JP4309589B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
このような形式の燃料噴射弁は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５００７０６号明細書に基づいて公知である。この明細書に記載された燃料噴射弁では、圧電式のアクチュエータが、弁閉鎖体と結合された弁ニードルを操作するために設けられている。弁閉鎖体は弁座面と共働してシール座を形成している。この場合燃料噴射弁は、外方に向かって開放する燃料噴射弁として構成されていても、内方に向かって開放する燃料噴射弁として構成されていてもよい。積層配置された複数の圧電プレートから構成された圧電式のアクチュエータは、比較的大きな行程力を生ぜしめるが、比較的小さな行程運動距離しか生ぜしめない。したがって上記明細書には、弁ニードルに伝達される行程運動距離を増大させるために、弁ニードルと圧電式アクチュエータとの間に液圧式の伝動装置を設けることが、提案されている。
【０００３】
圧電式アクチュエータを備えた燃料噴射弁のこの公知の構造形式における欠点としては、次のことが挙げられる。すなわちこの公知の構成では、比較的大きな体積と比較的大きな横断面とを占めるアクチュエータに基づいて、あまりコンパクトな構造形式を実現することができない。さらに別の欠点としては次のことが挙げられる。すなわちこの公知の燃料噴射弁では、伝動装置のために特別な液圧媒体が使用されており、この特別な液圧媒体は漏れ損失に基づいて時間の経過と共に逃げてしまい、これによって伝動装置の機能が損なわれ、燃料噴射弁の耐用寿命が短くなってしまう。
【０００４】
別の構造形式の、圧電式のアクチュエータを備えた燃料噴射弁がドイツ連邦共和国特許第４３０６０７３号明細書に基づいて公知である。この公知の燃料噴射弁では、弁ニードルの運動への圧電式のアクチュエータの運動の変換は、同様に液圧式の伝動装置を用いて行われる。この燃料噴射弁においても、構造形式がかなり嵩張り、あまりコンパクトではなく、しかも液圧媒体の漏れ損失が生じるという欠点が存在する。
また米国特許第４０２２１６６号明細書に基づいて公知の、内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁は、圧電式のアクチュエータを備えて構成されている。弁は、アクチュエータによって弁ニードルを用いて操作可能な弁閉鎖体を有しており、この弁閉鎖体は弁座面と共働してシール座を形成している。アクチュエータは管状に形成されていて、アクチュエータと弁ニードルとの間には、液圧媒体を有する伝動装置が設けられている。さらに燃料噴射弁は、操作エレメントとして伝動装置に作用する伝動ピストンを有していて、この場合アクチュエータは伝動ピストンを取り囲んでいる。燃料噴射弁は、内方に向かって開放する燃料噴射弁として構成されている。この場合燃料噴射弁の作用形式は次のように、すなわち伝動ピストンと弁ニードルとがアクチュエータの励磁時に常に同方向に向かって運動させられるようになっている。すなわちこの場合アクチュエータが励磁されると、伝動ピストンは上方に向かって運動し、かつその結果液圧式の伝動室内における圧力降下によって弁ニードルは同じ運動方向でシール座から持ち上がる。
【０００５】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載のように構成された本発明による燃料噴射弁は、公知のものに対して次のような利点を有している。すなわち本発明による燃料噴射弁では、アクチュエータが管状に形成されていて、このようなアクチュエータが弁ニードルを又は、該弁ニードルを操作するための操作エレメントを少なくとも部分的に取り囲んでいることに基づいて、特にコンパクトで安価な構造形式が得られる。圧電式又は磁歪式の管状のアクチュエータの内部空間は、公知の圧電式アクチュエータにおいてアクチュエータの軸方向の延長線上に位置している部材を受容するために、働くことができる。さらに、管状のアクチュエータは比較的安価な製造コストで製造することができる。本発明による燃料噴射弁は特に、内燃機関の燃焼室内にガソリンを直接噴射するために適している。それというのは、そのような燃料噴射弁において生じる燃料圧は約１００〜２００ｂａｒの範囲に位置していて、ディーゼル用の燃料噴射弁におけるよりも著しく低いからである。したがってこのようなガソリン直接噴射弁では、圧電式又は磁歪式のアクチュエータによって加えられる操作力も、ディーゼル用の燃料噴射弁におけるよりも低く、その結果管状の構造形式によって生ぜしめられる、中実材料製のアクチュエータに比べて減じられた操作力でも、このような燃料噴射弁を操作するのに十分である。
【０００６】
請求項１記載の燃料噴射弁の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。
【０００７】
