JP2004011645A

JP2004011645A - 内燃機関のための噴射システムの燃料配分装置としての行程制御される弁

Info

Publication number: JP2004011645A
Application number: JP2003159842A
Authority: JP
Inventors: Peter Boehland; ペーター　ベーラント; Godehard Nentwig; ゴーデハルト　ネントヴィッヒ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2004-01-15
Also published as: US20030222158A1; DE10224689A1; US6945479B2

Abstract

【課題】行程制御される噴射システムのための、予備噴射のために典型的なより小さな噴射量を正確に計量供給するための適切な手段を提供する。
【解決手段】弁体１０，５６内において、弁ニードル２６，６５の軸方向延長部にかつ該延長部に対して同軸的に可動な、弁ニードル２６，６５よりも大きな質量を有する連結体４３，６４が配置されており、該連結体が、弁ニードル２６，６５の開放行程時に、弁ニードルによって操作可能である。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のための燃料噴射システムの燃料計量装置としての行程制御される弁であって、弁座を有する弁体と、弁ニードル戻しばねの抵抗に対抗して弁体内で操作可能な、弁座と協働するシール縁部を有する弁ニードルとが設けられている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の噴射システムのための行程制御される燃料配分弁の設計の場合、弁ニードル速度の選択に関して目標の葛藤がある。システムの最適な出力のためには、高い開閉速度が有利である。なぜならば、この形式では、噴射したい燃料の大部分が弁座における絞りなしに搬送されるからである。しかしながら、弁ニードルが完全に開放されない、極めて小さな噴射量の計量供給（弾道運転（ｂａｌｌｉｓｔｉｓｃｈｅｒ　Ｂｅｔｒｉｅｂ））の場合、低速の弁運動が有利である。なぜならば、弁速度が低下するほど計量供給精度が向上するからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、行程制御される噴射システムのための、予備噴射のために典型的なより小さな噴射量を正確に計量供給するための適切な手段を提供することであるが、この場合、弁座における絞りによる出力損失を同時に可能な限り低減する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、前記課題は、冒頭に述べた形式の行程制御される弁の場合、請求項１の特徴によって解決された。
【０００５】
【発明の効果】
有利には、連結体は弁ニードルに対して次のように配置されている。つまり、連結体が、弁ニードルがその開放行程運動の一部を既に行ってしまった後に初めて弁ニードルによって操作されるようにである。
【０００６】
本発明の有利な別の構成は、請求項３〜１３をも含んでいる。
【０００７】
つまり、本発明の基本概念は、大きな質量を有する連結体による配分弁の弁ニードルの二段階開放にあり、連結体に、弁ニードルが開放時に僅かな行程の後に衝突し、連結体と共に開放運動を継続する。連結体との衝突によって弁ニードルは制動される。弁ニードルは、より長い時間座絞りの領域に滞在し、これにより、少量の計量供給のために使用される時間は、制動されない弁ニードルの場合の時間と比較して著しく増大する。予備噴射量に対する弁ニードルの運動速度の影響が低下し、予備噴射量の著しく正確な計量供給が可能となる。
【０００８】
