JP4537401B2 - 液体の制御のための弁 - Google Patents

Description

本発明は液体の制御のための、請求項１の上位概念に記載の形式の弁に関する。

前記形式の弁は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１４０５２９Ａ１号明細書により公知であり、例えば燃料噴射弁に用いられ、特に自動車のディーゼルエンジンのコモンレール・インジェクターに用いられる。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１４０５２９Ａ１号明細書により公知の弁は、圧電式のアクチュエータユニットを備えており、アクチュエータユニットはアクチュエータ足部及びアクチュエータ頭部を有している。アクチュエータ足部は、面取りされた環状の縁部を介して円錐座に支持されており、円錐座は弁ケーシングに形成されている。アクチュエータ頭部は連結器モジュールに作用するようになっており、連結器モジュールは、アクチュエータ頭部と結合されたいわゆる移動ピストンを含んでおり、移動ピストン（応動ピストン又はサーボピストン）は液圧式の連結器を介していわゆる作動ピストンと作用結合している。作動ピストンは閉鎖部材に作用するようになっており、閉鎖部材は弁座と協働して、液体流を制御するようになっている。

アクチュエータ頭部の製作誤差に起因する傾き（傾倒）並びに組立に起因するずれ（変位）は、アクチュエータ足部が面取りされた縁部を介して弁ケーシングの円錐面に支承されていることによって補償される。密閉（シール）のためにアクチュエータ足部の領域で環状溝内にＯ・リングを配置してある。Ｏ・リングは、アクチュエータ頭部の側から見て、面取りされた縁部の後ろ側に配置されている。

圧電式のアクチュエータユニット及び連結器モジュールによって構成されたアセンブリー（構成ユニット又は組立部品）は、燃料噴射弁の弁制御ユニットを形成していて、燃料噴射弁のインジェクター内に配置されたノズルニードルの制御のために用いられ、ノズルニードルは、エンジンの燃焼室内へ通じる噴射開口と協働する、即ち噴射開口を開閉するようになっている。

公知の弁の組立に際して、アクチュエータ足部はばねスリーブ（ばねスリーブは連結器モジュールを取り囲んでいる）によってほぼ７００Ｎの力で締め付けられる。アクチュエータ頭部の製作誤差に起因する傾き並びに組立に起因するずれの補償は、球面支承部として作用する面取りされた縁部の領域に、摩擦モーメントを生ぜしめることになる。このような摩擦モーメントは、アクチュエータユニットに曲げ応力を発生させることになり、曲げ応力は損傷につながる。

Ｏ・リングシールの領域の漏れを防止するために、アクチュエータ足部の、Ｏ・リングのための環状溝（リング溝）を画成する区分は、側方のわずかな遊びで弁ケーシング内に配置されている。このようなわずかな遊びは、アクチュエータ足部の、アクチュエータ頭部の補償ために有効な回動量若しくは旋回量を著しく小さくしてしまうという不都合をもたらし、その結果、アクチュエータ頭部の製作誤差に起因する傾き並びに組立に起因するずれは十分には補償されなくなる。

さらに公知の弁においては欠点として、Ｏ・リングは環状溝内への組み込みのために強く伸ばされ、このことは一方では大きな組み込み力を必要とし、他方ではＯ・リングにねじりを生ぜしめ、Ｏ・リングのねじれはシール性を損ねることになる。

液体の制御のための本発明に基づく弁においては、アクチュエータ足部の球面は、アクチュエータ頭部の側から見てＯ・リングシールの後ろ側に配置されており、このような構成による利点として、球面の適切な配置に基づき球面支承部若しくは面取りされた縁部の領域で、前述の公知の弁に比べて小さな摩擦半径を達成しており、これによって支承領域の抵抗モーメント（摩擦モーメント）を小さくしている。このことは、アクチュエータ頭部の製作誤差に起因する傾き並びに組立に起因するずれに基づく曲げモーメントを小さくすることにつながる。該曲げモーメントはアクチュエータユニットに作用している。摩擦半径及びアクチュエータユニット内に生じる曲げ応力は、前記公知の弁に比べて５０パーセントまで減少させられる。

