JP5143791B2 - 内燃機関に設けられる、バランスのとれた計測サーボバルブを有する燃料噴射器 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に設けられる、バランスのとれた計測サーボバルブを有し、噴射の制御を行う制御ロッドをサーボバルブが制御するような燃料噴射器に関する。

一般的に、噴射器に設けられる、計測を行うサーボバルブは、圧力下で燃料の吸入を行うための較正された穴を有する制御チャンバーを備えている。制御チャンバーには、較正された領域を有する排出口すなわち排出穴が設けられている。この較正された領域は、電子アクチュエータの制御により軸方向に移動するような開閉部材により開閉が行われるようになっている。とりわけ、排出穴は、バネの作用によって開閉部材により閉じた状態が維持される。このバネは、電磁石の電機子に力を作用するようになっている。バネの力に打ち勝って電磁石により電機子が駆動されたときに、排出穴は開くこととなる。

排出穴が閉じている限り、制御チャンバー内の燃料の圧力は、ロッドを介して、燃料用のノズルの先端または噴射機構を閉じた位置に維持する。排出穴が開いたときに、制御チャンバー内の燃料の圧力が減少し、噴射機構を開いて制御チャンバー内のロッドを移動させるために、通常の噴射チャンバー内の圧力が先端部を移動させる。

公知の噴射器では、噴射機構の先端部が閉じている間、先端部の移動が停止したときに、閉じた直後に噴射機構を再び開かせるような跳ね返り（ｒｅｂｏｕｎｄ）が生じる。このことにより、制御チャンバーの容量の増加率が変わってしまい、このため対応する圧力が変わってしまい、または容量の一時的な減少さえも起こしてしまう。さらに、サーボバルブの開閉部材は、制御チャンバーの排出のための穴を閉じる間に跳ね返りを起こしてしまい、このことによりチャンバーが再び開いてこのため圧力が一時的に低下し、このため対応する容量の低下を起こしてしまい、このため噴射機構の再び開く度合いが大きくなってしまう。

前述の跳ね返りによって、噴射機構および／または制御チャンバーの排出穴が再び開いてしまうことにより、噴射を制御する一般の電子制御回路により予想される量よりも、燃料の噴射量が大きくなってしまう。跳ね返りを起こすような多くの要因により、導入される過度の量の燃料は予想できず、電子制御回路によって、例えば電磁石の励起時における修正因子を導入することによっても、このことを補償することはできない。このため、とりわけエンジンのアイドリングの間、過度の燃料により空気／燃料比の変化が生じてしまい、適正な値から変わってしまう。このことにより、排出時に、過度の汚染物が大気に排出されてしまう。

バランスのとれたタイプの計測サーボバルブを備えた噴射器であって、閉止位置にある開閉部材に対して軸方向に実質的に圧力の作用がかからず、このためバネの先行負荷や電気アクチュエータの力を減少させることができるような噴射器が知られている。このような公知のバランスのとれた計測サーボバルブにおいて、バルブ本体は軸ステムを備えており、この軸ステムには制御チャンバーの排出ダクトが設けられており、軸ステムは、電磁石の電機子を軸方向に案内するよう構成されている。開閉部材は、軸ステムに流体密封状態で係合するような軸受筒により形成される。この軸ステムは、電機子に固定されている。

制御チャンバーの排出ダクトは、軸方向ストレッチ部と、少なくとも１つの半径方向ストレッチ部とを備えており、これらのストレッチ部は軸ステムの側面に流体を送るようになっている。電機子は概してプレート形状または刻み目のあるディスク形状となっており、この電機子は軸受筒に一体成形されている。電気アクチュエータの移動部材は重量が大きく、このため、非常に小さな反応により、閉じる間に大きな跳ね返りを起こすようになっている。

さらに、軸受筒は軸ステムの側面のシールを形成しなければならず、開閉部材は、停止部材と係合することによって排出ダクトを閉じなければならない。軸受筒は、非常に精度良く機械加工されなければならず、非常に硬い重要な材料から形成されなければならない。このため、全体の軸受筒−電機子プレートの組合せ体は、重要な材料から製造しなければならず、このため、一方では、このような材料の削りくずは大量にあり、他方では、この組合せ体の機械加工は非常に困難であり費用がかかる。

このサーボバルブでは、開閉部材の移動範囲はわずかに数ミクロンの大きさであるが、この開閉部材にかかる力および加速度により、閉じる間の開閉部材の跳ね返りが必ず生じてしまう。このため、部品の顕著な硬さや、１０−２０μｍの幅のリングに沿って接触するような小さな表面は、このような跳ね返りを起こしがちであり、このことにより、再び開く動作を起こし、このため制御チャンバーの容量を空にしてしまう。

本発明の目的は、内燃機関に設けられる、バランスのとれたサーボバルブを有し、サーボバルブが、得られるべきサーボバルブの高い反応性を可能とし、上述のような問題を解決することのできるような、燃料噴射器に関する。

本発明の目的は、請求項１に開示される、内燃機関に設けられる、バランスのとれた計測サーボバルブを有する燃料噴射器により達成される。

本発明をより理解するために、単なる非制限的な例として、以下に示す添付図面を参照しながら、いくつかの好ましい実施の形態について以下に述べる。

本発明の第１の実施の形態による、内燃機関に設けられる、バランスのとれたサーボバルブを有する燃料噴射器の部分断面図である。 図１の詳細を拡大して示す図である。 図２の一部をさらに拡大して示す図である。 本発明の他の実施の形態による、図２の詳細の断面図である。 図４の一部をさらに拡大して示す図である。 本発明の更に他の実施の形態による、図２の詳細の断面図である。 図６の一部をさらに拡大して示す図である。 本発明の噴射器の作用についての相対的に描画した図である。 本発明の噴射器の作用についての相対的に描画した図である。 本発明の噴射器の作用についての相対的に描画した図である。

図１において、内燃機関、とりわけディーゼル機関における燃料噴射器が全体として参照符号１で示される。噴射器１は、中空本体すなわちケーシング２を備えている。このケーシング２は、長手方向の軸３に沿って延びる。また、噴射器１は、側方の注入口４を有している。この注入口４は、高圧力、例えば約１８００バール（ｂａｒ）の圧力で燃料を搬送するためのダクトに接続するよう設けられている。ケーシング２の端部には、ノズルすなわち射出噴射機構（図面では表示されていない）が設けられており、この射出噴射機構はダクト４ａを介して注入口４に接続されている。

