JP6553750B2 - 流体を調量する弁 - Google Patents

Description

本発明は、流体を調量する弁、特に、内燃機関のための燃料噴射弁に関する。特に、本発明は、好適に内燃機関の燃料室への燃料の直接噴射が行われる、自動車の燃料噴射装置のためのインジェクタ分野に関する。

独国特許出願公開第１９９５０７６１号明細書には、内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁が開示されている。公知の燃料噴射弁は、弁座面と協働してシール座を成す弁ニードルを有する。弁ニードル上で動作するアーマチャが、可動的に弁ニードルに案内され、エラストマから成るエラストマリングによって減衰させられる。エラストマリングとアーマチャとの間には、平坦な支持リングが存在し、この支持リングは、アーマチャの燃料通路の出口領域でエラストマリングを軸方向に支持する。ここでは、エラストマリングの側方カバーも設けられており、このことにより、内部減衰が大きく従って弾性係数が比較的低いエラストマの利用が可能となる。

請求項１の特徴を備えた本発明に係る弁には、改良された構成及び発展形態が可能となるという利点がある。特に、アーマチャ自由経路によって形成される衝突運動力を減衰させることが可能な堅牢な構成が実現されうる。

従属請求項に記載された措置によって、請求項１に示される弁の有利な発展形態が可能である。

流体を調量する弁では、ソレノイドアーマチャとして機能するアーマチャが弁ニードルと固定的には接合しておらず、ストッパの間に浮動状態で支承されている（ｆｌｉｅｇｅｎｄ ｇｅｌａｇｅｒｔ）。実際には、そのようなストッパは、ストッパスリーブ及び／又はストッパリングによって実現されうる。戻しばねを介して、アーマチャは、静止状態において、弁ニードルに対して固定されたストッパへと位置が調整され、従って、アーマチャはストッパに接触する。その後で、弁が駆動された際には、アーマチャ自由経路全体が加速区間として提供される。ここでは、アーマチャ自由経路は、アーマチャと、２つのストッパと、の間の軸方向の遊隙として見做されうる。

アーマチャ自由経路を用いた実現によって、アーマチャと弁ニードルとの固定的な接合に対して、発生したアーマチャの推力（Ｉｍｐｕｌｓ）によって、同じ磁力で開放された際に、弁ニードルがより高い圧力下でも、特により高い燃料圧力下で確実に開放されうるという利点が得られる。更なる別の利点は、関与する質量の分離が起こり、従ってシール座で得られる停止力が２つの推力に分けられることである。

但し、アーマチャが弁ニードルで浮動状態で支承されていることに関連した固有の問題が発生する。弁の閉鎖時には、アーマチャが、これに関するストッパに衝突した後で、原則的には再び跳ね返る可能性がある。極端な場合には、跳ね返った後に、アーマチャ自由経路全体をもう一度通過し、その後に、対向するストッパにぶつかった際にアーマチャは、弁ニードルがもう一度短時間の間自身の座部から引き上げられるほど大きなエネルギーを有するという問題が発生し、望まれぬアフター噴射が起こって、結果的に、燃料消費量が増大し、有害物質の排出量が増大する。アーマチャがアーマチャ自由経路を完全には通過しなかったとしても、アーマチャの運動が再び沈静化して初期ポジションに達するまで幾分時間が掛かる可能性がある。最終的な沈静化の前に新たな作動が行われた場合、このことは噴射間の休止時間が短い多段点火においては特に重大なことであるが、弁がもはや堅牢に機能しえない。それは例えば、衝突運動力（Ａｎｓｃｈｌａｇｉｍｐｕｌｓ）が対応して増大又は低下することであり、不都合な場合には、このことによって結果的に、弁が全く開かないということが起きる可能性がある。なぜならば、そのための衝突運動力がもはや十分ではないからである。

減衰要素によって有利に減衰が可能となり、これにより、アーマチャが強く衝突することが防止され又は少なくとも低減される。これにより、短い休止時間でのより堅牢な多段点火性能が実現されうる。特に、ソレノイドアーマチャがより迅速に自身の静止ポジション（初期ポジション）に再び戻ることが可能である。さらに、閉鎖時により小さな衝突運動力が実現され、このことにより、アーマチャと、ストッパと、弁座と、での摩耗が低減する。これにより、弁の寿命に亘る機能の変化が小さくなる。さらに、固体伝播音のより小さな励起が実現され、これにより騒音の低減が獲得される。

