(57)【要約】  本発明は、電磁弁を動作させるための次のような回路（４０）、すなわち、電磁弁の閉弁過程において少なくとも該電磁弁の閉弁時点の後、該電磁弁の開弁方向に作用する力と該電磁弁の閉弁方向に作用する力との差が低減していく時間特性を実現するように構成された少なくとも１つの部品を有する回路（４０）に関する。本発明はさらに、電磁弁のための回路の動作方法にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁弁（２）を動作させるための回路であって、
前記回路は、前記電磁弁（２）の閉弁過程において少なくとも該電磁弁（２）の閉弁時点の後、該電磁弁（２）の開弁方向の力（１６）と該電磁弁（２）の閉弁方向の力（１４）との差が低減していく時間特性を実現するように構成された少なくとも１つの部品を有することを特徴とする、回路。
【請求項２】
前記少なくとも１つの部品は、前記電磁弁（２）の電磁コイル（４，４２）に並列接続された減衰抵抗（４６）を含む、請求項１記載の回路。
【請求項３】
前記回路は、前記減衰抵抗（４６）に直列接続されたダイオード（７２）を有する、請求項２記載の回路。
【請求項４】
前記減衰抵抗（４６）は、前記電磁弁（２）に対して固定された空間的な対応関係で配置されている、請求項２または３記載の回路。
【請求項５】
前記減衰抵抗（４６）は前記電磁弁（２）のコネクタ部材に設けられている、請求項２から４までのいずれか１項記載の回路。
【請求項６】
前記閉弁部材（１０）は閉弁ばねとして設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の回路。
【請求項７】
電磁弁（２）のための回路の動作方法であって、
前記電磁弁（２）の閉弁過程において、少なくとも該電磁弁（２）の閉弁時点の後に、該電磁弁（２）の開弁方向の力（１６）と該電磁弁（２）の閉弁方向の力（１４）との差が低減していく時間特性を実現させることを特徴とする、動作方法。
【請求項８】
請求項１から６までのいずれか１項記載の回路を動作させる、請求項７記載の動作方法。
【請求項９】
前記閉弁方向の力（１４）が上昇していくようにする、請求項７または８記載の動作方法。
【請求項１０】
前記開弁方向の力（１６）を消失させる、請求項７から９までのいずれか１項記載の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁弁を動作させるための回路と、電磁弁のための回路の動作方法とに関する。
【０００２】
先行技術
コモンレールインジェクタ用の電磁弁では、とりわけ電磁弁の切換過程の精度、とりわけ遮断過程の精度が、インジェクタの調量精度に重要である。コモンレールインジェクタにおける電磁弁の役割は、ニードル弁の上方に位置する制御空間内の圧力条件を制御することにより、該ニードル弁の開弁運動を制御することである。
【０００３】
ＤＥ１０２００７００３２１１Ａ１に、電磁弁の制御方法が記載されている。同文献では、無通電時には電磁弁のニードルは第１の位置をとり、通電時には第２の位置をとる。ニードルが第２の位置から第１の位置に移行する際には、所定の時点から所定の時間にわたって後通電が行われる。
【０００４】
発明の概要
本発明は、電磁弁を動作させるための次のような回路、すなわち、電磁弁の閉弁過程において少なくとも該電磁弁の閉弁時点の後、該電磁弁の開弁方向に作用する力と該電磁弁の閉弁方向に作用する力との差が低減していく時間特性を実現するように構成された少なくとも１つの部品を有する回路に関する。
【０００５】
本発明はさらに、電磁弁のための回路の動作方法にも関し、本発明の動作方法では、該電磁弁の閉弁過程において、少なくとも該電磁弁の閉弁時点の後に、該電磁弁の開弁方向に作用する力と該電磁弁の閉弁方向に作用する力との差が時間的に低減していく時間特性になるようにする。
【０００６】
従属請求項および明細書に、本発明の別の実施形態が記載されている。
【０００７】
