(57)【要約】本発明は、燃料高圧管路（２）から内燃機関の噴射ノズル（６）への燃料の供給を制御するための調量弁であって、燃料高圧管路（２）のための接続部と、噴射ノズル（６）のための接続部と、漏れ管路（１３）のための接続部とが設けられている形式のものに関する。噴射の機能と特質とを改善するために、当該調量弁では、それぞれ１つの制御ピストン（１５，１６）を備えた２つの２ポート２位置弁（３，１４）が互いに組み合わされており、これによって、運転中に制御ピストン（１５，１６）に作用する押圧力が補償されるようになっており、一方の２ポート２位置弁（３）が、噴射ノズル（６）のための接続部と、燃料高圧蓄え器（１）のための接続部とを有しており、他方の２ポート２位置弁（１４）が、噴射ノズル（６）のための接続部と、漏れ（１３）のための接続部とを有している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に燃料高圧管路（２）から内燃機関の噴射ノズル（６）への燃料の供給を制御するための調量弁であって、燃料高圧管路（２）のための接続部と、噴射ノズル（６）のための接続部と、漏れ管路（１３）のための接続部とが設けられている形式のものにおいて、当該調量弁に、それぞれ１つの制御ピストン（１５，１６）を備えた２つの弁、特に２つの２ポート２位置弁（３，１４）が設けられており、一方の弁（３）が、噴射ノズル（６）のための接続部と、燃料高圧管路（２）のための接続部とを有しており、他方の弁（１４）が、噴射ノズル（６）のための接続部と、漏れ管路（１３）のための接続部とを有しており、運転中に制御ピストン（１５，１６）に作用する押圧力が補償されるようになっていることを特徴とする、調量弁。
【請求項２】
燃料高圧管路（２）が、中央の燃料高圧蓄え器（１）に接続されている、請求項１記載の調量弁。
【請求項３】
両２ポート２位置弁（３，１４）が、２つの部分から成る弁ケーシング内に、それぞれ座弁として１つの制御ピストン（１５，１６）を備えて形成されており、該制御ピストン（１５，１６）が、弁座の少なくとも一方の側に往復運動可能に案内されている、請求項１または２記載の調量弁。
【請求項４】
両制御ピストン（１５，１６）が、１つの共通の軸線に案内されていて、互いに向かい合った端面で互いに接触している、請求項３記載の調量弁。
【請求項５】
両制御ピストン（１５，１６）の、互いに反対の側の一方の端面に戻しばね（２３）が配置されており、両制御ピストン（１５，１６）の、互いに反対の側の他方の端面にアクチュエータ（２４）が配置されている、請求項３または４記載の調量弁。
【請求項６】
両制御ピストン（１５，１６）が、液圧的な連結室を介して互いに結合されている、請求項３から５までのいずれか１項記載の調量弁。
【請求項７】
少なくとも一方の制御ピストン（１５，１６）が、電磁式のアクチュエータまたはピエゾアクチュエータによって操作可能である、請求項１から６までのいずれか１項記載の調量弁。
【請求項８】
内燃機関に用いられる燃料噴射システムであって、各シリンダにつき１つの燃料高圧管路（２）が設けられており、該燃料高圧管路（２）から、高圧で負荷された燃料が、１つの噴射ノズル（６）にまで到達するようになっており、該噴射ノズル（６）によって、燃料が、内燃機関の燃焼室内に噴射されるようになっている形式のものにおいて、１つまたはそれ以上の燃料高圧管路（２）と、噴射ノズル（６）との間に、請求項１から７までのいずれか１項記載の調量弁がそれぞれ配置されていることを特徴とする、燃料噴射システム。
【請求項９】
燃料噴射システムであって、中央の燃料高圧蓄え器（１）が設けられており、該燃料高圧蓄え器（１）から、高圧で負荷された燃料が、複数の噴射ノズル（６）にまで到達するようになっており、該噴射ノズル（６）によって、燃料が、内燃機関の燃焼室内に噴射されるようになっている形式のものにおいて、燃料高圧蓄え器（１）と噴射ノズル（６）との間に、それぞれ請求項１から７までのいずれか１項記載の調量弁が配置されていることを特徴とする、燃料噴射システム。
【請求項１０】
１つまたはそれ以上の調量弁と、噴射ノズル（６）との間に、それぞれ１つの増圧器が設けられている、請求項８または９記載の燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、燃料高圧管路から内燃機関の噴射ノズルへの燃料の供給を制御するための調量弁であって、燃料高圧管路のための接続部と、噴射ノズルのための接続部と、漏れ管路のための接続部とが設けられている形式のものに関する。本発明による調量弁がコモンレール噴射システムに使用され得ると特に有利である。
