(57)【要約】圧電式又は磁気ひずみ式のアクチュエータ（２）を備えた燃料噴射弁（１）、特に内燃機関の燃料噴射設備の噴射弁は、送りピストン（１４）と受けピストン（１６）とを備えた連結器（１９）を有しており、これらのピストンは圧力室（３２）と接続されている。圧力室（３２）は作動流体で充てんされており、連結器ばね（１８）が送りピストン（１４）と受けピストン（１６）とを押し離すように作用している。圧力室（３２）はアクチュエータ室（３，５）と逆止弁（２４）とを介して接続されており、その遮断方向は圧力室（３２）に向いている。アクチュエータ室（３，５）は燃料室（３０）に対して可動のダイヤフラム（２９）によってシールされている。
2005500469.tif 000002
【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、圧電式又は磁気ひずみ式のアクチュエータ（２）が設けられており、該アクチュエータが、液力式の連結器（１９）を介して、弁ニードル（３１）に形成された弁閉鎖体を操作しており、該弁閉鎖体が、弁座面と協働して弁シール座を形成しており、
連結器（１９）が、送りピストン（１４）並びに受けピストン（１６）を備えており、これらのピストンが、圧力室（３２）と接続されており、該圧力室（３２）が、作動流体で満たされており、連結器ばね（１８）が、送りピストン（１４）と受けピストン（１６）とを互いに押し離すようになっている形式のものにおいて、
圧力室（３２）が、逆止弁（２４）を介してアクチュエータ室（３，５）と接続されており、該逆止弁の遮断方向が、圧力室（３２）に向いており、アクチュエータ室（３，５）が、可動のダイヤフラム（２９）によって燃料室（３０）に対してシールされていることを特徴とする、燃料噴射弁。
【請求項２】
受けピストン（１６）が、金属薄板から成る深絞り部分である、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
送りピストン（１４）が、金属薄板から成る深絞り部分である、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
送りピストン（１４）又は受けピストン（１６）と、案内シリンダ（１５）との間のリングギャップの少なくとも１区分が、燃料噴射弁の取り付け位置において、場合によっては生じる気泡の上昇方向でみて圧力室（３２）の最高位置に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
受けピストン（１６）が、案内シリンダ（１５）と、伝力接続式に密に結合されている、請求項４記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
送りピストン（１４）と受けピストン（１６）とが、互いに異なる作用面を有している、請求項１から５までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
逆止弁（２４）が、球逆止弁（２４）である、請求項１から６までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
球逆止弁（２４）の弁座（２３）が、送りピストン（１４）に形成されている、請求項７記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
作動流体が、シリコーン油である、請求項１から８までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
液力式の連結器（１９）の回りにアクチュエータばね（１１）が配置されており、該アクチュエータばねが、アクチュエータ（２）にプレロードをかけている、請求項１から９までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
アクチュエータばね（１１）が、コイルばね（１１）である、請求項１０記載の燃料噴射弁。
【請求項１２】
ダイヤフラム（２９）が、半径方向断面図でみて波形の輪郭を有している、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念による燃料噴射弁から出発する。
【０００２】
