(57)【要約】内燃機関のための燃料噴射装置であって、噴射過程を制御するために設けられた２つの制御弁（１５，３４）が設けられていて、これらの制御弁の弁体がそれぞれ磁気式に引き付け可能なアーマチュア（４１，４５）を備えており、これら両方のアーマチュア（４１，４５）のための共通のマグネットコイル（４０）が設けられている形式のものにおいて、共通のマグネットコイル（４０）の第１の通電段階では、片方のアーマチュア（４１）だけが閉鎖力の作用に抗して引き付け、第１の通電段階に対して高められた第２の通電段階では、両方のアーマチュア（４１，４５）がそれぞれ閉鎖力の作用に抗して引き付け可能である。そのよにして単個の磁気駆動装置を用いて種々異なる大きさの２つの励磁電流が２つの弁機能を切り換えることができる。
2004507647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のための燃料噴射装置であって、噴射過程を制御するために設けられた２つの制御弁（１５，３４）が設けられていて、これらの制御弁の弁体がそれぞれ磁気式に引き付け可能なアーマチュア（４１，４５，５５）を備えており、これら両方のアーマチュア（４１，４５，５５）のための共通のマグネットコイル（４０）が設けられている形式のものにおいて、
片方のアーマチュア（４１）だけが閉鎖力の作用に抗して引き付けられる、共通のマグネットコイル（４０）の第１通電段階と、両方のアーマチュア（４１，４５，５５）がそれぞれ閉鎖力の作用に抗して引き付けられる、第１の通電段階に対して高められた第２の通電段階とが設けられていることを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射装置。
【請求項２】
第２の通電段階でしか引き付けられない片方のアーマチュア（４５，５５）に作用する閉鎖力が、別の片方のアーマチュア（４１）に作用する閉鎖力よりも大きくなっている、請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
共通のマグネットコイル（４０）が、両方のアーマチュア（４１，４５，５５）をそれぞれ反対方向で引き付ける、請求項１または２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
両方の制御弁（１５，３４）が、これらの制御弁のアーマチュア（４１，４５，５５）の間に取り付けられた仕切エレメント（４３，５９）によって互いに仕切られている、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】
各アーマチュア（４１，４５，５５）に閉鎖ばね（４４，５２，５６）が配設されており、アーマチュア（４１，４５，５５）と閉鎖ばね（４４，５２，５６）との両方が仕切エレメント（４３，５９）に支持されている、請求項４記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
片方の制御弁（３４）の弁シール面（４９，５４）が、アーマチュア（４５，５５）に設けられている、請求項４記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
弁シール面（４９，５４）と協働する弁座面（５０，５７）が、弁ケーシング（６）の孔（４８）または仕切エレメント（５９）の孔（５８）に設けられている、請求項６記載の内燃機関。
【請求項８】
片方の制御弁（３４）の流入管路（３２）が弁ケーシング（６）の孔（４８）に開口しており、該制御弁の流出管路（３３）がアーマチュア（４５）のアーマチュア室（４６）から出発している、請求項７記載の燃料噴射装置。
【請求項９】
アーマチュア（５５）が、仕切エレメント（５９）の孔（５８）を制御弁の流出開口（３３）と接続する貫通孔（６０）を備えており、該制御弁の流入開口（３２）がアーマチュア（５５）のアーマチュア室（６３）に開口している、請求項７記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
