JP5042309B2 - Damper mechanism for continuously reciprocating structural parts - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可動弁体を介して油圧作動可能な連続往復動する構造部品、特に好ましくは内燃機関の噴射弁として形成された弁のためのダンパ機構であって、好ましくは復元力によって付勢された前記可動弁体は作動媒体を通す圧力管路を通じて圧力供給される圧力チャンバに隣接し、前記圧力管路に配置されているタイプのダンパ機構に関する。 The invention relates to a damper mechanism for a continuously reciprocating structural component that can be hydraulically actuated via a movable valve body, particularly preferably a valve formed as an injection valve of an internal combustion engine, preferably biased by a restoring force said movable valve body which is adjacent to the pressure chamber is pressure supplied through pressure line through which the working medium, related to the damper mechanism of the type that is disposed in the pressure line.
欧州特許第1335125号明細書(特許文献1)から、圧力制御チャンバへの加圧燃料の供給によって下方に押され、圧力制御チャンバからの燃料の吐出しによって持ち上げられるように構成したニードル弁の開閉動作を制動するダンパ機構が知られている。このダンパ機構はニードル弁に摺動可能に保持されている。ダンパ機構とニードル弁との間には圧力チャンバが形成されて、燃料で満たされる。燃料は分路を通じて圧力チャンバの内部から取り出されて、チャンバ外へ案内される。このダンパ機構によって弁ニードルストロークに対して一定の制動を与えることができる。 From European Patent No. 1335125 (Patent Document 1), opening and closing of a needle valve configured to be pushed downward by supply of pressurized fuel to a pressure control chamber and lifted by discharge of fuel from the pressure control chamber A damper mechanism for braking operation is known. This damper mechanism is slidably held by the needle valve. A pressure chamber is formed between the damper mechanism and the needle valve and is filled with fuel. Fuel is withdrawn from the interior of the pressure chamber through the shunt and guided out of the chamber. This damper mechanism can give a constant braking to the valve needle stroke.
安定した制動特性を有するダンパ機構では、弁ニードルの開閉動作時間が遅延されるため、ニードルストローク曲線の開動作側上昇曲線および/または閉動作側下降曲線の扁平化が生じる点が短所である。燃焼最適化のためには、急勾配の開動作側上昇曲線および/または閉動作側下降曲線が望ましい。ただし、高い閉動作速度は弁座に弁ニードルが高速で接当するという結果をもたらし、これは弁の耐久寿命に悪影響をもたらす。加えて、騒音効果による支障も生じる。 The damper mechanism having a stable braking characteristic is disadvantageous in that the opening / closing operation time of the valve needle is delayed, so that the opening stroke on the needle stroke curve and / or the closing curve on the closing stroke side is flattened. For combustion optimization, a steep open operation side up curve and / or a closed operation side down curve is desirable. However, a high closing speed results in the valve needle contacting the valve seat at a high speed, which adversely affects the durable life of the valve. In addition, troubles due to noise effects also occur.
米国特許第5755355号明細書(特許文献2)は、光線がニードルの反射面に向けられて、反射された光線がセンサによって検出される方式の弁ニードルストロークの測定方法を開示している。この方法では、照射光線および反射光線は実質的にニードルのストローク方向を向いている。照射光線と反射光線との差分測定によってニードルストロークを算定することが可能である。 U.S. Pat. No. 5,755,355 (Patent Document 2) discloses a valve needle stroke measuring method in which a light beam is directed to a reflecting surface of a needle and the reflected light beam is detected by a sensor. In this method, the illuminating light beam and the reflected light beam are substantially directed in the direction of the needle stroke. It is possible to calculate the needle stroke by measuring the difference between the irradiated light and the reflected light.
