JP6813301B2 - 流体を調量するための弁 - Google Patents

Description

本発明は、流体を調量するための弁、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焼室へと燃料が直接的に噴射される、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１０３６０３３０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。この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と、弁ニードルと接合されたアーマチャであって、戻しばねにより閉鎖方向に付勢され磁気コイルと協働するアーマチャと、を備える。アーマチャは、磁気回路の外部磁極の凹設部の中に配置されている。

請求項１の特徴を備える本発明に係る弁には、改良された構成及び機能形態が可能となるという利点がある。特に、弁ニードル及び／又は弁ニードルでのアーマチャの案内の改善が実現可能である。従属請求項で記載される措置によって、請求項１に示される弁の有利な発展形態が可能である。

請求項７に係る構成に対応して、ソレノイドアーマチャとして機能するアーマチャは、有利に、弁ニードルと固定的は接合されず、ストッパ間に浮動状態で支承されている（ｆｌｉｅｇｅｎｄ ｇｅｌａｇｅｒｔ）。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。少なくとも１つのばねを介して、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る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、アーマチャ自由行路全体が加速区間として提供される。

これにより、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。

弁ニードルの有利なガイド部によって、弁ニードルでのアーマチャの、遊びのない又は著しく遊びのない案内が実現されうる。ハウジング内の弁ニードルのガイド部によって、アーマチャがハウジングに対して相対的に固定的なアーマチャが当たった場合には、遊びをもたせた弁ニードルの案内が可能となる。即ち、アーマチャがストッパ面に当たった際に弁ニードルを傾かせることが可能であり、このことは、弁ニードルの、例えば弁閉鎖体がガイド部で挟まって動かなくなることなく可能である。

さらに、請求項２に応じて、ハウジングに対して相対的に固定されたストッパ面へのアーマチャの完全な接触を可能とするために、十分な遊びが生じることは有利であり、その際に、このことは、弁ニードルが狭くて動かなくなることが起きない形で、可能である。このことによって、弁ニードルでのアーマチャの遊びのない案内が可能となる。

請求項３に係る構成には、特に閉弁時に弁座面に鑑みたセンタリングが可能となる改良された案内が可能であるという利点がある。これにより、より良好な閉鎖挙動、及び、開弁時の有利な挙動が獲得される。

請求項４に係る構成には、特に、弁閉鎖体が弁座面上に存在する場合には、密で正確な案内が実現可能であるという利点がある。

請求項５に係る構成には、弁ニードルガイド部と弁座面とが高い精度で互いに位置決めされ、従って、弁ニードルが、特に弁閉鎖体を介して、弁座面により与えられる長手軸に沿って弁座面へと案内されるという利点がある。このことによって、アーマチャがハウジングに対して相対的に固定されたストッパ面に当たった場合に、最適化された閉鎖挙動と共に、遊びを持たせた案内を介した公差補正が可能となる。

有利に、ハウジングに対して相対的に固定されたストッパ面は、請求項６で示されるように、ハウジング部分に接合された内部磁極上に形成されうる。弁座面により決定される長手軸に対するストッパ面の方向付けによって特に生じる内部磁極の公差は、部分的に密な案内と、部分的に遊びを持たせた案内と、を可能とする弁ニードルガイド部によって、有利に補正されうる。

請求項８及び請求項９では、弁ニードルガイド部及び弁座面が形成されるノズル本体で特に実現されるガイド部の有利な構成が言及されている。その場合に、シール座への燃料の有利な案内は、請求項１０に係る有利な構成に対応して実現される。

本発明の好適な実施例が、以下の明細書の記載において、対応する構成要素に統一的に符合が付された添付の図面を参照しながら詳細に解説される。
閉鎖された状態での本発明の一実施例に対応する弁の概略的な断面図（抜粋）を示す。 操作されたポジションにおける、同実施例に対応する図１で提示した弁を示す。

図１は、一実施例に対応する流体を調量するための弁１の概略的な断面図（抜粋）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が高圧噴射弁１として構成されて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用いられる燃料噴射装置である。その際に燃料として、液体又は気体による燃料が使用されうる。

弁１は、電磁コイル３とアーマチャ４を備えるアクチュエータ２を有する。電磁コイル３に通電された際には、磁気回路が内部磁極５を介して閉鎖され、これにより、開放方向６へのアーマチャ４の操作が行われる。

長手軸７は、ここでは本発明を解説するために弁座面８によって決定される。アーマチャ４は、ここでは少なくとも近似的に長手軸７に沿って開放方向６に移動する弁ニードル９を操作するために役立つ。その際に、このように定められる長手軸７に対して、弁ニードル９が或る程度傾くことも可能である。