アーマチュア（５５）の弁座面（５７）と弁シール面（５４）との間のシール面の閉鎖状態で、該アーマチュアに配設された弁体の閉鎖方向で燃料圧にさらされたアーマチュア（５５）の面が、開放方向で燃料圧にさらされた面よりも大きくなっている、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
少なくとも１つのアーマチュア（４１，４５）が、該アーマチュアに配設された弁体の開放方向で、マグネットコイル（４０）によって引き付け可能である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１２】
少なくとも１つのアーマチュア（５５）が、該アーマチュアに配設された弁体の閉鎖方向で、マグネットコイル（４０）によって引き付け可能である、請求項１から１１までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１３】
両方の制御弁（１５，３４）が１つの噴射弁（１，７０）に設けられてる、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。
【請求項１４】
片方の制御弁（１５）を介して、特に圧力制御式の噴射弁（１，７０）の圧力室（１３）が、燃料のための高圧源と接続可能である、請求項１から１３までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項１５】
特に圧力制御式の噴射弁（１，７０）に設けられた片方の制御弁（３４）を介して、開放ストロークのための制限装置が液圧式に制御可能である、請求項１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】
ストローク制限のために、噴射弁（１，７０）の開放時に過圧で負荷される制限装置の内室（２９）と放圧管路（１６）との間の接続が、制御弁（３４）によって遮断可能である、請求項１５記載の燃料噴射装置。
【請求項１７】
ストローク制限のために、制限装置の内室（２９）が、制御弁（３４）によって高圧源と接続可能である、請求項１５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、請求項１の上位概念に記載の形式の燃料噴射装置から出発している。そのようなドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５１７５７８号明細書から公知の燃料噴射装置では、２つの制御弁が共通の電磁石によって作動され、この磁気回路に、制御弁の両側のアーマチュアが互いに反対側で進入している。電磁石の通電によって、両方のアーマチュアは、これらの間に配置された閉鎖ばねの作用に対抗して、さらに電磁石に引っ張られ、これによって両方の制御弁が同期的に開放される。
【０００２】
公知の燃料噴射系では、既にコンパクトな構造形式、ひいては一方ではスペースの節約された、他方では著しく安価に製作可能な、２つの制御弁のためのユニットが実現されているにもかかわらず、このユニットの使用が、両方の制御弁の同期的な開閉に関して制限されている。
【０００３】
発明の利点
これに対して、本発明による、請求項１記載の特徴を備えた内燃機関のための燃料噴射装置は次のような利点を有している。この利点とは、単個の磁気駆動装置を用いて、種々異なる大きさの２つの励磁電流を介して２つの弁機能が切り換わる、というものである。これによって、構成スペース、コスト、制御装置構成上の手間、および管路系に関して利点がもたらされる。
【０００４】
たとえば一方の制御弁は燃料噴射を制御するため（つまり燃料を配量するため）に使用することができ、他方の制御弁は噴射横断面を制御するために使用することができる。公知の別のシステムに対して、本発明の構成では、単個の電磁石を用いた電磁弁テクノロジで制御性能が提供される。弁体のための種々異なる圧力制御式の開放機構と液圧式に制御されたストロークストッパとに関して、またはタンデム配置構成（Ｔａｎｄｅｍ−Ｋｏｎｆｉｇｒａｔｉｏｎ）もしくはコアキシャルノズル配置構成（Ｋｏａｘｉａｌｄｕｅｓｅｎ−Ｋｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）に関して、噴射のタイミングならびに種々異なる２つの噴射横断面の間の切換が、機関の特性フィールドにおいて自由に実現することができる。
