JP2003049747A - 内燃機関の噴射弁を制御する電磁弁 - Google Patents
内燃機関の噴射弁を制御する電磁弁Info
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Abstract
弁を提供する。 【解決手段】 内燃機関の噴射弁を制御する電磁弁であ
って、ケーシング部分39と、マグネットコイル32及
びマグネットコア33を備えた電磁石29と、該電磁石
と弁座24との間において軸方向可動でかつ弁ばね31
によって負荷されている可動子27と、該可動子と共に
運動しかつ弁座24と共働して燃料通路17を開閉する
ために働く制御弁部材22,25とが設けられている形
式のものにおいて、可動子27が機械的なガイド手段か
ら自由に半径方向可動に、ケーシング部分39内に配置
されている。
Description
を制御する電磁弁であって、ケーシング部分と、マグネ
ットコイル及びマグネットコアを備えた電磁石と、該電
磁石と弁座との間において軸方向可動でかつ弁ばねによ
って負荷されている可動子と、該可動子と共に運動しか
つ弁座と共働して燃料通路を開閉するために働く制御弁
部材とが設けられている形式のものに関する。
865号明細書に基づいて公知の上記形式の電磁弁は、
噴射弁、例えばコモンレール噴射装置のインジェクタの
噴射弁の制御圧室内における燃料圧を制御するために使
用される。このような噴射弁では、制御圧室における燃
料圧を介して弁ピストンの運動が制御され、この弁ピス
トンによって噴射弁の噴射開口が開閉される。公知の電
磁弁は、ケーシング部分内に配置された電磁石と、滑り
部材内において案内されていて閉鎖ばねによって負荷さ
れている軸方向可動の可動子と、この可動子と共に運動
する制御弁部材とを有しており、この制御弁部材は電磁
弁の弁座と共働して、制御圧室からの燃料流出を制御す
る。可動子は可動子プレートと可動子ピンとを有してお
り、この可動子ピンは、滑り部材の、孔として形成され
た機械式のガイド内において摺動可能に支承されてい
る。
保証するために、滑り部材は高い精度をもって製造され
ねばならない。滑り部材による機械式の可動子案内は、
摩擦損失を生ぜしめ、このような摩擦損失は系全体の設
計時に考慮しなくてはならない。さらに電磁弁のケーシ
ング部分内への滑り部材の組込みは、機械的に実に面倒
なもしくは高価な全体構造を必要とする。
は、冒頭に述べた形式の電磁弁を改良して、構成を単純
化し、製造を簡単化することができ、しかも機能確実に
働く電磁弁を提供することである。
に本発明の構成では、可動子が機械的なガイド手段から
自由に半径方向可動に、ケーシング部分内に配置されて
いるようにした。
知のものに比べて、主として次のような利点がある。す
なわち本発明による電磁弁では、従来使用されていた滑
り部材を節約することができ、ひいてはこれに関連した
製造及び作業ステップを省くことができる。可動子を案
内する滑り部材を省くことによって、電磁弁の開閉時に
おける機械的な可動子ガイドに起因する摩擦損失が回避
される。また別の利点としては、滑り部材の省略によっ
て、可動子の構成を著しく簡単化し、かつ機能を最適化
できるということが挙げられる。さらに簡単化された構
造によって、電磁弁の動的な特性のばらつきが減少し、
その結果系全体の確実性が高められる。さらにまた、電
磁弁の製造時における著しいコストの節減という利点も
得られる。従って滑り部材の節減のみならず、可動子を
も簡単かつ安価に構成することができ、例えば単純な打
抜き部材として製造することが可能である。
は、請求項2以下に記載されている。
成されていて、該可動子プレートが、電磁石とは反対側
の面で直接、制御弁部材に作用するように構成されてい
ると、可動子の特に扁平な構造形式を得ることができ
る。そして電磁弁の閉鎖位置において閉鎖ばねによって
可動子に伝達される傾倒モーメントは、著しく減じら
れ、有利である。
御弁部材とが別体の部材として製造されており、その結
