JP2012137097A - 圧力補償される制御弁を備えた燃料インジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】運動される構成部材の質量の最小化により、より短い切換時間を実現し、且つシール面を電磁弁の可動子に直接に形成することにより、電磁弁の所要構成スペースを少なくする。
【解決手段】電磁弁（３）の可動子（９）に、制御弁を閉じるために弁座（１０）にセット可能なシール面（８）が形成されており、前記可動子（９）が、可動子ガイド無しで上下の行程ストッパ間を運動することができ、前記可動子（９）に設けられた孔（１１）に、軸方向の押圧力を吸収するためのプッシュロッド（１２）が収容されており、該プッシュロッド（１２）は行程ストッパスリーブ（１５）に設けられた孔（１６）の端面（１９）に支持されており、これにより、プッシュロッド（１２）に加えられた押圧力が、行程ストッパスリーブ（１５）に伝達されるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式、即ち、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するための燃料インジェクタであって、該燃料インジェクタにおいて、少なくとも１つの噴射開口を開閉するための噴射弁部材が、電磁弁として形成された制御弁によって制御される形式の、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するためのインジェクタに関する。

噴射弁部材が磁気作動型の制御弁を介して制御される、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するためのインジェクタは、例えばヨーロッパ特許第１６１２４０３号明細書から公知である。前記制御弁により、制御室から燃料戻り部に通じる流出絞りが開閉可能である。制御室は一方の側を、噴射弁部材を制御する制御ピストンにより制限されており、前記噴射弁部材は、内燃機関の燃焼室に開口する少なくとも１つの噴射開口を開閉する。前記流出絞りは、制御室とは反対の側にテーパした弁座を備えたボデーに収容されている。前記弁座には、電磁弁の可動子に結合された閉鎖部材をセットすることができる。このためには、この閉鎖部材に、円錐形に加工成形された弁座に対してセットされるエッジが形成されている。当該閉鎖部材は、内部に流出絞りが形成されたボデーと一体に結合された、軸方向ロッドに沿って運動する。

弁を液密に閉鎖するためには、高精密な表面を製作し且つ前記軸方向ロッドに沿った閉鎖部材の高精度の嵌合部を設けることが必要である。これにより、閉鎖部材は正確にガイドされるので、該閉鎖部材が弁座を液密に閉鎖するということが保証される。

ヨーロッパ特許第１６１２４０３号明細書

本発明の課題は、公知の欠点を回避することにある。

電磁弁の可動子に、制御弁を閉じるために弁座にセット可能なシール面が形成されており、前記可動子が、上下の行程ストッパ間を運動することができ、前記シール面とは反対の側の可動子の端部に付加部が設けられており、該付加部が、上側の行程ストッパを形成する行程ストッパスリーブの孔内でガイドされており、前記可動子に設けられた孔に、軸方向の押圧力を吸収するためのプッシュロッドが収容されており、該プッシュロッドは行程ストッパスリーブに設けられた孔の端面に支持されており、これにより、プッシュロッドに加えられた押圧力が、行程ストッパスリーブに伝達されるようになっているようにした。

内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するための、本発明により形成された燃料インジェクタでは、少なくとも１つの噴射開口を開閉するための噴射弁部材が、電磁弁として形成された制御弁によって制御される。この電磁弁の可動子にはシール面が形成されており、このシール面は前記制御弁を閉じるために弁座にセットすることができる。電磁弁の可動子は、可動子ガイド無しで上下の行程ストッパ間を運動することができる。制御弁を閉じるために弁座にセット可能なシール面が可動子に形成されていることにより、従来技術では設けられているような付加的な閉鎖部材は省くことができる。これにより、運動される構成部材の質量が最小化され得る。運動される構成部材の質量の最小化により、より短い切換時間が実現され得る。シール面を電磁弁の可動子に直接に形成することの別の利点は、これにより電磁弁の所要構成スペースが少なくなるという点にある。

可動子に設けられたシール面が弁座にセットされることによる電磁弁の液密な閉鎖は、可動子のシール面が下側の行程ストッパにおいて位置調整されることにより達成される。この位置調整は、有利な構成では可動子に形成されたばね弾性的なガイドリップを介して行われる。この場合、このガイドリップは有利には可動子の外径に形成されている。可動子が閉鎖運動時に振動し始めると、当該可動子はまず最初にガイドリップで以てぶつかる。引き続く運動において、ガイドリップがばね弾性的に構成されていることに基づき、可動子は、この可動子のシール面が弁座に扁平に載着し、これにより液密な結合部が形成されるように位置調整されている。下側の行程ストッパに向かう可動子の運動は、ばね部材を介して行われる。この場合、このばね部材は有利には圧縮ばねとして形成された渦巻ばねである。力導入を弁座の領域内でできるだけ密に行うためには、ばね部材の内径が、有利には弁座の内径にほぼ等しくなっている。ばね弾性的なガイドリップの弾性に基づき、このガイドリップではばね部材のばね力が僅かにしか失われないということが達成される。