ドイツ公開特許第10257955号明細書(特許文献3)は、静止要素に光学式測定システムの照明装置と受光装置とが取付けられた形式の制動距離測定が行われる振動ダンパを開示している。照明ユニットからの測定光は振動ダンパの第1要素に対して相対可動する要素に照射している。反射された光は光学式測定システムの受光ユニットによって検出され、評価ユニットにおいて画像データ処理法によって増分変位として評価される。これにより、高い精度と高信頼度の信号発生を要求する振動ダンパに対する光学式距離測定を可能としている。 German Offenlegungsschrift No. 10257955 (Patent Document 3) discloses a vibration damper in which a braking distance measurement of the type in which an illuminating device and a light receiving device of an optical measuring system are mounted on a stationary element is performed. The measurement light from the illumination unit irradiates an element that is movable relative to the first element of the vibration damper. The reflected light is detected by the light receiving unit of the optical measurement system and evaluated as an incremental displacement by the image data processing method in the evaluation unit. This enables optical distance measurement for vibration dampers that require high accuracy and high reliability signal generation.
さらに、ドイツ特許第1930111号明細書(特許文献4)から、非接触でかつ測定装置による影響のない距離−時間−機能測定が可能な、光源と受光ユニットならびに多数の光導体を含む、可動部品の動的距離測定を行うための光学式測定プローブが知られている。ここでは、測定さるべき可動部品は測定箇所に、周囲と比較して異なった反射または吸収率を有する所定の領域を有している。これによって、測定光が測定されるべき部品の運動方向において測定さるべき機能に応じて増加または減少することになる。 Furthermore, from German Patent No. 1930111 (Patent Document 4), a movable part including a light source, a light receiving unit and a number of light guides capable of non-contact and distance-time-function measurement unaffected by the measuring device. An optical measurement probe for performing dynamic distance measurement is known. Here, the movable part to be measured has a predetermined area at the measurement location, which has a different reflection or absorption rate compared to the surroundings. As a result, the measuring light increases or decreases depending on the function to be measured in the direction of movement of the part to be measured.
本発明の目的は、上述した短所を回避して、連続往復動する構造部品の接当速度、特に弁座への弁の着座速度を減少させ、かつ弁の閉動作時間を大幅に遅延させないようにすることである。 The object of the present invention is to avoid the disadvantages described above, reduce the contact speed of structural parts that reciprocate continuously, particularly the seating speed of the valve on the valve seat, and not significantly delay the valve closing operation time. Ru der it to.
前記目的は、本発明により、ダンパ機構が筒部内で2つのエンドポジション間を縦方向に摺動し得るバンパ弁体を有し、前記バンパ弁体には実質的に前記バンパ弁体の長手方向に延びて前記バンパ弁体の向かい合う2つの端面側を互いに流体連通する少なくとも1本のバンパ流路が配置され、前記バンパ流路には絞り作用が流れ方向に依存する一方向絞り弁が配置され、一方向絞り弁は、圧力管路の圧力上昇によって開放される逆止弁と、作動媒体の圧力減少に応じて可動弁体が閉鎖位置に向かう際に前記逆止弁を迂回する迂回路とを備え、前記迂回路に絞り抵抗が設けられていることによって達成される。 According to the present invention, the object is to provide a bumper valve body in which the damper mechanism can slide between two end positions in the cylinder portion in the longitudinal direction, and the bumper valve body substantially includes the bumper valve body in the longitudinal direction. And at least one bumper passage that is in fluid communication with each other on the two opposite end face sides of the bumper valve body is disposed, and a one-way throttle valve whose throttling action depends on the flow direction is disposed in the bumper passage. The one-way throttle valve includes a check valve that is opened by an increase in pressure in the pressure line, and a bypass that bypasses the check valve when the movable valve body moves to the closed position in response to a decrease in the pressure of the working medium. And the detour is provided with an aperture resistor .
好ましくは、前記バンパ弁体には前記一方向絞り弁の開放方向において静止位置に対応する第1エンドポジションに前記バンパ弁体を付勢するばね力が作用するように構成されている。 Preferably, the bumper valve body is configured such that a spring force that biases the bumper valve body acts on a first end position corresponding to a stationary position in the opening direction of the one-way throttle valve.