通常、前記電磁弁は噴射ノズルないしはインジェクタの構成部品として構成されており、弁部材によって開閉し、該弁部材は、少なくとも１つの閉弁部材によって生成された閉弁方向の力によって弁座内に押しつけられ、かつ該弁部材は、前記少なくとも１つの閉弁部材の力に抗し電磁コイルによって生成された開弁方向の力によって開弁される。
【０００８】
本発明により、抵抗器とダイオードとを有するネットワークないしは直列回路によって、受動的な衝撃減衰を実現することができる。
【０００９】
本発明において実現される回路により、とりわけ、弁部材の反動を大きく低減することができる。このことにより、僅かな追加コストのみで、電磁弁の切替過程を格段に安定化させることができる。
【００１０】
前記回路は、上述の方法のすべてのステップを実施するように構成されている。この方法の個々のステップは、この回路の個々の構成要素によっても実施可能である。さらに、この回路の動作または該回路の個々の構成要素の動作は、方法のステップに置き換えることができ、また、上記の方法のステップを、上記の回路の個々の構成要素の機能または上記の回路全体の動作に置き換えて実現することも可能である。
【００１１】
明細書および図面の記載内容から、本発明の別の利点および実施形態を導き出すことができる。
【００１２】
上記の特徴および後でさらに説明する特徴は、ここに記載された各組み合わせだけでなく、別の組み合わせまたは単独でも、本発明の範囲を逸脱することなしに使用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電磁弁の一実施形態の詳細を示す概略図である。
【図２】従来技術の電磁弁において反動プロセスが生じた場合の動作パラメータを示すグラフである。
【図３】本発明の回路の第１の実施形態を示す概略図である。
【図４】本発明の回路の第２の実施形態を示す概略図である。
【図５】本発明の方法の第１の実施形態において電磁弁の反動プロセス時に得られる動作パラメータを示す第１のグラフと、本発明の方法の第２の実施形態において電磁弁の反動プロセス時に得られる動作パラメータを示す第２のグラフである。
【００１４】
本発明の実施形態
本発明は、複数の実施形態に基づいて図面に概略的に示されている。以下、これらの図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１５】
図面では全体的に一貫して、各図の内容が相互に関連しており、参照符号が同一である場合には同一の構成要素を示している。
【００１６】
図１に概略的に示された電磁弁２の詳細には、コア６を有する電磁コイル４と弁部材８とが含まれる。前記電磁弁２はさらに、閉弁ばねとして設けられた閉弁部材１０と、簡単に示されたパッキングシート１２ないしは弁座とを有する。図３〜６を参照して本発明の実施形態を説明するが、これらの実施形態を具現化するためのパッキングシート１２の具体的な構成は、通常は重要でない。
【００１７】
電磁弁２はパッキングシート１２に対する弁部材８の相対位置に依存して開閉される。前記電磁弁２を閉弁するためには、前記弁部材８をパッキングシート１２に押し付けるかないしは押圧することによってパッキングシートを封止するための閉弁方向の力１４ないしは閉弁力が前記閉弁部材１０によって発生するように構成されている。前記弁部材２を開弁するためには、前記電磁コイル４の通電が行われるように構成されており、この通電により、前記閉弁方向の力１４に対抗する開弁方向の力１６ないしは電磁力が発生する。このようにして前記電磁弁２が開弁する。前記電磁コイル４の通電が終了すると前記電磁力は消失し、前記弁部材８は該弁部材８の閉弁力によってパッキングシート１２内に移動して閉弁する。前記弁部材８の閉弁力は通常、プリロードされた閉弁部材の力１４である。
【００１８】
前記弁部材８は通常は電機子を有する。その際には、前記弁部材８と前記電機子とを一体に作製することができるが、複数の部品を組み立てることによって該弁部材８および電機子を作製してアセンブリを構成することもできる。前記弁部材８は通常、前記電磁弁２内において燃料によって包囲されている。この燃料は低圧下にある。