弁ニードルによって操作される弁閉鎖体は、弁ニードルと一体に形成されてもよい。弁閉鎖体は、ここでは、球形状の弁閉鎖体として又は他の形態により構成されうる。弁ニードルは、適用ケース及び構成に従って、１つの構成要素又は複数の構成要素から形成されうる。特に、減衰要素は弁ニードルに統合されうる。

弁の上記構成では、必ずしも同一には構成されない複数の減衰要素が使用されうる。その際に、減衰挙動に影響を与えるために、様々な機能原則を互いに組み合わせることも可能である。例えば、１の減衰要素が弁ニードルに統合され、他の減衰要素がストッパのうちの１つでの衝突を減衰させるということも考えられる。さらに、例えば、弁ニードルに対して固定された、アーマチャ自由経路を制限するための２つのストッパであって、各々に減衰要素が１つずつ設けられた上記２つのストッパを設けることも可能である。

弁は、気体状流体を例えば内燃機関の燃料室へと吹き出させるために、この気体状流体を調量するためにも適している。特にこのような構成では、減衰要素の周辺領域に設けられる別の液状媒体を設けることが可能である。液状流体を調量する弁では、この液状流体は、好適に減衰要素のための液状媒体としても利用されうる。

請求項２に係る構成には、減衰要素の内部空間と減衰要素の周辺領域との間の液状媒体の置換がカバーの構成を介して調整されるという利点がある。追加的又は代替的に、カバーを含む構成によって、場合によってはカバーの内部に設けられる物質を空間的にコンパクトに保つことが可能である。

請求項３に係る発展形態には、衝撃を吸収する際にカバー自体が変形可能であり、これによりカバー内部で容積変化が生じるという利点がある。例えば減衰要素は、平坦に押しつぶされた状態又は長く引き伸ばされた状態で、液状媒体を充填可能なより小さな容積室を有しうる。この場合、容量の置換（Ｖｏｌｕｍｅｎａｕｓｔａｕｓｃｈ）によって有利な減衰が得られる。

請求項４に係る構成には、燃料のような媒体に対して耐性を備えた構成が可能となるという利点がある。さらに、寿命に亘って、均一に保たれた挙動が実現されうる。場合によっては、金属製の網状構造体も柔軟性を備えて構成することが可能であり、従って、減衰要素のカバーの初期状態であって、負荷が掛かっていない状態で取る上記初期状態を予め設定することが可能である。場合によっては、金属製の網状構造体の弾性を介して、減衰への追加的な寄与も達成されうる。

請求項５に係る構成には、液体置換を介して予め設定された減衰を、弾性的に変形可能な金属メッシュを介して増幅させることが可能であるという利点がある。これに基づき、減衰を更に調整する可能性も得られる。さらに、弾性的に変形可能な金属メッシュによって、負荷が掛かっていない状態における初期形状を予め設定することが可能である。これにより、例えば減衰要素が押しつぶされた後で、負荷が掛かった後に再び初期状態が形成されることが達成されうる。

請求項６に係る構成には、減衰要素が押しつぶされた際に大きな液体置換が可能となるという利点がある。これにより、最適な液圧的な減衰挙動が得られる。

請求項７に係る発展形態には、液体置換を介して可能となる減衰を増幅させる発泡金属の高い剛性が実現されうるという利点がある。さらに、必要であれば、単体での構成が実現可能である。

請求項８に係る構成には、アーマチャとストッパとの間の直接的な接触が回避されうるという利点がある。これにより、減衰要素の容積室の内部に設けられた液状媒体を十分に押し出すことも達成されうる。

請求項９に係る構成には、減衰要素の対応する配置において、減衰要素のストローク範囲が制限されるという利点がある。これにより、減衰要素の調整が可能となる。特に、アクチュエータの操作が行われた場合には、減衰経路を通過した後に、各ストッパでのアーマチャの衝突が起こる。

従って、アーマチャの運動力全体を減衰させることが可能であり、又は、固定されたストッパによって運動力の一部を実現することが可能である。

請求項１０に係る構成では、必要であれば、アーマチャが、固定されたストッパに直接的に当たることが許容されうる。なぜならば、減衰が弁ニードルに統合された減衰要素を介して達成されるからである。