【０００２】
このような形式の調量弁は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７２４６３７号明細書に基づき公知である。燃料を直接噴射式のディーゼルエンジンに供給するためには、今日しばしばコモンレール噴射システムが使用される。このコモンレール噴射システムでは、高圧ポンプが燃料を、コモンレールとも呼ばれる中央の高圧蓄え器もしくは高圧アキュムレータに圧送する。レールからは、高圧管路が個々の噴射ノズルにまで通じている。これらの噴射ノズルはエンジンシリンダに対応配置されている。１つの共通のポンプを全てのシリンダのために使用することによって、噴射圧が特性マップを介して自由に選択可能となる。エミッションを低減させると共に固有の高い出力を獲得するためには、高い噴射圧が必要となる。良好な排ガス値を達成するためには、多くの車両製造元によって圧力制御式の噴射が優遇される。慣用の圧力制御式のコモンレール噴射システムでは、燃料を個々の噴射ノズルのために調量する目的で３ポート２位置弁が使用される。
【０００３】
公知の調量弁は完全に圧力補償されていない。これによって、切換時に高い圧力によって大きな力跳躍（Ｋｒａｆｔｓｐｒｕｎｇ）が生ぜしめられる。この力跳躍は大きなアクチュエータ力と大きなばね力とによって補償されなければならない。制御を小さくて迅速なアクチュエータによって可能にするためには、手間のかかる液圧的なサーボ機構が必要となる。完全に圧力補償される構成には、恐らく２つの部分から成る弁ケーシングが必要となる。しかし、２つの部分から成る弁ケーシングでは、弁座の高圧密な閉鎖を保証するために、弁座の、軸方向の正確なかつ平行な合致を達成することが困難となる。
【０００４】
本発明の課題は、噴射の機能と特質とを改善することである。特に噴射圧が高い場合でも、調量弁の弁座の密な閉鎖が保証されていることが望ましい。さらに、本発明による調量弁が簡単に形成されていて、廉価に製作可能であることが望ましい。
【０００５】
この課題は、本発明によれば、特に燃料高圧管路から内燃機関の噴射ノズルへの燃料の供給を制御するための調量弁であって、燃料高圧管路のための接続部と、噴射ノズルのための接続部と、漏れ管路のための接続部とが設けられている形式のものにおいて、当該調量弁に、それぞれ１つの制御ピストンを備えた２つの弁、特に２つの２ポート２位置弁が設けられており、一方の弁が、噴射ノズルのための接続部と、燃料高圧管路のための接続部とを有しており、他方の弁が、噴射ノズルのための接続部と、漏れ管路のための接続部とを有しており、運転中に制御ピストンに作用する押圧力が補償されるようになっていることによって解決される。
【０００６】
発明の利点
両２ポート２位置弁の組合せは、小さなアクチュエータ力で切り換えることができる、完全に圧力補償された弁ピストン複合体が形成されるという利点をもたらす。これによって、慣用の３ポート２位置弁において必要となる、流入絞りと流出絞りとを備えたサーボ回路を不要にすることができる。両２ポート２位置弁は別個に製造することができる。これによって、圧力が高い場合でも、十分なシール性を保証することができる。２つの同一の２ポート２位置弁さえ使用することができる。これによって、製造手間が著しく減少させられる。
【０００７】
本発明の特別な構成は、両２ポート２位置弁が、２つの部分から成る弁ケーシング内に、それぞれ座弁として１つの制御ピストンを備えて形成されており、該制御ピストンが、弁座の両側に往復運動可能に案内されていることによって特徴付けられている。この場合、それぞれ弁ピストン案内部と弁座とは同じ弁ケーシング内に位置している。これによって、正確な製造可能性が保証されている。座弁としての構成は、圧力が高い場合でも、十分なシール性を保証することができるという利点をもたらす。両側での案内は、本発明による調量弁の妨害なしの運転および高い耐用年数を保証している。
【０００８】
本発明の別の特別な構成は、両制御ピストンが、１つの共通の軸線に案内されていて、互いに向かい合った端面で互いに接触していることによって特徴付けられている。これによって、運転中に生ぜしめられる押圧力が一方の制御ピストンから他方の制御ピストンに伝達されることが簡単に保証されている。