【０００５】
本発明の別の利点および有利な実施形態は、実施例の説明、図面および請求の範囲から明らかである。
【０００６】
実施例の説明
次に本発明の、内燃機関のための燃料噴射装置の２つの実施例を図示し、詳しく説明する。
【０００７】
図１に示された、内燃機関のための燃料噴射装置の第１実施例には、ノズルボディ２を備えた噴射弁１が設けられており、このノズルボディ２はスリーブ３およびスペーサ４と共に、キャップナット５によってノズルホルダ６に緊締されている。ノズルボディ２の軸方向のガイド孔７には、ノズルニードルの構成をした、プランジャ状の弁体８が可動に支承されており、弁体８の弁シール面９は、ノズルホルダ６に配置された閉鎖ばね１０によって円錐形の弁座面１１に対して押圧されている。噴射ノズル１には圧力管路１２が延びており、この圧力管路１２はノズルボディ２に設けられたリング状の圧力室１３に開口する。弁体８は圧力室１３の領域に圧力肩部１４を備えており、この圧力肩部１４において、圧力管路１２を介して供給された燃料が開放方向で弁体８に作用する。圧力管路１２は３ポート２位置弁として形成された第１の制御弁１５を介して、負荷軽減管路としての放圧管路（漏れ油）１６か、または燃料のための高圧アキュムレータ（コモンレール）１７と接続可能である。
【０００８】
弁座面１１から、弁体８の、ノズルホルダ６とは反対側の頭部区分１８とノズルボディ２の孔壁との間のリングギャップ（図示せず）が、リング室１９に向かって案内されており、このリング室１９は頭部区分１８に設けられたリング溝によって形成されている。頭部区分１８は袋孔２０内で案内されており、この袋孔２０の底部室２１は、頭部区分１８に設けられた横孔および縦孔２２，２３を介してリング室１９と接続されている。図１に示された位置では、頭部区分１８は、袋孔２０から出発して燃料供給しようとする内燃機関の燃焼室に開口する２つの噴射通路２４ａ，２４ｂを閉鎖している。
【０００９】
頭部区分１８とは反対側で、弁体８は、シャフト２６への移行部にリング肩部２５を備えており、このシャフト２６はスペーサ４の孔を通ってばね室２７まで延びている。その位置でシャフト２６はスプリングプレートとしてのばね皿２８を備えており、このばね皿２８に、一方の端部でばね室２７に支持された閉鎖ばね１０が作用する。
【００１０】
開放時に弁体８によって行われるストロークは、低圧−ストロークストッパ（図示せず）の構成をした制限装置によって制御されており、このストロークストッパはスリーブ３の内室２９に設けられていて、たとえばシャフト２６の、ばね皿とは別の皿３０と協働する。内室２９は管路３１，３２，３３と、２ポート２位置弁として形成された第２の制御弁３４とを介して放圧管路１６と接続可能である。第２の制御弁３４の閉鎖状態では、低圧−ストロークストッパが作用して、内室２９に存在する燃料が弁体８の開放時に圧縮される。これによって弁体８の開放ストロークは、頭部区分１８によって下位の噴射通路２４ａだけが噴射のために解放されるように、液圧式に制限される。第２の制御弁３４の開放状態では、内室２９に存在する燃料は圧縮されずに、放圧管路１６を介して流出されるので、ストローク制限は行われない。その結果弁体８は最大ストロークを行うので、頭部区分１８は両方の噴射通路２４ａ，２４ｂ、つまりより大きい噴射横断面、を解放する。
【００１１】
図２には、マグネットコイル４０の構成をした共通の磁気駆動装置を備えた、両方の制御弁１５，３４の内部構造が拡大断面図で示されている。第１の制御弁１５の弁体（図示せず）と結合された皿形の第１のアーマチュア４１がマグネットコイル４０と協働しており、この第１のアーマチュア４１は、ノズルホルダ６の第１のアーマチュア室４２内で軸方向可動に案内されていて、かつ仕切エレメント４３に支持された第１の閉鎖ばね４４によって、圧力管路１２と放圧管路１６との間の接続を解放する弁位置（図１）にプレロード（予荷重）をかけられている。
【００１２】
