JP2002523670A - ポンプユニットにおける圧力形成を制御するための制御ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、システムにおけるポンプユニットによる圧力形成を制御するための制御ユニットであって、該制御ユニットが制御弁（１）と、該制御弁に結合された弁操作ユニットとを有していて、前記制御弁（１）が、流れ方向内側に向かって開くＩ−弁として形成されており、前記制御弁（１）が、制御ユニットのケーシング（２）において軸方向摺動可能に支承された弁本体（３）を有していて、該弁本体（３）は、制御弁（１）が閉鎖された状態で内側から制御弁（１）の弁座（４）上に載着している形式のものに関する。制御弁（１）の行程が小さい（ｈ_klein）場合に、制御弁（１）の貫流曲線にできるだけ平坦な経過を与えるために、絞り装置（５）が設けられており、制御弁（１）が小さな行程（ｈ_klein）分だけ開かれている場合に、制御弁（１）を通る流れが、前記絞り装置（５）によって絞られることを特徴とする制御ユニットが提案される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、システムにおけるポンプユニットによる圧力形成を制御するための
制御ユニットであって、該制御ユニットが制御弁と、該制御弁に結合された弁操
作ユニットとを有していて、前記制御弁が、流れ方向内側に向かって開くＩ−弁
として形成されており、前記制御弁が、制御ユニットのケーシングにおいて軸方
向摺動可能に支承された弁本体を有していて、該弁本体は、制御弁が閉鎖された
状態で内側から制御弁の弁座上に載着している形式のものに関する。

【０００２】 さらに本発明は、噴射圧を形成し、次いで燃料を噴射ノズルを介して燃焼室内
に噴射するためのポンプユニットを備えた、直接噴射式の内燃機関の燃焼室へ燃
料を供給するための噴射システムに関する。

【０００３】 またさらに本発明は、制御ユニットによって圧力形成を制御するための方法で
あって、前記制御ユニットが、制御弁と、該制御弁に結合された弁操作ユニット
とを有していて、前記制御弁が、流れ方向内側に向かって開くＩ−弁として形成
されており、前記制御弁が、制御ユニットのケーシングにおいて軸方向摺動可能
に支承された弁本体を有していて、該弁本体は、制御弁が閉鎖された状態で内側
から制御弁の弁座上に載着している形式のものに関する。

【０００４】 背景技術 このような形式の制御ユニットは、任意のポンプユニットの圧力形成を制御す
るためのものとして背景技術により公知である。このような制御ユニットは例え
ば、直接噴射式の内燃機関の燃焼室への燃料供給を制御するために使用される。
このような内燃機関は、噴射圧を形成し、次いで噴射ノズルを介して燃焼室内に
燃料を噴射するためのポンプユニットを有している。この内燃機関の噴射システ
ムは例えばポンプ・ノズル・ユニット（ＰＤＥ）またはポンプ・ライン・ノズル
（ＰＬＤ）システムとして形成することができる。

【０００５】 公知の制御ユニットは通常、電磁弁として形成されている。この場合、弁操作
ユニットは、制御弁を操作する電磁石として形成されている。この電磁弁は励起
されていない状態で開かれている。これによりポンプユニットから噴射システム
の低圧領域への自由な貫流が行われ、従ってポンプピストンの吸込行程中ならば
ポンプ室が燃料で充填され、吐出行程中ならば燃料は逆流する。ポンプピストン
の吐出行程中の電磁弁の制御によりこのバイパスは閉鎖される。これにより、シ
ステムの高圧領域において圧力が形成される。従って制御ユニットによってポン
プユニットにおける圧力形成が制御される。

【０００６】 制御弁は、流れ方向で内側に向かって開くＩ−弁として形成されている。Ｉ−
弁は、行程が小さい場合に通常、極めて急な貫流曲線を有している。貫流曲線に
は、弁の行程に応じた、弁を通る貫流の経過が示されている。弁行程が小さい場
合のＩ−弁の貫流曲線の経過が急であることにより、弁行程の変動が僅かであっ
ても貫流量の変動は比較的大きくなる。基本的には行程が小さい場合の貫流量の
変動は、吐出媒体の総量には殆ど影響を与えない。しかしながら使用例によって
は、弁行程が小さい場合に弁を通る貫流量をできるだけ弁行程とは無関係にすべ
きであって、弁行程が小さい場合の貫流曲線のできるだけなだらかな経過が重要
である。

