(57)【要約】本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射装置（１）であって、高圧燃料源（８）から燃料が供給され得る噴射ノズルと、この噴射ノズルを制御室（６）内の圧力に関連して開閉する操作エレメント（９）とが設けられている形式のものに関する。制御室（６）には高圧管路（７）が開口しており、制御室（６）からは流出通路（１０）が分岐しており、この流出通路（１０）は、弁部材（３）の閉鎖エレメント（１３）によって遮断可能である。ノズル室に通じる高圧供給部（１９，２０，２１，２２）は、弁部材（３）の第１の弁座（４）によって遮断可能である。この場合、弁部材（３）は、アクチュエータ（２）によって、規定された行程距離だけ運動可能である。この行程距離に関連して閉鎖エレメント（１３）は、閉鎖位置と、制御室（６）を放圧しかつ噴射を許容する開放位置との間で運動可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に用いられる燃料噴射装置（１）であって、高圧燃料源（８）から燃料が供給され得る噴射ノズルと、該噴射ノズルを制御室（６）内の圧力に関連して開閉する操作エレメント（９）と、制御室（６）に開口した高圧管路（７）と、制御室（６）から延びる、弁部材（３）の閉鎖エレメント（１３）によって遮断可能である流出通路（１０）と、ノズル室に通じる、弁部材（３）の第１の弁座（４）によって遮断可能である高圧供給部（１９，２０，２１，２２）とが設けられている形式のものにおいて、弁部材（３）が、アクチュエータ（２）によって、規定された行程距離だけ運動可能であり、該行程距離に関連して閉鎖エレメント（１３）が、閉鎖位置と、制御室（６）を放圧しかつ噴射を許容する開放位置との間で運動可能であることを特徴とする、内燃機関に用いられる燃料噴射装置。
【請求項２】
開放された第１の弁座（４）および閉鎖エレメント（１３）の開放位置において噴射が行われるようになっており、開放された第１の弁座（４）および閉鎖エレメント（１３）の閉鎖位置において噴射が行われないようになっている、請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
高圧が、制御室（６）内に加えられ、かつ弁部材（３）が、該弁部材（３）に支持されているばねエレメント（３４）のばね力に抗して、規定された行程を生ぜしめる場合に、閉鎖エレメント（１３）が、対応配置された第２の弁座（１２）から持ち上がるようになっている、請求項１または２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
弁部材（３）のアクチュエータ側の第１の案内部（１７）と、弁部材（３）の、アクチュエータ（２）とは反対の側の端部の領域に設けられた、弁部材（３）の第２の案内部（１８）との間の領域に、弁部材（３）を取り囲むように環状室（１９）が設けられており、該環状室（１９）に高圧供給部（１９，２０，２１，２２）の高圧管路（２０）が開口している、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】
環状室（１９）が弁部材（３）の切欠き（２１）に接続されるようになっており、環状室（１９）と切欠き（２１）とが、第１の弁座（４）の閉鎖時に互いに分離されており、切欠き（２１）の領域で高圧供給部（１９，２０，２１，２２）の別の高圧管路（２２）が分岐しており、該高圧管路（２２）が、ノズル室に通じている、請求項４記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
弁部材（３）が、中心の孔（２３）を有しており、該孔（２３）内に第３の弁座（２４）が形成されており、該弁座（２４）が、少なくともほぼ球形の閉鎖エレメント（２５）と協働するようになっている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
