(57)【要約】気体燃料を直接注入するバルブ装置および方法を提供する。好ましくは圧電アクチュエータが、直列に接続されており、かつバルブを作動するためのアクチュエータの行程を拡大する少なくとも２つのレバーを備えた変換装置に対して作用することによって、単純、小型の構造における迅速な反応が達成される。バルブの作動は付随センサ装置によって把握され、ここでアクチュエータは、アクチュエータとバルブとの間の遊びが最小化されるように制御される。
2006527346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータ（７）と、前記アクチュエータ（７）の行程を拡大するための変換装置（８）と、前記変換装置（８）用いて前記アクチュエータ（７）によって作動可能なバルブ（９）とを有する気体燃料を注入するための燃焼機関（２）用のバルブ装置（１）であって、
前記変換装置（８）が、前記バルブ（９）を作動するアクチュエータ（７）の行程を拡大するために直列に接続されている少なくとも２つのレバー（１０、１１）を有し、かつ／または
前記バルブ装置（１）が前記バルブ（９）の可動式のバルブ装置（１６）に付随したセンサ装置（１２）を有し、前記バルブ装置（１６）の位置または行程を把握する、バルブ装置。
【請求項２】
前記アクチュエータ（７）が電磁的、圧電的、または磁歪的に作動することを特徴とする請求項１に記載のバルブ装置。
【請求項３】
前記アクチュエータ（７）の作用軸（Ａ）が、前記バルブ（９）の作動軸（Ｖ）に対して平行に配置され、または同軸に走ることを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ装置。
【請求項４】
前記アクチュエータ（７）の前記作用軸（Ａ）が前記バルブ（９）の作動軸（Ｖ）に対して横方向に、または傾斜して走ることを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ装置。
【請求項５】
前記変換装置（８）がレバー機構的にのみ作動し、かつ／または前記バルブ（９）もしくはそのバルブ要素において直接、その作動に着手することを特徴とする前記請求項の１つに記載のバルブ装置。
【請求項６】
前記変換装置（８）が、５より大きい、特に１０または１２より大きい変換比を有することを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項７】
前記変換装置（８）にバネ手段があらかじめ分類され、または付随され、アクチュエータ（７）と変換装置（８）、またはその間に配置された動力伝達要素との間に遊びが発生しうるが、前記動力伝達装置（８）のレバー（１０、１１）間、または前記動力伝達装置（８）と前記バルブ（９）との間の遊びが回避されることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項８】
前記レバー（１０、１１）が円板状、細長く、プレート状、棒状、かつ／または剛性に形成されており、かつ／または高い弾性モジュールを有することを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項９】
前記レバー（１０、１１）が軽金属合金、合成物、および／またはセラミックで製造されていることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１０】
少なくとも１つのレバー（１０、１１）が摩耗最小化のために少なくとも範囲別に被覆されており、かつ／または好ましくはセラミックまたは超硬合金インサート（１３）を備えていることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１１】
前記レバー（１０、１１）がそれぞれ軸受け点（１４ａ）の周りを旋回可能に配置されており、特に駆動点（１４ｂ）がそれぞれ軸受け点（１４ａ）とドリフト点（１４ｃ）との間に位置していることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１２】
前記レバー（１０、１１）の駆動点（１４ｂ）が前記バルブ（９）の前記作動軸（Ｖ）の反対側に配置されていることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１３】
前記バルブ（９）の作動時に前記レバー（１０、１１）が同一または反対方向に水平旋回可能であることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１４】
前記レバー（１０、１１）が実質的に互いに平行に走り、かつ／または重なって配置されていることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１５】
前記レバー（１０、１１）が浮揚性に配置されていることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１６】
