(57)【要約】本発明は圧電式アクチュエータ２と、圧電式アクチュエータ２の行程を変換するための機械的な変換器３と、復帰エレメント４と、操作ピストン６とを有する液体を制御するための弁に関する。その場合、機械的な変換器３が圧電式アクチュエータの操作方向で圧電式アクチュエータ２と復帰エレメント４との間に配置されている。その結果、変換器３が操作方向では圧電式アクチュエータ２の行程を変換し、かつその逆の方向では復帰エレメント４の復帰力を変換する。
2004517284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電式アクチュエータ（２）と、圧電式アクチュエータ（２）の行程を変換するための機械的な変換器（３）と、復帰エレメント（４）と、操作ピストン（６）とを有する液体を制御するための弁において、機械的な変換器（３）が圧電式アクチュエータの操作方向で圧電式アクチュエータ（２）と復帰エレメント（４）との間に配置されており、その結果、変換器（３）が操作方向では圧電式アクチュエータ（２）の行程を変換し、かつその逆の方向では復帰エレメント（４）の復帰力を変換することを特徴とする液体を制御するための弁。
【請求項２】
変換器（３）と復帰エレメント（４）との間に中間部材（５）が配置されていることを特徴とする請求項１記載の液体を制御するための弁。
【請求項３】
中間部材（５）が断面Ｔ字形に形成されていることを特徴とする請求項２記載の液体を制御するための弁。
【請求項４】
復帰エレメント（４）がコイルばねとして形成されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項記載の液体を制御するための弁。
【請求項５】
機械的な変換器（３）が、圧電式アクチュエータ（２）の行程の変換のために転動体（７）を有していることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載の液体を制御するための弁。
【請求項６】
転動体（７）が操作エレメント（８）によって操作されることを特徴とする請求項５記載の液体を制御するための弁。
【請求項７】
操作エレメント（８）がテーパ領域（９）を有していることを特徴とする請求項６記載の液体を制御するための弁。
【請求項８】
テーパ領域（９）が円錐として形成されていることを特徴とする請求項７記載の液体を制御するための弁。
【請求項９】
転動体（７）が弁のケーシング（１０）内に形成された傾斜した面（１１）上を転動することを特徴とする請求項５から８までのいずれか１項記載の液体を制御するための弁。
【請求項１０】
蓄圧器式噴射システム内で使用されていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項記載の液体を制御するための弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は請求項１の上位概念に記載の、液体を制御するための弁に関する。
【０００２】
液体を制御するための弁は種々の実施形で公知である。その場合、最も初期では弁のレリーズのために圧電式アクチュエータを使用することが提案されていた。圧電式アクチュエータが比較的わずかな行程しか有していないため、この行程を変換器によって比較的大きな行程へ変換することが提案されたのであった。その場合、機械的または液圧的な変換器が使用されることができる。液圧的な変換器の使用時には、機械的な変換器を備えた変換器に対比して液圧的な変換器を備えた弁の剛性度が比較的わずかであることが確認されている。このわずかな剛性度が弁の噴射精度に不利に作用する。液圧的な変換器に対比して機械的な変換器は高い剛性度を有しているが、しかし比較的多数の構成部分を有しており、その結果、その構造は複雑である。さらに、構成部分の数の多さに起因して機械的な変換器のためには比較的大きな組込スペースが必要であり、このことが特に、狭いエンジンルームジオメトリ内で不利である。
【０００３】
発明の利点
これに対して、請求項１の特徴を備えた、液体を制御するための本発明による弁が有する利点とするところは、比較的高い剛性度を有する機械的な変換器が設けられており、その場合、この変換器が圧電式アクチュエータと復帰エレメントとの間に配置されていることにある。このことにより、変換器は圧電式アクチュエータの行程方向では圧電式アクチュエータ行程の機械的な変換器として、かつその逆の方向では復帰エレメントの力のための力変換器として作用する。換言すれば、変換器は１方の方向（圧電式アクチュエータの行程方向）では作動距離変換器として働き、かつその逆方向（復帰方向）では力変換器として働くように形成されている。これにより、圧電式アクチュエータの復帰のためのばね力は同様に機械的な変換器によって変換され、その結果、あきらかに比較的小さい力と、あきらかに比較的小さいばね率とを有するばねを使用することができる。このことにより、本発明による弁の構造は著しくコンパクトに形成されることができる。有利な１実施例によれば、変換器と復帰エレメントとの間に中間部材が配置されている。これにより、復帰エレメントの復帰力がまず始めに中間部材へ、次いで機械的な変換器へ伝達される。このことにより、特に、変換器の個々の構成部分のジオメトリ的な簡単化が可能である。
【０００４】
中間部材が断面Ｔ字形に形成されていると有利である。その場合、Ｔ字形の中間部材の突出した領域が復帰エレメントのためのストッパとして使用されることができる。
【０００５】
本発明の有利なさらに別の１構成によれば、復帰エレメントがコイルばねとして形成されている。Ｔ字形の中間部材の使用時には、中間部材の特に円柱状の幹部がコイルばねの内側の中空領域内へ挿入されることができる。
【０００６】
機械的な変換器が、圧電式アクチュエータの行程の変換のために転動体を有していると有利である。例えば転動体はローラまたは球として形成されることができる。その場合、２つの転動体が使用されると特別有利である。転動体の使用により、機械的な変換器が特別コンパクトに形成されることができ、その上、転動体によってわずかな摩擦抵抗しか生じない。
【０００７】
転動体が、当該転動体と接触するテーパ領域を有する操作エレメントによって操作されると有利である。このことにより、転動体は操作エレメントのテーパ領域で転動することができ、その際、常に操作エレメントと転動体との間には比較的小さな点状の接触領域しか存在しない。テーパ領域が円錐として形成されていると特に有利である。
