(57)【要約】  燃料噴射装置（１）であって、噴射弁（９）と、運転時にこの噴射弁（９）に燃料を高圧下で供給する管路（５）と、該管路（５）に接続された、噴射弁の制御室（４３）内の圧力を制御する制御弁（４１）とを有しており、該制御弁（４１）の可動な弁部分（５１）がアクチュエータ（３１）によって液圧式のカプラー（３８）を介して操作されるようになっており、該カプラー（３８）が、このカプラーのカプラー容積と協働する２つのピストン（３９，４０）を有しており、可動な弁部分（５１）の弁座（５３）が内法横断面ｆ３を有しており、ピストン（３９，４０）のガイドギャップ（６５，６７）を介して圧力下にある燃料でカプラー容積を充填するための手段を備えている形式のものにおいて、ピストン（３９，４０）が互いに平行に、かつ互いに入り込んで配置されており、アクチュエータ（３１）とは反対側の、ピストン（３９，４０）の端部に伝達室（７２）が配置されており、外側のピストン（３９）の内部に、前記管路（５）に接続された充填室（７１−２）が設けられており、ピストン面ｆ４を有する一方のピストン（３９）が、横断面ｆ５を有するロッド（６１）を介してアクチュエータ（３１）に機械的に連結されており、ピストン面ｆ２を有する他方のピストン（４０）が、前記ｆ２よりも小さい横断面ｆ１を有するロッド（６３）を介して制御弁（４１）を操作するようになっており、可動な弁部分（５１）の閉鎖方向と、制御室（４３）から流出する燃料の方向とが一致していて、それによって、制御弁は、充填室（７１−２）内の別のピストン（４０）に作用する圧力のために少なくとも部分的に力が補償されるようになっている。
2007506888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射装置（１）であって、噴射弁（９）と、運転時にこの噴射弁（９）に燃料を高圧下で供給する管路（５）と、該管路（５）に接続された、噴射弁の制御室（４３）内の圧力を制御する制御弁（４１）とを有しており、該制御弁（４１）の可動な弁部分（５１）がアクチュエータ（３１）によって液圧式のカプラー（３８）を介して操作されるようになっており、該カプラー（３８）が、このカプラーのカプラー容積と協働する２つのピストン（３９，４０）を有しており、可動な弁部分（５１）の弁座（５３）が内法横断面ｆ３を有しており、ピストン（３９，４０）のガイドギャップ（６５，６７）を介して圧力下にある燃料でカプラー容積を充填するための手段を備えている形式のものにおいて、
ピストン（３９，４０）が互いに平行に、かつ互いに入り込んで配置されており、アクチュエータ（３１）とは反対側の、ピストン（３９，４０）の端部に伝達室（７２）が配置されており、外側のピストン（３９）の内部に、前記管路（５）に接続された充填室（７１−２）が設けられており、ピストン面ｆ４を有する一方のピストン（３９）が、横断面ｆ５を有するロッド（６１）を介してアクチュエータ（３１）に機械的に連結されており、ピストン面ｆ２を有する他方のピストン（４０）が、前記ｆ２よりも小さい横断面ｆ１を有するロッド（６３）を介して制御弁（４１）を操作するようになっており、可動な弁部分（５１）の閉鎖方向と、制御室（４３）から流出する燃料の方向とが一致していて、それによって、制御弁は、充填室（７１−２）内の別のピストン（４０）に作用する圧力のために少なくとも部分的に力が補償されるようになっていることを特徴とする、燃料噴射装置。
【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燃料噴射装置に関する。
【０００２】
圧電アクチュエータ（＝Piezosteller；圧電調節装置）及び液圧式のカプラー（Koppler；連結器）による伝達手段を備えたＣＲインジェクタ（ＣＲ＝Common Rail；コモンレール）は公知である。同様に、同軸的に互いに入れ子式に入り込んで配置されたピストンを備えた組み込み式のカプラーは公知である。この公知の装置は、制御弁としてＡ弁を使用している。このＡ弁は、比較的小さい直径を有して構成されている。何故ならば、そうでなければ弁に作用する力が高すぎて、圧電アクチュエータによって操作できなくなるからである。