前記バルブ（９）もしくはそのバルブ要素（１６）が直接、気体燃料の注入もしくは流れを前記燃焼機関（２）の関連燃焼室（３）へ誘導することを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１７】
前記バルブ（９）もしくはそのバルブ装置（１６）が注入方向で、またはそれに反して動作可能、特に開放可能であることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１８】
前記バルブ（９）には前記バルブ（９）の閉鎖または開放のためのリセット装置（１９）が付随しており、そのリセット力に対して前記バルブ（９）が前記アクチュエータ（７）によって開放もしくは閉鎖可能であることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項１９】
前記バルブ（９）には注入ノズルが従属されていることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項２０】
前記バルブ（９）の開放度もしくは前記バルブ要素（１６）の行程が、特に注入量および／または注入過程の構成の制御に対して変動可能であることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項２１】
前記センサ装置（１２）が前記バルブ要素（１６）の位置または行程を時間的に中断して、かつ／または継続的に把握し、対応する信号を供給することを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項２２】
前記バルブ装置（１）が信号評価部（２０ａ）を有し、前記センサ装置（１２）の信号を下処理し、かつ／または特に従属制御装置（２０ｂ）に供給し、特に、ここで前記信号下処理部（２０ａ）前記バルブ装置（１）へ組込まれていることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項２３】
前記バルブ装置（１）には制御装置（２０ｂ）が付随しており、それによって前記アクチュエータ（７）が前記センサ装置（１２）の信号に依存して、前記アクチュエータ（７）と前記バルブ（９）またはそのバルブ要素（１６）との間の遊びが、前記バルブ（９）が閉鎖され、または作動していな場合に制限され、または最小限化されるように制御可能または調節可能であることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項２４】
前記バルブ装置（１）が、前記アクチュエータ（７）、前記変換装置（８）、前記バルブ（９）、リセット装置（１９）、注入ノズル、前記センサ装置（１２）、および／または前記アクチュエータ（７）を制御する制御装置（２０）を収容および／または支持するためのハウジング（２１）を有することを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項２５】
前記アクチュエータ（７）が、特に膜（２２）によって、燃料に対して気密性、好ましくは、変換装置（８）に対して密閉されており、特に、ここで前記膜（２２）は前記アクチュエータ（７）のタペット（１５）と前記変換装置（８）との間に組込まれていることを特徴とする前記請求項のいずれか１つに記載のバルブ装置。
【請求項２６】
燃焼機関（２）の燃焼室（３）へ気体燃料を直接注入する方法であって、アクチュエータ（７）が、前記アクチュエータ（７）の行程を拡大する、直列に接続された２つのレバー（１０、１１）を有する変換装置（８）によって、バルブ（９）のバルブ要素（１６）をリセット装置（１９）の力に対して作動させ、前記バルブ要素（１６）の位置または行程が前記バルブ（９）に付随したセンサ装置（１２）によって把握され、かつ前記アクチュエータ（７）が、前記センサ装置（１２）の信号に依存して、前記アクチュエータ（７）と前記バルブ要素（１６）または前記変換装置（８）との間の遊びが、前記バルブ（９）が閉鎖され、または作動していな場合に制限され、または最小限化されるように制御可能または調節可能である方法。
【請求項２７】
調節過程において、バルブ（９）が作動していない、または閉鎖した状態に基づき、前記アクチュエータ（７）が、特にゆっくり、または段階的に、次第に活動化し、または前記バルブ（９）の第１の作動が把握されるまで、前記バルブ（９）の作動に対する方向にその行程が拡大されること、次いで、前記アクチュエータ（７）もしくはその行程の活動が再び基準値に対して一定の程度で減少し、前記バルブ（９）が作動していない、または閉鎖されている場合の前記アクチュエータ（７）と前記バルブ（９）との間の遊びを規定し、または最小限にすることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記基準値が、その後の注入過程における前記アクチュエータ（７）の初期設定用に使用されることを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記基準が、一定にあらかじめ設定され、操作パラメータに依存し、もしくは指数制御され、かつ／または前回の値から規定されることを特徴とする請求項２７または２８に記載の方法。
