(57)【要約】内燃機関、特に直接噴射式のディーゼルエンジンの燃料噴射システムに用いられるインジェクタが、インジェクタボディ（１０）内に配置されたピエゾアクチュエータ（１６）を有しており、該ピエゾアクチュエータ（１６）が、第１のばね手段（３４）を介して一方ではインジェクタボディ（１０）に、他方ではスリーブ状の増幅ピストン（３２）に、それぞれ当て付けられた状態に保持される。さらに、インジェクタボディ（１０）に結合された、少なくとも１つのノズル流出開口（２６，２７）を有するノズルボディ（２０）が設けられており、該ノズルボディ（２０）内に、段付けされたノズルニードル（２１）が軸方向移動可能に案内されており、前記増幅ピストン（３２）内に配置された第２のばね手段（４８）が設けられており、該第２のばね手段（４８）が、ノズルニードル（２１）の後側に作用する噴射圧と相まってノズルニードル（２１）を閉鎖位置に保持している。さらに、当該インジェクタは前記増幅ピストン（３２）のノズルニードル側の端部に形成された制御室（４２）を有しており、該制御室（４２）が、少なくとも１つの漏れギャップ（４３，４５，４７）を介して、噴射圧下にある燃料供給部（１８）に接続されており、この場合、ノズルニードル（２１）は、前記制御室（４２）内に存在する燃料によって開放方向（３５）に負荷されている。  重要となる特別な特徴は、ピエゾアクチュエータ（１６）により操作された増幅ピストン（３２）が空間的に直接にノズルニードル（２１）に対応配置されていて、ノズルニードル（２１）のノズル流出部側の範囲よりも大きな直径を有する、ノズルニードル（２１）の後側の範囲（３０）が、増幅ピストン（３２）に設けられた内室（３１）内に嵌め込まれていることにある。
2006510850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関、特に直接噴射式のディーゼルエンジンの燃料噴射システムに用いられるインジェクタであって、インジェクタボディ（１０）内に配置されたピエゾアクチュエータ（１６）が設けられており、該ピエゾアクチュエータ（１６）が、第１のばね手段（３４）を介して一方ではインジェクタボディ（１０）に、他方ではスリーブ状の増幅ピストン（３２）に、それぞれ当て付けられた状態に保持されており、インジェクタボディ（１０）に結合された、少なくとも１つのノズル流出開口（２６，２７）を有するノズルボディ（２０）が設けられており、該ノズルボディ（２０）内に、段付けされたノズルニードル（２１）が軸方向移動可能に案内されており、前記増幅ピストン（３２）内に配置された第２のばね手段（４８）が設けられており、該第２のばね手段（４８）が、ノズルニードル（２１）の後側に作用する噴射圧と相まってノズルニードル（２１）を閉鎖位置に保持しており、前記増幅ピストン（３２）のノズルニードル側の端部に形成された制御室（４２）が設けられており、該制御室（４２）が、少なくとも１つの漏れギャップ（４３，４５，４７）を介して、噴射圧下にある燃料供給部（１８）に接続されており、ノズルニードル（２１）が、前記制御室（４２）内に存在する燃料によって開放方向（３５）に負荷されている形式のものにおいて、ピエゾアクチュエータ（１６）により操作された増幅ピストン（３２）が空間的に直接にノズルニードル（２１）に対応配置されていて、ノズルニードル（２１）のノズル流出部側の範囲よりも大きな直径を有する、ノズルニードル（２１）の後側の範囲（３０）が、増幅ピストン（３２）に設けられた内室（３１）内に嵌め込まれていることを特徴とする、内燃機関の燃料噴射システムに用いられるインジェクタ。
【請求項２】
ノズルボディ（２０）が流れ方向（４９）で端面側でインジェクタボディ（１０）に続いており、ピエゾアクチュエータ（１６）が、ほぼインジェクタボディ（１０）のノズルボディ側の（下側の）端部（２４）にまで延びている、請求項１記載のインジェクタ。
【請求項３】
