JP2012515289A - 燃料を噴射するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、圧力下にある燃料を噴射するための装置に関する。本発明の構成では、可動に配置されたコイル（７）を備えたエレクトロダイナミック式のアクチュエータ（３）が設けられており、弁座（２ａ）のところで横断面を開閉する、外方へ向かって開くニードル（２）が設けられており、該ニードル（２）を、可動に配置されたコイル（７）に結合する結合装置（９）が設けられており、弁座（２ａ）の上流側でニードル（２）に隣接して配置されて、圧力下にある燃料を有している圧力室（１５）が設けられており、低圧室（１７）が設けられており、該低圧室（１７）から燃料が導出可能であり、ニードル（２）の外周範囲に形成されているギャップシール部（１６）が設けられており、該ギャップシール部（１６）が、前記圧力室（１５）と前記低圧室（１７）との間の接続を形成している。

Description

背景技術
本発明は、燃料を噴射するための装置に関する。この場合、特に圧力下にある燃料、つまり圧力をかけられた燃料が、内燃機関の燃焼室内に噴射される。

公知の装置は、たとえば車両エンジンにおける燃料の噴射部で使用される。ディーゼル燃料の噴射の他に、最近ではオット燃料も噴射される。この場合、しばしば燃料は圧力をかけられてアキュムレータ（レール）内に準備され、そして当該装置を介して燃焼室内または吸気管路内に噴射される。アクチュエータとしては、電磁式のアクチュエータ、すなわちソレノイド式アクチュエータが使用されるか、または択一的にピエゾアクチュエータも使用される。電磁式のアクチュエータは比較的廉価であるが、しかし比較的低速である。それに対して、ピエゾアクチュエータは高速ではあるが、しかし比較的高価である。したがって、比較的高速で、しかも廉価であるアクチュエータを備えた装置を提供することが望まれている。

発明の開示
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する、燃料を噴射するための本発明による装置、すなわち、可動に配置されたコイルを備えたエレクトロダイナミック式のアクチュエータが設けられており、弁座のところで横断面を開閉する、外方へ向かって開くニードルが設けられており、該ニードルを、可動に配置されたコイルに結合する結合装置が設けられており、弁座の上流側でニードルに隣接して配置されて、圧力下にある燃料を有している圧力室が設けられており、低圧室が設けられており、該低圧室から燃料が導出可能であり、ニードルの外周範囲に形成されているギャップシール部が設けられており、該ギャップシール部が、前記圧力室と前記低圧室との間の接続を形成していることを特徴とする、燃料を噴射するための装置には、従来のものに比べて、短い切換時間を有し、しかも廉価に製造可能であるという利点がある。さらに、本発明による装置は１サイクル当たり２回または複数回の噴射を問題なく実施することもできる。この場合、本発明による装置は、外方へ向かって開くノズルを使用することができるので、極めて良好な噴流安定性や弁座における大きな直径も可能となる。このことは本発明によれば、当該装置がアクチュエータとしてエレクトロダイナミック式の駆動装置を有しており、該エレクトロダイナミック式の駆動装置に可動のコイルが設けられていることにより達成される。これにより、駆動装置を廉価に提供することができ、そしてコイルの通電の反転によりコイルの迅速な運動反転を達成することができる。さらに、本発明による装置は、外方へ向かって開くニードルと、該ニードルをコイルに結合する結合装置とを有している。さらに、コイルの電流方向の転極によって、その都度ニードルのアクティブな開閉を実現することができる。

請求項２以下には、本発明の有利な改良形が記載されている。

エレクトロダイナミック式の駆動装置は、第１の永久磁石と第２の永久磁石と、該第１第２の両永久磁石の間に配置された中間ディスクと、可動のコイルと、導磁性の周壁とを有している。これにより、コンパクトでかつ単純な構造を実現することができる。

