JP5064446B2 - 作動安定性の高い内燃機関用燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、弾性手段を介した開閉要素によって通常は閉鎖状態に保持される供給サーボ弁を備えた作動安定性の高い内燃機関用燃料噴射装置に関する。

公知のように、供給サーボ弁は、噴射を調整する通常のロッドを制御するチャンバを有している。この制御チャンバは、加圧燃料の吸込孔と、電磁石のアンカーの制御下にある開閉要素によって開閉される少なくとも一つの排出孔とを有している。この排出孔は、アンカーが電磁石によって起動されて開閉要素に作用している弾性要素の作動に打ち勝ったときに開口する。

公知の噴射装置においては、サーボ弁を閉じる間、開閉要素には、噴射孔の閉鎖位置を定める移動止めに対する振幅が次第に減少する一連の跳ね返りが生じる。一般的に、最初の跳ね返りの振幅はかなり大きくて制御チャンバを再び開放するため、それに伴って圧力が一時的に減少すると、噴射期間の増加したがって噴射される燃料量の増加が生じる。また、その後の跳ね返りは噴射される燃料量をさらに増加させる。

サーボ弁を閉じたときの開閉要素の跳ね返りにより、噴射を制御する通常の電子制御装置によって想定される量に対し、噴射される燃料量の増加が生じる。加えて、蒸気の存在下において発生する一連の跳ね返りが、サーボ弁の封止領域に対応する表面を急速に劣化させて噴射装置の寿命を短くする。最後に、一連の跳ね返りが生じる状態は、多くの要因、とりわけサーボ弁の寿命によって左右される。実際に、噴射装置のサーボ弁においては、数ミクロンの範囲で嵌合している相対摺動表面によって特徴付けられる液密な動的結合が存在する。これにより、機械加工の誤差は作動の最初の数時間にある種の摩擦を生じさせ、次いで不可避な摩耗によってこれらの表面の摩擦がより少なくなり、したがって一連の跳ね返りの振幅および期間がさらに深刻化することになる。

いずれにしても、このことが噴射装置の作動の頑健性を危いものとすることは理解できる。実際、跳ね返りに影響を及ぼす要因が多数にわたるため、供給される燃料の過剰を予知することができず、例えば電磁石を励磁する時間について修正可能な要因を導入することによってそれを自動的に補償することができない。したがって、特にエンジンがアイドリング状態にあるときには、燃料の過剰によって空燃比に変動が生じて最適な値から逸脱し、周囲の環境への過剰な汚染物質の放出が生じる。

米国特許第５，８２０，１０１号によって公知な燃料噴射装置においては、球形の開閉要素が、固定されたブッシュで案内される軸線方向のステムによって制御されるとともに、第１のばねによってサーボ弁の閉鎖位置へと押動される。アンカーは、ステムによって案内されるとともに、通常は第２のばねの作用によりステムに支持されている移動止めに当接して静止する。電磁石の励磁を遮断すると、第１のばねはステムに沿ってアンカーを引っ張りつつステムを閉鎖位置に導く。開閉要素が閉鎖位置で停止すると、アンカーは慣性力によって第２のばねの作用に抗しつつ前進し続けるが、第２のばねはこのアンカーがステムの移動止めに接触するように押し戻す。したがって、このアンカーは開閉要素の跳ね返りを減少させることができない。

平衡型の供給サーボ弁を有する噴射装置もまた提案されてきたが、その開閉要素は閉鎖位置において実質的にゼロである圧力の軸線方向作用を受けるので、ばねの予圧および電磁石の力を減少させることができる。このサーボ弁の弁体は、電磁石のアンカーを軸線方向に案内するように構成された軸線方向のステムを有しているが、それには制御チャンバの排出のためのステムの側面に終端する流路が設けられている。開閉要素は、非磁性体から製作されたブッシュによって形成され、ステムと液密に係合している。アンカーはブッシュに固定されているが、それからは分離しており、かつその製造を単純化するために磁性体から製作されている。

一方、ブッシュはステムの側面に対する密封を形成しなければならず、かつ開閉要素は環状の移動止めを介して排出流路を閉じなければならないので、非常に硬い高品質な材料に極めて正確な機械加工を施す必要がある。

このサーボ弁における開閉要素のストロークはほぼ数ミクロンであるが、力およびそれに伴う加速度は閉鎖の間に開閉要素の少なくとも１回の跳ね返りを常に引き起こす。この跳ね返りは、部品の高い水準の硬度、大きな圧力勾配が存在する燃料流れに付随する蒸気の存在、および小さな表面によって生じ、１ミリメートルの１／１００〜１／２００の幅のリングに沿って接触し、その結果として制御チャンバの再開放およびそれに伴う空洞化が生じる。

加えて、公知の噴射装置においては、開閉要素の摩耗およびサーボ弁を閉鎖する位置への拘束の低下が、噴射装置の寿命の間にサーボ弁の作動を劣化させ、開閉要素の閉鎖行程したがって制御チャンバの開放期間を変化させる。したがって、噴射装置を制御する装置に設けられている全ての設定は、摩耗による全く予知できない変動を考慮に入れることができない。

米国特許第５，８２０，１０１号明細書

本発明の目的は、サーボ弁の作動が高い安定性を示し、開閉要素の跳ね返りによる欠点を取り除き、かつ部品の摩耗を減少させる内燃機関用燃料噴射装置を提供することにある。

上述した本発明の目的は、請求項１に規定された、内燃機関用の平衡型の供給サーボ弁を有する燃料噴射装置によって実現される。

本発明をより良く理解するために、以下に添付図面を参照して、非限定的な例としていくつかの実施の形態を示す。

本発明の高い安定性を有する内燃機関用燃料噴射装置の第１実施形態を示す要部縦断面図。 図１を拡大した詳細図。 図２の要部をさらに拡大した図。 本発明の他の実施形態における図２の細部の縦断面図。 図４の要部をさらに拡大した図。 本発明のさらに他の実施例における図２の細部の縦断面図。 図６の要部をさらに拡大した図。 本発明の作動安定性の高い噴射装置の他のタイプの要部縦断面図。 本発明の噴射装置の作動を比較する線図。 本発明の噴射装置の作動を比較する線図。 本発明の噴射装置の作動を比較する線図。

