(57)【要約】  本発明は、主噴射軸（ＡＢ）を有する流体噴射装置（１３１）であって、少なくとも、ケーシング（１）と、ケーシング（１）内に軸方向に取付けられ、軸方向両側の二つの面（Ｃ）、（Ｄ）を有する積層体を備え、かつ電気活性材料を有する少なくとも一つの電気活性部分（２２）を備えたアクチュエータ（２）と、前記積層体に少なくとも部分的に予圧縮応力を加えるためのプレストレス手段とを具備する上記流体噴射装置に関する。本発明に従い、プレストレス手段は、積層体の外側に、積層体とケーシング（１）の間に配置された少なくとも一つの締め付けフランジ（２５）を備えている。
2010531410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主噴射軸（ＡＢ）を有する流体噴射装置（１３１）であって、少なくとも、
−ケーシング（１）と、
−ケーシング（１）内に軸方向に取付けられ、軸方向両側の二つの横面（Ｃ）、（Ｄ）を有する積層体を備え、かつ電気活性材料（２２１）からなる少なくとも一つの電気活性部分（２２）を有するアクチュエータ（２）と、
−前記積層体に少なくとも部分的に予圧縮応力を加えるのに適したプレストレス手段と
を具備し、プレストレス手段が積層体の外側に積層体とケーシング（１）の間に配置された少なくとも一つの締め付けフランジ（２５）を備えていることを特徴とする、流体噴射装置。
【請求項２】
プレストレス手段が積層体を締め付ける軸方向の力を調節するための少なくとも一つの調節手段（２５０）を備え、前記調節手段（２５０）が締め付けフランジ（２５）に連結されていることを特徴とする、請求項１記載の噴射装置。
【請求項３】
調節手段（２５０）が軸方向において締め付けフランジ（２５）と積層体との間に配置されていることを特徴とする、請求項２記載の噴射装置。
【請求項４】
締め付けフランジ（２５）が積層体の熱膨張と異なる熱膨張を有することと、プレストレス手段が締め付けフランジ（２５）と積層体との間に配置された少なくとも一つの弾性手段（２５１）を備えていることとを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の噴射装置。
【請求項５】
弾性手段（２５１）が積層体と調節手段（２５０）との間に配置されていることを特徴とする、請求項４と組み合わせた請求項２および３のいずれか一方に記載の噴射装置。
【請求項６】
締め付けフランジ（２５）が積層体の両側の二つの横面（Ｃ）、（Ｄ）に載っていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の噴射装置。
【請求項７】
少なくとも一つのニードル（４）を備えていることと、積層体が増幅器（２１）と呼ばれる少なくとも一つの部分（２１）を備え、この部分が前記横面（Ｃ）、（Ｄ）の一方の位置で軸方向にニードル（４）に取付けられており、電気活性部分（２２）とニードル（４）とが軸方向において増幅器（２１）の各側に配置されていることとを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の噴射装置。
【請求項８】
増幅器（２１）が、軸（ＡＢ）に沿ってニードル（４）に近づく程細くなる少なくとも一つのセグメントを有することと、締め付けフランジ（２５）の少なくとも一部が増幅器（２１）の前記狭窄セグメントの形状によく似ていることとを特徴とする、請求項７記載の噴射装置。
【請求項９】
積層体が後部ウェイト（２３）と呼ばれる少なくとも一つの他の部分（２３）を有し、増幅器（２１）と後部ウェイト（２３）とが軸方向において電気活性部分（２２）の各側に配置されていることと、後部ウェイト（２３）が軸方向において電気活性部分（２２）とは反対の側に壁を有し、この壁が、軸方向においてニードル（４）とは反対の側の積層体の横面（Ｃ）とは区別不能であることとを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の噴射装置。
【請求項１０】
締め付けフランジ（２５）とケーシング（１）とが少なくとも一つの縦方向接触領域（ＵＷ）を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の噴射装置。
【請求項１１】
積層体の電気活性部分（２２）を設定周期τで振動させるための励起手段（１４）を備えていることと、積層体がアクチュエータ（２）から区別不能であることと、増幅器（２１）と電気活性部分（２２）と後部ウェイト（２３）とが、プレストレス手段によって互いに対して強く押し付けられ、電気活性部分（２２）の振動によって生じる音波を伝えるのに適していることとを特徴とする、請求項７、９と組み合わせた前記請求項のいずれか一項に記載の噴射装置。
【請求項１２】
積層体の二つの横面（Ｃ）、（Ｄ）の間の長さ（Ｌ）が、電気活性部分（２２）の振動によって生じてこの長さ（Ｌ）を伝わる音波の伝播時間（Ｔ）がプラスマイナス許容誤差で等式Ｔ＝ｎ×［τ／２］（ｎ＝非ゼロの正の指数の乗数）を満足するような大きさであることを特徴とする、請求項１１記載の噴射装置。
【請求項１３】
ノズル（３）を備え、このノズルが、前記軸（ＡＢ）に沿って噴射穴と座部（５）とを備え、かつ反対側の端部でケーシング（１）に連結されていることと、
ニードル（４）が、座部（５）との接触領域に、前記軸（ＡＢ）に沿って、弁要素を画定する第１端部（６）を有し、かつ反対側の端部でアクチュエータ（２）の積層体に連結され、アクチュエータがこのニードル（４）を振動させて、ニードルの第１端部（６）とノズル（３）の座部（５）との間に、弁要素を交互に開閉するのに適した相対運動を生じさせることと、