液体の制御のための本発明に基づく弁は、燃料噴射弁の弁制御ユニット、特に自動車のエンジン若しくは内燃機関のコモンレール・インジェクターの弁制御ユニットを形成するものである。

本発明に基づく弁の有利な実施態様では、Ｏ・リングシールはアクチュエータ足部の直径の減少された区分に押し嵌められ若しくは被せ嵌められている。Ｏ・リングシールは有利には、アクチュエータ足部の直径の減少された区分（縮径部）の直径よりもわずかに小さい内径を有していて、従って簡単かつ確実に組み立てられ、組立中のＯ・リングの不都合なねじれのおそれは小さくなっている。

本明細書の記載、図面及び請求項の記載は、本発明の有利な実施態様を示唆するものである。

次に、本発明を弁の図示の実施例に基づき詳細に説明する。図面において、
図１は、弁の部分的な縦断面図であり、
図２は、図１の波線で囲った部分の拡大図である。

図１及び図２には、燃料噴射弁のための弁制御ユニット１を示してあり、燃料噴射弁は、自動車の有利にはディーゼルエンジン（図示省略）の燃焼室内へディーゼル燃料を噴射するためのコモンレール・インジェクターとして用いられる。

燃料噴射弁は弁制御ユニット１のほかに、ノズルモジュール（図示省略）を有しており、ノズルモジュール内に軸線方向移動可能なノズルニードルを配置してあり、該ノズルニードルは、エンジンの燃焼室へ通じる噴射開口と作用接続している。弁制御ユニット１はノズルニードルの操作のために用いられる。

弁制御ユニット１は弁ケーシング２を備えており、該弁ケーシング内には、軸線方向に延びる燃料供給通路３並びに、圧電式のアクチュエータユニット５及び連結器モジュール６のための受容室４を形成してあり、前記燃料供給通路はノズルモジュールに通じている。

圧電式のアクチュエータユニット５は、圧電式のアクチュエータ７を有しており、該アクチュエータ７はアクチュエータ足部８とアクチュエータ頭部９との間に配置されている。燃料に対する保護のために、圧電式のアクチュエータユニット（アクチュエータモジュール）５は実施例では、アクチュエータ足部８に堅く結合された管状のスリーブ１０、並びに該スリーブ１０に結合されていてアクチュエータ頭部９を取り囲むベローズ形ダイヤフラム１１によってカプセル被覆（密封）してあり、前記ベローズ形ダイヤフラムは、圧電式のアクチュエータ７の軸線方向の支承部を受容するようになっている。

アクチュエータ頭部９は、圧電式のアクチュエータ７の長さ変化を連結器モジュール６に伝達するために、ディスク１３に形成された相応の凹設部１２に係合して、即ち入り込んでおり、前記ディスクは連結器モジュール６の移動ピストン１４に堅く結合されており、移動ピストンは他方で、図示を省略してあるものの液圧室として形成された液圧式の連結器を介して作動ピストン（同じく図示省略）に連結されている。作動ピストンは他方で、弁座と協働する弁閉鎖部材に結合されていて、作動に際してノズルモジュールの弁制御室内の圧力を変化させるようになっており、これによってノズルニードルは軸線方向移動を行い、その結果、噴射開口は開かれ若しくは閉じられる。

連結器モジュール６はさらにばねスリーブ１５を含んでおり、該ばねスリーブ（スリーブ形ばね）はアクチュエータモジュール５の締め付け（初ばね力又は初期荷重）をほぼ７００Ｎの力で行っている。