【０００７】 このような使用例は例えば、直接噴射式の内燃機関における燃料供給の制御で
ある。この場合しばしば、いわゆる前噴射が行われる。即ち実際の主噴射の前に
僅かな量の燃料を燃焼室に噴射するのである。このような前噴射によって、内燃
機関の騒音特性および排ガス特性に良い影響を与えることができる。前噴射され
る燃料の量は、内燃機関の特性を所望のように制御するために正確に規定するこ
とができなければならない。前噴射は制御弁の行程が小さい場合に行われる。先
行技術の制御ユニットでは、小さな弁行程の変動で既に、前噴射される燃料の量
に大きな影響が及ぼされる。前噴射量をできるだけ正確に規定するためには従っ
て、行程が小さい場合の貫流曲線は平坦な経過を有しているのが有利である。

【０００８】 行程が小さい場合の貫流曲線の経過をできるだけ平坦に形成するために、先行
技術により、貫流量を電気的に制御することが公知である。しかし電気的な制御
は手間がかかり高価である。

【０００９】 本発明の課題は、先行技術の上記欠点をなくし、冒頭で述べた形式の制御ユニ
ットを改良して、制御弁の行程が小さい場合の貫流曲線が、できるだけ平坦な経
過を有するようにすることである。

【００１０】 この課題を解決するために本発明の構成では、冒頭で述べた形式の制御ユニッ
トを改良して、絞り装置が設けられており、制御弁が小さな行程分だけ開かれて
いる場合に、制御弁を通る流れが、前記絞り装置によって絞られるようにした。

【００１１】 本発明による制御ユニットの制御弁が大きな行程分開かれている場合には、自
由な貫流がポンプユニットから制御弁の弁座を介して、システムの、圧力形成が
制御されるべき低圧領域に与えられる。従ってポンプピストンの吸込行程中には
ポンプ室が吐出媒体により充填されて、吐出行程中には媒体の逆流が行われる。
このシステムでは即ち、圧力は形成されない。

【００１２】 弁操作ユニットの制御により、弁ピストンは制御弁の閉鎖位置の方向に運動す
る。これにより制御弁は、小さな行程分だけ開かれた弁位置にもたらされる。小
さな行程分だけ開かれた制御弁では、依然として貫流が、ただし絞られた貫流が
ポンプユニットから制御弁の弁座を介し、絞り装置を介してシステムの低圧領域
に与えられる。従って、ポンプピストンの吸込行程中には吐出媒体によるポンプ
室の制限された充填が行われ、吐出行程中には吐出媒体の逆流が可能である。シ
ステムの高圧領域では僅かな圧力が形成される。

【００１３】 ポンプピストンの吐出行程中に弁操作ユニットをさらに制御することにより制
御弁は完全に閉鎖され、これによりポンプユニットからシステムの低圧領域への
バイパスは遮断される。これによりシステムの高圧領域において高圧が形成され
る。

【００１４】 制御弁を通って流れる媒体の貫流量は、閉鎖過程中に、完全に開かれた制御弁
での最大値から、完全に閉じられた制御弁での値、０へと急激にに減少すること
はない。小さな行程に達すると、吐出媒体のほぼ一定の僅かな量が制御弁を通っ
て、制御弁が完全に閉鎖されるまで流れる。行程が小さい場合の制御弁の貫流曲
線の経過は、有利には極めて平坦である。これにより弁行程の変動は、貫流量を
殆ど変動させなくなる。貫流量は行程が小さい場合には、弁行程とはほぼ無関係
である。

【００１５】 有利には絞り装置が弁本体に組み込まれている。これにより絞り装置を別個に
制御する必要はなく、弁本体と一緒に、制御弁が完全に開かれた場合のアクティ
ブでない位置から、制御弁の行程が小さい場合のアクティブな位置へともたらす
ことができるという利点が得られる。

