JP2012526226A - 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、弁ボディ（２）と、外側へ向かって開く弁ニードル（３）とが設けられており、該弁ニードル（３）が、弁ボディ（２）内で、燃料充填された圧力室（４）内に配置されており、該圧力室（４）に燃料が加圧下に供給されるようになっており、さらに、弁ニードル（３）を初期位置へ戻す戻し部材（２０）と、弁ニードル（３）を操作するために、アクチュエータ室（９）内に配置された電磁式のアクチュエータ（６）と、ダイヤフラム（１３）とが設けられており、該ダイヤフラム（１３）が、アクチュエータ室（９）内に配置されていて、該アクチュエータ室（９）を、燃料充填された第１の範囲（５）と、燃料不含の第２の範囲（１８）とに、流体に対して密に分割していると共に、弁ニードル（３）を、噴射側の部分（３ａ）とアクチュエータ側の部分（３ｂ）とに分割しており、弁ニードル（３）の噴射側の部分（３ａ）が、圧力補償ピストン（１０）を有しており、該圧力補償ピストン（１０）が、前記圧力室（４）を、アクチュエータ室（９）の燃料充填された第１の範囲（５）から分離しており、アクチュエータ（６）が、燃料不含の第２の範囲（１８）に配置されている。

Description

背景技術
本発明は、特に層状給気運転（成層運転）で直接噴射を行う内燃機関において使用可能となる、燃料を噴射するための装置に関する。

直接噴射式の内燃機関に用いられる、燃料を噴射するための装置は、公知先行技術においては一般に、外側へ向かって開くタイプの弁ニードルを備えた高圧噴射弁として構成されている。この弁ニードルはピエゾアクチュエータによって操作され、そして所要の極めて迅速な切換時間のために、手間のかかる出力段を用いて制御される。この噴射弁の個々の構成部分の材料品質や製作誤差に課せられた高い要求は、長い加工・検査・製作時間を招き、ひいてはこの噴射弁の高い製造コストを招いている。

したがって、公知先行技術のこのような高圧噴射弁は、層状給気運転で直接噴射を行う内燃機関に用いられる、燃料を噴射するための単純でかつ廉価に製造可能な装置を提供するために十分に適しているとは云えない。

発明の開示
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する、本発明による燃料を噴射するための装置には、従来のものに比べて次のような利点がある。すなわち、本発明による装置は、従来よりも単純で、ひいては従来よりも廉価な構造を有していると同時に、個々の構成部分の必要とされる製作誤差および位置誤差の点であまり厳格とならない。このことは本発明によれば、燃料を噴射するための装置が、外側へ向かって開くタイプの、複数の部分から成る弁ニードルと、ダイヤフラムとを有しており、このダイヤフラムが、アクチュエータ室を、燃料充填された第１の範囲と、燃料不含の第２の範囲とに、流体に対して密に分割していると同時に、弁ニードルを、噴射側の部分とアクチュエータ側の部分とに分割していることにより達成される。弁ニードルの噴射側の部分に配置されている圧力補償ピストンにより、燃料充填された圧力室が、アクチュエータ室の燃料充填された第１の範囲から分離される。アクチュエータはこの場合、アクチュエータ室の燃料不含の第２の範囲に配置されているので、所望の高動的な切換時間を達成することのできる廉価な電磁式のアクチュエータ（ソレノイドアクチュエータ）を使用することができる。さらに、アクチュエータにおいて特殊な軟磁性材料を有利に使用することが可能となる。なぜならば、アクチュエータ構成部分が燃料の腐食作用にさらされていないからである。

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。

本発明の別の有利な構成では、圧力補償ピストンが、弁ボディに設けられた円筒状の孔内に小さなクリアランスを持って摺動可能に配置されていて、シールギャップを備えている。これにより、圧力室内に加えられる燃料圧を、アクチュエータ室の隣接した第１の範囲に向かって簡単にかつ確実に逃がすことを達成することができる。

