JP2017535068A - 内燃機関用電磁弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハウジング（１２，３６）と、ハウジング（１２，３６）内に配置された電磁アクチュエータ（１０）と、ハウジング（１２，３６）から軸線方向で突出し、かつ、アクチュエータ（１０）のアーマチュア（３０）に接続されて運動可能であり、かつ、アーマチュア（３０）とともに運動ユニット（４４）を形成している、制御体（４２）と、アクチュエータ（１０）のコア（１８）から離れる向きでの運動ユニット（４４）の軸線方向運動を軸線方向で制限する手段とを備えた、内燃機関用電磁弁に関する。運動ユニット（４４）の脱落を確実に防止できる搬送及び組み付けの安全機構を簡単に実現するために、運動ユニット（４４）の軸線方向運動を制限する手段が、ハウジング（１２，３６）に配置されておりかつ運動ユニット（４４）の半径方向の凹部（７６）に係合する少なくとも１つのフック（８８）によって形成されている。

Description

本発明は、ハウジングと、ハウジング内に配置された電磁アクチュエータと、ハウジングから軸線方向で突出しかつアクチュエータのアーマチュアに接続されて運動可能でありかつアーマチュアとともに運動ユニットを形成している制御体と、アクチュエータのコアから離れる向きでの運動ユニットの軸線方向運動を軸線方向で制限する手段とを備えた、内燃機関用電磁弁に関する。

このような電磁弁は、内燃機関において種々の用途に必要となる。このような弁の一例として、ターボチャージャのコンプレッサの圧力側から、圧縮された新気を、場合により再循環させられた排気ガスと共にコンプレッサの吸入側へ戻すように再循環させる電磁操作式のブローオフバルブを挙げることができる。コンプレッサの圧力側と吸入側との間のバイパス管路による接続は、内燃機関の高負荷からアクセルオフ運転への移行のために必要となり、これによって、閉鎖されたスロットルバルブへの過給圧ポンプの高い圧送と、これに基づき生じるポンピング作用と、ターボ回転数の過度の急降下の結果として生じる熱力学的な問題とが阻止される。

この場合、弁座は、通常、ターボチャージャハウジングに組み付けられたバイパス管路内に構成されている。このことは、制御体がバイパス管路の相応の開口を通って弁座へ案内され、さらにアクチュエータがバイパス管路のハウジングにねじ止めされることを意味する。ただし、こうした弁では、アクチュエータ及び制御体から成るモジュール群を先行時点ではアクチュエータから取り外せず、このため組み付け及び搬送が著しく困難であることに注意が必要である。したがって、弁を予め組み立てて完成させ、流れハウジングに挿入し、そこに固定できることが望ましい。

独国特許出願公開第１９７４９６４１号明細書（ＤＥ１９７４９６４１Ａ１）から、スリーブ及びシールリングから成る制御体の上方へ弁を搬送するために、付加的な保護キャップが押し込まれる電磁弁が公知である。なお、組み付け前には当該保護キャップは取り外されなければならないので、組み立ての際には制御ユニットの個々の部材の相互の正確な位置決めにさらに注意が必要である。

独国特許出願公開第１０２００４０４４４３９号明細書（ＤＥ１０２００４０４４４３９Ｂ４）からは、制御体に外部へ向かうシールが配置されたブローオフバルブが公知である。当該シールはハウジング部上に載置されるので、制御体はアーマチュアによってハウジングから滑り出すことがない。ただし、これは、シールが機械的負荷に曝され、シールリングに障害が生じてその結果動作中に漏れが発生しうることを意味する。

同様の問題は、欧州特許第１９４１１３８号明細書（ＥＰ１９４１１３８Ｂ１）に開示されているようなブローオフバルブにおいても生じる。この場合、アクチュエータに向かう閉鎖体の領域にリング状の拡張部が設けられており、この拡張部は、弁の組み付け前、断面で見てＶ字状のシールに接している。したがって、当該構成においても、アーマチュア及び制御体から成るモジュール群の脱落はシールによって防止されるが、このシールは損傷を受けるおそれがある。

