JP2010180886A - 燃料インジェクタのための調節可能な絞り式のサーボバルブ - Google Patents

Abstract

【課題】軟鉄で形成される電磁石を含むコア面に接触する硬質の調節シムによりコア面を変形させないサーボバルブを提供する。
【解決手段】絞り式のサーボバルブ７は、バルブ本体８，３０と開閉部材４５と電磁石１５とを有し、電磁石１５は、電磁石１５のコア１８の極面１９によって規定された移動のために、移動式のアーマチュア１６を駆動させる。電磁石は、変形可能な少なくとも１つの調節シム４８の介在で、リングナット４０によってケーシング２内に固定されている。このリングナット４０は、調節シム４８の弾性的な変形を生じさせて、リングナット４０の偶発的な緩みを防止するように、ケーシング２のねじ４６に、所定の締め付けトルクでねじ留めされている。調節シム４８は、断面が、Ｌ,Ｃ,Ｓ,Ｚ，並びにΣから選択された形状を有する金属リングからできている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃エンジンの燃料インジェクタのための調節可能な絞り式のサーボバルブに関する。

知られているように、インジェクタのサーボバルブは、一般に、インジェクタのノズルを調節するような通常のロッドを制御するためのチャンバを有している。この制御チャンバには、圧力のかかった状態の燃料のためのパイプと連通した入口ホールと、開閉部材によって通常閉成されている、較正された出口ホール、即ち燃料の排出のためのホールとが設けられている。通常、サーボバルブのバルブ本体は、インジェクタのケーシング内に固定され、一方、開閉部材は、電磁石のアーマチュアによって制御される。

このアーマチュアの移動、即ち上昇量は、サーボバルブの開閉反応速度を決定し、従って、できるだけ小さいはずである。また、この移動は、排出ホールを通る燃料の流路の断面積を決定し、従って、制御チャンバの出口ホールの断面積の範囲内で、できるだけ大きいはずである。この結果、アーマチュア並びに/若しくは開閉部材の移動を正確に調節する必要がある。正確に調節されなければならない。アーマチュアから分離した開閉部材を備え、このアーマチュアの移動は、一側が、排出ホールの閉成位置で開閉部材に拘束されることによって規定されるサーボバルブが知られている。

知られたサーボバルブにおいて、アーマチュアは、スリーブによって案内され、このスリーブの一端部は、電磁石のコアの方向へのアーマチュアの移動のために、拘束部材を形成する。次に、このスリーブは、排出ホールを開閉するようにアーマチュアの移動の較差を規定するようなバルブ本体に対する位置で、ケーシングのキャビティ内に固定される。アーマチュアの移動の調節は、硬質な、即ち非常に剛性な材料で形成された少なくとも１つの調節シムを使用することによって果たされる。調節シムは、アーマチュアの磁気ギャップを規定するように、スリーブと電磁石のコアとの間にセットされる。少なくとも１つの他の硬質の調節シムが、アーマチュアの移動を規定するように、スリーブとバルブ本体との間にセットされる。そして、コアは、リングナットが緩むのを防止するようなトルクでねじ留めされているリングナットによってケーシング内に固定される。

上記のサーボバルブは、硬質のシムをコアの極面に接触させるという欠点を有している。極面は、硬質の調節シムの材料よりもソフトな軟鉄で形成されているので、調節シムは、コアの極面にダメージを与えるか、極面を変形させかねない。

上述した硬質の調節シムは、較正されたモジュールの調節シムのクラスから選択されることができる。技術的な理由と実現可能の経済的制約とから、前記調節シムは、機械的な公差よりも小さくない量、例えば５μｍだけ互いに異なり得る。

上述の知られたサーボバルブにおいて、前記開閉部材は、一方では、制御チャンバの燃料の圧力によって加えられる軸方向スラストを、また、他方では、電磁石が消磁されたときの圧力のスラストに打ち勝つように予め負荷がかけられたばねの軸方向スラストを受ける。かくして、このばねは、１８００バールの燃料圧力のために、例えば約７０Ｎのかなりの軸方向スラストを与え得るような特性と全長とを有している。電磁石の励磁において、アーマチュアは、電磁石のコアに対する余剰の最小の磁気ギャップを可能にするような位置へと変位され固定部材に拘束され、この結果、電磁石の消磁においてサーボバルブの反応速度(promptness)が最適にされる。

