JP4469506B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した燃料噴射弁に関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許第１９５３４４４５号明細書によれば、請求項１の上位概念に記載した燃料噴射弁が公知である。この明細書に記載された燃料噴射弁は弁体より成っていて、この弁体内で弁ニードルが同軸的にガイドされている。弁体は接続部を有しており、この接続部を介して燃料噴射弁に燃料が供給される。弁ニードルは弁体と共にシール座を形成している。燃料は弁ニードルの中央孔を介してシール座にガイドされる。弁ニードルはその外側で、弁ニードルの周囲の弁体に対してシールされている。圧電式のアクチュエータは、押圧ショルダを介して弁ニードルに作用する。押圧ショルダは、弁ニードルに堅固に結合されていて、流入側で弁体に気密にガイドされている。これによってアクチュエータは燃料圧の作用に対して保護されている。公知の燃料噴射弁においては次のような欠点がある。
【０００３】
弁ニードルは押圧ショルダに堅固に結合されていて、弁ニードルは噴射側で、また押圧ショルダは流入側でシールされて、可動に弁体内でガイドされているので、製造が比較的高価で、この燃料噴射弁においては弁ニードルの曲げ又は緊締に対して弱いか若しくは２つの滑動面の相対位置の変化に対して弱い。
【０００４】
押圧ショルダ若しくは弁ニードルは、弁体に対して可動にガイドされているので、シール面は燃料で濡らされ、高い燃料圧によって燃料がアクチュエータに向かって流れ込むことになる。これによってアクチュエータは燃料圧の作用に対してだけでなく、燃料の作用に対しても保護されていない。押圧ショルダ若しくはノズルニードルとノズル体との間のシールによって、燃料噴射弁の操作において摩擦損失が生じる。これによって、燃料噴射流の成形可能性が損なわれ、弁の切換時間が長くなり、アクチュエータエネルギーが不都合に消耗され、燃料噴射弁の摩耗が高くなる。特に運転中に、押圧ショルダ若しくはノズルニードルとノズル体との間に形成されたシール面のシール性が弱くなる。
【０００５】
弁ニードルに設けられた中央孔は、燃料インレットスリーブからシール座まで延びる燃料導管の一部であるので、弁ニードルの製造は高価であって、燃料噴射弁は特にそのシール座側の端部で汚れの堆積に対して弱い。
【０００６】
発明の利点
これに対して請求項１に記載した特徴を有する本発明による燃料噴射弁は、簡単な解決策によって、安価で、摩耗及び摩擦に対して強く、著しくコンパクトな構造が得られるという利点を有している。さらに、シールは、弁ニードルの構造とは無関係であって、ひいては多くの燃料噴射弁に組み込むことができる。
【０００７】
さらにまたこのような形式で、シールを用いて燃料に対してシールされたアクチュエータは、大きい構造上の変化なしに、内方に開放した燃料噴射弁内にもまた外方に開放した燃料噴射弁内にも組み込むことができる。しかもアクチュエータは、シールによって燃料の作用に対しても、また燃料圧の作用に対しても保護される。
【０００８】
従属請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した燃料噴射弁の有利な実施態様が可能である。
【０００９】
有利な形式で、アクチュエータ周壁は波状又は折り畳んで構成されている。これによって、コンパクトな構造でアクチュエータケーシング内での大きいアクチュエータストロークが可能である。また有利には、アクチュエータは、アクチュエータ周壁のプレロード力によって負荷されている。例えば圧縮コイルばね等の付加的な構成部材は省くことができる。有利には、アクチュエータ周壁とアクチュエータとの間に、熱伝導性の材料特に熱伝導ペーストが設けられている。これによって、アクチュエータを操作する際に生じる、アクチュエータ内で分散されたエネルギーは、アクチュエータによって熱伝導性の材料に伝達され、ここからさらいにアクチュエータケーシングに伝達される。これによってアクチュエータの熱負荷は避けられ、燃料噴射弁の耐用年数は長くなる。
【００１０】
有利には、シールは管状のスリーブを有していて、該スリーブが、アクチュエータの長手方向孔を貫通していて、アクチュエータによって少なくとも部分的に取り囲まれている。これによって、環状のスリーブの内部はアクチュエータに対してシールされ、ひいては燃料が貫流するようになっている。
【００１１】
