(57)【要約】燃料噴射弁（１）、特に内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁（１）が、ダイヤフラム（１０）を有しており、このダイヤフラム（１０）は、弁閉鎖体（１７）の噴射側端部の周りを案内されていて、アクチュエータ室（１１）への燃料の侵入が阻止されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁（１）、特に内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（１）であって、アクチュエータ室（１１）内に圧電式又は磁歪式のアクチュエータ（３）が配置されており、該アクチュエータ（３）は弁閉鎖体（１７）を介して、少なくとも１つの噴射開口（７）をシール又は開放するダイヤフラム（１０）を操作し、該ダイヤフラム（１０）は、燃料がアクチュエータ室（１１）に侵入できないように、弁閉鎖体（１７）を取り囲んでいることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
ダイヤフラム（１０）が、少なくとも部分的に金属から成っている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
弁閉鎖体（１７）の、ダイヤフラム（１０）とは反対側の部分が、アクチュエータ（３）と作用係合している操作体（４）の球形もしくは球面状の凹設部（２３）に係合している、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
弁閉鎖体（１７）の、ダイヤフラム（１０）とは反対側の部分が、操作体（４）に可動に支承されている、請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
弁閉鎖体（１７）がダイヤフラム（１０）を介してシール作用をもって、弁座体（５）の、ダイヤフラム（１０）に向けられた部分に、載着している、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
操作体（４）が第１のガイド体（６）内を案内されている、請求項３又は４記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
ダイヤフラム（１０）が、液体に対するシールさようをもって、第１のガイド体（６）に取り付けられている、請求項６記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
アクチュエータ室（１１）が、ダイヤフラム（１０）と第１のガイド体（６）とアクチュエータケーシング（２４）と第２のガイド体（１３）と補償装置ブシュ（９）とシール部材（１４）とによって閉鎖されている、請求項６又は７記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
シール部材（１４）が、ベローズとして又はベローズ状の構造形態で構成されている、請求項８記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
シール部材（１４）が端部においてそれぞれ、第２のガイド体（１３）と補償装置ブシュ（９）とに堅固にかつ液体に対するシール作用をもって取り付けられている、請求項８又は９記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
シール部材（１４）が少なくとも部分的にフレキシブルでかつ弾性的である、請求項８から１０までのいずれか１項の燃料噴射弁。
【請求項１２】
アクチュエータ室（１１）が非導電性の液体によって満たされている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１３】
弁閉鎖体（１７）が半球形、楕円体又は球形に形成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１４】
熱に起因するアクチュエータ（３）の長さ変化が、補償装置（１８）によって補償される、請求項１から１３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１５】
補償装置基部（１９）が補償ケーシング（２）に次のように、すなわち該補償装置基部（１９）に結合された補償装置ばね（１５）がそのばね軸線に沿って補償装置ブシュ（９）を介してアクチュエータ（３）に作用するように、取り付けられている、請求項１４記載の燃料噴射弁。
【請求項１６】
少なくとも１つの絞り通路（１６）が設けられており、該絞り通路（１６）の寸法は、燃料通路（８）及び絞り通路（１６）における等しい圧力変化が、絞り通路（１６）に接続された補償室（１２）において、燃料通路（８）に接続された作業室（２１）におけるよりも遅く作用するように、設定されている、請求項１４又は１５記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来の技術
