JP4217447B2 - 液体を制御するための弁 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄圧噴射システムに用いられる、液体を制御するための弁であって、当該弁が、第1のピストンと、第2のピストンと、両ピストンの間に配置された、流体で充填されたカプラ室とを備えた液圧的なカプラと、第1のピストンに結合されたピエゾアクチュエータとを有している形式のものに関する。
【0002】
【従来の技術】
燃料噴射弁は種々異なる構成で公知である。最近では、このような形式の燃料噴射弁はピエゾアクチュエータによって操作される。このピエゾアクチュエータは、燃料を噴射するためにノズルニードルの運動を制御する。このような形式のピエゾアクチュエータによって、特に極めて短い切換時間を達成することができる。しかし、ピエゾアクチュエータは、このピエゾアクチュエータが温度変化時、たとえばエンジンの運転の間のエンジンルーム内の温度の上昇時に長さ変化を有しているという欠点を有している。さらに、ピエゾアクチュエータの行程は比較的小さく設定されている。したがって、ピエゾアクチュエータの行程を変換するためには、いわゆる「液圧的な変換器」が使用される。この液圧的な変換器は、この変換器が、ピエゾアクチュエータの、温度に基づく長さ変化を変換器室内の容積減少によって補償することができるという利点も同時に有している。通常、液圧的な変換器は、第1のピストンと、第2のピストンと、両ピストンの間に配置された変換器室とを有しているように形成されている。この場合、一方のピストンはピエゾアクチュエータに結合されており、変換は、両ピストンの、選択された互いの直径比に関連している。第1のピストンと、変換器室と、第2のピストンとは直列に連続して配置されているので、公知の液圧的な変換器は比較的大きな構造高さをとっている。
【0003】
したがって、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19939452号明細書には、液圧的な変換器が提案されている。この変換器では、第1のピストンが円筒状の孔を備えて形成されている。この孔内には第2のピストンが配置されている。この場合、変換器室は第1のピストンの下方に配置されており、第2のピストンは、段付けされたピストンとして形成されているので、第2のピストンの環状の下面は変換器室に接続されている。第1のピストン内への第2のピストンの部分的な配置に基づき、確かに液圧的な変換器の軸方向の構造長さは減少させられるが、しかし、両ピストンはその特殊な配置形式に基づき互いに異なる運動方向を有している。すなわち、第1のピストンはピエゾアクチュエータによって下方に運動させられるのに対して、第2のピストンは第1のピストン内で上方に運動させられる。これによって、液圧的な変換器は、内方に開放する弁でしか使用することができない。なぜならば、第2のピストンに結合された弁部材が第2のピストンと同じ運動方向を有しているからである。
【0004】
【特許文献1】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第19939452号明細書
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の、液体を制御するための弁を改良して、両ピストンの運動方向の反転なしの、コンパクトに形成された液圧的なカプラを提供することができるようにすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、第1のピストンが、ほぼポット状に形成されていて、切欠きと内側の底部領域とを有しており、第2のピストンが、第1のピストンの切欠き内に配置されており、カプラ室が、第2のピストンと第1のピストンの内側の底部領域との間に配置されているようにした。
【0007】
【発明の効果】
請求項1の特徴を備えた、液体を制御するための本発明による弁は従来のものに比べて、弁が液圧的なカプラを有しており、このカプラでは、両ピストンの運動反転が生ぜしめられず、この場合、カプラが、特に小さな長手方向延在長さを弁の軸方向に有しているという利点を有している。すなわち、カプラの両ピストンは同じ方向に運動させられる。これによって、カプラは、外方に開放する弁で使用することができる。したがって、本発明によるカプラは極めてコンパクトに形成することができ、僅かな構成スペースしか必要とならない。さらに、本発明によるカプラによって材料節約を達成することができるので、特にカプラの重量が低減される。このためには、本発明による液圧的なカプラは、第1のピストンがほぼポット状に形成されており、これによって、第1のピストンが切欠きと内側の底部領域とを有しているように形成されている。第2のピストンは第1のピストンの切欠き内に配置されており、流体で充填されたカプラ室は第2のピストンと第1のピストンの内側の底部領域との間に配置されている。これによって、本発明による液圧的なカプラは最小の寸法をカプラの長手方向に有することができる。念のために付言しておくと、「ほぼポット状のピストン」という概念は、底部領域と、この底部領域の外縁部に全周にわたって延びる壁領域とを有するピストンを意味している。この場合、第1のピストンは、たとえば円形、楕円形、正方形、長方形または多角形の外周または別の任意の外周形状を有していてよい。また、ほぼポット状のピストンの壁領域によって形成された切欠きも円形、楕円形、正方形、長方形または多角形の内周または任意の別の内周形状を有していてよい。
