(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であって、圧電又は磁気ひずみアクチュエータ（４）が設けられており、該アクチュエータが液圧式の結合器（２３）を介して、弁ニードル（２４）に加工成形された弁閉鎖体（２５）を作動させ、該弁閉鎖体が、弁座面（２６）と弁シール座（２７）を成すように協働する。結合器（２３）は、それぞれ圧力室（４２）と接続された主動ピストン（１４）と従動ピストン（１９）とを有しており、少なくとも１つの結合器ばね部材が、それぞれ所定の予負荷力を主動ピストン（１４）に対しては作業方向とは反対の方向で、且つ従動ピストン（１９）に対しては作業方向で生ぜしめるようになっている。結合器（２３）の圧力室（４２）は、流入孔（２０）と逆止弁（４９）とを介して、圧力室（４２）に向かう通流方向で燃料流入部と接続されている。
2005500470.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、圧電又は磁気ひずみアクチュエータ（４）が設けられており、該アクチュエータが液圧式の結合器（２３）を介して、弁ニードル（２４）に加工成形された弁閉鎖体（２５）を作動させ、該弁閉鎖体が、弁座面（２６）と弁シール座（２７）を成すように協働し、結合器（２３）が、それぞれ圧力室（４２）と接続された主動ピストン（１４）と従動ピストン（１９）とを有しており、少なくとも１つの結合器ばね部材が、それぞれ所定の予負荷力を主動ピストン（１４）に対しては作業方向とは反対の方向で、且つ従動ピストン（１９）に対しては作業方向で生ぜしめるようになっている形式のものにおいて、
結合器（２３）の圧力室（４２）が、流入孔（２０）と逆止弁（４９）とを介して、圧力室（４２）に向かう通流方向で燃料流入部と接続されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
主動ピストン（１４）と従動ピストン（１９）とが共通の軸線内に配置されており、主動ピストンと従動ピストンとの間に圧力室（４２）が配置されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
主動ピストン（１４）と従動ピストン（１９）とが共通のガイド孔（１７）内に配置されており且つ同じ作業方向を有している、請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
逆止弁がボール逆止弁（４９）である、請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
ボール逆止弁（４９）の弁座（４４）が従動ピストン（１９）に形成されており、流入孔（２０）が従動ピストン（１９）を貫通している、請求項４記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
ボール逆止弁（４９）が、主動ピストン（１４）のばね孔（４１）内に位置するボール弁ばね（２２）によって負荷されている、請求項５記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
ばね孔（４１）がガイド孔（１７）に比べて、該ガイド孔（１７）の直径に対して残された主動ピストン（４）の肉厚が僅かであるような大きな直径を有している、請求項６記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
ボール弁ばね（２２）が同時に結合器ばね部材である、請求項５記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
主動ピストン（１４）が、アクチュエータ（４）のアクチュエータ予負荷ばね部材と摩擦接続式で結合されており、主動ピストン（１４）の結合器ばね部材が付加的なアクチュエータ予負荷ばね部材である、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
