JPS6060383A - 非弾性的遮断部を有する電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野： 本発明はアンカを介して電磁石により作動可能であり、
固定的な硬い弁座と共働してリング状の通路断面を制御
することができ、かつ硬いリング状の遮断面を有する可
動の弁体な備える、とくに内燃機関の燃料噴射装置にお
ける燃料計量のための非弾性的弁遮断部を有する電磁弁
に関する。

従来の技術および発明が解決しようとす、る問題点 リング状通路断面の選択は主としてできるだけ大きい流
路断面を得、それによって制御すべき媒体の圧力損失を
できるだけ低く維持することに基（。しかしリング状通
路断面により相応して大きい弁座直径が必要となり、そ
れによってこの種の圧力非平衡電磁弁の場合、制御すべ
き媒体の圧力に応じて弁体の作動に比較的大きい力が必
要になる。したがってこのような電磁弁のために種々の
提案が公知である。この問題は弁体および弁座の遮断面
が硬く形成され、それゆえ互いに正確に案内されなけれ
ばならないことによってさらに困難になる。

電磁弁の一般的問題は磁力がアンカと磁石コアの間の距
離の増大とともに次第に減少することにある。この力は
磁束は別として、磁束線が通過するアンカとコアの互い
に相対する表面の大きさにも関係する。これに関しても
種々の提案が公知である。

種々の形成は第１に電磁弁の種々の使用または目的に帰
せられる。高い切替速度および切替頻度を有する電磁弁
は主として高圧の媒体を制御するために使用する電磁弁
とは形成が異なる。

前者の場合とくに可動弁部材の加速される質量を小さく
し磁石部材の吸着効果を低くすることに重点が置かれ、
後者の場合できるだけ小さい表面差および大きい磁力が
重視される。本発明の場合、無電流で閉鎖され、噴射装
置に必要であるような高い切替頻度を可能にし、単位時
間当りの通過量が太き（、比較的高圧で逆止効果を有す
る電磁弁の開発が目的である。単に公知の２つの開発方
針の組合せはこの方針の構造的手段が互いに矛盾するの
で不可能である。

通常遮断力はばねによってつくられる。しかし遮断力を
与えるばねはばね力が、遮断したばねでもつとも小さく
、開放したばねでばね応力増大のため最大となるのが欠
点である。しかし本発明の場合遮断方向に作用する力は
遮断を保証するため弁体が弁座に接した際最大であり、
弁を開放に制御する場合、開放保持力およびそのための
エネルギー損失をできるだけ小さく保持するように、遮
断方向の力は一定には留まらないけれど、少なくとも減
少するように設計される。

遮断力を得るためばねの代りに永久磁石を使用すること
はすでに提案されている（西独公開特許公報第３２３７
５３２号参照）、この提案によればアンカとして弁体が
使用され、その際前記問題が発生し、すなわち通路断面
に比してアンカに作用する比較的小さい磁力しか得られ
ない。

問題点を解決するための手段： この問題は特許請求の範囲第１項記載の特徴によって解
決される。本発明の電磁弁は公知技術に比して、弁座直
径が決定される制御すべき媒体のための通路断面を構造
的にアンカと無関係に、すなわちアンカと電磁石の間の
磁束が通過する表面と無関係に形成しつる利点を有する
。

弁体のきのこ状ヘッドの直径およびアンカ板の直径はほ
とんど互いに無関係に選択することができる。磁束の通
過する表面積が発生する力にとって重要であり、アンカ
板は適当に太き（選択することができる・アンカ板は永
久磁石から発生した磁束を、媒体が開放方向に弁体にお
よぼす力に打勝つために必要な、十分な保持および引力
に変換しつるように十分大きくなげればならない。きの
こ弁のステムの正確な案内は本発明の機能に必要な前提
である。正確な案内によって遮断面を有するきのこのヘ
ッドが正確に遮断面と共働し、それによって弁遮断の除
泥れの完全な遮断が達成される。しかし円錐形の形成の
ため遮断位置である程度自動調節が行われる場合もきの
こ弁のステムの正確な案内によってアンカ板の作用面が
電磁石の相対する表面すなわち磁石コアおよび磁極の表
面に対し正確に平行することが達成される。前記のよう
に、非平行の場合磁力が距離によって著しく変化する磁
石の特性は不利に作用する・アンカ板の磁石に接近した
部分は他の位置よりはるかに強く引付けられ、それによ
って弁体の傾斜その他の考えられる欠点のほかとくに著
しく大きい摩擦が発生する。さらに正確な時間的制御は
不可能である。というのはこのような制御は非平行のア
ンカ板ではまった（決定し得ない平均的磁力へ調節する
ことを必要とするからである。このような傾斜は弁通路
の遮断性に対しても不利な影響を有する。

