JP2002525485A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 燃料噴射弁（１）、特に内燃機関の燃料噴射装置用の噴射弁は、圧電式又は磁歪式のアクチュエータ（１３）を有している。このアクチュエータ（１３）は弁ニードル（２）を用いて弁閉鎖体（３）を操作し、この閉鎖体（３）は弁座面（２７）と共働してシール座を形成している。燃料管路は、燃料流入管片（７）からシール座まで通じている。そしてアクチュエータ（１３）は管状に形成されていて、燃料管路（８，１０，１１，１２）を少なくとも部分的に取り囲んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の燃料噴射弁に関する。

【０００２】 このような形式の燃料噴射弁は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５００
７０６号明細書に基づいて公知である。この明細書に記載された燃料噴射弁では
、弁閉鎖体は弁座面と共働してシール座を形成している。燃料噴射弁は、外方に
向かって開放する燃料噴射弁か又は内方に向かって開放する燃料噴射弁として形
成されている。弁閉鎖体は弁ニードルと一体的に結合されており、この弁ニード
ルは圧電式のアクチュエータを用いて操作可能である。圧電式のアクチュエータ
は比較的小さな操作行程しか有していない。前記明細書ではしたがって、圧電式
のアクチュエータと弁ニードルとの間に、アクチュエータによって加えられる操
作行程を増大させる液圧式の伝動装置を配置することが、提案されている。

【０００３】 上記公知の燃料噴射弁における欠点としては、この場合構造形式が比較的複雑
で、あまりコンパクトではないということが挙げられる。さらに別の欠点として
は次のことが挙げられる。すなわちこの公知の燃料噴射弁では、液圧式の伝動装
置が特別な液圧媒体を使用しており、この特別な液圧媒体は漏れ損失に基づいて
時間の経過と共に逃げてしまい、これによって燃料噴射弁の操作が損なわれ、か
つ耐用寿命が短くなってしまう。

【０００４】 別の構造形式の、圧電式のアクチュエータを備えた燃料噴射弁がドイツ連邦共
和国特許第４３０６０７３号明細書に基づいて公知である。しかしながらこの構
造形式もまたあまりコンパクトではなく、比較的大きな構造容積を必要とする。
この明細書に記載された燃料噴射弁においても同様に、圧電式アクチュエータの
比較的小さな行程を弁ニードルの大きな行程に変換するために、液圧式の伝動装
置が設けられている。伝動装置の液圧媒体を圧縮するため及び漏れ損失を補償す
るためには、例えば外部に設けられた圧力リザーバの形の特別な圧力アキュムレ
ータが働く。このことは、この圧力リザーバのための付加的な接続部や、又は圧
力アキュムレータを実現するための別の手段を必要とする。

【０００５】 圧電式のアクチュエータを備えた従来公知の燃料噴射弁は主として、自己点火
式の内燃機関に燃料を噴射するため、特にディーゼル燃料を噴射するために働く
。この場合に生じる運転圧は比較的高く、今までコンパクトで省スペースの構造
形式の実現を阻止している。

【０００６】 発明の利点 請求項１の特徴部に記載のように構成された本発明による燃料噴射弁は、公知
のものに対し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、管状に形成されたアクチュエータを貫いて燃料管路が延びていることに基
づいて、極めてコンパクトな構造形式が得られる。公知の燃料噴射弁では燃料が
アクチュエータの側方を通過するようになっていて、これによって構造形式が比
較的広幅もしくは太くなっていたり、又は燃料がアクチュエータの下流において
供給され、これは燃料管路の接続のために通常不都合であったが、本発明のよう
に構成することによって燃料管路が中央を通されることにより、燃料流入管片を
燃料噴射弁の、弁閉鎖体とは反対側の端部に設けることが、可能になる。そして
ケーシングは比較的薄い壁厚で形成することができる。それというのは、本発明
では燃料管路は、従来技術におけるようにアクチュエータの側方を通過する必要
がないからである。

