JP2004518064A - 液体を制御するための弁 - Google Patents

Abstract

液体を制御するための弁が提案されており、少なくとも１部分の弁体（２２）内に配置されている弁部材（１０）を操作するための特に圧電的なアクチュエータユニットが設けられており、この弁部材が、アクチュエータユニットに接続している少なくとも１つの調節ピストン（１１）と、液力式の連結器（１２）を介して調節ピストン（１１）と作用結合している少なくとも１つの操作ピストン（１３）とを有しており、操作ピストンが弁閉鎖部材（１４）と結合されており、この弁閉鎖部材が少なくとも１つの弁座（１５）と協働し、かつ、閉鎖位置において制御室（１９）を排出室（２０）から分離するようになっており、液力式の連結器（１２）が充てん装置を備えている。弁閉鎖部材（１４）が、ピストン状に構成された円柱形の領域（１７；４１；５１）を有しており、この領域と弁体（２２）とが、充てん装置に供給される流体のための少なくとも１つのフィルタギャップを形成し、かつ、このフィルタギャップの高さにおいて充てん装置の供給通路（２６）が分岐している。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に詳細に規定された形式の、液体を制御するための弁に関する。
【０００２】
冒頭で述べた形式の、液体を制御するための弁は実地において公知であり、例えば自動車の内燃機関の燃料噴射弁、特にコモンレールインジェクタにおいて使用されている。
【０００３】
このような弁は例えばＥＰ０４７７４００Ａ１にも記載されている。この弁は操作のために圧電的なアクチュエータを有している。アクチュエータの変位を弁閉鎖部材に伝達するために、弁は液力室を有しており、この液力室は、液力的な変速若しくは連結及び公差補償エレメントとして働く。液力室は、それが境を接する２つのピストン、すなわち、より小さな直径を有していて制御すべき弁閉鎖部材と結合されている一方のピストンと、より大きな直径を有していて圧電的なアクチュエータと結合されている他方のピストンとの間に、共通の補償体積を封入している。直径のよりわずかであるいわゆる操作ピストンは、より大きな直径のピストン、いわゆる調節ピストンが圧電的なアクチュエータによって特定の変位を行う際に、ピストン直径の変速比だけ大きな行程を行う。更に、液力室の補償体積を介して、使用される材料の温度勾配若しくは互いに異なる温度膨張係数に基づく公差並びに場合により沈着効果を補償することができ、その場合、制御すべき弁閉鎖部材の位置の変化が生ずることはない。
【０００４】
液力的な連結器内の流体圧力は弁の操作の場合に漏えいに基づいて連続的に減少する。この理由から、液力的な連結器を常に相応する量の液力液体により後充てんすることが必要である。噴射弁においては、連結器の後充てんは、普通は、噴射弁に高圧で供給されかつ一面では噴射弁によって燃料機関内に噴射せしめられかつ他面では噴射弁の制御に役立つ流体、によって行われる。流体の取り出しはこの場合、連結器内の高圧を回避するために例えばわずかな液力的な横断面、換言すれば絞り箇所を有している漏えい箇所を介して行われる。
【０００５】
この場合、問題となることは、このような絞り箇所が、これを流過する流体の汚物によって容易に詰まることである。
【０００６】
発明の利点
これに対し請求項１の特徴、すなわち、弁閉鎖部材がピストン状に構成された円柱形の領域を有しており、この領域と弁体とが、充てん装置に供給される流体のための少なくとも１つのフィルタギャップを形成し、このフィルタギャップの高さにおいて充てん装置の供給通路が分岐しているという特徴を備えた本発明による弁は、充てん装置の絞り箇所が例えば絞りピンあるいは絞り孔において詰まる危険がわずかであるという利点を有している。それは弁閉鎖部材が弁体と組み合わせて、絞り箇所を流過する、液力的な連結器を充てんする流体のための汚物フィルタを形成するからである。
【０００７】
更に本発明による弁は、弁体と弁閉鎖部材とから形成される汚物フィルタが程度の差こそあれ自己清浄性の汚物フィルタであるという利点を有している。それは、フィルタギャップの領域内に場合により詰まる汚物が、弁閉鎖部材の運動により再び剥がれるからである。
