JP2001512548A - 液体を制御するための弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 操作のために液体を充填された連結室（３０）を備えており、この連結室がピエゾアクチュエータ（３２）によって操作可能な変換ピストン（３５）と弁部材を操作するピストンとの間に配置されている、液体を制御するための弁が提案される。高圧下にある連結室（３０）内の漏れを補償するために充填弁（３９）が設けられており、この充填弁は変換ピストン（３５）とピエゾアクチュエータ（３２）との間に配置されている。ピエゾアクチュエータ（３２）の各々の戻り行程で変換ピストン（３５）はピエゾアクチュエータに遅れて追従するので、充填弁（３９）は短時間開き、連結室（３０）の充填を可能にする。この弁は自動車の内燃機関のための燃料噴射装置に使用するためのものである。

Description

【発明の詳細な説明】 液体を制御するための弁 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の液体を制御するための弁に関 する。このような形式の弁は、ヨーロッパ特許出願公開第０４７７４００号明細 書により公知である。この公知の弁では弁部材の操作ピストンが段付き孔の、直 径の小さい方の部分に密に摺動可能に配置されている。これに対して、段付き孔 の直径の大きい方の部分には、ピエゾアクチュエータによって運動させられる、 より大きい直径を有する変換ピストンが配置されている。両ピストンの間には液 圧的な室が緊定されており、しかもこの場合、変換ピストンがアクチュエータに よって規定の移動距離だけ運動させられると、弁部材の操作ピストンが段付き孔 直径の変換比分だけ増大された距離を運動させられるようになっている。弁部材 、操作ピストン、より大きい直径を有する変換ピストンおよびピエゾアクチュエ ータは、共通の軸線に沿って配置されている。 このような弁では、ピエゾアクチュエータ、弁または弁ケーシングの長さ変化 を液圧的な連結によって補償するという問題がある。ピエゾアクチュエータは弁 を開くために連結室内において圧力を形成するので、 この圧力は連結室液体の損失をも招く。ポンプ作用によって連結室が空になるこ とを防ぐために再充填が必要である。このような再充填を実施するための装置は 、冒頭に記載した公知先行技術により既に知られているが、可能な両流れ方向で 常時開いている、連結室と貯蔵容器との間の接続が設けられており、このような 接続がピエゾアクチュエータの作業特性に著しい影響を与えるという欠点がある 。特にこれによって拡大された容積は、連結室によって形成される水柱の伝達剛 性を減少させる圧縮性を招く。 発明の利点 これに対して、請求項１の特徴部に記載の本発明による弁は、次のような利点 を有している。すなわち、連結室の充填が弁機能を介して簡単に達成され、ひい ては変換ピストンと弁を操作するピストンとが常時互いに等しい間隔を置いてい る。さらに、連結室の充填が簡単な手段で達成可能であることが有利である。 図面 以下に、本発明の実施例を図面に基づき詳しく説明する。第１図は、燃料噴射 弁の断面図を示しており、第２図は、連結室におけるピストン配置を示しており 、第３図は、圧力線図を示している。 実施例の説明 本発明による弁は、第１図に主要部分のみを断面図で示した燃料噴射弁におい て用いられる。この燃料噴 射弁は弁ケーシング１を有しており、この弁ケーシング１では長手方向孔２内に おいて弁ニードル３が案内されている。弁ニードル３は、ここでは詳しく説明し ない公知の形式で閉鎖ばねによって閉鎖方向で予荷重をかけることができる。弁 ニードルはその一方の端部に、円錐状のシール面４を備えており、このシール面 ４は弁ケーシングの、燃焼室内に突入した先端部５で弁座６と協働する。この弁 座６からは複数の噴射口が導出されており、これらの噴射口は、噴射弁の内部を 、図示の実施例では弁ニードル３を取り囲んでいて噴射圧力下にある燃料で充填 された環状室７を、燃焼室と接続する。こうして、弁ニードルがその弁座から持 ち上げられると、燃料噴射が行われる。環状室は別の圧力室８と接続されており 、この圧力室８は圧力管路１０と常時連通している。この圧力管路１０を介して 燃料高圧アキュムレータ９から燃料噴射弁に噴射圧力下の燃料が供給される。こ の高い燃料圧力は圧力室８内でも受圧肩部１１に作用し、この受圧肩部１１を介 して公知の形式でノズルニードルを適当な条件のもとでその弁座から持ち上げる ことができる。 弁ニードルは他方の端部ではシリンダ孔１２内において案内されており、そこ においてその端面１４で制御圧力室１５を取り囲んでいる。制御圧力室１５は絞 り接続部１６を介して環状室１７と常時接続されている。環状室１７は圧力室８ と同様に、燃料高圧アキュ ムレータと常時連通している。