JPH10512648A - 内燃機関用の燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、内燃機関用の燃料噴射弁であって、弁本体（１）が設けられていて、該弁本体（１）の、燃焼室側の端部に、少なくとも間接的に弁座（１７）が設けられており、弁部材を形成するばね弾性的な弁ダイヤフラム（１９）が設けられていて、該弁ダイヤフラムの縁部が弁本体（１）に対して固定されていて、前記弁ダイヤフラムが、燃料高圧によって充てん可能な圧力室（１１）を、内燃機関の燃焼室への噴射横断面から切り離しており、しかも、プレロード下で密に弁部材シール面（２１）で弁座（１７）に接触する弁ダイヤフラム（１９）が、位置固定の弁座（１７）の上流において圧力室（１１）内に存在する燃料高圧の作用下で、弁座（１７）から持ち上がり可能である形式のものに関する。燃料噴射弁の噴射開始及び噴射終了を検出するために、本発明の構成では、弁ダイヤフラム（１９）が、弁開放運動を検出する電気的なセンサの可動の切換え部材を形成しており、しかも弁ダイヤフラム（１９）が、該弁ダイヤフラム（１９）とは異なる電位で負荷される少なくとも１つの位置固定の接点接続面と共働するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関用の燃料噴射弁 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載の内燃機関用の燃料噴射弁を先行技術と する。ドイツ連邦共和国特許出願Ｐ４４１３２１７．４に基づいて公知のこのよ うな形式の燃料噴射弁では、開放運動を実施する可動の弁部材は、外縁部を緊締 されたダイヤフラムによって形成されている。ダイヤフラムはそのために位置固 定の円錐形の弁座と共働し、この場合この弁座は、弁体から軸方向に突出するピ ンに配置されており、このピンはダイヤフラムの中央の孔に突入している。ダイ ヤフラムはこの場合プレロード下で、孔の縁部に形成されたシール面で円錐形の 弁座に接触しており、このようにして、高圧を充てん可能な圧力室を、燃料供給 される内燃機関の燃焼室内に開口する噴射横断面から切り離している。噴射のた めに圧力室は供給導管を介して高い燃料圧で負荷され、この高い燃料圧は、この 場合ばね弾性的な弁ダイヤフラムのシール面を、プレロードに抗して弁座から持 ち上げ、この結果燃料は、ピンにおける開放制御されたリング間隙と噴射横断面 とを介して、内燃機関の燃焼室内に達する。 この公知の燃料噴射弁にはしかしながら次のような 欠点がある。すなわち公知の燃料噴射弁では、噴射開始及び噴射終了を検出する ためのセンサが設けられていないので、噴射時間及び噴射量に関してなんら正確 な情報もしくは報告を得ることができない。このような報告はしかしながら燃料 噴射弁を、内燃機関のその都度の必要性に最適に適合させるために必要である。 さらにこれらの測定データは、内燃機関の運転中においても最適な噴射をコント ロールするために必要とされ、この結果今日の噴射系は少なくとも噴射開始を検 出することなしには十分機能することができない。 先行技術の燃料噴射弁からは確かに、弁部材の行程運動を検出するためのセン サが公知であり、これらのセンサはしかしながらピストン状の弁部材を備えた燃 料噴射弁に制限されており、このピストン状の弁部材の、燃焼室とは反対側のピ ストン端部には、電磁式のホールセンサが設けられている。このような形式の運 動センサは、請求項１の上位概念に記載の燃料噴射弁においてはしかしながら使 用不可能であり、この結果、弁ダイヤフラムの開放運動を検出するための可能な 限り簡単なセンサ原理を見出すことが望まれている。 発明の利点 請求項１の特徴部分に記載の構成を備えた本発明による内燃機関用の燃料噴射 弁は、先行技術の燃料噴射弁に比べて次のような利点を有している。すなわち本 発明による燃料噴射弁では、いわゆるダイヤフラムノ ズルにおける噴射開始及び噴射終了を、構造的に極めて単純なひいては安価な形 式で検出することができる。このことはこの場合、移動可能な壁を運動センサの 電気的な切換え部材として使用することによって達成され、この切換え部材はこ のために、少なくとも１つの位置固定の接点と共働する。この位置固定の接点は 、有利には円錐形の又は球形の弁座によって形成され、この弁座には低い基準電 位、有利にはアース電位が印加される。