JP2001505277A - 電磁作動弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電磁作動弁（１）、特に内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁は、電磁コイル（２）によって包囲されたコア（３）と、該コア（３）に隣接した可動磁極子（８）を有しており、該可動磁極子によって、弁座体と協働する弁閉鎖体が作動される。前記可動磁極子（８）を包囲する磁束戻し体（１０）は、遮断部（１２）によって前記コア（３）から磁気的に遮断されている。本発明によれば、コア（３）及び／又は磁束戻し体（１０）がフェライト材料又は強磁性材料から成り、該材料の透磁率は、該材料にかかる機械的応力に関連している。前記のコア（３）及び／又は磁束戻し体（１０）は、磁気的な遮断部（１２）を形成するために、前記のコア（３）と磁束戻し体（１０）との間の境界域内で機械的応力をかけられている。

Description

【発明の詳細な説明】 電磁作動弁 技術分野： 本発明は、請求項１に記載した形式の電磁作動弁、特に内燃機関の燃料噴射装 置用の燃料噴射弁に関する。 背景技術： ドイツ連邦共和国特許第４００３２２７号明細書に基づいて公知になっている 燃料噴射弁では、管状コアが電磁コイルによって取り囲まれている。前記管状コ アの噴出側端部には可動磁極子が接続し、該可動磁極子は、弁座と協働する弁閉 鎖体に結合されている。前記弁座は、管状の弁座支持体内に保持された弁座体に 形成されている。該弁座体は同時に、磁束回路の磁束を戻すための部分エレメン トとして使用される。このために弁座支持体は、噴出側端部とは反対側の端部で 可動磁極子をスリーブ状に包囲し、かつ戻り磁束を半径方向で導磁エレメントへ 導き、該導磁エレメントは弁座支持体を管状コアと軸方向で接続し、これによっ て磁束回路を閉じる。管状コアと、磁束戻し体としての弁座支持体との間の磁気 的短絡を避けるために、弁座支持体は、非磁性の中間部分によって管状コアから 遮断されており、前記中間部分は金属製の弁内管とし て構成されている。従って磁束は直接にコアから弁座支持体へ移行するのではな くて、意図的に間接的に可動磁極子を介して移行するので、電磁コイルの励磁時 に可動磁極子には、燃料噴射弁を開弁するための軸方向力成分が加えられる。 しかしながら金属製の中間部分を付加的な旋削部品として構成することは、付 加的な製作費と付加的な組立費を要求することになる。管状コア、弁座支持体及 び非磁性の中間部分は別個の旋削部品として製作され、かつ２つの溶接シームに よって互いに接合されねばならない。溶接シームは同時に液密的な封止のために も役立つので、電磁コイルを収容する環状室内への燃料移行が阻止される。それ 故に溶接シームの品質に対しては特別の要求が課され、かつ単純な溶接法、例え ば点溶接法は使用することができない。更に金属製の非磁性の中間部分には、弁 の電磁作動効率を害なう渦電流が発生することがある。 コアと弁座支持体とを一体的な部品として構成することは、ドイツ連邦共和国 特許第１９５０３８２１号明細書において既に提案されている。その場合コアと 弁座支持体との間の磁気的遮断は磁気的な絞り部によって得られる。その場合、 コアと弁座支持体とを形成する一体的な連帯構成部分は、前記絞り部の領域では 例えば０．２ｍｍの著しく僅かな壁厚で形成されている。電磁コイルの励磁時に 前記領域では飽和磁束密度 が得られるので、磁束の絞り作用が発生し、かつ絞り部の飽和磁束密度を上回る 磁束が、コアから可動磁極子を経て弁座支持体へ達することになる。しかしなが ら磁気的な絞り部の領域における壁厚が僅かであるために、コアと弁座支持体と を形成する連帯構成部分の機械的な安定性は害われているので、組付けはそれ相 応の入念さと精確さとを必要とする。絞り部で発生する飽和磁束密度は概ね、可 動磁極子の磁気的作動のために意のままには使用できず、従って電磁的作動効率 を劣化させることになる。電磁コイルにおける電流の流れはそれ相応に高められ ねばならず、その際に発生する熱損失は付加的に導出されねばならない。 