【０００７】 コンパクトな構造形式によって、さらに燃料のための短い吸込み路が得られ、
その結果キャビテーションの問題が回避される。

【０００８】 請求項２以下に記載された構成によって、本発明による燃料噴射弁の有利な実
施態様が可能である。

【０００９】 弁ニードルが管状のアクチュエータを貫いて延びていて、弁ニードルの軸方向
の長手方向開口が燃料管路の１区分を形成していると、有利である。この場合弁
ニードルは、弁閉鎖体の操作の働きと燃料管の働きとを引き受けている。

【００１０】 また、弁ニードルが２部分から形成されていて、両部分が溶接シーム又は連結
部材を用いて結合されていると、特に有利である。このようになっていると、噴
射側の弁ニードル区分を噴射側において燃料噴射弁に、かつ供給側の弁ニードル
区分を供給側において燃料噴射弁に挿入することが可能であり、そして両弁ニー
ドル区分を次いで互いに結合することができる。この場合戻しばねの支持部とし
て働くフランジは、供給側の弁ニードル区分に予め取り付けられることができる
。

【００１１】 本発明の別の有利な構成では、アクチュエータが予負荷エレメント（１９）に
よって半径方向で取り囲まれている。従来技術において通常軸方向に配置されて
いる予負荷エレメントとは異なり、このように構成することによって、コンパク
トな構造形式が得られる。

【００１２】 本発明の特に有利な構成では、伝動装置のための液圧媒体として、燃料管路内
を通される燃料が使用される。これによって、特別な液圧媒体例えばオイルを伝
動装置のために使用する必要がなくなる。場合によっては生じる漏れ損失は、自
動的な補充動作によって補償される。さらに、燃料が別種の液圧媒体例えば液圧
オイルによって汚染されるおそれも無くなる。

【００１３】 図面 次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。

【００１４】 図１は、本発明による燃料噴射弁の第１実施例を示す縦断面図であり、図２は
、本発明による燃料噴射弁の第１実施例を示す縦断面図であり、図３は、図２の
ＩＩＩで示された区分を拡大して示す図である。

【００１５】 実施例の記載 図１には縦断面図で本発明による燃料噴射弁１が示されている。この燃料噴射
弁１は特に、混合気圧縮型火花点火式の内燃機関の燃焼室に燃料特にガソリンを
直接噴射するために、いわゆるガソリン-ダイレクト噴射弁として働く。本発明
による燃料噴射弁１はしかしながらもちろん、その他の使用例のためにも適して
いる。

【００１６】 燃料噴射弁１は、弁ニードル２を用いて操作可能な弁閉鎖体３を有している。
弁ニードル２は供給側の弁ニードル区分２ａと噴射側の弁ニードル区分２ｂとに
分かれている。弁閉鎖体３は図示の実施例では、噴射側の弁ニードル区分２ｂと
一体的に形成されている。図１に示された燃料噴射弁１は、外方に向かって開放
する燃料噴射弁１である。弁閉鎖体３は、噴射方向に拡大する円錐台形状の区分
４を有している。弁閉鎖体３は、第１のケーシング体５に形成された弁座面２７
と共働してシール座を形成する。

【００１７】 燃料の供給は、第２のケーシング体６に形成された燃料流入管片７を介して行
われる。燃料は、第２のケーシング体６内に戻しばね９を受容するために設けら
れた室８を介して、管状に形成された供給側の弁ニードル区分２ａに流れ込む。
供給側の弁ニードル区分２ａと噴射側の弁ニードル区分２ｂとは、長手方向開口
１０を有しており、この長手方向開口１０は、供給側の弁ニードル区分２ａの軸
方向長さ全体にわたって、かつ噴射側の弁ニードル区分２ｂの軸方向長さの一部
にわたって延びている。長手方向開口１０には半径方向孔１１が接続しており、
この半径方向孔１１は長手方向開口１０を、第１のケーシング体５に設けられた
切欠き１２と接続している。弁ニードル２はしたがって、燃料流入管片７から、
弁閉鎖体３と弁座面２７十によって形成されたシール座に通じる燃料管路の一部
を形成している。燃料は切欠き１２において、弁ニードル２の半径方向孔１１か
ら、弁閉鎖体３と弁座面２７とによって形成されたシール座にまで流れ、そこで
、燃料噴射弁１の操作時に噴射される。

