JPH10252598A

JPH10252598A - 内燃機関のための燃料噴射弁

Info

Publication number: JPH10252598A
Application number: JP10055345A
Authority: JP
Inventors: Katsuoki Itoh; イトウカツオキ
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-03-10
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1998-09-22
Also published as: DE59710265D1; DE19709795A1; EP0864743A2; EP0864743A3; EP0864743B1

Abstract

(57)【要約】【解決手段】内燃機関のための燃料噴射弁であって、
弁体１内で軸方向移動可能な弁部材５を備えており、弁
部材がその一端に弁シール面７を備えており、弁部材が
この弁シール面により、噴射横断面の制御のために、弁
体に設けた弁座面９と協働しており、この弁座面からは
少なくとも１つの噴口１１が、補給すべき内燃機関の燃
焼室内へ導出されており、かつ、弁部材を軸方向に操作
する電気的なアクチュエータ２３が設けられており、こ
のアクチュエータが液圧的な作業室１９を介して弁部材
へ作用している。その場合に、弁部材の操作のための第
２の電気的なアクチュエータ２７が設けられており、こ
のアクチュエータが第１の電気的なアクチュエータ２３
に依存せずに起動制御される。【効果】極めて迅速かつ直接的な弁部材操作が可能
で、燃料噴射弁における噴口横断面ひいては噴射時期に
わたる噴射経過を最適に形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関のための燃
料噴射弁であって、弁体内で軸方向移動可能な弁部材を
備えており、この弁部材がその一端に弁シール面を備え
ており、弁部材がこの弁シール面により、噴射横断面の
制御のために、弁体に設けた弁座面と協働しており、こ
の弁座面からは少なくとも１つの噴口が、補給すべき内
燃機関の燃焼室内へ導出されており、かつ、弁部材を軸
方向に操作する電気的なアクチュエータが設けられてお
り、このアクチュエータが液圧的な作業室を介して弁部
材へ作用している形式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】ドイツ連邦共和国特許公開第１９５００
７０６号明細書から公知のこの種の燃料噴射弁では、ピ
ストン状の弁閉鎖部材が軸方向移動可能に弁体内に配置
されており、弁体はその自由端で、補給すべき内燃機関
の燃焼室内へ突入している。その場合、弁部材はその燃
焼室側端部に弁シール面を備えており、弁部材はこの弁
シール面により、噴射横断面の制御のために、弁体に設
けた弁座面と協働しており、弁座面からは１つの噴口が
内燃機関の燃焼室内へ導出されている。弁部材は電気的
なアクチュエータ、有利にはピエゾアクタ（Ｐｉｅｚｏ
ａｋｔｏｒ）とも呼ばれるピエゾ作動体により軸方向に
操作され、その際、ピエゾアクタの作動運動が液圧的な
作業室を介して弁部材へ伝達される。この場合、このこ
との有する利点は、例えばピエゾアクタの温度依存性の
変動を補償することができ、かつピエゾアクタの作動運
動を弁部材の大きな作動運動へ変換することができるこ
とにある。

【０００３】しかし、この公知の燃料噴射弁の欠点とす
るところは、ダイナミックな運転時に弁部材が過剰に振
動して反跳する可能性があり、このことが噴射弁の不所
望な開放を招くことにある。そのうえ、この公知の燃料
噴射弁ではピエゾアクタの固有振動が液圧的な増幅室を
介して弁部材へ伝達され、その結果、弁部材も振動し始
め、その結果、噴射の経過を過つ。この公知の燃料噴射
弁にはさらに、ピエゾアクタの戻し運動時に、液圧的な
作業室の急速な容積増大によって、この作業室内に存在
する燃料の圧力が蒸気圧以下に低下する可能性ひいては
キャビテーション障害の可能性を生じるという別の欠点
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記欠点を排
除することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、請求項１に記載のように、弁部材の操作のための第
２の電気的なアクチュエータが設けられており、このア
クチュエータが第１の電気的なアクチュエータに依存せ
ずに起動制御されることにより解決される。

