JP2015521256A - 流体を計量するための弁 - Google Patents

Abstract

【課題】流体を計量するための弁において、弁穴（１４）と弁座（１５）を備えた弁箱（１１）と、前記弁の開閉を交互に行うために、前記弁座（１５）と協働する閉鎖体（１６１）を備えているバルブニードル（１６）と、閉弁のために前記バルブニードル（１６）を付勢する復帰機構（１１）と、ストローク運動のために駆動可能なマグネットアマーチュア（２２）を有する通電可能な電磁石（１８）とを備えている。【解決手段】前記マグネットアーマチュア（２２）は、前記バルブニードル（１６）上に軸線方向に変位可能に着座しており、且つ前記弁を開くために、前記バルブニードル（１６）をこれに配置されている連行フランジ（２４）を介してストローク方向に連行する。弁の製造および組み立てを簡単にするとともに、プレストロークスプリングとアーマチュア自由経路とを備えた弁に固有の利点を得るため、前記マグネットアーマチュア（２２）は、ダイヤフラムスプリング（３１）を用いて前記弁箱（１１）で支持されている。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の流体を計量するための弁に関するものである。なお、流動する媒体または流れる媒体に対する包括的用語である流体は、気体および液体に対する流体力学における場合と同じ意味で使用する。

公知の燃料噴射弁（特許文献１）では、バルブニードルは電磁石のマグネットアーマチュアと摩擦結合され、閉鎖体を担持している。閉鎖体は、弁穴に設けた弁座とともに、弁を閉じるために形成されて弁を開くために持ち上げられる密封座を形成している。密封座を形成するため、バルブニードルの、閉鎖体とは逆の側の端部と、位置調整スリーブとで支持されている復帰ばねが、閉鎖体を弁座に対し押圧させる。バルブニードルは、カラー状のアーマチュアストッパーと、マグネットアーマチュアを軸線方向においてバルブニードル上で変位させることができるようにするためのマグネットアーマチュアのいわゆるプレストロークを可能にする連行フランジとを有している。その際、コイル圧縮ばねとして形成されたプレストロークスプリングは、マグネットアーマチュアを摩擦でアーマチュアストッパーに対し押圧させる。電磁石を通電することによってアーマチュアはプレストローク・復帰ばねのばね力に抗してストローク方向に移動する。その際、マグネットアーマチュアの全ストロークは、プレストロークと、閉鎖体を弁座から離間させることによる本来の開弁ストロークとに分割されている。プレストロークの間、閉鎖体は弁座上にまだ留まっている。開弁ストロークは、プレストロークの終了後にアーマチュアが連行フランジに係止されてこれを介してバルブニードルをストローク方向に連行したときに、始まる。

アーマチュアとバルブニードルとを固定結合した弁に比べて、このような弁には、閉弁時に移動する慣性質量が２つの部分質量に分割され、すなわち閉鎖体によりマグネットアーマチュアとバルブニードルとに分割され、閉弁時の騒音を減少させるという利点がある。プレストロークスプリングとアーマチュア自由経路とは、一方では弁の開弁力学を改善させ、他方では流体の計量を再現不能にさせるいわゆるバウンドインパルスを緩衝させる。開弁力学は、弁が閉じた状態で予め緊張せしめられているプレストロークスプリングが電磁石の磁力に加えてマグネットアーマチュアを加速させることによる、いわゆる機械的ブースタによって得られ、その結果弁をわずかな力で開弁させることができる。バウンドインパルスはプレストロークスプリングの緩衝効果によって回避される。というのは、プレストロークスプリングは、弁を閉じる際に閉鎖体が弁座に最初に衝突した後で、マグネットアーマチュアの跳ね返りによって生じる、ストローク方向でのマグネットアーマチュアの運動を緩衝させ、従ってマグネットアーマチュアがアーマチュアストッパーに衝突することによって場合によっては発生する、弁座からの閉鎖体の新たな短時間の離間を抑止するからである。