独国特許出願公開第１９７４９６４１号明細書 独国特許出願公開第１０２００４０４４４３９号明細書 欧州特許第１９４１１３８号明細書

したがって、本発明は、管路の開口へ弁を搬送して組み付ける際に、アーマチュア‐制御体モジュール群の脱落が確実に防止され、その際に制御体を閉鎖状態で封止するシールが障害を受けるおそれのない電磁弁を提供することを課題とする。また、このために付加的な部材を使用する必要がないことが望ましい。

この課題は、独立請求項１の特徴を有する内燃機関用電磁弁によって解決される。

運動ユニットの軸線方向運動を制限する手段が、ハウジングに配置されかつ運動ユニットの凹部に係合する少なくとも１つのフックによって形成されていることにより、搬送時にハウジングと制御体との間のシールにかかる負荷が排除される。また、付加的な組み付け部材も必要ない。

好ましくは、少なくとも１つのフックが、ハウジングの１つのハウジング部と一体に構成される。したがって、フックは、１ステップでハウジング部と同時に製造可能であり、これにより付加的な組み付けステップもしくは製造ステップを省略できる。

有利には、ハウジングは、アクチュエータハウジング部と接続ハウジング部とを有し、フックは接続ハウジング部に構成される。当該接続ハウジング部は、動作中、制御体の収容に用いられる。これは、簡単なプラスチック射出成形によって製造可能な部材である。

ここで、フックは、接続ハウジング部の、アーマチュアが貫通している領域において、半径方向内側の縁部から延在する。当該位置は特別な寸法において特に適する。なぜなら、フックは、運動するユニットの近傍に配置されるため、小さく構成されることがあるからである。

特に好ましい実施形態では、フックの一方の端部からアーマチュアの中心軸線までの距離は、アーマチュアの半径より小さい。これにより、フックはアーマチュアの後方で係合することができるので、安定なアーマチュアに支持力が作用し、よって、他の部材での障害が確実に回避される。

さらに有利には、コアからフックまでの軸線方向距離は、少なくとも、制御体が弁座に載置された位置での、コアとは反対側のアーマチュアの軸線方向端部の距離に等しい。このようにすれば、フックが制御すべき管路の閉鎖を阻害せず、電磁弁の動作時よりも大きな軸線方向運動が生じた場合にのみアーマチュアでの接触が生じることが保証される。

本発明の別の好ましい実施形態では、凹部の軸線方向高さは、少なくとも、アーマチュアの調整距離に、フックの軸線方向の広がり、及び、制御体が弁座に載置された位置でのアーマチュアからフックまでの距離を加算したものに等しい。これにより、動作中、アーマチュアと制御体との完全に自由な運動が可能となる。

好ましくは、凹部は、制御体において、アーマチュアの、コアとは反対側の軸線方向端部から延在する。つまり、アーマチュアは、通常のごとく、フックが搬送中下方で接するほぼ円筒形のボディとして製造可能である。制御体そのものに相応の凹部を設けることは、構造的に簡単に行える。

これを発展させた構成として、制御体は、内側の中空体とこれに固定されたほぼ円筒形の中空体とを有し、凹部は内側の中空体の軸線方向セクションに形成される。このようにすれば、制御体の側方に通じている管路を、完全に円筒形に形成された中空体によって封止でき、フックを内側の通流の無い領域に配置できる。

好ましくは、３つのフックが、ハウジングの周上に均等に分散されて構成される。これにより、アーマチュアの全周での把持が行われ、片側のみの負荷に起因するアーマチュアもしくは制御体の摩耗が排除される。

好ましくは、３つのフックとその保持エレメントとが、周上に均等に分散されて、ばねのガイドセクションとして用いられるリングセグメント状の複数の突出部の中間空間に配置される。このようにすれば、ばねの確実なガイドと搬送安全性とが達成され、さらに、射出成形の際に使用される材料を低減できる。

特に好ましくは、少なくとも１つのフックが、ばね用のガイドセクションの軸線方向端部に構成される。こうしたガイドセクションは、例えば、相応に傾動もしくは半径方向移動を防止するねじばねによって包囲される。

