JP2002525487A - 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のための噴射弁は、圧電式又は磁歪式アクチュエータ（３）を有している。該アクチュエータ（３）は、弁ニードル（３０）を介して弁閉鎖体（２６）を操作しており、該弁閉鎖体（２６）は、弁座面（２４）と協働してシール座を形成する。前記アクチュエータ（３）は、第１運動方向（３９）に操作可能である。これとは反対に、弁閉鎖体（２６）は、弁ニードル（３０）を介して、第１運動方向（３９）に対してほぼ垂直な第２運動方向（４０）に可動である。

Description

【発明の詳細な説明】

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

【０００２】 ドイツ共和国特許公開１９５００７０６号明細書により、請求項１の上位概念
に記載の構成を有した燃料噴射弁は公知である。この明細書に基づく燃料噴射弁
には、弁閉鎖体に結合されている弁ニードルを操作するために、圧電式アクチュ
エータが設けられている。弁閉鎖体は弁座面と協働し、シール座を形成している
。この場合、外方に向かって開放する燃料噴射弁としても、内方に向かって開放
する燃料噴射弁としても構成が可能である。積層されて配置された複数の圧電式
材料層によって構成された圧電式アクチュエータは、比較的大きなストローク力
を生ぜしめるが、ストローク距離は比較的小さくなる。したがって、上記の明細
書では、弁ニードルに伝動されるストローク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。

【０００３】 この公知の構造形態において不都合であるのは、圧電式アクチュエータと、伝
動ピストンを備えた伝動装置と、弁ニードルとから成る操作エレメントが直列に
相前後して配置されているため、燃料噴射弁の構造が比較的長くなってしまう ことである。したがって、公知の燃料噴射弁は、内燃機関のシリンダヘッドから
比較的遠くにまで突出しており、特に内燃機関が４つの弁およびただ１つのカム
軸を有している場合、取り付けるのに不都合である。

【０００４】 さらに不都合であるのは、伝動装置のために特別な液圧媒体が挿入されている
ことであり、この液圧媒体は、漏れ損失によってしだいに逃げていくことがある
。このことによって、伝動装置の機能が損なわれ、かつ燃料噴射弁の耐用寿命が
短くなることがある。

【０００５】 ドイツ連邦共和国特許４３０６０７３号明細書により、別の構造形態を有する
、圧電式アクチュエータを備えた燃料噴射弁が公知である。この燃料噴射弁にお
いては、液圧式の伝動装置によって、圧電式アクチュエータの運動が弁ニードル
の運動へ変換される。上記明細書により公知の燃料噴射弁においても、圧電式ア
クチュエータ、伝動装置と協働している往復動ピストン、および弁ニードルが直
列に相前後して配置されており、比較的長い構造形態を生ぜしめる。さらにここ
でも、起こりうる液圧媒体の漏れ損失は不都合である。

【０００６】 発明の利点 請求項１の特徴部に記載の構成を備えた本発明の燃料噴射弁は、これに対して
次のような、すなわちアクチュエータが、曲げられてかつ側方に配置されている
ために、本発明の燃料噴射弁の縦軸方向長さを短くできるという利点を有する。
この場合、アクチュエータの操作方向は、弁閉鎖体および弁ニードルの運動方向
に対しほぼ垂直となる。アクチュエータが側方に配置されているために、燃料噴
射弁は、従来技術より公知の燃料噴射弁に比べて、シリンダヘッドからあまり遠
くない位置に突出している。したがって、カム軸、吸気弁と排気弁、点火プラグ
、および内燃機関の他の部品のための組み込みスペースが損なわれない。特に、
１つの燃焼室に対し、４つまたは複数の弁、およびただ１つのカム軸を備えた内
燃機関において、燃料噴射弁のためには制限された組み込みスペースしかないが
、この組み込みスペースに対しても本発明による省スペースの構造形態は十分対
応できる。