大きな噴射量の計量供給の場合に場合によっては生じ得る出力損失は小さく保たれることができる。なぜならば、連結体によって、弁ニードルの開放動作のみが影響される必要があるからである。連結体のより大きな質量慣性に基づき、以下のことを容易に行うことができる。つまり、弁ニードルの閉鎖時に、弁ニードルは連結体から分離し、これにより弁ニードルは極めて速い閉鎖運動を行うことができる。
【０００９】
本発明を説明するために、実施例が図面に示されており、この実施例を以下に詳細に説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１には、符号１０が弁体の全体を示しており、この弁体は、軸方向で互いに相前後して接続された３つの部分１１，１２，１３から成っている。弁体部分１１，１２及び１３は、ねじボルト１４，１５若しくは１６，１７によって互いに結合されており、Ｏリングシール１８，１９によって互いにシールされている。
【００１１】
上部の弁体部分１１には、コイル２１と、磁気可動子２２と、電流供給部２３とを備えた電磁石２０が収容されている。電磁石２０のための電流供給部２３は、末端部分２４内に配置されており、この末端部分は、同様にねじボルト１６，１７によって上部の弁体部分１１に固定されており、この上部の弁体部分に対してＯリング２５によってシールされている。
【００１２】
全体を２６で示された弁ニードルは、中間の弁体部分１２に設けられた、弁ニードルガイドとして働く孔２７内で軸方向に可動に案内されている。中間の弁体部分１２に設けられた、弁ニードル２６を環状に取り囲んだ第１の圧力室２８へ開口したチャネル２９は、３ポート２位置弁の高圧供給のために働き、いわゆるコモンレール（図示せず）から導かれている。第１の圧力室２８の下方には、同様に環状に形成された第２の圧力室３０が位置しており、この第２の圧力室から、噴射ノズルまで導かれたチャネル３１が出発している。弁ニードル２６は、符号３２においてシール縁部を有しており、このシール縁部は、第２の圧力室３０の上方に形成された弁座３３と協働する。
【００１３】
下部の弁体部分１３には、後側から、ポット状の挿入体３４がねじ込まれており、この挿入体は、切欠３５を有している。ポット状の挿入体３４の上部の端面３６は、段状の案内ブシュ３７に当接しており、この案内ブシュ３７は、ポット状の挿入体３４の上方において、一部は下部の弁体部分１３の切欠３８内に、一部は案内孔２７内に、圧力室３０の下方に配置されている。案内ブシュ３７は切欠３９を有しており、この切欠は、いわゆるポット状の挿入体３４の切欠３５の上部延長部を形成している。両切欠３５，３９は、弁押圧ばね４０を収容するために働き、弁押圧ばね４０は、一方で（下方において）ポット状挿入体３４の切欠３５の底部に、他方で（上方において）ディスク４１を介して弁ニードル２６に対して支持されており、弁ニードル２６は矢印方向４２で力負荷されている。したがって、弁押圧ばね４０によって、（電磁石２０が通電されていない場合）弁ニードル２６は、図１に示した閉鎖位置に保持される。
【００１４】
特徴は、ポット状の挿入体３４の下方において連結体４３が下部の弁体部分１３の孔４４内で軸方向摺動可能に配置されていることである。連結体４３は、弁ニードル２６に対して同軸的に位置したピン部分４５を有しており、このピン部分４５は、孔４６においてポット状の挿入体３４を貫通しており、上方に向かって切欠３５，３９に突入しており、この場合、ピン部分は、弁押圧ばね４０によって同心的に取り囲まれている。ピン部分４５は、弁ニードルの下端部とピン部分４５の上端部との間に間隙４７が形成されているように、（閉鎖位置に位置した）弁ニードル２６の僅かに下方において終わっている。連結体４３の重要なことは、連結体が、弁ニードル２６よりも著しく大きな質量を有しているということである。連結体４３は、平坦な、上部の行程ストッパ４８と、同様に平坦な下部の行程ストッパ４９とを有している。