(57)【要約】      （修正有）【課題】高い信頼性をもち、コストを抑えた調整可能なサーボ絞り弁を提供する。【解決手段】サーボ絞り弁７は、バルブ本体、開／閉要素４８、電磁石２９を有し、噴射装置１のシェル２に収容される。電磁石２９は、阻止要素３６、５０によって規定される移動を行うために可動アーマチュア３１を動かし、該電磁石は、ねじ付きリングナット６９を用いてシェル２に固定されたケーシング５３に収容される。リングナット６９は、予め設定された締め付けトルクでシェル２のねじ部７１にねじ込まれる。ケーシング５３は、シェル２のショルダ５８と係合するように形成された静止面を有する。静止面は、アーマチュア３１の移動を微調整できるように、リングナット６９の締め付けトルクに応じて変形を受けるケーシング５３の領域に設けられる。【選択図】図１
2008106733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射装置（１）用のサーボ絞り弁であって、該燃料噴射装置（１）のシェル（２）にある空洞（６）に収容されたバルブ本体（８）と、ケーシング（５３）内に強固に取り付けられた電磁石（２９）のアーマチュア（３１）によって制御される開／閉要素（４８）と、を備え、前記アーマチュア（３１）は、二つの対向する阻止要素（３６、５０）の間の移動のために変位可能とされ、前記阻止要素（３６、５０）のうちの一方（５０）は前記バルブ本体（８）に固定され、他方の阻止要素（３６）は、前記移動を調整するために動かすことができ、前記ケーシング（５３）は、前記シェル（２）のショルダ（５８）と係合するように形成された静止面（５９）を有しており、該静止面（５９）を前記ショルダ（５８）に係合させるために、前記シェル（２）のねじ部（７１）について事前に設定した締め付けトルクでもって、ねじ付き要素（６９）を用いて前記ケーシング（５３）が前記シェル（２）に固定されるようにしたサーボ絞り弁において、前記静止面（５９）が、前記締め付けトルクに応じて弾性変形を受けるように形成された前記ケーシング（５３）の領域（７２）に設けられたことを特徴とするサーボ絞り弁。
【請求項２】
前記ねじ付き要素は、前記ケーシング（５３）の環状突部（６７）と係合するリングナット（６９）によって形成されており、前記領域（７２）が前記ケーシング（５３）の円筒部（５４）に形成され、かつ前記環状突部（６７）と前記静止面（５９）との間に位置されることを特徴とする請求項１に記載のサーボ絞り弁。
【請求項３】
前記領域（７２）は、曲げによる弾性変形が可能となるように、厚みを低減した断面部（７３）を有し、前記静止面（５９）は、前記シェル（２）の軸（３）に対して垂直な少なくとも１つの平面部（７４）を備えることを特徴とする請求項２に記載のサーボ絞り弁。
【請求項４】
前記厚みを低減した断面部（７３）は、前記円筒部（５４）の環状溝（５６）と前記静止面（５９）の面取り部（７６）との間に形成されることを特徴とする請求項３に記載のサーボ絞り弁。
【請求項５】
前記環状溝（５６）は前記円筒部（５４）の外面に形成され、前記面取り部（７６）は、前記静止面（５９）の円錐台状の形状をした面によって形成されて、前記ケーシング（５３）の内側を向いて配置されることを特徴とする請求項４に記載のサーボ絞り弁。
【請求項６】
前記環状溝（５６）は弾性をもつＯリング（５７）を収容するように設計され、前記面取り部（７６）の円錐台状の形状をした面は、前記平面部（７４）に対して１５°と３０°との間の角度（α）をなすことを特徴とする請求項５に記載のサーボ絞り弁。
【請求項７】
コア（３４）が支持ディスク（３９）と結合されて、前記ケーシング（５３）の内側ショルダ（６３）と前記ケーシング（５３）の曲がった環状縁部（６６）との間に固定され、前記内側ショルダ（６３）が前記環状突部（６７）と前記静止面（５９）との間に位置されることを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載のサーボ絞り弁。
【請求項８】
前記静止面（５９）は、数種のモジュール式シムの間で選択された調整済みのシム（６１）を介して前記シェル（２）の前記ショルダ（５８）と係合することを特徴とする請求項７に記載のサーボ絞り弁。
【請求項９】