【００１８】 燃料噴射弁１の操作のためには、本発明による管状に形成されたアクチュエー
タ１３が働く。このアクチュエータ１３は、供給側の弁ニードル区分２ａを、ひ
いては燃料管路の、弁ニードル２内を延びる区分を取り囲んでいる。管状のアク
チュエータ１３は、積層配置された複数の圧電式のセラミックプレートから成っ
ており、アクチュエータ１３の個々のセラミックプレートへの電圧供給のために
、これらのセラミックプレートは、それぞれ電極を備えている。電圧供給時にア
クチュエータ１３は伸びる。アクチュエータ１３はこの際に第１のフランジ１４
を介して第２のケーシング体６に当接し、第２のフランジ１５を介して伝動ピス
トン１６に作用する。供給側の弁ニードル区分２ａと噴射側の弁ニードル区分２
ｂとは図示の実施例では、溶接シーム１７によって互いに結合されている。溶接
シーム１７を組立て時に溶接工具によって接近可能にするために、伝動ピストン
１６は周囲に分配配置された複数の半径方向孔１８を有している。

【００１９】 アクチュエータ１３は半径方向で予負荷エレメント１９によって取り囲まれて
おり、この予負荷エレメント１９は図示の実施例では、波形の引張りばねベルト
として形成されている。予負荷エレメント１９は第１のフランジ１４と第２のフ
ランジ１５との間において緊張させられ、そしてアクチュエータ１３のための副
方向の予負荷もしくはプレロード（Vorspannung）を生ぜしめる。

【００２０】 アクチュエータ１３の操作時にアクチュエータ１３は伸び、第２のフランジ１
５を介して伝動ピストン１６を弁閉鎖体３に向かって、図１で見て下方に向かっ
てシフトさせる。伝動ピストン１６と弁ニードル２とは、伝動装置２０を介して
共働する。伝動装置２０は、液圧媒体によって満たされた伝動室２１から成って
おり、この伝動室２１には、伝動ピストン１６が第１の面Ａ１で、かつ弁ニード
ル２が第２の面Ａ２で隣接している。この場合弁ニードル２の第２の面Ａ２は、
伝動ピストン１６の第１の面Ａ１よりも小さい。伝動ピストン１６の摺動時に押
し退けられた液圧媒体は、したがって、弁ニードル２を弁閉鎖体３に向かって図
１で見て下方に移動させ、この場合面Ａ１と面Ａ２との比に基づいて、弁ニード
ル２の行程は伝動ピストン１６の操作行程に比べて大きい。このようにして十分
な弁行程を得ることができる。アクチュエータ１３を操作する電圧の遮断後に、
アクチュエータ１３は再び縮まり、つまり予負荷エレメント１９によって圧縮さ
れる。弁ニードル２はしたがってもはや、開放方向に作用する操作力によって負
荷されることはなく、第２のケーシング体６と、溶接シーム２２を介して弁ニー
ドル２に結合されたフランジ２３との間において緊縮された戻しばね９が、弁ニ
ードル２及び弁閉鎖体３を図１で見て上方に向かって燃料噴射弁１の閉鎖位置へ
と戻し移動する。

【００２１】 本発明による燃料噴射弁１は、極めてコンパクトな構造形式によって傑出して
いる。燃料管路は、アクチュエータ１３の領域において長手方向軸線２４に対し
て同心的に、管状に形成されたアクチュエータ１３を貫いて延びている。したが
って、従来技術において汎用であるようにケーシング体５，６内に燃料管路を設
けることが不要であり、その結果全体としてよりスマートでコンパクトな構造形
式を得ることができる。

