JP2004519609A - 内燃機関の噴射弁を制御するための電磁弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関の噴射弁を制御するための電磁弁であって、電磁石と、プランジャとが設けられており、該プランジャが、電磁石に関連して運動可能に支承されたプランジャピンと、該プランジャピンに滑動可能に支承されたプランジャプレートとを有しており、さらに、プランジャと共に運動させられて弁座と協働する、燃料通流通路を開閉するための制御弁部材が設けられており、プランジャプレートが、当該電磁弁の閉鎖時の弁座への制御弁部材の衝突時にプランジャプレートの慣性質量の影響を受けて、プランジャピンに位置固定されたストッパから所定の過剰行程距離だけ定置の過剰行程ストッパに至るまでプランジャピンに沿って移動可能である形式のものに関する。当該電磁弁の閉鎖時のプランジャピンに沿ったプランジャプレートの後振動を回避するためには、プランジャプレートが、過剰行程ストッパと、プランジャピンに位置固定されたストッパとの間で弾性的な戻しばね力なしにプランジャピンに移動可能に支承されていることが提案される。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、内燃機関の噴射弁を制御するための電磁弁に関する。
【０００２】
たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６５０８６５号明細書に基づき公知のこのような電磁弁は、噴射弁、たとえばコモンレール噴射装置のインジェクタの制御圧室内の燃料圧を制御するために使用される。このような形式の噴射弁では、制御圧室内の燃料圧を介して弁ピストンの運動が制御される。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、ハウジング部分内に配置された電磁石と、運動可能な可動鉄心もしくはプランジャと、このプランジャによって運動させられる、閉鎖ばねによって閉鎖方向に負荷されている制御弁部材とを有している。この制御弁部材は電磁弁の弁座と協働し、したがって、制御圧室からの燃料流出を制御する。
【０００３】
このような形式の公知の電磁弁の欠点は、いわゆる「プランジャ反発」にある。電磁石への電流の遮断時には、制御圧室から延びる燃料流出通路を閉鎖するために、プランジャと制御弁部材とが電磁弁の閉鎖ばねによって弁座に向かって加速させられる。弁座に対する制御弁部材の衝突は、弁座での制御弁部材の不都合な振動および／または反発を結果的に生ぜしめる。これによって、噴射動作の制御が損なわれる。したがって、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６５０８６５号明細書に基づき公知の電磁弁では、プランジャが２つの部分から、プランジャピンと、このプランジャピンに滑動可能に支承されたプランジャプレートとを備えて形成されており、これによって、プランジャプレートが弁座への制御弁部材の衝突時に戻しばねの緊縮力に抗して引き続き運動させられる。次いで、戻しばねがプランジャプレートを再び、プランジャピンに位置固定されたストッパにおける規定された出発位置に戻す。これによって、電磁弁の新たな通電時にプランジャプレートが、明確に設定された常に同じ間隔から引き寄せられることが達成される。
【０００４】
公知の電磁弁では、プランジャを２つの部分から戻しばねを備えて形成することによって、確かに効果的に制動された質量ひいては弁座に衝突するプランジャの、反発を生ぜしめる運動エネルギが減少させられるが、しかし、戻しばねのばね力によって負荷されたプランジャプレートが電磁弁の閉鎖後にプランジャピンに沿って不都合に後振動し得る。この後振動動作の間、プランジャプレートが、プランジャピンに位置固定されたストッパに衝突し、これによって、電磁弁が短時間開放し得る。この短時間の開放は、確かに噴射弁の制御圧室内の著しい減圧ひいては不本意な噴射を生ぜしめないが、しかし、この短い位相の間には、次の噴射のための電磁弁の制御が開始されてはならない。なぜならば、このことは、内燃機関の燃焼室内に噴射される燃料の量に、規定されていない形式で影響を与える恐れがあり、噴射量の激しいばらつきを結果的に生ぜしめる恐れがあるからである。