(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄圧噴射システムに用いられる、液体を制御するための弁であって、当該弁が、第１のピストン（３）と、第２のピストン（６）と、両ピストン（３，６）の間に配置された、流体で充填されたカプラ室（７）とを備えた液圧的なカプラ（２）と、第１のピストン（３）に結合されたピエゾアクチュエータ（１３）とを有している形式のものにおいて、第１のピストン（３）が、ほぼポット状に形成されていて、切欠き（４）と内側の底部領域（５）とを有しており、第２のピストン（６）が、第１のピストン（３）の切欠き（４）内に配置されており、カプラ室（７）が、第２のピストン（６）と第１のピストン（３）の内側の底部領域（５）との間に配置されており、第２のピストン（６）のピストン面（１６）が、第１のピストン（３）の内側の底部領域（５）の面よりも小さく寸法設定されており、第１のピストン（３）と第２のピストン（６）とをガイドするために、第１のピストン（３）の切欠き（４）内にガイドエレメント（８；８’）が配置されていることを特徴とする、液体を制御するための弁。
【請求項２】
第２のピストン（６）が、ピストン面（１６）を有しており、該ピストン面（１６）が、第１のピストン（３）の内側の底部領域（５）の面と同じ大きさに寸法設定されている、請求項１記載の弁。
【請求項３】
第２のピストン（６）が、当該弁のノズルニードル（９）と共に構成ユニットとして形成されている、請求項１または２記載の弁。
【請求項４】
第２のピストン（６）が、ノズルニードル（９）に間接的にまたは直接的に接触している、請求項１または２記載の弁。
【請求項５】
第２のピストン（６）が、同じくほぼポット状に形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁。
【請求項６】
ノズルニードル（９）のための閉鎖ばね（１０）が、第２のピストン（６）に支持されている、請求項５記載の弁。
【請求項７】
液圧的なカプラ（２）を戻すための戻しばね（１１）が、板（１２）に支持されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の弁。
【請求項８】
ガイドエレメント（８）が、円筒状のブシュとして形成されているかまたはブシュ状の延長部として当該弁のハウジング（１４）に形成されている、請求項１、３、４、５、６または７記載の弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄圧噴射システムに用いられる、液体を制御するための弁であって、当該弁が、第１のピストンと、第２のピストンと、両ピストンの間に配置された、流体で充填されたカプラ室とを備えた液圧的なカプラと、第１のピストンに結合されたピエゾアクチュエータとを有している形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射弁は種々異なる構成で公知である。最近では、このような形式の燃料噴射弁はピエゾアクチュエータによって操作される。このピエゾアクチュエータは、燃料を噴射するためにノズルニードルの運動を制御する。このような形式のピエゾアクチュエータによって、特に極めて短い切換時間を達成することができる。しかし、ピエゾアクチュエータは、このピエゾアクチュエータが温度変化時、たとえばエンジンの運転の間のエンジンルーム内の温度の上昇時に長さ変化を有しているという欠点を有している。さらに、ピエゾアクチュエータの行程は比較的小さく設定されている。したがって、ピエゾアクチュエータの行程を変換するためには、いわゆる「液圧的な変換器」が使用される。この液圧的な変換器は、この変換器が、ピエゾアクチュエータの、温度に基づく長さ変化を変換器室内の容積減少によって補償することができるという利点も同時に有している。通常、液圧的な変換器は、第１のピストンと、第２のピストンと、両ピストンの間に配置された変換器室とを有しているように形成されている。この場合、一方のピストンはピエゾアクチュエータに結合されており、変換は、両ピストンの、選択された互いの直径比に関連している。第１のピストンと、変換器室と、第２のピストンとは直列に連続して配置されているので、公知の液圧的な変換器は比較的大きな構造高さをとっている。
【０００３】
したがって、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９３９４５２号明細書には、液圧的な変換器が提案されている。この変換器では、第１のピストンが円筒状の孔を備えて形成されている。この孔内には第２のピストンが配置されている。この場合、変換器室は第１のピストンの下方に配置されており、第２のピストンは、段付けされたピストンとして形成されているので、第２のピストンの環状の下面は変換器室に接続されている。第１のピストン内への第２のピストンの部分的な配置に基づき、確かに液圧的な変換器の軸方向の構造長さは減少させられるが、しかし、両ピストンはその特殊な配置形式に基づき互いに異なる運動方向を有している。すなわち、第１のピストンはピエゾアクチュエータによって下方に運動させられるのに対して、第２のピストンは第１のピストン内で上方に運動させられる。これによって、液圧的な変換器は、内方に開放する弁でしか使用することができない。なぜならば、第２のピストンに結合された弁部材が第２のピストンと同じ運動方向を有しているからである。
