JP2006512536A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

燃料噴射弁であって、圧電式にまたは磁歪式のアクチュエータ４が設けられており、該アクチュエータは、弁座面１８と協働してシール座部を形成する弁閉鎖体１７を操作する。液圧的なカップラ７が設けられており、該カップラが、マスタピストン９と、スレーブピストン１０と、これらの間に形成されているカップラ容積部２３とを有しており、カップラ容積部は絞り２４を介して補償室１２に接続されている。弾性的でフレキシブルな区分１３が補償室を少なくとも部分的に制限しており、カップラ容積部２３と、絞り２４と補償室とが液圧媒体によって充填されている。フレキシブルな区分１３がプレロードによって圧力を液圧媒体に加えており、スレーブピストン１０及び／又はマスタピストン９に直接的に及び／又は堅固な構成部分４０，３９を介して支持される圧縮ばね１１の力のプレロードが、この力がカップラ容積部２３を拡大する方向に向けられている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の燃料噴射弁に関する。

欧州特許出願公開第０４７７４００号明細書により、燃料噴射弁のための圧電式アクチュエータの変位変換器のための、行程方向に作用する適応型の機械的な誤差補償のための装置が公知である。この場合、アクチュエータの行程は液圧室を介して伝達される。液圧室は、所定の漏れ率を有する所定の漏れ部を有している。アクチュエータの行程は、マスタピストンを介して液圧室に導入され、スレーブピストンを介して駆動すべきエレメントに伝えられる。このエレメントは例えば燃料噴射弁の弁ニードルである。

マスタシリンダにはスレーブピストンがガイドされている。スレーブピストンはマスタシリンダも閉じており、これにより液圧室が形成されている。液圧室内にはばねが配置されている。このばねはマスタシリンダとスレーブピストンを互いに離れるように押圧する。アクチュエータがマスタシリンダに行程運動を伝えると、この行程運動は液圧室における液圧流体の圧力によりスレーブピストンに伝えられる。何故ならば、液圧室における液圧流体は圧縮されず、行程の短時間の間には、液圧流体の僅かな部分しかリングギャップから逃げないからである。アクチュエータが圧力をマスタシリンダに加えない休止段階では、スレーブピストンがばねによりシリンダから押し出され、生じる不圧によってリングギャップを介して液圧媒体が液圧室に進入し液圧室を再び充填する。これにより、液圧的なカップラは自動的に長さ伸長に合わせて、かつ圧力に基づく燃料噴射弁の膨張に合わせて調節される。液圧媒体のシールはシールリングによって行われる。

先行技術によりさらに、ベローズ状もしくは蛇腹状のシール部材により液圧媒体をシールする燃料噴射弁が公知である。

この公知の先行技術の欠点は、戻し力がばねによってのみ負荷されることにある。例えば老朽化によるばねの特性の変化が戻し力に大きく影響するので、カップラの特性にも影響がでる。さらにばねの構成サイズが大きくなる。

発明の効果
これに対して、請求項１の特徴を備えた本発明による燃料噴射弁は、カップラが簡単かつ安価に製造可能であり、僅かなコストで形成され、確実に長期使用に耐え、その特性は運転期間に殆ど依存していないという利点を有している。

従属請求項の特徴により請求項１の燃料噴射弁の有利な別の構成が得られる。

第１の有利な構成では、補償室が横方向孔を介して絞りに接続されている、及び／又は圧縮ばねが螺旋状に形成されている。これによりカップラは特に簡単に形成される。

底面によってカップラ容積部を部分的に制限しているスレーブピストンの第１のスレーブ区分をコップ状に形成することにより、又はマスタピストンにおいて第１のスレーブ区分をガイド遊びをもって軸方向にガイドすることにより、又はマスタピストンによって第１のスレーブ区分を部分的にカップ状に取り囲むことにより、又はカップ状の第１のスレーブ区分の底面に絞りを配置することにより、カップラは特にコンパクトかつ単純に安価に構成することができる。

