JP4116542B2 - 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形式の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
ヨーロッパ特許公開第０４７７４００号明細書に基づいて、燃料噴射弁用の圧電式アクチュエータの運動距離変換器（Wegtransformator）のための、行程方向において作用する適応型（adaptiv）の機械式の誤差補償用の装置が公知である。この公知の装置ではアクチュエータの行程は、液圧室を介して伝達される。液圧室は、規定の漏れ率による規定の漏れを有する。アクチュエータの行程はマスタピストンを介して液圧室に導入され、スレーブピストンを介して、駆動すべきエレメントへと伝達される。このエレメントは例えば燃料噴射弁の弁ニードルである。
【０００３】
特にヨーロッパ特許公開第０４７７４００号明細書に基づいて、圧電式アクチュエータのための運動距離変換器が公知であり、この場合アクチュエータは行程力を、シリンダ保持体によって閉鎖されているマスタシリンダへと伝達する。このマスタシリンダにおいてはスレーブピストンが案内され、このスレーブピストンはマスタシリンダを同様に閉鎖し、かつこれによって液圧室を形成している。液圧室内にはばねが配置されていて、このばねはマスタシリンダとスレーブピストンとを互いに離反する方向に押圧する。スレーブピストンは行程運動を機械式に、例えば弁ニードルに伝達する。アクチュエータがマスタシリンダに行程運動を伝達する場合、この行程運動は、液圧室内における液圧媒体の圧力によってスレーブピストンに伝達される。それというのは、液圧室内における液圧媒体は圧縮することができず、極めて少量の液圧媒体しか、行程の短い時間中にリング間隙を通って逃げることができないからである。休止段階において、アクチュエータがマスタシリンダに対して押圧力を加えないと、ばねによってスレーブピストンはシリンダから押し出され、発生する負圧によって、リング間隙を介して液圧媒体が液圧室内に進入し、そして液圧室を再び満たす。これによって距離変換器は、燃料噴射弁の圧力に基づく伸び及び長手方向の膨張に対して、自動的に調節される。
【０００４】
この公知の従来技術における欠点は、液圧室がゆっくりとしか満たされ得ないことである。特に圧力の低い冷機時始動の場合には、噴射時間が長くなるので、より多くの液圧媒体がリング間隙を介して逃げ、次いで短時間のうちに低い圧力において再び満たされねばならない。これが行われない場合には、噴射弁は噴射毎に行程を実施せず、これは噴射弁は完全にその機能を失うまで続く。
【０００５】
さらに別の欠点としては、液圧室内において十分に高い圧力が存在していない場合に、液圧媒体が気化してしまうことが挙げられる。そしてガスは可縮性であり、容積が強く減じられた時に初めて相応に高い圧力を形成する。
【０００６】
このような不都合は特に、ガソリン用の燃料噴射弁において、ガソリンが同時に液圧媒体として働く場合に、高温の内燃機関の停止後に発生する。このような場合に燃料噴射系はその圧力を失う。そしてガソリンは極めて簡単に気化してしまう。内燃機関を新たに始動させようとした場合に、アクチュエータの行程運動がニードルに伝達されないという事態が生じる。それというのは、補充される冷たい燃料は十分な速さで液圧室に達しないからである。
【０００７】
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には、公知のものに比べて次のような利点がある。すなわち本発明による燃料噴射弁では、連結体がアクチュエータと弁ニードルとの間における伝達エレメントとして可能な長さを有しておらず、ひいては燃料のために供給孔を介して圧力室への流入可能性を与えていない場合に、連結体弁閉鎖体が連結体弁座面から持ち上がるという利点がある。連結体弁シール座によって占められる横断面積は押圧ピストンの横断面積よりも小さいので、連結体ばねエレメントと、操作時に高まる連結体室における圧力とは、閉鎖方向で連結体弁シール座に向かって作用する。供給孔の比較的大きな横断面によって、圧力室内には燃料が急速に流入し、この燃料の流入は、連結体ばねエレメントが圧力室と燃料供給部とにおける圧力バランス時に押圧ピストンを押圧シリンダから押し出して、連結体弁閉鎖体が連結体弁座面に載着し、連結体弁シール座によって燃料供給部から圧力室への燃料供給が中断されるまで続く。
