JP2003106234A - 液体制御のための弁 - Google Patents

液体制御のための弁

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JP2003106234A JP2002234424A JP2002234424A JP2003106234A JP 2003106234 A JP2003106234 A JP 2003106234A JP 2002234424 A JP2002234424 A JP 2002234424A JP 2002234424 A JP2002234424 A JP 2002234424A JP 2003106234 A JP2003106234 A JP 2003106234A
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マッテス パトリック
Wolfgang Stoecklein
シュテックライン ヴォルフガング
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シュミーダー ディートマー
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体制御のための弁であって、弁部材構成ユ
ニットの操作のためのアクチュエータユニット９を備
え、アクチュエータユニットが弁基体内に案内された第
１のピストン１３及び第２のピストン１４を有し、ピス
トン間に液圧式の伝動部として機能する液圧室１６が配
置されており、第２のピストンによって操作可能な弁閉
鎖部材１５が弁基体に形成された弁座１７と協働して、
閉鎖位置で弁の系統圧力領域１８を高圧領域から遮断す
るようになっている形式のものにおいて、液圧室の漏れ
損失を十分に補償して、液圧室による液圧式の連結機能
を最適にする。 【解決手段】 第２のピストン１４が液圧室１６に向か
う方向で、該ピストンを実質的にスリーブ状に包囲する
スペーサ２２によって弁基体に対して支持されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体制御のための
弁であって、弁体構成ユニットの操作のための特に圧電
式のアクチュエータユニットを備えており、アクチュエ
ータユニットが弁基体内に案内された少なくとも１つの
第１のピストン及び第２のピストンを有しており、ピス
トン間に液圧式の伝動部として機能する液圧室が配置さ
れており、第２のピストンが液圧室と逆の側の端部で弁
閉鎖部材を操作するようになっており、弁閉鎖部材が、
弁基体に形成された少なくとも１つの弁座と協働して、
閉鎖位置で弁の系統圧力領域若しくはシステム圧力領域
を高圧領域から遮断するようになっている形式のものに
関する。
【０００２】
【従来の技術】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９
４６８３３Ａ１号明細書により公知の液体制御のための
弁は、弁体の操作のための圧電式のアクチュエータユニ
ットを備えており、弁体が弁基体の孔内を軸方向に移動
可能であって、一端に弁閉鎖部材を有しており、弁閉鎖
部材が弁の開閉のために、弁基体に設けられた少なくと
も１つの弁座と協働するようになっている。この場合、
弁閉鎖部材が低圧領域を高圧領域から遮断するようにな
っており、高圧領域が例えば自動車のコモンレール式噴
射弁におけるレール圧力領域を意味する。
【０００３】弁体は分割して形成されていて、第１のピ
ストン及び第２のピストンを有しており、両方のピスト
ンが液圧式の伝動部若しくはトランスミッションとして
働く液圧室によって相互に分離されている。
【０００４】アクチュエータのストロークを液圧式のカ
プラ（連結部）によって増大するこの種の弁は、液圧室
の容積に対する力作用に基づき、例えば隣接のピストン
の周囲の環状間隙（環状ギャップ）を介して漏れ損失を
生ぜしめ、漏れ損失は液圧室の充分な再充填を行わなけ
れば後続の弁操作の精度を不正確にする。
【０００５】液圧室の再充填のために、ドイツ連邦共和
国特許出願公開第１９９４６８３３Ａ１号明細書に記載
の手段では、高圧領域からの圧力液の取り出しのための
充填装置を設けてあり、充填装置が、絞り孔を有する通