【０００６】

【発明の効果】本発明の利点は、第２の電気的なアクチ
ュエータを使用することにより、極めて迅速かつ直接的
な弁部材操作が可能となり、このことにより、燃料噴射
弁における噴口横断面、ひいては噴射時期にわたる噴射
経過を最適に形成することができることにある。その
際、ピエゾアクタの機械的な補償もしくは温度補償並び
にピエゾアクタの作動運動の液圧的な増幅が液圧的な作
業室を介して行われる。この作業室はその場合２つの部
分室に分割されており、両方の部分室はそれぞれピエゾ
アクタの１つのピストンと弁部材とにより制限されると
共に絞り箇所を介して互いに分離されており、その結
果、ピエゾアクタに発生する振動が弁部材に伝達され
ず、かつ弁部材の過剰振動もしくは反跳が抑制される。
さらに、電気的なアクチュエータとその作動ピストンと
の分離によって、電気的なアクチュエータの迅速な戻し
時に負圧の発生が回避され、これにより、クチュエータ
は作動ピストンにより持上げられる。互いに逆方向で弁
部材に作用する２つの電気的なアクチュエータが使用さ
れると特に有利である。その理由は、このことにより、
極めて迅速かつ制御された開放行程の他に、弁部材の閉
鎖行程も極めて迅速かつ制御されて実施されることがで
きるからである。互いに反対方向に作用するこれらの電
気的なアクチュエータの使用により、弁部材の緩衝をも
得ることができる。その理由は、第１のピエゾアクタに
対して反対方向に作用する第２のピエゾアクタが液圧的
な作業室内にダイナミックな力補償を生ぜしめるからで
ある。弁部材に結合された弁ピストンが２部分から構成
され、それぞれの弁ピストン部分が、反対方向で弁部材
に作用する作業室を制限することにより別の利点が得ら
れる。その場合、両方のピストン部分の所定の間隔によ
り、弁部材の前行程が実現される。

【０００７】さらに、電気的なアクチュエータの所期の
段階的な作動運動により、弁部材の振動を抑制もしくは
減衰することができる。

【０００８】その場合、電気的なアクチュエータは選択
的に圧電的な又は磁気歪み式のアクタとして形成される
ことができる。さらに、電気的なアクチュエータにより
操作される燃料噴射弁は外向きに開く噴射弁、又は内向
きに開く噴射弁、例えばホールノズル又はピントルノズ
ルとして形成されることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に図示の３つの実施例につき内
燃機関のための本発明にもとづく燃料噴射弁を詳細に説
明する。

【００１０】内燃機関の本発明にもとづく燃料噴射弁の
第１実施例は弁体１を備えており、弁体の下方の自由端
は、補給すべき内燃機関の詳細には図示されていない燃
焼室内へ突入している。弁体１には軸方向の袋孔３が設
けられており、この袋孔内には、燃料噴射ポンプから導
出された噴射導管が開口している。さらに弁体１内に
は、ピストン状の弁部材５が軸方向移動可能に配置され
ており、この弁部材の下方の、燃焼室に近い方の端部が
弁シール面７を備えており、弁部材５はこの弁シール面
により、噴射横断面の制御のために、弁体１に設けた弁
座面９と協働している。この弁座面９は袋孔３の閉じて
いる端部に形成されている。この場合、弁座面９からは
２つの噴口１１が、補給すべき内燃機関の燃焼室内へ通
じてている。弁部材５は弁シール面７とは逆の側の端面
に横断面減少部を有していて環状肩１３を形成してお
り、この環状肩には、他方の側でケーシングに定置に支
持された弁ばね１５が係合しており、その結果、弁ばね
１５は弁部材５を弁座面９に当接せしめている。