有利には、シールはシール座側のシールプレートを有していて、該シールプレートは、アクチュエータ及び／又はスリーブに結合されている。これによって、アクチュエータはシール座側のシールプレートを介して燃料噴射弁の装置に作用するか、若しくはこの燃料噴射弁で支えられる。しかも、シール座側のシールプレートは、流入側のシールプレートと同様に構成することができ、これによってシールの製造は簡単になる。
【００１２】
有利には、シール座側のシールプレートは鉢状に構成されており、これによって、シールプレート内で燃料噴射弁の装置を受容することができる。しかもこれによってシールプレートはガイド内でより容易にガイドされる。
【００１３】
有利な形式で、２つのシールプレートはそれぞれ１つの切欠を有していて、これらの切欠を通ってスリーブが貫通している。この場合、スリーブは、少なくとも一方のシールプレートにおいて広げられて曲げ返されていて、そのそれぞれ他方のシールプレートとは反対側の端面でシールプレートに結合されている。これによってアクチュエータケーシング内での大きいアクチュエータストロークが可能となる。
【００１４】
有利には、少なくとも一方のシールプレートが鉢状に構成されていて、シールプレートの縁部領域がスリーブの曲げ返した領域を越えている。これによって、スリーブの曲げ返された領域が保護される。
【００１５】
有利な形式で、流入側のシールプレートは少なくとも１つの導入通路を有しており、該導入通路を通って少なくとも１つの電気導線がアクチュエータにガイドされている。これによって電気導線は簡単な形式でシールの内部にガイドされる。
【００１６】
有利には、導入通路は燃料に対してシールされている。これによって、燃料に対する電気導線のシールは、シールプレート内に組み込まれ、これによって付加的なシールは省くことができ、コンパクトな構造が得られる。
【００１７】
有利には、スリーブは、燃料インレットスリーブからシール座まで延びる燃料導管の一部である。これによって、特に端部側に取り付けられた燃料接続部のための燃料導管は簡略化される。しかも付加的な燃料導管は省かれ、それによって構成部材を節約することができる。
【００１８】
図面
本発明の実施例が図面に概略的に示されていて、以下に詳しく説明されている。
【００１９】
図１は、本発明による燃料噴射弁の第１実施例の概略的な軸方向断面図であって、この場合、燃料噴射弁が内方に開放して構成されている。
【００２０】
図２は、本発明による燃料噴射弁の第２の実施例の概略的な軸方向断面図であって、この場合、燃料噴射弁が外方に開放して構成されている。
【００２１】
図３は、シールを有するアクチュエータの軸方向断面図、
図４は、シールプレートの軸方向断面図である。
【００２２】
実施例の説明
図１には本発明による燃料噴射弁１の概略的な軸方向断面図が示されている。燃料噴射弁は１は、燃料特にガソリンを、混合気圧縮外部点火式内燃機関の燃焼室内に直接噴射する、いわゆるガソリン直接噴射弁として用いられる。しかしながら本発明による燃料噴射弁１は、その他の使用例のためにも適している。
【００２３】
燃料噴射弁１は内方が開放した燃料噴射弁として構成されている。燃料噴射弁１は、弁ケーシング３と、燃料インレットを形成する燃料インレットスリーブ４とを有している。この弁ケーシング３と燃料インレットスリーブ４とは一緒に、燃料噴射弁１のケーシングを形成している。弁ケーシング３内には、弁ニードル５によって操作される弁閉鎖体６が配置されており、この弁閉鎖体６は、図示の実施例では、弁ニードル５と一体的に構成されている。弁閉鎖体６は、円錐台形に噴射方向で先細りして構成されている。弁閉鎖体６は、弁座体７に形成された弁座面８と共に１つのシール座を形成している。弁ニードル５は、その軸方向運動時に、弁ケーシング３に固定された弁ニードルガイド９，１０によってガイドされる。燃料の貫流を可能にするために、弁ニードルガイド９，１０はスリーブ状の切欠１１，１２を有している。
【００２４】
