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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochdruckkraftstoffpumpe
gemäß Anspruch
1.
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Die
Hochdruckkraftstoffpumpe hat üblicherweise
ein Elektromagnetventil. Die Druckschrift
JP 11-336638 A offenbart
ein Elektromagnetventil
120, das in der
14 gezeigt
ist und das auf eine variable Hochdruckauslasspumpe für einen
Dieselmotor angewendet wird.
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Bei
dem in der 14 gezeigten Elektromagnetventil 120 ist
ein Ventilkörper 122 in
einem Ventilgehäuse
gleitbar aufgenommen, um so eine Strömungspfadfläche zu ändern. Ein Ende des Ventilkörpers 122 an
der rechten Seite gemäß der 14 ist mittels
einer Fresspassung in einen Anker 123 gepasst. Wenn eine
Spule 124 erregt wird, bewegen sich der Ventilkörper 122 und
der Anker 123 gegen eine Vorspannkraft einer Feder 125 in
eine Ventilöffnungsrichtung
(in der Rechtsrichtung gemäß der 14).
Des Weiteren hat das Elektromagnetventil 120 einen ersten
Stator (Einfassung) 126 und einen zweiten Stator 127.
Gemäß dem vorstehend
beschriebenen Elektromagnetventil 120 wird eine Versetzungsposition
(Hubbetrag) des Ventilkörpers 122 durch
eine Stromstärke
gesteuert, die in die Spule 124 so einzuspeisen ist, dass
die Strömungspfadfläche reguliert
wird, durch die ein Fluid strömt.
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Der
Anker 123, der einen Teil eines magnetischen, Kreises bildet,
ist aus einem weichmagnetischen Werkstoff wie zum Beispiel reines
Eisen geschaffen. Es ist notwendig, den aus einem Schnellarbeitsstahl
SKH 51 geschaffenen Ventilkörper 122 durch eine
Vergütungsbehandlung
zu bearbeiten, um die Verschleißfestigkeit
zu verbessern und die Reibungskraft zu reduzieren. Von dem Standpunkt
aus betrachtet, dass die Abschreckbehandlung die magnetischen Eigenschaften
des aus einem weichmagnetischen Werkstoff geschaffenen Ankers 123 nachteilig
beeinflusst und dass notwendige Funktionen des Ankers 123 und
des Ventilkörpers 122 an
sich unterschiedlich sind, werden üblicherweise der Anker 123 und
der Ventilkörper 122 im
voraus als getrennte Teile ausgebildet und dann mittels einer Presspassung
als ein Körper
integriert.
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Des
Weiteren ist der erste Stator 126, der ähnlich wie der Anker 123 einen
Teil eines magnetischen Kreises bildet, aus einem weichmagnetischen Werkstoff
wie zum Beispiel ein elektromagnetischer rostfreier Stahl geschaffen.
Es ist notwendig, das zum Beispiel aus Chrommolybdenstahl SCM 15 geschaffene
Ventilgehäuse 121 mit
einer Aufkohlungshärtebehandlung
(Härtetiefe
beträgt
ungefähr
0,5 mm) zu bearbeiten, um ähnlich
wie bei dem Ventilkörper 122 die
Verschleißfestigkeit
zu verbessern und die Reibungskraft zu reduzieren. Der erste Stator 126 und
das Ventilgehäuse 121 sind
als getrennte Teile ausgebildet, da die Aufkohlungshärtebehandlung
die magnetischen Eigenschaften des ersten Stators 126 nachteilig
beeinflusst und da erforderliche Funktionen des Ventilgehäuses 121 und
des ersten Stators 126 an sich unterschiedlich sind.
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Wie
dies vorstehend erwähnt
ist, hat das herkömmliche
Elektromagnetventil 120 viele Bauteile, deren Funktionen
so unterschiedlich sind, dass die Herstellungskosten erhöht sind.
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Darüber hinaus
ist die Spule 124 in einer Harzhaspel 108 untergebracht.
Das Elektromagnetventil 120 ist an einem seiner Enden mit
einem Harzstecker 109 versehen. Elektrische Signale werden über den
Harzstecker 109 in das Elektromagnetventil 120 eingegeben
und von diesem abgegeben.
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In
letzter Zeit gibt es vermehrt Forderungen hinsichtlich des Umweltschutzes,
des Erhalts an Rohstoffen und eines verstärkten Recyclings, so dass ein
Harzelement wie zum Beispiel die Haspel 108 von einem Metallelement
wie zum Beispiel der erste Stator 126 und der zweite Stator 127 zu
trennen ist, wenn das Fahrzeug mit dem eingebauten Elektromagnetventil 120 verschrottet
wird. Da jedoch der erste Stator 126 und der zweite Stator 127 die
Harzhaspel 108 umschließen, ist es schwierig und erfordert
einen komplizierten Arbeitsgang, die Haspel 108 von dem
Elektromagnetventil 120 zu trennen.
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Ein
typisches Elektromagnetventil ist z. B. auch in der
US-5 639 066 A gezeigt.
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EP-0 964 150 A2 offenbart
eine gattungsgemäße Hochdruckkraftstoffpumpe,
die folgendes aufweist: ein Pumpengehäuse; eine Antriebswelle, die durch
das Pumpengehäuse
drehbar gestützt
ist und einen exzentrischen Nocken aufweist; mehrere Druckkammern,
die jeweils in dem Pumpengehäuse durch
einen Zylinder und einen Tauchkolben ausgebildet sind, wobei der
Tauchkolben in dem Zylinder bewegbar gehalten und wirkend mit dem
exzentrischen Nocken so verbunden ist, dass sich der Tauchkolben
in dem Zylinder gemäß einer
Drehung des exzentrischen Nockens hin und her bewegt; einen Niederdruckfluidkanal,
der in dem Pumpengehäuse
ausgebildet ist und an einem seiner Enden mit den Druckkammern zum
Zuführen
von Kraftstoff zu den verschiedenen Druckkammern wirkend verbunden ist;
einen Hochdruckfluidkanal, der ebenfalls in dem Pumpengehäuse ausgebildet
ist und an einem seiner Enden mit den Druckkammern zum Zuführen von Hochdruckkraftstoff
von den Druckkammern zu einem Kraftstoffeinspritzsystem in Verbindung
ist; ein Entlastungsventil, das in den jeweiligen Druckkammern zum Öffnen und
zum Schließen
des Niederdruckfluidkanals zu den Druckkammern vorgesehen ist; und
ein Elektromagnetventil, das an dem Pumpengehäuse befestigt ist und mit dem
anderen Ende des Niederdruckfluidkanals in Verbindung ist, wobei das Elektromagnetventil
des Weiteren mit einer Förderpumpe
in Verbindung ist, um eine von der Förderpumpe zu den jeweiligen
Druckkammern durch den Niederdruckfluidkanal zuzuführende Kraftstoffmenge zu
steuern, wobei das Elektromagnetventil folgendes aufweist: eine
Ventileinfassung aus einem magnetischen Material mit einem Ventilunterbringungsabschnitt
und einem Ankeranziehungsabschnitt, wobei die Ventileinfassung an
dem Pumpengehäuse
so befestigt ist, dass der Ventilunterbringungsabschnitt in dem
Pumpengehäuse
eingefügt
ist, während
sich der Ankeranziehungsabschnitt von dem Pumpengehäuse nach
außen
erstreckt; einen Ventilkörper
aus einem magnetischen Material, der in dem zylindrischen Innenraum
der Ventileinfassung gleitbar vorgesehen ist, wobei der Ventilkörper mit
einem Fluidkanal ausgebildet ist, der mit der Förderpumpe zu verbinden ist;
eine Spule, die um den Ankeranziehungsabschnitt vorgesehen ist,
um den Ventilkörper
zu dem Ankeranziehungsabschnitt anzuziehen, wenn die Spule erregt
ist; einen Fluidanschluss, der in dem Ventilunterbringungsabschnitt
ausgebildet ist und mit dem Niederdruckfluidkanal in Verbindung
ist; einen Steueranschluss, der in dem Ventilkörper zum Öffnen und zum Schließen des
Fluidanschlusses und auch zum Steuern eines Öffnungsgrades des Fluidanschlusses
gemäß einer
axialen Position des Ventilkörpers
ausgebildet ist, die durch die Erregung der Spule eingestellt wird.
Der Ventilkörper
hat einen Ankerabschnitt an einer Seite zur Spule und einen Ventilkörperabschnitt
an der entgegengesetzten Seite, wobei ein Verbindungsfluidkanal
in dem Ventilkörper so
ausgebildet ist, dass sich der Verbindungsfluidkanal axial erstreckt,
um das Innere des Ventilkörpers zu
durchdringen.
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Weitere
Hochdruckkraftstoffpumpen sind aus der
JP-2000-035149 A und der
JP-11-336638 A bekannt.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckkraftstoffpumpe
vorzusehen, die eine mögliche
Verringerung der magnetischen Anziehungskraft durch ein Austreten
eines magnetischen Flusses zu unterdrücken vermag.
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Diese
Aufgabe wird durch die Hochdruckkraftstoffpumpe mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert.