【００１９】
図２のグラフでは縦軸２０に、従来技術の電磁弁において反動が生じる過程で得られる、該電磁弁の電磁力２４の特性と、該電磁弁のパッキングシートに対する弁部材の相対的な弁ストローク２６の特性と、弁速度２８の特性とを示す。横軸３０は時間を示しており、単位はμｓである。
【００２０】
通常、パッキングシートに達したときの弁部材は、無視することができない大きさの運動エネルギーを有する。前記パッキングシートも弁部材も典型的には金属部品であり、ひいては弾性部品であるから、弁部材がパッキングシートに当たった後、該弁部材の運動エネルギーはシート接触時３２に弾性変形エネルギーに変換される。この弾性変形エネルギーへの変換が完了すると、変形した両部材は元に戻る。その際には、弾性変形エネルギーが運動エネルギーに変換し戻される。第１の反動時３４に再び、弁部材はパッキングシートから離れる。このときに弁部材がパッキングシートから離れていく速度は、その直前に該パッキングシートに達したときの速度に等しい。
【００２１】
ここで、図２のグラフに、従来技術の典型的な反動プロセスを示す。時点ｔ＝０は電磁弁の駆動制御の終了時点であり、このときにコイル電流の消失が開始し、ひいては、電磁コイルの一定であった電磁力２４の消失が開始する。また図２のグラフから、前記弁部材が前記パッキングシートに最初に達する前に、電磁力が実質的に消失していることも分かる。
【００２２】
前記運動エネルギーが僅かな減衰作用によって、図１に示された構成要素を有する装置ないしはシステムから完全に取り除かれるまで、上述のプロセスは複数回繰り返される。この過程は反動３４と称される。弁部材がパッキングシートから外されるたびに該パッキングシートは開放されるので、上述の反動３４は、インジェクタから最終的に噴射される噴射量に大きく影響する。
【００２３】
電磁弁の構成部品は金属から成り、さらに、弁座の摩耗耐性にかかる要求は厳しいので、弁部材が該弁座ないしはパッキングシートに達したときの塑性変形による反動減衰は適していない。シートの接触中に、周囲の燃料における有利な流動条件により、流体力学的な閉弁力が発生し、弁部材が外されるときにはこの流体力学的な閉弁力が該弁部材を、押し込めるときよりも強く、パッキングシートの方向に押し付けることによって、ある程度の反動減衰を実現することができる。しかし、このような条件を実現するのは困難であり、さらに、周囲の媒体の状態に大きく依存する。
【００２４】
本発明の実施形態では、シートの接触中３２に‐すなわちパッキングシートに達した時点と該パッキングシートから離れるまでの期間中に‐閉弁方向にさらに付加的な力を形成することにより、反動３４を低減することができる。このような作用は、当初開弁方向に未だ残っている力がシートの接触中に消失することによって実現することができる。
【００２５】
本発明の実施形態ではこうするために、パッキングシートに達したときには未だ公称値の電磁力が存在し、かつシートの接触期間中にこの電磁力の勾配が負の公称値になるように、該電磁力の消失を緩慢化させる。こうすることにより、弁部材が弁座に達した後に該弁部材を制動する力が、その後の弾性反発時に該弁部材を加速化させる力より大きくなる。このことにより、弾性反発時に運動エネルギーに変換し戻されるエネルギーは、弁部材が押し込められるときに該弁部材から取り出されるエネルギーよりも小さくなる。このようにしてこの反動速度は、押し込められるときの速度より小さくなる。
【００２６】
本発明の回路４０の第１の実施形態を図３において概略的に示す。前記回路４０は電磁弁の電磁コイル４２を有し、この電磁コイル４２にコイル電圧４４ＵＳｐｕｌｅが印加される。この電磁コイル４２に、減衰抵抗４６ＲＤａｅｍｐｆが並列接続されている。前記電磁コイル４２と前記減衰抵抗４６ＲＤａｅｍｐｆとに電流Ｉ４７が供給される。
【００２７】