連結体４３の上部の行程ストッパ４８は、上部の対抗ストッパ５０と協働し、この対抗ストッパ５０は、ポット状の挿入体３４の下部の端面によって形成されている。押圧ばね５１によって、弁ニードル２６の閉鎖位置において、連結体４３の上部の行程ストッパ４８と対抗ストッパ５０とは当接させられている。この場合、押圧ばね５１は、弁体部分１３の下方に配置されていてかつこの弁体部分１３と結合された保持部分５３の切欠５２に収容されている。保持部分５３は、上側５４において、連結体４３の下部の行程ストッパ４９のための下部の対抗ストッパを形成している。
【００１５】
図１に示され、前述された３ポート２位置弁は以下のように働く。
【００１６】
電磁石２０の通電されていない状態において、弁ニードル２６は弁押圧ばね４０によって弁座３３へ押し付けられ、弁座３３を閉鎖する。今や電磁石２０が通電されると、電磁石の磁力が弁ニードル２６に作用し、弁ニードルを開放方向５５に移動させる。弁が開放され、燃料が搬送される。短い行程の後、すなわち典型的な予備噴射の間に弁ニードル２６が移動する行程よりも小さな間隙４７を閉鎖した後、弁ニードル２６は連結体４３に衝突する。連結体４３の質量慣性に基づき、弁ニードル２１は制動される。磁力がさらに増大するので、今や連結体４２及び弁ニードル２６は共にさらに弁開放方向５５へ移動する。電磁石２０の制御継続時間に応じて、弁ニードル２６は、連結体４３と共に、下部の対抗ストッパ５４（この下部の対抗ストッパに、連結体４３が、下部の行程ストッパ４９において当接する）に到達するか、又は既にその前に再び閉鎖運動（矢印方向４２）を開始する。
【００１７】
この閉鎖運動時、連結体４３は、弁ニードル４６よりも大きな質量慣性のために、弁ニードル２６から分離し、押圧ばね５１によって比較的ゆっくりと、図１に示された出発位置へ移動させられ、この出発位置において、連結体４３の上部の行程ストッパ４８は、（上部の）対抗ストッパ５０と当接する。したがって、連結体４３が（上部の）出発位置に到達するよりも著しく速く弁ニードル２６は閉鎖する。
【００１８】
図２は、サーボ液圧作動式燃料噴射弁である、コモンレールインジェクタ（ＣＲ−インジェクタ）を基にして、連結質量による段階的な弁開放の同様の機能を示している。
【００１９】
符号５６は、ケーシングボディを示しており、このケーシングボディ５６は、それぞれ一体形成された流出管片５７とプラグケーシング５８とを備えており、プラグケーシング５８は、全体を符号６０で示された電磁石のための電流端子５９を備えている。同様にＣＲ−インジェクタのケーシングボディ５６と結合された高圧接続部は符号６１で示されている。この高圧接続部６１は、高圧燃料供給部（いわゆるコモンレール）（図示せず）に接続されている。ケーシングボディ５６内には、多数の段付けされた軸方向切欠６２が設けられており、この軸方向切欠には弁制御ピストン６３と、連結体６４と、弁ニードル６５とが軸方向で可動に配置されている。連結体６４は軸方向孔６６を有しており、この軸方向孔６６を弁制御ピストン６３が貫通している。したがって、連結体６４は、いわゆる中空体若しくは環状体として形成されている。
【００２０】
さらに、符号６７は弁制御室を示しており、この弁制御室６７内には、弁球体６９を備えた磁気制御弁６８が配置されている。弁球体６９は、磁気制御弁６８の円錐形弁座７０と協働する。戻し押圧ばね７１は、弁ニードル６５を、図２に示した位置に保持し、この位置において弁ニードル６５は、ケーシングボディ５６の下端部に設けられた噴射ノズル７２を閉鎖している。連結体６４は、別の戻し押圧ばね７３によって、図２に示した（下方の）出発位置に保持され、この位置において、連結体６４と、弁制御ピストン６３の拡径部７４との間に狭い間隙７５が形成されている。
【００２１】