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Andere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden wie die
Betriebsverfahren und die Funktionen der dazugehörigen Bauteile aus der folgenden
näheren
Beschreibung, den angehängten Ansprüchen und
den Zeichnungen ersichtlich, die alle Bestandteil dieser Anmeldung
sind. Zu den Zeichnungen:
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht einer variablen Hochdruckauslasspumpe,
auf die ein Elektromagnetventil gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel
angewendet wird;
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht entlang einer Linie II-II in der 1;
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3 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines Abschnitts der variablen Hochdruckauslasspumpe gemäß der 1;
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4 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
des Elektromagnetventils gemäß der 1;
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5 zeigt
eine Querschnittansicht eines Elektromagnetventils gemäß einem
zweiten Vergleichsbeispiel;
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6 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Elektromagnetventils gemäß einem
dritten Vergleichsbeispiel;
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7 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Elektromagnetventils gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt
eine Querschnittsansicht einer variablen Hochdruckauslasspumpe,
auf die das Elektromagnetventil gemäß der 7 angewendet
wird;
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9 zeigt
eine Seitenansicht eines Elektromagnetventils gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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10 zeigt
eine Querschnittsansicht entlang einer Linie X-X in der 1;
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11 zeigt
eine Explosionsansicht des Elektromagnetventils gemäß der 10;
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12A bis 12C zeigen
Ansichten von Schritten zum Herstellen eines Solenoids des Elektromagnetventils
gemäß der 10;
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13A zeigt eine Seitenansicht eines abgewandelten
Elektromagnetventils gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel;
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13B zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer
Linie XIII-XIII in der 13A;
und
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14 zeigt
eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen Elektromagnetventils
gemäß dem Stand
der Technik.
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(Erstes Vergleichsbeispiel)
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Ein
Elektromagnetventil gemäß einem
ersten Vergleichsbeispiel, das auf eine variable Hochdruckauslasspumpe
einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung mit gemeinsamer Leitung für einen
Dieselmotor anwendbar ist, wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
Die variable Hochdruckauslasspumpe dient zum Einlassen von mit niedrigem Druck
beaufschlagten Kraftstoff von einem Kraftstoffbehälter und
zum Auslassen des mit Druck beaufschlagtem Kraftstoffs zu einer
gemeinsamen Leitung nach einer Druckbeaufschlagung des mit niedrigem Druck
beaufschlagten Kraftstoffes. Die gemeinsame Leitung sammelt Kraftstoff
mit einem vorbestimmten hohen Druck entsprechend einem Kraftstoffeinspritzdruck.
Die variable Hochdruckauslasspumpe ist eine Drei-Leitungs-System-Förderpumpe mit drei Druckkammern,
die in Winkelintervallen von 120° angeordnet
sind, bei der eine Kraftstoffauslassmenge zu jedem Leitungssystem
durch das Elektromagnetventil reguliert wird, das an einem Fluideinlasskanal
der Pumpe zum Steuern einer Kraftstoffdurchsatzmenge angeordnet
ist. Ein Betrieb des Elektromagnetventils wird durch eine bekannte
elektrische Steuereinheit (ECU) so gesteuert, dass die Auslassmenge
der variablen Hochdruckauslasspumpe so reguliert wird, dass der
Kraftstoffdruck in der gemeinsamen Leitung auf einen optimalen Wert
gesteuert wird.
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Bei
einer in der 1 gezeigten variablen Hochdruckauslasspumpe
P ist eine Antriebswelle 10 durch Gleitlager (Reiblager) 11 und 12 drehbar
gehalten, die in Pumpeneinfassungen 1a bzw. 1b angeordnet
sind. Die Antriebswelle 10 wird so angetrieben, dass sie
sich synchron mit einer 4/3-Drehung eines Motors dreht, falls der
Motor vier Zylinder hat. Die Antriebswelle 10 hat einen
exzentrischen Abschnitt 13, dessen Mittellinie von ihrer
Achslinie Q1 um einen Abstand μ versetzt
ist. Der exzentrische Abschnitt 13 ist über ein Gleitlager 14 (Reiblager)
mit einem exzentrischen Nocken 15 in einen Drehkontakt.
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Wie
dies in der 2 gezeigt ist, ist der exzentrische
Nocken 15 an seiner äußeren Umfangsfläche mit
drei ebenen Flächen 15a, 15b bzw. 15c versehen.
Zylinderkörper 21a, 21b und 21c mit
Zylindern 2a, 2b bzw. 2c sind außerhalb
der drei ebenen Flächen 15a, 15b und 15c angeordnet.
Tauchkolben 3a, 3b und 3c sind in den
Zylindern 2a, 2b bzw. 2c gleitbar untergebracht,
so dass zwischen ihren Enden und entsprechenden inneren Umfangswänden der
Zylinder 2a bis 2c Druckkammern 4a, 4b bzw. 4c gebildet
sind. Die Drehung des exzentrischen Abschnitts 13 folgt
einer Drehung der Antriebswelle 10 und bewirkt eine Drehung
einer Mitte Q2 des exzentrischen Nockens 15 um die Mitte
Q1 der Antriebswelle 10 entlang einer Kreisbahn (wie dies
durch eine gestrichelte Linie in der 2 angegeben
ist), deren Radius μ beträgt, wodurch
eine Bewegung der ebenen Flächen 15a bis 15c des
exzentrischen Nockens 15 in Richtungen von und zu der Mitte
Q1 der Antriebswelle 10 bewirkt wird, so dass die Tauchkolben 3a bis 3c eine
Hin- und Herbewegung innerhalb der Zylinder 2a bis 2c ausführen. Demgemäß wird der Kraftstoff
innerhalb den Druckkammern 4a bis 4c der Reihe
nach mit Druck beaufschlagt.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 ist ein Elektromagnetventil 30 durch
Schrauben 7 an ein unteres Ende der Pumpeneinfassung 1b angebracht und
befestigt. Ein Kraftstoffsammelbehälter 16 ist um das
Elektromagnetventil 30 herum vorgesehen. Das Elektromagnetventil 30 ist
ein lineares Solenoidventil mit einer Spule 61. Ein Hubbetrag
eines Verbundventilkörpers 63,
das heißt
eine Größe einer
Kraftstoffpfadfläche,
wird entsprechend einer in die Spule 61 einzuspeisenden
Stromstärke
bestimmt, wie dies später
näher beschrieben
wird.
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Kraftstoff
in dem Kraftstoffbehälter
T wird auf ungefähr
1,5 MPa durch eine Förderpumpe 21 mit Druck
beaufschlagt und durch einen Niederdruckfluidkanal L hindurch zu
dem Kraftstoffsamelbehälter 16 gefördert. Wenn
das Elektromagnetventil 30 zum Öffnen des Ventils betätigt wird,
dann strömt
mit niedrigem Druck beaufschlagter Kraftstoff von dem Kraftstoffsammelbehälter 16 zu
einem Niederdruckfluidkanal 17. Der Niederdruckfluidkanal 17 ist über einen in
der Pumpeneinfassung 1a vorgesehenen ringförmigen Niederdruckfluidkanal 18 mit
einem Niederdruckfluidkanal 19 in Verbindung, der in der
Pumpeneinfassung 1b vorgesehen ist, und dann über Fluidkanäle 24 und 25 mit
der Druckkammer 4a in Verbindung, die über dem Tauchkolben 3a angeordnet
ist. Des Weiteren ist der Niederdruckfluidkanal 17 über andere
Niederdruckfluidkanäle
(nicht gezeigt) auch mit der Druckkammer 4b oder 4c in
Verbindung.
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Wie
dies in der 3 gezeigt ist, ist die Druckkammer 4a mit
einer Platte 5a versehen, die als ein Entlastungsventil
arbeitet. Die Platte 5a hat eine Vielzahl Durchgangslöcher 51a an
Positionen, die dem Fluidkanal 25 nicht gegenüberliegen.
Des Weiteren sind Hochdruckfluidkanäle 27 und 28 in
einem Abdeckungselement 22 und einem Kanalausbildungselement 23 ausgebildet.
Der Hochdruckfluidkanal 27 ist mit einer Kugel 29 versehen,
die als ein Entlastungsventil wirkt. Ein Block 31, der
innerhalb der Pumpeneinfassung 1b gleitbar bewegbar ist,
ist zwischen der ebenen Fläche 15a des
exzentrischen Nockens 15 und dem Tauchkolben 3a angeordnet.
Eine Feder 32 ist zwischen dem Block 31a und dem
Zylinderkörper 21 angeordnet.
Eine Vorspannkraft der Feder 32 bewirkt, dass der Block 31a mit
der ebenen Fläche 15a des
exzentrischen Nockens 15 in Kontakt gelangt. Demgemäß führt der
Block 31a zusammen mit der ebenen Fläche 15a eine Hin-
und Herbewegung in einer nach oben und einer nach unten gerichteten
Richtung gemäß der 3 aus,
wenn der exzentrische Nocken 15 in einer exzentrischen
Bewegung betätigt
wird.