【０００７】 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別の有利な
構成と改善が可能である。

【０００８】 有利には、液圧式の伝動装置によって、弁閉鎖体の運動方向に対して垂直方向
に操作可能なアクチュエータの運動方向が転換される。この場合、液圧式の伝動
装置には２つの働きがある。１つは、ストローク変換、すなわち、アクチュエー
タの比較的小さい操作ストロークを、弁閉鎖体の比較的大きいストロークに変換
することである。もう１つは、方向転換、すなわち、アクチュエータの運動方向
を、これに対して垂直な弁ニードルおよび弁閉鎖体の運動方向に転換することで
ある。

【０００９】 この場合、有利には、液圧式伝動装置は、液圧媒体が充てんされた伝動室がＬ
字形に曲げられるように構成されている。この場合、伝動室の第１脚部を備え、
かつアクチュエータによって操作されている第１伝動ピストンと、伝動室の第２
脚部を備え、かつ弁ニードルに作用している第２伝動ピストンとが接続されてい
る。内方に向かって開放する燃料噴射弁の場合には、有利には、伝動室の第２脚
部は、第２伝動ピストンの弁閉鎖体側に配置されており、内方へのストローク運
動を生ぜしめる。これに対して、外方に向かって開放する燃料噴射弁の場合には
、有利には、伝動室の第２脚部が、第２伝動ピストンの、弁閉鎖体とは反対側に
配置されている。

【００１０】 有利には、伝動装置のための液圧媒体としては、燃料噴射弁に案内され、燃料
噴射弁から噴射される燃料が用いられる。これにより、燃料噴射弁では、漏れ損
失のためにしだいに逃げていくこともある特別な液圧媒体、例えば油圧オイルを
充てんする必要がない。さらに、案内スリットを介して、いわば静力学的に、液
圧媒体としての燃料が自動的に補充される。

【００１１】 有利には、予負荷エレメントはアクチュエータをスリーブ状に取り囲んでいる
。これにより、予負荷エレメントおよびアクチュエータを直列に配置するのに比
べて、本発明の燃料噴射弁はよりコンパクトである。

【００１２】 弁ニードルは、有利には、２つの弁ニードル区分から構成されており、この場
合、第１弁ニードル区分は伝動ピストンと一体的に、第２弁ニードル区分は弁閉
鎖体と一体的に形成されている。両弁ニードル区分は、連結部材を介して簡単な
形式で結合されている。これにより、本発明の燃料噴射弁の取り付けは著しく簡
単になる。

【００１３】 図面 本発明実施例を簡略的に図示し、以下に詳細に説明する。図１は、本発明の燃
料噴射弁の第１実施例の軸方向断面図であり、図２は、本発明の燃料噴射弁の第
２実施例の軸方向断面図である。

【００１４】 実施例の説明 図１には、本発明の燃料噴射弁１の第１実施例の軸方向断面図が示されている
。この燃料噴射弁１は、燃料、とりわけガソリンの、有利には混合気圧縮型火花
点火式の内燃機関の燃焼室への直接噴射に特に適している。

【００１５】 本発明の燃料噴射弁１は、圧電式アクチュエータ３が組み込まれている第１ケ
ーシング体２を有している。この圧電式アクチュエータ３は、圧電材料でできた
複数の積層されたプレートから成っている。プレートはそれぞれ電極を備えてお
り、これらの電極は、電場方向が各プレート内で同じ軸方向になるように、電圧
源の両極に接続可能になっている。圧電式アクチュエータの代わりに、もちろん
磁歪式アクチュエータも同様の形式で使用することができる。圧電式アクチュエ
ータ３は、圧電式アクチュエータ３をスリーブ状にまたは２つの負荷ばねで取り
囲む予負荷エレメント４によって、機械的予負荷を受けて保持されている。圧電
式アクチュエータ３は、第１アクチュエータフランジ５と第２アクチュエータフ
ランジ６との間で緊張させられており、スリーブ状の予負荷エレメント４は、固
定エレメント７もしくは８を介して、第１アクチュエータフランジ５もしくは第
２アクチュエータフランジ６に摩擦接続により結合されている。圧電式アクチュ
エータ３、予負荷ばね４および両アクチュエータフランジ５，６は、第１ケーシ
ング体２の第１シリンダ形切欠９内に挿入されている。この第１シリンダ形切欠
に接続されている第２シリンダ形切欠内には、以下に詳細に説明する第１伝動ピ
ストンが挿入されている。アクチュエータ３、アクチュエータフランジ５，６、
および第２アクチュエータフランジ６によって軸方向に負荷されている第１伝動
ピストン１１の軸方向の位置は、調節エレメント１２によって調節可能であり、
この調節エレメント１２は、ねじ山１３を介して第１ケーシング体２と結合され
ており、同時に外部に対して切欠９を閉鎖している。調節エレメント１２の軸方
向調節は、工具用凹設部１４に挿入可能な工具を用いて回転させることにより行
われる。

