(57)【要約】弁ニードル（２）を介して、該弁ニードル（２）に配置された弁閉鎖体（３）を作動する圧電式又は磁歪式のアクチュエータ（１１）を有し、前記弁閉鎖体が弁座面（６）と協働してシール座（７）を形成する形式の燃料噴射弁（１）、特に内燃機関の燃料噴射装置用の噴射弁は、液圧補償室（１７）を有している。押圧ピストン（１５）が前記補償室（１７）と協働し、該補償室には液圧媒体流入路（２５）を介して液圧媒体が充填される。前記アクチュエータ（１１）は押圧ピストン（１５）と弁ニードル（２）との間に配置されており、かつ弁ニードル（２）及び押圧ピストン（１５）の軸線に沿って摺動可能である。
2005511953.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、圧電式又は磁歪式のアクチュエータ（１１）が設けられており、該アクチュエータ（１１）が弁ニードル（２）を介して、該弁ニードル（２）に配置された弁閉鎖体（３）を操作し、該弁閉鎖体（３）が弁座面（６）と共にシール座（７）を成すように協働するようになっていて、さらに、液圧式の補償室（１７）が設けられており、該補償室（１７）と押圧ピストン（１５）が協働するようになっていて、補償室（１７）が液圧媒体流入路（１９；２５）を介して液圧媒体で充填される形式のものにおいて、アクチュエータ（１１）が押圧ピストン（１５）と弁ニードル（２）との間に配置されており、かつ弁ニードル（２）及び押圧ピストン（１５）の軸線に沿って摺動可能であることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
室ばね（１８）が、押圧ピストン（１５）の補償室（１７）の側に配置されていて、前記押圧ピストン（１５）に対してプレロード力を作用させており、このプレロード力が、押圧ピストン（１５）を補償室（１７）から押し出すように働いている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
室ばねがダイヤフラムばねである、請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
室ばねが皿ばねである、請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
室ばね（１８）がコイルばねである、請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
液圧媒体が、押圧ピストン（１５）のアクチュエータ（１１）の側における燃料の圧力よりも高い圧力の下で供給される、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
液圧媒体流入路（１９）が流入絞り（２０）を有しており、該流入絞り（２０）によって、補償室（１７）の容積の僅かな部分しか、アクチュエータ（１１）の操作中に逆流できないようになっている、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
液圧媒体流入路が逆止弁を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
液圧媒体流入路（１９）が、起動制御可能な流入弁（２６）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
起動制御可能な流入弁（２６）が、起動制御されていない状態では閉弁されている、請求項９記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
補償室（１７）が、流出絞り（２１）を備えた液圧媒体流出路（２２）を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１２】
補償室（１７）が、起動制御可能な流出弁（２７）を備えた液圧媒体流出路（２８）を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１３】
起動制御可能な流出弁（２７）が、起動制御されていない状態では閉弁されている、請求項１２記載の燃料噴射弁。
【請求項１４】
補償室（１７）が、圧力制限弁を備えた液圧媒体流出路を有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１５】
