JP4130805B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Description
背景技術
本発明は主請求項の上位概念に記載した形式の燃料噴射弁から出発する。
【0002】
ヨーロッパ特許公開第0869278号明細書からは制御可能なアクチュエータを備えた燃料噴射弁が公知であり、該アクチュエータは弁体に堅固に結合されたアクチュエータケーシング内に配置されている。アクチュエータは弁ニードルと作用的に結合しており、その場合、該弁ニードルには弁閉鎖体が成形されており、該弁閉鎖体は弁シール座を形成するように弁座面と協働している。アクチュエータケーシングの材料は圧電式のアクチュエータの熱膨張係数とほぼ同じの熱膨張係数を有している。アクチュエータケーシングは弁体の切欠内に挿入されており、かつアクチュエータケーシングの縦方向の寸法のほぼ中央に配置されたフランジを介して弁体にねじはめられている。弁閉鎖体に至るまでの伝達エレメントとアクチュエータとの熱膨張は、フランジから閉鎖エレメントまでのアクチュエータケーシング区分と弁体との熱膨張に相応しており、該閉鎖エレメントにアクチュエータが支持されている。
【0003】
上述の公知技術における欠点とするところは、温度補償を十分正確に生じることが困難であることにある。熱膨張はほぼ直線的であるに過ぎず、かつアクチュエータのために使用される圧電(ピエゾ)材料は部分的にネガティブな熱膨張係数を有している。さらに欠点とするところは、アンバー(Invar)のような高価な特殊材料が比較的多量に必要とされることにある。さらにアクチュエータケーシングは温度補償のためにその全長にわたり有効でなく、むしろフランジとアクチュエータの当接面との間でしか有効でない。
【0004】
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が有する利点は、補償区分によって既に最小化されている熱膨張が付加的に冷却によってさらに軽減されることにある。アクチュエータケーシングとその内部に配置されたアクチュエータとの面が、新鮮に流入する燃料によって洗われるため、従来技術に比して、始動温度よりもわずかな値だけしか高くない運転温度が得られる。冷えた状態に対する差異が極めてわずかであるため、誤差と暖機運転状態での遊びとを改善することができる。さらに、アクチュエータケーシングの多部分構成によって特殊材料もわずかな量しか必要とされない。補償区分が全的に膨張補償のために利用される。
【0005】
従属請求項に記載された手段によれば、請求項1に記載した燃料噴射弁の有利な実施形と改善とが可能である。
【0006】
有利な1実施形では、アクチュエータケーシングによって囲われたアクチュエータ室がその弁ニードル側の端部で、曲げに対して軟性のダイヤフラムによって、燃料流入圧下にある第2の燃料室に対してシールされており、かつ、アクチュエータ室が液圧流体によって充填されている。このことによって、シール問題が回避される。ダイヤフラムはアクチュエータ室と、同じ圧力下にある第2の燃料室とを分離している。ダイヤフラムの弾性によって、圧力バランスが得られるまでダイヤフラムの変形が行われる。さらにダイヤフラムは、滑動する可動のシール線を要することなしにその弾性によって、行程運動のために配置されていてダイヤフラムを貫通した伝達エレメントの運動に追従する。
【0007】
ダイヤフラムが波形管から成り、該波形管が一方ではアクチュエータタペットに、かつ他方ではアクチュエータケーシングにシール下で結合されていると有利である。波形管は極めて広い運動距離範囲内で、行程運動の方向であるその縦軸線内での伸長を可能ならしめる。
【0008】
液圧流体はシリコンオイルから成ることができる。シリコンオイルはピエゾ素材との良好な相性を有しており、かつ所望の滑り特性と粘性とに関連して極めて具合がよい。
【0009】
アクチュエータが支持エレメントを介してアクチュエータケーシングに支持されており、かつ、第1の燃料室に連通していて燃料流入圧下にある第3の燃料室が上方のダイヤフラムによってアクチュエータケーシングの内部でシール下で分離されていると有利である。このことによって、変形によって圧力バランスを生じる弾性的なダイヤフラムの全面積が増大して、所要のスポット状の変形が軽減される。これによってダイヤフラムの耐用寿命が増大する。