【請求項３０】
将来の基準値が、実際に新しい一定の基準値から、かつ先行基礎値から、特に操作パラメータに依存し、もしくは指標制御されて規定されることを特徴とする請求項２７〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３１】
前記調節過程が、注入過程またはエンジンサイクルの所定の数、かつ／または前記バルブ（９）の完全ではない戻りに際して、その作動していない、または閉鎖された状態で反復されることを特徴とする請求項２７〜３０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３２】
前記基準値が継続的に保存さ、かつ／または摩耗の把握のために評価されることを特徴とする請求項２７〜３１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３３】
気体燃料の注入のためのバルブ装置（１）におけるバネ手段（２５）の使用であって、アクチュエータ（７）が前記アクチュエータ（７）の行程を拡大する、直列に接続された２つのレバー（１０、１１）を有する変換装置（８）を介して、バルブ（９）をリセット装置（１９）の力に対して作動させ、前記バネ手段（２５）が前記変換装置（８）または前記アクチュエータ（７）と前記変換装置（８）との間に付随し、かつ作動方向に作用し、前記変換装置（８）における、かつ／または変換装置（８）と前記動力伝達要素との間、および／または前記変換装置（８）と前記バルブ（９）との間の遊びが回避されるようになっている使用。
【請求項３４】
請求項１〜２５のいずれか１つに記載のバルブ装置（１）が使用されることを特徴とする請求項３３に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼機関の燃焼室へ気体燃料を直接注入するバルブ装置および方法ならびにかかるバルブ装置におけるバネ手段の使用に関する。
かかるバルブ装置は部分的に注入バルブ、注入器、またはガス注入ノズルとしてもみなされる。以下、これに対してバルブ装置の概念を使用する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ガスエンジン用の油圧式に作動するバルブ装置を開示している。不利点は、比較的鈍い反応特性である。
特許文献２は、バルブが再び油圧式に開放されるバルブ装置を開示しており、ここで油圧が電磁的または圧電的制御バルブによって制御される。これにより、反応特性および制御可能性は、特に反復注入に関して、または注入過程の構成のために最適ではない。
特許文献３は、場合により変換装置を介して制御バルブへ作用し、液体燃料の注入をニードルバルブによって制御する圧電アクチュエータを備えた注入器を開示している。圧電アクチュエータは圧電要素の積み重ねで構成されており、ここで制御バルブに隣接した圧電要素は、制御バルブにおける圧電アクチュエータの隣接を認識し、または制御バルブの開放を認識するセンサとして形成されている。この注入器の構造は気体燃料の注入には適していない。
特許文献４は、それとしては油圧式にニードルバルブを液体燃料の注入のために制御する圧電作動制御バルブを備えた注入器を開示している。これには制御バルブの開放を規定する電気的装置が備えられており、圧電アクチュエータを較正し、または温度依存変化を補正する。
特許文献５は、電気的圧電アクチュエータを調節し、トラッキングする方法および装置を開示しているが、ここで圧電アクチュエータと作動要素との間の所望の戻り行程を調節するために、圧電アクチュエータには直流電圧が供給され、これは場合により、例えば、パルス駆動電圧によって干渉され、かつ圧電アクチュエータの駆動電圧とは無関係の長さの変化をもたらす。
特許文献６は、特に注入バルブにおける、制御要素へのアクチュエータの偏向を動力伝達するためのレバー変換機を開示している。レバー変換機はスライド要素上にアクチュエータおよび制御要素と接触して位置しており、ここでスライド要素もしくはスラストベアリングとの接触面が凹凸に湾曲して形成されており、互いに関係づけられた表面範囲がその半径方向で表面圧の低下のために互いに適合されている。
特許文献７は、ピボット状の制御要素に隣接し、制御要素によって注入開口部の開放および閉鎖のための従属バルブ要素が作動しうる圧電要素を備えた燃料注入器を開示している。注入開口部が閉鎖されている場合、制御要素のバルブ要素からの距離は、好ましくはセンサによって把握され、かつ目標値に調節され、異なる運転条件における熱膨張および異なる燃料圧および負荷における機械的変形を補正することができる。
