(57)【要約】  燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射するための燃料噴射装置であって、ストローク運動可能なノズルニードル（１）を有しており、該ノズルニードル（１）のストローク運動を介して少なくとも１つの噴射口が開放可能または閉鎖可能であって、制御弁（２）を有しており、該制御弁（２）のそれぞれの切換え位置に応じて、前記ノズルニードル（１）を閉鎖方向に押圧する、制御室（３）内の液圧が変えられることで、前記ノズルニードル（１）のストローク運動が制御されるようになっており、さらにニードル閉鎖時点を検知するためのセンサ装置（４）を有している形式のものにおいて、前記センサ装置（４）が、燃料噴射装置の低圧範囲内において燃料ガイド領域（６）に対してシールされた室（５）内に配置されており、該室（５）は、燃料耐性を有する導電性材料より成るダイヤフラム（７）を介してシールされており、それによって、前記ダイヤフラム（７）がさらにアース接続を実現するために使用され得る。【選択図】図３
2013542373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射するための燃料噴射装置であって、ストローク運動可能なノズルニードル（１）を有しており、該ノズルニードル（１）のストローク運動を介して少なくとも１つの噴射口が開放可能または閉鎖可能であって、制御弁（２）を有しており、該制御弁（２）のそれぞれの切換え位置に応じて、前記ノズルニードル（１）を閉鎖方向に押圧する、制御室（３）内の液圧が変えられることで、前記ノズルニードル（１）のストローク運動が制御されるようになっており、さらにニードル閉鎖時点を検知するためのセンサ装置（４）を有している形式のものにおいて、
前記センサ装置（４）が、燃料噴射装置の低圧範囲内において燃料ガイド領域（６）に対してシールされた室（５）内に配置されており、該室（５）は、燃料耐性を有する導電性材料より成るダイヤフラム（７）を介してシールされており、それによって、前記ダイヤフラム（７）がさらにアース接続を実現するために使用され得ることを特徴とする、燃料噴射装置。
【請求項２】
前記ダイヤフラム（７）が、一方では前記センサ装置（４）に直接的にまたは間接的に接続されていて、他方では燃料噴射装置のハウジング部分（８）に接続されていることを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記センサ装置（４）が、圧電原理に従って作業する、力に敏感な変換器（９）を有していて、該変換器（９）は、軸方向に移動可能な力伝達部材（１０）を介して間接的に、前記制御室（３）内の液圧に比例する軸方向力によって押圧可能であることを特徴とする、請求項１または２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記制御弁（２）が電磁弁として構成されていて、前記力伝達部材（１０）として使用可能な、軸方向に移動可能な可動子ピン（１１）を有していることを特徴とする、請求項３記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記力伝達部材（１０）と前記センサ装置（４）との間に力付与部（１２）が配置されていることを特徴とする、請求項３または４記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記ダイヤフラム（７）が、弾性的、好適には形状弾性的であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記ダイヤフラム（７）が少なくとも１つの補償湾曲部（１３）を有していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文の特徴を有する、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するための燃料噴射装置に関する。このような形式の燃料噴射装置は、ストローク運動可能なノズルニードルを有していて、該ノズルニードルのストローク運動を介して少なくとも１つの噴射口が開放可能または閉鎖可能であって、燃料噴射装置は、さらにノズルニードルのストローク運動を制御するための制御弁を有している。このために、ノズルニードルは、制御弁のそれぞれの切換え位置に応じて変えられる、制御室内の液圧によって閉鎖方向で押圧される。制御室内の液圧が低下すると、ノズルニードルを開放することができる。これに対して、制御室内の液圧が上昇すると、ノズルニードルはその座部に戻される。
【背景技術】
【０００２】