アーマチャ４は、互いに反対側を向く端面１０と更なる別の端面１１とを有する。図１に示される初期ポジションでは、アーマチャ４の端面１０が、ストッパ要素１３の面１２に接触している。さらに、面１５を有する他のストッパ要素１４が設けられている。アーマチャ４は、ストッパ要素１３の面１２とストッパ要素１４の面１５との間で、弁ニードル９上を移動可能に案内される。その際に、アーマチャ自由行路１６が設定される。電磁コイル３に通電された際には、アーマチャ４は、最初にアーマチャ自由行路１６を通過し、その際に、弁ニードル９は、戻しばね１７によってその初期ポジションに保たれる。アーマチャ自由行路１６に渡って、アーマチャ４は、ストッパ要素１４の面１５に当たった際に弁ニードル９を確実に開放する移動推力（Ｂｅｗｅｇｕｎｇｓｉｍｐｕｌｓ）を構築する。その後で、アーマチャ４が内部磁極５のストッパ面１８に当たるまで、アーマチャ４はさらに、弁ニードル９と共に開放方向６に移動する。その際に、ストッパ面１８は、ハウジング１９に対して相対的に固定されて配置されている。ハウジング１９は、本例ではハウジング部分２０、２１を有する。弁座面８が形成されるノズル本体２２が、ハウジング部分２１と接合されている。

アーマチャ４と、弁ニードル９と、が長手軸７上で位置決めされる場合に、ストッパ面１８は、組立公差及び／又は部品公差により、アーマチャ４の端面１１に対して必ずしも正確に平行ではなく、その際に、このことは、弁１が閉鎖されている状態に当てはまる。このような平行ではない状態が、図１では、ストッパ面１８でのオフセット角２３によって示されている。当然のことながら、部品公差は、追加的又は代替的にアーマチャ４でも生じうる。

弁１の機能形態及び構成は、以下で図２も参照して詳細に解説される。即ち、図１は、弁閉鎖体２４と弁座面８との間のシール座が閉鎖されている閉鎖状態での弁１のポジションを示している。この閉鎖状態では、弁座面８で弁閉鎖体２４が位置決めされることになる。この位置決めに合わせて、ノズル本体２２には、複数のガイドリブ２６、２７を有しうる弁ニードルガイド部２５が設けられており、上記複数のガイドリブ２６、２７上に、対応して非連続的なガイド面２８が形成されている。その際に、ガイド面２８は、ガイドリブ２６、２７間の適切な凹部２９によって途切れている。図１ではガイドリブ２６、２７のみ提示され符号が付されているが、ガイドリブ２６、２７の数は、各適用ケースに依存する。さらに、他の形態によるガイド部も構想されうる。ガイドリブ２６、２７の代わりに、例えば、部分的に環状のガイド要素を設けられてもよく、その場合には、当該ガイド要素の間に対応して凹部２９が設けられる。凹部２９は、シール座へと燃料を案内するために役立ち、従って、開弁時には燃料が環状の燃料室３０から噴孔３１、３２へと案内されうる。噴孔３１、３２の数及び構成は、各適用ケースに対して調整されうる。これにより、燃料が燃焼室３３へと噴射されうる。ここで、噴射という概念は一般的に理解され、気体燃料の噴射も含んでいる。さらに、弁１は基本的に、液体又は気体による他の流体を噴射するためにも適している。

弁１が操作される際に、アーマチャ４が内部磁極５のストッパ面１８に当たった場合には、内部磁極５でアーマチャが位置決めされることになる。その際に、この位置決めは、アーマチャ４の端面１１が内部磁極５のストッパ面１８に対して平行に方向付けられる最終ポジションに関して行われる。

自社内の先行技術に対応する従来の構成では、弁ニードル９は長手軸７に沿って案内され、このことは、アーマチャ４が内部磁極５に当たった場合にも該当する。これにより、オフセット角２３の分だけ傾いたストッパ面１８でのアーマチャ４の端面１１の位置決めが、構造により条件付けられて、長手軸７上での弁ニードル９の位置決めと対応していないという問題が生じる。弁閉鎖体２４が長手軸７に沿って案内される際には、これに関して補正が必要である。この補正は、アーマチャ４と弁ニードル９との間の間隙によって達成され、その際に、オフセット角２３に関する所与の公差に依存して、アーマチャ４と弁ニードル９との間の対応する公差設定も獲得され、ガイド部の対応する大きさの基本間隙となる。これに対して、アーマチャ４と弁ニードル９との間の基本間隙が小さく設定され過ぎた場合には、アーマチャ４がストッパ面１８に当たった場合に、公差からの、対応するずれに応じて、弁ニードルが挟まって動かなくなる可能性がある。