ＥＰ０４７７４００Ａ１から圧電式アクチュエータのための液力式の連結器が公知であり、この場合アクチュエータは行程力を送りピストンに伝達する。送りピストンは受けピストンのための案内シリンダと伝力接続式に結合されている。受けピストン、案内シリンダ、および案内シリンダを閉鎖する送りピストンは液力室を形成している。液力室内にはばねが配置されていて、このばねは送りピストンと受けピストンとを互いに押し離す。案内シリンダの端区分及び受けピストンの回りにはゴムパッキンが配置されており、このゴムパッキンによって粘性の作動流体のための貯蔵室が燃料室に対してシールされる。作動流体の粘性は受けピストンと案内シリンダとの間のリングギャップに適合せしめられている。
【０００３】
受けピストンは行程運動を機械的に例えば弁ニードルに伝達する。アクチュエータが送りピストン及び案内シリンダに行程運動を伝達するときに、この行程運動は液力室内の作動流体の圧力によって受けピストンに伝達される。それは、液力室内の作動流体は圧縮することができず、かつ単に作動流体のわずかな部分だけがリングギャップを通って行程の短い時間の間に、ゴムパッキンによって形成されている貯蔵室内に逃げるに過ぎないからである。停止段階において、アクチュエータが送りピストンに圧力を及ぼさないときに、ばねによって送りピストンが案内シリンダから押し出され、かつ相応する負圧によってリングギャップを介して作動流体が液力室内に侵入し、液力室を再び充てんする。これによって連結器は自動的に長さを膨張し、燃料噴射弁の圧力に基づく伸長が生ぜしめられる。
【０００４】
公知の背景技術において欠点であることは、普通は２つの締め付けリングによって案内シリンダ及び受けピストンに押されるゴムパッキンが永続的には不完全であることである。高粘性の作動流体及び燃料は混合されることがあり、連結器の故障になることがある。燃料、例えばガソリンが連結器の内部に達すると、機能障害になることがある。それはガソリンのわずかな粘性によってこの液体が過度に迅速にリングギャップを通って通過することができ、行程の時間内に圧力が圧力室内に形成されないからである。
【０００５】
公知の背景技術は、どのようにして圧電アクチュエータを燃料、特にガソリンとの接触に対して防止することができるかの解決策も与えていない。
【０００６】
ＤＥ４３０６０７３Ｃ１から圧電式アクチュエータを備えた燃料噴射弁が公知であり、この圧電式アクチュエータは大面の圧力ピストンと結合されている。この圧力ピストンは、燃料噴射弁体に支えられている皿ばねをもって、圧電式アクチュエータに対してプレロードをかけられる。圧力ピストンは弁体の孔内で案内されていて、かつ中央の孔を有しており、この孔内で受けピストンが案内されており、この受けピストンは弁ニードルと結合されている。圧力ピストンの孔内で、孔の底と受けピストンとの間に、ばねがあり、このばねは受けピストンを弁座の方向にプレロードをかけ、かつ孔から押し出す。燃料噴射弁は弁ニードルを有しており、この弁ニードルは内方に向かって開く。燃料噴射弁体と圧力ピストン並びに受けピストンの反対側との間には圧力室がある。受けピストンと圧力ピストンとの間のリングギャップと圧力ピストン内の孔と接続孔とを介して、圧力室はアクチュエータ室と接続している。アクチュエータ室はこの場合作動流体のための貯蔵室として役立つ。圧電アクチュエータが電圧の印加によって操作されると、圧力ピストンは弁座の方向に動かされ、かつ圧力室内の作動流体の圧力の増大によって受けピストンが圧力ピストン内の孔内に圧力ピストンの運動方向とは逆に押され、かつこれにより弁ニードルが弁座から持ち上げられる。
【０００７】
この公知の背景技術における欠点は、外方に向かって開く燃料噴射弁のための解決策が可能にされていないことである。更なる欠点は、停止位置に戻った後に圧力室を迅速に再充てんするための装置が設けられていないことである。最後に、構造は多部分から成りかつ複雑である。それは燃料噴射弁において正確な孔内で案内される圧力ピストン自体が、正確に製作すべき孔を受けピストンのために有していなければならないからである。
【０００８】
発明の利点
請求項１の構成要件を備えた本発明による燃料噴射弁はこれに対し、可動のダイヤフラムによってアクチュエータ室を燃料室に対して確実にシールすることができるという利点を有している。更に逆止弁によって、受けピストンがその出発位置に戻った後に圧力室の迅速な再充てん及びこれにより圧力室の適当な容積変化が行われる。生ずる負圧によって、逆止弁が開かれ、かつ作動流体が圧力室内に迅速に後流れする。可動のダイヤフラムは有利には、例えば薄い金属ダイヤフラムであり、溶接継ぎ目によって受けピストン並びに燃料噴射弁体に固定することができるときに、永続的にシールすることができる。シール線自体は可動のシール線ではなく、耐用寿命に対して永続的にシール可能である。必要な可動性はダイヤフラムの弾性だけによって行われる。この場合、ダイヤフラムが受けピストンの可動性に対して対抗作用をしないことが特に有利である。それはアクチュエータ室及び燃料室内で同じ圧力が支配しており、かつダイヤフラムがその変形可能性によって、ダイヤフラム自体が生ずる圧力差から何らの力も受け入れない位置に動くからである。圧電アクチュエータはこれにより燃料との接触を確実に防止されており、かつ高粘性の作動流体によって同時に冷却されることができ、並びに燃料噴射弁のケーシングとの接触摩擦による磨滅に対して保護されている。