果可動子プレートが半径方向において制御弁部材に対し
て相対的にシフト可能であり、しかもこの際に、制御弁
部材が弁座に対するその中心ポジションから強制的にシ
フトされることはない。そしてこれによって、弁座のそ
ばで制御弁部材が側部で当接すること及び弁座内に摩擦
損失を伴って滑入することは、十分に回避される。
磁石への給電時に半径方向において、その際に可動子に
作用する磁気抵抗力によって、電磁石の中心軸線に対し
て同心的なポジションに方向付け可能である。このこと
を達成するために有利な構成では、可動子とマグネット
コアとがその互いに向けられた極面に、それぞれの中心
軸線の周りに同心的に配置されたジオメトリ構造を有し
ており、該ジオメトリ構造が、電磁石への給電時に共働
して、可動子が同心的なポジションに方向付けられるよ
うになっている。
子の中心軸線が、燃料通路に対して同心的に配置されて
いると、可動子に作用する傾倒モーメントをさらに減じ
ることができる。そして電磁弁の閉鎖時に可動子はその
同心的なポジションから制御弁部材に真ん中で当接する
ので、電磁弁の閉鎖状態において制御弁部材は燃料通路
に対して同心的に弁座に接触し、傾倒モーメントは減じ
られる。
実施の形態を説明する。
ており、この燃料噴射弁は、特に、高圧フィードポンプ
によって高圧燃料を連続的に供給される燃料高圧アキュ
ムレータを備えたディーゼル燃料用のコモンレール系
の、燃料噴射装置において使用するためのものである。
燃料噴射弁は、長手方向孔5を備えた弁ケーシング4を
有しており、長手方向孔5内には、弁ピストン6が配置
されていて、この弁ピストン6は図1に示されていない
端部で、ノズル体内に配置された弁ニードルに対して作
用する。弁ニードルは圧力室内に配置されており、この
圧力室には、圧力孔を介して高圧下にある燃料が供給さ
れる。弁ピストン6の開放行程運動時に弁ニードルは、
弁ニードルの圧力肩部に常に作用する圧力室内の燃料高
圧によって、図示されていないばねの閉鎖力に抗して持
ち上げられる。この際の圧力室と接続された噴射開口を
通して、内燃機関の燃焼室内への燃料の噴射が行われ
る。弁ピストン6の降下によって弁ニードルは、閉鎖方
向で噴射弁の弁座内に押し込まれ、噴射過程が終了す
る。弁ピストン6は弁ニードルとは反対側の端部で、シ
リンダ孔11内において案内され、このシリンダ孔11
は、弁ケーシング4に挿入されている弁部材12に設け
られている。シリンダ孔11内において弁ピストン6の
端面は制御圧室14を閉鎖しており、この制御圧室14
は供給通路を介して、図示されていない燃料高圧接続部
と接続されている。供給通路はほぼ3つの部分から形成
されている。弁部材12の壁を半径方向に貫いて延びて
いて、内壁がその長さの一部において供給絞り15を形
成している孔は、弁部材12の周囲を取り囲んでいるリ
ング室16と常に接続されており、このリング室16は
同様に燃料高圧接続部と常に接続されている。供給絞り
15を介して制御圧室14は、高圧アキュムレータ内に
おける高い燃料圧にさらされている。弁ピストン6に対
して同軸的に制御圧室14からは、弁部材12内を延び
ている孔が分岐しており、この孔は、排出絞り18を備
えた燃料排出通路17を形成している。この燃料排出通
路17は、図1に示されていない燃料低圧接続部と接続
されている。弁部材12からの燃料排出通路17の出口
は、弁部材12の端面の円錐形に凹んだ部分21の領域
に設けられている。弁部材12は図示の実施例では、相
互(wechselseitig)の2つの緊締肩部を備えた緊締エ
レメント23を用いて、電磁弁のケーシング部分39と
一緒に、ねじ部材7を介して弁ケーシング4内において
緊締されている。そのために弁部材12は環状のフラン
ジ13を有しており、このフランジ13は弁ケーシング
4のリング状の肩部47に載っている。フランジ13は
緊締エレメント23と弁ケーシング4との間において緊
締される。緊締エレメント23の、弁ケーシング4とは
反対側の他方の肩部には、調節円板48が接触してい
