JP3710163B2 - 内燃機関の燃料噴射装置の噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、弁ケーシングと、圧力室から出る燃料の供給が行なわれる作動シリンダ内に開口する少なくとも一つの噴射開口部と、この弁ケーシング内に移動可能に配設されている多部分から成る弁体とを有し、弁体が、弁ケーシングの内側から噴射開口部に作用し、これにより噴射開口部を制御するノズルニードルと、このノズルニードルの上に位置す る、その上端部が弁ケーシングの制御室内へと突出するように配設されている弁体部分とから成り、弁体を制御する弁を介して操作されるように構成されている内燃機関の燃料噴射装置の噴射弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
欧州特許公開公報第 ３９３ ５９０号によるこの種の噴射弁は、多部分から成る組立可能なケーシングと、その内部に電磁弁によって軸方向に摺動可能に配設された弁体とを備え、この弁体は、燃料噴射を制御するノズルニードルと、このニードルに同軸に配設されたピストン状の延長部分とを有し、この延長部分は、ケース内で案内される部分と、直径を狭められた下部の部分とで構成されている。その際、電磁弁と延長部分の間に設けられている調整弁は、噴射の開始時点で、燃焼シリンダ内への燃料の噴射量を段階的に増加させる。更に、このような噴射弁によって速いノズルニードルの閉鎖速度が得られ、これは、積極的な効果としては、通常このような複数の噴射弁を備える内燃機関の排気ガス排出物を低減する。しかし、二部分から成る弁体は、比較的長く、従って相応に大きな重量を備えるので、ノズルキャップが、閉鎖の際に、ノズルニードルによって非常に強い負荷を受け、亀裂が入ったり、完全に破損したりすることに至ってしまうという恐れがある。更にまたこれは、結果として、このような亀裂又は破損が燃焼シリンダ内へと通じる漏洩を引き起こすことになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これに対して、本発明の課題は、速い閉鎖速度であっても、また弁体が長い構造様式であっても、閉鎖の際に弁のノズルキャップに作用する衝撃力が、急速にこのキャップを過負荷にせず、しかしながらその際、噴射弁がその構造をそれほど複雑に構成されていないように、冒頭で説明した種類の噴射弁を改善することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この課題は、ノズルニードルの上端部と弁体部分の下端部との間に、燃料で充填された限定された緩衝空間が形成されており、この緩衝空間が、弁体がどの位置にあっても一定の通過横断面を備える供給もしくは排出導管部と接続されていることによって解決される。
【０００５】
本発明による他の有利な構成は、特許請求の範囲の従属請求項に記載されている。
【０００６】
【実施例】
本発明の実施例並びに別の有利な実施例を、以下に、図面に基づき詳細に説明する。
図１は、特にディーゼルエンジンとして設けられた図示されてない内燃機関の噴射弁２を示す。噴射弁２は、ディーゼルエンジンの通常の噴射装置に適しているので、これに関して詳細な説明は省略する。この噴射弁は、本質的に、通常の方法で構成された多部分から成る弁ケーシング４７，５３と、その内部に軸方向に移動可能に案内された弁体１５と、この弁体を操作し、電磁弁２２７として形成された制御弁２０と、高圧の下にある燃料のための供給導管１３と、並びに排出導管１０とを備える。多部分から成る弁体１５は、下の部分において供給導管１３により燃料を供給される圧力室１４によって取り囲まれており、そしてこの弁体は、ディーゼルエンジンの作動シリンダ内へと通じる噴射開口部４、又は作動シリンダに突出する弁ケーシング４７のノズルキャップ２４内に包含されている噴射開口部の導管部１８を開閉する。中間領域で、この弁体は、弁ケーシング４７の嵌合穴内に案内されており、上端で、弁体は、制御室１７ａ内へと突出し、そこで更に圧縮バネ９７の支援を受けて閉鎖方向に押圧されている。制御室１７ａは、一方では弁２５と供給導管１３を介して、燃料を含有する高圧部分に、また他方では導管部分１９とこれを閉鎖可能な制御弁２０を介して、排出導管１０に接続されている。供給導管１３のために、噴射弁２に対して半径方向の接続部９２が設けられており、この接続部は、弁ケーシング４７を把握する接続リング７０と、供給導管１３をケーシングに押圧するネジナット７２を備える。