−ノズル（３）およびケーシング（１）と、ニードル（４）およびアクチュエータ（２）とが、それぞれ音波を伝播させる第１媒体と第２媒体とを形成し、各媒体が、等式Ｉ＝Σ×ρ×ｃ（Σ＝軸（ＡＢ）に対して垂直な媒体の断面の表面、ρ＝媒体の比重、ｃ＝媒体の音速）で定義される線形音響インピーダンス（Ｉ）を有し、
−少なくとも一つの線形音響インピーダンス破壊領域が、ノズル（３）またはケーシング（１）に沿って座部（５）と第１端部（６）との接触領域から距離をおいて存在し、少なくとも一つの他の線形音響インピーダンス破壊領域が、ニードル（４）またはアクチュエータ（２）に沿って第１端部（６）と座部（５）との接触領域から距離をおいて存在し、かつ
−前記線形音響インピーダンス破壊領域または他の線形音響インピーダンス破壊領域が、それぞれケーシング（１）とアクチュエータ（２）の方に向かう音波の伝播方向において、ニードル（４）の第１端部（６）と座部（５）との前記接触領域から一番目の領域であることと
を特徴とする、請求項１１または１２に記載の噴射装置。
【請求項１４】
座部（５）と第１端部（６）の間の接触領域と、ノズル（３）またはケーシング（１）に沿った第１の線形音響インピーダンス破壊領域との間の、第１距離（ＬＢ）と呼ばれる距離が、積層体の電気活性部分（２２）によって生じてこの第１距離（ＬＢ）に沿って伝わる音波の伝播時間（ＴＢ）がプラスマイナス許容誤差で等式ＴＢ＝ｎＢ×［τ／２］（ｎＢ＝非ゼロの整数の乗数）を満たすような大きさであることと、
第１端部（６）と座部（５）の間の接触領域と、ニードル（４）またはアクチュエータ（２））に沿った第１の線形音響インピーダンス破壊領域との間の、第２距離（ＬＡ）と呼ばれる距離が、積層体の電気活性部分（２２）によって生じてこの第２距離（ＬＡ）を伝わる音波の伝播時間（ＴＡ）がプラスマイナス許容誤差で等式ＴＡ＝ｎＡ×［τ／２］（ｎＡ＝非ゼロの整数の乗数）を満たすような大きさであることと
を特徴とする、請求項１３記載の噴射装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の流体噴射装置（１３１）を使用する内燃機関（１５１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に内燃機関のための、流体、例えば燃料を噴射する装置に関する。
【０００２】
更に詳しくは、本発明は、その第１の様相に従い、主噴射軸を有する、噴射器と呼ばれる流体噴射装置であって、
ケーシングと、
ケーシング内に軸方向に取付けられ、軸方向両側の二つの横面を有する積層体を備え、そして電気活性材料からなる少なくとも一つの電気活性部分を有するアクチュエータと、
上記積層体に少なくとも部分的に予圧縮応力を加えるのに適したプレストレス手段とを具備する、上記流体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
上記積層体、特に電気活性材料、例えば積層体に分配された圧電セラミックシムまたは磁歪要素に、予圧縮応力を加えるのに適したプレストレス手段は、例えば特許文献１によって示されているように、当業者によく知られている。このプレストレス手段の設置は、電気活性材料を穿孔する必要があり、これは電気活性材料を弱体化する。穿孔時および／または組み立て時および／または噴射器動作時に、セラミックシムは簡単にひび割れおよび破壊するので、その寿命が短くなる。
【０００４】
噴射器の動作に影響を及ぼし得る電気的な短絡の問題を回避するために、一般的に、ケーシング内に収納されたアクチュエータのコンパクトさと、ワイヤによる電極の空間的な分配の複雑さとの間で、厄介な妥協をしなければならない。このワイヤは各セラミックシムを、ケーシングの外側の電気活性材料を励起する手段に接続する。上記の妥協は、例えばアクチュエータをケーシングに挿入するときに、積層体がケーシングに不意に接触するので、噴射器の組み立てを困難にし、ワイヤによる電極の空間的な分配を損なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許出願第１１７２５５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この新規な観察に基づく本発明の主目的は、上述の制限の少なくとも一つを減らすように形成された流体噴射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的のために、噴射装置は、更に上記の前提部分による噴射装置の包括的定義に従って、プレストレス手段が積層体の外側において積層体とケーシングの間に配置された少なくとも一つの締め付けフランジを備えていることを特徴とする。
【０００８】
この構成により、電気活性材料の穿孔はもはや不可欠なものではない。これは、例えば噴射器の組み立ておよび／または動作中に、特に機械的応力に対して電気活性材料を脆くなりにくくする。更に、積層体とケーシングの間に締め付けフランジを設けると、積層体は例えば噴射器に組み立て中に、ケーシングとの不意の接触および／またはケーシングによる不意の崩壊が防止される。この接触や崩壊は例えばワイヤによる電極の空間的分配を損ない、そしてセラミック材料自体を損傷させる。
【０００９】
本発明の第２様相に従って、本発明は本発明による流体噴射装置を使用する内燃機関、すなわちこの噴射装置が配置されたエンジンに関する。
【００１０】
本発明の他の特徴および効果は、添付の図を参照して表示として非限定的に行った次の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】エンジン内に配置され、かつケーシング内に軸方向に取付けられたアクチュエータに連結された外向きと呼ばれるヘッドを有するニードルを装着した本発明に係る噴射装置を示す図である。