本発明による装置は、アクチュエータ室の第１の範囲から燃料リザーバタンクに通じた燃料戻し管路を有していると有利である。これにより、アクチュエータ室の燃料充填された第１の範囲には、燃料リザーバタンク内に存在する周辺圧とほぼ同じ圧力が加えられており、この周辺圧はダイヤフラムの、この第１の範囲に面した側にも作用する。

有利には、アクチュエータ室の燃料不含の第２の範囲においても、ひいてはダイヤフラムの他方の側においても、周辺圧しか形成されていないので、圧力負荷が存在しないことに基づき、もしくは圧力負荷が極めて僅かにしか存在しないことに基づき、単純で廉価な、特に薄い構成のダイヤフラムを使用することができる。

さらに、弁ニードルのアクチュエータ側の部分にアーマチュアが配置されていると有利である。これにより、最小限に抑えられた構成部分点数と、コンパクトな組込み体積とを有するアクチュエータの単純でかつ廉価な構造が達成される。

本発明のさらに別の有利な構成では、アクチュエータが、圧縮ばねの形の当接ばねを有している。当接ばねのばね力は、アクチュエータが操作されていない状態でも、弁ニードルのアクチュエータ側の部分が常にダイヤフラムに接触するように設計されている。これにより、ダイヤフラムの過剰負荷や、これによって生ぜしめられる、減じられた耐久性が回避され、アーマチュアは規定されたスタート位置に位置する。

戻し部材は、アクチュエータが操作されていない状態でも、つまり弁ニードルが閉じられている状態でも、弁ニードルの噴射側の部分が常にダイヤフラムに接触するように設計されていると有利である。これにより、ダイヤフラムからの圧力補償ピストンの持ち上がりや、ダイヤフラムに対する衝撃負荷が回避される。このことは、やはりダイヤフラムの高められた耐久性もしくは寿命のために寄与する。噴射装置のいかなる運転状態においても、アクチュエータ側の部分と噴射側の部分とが常にダイヤフラムに接触していると特に有利である。

本発明のさらに別の有利な構成では、弁ニードルの噴射側の部分が、２つの部分、すなわちニードルと圧力補償ピストンとによって形成されている。これにより、これらの構成部分を、それぞれ必要となる所要の寸法誤差を持って別個に製作しかつ加工することが可能となる。このことは、一層のコスト削減のために寄与する。

圧力補償ピストンの、ダイヤフラムに面した側の端部と、弁ニードルのアクチュエータ側の部分の、ダイヤフラムに面した側の端部とが、それぞれ丸められて形成されていると有利である。これにより、特にダイヤフラムが変位させられた状態、つまりダイヤフラムが膨らまされた状態において、前記端部の均一な載着が確保され、そしてたとえば圧力補償ピストンおよび弁ニードルのアクチュエータ側の部分の端範囲が丸められていない場合に形成されるシャープなエッジによってダイヤフラムが損傷を受けることが回避される。

本発明による装置の１実施形態を示す概略的な断面図である。

発明の実施形態
以下に、図１につき、燃料を噴射するための本発明による装置の有利な実施形態を詳しく説明する。

図１に示した概略的な断面図から判るように、燃料を噴射するための装置１は弁ボディ２と、外側へ向かって開くタイプの弁ニードル３とを有している。この弁ニードル３は噴射側の部分３ａと、アクチュエータ側の部分３ｂとから形成されている。弁ニードル３の噴射側の部分３ａはニードル３１と圧力補償ピストン１０とを有しており、このニードル３と圧力補償ピストン１０とは圧力室４内に配置されている。この圧力室４には、供給管路１９を介して燃料が加圧下に供給される。圧力補償ピストン１０は弁ボディ２に設けられた円筒状の孔１６内に、小さなクリアランスを持って摺動可能に配置されている。

