JP2000517027A - 液体を制御するための弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 弁操作のために、液体で充填されたダイヤフラムアクチュエータ（２５）と協働する、液体を制御するための弁が提案される。ダイヤフラムアクチュエータ（２５）に設けた連結室（２６）が、隔壁として働く２つのダイヤフラム（２８，２９）によりシールされている。ダイヤフラムアクチュエータ（２５）に圧力を作用させることにより生じる液体損失を補償するために充填弁（３４）が設けられており、この充填弁は両ダイヤフラム（２８，２９）の一方のダイヤフラム（２９）の領域内に配置されている。この充填弁（３４）を介して、制御弁（２１）の閉鎖段階においてダイヤフラムアクチュエータ（２５）の再充填が保証されている。このような充填により、ピエゾアクチュエータ（２４）の長さ変化、弁の長さ変化又は弁ケーシングの長さ変化を補償することもできる。本弁は自動車の内燃機関に用いられる燃料噴射装置において使用されるものである。

Description

【発明の詳細な説明】 液体を制御するための弁 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、液体を制御するための弁に 関する。このような形式の弁はヨーロッパ特許出願公開第０４７７４００号明細 書に基づき公知である。この公知の弁では、弁部材の操作ピストンが、段付孔の 減径された孔部分に密に摺動可能に配置されており、これに対してピエゾアクチ ュエータにより運動させられる、直径の大きい方のピストンは、段付孔の直径の 大きい方の孔部分に配置されている。両ピストンの間にはハイドロリック的な、 つまり液圧的な室が緊締されており、この場合、直径の大きい方のピストンがア クチュエータによって所定の距離だけ運動さらせれると、弁部材の操作ピストン が段付孔直径の伝達比分だけ増大させられた距離だけ運動させられるようになっ ている。弁部材と、操作ピストンと、直径の大きい方のピストンと、ピエゾアク チュエータとは、１つの共通の軸に沿って相前後して配置されている。 このような弁において生じる問題は、ピエゾアクチュエータの長さ変化、弁の 長さ変化又は弁ケーシングの長さ変化を、液圧的な連結室（以下、簡略的に「圧 力室」と呼ぶ）によって補償することにある。弁を開放するためにピエゾアクチ ュエータが圧力室内に圧力を形成するので、この圧力は圧力室内の液体の損失を 招く。このようなポンプ作用に基づく圧力室の排出を阻止するためには、圧力室 の再充填が必要である。この問題を解決する装置は、たしかに既に公知である（ ヨーロッパ特許出願公開第０４７７４００号明細書）が、しかしこの公知の構成 では、後充填を監視するための弁も設けられていないし、貯え手段があとから提 供され得るものであるのかどうかも言及されていない。 発明の利点 請求項１の特徴部に記載の本発明による弁には、従来のものに比べて、圧力室 、つまり液圧的な連結室が液体損失を受けないという利点がある。これにより、 ピエゾアクチュエータ、弁又は弁ケーシングがその長さを例えば加熱時に変化さ せた場合でも、装置全体の不都合な長さ変化が回避される。さらに、本装置は単 純な構造を有しており、確実でかつ信頼性の高いシールが提供される。 図面 以下に、本発明の複数の実施例を図面につき詳しく説明する。 第１図は燃料噴射弁の断面図であり、 第２図は液体補充用の充填弁を備えた増圧器の第１ 実施例を示す断面図であり、 第３図は液体補充用の充填弁を備えた増圧器の第２実施例を示す断面図であり 、 第４図は同じく液体補充用の充填弁を備えた増圧器の第３実施例を示す断面図 である。 実施例の説明 本発明による弁は第１図に主要構成部分を示した燃料噴射弁において使用され る。この燃料噴射弁は弁ケーシング１を備えており、この弁ケーシング１に設け られた長手方向孔２内には、弁ニードル３が案内されている。弁ニードルはその 一方の端部に円錐状のシール面４を備えており、このシール面４は弁ケーシング １の、燃焼室内に突入した先端５で弁座と協働する。この弁座からは噴射開口が 導出されており、この噴射開口は燃料噴射弁の内室を、つまりこの場合には弁ニ ードル３を取り囲みかつ噴射圧下にある燃料で充填された環状室７を、燃焼室に 接続する。これにより、弁ニードル３が弁座から持ち上げられると、燃料噴射が 実施される。