電磁石の場が永久磁石の場と反対に作用することによっ
て永久磁石の場は、弁体に作用する媒体の差圧のためま
たはばねの支援により弁体が迅速に通路を開放するよう
に打消される。遮断忙保持する永久磁石の場の打消は非
常に迅速に行われるので、媒体またはばねの力は完全に
発揮される。常用弁の場合、対向力に打勝つことによっ
て制御が行われ、そのためつねに大きいヒステリシスを
伴う。とくに燃料噴射装置の場合、大きい量を短時間に
高い頻度をもって制御し、かつ非常に正確な計量を必要
とするので、この利点は有利に作用する。

遮断力のために永久磁石を使用する付加的利点はそれに
よって反撥を避けることＫある。電磁石のスイッチオフ
後、永久磁石の力によりアンカが引付けられ、弁体が遮
断位置へ引付けられる場合、遮断ストロークとともに永
久磁石の遮断力も上昇する。遮断した弁の場合この力は
最大である。それによって弁の硬い遮断面が互いに衝突
した際弁体はもはや反撥運動することができず、完全に
密に遮断することが達成される。常用弁の場合振幅は一
般に材料の弾性に応じて約０．０１〜３１ｒ１１Ｌであ
り、それによって正確な制御は不可能になる。さらに反
撥傾向は弁の切替頻度によっても影響されるので、この
ような反撥運動を支配することは通常はぼ不可能である
。

永久磁石の使用は電源故障の際安全である付加的利点を
有する。電磁弁は無電流状態で閉鎖しているので、した
がって弁の無制御の通過が避けられ、これはとくに燃料
噴射装置の場合重要である。

本発明のもう１つの利点は磁気回路と媒体制御回路の構
造的分割のため弁座の前後の媒体の死空間を最小にしつ
ることにある。構造的形成のただ１つの問題はただ１つ
の支配的特徴としてもともと非常に小さい弁体のストロ
ークに拘束されることである。これも同様とくに燃料噴
射装置にとって意義がある。というのは死空間は燃料の
弾性のため有害な空間として作用するからである。

本発明の有利な実施例によれば永久磁石および電磁石は
軟磁性材料からなる共通の磁石ケーシングを有し、この
中で両磁石は磁気的に互いに並列に作用する。縦軸に対
し磁石は互いに前後して配置される。この磁石群はさら
に電磁弁箱内に収容され、この弁箱は弁座体、弁座およ
び弁体な有する弁群も収容する。それによって有利に磁
石群または弁群のようなユニットは電磁弁箱内でたとえ
ばねじ結合により交換可能である。

本発明の付加的形成によれば磁石コイルは電気的に転極
可能なので、電磁石の磁力線の作用方向を反転すること
ができる。磁石コイルは電磁弁の開放制御のための第１
切替位置で永久磁石の磁束を打消し、第２の切替位置で
はその磁束によって弁体のその出発位置への戻りの際の
永久磁石効果を支援する。遮断運動はそれによって著し
く促進される。遮断位置では永久磁石の力は再び最高な
ので、媒体の圧力が比較的高い場合でも電磁石をスイッ
チオンすることができ、その際弁体が弁座から離れるこ
とはない。

本発明の付加的形成によれば弁座の前の空間に絞りが配
置され、それによってあらかじめ最大の通路断面が決定
される。したがって電気的制御装置から発する量の信号
を介して媒体の粘度と無関係に量の制御を実施すること
ができる。

