JP4138481B2 - 内燃機関の噴射弁の制御のためのマグネット弁 - Google Patents

内燃機関の噴射弁の制御のためのマグネット弁 Download PDF

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Description

【0001】
本発明は、内燃機関の噴射弁の制御のための請求項1の上位概念に記載の形式のマグネット弁に関する。
【0002】
例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第19708104A1号明細書から公知の前記形式のマグネット弁は、噴射弁、例えばコモンレール噴射装置のインジェクタの制御圧力室内の燃料圧力の制御のために用いられる。制御圧力室内の燃料圧力を介して、噴射弁の噴射開口の開閉のための弁ピストンの運動が制御される。公知のマグネット弁は、ケーシング部分内に配置された電磁石、可動の接極子及び、接極子と一緒に運動可能であってかつ閉鎖ばねによって閉鎖方向に負荷された制御弁部材を有しており、制御弁部材がマグネット弁の弁座と協働して、制御圧力室からの燃料の流出を制御するようになっている。該マグネット弁の周知の欠点が、いわゆる接極子跳ね返りにある。電磁石の遮断に際して、接極子、ひいては制御弁部材がマグネット弁の閉鎖ばねによって弁座に向かって加速されて、制御圧力室からの燃料流出を遮断するようになっている。弁座への制御弁部材の衝突が、弁座における制御弁部材の不都合な振動及び/又は跳ね返りを生ぜしめ、これによって噴射過程の制御が損なわれることになる。
【0003】
従って、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19708104A1号明細書によって公知のマグネット弁においては、接極子が、接極子ピン及び該接極子ピンに摺動可能に支承された接極子プレートによって二部構造で形成されており、その結果、接極子プレートが、弁座への制御弁部材の衝突に際して戻しばねの締め付け力、即ち張力に抗して引き続き運動させられる。戻しばねが、接極子プレートを続いて再び出発位置へ戻し送り、接極子ピンのストッパに接触させる。接極子の二部構造によって、接極子の実質的に制動すべき質量、ひいては衝突にかかわる運動エネルギが減少せしめられるものの、接極子プレートが、マグネット弁の閉鎖の後に接極子ピンに沿って不都合に後振動することになる。マグネット弁の制御は、接極子プレートが後振動を行わない場合にしか、規定された噴射量を生ぜしめないので、接極子プレートの後振動を減少させる手段が必要である。このことは特に、例えば前噴射(パイロット噴射)と主噴射との間の短い時間間隔を形成するために必要である。
【0004】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第19708104A1号明細書においては、前記問題の解決のために過行程ストッパを用いることが提案されており、過行程ストッパが、接極子ピンに沿った接極子プレートの摺動移動運動の距離を制限するようになっている。過行程ストッパは、接極子プレートと接極子ピンの案内のための滑り片との間でマグネット弁のケーシング内に位置不動に、即ち定位置に配置されている。過行程ストッパへの接極子プレートの接近に際して、接極子プレート及び過行程ストッパの、互いに向き合わされた平らな面間に、液力式の緩衝室が生じる。該緩衝室内に受容される燃料が圧力を生ぜしめ、該圧力が接極子プレートの運動に抗して作用する。これによって、接極子プレートの後振動が強く緩衝される。しかしながら、過行程ストッパによって接極子プレートの後振動時間を短くできるものの、接極子プレートの必要な過行程距離が、ケーシング内でのマグネット弁の組立に際して調節されねばならない。このことは、製造方法の費用のかかる変更を必要とし、それというのは製造装置が相応に変更されねばならないからである。
【0005】
発明の利点