特許文献８および特許文献９は、圧電アクチュエータおよび唯一のレバーを有する変換装置を備えた燃料注入バルブを開示している。
特許文献１０は、圧電アクチュエータおよび２つの平行に接続された動力伝達要素を介して作動可能バルブ要素を備えた注入バルブを開示している。動力伝達要素と圧電アクチュエータとの間には、湾曲した面を有する補正要素が配置されており、圧電アクチュエータの傾斜および動力伝達要素の異なる全高を均一にする。
特許文献１１は、特にコモンレールシステム用の燃料注入バルブを開示しており、ここで圧電アクチュエータがプレート状の作動要素を介して、それによってバルブ要素を作動させる平行に接続された２つの腎臓形のバルブリフターを操作する。
周知のバルブ装置は、バルブが開放されている場合、バルブ行程およびバルブ形状によって規定された開口断面は比較的小さいため、気体燃料の注入に際して、付随燃焼室にはきわめて高いガス圧の場合でしか燃料の十分な量が供給可能でないという不利点を有する。したがって、完全負荷運転時に気体燃料の十分な供給を可能にするが、その際にアイドルスピードにおいて、またはより小さなエンジン負荷時にきわめて短い注入時間も可能にするバルブ装置を提供する必要がある。
さらに、燃焼機関の燃焼室へ気体燃料を注入するためのバルブ装置および方法を提供し、単純、安価な構造および迅速な反応、特に発動行程中の燃料の反復もしくは断続注入、および／または注入時間にわたる注入過程の構成が可能となる必要がある。
【特許文献１】ドイツ特許第１９５４３０８０Ａ１号明細書
【特許文献２】ドイツ特許第１００５２３３６Ａ１号明細書
【特許文献３】ドイツ特許第１０１２９３７５Ａ１号明細書
【特許文献４】ドイツ特許第１９９２９５８９Ａ１号明細書
【特許文献５】ドイツ特許第１９９０５３４０Ａ１号明細書
【特許文献６】ドイツ特許第１９８５７６１５Ｃ１号明細書
【特許文献７】ドイツ特許第１０１３０８５７Ａ１号明細書
【特許文献８】ドイツ特許第１０１２０７０９Ａ１号明細書
【特許文献９】ドイツ特許第１０２２０４９８Ａ１号明細書
【特許文献１０】ドイツ特許第１９７５７６５９Ｃ１号明細書
【特許文献１１】ドイツ特許第１０１０１７９９Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、燃焼機関の燃焼室へ気体燃料を注入するためのバルブ装置および方法、ならびにバルブ装置におけるバネ手段の使用を提供し、特にエンジンの完全負荷運転における気体燃料の十分な供給、単純、安価、および摩耗の少ない構造、および／または迅速な反応、ならびに可変のバルブ行程、特に発動行程中の燃料の反復もしくは断続注入、および／または注入時間にわたる注入過程の構成が可能となることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記の課題は、請求項１に記載のバルブ装置、請求項２６に記載の方法、または請求項３３に記載の使用によって解決される。有利な別の形態は従属クレームの対象である。
気体燃料の注入のために十分に大きなバルブ開口、したがって十分に大きなバルブ行程における十分な反応特性を得るためには、好ましくは、圧電または磁歪、また場合により電磁的に作動するアクチュエータなどの直接駆動の組合せには、機械的にアクチュエータの行程を拡大する付随変換装置が備えられている。これはバルブ装置の単純な構造を可能にし、ここで十分な、したがって迅速な反応特性、および気体燃料の注入のための十分に大きなバルブ開口が達成可能である。
本発明の実質的なコンセプトは、変換装置が直列接続されている少なくとも２つのレバーを有し、バルブの作動のためにアクチュエータの行程を拡大することにある。これは単純な構造を可能にし、ここで２つのレバーは小型の構造および気体燃料の注入のために所望の大きな変換比を可能にする。
好ましくは、アクチュエータは電磁、磁歪、または特に圧電駆動手段もしくはシステムを有する。変換装置の好ましい構造との組合せにおいて、バルブ装置のきわめて迅速な開閉もしくは反応が可能となり、特に発動行程中の燃料の反復もしくは断続注入、および／または注入時間にわたる注入過程の構成（注入時間にわたる流速もしくは注入速度の変動）がそれぞれ可能となる。
本発明の別の実質的な、しかも独立して実施可能な態様は、バルブには変換装置から可動なバルブ要素の位置または行程を把握するセンサ装置が付随していることにある。バルブの開放（バルブ要素の行程）を直接把握することによって、直接、変換比が大きい場合、アクチュエータとバルブとの間の関連性の遊びを最小限にし、または制限するため、迅速かつ明確な（例えば、時間的に一定の開放）反応特性が可能となる。