【００１６】 第１ケーシング体２は、ねじ山１５によって第２ケーシング体１６に螺合され
ており、第２ケーシング体１６は、第１ケーシング体２をねじ込むための側方収
容部１７を有している。第２ケーシング体１６内には燃料導管１８が設けられて
おり、この燃料導管１８は、燃料流入管片１９から切欠２０へ通じている。第２
ケーシング体１６の、燃料流入管片１９とは反対側の端部に、弁座本体２１が配
置されており、この弁座本体２１は、緊締ナット２２によって第２ケーシング体
１６に緊締されており、これにより、第２ケーシング体１６の切欠２０に、弁座
本体２１の切欠２３が接続される。

【００１７】 弁座本体２１には、円錐台形状の弁座面２４が形成されており、この弁座面２
４は、弁閉鎖体２６の円錐形区分２５と協働し、シール座を形成する。燃料の最
適な分散を保証するため、弁閉鎖体２６のシリンダ形区分２７は少なくとも１つ
のスワール溝２８を有している。弁閉鎖体２６には、弁座本体２１に設けられた
噴射開口２９が接続されている。

【００１８】 弁閉鎖体２６の操作は弁ニードル３０を介して行われ、この弁ニードル３０は
図示の実施例では、第２伝動ピストン３５に一体的に形成された第１弁ニードル
区分３０ａと、弁閉鎖対２６に一体的に形成された第２弁ニードル区分３０ｂと
から構成されている。第１弁ニードル区分３０ａと第２弁ニードル区分３０ｂと
は、連結部材３１によって互いに結合されている。この場合、第１弁ニードル区
分３０ａおよび第２弁ニードル区分３０ｂは、それぞれ溝３３ａもしくは３３ｂ
を有しており、これらの溝に連結部材３１がスナップ式に留められ、それにより
、第１弁ニードル区分３０ａと第２弁ニードル区分３０ｂとの間が形状接続によ
り結合される。この場合、燃料噴射弁１は次のように、すなわち、第１弁ニード
ル区分３０ａが第２ケーシング体１６にあらかじめ取り付けられ、弁閉鎖体２６
を備えた第２弁ニードル区分３０ｂが、第１弁ニードル区分３０ａに取り付けら
れた後に連結部材３１と結合されるように、構成される。最後に弁座本体２１を
装着し、緊締ナット２２によって、ねじ山３４を介して第２ケーシング体１６に
緊締することができる。

【００１９】 弁ニードル３０および弁閉鎖体２６を戻すため、戻しばね３６が用いられてお
り、この戻しばね３６は、第２伝動ピストン３５と第２ケーシング体１６のカバ
ーエレメント３７との間に緊縮されている。

【００２０】 第１伝動ピストン１１および第２伝動ピストン３５は、伝動装置３８の一部を
成している。伝動装置３８は、両伝動ピストン１１，３５の他に、伝動室４１を
有しており、この伝動室４１は、液圧媒体で充てんされている。この場合、アク
チュエータ３と作用結合している第１伝動ピストン１１は第１面Ａ１で、弁ニー
ドル３０と結合されている第２伝動ピストン３５は第２面Ａ２で、それぞれ伝動
室４１と隣接しており、第１面Ａ１は、第２面Ａ２より大きく寸法設定されてい
る。

