JP2012515291A - 燃料を噴射するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、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駆動装置（３０）と、弁座（２ａ）のところで噴射孔（１８）を開閉する、内方へ向かって開くニードル（２）と、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）と、弁座（２ａ）の上流側でニードル（２）に配置されて、圧力下にある燃料を有している圧力室（１５）とを有している。

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。

燃料噴射のための公知の装置は、たとえば車両エンジンにおける燃料の噴射のために使用される。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、しばしば燃料噴射のために燃料はアキュムレータ（レール）から提供され、そして噴射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有する噴射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駆動装置が設けられており、弁座のところで噴射孔を開閉する、内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、しかも廉価でかつコンパクト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ができる。この場合、本発明による装置は、内方へ向かって開くノズルを使用するので、噴射時には極めて良好に形成された円錐形もしくはコーン形のスプレイが生ぜしめられる。

この場合、多数の噴射孔を問題なく設けることもできる。これにより、たとえば種々のエンジン製造業者のための個別に適合されたスプレイまたはスワールスプレイを提供することができる。このことは本発明によれば、当該装置が、可動の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もしくは駆動装置を有することにより達成される。これにより、駆動装置が極めて廉価に提供され得ると共に、コイルの通電の反転によるコイルの迅速な運動反転が達成され得る。エレクトロダイナミック式の駆動装置の可動のコイルは噴射装置のニードルに結合されており、このことは結合装置によって実現されている。この場合、ニードルの複数の結合エレメントの間の結合もしくは可動のコイルとニードルとの間の結合は、コイルの電流方向の転極によってニードルがその都度アクティブに開放もしくは閉鎖され得るように形成されている。

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、可動のコイルの他に、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、導磁性の材料から製造された周壁とを有していると有利である。これにより、極めてコンパクトでかつ単純な構造が実現される。

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。このことは、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を可能にすると同時に、両運動方向への信頼性の良いカップリングを成す。フィンガはこの場合、ニードルに位置固定されたニードルディスクに形状接続的に、つまり係合に基づいた嵌合により、結合されていると有利である。

さらに、ニードルが閉鎖ばねおよび特にディスク状のばね受けを有していると有利である。このばね受けはニードルに固定されていて、閉鎖ばねを支持するために働く。閉鎖ばねは、ニードルの閉鎖過程をアシスト（補助）する。

さらに、噴射装置が管を有していて、この管が、軸方向でエレクトロダイナミック式の駆動装置の中心を貫いて貫通案内されていると有利である。この管は、エレクトロダイナミック式の駆動装置を通じて燃料を案内するために設計されている。これにより、特にコンパクトな構造を達成することができる。

本発明のさらに別の有利な構成では、エレクトロダイナミック式の駆動装置が、燃料で充填された室内に配置されており、この場合、燃料はこの室内で圧力下にある。

さらに、当該装置が、エレクトロダイナミック式の駆動装置を、圧力下にある燃料から分離する波形ベローズを有していると有利である。これにより、エレクトロダイナミック式の駆動装置が、燃料で充填された室内内に配置されていなくてもよくなる。

特にコンパクトな構造を提供するためには、ニードルが、中心の貫通孔を持って形成されている。この貫通孔は横方向孔を介して、ニードルの自由端部に形成された圧力室に接続されている。これにより、ニードルの内部を通じて燃料を圧力室に供給することができる。

ニードルのできるだけ確実な案内を達成するためには、前記管の端範囲が、ニードルを案内するための案内範囲として形成されている。これにより、ニードルのための別個の案内装置を不要にすることができる。

本発明のさらに別の有利な構成では、閉鎖ばねが有利には前記管内に配置されている。このことは、当該装置の特にコンパクトな構造を可能にし、この場合、前記管内の閉鎖ばねは、前記管による燃料の供給を妨げない。

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。

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、燃料供給管路１９とを有している。この燃料供給管路１９を介して、高い圧力下の燃料が当該装置１に供給される。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、運動可能なコイル７と、周壁８とを有している。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。可動のコイル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。周壁８は同じく導磁性の材料から製造されていて、コイル７の周面ならびに第１の永久磁石４もしくは第２の永久磁石６の、軸方向Ｘ−Ｘにおける両端面を取り囲んでいる。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４，６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ニードルの開放方向または閉鎖方向（すなわち軸方向Ｘ−Ｘ）に作用する。これにより、コイル７はその都度相応する方向へ運動させられる。

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に閉鎖力を加える。このためには、ニードル２にディスク状のばね受け１３が固定されており、このばね受け１３に閉鎖ばね３の一方の端部が支持されている。閉鎖ばね３の他方の端部はハウジング構成部分１４ａに支持されている。ニードル２には、さらにニードルディスク１１が固定されており、このニードルディスク１１はニードル２の、噴射孔１８から遠い方の端部に固定されている。噴射孔１８はハウジング１４に形成されていて、軸方向Ｘ−Ｘに対して予め規定された角度を成して配置されている。可動のコイル７は結合装置９を介してニードル２に結合されている。この場合、この結合装置９は複数のフィンガ１０を有しており、これらのフィンガ１０はニードルディスク１１に設けられた開口１１ａ内に係合している。

