(57)【要約】本発明は、噴射弁であって、少なくとも、ノズルモジュール（２）が設けられていて、該ノズルモジュール（２）が、ノズルニードルと共働する弁制御ピストン（４）と、該弁制御ピストン（４）の一方の端面（６）とばね受（２１）とによって画成された弁制御室（５）とを有しており、該弁制御室（５）が、供給通路（７）を介して高圧供給通路（９）と接続されていて、かつ排出通路（２４）を介して、圧電式のアクチュエータユニットを用いて操作されかつ弁状に形成された弁制御モジュール（３）と作用結合されており、該弁制御モジュール（３）が、弁室（１８）内に配置されていて少なくとも１つの弁座（１６，１７）と共働する少なくとも１つの弁閉鎖部材（１４）を有しており、ノズルニードルが、弁制御モジュール（３）を用いて生ぜしめられる弁制御室（５）内における圧力低下によって、排出通路（２４）を介して開放され、かつ弁制御室（５）の充填によって閉鎖される形式のものに関する。このような形式の噴射弁において、ノズルニードルの迅速な閉鎖を達成するために、本発明による噴射弁には、供給通路（７）と排出通路（２４）とを介して、弁制御室（５）を充填する手段が設けられている。
2004517254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射弁、特に内燃機関用の噴射弁であって、少なくとも、ノズルモジュール（２）が設けられていて、該ノズルモジュール（２）が、ノズルニードルと共働する弁制御ピストン（４）と、該弁制御ピストン（４）の一方の端面（６）とばね受（２１）とによって画成された弁制御室（５）とを有しており、該弁制御室（５）が、供給絞り（８）を備えた第１の供給通路（７）を介して高圧供給通路（９）と接続されていて、かつ排出絞り（２５）を備えた第２の排出通路（２４）を介して、特に圧電式のアクチュエータユニットを用いて操作されかつ弁状に形成された弁制御モジュール（３）と作用結合されており、該弁制御モジュール（３）が、弁室（１８）内に配置されていて少なくとも１つの弁座（１６，１７）と共働する少なくとも１つの弁閉鎖部材（１４）を有しており、ノズルニードルが、弁制御モジュール（３）を用いて生ぜしめられる弁制御室（５）内における圧力低下によって、排出絞り（２５）を有する排出通路（２４）を介して開放され、かつ弁制御室（５）の充填ひいては該弁制御室（５）内における圧力上昇によって、閉鎖される形式のものにおいて、供給絞り（８）を有する供給通路（７）と排出絞り（２５）を有する排出通路（２４）とを介して、弁制御室（５）を充填する手段が設けられていることを特徴とする噴射弁。
【請求項２】
弁制御室（５）を充填する手段が次のように、すなわちばね受（２１；３０，３１）が少なくとも部分的に弁の軸線方向においてシフト可能であるように、形成されている、請求項１記載の噴射弁。
【請求項３】
アクチュエータ・ユニットの操作時に行われる少なくとも部分的なばね受（２１；３０，３１）のシフトのために、弁閉鎖部材（１４）がばね受（２１；３０，３１）に作用する、請求項２記載の噴射弁。
【請求項４】
アクチュエータ・ユニットの操作時に弁閉鎖部材（１４）を用いて、弁室（１８）と高圧供給通路（９）との間における接続部が生ぜしめられる、請求項３記載の噴射弁。
【請求項５】
弁室（１８）と高圧供給通路（９）との間における接続部が、リング間隙（Ｘ）として形成されていて、該リング間隙（Ｘ）がばね受（２１；３０，３１）と、弁室（１８）の側部を制限する弁本体領域（１２）との間に配置されている、請求項４記載の噴射弁。
【請求項６】
リング間隙（Ｘ）が約５〜１０μｍの高さを有している、請求項５記載の噴射弁。
【請求項７】
ばね受が、供給絞りを有する供給通路が内部に形成されているリング状の壁領域（３０）と、排出絞り（２５）を有する排出通路（２４）が内部に形成されているプレート状の底部領域（３１）とを有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の噴射弁。
【請求項８】
ばね受のプレート状の底部領域（３１）が、ばね（３１）を介して弁制御ピストン（４）の端面（６）に支持されている、請求項７記載の噴射弁。