さらに、ニードルをエレクトロダイナミック式の駆動装置に結合する結合装置が、多数のフィンガを有していると有利である。この場合、ニードルとエレクトロダイナミック式の駆動装置との間の確実な結合が達成され得ると同時に、燃料はこれらのフィンガの間を通って流れることができる。さらに、ニードルが、ディスク状のばね受けを有しており、該ばね受けに前記閉鎖ばねが支持されている。この場合、このばね受けには、前記結合装置が前記フィンガを介して固く結合されている。

さらに、当該装置が、圧力下にある燃料を前記圧力室に供給する燃料供給管路を有していると有利である。この場合、この燃料供給管路は、管内でエレクトロダイナミック式の駆動装置を貫いて案内されている。これにより、当該装置の特に単純でかつコンパクトな構造を達成することができる。

さらに、当該装置が、低圧室を戻し管路に接続する燃料戻し管路を有していると有利である。この場合、この燃料戻し管路は、前記管内でエレクトロダイナミック式の駆動装置を貫いて案内されていて、これにより特にコンパクトな構造が実現されていると特に有利である。

本発明のさらに有利な構成では、当該装置が、低圧室を画定する波形ベローズを有している。これにより、低圧室の単純でかつ確実なシールを達成することができる。

さらに、燃料供給管路が、ニードルに形成されている中心部のニードル孔を有していると有利である。この中心部のニードル孔は、横方向孔を介して前記圧力室に接続されている。これにより、燃料はニードルを貫いて圧力室にまで供給され得るようになり、このことは特に単純でかつコンパクトな構造を可能にする。

前記管の端範囲が、ニードルのための案内範囲として形成されていると特に有利である。これにより、ニードルの高い案内精度を確保することができる。

特にコンパクトな構造を提供するためには、燃料供給管路の部分範囲と、燃料戻し管路の部分範囲とが、前記管内に平行に案内されている。

本発明のさらに別の有利な構成では、前記波形ベローズが、前記結合装置と前記ばね受けとの間に配置されている。これにより、前記結合装置のストロークが、前記波形ベローズを介してニードルへ伝達される。これにより、波形ベローズを用いた特に単純でかつ確実なシールを実現することができる。

本発明は、燃料が高い圧力下にアキュムレータ（レール）から噴射される内燃機関において使用されると有利である。

以下に、本発明の有利な実施形態を図面につき詳しく説明する。

本発明の第１実施形態による装置を示す概略的な断面図である。 本発明の第２実施形態による装置を示す概略的な断面図である。 本発明の第３実施形態による装置を示す概略的な断面図である。 本発明の第４実施形態による装置を示す概略的な断面図である。 本発明の第５実施形態による装置を示す概略的な断面図である。

発明の有利な実施形態
以下に、図１につき、高い圧力下にある燃料、すなわち高圧をかけられた燃料を噴射するための装置１について詳しく説明する。

図１から判るように、当該装置１は電気動力学式の、すなわちエレクトロダイナミック式（elektrodynamisch.）のアクチュエータ３０と、ニードル２と、高い圧力下の燃料が供給される燃料供給管路１３と、低い圧力の燃料が戻される燃料戻し管路１８とを有している。エレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０は第１の永久磁石４と、第２の永久磁石６と、中間ディスク５とを有している。この中間ディスク５は導磁性の材料から製造されていて、第１の永久磁石４と第２の永久磁石６との間に配置されている。さらに、エレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０は可動に配置されたコイル７を有している。このコイル７は第１の永久磁石４と第２の永久磁石６と中間ディスク５との外周面に配置されている。コイル７ならびに第１の永久磁石４もしくは第２の永久磁石６の端面は、導磁性の材料から製造されている周壁８によって取り囲まれている。第１第２の両永久磁石４，６は、中間ディスク５に対して同じ磁極が向けられるように配置されている。これにより、これらの永久磁石は中間ディスク５を介して、半径方向外側へ向かって周壁８の方向に延びる磁界を形成する。コイル７が通電されると、このコイル７はローレンツ力を受ける。このローレンツ力は電流方向に応じて開放方向または閉鎖方向（すなわち軸方向）に作用して、コイル７を相応する方向へ運動させる。