図１を参照すると、内燃機関、特にディーゼルエンジン用の燃料噴射装置の全体が参照符号１で示されている。この噴射装置１が備える中空な本体あるいはケーシング２は、軸線３に沿って延在するとともに高い圧力、例えば１８００バールの範囲の圧力の燃料を取り入れる流路に接続されるように構成された側方吸入口４を有している。ケーシング２は、上述した高い圧力の燃料を噴射するために、流路４ａを介して吸入口４と連通している（図には見ることができない）ノズルあるいは噴霧器に終端している。

ケーシング２の軸線方向のキャビティ６に収納されている供給サーボ弁５は、軸線方向の孔９を具備した弁体７を有している。ロッド１０は、制御された噴射のために、圧力下にある燃料に対して液密に、孔９の内部で軸線方向にスライド可能となっている。ケーシング２は他のキャビティ１４を有し、他のキャビティ１４は、キャビティ６と同軸であり、切込み付ディスク形状のアンカー１７を制御するように構成された電磁石１６を有する電動アクチュエータ１５を収容している。より詳しくは、電磁石１６は、軸線３と直角をなす極性表面２０を有しつつ支持部材２１によって所定の位置に保持された磁気コア１９を有している。

電動アクチュエータ１５は、通常の燃料タンクに至るサーボ弁５の排出側と連通する軸線方向キャビティ２２を有している。圧縮コイルばね２３で形成された弾性手段が、このキャビティ２２内に収納されている。ばね２３には予荷重が与えられていて、電磁石１６が励磁されたときに、この電磁石１６によって負荷される吸引力とは反対方向の推力をアンカー１７上に負荷するようになっている。ばね２３は、その全体が参照符号１２ａで示されている中間体を介してアンカー１７上に作用するが、この中間体１２ａは、ピン１２と一体に製作されたフランジ２４から形成されている、ばね２３の一端を案内するための係合手段を具備している。アンカー１７とコア１９との間にある程度のギャップを保証するために、非磁性体製の薄板１３が、アンカー１７の上面１７ａとコア１９の極性表面２０との間に配置されている。

弁体７は、噴射する燃料の供給を制御するためのチャンバ２６を有しているが、それは孔９の側面によって半径方向に境界が定められた空間を有している。制御チャンバ２６の容積は、ロッド１０の円錐台状に形成された端面２５および孔９自体の端面２７によって、その境界が軸線方向に定められている。制御チャンバ２６は、ケーシング２内に製作された流路３２および弁体７内に製作された吸入流路２８を介して、吸入口４と常時連通している。吸入流路２８は、端壁２７の近傍で制御チャンバ２６内に終端する、その口径が定められた較正された延伸部分２９を有している。弁体７の外側では、吸入流路２８が環状チャンバ３０内に終端し、かつ流路３２が環状チャンバ３０内に終端している。

さらに弁体７は、キャビティ６の一部３４内に収納された大径のフランジ３３を有している。このフランジ３３は、キャビティ６の一部３４の雌ねじ３７に螺合するねじが形成されたリングナット３６により、キャビティ６の肩部３５と液密に接触するように軸線方向にセットされている。

以下により明らかとなるように、アンカー１７が関連付けられているブッシュ４１は、弁体７のフランジ３３と共に一体として製作された軸線方向のステム３８から形成される案内要素によって軸線方向に案内されている。このステム３８は、フランジ３３自体から片持ち梁のように、孔９とは反対側に、すなわちキャビティ２２の側に延びている。ステム３８は円柱状の側面３９を有していて、ブッシュ４１の軸線方向のスライドを案内している。より詳しくは、ブッシュ４１は、円筒状の内側表面４０を有しており、例えば４マイクロメータより小さい直径方向の遊びで実質的に液密に、あるいは環状の密封要素が介装されて、ステム３８の側面３９に嵌装されている。

制御チャンバ２６はまた、絞りあるいは概ね１５０〜３００マイクロメータの直径に較正された延伸部分５３を具備した燃料出口流路４２ａを有している。この出口流路４２ａは、フランジ３３およびステム３８の内部に形成された排出流路４２と連通している。この排出流路４２は、較正された延伸部分５３より直径の大きい出口のない軸線方向延伸部分４３と、軸線方向の延伸部分４３と連通する少なくとも一つの実質的に半径方向の延伸部分４４とを有している。有利には、ステム３８の側面３９の溝によって形成された環状チャンバ４６内に終端する、一定の角度距離に設定された二つ以上の半径方向の延伸部分４４を想定することができる。図１においては、軸線３に対して傾斜してアンカー１７に向かう２つの延伸部分４４が設けられている。

環状チャンバ４６は、フランジ３３に隣接した軸線方向位置に設けられており、かつブッシュ４１の端部によって開閉される。このブッシュ４１の端部は、環状チャンバ４６したがって排出流路４２の半径方向の延伸部分４４のための開閉要素４７を形成する。この開閉要素４７は、サーボ弁５を閉じるために対応する移動止めと協働する。より詳しくは、開閉要素４７は、下方に拡がる円錐台形状（図２）の内側表面を具備する延伸部分４５で終端するとともに、フランジ３３とステム３８との間に設けられている円錐台形状の接続部４９に衝突して停止するように構成されている。

