(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン内での燃焼のために燃料がノズルを通る際の噴射圧力を制御する装置であって、
前記ノズル内で所定の噴射圧力にて前記燃料を噴射する噴射手段と、
開放位置と閉鎖位置とを有し、前記燃料の噴射中にその閉鎖位置にある時に前記圧力を維持させ、開放位置にある時に燃料はバルブを通過して排水管（１２）から流出されるメイン制御バルブと、
前記メイン制御バルブと関係しており、開放位置と閉鎖位置とを有し、その開放位置にある際に、前記燃料噴射時の所定期間中に前記圧力の少なくとも一部を軽減させる第２バルブと、を有し、
前記メイン制御バルブは、ハウジング（９）と、前記ハウジング内で開放位置と閉鎖位置との間で移動可能な可動バルブ本体（８）と、前記可動バルブ本体（８）を前記開放位置へ付勢する第１ばね部材（１１）と、作動された時に前記可動バルブ本体（８）を前記閉鎖位置へ付勢する電磁石（６）と、を有し、
前記第２バルブは、前記可動バルブ本体内に移動可能な状態で配置され、第１端部と第２端部とを有する可動ロッド（７）を含み、
前記可動バルブ本体（８）は、液体を流通させるための開口部を少なくとも１つ含み、
前記可動ロッド（７）は、前記可動バルブ本体内で、前記可動ロッド（７）が前記少なくとも１つの開口部を通過する液体の流れを遮る前記第２バルブの閉鎖位置に対応する第１位置と、前記可動ロッドが前記少なくとも１つの開口部を通過する液体の流れを遮らない前記第２バルブの開放位置に対応する第２位置との間を移動可能であり、
前記可動ロッド（７）の前記第１端部は、前記電磁石（６）に近接した位置に配置され、
前記可動ロッド（７）の前記第２端部と前記可動バルブ本体（８）との間に、前記可動ロッド（７）を前記第１位置へ付勢する第２ばね部材（１７）が設けられ、
前記第１ばね部材（１１）は第１の剛性を有し、前記第２ばね部材（１７）は第２の剛性を有し、前記第２の剛性は前記第１の剛性より大きく、前記電磁石（６）の作動により前記可動ロッド（７）が前記第１位置に付勢された状態のまま、前記可動バルブ本体（８）が前記開放位置から前記閉鎖位置へ付勢されることが可能であり、前記電磁石（６）のさらなる作動によって前記可動バルブ本体（８）が前記閉鎖位置へ付勢された状態のまま前記可動ロッド（７）が前記第１位置から前記第２位置へ付勢されることが可能であることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、
前記可動ロッド（７）が細いロッド部分を含み、それによって、前記細いロッド部分と前記バルブ本体（８）との間に間隙が設けられ、前記可動ロッド（７）の前記第２位置では前記細いロッド部分が前記少なくとも１つの開口部に前記第１位置のときよりも近接し、前記細いロッド部分と前記バルブ本体（８）との間に設けられた間隔と前記開口部とが連通するように配置されることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、
前記可動バルブ本体（８）が、前記可動バルブ本体（８）内にふくらんだ部分を含み、該ふくらんだ部分に液体を流通させるための開口部を少なくとも１つ含み、前記可動ロッド（７）と前記ふくらんだ部分との間に間隙が設けられ、前記可動ロッド（７）が細くなった部分を含み、それによって、前記細くなった部分と前記可動バルブ本体（８）との間に間隙が設けられ、前記可動ロッド（７）の前記第２位置では前記細くなった部分が前記可動バルブ本体（８）の前記ふくらんだ部分に前記第１位置のときよりも近接し、前記可動ロッド（７）と前記ふくらんだ部分との間に設けられた間隙と前記細くなった部分と前記可動バルブ本体（８）との間に設けられた間隔とが連通するように配置されることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、
さらに燃料貯蔵部と、前記メイン制御バルブ用の出口部（１２）とが備えられ、それによって、前記メイン制御バルブおよび前記第２バルブのうちのどちらか一方が前記開放位置にある時に燃料が前記出口部（１２）を通って流れることが可能になっており、前記出口部（１２）が前記燃料貯蔵部に接続されていることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、
前記第１ばね部材（１１）が、前記可動バルブ本体（８）と前記ハウジング（９）との間に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、
前記第１ばね部材（１１）と前記第２ばね部材（１７）とが同軸上に設けられていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、
