(57)【要約】本発明は、内燃機関用の燃料噴射装置であって、燃料高圧源より燃料供給可能な燃料インジェクタと、圧力伝達装置とが設けられており、該圧力伝達装置が可動の圧力伝達ピストンを有しており、該圧力伝達ピストンが、燃料高圧源に接続する室を、燃料インジェクタに接続された高圧室から切り離しており、燃料を圧力伝達装置の戻し室に充填することによってもしくは燃料を戻し室から空にすることによって、高圧室内における燃料圧が変化可能であり、燃料インジェクタが、噴射開口を開閉するために可動の閉鎖ピストンを有している形式のものに関する。このような形式の燃料噴射装置において本発明では、閉鎖ピストン（１３；１１３）が閉鎖圧室（１２；１１２）内に進入していて、その結果、閉鎖方向で閉鎖ピストンに作用する力を得るために、閉鎖ピストンを燃料圧によって負荷可能であり、さらに閉鎖圧室（１２；１１２）と燃料高圧源に接続する室（２６；１２６）とが、共通の作業室によって形成され、しかも該作業室のすべての部分領域（１２，４７，２６；１１２，１３０，１２６）が燃料交換のために持続的に互いに接続（４７；１３０）されている。
2004519613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の燃料噴射装置であって、燃料高圧源より燃料供給可能な燃料インジェクタが設けられており、該燃料インジェクタと燃料高圧源との間に、可動の燃料伝達ピストンを有する圧力伝達装置が配置されており、圧力伝達ピストンが、燃料高圧源に接続する室を、燃料インジェクタに接続された高圧室から切り離しており、燃料を圧力伝達装置の戻し室に充填することによってもしくは燃料を戻し室から空にすることによって、高圧室内における燃料圧が変化可能であり、燃料インジェクタが、噴射開口を開閉するために可動の閉鎖ピストンを有している形式のものにおいて、閉鎖ピストン（１３；１１３）が閉鎖圧室（１２；１１２）内に進入していて、その結果、閉鎖方向で閉鎖ピストンに作用する力を得るために、閉鎖ピストンを燃料圧によって負荷可能であり、さらに閉鎖圧室（１２；１１２）と燃料高圧源に接続する室（２６；１２６）とが、共通の作業室によって形成され、しかも該作業室のすべての部分領域（１２，４７，２６；１１２，１３０，１２６）が燃料交換のために持続的に互いに接続（４７；１３０）されていることを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
圧力伝達ピストンが閉鎖ピストンに対して同軸的に配置されており、作業室の、閉鎖ピストンに隣接する部分領域（１１２）が、作業室の残りの部分領域と、圧力伝達ピストンに組み込まれた孔（１３０）を介して接続されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
閉鎖ピストンの、噴射開口とは反対側の端部が、孔（１３０）によって漏れ損失を除いて、液密につまり液体シールされて案内される、請求項２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
燃料インジェクタが、噴射開口に燃料を供給するため及び開放方向に作用する力を閉鎖ピストンに負荷するために、圧力室（１７；２０５，１２８）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
圧力室（１７；２０５，１２８）と高圧室（２８；１２８）とが共通の噴射室（１７，２８，４０；２０５，１２８）によって形成され、噴射室のすべての部分領域（１７，２８；２０５，１２８）が、燃料交換のために持続的に互いに接続されている、請求項４記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
圧力室（１７）と高圧室（２８）とが燃料管路（４０）を介して互いに接続されている、請求項５記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
圧力室が高圧室（１２８）によって形成されている、請求項５記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
閉鎖圧室（１１２）と戻し室（１２７）とが、圧力伝達ピストン（１２１）の部分ピストン（１２３）によって互いに切り離されている、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】
高圧室（２８；１２８）が逆止弁（２９；１２９）を介して閉鎖圧室（１２；１１２）と接続されている、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。
【請求項１０】
高圧室と閉鎖圧室との間における接続部が絞られていて、閉鎖過程中に圧力室における圧力が、燃料高圧源の圧力を下回って振れるようになっている、請求項９記載の燃料噴射装置。
【請求項１１】
高圧室（１２８）が逆止弁（２１５）を介して戻し室（１２７）と接続されている、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。
【請求項１２】
戻し室（２７；１２７）が弁（８）を介して選択的に、低圧管路（４４）か又は燃料高圧源（２）と接続可能である、請求項１から１１までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項１３】