有利には、接続部４９は、環状溝５０によって分離された、実質的に直角三角形断面の円錐台状に形付けられた２つの表面部分４９ａ、４９ｂを有している。開閉要素４７の円錐台形状の表面４５は、円錐台形状の表面部分４９ａと液密に係合して閉鎖位置に停止する。これらの表面４５、４９ａ間の摩耗により、ある程度の時間の後、開閉要素４７を閉鎖位置とするにはより接続部４９に向かうより大きなストロークが必要となるが、環状溝５０の円柱状の延伸部分の直径に等しい密封表面の最大直径を常に定めている。

アンカー１７は、磁性体から製作されるとともに、別個の部品によって構成されて、すなわちブッシュ４１とは分離されている。アンカー１７は、平坦な底面５７を具備した中央部分５６と、外側に向かってテーパ状の断面を具備した切込み付の環状部分５８とを有している。この中央部分５６は軸線方向孔５９を具備しており、それによってアンカー１７はある程度の半径方向遊びでブッシュ４１の軸線方向部分に沿って係合し、サーボ弁５を開口させるようにばね２３に抗しつつ開閉要素４７に作用する。

本発明によると、ブッシュ４１の軸線方向部分は、アンカー１７の表面５７と係合するように構成された突出部を具備していて、アンカー１７の軸線方向のストロークが開閉要素４７のストロークより大きくなるようにしている。図１〜図３の実施形態において、ブッシュ４１の軸線方向部分は、ブッシュ４１のフランジ６０上に作られた首部６１によって形成されている。この首部６１は、ブッシュ４１したがってフランジ６０より小さい直径を有している。

フランジ２４は、アンカー１７のうち表面５７とは反対側の表面１７ａと係合するように構成された平面６５を具備している。ブッシュ４１の突出部は、首部６１とフランジ６０との間に形成された肩部６２によって構成されており、かつフランジ２４の表面６５と共にアンカー１７のための収納部Ａを作り出すように設定されていて、アンカー１７とブッシュ４１との間の軸線方向の相対変位を可能にするべく、予め設定された軸線方向のクリアランスＧ（図３）が作り出されるようになっている。

加えて、中間体１２ａは、ブッシュ４１との接続のための軸線方向に延びる軸部６３を有しているが、この軸部６３はフランジ２４と共に一体に製作されるとともに、ブッシュ４１の対応する座４０ａ（図２）に堅固に取り付けられている。有利には、座４０ａは、ブッシュ４１の内側表面４０よりわずかに大きい直径を有する。このようにして、ステム３８の表面３９との液密な接触をもたらすように研削される表面４０は、その全長が短くなって明らかに経済的に有利である。

接続のための軸部６３は、フランジ２４の平面６５からガイドピン１２と反対の側に軸線方向に延びている。ステム３８の表面３９とブッシュ４１の表面４０との間には、一般的にある程度の燃料の漏れがあるが、それはステム３８の端部と接続用の軸部６３との間の区画４８内に入り込む。区画４８内に漏れた燃料のキャビティ２２側への排出を可能とするために、中間体１２ａは軸線方向の孔６４を有している。

フランジ２４の表面６５とブッシュ４１の肩部６２との間の距離あるいは空間が、アンカー１７の収容部Ａを構成している（図３を参照）。フランジ２４の平面６５がブッシュ４１の首部６１の端面６６上に乗っているので、収容部Ａは一意的に定まる。ブッシュ４１は、肩部６２と開閉要素４７との間に、直径の小さい中間部６７を具備する外側表面６８を有していて、これによりブッシュ４１の慣性を減少させるようになっている。

薄板１３がコア１９の極性表面２０に固定されていると仮定すると、ブッシュ４１が中間体１２ａを介しつつばね２３によってサーボ弁５の閉鎖位置に保持されているとき、薄板１３と平面１７ａとの距離がアンカー１７のストロークあるいは揚程Ｃを構成する。これは収容部Ａ内におけるアンカー１７のクリアランスＧより常に大きい。したがってアンカー１７は、以下の説明においてより明らかとなるように、図１〜図３に示す位置においては、肩部６２に当接している。実際、薄板１３は非磁性体であるので、仮定とは異なる軸線方向位置を占有することがあり得る。

開閉要素４７の開放ストロークあるいは揚程Ｉは、アンカー１７の揚程ＣとクリアランスＧとの差に等しい。したがって、フランジ２４の表面６５は通常、開閉要素４７の揚程Ｉに等しい距離だけ薄板１３から下方に突出しており、それに沿ってアンカー１７はフランジ２４を上方に引き寄せる。これにより、アンカー１７は首部６１に沿ってクリアランスＧに等しいストロークを上回って移動することができ、アンカー１７の軸線方向孔５９は首部６１によって軸線方向に案内される。

図１〜図３のサーボ弁５の動作について以下に記載する。

電磁石１６が励磁されないときは、中間体１２ａ上に作用するばね２３により、開閉要素４７の円錐台状に形付けられたその表面４５が、接続部４９のうち円錐台状に形付けられた部分４９ａに当接して、サーボ弁５が閉じられる。以下に明らかとなるように、重力のためにおよび／またはそれ以前の閉鎖ストロークのために、アンカー１７は薄板１３から離れて肩部６２に当接しているものと仮定する。しかしながら、この仮定は、電磁石１６を励磁した時点におけるアンカー１７の軸線方向位置に関わらず、本発明のサーボ弁５の作動の有効性には影響を及ぼさない。

環状チャンバ４６内には燃料の圧力が生じているが、その値は噴射装置１における供給圧力に等しい。サーボ弁５の開放段階を実行するために電磁石１６を励磁すると、コア１９がアンカー１７を引き付けるが、その最初においては、フランジ２４の表面６５と接触するまでの、図３に示したクリアランスＧに等しい距離だけ負荷のない移動を実行することとなり、実質的にブッシュ４１の変位には影響を及ぼさない。次いで、アンカー１７への電磁石１６の作用が、フランジ２４および固定用軸部６３を介したばね２３の力を上回ると、ブッシュ４１をコア１９の方へ引き付けるので、開閉要素４７はサーボ弁５を開放する。したがって、この段階においては、アンカー１７とブッシュ４１とが一体となって移動し、アンカー１７に許容されている全体ストロークＣの一部Ｉをたどることになる。

