JP4567741B2 - 昇降装置および噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータユニットと受け部とを備えた昇降装置に関する。さらに本発明は、昇降装置とノズルニードルとを備えた噴射弁に関する。

特に自動車の内燃機関のための噴射弁は、内燃機関の、エミッションの少ない、かつ消費資源の僅かな運転を実現するために、高い精度要求を満たす必要がある。噴射弁の昇降装置は、たとえばピエゾアクチュエータを備えており、したがって力伝達経路に沿った精度要求は特に高くなっている。なぜならばピエゾアクチュエータは、原理的にたとえば数マイクロメートルの小さな昇降幅を有しているからである。力伝達経路に沿った弾性領域および摩擦によって、昇降幅の減少する恐れがある。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１４２７９８号明細書には、噴射弁におけるピエゾアクチュエータモジュールのための支承部が開示されている。ピエゾアクチュエータモジュールのアクチュエータヘッドの支承面は、半球部として形成されている。受け部としての、インジェクタ本体における所属の当接面は、中空円錐部として形成されている。ピエゾアクチュエータモジュールは、プレロードによって受け部に押し付けられている。

米国特許第６３１３５６８号明細書には、熱膨張補償効果を有する弁装置およびピエゾアクチュエータが開示されている。ピエゾアクチュエータは、ケーシング構造体によって包囲されている。ケーシング構造体は、鋼から成る円筒形の外側ケーシング部分を備えており、外側ケーシング部分は、ピエゾアクチュエータの熱膨張係数よりも大きな熱膨張係数を有している。さらにケーシング構造体は、Ｓｉ−Ｎｉセラミックから成る円筒形の内側ケーシング部分を備えており、内側ケーシング部分は、ピエゾアクチュエータの熱膨張係数よりも小さな熱膨張係数を有している。内側ケーシング部分および外側ケーシング部分が適当な横断面を有して互いに平行に配置されているので、ケーシング構造体は、ピエゾアクチュエータに相当する効果的な熱膨張係数を有している。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９２８７８０号明細書には、圧電アクチュエータを有する調節駆動装置が開示されている。圧電アクチュエータは、上位のコンタクト面で、トッププレートに接触していて、下位のコンタクト面で、ボトムプレートに接触している。圧電アクチュエータは、トッププレートとボトムプレートとを結合するばねエレメントによって、プレロードをかけることができる。また充填材が設けられており、充填材は、アクチュエータとトッププレートとの間の凹みおよび／またはアクチュエータとボトムプレートとの間の窪みを充填する。そのような凹みは、分極過程によって形成される上位のコンタクト面または下位のコンタクト面でアクチュエータが丸みを有していることによって生じる。

したがって本発明の課題は、昇降装置を改良して、昇降運動を確実に伝達できるものを提供することである。さらに本発明の課題は、噴射弁を改良して、ノズルニードルの昇降運動が確実であるものを提供することである。

この課題は、独立請求項の特徴部に記載した構成手段によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に記載した。

本発明の第１の思想によれば、昇降装置において、受け部およびアクチュエータユニットが設けられている。受け部は、円錐形の支承面を有する第１の孔を備えている。アクチュエータユニットは、アクチュエータを備えており、アクチュエータの軸方向延伸長さは、調節信号に依存している。さらにアクチュエータユニットは、肩部を備えており、肩部は、アクチュエータユニットの、出力部とは反対側の領域に形成されており、肩部は、湾曲した表面を有している。アクチュエータユニットは、湾曲表面で、受け部の円錐形の支承面に支持される。さらに昇降装置は、貫通孔を有するガイドブシュを備えており、孔に、ガイドユニットがガイドされている、アクチュエータユニットは、軸方向運動可能にガイドブシュに配置されており、ガイドブシュは、二硫化モリブデン成分を有する焼結青銅から成っている。

