(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料噴射弁の電磁弁におけるアーマチャの質量軽減。【解決手段】本発明は、燃料噴射システムのための電磁弁（２８）に関し、電磁弁（２８）では、この電磁弁（２８）を閉鎖および開放するために弁座（３６）と相互作用する閉鎖要素（３４）が制御ピン（４２）によって操作され、制御ピン（４２）は、ソレノイドプランジャ（４８）によって形成されている。本発明はさらに、このような電磁弁（２８）を有する燃料高圧ポンプに関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射システム（１０）のための電磁弁（２８）であって、
前記電磁弁（２８）を閉鎖するために相互作用する閉鎖要素（３４）および弁座（３６）を有する弁領域（３２）と、
前記閉鎖要素（３４）を移動軸線（４０）に沿って開放位置または閉鎖位置に移動させるための制御ピン（４２）を有するアクチュエータ領域（３８）と、
を備え、
前記アクチュエータ領域（３８）は、位置固定の磁極片（４４）と、ソレノイドプランジャ（４８）とを有し、前記磁極片（４４）は、当該磁極片（４４）に配置された磁極片孔部（５０）を有し、前記ソレノイドプランジャ（４８）は、前記磁極片（４４）に対して相対的に前記移動軸線（４０）に沿って移動可能であり、前記ソレノイドプランジャ（４８）の磁極片端部（５６）は、前記磁極片（４４）に接触することなく前記磁極片孔部（５０）内に配置されており、
前記ソレノイドプランジャ（４８）は、前記制御ピン（４２）を形成している、
電磁弁（２８）。
【請求項２】
前記弁領域（３２）は、前記弁座（３６）を形成している弁座板（５４）を有し、
前記閉鎖要素（３４）は、前記電磁弁（２８）の閉鎖位置において前記弁座板（５４）に当接する小板片（５２）として形成されており、
前記磁極片（４４）および前記小板片（５２）は、とりわけ前記弁座板（５４）のそれぞれ反対の側に配置されている、
請求項１記載の電磁弁（２８）。
【請求項３】
前記ソレノイドプランジャ（４８）は、円筒形のピンとして形成されており、
前記円筒形のピンの弁座板端部（５８）は、前記弁座板（５４）を接触することなく貫通する、
請求項１または２記載の電磁弁（２８）。
【請求項４】
前記ソレノイドプランジャ（４８）に、前記移動軸線（４０）に沿った該ソレノイドプランジャ（４８）の移動行程を制限するためのストッパ（６４）が形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電磁弁（２８）。
【請求項５】
前記ストッパ（６４）は、前記磁極片（４４）と相互作用するために前記ソレノイドプランジャ（４８）の磁極片端部（５６）に形成されている、または、
前記ストッパ（６４）は、前記弁座板（５４）と相互作用するために前記ソレノイドプランジャ（４８）の弁座板端部（５８）に形成されている、
請求項４記載の電磁弁（２８）。
【請求項６】
前記磁極片孔部（５０）内に、前記移動軸線（４０）に沿った該ソレノイドプランジャ（４８）の移動行程を制限するためのストッパピン（６６）が配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電磁弁（２８）。
【請求項７】
前記ソレノイドプランジャ（４８）を初期位置に予め付勢するために戻しばね（６２）が設けられており、
前記初期位置は、好ましくは前記電磁弁（２８）の開放位置であり、前記開放位置では、前記ソレノイドプランジャ（４８）が前記閉鎖要素（３４）を前記弁座（３６）から離して保持している、
請求項１から３までのいずれか１項記載の電磁弁（２８）。
【請求項８】
前記戻しばね（６２）は、前記磁極片孔部（５０）の内部に配置されている、または、
前記戻しばね（６２）は、前記磁極片孔部（５０）の外部に配置されており、前記ストッパ（６４）および前記磁極片（４４）に支持されている、
請求項７記載の電磁弁（２８）。
【請求項９】
前記電磁弁（２８）は、体積流量制御弁（３０）として構成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の電磁弁（２８）。
【請求項１０】