【０００８】
本発明は、フィルタギャップがピストン状に構成された弁閉鎖部材の、弁体における狭い案内によって、例えば大体において相応して構成された弁体の孔によって、実現されることによって、容易に実現することができる。この場合重要なことは、もちろん、供給通路が少なくとも１つのフィルタギャップの下流側で分岐していることである。そうでないと、充分なフィルタ作用を達成することができない。
【０００９】
本発明による弁の好ましい実施形態によれば、閉鎖部材の、ピストン状に構成された領域が、弁閉鎖部材を取り囲む少なくとも１つのリング形の弁体突起に接して構成されており、この突起と、弁閉鎖部材の、ピストン状に構成された領域とが、フィルタギャップを形成している。
【００１０】
有利な構成では、充てん装置の供給通路が、弁閉鎖部材の、ピストン状の領域を取り囲むリング室から分岐している。有利には、このリング室はフィルタギャップの下流側に位置している。
【００１１】
弁に充分な量の流体を供給し得るようにするために、有利には、弁は制御通路を有しており、この制御通路は、弁閉鎖部材の、操作ピストンとは逆の側に構成された室と制御室との間を接続する。制御室は例えば次のように配置されている。すなわち、制御室が、弁閉鎖部材の、弁座と協働する弁閉鎖部材領域も取り囲む領域を取り囲んでいるように、配置されている。
【００１２】
有利な形式で、制御通路内に、絞りを構成しておくことができる。本発明による弁を、弁がいわゆるノズルモジュールの制御のために役立ち、かつ、いわゆる排出絞りを介してノズルモジュールと接続されているコモンレールインジェクタにおいて使用する場合に、この絞りは前接続されている排出絞りよりも大きな横断面を有しているようにする。制御通路内に配置されている絞りに基づいて、この場合、弁閉鎖部材に、迅速な弁閉鎖部材の閉鎖を作用させる力が生じる。このこと自体は、噴射弁において、小さなかつ安定した噴射量を保証する。
【００１３】
制御通路は、弁閉鎖部材内か、あるいは技術者の判断により、弁体内に構成しておくことができる。
【００１４】
本発明による弁の特別な実施形態によれば、弁閉鎖部材が少なくとも２部分に構成されている。例えば、弁閉鎖部材は、弁座と協働する少なくとも１つの半球形の構造部分を含み、かつ、大体において円柱状に構成された構造部分を含み、この構造部分は弁体に沿って案内されていて、この弁体とフィルタギャップを形成している。この実施形態は、弁体の製作の際に、より大きな公差を可能にする。それは、半球形の構造部分及び円柱状に構成された構造部分が半径方向で互いに相対的にしゅう動可能に構成されている場合に、円柱状に構成された構造部分の案内を弁座と同心的に構成しておかなくてもよいからである。
【００１５】
弁閉鎖部材の、操作ピストンの操作の場合に必要な行程の調整は、行程調整エレメントによって行うことができ、この行程調整エレメントは有利にはディスク状に構成されていて、弁閉鎖部材の自由な端面に配置されている。
【００１６】
本発明の対象の別の利点及び有利な構成は、以下の明細書、図面及び請求の範囲から知ることができる。
【００１７】
実施例の説明
本発明による弁の３つの実施例が図面に概略的に示されており、以下において詳細に説明する。
【００１８】
図１において示した実施例は燃料噴射弁１を示し、これは自動車の自体公知の内燃機関に取り付けられるものであって、ここでは有利にはディーゼル燃料の噴射のためのコモンレールインジェクタとして構成されている。燃料噴射弁１はこのために重要な構造部分として弁制御モジュール２とノズルモジュール３とを含んでいる。
【００１９】
ノズルモジュール３は弁制御ピストン４を含み、この弁制御ピストンはノズル体５内に配置されていて、図示していない、燃料噴射弁１の、内燃機関の燃焼室に通じている開口を制御するノズルニードルと作用結合されていて、若しくはノズルニードルと１つの構造ユニットを形成している。
【００２０】
図１に示した、弁制御ピストン４の自由な端面にはいわゆる弁制御室６が境を接している。弁制御室６内で支配している圧力水準に関して、弁制御ピストン４の位置ひいてはノズルニードルの位置が調整される。弁制御室６はこのために供給絞り７を介して燃料供給領域８と接続されており、この燃料供給領域内には噴射される燃料が含まれている。弁制御室は更に、排出絞り９を介して弁制御モジュール２と接続されている。