【０００８】
本発明のさらに別の有利な１実施例では、転動体が弁のケーシング内に形成された傾斜した平面上を転動する。
【０００９】
液体を制御するための本発明による弁は蓄圧器式噴射システム内で有利に使用される。例えば、本発明による弁はコモンレールシステム（ディーゼル）またはガソリン直接噴射システムで使用されることができる。
【００１０】
実施例の説明
図１に液体を制御するための本発明の１実施例による弁１が示されている。この場合、図１に示された弁１は燃料噴射弁のための制御弁である。
【００１１】
図１に示されているように、弁１は圧電式アクチュエータ２と、機械的な変換器３と、復帰エレメント４とを有している。機械的な変換器３は２つのローラ７を有しており、これらのローラは弁１のケーシング１０内に形成された傾斜面もしくは傾いた面１１を転動することができる。圧電式アクチュエータ２は操作エレメント８を介して機械的な変換器３に係合している。操作エレメント８は機械的な変換器３に向いた端部に円錐状にテーパした領域９を有している。
【００１２】
さらに、機械的な変換器３と復帰エレメント４との間には断面Ｔ字形に形成された中間部材５が配置されている。このことにより、中間部材５はコイルばねとして形成された復帰エレメント４を受容することができ、かつこれによりコイルばね４のためのばね座として役立っている。図１に示されているように、コイルばね４および中間部材５は弁１のケーシング１０内に設けられた段孔内に配置されており、その場合、ワッシャ１２が孔内に配置されており、このワッシャにコイルばね４が支承されている。このことにより、コイルばね４の圧力によってケーシングが損傷を被ることが防止される。
【００１３】
図１に示されているように、断面Ｔ字形の中間部材５は操作ピストン６に係合しており、この操作ピストンは一方では公知形式通り例えば制御室を介して燃料噴射弁（図示されていない）のインゼクタを操作する。
【００１４】
本発明による弁１の機能は以下の通りである。
【００１５】
圧電式アクチュエータ２が活性化されると、その長さが機械的な変換器３へ向かって増大する。この圧電式アクチュエータ行程はテーパ領域９を有する操作エレメントへ伝達される。このテーパ領域９で操作エレメント８は点Ｘのところで両方の転動体７に係合している。さらに、両方の転動体７はそれぞれケーシング１０の斜面１１および中間部材５に点状の係合箇所Ｙ，Ｚを形成している。厳密に云えば、転動体７は点Ｙのところでケーシング１０に、かつ点Ｚのところで中間部材５に係合している。
【００１６】
これにより、圧電式アクチュエータ２の行程が操作エレメント８を介して転動体へ伝達され、転動体が操作エレメント８のテーパ領域９によって外向きに押圧される。この外向きの運動がケーシング１０の斜面１１によって、部分的に転動体７の下向きの運動へ変換される。このことにより、両方の転動体７が中間部材５を押圧し、これにより中間部材が操作ピストン６を操作する。それと同時に、コイルばね４が中間部材５によって圧縮される。このことにより、公知形式通りインゼクタの弁ニードルが開放され、そして燃料噴射が行われる。それゆえ、圧電式アクチュエータ２の比較的小さな行程が機械的な変換によってＡ：Ｂの変換比で変換される（図１参照）。
【００１７】
圧電式アクチュエータが死なされると、再び圧電式アクチュエータ２の短縮が生じ、その結果、コイルばねの復帰力によって機械的な変換器３と操作エレメント８とが再びその出発位置へ戻される。その際、コイルばね４の復帰力は機械的な変換器３を介してＢ：Ａの変換比で逆変換され、これにより、復帰力の力変換が行われる。この力変換によって復帰ばね４を従来技術に比して小さく形成することが可能である。これにより、圧電式アクチュエータ２のプレロードのために一般的に必要な８００から１０００Ｎまでの高いプレロードが比較的小さなばね率で得られる。その場合、力変換比Ｂ：Ａに応じてコイルばね４のばね率が選択される。要するに、機械的な変換器３は圧電式アクチュエータ２の行程方向では圧電式アクチュエータ行程の距離変換を行い、かつ逆方向、要するに弁の復帰方向ではコイルばね４の力の変換を行う。それゆえ、特別にコンパクトな弁、特に燃料噴射弁のための制御弁が得られる。
【００１８】
よって本発明は圧電式アクチュエータ２と、圧電式アクチュエータ２の行程を変換するための機械的な変換器３と、復帰エレメント４と、弁部材を操作するための操作ピストン６とを備えた液体を制御するための弁に関する。その場合、機械的な変換器３は圧電式アクチュエータの操作方向で圧電式アクチュエータ２と復帰エレメント４との間に配置されている。それゆえ、機械的な変換器３は操作方向では圧電式アクチュエータ行程を、その逆の方向では復帰エレメント４の復帰力を変換する。
【００１９】
本発明の実施例の上記記載は図解的な目的に役立つのみであって、本発明を制約する目的には役立たない。本発明の枠内で、本発明の範囲および本発明の等価物を放棄することなく種々の変更および実施態様が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
液体を制御するための本発明の１実施例による弁の断面を略示した図である。
【国際公開パンフレット】
2004517284.tif 000003
2004517284.tif 000004
2004517284.tif 000005
2004517284.tif 000006
2004517284.tif 000007
2004517284.tif 000008
2004517284.tif 000009
2004517284.tif 000010
2004517284.tif 000011
2004517284.tif 000012
2004517284.tif 000013
2004517284.tif 000014
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004517284.tif 000015
2004517284.tif 000016
【国際調査報告】
2004517284.tif 000017
2004517284.tif 000018
2004517284.tif 000019
2004517284.tif 000020