JPH09500435A - 弁行程を調節するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 弁行程、特に内燃機関の噴射弁の弁ニードル行程を調節するための装置および方法が提案される。この場合、弁（２０）のケーシング内で前調節された弁座が、塑性変形によって軸方向でケーシング内を移動可能である。上記装置は調節装置（５０）を有しており、この調節装置（５０）は塑性変形の方向で、加圧工具（５３，５５）のための送り運動を形成する。上記装置はさらに測定装置（３０）を有しており、この測定装置（３０）は弁座の塑性変形によって可変の弁行程を求め、規定の目標値と比較し、この場合、前記調節装置（５０）は目標値／実際値比較に基づき制御可能である。前記加圧工具（５３，５５）は第１の送り過程と、場合によっては少なくとも１回の別の送り過程とによって送られる。第１の送り過程につき得られた値から学習フェーゼにおいて、特性線が形成され、この特性線から、それぞれ別の送り過程のための別の送り量が求められる。

Description

【発明の詳細な説明】 弁行程を調節するための装置および方法 背景技術 本発明は、請求項１および請求項１０に記載の形式の、弁行程、特に内燃機関 の噴射弁の弁ニードル行程を調節するための装置および方法から出発する。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第４０２６７２１号明細書に記載の噴射弁は、 弁ケーシング内に弁座体を有しており、この弁座体はケーシングに位置固定され た孔付体に結合されている。弁座体には、弁閉鎖体を備えた弁ニードルが載置さ れている。弁ニードル行程の正確な調節は、組付けの完了した噴射弁において行 なわれ、この場合、ケーシングに位置固定された孔付体は弁閉鎖体の方向に塑性 変形させられる。孔付体の変形により、弁ニードル行程は前調節された量から、 要求される弁行程にまで減じられる。この弁ニードル行程によって、噴射弁の静 的な通流量が規定される。 弁の経済的な製造のためには、弁行程の調節が流れ作業製造プロセスに組込み 可能であることが必要となる。これにより、弁行程が高い繰返し精度で調節可能 となる。 発明の利点 請求項１の特徴部に記載の本発明による装置には、 次のような利点がある。すなわち、弁座の移動が孔付体の塑性変形によって高い 繰返し精度で、しかも加圧プランジャの高い送り速度で可能となる。これによっ て、弁行程を調節するためには、流れ作業製造プロセスへの組込みを可能とする サイクル時間が得られる。本発明による方法は、行程調節のための自己学習性の 調節シーケンスに基づいていて、学習フェーゼと行程最終調節フェーゼとから構 成されている。これによって得られる、パラメータの最適化に基づき、できるだ け短いサイクル時間で最良の品質が得られる。さらに、このパラメータの編集に よって、本発明による方法を種々異なる弁タイプのために使用することが可能と なる。 請求項２以下に記載の構成により、本発明による装置の有利な改良が可能とな る。ばね部材を介して力導入を実現することが特に有利である。このばね部材は 増速装置として働いて、調節装置に高い送り速度を可能にする。力伝達経路に動 力センサが配置されていることに基づき、良好な始動点検知が可能となるので、 付加的に比較的高い始動速度が可能となる。高解像度を有する距離測定システム が弁に載置されて、鉛直方向で移動可能となるので、装置の弾性率の作用を排除 することができる。特別な緊締装置により、弁はアンダカット扁平面に合わせて 自動的に自由に位置調整され、ひいては規定の位置を得ることが保証されている 。 図面 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。 第１図は燃料噴射弁のノズル側の端部の横断面図を示しており、第２図は本発 明による装置を側方から見た原理図を示しており、第３図は第２図のＩＩＩ−Ｉ ＩＩ線に沿った断面図を示しており、第４ａ図は調節時に弁行程を規定するため のプロセス経過チャートの第１の部分を示しており、第４ｂ図は第４ａ図に示し たプロセス経過チャートの第２の部分を示している。 実施例 第１図にノズル側の部分で部分的に図示した噴射弁２０は、管状の座部支持体 ２１を有している。この座部支持体２１は長手方向開口２３を備えており、この 長手方向開口２３には、たとえば管状の弁ニードル２４が配置されている。この 弁二ードル２４はボール形の弁閉鎖体２５で、弁座体２７に設けられたガイド開 口２６に載置されている。