【００１６】 本発明の有利な別の構成によれば、弁本体には流れ方向外側に位置するように
別の弁本体が配置されており、該別の弁本体は制御弁の行程が小さい場合には閉
鎖位置にあり、少なくとも１つの絞り孔を有しており、該絞り孔は、制御弁が開
かれた状態で、制御弁の流入部及び流出部と接続される。

【００１７】 有利には別の弁本体が、前記弁本体に軸方向摺動可能に支承されている。この
別の弁本体は、制御弁が閉鎖されている状態で及び制御弁の行程が小さい状態で
に流れ方向で内側から、制御弁に設けられた別の弁座上に載着する。制御弁が完
全に開かれた場合には、即ち行程が大きい場合には、制御弁の弁本体は弁座から
、そして絞り装置の別の弁本体は別の弁座から持ち上がる。吐出される媒体は弁
座及び別の弁座を通ってポンプユニットからシステムの低圧領域へと自由に流れ
る。制御弁が部分的に開かれている場合、即ち行程が小さい場合には、制御弁の
弁本体は依然として弁座から持ち上がっているが、絞り装置の別の弁本体は別の
弁座上に載着する。吐出媒体は絞られてのみ弁座及び別の弁本体の絞り装置を通
って流れる。この場合、システム内には僅かな圧力が形成される。完全に閉鎖さ
れた制御弁では、制御弁の弁本体が弁座上に載着し、吐出媒体は弁座で抑留され
る。この場合システム内では比較的高い圧力が形成される。

【００１８】 有利には、制御弁が閉鎖された状態で、または制御弁の行程が小さい状態で、
別の弁本体が、弁本体と別の弁本体との間で作用するばねエレメントによって別
の弁座に押圧される。

【００１９】 有利には、別の弁本体がストッパを有しており、該ストッパは、制御弁の行程
が大きい状態で弁本体上に載置される。制御弁が閉鎖された状態で、ストッパと
弁本体との間の間隔は、絞り装置がアクティブである間の、小さい弁行程の大き
さに相当する。

【００２０】 本発明により選択的に、別の弁本体が流れ方向外側に弁本体に形成されていて
、前記別の弁本体は、制御弁が閉鎖された状態で、及び制御弁の行程が小さい状
態で、収容孔内にシールされて収容されていて、該収容孔から、制御弁からの流
出部が導出されていることが提案されている。この別の弁本体および収容孔は、
別の弁座を形成し、この別の弁座は制御弁の行程が小さい場合には閉鎖されてい
る。制御弁が完全に開かれた場合には、即ち行程が大きい場合には、制御弁の弁
本体が弁座から持ち上がり、絞り装置の別の弁本体が、収容孔の外側に位置して
いる。吐出される媒体は弁座及び別の弁座を通って、ポンプユニットからシステ
ムの低圧領域へと自由に流れる。制御弁が部分的に開かれている場合には、即ち
行程が小さい場合には、制御弁の弁本体は依然として弁座から持ち上げられてい
るが、絞り装置の別の弁本体は、収容孔によってシールされて収容されている。
吐出媒体は絞られてのみ弁座及び別の弁本体の絞り装置を通って流れることがで
きる。これによりシステムにおいて僅かな圧力が形成される。制御弁が完全に閉
鎖されている場合には、制御弁の弁本体が弁座上に載着し、吐出媒体は弁座にお
いて抑留される。システム内では比較的高い圧力が形成される。

【００２１】 さらに本発明は、直接噴射式の内燃機関の燃焼室内に燃料供給するための噴射
システムであって、噴射圧を形成し、次いで燃料を噴射ノズルを介して燃焼室内
に噴射するためのポンプユニットが設けられており、前記噴射システムが、実際
の主噴射の前に僅かな量の燃料を燃焼室内に前噴射するための手段を有している
形式のものに関する。

【００２２】 このような噴射システムをさらに改良して、前噴射の燃料量を特に正確かつ確
実に制御できるようにするために、本発明により、この噴射システムが、上記の
形式の制御ユニットを有することが提案されている。