閉鎖エレメント（２５）が、弁部材（３）に支持されている別のばねエレメント（２６）を介して第３の弁座（２４）に向かって押圧されており、該第３の弁座（２４）が、弁部材（３）の制御されていない状態で、第２のばねエレメント（２６）のばね力よりも大きな圧力差で開放されている、請求項６記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
アクチュエータ（２）が、弁部材（３）の、制御室（６）とは反対の側に配置されている、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】
アクチュエータ（２）と弁部材（３）との間に反転変換部（２７）が設けられており、該反転変換部（２７）が、第１の液圧室（２８）と、第２の液圧室（２９）と、アクチュエータ（２）とは反対の側の端部で開いて形成された、横断面でＵ字形の作動エレメント（３０）とを有している、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】
弁部材（３）の、プレート状に形成された端部（３１）が、アクチュエータ（２）と弁部材（３）との間に配置された作動エレメント（３０）内に係合しており、第１の液圧室（２８）が、作動エレメント（３０）と弁部座（３）のプレート状の端部（３１）とによって仕切られており、第２の液圧室（２９）が、プレート状の端部（３１）の、第１の液圧室（２８）とは反対の側に設けられている、請求項９記載の燃料噴射装置。
【請求項１１】
作動エレメント（３０）が、第１の液圧室（２８）に開口した漏れオイル孔（３２）を有しており、作動エレメント（３０）と弁部材（３）との間の間隔がアクチュエータ（２）の操作時に減少するように、作動エレメント（３０）の開いた端部が、第２の液圧室（２９）内に係合している、請求項９または１０記載の燃料噴射装置。
【請求項１２】
アクチュエータ（２）が、圧電式の制御ユニット（２）として形成されている、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】
高圧燃料源（８）が、コモンレールシステム（８）として形成されている、請求項１から１２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】
背景技術
本発明は、内燃機関に用いられる、実際に一般的に既知の燃料噴射装置から出発する。この燃料噴射装置では、燃料が燃料高圧源から制御弁を介して、弁部材の開放された位置でノズル室内に案内される。このノズル室内に高圧下で案内された燃料は噴射開口を介してノズルの開放時に内燃機関の燃焼室内に噴射される。噴射開口への燃料の導入は、スプール弁もしくは座スプール弁として形成された制御弁を介してしばしば制御される。この制御弁は力補償式にまたは部分力補償式に形成することができる。
【０００２】
しかし、このような形式の制御弁の使用は、高圧下にある燃料のための導入部と導出部との開放もしくは重なりのために制御縁部が設けられ、この制御縁部が通常は小さな重なりを有しており、この小さな重なりによって、制御弁における漏れ流も大きくなるという欠点を有している。これによって、均一性に関して不十分な開放圧しか制御弁で生ぜしめることができない。
【０００３】
この欠点を回避するためには、単座弁および特に複座弁を使用することに移行された。両座弁はスプール弁に比べて、行程長さを著しく増加させることができ、高いシール作用が座で獲得可能であるという利点を有している。さらに、弁の直接的な制御を、たとえば圧電式の制御ユニットとして形成されたアクチュエータによって行うことができるように、行程長さが、たとえば複座弁の場合に小さく選択され得ることが試してみて分かった。
【０００４】
このような形式の実際に既知の複座弁は、ノズルのための開放圧を行程制御式のシステムを介して提供している。これによって、制御弁の弁部材の規定された位置でノズル室が高圧で負荷され、これによって、ノズルが開放されるようになっている。
【０００５】