【０００４】
【特許文献１】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９３９４５２号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の、液体を制御するための弁を改良して、両ピストンの運動方向の反転なしの、コンパクトに形成された液圧的なカプラを提供することができるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、第１のピストンが、ほぼポット状に形成されていて、切欠きと内側の底部領域とを有しており、第２のピストンが、第１のピストンの切欠き内に配置されており、カプラ室が、第２のピストンと第１のピストンの内側の底部領域との間に配置されているようにした。
【０００７】
【発明の効果】
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は従来のものに比べて、弁が液圧的なカプラを有しており、このカプラでは、両ピストンの運動反転が生ぜしめられず、この場合、カプラが、特に小さな長手方向延在長さを弁の軸方向に有しているという利点を有している。すなわち、カプラの両ピストンは同じ方向に運動させられる。これによって、カプラは、外方に開放する弁で使用することができる。したがって、本発明によるカプラは極めてコンパクトに形成することができ、僅かな構成スペースしか必要とならない。さらに、本発明によるカプラによって材料節約を達成することができるので、特にカプラの重量が低減される。このためには、本発明による液圧的なカプラは、第１のピストンがほぼポット状に形成されており、これによって、第１のピストンが切欠きと内側の底部領域とを有しているように形成されている。第２のピストンは第１のピストンの切欠き内に配置されており、流体で充填されたカプラ室は第２のピストンと第１のピストンの内側の底部領域との間に配置されている。これによって、本発明による液圧的なカプラは最小の寸法をカプラの長手方向に有することができる。念のために付言しておくと、「ほぼポット状のピストン」という概念は、底部領域と、この底部領域の外縁部に全周にわたって延びる壁領域とを有するピストンを意味している。この場合、第１のピストンは、たとえば円形、楕円形、正方形、長方形または多角形の外周または別の任意の外周形状を有していてよい。また、ほぼポット状のピストンの壁領域によって形成された切欠きも円形、楕円形、正方形、長方形または多角形の内周または任意の別の内周形状を有していてよい。
【０００８】
本発明の有利な構成によれば、第２のピストンが、ピストン面を有しており、該ピストン面が、第１のピストンの内側の底部領域の面と同じ大きさに寸法設定されている。これによって、液圧的なカプラが、ピエゾアクチュエータの行程の変換を実施せず、ピエゾアクチュエータの、温度に基づく長さ変化しか補償しないことが達成される。このような形式の、変換機能なしの液圧的なカプラは、好ましくない誤差の重畳を回避するために、特に極めて狭い範囲で許容される構成部材誤差を伴った燃料噴射弁で所望されている。
【０００９】
本発明の別の有利な構成によれば、第２のピストンのピストン面が、第１のピストンの内側の底部領域の面よりも小さく寸法設定されている。これによって、液圧的なカプラが、ピエゾアクチュエータの行程を変換するための変換器として機能する。この場合、第１のピストンの内側の底部領域に対する第２のピストンの面積比に関連してアクチュエータ行程の変換が行われる。
【００１０】
本発明の有利な構成によれば、第２のピストンが、第１のピストン内に間接的にまたは直接的にガイドされるようになっている。
【００１１】
第１のピストンと第２のピストンとをガイドするために、第１のピストンの切欠き内にガイドエレメントが配置されていると有利である。このガイドエレメントが、第１のピストンの底部領域にまで達していないように形成されていると、変換機能を備えた液圧的なカプラを簡単に提供することができる。
【００１２】
第２のピストンが、弁のノズルニードルと共に１つの構成ユニットとして形成されていると有利である。この場合、第２のピストンは、ノズルニードルと一体に形成されていてもよいし、たとえばレーザ溶接または螺合によってノズルニードルに固く結合されていてもよい。この構成では、特にノズルニードルのニードルガイドを省略することができる。なぜならば、第２のピストンに固く結合されたニードルがピストンのガイドによってガイドされるからである。
【００１３】