このような形式の燃料噴射装置は、例えば特許文献１に開示されている。この公知の明細書に記載された燃料噴射装置は、噴射弁部材を操作するための切換え弁を有している。この切換え弁は閉鎖エレメントを有していて、該閉鎖エレメントは、磁石構造体と可動子とを有するマグネットアクチュエータによって制御可能である。可動子は、閉鎖エレメントに接続されたガイドエレメントに沿って可動に案内されている。閉鎖エレメントの案内は、ガイドエレメント内および閉鎖エレメント内に収容されたガイドピンによって行われる。ガイドピンと閉鎖エレメントとは、圧力室を画成しており、該圧力室は、流出通路を介して制御室に接続されている。切換え弁の閉鎖位置において、圧力室内の液圧は制御室内の制御圧に相当する。
【０００３】
さらに、燃料噴射装置の運転特性がその耐用年数に亘って一定でないことは知られている。例えば、可動な構成部分および／またはダイナミックに負荷される構成部分の摩耗に基づいて開放特性および閉鎖特性が変化することが知られている。しかしながらノズルニードルの開放時間は、噴射された燃料量に決定的な影響を及ぼすので、このような変化を検知して、この変化に対応した制御を行う必要がある。
【０００４】
特許文献２によれば、内燃機関の噴射装置の噴射弁の運転特性を算出するための装置が公知である。この装置は、圧電シートセンサを有していて、該圧電シートセンサは、噴射弁の閉鎖時点を算出するために噴射弁内に挿入することができる。圧電シートセンサによって、好適な形式で弁座に対する弁ニードルの当接が確認される。このような形式で、弁ニードルの当接のための予測された時点がこの当接のための実際の時点に相当するかどうかを検知することができる。予測された時点と実際の時点とのずれが確認されると、噴射装置の制御装置の制御パラメータが相応に適合されるので、今後の噴射過程において閉鎖時点は所望の時点に一致するようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００７０６０３９５号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許公開第１０２００７０６３１０３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術から出発して、本発明の課題は、ニードル閉鎖時点を検知するためのセンサ装置を備えた、簡単に構成され、かつ安価に製造することができる燃料噴射装置を提供することである。
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴部を有する燃料噴射装置によって解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【０００８】
提案された燃料噴射装置は、ストローク運動可能なノズルニードルを有しており、該ノズルニードルのストローク運動を介して少なくとも１つの噴射口が開放可能または閉鎖可能であり、また燃料噴射装置は、ノズルニードルのストローク運動を制御するための制御弁を有している。さらに燃料噴射装置は、ニードル閉鎖時点を検知するためのセンサ装置を有している。本発明によれば、センサ装置は、燃料噴射装置の低圧範囲内で、燃料ガイド領域に対してシールされた室内に配置されている。この室のシールは、燃料耐性を有する導電性材料より成るダイヤフラムを介して行われるので、ダイヤフラムはさらにアース接続を実現するために使用することができる。そのため、センサ装置が必要としているかぎりは、ダイヤフラムによって１つの構成部分内で２つの機能、つまりシール機能とアース接続機能とが実現される、という利点がある。したがって、別個に構成されたアース接続は省くことができる。さらに、シール機能によって、センサ装置の能動素子の保護および／または能動素子を燃料に接触しないように保護することが保証される。持続的な保護を保証するために、ダイヤフラムのための材料として、燃料耐性を有すると共に導電性である材料が選択される。このような材料として、特に金属例えば鋼が適している。鋼は、高い強度を有しているので、特定の運転条件下において発生する圧力振動に耐えるために適している。鋼以外のその他の材料を使用してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の好適な実施形態によれば、ダイヤフラムが、一方では前記センサ装置に直接的にまたは間接的に接続されていて、他方では燃料噴射装置のハウジング部分に接続されている。ハウジング側の接続部はアース接続として用いられ、例えば支持プレートとして用いられるハウジング部分に設けられていてよい。好適にはハウジング部分にセンサ装置が支えられている。さらに、ハウジング部分は、制御弁の各構成部分を支持するために用いられる。接続は、好適には溶接またははんだ付けによって行われるので、素材結合が得られる。選択的にまたは補足的に、この接続は緊締またはプレス嵌めによっても得られるので、少なくとも力結合（力による束縛）および／または形状結合（形状による束縛）が形成される。
【００１０】
