JP2000130285A - 燃料噴射装置 - Google Patents

燃料噴射装置

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JP2000130285A JP11296927A JP29692799A JP2000130285A JP 2000130285 A JP2000130285 A JP 2000130285A JP 11296927 A JP11296927 A JP 11296927A JP 29692799 A JP29692799 A JP 29692799A JP 2000130285 A JP2000130285 A JP 2000130285A
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control piston
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    • F02M61/205—Means specially adapted for varying the spring tension or assisting the spring force to close the injection-valve, e.g. with damping of valve lift

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来技術の不都合な作用が減少された作用か
らなる燃料噴射装置を提供することにある。 【解決手段】 燃料噴射装置は、使用時、加圧燃料源か
ら高圧下の燃料を受容するように配置された燃料入口２
４、出口１４および入口２４と出口１４との間に配置さ
れた蓄積器容積２２からなっている。圧電アクチュエー
タ２９は蓄積器容積２２内に配置されかつ制御室４０内
の燃料圧力を変更するために制御ピストン１９を動かす
ように作動し得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃焼空
間への燃料の供給に使用するための燃料噴射装置に関す
る。とくに、本発明は、燃料噴射装置が圧電アクチュエ
ータを使用して制御される型からなっている、蓄積器ま
たは共通レール型の燃料装置における使用に向けられる
型の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】公知の圧電作動の燃料噴射装置におい
て、圧電アクチュエータは制御ピストンによって占有さ
れる位置を制御するのに作動可能であり、制御ピストン
は、噴射装置の運動を制御するためにこの噴射装置の弁
針と連係する表面によって、部分的に、画成される制御
室内の燃料圧力を制御するために可動である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】かかる装置は、燃料が
制御室から制御ピストンを通って漏洩しようとする欠点
を被り、かかる寄生逃出は比較的不十分である噴射装置
を結果として生じる。さらに、噴射の間中、これにより
噴射装置が共通レールに接続される通路および燃料ライ
ンによって形成される燃料の流れに対する制限が許容し
得ないレベルに降下する燃料噴射装置圧力を結果として
生じる。
【０００４】公知の噴射装置による他の問題は燃料通路
およびラインに沿って伝達される圧力波が噴射の間中望
ましくない弁針の運動を生起するかも知れずかつ第２の
噴射を生じるのに十分な大きさからなることができると
いうことである。
【０００５】本発明の目的は、前述された不都合な作用
が減少された作用からなる燃料噴射装置を提供すること
にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、使用
時、加圧燃料源から高圧下の燃料を受容するように配置
された燃料入口、出口、および前記入口と前記出口との
間に置かれる蓄積器容積からなっており、圧電アクチュ