しかしながら、弁ニードル９でのアーマチャ４の狭い間隙は、弁１の機能形態に関して重要となりうる。このことは、例えば、アーマチャ４とハウジング部分２１との間の環状間隙３５の設計によって又は他の形態による設計によって液圧減衰を実現するために、場合により燃料室３０から分離されている可能性がある流体で満たされた空間３４にアーマチャ４が配置されている場合に、減衰挙動に関連しうる。さらに、弁ニードル９でのアーマチャ４の狭い間隙は、操作された際のストッパ要素１３の面１２に対する、アーマチャ４の端面１０の平行な位置決めを保証するためにも必要となりうる。

従って、シール座が閉鎖される際には弁ニードル９が密に案内され、ハウジング１９に対して相対的に固定された、内部磁極５のストッパ面１８にアーマチャ４が当たった際には弁ニードル９が遊びを持って案内されるよう構成された弁ニードルガイド部２５が実現される。本実施例では、弁ニードルガイド部は、アーマチャ４が内部磁極５に到達した場合に弁閉鎖体２４が半径方向にずれられるように、ノズル本体２２に形成されている。このことによって、図２に示されるように、長手軸７に関する理想的な位置決めから弁ニードル９を傾けることが可能となる。

図１及び図２は、（通常そうであるように）本実施例に係る弁１の実寸に忠実な図面ではない。これに関して、図１及び図２の弁１の図では、同じ実施例が関わっているにも関わらず、アーマチャ４でのオフセット角２３に関して異なる図が選択されていることに注意されたい。図面でオフセット角２３を明確にするために、オフセット角３２は、図１ではより大きく描かれている。図２では、弁ニードル９の傾きとストッパ面１８へのアーマチャ４の接触とが可能となるそれ自体は調和がとれた図に鑑みて、オフセット角２３が提示されている。

図２は、開放状態の弁１を示しており、この開放状態では、アーマチャ４は、内部磁極に接触しており、弁ニードル９でのアーマチャ４の密な案内により、回転軸３６に対して、弁ニードル９の傾斜角３７が生じている。これにより、ハウジング１９とノズル本体２２との間で弁ニードル９が曲がって歪むこと又は挟まって動かなくなることが防止される。ここでは、内部磁極５の内部に設けられた、ストッパ要素１４を用いた弁ニードル９のガイド部５１によって上記の傾きが可能となる。

その際に、ガイド面２８は、開放方向６に円錐状に広がり、及び／又は、ステップ部３９を有する。その後に、引き続いて閉鎖された際には、弁ニードル９は、弁閉鎖体２４を介して再び長手軸７上で位置決めされる。

これにより、開放方向６に延在する弁ニードルガイド部２５によって、弁ニードル９、ストッパ要素１３、１４、及びアーマチャ４を含むニードルアセンブリ９、１３、１４、４の傾きを許容するより大きな間隙が可能となる。この間隙が正しく選択されている場合には、上記傾きによって、ここでは内部磁極ストッパ面として構成されたストッパ面１８に対して平行なアーマチャ４の斜めに傾いたポジションも可能となり、これにより、アーマチャ４にとっては、内部磁極５への完全な接触が可能となる。他方では、弁ニードル９でのアーマチャ４の遊びのない案内によって、弁ニードル９上でアーマチャ４が傾くことが防止される。これにより、弁ニードル９でのアーマチャ４の遊びのない案内にも関わらず、内部磁極５へのアーマチャ４の完全な接触が可能となる。

自社内の先行技術に対応する従来の構成では、弁ニードルが挟まって動かなくなること、及び／又は、内部磁極へのアーマチャの不完全な接触が起こるが、本実施例に係る構成によって、アーマチャガイド部の狭い間隙にも関わらず、内部磁極５への完全な接触が達成されうる。

これにより特に、弁座面８での密な案内により、アーマチャ４の端面１１が、長手軸７に対して直交して方向付けられる構成が実現可能である一方で、図２で傾斜角３７により示されるように、内部磁極５のストッパ面１８でアーマチャ４の端面１１が平行に位置決めされた際に生じる長手軸７に対する弁ニードル９の傾きが可能となる。