したがって、電磁弁の制御は、プランジャプレートがもはや後振動しない場合に初めて、規定された噴射量を再び確実に生ぜしめる。後振動動作の時間的な制限は特に、たとえばパイロット噴射とメイン噴射との間の短い時間的な間隔を実現するために極めて重要である。この理由に基づき、公知の電磁弁では、定置の過剰行程ストッパが使用される。この過剰行程ストッパは、プランジャプレートが、弁座への制御弁部材の衝突後、プランジャピンに沿って移動することができる最大の過剰行程距離を制限している。この手段によって、プランジャプレートの後振動を減少させることができるものの、除去することはできない。
【０００５】
発明の利点
２つの部分から成るプランジャを備えた電磁弁において戻しばねを完全に排除した場合には、プランジャプレートの不都合な後振動動作を回避することができるだけでなく、同時に電磁石の新たな制御時に、規定された噴射も行われることが分かった。長く存在する偏見に対して、戻しばねは、規定された新たな噴射を保証するために必ずしも必要というわけではない。プランジャプレートが、弁座への制御弁部材の衝突後、プランジャピンに沿って移動することができる過剰行程距離は過剰行程ストッパによって最小値に制限可能となるので、戻しばねなしでも、規定された新たな噴射を達成することができる。確かにプランジャプレートは戻しばねの省略時には、プランジャピンに位置固定されたストッパに戻されないが、しかし、プランジャプレートは電磁石の通電時には、プランジャピンに位置固定されたストッパに迅速に引き寄せられる。この場合、プランジャプレートは、実際には、認知可能な時間遅れなしに、プランジャピンに位置固定されたストッパに到達するようになっている。その後、プランジャプレートとプランジャピンとが制御弁部材と共に電磁石に向かって加速させられ、電磁弁が開放される。これによって、有利には、電磁弁の、プランジャプレートの後振動動作に基づく望ましくない開放が生ぜしめられないことが達成される。したがって、プランジャプレートがその過剰行程ストッパに到達した後、電磁弁を常に再び制御することができる。
【０００６】
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。
【０００７】
図１には、公知先行技術に基づき公知の燃料噴射弁の上側の部分が示してある。この公知の燃料噴射弁は、特にディーゼル燃料のためのコモンレールシステムの燃料噴射装置に使用するために規定されている。コモンレールシステムは燃料高圧アキュムレータを装備している。この燃料高圧アキュムレータには高圧フィードポンプによって連続的に高圧燃料が供給される。公知の燃料噴射弁は弁ハウジング４を有している。この弁ハウジング４は長手方向孔を備えている。この長手方向孔内には弁ピストン６が配置されている。この弁ピストン６の、図１には示していない一方の端部は、ノズルボディ内に配置された弁ニードルに作用している。この弁ニードルは圧力室内に配置されている。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ている。弁ピストン６の開放行程運動時には、弁ニードルが、この弁ニードルの受圧肩部に常に作用している圧力室内の燃料高圧によってばねの閉鎖力に抗して持ち上げられる。この場合に圧力室に接続された噴射開口を通っ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、弁ニードルが閉鎖方向で噴射弁の弁座に押圧され、噴射動作が終了する。弁ピストン６は、弁ニードルとは反対の側の端部でシリンダ孔内に案内される。このシリンダ孔は弁片１２に加工成形されている。この弁片１２は弁ハウジング４内に挿入されている。シリンダ孔内では、弁ピストン６の端面が制御圧室１４を閉鎖している。この制御圧室１４は流入通路を介して燃料高圧接続部（図示せず）に接続されている。流入通路は主として３つの部分から形成されている。半径方向で弁片１２の壁を貫いて延びる孔の内壁はその長さの一部に流入絞り１５を形成している。また、半径方向で弁片１２の壁を貫いて延びる孔は、弁片１２を周面側で取り囲む環状室１６に常に接続されている。