本発明の好適な実施例が、以下の明細書の記載において、添付の図面を参照して詳細に解説される。図面では、対応する要素に統一的な符号が付されている。
本発明の第１の実施例に対応した弁の抜粋による概略図を示す。 本発明の第２の実施例に対応した弁の抜粋による概略図を示す。 本発明の第３の実施例に対応した弁の抜粋による概略図を示す。

図１は、第１の実施例に対応した流体を調量するための弁１の、抜粋による概略的な断面図を示している。弁１は、特に、燃料噴射弁１として構成されうる。好適な適用ケースは、このような燃料噴射弁１が複数高圧噴射弁１として構成され内燃機関の対応付けられた燃焼室への燃料の直接噴射のために利用される燃料噴射装置である。燃料として、ここでは、液体燃料又は気体燃料が使用されうる。

弁１は、電磁アクチュエータ２を有し、電磁アクチュエータ２は、電磁コイル３と、アーマチャ４と、磁極本体等の図示されない更なる別の構成要素と、を備える。電磁コイル３への通電によって磁気回路が形成され、これにより、アーマチャ４を開放方向６に操作する磁気的吸引力５が、アーマチャ４に対して作用する。

弁１は、弁閉鎖体８を操作するために役立つ弁ニードル７を有する。弁閉鎖体８は、ここでは、当該弁座体９に接して形成された弁座面１０と協働してシール座を成す。このシール座を開放するためには、弁ニードル７の位置が開放方向６へと変更される必要がある。ここで、弁ニードル７の上記位置変更は、長手方向軸１１に沿って行われる。

アクチュエータ２のアーマチャ４は、弁ニードル７に可動的に配置されており、その際には、弁ニードル７に対して固定されたストッパ１２、１３の間を、長手方向軸１１に沿って移動することが可能である。ここでは、アーマチャ４は、操作が行われない場合には、ばね１４と、アーマチャと接合されたアーマチャバスケット１５と、を介して初期ポジションに保たれる。弁１を開放するためには、アーマチャ４は、当該アーマチャ４がストッパ１３に当たるまで、磁気的吸引力５によって開放方向６に加速させられる。これにより、弁ニードル７の操作が起こり、このこと自体によって弁閉鎖体８が操作される。

弁１を閉鎖するためには、弁ニードル７を介して弁座面１０に向かって弁閉鎖体８に負荷を加える弁ばね１６が役立つ。電磁コイル６への通電が終了した場合には、アーマチャ４の位置が、ばね１４及び弁ばね１６により、開放方向６と逆方向に調整される。閉鎖時には、アーマチャ４はストッパ１２に向かって動かされる。

本実施例では、弁ニードル７と接合されたストッパリング１７、１８に、ストッパ１２、１３が形成されている。さらに、アーマチャ４は貫通孔１９を有し、この貫通孔１９によって軸方向への燃料の通過が可能となる。対応して、アーマチャバスケット１５には、貫通孔２０、２１が形成されており、この貫通孔２０、２１を介して燃料がシール座へと案内される。但し、変更された構成では、噴射され又は吹き出される燃料とは異なる適切な圧力流体を、液状媒体としてアーマチャバスケット１５の内部の空間２２に設けることも可能である。

弁１は、少なくとも１つの減衰要素３０を有する。本実施例では、減衰要素３０が１つだけ設けられている。この減衰要素３０は、本実施例では、アーマチャ４がストッパ１２に当たる前に（これは開放方向に逆らって起きる）、アーマチャ４の移動を減衰させるために役立つ。変更された構成において、減衰要素３０に対応して構成された減衰要素が、追加的又は代替的に、ストッパ１３での衝突を減衰させるためにも役立ちうる。さらに、特に図２及び図３により記載するような、減衰要素３０の変更された構成も可能である。