発明の開示： 従来技術に対比して、請求項１の特徴部に記載した構成手段を有する本発明の 電磁作動弁は、コア及び／又は磁束戻し体のフェライト材料又は強磁性材料が遮 断部の領域で機械的応力をかけられていることによって、コアと磁束戻し体との 間に磁気的な遮断部が簡単に実現されるという利点を有している。その場合、前 記磁気的な遮断部は比較的大きな壁厚を有することができるので、磁気的な遮断 部に機械的な不安定性が発生することはない。磁気的な遮断部の簡単な構成によ って、組立費及び製作費は著しく削減される。自動的又は半自動的な製作が可能 である。 請求項２以降に記載した手段によって、請求項１に 記載した電磁作動弁の有利な構成と改良が可能である。 磁気的遮断部の領域に機械的応力をかけることは、特に有利には塑性変形によ って得られ、それによって磁気的な遮断部の領域において材料は機械的な固有応 力下にある。塑性変形は例えば適当なプレス加工、かしめ加工又は型打ち加工に よって自動的な製作法で実現することができる。 コア及び磁束戻し体を一体的な連帯構成部分として構成し、該連帯構成部分に 磁気的な遮断部を塑性変形によって実現するのが特に有利である。この構成によ って組立費及び製作費は最低限に削減される。その場合一体的な連帯構成部分で は、塑性変形された磁気的な遮断部の領域内に、可動磁極子を包囲するリング状 の切欠部が形成され、それによって、可動磁極子を包囲する磁束戻し体内におけ る可動磁極子の案内を磁気的な遮断部によって害なうことが防止される。その場 合磁気的な遮断部は、コアと可動磁極子との間に形成されたギャップを軸方向で 超えて延びることができ、それによって可動磁極子が、コアの下流側端部及び塑 性変形された磁気的な遮断部に当接することはなく、従って弁ストロークが、塑 性変形された磁気的遮断部によって害なわれることは決してない。 図面の簡単な説明： 図１は本発明の第１実施例として構成された弁の一 部の原理的な断面図である。 図２は有利に使用される材料のための磁界強さＨを関数とする磁束密度Ｂの線 図である。 図３は本発明の第２実施例として構成された弁の断面図である。 図４は図３に鎖線円ＩＶで示した部分の拡大図である。 発明を実施するための最良の形態： 図１には、例えば燃料噴射弁の本発明による電磁作動弁１の部分断面図が略示 されている。フェライト材料又は強磁性材料から成るコア３は管状に形成されて おり、かつ電磁コイル２によって包囲される。コア３は軸方向の縦孔４を有し、 該縦孔内を流体、例えば燃料が流れる。流動方向は矢印５によって示唆されてい る。前記コア３は下流側端部に端面６を有し、該端面６には、可動磁極子８の上 流側端面７が対向している。図１に示した電磁作動弁１の不作用状態では、コア ３の下流側端面６と可動磁極子８の上流側端面７との間にはギャップ９が形成さ れている。電流による電磁コイル２の励磁時に可動磁極子８の上流側端面７はコ ア３の下流側端面６に引き付けられるので、可動磁極子８の上流側端面７はコア ３の下流側端面６に当接する。その場合、可動磁極子８に結合された、図１では 図示を省いた弁閉鎖体は、やはり図示を省いた弁座から離間するので、電磁作動 弁１は開弁する。図示を省 いた弁閉鎖体は、略示したにすぎない弁ニードル１５を介して可動磁極子８と連 結することができる。 電磁作動弁１を作動するために電磁コイル２は磁束を発生させ、該磁束はコア ３からギャップ９を介して可動磁極子８内へ入り、かつ該可動磁極子８から、該 可動磁極子８を包囲する磁束戻し体１０へ半径方向に移行する。該磁束戻し体１ ０は、図１に示した実施例では、追ってより詳細に説明される磁気的な遮断部１ ２を介してコア３と一体的に構成されている。更にまた戻り磁束をコア３へ戻す 導磁エレメント１１が設けられている。この場合コア３、可動磁極子８、磁束戻 し体１０及び導磁エレメント１１は１つの閉じた磁束回路を形成する。前記の磁 気的な遮断部１２は、コア３の縦孔４内を流れる流体を、電磁コイル２を収容す る環状室１３から液密に隔離するための封止機能も有している。流体は、例えば 可動磁極子８の上流側端面７に設けられた複数の溝を介して、可動磁極子８を半 径方向で囲むギャップ１４へガイドされて、弁座へ向かって更に流れることがで きる。他面において可動磁極子８自体が、直接軸方向に延びる複数の流動孔又は 流動溝を有することもできる。 