この環状室１６も同じく燃料高圧接続部に常に接続されている。流入絞り１５を介して、制御圧室１４は、燃料高圧アキュムレータ内に形成された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、弁片１２内で延びる孔が分岐している。この孔は、流出絞り１８を備えた燃料流出通路１７を形成している。この燃料流出通路１７は放圧室１９に開口している。この放圧室１９は、図１には示していない燃料低圧接続部に接続されている。さらに、この燃料低圧接続部は噴射弁の燃料戻し通路に接続されている。弁片１２に設けられた燃料流出通路１７からの燃料の流出は、弁片１２の、外側に位置する端面の、円錐形にもみ下げられた部分２１の領域で行われる。弁片１２は調整板３８および滑り片３４のフランジ３２と共に螺合部材２３を介して弁ハウジング４内に不動に緊締されている。
【０００８】
円錐形の部分２１には弁座２４が形成されている。この弁座２４は、噴射弁を制御する電磁弁３０の制御弁部材２５と協働する。この制御弁部材２５は、プランジャピン２７およびプランジャプレート２８の形の、２つの部分から成る可動鉄心もしくはプランジャに連結されている。このプランジャは電磁弁３０の電磁石２９と協働する。さらに、電磁弁３０は、電磁石２９を収容するハウジング部分６０を有している。このハウジング部分６０は、螺合可能な結合手段７を介して弁ハウジング４に固く結合されている。公知の電磁弁３０では、プランジャプレート２８がその慣性質量の作用下で戻しばね３５の予荷重力もしくはプレロード力に抗して動力学的に移動可能にプランジャピン２７に支承されていて、戻しばね３５によって休止状態で、プランジャピン２７に位置固定されたストッパ２６に向かって押圧される。このストッパ２６は、プランジャピン２７に被せ嵌められた鎌形板の形で形成されている。戻しばね３５はその他方の端部で滑り片３４のフランジ３２に支持されている。滑り片３４はプランジャピン２７を貫通開口内で案内している。プランジャピン２７と、プランジャディスク２８と、プランジャピン２７に連結された制御弁部材２５とは、ハウジングに対して不動に支持された閉鎖ばね３１によって常に閉鎖方向で負荷されているので、通常、制御弁部材２５は閉鎖位置で弁座２４に接触している。電磁石２９の励磁時には、プランジャプレート２８とプランジャピン２７とが電磁石２９によって引き寄せられ、この場合、流出通路１７が放圧室１９に向かって開放される。プランジャピン２７は、電磁石２９とは反対の側の端部に環状肩部３３を有している。この環状肩部３３は電磁石２９の励磁時に滑り片３４に当接し、したがって、制御弁部材２５の開放行程を制限している。この開放行程を調整するためには調整板３８が働く。
【０００９】
噴射弁の開閉は、以下に説明するように、電磁弁３０によって制御される。すでに説明したように、プランジャピン２７は常に閉鎖ばね３１によって閉鎖方向で負荷されるので、制御弁部材２５は、電磁石２９が励磁されていない場合には閉鎖位置で弁座２４に接触しており、制御圧室１４は放圧側１９に対して閉鎖されており、これによって、制御圧室１４には、流入通路を介して極めて迅速に高い圧力が形成される。この圧力は燃料高圧アキュムレータ内にも存在している。制御圧室１４内の圧力は、弁ピストン６と、この弁ピストン６に結合された弁ニードルとに閉鎖力を形成している。この閉鎖力は、他方で開放方向で加えられている高圧に基づき作用する力よりも大きく設定されている。制御圧室１４が電磁弁３０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１４の僅かな容積内の圧力が極めて迅速に低下する。なぜならば、制御圧室１４が流入絞り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、弁ニードルに開放方向で作用する力が、弁ニードルに加えられている燃料圧を凌駕するので、弁ニードルが上方に運動させられ、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。しかし、電磁弁３０が燃料流出通路１７を閉鎖すると、制御圧室１４内の圧力が、流入通路を介して引き続き流入する燃料によって再び増加させられ得るので、元々の閉鎖力が加えられ、燃料噴射弁の弁ニードルは閉鎖する。
