JP2004522069A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料噴射弁、特に内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁に関し、該噴射弁が圧電式若しくは磁気歪み式のアクチュエータ（１）を有し、アクチュエータが弁体（１２）とアクチュエータヘッド（１５）との間に配置されて、弁ニードルを介して弁閉鎖体を作動するようになっており、弁閉鎖体が弁座面と協働してシール座を形成している。両方の端部間で縦断面を凸状に形成された樽形スリーブ（１６）が、アクチュエータ（１）を取り囲んでかつ燃料室（１４）に対してシールしており、この場合、樽形スリーブ（１６）が両方の端部で弁体（１２）とアクチュエータヘッド（１５）とに力伝達可能に結合されており、かつアクチュエータ（１）の縦方向で引っ張り力引によって予負荷されている。

Description

【０００１】
技術背景
本発明は、主請求項の上位概念に記載の形式の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
請求項１の上位概念に記載の形式の燃料噴射弁は、ドイツ連邦共和国特許出願第４００５４５５号明細書により公知である。内燃機関のための燃料噴射弁は少なくとも１つの噴射開口を有しており、噴射開口が加圧下の燃料のための少なくとも１つの供給導管に接続されている。噴射開口を閉鎖若しくは開放する弁ニードルが、圧電式のアクチュエータに結合されている。ばねダイヤフラムが、アクチュエータの収容された燃料のない第１の室を、燃料の満たされた第２の室に対してシールしている。該ばねダイヤフラムは、弁ニードルに作用する閉鎖力を生ぜしめるようになっている。該閉鎖力によって、非作動状態のアクチュエータが負荷されている。
【０００３】
前記公知技術においては欠点として、アクチュエータが、ばねダイヤフラムの閉鎖力に加えて付加的に燃料の圧力によっても負荷される。該圧力によってアクチュエータが据え込まれ、即ち圧縮されて、非作動状態のアクチュエータの出発長さが減少される。従って、アクチュエータと弁閉鎖体との間の伝達経路に不当に大きな遊びが生じることになる。該遊びの克服のために、アクチュエータの作動に際して行程の一部分が失われることになる。
【０００４】
発明の利点
これに対して、主請求項の特徴部分に記載の構成を有する本発明に基づく燃料噴射弁においては利点として、締め付け力のわずかな変化しか生じない。外側へ凸状に湾曲された樽形スリーブの表面に高い燃料圧が作用すると、樽形スリーブは圧縮されて、樽形スリーブの縦方向で弁体とアクチュエータヘッドとの間に離隔力を生ぜしめる。アクチュエータヘッドに同様に作用する燃料圧が、アクチュエータヘッドに前記離隔力と逆向きの力を生ぜしめる。これによって、アクチュエータが上昇する燃料圧によって据え込まれてしまいかつアクチュエータの出発長さが不当に大きく変化してしまうようなことが簡単に防止される。
【０００５】
従属請求項に記載の手段によって、主請求項に記載の燃料噴射弁の有利な実施態様が可能である。
【０００６】
有利には、樽形スリーブの縦断面で見た輪郭と樽形スリーブの製作材料の弾性とが、外周にある燃料の圧力上昇に際して樽形スリーブの表面によって掃引される容積をアクチュエータヘッドによって掃引される容積と等しくするように、互いに相対的に規定されている。
【０００７】
樽形スリーブの輪郭線が、樽形スリーブの対称軸を含む仮想の中央軸線に関して、外側へ凸状に湾曲されたラインを成している。前記パラメータ、即ち材料の弾性及びラインの形状の適合によって、力を互いに正確に相殺する機械的な変換が達成される。このことは、樽形スリーブの表面の圧縮によって生ぜしめられる容積が、同時にアクチュエータヘッドによって押し退けられる容積に相応することを意味する。有利には、アクチュエータは圧力上昇に際して圧縮されず、それというのは圧力の上昇によって付加的な力がアクチュエータに生ぜしめられることはないからである。従ってアクチュエータの出発長さが、アクチュエータのプレロードの変化しないことに基づき、燃料の圧力に左右されない。
