(57)【要約】特に内燃機関のための噴射弁であって、弁制御ピストン（６）、該弁制御ピストン（６）を作動させるための流入絞り（４）及び流出絞り（２４）を備えた弁制御室（２）並びに特に圧電アクチュエータユニット（８）によって作動される、前記弁制御室（２）を制御するための弁制御ユニットを有しており、該弁制御ユニットが弁状に形成されており且つ少なくとも１つの弁座（１７）と協働する弁閉鎖体（１６）を有している。弁閉鎖部材（１６）の高い閉鎖速度を保証するためには、弁閉鎖部材（１６）及び少なくとも１つの弁座（１７）が弁制御室（２）に配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に内燃機関のための噴射弁であって、弁制御ピストン（６）、該弁制御ピストン（６）を作動させるための流入絞り（４）及び流出絞り（２４）を備えた弁制御室（２）並びに特に圧電アクチュエータユニット（８）によって作動される、前記弁制御室（２）を制御するための弁制御ユニットを有しており、該弁制御ユニットが弁状に形成されており且つ少なくとも１つの弁座（１７）と協働する弁閉鎖体（１６）を有している形式のものにおいて、
弁閉鎖部材（１６）及び少なくとも１つの弁座（１７）が弁制御室（２）に配置されていることを特徴とする噴射弁。
【請求項２】
弁制御室（２）が、それぞれ１つの通路を介して互いに接続された少なくとも２つ、殊に３つの室（１９，２０，２２）を有している、請求項１記載の噴射弁。
【請求項３】
前記室（１９，２０，２２）が、弁制御ピストン（６）に対して同軸的に配置されている、請求項２記載の噴射弁。
【請求項４】
弁制御室（２）が３つの室（１９，２０，２２）を有しており、第１の室（１９）に弁制御ピストン（６）が突入し且つ流入絞り（４）を有する通路（３）が開口しており、第１の室（１９）に続く第２の室（２０）に弁閉鎖部材（１６）が配置されており、第２の室（２０）に続く第３の室（２２）から、流出絞り（２４）の配置された漏れ通路（２３）が分岐している、請求項２又は３記載の噴射弁。
【請求項５】
弁閉鎖部材（１６）に戻しばね（１８）が作用する、請求項１から４までのいずれか１項記載の噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念で詳細に規定された形式の噴射弁、特に内燃機関のための噴射弁から出発する。
【０００２】
このような形式の弁は実地に基づき公知であり、特にディーゼルエンジンのためのコモンレール蓄圧式噴射システムに関連して使用される。前記のような噴射弁では、弁制御ピストンが少なくとも部分的に、高圧接続部と接続された燃料を有する室によって取り囲まれている。弁制御弁の一方の端部はニードル状に形成されており、対応して形成された弁座と協働する。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ている、弁制御室を取り囲む前記室の開口を介して、燃焼室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は、弁制御室内を支配する圧力を介して規定される。弁制御室内を支配する圧力もやはり、作動のために例えば圧電アクチュエータユニットと作用接続してよい弁制御ユニットによって制御される。
【０００３】
弁制御ユニット自体が弁状に形成されており且つ弁座と協働する弁閉鎖部材を有している冒頭で述べた形式の噴射弁では、弁閉鎖部材が通流位置に位置し、これにより、弁制御室内を支配する圧力が低下されて、弁制御ピストンが燃焼室に通じる開口を解放すると、燃料が燃焼室に噴射される。逆に、弁閉鎖部材が形状接続的に弁座に当接して、弁制御室内にいわゆるコモンレール圧が生ぜしめられると、弁制御ピストンは燃焼室に通じる開口を閉鎖する。
【０００４】
