(57)【要約】【課題】不十分な燃料調量精度または燃料量経過の不十分な変更可能性といった公知の装置における欠点を取り除く。【解決手段】弁ニードル（３）の一部分または複数部分が、付勢可能な圧電式、電歪式または磁歪式のエレメント（３８）として構成されているようにした。【選択図】図２
2004316644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁（１）、特に内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁（１）であって、弁ニードル（３）が設けられており、該弁ニードル（３）がその噴射側の端部に弁閉鎖体（４）を有しており、該弁閉鎖体（４）が、弁座体（５）に形成されている弁座面（６）と協働してシール座を形成し、該シール座の下流には噴射開口（７）が設けられており、弁ニードル（３）が、付勢可能な電磁式の操作装置（９〜１３，２０）と作用結合している形式のものにおいて、弁ニードル（３）の一部分または複数部分が、付勢可能な圧電式、電歪式または磁歪式のエレメント（３８）として構成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
少なくとも１つの圧電式、電歪式または磁歪式のエレメント（３８）が弁ニードル（３）の部分と弁閉鎖体（４）との間に配置されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
ばねエレメントが弁閉鎖体（４）を圧電式、電歪式または磁歪式のエレメント（３８）に対して予負荷する、請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
圧電式、電歪式または磁歪式のエレメント（３８）が電磁式の操作装置とは無関係に付勢可能もしくは操作可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
圧電式、電歪式または磁歪式のエレメント（３８）が半径方向で燃料により環流されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
圧電式、電歪式または磁歪式のエレメント（３８）の付勢状態により、弁ニードル（３）の長さが調節可能である、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
圧電式、電歪式または磁歪式のエレメント（３８）の付勢状態が２つよりも多くの状態を有しており、該状態が段階的にまたは無段階に調節可能である、請求項６記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
圧電式、電歪式または磁歪式のエレメント（３８）が、１つのアクチュエータ（４０）と、少なくとも１つのばね体（４１）と、アクチュエータベース（４２）およびアクチュエータヘッド（４３）を備えた１つのアクチュエータハウジング（４４）とを備えたアクチュエータモジュール（４５）により形成されている、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】
アクチュエータハウジング（４４）が少なくとも１つのフレキシブルな区分（４６）を有している、請求項８記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
少なくとも１つのばね体（４１）がアクチュエータ（４０）を半径方向で包囲する、請求項８または９記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
アクチュエータ（４０）がアクチュエータヘッド（４３）とアクチュエータベース（４２）との間で、アクチュエータヘッド（４３）およびアクチュエータベース（４２）に作用する少なくとも１つのばね体（４１）により緊締もしくは予負荷されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１２】
アクチュエータハウジング（４４）がアクチュエータ（４０）を気密に取り巻く、請求項８から１１までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１３】
