(57)【要約】圧力負荷される蓄えチャンバ（１５）を備えた、噴射弁に用いられるストローク伝達エレメントが公知である。蓄えチャンバ（１５）はハイドロリック流体によって充填されていて、エラストマベローズ（１９）を備えた蓄えエレメント（１７）を有している。十分な回転数強さを運転期間にわたって確保するために、本発明によれば、エラストマベローズ（１９）が、補強エレメント（２７）を有しており、該補強エレメント（２７）が、少なくとも部分的にエラストマベローズ（１９）に、運転期間にわたって不変の半径方向の剛性を確保していることが提案されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射弁に用いられるストローク伝達エレメントであって、圧力負荷される蓄えチャンバ（１５）が設けられており、該蓄えチャンバ（１５）が、ハイドロリック流体によって充填されていて、エラストマベローズ（１９）を備えた蓄えエレメント（１７）を有している形式のものにおいて、エラストマベローズ（１９）が、補強エレメント（２７）を有しており、該補強エレメント（２７）が、少なくとも部分的にエラストマベローズ（１９）に、運転期間にわたって不変の半径方向の剛性を確保していることを特徴とする、噴射弁に用いられるストローク伝達エレメント。
【請求項２】
補強エレメント（２７）が、少なくとも部分的にエラストマ材料の軸方向の剛性をせいぜい僅かに高めている、請求項１記載のストローク伝達エレメント。
【請求項３】
エラストマベローズ（１９）が一体に形成されている、請求項１または２記載のストローク伝達エレメント。
【請求項４】
エラストマベローズ（１９）が、ばね技術的に直列に接続されて第１の領域（Ａ）と第２の領域（Ｂ）とを有しており、補強エレメント（２７）が、第２の領域（Ｂ）内にしか設けられていない、請求項１から３までのいずれか１項記載のストローク伝達エレメント。
【請求項５】
第２の領域（Ｂ）が、軸方向で第１の領域（Ａ）の少なくとも二倍の長さに形成されている、請求項４記載のストローク伝達エレメント。
【請求項６】
補強エレメント（２７）が、スリーブ状の金属ネットによって形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のストローク伝達エレメント。
【請求項７】
エラストマベローズ（１９）の材料が、約７０〜８５のショアＡ硬さを有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のストローク伝達エレメント。
【請求項８】
補強エレメント（２７）が、エラストマベローズ（１９）内に、該エラストマベローズ（１９）の材料の射出成形により埋め込まれている、請求項１から７までのいずれか１項記載のストローク伝達エレメント。
【請求項９】
ボトムプレート（２１）および／またはヘッドプレート（２３）が、射出成形技術によってエラストマベローズ（１９）と補強エレメント（２７）とに結合されて、１つの構成ユニットを形成している、請求項１から８までのいずれか１項記載のストローク伝達エレメント。
【請求項１０】
エラストマベローズ（１９）が、スリーブとして形成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のストローク伝達エレメント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、噴射弁に用いられるストローク伝達エレメントに関する。
【０００２】
このような形式のエレメントは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９６２１７７号明細書に基づき公知である。この場合、ストローク伝達エレメントは、圧力負荷される蓄えチャンバ領域を有している。この蓄えチャンバ領域の領域境界は弾性的に形成されている。この熱的な補償エレメントによって、噴射弁の内部の個別成分（たとえばセラミックス、鋼およびハイドロリック流体）の既存の種々異なる熱膨張係数にもかかわらず、噴射弁の個別構成要素の力伝達式の接続を運転範囲全体において確保することができる。