弁制御室自体は、供給通路に配置された流入絞りを有しており、この流入絞りを介して、燃料を弁制御室に案内することができる。流入絞りは、弁閉鎖部材の開放時に弁制御室内の圧力補償が急激に行われるのではなく、該圧力補償を弁閉鎖部材の閉鎖後に初めて実現させるために役立つ。さもないと、弁制御ピストンが弁制御室内を支配する圧力を介して移動しない恐れがある。更に、従来技術による噴射弁の弁制御室は流出通路に配置された流出絞りを有しており、この流出絞りは内部に弁閉鎖部材の配置された弁室に通じている。前記流出絞りは、該流出絞りを介して導出される、戻し導管を介して燃料タンクへ案内される燃料が、コモンレール圧によって戻し導管に流入しないように働く。それというのも、このことは極端に大きな漏れ損失をもたらす恐れがあるからである。
【０００５】
公知の噴射弁では、弁閉鎖部材は、液圧式の伝達装置を介してアクチュエータによって作動される調整ピストンと協働する作動ピストンによって作動される。特に、圧電アクチュエータによって作動される弁閉鎖部材の場合、この弁閉鎖部材の閉鎖速度は開放速度よりも著しく小さい。それというのも、液圧式の伝達装置は弁閉鎖部材を戻すことができないからである。このことはむしろ、一般には流出絞りの下流側を支配する燃料圧を介して、戻しばねに関連して行われる。但しこの場合、復帰速度は比較的小さい。
【０００６】
発明の利点
これに対して弁閉鎖部材及び少なくとも１つの弁座が弁制御室に配置された、請求項１の上位概念に記載の構成を有する提案した噴射弁は、弁閉鎖部材がほぼ、該弁閉鎖部材を非常に迅速に閉鎖させるコモンレール圧、つまり最高１．５ｋｂａｒの極めて高い圧力に晒されているという利点を有している。この大きな戻し力は、上で説明した従来技術に比べて、噴射弁の電気制御ユニットと、ノズルニードルのダイナミックスと、噴射弁の液圧系との間により直接的な結合を生ぜしめ、このことは、噴射弁のより一層平坦な噴射量特性線若しくは噴射量の誤差の減少をもやはり引き出すことになる。また、本発明による構造は、従来技術と比べて噴射弁の開放時の弁振動を減少させる。それというのも、切替弁に対する力作用が段階的に行われ且つ戻し力が圧力に関連しているからである。
【０００７】
更に、本発明の噴射弁は従来技術に比べて個体のばらつきが著しく減少されている。つまり、製作時の誤差が同じ場合、より多くの使用可能な部品が製作され得る。
【０００８】
本発明の有利な構成では、弁制御室は、それぞれ１つの通路を介して互いに接続された少なくとも２つ、有利には３つの室を有している。有利には弁制御ピストンに対して同軸的に配置された前記室は、それぞれ有利な形式で、第１の室に弁制御ピストンが突入しており且つ流入絞りを有する通路が開口しており、次に続く室には弁閉鎖部材が配置されており、第３の室からは、流出絞りが配置されており且つリザーバタンクに通じる戻し導管に開口する漏れ通路が分岐しているように設計されている。
【０００９】
戻し過程を助成するためには、弁閉鎖部材に戻しばねが作用してよい。
【００１０】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１１】
図１に示した実施例には、自動車の内燃機関に組み込むための燃料噴射弁１が示されている。この実施例では、噴射弁１は殊に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。燃料噴射過程は、流入絞り４の配置された流入通路３を介して燃料供給通路５に接続された弁制御室２内の圧力レベルを介して制御される。前記燃料供給通路５は、複数の噴射弁と共通の高圧蓄え器、いわゆるコモンレールと接続されている。即ち、燃料供給通路５内を案内される燃料は、最高１．５ｋｂａｒの圧力下にあってよい。
【００１２】