しかし、この場合、ノズル開放圧の達成の後、ノズルは極めて困難にしか再び閉鎖することができないという欠点がある。なぜならば、ノズルが弁部材の開放位置で永久に高圧でもしくは開放圧で負荷され、これによって、たとえばポスト噴射を実施する目的で制御弁を閉鎖し、次いで、再び開放するためにもはやアクティブに制御できないからである。
【０００６】
発明の利点
請求項１の特徴を備えた本発明による燃料噴射装置は、この燃料噴射装置が、組み合わされた圧力・行程制御式のシステムを装備しており、このシステムによって、ノズルがアクティブに制御可能であると共にポスト噴射が簡単に実施可能であるという利点を有している。
【０００７】
本発明による燃料噴射装置のさらなる利点は、増圧がより平らに経過しかつひいてはよりゆっくりとなる点にある。これによって、噴射量がより僅かとなり、純粋な圧力制御式のシステムで生ぜしめられるような長引かされる閉鎖が回避される。
【０００８】
本発明によれば、弁部材の、規定された行程距離から、高圧下で供給された燃料が制御室から導出可能である。これによって、ノズルが圧力制御式に開放される。行程が、弁部材の、予め規定された行程よりも減少すると、制御室内に再び高圧が加えられる。なぜならば、弁部材の行程距離に関連して、閉鎖エレメントが、制御室を放圧しかつ噴射を許容する開放位置から閉鎖位置に運動可能となるなるからである。この場合、ノズルは、第１の弁座がまだ開放されており、かつノズル室内にまだ高圧が加えられているにもかかわらず閉鎖される。
【０００９】
これによって、一方では、燃料の噴射が有利な形式で行程制御式に終了させられ、他方では、メイン噴射に続く、場合によって行われるポスト噴射のための高圧がノズル室内に相変わらず加えられる。
【００１０】
したがって、ノズルは行程制御式に迅速にかつ遅れなしに閉鎖することができる。これによって、有利には、黒煙形成も阻止される。さらに、後続の噴射もしくはポスト噴射によって、内燃機関の排ガス内の炭化水素成分を著しく減少させることができる。
【００１１】
所望される後続の第２の噴射もしくはポスト噴射は、本発明による燃料噴射装置では、予め規定された行程距離を上回る弁部材の行程の増加によって実施することができる。これに続いて第１の弁座が弁部材によって再び閉鎖されると、ノズル室内への高圧下にある燃料の供給が中断される。第１の弁座を越えたあとの高圧供給部が負荷軽減されている間、閉鎖されたノズルを保証する高圧が制御室内に加えられている。
【００１２】
本発明のさらなる利点および有利な構成は、特許請求の範囲および図面につき原理的に説明する以下の実施例から得られる。
【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、燃料噴射装置１の実施例が簡単に示してある。この燃料噴射装置１はアクチュエータ２を備えている。このアクチュエータ２は弁部材３に作用結合されている。この弁部材３は燃料噴射装置１の高圧供給部に配置されている。この高圧供給部は高圧燃料源８を、自動車の内燃機関の燃焼室内に通じる噴射ノズルのノズル室（図示せず）に接続している。弁部材３を弁ケーシング１６内で移動させるためにアクチュエータ２が設けられている。このアクチュエータ２によって、弁部材３は、第１の弁座４から持上げ可能となるように制御可能である。
【００１５】
弁部材３が第１の弁座４に接触している場合には、弁部材３はノズル室を燃料噴射装置１の高圧燃料源８から分離している。弁部材３のこの位置では、ノズル室内に高圧は加えられておらず、噴射ノズルは閉鎖されている。制御室６には、第１の高圧管路７を介して燃料が、コモンレールシステム８として形成された高圧燃料源から高圧下で常に供給される。したがって、制御室６を仕切る、この制御室６に軸方向で移動可能に配置された操作エレメント９が前記高圧で負荷される。
【００１６】
弁ニードルとも呼ばれる操作エレメント９はノズル室内に延びている。この場合、制御室６は操作エレメント９を介してノズルに作用結合されており、これによって、高圧が制御室６に加えられた場合にノズルが操作エレメント９によって閉鎖位置で保持されるようになっている。
【００１７】