アクチュエータと弁ニードルとの間に液圧式の伝動装置が設けられていて、アクチュエータが、伝動装置に作用する伝動ピストンを取り囲んでいると、有利である。アクチュエータとの結合のために、有利には伝動ピストンが、シール座とは反対の側にフランジを有していて、該フランジにアクチュエータが支持されており、フランジとはアクチュエータが接着されていると有利である。伝動ピストンは管状のアクチュエータに一体に組み込まれていることができ、このようになっていると、コンパクトな構造形式が得られる。
【０００８】
本発明の別の有利な構成では、アクチュエータの予負荷が、第１の予負荷ばねによって行われ、かつ弁閉鎖体及び弁ニードルの戻しが、第１の予負荷ばねとは無関係なつまり独立した戻しばねを用いて行われる。
【０００９】
燃料噴射弁が内方に向かって開放する燃料噴射弁である場合には、伝動装置が伝動ピストンと弁ニードルとの間において力の変向を生ぜしめると有利である。したがって伝動装置の構成に応じて、アクチュエータ及び伝動ピストンの構造が基本的に等しい場合には、外方に向かって開放する燃料噴射弁及び内方に向かって開放する燃料噴射弁のいずれもが実現可能である。内方に向かって開放する燃料噴射弁のための力変向を達成するために、伝動装置は有利には、内部に切欠きを備えたケーシング体を有しており、この切欠き内において伝動ピストンがシフト可能である。この場合ケーシング体は弁ニードル又は連結部材によって取り囲まれていて、伝動ピストンとケーシング体との間に内室が形成され、かつ弁ニードル又は連結部材とケーシング体との間には、内室と接続された外室が形成されている。このように構成されていると、特にコンパクトな伝動装置が形成され、しかもこの伝動装置は極めて安価なコストで製造することができる。
【００１０】
本発明のさらに別の有利な構成では、伝動装置のための液圧媒体として、燃料噴射弁内を通されかつ燃料噴射弁から噴射される燃料が使用されている。このようになっていると、燃料噴射弁内に特別な液圧媒体、例えば液圧オイルを充填する必要がなく、このような液圧媒体もしくは液圧オイルは、時間の経過と共に漏れ損失に基づいて逃げてしまう。しかしながら液圧媒体として燃料を使用すると、案内間隙を介していわば静的に、燃料を液圧媒体として自動的に連続的に補充することができる。
【００１１】
図面
次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【００１２】
図１は、本発明による燃料噴射弁の第１実施例を示す縦断面図であり、図２は、本発明による燃料噴射弁の第１実施例を示す縦断面図であり、図３は、図２のＩＩＩで示された区分を拡大して示す図である。
【００１３】
実施例の記載
図１には縦断面図で本発明による燃料噴射弁１の第１実施例が示されている。この燃料噴射弁１は特に、有利には混合気圧縮型火花点火式の内燃機関の燃焼室に燃料特にガソリンを直接噴射するために、適している。
【００１４】
燃料噴射弁１はケーシングを有しており、このケーシングは第１のケーシング体２と第２のケーシング体３とから成っている。弁閉鎖体４は図示の実施例では弁ニードル５と一体的に形成されていて、弁座保持体６に形成された弁座面７と共働してシール座を形成している。弁座保持体６は緊締ナット８と第２のケーシング体３との間において緊締されている。弁閉鎖体４は戻しばね９を用いて弁座面７に対して予負荷されている。そのために、戻しばね９が支持されているフランジ１０が、弁ニードル５を結合されている。
【００１５】
燃料噴射弁１から噴射される燃料は、燃料流入管片１１と、第２のケーシング体３に設けられた燃料管路１２と、該燃料管路に接続していて弁座保持体６に設けられた別の燃料管路１３とを介して、弁座保持体６の切欠き１４に流入する。この切欠き１４から燃料はさらに、弁閉鎖体４の上流に設けられていて燃料のより良好な分布のために働くスワール溝１５を介して、弁閉鎖体４と弁座面７とによって形成されたシール座に流れる。
【００１６】
弁ニードル５及び弁閉鎖体４の操作は、圧電式のアクチュエータ１６を介して行われ、このアクチュエータ１６は本発明によれば管状に形成されている。圧電式のアクチュエータ１６の代わりに、同様に磁歪式のアクチュエータを使用することも可能である。
【００１７】
圧電式のアクチュエータ１６は、互いに上下にせきそうされた多数の圧電式のセラミックプレートから成っている。これらのセラミックプレートはそれぞれ電極を備えていて、接続コネクタ１７を介して供給可能な電圧によって負荷可能であり、これによってアクチュエータ１６は電圧による操作時に引き縮められる。接続コネクタ１７はプラスチック射出成形部材として第１のケーシング体２に一体成形されていて、接続導体２０を介してアクチュエータ１６と接続されている。アクチュエータ１６は第２のケーシング体３とフランジ１８との間で、図示の実施例では中間プレート２１を介して緊締させられていて、予負荷ばね２２を用いて予負荷されている。予負荷ばね２２の予負荷は図示の実施例では調節ねじ２３を用いて調節可能である。アクチュエータ１６、中間プレート２１、フランジ１８及び予負荷ばね２２は、第１のケーシング体２の長手方向孔２４の内部に位置している。アクチュエータ１６は有利には第２のケーシング体３及び中間プレート２１と接着されている。