弁座体２７は弁閉鎖体２５とは反対の側の端面で孔付 体２８と同心的に固く溶接されている。孔付体２８はポット形の横断面を有して おり、この横断面は環状の保持縁部２９を備えている。孔付体２８は長手方向開 口２３内で保持縁部２９を介して長手方向開口２３の壁に、たとえば環状の密溶 接シーム２２によって結合されている。孔付体２８の溶接によって位置固定され た、長手方向開口２３におけ る弁座体２７の位置は、弁ニードル２４の弁行程の前調節を規定する。噴射弁の 構造および作用形式に関する詳細な説明は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４ ０２６７２１号明細書に開示されている。 第２図に示した本発明による装置の原理図には、ベースプレート１０に組み付 けられた中実な支持フレーム１１と、測定装置３０と、支持フレーム１１に固定 された緊締装置４０と、調節装置５０とが示されている。支持フレーム１１もし くはベースプレート１０には、ガイドロッド１５を備えたコラムガイド１４が固 定されている。ガイドロッド１５はアーム１６に結合されており、このアーム１ ６に測定装置３０が固定されている。アーム１６には、さらにニューマチック式 の送りシリンダ１８のピストンロッド１７が作用している。緊締装置４０には、 噴射弁２０がセンタリングされて、下方から上方に向かって緊締されている。 測定装置３０は高解像度を有する測定システムであって、プローブ測定装置３ １を有している。このプローブ測定装置３１は距離センサ３２に作用している。 プローブ測定装置３１は、高精度ボールガイド（図示しない）に案内された測定 キャリッジ３３を有しており、この測定キャリッジ３３は針状の測定ピン３４を 備えている。この測定ピン３４は、たとえば硬質金属から形成されている。距離 センサ３２は測定キャリッジ３３に固く結合されている。プローブ測定装置３１ のケーシングには、交換可能なストッパ３５が取り付けられている。このストッ パ３５によって、種々の噴射弁に合わせてストッパ距離が設定可能である。 測定装置３０は送りシリンダ１８によって送られ、この場合、測定ピン３４は 中空の弁ニードル２４を貫通して、弁閉鎖体２５に載置される。その後に、スト ッパ３５が、噴射弁のケーシングを形成する座部支持体２１に接触する。距離セ ンサ３２は電気的な測定信号を供給する。この測定信号は弁行程を検出するため に役立ち、調節過程のための制御装置によって評価される。測定ピン３４の当接 を監視するためには、光バリヤが設けられており、この光バリヤが作動させられ ると、送りシリンダ１８は測定装置３０を上方の出発位置に戻す。 緊締装置４０および調節装置５０の構造は図３から認められる。この緊締装置 ４０は、上側の部分４１と下側の部分４２とから成る中実な支持体４３を有して いる。両支持体部分４１，４２の間には、たとえば２つの部分から成る、水平方 向に運動可能なセンタリングスライダ４４が配置されている。このセンタリング スライダ４４は軸方向の遊びを持って、噴射弁２０をアンダカット部に緊締する 。センタリングスライダ４４を遊びなく案内するためには、下側の支持体部分４ ２にボール係止装置（図示しない）が設けられている。上側の支持体部分４１に は、噴射弁２０のためのセン タリング装置（図示しない）を備えた収容部４５が嵌め込まれている。センタリ ングスライダ４４は、たとえば操作部材４６（詳しくは図示しない）によって軸 方向に運動させられ、この場合、この運動はニューマチックシリンダ（図示しな い）によって実施される。下側の支持体部分４２は切欠き４７を有しており、こ の切欠き４７を通って、噴射弁２０のノズル側の端部が貫通している。 支持体４０の下方には、加圧ユニット５１と送りユニット５２とを備えた調節 装置５０が配置されている。加圧ユニット５１は加圧心棒５３を有しており、こ の加圧心棒５３は中心の孔５４を備えている。この孔５４には、加圧プランジャ ５５が差し込まれている。加圧心棒５３は摩擦が少なくなるように、たとえばボ ールガイド５６に支承されており、この場合、このボールガイド５６は基体５７ に収容されている。加圧心棒５３は調節装置側の端部に弾性的なリング５８を有 している。このリング５８はボールケージを、負荷されていない状態で作業位置 に押し戻すので、加圧過程時では転動摩擦しか生じず、滑り摩擦は生じない。 基体５７と噴射弁２０との間には、鐘形押圧部材６０が設けられている。この 鐘形押圧部材６０は、たとえば２つのガイドピン６１を介して基体５７に結合さ れている。この場合、ガイドピン６１は軸方向で移動可能に基体５７に支承され ている。