(57)【要約】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は、圧電式または磁歪式のアクチュエータ（４）を有しており、該アクチュエータ（４）が液圧式のカプラ（１３）を介して、弁ニードル（１７）に形成された弁閉鎖体（１８）を操作するようになっている。該弁閉鎖体（１８）は弁座面（２０）と協働してシール座を成している。液圧式のカプラ（１３）はマスターピストン（１２）ならびにスレーブピストン（１４）を有している。マスターピストン（１２）とスレーブピストン（１４）との間に形成されたカプラギャップ（１５）は、該カプラギャップ（１５）が、燃料噴射弁のコールド状態では閉ざされており、燃料噴射弁（１）の温度の上昇と共に、アクチュエータ（４）の、温度に基づく長さ変化によって開くように寸法設定されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁（１）、特に内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁であって、圧電式または磁歪式のアクチュエータ（４）が設けられており、該アクチュエータ（４）が液圧式のカプラ（１３）を介して、弁ニードル（１７）に設けられた弁閉鎖体（１８）を操作するようになっており、該弁閉鎖体（１８）が弁座面（２０）と協働してシール座を成しており、さらに、液圧式のカプラ（１３）がマスターピストン（１２）ならびにスレーブピストン（１４）を有している形式のものにおいて、
マスターピストン（１２）とスレーブピストン（１４）との間に形成されたカプラギャップ（１５）が次のように寸法設定されている、つまり、カプラギャップ（１５）が、燃料噴射弁（１）のコールド状態では閉ざされており、アクチュエータ（４）の、温度に基づく長さ変化によって、燃料噴射弁（１）の温度の上昇と共に開くようになっている
ことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
カプラギャップ（１５）のギャップ幅が、温度２０℃および燃料圧０．５ＭＰａで、２５μｍ〜５０μｍにある、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
液圧式のカプラ（１３）がスリーブ（２１）内に貫設され、該スリーブ（２１）が、スリーブ（２１）に結合されたフランジ（２２）を介してばね（２３）に当接している、請求項１または２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
ばね（２３）が、力を伝達できるようにスレーブピストン（１４）に結合されたディスク（２４）に支持されている、請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
スリーブ（２１）がショルダ（２５）を有しており、該ショルダ（２５）がスレーブピストン（１４）により軸方向で長さｈｋの分だけ凌駕される、請求項３または４記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
アクチュエータ（４）の全ストロークｈｇｅｓが、燃料噴射弁（１）のコールド状態において、長さｈｋに相当する、請求項５記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
ストロークｈｗが、マスターピストン（１２）とスレーブピストン（１４）との間に形成されたカプラギャップ（１５）の、軸方向の幅に等しく、
アクチュエータ（４）の全ストロークｈｇｅｓが、燃料噴射弁（１）のウォーム状態において、部分ストロークｈｗと長さｈｋとの合計に等しい、
請求項５または６記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
長さｈｋが４０μｍ〜７０μｍにある、請求項５から７までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は請求項１の上位概念部に記載された形式の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
欧州特許出願公開第０４７７４００号明細書から公知の、圧電式のアクチュエータのための液圧式のカプラの場合、アクチュエータがストローク力をマスターピストンに伝達する。マスターピストンはスレーブピストンのためのガイドシリンダに、力を伝達できるように結合されている。スレーブピストンと、ガイドシリンダと、該ガイドシリンダを密封するマスターピストンとは１つの液圧チャンバを形成する。液圧チャンバ内には、ばねが配置されており、ばねはマスターピストンとスレーブピストンとを離間させるように押圧する。ガイドシリンダの端部区分およびスレーブピストンの周囲には、ゴムカラーが配置されており、このゴムカラーにより、粘性の液圧媒体のための貯蔵室が燃料室に対してシールされる。液圧媒体の粘度はスレーブピストンとガイドシリンダとの間のリングギャップに適合されている。
【０００３】