磁気的な遮断部１２は本発明によれば、コア３及び磁束戻し体１０と同一のフ ェライト材料又は強磁性材料から形成されているので、磁気的な遮断部１２は、 該遮断部のために例えば非磁性金属又はプラスチック 材料から成る付加的な中間部分を必要とすること無しに、コア３及び／又は磁束 戻し体１０と一体的に構成することができる。しかしながらコア３と磁束戻し体 １０との間の磁気的短絡を避けるために、磁気的な遮断部１２は、可動磁極子８ を迂回してコア３から直接に磁束戻し体１０へ磁束を全く、又は僅かしか伝送し てはならない。それ故に本発明は、コア３及び／又は磁束戻し体１０がフェライ ト材料又は強磁性材料から成り、該材料の透磁率が、材料の受ける機械的応力に 関連しており、かつ磁気的な遮断部１２を形成するためにコア３と磁束戻し体１ ０との間の境界領域でコア３及び／又は磁束戻し体１０に、機械的応力がかけら れていることを提案する。殊に有利にはコア３の材料及び／又は磁束戻し体１０ の材料は磁気的な遮断部１２の領域において、該遮断部１２の領域の材料が、材 料の無応力状態に対比して透磁率を著しく減少させる機械的な固有応力下にある ように、塑性変形されている。 本発明を明確にするために図２の線図では、コア３、磁束戻し体１０及び磁気 的な遮断部１２のための有利な材料に関して、磁界の強さＨを関数とする磁束密 度Ｂが例示されているにすぎない。その場合公知のように磁束密度Ｂと磁界の強 さＨとの商から透磁率μが得られる。すなわち： μ＝Ｂ／Ｈ 磁束密度Ｂと磁界の強さＨとの間の図示の関数関係は、市販されているフェラ イト磁気材料ＤＭＥＲ １Ｆ（Ｋ−Ｍ３５ＦＬ）に関わる。本発明を実施するた めにはその他のフェライト材料又は強磁性材料も勿論適している。線図３０で示 した磁気材料には最終焼鈍が施されただけである。これに対して線図３１によれ ば、最終焼鈍後に磁気材料には１２０Ｎ／ｍｍ²の機械的応力がかけられた。両 線図を比較すれば判るように、機械的応力をかけられた磁気材料の透磁率μは１ ．０ｋＡ／ｍ以下の磁界の強さＨの範囲では比較的微少であり、かつ１．０ｋＡ ／ｍ以上の範囲で始めて著しく上昇する。これに対して無応力状態の磁気材料の 場合には１０ｋＡ／ｍ以下の磁界の強さＨの範囲において、機械的応力をかけら れた材料に対比して著しく大きな透磁率μが生じる。 本発明は前記の事項を利用して、所定の磁界強さにおいて透磁率を低下させる ため、ひいては磁束密度を減少させるために、磁気的な遮断部１２において材料 に機械的応力をかけている。この機械的応力は有利には、磁気的な遮断部１２の 領域で材料を塑性変形することによって、例えばかしめ加工、プレス加工又は型 打ち加工によって得られ、従って材料は機械的な固有応力下にある。その場合に 得られる利点は特に、磁気的な遮断部１２のために別個の構成部品を必要とはせ ず、むしろコア３及び／又は磁束戻し体１０と同一の フェライト材料又は強磁性材料から磁気的な遮断部１２を製作できることである 。それ故にコア３及び磁束戻し体１０は、一体的な連帯構成部分として磁気的な 遮断部１２と結合される。その場合磁気的な遮断部１２は比較的高い磁気抵抗を 有し、かつコア３と磁束戻し体１０との間の短絡磁束を減少させる。該磁気的遮 断部１２は同時に、電磁コイル２を収容する環状室１３を、本発明の電磁作動弁 １を通流する流体に対して液密に封止することも保証する。 図３には、混合気圧縮型火花点火式内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁と して構成された本発明の電磁作動弁１の実際的な実施例が図示されている。図１ に基づいてすでに説明した構成要素には、対応関係を判り易くするために同一符 号を付した。 燃料噴射弁として図３に示した電磁作動弁１は、電磁コイル２によって包囲さ れていて燃料入口接続管片として役立つ管状のコア３を所謂インナーポールとし て有している。コア３は、従来技術の燃料噴射弁の場合のようにコア下端部４１ で事実上終わる構成部品として構成されているのではなくて、該コア３は磁気的 な遮断部１２を超えて更に下流方向へ延びているので、巻枠４０の下流側に配置 された、磁束戻し体１０と呼ばれる管状の接続部分は、所謂アウターポールとし てコア３と一体的に形成されており、これによって生じる連帯構成部分は弁管４ ２と呼ばれる。