基体５７の噴射弁 側の端面からは、ばねを介して支承された、たとえば４つのピン６２が突出して いる。これらのピン６２は鐘形押圧部材６０に作用して、この鐘形押圧部材６０ をばね力によって下方から噴射弁２０に押圧するので、センタリングスライダ４ ４における噴射弁２０の軸方向の緊締遊びは排除される。 基体５７はヨーク６３にねじ締結されている。このヨーク６３は送りユニット ５２の２つのガイドロッド６５を保持している。両ガイドロッド６５はそれぞれ ２つのガイドブシュ６６に支承されている。両ガイドブシュ６６は支持フレーム １１に固定されている。さらに、両ガイドロッド６５によって、推進ユニット６ ７が案内される。この推進ユニット６７は、この実施例ではねじ山螺合式ねじ伝 動装置である。この推進ユニット６７はケーシング６８に結合された２つの別の 摺動ブシュ６９を有している。この摺動ブシュ６９はガイドロッド６５における 推進ユニット６７のガイドを実現する。ケーシング６８には、ねじ山付ナット７ ０が配置されている。このねじ山付ナット７０には、ねじ山付スピンドル７１が 案内される。このねじ山付スピンドル７１は軸部を有しており、この軸部にはつ ば７３が一体に旋削加工されている。このつば７３はスラスト・ラジアル軸受け ７５に支持されている。このスラスト・ラジアル軸受け７５は、支持フレーム１ １に位置固定された支持部７６に載置されている。ね じ山付スピンドル７１には、ベルトプーリ７７が装着されており、このベルトプ ーリ７７は歯付ベルト７８を介してステッピングモータ（図示しない）に結合さ れている。 ヨーク６３には、駆動装置側で、コイルばね８１のためのポット状の収容部８ ０が装着されている。このヨーク６３は加圧心棒５３に対して同軸的に開口６４ を有している。この開口６４には、動力センサ８２を備えたブシュ８３が位置決 めされている。このブシュ８３は過剰負荷防止装置を有している。ポット状の収 容部８０は駆動装置側の底部に貫通案内部８５を有しており、この貫通案内部８ ５には、ケーシング６８に設けられた円筒状の付設部８６が貫通している。この 付設部８６の端面には、押圧板８７が固定されており、この押圧板８７にコイル ばね８１が載設されている。 加圧心棒５３の移動距離は推進ユニット６７によって形成される。この場合に 生じる加圧力はコイルばね８１と動力センサ８２とを介して加圧心棒５３に伝達 される。動力センサ８２は、噴射弁２０に設けられた孔付体２８における加圧プ ランジャ５５の始動点を検知するために働く。さらに、この動力センサ８２は調 節過程時における動力値を監視するためにも働く。 前記装置は次のように作動する。 噴射弁２０が緊締装置４０に設けられた収容部４５に挿入されて、センタリン グスライダ４４によって緊 締される。センタリングスライダ４４の作動後に、噴射弁２０のノズル側の端部 に調節ユニット５０が近付けられる。このことは、ステッピングモータ（図示し ない）を作動させることによって行なわれ、これによって推進ユニット６７は加 圧ユニット５１を動力センサ８２によって動力監視しながら、加圧プランジャ５ ５が噴射弁２０の孔付体２８に接触するまで送る。それと同時にこれによって、 ばね負荷された、先行する鐘形押圧部材６０を介して、緊締装置４０のセンタリ ングスライダ４４に噴射弁２０が押圧される。これによって、噴射弁２０がアン ダカット扁平面に合わせて自動的に位置決めされて、センタリングスライダ４４ によって軸方向で遊びなく保持されることが保証されている。 次いで送りシリンダ１８によって、測定装置３０が送られ、その結果、ストッ パ３５が噴射弁２０に当接し、かつ測定ピン３４が弁閉鎖体２５に載置される。 測定装置３０の供給と同時に、噴射弁２０の磁気回路の接触接続が行なわれる。 弁閉鎖体２５の下側の位置を記録した後に、測定ピン３４は弁閉鎖体２５から持 ち上げられ、噴射弁２０の磁気回路が作動させられる。これによって、弁ニード ル２４が操作され、弁閉鎖体２５は弁座体２７から持ち上げられる。弁閉鎖体２ ５のこの位置において、再び測定ピン３４が弁閉鎖体２５に載置され、距離セン サ３２がゼロにセットされる。 磁気回路のための電圧を除去することにより、弁閉鎖体２５は出発位置に戻る。 したがって、弁ニードル２４の実際行程が求められる。 次いで、ステッピングモータ（図示しない）によって推進ユニット６７が作動 させられる。この場合、送り運動はエネルギ蓄え器として作用するコイルばね８ １によって吸収される。