JP2003512556A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、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、圧電式の又は磁歪式の弁アクチュエータ（４）と、該弁アクチュエータ（４）によって、操作体（１５）及び／又は弁ニードル（１９）を用いて操作可能な弁閉鎖体（２０）とを有しており、該弁閉鎖体（２０）が弁座面（２１）と協働してシール座を形成している形式のものに関する。操作体（１５）又は弁ニードル（１９）が、少なくとも１つのコーキングアクチュエータ（１０）を介して摩擦接続式に弁アクチュエータ（４）に接続可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、主請求項の上位概念部に記載した燃料噴射弁に関する。

【０００２】 一般的に、温度の影響による、燃料噴射弁の圧電式のアクチュエータの長手方
向変化は、適当な材料組み合わせを選択することによって補償される。

【０００３】 ヨーロッパ特許公開第０８６９２７８号明細書によれば、アクチュエータの長
手方向変化が相応の材料組み合わせによって補償されるようになっている燃料噴
射弁が公知である。この公知の明細書に記載された燃料噴射弁は、アクチュエー
タ室内に配置されたアクチュエータを有しており、このアクチュエータは圧力ス
イッチに形状接続式に結合されていて、この圧力スイッチを介してアクチュエー
タが押圧ばねのばね力に抗して弁ニードルに作用するようになっている。アクチ
ュエータは、一方では圧力プレートに支えられていて、他方では調節部材に支え
られている。アクチュエータを励磁すると、弁ニードルは噴射方向に操作される
。

【０００４】 温度に基づくアクチュエータの長さ変化の補償は、前記公知のものでは多数の
補償円板によって得られる。これらの補償円板は、圧力プレートとアクチュエー
タの端面側との間に配置されている。これらの補償円板は、逆の特徴を有するア
クチュエータ部材に相当する温度膨張係数を有している。温度の上昇によってア
クチュエータが短縮すると、補償円板は膨張して、それによってアクチュエータ
の熱的な長さ変化を補償する。

【０００５】 このような構成の欠点は特に、製造費用が、材料（例えばＩＮＶＡＲ）の選択
によって限定されて比較的高いコストを伴うという点にある。

【０００６】 液圧式の装置による長さ変化の補償は、例えばヨーロッパ特許公開第０４７７
４９９号公報により公知である。このような形式の装置の基本的な欠点は、大量
の液体容積を押しのけることによってキャビテーション（気泡形成）傾向が高く
なるという点にある。

【０００７】 発明の利点 これに対して、請求項１に記載した特徴を有する本発明による燃料噴射弁は、
温度に基づいて生じる、構成部材の長さ及び位置変化を純粋に機械的に補償する
ことができるという利点を有している。これによって、燃料噴射弁の確実かつ正
確な作動形式で保証される。

【０００８】 従属請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した燃料噴射弁の有利な
別の構成が得られる。

【０００９】 特に、弁アクチュエータの制御とコーキングアクチュエータの制御とを同期的
に行うことによって、より短く正確な切換え時間が得られる。何故ならば、操作
は時間的な遅れなしで開始されるからである。制御ポーズでは、弁アクチュエー
タは妨げられることなしに温度比に合わせることができる。

【００１０】 コーキングアクチュエータをガイドケーシング内にカプセル式に包囲すること
によってアクチュエータは外部の引っ張り力及び剪断力に対して保護され、より
高い形状安定性が得られる。

【００１１】 弁ケーシングに対してアクチュエータケーシングをシールすることによって、
アクチュエータが化学的に攻撃的な燃料によって攻撃されないという利点を有し
ている。

【００１２】 コーキングアクチュエータの制御は、弁アクチュエータ及びコーキングアクチ
ュエータのために２段階で若しくは２つの異なる電流回路を介して行うことがで
きる。これは予コーキングの可能性を高める。

【００１３】 図面 本発明の１実施例が図面に概略的に示されていて、以下に詳しく説明されてい
る。

【００１４】 図１は、本発明の１実施例による燃料噴射弁の軸方向断面図、 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

【００１５】 実施例の説明 図１には、本発明の１実施例による燃料噴射弁１の軸方向断面図が示されてい
る。この燃料噴射弁１は、内方に向かって開放する燃料取り入れ口２を介する中
央の燃料供給部を備えた燃料噴射弁である。