電磁石１６の励磁を止めると、ばね２３は、中間体１２ａを介して、ブッシュ４１が図１〜図３の位置へとストロークＩだけ移動してサーボ弁５を閉鎖させる。この閉鎖ストロークＩの最初の間に、フランジ２４は、その表面６５によってアンカー１７を一緒に引っ張るので、ブッシュ４１したがって開閉要素４７と共に移動する。ストロークＩの終わりにおいては、開閉要素４７の円錐面４５が、弁体７の接続部４９の円錐台状に形付けられた表面部分４９ａに衝突する。

応力、小さい接触領域、および開閉要素４７と弁体７の硬度のタイプにより、衝突した後、開閉要素４７はばね２３の作用に打ち勝って跳ね返る。この衝突がかなりの量の燃料蒸気が存在する下で発生するため、この跳ね返りは促進される。一方、アンカー１７は弁体７に向かって移動し続け、収容部Ａに存在する、中央部分５６の平面５７とフランジ６０の肩部６２との間のクリアランスＧを回収する。

最初の衝突が発生した時点において、開閉要素４７はその運動方向を反転させてアンカー１７に向かって動き始め、最初の跳ね返りを実行する。ばね２３は、ソレノイド弁の閉鎖位置に向かって再びブッシュ４１を押圧する。これにより、第２の衝突および跳ね返りが発生し、図９に破線で示されているように、その振幅が減少する一連の跳ね返りが発生する。

最初の衝突からある程度の時間の後、ブッシュ４１の肩部６２に対する中央部分５６の平面５７の衝突が発生する。この衝突の結果、およびストロークＩより大きいストロークＣによるアンカー１７のより大きな運動量のため、またアンカー１７の軸線３の方向のより大きな流体抵抗のため、ブッシュ４１の跳ね返りは著しく減少しあるいは消滅する。

有利には、図９内に点Ｐで表されているブッシュ４１に対するアンカー１７の衝突が電磁石１６の通電遮断の直後における振幅が最も大きい最初の跳ね返りの間に発生するように、アンカー１７およびブッシュ４１の重量、アンカー１７のストロークＣ、および開閉要素４７のストロークＩが寸法決めされる。この場合、肩部６２に対するアンカー１７の衝突が最初の跳ね返りを阻止するので、さらなる跳ね返りはより小さい振幅となる。

最初の跳ね返りの間に衝突Ｐを生じさせるために、アンカー１７の重量がブッシュ４１の重量と実質的に等しい場合には、開閉要素４７のストロークＩを１２〜３０マイクロメートル、クリアランスＧを６〜３０マイクロメートル、ストロークＣを１８〜６０マイクロメートルとすることができる。したがって、アンカー１７の揚程Ｃと開閉要素４７のストロークＩとの間の比率Ｃ／Ｉを１．５〜２とし、かつ揚程ＩとクリアランスＧとの間の比率Ｉ／Ｇを０．４〜５とすることができる。図示を明瞭にするために、図におけるストロークＩ、ＧおよびＣは、定義された値の範囲のようには比例していない。

図９および図１０は、図１〜図３のサーボ弁５の作動の線図を公知技術のソレノイド弁の作動と比較して示している。図９において時間ｔの関数として実線で示されているものは、アンカー１７から分離されている開閉要素４７の弁体７に対する変位である。アンカー１７およびブッシュ４１の両方が２ｇ程度の重量でそれぞれ製作されている。縦座標の軸Ｙ上に示されている値「Ｉ」は、開閉要素４７の許容されている最大ストロークＩを表している。公知技術の開閉要素の移動は破線で示されているが、そのような要素におけるアンカーはブッシュに固定され、あるいはブッシュと共に一体として製作され、その総重量は４ｇの範囲内にある。２つの線図は、開閉要素４７の有効変位を示すことによって得られている。２つの線図から明らかなことは、主としてアンカー１７がブッシュ４１から分離しているという事実により、公知技術の開閉要素の開放動作に比較して、本発明の開閉要素４７の開放動作がより迅速な反応で生じるということである。

閉鎖運動の最後に、公知技術の開閉要素はその振幅が減少する一連の跳ね返りを実行し、その最初の跳ね返りの振幅は明らかに無視できないものとなっている。これに対して、本発明の開閉要素４７においては、衝突Ｐのために、最初の跳ね返りの振幅は公知技術の場合のそれのほぼ１／３に減少している。また、その後の跳ね返りはより急速に減衰する。

図９の縦座標の軸Ｙ上における値「Ｃ」は、アンカー１７に許容されている最大ストロークに等しい。図９に一点鎖線で示されているものはアンカー１７の変位であり、開閉要素４７のストロークＩに加えて、アンカー１７とフランジ２４と間のクリアランスＧに等しいオーバーストロークを実行する。アンカー１７の閉鎖ストロークＣの終わりに向かう、点Ｐで表される時点において、アンカー１７がブッシュ４１の肩部６２に衝突すると、これが最初の跳ね返りを実行し、ブッシュ４１はアンカー１７によって閉鎖位置に向かって押動される。この衝突の時点から先においては、アンカー１７は肩部６２に接触したままとなり、ブッシュ４１と共に感知できない程度に振動する。

図９の線図は図１０に極めて大きい尺度で示されているが、実質的に最初の跳ね返りが生じた部分から始まっている。その結果として明らかなことは、アンカー１７が肩部６２に衝突した後に、実質的に環状チャンバ４６の再開放なしにブッシュ４１が実際にアンカー１７と共に振動し、これによって制御チャンバ２６が突然空洞化することを防止しているということである。このようにして、制御チャンバ２６内の圧力について予想される変動の勾配のあらゆる変化、したがって噴霧器のニードルの閉鎖の如何なる遅延も減少しあるいは除去される。