有利な構成では、可動子に設けられたガイドリップとシール面、並びにストッパ面と制御弁の弁座は、それぞれ同じ高さに研削されている。これにより、電磁弁の弁座は廉価に製作され得る。それというのも、第２の構成部材とのペアリングを懸念する必要がなくなるからである。

上側の行程ストッパは、有利には環状面により形成される。この環状面にぶつかることにより、行程段階中は振動する恐れのある可動子が再び位置調整される。

軸方向の圧力補償を達成するためには、可動子が有利には、軸方向の押圧力が作用する対向位置する各面が、それぞれ同じ大きさであり且つ同一圧力により負荷されるように構成されている。このことを達成するためには、可動子に孔が形成されており、この孔の直径は、弁座の内径にほぼ等しい。押圧力を吸収するために、前記孔にはプッシュロッドが収容されている。孔とプッシュロッドとの間のギャップを通る燃料漏れ流をできるだけ少なく保つためには、有利な構成では前記孔がホーニング加工される。また、当該のプッシュロッドと孔とは、狭小なガイド遊びで製作されている。但し、シール面と孔との精密な直角の向きを得るために、可動子に設けられる孔とシール面とを１回のチャックで製作することは不要である。これにより、可動子の製作が簡単になる。

一般に、ばね弾性的なガイドリップのためのストッパ面と弁座とは、１つの弁部材に形成されている。この弁部材はインジェクタケーシング内に収容されている。当該弁部材に前記ストッパ面と弁座とを形成することにより、これらのストッパ面と弁座とを外側に位置する表面に製作することが可能である。孔の端面を平らに研削することは必要ない。

磁石から弁座に向かう可動子の運動を支援するばね部材のばね力は、有利にはディスクによって調節される。このことは、当該ばね部材が前記ディスクにより予負荷されることによって行われる。ディスクの軸方向伸長が大きいほど、ばね部材はより強く予負荷され且つ可動子に作用するばね力がより大きくなる。

一般に前記ディスクは、ばね部材の可動子とは反対の側に配置されている。但し有利な構成では、当該ディスクはばね部材と可動子との間に配置されている。この配置形式の利点は、ばね力を調節するディスクが、付加的に可動子をセンタリングするために使用可能であるという点にある。

別の有利な構成では、可動子が開閉運動に際して傾斜することを防止するためには、プッシュロッドがプッシュピンとピンとを有しており、この場合、前記ピンは可動子の孔に収容されており且つプッシュロッドはばね部材によって取り囲まれている。特にピンがプッシュピンに対して傾動可能であることにより、前記傾斜が防止される。このことは例えば、プッシュピンとピンの互いに面した端部が球状に、つまり有利には球区分の形で構成されていることによって達成される。択一的に、プッシュピンとピンとの間に球を収容することも可能である。また、ピンがプッシュピンに対して軸方向で整合した状態から屈曲され得る、当業者に公知の別のあらゆる構成も可能である。

本発明により形成された電磁弁を備えた燃料インジェクタの第１実施例の部分断面図である。 本発明により構成された電磁弁の第２実施例を示した図である。 本発明により構成された電磁弁の第３実施例を示した図である。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１には、本発明により形成された電磁弁を備えた燃料インジェクタの第１実施例が部分断面図で示されている。

本発明により形成された燃料インジェクタ１では、噴射弁部材（図示せず）を制御する制御ピストン２が、電磁弁３によって制御される。前記噴射弁部材により、少なくとも１つの噴射開口が開閉され、このようにして内燃機関の燃焼室への燃料噴射が制御される。

制御ピストン２の運動は液圧式で行われる。このためには、制御ピストン２の噴射弁部材とは反対の側が、制御室４に開口している。流入絞り５を介して、制御室４は燃料流入部６と接続されている。これにより、システム圧下にある燃料が制御室４に流入することができる。流出絞り７を介して制御室４は放圧可能である。このためには、流出絞り７が戻り部（図１には図示せず）と液圧式に接続されている。制御室４をシステム圧下にある燃料で満たすことができるようにするためには、流出絞り７が電磁弁３により閉鎖可能である。このためには、本発明により形成された電磁弁３では、この電磁弁３の可動子９に形成されたシール面８が弁座１０にセットされる。図示の実施例では、シール面８と弁座１０とが平座を形成している。但し、軸方向力が閉鎖部材に作用しない、当業者に公知のあらゆる別の弁座も考えられる。