コイルばね８１のばね特性線に基づき、推進ユニット６ ７の送り運動によってコイルばね８１に蓄えられた力は、動カセンサ８２を介し て加圧心棒５３と加圧プランジャ５５とに伝達され、さらに孔付体２８に伝達さ れる。この孔付体２８は、たとえば最大１６００〜１７００ニュートンの作用力 に基づき、塑性変形させられる。このときに圧縮ばね８１は増速装置として働い て、送りユニット５２の迅速な始動速度および送り速度を可能にする。 第４ａ図および第４ｂ図には、噴射弁２０の弁行程を調節するための加圧プラ ンジャ５５の、調節装置５０によって実施させたい送り距離を規定するためのプ ロセス経過図が示されている。弁ニードル２４の前調節された実際行程および所 望の目標行程につき、送り距離は目標差として検出される。この目標差を用いて 、ステップ１００で示した加圧過程の開始時にステッピングモータのための始動 ステップ数が加圧プランジャ５５のための送り量として求められる。求められた ステップ数はステップ１０１でステッピングモータによ って送られ、これによって得られた送り距離がステップ１０２で読み込まれる。 次のステップ１０３では、送り距離の目標値が達成されているかどうかがチェッ クされる。目標値が達成されていないと、ステップ１０４で新たなステップ数が 求められ、新たにこのステップ数によって実現された送り距離が測定される。ス テップ１０１〜１０４は、ステップ１０３で目標値が達成されるまで繰り返され る。したがって、ステップ１０１〜１０４は学習フェーズを成している。 目標値が達成されると、加圧プランジャ５５が戻される（ステップ１０５）。 このときに孔付体２８は負荷軽減され、これによって孔付体２８は弾性変形率に 基づきばね弾性的に戻る。この位置において、ステップ１０６で弁ニードル２４ の行程が再び測定され、ステップ１０７においてこの行程が規定の許容誤差内に あるかどうかがチェックされる。この行程が規定の許容誤差内にあると、加圧過 程は終了させられる（ステップ１０８）。行程が規定の許容誤差内にないと、ス テップ１０９においてコンピュータユニット（図示しない）によって、第１の送 り過程によって実現された値につき特性線が求められる。この特性線は線状では なく、各噴射弁に対して異なる経過を有している。この経過は複数のファクタ、 たとえば初期行程、孔付体２８の傾斜位置、孔付体２８の材料差およびジオメト リ差ならびにばね弾性的な戻り距離および孔付体２８ の溶接に基づき種々異なっていてよい弾性率に関連している。 ステップ１０９で求められた特性線につき、ステップ１１０で第２の送り過程 のための、目標弁行程を得るために必要となるステップ数が求められ、ステップ １１１で第２の目標値としての目標送り距離が算出される。次いで、ステッピン グモータが、前記特性線から求められたステップ数で送られ（ステップ１１２） 、送り距離が再び測定される（ステップ１１３）。ステップ１１４では、測定さ れた送り距離が目標送り距離の新しい目標値に到達したかどうかがチェックされ る。ステップ１１４でこの条件が満たされていないと、ステップ１１５で補正ス テップ数が算出され、ステップ１１４による条件が満たされるまで、ステップ１ １２，１１３，１１４，１１５が繰り返される。 ステップ１１６において、加圧プランジャ５５が再び引き戻され、これによっ て孔付体２８は負荷軽減される。負荷軽減された状態で、やはり弁ニードル行程 が測定装置３０によって求められる（ステップ１１７）。ステップ１１８におい て、弁ニードル行程が許容誤差範囲内にあるかどうかがチェックされる。許容誤 差範囲が達成されていると、加圧過程は終了される（ステップ１１９）。 求められた弁ニードル行程が許容誤差内にないと、ステップ１２０において弁 ニードル行程がまだ大き過 ぎるのかどうかがチェックされる。ステップ１２０による条件が満たされないと 、目標弁行程は既に下回られており、噴射弁はステップ１２１において廃棄され る。それに対して弁ニードル行程がまだ大き過ぎていると、ステップ１２２にお いて送り過程の回数が問い合わされる。たとえば既に３回の送り過程が行なわれ ていると、噴射弁はステップ１２１によりやはり廃棄される。３回よりも少ない 回数の送り過程しか実施されていないと、プログラムはステップ１１０に戻り、 再び特性線からステップ数および第３の送り過程の送り距離のための別の目標値 が求められる。ステップ１１１〜１２２が同様に繰り返される。 上記方法は噴射弁の弁行程の調節に限定されるものではない。