液圧媒体流出路（２２；２８）が補償室（１７）において、燃料噴射弁（１）の組付け姿勢で見て最高位に位置する箇所に配置されている、請求項１０から１４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１６】
補償室（１７）が燃料で満たされる、請求項１から１４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１７】
補償室（１７）が液圧媒体流入路（２５）を介して内燃機関のオイル循環回路に接続されている、請求項１から１４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】
【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、燃料噴射弁のための圧電式のアクチュエータのストロークトランスフォーマ（Ｗｅｇｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｏｒ）に関する、ストローク方向で働き適応性かつ機械的な公差補償のための配置が公知である。この場合、アクチュエータは、液圧室に接続されているマスター（親）ピストンに作用し、液圧室内の圧力上昇を介してスレーブ（従動）ピストンが動かされ、このスレーブピストンが、駆動して位置決めしたい質量体を運動させる。この駆動したい質量体とは例えば燃料噴射弁の弁ニードルである。この際、液圧室は液圧媒体で充填されている。アクチュエータの変位および液圧室内における液圧媒体の圧縮に際して、液圧媒体の少量の部分が特定の漏れ率で流出する。アクチュエータの休止期に、この液圧媒体は補填される。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５００７０６号明細書から公知の、燃料噴射弁の圧電式のアクチュエータのための、液圧式のストロークトランスフォーマは、アクチュエータと燃料噴射弁の弁ニードルとの間に配置されている。マスターピストンおよびスレーブピストンは、１つの共通の対称軸線に沿って配置されており、かつ液圧室は前記の両ピストン間に配置されている。液圧室内に、マスターピストンとスレーブピストンとを互いに押し離すばねが配置されており、それに伴ってマスターピストンはアクチュエータの方向に、またスレーブピストンは作業方向に弁ニードルの方に向かってプレロードが加えられている。アクチュエータがマスターピストンにストローク運動を伝達すると、このストローク運動は、液圧室内の液圧媒体の圧力によって、スレーブピストンに伝達される。それというのは液圧室内の液圧媒体は圧縮されないし、しかも、１回の短いストローク期間中には液圧媒体の微量部分しか、マスターピストンとガイド孔との間のリングギャップ及びスレーブピストンとガイド孔との間のリングギャップを通って逃げることができないからである。
【０００４】
休止期に、アクチュエータがマスターピストンに対して押圧力を作用させないと、ばねによりマスターピストンとスレーブピストンとは相互に押し離され、かつ発生する負圧によって前記リングギャップを介して液圧媒体が液圧室内へ浸入して液圧室を再び充填する。これによってストロークトランスフォーマは自動的に、燃料噴射弁の長さ伸張と、圧力に起因した伸びとに合わせて調整される。
【０００５】
これらの背景技術の欠点は、ストロークトランスフォーマが内燃機関の放熱によって著しく加熱されてしまう点である。ストロークトランスフォーマは燃料噴射弁の領域に配置されており、ストロークトランスフォーマは、燃料噴射弁の組付け時に、組付け孔内に深く位置し、従って燃焼室近傍に位置している。アクチュエータの休止期には燃料が気化することがあり、従って燃料噴射弁に故障が生じることがある。それというのは、気化された燃料が圧縮され、これによって弁ニードルが開弁されなくなってしまうからである。
【０００６】
特にこの危険は高温の内燃機関の停止後に存在する。この時、燃料噴射システムはその圧力を喪失する。燃料の蒸発が特に発生し易い。このことは内燃機関の再始動試行時に、アクチュエータのストローク運動がもはや弁ニードルには伝達されず、燃料噴射弁が機能しなくなる事態へと至らしめる可能性がある。
【０００７】
本発明の利点