弁が第１の位置と第２の位置とを有するピエゾ弁であり、該ピエゾ弁が戻し室を、第１の位置では燃料高圧源に接続し、かつ第２の位置では低圧管路（４４）と接続する、請求項１２記載の燃料噴射装置。
【請求項１４】
ピエゾ弁が、第１の位置と第２の位置との間における移行速度を変化できるように構成されている、請求項１３記載の燃料噴射装置。
【請求項１５】
弁が少なくとも１つの中間位置に移動可能であり、これによって戻し室内において中間圧力レベルが生ぜしめられる、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項１６】
弁が中間位置においては戻し室を、燃料高圧源にも低圧管路にも接続する、請求項１５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された形式の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許第４３１１６２７号明細書に基づいて公知の燃料噴射装置では、一体に組み込まれた増圧ピストンが、戻し室を充填することもしくは空にすることによって、コモンレール圧によって準備された値を超えて、燃焼噴射圧を高めることができる。
【０００３】
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本発明による燃料噴射装置は、公知のものに比べて次のような利点を有している。すなわち本発明による燃料噴射装置では、もっぱら圧力伝達装置の戻し室を介して制御が行われることに基づいて、燃料高圧源における制御損失が、時々燃料高圧源に接続される作業室を介して行われる制御に比べて小さい。さらに高圧領域特に高圧室は、レール圧までしか放圧されず、漏れレベルまでは放圧されないので、これによって液圧の効率が改善される。
【０００４】
請求項２以下には、請求項１に記載の燃料噴射装置の別の有利な構成が記載されている。
【０００５】
圧力伝達装置を閉鎖ピストンに対して同軸的に配置することによって、有利な形式で体積の小さくかつ安価な構造形式を得ることができる。
【０００６】
インジェクタの圧力室の機能を圧力伝達装置の高圧室によって引き受けることによって、なお高圧に対してシールしなくてはならない、圧力伝達装置の後ろにおけるデッド容積つまり無駄な容積を小さくすることができる。さらに、流れ接続部を短くすることに基づいて、閉鎖圧室と圧力室との間において場合によっては生じる振動の振幅が小さくなる。これによって全体として、より迅速な切換えを可能にする確実な運転形式が得られる。
【０００７】
迅速な切換えを可能にするピエゾ弁を制御弁として使用することによって、高いノズル開放圧においても小さな噴射量を、規定された形式でかつ小さな量誤差で、内燃機関の燃焼室内に噴射することができる。そして迅速な切換え動作に基づいて、小さな漏れ損失しか生じなくなる。
【０００８】
特に、ほぼ直線的に制御可能なピエゾアクチュエータを有するピエゾ弁における切換え速度のバリエーションは、噴射開始時における圧力上昇勾配の変化を可能にし、つまり噴射パターンの変化を可能にし、ひいては機関の要求に対する噴射パターンの最適な適合を可能にする。
【０００９】
３ポート３位置方向切換え弁であるピエゾ弁を使用すると、中間位置をピエゾアクチュエータの部分行程によって実現することができ、そしてこの中間位置を、低圧時における噴射のために使用することができる。これによってまた、特定の噴射パターン特にブーツ形噴射が可能になり、小さな燃料量の調量が改善される。
【００１０】
特に高圧室の充填路の液圧的な関係を最適に合わせることによって、さらに改善されたニードル閉鎖を達成することができる。そのためには、ノズル室内における圧力が低圧室内における圧力よりも小さくなるような加速段階が、生ぜしめられる。これによって、ノズルニードルに対する、液圧による付加的な閉鎖力が生ぜしめられ、閉鎖時における加速段階を著しく短縮することができる。より迅速なニードル閉鎖によって、弾道経過を有する運転における（ｉｍ ｂａｌｌｉｓｔｉｓｃｈｅｎ Ｂｅｔｒｉｅｂ）量特性線はよりフラットになる。このような付加的な液圧力によって、極めて安定的なニードル閉鎖が、ひいては噴射終了が達成される。そしてこれによりインジェクタの調量精度が高まる。さらに制御信号終了に対するノズルニードルの迅速な反応が得られ、これによって、弾道経過を有する範囲におけるよりフラットな量特性線が得られ、調量精度がさらに高められる。同時に、より迅速なニードル閉鎖に基づいて、内燃機関の排ガス放出値の改善をも期待することができる。
【００１１】
図面
次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【００１２】
図１は燃料噴射装置を示す図である。
【００１３】
図２はピエゾ弁を示す図である。
【００１４】
図３は第２の燃料噴射装置を示す図である。
【００１５】
図４は別の燃料噴射装置を示す図である。
【００１６】
図５は２つの線図を示す図である。
【００１７】
図６は別の３つの線図を示す図である。
【００１８】
図７は択一的な別の実施形態を示す図である。
【００１９】
図８は図７に示された配置形式に対する圧力経過を示す図である。
【００２０】
実施例の記載