請求項１から８までのいずれか１項記載の電磁弁（２８）を有する、内燃機関の燃料噴射システム（１０）のための燃料高圧ポンプ（１８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射システムのための電磁弁と、このような電磁弁を有する燃料高圧ポンプとに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関における燃料噴射システムでは、通常、燃料に高圧が印加され、この圧力は、例えばガソリン内燃機関の場合には１５０バール〜４００バールの範囲にあり、ディーゼル内燃機関の場合には１５００バール〜２５００バールの範囲にある。それぞれの燃料において形成され得る圧力が高くなれば高くなるほど、燃料の燃焼中に燃焼室内で生成される排出物はより少なくなり、これは、とりわけ排出物の削減がますます望まれているという背景を前にして有利である。
【０００３】
燃料噴射システムでは、タンクから内燃機関の各燃焼室へと向かう燃料がとる経路の種々異なる位置に弁装置を設けることができる。この弁装置は、例えば往復ピストンポンプとして構成されたガソリン燃料高圧ポンプにおいて使用される体積流量制御弁として構成されており、燃料高圧ポンプの往復ピストンの位置に対して相対的な閉鎖時点または開放時点を意図的に変化させることによって、燃料高圧ポンプによる燃料の供給量を変化させる。この体積流量制御弁は、電磁弁として構成されていることが多く、弁座と、移動可能に支持された閉鎖要素とを有する。閉鎖要素は、移動可能なアーマチュアを含むアクチュエータ領域にわたって移動され、このアーマチュアは、電磁力によって磁極片に対して相対的に移動可能である。アーマチュアの位置によって、電磁弁の位置のうちの少なくとも１つ（開放位置または閉鎖位置）を所定の時間にわたって能動的にもたらすことができるか、または維持することができる。
【０００４】
アーマチュアを電磁力によって移動可能にするために、アーマチュアは、強磁性材料を含むか、または完全にこのような材料からなり、慣性の法則に支配された質量を有する。この事実に基づいて、弁の切り換えは、電磁弁の制御の開始に対してある程度の時間遅延をもって実施される。とりわけ往復周波数が高い場合に十分な制御能力を達成するために、この時間遅延を最小限に短縮することが望ましい。さらに、アーマチュアは、少なくとも１つの端部位置において他の構成要素に接触することが多い。速度を介してアーマチュアの質量に直接的に関連付けられた衝撃に応じて、アーマチュアの接触時に機械的な振動が発生し、この機械的な振動によって一方では材料の摩耗が生じ、しかしながら他方では、望ましくない固体伝播音の放出も生じることとなる。したがって、構造的な手段によって移動質量をできるだけ小さく抑えることが追求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の課題は、燃料噴射システムのための電磁弁におけるアーマチュアの質量を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題は、請求項１に記載された特徴の組み合わせを有する電磁弁によって解決される。
【０００７】
このような電磁弁を有する燃料噴射システムにおける燃料高圧ポンプは、さらなる独立請求項の対象である。
【０００８】
本発明の有利な実施形態は、従属請求項の対象である。
【０００９】
燃料噴射システムのための電磁弁は、電磁弁を閉鎖するために相互作用する閉鎖要素および弁座を有する弁領域を有する。電磁弁はさらに、閉鎖要素を移動軸線に沿って開放位置または閉鎖位置に移動させるための制御ピンを有するアクチュエータ領域を含む。アクチュエータ領域は、位置固定の磁極片と、ソレノイドプランジャとを有し、磁極片は、この磁極片に配置された磁極片孔部を有し、ソレノイドプランジャは、磁極片に対して相対的に移動軸線に沿って移動可能であり、ソレノイドプランジャの磁極片端部は、磁極片に接触することなく磁極片孔部内に配置されている。この場合、ソレノイドプランジャは、制御ピンを形成している。
【００１０】
アーマチュアが、制御ピンに接続されたまたはその他の方法で結合された移動可能なブロックとして形成されており、この制御ピン自体が電磁弁の閉鎖要素に対して作用することは従前から知られている。この場合、ブロック形状のアーマチュアは、制御ピンと比較して非常に大きな質量を有しており、このように質量が大きい場合に電磁弁の所要の切り換え時間を維持するためには非常に大きな磁力が必要となる。
【００１１】