ケーシング２は、軸キャビティ６を有している。この軸キャビティ６には、計測サーボバルブ５が収容されている。計測サーボバルブ５は、軸穴９を有するバルブ本体７を備えている。圧力下で燃料の射出を制御する制御ロッド１０が、軸穴９内において流体密封状態で軸方向にスライドすることができるようになっている。ケーシング２にはキャビティ６と同軸の他のキャビティ１４が設けられており、このキャビティ１４は、電気アクチュエータ１５を収容している。電気アクチュエータ１５は、刻み目のある（ｎｏｔｃｈｅｄ）ディスク状の電機子（ａｒｍａｔｕｒｅ）プレート１７を制御するよう設けられた電磁石１６を備えている。とりわけ、電磁石１６は、軸３と直交する極性表面２０を有するような磁気コア１９を備えており、支持部２１によりその位置が固定されている。

電機アクチュエータ１５は、通常の燃料タンクに向かうサーボバルブ５の排出部に連通するような軸キャビティ２２を有している。キャビティ２２には、螺旋形の圧縮バネ２３により規定される弾性手段が収容されている。バネ２３は、電磁石１６が励起されたときにこの電磁石１６によりなされる誘引力とは反対の方向に電機子プレート１７を押圧するよう最初から組み込まれている。バネ２３は、全体として参照符号１２ａで示されるような中間本体を介して、電機子プレート１７に作用するようになっている。ここで、中間本体１２ａは、バネ２３の一端にあるガイドピン１２と一体成形されたフランジ２４により形成される係合手段を備えている。電機子プレート１７と磁気コア１９との間に一定の大きさの隙間を確保するために、電機子プレート１７の平らな上面１７ａと、磁気コア１９の極性表面２０との間には、非磁性の材料から形成された薄板１３が設けられている。

バルブ本体７は、射出されるべき燃料の計測を制御するための制御チャンバー２６を備えている。この制御チャンバー２６は、軸穴９の外側面により半径方向に範囲が定められている領域（ｖｏｌｕｍｅ）を有している。制御チャンバー２６の領域は、軸方向において、制御ロッド１０の端面２５および軸穴９自体の底壁２７によりにより範囲が定められている。圧力下で燃料を受けるために、制御チャンバー２６は、本体２内に形成されたダクト３２およびバルブ本体７内に形成された注入口ダクト２８を介して、注入口４に常に連通している。

ダクト２８には、較正されたストレッチ部（ｓｔｒｅｔｃｈ）２９が設けられている。このストレッチ部２９は、底壁２７の近傍にある制御チャンバー２６内に流体を送るようになっている。制御領域２６をできるだけ小さくするために、より有利には、制御ロッド１０の端面２５は円錐台のような形状となっている。バルブ本体７の外側において、注入口ダクト２８は環状のチャンバー３０内に流体を送るようになっており、この環状のチャンバー３０にはダクト３２も流体を送るようになっている。

バルブ本体７は、キャビティ６の一部３４に収容される、大きくなった直径を有するフランジ３３を更に備えている。フランジ３３は、軸方向においてキャビティ６の内側肩部３５に接触するよう、キャビティ６の一部３４の内側肩部３７にネジで締められるリングナット３６によって、流体密封状態で設けられている。

後に詳細に説明するが、電機子プレート１７には、軸ステム３８により形成される、バルブ本体７のフランジ３３と一体成形の案内部材により軸方向に案内される軸受筒（ｂｕｓｈｉｎｇ）４１が取り付けられている。軸ステム３８は、フランジ３３の直径よりも十分に小さい直径を有しており、この軸ステム３８は、フランジ自体３３から、軸穴９とは反対側の軸３に沿って、すなわちキャビティ２２に向かって、片持ち梁のように延びるようになっている。

軸ステム３８は、円筒形状の側面３９によって外側方向の範囲が定められている。この円筒形状の表面３９は、軸受筒４１の軸方向のスライドを案内するようになっている。とりわけ、軸受筒４１は円筒形状の内面４０を有している。この内面４０は、軸ステム３８の側面３９に実質的に流体密封状態で連結される、すなわち、例えば４μｍよりも小さいような適切な直径方向の遊びで連結される、または特定のシール部材が間に挟まれるようになっている。

制御チャンバー２６は、また、燃料の排出のための通路４２ａを有している。この通路４２ａは、制限されたまたは較正がなされたストレッチ部５３を有している。このストレッチ部５３は、概して、１５０μｍ〜３００μｍの範囲内の直径を有している。排出通路４２ａは、フランジ３３および軸ステム３８の内部に形成された排出ダクト４２と連通している。ダクト４２は、軸３に沿って形成された、軸方向の出口のない（ｂｌｉｎｄ）ストレッチ部４３を有している。このストレッチ部４３は、その一部がフランジ３３内にあり、またその一部が軸ステム３８内にある。軸方向のストレッチ部４３は、較正がなされたストレッチ部５３よりも大きな直径を有している。

ダクト４２は、また、軸のストレッチ部４３に連通するような、少なくとも１つの実質的に放射状のストレッチ部４４を有している。より有利には、２またはそれ以上の放射状のストレッチ部４４が環状に等間隔で設けられている。図１には、より有利には軸３に関して電機子プレート１７に向かって傾斜するような、２つの放射状のストレッチ部４４が示されている。放射状のストレッチ部４４は、環状のチャンバー４６に流体を送るようになっている。この環状のチャンバー４６は、軸ステム３８の側面３９の溝により形成されている。

環状のチャンバー４６は、フランジ３３に隣接する軸方向位置に形成されており、軸受筒４１の終端部により開閉が行われるようになっている。軸受筒４１は、環状のチャンバー４６用の、またダクト４２の放射状のストレッチ部４４用の、開閉部材４７を形成している。開閉部材４７の端部には、円錐台４５（図２）の形状の内面を有するストレッチ部が設けられている。この円錐台４５は、下方向に広がりを持つようになっており、また、この円錐台４５は、フランジ３３と軸ステム３８との間に設けられた円錐台形状の接続ストレッチ部４９と係合するよう構成されている。