実施例− 次に本発明の２つの実施例を図面により説明する。

電磁弁箱１内に多数の部材からなる磁石群２および弁群
３がねじ固定される。電磁弁は図示されていない燃料噴
射装置内の燃料計量弁として使用されろ。電磁弁箱１は
ねじ４を介して噴射装置のケーシングの相当する孔へね
じこまれ、その際電磁弁箱１と孔壁の間のシールリング
５が外部に対するシールとして役立つ。燃料供給は電磁
弁室１のリング溝６から出て本来の弁に通ずる半径方向
の孔７を介して行われる。孔のうち１つだけが図示され
る。リング溝８は噴射装置のケーシング内を走る燃料供
給孔と連通しこの孔はそこで電磁弁箱ｌを収容する孔へ
開にする。

電磁弁箱ｌはさらに内側へ突出するカラー９を有し、こ
のカラーは磁石群２のストツノξとして、かつ弁群３の
ストツノξとして役立つ。このカラー９は内側に円筒室
１０を仕切り、この室へ供給孔７が開口し、この室内で
板状に形成したアンカ板１１が軸方向に動きつる。

アンカ板１１は磁石群２のそれぞれ軟磁性材料からなる
磁石コア１２または極板１３と共働する。極板１３は同
様軟磁性材料からなるポット状磁石ケーシング１４を閉
鎖し、このケーシング内に磁石群の残りの部材が収容さ
れている・磁石コア１２は′Ｔ形断面に形成され、底板
１５および円筒コア部１６からなる。磁石コアの底板１
５とポット状磁石ケーシングの底板１７の間に板状に形
成した永久磁石１８が配置される。固定ねじ１９により
永久磁石１６は磁石コア１２と磁石ケーシング１４の間
に固定される。

円筒コア部１６の周囲に電磁石コイル２０が配置され、
同様極板１３によって固定される。磁石コイル２０は２
つの導線２１（そのうち１つのみ図示されろ。）を介し
て電流が供給される。

磁石ケーシング１４に磁石ケーシングを電磁弁箱１へね
じこむねじが設けられる。シール２２および２３は燃料
５磁石群の外、側へ流出するのヲ防り。コイル２０はコ
イルケーシング２４内に収容される。

永久磁石１８と磁石ケーシング１４の円筒形内壁の間に
半径方向に直接の磁束短絡を防ぐリング空間２６が配置
される。それによって磁束は必然的に磁石ケーシング１
４を介して走るので、永久磁石回路は永久磁石から磁石
ケーシング１４の底板１７、磁石ケーシングの円筒部お
よび極板１３を介してアンカ板１１へ、ここから磁石コ
ア１２を介して再び永久磁石へ達する。

磁石コア１２の底板１５も磁石ケーシング１４に対しリ
ングギャップ２７を有し、永久磁石回路の短絡を避け、
永久磁石磁力線は必然的にアンカ板を介して流れる。さ
らにこのリングキャップ２７は電磁石の渦流損失を減少
する漂遊ギャップとして役立つ。この場合少量の磁束が
それにもかかわらずこのギャップを横断することは避け
られない。いずれにせよアンカ板を通って流れる永久磁
石の磁束によってアンカ板１１は磁石コア１２および極
板１３の方向へ引かれる。

永久磁石１８と並列に配置したコイル２０は励起の際リ
ングギャップ２７を介して閉じる磁束を発生し、その際
永久磁石１８自体はエアギャップのように作用する。磁
石コイル２０内の電流の方向に応じて電気的に発生した
磁束は永久磁石のそれを打消し、またはそれに対し加算
される。１つの場合アンカ板１１に作用する磁力が中断
され、他の場合強化される。しかしいずれの場合もアン
カ板１１と磁石コア１２または極板１３の間の磁束線の
ために比較的大きい互いに相対する表面が得られる。扁
平アンカとしての構造的形成によってこの作用面を伝達
すべき磁力に容易に適合させろことができる。

弁群１はその弁座体２８によって電磁弁箱１へねじこま
れろ。この弁座体２８の中心開口にきのこ状に形成した
弁体３０のための案内部材２９が挿入され、弁体３０は
その中に軸方向摺動可能に案内されろ。この弁体３０は
ヘッド３１および弁軸３２を有する。弁軸３２はアンカ
板１１とたとえばレーザ溶接または電子線溶接によって
固定的に結合されろ。さらに弁軸にストロークストップ
板３３が固定され、このストップ板は一面で軸方向にア
ンカ１１へ突当り、他面で弁軸３２の層３４に支持され
る。このストロークストップ板は弁体３０のストローク
を開放方向に制限し、このストローク内でストップ板は
案内部材２９の案内プツシ３５へ当る。

