JP2005507053A - 液体を制御する弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、液体を制御する弁、特に内燃機関の噴射弁における液体を制御する弁であって、弁ケーシング（２０）が設けられていて、該弁ケーシング（２０）内に、内部に圧電式のアクチュエータモジュール（２２）と液圧式の連結モジュール（２３）とが配置されている系領域（２１）が形成されていて、連結モジュール（２３）が、アクチュエータモジュール（２２）が作用する調節ピストン（２４）と、液圧室（２９）を介して調節ピストン（２４）と作用結合している操作ピストン（３０）とを有しており、該操作ピストン（３０）が、弁座（３７）と共働する弁閉鎖部材（３１）と結合されており、しかも調節ピストン（２４）と操作ピストン（３０）とが、液圧室（２９）を制限していて、系領域（２１）内には、液圧室（２９）を再充填するための系圧が存在していて、系領域（２１）から抑制制御通路（３８）が分岐している形式のものに関する。本発明の構成ではこのような形式の弁において、系領域（２１）に抑制制御通路（３８）を介して液体が供給されている。

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の液体を制御する弁に関する。
【０００２】
このような形式の弁は、実地において公知であり、特に、燃料噴射弁の制御モジュール、特に自動車のコモンレールインジェクタの燃料噴射弁の制御モジュールとして働く。
【０００３】
冒頭に述べた形式の公知の弁は、操作のために圧電式のアクチュエータを有している。圧電式のアクチュエータの変位は、弁の操作時に、液圧式の伝達装置もしくは連結及び誤差補償エレメントとして働く液圧室を介して、弁閉鎖部材に伝達される。液圧式の連結装置として作用する液圧室は、圧電式のアクチュエータに結合された調節ピストンと、弁閉鎖部材に結合された操作ピストンとの間に配置されている。調節ピストンの直径は操作ピストンの直径よりも大きいので、調節ピストンが圧電式のアクチュエータによって規定の変位量だけ移動させられた場合に、操作ピストンは、ピストン直径の伝達比だけ増大された行程を実施する。
【０００４】
液圧室は次のように、すなわち運転中に生じる漏れが再充填によって補償され得るように設計されている。そのために例えば、ピストンの外周部に形成された漏れ間隙を介して、弁の系領域もしくは系室における液圧いわゆる系圧が、液圧室に作用するようになっている。
【０００５】
系領域には液圧が次のように、すなわち弁の操作時に弁閉鎖部材が開放位置に移動させられ、そして液体流が系領域に流入できるように、供給される。系領域に流入する液体量は、いわゆる抑制制御量（Ａｂｓｔｅｕｅｒｍｅｎｇｅ）であり、この抑制制御量は次いでいわゆる抑制制御通路（Ａｂｓｔｅｕｅｒｋａｎａｌ）を介して系領域から排出される。
【０００６】
公知の弁では、系領域における約３０バールの系圧が、抑制制御通路内に配置された逆止弁を用いて堰き止められ、その結果系領域における圧力は、液圧室の再充填を保証するのに十分は大きさになる。
【０００７】
弁閉鎖部材の上流側において約１．５ｋｂａｒの圧力が生じるコモンレールインジェクタのような、自動車の燃料噴射弁においてこの弁を使用する場合、抑制制御量は高い圧力で系領域に流入し、その結果系領域においては圧力ピークが発生し、この圧力ピークは、同様に系圧にさらされるアクチュエータモジュールの機能性を場合によっては損なうおそれがある。さらに液圧式の連結装置を工場において最初に充填することが必要である。
【０００８】
発明の利点
請求項１の上位概念部に記載された形式の液体を制御する弁において、系領域に抑制制御通路を介して液体が供給されていることを特徴とする本発明による弁には、液圧式の連結装置を工場において最初に充填することが不要であるという利点がある。それというのは、弁の運転開始時に、場合によっては弁ケーシングの開口として形成された抑制制御通路を介して、系領域へ液体が供給されるによって、充填が行われ、これによって常に十分に大きな再充填圧が系室もしくは系領域に準備されるからである。
【０００９】
自動車の燃料噴射弁において本発明による弁を使用する場合、抑制制御通路は圧力装置と接続されていることができ、この圧力装置は同時に、自動車の燃料ポンプであってよい。コモンレールインジェクタの場合、使用される燃料ポンプは、燃料タンク内に配置された燃料前フィードポンプであってよく、この燃料前フィードポンプは、いわゆるコモンレール圧を準備する高圧ポンプに燃料を圧送するために働く。前フィードポンプは例えば約５バールの圧力で抑制制御通路を介して系領域に作用する。
【００１０】