アクチュエータハウジング（４４）が少なくとも部分的に、良好な熱伝導性を有した、電気的には非伝導性の液体で満たされている、請求項８から１２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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴射弁、特に内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁であって、弁ニードルが設けられており、該弁ニードルがその噴射側の端部に弁閉鎖体を有しており、該弁閉鎖体が、弁座体に形成されている弁座面と協働してシール座を形成し、該シール座の下流には噴射開口が設けられており、弁ニードルが、付勢可能な電磁式の操作装置と作用結合している形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９３７９６１号明細書から、電磁式の操作装置により操作される弁ニードルを備えた燃料噴射弁が公知である。有利には、この燃料噴射弁は例えば極めて高い出力、大きな燃焼室容積を備えたエンジンおよび／または過給されるエンジンにおいて使用される。それというのも、ソレノイド式の操作は長い操作ストロークを大きな構造上の手間なしに許可し、それにより大きな燃料通流量が簡単に獲得可能であるからである。
【０００３】
上記明細書から公知の燃料噴射弁の欠点は特に、その都度の噴射インターバルで配分される燃料量が、多くの使用領域にとって十分に高精度には調量され得ない点にある。さらに、電磁式の操作装置は緩慢にのみ操作信号に反応する。それというのも、特に磁界の形成は任意に時間的に短縮し得ないからである。噴射プロセスの時間的な経過に関する燃料量の経過はほぼ燃料噴射弁の構造上の特徴にのみ依存しており、例えば燃料噴射弁の運転中には極めて不十分にのみ変更され得る。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９３７９６１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって本発明の課題は、冒頭で述べた形式の燃料噴射弁を改良して、前記のような公知の装置における欠点を取り除くことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決した本発明の構成によれば、弁ニードルの一部分または複数部分が、付勢可能な圧電式、電歪式または磁歪式のエレメントとして構成されているようにした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のように構成したことにより、上記利点を維持したまま、燃料を極めて正確に配分することができるようになる。さらに、燃料の通流量経過を一回の噴射プロセス内で、かつ運転中、特に直接的に連続する二回の噴射プロセス間においても有利な形で干渉もしくは制御することが可能である。
【０００７】
従属請求項に記載された手段により、主請求項に記載された燃料噴射弁の有利な変化形が可能である。
【０００８】
本発明の有利な構成では、圧電式、電歪式または磁歪式のエレメントが弁ニードルと弁閉鎖体との間に配置されている。これにより、エレメントは特に有利には電磁式の操作装置から隔離されてかつ切り離されて配置される。
【０００９】
本発明による燃料噴射弁の別の有利な構成では、ばねエレメントが弁閉鎖体をエレメントに対して予負荷（プレロード）している。これにより、エレメントは常時弁閉鎖体もしくは弁ニードルに対して当て付けられて保持されることができる。それにより、エレメントと弁閉鎖体もしくは弁ニードルとの間の、強い機械的な力に曝されかつ手間のかかる接合箇所はより簡単に、より確実に、かつより強く負荷可能に形成されることができる。
【００１０】
さらに、エレメントが電磁式の操作装置とは無関係に付勢可能もしくは操作可能であると有利である。これにより、エレメントの閉弁挙動および開弁挙動はより良好に電磁式の操作装置の閉弁挙動および開弁挙動に、燃料噴射弁の所望の閉弁挙動もしくは開弁挙動を達成するために適合される。
【００１１】
それに加えて、エレメントが半径方向で燃料により環流されると有利である。それにより、エレメントは簡単に冷却されることができる。
【００１２】
それに加えて、弁ニードルの長さがエレメントの付勢状態により調節可能、特に無段階にまたは２つよりも多くの段階を介して調節可能であると有利である。燃料噴射弁の開弁プロセスおよび閉弁プロセスはこのようにしてさらに良好に、噴射量、噴射時点および噴射経過に関するその都度の要求に合わせて最適化される。
【００１３】
圧電式のアクチュエータと、ばね体と、アクチュエータヘッドおよびアクチュエータベースを備えたアクチュエータハウジングとから成る、エレメントを形成するアクチュエータモジュールにより、エレメントは特に安定、コンパクトかつ組立容易に構成される。
【００１４】
さらに、アクチュエータモジュールは、アクチュエータハウジングがフレキシブルな区分を有しているかつ／またはばね体がアクチュエータを半径方向で包囲していると、特に簡単、確実かつコンパクトに構成されることができる。
【００１５】
アクチュエータハウジングが少なくとも部分的に、良好に熱伝導性で電気的には絶縁性の液体で満たされていると、熱導出および均等な熱分配が改善されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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。その際図面中で、一致する構成部分には一致する符合を付与した。ただし、図２および図３を参照しながら、本発明の有利な実施例を詳説する前に、図１を参照しながら、従来慣用の燃料噴射弁１の主要な構成部分について、本発明の理解を容易にするために簡単に説明する。