【０００８】
上に述べたことは特に、強い負荷後ひいては燃料噴射弁の高温時に内燃機関の停止した後でガスが圧力室内において形成されているような場合に、有利である。燃料供給部においては内燃機関の停止状態においてまったく又は僅かな圧力しか存在しないので、気化した燃料のガスによって燃料は押圧ピストンと押圧シリンダとの間におけるリング間隙を通して燃料供給部に押し出される。内燃機関の始動時にはアクチュエータを介して連結体には行程力が作用する。しかしながらガスは可縮性であるので、この行程運動はもはや弁ニードルには伝達されない。しかしながら本発明による燃料噴射弁では有利なことに、燃料供給部における燃料圧が上昇するやいなや、連結体弁閉鎖体が連結体弁座面から持ち上げられ、連結体弁シール座が開放され、そして過圧の燃料が圧力室内に流入する。この燃料はガスを圧縮し、かつ同時に圧力室を冷却し、これによって気化した燃料は再び凝結する。
【０００９】
噴射弁が例えば冷機始動時に長時間操作され、その結果圧力室の容積がリング間隙を介した漏れによって減じられると、連結体弁シール座はアクチュエータの戻り動作時に開放される。これによって連結体室が、該連結体室がその出発位置を再び得て、連結体弁シール座が閉鎖されるまで、迅速に充填される。
【００１０】
本発明による燃料噴射弁の別の利点としては次のことが挙げられる。すなわち本発明による燃料噴射弁では、温度変化及び燃料の圧力変化によって生ぜしめられた燃料噴射弁の伸長は、アクチュエータと弁ニードルとの間における伝達経路において自動的に補償される。これによって弁ニードルの行程を常に等しい大きさに保つことができる。
【００１１】
請求項１に記載された本発明による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。
【００１２】
連結体弁閉鎖体が球面として形成され、弁ニードルにおける対応する連結体弁座面が円錐形の面として形成されていると、有利である。
【００１３】
本発明の有利な構成では、供給孔が押圧シリンダ保持体に形成されており、連結体弁閉鎖体が、押圧シリンダ保持体及び押圧シリンダと一体的に成形されている。
【００１４】
これによって、小さな構造寸法を得ることができ、円錐面の傾斜及び半球面の成形とによって、連結体弁シール座の横断面によって燃料供給部から閉鎖される有効面積がどの程度か決定することができ、この有効面積は本発明による燃料噴射弁を機能させるために、押圧ピストンの有効面積よりも小さくなくてはならない。
【００１５】
本発明の別の有利な構成では、連結体弁座面が弁ニードルに成形されていて、押圧ピストンが、燃料供給部をアクチュエータ室から切り離している仕切り円板の孔内を案内される押圧ピストン保持体と結合されている。また別の有利な構成では、押圧ピストン保持体に、アクチュエータ室をシールするためのベローズ管が設けられている。
【００１６】
このように構成されていることによって、構成部材がまとめられ、かつ燃料噴射弁の構造容積が節減される。
【００１７】
本発明の別の有利な構成では、弁ニードルの行程が、アクチュエータヘッドの当接によって、又は弁ニードルの当接によって、又は押圧ピストンもしくは押圧シリンダの当接によって制限されている。
【００１８】
さらにまた、当接によって制限される行程が、すべての運転状態のもとでアクチュエータの最小行程よりも常に小さいと、燃料噴射弁の弁本体の膨張及び伸びにかかわらず、弁ニードルの常に等しくかつ規定された行程を得ることができる。
【００１９】
図面
次に図面を参照しながら、本発明による燃料噴射弁の１実施例を説明する。