【０００９】
従属請求項に記載した手段によって請求項１に記載した燃料噴射弁の有利な展開及び改善が可能である。
【００１０】
有利には、受けピストン並びに送りピストンは金属薄板からの深絞り部分として構成されている。
【００１１】
高粘性である固有の作動流体を使用することによって、この粘性は案内シリンダと送りピストン若しくは受けピストンとの間の予期されるリングギャップに対して適合させることができ、かつこれにより安価に製作することができ、わずかではない誤差を許容するような金属薄板から成る深絞り部分の使用が可能である。
【００１２】
有利な実施形態では、送りピストン又は受けピストンと、案内シリンダとの間のリングギャップの少なくとも１区分が、燃料噴射弁の取り付け位置において、場合によっては生じる気泡の上昇方向でみて圧力室の最高位置に配置されている。
【００１３】
本発明による連結器の圧力室を、燃料噴射弁の製作の際に、完全に気泡なしにするのは、組み立てに基づいて可能でないので、圧力室内にある気泡が迅速に逃げることが重要である。逆止弁によって、作動流体は、運転の間に短い行程段階の間だけリングギャップを介して圧力室から出ることができる。このようなリングギャップの少なくとも１区分が取り付け位置の最高の位置に配置されていると、燃料噴射弁の運転期間にわたって圧力室から確実にすべての気泡が除かれる。通常の取り付け位置において連結器の上方にアクチュエータひいてはアクチュエータ室を配置することによって、逆止弁を通って行程の後に後流れする作動流体も気泡なしである。圧力室内での気泡の不都合な圧縮によって、弁ニードルの行程の減少が生ずることはない。残りの気泡は時間と共に、アクチュエータ室の上方の範囲内に集まり、かつアクチュエータ室及び燃料室内に同時に作用する圧力に応じて圧縮される。これによって燃料噴射弁の製作に際して充てんの間に不可避的に生じる気泡によって機能故障及び障害が生じることはない。
【００１４】
有利な実施形態では、受けピストンは案内シリンダと伝力接続式で密に結合されている。
【００１５】
例えば案内シリンダが深絞り部分、あるいは受けピストンと溶接によって密に結合されている管区分から成っている場合には、簡単な構造エレメントが生じる。送りピストンはこのコップ形の構造エレメント内で案内される。
【００１６】
代替的に、送りピストン及び受けピストンが異なった直径ひいては作用面を備えていることも可能である。
【００１７】
これによって距離伝達を生ぜしめることができ、かつ圧電アクチュエータのわずかな行程をより大きな調節距離に伝達することができる。
【００１８】
有利な構成では、逆止弁は球逆止弁であり、その弁座は送りピストンに構成されている。
【００１９】
球逆止弁は安価に製作することができ、かつわずかな構造大きさで良好に圧力室内に配置することができる。
【００２０】
有利な実施形では、作動流体はシリコーン油である。
【００２１】
アクチュエータばねはコイルばねとして構成し、かつ液力式の連結器を取り囲むことができる。
【００２２】
アクチュエータに対する必要なプレロードはこれによりスペースを節減する配置で生ぜしめることができる。
【００２３】
有利には、ダイヤフラムは半径方向の断面図でみて波形の輪郭を有している。
【００２４】
これによって、燃料噴射弁の対称軸線に関してダイヤフラムが半径方向の平面内に配置されている場合に、ダイヤフラムの高い軸方向の変形性能が達成される。アクチュエータ室と燃料室との間に圧力差がある場合、ダイヤフラムはその半径方向の断面に沿って軸方向に、圧力バランスが作用するまで、変形する。同様に、これによってダイヤフラムは、それが伝力接続式に密に結合されている受けピストンの運動に適合する。
【００２５】
実施例の説明
本発明の１実施例を図示し、以下に詳細に説明する。
【００２６】