【００１１】弁部材５は弁シール面７とは逆の側の端部
に、大きな横断面を有する弁ピストン１７を備えてお
り、この弁ピストンは弁部材５を軸方向に操作するため
に液圧的な作業室１９内へ突入しており、かつ弁座面９
に面した下方のピストン環状端面２１によりこの作業室
１９を制限している。弁部材５の操作のためにさらに２
つの有利にはピエゾアクタとして形成された電気的なア
クチュエータが設けられており、その第１のアクチュエ
ータ２３は、これに軸方向で当接した第１の作動ピスト
ン２５を介して同様に液圧的な作業室１９内に突入して
いる。第１のアクチュエータ２３に対して付加的にこれ
に対してずれて配置された第２のアクチュエータ２７が
設けられており、この第２のアクチュエータは同様に第
２の作動ピストン２９を介して液圧的な作業室１９内へ
突入している。その場合、液圧的な作業室１９は３つの
部分室３１，３３，３５に分割されており、その第１の
部分室３１が第１の作動ピストン２５により、かつその
第２の部分室３３が第２の作動ピストン２９により、か
つ第３の部分室３５が弁ピストン１７によりそれぞれ制
限されている。その場合、第３の部分室３５はそれぞれ
１つの絞り箇所３７を介して他方の両方の部分室３１，
３３に連通している。

【００１２】電気的なアクチュエータ２３，２７へ作動
ピストン２５，２９を常に確実に当接させるために、作
動ピストン２５，２９と、これらを案内するケーシング
との間に戻しばね４１が緊縮されており、戻しばねは作
動ピストン２５，２９を、液圧的な作業室１９から離反
する方向に負荷していてこれらの作動ピストンを電気的
なアクチュエータ２３，２７へ常に当接させている。

【００１３】内燃機関の本発明にもとづく燃料噴射弁の
図１に示された第１実施例は次のように作動する。閉じ
た燃料噴射弁の出発位置では、ピエゾアクタとして形成
された電気的なアクチュエータ２３，２７は無通電状態
に切換られており、かつ軸方向の最小の伸びを有してい
る。作動ピストン２５，２９は戻しばね４１によりアク
チュエータ２３，２７に当接されており、その結果、液
圧的な作業室１９内には基準圧しか形成されていない。
しかし、弁部材５に固定的に結合された弁ピストン１７
のピストン環状端面２１に弁部材５の開放方向で作用す
るこの基準圧は、弁部材５をその弁シール面７を介して
密に弁座面９に保持する弁ばね１５の閉鎖力に比して小
さく、その結果、噴口１１はこの弁シール面７により閉
鎖状態に保たれている。燃料噴射弁のところで噴射を行
う場合、アクチュエータ２３，２７が通電されてその長
さを伸長させる。その際、作動ピストン２５，２９が液
圧的な作業室１９へ向かって移動させられ、その結果、
液圧媒体が部分室３１，３３から絞り箇所３７を介して
第３の部分室３５内へ吐き出される。部分室３５内では
流入して来る液力的な圧力媒体が弁ピストン１７の環状
端面２１に作用し、この作動ピストン１７を弁ばね１５
の閉鎖力に抗して、弁座９から離反する方向へ移動せし
め、その結果、弁部材５が弁座面９から持ち上げられ、
高圧燃料により充填された袋孔３から噴口１１へ至る間
の流れ横断面を開放する。その際、弁部材５の振動は電
気的なアクチュエータ２３，２７の所期の段階的な運動
により減衰される。そのことのために、アクチュエータ
２３，２７の膨張作動運動が段階的にレリーズされ、そ
の際、一方のアクチュエータがそれぞれ他方のアクチュ
エータの直後に起動制御される。アクチュエータ２３，
２７作動運動相互の時間的なずれはその場合ほぼ数１０
μｓである。