別の構成では、絞りは、開口に絞りギャップをもってガイドされている絞り球を有している。これにより絞りを簡単に構成することができ、圧縮ばねは簡単に絞り球を介して、マスタピストンのカップラ容積部を制限する面に支持される。これによりさらに、簡単かつコンパクトな構成形式が得られる。

軸方向区分および半径方向区分による孔付きプレート状の構成およびスリーブ状の構成によりコンパクトで簡単なフレキシブル区分の固定が可能である。

簡単かつ確実で、特に気密なフレキシブル区分の固定は有利には、半径方向区分に形成された端部が、スレーブピストンに形成された第２の切欠に係合することによって、及び／又は軸方向区分に形成された端部が、マスタピストンに配置された切欠に係合することによって得られる。このことは切欠が窪み状に形成されていることにより、又は端部がクランプ固定されていることにより、又は端部が肉厚にされていることによりさらに改善される。

さらに別の構成では、フレキシブル区分の端部が内側に向かって曲げられており、この場合、この端部が窪みを形成する。有利には、この場合、端部が気密に切欠に係合する。有利には補償室の内圧がこれにより使用されて、液圧媒体を介した圧力伝達によりフレキシブル区分の端部が液密に切欠に押し付けられ、ひいては確実に継続的にシールされる。

図面
本発明の実施例を図面に簡単に示し、以下に詳しく説明する。

図１は、先行技術による燃料噴射弁の概略的な断面図を示しており、
図２は、図１に示した燃料噴射弁と類似の先行技術による燃料噴射弁のカップラの領域を示した概略的な部分断面図を示しており、
図３は、本発明による燃料噴射弁の実施例をカップラの領域で示しており、
図４は、本発明による燃料噴射弁の別の実施例を、カップラのフレキシブル区分の領域で示している。

実施例の説明
次に本発明の実施例を説明する。

本発明の有利な構成について詳しく説明する前に、より良い理解のために先行技術の燃料噴射弁の主要な構成部分を図１および図２につき簡単に説明する。この場合、同じ構成部分には複数の図面において同じ符号を付してある。

図１に示した燃料噴射弁１は、混合気圧縮型の火花点火式内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁１として形成されている。この燃料噴射弁１は、特に内燃機関の燃焼室（図示せず）に燃料を直接噴射するために適している。

燃料噴射弁１はケーシング２を有していて、このケーシング２内には、アクチュエータ被覆射出成形部３を備えた圧電式または磁歪式のアクチュエータ４が配置されている。アクチュエータ４には電気的なライン５により電圧が供給される。この電気的なライン５には、ケーシング２から突出する電気的な接続部６を形成することができる。アクチュエータ４は、流入側で液圧的なカップラ７のマスタピストン９に支持されていて、流出側でアクチュエータヘッド８に支持されている。液圧的なカップラ７はさらに１つのスレーブピストン１０と、液圧的なカップラ７を所定のプレロードで負荷している圧縮ばね１１と、液圧媒体が充填された補償室１２とを有している。燃料は流入部１４を介して中心に供給される。

カップラ７とその機能の詳しい説明は図２につき説明する。

アクチュエータヘッド８の流出側には操作体１５が配置されていて、この操作体１５は弁ニードル１６に作用する。弁ニードル１６は流出側の端部に弁閉鎖体１７を有している。弁閉鎖体１７は、ノズル本体１９に形成されている弁座面１８と協働してシール座部を形成する。戻しばね２０は弁ニードル１６を負荷し、アクチュエータ４が通電されていない状態では燃料噴射弁１が閉鎖状態にとどまるようにしている。戻しばね２０はさらに、噴射段階後には弁ニードル１６を戻すために働く。

ノズル本体１９は溶接シーム２１によって内側ケーシング２２に位置固定されていて、この内側ケーシング２２はアクチュエータ４を燃料に対してシールしている。燃料は供給部１４からケーシング２と内側ケーシング２２との間を通ってシール座部へと流れる。