図３中の回路４０はさらに、フリーホイールダイオード４８と、ブースタダイオード５０と、ハイサイドスイッチ５２として構成されたスイッチオンおよびスイッチオフ可能な半導体バルブと、ローサイドスイッチ５４として構成されたスイッチオンおよびスイッチオフ可能な半導体バルブと、ブースタスイッチ５６として構成されたスイッチオンおよびスイッチオフ可能な半導体バルブとを有する。上述のスイッチオンおよびスイッチオフ可能な半導体バルブは通常、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、絶縁ゲート電子部品バイポーラトランジスタ（IGBT, insulated-gate-biopolartransistor）または同様の電子部品として構成される。さらに前記回路４０は、ブースタ電圧６０ＵＢｏｏｓｔを生じさせるためのブースタキャパシタ５８ＣＢｏｏｓｔと、ＤＣ／ＤＣコンバータないしは直流コンバータ６２とを有する。前記回路４０はさらに、図中にないバッテリーに接続されている。このバッテリーは前記回路４０の回路部品にバッテリー電圧６２ＵＢａｔｔを供給するように設けられている。
【００２８】
本発明の回路７０の第２の実施形態を図４において概略的に示す。前記回路７０は、図３を参照してすでに説明した本発明の第１の実施形態の回路４０の部品をすべて有する。この第２の実施形態の回路７０はさらに、前記減衰抵抗４６に直列接続されたダイオード７２を有する。したがってこのダイオード７２は、電磁コイル４２にも並列接続されている。
【００２９】
本発明の一実施形態では、電磁力の所望の特性経過は、減衰抵抗４６と電磁コイル４２とを並列接続することによって実現される。このことにより、駆動制御の終了時にはコイル電流は完全に消失することがなく、むしろ、該コイル電流はさらに、電磁コイル４２と減衰抵抗４６とから構成されたネットワークに流れていき、該減衰抵抗４６における電圧降下に抗して緩慢に消失していく。このことにより、電磁力の消失もより緩慢になる。
【００３０】
前記減衰抵抗４６は出力段に組み込むこともできるが、本発明の一実施形態では該減衰抵抗４６を電磁弁に配置することもでき、特に有利には、この電磁弁のコネクタ部材に該減衰抵抗４６を設けることもできる。その際には、たとえば圧電インジェクタにおいて使用されるブリーダ抵抗と同様に、コネクタのコンタクトラグ間に減衰抵抗４６を配置し、その後にこれを射出成形により包囲することができる。また、圧電インジェクタに設けられるブリーダ抵抗ディスクリート部品の代わりに使用できる導電性合成樹脂のような導電性合成樹脂を、コネクタ部材の射出成形包囲材料または合成樹脂材料として使用することにより、減衰抵抗４６を設けることもできる。
【００３１】
図４に示された第２の実施形態の回路７０では、電磁コイル４２を含む磁気回路の遮断期間になるまで、ダイオード７２が減衰抵抗４６の作用を制限する。このことによってとりわけ、駆動制御の開始時に減衰抵抗４６が電磁力の形成も緩慢化するのを阻止することができる。さらに前記ダイオード７２によって、前記電磁力の形成中に、前記減衰抵抗４６に電流を流すためにブースタキャパシタ５８またはバッテリーからさらにエネルギーを取り出さなければならなくなるのを回避することもできる。
【００３２】
このことにより、電磁コイル４２に印加された電圧がたとえば−０．８Ｖの限界電圧より大きい間は、減衰抵抗４６が機能することがなくなる。このことは典型的には、駆動制御期間全体に当てはまる。磁界が遮断されたときに初めて、減衰抵抗は所望の作用を発揮する。
【００３３】
図５ａは、本発明の方法の第１の実施形態において電磁弁の反動プロセスで得られる、該電磁弁の動作パラメータを示すグラフである。このグラフでも、横軸の時間軸３０に対して縦軸２２をプロットしている。このグラフは、電磁力８０の特性経過と、電磁弁の弁部材のストローク８２の特性経過、ひいては該弁部材と弁座との間の距離とを示している。このグラフはさらに、弁部材の速度８４の特性経過と、シートの接触８６を示す期間と、減衰抵抗の値が第１の値である場合の第１の反動８８とを示す。