【０００７】
本発明によれば、緩衝空間４３は、図２による拡大部分縦断面図においても明らかにされているように、二部分から成る弁体１５の噴射開口部４を制御するノズルニードル１５ａとこのノズルニードルの上に位置する弁体部分１５ｂとの間に設けられている。この緩衝空間４３の前後に、一方ではノズルニードル１５ａと弁ケーシング４７との間に構成され、他方では弁体部分１５ｂと弁ケーシング４７との間に構成されるほぼ遊びのないガイド嵌合部４４，４５が接続されている。従って、量を制限された供給もしくは排出が、この緩衝空間４３から隣接する圧力室１４もしくは室４９へと行われるか、又は、隣接する圧力室１４もしくは室４９から緩衝空間４３へと行われる。この緩衝空間４３により得られるノズルキャップ２４の保護の既に述べた著しい利点の外に、別の利点は、噴射弁２の大部分が通常の構成要素から構成することができ、従って製造には比較的経費がかからなくなるという点にある。
【０００８】
噴射弁２が閉鎖され静止している状態にあって、弁体部分１５ｂに対する圧縮バネ９７のバネ力は、ノズルニードル１５ａに向かって作用し、次の噴射過程が行なわれる前に、緩衝空間４３内に存在するノズルニードル及び弁体部分の端面１６，１６’を互いに接触するまで案内するが、その一方、これ等の端面１６，１６’は、弁の開放の後ゆっくりと互いに離間する。つまりこの離間は、圧力室１４，４９から高圧の下でガイド嵌合部４４，４５を経て緩衝空間４３内へと燃料が制限されて流れることに基いて、また、緩衝空間４３の圧力が、ほぼノズルニードル１５ａの噴射側の表面の平均圧力へと降下する理由で行なわれる。次に弁体１５が閉鎖される場合は、ノズルキャップ２４における比較的軽いノズルニードル１５ａの直接の衝突しか生じず、一方、同様に閉鎖方向に移動される弁体部分１５ｂは、この弁体部分とノズルニードルとの間に構成される液体クッションにより緩衝を受け、これにより噴射弁２の最も下の先端において期待される最大負荷の永続的な低減が達成されている。
【０００９】
その他本発明による噴射弁２によれば、例えば、制御弁２０が作動しなくなり、これと関連して噴射開口部４が開放したままとなった場合は、緩衝空間４３が常時燃料を供給され、その結果、ノズルニードル１５ａが、弁体部分１５ｂから、噴射開口部４を閉ざすまで離間することによって、公知の解決策に比べて安全性を高めることができる。
【００１０】
更にこの緩衝空間４３は、特に最大で、ノズルニードル１５ａの横断面積と最大２ミリメートルの隙間寸法とで近似したものに相当する容積を備える。
電磁弁２２７として形成された制御弁２０は制御弁体３８を有し、この制御弁体は、下の端面側の弁座５７により、垂直でありかつ次に水平な排出導管１０へと移行する弁ケーシング４７内の導管部分１９を開閉する。この制御弁体３８は、その弁座５７から出て導管部分１９に連通する穴６０′を備え、この穴は、制御弁体３８の内部で、閉鎖方向においても同じ作用をする閉鎖力を発生させる目的で拡大されている。この目的のためこの穴６０′は、制御弁体３８内で同軸にこの制御弁体内で軸方向に移動可能に配設されたピン６０により上部を限定されており、このピンは、その上端においては制御弁体３８から独立した、本実施例においては、磁心２２に配設され、十分な強度を有するピンの下の端面で支持されている。磁心２２は、その下側の平坦な端面でフォイルディスク６１上に直接載置されており、これによりこのフォイルディスク自体は、弁ケーシングの平坦なリング状面の上に固定されている。その他、磁石アンカー６２とその隣接部分においては、切欠き部６６が設けられており、この切欠き部によって、アンカーを移動させる際に、このアンカーを取り囲む燃料の流れの変更が可能である。切欠き部６６の横断面を適当に選択することによって、往復運動する制御弁体３８の緩衝作用を調節することができる。