円筒状のピエゾアクチュエータ（１６）が、インジェクタボディ（１０）に設けられた軸方向の円筒状の孔（１５）内でセンタリングされていて、ピエゾアクチュエータ（１６）の外壁と、インジェクタボディ（１０）の円筒状の孔（１５）の内壁との間に環状室（１７）が生ぜしめられており、該環状室（１７）が、噴射圧（高圧）下にある燃料供給部（１８）に直接にハイドロリック的に接続されている、請求項１または２記載のインジェクタ。
【請求項４】
前記環状室（１７）が、ピエゾアクチュエータ（１６）に軸方向で続いた増幅ピストン（３２）の範囲にまでも延びており、該増幅ピストン（３２）の内室（３１）が、前記環状室（１７）に、ひいては燃料供給部（１８）に、ハイドロリック的に接続されている、請求項３記載のインジェクタ。
【請求項５】
前記環状室（１７）の、増幅ピストン（３２）に対応する（下側の）範囲に、増幅ピストン（３２）を同心的に取り囲む圧縮ばね（３４）が配置されており、該圧縮ばね（３４）が、ピエゾアクチュエータ側では増幅ピストン（３２）に設けられたつば（３３）に、ノズル流出部側ではノズルボディ（２０）の後側の（上側の）端面（２３）に、それぞれ支持されていて、ピエゾアクチュエータ（１６）と増幅ピストン（３２）とが摩擦接続的に当て付けられた状態に保持されている、請求項４記載のインジェクタ。
【請求項６】
ノズルニードル（２１）が、円筒状の漏れギャップ（４７）の形成下に増幅ピストン（３２）の内室（３１）内に案内されていて、増幅ピストン（３２）の、噴射圧（高圧）下にある内室（３１）と前記制御室（４２）との間にハイドロリック的な接続が生ぜしめられている、請求項１から５までのいずれか１項記載のインジェクタ。
【請求項７】
増幅ピストン（３２）が、ノズルボディ（２０）内に（別の）漏れギャップ（４３）の形成下に案内されていて、噴射圧（高圧）下にある前記環状室（１７）と前記制御室（４２）との間にハイドロリック的な接続が生ぜしめられている、請求項１から６までのいずれか１項記載のインジェクタ。
【請求項８】
ノズルボディ（２０）のノズル流出部側の範囲に、ノズルニードル（２１）を同心的に取り囲む円筒状の圧力室（３７）が形成されており、該圧力室（３７）が、噴射圧（高圧）下にある燃料供給部（１８）にハイドロリック的に接続されており、ノズルボディ（２０）に、円筒状の前記圧力室（３７）の後側で、軸方向孔（４４）が形成されており、該軸方向孔（４４）内にノズルニードル（２１）が（別の）漏れギャップ（４５）の形成下に案内されていて、噴射圧（高圧）下にある円筒状の前記圧力室（３７）と、前記制御室（４２）との間にハイドロリック的な接続が生ぜしめられている、請求項１から７までのいずれか１項記載のインジェクタ。
【請求項９】
ノズルボディ（２０）が袋ナット（締付けナット２２）によってインジェクタボディ（１０）に固定されており、ノズルボディ（２０）の外壁と、前記袋ナット（２２）の内壁との間に円筒状のギャップ（４０）が形成されており、該ギャップ（４０）が、ノズルボディ（２０）に加工成形された孔（３８，３９）を介して、一方では前記環状室（１７）に、他方では円筒状の前記圧力室（３７）に、それぞれハイドロリック的に接続されている、請求項８記載のインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式のインジェクタに関する。
【０００２】
このような形式のインジェクタは、ドイツ連邦共和国特許第１９５１９１９１号明細書に基づき公知である。同ドイツ連邦共和国特許明細書の対象では、ピエゾアクチュエータと増幅ピストンとがインジェクタボディの上端部に座着されており、インジェクタボディの下端部に配置されたノズルニードルへの力伝達は、長尺のプランジャを介して行われる。このプランジャは燃料供給部にハイドロリック的に接続されている。インジェクタボディには圧力通路が加工成形されており、この圧力通路はノズル出口に通じている。さらに、このプランジャを下側の範囲で取り囲む環状室が設けられている。この環状室からは燃料戻し通路が導出されている。この燃料戻し通路は増幅ピストンに設けられた、プランジャの上方に延びる内室にハイドロリック的に接続されている。増幅ピストンの下方には制御室が設けられており、この制御室には燃料供給部から、インジェクタボディ内でプランジャを取り囲む漏れギャップを介して燃料が供給される。