【0008】
本発明の有利な構成によれば、第2のピストンが、ピストン面を有しており、該ピストン面が、第1のピストンの内側の底部領域の面と同じ大きさに寸法設定されている。これによって、液圧的なカプラが、ピエゾアクチュエータの行程の変換を実施せず、ピエゾアクチュエータの、温度に基づく長さ変化しか補償しないことが達成される。このような形式の、変換機能なしの液圧的なカプラは、好ましくない誤差の重畳を回避するために、特に極めて狭い範囲で許容される構成部材誤差を伴った燃料噴射弁で所望されている。
【0009】
本発明の別の有利な構成によれば、第2のピストンのピストン面が、第1のピストンの内側の底部領域の面よりも小さく寸法設定されている。これによって、液圧的なカプラが、ピエゾアクチュエータの行程を変換するための変換器として機能する。この場合、第1のピストンの内側の底部領域に対する第2のピストンの面積比に関連してアクチュエータ行程の変換が行われる。
【0010】
本発明の有利な構成によれば、第2のピストンが、第1のピストン内に間接的にまたは直接的にガイドされるようになっている。
【0011】
第1のピストンと第2のピストンとをガイドするために、第1のピストンの切欠き内にガイドエレメントが配置されていると有利である。このガイドエレメントが、第1のピストンの底部領域にまで達していないように形成されていると、変換機能を備えた液圧的なカプラを簡単に提供することができる。
【0012】
第2のピストンが、弁のノズルニードルと共に1つの構成ユニットとして形成されていると有利である。この場合、第2のピストンは、ノズルニードルと一体に形成されていてもよいし、たとえばレーザ溶接または螺合によってノズルニードルに固く結合されていてもよい。この構成では、特にノズルニードルのニードルガイドを省略することができる。なぜならば、第2のピストンに固く結合されたニードルがピストンのガイドによってガイドされるからである。
【0013】
本発明の別の有利な構成によれば、第2のピストンが、ノズルニードルに間接的にまたは直接的に接触している。言い換えると、第2のピストンとノズルニードルとが1つの構成ユニットとして形成されておらず、別個の2つの部材として形成されている。これによって、特に、たとえばノズルニードルの閉鎖時に高い圧力と迅速な切換時間とに基づき発生し得る反跳の伝達を回避することができる。さらに、ノズルニードルへのニードルガイドの簡単な固定が可能となる。
【0014】
第2のピストンが、同じくほぼポット状に形成されていると有利である。この場合、第2のピストンがノズルニードルと共に構成ユニットとして形成されていると、特に第2のピストンの切欠きを、ノズルニードルを閉鎖するためのノズルばねのためのばね座として使用することができる。
【0015】
ノズルニードルのための閉鎖ばねが、第2のピストンに支持されていると有利である。これによって、構成部材の数を極めて少なく保つことができる。
【0016】
第2のピストンに、カプラのための戻しばねを支持するための板もしくはリングが配置されていると有利である。この場合、戻しばねは、有利には、第1のピストンの縁部領域に作用しているので、カプラは弁操作の終了後に再びその出発位置に戻ることができる。
【0017】
特に廉価にかつ簡単に製作可能となるようにするためには、第1のピストンの切欠き内に配置されたガイドエレメントが、円筒状のブシュとして形成されていると有利である。さらに、第1のピストンと第2のピストンとが、円形の外周を有していると有利である。
【0018】
液体を制御するための本発明による弁が、蓄圧噴射システムに設けられた燃料噴射弁としてディーゼルインジェクタだけでなくガソリンインジェクタにも使用されると有利である。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【0020】