【００１１】
図示された噴射弁２では、この弁体１５の上に、速い弁体の閉鎖速度を生じさせるために、他の弁２５が配設されており、この弁は、供給導管１３を介して、制御媒体の高圧部分に接続されるリング状の室２８と、この室を上の端面側で閉鎖するリング状の弁座２７とを備え、この弁座が、開放の際に、高圧部分と補助室１７ｂとの間の付加的な接続を生じさせる。この弁２５は、ノズルニードル１５ａに対して同軸に延在し、弁ケーシング４７内で横側をシールされて案内されている弁体２６を備えることが効果的である。この円筒状の弁体２６と弁ケーシング４７は、共にリング状の室２８とこの室２８を閉鎖する弁座２７を構成する。その際弁体２６は、弁体１５に向けられた一方の端面で制御室１７ａ内へと突出し、他方の端面で、排出導管１０により制御弁２０を経て連通する補助室１７ｂへと突出し、この補助室は、弁体２６内を貫通する絞り穴２３を介して制御室１７ａに接続しており、この絞り穴を周囲から弁座２７が制限する。この弁座は、弁体２６が閉鎖状態でその上部の傾斜したリング状縁部でもってシールするように対応するケーシング穴内のリング状面に対して当接し、かつリング状の室２８が弁体２６を少なくともその上部領域において取り囲むように形成されている。しかしながらこの円錐状に形成された弁座２７は、円筒状の面にも、又は平坦な面にも形成することができる。その他、弁体２６は、供給導管１３を制御室１７ｂに接続する横方向の絞り穴２１を備えており、この穴２１により、高圧部分からこの制御室への制御媒体の永続的な接続が行なわれる。
【００１２】
閉鎖位置では、弁体２６が、その下に存在する弁体１５に対して所定間隔を備え、更にこれ等の間には、両者を離間させるように押圧する圧縮バネ９６が設けられており、その一方、制御弁２０の解放、及びこれに関係する制御室１７ａ内の圧力降下によりもたらされる弁体１５の開放位置では、この弁体１５が、弁体２６の下方の端面に当接する。
【００１３】
制御弁２０の閉鎖の直後には、一方で、横方向の絞り穴２１により圧力上昇が先ず補助室１７ｂで行なわれ、その結果弁体２６がノズルニードル１５ａに向かって移動し、これにより自動的な弁座２７の開放が行なわれる。この開放により、高圧の下にある制御媒体の補助室１７ｂへの付加的な供給流が流れ、これにより、ノズルニードル１５ａは、弁体２６によって高速で閉鎖位置へともたらされる。ノズルニードルが閉鎖位置に達した後、弁体２６は、制御室１７ａ内の圧力上昇とバネ９６のバネ力の支援とに基いて再び逆に上に向かって、つまり弁体の上部のリング状縁部がケーシングの穴内で当接し、従って弁座２７が更にまた閉鎖位置に存在するようになるまで移動する。
【００１４】
図３による噴射弁２では、図示された緩衝空間４３が、第一実施例のように、直接弁ケーシング４７により取り囲まれているのでなく、弁ケーシング内で軸方向に移動可能なリング部材１５ｄにより取り囲まれており、その際、リング部材は弁体部分１５ｂの下端部を構成する。更にまた噴射開口部４を開閉するノズルニードル１５ａは、ほぼ遊びなくこのリング部材１５ｄ内へと突出し、ノズルニードルの上でリング部材１５ｄ内で軸方向に移動可能に配設された間隔ディスク１５ｃと共に緩衝空間４３を限定する。間隔ディスク１５ｃの長さを適当に選択することにより、弁体２６と共に弁体１５によって構成される長さの長さ交差と、ケーシング部分４７，５３によって構成される相応の長さの長さ公差とを相殺することができる。ノズルニードル１５ａは、少なくとも下部領域において、図示された丸くない横断面を有し、これによりこのノズルニードルは、弁ケーシングの丸い穴内に、圧力室のための自由空間を構成する。その他、この噴射弁２は図１の噴射弁と同じように機能するので、もはや全ての詳細を説明しない。この噴射弁は、図１のものに対して、研磨すべき表面を僅かな数しか備えず、ケーシング４７内の精密なガイド嵌合部を省略できるという利点を有し、これにより、靭性の高い材料から製造することができ、いずれにしても、高振動数で振動するノズルニードル１５ａの行程経過が発生する。
