JP3667592B2 - スイッチングバルブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一端が作用空間に開放した流れ通路が形成されたバルブ本体と、作用空間に収容された、閉鎖位置と開放位置との間で移動できるバルブプレートとを含む、特に内燃エンジンの噴射バルブを作動するためのスイッチングバルブに関する。本発明は、更に、この種のスイッチングバルブを持つ噴射バルブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスイッチングバルブは周知であり、特に、例えば内燃エンジンの噴射バルブ等のバルブの作動に使用される。この目的のため、スイッチングバルブは、作動されるべきバルブの圧力チャンバに一端を連結できる流れ通路を有する。流れ通路の他端は、スイッチングバルブに設けられた作用空間内に開放している。作用空間内には、流れ通路を閉止するため、バルブプレートが配置されている。バルブプレートは、閉鎖位置と開放位置との間で前後に移動できる。流れ通路を開放することによって、作動されるべきバルブの圧力チャンバを、例えば流出ライン又は周囲に連結できる。
【０００３】
周知のスイッチングバルブは、噴射バルブを通して噴射されるべき燃料の噴射時期及び噴射の持続時間を決定できるようにするため、ディーゼルエンジンの噴射バルブで使用される。噴射バルブの噴射ノズルを閉鎖するため、ノズルニードルが設けられている。ノズルニードルは、ニードル案内通路内に変位自在に支承されており、噴射ノズルとスイッチングバルブの流れ通路が連結された圧力チャンバとの間に、ノズルニードルが噴射ノズルを閉鎖状態に保持するように、液圧によってクランプされている。流れ通路を開放することによって、圧力チャンバ内の流体の圧力が低下し、ノズルニードルが噴射ノズルを開放する。流れ通路の閉鎖後、圧力チャンバの内部で圧力が再び上昇し、これによりノズルニードルが、再び、噴射ノズルを閉鎖する位置に移動する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、製造が簡単であり且つ簡単な手段で流れ通路を正しくシールすることができるスイッチングバルブ又はこの種のスイッチングバルブを持つ噴射バルブを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、閉鎖エレメントがバルブプレートと流れ通路の開口部との間に配置されており、バルブプレートがその閉鎖位置に配置されているとき、流れ通路の開口部を閉止する、冒頭に記載した種類のスイッチングバルブによって達成される。
【０００６】
本発明によるスイッチングバルブでは、流れ通路の開口部は、バルブプレートと流れ通路の開口部との間に設けられた別体の閉鎖エレメントによって閉止される。バルブプレートを開放位置に移動すると、閉鎖エレメントは、押圧力を伴わずに流れ通路の開口部と接触し、そのため、流体は閉鎖エレメントを通って流れ通路から流出でき、又はこの通路に流入できる。バルブプレートは、再びその閉鎖位置に移動されたとき、その閉鎖エレメントとともに流れ通路の開口部と整合し、バルブプレートがその最終閉鎖位置に到達すると直ぐにこの開口部を閉止する。閉鎖エレメントがバルブプレートに対して移動できるため、バルブプレートを流れ通路の開口部に対して正確に案内したり位置決めしたりすることは最早必要とされず、そのため、バルブプレート及びバルブプレート用案内通路の両方を周知のスイッチングバルブよりも低い精度で製造できる。これと同時に、閉鎖エレメントが流れ通路の開口部に対して自由に移動できるため、閉鎖エレメントは、バルブプレートによって開口部に押し付けられてこの開口部を閉止すると直ぐに、流入流体又は流出流体によって、開口部に均等に接触し且つ開口部を正しくシールする所定位置に移動できる。
【０００７】
本発明のこの他の有利な進歩は、以下の説明、添付図面、及び従属項から得ることができる。
【０００８】
かくして、閉鎖エレメントとしてバルブボールを使用するのが特に有利である。バルブボールは、そのボール形状のため、開口部のところで、流れ通路の開口部に対する全ての位置で線の形状で接触する。
【０００９】
バルブプレートがその開放位置にあるときに閉鎖エレメントを流れ通路の開口部に対して所定位置に保持するため、バルブプレートは、好ましくは、流れ通路の開口部と整合した、閉鎖エレメント用の凹所を有する。閉鎖エレメントを凹所及び開口部に良好に保持するため、凹所及び／又は開口部を円錐形に形成することが提案される。開口部の深さは、バルブプレートのストロークよりも大きい。閉鎖エレメント、例えばボールは、これによって、開口部に保持される。これと同時に、閉鎖エレメントは、それ自体が開口部の中央にあるように、バルブプレートと平行に開口部内で平行に移動させることができる。凹所又は開口部の夫々の円錐形断面形態により、閉鎖エレメントは凹所の壁に均等に接触し、所定位置に保持される。円錐形凹所及び円錐形シーリング面を備えて形成された開口部は、バルブボールを閉鎖エレメントとして使用する場合に特に適している。バルブボールは、その表面の湾曲により、傾斜をなして延びる凹所及び開口部の壁の形態に特に良好に適合する。