【０００３】
この公知のインジェクタは構造の点で複雑であり、比較的多数の構成部分から構成されており、最新の燃料噴射システム、特にディーゼルエンジン用のコモンレールシステムに課せられた高い要求には応えられない。
【０００４】
発明の利点
前で述べた公知先行技術から出発して、本発明の課題は、構造が比較的単純であり、最小限の個別構成部分数で十分となりかつ有効に作動するような、コモンレールシステムのために（も）適したインジェクタを提供することである。
【０００５】
この課題は、本発明によれば、冒頭で述べた形式のインジェクタにおいて、請求項１の特徴部に記載の特徴により解決される。
【０００６】
本発明の基本思想の有利な構成は、請求項２〜請求項９に記載されている。
【０００７】
本発明の重要な利点は、ピエゾアクチュエータによりノズルニードルが直接に制御されることにある。ノズルニードル運動の速度はピエゾアクチュエータの電圧経過を介して調節され得る。特に小さなパイロット噴射量を調量するためには、部分行程も設定され得る。特にドイツ連邦共和国特許第１９５１９１９１号明細書に記載の公知のインジェクタに比べて、本発明によるインジェクタの別の利点は、このインジェクタが燃料戻し路なしで十分となることにも認められ得る。
【０００８】
図面
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【０００９】
図１は、ピエゾアクチュエータを備えた直接制御型のコモンレール式インジェクタの１実施例を示す鉛直方向の縦断面図であり、
図２は、図１に示したインジェクタの下側の部分範囲を、図１に比べて拡大して示す図である。
【００１０】
実施例の説明
符号１０で示した円筒状のインジェクタボディは、その長手方向延在長さの大部分にわたって円筒状に形成された、一貫して延びる孔１１を備えている。この孔１１の上端部はまず、円錐状に先細りになった区分１２を有しており、この区分１２は直角に折り曲げられて最終的に外部へ開口した区分１３，１４に移行している。孔１１の、符号１５で示した円筒状の区分には、同じく円筒状のピエゾアクチュエータ１６が配置されている。このピエゾアクチュエータ１６は比較的大きな長手方向延在長さを有しており、ピエゾアクチュエータ１６の直径は孔区分１５の内径よりも小さく形成されている。これにより、ピエゾアクチュエータ１６の外壁と、インジェクタボディ１０の内壁との間には環状室１７が生ぜしめられる。このために必要となる、インジェクタボディ１０の内部でのピエゾアクチュエータ１６のセンタリングのためには、第１に軸方向の孔１１の円錐状の区分１２が役立つ。第２には、必要に応じて環状室１７内に、互いに規定の軸方向間隔を置いて流体透過性のスペーサディスクが設けられていてよい（図示しない）。
【００１１】
孔１１の上側の折り曲げられた区分１３，１４は、ピエゾアクチュエータ１６への電流供給のためのケーブル貫通案内部として働く。
【００１２】
インジェクタボディ１０の上端部には、燃料供給部１８、たとえばコモンレールシステムの高圧接続部が設けられている。この燃料供給部１８は圧力通路１９を介して環状室１７に液圧的もしくはハイドロリック的に接続されている。
【００１３】
インジェクタボディ１０の下端部には、インジェクタボディ１０に対して同軸的にノズルボディ２０が続いている。このノズルボディ２０はノズルニードル２１を収容している。ノズルボディ２０は袋ナット（締付けナット）２２によってインジェクタボディ１０に固定されており、この場合、ノズルボディ２０の後側の端面２３がインジェクタボディ１０の下側の端面２４に密に当て付けられる。
【００１４】