本発明は、燃料噴射弁であって、燃料の貫流を制御するために閉鎖可能な室が設けられており、該室が、閉鎖体によってシールされるか又は開放されることができ、フレキシブルなダイヤフラムが、室から弁の残りの部分への燃料の侵入を阻止するようになっている形式のものに関する。
【０００２】
例えばヨーロッパ特許第０７０１０７８号明細書に基づいて公知のダイヤフラム弁（ただし燃料噴射弁としてではない）は、特に、このような弁の製造がダイヤフラムの面倒な固定形式に基づいて高コストであるという欠点を有している。例えばこの場合ダイヤフラムは、その外周面に沿ってのみならず、内孔の経過に沿っても、弁体もしくは閉鎖体ロッドに固定されねばならない。そして付加的な固定箇所は、組立て時においても運転時においてもエラーの発生源の数を増すことになる。
【０００３】
発明の利点
請求項１に記載の特徴を有する本発明による燃料噴射弁は、公知のものに比べて次のような利点、すなわち著しく安価に、しかも確実な構成をもって製造することができるという利点を有している。本発明による燃料噴射弁のダイヤフラムは、弁閉鎖体ロッド又は弁閉鎖体が貫通する孔を有していないので、ダイヤフラムを内孔の周囲の経過に沿って液体に対するシール性をもって固定するという面倒な作業が、不要になる。これによって、ダイヤフラムのシール作用のより高い確実性を得ることができ、かつ製造時における手間もしくは費用を著しく節減することができる。
【０００４】
ニードル弁に対しては、大きな開放横断面が得られるという利点が生じる。
【０００５】
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。
【０００６】
ダイヤフラムが、少なくとも部分的に金属から成っていると、有利である。それというのは、このような構成では、金属の使用によって、熱に対する強度もしくは耐性を著しく高めることができるからである。また、弁閉鎖体の、ダイヤフラムとは反対側の部分が、アクチュエータと作用係合している操作体の球形もしくは球面状の凹設部に係合している構成を採用することによって、弁閉鎖体は操作体において弁座体に対して可動に使用されることになり、その結果、例えば中空円筒形の弁座体の、理想的には直角に配置された平らな接触面もしくは支持面に対して、操作体もしくはアクチュエータが角度触れを生じた場合でも、このような角度のずれもしくは偏位を補償することが可能である。そしてこれにより、弁座体はより確実にシールされることになる。燃料噴射弁の閉鎖時に直接弁座体と弁閉鎖体との間に位置しているダイヤフラムの弾性的な特性は、付加的に弁座体の確実な閉鎖を補助する。
【０００７】
また燃料噴射弁の噴射側端部にガイド体を設けると有利であり、このような構成によって、操作体は角度誤差を最小にして案内されることになり、さらには、ダイヤフラムをその端部において、例えばその周囲に沿って、液体に対するシール作用をもって固定することが可能になる。さらに別の有利な構成では、アクチュエータ室が、ダイヤフラムと、噴射側の第１のガイド体とアクチュエータケーシングと、噴射部から離れている第２のガイド体と補償装置ブシュとシール部材とによって閉鎖もしくは制限されており、このように構成されていると、このようにして形成されたアクチュエータ室を、非導電性の液体によって満たすことができ、有利である。なぜならば、このような構成によって、運転時に特に圧力差によってシール部材及びダイヤフラムに対して生じる強い負荷を、回避するもしくは少なくとも減少させることができるからである。また、弁閉鎖体は種々異なった幾何学形状を有することができるによって、特に、弁閉鎖体との接触時におけるダイヤフラムの負荷を変化させることが可能である。
【０００８】
本発明による燃料噴射弁の別の有利な構成としては、補償装置を備えていることが挙げられる。補償装置は、熱による影響に基づくアクチュエータの長さ変化を補償することができる。また、アクチュエータ室内への燃料の侵入を阻止するために、当該箇所に、アクチュエータ室への燃料漏れを確実に阻止するシール部材を設けると有利である。このシール部材の幾何学形状は、有利にはベローズ状である。このような構成によって、ほとんど負荷を生ぜしめることなく、ガイド体に対する補償装置ブシュの運動を容易にシールすることが可能である。
【０００９】
さらにまた、本発明による絞り通路によって、運転中に、作業室と補償室との間において圧力差が生ぜしめられ、この圧力差によって燃料噴射弁の開閉を助成することができる。
【００１０】
図面
次に概略的に示された図面を参照しながら、本発明の１実施例について説明する。
【００１１】
図１は、本発明に基づいて構成された燃料噴射弁の１実施例を示す断面図である。