エータが蓄積器容積内に置かれかつ制御室内の圧力を変
更するために制御ピストンを動かすように作動し得る圧
電作動の燃料噴射装置が提供される。
【０００７】かかる装置は、制御室から離れた制御ピス
トンの端部が高圧において燃料に曝され得るために好都
合である。制御ピストンの長さに沿う燃料圧力の降下
は、それゆえ、減少されることができかつ結果として制
御室からの燃料の漏洩は減少され得る。さらに、理解さ
れることは、かかる蓄積器容積を有する燃料噴射装置を
設けることにより、蓄積器容積の容量に依存して、燃料
入口の上流の燃料通路およびラインによる燃料圧力の降
下作用は減少され得る。
【０００８】連接された接続が圧電アクチュエータと制
御ピストンとの間に好都合に設けられる。かかる装置は
僅かな製造不精密の補償を許容する。連接された接続
は、好都合には、圧電アクチュエータの長さを減少する
ような方法においてこの圧電アクチュエータの付勢時制
御ピストンへの撤退力の印加を許容するように配置され
る。これは、好都合には、圧電アクチュエータの長さが
減少されているとき、前記圧電アクチュエータの端部の
運動に追随するように制御ピストンを引き出すのに役立
つ、部分的な真空が前記圧電アクチュエータと前記制御
ピストンとの間の容積に引き出されるように、前記圧電
アクチュエータと前記制御ピストンとの間に形成される
ように密封体を配置することにより達成される。
【０００９】制御ピストンと圧電アクチュエータとの間
の容積は、所望ならば、制御室と連通することも可能で
ある。
【００１０】圧電アクチュエータが、柔軟な密封剤コー
ティングを、好ましくは、電子整合密封剤コーティング
を備えている。かかるコーティングを設けることは、圧
電アクチュエータへの高圧下の燃料の印加による圧電ア
クチュエータに対する損傷の危険を減少する。圧電アク
チュエータに作用している燃料圧力は、さらに、圧電ア
クチュエータの亀裂の伝搬の危険を減少する圧縮によっ
て積層体を保持している。
【００１１】本発明を、例として、添付図面を参照して
説明する。
【００１２】
【実施例】添付図面に示される燃料噴射装置は、弁針１
２がその中で往復動可能である盲孔１１を備えたノズル
本体１０からなっている。弁針１２は盲孔１１の盲端に
隣接して画成された座と係合のために形作られている。
弁針１２は、盲孔１１の隣接する部分の直径に実質上等
しい直径からなりかつ盲孔１１内の摺動運動のために弁
針１２を案内するように配置された比較的大きな直径の
領域、および盲孔１１により、供給室１３を画成する減
少された直径部分を含んでいる、段付き形状からなって
いる。理解されることは、座との弁針１２の係合が供給
室１３と座の下流に配置された１またはそれ以上の出口
開口１４との連通を制御している。
【００１３】盲孔１１はノズル本体に設けられた穿孔１
６と燐通する環状通路１６を画成するように形作られて
いる。弁針１２は環状通路１５と供給室１３との間に流
路を画成している溝１７を備えている。弁針１２はその
比較的大きいかつより小径領域の相互接続において角度
付き段部を画成し、この段部は、高圧下の燃料が供給室
１３に印加されるとき、燃料の作用が座から離れて弁針
１２を押圧しているこの弁針１２へ力を加えるように供
給室１３内の燃料圧力に曝される推力面を形成してい
る。弁針１２の曝された端面は同様に、圧力下の燃料が
その座に向かって弁針を押圧するように作用する推力面
を形成している。
【００１４】ノズル本体１０は管形状のピストン部材１
９がその中で摺動し得る盲孔を備えているスペーサ部片
１８に当接している。ネジ山付きロッド２０が管状ピス
トン部材によって画成された通路内に係合され、ばね２
１がネジ山付きロッド２０と弁針１２の端面との間に係
合されている。ばね２１は、弁針１２をその座に向かっ
て押圧する、弁針１２に対する偏移力を印加する。理解
されることは、ピストン部材１９の付与された位置に関
して、このピストン部材１９に関連してネジ山付きロッ
ド２０を回転することによるこのネジ山付きロッド２０