ノズルニードル２１を収容するためには、ノズルボディ２０が、上方へ向かって開いた、複数回段付けされた内室２５を有している。この内室２５は下部で、２つのノズル流出孔２６，２７に通じた円錐状の弁座２８を形成している。この弁座２８はノズルニードル２１の、閉鎖ボディとして働く円錐状の端区分２９と協働する。
【００１５】
ノズルニードル２１は大小異なる直径の区分を有しており、ノズルニードル２１の上端部は大径の区分３０を有している。この大径の区分３０は、下方へ向かって開いたスリーブ形の増幅ピストン３２に設けられた円筒状の内室３１内に嵌め込まれている。増幅ピストン３２の上側の閉鎖部はつば３３を形成している。環状室１７内には、この場合、増幅ピストン３２を取り囲むようにして圧縮コイルばね３４が配置されている。この圧縮コイルばね３４は一方ではノズルボディ２０の端面２３に、他方では増幅ピストン３２のつば３３にそれぞれ支持されている。この圧縮コイルばね３４は増幅ピストン３２を、ピエゾアクチュエータ１６の端面に当て付けた状態に保持している。圧縮コイルばね３４により増幅ピストン３２を介してピエゾアクチュエータ１６に矢印方向３５で作用する押圧力により、ピエゾアクチュエータ１６の上面３６はインジェクタボディ１０に圧着されてシールされる。したがって、電気的な接続部（図示しない）は折り曲げられた区分１３，１４を通じてインジェクタボディ１０から導出され得る。
【００１６】
さらに図面から判るように、ノズルボディ２０の下側の部分には、ノズルボディ２０の内室２５の構成要素として、ノズルニードル２１を同心的に取り囲む円筒状の圧力室３７が形成されている。この圧力室３７はノズルボディ２０に設けられた孔３８，３９と、ノズルボディ２０と締付けナット２２との間に形成された環状室４０とを介して、インジェクタボディ１０の環状室１７にハイドロリック的に接続されている。
【００１７】
さらに別の特別な点は、ノズルボディ２０の内室２５が上部に段付けされた直径拡大部４１を有していることにある。この直径拡大部４１内には増幅ピストン３２が案内されていて、この場合、拡径された内室部分を成す直径拡大部４１内に増幅ピストン３２の下方で形成された制御室４２が漏れギャップ４３（特に図２参照）を介してインジェクタボディ１０の環状室１７にハイドロリック的に接続される。ノズルボディ２０の内室２５は比較的小さな直径の区分４４を備えており、この小径の区分４４はノズルボディ２０内でノズルニードル２１を案内するために働く。この案内嵌合部を成す小径の区分４４も、漏れギャップ４５（特に図２参照）が生ぜしめられるように設計されている。したがって、制御室４２は第２の漏れギャップ４５を介して円筒状の圧力室３７にハイドロリック的に接続されている。この圧力室３７は孔３８と環状室４０と孔３９とを介してインジェクタボディ１０の環状室１７から圧力負荷されている。
【００１８】
さらに別の特別な点は、増幅ピストン３２の、ノズルニードル２１の上方に延びる内室３１が、同じくインジェクタボディ１０の高圧負荷された環状室１７にハイドロリック的に接続されており、しかもこの接続が増幅ピストン３２に設けられた側方の孔４６を介して行われることにある。
【００１９】
ノズルニードル２１の上側の（拡径された）区分３０は、（さらに別の）漏れギャップ４７（図２参照）が生ぜしめられるように増幅ピストン３２内に案内されている。したがって、この（第３の）漏れギャップ４７を介しても、制御室４２とインジェクタボディ１０の高圧負荷された環状室１７との間のハイドロリック的な接続が形成されている。
【００２０】
さらに別の特別な点は、増幅ピストン３２の内室３１内に（第２の）圧縮コイルばね４８が配置されていることにある。この圧縮コイルばね４８はノズルニードル２１に、閉鎖方向（矢印４９）に向けられた力を加えている。すなわち、この（第２の）圧縮コイルばね４８により、ノズルニードル２１は各噴射過程の間の休止時や車両の停止状態の際に、閉鎖された状態に保持される。図１および図２には、ノズルニードル２１の開放位置が示されている。この開放位置で噴射過程が行われる。この場合、円筒状の圧力室３７からノズル流出孔２６，２７を通って内燃機関のシリンダ燃焼室（図示しない）内へ燃料が流入する。