移動可能な壁（ダイヤフラム）は供給電 圧によって負荷され、この結果閉鎖された噴射弁においてはかつ弁座に接触して いるダイヤフラムにおいては、第１の電流回路が閉鎖されている。この電流回路 を通る電流はこの場合、適宜な評価回路を用いて検出され、この結果この信号か らは少なくとも１つの確実な報告、つまり噴射横断面が開放されているか又は閉 鎖されているかという報告を取り出すことができ、この場合第１の電流回路にお ける電流中断の時間から噴射時間を、かつ幾何学的な噴射横断面を介して噴射量 を導き出すことができる。さらに、最大の噴射横断面をもった開放時間に関する 報告を得ることが望まれている場合には、弁ダイヤフラムの開放行程運動を制限 する行程ストッパ円板を、電圧電位によって負荷することが可能であり、この結 果第２の電流回路が形成され、この第２の電流回路は、弁ダイヤフラムの最大の 開放位置において、行程円板における該弁ダイヤフラ ム接触を介して閉鎖され、これにより可動の弁部材の別の行程信号を発信する。 ダイヤフラムと行程ストッパ円板との接触は、弁本体における各１つの給電体を 介して行われる。弁本体に対するダイヤフラムの絶縁のために、ダイヤフラムは 、非導電性の材料、有利にはセラミック又は耐熱性プラスチックから成る絶縁円 板とスペーサスリーブとの間に緊締されており、この絶縁円板及びスペーサスリ ーブには、導電体を貫通させるための相応な溝及び孔が設けられている。 噴射横断面が完全に開放された場合における信号検出を省くために、本発明の 有利な構成では、行程ストッパ円板が該行程ストッパ円板を受容する絶縁円板と 一体的に、かつ非導電性の材料から製造されている。 本発明の別の大きな利点は、緊締ナットと、該緊締ナット内に挿入された弁本 体との間に回動防止装置を設けることによって達成され、このような回動防止装 置は、個々の部材を通して導電体を軸方向にケーブル貫通させることによって必 要である。 緊締ナットにおける弁本体の軸方向の緊締は、有利には緊締ナット内に付加的 にねじ込まれた中空ねじによって行われ、この中空ねじはそのリング端面で、弁 本体のリング段部に軸方向で係合し、そして弁本体を、弁ダイヤフラムを含めた その他の部材を緊締しながら、緊締ナットの燃焼室側のストッパに向かって緊締 させる。弁本体はさらに半径方向の一体成形部、有利 には半径方向の切欠きに押し込まれた球をその周面に有しており、この球は、緊 締ナットの内壁における軸方向の長手方向溝内において案内されている。 緊締ナット自体が回転する公知の燃料噴射弁では、常に弁ダイヤフラムと緊締 ナット底部との間で周方向において摩擦結合が生じ、この摩擦結合に基づいてダ イヤフラムはもはや自由にピンの円錐形の弁座においてもはや自由にセンタリン グすることができないのに対して、本発明による構成には、ダイヤフラムがピン に対して必ず同心的に緊締されるという利点がある。そしてこのようにして、ダ イヤフラムにおける弁部材シール面とピンにおける円錐形の弁シール面との間の シール座におけるシール力は、全周にわたって等しいことが保証され、かつ開放 圧が得られた場合にダイヤフラムが座の全周にわたって同時に持ち上がって、回 転対称的な噴流を形成する円形リング横断面を開放することが保証されている。 なお上述の利点を備えた本発明による回動防止装置は、請求項１に記載の運動 センサが設けられていない、いわゆるダイヤフラムノズル構造形式の燃料噴射弁 においても有利である。 図面 次に図面につき本発明による内燃機関用の燃料噴射弁の２つの実施例を説明す る。 第１図は、弁ダイヤフラムの閉鎖位置と最大の開放 行程位置とが検出される、燃料噴射弁の第１実施例を示す縦断面図であり、第２ 図は、燃料噴射弁の閉鎖ポジションだけが検出される、燃料噴射弁の第２実施例 を部分的に拡大して示す図であり、第３図は、第１図に示された第１実施例にお ける回路を概略的に示す図である。 実施例の記載 第１図に示された内燃機関用の燃料噴射弁は、回転対称的な弁本体１を有して おり、この弁本体１はその一方の端部に、燃料噴射ポンプに通じる図示されてい ない高圧導管のための接続部３を有しており、弁本体１の、燃料供給される内燃 機関の燃焼室に向けられた他方の端部には、位置固定の弁ニードル５がねじ込ま れていて、この弁ニードル５は、軸方向で弁本体１から突出しているピン７を有 している。