JP4067571B2 - マグネット弁 - Google Patents

Description

従来の技術
本発明は主請求項の上位概念にもとづくマグネット弁に関する。この種のマグネット弁はヨーロッパ特許公開第０６９０２２３号明細書により公知である。この場合、このマグネット弁は電気的に制御される燃料噴射弁の制御のために使用されている。その場合、この燃料噴射弁の弁ニードルは制御室内に存在する圧力により閉鎖方向に負荷される。このマグネット弁は、マグネット弁の磁石が励磁され、これにより噴射弁の弁ニードルが他面においてこれに作用する高圧の作用によりその座から持上げられた際に噴射の導入のために制御室をリリーフするように公知形式で作動する。このマグネット弁では可動子は固定的に可動子ピンに結合されており、この可動子ピンにマグネット弁の弁閉鎖部材が着座する。
この公知のマグネット弁の欠点は、運転中にマグネット弁が可動子の振動及び／又は弁閉鎖部材の跳返りを招くことにあり、このことはマグネット弁の迅速な切換えサイクルが必要な場合、かつマグネット弁により制御されて前噴射と主噴射とに分割された噴射が行われなければならない場合には特に不都合である。
さらに、弁閉鎖部材に結合された部分に対して可動子を運動可能に案内することによって可動子と弁閉鎖部材とから成るユニットの運動質量を軽減することがすでに提案されている。しかし、この場合でも弁閉鎖部材がその座上に着座した後に可動子が衝撃後振動するという欠点が生じる。このような振動により、可動子は前噴射の後に規定されない位置を占め、このことの結果、引き続き行われる主噴射時には起動制御が同じでもマグネット弁の開放時間が種々異なってしまい、このことが噴射開始又は噴射量のばらつきの原因となる。
発明の利点
主請求項の特徴要件を備えたマグネット弁が有する利点は、座上での弁閉鎖部材の跳返り並びに可動子の規定されない衝撃後振動が阻止され、その結果、マグネット弁の閉鎖後に弁閉鎖部材がその閉鎖位置を維持すると共に可動子が所望の最初の変位運動後に主噴射の開始の前に迅速にその休止位置に達する。さらに、可動子の変位運動のこのようにして得られる緩衝性が付加的な部品なしで達成されるので有利である。
図面
本発明の４つの実施例が図面に示されており、かつ以下の記載で詳細に説明される。ここに、
第１図はマグネット弁の弁閉鎖部材に結合されたピン上で摺動可能な可動子を備えた本発明にもとづくマグネット弁を断面して示し、
第２図は可動子の摺動を制限した本発明の第１実施例を示し、
第３図は可動子の摺動の制限を調整するためのワッシャを備えた第２実施例を示し、
第４図は可動子の増大した衝突面を備えた本発明の第３実施例を示し、
第５図は可動子のための戻しばねの代替的な構成を有する本発明の第４実施例を示し、
第６図はマグネット弁の閉鎖過程における可動子の行程特性に関する線図を示す。
実施例の記載
第１図は電気的に制御される噴射弁１を部分的に断面して示し、この噴射弁は例えば冒頭に挙げた公知技術により公知である。この種の噴射弁は、高圧搬送ポンプによって連続的に高圧燃料の供給を受ける燃料高圧アキュムレータを備えた燃料噴射装置で使用され、かつこの燃料高圧アキュムレータからはこの燃料が噴射圧下で個々の電気的に制御される噴射弁を介して内燃機関に供給されることができる。この場合、部分的にかつ断面して示された噴射弁１は縦孔５を備えた噴射弁ケーシング４を有しており、この縦孔内には弁ピストン６が受容されており、この弁ピストンはその一方の端部で図示されていない弁ニードルへ作用し、弁ニードルはやはり例えば冒頭に上げたヨーロッパ特許第０６９０２２３号明細書に示された公知形式で燃料噴射弁の噴口と協働している。その場合、弁ピストン６は弁ニードルを閉鎖位置へ操作するのに役立ち、弁ニードルはさらに、弁ケーシング４内で縦方向に延びる圧力孔８を介して高圧アキュムレータから供給されて開放方向に作用する燃料高圧に常にさらされている。噴射されるべき燃料量もこの孔を介して噴口に供給され、この燃料量が対応する内燃機関の燃焼室内へ噴射される。高圧アキュムレータへの圧力孔８の接続のために、弁ケーシング４に接続管継手９が設けられている。