制御圧力室１５からは軸方向で絞り孔１９が導出 されて、制御弁２１の弁座２０に通じている。この弁座と制御弁の弁部材２２と が協働し、弁部材２２は持ち上げられた状態で制御圧力室１５とばね室１８との 間の接続を形成する。ばね室１８はまた放圧室と常時接続されている。ばね室１ ８内には、弁部材２２を閉鎖方向で負荷する圧縮ばね２４が配置されている。こ の圧縮ばね２４は弁部材２２を弁座２０に向かって負荷するので、制御弁の標準 位置では制御圧力室１５のこの接続は閉鎖されている。制御圧力室の範囲で弁ニ ードル３の端面側の面は受圧肩部１１の面より大きいので、圧力室８内でも支配 的である燃料圧力と同じ制御圧力室１５内の燃料圧力が、弁ニードル３を閉じら れた位置に保持する。しかし弁部材２２が持ち上げられると、絞り接続部１６を 介して連結解除された制御圧力室１５内の圧力が放圧される。このとき閉鎖力は 消滅するか減少しているので、弁ニードル３は、場合によっては閉鎖ばねの力に 抗して急速に開く。他方では、弁部材２２が再び閉鎖位置に戻るとすぐに、弁ニ ードル３を再び閉鎖位置にもたらすことができる。なぜならば、この時点から、 制御圧力室１５内には絞り接続部１６を介して再び最初の高い燃料圧力が急速に 形成されるからである。 本発明による制御弁は、その操作のために設けられたピストン２５を有してい る。このピストン２５は弁 部材２２に作用し、ピエゾアクチュエータ３２によって操作可能である。ピスト ン２５は案内隙間３３を残して案内孔２８内において案内されており、その端面 ２９で連結室３０を仕切っている。連結室３０は反対側の壁では、より大きい直 径を有する変換ピストン３５によって閉じられている。この変換ピストン３５は ピエゾアクチュエータ３２によって操作され、連結室３０内に配置された板ばね ４１によってピエゾアクチュエータ３２と接触した状態に保持される。変換ピス トン３５はケーシング孔４６内において案内されており、このケーシング孔４６ に対して案内隙間４５を有している。 連結室３０は、両ピストン２５および３５の異なるピストン面に基づき、変換 室として働く。この場合、連結室３０は、ピエゾアクチュエータ３２の構造に制 約された小さい行程を、制御弁２１を操作するピストン２５のより大きい行程に 変換する。ピエゾアクチュエータ３２が励起されると、ピストン２５が移動され て、弁部材２２がその弁座２０から持ち上げられる。その結果として、制御圧力 室の放圧が行われ、これがまた弁ニードル３を開放させる。 ピエゾアクチュエータ３２は弁部材２２寄りの端部３４を有しており、この端 部３４は変換ピストン３５の軸方向孔４３内に進入している。このとき軸方向孔 ４３は、この軸方向孔４３自体とピエゾアクチュエー タ３２との間に環状シリンダ３６を残しており、この環状シリンダ３６が充填供 給路として働く。軸方向孔４３は連結室３０の側に向かって、好ましくはテーパ 状の環状肩部３７を経て軸方向孔４４に移行している。この軸方向孔４４は環状 室を連結室と接続している。環状肩部３７は、ピエゾアクチュエータ３２のため の弁座３８として形成されており、この弁座３８がピエゾアクチュエータ３２と 共に充填弁３９を形成している。この目的のために、ピエゾアクチュエータ３２ の下側端部３４は円錐状のシール面４０を有しており、このシール面４０が弁座 に当接すると、連結室３０と環状シリンダ３６との間の接続を中断する。 連結室３０内の板ばね４１はケーシング肩部４２に支持されていて、変換ピス トン３５をその弁座３８によってシール面４０に押し付け、ひいては充填弁３９ を閉じられた状態に保持しようとする。 変換ピストン３５の、連結室３０寄りの領域４７は、より小さい直径に縮小さ れていて、ケーシング孔４６に対して比較的大きい遊び４８を有している。こう すると、変換ピストン３５は剛性の小さい下側の範囲が拡張することにより、そ の案内部内ではさまって動かなくなる危険が防がれる。 ピエゾアクチュエータ３２の行程能力は非常に小さく、液圧的な連結室３０を 介する液圧的な変換を利用して、ピストン２５のより大きい行程に変換される。 同時に装置の熱膨張がこの液圧的な変換によって吸収される。装置の圧縮時に、 連結室３０内に強い圧力が形成される。この圧力は、案内隙間３３および４５を 通って漏れを生じさせる。この漏れは、複数の行程において連結室３０がポンプ 作用によって空にならないように、連結室３０の充填によって再び補償されなけ ればならない。 第３図には、線図に基づき、ピエゾアクチュエータ３２および変換ピストン３ ５の行程が継時的に種々異なる推移を辿ることが描かれている。変換ピストンは その質量およびその液体押しのけ量に基づき、極めて急速に移動するピエゾアク チュエータに全く同じように急速に追従できない。