スレーブピストンはストローク運動を機械的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ーピストンおよびガイドシリンダにストローク運動を伝達すると、このストローク運動は液圧チャンバ内の液圧媒体の圧力によりスレーブピストンに伝達される。それというのは、液圧チャンバ内の液圧媒体は圧縮されず、液圧媒体の僅かな部分がリングギャップを通して、ストロークの短い期間中に、ゴムカラーにより形成された貯蔵室内に逃げることができるに過ぎないからである。アクチュエータが押圧力をマスターピストンに及ぼさない静止期では、ばねによりスレーブピストンがガイドシリンダから押し出され、発生する負圧により、リングギャップを介して液圧媒体が液圧室内に浸入し、液圧室を再び充填する。これにより、カプラは自動的に燃料噴射弁の長さ膨張と、圧力に基づく延伸とに合わせて調節される。
【０００４】
欧州特許出願公開第０４７７４００号明細書から公知の液圧式のカプラの欠点は特に、通常２つの緊締リングによってガイドシリンダの端部区分およびスレーブピストンに対して押圧されるゴムカラーによるシールが長期的には不完全であるに過ぎない点にある。高粘度の液圧媒体と燃料とが混合してしまう恐れがあり、このことはカプラの失陥につながりかねない。燃料、例えばガソリンがカプラの内部に達すると、機能失陥が起こり得る。それというのは、ガソリンの低い粘度に基づき、この液体が過度に迅速にリングギャップを通過できるようになって、ストロークの時間中に圧力が圧力室内に形成されることができなくなってしまうからである。
【０００５】
さらに、ドイツ連邦共和国特許第４３０６０７３号明細書から、大面積の押圧ピストンに結合されているピエゾアクチュエータを備えた燃料噴射弁が公知である。この押圧ピストンは、燃料噴射弁ボディに支持されている皿ばねにより、圧電式のアクチュエータに対してプリロードを加える。押圧ピストンは弁ボディの孔内で案内されており、かつ中央の孔を有している。この中央の孔内で、弁ニードルに結合されているスレーブピストンが案内されている。押圧ピストンの孔内には、孔の底部とスレーブピストンとの間に、ばねが位置しており、このばねはスレーブピストンを弁座の方向に予負荷し、これを孔から押し出す。燃料噴射弁は内方に向かって開く弁ニードルを有している。燃料噴射弁ボディと、押圧ピストンならびにスレーブピストンの背面との間には、圧力室が存在している。スレーブピストンと押圧ピストンとの間のリングギャップと、押圧ピストン内に設けられた孔と、接続孔とを介して、圧力室はアクチュエータ室に連通している。その際、アクチュエータ室は液圧媒体のための貯蔵室として役立つ。ピエゾアクチュエータが電圧の印加により操作されると、押圧ピストンは弁座の方向に運動し、圧力室内の液圧媒体の圧力の上昇により、スレーブピストンは押圧ピストン内に設けられた孔内へ、押圧ピストンの運動方向とは逆向きに押圧され、それにより弁ニードルは弁座から持ち上げられる。
【０００６】
ドイツ連邦共和国特許第４３０６０７３号明細書から公知の燃料噴射弁の欠点は特に、外方に向かって開く燃料噴射弁にとっての解決策にはなり得ない点にある。さらに、静止位置への復帰後に圧力室を迅速に再充填するための装置が設けられていないことは欠点である。さらに、この構造は複数部分から成っており複雑である。それというのは、燃料噴射弁において正確な孔内で案内される押圧ピストンがさらに別の、スレーブピストンのための正確に製作されなければならない孔を有する必要があるからである。
【０００７】
発明の利点
これに対して、本発明による、請求項１の特徴部に記載された特徴を備えた燃料噴射弁が有する利点は、アクチュエータが、ネガティブな温度膨張係数を有する材料から製作されていることにより、液圧式のカプラのカプラギャップが内燃機関のコールド状態で閉ざされている点にある。それにより、弁ニードルはコールド状態で直接アクチュエータにより操作されるので、燃料噴射弁の開弁時間は液圧式のカプラの漏れ損失とは無関係である。
【０００８】
請求項２以下に記載した手段により、請求項１に記載した燃料噴射弁の有利な構成および改良が可能である。
【０００９】
特に有利には、液圧式のカプラがスリーブ内に貫設され、該スリーブが、スレーブピストンに結合されたディスクに支持されている。スリーブはショルダを有しており、該ショルダはスレーブピストンにより凌駕され、つまりスレーブピストンがショルダを超えて突出しており、ショルダはこのようにしてマスターピストンのストロークを制限する。
【００１０】
弁ニードルの全ストロークは、有利には内燃機関の運転温度に応じてアクチュエータの熱的な長さ変化によりアクティブにされている部分ストロークから成る。
【００１１】
図面
本発明の実施例は図面に簡単化されて示されており、以下の説明で詳説する。
【００１２】
図１：本発明による燃料噴射弁の実施例の、アクチュエータおよびカプラの領域の概略断面図である。
【００１３】
図２：図１に示した例示的な燃料噴射弁の、本発明により構成された液圧式のカプラの原理図である。
【００１４】
実施例の説明
図１には、本発明により構成された燃料噴射弁１の実施例が強く概略化された形で示されている。燃料噴射弁１は特に混合気圧縮・火花点火式の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。
【００１５】