弁として構成される連続往復動する構造部品の場合、前記ダンパ機構が閉ダンパとして形成されて、前記弁の開動作時の作動媒体の流れ方向における前記一方向絞り弁の絞り抵抗が逆方向における絞り抵抗よりも大幅に小さければ、弁座への前記弁の着座速度を大幅に減少させることが可能である。 In the case of a continuously reciprocating structural component configured as a valve, the damper mechanism is formed as a closed damper, and the throttle resistance of the one-way throttle valve in the flow direction of the working medium during the opening operation of the valve is in the reverse direction If it is much smaller than the throttle resistance, the seating speed of the valve on the valve seat can be greatly reduced.
前記ダンパ機構の初期位置は、前記バンパ弁体に前記一方向絞り弁の開放方向で静止位置に対応する第1エンドポジションに前記バンパ弁体を付勢するばね力が作用することによって設定される。前記弁の開動作ストローク時に圧力管路に再び圧力が供給されて、前記バンパ弁体内部の逆止弁が開放される。したがって、作動媒体は迂回路を通っても、また、開放された前記逆止弁を通っても、非常に急速に可動弁体に供給されることができ、これにより、前記弁は選択された所定特性に応じて開動作させられる。作動媒体の圧力レベルは前記弁の開動作特性にとっての重要な調節パラメータである。 The initial position of the damper mechanism is set by applying a spring force that biases the bumper valve body to a first end position corresponding to a stationary position in the opening direction of the one-way throttle valve on the bumper valve body. . Pressure is again supplied to the pressure line during the opening operation stroke of the valve, and the check valve inside the bumper valve body is opened. Therefore, the working medium can be supplied to the movable valve body very rapidly, whether through the bypass or through the opened check valve, so that the valve is selected. The opening operation is performed according to a predetermined characteristic. The pressure level of the working medium is an important adjustment parameter for the valve opening characteristics.
前記弁の閉動作プロセスは前記圧力管路の減圧によって開始される。その際、前記バンパ弁体は反対方向に作用するばねの力に抗して、ストッパに当接するまで、前記静止位置に対応するエンドポジションから第2エンドポジションまで所定のストロークだけ変位させられる。その際、ばね付勢された前記可動弁体により、圧力媒液は押し戻される。これにより、第1閉動作領域において、前記弁の高い閉動作速度が達成される。前記バンパ弁体がストッパに当接すると同時に、作動媒体は前記逆止弁を迂回する迂回路を介してしか流出できないため、前記可動弁体に対する減圧は急激に停止し、前記迂回路の絞り断面積によって前記弁の着座速度が決定されることになる。したがって、第2閉動作領域は、前記バンパ弁体内部において作動媒体の流れが前記迂回路によって大きく絞られたことによって生じる。前記弁が弁座に着座し、前記バンパ弁体の両側に圧力均衡が生じた後、前記バンパ弁体はばねによって再び初期位置にもたらされる。 The valve closing process is initiated by depressurization of the pressure line. At this time, the bumper valve body is displaced by a predetermined stroke from the end position corresponding to the stationary position to the second end position until it comes into contact with the stopper against the force of the spring acting in the opposite direction. At that time, the pressure medium liquid is pushed back by the movable valve body biased by the spring. Thereby, the high closing operation speed of the valve is achieved in the first closing operation region. At the same time that the bumper valve body abuts against the stopper, the working medium can only flow out through a bypass route that bypasses the check valve. The seating speed of the valve is determined by the area. Accordingly, the second closing operation region is generated when the flow of the working medium is largely restricted by the bypass in the bumper valve body. After the valve is seated on the valve seat and a pressure balance occurs on both sides of the bumper valve body, the bumper valve body is brought back to its initial position by a spring.
