JP2511362B2 - 内燃機関の燃料噴射装置の制御弁 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射装置の制御弁

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JP2511362B2 JP4192605A JP19260592A JP2511362B2 JP 2511362 B2 JP2511362 B2 JP 2511362B2 JP 4192605 A JP4192605 A JP 4192605A JP 19260592 A JP19260592 A JP 19260592A JP 2511362 B2 JP2511362 B2 JP 2511362B2
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デイーテル・デリー
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メルセデス−ベンツ・アクチエンゲゼルシヤフト
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，制御弁を操作する力又
は行程を変換又は伝達する装置が，圧電素子により操作
されかつ比較的大きい断面を持つ入力側押しのけ体と，
比較的小さい断面を持つ出力側押しのけ体と，両方の押
しのけ体に対して共通で圧力伝達媒体を満たされる押し
のけ体動作空間とを有し，この圧力伝達媒体が少なくも
１つの揮しのけ体の範囲で，この押しのけ体の側を他の
押しのけ体の側に対して漏れなく閉鎖するエラストマに
より形成される，押しのけ原理に従つて動作して力又は
行程を変換又は伝達する装置を持つ内燃機関の燃料噴射
装置の制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような力又は行程を変換又は伝達す
る装置はドイツ連邦共和国特許出願公開第３９１６５３
９号朋細書により公知で，２つの押しのけ体の間にある
押しのけ体動作空間は，圧力伝達媒体として役立つエラ
ストマにより完全に満たされている。同時にこの刊行物
からわかるように，エラストマは両方の挿しのけ体の間
に漏れのない障壁を形成することができる。
【０００３】ドイツ連邦共和国特許第１０１３１３９号
明細書から公知の類似の装置では，入力側押しのけ体が
空所へ封入されるエラストマに作用し，このエラストマ
が入力側押しのけ体から遠い方の側に液体室を区画し，
この液体室が管路を介して液圧装置に接続されている。
入力側押しのけ体の適当な運動により液体室が大きくな
つたり小さくなつたりするので，液体がこの室から押出
されたり，この室へ受入れられる。
【０００４】超塑性合金が圧力伝達媒体として使用可能
なことは，ドイツ連邦共和国特許第３６００１４０号明
細書から原則的に公知である。
【０００５】最後にドイツ連邦共和国特許第３７４２２
４１号明細書は，内燃機関における燃料噴射を制御する
ため圧電素子により操作される制御弁を示している。こ
こでは圧電素子の比較的小さい行程が，液体により制御
弁の弁体の比較的大きい行程に変換される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】さて本発明の課題は，
燃料噴射装置の制御弁の操作を簡単な構造で可能にする
ことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本発明によれば，出力側押しのけ体が内燃機関の燃料噴
射装置の制御弁の弁体に伝動結合され，出力側押しのけ
体に設けられるエラストマが，出力側押しのけ体の側に
あつて燃料を導く管路系と圧電素子との間に密封遮断片
を形成すると共に，出力側押しのけ体の保持片を形成し
ている。
【０００８】
【発明の効果】本発明では，エラストマが圧力伝達媒体
としてまた燃料系に対する圧電素子の遮蔽体として役立
つことにより，多重機能を引受ける。それにより一方で
