JP2004519612A - 液体を制御するための弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、弁部材（３，４）を操作するためのピエゾアクチュエータを備えた、液体を制御するための弁（１）であって、弁部材（３，４）が操作時に弁ボディ（１６）から進出運動させられるようになっている形式のものに関する。ピエゾアクチュエータと弁部材（３，４）との間には、ストローク制御機構が形成されている。さらに、当該弁は弁部材（３，４）のストローク（ｈ_１）を制限するためにストッパ装置（８）を有している。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、液体流もしくは液体を配量するか、もしくは制御するための弁、特に蓄圧式噴射システムに用いられる燃料噴射弁に関する。
【０００２】
液体を制御するための弁については、種々異なる構成が知られている。たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開４３３２１２４号明細書に開示されている燃料噴射弁は、弁ニードルのための調節可能なストローク制限装置を有している。このストローク制限装置は、燃料噴射弁に設けられた案内孔内に移動可能に案内されている制限ストッパと、アクチュエータとから成っている。このアクチュエータは、ストローク制限装置の位置がこのアクチュエータの起動制御により決定されるようにストローク制限装置に配置されている。したがって、弁ニードルのストロークを、約０．１ｍｍの範囲内で変えることができる。
【０００３】
さらに、弁ニードルを取り囲むように配置された１つのリングから成る、調節可能なストローク制限装置も知られている。この場合、このリングには、１つの貫通スリットが形成されている。この貫通スリット内には、アクチュエータが配置されている。このアクチュエータは起動制御時に伸長するので、ストローク制限装置は案内孔内の規定の位置においてクランプされる。このようにして、極めて大きな範囲でのストローク調節を可能にする制限ストッパを提供することができる。
【０００４】
ピエゾアクチュエータにより調節可能なストローク制限装置は、たしかに弁の作動時に個別に調節することができるが、しかしこのストローク制限装置の構造は比較的複雑である。さらに、外方へ向かって開く弁（外向き開放型弁）、つまり弁部材が操作時に弁ハウジングから進出運動するような弁も知られている、しかしこのタイプの弁はストロークストッパを有していない。しかし、作動中に、温度影響に基づき、各構成部分の互いに異なる膨張が生じる恐れがある。これにより、特に外向き開放型弁の場合には、噴射量差、噴射角差ならびに貫徹力差が生じる恐れがある。
【０００５】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する、液体流もしくは液体を調量するか、もしくは制御するための本発明による弁は、従来技術に比べて次のような利点を持っている。すなわち、外向きに開放型弁の場合に弁部材のストロークが所定の最大値に制限されている。この場合、本発明によれば、たとえば弁部材を操作するためのピエゾアクチュエータを有する外向き開放型弁が設けられている。弁部材はダイレクトに、つまり直接機械的に、ピエゾアクチュエータによって操作されるので、弁部材のストローク制御が行われる。さらに、本発明によれば、弁部材のストロークを制限するためのストッパが設けられている。これにより、本発明によれば、弁に存在する公差を、熱的または機械的に生ぜしめられた、圧力の影響および長さ膨張に起因した公差にまで減少させることができる。これらの公差の総和は、ストッパを有しないピエゾアクチュエータのストローク公差よりも小さい。したがって、本発明によれば特に燃料噴射時における特に正確な噴射過程を可能にすることができる。この場合、噴射量、噴流角度ならびに貫徹力（Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）を正確に維持することができる。これにより、燃焼方法に好都合な影響が与えられる。さらに本発明によれば、それどころか動的な影響を最小限に抑えることができる。外向き開放型の弁を用いて燃焼室内へ燃料を斜めに噴射することも可能であることに基づき、本発明による弁は、スペース上の理由からシリンダヘッドに噴射弁を中心位置で組み込むことができないようなエンジンのためにも使用される。さらに、ストッパの種々異なる配置形式によって、貫徹時の噴射パターンや噴流形状を、種々異なる燃焼室もしくは種々異なるエンジンに適合させることができる。