一般に、開閉要素４７のストロークＩを同一としつつ、アンカー１７とフランジ２４との間のクリアランスＧをより大きくすると、ブッシュ４１の移動に対するその移動の遅れがより大きくなるため、図１０の一点鎖線は右側に変位する。開閉要素４７の最初の跳ね返りの程度は、開閉要素４７が再開放のために移動する間において衝突の点Ｐが発生するまで、より大きくなる。しかしながら、より大きな運動量により、アンカー１７の速度がより大きくなると、この衝突は跳ね返り段階おけるブッシュ４１の運動エネルギーを無効とするのでブッシュ４１は実質的に全く跳ね返りなしにあるいは開閉要素４７の無視できる振幅のいくつかの跳ね返りと共に閉鎖位置に向かってより低い速度で戻ることができる。

一方、アンカー１７とフランジ２４の間のクリアランスＧがより小さい場合には、開閉要素４７の最初の跳ね返りにおいて、肩部６２は直ちにアンカー１７に遭遇する。したがって、アンカー１７は一緒に引っ張られ、その動きを逆転させてばね２３に対する反力を及ぼすことができる。この場合、最初の跳ね返りに続く一連の跳ね返りは、一時的により長くなり得る。しかしながら、これらの引き続く跳ね返りは大幅に減衰されるので、すなわちその度合いが小さくなるので、それらは制御チャンバ２６内の圧力の減少をもたらすことはできない。したがって、制御チャンバ２６内の燃料圧力が変則的に再形成されることはない。最後に、重力の結果として、アンカー１７は肩部６２に接触したままとなる。

好ましくは、開閉要素４７が最初の跳ね返りの後でサーボ弁５を再び閉鎖する時点、すなわち図１１の線図に示したように点Ｐが最初の跳ね返りの終わりに一致する時点において、アンカー１７の肩部６２との衝突が正確に生じるように、アンカー１７および開閉要素４７のストロークを選択することができる。この目的のために、上述した図１〜図３の噴射装置の場合に、開閉要素４７の密封直径が約２．５ｍｍ、ばね２３の予荷重が約５０Ｎでかつその剛性が約３５Ｎ／ｍｍ、アンカー１７およびブッシュ４１の総重量が約２ｇであるとすると、開閉要素４７の揚程Ｉを１８〜２２マイクロメートル、クリアランスＧを約１０マイクロメートル、ストロークＣを２８〜３２マイクロメートルとすることができる。その結果、アンカー１７の揚程Ｃと開閉要素４７の揚程Ｉの比率Ｃ／Ｉは１．４５〜１．５５となり、かつ揚程ＩとクリアランスＧの比率Ｉ／Ｇは１．８〜２．２となる。

本発明の主な利点は、既に静止している肩部６２に対してアンカー１７がより小さい振幅の一連の跳ね返りをさらに実行するものの、接続部４９の拘束表面４９ａ上における開閉要素４７の引き続く跳ね返りが実際に回避されることにある。これらの跳ね返りは、制御チャンバ２６内の圧力の進展、すなわちサーボ弁５の閉鎖およびこの閉鎖の時点の精度に対していかなる影響も及ぼさないことに加えて、嵌合および相対スライド表面を摩耗させることに整合しない。その結果、このサーボ弁５は長期間にわたって高い作動安定性を示し、それは開閉要素４７および表面４９ａが摩耗した場合にも低下しない。加えて、アンカー１７の表面５７の衝突が一時的に静止している肩部６２に対して生じるので、この衝突における２つの表面間の相対速度は減少する。この解決策の追加の利点は、肩部６２上への表面５７の衝突の機械的な影響が減少するので、噴射装置の寿命が増加するという事実にある。

図４〜図８の実施形態においては、図１〜図３の実施形態の部分と同じ部分を同じ参照符号で示して更には説明しない。図９〜図１１のサーボ弁の作動線図は、図１〜図３に示した実施形態について得られたものである。しかしながら、それらは他の実施形態の作動原理の定性的な説明にもよく当てはまる。

図４および図５の実施形態においては、特に噴射装置１に低い圧力が供給されているときに開閉要素４７を開放させるための時間を減少させるべく、アンカー１７の中央部分５６の表面５７と弁体７のフランジ３３の上面の凹部５１との間に圧縮コイルばね５２が介装されている。圧縮コイルばね５２は、ばね２３が及ぼす力よりも大幅に低い力を及ぼすが、図４および図５に示したようにアンカー１７の表面１７ａをフランジ２４の表面６５に接触させたまま保持するのには十分な予荷重が負荷されている。

図９および図１０に示したように、最初の跳ね返りの間にアンカー１７が肩部６２に衝突する作動を得るために、開閉要素４７のストロークが１２〜３０マイクロメートルとすると、この実施形態においては、ストロークＣ＝Ｉ＋Ｇが２２〜６０マイクロメートル、比率Ｃ／Ｉが１．８３〜２、かつ比率Ｉ／Ｇが１〜１．２となるように、アンカー１７のクリアランスＧは１０〜３０マイクロメートルに選択することができる。この実施形態においては、電磁石１６を励磁すると、アンカー１７は、一方ではコア１９に向かってより短い距離をたどるが、他方では直ちにブッシュ４１を引き付ける。したがって、開閉要素４７のより速い開放、すなわち対応する命令に対する開閉要素４７の迅速な反応が得られる。

図１１に示したように、最初の跳ね返りの終わりにアンカー１７が肩部６２に衝突する作動を得るために、開閉要素４７のストロークを１８〜２２マイクロメートルとし、アンカー１７のクリアランスＧはほぼ１０マイクロメートルとすることができる。その結果、このケースにおいても、ストロークＣ＝Ｉ＋Ｇは２８〜３２マイクロメートル、比率Ｃ／Ｉは１．４５〜１．５５、かつ比率Ｉ／Ｇは１．８〜２．２となる。図示の明瞭さのために、図１〜図７内おけるストロークＩ、ＧおよびＣは、上述した値の範囲のようには比例していない。