その利点によれば、アクチュエータユニットは、取付中および運転中に、受け部内で、角度位置で、かつ回動して、摩擦が低減されるように、調整することができる。湾曲表面は、たとえば球形に、また別の形式で丸み付けして形成することができる。アクチュエータユニットの湾曲表面は、有利には、受け部の円錐形の支承面に支持することによって、湾曲表面と円錐形の支承面との間にライン状のコンタクトが形成されるように、形成されている。その利点によれば、力伝達を極めて確実に行うことができ、湾曲表面または円錐形の支承面の変形によるコンタクトのたわみによる昇降幅損失は僅かである。そのようなコンタクトは、昇降幅損失の少ない伝達を実現する。変形は、コンタクトに隣接する面に作用する押圧力によって生じる恐れがある。

有利には、ガイドブシュは、ガイドブシュとアクチュエータユニットとの間のコンタクト面が小さくなるように形成されているので、摩擦は小さくなっている。受け部内でのアクチュエータユニットの方向調整によって、アクチュエータユニットは、極めて僅かな摩擦でガイドブシュにガイドすることができる。なぜならばアクチュエータユニットが斜めに方向付けされるリスクが低減されているからである。受け部およびガイドブシュ以外には、アクチュエータユニットのための別のガイドエレメントを省略することができるので、別の摩擦は生じない。これによって昇降幅損失および摩耗は、回避するかまたは低減することができる。アクチュエータユニットは、有利には出力側の軸方向端部の領域でガイドされている。これによってアクチュエータユニットのガイドされる領域と受け部との間の間隔は、特別に大きくなっているので、アクチュエータの、摩擦の僅かな方向調整は特に確実である。

ガイドブシュの別の利点によれば、焼結青銅が、鋼と同様の熱膨張係数を有しており、鋼から、たとえばアクチュエータの、ガイドブシュ内でガイドされる領域を形成することができる。したがってガイドブシュ内でのアクチュエータユニットのガイド性は、温度にほとんど影響されない。二硫化モリブデン成分は、摩擦ひいては摩耗を低減し、したがってガイドブシュの乾式走行特性を改善する。そのようなガイドブシュは、簡単で安価に製作することができる。

昇降装置の有利な実施形態によれば、弾性エレメントが設けられており、弾性エレメントは、湾曲表面が円錐形の支承面で接触状態で維持されるように、形成されていて、かつアクチュエータユニットと協働するようになっている。その利点によれば、弾性エレメントによる、湾曲表面と円錐形の支承面との間のコンタクトのプレロードによって、コンタクトのたわみは、追加的に低減することができる。そうして昇降幅損失は低減することができる。弾性エレメントは、受け部内でのアクチュエータユニットの角度位置の調整または回動式の調整を許容する。弾性エレメントは、アクチュエータユニットが受け部において不都合に滑動するリスクを低減する。このことによって昇降装置の取付を簡素化して、アクチュエータユニットまたは受け部の破損を防止することができる。

昇降装置の別の有利な実施形態では、アクチュエータユニットが、ネックエレメントを備えており、ネックエレメントは、受け部に形成されていて、かつ受け部を貫通する第２の孔を通って延びている。ネックエレメントは、受け部の、アクチュエータとは反対側で、ヘッドエレメントを備えている。弾性エレメントは、ヘッドエレメントと受け部との間に配置されている。その利点によれば、アクチュエータユニットが受け部に懸架されており、したがって取付が容易になる。さらにアクチュエータユニットの湾曲表面と受け部の円錐形の支承面とを互いに押し付ける力が、アクチュエータユニットに沿って作用しないので、この力は、アクチュエータユニットの設計に際して考慮しなくてよい。

昇降装置の別の有利な実施形態によれば、アクチュエータユニットが、補償エレメントを備えており、補償エレメントは、軸方向でアクチュエータと連結されている。そのような補償エレメントは、特に温度に影響される軸方向長さ変化を補償するために形成することができる。ピエゾアクチュエータは、たとえば鋼とは別の熱膨張係数を有しているので、たとえばピエゾアクチュエータおよび鋼ケーシングの異なる温度依存性の軸方向の延伸長さを補償することができる。これにより昇降装置の、温度に影響されない昇降運動が得られる。