本実施例ではアーマチャバスケット１５の内部の空間２２により与えられる、減衰要素３０の少なくとも１つの周辺領域２２は、減衰機能のために一役を担う液状媒体で充填されている。減衰が可能となるように、液状媒体を充填可能な減衰要素３０の容積室３１と、周辺領域２２と、の間の液状媒体の置換が可能となるように、減衰要素３０は構成されている。その際に、減衰要素３０の内部空間３２は、少なくともほぼ空洞であり、従って容積室３１を形成することが可能である。減衰要素３０は、透過性のカバー３３を有し、この透過性のカバー３３を介して、減衰要素３０の内部空間３２に設けられ液状媒体を充填可能な容積室３１と、周辺領域２２と、の間の置換が可能となる。これに加えて、カバー３３は、本実施例では、変形可能なカバー３３として構成される。

本実施例では、減衰要素３０はリング状に形成されている。特に、減衰要素３０は、中空円筒状に構成されている。その際に、長手方向軸１１に沿った減衰要素３０の変形が可能となる。このために、減衰要素３０のカバー３３は、例えば金属製の網状構造体３３で形成されうる。変更された構成において、カバー３３は、穴が開いた金属壁３３としても構成されうる。

本実施例では、減衰要素３０は、ストッパ１２に対して平行に配置されている。その際に、アーマチャ４は、開放方向６に逆らって起きるストッパ１２への移動の際には、最初に減衰要素３０と協働し、その後で、既に減衰された移動運動力が未だ十分に大きい場合には、ストッパ１２と協働する。減衰要素３０とストッパ１２とが互いに平行に置かれる配置は、本実施例では、リング状の減衰要素３０が、ストッパ１２を形成するストッパリング１７のストッパ面１２を長手方向軸１１にぐるりと取り囲んでいることにより実現され、従って、アーマチャ４は、移動運動力が充分に大きい際には、ストッパ１２と直接的に接触しうる。

弁１の構成によっては、特にアクチュエータ２の構成によっては、構造形態に従って稼働時に行われる制御の枠組みにおいて、開放方向６とは逆方向のアーマチャ４の移動運動力が、ストッパ１２に当たるために必要であろう移動運動力よりも常に小さいということも構想されうる。対応して、弁の設計に従って、弁１が閉じられた状態に対応するアーマチャ４の初期ポジションが、アーマチャ４がストッパ１２と接触した状態と同義ではないことも構想されうる。

図２は、第２の実施例に対応した弁１の抜粋による概略図を示している。本実施例では、減衰要素３０が、ストッパ１２とアーマチャ４との間に配置されている。これにより、アーマチャ４がストッパ１２に直接的に当たることは可能ではない。アーマチャ４が推力によって、開放方向６に逆らってストッパ１２へと移動した場合には、本実施例では、好適に、移動運動力の完全な減衰が起こる。減衰要素３０は、本実施例では、内部空間３２に配置された弾性的に変形可能な金属メッシュ４０を有する。内部空間３２の残りの部分が、液状媒体を充填可能な容積室３１を形成する。一方では、減衰要素３０が押しつぶされた際に容積室３１から押し出される液状媒体を介して、減衰が行われる。他方では、金属メッシュ４０自身が、減衰のために寄与しうる。金属メッシュ４０は、ここでは、開放方向６に逆らったアーマチャ４の移動に抗する弾性的に変形可能な金属メッシュ４０として構成される。これにより、さらに、開放方向６へのアーマチャ４の移動の間には、軸方向に減衰要素３０が広がり、このことは、それ自体が大きく広がる金属メッシュ４０又はこれにより伸びるカバー３３として形容しうる。

変更された構成において、減衰要素３０は、多孔質の（ｏｆｆｅｎｐｏｒｉｇ）発泡金属４０であって、カバー３３により取り囲まれ又は減衰要素３０のこのようなカバー３３無しでも形成可能な上記発泡金属４０から形成されうる。このような変更された構成は、図１で記載した減衰要素３０とストッパ１２とが互いに平行な構成でも使用されうる。