さらに、エレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０を貫いて貫通案内されている管１２が設けられている。この管１２は、燃料供給管路１９からの燃料を導通させるために働く。燃料は燃料室１６に導入され、この場合、この燃料は結合装置９のフィンガ１０の間を通って流れる。このことは、図１に矢印Ｂにより示されている。矢印Ａは燃料供給管路１９内への燃料の流入方向を示している。燃料室１６内には、ニードル２の後側の部分ならびに閉鎖ばね３が配置されている。噴射孔１８の手前には、さらに環状の圧力室１５が設けられている。この圧力室１５は供給通路１７を介して燃料室１６に接続されている。したがって、ニードル２が開放されると（図１に矢印Ｄにより示す）、燃料は燃料室１６から供給通路１７に流入することができ（矢印Ｃにより示す）、そしてこの供給通路１７から圧力室１５に流入することができる。

本発明による装置の機能は以下の通りである。既に圧力下にある燃料が、矢印Ａにより示したように、燃料供給管路１９と管１２とを介して燃料室１６内に供給される。燃料室１６内では、供給通路１７を介して、環状の圧力室１５に対する接続が与えられている。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、この場合、エレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０はコイル７を、図１に矢印Ｅで示したように運動させる。これにより、結合装置９とフィンガ１０とを介してニードル２も矢印Ｄの方向に運動させられる。これにより、ニードル２は弁座２ａから持ち上がるので、噴射孔１８が開放され、燃料は噴射孔１８から燃焼室または吸気管路内に噴射され得る。ニードル２の運動時に閉鎖ばね３は押し縮められる。噴射を終了させたい場合には、可動のコイル７における電流方向が転極されるので、コイル７は逆方向に運動する。これにより、ニードル２のアクティブな閉鎖が達成される。この場合、緊縮された閉鎖ばね３が、閉鎖動作を助成するアシスト作用を発揮する。したがって、可動のコイル７とニードル２との間の固い結合を介してニードル２はアクティブに閉鎖される。これにより、燃料の噴射は終了される。

したがって、本発明によれば、内方へ向かって開く弁において、エレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０を使用して、可動のコイル７における電流方向の転極により、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。これにより、極めて短い閉鎖時間を達成することができる。この閉鎖時間は、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。このことは、装置１のコンパクトな構造ならびに装置１の極めて廉価な製造可能性と共に達成される。多数の噴射孔１８を設けることにより、短い切換時間でも、大量の燃料を噴射することができる。この場合、特に極めて良好に分配されたスプレイを達成することができる。

以下に、図２および図３につき、本発明の別の有利な実施形態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、第１実施形態の場合と同じ符号で示されている。

図２には、第２実施形態による装置１が示されている。第１実施形態とは異なり、第２実施形態では、環状の圧力室１５への燃料の供給が、中心のニードル孔２１と横方向孔２２とを介して行われる。したがって、装置１全体を通じて大きな圧力損失なしに燃料を環状の圧力室１５に供給することができる。この場合、ハウジング範囲１４ａを介してエレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０のセンタリングが行われる。このハウジング範囲１４ａには、管１２が支承されており、この場合、エレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０は管１２に位置固定されている。

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。第３実施形態は、大体において第２実施形態に相当しているが、ただし第２実施形態とは異なり、第３実施形態では、燃料室１６が存在していない。燃料は軸方向で燃料供給管路１９から管１２と中心のニードル孔２１と横方向孔２２とを通って環状の圧力室１５に供給される。閉鎖ばね３はこの場合、管１２内に配置されている。さらに、管１２はニードル２に向けられた端部に案内範囲１２ａを有している。この案内範囲１２ａ内にニードル２が案内されている。管１２自体は周壁８の底範囲８ａによってセンタリングされる。ニードル２には、さらに別の横方向孔２３が設けられており、この横方向孔２３は第２の圧力室２４に対する接続を形成する。したがって、この接続孔として働く横方向孔２３を介して、エレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０自体が燃料中に配置されていることが確保される。

したがって、前記実施形態において説明した装置１は、エレクトロダイナミック式のアクチュエータ３０の使用により、ピエゾアクチュエータの特性に極めて近い特性を有している。この場合、特に極めて短い切換時間および１サイクル中の複数回噴射を挙げることができる。それにもかかわらず、本発明による装置１は極めてコンパクトでかつ廉価に構成されている。

Claims (10)

1. 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駆動装置（３０）が設けられており、
   - 弁座（２ａ）のところで噴射孔（１８）を開閉する、内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駆動装置（３０）が、さらに第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. 閉鎖ばね（３）が設けられており、該閉鎖ばね（３）は、開放過程の後にニードル（２）を閉鎖するためにニードル（２）に戻し力を加えるように設計されている、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）にしっかりと固定されたニードルディスク（１１）を有しており、前記結合装置（９）が、前記フィンガ（１０）を介して前記ニードルディスク（１１）に結合されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. ディスク状のばね受け（１３）が設けられており、該ばね受け（１３）がニードル（２）に固定されていて、前記閉鎖ばね（３）を支持するために形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 管（１２）が設けられており、該管（１２）が、エレクトロダイナミック式の駆動装置（３０）を貫いて貫通案内されており、該管（１２）を通じて燃料が供給可能である、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. エレクトロダイナミック式の駆動装置（３０）が、燃料で充填された燃料室（２４）内に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. エレクトロダイナミック式の駆動装置（３０）を、圧力下にある燃料から分離する波形ベローズが設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
9. ニードル（２）が中心の貫通孔（２１）を有しており、該貫通孔（２１）が、少なくとも１つの横方向孔（２２）を介して圧力室（１５）に接続されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. ニードル（２）を軸方向（Ｘ−Ｘ）で案内するために、前記管（１２）の端範囲（１２ａ）がニードル（２）のための案内範囲として形成されている、請求項６から９までのいずれか１項記載の装置。

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