【００１０】
本発明によるスイッチングバルブの特に好ましい実施例では、バルブプレートに固定された、バルブプレートを案内する弾性エレメントが、バルブプレートがその移動方向に対して横方向にずれないように、流れ通路に面した作用空間の内側表面に設けられている。バルブプレートは、弾性エレメントにより、バルブプレートを正確に案内する必要なしに、所定位置に保持される。
【００１１】
バルブプレートは、好ましくは、圧縮ばねによって閉鎖位置に保持され、アクチュエータによってその開放位置に移動される。これは、アクチュエータが作動されていない場合には、スイッチングバルブが閉鎖状態に停まることを保証するためである。
【００１２】
本発明によるスイッチングバルブの好ましい実施例では、作用空間は、バルブ本体の一つ又はそれ以上の部品、即ちバルブ本体と接触したリング及びこのリングと接触したディスクによって境界付けられる。磁石をアクチュエータとして使用する場合、バルブプレートから遠ざかる方向に面したディスクの表面に磁石が配置される場合には、ディスクの材料厚さを選択することによって、磁石の保持力に影響を及ぼすことができる。これは、バルブディスクから磁石までのバルブディスクの距離即ち空隙がディスクの材料厚さで決まるためである。
【００１３】
バルブ本体の形状は、好ましくは、バルブプレートが、その閉鎖位置で、流れ通路の開口部を閉止するときに通路開口部の外に突出する閉鎖エレメントのところで密封をなすが、バルブ本体と接触せず、そのためバルブプレートとバルブ本体との間に隙間が保持されるように寸法が定められる。このため、バルブプレートの全閉鎖力が専ら閉鎖エレメントに伝達され、これにより特に良好なシーリング作用を得ることができる。更に、バルブプレートの閉鎖移動において、バルブプレートとバルブ本体との間の隙間から流体を流出させなければならず、これによってバルブプレートの閉鎖移動が僅かに制動され、場合によってはバルブプレートの弾性反発により閉鎖エレメントに衝撃が加わった後に発生するバルブプレートの揺動が減衰される。
【００１４】
上文中に説明したスイッチングバルブは、特に、内燃エンジンの燃料噴射装置用の噴射バルブで使用できる。ここで、流れ通路は、噴射バルブの噴射ノズルを閉止するためのノズルニードルが移動自在に収容されたニードル案内通路と連通している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を例として説明する。
【００１６】
図１はスイッチングバルブ１０を側断面図で示している。スイッチングバルブ１０は、噴射バルブ１４のホルダ本体１２に配置されている。図面において上方に向いた状態で示すホルダ本体１２の端側で終端する通路ボア１６がホルダ本体１２内にその長さ方向に延びるように示してある。通路ボア１６に沿って前後に移動できるピストン１８であって、その一方の端側（図示せず）が、噴射バルブ１４の噴射ノズル（図示せず）を閉止できるノズルニードル（図示せず）の端側と接触したピストン１８が通路ボア１６に導入されている。
【００１７】
スイッチングバルブ１０は、ホルダ本体１２の通路ボア１６に導入された円筒形バルブ本体２０を有する。通路ボア１６内に向いたバルブ本体２０の端側では、通路ボア１６の内周及びバルブ本体２０に向いたピストン１８の端側が高圧チャンバ２２を形成する。このチャンバの目的を後に説明する。高圧チャンバ２２は、ノズルニードル及びピストン１８に沿って通路ボア１６を通ってキャビティ２２に到達した高圧の燃料で充填されている。
【００１８】
バルブ本体２０には、バルブ本体の長さ方向に延びる、高圧チャンバ２２と連通した流れ通路２４が形成されている。この通路は、バルブ本体２０の端側に形成された、図面において上方に噴射バルブ１４から遠ざかる方向に面した状態で示す円錐形シーリング面２６で終端する。バルブ本体２０の上端側には半径方向に突出したフランジ２８が形成されており、このフランジの中央には、円錐形シーリング面２６と同心に配置された通路開口部３０が形成されている。噴射バルブ１４から遠ざかる方向に面したフランジ２８の平らな側部は、円錐形シーリング面２６に対して同様に同心に配置されたリング３２と接触している。このリング３２は、円形表面の形状のディスク３４によって覆われている。このディスクの中央には、貫通開口部３６が設けられている。開口部３６を中心として同心に配置されたリング状磁気コイル３８及び円筒形形状の中空ハウジング４０が、噴射バルブ１４から遠ざかる方向に面した第２ディスク３４の平らな側に設けられている。