図１は燃料噴射弁１の区分を概略的に示し、圧電式又は磁気ひずみ式のアクチュエータ２及びアクチュエータ室３の範囲が示されており、アクチュエータ室３は接続孔４を介して下方のアクチュエータ室５と接続されている。アクチュエータ２はアクチュエータケーシング６内に配置されており、このアクチュエータケーシングは閉鎖プレート７によって制限されている。閉鎖プレート７内の孔８を通って電気的な接続部９が案内されていて、Ｏリング１０によってシールされている。この電気的な接続部９を介して、アクチュエータ１は電圧を加えられる。アクチュエータばね１１は、中間ディスク１２に支えられていて、アクチュエータヘッド１３をアクチュエータ２に押し付けるようになっており、したがってアクチュエータは閉鎖プレート７と接触せしめられる。アクチュエータヘッド１３には送りピストン１４が接触しており、この送りピストンは案内シリンダ１５内で案内されている。案内シリンダ１５は、溶接継ぎ目１７によって受けピストン１６と伝力接続式（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）で密に結合されている。連結器ばね１８は送りピストン１４にプレロード（Ｖｏｒｓｐａｎｎｕｎｇｓｋｒａｆｔ；予荷重）をかけており、このプレロードは送りピストン１４を案内シリンダ１５から押し出すように作用する。送りピストン１４、案内シリンダ１５、受けピストン１６及び連結器ばね１８は、連結器１９を形成している。連結器１９の内部には逆止球２０が配置されており、この逆止球は逆止ばね２１及び案内スリーブ２２を介して送りピストン１４の弁シール座２３に押し付けられる。逆止球２０、逆止弁２１及びシール座２３は逆止弁２４を形成している。供給孔２５を介して、作動流体は上方のアクチュエータ室３から逆止弁２４の弁シール座２３に達することができる。連結器１９はその案内シリンダ１５と共に中間ディスク１２の孔２６内で案内されている。外方の溶接継ぎ目２７を介してダイヤフラム２９は中間ディスク１２と密に結合されており、内方の溶接継ぎ目２８を介してこのダイヤフラム２９は受けピストン１６と密に結合されている。
【００２７】
ダイヤフラム２９は燃料室３０を下方のアクチュエータ室５から分離している。下方のアクチュエータ室５は接続孔４を介して上方のアクチュエータ室３と接続されているので、上方のアクチュエータ室３、下方のアクチュエータ室５並びに燃料室３０内には同じ圧力が作用しており、ダイヤフラム２９は圧力バランスが生ぜしめられるまで変形する。ダイヤフラム２９は受けピストン１６の運動に追従し、更に半径方向で外方に配置されているダイヤフラム２９の部分はこの場合逆向きの運動を行い、したがってやはり受けピストン１６の行程運動の間に、下方のアクチュエータ室５と燃料室３０との間で圧力バランスが維持される。受けピストン１６の行程運動はダイヤフラム２９によって阻止又は影響されないか、あるいは単にわずかにしか阻止又は影響されない。受けピストン１６は場合によっては生じる行程運動を弁ニードル３１に伝達する。
【００２８】
アクチュエータ２に電気的な供給導線９を介して電圧が加えられると、アクチュエータ２はアクチュエータヘッド１３に行程運動を作用させ、この行程運動は更に連結器１９の送りピストン１４に伝達される。送りピストン１４は案内シリンダ１５の内部に押されるようになっており、案内シリンダは受けピストン１６と共に、一体の深絞り部分として構成されている。受けピストン１６と案内シリンダ１５と送りピストン１４とによって形成されている圧力室３２の内部にある作動流体は高粘性の液体例えばシリコーン油としてほとんど圧縮不能である。これにより圧力室３２内に迅速な圧力上昇が生じ、この圧力上昇によって、逆止球２０はシール座２３内に押され、かつ案内シリンダ１５は受けピストン１６と共に、中間ディスク１２の孔２６内で弁ニードル３１の方向に動かされ、かつ弁ニードル３１に行程力を作用させる。送りピストン１４と案内シリンダ１５との間に必然的に生ずるリングギャップによって、シリコーン油の高い粘性に基づきわずかな量のシリコーン油しか上方のアクチュエータ室３に逃げることができない。燃料噴射弁１の弁ニードル３１はこれにより開く。アクチュエータ２における電圧が消滅した後に、アクチュエータ２はアクチュエータばねによってアクチュエータヘッド１３を介してその出発位置に押される。同様に、弁ニードル３１はその出発位置に戻る。連結器ばね１８によって、案内シリンダ１５及び受けピストン１６は弁ニードル３１に打ち当たるまで押され、かつ送りピストン１４はアクチュエータヘッド１３に打ち当たるまで押される。送りピストン１４と案内シリンダ１５との間のリングギャップを介して、作動流体は充分に迅速には圧力室３２に後流れすることができないので、連結器ばね１８の力に基づいて負圧が圧力室３２内に生じ、逆止球２０はシール座２３から持ち上げられる。アクチュエータ室３から、供給孔２５及びシール座２３を介して、シリコーン油が圧力室２３内に後流れし、それももはや負圧が生ぜず、逆止ばね２１が逆止球２０を再びシール座２３に押すまで後流れする。連結器１９はこれにより自動的に弁ニードル３１及びアクチュエータヘッド１３の休止位置の間の長さ変化に適合する。
