JP4603749B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents
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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燃料噴射弁に関する。
【0002】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第3314899号明細書により既に、電磁的に操作可能な燃料噴射弁が公知である。この公知の燃料噴射弁では、電磁的に操作するために、可動子が電気的に励磁可能な電磁コイルと協働し、可動子の行程運動が弁ニードルを介して弁閉鎖体に伝えられる。弁閉鎖体は弁座面と協働してシール座を形成する。可動子は弁ニードルに不動に固定されているのではなく、弁ニードルに軸方向可動に配置されている。第1の戻しばねは弁ニードルを閉鎖方向で負荷し、電流が通っておらず電磁コイルが励磁されていない状態で燃料噴射弁を閉鎖状態に維持する。可動子は、第2の戻しばねによって上昇行程方向で負荷されていて、これにより可動子が静止状態では、弁ニードルに設けられた第1のストッパに当てつけられるようになっている。電磁コイルが励磁されると、可動子は上昇行程方向で引き付けられ、第1のストッパを介して弁ニードルを連行する。電磁コイルを励磁する電流が遮断されると、弁ニードルは第1の戻しばねによって閉鎖位置へと加速され、前記のストッパを介して可動子を連行する。弁閉鎖体が弁座に当接するとすぐに、弁ニードルの閉鎖運動は突然に終了する。弁ニードルに不動に結合されていない可動子の運動は、上昇行程方向に反して続けられ、第2の戻しばねによって吸収される。即ち可動子は、第1の戻しばねに比べて極めて弱いばね定数を有した第2の戻しばねに対して振動する。第2の戻しばねは可動子を加速させ、最終的に再び上昇行程方向に移動させる。
【0003】
可動子が弁ニードルのストッパに当接すると、弁ニードルに結合された弁閉鎖体は再び弁座から短時間持ち上がり、燃料噴射弁は短時間開放される。ドイツ連邦共和国特許出願公開第3314899号明細書によれば衝撃の減衰は不完全である。さらに、可動子が弁ニードルに不動に結合されているコンベンショナルな燃料噴射弁においても、ドイツ連邦共和国特許出願公開第3314899号明細書で公知の燃料噴射弁においても欠点であるのは、電磁コイルから可動子に加えられる磁力が、閉鎖方向に作用する力の合計を、即ち第1の戻しばねにより加えられるばね閉鎖力と、圧力下にある燃料の液圧的な力とを超過するとすぐに、弁ニードルの開放行程が行われることにある。このことは、電磁コイルを励磁する電流が流されている場合に磁力が電磁コイルの自己誘導と、生じる渦電流により最終値に達していない場合に不都合である。従って弁ニードルと弁閉鎖体とは開放行程の開始時に、減じられた力によって加速されることになる。従って、全ての使用例を満足させる開放時間は得られない。
【0004】
閉鎖運動を行う際には、公知の一体の可動子は比較的長く、磁化された内極に付着し、残留磁化磁力に基づき比較的長い時間の後、初めて離れる。このことは閉鎖時間を長くすることになる。
【0005】
発明の効果
請求項1の特徴を有する本発明による燃料噴射弁は、2つの部分から成る可動子により、燃料噴射弁の開閉時間が減じられ、燃料の調量精度が改善されるという利点を有している。このことは、一体の部分から成る可動子と比較して極めて迅速に行われる、内極からの可動子の解放により得られる。大きなばね定数を有する戻しばねは、可動子部分の一方にしか直接的に作用しておらず、この可動子部分だけが内極から解放されればよい。この可動子部分と内極とが形成するコンタクト面は、2つの部分から成る可動子全体が内極と形成するコンタクト面全体に関して著しく小さいので、この可動子部分は迅速に内極から解放され、閉鎖運動が迅速に行われる。
【0006】
さらに、2つの部分からなる可動子を使用することにより、質量特性の調節が良好に行われていれば、システムの衝撃を減衰することができる。即ち、この場合、励磁電流が遮断される場合に、大きな可動子部分の加速度と小さな可動子部分の加速度との間に存在する時間の差が、両可動子部分を互いに逆方向に向かわせる。これにより僅かに跳ね返って戻される可動子部分の衝撃をなくすことができ、これにより燃料噴射弁が不都合にも再び短時間開放してしまうようなことは回避される。
【0007】
請求項2以下に記載された手段により、請求項1に記載した燃料噴射弁の有利な別の構成が得られる。
【0008】
内極に当接する可動子の端面が半径方向で僅かに斜めに面取りされているかまたは楔状に形成されていても有利である。楔状の表面形状により、可動子と内極との間のコンタクト面は減じられ、ひいては可動子と内極との間に作用する粘着力が減じられる。これにより、磁界が減じられると可動子はより迅速に内極から離れ、これにより弁閉鎖時間は短縮される。