図１に示された燃料噴射装置では、圧力伝達装置７を有する燃料インジェクタ１が、燃料管路４を介して燃料高圧源２と接続されており、管路４には燃料高圧源２の側に絞り３が配置され、インジェクタの側には、第２の絞り１８に並列接続された逆止弁１９が配置されている。燃料高圧源は、燃料タンク、ポンプ及び公知のコモンレール系の高圧レールのような複数のエレメント（図示せず）を有しており、この場合ポンプは、燃料をタンクから高圧レールに圧送することによって１６００バールまでの高い燃料圧を高圧レールにおいて準備する。内燃機関の各シリンダのためには、高圧レールから個々に燃料供給されるインジェクタが設けられている。図１に例示されたインジェクタ１は、閉鎖ピストン１３を備えた燃料噴射弁６を有しており、この閉鎖ピストン１３は受圧肩部１６のところで圧力室１７によって取り囲まれており、この圧力室１７は高圧管路４０を介して圧力伝達装置７の高圧室２８と接続されている。閉鎖ピストン１３は燃焼室とは反対側の端部、つまりガイド領域１４において、閉鎖圧室１２に進入しており、この閉鎖圧室１２は管路４７を介して、燃料高圧源に接続された圧力伝達装置７の室２６と接続されている。圧力伝達装置７の戻し室２７は、燃料管路４２，４５及び３ポート２位置方向切換え弁８を介して、燃料高圧源２と接続可能である。弁８は第１の位置において管路４２を管路４５と接続し、この際に、図示されていない低圧系に通じる低圧管路４４は、弁８に接続された端部において閉鎖されている。弁の第２の位置では、戻し室２７に通じる管路４２は低圧管路４４と接続されていて、この際に管路４５の、燃料高圧源２とは反対側の、弁に接続された端部は、シールされている。閉鎖ピストンは、閉鎖圧室内に配置されていて噴射弁６のケーシング１０と閉鎖ピストン１３との間において緊縮された戻しばね１１を用いて、ばね弾性的に支承されており、戻しばねは閉鎖ピストンのニードル領域１５を噴射開口９に押し付けている。圧力伝達装置７は、ばね弾性的に支承された圧力伝達ピストン２１を有しており、この圧力伝達ピストン２１は、高圧管路４０に接続された高圧室２８を室２６から切り離しており、この室２６は管路４を介して燃料高圧源２に接続されている。ピストンを支承するために使用されるばね２５は、圧力伝達装置の戻し室２７内に配置されている。ピストン２１は２部分から構成されており、第１の部分ピストン２２と直径の小さな第２の部分ピストン２３とを有している。圧力伝達装置のケーシング２０は、ケーシング内に摺動可能に配置された部分ピストン２２によって２つの領域に分割されており、両方の領域は漏れ損失を除いて、液密につまり液体をシールするように、互いに隔てられている。一方の領域は高圧源と接続された室２６であり、第２の領域は、階段状の先細部を有している。第２の領域は第２の部分ピストン２３を収容しており、この第２の部分ピストン２３は先細部に摺動可能に進入していて、先細部を、戻し室２７を形成する第２の領域の残りから切り離している。先細部における、部分ピストン２３によって制限された領域は、噴射弁の圧力室１７と接続された、圧力伝達装置７の高圧室２８を形成しており、この高圧室２８は、逆止弁２９と燃料管路４９とを介して管路４７もしくは閉鎖圧室１２に接続されている。両方の部分ピストンは別個の構成部材であるが、しかしながら互いに堅固に結合されて構成されていてもよい。第２の部分ピストン２３は第１の部分ピストンに向けられた端部に、その直径を超えて張り出したばね保持部２４を有しているので、ケーシング２０に支持された緊縮された戻しばね２５は第２の部分ピストン２３を第１の部分ピストンに押圧している。
【００２１】
燃料高圧源２の圧力は管路４を介してインジェクタに案内される。弁８の第１の位置において噴射弁は制御されておらず、噴射は行われない。この場合レール圧は室２６内に、弁８に、この弁８及び管路４２を介して戻し室２７内に、閉鎖圧室１２内に、及び逆止弁２９を内蔵する管路４９を介して高圧室２８内に、並びに圧力室１７内に存在している。従って圧力伝達装置のすべての圧力室にレール圧が供給されており、圧力伝達ピストンは圧力バランスされており、つまり圧力伝達装置は不作用状態にあり、増圧は行われない。圧力伝達ピストンはこの状態において戻しばねを用いてその出発位置に戻される。この際に高圧室２８は逆止弁２９を介して燃料を満たされる。閉鎖圧室１２内におけるレール圧によって、液圧による閉鎖力が閉鎖ピストンにもたらされる。付加的に戻しばね１１が閉鎖方向に作用するばね力を準備する。従ってレール圧は、噴射弁を不都合に開放することなしに、常に圧力室１７内に存在することができる。ノズル室内における圧力がレール圧を上回った場合に初めて、これは圧力伝達装置の切換えによって達成されることであるが、ノズルニードルが開放して、噴射が開始される。燃焼室５内への燃料の調量もしくは供給は、３ポート２位置方向切換え弁８の作動によって、つまり弁が第２の位置に移動することによって行われる。これによって戻し室２７は燃料高圧源２から切り離されて、戻し管路４４と接続され、戻し室内における圧力が降下する。これによって圧力伝達装置が作動し、２部分から成るピストンは高圧室２８内における燃料を圧縮し、その結果高圧室２８と接続された圧力室１７内においては、開放方向に作用する圧力が上昇し、閉鎖ピストンは噴射開口を開放する。戻し室２７が放圧されている限り、圧力伝達装置は作動状態にあり、高圧室２８内における燃料を圧縮し続ける。圧縮された燃料は噴射開口へとさらに導かれ、燃焼室内に噴射される。噴射を終了させるためには弁８が再び第１の位置に移動させられる。これによって戻し室２７は戻し管路４４から切り離され、戻し室２７は燃料高圧源の供給圧と、もしくはコモンレール系の高圧レールと接続される。これによって高圧室内における圧力はレール圧へと低下し、圧力室１７内においても同様に今や再びレール圧が存在することになるので、閉鎖ピストンは液圧的にバランスされて、ばね１１の力によって閉鎖され、これによって噴射過程が終了する。系の圧力バランス後に、圧力伝達ピストンは戻しばねによって出発位置に戻され、そして高圧室２８は逆止弁２９及び管路４９を介して燃料高圧源からの燃料を満たされる。絞り３もしくは、絞り１８を並列接続された逆止弁１９は、燃料高圧源とインジェクタとの間における揺動もしくは振動を緩衝するために働き、さもないと、このような揺動もしくは振動によって、ニードル閉鎖が、特に場合によっては実施される複数回噴射が、つまり短時間の内に相前後して実行される開閉動作が損なわれてしまうことがある。