【００３４】
図５ｂ中の別のグラフは、電磁力９０の特性経過と、弁ストローク９２の特性経過と、弁速度９４の特性経過と、シート接触期間９６と、第１の反動９８とを示す。この場合、これら上記の動作パラメータは、電磁コイルに並列接続された減衰抵抗の第２の値によって調整される。
【００３５】
図５ａおよび５ｂに示された電磁力８０，９０の特性経過と、弁ストローク８２，９２の特性経過と、弁速度８４，９４の特性経過は、減衰抵抗の２つの異なる値で、その他の条件は図２と相違しない場合に得られる。これらのグラフから、シート接触８６，９６中には電磁力８０，９０が公称値通りに消失し、このことにより、反動速度は押し込め速度よりも低下するのが明らかに分かる。全体的に、第１の反動８８，９８の開始時の弁部材の運動エネルギーは、減衰抵抗によって最大６４％低下する。
【００３６】
従来技術（図２）よりも反動期間が短くなり、反動の大きさが小さくなるのが明らかに分かる。
【００３７】
また、押し込め速度だけでも、従来技術よりもすでに小さくなり、パッキングシートから離れる際にはさらに、パッキングシートから離れていく速度が押し込め速度より約５％減少するのも分かる。一見するとこのことは些細なことに思われるが、この押し込め速度の減少は、シート接触中の弁部材の運動エネルギーが１０％減少することを意味し、この押し込め速度の減少と、弁部材を包囲する流体力学的要素の減衰作用とが組み合わされると、全体的に、反動プロセスが調量精度に及ぼす悪影響が完全かつロバストに回避される程度まで反動を低減することができる。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年4月9日(2012.4.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁部材（８）によって開閉される電磁弁（２）を動作させるための回路であって、
前記弁部材（８）は、閉弁ばねとして設けられた少なくとも１つの閉弁部材（１０）によって生成された閉弁方向の力によって弁座に押しつけられ、
前記弁部材（８）は、前記電磁弁（２）の電磁コイル（４，４２）によって生成され前記少なくとも１つの閉弁部材（１０）の力に抗する開弁方向の力によって開弁され、
前記回路は、前記電磁弁（２）の閉弁過程において少なくとも該電磁弁（２）の閉弁時点の後、該電磁弁（２）の開弁方向の力（１６）と該電磁弁（２）の閉弁方向の力（１４）との差が低減していく時間特性を実現するように構成された少なくとも１つの部品を有し、
前記回路は前記少なくとも１つの部品として、前記電磁コイル（４，４２）に並列接続された減衰抵抗（４６）を含むことを特徴とする、回路。
【請求項２】
前記回路は、前記減衰抵抗（４６）に直列接続されたダイオード（７２）を有する、請求項１記載の回路。
【請求項３】
前記減衰抵抗（４６）は、前記電磁弁（２）に対して固定された空間的な対応関係で配置されている、請求項１または２記載の回路。
【請求項４】
前記減衰抵抗（４６）は前記電磁弁（２）のコネクタ部材に設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の回路。
【請求項５】
閉弁ばねとして設けられた少なくとも１つの閉弁部材（１０）によって生成された閉弁方向の力によって弁座に押しつけられ、かつ、電磁弁（２）の電磁コイル（４，４２）によって生成され前記少なくとも１つの閉弁部材（１０）の力に抗する開弁方向の力によって開弁される弁部材（８）によって開閉される、該電磁弁（２）を動作させるための方法であって、
前記電磁弁（２）の閉弁過程において、少なくとも該電磁弁（２）の閉弁時点の後に、該電磁弁（２）の開弁方向の力（１６）と該電磁弁（２）の閉弁方向の力（１４）との差が低減していく時間特性を実現させることを特徴とする方法。
【請求項６】