【００１２】
実施例の記載
次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【００１３】
図１に示された本発明による燃料噴射弁１の実施例は、混合気圧縮型火花点火式の内燃機関用の燃料噴射弁１の形で構成されている。燃料噴射弁１は特に、図示されていない内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するために適している。
【００１４】
燃料噴射弁１は、図示されていない電気的な接続部を介して励起される圧電式のアクチュエータ３から成っている。圧電式のアクチュエータ３は、複数の層においていわゆるピエゾスタック（Piezostack）として構成されていることができる。アクチュエータ３はアクチュエータケーシング内に収容されている。アクチュエータ３の噴射側端部には、操作体４が設けられており、この操作体４はこの実施例では、操作体４に取り付けられていて第１のガイド体６に支持されているばね２２の力作用によって、常にアクチュエータ３との接触状態に保たれるようになっている。噴射方向に対して直角な方向におけるアクチュエータ３と操作体４との間のずれは、例えば、アクチュエータ３における凹設部（図示せず）への操作体４の係合によって阻止することができる。アクチュエータ室１１と第１の作業室２１との間においてアクチュエータケーシング２４の内側に取り付けられた第１のガイド体６は、操作軸線２０に沿った操作体４の案内を引き受ける。ガイド体６は適宜な接合方法、特に溶接又はろう接によってアクチュエータケーシング２４に取り付けられている。
【００１５】
操作体４の噴射側端部には、球形の凹設部２３が設けられており、この凹設部２３には、図示の実施例では半球形の弁閉鎖体１７がその噴射側とは反対の半球形の側で、滑動可能に係合している。弁閉鎖体１７は、運転状態に応じて、弁座体５に対する接触力である燃料圧及び／又はダイヤフラム１０の緊張力によって、操作体４の球形もしくは球面状の凹設部２３に保たれるので、弁閉鎖体１７の中心軸線が操作軸線２０に対してずれる可能性はない。しかしながら滑り支承によって弁閉鎖体１７は、場合によっては生じる操作軸線２０からの操作体４もしくはアクチュエータ３の対称軸線のずれを、調整することが可能であり、これにより、弁閉鎖体１７は弁座体５をダイヤフラム１０を介して確実にシールすることができ、しかもこの際にダイヤフラム１０を許容不能に負荷することはない。
【００１６】
ダイヤフラム１０は有利には少なくとも部分的に金属から成っていて、フレキシブルである。アクチュエータ室１１は噴射側において、ダイヤフラム１０と第１のガイド体６とによって、作業室２１に対してシールされる。ダイヤフラム１０は次のように、すなわち燃料が作業室２１からアクチュエータ室１１に侵入できないように、第１のガイド体６に取り付けられ、かつ弁閉鎖体１７及び操作体４を取り囲んでいる。ダイヤフラム１０はしかしながらこの場合、操作軸線２０に沿った弁閉鎖体１７の運動に適合することができる。作業室２１は弁座体５及びダイヤフラム１０によって、図示されていない燃焼室に対してシールされ、ダイヤフラム１０が弁座体５から持ち上がった際には、弁座体５における少なくとも１つの噴射開口７を通して、図示されていない燃焼室への接続が生ぜしめられる。燃料は燃料通路８を通して圧力下で作業室２１に供給される。
【００１７】
燃料噴射弁１の噴射部から離れている端部には、補償ケーシング２が設けられている。この補償ケーシング２内に存在する補償室１２内には、補償装置基部１９と補償装置ばね１５と補償装置ブシュ９と、図示の実施例ではベローズ形に形成されたシール部材１４とが収容されている。補償室１２はアクチュエータ室１１から、ガイド体１３と補償装置ブシュ９と、フレキシブルでかつ弾性的なシール部材１４とによって制限される。補償ケーシング２の側部には絞り通路１６が設けられている。少なくとも１つの絞り通路１６には、燃料噴射弁１の外部から何時でも、燃焼通路８におけると同じ燃料圧が作用している。補償装置ばね１５は、噴射部から離れている端部において補償装置基部１９を介して、補償ケーシング２の内側に支持されている。補償装置ばね１５の噴射部に近い端部は、アクチュエータ３に支持されている補償装置ブシュ９の、噴射部から離れている端部に係合している。ここでも、アクチュエータ３の噴射側端部におけると同様に、アクチュエータ３の噴射部から離れている端部における凹設部（図示せず）への補償装置ブシュ９の係合によって、噴射方向に対して直角な方向におけるずれを阻止することができる。補償装置ばね１５は常に予負荷された状態にある。
【００１８】
制限しているシール部材１４及びダイヤフラム１０の直ぐそばまで延びているアクチュエータ室１１は、非導電性のオイル又はその他の適宜な液体によって満たすことができる。このことは特に、種々様々な運転状態において、アクチュエータの改善された損失熱排出のためと、ダイヤフラム１０及びシール部材１４の放圧もしくは圧力軽減のためとに役立つ。