弁制御室２には、図１では部分的にしか示されていない弁ピストン６が配置されており、この弁ピストン６は、ノズルニードルが燃焼室に開口している噴射開口を開閉するように、当該ノズルニードルに作用する。
【００１３】
噴射開始、噴射時間及び噴射量を燃料噴射弁１内の力の比率を介して調整するためには、弁部材７が、ここでは圧電アクチュエータ８として形成されたアクチュエータユニットを介して制御され、このアクチュエータユニットは、弁部材７の弁制御室２と燃焼室とは反対の側に配置されている。
【００１４】
圧電アクチュエータ８は、一般に複数の層から構成されており且つ弁部材７に面した側にアクチュエータヘッド９を、また弁部材７とは反対の側に、弁体１１の壁に支持されたアクチュエータフット１０を有している。アクチュエータヘッド９は支持部材１２を介して、調整ピストンと呼ばれる第１のピストン１３に作用する。弁部材７は、軸方向で摺動可能に弁体１１の長孔に配置されており且つ前記調整ピストン１３の他に、弁閉鎖部材１６を作動させる第２のピストン１５、即ち「作動ピストン」を有している。
【００１５】
調整ピストン１３と作動ピストン１５とは、液圧室１４として形成されており且つ圧電アクチュエータ８の軸方向変位を伝達する液圧式の伝達装置を介して互いに結合されている。作動ピストン１５の直径Ａ１は、調整ピストン１３の直径Ａ０よりも小さい。このように設定された液圧式の伝達装置は、比較的大きな直径の調整ピストン１３が圧電アクチュエータ８を介して規定された距離区間を進むと、作動ピストン１５がピストン直径の伝達比だけ大きくされた行程を進むということを生ぜしめる。
【００１６】
弁閉鎖部材１６は弁座１７と協働し且つ戻しばね１８によって圧電アクチュエータ８の方向、つまり閉鎖方向で負荷されている。
【００１７】
弁制御室２は３つの室を有している。つまり、弁制御ピストン６が突入し且つ燃料供給通路５と結合された、流入絞り４の設けられた流入通路３が開口している第１の室１９、更に、弁閉鎖部材１６と戻しばね１８と弁座１７とが配置されており且つ通路２１を介して前記の第１の室１９と接続された、弁室２０として形成された室、並びに弁閉鎖部材１６の開放状態で前記弁室２０と接続されており且つやはり流出絞り２４の配置された漏れ通路２３が分岐している「流出室」２２である。
【００１８】
この構成の結果、弁閉鎖部材１６の開放状態では弁制御室２の３つの全ての部分域１９，２０，２２内をほぼ同じ流体圧力が支配しており、従って、流入絞り４を介して作用する圧力は、弁閉鎖体１６に対して弁座１７の方向で作用する。
【００１９】
以下に、図１に示した燃料噴射弁の作動形式を説明する。
【００２０】
燃料噴射弁１の閉鎖状態、つまり、圧電アクチュエータ８に電圧が印加されていない場合、球形に形成された弁閉鎖部材１６は、該弁閉鎖部材１６に対応配置された弁座１７に位置している。この位置で弁閉鎖部材１６は、流入通路３を介して弁制御室２に作用する圧力によっても、ばね１８の力によっても、この場合球座として形成されている弁座１７に押し込まれる。従って、弁閉鎖部材１６は係止位置に位置している。
【００２１】
噴射弁１を開放しようとする場合、つまり、弁制御ピストン６によって閉鎖された噴射ノズル（図示せず）を開放しようとする場合は、圧電アクチュエータ８に所定の電圧が印加され、その結果、該圧電アクチュエータ８が急激に軸方向で、つまり調整ピストン１３の方向で伸張する。これにより、調整ピストン１３は作動ピストン１５に向かって進むので、液圧室１４内にいわゆる開放圧が形成され、この開放圧により、作動ピストンもやはり弁制御ピストン６に向かって摺動される。作動ピストン１５と相俟って、この作動ピストン１５に結合された弁閉鎖部材１６も同様に弁制御ピストン６に向かって進むので、弁室２０と流出室２２との間の移行部が開放される。弁閉鎖部材１６のこの位置では、室２及び弁室２０内の燃料が流出室２２へ流出し且つ該流出室２２から漏れ通路２３と、この漏れ通路２３に配置された流出絞り２４とを介して流出する。これにより、弁制御室２と、特にこの弁制御室２の室１９とが放圧されるので、該室１９内の圧力が低下して、弁制御ピストン６が弁部材７の方向で摺動する。これにより、内燃機関の燃焼室に通じている開口（図１には図示せず）もやはり解放されて、燃料供給通路５を介して案内される、高圧下にある燃料が燃焼室に噴射される。