【請求項９】
弁室（１８）を放圧するために、弁閉鎖部材（１４）の下流において戻し通路（２０）が分岐しており、該戻し通路内に絞りが配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の噴射弁、特に内燃機関用の噴射弁に関する。
【０００２】
実地に基づいて公知であるこのような形式の噴射弁は、特にディーゼル内燃機関用のコモンレール・アキュムレータ噴射系との関連において使用される。このような噴射弁では、通常ノズルニードルと共に１つの構造ユニットを形成している弁制御ピストンが、少なくとも部分的に室によって取り囲まれており、この室はいわゆる高圧供給通路を介して高圧接続部と接続されていて、燃料を収容している。弁制御ピストンと一緒に構造ユニットを形成している弁ニードルは、対応するように形成された弁座と共働する。そして、弁制御ピストンの位置に関連して、内燃機関の燃焼室に通じる噴射弁の開口を介して、燃焼室内への燃料噴射を制御することができる。弁制御ピストンの位置、ひいてはノズルニードルの位置は、弁状に形成された弁制御モジュールを用いて決定され、この弁制御モジュールは、例えば圧電式のアクチュエータユニットを有している。
【０００３】
弁状に形成された弁制御モジュールが２つの弁座と共働するようになっている、冒頭に述べた形式の噴射弁では、弁制御ピストンと弁制御モジュールとの間における伝達は、両者の間に配置された弁制御室を介して行われ、この弁制御室は供給絞りと高圧供給通路とを介して、共通の高圧アキュムレータ（コモンレール）と接続されている高圧接続部に接続され、かつ排出絞りを介して弁制御モジュールと接続されており、そして弁制御ピストンの自由端部、つまりノズルニードルとは反対側の弁制御ピストン端部に接続されている。この構造によって、後で述べるが、弁制御モジュールを用いて生ぜしめられる弁制御室内における圧力の所望の増減が可能になる。
【０００４】
例えば２つの弁座と共働する弁制御モジュールの弁閉鎖部材が、第１の弁座と第２の弁座との間に位置している場合には、弁制御室内における圧力は排出絞りを介して減じられる。これによって弁制御ピストンは弁制御モジュールに向かって移動し、これによって内燃機関の燃焼室に通じる開口が開放され、燃料が燃焼室内に噴射される。弁制御モジュールの弁閉鎖部材が両弁座のうちの一方に接触するや否や、弁制御室内における圧力が上昇し、その結果弁制御ピストンひいてはノズルニードルが閉鎖位置へと移動する。これによってノズルニードルはその座に圧着され、その結果噴射弁は燃焼室に向かって密につまりシール作用をもって閉鎖され、燃料が燃焼室に達することはなくなる。
【０００５】
上に述べた上記形式の公知の噴射弁には、しかしながら次のような問題がある。すなわち公知の噴射弁では、ノズルニードルが場合によっては十分な閉鎖速度を有しておらず、その結果当該内燃機関の有害物質の放出に関する欠点の惹起されることがある。
【０００６】
発明の利点
請求項１の上位概念部に記載の形式の噴射弁において、供給絞りを有する第１の供給通路と排出絞りを有する第２の排出通路とを介して、弁制御室を充填する手段が設けられていることを特徴とする、本発明による噴射弁には、公知のものに比べて次のような利点を有している。すなわち本発明による噴射弁では、弁制御室内における圧力は、従来技術における上記の噴射弁に比べて著しく早く上昇する。それというのは弁制御室の充填は必要とあらば、供給通路を介してのみならず、排出通路を介しても行われるからである。
【０００７】
これによってさらに、弁制御ピストンひいてはノズルニードルが、著しく早くその閉鎖位置に移動させられる。そしてこれによりさらに、いわゆるサンプルのばらつき（Ｅｘｅｍｐｌａｒｓｔｒｅｕｕｎｇ）が減じられ、つまり製造時における製作誤差が同じ場合に、使用可能な部材をより多く製造することができる。
【０００８】
さらに排出絞り及び供給絞りを介して弁制御室が充填されることによって、噴射弁の量特性線はフラットになり、つまり噴射量における誤差が減少させられる。また本発明による噴射弁によって、最小量性能が改善され、つまり最小の燃料量をコントロールして内燃機関に噴射する性能もしくは能力が改善される。