る。電磁弁のケーシング部分39は環状の縁部区分で調
節円板48に載っている。ねじ部材7は緊締肩部で電磁
弁ケーシング39に接触していて、弁ケーシング4に螺
合される。図示の実施例では、ただ1つのねじ部材7に
よって電磁弁ケーシング39は、弁ケーシング4に固定
され、かつ同時に弁部材12を緊締している。
ており、この弁座24とは、噴射弁を制御する電磁弁の
制御弁部材22,25が共働する。制御弁部材22,2
5は弁球25と、該弁球25を受容するソケット部分2
2との2部分から形成されていて、可動子27と連結さ
れており、この可動子27は電磁弁の電磁石29と共働
する。可動子を制御弁部材22,25と一体的に形成す
ることも可能ではあるが、図示の有利な実施例では、可
動子27と制御弁部材22,25とは別体の部材として
形成されている。ソケット部分22の、弁球25とは反
対の側は、可動子27のための平らな接触面として形成
されている。可動子27は一体的に、かつほぼ真円形で
円板状の可動子プレートとして形成されている。可動子
プレートは、電磁石29に向けられた極面37と、該極
面37とは反対側の平らな面36とを有しており、この
面36は直接、制御弁部材のソケット部分22に作用す
る。可動子27の極面37の中心からはピン35が鉛直
方向に突出しており、このピン35は電磁石29の切欠
き10内に係合していて、この切欠き10内にはさらに
閉鎖ばね31も配置されており、この閉鎖ばね31はピ
ン35に支持されている。可動子27と、この可動子2
7に連結された制御弁部材22,25とは、ケーシング
不動に支持される閉鎖ばね31によって常に閉鎖方向で
負荷されており、従って制御弁部材22,25は通常は
閉鎖位置において弁座24に接触している。電磁石29
が励起されると、可動子27は軸方向において弁座24
から引き離され、排出通路17は放圧室19に向かって
開放される。
はマグネットコイル32とマグネットコア33とを有し
ている。マグネットコア33はその極面38にリング状
の切欠き41を有しており、この切欠き41内にマグネ
ットコイル32が配置されている。マグネットコイルの
接続部34はマグネットコア33を貫いて外方に案内さ
れている。切欠き41によってマグネットコアの極面3
8は、内側の円形リング状の極面区分45と外側の円形
リング状の極面区分44とに分割されており、この両極
面区分44,45は、図3から最も良く分かるように、
可動子プレートの極面に向けられている。電磁石が給電
されると、極面区分44と可動子の極面37との間の間
隙及び、可動子の極面37とマグネットコアの極面区分
45との間の間隙を介して、閉じられた磁気回路が形成
される。マグネットコア33の極面と可動子プレートの
極面38との間には、マグネットコア33における可動
子のいわゆる磁気による接着を回避するために、最小間
隔が維持されねばならない。このことは、図3に示され
ているように、例えば可動子プレートの極面37におけ
る磁気非透過性材料から成る層26によって達成するこ
とができる。例えばこの層26はクローム又はテフロン
(登録商標)から製造することができる。そしてこの層
はろう接、溶接、接着又はその他の適宜な形式で可動子
と結合可能である。また、可動子27の極面38とマグ
ネットコア33との間に単数又は複数のスペーサ円板を
挿入することも可能である。可動子プレートとマグネッ
トコアとの間における最小間隔を維持するための別の可
能性としては、可動子に、極面37から突出する構造パ
ターン(例えば小突起(Noppen))を設けることがあ
り、このような構造パターンは電磁石に支持されている
か又は、電磁石内に設けられたスリーブに支持されてい
る。さらに、例えば可動子プレートが、電磁石内に設け
られていてマグネットコア33の極面38から突出して
いるスリーブに接触するようになっていてもよい。
に電磁弁30によって制御される。既に述べたように、
可動子27は常に閉鎖ばね31によって閉鎖方向に負荷
されているので、制御弁部材25は電磁石の励磁されて