【００２２】
択一的な構成では、逆止弁２９を圧力伝達ピストン内に組み込むことも可能である。択一的に組み込まれた構成においても別体の構成においても、逆止弁２９は閉鎖圧室１２の代わりに戻し室２７と接続されていることができ、このようになっていると、噴射弁の閉鎖時における高圧室の充填は、閉鎖圧室１２からではなく戻し室２７から行われる。振動減衰のために働く絞り３，１８（後者には逆止弁が並列接続されている）は、燃料高圧源とインジェクタの室２６との間の任意の箇所に配置することができる。また、戻し室を介して制御可能な別の圧力伝達装置を使用することも可能であり、この圧力伝達装置は例えば２部分から成る圧力伝達ピストンを備えていて、この場合高圧室を充填するために必要な逆止弁は第２の（直径の小さな）部分ピストンに組み込まれている。
【００２３】
図１及び図３に示された配置形式における３ポート２位置方向切換え弁８は、図２に示されているように圧電式に制御可能な弁として構成されていても、電磁式に制御可能な弁として構成されていてもよい。図２に示されているように３ポート２位置方向切換え弁が圧電式に構成されている場合、弁ケーシング５０は、図１に開示されている３つの接続管路４２，４４，４５と接続されている。弁ケーシング内には可動に支承された弁体５１が設けられており、この弁体５１は図示の休止位置では、弁体５１と弁ケーシングとの間に緊縮配置された戻しばね５２を介して、半球状の端面で、液体をシールするように第１の座５３に押し付けられる。弁体の、平らに形成された反対の側は、管路４５と接続された第２の弁座５４に向かい合って位置している。図示の休止位置においては、弁体と第２の弁座との間には中間室が存在している。第１の弁座５３からは管５５が延びており、この管５５の、弁体とは反対側の端部には、低圧管路４４が接続されている。弁体の、管をシールする半球状の端面には、第１の力伝達ピストン５６が載設されており、この第１の力伝達ピストン５６は、管の、弁体とは反対側の側壁のシールされた開口を貫いて、管から進出しており、その結果弁ケーシングの外側からの力伝達ピストン５６のシフトによって、弁体に力を作用することができる。ピストン５６の拡大された端部部分は、例えば燃料である連結液を満たされた連結室５８内に進入している。連結液として使用される燃料は、例えば低圧系からもたらされ、この低圧系から燃料は図示されていない管路を介して供給される。連結室の反対側においては第２の力伝達ピストン５７が連結室に進入している。この第２の力伝達ピストン５７は電気式に制御可能なピエゾアクチュエータ５９に固定されており、このピエゾアクチュエータ５９は電圧の印加によってその長さを変化させることができ、この場合ピエゾアクチュエータ５９の反対側に固定されている底部エレメント６０は、ピエゾアクチュエータの如何なる電気的な状態においても、連結室に対して等しい間隔を有している。
【００２４】
弁体の図示のポジションは、３ポート２位置方向切換え弁の第１の位置を形成している。この状態において弁体は管と、弁体が可動に支承されている室との接続部を閉鎖しているので、管路４２はもっぱら管路４５とだけ燃料を交換するすることができる。燃焼室への燃料の調量供給を達成するために、弁をその第２の位置に移動させたい場合には、ピエゾアクチュエータ５９を電気的に制御することが必要である。ピエゾアクチュエータの、温度に関連した長さ変化を補償するため及び、略示された連結室５８が力・距離伝達比に対しても適宜に構成される場合には、ピエゾアクチュエータは、力伝達ピストン５７及び連結室５８を介して力伝達ピストン５６と接触している。ピエゾアクチュエータが制御されると、ピエゾアクチュエータは膨張し、連結室を貫いて力を弁体に伝達し、この力は弁体を第１の弁座から持ち上げ、第２の弁座に押圧し、その結果今や管路４５ではなく、管路４４が管路４２と接続される。
【００２５】
図１及び図３に示されているように、ピエゾ弁は管路４５を用いて管路４と接続されていることができる。択一的に弁は管路４の代わりに、室２６と直接接続されていてもよい。弁体はまた他の形状を有することもでき、つまり圧電式に操作可能なスプール弁、フラット座弁又は円錐座弁又は任意のコンビネーションを使用することも可能である。例えば戻し室をゆっくりと放圧するため、及び相応にゆっくりと燃料圧を高圧室において形成するために、第１の位置と第２の位置との間に中間位置が設けられている場合には、切換え弁として、両方の弁座の開放オーバラップ（Ｏｅｆｆｎｕｎｇｓｕｅｂｅｒｄｅｃｋｕｎｇ）を有していない弁、つまり例えば、第１の弁座がゆっくりと開放する前に、第２の弁座が始めに閉鎖されるようになっている弁を使用すると有利である。これによって移行領域におけるゆっくりとした弁切換え時に、燃料の損失量が回避される。それというのは、この場合レールから戻し系への接続は極めて短い時間しか生じないからである。