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Wenn
sich die ebene Fläche 15a des
exzentrischen Nockens 15 nach unten (gemäß der 3) gemäß der Drehung
der Antriebswelle 10 bewegt, dann bewirkt die Vorspannkraft
der Feder 32a eine nach unten gerichtete Bewegung des Blocks 31a. Wenn
das Elektromagnetventil 30 zu diesem Zeitpunkt in einem
Ventilöffnungszustand
ist, dann strömt mit
niedrigem Druck beaufschlagter Kraftstoff in dem Kraftstoffsammelbehälter 16 durch
die Niederdruckfluidkanäle 17 bis 19,
den Fluidkanälen 24 und 25 und
den Durchgangslöchern 51a zu
der Druckkammer 4a, wodurch eine nach unten gerichtete
Bewegung des Tauchkolbens 3a bewirkt wird. Eine Kraftstoffdurchsatzmenge
zu der Druckkammer 4a wird durch den Ventilkörperhubbetrag
(eine Öffnungsfläche, durch
die Fluid strömt)
so definiert, dass sich der Tauchkolben 3a von dem Block 31a entfernt,
wenn eine gegebene Kraftstoffmenge in die Druckkammer 4a strömt. Wenn
der Ventilkörperhubbetrag
zum Beispiel klein ist, dann ist die in die Druckkammer 4a strömende Kraftstoffmenge
klein, so dass die nach unten gerichtete Bewegung des Tauchkolbens 3a während der
nach unten gerichteten Bewegung des Blocks 31a gestoppt
wird.
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Wenn
sich die ebene Fläche 15 des
exzentrischen Nockens 15 gemäß der Drehung der Antriebswelle 10 nach
oben bewegt, dann bewegt sich der Block 31a gegen die Vorspannkraft
der Feder 32a nach oben. Nachdem der Block 31a mit
dem Tauchkolben 3a in Kontakt gelangt ist, wird der Druck
in der Druckkammer 4a so erhöht, dass die Platte 5a in
einem engen Eingriff mit einer unteren Fläche des Kanalausbildungselementes 23 gelangt,
was zu einer Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Fluidkanal 25 und
der Druckkammer 4a führt.
Wenn das Volumen der Druckkammer 4a reduziert wird, erhöht sich
der Druck in der Druckkammer 4a, und wenn der Druck einen
vorbestimmten Wert erreicht und sich die Kugel 29 zu einer
Ventilöffnungsposition
bewegt, dann wird mit hohem Druck beaufschlagter Kraftstoff in der
Druckkammer 4a durch die Hochdruckfluidkanäle 27 und 28 zu
der gemeinsamen Leitung zugeführt.
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Ein
Aufbau oder eine Struktur bezogen auf die Druckkammern 4b oder 4c oder
um diesen herum ist ähnlich
wie jener bezogen auf die Druckkammer 4a oder um dieser
herum. Und zwar ist ein Block 31b oder 31c zwischen
der ebenen Fläche 15b oder 15c und
dem Tauchkolben 3b oder 3c angeordnet und mit der
ebenen Fläche 15b oder 15c aufgrund
einer Vorspannkraft einer Feder 32b oder 32c in
Kontakt. Die Tauchkolben 3a bis 3c sind unabhängig von
den Blöcken 31a bis 31c ausgebildet,
so dass die Vorspannkräfte
der Federn 32a bis 32c nicht auf die entsprechenden
Tauchkolben 3a bis 3c wirken.
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Unter
Bezugnahme auf die 4 wird ein Betrieb des Elektromagnetventils 30 beschrieben.
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Das
Elektromagnetventil 30 ist an einer inneren Umfangsfläche eines
Verbundventilgehäuses 9 mit
einem Zylinder (zylindrischer Hohlraum) 62 versehen, in
dem ein spulenförmig
ausgebildeter Verbundventilkörper 63 gleitbar
untergebracht ist. Das Verbundventilgehäuse 9 ist mit Fluidkanälen 64 und 65 versehen,
durch die der Zylinder 62 mit dem in der 1 gezeigten
Kraftstoffsammelbehälter 16 in
Verbindung ist. Der Fluidkanal 64 hat einen Schlitz, der sich
mit konstanter Breite in einer axialen Richtung (in der Links- und
Rechtsrichtung gemäß der 4) des
Verbundventilkörpers 63 erstreckt.
Der Schlitz dient zum Ändern
der Kraftstoffströmungspfadfläche entsprechend
der axialen Bewegung des Verbundventilkörpers 63, so dass
die Kraftstoffdurchsatzmenge genau reguliert wird.
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Der
Verbundventilkörper 63 ist
mit einem Verbindungsfluidkanal 71 versehen, der sich axial
erstreckt und sein Inneres durchdringt, und er ist mit Fluidkanälen 66 und 67 versehen,
durch die der Verbindungsfluidkanal 71 mit einer äußeren Umfangsfläche des
Verbundventilkörpers 63 in
Verbindung ist. Der außen
angeordnete Fluidkanal 66 ist ringförmig so ausgebildet, dass er
mit dem Fluidkanal 64 des Verbundventilgehäuses 9 entsprechend
der axialen Bewegung des Verbundventilkörpers 63 in Verbindung
ist. Der Verbindungsfluidkanal 71 ist durch eine Vielzahl
im Inneren angeordnete Fluidkanäle 67 mit dem
Fluidkanal 66 in Verbindung. Ein axiales Ende des Verbindungsfluidkanals 71 ist
zu einem Niederdruckkanal 17 offen, der in der 1 gezeigt
ist, und dessen anderes axiales Ende ist zu einer Federkammer 60 offen,
in der eine Feder 69 untergebracht ist. Der Verbundventilkörper 63 ist
an seinen beiden axialen Enden offen, um den daran wirkenden Kraftstoffdruck
in der axialen Richtung zu minimieren.
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Ein
Stopper 41 ist mittels einer Presspassung an das Verbundventilgehäuse 9 an
der linken Seite gemäß der 4 gepasst.
Der Verbundventilkörper 63 wird
durch die Feder 69 zu dem Stopper 61 gedrückt. Der
Stopper 41 dient zum Definieren eines zulässigen Bewegungsbereiches
des Verbundventilkörpers 63 in
dem Ventilschließzustand.
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Der
Verbundventilkörper 63 hat
an seiner äußeren Umfangsfläche einen
Gleitabschnitt 63a, der mit einer inneren Wand des Zylinders
in einem Gleitkontakt ist, einen Stufenabschnitt 63b, dessen Durchmesser
geringfügig
kleiner ist als jener des Gleitabschnitts 63a, und einen
abgeschrägten
Abschnitt 63c, dessen Durchmesser sich zu seinem Ende hin
verjüngt
(rechte Seite gemäß der 4). Der
Gleitabschnitt 63a schließt und öffnet eine Öffnung des Fluidkanals 64 entsprechend
der axialen Bewegung des Verbundventilkörpers 63 in dem Zylinder 62,
so dass das Elektromagnetventil 63 zum Öffnen und zum Schließen des
Kraftstoffströmungspfads
betätigbar
ist. Der Stufenabschnitt 63b dient zum Verhindern, dass
Fremdmaterial von dem abgeschrägten
Abschnitt 63c in den Gleitabschnitt 63a eintritt.
Der Stufenabschnitt 63b kann weggelassen werden, so dass
der Gleitabschnitt 63a mit dem abgeschrägten Abschnitt 63c direkt
verbunden ist. In diesem Fall beträgt ein Zwischenraum zwischen
dem Verbundventilkörper 63 und
dem Verbundventilgehäuse 9 über deren
gesamte äußere Umfangsfläche außer dem
abgeschrägten
Abschnitt 63c vorzugsweise ungefähr 2 bis 4 μm, so dass der magnetische Kreis
noch wirksamer ausgebildet wird.
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Der
Verbundventilkörper 63 ist
an seinem linken Ende mit einem Druckentlastungskanal 63d zum Begrenzen
einer Druckänderung
versehen, die einen nachteiligen Einfluss auf ihn hat.
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Ein
Stator 73 ist über
ein aus einem nicht-magnetischen Werkstoff (zum Beispiel rostfreier
Stahl SUS 304 auf Austenitbasis) geschaffenes Einfügungselement 75 mit
einem rechten Ende des Verbundventilgehäuses 9 verbunden,
wie dies in der 4 gezeigt ist. Das Verbundventilgehäuse 9,
der Stator 73 und das Einfügungselement 75 sind
koaxial miteinander verbunden und durch einen Laserschweißvorgang
als ein Körper
integriert. Der Stator 73 ist an einer Stelle angeordnet,
die dem abgeschrägten
Abschnitt 63c des Verbundventilkörpers 63 zugewandt
ist.