さらに好適には、センサ装置が、圧電原理に従って作業する、力に敏感な変換器を有していて、該変換器は、軸方向に移動可能な力伝達部材を介して間接的に、少なくとも限定的な時間間隔中は前記制御室内の液圧に比例する軸方向力によって押圧可能である。制御室圧力は、ニードル閉鎖時点において重要な最小値を有しているので、変換器から発信された電気信号も重要な特徴を有している。圧電原理に従って作業する変換器の場合、一方では、ノズルニードルの閉鎖時点において極値を有する、構成要素から発せられた電圧が評価される。選択的に、このような構成要素は抵抗を介して短絡され、この構成要素から流れる電流が評価される。電流変化は、典型的な形式でノズルニードルの閉鎖時点において零交差を有している。
【００１１】
力伝達部材として、好適には、制御弁の構成部分である軸方向に移動可能な可動子ピンが用いられる。したがって、本発明の別の好適な実施形態によれば、制御弁は電磁弁として構成されていて、軸方向に移動可能な可動子ピンを有しており、該可動子ピンは力伝達部材として使用することができる。可動子ピンは、好適には、電磁弁の、スリーブ状に構成された弁閉鎖エレメントのために用いられ、電磁弁の閉鎖位置において弁閉鎖エレメントと可動子ピンとは、制御室と流体接続している圧力室を画成している。それによって、電磁弁の閉鎖位置において圧力室内の液圧は、制御室内の制御圧に相当する。したがって、可動子ピンに作用する液圧は、可動子ピンを介して、センサ装置の、力に敏感な変換器に伝達される。
【００１２】
別の手段として、力伝達部材、好適には可動子ピンとセンサ装置との間に力付与部を配置することが、提案される。力付与部は、力伝達部材によって生ぜしめられた、十分に均一な面圧を有する軸方向力が、力に敏感な変換器に導入されるように、作用する。これは、一般的な形式で凸状の端面を有する可動子ピンが変換器に直接当接する場合には、当てはまらない。さらに、力付与部はダイヤフラムに接続されていてよく、これによって同様に、センサ装置が収容されている室をシールするために用いられる。力付与部およびダイヤフラムを介してセンサ装置のアース接続を形成するために、好適には、力付与部も導電性材料より成っている。
【００１３】
さらに、ダイヤフラムは、弾性的、好適には形状弾性的であることが提案される。これによって、ダイヤフラムは、力付与部からダイヤフラムに伝達される圧力振動を吸収することができる。形状弾性は、例えばダイヤフラムが少なくとも１つの補償湾曲部を有していることによって、得られる。つまりダイヤフラムは、好適な形式で単数または複数の補償湾曲部を備えて起伏を持って形成されている。複数の補償湾曲部においては、これらの補償湾曲部は好適には互いに同心的に位置している。
【００１４】
本発明の好適な実施形態を以下に図面を用いて詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来技術により公知の燃料噴射装置の縦断面図である。
【図２】センサ装置を有する燃料噴射装置の一部の縦断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による燃料噴射装置の、センサ装置の領域の概略的な断面図である。
【図４ａ】センサ装置の領域における本発明による燃料噴射装置の選択的な実施形態の概略的な断面図である。
【図４ｂ】センサ装置の領域における本発明による燃料噴射装置の選択的な実施形態の概略的な断面図である。
【図４ｃ】センサ装置の領域における本発明による燃料噴射装置の選択的な実施形態の概略的な断面図である。
【図４ｄ】センサ装置の領域における本発明による燃料噴射装置の選択的な実施形態の概略的な断面図である。
【図４ｅ】センサ装置の領域における本発明による燃料噴射装置の選択的な実施形態の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に示した公知の燃料噴射装置は、ノズル体１４内でストローク運動可能に案内されたノズルニードル１を有しており、該ノズルニードル１にバルブピストン１５が延長部として取り付けられている。バルブピストン１５は、インジェクタ１６内において同様にストローク運動可能に案内されていて、バルブピストン１５の、ノズルニードル１とは反対側の端部で以て弁部材１７内に収容されている。弁部材１７内にバルブピストン１５によって制御室３が画成されており、該制御室３内に、電磁弁として構成された制御弁２の閉鎖位置においてバルブピストン１５およびひいてはノズルニードル１を閉鎖方向に押圧する液圧が満たされている。ノズルニードル１を閉鎖方向に押圧する、制御室３内の液圧は流入絞り１８によって保証される。この流入絞り１８は、高圧下にある燃料を供給するための高圧接続部１９に接続されている。高圧接続部１９はさらに高圧開口２０に接続しており、該高圧開口２０を介して高圧化にある燃料がノズル体１４とノズルニードル１との間のシール座に供給され、シール座が開放されると、このシール座から燃料噴射装置の少なくとも１つの噴射口に供給される。
【００１７】