図２には図１に示したカップラ７と似たように形成されたカップラ７が示されている。

燃料噴射弁１に設けられた液圧的なカップラ７は通常、一つにはアクチュエータ４の行程運動を弁ニードル１６の行程運動へと変換するために設計されており、また一つには、アクチュエータ４とケーシング２の温度に基づく長さ変化を補償するために形成されている。このような補償は実施例に示したように、２媒体カップラとして形成されたカップラ７によって行われる。このカップラ７は、燃料に接触しない液圧媒体を有している。この場合、この液圧媒体は補償室１２並びに、マスタピストン９とスレーブピストン１０との間に形成されたカップラ容積部２３を充填している。このカップラ容積部２３は補償室１２に絞り２４を介して接続されている。

補償室１２は、スレーブピストン１０の内側および外側に配置されている。この場合、両部分は横方向孔３１によって互いに接続されていて、補償室１２の外側に位置する部分は、ベローズシール部材として形成されたフレキシブルな区分１３によって、燃料噴射弁１を貫流する燃料に対してシールされている。

温度変化の際にはカップラ容積部２３の間の液圧媒体は絞り２４を介して補償室１２のものと交換される。必要な充填圧はこの場合、蓄圧室３２においてスレーブピストン１０に配置された圧縮ばね１１を介して付与される。この蓄圧室３２は、第１の閉鎖体２５と第２の閉鎖体２６との間に配置されている。この場合、第１の閉鎖体２５は、カップラ室１２をシールするためのシールリング２８が配置された溝２７を有している。

例えば製造時にカップラ７に液圧媒体を充填するのは通路２９を介して行われる。この通路は例えばプレス嵌めされた閉鎖球体３０によって閉鎖することができる。

図３には、本発明により構成された燃料噴射弁１のためのカップラ７の実施例が示されている。スレーブピストン１０は、コップ状の第１のスレーブ区分３４で、片側で閉じられた中空円筒状のマスタピストン９に係合している。スレーブピストン１０もしくは第１のスレーブ区分３４はマスタピストン９内で軸方向運動可能にガイドギャップ３８にガイドされている。ガイドギャップ３８は比較的小さく、この場合、ガイドギャップ３８を流れる液圧媒体の量は極めて小さい。別の実施例ではこのガイドギャップ３８が絞り機能を有している。

この実施例ではスレーブピストン１０は、第１のスレーブ区分３４と第２のスレーブ区分３５と接続区分３３とから成っている。第１のスレーブ区分３４は閉じられた端部で、マスタピストン９の底面と共にカップラ容積部２３を形成している。第１のスレーブ区分３４の閉じられた端部にはセンタリングされて絞り２４が配置されている。絞り２４はセンタリングされてコップ状の第１のスレーブ区分２４の底面にはいちされた開口３６と、その開口に絞りギャップ３７によってガイドされた絞り球３９とから成っている。

カップラ容積部２３とは反対側の第１のスレーブ区分３４の開かれた端部は接続区分３３によって閉じられている。接続区分３３はこの場合、部分的に第１のスレーブ区分３４に係合していて、例えばプレス嵌めまたは溶接によって第１のスレーブ区分３４に相対運動不能に接合されている。第１のスレーブ区分３４に係合している接続区分３３の端部と絞り球体３９との間に、第１のスレーブ区分３４に配置されたばね室４５においてプレロードがかけられた圧縮ばね１１が配置されている。

圧縮ばね１１はコイル状であって、ばね受け４０を介在して絞り球体３９を押圧している。この場合、絞り球体３９は、カップラ容積２３におけるマスタピストン９の底面に支持されている。第１のスレーブ区分３４及びマスタピストン９の、カップラ容積部２３とは反対側の上方の端部は、ほぼ同じ高さに位置している。この場合、接続区分３３はフランジ４４で、第１のスレーブ区分３４の上方の端部に載置されていて、部分的に第１のスレーブ区分３４から突出している。フランジ４４は第１のスレーブ区分３４の直径とほぼ同じ直径を有している。

補償室１２は、フレキシブルな区分１３と、接続区分３３と、フランジ４４と、マスタピストン９と、第１のスレーブ区分３４とによって制限されており、補償室１２は、横方向孔３１と、ばね室４５とを介して絞り２４に接続されている。フレキシブルな区分１３は弾性的で、例えばエラストマまたは鋼から成っている。