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Der
Verbundventilkörper 63 wird
durch die Feder 69 in die Ventilschließrichtung gedrückt, und wenn
die Spule 61 nicht erregt wird, ist der Verbundventilkörper 63 mit
dem Stopper 41 im Kontakt, der den zulässigen Bewegungsbereich des
Verbundventilkörpers 63 in
dem Ventilschließzustand
definiert. In dem Ventilschließzustand
ist die Verbindung zwischen dem Kraftstoffsammelbehälter 16 und
dem Niederdruckfluidkanal 17 unterbrochen, wie dies in der 1 gezeigt
ist. Wenn die Spule 61 erregt wird, bewegt sich der Verbundventilkörper 63 gegen
die Vorspannkraft der Feder 69 in die Ventilöffnungsrichtung,
so dass der Kraftstoffsammelbehälter 16 mit dem
Niederdruckfluidkanal 17 in Verbindung ist. Der Verbundventilkörper 63 verharrt an
einer Position, an der eine Magnetkraft zum Anziehen des Verbundventilkörpers 63 zu
dem Stator 73 mit der Vorspannkraft der Feder 69 im
Gleichgewicht ist, so dass ein zulässiger Bewegungsbereich des
Verbundventilkörpers 63 in
dem Ventilöffnungszustand
definiert ist. Die in die Spule 61 einzuspeisende Stromstärke bestimmt die
Bewegungsdistanz des Verbundventilkörpers 63, und wenn
sich der Strom erhöht,
vergrößert sich
die Öffnungsfläche des
Fluidkanals, das heißt
die Kraftstoffpfadfläche.
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Eine
aus einem magnetischen Werkstoff geschaffene Einfassung 6 umgibt
eine äußere Fläche der
Spule 61 und wird mit dem Stator 73 integriert,
indem ein Laserschweißvorgang über einen
gesamten Umfang an einer Position durchgeführt wird, die durch einen Pfeil
A in der 4 angegeben ist. Die Spule 61 ist
in einer Harzhaspel 68 untergebracht. Die Einfassung 6 wird
mit dem Verbundventilgehäuse 9 integriert,
indem ein Laserschweißvorgang über einen
gesamten Umfang an einer Position durchgeführt wird, die durch einen Pfeil
B in der 4 angegeben ist. Jeder Verbindungsabschnitt
hat eine Tiefe von 0,5 mm, so dass die Einfassung 6, der
Stator 73 und das Verbundventilgehäuse 9 starr aneinander befestigt
sind, um so einen einstückigen
Körper
auszubilden. Ein Harzstecker 76 ist durch einen Spritzgussvorgang
an einer Endseite des Elektromagnetventils 30 ausgebildet.
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Das
Verbundventilgehäuse 9 ist
mit einem Flansch 9a mit einem Durchgangsloch 9b versehen, in
das die Schraube 7 zum Befestigen des Elektromagnetventils 30 an
die Einfassung 1b der variablen Hochdruckauslasspumpe P
eingefügt
ist, wie dies in der 1 gezeigt ist.
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Das
Elektromagnetventil 30 ist senkrecht zu seiner axialen
Richtung mit einer Dichtfläche
S an einer Position versehen, die einer äußeren Wand der Pumpeneinfassung 1b zugewandt
ist (eine Fläche, an
der das Elektromagnetventil 30 angebracht ist). Beim Montieren
des Elektromagnetventils 30 an die Pumpeneinfassung 1b wird
ein O-Ring 36 zwischen der Pumpeneinfassung 1b und
der Dichtfläche
S eingesetzt und die Dichtfläche
S wird zu der Pumpeneinfassung 1b gedrückt, während ein O-Ring 35 an
einem Ende des Verbundventilgehäuses 9 angeordnet wird,
wie dies in der 1 gezeigt ist. Infolgedessen ist
der Kraftstoffsammelbehälter 16 hermetisch
abgedichtet. Da es nicht notwendig ist, die O-Ringe 35 und 36 koaxial
zu positionieren, wird das Elektromagnetventil 30 in einfacher
Weise an die Pumpeneinfassung 1b montiert.
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Bei
dem in der 14 gezeigten herkömmlichen
Elektromagnetventil 120 wird ein Zwischenraum zwischen
dem Elektromagnetventil 120 und einer Einfassung (nicht
gezeigt) durch einen an einem äußeren Umfang
des Ventilgehäuses 121 angeordneten
O-Ring 131 und einen an dem ersten Statur 126 angeordneten
O-Ring 132 abgedichtet. Positionen der O-Ringe 131 und 132 sind
konzentrisch und deren Durchmesser sind unterschiedlich. Daher sind genaue
Maße des
Ventils 120 und der Einfassung erforderlich, um das Ventil 120 fluiddicht
an die Einfassung zu montieren. Jedoch hat das Elektromagnetventil 30 gemäß dem ersten
Vergleichsbeispiel kein derartiges Problem wie das herkömmliche
Ventil.
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Des
Weiteren hat der Verbundventilkörper 63 gemäß dem ersten
Vergleichsbeispiel einen Ventilabschnitt 63p und einen
Ankerabschnitt 63q, die zwei integrierte Funktionen ausüben. Die
eine ist eine Funktion als Ventilkörper an sich, durch die die
Fluidströmungspfadfläche auf
der Grundlage einer Gleitbewegung in dem Zylinder 62 geändert wird.
Die andere ist eine Funktion als ein Anker, der einen magnetischen
Kreis bildet.
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Der
Verbundventilkörper 63 ist
aus einem weichmagnetischen Werkstoff wie zum Beispiel reines Eisen
oder kohlenstoffarmer Stahl geschaffen, um die Ankerfunktion zu
erzielen. Andererseits muss der Verbundventilkörper 63 eine höhere Verschleißfestigkeit,
eine geringere Reibungskraft und eine höhere Oberflächenhärte haben, um die Ventilfunktion an
sich hinreichend zu erfüllen.
Da es nicht angemessen ist, eine Wärmebehandlung wie zum Beispiel
ein Abschrecken eines weichmagnetischen Werkstoffs durchzuführen, was
die magnetischen Eigenschaften nachteilig beeinflusst, ist eine
dünne gehärtete Lage, deren
Dicke ungefähr
5 bis 15 μm
beträgt,
an dem Verbundventilkörper 63 aus
dem weichmagnetischen Werkstoff durch eine NiP-Beschichtung (Nickel/Phosphor-Beschichtung)
ausgebildet. Durch diese dünne
gehärtete
Lage hat der Verbundventilkörper 63 eine
Oberflächenhärte von
Hv 700 bis 1–100,
was zu einer verbesserten Verschleißfestigkeit und zu einer reduzierten
Reibungskraft ohne Beeinträchtigung
der magnetischen Eigenschaften führt.
-
Anstatt
die NiP-Beschichtung durchzuführen,
kann eine Weichnitrierwärmebehandlung
an dem Verbundventilkörper 63 so
durchgeführt
werden, dass an dessen Oberfläche
eine dünne
gehärtete Lage
ausgebildet wird, deren Tiefe 7 bis 20 μm beträgt, und eine Diffusionslage,
deren Tiefe ungefähr 0,1
bis 0,2 mm beträgt,
wird außerdem
unter der dünnen
gehärteten
Lage ausgebildet. In diesem Fall beträgt die Oberflächenhärte ungefähr Hv 450
bis 650.
-
Des
Weiteren kann ein keramischer Überzug wie
zum Beispiel DLC (diamantartiger Kohlenstoff) an dem Ventilkörper aufgetragen
werden. In diesem Fall beträgt
die übergezogene
Filmdicke 2 bis 4 μm und
die Oberflächenhärte beträgt Hv 2000
bis 3000, was sehr hoch ist. Die vorstehend erwähnten Oberflächen- oder
Wärmebehandlungen
sind zum Verbessern der Verschleißfestigkeit und zum Reduzieren
der Reibungskraft ohne Beeinträchtigung
der magnetischen Eigenschaften wirksam.
-
Gemäß dem ersten
Vergleichsbeispiel hat das Verbundventilgehäuse 9 einen Ventilgehäuseabschnitt 9p und
einen Statorabschnitt 9q, die zwei integrierte Funktionen
haben. Eine ist eine Funktion als ein Zylinder, in dem der Ventilkörper gleitbar
untergebracht ist. Die andere ist eine Funktion als ein Teil eines
Stators, der einen magnetischen Kreis bildet.
-
Das
Verbundventilgehäuse 9 ist
aus einem weichmagnetischen Werkstoff wie zum Beispiel elektromagnetischer
rostfreier Stahl geschaffen (rostfreier Stahl SUS 13 auf
Ferritbasis), um die Statorfunktion zu erzielen. Andererseits muss
das Verbundventilgehäuse 9 eine
höhere
Verschleißfestigkeit,
eine geringere Reibungskraft und eine höhere Oberflächenhärte haben, um die Zylinderfunktion
hinreichend auszuüben.
Da es nicht angemessen ist, eine Wärmebehandlung wie zum Beispiel
ein Abschrecken eines weichmagnetischen Werkstoffs auszuführen, was
die magnetischen Eigenschaften nachteilig beeinflusst, ist eine
dünne gehärtete Lage,
deren Dicke ungefähr
5 bis 15 μm
beträgt,
an einer Fläche des
Verbundventilgehäuses 9 (Zylinder 62)
aus einem dem weichmagnetischen Werkstoff durch eine NiP-Beschichtung
ausgebildet. Anstatt die NiP-Beschichtung durchzuführen, kann
die Weichnitrierwärmebehandlung
oder das DLC-Überziehen
an dem Verbundventilgehäuses 9 durchgeführt werden.