燃料噴射弁１を操作するために、圧電式又は磁歪式（ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｋｔｉｖ）に構成されている。アクチュエータ１３の操作は、電気的な制御信号を介して行われる。この制御信号は、電気線路（図示の実施例では簡略化のための図示していない）を介してアクチュエータ１３に供給される。アクチュエータ１３を操作すると、このアクチュエータは伸張して、流入側のシールプレート１４を介して、弁ニードル５が固定されているベースプレート１５に作用する。この場合、アクチュエータ１３はシール座側のシールプレート１６を介して弁ケーシング３に支えられている。これによって、弁ニードル５は軸方向で、燃料インレットスリーブ４に向かって移動し、これによって、弁閉鎖体６は弁座対７の弁座面８から持ち上がり、シール座を解放する。弁閉鎖体６と弁座体７との間に生じたギャップを通って、燃料が燃料噴射弁１の燃料室１７から内燃機関の燃焼室内に達する。弁ニードル５のリセットは、図示の実施例では、圧縮コイルばね１８を介して行われる。この圧縮コイルばね１８は、一方側がベースプレート１５に支えられていて、他方側が燃料インレットスリーブ４に支えられている。
【００２５】
弁ケーシング３と、燃料インレットスリーブ４と、流入側のシールプレート１４と、シール剤側のシールプレート１６とは、溶接継ぎ目１９ａ乃至１９ｆによって互いに固定されている。しかしながらこの固定は別の形式で行ってもよい。
【００２６】
流入側のシールプレート１４及びシール座側のシールプレート１６には、アクチュエータ周壁２０及びスリーブ２１が固定されている。この場合、アクチュエータ周壁２０は、環状に延びる溶接継ぎ目２２を介してシール座側のシールプレート１４に解除不能に結合されていて、環状に延びる溶接継ぎ目２３を介してシール座側のシールプレート１６に解除不能に結合されている。しかしながらこの結合は別の形式で、特に解除可能に構成されていてもよい。流入側のシールプレート１４とシール座側のシールプレート１６とは、内側の切欠２４，２５を有しており、この切欠を通ってスリーブ２１が貫通ガイドされている。この場合、スリーブ２１は、流入側のシールプレート１４において、曲げ返した領域３９で広げて曲げ返されていて、環状の溶接継ぎ目２６で流入側のシールプレート１４の端面３７に結合されていて、その環状の溶接継ぎ目２７でシール座側のシールプレート１６に結合されている。流入側のシールプレート１４は、縁部領域３８を有していて、この縁部領域３８で、流入側のシールプレート１４がベースプレート１５に結合されている。この場合、流入側のシールプレート１４の縁部領域３８は、スリーブ２１の曲げ返された領域３９を越えて突き出ている。流入側のシールプレート１４が鉢状（ｔｏｐｆｆｏｅｒｍｉｇ）に構成されていることによって、流入側のシールプレート１４で広げられ、曲げ返されたスリーブ２１が、アクチュエータ１３が伸張する際に燃料インレットスリーブ４に向かって移動せしめられ、この際に燃料に対するアクチュエータ１３のシールは、シール１４，１６，２０，２１によって維持される。同じ理由により、アクチュエータ周壁２０は波状に若しくは折り畳んで構成されている。この際に、アクチュエータ周壁２０によって、プレロード（予圧）がアクチュエータ１３に伝達されるので、圧縮コイルばね１８は省くことができる。
【００２７】
燃料は、燃料インレットスリーブ４を介して、ベースプレート１５に形成された孔２８ａ、２８ｂ及び、スリーブ１に設けられたスリーブ２１の長手方向孔３１（弁ニードル５もこの長手方向孔３１を通って延びている）を通って燃焼室１７内に供給される。燃料のガイドは選択的に、弁ケーシング３の内室２９を介しても行われるが、この場合は、シール座側のシールプレート１６に適当な貫流開口を設ける必要がある。
【００２８】
アクチュエータ周壁２０とアクチュエータ１３との間の中間室３０内には、熱伝導性の材料特に熱伝導ペーストを設けることができる。これによってアクチュエータ１３の熱は中間室３０に設けられた熱伝導ペースト（Ｗａｅｒｍｅｌｅｉｔｐａｓｔｅ）及びシール座側のシールプレート１６を介して弁ケーシング３にガイドされる。相応の形式で、燃料の熱を放出するために、アクチュエータ１３とスリーブ２１との間のスペースも熱伝導ペーストで満たされる。
【００２９】
図２には、本発明の第２実施例による燃料噴射弁１の概略的な断面図が示されている。同じ符号が付けられている既に述べた部材については、繰り返しの説明は省く。
【００３０】
第２実施例による燃料噴射弁１は、外方に開放する燃料噴射弁である。流入側の鉢状のシールプレート１４は、燃料インレットスリーブ４で支えられているので、アクチュエータ１３を操作すると、シール座の方向で伸張して、シール座側のシールプレート１６及びベースプレート１５を介して弁ニードル５に作用し、それによって、噴射方向で拡張して構成された円錐台形の弁閉鎖体６（弁ニードル５と一体的に構成されている）が、弁座体７の弁座面８から持ち上がって、シール座を開放する。一方側で弁ケーシング３に支えられ他方側でベースプレート１５に支えられている圧縮コイルばね１８を介して、弁閉鎖体６は弁座体７の弁座面８に押しつけられる。図１に示した実施例で説明したように、圧縮コイルばね１８の機能は完全に又は部分的にアクチュエータ周壁２０によって引き継がれる。