【００２１】
高圧供給領域８は、図示していない、複数の噴射弁に共通の高圧貯蔵器、いわゆるコモンレールに接続されている。高圧貯蔵器８内に含まれている燃料は例えば１．５キロバールまでの圧力下にある。
【００２２】
噴射開始時点、噴射期間及び噴射量を調整するために、噴射弁１は、弁体２２を備えた弁制御モジュール２を含み、この弁体内で弁部材１０が案内されており、弁部材は、ここでは図示していない、普通の構造の圧電的なアクチュエータユニットによって操作可能である。アクチュエータユニットは、弁部材１０の、弁制御ピストン４ひいては燃焼機関の燃焼室とは逆の側に配置されている。
【００２３】
圧電的なアクチュエータは、弁部材１０に所属する第１のピストン１１に作用し、このピストンはいわゆる調節ピストンを形成している。調節ピストン１１は液力的な連結器１２を介して第２のピストン１３、すなわちいわゆる操作ピストンと作用結合している。
【００２４】
液力的な連結器１２は液力室として構成されていて、圧電的なアクチュエータユニットにより走行可能な調節ピストン１１の軸方向の変位を操作ピストン１３上に伝達する。液力的な変速は、この場合操作ピストン１３よりも大きな直径を有している調節ピストン１１が圧電的なアクチュエータユニットによって特定の距離だけ走行せしめられるときに、操作ピストン１３がピストン直径の変速比だけ増大せしめられた行程を行うように、する。
【００２５】
操作ピストン１３は、ここでは球座として形成された弁座１５と協働する弁閉鎖部材１４の操作に役立つ。弁閉鎖部材１４は、その操作ピストン１３に面した側に、大体において半球形に構成された領域１６を有しており、この領域は対応して形成された弁座１５と協働する。半球形の領域１６には、弁制御ピストン４の方向で、大体においてピストン状に構成された円柱状の領域１７が接続しており、この領域１７自体には、弁閉鎖部材１４の行程を制限するための調整ディスク１８が境を接している。
【００２６】
弁閉鎖部材１４の、半球形の領域１６の範囲内において、弁閉鎖部材は制御室１９により取り囲まれており、制御室は弁閉鎖部材１４の遮断位置においていわゆる排出室２０から隔てられている。排出室２０から、ここでは図示していない戻し通路が分岐しており、この戻し通路は、ここではやはり図示していない燃料貯蔵タンクと接続されている。
【００２７】
弁閉鎖部材１４、特に弁閉鎖部材１４の円柱状の領域１７は、弁体２２の孔２１内で案内されている。孔２１の壁面にはリング形の、リブ状の２つの突起２３及び２４が構成されており、これらの突起は弁閉鎖部材１４のための案内部を形成していて、弁閉鎖部材とそれぞれフィルタギャップをなしている。弁閉鎖体１４の円柱形の領域１７は突起２３及び２４に密接して案内されていて、弁閉鎖部材１４と突起２３若しくは２４との間には単に極めて狭いリングギャップが残されているだけであって、このリングギャップは燃料のためのフィルタ機能を行う。
【００２８】
突起２３及び２４の間にはリング室２５があり、このリング室から、通路２６が、液力室１２に液力液体を充てんするために、分岐している。通路２６は弁体２２の孔２７内に配置された絞りピン２８に通じており、その下流側で通路システム３３が調節ピストン１１に通じており、したがって、調節ピストン１１に境を接するリングギャップを介して、液力液体が液力室１２内に導かれることができる。通路システム３３は更に圧力制御弁２９を備えており、したがって、液力室１２内には常にこの弁２９によって調整された圧力が支配している。
【００２９】
弁閉鎖部材１４は更に袋穴状に構成された孔３０を有しており、この孔は、弁閉鎖部材の、排出絞り９に面した側から弁閉鎖部材内に形成されている。孔３０は軸方向に整向されている。孔３０から絞りとして構成された通路３１が分岐しており、この通路は制御室１９に通じている。いわゆる制御通路を一緒に形成している孔３０及び絞り３１を介して、噴射弁１を操作するのに必要な制御量が、排出絞り９に後接続された室３２から、制御室１９内に導入される。
【００３０】