圧力室４内には、さらに戻し部材２０が配置されている。この戻し部材２０は弁ボディ２とニードル３１との間に支持されていて、操作後に弁ニードル３を初期位置へ戻す。

アクチュエータ室９内には、電磁式のアクチュエータ６、すなわちソレノイド式のアクチュエータ６が配置されている。このアクチュエータ６はコイル８とアーマチュア７、有利には図示のフラットアーマチュアのタイプのアーマチュアとを有しており、このアーマチュア７は弁ニードル３のアクチュエータ側の部分３ｂに取り付けられている。

アクチュエータ室９内には、さらにダイヤフラム１３が配置されている。このダイヤフラム１３は弁ボディ２に固定されている。ダイヤフラム１３は、一方では弁ニードル３を噴射側の部分３ａとアクチュエータ側の部分３ｂとに分割しており、他方ではアクチュエータ室９を、燃料充填された第１の範囲５と、燃料不含の第２の範囲１８とに、流体に対して密に分割している。アクチュエータ室９の第１の範囲５は少なくとも部分的に燃料で充填されており、この燃料は、圧力室４内に形成された高い圧力に基づき、圧力補償ピストン１０の表面に沿って形成されたシールギャップ１７を介して第１の範囲５に流入する。

図１からさらに判るように、圧力補償ピストン１０の、ダイヤフラム１３に面した側の端部１０ａと、弁ニードル３のアクチュエータ側の部分３ｂの、ダイヤフラム１３に面した側の端部１５とは、それぞれ丸められて形成されている。これにより、圧力補償ピストン１０および弁ニードル３の端範囲に段部またはエッジが形成されていた場合に、当該装置１の作動時においてダイヤフラム１３が変位させられるか、もしくは膨らまされる際に、これらの段部またはエッジが原因でダイヤフラム１３が損傷を受けてしまうことが阻止される。

図１に示したように、アクチュエータ室９の燃料充填された第１の範囲５からは、燃料戻し管路１４が分岐している。この燃料戻し管路１４により、圧力室４から第１の範囲５への圧力逃がしにより圧力補償ピストン１０のシールギャップ１７を通じて溜まった燃料が燃料リザーバタンク（図示しない）へ戻される。燃料リザーバタンク内には周辺圧が形成されており、ひいてはアクチュエータ室９の第１の範囲５にも周辺圧が形成されているので、アクチュエータ室９の燃料充填された第１の範囲５から燃料リザーバタンクへの燃料戻しは無圧で行われる。アクチュエータ室９の燃料不含の第２の範囲１８には同じく周辺圧が形成されているので、ダイヤフラム１３の両側には、ほぼ等しい圧力が加えられている。したがって、ダイヤフラム１３には圧力平衡が生ぜしめられる。

アクチュエータ室９内では、さらにアーマチュア７と閉鎖部材２１との間に圧縮ばねとして形成された当接ばね１２が配置されている。この当接ばね１２は、弁ニードル３のアクチュエータ側の部分３ｂと、このアクチュエータ側の部分３ｂに位置固定されたアーマチュア７とを閉鎖部材２１に支持している。この閉鎖部材２１を貫いて、アクチュエータ６のための電気的な接続線路２２が外部へ案内されている。当接ばね１２は、アクチュエータ６が作動されていない状態でも、弁ニードル３のアクチュエータ側の部分３ｂがダイヤフラム１３に接触するように設計されている。さらに、戻し部材２０は、アクチュエータ６が作動されていない状態（弁ニードルが閉じられた状態）でも、弁ニードル３の噴射側の部分３ａがダイヤフラム１３に接触するように設計されている。いかなる運転状態においても弁ニードル３のアクチュエータ側の部分３ｂと噴射側の部分３ａとが両側でダイヤフラム１３に接触することにより、弁ニードル３を操作するための本発明による装置１の構成部分のいわば剛性的な組合せが達成される。この場合、組立て後に場合によっては存在する半径方向の小さなずれまたは弁ニードル３のアクチュエータ側の部分３ｂと噴射側の部分３ａとの間のダイヤフラム１３における小さな角度ずれを許容することができる。なぜならば、このようなずれは、本発明による装置１の、確実に作動する申し分のない機能に対して何ら影響を与えないからである。