これに対して、請求項１の特徴部に記載した手段を有する、本発明による燃料噴射弁が有する利点は、補償室が燃料分配管路の近傍に位置していて、かつ燃料噴射弁の、内燃機関の燃焼室に接触している側から離れているという点である。それゆえ有利には、本発明による燃料噴射弁は補償室の領域で、背景技術に比して比較的低い温度を有している。更に有利には、補償室を形成するために、より大きな構成容積が使用できる。
【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変化形及び改良形が可能である。
【０００９】
有利な実施形態では、室ばねが、押圧ピストンの補償室側に配置されていて、押圧ピストンに対してプレロード力を加えており、このプレロード力は、押圧ピストンを補償室から、又は該補償室に連通している、押圧ピストンの案内孔から押出すように働く。室ばねは、ダイヤフラムばね、皿ばね又はコイルばねであることができる。
【００１０】
磁歪式又は圧電式のアクチュエータに電圧が印加されていない休止期中には、アクチュエータは押圧ピストンに対して圧力を加えない。むしろ、室ばねによって押圧ピストンは、可動であって摺動可能に支承されたアクチュエータに圧着され、アクチュエータは弁ニードルの方向に、該弁ニードルに当接するまで押しやられる。これに起因して生じる、補償室の容積拡大により負圧が発生し、かつ液圧媒体流入路を介して液圧媒体が補償室内に、その負圧を補償するまで補填流入する。それとともに、アクチュエータの作動期中の液圧媒体の損失、及びこれに起因した正圧は補償される。したがって、ハウジングの長さ変化と、弁ニードルからアクチュエータを介してアクチュエータの支持部に至るまでの伝達経路の長さ変化とが補償される。それというのは、アクチュエータの支持が押圧ピストンにおいて行われ、アクチュエータが常に最大の限度にまで弁ニードルの方向に押しやられるからである。
【００１１】
有利な実施形態では、補償室に、押圧ピストンのアクチュエータ側の燃料の圧力よりも高い圧力下にある液圧媒体が供給されてもよい。
【００１２】
これにより有利には、押圧ピストンに、室ばねを必要とすることなしに力がアクチュエータの休止期中に及ぼされる。この力は、押圧ピストンと、押圧ピストンにより浮動式に支承されたアクチュエータとを、弁ニードルに設けられたストッパに当接するまで摺動させる。これにより同じく、アクチュエータの作動期中における漏れ損失の補償と、アクチュエータの休止期中における、加熱に基づくハウジングの長さ変化もしくはアクチュエータ及び弁ニードルの長さ変化の補償と、燃料圧の補償とが行われる。
【００１３】
液圧媒体流入路は流入絞りを有することができ、この流入絞りはアクチュエータの操作中に、補償室容積の僅かな部分に相当する液圧媒体しか逆流させないように構成されている。
【００１４】
これにより、アクチュエータの短い操作期中には、ごく少量の液圧媒体が流出及び逆流できるにすぎないが、これに対してアクチュエータの長い休止期中には、遊び補償を保証しかつ補償室を常時充填しておくのに充分な液圧媒体が後流入することができる。
【００１５】
液圧媒体流入路は逆止弁を有していることができ、これによって休止期中の特に迅速な充填を可能にすることができる。前記逆止弁が、迅速に応働する逆止弁として構成されている場合には、アクチュエータの作動期中における逆流損失を効果的に阻止することができる。
【００１６】
液圧媒体流入路は、有利な実施形態では、起動制御されていない状態では閉弁されている起動制御可能な流入弁を有している。
【００１７】
有利には、起動制御パルスによって休止期中に補償室は極めて迅速に充填される。それというのは、このような流入弁は大きな横断面を開放できるからである。
【００１８】
有利には、補償室は、流出絞りを備えた液圧媒体流出路を有している。液圧媒体流入路の場合と同様に、アクチュエータの起動制御期中の損失と、これによって生じる圧力上昇はごく僅かではあるが、アクチュエータの休止期中には補償室の、恒常的な通流フラッシング、つまり濯ぎが行われ、かつ有利には補償室の冷却が行われることができる。
【００１９】
択一的には、補償室は、起動制御可能な流出弁を備えた液圧媒体流出路を有しており、この流出弁は起動制御されていない状態では、有利な実施形態において閉弁されている。これによって、休止期中に、特に大きな横断面及び高められたフラッシング効果が得られる。
【００２０】
