JP5373705B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼空間への燃料の供給に使用するための燃料噴射装置に関する。とくに、本発明は、燃料噴射装置が圧電アクチュエータを使用して制御される型からなっている、蓄積器または共通レール型の燃料装置における使用に向けられる型の燃料噴射装置に関する。

公知の圧電作動の燃料噴射装置において、圧電アクチュエータは制御ピストンによって占有される位置を制御するのに作動可能であり、制御ピストンは、噴射装置の運動を制御するためにこの噴射装置の弁針と連係する表面によって、部分的に、画成される制御室内の燃料圧力を制御するために可動である。

かかる装置は、燃料が制御室から制御ピストンを通って漏洩しようとする欠点を被り、かかる寄生逃出は比較的不十分である噴射装置を結果として生じる。さらに、噴射の間中、これにより噴射装置が共通レールに接続される通路および燃料ラインによって形成される燃料の流れに対する制限が許容し得ないレベルに降下する燃料噴射装置圧力を結果として生じる。

公知の噴射装置による他の問題は燃料通路およびラインに沿って伝達される圧力波が噴射の間中望ましくない弁針の運動を生起するかも知れずかつ第２の噴射を生じるのに十分な大きさからなることができるということである。

本発明の目的は、前述された不都合な作用が減少された作用からなる燃料噴射装置を提供することにある。

本発明によれば、使用時、加圧燃料源から高圧下の燃料を受容するように配置された燃料入口、出口、および前記入口と前記出口との間に置かれる蓄積器容積からなっており、圧電アクチュエータが蓄積器容積内に置かれかつ制御室内の圧力を変更するために制御ピストンを動かすように作動し得る圧電作動の燃料噴射装置が提供される。

かかる装置は、制御室から離れた制御ピストンの端部が高圧において燃料に曝され得るために好都合である。制御ピストンの長さに沿う燃料圧力の降下は、それゆえ、減少されることができかつ結果として制御室からの燃料の漏洩は減少され得る。さらに、理解されることは、かかる蓄積器容積を有する燃料噴射装置を設けることにより、蓄積器容積の容量に依存して、燃料入口の上流の燃料通路およびラインによる燃料圧力の降下作用は減少され得る。

連接された接続が圧電アクチュエータと制御ピストンとの間に好都合に設けられる。かかる装置は僅かな製造不精密の補償を許容する。連接された接続は、好都合には、圧電アクチュエータの長さを減少するような方法においてこの圧電アクチュエータの付勢時制御ピストンへの撤退力の印加を許容するように配置される。これは、好都合には、圧電アクチュエータの長さが減少されているとき、前記圧電アクチュエータの端部の運動に追随するように制御ピストンを引き出すのに役立つ、部分的な真空が前記圧電アクチュエータと前記制御ピストンとの間の容積に引き出されるように、前記圧電アクチュエータと前記制御ピストンとの間に形成されるように密封体を配置することにより達成される。

制御ピストンと圧電アクチュエータとの間の容積は、所望ならば、制御室と連通することも可能である。

圧電アクチュエータが、柔軟な密封剤コーティングを、好ましくは、電子整合密封剤コーティングを備えている。かかるコーティングを設けることは、圧電アクチュエータへの高圧下の燃料の印加による圧電アクチュエータに対する損傷の危険を減少する。圧電アクチュエータに作用している燃料圧力は、さらに、圧電アクチュエータの亀裂の伝搬の危険を減少する圧縮によって積層体を保持している。
本発明を、例として、添付図面を参照して説明する。

叙上のごとく、本発明は、使用時、加圧燃料源から高圧下の燃料を受容するように配置された燃料入口、出口および制御室内の燃料圧力を変更するために制御ピストンを動かすように作動し得る圧電アクチュエータからなっている燃料噴射装置において、この燃料噴射装置が前記入口と前記出口との間に置かれる蓄積器容積からなっており、前記圧電アクチュエータが前記蓄積器容積内に置かれている構成としたので、燃料通路およびラインに沿って伝達される圧力波が噴射の間中望ましくない弁針の運動を生起するかも知れずかつ第２の噴射を生じるのに十分な大きさからなることができるという不都合な作用が減少された作用からなる燃料噴射装置を提供することができる。