【００１０】
電磁弁３０の閉鎖時には、閉鎖ばね３１がプランジャピン２７を制御弁部材２５と共に急激に弁座２４に向かって押圧する。弁座２４に対するプランジャピン２７の衝突が、弁座２４の、エネルギアキュムレータとして作用する弾性変形を生ぜしめることによって、制御弁部材２５の不都合な跳返りまたは後振動が発生する。この場合、エネルギの一部が制御弁部材２５にも伝達される。次いで、この制御弁部材２５がプランジャピン２７と共に弁座２４から跳ね返る。したがって、図１に示した公知の電磁弁３０は、プランジャピン２７から分離されたプランジャプレート２８を備えた、２つの部分から成るプランジャを使用している。こうして、合わせて弁座２４に衝突する質量を減少させることができるものの、プランジャプレート２８は不都合にも後振動し得る。この理由に基づき、公知の電磁弁３０には過剰行程ストッパ３７が設けられている。この過剰行程ストッパ３７は、滑り片３４の、ガイドスリーブとして形成された区分の、プランジャプレート２８に面した側の端区分によって形成される。過剰行程ストッパ３７は、プランジャプレート２８が、弁座２４への制御弁部材２５の衝突後、プランジャピン２７に位置固定されたストッパ２６から出発してプランジャピン２７に沿って移動することができる最大の過剰行程距離を制限している。プランジャプレート２８の後振動は過剰行程ストッパ３７によって減少させられ、プランジャプレート２８はより迅速に再び、鎌形板として形成されたストッパ２６における出発位置に戻される。
【００１１】
図２には、プランジャプレート２８の行程経過が電磁弁３０の開放時の時間に関連して示してある。電磁弁３０の閉鎖時には、プランジャプレート２８が第１の期間Ｉでまずプランジャピン２７と共に、たとえば３８マイクロメートルの距離ｈ１だけ、制御弁部材２５がｈ＝０で弁座２４に衝突するまで運動させられる。次いで、プランジャプレート２８は期間Ｉで過剰行程距離ｈ２だけ引き続き運動させられる。この運動は、プランジャプレート２８が、たとえば約２０マイクロメートルの最大の過剰行程距離ｈ２で過剰行程ストッパ３７に衝突し、そこで制動されるまで行われる。いまや次の期間ＩＩでは、プランジャプレート２８が戻しばね３５によって鎌形板２６にまで戻される。期間ＩＩＩでは、プランジャピン２７と制御弁部材２５とがプランジャプレート２８によって弁座２４から持ち上げられる。したがって、電磁弁３０が短時間開放する。プランジャプレート２８の戻り振動時には、制御弁部材２５が期間ＩＶの開始時に再び弁座２４に衝突する。プランジャプレート２８の振動動作によって、電磁弁３０の新たな制御が期間ＩＩＩで開始されてはならない。なぜならば、この期間ＩＩＩでは電磁弁３０が短時間開放しているからである。したがって、電磁石２９の電圧負荷による電磁弁３０の制御は前もって期間ＩＩでしか行われてはならないかまたはのちに期間ＩＶでしか行われてはならない。
【００１２】
図３には、本発明による電磁弁３０の横断面図の一部が示してある。本発明による電磁弁３０は、戻しばねが電磁弁３０に設けられていない点で図１に示した公知の電磁弁と異なっている。電磁石２９への電流の遮断時には、プランジャプレート２８とプランジャピン２７とを備えたプランジャと制御弁部材２５とが閉鎖ばね３１によって弁座２４に向かって運動させられる。制御弁部材２５が弁座２４に衝突するやいなや、プランジャプレート２８がその慣性質量に基づき、いまや定置のプランジャピン２７に沿って引き続き運動させられる。プランジャプレート２８のこの運動はもはや慣性の法則、重力、摩擦および燃料の流体動力学の支配下にしかなく、弾性的な戻しばね力による負荷なしに行われる。生ぜしめられたプランジャプレート２８の運動が図４に示してある。公知の電磁弁に関して図２に示したように、プランジャプレート２８は期間Ｉでまずプランジャピン２７と共に開放行程距離ｈ１だけ運動させられ、次いで、弁座２４への制御弁部材２５の衝突後、プランジャピン２７は定置のまま過剰行程距離ｈ２だけ過剰行程ストッパ３７にまで運動させられる。そして、この過剰行程ストッパ３７にプランジャプレート２８がとどまる。この場合、プランジャプレート２８に形成された、プランジャピン２７にわたって被せられた管片４０の、過剰行程ストッパ３７に近似の円環状の面３９は、過剰行程ストッパ３７と共に液圧的な減衰室を形成している。この減衰室によって、過剰行程ストッパ３７に対するプランジャプレート２８の跳返りが減衰される。図４に見ることができるように、期間ＩＩでは、プランジャプレート２８の後振動および電磁石２９への電流の遮断時の電磁弁３０のさらなる開放は生ぜしめられない。したがって、プランジャプレート２８が過剰行程ストッパ３７における位置に到達するやいなや、本発明による電磁弁３０を常に再び制御することができる。