【００２３】 本発明はさらに、制御ユニットによってシステムにおけるポンプユニットによ
る圧力形成を制御するための方法であって、前記制御ユニットが、制御弁と、該
制御弁に結合された弁操作ユニットとを有していて、前記制御弁が、流れ方向内
側に向かって開くＩ−弁として形成されており、前記制御弁が、制御ユニットの
ケーシングにおいて軸方向摺動可能に支承された弁本体を有していて、該弁本体
は、制御弁が閉鎖された状態で内側から制御弁の弁座上に載着しており、システ
ム内の圧力を形成するために、制御弁の弁本体が、大きな行程分開放された位置
から、小さな行程分開放された位置を介して、閉鎖された位置へともたらされる
形式のものに関する。

【００２４】 制御弁の行程が小さい場合の貫流曲線ができるだけ平坦な経過を有するように
するために、本発明により、制御弁を通る流れを、弁本体が小さな行程分だけ開
かれる時点から、弁本体が閉鎖される時点まで、絞り装置によって絞ることが提
案されている。

【００２５】 有利にはこの方法が、噴射圧を形成し、次いで燃料を噴射ノズルを介して燃焼
室内に噴射するためのポンプユニットを備えた直接噴射式の内燃機関の燃焼室内
への燃料供給を制御するために使用される。本発明による方法の特にこのような
使用では、本発明の利点が得られる。即ち本発明による方法によれば例えば、前
噴射の燃料量を特に正確かつ確実に制御することができる。何故ならば制御弁を
通る貫流量は、貫流曲線の平坦な経過に基づき、制御弁の弁行程とはほぼ無関係
であるからである。小さな行程の変動によっては従って貫流量は僅かにしか変動
しない。

【００２６】 次に図面につき本発明の有利な２つの実施例を詳しく説明する。

【００２７】 図１には、本発明の第１実施例による制御ユニットの制御弁１が示されている
。この制御ユニットは、任意のシステムにおいてポンプユニットによる圧力形成
を制御するために働く。この制御ユニットは制御弁１と、これに結合された弁操
作ユニット（図示せず）とを有している。制御弁１は、流れ方向１４で内側に向
かって開くＩ−弁として形成されている。制御弁１は、制御ユニットのケーシン
グ２内で軸方向摺動可能に支承された弁本体３を有している。この弁本体３は、
制御弁１が閉鎖されている状態で、内側から制御弁１の弁座４上に載着されてい
る。この制御弁１は絞り装置５を有しており、この絞り装置５によって、制御弁
１を通る流れは、制御弁１が小さな行程分だけ開かれた状態で絞られる。

【００２８】 絞り装置５は弁本体３に組み込まれた別の弁本体６として形成されている。別
の弁本体６は流れ方向で外側に位置するように弁本体３に配置されている。この
別の弁本体６は制御弁１の行程が小さい場合に閉鎖位置にあり、２つの絞り孔７
を有している。これらの絞り孔は、制御弁１が開放された状態で、制御弁１の流
入部８及び流出部９と接続される。別の弁本体６は弁本体３内に軸方向摺動可能
に支承されている。別の弁本体６は制御弁１が閉鎖された状態および制御弁１が
小さな行程の場合に、制御弁１の別の弁座１０上に内側から載着されている。

【００２９】 制御弁１が大きな行程分、開かれた状態では、弁座４も別の弁座１０も開かれ
ている。自由貫流がポンプユニットからシステムの低圧領域に流れ、従ってポン
プピストンの吸込行程中には吐出媒体によってポンプ室が充填され、吐出行程中
には媒体の逆流が可能になる。このシステム内では圧力は形成されない。

【００３０】 制御弁１が小さな行程分だけ開かれた状態では、弁座４は同じく開かれるが、
別の弁座１０は閉鎖されているので、吐出媒体は絞り孔７を介して制御弁１を通
って流れなければならない。この制御弁１を通る絞られた流れに基づき、システ
ムの高圧領域では比較的低い圧力が形成される。