この実施例では、フレキシブルな区分１３は、スレーブピストン１０の運動方向に向かって軸方向で延びている軸方向区分４６と、スレーブピストン１０の運動方向に対して半径方向に延びている半径方向区分４７とに分割されている。このようにプレート状かつスリーブ状に形成されたフレキシブルな区分１３の端部が肉厚にされている。フレキシブルな区分１３は、半径方向区分４７に形成された端部で、フランジ４４の、カップラ容積部２３とは反対の側に形成された第２の切欠４３内に位置していて、軸方向区分４６に形成された端部で、マスタピストン９の上方の端部の領域の外面に配置されている第１の切欠４２内に位置している。切欠４２，４３は窪み状である。

半径方向区分４７に形成された肉厚の端部は、接続区分３３上に載置され、この接続区分３３に部分的に係合している第２のスレーブ区分３５によって第２の切欠４３に気密に押し込まれここで固定されている。フレキシブルな区分１３の軸方向区分４６に形成された端部は、マスタピストン９を部分的に取り囲むスリーブ４１によって第１の切欠４２に気密に押し込まれここで固定される。

このスリーブ４１は軸方向区分４６と、半径方向区分４７への移行部とをぴったりと取り囲んでおり、従ってスリーブ４１は拡張制限部材として働く。スリーブは軸方向区分４６の後方で減径して、上方に向かって延長されていて、この場合、第２のスレーブ区分３５を少なくとも部分的に半径方向で僅かな遊びをもってぴったりと取り囲んでいる。

例えば温度に基づくアクチュエータ４の伸張の際に生じる、カップラ７に長時間にわたって軸方向で加えられる力により、液圧媒体がカップラ容積部２３から絞り２４を通り、ばね室４５と横方向孔３１とを介して補償室１２へと流出することにより、カップラ容積部２３は縮小される。補償室１２は弾性的でダイアフラム状にフレキシブルな区分１３によって部分的に制限されている。フレキシブルな区分１３と圧縮ばね１１のプレロードにより、カップラ容積部２３を拡大させる圧力が液圧媒体に加えられる。この場合、圧縮ばね１１は、液圧媒体を介して作用することなしに、堅固な構成部分のみを介してマスタピストン９とスレーブピストン１０とを互いに離すように押圧する。

圧縮ばね１１はばね室４５の外側に配置されていても良い。

カップラ７の動力学的な剛性は特に絞りギャップ３７のサイズと形状および場合によってはガイドギャップ３８のサイズと形状によって決まる。

図４には、図３と類似の実施例として本発明による燃料噴射弁１の別の実施例が、カップラ７のフレキシブルな区分１３の領域で示されている。図３の実施例との相違点は、フレキシブルな区分１３の両端部が内側に向かって曲げられている点にある。これにより、フレキシブルな区分１３の端部の、補償室１２に面した側に窪み４８が形成される。端部の外面は気密に切欠４２，４３に当接する。窪み４８の形状はこの場合、例えば半円形、三角形、楕円または多角形として形成することができる。

本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、燃料噴射弁１の任意の構成、特に自己発火式内燃機関のための燃料噴射弁１及び／又は内側開放式の燃料噴射弁に適している。総じて記載した特徴は互いに任意に組み合わせることができる。

先行技術による燃料噴射弁の概略的な断面図である。 図１に示した燃料噴射弁と類似の先行技術による燃料噴射弁のカップラの領域を示した概略的な部分断面図である。 本発明による燃料噴射弁の実施例をカップラの領域で示した図である。 本発明による燃料噴射弁の別の実施例を、カップラのフレキシブル区分の領域で示した図である。

Claims (23)

