JP3737119B2 - 電磁式に作動可能な弁、殊に燃料噴射弁 - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、内燃機関の燃料噴射装置の電磁式に作動可能な弁、特に燃料噴射弁であって、弁縦軸線に沿って軸線方向に運動可能な球状の弁部材を有しており、弁部材が弁座と協働して、該弁座に軸線方向の運動の１つの終端位置で接触するようになっており、弁座の下流側に少なくとも１つの噴射孔及び、磁気回路の内側磁極を成す磁芯を有しており、磁芯が弁部材に関連して弁座に相対しており、弁部材が弁縦軸線に対して直角に延びる球体赤道を有しており、案内開口を備えて弁部材を案内する案内部材が前記球体赤道の平面内を延びている形式のものに関する。
ヨーロッパ特許出願出願公開第０００７７２４号明細書により公知の燃料噴射弁は、球形の弁部材を有しており、弁部材が弁内を軸線方向に運動可能であって、弁閉鎖部材としても役立っている。球形の弁部材は非磁性の不動の弁座と協働するようになっており、弁部材の１つの終端位置が、マグネットコイルの励磁されていない状態で弁座への弁部材の当接によって規定されている。磁性の内側磁極（Innenpol）が弁部材を基準にして弁座に正確に相対している。磁気回路の励磁が行われると、球形の弁部材が内側磁極に向けて引きつけられ、直接に内側磁極の接触面に当接する。これによって弁は開かれている。弁部材は側方磁極（Seitenpol）によって取り囲まれており、側方磁極が円筒形の開口を備えたマグネットプレートを成している。磁束線が側方磁極から弁部材を介して内側磁極へ延びており、側方磁極と弁部材との間の半径方向空隙が円筒形の開口の幾何学形状に基づき大きくなっている。さらに欠点として、ストッパ面を形成する際の内側磁極の取り扱いが困難である。ストッパ面の成形及び表面処理（被覆）に際して常に、内側磁極全体が処理されねばならない。
米国特許第４３０８８９０号明細書により公知の類似の噴射ポンプは、同じく球形の弁部材を有している。弁部材の軸線方向の運動の両方の終端位置が、内側磁極に設けられたストッパ面及び不動の弁座によって規定されている。両方の終端位置間での軸線方向運動中の弁部材の案内は設けられていない。マグネットケーシングからリング部分が弁部材の軸線方向の長さの領域で弁部材の近傍まで突出している。リング部分によって円筒形の内側の開口部分が得られ、開口部分を通って弁部材が運動させられる。この場合にも、側方磁極として役立つリング部分と弁部材との間の半径方向空隙が大きい。既に述べた欠点と同じ欠点が、ヨーロッパ特許第００６３９５２号明細書により公知の流体噴射弁においてもある。
発明の利点
請求項１に記載の特徴を備えた本発明に基づく電磁式に作動可能な弁、特に燃料噴射弁においては利点として、簡単かつ安価な形式で磁気回路の高い効果が得られ、それというのは磁場の損失が簡単な構造手段に基づき著しく小さく保たれるからである。
球形の弁部材を取り囲む軟磁性の本発明に基づく案内部材は、該案内部材の内側の案内開口の少なくとも部分的な球帯状の構造により、弁部材の良好な案内のためにも、弁部材への磁束線の最適な伝達のためにも役立ち、それというのは弁部材と案内部材との間の半径方向空隙の空隙容積が最小に保たれるからである。
さらに利点として、特定の製造プロセス、例えば表面処理に際して弁のいくつかの構成部分の取り扱いが明らかに簡単である。内側磁極として役立つ磁心と球形の弁部材との間に配置されたストッパエレメントが、個別の挿入部分として著しく良好に成形され、容易に表面処理（例えば、被覆）を施されて、簡単に組み込み可能である。ストッパエレメントをプレート状に構成して、圧縮ばねによって磁心に向けて押圧すると有利であり、この場合、ストッパエレメントの案内が非磁性の中間部分によって行われる。
ストッパエレメントを粗い多孔性の焼結部材として構成すると特に有利である。このようなストッパエレメントは、１０分の１ミリメータ範囲の直径を有するボールから焼結成形されている。一緒に焼結されたボール間を流体が良好に流過でき、従って付加的な流過通路は不要である。幾何学形状及び製造が簡単であることのほかに、粗い多孔性によってストッパ面の領域の液力的な付着を防止するという利点が得られる。このようなストッパエレメントは同時にフィルタとして作用し、大まかな汚れが弁座領域から遠ざけられている。
さらに有利には、液力的な付着を避けるために、ストッパエレメントの球帯状のストッパエレメントは球形の弁部材の表面輪郭若しくは半径に正確に相応してはいない。従って、当接に際してもっぱらリング状のほぼ線接触しか生じない。