【００１９】
休止状態においてアクチュエータ３はその休止長さを有している。補償装置ばね１５の予負荷に基づいて、ダイヤフラム１０は弁閉鎖体１７とアクチュエータ３と補償装置ブシュ９とによって、シール作用をもって弁座体５に押圧される。作業室２１と補償室１２とは燃料によって満たされている。休止状態は例えば内燃機関の停止状態に相当する。
【００２０】
本発明による燃料噴射弁１の運転に対する準備のために、まず初めにアクチュエータ３に電圧が負荷される。これによってアクチュエータ３は伸びる。その結果補償装置ばね１５は圧縮され、弁座体５に対するダイヤフラム１０の圧着力は高まる。アクチュエータ３に対する電圧負荷と同時に、燃料通路８及び絞り通路１６に存在している燃料圧は高められる。圧力上昇は絞り通路１６によって補償室１２においては、作業室２１におけるよりもゆっくりと行われるにもかかわらず、補償装置ばね１５のばね力に基づいて作業室２１は確実に、図示されていない燃焼室に対してシールされる。本発明によるダイヤフラム１０及び本発明によるその取付け形式によって、作業室２１からアクチュエータ室１１への燃料侵入は、このような燃料侵入を促すような圧力降下にもかかわらず、確実に阻止される。
【００２１】
アクチュエータ３に印加される電圧は、例えば２００Ｖである。燃料噴射弁１を開放するためにこの電圧は短時間、例えば０Ｖに下げられ、これによりアクチュエータ３は短縮し、燃料噴射弁１は開放し、燃料は少なくとも１つの噴射開口７を通って噴射される。アクチュエータ３の噴射側端部の行程運動、つまりダイヤフラム１０と弁閉鎖体１７と操作体４とから成る系が、噴射方向とは逆方向に運動することを可能にする行程運動は、２つの効果に基づくものである。すなわち１つにはアクチュエータ３の短縮に基づくものであり、もう１つは、アクチュエータ３の短縮によって補償室１２内において作業室２１に対して負圧が形成されることに基づくものである。なぜならば、本発明による絞り通路１６を通して、燃料はそれほど速く十分に補充され得ないからである。これによりアクチュエータ３の短縮は、ほぼアクチュエータ３の噴射部とは離れている端部からだけしか噴射方向において行われない。後者の効果は、温度の影響によるアクチュエータ３の長さ変化時にも得ることができる。
【００２２】
噴射開口７もしくは図示されていない燃焼室に対して作業室２１をシールするために、アクチュエータ３は再びより高い電圧、例えば２００Ｖの電圧で負荷される。これが、例えば急勾配の電圧立ち上がり（Spannungsflanke）によって、十分な速さで行われると、アクチュエータ３は素速く伸び、アクチュエータ３の伸長速度に比べて、補償ケーシング２内における燃料は絞り通路１６を通ってゆっくりと逃げることしかできない。その結果アクチュエータ３の長さ増大はほぼ噴射方向において行われ、これによりダイヤフラム１０は操作体４と弁閉鎖体１７とを介して弁座体５に押し付けられ、この際に操作体４における弁閉鎖体１７の可動の支承形式によって、場合によっては生じる操作軸線２０からのアクチュエータ３もしくは操作体４の対称軸線の変位は補償もしくは調整される。
【００２３】
燃料噴射弁１が閉鎖されている時間中には、補償ケーシング２内における燃料圧は、作業室２１内における燃料圧とバランスすることができる。次いでアクチュエータ３に印加される電圧を再び低下させることができ、これによって燃料噴射弁１は再び開放される。
【００２４】
例えば内燃機関の停止に相当する燃料噴射弁１の休止状態を引き起こすために、燃料圧は例えば周囲圧に低下させられ、アクチュエータ３は印加を中断される。圧力平価は、絞り通路１６の絞り作用によってまず初め作業室２１に対して作用し、その結果同時にアクチュエータ３が短縮するにもかかわらず、ダイヤフラム１０は作業室２１を確実にシールする。休止状態において、補償装置ばね１５によって生ぜしめられるダイヤフラム１０の圧着力は、作業室２１を燃焼室（図示せず）から確実にシールするのに十分である。
【００２５】
アクチュエータ３の、熱に起因するゆっくりとした長さ変化は、補償装置１８によって補償される。
【００２６】
本発明は、図示の実施例に制限されるものではなく、例えば他の形式の温度補償装置や磁歪式のアクチュエータを備えた燃料噴射弁１のためにも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に基づいて構成された燃料噴射弁の１実施例を示す断面図である。
【図１】
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【国際調査報告】
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