Die Oberflächenbehandlung
oder die Wärmebehandlung an
dem Verbundventilgehäuse 9 ist
zum Verbessern der Verschleißfestigkeit
und zum Verringern der Reibungskraft ohne Beeinträchtigung
der magnetischen Eigenschaften wirksam.
-
Wenn
die dünne
gehärtete
Lage an dem Verbundventilkörper 63 oder
dem Verbundventilgehäuse 9 durch
die vorstehend erwähnten
Oberflächen-
oder Wärmebehandlungen
ausgebildet wird, kann die dünne
gehärtete
Lage an deren gesamten Oberflächen
oder nur an deren Gleitfläche
ausgebildet werden, indem ein Abschnitt außer der Gleitfläche maskiert wird.
Demgemäß bewegt
sich der Verbundventilkörper 63 glatt
im Inneren des Zylinders 62 des Verbundventilgehäuses 9.
-
Bei
dem vorstehend beschriebenen Elektromagnetventil 30 bildet
der Verbundventilkörper 63 ein bewegbares
Element, und das Verbundventilgehäuse 9, das Einfügungselement 75 und
der Stator 73 bilden ein Gehäuseelement. Der Verbundventilkörper 63 hat
als ein Bauteil sowohl die Ventilfunktion als auch die Ankerfunktion,
und das Verbundventilgehäuse 9 hat
als ein Bauteil sowohl die Zylinderfunktion als auch einen Teil
der Statorfunktion. Daher setzt sich das Elektromagnetventil 30 aus
einer geringeren Anzahl von Bauteilen zusammen, was zu geringeren Herstellungskosten
führt.
-
Des
Weiteren sind der Verbundventilkörper 63 und
das Verbundventilgehäuse 9 aus
einem weichmagnetischen Werkstoff geschaffen und haben die gehärtete Lage,
die durch die Oberflächenbehandlung
oder durch die Wärmebehandlung
an ihren Oberflächen
ausgebildet ist. Daher kann eine bessere Kraftstoffdurchsatzsteuerung
(ein besserer Ventilöffnungs-
und Schließvorgang
des Elektromagnetventils 30) verwirklicht werden, während der
Aufbau kompakt ist.
-
Darüber hinaus
dienen die gehärteten
Lagen an den Oberflächen
des Verbundventilkörpers 63 und
des Verbundventilgehäuses 9 dazu,
Abtragungen infolge einer Hohlraumbildung zu verhindern, auch wenn
die Hohlraumbildung um einen Verbindungsabschnitt zwischen den Fluidkanälen 64 und 66 auftritt.
Außerdem
wird aufgrund der gehärteten Lage
eine Verformung des Verbundventilkörper 63 verhindert,
auch wenn Fremdmaterial in einen Raum zwischen den Fluidkanälen 64 und 66 eindringt,
und nachdem das Fremdmaterial durch den Raum hindurch eingedrungen
ist, wird zu einem normalen Betriebszustand zurückgekehrt.
-
Wie
dies vorstehend beschrieben ist, dient ein besserer Aufbau des Elektromagnetventils 30 zum
angemessenen Regulieren einer Kraftstoffauslassmenge von der variablen
Hochdruckauslasspumpe P, so dass eine Steuerungsgenauigkeit des Drucks
in der gemeinsamen Leitung verbessert ist.
-
(Zweites Vergleichsbeispiel)
-
Unter
Bezugnahme auf die 5 wird ein Elektromagnetventil 80 gemäß einem
zweiten Vergleichsbeispiel beschrieben.
-
Gemäß dem in
der 5 gezeigten Elektromagnetventil 80 werden
ein Ventilkörper 81 und
ein Anker 82 im voraus als getrennte Körper ausgebildet und dann als
ein einzelner Körper
montiert, um so ein bewegbares Element zu bilden. Ein Ende des Ventilkörpers 81 ist
mittels einer Presspassung an den Anker 82 gepasst. Der
Ventilkörper 81 ist
aus Chrommolybdenstahl SCM 415 geschaffen und durch einen Aufkohlungshärtevorgang
behandelt, und eine äußere Fläche des
Ventilkörpers 81 ist
durch einen Läppvorgang
poliert, um dessen Reibungskoeffizienten zu verringern. Der Anker 82 ist
aus einem weichmagnetischen Werkstoff wie zum Beispiel reines Eisen
oder kohlenstoffarmer Stahl geschaffen. Das Verbundventilgehäuse 9 ist
aus einem Bauteil geschaffen, das sowohl die Zylinderfunktion als
auch einen Teil der Statorfunktion hat, ähnlich wie dies in der 4 gezeigt
ist.
-
Das
Elektromagnetventil 80 gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel
hat denselben Vorteil wie das erste Vergleichsbeispiel, sofern das
Verbundventilgehäuse 9 betrachtet
wird, da das Verbundventilgehäuse 9 aus
einem Bauteil geschaffen ist und sowohl die Zylinder- als auch die
Statorfunktion hat.
-
(Drittes Vergleichsbeispiel)
-
Unter
Bezugnahme auf die 6 wird ein Elektromagnetventil 90 gemäß einem
dritten Vergleichsbeispiel beschrieben.
-
Gemäß dem in
der 6 gezeigten Elektromagnetventil 90 werden
ein Ventilgehäuse 91 und
ein Zylinder 92 im voraus als getrennte Körper ausgebildet
und dann als ein Körper
montiert, um so ein Verbundventilgehäuse zu bilden. Der Zylinder 92 ist
mittels einer Presspassung an das Ventilgehäuse 91 gepasst und
befestigt. Der Verbundventilkörper 63 ist
in dem Zylinder 92 gleitbar untergebracht. Der Zylinder 92 hat
außerdem
eine Bedeutung als ein Stopper, der den zulässigen Bewegungsbereich des
Verbundventilkörpers 63 in
dem Ventilschließzustand
definiert. Der Stopper kann getrennt von dem Zylinder 92 vorgesehen
sein. Das Ventilgehäuse 91 ist
mit einem Fluidkanal 91a versehen, der mit dem in der 1 gezeigten
Kraftstoffsammelbehälter 16 in
Verbindung ist. Der Zylinder 92 ist mit einem Fluidkanal 92a versehen,
der mit dem Fluidkanal 91a in Verbindung ist. Das Ventilgehäuse 91 ist
aus einem weichmagnetischen Werkstoff wie zum Beispiel reines Eisen
oder kohlenstoffarmer Stahl geschaffen. Der Zylinder 91 ist
zum Beispiel aus Chrommolybdenstahl SCM 415 geschaffen,
der durch einen Aufkohlungshärtevorgang
behandelt ist. Der Verbundventilkörper 63 ist als ein
Bauteil sowohl mit der Ventil- als auch mit der Ankerfunktion ausgebildet, ähnlich wie
dies in der 4 gezeigt ist.
-
Das
Elektromagnet 90 gemäß dem dritten Vergleichsbeispiel
hat denselben Vorteil wie das erste Vergleichsbeispiel, sofern der
Verbundventilkörper 63 betrachtet
wird, da der Verbundventilkörper 63 als ein
Bauteil geschaffen ist und sowohl die Ventil- als auch die Ankerfunktion
hat.
-
(Erstes Ausführungsbeispiel)
-
Unter
Bezugnahme auf die 7 wird ein Elektromagnetventil 100 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Gemäß dem in
der 7 gezeigten Elektromagnetventil 100 sind
das Verbundventilgehäuse 9, das
Einfügungselement 75 und
der Stator 73, die in der 4 gezeigt
sind, als ein Körper
integriert und bilden ein Bauteil.
-
Wie
dies in der 7 gezeigt ist, hat das Elektromagnetventil 100 ein
Verbundventilgehäuse 101,
das ein Gehäuseelement
bildet, und einen Verbundventilkörper 103,
der ein bewegbares Element bildet und in einem Zylinder (zylindrischer
Hohlraum) 102 gleitbar untergebracht ist, der in dem Verbundventilgehäuse 101 vorgesehen
ist. Ein Ventilunterbringungsabschnitt 101a (ein Abschnitt
an der linken Seite gemäß der 7 einschließlich des
Flansches 9a), in dem der Verbundventilkörper 103 untergebracht
ist, hat denselben Aufbau wie das in der 4 gezeigte
Verbundventilgehäuse 9.
Der Ventilunterbringungsabschnitt 101a hat einen Ventilgehäuseabschnitt 101p,
der eine Zylinderfunktion zum gleitbaren Unterbringen des Verbundventilkörpers 103 hat, und
einen Statorabschnitt 101q, der eine Statorfunktion zum
Bilden des magnetischen Kreises hat. Der Verbundventilkörper 103 hat
einen Ventilkörperabschnitt 103p,
der eine Ventilfunktion an sich zum Ändern der Kraftstoffpfadfläche hat,
und einen Ankerabschnitt 103q, der eine Ankerfunktion zum
Bilden des magnetischen Kreises hat, was ähnlich wie bei dem in der 4 gezeigten
Verbundventilkörper 63 ist.
-
Das
Verbundventilgehäuse 101 ist
mit Fluidkanälen 104 und 105 versehen.