とりわけ、円錐台形状のストレッチ部４９は、円錐台の表面４９ａ、４９ｂからなる２つの部分を有している。これらの２つの部分は、環状の溝５０により分離されている。環状の溝５０は、直角三角形のような断面を有している。開閉部材４７における円錐台形状の表面４５は、円錐台形状の表面４９ａの一部に流体密封状態で係合する。この表面４９ａにより、開閉部材４７における円錐台形状の表面４５は閉止位置で停止する。これらの表面４５および４９ａの間の箇所の摩耗により、開閉部材４７の閉止位置は、サーボバルブ５をある期間使用した後に、接続ストレッチ部４９に向かって軸受筒４１の移動が大きくなることを必要とする。

溝５０は、開閉部材４７の閉止のためのより大きな移動を可能とするような機能を有している。たいてい、環状の溝５０の円筒形状のストレッチ部の直径と同じ大きさのシール表面の最大直径が規定される。したがって、溝５０により、軸受筒４１の表面４５に作用するような圧力による不均一な力が、バネ２３により作用される力よりも小さいどんな場合でも、一定の範囲の大きさに含まれるようにすることが保証される。

磁性材料から形成される電機子プレート１７は、他の材料からなるものである、すなわち軸受筒４１から分離して設けられる。この電機子プレート１７は、平らな底面５７を有する中央部分５６と、刻み目のある環状の部分５８とを有している。環状の部分５８は、外側に向かってテーパ状となるような断面を有している。中央部分５６は、軸穴５９を有している。この軸穴５９により、電機子プレート１７は、軸受筒４１の軸方向部分に沿って、半径方向の遊びを有しながら、スライドすることができるようになっている。軸受筒４１の軸方向部分は、電機子プレート１７の一部５６の表面５７により係合されるような形状となっている突起部と隣接している。

図１乃至３に示すような実施の形態において、軸方向部分は、軸受筒４１のフランジ６０上に設けられた襟部６１により形成されている。襟部６１は、軸受筒４１やフランジ６０よりも直径が小さくなっている。軸受筒４１の突起部は、襟部６１とフランジ６０との間に形成される肩部６２から構成されている。肩部６２は、係合手段２４と電機子プレート１７との間に予め設定された大きさの軸方向の遊びＧ（図３）を形成するようセットされ、電機子プレート１７と軸受筒４１との間での軸方向の相対移動を可能とする。とりわけ、軸方向の遊びＧは、肩部６２と、電機子プレート１７の表面１７ａに係合するよう形成されたフランジ２４の表面６５との間に形成される。

さらに、中間本体１２ａは、軸受筒４１と係合するための構成要素を備えている。この構成要素は、フランジ２４と一体成形で設けられた他の接続ピン６３から形成される。図１乃至３に示すような実施の形態において、接続ピン６３は、対応する座部（ｓｅａｔ）４０ａ（図２）内で、ネジ接続、接着、溶接または圧力嵌めにより、軸受筒４１に固く固定される。図１乃至３に示すような実施の形態において、座部４０ａは、軸受筒４１の内表面４０の頂部により形成され、接続ピン６３はこの座部４０ａに圧力嵌めされる。

より有利には、座部４０ａは、ピンの表面３９と係合するような軸受筒４１の内表面４０の直径よりもわずかに大きな直径を有している。このようにして、より精密な研削が必要な表面４０、すなわち、軸ステム３８の表面３９の動的なシールを形成するような表面は、軸方向の長さが短くなり、明確な経済上の利益が得られる。

接続ピン６３は、バネ２３に設けられる案内ピン１２と同軸となっており、この接続ピン６３は、フランジ２４の底面６５から、案内ピン１２の延びる方向とは反対の方向において軸方向に延びている。軸ステム３８の表面３９と軸受筒４１の表面４０との間において、概して、燃料の漏れが発生し、この燃料は、軸ステム３９の端部と接続ピン６３との間の区画４８に入る。区画４８に漏出した燃料をキャビティ２２に向かって排出するために、より有利には、中間本体１２ａには軸穴６４が設けられている。

中間本体１２を適切に組み立てるために、フランジ２４の表面６５を、軸受筒４１の襟部６１の端面６６に押し付ける。実際には、このようにして、フランジ２４の表面６５と、電機子プレート１７のハウジングＡ（図３参照）を構成するような軸受筒４１の肩部６２との間に、独自の間隙すなわち空間が画定される。軸受筒４１は外表面６８を有しており、この外表面６８において、軸受筒４１の慣性を減少させるために、肩部６２と開閉部材４７との間の中間部分６７の直径が小さくなっている。

もし磁気コア１９の極性表面２０に薄板１３が固定されていると仮定した場合には、サーボバルブ５の閉止状態において、中間本体１２ａを介して軸受筒４１がバネ２３により保持されたときに、薄板１３からの平面１７ａの距離は、電機子プレート１７の移動範囲Ｃとなる。このため、電機子プレート１７は、図１乃至３に示されるような状態において、肩部６２に寄りかかることとなる。このことは、以下の記載によってより明確となる。実際には、薄板１３は非磁性であるので、一の仮定とは異なるような軸位置を占めるようになるが、このことは、電機子プレート１７の移動範囲Ｃについての仮定された定義を変えることはない。電機子プレート１７の移動範囲Ｃを、ハウジングＡにおける電機子プレート１７の遊びＧよりも大きくすることは必須事項である。

開閉部材４７が開く際の移動範囲Ｉは、電機子プレート１７の移動範囲Ｃと遊びＧとの差と等しい。このことにより、もし極性表面２０に薄板１３が固定されていると仮定した場合には、フランジ２４の表面６５は、通常は、薄板１３から下方に突出する。この際に、突出距離は、開閉部材４７の移動範囲Ｉと同じ大きさとなる。また、それに沿って、電機子プレート１７はフランジ２４を上方に引き上げる。このことにより、電機子プレート１７は、襟部６１に沿って、遊びＧと同じ大きさ分だけ行き過ぎるようになる。このことは、ハウジングＡに沿って生じる。このハウジングＡにおいて、電機子プレート１７の軸穴５９は、襟部６１により軸方向に案内される。