【００１４】燃料噴射弁の噴射過程を終わらせるため
に、電気的なアクチュエータ２３，２７が改めて無通電
状態に切換られ、その結果、アクチュエータは極めて迅
速に、軸方向で短縮された出発位置へ戻される。その
際、電気的なアクチュエータ２３，２７の起動制御が改
めてわずかな時間的なずれで行われる。それぞれの作動
ピストン２５，２９は戻しばね４１の力により同様にア
クチュエータ２３，２７へ向かって押し戻され、その結
果、液圧的な作業室１９内の容積が迅速に増大し、これ
により圧力が減少して弁ばね１５の閉鎖圧を下回る。そ
の結果、弁部材５が弁ばね１５により改めて弁座面９に
当接するまで移動させられ、その結果、燃料噴射弁の開
放横断面が再び閉鎖され、噴射が終了する。その場合、
電気的なアクチュエータ２３，２７から作動ピストン２
５，２９が分離していることにより、作動ピストン２
５，２９の戻り運動が減速され、その結果、液圧的な作
業室１９内の圧力は蒸気圧より下には低下せず、それゆ
え、キャビテーション障害を引き起こす負圧域が生じな
い。このキャビテーションの回避はさらに、電気的なア
クチュエータ２３，２７の戻り速度を減速させることに
より、かつ液圧的な作業室１９内の系圧を液圧媒体の蒸
気圧以上に上昇させることにより助成されことができ
る。

【００１５】図２に示された第２実施例が図１に示す第
１実施例と異なる点は、２つの液圧的な作業室が設けら
れており、これらの作業室が、弁部材５の弁ピストン１
７をそれぞれ反対の作動方向で負荷すべく弁ピストン１
７により互いに離れるように制限されていることにあ
る。このことのために、２つの液圧的な作業室は１つの
共通の円筒状の室４３内に配置されており、この室４３
はこの室内に滑り案内された弁ピストン１７により第１
の上方の作業室４５と、第２の下方の作業室４７とに分
割されている。この場合、第１の上方の弁ピストン端面
４９が第１の上方の液圧的な作業室４５を、第２の下方
の弁ピストン端面２１が第２の下方の液圧的な作業室４
７を制限している。液圧的な作業室４５，４７はそれぞ
れ２つの部分室に分割されており、そのうちのそれぞれ
一方の部分室が電気的なアクチュエータ２３，２７の作
動ピストン２５，２９のところに、かつ他方の部分室が
弁ピストン１７のところに開口しており、かつこの場合
も部分室が絞り横断面３７を介して互いに連通してい
る。

【００１６】図２に示す第２実施例は次のように作動す
る。

【００１７】燃料噴射弁が閉じている状態の出発位置で
は、第１のアクチュエータ２３は軸方向で伸長してい
る。そのことのためには、制御電圧の供給により軸方向
に膨張するピエゾ素子が通電されていてもよく、又は制
御電圧の供給により収縮するピエゾ素子が無通電状態に
切換られていてもよい。第１のアクチュエータ２３の軸
方向の膨張により、第１の作動ピストン２５は第１の液
圧的な作業室４５へ向かって移動させられ、その際、第
１の作動ピストン２５のこの作動運動は作動ピストン１
７の上方の弁ピストン端面４９を介して弁部材５へ伝達
され、その結果、弁部材はその弁シール面７により密に
弁座面９に圧着させられる。第２のアクチュエータ２７
は燃料噴射弁の閉鎖状態では、軸方向の最小の伸びを有
するように切り変えられている。その際、第２の作動ピ
ストン２９は戻しばね４１によりアクチュエータ２７に
当接させられており、かつ第２の下方の液圧的な作業室
４７内で著しく上昇している。

