JP2004518885A - 噴射弁 - Google Patents

Abstract

噴射弁、特に内燃機関のための噴射弁が提案される。噴射弁は、噴射ノズルと供給圧力（ｐ Ｒ）の下にある流体のための供給導管とを有している、少なくとも１つのノズルモジュール（３）と、弁モジュール（２）とを含み、この弁モジュールはノズルモジュール（３）と作用結合していて、かつ、供給圧力（ｐ Ｒ）が作用する弁閉鎖部材（１６）と、圧電的なアクチュエータ（１２）とを有し、圧電的なアクチュエータは弁閉鎖部材（１６）を操作するのに役立ち、かつ、ばね（２１）によって、弁閉鎖部材（１６）とは逆の方向にプレロードをかけられており、その際圧電的なアクチュエータ（１２）の制御は、弁制御ユニット（３０）によって行われ、かつ、弁制御ユニットは制御勾配（ｄＵ／ｄｔ）を前規定する。制御勾配（ｄＵ／ｄｔ）は供給圧力（ｐ Ｒ）に関連する大きさである。

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した形式の噴射弁、特に内燃機関のための噴射弁に関する。
【０００２】
このような弁は実地から公知である。このような弁は特にディーゼル内燃機関のためのコモンレール貯蔵噴射システムと結合して使用される。噴射弁はこの場合、次のように構成されている。すなわち、噴射弁はいわゆるノズルモジュールから成り、このノズルモジュールは、ノズルニードルによって制御される噴射ノズルを含み、かついわゆる弁制御モジュールによって操作され、この弁制御モジュールは弁状に構成されている。ノズルモジュールの制御は次のように行われる。すなわち、ノズルモジュールは弁制御ピストンと作用結合している弁制御室を含み、この弁制御室内でやはり噴射弁によって燃焼室内に噴射されるべき流体が含まれている。弁制御モジュールによって生ぜしめられる、弁制御室内の圧力変化を介して、弁制御ピストンの位置ひいてはまた弁制御ピストンと１つの構造ユニットを形成しているノズルニードルの位置が変化する。
【０００３】
前に述べたように、弁制御モジュールは弁状に構成されている。弁制御モジュールはしたがって弁閉鎖部材を含んでいる。この弁閉鎖部材上に、いわゆる排出絞りを介して、ノズルモジュールの弁制御室内に支配している流体圧力が作用する。弁閉鎖部材の操作は圧電的なアクチュエータによって行われ、このアクチュエータは、一般に、圧電的なアクチュエータと結合されているいわゆる調節ピストン、液力式の連結器及び弁閉鎖部材と結合されているいわゆる操作ピストンを介して、弁閉鎖部材に作用する。
【０００４】
圧電的なアクチュエータを操作する場合、このように構成された弁制御モジュールにおいては、弁閉鎖部材はそれと協働する弁座から持ち上げられ、したがって、排出絞りを介して、ノズルモジュールの弁制御室内で支配している圧力が減少し、これによって、噴射ノズルが開く。
【０００５】
圧電的なアクチュエータの制御は普通はマイクロプロセッサによって行われ、このマイクロプロセッサは特定の制御勾配を前規定する。制御勾配は、どの時間内に、圧電的なアクチュエータの膨張に必要な電圧がアクチュエータに構成されるか、換言すれば、どの時間内にアクチュエータがその最大の長さになるかを前規定する。
【０００６】
圧電的なアクチュエータは一般に機械的なばね、例えばコイルばねによって、弁閉鎖部材とは逆の方向にプレロード（予圧）をかけられている。この理由は、圧電的なアクチュエータが引き力に耐えることができないからである。特に、このような引き力の場合、複数の層から構成されている圧電的なアクチュエータの個々の層が互いにはがされ、したがって短絡することがあり、かつ、噴射弁はもはや使用し得ないことがある。ばねプレロードの大きさは大体において単に圧電的なアクチュエータの運転点に影響を及ぼすだけであって、その行程能力には影響を及ぼさない。
【０００７】
最初に述べた形式の公知の噴射弁においては、プレロードばねは比較的に大きなプレロード（予圧）を有している。このことはしかしながら、不利な形式で、比較的に大きな構造形をプレロードばねのために必要とし、このこと自体は相応してネガティブに噴射弁の費用に表れる。
【０００８】
発明の利点