請求項1に記載の特徴を有する本発明に基づくマグネット弁は、公知技術の欠点を回避するものである。有利には接極子プレート、接極子ピン、戻しばね及び過行程ストッパを備える接極子が、噴射弁の組み立てラインの外側で前組立され、かつ接極子ピンに沿った接極子プレートの必要な移動距離が噴射弁のケーシングの外側で調節される。次いで、前組立された接極子構成ユニットがマグネット弁のケーシング内に組み込まれる。組立ラインの費用のかかる変更が不要である。休止位置で第1の端部で以て接極子プレートを接極子ピンの第1のストッパに向けて押圧する戻しばねが、第2の端部で以て、マグネット弁ケーシング内に位置不動に支えられるのではなく、接極子ピンに固定されて該接極子ピンと一緒に運動可能な支持部分に支えられていることによって、戻しばねを、マグネット弁の接極子ピンに作用する閉鎖ばねに抗して作用させないので有利である。これによって、マグネット弁の閉鎖ばねのばね締め付け力が小さく構成できる。
【0006】
戻しばねは閉鎖ばねに抗して作用するものではないので、戻しばねがもはや接極子ピンの運動特性に影響を及ぼすことはない。
【0007】
本発明の有利な実施態様及び改善が、従属請求項に記載の構成によって可能である。
【0008】
特に有利には、接極子ピンが、マグネット弁のケーシング内に定位置に配置された滑り片の開口内に摺動可能に支承されており、滑り片が接極子プレートに面した側に切欠きを備えており、該切欠き内に、接極子ピンに固定された支持部分が配置されており、この場合、支持部分の外部輪郭がギャップによって切欠きの内部輪郭に対して離隔されている。このような手段によって、滑り片の切欠きの内壁への支持部分の接近に際して液力式の緩衝室が生ぜしめられて、支持部分と切欠きとの間に圧縮される燃料が、接極子ピンに連結された制御弁部材と弁座との間の衝突を付加的に緩衝する。
【0009】
実施例の説明
図1に公知の燃料噴射弁1の上方の部分を示してあり、該燃料噴射弁は燃料高圧貯蔵器を備えた燃料噴射装置に使用するために形成されており、燃料高圧貯蔵器が高圧フィードポンプによって連続的に高圧燃料を供給される。図示の燃料噴射弁1の弁ケーシング4が縦孔5を備えており、縦孔内に弁ピストン6を配置してあり、弁ピストンが一方の端部で以て、ノズル体(図示せず)内に配置された弁ニードルに作用している。弁ニードルが圧力室内に配置されており、圧力室が圧力孔8を介して高圧の燃料を供給されるようになっている。弁ピストン6の開放行程運動に際して弁ニードルが、圧力室内で常に弁ニードルの受圧肩部に作用する燃料高圧によって、ばねの閉鎖力に抗して持ち上げられる。これによって圧力室と接続された噴射開口を介して、内燃機関の燃焼室内への燃料の噴射が行われる。弁ピストンの降下によって、弁ニードルが閉鎖方向で噴射弁の弁座内に押し込まれて、噴射過程が終了される。
【0010】
図1から明らかであるように、弁ピストン6が、弁ニードルと逆の側の端部でシリンダ孔11内に案内されており、シリンダ孔が弁部材12内に形成されており、弁部材が弁ケーシング4内に挿入されている。弁ピストン6の端面13がシリンダ孔11内に制御圧力室14を画成しており、制御圧力室が供給通路を介して燃料高圧接続部と接続されている。供給通路が実質的に三部構造で形成されている。半径方向に弁部材12の壁を貫通する孔が、該孔の長さの一部分で供給絞り15を形成していて、弁部材の外周を取り囲むリング室16に常に接続されており、リング室が、供給通路内に押し込まれた燃料フィルタを介して、弁ケーシング4内にねじ込まれた接続管片9の燃料高圧接続部と常に接続されている。リング室16がシールリング39を介して縦孔5に対してシールされている。供給絞り15を介して制御圧力室14が、燃料高圧貯蔵器内に作用する高い燃料圧力を受けている。弁ピストン6に対して同軸的に弁部材12内に制御圧力室14から分岐して延びる孔を設けてあり、該孔が燃料流出通路17を形成しており、該燃料流出通路が流出絞り18を備えていて、負荷軽減室19内に開口しており、負荷軽減室が燃料低圧接続部10に接続されており、燃料低圧接続部が、図示してないものの、噴射弁1の燃料戻し通路に接続されている。燃料流出通路17の、弁部材12からの出口が、弁部材12の外側に位置する端面の円錐形に引っ込められた部分21の領域内に形成されている。弁部材12がフランジ領域22で、ねじ部材23を用いて弁ケーシング4に堅く緊定されている。