さらに、ケーシングボディ５６の内部には圧力チャネル７６が延びており、この圧力チャネル７６は、高圧接続部６１と液圧的に接続されており、噴射ノズル７２への燃料供給部として働く。弁制御ピストン６３の上方には制御室７７が形成されており、この制御室７７は、流入絞り部７８を介して圧力チャネル７６に、また、流出絞り部７９を介して弁制御室６７及び燃料戻り部８０に液圧的に接続されている。したがって、燃料は、高圧接続部６１から圧力チャネル７６を介して噴射ノズル７２へ、及び流入絞り部７８を介して制御室７７へ案内される。燃料戻り部８０との制御室７７の液圧的な接続は、流出絞り部７９を介して、磁気制御弁６８が開放することによって形成される。
【００２２】
流出絞り部７９が閉鎖されている状態において、制御室７７から弁制御ピストン６３に作用する液圧力は、高圧チャネル７６内の燃料によって圧力室８１を介して弁ニードル６５の圧力段部８２に加えられる液圧力よりも大きくなる。その結果、弁ニードル６５は符号７２で示した座部に押し付けられ、内燃機関の燃焼室（図示せず）に対して高圧チャネル７６を密閉する。したがって、燃料は燃焼室に到達することができない。
【００２３】
符号８３で示された電磁石６０のコイルが通電されると、磁気制御弁６８を作動させる磁気可動子８４に、矢印方向８５で力が加えられ、この力によって磁気制御弁６８及び流出絞り部７９が開放される。これにより、制御室７７内の圧力が低下し、弁ピストン６３に対する液圧力が対応して低減する。制御室７７から制御ピストン６２に矢印８６の方向で作用する液圧力が、圧力室８１から圧力段部８２を介して弁ニードル６５に加えられる力よりも小さくなると、弁ニードル６５が矢印８５の方向に移動し、噴射ノズル７２を開放させる。噴射ノズル７２を通って、今や燃料が高圧チャネル７６から内燃機関の燃焼室に到達する。
【００２４】
前記プロセスは、液圧式力増大システムを介した弁ニードル６５の間接的な制御である。このプロセスは、弁ニードル６５の比較的迅速な開放のために必要な力が磁気弁６８によって直接に生ぜしめることができないため、使用される。この場合付加的に、噴射される燃料量に必要とされるいわゆる制御量が、制御室７７の絞り部７８，７９を介して燃料戻り部８０に到達する。
【００２５】
今や特徴は、弁制御ピストン６３が、矢印８５の方向に移動する弁ニードル６５によって圧力段部８７を介して作動させられる前記開放運動時に、短い行程の後、すなわち間隙７５の幅を閉鎖した後、連結体６４に衝突するということである。連結体の比較的大きな質量と、これにより生ぜしめられる質量慣性力（これは矢印８６の方向に作用する）とにより、弁制御ピストン６３及び弁ニードル６５は、開放運動（矢印方向８５）において制動される。
【００２６】
弁ニードル６５の閉鎖運動（矢印８６の方向で）は、電磁石６０における電流遮断によって導入される。磁気可動子８４に矢印８６の方向で作用する押圧ばね８８は、今や、弁球体６９が弁座７０及び流出絞り部７９を閉鎖するまで、磁気制御弁６８を対応して操作することができる。弁制御室７７には、今や、流入絞り部７８を介して、高圧チャネル７６内に生じる圧力が発生する。同じ圧力は、弁ニードル６５の室容積（圧力室８１）内にも生じる。レールの高圧によって弁制御ピストン６３の端面に加えられる力と、矢印８６の方向に作用する戻し押圧ばね７１とによって、弁ニードル６５は、弁ニードル６５の圧力段８２に加わる開放力に抗して閉鎖される。
【００２７】
連結体６４の質量よりも弁制御ピストン６３／弁ニードル６５のシステムの質量の方が小さいので、前述の閉鎖運動の場合に、システム６３／６５は連結体６４から分離され、これにより、弁ニードル６５の閉鎖運動は、迅速に、連結体６４の質量慣性力によって制動されることなく行われることができる。連結体６４は、戻し押圧ばね７３によって矢印８６の方向に力負荷され、図２に示した出発位置に移動させられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直接制御される、いわゆる３ポート２位置弁の実施形態を示している。