電磁弁として構成された制御弁２は電磁石２１を有しており、該電磁石２１は可動子エレメント２２と協働する。可動子エレメント２２内に可動子ピン１１が収容されており、該可動子ピン１１は、案内部２３を介してストローク運動可能に案内されている。該可動子ピン１１はさらに、ばねエレメント２４を介してハウジング部分８に支えられている。ハウジング側にはさらに電気接続部２５が設けられている。
【００１８】
図２は、制御弁２若しくはセンサ装置４の領域内における類似の構成の燃料噴射装置の部分を示す。センサ装置４は室５内に収容されており、該室５は、力付与部１２として用いられる部材を介して燃料ガイド領域６に対してシールされている。力付与部１２には、力伝達部材１０としての可動子ピン１１が当接している。該可動子ピン１１の他方の端部は圧力室を画成しており、該圧力室は、（図１の実施例と同様に）制御室３と流体接続している。ニードル閉鎖時点において、制御室圧力が重要な最小値を有しているので、可動子ピン１１および力付与部１２の負荷の連鎖に基づいて、この値をセンサ装置４に伝達可能であり、それによってニードル閉鎖時点が、センサ装置４によって発せられる信号を介して検出可能である。可動子ピン１１は、電磁弁として構成された制御弁２の構成部分であり、電磁弁は、電磁石２１と、該電磁石２１と協働する可動子エレメント２２とを有している。電磁石２１は、ばねエレメント２６を介して、燃料噴射装置のハウジング部分８に支えられており、該ハウジング部分８は、センサ装置４を収容するための室５をも形成している。力付与部１２は、やはりハウジング部分８内に挿入されていて、それによって室５を燃料ガイド領域６に対してシールする。
【００１９】
図３は、本発明による燃料噴射装置の第１の好適な実施形態を示しており、この燃料噴射装置は図３では、やはり一部が示されているだけである。ノズルニードル１を操作するために設けられた制御弁２は、やはり電磁弁として構成されていて、可動子エレメント２２と協働する電磁石２１を有している。簡略化のために、図３には電磁石２１だけが略示されており、この電磁石２１は、ばねエレメント２６を介して、支持プレートとして用いられるハウジング部分８に支えられている。さらに制御弁２は可動子ピン１１を有しており、この可動子ピン１１は、やはり力伝達部材１０として使用することができる。何故ならば、可動子ピン１１は、一方の端面で以て、センサ装置４と作用接続している力付与部１２の一方の端面に支えられていて、他方の端面で以て、詳しく図示していない圧力室（図１の実施形態と同様に制御室３と流体接続している）を画成しているからである。これによって、可動子ピン１１を介して、圧力が力付与部１２に伝達可能であり、この圧力がセンサ装置４によって受信される。このために、センサ装置４は、好適には圧電原理に従って作業する、力に敏感な変換器９を有している。センサ装置４は、ハウジング部分８内に形成された室５内に配置されており、該室５は、薄い金属製のダイヤフラム７を介して、燃料ガイド領域６に対してシールされている。これによって、センサ装置４の敏感なエレメントは燃料に対して保護されている。さらに金属製のダイヤフラム７は、その他の機能を満たす。何故ならば、金属ダイヤフラム７は、同時にセンサ装置４のアース接続のために役立つからである。このために、ダイヤフラム７は、導電性材料より形成されていて、一方ではセンサ装置４に直接的にまたは間接的に結合されていて、他方ではハウジング部分８に結合されている。好適には、例えば溶接によって素材結合されている。しかしながら金属ダイヤフラム７は、ハウジング部分８内に押し込まれているか、若しくは力付与部１２またはセンサ装置４に圧着されていてもよい。この結合は、アース接続が保証されるように、構成されていなければならない。ダイヤフラム７の他に、センサ装置４は別のアース接続部２７を有している。
【００２０】
ハウジング部分８およびセンサ装置４若しくは力付与部１２におけるダイヤフラム７の様々な結合形式の実施例は、図４ａ〜図４ｅに概略的に示されている。圧力振動を吸収することができるようにするために、ダイヤフラム７は弾性的に構成されている。ダイヤフラム７の弾性は、少なくとも１つの補償湾曲部１３を介して生ぜしめられる。ダイヤフラム７の構成は、図４ａ〜図４ｅに示した具体的な実施例に限定されないので、ダイヤフラム７は任意に変更可能である。さらに、本発明の燃料噴射装置の変化実施例によれば、可動子ピン１１の代わりに別の力伝達部材１０を使用することが可能である。さらに、制御弁２を電磁弁として構成することは、必ずしも必要ではない。
【００２１】