昇降装置の別の有利な実施形態によれば、補償エレメントとアクチュエータとが、形状接続で互いに結合されている。そのような形状接続式の結合によって、補償エレメントとアクチュエータとの間のコンタクトのたわみによる昇降幅損失を低減することができるので、コンタクトは極めて安定的である。さらに補償エレメントとアクチュエータとは、たとえば共通の軸線に沿って、互いに正確に方向調整することができる。これによってたとえばアクチュエータユニットの斜めのガイドに起因する摩擦による損失を回避することができる。

これに関して有利には、補償エレメントとアクチュエータとは、プレス変形によって互いに結合されている。そのような結合部は、極めて頑丈であり、かつ補償エレメントとアクチュエータとの極めて正確な方向調整を実現する。さらにこのような結合部は、極めて安定的であるので、アクチュエータと補償エレメントとの間のコンタクトのたわみによる昇降幅損失を回避することができる。

第２の思想によれば、本発明は、昇降装置とノズルニードルとを備えた噴射弁に関する。ノズルニードルは、昇降装置の出力側で、昇降装置と連結されていて、かつ閉鎖位置で、噴射ノズルを通る流体流を中断し、閉鎖位置以外では流体流を解放する。そのような噴射弁の利点によれば、ノズルニードルの昇降運動が極めて確実であり、その結果噴射しようとする流体は確実に調量することができる。

次に図面につき本発明の実施例を詳しく説明する。

同一構造および同一機能を有する構成素子には、図面全体にわたって同じ符号を用いた。

図１には、特に自動車の内燃機関のための噴射弁を示した。噴射弁は、インジェクタケーシング１と接続部３とを備えており、インジェクタケーシング１内に孔２が形成されており、接続部３は、孔２と連結されており、孔２を通って噴射弁に燃料が供給される。さらに噴射弁は、ノズルニードル４を備えており、ノズルニードル４は、閉鎖位置で噴射ノズル５を閉鎖し、その他の位置では噴射ノズル５を通る燃料流を許容する。さらに噴射弁は、アクアクチュエータユニットを有する昇降装置を備えており、アクチュエータユニットは、アクチュエータ６と補償エレメント７とを備えており、これらは軸方向で互いに連結されている。アクチュエータ６は、たとえばピエゾアクチュエータである。昇降装置の昇降運動は、調節信号に応じた、アクチュエータ６の軸方向の延伸長さに依存している。昇降装置は、ノズルニードル４と連結されていて、かつノズルニードル４と協働し、昇降装置の昇降運動がノズルニードル４に伝達され、ノズルニードル４は、閉鎖位置または開放位置に移動させられる。

図２には、１昇降装置を示しており、図３には、図２に示した昇降装置を部分的に拡大して示した。昇降装置は、インジェクタケーシング１内に配置されていて、かつ受け部８を備えており、受け部８は、凹部としての第１の孔９を備えており、第１の孔９に、円錐形の支承面１０が形成されている。補償エレメント７は、アクチュエータユニットの出力部とは反対側の領域に、凸状に湾曲した表面１１を有しており、湾曲表面１１で補償エレメント７は、受け部８の円錐形の支承面１０に支持される。補償エレメント７は、受け部８内で、回動可能に、かつ角度位置で運動可能に配置されており、つまり補償エレメント７は、縦軸線を中心に、受け部８内で回動可能になっており、補償エレメント７は、受け座８内で運動可能であり、補償エレメントの縦軸線は、円錐形の支承面１０の円錐軸線に対して旋回（傾動）可能であり、要するに補償エレメント７の縦軸線と支承面１０の円錐軸線との間の角度が可変である。湾曲表面１１は、たとえば球状またはボール状に形成するか、または湾曲表面１１と円錐形の支承面１０との間のコンタクトがライン状になるように丸み付けすることができる。補償エレメント７は、たとえばハイドロリック式の温度補正器である。