本発明の実施例による燃料噴射装置を示す断面図である。 図１の噴射装置の部分を示す拡大図である。 図１の噴射装置の部分示す拡大図である。

添付図面に示される燃料噴射装置は、弁針１２がその中で往復動可能である盲孔１１を備えたノズル本体１０からなっている。弁針１２は盲孔１１の盲端に隣接して画成された座と係合のために形作られている。弁針１２は、盲孔１１の隣接する部分の直径に実質上等しい直径からなりかつ盲孔１１内の摺動運動のために弁針１２を案内するように配置された比較的大きな直径の領域、および盲孔１１により、供給室１３を画成する減少された直径部分を含んでいる、段付き形状からなっている。理解されることは、座との弁針１２の係合が供給室１３と座の下流に配置された１またはそれ以上の出口開口１４との連通を制御している。

盲孔１１はノズル本体に設けられた穿孔１６と燐通する環状通路１６を画成するように形作られている。弁針１２は環状通路１５と供給室１３との間に流路を画成している溝１７を備えている。弁針１２はその比較的大きく且つより小径領域の相互接続において角度付き段部を画成し、この段部は、高圧下の燃料が供給室１３に印加されるとき、燃料の作用が座から離れて弁針１２を押圧しているこの弁針１２へ力を加えるように供給室１３内の燃料圧力に曝される推力面を形成している。弁針１２の曝された端面は同様に、圧力下の燃料がその座に向かって弁針を押圧するように作用する推力面を形成している。

ノズル本体１０は管形状のピストン部材１９がその中で摺動し得る盲孔を備えているスペーサ部片１８に当接している。ネジ山付きロッド２０が管状ピストン部材によって画成された通路内に係合され、ばね２１がネジ山付きロッド２０と弁針１２の端面との間に係合されている。ばね２１は、弁針１２をその座に向かって押圧する、弁針１２に対する偏移力を印加する。理解されることは、ピストン部材１９の付与された位置に関して、このピストン部材１９に関連してネジ山付きロッド２０を回転することによるこのネジ山付きロッド２０の軸方向の位置の調整が弁針１２に対してばね２１によって印加されるばね力を変化するということである。

スペーサ部片１８は細長い形状からなりかつ蓄積器容積２２を画成する孔を備えているアクチュエータハウジング２３の端部に当接している。アクチュエータハウジング２３は、高圧燃料ライン（図示せず）に結合されて、高圧下の燃料源、例えば、適宜に高圧の燃料ポンプによって適切な高圧に装填される共通レールへの燃料噴射装置の接続を許容するように配置された入口領域２４を備えている。この入口領域２４は燃料の枯れから燃料噴射装置への特定の汚染物質を除去するための縁部フィルタ部材２５を収納しており、使用において、それにより噴射装置の種々の構成要素に対する損傷の危険を低減している。縁部フィルタ部材２５によって形成されたフィルタの綺麗な側は穿孔２６を介して蓄積器容積２２と連通している。スペーサ部片１８に設けられた穿孔２７は蓄積器容積２２とノズル本体１０に設けられた穿孔１６との間の連通を許容する。キャップナット２８がノズル本体１０およびスペーサ部材１８をアクチュエータハウジング２３に固定するのに使用されている。

圧電アクチュエータ積層体２９は蓄積器容積２２内に配置される。この圧電積層体２９は柔軟な密封剤材料からなるコーティング３０を備えることができ、密封剤材料は電子整合性質からなっている。コーティング３０は圧電アクチュエータ積層体２９を形成する個々の要素間の継ぎ目への燃料の進入を阻止または制限するように作用し、したがって圧電アクチュエータ積層体２９に対する損傷の危険を低減する。さらに、積層体は圧力下の燃料によって印加される圧縮負荷を受けるので、亀裂の伝搬の危険が低減される。圧電アクチュエータ積層体２９は、その下方端において、部分球状凹所を画成するように形作られるアンビル部材３１を支持している。部分球状形状の領域を含んでいる負荷伝達部材３２はアンビル部材３１の部分球状凹所に延びている。