この運動は燃料圧力によるほかばね３６によって支援さ
れ、このばねは１端が弁体３０に、他端がばねを収容す
る磁石コア１２内の孔３８の底部３７に支持される。さ
らに弁座体２８に弁体３０のヘッド３１とともに本来の
燃料弁を形成する弁座３９が設けられる。この弁通路の
対応する遮断面は少し異なる円錐傾斜をもって円錐形に
形成されるので、ヘッド３１の遮断面と弁座３９の直線
的接触が達成される。それによって正確な弁座直径も決
定することができる。

弁軸３２は案内プツシ３５に非常に正確に案内されるの
で、弁座３９とヘッド３１の間の正確な配置が達成され
る。弁座体２８およびと（に弁座３９ならびに弁体３０
およびとくに遮断面を有するヘッド３１は正確な案内が
所要の遮断性のための前提なので、へこみ傾向の小さい
硬い材料からなる。燃料噴射装置に使用するこのような
弁は著しい負荷にさらされるので硬い材料が選択される
。この弁に必要な高い圧力および高い頻度が長時間にわ
たる場合、軟い材料はたとえば弁座のへこみによって釣
合が変化し、それによって再び計量誤差が発生する。

弁軸３２の正確な案内のための他の重要な理由はそれに
よって得られるアンカ板１１と磁石コア１２または極板
１３の平行性である。すなわちこの平行性がなければア
ンカ板１１は不均一な強さで引付けられ、それによって
弁体３０が傾斜する。この危険は、さらに磁力が距離の
減少とともに増大し、アンカ板１１に作用する磁力がア
ンカ板が磁極に近いほど大きくなることによって、増大
する。

永久磁石１δの作用により弁は無電流状態で遮断され、
すなわちヘッド３１は弁座３９に接する。開放方向にば
ばね３６および燃料圧力のみが作用し、その開放方向に
作用する力は弁座３９の直径によって決定される。すな
わち永久磁石の力はばね力と燃料に基（力の和より太き
い。磁石コイル２０が励起されると、永久磁石の力が遮
断（打消）され、ストロークストップ板３３は案内プツ
シ３５に接し、それによって弁はヘッド３１と弁座３９
の間のリングギャツプによって最大に開放する。次に磁
石コイル２０を遮断すると、永久磁石の力により弁体３
０は再びその出発位置または遮断位置へ引かれろ。

この遮断過程は電磁石の力を永久磁石の力に重ね、すな
わち加算するように、磁石コイル２０を反対方向に励起
することにより強化または促進することができる。磁力
は公知のように磁極距離の減少とともに増大し、弁の遮
断の場合アンカ板１１とその磁極の間の距離はとくに小
さいので、前記切替によって遮断過程を電磁的に促進し
、かつ永久磁石が遮断位置を保持するだけの目的を有す
る場合、永久磁石１８は弱く、小さく形成することがで
きる。

第２図に示す第２実施例の場合第１図の部分と同じ部分
は同じ参照番号で示される。

この実施例の場合燃料流れの弁座３９の上流に一定の絞
りが配置される。それによって流入圧力が一定の場合、
計量する燃料の量と開放時間の関係を直線的にすること
が達成される。図示されていない制御装置が発する電気
酌量信号により燃料の粘度と無関係に相当する燃料容積
を決定することができる。絞りは最小断面を決定するの
で、電磁弁の開放時間が十分短い場合、流量と開放時間
の関係は比較的広範囲に直線的である。

第２図に示すこの目的の実施例の場合、とくに電磁弁箱
１へねじこむ弁群の弁座体４０はほぼ第１図の場合と同
様に形成される。弁体３０は直接案内孔４１内で軸方向
に案内され、弁体３０と弁座体４０の間の弁座３９のす
ぐ上流にリング室４２が設けられろ。電磁弁箱１内の円
筒室１０からこのリング空間４２へ絞り４４を備える燃
料供給孔４３が通ずる。