【００３１】 制御弁１が完全に閉鎖された状態では、弁座４も別の弁座１０も閉鎖されてい
る。これによりバイパスは遮断される。このことにより、ポンプユニットからシ
ステムの低圧領域への高圧がシステムの高圧領域において形成される。

【００３２】 別の弁本体６は、弁本体３とこの別の弁本体６との間で作用するばねエレメン
ト１１によって、制御弁１が閉鎖されている場合または制御弁１の行程が小さい
場合に別の弁座１０に押し付けられている。別の弁本体６はストッパ１２を有し
ており、このストッパ１２は、制御弁１の行程が大きい場合に弁本体３上に載置
される。別の弁座１０は特に扁平に形成されている。これにより制御弁１の行程
が大きい場合には、別の弁座１０が開放された後は、できるだけ迅速に貫流値Ｑ
（図３参照）に達する。

【００３３】 図２には、本発明の第２実施例による制御ユニットの制御弁１が示されている
。この実施例では、別の弁本体６は流れ方向外側で弁本体３に形成されている。
別の弁本体６は制御弁１が閉鎖されている状態および制御弁１の行程が小さい状
態で、収容孔１３内にシールされて収容されている。収容孔１３からは制御弁１
からの流出部９が導出されている。別の弁本体６は収容孔１３の縁部とともに別
の弁座１０を形成している。

【００３４】 図１及び図２には小さな行程が符号ｈ_kleinで図示されている。図３には、制
御弁１の行程ｈに依存した貫流曲線Ｑ＝ｆ（ｈ）の経過が示されている。本発明
による制御ユニットの制御弁１の貫流曲線は実線で示されており、これに対して
従来の技術の制御ユニットの制御弁による貫流曲線Ｑの経過は破線で示されてい
る。図３から明らかにわかるように、本発明による制御ユニットにおける制御弁
１による貫流量Ｑは小さい行程ｈ_kleinの場合は極めて平坦な、ほぼ一定の経過
を有している。このことは、本発明による制御ユニットでは、小さい行程ｈ_{klei n} においては制御弁１による貫流量Ｑは、従来の技術による制御ユニットの場合
ほどは制御弁１の行程ｈに依存することはないという利点を有している。ｈ_{klei n} とｈ_maxとの間の比較的大きな行程の場合には、貫流量は、従来の技術により公
知の制御ユニットにより得られる値にまで迅速に上昇する。ｈ_kleinとｈ_maxとの
間の極めて急な上昇は、別の弁座１０の扁平な延び（図１参照）に基づき得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例による制御ユニットの制御弁を示す断面図である。

【図２】 本発明の第２実施例による制御ユニットの制御弁を示す断面図である。

【図３】 本発明による制御ユニットの制御弁による貫流曲線の経過を示す図である。

【符号の説明】

１ 制御弁、 ２ ケーシング、 ３ 弁本体、 ４ 弁座、 ５ 絞り装置
、 ６ 別の弁本体、 ７ 絞り孔、 ８ 流入部、 ９ 流出部、 １０ 別
の弁座、 １１ ばねエレメント、 １２ ストッパ、 １３ 収容孔、 １４
流れ方向