【００３１】
アクチュエータ１３への電気供給は、燃料インレットスリーブ４若しくはシールプレート１４に設けられた導入通路３２及び３３を介して行われる。導入通路３２，３３は、シール１４，１６，２０，２１を排気するために又は漏れ液体をシール１４，１６，２０，１から導出するためにも用いられる。シール座の方向での燃料の供給は、ベースプレート１５に設けられた長手方向開口３１及び孔２８ａ、２８ｂを介して行われる。図１に示した実施例におけるように、アクチュエータ周壁２０とアクチュエータ１３との間の中間室３０には、熱伝導製の材料特に熱伝導ペーストが収容されている。
【００３２】
図３の断面図には、アクチュエータ１３のシール１４，１６，２０の別の実施例が示されている。アクチュエータ周壁２０は、環状の溶接継ぎ目２２若しくは２３を介して流入側のシールプレート１４若しくはシール座側のシールプレート１６に溶接されている。アクチュエータ１３は、鉢状に構成された２つのシールプレート１４，１６間に配置されている。アクチュエータ１３への電気導線を受容するための導入通路３３は流入側のシール座１４に設けられている。しかしながら導入通路３３はシール座側のシールプレート１６に設けてもよい。この実施例ではスリーブ２１は省略されているので、アクチュエータ１３は内側の長手方向孔３１なしで構成されている。それに応じて、燃料供給はアクチュエータ周壁２の外側で行われる。
【００３３】
図４には、流入側のシールプレート１４の別の実施例の断面図が示されている。この実施例では、導入通路３３が折り曲げられており、この場合、導入通路３３は、流入側のシールプレート１４の周面３５に開口している。周面３５には、流入側のシールプレート１４が、弁ケーシング３の内壁で特に溶接によって固定されている。これによって電気導線が、弁ケーシング３に設けられた接続部を介して、燃料噴射弁１の側から導入通路３３を通ってアクチュエータ１３にガイドされる。周面３５に設けられた導入通路３３の開口は、燃料が侵入するのを阻止するために、燃料に対してシールしなければならない。このために、周面３５と弁ケーシング３との間で、開口の周囲に延びる溶接継ぎ目が特に適している。アクチュエータ周壁２０の固定は、上側の周面３５よりも小さい直径を有する、流入側のシールプレート１４の下側の周面３６で行われる。無条件に、図示の実施例による流入側のシールプレート１４は、シール座側のシールプレート１６のためにも適している。
【００３４】
図４に示した実施例で燃料供給を可能にするために、シールプレート１４は燃料通路４０を有している。選択的に、シールプレート１４は、図１の実施例と同様に切欠２４を備えていてもよい。
【００３５】
本発明は図示の実施例に限定されるものではない。特に、アクチュエータ周壁２０、スリーブ２１、特にスリーブ３９の曲げ返した領域３９及び２つのシールプレート１４，１６の別の構成も考えられる。さらに、弁ニードル５に働くアクチュエータ１３の作用は図１及び図２に概略的に示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。特に本発明は、多くの燃料噴射弁１にシール１４，１６，２０，２１の使用することができるという点で優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による燃料噴射弁の第１実施例の概略的な軸方向断面図である。
【図２】 本発明による燃料噴射弁の第２の実施例の概略的な軸方向断面図であって、この場合、燃料噴射弁が外方に開放して構成されている。
【図３】 シールを有するアクチュエータの軸方向断面図である。
【図４】 シールプレートの軸方向断面図である。

Claims (16)

1. 内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁であって、燃料を供給するための燃料インレット（４）と、シール（１４，１６，２０，２１）によって燃料に対してシールされた圧電式又は磁歪式のアクチュエータ（１３）と、該アクチュエータ（１３）によって弁ニードル（５）で操作可能な弁閉鎖体（６）とを有していて、該弁閉鎖体（６）が弁閉鎖面（８）と協働して１つのシール座を形成している形式のものにおいて、