【００１５】
図４には、本発明に対して重要な部分における噴射弁２の他の変形例が図示されている。この噴射弁は、それ自身図３による噴射弁と同じように構成されている。しかしこれに対してリング部材１５ｄは、上部の弁体部分１５ｂから独立して設けられている。弁体部分とノズルニードル１５ａは、リング部材１５ｄ内に、このリング部材の内部が丸く形成されている場合は、内部でほぼ遊びなく案内されている。重ねて本発明によれば、ノズルニードル１５ａと弁体部分１５ｂとの間に構成された緩衝空間４３が設けられている。この緩衝空間を取り囲むリング部材１５ｄは内部でシールする管として形成されており、相応に薄肉の壁の場合は、金属材料の代わりに合成物質から構成することもできる。このリング部材は、ノズルニードル１５ａと弁体部分１５ｂの両者の端部へと差し込まれており、これ等の部材と共に固定の座を構成する。これにより弁体１５の緩衝機能が幾分低下する。しかしながらこの噴射弁は低コストで製造可能であり、その内部に組み込まれるリング部材１５ｄは張力を伝達することができ、幾分リンク機能を行なう。このリング部材１５ｄは内部が研磨されており、ノズルニードル１５ａと弁体部分１５ｂに固定されてない場合、端面側でこの弁体部分を把握する圧縮バネ９７が、弁体部分の位置決めのために使用される。
【００１６】
図５による噴射弁は、図４によるリング部材と同じようなリング部材１５ｄを有し、このリング部材は、内部に、弁体部分１５ｂに接続している領域に対してノズルニードル１５ａに接続している領域では異なった直径を備える。このリング部材は、その上端面において圧縮バネ９７を支持している。図示された実施例では、リング部材１５ｄ内の弁体部分１５ｂのガイド横断面がノズルニードル１５ａのガイド横断面より大きい。従って、ノズルニードル１５ａの完全な開放行程は、互いに重なる小さな振動によって達成され、閉鎖の際は、弁体部分１５ｂが、リング部材１５ｄの直径減少部の領域内に構成される当接面に当接する。
【００１７】
制御室へと流れる制御媒体は、通常の場合、燃料であり、この燃料は、言わば貯蔵室に噴射され、次いで噴射開口部を経て燃料シリンダに噴射される。しかし原理として、制御媒体として別な液体も使用できるが、燃料は噴射のためにしか使用されない。
【００１８】
圧力室４９は、原理として、排出導管１０に応じた低い圧力を備える。本発明による緩衝の効果は、ガイド嵌合部４５により構成される通過横断面が、ガイド嵌合部４４により構成される通過横断面に対して１０倍より大きくない場合に保証されている。
【００１９】
本発明は上で説明した実施例で十分説明されている。補足的な変形例としては、ノズルニードル１５ａが二部分から構成されており、緩衝空間がこの二部分から成るノズルニードルの上に配設されることも考えられる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によるこの解決策により、弁先端のノズルキャップが、弁体に直接打撃を加える際に、加速された弁体の全てのマスを受ける必要がないので、速い閉鎖速度でもって弁先端内で衝突するノズルニードルの著しい緩衝が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による噴射弁を経る縦断面図を示す。
【図２】 図１による噴射弁の部分縦断面図を示す。
【図３】 噴射弁の変形例の部分縦断面図を示す。
【図４】 噴射弁の他の変形例の部分縦断面図を示す。
【図５】 噴射弁の更に別な変形例の部分縦断面図を示す。
【符号の説明】
２ 噴射弁
４ 噴射開口部
１０ 排出導管
１３ 供給導管
１４ 圧力室
１５ 弁体
１５ａ ノズルニードル
１５ｂ 弁体部分
１５ｃ 間隔ディスク
１５ｄ リング部材
１６，１６’ 端面
１７ａ 制御室
１７ｂ 補助室
１８ 導管部
１９ 導管部分
２０ 制御弁
２１ 絞り穴
２２ 磁心
２３ 絞り穴
２４ ノズルキャップ
２５ 弁
２６ 弁体