したがって、ここではアーマチュアをブロック形状の要素として形成するのではなく、ソレノイドプランジャとして形成することが提案される。さらに質量を削減するために、このソレノイドプランジャは、同時に制御ピンを形成しており、この制御ピンが閉鎖要素を移動軸線に沿って移動させる。すなわち、制御ピンは、同時にソレノイドプランジャでもある。ソレノイドプランジャが同時に制御ピンを形成するというソレノイドプランジャ原理にしたがってアーマチュアを形成することにより、移動質量を最小限に削減することができる。移動質量が減少したことに基づき、端部位置に接触する際の衝撃を軽減することができ、これにより騒音の発生がより少なくなると同時に、材料の負荷も減少する。さらに、移動質量が減少したことに基づき、より短縮された切り換え時間を達成することができる。
【００１２】
弁領域は、有利には弁座を形成している弁座板を有する。閉鎖要素は、電磁弁の閉鎖位置において弁座板に当接する小板片として形成されている。この場合、磁極片および小板片は、とりわけ弁座板のそれぞれ反対の側に配置されている。
【００１３】
電磁弁のこのような実施形態は、電磁弁が、非通電時に開状態である（常時開）電磁弁として動作されるべき場合に特に有利であり、この場合には、閉鎖要素は、非通電状態において有利には弁座または弁座板に当接せず、弁座または弁座板から離れて保持される。閉鎖要素が追加的に軽量の小板片として形成されている場合には、小板片が弁座に接触する際の衝撃も、例えばボール弁またはマッシュルーム弁のような比較的大きな質量を有する閉鎖要素と比較して格段に軽減することができる。
【００１４】
ソレノイドプランジャが、有利には円筒形のピンとして形成されており、円筒形のピンの弁座板端部が、弁座板を接触することなく貫通する場合には、ソレノイドプランジャを、有利には、例えば小板片の形態の閉鎖要素との単純な接触によって弁座から離れるように押圧することができ、このために閉鎖要素に固定的に接続する必要はない。これにより、閉鎖要素およびソレノイドプランジャの質量がまたしても減少する。なぜなら、これら２つの要素が相互の固定的な接続を有していないからである。
【００１５】
有利には、小板片として形成された閉鎖要素は、弁座板に固定的に接続されており、ソレノイドプランジャによって操作されたときに弁開口部を解放するように、部分的にのみフレキシブルに構成されている。これにより、小板片が自身の位置からずれることを阻止することができる。
【００１６】
有利には、ソレノイドプランジャに、移動軸線に沿ったソレノイドプランジャの移動行程を制限するためのストッパが形成されている。これによって有利には、１つの方向におけるソレノイドプランジャの移動を制限することができる。
【００１７】
この場合、ソレノイドプランジャの１つの移動方向にただ１つのストッパを設けることができるが、ソレノイドプランジャの２つの互いに反対側にある端部位置を画定する複数のストッパを設けることもできる。
【００１８】
１つの例示的な実施形態では、ストッパは、磁極片と相互作用するためにソレノイドプランジャの磁極片端部に形成されている。このことはつまり、ソレノイドプランジャの、磁極片の方を向いて配置された端部がストッパを有するということを意味する。
【００１９】
しかしながら、これに代わる１つの実施形態では、ストッパを、向かい合う側においてソレノイドプランジャの弁座板端部に形成することもでき、これによってストッパは、ソレノイドプランジャの移動行程を制限するために弁座板と相互作用することができる。
【００２０】
さらなる有利な実施形態では、ストッパをソレノイドプランジャ自体には全く設けず、ソレノイドプランジャとは別個に、例えば磁極片孔部内でソレノイドプランジャの移動行程を制限するストッパピンの形態で磁極片孔部内に設けることが可能である。
【００２１】
有利には、ソレノイドプランジャを初期位置に予め付勢するために戻しばねが設けられている。初期位置は、例えば電磁弁の開放位置であり、開放位置では、ソレノイドプランジャが閉鎖要素を弁座から離して保持している。
【００２２】
その場合、アクチュエータ領域の磁力は、戻しばねのばね力に打ち勝つような強さであって、かつ例えば閉鎖要素が弁座に戻る位置へとソレノイドプランジャを引っ張るような強さで作用する。
【００２３】
有利な１つの実施形態では、戻しばねは、磁極片孔部の内部に配置されている。このような実施形態によれば、構造スペースを二重に利用することが可能となり、すなわち一方では、ソレノイドプランジャが入り込む磁極片孔部として、しかしながら他方では、戻しばね自体のための構造スペースとしても利用することが可能である。
【００２４】
これに代わる１つの実施形態では、戻しばねは、磁極片孔部の外部に配置されており、例えばソレノイドプランジャのストッパおよび磁極片に支持されている。このような配置構成の場合には、比較的強力なばね力を有する比較的大きなばねを使用することが可能となる。