図1〜図3には、本発明の第1実施例による、液体を制御するための弁1が示してある。図1に示したように、この弁1は、ピエゾアクチュエータ13と、液圧的なカプラ2と、ノズルニードル9とを有している。この場合、弁1の個別構成部材は、複数の部分から成るハウジング14内に配置されている。特に図2から明らかであるように、液圧的なカプラ2は、ポット状の第1のピストン3と、第2のピストン6と、流体で充填されたカプラ室7とを有している。ポット状の第1のピストン3は、底部領域5を備えた円筒状の切欠き4を有している。この場合、カプラ室7は第1のピストン3の内部で底部領域5と第2のピストン6のピストン面16との間に配置されている(図2参照)。さらに、第1のピストン3と第2のピストン6とをガイドするために、ガイドエレメント8が第1のピストン3の切欠き4内に配置されている。図2から明らかであるように、ガイドエレメント8はブシュとして形成されている。ガイドエレメント8の下方には板12が配置されている。この板12は第2のピストン6に固定されている。板12は図3に詳しく示してある。
【0021】
さらに、特に図1に示したように、板12はカプラばね11を支持するために働く。このカプラばね11は液圧的なカプラ2を、予め規定された出発位置に保持していて、燃料の噴射の終了後に液圧的なカプラ2を再びその出発位置に戻す。この場合、カプラばね11は、一方では板12に支持されていて、他方では第1のピストン3のブシュ状の壁領域に支持されている(図1参照)。
【0022】
さらに、第1実施例による弁1はノズルばね10を有している。このノズルばね10はノズルニードル9を操作後に再び元に戻す。このためには、ノズルニードル9にニードルガイド15が設けられている。このニードルガイド15は、たとえば溶接によってノズルニードル9に結合することができる。
【0023】
以下に、第1実施例による弁1の機能を説明する。ピエゾアクチュエータ13の制御が行われると、これによって生ぜしめられたピエゾアクチュエータ13の行程が第1のピストン3に伝達される。この第1のピストン3は矢印A(図2参照)の方向で下向きに運動させられる。この行程は、カプラ室7内に位置する流体に第1のピストン3の底部領域5を介して伝達され、そこから引き続き第2のピストン6のピストン面16に伝達される。第1のピストン3の底部領域5の直径D1は第2のピストン6のピストン面16の直径D2よりも大きく寸法設定されているので、ピエゾアクチュエータ行程の変換は両直径の互いの比率D1/D2に相応して行われる。これによって、第2のピストン6も同様に第1のピストン3と同じ方向で矢印B(図2参照)の方向に運動させられる。第2のピストン6は、この第2のピストン6に形成された切欠き内に配置されたノズルニードル9に直接結合されているので、行程がノズルニードル9に伝達される。これによって、このノズルニードル9がその座から持ち上がり、これによって、燃焼室(図示せず)内への燃料の噴射を行うことができる。この場合、ノズルニードル9は弁1から出発して外方に運動させられる。
【0024】
噴射を終了させたい場合には、ピエゾアクチュエータ13が再び制御され、これによって、このピエゾアクチュエータ13の長さ変化が再び元に戻され、ノズルニードル9がノズルばね10の力に基づき再び上向きで座に向かって運動させられ、噴射が終了させられる。同時にカプラばね11が液圧的なカプラ2を再びその出発位置に戻す。
【0025】
第1のピストン3だけでなく第2のピストン6も同じ運動方向を有しているので、弁1が、外方に開放する弁として形成されていることが可能となる。この弁では、ノズルニードル9が開放のために両ピストン3,6と同じ方向に運動させられる。この場合、弁1の軸方向の寸法は公知先行技術に比べて著しく減少させることができる。なぜならば、カプラ室7だけでなく第2のピストン6も第1のピストン3の切欠き4内に配置されているからである。これによって、特にコンパクトなかつ僅かな重量を有する弁1を提供することができる。
【0026】
以下に、図4につき本発明の第2実施例による弁1を説明する。この場合、同じ部材もしくは機能的に同じ部材は第1実施例と同じ符号で示してある。
【0027】
第1実施例とは異なり第2実施例では、第2のピストン6とノズルニードル9とが1つの共通の構成ユニットとして設けられている。このためには、ノズルニードル9が第2のピストン6に溶接によって結合されている。このためには、第2のピストン6に貫通孔が設けられており、これによって、ノズルニードル9を、第2のピストン6の、カプラ室7に向けられたピストン面で溶接することができる(図4参照)。さらに、第2のピストン6も同じくポット状に形成されていて、これによって、ノズルばね10のためのばね座を提供している。したがって、ノズルニードル9の戻りは第2のピストン6を介して行われる。図4に示したように、ノズルばね10はその他方の側でハウジング14に支持されている。さらに、このハウジング14の、ノズルニードル9を有する領域は、同時に第1のピストン3および第2のピストン6のためのガイドエレメントを提供するように形成されている。図4には、ハウジング14の、このブシュ状の延長部が符号8′で示してある。さらに、第2実施例の弁は第1実施例の弁にほぼ相当しているので、第2実施例に関する説明については、第1実施例に記載した説明を参照することができる。
【0028】