従動ピストン（１９）が、弁ニードル（２４）と摩擦接続式で結合されており、従動ピストン（１９）の結合器ばね部材が弁球（２１）のボール弁ばね（２２）である、請求項１から５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】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の燃料噴射弁から出発する。
【０００２】
ヨーロッパ特許第０４７７４００号明細書に基づき、燃料噴射弁用圧電アクチュエータの距離変換器のための、行程方向で作用する、製作誤差を機械的に適応補償するための装置が公知である。この場合、アクチュエータは液圧室と接続された主動ピストンに作用し、液圧室内の圧力増大を介して従動ピストンが動かされ、この従動ピストンは、位置決めしようとする駆動されるべき質量を運動させる。この駆動されるべき質量は、例えば燃料噴射弁の弁ニードルである。この場合、液圧室は液圧フルードによって満たされている。アクチュエータが変位して液圧室内の液圧フルードが圧縮されると、少量の液圧フルードが規定された漏れ率で流出する。アクチュエータの休止段階で、前記液圧フルードは補充される。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５００７０６号明細書に基づき公知の圧電アクチュエータ用の液圧式の距離変換器では、主動ピストンと従動ピストンとが共通の対称軸線内に配置されており、液圧室は両ピストンの間に配置されている。液圧室内には、主動シリンダと従動シリンダとを互いに押し離すばねが配置されており、この場合、主動ピストンはアクチュエータの方向で予負荷され、従動ピストンは作業方向で弁ニードルに向かって予負荷される。アクチュエータが主動ピストンに所定の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フルードの圧力によって従動ピストンに伝達される。それというのも、液圧室内の液圧フルードは圧縮され得ないので、少量の液圧フルードしか、短い行程時間中に主動ピストンとガイド孔との間及び従動ピストンとガイド孔との間の環状ギャップを介して漏れる恐れがないからである。
【０００４】
休止段階において、アクチュエータが主動ピストンに押圧力を加えない場合は、ばねによって主動ピストンと従動ピストンとが互いに押し離されて、液圧フルードが発生した負圧に基づき環状ギャップを介して液圧室に侵入して、該液圧室を再び満たす。これにより、距離変換器は自動的に燃料噴射弁の長さ伸長及び圧力による拡張に調整される。
【０００５】
この公知の従来技術における欠点は、液圧室内を高圧が支配していない放圧時間中に、液圧フルードが気化する恐れがあるという点にある。ガスは圧縮性であり、体積が著しく減少して初めて、相応に高い圧力を形成する。その場合、主動シリンダは、該主動シリンダに対する力の伝達が生ぜしめられること無く、ガイド孔に押し込まれる恐れがある。
【０００６】
この危険は特に、ガソリンが同時に液圧フルードとして働く場合に、燃料としてのガソリン噴射用に使用される燃料噴射弁において生じる。高温の内燃機関が停止した後のガソリン用直接噴射式燃料噴射弁の場合、前記危険は更に高められる。その場合、燃料噴射システムはその圧力を損失する。ガソリンは特に容易に気化される。このことは、内燃機関を改めて始動させようとする場合に、アクチュエータのストローク運動が最早弁ニードルに伝達されず、燃料噴射弁が機能しなくなるということを生ぜしめる恐れがある。
【０００７】
更に不都合なのは、ばねが高い緊張力を主動シリンダと従動シリンダとに加えて、アクチュエータがその出発位置へ極めて急速に運動された場合に、燃料のキャビテーションが生じる恐れがあるという点である。この場合、液圧室内に形成される負圧がキャビテーションを生ぜしめ、その結果、構成部材を損傷させる恐れがある。
【０００８】
発明の利点
