JP4219417B2 - 電磁操作可能な弁 - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の電磁操作可能な弁、殊に内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁に関する。
既に、電磁操作可能で、これに対応して磁気回路を有する燃料噴射弁は公知であり、磁気回路が少なくとも１つの磁気コイル、コア、可動子及び外側極を備えている。このような燃料噴射弁は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５０３８２１号明細書により公知である。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５０３８２１号明細書に記載の弁においては、コアと弁管の接続部材とが磁気的な絞り箇所を介して互いに直接的に結合されている。この場合、有利には弁管全体が一体的に形成されていて、従って弁の全長にわたって延びている。例えばわずかにほぼ０．２ｍｍの厚さである絞り箇所の利点は、弁を確実なシールにあり、確実なシールによって、シール測定及び弁クリーニングにとって問題であるＯ・リングが省略される。例えばほぼ１０乃至１２Ｍｐａ（１００乃至１２０バール）の範囲の最大圧力を有する高圧弁においては、比較的に薄い壁から成る絞り箇所１０に強度の問題がある。
発明の利点
請求項１に記載の本発明に基づく構成を有する電磁操作可能な弁においては、薄壁の絞り箇所を有する弁管の製作技術上の利点、磁気回路特性上の利点、及び密封性の利点が活用されると同時に、従来技術における強度の問題が解決され、特に、リング状の挿入部材が少なくとも１箇所で中断されかつ、電気的に絶縁されて取り付けられていることによって、必然的に少なくとも部分的に磁気コイルの磁界の作用範囲内に位置するリング状の挿入部材において、磁界の変化中に、切換時間（引っ張り時間及び閉鎖時間）に不都合に作用するような渦電流の発生が避けられる。
従属項に記載の手段によって、請求項１に記載の電磁操作可能な弁の有利な改善が可能である。
特に有利な構成では、リング状の挿入部材が同軸的な２つのリングから形成されており、両方のリングが互いに電気的に絶縁されていて、それぞれ少なくとも１つのスリットを有しており、その結果、良好な強度若しくは形状安定性を有する導電性材料、例えばオーステナイト系の金属も挿入部材に使用され得る。この場合、両方のリングは、構造の機械的な安定性を改善、若しくは維持するために、スリットを互いに１８０°ずらされて位置決めするように配置されている。
さらに有利には、絞り箇所とリング状の挿入部材との間の間隙が接着剤で充填されている。これによって、個々の構成部材の対応する直径の大きな誤差が許容され、同時に経済的な製造が可能である。
図面
本発明の実施例が図面に概略的に示して、詳細に説明してある。
図１は、本発明に基づくリング状の挿入部材を備えた燃料噴射弁の実施例の断面図であり、
図２は、図１の、絞り箇所１０の区分を含む部分ＩＩの拡大図であり、
図３は、本発明に基づき形成された燃料噴射弁の別の実施例の断面図であり、かつ
図４は、燃料噴射弁の図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図である。
実施例の説明
図１に第１の実施例として示す、混合気圧縮外部点火式内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁の形の、電磁操作可能な弁は、磁気コイル１によって少なくとも部分的に取り囲まれて磁気回路のいわゆる内側極として役立つ菅状、ほぼ中空円筒状のコア２を有している。コイル体３は磁気コイル１の巻線を受容して、コア２及び、磁気コイル１によって部分的に取り囲まれた横断面Ｌ字形のリング状の非磁性の中間部材４と関連して、磁気コイル１の領域において噴射弁の特にコンパクトな短い構造を可能にしている。この場合、中間部材４が一方の脚部で以てコア２の１つの段部内を軸線方向に延びていて、かつ他方の脚部で以て半径方向にコイル体３の図面で下側に位置する端面に沿って延びている。