は，圧電素子と制御弁の弁体の間における従来の液圧に
よる力又は行程の伝達におけるのと同様な構造が実現さ
れ，他方では，液圧による力又は行程の伝達の際運転障
害を回避するため燃料を圧電素子から隔離するのに必要
な比較的高価な密封手段が不要になる。エラストマは，
特に組立ての際出力側押しのけ体の保持にも役立つ。
【０００９】
【実施態様】なお本発明の好ましい特徴が従属請求項に
示されている。請求項２及び３は，圧電素子の一般に再
現不可能な不動作位置を液圧で補償する実施態様に関す
るものである。
【００１０】
【実施例】本発明の実施例を図面により以下に説明す
る。
【００１１】図１に示す行程変換装置では，ハウジング
１に穴２が設けられて，大きい直径の部分２′と小さい
直径部分２″とを持つている。これらの部分２′及ひ
２″の間に円錐状移行区域２″′がある。
【００１２】穴２の部分２′には，部分２′の直径に合
わせた断面を持つ入力側押しのけ体としての第１の押し
棒３が軸線方向移動可能に設けられ，案内部は比較的ゆ
るく構成され，即ち穴２の部分２′の壁と押し棒３の外
周との間に形成される環状間隙は比較的大きい断面を持
つことができる。
【００１３】穴の部分２″には出力側押しのけ体として
の第２の押し棒４が摺動移動可能に案内され，その案内
も原理的に押し棒３と同じように行われる。
【００１４】移行区域２′′′及びそれに隣接する穴２
の部分２′及び２″内において，互いに向き合う押し棒
３及び４の端部の間には，エラストマクツシヨン５が設
けられて，真空中で接着され，図示したように，穴２内
の押し棒３及び４の間で利用可能な空間を満たしてい
る。
【００１５】図示した装置は次のように動作する。図１
において上の押し棒３が下方へエラストマクツシヨン５
へ向かつて， 限られた行程だけ下方へ移動する
と，エラストマクツシヨン５が弾性変形し，押し棒３に
より押しのけられる量に応じて，付加的なエラストマ材
料が穴の部分２″へ押込まれ，それに応じて押し棒４を
下方へ移動させる。その際行程の増大変換が行われ，即
ち押し棒４の行程は，穴２の部分２′及び２″の断面の
比に相当する係数だけ，押し棒３の行程より増大され
る。
【００１６】押し棒４が駆動部分として上方へ移動せし
められると，押し棒３も被動部分として上方へ押しのけ
られる。しかしこの場合行程の減少変換が行われ，即ち
抑し棒３の行程は，穴２の部分２′及び２″の断面の比
から得られる係数だけ，押し棒４の行程より小さい。
【００１７】なお押し棒３及び４の間に力の変換も行わ
れる。両方の押し棒３及び４が外力により互いに近づく
ように移動せしめられ，即ち押し棒３が下方へ，また押
し棒４が上方へ移動せしめられる場合，押し棒３へ作用
する力が，穴２の部分２′及び２″の断面比に相当する
係数だけ，押し棒４へ作用する力より大きいと，平衡が
得られる。
【００１８】従つて押し棒３及び４の行程が充分小さく
て，エラストマクツシヨン５の弾性範囲を超過しない限
り，エラストマクツシヨン５は液圧媒体に似たような挙
動を示すが，重要かつ有利な相違は，押し棒３及び４と
穴２の部分２′及び２″の壁との間に残る間隙へエラス
トマ材料が実際上侵入できないことである。従つてエラ
ストマクツシヨン５の代りに液圧媒体を使用する場合と
異なり，前記の間隙を密封することが不要になる。
【００１９】更に有利なことは，エラストマクツシヨシ
５がその弾性のため押し棒３及び４をそれぞれ所定の初
期位置へ押そうとするか，又はこの位置に保持しようと
することである。従つて初期位置を規定する別の手段が
不要になる。
【００２０】図２に示す実施例は，前述した実施例と
は，ハウジング１内の穴２がその部分２′及び２″の間
に環状段部のような移行部２′′′′を持つていること
である。穴２の部分２′に案内される押し棒３は円環状
断面を持ち，即ち押し棒３内に穴の部分２″の方へ開く
軸線方向穴３′が形成され，その断面は穴の部分２″の
断面より大きい。部分２″に案内される押し棒４は，穴
