JP2006510848A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料噴射弁（１）に関し、該燃料噴射弁は圧電式、若しくは電気ひずみ式、若しくは磁気ひずみ式のアクチュエータ（３）、弁閉鎖体（７）の作動のために前記アクチュエータ（３）と作用結合していて閉鎖方向へ弁ばね（９）の戻し力によって負荷されている弁ニードル（６）、及び液圧式の連結器（４）を備えており、該連結器はピストン（２５）を含んでおり、該ピストンは少なくとも部分的に受容開口部（２４）内に入り込んでいて、該受容開口部と一緒に連結器間隙（２７）を形成しており、該連結器間隙は液体で満たされている形式のものにおいて、ピストン（２５）内に中空室（４０）を設けてあり、該中空室は連結器間隙（２７）に向かって開いていて、少なくとも部分的に液体で満たされて、補償室（４２）を成している。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の燃料噴射弁に関する。

圧電式のアクチュエータを備えた燃料噴射弁は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３５３３０８５Ａ１号明細書により公知であり、この場合にアクチュエータは一方で弁ニードルに作用結合していて、他方で液圧式の連結器に支えられている。液圧式の連結器は減衰ピストンを有しており、減衰ピストンは弁上方部分の袋穴内に入り込んでいる。減衰ピストンと袋穴との間に設けられた間隙は、液体で満たされている。リング状のダイヤフラムは連結器の自由な端部を取り囲んでいて、液体で満たされた補償室を形成している。

ピエゾ・アクチュエータは、機械的、熱的及び電気的な負荷に基づき長さ変化を生ぜしめる。ピエゾ・アクチュエータの電気的な負荷、即ち電気的な制御によって生ぜしめられる長さ変化は弁行程運動のために有効に利用される。

液圧式の連結器は噴射段階で、袋穴と減衰ピストンとの間の漏れ間隙から液体を流出させる。このことは弁ニードルの行程損失につながる。通常運転ではピエゾ・アクチュエータは最大２ｍｓで制御される。この場合に連結器間隙は、一方で漏れ損失を最小にし、かつ他方で減衰ピストンを充填段階で再び位置決めできるように規定される。

問題は特定の運転状態、例えば冷間時始動、温間時始動、非常走行若しくは低い系圧力の場合に生じる。冷間時始動は、著しく低い温度（−３０℃）及び圧力（０．５Ｍｐａ）の場合には噴射弁の全負荷量の１２倍までの値を要する。このためにピエゾ・アクチュエータの長い制御時間を必要とし、その結果、液圧式の連結器の漏れ損失は、弁ニードルの弁閉鎖体が弁座に接触して噴射が早期に終了してしまう程度に増大することになる。

請求項１の特徴部分に記載の構成を有する本発明に基づく燃料噴射弁においては利点として、液圧式の連結器はすでに噴射段階の短い時間の経過の後に出発位置へ戻り、この場合に連結器間隙は再び液体で満たされる。ピストン内に形成されて液体で満たされた補償室は、有効な負荷補償及び連結器間隙の確実な充填を保証している。

従属請求項に記載の手段によって、主請求項に記載の燃料噴射弁の有利な改良が可能である。

補償室と連結器間隙との間に絞り開口を設けることによって、噴射段階の漏れ損失は最小にされる。補償室の画成のために弾性的なダイヤフラムを用いることの利点として、熱的及び機械的な負荷、即ち液体に影響を及ぼす圧力変化若しくは容積変化はダイヤフラムによって補償される。

燃料噴射弁の別の実施態様では、補償室内の液体は補償ピストンを用いて負荷されている。これによって補償室内の液体はほぼ一定の圧力に保たれる。

特に有利には補償ピストン、即ち圧力ピストンは差動ピストンとして形成され、該差動ピストンに燃料圧力を作用させるようになっている。これによって系圧力の変動を補償できる。

本発明の実施例を図面に示して、以下に詳細に説明する。図面において、
図１は、本発明に基づく燃料噴射弁の第１の実施例の概略的な縦断面図であり、
図２は、本発明に基づく燃料噴射弁の第２の実施例の概略的な縦断面図であり、
図３は、本発明に基づく燃料噴射弁の第３の実施例の概略的な縦断面図であり、
図４は、図３の実施例に対する変化例の縦断面図である。

図１に示す本発明に基づく燃料噴射弁１は、混合気圧縮外部点火式の内燃機関の燃焼室内へ燃料を直接に噴射するために特に適している。ケーシング２内に圧電式のアクチュエータ３、液圧式の連結器４及び弁ユニット５を互いに同軸的に配置してある。