   前記シール（１４，１６，２０，２１）が、燃料インレット（４）とアクチュエータ（１３）との間に配置された流入側のシールプレート（１４）と、長手方向で弾性変形可能なアクチュエータ周壁（２０）とを有していて、該アクチュエータ周壁（２０）が流入側のシールプレート（１４）に結合されており、前記アクチュエータ（１３）がアクチュエータ周壁（２０）によってプレロード力で負荷されていることを特徴とする、燃料噴射弁。
2. 前記流入側のシールプレート（１４）が鉢状に構成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 前記アクチュエータ周壁（２０）が波状又は折り畳まれて構成されている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
4. 前記アクチュエータ周壁（２０）とアクチュエータ（１３）との間に、熱伝導性の材料としての熱伝導ペーストが設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
5. 前記アクチュエータ（１３）が内側の長手方向孔（３１）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
6. 前記シール（１４，１６，２０，２１）が管状のスリーブ（２１）を有していて、該スリーブ（２１）が、前記アクチュエータ（１３）の長手方向孔（３１）を貫通していて、前記アクチュエータ（１３）によって少なくとも部分的に取り囲まれている、請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 前記シール（１４，１６，２０，２１）がシール座側のシールプレート（１６）を有していて、該シールプレートが、前記アクチュエータ周壁（２０）又は前記管状のスリーブ（２１）に結合されているか、若しくは前記アクチュエータ周壁（２０）及び前記管状のスリーブ（２１）に結合されている、請求項６記載の燃料噴射弁。
8. 前記シール座側のシールプレート（１６）が鉢状に構成されている、請求項７記載の燃料噴射弁。
9. 前記シールプレート（１４，１６）がそれぞれ１つの切欠（２４，２５）を有していて、これらの切欠を通って前記管状のスリーブ（２１）が貫通しており、該管状のスリーブ（２１）は、少なくとも一方のシールプレート（１４）において広げられ、かつ曲げ返した領域（３９）を有していて、該領域（３９）で以て、他方のシールプレート（１６）とは反対側の、前記一方のシールプレート（１４）の端面（３７）に結合されている、請求項７又は８記載の燃料噴射弁。
10. 少なくとも一方のシールプレート（１４，１６）が鉢状に構成されていて、該シールプレート（１４）の縁部領域（３８）が前記管状のスリーブ（２１）の前記曲げ返した領域（３９）を越えて突き出ている、請求項９記載の燃料噴射弁。
11. 前記流入側のシールプレート（１４）が少なくとも１つの導入通路（３３）を有しており、該導入通路（３３）を通って少なくとも１つの電気導線がアクチュエータ（１３）にガイドされている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
12. 前記導入通路（３３）が燃料に対してシールされている、請求項１１記載の燃料噴射弁。
13. 前記アクチュエータ（１３）が前記流入側のシールプレート（１４）を介して弁ニードル（５）に作用する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
14. 前記弁ニードル（５）が部分的に前記管状のスリーブ（２１）によって取り囲まれている、請求項６記載の燃料噴射弁。
15. 前記アクチュエータ（１３）が前記シール座側のシールプレート（１６）を介して前記弁ニードル（５）に働く、請求項７から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
16. 前記管状のスリーブ（２１）が、燃料インレット（４）からシール座まで延びる燃料導管の一部である、請求項６から１５までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。

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