【０００６】
できるだけ単純な構造を提供するためには、ストッパが機械的なストッパとして形成されていると有利である。機械的なストッパはこの場合、調節リングと、この調節リングの位置を固定するためのクランプ片とから成っていると特に有利である。
【０００７】
弁部材における規定された当付け点を得るためには、弁部材が肩部を有していて、この肩部に調節リングが接触していると有利である。
【０００８】
本発明のさらに別の有利な実施形態では、部品点数を減少させるために、調節リングとクランプ片とが単一部分から一体に形成されている。
【０００９】
調節リングは、弁部材の最大ストロークを決定するために張出し部を有していると有利である。
【００１０】
弁部材は弁ニードルとして形成されていると特に有利である。弁ニードルが傾動してひっかかることを阻止するためには、弁ニードルが弁ボディ内に２個所で案内されていると有利である。
【００１１】
本発明のさらに別の有利な実施形態では、弁部材が２つの部分、すなわち弁ニードルと押圧ピンとから形成されている。この場合、押圧ピンは弁部材を操作するためのピエゾアクチュエータと直接に結合されている。
【００１２】
機械的なストッパと弁部材との間の確実な結合を可能にするためには、ストッパのクランプ片が弁部材と溶接されていると有利である。
【００１３】
本発明のさらに別の有利な実施形態では、ストッパ装置がハイドロリック的なストッパとして形成されている。これにより、たとえばハイドロリック的なストッパ室の種々異なる流体充填によって、弁部材の種々異なる最大ストロークを簡単に調節することができる。これにより、種々異なる燃焼室もしくは種々異なるエンジンに当該弁を特に簡単に適合させることが可能となる。
【００１４】
本発明による弁は、蓄圧式噴射システムにおいて燃料噴射弁として使用されると特に有利である。
【００１５】
したがって、本発明によれば、種々異なる燃焼室もしくは種々異なるエンジンに特に簡単に適合させることのできるストローク制限ストッパが設けられた弁が提供される。この場合、ストッパは移動調節可能に形成されているのではなく、このストッパは組付け時に種々異なる条件に適合させられる。したがって、本発明による弁は特にコンパクトに形成されていてよく、そしてエンジンルーム内の種々異なる位置に配置され得る。
【００１６】
以下に、本発明のいくつかの実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１７】
図１および図２には、本発明の第１実施例による燃料噴射弁として形成された弁１が示されている。
【００１８】
図１に示したように弁１は、ピエゾアクチュエータ（図示しない）と弁ニードル３とを有している。弁ニードル３は、押圧ピン４を介してピエゾアクチュエータのベース２に直接に連結されているので、この弁１では、いわゆる「ストローク制御機構」が形成されている。ストローク制御機構では、ピエゾアクチュエータが弁部材もしくは弁ニードル３を直接に機械的に操作する。図１に示したように、ピエゾアクチュエータのベース２はばねエレメント１２によって押圧ピン４に当て付けられるので、形状接続、つまり嵌合に基づいた係合が形成される。
【００１９】
弁ニードル３は弁ボディ１６内に配置されており、この弁ボディ１６は弁ホルダ１７に結合されている。図１に示したように、弁１は外方へ向かって開くタイプの弁である。このタイプの弁では、弁ニードル３が操作時に弁ボディ１６から外方へ運動させられる。弁ニードル３は操作されていない状態で弁座５を閉鎖している。弁ニードル３の傾動によるひっかかりを阻止するためには、第１の弁ガイド６と第２の弁ガイド７とが設けられている。第１の弁ガイド６は複数のウェブ状の突出部から成っており、これらの突出部は弁ボディ１６に沿ってスライドする。これらの突出部は互いの間に通過部を有している。
【００２０】
さらに押圧ピン４には、ばねクランプ片１５が固定されている。このばねクランプ片１５は、戻しばね１４のためのばね受け座として働く。戻しばね１４の他方の端部は弁ボディ１６に支持されている。燃料は流入通路１８を通って、弁ニードル３をめぐって配置された環状ギャップ１９へ供給される。
【００２１】