高圧導管接続部３からは軸方向の圧力通路９が延びており、この圧力 通路９は、弁本体１と弁ニードル５とを貫通してピン７において圧力室１１に開 口しており、この場合ダストフィルタ１０が圧力通路９内に挿入されている。圧 力室１１はこの場合半径方向内側をピン７によって、かつ半径方向外側をスペー サスリーブ１３によって制限されており、このスペーサスリーブ１３は調節円板 １５を介して、弁本体１の、圧力室１１に隣接する燃焼室側の端面に、密に接触 している。そしてピン７の、燃焼室に向かって円錐形に先細になる部分は、円錐 形の弁座１７を形成し、この弁座１７には、圧力室１１を燃焼室側において制限 していて弁部材を形成する移動可能な壁１９が、プレロードをかけられて接触し ており、この壁１９は、中央の孔に形成された弁部材シール面２１を備えている 。弁ダイヤフラム１９として形成された移動可能な壁は、この場合円板状であり 、圧力室１１に向かって湾曲されて構成されていて、かつ、ばね弾性的な導電性 の材料、有利には金属から製造されている。弁ダイヤフラム１９はその外縁部に おいて、スペーサスリーブ１３と、燃焼室側において弁ダイヤフラム１９に隣接 する絶縁円板２３との間に緊締されており、この場合絶縁円板２３自体は、絶縁 円板２３の外縁部を覆う、緊締ナット２７のカラー２５に支持されている。弁本 体１を軸方向で受容するこの緊締ナット２７は、カラー２５を有するその端面で 、燃料供給される内燃機関の燃焼室内に突入しており、この場合緊締ナット２７ の中央の開口２８は、噴射横断面を形成しており、この噴射横断面は、絶縁円板 ２３を貫通して弁シール面２１と、この弁シール面２１と共働する弁座面１７と の間に形成されたシール横断面にまで延びている。 緊締ナット２７において弁本体１を軸方向で緊締するために、緊締ナットの、 燃焼室とは反対側の開放した端部には、中空ねじ２９として形成された緊締ねじ がねじ込まれており、この緊締ねじもしくは中空ねじ ２９を貫いて、接続部３を有する弁本体１のシャフト端部が延びており、中空ね じ２９は、緊締ナット２７内に突入するリング端面３１で、弁本体１の周面にお けるリング段部３３に係合している。この場合中空ねじ２９は、弁本体１と調節 ねじ１５とスペーサスリーブ１３と弁ダイヤフラム１９と絶縁円板２３とを、軸 方向で、対応ストッパを形成する緊締ナット２７のカラー２５に押し付けている 。この場合弁本体１の回動及び弁ダイヤフラム１９に隣接する部材１３，２３の 相互の回動もしくは緊締ナット２７に対する回動を回避するために、さらに、弁 本体１の外周壁には半径方向の一体成形部が設けられており、この一体成形部は 図示の実施例では、受容開口に押し込まれた球３５によって形成されている。こ の球３５は、緊締ナット２７の内壁における対応する軸方向の長手方向溝３７に おいて案内されており、この長手方向溝３７は、中空ねじ２９を受容するための ねじ山に隣接する段部を起点として延びている。 緊締された弁ダイヤフラム１９の開放行程運動を制限するために、図示の実施 例ではさらに行程ストッパ円板３９が設けられており、この行程ストッパ円板３ ９は絶縁円板２３における切欠き内に挿入されていて、軸方向に突出するリング ストッパ面４１を有しており、このリングストッパ面４１を貫いてピン７が突出 している。弁ダイヤフラム１９の開放行程運動を検出 するために、弁ダイヤフラム１９は、第１の給電体４３と接点箇所４５とを介し て、その外縁部において供給電圧を負荷され、この場合弁ダイヤフラム１９は、 非導電性の材料から成る絶縁円板２３とスペーサスリーブ１３とを介して、緊締 ナット２７に対して絶縁されている。弁ダイヤフラム１９と共働する電気的な接 点箇所は、第１実施例では弁ニードル５のピン７と行程ストッパ円板３９とによ って形成され、このために弁ニードル５のピン７と行程ストッパ円板３９とは、 導電性の材料から製造されている。この場合ピン７は弁本体１を介して、低い基 準電位、有利にはアース電位（アース）と接続されており、このアース電位は接 点箇所４７において弁本体１に接触している。行程ストッパ円板３９は第２の給 電体４９と別の接点箇所５１とを介して、別の電位に接続されている。この場合 弁ダイヤフラム１９は可動の切換え部材を形成しており、この切換え部材は、第 ３図の切換え回路図に示されているように、交互に第１の電流回路又は第２の電 流回路を閉鎖する。 