コア２内に一貫した縦孔５を設けてあり、該縦孔は弁縦軸線６に沿って延びている。有利には弁縦軸線６に対して同軸的に、薄壁の管状の付加的なスリーブ（図示せず）を設けてよく、該スリーブがコア２の内側の縦孔５を貫通して、縦孔５の壁に直接に接している。該スリーブは弁縦軸線６の方向で、若しくは下流側の方向でコア２を被覆して、ひいては燃料とコア２との接触を防止することで、コア２に対してシール機能を生ぜしめている。
コア２は、従来慣用の燃料噴射弁におけるように下側のコア端部７で実際に終わる構成部材として形成されるのではなく、さらに下流側の方向に延びており、従って、コイル体３の下流側に配置された管状の接続部材８が、いわゆる外側極としてコア２と一体的に形成されており、この場合、該構成部材全体を弁管９と呼ぶ。弁管９はコア２から接続部材８への移行部として、コア２及び接続部材８の壁厚さよりも著しく薄い壁から成る管状の磁気的な絞り箇所１０を有している。磁気的な絞り箇所１０は下側のコア端部７から、コア２及び接続部材８の弁縦軸線６に対して同軸的に延びている。
弁管９を一体的な形成の代わりに、絞り箇所１０が下側のコア端部７とのみ、若しくは接続部材８とのみ一体的に形成されていてよい。
接続部材８内を延びる縦孔１１が、弁縦軸線６に対して同軸的に形成されている。縦孔１１内に、例えば管状の弁ニードル１２を配置してあり、弁ニードルが下流側の端部１３で球状の弁閉鎖体１４に例えば溶接によって結合されており、弁閉鎖体の周囲に燃料の流過のための複数の面取り部１５が設けられている。
弁ニードル１２の軸線方向の運動、ひいては戻しばね１６のばね力に抗した燃料噴射弁の開放、若しくは燃料噴射弁の閉鎖のために、磁気コイル１、コア２及び可動子１７を有する電磁回路が用いられている。可動子１７は弁ニードル１２の、弁閉鎖体１４と反対側の端部に溶接継ぎ目によって結合されていて、コア２に整合されている。接続部材８の、コア２と反対側で下流側に位置する端部の縦孔１１内に円筒状の弁座体１８を溶接によって密接に組み込んであり、弁座体が不動の弁座を有している。
可動子１７を用いて弁ニードル１２を弁縦軸線６に沿って軸線方向に運動させる間の弁閉鎖体１４の案内のために、弁座体１８内の案内開口１９が役立っている。球状の弁閉鎖体１４が、弁座体１８の流れ方向で円錐台形に先細の弁座と協働する。弁座体１８は、弁閉鎖体１４と反対側の端面側で、例えばシャーレ形に形成された噴射孔プレート２０と固く結合されている。シャーレ形の噴射孔プレート２０は、例えば浸食若しくは押し抜きによって形成された少なくとも１つの噴射孔２１を有している。弁ニードル１２に結合された可動子１７の軸線方向運動中の正確な案内のために、燃料噴射弁の公知の別の構成では非磁性の中間部材を利用しており、中間部材は絞り箇所１０の代わりに設けられて、コア２と接続部材８との間の磁気的な分離を行うようになっている。非磁性の中間部材は、小さな案内遊びを達成するために、例えば精密旋盤で極めて正確かつ高精度に作製される。図１に示す燃料噴射弁においては弁管９の一体的な構造に基づき、前述の中間部材を必要としないので、可動子１７の外周に、例えば旋削によって形成された少なくとも１つの案内面２２（図２）を設けることが有効である。案内面２２は、例えば一貫した環状の１つの案内リングとして、若しくは互いに間隔を置いて外周に形成された複数の案内面として形成されていてよい。
シャーレ形の噴射孔プレート２０を備えた弁座体１８の押し込み深さが、弁ニードル１２の行程の大きさを規定する。この場合、磁気コイル１の非励磁状態での弁ニードル１２の一方の終端位置が、弁閉鎖体１４と弁座体１８の弁座との接触によって規定されているのに対して、磁気コイル１の励磁状態での弁ニードル１２の他方の終端位置は可動子１７と下側のコア端部７との接触によって得られる。
弁座体１８をを備えた接続部材８並びに、可動子１７、弁ニードル１２及び弁閉鎖体１４から成る運動可能な弁部分の図１に示す配置は、磁気回路の下流側に続く弁構成部材ユニットの可能な１つの構成例を示しているに過ぎない。該弁区分は続く図面では省略してあり、異なる弁構成部材ユニットを燃料噴射弁の絞り箇所１０の領域の本発明に基づく構成と関連して組み込むことが強調してある。前述の球状の弁閉鎖体１４及び噴射孔プレート２０の使用のほかに、外向き開放形の燃料噴射弁も考えられる。
磁気コイル１は、例えばヨークとして形成されて強磁性部材として役立つ少なくとも１つの伝導部材２３によって取り囲まれており、伝導部材は磁気コイル１を周方向で少なくとも部分的に取り囲み、一方の端部でコア２に接触し、かつ他方の端部で接続部材８に接触して、コア及び接続部材に、例えば溶接、ろう付け、若しくは接着によって結合可能である。