補償室の液圧媒体流出路は択一的に圧力制限弁を有することができる。圧力制限弁の制限圧を超える圧力上昇によって、アクチュエータの休止期中に通流フラッシングを得ることができる。圧力制限弁の応働慣性がアクチュエータの作動期の持続時間よりも大きくなるように圧力制限弁を設計することによって、作動期中の液圧媒体損失を最小限に抑えるこが可能になる。
【００２１】
本発明の燃料噴射弁の有利な変化形では、液圧媒体流出路は補償室において、燃料噴射弁の組付け姿勢で見て最高位に位置する部位に配置されている。これによって通流フラッシング時に、場合によって存在する気泡が除去される。特に、最初高温の運転状態にあってその後停止された内燃機関を始動する際に、燃料噴射弁が機能することを保証することができる。気化された燃料によって生じることがあって、その圧縮性に基づいて補償室内における圧力形成を妨げる気泡は、確実かつ迅速に除去される。
【００２２】
補償室は、燃料で充填されてもよいし、または択一的に内燃機関のオイル循環路に接続されていてもよい。
【００２３】
実施例の説明
以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。
【００２４】
図１には、燃料噴射弁１が概略的に断面された状態で原理図として示されている。この燃料噴射弁１は、弁閉鎖体３に結合されている外向きに開放する弁ニードル２を備えた燃料噴射弁１である。弁ボディ４と一体に成形又は構成された弁座支持体５は弁座面６を有しており、弁座面６は弁閉鎖体３と共にシール座７を形成する。弁ニードル２はばねストッパ８を有しており、ばねストッパ８に弁ばね９が支持されている。弁ばね９の第２の端部において、弁ばね９は弁ニードル２のためのガイドスリーブ１０に接して位置している。弁ばね９はばねストッパ８を介して弁ニードル２に対してプレロードもしくは予荷重をかけており、このプレロードにより弁閉鎖体３は弁座面６つまりシール座７に対して押圧される。
【００２５】
アクチュエータ１１は、仕切りディスク１２内で案内されたアクチュエータ・プランジャ１３に結合されている。接続導線１４を介してアクチュエータ１１に電流が供給され得る。アクチュエータ１１は、シール座とは反対側の端部で押圧ピストン１５に結合されており、押圧ピストン１５は弾性的なシール１６により弁ボディ４に対して補償室１７を封止している。アクチュエータ・プランジャ１３とアクチュエータ１１と押圧ピストン１５とから成る、互いに結合されていて協働するユニットは、仕切りディスク１２によってアクチュエータ・プランジャ１３を介して、並びに弾性的なシール１６によって押圧ピストン１５を介して、燃料噴射弁１の長手方向軸線に沿って可動にかつ浮動式に支承されている。燃料流入路１９と流入絞り２０を介して補償室１７には連続的に、液圧媒体としての燃料が供給される。流出絞り２１と燃料流出路２２を介して同じく連続的に、微量の燃料が流出する。
【００２６】
同じく燃料流入路１９と流入孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃとを介して燃料はシール座６へ向かって流れる。
【００２７】
アクチュエータ１１が接続導線１４を介して通電されると、アクチュエータ１１はその長さを伸張して、押圧ピストン１５を補償室１７内へ押し込もうとする。補償室１７内に収容されている燃料が液体である以上、僅かな程度でしか圧縮できなくて、しかも、流入絞り２０並びに流出絞り２１が僅かな直径、例えば約２０μｍの直径を有しているので、微量の燃料しか漏出できず、補償室１７内には高い圧力が迅速に形成され、この圧力に押圧ピストン１５は支持されるようになる。これによって、弁ばね９はアクチュエータ１１の他方の端部においてアクチュエータ・プランジャ１３を介して開弁力で負荷され、弁ニードル２が弁閉鎖体３と共に操作されるので、弁閉鎖体３はシール座７から離間する。電流が遮断されると、弁ばね９は弁ニードル２を元の出発位置へ戻す。それと同時に室ばね１８が押圧ピストン１５に対して押圧力を働かせ、この押圧力がアクチュエータ１１をアクチュエータ・プランジャ１３において、弁ニードル２のばねストッパ８に当接した状態に維持する。アクチュエータ１１はばね力によって遊びなしに液圧クッションと弁ニードルとの間で調整される。この際に流入絞り２０を介して燃料は、補償室１７が再び完全に燃料で充填されているようになるまで補償室１７内に後流入する。加熱に基づいて弁ボディ４又はアクチュエータ１１の長さに変化が生じると、それに伴い、アクチュエータ１１はアクチュエータ・プランジャ１３及び押圧ピストン１５と共に燃料噴射弁１の長手方向で常に、アクチュエータ１５が弁ニードル２のばねストッパ８に当接した状態になるまで移動する。