この場合、特にストローク伝達エレメントの回転数強さに注意しなければならない。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９６２１７７号明細書によれば、蓄えチャンバ領域が、金属から成るばねベローズ装置によって仕切られる。この場合、まず、金属ベローズ装置は製作に関して手間がかかり、したがって、比較的高価であるという欠点がある。金属ベローズは半径方向で極めて剛性的であるので、体積補償は軸方向で行われる。この場合、金属ベローズは小さな変位量でしか線形のばね特性線を有しておらず、たとえば運転中の温度経過時に生ぜしめられる、より大きな変位量では、ベローズが強いヒステリシス効果を示す。個別ベローズの歪み・ヒステリシス特性に基づき、蓄えチャンバ圧の維持ひいては機能性をエンジン回転数が高い場合でも保証するために、付加的なばねエレメントが必要となる。すなわち、この金属ベローズ装置では、運転の間の動特性が変化し得ることも欠点である。
【０００３】
択一的には、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９６２１７７号明細書によれば、蓄えチャンバ領域が弾性的な領域境界でエラストマ材料から形成されていてもよい。この場合、体積補償は半径方向の膨出によって可能にすることができる。軸方向では、このエレメントは比較的軟性である。このことは、アクチュエータによる十分なストローク発生のために必要となる。しかし、公知のエラストマ材料はクリープ特性を示す。このクリープ特性は、不可避の老化時に半径方向の剛性の損失ひいては蓄えチャンバ内の望ましくない圧力損失を生ぜしめる。すなわち、したがって、回転数強さがエラストマベローズの場合でも付与されていない恐れがある。
【０００４】
本発明の課題は、運転期間にわたって十分な回転数強さを有する、噴射弁に用いられるストローク伝達エレメントを提供することである。
【０００５】
本発明によれば、このことは、請求項１の特徴を備えたストローク伝達エレメントで達成されている。この場合、エラストマベローズは補強エレメントを有している。この補強エレメントは少なくとも部分的にエラストマベローズに、運転期間にわたって不変の半径方向の剛性を確保している。したがって、エラストマ材料の老化にもかかわらず、弾性的な補強エレメントによって、望ましくない圧力損失が寿命にわたって回避されている。噴射弁のアクチュエータに対する反力を形成するためには、付加的な適切な、場合によっては公知先行技術に基づき公知のエレメントが設けられてよい。
【０００６】
ストローク伝達エレメントは、補強エレメントが、同時に少なくとも部分的にエラストマ材料の軸方向の剛性をせいぜい僅かに高めていると特にコンパクトに形成することができる。この場合、少なくともエラストマベローズの一区分によって、蓄え機能のほかに同時にアクチュエータ反力を提供することができる。この場合、補強エレメントは、蓄えエレメントの軸方向の剛性を過度に激しく高めることなしに、特にエラストマ材料の老化に基づく半径方向の剛性の損失を補償するように最適に選択されている。この場合、補強エレメントがエラストマベローズの全長にわたって延びていると、特にエラストマベローズと補強エレメントとのジオメトリの適切な選択によって、その都度の要求に相応して、この妥協を達成することができる。
【０００７】
有利な構成によれば、エラストマベローズが、ばね技術的に直列に接続されて第１の領域Ａと第２の領域Ｂとを有しており、補強エレメントが、第２の領域内にしか設けられていない。第１の領域Ａは、適切に選択されたジオメトリに基づき半径方向で第２の領域よりも剛性的に形成されている。第２の領域Ｂは、補強エレメントに基づき軸方向で第１の領域Ａよりも剛性的に形成されている。両領域は軸方向で直列に接続されているので、軸方向の剛性の反数が加算される。したがって、アクチュエータによって付与された全変位量では、アクチュエータに作用する付加的な反力が第１の近似で、より僅かな剛性を備えた第１の領域Ａによってしか規定されない。ハイドロリック流体の、付加的に生ぜしめられる体積は、第２の領域Ｂのより僅かな半径方向の剛性に基づき第１の近似で第２の領域にしか膨出を生ぜしめない。したがって、エラストマベローズの両領域における特性の割当てによって、ストローク伝達エレメントの特性の最適な調整が可能となる。