【００１９】
フランジ２８、リング３２、及びディスク３４は、円形のバルブプレート４４を収容した作用空間４２を境界付ける。バルブプレート４４のバルブ本体２０に面する側には、円錐形シーリング面２６に向けられた截頭円錐形の断面形状の凹所４６が形成されている。更に、複数の弾性エレメント４８がバルブプレート４４の後側に連結されており、ディスク３４から下方に突出しており、バルブプレート４４を円錐形シーリング面２６と同心の所定の位置に保持する。流れ通路２４を閉止できるバルブボール５０が、バルブプレート４４の凹所４６と円錐形シーリング面２６との間に配置されている。
【００２０】
バルブプレート４４は、圧縮ばね（図示せず）の力Ｆによってその閉鎖位置に保持されている。バルブプレート４４は、閉鎖位置では、押圧力の作用を受けてバルブボール５０と接触しており、バルブボールを円錐形シーリング面２６に押し付け、流れ通路２４を液密に閉止する。流れ通路２４を開放するため、強磁性体でできたバルブプレート４４を磁気コイル３８の作用により、圧縮ばね及び弾性エレメント４８の力に抗して開放位置に移動できる。開放位置では、バルブプレート４４及びバルブボール５０がバルブ本体２０から持ち上げられている。ここで、バルブプレート４４の移動方向で見たときにリング３２の高さで予め定められるバルブプレート４４の最大ストロークの寸法は、バルブボール５０が凹所４６と円錐形シーリング面２６との間で自由に移動できるけれどもバルブボール５０が凹所４６及び円錐形シーリング面２６から飛び出さないように定められる。
【００２１】
バルブプレート４４がその閉鎖位置に配置されている限り、流れ通路２４は、押圧力が加わった状態で円錐形シーリング面２６に載ったバルブボール５０によって閉止されている。これによって、高圧チャンバ２２内に配置された燃料がスイッチングバルブ１０を通って漏出することがなく、ピストン１８をその下位置に停める。この位置では、ピストン１８は、ノズルニードルが噴射ノズルを閉止する位置にノズルニードルを保持する。ノズルニードルは、噴射ノズルに存在する、噴射バルブ１４に供給された燃料の圧力によってピストン１８に押し付けられており、即ち、ノズルニードルは高圧チャンバ２２と噴射ノズルとの間に液圧力の作用でクランプされている。
【００２２】
次に、エンジンの噴射制御装置が磁気コイル３８を作動すると、強磁性体からできたバルブプレート４４が圧縮ばねの力に抗して開放位置に移動し、これによってバルブボール５０が解放される。バルブボール５０は、高圧チャンバ２２に作用する圧力によって持ち上げられ、その結果、流れ通路２４は最早閉止されておらず、高圧チャンバ内の燃料が流れ通路２４を通って作用空間４２に流入し、ここからディスク３４の開口部３６を通って漏れ燃料ラインに漏出する。高圧チャンバ２２内の圧力が低下することによって、ピストン１８がノズルニードルに及ぼす力が非常に低くなり、ノズルニードルは、高圧が加わった噴射ノズルの燃料によって持ち上げられ、これによりピストン１８がスイッチングバルブ１０の方向に移動される。これと同時に、ノズルニードルが噴射ノズルを開放し、燃料がエンジンのシリンダに進入する。
【００２３】
噴射制御装置が磁気コイル３８を消勢すると直ぐに、バルブプレート４４は、圧縮ばね及び弾性エレメント４８の力によって閉鎖位置に移動される。閉鎖位置では、バルブプレート４４は、バルブボール５０を円錐形シーリング面２６に押し付け、流れ通路２４を再び閉止する。バルブプレート４４の移動は、バルブプレート４４とバルブ本体２０のフランジ２８との間の隙間から排出される燃料によって緩衝され、これによってバルブプレート４４の閉鎖移動を緩慢にし、バルブボール５０に衝突した後にバルブプレート４４が弾性的に跳ね返ることを効果的に阻止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】噴射バルブを作動するための本発明によるスイッチングバルブの側断面図である。
【符号の説明】
１２ ホルダ本体 １４ 噴射バルブ
１６ 通路ボア １８ ピストン
２０ バルブ本体 ２２ 高圧チャンバ
２４ 流れ通路 ２６ 円錐形シーリング面
２８ フランジ ３０ 通路開口部
３２ リング ３４ ディスク
３６ 開口部 ３８ 磁気コイル
４０ ハウジング ４２ 作用空間
４４ バルブプレート ４６ 凹所
４８ 弾性エレメント ５０ バルブボール

Claims (12)

1. 半径方向に突出するフランジ（２８）を有し且つ流れ通路（２４）が形成されたバルブ本体（２０）と、
   漏れ燃料ラインに連通した作用空間（４２）に収容された、閉鎖位置と開放位置との間で移動できるバルブプレート（４４）と、
   を含み、
   前記流れ通路は、その一端が開口部（２６）を介して前記作用空間（４２）に開放し、他端が高圧チャンバ（２２）に連通しており、