アクチュエータ足部８は、図２に詳細に示してあるように、段付けして形成されていて、直接にアクチュエータ７に続く第１の区分１６を有しており、該第１の区分はアクチュエータ７の直径とほぼ同じ直径を有していて、中間の直径の第２の区分１７へ移行しており、該第２の区分は、さらに直径の減少された第３の区分１８に続いている。該直径の減少された第３の区分に、Ｏ・リングシール２０を締まり嵌めして若しくは押し嵌めてあり、該Ｏ・リングシールは弁ケーシング２の壁面にも接触している。アクチュエータ足部８の直径の減少された第３の区分１８の直径は、Ｏ・リング２０の内径よりもわずかに大きくなっており、その結果、Ｏ・リングは、アクチュエータ足部８の直径の減少された第３の区分１８に確実に保持されている。

アクチュエータ足部８の直径の減少された第３の区分１８に、それもアクチュエータ７と逆の側に続けて、球面支承部の形成のための湾曲された面、即ち球面２１を設けてあり、該球面は円錐座２２に支えられており、円錐座は弁ケーシング２に形成されている。球面２１は、摩擦半径と呼ばれる半径ＤＲによって規定されており、この場合にアクチュエータ足部８の傾動（回動若しくは旋回）は回動点Ｘを中心として行われる。

アクチュエータ足部８の中間値の直径の第２の区分１７と弁ケーシング２の壁との間に、間隙Ｓを設けてあり、該間隙は次のような大きさで選ばれるものであり、即ち該間隙によって、半径方向でのアクチュエータ頭部９の組立に起因するずれ及び／又は製作誤差に起因する傾き（該ずれ若しくは傾きは図１に例として符号Ｙによって表す二重矢印で暗示してある）を補償できるようになっている。このために回動点Ｘと、受容室４の直径の減少されたシリンダー状の区分２３から受容室４の円錐状の区分への移行部との間に設けられた短い距離Ａも寄与している。

弁の部分的な縦断面図 図１の波線で囲った部分の拡大図

符号の説明

１ 弁制御ユニット、 ２ 弁ケーシング、 ３ 燃料供給通路、 ４ 受容室、 ５ アクチュエータユニット、 ６ 連結器モジュール、 ７ アクチュエータ、 ８ アクチュエータ足部、 ９ アクチュエータ頭部、 １０ スリーブ、 １１ ベローズ形ダイヤフラム、 １２ 凹設部、 １３ ディスク、 １４ 移動ピストン、 １５ ばねスリーブ、 １６，１７，１８ 区分、 ２１ 球面、 ２２ 円錐座

Claims (2)

1. 液体の制御のための弁であって、圧電式のアクチュエータユニット（５）を備えており、該アクチュエータユニットはアクチュエータ足部（８）及びアクチュエータ頭部（９）、並びに前記アクチュエータ足部（８）と前記アクチュエータ頭部（９）との間に配置された圧電式のアクチュエータ（７）を有しており、前記アクチュエータ頭部は連結器モジュール（６）に作用するようになっており、該連結器モジュールは弁閉鎖部材に結合されており、該弁閉鎖部材は弁座と協働するようになっており、前記アクチュエータ足部（８）は球面（２１）を介して弁ケーシング（２）の円錐座（２２）に支えられていて、かつ周面にＯ・リングシール（２０）を保持している形式のものにおいて、前記アクチュエータ足部（８）は前記アクチュエータ（７）に向いた側に位置する少なくとも１つの区分（１７）と、前記アクチュエータ（７）とは逆の側に位置していて前記区分（１７）の直径に比べて直径（Ｄ１）の減少された区分（１８）を有しており、前記Ｏ・リングシール（２０）は、直径（Ｄ１）の減少された前記区分（１８）に押し嵌められており、直径（Ｄ１）の減少された該区分（１８）の、前記アクチュエータ（７）とは逆の側の端部に、前記アクチュエータ足部（８）の前記球面（２１）を設けてあり、前記アクチュエータ（７）に向いた側に位置する前記少なくとも１つの区分（１７）と前記弁ケーシング（２）の壁との間に間隔（Ｓ）を設けてあることを特徴とする、液体の制御のための弁。
2. 前記Ｏ・リングシール（２０）は、前記アクチュエータ足部（８）の直径（Ｄ１）の減少された前記区分（１８）の直径（Ｄ１）よりもわずかに小さい内径を有している請求項１に記載の弁。

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