線図の上側の部分には、ピエ ゾアクチュエータ３２の行程を表す曲線４９が示されており、その下側にはピエ ゾアクチュエータの運動に同時的に追従できない変換ピストン３５の行程を表す 曲線５０が示されている。両ピストンの運動の差は、破線５１によって下側曲線 に記入されており、三角面５２として充填の時間を表している。 線図に基づき、変換ピストン３５はその往復行程の経過において、ピエゾアク チュエータ３２の短縮によって惹起される戻り行程時に、ピエゾアクチュエータ ３２に対して相対運動を実施する。したがって、変換ピストン３５はピエゾアク チュエータとは異なる行程速度を有している。その結果として、変換ピストンの 弁座３７がピエゾアクチュエータ３２およびそのシール面４０から持ち上げられ て、充填孔４４が開く。このとき、連結室３０の再充填が行われる。 再充填は各々の行程で、しかも噴射弁の閉鎖運動時に行われる。この場合、ピ エゾアクチュエータが急速に引き戻されると、閉鎖部材４０が変換ピストン３５ における弁座３８から急速に持ち上がる。 このとき開かれた充填弁３９を介して液体は、環状シリンダ３６を通り抜けて 連結室３０内に達する。両ピストン３１および３５の行程運動の終わりには、充 填弁３９はばね４１によって自動的に再び閉じられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 51/00 Ｆ０２Ｍ 51/00 Ｆ (72)発明者 フリードリッヒ ベッキング ドイツ連邦共和国 Ｄ―70499 シュツツ トガルト マインツァー シュトラーセ 27

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 弁部材（２２）を有する液体を制御するための弁であって、弁部材（２２ ）が該弁部材（２２）を操作するために設けられいるピストン（２５）により、 ばね（２４）の力に抗して、好ましくは開放方向に操作可能であり、ピストン（ ２５）がその端面で液圧的な連結室（３０）を可動壁として閉鎖しており、連結 室（３０）が他方の側では、ピストン（２５）の直径より大きい直径を有する、 ピエゾアクチュエータ（３２）によって操作可能な変換ピストン（３５）の端面 によって仕切られており、変換ピストン（３５）の作業行程により連結室（３０ ）内で圧力上昇が形成可能であり、この圧力上昇によってピストン（２５）が圧 縮ばね（２４）の力に抗して移動可能である形式のものにおいて、変換ピストン （３５）がピエゾアクチュエータ（３２）に対して相対的に移動可能であって、 ピエゾアクチュエータと共に弁（３９）を形成し、この弁（３９）によって連結 室（３０）が液体源（３６）と接続可能であり、さらに変換ピストン（３５）が その行程運動の経過においてピエゾアクチュエータ（３２）に対して相対運動を 行うことを特徴とする、液体を制御するための弁。 2. 変換ピストン（３５）がピエゾアクチュエータ（３２）とは別の行程速度 を有しており、さらにこの 速度差が充填弁（３９）を開き、連結室（３０）内に液体を充填するために用い られる、請求項１記載の弁。 3. 変換ピストン（３５）が弁部材（２２）に向けられた端部（３４）を有し ており、この端部（３４）が環状シリンダ（３６）を充填供給路として残してピ エゾアクチュエータ（３２）を同心的に取り囲んでいて内側の環状肩部（３７） を有しており、この環状肩部（３７）が弁座（３８）として、弁部材の働きをす るピエゾアクチュエータ端部と共に充填弁（３９）を形成し、この充填弁（３９ ）が環状シリンダ（３６）を連結室（３０）と接続する充填孔（４４）を制御す る、請求項１または２記載の弁。 4. ピエゾアクチュエータ（３２）の端部（３４）が充填弁（３９）の閉鎖部 材（４０）として形成されている、請求項３記載の弁。 5. 変換ピストン（３５）がケーシング肩部（４２）に支持されているばね（ ４１）の力によってピエゾアクチュエータに向かって負荷されていて、この力が ピエゾアクチュエータ（３２）の戻り行程で変換ピストン（３５）をピエゾアク チュエータ（３２）に追従させる、請求項３または４記載の弁。 6. 変換ピストン（３５）がピエゾアクチュエータ（３２）を収容するために 設けられた大きい孔（４３）を有しており、この孔（４３）が連結室（３９）に 向かって充填孔（４４）内に続いており、さらに弁座を形成する環状肩部（３７ ）が両孔（４３、４４）の間の移行部に位置している、請求項３から５までのい ずれか１項記載の弁。 7. 変換ピストン（３５）が狭い案内隙間（４５）を残してケーシング孔（４ ６）内において案内されており、変換ピストン（３５）の連結室（３０）に向け られた下側領域（４７）がより小さい外径に縮小されていて、この外径がケーシ ング孔（４６）に対して比較的大きい遊びを有している、請求項１から６までの いずれか１項記載の弁。