【0010】
補償区分は有利にはアンバーから成る。アンバー、つまりニッケルと鉄との合金は所望の特性を有しており、かつ良好に使用可能である。
【0011】
次ぎに本発明の1実施例を図面に示して以下の記載で詳細に説明する。
【0012】
実施例の説明
図1に本発明による燃料噴射弁1の1実施例をアクチュエータ2の領域内で示す。アクチュエータ2は円筒形の補償区分3によって囲まれており、該補償区分はフランジ4を介して下方の弁体5と上方の弁体6とに結合されている。補償区分3にはねじ山7によって閉鎖体8がねじはめられている。波形管10が溶接ビード9を介してシール下で補償区分3に結合されており、かつ別の溶接ビード11を介してアクチュエータタペット12に結合されており、該アクチュエータタペットはアクチュエータ2に当接している。補償区分3および閉鎖体8は相共に1つのアクチュエータケーシング13を形成しており、該アクチュエータケーシングは波形管10によって第2の燃料室14に対してシールされている。
【0013】
アクチュエータケーシング13の内部にはアクチュエータ室22が設けられている。アクチュエータケーシング13はその表面の大部分にわたり第1の燃料室15によって囲まれており、第1の燃料室は外側から上方の弁体区分6によって制限されている。第1の燃料室15は燃料流入孔16を介して流入する燃料によって充填されて、流入する該燃料の圧力下にある。補償区分3のフランジ4に設けた接続孔17を介して燃料が第1の燃料室15から第2の燃料室14内に達する。この種の複数の接続孔17がフランジ4の周囲にわたり分配されている場合には、燃料は第1の燃料室15から第2の燃料室14内へその周囲にわたり均一に分配されて流入する。その結果、アクチュエータケーシング13はその表面の大部分にわたり均一に、燃料流入孔16を介して燃料噴射弁1内へ流入する燃料によって洗われて冷却される。
【0014】
アクチュエータ2は支持エレメント18を介してアクチュエータケーシング13の閉鎖体8に支持されている。アクチュエータケーシング13の上方領域内の第3の燃料室20が第2のダイヤフラム19によってアクチュエータ室22から分離されている。第3の燃料室20は接続孔21を介して第1の燃料室15に連通している。このことにより、第3の燃料室20は、第1の燃料室15内の燃料と同じ圧力下にある燃料によって充填される。この種の複数の接続孔21が閉鎖体8の半径方向の面にわたり分配されていれば、この場合も第3の燃料室20の通流、ひいてはこのことの結果ダイヤフラム19の面を介したアクチュエータ室22への冷却効果が得られる。アクチュエータ室22は有利にはシリコンオイルによって充填されている。
【0015】
ここには示されていない制御導線を介してアクチュエータ2に電圧が印加されると、アクチュエータは伸長し、かつその行程運動をアクチュエータタペット12を介してここには図示されていない弁シール座に至るまでのその他の結合エレメントへ伝達する。この燃料噴射弁は外向きに開く弁ニードルを備えた燃料噴射弁1である。それゆえ、開放運動は図面で見て下向きである。その際、波形管10はこの運動に弾性的に追従する。溶接ビード9,11が存在するために滑動するシールエッジは不要である。圧力補償が行われるように第2のダイヤフラム19および波形管10が常に変形するので、アクチュエータ室22、第3の燃料室20ならびに第2の燃料室14内の圧力は常に同じである。第2のダイヤフラム19と波形管10との表面が弾性的に変形することができることによって、変形距離は全体として有利に減少する。
【0016】
アクチュエータ2に印加された電圧が消失すると、弁ニードルは図示されていない弁ばねによってその出発位置へ押し戻されて、その運動をアクチュエータタペット12へ伝達し、該アクチュエータタペットは支持エレメント18と閉鎖体8に向かってアクチュエータ2をその元の長さへ押し戻す。
【0017】