燃料噴射弁はほぼプラスチック射出成形被覆２４によって取り囲まれており、プラスチック射出成形被覆が、コア２から出発して軸線方向で磁気コイル１及び少なくとも１つの伝導部材２３を経て接続部材８まで延びており、この場合、少なくとも１つの伝導部材２３は軸線方向及び周方向で完全に覆われている。プラスチック射出成形被覆２４には、さらに、例えば一緒に射出成形された電気的な接続プラグ２５が所属しており、該接続プラグ内に磁気コイル１の電気的な接触のための接触部材２６が設けられている。
図２に、図１に示す燃料噴射弁の磁気的な絞り箇所１０の区分を含む部分ＩＩが拡大して示してある。コア２の下側のコア端部７が下流側の端面２７を有しており、該端面が可動子１７の上流側の端面２８のためのストップ面として役立っている。弁の閉じられた状態、即ち弁閉鎖体１４と弁座体１８の弁座との接触した状態で、両方の端面２７，２８間に空隙２９が存在している。一般的には、磁気回路は空隙２９を迂回する漏れ磁束を少なくすればするほど、改善される。
図示の実施例に使用する弁管９は、前述のように一体的に形成されていて、コア２と接続部材８との間の磁気的な絞り箇所１０を介した磁気的に伝導可能な直接的な結合部を有している。空隙２９を迂回する漏れ磁束をできるだけ小さく保つために、磁気的な絞り箇所１０が極めて小さな壁厚さで形成されている。磁気的な絞り箇所１０は、例えば軸線方向の長さが２ｍｍであり、壁厚さが例えばわずかにほぼ０．２ｍｍである。これによって、吸気管噴射のための燃料噴射弁において一般的に低い最大圧力で弁管９の十分な安定性を保証する最小の限界値がほぼ達成される。磁気コイル１の励磁に際して、磁気回路内の磁束は直接に、極めて狭い磁気的な絞り箇所１０をも流れる。この場合、極めて短い時間で、即ち弁の本来の切換時間の何分の一かで飽和磁束密度が達成される。これによって、飽和状態にある透磁率ほぼ１の磁気的な絞り箇所１０が、実際に絞り箇所として作用する。
可動子１７に該可動子の本来の外径を半径方向外側へ越えて形成された少なくとも１つの案内面２２によって、案内面２２の外側に、磁気的な絞り箇所１０若しくは接続部材８と可動子１７との間の半径方向空隙３０が生じている。半径方向空隙３０はできるだけ狭く形成され、それというのは磁束が半径方向で該半径方向空隙を経て可動子１７内へ流れるからである。このような構成により、燃料噴射弁内の全磁束流が、非磁性の中間部材を備えた燃料噴射弁と比較して、絞り箇所１０を通る磁束流の量だけ増大する。コア２及び伝導部材２３の伝導可能な残りの断面は、相応に適合され、若しくは最小限度に拡大されている。
弁管９の前述の一体的な構造によって、燃料噴射弁の経済的な製造及びより確実なシールが達成され、磁気回路の特性が非磁性の中間部材を備えた構造に比べて低下しない。このような利点を、例えばほぼ１０乃至１２Ｍｐａ（１００至１２０バール）の範囲の最大圧力を有する高圧弁に対しても活用するためには、絞り箇所１０の負荷容量が相応に高められねばならない。なければならない。絞り箇所１０を大きな壁厚さで形成することは、磁気回路に不利な影響を及ぼすことになるので考慮されない。
このような問題に対する解決手段を、以下に図１の、絞り箇所１０の区分を含む部分ＩＩを拡大して示す図２に基づき説明する。弁の本発明に基づく構造は、別の構成部材としてリング状の挿入部材３１を有しており、挿入部材が半径方向外側で絞り箇所１０に配置されていて、軸線方向で絞り箇所１０の全長に沿って、かつ部分的に下側のコア端部７に沿って延びている。
挿入部材３１は中間部材４の対応する凹部内にはめ込まれていて、結合層３２を介して絞り箇所１０及び下側のコア端部７に固く結合されている。結合層３２として、有利には接着剤層を用いてあり、それというのは接着剤層は電気的な絶縁部を形成すると共に、挿入部材３１と絞り箇所１０若しくはコア端部７との間の空隙内の起伏をも補償できるからである。