路として形成されており、通路が液圧室の再充填のため
に、第１のピストン及び／又は第２のピストンの周囲の
間隙に開口していて、かつ過圧弁を介して弁低圧室への
分岐路を有しており、弁低圧室が弁閉鎖部材によって閉
鎖可能な弁座に隣接している。このような充填装置を備
える弁構成は煩雑である。
【０００６】コスト及び機能上の理由から、従来の技術
開発においては、液圧室から弁閉鎖部材の弁座に至る弁
領域全体が、系統圧力領域若しくはシステム圧力領域と
して形成されて、再充填が弁閉鎖部材の開弁と同時に行
われるようになっている。
【０００７】このような解決手段（図１に示してある）
では、再充填の構成の実施のために第２のピストンが、
プレストレス（予荷重若しくは初期応力）のわずかなば
ねによって予め負荷されており、これによって所要の差
圧が生ぜしめられて、第２のピストンが常に弁閉鎖部材
に接触させられるようになっている。
【０００８】しかしながら周知のように圧電式アクチュ
エータユニットの予負荷のためのばねが必要であるの
で、該ばねと弁の別のばねとを調和させる必要がある。
このような調和作業の手間のほかに、与えられる構成ス
ペースがわずかであるのも問題であり、それというの
は、同じにかつ容易に反応するばねは、相応に大きな構
成長を必要とするからである。
【０００９】さらに、正確に配量された多重噴射の実現
が困難であり、それというのは、ばね負荷された第２の
ピストンは多重噴射若しくは複数回噴射に際して大きく
振動して、その結果、相応に大きな噴射量誤差を生ぜし
めてしまうからである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
公知技術の欠点を排除することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明の構成では、第２のピストンが液圧室に向かう
方向で、該ピストンを実質的にスリーブ状に包囲するス
ペーサによって弁基体に対して支持されている。
【００１２】
【発明の効果】ばねを使用した場合の液圧室に比べて、
スペーサを使用した場合の液圧室が迅速に補填され、そ
れというのは再充填が、第２のピストンの横断面積と第
２のピストンに作用するばね力との割合に相応して行わ
れるのではなく、直接に周辺の系統圧力によって行われ
るからである。
【００１３】燃料噴射弁内に用いられて該弁に設定され
ている多重噴射に際して該弁の短い時間間隔で続けて行
われる複数の操作において、本発明に基づき第２のピス
トンを弁基体に支持するスペーサは、一種の過行程スト
ッパを成して、第２のピストンの過度な振動を阻止する
ので有利である。要するに、第２のピストンを液圧室に
対して所定の位置で確実にストップさせる、即ちロック
することによって、例えば多重噴射時に発生する噴射量
誤差が著しく減少される。
【００１４】本発明の有利な実施形態が、本明細書、図
面及び特許請求の範囲に記載してある。
【００１５】
【発明の実施の形態】図面には、従来技術の弁の例と本
発明に基づく弁の例とが対比して概略的に示してある。
図１及び図２に示す燃料噴射弁１は、自動車の内燃機関
（図示せず）に組込むために設けられていて、ここでは
特にディーゼル燃料の噴射のためのコモンレール式イン
ジェクタとして形成されている。
【００１６】燃料噴射弁１は、ここには部分的にしか示
してないものの主要構成ユニットとして、燃料制御用の
弁制御モジュール２及びノズルモジュール３を有してい
る。
【００１７】ノズルモジュール３が、ノズル基体内に案
内された弁制御ピストン４を有し、弁制御ピストンがノ
ズルニードルと作用結合し、若しくは該ノズルニードル
と一緒に１つの構成ユニットを形成しており、ノズルニ
ードルが燃料噴射弁１の、内燃機関の燃焼室に通じる開
口を制御するようになっている。弁制御ピストン４の自
由端面が、いわゆる弁制御室５を画成している。弁制御
室５内に作用する圧力レベルに基づき、弁制御ピストン
４の位置若しくはノズルニードルの位置が調節される。
このために、弁制御室５が高圧供給導管６を介して、複
数の噴射弁にとって共通の概略的に示す１つの高圧蓄圧
器（いわゆるコモンレール）７に接続されている。この
場合、高圧供給導管６内に供給された燃料は、最大１．