本発明の実施例が図面に簡単に示して、以下に詳細に説明しており、図１は本発明に基づく電磁式に作動可能な弁の部分的な断面図、図２はストッパエレメントのII−II線に沿った断面図、図３はストッパエレメントの外側部分への弁部材の当接を示し、図４はストッパエレメントの内側部分への弁部材の当接を示し、かつ図５はストッパエレメントの中央部分への弁部材の当接を示している。
実施例の説明
図１に部分的に示し混合気圧縮外部点火式の内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁の形の電磁式に作動可能なな弁は、磁気回路を有しており、該磁気回路が特にマグネットコイル１、段付けされた管状のマグネットケーシング３、並びに内側磁極及び燃料入口接続部として役立つ磁芯５を備えており、磁芯は実施例では全長に亙ってコンスタントな直径を有している。例えば段付けされたコイル部材６がマグネットコイル１の巻条を受容していて、マグネットケーシング３の段付き構造と関連してマグネットコイル１の領域で噴射弁の特にコンパクトな構造を可能にしている。
マグネットコイル１はコイル部材６と一緒にマグネットケーシング３内に確実に埋め込まれ、即ちマグネットケーシング３によって周方向で完全に、かつ下方を少なくとも部分的に取り囲まれている。マグネットケーシング３内に差し込み可能なカバーエレメント（図示せず）は、マグネットコイル１の上側を閉鎖して、かつ磁気回路の接続のために役立っている。カバーエレメントは磁芯５をマグネットコイル１の上側でマグネットケーシング３に結合している。マグネットケーシング３内でコイル部材６のすぐ下側に設けられた段部７によって、下流方向にマグネットケーシング３の直径の縮小部を形成してあり、縮小部は下流側の端部区分９で以て弁座支持体として機能している。コイル部材６は実施例ではマグネットケーシング３の段部７に載っている。
この場合、管状のマグネットケーシング３は弁縦軸線１０に対して同軸的に延びている。マグネットケーシング３内に縦孔１２を延在させてあり、該縦孔も弁縦軸線１０に対して同軸的に配置されている。縦孔１２内には球状の弁部材１３を配置してあり、該弁部材は可動子並びに噴射弁の弁閉鎖部材を成している。磁芯５の下側の磁芯端部１４に、金属性の非磁性的な管状の中間部分１５が例えばろう付けによって結合されて、磁芯端部１４を軸線方向で部分的に取り囲んでいる。中間部分１５をマグネットケーシング３に密接にかつ堅く結合することによって磁芯５とマグネットケーシング３との間のシールも保証されているので、マグネットコイル１は乾燥している。この場合、コイル部材６は例えば中間部分１５の上側の端面１６に接触している。
噴射弁の操作は公知の形式で電磁的に行われる。弁部材１３の軸線方向の運動、ひいては噴射弁の、弁部材１３に接触する戻しばね１７のばね力に抗した開放、若しくは閉鎖のために、マグネットコイル１、マグネットケーシング３及び磁芯５を備えた磁気回路が役立つ。マグネットケーシング３の、下流側にマグネットコイル１と逆の側に位置する端部区分９で縦孔１２内に、円筒形の弁座部材２０を例えば溶接によって密接に組み込んであり、弁座部材が不動の弁座を有している。
弁縦軸線１０に沿った軸線方向運動中の弁部材１３の案内のために、プレート状の案内部材２５が役立つ。球状の弁部材１３は弁座部材２０の流れ方向で円錐台状に先細の弁座２１と協働するようになっている。弁座部材２０の周囲は、マグネットケーシング３の縦孔１２よりもわずかに小さい直径である。弁座部材２０は弁部材１３と逆の側の端面２６で、例えば小鉢状（topffoermig）に形成された噴射孔プレート２７に、同心的に例えばレーザーによって密接にかつ環状に構成された溶接継ぎ目によって堅く結合されている。
小鉢状の噴射孔プレート２７は、浸食若しくは打ち抜きによって形成された噴射孔２９が設けられかつ弁座部材２０が取り付けられた底部２８のほかに、下流方向に向けられた環状の保持縁部３０を有している。内燃機関の吸込管路内への、噴射孔２９の外側での流体、特に燃料の直接的な流入は、噴射孔プレート２７とマグネットケーシング３との間の溶接継ぎ目３１によって避けられる。
小鉢状の噴射孔プレート２７を備えた弁座部材２０の押し込み深さ若しくは、弁部材１３の上流側にプレート状のストッパエレメント３３を配置することによって、弁部材１３の行程の大きさが規定されている。この場合、マグネットコイル１の励磁されていない状態での弁部材１３の一方の終端位置が、弁部材１３と弁座部材２０の弁座２１との接触によって規定されているのに対して、マグネットコイル１の励磁された状態での弁部材１３の他方の終端位置が弁部材とストッパエレメント３３との接触によって規定されている。