給電体４３，４９は、スペーサスリーブ１３、調節円板１５及び弁本体１にお ける相応な溝及び孔を介して、外方に向かって案内されており、かつ図示されて いない形式で一緒に接点箇所４７によって、適宜な評価回路に接続されており、 この評価回路は、両方の電流回路のうちの一方の電流回路における電流を記録す る。 本発明による燃料噴射弁は以下に記載のように働く。 燃料噴射弁における高圧噴射の開始前では、圧力室１１は圧力通路９と図示さ れていない高圧導管とを介して単に、低い燃料基準圧によってしか負荷されてい ない。圧力室１１における基準圧（Standdruck）によって生ぜしめられる、弁ダ イヤフラムに作用する力は、この場合弁ダイヤフラムのプレロードよりも小さい ので、この結果弁ダイヤフラムは密に弁座面１７に接触しており、かつ噴射弁を 閉鎖状態に保っている。 噴射を行いたい場合には、高圧ポンプが高圧下にある燃料を、高圧導管と圧力 通路９とを介して圧力室１１内に圧送する。この際に、圧力室１１を負荷する燃 料高圧、ひいてはこの圧力を介して生ぜしめられる弁ダイヤフラム１９における 開放圧は、規定の噴射圧以上では、弁ダイヤフラム１９のプレロードを介して調 節可能な弁ダイヤフラム１９の閉鎖圧を上回り、この結果弁ダイヤフラム１９は 下流側に噴射開口２８に向かって、弁座１７から持ち上がり、そして噴射横断面 を開放し、この噴射横断面を介して燃料は、行程ストッパ円板３９の開口と絶縁 円板２３の開日と緊締ナット２７の開口とを介して、燃料供給される内燃機関の 燃焼室内に流入する。 弁ダイヤフラム１９の最大の開放行程運動は、この 場合行程ストッパ円板３９のリングストッパ面４１における接触によって制限さ れることができる。 噴射動作を終了するために、圧力室１１内への高圧供給が中断され、この結果 圧力室１１における燃料高圧は、迅速に、必要な開放圧を下回る圧力に降下し、 弁ダイヤフラム１９のシール面２１は再び弁座１７と接触する。弁ダイヤフラム １９の開放行程運動は、上に述べた電気的な接点によって検出され、この場合弁 ダイヤフラム１９は電気的な切換え部材として働く。この場合ピン７における弁 ダイヤフラム１９の接触時に、第１の回路が閉鎖され、この回路は、噴射弁の閉 鎖状態のための確実な信号を、相応な評価回路に発する。弁ダイヤフラム１９が 開放行程運動の開始時にピン７の弁座１７から持ち上がると、この第１の電流回 路は中断され、この際のこの電気信号は噴射開始の時点として評価回路によって 記録される。弁ダイヤフラム１９の最大の開放行程位置が得られると、弁ダイヤ フラム１９が行程ストッパ円板３９に接触することによって、第２の電流回路が 閉鎖され、この場合この電気信号は、噴射弁において最大の開放横断面が得られ た時点として、同様に評価回路によって記録される。噴射終了は、ピン７との弁 ダイヤフラム１９の新たな接触及び第１の電流回路の閉鎖によって検出され、そ して評価回路から制御装置へと伝達され、この制御装置において、実際の噴射時 間とひいては噴射量とに関 する正確な報告を得ることができ、この報告は噴射量のコントロール及び連続的 な適合のために使用することができ、このために検出された実際値は、記憶され た特性マップ（Kennfeld）の目標値と比較される。 第２図には、第１図に示された第１実施例による燃料噴射弁の一部が拡大され て第２実施例が示されており、この第２実施例が第１実施例に対して異なってい る点は、単にこの第２実施例では弁ダイヤフラム１９の最大の開放行程位置の検 出が省かれていることだけである。 したがって第２実施例では行程ストッパ円板の電気的な接触を省くことができ るので、絶縁円板２３と行程ストッパ円板３９とは、非導電性の材料から成る共 通の一体の部材６１として構成することができる。この一体的な絶縁円板６１は 、この場合管延長部に、弁ダイヤフラム１９の開放運動を制限するリングストッ パ面４１を有している。 第２実施例の作用形式は、第１実施例の作用形式と同じであり、この場合には 、噴射弁において最大の噴射横断面が得られた場合における信号が検出されない 。しかしながら噴射開始及び噴射終了は、図１に示された実施例と同様に、閉鎖 された又は中断された第１の電流回路によって、ピン７との弁ダイヤフラム１９ の接触接続によって正確に検出することができるので、この結果構造的に極めて 単純なひいては安価なこの 構成によっても、噴射時間及び噴射量に関する確実な報告が得られる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギュンター レヴェンツ ドイツ連邦共和国 71282 ヘミンゲン ヒルシュシュトラーセ 27 (72)発明者 ウーヴェ ゴルドン ドイツ連邦共和国 71706 マルクグレー ニンゲン ダイムラーシュトラーセ 18 (72)発明者 アンドレアス クレー ドイツ連邦共和国 70499 シュツットガ ルト ダイデスハイマー シュトラーセ 61