図３は、第３の実施例に対応する弁１の抜粋による概略図を示している。本実施例では、弁ニードル７は、アーマチャ側の部分４１と、弁閉鎖体側の部分４２と、を有する。上記部分４１、４２の間で、本実施例では、減衰要素３０が弁ニードル７に組み込まれている。ここでは減衰要素３０は、穴が開いた弾性のバルーン３３の形状によるカバー３３を有する。このバルーン状に形成されたカバー３３の内部に、本実施例では内部空間３２が予め設定されており、この内部空間３２が、液状媒体を充填可能な容積室３１として完全に提供される。これにより、カバー３３の周辺領域２２と内部空間３２との間の置換が、穴４３を介して、又は、図３では図を簡素化するために単に穴４３として示される他の開口部４３を介して可能である。変更された構成において、その金属面に孔が空けられた弾性を帯びたカバー３３が、他の形態でも形成されうる。さらに、内部空間３２は、場合によっては部分的に金属メッシュ４０等で充填されうる。

これにより、１つ以上の減衰要素３０が、緩衝装置の機能形態により機能し、従って、特に閉鎖過程における少なくとも１つのストッパ１２、１３でのアーマチャ４の衝突運動力が減衰させられる。その際に、減衰要素３０の形態及び構成によって、剛性及び減衰特性が、各適用ケースに発生するアーマチャ４の閉鎖運動力に対して最適に調整されうる。その際に、アーマチャ４の運動力全体、又は当該運動力の一部が減衰されうる。これにより、弁１の機能形態が改善されうる。特に、短い休止時間でもより堅牢な多段点火性能が実現されうる。

本発明は、先に記載した実施例及び変形例には限定されない。

Claims (9)

1. 流体を調量する弁（１）であって、電磁アクチュエータ（２）と、弁座面（１０）と協働してシール座を成す弁閉鎖体（８）を操作するために役立つ弁ニードル（７）と、を備え、前記弁ニードル（７）には、前記弁ニードル（７）に対して固定された少なくとも１つのストッパ（１２、１３）が配置されており、前記少なくとも１つのストッパ（１２、１３）は、前記弁ニードル（７）上を案内され前記シール座の開放又は閉鎖のために役立つアーマチャ（４）の移動を制限し、前記シール座の開放時又は閉鎖時に減衰を可能とする少なくとも１つの減衰要素（３０）が設けられる、前記弁（１）において、
   前記減衰要素（３０）は、液状媒体を充填可能な容積室（３１）を有し、前記減衰要素（３０）は、当該減衰要素（３０）の、前記液状媒体を充填可能な前記容積室（３１）と、前記減衰要素（３０）の周辺領域（２２）と、の間での液状媒体の置換が可能となるように構成され、前記減衰要素（３０）は、前記減衰を可能とするために前記減衰要素（３０）の前記液状媒体を充填可能な前記容積室（３１）の容積変化が可能となるように、構成され、
   前記減衰要素（３０）は、透過性のカバー（３３）を有し、前記カバー（３３）の内部空間（３２）に設けられた、前記減衰要素（３０）の前記液状媒体を充填可能な前記容積室（３１）と、前記減衰要素（３０）の前記周辺領域（２２）と、の間の置換が、前記カバー（３３）を介して可能となっており、
   前記減衰要素（３０）の前記カバー（３３）は、変形可能なカバー（３３）として構成されることを特徴とする、弁（１）。
2. 前記減衰要素（３０）の前記カバー（３３）は、金属製の網状構造体（３３）又は穴が開いた金属壁（３３）から形成されることを特徴とする、請求項１に記載の弁。
3. 前記カバー（３３）の内部に設けられた前記内部空間（３２）は、部分的に、弾性に変形可能な金属メッシュ（４０）で満たされることを特徴とする、請求項１又は２に記載の弁。
4. 前記カバー（３３）の内部に設けられた前記内部空間（３２）は、少なくともほぼ完全に液状媒体で充填されうることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の弁。
5. 前記減衰要素（３０）は、多孔質の発泡金属（４０）から形成されることを特徴とする、請求項１に記載の弁。
6. 前記減衰要素（３０）は、前記ストッパ（１２、１３）と前記アーマチャ（４）との間に配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弁。
7. 前記減衰要素（３０）は、前記ストッパ（１２、１３）に対して平行に配置され、前記アーマチャ（４）は、前記ストッパ（１２、１３）へと移動する際には最初に前記減衰要素（３０）と協働することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弁。
8. 前記減衰要素（３０）は、前記ストッパ（１２、１３）と前記弁閉鎖体（８）との間の前記弁ニードル（７）に組み込まれていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弁。
9. 前記弁（１）が、内燃機関のための燃料噴射弁であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の弁。

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