【００２８】
アクチュエータ１１が接続導線１４を介して通電されていない、アクチュエータ１１の休止期中においても常に燃料が補償室１７を通流しているので、この補償室１７は冷却される。更に有利には、本発明の燃料噴射弁１の場合、カップラの如何なる部分も動力学的に動かされる必要がない。それというのは、静力学的な支持力だけが押圧ピストン１５を介して補償室１７に加えられるにすぎないからである。それにより、燃料噴射弁１の反応挙動が改善される。流出ポート２４が内燃機関（図示せず）における燃料噴射弁１の組付け姿勢で見て最も高い箇所に位置するように燃料流出路２２を配置すれば、場合によっては発生してしまう気泡は、補償室１７から効果的に除去される。これにより特に高温の内燃機関を停止した後、再始動する際に、補償室１７内で気化された燃料が気泡を生成してしまう事態が回避される。それというのは、流入絞り２０を介して燃料供給を開始する際にこのような気泡は除去され、燃料流出路２２へ押し出されるからである。押圧ピストン１５が補償室１７内において、気泡の圧縮に基づいて圧力を形成することができずに、それによって弁ニードル２が開かなくなるような事態に陥ることはない。
【００２９】
また択一的に流入絞り２０の代わりに、補償室１７内の負圧発生時に大きな流れ横断面を開放する逆止弁が配置されていてもよい。同じく択一的に流出絞り２１の代わりに圧力制限弁が配置されていてもよく、この圧力制限弁は、その慣性に基づいてアクチュエータ１１の短い操作期中には反応しないが、設定可能な所定の正圧が補償室１７内に発生すると開弁して大きな流出横断面を開放するように構成されている。
【００３０】
図２には、本発明による燃料噴射弁１の別の有利な実施形態が示されている。図１に合致した構成部分には同一の符号を付与してある。弁閉鎖体３は弁ニードル２と作用結合しており、かつ、弁ボディ４に形成されている弁座区分５に設けられた弁シール座面６と協働してシール座７を形成している。弁ばね９と弁ばねストッパ８とを介して、ガイドスリーブ１０内で案内された弁ニードル２がその弁閉鎖体３において、シール座６内へ引き込まれる。仕切りディスク１２内で案内されたアクチュエータ・プランジャ１３と、弾性的なシール１６によって保持された押圧ピストン１５との間には、押圧ピストン１５に結合されたアクチュエータ１１が配置されており、アクチュエータ１１は接続導線１４を介して通電されることができる。燃料流入路１９と流入孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃとを介してシール座６に燃料が供給される。補償室１７内には室ばね１８が配置されている。
【００３１】
内燃機関（図示せず）のオイル循環回路に接続されていて切換弁２６を備えたオイル流入路２５を介して、補償室１７には液圧媒体としてのオイルが供給される。別の切換弁２７とオイル流出路２８とを介してこのオイルは流出することができる。
【００３２】
有利には切換弁２６，２７は大きな流れ横断面を開放できる。アクチュエータ１１の給電を遮断した後、オイル流入路２５の切換弁２６によって迅速に、補償室は、大きな流入横断面を通して再び充填されることができる。同様に、同時にかつその度合を制御可能に、切換弁２７によりオイル流出路２８が開放されることができ、補償室１７が貫流により濯がれて冷却されるようになっている。同じような形式で始動後に、たとえ運転中であろうとも、気泡形成が発生してしまう恐れを回避することができる。この恐れは付加的に、オイル媒体を液圧媒体として使用することにより減じられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁の第１の実施例の概略断面図である。
【図２】
本発明による燃料噴射弁の第２の実施例の概略断面図である。
【図１】
2005511953.tif 000003
【図２】
2005511953.tif 000004
【国際調査報告】
2005511953.tif 000005
2005511953.tif 000006
2005511953.tif 000007
2005511953.tif 000008
2005511953.tif 000009
2005511953.tif 000010