２の段状移行部２′′′′より上で円錐状に広がつて，
それに応じて太くなつたピストン状端部４′を他方の押
し棒３の軸線方向穴３′内に摺動可能に案内されてい
る。穴２の環状段部のような移行部２′′′′と押し棒
３の対向する環状端面との間でハウジング１の穴２内に
軸線方向に残る環状空間は，それに応じて環状のエラス
トマクツシヨン５により満たされている。
【００２１】図２において押し棒３の軸線方向穴３を上
方に対して閉じる底と押し棒４のピストン状端部４′の
対向する端面との間には，コイル圧縮ばね６を設けるこ
とができる。
【００２２】図２に示す装置は次のように動作する。押
し棒３がエラストマクツシヨン５へ向かつて下方へ動か
されると，押し棒４は上方へ持上げられ，その際行程の
減少変換が行われ，即ち行程の長さは，押し棒４のピス
トン状端部４′の外周又は押し棒３の軸線方向穴３′の
内周と穴２の部分２′の内壁との間に形成され，また押
し棒４のピストン状端部４′の外周と穴の部分２″に案
内される押し棒４の部分の外周との間に形成される半径
方向環状面の断面の比と同じ関係にある。押し棒４が外
力により下方へ引張られると，押し棒３は上方へ押さ
れ，その際前述した環状面の比によつて決定される行程
の減少変換が行われる。
【００２３】なお力の増大変換又は減少変換も行われ，
即ち押し棒３及び４が外力により下方へ押される場合，
押し棒３に作用する力と押し棒４に作用する力との比
が，穴２の部分２′の断面と押し棒４のピストン状端部
４′との間に存在する断面差と，押し棒４のピストン状
端部４′の断面と穴の部分２″に案内される押し棒４の
部分との間に存在する断面差との比の逆数に一致する
と，平衡がおこる。
【００２４】図１による実施例では，駆動押し棒３又は
４の行程方向と被動押し棒４又は３の行程方向は同じ向
きであるが，図２の例では行程方向の反転がおこる。
【００２５】なお図２の実施例についても，図１の実施
例について上述したのと同じ利点が生ずる。
【００２６】図３に示す燃料噴射装置では，燃料は供給
管路７を経て噴射ポンプ９のプランジヤ動作空間８へ達
し，この噴射ポンプ９のプランジヤ１０の下方行程にお
いて，プランジヤ動作空間８の図３において下部範囲と
供給管路７との接続が遮断され，それによりプランジヤ
動作空間８の下部範囲から出る管路１１へ燃料が移行す
る。この管路１１は噴射弁１２を経て制側弁１３へ通
じ，この制御弁１３が管路１１と供給管路７へ至る戻り
管路１４との接続を制御，即ち開閉する。
【００２７】噴射弁１２はピストン状閉鎖体１５を持
ち，図示した閉鎖位置でこの閉鎖体１５の心棒状突起
が，管路１１に接続されている噴射ノズル１６を閉鎖す
る。閉鎖体１５は穴１７に案内されるピストンのように
設けられかつ構成されて，噴射ノズル１６又は管路１１
に存在する液圧が開放方向の力を閉鎖体１５に及ぼし，
それにより閉鎖体１５を戻しばね１８の力に抗して持上
げようとする。
【００２８】制御弁１３が開かれ，それにより管路１１
と戻り管路１４が互いに接続されている限り，管路１１
内の液圧は常に低いので，戻しばね１８が閉鎖体１５を
図示した閉鎖位置に保つ。さて制御弁１３が閉じられる
と，噴射ポンプ９が動作している場合，管路１１内の液
圧が著しく上昇する結果，閉鎖体１５が開放位置へ持上
げられ，燃料が噴射ノズル１６を通して押出される。
【００２９】制御弁１３は，原理的には公知のように，
数回段付けされるか又は円錐状に広がる軸線方向穴２１
を有する複数分割のハウジング２０を持ち，この穴の図
３において下部範囲は戻り管路１４の一部を形成してい
る。この軸線方向穴２１には，管路１１の一部を形成す
る傾斜穴２２が開口している。軸線方向穴２１への傾斜
穴２２の開口部と図３においてその下部との間には，弁
座２３が形成されている。この弁座２３と共同作用する
弁体２４のピストシ状部分２４′は，軸線方向穴２１へ
の傾斜穴２２の開口部より上でこの穴内に案内され，弁
体２４がばね２５で押上げられる開放位置において，軸
線方向穴２１の環状段部状縮小部２１′に当る。