【0011】
円錐形の部分21に弁座24を形成してあり、該弁座が、噴射弁の制御のためのマグネット弁30の制御弁部材25と協働するようになっている。制御弁部材25が、接極子ピン27及び接極子プレート28の形の二部構造の接極子に連結されており、接極子がマグネット弁30の電磁石29と協働するようになっている。マグネット弁30は更に電磁石の受容のためのケーシング部分60を有しており、ケーシング部分がねじ込み可能な結合手段7を介して弁ケーシング4に堅く結合されている。公知のマグネット弁においては、接極子プレート28が慣性質量の作用下で戻しばね35の初期応力(予張力)に抗して接極子ピンに動的に可能に支承されていて、休止状態では戻しばねによって、接極子ピンに固定された鎌形プレート26に押圧されている。戻しばね35の他方の端部が接極子ピン27の案内のための滑り片34のフランジ32に支えられ、ひいてはケーシングに対して不動であり、滑り片が、前記フランジで以て弁ケーシング内で弁部材12に装着されたスペーサプレート38とねじ部材23との間に堅く締め込まれている。接極子ピン27、並びに接極子プレート28及び、接極子ピンに連結された制御弁部材25が、ケーシングに対して不動に支えられた閉鎖ばね31によって常に閉鎖方向に負荷されており、従って制御弁部材25が通常は閉鎖位置で弁座24に接触している。電磁石の励磁に際して、接極子プレート28が電磁石によって引き付けられて、流出通路17が負荷軽減室19に向かって開かれる。制御弁部材25と接極子プレート28との間で接極子ピン27にリング肩部33を配置してあり、該リング肩部が電磁石の励磁の際にフランジ32に接触して、その結果、制御弁部材25の開放行程を制限するようになっている。開放行程の調節のために、フランジ32と弁部材12との間に配置されたスペーサプレート38が用いられている。公知の別のマグネット弁においては、制御弁部材25の開放行程が、接極子プレート28と電磁石29との間に配置されたストッパ部材によって調節される。
【0012】
噴射弁の開閉が、次ぎに述べるようにマグネット弁30によって制御される。接極子ピン27が閉鎖ばね31によって常に閉鎖方向に負荷されており、従って制御弁部材25が電磁石の非励磁の場合に閉鎖位置で弁座24に接触し、かつ制御圧力室14が負荷軽減側19に対して閉鎖されており、従って、制御圧力室内にも供給通路を介して、燃料高圧貯蔵器内に作用する高い圧力が著しく迅速に形成される。制御圧力室14内の圧力が、端面13を介して閉鎖力を弁ピストン6に、かつ弁ピストンと結合している弁ニードルに生ぜしめるようになっており、前記閉鎖力は、他面で作用する高圧に基づき開放方向に生じる力よりも大きくなっている。制御圧力室14がマグネット弁の開放によって負荷軽減室19に向かって開かれると、制御圧力室14の小さな容積内の圧力は極めて迅速に低下し、それというのは、制御圧力室が供給絞り15を介して高圧側から切り離されているからである。これによって、弁ニードルに作用する燃料高圧から弁ニードルに開放方向へ生ぜしめられる力が優勢になり、その結果、弁ニードルが上方へ運動させられて、少なくとも1つの噴射開口が噴射のために開かれる。次ぎにマグネット弁30が燃料流出通路17を閉じると、制御圧力室14内の圧力が、供給通路15を通って流入する燃料によって再び形成され、その結果、もとの閉鎖力が生じて、燃料噴射弁の弁ニードルを閉じる。
【0013】