【０００８】
コンパクトなかつ頑丈なストローク伝達エレメントもしくは蓄えエレメントを提供することができるようにするために、本発明によれば、さらに、補強エレメントが、特にスリーブとして形成されているエラストマベローズ内に、該エラストマベローズの材料の射出成形により埋め込まれていることが提案されていてよい。このことは、ボトムプレートおよび／またはヘッドプレートが、射出成形技術によってエラストマベローズと補強エレメントとに結合されて、１つの構成ユニットを形成している場合に一層強く認められる。
【０００９】
以下に、ストローク伝達エレメントを備えた本発明による噴射弁の実施例を説明する。
【００１０】
図１によれば、噴射弁はアクチュエータ１を有している。このアクチュエータ１は、ハイドロリック式の転換器３を有するストローク伝達エレメントを介して弁ニードル５の運動ひいては燃料噴射過程を制御する。この場合、弁ニードル５は、自体公知の形式で、相応の弁開口７を装備した弁ニードルハウジング９内に案内されている。この場合、図１に示した弁は内方にまたは択一的には外方に開放する。ハイドロリック式の転換器３の、ハイドロリック流体によって充填されたハウジング１２内には、ニードルプランジャ１１と、このニードルプランジャ１１に接続されて、アクチュエータプランジャ１３とが案内されている。アクチュエータ１の運動はアクチュエータプランジャ１３によってニードルプランジャ１３に伝達され、さらに、弁ニードル５に伝達される。ハイドロリック流体に対する熱的な体積補償のためには、ストローク伝達エレメントが蓄えチャンバ１５をハウジング１２内に有していて、付加蓄えチャンバ１６を有している。この付加蓄えチャンバ１６は付加的な弾性的な蓄えエレメント１７内に形成されている。この蓄えエレメント１７の弾性的な壁区分はエラストマベローズ１９によって実現されている。このエラストマベローズ１９は同時に軸方向でアクチュエータ１に対する反力を提供する。この場合、中空円筒状のエラストマベローズ１９は端面側で、一方ではボトムプレート２１に密に結合されていて、他方ではヘッドプレート２３に密に結合されている。ボトムプレート２１はハイドロリック式の転換器３のハウジング１２を閉鎖していて、アクチュエータプランジャ１３のための相応の開口を有している。ヘッドプレート２３はアクチュエータ側でアクチュエータプランジャ１３に密に接続されている。すなわち、アクチュエータプランジャ１３とエラストマベローズ１９の内壁との間の環状室内に、弾性的な壁区分を備えた付加蓄えチャンバ１６が形成されている。この付加蓄えチャンバ１６は、適切に寸法設定された、ハウジング１２の開口の領域でこのハウジング１２とアクチュエータプランジャ１３との間に形成された環状のギャップ２５を介して、ハイドロリック式の転換器３のハウジング１２内に形成された蓄えチャンバ１５に流体技術的に接続されている。
【００１１】
蓄えエレメント１７のエラストマベローズ１９は軸方向に、軸方向のかつ半径方向のそれぞれ異なる弾性特性を備えた第１の領域Ａと第２の領域Ｂとを有している。この場合、両領域Ａ，Ｂは蓄えエレメント１７のそれぞれ異なる機能を保証していて、その都度要求に応じて適切に互いに調整されている。エラストマベローズ１９内には、第２の領域Ｂに補強エレメント２７が配置されている。この補強エレメント２７は、たとえばスリーブ状の金属ネットによって形成されている（図２参照）。これによって、この領域が半径方向で、公知先行技術による純粋な金属ベローズの場合よりも軟性となり、しかも、ハイドロリック流体の付加体積を蓄えエレメント１７内の激しい圧力増加なしに収容することができるほど軟性となる。さらに、この金属ネット２７は、エラストマ材料のクリープにもかかわらず、金属ネット２７の寿命にわたって半径方向の不変の剛性をエラストマベローズ１９の第２の領域Ｂに確保している。同時に第１の領域Ａにおけるエラストマベローズ１９のジオメトリは、第１の領域Ａにおける半径方向の剛性が、補強エレメントの欠落にもかかわらず、第２の領域Ｂにおける半径方向の剛性よりも著しく大きいように選択されている。したがって、半径方向の膨出もしくはこれに関連した圧力損失が寿命にわたって第１の領域Ａで無視可能となり、蓄えエレメントの回転数強さに全体的に不利な影響を与えない。