の軸方向の位置の調整が弁針１２に対してばね２１によ
って印加されるばね力を変化するということである。
【００１５】スペーサ部片１８は細長い形状からなりか
つ蓄積器容積２２を画成する孔を備えているアクチュエ
ータハウジング２３の端部に当接している。アクチュエ
ータハウジング２３は、高圧燃料ライン（図示せず）に
結合されて、高圧下の燃料源、例えば、適宜に高圧の燃
料ポンプによって適切な高圧に装填される共通レールへ
の燃料噴射装置の接続を許容するように配置された入口
領域２４を備えている。この入口領域２４は燃料の枯れ
から燃料噴射装置への特定の汚染物質を除去するための
縁部フィルタ部材２５を収納しており、使用において、
それにより噴射装置の種々の構成要素に対する損傷の危
険を低減している。縁部フィルタ部材２５によって形成
されたフィルタの綺麗な側は穿孔２６を介して蓄積器容
積２２と連通している。スペーサ部片１８に設けられた
穿孔２７は蓄積器容積２２とノズル本体１０に設けられ
た穿孔１６との間の連通を許容する。キャップナット２
８がノズル本体１０およびスペーサ部材１８をアクチュ
エータハウジング２３に固定するのに使用されている。
【００１６】圧電アクチュエータ積層体２９は蓄積器容
積２２内に配置される。この圧電積層体２９は柔軟な密
封剤材料からなるコーティング３０を備えることがで
き、密封剤材料は電子整合性質からなっている。コーテ
ィング３０は圧電アクチュエータ積層体２９を形成する
個々の要素間の継ぎ目への燃料の進入を阻止または制限
するように作用し、したがって圧電アクチュエータ積層
体２９に対する損傷の危険を低減する。さらに、積層体
は圧力下の燃料によって印加される圧縮負荷を受けるの
で、亀裂の伝搬の危険が低減される。圧電アクチュエー
タ積層体２９は、その下方端において、部分球状凹所を
画成するように形作られるアンビル部材３１を支持して
いる。部分球状形状の領域を含んでいる負荷伝達部材３
２はアンビル部材３１の部分球状凹所に延びている。
【００１７】負荷伝達部材３２は、ネジ山付きロッド２
０がその中に係合する、軸方向に延びている、ネジ山付
き通路を備えている。スペーサまたはシム部片３３が負
荷伝達部材３２と管状ピストン部材１９の隣接する面と
の間にこれらの構成要素の間隔を制御するために配置さ
れている。ネジ山付きロッド部材２０は弁針１２に印加
されるばね力を調整するためにネジ山付きロッド部材２
０を回転するのに使用する工具を受容するように形作ら
れている。
【００１８】負荷伝達部材３２の部分球状面の曲率半径
はアンビル部材３１の部分球状凹所の曲率半径より僅か
に大きい。それゆえ、理解されることは、これらの構成
要素間の係合がアンビル部材３１の外周に隣接して実質
上円形の密封ラインを生じ、そして小さい容積がこれら
の構成要素間に画成されるということである。アンビル
部材３１と負荷伝達部材３２との間の協働はこれらの構
成要素間に不完全な密封を画成するようになり、密封は
燃料が蓄積器容積２２からアンビル部材３１と負荷伝達
部材３２の間に画成された容積へ流れることができる量
を制限するのに十分である。
【００１９】圧電アクチュエータ積層体２９の上方端は
適切な接着剤を使用して第１端子部材３４に固定され、
絶縁スペーサ部材３５が第１端子部材３４と圧電アクチ
ュエータ積層体２９の端面との間に配置されている。第
２の、外方端子部材３６が第１端子部材３４の軸３４ａ
を取り囲み、他の絶縁体部材３７が第１および第２端子
部材間に配置されている。再び、適宜な接着剤が好都合
にはこれらの完全体を互いに固定するのに使用されてい
る。密封部材３８が第２端子部材３６の部分のまわりに
係合する。
【００２０】密封部材３８は、僅かな誤配列および製造
の不精密を補償するために、蓄積器容積２２の端部に開
口する穿孔のまわりに形成される対応して形作られた凹
所内に着座するように配置される部分球状または部分球
状形状の表面を含んでいる。第１および第２端子部材３
４，３６はアクチュエータハウジング２３に設けられた