燃料噴射弁１はハウジング２を有しており、ハウジング２内には、アクチュエータカートリッジ３内にカプセル状に収納されたアクチュエータ４が配置されている。アクチュエータ４は例えば圧電式または磁歪式のアクチュエータ４として形成されていることができる。アクチュエータ４は流入側でハウジング構成部分５に支持されている一方、流出側ではラム状の操作エレメント６に当接している。アクチュエータ４には、操作エレメント６のショルダ７と支持ディスク８との間に配置されたプリロードばね９により、予負荷もしくは予備荷重が加えられる。例えばベローズ状に形成されていることができるシール１０はアクチュエータカートリッジ３を燃料噴射弁１の内室１１に対して密閉する。これにより、アクチュエータ４は燃料噴射弁１を通流する燃料から機械的にも化学的にも保護される。
【００１６】
操作エレメント６は流出方向で、液圧式のカプラ１３のマスターピストン１２に支持されている。マスターピストン１２とスレーブピストン１４との間には、カプラギャップ１５が形成されている。スレーブピストン１４は別の支持ディスク１６に支持されており、その支持ディスク１６の他面には、弁ニードル１７が配置されている。弁ニードル１７には、弁閉鎖体１８が形成されており、弁閉鎖体１８は、弁座体１９に形成された弁座面２０と相俟ってシール座を形成する。支持ディスク１６と弁座体１９との間には、戻しばね２６が配置されており、戻しばね２６は弁ニードル１７をプリロードでもって負荷し、それにより、燃料噴射弁１はアクチュエータ４の非通電状態で閉弁されて維持される。
【００１７】
液圧式のカプラ１３はスリーブ２１内に貫設され、スリーブ２１はフランジ２２とばね２３とを介して、スレーブピストン１４に一体的に形成されたまたは適当な形でスレーブピストン１４に結合されたディスク２４に支持される。それにより、スリーブ２１は液圧式のカプラ１３に対しても燃料噴射弁１のハウジング２に対しても摺動可能に配置されている。
【００１８】
その際、スリーブ２１を備えた液圧式のカプラ１３の作動形式は本発明により、内燃機関の、構成部分がまだ熱的な長さ変化を受けていないコールドスタート期も、暖気運転された内燃機関における連続運転も、満足のいく開弁時間でもって実施可能であるように設計されている。
【００１９】
内燃機関がコールド状態で始動される場合、−４０℃であり得る極めて低い温度および約０．５ＭＰａにある低い圧力時に、２０倍までの全負荷量（Ｖｏｌｌａｓｔｍｅｎｇｅ）が実現されなければならない。低いシステム圧および大きな全負荷量に基づいて、暖かい内燃機関における起動制御時間を大幅に超過する、アクチュエータ４の起動制御時間が生じる。その際、液圧式のカプラ１３における漏れ損失は極めて大きいので、弁ニードル１７が圧力損失により早期的にシール座に復帰してしまい、それゆえ、燃料の、要求されるだけの量が噴射され得ない。
【００２０】
そのために、液圧式のカプラ１３のマスターピストン１２とスレーブピストン１４との間のカプラギャップ１５を本発明のように調節すると、液圧式のカプラ１３の漏れギャップ２７の、予め決められた幅において、燃料噴射弁１の開弁時間が長くても、液圧式のカプラ１３が空走せず、燃料噴射弁１が開弁維持され得ることを保証することができる。主要な構成部品の詳細は、以下に図２を参照しながら説明する。
【００２１】
内燃機関のコールド状態では、図２に破線で示したように、カプラギャップ１５が閉ざされている。このことは、アクチュエータ４が、温度上昇時には収縮し、温度低下時には膨張する圧電材料または磁歪材料から成ることにより達成される。アクチュエータ４は通電されると、ストローク方向で伸長するので、弁ニードル１７はアクチュエータ４により直接操作される。アクチュエータ４により弁ニードル１７を直接操作することによって、カプラ１３の架橋時に、カプラ１３の漏れ損失が燃料噴射弁１の開弁時間に影響を及ぼすことはあり得ないので、燃料噴射弁１は任意の長さでアクチュエータ４の起動制御時間にのみ依存して開弁位置に保持されることができる。ストロークはこの事例ではｈｇｅｓ＝ｈｋであり、その際、部分ストロークｈｋは冷えた内燃機関におけるマスターピストン１２とスリーブ２１のショルダ２５との間の残留ギャップ２８の幅である。
【００２２】
内燃機関が暖気運転されている場合（ウォーム状態）、アクチュエータ４も熱的な長さ変化を被り、この長さ変化は、マスターピストン１２とスレーブピストン１４との間のカプラギャップ１５を開き、このことは図２にマスターピストン１２の、実線で示した輪郭により明示されており、その結果、弁ニードル１７は間接的に液圧式のカプラ１３を介してストローク量変換の下で操作される。ストロークはこの事例ではｈｇｅｓ＝ｈｗ＋ｈｋであり、その際、ｈｗはマスターピストン１２とスレーブピストン１４との間のカプラギャップ１５の幅である。その際、残留ギャップ２８の、軸方向の幅ｈｋはアクチュエータ４の、最大のストロークｈｇｅｓよりも常に大きいか、最大でこれに等しい。カプラギャップ１５の幅ｈｗは２０℃、燃料圧０．５ＭＰａで、有利には２５〜５０μｍである。
【００２３】
本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、磁歪式のアクチュエータ４のためにも、燃料噴射弁１の任意の構造形式のためにも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による燃料噴射弁の実施例の、アクチュエータおよびカプラの領域の概略断面図である。
【図２】図１に示した例示的な燃料噴射弁の、本発明により構成された液圧式のカプラの原理図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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