さらに、本発明の構成ではストッパ８が設けられている。このストッパ８は、特に図２に示したように、調節リング９とクランプ片１０とを有している。クランプ片１０はこの場合、溶接シーム１１を介して押圧ピン４に固く結合されている。調節リング９は弁ニードル３に設けられた肩部１３に接触していて、環状の突出部２１を有している。この突出部２１は弁ニードル３と押圧ピン４との間の移行範囲で、押圧ピン４に形成された切欠き２２内に係合している。さらに調節リング９には、張出し長さｈ_２を有する張出し部２３が形成されている。したがって、この調節リング９は、弁ニードル３の、弁座５とは反対の側に位置する方の端部に、この端部を取り囲むように係合している。
【００２２】
図２には、最大ストローク高さｈ_１も示されている。弁１の最大ストローク高さｈ_１は、弁ボディ１６に設けられた端面側のストッパ面１６ａと調節リング９との間の間隔により決定される。
【００２３】
本発明による弁１の組立ては次のようにして行われる。まず、弁ニードル３が前方から弁ボディ１６内へ導入され、引き続き弁ボディ１６の、アクチュエータ側の端部に設けられたストッパ面１６ａと弁ニードル３の肩部１３との間の間隔が測定される。肩部１３と弁ボディ１６との間の間隔に関連して、相応する張出し長さｈ_２を有する適当な調節リング９が選び出されるので、弁１の所望の最大ストロークｈ_１が達成される。調節リング９は後方から弁ニードル３に被せ嵌められ、その結果、調節リング９は弁ニードル３に設けられた肩部１３に載着される。引き続き、クランプ片１０が後方から被せ嵌められて、溶接によって押圧ピン４に結合される。
【００２４】
引き続き、戻しばね１４とばねクランプ片１５とが押圧ピンに被せ嵌められ、戻しばね１４はばねクランプ片１５を介してプリロードをかけられ、この場合、戻しばね１４には所望の予荷重力もしくはプリロード力が加えられる。ばねクランプ片１５は、たとえば溶接によって押圧ピン４に結合される。引き続き、弁ホルダ１７が弁ボディ１６に被せ嵌められ、弁ホルダ１７と弁ボディ１６とは、たとえば溶接によって互いに結合される。このときに、弁ボディ１６と弁ホルダ１７との間の溶接部位はできるだけ、第２の弁ガイド７からできるだけ大きく遠ざけられた個所に配置される。これにより、場合によって発生する溶接歪みに基づいた不都合な作用を阻止することができる。
【００２５】
次に、本発明による弁の機能形式について説明する。噴射を行おうとする場合、ピエゾアクチュエータが起動制御され、これによりピエゾアクチュエータは、ばねエレメント１２のばね力に抗して弁中心軸線ｘ−ｘに沿った方向に伸長する。ピエゾアクチュエータのこのストロークは、アクチュエータベース２と押圧ピン４とを介して弁ニードル３に伝達される。押圧ピン４と弁ニードル３とは互いに固く結合されている。これにより、弁ニードル３は弁座５から引き離されるので、燃料の噴射が行われる。弁ニードル３の最大ストロークｈ_１は、押圧ピン４に固定された機械的なストッパ８によって決定される。ところで、たとえば温度変化に基づいて個々の構成部分の長さ変化が生じた場合、ストッパ８は、この長さ変化が原因となって弁座５で弁ニードル３により開放される開放量が変化してしまうことを阻止する。したがって、運転時における噴射量が一定に保たれると共に、噴流角度や貫徹に影響が与えられることもない。このことは、特に噴流案内される燃焼方法の場合に必要となる。
【００２６】
噴射を終了させたい場合には、ピエゾアクチュエータがもう一度制御され、これによりピエゾアクチュエータは収縮する。その場合、戻しばね１４は、ばねクランプ片１５と押圧ピン４とを介して弁ニードル３を再びその出発位置もしくは初期位置へ押し戻して、弁座５を閉鎖する。これによって噴射は終了する。
【００２７】
図３には、本発明の第２実施例による弁が図示されている。同一の構成部分もしくは同一機能を有する構成部分は、第１実施例の場合と同じ符号で示されている。
【００２８】
図３に示したように、ストッパ８は第１実施例とは異なり、第２実施例では単一部分から一体に形成されている。すなわち、第１実施例における調節リング９とクランプ片１０の代わりに、１つの環状のストッパ８しか存在してない。ストッパ８の長さ、特に弁ニードル３の肩部１３を超えてオーバハングした張出し長さｈ_２により、最大ストロークｈ_１が決定される。種々異なる最大ストロークｈ_１を可能にするためには、種々異なる大きさの張出し長さｈ_２を有する複数の環状のストッパ８が準備されなければならない。その他の点に関しては第２実施例は第１実施例に相当しており、詳しい説明は省略する。
【００２９】