５ｋｂａｒの圧力下にある。
【００１８】さらに弁制御室５が流出絞り８を介して弁
制御モジュール２に接続されており、弁制御モジュール
を介して噴射開始時点、噴射時間及び噴射量が調節可能
である。
【００１９】噴射開始時点、噴射時間及び噴射量の調節
のために、弁制御モジュール２が、圧電式アクチュエー
タとして形成されたアクチュエータユニット９を有して
おり、アクチュエータユニットが燃料噴射弁１の、内燃
機関の燃焼室から離反した側に配置されていて、弁体構
成ユニットの作動のために用いられる。圧電式のアクチ
ュエータユニット９は公知のように複数の層から成って
いて、一方の側では、図示を省略したアクチュエータ足
部で以て弁基体１０の壁に支えられ、かつ他方の側で
は、即ち弁体構成ユニットに向いた側ではアクチュエー
タヘッド１１を介してばね１２によって弁基体１０に対
して締め付けられている。
【００２０】弁体構成ユニットが図示の実施例では、弁
基体１０内に案内された第１のピストン（作動ピスト
ン、或いは第１の伝達ピストンとも呼ばれる）１３及
び、第２のピストン（操作ピストン、或いは第２の伝達
ピストンとも呼ばれる）１４を有しており、第２のピス
トン１４が弁閉鎖部材１５の操作のために役立つ。第１
のピストン１３の直径が第２のピストン１４の直径より
も大きくなっている。
【００２１】第１のピストン１３と第２のピストン１４
との間に、液圧式の伝動部若しくはトランスミッション
として機能する液圧室１６が配置されており、その結
果、圧電式のアクチュエータ９の電圧負荷に基づく第１
のピストン１３の軸線方向の変位が液圧室１６を介して
第２のピストン１４に伝達され、第２のピストンがピス
トン径の伝動比分だけ増大されたストロークを行う。
【００２２】弁閉鎖部材１５が、弁基体１０に形成され
た弁座１７と協働しており、弁座がここでは、球形に形
成された弁閉鎖部材１５のための球形弁座である。もち
ろんこれとは異なる実施形態で、弁閉鎖部材１５が別の
幾何学的形状を有していてよく、かつ必要に応じて２つ
の弁座と協働するようになっていてよく、このことは、
弁制御モジュール２が二重座弁として形成されているこ
とを意味する。
【００２３】弁閉鎖部材１５は、圧電式のアクチュエー
タ９の非作動時に弁座１７に当接していて、高圧領域を
弁座１７に隣接の弁室１８に対して遮断しており、該弁
室が第２のピストン１４を少なくとも部分的に包囲して
いる。
【００２４】弁閉鎖部材１５を噴射弁１の運転停止状態
でも弁座１７に保持しておくために、ばね１９を設けて
あり、該ばねが弁閉鎖部材１５を弁座１７に向けて押圧
している。
【００２５】低圧側で弁座１７に接続する弁室１８の蓄
圧容積の系統圧力ｐ＿ｓｙｓは、図示の実施例では約２
０バール〜３０バールであるものの、別の実施形態では
２バール乃至５０バールの値であってよい。圧力調整弁
（図示せず）を用いて系統圧力は次のように調整されて
いてよく、即ち、系統圧力が操作の後に第２のピストン
１４の周囲の環状間隙２０を介して液圧室１６の再充填
を確実に保証するようになっている。系統圧力ｐ＿ｓｙ
ｓの所定の閾値を超えると、圧力調整弁が開き、これに
よって相応の減圧量が弁室１８及び系統圧室から導出さ
れる。
【００２６】圧電式のアクチュエータ９の作動制御に基
づく液圧室１６の漏れ損失を再充填によって補償するた
めに、第２のピストン１４が図１の実施例では該第２の
ピストンの周囲に配置されたばね２１を介して弁室１８
に向けてプレストレスされ、即ち予め負荷されており、
これによって液圧室１６内の圧力損失に基づく第２ピス
トン１４の引き寄せが阻止される。この場合に、ばね２
１のばね力は弁閉鎖部材１５の保持のためのばね１９の
ばね力よりも小さく設定されており、従って弁座１７の
確実な閉鎖が保証されている。
【００２７】図２に示す燃料噴射弁１は、図１に示した
燃料噴射弁１と構造的にほぼ同じであり、従って機能的
に同じ構成要素には同一の符号を付けてある。図１の実
施例で第２のピストン１４のプレストレス（予負荷）の
ために用いたばね２１の代わりに、図２の実施例では第
２のピストン１４を包囲するスリーブ２２の形のスペー
サを設けてあり、該スペーサ、即ちスリーブが第２のピ
ストン１４を液圧室１６に対して支持している。
【００２８】スリーブ２２が第２のピストン１４の肩部