特に、本発明によるバルブ装置は、可変の、好ましくは、調節または制御可能なバルブ行程を可能にするため、エンジンのアイドルスピードまたは部分負荷運転においてより少ない、もしくは小さなガス量も注入されうる（バルブによる量の抑制）とともに／または異なる供給圧への適合が可能である。
迅速な反応および可変のバルブ行程もしくはバルブの開口断面は、特に注入時間および量の正確な規定、燃料の反復もしくは断続注入、および注入時間にわたる注入過程の構成を可能にする。
本発明の別の態様は、アクチュエータと動力伝達装置との間、または動力伝達装置に接してバネ手段が備えられており、バルブへの駆動において―特にアクチュエータが切断され、もしくは作動していない場合―発生する遊びは、バネ手段が作動方向で直接的または間接的に動力伝達装置へ作用することによって、アクチュエータと動力伝達装置との間のみで発生することにある。これは摩耗の最小化、および必要な、もしくは所望の遊びの明確な制御を可能にし、明確、迅速な反応特性に有利である。
本発明の別の利点、特徴、特性、および態様は、図面を用いた好ましい実施形態も以下の説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図面においては、同一または同様の部分は同じ参照符号が使用され、簡略化の理由により繰り返しの説明が省略されている場合でも、対応する、または同等の利点が達成される。
図１は、部分的に示されている燃焼機関２に対して、水素、天然ガス、水素と天然ガスの混合物など気体燃料を注入するための本発明によるバルブ装置１を縮尺どおりではなく、概略的に示す。特に、バルブ装置１は、斜線の燃料放射Ｓによって示されているように、燃焼機関２の燃焼室３への燃料の直接注入に役立つ。
通常、バルブ装置１は燃焼機関２のシリンダヘッド４へ組込まれている。注入バルブ、排出バルブ、または点火装置など別の要素は、簡略化の理由により図示されていない。
燃焼室３はさらに、例えば、シリンダもしくはシリンダブロック５、およびその中で可動なピストン６によって限定されている。
既述のように、バルブ装置１は、付随した燃焼室３への気体燃料の好ましくは直接注入に役立つ。燃料は、特に図示されていない供給装置または図示されていない蓄圧器によって下処理される。必要に応じて、燃料は圧縮装置、圧力調節装置または同様のものによって所望の圧力にもたらされ、あるいは最初に車両側で、または燃焼機関２に付随した図示されていない要素によって発生される。
バルブ装置１は、好ましくは、密閉アクチュエータ７、それによって作動可能な変換装置８、およびそれに接続するバルブ９を有する。バルブ９はアクチュエータ７から変換装置８によって作動可能、特に開放可能である。
アクチュエータ７は、直接駆動または線形駆動を示し、図示されていない、好ましくは、電磁、磁歪、または圧電作用する駆動手段、特に圧電要素の積み重ねを示す。アクチュエータ７は電気的に作動可能もしくは制御可能である。これはアクチュエータの迅速な反応および高い調節力もしくは作動力を可能にする。
アクチュエータ７によって発生可能な線形運動もしくはアクチュエータ７の行程は比較的小さく、特に約２０〜６０μｍである。しかし、気体燃料の注入には、比較的短い注入時間内に燃焼室３への燃料の十分な注入を可能にするために、大きな開放断面が必要である。したがって、より大きなバルブ行程が有利もしくは必要である。したがって、アクチュエータ７の行程を拡大する変換装置８は、５より大きい、特に１０または１２より大きい変換比を有する。特に、変換比は約少なくとも１５である。
変換装置８は、少なくとも２つのレバー１０および１１を有する。少なくとも２つのレバー１０、１１の使用によって、小型の構造にもかかわらず、所望の、比較的大きな変換比が可能である。特に、変換装置８は、もっぱらレバー機構的に作動する。
レバー１０、１１は、好ましくは、細長く、もしくは直線および／または棒状に形成されている。好ましくは、レバー１０、１１は、高強度の、できるだけ軽量の合金、合成物（特に炭素繊維強化プラスチック）および／またはセラミックで製造されている。
実質的な態様では、レバー１０、１１は少なくとも実質的に剛性に形成されており、もしくは高い弾性モジュールを有し、明確な迅速な反応、特に開放および閉鎖を確実にする。しかし、レバー１０、１１は、好ましくは、軽量に形成されており、小さい慣性力を達成し、特に不安定な質量を最小限にする。
レバー１０、１１は、好ましくは、実質的に互いに平行に走り、かつ／または重なって配置されている。こうして小型の構造が生じる。特に、直列に接続されたレバー１０、１１は、小型の場所をとらない配置を可能にする折り畳み駆動部を形成する。
好ましくは、アクチュエータ７は直接、変換装置８もしくは第１のレバー１０を操作する。変換装置８もしくは第２のレバー１１は、好ましくは、図１に示されているように、バルブ９に対して作用する。しかし、この場合、別の構造、もしくは接続部品または同様のもののインサートも可能である。