そのためには座・スプール弁を使用することができる。ピエゾ弁はまた３ポート３位置方向切換え弁として構成されていてもよい。この場合にはピエゾアクチュエータの相応な電気的な制御によって、ゆっくりとした制御の代わりに又はゆっくりとした制御とのコンビネーションで、弁体の少なくとも１つの中間位置が得られ、この中間位置は、ある程度の時間存在したままになるので、例えば前噴射を一定の低い圧力レベルにおいて実現することができる。この場合にはしかしながら少なくとも１つの中間位置において、管路４５及び管路４４への管路４２の接続が存在しなくてはならず、これによって戻し室内においてひいては高圧室内においてもコンスタント場圧力中間レベルを形成することができる。戻し室内における圧力中間レベルは弁座５３，５４の流過横断面によって決定されている。この場合、弁座の横断面を供給管路４５もしくは管５５の横断面よりも大きく構成し、この場合次のように、すなわち中間圧力レベルが供給管路４２，４４，４５の相応な供給・排出流過横断面によってだけ規定されるように、選択すると、有利である。このようになっていると、中間位置においては、中間圧力レベルの値に影響を与えない、弁体の行程領域が得られる。そしてこれによって、場合によっては存在する、ピエゾアクチュエータの行程誤差が、噴射過程に対して影響を与えることはなくなる。
【００２６】
図３には、圧力伝達装置がインジェクタケーシング１００内に組み込まれた別の実施例が示されている。図１に示されたのと同じ部材には同一符号が付けられ、再度説明を繰り返すことは省く。インジェクタケーシング内には、相対的に可動な３つの部材、すなわち圧力伝達ピストン１２１、閉鎖ピストン１１３及び弁中空ピストン２０６がばね弾性的に支承されている。圧力伝達ピストン１２１は第１の部分ピストン１２２と第２の部分ピストン１２３とを有している。第１の部分ピストン１２２は軸方向において、漏れ損失を除いて液密につまり液体に対してシールされてインジェクタケーシングによって案内される。第１の部分ピストンは一方の側において階段状の先細部を有しているので、インジェクタケーシングと第１の部分ピストンとの間には圧力伝達装置の戻しばね１２５のためのスペースが存在している。この戻しばね１２５は、先細部に配置されたばね保持部材１２４とインジェクタケーシングに固定された制限エレメント２００との間において緊縮されており、制限エレメントの、戻しばねとは反対の側は、圧力伝達ピストンのためのストッパとして働き、これによって第１の部分ピストンの先細部がインジェクタケーシングに当接することが防止されている。第１の部分ピストンとインジェクタケーシングとの間に存在している、戻しばね１２５が収容されている室１２６は、図１に示された室２６に相当しており、この室２６のように管路４を介して燃料高圧源２と接続されている。第１の部分ピストン１２２は、室１２６とは反対の側において、小径の第２の部分ピストン１２３に移行しており、この第２の部分ピストン１２３は部分的に同様にインジェクタケーシングによって案内されている。それというのはインジェクタケーシングは第２の部分ピストンの領域において階段状の先細部を有しているからである。第２の部分ピストンとインジェクタケーシングとの間の室は、圧力伝達装置の戻し室１２７を形成している。圧力伝達ピストンは中空ピストンとして形成されている。すなわち圧力伝達ピストン内における中央の貫通孔１３０は、室１２６を液圧的に閉鎖ピストン１１３の端部と接続しており、この閉鎖ピストン１１３は室１２６とは反対側の孔端部内に進入していて、この孔は従って閉鎖圧室１１２として働く。閉鎖ピストンの反対側の端部、つまりニードル領域１１５は、噴射開口９を閉鎖する。閉鎖ピストンの、閉鎖圧室に進入している領域と、ニードル領域との間には、閉鎖ピストンのガイド領域１１４が存在しており、このガイド領域は、閉鎖ピストンの領域において相応に第２の階段状の先細部を有しているインジェクタケーシングに沿って、閉鎖ピストンの軸方向ガイドを保証している。ガイド領域は有利には、ニードル領域よりも大きな直径を有している。ガイド領域は、例えば貫通孔の形をした流れ接続部２０５によって貫通されているので、ニードル領域とインジェクタケーシングとの間の中間室と、ニードル領域とは反対側に位置していてガイド領域に接続した中間室、つまり閉鎖ピストンの小径の領域とインジェクタケーシングとの間における中間室とは、燃料を相互に交換することができる。戻しばね１３１は閉鎖ピストンを噴射開口に向かって押圧する。弁中空ピストンは、円形のシール縁に向かって先細に延びる端部を有しており、この端部は戻しばね１１１によって、第２の部分ピストンの端面に向かって押圧されるので、弁中空ピストンの反対側において閉鎖ピストンとインジェクタケーシングとの間に位置している室によって形成される高圧室１２８は、閉鎖圧室１１２に対してシールされることができ、つまり弁中空ピストンは第２の部分ピストンの端面と一緒に逆止弁１２９として働くことができる。ニードル領域の、噴射開口に向けられた端部と、孔１３０に進入している領域との間に、閉鎖ピストンは、閉鎖圧室に進入する領域における直径よりも小さな直径を有する２つの領域、すなわちガイド領域と孔に進入している領域との間の部分と、ガイド領域と噴射開口に向けられた閉鎖ピストン端部との間の領域の、２つの領域を備えている。インジェクタケーシング１００には、室１２６の領域に、シリンダの形で孔１３０内に進入しているスペーサ１３２が固定されている。閉鎖ピストンに向けられた側においてスペーサ１３２は、先細部を有しており、この先細部には閉鎖室ばね１３１が被せられていて、この閉鎖室ばね１３１は、孔１３０に進入している閉鎖ピストン端部を押圧しており、この場合閉鎖ピストンとスペーサとの間には、閉鎖ピストンを噴射開口から持ち上げることによって噴射過程を導入するのに十分な自由空間が存在している。適宜な寸法設定によって、スペーサは閉鎖ピストンの行程を、噴射過程のために必要な値に制限する。