好ましくは、開閉部材４７の移動範囲Ｉ、すなわち軸受筒４１の移動範囲は、１２〜３０μｍの範囲内の大きさとすることができる。図１乃至３に示すような実施の形態によれば、好ましくは、遊びＧは６〜３０μｍの範囲内の大きさとすることができ、移動範囲Ｃは、１８〜６０μｍの範囲内の大きさとすることができるようになっている。このことにより、電機子プレート１７の移動範囲Ｃと、開閉部材の移動範囲Ｉとの間の比Ｃ／Ｉは、０．５〜６の範囲内の大きさとすることができる。一方、移動範囲Ｉと、遊びＧとの間の比Ｉ／Ｇは、０．４〜５の範囲内の大きさとすることができる。

図１乃至３に示すサーボバルブ５の動作について、以下に記載する。

電磁石１６が存在しない場合には、本体１２ａを介して軸受筒４１に固く接続されたバネ２３により、開閉部材４７は、その円錐台の表面４５が、接続ストレッチ部４９の円錐台形状の表面４９ａに接触して静止した状態に維持される。このことにより、サーボバルブ５が閉じられる。重力および／または前回の閉止工程（後述）により、電機子プレート１７が薄板１３から離間して肩部６２に対して静止されると仮定される。この仮定は、本発明によるサーボモータ５の動作による効果に影響を与えない。この効果は、サーボモータ５自体の開口時における電機子プレート１７の軸方向位置とは無関係である。

環状のチャンバー４６内において、燃料の圧力が調整され、この圧力の大きさは噴射器１の供給圧力と同一となる。電磁石１６が励起されてサーボバルブ５の開口工程を行うときには、磁気コア１９は電機子プレート１７を引き付け、その開始時に、図３の遊びＧと同じ大きさの、空回り（ｉｄｌｅ）の移動を行わせ、実質的に、軸受筒４１の移動には影響を及ぼさない。このような空回りの移動は、電機子プレート１７がフランジ２４の表面６５に接触するまで行われる。次に、電機子プレート１７上の電磁石１６の動作により、バネ２３の力に打ち勝ち、フランジ２４および固定ピン６３を介して、磁気コア１９に向かって軸受筒４１を引きつけ、開閉部材４７がサーボバルブ５を開く。

このことにより、このような工程において、電機子プレート１７および軸受筒４１は固定位置に移動し、このため電機子プレート１７の全体の移動範囲ＣによってストレッチＩを越えることとなる。電機子プレート１７が受けるようなこのタイプの圧力により、および例えば極性表面２０、薄板１３および表面１７ａが接触するような表面の幅の大きさにより、薄板１３／磁気コア１９の組合せ体に対する電機子プレート１７の影響により、跳ね返り（ｒｅｂｏｕｎｄ）は実際上わずかなものとなる。

電磁石１６の励起が終了したときに、バネ２３により、本体１２ａを介して、軸受筒４１は、図１乃至３の位置に向かうサーボバルブ５の閉止のための移動範囲を移動し終えることとなる。閉止のためのこのような移動範囲の第１の期間の間、フランジ２４、および軸受筒４１の表面６６に接するような表面６５は、移動範囲Ｉ分だけ電機子プレート１７を引きつけ、このことによりこの表面６５は、軸受筒４１とともに移動することとなり、このため開閉部材４７とともに移動することとなる。

この移動範囲Ｉだけ移動した後に、開閉部材４７は、その円錐形の表面４５がバルブ本体７の接続ストレッチ部４９の円錐形の表面４９ａと衝突する。接触領域が小さいことにより、ならびに、開閉部材４７およびバルブ本体７の硬さにより、また、接触は燃料の蒸気がかなりの量存在するときに発生するので、開閉部材４７は跳ね返り、バネ２３の作用に打ち勝ち、また、電機子プレート１７はバルブ本体７に向かう移動を続け、部分５６の平面５７とフランジ６０の肩部６２との間のハウジングＡに存在する遊びＧを回復させる。

開閉部材４７の跳ね返りが発生したときに、このことは開閉部材４７の動きの向きを変え、電機子プレート１７に向かって移動し始めることは明らかである。ある期間が経過した後に、軸受筒４１の肩部６２に対する部分５６の表面５７の衝突が発生する。この衝突により、そして電機子プレート１７のより大きな弾みにより、この衝突の際に、軸受筒４１の第１の跳ね返りが十分に小さくなって、あるいは無くなって、このため制御チャンバー２６が突然空になることを防止することができる。このようにして、制御チャンバー２６における圧力における予想される変化率の転換がなくなり、このため噴射機構の先端が閉じるのが遅くなることがなくなる。

実際には、第１の跳ね返りが減少した後に、減少した分の振幅の跳ね返りが後に続く。その跳ね返りの大きさは、既に減少した第１の跳ね返りの大きさよりも十分に小さい。このため、これらの跳ね返りは、制御チャンバー２６内の圧力の減少を引き起こすことはない。このことにより、制御チャンバー２６内の燃料の圧力を回復させるような異常な再構成は生じることなく、このため閉止の動作において連続的に噴射機構を閉じるような制御ロッド１０の動作において、異常な再構成は生じることはない。電機子プレート１７は、最終的に、重力によって肩部６２に接触し続ける。

図４−５および図６−７の実施の形態において、図１乃至３の実施の形態における類似部品と同じ部品には同じ参照番号を付け、詳細についてはこれ以上説明しない。図４および図５の実施の形態によれば、開閉部材４７の開くための時間を減らすために、とりわけ噴射器１に低圧力で燃料が供給されたときに、電機子プレート１７の部分５６の表面５７と、バルブ本体７のフランジ３３の頂面の凹部５１との間に、螺旋形の圧縮バネ５２が挿入されている。このバネ５２は、図４および図５に示すように、フランジ２４の表面６５に接触するような表面１７ａに対して力を及ぼすよう最初から組み込まれている。この力は、バネ２３により生じる力よりは十分に小さいが、電機子プレート１７を維持するのに十分な大きさである。この実施の形態では、電機子プレート１７の空回り（ｉｄｌｅ）の移動範囲、すなわち遊びＧは、１０〜３０μｍの間の大きさから選択することができるようになっており、このことにより、移動範囲Ｃは２２〜６０μｍの範囲内の大きさとなり、Ｃ／Ｉの比は０．７〜５の範囲内の大きさとなり、Ｉ／Ｇの比の大きさは０．４１〜５の範囲内の大きさとなる。

