JP2015504130A - 弁 - Google Patents

Abstract

弁が、ばね力（Ｆｆ）を有するばね（１０１）と、前記ばね力（Ｆｆ）に抗して作用可能なアクチュエータ力（Ｆａ）を有するアクチュエータ（２００）と、前記アクチュエータ（２００）によって操作可能なピン（１０２）と、該ピン（１０２）と接続可能なシールエレメント（１０３）と、シールシート（１０４）とを備えているので、前記シールエレメント（１０３）が前記シールシート（１０４）に接触していると、当該弁が閉鎖されており、この場合前記ピン（１０２）は、前記アクチュエータ（２００）によって、前記シールエレメント（１０３）の方向に運動可能であり、前記ピン（１０２）は、前記ばね（１０１）によって、前記シールエレメント（１０３）から離れる方向に運動可能であり、前記シールエレメント（１０３）は、前記ピン（１０２）とは別個に独立して開弁位置へ運動可能であり、この開弁位置において弁を通る流体流が解放されている。

Description

本発明は、弁に関する。特に、このような弁は、自動車の内燃機関に用いられる蓄圧式噴射システム用の流体を圧送するための高圧ポンプにおいて使用される。

このような弁は、特に、たとえば高圧ポンプにおける永久負荷にさらされている場合に、著しい負荷を受ける。高圧ポンプは、たとえば２０００ｂａｒまたはそれ以上の圧力にさらされているので、このようなポンプに設けられる弁には高い要求が課せられる。

同じことは、このような弁に設けられるアクチュエータアッセンブリにも言える。アクチュエータアッセンブリは、特に、自動車の寿命の長い期間にわたって、信頼性良く弁を開閉することができなければならず、そして規定された許容誤差範囲内で作動しなければならない。

独国特許出願公開第１０２００７０２８９６０号明細書には、高圧ポンプに設けられた弁が記載されている。この弁は、ハイドロリック的な連行体を備えた弁ニードルを有しており、弁ニードルに向かって燃料が流入すると、この連行体は、開弁方向に作用する力を弁ニードルに加える。弁を閉弁するための弁体は、弁ニードルとは別個に独立して開弁位置へ運動可能であり、この開弁位置において弁を通る流体流が解放されている。

特開平９−１１２７３１号公報には、燃料ポンプのための弁が開示されている。この弁は、ピンを運動させるためのアクチュエータを有している。このピンは、弁を閉弁するための弁エレメントに固く結合されていない。

信頼性の良い作動を可能にする弁を提供することが望まれている。

本発明の構成では、弁が、ばね力を備えたばねを有している。この弁は、ばね力に抗して作用可能なアクチュエータ力を備えたアクチュエータを有している。この弁は、さらに、アクチュエータによって操作可能なピンを有している。この弁は、ピンと接続可能なシールエレメントを有している。この弁は、さらにシールシートを有しているので、シールエレメントがシールシートに接触していると、弁は閉鎖されている。このピンは、アクチュエータによって、シールエレメントの方向に運動可能である。このピンは、ばねによって、シールエレメントから離れる方向に運動可能である。このシールエレメントは、ピンとは別個に独立して開弁位置へ運動可能であり、この開弁位置において弁を通る流体流が解放されている。

さらに、アクチュエータは、電磁石を有している。電磁石は、ポールコアを取り囲んでいるコイルを有している。アクチュエータは、さらに磁気アーマチュアを有している。この磁気アーマチュアは、電磁石によって運動可能である。ピンは、磁気アーマチュアに連結されていて、電磁石の長手方向軸線に沿ってポールコアを貫いて延びるように配置されている。磁気アーマチュアは、ポールコアの一方の側に配置されていて、ポールコアの反対の側には、ポールコア方向へのピンの運動を制限する別個のストッパエレメントが配置されている。

特に、ストッパエレメントは、ポールコアよりも硬質の材料から形成されている。このストッパエレメントは、ピンの運動のためのストッパとして働くと同時にポールコアを保護する。これにより、長い寿命にわたっても信頼性の良い作動が可能となる。なぜならば、ストッパエレメントが、常にピンの運動のための固定の制限部を成すからである。また、ピンの当接による摩耗に起因する誤差の変動は少なく保持される。