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関用の燃料噴射弁であって、弁本体（１）が設けられていて、該弁本 体（１）の、燃焼室側の端部に、少なくとも間接的に弁座（１７）が設けられて おり、弁部材を形成するばね弾性的に移動可能な壁（１９）が設けられていて、 該壁（１９）の縁部が弁本体（１）に対して固定されていて、前記壁（１９）が 、燃料高圧によって充てん可能な圧力室（１１）を、内燃機関の燃焼室への噴射 横断面から切り離しており、しかも、プレロード下で密に弁部材シール面（２１ ）で弁座（１７）に接触する移動可能な前記壁（１９）が、位置固定の弁座（１ ７）の上流において圧力室（１１）内に存在する燃料高圧の作用下で、弁座（１ ７）から持ち上がり可能である形式のものにおいて、移動可能な壁（１９）が、 弁開放運動を検出する電気的なセンサの可動の切換え部材を形成しており、該切 換え部材が、移動可能な壁（１９）とは異なる電位を有する少なくとも１つの位 置固定の接点接続面と共働するようになっていることを特徴とする、内燃機関用 の燃料噴射弁。 ２．弁座面（１７）が、弁本体（１）から軸方向に突出するピン（７）の円錐形 の横断面減少部に設けられており、しかもピン（７）に、高圧導管に接続可 能で圧力室（１１）に開口する圧力通路（９）が配置されている、請求項１記載 の燃料噴射弁。 ３．弁部材を形成する移動可能な壁が、弁ダイヤフラム（１９）として構成され ていて、該弁ダイヤフラム（１９）が、ばね弾性的な金属製の材料から製造され ている、請求項１記載の燃料噴射弁。 ４．移動可能な壁（１９）に給電体（４３）を介して供給電圧が印加されており 、かつ弁座面（１７）が弁本体（１）を介して、低い基準電位有利にはアース電 位を負荷されている、請求項１記載の燃料噴射弁。 ５．移動可能な壁（１９）の開放行程運動を制限する行程ストッパ円板（３１） が、別の導電体（４９）を介して、移動可能な壁（１９）における供給電圧とは 異なった電位を負荷されている、請求項４記載の燃料噴射弁。 ６．移動可能な壁（１９）が、非導電性の材料から成るスペーサスリーブ（１３ ）と絶縁円板（２３）との間に緊締されており、燃焼室側において移動可能な壁 （１９）の縁部に接触している絶縁円板（２３）に、受容開口が設けられていて 、該受容開口内に行程ストッパ円板（３９）が挿入されている、請求項４又は５ 記載の燃料噴射弁。 ７．絶縁円板（２３）及び行程ストッパ円板（３９）が、非導電性の材料から成 る一体的な部材（６１） として構成されている、請求項６記載の燃料噴射弁。 ８．移動可能な壁（１９）、行程ストッパ円板（３９）及びアース電位の給電体 （４３，４９）が、評価回路に接続されている、請求項４又は５記載の燃料噴射 弁。 ９．弁本体（１９）が軸方向で緊締ナット（２７）に挿入されていて、該緊締ナ ット（２７）がその燃焼室側の端部に、弁本体（１）のための対応ストッパを有 しており、該対応ストッパに対して弁本体（１）が少なくとも間接的に、移動可 能な壁（１９）の緊張下で、緊締ナット（２７）の、燃焼室とは反対側の開放端 部にねじ込まれた緊締ねじによって、緊締されていて、しかも緊締ナット（２７ ）と弁本体（１）の壁との間に、回動防止装置が設けられている、請求項１記載 の燃料噴射弁。 10．回動防止装置が、弁本体（１）の壁から半径方向に突出する一体成形部によ って形成されていて、該一体成形部が、緊締ナット（２７）の内壁における軸方 向溝（３７）に突入している、請求項９記載の燃料噴射弁。 11．弁本体（１）の壁における一体成形部が、切欠き内に押し込まれた球（３５ ）によって形成されている、請求項１０記載の燃料噴射弁。 12．弁本体（１）を軸方向で緊締する緊締ねじが、中 空ねじ（２９）として構成されており、該中空ねじ（２９）を貫いて弁本体（１ ）のシャフトが延びていて、該中空ねじ（２９）が、緊締ナット（２７）内に突 入しているリング端面（３１）で、弁本体（１）のリング段部（３３）に係合し ている、請求項９記載の燃料噴射弁。