【００１７】
図１に示した、背景技術による燃料噴射弁１の実施例は、混合気圧縮外部点火式の内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁１の形態で構成されている。燃料噴射弁１は特に、燃料を内燃機関の燃焼室（図示せず）内に直接噴射するために適している。
【００１８】
燃料噴射弁１はノズルボディ２から成っており、ノズルボディ２内には弁ニードル３が配置されている。弁ニードル３は弁閉鎖体４と作用結合しており、弁閉鎖体４は弁座体５に配置された弁座面６と協働してシール座を成している。燃料噴射弁１はこの実施例では内方に開弁する燃料噴射弁１であり、この燃料噴射弁１は１つの噴射開口７を有している。ノズルボディ２はシール８によりマグネットコイル１０の外極９に対して封止されている。
【００１９】
マグネットコイル１０はコイルハウジング１１内にカプセル状に収容されており、かつコイル支持体１２に巻装されている。コイル支持体１２はマグネットコイル１０の内極１３に当て付けられている。内極１３と外極９とは狭窄部２６により互いに隔てられており、かつ非強磁性の結合部材２９により互いに結合されている。マグネットコイル１０は線路１９を介して、電気的な差込コンタクト１７を介して供給可能な電流により付勢もしくは励磁される。差込コンタクト１７は、内極１３に射出成形により被着されていることができるプラスチック被覆１８により包囲されている。外極９、マグネットコイル１０、コイルハウジング１１、コイル支持体１２、内極１３および可動子２０は電磁式の操作装置を形成する。
【００２０】
弁ニードル３はディスク状に構成されている弁ニードルガイド１４内で案内されている。ストローク調節のために、これと対を成す調節ディスク１５が役立つ。調節ディスク１５の他面には可動子２０が位置している。可動子２０は第１のフランジ２１を介して力伝達式（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）に弁ニードル３に結合されており、弁ニードル３は溶接シーム２２により第１のフランジ２１に結合されている。第１のフランジ２１には戻しばね２３が支持されており、戻しばね２３は燃料噴射弁１の本実施例の構造形態ではスリーブ２４により予負荷されている、つまりプレロードもしくは予荷重をかけられている。
【００２１】
弁ニードルガイド１４、可動子２０およびガイドエレメント３６には、燃料通路３０，３１，３２が延在している。燃料は中央の燃料供給部１６を介して供給され、フィルタエレメント２５により濾過される。燃料噴射弁１はシール２８により燃料分配管路（図示せず）に対して、かつ別のシール３７によりシリンダヘッド（図示せず）に対して封止されている。
【００２２】
可動子２０の噴射側の面には、エラストマ材料から成る環状の緩衝エレメント３３が配置されている。緩衝エレメント３３は第２のフランジ３４上に載置しており、第２のフランジ３４は溶接シーム３５を介して素材結合式（ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）に弁ニードル３に結合されている。
【００２３】
燃料噴射弁１の休止状態では、弁閉鎖体４が弁座面６との密な当接を維持するように、可動子２０は戻しばね２３によりそのストローク方向とは逆向きに負荷される。マグネットコイル１０を付勢すると、マグネットコイル１０は磁界を形成し、この磁界が可動子２０を戻しばね２３のばね力に抗してストローク方向で運動させる。その際、このストロークは、休止位置で内極１２と可動子２０との間に位置する作業ギャップ２７によって予め規定されている。可動子２０は、弁ニードル３に溶接されている第１のフランジ２１を同様にストローク方向で連行する。弁ニードル３に結合されている弁閉鎖体４は弁座面６から持ち上がり、そして燃料が噴射開口７を通して噴射される。
【００２４】
コイル電流が遮断されると、可動子２０は磁界の充分な消失後に戻しばね２３の圧力によって内極１３から落下し、これにより、弁ニードル３に結合されている第１のフランジ２１がストローク方向とは逆向きに運動する。このことにより、弁ニードル３は同じ方向に運動し、これにより、弁閉鎖体４は弁座面６に座着し、燃料噴射弁１は閉弁される。
【００２５】
図２には、本発明による燃料噴射弁１の第１の実施例の、弁閉鎖体４の領域における概略的な断面図が示されている。エレメント３８は本実施例では弁ニードル３の部分として、弁ニードル３の噴射側の端部と、弁閉鎖体４の噴射反対側の端部との間で同軸的に配置されており、その際、エレメント３８と弁閉鎖体４とは弁座体５の、噴射側で噴射開口７に開口している開口部３９内に係入している。