環状室７は別の圧力室８に接続されており、この圧力室８は常に圧 力管路１０に接続されている。この圧力管路１０を介して、燃料高圧アキュムレ ータ（図示しない）から燃料噴射弁に噴射圧下にある燃料が供給される。この高 い燃料圧は圧力室８にも導入され、圧力室８内で受圧肩部１１に作用する。適当 な条件が満たされると、この受圧肩部１１を介して弁 ニードル３を公知の形式で弁座から持ち上げることができる。 弁ニードル３の他方の端部は円筒孔１２内に案内されており、この円筒孔１２ 内で弁ニードル３の端面１４が制御圧力室１５を取り囲んでいる。この制御圧力 室１５は絞り接続部１６を介して常に環状室１７に接続されている。この環状室 １７は圧力室８と同様に常に燃料高圧アキュムレータに接続されている。軸方向 では制御圧力室１５から絞り孔１９が導出されていて、この絞り孔１９は本発明 による構成において制御弁２１の弁座２０に通じている。この弁座２０は制御弁 ２１の弁部材２２と協働する。この弁部材２２は弁座２０から持ち上げられた状 態で、制御圧力室１５とばね室１８との間に接続を形成する。このばね室１８は 常に放圧室に接続されている。ばね室には、弁部材２２を閉鎖方向に負荷する圧 縮ばね２３が配置されている。すなわち、圧縮ばね２３は弁部材２２を弁座２０ に向けて負荷しているので、制御弁２１の標準位置では制御圧力室１５とばね室 との間の接続部は閉鎖されている。制御圧力室１５の領域に位置する弁ニードル ３の端面側の面は受圧肩部１１の面よりも大きく形成されているので、制御圧力 室１５内の、圧力室８内に形成されている燃料圧と同じ燃料圧はこの場合、弁ニ ードル３を閉鎖位置に保持する。しかし、弁部材２２が弁座から持ち上げられる と、絞り接続部１６を介し て離隔されている制御圧力室１５内の圧力が放圧される。これにより閉鎖力が消 失して弁ニードル３は迅速に開く。他方において、弁部材２２が再び閉鎖位置に 達するやいなや、弁ニードル３を閉鎖位置にもたらすことができる。その場合、 この時点から絞り接続部１６を介して最初の高い燃料圧が迅速に制御圧力室１５ 内に再び形成される。 第２図から分かるように、本発明による弁は操作部材として圧電効果を利用し たピエゾアクチュエータ２４を有しており、このピエゾアクチュエータ２４は、 ハイドロリック的な、つまり液圧的な連結室２６を有するダイヤフラムアクチュ エータ２５を介して弁部材２２の軸部２７に作用する。 ダイヤフラムアクチュエータ２５は本発明の構成では種々様々に形成されてい てよい。第２図に示した実施例ではダイヤフラムアクチュエータ２５が隔壁とし て、それぞれ１つの環状エンボス加工部を備えた２つのダイヤフラム２８，２９ を備えており、これらのダイヤフラムのうちの、弁部材２２の軸部２７寄りのダ イヤフラム２９は中央に貫通孔３０を備えている。貫通孔３０の領域内ではダイ ヤフラム２９が環状板３１に密にかつ固く結合されており、この環状板３１の孔 縁部は充填弁３４の閉鎖部材３３のための弁座３２として規定されている。閉鎖 部材３３は軸部２７の上端部に設けられている。軸部２７には環状体３５がしば り嵌めにより被せられており、この環状体３５は圧縮ばね２３のばね受けとして 働く。さらに環状体３５は、ケーシング固定のストッパ肩３６へ当接することに より弁部材２２の弁行程を規定している。 ダイヤフラムアクチュエータ２５の、ピエゾアクチュエータ２４寄りのダイヤ フラム２８には、ピエゾアクチュエータ２４に固定されたアクチュエータピスト ン３８の球状の端部３７が十分に接触している。両ダイヤフラム２８，２９の間 で外側に位置する緊定壁３９は貫通孔４０を備えている。この貫通孔４０の内壁 はダイヤフラム２８，２９の転動を保証するために丸みを有している。 作用形式 ピエゾアクチュエータ２４を使用した弁の作動時には、ピエゾアクチュエータ ２４の長さ変化、弁自体の長さ変化又は弁ケーシング１の長さ変化を補償するこ とが必要である。この目的のためには液圧的な連結室２６が役立つ。またそれと 同時に、この液圧的な連結室２６によって、ピエゾアクチュエータ２４の行程運 動が増圧される。すなわち、連結室２６は同時に押圧部材としても、長さ補正器 としても働くわけである。 ピエゾアクチュエータ２４がオンに切り換えられるたびに、連結室２６内には 圧力上昇が生じる。この圧力は弁部材２２の軸部２７に下向きの力を生ぜしめる ので、弁部材２２が開く。しかし、ウェブにおける圧 力はシールギャップを介して連結室２６内の液体の液体損失をも招く。