ストッパエレメントおよびポールコアは、特に２つの独立した構成部材から製造されている。ストッパエレメントおよびポールコアは、１実施態様では、互いに異なる材料から形成されている。ポールコアは、特に強磁性の材料から形成されている。ストッパエレメントは、特に、可能な限り硬質の材料から製造されている。したがって、摩耗を少なくすることが可能である。

アクチュエータが、そのアクチュエータ力をピンに伝達し、ピンが、シールシートに対して相対的に運動させられると、弁は開放される。ピンは、シールエレメントと接触し、シールエレメントをシールシートから離れる方向に押圧するので、シールシートとシールエレメントとは互い離隔させられ、流体流が、シールエレメントによって解放される。弁は、開弁位置にある。

ピンとシールエレメントとが互いに固く結合されていないことにより、ピンがその休止位置に留まって、アクチュエータがアクチュエータ力を作用させない場合にも、シールエレメントがシールシートから引き離され、流体流が解放されることが可能である。たとえば、シールエレメントは、ポンプの吸込み行程の間、シールシートから引き離される。このためには、弁および特にアクチュエータが、電気的に制御される必要はない。ピンは、ばねによって、シールエレメントと接触しない休止位置に保持される。

有利な実施態様では、弁のピンが、シールシート寄りの、突出した領域を有している。ピンの、シールエレメントの方向への運動は、この突出した領域とシールシートとによって制限されている。

別の実施態様では、ピンは、アクチュエータの方向へのピンの運動を制限する別の突出した領域を有している。したがって、ピンがシールエレメントと固い結合を有していなくとも、アクチュエータの方向へのピンの運動は制限されている。

さらに別の実施態様では、磁気アーマチュアとピンとが、互いに相対的に運動不能に接続されている。したがって、ピンは、磁気アーマチュアによって電磁石を貫いて運動可能である。磁気アーマチュアは、ピンの運動によって運動可能である。

さらに別の実施態様では、磁気アーマチュアが、磁気アーマチュアの、ポールコア寄りの側と、磁気アーマチュアの、ポールコアとは反対の側との間のハイドロリック的な連通のために少なくとも１つの磁気アーマチュア孔を有している。

さらに別の実施態様では、ストッパエレメントが孔を有し、この孔によってピンが案内されている。ストッパエレメントは、少なくとも１つの別の孔を有し、この孔はストッパエレメントの、ポールコアとは反対の側と、ストッパエレメントの、ポールコア寄りの側との間をハイドロリック的に連通させるために働く。

磁気アーマチュア孔および／またはストッパエレメントの少なくとも１つの別の孔によって、アクチュエータの室内の圧力補償が可能である。

アクチュエータは、さらに別の実施態様では、シールエレメントがピンに固く結合されている弁において使用される。シールエレメントは、第１の方向および第１の方向と反対の方向へのピンの運動に従動する。

さらに別の実施態様では、アクチュエータは、ピンとシールエレメントとが、接続可能な別個の個別部材である弁において使用される。シールエレメントは、第１の方向へのピンの運動に従動する。反対方向へのピンの運動には、シールエレメントは、強制的には従動しない。

さらに別の利点、特徴、改良形は、以下に図面につき説明する実施形態から明らかとなる。

１実施形態における、アクチュエータアッセンブリを備えた弁を断面して示した概略図である。

図１には、弁１００が示されている。弁１００は、特にポンプの流入弁である。ポンプは、特に高圧ポンプとして、有利にはラジアルピストンポンプとして構成されている。ポンプ内には、ポンプピストンが可動に支承されている。このポンプピストンの一方の端部には、圧力室が設けられている。圧力室を流体で充填することができるようにするために、この圧力室は、流入管路を有しており、この流入管路内には、好ましくは、流入弁として構成された弁１００が配置されている。弁１００は、好ましくは、デジタル切換式の弁として構成されている。また、弁１００は、圧力室の充填を容易すると共に、弁１００が閉鎖されている場合に、流体の吐出時に流入管路への流体の逆流を防止するよう調整されている。流体は、たとえば流出管路を介して、圧力室から吐出され得る。

弁１００は、ばね１０１と、ピン１０２と、シールエレメント１０３とを有している。ばね１０１は、このばね１０１が弁１００のアクチュエータ２００のポールコア（磁極コア）２０２に支持されることにより、ピン１０２に、シールエレメント１０３から離れる方向にプリロードをかける。ばね１０１の第２の端部は、アーマチュアエレメント２０９に支持されている。アーマチュアエレメント２０９は、別のアーマチュアエレメント２１０と一緒に、磁気アーマチュア２０３の一部を成している。