弁ユニット５は弁ニードル６を含んでおり、弁ニードルは噴射側の端部に弁閉鎖体７を有している。弁閉鎖体７は弁座面１２と一緒に弁ユニット５のシール座１３を形成している。弁ニードル６は段部若しくはカラー８を有しており、段部若しくはカラーは弁ばね９を支えている。弁ばね９は他方の側でケーシング２の内側へ突出するつば１０に支えられていて、シール座１３の閉鎖位置を占めるように弁ニードル６を軸線方向に押圧している。

圧電式のアクチュエータ３はスリーブ１５内に収容されていて、締め付けばね１６によって軸線方向で締め付けられている。アクチュエータ３と弁ニードル６との間にピン状の操作部材１７を介在してあり、操作部材はシール座１３の開放のためにアクチュエータ３の軸線方向のシフト量を弁ニードル６に伝達する。弁ニードル６のアクチュエータ側の端部とスリーブ１５との間に、波形管として形成されたダイヤフラム１８を配置してあり、ダイヤフラムはスリーブ１５内のアクチュエータ室１９を、スリーブ１５とケーシング２との間にある弁内室２０に対して密閉している。弁内室２０は燃料で満たされている。

アクチュエータ室１９は連結器側をアクチュエータヘッド２２によって画成されており、アクチュエータヘッドはアクチュエータ３の軸線方向の端面を支えている。アクチュエータヘッド２２はケーシング２に対して軸線方向摺動可能である。アクチュエータヘッド２２は液圧式の連結器４に向いた側に管状の延長部２３を有しており、管状の延長部はピストン２５のための受容開口部２４を形成している。ピストン２５は、連結器ヘッド２６からの円筒状の突起部として形成されていて、部分的に受容開口部２４内に突入している。

受容開口部２４内でアクチュエータヘッド２２とピストン２５との間に軸線方向でも半径方向でも連結器間隙２７を設けてあり、連結器間隙は液体で満たされている。連結器間隙２７は受容開口部２４の外側で補償室２８に開口しており、補償室はシールダイヤフラム２９によって画成されている。シールダイヤフラム２９は一方で延長部２３の外壁に、かつ他方で連結器ヘッド２６に取り付けられ、有利にはろう付け若しくは溶接されている。シールダイヤフラム２９はスリーブ状に、有利には波形管として形成されている。

連結器ヘッド２６は端面で、弁内室２０を画成するカバー３０に当接していて、該カバーに溶接結合されている。カバー３０は、アクチュエータ３の作動のための導線３４によって軸線方向に貫通されている。さらにカバー３０に袋穴３５を設けてあり、袋穴は横孔６を介して軸線方向の燃料通路３７に接続されている。袋穴３５、横孔６及び燃料通路３７は、燃料噴射弁１への燃料の供給のために用いられている。

アクチュエータヘッド２２と連結器ヘッド２６との間に連結器ばね３８を配置してあり、連結器ばねはアクチュエータヘッド２２を弁ばね９の力に抗して負荷していて、これによってアクチュエータ３の静止状態で、ピストン２５とアクチュエータヘッド２２との間の、受容開口部２４の底部に対する連結器間隙２７を規定している。ピストン２５内に中空室４０を画成してあり、中空室は、流過断面の減少された絞り開口４１を介して連結器間隙２７に接続されている。中空室４０は補償室４２を成していて、液体で満たされている。

燃料噴射弁１は次のように作動する。燃料噴射弁１の静止位置では燃料噴射弁１は、図１に示す位置を占めている。アクチュエータ３を作動させると、アクチュエータは膨張し、該膨張は操作部材１７を介して弁ニードル６に伝達され、その結果、弁閉鎖体７は弁座面１２から離れて燃料噴射弁１を開く。アクチュエータ３の膨張とこれに続く収縮は著しく急速に行われるので、連結器間隙２７は液体で満たされたままであり、その結果、アクチュエータヘッド２２は軸線方向で液体を介して連結器ヘッド２６に支えられる。熱的若しくは機械的な負荷に起因するアクチュエータ３の長さ変化は、液体によって補償され、このために液体は補償室２４若しくは補償室４２内へ流入するか若しくは該補償室から流出する。

図２には、本発明に基づく燃料噴射弁１の第２の実施例を示してある。該実施例においては中空室４０内に補償ピストン４３を設けてあり、補償ピストンは該補償ピストンの外周に配置されたシールリング４４で以て補償室４２をばね室４５に対して密閉している。ばね室４５内に軸線方向の圧縮ばね４６を設けてあり、圧縮ばねはピストンを介して圧力を補償室４２内の液体に生ぜしめている。補償ピストン４３によって、補償室４２の容積は変化させられ得る。