【0009】
予備行程原理を利用することも特に有利である。大きな可動子部分と支持フランジとの間に存在する予備行程ギャップは、両可動子部分の予備加速を可能にする。これにより上昇行程方向での初期衝動が得られる。このことは、電磁コイルを励磁する電流が通されている場合に、自己誘導と渦電流に基づき磁力が、まだ最終値に達していない場合に有利である。予備行程により得られる時間は、磁界を完全に形成するのに十分である。弁ニードルと弁閉鎖体とは従って開放行程の開始時に減じられない力によって加速される。このことは短時間で正確な開放時間および調量時間をもたらす。
【0010】
実施例の説明
次に図面につき本発明の実施例を詳しく説明する。
【0011】
図2〜図4に基づき本発明の燃料噴射弁の3つの実施例を詳しく説明する前に、本発明の理解を深めるため、まず最初に既に公知の燃料噴射弁の主要な構成部分を図1につき簡単に説明する。
【0012】
燃料噴射弁1は、混合気圧縮型の火花点火式内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁として構成されている。この燃料噴射弁1は特に内燃機関の燃焼室(図示せず)に燃料を直接噴射するために適している。
【0013】
燃料噴射弁1はノズル本体2から成っていて、このノズル本体2には弁ニードル3がガイドされている。弁ニードル3は弁閉鎖体4と作用結合しており、この弁閉鎖体4は、弁座体5に配置された弁座面6とシール座を形成するように協働している。燃料噴射弁1は、この実施例では、内部開放型の燃料噴射弁1であって、噴射開口7を有している。ノズル本体2はシール部材8によって、電磁コイル10の、部分的に弁ケーシングを形成する外極9に対してシールされている。電磁コイル10はコイルケーシング11内に封入されていて、コイル支持体32に巻き付けられている。このコイル支持体32は電磁コイル10の内極12に接触している。内極12と外極9とはギャップ26によって互いに分離されている。この場合、両構成部分9と12は、非電磁的な結合構成部分29に結合されている。電磁コイル10は導線19を介して、電気的な差込コンタクト部17を介して供給可能な電流によって励磁される。差込コンタクト部17は、内極12に射出成形により結合することができるプラスチック被覆体18によって取り囲まれている。磁束回路は帰還部体33によって閉じられている。
【0014】
弁ニードル3は、プレート状に形成されている弁ニードルガイド13内にガイドされている。行程を調節するために、対を成す調節プレート14が働く。調節プレート14の上流側では弁ニードル3に可動子20が配置されている。この可動子20は保持フランジ21を介して摩擦接続的に弁ニードル3に溶接シーム22によって結合されている。支持フランジ21には戻しばね23が支持されている。この戻しばね23はこのような燃料噴射弁1の構成では調節スリーブ24によってプレロードをかけられている。
【0015】
弁ニードルガイド13内および可動子20内および弁座体5において燃料通路15a−15cが延びている。この燃料通路15a−15cが、中央の燃料供給部16を介して供給され、フィルタエレメント25によって濾過された燃料を噴射開口7に案内する。
【0016】
燃料噴射弁1の静止状態では可動子20は戻しばね23によって上昇行程方向に抗して負荷され、弁閉鎖体4が弁座6に密に当接しているように維持される。電磁コイル10が励磁されている場合に磁界が形成され、この磁界により可動子20が戻しばね23のばね力に抗して上昇行程方向で動かされる。この場合、行程は、静止状態で内極12と可動子20との間に存在している作業ギャップ27によって規定されている。可動子20は、弁ニードル3に溶接されている支持フランジ21も上昇行程方向に連行する。弁ニードル3と作用結合している弁閉鎖体4は弁座面6から持ち上がり、燃料が弁座6を通過して噴射開口7へと供給される。
【0017】
コイル電流が遮断されると、可動子20は磁界が十分に減じられてから、戻しばねの圧力によって内極12から離れる。これにより弁ニードル3は上昇行程方向とは逆に運動する。その結果、弁閉鎖体4は弁座面6に載着され、燃料噴射弁1は閉鎖される。
【0018】
図2には、部分的な軸方向断面図で、本発明による燃料噴射弁1の構成の第1実施例が示されている。拡大図では本発明において主要である構成部分だけが示されている。その他の構成部分の構成は公知の燃料噴射弁1と、特に図1に示した燃料噴射弁1と同じである。既に記載したエレメントは同一の符号を付与し、繰り返し説明はしない。
【0019】
