(57)【要約】本発明は、内燃機関用の噴射ノズル、特に自動車における内燃機関用の噴射ノズルであって、少なくとも１つの噴射孔を通る燃料の噴射を制御するノズルニードルと、連結ピストン（１５）を駆動するためにアクチュエータが設けられており、ノズルニードル又はノズルニードルを有するニードル複合体（１０）が、制御室（１８）を少なくとも部分的に画成する制御面（１９）を有しており、制御室（１８）が連結室（１６）と連通しており、さらに連結ピストン（１５）が連結室（１６）を少なくとも部分的に画成している形式のものに関する。  このような形式の噴射ノズルにおいて、制御面（１９）が少なくとも１つの噴射孔（５）とは反対の側において、ノズルニードル又はニードル複合体（１０）に配置されており、アクチュエータが連結ピストン（１５）をノズルニードル（４）の開放のために、連結室（１６）の容積が増大するように、駆動するようになっていると、噴射ノズルの簡単化された構造が得られる。
2006525456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の噴射ノズル、特に自動車における内燃機関用の噴射ノズルであって、
少なくとも１つの噴射孔（５）を通る燃料の噴射を制御するノズルニードル（４）が設けられており、
連結ピストン（１５）を駆動するためにアクチュエータ（３）が設けられており、
ノズルニードル（４）又はノズルニードル（４）を有するニードル複合体（１０）が、制御室（１８）を少なくとも部分的に画成する制御面（１９）を有しており、
制御室（１８）が連結室（１６）と連通しており、
さらに連結ピストン（１５）が連結室（１６）を少なくとも部分的に画成している形式のものにおいて、
制御面（１９）が少なくとも１つの噴射孔（５）とは反対の側において、ノズルニードル（４）又はニードル複合体（１０）に配置されており、
アクチュエータ（３）が連結ピストン（１５）をノズルニードル（４）の開放のために、連結室（１６）の容積が増大するように、駆動することを特徴とする噴射ノズル。
【請求項２】
連結ピストン（１５）が連結室（１６）を、少なくとも１つの噴射孔（５）に向けられた側（２０）において、少なくとも部分的に画成している、請求項１記載の噴射ノズル。
【請求項３】
連結ピストン（１５）がシリンダ室（２２）内に行程移動可能に支承されており、
シリンダ室（２２）が挿入部材（２５）内に形成されていて、該挿入部材（２５）が軸方向でアクチュエータ（３）とノズルニードル（４）又はニードル複合体（１０）との間に配置されている、請求項１又は２記載の噴射ノズル。
【請求項４】
シリンダ室（２２）内に戻しばね（２３）が配置されていて、該戻しばね（２３）が一端で連結ピストン（１５）に支持され、かつ他端でシリンダ室（２２）の底部（２４）に支持されている、請求項３記載の噴射ノズル。
【請求項５】
制御室（１８）を連結室（１６）と連通接続している接続路（１７）が、挿入部材（２５）内に形成されている、請求項３又は４記載の噴射ノズル。
【請求項６】
アクチュエータ（３）が連結ピストン（１５）を、ピストンロッド（１４）を介して駆動し、該ピストンロッド（１４）が連結ピストン（１５）に達するまで連結室（１６）を貫通していて、ピストンロッド（１４）の、連結室（１６）に向けられた外側横断面（３０）が、連結ピストン（１５）の、連結室（１６）に向けられた外側横断面（３１）に比べて小さい、請求項１から５までのいずれか１項記載の噴射ノズル。
【請求項７】
連結室（１６）が軸方向で挿入部材（２５）とシールプレート（２６）との間に形成されていて、該シールプレート（２６）がその中央をピストンロッド（１４）によって貫通されている、請求項３又は６記載の噴射ノズル。
【請求項８】
シールプレート（２６）が軸方向で挿入部材（２５）に支持されかつ／又は、
シールプレート（２６）に別の戻しばね（３３）が支持されていて、該別の戻しばね（３３）がさらにアクチュエータ（３）に直接又は間接的に支持されている、請求項７記載の噴射ノズル。