【０００９】
本発明の別の特別な構成は、両制御ピストンの、互いに反対の側の一方の端面に戻しばねが配置されており、両制御ピストンの、互いに反対の側の他方の端面にアクチュエータが配置されていることによって特徴付けられている。この単純な構成によって、本発明による調量弁の組付けが容易となる。
【００１０】
本発明の別の特別な構成は、両制御ピストンが、液圧的な連結室を介して互いに結合されていることによって特徴付けられている。この構成は、両制御ピストンが１つの共通の軸線に配置されている必要がなく、互いに特定の角度を成して配置されていてもよいという利点をもたらす。
【００１１】
本発明の別の特別な構成は、少なくとも一方の制御ピストンが、電磁式のアクチュエータまたはピエゾアクチュエータによって操作可能であることによって特徴付けられている。これによって、短い切換時間が可能となる。
【００１２】
冒頭に記載した課題は、本発明によれば、内燃機関に用いられる燃料噴射システムであって、各シリンダにつき１つの燃料高圧管路が設けられており、該燃料高圧管路から、高圧で負荷された燃料が、１つの噴射ノズルにまで到達するようになっており、該噴射ノズルによって、燃料が、内燃機関の燃焼室内に噴射されるようになっている形式のものにおいて、１つまたはそれ以上の燃料高圧管路と、噴射ノズルとの間に、それぞれ１つの本発明による調量弁が配置されていることによっても解決される。
【００１３】
上述した課題は、コモンレール噴射システムであって、中央の燃料高圧蓄え器が設けられており、該燃料高圧蓄え器から、高圧で負荷された燃料が、複数の噴射ノズルにまで到達するようになっており、該噴射ノズルによって、燃料が、内燃機関の燃焼室内に噴射されるようになっている形式のものにおいて、燃料高圧蓄え器と噴射ノズルとの間に、上述したそれぞれ１つの調量弁が配置されていることによって解決される。
【００１４】
本発明による燃料噴射システムの１つの変化形では、１つまたはそれ以上の調量弁と、噴射ノズルとの間に、それぞれ１つの増圧器が設けられており、これによって、噴射圧が高められ、改善された燃料が達成される。
【００１５】
本発明のさらなる利点、特徴および詳細は以下の説明から得られる。この説明には、図面に基づき種々異なる本発明の実施例が個々に説明してある。この場合、特許請求の範囲および以下の説明に記載した特徴は、それぞれ個々に単独でまたは任意に組み合わせて本発明にとって重要となり得る。
【００１６】
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。
【００１７】
図１には、コモンレール噴射システムの中央の燃料高圧蓄え器が符号１で示してある。この燃料高圧蓄え器１からは燃料高圧管路２が第１の２ポート２位置弁３にまで通じている。この２ポート２位置弁３は燃料高圧管路４と燃料高圧管路５とを介して噴射ノズル６に接続可能である。
【００１８】
この噴射ノズル６内には、ノズルニードル７がノズルばね８の予荷重力もしくはプレロード力に抗して軸方向に移動可能に収容されている。ノズルニードル７には、全周にわたって延びる受圧肩部１０が形成されている。この受圧肩部１０は環状の圧力室９内に突入している。この圧力室９には、弁位置に応じて燃料高圧管路５を介して燃料が供給される。圧力室９内の圧力が、ノズルばね８のプレロード力を上回るために十分である場合には、ノズルニードル７がその座から持ち上がり、燃料を供給したい内燃機関の、符号１１で示した燃焼室内に燃料が噴射される。
【００１９】
しかし、図１に示した弁位置では噴射は行われない。なぜならば、噴射ノズル６の圧力室９が、燃料高圧管路５と、燃料高圧管路１２と、漏れ管路１３とを介して燃料戻し通路（図示せず）に接続されているからである。燃料高圧管路１２と漏れ管路１３との間の接続は第２の２ポート２位置弁１４を介して実現される。
【００２０】
第１の２ポート２位置弁３内には、第１の制御ピストン１５が往復運動可能に収容されている。第２の２ポート２位置弁１４内には、第２の制御ピストン１６が往復運動可能に収容されている。両制御ピストン１５，１６は、２つの部分から成る弁ケーシング内で１つの軸線に配置されている、つまり、同軸的に配置されている。この場合、両制御ピストン１５，１６の端面は、両ケーシング半部によって形成された環状室１７内で互いに接触している。場合によって生ぜしめられる漏れは、環状室１７から漏れ導出管路１８を介して導出される。