【図２】エンジン内に配置され、かつアクチュエータに連結された内向きと呼ばれるヘッドを有するニードルを装着した本発明に係る噴射装置を示す図である。
【図３】ノズルと外向きヘッドを有するニードルとによって形成された弁要素の動作を示す図であり、図３では弁要素が閉鎖している。
【図４】ノズルと外向きヘッドを有するニードルとによって形成された弁要素の動作を示す図であり、図４では弁要素が開放している。
【図５】ノズルと内向きヘッドを有するニードルとによって形成された弁要素の動作を示す図であり、図５では弁要素が閉鎖している。
【図６】ノズルと内向きヘッドを有するニードルとによって形成された弁要素の動作を示す図であり、図６では弁要素が開放している。
【図７】積層体の外側において積層体とケーシングの間に配置された締め付けフランジによって予圧縮応力を加えられた積層体を概略的に示す略式側面図である。
【図８】噴射器の対称軸に対して垂直な平面内の噴射器の簡略化した断面を概略的に示す。
【図９】締め付けフランジによって予圧縮応力を加えられた積層体を概略的に示す略式側面図であり、積層体の軸方向締め付け力を調節するための手段が軸方向においてフランジと積層体の間に配置されている。
【図１０】異なる構造の締め付けフランジによって予圧縮応力を加えられた積層体を概略的に示す別の略式側面図であり、積層体の軸方向締め付け力を調節するための手段が軸方向においてフランジと積層体の間に配置されている。
【図１１】さらに異なる構造の締め付けフランジによって予圧縮応力を加えられた積層体を概略的に示すまた別の略式側面図であり、積層体の軸方向締め付け力を調節するための手段が軸方向においてフランジと積層体の間に配置されている。
【図１２】締め付けフランジによって予圧縮応力を加えられた積層体を概略的に示す略式側面図であり、弾性手段によって補われた調節手段が軸方向においてフランジと積層体の間に配置されている。
【図１３】異なる構造の締め付けフランジによって予圧縮応力を加えられた積層体を概略的に示す別の略式側面図であり、弾性手段によって補われた調節手段が軸方向においてフランジと積層体の間に配置されている。
【図１４】さらに異なる構造の締め付けフランジによって予圧縮応力を加えられた積層体を概略的に示すまた別の略式側面図であり、弾性手段によって補われた調節手段が軸方向においてフランジと積層体の間に配置されている。
【図１５】円筒棒の形をした一体ニードルを概略的に示す略式部分縦断側面図である。
【図１６】一体的な円筒ノズルを概略的に示す略式部分縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上述したように、本発明は、流体、例えば燃料１３１を内燃機関１５１の燃焼室１５にあるいは図示していない吸気ダクトにあるいは図示していない排気ダクトに噴射するように形成された噴射装置または噴射器に関する。
【００１３】
噴射器は例えば円筒形の２個のボディを備えている。ケーシング１を示す第１ボディは、噴射装置の好ましい軸ＡＢ、例えば噴射装置の対称軸に沿って、少なくとも一つのノズル３だけ延長している。このノズルは軸ＡＢに沿って長さを有し、噴射穴と座部５（または５′）を備えている。ケーシング１の直線的な寸法、例えば軸ＡＢに対して垂直方向のケーシングの幅および／または軸ＡＢに沿ったケーシングの長さは、ノズル３の寸法よりも大きくすることができる。ケーシング１の比重はノズル３の比重よりも大きくすることができる。ケーシング１は少なくとも一つの開口９を介して燃料１３１の少なくとも一つの回路１３０に接続可能である。燃料１３１の回路１３０は例えばタンク、ポンプおよびフィルタを有する、燃料１３１を処理するための装置１３を備えている。
【００１４】
アクチュエータ２を示す第２ボディは、ケーシング１内で軸方向に動くことができるように配置されている。ニードル４は軸ＡＢに沿って長さを有し、第１端部６はノズル３の座部５（または５′）との接触領域に弁要素を形成している。アクチュエータ２の直線的な寸法、例えば軸ＡＢに対して垂直方向のアクチュエータの幅および／または軸ＡＢに沿ったアクチュエータの長さは、ニードル４の寸法よりも大きくすることができる。アクチュエータの比重はニードル４の比重よりも大きくすることができる。ニードル４とアクチュエータ２は接合領域ＺＪ（図２）によって互いに連結されている。第１端部６は好ましくは、噴射器の弁要素の良好なシールを保証するように、座部５（または５′）を閉鎖するヘッド７（または７′）だけ軸ＡＢに沿ってアクチュエータ２から離れるよう縦方向に延長している。
【００１５】
アクチュエータ２は軸ＡＢに沿ってニードル４だけ延長し、設定周期τでニードル４を直接振動させるために配置されている。従って、図３〜４と図５〜６に示すように、アクチュエータは、弁要素を交互に開閉するのに適した相対軸方向運動を、ニードル４の第１端部６とノズル３の座部５（または５′）の間に生じる。よって、アクチュエータ２はニードル４を制御する能動的な「マスター」の役割をする。ニードルは受動的に制御される「スレーブ」として作用する。
【００１６】
アクチュエータ２は軸方向両側の横面Ｃ、Ｄを有する積層体を備え、この積層体は電気活性材料２２１を有する少なくとも一つの電気活性部分２２を含んでいる（図７〜１４）。電気活性材料は予め定めた周波数ν、例えば超音波周波数の振動を発生するように形成されている。超音波周波数はν＝２０ＫＨｚと約６０ＫＨｚの間の範囲にある、すなわち５０ミリ秒と１６ミリ秒の間の振動の設定周期τを有する。一例として、鋼の場合、振動の波長λはν＝５０ＫＨｚ（τ＝２０ミリ秒）でほぼ１０−１ｍである。図１、２に示すように、積層体はアクチュエータ２とは見分けがつかない。
【００１７】