【請求項９】
制御室（１８）を連結室（１６）と連通接続する接続路（１７）が、軸方向にかつ中心において制御室（１８）に接続されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の噴射ノズル。
【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の形式の、内燃機関用の噴射ノズル、特に自動車における内燃機関用の噴射ノズルに関する。
【０００２】
米国特許第６５２０４２３号明細書に基づいて公知の上記形式の噴射ノズルは、少なくとも１つの噴射孔を通して行われる燃料の噴射を制御するためにノズルニードルを有している。さらに噴射ノズルは圧電式のアクチュエータを、連結ピストンを駆動するために有しており、この連結ピストンは連結室内に進入していて、この連結室を少なくとも部分的に画成している。ノズルニードルもしくは、ノズルニードルを有するニードル複合体は、制御面を有しており、この制御面は制御室を少なくとも部分的に画成し、かつ連結室と連通している。公知の噴射ノズルでは制御面は、少なくとも１つの噴射孔に向けられてノズルニードルもしくはニードル複合体に配置されている。ノズルニードルを開放するためにアクチュエータは、公知の噴射ノズルでは連結ピストンを駆動して、この連結ピストンを連結室内に深く進入させ、これによって連結室の容積を減じるようになっている。連結室の容積の減少によって、この連結室における圧力は上昇し、その結果、連結室に連通した制御室における圧力も相応に上昇する。これにより制御室においては制御面が上昇した圧力によって負荷され、これによって少なくとも１つの噴射孔から離反する方向に向けられた力が、ノズルニードルもしくはニードル複合体に導入される。その結果、ノズルニードルもしくはニードル複合体において作用する開放力が優位を占め、ひいてはノズルニードルはその座から上昇し、少なくとも１つの噴射孔を通る燃料噴射を可能にする。
【０００３】
公知の噴射ノズルでは、従ってノズルニードルの制御は、連結室及び制御室に存在する通常の圧力よりも明らかに上に位置することがある過圧を用いて行われる。通常はノズルニードルの閉鎖時には、連結室においても制御室においても、比較的高い噴射圧が存在しているので、不都合な大きな漏れを回避するために、比較的狭い範囲の製造誤差を維持することが必要である。狭い範囲の製造誤差を維持するためには、しかしながら比較的高い製造コストがかかる。さらに公知の噴射ノズルでは制御面は、ノズルニードルを駆動するもしくはニードル複合体の１構成部分を形成する制御ピストンに形成されている。制御室もしくは制御面の圧力負荷に応じて、制御ピストンには程度の差こそあれ、かなり強い横方向力が作用し、この横方向力はノズルニードルとの連結に基づいてノズルニードルに伝達されることがある。その結果ニードルガイド内におけるノズルニードルの摩擦が増大し、これによりノズルニードルの適正な機能が損なわれてしまうことがある。
【０００４】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載のように構成された本発明による噴射ノズルには、公知のものに比べて次のような利点がある。すなわち本発明による噴射ノズルでは、ノズルニードルを直接、負圧によって制御することができ、これによって基本的に、製造誤差を狭い範囲に設定する必要がなくなる。そしてガイド遊びが増大することによって、製造コストが低下する。さらに本発明による噴射ノズルでは、制御面の圧力負荷もしくは圧力降下は、ノズルニードルもしくはニードル複合体に横方向力が導入されないように行うことができ、これによって噴射ノズルの機能確実性が改善される。
【０００５】
本発明の有利な構成では、連結ピストンが連結室を、少なくとも１つの噴射孔に向けられた側において、少なくとも部分的に画成している。このように構成されていると、連結ピストンはアクチュエータによって少なくとも１つの噴射孔に向かって駆動され、このことは、噴射ノズルのための特にコンパクトな構造を可能にする。