負荷伝達部材３２は、ネジ山付きロッド２０がその中に係合する、軸方向に延びている、ネジ山付き通路を備えている。スペーサまたはシム部片３３が負荷伝達部材３２と管状ピストン部材１９の隣接する面との間にこれらの構成要素の間隔を制御するために配置されている。ネジ山付きロッド部材２０は弁針１２に印加されるばね力を調整するためにネジ山付きロッド部材２０を回転するのに使用する工具を受容するように形作られている。

負荷伝達部材３２の部分球状面の曲率半径はアンビル部材３１の部分球状凹所の曲率半径より僅かに大きい。それゆえ、理解されることは、これらの構成要素間の係合がアンビル部材３１の外周に隣接して実質上円形の密封ラインを生じ、そして小さい容積がこれらの構成要素間に画成されるということである。アンビル部材３１と負荷伝達部材３２との間の協働はこれらの構成要素間に不完全な密封を画成するようになり、密封は燃料が蓄積器容積２２からアンビル部材３１と負荷伝達部材３２の間に画成された容積へ流れることができる量を制限するのに十分である。

圧電アクチュエータ積層体２９の上方端は適切な接着剤を使用して第１端子部材３４に固定され、絶縁スペーサ部材３５が第１端子部材３４と圧電アクチュエータ積層体２９の端面との間に配置されている。第２の、外方端子部材３６が第１端子部材３４の軸３４ａを取り囲み、他の絶縁体部材３７が第１および第２端子部材間に配置されている。再び、適宜な接着剤が好都合にはこれらの完全体を互いに固定するのに使用されている。密封部材３８が第２端子部材３６の部分のまわりに係合する。

密封部材３８は、僅かな誤配列および製造の不精密を補償するために、蓄積器容積２２の端部に開口する穿孔のまわりに形成される対応して形作られた凹所内に着座するように配置される部分球状または部分球状形状の表面を含んでいる。第１および第２端子部材３４，３６はアクチュエータハウジング２３に設けられた半径方向の穿孔３９に延び、それにより適切な電気的接続が圧電アクチュエータの制御を許容するように作られ得る。蓄積器容積内の燃料圧力は所定位置に種々の構成要素を保持するのに接着剤を助ける。

密封部材３８はポリエチルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ＰＰＳまたはＬＣＰのごとき高性能エンジニアリング熱可塑性プラスチツク材料から構成されることができるか、またはセラミック材料から構成されてもよい。

ばね２１に係合する弁針１２の端面はノズル本体１０、スペーサ部片１８、ピストン部材１９とネジ山付きロッド２０との間に画成された制御室４０内の燃料圧力に曝される。理解されることは、制御室４０内の燃料圧力が弁針１２をその座に向かって押圧する弁針１２への力を印加するのにばね２１を助けるということである。

使用において、燃料噴射装置が高圧下の燃料を供給され、かつ圧電アクチュエータ積層体２９が比較的大きな長さからなる付勢状態を占有していることにより、ピストン部材１９は制御室４０内の燃料が、ばね２１の作用に関連して制御室４０内の圧力下の燃料によって弁針１２に印加される力が供給室１３内の圧力下の燃料の作用に対してその座と係合して弁針１２を保持するのに十分であることを保証するのに十分な範囲に加圧される位置を占有する。それゆえ、理解されることは、燃料の噴射が行われないということである。蓄積器容積２２内の燃料圧力は高く、かくして比較的小さな圧力降下がピストン部材１９の長さに沿って発生する。結果として、制御室４０から蓄積器容積２２へのピストン部材１９とスペーサ部片１８との間の燃料の漏洩は低いレベルに制限される。