半径方向の穿孔３９に延び、それにより適切な電気的接
続が圧電アクチュエータの制御を許容するように作られ
得る。蓄積器容積内の燃料圧力は所定位置に種々の構成
要素を保持するのに接着剤を助ける。
【００２１】密封部材３８はポリエチルエーテルケトン
（ＰＥＥＫ）、ＰＰＳまたはＬＣＰのごとき高性能エン
ジニアリング熱可塑性プラスチツク材料から構成される
ことができるか、またはセラミック材料から構成されて
もよい。
【００２２】ばね２１に係合する弁針１２の端面はノズ
ル本体１０、スペーサ部片１８、ピストン部材１９とネ
ジ山付きロッド２０との間に画成された制御室４０内の
燃料圧力に曝される。理解されることは、制御室４０内
の燃料圧力が弁針１２をその座に向かって押圧する弁針
１２への力を印加するのにばね２１を助けるということ
である。
【００２３】使用において、燃料噴射装置が高圧下の燃
料を供給され、かつ圧電アクチュエータ積層体２９が比
較的大きな長さからなる付勢状態を占有していることに
より、ピストン部材１９は制御室４０内の燃料が、ばね
２１の作用に関連して制御室４０内の圧力下の燃料によ
って弁針１２に印加される力が供給室１３内の圧力下の
燃料の作用に対してその座と係合して弁針１２を保持す
るのに十分であることを保証するのに十分な範囲に加圧
される位置を占有する。それゆえ、理解されることは、
燃料の噴射が行われないということである。蓄積器容積
２２内の燃料圧力は高く、かくして比較的小さな圧力降
下がピストン部材１９の長さに沿って発生する。結果と
して、制御室４０から蓄積器容積２２へのピストン部材
１９とスペーサ部片１８との間の燃料の漏洩は低いレベ
ルに制限される。
【００２４】加えて、図２により明瞭に示されるよう
に、スペーサ部片１８は蓄積器容積２２に延びる減径の
領域１８ａを含むように形作られている。蓄積器容積２
２内の圧力下の燃料はスペーサ部片１８への半径方向の
圧縮負荷を印加するスペーサ部片１８のこの部分の外面
に作用しており、かつ結果として、ピストン部材１９と
スペーサ部片１８との間の燃料の漏洩がさらに制限され
る。
【００２５】噴射を開始するために、圧電アクチュエー
タ積層体２９は減少された長さからなる第２の付勢状態
に動くように作動される。示された方向において、圧電
アクチュエータ積層体２９の上方端がアクチュエータハ
ウジング２３に対して固定位置に保持されるので、その
長さを減少するような圧電アクチュエータ積層体２９の
付勢状態における変化はこの圧電アクチュエータ積層体
２９の下方端の上向き運動を結果として生じる。圧電ア
クチュエータ積層体２９の下方端の運動はアンビル部材
３１に伝達される。密封がアンビル部材３１と負荷伝達
部材３２との間に形成されるので、アンビル部材３１の
運動はこれらの構成要素の間に画成された容積内の燃料
圧力を減少し、減少された燃料圧力は圧電アクチュエー
タ積層体２９とともに動くように負荷伝達部材３２を引
き出すのに役立っている。
【００２６】制御ピストン部材１９が負荷伝達部材３２
に固定されるので、圧電アクチュエータ積層体２９の付
勢状態における変化は、制御室４０の容積を増加し、か
つそれゆえ弁針１２に作用する燃料圧力を減少する、ピ
ストン部材１９の運動を結果として生じる。ピストン部
材１９の運動が継続するとき、制御室４０内の圧力下の
燃料の作用は弁針１２がその点を超えてはもはやその座
と係合して保持されない点に減少し、かつ結果として、
燃料は供給室１３から出口開口１４へ流れることがで
き、そして燃料の噴射が始まる。
【００２７】噴射が終了されるとき、圧電アクチュエー
タ積層体２９はその最初の付勢状態に戻され、かつ結果
としてアンビル部材３１と負荷伝達部材３２は実質上そ
の最初の位置にピストン部材１９を戻している下向き方
向に押される。結果として、制御室４０内の燃料圧力は
増加し、かくして弁針１２へより大きな力を印加し、そ
してそれを超えてばね２１に関連して制御室４０内の燃
料圧力が弁針１２をその座との係合に戻すことができる
点が達成される。