図４および図５に示すような実施の形態において、電磁石１６を励起する際に、一方では電機子プレート１７が磁気コア１９に向かってより小さい距離だけ移動し、他方ではこの電機子プレート１７が軸受筒４１に沿ってすぐに引き付けを行う。このため、より迅速に開閉部材４７を開くことができ、すなわち対応する命令に対して開閉部材４７をより迅速に反応させることができる。また、開閉部材が閉じるときの移動による跳ね返りの減衰は、図１乃至３の実施の形態と同様となる。

図６および図７に示すような実施の形態において、軸受筒４１および電機子プレート１７の間にある係合手段は、軸受筒４１と一体成形された縁部すなわち環状のフランジ７４からなるものである。とりわけ、環状のフランジ７４には平面７５が設けられており、この平面７５は、電機子プレート１７の中央部分５６に形成される平面１７ａの環状の凹部７７により形成される肩部７６と係合するよう設けられている。

さらに、環状のフランジ７４の下に横たわる軸受筒の一部分の外径は、環状のフランジ７４の内径よりも小さい。このことにより、組み立ての際に、電機子プレート１７は軸受筒４１の開閉部材４７の側部に挿入される。電機子プレート１７の中央部分５６は、縁部７４に隣接する、軸受筒４１の軸部分８２上でスライドすることができる。さらに、縁部７４は、フランジ２４の表面６５と接触するような軸受筒４１の端面８０に隣接している。電機子プレート１７の肩部７６は、通常は、図４および図５の実施の形態による方法と同様の方法で、圧縮バネ５２により、縁部７４の平面７５に接触するよう維持される。

図６および図７に示すような実施の形態において、軸受筒４１により、電機子プレート１７の部分５６の平面５７に係合するための、突起手段が支持される。この突起手段は、Ｃ字形状の保持リング７８を有している。保持リング７８は、軸受部４１の外表面６８の溝７９に移動自在に収容されている。

ハウジングＡとして画定を行うために、平面７５と、電機子プレート１７の表面５７と接触する突起手段７８、８１の表面との間の距離、および軸受筒４１の軸方向部分８２に沿ってスライドする半径部分５６の厚さＳが、関係式Ｓ＝Ａ−Ｇとなるよう規定されている。さらに、電機子プレート１７の移動範囲Ｃは、図１乃至３に示す実施の形態と同様に、Ｃ＝Ｉ＋Ｇとなっている。

この実施の形態では、中間本体１２ａは、軸方向における一方向のみに制約するような手段により軸受筒４１に接続されている。とりわけ、中間本体１２ａのフランジ２４は、その表面６５が、軸受筒４１の端縁８０に係合するが、フランジ２４により支持される接続ピン６３は単に軸方向座部４０ａに挿入されるに過ぎない。このことにより、ピン６３は座部４０ａに対して一定の半径方向の遊びを有することができるようになり、中間本体１２ａは軸受筒４１自体に対して軸方向の移動を行うことができるようになる。

保持リング７８は、電機子プレート１７の移動範囲Ｃの調整を可能とするような厚さのモジュールを有している。保持リング７８は、当該リング７８に加えて、あるいはリング７８の代わりの電機子プレート１７の移動範囲Ｃの調整を可能とするような厚さのモジュールを有している少なくとも１つのスペーサー８１の支持部として使用することができる。この場合、図４および図５に示すような実施の形態のように、遊びＧは１０〜３０μｍの範囲内の大きさとすることができる。

上述した全ての実施の形態において、軸受筒４１は、圧力下で軸ステム３８の側壁３９に沿って燃料の流体密封状態を得るとともに、円錐台の表面４５により環状のチャンバー４６の燃料の流体密封状態を得ることができるよう、例えば１μｍ単位の許容範囲となるように、非常に精密に機械加工しなければならない。この目的のために、軸受筒４１は、工具のための鋼鉄のような、非常に硬い重要な材料から製造される。軸受筒４１の内表面４０は精密に研磨され、軸受筒４１は、摩耗や疲労に対するより大きな抵抗をこの軸受筒４１に与えるような、例えば硬化および／または窒化物形成のような１または複数の熱処理を受けることができるようになる。

技術的な理由により、好ましくは、排出ダクト４２ａの較正されたストレッチ部５３（図１）は、バルブ本体７から分離した構成要素により予め設けられるようにすることができる。上述の実施の形態において、分離した構成要素は、非常に硬い材料から製造される軸受筒５４から形成される。この軸受筒５４は、較正されたストレッチ部５３を含むような排出通路４２ａを支持し、続いて軸穴９の座部５５に固定される。制御チャンバー２６の底壁２７は、軸受筒５４の側面により画定される。較正されたストレッチ部５３は、非常に精密なものとして得られ、このストレッチ部５３は、軸受筒５４の軸方向の全長における一部によりのみ制限される。また、軸受筒５４の全長における他の部分に沿って、排出通路４２ａは、軸方向のストレッチ部４３の直径よりも小さい直径または同じ大きさの直径となっている。

図８乃至１０に、噴射器１の作用について、従来技術の噴射器の作用と比較した描画がなされている。噴射器１に関する描画は、図１乃至３に示される実施の形態に関して記載されたものであり、本発明の作用の記載、質、および原理に適合するようになっている。図８において、実線により、時刻ｔに対する、バルブ本体７に関する、電機子プレート１７（図３、５、７参照）から離間した開閉部材４７の移動が示されている。

本発明によれば、電機子プレート１７および軸受筒４１の両方は、それぞれ２ｇ単位の重量となっている。縦座標の軸Ｙにより示される値「Ｉ」は、開閉部材４７によりなされる最大移動範囲Ｉを示す。一方、破線により、従来技術による開閉部材の移動が示される。この従来技術において、電機子プレートは軸受筒に一体成形されたものとなっており、これらの合計重量は４ｇ単位のものとなっている。２つの描写は、開閉部材４７の実際の移動を視覚で確認して描くことにより得られる。２つの描写により、本発明における開閉部材４７を開く動作は、従来技術における開閉部材を開く動作に対して、より迅速な反応を行うことが理解される。このことは、電機子プレート１７が磁化特性の良い材料から製造されたという事実、および電機子プレート１７が軸受筒４１から離間しているという事実に起因している。

