JP2002525486A - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Abstract
Description
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
、圧電式のアクチュエータが、弁閉鎖体と結合された弁ニードルを操作するため
に設けられている。弁閉鎖体は弁座面と共働してシール座を形成している。この
場合燃料噴射弁は、外方に向かって開放する燃料噴射弁として構成されていても
、内方に向かって開放する燃料噴射弁として構成されていてもよい。積層配置さ
れた複数の圧電プレートから構成された圧電式のアクチュエータは、比較的大き
な行程力を生ぜしめるが、比較的小さな行程運動距離しか生ぜしめない。したが
って上記明細書には、弁ニードルに伝達される行程運動距離を増大させるために
、弁ニードルと圧電式アクチュエータとの間に液圧式の伝動装置を設けることが
、提案されている。
としては、次のことが挙げられる。すなわちこの公知の構成では、比較的大きな
体積と比較的大きな横断面とを占めるアクチュエータに基づいて、あまりコンパ
クトな構造形式を実現することができない。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、伝動装置のために特別な液圧
媒体が使用されており、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、これによって伝動装置の機能が損なわれ、燃料噴射弁の耐用
寿命が短くなってしまう。
和国特許第4306073号明細書に基づいて公知である。この公知の燃料噴射
弁では、弁ニードルの運動への圧電式のアクチュエータの運動の変換は、同様に
液圧式の伝動装置を用いて行われる。この燃料噴射弁においても、構造形式がか
なり嵩張り、あまりコンパクトではなく、しかも液圧媒体の漏れ損失が生じると
いう欠点が存在する。
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、アクチュエータが管状に形成されていて、このようなアクチュエータが弁
ニードルを又は、該弁ニードルを操作するための操作エレメントを少なくとも部
分的に取り囲んでいることに基づいて、特にコンパクトで安価な構造形式が得ら
れる。圧電式又は磁歪式の管状のアクチュエータの内部空間は、公知の圧電式ア
クチュエータにおいてアクチュエータの軸方向の延長線上に位置している部材を
受容するために、働くことができる。さらに、管状のアクチュエータは比較的安
価な製造コストで製造することができる。本発明による燃料噴射弁は特に、内燃
機関の燃焼室内にガソリンを直接噴射するために適している。それというのは、
そのような燃料噴射弁において生じる燃料圧は約100〜200barの範囲に
位置していて、ディーゼル用の燃料噴射弁におけるよりも著しく低いからである
。したがってこのようなガソリン直接噴射弁では、圧電式又は磁歪式のアクチュ
エータによって加えられる操作力も、ディーゼル用の燃料噴射弁におけるよりも
低く、その結果管状の構造形式によって生ぜしめられる、中実材料製のアクチュ
エータに比べて減じられた操作力でも、このような燃料噴射弁を操作するのに十
分である。
る。
クチュエータが、伝動装置に作用する伝動ピストンを取り囲んでいると、有利で
ある。アクチュエータとの結合のために、有利には伝動ピストンが、シール座と
は反対の側にフランジを有していて、該フランジにアクチュエータが支持されて
おり、フランジとはアクチュエータが接着されていると有利である。伝動ピスト
ンは管状のアクチュエータに一体に組み込まれていることができ、このようにな
っていると、コンパクトな構造形式が得られる。
によって行われ、かつ弁閉鎖体及び弁ニードルの戻しが、第1の予負荷ばねとは
無関係なつまり独立した戻しばねを用いて行われる。
伝動ピストンと弁ニードルとの間において力の変向を生ぜしめると有利である。
したがって伝動装置の構成に応じて、アクチュエータ及び伝動ピストンの構造が
基本的に等しい場合には、外方に向かって開放する燃料噴射弁及び内方に向かっ
て開放する燃料噴射弁のいずれもが実現可能である。内方に向かって開放する燃
料噴射弁のための力変向を達成するために、伝動装置は有利には、内部に切欠き
を備えたケーシング体を有しており、この切欠き内において伝動ピストンがシフ
ト可能である。この場合ケーシング体は弁ニードル又は連結部材によって取り囲