【００２８】アンビル部材３１と負荷伝達部材３２との
間の容積は、好都合には、ピストン部材１９とネジ山付
きロッド２０との間の、かつこのネジ山付きロッド２０
と負荷伝達部材３２との間のネジ山係合を介して、制御
室４０と連通している。結果として、噴射の間中、アン
ビル部材３１と負荷伝達部材３２との間の容積は、蓄積
器圧力と制御室圧力との間の、比較的低い圧力で保持さ
れ、制御室４０は比較的低い圧力であり、したがって蓄
積器容積２２から容積へのどのような燃料の漏洩も僅か
な作用からなる。
【００２９】圧電アクチュエータ積層体２９が作動しな
くなりかつピストン部材１９が望ましくない時間周期に
わたってその持ち上げられた位置のままであるならば、
環状通路１５から制御室４０へのおよび／または蓄積器
２２から制御室４０への弁針１２とノズル本体１０との
間の低い量での燃料の漏洩は事実上、弁針１２をその座
との係合に戻しかつ噴射を終了するのに十分な範囲に制
御室４０を加圧する。それゆえ、理解されることは、噴
射装置はフェールセーフであるということである。かか
る漏洩が発生する量は噴射装置の通常の作動が妨害され
ないように十分に低く、そして燃料が噴射の間中制御室
４０へ流れないならば、噴射の終了時、ピストン部材１
９の運動は制御室４０から蓄積器または環状通路への過
剰な燃料を強制する。
【００３０】所望ならば、アンビル部材３１と負荷伝達
部材３２との間に画成された容積と制御室４０との間の
連通は遮断され得る。この場合に、噴射の間中、蓄積器
２２から容積への燃料の漏洩はそれらの間に引き出され
た部分真空を徐々に減少し、かつ結果として、噴射が予
め定めた時間内に終了されないならば、例えば、圧電ア
クチュエータ積層体２９の故障時、その場合に負荷伝達
部材３２はアンビル部材３１から分離し、かつ蓄積器容
積２２内の燃料圧力はピストン部材１９を、制御室４０
内の燃料圧力が弁針１２をその座との係合に戻すのに十
分てある位置に戻す。それゆえ、理解されることは、第
２のフェールセーフが設けられ得るということである。
【００３１】前述された実施例は、蓄積器が噴射装置の
入口装置２４と出口１４との間に設けられるために好都
合である。結果として、噴射の間中、高圧下の顕著な量
の燃料が噴射装置の蓄積器容積２２内に貯えられるの
で、噴射装置と共通レールとの間の高圧ラインによって
形成される流れに対する制限から結果として生じる圧力
の作用が最小にされ得る。
【００３２】前述された装置のさらに他の利点は、高圧
燃料ラインに沿って伝達された圧力波、例えば噴射の終
了後に発生する反射波が蓄積器容器２２への伝達後直ぐ
に供給室１３に達するということである。結果として、
示された方向において上向き方向にピストン部材１９を
押圧する弁針１２およびピストン部材１９上の圧力波の
作用は制御室４０内の燃料圧力を増加するように下向き
方向にピストン部材１９を押圧する蓄積器容積２２内の
圧力波の作用によって対抗される。かかる反射波の伝達
の結果として燃料の第２の噴射の危険がしたがって低減
される。
【００３３】前述された噴射装置はこの噴射装置を比較
的小さい直径にしなければならない用途において使用す
るのに適している。かかる用途において、種々の構成要
素に印加される応力は、種々の構成要素が適切に一直線
に整列されることを保証するために１またはそれ以上の
ダウエルピンを使用するのが実用的でないように十分で
ある。かかるダウエルピンの使用を回避し、かつ種々の
構成要素の正しい方向付けを許容するために、ノズル本
体１０は、好都合には、いったん噴射装置がノズル本体
１０の方向付けの決定を許容するように組み立てられる
と接近し得るスロットまたは溝４１または代替の同一の
形状を備えている。
【００３４】
【発明の効果】叙上のごとく、本発明は、使用時、加圧
燃料源から高圧下の燃料を受容するように配置された燃
料入口、出口および制御室内の燃料圧力を変更するため
に制御ピストンを動かすように作動し得る圧電アクチュ
エータからなっている燃料噴射装置において、この燃料