マグネットコイル４０の、第１のアーマチュア４１とは反対側で、皿形の第２のアーマチュア４５がマグネットコイル４０と協働しており、この第２のアーマチュア４５は、ノズルホルダ６の第２のアーマチュア室４６内で軸方向可動に案内されていて、かつ同時に第２の制御弁３４の弁体を形成する。第２のアーマチュア４５は、付加部４７でノズルホルダ６の孔４８に入り込んでいて、付加部４７に向かう移行部で弁シール面４９を備えており、この弁シール面４９は孔４８における円錐形の弁座面５０と協働する。第２の制御弁３４の流入管路３２は、付加部４７に沿って形成された室５１の領域で孔４８に開口する。仕切エレメント４３に支持された第２の閉鎖ばね５２によって、第２のアーマチュア４５は、流入管路３２と第２のアーマチュア室４６から出発する流出管路３３と間の接続を遮断する弁位置にプレロードをかけられている。第２のアーマチュア４５には接続通路５３が設けられており、これによって第２のアーマチュア４５は力補償（均一化）されている。仕切エレメント４３によって、第１のアーマチュア室４２と第２のアーマチュア室４６とが互いに仕切られていて、ひいては両方の制御弁１５と制御弁３４とが互いに仕切られている。両方の閉鎖ばね４４，５２は、マグネットコイル４０の、第１の通電段階で第１のアーマチュア４１だけが引き付けられ、第２のより高い通電段階で両方のアーマチュア４１，４５が引き付けられるように、設計されている。図示の実施例では、両方のアーマチュア４１，４５は互いに反対方向で引き付けられるが、別の実施例では両方のアーマチュアは同じ方向で引き付けることもできる。両方のアーマチュア４１，４５は扁平型アーマチュア（Ｆｌａｃｈａｎｋｅｒ；フラットアーマチュア）またはプランジャ型アーマチュア（Ｔａｕｃｈａｎｋｅｒ）として形成することができる。
【００１３】
図１および図２に示された燃料噴射装置は以下のように作動する。第１または第２の通電段階でマグネットコイルが通電されると、第１のアーマチュア４１が引き付けられ、これによって第１の制御弁１５が作動されるので、圧力管路１２は高圧アキュムレータ１７と接続されていて、燃料噴射が行われる。第１の通電段階では、第２のアーマチュア４５は引き付けられず、つまり第２の制御弁３４は閉鎖されたままである。これによって内室２９と室５１とに、圧力上昇が生じ、ひいてはストローク制限がもたらされるので、小さな噴射横断面を有する噴射が行われる。第２の通電段階では、第１のアーマチュア４１に対して追加的に、第２のアーマチュア４５も同時に引き付けられ、つまり第２の制御弁３４が開放される。弁体８の開放ストロークの際に押し出される燃料は、管路３１，３２と第２のアーマチュア室４６と管路３３とを介して、放圧管路１６に流出することができる。これによって内室２９と室５１とに圧力上昇が生じず、ひいてはストローク制限がもたらされないので、大きな噴射横断面を有する噴射が行われる。
【００１４】
このような内室２９および室５１における、圧力で負荷されるかもしくは無圧の両方の状態は、噴射横断面を制御するために用いられ、この場合液圧式のストロークストッパを用いた制御、または種々異なる弁体（ノズルニードル）の間の切換を用いた制御は、タンデム型のインジェクタ（Ｔａｎｄｅｍ−Ｉｎｊｅｋｔｏｒ）またはコアキシャル型のインジェクタ（Ｋｏａｘｉａｌ−Ｉｎｊｅｋｔｏｒ）で使用することができる。
【００１５】
図３には、第２の制御弁３４の別の内部構造が拡大断面図で示されている。第２のアーマチュア５５の弁シール面５４は、第１のアーマチュア４１に向いたアーマチュア下面に設けられていて、かつ第２の閉鎖ばね５６によって、仕切エレメント５９の孔５８における円錐形の弁座面５７から離間する方向でプレロードをかけられている。付加部６０をも貫通する中央の貫通孔６１によって、孔５８は孔６２と接続されており、孔６２から流出管路３３が出発している。弁シール面５４と弁座面５７との間のシール座は、孔５８と第２のアーマチュア室６３との間の接続を遮断し、この第２のアーマチュア室６３に流入管路３２が開口する。第２のアーマチュア５５に接続通路６４が設けられており、これによって第２のアーマチュア５５はシール座の開放状態では力補償（均一化）されている。両方のアーマチュア４１，５４は扁平型アーマチュアまたはプランジャ型アーマチュアとして構成することができる。
【００１６】