図６および図７の実施形態において、ブッシュ４１とアンカー１７との間の係合手段は、ブッシュ４１と共に一体に製作されたリムあるいは環状フランジ７４によって表されている。より詳しくは、リム７４は、アンカー１７の平面１７ａの環状凹部７７によって形成されている肩部７６と係合するように構成された平面７５を有している。

アンカー１７の中央部分５６は、ブッシュ４１のうちリム７４に隣接する軸方向部分８２上でスライド可能となっている。加えて、リム７４は、ブッシュ４１のうちフランジ２４の表面６５と接触している端面８０に隣接している。明らかに、環状の凹部７７はリム７４の厚さより大きな深さを有していて、電磁石１６のコア１９に向かうアンカー１７の全ストロークを可能としている。アンカー１７の肩部７６は、通常は、圧縮ばね５２によってリム７４の平面７５と接触するように保たれている。

図８の実施形態においては、弁体７のフランジ３３は円錐状の凹部８３を有しており、制御チャンバ２６のための出口流路４２ａの較正部分５３がそこに終端している。このサーボ弁において、開閉要素は、案内板８６を介してステム８５によって制御されるボール８４から構成されている。ステム８５は、スリーブ８８内でスライド自在な部分８７を有し、スリーブ８８は、軸線方向孔９０を有するフランジ８９と共に一体として製作されている。フランジ８９は、ねじが形成されたリングナット９１によって弁体７のフランジ３３に固定されている。この孔９０の目的は、制御チャンバ２６からキャビティ２２に向けて燃料を排出することにある。さらにステム８５は、その上でアンカー１７がスライドできる小径部分９２を有している。

このアンカー１７は、通常、ばね９３の作用により、ステム８５の溝９５内に挿入されたＣ字形リング９４に当接している。溝９５は、ステム８５の一部分９２を、ばね２３が作用するフランジ２４を有する端部１２ａおよびばね２３自体の端部を案内するピン１２から分離している。したがって、ばね２３は、フランジ２４およびステム８５を有する係合手段を介して開閉要素８４上に作用している。

アンカー１７の中央部分５６の表面５７と係合するように構成されている突出手段は、ステム８５の２つの部分８７と９２の間に設定された環状の肩部９７によって構成されている。肩部９７は、Ｃ字形リング９４の底面とともにアンカー１７の収容部Ａを画成するように設定されている。加えて、肩部９７は、アンカー１７の中央部分５６の表面５７と共にアンカー１７のためのクリアランスＧを形成している。

一方、アンカー１７の上面１７ａは、電磁石１６の極性表面２０上の薄板１３と共にステム８５したがって開閉要素８４のストロークＩを形成しているが、アンカー１７のストロークＣは、同様の図４および図５の実施形態において見たものと同様に、隙間ＧとストロークＩの和によって形成されている。最後に、ステムは、開閉要素８４のストロークＩより大きいストロークｈの後にプレート８６と係合するように構成された下部フランジ９８を有している。このフランジ９８は、Ｃ字形リング９４が溝９５から取り除かれた場合に、スリーブ８８のフランジ８９によってブロックされるように構成されている。

図８のサーボ弁５の作動は、図４および図５の実施形態と同様であるので、ここでは繰り返さない。開閉要素あるいはボール８４が閉鎖行程にあるときに、これはプレート８６およびステム８５と共に跳ね返る。次いで、アンカー１７がステム８５の肩部９７に衝突して、その跳ね返りを減衰させあるいは除去する。ストロークＩおよびＣとクリアランスＧの値は、図１１の線図にしたがって跳ね返りを減衰させるように選択することができる。

図８の噴射装置の特別なケースにおいては、外径が約１．３３ミリメートルの球形の開閉要素８４を有しており、密封直径が０．６５ミリメートルであり、アンカーの重量が約２ｇであり、ステム８５の重量が約３ｇであり、ばね２３の予荷重が８０Ｎでかつその剛性が５０Ｎ／ｍｍであり、開閉要素８４のストロークＩが３０〜４５マイクロメートルであり、図１１の線図にしたがった作動を得ることができる。ここでクリアランスＧが約１０マイクロメートルに等しいとすると、４０〜５５マイクロメートルのストロークＣが得られ、比率Ｃ／Ｉを１．２〜１．３とし、かつ比率Ｉ／Ｇを３〜４．５とすることができる。また、図８の場合も、図示の明瞭さのためにストロークＩ、ＧおよびＣは定められた値の範囲に比例していない。

以上の説明から、公知技術の噴射装置と比較したときの本発明の噴射装置１の利点は明白である。第１に、アンカー１７は、開閉要素すなわちガイドブッシュ４１（図１〜図７）あるいはガイドステム８５（図８）から分離しており、かつ開閉要素４７および８４と関わりなく移動することができて、閉鎖行程の終わりにおける開閉要素の跳ね返りの減少または除去を可能とする。このようにして、予想されるものより大幅に多い容積の燃料を噴射して空燃比を変更させることが回避され、したがって、エンジンの排気ガスによる環境汚染を減少させるという問題はもはや存在しない。

より詳しくは、本発明によると、ブッシュ４１あるいはステム８５に対するアンカー１７の衝突が最初の跳ね返りの終わりに生じるようにアンカー１７および開閉要素のストロークが設定される場合には、対応する表面のいかなる摩耗も減少し、最初の跳ね返りに続く一連の跳ね返りが取り除かれ、噴射装置の寿命および噴射装置の作動時間にわたる安定性の両方が増加する。

