選択されるので、弁部材５が弁閉鎖面７で弁座９に当接する。噴射が行われるべきである場合には、閉鎖力Ｆは減じられ、これにより押圧肩部１３への液圧的な力が今や上回り、弁部材５は、漏れオイル室１５の方向で運動される。これにより弁シール面７は弁座９から持ち上がり、燃料は圧力室１９から噴射開口１１を通って内燃機関の燃焼室に噴射される。閉鎖力Ｆを相応に高めることにより噴射は再び終了され、弁部材５は長手方向運動によりもとの位置に戻される。第２の運転形式では、少なくともほぼ一定の閉鎖力が弁部材５にかけられていて、弁部材５の運動は、圧力室１９内における可変の燃料圧によって行われる。噴射が行われるべきでない場合には、圧力室には低い燃料圧が形成されていて、押圧肩部１３への液圧的な力は閉鎖力Ｆよりも小さい。噴射が行われるべき場合には、燃料が供給通路２５を介して圧力室１９に導入され、これにより、ここで燃料圧は上昇する。圧肩部１３への液圧的な力が閉鎖力Ｆを上回るとすぐに、弁部材５は長手方向で動き、第１の運転形式と同様に、弁シール面７が弁座９から持ち上がる。噴射は第１の運転形式について説明したのと同様に行われる。噴射の終了は、供給通路２５からの燃料供給が中断されることにより行われる。これにより圧力室１９における燃料圧が減じられ、ひいては押圧肩部１３への液圧的な力も減じられる。閉鎖力Ｆに基づき、弁部材５は再び出発位置に戻され、噴射開口１１は閉鎖される。
【００１２】
図２には、孔３のガイド区分１０３の領域における拡大図が示されている。弁部材５が孔３において長手方向で摺動可能であるために、ここで弁部材５は僅かな遊びを有していなければならない。従って、弁部材５のシール区分１０５と孔３のガイド区分１０３との間に環状ギャップ１７が形成されている。特に上記の第１の運転形式では、圧力室１９に常に高い燃料圧がかけられており、燃料が常にこの環状ギャップ状の絞りギャップを介して圧力室１９から漏れオイル室１５へと流れている。孔３の真ん中に正確にセンタリングされた弁部材５では、絞りギャップ１７における燃料圧がほぼ直線的に圧力室１９から漏れオイル室１５へと減少する。弁部材５は回転対称的な液圧力を、シール区分１０５の表面へ受けるので、弁部材５への半径方向力は互いに相殺し合う。これに対して弁部材５がセンタリング位置からずれていると、接触側での環状ギャップ１７は小さくなり、反対側での環状ギャップ１７は相応に拡大される。切欠３０を考慮しなければ、環状ギャップ１７における圧力は少なくともほぼ直線的に高圧室１９から漏れオイル室１５へと減少する。図２に示したように溝状の切欠３０を考慮するならば、別の状態が生じる。弁部材５の接触側とは反対側で、ここでは拡大されている環状ギャップ１７を通って漏れオイルの主要部分が弁部材５の側方を通過する。この領域では、溝状の切欠３０は、環状ギャップ１７における圧力経過には実質的に影響を与えないので、ここでは引き続き直線的な減圧が行われる。これに対して弁部材５が孔３のガイド区分１０３の内壁に接触している接触側では、環状ギャップ１７は減少しているので、この領域では僅かな燃料流しか生じない。この領域で切欠３０は圧力室１９に液圧的に接続されているので、圧力室１９の燃料高圧は切欠３０へと続いている。従って、切欠３０全体において実質的に、圧力室１９の圧力が形成されているが、少なくとも環状ギャップ１７の反対側の同じ高さにおける圧力よりは著しく高い圧力である。このような圧力分配により、所定の合力が弁部材５に加えられ、この合力が弁部材５を孔３の真ん中に押し戻す。これにより弁部材５は孔３の中央位置で安定的な均衡状態に保たれる。
【００１３】
図３には、本発明による燃料噴射弁の図２と同様の区分が示されている。切欠３０はこの場合、長手方向軸線６に対して傾いた長手方向溝として形成されていて、ねじ状の延在を有している。別の実施例が図４に示されている。この場合、切欠３０は、メアンダ状に形成された溝として示されている。この溝は、弁部材５のシール区分１０５の長さのほぼ２／３まで延びている。図５には、さらに別の実施例が示されており、この実施例では、切欠３０は、互いに液圧的に接続されているそれぞれ直線的な複数の溝によって形成されいている。これにより、弁部材５の表面にラビリンス状の構造が形成される。この構造は、優先方向のない燃料の均一な分配を、弁部材５の全周面にわたって保証する。
【００１４】
図２、図３、図４、図５の構成は、燃料噴射弁のジオメトリ全体においてのみそれぞれの利点を発揮する。どの形状、深さ、横断面形状がそれぞれ、特に有利であるかは、その都度、流れプロフィールの実験またはシュミレーションによって規定しなければならない。
【００１５】
圧力室１９から漏れオイル室１５への漏れオイル流が、許容できないほど高い値にならないように、切欠３０の横断面は比較的小さく維持しなければならない。このためには、切欠３０は１〜５０μｍの、有利には２〜１０μｍの深さを有している。溝状の切欠３０の幅は、有利には１００〜５００μｍである。この場合、切欠の横断面は例えば方形、部分円形、三角形、またはＵ字形に形成することができる。切欠はこの場合、シール区分１０５の燃焼室に面した側の端部を起点として、シール区分１０５の長さのほぼ半分を越えてほぼ３／４まで延びている。このようにして、切欠３０を通って流れ、ここから環状ギャップ１７を通って漏れオイル室１５にまで到る漏れオイル流は許容範囲に維持される。
【００１６】
このような切欠は、本発明による切欠３０を弁部材５において使用する他に、孔の一方の側では高圧が他方の側では低圧が形成される場合に、孔内で長手方向摺動可能にガイドされる別のピストン状エレメントに形成することもできる。このような配置は、例えば、孔内で支承されている長手方向摺動可能なピストンによって燃料を一方の側で圧縮し、高圧下で燃料噴射弁に供給し、このピストンのガイド区分の他方の側では低い燃料圧が維持されるような燃料噴射ポンプでも設けられる。
【００１７】
上記の装置と選択的に、本発明による切欠３０をピストン状のエレメント５に形成するのではなく、孔３の内壁に設けることもできる。これにより液圧的には、ピストン状のエレメント５の外面に切欠３０を設ける場合に匹敵する状況が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
内燃機関の燃料高圧供給のための装置を、噴射弁として示す図であって、この燃料噴射弁の縦断面図である。
【図２】
弁部材のガイド領域を拡大して示した図である。
【図３】
弁部材の別のガイド領域を拡大して示した図である。
【図４】
弁部材のさらに別のガイド領域を拡大して示した図である。
【図５】
弁部材のさらに別のガイド領域を拡大して示した図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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