マグネット弁の閉鎖に際して、閉鎖ばね31が接極子ピン27、ひいては制御弁部材25を弁座24に向けて急激に押圧する。制御弁部材の不都合な跳ね返り若しくは後振動は、弁座に対する接極子ピンの衝突が弁座の弾性的な変形を生ぜしめ、該変形がエネルギ貯蔵部として作用し、この場合に、エネルギの一部分が再び制御弁部材に伝達されて、制御弁部材が接極子ピンと一緒に弁座24から跳ね返ることに基づき発生する。従って、図1に示す公知のマグネット弁は、接極子ピン27から切り離され(連結の外され)た接極子プレート28を備える二部構造の接極子を使用している。これによって、全体として弁材に衝突する質量が減少せしめられるものの、しかしながら接極子プレート28が後振動して不都合である。このような理由から公知のマグネット弁においては、図2に示してあるように、接極子プレート28と滑りスリーブ34との間に配置された過行程調節プレート70を設けてある。過行程調節プレート70が、接極子ピン27に沿った接極子プレート28の移動距離を所定の寸法dに制限している。接極子プレート28の後振動が過行程調節プレート70によって減少せしめられ、接極子プレート28が、再び迅速にストッパ26に隣接の出発位置に戻される。スペーサプレート38、滑り片34及び過行程調節プレート70がマグネット弁ケーシング内に定位置に締め込まれている。過行程距離dが、公知のマグネット弁においてはマグネット弁ケーシング内での組立時に、使用される過行程調節プレートの厚さに基づき調節されねばならない。多くの場合、過行程調節プレートの厚さは電磁石29と接極子プレート28との間の間隔にも影響を及ぼす。これは、例えばマグネット弁ケーシング60の端面がフランジ32に対して緊定される場合である。この場合には、過行程調節プレートの代わりに、内側のプレート及び外側のプレートが使用される。従って、このようなマグネット弁及び該マグネット弁を備える噴射弁の製造は、煩雑でかつ、極めて高価である。マグネット弁ケーシング60の外側で接極子ピン27に沿った接極子プレート28の移動距離d若しくは過行程距離を予め調節することは、不可能である。
【0014】
図3は、本発明に基づくマグネット弁の第1の実施例を示している。図面には接極子ピン27、接極子プレート28及び戻しばね35を備える接極子並びに滑り片34だけが示してある。同じ部分には同じ符号が付けてある。図示の接極子構成ユニットは、例えば図1に示すマグネット弁ケーシング60内に挿入され得る。図2に示す公知の配置に対する重要な相違点として、マグネット弁ケーシング内に不動に配置された過行程調節プレートの代わりに、支持部分50を設けてあり、該支持部分が接極子ピン27に堅く結合されている。支持部分として、例えば接極子ピン27に固定されたプレートが設けられていてよい。図3の実施例では、プレートが接極子ピン27に差しはめられ、次いで接極子ピンに、例えば溶接若しくは接着によって堅く結合される。別の固定形式、例えば焼きばめも可能である。有利な実施例では、支持部分50が接極子プレートとは逆の側59で接極子ピン27に溶接されている。支持部分50の下側59の溶接継ぎ目51が図3に示してある。戻しばね35の一方の端部61が接極子プレート28に支えられており、かつ、他方の端部62が支持部分50の、接極子プレート28へ向けられた側57に支えられている。
【0015】
接極子構成ユニットの製造に際して、まず、接極子プレート28が接極子ピン27に差しはめられて、接極子ピンのヘッド55に当接せしめられる。ヘッド55が、図1及び2の鎌形プレート26を代替するもので、鎌形プレートと同様に接極子プレートのストッパとして役立つ。次いで、戻しばね35が接極子プレート28の案内管片65に差しはめられて、その端部61が接極子プレートに接触せしめられる。さらに、プレート状の支持部分50が接極子ピン27に差しはめられ、かつ支持部分50及び案内管片65の互いに向き合わされた側57,59間に、必要な過行程距離dが維持される。続いて、支持部分50が前記位置で接極子ピン27に固定される。接極子ピン27、接極子プレート28、戻しばね35及び支持部分50から成る接極子構成ユニットが、滑り片34内に挿入される。この場合、接極子ピン27が滑り片34の中央の孔68内に挿入される。滑り片34は予めフランジ36で以て、マグネット弁のケーシング60内に締め込まれていてよい。さらに図3から明らかなように、図2に示す公知の配置と異なって、滑り片34のストッパによって接極子ピンの開放行程を制限するリング肩部33は設けられていない。代わりに開放行程は、電磁石に若しくは電磁石の突起部に接極子ピンヘッド55を当接させることによって制限される。このことは、接極子ピン27を図3で上方から滑り片34内に挿入するために必要である。さらに図3から明らかなように、滑り片34の、支持部分50に面した側が切欠き52を有しており、該切欠き内に支持部分が係合している。