【０００３】
発明の利点
これに対して、請求項１の特徴に記載した構成を有する、内燃機関の本発明による燃料噴射装置は、より大きい弁横断面が可能である圧電調節器を備えたＣＲインジェクタが得られる、という利点を有している。これによって、噴射弁の開閉はより迅速に行われる。組み込まれたカプラーは、装置の構造長さを短くすることができる。このカプラーはＣＲ圧力によって補助される。
【０００４】
図面
本発明による燃料噴射装置の実施例が図面に示されていて、以下に詳しく説明されている。
【０００５】
図面は、噴射弁と制御弁と液圧式のカプラーとを備えた、本発明による燃料噴射装置の主要な構成部分を示している。
【０００６】
実施例の説明
本発明による燃料噴射装置１は、蓄圧器（コモンレール）３によって燃料が高圧で高圧管路５を介して供給され、この高圧管路５から燃料が噴射管路６を介して噴射弁９に達する。内燃機関は、一般的な形式でこのような形式の複数の噴射弁を有しているが、図面では簡略化のために１つの噴射弁だけが示されている。噴射弁９は弁ニードル（弁ピストン、ノズルニードル）１１を有しており、この弁ニードル１１は、円錐形の弁シール面１２によってその閉鎖位置で噴射開口１３を閉鎖する。この噴射開口１３によって燃料が内燃機関の燃焼室内に噴射される。燃料は、環状のノズル室１４を介してノズルニードルの領域内に達し、ノズル室１４から、圧力ショルダとして構成された制御面１５を介して圧力をノズルニードルの開放方向に作用させる。この圧力が開放方向の力を弁ニードルに作用させると、開放に抗して作用する力を克服し、それによって弁が開放する。
【０００７】
噴射開口の開放及び閉鎖を制御するためにアクチュエータ３１が用いられる。このアクチュエータ３１は、機械的な出力の制御に関連して、変位を生ぜしめ、また別のエレメントを操作するための力を生ぜしめる。このアクチュエータ３１は、例えば電気操作式のアクチュエータである。例えば、圧電式のエレメントを有するアクチュエータ、即ち圧電アクチュエータである。このアクチュエータは、電気制御に関連して、図示の垂直方向の位置を占め、それによってその長手方向において延長された位置又は短縮された配置構成を占める。図示の実施例では、このアクチュエータは、給電されると（直流供給に接続されると）、延長された位置を占め、給電されないと短縮された位置を示す。アクチュエータは、容量性の負荷を形成し、連続給電時に電力損失を生じることはない。アクチュエータ内に設けられた圧電エレメントが常に圧力で負荷されるように、圧電アクチュエータに緊張装置例えばばねによってプリロード（予備荷重）をかける必要がある。これは専門家にとって公知であるので、詳しい説明は省く。圧電アクチュエータの上端部は図示していない形式で、噴射装置内において固定されているのに対して、圧電アクチュエータの下端部は、その力及び運動が最終的に噴射開口を開閉するために用いられる。このために、圧電アクチュエータを連結するために液圧式のカプラー３８設けられており、このカプラー３８は、圧電アクチュエータに連結された一方のピストン３９と他方のピストン４０とを有している。図示の実施例においては、一般的に、カプラーによって、一方のピストン３９のストロークと比較して他方のピストン４０のストロークを拡大させる（液圧式に作用するピストン面を適当に選択することによって）必要がある。液圧式のカプラーの構造及び作用形式について以下に説明する。
【０００８】