閉止動作の最後に、従来技術による開閉部材は、徐々に振幅が小さくなるような複数回の跳ね返りを行う。ここで、最初の跳ね返りの振幅は明らかに大きい。一方、Ｃ／Ｉ比が０．７〜５の範囲内であり、Ｉ／Ｇ比が０．４〜５の範囲内であるような本発明による開閉部材４７においては、１回目の跳ね返りの振幅は従来技術の跳ね返りの振幅に対して約３０％の大きさまで減少する。それに続く跳ね返りも、より迅速に減衰する。

図９に、図８の２つの描写について、縦座標のｙ軸をより拡大して、少し単純化して示す。この際に、２つの開閉部材の移動は、開口を行う全期間の間、一定となるよう示される。縦軸において、値「Ｃ」は電機子プレート１７による最大移動範囲と等しい。図９において、さらに、一点鎖線により、電機子プレート１７の移動が示されている。この電機子プレート１７の移動範囲は、開閉部材４７の移動範囲Ｉに、電機子プレート１７とフランジ２４との間の遊びＧと同じ大きさの行き過ぎ分を加えたものとなっている。

電機子プレート１７の閉じる移動の終了の少し前に、点Ｐで示される瞬間において後部が軸受筒４１の突起手段６２に衝突し、１回目の跳ね返りが行われる。そして、軸受筒４１は、閉じる方向に向かって電機子プレート１７により押圧される。この衝突の瞬間から後に、電機子プレート１７は保持手段６２に接触し続け、軸受筒４１とともにわずかに振動する。

図１０において、実質的に第１の跳ね返りが発生するストレッチからの図９の描写が非常に拡大して示される。このことにより、図１乃至３に示すような実施の形態において電機子プレート１７が肩部６２に衝突した後に、軸受筒４１が実質上電機子プレート１７と共に振動することは明らかである。

概して、開閉部材４７の同じ移動範囲Ｉが決められると、電機子プレート１７とフランジ２４の間の遊びＧが大きくなればなるほど、軸受筒４１の移動に対する開閉部材４７の移動の遅れが大きくなる。このため、図１０に示す一点鎖線は右側にシフトする。開閉部材４７の１回目の跳ね返りの大きさがより大きくなると、跳ね返りを行う開閉部材４７と、その移動を行う電機子プレート１７との間における再度開く動作の間の衝撃が、遊びに対応して遅れて発生する。しかしながら、電機子プレート１７の速度がより大きくなっているので、より大きな弾みにより、衝撃は、跳ね返りを行う間の軸受筒４１の運動エネルギーを相殺する。このことにより、更なる跳ね返りを行うことなく、または無視することができるようなわずかな大きさの開閉部材４７の小さな跳ね返りで、閉じる位置に向かう速度を遅くすることができる。

代わりに、電機子プレート１７とフランジ２４との間の遊びをより小さくしたときに、開閉部材４７が閉じる移動を行うときの最後に起きる１回目の跳ね返り時に、保持手段６２、７８、８１は電機子プレート１７にすぐに衝突する。そして、それは側に引き寄せられ、その動きが反転し、バネ２３に対して反発を行う。この場合、１回目の跳ね返りの後の跳ね返りの距離は、時間的に長くなる。

上述のように、従来技術の噴射器に対する本発明による噴射器１の利点は明確である。第１に、案内を行う軸受筒４１から分離するとともにこの軸受筒４１から独立して取り換え可能な電機子プレート１７は、とりわけ閉じる移動の最後における、開閉部材４７の跳ね返りを減少したり除去したりすることができる。このことにより、予定の量よりも多い量の燃料が噴射されることや空気／燃料の比率が変わること、またエンジン排気ガスによる環境汚染を防止することができる。

さらに、軸受筒４１から分離した電機子プレート１７は、電磁回路の最適化を行うような電機子プレート１７の材料の選択を可能とし、また、電機子プレート１７は、軸受筒４１における摩耗に対する抵抗を高くするような重要な材料の選択を可能とする。このようにして、材料の多量の削りくずのある、重要な材料を有する電機子プレート１７における機械加工の欠点が防止される。より柔らかい材料を有するような電機子プレート１７自体の製造が、できる限りシンプルなものとなる。最後に、電磁石１６およびバネ２３が置き換えられるような移動部材の質量が減少する。

本発明の範囲から外れないよう、噴射器１の更なる変更および改善を行うことができることは明らかである。例えば、図１乃至５に示すような実施の形態において、軸受筒４１のフランジ６０を省略することができる。さらに、電機子プレート１７とフランジ２４との間の隙間Ｇを調整するために、中間本体１２ａは、例えばネジによる接続等の、調整可能な方法により軸受筒４１に固定することができる。

表面６５と軸受筒４１の肩部６２との間に形成されるハウジングＡ内の電機子プレート１７の間の遊びＧを調整するために、少なくとも１つのディスク形状のスペーサーを挿入することができる。このスペーサーは、例えば５μｍのステップの適切なモジュール厚さを有しており、同じ電機子プレート１７と同軸となっている。このスペーサーは、跳ね返りの除去に関する有利な効果に加えて、電機子プレート１７と軸受筒４１との間の衝突の更なる減衰にも役立つ。

図６および図７に示す実施の形態において、保持リング７８は、軸受筒４１に対して取り外し自在に取り付けられている代わりに、軸受筒４１に溶接されるようになっていてもよい。さらに、この実施の形態において、図１乃至３に示すような実施の形態の場合と同様に電機子プレート１７が動作するように、バネ５２を省略してもよい。

同様に、薄板１３は、フランジ２４の外径よりも小さい内径を有するようになっていてもよく、電機子プレート１７の内径と同じ大きさの内径を有するようになっていてもよい。この場合、薄板１３は、ハウジングＡ内で拘束されるよう保持され、このためこの薄板１３は径方向の移動を行うことができなくなる。この場合、ハウジングＡの軸方向の長さが、薄板１３自体の厚さによって増加することは明らかである。