特に、複数のレバー１０、１１の本発明によるインサート、もしくは大きな変換比においては、アクチュエータ７とバルブ９との間に発生する遊びが特に不利であり、すなわち特に所望の迅速な反応および／または注入過程の正確な配分に関して、および接触面の少ない摩耗に関して不利である。
バルブ装置１は、上記の遊びの最小化のために、バルブ９に付随したセンサ１２を有し、これはバルブ９の開放もしくは位置の把握に役立ち、特に期限を超えて摩耗によって拡大し、または温度に依存して変化する上記のアクチュエータ／バルブの遊びが、アクチュエータ７の適切な制御または調節によって補正もしくは最小限化または制限されうる。
センサ装置１２は、好ましくは、バルブ装置１へ直接組込まれ、好ましくは、バルブ９のすぐ近くに配置される。例えば、センサ装置１２はセンサとして、バルブ９もしくは可動のバルブ要素１６の実際の状態もしくは位置、特に開放度を直接的または間接的に把握する距離センサ、マイクロ方向センサ、近似方向センサ、または同様のものを包含する。
例えば、把握は、容量性に、または乱れ効果、共鳴効果、または電磁場変化に基づき行われうる。
摩耗の最小化のために、レバー１０、１１は少なくとも範囲別に適切に耐性のコーティングが提供され、かつ／または好ましくは、例えば、図１における第１のレバー１０に対して示されているように、セラミックまたは超硬合金インサート１３が提供されている。
変換装置８もしくは、レバー１０、１１は、好ましくは、潤滑油が不要であるように形成されている。しかし、例えば、固体燃料潤滑油または同様のものも必要に応じて使用されうる。
各レバー１０は、軸受け点１４の周りを旋回可能に支持されている。それぞれ駆動点１４ｂではレバー１０もしくは１１に対して作用される。次いで、拡大もしくは強化された動きはレバー１０もしくは１１によって、それぞれドリフト点１４ｃを介して与えられ、もしくは減らされる。いわゆる「各点」は、場合により、各レバー位置に応じて場合により移動しうる線状および／または平坦な装置もしくは接触範囲である。
レバー１０、１１は、選択的に固定または浮揚性に配置されうる。これは後で図４を用いて説明される。
小型の構造に照らして、両方のレバー１０、１１は少なくとも実質的にアクチュエータ７の作用軸もしくは行程軸Ａに対して、かつバルブ９もしくはそのバルブ要素１６の運動もしくは作動軸Ｖに対して横方向に延在する。
好ましくは、軸ＡおよびＶは互いに対して同軸または平行に移動して走る。これはバルブ装置１のきわめて細長い構造を可能にする。
あるいは、軸ＡおよびＶは、しかし互いに対して傾斜して、特に互いに対して横方向にも走りうる。
好ましくは、アクチュエータ７はタペット１５または同様のものによって直接、駆動点１４ｂにおける第１のレバー１０に作用する。タペット１５は、第１のレバー１０に対する凸状の接触面を有し、旋回もしくはずれに対して影響されない実質的に点状の装置で形成されている。
アクチュエータ７の線膨張もしくは活動または行程は、時計方向、また下方への図１による図面における第１のレバーの旋回をもたらす。
拡大した行程は、第１のレバー１０の駆動点１４ｃから―この場合、セラミックのインサート１３の表面から―第２のレバー１１の駆動点１４ｂへ移動される。この第２のレバー１１の駆動点１４ｂは、好ましくは、第２のレバー１１の軸受け点１４ａの近くに位置している。
レバー１０、１１は、好ましくは、図３に示されているように、それぞれ実質的に線状に配置されている（軸受け点１４ａの線状の形成）。こうして明確な位置決めおよび動態が達成される。両方のレバー１０、１１の間には、好ましくは、運動の移動に対して再び実質的に点状の装置が備えられている。
次いで、第２のレバー１１は、アクチュエータ７のすでに第１のレバー１０によって拡大された行程をドラフト点１４ｃを介してバルブ９へ、特に、バルブ９のバルブニードルまたはバルブヘッド、タペットまたは同様のものなどバルブ要素１６へ直接移動させる。好ましくは、第２のレバー１１とバルブ要素１６または動力伝達要素との間に再び実質的に点状の装置が、好ましくは、接触面の対応する凸状の形態によって形成されている
バルブ９の作動時もしくは開放時には、第２のレバー１１は第１のレバー１０によって同じく下方へ、ただし、図１による図面における時計方向の反対に旋回される。
こうして拡大されたアクチュエータ７の行程により、結果として、バルブ９が十分に開放し、例えば、点線の導管１７を介してバルブキャビティ１８に供給される気体燃料が燃焼室３へ流入しうる。
バルブ９もしくはバルブ要素１６の十分な円滑な稼動は、特に、バルブ要素１６が、特に両端の範囲で範囲別にのみ、適切な材料選択において、好ましくは、潤滑油なしに誘導されることによって達成される。
注入を終了するために、アクチュエータ７は奪活され、バルブ９は、動力伝達装置８およびタペット１５を押し戻す付随リセット装置１９によって閉鎖される。好ましくは、リセット装置１９はバルブ９へ組込まれ、もしくはこれに付随しており、バルブ要素１６において作用する。