【００２０】
図１は、本発明による燃料噴射弁の１実施例を示す断面図である。
【００２１】
実施例の記載
図１に示された燃料噴射弁１は弁ニードル２を有しており、この弁ニードル２は弁閉鎖体３と結合されていて、この弁閉鎖体３を介して、弁本体４に成形された弁座面５と共働して弁シール座を形成している。図示の燃料噴射弁１は、外方に向かって開放する弁ニードル２を有する外方開放式の燃料噴射弁である。弁ニードル２は、弁閉鎖ばね９のためのばね支持部８を有するガイド区分７によって、弁ニードルガイド１０において案内されている。弁閉鎖ばね９は、第２のばね支持部１１に向かって弁本体４に支持されており、かつ弁ニードル２を、弁閉鎖体３を弁座面５に押圧する力で予負荷している。溝１２内に配置されたシールリング１３によって、内燃機関のシリンダヘッドにおける図示されていない孔と弁本体４との間におけるリング間隙（同様に図示せず）がシールされている。
【００２２】
弁ニードル２を操作するために、弁本体上側部分１７内には、圧電式又は磁歪式のアクチュエータ１４が配置されており、このアクチュエータ１４には、弁本体上側部分１７における孔１５と給電ライン１６とを介して電圧を供給することができる。アクチュエータ１４は、アクチュエータ１４へに電圧印加時に顕著な行程を与えることができるように、大きな構造長さを有している。アクチュエータ１４の構造長さの最大部分は、図１には示されていない。アクチュエータ１４にはアクチュエータヘッド１８が接続しており、このアクチュエータヘッド１８はばね支持面１９を有しており、このばね支持面１９にはアクチュエータ緊張ばね２０が接触していて、このアクチュエータ緊張ばね２０は他方において仕切り円板２１に支持されている。アクチュエータばね２０によってアクチュエータ１４には予負荷が加えられ、その結果、給電ライン１６への電圧の印加時にはアクチュエータ１４の行程がアクチュエータヘッド１８に伝達される。アクチュエータヘッド１８には押圧プランジャ２２がアクチュエータヘッド１８と一体的に形成されており、このアクチュエータヘッド１８はアクチュエータ１４の行程を伝達する。アクチュエータヘッド１８は、弁本体上側部分１７においてアクチュエータヘッドスリーブ２３によって案内されていて、このアクチュエータヘッドスリーブ２３は、最大行程距離ｈの後で仕切り円板２１に当接する。これによってアクチュエータ１４の最大行程距離ｈが制限される。
【００２３】
アクチュエータヘッドプランジャ２２はアクチュエータ１４の行程運動を押圧ピストン保持体２４に伝達し、この押圧ピストン保持体２４には同心的に盲孔２５が設けられている。押圧ピストン保持体２４は、仕切り円板２１を貫通しているガイド孔２７によって案内される。仕切り円板２１はシールリング２６によって弁本体上側部分１７に対してシールされている。ベローズ管２８は押圧ピストン保持体２４を同心的に取り囲んでおり、かつ溶接シーム２９を用いて押圧ピストン保持体２４に固定されている。ベローズ管２８は他方において仕切り円板２１に溶接シーム３０によって固定されている。アクチュエータ１４の行程時、ひいてはこれによって生ぜしめられる、アクチュエータヘッド１８及び該アクチュエータヘッドに成形されたアクチュエータヘッドプランジャ２２の運動時に、押圧ピストン保持体２４は長手方向において運動し、ベローズ管２８はこの運動に追従して、相応に伸びる。同時に、溶接シーム３０，２９によって押圧ピストン保持体２４及び仕切り円板２１に対してシールされた閉鎖部を有しているベローズ管２８は、アクチュエータ室３１を燃料室３２からシールしている。
【００２４】