【００２２】 確かに、管状のアクチュエータ１３によって加えられる操作力は、中央に穿孔
のないセラミックプレートを備えたアクチュエータにおけるよりも、小さいが、
しかしながら混合気圧縮型火花点火式の内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射する
燃料噴射弁、いわゆるガソリン-ダイレクト噴射弁において生じる燃料圧は、自
己点火式の内燃機関のための燃料噴射弁、例えばディーゼル用噴射弁におけるよ
りも低い。相応に、必要な操作力も比較的小さいので、管状のアクチュエータ１
３によって加えられる操作力は少なくとも、この有利な使用例のためには完全に
十分である。

【００２３】 伝動装置２０用の液圧媒体としては有利には、燃料噴射弁１内において案内さ
れる燃料が使用される。このことには、特別な液圧媒体、例えば液圧オイルが不
要であり、燃料が汚染されることはない、という利点がある。漏れ損失によって
逃げた液圧媒体は自動的に補充することができる。図示の実施例では補充は、弁
ニードル２と第１のケーシング体５との間の案内間隙２６を介していわば静的に
（quasi-statisch）行われる。案内間隙２６はこの場合しかしながら、燃料噴射
弁１の操作時に伝動室２１内にある液圧媒体が案内間隙２６を介してまったくか
、又は事実上無視できるほどしか逃げることができないように、狭く寸法設定さ
れている。

【００２４】 図２には本発明による燃料噴射弁１の第２実施例が縦断面図で示されている。
図２に示された実施例は、図１に示された実施例とは異なり、内方に向かって開
放する燃料噴射弁１である。図１において既に説明した部材には、対応関係を分
かりやすくするために、同一符号が付けられており、それに対する説明を繰り返
すことは省かれている。

【００２５】 図２に示された実施例においても、弁ニードル２は供給側の弁ニードル区分２
ａと噴射側の弁ニードル区分２ｂの２部分から成っている。噴射側の弁ニードル
区分２ｂには図示の実施例では、弁閉鎖体３が一体に成形されている。弁閉鎖体
３は円筒形の区分４０を有しており、この区分４０には、燃料の広範囲にわたる
より良好な分配を目的として、少なくとも１つのスワール溝４１が設けられてい
る。円筒形の区分４０には流れ方向において、弁閉鎖体３の円錐形の区分４２が
接続しており、この区分４２は、ノズル体４３に形成された弁座面２７と共にシ
ール座を形成する。燃料噴射弁１の操作時に、弁閉鎖体３は弁座面２７から図２
で見て上方に向かって持ち上がり、噴射開口４５を開放する。ノズル体４３は、
ねじ山４７を介してケーシング体６と螺合する緊締ナット４６を用いて、中間プ
レート４８に対して緊締されている。

【００２６】 燃料の供給は、供給区分４９に設けられた燃料流入管片７を介して行われる。
燃料はそこからさらに、弁ニードル２のための戻しばね９を受容する室８に流入
する。戻しばね９は、ケーシング体６にねじ山５０を介してねじ込み可能な供給
区分４９と、弁ニードル２に堅固に結合されたフランジ２３との間で緊縮されて
いて、弁ニードル２及び弁閉鎖体３を弁座面２７に向かって燃料噴射弁１の閉鎖
方向で予負荷している。この実施例においても弁ニードル２は長手方向開口１０
を有しており、この長手方向開口１０は燃料管路の１区分を形成している。半径
方向孔６０を介して燃料はノズル体４３の切欠き５１に流入し、さらに少なくと
も１つのスワール溝４１を介してシール座に流れる。