プレストロークスプリングとアーマチュア自由経路とを備えた他の弁は特許文献２、特許文献３、特許文献４から公知である。

独国特許出願公開第１０１０８９４５Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１９８４９２１０Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１９９３２７６３号明細書（図２） 独国特許出願公開第１９９４６６０２Ａ１号明細書

請求項１の構成を備えた本発明による計量弁には、マグネットアーマチュアとバルブニードルとを固定結合した弁に比べて、閉弁過程の際に、移動する慣性質量が２つの部分質量に分割され、その結果閉弁時に弁座に衝突する、マグネットアーマチュアの質量に比べて著しく小さなバルブニードルの質量により、発生する衝突音がより小さくなるという利点がある。従って快適な車両にとって重要な、弁の騒音特性は、騒音を減少させる方向でかなり改善されている。ダイヤフラムスプリングにより、公知の弁においてプレストロークスプリングとアーマチュア自由経路とを用いて得られていた開弁時のブースタ効果および閉弁時のいわゆるバウンドインパルスの回避効果も得られ、それにもかかわらず公知の弁に比べて、バルブニードルに設けられる補助的なアーマチュアストッパーおよびコイル圧縮ばねとして使用されていたプレストロークスプリングのような部材がその保持部ともども省略される。

これにより、ダイヤフラムスプリングを市販品として入手できるとともに、弁の製造および組み立てに対するコストも低減させることができる。ダイヤフラムスプリングによりマグネットアーマチュアのガイドも実現され、その結果弁箱内でのマグネットアーマチュアの補助的なガイド、または、電磁石のマグネットコア内でのバルブニードルの上部ガイドおよびその際に維持されるべき公差基準を省略することができる。さらに、マグネットアーマチュアは、磁気を必要とする質量体のみを実現すればよいように構成でき、これによって電磁石の重量を軽減できる。

他の請求項に記載されている処置により、請求項１に記載した弁の有利な更なる構成および改善が可能である。

本発明の有利な実施態様によれば、弁箱でのダイヤフラムの支持は、弁が閉じて電磁石が通電されていないときに、マグネットアーマチュアに固定されているダイヤフラムがマグネットアーマチュアをゼロ位置に固定し、該ゼロ位置で、マグネットアーマチュアと連行フランジとの間に、プレストロークギャップを定義する軸線方向間隔が存在するように、行われている。ダイヤフラムは、軸線方向においてマグネットアーマチュアのゼロ位置から逆方向に変位するとき異なったばね剛性を有し、この場合弁座から離間する方向での変位の際にはばね剛性は小さく、弁座のほうへの変位の際にはばね剛性は非常に大きく、その結果マグネットアーマチュアがゼロ位置を通過するような振動が阻止されている。電磁石を通電したときのマグネットアーマチュアの引張り方向でのダイヤフラムのばね剛性が小さいことにより、弁を閉じる際には電磁石は比較的小さな磁力を作用させてマグネットアーマチュアを引き寄せればよく、その後にマグネットアーマチュアはプレストロークギャップによって設定されるアーマチュア経路の終端で連行フランジに係止される。反対の、弁座に向かう方向にゼロ位置から変位する際のダイヤフラムスプリングのばね剛性が大きいことにより、ダイヤフラムスプリングは、マグネットアーマチュアのゼロ位置で、該アーマチュアの閉弁方向での振動を阻止するような下部ストッパーを提供する。これによりマグネットアーマチュアは常に所定の位置にあり、このことはとりわけ燃料噴射装置で燃料を多重噴射するケースのような連続高速計量過程に対しかなり有意義である。