弁ピストン６は図示されていない弁ニードルとは逆の側の端部で、弁部分１２内に設けられた円筒孔１１内に案内されている。弁ピストンの端面１３はこの円筒孔内に制御室１４を閉鎖しており、この制御室は半径方向で弁部分の壁を通して案内された絞り孔１５を介して、弁部分の周囲を囲む環状室１６に常に連通しており、この環状室は同様に常に接続管継手９に接続されており、かつ燃料高圧アキュムレータ内に存在する高い燃料圧にさらされている。
制御圧力室１４からは弁ピストン６に対して同軸的に弁部分１２内で延びる孔１７が分岐しており、この孔はリリーフ絞り１８を有していてリリーフ室１９内に開口しており、このリリーフ室はここでは詳しく図示されていないが噴射弁の燃料戻し回路に接続されている。弁部分からの孔１７の出口は弁部分１２の外側に位置する端面の、円錐形に切下げられた部分２１の領域内に設けられている。この場合、弁部分１２はフランジ領域２２内でねじ部材２３を介して弁ケーシング４に固定的に緊定されている。
円錐形の部分２１の、孔１７の出口領域内には弁座２４が形成されており、この弁座には噴射弁を制御するマグネット弁３０の弁閉鎖部材２５が協働している。この弁閉鎖部材２５は可動子ピン２７の形状の中間部分を介して可動子２８に結合されており、可動子はマグネット弁３０の電磁石２９と協働しており、かつ可動子ピンに摺動可能に連結されている。可動子２８は案内円筒部３９を備えた可動子ディスクの形状を有しており、かつその慣性質量の作用下で戻しばね３５のプレロードに抗して動的に摺動可能に可動子ピン２７上に支承されており、かつ休止状態ではこの戻しばね３５によって可動子ピンに設けたストッパリング２６に圧着される。戻しばね３５は可動子ピンを案内する滑り部材３４のフランジ３２を介してケーシングに固定的に支持されており、滑り部材はそのフランジによって、電磁石を受容したマグネット弁ケーシング３７内で弁部分１２とねじ部材２３との間に固定的に緊定されている。可動子ピン２７と、これと一緒に可動子ディスク２８と、可動子ピンによって運動させられる弁閉鎖部材２５はケーシングに固定的に支持された閉鎖ばね３１により常に閉鎖方向に負荷されており、その結果、弁閉鎖部材２５は通常では閉鎖位置で弁座２４上に着座している。電磁石の励磁時に可動子ディスク２８は電磁石により引き寄せられ、その際、リリーフ室１９へ向けて孔１７もしくは１８が開放される。
弁閉鎖部材２５と可動子ディスク２８との間にはストッパ部分として環状肩３３が可動子ピン２７に設けられており、この環状肩は電磁石の励磁時に滑り部材３４のフランジ３２に衝突することで弁閉鎖部材２５の開放行程を制限している。開放行程の調整のためにフランジ３２と弁部分１２との間に調節ワッシャ３８が挿入されている。
弁ニードルの開閉はマグネット弁によって次のように制御される。すなわち、マグネット弁閉鎖部材２５の閉鎖位置では、制御圧力室１４はリリーフ側１９へ向けて閉じられており、その結果、絞り１５を介した供給流により極めて迅速に、燃料高圧アキュムレータ内にも形成されている高い圧力が制御圧力室内に形成される。制御圧力室１４内のこの圧力は端面１３の面を介して、高圧が形成されていることの結果として開放方向に作用する力に比して大きい閉鎖力を弁ニードルへ作用せしめる。制御圧力室１４がマグネット弁の開放によりリリーフ側１９へ向けて開放されると、制御圧力室１４のわずかな容積内の圧力が急速に減少する。その理由はこの制御圧力室が絞り孔１５を介して高圧側から隔離されているからである。その結果、弁ニードルに作用している燃料高圧に由来して開放方向で弁ニードルに作用する力が優勢となり、その結果、弁ニードルが上向きに運動し、かつその際、噴射のための噴口が開放される。しかし、マグネット弁３０が再び孔１７もしくは１８を閉じると、制御圧力室１４内の圧力は絞り孔１５を介して補充される燃料によって極めて迅速に再び上昇し、その結果、元の閉鎖力が瞬時に形成され、かつ燃料噴射弁の弁ニードルを閉鎖する。この制御過程は、公知形式で主噴射に先立って行われる前噴射のために必要であるような極めて短い噴射時間を実現するのにも十分である。