前記噴射手段がピストン（１）からなることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、
前記燃料がディーゼル燃料からなることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、従来どおり、圧力が、カムシャフトにより駆動され、内部でピストンが動作するシリンダの開口部に接続されたノズルを通ってオイルを圧出させるピストンにより生成されるエンジンのディーゼルオイルなどの燃料噴射時の圧力を制御する方法や構造に関する。スプレーノズルには、液体燃料が噴霧される微小な孔が設けられている。
従来の技術
従来より、種々のディーゼルオイル噴射構造が数多く知られている。これらの構造は、実質的にそれぞれ異なるが、液体を噴霧するために高圧を要する点、噴射が所定の瞬間に開始され所定の制限時間内に終了する点という共通点を有する。このため、ほとんどの構造が、ピストンが、孔を有するノズルに対して約３００バールの圧力が生成されるような高速度で燃料を圧縮し、それ故燃料の噴射が開始するという原理に基づいている。これは、噴射孔を十分小さくして圧縮される燃料のすべてが通過しないようにすることにより行われる。燃料がノズルから流出してもその圧力は上昇し続ける。圧力を解放するために、圧力チャンバとバルブとの接続が調節され、噴射を終了するときにはこのバルブを開き、圧力が瞬時にゼロになるようにする。この制御バルブの開放時にこれを通過するオイルは排水管を介してオイル貯蔵部に回収される。
制御バルブは通常電磁石によって駆動される。噴射の全工程は約１５００バールの最高圧力でわずか約３ｍｓ（ミリセカンド）しかかからないから、バルブが瞬時に動作することは非常に重要である。
通常シリンダ内のピストンである圧力生成装置は一般的に単純な構成であり、現存する燃料噴射構造のバリエーションは、そのほとんどが燃料圧力に接続されたバルブの制御や操作に関係している。このような構造の例は、ドイツ特許明細書３７４１５２６や国際特許出願ＷＯ８９／００２４２，ヨーロッパ特許明細書０１９３７８８，米国特許明細書５５１７９７３に開示されている。これらの特許明細書のすべては全く異なる構造を記載しており、それ故、これらを互いに比較したり他の従来技術と比較するのは困難である。
技術的課題
制御バルブを一つのみ備える既知の構造では、燃料圧力は約３００バールまで急速に上昇し、その後、この制御バルブによって圧力が解放されるまで、約１５００バールまで上昇する。噴射孔からの噴射は約３００バールで開始する。噴射工程の初期には、燃料の消費の際に環境面から好ましくない比較的大量の窒素酸化物（ＮＯX）が生成される。窒素酸化物の含有量は法律で規制されており、この法律はますます厳しくなっているため、通常、噴射時期と燃焼は、大気汚染を減少するためには遅延されなければならない。この遅延はエンジンの効率に悪影響を与える。既知の構造の他の問題点としては、高速動作で、圧力があまりにも急速に上昇するために、噴射構成の許容限度を超えて高圧になりすぎることである。したがって、噴射工程の選択された瞬間に、例えば工程の初期にＮＯXの排出量を低減したり工程の終期に圧力が高くなりすぎるのを回避するために、効果的な圧力を得ることができるよう又は圧力を解放することができることが必要である。
解決方法
本発明によれば、上述の問題は、開閉を行う制御バルブと、圧力が例えばシリンダ内のピストンやノズルに向かう液体燃料に関連し噴射時は閉じているメイン制御バルブからの急速な動作により生成され、狭い噴射開口を有するノズルから噴射されるディーゼルオイルなどの液体燃料の噴射圧力を制御する方法であって、圧力が噴射工程中の適当な瞬間に第２バルブから解放されることを特徴とする方法とにより解決される。
本発明において、噴射圧力は、燃焼中に生じる窒素酸化物（ＮＯX）を減少させるために、噴射工程の初期に解放されるものとするのも好適である。
また、本発明において、噴射圧力は、圧力生成ピストン等の高速を得るために噴射工程の終わりに解放されるものとするのも好適である。
また、本発明は、圧力が例えばシリンダ内のピストンやノズル手前の液体燃料に関連し噴射時は閉じているメイン制御バルブからの急速な動作により生成され、狭い噴射開口を有するノズルから噴射されるディーゼルオイルなどの液体燃料の噴射圧力を制御する構造であって、噴射圧力を解放するためのメイン制御シリンダー内の第２バルブによって特徴づけられる構造を備える。