ガイド面２８は特に、ガイド面２８と弁座面８により決定される長手軸７との間隔５０が開放方向６に少なくとも部分的に増大するように構成され、このことは特に、ステップ部３９で当てはまる。これにより、特に、区間単位で円錐状及び／又は少なくとも区間単位でステップ状の構成が実現され、本構成では、ガイド面２８が、開放方向６に長手軸７に沿って広がり、又は長手軸７から遠ざかる。

本発明は、記載された実施例及び言及された変形例には限定されない。

Claims (10)

1. 流体を調量するための弁（１）であって、
   電磁アクチュエータ（２）と、
   前記アクチュエータ（２）により操作可能な弁ニードル（９）であって、弁座面（８）と協働してシール座を成す弁閉鎖体（２４）を操作するために役立つ前記弁ニードル（９）と、を備え、
   ハウジング（１９）に対して相対的に固定されたストッパ面（１８）であって、操作された際にはアーマチャ（４）がそれに当たる前記ストッパ面（１８）が設けられる、前記弁（１）において、
   弁ニードルガイド部（２５）が設けられ、前記弁ニードルガイド部（２５）は、シール座が閉鎖される際には前記弁ニードル（９）が密に案内され、前記ハウジング（１９）に対して相対的に固定された前記ストッパ面（１８）に前記アーマチャ（４）が当たる際には、前記弁ニードル（９）が遊びを持って案内されるよう構成され、
   前記アーマチャ（４）は、前記ハウジング（１９）に対して相対的に固定された前記ストッパ面（１８）の方を向いた端面（１１）を有し、前記密な案内は、当該案内の際に、前記弁座面（８）により決定される長手軸（７）が前記端面（１１）に対して直交して方向付けられるように構成され、前記遊びを持たせた案内は、前記長手軸（７）に対して前記弁ニードル（９）が傾くことが可能となるように構成され、前記ストッパ面で前記アーマチャ（４）の前記端面（１１）が平行に位置決めされた際に、前記傾きが生じる、ことを特徴とする、弁（１）。
2. 前記ハウジング（１９）に対して相対的に固定された前記ストッパ面（１８）に前記アーマチャ（４）が当たった際の前記遊びを持たせた案内は、当該ストッパ面（１８）に対
   して前記アーマチャ（４）が平行平面的に接触しうるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の弁。
3. 前記弁ニードルガイド部（２５）は、前記弁閉鎖体（２４）を介して前記弁ニードル（９）を案内することを特徴とする、請求項１〜２のいずれか１項に記載の弁。
4. 前記弁ニードルガイド部（２５）、及び、前記弁座面（８）は、ノズル本体（２２）に形成され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. 前記ハウジングに対して相対的に固定された前記ストッパ面（１８）は、内部磁極（５）上に形成され、前記内部磁極（５）は、ハウジング部分（２１）と接合されており、前記ノズル本体（２２）は、少なくとも間接的に前記ハウジング部分（２１）と接合されていることを特徴とする、請求項４に記載の弁。
6. 前記アーマチャ（４）は、前記弁ニードル（９）上を移動可能に案内され、前記弁ニードル（９）には、当該弁ニードル（９）に対して固定されるストッパ要素（１４）であって、開放方向（６）行われる開放に寄与する操作の際に前記アーマチャ（４）がそれに当たる前記ストッパ要素（１４）が設けられ、前記アーマチャ（４）は、当該アーマチャ（４）が前記ハウジング（１９）に対して相対的に固定された前記ストッパ面（１８）に当たるまで、前記弁ニードル（９）を前記ストッパ要素（１４）で前記開放方向（６）に一緒に運ぶことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の弁。
7. 前記弁ニードルガイド部（２５）は、少なくとも１つのガイド面（２８）を有し、前記ガイド面（２８）と前記弁座面（８）により決定される長手軸（７）との間隔（５０）は、開放方向（６）に少なくとも区間単位で増大することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の弁。
8. 前記ガイド部は、少なくとも１つのガイド面（２８）を有し、前記ガイド面（２８）は、前記弁座面（８）により決定される長手軸（７）に対して、少なくとも区間単位で円錐状に及び／又は少なくとも区間単位で少なくとも階段状に広がり、又は前記長手軸（７）から遠ざかることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の弁。
9. 前記弁ニードルガイド部（２５）は、ガイドリブ（２６、２７）有し、及び／又は、前記シール座への前記流体の案内のために役立つ凹部（２９）を有し、及び／又は、開放方向（６）へ操作される際に前記アーマチャ（４）がそれに当たる前記ストッパ要素（１４）が設けられ、前記ストッパ要素（１４）は、前記弁ニードル（９）のための回転軸（３６）が実現されるように案内されてい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。
10. 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１〜９のいずれか１項に記載の弁。

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