本発明の有利な実施態様によれば、ダイヤフラムスプリングは、外側スプリングリングおよび内側スプリングリングと、これら両方のスプリングリングを互いに結合させている複数のスプリングウェブとを有している。リング状または中空筒状のマグネットアーマチュアの外径に比べて著しく小さな外径を有する内側スプリングリングは、マグネットアーマチュアの、弁座のほうへ向いている下面に固定され、内径がマグネットアーマチュアの外径よりもいくぶん小さな外側スプリングリングは、弁箱に固定されている。この構造的態様により、ダイヤフラムスプリングが互いに逆の方向に変位する際の異なるばね剛性が簡単に実現される。マグネットアーマチュアが弁座から離間する方向に移動する場合、ダイヤフラムのスプリングウェブにより、小さなばね剛性を備えた大きな自由経路長さが提供される。マグネットアーマチュアが弁座方向に移動する場合には、マグネットアーマチュアは次第にダイヤフラム上に面でもって載置され、スプリングウェブの自由経路長さは次第に短くなり、マグネットアーマチュアのゼロ位置で該マグネットアーマチュアの外径部と弁箱での支持点との間の間隔のみに制限され、これによってダイヤフラムの非常に大きな剛性が与えられている。

以下の説明で、図面に図示した実施形態に関して本発明を詳細に説明する。

流体を計量するための弁の縦断面図である。 図１の部分ＩＩの拡大図である。 図１および図２の弁のダイヤフラムスプリングの平面図である。

図１に縦断面で図示した、流体を計量するための弁は、たとえば内燃機関の燃料噴射装置において燃料を噴射するための噴射弁として使用される。この弁はスリーブ状の弁箱１１を有し、その計量側端部には弁体１２が、そしてその供給側端部には、ここには図示していない、矢印１０によって示した流体の供給のための流体管を接続するための接続部材が、それぞれ流体を密封するように挿着されている。弁体１２は弁箱１１と溶着され、溶着部は溶接継目１３によって示されている。弁体１２内には、２つの洗浄孔を有する計量穴または弁穴１４が形成され、該計量穴または弁穴は該弁穴１４を取り囲んでいる弁座１５を備えている。弁箱１１内で軸線方向に変位可能なバルブニードル１６は弁の開閉を交互に行うためのもので、すなわち弁穴１４を開閉するためのもので、弁座１５上に載置可能で且つ弁座１５から離間可能な閉鎖体１６１を備えている。バルブニードル１６は、ここでは球状に形成されているその閉鎖体１６１を介して、弁体１２内で軸線方向に変位可能に案内されている。本実施形態では、バルブニードル１６は、端部側で閉鎖体１６１を担持している中実の棒３０と、スリーブ２５とから構成されている。棒３０の、閉鎖体１６１とは逆の側の端部に載置され、閉鎖体と溶接されているスリーブ２５は、少なくとも１つの孔２７を有し、この孔を介して、弁穴１４を備えた弁座１５の上流側に支持されている弁室２８に対する流体供給１０の流体結合部が形成されている。これとは択一的に、バルブニードル１６を、対応する複数の孔２７を備えてなる中空筒状に一体に形成してよい。弁を閉じるためにバルブニードル１６は復帰機構１７によって付勢され、復帰機構はたとえばバルブニードル１６と調整スリーブまたは位置調整スリーブ２９との間で支持される圧縮ばねを有している。開弁はバルブニードル１６に作用する電磁石１８を用いて行い、電磁石は、公知の態様で、マグネットポット１９とマグネットコイル２０とマグネットコア２１とマグネットアーマチュア２２とを有している。マグネットポット１９は弁箱１１上にスライドして取り付けられて、そのポット底部でもって弁箱１１に溶接され、マグネットコイル２２を軸線方向に変位不能に受容している。中空筒状のマグネットコア２１は弁箱１１に形状拘束的に挿着され、中空のコア内部で復帰機構１７の圧縮ばねと位置調整スリーブ２９とを受容している。マグネットアーマチュア２２は軸線方向に変位可能にバルブニードル１６上に着座しており、より正確にいえば、スリーブ２５上に着座しており、これに同軸に配置されているマグネットコア２１とともに電磁石１８の作動エアギャップ２３を画成している。バルブニードル１６には連行フランジ２４が配置され、連行フランジを介して、電磁石１８の通電時にストローク運動のために駆動されるマグネットアーマチュア２２がバルブニードル１６を連行する。本実施形態では、連行フランジ２４はスリーブ２５に一体に成形されている。スリーブ２５は、閉鎖体１６１とは逆の側のその端部に案内鍔２６を有し、案内鍔内には、復帰機構１７の圧縮ばねのバルブニードル側端部が進入して底部で支持されている。バルブニードル１６を一体に中空筒状に実施する択一的な態様では、連行フランジ２４と圧縮ばねを支持している案内鍔２６とはバルブニードル１６に一体に成形される。