開閉部材の閉成ばねの所定の負荷を減じるために、開閉部材への燃料の圧力の作用のバランスが保たれるように、圧力のかかった燃料が、もはや軸方向の作用を与えるのではなく、開閉部材の支持体に径方向に作用するようなサーボバルブが近年提案されている。従って、ばねの作用と電磁石の作用とは、より低い値であり得る。さらに、アーマチュアの駆動は、アーマチュアのくっつきの危険がなくなるのであれば、電磁石のコアに直接阻止されることができ、この結果、コア自身に対する余剰の磁気ギャップは除去されることができる。しかし、また、この知られたサーボバルブの開閉部材の移動は、複数の硬質のシムによって調節され、この結果、機械的な公差、即ち５μｍの範囲で、前記移動の別々の変化を果たすことが可能である。硬質の調節シムが、コアの極面とインジェクタの固定部分との間にセットされている場合、開閉部材と夫々のシール座部との同軸性が損なわれることに加えて、極面の変形が、アーマチュアの移動に望ましくない変化を生じさせる。さらに、コアの極面の塑性変形は、磁石を締め付けるためのリングナットと、（所定の締め付けトルクを与えることによって組立ての工程で得られる）インジェクタ本体との間のねじ装着の応力の状態に変化をもたらし、この結果、（振動、温度勾配等が原因で）望ましくない緩みを生じさせる。

本発明の目的は、信頼性が高く、コストが制限され、そして知られた技術に従った燃料絞り式のサーボバルブの欠点をなくすような調節可能な絞り式のサーボバルブを提供することである。

本発明によれば、上記の目的は、請求項１に規定されているような当接可能な絞り式のサーボバルブによって達成される。

本発明の第１の実施形態に従った調節可能な絞り式のサーボバルブが装着された燃料インジェクタの部分的な断面図である。 サーボバルブの他の実施形態を拡大した詳細図である。 図１のサーボバルブの変形例をまた拡大した詳細図である。

本発明をより良く理解するために、一例によって与えられた２つの好ましい実施形態が、添付された図面を用いて以下に説明さている。

図１において、参照符号１は、全体として、内燃エンジン、特にディーゼルエンジンのための燃料インジェクタ（部分的に図示されている）を示している。このインジェクタ１は、長軸３に沿って延びている中空体、即ちケーシング２を有している。このケーシングは、高圧、例えば１８００バールの圧力で燃料を吐出させるためのパイプに接続されるように設計された側方入口４を有している。このケーシング２は、また、パイプ５を介して入口４と連通して、燃料をエンジンシリンダ中に噴射するように設計されているノズル（図示されず）で終端している。

前記ケーシング２は、バルブ本体８を有する絞り式のサーボバルブ７が収容されている軸孔６を規定している。本体８は、中で制御ロッド１０が流体密の状態で軸方向に摺動可能な軸孔９を有している。さらに、本体８は、軸孔６のショルダー部１２に通常当っているフランジ１１を有している。前記制御ロッド１０は、燃料インジェクタノズルを開閉するように、知られた方法で針部材（図示されず）の開閉を制御するように設計されている。

前記ケーシング２は、前記軸３と同軸で、駆動装置１４を収容している他のキャビティ１３を有している。この駆動装置は、スリーブ１７と一体的に形成、並びにノッチが形成されたディスク形式のアーマチュア１６を制御するように設計された電磁石１５を有している。この電磁石１５は、軸３に対して垂直な極面１９を有する磁気コア１８によって形成されている。電磁石１５は、また、以下の説明から明らかとなるように、支持体２０によって所定の位置に保持されている。