【００２７】 図２に示された実施例においてもアクチュエータ１３は管状に形成されており
、かつ予負荷エレメント１９によって、第１のフランジ１４と第２のフランジ１
５との間で緊張させられている。アクチュエータ１３への電圧供給時に、アクチ
ュエータ１６は伸長し、伝動ピストン１６を図２で見て上方に燃料流入管片７に
向かってシフトさせる。したがって、液圧式の伝動装置２０の伝動室２１内にお
ける液圧媒体は、押し退けられ、フランジ２３をひいては弁ニードル２を図２に
おいて上方に向かってシフトさせる。その結果弁閉鎖体３は弁座面２７から上昇
して、噴射開口４５を開放する。

【００２８】 アクチュエータ１３に供給される電圧の遮断後に、アクチュエータ１３は再び
縮まり、つまりアクチュエータ１３を取り囲む予負荷エレメント１９によって押
し縮められ、弁ニードル２は戻しばね９によって図２で見て下方に向かってシフ
トされ、この運動は弁閉鎖体３が再び弁座面２７に接触するまで続く。ここで強
調しておくと、本発明によって構成された燃料噴射弁１は開放動作時にも閉鎖動
作時にも極めて短い切換え時間を実現することができる。

【００２９】 図２に示された燃料噴射弁１の組立ては、まず初めにケーシング体６によって
受容されるすべての部材が前組立てされるように、行われる。次いで噴射側の弁
ニードル区分２ｂが、後で詳しく述べる連結部材５２を介して供給側の弁ニード
ル区分２ａと結合される。そして次にノズル体４３が装着されて、緊締ナット４
６を用いて緊締される。

【００３０】 供給側の弁ニードル区分２ａと噴射側の弁ニードル区分２ｂとの結合は、図３
に拡大して示されている。この図３は、図２のＩＩＩで示された区分を示すもの
である。

【００３１】 既に述べたように、供給側の弁ニードル区分２ａは軸方向の長手方向開口１０
を有しており、この長手方向開口１０は半径方向孔６０に開口している。図３か
ら良く分かるように、半径方向孔６０は溝５３において開口しており、これらの
溝５３はそれぞれ両弁ニードル区分２ａ，２ｂの間の隣接領域に形成されており
、これによって燃料の良好な半径方向における分配を保証することができる。連
結部材５２を貫いて半径方向孔５４が延びており、その結果燃料は最終的にノズ
ル体４３の切欠き５１内に達する。

【００３２】 両弁ニードル区分２ａ，２ｂを結合するために、供給側の弁ニードル区分２ａ
は第１の溝５５を有していて、これに対して噴射側の弁ニードル区分２ｂは第２
の溝５６を有しており、両溝５５，５６はそれぞれ外周部に設けられている。連
結部材５２は内方に向かって突出する係止突起５７，５８を有しており、これら
の係止突起５７，５８は溝５５，５６に係止すべく係合している。これによって
両弁ニードル区分２ａ，２ｂの間における係止結合部が生ぜしめられ、これは燃
料噴射弁１の組み立てやすい組立てを可能にする。

【００３３】 本発明は図示の実施例に制限されるものではなく、管状に形成されたアクチュ
エータ１３の中心に燃料管路を通すという構想は、構造的に異なって構成された
多数の燃料噴射弁においても実現可能である。また圧電式のアクチュエータ１３
の代わりに、磁歪式のアクチュエータを使用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による燃料噴射弁の第１実施例を示す縦断面図である。