【００３０】縮小部２１′より上で軸線方向穴２１に同
軸的な穴２が続き，図１と同じように形成されている。
穴２の下の部分２″に押し棒４が移動可能に設けられ，
図３においてその下の端面は弁体２４の対向する端面上
に載つている。穴２の上の部分２′には押し棒３が移動
可能に案内されて，エラストマクツシヨシ５を介して押
し棒４に伝動結合されている。
【００３１】押し棒３には圧電素子２７のラム状操作部
材２６が作用する。この圧電素子２７が通電されると，
ラム状操作部材２６が下方へ移動して，押し棒３を下方
へ押す結果，押し棒４が行程増大変換に応じて大きくな
る行程で下方へ移動せしめられて，ばね２５の力に抗し
て弁体２４を閉鎖位置へ移動させる。圧電素子２７に印
加される電流が遮断されると，圧電素子２７は不動作位
置へ動き，ばね２５が弁体２４を再び開放位置へ移動さ
せ，その際押し棒４が上方へ移動せしめられ，それに応
じて押し棒４より小さい行程で押し棒３を上方へ動か
す。
【００３２】押し棒３及び４の間の行程変換によつて，
電気的付勢又は消勢の際圧電素子２７又はその操作部材
２６は比較的小さい行程移動のみを行うことができる
が，弁体２４は比較的大きい開放行程移動又は閉鎖行程
移動を行うという事実が考慮される。
【００３３】こうしてエラストマクツシヨン５を持つ本
発明の装置は，この適用例で著しい利点を与える。
【００３４】制御弁１３の組立ての際，エラストマクツ
シヨン５は押し棒４場合によつては押し棒３も初期位置
に保つことができる。更にエラストマクツシヨン５は，
燃料を通す管路系と圧電素子２７との間に密封遮断片を
形成する。なおエラストマクツシヨシ５により形成され
る圧力伝達媒体が押し棒３及び４の間から出ないことも
有利である。
【００３５】圧電操作装置は精確に再現可能な不動作位
置を持たず，電流が遮断される際にとる不動作位置は，
ヒステリシス効果及び熱膨張のため，中間不動作位置の
まわりに変動する。それに応じてラム状操作部材２６
も，精確には再現不可能な不動作位置を持つ。不動作位
置の変動を補償するたに，押し棒３は公知のように長さ
変化可能な補償素子として構成されている。
【００３６】押し棒３は上方へ開く外側部分３０を持
ち，円筒状内側部分３１がピストンのようにこの外側部
分３０の中に移動可能に案内されている。この内側部分
３１は外側部分３０から上方へ少し突出している。図３
において外側部分３０の上端の範囲で，内側部分３１の
外周と外側部分３０の内周との間の間隙は密封環３２に
より密封されている。内側部分３１には軸線方向穴３３
が設けられて，内側部分３１を全長にわたつて貫通し，
内側部分３１の上端で弾性底３４又は弾性密封片により
閉鎖されている。軸線方向穴３３の下の狭くなる範囲は
弁座３５を形成し，この弁座３５と共同作用する弁球３
６は，弁ばね３７により下から弁座３５へ押付けられて
いる（閉鎖位置）。外側部分３０の底に支持されるコイ
ル圧縮ばね３９により下から内側部分３１へ荷重をかけ
られるばねかご３８に，弁ばね３７が支持されている。
コイル圧縮ばね３９の力は，制御弁１３の弁体２４に付
属する開放ばね２５の力より小さい。
【００３７】弁座３５より上で内側部分３１内に形成さ
れる内部空間は，内側部分３１の周壁を貫通する横穴４
０及び外側部分３０と内側部分３１との間の間隙空間を
介して，内側部分３１の下側より下で外側部分３０に残
る空間に接続され，前記の空間を満たす圧油との共同作
用により著しく絞られる接続が行われるように，間隙空
間の断面が大きさを定められている。
【００３８】図示した押し棒３は次のように動作する。
ラム状操作部材２６が下方へ動くと，内側部分３１が下
方へ押され，この動作状態では弁球３６が閉鎖位置にあ
るので，外側部分３０も下方へ押される。従つて制御弁
１３の弁体２４は閉鎖位置へ動かされる。
【００３９】さて圧電素子２７の操作部材２６が，下方
行程より前にとつた不動作位置より比較的大きく上方へ
ずれた不動作位置をとることがある。この場合制御弁１