加えて、図２により明瞭に示されるように、スペーサ部片１８は蓄積器容積２２に延びる減径の領域１８ａを含むように形作られている。蓄積器容積２２内の圧力下の燃料はスペーサ部片１８への半径方向の圧縮負荷を印加するスペーサ部片１８のこの部分の外面に作用しており、かつ結果として、ピストン部材１９とスペーサ部片１８との間の燃料の漏洩がさらに制限される。

噴射を開始するために、圧電アクチュエータ積層体２９は減少された長さからなる第２の付勢状態に動くように作動される。示された方向において、圧電アクチュエータ積層体２９の上方端がアクチュエータハウジング２３に対して固定位置に保持されるので、その長さを減少するような圧電アクチュエータ積層体２９の付勢状態における変化はこの圧電アクチュエータ積層体２９の下方端の上向き運動を結果として生じる。圧電アクチュエータ積層体２９の下方端の運動はアンビル部材３１に伝達される。密封がアンビル部材３１と負荷伝達部材３２との間に形成されるので、アンビル部材３１の運動はこれらの構成要素の間に画成された容積内の燃料圧力を減少し、減少された燃料圧力は圧電アクチュエータ積層体２９とともに動くように負荷伝達部材３２を引き出すのに役立っている。

制御ピストン部材１９が負荷伝達部材３２に固定されるので、圧電アクチュエータ積層体２９の付勢状態における変化は、制御室４０の容積を増加し、かつそれゆえ弁針１２に作用する燃料圧力を減少する、ピストン部材１９の運動を結果として生じる。ピストン部材１９の運動が継続するとき、制御室４０内の圧力下の燃料の作用は弁針１２がその点を超えてはもはやその座と係合して保持されない点に減少し、かつ結果として、燃料は供給室１３から出口開口１４へ流れることができ、そして燃料の噴射が始まる。

噴射が終了されるとき、圧電アクチュエータ積層体２９はその最初の付勢状態に戻され、かつ結果としてアンビル部材３１と負荷伝達部材３２は実質上その最初の位置にピストン部材１９を戻している下向き方向に押される。結果として、制御室４０内の燃料圧力は増加し、かくして弁針１２へより大きな力を印加し、そしてそれを超えてばね２１に関連して制御室４０内の燃料圧力が弁針１２をその座との係合に戻すことができる点が達成される。

アンビル部材３１と負荷伝達部材３２との間の容積は、好都合には、ピストン部材１９とネジ山付きロッド２０との間の、かつこのネジ山付きロッド２０と負荷伝達部材３２との間のネジ山係合を介して、制御室４０と連通している。結果として、噴射の間中、アンビル部材３１と負荷伝達部材３２との間の容積は、蓄積器圧力と制御室圧力との間の、比較的低い圧力で保持され、制御室４０は比較的低い圧力であり、したがって蓄積器容積２２から容積へのどのような燃料の漏洩も僅かな作用からなる。

圧電アクチュエータ積層体２９が作動しなくなりかつピストン部材１９が望ましくない時間周期にわたってその持ち上げられた位置のままであるならば、環状通路１５から制御室４０へのおよび／または蓄積器２２から制御室４０への弁針１２とノズル本体１０との間の低い量での燃料の漏洩は事実上、弁針１２をその座との係合に戻しかつ噴射を終了するのに十分な範囲に制御室４０を加圧する。それゆえ、理解されることは、噴射装置はフェールセーフであるということである。かかる漏洩が発生する量は噴射装置の通常の作動が妨害されないように十分に低く、そして燃料が噴射の間中制御室４０へ流れないならば、噴射の終了時、ピストン部材１９の運動は制御室４０から蓄積器または環状通路への過剰な燃料を強制する。