しかし、マグネット弁では切換え精度に高い要求が課せられている。特にその場合、冒頭に記載したように、弁閉鎖部材の跳返り及び振動の影響が不都合であると認められる。比較的大きな質量が加速され、次いで突然急激に制御され、可動子ディスクを備えた可動子ピンと弁閉鎖部材とが慣性質量として弁座に衝突する際に跳返りが生じる。しかし、可動子により運動させられる慣性質量の著しい部分を占める可動子ディスクがその他の部分である可動子ピン上で摺動可能に支承されていることにより、弁閉鎖部材２５が弁座２４に着座した後に可動子ディスク２８が戻しばね３５の力に抗してさらに運動することができ、その結果、一面では制動される慣性質量が効果的に比較的わずかとなり、かつ弁閉鎖部材の不都合な跳返りを招くエネルギ貯蔵体としての弁座の弾性変形が比較的わずかとなる。後走行する可動子ディスクはさらに、戻しばね３５の圧縮に伴って増大する動的な力を弁閉鎖部材に作用せしめ、この動的な力が弁閉鎖部材を付加的にその座に安定的に保持して跳返りを制御する。戻しばね３５が圧縮されることにより、この戻しばねは閉鎖ばねから隔離され、その結果、閉鎖ばねの全プレロードが弁閉鎖部材へ作用する。しかしながら、この後走行は、不都合にも戻しばね３５に抗して可動子ディスク２８の著しい振動を生ぜしめ、その結果、その直後に必要な弁閉鎖部材操作時に可動子ディスク２８の位置が無規定となり、マグネット弁の切換が十分迅速にかつ再現可能な一様な切換時間で行われない。
それゆえ、第１図にもとづく構成の変化実施例では第２図に示すように可動子の移動性が制限されている。その場合、第２図は第１図から看取される、可動子ディスク２８′と滑り部材３４′とを備えた可動子ピン２７′の部分だけを示している。可動子ディスクは第１図にもとづく実施例と同様に電磁石２９の極６１（第３図参照）につづいて面平行に配置されており、かつ可動子ピン２７′上で滑動する著しく短縮された案内円筒部３９′へ移行している。可動子ディスクの滑動距離は一方の側では、やはり可動子ピン２７′の端面側のヘッド３６の形状のストッパにより制限されており、かつ他方の側では案内円筒部３９′の端面４０が滑り部材３４′の端面４１上に当接することにより制限されている。第２図に示されているように、圧縮ばね３５が通常可動子ディスク２８′をヘッド３６に当接せしめている。端面４０及び４１は、可動子ピン上での可動子ディスクの動的にレリーズされた移動時に次第に接近するにつれて、それらの間に圧縮隙間を形成し、この圧縮隙間が、マグネット弁のケーシング内の、燃料により充填された室内に、可動子ディスクの運動に抗して作用する対抗力を生ぜしめる。この対抗力は、滑り部材３４′への可動子ディスクの接近時に可動子ディスクの運動エネルギが減少するにつれてより効果的となる。可動子ディスクの自由な滑動距離の大きさ、場合により設けられる戻しばねの戻し力の大きさ、及び互いに接近する面の大きさを規定することにより、与えられた時期での可動子ディスクの運動のふるまいが最適にされる。この与えられた時期は例えば、前噴射と、可動子ディスクの再現可能な確実な位置が予め得られた後に行われるべき主噴射との間に位置する。
可動子ピンが弁閉鎖部材２５をその閉鎖位置にもたらすと、次いでこの対抗力は可動子ディスクの後走行時に生じる戻しばね３５の圧縮により高められ、かつそれと同時に可動子ディスク２８′の後走行が戻しばねと互いに近づく端面４０，４１との協働により制動され、その結果、可動子ディスクは迅速に再びストッパ３６のところの再現可能なコンスタントな出発位置へ戻し案内される。戻しばね３５はこの場合円錐ばねとして形成されており、これにより、取付けスペースが小さくとも完全に有効なばね偏位距離が得られる。可動子ディスク２８′内にはマグネット弁の作動時に押し退けられる燃料のための溢流開口４２が設けられている。
本発明にもとづく装置の有効性が第６図から看取される。第６図には横軸に時間、縦軸に可動子ピン及び可動子ディスクを備えた可動子の運動が表示されている。この場合、曲線Ａの上昇がみられるが、この曲線は時点

からフラットになっており、このフラット範囲では可動子が電磁石２９の吸着力にもとづいて最大の行程を実施しており、かつ制御圧力室１４への接続が完全に開放されている。時点ｔｓではマグネット弁を閉じる目的で電磁石の励磁が中断される。その場合、弁閉鎖部材がその座２４上に着座する際に可動子ディスク２８の過剰振動が生じ、このことが、破線の曲線で示されている。弁閉鎖部材２５を備えた可動子ピン２７はまず始めは実線の位置内にとどまっている。過剰振動にもとづき、時点ｔｓ′で可動子ピンが短時間再び持上げられることにより、逆向きに運動する可動子ディスクが弁の再開放を生ぜしめていることが看取される。図示の例ではこのことがさらに２度も示されている。しかし、可動子ディスクのこの変位運動は図面では黒い棒として図示されている第２図にもとづく滑り部材３４の配置により制限されており、これにより、そのところでは、予め行われる緩衝とその短い振動との後に可動子ディスクの運動の逆転が曲線Ｂで示すように生じる。定置の部分、この場合には第２図にもとづく滑り部材３４′上への可動子ディスクの当接の直前の緩衝が、滑り部材３４′上への可動子ディスクの衝突の後に反転する衝撃を軽減する。