いない場合には閉鎖位置において弁座24に接触してお
り、かつ制御圧室14は放圧側19に対して閉鎖されて
いる。その結果制御圧室14では、供給通路を介して極
めて迅速に、燃料高圧アキュムレータにおいても存在し
ている高い圧力が形成される。制御圧室14内における
圧力は弁ピストン6及び、該弁ピストンに結合されてい
る弁ニードルに対して閉鎖力を生ぜしめ、この閉鎖力
は、他方において存在する高圧に基づいて開放方向に作
用する力よりも大きい。制御圧室14が電磁弁の開放に
よって放圧側19に向かって開放されると、制御圧室1
4の僅かな容積内における圧力は極めて迅速に消滅す
る。それというのは制御圧室14は、供給絞り15を介
して高圧側から遮断されているからである。その結果、
弁ニードルにおける燃料高圧に基づいて弁ニードルに対
して開放方向で作用する力が上回るので、弁ニードルは
上方に向かって運動し、この場合少なくとも1つの噴射
開口が噴射のために開放される。電磁弁30が燃料排出
通路17を閉鎖すると、制御圧室14における圧力は、
供給通路15を介して流れる燃料によって再び形成され
ることができ、その結果本来の閉鎖力が発生して、燃料
噴射弁の弁ニードルを閉鎖する。
燃料噴射弁の可動子27は電磁弁のケーシング部分39
内において、機械的な案内によて阻止されることなく、
半径方向において運動することができる。可動子27の
半径方向運動時に、可動子プレートの面36はソケット
部分22に沿って滑動することができる。電磁弁の閉鎖
時に、閉鎖ばね31は可動子27と制御弁部材22,2
5とを弁座24に向かって押圧し、この際に機械的に案
内されていない可動子プレートは、ソケット部分22に
偏心して当接すると、幾分傾倒することがある。しかし
ながら半径方向において可動子プレートが幾分ずれたと
しても、制御弁部材25は常に確実に弁座24内に押し
込まれる。可動子27が円板状の可動子プレートとして
扁平に形成されていることによって、この場合の傾倒モ
ーメントは、可動子プレートから突出している可動子ピ
ンを備えたT字形の可動子に比べて、さらに著しく減じ
られる。
いる。図2に示された電磁弁の基本構造は図1に示され
た実施例と同様である。ゆえに同一部材は同一符号で示
されている。図面から分かるように、この場合プレート
状の可動子27は、図1の実施例とは異なり、電磁石に
向けられた側において真ん中に切欠き40を有してお
り、この切欠き41には閉鎖ばね31が係合している。
閉鎖ばね31の係合ポイントはここでは特に、制御弁部
材の球25の近くに位置しているので、電磁弁閉鎖時に
可動子に対して作用する傾倒モーメントはさらに減じら
れる。さらに弁部材12は別体の螺合可能な緊締部材2
3を用いて弁ケーシング4内において緊締されている。
電磁弁ケーシング39はねじ部材7によって中間円板4
8を介して直接、弁ケーシング4に固定される。扁平な
可動子にもかかわらず緊締部材23のために十分な空間
を得るために、弁部材の電磁石に向けられた端面12
は、円錐台形状の区分20を有しており、この区分20
はフランジ13によって取り囲まれている。弁座24は
円錐台形状の区分20の真ん中に設けられている。図面
から分かるように、円錐台形状の面20を取り囲む室
は、弁部材12のフランジ13に接触する緊締ナット2
3のための受容部を形成する。可動子27と電磁石29
との間における最小間隔は、非磁性材料による可動子の
被覆によって達成される。
プレートが磁気抵抗力を用いてセンタリングされるよう
になっており、このようになっていると、制御弁部材へ
の衝突時における可動子プレートの偏心及びそれに基づ
く可動子プレートの傾倒を回避することができる。これ
は次のことによって達成することができる。すなわちこ
の場合、可動子27及び電磁石29のマグネットコア3
3が所定のジオメトリ構造(geometrische Struktur)
を備えていて、両方のジオメトリ構造が電磁石29への
給電時に共働して、可動子27が中心のポジションに方
向付けられ、このポジションにおいて可動子27の中心