ばね鋼薄板からロール成形されて、磁芯５の、弁縦軸線１０に対して同軸的に延びる流れ孔３５内に押し込まれた調節スリーブ３６が、流れ孔３５内を延びて調節スリーブ３６に接触する戻しばね１７のばね応力の調節のために役立ち、戻しばねは相対する側で球形の弁部材１３の上面に支えられている。戻しばね１７はストッパエレメント３３の内側の一貫した開口３８内を貫通しており、該開口は例えば、磁芯５の流れ孔３５の直径に相応する直径を有している。従って、開口３８は流れ孔３５の延長部を成している。
ストッパエレメント３３は上側の端面４０で磁芯５の磁芯端部１４に接触している。この場合、端面４０は実施例ではストッパエレメント３３がもっぱら磁芯５に接触して、中間部分１５には接触しないように加工されている。このことを達成するために、ストッパエレメント３３の外周に環状の面取り部４１が設けられている。ストッパエレメント３３はその他では周方向で中間部分１５によって案内される。ストッパ３３の上側の端面４０が平らに構成されているのに対して、弁部材１３に向いた相対する下側のストッパ面４３は球帯状（kalottenfoermig）に構成されて、磁気回路が小さな空隙に基づきできるだけ効果的に生ぜしめられるようになっている。ストッパエレメント３３の球帯構造の種々の可能性が図３乃至図５に示してある。球帯状のストッパ面４３は、半径方向と同時に下流方向に延びる少なくとも１つ、実施例では４つの流体通路、特に燃料通路４４によって中断されている。この場合、少なくとも１つの燃料通路４４は溝状にストッパエレメント３３に形成されている。
ストッパエレメント３３は段付けされた外側輪郭を有し、この場合上側の部分が、燃料通路４４を含む下側の部分よりも大きな外径を有している。これによってストッパエレメント３３に段部４６が得られ、該段部に対して圧縮ばね４７が押圧されている。ストッパエレメント３３に接触する圧縮ばね４７はストッパエレメント３３を磁芯５の磁芯端部１４に向けて押圧しているのに対して、相対する側で案内部材２５に支えられており、案内部材自体は弁座部材２０に接触している。ストッパエレメント３３は軟磁性材料から成っていて、少なくとも下側の球帯状のストッパ面４３を摩耗防止の理由から表面処理され、例えばクロームメッキされている。
球状の弁部材１３は球体赤道（Kugelaequator）４８を有しており、該球体赤道は球体を同じ大きさの２つの球体半部に分割する球体平面に位置している。球体赤道４８の領域をプレート状の案内部材２５が延びており、案内部材の案内開口４９を通って弁部材１３が運動する。案内部材２５は軟磁性材料から成っていて、弁座２１と弁部材１３とが接触する状態において軸線方向で少なくとも球体赤道４８の高さから下流に向かって弁部材１３の輪郭に相応して球帯状に構成されている。磁束流がマグネットケーシング３、案内部材２５、弁部材１３及びストッパエレメント３３を介して磁芯５へ延びている。案内部材２５の案内開口４９の球帯状の構造により、磁束流が案内開口４９と球状の弁部材１３との間の最小の容積の半径方向空隙を経て弁部材１３に達する。案内開口４９の上側の部分は例えば円筒形に構成されている。案内部材２５は１８０°回動させて組み込まれていてよく、これによって案内開口４９の球帯状に構成された区分が球体赤道４８の上側に位置する。弁座２１に向けた流体案内のために、軸線方向に延びる溝状の凹所が案内部材２５の案内開口４９に設けられていてよい。案内部材２５は例えばエンボス加工（Praegen）、燒結、若しくはＭＩＧ（Metal-Injectin-Moulding）・技術によって製造されている。
ストッパエレメント３３もエンボス加工、燒結、若しくはＭＩＧ・技術によって製造されていてよい。別の実施例としてストッパエレメント３３は、１０分の１ミリメータ範囲の直径を有するボール（Kugel）から燒結成形されていてよい。このような粗い多孔性（grobporig）の燒結部材においては、流体通路、特に燃料通路４４は不必要であり、それというのは一緒に燒結されたボール間を燃料が流過できるからである。ストッパエレメント３３の粗い多孔性の表面によって、液力的な付着（hydrauliches Kleben）が効果的に阻止される。このようなストッパエレメント３３はフィルタとしても作用し、汚れが弁座領域から遠ざけられている。