このようにして、アーマチュア及び制御体の確実な搬送安全性を有し、その際に弁のシールが負荷を受けない、内燃機関用電磁弁が提供される。また、動作中、こうしたユニットの自由な運動性が保証される。付加的な組み付けステップ又は製造コストも回避される。

本発明の電磁弁の実施形態を、内燃機関の圧縮器用のブローオフバルブの例に則して説明及び図示する。

本発明のブローオフバルブの側方断面図である。

図１に示されている本発明のブローオフバルブは、アクチュエータハウジング部１２を備えた電磁アクチュエータ１０から形成されており、このアクチュエータハウジング部１２では、コネクタ１５を介して電流を供給可能なコイル１４がコイル支持体１６上に配置されている。コイル支持体１６の半径方向内側の領域には磁化可能コア１８が固定されており、その軸線方向端部はコイル支持体１６から突出している。ここで、コア１８は、その軸線方向端部において、コイル１４を包囲するヨーク２２に接続されたフィードバックプレート２０によって包囲されている。コイル支持体１６の、コア１８とは反対側の端部には別のフィードバックプレート２４が設けられており、この別のフィードバックプレート２４は、半径方向外側の領域でヨーク２２に接触し、かつ、コイル支持体１６内へ延在する、軸線方向内側の延長部２６を有する。

軸線方向の延長部２６の半径方向内側には、アーマチュア３０を運動時に軸線方向でガイドするガイドスリーブ２８が配置されている。

アクチュエータハウジング部１２は、コア１８とは反対側の軸線方向端部に、接続ハウジング部３６のベースボディ３４が収容される円形の凹部３２を有する。当該ベースボディ３４は、アクチュエータハウジング部１２の箇所で中間のシール３８を介してフィードバックプレート２４に接し、アクチュエータハウジング部とともにブローオフバルブのハウジングを形成している。

ベースボディ３４には、アーマチュア３０又は当該アーマチュア３０及び制御体４２から成る運動ユニット４４が通過して突出する中央開口４０が形成されている。半径方向外側の領域では、接続ハウジング部３６のベースボディ３４から軸線方向に、制御体４２の円筒外面４８を包囲するリング状のハウジング壁４６が延在している。当該ハウジング壁４６に、シール５０の、断面で見てＶ字状の一方の脚部が接しており、他方の脚部は円筒外面４８に接しているので、ハウジング壁４６と制御体４２との間の空隙は封止される。当該シール５０は保護リング５２上に載置されており、この保護リング５２は、接続ハウジング部３６に固定されており、かつ、アクチュエータ１０の反対側から接続ハウジング部３６に押し当てられている。これにより、ハウジング壁４６は半径方向で保護リング５２によって包囲され、軸線方向で保護リング５２によって画定される。

制御体４２は、第１の中空体５４と、半径方向で第１の中空体５４の内部に配置された第２の中空体５６とから形成される。第１の中空体５４は、周囲を閉鎖している円筒外面４８を有しており、この外面のアーマチュア３０から遠い側の端部に、半径方向内側へ延在するリング状プレート５８が形成されている。第２の中空体５６は半径方向外側のリング状プレート６０を有しており、このリング状プレート６０は、溶接によってリング状プレート５８に固定されており、かつ、その内周から外套面６２が第１の中空体５４の内側領域へ延在している。第２の中空体５６のリング状プレート６０の半径方向外側の領域にはシールリング６４が一体成形されており、接続されている流れハウジングを弁座上に載置するための当該シールリング６４の有効直径は、第１の制御体４２の円筒外面４８の直径にほぼ対応する。第２の中空体４４の外套面５４には、流れハウジングの流入口とブローオフバルブのハウジング内室６８とを恒常的に流体連通している開口６６が形成されており、当該ハウジング内室６８は、第１の中空体５４と接続ハウジング部３６とガイドスリーブ２８とによって画定されている。これにより、ハウジング内室６８内の圧力がブローオフバルブの閉鎖方向に作用する断面積は、流入口側で圧力がブローオフバルブの開放方向に作用する制御体４２の断面積と等しいかもしくは僅かに大きくなる。