当該装置１はさらに閉鎖ばね３を有している。この閉鎖ばね３は、ニードル２に固定されたディスク状のばね受け１１に接触している。さらに、結合装置９が設けられている。この結合装置９は、ほぼポット状に形成されており、この結合装置９の自由端部が、可動のコイル７に結合されている。結合装置９の底範囲には、複数のフィンガ１０が形成されており、これらのフィンガ１０は、ディスク状のばね受け１１に設けられた、相応して形成された開口１１ａ内に配置されている。フィンガ１０は、結合装置９の運動によってディスク状のばね受け１１が軸方向で上方および下方へ向かって運動され得るように、ディスク状のばね受け１１に固定されている。ディスク状のばね受け１１自体はニードル２に固く結合されているので、これによりニードル２の運動が生ぜしめられる。さらに図１から判るように、閉鎖ばね３はハウジング１４の内面と、ディスク状のばね受け１１との間に支持されている。

さらに図１から判るように、軸方向Ｘ−Ｘにおいてエレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０の中心を貫いて管１２が貫通案内されている。この管１２を貫いて、燃料供給管路１３も燃料戻し管路１８も延びている。図１から判るように、燃料供給管路１３はこの場合、複数の管路範囲１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｅ，１３ｆを有している。燃料戻し管路１８は同じく複数の管路範囲１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅを有している。択一的には、管路範囲１８ｃが直接に低圧室１７に接続されている。その場合、管路範囲１８ａ，１８ｂを不要にすることができる。燃料は流出孔１９を介して当該装置１から導出される。管路範囲１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｅ，１３ｆは一方ではハウジング１４に、他方では種々の中間構成部分に形成されている。エレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０の中央部を貫いて、燃料供給管路１３の管路範囲１３ｂが燃料戻し管路１８の管路範囲１８ｄに対して平行に延びている。燃料供給管路１３はこの場合、環状の圧力室１５に通じており、この圧力室１５はニードル２の弁座２ａに隣接して配置されている。環状の圧力室１５を起点として、ニードル２とハウジング１４との間に形成されているギャップシール部１６を介して、燃料戻し管路１８もしくは低圧室１７への少量の燃料の戻り流が可能となる。図１から判るように、低圧室１７内には、閉鎖ばね３ならびにニードル２の一部が配置されている。

本発明による装置１の機能は以下の通りである。既に圧力下にある燃料が、たとえばレールから燃料供給管路１３を介して環状の圧力室１５に供給される。燃料の噴射を行いたい場合、エレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０が作動させられる。このためにはコイル７が通電されるので、コイル７は図１に矢印Ａで示したように下方へ向かって運動する。コイル７は結合装置９に固く結合されているので、結合装置９も下方へ向かって運動させられる。次いで、フィンガ１０とディスク状のばね受け１１とを介して、ニードル２が矢印Ｂの方向に運動させられるので、ニードル２はその弁座２ａから持ち上がる。これにより、燃料の噴射が達成される。ニードル２がばね受け１１と共に運動することにより、このときに閉鎖ばね３が押し合わされる。したがって、閉鎖ばね３とばね受け１１とは低圧室１７内に配置されているので、ニードル２を開放するためには閉鎖ばね３のばね力が克服されるだけでよい。噴射を終了させたい場合には、コイル７における電流方向が転極されるので、コイル７は再び図１に示した初期位置へ運動する。コイル７は結合装置９に固く結合されていて、ひいてはフィンガ１０とばね受け１とを介してニードル２に結合されているので、ニードル２は閉じられる。この場合にさらに閉鎖ばね３がニードル閉鎖運動をアシストする。これによって、燃料の噴射は終了される。