電磁弁３が閉じられた状態で、軸方向に作用する押圧力を吸収するためには、可動子９に孔１１が形成されており、この孔１１にはプッシュロッド１２が収容されている。弁の閉じた状態では軸方向の押圧力が可動子９に作用しないようにするためには、孔１１の直径がシール面８の内径にほぼ等しい。プッシュロッド１２の別の課題は、孔１１を漏れ流に対してシールすることである。この理由から、プッシュロッド１２及び孔１１は、狭小なガイド遊びで製作されていることが不可欠である。但し、従来技術から公知の燃料インジェクタに比べて、シール面８と孔１１との精密な直角の向きを得るために、孔１１及びシール面８を可動子９に１回のチャックで製作することは必要とされていない。これにより、可動子９の製作が簡略化される。

シール面８が弁座１０に位置する場合に可動子９の下側の行程ストッパを位置調整するためには、可動子９に弾性的なガイドリップ１３が形成されている。可動子９の上側の行程ストッパは、行程ストッパスリーブ１５の下端面として構成された環状面１４によって形成される。

図示の実施例では、行程ストッパスリーブ１５に孔１６が形成されており、この孔１６にはばね部材１７が収容されている。このばね部材１７は、有利には圧縮ばねとして構成された渦巻ばねであり、一方の側が可動子９に支持され且つ他方の側がディスク１８に支持されている。この場合、このディスク１８は孔１６の端面１９に面して設置されている。ディスク１８の軸方向伸長により、前記ばね部材１７が可動子９に作用させるばね力が調節され得る。

更に、電磁弁３は磁石２０を有しており、この磁石２０は磁石コア２１に収容されている。磁石２０の電圧供給は、ピン２８を介して行われる。

可動子９のシール面８の平らな支持部が弁座１０に到達するためには、この弁座１０と、可動子９が下側の行程ストッパに位置する場合に弾性的なガイドリップ１３を支持する支持面２２とが、所定の１高さに研削されている。同様に、前記支持面に支持される弾性的なガイドリップ１３の支持部と、可動子９のシール面８も、やはり所定の１高さに研削されている。

可動子９の行程は、行程ストッパスリーブ１５によって制限される。行程を調節するためには、可動子９及び磁石コア２１がスリーブ２３によって取り囲まれており、このスリーブ２３の軸方向伸長によって行程が規定される。行程調節のためには、行程ストッパスリーブ１５が端面２４で以てスリーブ２３に載置されている。

流入絞り５、流出絞り７、弁座１０及び支持面２２は弁部材２５に形成されており、この弁部材２５はインジェクタケーシング２６に収容されている。このインジェクタケーシング２６における弁部材２５の固定は、弁緊締ねじ２７を介して行われる。

ピン２８を行程ストッパスリーブ１５を通してガイドするためには、この行程ストッパスリーブ１５において各ピン２８毎に１つの孔２９が形成されている。孔２９のピン２８をシールし且つセンタリングするためには、ピン２８がそれぞれ下部ディスク３０と、上部ディスク３１と、これらのディスク間に位置するシールリング３２とによって取り囲まれている。

インジェクタケーシング２６における行程ストッパスリーブ１５の固定は、図示の実施例では緊締ナット３３によって行われる。

本発明により形成された電磁弁３は、逆転制御型の燃料インジェクタにおいても、非逆転制御型の燃料インジェクタにおいても使用可能である。

噴射過程を開始するためには、非逆転制御型の燃料インジェクタにおいては電磁弁３の磁石２０が給電される。この場合、非逆転制御型とは、磁石２０が給電された状態で少なくとも１つの噴射開口が開放されており且つ燃料が内燃機関の燃焼室に噴射されることを意味している。磁石２０の給電により磁界が形成され、この磁界に基づき、可動子９は磁石２０により引き付けられ延いては磁石２０に向かって運動する。これにより、可動子９のシール面８は弁座１０から持ち上がり、制御室４から流出絞り７を介して戻り部に至る接続部が開放される。この開放された接続部に基づき、燃料は制御室４から流出することができる。このことは制御室４内の圧力低下を招く。この制御室４内の圧力低下に基づき、制御ピストン２に作用する押圧力が減少し、制御ピストン２は制御室４内に突入運動する。この制御ピストン２の運動により、噴射弁部材が弁座から持ち上がるので、少なくとも１つの噴射開口が開放され、噴射過程が始まる。