２３と弁基体１０の支持面２４との間に組込まれてい
て、図示の実施例では閉じた周壁面を有しているもの
の、異なる実施形態では周壁面が切欠き若しくは開口を
有していてよい。
【００２９】図２の実施例ではスリーブ２２が、長手方
向で弾性的に構成されている。スリーブ２２の長さは、
停止状態では弁閉鎖部材１５が第２のピストン１４によ
って弁座１７からわずかに持ち上げられているのに対し
て、運転状態ではスリーブ２２が弁閉鎖部材１５の側か
らの圧力によって弾性的に縮小されて、その結果、弁閉
鎖部材１５が弁座１７に当接するように、規定されてい
る。弁閉鎖部材１５と弁座１７との間の間隔は、例えば
最大で７μｍである。これによって、各形式の噴射弁に
おいて初期充填のほかに修正充填を十分に保証すること
ができる。
【００３０】運転中に、スリーブ２２を強く圧縮した後
に弁座１７を閉じるようになっている場合には、スリー
ブ２２が、第２のピストン１４のための過行程ストッパ
を成している。スリーブ２２によって、液圧室１６の再
充填が弁室１８の系統圧力で環状間隙２０を介して極め
て迅速に行われる。
【００３１】図２と異なる実施形態で、第２のピストン
１４の支持のためのスペーサ若しくはスリーブの長さが
次のように設定されていてよく、即ち、弁閉鎖部材１５
が組立状態にまず第２のピストン１４によってわずか
に、例えば５μｍ乃至７μｍの環状間隙（環状ギャッ
プ）で弁座１７から持ち上げられ、即ち離されており、
次いでスリーブが弁閉鎖部材１５の側からの力作用によ
って変形させられて、これによって弁閉鎖部材１５が弁
座１７内に当接するようになっていてよい。このような
手段は、スリーブ２２の前述のばね弾性的な構成に比べ
てプロセスの確実な組立工程を提供するものであるもの
の、各形式の噴射弁における修正充填の利点は得られな
い。
【００３２】スリーブ２２が長手方向に弾性的に構成さ
れているか、若しくは塑性変形による不変の長さを有し
ているかに左右されることなく、スリーブ２２によって
第２のピストン１４のバックスイング（過行程振動若し
くは通過振動）が防止され、このことは多重噴射の精度
にとって極めて効果的であり、多重噴射が燃料噴射弁１
の本発明に基づく構成では互いに時間的により接近して
規定され得る。
【００３３】第２のピストン１４のプレストレスのため
のばね２１を使用した場合と、スリーブ２２を使用した
場合において、第２のピストン１４のストローク（行
程）に関する相違点が、図３に示してある。
【００３４】図３には、燃料噴射弁１の弁制御ピストン
４若しくはニードルのストロークＨが、時間ｔに関連し
た特性線ｈ＿１で示してある。ばね２１によってプレス
トレスされた第２のピストン１４の、前記ストロークに
平行して行われるストロークが特性線ｈ＿２ａで示して
あるのに対して、スリーブ２２によって支持された第２
のピストン１４の比較すべきストロークが特性線ｈ＿２
ｂで示してある。特性を極めて単純化して示した該スト
ローク経過によって明らかなように、ばね２１を使用し
た場合には、第２のピストン１４のマイナス側へのバッ
クスイングが生じている。従って噴射系（システム）の
固有振動数に応じて、多重噴射の実施の可能性が制限さ
れている。これに対して、スペーサ若しくはスリーブ２
２は、明確に規定されたストッパを成すことによって傑
出している。
【００３５】本発明は、図示の実施例に限定されるもの
ではなく、特に本発明に関連して説明した構成手段若し
くは構成エレメントの相互の組合せによって実施可能な
変化例をも含むものであり、ほかの様々な分野において
も用いられ得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射弁の概略断面図。
【図２】本発明に基づく燃料噴射弁の実施例の概略断面
図。
【図３】ストローク経過の線図。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁、 ２ 弁制御モジュール、 ３
ノズルモジュール、４ 弁制御ピストン、 ５
弁制御室、 ６ 高圧供給導管、 ７高圧蓄圧器、
８ 流出絞り、 ９ アクチュエータユニット、
１０弁基体、 １１ アクチュエータヘッド、 １２
ばね、 １３，１４ピストン、 １５ 弁閉鎖部