同様に、軸ステム３８と、バルブ本体７のフランジ３３との間の接続部４９は、溝５０を省略することができ、開閉部材４７の円錐台４５に類似する形状の表面は、鋭角に置き換えることができる。較正された穴５３の支持部５４は省略することができ、または図示されたものとは異なる形状のものとすることができる。さらに、ダクト４２の半径方向のストレッチ部４４の個数は、２より大きい数とすることができ、これらのストレッチ部４４は、同じ角度距離で互いに離間するよう、および／または軸３に対して直交するよう設置することができる。較正されたストレッチ部５３は、ダクト４２の半径方向のストレッチ部４４に設置することもできる。バルブ本体７を２つの部分に分けることができ、一方の部分が軸ステム３８およびフランジ３３の一部を含み、他方の部分がフランジ３３の残りの部分および軸穴９を含むようにすることができる。最後に、電磁石１６は圧電作動装置に置き換えることができる。

Claims (29)

1. 内燃機関に設けられる、バランスのとれた計測サーボバルブを有する燃料噴射器であって、
   サーボバルブ（５）は、軸方向のキャビティ（６）に沿って移動し噴射の制御を行う制御ロッド（１０）を制御し、
   サーボバルブ（５）は、燃料用の較正された注入口（２９）と、軸ステム（３８）により支持される排出ダクト（４２）に連通するような排出通路（４２ａ）とが設けられた制御チャンバー（２６）を有するようなバルブ本体（７）を備え、
   軸受筒（４１）により支持される開閉部材（４７）は、前記軸ステム（３８）に沿って移動するようになっており、この開閉部材（４７）は、電気アクチュエータ（１５）により制御される電機子プレート（１７）により制御され、
   前記排出ダクト（４２）は、前記軸ステム（３８）の側面（３９）上に流体を送るような少なくとも１つの半径方向のストレッチ部（４４）を備え、
   前記軸受筒（４１）は、前記ストレッチ部（４４）の閉じる位置と開く位置との間で軸方向にスライドするよう、前記軸ステム（３８）に流体密封状態で取り付けられ、
   前記開閉部材（４７）は、弾性手段（２３）により停止表面（４９ａ）に係合して閉じる位置に保持される燃料噴射器において、
   前記電機子プレート（１７）は、前記軸受筒（４１）から分離しており、前記弾性手段（２３）は、前記軸受筒（４１）に係合している中間本体（１２ａ）を介して前記開閉部材（４７）に力を及ぼし、
   前記電気アクチュエータ（１５）の作動の際に前記電機子プレート（１７）によって前記開閉部材（４７）を前記開く位置に移動させるための係合手段（２４、７４）が設けられており、
   前記電機子プレート（１７）は、前記軸受筒（４１）により支持される突起手段（６２；７８、８１）に軸方向に係合するよう設けられた平面（５７）を備えており、
   前記電機子プレート（１７）と、前記係合手段（２４、７４）または前記突起手段（６２；７８、８１）との間に、予め定められた大きさの軸方向の遊び（Ｇ）が設けられ、前記電機子プレート（１７）と前記軸受筒（４１）との間の軸方向の相対移動を可能とし、
   前記開閉部材（４７）は、前記閉止位置に移動したときに前記停止表面（４９ａ）に対して跳ね返りが生じ、前記電機子プレート（１７）は、前記遊び（Ｇ）を回復させるときに前記突起手段（６２；７８、８１）に対する前記平面（５７）の衝突を発生させて前記跳ね返りを減少させることを特徴とする、噴射器。
2. 前記電機子プレート（１７）には、前記軸受筒（４１）における対応する軸方向部分（６１、８２）により軸方向に案内されるような中央部分（５６）が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の噴射器。
3. 前記電機子プレート（１７）は、前記突起手段（６２；７８、８１）と前記係合手段（２４、７４）との間に形成された軸方向のハウジング（Ａ）内で軸方向に移動するようになっており、前記軸方向のハウジング（Ａ）と前記中央部分（５６）の軸方向の厚さ部分との間に前記軸方向の遊び（Ｇ）が形成されることを特徴とする、請求項２記載の噴射器。
4. 前記係合手段は、前記電機子プレート（１７）に係合するよう設けられた表面（６５）を有するフランジ（２４）を備えており、前記フランジ（２４）は前記中間本体（１２ａ）により支持され、
   前記軸受筒（４１）の端面（６６、８０）は、前記軸方向のハウジング（Ａ）を画定するよう、前記フランジ（２４）の前記平面（６５）に接触することを特徴とする、請求項３記載の噴射器。
5. 前記電機子プレート（１７）は、軸方向移動範囲（Ｃ）分だけ前記軸方向のハウジング（Ａ）内で移動し、前記開閉部材（４７）は前記開く位置と前記閉じる位置との間で前記移動範囲（Ｃ）よりも小さい移動範囲（Ｉ）分だけ移動することを特徴とする、請求項３または４記載の噴射器。
6. 前記軸方向移動範囲（Ｃ）は、１８〜６０μｍの範囲内の大きさであり、前記軸方向移動範囲（Ｃ）と前記隙間（Ｇ）との間の差異は、前記移動範囲（Ｉ）と等しいことを特徴とする請求項５記載の噴射器。
7. 前記軸方向移動範囲（Ｃ）と前記移動範囲（Ｉ）との間の比（Ｃ／Ｉ）は、０．６〜５の範囲内の大きさであり、前記移動範囲（Ｉ）と前記遊び（Ｇ）の間の比（Ｉ／Ｇ）は０．４〜５の範囲内の大きさであることを特徴とする請求項６記載の噴射器。
8. 前記係合手段（２４、７４）は、前記中間本体（１２ａ）のフランジ（２４）により形成され、前記軸受筒（４１）は、前記中間本体（１２ａ）に固く連結されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の噴射器。
9. 前記突起手段（６２；７８、８１）は、前記軸受筒（４１）の襟部（６１）により形成される環状の肩部（６２）を備え、前記電機子プレート（１７）の前記中央部分（５６）は、前記襟部（６１）上でスライドすることができるようになっており、前記フランジ（２４）には、前記軸方向移動範囲（Ｃ）を規定するよう構成された平面（６５）が設けられていることを特徴とする請求項８記載の噴射器。
10. 前記端面（６６）は前記軸受筒（４１）の襟部（６１）に設けられ、少なくとも１つのスペーサーディスクが前記電機子プレート（１７）と同軸に設置され、このスペーサーディスクは、前記移動範囲（Ｃ）を調整するために前記ハウジング（Ａ）内の前記襟部（６１）上に固定される厚さのモジュールを有することを特徴とする請求項８記載の噴射器。