本発明の別の有利な構成によれば、第２のピストンが、ノズルニードルに間接的にまたは直接的に接触している。言い換えると、第２のピストンとノズルニードルとが１つの構成ユニットとして形成されておらず、別個の２つの部材として形成されている。これによって、特に、たとえばノズルニードルの閉鎖時に高い圧力と迅速な切換時間とに基づき発生し得る反跳の伝達を回避することができる。さらに、ノズルニードルへのニードルガイドの簡単な固定が可能となる。
【００１４】
第２のピストンが、同じくほぼポット状に形成されていると有利である。この場合、第２のピストンがノズルニードルと共に構成ユニットとして形成されていると、特に第２のピストンの切欠きを、ノズルニードルを閉鎖するためのノズルばねのためのばね座として使用することができる。
【００１５】
ノズルニードルのための閉鎖ばねが、第２のピストンに支持されていると有利である。これによって、構成部材の数を極めて少なく保つことができる。
【００１６】
第２のピストンに、カプラのための戻しばねを支持するための板もしくはリングが配置されていると有利である。この場合、戻しばねは、有利には、第１のピストンの縁部領域に作用しているので、カプラは弁操作の終了後に再びその出発位置に戻ることができる。
【００１７】
特に廉価にかつ簡単に製作可能となるようにするためには、第１のピストンの切欠き内に配置されたガイドエレメントが、円筒状のブシュとして形成されていると有利である。さらに、第１のピストンと第２のピストンとが、円形の外周を有していると有利である。
【００１８】
液体を制御するための本発明による弁が、蓄圧噴射システムに設けられた燃料噴射弁としてディーゼルインジェクタだけでなくガソリンインジェクタにも使用されると有利である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００２０】
図１〜図３には、本発明の第１実施例による、液体を制御するための弁１が示してある。図１に示したように、この弁１は、ピエゾアクチュエータ１３と、液圧的なカプラ２と、ノズルニードル９とを有している。この場合、弁１の個別構成部材は、複数の部分から成るハウジング１４内に配置されている。特に図２から明らかであるように、液圧的なカプラ２は、ポット状の第１のピストン３と、第２のピストン６と、流体で充填されたカプラ室７とを有している。ポット状の第１のピストン３は、底部領域５を備えた円筒状の切欠き４を有している。この場合、カプラ室７は第１のピストン３の内部で底部領域５と第２のピストン６のピストン面１６との間に配置されている（図２参照）。さらに、第１のピストン３と第２のピストン６とをガイドするために、ガイドエレメント８が第１のピストン３の切欠き４内に配置されている。図２から明らかであるように、ガイドエレメント８はブシュとして形成されている。ガイドエレメント８の下方には板１２が配置されている。この板１２は第２のピストン６に固定されている。板１２は図３に詳しく示してある。
【００２１】
さらに、特に図１に示したように、板１２はカプラばね１１を支持するために働く。このカプラばね１１は液圧的なカプラ２を、予め規定された出発位置に保持していて、燃料の噴射の終了後に液圧的なカプラ２を再びその出発位置に戻す。この場合、カプラばね１１は、一方では板１２に支持されていて、他方では第１のピストン３のブシュ状の壁領域に支持されている（図１参照）。
【００２２】
さらに、第１実施例による弁１はノズルばね１０を有している。このノズルばね１０はノズルニードル９を操作後に再び元に戻す。このためには、ノズルニードル９にニードルガイド１５が設けられている。このニードルガイド１５は、たとえば溶接によってノズルニードル９に結合することができる。
【００２３】
以下に、第１実施例による弁１の機能を説明する。ピエゾアクチュエータ１３の制御が行われると、これによって生ぜしめられたピエゾアクチュエータ１３の行程が第１のピストン３に伝達される。この第１のピストン３は矢印Ａ（図２参照）の方向で下向きに運動させられる。この行程は、カプラ室７内に位置する流体に第１のピストン３の底部領域５を介して伝達され、そこから引き続き第２のピストン６のピストン面１６に伝達される。第１のピストン３の底部領域５の直径Ｄ１は第２のピストン６のピストン面１６の直径Ｄ２よりも大きく寸法設定されているので、ピエゾアクチュエータ行程の変換は両直径の互いの比率Ｄ１／Ｄ２に相応して行われる。これによって、第２のピストン６も同様に第１のピストン３と同じ方向で矢印Ｂ（図２参照）の方向に運動させられる。第２のピストン６は、この第２のピストン６に形成された切欠き内に配置されたノズルニードル９に直接結合されているので、行程がノズルニードル９に伝達される。これによって、このノズルニードル９がその座から持ち上がり、これによって、燃焼室（図示せず）内への燃料の噴射を行うことができる。この場合、ノズルニードル９は弁１から出発して外方に運動させられる。
【００２４】
噴射を終了させたい場合には、ピエゾアクチュエータ１３が再び制御され、これによって、このピエゾアクチュエータ１３の長さ変化が再び元に戻され、ノズルニードル９がノズルばね１０の力に基づき再び上向きで座に向かって運動させられ、噴射が終了させられる。同時にカプラばね１１が液圧的なカプラ２を再びその出発位置に戻す。