積層体は増幅器２１と呼ばれる少なくとも一つの部分を有する。この部分は上記の横面Ｃ、Ｄの一方Ｄの位置で、軸方向においてニードル４に取付けられている。この増幅器２１の軸方向の各側に、電気活性部分２２とニードル４とが配置されている。増幅器は電気活性材料２２１の振動をニードル４に伝達し、弁要素でのニードル４の運動が電気活性材料２２１の変形の全体よりも大きくなるように、振動を増幅する。増幅器２１はほぼ円筒形である（図７、９〜１０、１２〜１３）。その代わりに、増幅器２１は他の形状、例えば電気活性部分２２からニードル４の方へ軸ＡＢの方向に細くなっている円錐台の形をしていてもよい（図１１、１４）。
【００１８】
積層体は後部ウェイト２３と呼ばれる少なくとも一つの他の部分２３を有する。この部分は電気活性材料２２１の応力を均一に分配する役目をする。増幅器２１と後部ウェイト２３とは、軸方向において電気活性部分２２の各側に配置されている。後部ウェイト２３は軸方向において電気活性部分２２とは反対側に壁を有する。この壁は、軸方向においてニードル４とは反対側の積層体の横面Ｃとは見分けがつかない。
【００１９】
増幅器２１と電気活性部分２２と後部ウェイト２３は一方では、上記積層体に少なくとも部分的に予圧縮応力を加えるために適したプレストレス手段によって互いに強く押し付けられ、他方では電気活性部分２２の振動によって発生した音波が通過するのに適している。
【００２０】
プレストレス手段は、積層体の外側において積層体とケーシング１の間に配置された少なくとも一つの締め付けフランジ２５を備えている。
【００２１】
電気活性材料２２１は好ましくは圧電材料である。この圧電材料は、積層体の電気活性部分２２を形成するために、例えば互いに軸方向に積層された一つ以上のセラミック圧電シムの形をしている。噴射器内で音波を発生する電気活性材料２２１の選択的変形、例えば設定周期τでの周期的変形は最終的に、図３〜４と図５〜６を参照して上述したように弁要素を交互に開放および閉鎖するために適した、座部５（または５′）と相対的なニードル４のヘッド７（または７′）の縦方向運動あるいはその逆の縦方向運動となる。これらの選択的変形は、設定周期τで積層体の電気活性部分２２を振動させるために適した適当な励起手段１４、例えばワイヤ（図示せず）を介して、圧電性電気活性材料２２１に固定された電極２２０に加えられる電位差で生じる電界によって制御される。電気活性材料２２１はその代わりに磁歪材料であってもよい。この磁歪材料の選択的変形は図示していない適当な励起手段、例えば選択的磁界から生じる磁気誘導によって制御される。この選択的磁界は図示していない励磁機によっておよび特に積層体に固定されたコイルによってあるいは積層体を取り巻く他のコイルによって得られる。
【００２２】
プレストレス手段は、積層体を締め付けるための軸方向力を調節するための少なくとも一つの手段２５０を備えている。これにより、プレストレス手段は、図１、２に示すように、例えば後部ウェイト２３と増幅器２１の間で、電気活性部分２２を強く押し付けることができる。押し付ける力は、電気活性材料２２１の性質、例えば圧電また磁歪の関数として、および／または軸ＡＢに対して垂直な平面内の、積層体の圧電セラミックシムまたは磁歪要素の断面の関数として、および／または積層体内における上記シムの空間的な分配の関数として、および／またはシムの形状の関数として、および／またはシムの直線的な寸法（および／またはシムの形状）の関数として、「ケース毎に」調節可能である。調節手段２５０は締め付けフランジ２５に連結可能である（図１、２、７、９〜１４）。
【００２３】
特に、軸方向において締め付けフランジ２５と積層体の間に、調節手段２５０を配置することができる（図７、９〜１０、１２〜１４）。これにより噴射器の組み立てが容易になるという事実に加えて、調節手段２５０の軸方向位置決めは、「ニードル４＋アクチュエータ２」組み立て体の構造的対称性および／または音響的対称性を保つのに役立ち、その結果ニードル４の軸方向の交互の往復運動も、「ニードル４＋アクチュエータ２」組み立て体の音波の伝播も、非対称ウェイトの干渉作用によって妨害されることがない。
【００２４】
締め付け手段２５は好ましくは積層体の熱膨張、特に電気活性材料２２１の熱膨張とほぼ同じ熱膨張（特に熱膨張係数）を有する。例えば、電気活性材料２２１の膨張係数と積層体の膨張係数の差は、噴射器の動作温度範囲内でこれらの部品の膨張の差が、（プレストレス手段２５０によってもたらされる）公称応力値の１０％よりも大きな電気活性材料２２１の予圧縮応力の変化を生じないように、選定することができる。セラミック電気活性材料２２１の場合、締め付けフランジ２５は、炭素とクロムを含む鉄とニッケルの合金、例えば「インバー」タイプの合金で作ることができる。この構成のおかげで、電気活性材料２２１の予圧縮応力は噴射器の温度変化に関係なく、一定に保たれる。積層体の同じ膨張（および特に電気活性材料２２１の同じ膨張と締め付けフランジ２５の同じ膨張）は、噴射器の温度変化に起因する膨張を熱的に確実に補償する。積層体、ひいてはアクチュエータ２の組み立ては一層速くなる。なぜなら、上記熱膨張を補償するための他の手段を必要としないからである。この実施の形態では、後部ウェイト２３は調節手段２５０と見分けがつかない（図には状況を示していない）。
【００２５】
締め付けフランジ２５は、上記の代わりに、積層体の熱膨張、特に電気活性材料２２１の熱膨張と異なる熱膨張（特に熱膨張係数）を有していてもよい。この場合、プレストレス手段は、締め付けフランジ２５と積層体の間に配置された少なくとも一つの弾性手段２５１（例えば少なくとも一つのゴムシール、弾性シム、ばね）を備えている。弾性手段２５１は、熱膨張に起因する締め付けフランジ２５の伸びに関係なく、電気活性部分２２と特に電気活性材料２２１のほとんど一定の予圧縮応力を提供することを可能にする。この構成のおかげで、例えばインバー締め付けフランジ２５が在庫切れしているときに、工業規模で積層体ひいてはアクチュエータ２の組み立てを続けることができる。従って、この実施の形態は噴射器の製造を一層信頼できるものにするのに役立つ。