Der Verbundventilkörper 103 hat
einen Verbindungsfluidkanal 106, der sich axial erstreckt
und sein Inneres durchdringt, und zwei Fluidkanäle 107, die mit dem
Verbindungsfluidkanal 106 an dessen äußerer Umfangsfläche in Verbindung
sind.
-
Das
Verbundventilgehäuse 101 ist
mit einem Ankeranziehungsabschnitt 101b versehen, zu dem der
Ankerabschnitt 103q des Verbundventilkörpers 103 beim Erregen
der Spule angezogen wird. Der Ankeranziehungsabschnitt 101b ist über eine
dünne Wand 101c mit
dem Ventilunterbringungsabschnitt 101a verbunden. Und zwar
sind der Ventilunterbringungsabschnitt 101a, die dünne Wand 101c und
der Ankeranziehungsabschnitt 101b als ein Körper wie das
Verbundventilgehäuse 101 einstückig ausgebildet.
Die dünne
Wand 101c hat einen abgeschrägten Abschnitt 101d,
dessen äußerer Durchmesser
sich zu dem Verbundventilkörper 103 (den
Ankerabschnitt 103q) hin verjüngt.
-
Wenn
die Spule 61 erregt wird, wird der durch das Verbundventilgehäuse 101 hindurchtretende
Magnetfluss durch die dünne
Wand 101c gedrosselt und begrenzt, und während er
die dünne
Wand 101c umgeht, verläuft
er hauptsächlich
durch den Ankerabschnitt 103q des Verbundventilkörpers 103 hindurch
zu dem Ankeranziehungsabschnitt 101b. Daher wird der Verbundventilkörper 103 (der
Ankerabschnitt 103q) zu dem Anziehungsabschnitt 101b angezogen,
und der Verbundventilkörper 103 bewegt sich
gegen die Vorspannkraft der Feder 69 zu einer gegebenen
Position. Somit sind die Fluidkanäle 104 und 105 mit
den Fluidkanälen 107 in
Verbindung, so dass Kraftstoff mit einer Menge in Abhängigkeit
der Flächen
der zu dem Fluidkanal 104 offenen Fluidkanälen 107 strömt.
-
Falls
die dünne
Wand 101c zu dünn
ist, dann tritt ein Festigkeitsproblem auf. Im Gegensatz dazu strömt ein zu
großer
Magnetfluss durch die dünne Wand 101c hindurch,
falls die dünne
Wand 101c zu dick ist, so dass die Funktion des Elektromagnetventils
beeinträchtigt
ist. Die Dicke der dünnen
Wand 101c ist angesichts der Festigkeit und der Funktion zu
definieren, und bei diesem Ausführungsbeispiel sind
zum Beispiel 0,3 bis 0,7 mm vorzuziehen.
-
Anstelle
des abgeschrägten
Abschnitts 63c an dem axialen Ende des Verbundventilkörpers 63 bei
dem in der 4 gezeigten Elektromagnetventil 30 ist
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der abgeschrägte
Abschnitt 101d an dem Verbundventilgehäuse 101 vorgesehen.
Bei dem in der 4 gezeigten Aufbau ist es schwierig,
den abgeschrägten Abschnitt
an dem Stator 75 vorzusehen, da der Stator 73 mit
dem Einfügungselement 75 verschweißt ist.
Jedoch ermöglicht
das Gehäuseelement
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
das Vorsehen des abgeschrägten
Abschnitts 101d zum Verbessern der magnetischen Eigenschaften
des Elektromagnetventils 100.
-
Das
Verbundventilgehäuse 101 ist
aus einem weichmagnetischen Werkstoff wie zum Beispiel elektromagnetischer
rostfreier Stahl (rostfreier Stahl SUS 13 auf Ferritbasis)
geschaffen, der derselbe ist wie bei dem in der 4 gezeigten
Verbundventilgehäuse 9,
oder ein kohlenstoffarmer Stahl (S10C).
-
Auch
wenn bei dem in der 4 gezeigten Aufbau hinsichtlich
der Verschweißung
mit dem Einfügungselement 75 der
elektromagnetische rostfreie Stahl vorzuziehen ist, kann der kohlenstoffarme
Stahl (S10C) bei dem in der 7 gezeigten
Aufbau verwendet werden, der eine höhere maximale Magnetflussdichte
hat als der elektromagnetische rostfreie Stahl.
-
Das
Verbundventilgehäuse 101 ist
an seiner Oberfläche
mit einer dünnen
gehärteten
Lage versehen, die durch die Oberflächenbehandlung (NiP-Beschichtung
oder DLC) oder durch die Wärmebehandlung
(Weichnitrierhärtevorgang)
ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die dünne gehärtete Lage nur an der Gleitfläche des
Zylinders 102 vorgesehen. Des Weiteren ist diejenige dünne gehärtete Lage
eher vorzuziehen, die durch den Weichnitrierhärtevorgang ausgebildet ist,
da außerdem
die Diffusionslage durch den Weichnitrierhärtevorgang ausgebildet wird. Demgemäß ist der
durch den dünnen
Wandabschnitt 101c strömende
Magnetfluss weiter durch die dünne gehärtete Lage
und die Diffusionslage begrenzt, durch die ein geringerer Magnetfluss
hindurchtritt.
-
Der
Verbundventilkörper 103 ist
aus einem weichmagnetischen Werkstoff wie zum Beispiel reiner Stahl
oder kohlenstoffarmer Stahl geschaffen, was ähnlich ist wie bei dem in der 4 gezeigten Verbundventilkörper 63.
Die Oberfläche
des Verbundventilkörpers 103 hat
eine dünne
gehärtete
Lage, die durch die Oberflächenbehandlung
(NiP-Beschichtung
oder DLC) oder durch die Wärmebehandlung
(Weichnitrierhärtevorgang)
ausgebildet ist.
-
Wie
dies in der 8 gezeigt ist, ist das Elektromagnetventil
an die Pumpeneinfassung 1b montiert. Kraftstoff in dem
Kraftstoffbehälter
T, der durch die Förderpumpe
P1 mit Druck beaufschlagt wird, wird durch einen Niederdruckkanal
L zu einem Fluidkanal 111 gefördert. Kraftstoff in dem Fluidkanal 111 strömt in den
Verbindungsfluidkanal 106 des Verbundventilkörpers 103 und
strömt
dann durch die Fluidkanäle 104, 105 und 107 des
Verbundventilkörpers 103 und
des Verbundventilgehäuses 101 und
durch einen Fluidkanal 112 zu dem Niederdruckfluidkanal 17.
Und zwar bildet ein axiales Ende des Verbindungsfluidkanals 106 einen
Einlass, und der Fluidkanal 105 bildet einen Auslass. In
diesem Fall wird eine Kraftstoffdruckänderung in der Druckkammer 4,
in die Kraftstoff eingesaugt und komprimiert wird, zu den Fluidkanälen 104 und 105 übertragen.
Und zwar ist die Platte 5a mit der unteren Fläche des
Kanalausbildungselementes 23 in einem engen Eingriff, wenn sich
der Tauchkolben 3a nach oben bewegt, da der Druck in der
Druckkammer 4a hoch wird. Bei einem Betrieb des Motors
mit hoher Drehzahl wird eine pulsierende Druckwelle (Druckänderung)
erzeugt, deren maximaler Druck ungefähr 6 MPa beträgt. Die
pulsierende Druckwelle wird durch den Fluidkanal 24 und die
Niederdruckfluidkanäle 19, 18, 17 und 112 zu dem
Elektromagnetventil 100 übertragen. Auch wenn das Elektromagnetventil 100 in
dem Ventilöffnungszustand
ist, dient die Fläche
des Fluidkanals des Verbundventilkörpers 103, die zu
dem Fluidkanal des Verbundventilgehäuses 101 offen ist,
als eine Drossel zum Abschwächen
der pulsierenden Druckwelle, so dass eine abgeschwächte pulsierende
Druckwelle zu dem Verbindungsfluidkanal 106 und dann zu
der Federkammer 60 übertragen
wird. Wenn die abgeschwächte
pulsierende Druckwelle auf die dünne Wand 101c des
Verbundventilgehäuses 101 wirkt, dann
wird eine Beschädigung
der dünnen
Wand 101c verhindert, die dann durch die pulsierende Druckwelle
hervorgerufen werden könnte,
wenn diese direkt auf sie aufgebracht wird.
-
Gemäß dem Elektromagnetventil 100 hat
der Verbundventilkörper 103,
der ein Bauteil ist, sowohl die Ventilfunktion als auch die Ankerfunktion,
und des Weiteren hat das Verbundventilgehäuse 101, das ein Bauteil
ist, sowohl die Zylinderfunktion als auch die Statorfunktion, was
insgesamt zu einer geringeren Anzahl an Bauteilen und zu geringeren
Herstellungskosten führt.
Da das Verbundventilgehäuse 101 den Ventilunterbringungsabschnitt 101a,
die dünne
Wand 101c und den Ankeranziehungsabschnitt 101b hat, die
als ein Bauteil ausgebildet sind, kann des Weiteren das Elektromagnetventil 100 verglichen
mit dem Elektromagnetventil 30, 80 oder 90 gemäß dem ersten,
zweiten oder dritten Vergleichsbeispiel mit einer sehr viel geringeren
Anzahl an Bauteilen hergestellt werden. Gemäß dem Verbundventilgehäuse 101 sind
der erste und der zweite Stator entsprechend dem in 14 gezeigten
herkömmlichen
Elektromagnetventil 120 als ein Körper integriert.