噴射装置が前記入口と前記出口との間に置かれる蓄積器
容積からなっており、前記圧電アクチュエータが前記蓄
積器容積内に置かれている構成としたので、燃料通路お
よびラインに沿って伝達される圧力波が噴射の間中望ま
しくない弁針の運動を生起するかも知れずかつ第２の噴
射を生じるのに十分な大きさからなることができるとい
う不都合な作用が減少された作用からなる燃料噴射装置
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による燃料噴射装置を示す断面
図である。
【図２】図１の噴射装置の部分を示す拡大図である。
【図３】図１の噴射装置の部分示す拡大図である。
【符号の説明】
１２ 弁針 １３ 供給通路 １４ 出口 １９ 制御ピストン ２２ 蓄積器容積 ２４ 燃料入口 ２９ 圧電アクチュエータ（積層体） ３１ アンビル座部材 ３２ 負荷伝達部材 ４０ 制御室

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 使用時、加圧燃料源から高圧下の燃料を
    受容するように配置された燃料入口（２４）、出口（１
    ４）および制御室（４０）内の燃料圧力を変更するため
    に制御ピストン（１９）を動かすように作動し得る圧電
    アクチュエータ（２９）からなっている燃料噴射装置に
    おいて、この燃料噴射装置が前記入口（２４）と前記出
    口（１４）との間に置かれた蓄積器容積（２２）からな
    っており、前記圧電アクチュエータが前記蓄積器容積
    （２２）内に置かれていることを特徴とする燃料噴射装
    置。
  2. 【請求項２】 連接された接続が前記圧電アクチュエー
    タ（２９）と前記制御ピストン（１９）との間に設けら
    れることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
  3. 【請求項３】 前記連接された接続が前記圧電アクチュ
    エータ（２９）の長さを減少するようにこの圧電アクチ
    ュエータ（２９）の付勢時前記制御ピストン（１９）へ
    の撤退力の印加を許容するように配置されることを特徴
    とする請求項２に記載の燃料噴射装置。
  4. 【請求項４】 前記圧電アクチュエータ（２９）の長さ
    が減少されているとき、前記圧電アクチュエータ（２
    ９）の端部の運動に追随するように前記制御ピストン
    （１９）を引き出すのに役立つ、部分的な真空が前記圧
    電アクチュエータ（２９）と前記制御ピストン（１９）
    との間の容積に引き出されるように、前記圧電アクチュ
    エータ（２９）と前記制御ピストン（１９）との間に密
    封が形成されることを特徴とする請求項３に記載の燃料
    噴射装置。
  5. 【請求項５】 前記圧電アクチュエータ（２９）がアン
    ビル部材（３１）を支持しかつ前記制御ピストン（１
    ９）が負荷伝達部材（３２）を支持し、前記密封が前記
    案ビル部材（３１）と前記負荷伝達部材（３２）との間
    に形成されることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴
    射装置。
  6. 【請求項６】 前記制御ピストン（１９）と前記圧電ア
    クチュエータ（２９）との間の前記容積が前記制御室
    （４０）と連通していることを特徴とする請求項４また
    は５に記載の燃料噴射装置。
  7. 【請求項７】 前記圧電アクチュエータ（２９）が柔軟
    な密封剤コーティングを備えていることを特徴とする請
    求項１ないし６のいずれか１項に記載の燃料噴射装置。
  8. 【請求項８】 前記密封剤コーティングが電子整合密封
    剤コーティングであることを特徴とする請求項７に記載
    の燃料噴射装置。
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