制御室６は流出通路１０を介して第１の漏れオイル管路１１に接続されている。この漏れオイル管路１１を介して、高圧下にある燃料は制御室６から導出することができる。流出通路１０は、第２の弁座１２と協働する球形に形成された閉鎖エレメント１３によって燃料の通流に対して閉鎖可能である。
【００１８】
閉鎖エレメント１３とは反対の側の端部で弁部材３に支持されているばねエレメント１４はその予荷重もしくはプレロードに相応して中間部材１５を介して、第２の弁座１２の方向に作用するばね力を閉鎖エレメント１３に加えている。中間部材１５は、弁部材３に対して同軸的に移動可能に弁ケーシング１６内に案内されている。
【００１９】
弁部材３のアクチュエータ側の第１の案内部１７と、弁部材３の、アクチュエータ２とは反対の側の端部の領域に設けられた、弁部材３の第２の案内部１８との間の領域には、弁ケーシング２内で弁部材３を取り囲むように高圧供給部の環状室１９が設けられている。この環状室１９には第２の高圧管路２０が開口している。
【００２０】
環状室１９は弁部材３の切欠き２１に接続される。この場合、環状室１９と切欠き２１とは第１の弁座４の閉鎖時には互いに分離されている。切欠き２１の領域では高圧供給部の別の高圧管路２２が分岐している。この高圧管路２２はノズル室に通じている。
【００２１】
さらに、弁部材３は中心の孔２３を備えている。この孔２３内には第３の弁座２４が形成されている。この弁座２４は球形の閉鎖エレメント２５によって閉鎖可能である。第３の弁座２３は第２の弁座１２と弁部材３のアクチュエータ側の端部との間に位置していて、切欠き２１から漏れオイル管路１１に通じる圧力媒体接続部を制御する。この圧力媒体接続部は、ここでは、弁部材３に斜めに延びる通路３６として形成されている。閉鎖エレメント２５を操作するためにはプランジャ３７が働く。このプランジャ３７に抗して第２のばねエレメント２６が作用している。このばねエレメント２６は、閉鎖エレメント２５とは反対の側の端部で弁部材３に支持されている。
【００２２】
閉鎖エレメント２５に接触しているプランジャ３７は弁部材３に対して同軸的に制御室６の方向に延びている。プランジャ３７は制御室側の端部で皿状の板３８に接触している。この板３８は、弁ケーシング１６の内部に設けられた肩部に位置固定されている。板３８は貫通孔を有している。この貫通孔を通ってブリッジ部材４０の、弁部材３の方向に延びる延長部が突出している。この延長部の端部にはばねエレメント１４が支持されている。ブリッジ部材４０の、前記端部とは反対の制御室側の端部は中間部材１５に作用結合されている。この中間部材１５は弁部材３の長手方向軸線に対してほぼ中心に配置されていて、ばねエレメント１４の力を閉鎖エレメント１３に伝達している。これによって、この閉鎖エレメント１３は、燃料噴射装置１の図示の基本位置において、制御室６内の高圧にもかかわらず閉鎖位置で保持される。
【００２３】
アクチュエータは圧電式の制御ユニット２として形成されていて、弁部材３の、制御室６とは反対の側に配置されている。圧電式の制御ユニット２と弁部材３との間には反転変換部２７が設けられている。この反転変換部２７は、第１の液圧室２８と、第２の液圧室２９と、圧電式の制御ユニット２とは反対の側の端部で開いて形成された、横断面でＵ字形の作動エレメント３０とを有している。
【００２４】
弁部材３の、プレート状に形成された端部３１は、圧電式の制御ユニット２と弁部材３との間に配置された作動エレメント３０内にピストン状に係合している。この場合、第１の液圧室２８は作動エレメント３０と弁部材３のプレート状の端部３１とによって仕切られている。第２の液圧室２９は、プレート状の端部３１の、第１の液圧室２８とは反対の側に設けられている。この場合、第２の液圧室２９は、弁ケーシング１６と、作動エレメント３０と、弁部材３とによって仕切られていて、閉鎖されたシステムとして形成されている。
【００２５】
作動エレメント３０は、第１の液圧室２８に開口した漏れオイル孔３２を有しており、作動エレメント３０の開いた端部は、作動エレメント３０と弁部材３もしくは弁部材３のプレート状の端部３１との間の間隔が圧電式の制御ユニット２の操作時に減少するように第２の液圧室２９内に係合している。