圧電アクチュエータに直接接続されていない液圧式のカプラーのピストン４０が、制御弁４１（又は排出弁）を開放すると、燃料で満たされた制御室４３（この制御室４３内にノズルニードルの上側の端部区分が係合する）内の圧力が低下する。制御室４３は、流入絞り４７を介して圧力下にある燃料で満たされ、制御弁４１が開放されると、燃料は流出絞り４９を介して制御室４３から流出する。燃料の流出は、ノズルニードル１１をその開放位置に移動させる力によって補助される。可動な弁部分５１は、制御弁４１が閉鎖されると弁座５３に当接して弁座５３をシールするようになっていて、またピストン４０と機械的に連結されている。弁部分５１の開放時に制御室から流出する制御燃料量は、漏れ通路５５を通って導出される。弁部分５１が閉鎖すると、弁部分５１は制御室によって半径方向力（＝高圧管路５内の圧力）によって負荷され、この際に、圧力が直径ｄ３を有する面に作用する。
【０００９】
ピストン３９及び４０は、例えば互いに平行に、かつ互いに入れ子式に、製造技術的に有利な形式で同軸的に入り込んで配置されている（組み込み式のカプラー）。互いに連結されている形式については以下に説明されている。ピストン３９内には、アクチュエータが図面で下方に移動する際のピストン３９の運動を示す矢印が記されている。またピストン４０内には、ピストン３９がその矢印で示された方向に移動する際のピストン４０の運動を示す矢印が記されている。ピストン４０の矢印を、液圧式の変換器としてのカプラー３８によって操作しようとする弁の可動な弁部材が開放若しくは閉鎖のために移動せしめられる方向と比較することによって、図面に示された前記矢印の方向が前記弁の開放過程又は閉鎖過程に相当するかどうかが、図面から直接分かる。
【００１０】
可動な弁部材５１は、円筒形の延長部を有するほぼ円錐形に構成されている。特にこの弁部材５１はその円錐形の部分が、閉じた状態で弁座５３に当接する。弁部分５１は、円筒形の延長部によってガイドされた圧縮コイルばね５４によって弁座５３に向かう方向にプリロードをかけられている。弁部分５１のしゃ断位置において、弁部分５１は「外方」に、つまり制御室４３内の高圧領域から低圧領域（漏れ圧）に向かって移動せしめられる。従ってこの場合、排出弁（Auslassventil）はＡ弁と称呼される。弁部分５１の、弁座５３に向いた側は、操作部分に堅固に結合されており、この操作部分は液圧式のカプラーに接続されている。ピストン３９との接続は、有利な形式で、特に迅速な閉鎖運動を得るために引張力に対して強く構成されている。
【００１１】
アクチュエータ３１は、直径ｄ５を有するロッド６１によってピストン３９に接続されている。ピストン４０は、このピストン４０によって操作しようとする可動な弁部分５１に、直径ｄ１を有するロッド６３によって接続されている。外側のピストン３９は、面の大きさｆ４を有する円環状のピストン面を有しており、内側のピストン４０は直径ｄ２（従って面の大きさは０．２５×Π×ｄ２２）を有している。弁座５３の内径は、可動な弁部分が弁座５３に当接する箇所においてｄ３である。
【００１２】
ピストンを滑動ガイドするために用いられるガイドギャップ６５，６７が設けられており、これらのガイドギャップ６５，６７を通って、カップラー容積を駆動媒体で満たすことができるようになっている。このガイドギャップ６５，６７は、（図示していないケーシングに対して）外側のピストンの円筒形の外周面の領域内、及び２つのピストンが互いに滑動ガイドされる領域内に形成されている。
【００１３】
機能にとって重要なことは、上記直径ｄ１〜ｄ３及びｄ５（円形横断面）に相当する面ｆ１及びｆ３、ｆ５並びに前記面ｆ４である。製作のためには円形横断面が有利であるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１４】