【００２６】
弾性手段２５１は好ましくは、積層体を迅速に組み立てることができるように、積層体と調節手段２５０の間に配置されている（図７、１２〜１４）。
【００２７】
調節手段２５０は好ましくは、ねじ、好ましくはねじ切りしたねじの形をしている。この調節手段のための締め付けフランジ２５は好ましくは中央に、すなわち軸ＡＢに沿ってねじ切りした対応する穿孔を有する（図７、９〜１４）。
【００２８】
特に、締め付けフランジ２５は、積層体が締め付けられるときに均一な応力を生じるように、積層体の両側の二つの横面Ｃ、Ｄに接触している（図７）。
【００２９】
増幅器２１は軸ＡＢに沿ってニードル４の方へ細くなった少なくとも一つのセグメント、例えば電気活性部分２２との連結のためのセグメント２１１を備えることができる。この場合、締め付け手段２５はその少なくとも一部が、図１０〜１１、１３〜１４に示すように、増幅器２１の上記の細くなったセグメントの形状に近い形をしている。これにより、締め付けフランジ２５の軸方向長さを短くすることができる。これは、図９、１２の締め付けフランジ２５を図１０〜１１、１３〜１４の締め付けフランジと比較することによって明らかである。締め付けフランジ２５をこのように短くすることができると、フランジが軽量になる（フランジの他のすべてのパラメータは変わらないままである）かあるいは（例えば短縮したフランジの厚さを比例的増加させることによって）機械的摩耗および／または大きな締め付け力に対する耐性が大きくなる。
【００３０】
プレストレス手段が軸ＡＢに対して垂直な平面内で予め定めた角度でかつ半径方向において互いに間隔をおいて積層体の周りに対称に配置された数個の締め付けフランジ２５を備えることができることを理解すべきである。数個のフランジを設けることにより、積層体が締め付けられるときに、応力が均一に分配される。
【００３１】
図１は外向きと呼ばれるヘッド７を備えたニードル４のケースを示している。ヘッドはケーシング１から燃焼室１５内のノズル３の外側に向けて軸ＡＢの方向に拡がるフレア形状（好ましくは円錐台）を有する。外向きヘッド７は、ケーシング１から離れるように軸ＡＢの方向に向いたノズル３の外側の座部５を閉鎖する。
【００３２】
図２は内向きと呼ばれるヘッド７′を備えたニードル４のケースを示している。ヘッドは好ましくは円錐台であり、ケーシング１からノズル３の外側に向けて軸ＡＢの方向に細くなっており、ケーシング１の方に向いたノズル３の内側の座部５′を閉鎖する。
【００３３】
アクチュエータ２の戻し手段１１（または１１′）は、ニードル４のヘッド７（または７′）をノズル３の座部５（または５′）に対して押し付け保持ために設けることができる。それによって、戻し手段は、燃焼室１５内の圧力に関係なく、弁要素を確実に閉じる。
【００３４】
締め付けフランジ２５とケーシング１は、図８においてＵＷで示す点によって表した少なくとも一つの縦方向接触領域を有することができる。縦方向接触領域ＵＷを設けることができることにより、噴射器の組み立てが容易になる。特に、外向きヘッド７を有するニードル４を備えた噴射器を組み立てるとき、摩擦やアライメントの制御に注意して、積層体をケーシング１に挿入する間に、ケーシング１との予期しない接触に対して電極２２０を保護することにより、噴射器の組み立てが容易になる。
【００３５】
ノズル３およびケーシング１と、ニードル４およびアクチュエータ２とは、それぞれ第１と第２の音波伝播媒体を形成する。この２個の媒体の各々は少なくとも一つの線形音響インピーダンスＩを有する。このインピーダンスは軸ＡＢに対して垂直な媒体断面の表面Σ、媒体の密度ρおよび媒体内の音速ｃに依存する。すなわち、Ｉ＝ｆ１（Σ、ρ、ｃ）。この比を示すために、それぞれ図１５〜１６に示した、ニードル４またはノズル３に関する簡略化したいろいろな例を考察しましょう。簡略化するために、理解されるように、これらのすべての例のために、第２ボディとアクチュエータ２と積層体は区別不能である。燃焼室１５の圧力に対してあまり敏感でない噴射器の弁要素の穴を得るために、噴射器はニードル４の第１端部６の運動を制御し一方、ノズル３の座部（図１５〜１６に簡略化して示され、参照符号５０が付けてある）は、不動に保持されているかまたは固定され、従って運動節のように挙動する。
【００３６】
ニードル４とノズル３はそれぞれボディの形をし、軸ＡＢに対して垂直な半径方向寸法は軸ＡＢに沿った長さと比べて小さい。ニードル４の簡略化したモデルとしてここで引き合いに出す中実の棒４００（図１５）あるいはノズル３の簡略化したモデルとしてここで引き合いに出す縦方向に穴をあけた棒３００（図１６）では、音波の伝播は、張力（力）ΔＦ０の跳躍の伝播と速度Δｖの跳躍の伝播を次の等式によって関係づける。ΔＦ０＝Σ×Δσ＝Σ×ｚ×Δｖ。ここで、Σは棒の好ましい軸ＡＢ、例えば棒の対称軸に対して垂直な棒の断面であり、Δσ＝ｚ×Δｖは応力の跳躍であり、ｚは等式ｚ＝ρ×ｃによって定められる音響インピーダンスである。この等式において、ρは棒の比重であり、ｃは棒内の音速である。理解されるように、張力Ｆ０は圧縮が正であり、速度ｖは音波の伝播方向が正である。棒（中実または中空）の音響特性を示す積Ｉ＝Σ×ｚ＝Σ×ρ×ｃは「音響線形インピーダンス」または「線形インピーダンス」と呼ばれる。
【００３７】