ピン１０２は、細長く延在していて、長手方向軸線Ｌに沿って、ポールコア２０２を貫いて延びている。ポールコア２０２の一方の側では、ピン１０２が、アーマチュアエレメント２０９に接続されている。特に、アーマチュアエレメント２０９は、溶接結合部１１１を介して、ピン１０２に接続されている。ポールコア２０２の、長手方向軸線に沿って反対の側では、ピン１０２が、突出した領域１０５を有している。さらに、ピン１０２は、弁１００のシールシート１０４に面した、別の突出した領域１０７を有している。

アクチュエータ２００は、電磁石２０１を有している。電磁石２０１は、特にポールコア２０２を環状に巡るように配置されたコイル２１４を有している。コイル２１４は、長手方向軸線Ｌを同軸的に取り囲んでいる。長手方向軸線Ｌに沿って、磁気アーマチュア２０３、次いでポールコア２０２、次いでシールシート１０４が配置されている。シールシート１０４の、アクチュエータ２００とは反対の側には、シールエレメント１０３が配置されている。シールシート１０４は、少なくとも１つの貫通孔１１０を取り囲んでいる。シールエレメント１０３が、シールシート１０４に接触していないと、貫通孔１１０を介して流体が流通し得る。特に、流体は、流体流入部１０８から貫通孔１１０を通って流体流出部１０９に流入し得る。

電流もしくは電圧が電磁石２０１、特にコイル２１４に印加されると、この電磁石２０１はシールエレメント１０３の方向で磁気アーマチュア２０３に磁力を作用させる。このアクチュエータ力Ｆａは、ピン１０２に伝達される。それというのも、アーマチュアエレメント２０９と別のアーマチュアエレメント２１０とが、溶接結合部１１２を介して互いに相対的に不動に接続されていると同時に、磁気アーマチュア２０３とピン１０２とが、溶接結合部１１１を介して互いに相対的に不動に接続されているからである。したがって、ピン１０２は、アクチュエータ力Ｆａによって、シールエレメント１０３の方向に運動させられる。ピン１０２は、シールエレメント１０３と接続し、引き続き行われる運動経過においてシールエレメント１０３をシールシート１０４から離れる方向に押圧する。したがって、弁は開放されている。

ピン１０２が運動させられることなしでも、もしくはピン１０２とシールエレメント１０３とが互いに接触することなしでも、弁１００は、シールエレメント１０３の前後における圧力差に基づくだけで開弁する。流体流入部の１０８の側における圧力が、流体流出部１０９の側よりも大きいと、シールエレメント１０３は、シールシート１０４から引き離される。

弁１００は、つまり２通りの方法で開放され得る。弁１００は、アクチュエータによって強制的に開放され得るか、または流体流出部１０９からの圧力に抗して開放維持され得る。しかし、ポンプが吸込み段階にあって、ポンプの吸込み行程を実施し、かつ流体を圧力室内に吸い込む際に、弁１００は電気的に制御される必要なしに、パッシブに開くこともできる。

休止位置において、アクチュエータ２００が通電されないと、ばね１０１は、ピン１０２をシールエレメント１０３から離れる方向へ押圧する。ばね１０１のばね力Ｆｆによってピン１０２は、シールエレメント１０３がシールシート１０４に接触し得るように保持される。ばね力Ｆｆとアクチュエータ力Ｆａとは、互いに逆向きの方向に向けられている。ばね力Ｆｆとアクチュエータ力Ｆａとは、長手方向軸線Ｌに対しては同じ方向に向けられている。弁を閉鎖するためには、シールエレメント１０３が、このシールエレメント１０３の前後の圧力比によってシールシート１０４に押圧され、したがって、流体流出部１０９から流体流入部１０８への流体の流れを阻止する。

つまり、シールエレメント１０３の、シールシート１０４に対して相対的な運動は、弁の運転状態においてピン１０２の運動とは別個に独立している。ピン１０２によって、弁１００の開放を支援することができ、かつ／または、ポンプの圧縮段階における圧送行程の間でも弁１００を開弁位置に保持することができる。したがって、ポンプの部分圧送を達成することができる。ポンプの部分圧送では、吸い込まれた流体のうちの所定の量が、圧力室から再び流体流入部１０８へと戻される。このためには、シールエレメント１０３が、ピン１０２によってシールシート１０４に対して間隔を置いた状態に保持される。アクチュエータ２００は、アクチュエータ力Ｆａをピン１０２に作用させ、この場合、ピン１０２はシールエレメント１０３を圧力室からの流体圧に抗して保持することができ、それによって、流体は貫通孔１１０を通って流体流入部１０８に戻ることができる。