内側の第２の中空体５６は、まず、プレート６０の内周から円筒状にアーマチュア３０の方向へ延在している。当該軸線方向セクション７０にも開口６６が設けられている。さらなる延長部では、中空体５６に段部７２が形成されており、この段部７２から直径の低減された中空体５６が軸線方向にさらに延在している。したがって、第２の中空体５６の当該円筒状セクション７４は、アーマチュア３０の直径より小さい直径を有する。当該セクション７４の領域では、中空体５６はアーマチュア３０に接するエラストマー７６とともに射出成形されている。制御体４２をアーマチュア３０に固定するために接続エレメント７８が使用され、この接続エレメント７８は、アーマチュア３０の軸線方向端部に溶接によって固定され、実質的に半径方向でエラストマー７６内に配置される。接続エレメント７８は、アーマチュア３０とは反対側に半径方向の拡張部８０を有しており、この拡張部８０は軸線方向でエラストマー７６に接しており、このエラストマー７６の軸線方向端部は段部７２に接している。これにより、第２の中空体５６はアーマチュア３０に固定されている。

さらに、コイル１４に通電がないときに制御体４２が弁座に載置された状態にあることを保証するために、第１の中空体５４の内部にねじばね８２が配置されており、このねじばね８２は第１の中空体５４のプレート５８に対して付勢された状態で載置され、その軸線方向反対側の端部は接続ハウジング部３６のベースボディ３４に接している。当該ねじばね８２は、制御体４２の方向で軸線方向に延在するガイドセクション８４を通り、リングセグメント状の３つの突出部の形態で周上に均等に分散されており、接続ハウジング部３６の中央開口４０を包囲し、その位置で半径方向にこれを保持している。このために、ガイドセクション８４は、ねじばね８２の内径より僅かに小さい外径を有している。

本発明によれば、それぞれ、ガイドセクション８４の中間空間に軸線方向でベースボディ３４から３つの保持エレメント８６が延在しており、その端部にそれぞれ１つずつ、円筒状セクション７４の方向に延在するフック８８が形成されている。当該セクション７４は、本発明においては、フック８８が係合する、アーマチュア３０の半径方向の延長部に対応する凹部７６を形成している。相応に、フック８８の半径方向内側の端部は、アーマチュア３０の外周までの距離よりも小さい、アーマチュア３０の中心軸線までの距離を有する。このため、アーマチュア３０の軸線方向運動は、フック８８によって制限される。なぜなら、アーマチュア３０は、コア１８から離れる向きでの軸線方向運動が継続される際に、コア１８とは反対側の端部で、フック８８に当接しているからである。したがって、運動ユニット４４は、組み付けもしくは搬送の際の脱落に対して確実に保護される。同時に、組み付け状態において運動ユニット４４の運動が制限されないことを保証するために、アーマチュア３０の軸線方向端部から第２の中空体の段部７２までの距離は、少なくとも、アーマチュア３０の調整距離に、フック８８の軸線方向の広がりと、制御体４２が弁座に載置された位置でのアーマチュア３０からフック８８までの距離とが加算されたものに等しくなるように選定される。さらに、保持エレメント８６の長さは、フック８８が、制御体４２が弁座に載置された位置でのアーマチュア３０の軸線方向端部までの小さな距離を有するように、つまり、コア１８からフック８８までの軸線方向距離が、少なくとも、制御体４２が弁座に載置された位置での、アーマチュア３０の、コア１８とは反対側の軸線方向端部までの距離に等しくなるように選定される。

相応に、組み付けの際にも搬送の際にも運動ユニット４４の確実な固定が行われる一方、動作中、運動ユニット４４の切り替えの際に、調整距離を任意に走行させることができる。このための付加的な方法ステップもしくはモジュールは必要ない。