【００１８】
フランジ１８には有利にはねじ山２５を介して調整可能に、伝動ピストン１９が結合されている。この伝動ピストン１９は、管状に形成されたアクチュエータ１６の軸方向に延びる長手方向開口２６を貫いて延びていて、伝動装置２７にまで延長されている。アクチュエータ１６の長手方向開口２６内に伝動ピストン１６が組み込まれていることによって、燃料噴射弁１の特にコンパクトな構造形式が得られ、その結果燃料噴射弁１は全体として小さな体積しか占めないことになる。
【００１９】
伝動装置２７は液圧室２８から成っており、この液圧室２８は、液圧媒体、図示の実施例では、燃料流入管片１１と燃料管路１２，１３とを介して供給される燃料によって満たされている。伝動ピストン１９は液圧室２８内に入り込んでいる端面に面Ａ１を有しており、これに対して弁ニードル５は液圧室２８に入り込んでいる端面に面Ａ２を有している。弁ニードル５の面Ａ２は、伝動ピストン１９の面Ａ１よりも小さい。
【００２０】
アクチュエータ１６の操作時にアクチュエータ１６は縮まり、この運動をフランジ１８を介して伝動ピストン１９に伝達し、この伝動ピストン１９は図１で見て下方に弁閉鎖体４に向かってシフトさせられる。これによって液圧室２８内において押し退けられた液圧媒体量は、弁ニードル５を同様に図１で見て下方に弁閉鎖体４に向かってシフトさせる。この場合弁ニードル５の面Ａ２は伝動ピストン１９の面Ａ１よりも小さいので、弁ニードル５に伝達される行程は、伝動ピストン１９から加えられた行程よりも大きい。弁閉鎖体４は弁座面７から持ち上がり、シール座を開放し、その結果燃料が噴射される。燃料噴射弁１を閉鎖するためには、圧電式／磁歪式のアクチュエータ１６を操作する電圧が遮断され、これによりアクチュエータ１６は再び予負荷ばね２２に抗して伸長する。弁ニードル５及び該弁ニードル５に一体的に形成された弁閉鎖体４の戻しは、戻しばね９を用いて極めて迅速に行われる。
【００２１】
上に述べた燃料噴射弁１によって、例えば混合気圧縮型の内燃機関特にターボ内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射するのに必要な、極めて短い切換え時間を実現することができる。
【００２２】
燃料を、伝動装置２７のための液圧媒体としても使用すると、特に有利である。これによって、場合によっては漏れによって逃げる液圧媒体を連続的に補充することが、保証される。図示の実施例では補充はいわば静的に、弁ニードル５と第２のケーシング体３との間の案内間隙を介して、弁座保持体１６の切欠き１４内に形成された燃料リザーバから行われる。この場合重要なことは次のことである。すなわちこの場合、弁ニードル５と第２のケーシング体３との間における案内間隙は次のように、液圧媒体もしくは燃料が燃料噴射弁の操作時及びこれによって行われる液圧室への圧力負荷時に前記案内間隙を介してまったくもしくは無視できるほどしか逃げないように、小さく寸法設定されている。
【００２３】
図２には、本発明による燃料噴射弁１の第２実施例が縦断面図で示されているが、この第２実施例による燃料噴射弁も同様に、燃料特にガソリンを、混合気圧縮型火花点火式の内燃機関の燃焼室に直接噴射するために働く。また図３には、図２のＩＩＩで示された区分が拡大して示されており、既に述べた構成エレメントに対しては同一符号で示し、それについての説明を繰り返すことは省く。
【００２４】
図１に示された燃料噴射弁１が外方に向かって開放する燃料噴射弁１であったのに対して、図２に示された燃料噴射弁は内方に向かって開放する燃料噴射弁１である。したがって弁閉鎖体４は、弁座保持体６に設けられた弁座面７に対して内側に配置されていて、弁座面７と共にシール座を形成しており、これは燃料噴射弁１の閉鎖位置において噴射開口４０を閉鎖する。弁閉鎖体４及び該弁閉鎖体に一体的に形成された弁ニードル５は、戻しばね９を用いて予負荷されている。戻しばね９は図示の実施例では、第２のケーシング体３と、弁ニードル５の肉厚部４１に載置されたフランジ１０との間において緊縮されている。
【００２５】
図１に示された実施例におけるのと同様に管状に形成されたアクチュエータ１６は、図２に示された実施例においても、伝動ピストン１９によって貫かれている。
【００２６】