【００２１】
増幅ピストン３２の下端部に形成された制御室４２は、ハイドロリック的な長さ補償のために働くと同時に、ピエゾアクチュエータ１６の膨張運動もしくは伸長運動のためのハイドロリック的な増幅器としても働く。
【００２２】
インジェクタボディ１０からノズル流出孔にまでの燃料搬送は、ノズルボディ２０を貫いた（比較的短い）孔３８（または複数のこのような孔）を介して行われる。この孔３８はインジェクタボディ１０を、締付けナット２２とノズルボディ２０との間の環状室４０に接続している。燃料はこの環状室４０から別の（比較的短い）孔３９（または複数のこのような孔）を通じてノズル流出孔２６，２７にまで案内される。
【００２３】
上で説明したインジェクタは次のように作動する。
【００２４】
個々の噴射過程の間の休止過程時に、ピエゾアクチュエータ１６は通電されていない。次いでピエゾアクチュエータ１６が電気的に起動制御されると、ピエゾアクチュエータ１６は伸長して、両圧縮コイルばね３４，４８のばね力に抗して増幅ピストン３２を下方へ向かって（矢印方向４９）運動させる。このときに、制御室４２の容積は減小され、制御室４２内の圧力は増大する。これにより、ノズルニードル２１には、開放力（矢印方向３５）が加えられる。この開放力が閉鎖押圧力と圧縮コイルばね４８のばね力とを上回るやいなや、ノズルが開く。この場合、ノズルニードル２１は図面から判る（上側の）位置をとり、これによってノズル流出孔２６，２７を開放する。増幅ピストン３２によるストローク増幅に基づき、ノズルニードル２１は、電気的に起動制御されたピエゾアクチュエータ１６の伸長行程もしくは膨張行程よりも著しく大きな最大行程を実施することができる。
【００２５】
ノズルニードル２１がシート部絞り（Sitzdrosselung）の行程領域から進出するやいなや（図１および図２参照）、ノズルニードル２１に作用する押圧力の補償が生じる。その場合、ピエゾアクチュエータ１６は増幅ピストン３２を介して制御室４２内の圧力を、圧縮コイルばね４８の抵抗が克服される程度に、圧力接続部もしくは燃料供給部１８に形成されている高圧（レール圧）よりも上に保持するだけでよい。
【００２６】
できるだけ長い起動制御時間は制御室４２からの漏れ（４３，４５，４７）により決定される。
【００２７】
制御室４２内の圧力がレール圧にまで低下すると、ノズルニードル２１は下方へ向かう運動（矢印方向４９）を実施し、この場合、ノズルニードル２１は、このノズルニードル２１の円錐状の先端部を成す端区分２９の外周面がノズル流出孔２６，２７を閉鎖するまで運動させられる。ノズルニードル２１を閉鎖するためには、ピエゾアクチュエータ１６の電気的な起動制御が中断される。その後に、ピエゾアクチュエータ１６は収縮し、制御室４２内の圧力はレール圧よりも下にまで低下する。これにより、ノズルニードル２１は所要の閉鎖力を受けて閉じる。
【００２８】
圧縮コイルばね３４はこの場合、ピエゾアクチュエータ１６が増幅ピストン３２から分離してしまうことを阻止する。すなわち、ピエゾアクチュエータ１６と増幅ピストン３２とは常時、互いに摩擦接続的に当て付けられた当付け位置（図１および図２から判る）に留まる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ピエゾアクチュエータを備えた直接制御型のコモンレール式インジェクタの１実施例を示す鉛直方向の縦断面図である。
【図２】図１に示したインジェクタの下側の部分範囲を、図１に比べて拡大して示す図である。
【図１】
2006510850.tif 000003
【図２】
2006510850.tif 000004
【国際調査報告】
2006510850.tif 000005
2006510850.tif 000006
2006510850.tif 000007
2006510850.tif 000008
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