本発明による燃料噴射装置は、ニードル閉鎖時点を検出するための手段を有していることによって、噴射時間およびひいては噴射量の算出時に、制御弁２のダイナミック特性だけが考慮されるのではなく、アクチュエータからノズルニードル１までのすべての制御系（Ｓｃｈａｌｔｋｅｔｔｅ）内において場合によっては生じるすべての不正確さが考慮される。これによって、同型式の弁のサンプルばらつき（Ｅｘｅｍｐｌａｒｓｔｒｅｕｕｎｇ）を補正することもでき、また耐用年数に亘るサンプルばらつきの変動を補正することも、可変なパラメータの影響（例えば圧力変動の影響）を補正することもできる。したがって、噴射された燃料量をより高い精度で規定および調整することができ、このことは、燃料消費およびひいては排出ガスにも好都合な作用を及ぼす。それと同時に、本発明による燃料噴射装置は、ニードル閉鎖時点を検出するための手段を有するその他の燃料噴射装置と比較して、構造が簡単でしかも安価に製造することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１  ノズルニードル
２  制御弁
３  制御室
４  センサ装置
５  室
６  燃料ガイド領域
７  金属製のダイヤフラム
８  ハウジング部分
９  力に敏感な変換器
１０  力伝達部材
１１  可動子ピン
１２  力付与部
１３  補償湾曲部
１４  ノズル体
１５  バルブピストン
１６  インジェクタ
１７  弁部材
１８  流入絞り
２０  高圧開口
２１  電磁石
２２  可動子エレメント
２４  ばねエレメント
２５  電気接続部
２６  ばねエレメント
２７  アース接続部
【図１】
2013542373.tif 000003
【図２】
2013542373.tif 000004
【図３】
2013542373.tif 000005
【図４ａ】
2013542373.tif 000006
【図４ｂ】
2013542373.tif 000007
【図４ｃ】
2013542373.tif 000008
【図４ｄ】
2013542373.tif 000009
【図４ｅ】
2013542373.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月10日(2013.5.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射するための燃料噴射装置であって、ストローク運動可能なノズルニードル（１）を有しており、該ノズルニードル（１）のストローク運動を介して少なくとも１つの噴射口が開放可能または閉鎖可能であって、制御弁（２）を有しており、該制御弁（２）のそれぞれの切換え位置に応じて、前記ノズルニードル（１）を閉鎖方向に押圧する、制御室（３）内の液圧が変えられることで、前記ノズルニードル（１）のストローク運動が制御されるようになっており、さらにニードル閉鎖時点を検知するためのセンサ装置（４）を有している形式のものにおいて、
前記センサ装置（４）が、燃料噴射装置の低圧範囲内において燃料ガイド領域（６）に対してシールされた室（５）内に配置されており、該室（５）は、燃料耐性を有する導電性材料より成るダイヤフラム（７）を介してシールされており、それによって、前記ダイヤフラム（７）がさらにアース接続を実現するために使用され得ることを特徴とする、燃料噴射装置。
【請求項２】
前記ダイヤフラム（７）が、一方では前記センサ装置（４）に直接的にまたは間接的に接続されていて、他方では燃料噴射装置のハウジング部分（８）に接続されていることを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記センサ装置（４）が、圧電原理に従って作業する、力に敏感な変換器（９）を有していて、該変換器（９）は、軸方向に移動可能な力伝達部材（１０）を介して間接的に、前記制御室（３）内の液圧に比例する軸方向力によって押圧可能であることを特徴とする、請求項１または２記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記制御弁（２）が電磁弁として構成されていて、前記力伝達部材（１０）として使用可能な、軸方向に移動可能な可動子ピン（１１）を有していることを特徴とする、請求項３記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記力伝達部材（１０）と前記センサ装置（４）との間に力付与部（１２）が配置されていることを特徴とする、請求項３または４記載の燃料噴射装置。
【請求項６】
前記ダイヤフラム（７）が、弾性的であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【請求項７】
前記ダイヤフラム（７）が、形状弾性的であることを特徴とする、請求項６記載の燃料噴射装置。
【請求項８】
前記ダイヤフラム（７）が少なくとも１つの補償湾曲部（１３）を有していることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
【国際調査報告】
2013542373.tif 000011
2013542373.tif 000012
2013542373.tif 000013
2013542373.tif 000014
2013542373.tif 000015
2013542373.tif 000016