【００１３】
電磁弁３０の開放時の電磁石２９の電圧負荷時には、プランジャプレート２８が、この場合に作用する磁力に基づき極めて迅速に距離ｈ２だけ、プランジャピン２７に位置固定されたストッパ２６にまで搬送される。この場合、プランジャプレート２８がストッパ２６に到達するまでの時間遅れは無視することができる。このためには、最大の過剰行程距離ｈ２が過度に大きく設定されていないということが前提条件となる。したがって、プランジャプレート２８が、電磁弁３０の閉鎖時の弁座２４への制御弁部材２５の衝突後、プランジャピン２７に位置固定されたストッパ２６から出発してプランジャピン２７に沿って、過剰行程ストッパ３７に対する衝突に至るまで移動することができる最大の過剰行程距離が、１００マイクロメートルよりも小さく、有利には、３０マイクロメートルよりも小さくなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
電磁弁を備えた、公知先行技術に基づき公知の燃料噴射弁の上側の部分の一部を示す図である。
【図２】
公知の電磁弁に対するプランジャプレートの行程距離を時間に関連して示す図である。
【図３】
本発明による電磁弁の横断面図である。
【図４】
本発明による電磁弁に対するプランジャプレートの行程距離を時間に関連して示す図である。
【符号の説明】
４ 弁ハウジング、 ６ 弁ピストン、 ７ 結合手段、 １２ 弁片、 １４ 制御圧室、 １５ 流入絞り、 １６ 環状室、 １７ 燃料流出通路、 １８ 流出絞り、 １９ 放圧室、 ２１ 部分、 ２３ 螺合部材、 ２４ 弁座、 ２５ 制御弁部材、 ２６ ストッパ、 ２７ プランジャピン、 ２８ プランジャプレート、 ２９ 電磁石、 ３０ 電磁弁、 ３１ 閉鎖ばね、 ３２ フランジ、 ３３ 環状肩部、 ３４ 滑り片、 ３５ 戻しばね、 ３７ 過剰行程ストッパ、 ３８ 調整板、 ３９ 面、 ４０ 管片、 ６０ ハウジング部分

Claims (2)

1. 内燃機関の噴射弁を制御するための電磁弁であって、電磁石（２９）と、プランジャとが設けられており、該プランジャが、電磁石（２９）に関連して運動可能に支承されたプランジャピン（２７）と、該プランジャピン（２７）に滑動可能に支承されたプランジャプレート（２８）とを有しており、さらに、プランジャと共に運動させられて弁座（２４）と協働する、燃料通流通路（１７）を開閉するための制御弁部材（２５）が設けられており、プランジャプレート（２８）が、当該電磁弁の閉鎖時の弁座（２４）への制御弁部材（２５）の衝突時にプランジャプレート（２８）の慣性質量の影響を受けて、プランジャピン（２７）に位置固定されたストッパ（２６）から所定の過剰行程距離（ｈ２）だけ定置の過剰行程ストッパ（３７）に至るまでプランジャピン（２７）に沿って移動可能である形式のものにおいて、プランジャプレート（２８）が、過剰行程ストッパ（３７）と、プランジャピン（２７）に位置固定されたストッパ（２６）との間で弾性的な戻しばね力なしにプランジャピン（２７）に移動可能に支承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ための電磁弁。
2. プランジャプレート（２８）が、当該電磁弁の閉鎖時の弁座（２４）への制御弁部材（２５）の衝突後、プランジャピン（２７）に位置固定されたストッパ（２６）から出発してプランジャピン（２７）に沿って、過剰行程ストッパ（３７）に対する衝突に至るまで移動することができる最大の過剰行程距離（ｈ２）が、１００マイクロメートルよりも小さく、有利には、３０マイクロメートルよりも小さく設定されている、請求項１記載の電磁弁。