抑制制御過程によって系領域に堰き止められる圧力は、本発明による弁では、抑制制御量が燃料タンク内に戻される代わりに、発生した液体量が直接高圧ポンプに案内されるように、抑制制御されることができる。燃料ポンプは有利には圧力制限弁を備えており、その結果ポンプは高い圧力に対して守られている。
【００１１】
本発明による弁の有利な構成では、抑制制御通路に絞りが設けられている。このような絞りが設けられていることによって、系領域において形成されている圧力はゆっくりと後続の液圧回路に排出される。場合によっては系領域において生じる６０バールにもなることがある圧力ピークは、絞りを介して解消されることができる。系領域における圧力上昇は、絞りを用いて動的に連行され、これによって、圧電式アクチュエータの負荷が許容可能となり、ひいては頑丈な弁を得ることができる。
【００１２】
絞りは有利には管ねじ込み部分から形成されている。管ねじ込み部分は、単純で丈夫なしかも製作誤差に対して鈍感な構成部材であり、このような構成部材においては、調節工程は不要であり、かつその所要スペースは小さく、しかも容易に製造可能である。また、規定の内径を有する管ねじ込み部分を他の内径を有する管ねじ込み部分と単に交換することによって、本発明による弁を簡単に、運転条件の変化に合わせることが可能である。
【００１３】
図面
次に図面を参照しながら本発明による弁の実施例を説明する。
【００１４】
図１は、ディーゼル自動車のコモンレール噴射系における本発明による弁を概略的に示す縦断面図であり、
図２ａは、図１に示された弁における絞りを示す縦断面図であり、
図２ｂは、図２ａに示された絞りの横断面図である。
【００１５】
実施例の記載
図１には、自動車のディーゼル内燃機関における燃料を噴射する系の一部が示されており、この系は、燃料噴射弁において液体を制御する弁１０を有している。この弁１０は、燃料噴射弁もしくは燃料インジェクタの図示されていないノズルモジュールのための制御モジュールを形成している。
【００１６】
ノズルモジュールは制御モジュールに軸方向で接続していて、ノズル体において配置されかつ案内されたノズルニードルを有しており、このノズルニードルは、内燃機関の燃焼室に通じるノズル体の開口部を制御する。
【００１７】
ノズルニードルは弁制御ピストンと共に１つの構造ユニットを形成しており、弁制御ピストンはいわゆる弁制御室に隣接している。弁制御室は供給絞りを介して燃料高圧通路と作用結合され、かつ排出絞りを介して弁１０の弁室１１と作用結合されている。燃料高圧通路には高圧ポンプ１２を用いて、約１．５ｋｂａｒの圧力下にある燃料が供給されており、この燃料は前フィードピストン１３を用いて燃料タンク１４から供給管路１５を介して高圧ポンプ１２の吸込み側に圧送される。
【００１８】
高圧ポンプ１２は圧力側１６を有しており、この圧力側１６は、図示されていないいわゆるコモンレールに通じており、このコモンレールを介して複数の燃料インジェクタに燃料が供給され、かつこのコモンレールは、上に述べた燃料高圧通路と接続されている。燃料インジェクタはそれぞれ、弁１０の形式の制御モジュールを備えている。
【００１９】
ここに記載された燃料噴射弁を用いて実施される噴射動作は、弁制御室内における圧力を介して制御され、この圧力は弁もしくは制御モジュール１０を用いて調節可能である。
【００２０】
弁もしくは制御モジュール１０は弁ケーシング２０を有しており、この弁ケーシング２０内には、いわゆる系領域もしくは系室２１が形成されている。系室２１内にはアクチュエータモジュール２２と連結体モジュール２３とが配置されている。
【００２１】
圧電式のアクチュエータを有していて弁ケーシング２０に支持されているアクチュエータモジュール２２は、連結体モジュール２３に配属もしくは対応配置された調節ピストン２４と結合されており、この調節ピストン２４は連結体ケーシング２６の円筒形の孔２５内において軸方向可動に案内されている。
【００２２】
さらに、調節ピストン２４はコイルばね２７を用いて、アクチュエータモジュール２２に向かって予負荷（ｖｏｒｓｐａｎｎｅｎ）されており、コイルばね２７は、調節ピストン２４に結合された支持プレート２８に作用係合し、かつ連結体ケーシング２６に支持されている。
【００２３】
調節ピストン２４は、液圧室として形成されている液圧式の連結装置２９を介して、いわゆる操作ピストン３０と作用結合しており、この操作ピストン３０は、弁閉鎖部材３１を操作するために働き、かつこの弁閉鎖部材３１とガイドピストン３２を介して結合されている。連結体ケーシング２６の円筒形の孔２５内において案内されている操作ピストン３０は、連結体ケーシング２６に支持されていてかつ別の支持プレート３４に作用係合しているコイルばね３３を用いて、弁閉鎖部材３１に向かって予負荷されている。操作ピストン３０の直径は調節ピストン２４の直径よりも小さいので、液圧式の連結装置２９は液圧式の変換装置もしくは伝達装置（Ｕｅｂｅｒｓｅｔｚｅｒ）として働く。