これに対して請求項１の特徴部に記載の構成を有する本発明による燃料噴射弁は、圧力室内が負圧の場合に逆止弁が開いて、燃料流入部に通じる接続部を解放するという利点を有している。結合器が、アクチュエータと弁ニードルとの間の伝達部材として可能な最大長さを占めていない場合、結合器ばね部材は主動ピストンと従動ピストンとに、圧力室の体積を拡張しようとする力を加える。流入孔の比較的大きな横断面に基づき、今や燃料は急速に、圧力室と燃料流入部とにおける圧力が均一な状態で逆止弁が閉じ且つ結合器がアクチュエータと弁ニードルとの間の伝達部材として可能な最大長さを占めるまで、圧力室に後流可能である。
【０００９】
内燃機関の停止後に、燃料噴射弁の激しい負荷延いては高温に基づき圧力室内でガスが形成された場合、液圧室の急速な充填は有利である。それというのも、内燃機関の停止状態における燃料流入部内は圧力が支配していないか、又は小さな圧力しか支配していないので、場合によっては気化する燃料のガスにより、燃料を主動・従動ピストンと各ガイド孔との間の環状ギャップを介して燃料流入部へ押し込むことができるからである。内燃機関の始動時に、アクチュエータは結合器に所定のストローク力を加える。但し、ガスは圧縮性なので、ストローク運動は最早弁ニードルに伝達されない。しかし、本発明による燃料噴射弁の場合は、有利には燃料流入部内の燃料圧が上昇すると直ちに逆止弁が開放されて、燃料が過剰圧力を以て圧力室に流入する。この燃料は前記ガスを圧縮すると同時に圧力室を冷却するので、気化された燃料は凝縮する。
【００１０】
更に、本発明による燃料噴射弁では、温度変化及び燃料圧の変化に基づき生ぜしめられる燃料噴射弁の伸長が、アクチュエータと弁ニードルとの間の伝達距離に調整されるということが有利である。弁ニードルの行程は、常に同じ大きさである。
【００１１】
従属請求項に記載の手段により、請求項１記載の燃料噴射弁の有利な改良が可能である。
【００１２】
主動ピストン及び従動ピストンは、共通の軸線内及び共通のガイド孔に配置されていてよく、主動ピストンと従動ピストンとの間には圧力室が配置されていてよい。
【００１３】
本発明による燃料噴射弁のこの構成は、有利には簡単に製作することができる。それというのも、主動ピストン及び従動ピストン用に、精密な孔が１つしか必要とされないからである。
【００１４】
有利には、逆止弁はボール逆止弁であり、このボール逆止弁の弁座は従動ピストンに形成されており、この場合、流入孔が従動ピストンを貫通している。
【００１５】
有利な構成では、ボール逆止弁は、主動ピストンのばね孔内に位置するボール弁ばねにより負荷されており且つガイド孔と比べて、該ガイド孔の直径に対して残された主動ピストンの肉厚が僅かである程度に大きな直径を有している。
【００１６】
有利には、逆止弁はその組込み体積のほとんどの部分が主動ピストン内に位置しているので、結合器は全体として、長手方向延在部を比較的短く形成することができる。更に有利には、肉厚が少ししか残されていないので、燃料圧により主動ピストンのばね孔域が伸長されて、漏れ損失を生ぜしめる環状ギャップが減少する。
【００１７】
ボール弁ばねは、同時に結合器ばね部材であってよい。
【００１８】
有利には、付加的な構成部材が節減される。
【００１９】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００２０】
図１には、本発明による燃料噴射弁１の１実施例の概略断面図が示されている。弁体２内ではアクチュエータ室３にアクチュエータ４が配置されており、このアクチュエータ４はアクチュエータ支持部材５に接触している。２つの接続孔６は、アクチュエータ４の電気的な接続導線を案内するために役立つ。これらの接続導線（図示せず）を介してアクチュエータ４が制御される。このアクチュエータ４はそのストローク運動を、プランジャ８と一体に加工成形されたアクチュエータヘッド７に伝達する。このアクチュエータヘッド７の第１のばね接触部１０と、中間部材１２の第２のばね接触部１１とに接触するアクチュエータばね９は、アクチュエータヘッド７に予負荷を加えているので、アクチュエータヘッド７はアクチュエータ４に接触している。中間部材１２は、シールリング１３によって弁体２に対してシールされている。プランジャ８は中間部材１２を貫通しており且つアクチュエータ４及びアクチュエータヘッド７のストローク運動を主動ピストン１４に伝達する。中間部材１２には、ベローズ１５の一方の側がシール作用を以て結合されている。ベローズ１５の他方の側も、やはりシール作用を以て主動ピストン１４に結合されている。シールリング１３、中間部材１２、ベローズ１５及び主動ピストン１４により、アクチュエータ室３は上部燃料室１６ａに対してシールされて閉鎖されている。