可動子９の行程は、この可動子９が行程ストッパスリーブ１５の環状面１４にぶつかることに基づき、行程ストッパスリーブ１５により制限される。

可動子９の軸方向ガイドは、この可動子９に設けられた付加部３４によって行われ、この付加部３４は、行程ストッパスリーブ１５の孔１６内でガイドされている。但し、燃料インジェクタを好適に製作することができるようにするためには、前記孔１６と、可動子９の付加部３４とは対で研削されてはいないので、一般に０．０２〜０．０４ミリメートルの範囲の小さな行程にもかかわらず、可動子９の振動を防止することができない。

噴射過程が終了される流出絞り７の閉鎖時に、可動子９のシール面８が弁座１０に液密にセットされているということを保証するためには、可動子９にばね弾性的なガイドリップ１３が形成されている。このばね弾性的なガイドリップ１３により、可動子９は、該可動子にばね部材１７のばね力が不均等に作用した場合でも、傾動を防止されている。可動子９が傾動した場合には、ばね弾性的なガイドリップ１３が支持面２２に当接し、これにより、可動子９の更なる傾動を防ぐ。

噴射過程を終了するためには、磁石２０の給電が終了される。ばね部材１７により、可動子９は磁石から離反運動されるので、シール面８が弁座１０にセットされる。これにより、流出絞り７が閉じられる。燃料流入部６及び流入絞り５を介してシステム圧下にある燃料で満たされる制御室４内には、再びシステム圧が形成される。これにより、制御ピストン２に作用する押圧力が増大する。制御ピストン２は噴射弁部材に向かって運動され、このようにして噴射弁部材を弁座にセットし且つ少なくとも１つの噴射開口を閉鎖する。

逆転制御型の燃料インジェクタが非逆転制御型の燃料インジェクタと異なる点は、磁石の給電状態では少なくとも１つの噴射開口が閉じられており且つ磁石の非給電状態では少なくとも１つの噴射開口が開放されているという点にある。このためには、制御ピストン２と噴射弁部材とが互いに液圧式で結合されており、これにより、制御ピストン２が噴射弁部材に向かって運動すると、この噴射弁部材は弁座から持ち上げられ且つ少なくとも１つの噴射開口が開放され、磁石が給電された状態では、制御ピストン２が制御室４に向かって運動され、これにより、噴射弁部材が弁座にセットされ且つ少なくとも１つの噴射開口が閉じられる。

図２には、本発明により形成された電磁弁３の第２実施例が示されている。図２に示した実施例が図１に示した実施例と異なる点は、ばね部材１７のばね力を調節するディスク３５が、ばね部材１７と可動子９との間に収容されているという点にある。つまり、ばね部材１７の一方の側はディスク３５に支持されており且つ他方の側は孔１６の端面１９に支持されている。図２に示した実施例に基づき、ディスク３５は同時に可動子９をセンタリングするために役立つ。可動子９のセンタリングは、当該可動子９が半径方向にずれ、これにより、流出絞り７が閉鎖された場合に可動子９のシール面８が最早弁座１０に配置されていないという状態にならないようにするために必要である。

図３には電磁弁３の第３実施例が示されている。

図３に示した実施例が図１に示した実施例と異なる点は、プッシュロッド１２がピン３６及びプッシュピン３７を有しているという点にある。ピン３６は可動子９の孔１１内でガイドされている。プッシュロッド１２がプッシュピン３７及びピン３６を有していることにより、可動子９がばね部材１７による不均一な力負荷に基づき振動し始めた場合に、可動子９がプッシュロッド１２に接して傾く恐れがあるということが防止される。このためには、ピン３６及びプッシュピン３７は、ピン３６がプッシュピン３７に対して軸方向から傾動可能であるように構成されている。有利にはこのために、少なくともプッシュピン３７のピン３６に面した側か、又はピン３６のプッシュピン３７に面した側のいずれかに、球状に形成された端面が設けられている。この場合、球状に形成されたとは、前記端面が１球区分の形、放物面の形又は双曲面の形で構成されているということを意味している。有利な実施例では、プッシュピン３７のピン３６に面した端面と、ピン３６のプッシュピン３７に面した端面の両方が球状に構成されている。

別の実施例では、ピン３６とプッシュピン３７との間にボールが収容されている。この場合、このボールはピン３６及びプッシュピン３７の、球状に成形された、互いに面した端面と同じ役割を果たす。

プッシュピン１２の課題は、図１〜図３に示した３つの実施例全てにおいて、軸方向の押圧力を吸収することにある。このためには、当該プッシュピン１２は行程ストッパスリーブ１５に設けられた孔１６の端面１９に支持されている。これにより、プッシュピン１２に加えられた押圧力が、行程ストッパスリーブ１５に伝達される。