【００２１】 本発明の燃料噴射弁１の作用形式は次の通りである。

【００２２】 操作電圧が圧電式アクチュエータ３に供給されると、この圧電式アクチュエー
タ３は軸方向に伸び、第２アクチュエータフランジ６を介して、第１伝動ピスト
ン１１を図１の右方向に第１運動方向３９に沿って摺動する。伝動装置３８は、
この第１運動方向３９を、これに対して垂直な弁ニードル３０および弁閉鎖体２
６の第２運動方向４０に変換する。この場合、第１伝動ピストン１１は、伝動室
４１にある液圧媒体を押し退ける。したがって、第２伝動ピストン３５、ひいて
は弁ニードル３０および弁閉鎖体２６が、図１の上方向に摺動される。第１伝動
ピストン１１の面Ａ１は、第２伝動ピストン３５の面Ａ２より大きく寸法設定さ
れているため、弁ニードル３０に伝動される弁ストロークは、アクチュエータ３
によって動かされた操作ストロークに比べて大きくなる。

【００２３】 この場合、伝動装置３８には２つの働きがある。１つの働きは、第１運動方向
３９をこれに対して垂直な運動方向４０に転換することであり、もう１つの働き
は、アクチュエータ３の比較的小さい操作ストロークを、弁ニードル３０および
弁閉鎖体２６の弁ストロークに、より大きくなるよう変換することである。

【００２４】 図示された実施例では、伝動室４１はＬ字形に曲げられて構成されている。こ
の場合、伝動室４１は第１伝動ピストン１１に結合されている第１脚部４２と、
第２伝動ピストン３５に結合されている第２脚部４３とを有している。この構造
形式は、伝動室４１の体積を小さくするという利点を有する。

【００２５】 燃料噴射弁１は、図１に示されている実施例に相応して、内方に向かって開放
する燃料噴射弁１であるので、伝動室４１の第２脚部４３は、有利には第２伝動
ピストン３５の、弁閉鎖体２６に向いている側に配置されており、内方への弁ス
トローク、つまり図１の上方への弁ストロークが得られる。

【００２６】 有利には、伝動室４１内にある液圧媒体は、燃料流入管片１９から、燃料導管
１８、切欠２０，２３およびスワール溝２８を介して、弁閉鎖体２６および弁座
面２４によって形成されているシール座に案内される燃料である。第２ケーシン
グ体１６と第１弁ニードル区分３０ａとの間にある案内スリットを介して、いわ
ば静力学的に伝動室４１に燃料を補充することができる。当然この場合、案内ス
リットは、燃料噴射弁１が操作される際、液圧媒体として作用する燃料がこの案
内スリットを介して伝動室４１から逃げることができないように、またはそれが
実質的に無視できる程度であるように、非常に小さく寸法設定されなければなら
ない。液圧媒体として燃料を使用することは、特別な液圧媒体、例えば特別な油
圧オイルを必要としないという利点を有する。この場合、特別な油圧オイルが燃
料を汚す危険はない。漏れ損失によって起こりうる液圧媒体の逃げが生じた場合
は、持続的な補充によって補償される。燃料系の基準圧は、燃料の蒸気圧以上に
ならなければならない。

【００２７】 図２には、本発明の燃料噴射弁１の第２実施例が示されている。図１に示され
た内方に向かって開放する燃料噴射弁１とは異なり、図２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。図１にすでに示されている部
材には、図２においても同一の符号が用いられており、それらに関しての説明は
繰り返さない。