まれていて、伝動ピストンとケーシング体との間に内室が形成され、かつ弁ニー
ドル又は連結部材とケーシング体との間には、内室と接続された外室が形成され
ている。このように構成されていると、特にコンパクトな伝動装置が形成され、
しかもこの伝動装置は極めて安価なコストで製造することができる。
噴射弁内を通されかつ燃料噴射弁から噴射される燃料が使用されている。このよ
うになっていると、燃料噴射弁内に特別な液圧媒体、例えば液圧オイルを充填す
る必要がなく、このような液圧媒体もしくは液圧オイルは、時間の経過と共に漏
れ損失に基づいて逃げてしまう。しかしながら液圧媒体として燃料を使用すると
、案内間隙を介していわば静的に、燃料を液圧媒体として自動的に連続的に補充
することができる。
、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。
この燃料噴射弁1は特に、有利には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、適している。
体2と第2のケーシング体3とから成っている。弁閉鎖体4は図示の実施例では
弁ニードル5と一体的に形成されていて、弁座保持体6に形成された弁座面7と
共働してシール座を形成している。弁座保持体6は緊締ナット8と第2のケーシ
ング体3との間において緊締されている。弁閉鎖体4は戻しばね9を用いて弁座
面7に対して予負荷されている。そのために、戻しばね9が支持されているフラ
ンジ10が、弁ニードル5を結合されている。
体3に設けられた燃料管路12と、該燃料管路に接続していて弁座保持体6に設
けられた別の燃料管路13とを介して、弁座保持体6の切欠き14に流入する。
この切欠き14から燃料はさらに、弁閉鎖体4の上流に設けられていて燃料のよ
り良好な分布のために働くスワール溝15を介して、弁閉鎖体4と弁座面7とに
よって形成されたシール座に流れる。
行われ、このアクチュエータ16は本発明によれば管状に形成されている。圧電
式のアクチュエータ16の代わりに、同様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。
セラミックプレートから成っている。これらのセラミックプレートはそれぞれ電
極を備えていて、接続コネクタ17を介して供給可能な電圧によって負荷可能で
あり、これによってアクチュエータ16は電圧による操作時に引き縮められる。
接続コネクタ17はプラスチック射出成形部材として第1のケーシング体2に一
体成形されていて、接続導体20を介してアクチュエータ16と接続されている
。アクチュエータ16は第2のケーシング体3とフランジ18との間で、図示の
実施例では中間プレート21を介して緊締させられていて、予負荷ばね22を用
いて予負荷されている。予負荷ばね22の予負荷は図示の実施例では調節ねじ2
3を用いて調節可能である。アクチュエータ16、中間プレート21、フランジ
18及び予負荷ばね22は、第1のケーシング体2の長手方向孔24の内部に位
置している。アクチュエータ16は有利には第2のケーシング体3及び中間プレ
ート21と接着されている。
が結合されている。この伝動ピストン19は、管状に形成されたアクチュエータ
16の軸方向に延びる長手方向開口26を貫いて延びていて、伝動装置27にま
で延長されている。アクチュエータ16の長手方向開口26内に伝動ピストン1
6が組み込まれていることによって、燃料噴射弁1の特にコンパクトな構造形式
が得られ、その結果燃料噴射弁1は全体として小さな体積しか占めないことにな
る。
示の実施例では、燃料流入管片11と燃料管路12,13とを介して供給される
燃料によって満たされている。伝動ピストン19は液圧室28内に入り込んでい
る端面に面A1を有しており、これに対して弁ニードル5は液圧室28に入り込
んでいる端面に面A2を有している。弁ニードル5の面A2は、伝動ピストン1
9の面A1よりも小さい。
ンジ18を介して伝動ピストン19に伝達し、この伝動ピストン19は図1で見
て下方に弁閉鎖体4に向かってシフトさせられる。これによって液圧室28内に
おいて押し退けられた液圧媒体量は、弁ニードル5を同様に図1で見て下方に弁
閉鎖体4に向かってシフトさせる。この場合弁ニードル5の面A2は伝動ピスト
ン19の面A1よりも小さいので、弁ニードル5に伝達される行程は、伝動ピス
トン19から加えられた行程よりも大きい。弁閉鎖体4は弁座面7から持ち上が