絞り３１の直径は、それに前接続された排出絞り９の直径よりも著しく大きい。弁閉鎖部材１４が開かれると、絞り３１に、弁閉鎖部材１４に力を及ぼす圧力差が生ずる。この力は弁閉鎖部材の迅速な閉鎖を生ぜしめる。このことは自体は、小さなかつ安定した噴射量のための前提である。
【００３１】
図１に示した燃料噴射弁１は以下に記載する形式で働く。
【００３２】
燃料噴射弁１が閉じられた状態において、換言すれば、圧電的なアクチュエータユニットに電圧が印加されていない場合に、弁閉鎖部材１４、換言すればその半球形に構成された領域１６は、それに所属する弁座１５にある。弁閉鎖部材１４はこれにより遮断位置にある。
【００３３】
噴射弁１若しくはここでは図示していないノズルニードルによって閉じられている噴射ノズルを開く場合に、圧電的なアクチュエータユニットに電圧が印加され、次いでアクチュエータユニットは衝撃的に軸方向で、換言すれば調節ピストン１１の方向に膨張する。調節ピストン１１はこれによって操作ピストン１３の方向にしゅう動せしめられる。このこと自体は、液力室１２を介して生ぜしめられる操作ピストン１３の弁制御ピストン４の方向での移動を生ぜしめ、このこと自体は、弁閉鎖部材１４のやはりこの方向での移動を生ぜしめる。これによって、制御室１９内に含まれている燃料が排出室２０内に、かつそこから図示していない戻し通路内に排出される。これによって、弁制御室６内の圧力が減少し、したがって弁制御ピストン４は戻され、弁制御ピストンと１つの構造ユニットを形成しているノズルニードルは、燃焼機関の燃焼室に通じている開口を開放する。
【００３４】
場合により突起２３及び２４と、弁閉鎖部材１４の、円柱形に構成された領域１７との間に、つまりフィルタギャップ内に、集まった汚物は、弁閉鎖部材１４の軸方向のしゅう動及びこれによって生じる摩擦力によって、再び剥がされる。したがって、自己清浄性のフィルタギャップである。
【００３５】
圧電的なアクチュエータユニットに印加される電圧が中断されると、調節ピストン１１はアクチュエータユニットの方向に戻され、これによって液力室１２内に支配している圧力が減少せしめられ、弁閉鎖部材１４及び操作ピストン１３がやはり圧電的なアクチュエータユニットの方向に走行せしめられ、弁閉鎖部材１４が弁座１５に接触するに至る。次いで、弁制御室６内に改めて、高圧供給領域８内に支配しているレール圧力が構成される。このことは供給絞り７を介して行われる。これによって、弁制御ピストン４が再びその閉鎖位置に移動せしめれられる。
【００３６】
弁閉鎖部材１４の開かれた位置への移行におけるように、この場合においても弁閉鎖部材１４の閉鎖運動中にフィルタギャップの浄化が行われる。
【００３７】
図２の実施例は図１の実施例と異なって、弁閉鎖部材１４が一体ではなしに、複数の部分から構成されている。図面を見やすくするために、機能の同じ構造部分は図１と同じ符号が付けられている。
【００３８】
弁閉鎖部材１４は、大体において半球形の構造部分４２から成っており、これに、ディスク４３を介して、大体において円柱状に構成された、ボルト状の領域４１が接続している。ボルト状の領域４１内には通路４４が構成されており、この通路は軸方向に配置されていて、かつその中に絞り４５が構成されている。通路４４はディスク４３の領域で終わっており、弁閉鎖部材１４の自由な端面に境を接する室３２と制御室１９とを接続している。その他の点では、円柱状に構成された領域４１の作用は、図１の弁閉鎖部材の円柱状の領域と同じである。
【００３９】
弁閉鎖部材１４は要するに、突起２３及び２４とともに、液力室１２の充てんのために使用され、かつ、通路２６及び絞りピン２８から成る絞り並びに通路システム３３を介して案内される燃料のためのフィルタ作用を有している。
【００４０】
図３に示した実施例は図１及び２に示した実施例と次のことによって異なっている。すなわち、ここでは半球形の領域５２と円柱状の領域５１とから成る弁閉鎖部材１４が一体にかつ内実に構成されていることである。自由な端面において、弁閉鎖部材１４に調整ディスク１８が、弁閉鎖部材１４の行程の調整のために、接続している。更に、噴射弁５０は大体において調整ディスク１８に境を接する室５３を含み、この室内に、排出絞り９を介して燃料が案内され、かつ、この室から、制御室１９に通じている制御通路５４が分岐している。制御通路５４内には絞り５５が配置されている。制御通路５４及び絞り５５は弁体２２内に構成されている。