【０００８】
有利な実施態様では樽形スリーブの縦断面と弾性とが、アクチュエータの長さ変化を燃料の圧力上昇に際して弁体の伸長に相応させるように、互いに相対的に規定されている。燃料圧の上昇に際して弁体の伸長も生じる。これによって、アクチュエータから弁閉鎖体への開放力の伝達経路にエラーが発生し、即ち伝達構成部分間に不都合な遊びが生じることになる。このような遊びは、樽形スリーブの、燃料の圧力変化の際の作動特性の適切な選択によって排除される。樽形スリーブの表面に作用する燃料圧力とアクチュエータヘッドに作用する燃料圧力との間の力伝達比の選択に応じて、アクチュエータの出発長さをどの方向で適合させるかが決定される。
【０００９】
有利な実施態様では樽形スリーブに、縦方向で圧縮可能な円筒形のばねスリーブが接続されており、かつ樽形スリーブとばねスリーブとの間に支持リングが配置されている。該実施態様においては特に利点として、アクチュエータヘッドに関連した伸長補償特性の規定された樽形スリーブが、異なるアクチュエータにとって用いられ、それぞれに特別な樽形スリーブを必要とすることがない。ばねスリーブは半径方向には圧縮可能ではなく、もっぱら縦方向にのみ圧縮可能である。異なるアクチュエータ長さへの適合が容易に可能である。挿入された支持リングによって、ばねスリーブの機能と樽形スリーブの機能とが分離され、ばねスリーブの不都合な圧縮が避けられる。
【００１０】
有利な実施態様では、樽形スリーブの内部に、アクチュエータを取り囲むばねスリーブが配置されていて、弁体及びアクチュエータヘッドに力伝達可能に結合されている。該実施態様でも同一の樽形スリーブによって、燃料圧力の変化の際の異なる作動特性を得ることができる。
【００１１】
本発明の実施例を図面に概略的に示して、以下に詳細に説明する。
【００１２】
実施例の説明
図１は、従来技術の燃料噴射弁の圧電式のアクチュエータ１の領域を詳細に示すものであり、アクチュエータは支持体２に配置されていて、シールスリーブ３によって、アクチュエータの周囲の燃料のための室に対してシールされている。支持体２とスリーブ３とが溶接ビード４を介して互いに結合されている。アクチュエータ１が、アクチュエータヘッド５を介してコイルばね６によって支持体２に向けて締め付けられており、コイルばねが閉鎖板７に支えられている。閉鎖板７とスリーブ３とが、環状の溶接ビード８を介して互いに結合されており、溶接ビードが燃料に対してシールを行っている。アクチュエータヘッド５が、該ヘッドに一体成形された加圧プランジャー９を有しており、加圧プランジャーが支持板７の切欠き内を貫通している。波形管１０が、溶接ビード１１を介して加圧プランジャー９に結合されていてシールのために役立っている。
【００１３】
周囲の燃料の圧力が上昇すると、有効な直径である直径ｄの円形受圧面に作用する該燃料圧力は、プランジャー９及びアクチュエータヘッド５を介してアクチュエータ１に伝達される。該圧力が、コイルばね６によりアクチュエータ１に加えられる締め付け力（予負荷若しくはプレロード）に対して付加的に作用して、アクチュエータ１を圧縮することになり、それというのはアクチュエータは比較的わずかな剛性しか有していないからである。これによって、アクチュエータ１の出発長さ（最初の長さ、即ち組み付け時寸法）が不都合に減少させられることになる。このような減少は、ガソリン噴射のために設計された燃料噴射弁において公称行程の３０％にも達している。
【００１４】
これに対して、図２は本発明による燃料噴射弁の実施例を圧電式若しくは磁気歪み式のアクチュエータ１の領域で概略的に断面して示している。弁体１２内に燃料流入ポート１３を設けてあり、燃料流入ポートが燃料室１４に通じている。アクチュエータ１は、図１の従来技術によるアクチュエータ１と同一のものである。アクチュエータ１は弁体１２とアクチュエータヘッド１５との間に配置されている。樽形スリーブ１６が溶接ビード１７を介して弁体１２に結合され、かつ別の溶接ビード１８を介してアクチュエータヘッド１５に結合されている。溶接ビード１７，１８並びにアクチュエータヘッド１５及び樽形スリーブ１６が、アクチュエータ室１９内に位置するアクチュエータ１を燃料室１４に対してシールしている。接続通路２０を介して電線がアクチュエータ１へ導かれる。