２７，５７ 弁座
２８ リング状の室
３８ 制御弁体
４３ 緩衝空間
４４，４５ ガイド嵌合部
４７，５３ 弁ケーシング
４９ 圧力室
６０ ピン
６０′ 穴
６１ フォイルディスク
６２ 磁心アンカー
６６ 切欠き部
７０ 接続リング
７２ ネジナット
９２ 接続部
９６ 圧縮バネ
９７ 圧縮バネ
２２７ 電磁弁

Claims (8)

1. 弁ケーシング（４７，５３）と、圧力室（１４）から出る燃料の供給が行なわれる作動シリンダ内に開口する少なくとも一つの噴射開口部（４）と、この弁ケーシング（４７，５３）内に移動可能に配設されている多部分から成る弁体（１５）とを有し、弁体（１５）が、弁ケーシング（４７，５３）の内側から噴射開口部（４）に作用し、これにより噴射開口部（４）を制御するノズルニードル（１５ａ）と、このノズルニードルの上に位置する、その上端部が弁ケーシング（４７，５３）の制御室（１７ａ）内へと突出するように配設されている弁体部分（１５ｂ）とから成り、弁体（１５）を制御する弁（２０，２５）を介して操作されるように構成されている内燃機関の燃料噴射装置の噴射弁（２）において、
   ノズルニードル（１５ａ）の上端部と弁体部分（１５ｂ）の下端部との間に、燃料で充填された限定された緩衝空間（４３）が形成されており、この緩衝空間が、弁体（１５）がどの位置にあっても一定の通過横断面を備える供給もしくは排出導管部と接続されていることを特徴とする噴射弁。
2. 緩衝空間（４３）の前後に、一方ではノズルニードル（１５ａ）と弁ケーシング（４７）との間で構成され、また他方では弁体部分（１５ｂ）と弁ケーシング（４７）との間で構成されるほぼ遊びのないガイド嵌合部（４４，４５）が接続されており、従って緩衝空間（４３）が、燃料を含有する圧力室（１４）に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の噴射弁（２）。
3. 噴射弁（２）が閉鎖されている状態にあって、弁体部分（１５ｂ）に支援作用するバネ力が、この弁体部分を、ノズルニードル（１５ａ）に向かって、ノズルニードルの端面（１６）と互いに接触するまで案内し、一方、これ等の端面が、噴射開口部（４）が開放されている状態にあって、圧力室（１４）から緩衝空間（４３）内へと燃料が制限されて流れることに基いてゆっくりと離間するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の噴射弁（２）。
4. 緩衝空間（４３）が、直接弁ケーシング（４７）により取り囲まれているか、又は弁ケーシング内で軸方向に移動可能な又は固定のリング部材（１５ｄ）により取り囲まれていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の噴射弁（２）。
5. リング部材（１５ｄ）が、弁体部分（１５ｂ）の一部であるか、又は弁ケーシング（４７）から独立して案内されていることを特徴とする請求項４に記載の噴射弁（２）。
6. 間隔ディスク（１５ｃ）が、緩衝空間（４３）内に配設されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の噴射弁（２）。
7. 緩衝空間（４３）を限定するノズルニードル（１５ａ）の横断面が、緩衝空間（４３）を限定する弁体部分（１５ｂ）の横断面に対して異なっており、この弁体部分の横断面よりも大きく又は小さく形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の噴射弁（２）。
8. リング部材（１５ｄ）内の弁体部分（１５ｂ）のガイド横断面が、ノズルニードル（１５ａ）のガイド横断面より大きく、これにより閉鎖の際に、弁体部分（１５ｂ）が、リング部材（１５ｄ）の直径減少部の領域内に構成される当接面に当接するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の噴射弁（２）。

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