【００２７】
図３に示された配置形式において高圧室２８及びノズル室１７は、図１に示された配置形式に合致しており、高圧室１２８によって形成される。作用形式は図１の実施例における作用形式に類似している。高圧室１２８を充填するための逆止弁は、上に述べた逆止弁１２９によって形成される。燃焼室５内への燃料の調量供給は、同様に３ポート２位置方向切換え弁８の作動によって行われる。弁８の作動によって戻し室１２７は放圧され、増圧器が作動させられる。高圧室１２８内における燃料は圧縮され、そして接続部２０５を介してインジェクタ先端に導かれる。閉鎖ピストンは最終的に、高圧室内において開放方向に作用する上昇する圧力によって、噴射開口を開放し、燃料は燃焼室内に噴射される。これにより噴射圧は最初からレール圧よりも高くなる。弁中空ピストン２０６はこの場合高圧室１２８を、閉鎖ピストンに対するガイドでシールしており、弁中空ピストンは軸方向摺動可能であり、かつ高圧室内における燃料の圧縮中に、圧力伝達ピストンと一緒に噴射開口に向かって運動する。既に述べたように、同様に弁中空ピストンは高圧室をそのシール座で第２の部分ピストンに対してシールする。これによって、圧縮された燃料が閉鎖圧室に逆流することを確実に回避することができる。噴射を終了させるためには、制御弁８によって戻し室１２７が管路４４から切り離され、燃料高圧源２と接続される。これによって戻し室内にはレール圧が形成され、高圧室内における圧力はレール圧に低下する。閉鎖ピストンは今や液圧的にバランスされていて、閉鎖室ばね１３１の力によって閉鎖され、その結果噴射過程が終了する。圧力バランスの結果今や、圧力伝達ピストン１２１もまた、戻しばね１２５によってその出発位置に戻され、高圧室１２８は逆止弁１２９を介して閉鎖圧室１１２から燃料を充填され、この場合閉鎖圧室１１２は室１２６から燃料を供給される。
【００２８】
切換え順序を安定化させるために、場合によっては燃料高圧源とインジェクタとの間において生じる振動を減衰するための構造的な処置を施すことも可能である。絞り３を適宜に設計すると共に、択一的に又は組み合わせて、絞り逆止弁を供給管路４，４２，４５の任意の箇所に組み込むことも可能である。さらに圧力伝達ピストン、閉鎖ピストン及び弁中空ピストンもまた異なった形状を有することができる。閉鎖ピストンにおいて重要なことは次のことである。すなわち閉鎖ピストンに重要なことは一方では、噴射開口までの燃料供給が保証されていることであり、かつ他方では、高圧室の領域において燃料が、閉鎖ピストンに対して軸方向力を効果的に生ぜしめる作用面を有していて、この軸方向力が圧力伝達ピストンに向かって方向付けられ、つまり開放方向に作用するようになっていることである。
【００２９】
図４には、圧力伝達装置が組み込まれたインジェクタの別の構造形式が示されている。図３に示された配置形式とは異なり、閉鎖ピストン１１３は第２の部分ピストン１２３のガイド領域２１０によって、漏れ損失を除いて、液密につまり液体に対するシール作用をもってガイドされる。従って図３に示された弁中空ピストン２０６を省くことができ、その代わりに別体の逆止弁２１５を高圧室１２８を充填するために設ける必要があり、この逆止弁２１５は図示の実施例では戻し室１２７と接続されている。図１又は図３に示された配置形式におけると同様に、室１２６と閉鎖圧室１１２とは常に燃料を相互に交換することができ、この場合図３に示された配置形式とは異なり、圧力伝達ピストンを戻すばね２１７は室１２６内にではなく、戻し室１２７内に設けられており、この戻し室１２７内においてばね２１７は、インジェクタケーシングの階段状の先細部と第１の部分ピストン１２２との間において緊縮配置されている。インジェクタケーシングに固定された制限エレメント２１８はこの場合圧力伝達ピストンの運動自由度を制限しているので、室１２６は常に、０とは異なった容積を有することになる。
【００３０】
択一的な構成において逆止弁２１５は、戻し室１２７の代わりに、室１２６と又は直接管路４と接続されていてもよい。逆止弁はまた圧力伝達ピストン１２１内に組み込まれていても、又は閉鎖ピストン１１３内に組み込まれていてもよい。
【００３１】
すべての実施例において閉鎖圧室１２；１１２及び室２６；１２６は、１つの共通の閉鎖圧作業室（１２，２６，４７；１１２，１２６，１３０）によって実現され、この場合閉鎖圧作業室のすべての部分領域（１２，２６；１１２，１２６）は燃料の交互交換のために互いに持続的に、例えば少なくとも１つの燃料管路４７又は圧力伝達ピストンに組み込まれた少なくとも１つの孔１３０を介して、接続されている。圧力室１７及び高圧室２８はさらに共通の噴射室（１７，２８，４０）によって形成されてもよく、この場合噴射室のすべての部分領域は燃料交換のために持続的に互いに接続されている。圧力室１７と高圧室２８とはこの場合燃料管路４０を介して互いに接続されていてもよいし（図１参照）、又は圧力室が高圧室（１２８）自体によって形成されていてもよい（図３及び図４参照）。
【００３２】