【００２１】
第１の制御ピストン１５は、直径ｄ１を備えた第１の円筒状の区分と、直径ｄ２を備えた第２の円筒状の区分とを有している。直径ｄ１を備えた第１の円筒状の区分と、直径ｄ２を備えた第２の円筒状の区分とは、中間片を介して互いに結合されている。直径ｄ１は最大に寸法設定されている。直径ｄ２は直径ｄ１よりもやや小さく寸法設定されており、中間片の直径は最小に寸法設定されている。第２の制御ピストン１６も同じく２つの円筒状の区分を有している。両区分は中間片を介して互いに結合されている。一方の円筒状の区分は、直径ｄ１に相当する直径ｄ３を有している。他方の円筒状の区分は、直径ｄ２に相当する直径ｄ４を有している。
【００２２】
第１の制御ピストン１５には、直径ｄ１を備えた弁座縁部１９が形成されている。この弁座縁部１９は弁座面２０と協働する。この弁座面２０は弁ケーシングに形成されている。第２の制御ピストン１６には、直径ｄ３を備えた弁座縁部２１が形成されている。この弁座縁部２１は弁座面２２と協働する。この弁座面２２は弁ケーシングに形成されている。両弁座面２０，２２は、互いに異なる２つのケーシング半部内に形成されていて、したがって、別個に加工することができる。
【００２３】
弁座縁部１９と弁座面２０とは一緒に第１の弁座を形成している。弁座縁部２１と弁座面２２とは一緒に第２の弁座を形成している。第２の制御ピストン１６は戻しばね２３によって、第１の弁座１９，２０が閉鎖されているように第１の制御ピストン１５に向かって押圧される。第１の弁座１９，２０が閉鎖されている場合には、燃料高圧蓄え器１と噴射ノズル６との間の接続は遮断されている。同時に第２の弁座２１，２２は開放されているので、圧力室９が管路１４，１２，１３を介して放圧される。
【００２４】
アクチュエータ２４が操作されると、弁座縁部２１が弁座面２２に当て付けられるように、第１の制御ピストン１５と第２の制御ピストン１６とが戻しばね２３のプレロード力に抗して下方に押圧される。したがって、第２の弁座２１，２２が閉鎖され、噴射ノズル６の圧力室９と漏れ管路１３との間の接続が遮断される。同時に第１の弁座１９，２０が開放される。図１には示していないこの弁位置では、高圧で負荷された燃料が、燃料高圧蓄え器１から燃料高圧管路２と燃料高圧管路５とを介して噴射ノズル６の圧力室９内に到達する。圧力が十分に大きい場合には、ノズルニードル７がその座から持ち上がり、噴射が行われる。レールに接続されている第１の２ポート２位置弁３は、図１では、内向きに開放する、いわゆる「Ｉ型弁」として形成されている。この場合、「内向きに開放する」とは、制御ピストン１５が第１の弁座１９，２０の開放時に燃料流れ方向とは逆方向に移動することを意味している。Ｉ型弁は、弁部材の開放方向と、弁開放時に開始される燃料流れの流れ方向とが同じ方向に向けられている外向きに開放する、いわゆる「Ａ型弁」に比べて、より高い運転安定性の利点を有している。なぜならば、開放動作時に生ぜしめられる、燃料流れ方向とは逆方向に向けられた液圧的な衝撃力がＡ型弁の場合と異なり開放を助成するように作用するからである。図１に示した切換位置では、第１の弁座１９，２０は閉鎖されており、この場合、高圧室Ｒ１は完全に圧力補償されている。流出室Ｒ２内には、第１の２ポート２位置弁３が必然的に受圧面Ａ２＝π／４×（ｄ１２−ｄ２２）を有している。なぜならば、弁座１９，２０を製造するためには、ｄ１からｄ２への減径が必要となるからである。第１の弁座１９，２０が開放される場合には、制御ピストン１５が、室Ｒ２内の圧力の押圧力を面Ａ２に被る。
【００２５】
第２の２ポート２位置弁１４も同じく、圧力補償された室Ｒ３を有している。いま、室Ｒ４内にも同じく受圧面Ａ４＝π／４×（ｄ３２−ｄ４２）が位置している。この受圧面Ａ４はｄ３からｄ４への減径に基づき得られる。室Ｒ２は室Ｒ４に接続されているので、両室Ｒ２，Ｒ４内には同じ圧力レベルが形成されている。両受圧面Ａ２，Ａ４が同一である場合には、完全な弁複合体は完全に圧力補償されている。これによって、ソレノイドアクチュエータまたはピエゾアクチュエータによる僅かなアクチュエータ力もしくは作動力を用いた操作が可能となる。一方の受圧面の変化によって、開閉させる液圧的な付加力を発生させることができる。この付加力は、切換特性を適切に最適化するために使用することができる。