前記閉ダンパは開動作プロセス後の前記弁のアンダシュートにも有利に作用することが判明した。前記弁の開動作後のアンダシュート特性のさらなる改善は、前記閉ダンパに開ダンパが前置され、しかも、好ましくは前記閉ダンパと構造的に等しく形成された開ダンパが前記閉ダンパに比較して流れの点で反対向きに配置されることで可能となる。この場合、前記開ダンパのバンパ弁体は、ばねにより、作動媒体の開動作流れ方向とは逆方向において初期位置に保持される。前記開ダンパの逆止弁は作動媒体の開動作流れ方向において閉鎖し、作動媒体の閉動作流れ方向において開放する。前記圧力管路の圧力が高まると、前記開ダンパの前記バンパ弁体は前記ばねの力に抗して、ストッパによって定められた第2エンドポジションに変位させられる。前記ピストンの変位によって圧力は前記開ダンパの下流に支障なく伝達され、これによって、前記閉ダンパの前記逆止弁が開放される。この相の間、開動作圧力は実際に絞られることなくノズルニードルの前記可動弁体に伝達されるため、前記弁ニードルは第1開動作プロセスにおいて非常に迅速に開動作させられる。前記開ダンパの前記バンパ弁体がストッパに当接すると同時に、作動媒体は前記開ダンパの迂回路を通ってしか流入できないため、前記圧力管路の急激な圧力上昇は前記開ダンパの下流側では停止されるかないし大幅に減少させられる。前記迂回路の絞り抵抗によって、前記弁ニードルの第2開動作プロセスにおける開動作特性が決定される。こうして、開動作プロセスの終期において前記弁の開動作の緩慢化が生じるため、オーバおよびアンダシュート現象はほぼ防止される。 It has been found that the closing damper also has an advantageous effect on the undershoot of the valve after the opening operation process. The further improvement of the undershoot characteristic after the opening operation of the valve is that an opening damper is placed in front of the closing damper, and an opening damper preferably formed structurally equal to the closing damper is compared with the closing damper. This is possible by arranging them in the opposite direction in terms of flow. In this case, the bumper valve body of the open damper is held at the initial position by the spring in the direction opposite to the flow direction of the working medium to open. The check valve of the open damper is closed in the flow direction of the working medium to open, and opened in the flow direction of the working medium to close. When the pressure in the pressure line increases, the bumper valve body of the open damper is displaced to the second end position determined by the stopper against the force of the spring. Due to the displacement of the piston, the pressure is transmitted to the downstream side of the open damper without any trouble, thereby opening the check valve of the closed damper. During this phase, the opening pressure is transmitted to the movable valve body of the nozzle needle without actually being throttled, so that the valve needle is opened very quickly in the first opening operation process. At the same time that the bumper valve body of the open damper abuts against the stopper, the working medium can only flow in through the bypass of the open damper, so that a sudden pressure increase in the pressure line is caused on the downstream side of the open damper. Can not be stopped or greatly reduced. The opening operation characteristic in the second opening operation process of the valve needle is determined by the throttle resistance of the bypass. Thus, the valve opening operation is slowed down at the end of the opening operation process, so that over and undershoot phenomena are substantially prevented.
以下、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
ダンパ機構7は、連続往復動する構造部品、特に弁1、例えば外側に向かって開く内燃機関噴射弁2に適している。図1は内燃機関用の、ダンパ機構7を備えた噴射弁2を示している。噴射弁2の弁1は油圧作動媒体によって縦方向に摺動し得る可動弁体3によって開動作させられ、また、可動弁体3に閉動作力Fを及ぼす閉動作ばね4によって閉動作させられる。縦軸方向に摺動し得る可動弁体3は圧力チャンバ5に接しており、前記圧力チャンバには作動媒体のための圧力管路6が合流している。
The
図2から図7には、連続往復動する構造部品と連係する可動弁体3の各ポジションでの形態が示されており、圧力管路6には、閉ダンパ25として形成されたダンパ機構7が配置されている。ダンパ機構7は筒部8内を縦方向に摺動し得るバンパ弁体9を有し、前記バンパ弁体は、図1からわかるように、ばね10により、静止位置に対応する第1エンドポジションに保持される。バンパ弁体9の内部には、バンパ弁体9の両方の端面側12、13を互いに流体連通するバンパ流路11が配置されており、端面側12、13は圧力管路6が合流するチャンバに接している。バンパ流路11には、この実施形態において、迂回路15を経て迂回可能な逆止弁16として形成された一方向絞り弁14が配置されている。逆止弁16は弁ばね17により、ばね10の作用方向とは反対向きに、弁座18に向かって押し付けられ、逆止弁16の閉鎖状態において迂回路15を介した迂回流れが可能である。迂回路15は図2から8に符号19で示した所定の絞り抵抗を有している。バンパ流路11の絞り抵抗は符号20で表されている。
FIGS. 2 to 7 show the form of the
ダンパ機構7の上流において、圧力管路6には制御弁21が配置されている。バンパ弁体9は直径d1を有し、筒部8内をストロークh1だけ摺動可能である。可動弁体3の直径ないしストロークはそれぞれ符号d2およびh2で表されている。
A
閉ダンパ25として形成されたダンパ機構7において、逆止弁16は弁ニードル1の開動作時に作動媒体が流れる方向に開放となる。
In the
図9には弁1のストローク曲線が表されており、同図において、ストロークhは時間tに相関させて表されている。矢印II、III、IV、V、VIおよびVIIは図2から7に対応した弁1のさまざまな開閉動作プロセスを表している。 In FIG. 9, the stroke curve of the valve 1 is represented. In the figure, the stroke h is represented in correlation with the time t. Arrows II, III, IV, V, VI and VII represent various opening and closing processes of the valve 1 corresponding to FIGS.