【０００６】
本発明の別の有利な構成では、連結ピストンがシリンダ室内に行程移動可能に支承されており、シリンダ室が挿入部材内に形成されていて、該挿入部材が軸方向でアクチュエータとノズルニードル又はニードル複合体との間に配置されている。このような挿入部材は特に簡単にしかも十分な精度をもって製造することができ、ひいては噴射ノズルのための製造コストを減じることができる。
【０００７】
本発明の別の構成では、シリンダ室内に戻しばねが配置されていて、該戻しばねが一端で連結ピストンに支持され、かつ他端でシリンダ室の底部に支持されている。このような戻しばねが設けられていると、ノズルニードルを閉鎖するために連結ピストンは規定された戻し力で、その出発位置に向かって予負荷され、これによって同時に、連結室ひいては制御室における規定された圧力上昇を生ぜしめる。その結果、ノズルニードルにおける閉鎖方向において有効な力を強くすることができる。従ってこのような戻しばねは、ノズルニードルの閉鎖運動を助成することになる。
【０００８】
本発明による噴射ノズルの別の有利な構成は、その他の従属請求項に記載されている。
【０００９】
図面
次に本発明による噴射ノズルの１実施例を、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は、本発明による噴射ノズルを示す縦断面図であり、
図２は、図１に示された噴射ノズルのＩＩで示された範囲を拡大して示す図である。
【００１１】
実施例の記載
図１に示されているように本発明による噴射ノズル１はノズル本体２を有していて、このノズル本体２内にはアクチュエータ３とノズルニードル４とが配置されている。アクチュエータ３は有利には圧電式のアクチュエータ３、つまりピエゾアクチュエータ３として形成されており、このピエゾアクチュエータ３は給電時にその軸方向長さを増大させ、給電を止めた時に再び縮小させる。ノズルニードル４は、ノズル先端６に設けられた少なくとも１つの噴射孔５を通る燃料の噴射を制御するために働く。通常、噴射ノズル１は複数の噴射孔５を有しており、これらの噴射孔５は、ノズルニードル４もしくは噴射ノズル１の長手方向中心軸線７を中心にしていわば星形に配置されていることができる。ノズルニードル４はニードル座８と共働する。ノズルニードル４の閉鎖状態において、ノズルニードル４はそのニードル座８内に座着し、少なくとも１つの噴射孔５を燃料供給部（図示せず）から切り離す。なお燃料供給部内においては、噴射される燃料が比較的高い噴射圧下で準備される。開放された状態においてノズルニードル４はニードル座８から持ち上げられ、これによって少なくとも１つの噴射孔５は燃料供給部と接続されている。その結果、燃焼室又は混合気形成室である噴射室９への燃料の噴射が行われる。
【００１２】
噴射ノズル１は、特に車両内に配置されている内燃機関のシリンダの燃焼室への燃料の噴射のために働く。内燃機関の各シリンダにはそれぞれ別体の噴射ノズル１が配属もしくは対応配置されている。いわゆるコモンレール系では、内燃機関の複数の噴射ノズルのために、特にすべての噴射ノズルのために、１つの共通の燃料供給部が設けられており、この燃料供給部は、噴射される燃料を噴射圧の比較的高いレベルで準備する。
【００１３】
ノズルニードル４はここではニードル複合体１０の１構成部分を形成しており、このニードル複合体１０はノズルニードル４の他に例えば連結ロッド１１及び制御ピストン１２を有することができる。ニードル複合体１０の個々の構成部材は、行程移動可能な１つの共通のユニットを形成しており、この行程移動可能なユニットは、少なくとも押圧力を伝達するために適している。この場合原則的に、ニードル複合体１０の隣接した２つの構成部材は単にルーズに互いに接触していることができる。同様に、ニードル複合体１０の隣接した２つの構成部材が互いに堅固に、例えば溶接又はろう接によって結合されているような構成も可能である。さらにまた、ニードル複合体１０の少なくとも２つの構成部分が１つの部材から一体的に製造されているような構成も、同様に可能である。