押圧ピストン保持体２４には一体的に、マスタピストンとして作用する押圧ピストン３３が形成されており、この押圧ピストン３３は、スレーブシリンダとして作用する押圧シリンダ３４内において案内されている。押圧シリンダ３４は押圧シリンダ保持体３５と一体的に形成されている。押圧シリンダ保持体３５を貫いて供給孔３６が中心を延びている。押圧ピストン３３によって閉鎖された押圧シリンダ３４の内部には、圧力室３７が位置している。押圧ピストン３３と押圧シリンダ３４と押圧シリンダ保持体３５とは、液圧式の連結体３５ａを形成している。押圧ピストン３３及び押圧シリンダ３４の周りに同心的に、液圧式の連結体３５ａは連結体コイルばね３８を、押圧シリンダ保持体３５におけるばねストッパ３９と押圧ピストン保持体２４における別のばねストッパ４０との間に有している。供給孔３６は、押圧シリンダ保持体３５に半球面として形成された連結体弁閉鎖体によって、燃料室３２から切り離されており、この場合供給孔３６は、弁ニードル２のガイド区分７に円錐形の面として形成されている連結体弁座面４２と共働して、連結体弁シール座を形成している。連結体弁シール座によって、直径ｄを有する円板状の面が生ぜしめられており、この面は、燃料室３２内に存在する燃料の圧力によって負荷されない。燃料は燃料供給孔４４を介して燃料室３２に流入する。
【００２５】
アクチュエータ１４に給電ラインを介して電圧が印加されると、アクチュエータ１４は燃料噴射弁１の長手方向において伸び、アクチュエータヘッド１８と該アクチュエータヘッドに成形されたアクチュエータプランジャ２２とを、弁座６に向かって押圧する。行程は、行程距離ｈの後で、仕切り円板２１におけるアクチュエータヘッドスリーブ２３の当接によって制限される。運動はこの場合押圧ピストン保持体２４と押圧ピストン３３とに伝達される。圧力室３７内における燃料は、液体として非圧縮性であり、従って運動をさらに押圧シリンダ保持体３５に伝達させる。連結体コイルばね３８のばね力とアクチュエータ１４の力とによって、連結体弁閉鎖体４１は連結体弁座面４２に押圧される。これによって連結体弁シール座４３はシールされて閉鎖し、圧力室３７から燃料が逃げることはできない。弁ニードル２は、外方に向かって弁シール座６から持ち上がりながら開放する。圧力室３７からは行程中、押圧ピストン３３と押圧シリンダ３４との間におけるリング間隙を通って、僅かな間隙損失量の燃料しか逃げることができない。行程の終了時にアクチュエータはアクチュエータばね２３によって押し戻され、弁ニードル２は弁ニードルばね９によって弁シール座６に押し込まれる。予負荷をかけられているベローズ管２８によって押圧ピストン保持体２４は、アクチュエータヘッドプランジャ２２との接触状態を保たれる。少量の燃料が圧力室３７からリング間隙を介して燃料室３２内に達し、かつ燃料室３２内における燃料は過圧下にあることに基づいて、いまや連結体弁シール座面４３が開放する。それというのは、燃料室３２内における燃料圧に抗して連結体弁シール座面４３によって閉鎖される横断面の直径は、押圧ピストン３３の直径よりも小さく、かつ連結体コイルばね３８のばね力は克服されるからである。そして燃料室３２からは、圧力下にある燃料が連結体弁シール座４３のそばを通過し、供給孔３６を通って圧力室３７内に達することができる。圧力室３７における圧力と燃料室３２における圧力とが同じになるや否や、連結体コイルばね３８は押圧ピストン３３を押圧シリンダ３４から引き出し、この動作は、連結体弁閉鎖体４１が連結体弁座面４２に載着して、連結体弁シール座４３が再び閉鎖されるまで、続く。
【００２６】
このように構成されていることによって本発明による燃料噴射弁１は有利な形式で、アクチュエータ１４から弁ニードル２への行程力の上に述べた伝達運動経路によって、燃料圧の圧力変動時において、弁本体４及び弁本体上側部分１７の伸びに、自動的に合わせられる。また同様に温度に起因する膨張も補償される。
【００２７】
さらに有利な形式で、内燃機関が暖機状態において停止された後で、例えば再始動時における燃料噴射弁１の故障を回避することができる。暖機状態における内燃機関の停止後に、燃料室３２はゆっくりと燃料圧を失う。これによって圧力室３７内において燃料が気化することがある。このような場合には、燃料噴射弁１が本発明のように構成されていないと、再始動時に、気化した燃料が圧力室３７内においてガスとして圧縮されてしまい、弁ニードル２を開放するために必要な圧力を形成することができなくなってしまう。内燃機関の始動時にはまず初めに、図示されていない外部のポンプによって、燃料室３２内における燃料が圧力下にもたらされ、その結果、上に述べたように本発明による燃料噴射弁１では、連結体弁シール座４３が開放されて、燃料が供給孔３６を介して圧力室３７内に流入する。これによって冷却がなされ、気化した燃料が凝縮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による燃料噴射弁の１実施例を示す断面図である。