【0016】
接極子ピン27の下方の端部67が、すでに述べてあるように組立られた状態で制御弁部材25に作用しており、制御弁部材が電磁石の非励磁に際してばね31の閉鎖力によって弁座24に押し付けられる。該位置では、支持部分50の、接極子プレート28と逆の側59及び溶接継ぎ目51が、切欠き52の内壁に対してギャップによって離隔されている。このような手段によってマグネット弁の閉鎖の際に、接極子ピンと一緒に運動させられる支持部分50と切欠き52の内壁との間の衝突が防止され、それというのはこのような衝突は制御弁部材25を弁座24に接触させなくなるからである。要するに、切欠き52は溶接継ぎ目51をも受容していてかつ常に溶接継ぎ目から離隔しているように形成されている。
【0017】
さらに図3から明らかなように、マグネット弁の閉鎖に際して支持部分50の下側59が滑り片34のシリンダー状の切欠き52の内壁に接近することによって、液力式の緩衝室が生ぜしめられる。支持部分50と切欠き52との間に圧縮されて側方のギャップを介してしか逃がされない燃料が、接極子ピン27、ひいてはこれに連結された制御弁部材25と弁座24との間の衝突を効果的に緩衝する。
【0018】
接極子ピン27及び制御弁部材25が弁座24に接触すると直ちに、接極子プレート28が慣性質量に基づき戻しばね35の張力に抗して接極子ピンに沿って下方へ滑動する。接極子プレート28の、支持部分50に向けられた下方の側58と、該瞬間にもはや運動させられなくなった支持部分50の、接極子プレート28に向けられた側57との間に、接極子プレート28の接近に基づき、液力式の別の緩衝室が形成される。接極子プレート28と支持部分50との間のギャップ内に受容されている燃料が、反力を生ぜしめ、該反力が接極子プレートの運動に抗して作用する。接極子プレート28の該補償運動が接極子ピン27に対する支持部分の位置によって制限され、これによって先行の緩衝の後の運動方向変換、ひいては後振動過程の減少が達成される。
【0019】
図4は本発明の別の実施例を示しており、該実施例は図3に示す実施例に対して、支持部分50が接極子ピン27に形状接続的に(形状によって拘束されて)固定されている点で異なっている。該実施例では支持部分50が、開いた切欠き56を備える鎌形プレートとして形成されており、該鎌形プレートが開いた切欠きで以て接極子ピンに側方から差しはめられる。接極子ピン27が環状の溝54を有しており、該溝内に鎌形プレート50の切欠き565の内部輪郭が形状接続的に係合している。接極子ピンに差しはめられた鎌形プレート50は、滑り片34の切欠き52によって接極子ピンに対して垂直に確保されている。マグネット弁の開閉に際して接極子ピンを軸線方向に移動させる距離は、切欠き52の深さよりも著しく小さいので、鎌形プレート50が接極子ピン27から滑り落ちるようなことはない。
【0020】
図5に示す第3の実施例は、図4に示す実施例を変化させたものである。該実施例でも、支持部分50が鎌形プレートとして形成されており、鎌形プレートが開いた切欠き(図示せず)で以て接極子ピン27の区分72に差しはめられている。該区分72の直径が接極子ピン27の、滑り片34内に案内された区分の直径よりも小さく構成されていて、環状の肩部71によって前記区分に対して区切られている。戻しばね35の一方の端部が接極子プレート28に支えられている。戻しばね35の他方の端部が鎌形プレート50を、接極子ピン27に形成された環状の肩部71に向けて押圧している。接極子構成ユニットが前組立され、即ち予め組立られた構成モジュールとして滑り片34内に挿入されてよく、この場合、接極子ピン27が開口68内に挿入されて、鎌形プレート50が少なくとも部分的に切欠き52内に入り込むようになっている。切欠き52の内部輪郭によって、鎌形プレート50が接極子ピンからの側方への滑り出しを防止されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 マグネット弁を備えた公知技術の燃料噴射弁の上方部分の断面図。