【図２】コモンレール型インジェクタの実施形態を示している。
【符号の説明】
１０　弁体、　１１　上部の弁体部分、　１２　中間の弁体部分、　１４　下部の弁体部分、　１４，１５，１６，１７　ねじボルト、　１８，１９　Ｏリングシール、　２０　電磁石、　２１　コイル、　２２　磁石可動子、　２３　電流供給部、　２４　末端部分、　２５　Ｏリング、　２６　弁ニードル、　２７孔、　２８　第１の圧力室、　２９　チャネル、　３０　第２の圧力室、　３１　チャネル、　３２　シール縁部、　３３　弁座、　３４　挿入体、　３５　切欠、　３６　端面、　３７　案内ブシュ、　３８，３９　切欠、　４０　弁押圧ばね、　４１　ディスク、　４２　矢印、　４３　連結体、　４４　孔、　４５　ピン部分、　４６　孔、　４７　間隙、　４８，４９　行程ストッパ、　５０　対抗ストッパ、　５１　押圧ばね、　５２　切欠、　５３　保持部分、　５４　上側、　５６　ケーシングボディ、　５８　プラグケーシング、　６０　電磁石、　６１　高圧接続部、　６２　軸方向切欠、　６３　弁制御ピストン、　６４　連結体、　６５　弁ニードル、　６６　軸方向孔、　６７　弁制御室、　６８　制御弁、　６９　弁球体、　７０　弁座、　７１　戻し押圧ばね、　７２噴射ノズル、　７３　戻し押圧ばね、　７４　拡径部、　７５　間隙、　７６圧力チャネル、　７７　制御室、　７８　流入絞り部、　７９　流出絞り部、８０　燃料戻り部、　８１　圧力室、　８２　圧力段部、　８３　コイル、　８４　磁気可動子、　８５，８６　矢印、　８７　圧力段部

Claims

内燃機関のための燃料噴射システムの燃料配分装置としての行程制御される弁であって、弁座（３３，７２）を有する弁体（１０，５６）と、弁ニードル戻しばね（４０，７１）の抵抗に対抗して弁体（１０，５６）内で操作可能な、弁座と協働するシール縁部（３２）を有する弁ニードル（２６，６５）とが設けられている形式のものにおいて、弁体（１０，５６）内において、弁ニードル（２６，６５）の軸方向延長部にかつ該延長部に対して同軸的に可動に、弁ニードル（２６，６５）よりも大きな質量を有する連結体（４３，６４）が配置されており、該連結体が、弁ニードル（２６，６５）の開放行程時に、弁ニードルによって操作可能であることを特徴とする、行程制御される弁。
前記連結体は、弁ニードルがその開放運動の一部を既に行った後に初めて弁ニードル（２６，６５）によって操作されるように弁ニードル（２６，６５）に関して配置されている、請求項１記載の行程制御される弁。
前記弁ニードル（２６）が、一方の端部において電磁石（２０）によって開放方向（５５）に、他方の（自由）端部において弁戻しばね（４０）によって閉鎖方向（４２）に操作可能であり、弁ニードル（２６）が、戻しばね側端面において連結体（４３）と協働するようになっている（図１）、請求項１又は２記載の行程制御される弁。
弁ニードル（２６，６５）の閉鎖位置において、弁ニードルの、連結体（４３，６４）に面しかつ該連結体を操作する端面と、連結体（４３，６４）の、弁ニードル（２６，６５）と協働する端面との間に、軸方向の間隙（４７，７５）が形成されており、弁ニードル（２６，６５）が、該弁ニードルの開放運動の一部の後に初めて連結体（４３，６４）と接触するようになっている、請求項１から３までのいずれか１項記載の行程制御される弁。
前記弁ニードル（２６，６５）の第１の開放行程が予備噴射を行い、第２の開放行程が、（続いて）主噴射を行うようになっており、弁ニードル（２６，６５）と連結体（４３，６４）との協働する両端面の間に形成された軸方向の間隙（４７，７５）が、弁ニードル（２６，６５）の、予備噴射を行う開放行程よりも小さい、請求項４記載の行程制御される弁。