出口通路（４３）と連通した制御チャンバ（１９）を備えており、前記アーマチュア（３１）は、前記バルブ本体（８）の心棒（３３）に接してスライド可能とされるスリーブ（３２）を含む単一部品で形成され、前記心棒（３３）が、前記出口通路（４３）における調整された半径方向の直線部（４６）を持つことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のサーボ絞り弁。
【請求項１０】
前記バルブ本体（８）は、別のねじ付きリングナット（２４）を用いて前記シェル（２）内に固定され、前記アーマチュア（３１）が閉鎖方向に移動するのを阻止するために円錐台状の形状をした部分（５０）有し、前記スリーブ（３２）は、前記円錐台状の形状をした部分（５０）に接して流体密封の状態で止まるように形成された端部（４８）を備えることを特徴とする請求項９に記載のサーボ絞り弁。
【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装置用サーボ絞り弁（ソレノイド絞り弁）に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知のように、噴射装置のサーボ弁は通常、噴射ノズルの常用制御ロッド用の制御チャンバを有する。この制御チャンバには、加圧燃料用パイプと連通する吸入穴と、燃料出口用の、すなわち排出用の調整（較正）した穴が設けられており、排出用の穴は通常、開／閉要素によって閉じられている。一般的には、サーボ弁のバルブ本体が噴射装置のシェルに取り付けられ、その一方で開／閉要素が電磁石のアーマチュア（電機子）によって制御される。
【０００３】
アーマチュアの移動又は昇降により、排出穴を通る燃料の通過断面はもとより、開放及び閉鎖の両方に対するサーボ弁の応答の迅速性も決まるので、アーマチュア又は開／閉要素、あるいはアーマチュア及び開／閉要素の移動を正確に制御する必要がある。サーボ弁では、開／閉要素がアーマチュアから分離していることが公知であり、該アーマチュアの移動（行程）については、一方で排出穴を閉じる位置に開／閉要素を拘束することで規定され、また他方では、電磁石の方向にアーマチュアが移動するのを阻止することで規定される。アーマチュアの移動調整は、少なくとも１つの剛性シムを使用して行われ、その剛性シムは、アーマチュアギャップを定める。このシムは、数種の調整されたモジュール式の交換可能なシムの中から選択することができる。実施上の技術的理由及び経済的制約から、前記シムは機械加工の公差以上の量だけ、例えば、５μｍ（マイクロメートル）以上の量だけ互いに変えることができる。しかし、５μｍの公差を有する離散的な量でアーマチュアの移動調整を行うと比較的粗くなるので、最新の内燃機関で必要とされる非常に狭い制限範囲内での、噴射装置の流量を得ることができない場合が多い。
【０００４】
アーマチュアがスリーブによって案内されるサーボ弁もまた、特許文献１から公知であり、そのスリーブは、電磁石の方向においてアーマチュアの阻止要素を持つ。スリーブにはさらにフランジが設けられ、該フランジは弾性変形可能なシムを介してシェルに固定されている。電磁石はケーシング内に収容され、該ケーシングはねじ付きリングナットを用いて噴射装置のシェルに固定されるとともに、前記フランジに作用する部分が設けられている。シムは、リングナットの締め付けトルクに従って変形するので、このトルクを変えることによって、アーマチュアの移動を微調整することができる。しかし、前記したシムの存在及びシムについての選択によって、サーボ弁は、これを製造するのにかなり複雑となり、コストがかかる。
【０００５】
また、上記で説明した公知のサーボ弁では、開／閉要素が、一方の側で制御チャンバ内の燃料の圧力によって加えられた軸方向の推力を受け、また他方の側では、電磁石が励磁されていないときに、圧力による推力に打ち勝つように予圧されたスプリングから軸方向の推進作用を受ける。したがって、このスプリングは、かなりの軸方向推力、例えば、１８００ｂａｒ（１．８×１０８Ｐａ）の燃料圧力に対して約７０Ｎ（ニュートン）の推力をかけられる特性及び全体寸法を有する。
【０００６】
開／閉要素を閉じるためのスプリングの予圧を低減することを目的として、加圧燃料がもはや軸方向の作用を働かせることなく、開／閉要素の支持部にて半径方向に作用し、これにより、燃料の圧力による開／閉要素への作用が実質的に均衡するようにしたサーボ弁が最近提案された。よって、スプリングの作用と電磁石の作用を低減することができる。また、アーマチュアの移動については、アーマチュアの固着の危険性を無視できるならば、電磁石のコアに接触して直接止めることができ、これによりコア自体に関する残余ギャップをなくすことができる。