上で説明した個々の構成部分の配置および設計に基づき、寸法誤差および位置誤差に関して一層簡単でかつ一層迅速な製作が達成可能となる。なぜならば、弁ニードル３のアクチュエータ側の部分３ｂを備えたアクチュエータ６と、弁ニードル３を取り囲む弁ボディ２を備えた弁ニードル３の噴射側の部分３ａとを互いに別個に製造し、かつ検査することができるからである。このことは、全体的に検査・製作手間の減少をもたらすと同時に、不良部品のリスクの減少をもたらし、この高圧噴射弁の製造コストにおける著しいコスト削減に貢献する。

Claims (9)

1. 燃料を噴射するための装置において、
   −弁ボディ（２）が設けられており、
   −外側へ向かって開く弁ニードル（３）が設けられており、該弁ニードル（３）が、前記弁ボディ（２）内で、燃料充填された圧力室（４）内に配置されており、該圧力室（４）に燃料が加圧下に供給されるようになっており、
   −弁ニードル（３）を初期位置へ戻す戻し部材（２０）が設けられており、
   −弁ニードル（３）を操作するために、アクチュエータ室（９）内に配置された電磁式のアクチュエータ（６）が設けられており、
   −ダイヤフラム（１３）が設けられており、該ダイヤフラム（１３）が、アクチュエータ室（９）内に配置されていて、該アクチュエータ室（９）を、燃料充填された第１の範囲（５）と、燃料不含の第２の範囲（１８）とに、流体に対して密に分割していると共に、弁ニードル（３）を、噴射側の部分（３ａ）とアクチュエータ側の部分（３ｂ）とに分割しており、
   −弁ニードル（３）の噴射側の部分（３ａ）が、圧力補償ピストン（１０）を有しており、該圧力補償ピストン（１０）が、前記圧力室（４）を、アクチュエータ室（９）の燃料充填された第１の範囲（５）から分離しており、アクチュエータ（６）が、燃料不含の第２の範囲（１８）に配置されている
   ことを特徴とする、燃料を噴射するための装置。
2. 圧力補償ピストン（１０）が、弁ボディ（２）に設けられた円筒状の孔（１６）内に小さなクリアランスを持って配置されていて、圧力室（４）からアクチュエータ室（９）の第１の範囲（５）に圧力を逃がすためのシールギャップ（１７）を有している、請求項１記載の燃料を噴射するための装置。
3. アクチュエータ室（９）の第１の範囲（５）から燃料リザーバタンクに通じた燃料戻し管路（１４）が分岐している、請求項１または２記載の燃料を噴射するための装置。
4. 燃料充填された第１の範囲（５）と、燃料不含の第２の範囲（１８）とにおいて、ダイヤフラム（１３）の両側に等しい圧力またはほぼ等しい圧力が加えられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料を噴射するための装置。
5. 弁ニードル（３）のアクチュエータ側の部分（３ｂ）にアーマチュア（７）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料を噴射するための装置。
6. アクチュエータ（６）がさらに当接ばね（１２）を有しており、該当接ばね（１２）は、アクチュエータ（６）が操作されていない状態でも、弁ニードル（３）のアクチュエータ側の部分（３ｂ）がダイヤフラム（１３）に接触するように設計されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料を噴射するための装置。
7. 前記戻し部材（２０）は、アクチュエータ（６）が操作されていない状態でも、弁ニードル（３）の噴射側の部分（３ａ）がダイヤフラム（１３）に接触するように設計されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料を噴射するための装置。
8. 弁ニードル（３）の噴射側の部分（３ａ）が、２つの部分、すなわちニードル（３１）と圧力補償ピストン（１０）とによって形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料を噴射するための装置。
9. 圧力補償ピストン（１０）が、ダイヤフラム（１３）に面した側の、丸められた端部（１０ａ）を有しており、弁ニードル（３）のアクチュエータ側の部分（３ｂ）が、ダイヤフラム（１３）に面した側の、丸められた端部（１５）を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料を噴射するための装置。

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