図1では一体に形成されている可動子20は、本発明によれば第1の大きな可動子部分20aと第2の小さな可動子部分20bとに分割されている。小さな可動子部分20bは大きな可動子部分20aの中央の切欠28内に配置されている。大きな可動子部分20aは第1の強い戻しばね23aによって負荷されていて、小さな可動子部分20bは第2の弱い戻しばね23bによって負荷されている。戻しばね23aは、例えばスリーブ状の固定部分34の支持フランジ21に支持されており、戻しばね23bは、支持フランジ21と可動部分20bとの間に緊締されている。摩擦接続的に弁ニードル3に溶接されているフランジ36は、大きな可動子部分20aが内極12から解放された後にこれを支持する下方の可動子ストッパとして働く。
【0020】
電磁コイル10に、差込コンタクト17と導線19とを介して励磁電流が供給されると、第1の可動子部分20aと第2の可動子部分20bとを同時に加速させ、内極12に引き付ける磁界が形成される。本発明による2つの部分から成る可動子20a,20bの作用形式は、この点では一体に形成された可動子20とは相違しない。
【0021】
励磁電流が遮断されると磁界が減じられ、まず最初に、第1の強い戻しばね23aによって負荷された大きな可動子部分20aが内極12から離れ、閉鎖方向で加速される。可動子部分20aの、一体の可動子20に比べて小さい端面31により、可動子部分20aは、一体の可動子20の場合よりも極めて短い時間で既に内極12から解放される。何故ならば磁束は面積に比例して、かつ時間に指数関数的に減少するからである。
【0022】
このような作用は、可動子20の端面31,35を僅かに楔状にすることにより強化できる。数μmのオーダで斜めに面取りするだけで、内極12と大きな可動子部分20aの端面31ならびに小さな可動子部分20bの端面35との間の付着力は一部減じられる。このことは閉鎖時間をさらに短縮させる。第2の弱い戻しばね23bによって負荷されている小さな可動子部分20bは、なお僅かな時間、内極12に残されて、これにより燃料噴射弁1の迅速な閉鎖過程を損なうことはない。端面31,35の楔形状が、大きい可動子部分20aの端面31が、小さな可動子部分20bの端面35よりも大きく傾斜されるように選択されているならば、一方では、両可動子部分20a,20bの内極12における付着力は弱められ、大きな可動子部分20aは即ち極めて迅速に内極12から離れる。また他方では、小さな可動子部分20bの端面35の楔形状が小さいことにより、付着力の減少は比較的小さく、小さな可動子部分20bは、大きな可動子部分20aの後で遅れて内極12から離れる。即ち、可動子部分20が2つの部分から成ることにより、閉鎖時間が著しく短くなり、ひいては燃料のために短い調量時間が得られれ正確な調量が行われる。
【0023】
2つの部分から成る可動子20の衝突作用も、1つの部分から成る可動子20に対して改善されている。このことは一方では、両可動子部分20a,20bの質量が減じられたことにより得られる。何故ならば可動子質量が小さいと弱く衝突するからである。付加的に、可動子部分20aと20bとの質量比を適当に選択することにより、小さな可動子部分20bが内極から離れ、前もって離れ、下方の可動子ストッパとして働いているフランジ36から既にはね返っている可動子部分20aに対向し、対峙するように向けられた衝撃はほぼ相殺される。このことにより、跳ね返る大きな可動子部分20aによる燃料噴射弁1の不都合な短時間の開放が防止される。フランジ36と弁ニードル3とが不動に結合されていることによっても燃料噴射弁1がさらに短時間開放されることが回避される。何故ならば可動子部分20aは閉鎖方向でフランジ36に当接し、弁閉鎖体4への圧力は減じられずに増加されるからである。
【0024】
図3には、部分的な軸方向断面図で、本発明による燃料噴射弁1の構成の第2実施例が示されている。既に記載したエレメントは同一の符号を付与し、繰り返し説明はしない。
【0025】
図2のものとは異なり燃料噴射弁1は、大きい可動子部分20aと支持フランジ21との間に位置する予備行程ギャップ30を有している。この予備行程ギャップ30は両可動子部分20a,20bの前加速を可能にする。これにより、可動子部分20aが支持フランジ21に当接する際に既に、上昇行程方向での衝撃が存在し、この衝撃は支持フランジ21を介して弁ニードル3に伝えられ、燃料噴射弁1の開放時間に関して有利に作用する。このことは電磁コイル10を励磁する電流が通されている場合に磁力が、電磁コイル10の自己誘導と渦電流に基づきまだ最終値に達していない場合に有利である。可動子部分20bが支持フランジ21に当接するまでにかかる時間は、磁界が完全に形成されるのに十分である。従って弁ニードル3と弁閉鎖体4とは、開放行程の開始時から、減じられていない力によって加速される。これにより短時間でかつ正確な開放時間及び調量時間が得られる。
【0026】