【０００９】
本発明による噴射弁の別の有利な構成では、弁制御室を充填する手段が次のように、すなわちばね受が少なくとも部分的に弁の軸線方向においてシフト可能であるように、形成されている。この場合、アクチュエータ・ユニットの操作時に行われるシフトは、有利には、弁室と高圧供給通路との間における接続部を生ぜしめる弁閉鎖部材を用いて行われ、その結果、高圧供給通路内における圧力は、供給絞りを有する供給通路と、排出絞りを有していて弁室に開口する排出通路とを介して、弁制御室内に作用する。このようにして簡単な形式で、大量の液体を短時間のうちに弁制御室内にもたらすことができる。
【００１０】
本発明による噴射弁を特に簡単に実現する構成によれば、弁閉鎖部材を用いて弁室と高圧供給通路との間において生ぜしめられる接続部が、リング間隙として形成されており、このリング間隙がばね受と、弁室の側部を制限する弁本体領域との間に配置されている。このリング間隙は有利には約５〜１０μｍの高さを有している。
【００１１】
ばね受のシフト時に弁室内において生じる高圧に基づく大きな漏れを回避するために、通常、燃料タンクに通じていて弁室を放圧するために働く導管もしくは通路が、戻し絞りを有していると、有利である。
【００１２】
図面
次に図面を参照しながら本発明による噴射弁の２つの実施例について説明する。
【００１３】
図１は、本発明による噴射弁の第１実施例の、本発明にとって重要な領域を示す縦断面図である。
【００１４】
図２は、本発明による噴射弁の択一的な別の実施例を、図１と同様な縦断面図で示す図である。
【００１５】
実施例の記載
図１に実施例として示された燃料噴射弁１は、自動車の内燃機関（図示せず）に組み込まれるものであって、有利にはディーゼル燃料を噴射するためのコモンレールインジェクタとして形成されている。そのために燃料噴射弁１は重要な構造ユニットとして、ノズルモジュール２と弁制御モジュール３とを有している。ノズルモジュール２は弁制御ピストン４を有しており、この弁制御ピストン４は、内燃機関の燃焼室に通じる開口を制御するノズルニードル（図示せず）と作用結合されているか、もしくはこのノズルニードルと１つの構造ユニットを形成している。
【００１６】
弁制御ピストン４の位置ひいてはノズルニードルの位置は、弁制御室５内における圧力レベルによって調整され、この弁制御室５は弁制御ピストン４の自由端面６に接続していて、いわゆる供給絞り８が配置されている供給通路７を介して燃料供給通路９と接続されている。この燃料供給通路９は、複数の噴射弁のために共通の高圧アキュムレータ、いわゆるコモンレールと接続されている。燃料供給通路９内を案内される燃料はこれによって、１．５ｋｂａｒまでの圧力下になることができる。
【００１７】
弁制御ピストン４が配置されているノズルモジュール２内にはさらに、ばね受２１が配置されており、このばね受２１内においては弁制御ピストン４の自由端部が案内されていて、ばね受２１は弁制御室５を制限している。ばね受２１はばね２２を介して支持体２３に支持されており、この支持体２３自体は弁制御ピストン４と結合されている。
【００１８】
ばね受２１内には、半径方向に方向付けられて供給通路７が形成され、かつ軸方向に配置された排出通路２４が形成されており、この排出通路２４内にはいわゆる排出絞り２５が形成されていて、この排出通路２４は弁制御室５を弁制御モジュール３の弁室１８と接続している。排出通路２４は、弁室１８内に配置されている弁閉鎖部材１４を介して開閉される。
【００１９】
ばね受２１は弁閉鎖部材１４に向けられた端面で、弁制御モジュール３の本体１２に接触していて、軸方向可動に形成されている。
【００２０】
噴射開始時期、噴射時間及び噴射量を燃料噴射弁１内における力関係によって調節するために、弁状に形成された弁制御モジュール３内には、弁閉鎖部材１４と共働する弁部材１０が、例えばピエゾアクチュエータとして形成されたアクチュエータユニット（図示せず）を介して制御され、このアクチュエータユニットは、弁部材１０の、弁制御ピストン４ひいては燃焼室とは反対の側に配置されている。