【００２６】
圧電式の制御ユニット２の操作は、この圧電式の制御ユニット２の圧電セラミックスに印加される正確に規定された電圧によって自体公知の形式で行われ、印加された電圧に相応の弁部材３の行程を生ぜしめる。
【００２７】
組付け理由に基づき、弁部材３は図示の構成では複数の部分から形成されている。この場合、弁部材３のプレート状の端部３１は、より小さな直径を備えた、弁ケーシング１６内に案内されているピン状の結合部材３３を介して、弁部材３の、圧電式の制御ユニット２の制御されていない状態で第１の弁座４を閉鎖している基体３５に結合されている。この場合、ここでは、結合部材３３は基体３５にねじ込まれている。
【００２８】
当然ながら、当業者の裁量において、螺合の代わりに、ピン状の結合部材３３と弁部材３の基体３５との間の別の適切な結合可能性、たとえばプレス嵌め、接着またはこれに類するものが提案されてよい。
【００２９】
弁部材３の基体３５のアクチュエータ側の端部とケーシング１６との間には別のばねエレメント３４が設けられている。このばねエレメント３４のばね力に抗して弁部材３は第１の弁座４から持上げ可能である。この場合、弁部材３は、圧電式の制御ユニット２の制御されていない状態で別のばねエレメント３４によって第１の弁座４に当て付けられて保持される。
【００３０】
この場合、図面に示した燃料噴射装置１は、以下に説明する形式で作業する。
【００３１】
圧電式の制御ユニット２の図示の制御されていない状態では、弁部材３は第１の弁座４に接触している。コモンレールシステム８から高圧下でノズル室にまで高圧供給部もしくは高圧管路２０と、環状室１９と、切欠き２１と、別の高圧管路２２とを介して行われる燃料供給は、弁部材３によって第１の弁座４への当付け時に中断される。閉鎖エレメント１３は第１のばねエレメント１４のプレロードに基づき第２の弁座１２に向かって押圧されているので、流出通路１０は閉鎖エレメント１３によって制御室６に対して遮断されている。制御室６内には、この制御室６とコモンレールシステム８との間の接続部を形成している第１の高圧管路７を介して高圧が加えられている。この高圧は、ノズルが閉鎖されているように操作エレメント９に作用している。第３の弁座２４は開放されている。なぜならば、プランジャ３７がその長さに基づき閉鎖エレメント２５を持ち上げているからである。
【００３２】
圧電式の制御ユニット２に電圧が印加されると、圧電セラミックスの長さ変化が生ぜしめられる。この長さ変化は作動エレメント３０に伝達される。開いた端部で第２の液圧室２９内に係合している作動エレメント３０は、第２の液圧室２９内に提供された圧縮不能な流体内に徐々に進入する。これによって、弁部材３のプレート状の端部３１の、アクチュエータ２とは反対の側に力が加えられる。この力は、第１の液圧室２８内に存在する流体にも作用する。この流体は作動エレメント３０の漏れオイル孔３２を介して第１の液圧室２８から流出する。これによって、弁部材３は圧電式の制御ユニット２の操作により第１の弁座４から圧電式の制御ユニット２の方向で、規定された調節距離もしくは行程距離だけ軸方向に弁ケーシング１６内で移動させられ、弁部材３が第１の弁座４から持ち上がる。弁部材３が第１の弁座４から持ち上がることによって、コモンレールシステム８とノズル室との間の接続が弁部材３によって開放されるので、ノズル室が高圧で負荷される。
【００３３】
弁部材３の、正確に規定された調節距離もしくは行程距離から、第１のばねエレメント１４のプレロード力は、閉鎖エレメント１３が、制御室６内に加えられた高圧に基づき第２の弁座１２から持ち上げられるように減少させられる。高圧下で制御室６内に供給された燃料は、流出通路１０を介して制御室６から導出され、漏れオイル管路１１を介してケーシング１６から流出する。これによって、制御室６内の圧力が減少させられ、操作エレメント９がノズル室と制御室６との間の圧力差に基づき制御室６の方向に移動させられる。これによって、ノズルが開放される。
【００３４】