【００２５】
好ましい１つの実施形態において、ストッパがソレノイドプランジャに直接的に形成されているのではなく、磁極片孔部の内部のストッパピンとして形成されている場合には、構造スペースを削減するために戻しばねをストッパピンの周りに巡らして配置することが好ましい。
【００２６】
戻しばねが磁極片孔部の外部に配置されている実施形態では、ストッパがソレノイドプランジャの磁極片端部に配置されるのでも、ソレノイドプランジャの弁座板端部に配置されるのでもなく、これらの端部の間の中央に配置されるように、ストッパをソレノイドプランジャに配置することもできる。この場合には、ばねは、ストッパが動作中にいずれの動作点においても磁極片に接触しないように磁極片およびストッパに支持されている。
【００２７】
有利な１つの実施形態では、電磁弁は、体積流量制御弁として構成されている。
【００２８】
内燃機関の燃料噴射システムのための燃料高圧ポンプは、好ましくは上で説明された電磁弁を有する。
【００２９】
例えばこのような電磁弁を、体積流量制御弁として、とりわけ燃料高圧ポンプの入口弁として構成することができる。
【００３０】
以下、本発明の有利な実施形態を添付の図面に基づいてより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】入口弁として電磁弁が配置されている燃料高圧ポンプを有する燃料噴射システムの概略図である。
【図２】第１の実施形態における図１の電磁弁の概略断面図である。
【図３】第２の実施形態における図１の電磁弁の概略断面図である。
【図４】第３の実施形態における図１の電磁弁の概略断面図である。
【図５】第４の実施形態における図１の電磁弁の概略断面図である。
【図６】第５の実施形態における図１の電磁弁の概略断面図である。
【図７】第６の実施形態における図１の電磁弁の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、内燃機関の燃料噴射システム１０の概略図を示す。燃料噴射システム１０は、燃料１２をタンク１４からプレフィードポンプ１６と、燃料高圧ポンプ１８と、燃料高圧蓄積器２０とを介してインジェクタ２２に圧送し、その後、これらのインジェクタ２２が内燃機関の燃焼室に燃料１２を噴射する。
【００３３】
燃料１２は、入口弁２４を介して燃料高圧ポンプ１８に導入され、燃料高圧ポンプ１８から圧力が印加された状態で出口弁２６を介して排出され、燃料高圧蓄積器２０に供給される。
【００３４】
入口弁２４は、電磁弁２８として、とりわけ体積流量制御弁３０として構成されており、したがって、閉鎖時点および開放時点を意図的に変化させることによって、燃料高圧ポンプ１８内の燃料１２の供給量を能動的に制御することができる。
【００３５】
電磁弁２８は、図２〜図７の複数の異なる実施形態においてそれぞれ概略断面図で拡大されて詳細に示されている。
【００３６】
以下では、まず始めに図２が参照される。
【００３７】
電磁弁２８は、閉鎖要素３４および弁座３６を有する弁領域３２と、アクチュエータ領域３８とを有し、このアクチュエータ領域３８は、閉鎖要素３４が移動軸線４０に沿って移動可能となるように設けられている。
【００３８】
このためにアクチュエータ領域３８は、閉鎖要素３４に結合された制御ピン４２を含む。この結合は、本実施形態では固定的な接続なしで実施され、したがって、制御ピン４２は、閉鎖要素３４を移動させるべき場合にのみ閉鎖要素３４に接触する。
【００３９】
制御ピン４２は、コイル４６がアクチュエータ領域３８内に磁場を誘導すると、位置固定の磁極片４４と相互作用することによって移動軸線４０に沿って移動する。制御ピン４２は、同時にソレノイドプランジャ４８として形成されており、磁極片４４の中央に配置された磁極片孔部５０に入り込む。その後、ソレノイドプランジャ４８と磁極片４４との磁気的な相互作用によって、ソレノイドプランジャ４８が移動軸線４０に沿って移動する。
【００４０】
図２〜図７に示された全ての実施形態において、閉鎖要素３４は、小板片５２として形成されており、弁座３６が形成されている弁座板５４に関して磁極片４４に対向するように配置されている。同時に、ソレノイドプランジャ４８を形成している制御ピン４２は、円筒形のピンとして形成されており、磁極片４４の方を向くように配置された、制御ピン４２の磁極片端部５６は、磁極片孔部５０に入り込むようになっている。それと同時に、制御ピン４２の弁座板端部５８は、弁座板５４の貫通開口部６０を貫通して閉鎖要素３４に接触することができるようになっている。