【００４１】
絞り５５の作用形式は大体において、図１に示した噴射弁の絞り３１の作用形式と同じである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
燃料を燃焼機関内に噴射するための噴射弁を部分的に概略的に示した縦断面図を示す。
【図２】
噴射弁の第２の実施形態を、図１に相応する図で、概略的に示す。
【図３】
噴射弁の第３の実施形態を、やはり図１に相応する図で、概略的に示す。
【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 ノズル体、 ６ 弁制御室、 ７ 供給絞り、 ８ 燃料供給領域、 ９ 排出絞り、 １０ 弁部材、 １１ ピストン、 １２ 液力式の連結器、 １３ 第２のピストン、 １４ 弁閉鎖部材、 １５ 弁座、 １６ 領域、 １７ 領域、 １８ 調整ディスク、 １９ 制御室、 ２０ 排出室、 ２１ 孔、 ２２ 弁体、 ２３ 突起、 ２４ 突起、 ２５ リング室、 ２６ 通路、 ２７ 孔、 ２８ 絞りピン、 ２９ 圧力制御弁、 ３０ 孔、 ３１ 通路、 ３２ 室、 ３３ 通路システム、 ４１ ボルト状の領域、 ４２ 半球形の構造部分、 ４３ ディスク、 ４４ 通路、 ４５ 絞り、 ５０ 噴射弁、 ５１ 円柱状の領域、 ５２ 半球形の領域、 ５３ 室、 ５４ 制御通路、 ５５ 絞り

Claims (10)

1. 液体を制御するための弁であって、少なくとも１部分の弁体（２２）内に配置されている弁部材（１０）を操作するための特に圧電的なアクチュエータユニットが設けられており、該弁部材が、アクチュエータユニットに接続している少なくとも１つの調節ピストン（１１）と、液力式の連結器（１２）を介して調節ピストン（１１）と作用結合している少なくとも１つの操作ピストン（１３）とを有しており、該操作ピストンが弁閉鎖部材（１４）と結合されており、該弁閉鎖部材が、少なくとも１つの弁座（１５）と協働し、かつ、閉鎖位置において制御室（１９）を排出室（２０）から分離するようになっており、液力式の連結器（１２）が充てん装置を備えている形式のものにおいて、
   弁閉鎖部材（１４）が、ピストン状に構成された円柱形の領域（１７；４１；５１）を有しており、該円柱形の領域と弁体（２２）とが、充てん装置に供給される流体のための少なくとも１つのフィルタギャップを形成しており、このフィルタギャップの高さにおいて充てん装置の供給通路（２６）が分岐していることを特徴とする、液体を制御するための弁。
2. 閉鎖部材（１４）の、ピストン状に構成された領域（１７；４１；５１）が、弁体（２２）の、少なくとも１つのリング形の突起（２３，２４）に接するように構成されており、該突起と、弁閉鎖部材（１４）の、ピストン状に構成された領域（１７；４１；５１）とが、フィルタギャップを形成している、請求項１記載の弁。
3. 充てん装置の供給通路（２６）が、弁閉鎖部材（１４）の、ピストン状の領域（１７；４１；５１）を取り囲むリング室（２５）から分岐している、請求項１又は２記載の弁。
4. 弁閉鎖部材（１４）の、操作ピストン（１３）とは逆の側に構成された室（３２；５３）と制御室（１９）との間を接続する制御通路（３０；４４；５４）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の弁。
5. 制御通路（３０；４４；５４）内に絞り（３１；４５；５５）が構成されている、請求項４記載の弁。
6. 制御通路（３０；４４）が、弁閉鎖部材（１４）内に構成されている、請求項４又は５記載の弁。
7. 制御通路（５４）が、弁体（２２）内に構成されている、請求項４又は５記載の弁。
8. 弁閉鎖部材（１４）が、少なくとも２部分に構成されている、請求項１から７までのいずれか１項に記載の弁。
9. 弁閉鎖部材（１４）が、弁座（１５）と協働する少なくとも１つの半球形の構造部分（４２）を有していて、かつ、大体において円柱状に構成された構造部分（４１）を有している、請求項８記載の弁。
10. 弁閉鎖部材（１４）が、自由な端面に、行程調整エレメント（１８）有利には行程調整ディスクを備えている、請求項１から９までのいずれか１項に記載の弁。