本発明の権利範囲が上述した実施形態に限定されないことは明らかなはずである。特に凹部は、アーマチュア又は制御体の他の位置にも形成できる。フックも相応にハウジングの別の位置に形成もしくは組み付け可能である。また、アーマチュアのエッジ摩耗を防止するために、凹部を、単独の制御体のスリットとして形成することもできるし、任意の数だけフックに設けることもできる。

Claims (12)

1. ハウジング（１２，３６）と、
   前記ハウジング（１２，３６）内に配置された電磁アクチュエータ（１０）と、
   前記ハウジング（１２，３６）から軸線方向で突出し、かつ、前記アクチュエータ（１０）のアーマチュア（３０）に接続されて運動可能であり、かつ、前記アーマチュア（３０）とともに運動ユニット（４４）を形成している、制御体（４２）と、
   前記アクチュエータ（１０）のコア（１８）から離れる向きでの前記運動ユニット（４４）の軸線方向運動を軸線方向で制限する手段と、
   を備えた、内燃機関用電磁弁において、
   前記運動ユニット（４４）の軸線方向運動を制限する前記手段は、前記ハウジング（１２，３６）に配置されておりかつ前記運動ユニット（４４）の半径方向の凹部（７６）に係合する少なくとも１つのフック（８８）によって形成されている、
   ことを特徴とする、内燃機関用電磁弁。
2. 前記少なくとも１つのフック（８８）は、前記ハウジング（１２，３６）の１つのハウジング部（３６）と一体に構成されている、
   請求項１に記載の内燃機関用電磁弁。
3. 前記ハウジング（１２，３６）は、アクチュエータハウジング部（１２）と接続ハウジング部（３６）とを有しており、
   前記フック（８８）は前記接続ハウジング部（３６）に構成されている、
   請求項１又は２に記載の内燃機関用電磁弁。
4. 前記フック（８８）は、前記接続ハウジング部（３６）の保持エレメント（８６）の半径方向内側の縁部から延在している、
   請求項３に記載の内燃機関用電磁弁。
5. 前記フック（８８）の一方の端部から前記アーマチュア（３０）の中心軸線までの半径方向距離は、前記アーマチュア（３０）の半径より小さい、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の内燃機関用電磁弁。
6. 前記コア（１８）から前記フック（８８）までの軸線方向距離は、少なくとも、前記制御体（４２）が前記電磁弁の組み付け状態で弁座に載置された位置での、前記コア（１８）とは反対側の前記アーマチュア（３０）の軸線方向端部の距離に等しい、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の内燃機関用電磁弁。
7. 前記凹部（７６）の軸線方向高さは、少なくとも、前記電磁弁の組み付け状態での前記アーマチュア（３０）の調整距離に、前記フック（８８）の軸線方向の広がり、及び、前記制御体（４２）が前記弁座に載置された位置での前記アーマチュア（３０）から前記フック（８８）までの距離を加算したものに等しい、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の内燃機関用電磁弁。
8. 前記凹部（７６）は、前記制御体（４２）において、前記アーマチュア（３０）の、前記コア（１８）とは反対側の軸線方向端部から延在している、
   請求項１から７までのいずれか１項に記載の内燃機関用電磁弁。
9. 前記制御体（４２）は、内側の中空体（５６）とこれに固定されたほぼ円筒形の中空体（５４）とを有し、
   前記凹部（７６）は、前記内側の中空体（５６）の軸線方向セクション（７４）に構成されている、
   請求項１から８までのいずれか１項に記載の内燃機関用電磁弁。
10. ３つの前記フック（８８）が、前記ハウジング（１２，３６）の周上に均等に分散されて構成されている、
    請求項１から９までのいずれか１項に記載の内燃機関用電磁弁。
11. 前記３つのフック（８８）とその保持エレメント（８６）とが、前記周上に均等に分散されて、ばね（８２）のガイドセクション（８４）として用いられるリングセグメント状の複数の突出部の中間空間に配置されている、
    請求項１０に記載の内燃機関用電磁弁。
12. 少なくとも１つの前記フック（８８）は、ばね（８２）用のガイドセクション（８４）の軸線方向端部に構成されている、
    請求項１から１１までのいずれか１項に記載の内燃機関用電磁弁。

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