第１または第２の通電段階でマグネットコイル４０が通電されると、第１のアーマチュア４１が引き付けられ、これによって第１の制御弁１５が作動されるので、圧力管路１２は高圧アキュムレータ１７と接続されていて、燃料噴射が行われる。第１の通電段階では、第２のアーマチュア５５が引き付けられず、つまり第２の制御弁３４は開放されたままである。弁体８の開放ストロークの際に押し出される燃料は、管路３１，３２と第２のアーマチュア室６３と孔５８と貫通孔６１と孔６２と管路３３とを介して放圧管路１６に流出することができる。これによって内室２９と第２のアーマチュア室６３とに圧力上昇が生じず、ひいてはトローク制限がもたらされないので、大きな噴射横断面を有する噴射が行われる。第２の通電段階では、第１のアーマチュア４１に対して追加的に、第２のアーマチュア５５も同時に引き付けられ、つまり第２の制御弁３４が閉鎖される。これによって内室２９に圧力上昇が生じ、ひいてはストローク制限がもたらされるので、小さな噴射横断面を有する噴射が行われる。
【００１７】
第２のアーマチュア５５が引き付けられると、つまり弁シール面５４と弁座面５７との間のシール座が閉鎖された状態では、アーマチュア室６３に作用する圧力で負荷された下面５５ｂが、弁座５７によって規定された面だけ上面５５ａより小さくなっているので、第２のアーマチュア５５は、もはや力補償されておらず、アーマチュア室６３に作用する圧力によって閉鎖方向で追加的に力負荷されている。引き付けられた第２のアーマチュア５５のこのような自己保持性に基づいて、第２のアーマチュア５５は一度引き付けられると、第２のアーマチュア５５をその閉鎖位置で保持するためには、マグネットコイル４０を僅かに通電するだけで十分である。したがって第２のアーマチュア５５が引き付けられたあとで、マグネットコイル４０における通電を低減することができ、これによって噴射弁１の電流消費を低減することができる。
【００１８】
このような内室２９および第２のアーマチュア室６３における、圧力負荷されるかもしくは無圧の両方の状態は、噴射横断面を制御するために用いられ、この場合液圧式のストロークストッパを用い制御、または種々異なる弁体（ノズルニードル）の間の切換を用いた制御は、タンデム型のインジェクタまたはコアキシャル型のインジェクタで使用することができる。
【００１９】
図４には、構成変化された噴射弁７０を備えた燃料噴射装置の第２の実施例が示されており、ここでは内室２９に開口する管路７１が管路３２，３３と第２の制御弁３４とを介して圧力管路１２と接続可能である。放圧管路１６に開口する管路７２が内室２９から出発している。両方の制御弁１５，３４は図２または図３に示されたように形成されている。内室２９には圧力−ストロークストッパ（図示せず）が設けられており、この圧力−ストロークストッパは、内室２９に過圧が作用する際に、弁体８の開放ストロークを液圧式に制限する。
【００２０】
図４に示された燃焼噴射装置は以下のように作動する。第１の制御弁１５の作動によって、圧力管路１２は高圧アキュムレータ１７と接続されるので、燃料噴射が行われる。第２の制御弁３４の閉鎖状態（つまりマグネットコイル４０の第１の通電段階）では、管路３３，７１が、圧力管路１２に接続された管路３２と接続されておらず、ひいては内室２９は高圧負荷されない。弁体８の開放時に内室２９から押し出された燃料は、管路７２を介して放圧管路１６に向かって流出するので、内室２９に圧力上昇が生じず、ひいてはトローク制限がもたらされない。これに対して第２の制御弁３４の開放状態（つまりマグネットコイル４０の第２の通電段階）では、管路３３，７１が管路３２を介して圧力管路１２と接続されており、ひいては内室２９は高圧負荷されるので、弁体８の開放ストロークが、内室２９に存在するストロークストッパ（図示せず）によって制限される。
【００２１】
このような内室２９における、高圧負荷されるかもしくは無圧の両方の状態は、噴射横断面を制御するために用いられ、この場合液圧式のストロークストッパを用いた制御、または種々異なる弁体（ノズルニードル）の間の切換を用いた制御は、タンデム型インジェクタまたはコアキシャル型のインジェクタで使用することができる。
【００２２】
図１および図４に示された噴射弁１，７０は、いわゆるＩ字形ノズル（Ｉ−Ｄｕｅｓｅｎ）を有しており、この場合弁閉鎖体８の開放ストロークはノズルボディ２に入り込む方向で行われる。本発明は、このようなノズル形式に制限されるものではない。図示されていない別の実施例では、いわゆるＡ字形ノズル（Ａ−Ｄｕｅｓｅｎ）で構成されており、この場合弁閉鎖体８の開放ストロークはノズルボディ２から離間する方向で行われる。