【００１４】
アクチュエータ３は枢着的な連結箇所１３を介してピストンロッド１４を駆動し、このピストンロッド１４を介して連結ピストン１５を駆動する。
【００１５】
図２に示されているように、連結ピストン１５は連結室１６を少なくとも部分的に画成している。この連結室１６は接続路１７を介して制御室１８と連通している。この制御室１８は制御ピストン１２もしくは制御面１９によって少なくとも部分的に画成されている。制御面１９は図示の実施例では制御ピストン１２に形成されている。制御面１９をノズルニードル４に、又はニードル複合体１０の他の構成部材に配置することも、同様に可能である。
【００１６】
本発明によれば制御面１９は、この制御面１９が少なくとも１つの噴射孔５とは反対側に位置するように、ノズルニードル４もしくはニードル複合体１０に配置されている。つまり、制御室１８における圧力は、制御面１９がノズルニードル４の閉鎖方向に作用する力をノズルニードル４もしくはニードル複合体１０に導入できるように、制御面１９を負荷する。さらに本発明では、連結室１６に対する連結ピストン１５の配置形式は次のように、すなわちアクチュエータ３がノズルニードル４を開放するための操作時に連結ピストン１５を駆動して、この際に連結室１６の容積が増大するように、選択されている。
【００１７】
図示の実施形態では連結ピストン１５は連結室１６を、少なくとも１つの噴射孔５に向けられた側２０において少なくとも部分的に、画成している。その結果連結ピストン１５は、少なくとも１つの噴射孔５とは反対側の連結面２１を有し、この連結面２１は連結室１６内に配置されている、もしくは連結室１６を部分的に画成している。連結室１６の容積を増大させるために、アクチュエータ３は連結ピストン１５を従って少なくとも１つの噴射孔５に向かって駆動する。
【００１８】
図示の有利な実施形態では連結ピストン１５は、シリンダ室２２内において行程移動可能に支承されている。このシリンダ室２２内には戻しばね２３が配置されており、この戻しばね２３は以下においては連結ピストン・戻しばね２３とも呼ばれる。連結ピストン・戻しばね２３は軸方向において一方の端部で連結ピストン１５に支持され、かつ他方の端部でシリンダ室２２の底部２４に支持されている。シリンダ室２２はさらに図示されていない形式で漏れ系に接続されており、その結果連結ピストン１５の行程移動はシリンダ室２２内における容積を変化させることができ、しかもこの際にシリンダ室２２内における重大な圧力変化を生ぜしめない。
【００１９】
シリンダ室２２は、別体の部材として形成された挿入部材２５として形成されており、この挿入部材２５は軸方向においてアクチュエータ３とノズルニードル４もしくはニードル複合体１０との間に配置されている。この場合挿入部材２５は図示の実施形態では軸方向において一端でノズル本体２の構成部分に支持され、かつ他端で例えばシールプレート２６に支持されている。図示の実施形態では挿入部材２５は、アクチュエータ３に向けられた端面に、軸方向に張り出していて半径方向外側に配置されたリングカラー２７を有しており、このリングカラー２７は軸方向でシールプレート２６に支持されており、これによって軸方向でシールプレート２６と挿入部材２５との間には連結室１６が形成されている。さらに図示の実施形態では、接続路１７が挿入部材２５に組み込まれている。例えば接続路１７は互いに連通する２つの孔２８，２９から形成されており、両孔のうちの一方の孔２８は連結室１６に接続され、かつ他方の孔２９は制御室１８に接続されている。
【００２０】