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 システムにおけるポンプユニットによる圧力形成を制御する
   ための制御ユニットであって、該制御ユニットが制御弁（１）と、該制御弁に結
   合された弁操作ユニットとを有していて、前記制御弁（１）が、流れ方向内側に
   向かって開くＩ−弁として形成されており、前記制御弁（１）が、制御ユニット
   のケーシング（２）において軸方向摺動可能に支承された弁本体（３）を有して
   いて、該弁本体（３）は、制御弁（１）が閉鎖された状態で内側から制御弁（１
   ）の弁座（４）上に載着している形式のものにおいて、 絞り装置（５）が設けられており、制御弁（１）が小さな行程（ｈ_klein）分
   だけ開かれている場合に、制御弁（１）を通る流れが、前記絞り装置（５）によ
   って絞られることを特徴とする、ポンプユニットによる圧力形成を制御するため
   の制御ユニット。
2. 【請求項２】 絞り装置（５）が弁本体（３）に組み込まれている、請求項
   １記載の制御ユニット。
3. 【請求項３】 前記弁本体（３）に、流れ方向で外側に位置するように別の
   弁本体（６）が配置されており、該別の弁本体（６）は、制御弁（１）の行程が
   小さい（ｈ_klein）場合に閉鎖位置に位置していて、少なくとも１つの絞り孔（
   ７）を有しており、該絞り孔（７）は制御弁（１）が開かれた状態で、制御弁（
   １）の流入部（８）及び流出部（９）と接続されている、請求項２記載の制御ユ
   ニット。
4. 【請求項４】 別の弁本体（６）が、弁本体（３）内に軸方向摺動可能に支
   承されており、前記別の弁本体（６）は、制御弁（１）が閉鎖された状態で、及
   び制御弁（１）の行程が小さい（ｈ_klein）状態で、流れ方向で内側から、制御
   弁（１）に設けられた別の弁座（１０）上に載着している、請求項３記載の制御
   ユニット。
5. 【請求項５】 制御弁（１）が閉鎖された状態で、または制御弁（１）の行
   程が小さい（ｈ_klein）状態で、別の弁本体（６）が、弁本体（３）と別の弁本
   体（６）との間で作用するばねエレメント（１１）によって別の弁座（１０）に
   押圧される、請求項４記載の制御ユニット。
6. 【請求項６】 別の弁本体（６）がストッパ（１２）を有しており、該スト
   ッパ（１２）は、制御弁（１）の行程が大きい（ｈ＞ｈ_klein）状態で弁本体（
   ３）上に載置される、請求項５記載の制御ユニット。
7. 【請求項７】 別の弁本体（６）が流れ方向外側に弁本体（３）に形成され
   ていて、前記別の弁本体（６）は、制御弁（１）が閉鎖された状態で、及び制御
   弁の行程が小さい（ｈ_klein）状態で、収容孔（１３）内にシールされて収容さ
   れていて、該収容孔（１３）から、制御弁（１）からの流出部（９）が導出され
   ている、請求項３記載の制御ユニット。
8. 【請求項８】 直接噴射式の内燃機関の燃焼室内に燃料供給するための噴射
   システムであって、噴射圧を形成し、次いで燃料を噴射ノズルを介して燃焼室内
   に噴射するためのポンプユニットが設けられており、前記噴射システムが、実際
   の主噴射の前に僅かな量の燃料を燃焼室内に前噴射するための手段を有している
   形式のものにおいて、 前記噴射システムが、請求項１から７までのいずれか１項記載の形式の制御ユ
   ニットを有していることを特徴とする、直接噴射式の内燃機関の燃焼室内に燃料
   供給するための噴射システム。
9. 【請求項９】 制御ユニットによってシステムにおけるポンプユニットによ
   る圧力形成を制御するための方法であって、前記制御ユニットが、制御弁（１）
   と、該制御弁に結合された弁操作ユニットとを有していて、前記制御弁（１）が
   、流れ方向内側に向かって開くＩ−弁として形成されており、前記制御弁（１）
   が、制御ユニットのケーシング（２）において軸方向摺動可能に支承された弁本
   体（３）を有していて、該弁本体（３）は、制御弁（１）が閉鎖された状態で内
   側から制御弁（１）の弁座（４）上に載着しており、システム内の圧力を形成す
   るために、制御弁（１）の弁本体（３）が、大きな行程分開放された位置から、
   小さな行程分開放された位置を介して、閉鎖された位置へともたらされる形式の
   ものにおいて、 制御弁（１）を通る流れを、弁本体（３）が小さな行程分だけ開かれる時点か
   ら、弁本体（３）が閉鎖される時点まで、絞り装置（７）によって絞ることを特
   徴とする、制御ユニットによってシステムにおけるポンプユニットによる圧力形
   成を制御するための方法。
10. 【請求項１０】 噴射圧を形成し、次いで燃料を噴射ノズルを介して燃焼室
    内に噴射するためのポンプユニットを備えた、直接噴射式の内燃機関の燃焼室へ
    の燃料供給を制御するために使用される、請求項９記載の方法。