第２図にもとづく構成の変化実施例では、第３図に示すように案内円筒部１３９が比較的長く形成されており、その結果として、多くのばね線輪を有し、かつその結果としてばね特性例えば累進性に関して良好に形成されることができる戻しばね１３５が使用されている。その上、案内円筒部１３９が比較的長いことにもとづき可動子の案内性が改善される。
第１図と異なって、滑り部材１３４は噴射弁ケーシングの肩５３に上から係合するように形成されている。その場合、端面１４１上には第１の調節ワッシャ５４が位置しており、この調節ワッシャは可動子ピン１２７の貫通案内のための切欠５５を備えており、かつ、肩５３とフランジ１３２との間にさらに１つの第２の調節ワッシャ５７が設けられている。第１の調節ワッシャはマグネット弁ケーシング３７の端面５６によってフランジ１３２上に圧着されており、かつこのフランジと第２の調節ワッシャとを介して噴射弁ケーシングの肩５３上に圧着されており、その結果、調節ワッシャ及び滑り部材は一緒に定置に固定されている。第２の調節ワッシャの厚さにより滑り部材１３４と弁座２４との間隔が調整可能であり、その結果、端面側で滑り部材１３４に当接する環状肩３３の固定によりマグネット弁の弁閉鎖部材２５の最大開放行程を調整することができる。それと同時に、可動子ディスク２８の端面と電磁石の極６１との間の残留空気隙間６０も影響される。この残留空気隙間は電磁石の励磁解除の後の磁気的な付着が回避されるように設計されなければならない。これに対して、第１の調節ワッシャ５４の厚さによって、弁閉鎖部材２５が閉鎖過程時に弁座２４に着座した後に可動子ディスクが戻しばねの力に抗して進むことのできる距離６２が調整される。このワッシャが電磁石の極６１と滑り部材１３４のフランジとの間隔、ひいては可動子ディスク２８と極６１との間隔を変化させるから、同時にこの調節ワッシャによって残留空気隙間６０も影響される。この第１の調節ワッシャ５４の代わりに有利にはこの箇所に２つのワッシャ、要するに残留空気隙間を規定する外側のワッシャと、可動子ディスクの滑動距離を規定する内側のワッシャとが設けられ、このワッシャはその場所にルーズに挿入されることができる。しかし、付加的にこの内側のワッシャは、ワッシャのコントロールされない動きを阻止するために、戻しばね１３５により滑り部材１３４に当接させられることもできる。そのことのために、内側のワッシャは段付けされた環状肩を備えることもでき、この環状肩上に戻しばねが当接する。要するに、第１の調節ワッシャ５４もしくは上述の外側のワッシャ及び内側のワッシャの厚さを選択することにより並びに第２の調節ワッシャ５７により、滑動距離６２、残留空気隙間６０及び最大の弁行程を調整することができる。
上述の両方の実施例が案内円筒部３９′もしくは１３９を備えており、この案内円筒部が可動子の比較的小さな端面４０内で終わっているのに対して、第４図にもとづく実施例では、案内円筒部２３９が第１の調節ワッシャ５４に面した側に皿状の拡張部を有していることにより、この端面２４１が著しく拡張されている。使用に供されるこの大きな面により、調節ワッシャ５４に可動子が接近した際に、上述の実施例に比して著しく多くの作用を有する縮流が生じ、その結果、可動子の可能な滑動距離の終りでの調節ワッシャへの可動子の衝突が著しく緩衝され、かつこれに応じて、更なる振動の原因となる跳返り衝撃が著しく軽減される。この実施例でも、戻しばね２３５は第３図にもとづく実施例と同様に円筒ばねとして形成されている。