線形音響インピーダンスＩのすべての変化はエコーを含んでいる。すなわち、線形インピーダンスＩの変化の個所、例えばニードル４とアクチュエータ２の間の接合部（図１５）またはノズル３とケーシング１の間の他の接合部（図１６）から、棒の逆方向に（例えば図１５〜１６において左側から右側へ）伝播される他の音波による、棒の方向に（例えば図１５〜１６において右側から左側へ）伝播される音波の弱まりを含んでいる。これと同じ推理は、すべての線形インピーダンス破壊Ｉに適用可能である。用語「破壊」は「波長と比較して短い距離にわたって、好ましくは波長の８分の１（λ／８）よりも小さな距離にわたって音波の伝播媒体内に位置する線形インピーダンス破壊領域の、音波伝播方向に関して線形インピーダンス上流と下流の間の差を示す予め定められた閾値を超える線形インピーダンスＩの変化」として理解すべきである。
【００３８】
噴射器は、ノズル３（図１６）またはケーシング１に沿って、座部５０とニードル４の第１端部６との接触領域からある距離をおいて存在する線形音響インピーダンス破壊の少なくとも一つの領域と、ニードル４（図１５）またはアクチュエータ２に沿って、第１端部６と座部５０との接触領域からある距離をおいて存在する線形音響インピーダンス破壊の少なくとも一つの他の領域とを有することができる。上記の線形音響インピーダンス破壊の領域と他の領域はそれぞれ、ケーシング１とアクチュエータ２の方に向いた音波の伝播方向における、ニードル４の第１端部６と座部５０との上記接触領域からの順番で第１番目である。
【００３９】
図１（図２）に概略的に示すように、一方では座部５（または５′）と第１端部６の間の接触領域と、他方ではノズル３またはケーシング１に沿った線形音響インピーダンス破壊の第１領域との間の、第１距離ＬＢと呼ばれる距離は、積層体の電気活性部分２２によって生じ第１距離ＬＢ＝ｆＢ（ＴＢ）に沿って移動する音波の、「音響飛行時間」ＴＢと呼ばれる伝播時間が次の等式
ＴＢ＝ｎＢ×［τ／２］                        （Ｅ１）
を満たすような大きさである。ここで、ｎＢは第１乗数と呼ばれる、非ゼロの正の整数の乗数である。一方では第１端部６と座部５（または５′）の間の接触領域と、他方ではニードル４またはアクチュエータ２に沿った線形音響インピーダンス破壊の第１領域との間の、第２距離ＬＡと呼ばれる距離は、積層体の電気活性部分２２によって生じこの第２距離ＬＡ＝ｆＡ（ＴＡ）にわたって移動する音波の、「音響飛行時間」ＴＡと呼ばれる伝播時間が次の等式
ＴＡ＝ｎＡ×［τ／２］                        （Ｅ２）
を満たすような大きさである。ここで、ｎＡは第２乗数と呼ばれる、非ゼロの整数の他の乗数であり、例えばｎＡ≠ｎＢである。
【００４０】
上記のＥ１、Ｅ２の式は実証されているようにある許容誤差内で考えなければならないと理解すべきである。それによって、製造上の制約条件、例えば設定周期τの±１０％のオーダーの許容誤差、すなわち半分の設定周期τ／２の±２０％のオーダーの許容誤差を考慮に入れることができる。この許容誤差を考慮に入れると、上記のＥ１、Ｅ２の式はそれぞれ、次のように書き換えることができる。
【００４１】
ＴＢ＝ｎＢ×［τ／２］±０．２×［τ／２］            （Ｅ１′）
ＴＡ＝ｎＡ×［τ／２］±０．２×［τ／２］            （Ｅ２′）
【００４２】
実際には、音響飛行時間ＴＢと表現される第１距離ＬＢ＝ｆＢ（ＴＢ）と、音響飛行時間ＴＡと表現される第２距離ＬＡ＝ｆＡ（ＴＡ）は、工業規模で製造される相当の部品で測定したとき、上記の式Ｅ１、Ｅ２によって計算した基準値に対して小さな偏差を有するかもしれない。この小さな偏差は取付けられたウェイトの効果に起因し得る。このウェイトは例えばニードル４のヘッド７（７′）および／またはノズル３内のニードル４の端部６の軸ＡＢに対して垂直な平面内の案内ボス（図示せず）であってもよい。上記の許容誤差は、上記の式Ｅ１′、Ｅ２′によって、第１距離ＬＢ＝ｆＢ（ＴＢ）と第２距離ＬＡ＝ｆＡ（ＴＡ）の音響飛行時間の表現を補正するために、取付けウェイトの上記効果を考慮することを可能にする。
【００４３】
吸気ダクトおよび／または排気ダクトのためにできるだけ大きなスペースを残す目的で、軸ＡＢに沿った噴射器の直線的な寸法を最小限に抑えるために、好ましくは第２乗数と第１乗数についてｎＡ＝ｎＢ、特に、ｎＡ＝ｎＢ＝１である。従って、座部５（５′）とニードル４の第１端部６の間の接触領域から始まって、ノズル３は第１距離ＬＢ＝ｆＢ（ＴＢ）を示す連続長さにわたって一定の音響特性を有する。この音響特性は実質的に、音響飛行時間ＴＢ内で互いに等しい。音響飛行時間ＴＢでの音響特性の表現は好ましくは２分の１設定周期τ／２になる。同様に、座部５（５′）とニードル４の第１端部６の間の接触領域から始まって、ニードル４は第２距離ＬＡ＝ｆＡ（ＴＡ）を示す連続長さにわたって一定の音響特性を有する。この音響特性は実質的に、音響飛行時間ＴＡ内で互いに等しい。音響飛行時間ＴＡでの音響特性の表現は好ましくは２分の１設定周期τ／２になる。
【００４４】
噴射器の既定の動作条件の間、すなわち噴射器の始動相と停止相を除く予め定めた温度での動作の間、噴射器は、燃焼室１５内の圧力に対してあまり敏感でない方法で、弁要素を交互に開閉することができる。図１に示した例では、この方法は、ニードル４のヘッド７によって延長した第１端部６の運動の制御と、ノズル３の座部５の動的に不動の保持とを含んでいる。上述のように、ニードル４のヘッド７の運動制御は、積層体の増幅器２１（図１）によって、アクチュエータ２を介してニードル４に伝達される積層体の電気活性材料２２１の選択的変形、例えば設定周期τでの周期的変形によって行われる。座部５は音波伝播現象の周期性をうまく利用して、軸ＡＢに沿ったその縦方向速度をゼロに保つことによって動的に不動に保持される。座部５における、設定周期τでのニードル４のヘッド７の周期的な着座中の弁要素の各閉鎖は、衝撃を生じる。この衝撃は入射波と呼ばれる音波を生じ、それに伴い速度の跳躍Δｖと応力の跳躍Δσを生じる。