このよう なポンプ作用に基づく連結室２６の排出を阻止するためには、連結室２６が後充 填されなければならない。このような後補充は、ピエゾアクチュエータ２４がオ フに切り換えられると行われる。その場合、弁部材２２は対応する弁座２０によ って受け止められ、軸部２７の他方の側では弁座３２が閉鎖部材３３から持ち上 げられる。ダイヤフラムのプレロード力もしくは予荷重力は開放圧を規定してお り、この開放圧が超えられると、ダイヤフラム２９が閉鎖部材３３から持ち上げ られる。このプレロード力もしくは予荷重力は極めて小さく設定されていなけれ ばならず、例えば１ｂａｒの開放差圧で３Ｎでなければならない。すなわち、ダ イヤフラム２９のばね剛性も小さく設定されていなければならない。このことは 、行程運動に抗する対向力をあまり生ぜしめないようにするためにも重要である 。 開放された充填弁３４を介して、液体で充填されたばね室１８から液圧的な連 結室２６内へ液体が流入し、この場合、圧力バランスが生ぜしめられることによ り、発生した液体損失を補償する。下方のダイヤフラム２９が連結室２６内に生 じる押圧力を直接に弁部材２２へ伝達しなければならないので、このダイヤフラ ム２９はその中央で環状板３１により補強されている。 第２図の実施例では閉鎖部材３３が円錐状に形成されている。しかし第３図か ら分かるように、充填弁４１の閉鎖部材４２は球区分の形のヘッド４３で球状に 形成されていてもよい。弁座４４を形成する環状板４５は円錐状又は凹面状の孔 を有していてよい。 第４図には充填弁４６のさらに別の実施例が示されている。この場合、環状板 ４７はダイヤフラム２９に溶接されていて、軸部４８の端面のための平座を形成 している。環状板４７とダイヤフラム２９とには、やはり貫通孔３０’が形成さ れており、この貫通孔３０’は軸部４８の端面により閉鎖され得る。これにより 軸部４８は弁部材の機能において環状板４７と共に平座弁を形成しており、この 平座弁は第２図及び第３図に示した弁の構成と比較可能な機能を有している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｋ 31/02 Ｆ１６Ｋ 31/02 Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液体を制御するための弁であって、ダイヤフラムアクチュエータ（２５） を介して操作可能な弁部材（２２）が設けられていて、該弁部材（２２）が、圧 縮ばね（２３）によって閉鎖方向で弁座（２０）へ負荷されており、ダイヤフラ ムアクチュエータ（２５）が、連結室（２６）の可動壁を形成しており、該連結 室（２６）がその他方の側でピエゾアクチュエータ（２４）のアクチュエータピ ストン（３８）によって仕切られており、該アクチュエータピストン（３８）の 運動によって連結室（２６）内に圧力上昇が生ぜしめられるようになっており、 該圧力上昇により弁部材（２２）が圧縮ばね（２３）の力に抗して開放方向に移 動可能である形式のものにおいて、連結室（２６）が、ダイヤフラムを装備した 充填弁（３４，４１，４６）を備えており、該充填弁を介して連結室（２６）内 の漏れ損失が補償可能であることを特徴とする、液体を制御するための弁。 ２．連結室（２６）が、弁部材（２２）の側でダイヤフラム（２９）によって 仕切られており、該ダイヤフラム（２９）に貫通孔（３０）が設けられており、 該貫通孔（３０）が、弁部材（２２）に結合された閉鎖部材（３３，４２）によ って閉鎖可能であり、前記貫通孔（３０）が開放されるようになっている、請求 項１記載の弁。 ３．前記ダイヤフラム（２９）が環状エンボス加工部を備えている、請求項２ 記載の弁。 ４．閉鎖部材（３３，４２）が、弁部材（２２）の軸部（２７，４８）の一部 として形成されており、前記ダイヤフラム（２９）を支持するために、該ダイヤ フラム（２９）に直接に接触する環状板（３１，４５，４７）が設けられている 、請求項２又は３記載の弁。 ５．弁部材（２２）の開放行程が、該弁部材（２２）の軸部（２７，４８）に しばり嵌めにより被せられた、ケーシングに設けられたストッパ肩と協働する環 状体（３５）によって制限されている、請求項１から４までのいずれか１項記載 の弁。 ６．ダイヤフラムアクチュエータ（２５）が、ピエゾアクチュエータ（２４） のアクチュエータピストン（３８）に対して、やはりダイヤフラム（２８）によ って仕切られている、請求項１から５までのいずれか１項記載の弁。