第1の実施例ではフランジ36として形成されていて、弁ニードル3に結合されていた下方の可動子ストッパは、第2の実施例ではリング37として形成されていて、ノズル本体2の上流側に存在している。リング37のケーシングに不動に設けられた位置は、弁ニードル3に結合されたフランジ36よりも有利である。何故ならば、弁ニードル3は大きな可動子部分20aが跳ね返る際に自由に振動することができ、衝撃は弁ニードルに伝えられないからである。
【0027】
図4には、本発明による燃料噴射弁1の第3実施例の可動子20が軸方向断面図で示されている。第1の大きい可動子部分20aは、第2の小さい可動子部分20bによって環状に取り囲まれている。この場合、第1の可動子部分20aはこの実施例では内側で、第2の可動子部分20bは外側で内極12に接している。
【0028】
本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、燃料噴射弁の別の構成形式でも実現可能である。例えば第2の戻しばね23bが内極12またはケーシング構成部分に支持されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 先行技術の燃料噴射弁の部分縦断面図である。
【図2】 本発明による燃料噴射弁の第1実施例の、図1の領域IIにおける軸方向断面を拡大して示した図である。
【図3】 本発明による燃料噴射弁の第2実施例の、図1の領域IIにおける軸方向断面を拡大して示した図である。
【図4】 第4実施例の可動子を軸方向で断面して示した図である。
Claims (11)
- 特に燃料を内燃機関の燃焼室に直接噴射するための、内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁(1)であって、電磁コイル(10)と、該電磁コイル(10)によって閉鎖方向で第1の戻しばね(23a)によって負荷される可動子(20)と、該可動子(20)に摩擦接続的に結合される、弁閉鎖体(4)を操作するための弁ニードル(3)とが設けられており、該弁ニードル(3)が、弁座面(6)と協働してシール座を形成し、この場合、可動子(20)が付加的に第2の戻しばね(23b)によって負荷されている形式のものにおいて、
可動子(20)が、第1の可動子部分(20a)と第2の可動子部分(20b)とに分割されていて、第1の可動子部分(20a)が閉鎖方向で第1の戻しばね(23a)によって負荷されていて、第2の可動子部分(20b)が閉鎖方向で第2の戻しばね(23b)によって負荷されており、これらの戻しばね(23a,23b)のばね力が異なっていることを特徴とする燃料噴射弁。 - 第1の可動子部分(20a)が中央の切欠(28)を有しており、該切欠(28)に第2の可動子部分(20b)が案内されている、請求項1記載の燃料噴射弁。
- 第1の可動子部分(20a)が、支持フランジ(21)に摩擦接続的に結合しており、該支持フランジ(21)が弁ニードル(3)に不動に結合されている、請求項2記載の燃料噴射弁。
- 支持フランジ(21)が、スリーブ状の固定部分(34)に形成されていて、弁ニードル(3)が、支持フランジ(21)の中央の切欠を貫通して突出している、請求項3記載の燃料噴射弁。
- 第1の可動子部分(20a)が、第1の戻しばね(23a)によって、弁ニードル(3)に設けられた支持フランジ(21)を介して負荷されている、請求項3または4記載の燃料噴射弁。
- 第2の可動子部分(20b)が、第2の戻しばね(23b)を介して支持フランジ(21)に摩擦接続的に結合されている、請求項3記載の燃料噴射弁。
- 両可動子部分(20a,20b)が、電磁コイル(10)が励磁されている場合に一緒に、閉鎖方向に抗して内極(12)に向かって移動させられる、請求項1から6までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
- 電磁コイル(10)が遮断されている場合、第1の可動子部分(20a)が、第1の戻しばね(23a)の戻し力によって内極(12)から離れ、第2の可動子部分(20b)とは無関係に出発位置に戻される、請求項7記載の燃料噴射弁。
- 第2の可動子部分(20b)が、磁界がさらに減少した後、第2の戻しばね(23b)によって出発位置に戻される、請求項8記載の燃料噴射弁。
- 少なくとも第1の可動子部分(20a)が、内極(12)に面した端面(31)を有しており、該端面(31)が楔形状を有している、請求項7から9までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
- 支持フランジ(21)と第1の可動子部分(20a)との間に、第1の可動子部分(20a)が支持フランジ(21)を介して弁ニードル(3)に作用する前に、第1の可動子部分(20a)の前加速を可能にする予備行程ギャップ(30)が設けられている、請求項3から6までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
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