コア３から 磁束戻し体１０への移行部として前記弁管４２は磁気的な遮断部１２を有してい る。 コア３のコア下端部４１から、弁縦軸線４３に対して同心的に磁気的な遮断部 １２が出ている。なお前記弁縦軸線４３を中心としてコア３及び磁束戻し体１０ も同心的に延びている。コア下端部４１の下流側に直接続く前記領域では、公知 の燃料噴射弁の場合には金属製の非磁性中間部分が設けられており、該中間部分 はコア３と磁束戻し体１０とを磁気的に遮断するためのものである。従って公知 の燃料噴射弁では、非磁性中間部分をめぐる磁束は可動磁極子８を介して電磁回 路を流れる。燃料噴射弁の作動は、本発明の構成の場合も公知のように電磁式に 行なわれる。 磁束戻し体１０内には、弁縦軸線４３に対して同心的に形成された縦孔４４が 延びている。該縦孔４４内には、例えば管状の弁ニードル４５が配置されており 、該弁ニードルはその下流側端部４６で球状の弁閉鎖体４７に例えば溶接によっ て結合されている。なお前記弁閉鎖体４７の周面には、燃料を沿面流動させるた めに例えば５つの扁平面取り部４８が設けられている。 弁ニードル４５を軸方向に運動させ、ひいては戻しばね４９のばね力に抗して 燃料噴射弁を開弁させるため、もしくは閉弁させるために、電磁コイル２、コア ３及び可動磁極子８を有する電磁回路が使用される。 可動磁極子８は、弁閉鎖体４７とは反対の側の弁ニードル４５の端部に溶接シー ムによって接合されており、かつコア３に軸整合されている。弁座支持体として も使用される磁束戻し体１０の、コア３とは反対の側の下流側端部で縦孔４４内 には円筒形の弁座体５０が溶接によって液密に取付けられており、該弁座体５０ は、弁閉鎖体４７と協働する弁座を有している。 可動磁極子８による弁ニードル４５の軸方向運動中に弁閉鎖体４７を弁縦軸線 ４３に沿ってガイドするために弁座体５０の案内開口５１が使用される。球形の 弁閉鎖体４７は、弁座体５０の、流動方向に截頭円錐形状にテーパを成す弁座と 協働する。弁座体５０は、弁閉鎖体４７とは反対の側の端面において、例えばポ ット状に形成された噴射穴付き円板５２と固着結合されている。ポット状の噴射 穴付き円板５２は、腐食又は打抜きによって形成された少なくとも１つの、例え ば４つの噴出オリフイス５３を有している。弁ニードル４５に結合された可動磁 極子８を軸方向運動中に精確にガイドするためには、公知の燃料噴射弁では非磁 性中間部分が使用され、該中間部分は、小さな案内遊びを得るために例えば精密 旋盤で極めて正確にかつ高い精度で製作される。しかし本発明の燃料噴射弁では 前記中間部分を必要としないので、可動磁極子８の外周に、例えば旋削によって 製作された少なくとも１つの案内面を設けるのが有利である。該案内面は例えば 一貫した円環状の案内リングとして、或いは外周に相互間隔をおいて形成された 複数の案内面として構成することができる。 ポット状の噴射穴付き円板５２を有する弁座体５０の押込み深さが、弁ニード ル４５のストローク寸法を決定する。その場合電磁コイル２の滅勢時における弁 ニードル４５の一方の終端位置が、弁座体５０の弁座への弁閉鎖体４７の当接に よって確定されているのに対して、電磁コイル２の励磁時における弁ニードル４ ５の他方の終端位置は、コア下端部４１への可動磁極子８の当接によって得られ る。電磁コイル２は、例えば継鉄として構成された少なくとも１つの導磁エレメ ント５４によって取り囲まれており、該導磁エレメントは、電磁コイル２を周方 向で少なくとも部分的に包囲すると共に、一方の端部でもってコア３に接触し、 また他端でもって、弁座支持体として役立つ磁束戻し体１０に接触して夫々例え ば溶接、鑞接もしくは接着によって結合可能である。 燃料噴射弁は更に、プラスチック射出成形外装体５５によって外装されており 、該プラスチック射出成形外装体５５は、コア３を起点として軸方向に電磁コイ ル２及び少なくとも１つの導磁エレメント５４を経て磁束戻し体１０にまで達し ており、しかも導磁エレメント５４は軸方向でも周方向でも完全に被覆されてい る。前記プラスチック射出成形外装体５５には、例え ば一体に射出成形された電気的な接続コネクタ５６が所属している。コア３と磁 気的な遮断部１２と磁束戻し体１０とに分節される一体的な弁管４２は完仝に燃 料噴射弁の全長にわたって延在している。 