受け座８は、凹部としての第２の孔１２を有しており、第２の孔１２を通って、棒状のネックエレメント１３が延びており、ネックエレメント１３は、補償エレメント７と連結されている。ネックエレメント１３は、有利には第２の孔１２の壁に対して半径方向間隔を有して配置されている。このことは、角度位置に関して受け座８内での補償エレメント７の調整を実現する。受け座８の、補償エレメント７とは反対側で、ネックエレメント１３の軸方向端部に、ヘッドエレメント１４が配置されている。ヘッドエレメント１４は、たとえばネックエレメント１３の軸方向端部に螺着されるナットまたはネックエレメント１３の軸方向端部に被せ嵌められるリングである。ヘッドエレメント１４と受け部８との間に、円錐形コイルばねの構成をした弾性エレメント１５が配置されており、弾性エレメント１５は、湾曲表面１１と円錐形の支承面１０との間のコンタクトにプレロードを加える。これによってコンタクトのたわみ（Einfedern）のリスクを低減させることができ、そうして昇降幅損失が回避される。しかも受け部８におけるアクチュエータユニットの弾性的な懸架によって、角度位置の調整と、受け部８内でのアクチュエータユニットの回動式の調整とが許容される。

アクチュエータ６は、アクチュエータキャップ１６と、出力側のキャップ１７とを備えている。アクチュエータキャップ１６は、アクチュエータ６の、出力部とは反対側の軸方向端部に配置されている。アクチュエータ６は、有利には出力側のキャップ１７の領域で、ガイドブシュ１８内で軸方向運動可能にガイドされている。

有利には、アクチュエータ６および補償エレメント７は、形状接続（formschluessig；形状による束縛）で互いに結合されている。このために連接棒１９が設けられており、連接棒１９は、補償エレメント７またはアクチュエータキャップ１６と一体的に形成するか、または補償エレメント７もしくはアクチュエータキャップ１６に圧入することができる。同様にアクチュエータ６および補償エレメント７は、たとえばねじ止め、溶接または接着によって互いに結合することができる。アクチュエータ６と補償エレメント７とを僅かなずれで互いに確実に固定する結合が特に有利であり、結合は、たとえばアクチュエータ６と補償エレメント７とが共通の縦軸線を有するように行われる。これによってたとえば補償エレメント７またはアクチュエータ６がインジェクタ本体１の壁に接触するか、またはアクチュエータ６が斜めにガイドブシュ１８内でガイドされて、不都合な摩擦および昇降幅損失が生じるのを防止することができる。

ガイドブシュ１８は、有利には、特に運転中に生じる温度範囲にわたって、アクエータ６の摩擦の僅かなガイドを実現する材料から製作されている。たとえば出力側のキャップ１７は、鋼から製作されており、有利には、ガイドブシュ１８は、たとえば焼結青銅から製作されている。なぜならば焼結青銅は、鋼と同様の大きさの熱膨張係数を有しているからである。さらに有利には、焼結青銅に二硫化モリブデンが添加され、二硫化モリブデンは、摩擦および摩耗に関してガイドブシュ１８の特性を改善する。ガイドブシュ１８は、別の材料、たとえばテフロンから製作してもよい。

ネックエレメント１３およびヘッドエレメント１４は、一体的に、たとえばねじとして形成して、補償エレメント７にねじ込むことができる。同様にネックエレメント１３は、たとえば接着、溶接または圧入によって補償エレメント７と結合してよい。ネックエレメント１３には、ねじ山または溝を形成してよい。ヘッドエレメント１４の代わりに、ばねリングまたはスプリングワッシャを、ネックエレメント１３に被せ嵌めるか、または溝に配置してもよい。選択的に軸またはシャフトのためにたとえば固定リングまたは固定ディスクを設けてもよい。弾性エレメント１５を成す円錐コイルばねに対して選択的に、別の形式で形成されたばねまたはばねリングまたはスプリングワッシャを設けてもよい。