前記磁気コア１８は、軸３とさらに同軸で、螺旋状の圧縮ばね２２が収容されているキャビティ２１を有している。このばねは、電磁石１５によって与えられる作用とは反対方向にアーマチュア１６にスラスト作用を与えるように、予め付加がかけられている。特に、ばね２２は、一端が支持体２０に当接し、他端が、ばね２２の他端部を案内するためのブロックを有する座金部２４を介してアーマチュア１６に作用する。

前記サーボバルブ７は、圧力で燃料を受けるように流路２５によって入口４と永久的に連通している制御チャンバ２３を有している。この制御チャンバ２３は、一端部が前記ロッド１０によって、また、他端部が、本体８のフランジ１１に接触しているボトムディスク３０によって軸方向が規定されている。制御チャンバ２３は、また、全体が２６で示され、軸３に対して対称な燃料の出口、即ち排出用の流路を有している。この流路は、軸３に沿ってディスク３０内に形成され、較正セクションを有する吐出ホール２７を有している。出口流路２６は、さらに、アーマチュア１６を案内するために本体２８に形成された分配用拡大部(distribution stretch)３５を有している。この分配用拡大部は、ディスク３０と駆動装置１４との間の軸方向中間位置に配置されている。

前記本体２８は、ケーシング２の雄ねじ３２にねじ留めされたリングナット３１によって軸方向が固定された基部２９を有している。より詳細には、本体２８の基部２９は、孔６内に流体密の状態で収容され、また、ディスク３０と、軸方向でショルダー部１２上に置かれているフランジ１１と共に固定位置に一体となっている。さらに、本体２８は、基部２９からチャンバ２３とは反対方向へと前記軸３に沿って片持ち形態で突出しているピン、即ちステム３３を有している。このピン３３は、アーマチュア１６の前記スリーブ１７を軸方向に案内するように設計された筒状の側面３４によって外形が規定されている。

前記ステム３３は、基部２９と一体的に形成されていると共に、径方向で互いに対向している２つの径方向孔３６を有している。これら孔は、流路２６の分配用拡大部３５の軸方向に延びた部分３７と連通し、従って、較正される吐出ホール２７と流体密の状態で連通している。これら孔３６は、基部２９に隣接した軸位置(axial location)でステム３３から出ており、この位置に、環状チャンバ３８が、ステム３３自身の側面３４に沿って形成されている。前記スリーブ１７は、例えば４μｍより小さい、較正された径方向の遊び(calibrated diametral play)を有して、若しくはシール部材の介在によって、ほぼ流体密の方法で側面３４に適合された筒状の内面３９を有している。

前記スリーブ１７は、前進制限位置と後退制限位置との間を、前記面３４に沿って軸方向に摺動するように設計されている。前進制限位置は、流路２６を閉成して、スリーブの一端部４２が本体２８の円錐状ショルダー部４３に支持されるように拘束された位置によって規定されている。後退制限位置は、流路２６の径方向孔３６を完全に開成し、コア１８の前記極面１９に対するアーマチュア１６の拘束によって規定されている。

より詳細には、前進制限位置において、燃料は、面３４に対して径方向に作用するチャンバ２３内の圧力によって、スリーブ１７に結果を生じさせない(zero resultant)軸方向スラストを加える。一方、後退制限位置において、燃料は、径方向孔３６から、リングナット３１とスリーブ１７との間の環状流路４４、アーマチュア１６内の複数のノッチ、コア１８のキャビティ２１、そして支持体２０の開口部を通って、排出チャネル、即ち再循環用チャネル（図示されず）へと流れる。

前記環状のチャンバ３８は、前記端部４２に近接したスリーブ１７の底部によって形成された開閉部材４５によって開閉されるように設計されている。従って、この開閉部材４５は、電磁石１５を励磁することによって、アーマチュア１６と一緒に駆動される。より詳細には、アーマチュア１６は、サーボバルブ７を開成するようにコア１８へと変位され、かくして燃料の排出を生じさせ、従って制御チャンバ２３の燃料圧力を低下させる。かくして、このようにして、ロッド１０の軸方向移動は、噴射ノズルの開閉を制御する。電磁石１５の消磁によって、前記ばね２２は、アーマチュア１６を図１に示された位置に再び戻し、この結果、開閉部材４５は、流路２６を、従ってサーボバルブ７を再び閉成する。