材、 １６ 液圧室、 １７ 弁座、 １８弁室、
１９ ばね、 ２０ 環状間隙、 ２１ ば
ね、 ２２スリーブ、 ２３ 肩部、 ２４ 支持
面、 ｐ＿ｓｙｓ 系統圧力
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 59/46 Ｆ０２Ｍ 59/46 Ｙ (72)発明者 ヴォルフガング シュテックライン ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト ル ートヴィッヒシュトラーセ 34ベー (72)発明者 ディートマー シュミーダー ドイツ連邦共和国 マルクグレーニンゲン ジルヒャーシュトラーセ 12 Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 BA19 BA51 CC01 CC03 CC08T CC12 CC14 CE12 CE16 DA09

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液体制御のための弁であって、弁体構成
    ユニットの操作のためのアクチュエータユニット（９）
    を備えており、アクチュエータユニットが弁基体（１
    ０）内に案内された少なくとも１つの第１のピストン
    （１３）及び第２のピストン（１４）を有しており、ピ
    ストン間に液圧式の伝動部として機能する液圧室（１
    ６）が配置されており、第２のピストンが液圧室（１
    ６）と逆の側の端部で弁閉鎖部材（１５）を操作するよ
    うになっており、弁閉鎖部材が、弁基体（１０）に形成
    された少なくとも１つの弁座（１７）と協働して、閉鎖
    位置で弁（１）の系統圧力領域（１８）を高圧領域
    （５）から遮断するようになっている形式のものにおい
    て、第２のピストン（１４）が液圧室（１６）に向かう
    方向で、該ピストンを実質的にスリーブ状に包囲するス
    ペーサ（２２）によって弁基体（１０）に対して支持さ
    れていることを特徴とする、液体制御のための弁。
  2. 【請求項２】 スペーサ（２２）が、系統圧力（ｐ＿ｓ
    ｙｓ）を有する弁室（１８）内に配置されており、弁室
    が、弁閉鎖部材（１５）によって閉鎖可能な弁座（１
    ７）に隣接して配置されている請求項１記載の弁。
  3. 【請求項３】 スペーサ（２２）が、第２のピストン
    （１４）の肩部（２３）と弁基体（１０）の支持面（２
    ４）との間に配置されている請求項１又は２記載の弁。
  4. 【請求項４】 スペーサ（２２）が長手方向で弾性的に
    構成されており、スペーサの長さが、停止状態で弁閉鎖
    部材（１５）を第２のピストン（１４）によって弁座
    （１７）からわずかに持ち上げていて、かつ運転状態で
    弁閉鎖部材（１５）の側の圧によるスペーサの長手方向
    の弾性的な縮小に基づき弁閉鎖部材（１５）を弁座（１
    ７）に接触させるように規定されている請求項１から３
    までのいずれか１項記載の弁。
  5. 【請求項５】 弁閉鎖部材（１５）が弁の停止状態で、
    弁座（１７）から最大で７μｍまでの距離に持ち上げら
    れている請求項４記載の弁。
  6. 【請求項６】 スペーサ（２２）の長さが、弁閉鎖部材
    （１５）を組立状態でまず第２ピストン（１４）によっ
    て弁座（１７）からわずかに持ち上げていて、次いでス
    ペーサ（２２）を弁閉鎖部材（１５）の側からの力作用
    によって変形させて弁閉鎖部材（１５）を弁座（１７）
    に接触させるように規定されている請求項１から３まで
    のいずれか１項記載の弁。
  7. 【請求項７】 弁閉鎖部材（１５）が組立状態で弁座
    （１７）から最大で７μｍまで距離に持ち上げられてい
    る請求項６記載の弁。
  8. 【請求項８】 内燃機関用の燃料噴射弁の構成部分とし
    て、特にコモンレール式インジェクタ（１）の構成部分
    として弁を使用する請求項１から７までのいずれか１項
    記載の弁。
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