11. 前記中間本体（１２ａ）は、前記フランジ（２４）により支持されるとともに前記軸受筒（４１）に接続されるよう構成された接続部材（６３）を備え、前記平面（５７）と反対側にある前記電機子プレート（１７）の他の表面（１７ａ）は、前記フランジ（２４）に係合するような構成となっていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の噴射器。
12. 前記接続部材は、前記フランジ（２４）に一体成形された接続ピン（６３）から形成され、この接続ピン（６３）は前記軸受筒（４１）の軸方向の座部（４０ａ）に固く固定されることを特徴とする請求項１１記載の噴射器。
13. 前記接続ピン（６３）は、ネジにより前記座部（４０ａ）に固定され、前記遊び（Ｇ）は前記接続ピン（６３）のねじ込みの度合いを変えることにより調整されることを特徴とする請求項１２記載の噴射器。
14. 前記係合手段（２４、７４）は、前記軸受筒（４１）の環状の縁部（７４）から形成され、前記中間本体（１２ａ）は、軸方向における一方向のみに制約するような手段により、前記軸受筒（４１）に接続されることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の噴射器。
15. 前記軸方向における一方向のみに制約するような手段は、前記中間本体（１２ａ）のフランジ（２４）を備え、前記端面は前記軸受筒（４１）の端面（８０）から形成され、前記中間本体（１２ａ）は、前記フランジ（２４）により支持され前記軸受筒（４１）の軸方向の座部（４０）に挿入される接続ピン（６３）を備えていることを特徴とする請求項１４記載の噴射器。
16. 前記環状の縁部（７４）は前記端面（８０）に隣接し、前記電機子プレート（１７）の他の表面（１７ａ）は、前記環状の縁部（７４）の厚さよりも大きい深さの環状の凹部（７７）を備えていることを特徴とする請求項１４または１５記載の噴射器。
17. 前記軸受筒（４１）には前記軸方向部分（８２）に隣接するような環状の溝（７９）が設けられており、この溝（７９）は、前記電機子プレート（１７）の係合のためのリング（７８）を収容するよう構成されていることを特徴とする請求項１６記載の噴射器。
18. 前記リング（７８）は、前記移動範囲（Ｃ）の調整を可能とするモジュール厚さを有していることを特徴とする請求項１７記載の噴射器。
19. 前記リング（７８）は、前記移動範囲（Ｃ）の調整を可能とするモジュール厚さを有しているような少なくとも１つのスペーサー（８１）を支持するよう構成されていることを特徴とする請求項１７または１８記載の噴射器。
20. 前記電機子プレート（１７）の前記表面（５７）と前記バルブ本体（７）との間に弾性部材（５２）が挿入され、前記弾性手段（２３）の力が前記弾性部材（５２）にかかり、前記電機子プレート（１７）が前記係合部材（２４、７４）に接触する状態を維持するよう前記弾性部材（５２）が最初から組み込まれていることを特徴とする請求項２乃至１９のいずれか一項に記載の噴射器。
21. 前記弾性手段は、フランジ（２４）にその一端が係合するような螺旋形の圧縮バネ（２３）により画定され、前記一端に設けられる案内ピン（１２）が前記フランジ（２４）から前記螺旋形のバネ（２３）に沿って軸方向に延び、
    前記フランジ（２４）および前記案内ピン（１２）と同軸である接続ピン（６３）が設けられており、当該接続ピン（６３）は前記案内ピン（１２）と反対方向において軸方向に延びることを特徴とする請求項２乃至２０のいずれか一項に記載の噴射器。
22. 前記電機子プレート（１７）と前記電気アクチュエータ（１５）との間には非磁性の材料から形成された環状の薄板（１３）が設置され、前記薄板（１３）は前記フランジ（２４）の外径よりも大きなまたは小さな内径を有することを特徴とする請求項２１記載の噴射器。
23. 前記中間本体（１２ａ）には、前記軸受筒（４１）と前記中間本体（１２ａ）との間の領域（４８）を、前記制御チャンバー（２６）から燃料を排出するためのキャビティ（２２）に連通させるような穴（６４）が設けられていることを特徴とする請求項２１または２２記載の噴射器。
24. 前記軸ステム（３８）は前記バルブ本体（７）のフランジ（３３）により支持され、前記開閉部材は前記軸受筒（４１）の端部分（４７）から形成され、この開閉部材は端ストレッチ部と、円錐台（４５）の形状の内部表面とを有し、前記開閉部材は、前記フランジ（３３）と前記軸ステム（３８）とを係合させるための円錐台（４９）形状のストレッチ部に係合するようになっていることを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか一項に記載の噴射器。
25. 前記半径方向のストレッチ部（４４）は、前記軸ステム（３８）の環状の溝により形成された環状のチャンバー（４６）に流体を送るようになっており、
    環状の溝（５０）により分離された円錐台（４９ａ、４９ｂ）の形状の２つの表面を備えたストレッチ部（４９）が設けられており、前記表面（４５、４９ａ）に摩耗がある場合でも前記開閉部材（４７）を閉じることを可能とすることを特徴とする請求項２４記載の噴射器。
26. 前記軸受筒（４１）は、前記端部分（４７）と前記突起手段（６２；７８、８１）の間に配置される、直径が小さくなった中間部分（６７）を有し、前記軸受筒（４１）の慣性が減少されることを特徴とする請求項２０乃至２５のいずれか一項に記載の噴射器。
27. 前記制御チャンバー（２６）は、前記バルブ本体（７）の底壁（２７）により画定され、前記排出通路（４２ａ）は前記底壁（２７）により支持され、この排出通路（４２ａ）に、較正された部分（５３）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至２６のいずれか一項に記載の噴射器。
28. 前記バルブ本体（７）には、前記排出通路（４２ａ）を有する軸受筒（５４）を受けるよう構成された座部（５５）が設けられており、前記制御チャンバー（２６）は、前記軸受筒（５４）の横方向の表面（２７）により画定されることを特徴とする請求項２７記載の噴射器。
29. 前記電機子プレート（１７）は磁性材料より形成され、前記軸受筒（４１）は、非常に精度良く機械加工されるよう構成されるとともに、熱処理に適したような硬い材料より形成されることを特徴とする請求項１乃至２８のいずれか一項に記載の噴射器。

Images