【００２６】
エレメント３８は本実施例では円筒形の形状を有している。本実施例では圧電式のエレメント３８が電気的なターミナル（図示せず）を介して付勢され、その際、エレメント３８は付勢に依存して伸縮する。エレメント３８の付勢は図１に示した電磁式の操作装置の付勢とは無関係に実施されることができる。例えば、電磁式の操作装置により既に開弁された燃料噴射弁１において通流量を更に増減して、それにより燃料の通流量を、燃焼プロセスのその都度の状態の要求に、より正確に適合させることが可能である。
【００２７】
図３には、図２に示した本発明による第１の実施例に類似した、本発明による燃料噴射弁１の第２の実施例の、シール座の領域における概略的な断面図が示されている。エレメント３８はこの実施例ではアクチュエータモジュール４５により形成される。
【００２８】
アクチュエータモジュール４５はアクチュエータハウジング４４の内部にアクチュエータ４０および管状のばね体４１を有しており、その際、実質的に円筒形のアクチュエータハウジング４４はアクチュエータベース４２とアクチュエータヘッド４３とを有している。アクチュエータ４０の流入側に配置されたアクチュエータベース４２は、弁ニードル３の、アクチュエータベース４２の流入側に配置された部分に、例えば素材結合により接合されている。アクチュエータ４０の流出側にはアクチュエータヘッド４３がアクチュエータ４０と球面状の、横断面で見れば円セグメント状の弁閉鎖体４との間に配置されている。弁閉鎖体４は例えば素材結合によりアクチュエータヘッド４３に接合されている。本発明による燃料噴射弁１の別の実施例では、弁閉鎖体４が、アクチュエータモジュール４５もしくはエレメント３８および弁ニードル３の流入側の部分に対して、ばねエレメントにより予負荷されていることができる。アクチュエータ４０を気密に包囲するアクチュエータハウジング４４は、半径方向でアクチュエータ４０を取り巻く壁に、本実施例では実質的にベローズ状のフレキシブルな区分４６を有している。
【００２９】
アクチュエータハウジング４４の内部に配置されておりアクチュエータ４０を半径方向で包囲するばね体４１は、流入側でアクチュエータベース４２の、アクチュエータハウジング４４の内部を向いた面と、流出側でアクチュエータヘッド４３の、アクチュエータハウジング４４の内部を向いた面とに、例えば溶接シーム（図示せず）により接合されている。ばね体４１はアクチュエータ４０をアクチュエータベース４２とアクチュエータヘッド４３とを介して予負荷している、つまりプレロードをかけている。
【００３０】
本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、例えば外方に向かって開弁する燃料噴射弁のためにも適している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】背景技術による燃料噴射弁の実施例の概略的な断面図である。
【００３２】
【図２】本発明による燃料噴射弁の第１の実施例の、シール座の領域における概略的な断面図である。
【００３３】
【図３】本発明による燃料噴射弁の第２の実施例の、シール座の領域における概略的な断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  燃料噴射弁、  ２  ノズルボディ、  ３  弁ニードル、  ４  弁閉鎖体、  ５  弁座体、  ６  弁座面、  ７  噴射開口、  ８  シール、  ９  外極、  １０  マグネットコイル、  １１  コイルハウジング、  １２  コイル支持体、  １３  内極、  １４  弁ニードルガイド、  １５  調節ディスク、  １６  中央の燃料供給部、  １７  差込コンタクト、  １８  プラスチック被覆、  １９  電気的な線路、  ２０  可動子、  ２１  第１のフランジ、  ２２  溶接シーム、  ２３  戻しばね、  ２４  スリーブ、  ２５  フィルタエレメント、  ２６  狭窄部、  ２７  作業ギャップ、  ２８  シール、  ２９  結合部材、  ３０  （可動子２０の）燃料通路、  ３１  （弁ニードルガイド１４の）燃料通路、  ３２  （ガイドエレメント３６の）燃料通路、  ３３  緩衝エレメント、  ３４  第２のフランジ、  ３５  溶接シーム、  ３６  ガイドエレメント、  ３７  シール、  ３８  エレメント、  ３９  開口部、  ４０  可動子、  ４１  ばね体、  ４２  アクチュエータベース、  ４３  アクチュエータヘッド、  ４４  アクチュエータハウジング、  ４５  アクチュエータモジュール、  ４６  フレキシブルな区分
【図１】
2004316644.tif 000003
【図２】
2004316644.tif 000004
【図３】
2004316644.tif 000005