【００１６】 アクチュエータケーシング３内には、圧電式又は磁歪式の円板状のエレメント
６ａより成る、中央の切欠５を備えたリング状に構成された弁アクチュエータ４
とプレロードばね７とが配置されている。弁アクチュエータ４は、外部の電圧源
によって差込み接点８を介して操作される。簡略化のために、図１には１つの接
点４０だけが示されており、この接点４０は、導電性の接続部９を介して弁アク
チュエータ４に接続されている。差込み接点８はプラスチック被覆部４１に射出
成形で埋め込まれている。

【００１７】 アクチュエータケーシング３は、部分的に外側のスリーブ４３と内側のスリー
ブ４４とを有している。弁アクチュエータ４と外側のスリーブ４３との間には保
護及び支持スリーブ４６が設けられており、この保護及び支持スリー４６は閉鎖
プレート３６を有していて、この閉鎖プレート３６で、弁アクチュエータ４の第
１の端面側３２が支えられている。第１の閉鎖プレート３６とは反対側には第２
の閉鎖プレート３７が配置されており、この第２の閉鎖プレート３７にプレロー
ドばね７が支えられている。

【００１８】 プレロードばね７と弁アクチュエータ４との間には少なくとも１つのコーキン
グアクチュエータ（Ｖｅｒｓｔｅｍｍａｋｔｏｒ）１０が配置されている。図示
の実施例では３つのコーキングアクチュエータ１０が設けられている。各コーキ
ングアクチュエータ１０は、弁アクチュエータ４のように圧電式又は磁歪式の円
板状の部材６ｂより成っていて、例えば弁アクチュエータ４のようにサンドイッ
チ構造で又は中実に構成されている。コーキングアクチュエータ１０を操作する
ために第２の電流回路が設けられる。コーキングアクチュエータ１０の円板状の
部材６ｂは、半径方向で外側の載設プレート１１に当接しており、この載設プレ
ート１１は、保護及び支持スリーブ４６で支えられていて、それぞれスリーブ状
のガイドケーシング１３によって取り囲まれている。プレロードばね７と、第２
の端面側３３を備えた弁アクチュエータ４とは支持セグメント１４で支えられて
いる。ガイドケーシング１３間には、周方向でそれぞれ１つの支持セグメント１
４が配置されており、これらの支持セグメント１４は、弁アクチュエータ４及び
プレロードばね７のための支持機能を満たす。支持セグメント１４とコーキング
アクチュエータ１０とは、アクチュエータケーシング３に結合されているのでは
なく、プレロードばね７のプレロードによってアクチュエータケーシング３内で
定置に保持されている。

【００１９】 操作体１５は、弁アクチュエータ４の中央の切欠５内及び内側のスリーブ４４
内に配置されていて、コーキングアクチュエータ１０及び支持セグメント１４の
領域内で狭幅部１６を有している。この狭幅部１６に連行体１７が係合し、この
連行体１７は端面側がそれぞれコーキングアクチュエータ１０に結合されている
。各制御動作間の休止つまり制御ポーズにおいて、連行体１７はわずかな残留力
で操作体１５に当接し、それによってコーキングアクチュエータ１０がさらにプ
レロードにさらされることになる。

【００２０】 操作体１５は、延長部１８を介して弁ニードル１９に接続されており、この弁
ニードル１９に弁閉鎖体２０が構成されている。弁閉鎖体２０が弁座体４７の弁
座面２１から持ち上がると、燃料が噴射開口２２を通って噴射される。弁座体４
７は、スリーブ状のノズル体４８を介して外側のスリーブ４３に接続されている
。操作体１５は、弁ニードル１９とは反対側で戻しばね２３に支えられていて、
その延長部１８が弁ニードル１９のフランジ２４に後ろから係合している。弁ニ
ードル１９のフランジ２４と操作体１５との間にはばね２５が緊締されている。
操作体１５は、閉鎖運動時に弁ニードル１９に対して振動運動するので、弁ニー
ドル１９の慣性質量だけが弁座面２１にぶつかる。これによって強い衝撃は避け
られる。燃料は、操作体１５の内側切欠２６、延長部１８の壁部の横方向孔２７
、弁座体４７に設けられた少なくとも１つの通路２８を介してシール座部に向か
って流れる。