軸線45は電磁石の中心軸線30に対して同軸的に延び
る(中心軸線45と中心軸線30とは一直線上に位置す
る)。このことには次のような利点、すなわち可動子プ
レートが電磁弁の開放時に常にセンタリングされ、電磁
石への給電の遮断時における電磁弁の閉鎖時には、中心
のポジションから制御弁部材に当接するという利点があ
る。このようなジオメトリ構造は、図1に示された電磁
弁においても図2に示された電磁弁においても設けるこ
とができる。図2においてジオメトリ構造は符号41,
42によって示されており、図3には拡大図で示されて
いる。
ネットコア33とコイル32とを有している。マグネッ
トコア33はその中心軸線30に対して同心的に延びて
いる溝状の切欠き41を備えており、この切欠き41内
にはコイル32が挿入されている。切欠き41によって
マグネットコア33の極面38は、外側のリング状の極
面区分44と内側の極面区分45とに分割される。この
実施例における特殊性は切欠き42にあり、この切欠き
42は可動子27の、マグネットコア33に向けられた
極面37に、可動子の中心軸線45に対して同心的に設
けられている。同様にリング状のこの切欠き42は、環
状の溝の形をしており、マグネットコア33の切欠き4
1とほぼ等しい外径及び内径を有していて、ひいては等
しい幅dを有している。互いに対向して位置している切
欠き41,42は磁気的に共働して、電磁石への給電時
に可動子27の中心軸線45が電磁石の中心軸線30に
対して同軸的に延びるようになっている。磁気によるセ
ンタリング作用は、可動子プレートの半径方向における
偏位時に生じる磁気抵抗力に基づくものである。切欠き
41,42が互いに合同な形で上下に配置されていない
場合には、磁力線は両切欠き41,42の縁部において
歪められる。それによって生じる磁気抵抗力は可動子プ
レートを再び、両切欠き41,42が互いに合同な形で
上下に位置し、可動子の中心軸線45が電磁石29の中
心軸線30に対して同軸的に延びるようになるまで、引
き戻す。そのために切欠き42は必ずしも環状に可動子
27に設けられていなくてもよい。中心軸線45に対し
て同心的に配置されたセグメントやその他の適宜な構成
も使用することが可能である。
7の極面37は切欠きなしに形成されており、その代わ
りに、マグネットコアの外側の極面区分44の内径より
も幾分大きな外径を有している。可動子の極面37の外
径は有利には、マグネットコア33の外側の極面区分4
4の内径よりも1mmよりも小さな寸法だけ大きく形成
されている。電磁石への給電時に磁界は、極面37と外
側の極面区分44とのオーバラップ領域eにおいて強く
なる。それというのは、そこでは磁力線がより密に延び
ているからである。このような磁界の強化は、オーバラ
ップ領域eが小さければ小さいほど、大きい。可動子プ
レートが半径方向における偏位すると、この領域におい
て強い磁気抵抗力が生じ、この磁気抵抗力によって可動
子は、中心軸線30,45が同軸的に位置する(一直線
上に位置する)中心のポジションに戻される。
噴射弁の上側部分を示す断面図である。
噴射弁の上側部分を示す断面図である。
えた別の実施例による、電磁弁を拡大して示す図であ
る。
す図である。
ン、 7 ねじ部材、11 シリンダ孔、 12 弁部
材、 13 フランジ、 14 制御圧室、15 供給
絞り、 16 リング室、 17 排出通路、 18
排出絞り、19 放圧室、 20 区分、 21 凹ん
だ部分、 22 ソケット部分、23 緊締エレメン
ト、 24 弁座、 25 弁球、 26 層、 27
可動子、 29 電磁石、 30 電磁弁、 31 閉
鎖ばね、 32 マグネットコイル、 33 マグネッ
トコア、 34 接続部、 35 ピン、 36面、
37 極面、 38 極面、 39 ケーシング部分、
40 切欠き、 41 切欠き、 44,45 極面
区分、 45 中心軸線、 47 肩部、 48 調節
円板
Claims (11)
- 【請求項1】 内燃機関の噴射弁を制御する電磁弁であ