ポンプの全圧送は、アクチュエータ２００とは別個に独立して実現可能である。ポンプの吸込み段階において、アクチュエータ２００は、シールエレメント１０３をシールシート１０４に押圧するばね力に抗して作動する必要がない。圧縮段階においては、シールエレメント１０３がばね１０１の閉鎖過程を助成する。なぜならば、シールエレメント１０３がピン１０２を運動させるからである。したがって、弁１００の短い閉鎖時間が実現可能である。別のアーマチュアエレメント２１０とポールコア２０２との間のエアギャップ２１３は、休止状態において一定である。

接続されたピン１０２を備えた磁気アーマチュア２０３は、電磁石２０１の通電時に、ポールコア２０２の方向に引き寄せられる。ピン１０２は、シールエレメント１０３を開放する。電磁石２０１の非通電時には、ピン１０２を有する磁気アーマチュア２０３は、ばね１０１によって初期位置へ押圧される。これにより、流入弁はロック解除される。

ピン１０２の、シールエレメント１０３から離れる方向への運動は、ストッパエレメント２０４によって制限される。特に、ピン１０２の突出した領域１０５が、面状に延在するストッパエレメント２０４に当接する。ピン１０２は、ばね弾性的なシールエレメント１０３から離されている。シールエレメント１０３は、電磁石２０１が遮断されている状態で、ピン１０２によるシールエレメント１０３に対する押圧力が存在しないように構成されている。弁１００は、電磁石２０１およびピン１０２とは別個に作動することができ、特に吸込み段階では電磁石２０１とは無関係に開くことができる。圧縮段階では、流入弁を閉鎖させるために、ばね１０１に加えてシールエレメント１０３のばね力が作用する。

ストッパエレメント２０４は、ピン１０２の運動を制限する制限部として働く。突出した領域１０５がストッパエレメント２０４に接触すると、ピン１０２の、シールエレメント１０３からさらに離れる方向への運動は、もはや不可能となる。これにより、ピン１０２とシールエレメント１０３との、休止位置における間隔１０６も規定されている。ピン１０２の、シールエレメント１０３の方向への運動は、別の突出した領域１０７とシールシート１０４とによって制限される。ストッパエレメント２０４は孔２０６を有し、この孔２０６によってピン１０２が案内されている。ストッパエレメント２０４は、ポールコア２０２の、磁気アーマチュア２０３とは反対の側に配置されている。特に、ストッパエレメント２０４は、溶接結合部２０８を介してポールコア２０２に接続されている。ストッパエレメント２０４は、特に焼き入れされたディスクであり、このディスクは、より軟質のポールコア２０２を保護している。

ストッパエレメント２０４は、本実施形態では、少なくとも１つの別の孔２０７を有している。この孔２０７は、ハイドロリック的にポールコア２０２に設けられた孔に接続されており、この孔のところでピン１０２は、ポールコア２０２を貫いて案内されている。さらに、アーマチュアエレメント２０９は、ハイドロリック的にポールコア２０２の孔に接続された磁気アーマチュア孔２０５を有している。したがって、磁気アーマチュア２０３の、シールエレメント１０３とは反対の側と、ストッパエレメント２０４の、シールエレメント１０３に面した側とが、ハイドロリック的に互いに接続されている。したがって、流体流入部１０８における流体案内領域と、磁気アーマチュア２０３の領域との間で圧力補償が行われ得る。これにより、圧力不均衡に起因するピン１０２の運動は回避される。

ポールコア２０２は、溶接結合部２１２を介してハウジング２１１に接続されており、このハウジング２１１内には、磁気アーマチュア２０３および部分的にピン１０２も配置されている。ハウジング２１１は、ピン１０２と、磁気アーマチュア２０３と、ポールコア２０２とを流体密に取り囲んでいる。