【００２１】 図１に示された本発明による燃料噴射弁１の弁アクチュエータ４及びコーキン
グアクチュエータ１０に、差込み接点８を介して電気的な操作電圧が接続される
と、弁アクチュエータ４及びコーキングアクチュエータ１０の円板状の部材６が
伸張し、それによって弁アクチュエータ４の軸方向の伸張と同時に、コーキング
アクチュエータ１０が連行体１７を操作体１５の外側壁部２９に押しつける。こ
れによって操作体１５は、弁アクチュエータ４に摩擦接続式に（ｋｒａｆｔｓｃ
ｈｌｕｅｓｓｉｇ；摩擦による束縛）コーキング接合（ｖｅｒｓｔｅｍｍｅｎ；
かしめ接合）される。燃料の流れ方向とは逆方向に弁アクチュエータ４が伸張す
ることによって、燃料噴射弁１が開放される。

【００２２】 燃料噴射弁１は、運転時に強い温度変化にさらされる。一方では、燃料噴射弁
１全体が内燃機関の燃焼室に接触することによって加熱され、他方では、例えば
圧電式の弁アクチュエータ４の変形時の損失効率による又は電気的な負荷運動に
よる局所的な温度の影響が生じる。これによって、円板状の部材が熱的に短縮さ
れることになる。何故ならば圧電式のセラミックは、負の温度膨張係数を有して
いて、加熱時に収縮し、冷却時に膨張するからである。

【００２３】 コーキングアクチュエータ１０を本発明に従って弁アクチュエータ４に対して
垂直に配置したことによって、特に弁アクチュエータ４の熱的な長さ変化プロセ
スを、弁アクチュエータ４の緊張を招くことなしに、制御ポーズにおいて妨げら
れずに実施することが保証される。この場合、コーキングアクチュエータ１０に
よって操作体１５に加えられる残留力は、プレロードばね７又は弁アクチュエー
タ４によって克服され、一方、制御ポーズにおいては連行体１７の圧力が操作体
１５に、この操作体１５が弁アクチュエータ４の伸張方向で移動する程度に強い
。

【００２４】 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、燃料噴射弁１の概略的な断面図を示し
ている。この場合、既に説明した部材と同じ部材には同じ符号を記した。

【００２５】 この実施例では、３つの同じコーキングアクチュエータ１０がプレロードばね
７と弁アクチュエータ４との間で約１２０゜の規則的な角度間隔を保って配置さ
れている。コーキングアクチュエータ１０は、載設プレート１１に当接しており
、この載設プレート１１は、弁アクチュエータ４の保護及び支持スリーブ４５の
内壁１２で支えられていて、横方向に延びるスリーブ状のガイドケーシング１３
によって取り囲まれている。コーキングアクチュエータ１０の作用方向は、弁ア
クチュエータ４の作用方向に対して垂直に向けられている。プレロードばね７及
び弁アクチュエータ４は支持セグメント１４に支えられている。ガイドケーシン
グ１３間には例えば約１２０゜の同じ角度間隔を保って３つの支持セグメント１
４が配置されており、これらの支持セグメント１４は、弁アクチュエータ４及び
プレロードばね７のための支持機能を満たす。支持セグメント１４及びコーキン
グアクチュエータ１０は、アクチュエータケーシング３に結合されているのでは
なく、プレロードばね７のプレロードによってアクチュエータケーシング３内で
定置に保持されている。操作体１５の狭幅部１６には連行体１７が図示のように
係合し、操作体１５は３つの連行体１７間で摩擦接続式に弁アクチュエータ４に
コーキング接合される。

【００２６】 コーキングアクチュエータ１０を操作するために第２の電流回路が設けられて
いれば、操作電圧は同時に又は時間的にずらされて供給され、それによってコー
キングアクチュエータ１０を、弁アクチュエータ４の操作前に前もってコーキン
グ接合することができる。同じ効果は、同じ電流回路によって制御する際に、弁
アクチュエータ４及びコーキングアクチュエータ１０のために異なる圧電セラミ
ックを選択することによって得られる。コーキングアクチュエータ１０の圧電セ
ラミックが、弁アクチュエータ４よりも高い膨張係数を有している場合は、コー
キングアクチュエータ１０を操作するために小さい操作電圧で十分である。これ
に対して、弁アクチュエータ４によって弁ニードル１９に伝達されるストローク
は、弁アクチュエータ４の圧電式の部材６ａの膨張が僅かであるので、燃料噴射
弁１を開放するためには十分ではない。電圧がさらに高くなると、燃料噴射弁１
は開放される。