1. 燃料噴射弁であって、圧電式にまたは磁歪式のアクチュエータ（４）が設けられており、該アクチュエータは、弁座面（１８）と協働してシール座部を形成する弁閉鎖体（１７）を操作し、液圧的なカップラ（７）が設けられており、該カップラ（７）が、マスタピストン（９）と、スレーブピストン（１０）と、これらの間に形成されているカップラ容積部（２３）とを有しており、カップラ容積部（２３）は絞り（２４）を介して補償室（１２）に接続されていて、弾性的でフレキシブルな区分（１３）が補償室（１２）を少なくとも部分的に制限しており、カップラ容積部（２３）と、絞り（２４）と補償室（１２）とが液圧媒体によって充填されている形式のものにおいて、
   フレキシブルな区分（１３）がプレロードによって圧力を液圧媒体に加えており、スレーブピストン（１０）及び／又はマスタピストン（９）に直接的に及び／又は堅固な構成部分（４０，３９）を介して支持される圧縮ばね（１１）の力のプレロードが、この力がカップラ容積部（２３）を拡大する方向に向けられていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 補償室（１２）が横方向孔（３１）を介して絞り（２４）に接続されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 圧縮ばね（１１）が螺旋状である、請求項１または２記載の燃料噴射弁。
4. 圧縮ばね（１１）がばね室（４５）におけるスレーブピストン（１０）に配置されている、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. スレーブピストン（１０）が、カップ状の第１のスレーブ区分（３４）を有しており、該スレーブ区分（３４）の底面がカップラ容積部（２３）を部分的に制限している、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
6. 第１のスレーブ区分（３４）が軸方向で、ガイド遊び（３８）をもってマスタピストン（９）においてガイドされている、請求項５記載の燃料噴射弁。
7. マスタピストン（９）が第１のスレーブ区分（３４）を部分的にカップ状に取り囲んでいる、請求項５または６記載の燃料噴射弁。
8. 絞り（２４）が、カップ状の第１のスレーブ区分（３４）の底面に配置されている、請求項５から７までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
9. 絞り（２４）が絞り球（３９）を有しており、該絞り球が絞りギャップ（３７）を持って開口部（３６）においてガイドされている、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
10. 圧縮ばね（１１）が絞り球（３９）を介して支持されている、請求項９記載の燃料噴射弁。
11. 圧縮ばね（１１）がばねプレート（４０）を介して絞り球（３９）に支持されている、請求項１０記載の燃料噴射弁。
12. 絞り球（３９）が、マスタピストン（９）の、カップラ容積部（２３）を制限する面に支持されている、請求項９から１１までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
13. 補償室（１２）が、フレキシブルな区分（１３）とスレーブピストン（１０）とマスタピストン（９）とによって制限されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
14. フレキシブルな区分（１３）が、マスタピストン（１０）の運動方向に対して軸方向で延びる軸方向区分（４６）と、マスタピストン（１０）の運動方向に対して半径方向で延びる半径方向区分（４７）とを有している、請求項１から１３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
15. フレキシブルな区分（１３）が孔付きプレート状でかつスリーブ状である、請求項１４記載の燃料噴射弁。
16. 半径方向区分（４７）に形成された端部が、スレーブピストン（１０）に形成された第２の切欠（４３）に係合し、及び／又は軸方向区分（４６）に形成された端部が、マスタピストン（９）に配置された第１の切欠（４２）に係合する、請求項１４または１５記載の燃料噴射弁。
17. 少なくとも１つの前記切欠（４２，４３）が窪み状である、請求項１６記載の燃料噴射弁。
18. 第２の切欠（４３）が、接続区分（３３）と、スレーブピストン（１０）の第２のスレーブ区分（３５）との間に配置されている、請求項１６または１７記載の燃料噴射弁。
19. 半径方向区分（４７）の端部がクランプされている、または気密にクランプされている、請求項１６記載の燃料噴射弁。
20. 軸方向区分（４６）の端部が、マスタピストン（９）の外面と、マスタピストン（９）を少なくとも部分的に取り囲むスリーブ（４１）との間にクランプされており、特に気密にクランプされている、請求項１６から１９までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
21. フレキシブルな区分（１３）の端部が肉厚にされている、請求項１から２０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
22. フレキシブルな区分（１３）の端部のうち少なくとも１つが内側に向かって曲げられており、これにより窪み（４８）を形成している、請求項１７から２１までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
23. フレキシブルな区分（１３）の少なくとも一方の曲げられた端部がその外面で気密に切欠（４２，４３）内に位置している、請求項２２記載の燃料噴射弁。

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