(57)【要約】本発明は、内燃機関の燃焼室内への燃料の直接噴射のための燃料噴射弁（１）であって、圧電式若しくは磁気ひずみ式のアクチュエータ（３）及び該アクチュエータ（３）によって操作可能な弁ニードル（１０）を備えており、該弁ニードルが弁閉鎖部材（１７）と協働するようになっており、該弁閉鎖部材が弁座体（１８）と一緒に弁座（２５）を形成しており、さらに戻しばね（２０）を備えており、該戻しばねによって前記弁ニードル（１０）が閉鎖方向に負荷されている形式のものに関する。弁ニードル（１０）が、開放方向で燃料圧力から弁ニードル（１０）に生ぜしめられる力と閉鎖方向で燃料圧力から弁ニードル（１０）に生ぜしめられる力とをほぼ同じにすることによって圧力バランスされている。
2005513336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に燃料を直接に噴射するための燃料噴射弁（１）であって、圧電式若しくは磁気ひずみ式のアクチュエータ（３）及び該アクチュエータ（３）によって作動可能な弁ニードル（１０）を備えており、該弁ニードル（１０）が弁閉鎖部材（１７）と協働するようになっており、該弁閉鎖部材が弁座体（１８）と一緒に弁座（２５）を形成しており、さらに戻しばね（２０）を備えており、該戻しばねによって前記弁ニードル（１０）が閉鎖方向に負荷されている形式のものにおいて、
弁ニードル（１０）が、燃料圧力の、開放方向で弁ニードル（１０）に作用する力と燃料圧力の、閉鎖方向で弁ニードル（１０）に作用する力とをほぼ同じにすることによって圧力バランスされていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
弁ニードル（１０）がフレキシブルなシール（１２）に結合されており、フレキシブルなシール（１２）との該結合箇所（２６）が、燃料噴射弁（１）の中心軸（２７）に対して、燃料噴射弁の中心軸とシール座（２５）との間の半径方向の距離と同じ半径方向の距離を有している請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
弁ニードル案内（２１）を設けてあり、該弁ニードル案内が燃料噴射弁（１）のケーシング（２）と一緒に絞り箇所（２２）を形成している請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
弁ニードル案内（２１）の内径が、弁座体（１８）の内径と同じである請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
弁ニードル（１０）が中間部分（９）を貫通しており、中間部分が燃料噴射弁（１）のケーシング（２）内に配置されている請求項１から４のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
中間部分（９）がシールリング（１３）を用いて燃料噴射弁（１）のケーシング（２）に対して密閉されている請求項５記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
弁ニードル（１０）及び中間部分（９）が波付管シール（１２）を用いて、燃料噴射弁（１）を流過する燃料に対して密閉されている請求項５又は６記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
波付管シール（１２）が弁ニードル（１０）及び中間部分（９）に溶接されている請求項７記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
アクチュエータ（３）が予圧ばね（７）によって初期応力をかけられている請求項１から８のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
アクチュエータ足部（６）と弁ニードル（１０）との間に空隙（１１）が設けられている請求項１から９のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、主請求項の上位概念に記載の形式の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