本発明に基づく第１の変化例では、リング状の挿入部材３１は、金属リングからは形成されておらず、金属リングは良好な安定性及び強度を有しているものの、他方で磁界の変化中に渦電流を生ぜしめ、渦電流が弁の切換時間（引っ張り時間及び閉鎖時間）に不都合に作用し、それというのは金属リング３１が必然的に少なくとも部分的に磁気コイル１の磁界の作用範囲内に位置するからである。挿入部材３１を閉じた金属リングとして形成した場合、磁気コイルの接続時の磁力形成の遅れ、及び磁気コイルの遮断時の磁力崩壊の遅れが生じる。このような理由から、挿入部材３１は非導電性の材料で形成するか、若しくは少なくとも１箇所で中断して形成されかつ電気的に絶縁して取り付けられた挿入部材３１として構成したい。一体的な挿入部材３１のための材料として、例えば、場合によってはカーボンファイバー若しくは類似のものによって強化されたプラスチック材料が、若しくはセラミック材料も適している。
リング状の挿入部材３１の有利な実施例が、図３及び図４に示してある。この実施例では、挿入部材３１は同軸的な２つの金属リング３３，３４から成っており、該金属リングは接着剤層３５によって互いに電気的に絶縁されていて、それぞれ少なくとも１つのスリット３６，３７を有している。これによって、挿入部材３１内に、閉じた導電性の回路は形成されず、従って、挿入部材３１内に磁界の変化時に渦電流が生じることもない。挿入部材３１のできるだけ大きな安定性を達成するために、両方の金属リング３３，３４は、図４から明らかなように、スリット３６と３７とが互いに１８０°ずれているように配置されている。有利には両方の金属リング３３，３４にとって、オーステナイト系の金属が使用される。
製造に際して、まず両方の金属リング３３，３４が組立の前に互いに接着される。次いで、完全な挿入部材３１が絞り箇所１０と接着される。このような接着は有利には２段階で行われて、その結果、両方の金属リング３３，３４が軸線方向の支持作用をも有している。
さらに、絞り箇所１０への接着剤３２によるリング状の挿入部材３１の結合は、絞り箇所１０及び挿入部材３１の対応する直径の大きな誤差及び起伏を許容する。これによって、燃料噴射弁の経済的な製造が可能である。
本発明に基づく構成は、重要な２つの利点を有している。一方では、一体的な、若しくは少なくとも閉じた弁管９の使用によって、確実なシール作用を有する燃料噴射弁が形成され、かつ他方では、装置の安定性を高めるリング状の挿入部材３１の使用によって、該構成が特に内燃機関の燃焼室に直接に噴射する高圧弁にとっても用いられ得る。
シミュレーションでの演算によって、金属リング３３，３４及び接着剤３２，３５のための実際の材料選択は問題にならないこと、即ち多数の材料を使用できることがわかった。

Claims (6)

1. 電磁操作可能な弁、殊に内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁であって、
   磁気コイル（１）、
   磁気コイル（１）によって少なくとも部分的に取り囲まれかつ内側に縦孔（５）を備えたコア（２）、
   可動子（１７）、
   可動子（１７）によって操作可能で定置の弁座（１８）と協働する弁閉鎖体（１４）、
   コア（２）の著しく下流側に配置されて可動子（１７）を半径方向で少なくとも部分的に取り囲む管状の接続部材（８）、及び
   コア（２）と接続部材（８）とを互いに結合する磁気的な絞り箇所（１０）を有している形式のものにおいて、
   リング状の挿入部材（３１）を設けてあり、該挿入部材が少なくとも１箇所で中断されかつ、電気的に絶縁されて取り付けられていて、絞り箇所（１０）を半径方向で支えていることを特徴とする電磁操作可能な弁。
2. 挿入部材（３１）が同軸的な２つのリング（３３，３４）から形成されており、両方のリング（３３，３４）が互いに電気的に絶縁されていて、それぞれ少なくとも１つのスリット（３６，３７）を有している請求項１記載の弁。
3. リング（３３，３４）のスリット（３６，３７）が互いにほぼ１８０°ずらして配置されている請求項２記載の弁。
4. リング（３３，３４）が接着剤層（３５）によって互いに電気的に絶縁されている請求項２又は３記載の弁。
5. リング（３３、３４）がオーステナイト系の金属から成っている請求項２から４までのいずれか１項記載の弁。
6. 絞り箇所（１０）と挿入部材（３１）との間に間隙を形成してあり、該間隙が接着剤層（３２）で満たされている請求項１から５までのいずれか１項記載の弁。

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