図例において、リセット装置１９は、バネ、特にネジバネを有し、その力に対してバルブ９もしくはそのバルブ要素１６が作動可能、特に開放可能である。しかし、このために他のバネ要素または同様のものも使用されうる。
バルブ装置１は、好ましくは、ネジバネなどのバネ手段２５を有し、これは変換装置８またはタペット１５に付随しており、少なくとも変換装置８を、場合によりタペット１５をバルブ９の方へ、もしくは作動方向に偏向する。こうして、アクチュエータ７とバルブ９もしくはバルブ要素１６との間に―バルブが閉鎖されている場合、もしくはアクチュエータ７の休止状態において―存在する、もしくは必要な遊びが、アクチュエータ７とタペット１５との間、またはタペット１５と変換装置８との間にのみ生じ、したがって、駆動部の別の要素はつねに互いに遊びなしに接している。しかし、バネ手段２５からバルブ要素１６へ与えられる開放力は、リセット装置１９によって与えられる閉鎖力よりも実質的に小さく、バルブ９の確実な閉鎖を保証する。
バルブ装置１は、付随した、好ましくは、バルブ装置１へ組込まれた信号処理部２０ａを有し、これはセンサ装置１２の信号をバルブ要素１６の位置または行程に対して下処理し、バルブ装置に付随した制御装置２０ｂの別の制御もしくは調節に使用される。
制御装置２０ｂ（場合によりエンジン制御もしくはエンジンＥＣＵも）は、センサ装置１２の信号に依存してアクチュエータ７を制御または調節し、すなわち、アクチュエータ７とバルブ９もしくはそのバルブ要素１６との間の遊びが、バルブ９が閉鎖され、または作動していない場合、また休止状態において、制限または最小化されるようになっている。この制御または調節を以後、休止制御と呼ぶ。
好ましくは、休止制御は、調節過程において、アクチュエータ７のバルブ９が作動しておらず、もしくはバルブは閉鎖した状態に基づき、特にゆっくり、または段階的に、次第に活動化し、バルブ９の開放もしくはバルブ要素１６の行程がセンサ装置１２によって把握されるまで、バルブ９の作動に対する方向にその行程が拡大される。次いで、アクチュエータ７もしくはその行程の活動は再び基準値に対して一定の程度で減少し、アクチュエータ７とバルブ９もしくは変換装置８との間の遊びを規定し、または最小限にする。
また、調節過程においては、特に、アクチュエータ７に供給された電流もしくはアクチュエータ７に接する電圧は再び、バルブ９がちょうど閉鎖されるようにほぼ削減される。次いで、この基準値もしくは開始位置に基づき、その後の注入過程において、アクチュエータ７はさらに必要に応じて活動化し、もしくはその行程は拡大され、バルブ９の作動、特に開放と同時に、燃料の所望の注入を達成する。
注入過程もしくは注入サイクルまたはエンジンサイクルの好ましくは所定の数、または操作パラメータに依存して変動する数により、かつ／またはバルブ９の作動していない状態もしくは完全ではない閉鎖におけるバルブ要素１６の完全ではない戻りに際して、上記の調節過程は反復される。次いで、この場合に実際に新しく規定された基準値が、次のおよびその後の注入過程に使用されうる。しかし、実施変形態様によれば、将来の基準値を実際に新しい一定の基準値から、かつ例えば先行基礎値から、例えば、平均化によって、場合により加重されて規定することも可能である。
期間を超えて変動する基準値は、駆動部の摩耗に関する情報を示す。したがって、好ましくは、基準値は継続的に保存され、例えば、点検に際して摩耗の把握のために、またはエラー検出のために評価される。
注目すべきは、休止制御において予定され、アクチュエータ７の行程の減少のために規定された尺度は基準値に対して確実に所定の、操作パラメータに依存し、もしくは指標制御され、かつ／先行の値から規定されうることである。
注目すべきは、上記の休止制御が、好ましくは、フィードバックされて行われ、したがって、アクチュエータ７とバルブ９もしくは変換装置８との間の遊びもしくは摩耗の自動的な補正を可能にすることである。
バルブの開放のためには、好ましくは、最初に、休止制御によって事前設定された遊びが克服されるまでアクチュエータ７のゆっくりした活動化もしくは行程の運動が生じ、遊びによって離隔した面を回避すると同時に摩耗を最小化する。
注入、したがって特に注入時点、注入時間、バルブ行程、開放および閉鎖速度等の制御および調節、およびアクチュエータ７の対応する制御もしくは活動化は、好ましくは、制御装置２０ｂによって、特に指標制御され、もしくはエンジン負荷およびその他の操作パラメータに依存して行われる。
もちろん、バルブ９の最大開口断面はエンジン１の完全負荷運転に適合されている。
第１の実施形態においては、バルブ９は外側へ、したがって燃焼室３へ開放して形成されている。
図示された実施形態においては、燃料は、好ましくは、円錐状に―特に６０°〜１２０°の開口角度で―燃焼室３へ注入される。
しかし、燃焼室３の中へ突出する端には、必要に応じて、特に複数の排出口を有し、適切な数および望ましいやり方で方向付けられた燃料放射Ｓを得るための、図示されていないノズルが配置されうる。