【図２】 本発明による燃料噴射弁の第２実施例を示す縦断面図である。

【図３】 図２のＩＩＩで示された区分を拡大して示す図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１０月４日（２０００．１０．４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】 圧電式のアクチュエータを備えた従来公知の燃料噴射弁は主として、自己点火
式の内燃機関に燃料を噴射するため、特にディーゼル燃料を噴射するために働く
。この場合に生じる運転圧は比較的高く、今までコンパクトで省スペースの構造
形式の実現を阻止している。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５３４４４５号明細書に基づいて公知の
、内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁は圧電式のアクチュエータを備えて構
成されている。さらにこの弁は、アクチュエータによって一体的な弁ニードルを
用いて操作可能な弁閉鎖体を有しており、この弁閉鎖体は、弁座面と共働してシ
ール座を形成している。燃料流入管片を介して弁には燃料が供給され、この場合
燃料管路はシール座にまで延びている。アクチュエータは管状に形成されていて
、弁ニードルは管状のアクチュエータを貫いて延びている。弁ニードルは軸方向
の長手方向開口を有しており、その結果弁ニードルは燃料管路の１区分を形成し
ていて、これにより弁ニードルは少なくとも部分的にアクチュエータによって取
り囲まれている。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｌ 41/12 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｕ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料噴射弁（１）、特に内燃機関の燃料噴射装置用の噴射弁
   であって、圧電式又は磁歪式のアクチュエータ（１３）と、該アクチュエータ（
   １３）によって弁ニードル（２）を用いて操作可能な弁閉鎖体（３）とが設けら
   れていて、該弁閉鎖体（３）が弁座面（２７）と共働してシール座を形成してお
   り、さらに、燃料流入管片（７）からシール座まで通じる燃料管路（８，１０，
   １１，１２，５１，６０）が設けられている形式のものにおいて、 アクチュエータ（１３）が管状に形成されていて、燃料管路（８，１０，１１
   ，１２，５１，６０）を少なくとも部分的に取り囲んでいることを特徴とする燃
   料噴射弁。
2. 【請求項２】 弁ニードル（２）が管状のアクチュエータ（１３）を貫いて
   延びていて、軸方向の長手方向開口（１０）を有しており、その結果弁ニードル
   （２）が燃料管路（８，１０，１１，１２，５１，６０）の１区分を形成してい
   る、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 【請求項３】 弁ニードル（２）が２部分から形成されていて、供給側の弁
   ニードル区分（２ａ）と、弁閉鎖体（３）に結合された又は弁閉鎖体（３）に一
   体形成された噴射側の弁ニードル区分（２ｂ）とを有している、請求項１又は２
   記載の燃料噴射弁。
4. 【請求項４】 供給側の弁ニードル区分（２ａ）がフランジ（２３）を有し
   ており、該フランジ（２３）に戻しばね（９）が支持されている、請求項３記載
   の燃料噴射弁。
5. 【請求項５】 供給側の弁ニードル区分（２ａ）と噴射側の弁ニードル区分
   （２ｂ）とが、溶接シーム（１７）によって互いに結合されている、請求項３又
   は４記載の燃料噴射弁。
6. 【請求項６】 供給側の弁ニードル区分（２ａ）と噴射側の弁ニードル区分
   （２ｂ）との間に、連結部材（５２）が設けられており、該連結部材（５２）が
   、供給側の弁ニードル区分（２ａ）の溝（５５）に係止する第１の係止突起（５
   ７）と、噴射側の弁ニードル区分（２ｂ）の溝（５６）に係止する第２の係止突
   起（５８）とを有している、請求項３又は４記載の燃料噴射弁。
7. 【請求項７】 アクチュエータ（１３）が予負荷エレメント（１９）によっ
   て半径方向で取り囲まれている、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料
   噴射弁。
8. 【請求項８】 アクチュエータ（１３）と弁ニードル（２）との間に液圧式
   の伝動装置（２０）が設けられており、該伝動装置（２０）にアクチュエータ（
   １３）が伝動ピストン（１６）を介して作用する、請求項１から７までのいずれ
   か１項記載の燃料噴射弁。
9. 【請求項９】 伝動装置（２０）が液圧媒体を有しており、該液圧媒体が、
   第１の面（Ａ１）を介して伝動ピストン（１６）と接続され、かつ第１の面（Ａ
   １）に比べて小さな第２の面（Ａ２）を介して弁ニードル（２）と接続されてい
   る、請求項８記載の燃料噴射弁。
10. 【請求項１０】 伝動装置（２０）の液圧媒体が、燃料管路（８，１０，１
    １，１２，５１，６０）内を通る燃料である、請求項９記載の燃料噴射弁。