【図2】 公知技術の、
過行程調節プレートを備えた公知技術のマグネット弁の部分断面図。
【図3】 本発明の第1の実施例に基づく接極子構成ユニットの断面図。
【図4】 本発明の第2の実施例に基づく接極子構成ユニットの断面図。
【図5】 本発明の第3の実施例に基づく接極子構成ユニットの断面図。
【符号の説明】
1 燃料噴射弁
4 弁ケーシング
5 縦孔
6 弁ピストン
7 結合手段
8 圧力孔
9 接続管片
10 燃料低圧接続部
11 シリンダ孔
12 弁部材
13 端面
14 制御圧力室
15 供給絞り
16 リング室
17 燃料流出通路
18 流出絞り
19 負荷軽減室(放圧室)
21 円錐形の部分
22 フランジ領域
23 ねじ部材
24 弁座
25 制御弁部材
26 鎌形プレート
27 接極子ピン
28 接極子プレート
29 電磁石
30 マグネット弁
31 閉鎖ばね
32 フランジ
33 リング肩部
34 滑り片
35 戻しばね
36 フランジ
38 スペーサプレート
39 シールリング
50 支持部分
51 溶接継ぎ目
52 切欠き
54 溝
55 ヘッド
56 切欠き
57,58,59 側(面)
60 ケーシング部分
61,62 端部
65 案内管片
67 端部
68 孔
70 過行程調節プレート
71 肩部
72 区分
d 寸法

Claims (7)

  1. 内燃機関の噴射弁の制御のためのマグネット弁であって、電磁石(29)、接極子プレート(28)及び接極子ピン(27)から成る運動可能な接極子及び、噴射弁(1)の制御圧力室(14)の燃料流出通路(17)の開閉のために接極子と一緒に運動可能でかつ弁座(24)と協働する制御弁部材(25)を備えており、接極子プレート(28)が、慣性質量の作用を受けて制御弁部材(25)の閉鎖方向で、接極子プレート(28)に作用する戻しばね(35)の張力に抗して接極子ピン(27)に摺動可能に支承されており、さらに接極子プレート(28)の、接極子ピンに沿った動的な移動の際の後振動を緩衝する液力式の緩衝装置を備えている形式のものにおいて、戻しばね(35)の、接極子プレート(28)とは逆の側の端部(62)が、接極子ピン(27)に固定された支持部分(50)に支えられており、該支持部分(50)が、マグネット弁(30)のケーシング(60)内に不動に配置された滑り片(34)の、接極子プレート(28)へ向けられた側に設けられた凹設部(52)内に受容されており、前記支持部分(50)の外側輪郭がギャップによって前記凹設部(52)の内側輪郭から離隔されており、前記ギャップが、制御弁部材(25)と弁座(24)との衝突を緩衝する緩衝装置を形成していることを特徴とする、内燃機関の噴射弁の制御のためのマグネット弁。
  2. 接極子ピン(27)、接極子プレート(28)、戻しばね(35)及び、接極子ピンに固定された支持部分(50)が、予め組立られた接極子構成ユニットとしてマグネット弁ケーシング内に挿入されている請求項1記載のマグネット弁。
  3. 支持部分(50)がプレート状に形成されている請求項1又は2記載のマグネット弁。
  4. 支持部分(50)が接極子ピン(27)に溶接、接着、ろう付け若しくは焼きばめによって固定されている請求項1からまでのいずれか1項記載のマグネット弁。
  5. 支持部分(50)が鎌形プレート(50)として形成されている請求項1記載のマグネット弁。
  6. 支持部分が接極子ピン(27)の環状の溝(54)内に形状接続的に固定されている請求項記載のマグネット弁。
  7. 鎌形プレート(50)が、接極子ピン(27)の、滑り片(34)内に案内されていない区分(72)に側方から差しはめられ、かつ戻しばね(35)のばね力によって、接極子ピン(27)に形成された肩部(71)に圧着されていて、半径方向で凹設部(52)の内部輪郭によって接極子ピンからの滑り外れを防止されている請求項記載のマグネット。
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