【００２１】
主動ピストン１４は、結合器支持体１８のガイド孔１７に挿入されている。同じガイド孔１７に従動ピストン１９が挿入されており、この従動ピストン１９は、その長手軸線方向で流入孔２０によって貫通される。この流入孔２０は、球ばね２２により予負荷されたボール逆止弁の球２１によって閉鎖される。結合器支持体１８、主動ピストン１４、従動ピストン１９並びに球ばね２２及び球２１は、図２でその構成をより詳細に説明する液圧式の結合器２３を形成している。
【００２２】
従動ピストン１９は、そのストローク運動を弁ニードルヘッド２８を介して弁ニードル２４に伝達する。この弁ニードル２４は該弁ニードル２４と一体に加工成形された弁閉鎖体２５を有しており、この弁閉鎖体２５は弁座支持体２９に加工成形された弁座面２６と弁シール座２７を成すように協働する。燃料噴射弁１は外側に向かって開く弁ニードル２４を有しており、この弁ニードル２４は燃料噴射弁１の開放時に燃焼室に向かって弁シール座２７から持ち上がって、環状の噴射開口を解放する。弁ばね３０は、弁座支持体２９の第１のばね接触部３１に接触しており且つ弁ニードルヘッド２８に加工成形された第２のばね接触部３２を介して当該の弁ばね３０に閉鎖方向で、弁閉鎖体２５を弁シール座２７の方へ押圧する予負荷をかけている。
【００２３】
弁体２に設けられた燃料流入孔３３を介して、燃料は燃料流入部（図示せず）から上部燃料室１６ａに流入可能である。弁体２の切欠き３４及び結合器支持体１８の燃料孔３５を介して、燃料は下部燃料室１６ｂに向かって流れ、更に弁シール座２７に向かって流れる。
【００２４】
図２には、本発明による燃料噴射弁１の図１に示した範囲ＩＩの概略的な断面図が示されている。既に図１において説明した構成部材には同一符号が付されている。この部分断面図は、主動ピストン１４と従動ピストン１９とを備えた液圧式の結合器２３を示している。主動ピストン１４と従動ピストン１９とは、結合器支持体１８の共通のガイド孔１７に挿入されている。結合器支持体１８もやはり、弁体２の孔３６に挿入されて、エラストマ材料から成るリング３７によりシールされている。弁体２の燃料流入孔３３からは、結合器支持体１８の接続孔３８を介して上部燃料室１６ａに通じる接続部が設けられている。弁体２の切欠きと結合器支持体１８の燃料孔３５とを介して、燃料は下部燃料室１６ｂへ流れる。
【００２５】
図１に示したアクチュエータヘッド７と一体に加工成形されたプランジャ８は、中間部材１２を貫通しており且つ成形部材３９を介して主動ピストン１４に当接する。中間部材には、ベローズ１５が一方の側をシールされて結合されている。ベローズ１５の他方の側も、やはりシールされて主動ピストン１４に結合されている。これらの結合部は、例えばベローズ１５のスリーブ状区分４０の、主動ピストン１４及び／又は中間部材１２との簡単なプレス嵌め若しくははんだ付け、溶接又は接着により生ぜしめられる。シールリング１３、中間部材１２、ベローズ１５及び主動ピストン１４により、アクチュエータ室３は上部燃料室１６ａに対してシールされて閉鎖される。
【００２６】
主動ピストン１４はばね孔４１を有しており、このばね孔４１の直径はガイド孔１７の直径を、当該のばね孔４１の領域に残された主動ピストン１４の肉厚が比較的薄いという程度にしか下回っていない。ばね孔４１の内部及びガイド孔１７内には、主動ピストン１４と従動ピストン１９との間に圧力室４２が位置している。
【００２７】