【００２２】
圧電アクチュエータ８に印加されている電圧が中断されると、調整ピストン１３が圧電アクチュエータ８に向かって戻るので、液圧室１４内を支配している圧力が低下され、弁閉鎖部材１６延いては作動ピストン１５が、流入絞り４を介して弁制御室２に作用する圧力により、やはり圧電アクチュエータ８に向かって、弁閉鎖部材１６が弁座１７と接触するまで摺動される。本発明による噴射弁１の場合は、流入絞り４を介して極めて高い圧力が作用するので、弁閉鎖部材の閉鎖過程は著しく迅速に行われる。次いで、室１９及び弁室２０内に新たに形成されるコモンレール圧が、弁制御ピストン６を再び閉鎖位置に移動させる。
【００２３】
図２及び図３には、本発明による噴射弁の、従来技術による噴射弁との違いが例示されている。
【００２４】
図２では、距離ｘにわたる、本発明の噴射弁における力の経過Ｆ＿ｎｅｕ及び従来の噴射弁における力の経過Ｆ＿ａｌｔを象徴する線に基づき、本発明による噴射弁では、規定された距離区間だけ弁閉鎖部材を移動させるために、従来技術による弁の場合よりも大きな作動力Ｆが必要とされるということが認識できる。
【００２５】
時間ｔにわたる圧電アクチュエータの制御時間に対する、噴射ノズルを通る通流量Ｑが、本発明による噴射弁に関しては線Ｑ＿ｎｅｕで、従来の噴射弁に関しては線Ｑ＿ａｌｔで描かれた図３からは、本発明による噴射弁では、液圧系が圧電アクチュエータ８の電気的な特性とより直接的に結合されていることにより、噴射弁の通流量特性線Ｑ（ｔ）の扁平化が得られるということが判る。それというのも、弁閉鎖部材１６が従来技術による噴射弁の場合よりも、著しく迅速に係止位置に到達するからである。従来技術による噴射弁では、弁閉鎖部材は弁制御室内ではなく、流れ方向で見て弁制御室の下流側で流出絞りの後に配置されている。
【００２６】
本発明が、図示の実施例においてのみ適用され得るのではないということは明らかである。むしろ、本発明は例えば複座式弁を有する弁制御ユニットを備えた噴射弁においても使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
噴射弁の、本発明に関連した領域の縦断面図である。
【図２】
本発明による噴射弁が従来技術による噴射弁と比較されている、力／距離線図である。
【図３】
本発明による噴射弁の噴射量特性曲線と、従来技術による噴射弁の噴射量特性曲線とを比較した図である。
【符号の説明】
１  燃料噴射弁、  ２  弁制御室、  ３  流入通路、  ４  流入絞り、  ５  燃料供給通路、  ６  弁ピストン、  ７  弁部材、  ８  圧電アクチュエータ、  ９  アクチュエータヘッド、  １０  アクチュエータフット、  １１  弁体、  １２  支持部材、  １３  調整ピストン、  １４  液圧室、  １５  作動ピストン、  １６  弁閉鎖部材、  １７  弁座、  １８  戻しばね、  １９  第１の室、  ２０  弁室、  ２１  通路、  ２２  流出室、  ２３  流出通路、  ２４  流出絞り
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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