【００１５】
燃料室１４内の圧力が上昇すると、樽形スリーブ１６が圧縮されて、円筒形に近付く。しかしながら、これとは逆向きの力が、燃料の圧力によってアクチュエータヘッド１５に作用する。樽形スリーブ１６はアクチュエータ１の縦方向の締め付け力（プレロード）を有しており、アクチュエータ１の両方の端部が弁体１２若しくはアクチュエータヘッド１５に対して互いに逆向きのプレロードで負荷されて、弁体１２若しくは弁ヘッド１５に当接している。樽形スリーブ１６の表面によって掃引される容積が、樽形スリーブ１６の伸長、ひいてはこれに起因して運動するアクチュエータヘッドによって掃引される容積と等しい場合には、燃料室１４内の燃料の圧力上昇の際に生じる力は、互いに相殺されている。従ってアクチュエータ１の長さが、燃料室１４内に生じる圧力に依存することなしに、樽形スリーブ１６のプレロードによって規定される。即ちアクチュエータ１の長さ、ひいては有効な行程が、燃料室１４内に生じる圧力の影響から完全に遮断されている。さらに、構成部分のわずかな簡単な構造並びに、樽形スリーブ１６、アクチュエータ１及びアクチュエータヘッド１５から成るユニットの短い構造長さが利点である。このことは、図１との比較により明瞭である。
【００１６】
図３は、本発明による燃料噴射弁の別の実施例をアクチュエータ１の領域で断面して示している。互いに相応する構成部分には、同じ符号が付けてある。
【００１７】
アクチュエータ１は弁体１２とアクチュエータヘッド１５との間に配置されている。樽形スリーブ１６は溶接ビード１７によって弁体１２に結合されている。該実施例は、アクチュエータヘッド１５と樽形スリーブ１６との間に配置されたばねスリーブ２２を付加的に有している。ばねスリーブ２２は溶接ビード２３を介してアクチュエータヘッド１５に結合されている。樽形スリーブ１６とばねスリーブ２２との間に支持リング２４を配置してあり、該支持リングに、樽形スリーブ１６が溶接ビード２５を介して結合され、かつばねスリーブ２２が別の溶接ビード２６を介して結合されている。
【００１８】
ばねスリーブ２２は半径方向では圧縮されるものではなく、縦方向でのみ圧縮可能である。これによって、燃料室１４内の圧力に関するアクチュエータ１の縦方向伸長の特性線が、特別な使用例に簡単に適合でき、その結果、特別に適合された樽形スリーブ１６若しくは特別に適合されたアクチュエータヘッド１５が不要である。
【００１９】
図４は、本発明による燃料噴射弁のさらに別の実施例をアクチュエータ１の領域で断面して示している。この場合には概略的な構造は、図２の実施例に相当するものである。弁体１２とアクチュエータヘッド１５との間にアクチュエータ１が配置されている。樽形スリーブ１６は溶接ビード１７によって弁体１２に結合され、かつ溶接ビード１８によってアクチュエータヘッド１５に結合されている。燃料流入ポート１３を介して燃料が燃料室１４内に流入する。アクチュエータ室１９内にばねスリーブ２７を配置してあり、該ばねスリーブがアクチュエータ１を取り囲んでいる。ばねスリーブ２７は溶接ビード２９を介して弁体１２に結合され、かつ別の溶接ビード２８を介してアクチュエータヘッド１５に結合されている。
【００２０】
燃料室１４内の圧力の上昇の際のアクチュエータの長さ変化の特性線が、ばねスリーブ２７を介して簡単かつ有利に調整される。ばねスリーブ２７がアクチュエータ室１９内に位置していて、燃料室１４内の燃料によって負荷されないので、ばねスリーブ２７の外側の幾何学形状は重要ではない。ばねスリーブ２７が溶接ビード２９を介して弁体１２に力伝達可能に結合され、かつ同じく溶接ビード２８を介してアクチュエータヘッド１５に結合されているので、付加的な引っ張り力を生ぜしめるばねスリーブ２７によって調整が行われる。これによって、アクチュエータ１の圧力特性の調整が極めて経済的に可能であり、即ち適合されたばねスリーブ２７を組み込むだけでよい。