【００２５】
第１のピストン３だけでなく第２のピストン６も同じ運動方向を有しているので、弁１が、外方に開放する弁として形成されていることが可能となる。この弁では、ノズルニードル９が開放のために両ピストン３，６と同じ方向に運動させられる。この場合、弁１の軸方向の寸法は公知先行技術に比べて著しく減少させることができる。なぜならば、カプラ室７だけでなく第２のピストン６も第１のピストン３の切欠き４内に配置されているからである。これによって、特にコンパクトなかつ僅かな重量を有する弁１を提供することができる。
【００２６】
以下に、図４につき本発明の第２実施例による弁１を説明する。この場合、同じ部材もしくは機能的に同じ部材は第１実施例と同じ符号で示してある。
【００２７】
第１実施例とは異なり第２実施例では、第２のピストン６とノズルニードル９とが１つの共通の構成ユニットとして設けられている。このためには、ノズルニードル９が第２のピストン６に溶接によって結合されている。このためには、第２のピストン６に貫通孔が設けられており、これによって、ノズルニードル９を、第２のピストン６の、カプラ室７に向けられたピストン面で溶接することができる（図４参照）。さらに、第２のピストン６も同じくポット状に形成されていて、これによって、ノズルばね１０のためのばね座を提供している。したがって、ノズルニードル９の戻りは第２のピストン６を介して行われる。図４に示したように、ノズルばね１０はその他方の側でハウジング１４に支持されている。さらに、このハウジング１４の、ノズルニードル９を有する領域は、同時に第１のピストン３および第２のピストン６のためのガイドエレメントを提供するように形成されている。図４には、ハウジング１４の、このブシュ状の延長部が符号８′で示してある。さらに、第２実施例の弁は第１実施例の弁にほぼ相当しているので、第２実施例に関する説明については、第１実施例に記載した説明を参照することができる。
【００２８】
図５には、本発明の第３実施例による、液体を制御するための弁１が示してある。この場合、同じ部材もしくは機能的に同じ部材は再び第１実施例と同じ符号で示してある。
【００２９】
前述した両実施例とは異なり、第３実施例による液圧的なカプラ２はピエゾアクチュエータ１３の行程の変換を提供しない。このことは、第２のピストン６の直径が、第１のピストン３に形成された切欠きの直径に相当していることによって達成される。これにより、液圧的なカプラ２によって構成部材の製造誤差の不都合な重畳および加算が生ぜしめられることを阻止することができる。さらに、第３実施例による弁は第２実施例にほぼ相当しているので、第３実施例に関する説明については、第２実施例に記載した説明を参照することができる。
【００３０】
したがって、本発明は、蓄圧噴射システムに用いられる、液体を制御するための弁１に関するものである。この弁１は液圧的なカプラ２とピエゾアクチュエータ１３とを有している。液圧的なカプラ２は、第１のピストン３と、第２のピストン６と、両ピストン３，６の間に配置されたカプラ室７とを有している。ピエゾアクチュエータ１３は第１のピストン３に結合されている。この第１のピストン３はほぼポット状に形成されている。この場合、第２のピストン６は第１のピストン３の切欠き４内に配置されている。カプラ室７は第２のピストン６と第１のピストン３の内側の底部領域５との間に配置されている。これによって、両ピストン３，６の運動方向の反転なしの、コンパクトに形成された液圧的なカプラ２を提供することができる。
【００３１】
本発明による実施例の前述した説明は図解目的のためだけに使用されるものであり、本発明の限定の目的のためには使用されない。本発明の枠内では、本発明の範囲ならびに本発明の等価を逸脱することなしに、種々異なる変更および修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による、液体を制御するための弁の概略的な断面図である。
【図２】図１に使用されたカプラの部分的な拡大断面図である。
【図３】カプラの戻しばねを支持するために使用された板の平面図である。
【図４】本発明の第２実施例による、液体を制御するための弁の概略的な断面図である。
【図５】本発明の第３実施例による、液体を制御するための弁の概略的な断面図である。
【符号の説明】
１  弁、  ２  カプラ、  ３  ピストン、  ４  切欠き、  ５  底部領域、  ６  ピストン、  ７  カプラ室、  ８  ガイドエレメント、  ８′  延長部、  ９  ノズルニードル、  １０  ノズルばね、  １１  カプラばね、  １２  板、１３  ピエゾアクチュエータ、  １４  ハウジング、  １５  ニードルガイド、  １６  ピストン面、  Ｄ１  直径、  Ｄ２  直径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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