３の弁体２４が軸線方向穴２１の縮小部２１′に当る終
端位置へ達すると，エラストマクツシヨン５の上側と操
作部材２６の対向する下側との間において，比較的大き
い軸線方向長さを持つ空間が押し棒３に利用可能であ
る。それに応じて外側部分３０と内側部分３１はコイル
圧縮ばね３９により押離されるので，押し棒３が伸び，
弁球３６が弁座３５から離れ，圧油が弁座３５より上の
空間から弁座３５より下の空間へ移行する。同時に弾性
底３４が変形する。次に圧電素子２７が再び付勢される
と，弁球２６が再び閉鎖位置をとつて，外側部分３０へ
の急速な内側部分３１の押込み運動を妨げるので，押し
棒３は下方への操作行程を伝達することができる。
【００４０】さて圧電素子２７の操作部材２６が，電流
の遮断の際，操作行程の前にとつた不動作位置より下に
ある不動作位置をとることがある。押し棒３は最初まだ
比較的大きい長さを持つているので，ばね２５は，弁体
２４の部分２４′が軸線方向穴２１の縮小部２１′へ当
る開放終端位置へ完全には移動できない。従つて押し棒
３は最初のうちばね２５の荷重を受けている。コイル圧
縮ばね３９の荷重より大きいこの荷重により，圧油は弁
座３５より下の空間から内側部分３１と外側部分３０と
の間の間隙及び横穴４０を介して，弁座３５より上の空
間へ戻され，それに応じて弾性底３４が変形し，押し棒
３が短くなり，制御弁１３の弁体２４が軸線方向穴２１
の縮小部２１′に当る終端位置に達する。
【００４１】図４は圧電素子２７の操作部材２６の可変
不動作位置を補償する変形構造を示している。
【００４２】穴２の部分２′内にピストン４１が移動可
能に設けられ，その上端が操作部材２６に当つている。
ピストン４１は中空体として形成され，即ちピストン４
１を軸線方向に貫通する穴３３を持ち，この穴３３はピ
ストン４１の上端で弾性底３４により閉鎖されている。
なおピストン４１の上端は段状に先細になり，ピストン
４１の細くなつた端部と穴２の部分２′の内壁との間に
環状空間４２が形成され，この環状空間４２が例えばエ
ラストマ膜の形の環状可撓底部分４３により上方に対し
て閉鎖されている。ピストン４１の下端で軸線方向穴３
３が狭くなつて弁座３５となり，この弁座３５と共同作
用する弁球３６は，弁ばね３７により閉鎖位置へ押され
る。弁ばね３７を支持するばねかご３８は，コイル圧縮
ばね３９によりピストン４１の下側へ押付けられる。コ
イル圧縮ばね３９を支持する板４４は，エラストマクツ
シヨン５上に載るか，エラストマクツシヨン５に接着さ
れる。 エラストマクツシヨン５とピストン４１の下側
との間に残つて圧油を満たされる空間は，穴２の部分
２′の内壁とピストン４１の周壁との間に形成されかつ
絞りとして作用する間隙，環状空間４２，及び底部分４
３及び底３４より下にあるピストン４１の周壁を貫通す
る開口４５を介して，弁座３５より上にあるピストン４
１内部空間に接続されている。
【００４３】図示した装置は次のように動作する。まず
圧電素子２７が付勢されると，その操作部材２６がピス
トン４１を下方へ押す。この操作行程は，ピストン４１
からこれとエラストマクツシヨン５の上側との間に封入
されている圧油を介してエラストマクツシヨン５へ伝達
され，それに応じて押し棒４の下方行程従つて弁体２４
の閉鎖行程を生ずる。
【００４４】さて圧電素子２７へ供給される電流を遮断
する際操作部材２６のとる不動作位置が上方へ比較的大
きくずれている場合，制御弁１３の弁体２４が上の終端
位置へ達すると，コイル圧縮ばね３９がそれに応じてピ
ストン４１を大きく上方へ押す。ピストン４１のこの移
動の際弁球３６が弁座３５から離れ，ピストン４１の軸
線方向穴３３から圧油がピストン４１とエラストマクツ
シヨン５との間の空間へ移行する。同時に可撓弾性底３
４が変形する。
【００４５】その時下方への操作部材２６の操作行程
は，エラストマクツシヨン５の上側へ完全に伝達され
る。
【００４６】さて弁体２４が軸線方向穴２１の縮小部２
１′の所で開放終端位置をとる前に，操作部材２６が比