第４図にもとづく実施例に対する変化実施例では、第５図に示すように戻しばね３３５が可動子と第１の調節ワッシャ５４との間には配置されておらず、むしろ閉鎖ばね３１の当接するばね受け７０とストッパリング２６との間に配置されている。ストッパリング２６は環状溝７１内へ挿入されたリングとして形成されており、その場合、このストッパリングと環状溝７１の軸方向の制限壁との間に遊び７２が設けられている。この遊びは可動子２８と調節ワッシャ５４との間の距離６２と同じオーダーの大きさを有している。その場合、戻しばね３３５は閉鎖ばね側へ向かって環状溝７１に続いて設けられていてばね受け７０の支持部を形成しているつば７３の長さにわたり延びている。
この実施例では可動子は上述の実施例と同様に距離６２の長さにわたる行程を実施し、かつ次いで第５図の瞬間位置で示したように再びストッパ２６へ戻される。ひきつづき可動子２８はストッパリング２６と一緒に戻しばね３３５の作用下で可動子ピン２７の図示の休止位置へ第１の調節ワッシャ５４に対して戻し案内され、かつそのところで、例えば短い前噴射の後に行われる主噴射時に開放行程のための時間が幾何学的に規定されるのを保証する規定された位置を占める。遊び７２は可動子の摺動運動をその距離６２にわたり可能ならしめる。
可動子の固有重量により可動子が常に第１の調節ワッシャのところの下方の位置に達することを前提とすれば、ばね３３５を完全に省くことができる。さらに、可動子と調節ワッシャ５４との間の残留磁力は可動子を調節ワッシャのところに固定するのを助成する。

Claims (5)

1. 燃料噴射装置の噴射弁の制御のためのマグネット弁（３０）であって、弁ニードルを備えており、その開放及び閉鎖がマグネット弁により制御され、このマグネット弁が、磁極（６１）を備えた電磁石（２９）と、可動子（２８）と、弁閉鎖ばね（３１）により閉鎖方向に負荷されていて可動子により運動させられる弁閉鎖部材（２５）とを備えており、この弁閉鎖部材が弁座（２４）と協働しており、その場合、可動子が、弁閉鎖部材に結合された中間部分（２７）に対して相対的に弁閉鎖部材（２５）の閉鎖方向でその慣性質量の作用下で摺動可能であり、可動子及び定置の部分と協働する緩衝装置が設けられており、この緩衝装置によって、可動子（２８）の動的な摺動時の可動子の衝撃後振動が減衰可能であり、可動子が、ピン（２７）として形成された中間部分上で、このピン上の極側のストッパから離反する方向に摺動可能であり、ピンが、マグネット弁内に定置に配置された滑り部材（３４）内で滑動案内されており、かつ緩衝装置の定置の部分が滑り部材の１つの端面であり、この端面に可動子が１つの端面でその動的な摺動時に当接する形式のものにおいて、マグネット弁の弁座が噴射弁ケーシング内に定置に配置されており、マグネット弁の電磁石が、噴射弁ケーシング内へ固定的に緊定されたケーシング内に配置されており、ピンの弁閉鎖部材側のストッパ部分が弁閉鎖部材の最大開放行程時に当接するストッパを滑り部材が有しており、可動子と滑り部材との間に調節ワッシャが配置されており、その厚さによって、電磁石の励磁時にマグネット弁の弁閉鎖部材が開放位置にある際に可動子と電磁石の磁極との間に生じる残された空気隙間が調整可能であり、かつ調節ワッシャが同時に緩衝装置の定置の部分を形成していることを特徴とするマグネット弁。
2. 可動子が、電磁石の磁極（６１）に向いた第１の端面と、定置の部分に向いた第２の端面とを備えていて磁極（６１）と協働する可動子ディスクとして形成されており、この第２の端面が定置の部分と共に緩衝装置を形成していることを特徴とする請求項１記載のマグネット弁。
3. 可動子が軸部を備えており、この軸部が可動子ディスクをストッパ部分に結合せしめており、このストッパ部分の端面が可動子の第２の端面として平面を形成しており、この平面と平らな定置の部分との間に、接近時に液圧的に作用する緩衝する圧縮隙間が形成されていることを特徴とする請求項２記載のマグネット弁。
4. ストッパ部分が軸部の直径から出発してフランジ状に拡張されていることを特徴とする請求項３記載のマグネット弁。
5. 調節ワッシャの他に、滑り部材の位置調整のために、ひいては弁閉鎖部材の最大行程の調整に役立つ第２の調節ワッシャが、定置の部分として、マグネット弁ケーシング及び噴射弁ケーシングにより緊定されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項記載のマグネット弁。

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