図５には、高圧室２８；１２８における燃料圧Ｐの時間的な経過が示されている。特性線３１０は、図２に示された３ポート２位置ピエゾ弁の迅速な操作時における圧力状態を示しており、特性線３１１はゆっくりとした弁操作時における圧力状態を示している。弁体が第１の弁座５３に押圧されている場合における、弁の第１の位置は、以下において休止位置と呼び、弁体が第２の弁座５４に押圧されている場合の第２の位置は、終端ポジションと呼ぶ。迅速な弁操作時にピエゾアクチュエータは、弁体が素早く休止位置から終端ポジションに達するように、電気的に制御され、ゆっくりとした弁操作時には、ピエゾアクチュエータに印加される電圧はゆっくりと上昇させられるので、弁体は低速で休止位置から終端ポジションへと達する。特性線３２０，３２１は、時間ｔに関連した圧力伝達装置の戻し室における対応する圧力経過を示している。ピエゾアクチュエータの行程ｈ、つまり弁体の運動は、特性線３３０，３３１によって示されている。ＰＲａｉｌは、燃料高圧源の圧力もしくはコモンレール系の高圧レール内における圧力を示し、Ｐｍａｘは、高圧室内において達成可能な最高燃料圧を示し、ｈｍａｘは、弁体の最大行程を示す。
【００３３】
弁体の休止位置において圧力伝達装置は不作動であり、圧力伝達装置のピストンは出発位置に戻されていて、噴射は行われていない。高圧室においても戻し室においてもレール圧ＰＲａｉｌが存在している（０から時点ｔ１までの時間における特性線３１０，３１１，３２０，３２１参照）。弁体の終端ポジションｈｍａｘにおいて圧力伝達装置は完全に作動させられており、戻し室内における圧力は、ほぼ０の小さな値に低下し、高圧室内における圧力は最大値Ｐｍａｘに達している。閉鎖ピストンが持ち上げられ、噴射が行われる。休止位置と終端ポジションとの間の移行領域において、圧力伝達装置はこの場合部分的に作動させられ、戻し室内における圧力はピエゾ弁の行程増大に連れて低下し、圧力伝達ピストンは中間的な噴射圧を生ぜしめ、この噴射圧は弁行程の増大と共に上昇するので、圧力の上昇を伴った噴射が実行される。図５に示された線図では、図示を簡単化するために、ノズル開放圧がレール圧とほとんど異なっていないということを前提としている。時点ｔ１からの弁の操作がゆっくりとしている場合（特性線３３１）には、戻し室内における圧力は連続的に時点ｔ２に達するまで、小さな値に低下し、これに対して高圧室内における圧力ゆっくりと値Ｐｍａｘまで上昇する（特性線３１１）。ｔ１の直後にノズル開放圧が達すると、閉鎖ピストンは噴射開口から上昇して完全に開放し、その結果増大した燃料量が圧力の増大と共に噴射される。時点ｔ２において、弁体の最大開放行程ｈｍａｘと最大噴射圧Ｐｍａｘが得られる。時点ｔ３における閉鎖過程は迅速に行われ、これによって噴射終了時における迅速な圧力低下を保証することができる（英語ではこれを「ｒａｐｉｄ ｓｐｉｌｌ」と呼ぶ）。つまり、ピエゾアクチュエータの伸長が逆方向に行われる時点ｔ３において、圧力は高圧室においても戻し室においてもレール圧レベルに戻り、閉鎖ピストンは再び噴射開口を閉鎖する。これに対して時点ｔ１において弁が迅速に制御されると（特性線３３０）、移行領域は迅速に通過され、高圧室における圧力は時点ｔ２のかなり前において最大レベルＰｍａｘに上昇し（特性線３１０参照）、これに対して同時に戻し室における圧力は急激に小さな値に降下する（特性線３２０）。従っていわば方形の圧力経過３１０が生ぜしめられる。閉鎖過程は、上に述べた場合と同様に有利に迅速に行われ、これによって噴射終了時における迅速な圧力低下を保証することができる。
【００３４】
図６には、例えば図２に示されたピエゾ弁が３ポート３位置方向切換え弁として運転される場合における圧力状態が示されている。休止位置及び終端ポジションの他に、弁の弁体はこの場合中間位置を有しており、この中間位置において弁体は少なくともある程度の時間留まることができ、管路４２は管路４５と管路４４とに接続されている。そしてこの時間に戻し室においては中間圧レベルＰＺ１における圧力バランスが生ぜしめられ、この中間圧レベルＰＺ１は、低圧系に流出する量と燃料高圧源から流入する量とによって規定される。特性線４１０は高圧室における圧力経過を示し、特性線４２０は戻し室における圧力経過を示す。下に位置しているｈ（ｔ）線図には、閉鎖ピストンの行程の時間的な経過が示され、第３の線図には、ピエゾ行程Ｈつまり弁体の運動の時間的な経過が示されている。
【００３５】
【外１】
2004519613.tif 000003
【００３６】
時点ｔ１において弁体は、ピエゾアクチュエータの相応な制御によって中間位置に移動させられ、時点ｔ３に達するまでこの中間位置に留められる（ｈ（ｔ）線図参照）。戻し室内において圧力は中間圧レベルＰＺ１に降下し、高圧室内における圧力はゆっくりと上昇する。高圧室における圧力が時点ｔ２において開放圧を上回るやいなや、インジェクタは開放し（ｈ（ｔ）線図参照）、レール圧レベルと、圧力伝達装置によって得られる最大圧力値との間の圧力レベルにおけるブーツ形噴射段階が得られる。時点ｔ３においてピエゾ弁はその終端位置（第２の位置）に行程値Ｈｍａｘで移動させられ、その結果戻し室における圧力はほぼ０の低い値に降下し、これに対して噴射開口は引き続き開放されたままであり、高圧室における圧力は値Ｐｍａｘに上昇する。この主噴射段階は時点ｔ４まで続き、この時点ｔ４において弁はその休止位置に戻され（Ｈ＝０）、その結果高圧室と戻し室とにおいてレール圧レベルで圧力バランスされ、時点ｔ４の直ぐ後で時点ｔ５において閉鎖ピストンは噴射開口を閉鎖する（ｈ＝０）。
【００３７】