【００２３】
内燃機関のための燃料噴射装置であって、噴射過程を制御するために設けられた２つの制御弁が設けられていて、これらの制御弁の弁体が磁気式に引き付け可能なアーマチュア４１，４５を備えており、これら両方のアーマチュア４１，４５のための共通のマグネットコイル４０が設けられている形式のものでは、共通のマグネットコイル４０の第１の通電段階では、アーマチュア４１だけが引き付けられ、高められた第２の通電段階では両方のアーマチュア４１，４５がそれぞれ閉鎖力の作用に抗して引き付けられる。そのようにして種々異なる大きさの２つの励磁電流を介して、単個の磁気駆動装置を用いて２つの弁機能を切り換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射と噴射横断面とを制御するための２つの制御弁の設けられた噴射弁を備えた、燃料噴射装置の第１実施例を示す概略図である。
【図２】図１に基づく、共通の磁気駆動装置を介して作動可能である両方の制御弁を詳しく示す部分図である。
【図３】図２に相応する、第２の制御弁の変化実施例を示す図である。
【図４】図１に相応する、燃料噴射と噴射横断面とを制御するための２つの制御弁の設けられた噴射弁を備えた、燃料噴射装置の第２実施例を示す図である。
【符号の説明】
１　噴射弁、　２　ノズルボディ、　３　スリーブ、　４　スペーサ、　５　キャップナット、　６　ノズルホルダ、　７　ガイド孔、　８　弁体、　９　弁シール面、　１０　閉鎖ばね、　１１　弁座面、　１２　圧力管路、　１３　圧力室、　１４　圧力肩部、　１５　第１の制御弁、　１６　放圧管路、　１７　高圧アキュムレータ、　１８　頭部区分、　１９　リング室、　２０　袋孔、　２１　底部室、　２２　横孔、　２３　縦孔、　２４ａ，ｂ　噴射通路、　２５　リング肩部、　２６　シャフト、　２７　ばね室、　２８　ばね皿、　２９　内室、　３０　皿、　３１，３２，３３　管路、　３４　第２の制御弁、　４０　マグネットコイル、　４１　第１のアーマチュア、　４２　第１のアーマチュア室、　４３　仕切エレメント、　４４　第１の閉鎖ばね、　４５　第２のアーマチュア、　４６　第２のアーマチュア室、　４７　付加部、　４８　孔、　４９　弁シール面、　５０　弁座面、　５１　室、　５２　第２の閉鎖ばね、　５３　接続通路、　５４　弁シール面、　５５　第２のアーマチュア、　５５ａ　上面、　５５ｂ　下面、　５６　閉鎖ばね、　５７　弁座面、　５８　孔、　５９　仕切エレメント、　６０　付加部、　６１　貫通孔、　６２　孔６３　第２のアーマチュア室、　６４　接続通路、　７０　噴射弁、　７１，７２　管路
【国際公開パンフレット】
2004507647.tif 000003
2004507647.tif 000004
2004507647.tif 000005
2004507647.tif 000006
2004507647.tif 000007
2004507647.tif 000008
2004507647.tif 000009
2004507647.tif 000010
2004507647.tif 000011
2004507647.tif 000012
2004507647.tif 000013
2004507647.tif 000014
2004507647.tif 000015
2004507647.tif 000016
2004507647.tif 000017
2004507647.tif 000018
2004507647.tif 000019
2004507647.tif 000020
2004507647.tif 000021
2004507647.tif 000022
2004507647.tif 000023
2004507647.tif 000024
【国際調査報告】
2004507647.tif 000025
2004507647.tif 000026
2004507647.tif 000027
2004507647.tif 000028
2004507647.tif 000029
2004507647.tif 000030