この波は第１距離ＬＢにわたって移動する間ケーシング１の方に向かってノズル３に伝播し、そして線形音響インピーダンス破壊の第１領域で反射する。この音響インピーダンス破壊は図１では、軸ＡＢに対して垂直な平面内にノズルの断面よりもはるかに大きな断面を有するケーシング１内へのノズル３の引っ込み部ＳＸの位置とは区別不能である。入射波が反射すると、反射波と呼ばれるそのエコーは、第１距離ＬＢを逆方向に、すなわちケーシング１から座部５に第１距離ＬＢにわたって移動するために、ノズル３に戻る。反射波は入射波と同じ符号の応力跳躍Δσと、入射波と逆の符号の速度跳躍Δｖを有する（伝播方向が逆であり、座部５に到達する方向がすべて正の速度であり、波の伝播方向はもはや正の速度ではない場合には、速度跳躍Δｖは変更された符号を有する）。第１距離が好ましくは式ＬＢ＝ｆＢ（ＴＢ）＝ｆＢ（ｎＢ×［τ／２］を条件としているので、反射波は、新しい波が弁要素の閉鎖による衝撃によって生じるときと全く同じ運動で、座部５に到達する。ニードル４のヘッド４の運動は、好ましくは半分の設定周期τ／２の倍数に依存する第２距離ＬＡ：ＬＡ＝ｆＡ（ＴＡ）＝ｆＡ（ｎＡ×［τ／２］を条件としている。その結果、座部５において、応力が維持され、速度が無くなる。従って、座部５は運動の節を有する。この状態で、燃焼室１５内の圧力の変化は、衝撃の増幅を生じるがしかし、それらの同期性を変更しない。従って、噴射器の作動は燃焼室１５内のこの圧力変化によって影響を受けない。
【００４５】
上記の詳細を鑑みて、ｎＢ≠ｎＡのような第１および第２乗数について一般的な場合には、座部５を動かないように固定するために、入射波と反射波が座部において互いに補償し合う若干の周期τだけオフセットすると理解すべきである。この補償のために、例えばｎＢとｎＡの差が予め定めた値および／またはノズル３内の音波の損失（および最後に音波の線形音響インピーダンスの損失）よりも大きいときに、全体としてある閾値を超えないようにすることができる。その理由は、ｎＢ＝ｎＡ、特にｎＢ＝ｎＡ＝１を有する噴射器の構造が音響的な信頼性を優先し、ｎＢ≠ｎＡを有する構造と比べて依存として好ましいからである。
【００４６】
第１距離ＬＢ＝ｆＢ（ＴＢ）と第２距離ＬＡ＝ｆＡ（ＴＡ）はそれぞれ、音波の伝播のための第１の「ノズル３＋ケーシング１」の媒体と第２の「ニードル４＋アクチュエータ２」の媒体に関して、好ましくは各音響飛行時間ＴＢ＝ｎＢ×［τ／２］とＴＡ＝ｎＡ×［τ／２］によって、音響に関連して定められると理解すべきである。この音響飛行時間は、本例では上述のようにアクチュエータ２と区別つかない積層体の電気活性部分２２によって開始される、設定周期τの振動、例えば超音波振動の存在に起因する。換言すると、第１距離ＬＢ＝ｆＢ（ＴＢ）と第２距離ＬＡ＝ｆＡ（ＴＡ）は二つの音響限界の間にある。一般的に、第１距離ＬＢと第２距離ＬＡの両方を定めるために使用される第１音響限界は、当該の組み立て体（「ノズル３＋ケーシング１」または「ニードル４＋アクチュエータ２」）の一端によって表される。簡略化すると、この第１音響限界は図１（または２）に示すように、ニードル４の第１端部６（必要な場合にはヘッド７（または７′）だけ軸方向に延長している）とノズル３の座部５（または５′）との間の接触領域と区別できないと考えることができる。
【００４７】
外向きヘッド７を有するニードル４を備えた図１に示す例では、音波の伝播のための第２「ニードル４＋アクチュエータ２」媒体に関連して第２距離ＬＡを決定するために使用される第１音響限界が、拡散円錐台外向きヘッド７上で半分になると理解すべきである。同様に、音波の伝播のための第１「ノズル３＋ケーシング１」媒体に関連して第１距離ＬＢ＝ｆＢ（ＴＢ）を決定するために使用される第１音響限界は、対応する拡散円錐台座部５上で半分になる。
【００４８】
内向きヘッド７′を有するニードル４を備えた図２に示す例では、音波の伝播のための第２「ニードル４＋アクチュエータ２」媒体に関連して第２距離ＬＡを決定するために使用される第１音響限界が、収斂円錐台内向きヘッド７′上で半分になると理解すべきである。同様に、音波の伝播のための第１「ノズル３＋ケーシング１」媒体に関連して第１距離ＬＢ＝ｆＢ（ＴＢ）を決定するために使用される第１音響限界は、対応する収斂円錐台座部５′上で半分になる。
【００４９】
二つの組み立て体の各々の特有の第２音響限界は、詳細に上述したように、線形音響インピーダンス破壊Ｉの各第１領域によって示される。例えば第２音響限界は、当該組み立て体の直径が軸ＡＢに対して垂直な平面内で変化する位置、例えばニードル４と積層体の増幅器２１との接合領域ＺＪあるいはケーシング１（図１、２）内へのノズル３の引っ込み部ＳＸの位置（図１、２）に一致する。理解されるように、
−  接合領域ＺＪにおいて、ニードル４と増幅器２１は例えば、好ましくは同じ比重および同じ音速を有する材料で作られた一体品を機械加工することによって作られる。
−  引っ込み部ＳＸの位置では、ノズル３とケーシング１は例えば、好ましくは同じ比重および同じ音速を有する材料で作られた一体品を機械加工することによって作られる。
【００５０】
特に、一体品の機械加工は、工業規模での上記部品の製造中に使用するための最も簡単な解決策を提供する。
【００５１】
しかしながら、ボティの音響限界はボディの物理的限界に一致しないことがあると理解すべきである。特に、ボディの形状に加えて、例えば上述の線形音響インピーダンスによって反射した音響特性は、ボディの比重やボディ内の音速のような他のパラメータに依存する。
【００５２】
音響に関して噴射器を一層良好に機能させるために、増幅器２１と電気活性部分２２と後部ウェイト２３（図１〜２、７、９〜１４）によって形成された積層体の両横面Ｃ、Ｄの間の長さＬは、電気活性部分２２の振動によって開始される音波の伝播とこの長さＬ＝ｆ（Ｔ）にわたる移動のための時間Ｔが次の等式を満たすようになっている。