前記開閉部材４５の移動を決定するために、電磁石１５のコア１８は、支持体２０の環状ショルダー部４１に係合されているリングナット４０によって、ケーシング２のコンパートメント１３内にセットされている。支持体２０の側面は、キャビティ１３内に流体密の状態でセットされ、一方、支持体２０の下端部は、コア１８の環状ショルダー部４７に係合されている。

前記リングナット４０は、コア支持体１８の望ましい位置を確保するような締め付けトルクでケーシング２の雄ねじ４６にねじ留めされている。この軸方向の位置は、コア１８の極面１９とケーシング２のコンパートメント１３のショルダー部４９との間にセットされ、適切な厚さのリング４８によって構成された少なくとも１つの調節シムによって規定されている。

本発明において、前記調節シム４８は、曲げ若しくは圧縮で弾性的に変形するように設計されているが、適切な剛性を有する環状部材でできている。前記リングナット４０は、これの緩みを防止するような締め付けトルク、例えば約１５Ｎ・ｍのトルクでねじ留めされるように設計されている。前記調節シム４８は、前述の締め付けトルクにより、対応した軸方向の締め付け負荷が、１０μmの厚さ、即ち高さの弾性的な変形を保証するように設計されるように決定されている。

図２の実施形態において、前記調節シム４８は、金属で形成され、Ｌ字形状の断面を有しており、このＬ字形状部の長いブランチの少なくとも一部は傾斜されている。調節シム４８は、Ｌ字形状部の２つのブランチ間の結合エリアで弾性的に変形される。このようにして、Ｌ字形状部の下方ブランチは、ショルダー部４９に対して平行に維持されている。図３の実施形態において、調節シム４８’は、これの弾性変形が、Ｃ字形状部の垂直伸張部の圧縮によってほぼ実質的にもたらされるように、Ｃ字形状の断面を有している。このような圧縮は、端負荷(end load)として垂直方向伸張部に作用して、Ｃ字形状部の２つの水平ブランチ間に所定の曲げを発生させる。

実用的な見地から、前記調節部材の厚さの変化は常に制限されているので、複数のモジュールのディメンション、即ち厚さのクラスに分けられた複数の弾性調節シムを準備しておくことが賢明であり得る。好ましくは、図１並びに３の両実施形態において、一方の調節シム４８，４８’は、図１に示された実施形態の図２の変形例に示されているような１つ以上の硬質の調節シム５１と結合して使用されることができる。硬質のシム５１は、モジュールのディメンションを有するように較正されることができ、また、変形可能なシム４８，４８’の変形を最小に減じるように選択されることができる。

前記サーボバルブ７の開閉部材４５の移動の調節、即ちアーマチュア１６の上昇量の調節は、ディメンションのパラメーター、例えばショルダー部４９からの極面１９の距離、若しくは、動作パラメーター、例えばサーボバルブ７の排出速度又はサーボバルブ７の開成スピード、従ってインジェクタ１のフロー速度を制御することによって調節されることができる。

より詳細には、インジェクタ１の組立ての間、両シム４８並びに５１又は４８’並びに５１を適切に選択することによって、アーマチュア１６の上昇量は、５μｍの制限内の公差が考えられる締め付けトルクで、所望の上昇量を生じさせるように決定されている。約１５Ｎ・ｍの締め付けトルクの値は、エンジンによって発生される熱並びに機械的応力によるリングナット４０の緩みを防止するのに十分な摩擦を保証するような値である。いずれの場合も、長時間の使用によるリングナット４０の最小の偶発的な緩みでさえも防止するように、リングナット４０をケーシング２に、例えば電気的なスポット溶接によって固定することが可能である。

上記の説明から、本発明に従った調節可能な絞り式のサーボバルブの効果は、知られた技術と比較して明らかであろう。まず第１に、コア１８の極面１９の位置の、従って、アーマチュア１６の移動の十分に正確な調節を果たすことが可能である。さらに、変形可能なシム４８,４８’のおかげで、硬質シムによる極面１９の塑性変形の危険はなくなる。最後に、バランスが保たれる開閉部材４５のおかげで、一方では、アーマチュア１６を直接拘束するような極面１９を使用することが可能であり、他方では、変形可能な調節シム４８,４８’に生じる軸方向の負荷が減じられる。