-
Bei
einem Elektromagnetventil, bei dem eine höhere Verschleißfestigkeit
und eine geringere Reibungskraft nicht erforderlich sind, muss die
dünne gehärtete Lage
an der Oberfläche
des bewegbaren Elementes oder des Gehäuseelementes nicht vorgesehen
sein.
-
(Zweites Ausführungsbeispiel)
-
Unter
Bezugnahme auf die 9 und 10 wird
ein Elektromagnetventil 130 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
-
Gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
ist das Elektromagnetventil 130 anstelle des Elektromagnetventils 30 an
die in der 1 gezeigte Pumpeneinfassung 1c montiert.
-
Wie
dies in der 10 gezeigt ist, ist das Elektromagnetventil 130 an
einer inneren Umfangsfläche
eines Ventilgehäuses 109 mit
einem Zylinder 162 versehen, in dem ein spulenförmig ausgebildeter Ventilkörper 163 gleitbar
untergebracht ist. Das Ventilgehäuse 109 ist
mit Fluidkanälen 164 und 165 versehen,
durch die der Zylinder 162 mit dem Kraftstoffsammelbehälter 16 in
Verbindung ist, der in der Pumpeneinfassung 1b vorgesehen
ist. Der Fluidkanal 164 hat einen Schlitz, der sich mit
konstanter Breite in einer axialen Richtung (in der Links- und Rechtsrichtung
gemäß der 10)
des Ventilkörpers 163 erstreckt.
Der Schlitz dient zum Ändern
der Kraftstoffströmungspfadfläche entsprechend
der axialen Bewegung des Ventilkörpers 163,
so dass die Kraftstoffdurchsatzmenge genau reguliert wird.
-
Eine
Federführung 168 ist
mittels einer Presspassung an das Ventilgehäuse 109 gepasst. Die
Federführung 168 ist
mit einem Fluidkanal 169 versehen, der mit dem in der 1 gezeigten
Niederdruckfluidkanal 17 in Verbindung ist. Eine Feder 166 ist zwischen
der Federführung 168 und
dem Ventilkörper 163 angeordnet.
Der Ventilkörper 163 wird
durch eine Vorspannkraft der Feder 166 stets in eine Ventilöffnungsrichtung
(in der Rechtsrichtung gemäß der 10)
gedrückt.
Der Ventilkörper 163 ist
mit einem Fluidkanal 167 versehen.
-
Ein
erster Stator 173 umgibt einen äußeren Umfang des Ventilgehäuses 109.
Ein zweiter Stator 174 ist über ein aus einem nicht-magnetischen
Werkstoff (zum Beispiel rostfreier Stahl SUS 304 auf Austenitbasis)
geschaffenes Einfügungselement 175 mit dem
ersten Stator 173 verbunden. Der erste und zweite Stator 173 und 174 und
das Einfügungselement 175 sind
koaxial miteinander verbunden und durch einen Laserschweißvorgang
als ein Körper
integriert.
-
Eine
Buchse 177 ist mittels einer Presspassung an den ersten
Stator 173 gepasst. Ein Gleitlager 178 ist im
Inneren der Buchse 177 angeordnet. Ein anderes Gleitlager 179 ist
im Inneren des zweiten Stators 174 angeordnet. Eine mit
einem Anker 170 integrierte Buchsenstange 171 ist
durch die Gleitlager 178 und 179 so gestützt, dass
sie axial bewegbar ist. Ein axiales Ende der Buchsenstange 171 ist
mit einem axialen Ende des ihm gegenüberliegenden Ventilkörpers 163 in
Kontakt. Und zwar sind der Ventilkörper 163 und die Buchsenstange 171 als
getrennte Bauteile ausgebildet und nahezu koaxial angeordnet. Jedes
Gleitlager 178 und 179, deren Formen ähnlich sind,
ist mit einer Vielzahl Nuten (nicht gezeigt) versehen, die sich
axial erstrecken, so dass Kraftstoffdrücke in verschiedenen Räumen im Gleichgewicht
sind.
-
Der
erste Stator 173 ist mit Flanschen 173a mit Löchern versehen,
durch die Schrauben 107 zum Befestigen des Elektromagnetventils 130 an
die Pumpeneinfassung 1c eingefügt sind.
-
Der
erste und der zweite Stator 173 und 174 sind jeweils
aus einem weichmagnetischen Werkstoff wie zum Beispiel elektromagnetischer
rostfreier Stahl geschaffen (rostfreier Stahl SUS 13 auf
Ferritbasis). Der Anker 170 ist aus einem weichmagnetischen Werkstoff
wie zum Beispiel Permalloy geschaffen. Falls das Elektromagnetventil 130 seitlich
(eine Längsrichtung
des Ventilkörpers 163 ist
horizontal) an der Pumpeneinfassung 1b angebracht ist,
wird keine ungleichmäßige Kraft
auf der Grundlage eines Gewichts des Ankers 170 auf den
Ventilkörper 163 aufgebracht,
da der Ventilkörper 163 und
die Buchsenstange 171 als die getrennten Körper ausgebildet sind.
Jedoch können
der Ventilkörper 163 und
die Buchsenstange 171 hinsichtlich einer Reduzierung einer
Anzahl von Bauteilen als ein Körper
ausgebildet sein.
-
Der
Anker 170 ist an einem axialen Ende mit einem abgeschrägten Abschnitt 170a versehen,
dessen Querschnittsfläche
sich zu dem ersten Stator 173 hin verjüngt. Eine Versetzungsposition
(Verschiebungsbetrag) des Ventilkörpers 163 wird durch
eine in die Spule 161 eingespeiste Stromstärke bestimmt. Wenn
die Spule 61 erregt wird, bewegt sich die Buchsenstange 171 in
der Linksrichtung gemäß der 10,
um den Ventilkörper 163 zu
verschieben. Demgemäß verschiebt
sich der Ventilkörper 163 gegen
die Vorspannkraft der Feder 166. Wenn die Stromstärke erhöht wird,
erhöht
sich der Hubbetrag des Ventilkörpers 163,
und eine Fläche
einer Verbindung zwischen den Fluidkanälen verringert sich.
-
Bei
dem vorstehend beschriebenen Elektromagnetventil 130 wird
der Ventilkörper 163 durch
die Vorspannkraft der Feder 166 in der Rechtsrichtung gemäß der 10 gedrückt, wenn
die Spule 161 nicht erregt wird, bis ein rechtes Ende des
Ventilkörpers
in Kontakt mit der Buchse 77 gelangt und durch diese gestoppt
wird, die den zulässigen
Bewegungsbereich des Ventilkörpers 163 in
dem Ventilöffnungszustand
definiert. Wenn die Spule 161 erregt wird, bewegt sich
der Ventilkörper 163 gegen
die Vorspannkraft der Feder 166 in der Ventilschließrichtung und
verharrt an einer Position, an der eine Magnetkraft zum Anziehen
des Ventilkörpers 163 zu
dem ersten Stator 137 mit der Vorspannkraft der Feder 166 im
Gleichgewicht ist, so dass ein zulässiger. Bewegungsbereich des
Ventilkörpers 163 in
dem Ventilöffnungszustand
definiert ist.
-
Das
Ventilgehäuse 109 und
der erste und der zweite Stator 173 und 174 bilden
das Gehäuseelement,
und der Ventilkörper 163,
die Buchsenstange 171 und der Anker 170 bilden
das Ventilelement. Ein Zusammenbau des Gehäuseelements und des Ventilelements
bildet einen Ventilmechanismus R, wie dies in der 11 gezeigt
ist.
-
Ein
Solenoid 141 besteht aus einer Haspel 142, in
der die Spule 61 untergebracht ist, und aus einem Stecker 43 zum
Eingeben und Abgeben von elektrischen Signalen. Die Haspel 142 ist
zylinderförmig
so ausgebildet, dass sie eine äußere Fläche des zweiten
Stators 174 umgibt. Der Stecker 143 erstreckt
sich in jener Richtung, die senkrecht zu einer Achse der Haspel 142 ist.
-
Eine
Einfassung 106 hat ein Loch 106a, in das der zweite
Stator eingefügt
ist, und sie ist außerhalb
der Haspel 142 so angeordnet, dass sie die Haspel 142 umgibt.
Wie dies eindeutig in der 9 gezeigt
ist, ist die Einfassung 106 mit zwei Flanschen 106b mit
Löchern
versehen, in die je eine Schraube 107 zum Befestigen des
ersten Stators 173 und der Einfassung 106 eingefügt ist.
Die Einfassung 106 ist aus einem weichmagnetischen Werkstoff
wie zum Beispiel elektromagnetischer rostfreier Stahl (rostfreier
Stahl SUS 13 auf Ferritbasis) geschaffen und bildet zusammen
mit dem Ventilmechanismus R einen magnetischen Kreis.