請求項１の上位概念による特徴を備えた本発明による噴射弁において、制御勾配が供給圧力に関連する大きさであることは、これに対し次のような利点を有している。すなわち、可変に構成された制御勾配によって、供給圧力−これはコモンレール噴射システムの場合にはいわゆるレール圧力である−とは無関係に、効果的に圧電的なアクチュエータに作用する力をコンスタントに保持することができ、かつ、運転点に関連する、圧電的なアクチュエータの制御を達成することができる。
【０００９】
本発明による噴射弁の有利な実施形では、制御勾配は供給圧力と共に増大する。このことは、比較的に低い供給圧力の場合に、システム、換言すれば圧電的なアクチュエータ、の励起が、比較的に高い供給圧力の場合よりもゆっくりと行われることを、意味する。
【００１０】
この実施形は、圧電的なアクチュエータの制御の場合、弁閉鎖部材が最初は供給圧力に抗して開かなければならないという事実に基づいている。弁閉鎖部材を開くために必要な力が弁閉鎖部材に作用せしめられると直ちに、換言すれば、いわゆる開放力が克服されたときに、弁閉鎖部材は「飛び」、かつ、圧電的なアクチュエータは極めて迅速に膨張する。この位相において、供給圧力に応じて異なった力が圧電的なアクチュエータに作用する。これらの力は増大する供給圧力と共に増大する。
【００１１】
コンスタントな制御勾配の場合、換言すれば供給圧力とは無関係な制御及びシステムの励起の場合、特に、低い供給圧力の場合が問題を提起することがある。それは制御によって惹起される力がこの場合、単に供給圧力に由来する比較的にわずかな力に抗して作用するだけであるからである。本発明によれば、今や、しかし制御は供給圧力に関連して行われ、したがって、アクチュエータに作用する力、換言すれば負荷軽減、はコンスタントに保持することができる。
【００１２】
このこと自体の結果、圧電的なアクチュエータに作用するプレロード力は比較的に小さく、かつコンパクトに構成することができ、かつ比較的にわずかなプレロードを備えることができる。これによって、プレロードばねのために必要な構造スペースは比較的に小さく寸法を定めることができ、かつ明確な費用減少を達成することができる。
【００１３】
実施例の説明
本発明による対象の別の利点及び有利な展開は請求項、明細書及び図面から明らかである。
【００１４】
図１に示した実施例は噴射弁１を示し、これは特にディーゼル内燃機関における燃料噴射のためのものである。噴射弁１はこのために弁制御モジュール２、並びにノズル体５を備えたノズルモジュール３を有し、ノズル体内には弁制御ピストン４が配置されており、この弁制御ピストンはここでは示されていないノズルニードルと共に、１つの構造ユニットを形成しており、この構造ユニットを介して、噴射ノズルを制御し、若しくはこの構造ユニットは噴射ノズルと同一であることができる。
【００１５】
ノズルモジュール３のノズル体５内には、更に燃料供給通路６が構成されている。燃料供給通路６はここでは図示していない、複数の噴射弁に対して共通の、高圧貯蔵器、すなわち普通の構造のいわゆるコモンレール、と接続されている。高圧供給導管６内を導かれる燃料はこれにより例えば１．６ｋｂａｒの圧力若しくはレール圧力ｐ Ｒ下にある。
【００１６】
図１に示した弁制御ピストン４の自由な端面に境界を接して、弁制御室７があり、これは、供給絞り８を介して燃料供給通路６と接続されている。弁制御室７内で支配する圧力水準を介して、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７はこのために排出絞り９を介して弁制御モジュール２と接続されている。
【００１７】
弁制御モジュール２によって、噴射過程の始め及び持続時間並びにこれと結び付いた噴射量を調整することができる。このために、弁制御モジュール２内に弁部材１０が配置されており、これは、弁体１１内で案内されていて、かつ、圧電的なアクチュエータ１２によって操作可能である。圧電的なアクチュエータ１２は、弁制御ピストン４ひいては内燃機関の燃焼室とは逆の、弁部材１０の側に配置されていて、かつ、弁部材１０に所属する、調節ピストンと呼ばれるピストン１４上に作用する。更に、弁部材１０は第２のピストン１５、すなわち操作ピストン、を含み、これは弁閉鎖部材１６を操作するのに役立つ。
【００１８】