所望ならば、アンビル部材３１と負荷伝達部材３２との間に画成された容積と制御室４０との間の連通は遮断され得る。この場合に、噴射の間中、蓄積器２２から容積への燃料の漏洩はそれらの間に引き出された部分真空を徐々に減少し、かつ結果として、噴射が予め定めた時間内に終了されないならば、例えば、圧電アクチュエータ積層体２９の故障時、その場合に負荷伝達部材３２はアンビル部材３１から分離し、かつ蓄積器容積２２内の燃料圧力はピストン部材１９を、制御室４０内の燃料圧力が弁針１２をその座との係合に戻すのに十分な位置に戻す。それゆえ、理解されることは、第２のフェールセーフが設けられ得るということである。

前述された実施例は、蓄積器が噴射装置の入口装置２４と出口１４との間に設けられるために好都合である。結果として、噴射の間中、高圧下の顕著な量の燃料が噴射装置の蓄積器容積２２内に貯えられるので、噴射装置と共通レールとの間の高圧ラインによって形成される流れに対する制限から結果として生じる圧力の作用が最小にされ得る。

前述された装置のさらに他の利点は、高圧燃料ラインに沿って伝達された圧力波、例えば噴射の終了後に発生する反射波が蓄積器容器２２への伝達後直ぐに供給室１３に達するということである。結果として、示された方向において上向き方向にピストン部材１９を押圧する弁針１２およびピストン部材１９上の圧力波の作用は制御室４０内の燃料圧力を増加するように下向き方向にピストン部材１９を押圧する蓄積器容積２２内の圧力波の作用によって対抗される。かかる反射波の伝達の結果として燃料の第２の噴射の危険がしたがって低減される。

前述された噴射装置はこの噴射装置を比較的小さい直径にしなければならない用途において使用するのに適している。かかる用途において、種々の構成要素に印加される応力は、種々の構成要素が適切に一直線に整列されることを保証するために１またはそれ以上のダウエルピンを使用するのが実用的でないように十分である。かかるダウエルピンの使用を回避し、かつ種々の構成要素の正しい方向付けを許容するために、ノズル本体１０は、好都合には、いったん噴射装置がノズル本体１０の方向付けの決定を許容するように組み立てられると接近し得るスロットまたは溝４１または代替の同一の形状を備えている。

１２ 弁針
１３ 供給通路
１４ 出口
１９ 制御ピストン
２２ 蓄積器容積
２４ 燃料入口
２９ 圧電アクチュエータ（積層体）
３１ アンビル座部材
３２ 負荷伝達部材
４０ 制御室

Claims (16)