較的大きく下方へずれた不動作位置をとる場合，ばね２
５の比較的大きい荷重が，最初のうちなお押し棒４従つ
てエラストマクツシヨン５に作用し，それに応じてこの
エラストマクツシヨン５が，エラストマクツシヨン５と
ピストン４１との間に封入されている圧油へ大きい圧力
を及ぼす結果，ピストン４１と穴２の部分２′の周壁と
の間の絞り間隙，環状空間４２及び開口４５を介して，
圧油がピストン４１の軸線方向穴３３へ押込まれ，それ
に応じて可撓底３４が変形する。従つて弁体２４が縮小
部２１′における終端位置に達するまで，ピストン４１
の下側とエラストマクツシヨン５の上側との間にある圧
油の体積が減少する。
【００４７】図４に示す実施例では，こうしてピストン
４１の行程が液圧でエラストマクツシヨン５へ伝達され
る。同じことが逆の方向においても当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【図１】異なる断面を持つ２つの押しのけ体がエラスト
マを満たされる押しのけ体空間により互いに伝動結合さ
れて両方の押しのけ体が同じ向きの行程運動を行う力又
は行程の押しのけ原理による変換又は伝達装置の断面図
である。
【図２】入力側及び出力側の行程運動が互いに逆の方向
を持つ実施例の図１に対応する断面図である。
【図３】制御弁を操作する際圧電操作部材の行程変換に
本発明を使用した内燃機関用燃料噴射装置の断面図であ
る。
【図４】図３の変形例の断面図である。
【符号の説明】
３ 入力側押しのけ体（押し棒） ４ 出力側押しのけ体（押し棒） ５ エラストマ １３ 制御弁 ２４ 弁体 ２７ 圧電素子
フロントページの続き (72)発明者 カルル・キルシエンホーフエル ドイツ連邦共和国ウルム・ハンス−アツ ケル−ヴエーク18

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御弁を操作する力又は行程を変換又は
    伝達する装置が，圧電素子により操作されかつ比較的大
    きい断面を持つ入力側押しのけ体と，比較的小さい断面
    を持つ出力側押しのけ体と，両方の押しのけ体に対して
    共通で圧力伝達媒体を満たされる押しのけ体動作空間と
    を有し，この圧力伝達媒体が，少なくとも１つの押しの
    け体の範囲で，この押しのけ体の側を他の押しのけ体の
    側に対して漏れなく閉鎖するエラストマにより形成され
    るものにおいて，出力側押しのけ体（４）が内燃機関の
    燃料噴射装置の制御弁（１３）の弁体（２４）に伝動結
    合され，出力側押しのけ体（４）に設けられるエラスト
    マ（５）が，出力側押しのけ体（４）の側にあつて燃林
    を導く管路糸と圧電素子（２７）との間に密封遮断片を
    形成すると共に，出力側抑しのけ体（４）の保持片を形
    成していることを特徴とする，押しのけ原理に従つて動
    作して力又は行程を変換又は伝達する装置を持つ内燃機
    関の燃料噴射装置の制御弁。
  2. 【請求項２】 圧電素子（２７）がピストン（３１，４
    １）を操作し，このピストン（３１，４１）とエラスト
    マ（５）又はこれに支持される部分（３０）との間に圧
    縮ばね（３９）が設けられ，このピストン（３１，４
    １）とエラストマ（５）又はこれに支持される部分（３
    ０）との間にあつて圧油を満たされる第１の空間が，ピ
    ストン（３１，４１）に設けられる第２の空間（３３）
    に，第２の空間（３３）から第１の空間への流れのみを
    可能にする逆止弁を介してまた絞り通路を介して接続さ
    れていることを特徴とする，請求項１に記載の制御弁。
  3. 【請求項３】 第１の空間がピストン（４１）とエラス
    トマ（５）との間に設けられていることを特徴とする，
    請求項２に記載の制御弁。
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