この第１の段階では、弁部材３が最大の行程だけ移動させられる。この場合、同時に閉鎖エレメント２５が第３の弁座２４を閉鎖する。高圧管路２２内には高圧が形成されている。なぜならば、切欠き２１と漏れオイル管路１１との圧力媒体接続部が第３の弁座２４によって遮断されているからである。燃料噴射装置１もしくはノズルは、弁部材３のこの位置において、加えられた高圧に基づき開放されている。
【００３５】
次いで、第２の段階で弁部材３が最大の行程の約半分だけ第１の弁座４の方向に戻し運動させられると、燃料噴射装置１もしくはノズルがこの行程制御によって閉鎖される。なぜならば、ばねエレメント１４のばねプレロードに基づき、閉鎖エレメント１３が制御室６の高圧に抗して第２の弁座１２に押圧され、制御室６自体に再び高圧が加えられるからである。制御室６内に加えられた高圧は操作エレメント９をノズル室の方向に移動させる。これによって、ノズルが閉鎖される。第３の弁座２４は閉鎖されたままである。なぜならば、プランジャ３７の長さが、閉鎖エレメント２５を第３の弁座２４から持ち上げるためには不十分であるからである。これによって、高い圧力レベルが高圧管路２２内に存在し続ける。
【００３６】
最初の噴射に続くポスト噴射を実現するためには、弁部材３が第３の段階で再び最大の行程だけ移動させられ、そして、ノズルの新たな開放が行われる。なぜならば、第２の弁座１２が、すでに説明した形式で再び開放されるからである。
【００３７】
ポスト噴射を終了させるためには、第１の弁座４が第４の段階で閉鎖され、かつ第３の弁座２４が閉鎖エレメント２５から解放されるように、燃料噴射装置１が、高圧下で供給された燃料から負荷軽減される。これによって、燃料が漏れオイル管路１１を介して導出される。
【００３８】
前述した４つの段階での弁部材３の種々異なる位置は、圧電式の制御ユニット２に印加される種々の高い電圧を介して実現される。第１の弁座４への弁部材３の当付け時には、圧電式の制御ユニット２に電圧が全く印加されていないかもしくはノズル室への高圧下にある燃料の通流が確実に中断されている程度に僅かな電圧しか印加されていない。
【００３９】
ばねエレメント１４，２６，３４は、図１に示したような本発明による実施例では、コイルばねとして形成されている。しかし、当然ながら、当業者の裁量において、その都度の使用事例に適した別のばねエレメントの構成、たとえば皿ばねセットまたはこれに類するものが提案されてよい。
【００４０】
さらに、燃料噴射装置に用いられる高圧を、それぞれただ１つのノズルに高圧を供給する高圧燃料源を介して提供することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関に用いられる本発明による燃料噴射装置の概略図であり、この場合、弁部材が、燃料噴射装置のノズル室に通じる高圧供給部に配置されている。
【符号の説明】
１　燃料噴射装置、　２　アクチュエータ、　３　弁部材、　４　弁座、　６　制御室、　７　高圧管路、　８　高圧燃料源、　９　操作エレメント、　１０　流出通路、　１１　漏れオイル管路、　１２　弁座、　１３　閉鎖エレメント、　１４　ばねエレメント、　１５　中間部材、　１６　弁ケーシング、　１７　案内部、　１８　案内部、　１９　環状室、　２０　高圧管路、　２１　切欠き、　２２　高圧管路、　２３　孔、　２４　弁座、　２５　閉鎖エレメント、　２６　ばねエレメント、　２７　反転変換部、　２８　液圧室、　２９　液圧室、　３０　作動エレメント、　３１　端部、　３２　漏れオイル孔、　３３　結合部材、　３４　ばねエレメント、　３５　基体、　３６　通路、　３７　プランジャ、　３８　板、　４０　ブリッジ部材
【国際公開パンフレット】
2004503710.tif 000003
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【国際調査報告】
2004503710.tif 000024
2004503710.tif 000025
2004503710.tif 000026
2004503710.tif 000027