例えばドイツ連邦共和国特許第１９５３４４４５Ｃ２号明細書により公知の燃料噴射弁が、ノズル本体内に軸線方向運動可能なノズルニードルを有しており、ノズルニードルが圧電式の作動部材によって作動可能であり、かつ圧縮ばねによって閉鎖位置に保持されている。この場合には燃料供給が、圧力の自由に調節可能な外部の供給源から行われる。ノズルニードルが中央孔を有しており、作動部材がノズルニードルを取り囲んでいて、シール面によって燃料圧に対して密閉されている。
【０００３】
前記ドイツ連邦共和国特許第１９５３４４４５Ｃ２号明細書により公知の燃料噴射弁においては欠点として、作動部材、即ちアクチュエータの行程がシール面による密閉にも拘わらず燃料圧の影響を受けて著しく変動することになり、従ってアクチュエータと弁ニードルとの間に熱による長さ変化の補償のために設けられる空隙が、弁を開放できないほどに大きくなってしまう。
【０００４】
発明の利点
前記公知技術に対して、主請求項の特徴部分に記載の特徴を有する本発明に基づく燃料噴射弁においては利点として、弁ニードルの構造的な構成が弁ニードルの圧力バランス（圧力補償）によりアクチュエータの負荷軽減を可能にしている。即ち燃料噴射弁の閉じた状態で弁ニードルに、軸線方向の押圧成分が生じない。従って、アクチュエータが負荷軽減される。
【０００５】
従属請求項に記載の手段によって、主請求項に記載の燃料噴射弁の有利な改良が可能である。
【０００６】
弁ニードルの圧力補償は次のように行われてよく、即ち、弁ニードルがフレキシブルなシールに結合されており、フレキシブルなシールとの該結合箇所（結合部）が、燃料噴射弁の中心軸に対して、燃料噴射弁の中心軸とシール座との間の半径方向の距離と同じ半径方向の距離を有している。
【０００７】
特に有利には、弁ニードルと弁ニードル案内との間に絞り間隙を設けてあり、該絞り間隙が圧力の変動部分を受け止めるようになっており、これによって圧力振動が波付管シールに達することはもはやなくなる。
【０００８】
リング状の弁ニードル案内と燃料噴射弁のケーシングとの間に形成された絞り箇所が次のように作用しており、即ち、燃料噴射弁を通って流れる燃料の圧力振動が、該絞り箇所によって弁ニードルに伝達されなくなっている。これによってアクチュエータも、燃料による機械的な圧力負荷を免れている。
【０００９】
さらに有利には、弁ニードル案内の内径がシール座の内径と同じであり、弁ニードルと該弁ニードルに作用結合されている操作部材が軸線方向に案内されており、これによって弁ニードルと操作部材とのずれが避けられる。
【００１０】
本発明の実施例を図面に示して、詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明に基づき形成された燃料噴射弁の実施例の概略断面図である。
【００１２】
実施例の説明
実施例として図１に示す本発明に基づく燃料噴射弁１は、混合気圧縮外部点火式の内燃機関のための燃料噴射弁１の形状で形成されている。該燃料噴射弁１は特に、内燃機関の燃焼室（図示せず）内への燃料の直接噴射のために適している。
【００１３】
燃料噴射弁１のケーシング２内にアクチュエータ３を配置してある。アクチュエータ３が実施例では複数の層４によって形成されており、該層が圧電的に励起可能な材料から成っていて互いに接着されている。アクチュエータ３は流入側でケーシング部分５に支持され、かつ流出側でアクチュエータヘッド６に支持されている。予圧ばね（予荷重ばね）７が、一方ではアクチュエータヘッド６に支えられかつ他方では中間部分９に支えられていて、アクチュエータ３に初期応力を生ぜしめている。
【００１４】
アクチュエータヘッド６の流出側に弁ニードル１０を配置してある。アクチュエータヘッド６と弁ニードル１０との間に空隙１１が形成されている。弁ニードル１０が中間部分９を貫通しており、この場合、弁ニードル１０がフレキシブルなシール１２、有利にはフレキシブルな波付管１２を介して中間部分９に結合されていて、燃料噴射弁１を流過する燃料に対して密閉されている。波付管１２が中間部分９にも、弁ニードル１０にも溶接されている。ケーシング２と中間部分９とがシールリング１３を用いて互いに密閉されている。
【００１５】
弁ニードル１０は、実施例では断面Ｕ字形の中間部分９を次のように貫通し、即ち、中間部分９の下流側の脚部１４が弁ニードル案内として役立っている。弁ニードル１０は切り換え動作の改善のために切欠き（刳り部若しくは穴）１５を有していてよい。
【００１６】