図示の実施形態ではピストンロッド１４はシールプレート２６をその中央において貫通し、軸方向で連結ピストン１５に支持されている。この場合においても基本的には、連結ロッド１４と連結ピストン１５とは互いに単にルーズに接触していることができる。同様に連結ピストン１５と連結ロッド１４とが互いに堅固に結合されている又は一体的に１つの部材から製造されているような構成も可能である。連結ロッド１４は連結室１６内に進入しており、つまり連結ロッド１４は連結室１６を貫通して軸方向において連結ピストン１５にまで達している。この場合ピストンロッド１４は少なくとも連結室１６の内部において、連結ピストン１５の外側横断面もしくは外径３１よりも小さな外側横断面もしくは外径３０を有している。このようにして連結面２１は実現されており、つまりこれによって連結ピストン１５及びピストンロッド１４の行程位置との連結室容積の関係が実現される。図示の実施形態ではピストンロッド１４及び／又は連結ピストン１５は円筒形、特に真円の円筒形として形成されている。
【００２１】
図１から分かるように、シールプレート２６と、軸方向でアクチュエータ３に支持された支持プレート３２との間には、別の戻しばね３３が配置されており、この戻しばね３３は以下においてアクチュエータ・戻しばね３３とも呼ばれる。このアクチュエータ・戻しばね３３は軸方向において一方では支持プレート３２に支持され、かつ他方ではシールプレート２６に支持されており、ひいては挿入部材２５を介してノズル本体２に支持されている。アクチュエータ３は連結箇所１３を介して支持プレート３２の中央を貫いてピストンロッド１４と接続されている。
【００２２】
図２に示されているように、制御室１８は軸方向において挿入部材２５と制御ピストン１２との間に形成されており、制御室１８は図示の実施例ではさらに半径方向において、スリーブ３４によって取り囲まれている。このスリーブ３４内においては制御ピストン１２が行程移動可能に支承されている。図２から明らかなように、挿入部材２５内部における接続路１７の配置は次のように、すなわち接続路１７が孔２９を介して制御室１８の中央において開口するように実現されていると有利である。このように構成されていると、制御室１８内における特に均一な圧力形成もしくは圧力低下を行うことができ、これによって制御ピストン１２における横方向力、ひいてはニードル複合体１０における横方向力を回避することができる。
【００２３】
図１に示されているように、さらに別の戻しばね３５が設けられていてもよく、この戻しばねは以下においてニードル・戻しばね３５とも呼ばれる。このニードル・戻しばね３５は軸方向において一端でスリーブ３４に支持され、かつ他端で支持リング３６に支持されており、この支持リング３６自体は、ニードル複合体１０に支持されていて、該ニードル複合体１０の１構成部分を形成している。
【００２４】
本発明による噴射ノズル１は以下に記載のように作動する：
出発状態においてノズルニードル４は閉鎖されており、つまりノズルニードル４はニードル座８に位置していて、少なくとも１つの噴射孔５への燃焼供給部の接続を遮断している。この出発状態において制御室１８及び連結室１６内には同じ圧力、特に燃料高圧が存在している。この燃料高圧は例えば、燃料供給部に対する連結室１６及び／又は制御室１８及び／又は接続路１７の所望の及び／又は回避不能な漏れによって調節されることができる。制御室１８内において有効な圧力は、制御面１９において、ノズルニードル４の閉鎖方向において方向付けられた力を生ぜしめる。さらにニードル・戻しばね３５もまたニードル複合体１０に閉鎖力を導入する。全体としてニードル複合体１０には、閉鎖方向において有効な力が優位を占めている。
【００２５】
アクチュエータ・戻しばね３３はアクチュエータ３をその短縮された出発状態に予負荷している。連結ピストン・戻しばね２３もまた連結ピストン１５を、連結室１６内において作用する力に抗して予負荷された状態に保つ。
【００２６】