バルブニードル１６上に、より正確にいえば、ここではスリーブ２５上に着座しているマグネットアーマチュア２２は、ダイヤフラムスプリング３１を介して弁箱１１で支持されている。この場合弁箱１１での支持は、弁が閉じ且つ電磁石１８が通電されていないときに、マグネットアーマチュア２２に固定されているダイヤフラムスプリング３１がマグネットコア２２をゼロ位置で固定し、ゼロ位置でマグネットアーマチュア２２と連行フランジ２４との間に、プレストロークギャップ３２を決定する軸線方向間隔が存在する（図２）ように行われている。ゼロ位置からの軸線方向の変位が逆方向に行われる場合、ダイヤフラムスプリング３１は異なるばね剛性を有する。弁座１５から離間する方向でゼロ位置から変位する場合、ばね剛性は小さい。弁座１５のほうへゼロ位置から変位する場合、ばね剛性は、閉弁時にマグネットアーマチュア２２がそのゼロ位置を通過するような振動が阻止されるほどの大きさである。

図３で認められるように、ダイヤフラムスプリング３１は、外側スプリングリング３１１と、内側スプリングリング３１２と、両スプリングリング３１１，３１２を互いに結合させている複数のスプリングウェブ３１３とを有している。内側スプリングリング３１２の外径はリング状または中空筒状のマグネットアーマチュア２２の外径よりも著しく小さく、他方外側スプリングリング３１１の内径はマグネットアーマチュア２２の外径よりもいくぶん小さいように採寸されている。内側スプリングリング３１２はマグネットアーマチュア２２の弁座１５側下面に固定され、外側スプリングリング３１１は弁箱１１に固定されている。電磁石１８のマグネットコイル２０の通電によって生じる磁力でマグネットアーマチュア２２がストローク方向に、即ち弁座１５から離間する方向に移動すると、マグネットコア２１の下面から次第に離間していくスプリングウェブ３１３によって大きな自由経路長さが提供され、これによってダイヤフラムスプリング３１の小さなばね剛性が得られる。マグネットアーマチュア２２の逆の移動方向では、スプリングウェブ３１３が次第にマグネットコア２１の下面に載置されていき、その結果スプリングウェブ３１３の自由経路長さは次第に短くなり、マグネットアーマチュア２２のゼロ位置で該マグネットアーマチュアの外径部と弁箱１１での支持点との間の間隔に制限され、これによってダイヤフラムスプリング３１は非常に大きな剛性を有し、マグネットアーマチュア２２が弁座１５の方向でゼロ位置を跨ぐような振動を阻止する。

図１および図２に図示した、マグネットアーマチュア２２のゼロ位置では、弁は静止位置にあり、すなわち電磁石１８が通電されずに閉じている。復帰機構１７の圧縮ばねは閉鎖体１６１を弁座１５に対し押圧させ、ダイヤフラムスプリング３１はマグネットアーマチュア２２をそのゼロ位置に保持する。マグネットアーマチュア２２とマグネットコア２１との間にある作動エアギャップ２３はその最大ギャップ高さを持ち、マグネットアーマチュア２２と連行フランジ２４との間にあるプレストロークギャップ３２も同様に最大ギャップ幅を持つ。電磁石１８を通電することにより、マグネットアーマチュア２２はストローク方向において上方へ移動し、その際まずプレストロークギャップ３２が閉じられ、バルブニードル１６の閉鎖体１６１は弁座１５から離間しない。ダイヤフラムスプリング３１のばね剛性が小さいことにより、機械的ブースタの場合と同様に、マグネットアーマチュア２２をそのゼロ位置から移動させるために必要な磁力は比較的小さく、その結果電磁石１８のマグネットパワーを小さく保つことができる。