ストッパエレメント２０４によって、ばね力Ｆｆ方向におけるピン１０２の運動が制限され、ピン１０２の運動の制動時の力は、ストッパエレメント２０４によって受け止められる。さらに、ピン１０２の運動を制限することによって、エアギャップ２１３の精密な調節が可能となる。したがって、ピン１０２はシールエレメント１０３と固く接続されていないけれども、ストッパエレメント２０４によって、ピン１０２の運動に対する制限が与えられている。

Claims (10)

1. 弁であって、
   ばね力（Ｆｆ）を有するばね（１０１）と、
   前記ばね力（Ｆｆ）に抗して作用可能なアクチュエータ力（Ｆａ）を有するアクチュエータ（２００）と、
   前記アクチュエータ（２００）によって操作可能なピン（１０２）と、
   該ピン（１０２）と接続可能なシールエレメント（１０３）と、
   シールシート（１０４）とを備えていて、前記シールエレメント（１０３）が前記シールシート（１０４）に接触していると、当該弁が閉鎖されており、
   前記ピン（１０２）は、前記アクチュエータ（２００）によって、前記シールエレメント（１０３）の方向に運動可能であり、
   前記ピン（１０２）は、前記ばね（１０１）によって、前記シールエレメント（１０３）から離れる方向に運動可能であり、前記シールエレメント（１０３）は、前記ピン（１０２）とは別個に独立して開弁位置へ運動可能であり、この開弁位置において弁を通る流体流が解放されている弁において、
   前記アクチュエータ（２００）は、
   ポールコア（２０２）を取り囲むコイル（２１４）を有する電磁石（２０１）と、
   該電磁石（２０１）によって運動可能な磁気アーマチュア（２０３）とを備えており、
   前記ピン（１０２）は、該磁気アーマチュア（２０３）に連結されていて、前記電磁石（２０１）の長手方向軸線（Ｌ）に沿って前記ポールコア（２０２）を貫いて延びるように配置されていて、前記磁気アーマチュア（２０３）は、前記ポールコア（２０２）の一方の側に配置されており、前記ポールコア（２０２）の反対の側には、前記ポールコア（２０２）の方向への前記ピン（１０２）の運動を制限する別個のストッパエレメント（２０４）が配置されており、
   該ストッパエレメント（２０４）は、前記ポールコア（２０２）よりも硬質の材料から形成されていることを特徴とする弁。
2. 前記ピン（１０２）は、前記シールシート（１０４）寄りの、突出した領域（１０７）を有しており、前記ピン（１０２）の、前記シールエレメント（１０３）の方向への運動は、前記突出した領域（１０７）と前記シールシート（１０４）とによって制限されている、請求項１記載の弁。
3. 前記ピン（１０２）は、前記アクチュエータ（２００）の方向への前記ピン（１０２）の運動を制限する別の突出した領域（１０５）を有している、請求項１または２記載の弁。
4. 当該弁が閉鎖されていると、前記シールエレメント（１０３）は、前記ピン（１０２）に対して間隔を置いて配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁。
5. 前記シールエレメント（１０３）は、前記アクチュエータ力（Ｆａ）によって、開弁位置へ運動可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁。
6. 前記磁気アーマチュア（２０３）と前記ピン（１０２）とは、互いに相対的に不動に接続されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の弁。
7. 前記磁気アーマチュア（２０３）は、該磁気アーマチュア（２０３）の、前記ポールコア（２０２）寄りの側と、該磁気アーマチュア（２０３）の、前記ポールコア（２０２）とは反対の側との間をハイドロリック的に連通させるために、少なくとも１つの磁気アーマチュア孔（２０５）を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の弁。
8. 前記ストッパエレメント（２０４）は、孔（２０６）を有し、該孔（２０６）を貫いて前記ピン（１０２）が案内されており、さらに、前記ストッパエレメント（２０４）は、前記ストッパエレメント（２０４）の、前記ポールコア（２０２）とは反対の側と、前記ストッパエレメント（２０４）の、前記ポールコア（２０２）寄りの側との間をハイドロリック的に連通させるために、少なくとも１つの別の孔（２０７）を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の弁。
9. 当該弁は、前記ストッパエレメント（２０４）を前記ポールコア（２０２）に接続する溶接結合部（２０８）を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の弁。
10. 前記ばね（１０１）の、一方の端部は前記ポールコア（２０２）に接続されており、反対側の他方の端部は前記磁気アーマチュア（２０３）に接続されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の弁。

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