1. 盲孔（１１）を有するノズル本体（１０）と、前記盲孔（１１）の中で往復移動可能で、前記盲孔（１１）の閉鎖端に隣接配置された座と係合可能に形成された弁針（１２）と、
   前記弁針（１２）を前記座に押付け付勢するばね（２１）と、
   使用時に加圧燃料源から高圧下の燃料を受容するように配置された燃料入口（２４）、及び、燃料を噴射するための出口（１４）と、
   第１付勢状態と前記第１付勢状態よりも軸心方向の長さが縮まった第２付勢状態とを有し、制御室（４０）内の燃料圧力を変更するために制御ピストン（１９）を動かすように作動可能な圧電アクチュエータ（２９）と、を備えた燃料噴射装置であって、
   前記燃料入口（２４）と前記出口（１４）との間に置かれた、燃料が蓄圧される蓄積器容積（２２）を更に備え、前記圧電アクチュエータが前記蓄積器容積（２２）内に置かれており、
   前記圧電アクチュエータ（２９）の長さが減少されているとき、前記圧電アクチュエータ（２９）の端部の運動に追随するように前記制御ピストン（１９）を引き出すのに役立つ、部分的な真空が前記圧電アクチュエータ（２９）と前記制御ピストン（１９）との間の容積に引き出されるように、前記圧電アクチュエータ（２９）と前記制御ピストン（１９）との間に密封が形成される燃料噴射装置。
2. 前記密封を含む連接部が前記圧電アクチュエータ（２９）と前記制御ピストン（１９）との間に設けられる請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記連接部が前記圧電アクチュエータ（２９）の長さを減少するようにこの圧電アクチュエータ（２９）の付勢時前記制御ピストン（１９）への撤退力の印加を許容するように配置される請求項２に記載の燃料噴射装置。
4. 前記圧電アクチュエータ（２９）がアンビル部材（３１）を支持しかつ前記制御ピストン（１９）が負荷伝達部材（３２）を支持し、前記密封が前記アンビル部材（３１）と前記負荷伝達部材（３２）との間に形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
5. 前記制御ピストン（１９）と前記圧電アクチュエータ（２９）との間の前記容積が前記制御室（４０）と連通している請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
6. 前記圧電アクチュエータ（２９）が柔軟な密封剤コーティングを備えている請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
7. 前記密封剤コーティングが電子部品用密封剤コーティングである請求項６に記載の燃料噴射装置。
8. 前記制御ピストン（１９）は管状を呈し、前記圧電アクチュエータ（２９）の下端に連結されている請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
9. 前記圧電アクチュエータ（２９）の付勢状態における変化が、前記制御ピストン（１９）の運動を引き起こす結果、前記制御室（４０）内の燃料圧力を制御し、前記弁針（１２）の動きを制御するように、前記制御室（４０）は前記制御ピストン（１９）と前記弁針（１２）との間に形成されている請求項８に記載の燃料噴射装置。
10. 前記ばね（２１）が管状の前記制御ピストン（１９）に形成された通路内に配置される請求項８または９に記載の燃料噴射装置。
11. 前記ばね（２１）がロッド状部材と前記弁針（１２）との間に係止されている請求項１０に記載の燃料噴射装置。
12. 盲孔（１１）を有するノズル本体（１０）と、
    前記盲孔（１１）の中で往復移動可能で、前記盲孔（１１）の閉鎖端に隣接配置された座と係合可能に形成された弁針（１２）と、
    前記弁針（１２）を前記座に押付け付勢するばね（２１）と、
    使用時に加圧燃料源から高圧下の燃料を受容するように配置された燃料入口（２４）、及び、燃料を噴射するための出口（１４）と、を備えた燃料噴射装置であって、
    前記燃料入口（２４）と前記出口（１４）との間に配置された、燃料が蓄圧される蓄積器容積（２２）、及び、前記蓄積器容積（２２）内に設けられ、第１付勢状態と前記第１付勢状態よりも軸心方向の長さが縮まった第２付勢状態とを有する圧電アクチュエータ（２９）を更に備え、
    前記圧電アクチュエータ（２９）の付勢状態における変化が、制御ピストン（１９）の運動を引き起こす結果、制御室（４０）内の燃料圧力を制御し、前記弁針（１２）の動きを制御するように、管状の前記制御ピストン（１９）が前記圧電アクチュエータ（２９）の下端付近に連結され、且つ、燃料を受け入れる前記制御室（４０）が、前記制御ピストン（１９）と前記弁針（１２）との間に形成されており、
    前記圧電アクチュエータ（２９）の長さが減少されているとき、前記圧電アクチュエータ（２９）の端部の運動に追随するように前記制御ピストン（１９）を引き出すのに役立つ、部分的な真空が前記圧電アクチュエータ（２９）と前記制御ピストン（１９）との間の容積に引き出されるように、前記圧電アクチュエータ（２９）と前記制御ピストン（１９）との間に密封が形成される燃料噴射装置。
13. 前記ばね（２１）が管状の前記制御ピストン（１９）に形成された通路内に配置される請求項１２に記載の燃料噴射装置。
14. 前記ばね（２１）がロッド状部材と前記弁針（１２）との間に係止されている請求項１３に記載の燃料噴射装置。
15. 連接部が前記圧電アクチュエータ（２９）と前記制御ピストン（１９）との間に設けられる請求項１２から１４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
16. 前記制御ピストン（１９）と前記圧電アクチュエータ（２９）との間の前記容積が前記制御室（４０）と連通している請求項１２に記載の燃料噴射装置。

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