【００２１】
本発明は、図示の実施例に限定されるものではなく、構造の異なる種々の燃料噴射弁にも使用可能であり、特にばねスリーブと樽形スリーブとの別の配列、若しくはばねスリーブと樽形スリーブとの直列的或いは並列的（入れ子式）の多重の配列も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来技術による燃料噴射弁のアクチュエータの領域の概略的な断面図。
【図２】
本発明による燃料噴射弁の実施例のアクチュエータの領域の概略的な断面図。
【図３】
本発明による燃料噴射弁の別の実施例のアクチュエータの領域の概略的な断面図。
【図４】
本発明による燃料噴射弁のさらに別の実施例のアクチュエータの領域の概略的な断面図。
【符号の説明】
１ アクチュエータ、 ２ 支持体、 ３ シールスリーブ、 ４ 溶接ビード、 ５ アクチュエータヘッド、 ６ コイルばね、 １２ 弁体、 １３ 燃料流入ポート、 １４ 燃料室、 １５ アクチュエータヘッド、 １６ 樽形スリーブ、 １７，１８ 溶接ビード、 ２２ ばねスリーブ

Claims (9)

1. 燃料噴射弁、特に内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁であって、圧電式若しくは磁気歪み式のアクチュエータ（１）を備えており、該アクチュエータが弁体（１２）とアクチュエータヘッド（１５）との間に配置されており、さらに、弁ニードルを介してアクチュエータ（１）によって操作可能な弁閉鎖体を備えており、該弁閉鎖体が弁座面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、
   樽形スリーブ（１６）が、端部における２つの直径間で縦断面を凸状に成形されていて、アクチュエータ（１）を取り囲んでかつ燃料室（１４）に対してシールしており、この場合に、樽形スリーブ（１６）が端部で弁体（１２）及びアクチュエータヘッド（１５）に力伝達可能に結合されていて、かつアクチュエータ（１）の縦方向に引っ張り力で予負荷されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 樽形スリーブ（１６）の縦断面と弾性とが、外周にある燃料の圧力上昇に際して樽形スリーブ（１６）の表面によって掃引される容積とアクチュエータヘッド（１５）によって掃引される容積とを等しくするように、互いに相対的に規定されている請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 樽形スリーブ（１６）の縦断面と弾性とが、燃料の圧力上昇に際してアクチュエータ（１）の長さ変化を弁体（１２）の伸長に相応させるように、互いに相対的に規定されている請求項１記載の燃料噴射弁。
4. 樽形スリーブ（１６）に、縦方向に圧縮可能な円筒形のばねスリーブ（２２）が接続されている請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
5. 樽形スリーブ（１６）とばねスリーブ（２２）との間に、支持リング（２４）が配置されている請求項４記載の燃料噴射弁。
6. 複数の樽形スリーブ（１６）とばねスリーブ（２２）とが縦方向に直列に配置されている請求項４又は５記載の燃料噴射弁。
7. 樽形スリーブ（１６）の内部に、アクチュエータ（１）を囲むばねエレメントが配置されている請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
8. ばねエレメントがばねスリーブ（２７）から成っている請求項７記載の燃料噴射弁。
9. ばねスリーブ（２７）が弁体（１２）及びアクチュエータヘッド（１５）に力伝達可能に結合されている請求項８記載の燃料噴射弁。