択一的に、中間位置を、低い噴射圧を有する噴射のために使用することも可能であり、この場合中間位置から再び休止位置に進められる。このことは例えば、予備噴射時に又はアイドリングにおいて要求される小さな噴射量において行われる。
【００３８】
すべての実施例において閉鎖圧室１２；１１２及び室２６；１２６は、１つの共通の作業室（１２，４７，２６；１１２，１３０，１２６）によって実現されており、作業室のすべての部分領域は、例えば少なくとも１つの燃料管路４７を介して又は圧力伝達ピストン内に設けられた少なくとも１つの孔１３０を介して、持続的に燃料交換のために互いに接続されている。圧力室１７及び高圧室２８はさらに共通の噴射室（１７，２８，４０）によって形成されることも可能であり、この場合噴射室のすべての部分領域は持続的に燃料交換のために互いに接続されている。圧力室１７と高圧室２８とはこの場合燃料管路４０を介して互いに接続されていることができ（図１参照）、又は圧力室を高圧室（１２８）自体によって形成することも可能である（図３及び図４参照）。
【００３９】
図７には、図１に示された実施例の変化実施例が示されており、この変化実施例では、図１に示された実施例とほぼ同じ構成を有しているが、付加的に絞り５２０が管路４９に組み込まれており、その結果高圧室２８と閉鎖圧室１２もしくは室２６との間における接続部が絞られる。管路４５と管路４２との間における３ポート２位置方向切換え弁８の接続路の横断面は、符号５１０で示され、以下においては弁横断面と呼ぶ。
【００４０】
戻し室２７と圧力供給部とを接続する弁横断面５１０と、絞り５２０の流過横断面の適宜な選択による充填路４９の流過横断面とを適宜に合わせることによって、ニードル閉鎖のための液圧による付加力を生ぜしめることができる。そのために充填路４９は絞り５２０によって極めて小さく設計されるが、しかしながらその寸法は、次の噴射までにおける高圧室２８の充填及び増圧ピストンの戻しを可能にするのに、十分な大きさを有している。さらに弁横断面５１０は、戻し室２７においてレール圧への迅速な圧力形成を行うことができるように、十分大きく設計され、この場合出力設計に応じて戻し室における圧力の過剰上昇（Ｄｒｕｃｋｕｅｂｅｒｈｏｅｈｕｎｇ）をも行うことができる。戻し室内における迅速な圧力形成によって高圧室２８においては、レール圧への迅速な圧力降下が、次いで生じるレール圧下への圧力の下方への振れ（Ｄｒｕｃｋｕｎｔｅｒｓｃｈｗｉｎｇｅｎ）を伴って行われる。絞り５２０によって、室２８と室１２；２６との間における速過ぎる圧力バランスが阻止される。この段階においては閉鎖圧室１２においてはさらにレール圧が存在しているので、閉鎖方向に作用する液圧による力がノズルニードルに対して作用する。
【００４１】
別の択一的な構成では、充填路４９の流過横断面の設計が、絞りを使用することによってではなく、相応な流過横断面を有する逆止弁２９によって保証される。
【００４２】
図８には、図７に示された配置形式によって得られる圧力経過が略示されている。図８において、高圧室２８における燃料圧の時間的な経過は符号１３１０で示され、圧力伝達装置の戻し室２７における燃料圧の時間的な経過は符号１３２０で示されている。
【００４３】
この場合噴射終了は次のようにして行われる。すなわち弁８が不作動になった後で、戻し室２７及び閉鎖圧室１２においてはレール圧に圧力が形成され、これによって同時に高圧室２８及び圧力室１７においては、レール圧への迅速な圧力降下が生ぜしめられる。この圧力降下は極めて素早く行われ、高圧室及び圧力室における圧力は、レール圧を下回って振れる（Ｕｎｔｅｒｓｃｈｗｉｎｇｅｎ）。そしてちょうどこの段階において、ニードルが閉鎖され、付加的な液圧力がノズルニードルに対して発生し、これによって迅速な閉鎖を達成することができ、かつ燃料量を正確に内燃機関の燃焼室内に調量噴射することができる。続く経過において高圧室及び圧力室においてもレール圧が生ぜしめられる。経過１３２０に示された、レール圧を上回る振れ（Ｕｅｂｅｒｓｃｈｗｉｎｇｅｒ）は、液圧によって生ぜしめられ、管路を適宜に設計することによって最小にもしくは抑制することができる。高圧室内において続いて生じるレール圧を下回る振れを伴う、迅速な圧力降下のために重要なことは、戻し室における迅速な圧力形成である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
燃料噴射装置を示す図である。
【図２】
ピエゾ弁を示す図である。
【図３】
第２の燃料噴射装置を示す図である。
【図４】
別の燃料噴射装置を示す図である。
【図５】
２つの線図を示す図である。
【図６】
別の３つの線図を示す図である。
【図７】
択一的な別の実施形態を示す図である。
【図８】
図７に示された配置形式に対する圧力経過を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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2004519613.tif 000005
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【国際調査報告】
2004519613.tif 000038
2004519613.tif 000039
2004519613.tif 000040
2004519613.tif 000041
2004519613.tif 000042
2004519613.tif 000043