前記閉弁方向の力（１４）が上昇していくようにする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記開弁方向の力（１６）を消失させる、請求項５または６記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
図３中の回路４０はさらに、フリーホイールダイオード４８と、ブースタダイオード５０と、ハイサイドスイッチ５２として構成されたスイッチオンおよびスイッチオフ可能な半導体バルブと、ローサイドスイッチ５４として構成されたスイッチオンおよびスイッチオフ可能な半導体バルブと、ブースタスイッチ５６として構成されたスイッチオンおよびスイッチオフ可能な半導体バルブとを有する。上述のスイッチオンおよびスイッチオフ可能な半導体バルブは通常、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT, insulated-gate-biopolartransistor）または同様の電子部品として構成される。さらに前記回路４０は、ブースタ電圧６０ＵＢｏｏｓｔを生じさせるためのブースタキャパシタ５８ＣＢｏｏｓｔと、ＤＣ／ＤＣコンバータないしは直流コンバータ６２とを有する。前記回路４０はさらに、図中にないバッテリーに接続されている。このバッテリーは前記回路４０の回路部品にバッテリー電圧６２ＵＢａｔｔを供給するように設けられている。
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月9日(2012.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁部材（８）によって開閉される電磁弁（２）を動作させるための回路であって、
前記弁部材（８）は、閉弁ばねとして構成された少なくとも１つの閉弁部材（１０）によって生成された閉弁方向の力によって弁座に押しつけられ、
前記弁部材（８）は、前記電磁弁（２）の電磁コイル（４，４２）によって生成され前記少なくとも１つの閉弁部材（１０）の力に抗する開弁方向の力によって開弁され、
前記回路は、前記電磁弁（２）の閉弁過程において少なくとも該電磁弁（２）の閉弁時点の後、該電磁弁（２）の開弁方向の力（１６）と該電磁弁（２）の閉弁方向の力（１４）との差が低減していく時間特性を実現するように構成された少なくとも１つの部品を有し、
前記回路は前記少なくとも１つの部品として、前記電磁コイル（４，４２）に並列接続された減衰抵抗（４６）を含むことを特徴とする、回路。
【請求項２】
前記回路は、前記減衰抵抗（４６）に直列接続されたダイオード（７２）を有する、請求項１記載の回路。
【請求項３】
前記減衰抵抗（４６）は、前記電磁弁（２）に対して固定された空間的な対応関係で配置されている、請求項１または２記載の回路。
【請求項４】
前記減衰抵抗（４６）は前記電磁弁（２）のコネクタ部材に設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の回路。
【請求項５】
閉弁ばねとして構成された少なくとも１つの閉弁部材（１０）によって生成された閉弁方向の力によって弁座に押しつけられ、かつ、電磁弁（２）の電磁コイル（４，４２）によって生成され前記少なくとも１つの閉弁部材（１０）の力に抗する開弁方向の力によって開弁される弁部材（８）によって開閉される、該電磁弁（２）を動作させるための方法であって、
前記電磁弁（２）の閉弁過程において、少なくとも該電磁弁（２）の閉弁時点の後に、該電磁弁（２）の開弁方向の力（１６）と該電磁弁（２）の閉弁方向の力（１４）との差が低減していく時間特性を実現させることを特徴とする方法。
【請求項６】
前記閉弁方向の力（１４）が上昇していくようにする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記開弁方向の力（１６）を消失させる、請求項５または６記載の方法。
【国際調査報告】
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