アクチュエータ３１とは反対側の、ピストン３９及び４０の端部領域は、共通の伝達室７２内に侵入する。ピストン３９の他方の端部領域は、管路５に接続された充填室７１−１内に侵入する。内側のピストン４０の他方の端部領域は充填室７１−２内に侵入する。この充填室７１−２は、環状溝７１′を介して及びピストン３９内の通路７１″を介してＣＲ圧力で満たされる。ガイドギャップ６５，６７を介して伝達室７２が満たされる。伝達室７２はロッド６３によって貫通されている。充填室７１−１はロッド６１によって貫通されている。ピストン３９及び４０は、互いに逆方向に、かつアクチュエータから制御弁への所望のストローク伝達のために異なる速度で移動する。
【００１５】
アクチュエータ３１（圧電調節器）は、噴射弁９の閉じた状態で給電され、延長されている。制御弁４１を開放させるために、アクチュエータ３１への給電がしゃ断され、アクチュエータが短縮される。それによって、ピストン３９（第１の伝達ピストン）は、ばね７５によって補助されて図面で情報に移動せしめられる。伝達室７２内には、非作業状態でシステム圧としてのＣＲ圧力（＝蓄圧器若しくはコモンレール７２の圧力）が形成されている。この圧力は、伝達室７２内でピストン３９が上方に移動運動することによって低下する。この減圧によって、ピストン４０は下方に移動し、弁５１の同じ方向の運動によって制御弁４１が開放する。この制御弁４１はＡ弁である。弁５１を迅速に閉鎖させるために、弁５１はロッド６３及びひいてはピストン４０に堅固に結合されている。弁部分５１は、伝達室７２内の圧力によって、（ｄ２２−ｄ１２）に比例する力で閉鎖せしめられる。充填室７１−２はＣＲ圧力で満たされており、それによって弁部分５１の弁座直径ｄ３を非常に大きく選択することができる。何故ならばピストン４０はこの面を、充填室７１−２内の反対側によって十分に補償できるからである。従って本発明によれば、有利な形式で、噴射弁を非常に迅速に開放及び閉鎖するためのＣＲ圧力補助を有するＡ弁サーボインジェクタが得られる。
【００１６】
本発明の重要な特徴は、制御弁に直接接続されたピストン４０の反対側（伝達室７２に向いた側とは反対側）においてレール圧力が形成される、という点にある。このレール圧力は、サーボ弁の操作を補助し、しゃ断状態で制御室４３から弁部分５１に作用する圧力に抗して作用する。
【００１７】
充填室７１−２内のレール圧力のために、ｄ３は十分に力を補償することができる。従って従来技術のものと比較して、可動な弁部分の質量を加速させるために、アクチュエータによって供給される力を大きく超過する力が提供される。また本発明によれば、一部補償された（＝力に関連して部分的に補償された）制御弁を有する変化実施例が提供され、この場合弁はＡ弁である。従って、アクチュエータによって弁を閉鎖するために供給される力は、公知のものと比較して小さい。その代わり、本発明の実施態様によれば、公知のものと比較して大きい直径ｄ３を備えた弁５１が設けられており、この弁５１は、噴射弁の迅速な開閉を可能にする。何故ならばこの弁における電流の増大及び減少は、公知の小さいＡ弁におけるよりも大きいからである。
【００１８】
充填室７１−２内の圧縮コイルばね７５は、ピストン３９，４０を互いに離れる方向に押圧し、カプラーをアクチュエータ３１に良好に当接させるように、及び弁部分５１の閉鎖時に弁座５３に良好に当接させるように作用する。
【００１９】
本発明は、高圧下にある燃料が高圧蓄圧器によって供給されるのではなく、噴射弁に配属されたポンプ（例えばポンプ・ノズルユニット、ユニットインジェクタであって、充填室への供給も行う）によって供給されるようになっている実施例も含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】噴射弁と制御弁と液圧式のカプラーとを備えた、本発明による燃料噴射装置の主要な構成部分を示す概略図である。
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【国際調査報告】
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