【００４１】
アクチュエータ領域３８はさらに、制御ピン４２を初期位置に予め付勢する戻しばね６２を有する。なお、図示された全ての実施形態において、初期位置は、電磁弁２８の開放位置である。したがって、本実施形態における電磁弁２８は、非通電時に開状態である（常時開）電磁弁２８として構成されている。しかしながら、電磁弁２８を、非通電時に閉状態である（常時閉）電磁弁２８として構成することも考えられ、この場合、制御ピン４２の初期位置は、小板片５２が弁座板５４に当接するようになっている。
【００４２】
弁領域３２において他の弁形態を設けること、すなわち小板片５２の代わりにボール弁または他の形態を設けることも考えられ、また、閉鎖要素３４を、弁座板５４に関して磁極片４４に対向するように配置するのではなく同じ側に配置することも考えられる。
【００４３】
燃料噴射システム１０における公知の電磁弁２８の場合には、通常、ソレノイドプランジャ４８は使用されず、その代わりにアーマチュアがブロック要素として形成されていて、制御ピン４２に結合されている。
【００４４】
しかしながら、本発明ではここで、制御ピン４２の機能と通常のブロック形状のアーマチュアの機能とをソレノイドプランジャ４８の形態で統合することが提案され、このようにして、別個に設けられていた今やもはや存在しないアーマチュアの分の質量が削減される。
【００４５】
この場合、全体として移動質量が減少し、これによって端部位置に接触する際の衝撃が軽減され、これによって騒音の発生がより少なくなる。追加的に、このことは、加速のために必要な力が小さくなるので作用する力が小さくなることに起因して、コイル４６または対応する電磁石と、場合によっては戻しばね６２をもより小型に、ひいてはより低コストに設計することが可能となるという利点を有する。さらに、従前よりも短縮された切り換え時間を達成することが可能となる。
【００４６】
図３〜図７は、図２に関連して説明した第１の実施形態における電磁弁２８の変形例を示し、以下ではそれぞれ相違点のみを説明することとする。
【００４７】
図３は、電磁弁２８の第２の実施形態の概略断面図を示す。第２の実施形態では、第１の実施形態とは異なりストッパ６４が設けられており、このストッパ６４は、ソレノイドプランジャ４８に形成されており、とりわけソレノイドプランジャ４８の弁座板端部５８に位置している。このストッパ６４は、開放位置の方向へのソレノイドプランジャ４８の移動行程を制限し、なお、この開放位置の方向では、小板片５２が弁座３６から離れるように押圧される。
【００４８】
図４は、電磁弁２８の第３の実施形態の概略断面図を示す。第３の実施形態では、ストッパ６４は、ソレノイドプランジャ４８自体に形成されているのではなく、ソレノイドプランジャ４８とは別個に磁極片孔部５０内に配置されており、しかも、磁極片孔部５０内に位置する戻しばね６２の内部に配置されている。ストッパ６４は、ここではストッパピン６６として形成されている。
【００４９】
図５は、電磁弁２８の第４の実施形態の概略断面図を示す。この第４の実施形態は、図３の第２の実施形態に対応するが、ただ、ストッパ６４は、図３に示されているように弁座板端部５８に形成されているのではなく、ソレノイドプランジャ４８の磁極片端部５６に形成されている。このことはつまり、ここでは磁極片４４とストッパ６４との間の相互作用によって電磁弁２８の閉鎖位置の方向へのソレノイドプランジャ４８の移動行程が制限されるということを意味する。
【００５０】
図６は、電磁弁２８の第５の実施形態の概略断面図を示す。第５の実施形態では、最初の４つの実施形態のように戻しばね６２が磁極片孔部５０の内部に配置されているのではなく、磁極片孔部５０の外部に配置されており、一方ではストッパ６４に支持されており、他方では磁極片４４に支持されている。
【００５１】
図７は、第６の実施形態の概略断面図を示す。この第６の実施形態は、図６の実施形態に対応するが、ただ、ストッパ６４は、ソレノイドプランジャ４８の端部、すなわち弁座板端部５８に位置しているのではなく中央に位置しており、したがって、ストッパ６４は、弁座板５４とも磁極片４４とも接触しておらず、行程を制限するための戻しばね６２を介して磁極片４４に結合されているだけである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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