図2は図9の矢印IIに対応した弁1の静止状態を示している。可動弁体3は力Fによって弁1の閉動作方向に、例えば閉動作ばね4によって荷重される。バンパ弁体9はばね10によって所定の、静止位置に対応する第1エンドポジションにあり、逆止弁16は閉じられている。
FIG. 2 shows a stationary state of the valve 1 corresponding to the arrow II in FIG. The
図3は図9の矢印IIIに対応した弁1の開動作プロセスを示している。圧力管路6の圧力PBが圧力PMediumまで上昇することにより、逆止弁16は開放され、これによって、バンパ弁体9内のバンパ流路11に連続する可能最大限の作動媒体流れ断面積が解除される(PB>PA)。結果として得られる圧力チャンバ5内の圧力上昇によって可動弁体3は図3の矢印Pに対応して下方に運動し、こうして、弁1は開動作させられる。弁1が完全に開放されると(図9の矢印IV)、バンパ弁体9の両方の端面側12、13に圧力均衡PA=PBが生じ、そのため、逆止弁16は弁ばね17によって閉じられる(図4)。この相において、圧力管路6内には圧力PMediumが保持される。図9の矢印Vに対応した弁1の閉動作プロセスは、図5に表されているように、制御弁21を介した圧力管路6の減圧によって開始され、こうして、PB<PAとなる。第1閉動作プロセス22において、バンパ弁体9は、バンパ弁体9の両方の端面側の圧力差PA−PBに応じ、ばね10の力に抗して、バンパ弁体9がストッパ24に当接するまで矢印P1に対応して上方に摺動させられる。その際、圧力媒液はプレストレスされた可動弁体3によって圧力管路6内に押し戻され、可動弁体3も圧力媒液と共に運動する。圧力媒液の運動はP2で表されている。バンパ弁体9のストロークh2は、弁1が弁座に着座する前にバンパ弁体9がストッパ24に当接するように寸法設計されていなければならない。バンパ弁体9がストッパ24に当接した後、作動チャンバ5内の圧力PAは急速に上昇する。圧力PAは迂回路11の絞り抵抗19に応じて徐々に緩和されるため、弁1の閉動作の著しい緩慢化が生じる。この第2閉動作領域は図9において符号23で表されている。ダンパ機構7の当該相は図6に表されている。絞り抵抗19、20を適切に調整することにより、弁1が弁座に過度に激しく当たることを防止することができ、しかもそれにもかかわらず、総じて短時間の急速な閉動作を可能にすることができる。
FIG. 3 shows a process of opening the valve 1 corresponding to the arrow III in FIG. When the pressure P B in the
バンパ弁体9の両側の圧力差PA−PBの解消後、バンパ弁体9はばね10により、図7に表されているように、再び静止位置に復帰させられる。
After elimination of both sides of the pressure difference P A -P B
閉ダンパ25により、弁1の開動作後の弁振動運動も減少させられる。弁1のアンダシュートのさらなる減少は、図8に表されているように、圧力管路6において閉ダンパ25に開ダンパ26が前置される場合に達成可能である。開ダンパ26は閉ダンパ25と構造的に等しく形成されているが、ただし、圧力管路6に反対向きに配置されており、こうして、一方向絞り弁14aの逆止弁16aは弁1の開動作時に作動媒体が流れる方向とは反対方向に開放する。開ダンパ26のばね10aは、ばね10とは逆方向に向かって開ダンパ26のバンパ弁体9aに作用するため、前記バンパ弁体は作動媒体の開動作流れ方向とは逆方向において、静止位置に対応する第1エンドポジションに押し付けられる。静止位置の方向は図8に矢印27、28で示す。
Due to the closing
開ダンパ26の作用は図2から図7と同様に、ただし逆方向で行なわれる。圧力管路6に圧力が加えられると、開ダンパ26のバンパ弁体9aは、ばね10aの力に抗して、静止位置から、バンパ弁体9aがストッパ24aに当接するまで運動させられる。この相の間、開ダンパ26の下流には圧力管路6の開動作圧力が支障なく供されて、閉ダンパ25の逆止弁16が開放され、続いて、圧力チャンバ5内の圧力上昇によって弁1が非常に迅速に開動作させられる。開ダンパ26のバンパ弁体9aがストッパ24aに当接すると直ちに、弁1の開動作は、その後の圧力造成が開ダンパ26の迂回路15aの絞り抵抗19aによって決定されるため、非常に緩慢化される。これによって、弁1のオーバシュートは防止される。弁1の弁ストロークが完全に達成されるとバンパ弁体9aの両側に圧力均衡が生じるため、バンパ弁体9aはばね10aによって再び矢印28に対応して静止位置に復帰させられる。続いて、すでに図2から図7に基づいて説明したように、閉動作プロセスが生じる。