したがって、本発明によれば、コイル７における電流方向の極性反転もしくは転極により、ニードル２のアクティブな開閉を達成することができる。この場合、極めて短い閉鎖時間が達成され、この時間は、たとえば電磁式のアクチュエータ、つまりソレノイド式のアクチュエータにおける閉鎖時間よりも著しく短い。それにもかかわらず、当該装置１は極めてコンパクトでかつ特に頑丈な構造を有しているので、当該装置１は長い寿命を提供する。さらに、本発明による装置により、特に弁座２ａにおける大きな横断面も達成され得るので、短い開放時間において大量の燃料を噴射することができる。これにより、特に短い開放インターバルを実現することができる。

以下に、図２につき、本発明の第２実施形態による装置１を詳しく説明する。同一の構成部分もしくは同一機能の構成部分は、第１実施形態の場合と同じ符号で示されている。第２実施形態は、大体において第１実施形態に相当しているが、ただし第１実施形態とは異なり、第２実施形態では、低圧室１７が波形ばね２０によって規定される。図２から判るように、この波形ばね２０はディスク状のばね受け１１と、ハウジング１４の内面とに固定されている。これにより、低圧室１７の簡単なシールを実現することが可能となる。その他の点では、第２実施形態は第１実施形態に相当しているので、その他の点に関しては第１実施形態の説明を参照するものとする。

図３には、本発明の第３実施形態による装置１が示されている。同一の構成部分もしくは同一機能の構成部分は、やはり前の実施形態の場合と同じ符号で示されている。第３実施形態は、大体において第１実施形態に相当しているが、ただし第３実施形態では、燃料供給管路１３と燃料戻し管路１８とが第１実施形態とは異なって形成されている。図３から判るように、燃料供給管路１３はニードル２に設けられた中心部のニードル孔２１を通って案内される。この中心部のニードル孔２１は横方向孔２２を介して、環状の圧力室１５に接続されている。図３からさらに判るように、第３実施形態の低圧室１７は横方向孔２３を介して燃料戻し管路１８の管路範囲１８ｄに直接に接続されている。したがって、この第３実施形態では、特に燃料供給管路１３と燃料戻し管路１８とを単純化することができる。さらに、この第３実施形態では、ニードル２の、エレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０に向けられた端部が、管１２の端範囲１２ａ内に案内されている。ニードル２のための第２の案内部がハウジング１４によって与えられている。その他の点では、第３実施形態は前の実施形態に相当しているので、その他の点に関しては第１実施形態の説明を参照するものとする。

以下に、図４につき、本発明の第４実施形態による装置１について詳しく説明する。同一の構成部分もしくは同一機能の構成部分は、やはり前の実施形態の場合と同じ符号で示されている。

第４実施形態は、大体において第３実施形態に相当しているが、ただし第３実施形態とは異なり、第４実施形態の装置１は一層コンパクトに形成されている。このためには、低圧室１７の容積が減じられており、さらにニードル２のための択一的な別の案内コンセプトが実現されている。このためには、エレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０の周壁８を介してハウジング部分２５がセンタリングされている。さらに、下側の周壁範囲８ａによって管１２の位置決めが確保されており、ニードル２の上端部は管１２の端範囲１２ａ内に案内されている。したがって、特にコンパクトな構造を実現することができる。

図５には、本発明の第５実施形態が示されている。同一の構成部分もしくは同一機能の構成部分は、やはり前の実施形態の場合と同じ符号で示されている。

第５実施形態は、大体において第４実施形態に相当しているが、ただしこの場合、付加的になお金属製の波形ベローズ２７が設けられている。この波形ベローズ２７は低圧室１７を、無圧の室２８から分離している。波形ベローズ２７は噴射開口に向けられた端部２７ａにおいて、拡径された直径を有している。これにより、ディスク形のばね受け１１を下方から組み付ける、すなわち波形ベローズ２７の内部を通じて組み付けることができることが可能になる。波形ベローズ２７はこの場合、軸方向で比較的長く伸長されて形成されていて、エレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０に向けられた端部２７ｃの方向へその直径を減少させている。波形ベローズ２７の移行範囲２７ｂでは、ディスク状のばね受け１１が、波形ベローズ２７の内側からこの波形ベローズ２７と接触しており、波形ベローズ２７の外側では、結合装置９のフィンガ１０が配置されている。波形ベローズ２７のこのような構成により、フィンガ１０を結合装置９と共に上方から組み付けることができることが可能となる。したがって、さらにコイル７のストロークは結合装置９とフィンガ１０と波形ベローズ２７とを介してばね受け１１に伝達され、そしてこのばね受け１１からさらにニードル２に伝達される。その他の点において、この第５実施形態は前の実施形態に相当しているので、その他の点に関しては第１実施形態の説明を参照するものとする。