少なくとも１つの噴射孔５を通る噴射過程を導入するために、アクチュエータ３が操作され、つまり活性化され、これによってアクチュエータはその長さを増大させ、これによってピストンロッド１４を介して連結ピストン１５を軸方向で少なくとも１つの噴射孔５に向かって駆動する。これによって連結ピストン１５の、連結室１６に向けられた連結面２１は、連結室１６に対して移動させられて、連結室１６の容積が増大する。連結室１６の容積の増大と共に、連結室１６においては圧力が降下し、この圧力降下は接続路１７を介して制御室１８に伝達される。制御室１８における圧力が減じられることによって、制御面１９においては閉鎖方向において有効な力が減じられ、そして今やニードル複合体１０においては開放方向において有効な力が優位を占める。その結果ノズルニードル４はそのニードル座８から持ち上がり、これによって少なくとも１つの噴射孔５が燃料供給部と接続され、噴射過程が可能になる。
【００２７】
噴射過程を終了させるためにはアクチュエータ３が不作動に、つまり不活性にされ、これによってアクチュエータ３はその長さを減じる。開放過程によって緊縮された戻しばね２３，３３，３５は、アクチュエータ３が不活性になると、その戻し力を発揮して、その結果アクチュエータ及び連結ピストン１５並びにノズルニードル４を出発位置へと戻す。ノズルニードル４の閉鎖過程において重要なことは、連結ピストン１５が連結ピストン・戻しばね２３によって駆動されて連結室１６の容積を再び減じることであり、これは、連結室１６ひいては制御室１８における相応な圧力上昇と共に生じる。制御室１８における高められた圧力は、相応な程度で、制御面１９を介してニードル複合体１０に導入される閉鎖力を増大させる。ノズルニードル４が再びそのニードル座８に進入するや否や、少なくとも１つの噴射孔５と燃料供給部との間における接続が中断され、そして噴射過程が終了する。
【００２８】
本発明による噴射ノズル１は従って、アクチュエータ３を用いて変化可能な制御面１９における正圧もしくは負圧を介して、直接的に制御される。この場合注目すべきことは次のことである。すなわちこの場合、噴射ノズル１の液圧によって作動する構成部材は最大で噴射圧にさらされており、それというのはノズルニードル４を操作するために制御室１８における圧力が低下されるからである。その結果液圧式の構成部材は、製造技術的に僅かな手間と費用で製造することができる。特に僅かな遊びと大きな許容誤差とを許すことができ、このことは製造コストに有利な影響を与える。さらにノズルニードル４もしくはニードル複合体１０と連結ピストン１５との間に直接的な連結部が存在していないことによって、これらの部材の間における不都合な相互作用が減じられるもしくは消滅される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による噴射ノズルを示す縦断面図である。
【図２】図１に示された噴射ノズルのＩＩで示された範囲を拡大して示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  噴射ノズル、  ２  ノズル本体、  ３  アクチュエータ、  ４  ノズルニードル、  ５  噴射孔、  ６  ノズル先端、  ７  ノズル長手方向中心軸線、  ８  ニードル座、  ９  噴射室、  １０  ニードル複合体、  １１  連結ロッド、  １２  制御ピストン、  １３  連結箇所、  １４  ピストンロッド、  １５  連結ピストン、  １６  連結室、  １７  接続路、  １８  制御室、  １９  制御面、  ２０  １６の側、  ２１  連結面、  ２２  シリンダ室、  ２３  戻しばね、  ２４  ２２の底部、  ２５  挿入部材、  ２６  シールプレート、  ２７  リングカラー、  ２８  孔、  ２９  孔、  ３０  １６の外側断面、  ３１  １５の外側断面、  ３２  支持プレート、  ３３  戻しばね、  ３４  スリーブ、  ３５  戻しばね、  ３６  支持リング
【図１】
2006525456.tif 000003
【図２】
2006525456.tif 000004
【国際調査報告】
2006525456.tif 000005
2006525456.tif 000006
2006525456.tif 000007
2006525456.tif 000008