【００２６】
弁室Ｒ３も同じく圧力補償されているので、漏れ管路１３内の背圧が調量弁の切換機能に影響を与えることはない。
【００２７】
したがって、噴射の終了時に漏れ管路１３を介して流出制御される（ａｂｇｅｓｔｅｕｅｒｔ．）燃料は、ノズルニードル７の、液圧的に助成された閉鎖のために使用することもできる。このためには、滞留された背圧が発生させられ得る。この背圧は、ノズルニードル７に設けられた受圧面にわたって閉鎖力をノズルニードル７に加える。
【００２８】
図２に示した調量弁は、図１に示した調量弁に類似している。理解しやすくするために、同一の構成部分には同じ符号が使用してある。さらに、繰返しを避けるために、同一の構成部分に関しては図１の説明に記載してあるので、以下では、両構成の違いだけを説明することにする。
【００２９】
図２に示した構成では、調量弁の操作が、ソレノイドアクチュエータを介してではなく、ピエゾアクチュエータ２４と連結室２５とを介して行われる。この構成では、シール座２１／２２が直径ｄ４を備えて形成されている。この実施例では、管路１２が室Ｒ４に通じているので、調量ユニットも完全に圧力補償されている。
【００３０】
図３に示した本発明による調量弁の構成は、図１に示した構成に十分に相当している。繰返しを避けるために、以下では、両構成の間の違いだけを説明することにする。
【００３１】
図３に示した構成では、第１の弁３が、図１に示したようなＩ型弁の代わりにＡ型弁として形成されている。弁ケーシングには、直径ｄ２を備えた弁座縁部３０が形成されている。この弁座縁部３０は弁座面３１と協働する。この弁座面３１は制御ピストン１５に形成されている。さらに、弁ケーシングには、直径ｄ４を備えた弁座縁部３２が形成されている。この弁座縁部３２は弁座面３３と協働する。この弁座面３３は制御ピストン１６に形成されている。さらに、図３に示した調量弁は、図１に示した調量弁と同様に機能しかつソレノイドアクチュエータ２４を介しても操作される。このアクチュエータ２４とばね２３とは弁ピストンの同じ側に配置されている。
【００３２】
明細書、特許請求の範囲および図面の簡単な説明に示した全ての特徴は、本発明にとって個々でも重要となり得るし、互いに任意に組み合わされても重要となり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の構成による調量弁を備えたコモンレール噴射システムの概略図である。
【図２】
本発明の第２の構成による調量弁を示す図である。
【図３】
本発明の第３の構成による調量弁を示す図である。
【符号の説明】
１　燃料高圧蓄え器、　２　燃料高圧管路、　３　２ポート２位置弁、　４　燃料高圧管路、　５　燃料高圧管路、　６　噴射ノズル、　７　ノズルニードル、　８　ノズルばね、　９　圧力室、　１０　受圧肩部、　１１　燃焼室、　燃料高圧管路、　１３　漏れ管路、　１４　２ポート２位置弁、　１５　制御ピストン、　１６　制御ピストン、　１７　環状室、　１８　漏れ導出管路、　１９　弁座縁部、　２０　弁座面、　２１　弁座縁部、　２２　弁座面、　２３　戻しばね、　２４　アクチュエータ、　２５　連結室、　３０　弁座縁部、　３１　弁座面、　３２　弁座縁部、　３３　弁座面、　ｄ１　直径、　ｄ２　直径、　ｄ３　直径、　ｄ４　直径、　Ｒ１　高圧室、　Ｒ２　流出室、　Ｒ３　弁室、　Ｒ４　室
【国際公開パンフレット】
2004507663.tif 000003
2004507663.tif 000004
2004507663.tif 000005
2004507663.tif 000006
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2004507663.tif 000017
2004507663.tif 000018
2004507663.tif 000019
2004507663.tif 000020
2004507663.tif 000021
【国際調査報告】
2004507663.tif 000022
2004507663.tif 000023
2004507663.tif 000024
2004507663.tif 000025
2004507663.tif 000026
2004507663.tif 000027