本発明の範囲内において他の変更および改良を噴射装置１になし得ることは明らかである。例えば、図１〜図５の実施形態において、ブッシュ４１のフランジ６０は取り除くことができる。収容部Ａにおけるアンカープレート１７間のクリアランスＧを調整するために、アンカープレート１７自体と同軸な、例えば５マイクロメートルの等級の適切なモジュール厚みの少なくとも一つのディスク形スペーサを挿入することができる。

図６および図７の実施形態において、保持リング７８は、着脱自在な方法による取り付けに代えて、ブッシュ４１上に溶接することもできる。加えて、この実施形態においては、図１〜図３の実施形態の場合のようにアンカープレート１７がふるまうように、圧縮コイルばね５２を取り除くことができる。薄板１３は、フランジ２４の外径より小さく、かつアンカープレート１７の内径に等しい限界の内径とすることができる。この場合、薄板１３は収容部Ａ内に拘束されたままとなり、その結果として半径方向に変位することができない。この場合、収容部Ａの軸線方向の長さを薄板１３自体の厚さによって増加させることができることは明らかである

加えて、ステム３８と図１〜図７の弁体７のフランジ３３との間の接続部４９は溝５０なしとすることができるし、開閉要素４７の円錐台４５のように形付けられた表面は尖った縁部で置き換えることができる。最後に、図８の実施形態における肩部９７は、図６および図７の実施形態のリング８１と同様なリングに置き換えることができる。

１ 燃料噴射装置
２ ケーシング
３ 軸線
４ 吸入口
５ サーボ弁
６ キャビティ
７ 弁体
１０ ロッド
１２ａ 中間体
１５ アクチュエータ
１６ 電磁石
１７ アンカー
２１ 支持部材
２２ キャビティ
２３ ばね
２４ フランジ
２６ 制御チャンバ
３０ 環状チャンバ
３２ 流路
３３ フランジ
３８ ステム
４１ ブッシュ
４２ 排出流路
４６ 環状チャンバ
４７ 開閉要素
６０ フランジ
６１ 首部
６２ 肩部
６３ 軸部
６４ 孔
６５ 平面
６６ 端面
７４ リム
７７ 環状凹部
７８ リング
７９ 環状溝
８４ 開閉要素
８５ ステム
９２ 案内要素

Claims (21)