【００２１】
ピエゾアクチュエータは、弁部材１０に対応配置された、調節ピストンと呼ばれるピストン１１に作用する。弁部材１０は軸方向摺動可能に弁本体１２の長手方向孔内に配置されており、かつ調節ピストン１１の他に、第２のピストン１２いわゆる操作ピストンを有していて、この操作ピストン１２は弁閉鎖部材１４を操作するために働く。
【００２２】
操作ピストン１３自体の操作は、液圧式の伝達装置（Ｕｅｂｅｒｓｅｔｚｕｎｇ）を介して行われ、この伝達装置は液圧室として形成されていて、液圧式の連結装置（Ｋｏｐｐｌｅｒ）のように、ピエゾアクチュエータを用いて移動させられた調節ピストン１１の軸方向変位を変換もしくは伝達する。液圧式の伝達装置によって、操作ピストン１３は、それよりも大きな直径を有する調節ピストン１１がピエゾアクチュエータを用いて規定の距離だけ移動させられると、ピストン直径の伝達比だけ増大された行程を移動する。
【００２３】
弁閉鎖部材１４は第１の弁座１６及び第２の弁座１７と共働し、この場合第１の弁座１６は球形座として、かつ第２の弁座１７はフラット座として形成されている。
【００２４】
弁閉鎖部材１４が配置されている弁室１８は、ピエゾアクチュエータの不操作時には、第１の弁座１６と共働する弁閉鎖部材１４を用いていわゆる排出室１９から切り離されており、この排出室１９からは、該排出室１９及び弁室１８を放圧するために働く戻し通路２０が分岐しており、この戻し通路２０は図示されていない燃料タンクに通じている。戻し通路２０には戻し絞りが配置されていてもよい。
【００２５】
図２に示された実施例でも同様に噴射弁５０が示されており、この噴射弁５０においても分かりやすくするために、同一の機能を有する部材には図１におけると同じ符号が使用されている。噴射弁５０は図１に示された噴射弁と次の点で異なっている。すなわち噴射弁５０は、一体的なばね受ではなく、２部分から成るばね受２１を有している。このばね受２１はリング状の壁領域３０とプレート状の底領域３１とから成っており、壁領域３０内には、高圧供給通路９から弁制御室５に通じていて供給絞り８を備えた供給通路７が配置されており、底領域３１は、弁制御ピストン４の端面６に支持された予負荷ばね３２を用いて、アクチュエータの不操作時に弁制御モジュール３の弁本体領域１２に押し付けられる。このプレート状の底領域３１内には、弁制御室５を弁室１８と接続していて排出絞り２５を備えた排出通路２４が形成されている。
【００２６】
このような構造によって、ピエゾアクチュエータの操作時にはばね受のプレート状の底領域３１だけが、弁制御ピストン４の方向に、ひいては噴射弁５０の軸線の方向に移動させられ、これに対してばね受のリング状の壁領域３０は、位置固定に留まる。
【００２７】
さらにばね受のリング状の壁領域３０と該壁領域３０に隣接した弁制御モジュール３の弁本体領域１２との間には、図２において「ｓ」で示された間隙が存在しており、この間隙を通って、高圧供給通路９内を案内される高圧下の燃料が、プレート状の底領域３１の方向に流れることができる。
【００２８】
図１及び図２に示された上に述べた噴射弁はそれぞれ、以下に記載のように作動する。
【００２９】
燃料噴射弁１；５０の閉鎖状態において、つまりピエゾアクチュエータに電圧が印加されていない場合に、半球として形成された弁閉鎖部材１４は該弁閉鎖部材に対応配置された第１の弁座１６のところに位置している。弁閉鎖部材１４はこの位置において、供給通路７、弁制御室５及び排出絞り２５を備えた排出通路２４を介して弁閉鎖部材１４に作用する、高圧供給通路９内における高圧つまりレール圧を用いて、球形座として形成された弁座１６に押し付けられる。これによって弁閉鎖部材１４はその第１の遮断位置を占める。
【００３０】