図４には、本発明の第３実施例による弁１が示されている。同一の構成部分もしくは同一機能を有する構成部分は、第１実施例および第２実施例の場合と同じ符号で示されている。
【００３０】
図４に示したように、第１実施例や第２実施例とは異なり、弁ニードル３には肩部が設けられていない。弁の最大ストロークｈ_１は、たとえば隙間ゲージによって規定され、引き続きストッパ８は、たとえば溶接によって弁ニードル３に固定される。溶接後に隙間ゲージは再び除去される。図４に示したように、ストッパ８は第２実施例の場合と同様にやはり単一部分から一体に形成されている。したがって、種々異なるゲージを準備することによって、種々異なった弁において種々異なる最大ストロークｈ_１を調節することができる。
【００３１】
図５には、本発明による第４実施例が図示されている。同一の構成部分もしくは同一機能を有する構成部分は、やはり前で説明した第１〜第３の実施例の場合と同じ符号で示されている
第４実施例は、弁ニードル３に肩部が設けられていない点で第３実施例にほぼ相当している。しかし、図５には、弁ボディ１６と弁ホルダ１７との間の結合部が詳細に図示されている。図５に示したように、弁ボディ１６と弁ホルダ１７とは、溶接シーム２０を介して互いに結合されている。なお念のために付記しておくと、弁ボディ１６と弁ホルダ１７との間に、ねじ山を用いた結合、つまり螺合を形成することもできる。
【００３２】
したがって、本発明は、弁部材３，４を操作するためのピエゾアクチュエータを備えた、液体を制御するための弁１に関するものであり、この場合、前記弁部材３，４は操作時に弁ボディ１６から進出するように運動する。ピエゾアクチュエータと弁部材３，４との間には、ストローク制御機構が形成されている。さらに、この弁１は、弁部材３，４の最大ストロークｈ_１を制限するためにストッパ装置８を有している。
【００３３】
本発明の前述の実施例は、本発明を説明するためのものであるに過ぎず、本発明を制限するものではない。本発明の枠から逸脱することなしに、本発明の枠内で種々の変化形や改良形が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１実施例による燃料噴射弁の概略的な断面図である。
【図２】
図１に示した弁の、ストッパが配置されている範囲の拡大図である。
【図３】
本発明の第２実施例による弁の一部を示す概略的な断面図である。
【図４】
本発明の第３実施例による弁の一部を示す概略的な断面図である。
【図５】
本発明の第４実施例による弁の一部を示す概略的な断面図である。

Claims (10)

1. 弁部材（３，４）を操作するためのピエゾアクチュエータを備えた、液体を制御するための弁であって、弁部材（３，４）が操作時に弁ボディ（１６）から進出運動させられるようになっている形式のものにおいて、ピエゾアクチュエータと弁部材（３，４）との間にストローク制御機構が形成されており、当該弁が、弁部材（３，４）のストローク（ｈ_１）を制限するためのストッパ装置（８）を有していることを特徴とする、液体を制御するための弁。
2. ストッパ装置（８）が機械的なストッパとして形成されている、請求項１記載の弁。
3. 弁部材（３）が肩部（１３）を有しており、該肩部（１３）にストッパ装置（８）が接触している、請求項１または２記載の弁。
4. 機械的なストッパ（８）が単一部分から一体に形成されている、請求項２または３記載の弁。
5. 機械的なストッパが、調節リング（９）とクランプ片（１０）とによって形成されている、請求項２または３記載の弁。
6. 機械的なストッパ（８）が、張出し長さ（ｈ_２）を有する張出し範囲（２３）を有しており、該張出し範囲（２３）によって弁部材（３）の最大ストローク（ｈ_１）が決定されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の弁。
7. 弁部材が弁ニードル（３）として形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の弁。
8. 弁ニードル（３）とピエゾアクチュエータとの間に押圧ピン（４）が配置されている、請求項７記載の弁。
9. 機械的なストッパ（８）が弁部材（３，４）と溶接されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の弁。
10. ストッパ装置がハイドロリック的なストッパとして形成されている、請求項１記載の弁。