アクチュエータ６および補償エレメント７は、別の形式でアクチュエータユニットに配置することもでき、たとえば軸方向で交換して配置することもできる。したがってたとえば湾曲表面１１は、アクチュエータ６、たとえばアクチュエータキャップ１６に形成して、受け部８の円錐形の支承面１０に支持してもよい。したがってネックエレメント１３は、アクチュエータ６と連結されており、補償エレメント７は、ガイドブシュ１８内でガイドすることができる。

昇降装置に、僅かで小さなコンタクト面しか設けられていないので、昇降装置は、少ない摩擦かつ少ない摩耗で運転することができる。さらに昇降装置は、力伝達経路に沿って僅かなコンタクト箇所しか有しておらず、コンタクト箇所では、コンタクトのバウンドによる昇降幅損失が生じ得る。昇降装置におけるアクチュエータユニットの自己調整式の方向調整によって、摩擦および摩耗の少ない運転が実現される。このような昇降装置を備えた噴射弁は、ノズルニードル４の持続的で確実な昇降運動を有しているので、燃料は、確実に内燃機関の燃焼室に噴射することができる。

昇降装置は、内燃機関のための噴射弁に使用できるだけでなく、たとえば昇降運動を確実に伝達しようとする別の弁または別の装置に使用することもできる。

噴射弁を示す概略図である。 昇降装置を示す概略図である。 図２に示した昇降装置の部分図である。

Claims (7)

1. 昇降装置において、
   受け部（８）が設けられており、該受け部（８）が、円錐形の支承面（１０）を有する第１の孔（９）を備えており、
   アクチュエータユニットが設けられており、該アクチュエータユニットが、アクチュエータ（６）を備えており、該アクチュエータ（６）の軸方向延伸長さが、調節信号に依存しており、アクチュエータユニットが、肩部を備えており、該肩部が、アクチュエータユニットの、出力部とは反対側の領域に形成されており、アクチュエータユニットが、湾曲表面（１１）を備えており、アクチュエータユニットが、湾曲表面（１１）で、受け部（８）の円錐形の支承面（１０）に支持されている形式のものにおいて、
   昇降装置が、貫通孔を有するガイドブシュ（１８）を備えており、該孔に、アクチュエータユニットがガイドされており、該孔に、アクチュエータユニットのアクチュエータ（６）が出力側のキャップ（１７）で軸方向運動可能に配置されており、ガイドブシュ（１８）が、二硫化モリブデン成分を有する焼結青銅から成っており、出力側のキャップ（１７）は、鋼から製作されていることを特徴とする、昇降装置。
2. 当該昇降装置が、弾性エレメント（１５）を備えており、該弾性エレメント（１５）が、アクチュエータユニットと協働して、湾曲表面（１１）が円錐形の支承面（１０）と接触状態で保持されるように、形成されている、請求項１記載の昇降装置。
3. アクチュエータユニットが、ネックエレメント（１３）を備えており、該ネックエレメント（１３）が、受け部（８）に形成された、該受け部（８）を貫通する第２の孔（１２）を通って延びており、ネックエレメント（１３）が、アクチュエータユニットとは反対側で、ヘッドエレメント（１４）を備えており、弾性エレメント（１５）が、ヘッドエレメント（１４）と受け部（８）との間に配置されている、請求項２記載の昇降装置。
4. アクチュエータユニットが、温度に影響される軸方向長さ変化を補償する補償エレメント（７）を備えており、該補償エレメント（７）が、軸方向でアクチュエータ（６）と連結されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の昇降装置。
5. 補償エレメント（７）とアクチュエータ（６）とが、互いに形状接続で結合されている、請求項４記載の昇降装置。
6. 補償エレメント（７）とアクチュエータ（６）とが、プレス変形によって互いに結合されている、請求項５記載の昇降装置。
7. 噴射弁において、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の昇降装置が設けられており、
   ノズルニードル（４）が設けられており、該ノズルニードル（４）が、昇降装置の出力側で、昇降装置と連結されており、ノズルニードル（４）が、閉鎖位置で、噴射ノズル（５）を通る流体流を中断し、閉鎖位置以外では解放するようになっていることを特徴とする、噴射弁。

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