噴射弁１；５０を開放したい場合、つまり図示されていないノズルニードルを用いて閉鎖された噴射ノズルを開放したい場合には、ピエゾアクチュエータに電圧が印加され、これによってピエゾアクチュエータは急激に軸方向においてつまり調節ピストン１１に向かって延伸する。調節ピストン１１はこれにより、操作ピストン１３に向かってシフトされる。この運動はさらに、液圧室１５を介して操作ピストン１３を弁制御ピストン４に向かって移動させる。これによって弁閉鎖部材１４は同様に弁制御ピストン４に向かって移動させられ、この運動は、弁閉鎖部材１４の円形面が一体的なばね受２１の底部領域（図１）もしくは２部分から成るばね受２１のプレート状の底部領域３１（図２）に接触し、これによりばね受２１が全体としてシフトされて、もしくはばね受のプレート状の底部領域３１がシフトされて、ばね受と弁制御モジュール３の弁本体領域１２との間に間隙Ｘが形成されるまで、続き、この間隙Ｘは５〜１０μｍの高さを有している。
【００３１】
弁閉鎖部材１４が第１の弁座１６にも第２の弁座１７にも接触していない場合には、弁室１８内における燃料は排出室１９に流入し、そこから戻し通路２０を介して燃料タンクに戻される。これによって、内部に排出絞り２５が配置されている排出通路２４を介して、弁制御室５が放圧され、その結果弁制御室５内における圧力が低下し、弁制御ピストン４は弁制御モジュール３に向かって移動する。これにより内燃機関の燃焼室に通じている開口が開放され、その結果、高圧下にあって高圧供給通路９内を案内される燃料が燃焼室内に噴射される。
【００３２】
弁閉鎖部材１４が第２の弁座１７に接触していて、ばね受２１もしくはばね受の底部領域３１が、弁本体領域１２とは反対の方向に移動させられると、弁制御室５内には新たに、高圧供給通路９内におけるレール圧が形成可能である。このことは、本発明による噴射弁では一方では供給通路７を介してかつ他方では排出通路２４を介して行われる。このことは次のことによって、すなわち弁閉鎖部材１４を用いて上に述べたリング間隙Ｘが開放され、そしてレール圧が排出通路２４を介して弁制御室５に作用することによって、保証される。このことはもちろん、第２の弁座１７がシール座として形成されているのではなく、レール圧が間隙を介して排出通路２４内に作用できることが前提条件である。
【００３３】
レール圧が２つの通路を介して弁制御室５内に作用することによって、弁制御室５内においては圧力が高い速度で形成され、これによってさらに、弁制御ピストン４の迅速な閉鎖運動、ひいてはこれに関連したノズルニードルの迅速な閉鎖運動が達成される。
【００３４】
ピエゾアクチュエータに印加された電圧が中断されると、調節ピストン１１はアクチュエータに向かって戻され、これによって液圧室１５内における圧力が減じられ、弁閉鎖部材ひいては操作ピストン１３が同様にピエゾアクチュエータに向かって移動させられ、この運動は、弁閉鎖部材１４が第１の弁座１６に接触するまで、続く。移行時間において弁制御室１８内における圧力が新たに低下し、これによって弁制御室は新たに放圧され、ノズルニードルは開放する。
【００３５】
本発明は、明細書において有利な使用領域としえ記載されたコモンレール・インジェクタにおいて使用されるのみならず、燃料噴射弁において全般的に、場合によってはいわゆるシングル座・調節部材（Ｅｉｎｆａｃｈｓｉｔｚ−Ｓｔｅｌｌｇｌｉｅｄ）を備えた燃料噴射弁においても使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による噴射弁の第１実施例の、本発明にとって重要な領域を示す縦断面図である。
【図２】
本発明による噴射弁の択一的な別の実施例を、図１と同様な縦断面図で示す図である。
【国際公開パンフレット】
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2004517254.tif 000004
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2004517254.tif 000022
【国際調査報告】
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2004517254.tif 000024
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