アクチュエータ１６は操作電圧の印加時に縮められ、これにより伝動ピストン１９は可能に向かってシフトされ、これに対して燃料噴射弁１を開放するためには、弁ニードル５を図２で見て上方に向かって持ち上げることが必要であるので、液圧式での伝動装置２７はこの実施例では力の変向を行うことが必要である。そのために図３に拡大して示された伝動装置２７の構造が働く。第３のケーシング体４２がねじ山４３を介して第１のケーシング体２と螺合されていて、これにより堅固に固定されている。第３のケーシング体４２と伝動ピストン１９との間には内室４４が形成されており、この内室４４は孔４５を介して外室４６と接続されている。外室４６は、第３のケーシング体４２を取り囲んでいて弁ニードル５に溶接シーム４７を用いて堅固に結合された連結部材４８と、第３のケーシング体４２との間に形成されている。
【００２７】
伝動ピストン１９がアクチュエータ１６の操作後に図２で見て下方に向かってシフトされると、内室４４における容積が減少し、その結果内室４４内の液圧媒体は孔４５を介して外室４６に押し退けられ、そこで液圧媒体は連結部材４８を、外室４６の容積を増大させながら、図２で見て上方に向かってシフトさせる。連結部材４８のこの運動は弁ニードル５に、ひいては弁閉鎖体４に伝達され、その結果弁閉鎖体４と弁座面７との間に形成されたシール座が開放される。
【００２８】
圧電式のアクチュエータ１６への電圧供給が遮断されると、アクチュエータ１６は予負荷ばね２２によって再び伸長し、伝動ピストン１９を図２で見て上方に向かってシフトさせる。相応に弁ニードル５は図２で見て下方に向かってシフトされる。この運動は戻しばね９によって助成され、その結果燃料噴射弁１は極めて短い閉鎖時間で閉鎖する。
【００２９】
伝動装置２７の内室４４及び外室４６に液圧媒体を補充するために、補充室４９が働き、この補充室４９は長手方向孔５０と横孔５１とを介して、燃料流入管片１１に接続された切欠き１４と接続されており、これによって、燃料流入管片１１における流入圧に相応した燃料を充填される。伝動装置２７の外室４６及び内室４４の補充は、連結部材４８と第３のケーシング体４２との間の案内間隙を介して同様にいわば静的に（quasi-statisch）に行われる。
【００３０】
本発明の図示の実施例に制限されるものではなく、燃料噴射弁のその他の種々様々な構造形式においても実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による燃料噴射弁の第１実施例を示す縦断面図である。
【図２】 本発明による燃料噴射弁の第２実施例を示す縦断面図である。
【図３】 図２のＩＩＩで示された区分を拡大して示す図である。

Claims (4)

1. 燃料噴射弁（１）、特に内燃機関の燃料噴射装置用の噴射弁であって、圧電式又は磁歪式のアクチュエータ（１６）と、該アクチュエータ（１６）によって弁ニードル（５）を用いて操作可能な弁閉鎖体（４）とが設けられていて、該弁閉鎖体（４）が弁座面（７）と共働してシール座を形成しており、アクチュエータ（１６）が管状に形成されており、アクチュエータ（１６）と弁ニードル（５）との間に液圧媒体を有する伝動装置（２７）が設けられており、操作エレメントとして伝動装置（２７）に作用する伝動ピストン（１９）が設けられていて、アクチュエータ（１６）が、伝動ピストン（１９）を取り囲んでおり、燃料噴射弁（１）が、内方に向かって開放する燃料噴射弁（１）として構成されている形式のものにおいて、
   伝動装置（２７）が、伝動ピストン（１９）と弁ニードル（５）との間において力変向が生ぜしめられるように構成されており、この場合アクチュエータ（１６）の操作中に伝動ピストン（１９）の運動方向と弁ニードル（５）の運動方向とが逆向きであり、伝動装置（２７）が、内部に切欠きを備えたケーシング体（４２）を有しており、該切欠き内において伝動ピストン（１９）がシフト可能であり、ケーシング体（４２）が弁ニードル（５）によって又は、該弁ニードル（５）に結合された連結部材（４８）によって取り囲まれており、伝動ピストン（１９）とケーシング体（４２）との間に内室（４４）が形成され、かつ弁ニードル（５）又は連結部材（４８）とケーシング体（４２）との間に、内室（４４）と接続された外室（４６）が形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 伝動ピストン（１９）が、シール座とは反対側の端部にフランジ（１８）を有していて、該フランジ（１８）にアクチュエータ（１６）が支持されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. アクチュエータ（１６）の予負荷が、伝動ピストン（１９）のフランジ（１８）に作用する予負荷ばね（２２）を用いて行われ、かつ弁閉鎖体（４）の戻しが、弁ニードル（５）に作用する戻しばね（９）を用いて行われる、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 伝動装置（２７）の液圧媒体が、燃料噴射弁（１）内を通される燃料である、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。

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