様々な変形並びに改善が、添付された請求項の範囲から逸脱することなくここで説明された絞り式のサーボバルブになされ得ることは理解される。

例えば、前記調節シムは、説明並びに図示されたシムとは異なる断面、特に、制御可能な方法、弾性的な変形、好ましくは一般の曲げ変形を容易に起こし得るいつ部を有するであろう断面、例えば、Ｓ形状、Ｚ形状、若しくはΣ形状の断面を有することができる。さらに、バルブ本体８のボトムディスク３０は、バルブ本体と一体的に形成されることもできる。そして、アーマチュア１６には、磁気ギャップとしての役割を果たすであろう非磁気の材料からなる薄層が設けられることができる。

Claims (8)

1. バルブ本体（８，３０）と、電磁石（１５）のアーマチュア（１６）によって制御される開閉部材（４５）とを具備する内燃エンジンの燃料インジェクタ（１）のための絞り式のサーボバルブであって、このサーボバルブ（７）は、前記インジェクタ（１）のケーシング（２）のキャビティ（１３）内に収容され、また、前記電磁石（１５）は、ねじ部材（４０）によって前記キャビティ（１３）内に固定された磁気コア（１８）を有し、また、前記アーマチュア（１６）は、互いに対向した１対の拘束部材（１９，４３）によって規定された所定の移動を果たすように設計され、また、前記ねじ部材（４０）は、このねじ部材（４０）の偶発的な緩みを防止するように、所定の締め付けトルクで前記ケーシング（２）のねじ（４６）にねじ留めされ、そして、調節シム（４８，４８’）が、前記磁気コア（１８）と前記ケーシング（２）との間にセットされているサーボバルブにおいて、前記調節シム（４８，４８’）は、前記磁気コア（１８）の塑性変形を防止し、かつ、前記ねじ部材（４０）の締め付けトルクにより弾性変形が生じるように、前記磁気コア（１８）の材料よりもソフトな材料で形成されていることを特徴とするサーボバルブ。
2. 前記互いに対向した１対の拘束部材（１９，４３）の一方は、前記磁気コア（１８）の極面（１９）でできていることを特徴とする請求項１のサーボバルブ。
3. 前記調節シム（４８，４８’）は、所定の弾性変形特性を有する材料で形成されたリングでできていることを特徴とする請求項１又は２のサーボバルブ。
4. 前記リングは、曲げ変形を実質的に果たすような断面を有していることを特徴とする請求項３のサーボバルブ。
5. 前記リングは、Ｌ形状の断面（４８）、Ｃ形状の断面（４８’）、Ｓ形状の断面、Ｚ形状の断面、並びにΣ形状の断面を有するグループから選択された断面を有することを特徴とする請求項３又は４のサーボバルブ。
6. 前記調節シム（４８,４８’）は、前記磁気コア（１８）と前記キャビティ（１３）のショルダー部（４９）との間にセットされていることを特徴とする前記全ての請求項のいずれか１のサーボバルブ。
7. 硬質材料で形成され、モジュールディメンションを有する少なくとも１つの更なる調節シム（５１）が、前記調節シム（４８,４８’）と前記ショルダー部（４９）との間にさらにセットされていることを特徴とする請求項６のサーボバルブ。
8. 排出流路（２６）と連通する制御チャンバ（２３）を有している前記全ての請求項のいずれか１のサーボバルブにおいて、前記開閉部材（４６）は、前記アーマチュア（１６）に固定されたスリーブ（１７）によって形成され、このスリーブ（１７）は、前記排出流路（２６）の少なくとも１つの径方向孔（３６）を支持しているステム（３３）の外側で摺動可能であり、前記径方向孔（３６）は、前記電磁石（１５）が消磁されたときに、前記スリーブ（１７）によって閉成されるように設計されていることを特徴とするサーボバルブ。

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