燃料噴射弁1の始動後に引き続く運転によって該燃料噴射弁が加熱される。その場合、アクチュエータ2と、アクチュエータタペット12と、弁シール座に至るまでのその他の伝達エレメントとの全長が、順次に続く上述の構成部品の配列内の熱膨張によって変化する。他面において同様にこの加熱によって、アクチュエータケーシング13の補償区分3と下方の弁体5の互いに順次に続く構成部品との全長が変化する。有利には材料がアンバーである補償区分3の材料特性と長さとが適切に選択されていれば、構成部品の前述の両方の配列内の熱膨張が全体として互いに相応し、これによってシール座における圧縮とシール効果とが同じにとどまり、もしくは維持される。アクチュエータケーシング13を面状に取り囲む第1の燃料室15内へ流入する燃料による冷却によって、冷間運転と暖機運転との間の温度差が少なく維持されて温度補償が改善される。シリコンオイルによる充填は燃料によるアクチュエータ2の圧電(ピエゾ)材料の損傷を阻止し、アクチュエータケーシング13の内壁面に対するアクチュエータの万一の摩擦を軽減し、かつアクチュエータ2からアクチュエータケーシング13への、さらには第1の燃料室15内の冷却燃料への熱伝導を改善する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による燃料噴射弁の1実施例をアクチュエータの領域内で概略的に断面して示す図である。
Claims (6)
- 燃料噴射弁(1)、特に内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁であって、弁ニードルと、該弁ニードルに結合された弁閉鎖体とを操作する圧電式または磁歪式のアクチュエータ(2)を備えており、弁閉鎖体がシール座を形成するように弁座面と協働しており、アクチュエータ(2)がアクチュエータケーシング(13)内に配置されており、該アクチュエータケーシングがその弁ニードル側の端部で摩擦結合により弁体(5,6)と結合されており、かつアクチュエータケーシング(13)の該端部とは反対側の閉鎖体(8)にアクチュエータ(2)が支持されており、アクチュエータケーシング(13)がほとんど熱膨張を有しない材料またはネガティブな熱膨張を有する材料から成る補償区分(3)を有していて、それによって、弁シール座に至るまでのアクチュエータケーシング(13)及び弁体(5)の熱膨張が、アクチュエータ(2)の熱膨張並びに弁シール座に至るまで配置された伝達エレメント(12)の熱膨張にほぼ相当している形式のものにおいて、
アクチュエータケーシング(13)が半径方向外側から、燃料の通流する第1の燃料室(15)によって取り囲まれていることを特徴とする燃料噴射弁。 - アクチュエータケーシング(13)によって取り囲まれたアクチュエータ室(22)がその弁ニードル側の端部で、曲げに対して柔性の第1のダイヤフラムによって、燃料流入圧下にある第2の燃料室(14)に対してシールされており、かつ、アクチュエータ室(22)が液圧流体によって充填されていることを特徴とする請求項1記載の燃料噴射弁。
- 第1のダイヤフラムが波形管(10)から成り、該波形管が一方ではアクチュエータタペット(12)に、かつ他方ではアクチュエータケーシング(13)にシール下で結合されていることを特徴とする請求項2記載の燃料噴射弁。
- 液圧流体がシリコンオイルから成ることを特徴とする請求項2または3記載の燃料噴射弁。
- アクチュエータ(2)が支持エレメント(18)を介してアクチュエータケーシング(13)に支持されており、かつ、第1の燃料室(15)と連通していて燃料流入圧下にある第3の燃料室(20)が第2のダイヤフラム(19)によってアクチュエータケーシング(13)内でシール下で分離されていることを特徴とする請求項2から4までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
- 補償区分(3)がアンバーから成ることを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
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