この本発明において、メイン制御バルブは電磁石によって第１のばね力に抗して上下動可能な可動バルブ本体を備え、前記バルブ本体は、周囲に設けられたハウジングと共動して流体噴射ノズル手前の液体と連通するハウジングとバルブ本体との間の液体流に対して開閉可能なバルブを形成する拡大部分を下部に有する構造であって、バルブ本体内に設けられ、電磁石の上下動可能な部分に固定され、下部にバルブ本体の下部に対して圧接するバルブ本体に作用する第１のばねより硬い第２のばねを坦持し、バルブ本体に形成された半径方向の孔により該バルブ本体と共にバルブを形成する可動ロッドに特徴づけられる構造とすることもできる。
本発明において、バルブ本体の半径方向の孔は、より硬い第２のばねが伸長してロッドがその下方位置にあるときに液体の孔の通過が妨げられるよう前記ロッドの狭まった部分が始まるエッジの略上方に配置されていることを特徴とする構造とすることもできる。
本発明において、バルブ本体の半径方向の孔がバルブ本体内のロッドの周囲に設けられたリング形状部分に向かって面することと、前記リング形状部分の下部とロッドの狭まった部分を決定する環状エッジとがバルブを形成することとを特徴とする構造とすることもできる。
本発明において、メイン制御バルブと第２バルブの両方の流体の出口側は燃料が燃料貯蔵部に排出されるようになっていることを特徴とする構造とすることもできる。
本発明において、バルブ本体に作用する第１のばねは、その一端部が支持部材を介してバルブ本体の上側部に圧接し、その第２端部がハウジングの一部に抗することを特徴とする構造とすることもできる。
本発明において、両ばねが同軸上にあることと、電磁石が、メイン制御バルブが閉じている第１のステップとメイン制御バルブが閉じており第２制御バルブが開いている第２のステップとからなる少なくとも２つのステップで動作することとを特徴とする構造とすることもできる。
図面の説明
本発明を添付の図面に関連して以下に詳細に説明する。
図１は、既知の制御バルブを備える燃料噴射構造を概略的に示す図である。
図２は、制御バルブが他のポジションにあるときの同一の構造を示す図である。
図３は、メイン制御バルブが開いた状態で第２バルブが閉じた状態の本発明の制御構造を示す図である。
図４は、メインバルブが閉じた状態で第２バルブが開いた状態の同一構造を示す図である。
図５は、メイン制御バルブが開いた状態で第２バルブが閉じた状態の本発明の他の制御バルブの実施例を示す図である。
詳細な説明
図１は、液体燃料があるシリンダ２に押圧されるピストン１を備える従来技術の燃料噴射装置の概略を示す。ピストンストロークは、おおよそ１５ｍｍから１７ｍｍの範囲である。これは、通常カムシャフトにより作動されるピストン１の極めて小さくて急速な動作による。シリンダの開口部から噴射ノズルに管３が通じている。このノズルは、一般的に、例えば直径０．２ｍｍの８つの噴射孔を有するいぼ状装置を備える。
噴射管３から分岐した分岐管４は以後符号５で示す制御バルブに通じている。制御バルブ５は、静止した上部と上下動が可能な下部とを有する電磁石６によって作動する。電磁石の可動下部からロッド７は、下方に延出し、このロッド７にバルブ本体８が結合されている。バルブ本体８の周囲にはハウジング９が配置されていおり、このハウジング９には、バルブ本体８と共にバルブを形成するバルブシート１０が形成されている。バルブ本体８は、第１のばねにより下方に押しつけられた位置に位置する。しかし、電磁石が励磁されると、バルブ本体８は上昇し、バルブが閉じるようになっている。
燃料管３からノズルを通過してエンジン内に燃料が噴射されるときには、この制御バルブは閉じられている。もしこれが閉じられていないと、管３内部の圧力は上昇されず、燃料は制御バルブを通過して排水管１２から流出してしまうからである。
上記の噴射構造の概略構成図の下に、電磁石の電磁力を図１Ｂとして示す。図示するように、電磁力ははじめは値０であるが、Ａの時点で電磁石が励磁され、その後Ｂの時点で励磁を停止されるまで均一の電磁力が保たれる。
図１Ｃには、結果として得られた噴射圧力が示されている。図からわかるように、圧力は最初はほぼ値０であるが、その後約３００バールの圧力が得られノズルの孔から噴射を開始する点Ｃまで上昇する。この結果、曲線はいったん下降する。その後、１５００バールの圧力が得られる点Ｄまで上昇し続ける。この点Ｄのとき、電磁石の励磁が停止され、圧力は非常に小さい値まで素速く減少する。圧力が減少すると、それによってノズルからの噴射も停止し、その後は残りの圧力により、開いたバルブと排水管１２を介して残った燃料が燃料貯蔵部に送られる。
図２は図１に示したものと同一の構造を示すが、制御バルブは開いており、図示のように、燃料の流れは接続管４と開いたバルブ８，１０を通って排水管１２を通過する。この場合、噴射は行われない。