電磁石１８をオフにすると、復帰機構１７の圧縮ばねはバルブニードル１６を閉鎖体１６１とともに弁座１５に対し押圧させ、その際マグネットアーマチュア２２は連行フランジ２４を介して弁座１５の方向に、ダイヤフラムスプリング３１によって固定されるそのゼロ位置まで連行される。弁座１５の方向でのゼロ位置からの変位に反作用するダイヤフラムスプリング３１の非常に大きなばね剛性により、ダイヤフラムスプリング３１はマグネットアーマチュア２２のための弾性ストッパーを形成しており、その結果マグネットアーマチュアは常に所定の位置を占めている。

１１ 弁箱
１４ 弁穴
１５ 弁座
１６ バルブニードル
１６１ 閉鎖体
１７ 復帰機構
１８ 電磁石
２２ マグネットアーマチュア
２４ 連行フランジ
３１ ダイヤフラムスプリング
３１１ 外側スプリングリング
３１２ 内側スプリングリング
３１３ スプリングウェブ
３４ プレストロークギャップ

Claims (5)

1. 流体を計量するための弁であって、弁座（１５）によって取り囲まれる弁穴（１４）を形成した弁箱（１１）と、前記弁の開閉を交互に行うために、前記弁座（１５）上に載置可能で、前記弁座（１５）から離間可能な閉鎖体（１６１）を備えているバルブニードル（１６）と、閉弁のために前記バルブニードル（１６）を付勢する復帰機構（１７）と、マグネットアマーチュア（２２）を有する通電可能な電磁石（１８）とを備え、該電磁石の、ストローク運動のために駆動可能な前記マグネットアーマチュア（２２）が、前記バルブニードル（１６）上に変位可能に着座しており、且つ前記弁を開くために、前記バルブニードル（１６）をこれに配置されている連行フランジ（２４）を介してストローク方向に連行する、前記弁において、前記マグネットアーマチュア（２２）を前記弁箱（１１）で支持させるダイヤフラムスプリング（３１）が設けられていることを特徴とする弁。
2. 前記弁箱（１１）での前記ダイヤフラムスプリング（３１）の支持は、前記弁が閉じて前記電磁石（１８）が通電されていないときに、前記マグネットアマーチュア（２２）に固定されている前記ダイヤフラムスプリング（３１）が前記マグネットアーマチュア（２２）をゼロ位置に固定し、該ゼロ位置で、前記マグネットアーマチュア（２２）と前記連行フランジ（２４）との間に、プレストロークギャップ（３４）を定義する軸線方向間隔が存在するように、行われていることを特徴とする、請求項１に記載の弁。
3. 前記ダイヤフラムスプリング（３１）は、軸線方向において前記ゼロ位置から逆方向に変位するとき、次のように異なったばね剛性を有し、すなわち前記弁座（１５）から離間する方向での変位の際には小さく、前記弁座（１５）のほうへの変位の際には、前記マグネットアマーチュア（２２）が前記ゼロ位置を通過するような振動が阻止されるような大きさであるように、異なったばね剛性を有していることを特徴とする、請求項２に記載の弁。
4. 前記ダイヤフラムスプリング（３１）が、外側スプリングリングおよび内側スプリングリング（３１１，３１２）と、これらスプリングリング（３１１，３１２）を互いに結合させている複数のスプリングウェブ（３１３）とを有していること、前記内側スプリングリング（３１２）が、前記マグネットアーマチュア（２２）の、前記弁座（１５）のほうへ向いている下面に固定され、前記外側スプリングリング（３１１）が前記弁箱（１１）に固定されていることを特徴とする、請求項３に記載の弁。
5. 前記内側スプリングリング（３１２）の外径が前記マグネットアーマチュア（２２）の外径よりも著しく小さく、前記外側スプリングリング（３１１）の内径が前記マグネットアーマチュア（２２）の外径よりも小さいことを特徴とする、請求項４に記載の弁。

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