り、シール座を開放し、その結果燃料が噴射される。燃料噴射弁1を閉鎖するた
めには、圧電式/磁歪式のアクチュエータ16を操作する電圧が遮断され、これ
によりアクチュエータ16は再び予負荷ばね22に抗して伸長する。弁ニードル
5及び該弁ニードル5に一体的に形成された弁閉鎖体4の戻しは、戻しばね9を
用いて極めて迅速に行われる。
内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射するのに必要な、極めて短い切換え時間を実
現することができる。
。これによって、場合によっては漏れによって逃げる液圧媒体を連続的に補充す
ることが、保証される。図示の実施例では補充はいわば静的に、弁ニードル5と
第2のケーシング体3との間の案内間隙を介して、弁座保持体16の切欠き14
内に形成された燃料リザーバから行われる。この場合重要なことは次のことであ
る。すなわちこの場合、弁ニードル5と第2のケーシング体3との間における案
内間隙は次のように、液圧媒体もしくは燃料が燃料噴射弁の操作時及びこれによ
って行われる液圧室への圧力負荷時に前記案内間隙を介してまったくもしくは無
視できるほどしか逃げないように、小さく寸法設定されている。
が、この第2実施例による燃料噴射弁も同様に、燃料特にガソリンを、混合気圧
縮型火花点火式の内燃機関の燃焼室に直接噴射するために働く。また図3には、
図2のIIIで示された区分が拡大して示されており、既に述べた構成エレメン
トに対しては同一符号で示し、それについての説明を繰り返すことは省く。
のに対して、図2に示された燃料噴射弁は内方に向かって開放する燃料噴射弁1
である。したがって弁閉鎖体4は、弁座保持体6に設けられた弁座面7に対して
内側に配置されていて、弁座面7と共にシール座を形成しており、これは燃料噴
射弁1の閉鎖位置において噴射開口40を閉鎖する。弁閉鎖体4及び該弁閉鎖体
に一体的に形成された弁ニードル5は、戻しばね9を用いて予負荷されている。
戻しばね9は図示の実施例では、第2のケーシング体3と、弁ニードル5の肉厚
部41に載置されたフランジ10との間において緊縮されている。
6は、図2に示された実施例においても、伝動ピストン19によって貫かれてい
る。
19は可能に向かってシフトされ、これに対して燃料噴射弁1を開放するために
は、弁ニードル5を図2で見て上方に向かって持ち上げることが必要であるので
、液圧式での伝動装置27はこの実施例では力の変向を行うことが必要である。
そのために図3に拡大して示された伝動装置27の構造が働く。第3のケーシン
グ体42がねじ山43を介して第1のケーシング体2と螺合されていて、これに
より堅固に固定されている。第3のケーシング体42と伝動ピストン19との間
には内室44が形成されており、この内室44は孔45を介して外室46と接続
されている。外室46は、第3のケーシング体42を取り囲んでいて弁ニードル
5に溶接シーム47を用いて堅固に結合された連結部材48と、第3のケーシン
グ体42との間に形成されている。
シフトされると、内室44における容積が減少し、その結果内室44内の液圧媒
体は孔45を介して外室46に押し退けられ、そこで液圧媒体は連結部材48を
、外室46の容積を増大させながら、図2で見て上方に向かってシフトさせる。
連結部材48のこの運動は弁ニードル5に、ひいては弁閉鎖体4に伝達され、そ
の結果弁閉鎖体4と弁座面7との間に形成されたシール座が開放される。
6は予負荷ばね22によって再び伸長し、伝動ピストン19を図2で見て上方に
向かってシフトさせる。相応に弁ニードル5は図2で見て下方に向かってシフト
される。この運動は戻しばね9によって助成され、その結果燃料噴射弁1は極め
て短い閉鎖時間で閉鎖する。
9が働き、この補充室49は長手方向孔50と横孔51とを介して、燃料流入管
片11に接続された切欠き14と接続されており、これによって、燃料流入管片
11における流入圧に相応した燃料を充填される。伝動装置27の外室46及び
内室44の補充は、連結部材48と第3のケーシング体42との間の案内間隙を
介して同様にいわば静的に(quasi-statisch)に行われる。
様々な構造形式においても実現することができる。
和国特許第4306073号明細書に基づいて公知である。この公知の燃料噴射
弁では、弁ニードルの運動への圧電式のアクチュエータの運動の変換は、同様に
液圧式の伝動装置を用いて行われる。この燃料噴射弁においても、構造形式がか
なり嵩張り、あまりコンパクトではなく、しかも液圧媒体の漏れ損失が生じると