操作ピストン１５自体の操作は液力式の連結器１７を介して行われ、これ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１２によって走行可能な調節ピストン１４の軸方向の変位を操作ピストン１５に伝達する。液力式の変速によって、操作ピストン１５よりも大きな直径を有している調節ピストン１４が圧電的なアクチュエータ１２によって、特定の距離を走行せしめられると、操作ピストン１５がピストン直径の変速比だけ増大せしめられた行程をなす。
【００１９】
弁閉鎖部材１６は、ここでは球座として構成されている弁座２２と協働する。しかし、弁状に構成されている弁制御モジュールの他の構成では、弁閉鎖部材が２つの弁座と協働し、かつ、これにより複座弁を形成することも、可能である。
【００２０】
弁閉鎖部材１６は弁室１８内に配置されており、この弁室は、圧電的なアクチュエータ１２が操作されていない場合に、弁座２２と協働する弁閉鎖部材１６によって、いわゆる排出室１９から分離され、この排出室からは排出通路２０が分岐している。この排出通路２０は、詳細には図示されていない、噴射弁１の漏えい接続部に通じており、漏えい接続部自体は燃料貯蔵タンクに接続されている。
【００２１】
圧電的なアクチュエータ１２は、プレロードばね２１によって、弁制御ピストン４とは逆の方向にプレロードをかけられている。更に、圧電的なアクチュエータ１２は普通の形式で複数の層から構成されており、かつ、導線を介して、図２において概略的に示されている弁制御ユニット３０に接続されている。
【００２２】
弁制御ユニット３０によって、噴射弁１の運転の際に、なかんずく、電圧勾配ｄＵ／ｄｔが圧電的なアクチュエータ１２の制御のために前規定される。このいわゆる制御勾配ｄＵ／ｄｔは、燃料供給導管６内に支配している流体圧力ｐ Ｒに関連しており、かつ、制御ユニット３０によって相応する目標値に調整される。このことは、図２において組織図によって示されている。
【００２３】
流体圧力若しくはレール圧力ｐ Ｒは、供給絞り８、弁制御室７及び排出絞り９を介して弁閉鎖部材１６に作用する。高いレール圧力ｐ Ｒの場合には、弁制御ユニット３０によって行われる、圧電的なアクチュエータ１２の制御は極めて迅速に行われ、換言すれば、弁制御ユニット３０は比較的に大きな制御勾配ｄＵ／ｄｔを前規定する。これに対し、弁制御ユニット３０は、低いレール圧力ｐ Ｒの場合には、比較的に低い制御勾配ｄＵ／ｄｔを前規定する。レール圧力ｐ Ｒに関連する制御勾配ｄＵ／ｄｔの経過は図３において示されている。図３において認識されるように、制御勾配ｄＵ／ｄｔは増大するレール圧力ｐ Ｒと共に増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による噴射弁の縦断面図を部分的に示す。
【図２】
図１の噴射弁の制御のためのフロー線図を示す。
【図３】
流体供給圧力に関連した圧電的なアクチュエータの制御の勾配の経過を示す。
【符号の説明】
１ 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 燃料供給通路、 ７ 弁制御室、 ８ 供給絞り、 ９ 排出絞り、 １０ 弁部材、 １１ 弁体、 １２ 圧電的なアクチュエータ、 １４ ピストン、 １５ 第２のピストン、 １６ 弁閉鎖部材、 １７ 液力式の連結器、 １８ 弁室、 １９ 排出室、 ２０ 排出通路、 ２１ プレロードばね、 ２２ 弁座、 ３０ 弁制御ユニット、 ｄＵ／ｄｔ 電圧勾配、 ｐ Ｒ 流体圧力

Claims (2)

1. 特に内燃機関のための噴射弁であって、少なくとも１つのノズルモジュール（３）を含み、このノズルモジュールは、噴射ノズルと供給圧力（ｐ Ｒ）下にある流体のための供給導管とを有しており、並びに弁制御モジュール（２）を含み、この弁制御モジュールは、ノズルモジュール（３）と作用結合していて、かつ、供給圧力（ｐ Ｒ）が作用する少なくとも１つの弁閉鎖部材（１６）と圧電的なアクチュエータ（１２）とを有しており、このアクチュエータは、弁閉鎖部材（１６）を操作するのに役立ち、かつ、ばね（２１）によって弁閉鎖部材（１６）とは逆の方向にプレロードをかけられており、その際、圧電的なアクチュエータ（１２）の制御は弁制御ユニット（３０）によって行われ、かつ、この弁制御ユニットが制御勾配（ｄＵ／ｄｔ）を前もって規定する形式のものにおいて、制御勾配（ｄＵ／ｄｔ）が供給圧力（ｐ Ｒ）に関連する大きさであることを特徴とする、噴射弁。
2. 制御勾配（ｄＵ／ｄｔ）が供給圧力（ｐ Ｒ）と共に増大することを特徴とする、請求項１記載の噴射弁。