【００２７】 本発明は、図示の実施例だけに限定されるものではなく、燃料噴射弁１のその
他の多くの構造形式を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１実施例による燃料噴射弁の軸方向断面図である。

【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

Claims (12)

【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、圧電式の又は磁歪式の弁アクチュエータ（４）と、該弁アクチュ
   エータ（４）によって、操作体（１５）及び／又は弁ニードル（１９）を用いて
   操作可能な弁閉鎖体（２０）とを有しており、該弁閉鎖体（２０）が弁座面（２
   １）と協働してシール座を形成している形式のものにおいて、 操作体（１５）又は弁ニードル（１９）が、少なくとも１つのコーキングアク
   チュエータ（１０）を介して摩擦接続式に弁アクチュエータ（４）に接続可能で
   あることを特徴とする、燃料噴射弁。
2. 【請求項２】 各コーキングアクチュエータ（１０）の作用方向が弁アクチ
   ュエータ（４）の作用方向に対してほぼ垂直に向けられている、請求項１記載の
   燃料噴射弁。
3. 【請求項３】 各コーキングアクチュエータ（１０）がガイドケーシング（
   １３）によって取り囲まれていて、該ガイドケーシングが載設プレート（１１）
   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】 少なくとも１つの支持セグメント（１４）が、少なくとも１
   つのコーキングアクチュエータ（１０）と同じ平面内に配置されている、請求項
   ３記載の燃料噴射弁。
5. 【請求項５】 弁アクチュエータ（４）と、少なくとも１つのコーキングア
   クチュエータ（１０）と、支持セグメント（１４）と、プレロードばね（７）と
   が、アクチュエータケーシング（３）内にカプセル式に収容されている、請求項
   ４記載の燃料噴射弁。
6. 【請求項６】 弁アクチュエータ（４）の第１の端面側（３２）が、アクチ
   ュエータケーシング（３）の第１の閉鎖プレート（３６）に当接していて、プレ
   ロードばね（７）の第１の端部（３４）がアクチュエータケーシング（３）の第
   ２の閉鎖プレート（３７）に当接していて、コーキングアクチュエータ（１０）
   のガイドケーシング（１３）又は支持セグメント（１４）が、弁アクチュエータ
   （４）の第２の端面側（３３）とプレロードばね（７）の第２の端部（３５）と
   の間に位置している、請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 【請求項７】 操作体（１５）又は弁ニードル（１９）が、コーキングアク
   チュエータ（１０）で支えられた連行体（１７）を介して弁アクチュエータ（４
   ）に摩擦接続式に結合可能である、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】 連行体（１７）は、弁アクチュエータ（１０）が解除された
   状態で、十分に小さいプレロード下にあるように操作体（１５）で又は弁ニード
   ル（１９）で支えられており、弁アクチュエータ（４）が、連行体（１７）によ
   って弁ニードル（１９）に又は操作体（１５）に作用する摩擦力を克服して軸方
   向で自由に摺動可能である、請求項７記載の燃料噴射弁。
9. 【請求項９】 弁アクチュエータ（４）と各コーキングアクチュエータ（１
   ０）とが同時に操作可能である、請求項８記載の燃料噴射弁。
10. 【請求項１０】 弁アクチュエータ（４）が、第１の電流回路によって操作
    可能であって、各コーキングアクチュエータ（１０）が、第１の電流回路とは無
    関係な第２の電流回路によって操作可能である、請求項１から８までのいずれか
    １項記載の燃料噴射弁。
11. 【請求項１１】 各コーキングアクチュエータ（１０）の圧電式の部材（６
    ｂ）が、弁アクチュエータ（４）の圧電式の部材（６ａ）よりも大きい膨張係数
    を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
12. 【請求項１２】 弁アクチュエータ（４）が、リング状に構成されていて中
    央の切欠（５）を備えており、該切欠（５）内に操作体（１５）がガイドされて
    いる、請求項１から１１までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。