Ｔ＝ｎ×［τ／２］                    （Ｅ３）
ここで、ｎは第３乗数と呼ばれる非ゼロの正の整数の乗数であり、例えばｎ≠ｎＢ≠ｎＡである。従って、アクチュエータ２（既に上述したように、本例では積層体と区別できない）は、ノズル３とニードル４に類似して、対称の音響的構造を有することができる。それによって、対称積層体の位置で伝達される音波のエコーは、図１〜２、７、９〜１４の両側の横面Ｃ、Ｄによって示される積層体の端で１回以上反射した後で、音波伝達後非ゼロの正の整数の周期を経て、音波のこの同じ伝達位置に戻る傾向がある。例えば、弁要素のニードル４上をアクチュエータ２まで移動し、（例えばアクチュエータ２内のニードル４の音響的引っ込みが完全ではないときに）ニードル４と増幅器２１の間の積層体の第１面と呼ばれる面Ｄを経てアクチュエータに入る音波は、アクチュエータ２内を軸方向に伝播し、それに続いて上記第１面Ｄとは反対側の、積層体の第２面と呼ばれる面Ｃで反射する。しかしながら、アクチュエータ２の対称共鳴構造によって、第１反射波、すなわち第１面Ｄまで伝達される波の第１エコーは、その伝達後１周期遅れて同じ第１面Ｄに戻る。同じことが、積層体の電気活性部分２２の電気活性材料２２１によって生じニードル４の方へ軸方向に伝播する音波に適用される。音波はその向き変え時に第１面Ｄで反射し、アクチュエータ２に戻って第２面Ｃで反射し、そして第１面Ｄから出発した後１周期遅れて第１面Ｄに戻る。従って、アクチュエータ２の対称共鳴構造は、波の始点に関係なく（ニードル４からまたはアクチュエータ２から）第１端Ｄに伝達される波、特に正弦波の遅延または符号の変化を生じない。この正弦波の場合、正弦曲線の正の部分は正弦曲線の対称の負の部分に続く。従って、アクチュエータ２の対称共鳴構造は噴射器の規則正しい動作に寄与する。
【００５３】
上記のＥ１、Ｅ２の等式に類似して、例えば設定周期τの±１０％のオーダーの許容誤差、すなわち半分の設定周期τ／２の±２０％のオーダーの許容誤差での製造上の制約条件を考慮に入れるために、上記のＥ３の等式は実証されているように、程度の差は別にしてある許容誤差を考えなければならないと理解すべきである。この許容誤差を考慮に入れると、上記のＥ３の式は次のように書き換えることができる。
Ｔ＝ｎ×［τ／２］±０．２×［τ／２］                （Ｅ３′）
【００５４】
実際には、音響飛行時間Ｔと表現される、工業規模で製造される相当の部品で測定した長さＬ＝ｆ（Ｔ）は、上記の式Ｅ３によって計算した基準値に対して小さな偏差を有することができる。この小さな偏差は取付けられたウェイトの効果に起因し得る。このウェイトは例えば付加物または掴み用機械加工部または組み立て用機械加工部に相当する。上記の許容誤差は、上記の式Ｅ３′によって、長さＬ＝ｆ（Ｔ）の音響飛行時間の表現を補正するために、取付けウェイトの上記効果を考慮することを可能にする。
【００５５】
ｎＢとｎＡに関して上述した理由と同じ理由から、ｎ＝ｎＢ＝ｎＡ、特にｎ＝ｎＢ＝ｎＡ＝１が好ましい。
【００５６】
締め付けフランジ２５は、その形状（および特にニードル４の直径Ｄ４と比べて無視できる、軸ＡＢに対して垂直な平面上のその厚さ）、その比重およびその音速のために、音響に対する寄与は無視することができると理解すべきである。従って、締め付けフランジ２５の圧力は音響飛行時間Ｔで表される積層体の長さＬ＝ｆ（Ｔ）に実質的に影響を与えない。
【００５７】
締め付けフランジ２５が積層体の熱膨張係数、特に電気活性材料２２１の熱膨張係数と同じ熱膨張係数を有するときには、積層体の第２横面Ｃは、ニードル４とは反対側の調節手段２５０の面に音響的に一致する（およびニードル４とは反対側の後部ウェイト２３の面に一致しない）と理解すべきであり、積層体の第１横面Ｄの上述の定義の一部が変更されないままであるので、積層体の長さＬ＝ｆ（Ｔ）は図９〜１１に示すように、両側の二つの横面Ｃ、Ｄの間に依然として存在する。
【００５８】
締め付けフランジ２５が積層体の熱膨張係数、特に電気活性材料２２１の熱膨張係数と異なる熱膨張係数を有するときには、積層体の第１横面Ｄと第２横面Ｃの上述の定義が変更されないままであるので（特に、積層体の第２横面Ｃはニードル４とは反対側の後部ウェイト２３の面に一致する）、積層体の長さＬ＝ｆ（Ｔ）は図７．１２〜１４に示すように、両側の二つの横面Ｃ、Ｄの間に残っている。特に、弾性手段２５１は低い線形インピーダンスを有し、音波は後部ウェイト２３と弾性手段２５１の間の境界面を形成する面Ｃで反射するので、後部ウェイト２３から軸方向に出る音波は、弾性手段２５１を通過して調節手段２５０に入る。後部ウェイト２３と弾性手段２５１の間の線形音響インピーダンス破壊は全体的であるので、後部ウェイト２３と調節手段２５０の間には、図７、１２〜１４に示すように、もはや音響媒体の連続性が存在しない。
【図１】
2010531410.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９−１１】
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【図１２−１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
2010531410.tif 000015
2010531410.tif 000016
2010531410.tif 000017
2010531410.tif 000018
2010531410.tif 000019
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