1. 作動安定性の高い内燃機関用燃料噴射装置（１）において、
   燃料入口（２９）と燃料出口（４２ａ）とを有する制御チャンバ（２６）であって前記内燃機関内の燃料噴射を制御するよう構成されたロッド（１０）を制御するために燃料が供給される制御チャンバ（２６）を含む、計量サーボ弁（５）と、
   軸線方向のストローク（Ｉ）で移動するように構成されるとともに、付勢要素（２３）の動作によって、対応する弁座（４９、８３）と協働して前記制御チャンバ（２６）の前記燃料出口（４２ａ）を閉鎖するように構成された開閉要素（４７、８４）と、
   前記制御チャンバ（２６）の前記燃料出口（４２ａ）を開放するために、アーマチュア（１７）を介して前記付勢要素（２３）の動作に抗して前記開閉要素（４７、８４）を作動させるよう動作可能な電動アクチュエータ（１５）とを備え、
   前記アーマチュア（１７）は、前記開閉要素（４７、８４）から分離されるとともに、前記開閉要素（４７、８４）の前記軸線方向のストローク（Ｉ）より大きい軸線方向のストローク（Ｃ）で移動するように構成され、
   前記アーマチュア（１７）および前記開閉要素（４７、８４）の重量と、前記アーマチュア（１７）および前記開閉要素（４７、８４）の前記ストローク（Ｃ、Ｉ）の長さとは、前記制御チャンバ（２６）の前記燃料出口（４２ａ）が閉鎖したとき、前記電動アクチュエータ（１５）の通電を遮断した後に前記開閉要素（４７、８４）が前記弁座（４９、８３）から離れる最初の跳ね返りの間に、前記アーマチュア（１７）が前記開閉要素（４７、８４）に衝突し、これにより前記開閉要素（４７、８４）の跳ね返りに対抗するように、設定されていることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 前記アーマチュア（１７）および前記開閉要素（４７、８４）の前記ストローク（Ｃ、Ｉ）の長さは、前記開閉要素（４７、８４）が前記弁座（４９、８３）から離れる前記最初の跳ね返りの後で前記開閉要素が前記計量サーボ弁（５）を再び閉鎖するとき、前記アーマチュア（１７）が前記開閉要素（４７、８４）に衝突するように設定されている、請求項１に記載の燃料噴射装置。
3. 前記アーマチュア（１７）の前記軸線方向のストローク（Ｃ）は、１８〜６０マイクロメートルであり、
   前記アーマチュア（１７）の前記軸線方向のストローク（Ｃ）と、前記開閉要素（４７、８４）の前記軸線方向のストローク（Ｉ）との間の比率（Ｃ／Ｉ）が１．５〜２であり、
   前記開閉要素（４７、８４）の前記軸線方向のストローク（Ｉ）と、前記開閉要素（４７、８４）および前記アーマチュア（１７）の間のクリアランス（Ｇ）との間の比率（Ｉ／Ｇ）が０．４〜５である、請求項１に記載の燃料噴射装置。
4. 前記アーマチュア（１７）の前記軸線方向のストローク（Ｃ）と、前記開閉要素（４７、８４）の前記軸線方向のストローク（Ｉ）との間の比率（Ｃ／Ｉ）が１．４５〜１．５５であり、
   前記開閉要素（４７、８４）の前記軸線方向のストローク（Ｉ）と、前記開閉要素（４７、８４）および前記アーマチュア（１７）の間のクリアランス（Ｇ）との間の比率（Ｉ／Ｇ）が１．８〜２．２である、請求項２に記載の燃料噴射装置。
5. 前記アーマチュア（１７）は、案内要素（６１、８２、９２）により軸線方向に案内され、
   前記付勢要素（２３）は、係合手段（２４、７４、９４）を介して前記開閉要素（４７、８４）に対して作用するように構成され、
   前記アーマチュア（１７）は、前記案内要素（６１、８２、９２）に保持されている突出手段（６２；７８、８１；９７）に対して軸線方向に係合するように構成された平面（５７）を有し、この突出手段により、前記アーマチュア（１７）の軸線方向の収容部（Ａ）が形成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
6. 前記案内要素は、前記開閉要素（４７）と共に一体として製作されたブッシュ（４１）により形成され、
   前記付勢要素（２３）は、前記開閉要素（４７）をバルブ閉鎖位置にするために中間体（１２ａ）を介して前記ブッシュ（４１）に対して作用するように構成されている、請求項５に記載の燃料噴射装置。
7. 前記計量サーボ弁（５）は、前記ブッシュ（４１）を案内するように構成された軸線方向ステム（３８）を具備した弁体（７）を有し、
   前記制御チャンバ（２６）の前記燃料出口（４２ａ）は、前記軸線方向ステム（３８）によって保持された排出流路（４２）を有し、
   前記排出流路（４２）は、前記ステム（３８）の側面（３９）上に終端する少なくとも一つの実質的に半径方向に延びる延伸部分（４４）を有し、
   前記ブッシュ（４１）は、前記延伸部分（４４）を閉鎖する位置と前記延伸部分（４４）を開放する位置との間でスライド可能である、請求項６に記載の燃料噴射装置。
8. 前記突出手段（６２；７８、８１）は、前記電動アクチュエータ（１５）が作動されたときに前記アーマチュア（１７）が前記開閉要素（４７）を開放位置にするように、前記ブッシュ（４１）によって所定位置に保持されている、請求項７に記載の燃料噴射装置。
9. 前記アーマチュア（１７）は、前記突出手段（６２；７８、８１）と軸線方向に係合するように構成された前記平面（５７）を具備する中央部分（５６）を有し、
   前記ブッシュ（４１）の端面（６６、８０）は、前記中間体（１２ａ）の平面（６５）と接触している、請求項８に記載の燃料噴射装置。
10. 前記係合手段は、前記中間体（１２ａ）のフランジ（２４）から形成され、
    前記ブッシュ（４１）は、前記中間体（１２ａ）に堅固に連結されている、請求項８または９に記載の燃料噴射装置。
11. 前記突出手段（６２；７８；８１）は、前記ブッシュ（４１）の首部（６１）に形成された環状の肩部（６２）を有し、
    前記アーマチュア（１７）の前記中央部分（５６）は、前記首部（６１）上をスライド可能であり、
    前記フランジ（２４）は、前記アーマチュア（１７）の前記軸線方向のストローク（Ｉ）を定めるように構成された平面（６５）を有する、請求項１０に記載の燃料噴射装置。
12. 前記アーマチュア（１７）のうち前記平面（５７）とは反対側の他の表面（１７ａ）は、前記フランジ（２４）の前記平面（６５）と係合するように構成され、
    前記首部（６１）の端面（６６）は、前記フランジ（２４）の前記平面（６５）に接触している、請求項１１に記載の燃料噴射装置。
13. 前記係合手段は、前記ブッシュ（４１）の環状リム（７４）から形成され、
    前記中間体（１２ａ）は、前記ブッシュ（４１）に連結された軸部（６３）を有するフランジ（２４）を有し、
    前記端面は、前記ブッシュ（４１）の端面（８０）から形成されている、請求項８または９に記載の燃料噴射装置。
14. 前記環状リム（７４）は、前記ブッシュ（４１）の前記端面（８０）に隣接し、
    前記アーマチュア（１７）の前記他の表面（１７ａ）側に、前記環状リム（７４）の厚みより大きな深さの環状凹部（７７）が設けられている、請求項１３に記載の燃料噴射装置。
15. 前記ブッシュ（４１）は、前記ブッシュ（４１）の軸線方向部分（８２）に隣接する環状溝（７９）を有し、この環状溝（７９）は、前記アーマチュア（１７）と係合するための前記突出手段（７８、８１）に含まれるリング（７８）を収納するように構成されている、請求項１４に記載の燃料噴射装置。
16. 前記リング（７８）は、前記開閉要素（４７、８４）の前記軸線方向のストローク（Ｉ）を調整可能とするために、モジュール厚みを有している、請求項１５に記載の燃料噴射装置。
17. 前記リング（７８）は、前記開閉要素（４７、８４）の前記軸線方向のストローク（Ｉ）を調整可能とするために、少なくとも一つのモジュール厚みのスペーサ（８１）を支持するように構成されている、請求項１６に記載の燃料噴射装置。
18. 前記中間体（１２ａ）は、前記制御チャンバ（２６）からの燃料を排出するために、前記ブッシュ（４１）と前記中間体（１２ａ）との間の区画（４８）をキャビティ（２２）に連通させるように構成された孔（６４）を有する、請求項１０乃至１７のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
19. 前記アーマチュア（１７）の重量は、前記ブッシュ（４１）の重量と実質的に等しい、請求項６乃至１８のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
20. 前記開閉要素は、ボール（８４）から形成され、
    前記案内要素は、前記ボール（８４）を制御するように構成されたステム（８５）から形成され、
    前記付勢要素（２３）は、前記開閉要素（８４）をバルブ閉鎖位置にするために中間体（１２ａ）を介して前記ステム（８５）上に作用するように構成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。
21. 前記アーマチュア（１７）と前記弁体（７）との間に弾性要素（５２）が配置され、前記付勢要素（２３）の作用が前記弾性要素（５２）の作用に加わり、
    前記弾性要素（５２）には、前記アーマチュア（１７）を前記係合手段（２４、７４、９４）に接触した状態に保持するための予荷重が与えられている、請求項５乃至１９のいずれか一項に記載の燃料噴射装置。

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