従動ピストン１９は、その長手軸線方向で流入孔２０によって貫通される。この流入孔２０は、球ばね２２によって予負荷されており且つ流入孔２０の開口４３と共に球シール座４４を形成する球２１によって閉鎖される。球シール座４４、球２１及び球ばね２２により、ボール逆止弁４９が構成されている。流入孔２０は、従動ピストン１９の横方向孔４５を介して下部燃料室１６ｂと接続されている。球ばね２２は、ばねガイド区分４７を有するばね押圧部材４６を介して主動ピストン１４に接触している。球ばね２２の他方の端部は、球押圧部材４８を介して球２１に支持されている。これにより、球ばね２２は球２１を球シール座４４に押し込むと同時に、主動ピストン１４を予負荷力を以てアクチュエータ４の方向で負荷し且つ従動ピストン１９を予負荷力を以て弁ニードル２４の方向で負荷する。
【００２８】
図３には、図１に示した燃料噴射弁１の結合器の液圧回路図が示されている。主動ピストン１４及び従動ピストン１９は著しく簡略化されて、これらのピストンの間に配置された圧力室４２に作用するピストンとして概略的に描かれている。回路シンボルに対応する構成部材を見つけやすくするために、回路シンボルは図１及び図２に示した構成部材と同じ符号によって示されている。燃料は液圧フルードとして燃料流入孔３３から流入孔２０を介して、球シール座４４、球２１及び球ばね２２から成るボール逆止弁４９を介して、このボール逆止弁４９の通流方向で圧力室４２に流入可能である。図２に示した主動ピストン１４と、結合器支持体１８のガイド孔１７との間に存在する環状ギャップは主動ピストン絞り５０として働き、この主動ピストン絞り５０を介して、圧力室４２は上部燃料室１６ａと接続されている。同様に、図２に示した従動ピストン１９と結合器支持体１８のガイド孔１７との間に存在する環状ギャップも従動ピストン絞り５１として働き、この従動ピストン絞り５１を介して、圧力室４２は下部燃料室１６ｂと接続されている。
【００２９】
アクチュエータ４に電圧が印加されると、該アクチュエータ４は図１に示したアクチュエータヘッド７及びプランジャ８にストローク力を加える。このストローク力は主動ピストン１４に伝達され、この主動ピストン１４はガイド孔１７内で従動ピストン１９に対して接近運動される。これにより、圧力室４２内の圧力は急速に上昇する。それというのも、この圧力室４２を満たしている燃料は液体として非圧縮性だからである。従動ピストン１９は、ガイド孔１７から弁ニードル２４に対して押圧されて、この弁ニードル２４を弁シール座２７から持ち上げる。ストローク時間は比較的短いので、ストローク中は、主動ピストン１４とガイド孔１７との間並びに従動ピストン１９とガイド孔１７との間の環状ギャップを介して、比較的少量の燃料しか上部燃料室１６ａ若しくは下部燃料室１６ｂに流出する恐れがない。このことは、圧力室４２内を支配する過剰圧力に関連した図３の液圧回路図における、圧力室４２から主動ピストン絞り５０を介して上部燃料室１６ａに流入する燃料通流及び従動ピストン絞り５１を介して下部燃料室１６ｂに流入する燃料通流に相当する。ボール逆止弁４９は、圧力室４２内の過剰圧力により、上部燃料室１６ａ及び下部燃料室１６ｂ並びに燃料流入孔３３に対して、遮断方向で負荷されて閉鎖される。
【００３０】
アクチュエータ４の電圧が低下すると、アクチュエータヘッド７はアクチュエータばね９によってその休止位置へとアクチュエータ４に対して押圧され、弁ニードル２４は弁シール座２７に押し込まれる。この実施例では同時に球ばね２２である結合器ばね部材は、液圧式の結合器２３がアクチュエータ４と弁ニードル２４との間の伝達部材として可能な最大長さを占めていない場合、主動ピストン１４と従動ピストン１９とに圧力室４２の体積を拡張しようとする力を加える。
【００３１】
今、燃料は、圧力室４２及び燃料流入部において圧力が均一な状態でボール逆止弁４９が閉じ且つ結合器２３がアクチュエータ４と弁ニードル２４との間の伝達部材として可能な最大長さを占めるまで、ボール逆止弁４９及び従動ピストン１９の流入孔２０を通って圧力室４２内へ急速に後流可能である。
【００３２】