【００２８】 弁閉鎖体２６は弁座本体２１の外側に配置されている。弁座本体２１は外側に
弁座面２４を有しており、この弁座面２４は、弁閉鎖体２６の円錐形区分２５と
協働してシール座を形成している。弁閉鎖体２６は、円錐形区分２５の上流側に
狭隘部５０を有しており、弁ニードル３０の平らに面取りされた面取り部５１を
介して、弁座本体２１の切欠２３と接続されている。燃料は、燃料流入管片１９
を介して流入し、燃料導管１８を介して弁座本体２１の切欠２３へ、さらに面取
り部５１と、その周りを取り囲んでいる弁座本体２１に残されているスリットと
との間を介して、弁座面２４とともに弁閉鎖体２６の円錐形区分２５によって形
成されているシール座へ流入する。この場合、弁閉鎖体２６は、戻しばね３６に
よって弁座面２４に向かって予負荷されている。戻しばね３６は、フランジ５２
と係合しており、このフランジ５２は、弁ニードル３０の溝５３内に設けられた
閉鎖リング５４に向かって押され、これにより、弁ニードル３０と摩擦接続によ
り接続されている。

【００２９】 伝動装置３８の伝動室４１は、図２に示された実施例においても、Ｌ字形に曲
げられて構成されており、アクチュエータ３にアクチュエータフランジ６を介し
て作用接続されている第１伝動ピストン１１は伝動室４１の第１脚部４２に結合
されており、弁ニードル３０に作用接続されている第２伝動ピストン３５は伝動
室４１の第２脚部４３に結合されている。

【００３０】 アクチュエータ３が操作される場合には、アクチュエータ３は第２ケーシング
体１６の方向に伸び、第１伝動ピストン１１を、第１運動方向３９に相応に、つ
まり図２の左方向に摺動される。図２に示された実施例では、伝動室４１の第２
脚部４３は、第２伝動ピストン３５の、弁閉鎖体２６とは反対側にあるので、第
２伝動ピストン３５は、第２運動方向４０に相応に、つまり下方向に摺動される
。この場合、第２伝動ピストン３５は弁ニードル３０に向かって押され、弁閉鎖
体２６と一緒にこの弁ニードル３０を、図２の下方向に摺動し、これにより、燃
料噴射弁１が開放される。アクチュエータ３を操作している電圧がスイッチオフ
されると、弁ニードル３０およびこの弁ニードル３０に結合されている弁閉鎖体
２６は、戻しばね３６によって、弁閉鎖体２６が再び弁座面２４に密に当接する
まで戻される。

【００３１】 図１に示された実施例とさらに異なるのは、図２に示された実施例においては
、第１伝動ピストン１１が第１ケーシング体２内ではなく、第２ケーシング体１
６内に組み込まれていることである。

【００３２】 場合によって起こりうる漏れ損失を補償するための伝動室４１の補充は、図２
に示された実施例では、第２伝動ピストン３５と第２ケーシング体１６との間の
狭い案内スリットを通じて行われる。

【００３３】 本発明は、図示された実施例のみに制限されない。例えば、圧電式アクチュエ
ータ３の代わりに同様の形式で、磁歪式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】 本発明の燃料噴射弁の第１実施例の軸方向断面図である。

【図２】 本発明の燃料噴射弁の第２実施例の軸方向断面図である。

【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６日（２０００．１０．６）

【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】 ドイツ連邦共和国特許４３０６０７３号明細書により、別の構造形態を有する
、圧電式アクチュエータを備えた燃料噴射弁が公知である。この燃料噴射弁にお
いては、液圧式の伝動装置によって、圧電式アクチュエータの運動が弁ニードル
の運動へ変換される。上記明細書により公知の燃料噴射弁においても、圧電式ア
クチュエータ、伝動装置と協働している往復動ピストン、および弁ニードルが直
列に相前後して配置されており、比較的長い構造形態を生ぜしめる。さらにここ
でも、起こりうる液圧媒体の漏れ損失は不都合である。 米国特許４８０３３９３号明細書より、圧電式アクチュエータを備えた構成を
有する、内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁が公知である。アクチュエ
ータによって、弁ニードルを介して、弁座と協働してシール座を形成する弁閉鎖
体を操作することが可能である。アクチュエータは、第１運動方向に操作可能で
あり、弁閉鎖体は、弁ニードルを介して、第１運動方向に対してほぼ垂直な第２
運動方向に可動である。アクチュエータと弁ニードルとの間には、液圧式の伝動
装置が設けられており、この場合、アクチュエータは第１運動ピストンを介して
、かつ弁ニードルは第２運動ピストンを介して、液圧媒体が充てんされていてほ
ぼＬ字形に曲げられた伝動装置の伝動室にそれぞれ接続されている。この公知の
燃料噴射弁は、いわゆる内方に向かって開放する燃料噴射弁としてしか使用する
ことができない。