って、ケーシング部分(39)と、マグネットコイル
(32)及びマグネットコア(33)を備えた電磁石
(29)と、該電磁石(29)と弁座(24)との間に
おいて軸方向可動でかつ弁ばね(31)によって負荷さ
れている可動子(27)と、該可動子(27)と共に運
動しかつ弁座(24)と共働して燃料通路(17)を開
閉するために働く制御弁部材(22,25)とが設けら
れている形式のものにおいて、可動子(27)が機械的
なガイド手段から自由に半径方向可動に、ケーシング部
分(39)内に配置されていることを特徴とする、内燃
機関の噴射弁を制御する電磁弁。 - 【請求項2】 可動子(27)が円板状の可動子プレー
トとして形成されていて、該可動子プレートが、電磁石
とは反対側の面(36)で直接、制御弁部材(22,2
5)に作用する、請求項1記載の電磁弁。 - 【請求項3】 可動子プレート(27)と制御弁部材
(22,25)とが別体の部材として製造されていて、
可動子プレートが半径方向において制御弁部材に対して
相対的にシフト可能である、請求項2記載の電磁弁。 - 【請求項4】 可動子(27)が電磁石(29)への給
電時に半径方向において、その際に可動子(27)に作
用する磁気抵抗力によって、電磁石の中心軸線(30)
に対して同心的なポジションに方向付け可能である、請
求項1から3までのいずれか1項記載の電磁弁。 - 【請求項5】 可動子(27)とマグネットコア(3
3)とがその互いに向けられた極面(37,38)に、
それぞれの中心軸線(30,45)の周りに同心的に配
置されたジオメトリ構造(41,42,43,44)を
有しており、該ジオメトリ構造が、電磁石(29)への
給電時に共働して、可動子(27)が同心的なポジショ
ンに方向付けられるようになっている、請求項4記載の
電磁弁。 - 【請求項6】 同心的なポジションにおいて可動子(2
7)の中心軸線(45)が、燃料通路(17)に対して
同心的に配置されている、請求項4又は5記載の電磁
弁。 - 【請求項7】 ジオメトリ構造が、マグネットコア(3
3)及び可動子(27)の互いに向けられた極面(3
7,38)における切欠き(41,42)によって形成
され、該切欠きが、同心的なポジションにおいて互いに
合同に上下に配置されている、請求項5記載の電磁弁。 - 【請求項8】 マグネットコア(33)の、可動子(2
7)に向けられた極面(38)が、第1のリング状の切
欠き(41)を有していて、該切欠き(41)内にマグ
ネットコイル(32)が配置されており、可動子(2
7)の、電磁石(29)に向けられた極面(37)が、
前記第1の切欠き(41)に対応配置されていて可動子
(27)の中心軸線(45)の周りに同心的に配置され
たリング状又は部分リング状の第2の切欠き(42)を
有している、請求項7記載の電磁弁。 - 【請求項9】 マグネットコア(33)のジオメトリ構
造が、マグネットコア(32)を取り囲む、マグネット
コアの円形リング状の極面区分(44)によって形成さ
れていて、可動子(27)のジオメトリ構造が、可動子
の円形又は円形リング状の極面(37)によって形成さ
れていて、該極面(37)の外径が、マグネットコア
(33)の円形リング状の極面区分(44)の内径より
も幾分大きく形成されている、請求項5記載の電磁弁。 - 【請求項10】 可動子(27)の極面(37)の外径
が、マグネットコア(33)の円形リング状の極面区分
(44)の内径よりも1mm未満だけ大きく形成されて
いる、請求項9記載の電磁弁。 - 【請求項11】 弁座(24)が、燃料通路(18)を
有する弁部材(12)の、可動子(27)に向かって突
出する円錐台形状の面(20)において真ん中に配置さ
れていて、円錐台形状の面(20)を取り囲む室が、弁
部材(12)を噴射弁において固定する緊締ナット(2
3)のための受容部を形成している、請求項1から10
までのいずれか1項記載の電磁弁。
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