圧力室４２の急速な充填は、内燃機関の停止後に燃料噴射弁１の激しい負荷延いては高温に基づき圧力室４２内でガスが形成された場合に有利である。燃料流入孔３３内の燃料圧が上昇すると直ちにボール逆止弁４９が開放され、燃料が過剰圧力を以て圧力室４２に流入する。この燃料は、前記ガスを圧縮すると同時に圧力室４２を冷却し、これにより、気化燃料は凝縮する。
【００３３】
圧力室４２の急速な体積拡張に際して燃料のキャビテーションが生ぜしめられるということも、やはり有利に防止される。それというのも、圧力室４２内の負圧が、ボール逆止弁４９を介して後流する燃料によって急速に補償されるからである。従って本発明による燃料噴射弁１は、温度・拡張補償と同時に極めて迅速な弁ニードル２４の開閉運動等の利点を有する液圧式の結合器２３を使用可能にする。
【００３４】
ばね孔４１の範囲の主動ピストン１４の小さな肉厚に基づき、ガイド孔１７に対する主動ピストン１４の環状ギャップは、圧力室４２内が過剰圧力の場合に前記拡張により減少され、相応する燃料通流量が、図３の回路図の主動ピストン絞り５０によって最小限にされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁の１実施例の概略断面図である。
【図２】
本発明による燃料噴射弁の、図１に示した範囲ＩＩの概略断面図である。
【図３】
図１に示した燃料噴射弁の結合器の液圧回路図である。
【符号の説明】
１  燃料噴射弁、  ２  弁体、  ３  アクチュエータ室、  ４  アクチュエータ、  ５  アクチュエータ支持部材、  ６  接続孔、  ７  アクチュエータヘッド、  ８  プランジャ、  ９  アクチュエータばね、  １０，３１  第１のばね接触部、  １１，３２  第２のばね接触部、  １２  中間部材、  １３  シールリング、  １４  主動ピストン、  １５  ベローズ、  １６ａ  上部燃料室、  １６ｂ  下部燃料室、  １７  ガイド孔、  １８  結合器支持体、  １９  従動ピストン、  ２０  流入孔、  ２１  球、  ２２  球ばね、  ２３  液圧式の結合器、  ２４  弁ニードル、  ２５  弁閉鎖体、  ２６  弁座面、  弁シール座、  ２８  弁ニードルヘッド、  ３０  弁ばね、  ３３  燃料流入孔、  ３４  切欠き、  ３５  燃料孔、  ３６  孔、  ３７  リング、  ３８  接続孔、  ３９  成形部材、  ４０  スリーブ状区分、  ４１  ばね孔、  ４２  圧力室、  ４３  開口、  ４４  球シール座、  ４５  横方向孔、  ４６  ばね押圧部材、  ４７  ばねガイド部材、  ４８  球押圧部材、  ４９  ボール逆止弁、  ５０  主動ピストン絞り、  ５１  従動ピストン絞り
【国際公開パンフレット】
2005500470.tif 000003
2005500470.tif 000004
2005500470.tif 000005
2005500470.tif 000006
2005500470.tif 000007
2005500470.tif 000008
2005500470.tif 000009
2005500470.tif 000010
2005500470.tif 000011
2005500470.tif 000012
2005500470.tif 000013
2005500470.tif 000014
2005500470.tif 000015
2005500470.tif 000016
2005500470.tif 000017
2005500470.tif 000018
2005500470.tif 000019
2005500470.tif 000020
【国際調査報告】
2005500470.tif 000021
2005500470.tif 000022
2005500470.tif 000023
2005500470.tif 000024
2005500470.tif 000025
2005500470.tif 000026