Claims (9)

1. 内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁（１）であって、圧電式又は磁歪式のアクチュエータ（１４）が設けられていて、該アクチュエータ（１４）が、液圧式の連結体（３５ａ）を介して、弁ニードル（２）に配置された弁閉鎖体（３）を操作し、該弁閉鎖体（３）が弁座面（５）と共働してシール座（６）を形成しており、連結体（３５ａ）が押圧シリンダ（３４）と、該押圧シリンダ（３４）に結合された押圧シリンダ保持体（３５）と、該押圧シリンダ保持体（３５）内において案内されている押圧ピストン（３３）とを有しており、押圧シリンダ（３４）と押圧シリンダ保持体（３５）と押圧ピストン（３３）とが圧力室（３７）を形成しており、押圧ピストン（３３）と押圧シリンダ（３４）との間における連結体ばねエレメント（３８）が、押圧ピストン（３３）を押圧シリンダ（３４）から押し出す予負荷力を生ぜしめる形式のものにおいて、
   連結体ばねエレメント（３８）が連結体コイルばねであり、該連結体コイルばねが、液圧式の連結体（３５ａ）の押圧ピストン（３３）及び押圧シリンダ（３４）の周りに同心的に、押圧シリンダ保持体（３５）におけるばねストッパ（３９）と押圧ピストン保持体（２４）における別のばねストッパ（４０）との間に設けられており、
   連結体弁閉鎖体（４１）と連結体弁座面（４２）とが共働して、連結体ばねエレメント（３８）のばね力によって連結体弁シール座（４３）を形成しており、
   連結体（３５ａ）の圧力室（３７）が、押圧シリンダ保持体（３５）における供給孔（３６）と連結体弁シール座（４３）とを介して、燃料供給部（４４）と接続されており、
   さらに連結体弁シール座（４３）の占める横断面が、押圧ピストン（３３）の横断面よりも小さいことを特徴とする燃料噴射弁。
2. 連結体弁座面（４２）が弁ニードル（２）に成形されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 弁ニードル（２）の連結体弁座面（４２）が円錐面である、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 連結体弁閉鎖体（４１）が球形に形成されている、請求項３記載の燃料噴射弁。
5. 供給孔（３６）が押圧シリンダ保持体（３５）に形成されている、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. 連結体弁閉鎖体（４１）が、押圧シリンダ保持体（３５）及び押圧シリンダ（３４）と一体的に成形されている、請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 連結体弁座面（４２）が弁ニードル（２）に成形されていて、押圧ピストン（３３）が、仕切り円板（２１）の孔内を案内される押圧ピストン保持体（２４）と結合されている、請求項５又は６記載の燃料噴射弁。
8. 押圧ピストン保持体（２４）に、アクチュエータ室（３１）をシールするためのベローズ管（２８）が固定されている、請求項７記載の燃料噴射弁。
9. アクチュエータヘッド（１８）の当接が、アクチュエータ（１４）の最大行程（ｈ）を制限する、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。

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