【００１２】
しかし、図２に示した半径方向の補強エレメント２７の設計に基づき、エラストマベローズ１９は第２の領域Ｂに、高められた半径方向の剛性を有している。このことは、領域Ａが存在していない事例では、噴射弁の機能性に不利な影響を与える恐れがある。つまり、公知のアクチュエータタイプでは、出発ストロークが、増加する加えられた反力によって減少する。しかし、エラストマベローズ１９の第１の領域Ａにおける軸方向の剛性の適切な設計によって、アクチュエータストロークをさほどの付加的な反力なしに伝達エレメント３に導入することができることが確保されている。いま、第２の領域Ｂにおける軸方向の剛性は変換の機能のためにもはや重要ではないので、剛性を任意に高く選択することができ、上述した要求に対して特に最適に選択することができる。領域Ａには、強化されていないエラストマが使用されている。このエラストマの剛性は材料硬さとジオメトリとによって軸方向で最適に調整されている。しかし、領域Ａの長さは、上述したように、この領域Ａが半径方向で十分に剛性的であり、これによって、ハイドロリック流体体積の増加時に、無視できる程度にしか膨出しないように設計することができる。
【００１３】
すなわち、要するに、ハイドロリック式の変換器３もしくは蓄えエレメント１７は、一方では、ハイドロリック流体の、温度変化によって生ぜしめられる付加体積が、第２の領域Ｂにおける半径方向の僅かな剛性のため、さほどの圧力増加なしに提供され、これによって、噴射弁の動特性が−４０℃〜＋１５０℃の運転温度範囲内で僅かしか変化しないように形成されている。他方では、第１の領域Ａにおける軸方向の僅かな剛性のため、蓄えエレメント１７によって生ぜしめられるアクチュエータ反力が適切に僅かとなる。この場合、エラストマ材料はＤＩＮ５３５０５による７０〜８５のショアＡ硬さを有している。エラストマ材料の剛性は自体等方性である、すなわち、方向に依存していない。しかし、構成スペース制限のため、エラストマベローズ１９はスリーブとして形成される。この場合、スリーブの長さがその肉厚よりも大きく寸法設定されていることが認められている。
【００１４】
全エラストマ蓄え器１７は１回の加硫プロセスで製作される。この場合、ヘッドプレート２１およびボトムプレート２３が補強エレメント２７と一緒に相応の射出成形型内に挿入され、熱い材料が射出される。温度および圧力が高い場合には、架橋プロセスが行われる。これによって、全ての部材が互いに固く結合されていて、コンパクトなかつ頑丈な構成ユニットとして射出成形型から取り出され得る（図示せず）。
【００１５】
本発明によるストローク伝達エレメントはハイドロリック式の補償器として種々異なる噴射弁形式、特にディーゼル噴射弁または高圧直接噴射（ＨＰＤＪ）システムに使用するために適している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】噴射弁を断面図で著しく簡単に示す図である。
【００１７】
【図２】ストローク伝達エレメントの蓄え器の拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  アクチュエータ、  ３  転換器、  ５  弁ニードル、  ７  弁開口、  ９  弁ニードルハウジング、  １１  ニードルプランジャ、  １２  ハウジング、  １３  アクチュエータプランジャ、  １５  蓄えチャンバ、  １６  付加蓄えチャンバ、  １７  蓄えエレメント、  １９  エラストマベローズ、  ２１  ボトムプレート、  ２３  ヘッドプレート、  ２５  ギャップ、  ２７  補強エレメント、  Ａ  第１の領域、  Ｂ  第２の領域
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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