【００１８】燃料噴射弁で噴射を行う場合、第１のアク
チュエータ２３はその軸方向の伸びを減少させるように
切換られる。それと同時に、第２のアクチュエータ２７
はその軸方向の伸びが増大するように切換られ、その結
果、第２の作動ピストン２９は第２のアクチュエータ２
７により第２の液圧的な作業室４７へ向かって移動させ
られる。第２の作動ピストン２９のこの作動運動は液圧
的に弁ピストン１７の下方のピストン環状端面２１へ伝
達され、その結果、弁部材５が弁座面９から持上られ
て、内燃機関の燃焼室内への噴射横断面を開放する。そ
の際、弁部材５の振動を回避するために、改めてアクチ
ュエータ２３，２７の段階的な起動制御により弁部材を
作動させることができ、その際、閉鎖方向で作用する作
動ピストン２５はそのつどアクチュエータ２３により短
時間だけ位置固定され、かつ同様に短時間だけ緩衝性の
対抗力を形成する。その際さらに、絞り箇所３７の絞り
効果によりアクチュエータ２３，２７の固有振動の伝達
が減衰される。

【００１９】図３に示す本発明にもとづく燃料噴射弁の
第３実施例が図２に示す第２実施例と異なる点は弁ピス
トン１７の構成にあり、この場合、弁ピストン１７は２
部分から構成されている。この場合、第１の上方のピス
トン部分６１はその上方の弁ピストン端面４９で、閉鎖
方向で弁部材５へ作用する上方の液圧的な作業室４５を
制限している。弁ピストン１７の第２の下方のピストン
部分６３はその下方のピストン環状端面２１で、内向き
に開く燃料噴射弁の弁部材５へ開放方向で作用する下方
の液圧的な作業室４７を制限している。両方のピストン
部分６１，６３は有利には上方のピストン部分６１に配
置されたピストンロッド６５により、所定の相互間隔を
おいて互いに当接可能であり、その際、ピストンロッド
６５と下方のピストン部分６３との間の自由な間隔によ
り、開放方向の弁部材５の前行程ｈｖが調整される。

【００２０】図３にアクチュエータ及び作動ピストンの
対応する戻しばねを省略して図示された燃料噴射弁は第
２実施例と同様に作動する。その場合、開放行程開始時
に第２のアクチュエータ２７が下方の液圧的な作業室４
７へ向かって移動する際に、弁部材５が極めて迅速な前
行程ｈｖを進む。この前行程では図示されていない弁ば
ね（図１の弁ばね１５参照）の力が克服されるだけでよ
い。前行程ｈｖだけ進んだ後に、下方の弁ピストン部分
６３は上方の弁ピストン部分６１に当接し、次いで別の
作動運動の経過で比較的大きな戻し力を克服しなければ
ならない。その際、前噴射につづく弁部材５の開放行程
経過は、第１の作動ピストン２５を操作するアクチュエ
ータ２３の適当な起動制御により作動される。その際、
両方のピストン部分６１，６３の作動運動相互の影響を
回避するために、液圧的な作業室４５，４７は弁ピスト
ン１７により有利に互いに分離されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】両方のピエゾアクタが同じ作動方向で１つの共
通の液圧的な作業室を介して弁部材へ作用する本発明の
第１実施例の略示図である。

【図２】両方の電気的なアクチュエータがそれぞれ逆の
作動方向で１つの共通の液圧的な作業室を介して燃料噴
射弁の弁部材に作用する本発明の第２実施例の略示図で
ある。