Claims (11)

1. 圧力下にある燃料を噴射するための装置において、
   - 可動に配置されたコイル（７）を備えたエレクトロダイナミック式のアクチュエータ（３０）が設けられており、
   - 弁座（２ａ）のところで横断面を開閉する、外方へ向かって開くニードル（２）が設けられており、
   - 該ニードル（２）を、可動に配置されたコイル（７）に結合する結合装置（９）が設けられており、
   - 弁座（２ａ）の上流側でニードル（２）に隣接して配置されて、圧力下にある燃料を有している圧力室（１５）が設けられており、
   - 低圧室（１７）が設けられており、該低圧室（１７）から燃料が導出可能であり、
   - ニードル（２）の外周範囲に形成されているギャップシール部（１６）が設けられており、該ギャップシール部（１６）が、前記圧力室（１５）と前記低圧室（１７）との間の接続を形成している、
   ことを特徴とする、燃料を噴射するための装置。
2. エレクトロダイナミック式のアクチュエータ（３０）が、第１の永久磁石（４）と第２の永久磁石（６）と中間ディスク（５）と周壁（８）と前記可動のコイル（７）とを有しており、中間ディスク（５）が、第１の永久磁石（４）と第２の永久磁石（６）との間に配置されており、可動のコイル（７）が、第１の永久磁石（４）および第２の永久磁石（６）の外周面に配置されている、請求項１記載の装置。
3. 当該装置が閉鎖ばね（３）を有しており、該閉鎖ばね（３）が、ニードル（２）を開放後に閉鎖するためにニードル（２）に配置されている、請求項１または２記載の装置。
4. 前記結合装置（９）が、多数のフィンガ（１０）を有しており、ニードル（２）が、該ニードル（２）に固定されたディスク状のばね受け（１１）を有しており、該ばね受け（１１）に前記閉鎖ばね（３）が支持されており、該ばね受け（１１）に前記結合装置（９）が前記フィンガ（１０）を介して固く結合されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 圧力下にある燃料が燃料供給管路（１３）を介して前記圧力室（１５）に供給されるようになっていて、該燃料供給管路（１３）が、管（１２）内でエレクトロダイナミック式のアクチュエータ（３０）を貫いて案内されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 低圧室（１７）から燃料を導出する燃料戻し管路（１８）が、前記管（１２）内でエレクトロダイナミック式のアクチュエータ（３０）を貫いて案内されている、請求項５記載の装置。
7. 低圧室（１７）を画定する波形ベローズ（２０；２７）が設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 燃料供給管路（１３）が、ニードル（２）に形成されている中心部のニードル孔（２１）を有しており、該ニードル孔（２１）が、横方向孔（２２）を介して前記圧力室（１５）に接続されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. ニードル（２）の、弁座（２ａ）とは反対の側の端部が、前記管（１２）に設けられた案内範囲（１２ａ）内に案内されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 燃料供給管路（１３）の部分範囲（１３ｂ）と、燃料戻し管路（１８）の部分範囲（１８ｄ）とが、前記管（１２）内に平行に案内されている、請求項５から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 前記波形ベローズ（２７）が、前記結合装置（９）と前記ばね受け（１１）との間に配置されており、前記結合装置（９）のストロークが、前記波形ベローズ（２７）を介してニードル（２）へ伝達可能である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。

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