粘度と無関係の制御に関しない第１実施例と異なるもう
１つの特徴は開放方向に弁体３０に作用するばね４５が
著しく大きい直径を有することである。それによってば
ねを弱く形成することができろ。ばねは弁体の弁軸に作
用する代りにアンカ板１１に作用する。補足的にさらに
第１実施例の場合固定ねじ１９の形成を少し変化するこ
とによりば、ね３８の前応力を変化しうろことが指摘さ
れる。この可能性は直径の大きいばね４５の場合にはも
はや存在しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による弁の縦断面図、第２図は弁の第２
実施例の縦断面図である。 １・・・弁箱、２・・・磁石群、３・・・弁群、ｌｌ・
・・アンカ板、１２・・・磁石コア、１３・・・極板、
１４・・・磁石ケーシング、１８・・・永久磁石、２ｏ
・・・電磁石コイル、２８・・・弁座体、２９・・・案
内部材、３０・・・弁体、３１・・・ヘッド、３２・・
・弁軸、３３・・・ストップ板、３６・・・ばね、３９
・・・弁座、４０・・・弁座体、４３・・・燃料供給孔
、４５・・・ばね（ほか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　アンカを介して電磁石により作動することができ
   、固定的な硬い弁座と共働してリング状の通路断面を制
   御することができ、かつ硬いリング状の遮断面を有する
   可動の弁体な備える、非弾性的遮断部を有する電磁弁に
   おいて、弁体（３０）がきのこ形に形成され、かつ流れ
   の方向に開き、遮断面がきのこ形ヘッド（３１）の内面
   に配置され、きのこ弁の弁軸（３２）が軸方向運動のた
   め弁座体（２８，４０）に正確に案内され、きのこ弁の
   弁軸（３２）のヘラｌ’（３１）と反対側にアンカ（１
   １）が固定され、このアンカ（１１）が弁の軸線に対し
   直角方向に大きい作用面を有する扁平アンカとして形成
   され、電磁石（２０）の磁束が永久磁石（１８）の磁束
   と反対方向に作用してこれを打消すように制御可能であ
   り、かつ永久磁石（１８）の磁気回路がアンカ板（１１
   ）を通過することを特徴とする非弾性的弁遮断部を有す
   る電磁弁・ ２、　永久磁石（１８）がアンカ（１１）へ遮断方向に
   作用し、弁体（３０）が電磁石（２０，２４）の非励起
   状態で遮断位置にある特許請求の範囲第１項記載の弁。 ３、電磁石（２０，２４）のコイル（２０）が反対方向
   の磁束を得るためスイッチ装置により交互に両方向に励
   起しつる特許請求の範囲第１項記載の弁。 小、永久磁石（１８）および電磁石（１１，１２，１３
   ）が磁性材料からなる共通の磁石ケーシング（１４）を
   有する特許請求の範囲第１項記載の弁。 ５、　永久磁石（１８）が磁石コイル（２０）と同軸に
   配置した円形の板として形成されている特許請求の範囲
   第１項記載の弁。 ６、　残りの磁石部材を収容する磁石ケーシング（１４
   ）が磁石群（２）として電磁弁箱（１）内に配置され、
   この弁箱が磁石群に接して弁座体（２８，４０）、弁座
   （３９）および弁体（３０）を含む弁群（３）を収容し
   ている特許請求の範囲第４項記載の弁。 ７、磁石ケーシング（１４）および弁（２８゜４０）の
   ケーシングが同軸に電磁弁箱（１）へ反対側からねじこ
   みうる特許請求の範囲第６項記載の弁。 ８、電磁弁箱（１）が非磁性材料からなる特許請求の範
   囲第６項記載の弁。 ９、弁体（３０）の弁軸（３２）が案内部材（３５，４
   １）内を軸方向に滑り、弁軸（３２）のアンカ板（１１
   ）側に弁座体（２８、４０）と共動するストロークスト
   ップ板（３３）が配置されている特許請求の範囲第１項
   記載の弁。 １０、弁体（３０）にばね（３８，４５）が開放方向に
   作用する特許請求の範囲第１項記載の弁０ １１、ばね（３８，４５）の前応力が調節ぬしく１９）
   Ｋより変化可能である特許請求の範囲第１０項記載の弁
   。 １２、燃料通路の弁座（３９）の上流に絞り（４４）が
   配置されている特許請求の範囲第１項記載の弁・ １３、絞り（４４）が弁座（３９）の直前に配置されて
   いる特許請求の範囲第１２項記載の弁・