バルブ装置１は、好ましくは、共通の、アクチュエータ７、変換装置８、バルブ９、リセット装置１９、ノズル、センサ装置１２、および／または信号処理部２０ａを収容および／または支持するための特に複数の部分から成るハウジング２１を有する。
以下、図２、図３、および図４を用いて別の実施形態を説明する。これらの実施形態においては、センサ装置１２、制御装置２０、および導管１７は簡略化の理由により省略されている。しかし、これに関する記載はここで適切に適用される。以下、第１の実施形態に対する他の実質的に思われる違いのみに詳しく触れる。
図２によるバルブ装置１の第２の実施形態においては、好ましくは、すでに密閉されたアクチュエータ７は、特に膜２２によって、変換装置８に対して気密性に密閉されている。膜２２は、図例において、アクチュエータ７のタペット２３と変換装置８において作用するタペット１５との間の遊びが組込まれ、もしくは配置されている。
第２の実施形態によるバルブ装置１は、燃料を供給するための側部コネクタ２４を有する。この場合にも、コネクタ２４はバルブ９の内部１８と連絡する。しかし、既述のように、この場合、図１に示されている導管１７は示されていない。
図３は、図２による第２の実施形態によるバルブ装置１の変換装置８の概略部分断面図である。この変換装置８は、第１の実施形態による変換装置８に実質的に対応する。図３は、特にレバー１０および１１の軸受け点１４ａ、駆動点１４ｂ、およびドリフト点１４ｃの状態を示す。
レバー１０、１１の軸受け点１４ａは、好ましくは、反対側に、もしくはバルブ９の軸Ｖに対して実質的に互いに対向して配置されている。これは小型の構造にきわめて有利である。
図３は、実施変形態様として、特に、燃料に対してアクチュエータ７を密閉するための、場合によりスクロール可能なＯリングの形でタペット１５に付随した回転式のパッキング２６を示す。パッキング２６は追加的または代替的に膜２２に備えられうる。
図４による概略断面図は、第３の実施形態におけるバルブ装置１を示す。この場合にも、図示されていない燃料を供給するための側部コネクタ２４が備えられている。
第１および第２の実施形態との実質的な違いは、第３の実施形態においては、バルブ９が内部に向かって開放するニードルバルブとして形成されており、かつそれに応じて変換装置８が一部異なって形成されている点にある。すなわち、第１および第２の実施形態とは対照的に、第３の実施形態においては、アクチュエータ７の運動方向もしくは行程方向、およびその結果生じるバルブ９もしくはそのバルブ要素１６の運動が反対に方向づけられている。これは、第１のレバー１０のドリフト点１４ｃと同時に第２のレバー１１の駆動点１４ｂが第２のレバー１１の軸受け点１４ａの外側に位置し、第２のレバー１１の軸受け点１４ａも駆動点１４ｂとそのドリフト点１４ｃとの間に位置することによって達成される。
アクチュエータ７の活動においては、レバー１０、１１の両方は同一の回転方向、すなわちそれぞれ時計方向に旋回し、下部レバー１１は上方へ旋回し、かつレバー１１に好ましくは達するバルブ要素１６を図４による図面におけるバルブ９を開放するためにリセット１９の力に対して持ち上げる。
図４は、さらにレバー１０、１１の好ましくは浮揚性の位置決めを示す。例えば、ハウジング２１へインサート２７が挿入されており、これはレバー１０および／または１１を支持し、かつ好ましくは、レバー１０および／または１１の側方の誘導のための凹みを有する。
第３の実施形態においては、両方のレバー１１は、好ましくは、実質的に棒状、細長く、プレート状、または環状に形成されており、実質的な位置決めおよび機構はその他の点では第１の両方の実施形態に対応する。
本発明によるバルブ装置１は、０．１ｍｓの制御もしくは開放時間およびサイクル中の燃料の複数の注入もしくはインジェクションを可能にする。
一般的な利点は、本発明によるバルブ装置１が、特に圧電アクチュエータ７の使用に際して、きわめて安価に製造可能である点である。
一般に注目すべきは、個々の要素が燃料耐性に形成されていることである。これは、例えばチタン合金またはエラストマーが水素に対して安定であるため、特に水素の使用において当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態による本発明によるバルブ装置および部分的に示された燃焼機関を示す概略断面図である。
【図２】第２の実施形態による本発明によるバルブ装置を示す概略断面図である。
【図３】図２によるバルブ装置の変換装置を示す概略切断面図である。
【図４】第３の実施形態による本発明によるバルブ装置を示す概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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