弁ニードル１０の下流側に操作部材１６を配置してあり、該操作部材が下流側の端部に弁閉鎖部材１７を有している。弁閉鎖部材１７が弁座面２８と協働してシール座２５を形成している。弁座面２８は特に、リング状に構成された弁座体１８に形成されていてよく、該弁座体がケーシング２と一体的に形成されているか、ケーシングに適切な手段で結合されている。弁座体１８と弁ニードル１０の下流側の端部１９との間に戻しばね２０を配置してあり、該戻しばねが燃料噴射弁１をアクチュエータ３の無電流状態で閉鎖位置に保っている。
【００１７】
燃料噴射弁１がさらに弁ニードル案内２１を備えており、該弁ニードル案内が例えばリング状に形成されていてよく、該弁ニードル案内の半径方向の寸法が、リング状の弁ニードル案内２１とケーシング２との間に絞り箇所２２を設けるように選ばれている。
【００１８】
燃料噴射弁１を流過する燃料は、燃料供給部（図示せず）を介して送られて、実施例ではケーシング２内に形成された燃料通路（燃料管路）２３を経てアクチュエータ３の周囲を通過させられる。波付管１２の下流側で、燃料噴射弁１の内室２４が燃料で完全に満たされている。該燃料は燃料圧力、いわゆる系圧下にある。燃料が絞り箇所２２でしか絞られず、従って著しく低い圧力で通過できるので、一方では圧力振動が波付管１２に達することはなく、従ってアクチュエータ３が圧力振動の影響を受けることなく保たれ、かつ他方では弁ニードル１０及び操作部材１６への燃料圧力による機械的な負荷が小さく保たれ、ひいては圧力振動による共鳴振動の発生が避けられる。
【００１９】
アクチュエータ３に電気的な導線（図示せず）を介して電圧を供給すると、圧電的な層４が膨張し、その結果、アクチュエータ足部６が弁ニードル１０に向かって燃料の流過方向に運動する。圧電的な層４の引き続く膨張に際して、アクチュエータ３が弁ニードル１０、ひいては操作部材１６を燃料の流過方向に押圧し、その結果、操作部材１６に形成された弁閉鎖部材１７が、弁座体１８に形成された弁座面２８から持ち上げられ（離され）て、燃料噴射弁１が開かれ、燃料が内燃機関の燃焼室（図示せず）内に噴射される。
【００２０】
アクチュエータ３を励起する電圧が遮断されると、圧電的な層４が収縮する。これによってアクチュエータ足部６が弁ニードル１０から離れ、その結果、弁ニードル１０が負荷軽減される。戻しばね２０が弁ニードル１０を燃料の流過方向と逆向きに弁ニードルの出発位置へ押し戻し、これによって操作部材１６、ひいては該操作部材に設けられた弁閉鎖部材１７が同じく該部材の出発位置へ戻される。燃料噴射弁１が閉じられる。
【００２１】
弁ニードル１０を有利には波付管シール１２として形成されたシール１２に結合している結合箇所２６が、半径方向で燃料噴射弁１の中心軸２７に対して、シール座２５と同じ距離を有していると、弁ニードル１０が閉じた状態で燃料圧力によって負荷されず、即ち圧力バランスされている。従って該弁ニードル１０によっては、空隙１１の閉じられた状態でも力がアクチュエータ３に伝達されるようなことはない。
【００２２】
本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、内側へ開く方式の燃料噴射弁１若しくは磁気ひずみ式のアクチュエータ３のためにも利用され得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に基づき形成された燃料噴射弁の実施例の概略断面図。
【符号の説明】
１  燃料噴射弁、  ２  ケーシング、  ３  アクチュエータ、  ４  層、  ５  ケーシング部分、  ６  アクチュエータヘッド、  ７  予圧ばね、  ９  中間部分、  １０  弁ニードル、  １２  シール、  １３  シールリング、  １４  脚部、  １５  切欠き、  １６  操作部材、  １７  弁閉鎖部材、  １８  弁座体、  １９  端部、  ２０  戻しばね、  ２１  弁ニードル案内、  ２２  絞り箇所、  ２３  燃料通路、  ２５  シール座、  ２６  結合箇所、  ２７  中心軸、  ２８  弁座面
【図１】
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【国際調査報告】
2005513336.tif 000004
2005513336.tif 000005
2005513336.tif 000006
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