   前記バルブプレート（４４）がその閉鎖位置に配置されているとき前記開口部（２６）を閉止するため、前記バルブプレート（４４）と前記流れ通路（２４）の開口部（２６）との間に配置された閉鎖エレメント（５０）を更に含む、特に内燃エンジンの噴射バルブを作動するためのスイッチングバルブにおいて、
   前記半径方向に突出したフランジ（２８）には、前記流れ通路（２４）の前記開口部（２６）と同心に配向された通路開口部（３０）が設けられており、
   前記バルブ本体（２０）は、その閉鎖位置において、前記バルブプレート（４４）が、前記通路開口部（３０）の外に突出し且つ前記流れ通路（２４）の前記開口部（２６）を閉止する前記閉鎖エレメント（５０）と接触し、これと同時に前記バルブプレート（４４）と前記バルブ本体（２０）との間に隙間が残っているように設計されている、ことを特徴とするスイッチングバルブ。
2. 前記閉鎖エレメントはバルブボール（５０）である、ことを特徴とする請求項１に記載のスイッチングバルブ。
3. 前記バルブプレート（４４）は、前記流れ通路（２４）の前記開口部（２６）に向けられた凹所（４６）を有し、前記閉鎖エレメント（５０）は、前記バルブプレート（４４）がその開放位置に移動されたときにおいても前記凹所（４６）及び前記開口部（２６）の間に保持される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチングバルブ。
4. 前記凹所（４６）及び／又は前記流れ通路（２４）の前記開口部（２６）は、円錐形をなして拡幅されている、ことを特徴とする請求項３に記載のスイッチングバルブ。
5. 前記凹所（４６）の深さは、前記バルブプレート（４４）のストロークよりも大きい、ことを特徴とする請求項３又は４に記載のスイッチングバルブ。
6. 前記流れ通路（２４）に面する前記作用空間（４２）の内側表面には弾性エレメント（４８）が設けられており、これらの弾性エレメントは前記バルブプレート（４４）に固定されており、前記バルブプレート（４４）がその移動方向に対して横方向にずれないように、前記バルブプレート（４４）に前記流れ通路（２４）の方向に押圧力を機械的に加える、ことを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のスイッチングバルブ。
7. 前記バルブプレート（４４）は、圧縮ばねによってその閉鎖位置に保持されており、アクチュエータ（３８）によってその開放位置に移動できる、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のスイッチングバルブ。
8. 電気的に制御される磁石（３８）がアクチュエータとして役立ち、前記ばねプレート（４４）は少なくともその一部が強磁性体で形成されている、ことを特徴とする請求項７に記載のスイッチングバルブ。
9. 一方の端側が前記フランジ（２８）で支持されており且つ他方の端側がディスク（３４）と接触したリング（３２）を更に有し、前記ディスクは、前記フランジ（２８）及び前記リング（３２）と共に前記スイッチングバルブ（１０）の作用空間（４２）を境界付ける、ことを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載のスイッチングバルブ。
10. 前記磁石（３８）は、前記バルブプレート（４４）から遠ざかる方向に面した前記ディスク（３４）の表面に配置されており、前記ディスク（３４）の厚さは、前記バルブプレート（４４）をその開放位置に移動した場合の空隙を決定する、ことを特徴とする請求項８又は９に記載のスイッチングバルブ。
11. 内燃エンジン、特にディーゼルエンジンの燃焼噴射装置用の噴射バルブにおいて、ホルダ本体（１２）と、このホルダ本体に固定された噴射ノズルのノズル本体と、前記ホルダ本体（１２）及びノズル本体内に形成された燃料インフィードラインとして役立つニードル案内通路（１６）内で移動自在の、噴射ノズルを閉止するためのノズルニードルと、請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載のスイッチングバルブ（１０）とを含み、このスイッチングバルブの流れ通路（２４）は、前記ニードル案内通路（１６）と連通している、噴射バルブ。
12. 前記スイッチングバルブ（１０）の前記バルブ本体（２０）は、前記ホルダ本体（１２）に形成された前記ニードル案内通路（１６）の区分の一端を閉止し、前記ホルダ本体（１２）内に突出した前記ノズルニードルの端側とともに、前記流れ通路（２４）と連通した高圧チャンバ（２２）を境界付ける、ことを特徴とする請求項１１に記載の噴射バルブ。

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