【００２９】
有利には、シリコーン油の特性は連結器のためにも、アクチュエータ室３で使用するためにも最適化させることができる。このようにして適当な粘性を調整することによって、送りピストン１４と案内シリンダ１５と受けピストン１６との構造部分を、比較的大きなギャップ寸法を生ぜしめる、安価に完成させようとする深絞り金属薄板として構成することができる。本発明による燃料噴射弁１の上述の実施例は更に、アクチュエータ２を燃料室３０に対する確実なシールを可能にする。それはシールダイヤフラム２９は圧力を受け止る必要がないからである。送りピストン１４の、燃料噴射弁１の取り付け位置における、ここでも同様に図示した配置、すなわち送りピストン１４と案内シリンダ１５との間の憶測でないリングギャップが、圧力室３２において場合によっては生じる気泡の上昇方向の少なくとも一部分に配置されていることによって、圧力室３２の長時間運転において気泡がなく、かつ燃料噴射弁１が申し分なく機能することが達成される。気泡は圧力室３２内で上方に集まり、アクチュエータ２の行程の際に先ず気泡がリングギャップを通して押し出される。しかしながら上方のアクチュエータ室３内では、気泡は閉鎖プレート７の近くに集まるが、この箇所においては気泡は燃料噴射弁１の機能に影響を及ぼさない。シール座２３を介して後流れする作動流体はしたがって気泡がない。短い時間の後に、圧力室３２内には気泡がなくなる。
【００３０】
更に、シリコーン油がアクチュエータ２に対しても、すべての他の可動部分に対しても緩衝作用を及ぼすことは有利である。現在の内燃機関において必要な燃料噴射弁１の高い操作率に基づいて、生ずる振動は、効果的に緩衝される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁の１実施例の、アクチュエータ及び連結器の範囲における概略的な断面図を示す。
【符号の説明】
１  燃料噴射弁、  ２  アクチュエータ、  ３  アクチュエータ室、  ４  接続孔、  ５  下方のアクチュエータ室、  ６  アクチュエータ室ケーシング、  ７  閉鎖プレート、  ８  孔、  ９  接続部、  １０  Ｏリング、  １１  アクチュエータばね、  １２  中間ディスク、  １３  アクチュエータヘッド、  １４  送りピストン、  １５  案内シリンダ、  １６  受けピストン、  １７  溶接継ぎ目、  １８  連結器ばね、  １９  連結器、  ２０  逆止球、  ２１  逆止ばね、  ２２  案内スリーブ、  ２３  弁シール座、  ２４  逆止弁、  ２５  供給孔、  ２６  孔、  ２７  外側の溶接継ぎ目、  ２８  内側の溶接継ぎ目、  ２９  ダイヤフラム、  ３０  燃料室、  ３１  弁ニードル、  ３２  圧力室
【国際公開パンフレット】
2005500469.tif 000003
2005500469.tif 000004
2005500469.tif 000005
2005500469.tif 000006
2005500469.tif 000007
2005500469.tif 000008
2005500469.tif 000009
2005500469.tif 000010
2005500469.tif 000011
2005500469.tif 000012
2005500469.tif 000013
2005500469.tif 000014
2005500469.tif 000015
2005500469.tif 000016
2005500469.tif 000017
2005500469.tif 000018
【国際調査報告】
2005500469.tif 000019
2005500469.tif 000020
2005500469.tif 000021
2005500469.tif 000022
2005500469.tif 000023
2005500469.tif 000024