ばね部材１７若しくはディスク１８及びプッシュロッド１２が行程ストッパスリーブ１５に設けられた孔１６の端面１９に支持された、図１〜図３に示した実施例の他に、孔１６が行程ストッパスリーブを完全に貫通しており且つディスク１８若しくはばね部材１７及びプッシュロッド１２がインジェクタケーシングに直接に支持されていることも可能である。この場合、孔１６はインジェクタケーシングによって閉鎖される。

１ 燃料インジェクタ、 ２ 制御ピストン、 ３ 電磁弁、 ４ 制御室、 ５ 流入絞り、 ６ 燃料流入部、 ７ 流出絞り、 ８ シール面、 ９ 可動子、 １０ 弁座、 １１ 孔、 １２ プッシュロッド、 １３ 弾性的なガイドリップ、 １４ 環状面、 １５ 行程ストッパスリーブ、 １６ 孔、 １７ ばね部材、 １８ ディスク、 １９ 端面、 ２０ 磁石、 ２１ 磁石コア、 ２２ 支持面、 ２３ スリーブ、 ２４ 端面、 ２５ 弁部材、 ２６ インジェクタケーシング、 ２７ 弁緊締ねじ、 ２８ ピン、 ２９ 孔、 ３０ 下部ディスク、 ３１ 上部ディスク、 ３２ シールリング、 ３３ 緊締ナット、 ３４ 付加部、 ３５ ディスク、 ３６ ピン、 ３７ プッシュピン

Claims (11)

1. 内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するための燃料インジェクタであって、該燃料インジェクタにおいて、少なくとも１つの噴射開口を開閉するための噴射弁部材が、電磁弁（３）として形成された制御弁によって制御される形式のものにおいて、
   前記電磁弁（３）の可動子（９）に、制御弁を閉じるために弁座（１０）にセット可能なシール面（８）が形成されており、前記可動子（９）が、上下の行程ストッパ間を運動することができ、前記シール面（８）とは反対の側の可動子（９）の端部に付加部（３４）が設けられており、該付加部（３４）が、上側の行程ストッパを形成する行程ストッパスリーブ（１５）の孔（１６）内でガイドされており、前記可動子（９）に設けられた孔（１１）に、軸方向の押圧力を吸収するためのプッシュロッド（１２）が収容されており、
   該プッシュロッド（１２）は行程ストッパスリーブ（１５）に設けられた孔（１６）の端面（１９）に支持されており、これにより、プッシュロッド（１２）に加えられた押圧力が、行程ストッパスリーブ（１５）に伝達されるようになっていることを特徴とする、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するための燃料インジェクタ。
2. 前記可動子（９）にばね弾性的なガイドリップ（１３）が形成されており、該ガイドリップが、下側の行程ストッパにおいて支持面（２２）に支持されており、これにより当該可動子（９）が位置調整される、請求項１記載の燃料インジェクタ。
3. 前記可動子（９）に設けられたガイドリップ（１３）とシール面（８）、並びに前記支持面（２２）と制御弁の弁座（１０）とが、それぞれ同じ高さに研削されている、請求項２記載の燃料インジェクタ。
4. 前記上側の行程ストッパが、行程ストッパスリーブ（１５）の下端面として構成された環状面（１４）により形成される、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料インジェクタ。
5. 前記プッシュロッド（１２）の直径が、弁座（１０）の内径にほぼ等しい、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料インジェクタ。
6. 前記支持面（２２）と弁座（１０）とが、１つの弁部材（２５）に形成されている、請求項２から５までのいずれか１項記載の燃料インジェクタ。
7. 磁石（２０）から弁座（１０）に向かう可動子（９）の運動を支援するばね部材（１７）のばね力が、ディスク（１８）により調節される、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料インジェクタ。
8. 前記ディスク（１８）が可動子（９）とばね部材（１７）との間に収容されており、これにより付加的に可動子（９）をセンタリングするために用いられる、請求項７記載の燃料インジェクタ。
9. 前記プッシュロッド（１２）がプッシュピン（３７）及びピン（３６）を有しており、該ピン（３６）が可動子（９）に設けられた孔（１１）に収容されており且つ前記プッシュピン（３７）がばね部材（１７）によって取り囲まれている、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料インジェクタ。
10. 前記ピン（３６）とプッシュピン（３７）の互いに面した端部がそれぞれ球状に構成されている、請求項９記載の燃料インジェクタ。
11. 前記ピン（３６）とプッシュピン（３７）との間に球が収容されている、請求項９記載の燃料インジェクタ。

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