図5には、本発明の第3実施例による、液体を制御するための弁1が示してある。この場合、同じ部材もしくは機能的に同じ部材は再び第1実施例と同じ符号で示してある。
【0029】
前述した両実施例とは異なり、第3実施例による液圧的なカプラ2はピエゾアクチュエータ13の行程の変換を提供しない。このことは、第2のピストン6の直径が、第1のピストン3に形成された切欠きの直径に相当していることによって達成される。これにより、液圧的なカプラ2によって構成部材の製造誤差の不都合な重畳および加算が生ぜしめられることを阻止することができる。さらに、第3実施例による弁は第2実施例にほぼ相当しているので、第3実施例に関する説明については、第2実施例に記載した説明を参照することができる。
【0030】
したがって、本発明は、蓄圧噴射システムに用いられる、液体を制御するための弁1に関するものである。この弁1は液圧的なカプラ2とピエゾアクチュエータ13とを有している。液圧的なカプラ2は、第1のピストン3と、第2のピストン6と、両ピストン3,6の間に配置されたカプラ室7とを有している。ピエゾアクチュエータ13は第1のピストン3に結合されている。この第1のピストン3はほぼポット状に形成されている。この場合、第2のピストン6は第1のピストン3の切欠き4内に配置されている。カプラ室7は第2のピストン6と第1のピストン3の内側の底部領域5との間に配置されている。これによって、両ピストン3,6の運動方向の反転なしの、コンパクトに形成された液圧的なカプラ2を提供することができる。
【0031】
本発明による実施例の前述した説明は図解目的のためだけに使用されるものであり、本発明の限定の目的のためには使用されない。本発明の枠内では、本発明の範囲ならびに本発明の等価を逸脱することなしに、種々異なる変更および修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による、液体を制御するための弁の概略的な断面図である。
【図2】図1に使用されたカプラの部分的な拡大断面図である。
【図3】カプラの戻しばねを支持するために使用された板の平面図である。
【図4】本発明の第2実施例による、液体を制御するための弁の概略的な断面図である。
【図5】本発明の第3実施例による、液体を制御するための弁の概略的な断面図である。
【符号の説明】
1 弁、 2 カプラ、 3 ピストン、 4 切欠き、 5 底部領域、 6 ピストン、 7 カプラ室、 8 ガイドエレメント、 8′ 延長部、 9 ノズルニードル、 10 ノズルばね、 11 カプラばね、 12 板、13 ピエゾアクチュエータ、 14 ハウジング、 15 ニードルガイド、 16 ピストン面、 D1 直径、 D2 直径
Claims (8)
- 蓄圧噴射システムに用いられる、液体を制御するための弁であって、当該弁が、第1のピストン(3)と、第2のピストン(6)と、両ピストン(3,6)の間に配置された、流体で充填されたカプラ室(7)とを備えた液圧的なカプラ(2)と、第1のピストン(3)に結合されたピエゾアクチュエータ(13)とを有している形式のものにおいて、第1のピストン(3)が、ほぼポット状に形成されていて、切欠き(4)と内側の底部領域(5)とを有しており、第2のピストン(6)が、第1のピストン(3)の切欠き(4)内に配置されており、カプラ室(7)が、第2のピストン(6)と第1のピストン(3)の内側の底部領域(5)との間に配置されており、第2のピストン(6)のピストン面(16)が、第1のピストン(3)の内側の底部領域(5)の面よりも小さく寸法設定されており、第1のピストン(3)と第2のピストン(6)とをガイドするために、第1のピストン(3)の切欠き(4)内にガイドエレメント(8;8’)が配置されていることを特徴とする、液体を制御するための弁。
- 第2のピストン(6)が、ピストン面(16)を有しており、該ピストン面(16)が、第1のピストン(3)の内側の底部領域(5)の面と同じ大きさに寸法設定されている、請求項1記載の弁。
- 第2のピストン(6)が、当該弁のノズルニードル(9)と共に構成ユニットとして形成されている、請求項1または2記載の弁。
- 第2のピストン(6)が、ノズルニードル(9)に間接的にまたは直接的に接触している、請求項1または2記載の弁。
- 第2のピストン(6)が、同じくほぼポット状に形成されている、請求項1から4までのいずれか1項記載の弁。
- ノズルニードル(9)のための閉鎖ばね(10)が、第2のピストン(6)に支持されている、請求項5記載の弁。
- 液圧的なカプラ(2)を戻すための戻しばね(11)が、板(12)に支持されている、請求項1から6までのいずれか1項記載の弁。
- ガイドエレメント(8)が、円筒状のブシュとして形成されているかまたはブシュ状の延長部として当該弁のハウジング(14)に形成されている、請求項1、3、4、5、6または7記載の弁。
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