図４は、図３に鎖線円ＩＶで示した部分の拡大図である。 図４では特に可動磁極子８、コア３及び、磁気的な遮断部１２を介して前記コ ア３から仕切られた磁束戻し体１０を確認することが可能である。図４で示した 不作用位置では、可動磁極子８の上流側端面７とコア３の下流側端面６は、ギャ ップ９によって離間して位置している。 図４に基づいて、磁気的な遮断部１２の有利な幾何学的な成形形状を一層明確 に確認することが可能である。磁気的な遮断部１２は、機械的な固有応力を発生 させるために塑性変形によってビード状に成形されている。遮断部１２と可動磁 極子８の上流側端部との間にはリング状の切欠部６０が設けられており、該切欠 部６０は例えば変形加工工具、例えば型打ち工具又は型打ちダイによって形成す ることができる。リング状の切欠部６０は、軸方向で見て燃料噴射弁の噴出方向 とは逆向きに、コア３と可動磁極子８との間に形成されたギャップ９を超えて延 びている。該リング状の切欠部６０に基づいて、磁気的な遮断部１２は可動磁極 子８の半径方向周面に接触せず、ひいては可動磁極子 ８のガイドを決して害なうことがない。更にまた可動磁極子８の上流側端面７は 磁気的な遮断部１２に当接することもなく、かつギャップ９によって規定された 弁ストロークの大きさが、遮断部１２のビードによって害なわれることも決して ない。 本発明によれば、磁気的な遮断部１２を多種多様の別の幾何学的形状に構成す ることも勿論可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス セバスティアン ドイツ連邦共和国 Ｄ―70193 シユツツ トガルト ベーベルシュトラーセ 106

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電磁コイル（２）によって包囲されたコア（３）と、該コア（３）に隣接 していて弁座と協働する弁閉鎖体（４７）を作動可能な可動磁極子（８）と、前 記可動磁極子（８）を包囲していて前記コア（３）から磁気的な遮断部（１２） によって磁気的に遮断された磁束戻し体（１０）とを備えた形式の電磁作動弁（ １）、特に内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁において、コア（３）及び／ 又は磁束戻し体（１０）がフェライト材料又は強磁性材料から成っており、該材 料の透磁率が、該材料にかかる機械的応力に関連しており、前記のコア（３）及 び／又は磁束戻し体（１０）が、磁気的な遮断部（１２）を形成するために、前 記のコア（３）と磁束戻し体（１０）との間の境界域内で機械的応力をかけられ ていることを特徴とする、電磁作動弁。 ２．コア（３）及び／又は磁束戻し体（１０）の材料が、磁気的な遮断部（１ ２）の領域における塑性変形に基づいて機械的な固有応力下にある、請求項１記 載の電磁作動弁。 ３．コア（３）及び磁束戻し体（１０）が一体的な連帯構成部分（４２）とし て構成されており、該連帯構成部分内に磁気的な遮断部（１２）が塑性変形によ って形成されている、請求項１又は２記載の電磁作動 弁。 ４．コア（３）及び磁束戻し体（１０）を形成する一体的な連帯構成部分（４ ２）が可動磁極子（８）を、前記コア（３）に境を接する端部で包囲して、塑性 変形された磁気的な遮断部（１２）と前記可動磁極子（８）との間で半径方向に リング状の切欠部（６０）が形成されている、請求項３記載の電磁作動弁。 ５．リング状の切欠部（６０）が、コア（３）と可動磁極子（８）との間に形 成されたギャップ（９）を超えて軸方向に延びている、請求項４記載の電磁作動 弁。 ６．可動磁極子（８）を包囲する磁束戻し体（１０）が、管状に形成されてい ると同時に、弁座体（５０）を支持する弁座支持体として役立てられ、前記弁座 体に弁座が形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の電磁作動 弁。 ７．磁束戻し体（１０）とコア（３）とが、電磁コイル（２）を包囲する少な くとも１つの導磁エレメント（５４）によって互いに結合されており、コア（３ ）と可動磁極子（８）と磁束戻し体（１０）と導磁エレメント（５４）とが、１ つの閉じた磁束回路を形成している、請求項１から６までのいずれか１項記載の 電磁作動弁。