マグネットケーシング３の端部区分９に、実施例では薄板から成る保持リング５２が取り付けられている。断面で見てフック状の保持リング５２は周囲の３つ、若しくは４つの箇所に押し出し成形された舌片５３を有しており、該舌片は噴射弁の分解に際して保持リング５２のはずれを自縛作用によって防止している。マグネットケーシング３の段部７及び保持リング５２によって、マグネットケーシング３の外周にリング溝が形成されており、該リング溝内にシールリング５５が配置されている。
図２はストッパエレメント３３の図１の線II−IIに沿った断面図である。この実施例では互いに９０°の間隔を置いて配置された溝状の４つの燃料通路４４を設けてあり、該燃料通路は内側の開口３８から半径方向外側へ延びている。燃料通路４４の別の数も考えられる。燃料通路４４はストッパエレメント３３を粗い多孔性の燒結部材として形成した場合には完全に省略できる。
液力的な付着を避けるために、ストッパエレメント３３の球帯状のストッパ面４３の幾何学形状は、球形の弁部材１３の表面輪郭、若しくは半径に正確に相応していてはならない。図３、図４及び図５には、液力的な付着を避けるための可能な輪郭が示されている。弁部材１３はストッパエレメント３３のストッパ面４３のもっぱら外側区分（図３）に、若しくはもっぱら内側区分（図４）に、若しくはもっぱら中央区分（図５）に当接するのに対して、ストッパ面４３の別の区分は弁部材１３から著しくわずかな距離をおいて延びている。従って、リング状のほぼ線接触が行われている。

Claims (13)

1. 内燃機関の燃料噴射装置の電磁式に作動可能な弁、殊に燃料噴射弁であって、弁縦軸線に沿って軸線方向に運動可能な球状の弁部材を有しており、弁部材が弁の開閉のために弁座（２１）と協働して、該弁座に軸線方向の運動の１つの終端位置で接触するようになっており、弁座の下流側の少なくとも１つの噴射孔及び、磁気回路の内側磁極を成す磁芯を有しており、磁芯が弁部材に関連して弁座に相対しており、弁部材が弁縦軸線に対して直角に延びる球体赤道を有しており、案内開口を備えて弁部材を案内する案内部材が前記球体赤道の平面内を延びている形式のものにおいて、案内部材（２５）の、弁部材（１３）の軸線方向の運動を可能にしている案内開口（４９）が少なくとも部分的に球帯状に構成されていることを特徴とする、電磁式に作動可能な弁。
2. 案内部材（２５）の案内開口（４９）が軸線方向の所定の距離に亙って円筒形の区分で構成されており、該区分に、球帯状の輪郭を有した狭まる区分が続いている請求項１記載の弁。
3. 球帯状の輪郭を有する区分が、弁座（２１）に向けて案内開口（４９）の円筒形の区分に続いている請求項２記載の弁。
4. 球帯状の輪郭を有する区分が、磁芯（５）に向けて案内開口（４９）の円筒形の区分に続いている請求項２記載の弁。
5. 溝状の少なくとも１つの凹所が案内開口（４９）に設けられている請求項１から４のいずれか１項記載の弁。
6. 弁座（２１）が弁座部材（２０）に形成されており、弁座部材が案内部材（２５）に接触している請求項１記載の弁。
7. 磁芯（５）と弁部材（１３）との間にストッパエレメント（３３）を弁座（２１）と無関係に配置してあり、該ストッパエレメントが弁部材（１３）に向けられた球帯状のストッパ面（４３）を有しており、該ストッパ面に弁部材（１３）が軸線方向の運動の別の終端位置で接触している請求項１記載の弁。
8. ストッパエレメント（３３）がプレート状に形成されていてかつ、軸線方向に延びる開口（３８）を有している請求項７記載の弁。
9. ストッパエレメント（３３）が外側輪郭に段部（４６）を有しており、該段部によって外径が下流側で減少されており、前記段部（４６）に圧縮ばね（４７）が接触していて、ストッパエレメント（３３）を磁芯（５）に向けて押圧しており、圧縮ばね（４７）の相対する側が案内部材（２５）に支えられている請求項７又は８記載の弁。
10. ストッパエレメント（３３）が少なくとも１つの流体通路（４４）を有しており、流体通路がストッパエレメントの開口（３８）から弁座（２１）に向けられた流体の流れを保証している請求項７から９のいずれか１項記載の弁。
11. 少なくとも１つの流体通路（４４）が半径方向に延びるように溝状にストッパエレメント（３３）の、弁部材（１３）に向けられたストッパ面（４３）に形成されている請求項１０記載の弁。
12. ストッパエレメント（３３）が粗い多孔性の燒結部材から成っており、燒結部材の材料構造を通って流体が流れるようになっている請求項７から９のいずれか１項記載の弁。
13. 弁部材（１３）が軸線方向の運動の別の終端位置でもっぱらストッパエレメント（３３）のストッパ面（４３）の著しく狭い範囲にリング状にほぼ線接触している請求項７記載の弁。

Images