図３は、本発明による制御バルブを示す。図において、符号４〜１２は、図１や図２における同一部材と関連している。この図が図１や図２と異なるのは、バルブ本体８に円筒形ロッド７に対面する半径方向の孔１３が形成されている点である。さらに、この円筒形ロッド７は、半径方向の孔１３より下方の部分１４で細くなっており、ロッド７の下部１５は、この下部と中空のバルブ本体８との間を液体が流れることができるよう平坦面に形成されている。プレート状に形成されたロッド７の最下部１６は、他端がバルブ本体８の平坦な下側部に抗して当接している第２のばね１７を担持している。第２のばね１７は、バルブ本体８とハウジング９との間に設けられた第１のばね１１より硬い。バルブ本体８の下部には、ばね１７に予め荷重をかけると共にロッド７の基本位置を決定する圧入プレート１９が設けられている。
ハウジング９には、バルブを停止させると共に解放状態のバルブの基本位置を決定する端部部材２０がバルブの下方に取り付けられている。
図示される位置では、第２バルブ、すなわちバルブ本体８に対してロッド７が形成するバルブは閉じており、メインバルブは開いているから、液体燃料はメインバルブを通過して排水開口１２から流出することができる。
電磁石６が励磁されると、その下部が静止した上部に対して引っ張られる。すなわち、電磁石６の下部は、ロッド７と共に上方に引っ張られる。この第１のばね１１は第２のばね１７より弱いから、ばね１１は、バルブ本体８がハウジング９のバルブシート１０に対して当接してメイン制御バルブが閉じられるまで圧縮される。電磁石をさらに強く励磁すると、ロッド７がさらに上方に移動することにより第２のばね１７は圧縮され、バルブ本体８の半径方向の孔１３がロッド７の部分１４の方向に開口する。この位置が図４に示されている。液体は、接続管４から半径方向の孔１３に入り、下方に流れて第２のばね１７を通過し、排水管１２から流出する。孔１３のサイズと数，第２のばねにおける流動抵抗は、メイン制御バルブが閉じたときに、その圧力がゼロにならず、わずかに減少するよう設定されていなければならない。
重要なのは、ロッド７が、バルブ本体８の孔に対してぴったりと密着して滑動するようシールし、孔１３がロッド７に対して向き合う位置のときに液体が通過できないようにすることである。部分１４の真上に位置するロッド７のその部分は、シールが可能なように最低１ｍｍから２ｍｍの長さが必要であるが、孔１３を開口させるためのロッド７の上昇距離が長くなることから、ロッドのこの部分は長すぎてはならない。
ロッド７の下部１５は、部分的な研磨平面を備えるから、この部分とバルブ本体８との間には燃料の流路が形成される。
図５は、本発明の他の実施例を示す。この図における符号４〜１７は、前述の図面中における同一部材と関連している。本実施例と、図３や図４の実施例の違いは、孔１３が、バルブ本体８の内側でロッド７の周囲に形成されたリング形状のチャンバ１８に向いて面している点である。リング形状のチャンバ１８の下部は、弁座として形成されており、ロッド７には、ロッド７が下方位置にあるときにチャンバ１８がその底部で閉じられるよう、この弁座に対抗するエッジが形成されている。液体を通過させるようチャンバ１８を開くには、ロッド７はわずかに持ち上げられなければならない。図５には、第２バルブは閉じた位置でメイン制御バルブは開いた位置、すなわち電磁石が作動されていない状態が示されている。
本発明の方法及び構造によれば、液体燃料の圧力とその噴射量を従来より正確に制御することが可能になる。このような大きな効果は、第２バルブを備えたことと、電磁石に印加される異なる２レベルの電流により両バルブの制御が可能であることにより得ることができる。このような電流の切り替えは自動的に生じ、エンジンのトリガーユニットによってこれを簡単に制御できる。
本発明による構成を得るためには、第２バルブを持たない従来の構成を実質的に再構成する必要はない。メイン制御バルブ内のバルブ本体は従来の構成と実質的に同一であるが、ロッドを孔内で移動させるために中央の孔を形成する必要がある。第２バルブがその閉位置で適切にシールするよう、ロッドがバルブ本体に対してぴったり密着して摺動することは重要である。また、電磁石が２つのステップで励磁される時に第２のバルブをロックするような二次的な力が発生しないよう、２つのばねが同軸上にあることも重要である。
本発明は、示された実施例に限られず、請求の範囲内で異なる方法による変更も可能である。例えば、半径方向の孔１３は、開口した丸い孔でなく、細長いスロットや丸くない孔でもよい。
【図１】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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