Claims (11)

【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のための噴
   射弁であって、圧電式または磁歪式のアクチュエータ（３）と、該アクチュエー
   タ（３）によって弁ニードル（３０）を介して操作可能な弁閉鎖体（２６）とが
   設けられており、該弁閉鎖体（２６）が弁座面（２４）と協働してシール座を形
   成する形式のものにおいて、 アクチュエータ（３）が第１運動方向（３９）に操作可能であり、弁閉鎖体（
   ２６）が弁ニードル（３０）を介して、第１運動方向（３９）に対してほぼ垂直
   な第２運動方向（４０）に可動であることを特徴とする、燃料噴射弁。
2. 【請求項２】 アクチュエータ（３）と弁ニードル（３０）との間に、液圧
   式の伝動装置（３８）が設けられており、アクチュエータ（３）が第１可動ピス
   トン（１１）を介して、かつ弁ニードル（３）が第２可動ピストン（３５）を介
   して、液圧媒体で充てんされた伝動装置（３８）の伝動室（４１）にそれぞれ接
   続されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 【請求項３】 第１伝動ピストン（１１）が伝動室（４１）と接続している
   面、すなわち第１面（Ａ１）が、第２伝動ピストン（３５）が伝動室（４１）と
   接続している面、すなわち第２面（Ａ２）より大きい、請求項２記載の燃料噴射
   弁。
4. 【請求項４】 伝動室（４１）がほぼＬ字形に曲げられており、第１伝動ピ
   ストン（１１）が第１脚部（４２）と接続されており、第２伝動ピストン（３５
   ）が第２脚部（４３）と接続されている、請求項３記載の燃料噴射弁。
5. 【請求項５】 燃料噴射弁（１）が内方に向かって開放する燃料噴射弁（１
   ）であって、ほぼＬ字形に曲げられた第２脚部（４３）が、第２伝動ピストン（
   ３５）の、弁閉鎖体（２６）に向いている側に配置されている、請求項４記載の
   燃料噴射弁。
6. 【請求項６】 第２伝動ピストン（３５）の、弁閉鎖体（２６）とは反対側
   に戻しばね（３６）が係合している、請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 【請求項７】 燃料噴射弁（１）が外方に向かって開放する燃料噴射弁（１
   ）であって、ほぼＬ字形に曲げられた第２脚部（４３）が、第２伝動ピストン（
   ３５）の、弁閉鎖体（２６）とは反対側に配置されている、請求項４記載の燃料
   噴射弁。
8. 【請求項８】 弁ニードル（３０）または第２伝動ピストン（３５）に、フ
   ランジ（５２）が結合されており、該フランジ（５２）に戻しばね（３６）が係
   合している、請求項７記載の燃料噴射弁。
9. 【請求項９】 伝動室（４１）を充てんしている液圧媒体が、燃料噴射弁（
   １）内でシール座へ案内される燃料である、請求項２から８までのいずれか１項
   記載の燃料噴射弁。
10. 【請求項１０】 予負荷エレメント（４）がアクチュエータ（３）をスリー
    ブ状に取り囲んでいる、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
11. 【請求項１１】 弁ニードル（３０）が、第２伝動ピストン（３５）に一体
    的に形成されている第１弁ニードル区分（３０ａ）と、弁閉鎖体（２６）に一体
    的に形成されている第２弁ニードル区分（３０ｂ）とからなり、第１弁ニードル
    区分（３０ａ）は、第２弁ニードル区分（３０ｂ）に連結部材（３１）を介して
    結合されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。