【００２４】
弁閉鎖部材３１は、ノズルモジュールの弁制御室と接続された弁室１１内に配置されていて、皿ばね３６を用いて、圧電式のアクチュエータ２２の不操作時には閉鎖位置に保たれており、その結果弁閉鎖部材３１は弁座３７に接触している。
【００２５】
さらに系室２１からは、開口として形成された抑制制御通路（Ａｂｓｔｅｕｅｒｋａｎａｌ）３８が分岐しており、この抑制制御通路３８は、管ねじ込み部材として形成された絞り３９を備えていて、かつ管路４０を介して燃料前フィードポンプ１３と、高圧ポンプ１２に通じている供給管路１５とに接続されている。
【００２６】
図２ａ及び図２ｂに詳しく示されている絞り３９は、管路４０に所属の圧力ホースのための接続領域４１と、弁ケーシング２０における固定のためのねじ込みねじ山４２とを有しており、さらにこの絞り３９の内径ｄは約１ｍｍである。
【００２７】
図１及び図２に示された弁１０は、以下に記載のように作動する。
【００２８】
図１に示された噴射系の運転時に、燃料タンク１４から前フィードポンプ１３を用いて供給管路１５を介して、燃料が高圧ポンプ１２に送られ、この燃料ポンプ１２を用いてコモンレールと燃料噴射弁の燃料高圧通路とに燃料が供給され、これによってノズルモジュールの弁制御室内と、図１に示された弁の弁室１１内にはいわゆるレール圧が生ぜしめられる。
【００２９】
さらに系室２１には、系の運転開始時、つまり前フィードポンプ１３のスタート時に、供給管路１５から分岐した管路４０と絞り３９とを介して燃料つまり、前フィードポンプ１３の吐出圧下にある３バール〜５バールの範囲における液体が供給されている。この圧力によって、ピストン２４，３０を孔２５，３５の領域において取り囲んでいるリング状の漏れ間隙を介して、液圧式の連結装置２９の充填が行われる。液圧式の連結装置２９を充填するための圧力は、従って、自動車に設けられている圧力装置、ここでは燃料前フィードポンプによって生ぜしめられる。
【００３０】
噴射動作時に、アクチュエータモジュール２２は電圧を印加され、その結果アクチュエータモジュール２２は軸方向で伸び、調節ピストン２４は弁閉鎖部材３１に向かって変位され、これによって再び操作ピストン３０ひいては弁閉鎖部材３１の行程が生ぜしめられる。これによって弁閉鎖部材３１は開放位置に移動させられ、その結果燃料の抑制制御量（Ａｂｓｔｅｕｅｒｍｅｎｇｅ）が弁室１１から系室２１に流出する。抑制制御量は開口３８及び絞り３９並びに管路４０，１５を介して高圧ポンプ１２に準備される。絞り３９は、場合によっては６０バールにもなり得る圧力ピークを動的に消滅させるために働く。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ディーゼル自動車のコモンレール噴射系における本発明による弁を概略的に示す縦断面図である。
【図２ａ】
図１に示された弁における絞りを示す縦断面図である。
【図２ｂ】
図２ａに示された絞りの横断面図である。

Claims (7)

1. 液体を制御する弁、特に内燃機関の噴射弁における液体を制御する弁であって、弁ケーシング（２０）が設けられていて、該弁ケーシング（２０）内に、内部に圧電式のアクチュエータモジュール（２２）と液圧式の連結モジュール（２３）とが配置されている系領域（２１）が形成されていて、連結モジュール（２３）が、アクチュエータモジュール（２２）が作用する調節ピストン（２４）と、液圧室（２９）を介して調節ピストン（２４）と作用結合している操作ピストン（３０）とを有しており、該操作ピストン（３０）が、弁座（３７）と共働する弁閉鎖部材（３１）と結合されており、しかも調節ピストン（２４）と操作ピストン（３０）とが、液圧室（２９）を制限していて、系領域（２１）内には、液圧室（２９）を再充填するための系圧が存在していて、系領域（２１）から抑制制御通路（３８）が分岐している形式のものにおいて、系領域（２１）に抑制制御通路（３８）を介して液体が供給されていることを特徴とする、液体を制御する弁。
2. 抑制制御通路（３８）が圧力装置（１３）と接続されている、請求項１記載の弁。
3. 圧力装置が自動車の燃料ポンプ（１３）である、請求項２記載の弁。
4. 抑制制御通路（３８）に絞り（３９）が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁。
5. 絞りが管ねじ込み部分（３９）から形成されている、請求項４記載の弁。
6. 管ねじ込み部分（３９）が、約０．５ｍｍ〜３ｍｍの間の内径を有している、請求項４記載の弁。
7. 抑制制御通路（３８）が、コモンレール噴射系においてレール圧を生ぜしめるための高圧ポンプ（１２）と接続されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の弁。