図３には、本発明に基づく燃料噴射弁１の第３の実施例を示してある。該実施例においては中空室４０は、燃料供給のための袋穴３５に向かって開いている。中空室４０に隣接して中間室５０を設けてある。中間室５０は絞り通路５１を介して袋穴３５に接続されており、その結果、中間室５０内には燃料圧力が作用している。補償ピストン４３はプランジャー状の突出部５２を保持しており、該突出部は中間室５０内の燃料圧力を受けるようになっている。即ち補償ピストン４３は該実施例では差動ピストン５３として形成されている。圧縮ばね４６を省略してある。該実施例には連結器ばね３８も設けられていない。

図４は、図３の実施例に対する変化例を示している。この場合に、補償ピストン４３は同じく差動ピストン５３として形成されており、該差動ピストンは中間室５０内の燃料圧力に加えて圧縮ばね４６のばね力も受けるようになっており、圧縮ばねは中空室４０内で段部５５に支えられている。

本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、別の構造の燃料噴射弁１、例えば内側へ開く方式の燃料噴射弁にも、或いは電気ひずみ式又は磁気ひずみ式のアクチュエータを備える燃料噴射弁にも用いられ得るものである。

燃料噴射弁の第１の実施例の概略的な縦断面図 燃料噴射弁の第２の実施例の概略的な縦断面図 燃料噴射弁の第３の実施例の概略的な縦断面図 図３の実施例に対する変化例の縦断面図

符号の説明

１ 燃料噴射弁、 ２ ケーシング、 ３ アクチュエータ、 ４ 連結器、 ５ 弁ユニット、 ６ 弁ニードル、 ７ 弁閉鎖体、 ８ カラー、 ９ 弁ばね、 １０ つば、 １２ 弁座面、 １３ シール座、 １５ スリーブ、 １７ 操作部材、 ２０ 弁内室、 ２２ アクチュエータヘッド、 ２３ 延長部、 ２４ 受容開口部、 ２５ ピストン、 ２６ 連結器ヘッド、 ２７ 連結器間隙、 ２８ 補償室、 ２９ シールダイヤフラム、 ３４ 導線、 ３５ 袋穴、 ３６ 横孔、 ３７ 燃料通路、 ３８ 連結器ばね、 ４０ 中空室、 ４１ 絞り開口、 ４２ 補償室、 ４３ 補償ピストン、 ４４ シールリング、 ４５ ばね室、 ４６ 圧縮ばね、 ５０ 中間室、 ５１ 絞り通路、 ５２ 突出部、 ５３ 差動ピストン、 ５５ 段部

Claims (11)

1. 燃料噴射弁であって、圧電式、若しくは電気ひずみ式、若しくは磁気ひずみ式のアクチュエータ（３）、弁閉鎖体（７）の作動のために前記アクチュエータ（３）と作用結合していて閉鎖方向へ弁ばね（９）の戻し力によって負荷されている弁ニードル（６）、及び液圧式の連結器（４）を備えており、該連結器はピストン（２５）を含んでおり、該ピストンは少なくとも部分的に受容開口部（２４）内に入り込んでいて、該受容開口部と一緒に連結器間隙（２７）を形成しており、該連結器間隙は液体で満たされている形式のものにおいて、ピストン（２５）内に中空室（４０）を設けてあり、該中空室は連結器間隙（２７）に向かって開いていて、少なくとも部分的に液体で満たされて、補償室（４２）を成していることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 補償室（４２）と連結器間隙（２７）との間に、流過断面が減少された絞り開口（４１）を設けてある請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 連結器間隙（２７）は受容開口部（２４）の外側で、シールダイヤフラム（２９）によって画成されていて液体で満たされた補償室（２８）に開口している請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
4. シールダイヤフラム（２９）は波形管によって形成されている請求項３記載の燃料噴射弁。
5. 中空室（４０）内に補償ピストン（４３）を配置してある請求項１から４のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
6. 補償ピストン（４３）は圧縮ばね（４６）のばね力で負荷されている請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 補償ピストン（４３）は差動ピストン（５３）として形成されている請求項５記載の燃料噴射弁。
8. 差動ピストン（５３）は補償室（４２）と逆の側で燃料圧力を作用させられるようになっている請求項７記載の燃料噴射弁。
9. 差動ピストン（５３）は付加的に、圧縮ばね（４６）のばね力で負荷されている請求項８記載の燃料噴射弁。
10. 差動ピストン（５３）はプランジャー状の突出部（５２）を有しており、該突出部は、燃料で満たされた中間室（５０）内に突入している請求項８又は９記載の燃料噴射弁。
11. 中間室（５０）は絞り通路（５１）を介して、燃料噴射弁（１）への燃料供給のために用いられる袋穴（３５）に接続されている請求項１０記載の燃料噴射弁。

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