前記連結体（４３）が、弁体（１０）内での連結体の軸方向可動性を制限する２つのストッパ（４８，４９）を有しており、これらのストッパが、両側においてそれぞれ、弁体（１０，１３）又は該弁体に結合された部分（５３）に設けられた対抗ストッパ（５０若しくは５４）と協働するようになっている（図１）、請求項１から５までのいずれか１項記載の行程制御される弁。
前記連結体（４３）が、弁ニードル（２６）とは反対側の後側（４９）において押圧ばね（５１）によって負荷されており、連結体が、弁ニードル（２６）の閉鎖位置において、弁ニードル側の第１の（上部の）行程ストッパ（４８）において、弁体（１０，１３）に対応配置された対抗ストッパ（５０）と当接させられる（図１）、請求項４から６までのいずれか１項記載の行程制御される弁。
前記連結体（４３，６４）が、弁ニードル（２６，６５）によって開放方向（５５，８５）にのみ操作可能であり、閉鎖方向（４２，８６）では操作可能ではない、請求項１から７までのいずれか１項記載の行程制御される弁。
前記連結体（４３）の第１の（上部の）ストッパ（４８）のための対抗ストッパ（５０）が、ポット状の挿入体（３４）の後側の端面によって形成され、連結体（４３）が、弁ニードル側において、弁ニードル（２６）に対して同軸的なピン部分（４５）を有しており、該ピン部分が、孔（４６）において、弁体挿入体（３４）の底部を貫通しておりかつ、連結体（４３）を操作するために弁ニードル（２６）と協働するようになっている（図１）、請求項６から８までのいずれか１項記載の行程制御される弁。
弁ニードル戻しばね（４０）が、ポット状の弁体挿入体（３４）によって収容されており、連結体（４３）のピン部分（４５）を同心的に取り囲んでいる（図１）、請求項９記載の行程制御される弁。
多数の部分から成る弁体（１０）が設けられており、第１の（上部の）弁体部分（１１）が、弁ニードル（２６）を操作するために働く電磁石（２０）を有しており、第２の（中間の）弁体部分（１２）には弁ニードル（２６）が案内されておりかつ弁座（３３）と、圧力室（２８，３０）と、圧力チャネル（２９，３１）とが形成されており、中間の弁体部分（１２）には弁ニードル開放方向（５５）で第３の（下部の）弁体部分（１３）が接続しており、該第３の（下部の）弁体部分（１３）が、連結体（４３）を収容するために働くようになっている（図１）、請求項１から１０までのいずれか１項記載の行程制御される弁。
前記弁ニードルが、高圧供給部（コモンレール）から送られてくる、高圧接続部（６１）と該高圧接続部に接続した高圧チャネル（７６）とに供給される燃料によって、弁制御ピストン（６３）を介して、閉鎖方向（８６）及び開放方向（８５）に操作可能であり、磁気制御弁（６８）が設けられており、該磁気制御弁（８６）が、電磁石（６０）によって制御されて、高圧接続部（６１）若しくは高圧チャネル（７６）と液圧式に接続された２つの絞り部（７８，７９）を介して、弁制御ピストン（６３）及び弁ニードル（６５）の高圧操作を制御するようになっており、前記連結体（６４）が中空体若しくは環状体として形成されておりかつ、弁ニードル（６５）に対して同軸的に位置した貫通孔（６６）を有しており、該貫通孔を、弁制御ピストン（６３）が貫通している（図２）、請求項１，２，４，５又は８のうちのいずれか１項記載の行程制御される弁、特にコモンレールインジェクタ。
弁制御ピストン（６３）が、連結体（６４）よりも弁ニードル側において、段付けされた拡径部（７４）を有しており、該拡径部の直径が、連結体（６４）の貫通孔（６６）の内径よりも大きく、前記拡径部（７４）が、連結体（６４）を弁開放方向（８５）で操作するために働くようになっており、弁ニードル（６５）の閉鎖位置において、連結体（６５）の弁ニードル側（下側の）端部と、弁制御ピストン（６３）の拡径部（７４）との間に、軸方向の間隙（７５）が形成されている（図２）、請求項１２記載の行程制御される弁。