いう欠点が存在する。 また米国特許第4022166号明細書に基づいて公知の、内燃機関の燃料噴
射装置のための燃料噴射弁は、圧電式のアクチュエータを備えて構成されている
。弁は、アクチュエータによって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。アクチュエ
ータは管状に形成されていて、アクチュエータと弁ニードルとの間には、液圧媒
体を有する伝動装置が設けられている。さらに燃料噴射弁は、操作エレメントと
して伝動装置に作用する伝動ピストンを有していて、この場合アクチュエータは
伝動ピストンを取り囲んでいる。燃料噴射弁は、内方に向かって開放する燃料噴
射弁として構成されている。この場合燃料噴射弁の作用形式は次のように、すな
わち伝動ピストンと弁ニードルとがアクチュエータの励磁時に常に同方向に向か
って運動させられるようになっている。すなわちこの場合アクチュエータが励磁
されると、伝動ピストンは上方に向かって運動し、かつその結果液圧式の伝動室
内における圧力降下によって弁ニードルは同じ運動方向でシール座から持ち上が
る。
Claims (9)
- 【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(16)と、該アクチュエータ(
16)によって弁ニードル(5)を用いて操作可能な弁閉鎖体(4)とが設けら
れていて、該弁閉鎖体(4)が弁座面(7)と共働してシール座を形成している
形式のものにおいて、 アクチュエータ(16)が管状に形成されていて、弁ニードル(5)又は該弁
ニードル(5)を操作するための操作エレメント(19)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。 - 【請求項2】 アクチュエータ(16)と弁ニードル(5)との間に液圧式
の伝動装置(27)が設けられていて、アクチュエータ(16)が、操作エレメ
ントとして伝動装置(27)に作用する伝動ピストン(19)を取り囲んでいる
、請求項1記載の燃料噴射弁。 - 【請求項3】 伝動ピストン(19)が、シール座とは反対側の端部にフラ
ンジ(18)を有していて、該フランジ(18)にアクチュエータ(16)が支
持されている、請求項2記載の燃料噴射弁。 - 【請求項4】 アクチュエータ(16)が伝動ピストン(19)のフランジ
(18)と接着されているか又は、フランジ(18)とアクチュエータ(16)
との間に配置された中間プレート(21)に接着されている、請求項3記載の燃
料噴射弁。 - 【請求項5】 アクチュエータ(16)の予負荷が、伝動ピストン(19)
のフランジ(18)に作用する予負荷ばね(22)を用いて行われ、かつ弁閉鎖
体(4)の戻しが、弁ニードル(5)に作用する戻しばね(9)を用いて行われ
る、請求項3又は4記載の燃料噴射弁。 - 【請求項6】 伝動装置(27)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(19)と接続され、第1の面(A1)
に比べて小さな第2の面(A2)を介して弁ニードル(5)と接続されている、
請求項2から5までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。 - 【請求項7】 燃料噴射弁(1)が、内方に向かって開放する燃料噴射弁(
1)であり、伝動装置(27)が、伝動ピストン(19)と弁ニードル(5)と
の間における力変向を生ぜしめる、請求項6記載の燃料噴射弁。 - 【請求項8】 伝動装置(27)が、内部に切欠きを備えたケーシング体(
42)を有しており、該切欠き内において伝動ピストン(19)がシフト可能で
あり、ケーシング体(42)が弁ニードル(5)によって又は、該弁ニードル(
5)に結合された連結部材(48)によって取り囲まれており、伝動ピストン(
19)とケーシング体(42)との間に内室(44)が形成され、かつ弁ニード
ル(5)又は連結部材(48)とケーシング体(42)との間に、内室(44)
と接続された外室(46)が形成されている、請求項7記載の燃料噴射弁。 - 【請求項9】 伝動装置(27)の液圧媒体が、燃料噴射弁(1)内を通さ
れる燃料である、請求項6から8までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
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