-
Wie
dies in der 11 gezeigt ist, sind der Ventilmechanismus
R und der Solenoid 41 getrennt ausgebildet und werden aneinander
derart montiert, dass der zweite Stator 174 in einen Hohlraum 144 des
Solenoids 141 eingefügt
wird. Dann wird die Einfassung 106 durch die Schrauben 107 an
den Ventilmechanismus R und die Pumpeneinfassung 1b in dem
Zustand montiert und befestigt, in dem der Solenoid 141 zwischen
dem ersten Stator 173 und der Einfassung 106 angeordnet
ist. Demgemäß ist das Elektromagnetventil 130 starr
an der Pumpeneinfassung 1b befestigt.
-
Unter
Bezugnahme auf die 12A bis 12C werden
Herstellungsprozesse des Solenoids 41 beschrieben. Die 12A zeigt die Haspel 142 vor einem Spulenwickelprozess.
Die Haspel 142 wird durch einen Harzspritzgussvorgang zylinderförmig ausgebildet
und ihre axial entgegengesetzten Enden werden mit Flanschabschnitten 142a versehen,
die sich entlang ihres äußeren Umfangs
nach außen
erstrecken. Ein Raum zwischen den Flanschabschnitten 142a bildet
einen Platz aus, an dem die Spule 161 untergebracht wird.
Jeder Flanschabschnitt 142a ist an seiner äußeren seitlichen
Fläche mit
einem ringartigen Vorsprung 145 oder 146 versehen,
dessen Querschnittsform trapezförmig
ist.
-
Dann
werden Anschlüsse 147 in
Löcher 142b eingefügt, die
in einem der Flanschabschnitte 142a vorgesehen sind, und
danach wird die Spule 161 in dem Raum zwischen den Flanschabschnitten 142a gewickelt,
und Enden der Spule 161 werden mit den Anschlüssen 147 verbunden,
wie dies in der 12B gezeigt ist.
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Wie
dies in der 12C gezeigt ist, werden des
Weiteren eine äußere Umfangsfläche der
Spule 161, beide axialen Endflächen der Haspel 42 und
ein Teil der Anschlüsse 147 durch
einen zweiten Spritzgussvorgang mit einem Harz bedeckt, so dass
der Stecker 143 ausgebildet wird, und der Solenoid 141 ist
fertiggestellt. Wenn der zweite Spritzgussvorgang an der Haspel 142 durchgeführt wird,
wird ein Teil der Haspel 142 wie zum Beispiel die ringartigen
Vorsprünge 145 und 146 einmal
geschmolzen und dann zusammen mit Harz verfestigt, das nochmals
bei dem zweiten Spritzgussvorgang vorgesehen wird. Demgemäß werden
die Haspel 142 und der Stecker 143 ohne eine ausgeprägte Harzgrenze
zwischen dem ersten und dem zweiten Spritzgussvorgang starr integriert.
Vorzugsweise steht der ringartige Vorsprung 145 oder 146 nach
außen
vor, und seine Querschnittsfläche
ist relativ klein, um das Harz bei dem ersten und dem zweiten Spritzgussvorgang
in einfacher Weise zu schmelzen und zu verfestigen. Die Querschnittsform
des ringartigen Vorsprungs 145 oder 146 kann dreieckig
oder rund sein.
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Gemäß dem Elektromagnetventil 130 sind der
aus einem metallischen Werkstoff geschaffene Ventilmechanismus R,
der hauptsächlich
aus Harz geschaffene Solenoid 41 und die aus einem metallischen
Werkstoff geschaffene Einfassung 106 getrennt vorgesehen,
und nach ihrer Montage werden sie durch die Schrauben 107 aneinander
befestigt. Es ist demgemäß sehr einfach,
den Solenoid 41 von dem Ventilmechanismus R und der Einfassung
zu trennen, was zu einer einfachen Rohstofftrennung oder zu einem
einfachen Recycling von Abfallmaterial führt, wenn das Fahrzeug zum
Beispiel verschrottet wird.
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Da
des Weiteren der äußere Umfang
der Spule 161 einschließlich der Räume zwischen der Haspel 142 und
der Spule 161 durch den zweiten Spritzgussvorgang vollständig mit
Harz bedeckt wird, wird nicht nur verhindert, dass die Spule 161 direkt Wasser
wie zum Beispiel salziges Seewasser ausgesetzt ist, sondern es wird
außerdem
verhindert, dass Dampf oder Wasser in ein Inneres der Spule 161 eindringt.
Und zwar dient der zweite Spritzgussvorgang nicht nur zum Ausbilden
des Steckers 143, sondern auch zum Schützen der Spule 161,
ohne dass getrenntes Dichtmaterial verwendet wird.
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Anstatt
der Einfassung 106 an den Ventilmechanismus R mit den Schrauben 107 zu
befestigen, die in die Löcher
der Flansche 173a und 106b eingefügt sind,
kann die Einfassung 106 an den Ventilmechanismus R derart
befestigt werden, dass, nachdem der Solenoid 141 zwischen
dem Ventilmechanismus R und der Einfassung 6 angeordnet
wurde, ein ringförmiger
Halter 181 in eine ringförmige Nut 174a gepasst
wird, die an einer seitlichen Fläche
des zweiten Stators 174 nahe an dessen axialem Ende vorgesehen
ist, wie dies in den 13A und 13B gezeigt
ist. Wenn der Halter 181 von der Nut 174a entfernt
wird, ist der Solenoid 141 in einfacher Weise von dem Ventilmechanismus
R und der Einfassung 106 getrennt. Daher ist dieser Aufbau
hinsichtlich einer einfachen Rohstofftrennung oder eines einfachen Recyclings
von Abfallmaterial vorzuziehen.
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Des
Weiteren kann die Einfassung 106 an den ersten Stator 174 (der
Ventilmechanismus R) oder an die Pumpeneinfassung 1b unter
Verwendung irgendeines abnehmbaren Befestigungselementes außer die
Schrauben 107 oder den Halter 181 befestigt werden.
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Darüber hinaus
können
anstatt des Integrierens der Haspel 142 und des Steckers 143 als
der Solenoid 143 durch den ersten und den zweiten Spritzgussvorgang
die Haspel 142 und der Stecker 143 als getrennte
Körper
ausgebildet werden, und nachdem die Haspel 142 und der
Stecker 143 zwischen dem Ventilmechanismus R und der Einfassung 106 eingeklemmt
wurden, kann die Einfassung 106 an den Ventilmechanismus
R durch das Befestigungselement wie zum Beispiel die Schraube befestigt
werden.
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Anstelle
des Elektromagnetventils der Normal-Geschlossen-Bauart, das in dem Ventilschließzustand
ist, wenn die Spule nicht erregt wird, kann das Elektromagnetventil
ein Ventil einer Normal-Offen-Bauart oder ein Ventil sein, bei dem
eine Fluidpfadfläche
ein wenig geöffnet
ist, wenn die Spule nicht erregt wird. Zum Beispiel kann das in
den 4 oder 10 gezeigte
Elektromagnetventil 30 oder 130 derart abgewandelt
sein, dass der Fluidkanal 64 oder 164 ein wenig
zu dem Fluidkanal 66 oder 169 offen ist und dass
sich die Fluidpfadfläche
erhöht,
wenn sich die in die Spule eingespeiste Stromstärke erhöht.
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Anstelle
des linearen Solenoidventils (proportionales Elektromagnetventil)
kann das Elektromagnetventil ein Ein-Aus-Ventil sein, bei dem sich ein Ventilkörper zwischen
einer vorbestimmten Ventilöffnungs-
und Schließposition
bewegt.
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Anstatt
das Elektromagnetventil auf eine variable Hochdruckauslasspumpe
anzuwenden, kann das Elektromagnetventil als ein Kraftstoffeinspritzventil
verwendet werden, oder es kann auf irgendeine Fluiddurchsatzsteuervorrichtung
wie zum Beispiel eine Bremsvorrichtung mit ABS (Antiblockierbremssystem)
oder eine Hydrauliksteuerungsvorrichtung zum Steuern eines Arbeitsöls angewendet
werden.
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Bei
dem Elektromagnetventil 30 hat ein Verbundventilgehäuse 9 einen
zylindrischen Hohlraum 62, und ein spulenförmig ausgebildeter
Verbundventilkörper 63 ist
in dem zylindrischen Hohlraum gleitbar untergebracht. Der Verbundventilkörper hat
nicht nur eine Ventilfunktion an sich zum Ändern einer Fluidpfadfläche entsprechend
seiner Bewegung in dem zylindrischen Hohlraum, sondern auch eine Ankerfunktion
zum Bilden eines magnetischen Kreises. Das Verbundventilgehäuse hat
nicht nur eine Zylinderfunktion zum Zulassen der gleitenden Bewegung des
Ventilkörpers,
sondern auch eine Statorfunktion zum Bilden eines magnetischen Kreises.
Der Verbundventilkörper
und das Verbundventilkörper
sind aus einem weichmagnetischen Werkstoff geschaffen, und an ihren
Oberflächen
sind sie mit dünnen
gehärteten
Lagen versehen, die durch eine Oberflächen- oder Wärmebehandlung
ausgebildet sind.