この方法は、変 形によって少なくとも１つの行程制限が調節されるような全ての行程調節のため に使用可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＢＲ，ＣＮ，ＪＰ，ＫＲ，Ｕ Ｓ (72)発明者 ドーヴェダイト， ウーヴェ ドイツ連邦共和国 73734 エスリンゲン アハルムシュトラーセ 89 (72)発明者 ハルトマン， フォルカー ドイツ連邦共和国 73479 エルヴァンゲ ン アルテシュタイゲ 17 (72)発明者 プフロマー， カール−ハインツ ドイツ連邦共和国 75417 ミュールアッ カー オーベレ ガッセ 11 (72)発明者 レーリッヒ， マルクス ドイツ連邦共和国 71229 レオンベルク オーベラー シュッツェンライン 57 (72)発明者 ヴィスリツェーヌス， イーリス ドイツ連邦共和国 91058 エアランゲン ブレスラウアー シュトラーセ ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．弁行程、特に内燃機関の噴射弁の弁ニードル行程を調節するための装置で あって、該装置によって、弁のケーシング内で前調節された弁座が、塑性変形に よって軸方向でケーシング内を移動可能である形式のものにおいて、調節装置（ ５０）が設けられており、該調節装置（５０）が、塑性変形の方向で加圧工具（ ５３，５５）のための送り運動を形成するようになっており、測定装置（３０） が配置されており、該測定装置（３０）が、弁座の塑性変形によって可変の弁行 程を求めて、規定の目標値と比較するようになっており、前記調節装置（５０） が目標値と実際値との比較に基づき制御可能であることを特徴とする、弁行程を 調節するための装置。 ２．前記調節装置と前記加圧工具（５３，５５）との間にばね部材（８１）が 配置されており、該ばね部材（８１）が、弾性的な形状変化を利用して送り運動 を前記加圧工具（５３，５５）のための力に変換するようになっている、請求項 １記載の装置。 ３．前記ばね部材（８１）が圧縮ばねである、請求項２記載の装置。 ４．前記調節装置（５０）と前記加圧工具（５３，５５）との間に動力センサ （８２）が配置されており、該動力センサ（８２）を用いて、調節された許容初 期 力による弁座に対する前記加圧工具（５３，５５）の当接が検出可能である、請 求項１記載の装置。 ５．前記調節装置（５０）が加圧ユニット（５１）と送りユニット（５２）と を有しており、前記加圧ユニット（５１）が、前記加圧工具（５３，５５）のた めの摩擦の少ないガイド装置（５６）を有しており、前記送りユニット（５２） が、送り運動を生ぜしめるねじ山螺合式ねじ伝動装置（６７）として形成されて いる、請求項１記載の装置。 ６．前記ねじ山螺合式ねじ伝動装置（５２）が、基体（１１）に保持されたガ イド（６５，６６）によって案内されており、前記ねじ山螺合式ねじ伝動装置（ ５２）がステッピングモータによって駆動可能である、請求項５記載の装置。 ７．緊締装置（４０）が設けられており、該緊締装置（４０）が、センタリン グスライダ（４４）によって弁（２０）を緊締している、請求項１記載の装置。 ８．弁（２０）が、センタリングスライダ（４４）によって軸方向の遊びを持 って緊締可能であり、前記調節装置（５０）が、前記弁（２０）に作用するワー ク収容部（６０）を有しており、該ワーク収容部（６０）が、前記センタリング スライダ（４４）によって生ぜしめられた軸方向の遊びを、弁（２０）に軸方向 で作用する緊締力によって克服する、請求項７記載の装置。 ９．前記ワーク収容部（６０）が、前記調節装置（５０）にばねを介して支承 されていて、ばね力が軸方向の緊締力を形成する、請求項８記載の装置。 １０．弁行程、特に噴射弁の弁ニードル行程を調節するための方法であって、 加圧工具を用いて、前調節された弁座を塑性変形によって軸方向に移動調節する 形式のものにおいて、加圧工具を第１の送り過程で送り、第１の送り過程で実現 された値につき特性線を形成し、該特性線から少なくとも１回の別の送り過程の ための別の送り量を求めることを特徴とする、弁行程を調節するための方法。 １１．前記特性線を、少なくとも２回の連続して行なわれる送りと、これによ って実現された、第１の送り過程時の送り距離とから求める、請求項１０記載の 方法。 １２．別の送り量を前記特性線と目下の弁行程とから求める、請求項１０記載 の方法。 １３．目下の弁行程を弁座の負荷軽減された状態で求める、請求項１２記載の 方法。 １４．送り量としてステッピングモータのステップ数を使用する、請求項１０ 記載の方法。 １５．第１の送り過程後に、弁行程が既に第１の送り過程によって達成されて いる場合に、弁座の変形を終了させる、請求項１０記載の方法。