The operation of the
Claims (5)
前記ダンパ機構(7、7a)が筒部(8、8a)内で2つのエンドポジション間を縦方向に摺動し得るバンパ弁体(9、9a)を有し、前記バンパ弁体(9、9a)には前記バンパ弁体(9、9a)の長手方向に延びて前記バンパ弁体(9、9a)の向かい合う2つの端面側(12、13)を互いに流体連通する少なくとも1本のバンパ流路(11、11a)が配置され、前記バンパ流路(11、11a)には絞り作用が流れ方向に依存する一方向絞り弁(14、14a)が配置されており、
前記一方向絞り弁(14、14a)は、前記圧力管路(6)の圧力上昇によって開放される逆止弁(16、16a)と、作動媒体の圧力減少に応じて前記可動弁体(3)が閉鎖位置に向かう際に前記逆止弁(16、16a)を迂回する迂回路(15、15a)とを備え、前記迂回路(15、15a)に絞り抵抗が設けられていることを特徴とするダンパ機構(7、7a)。The movable valve body (3) with hydraulic operable continuously reciprocating to combustion engine injection valve within a structural unit goods damper mechanism for the valve is formed as a (2) (1) (7, 7a) through the The movable valve body (3) biased by the restoring force (F) is adjacent to the pressure chamber (5) supplied with pressure through the pressure line (6) through which the working medium passes, and the damper mechanism (7 7a) in the damper mechanism arranged in the pressure line (6),
The damper mechanism (7, 7a) has a bumper valve body (9, 9a) capable of sliding in the vertical direction between two end positions in the cylindrical portion (8, 8a), and the bumper valve body (9, 9a) at least one bumper flow extending in the longitudinal direction of the bumper valve body (9, 9a) and in fluid communication with two opposite end face sides (12, 13) of the bumper valve body (9, 9a) A path (11, 11a) is arranged, and a one-way throttle valve (14, 14a) whose throttle action depends on the flow direction is arranged in the bumper flow path (11, 11a) ,
The one-way throttle valve (14, 14a) includes a check valve (16, 16a) opened by the pressure increase in the pressure line (6), and the movable valve body (3 ) Is provided with a detour (15, 15a) that bypasses the check valve (16, 16a) when heading to the closed position, and a throttling resistor is provided in the detour (15, 15a). A damper mechanism (7, 7a).
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