【図３】それぞれの電気的なアクチュエータに１つの別
個の液圧的な作業室が弁部材に対応して配置されている
本発明の第３実施例の略示図である。

【符号の説明】

１弁体、５弁部材、７弁シール面、９弁
座面、１１噴口、１７弁ピストン、１９液圧
的な作業室、２１弁ピストン環状端面、２３アク
チュエータ、２５作動ピストン、２７アクチュ
エータ、２９作動ピストン、３１，３３，３５部
分室、３７絞り横断面、４１戻しばね、４３
円筒形の室、４５，４７液圧的な作業室、６
１，６３ピストン部分、６５ピストンロッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関のための燃料噴射弁であって、
弁体（１）内で軸方向移動可能な弁部材（５）を備えて
おり、この弁部材がその一端に弁シール面（７）を備え
ており、弁部材（５）がこの弁シール面により、噴射横
断面の制御のために、弁体（１）に設けた弁座面（９）
と協働しており、この弁座面からは少なくとも１つの噴
口（１１）が、燃料を供給しようとする内燃機関の燃焼
室内へ導出されており、かつ、弁部材（５）を軸方向に
操作する電気的なアクチュエータ（２３）が設けられて
おり、このアクチュエータが液圧的な作業室（１９）を
介して弁部材（５）へ作用している形式のものにおい
て、弁部材（５）の操作のための第２の電気的なアクチ
ュエータ（２７）が設けられており、このアクチュエー
タが第１の電気的なアクチュエータ（２３）に依存せず
に起動制御されることを特徴とする内燃機関のための燃
料噴射弁。
【請求項２】液圧的な作業室（１９）が、弁部材
（５）に結合された弁ピストン（１７）と、電気的なア
クチュエータ（２３，２７）に結合された作動ピストン
（２５，２９）とにより制限されており、その場合、作
動ピストン（２５，２９）と弁ピストン（１７）とに境
を接した、液圧的な作業室（１９）の室がそれぞれ部分
室（３１，３３，３５）を形成しており、これらの部分
室が絞り横断面（３７）により互いに区切られている請
求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】弁ピストン（１７）が直に弁部材（５）
に結合されており、かつ、作動ピストン（２５，２９）
が液圧的な作業室（３１，３３）とは逆の側の端面で、
戻しばね（４１）によりそれぞれの電気的なアクチュエ
ータ（２３，２７）に当接されている請求項２記載の燃
料噴射弁。
【請求項４】電気的なアクチュエータ（２３，２７）
がピエゾ作動体として形成されている請求項１記載の燃
料噴射弁。
【請求項５】第１及び第２のアクチュエータ（２３，
２７）が同じ作動方向で液圧的な作業室（１９）を介し
て弁部材（５）の弁ピストン（１７）に作用している請
求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項６】２つの液圧的な作業室（４５，４７）が
設けられており、これらの作業室が、弁部材（５）をそ
れぞれ逆の作動方向に負荷するように弁ピストン（１
７）により互いに区切られている請求項２記載の燃料噴
射弁。
【請求項７】２つの液圧的な作業室（４５，４７）が
１つの共通の円筒形の室（４３）内に配置されており、
この室がその内部で滑動的に案内された弁ピストン（１
７）により第１の上方の液圧的な作業室（４５）と、第
２の下方の液圧的な作業室（４７）とに分割されてお
り、その場合、第１の上方の弁ピストン端面（４９）が
第１の上方の液圧的な作業室（４５）を、かつ第２の下
方の弁ピストン端面（２１）が第２の下方の液圧的な作
業室（４７）を制限している請求項６記載の燃料噴射
弁。
【請求項８】液圧的な作業室（４５，４７）がそれぞ
れ２つの部分室に分割されており、それぞれ一方のその
部分室が電気的なアクチュエータ（２３，２７）の作動
ピストン（２５，２９）に開口しており、かつ他方の部
分室が弁ピストン（１７）に開口しており、かつ、両部
分室が絞り横断面を介して互いに連通している請求項７
記載の燃料噴射弁。
【請求項９】弁ピストン（１７）が２部分から構成さ
れており、かつ第１の上方のピストン部分（６１）によ
り第１の上方の液圧的な作業室（４５）を、かつ第２の
下方のピストン部分（６３）により第２の下方の液圧的
な作業室（４７）を制限しており、その場合、両方のピ
ストン部分（６１、６３）が有利には一方のピストン部
分に固定されたピストンロッド（６５）を介して互いに
当接可能である請求項６記載の燃料噴射弁。