【特許文献１】欧州特許出願公開第０９１６８４３号（ＥＰ−Ａ−０  ９１６  ８４３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、公知技術による燃料の流量調整用サーボ弁の欠点を除去しながら、高い信頼性をもち、コストを抑えた調整可能なサーボ絞り弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、上記の目的は、請求項１に規定した下記のサーボ絞り弁によって達成される。
【０００９】
つまり、本発明は、内燃機関の燃料噴射装置（１）用サーボ絞り弁であって、該燃料噴射装置（１）のシェル（２）にある空洞（６）に収容されたバルブ本体（８）と、ケーシング（５３）内に強固に取り付けられた電磁石（２９）のアーマチュア（３１）によって制御される開／閉要素（４８）と、を備える。そして、アーマチュア（３１）は、二つの対向する阻止要素（３６、５０）の間の特定の移動のために変位可能とされ、阻止要素（３６、５０）のうちの一方（５０）はバルブ本体（８）に固定され、他方の阻止要素（３６）は、前記移動を調整するために動かすことができる。また、ケーシング（５３）は、シェル（２）のショルダ（５８）と係合するように形成された静止面（５９）を有しており、該静止面（５９）をショルダ（５８）に係合させるために、シェル（２）のねじ部（７１）について事前に設定した締め付けトルクでもって、ねじ付き要素（６９）を用いてケーシング（５３）がシェル（２）に固定される。本発明にかかるサーボ絞り弁において、静止面（５９）は、締め付けトルクに応じて弾性変形を受けるように形成されたケーシング（５３）の領域（７２）に設けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の理解を深めるため、好ましい実施形態については、全くの例示として添付図面を用いて本明細書で説明している。
【００１１】
図１を参照すると、内燃機関、特にディーゼルエンジン用の（部分的に示した）燃料噴射装置が符号１で全体として示されている。噴射装置１は中空胴体又はシェル２を備え、これは長手方向の軸３に沿って延在するとともに、高圧、例えば約１８００ｂａｒ（１．８×１０８Ｐａ）の圧力で燃料を取り入れるためのパイプに接続するように設計された側部吸入口４を有する。このシェル２は、ノズル（図示せず）、すなわち、パイプ５を介して吸入口４と連通するとともに、対応するエンジンシリンダ内へと燃料を噴射するように設計されたノズルで終端となる。
【００１２】
シェル２は、バルブ本体８を含むサーボ絞り弁７を収容する軸方向の空洞６を有し、バルブ本体８は、軸方向の空洞１０が設けられた小径の部分９を有する。噴射装置１の制御ロッド１１は、流体密封の状態で空洞１０内をスライドすることができ、燃料噴射ノズルを開閉するために、公知の方法で開／閉ニードル（図示せず）を制御するように設計されている。バルブ本体８の部分９は、空洞６の内面において対応する部分に結合された中央環状突部１２を提供する。この内面は、吸入口４と通じる別のパイプ１６がそこから出る凹部１４を形成しており、凹部１４は燃料分配用の環状チャンバ１７を形成している。軸方向の空洞１０の一端面１８と制御ロッド１１の端部との間にある空間は、サーボ絞り弁７の制御用又は調整用のチャンバ１９を形成し、このチャンバ１９は、調整された吸入口の穴２１を介して環状チャンバ１７に通じている。
【００１３】
バルブ本体８はさらに、直径の大きな中間部分を有し、これは空洞６の対応する部分２３に固定するためのフランジ２２を形成する。前記の目的のために、雄ねじの付いたリングナット２４が、部分２３の雌ねじと係合してねじ込まれるが、これは、部分２３によって形成されたショルダ（肩部）２６に接して流体密封の状態で軸方向にフランジ２２を締め付けるためである。環状チャンバ１７と空洞６との気密性については、別途、環状ガスケット２７を用いて得られる。
【００１４】
噴射装置１のシェル２には別の空洞２８が設けられており、軸３と同軸とされる空洞２８内では、ノッチ付きのディスクアーマチュア３１を制御するように設計された電磁石２９が固定されている。以下でより明瞭に分かるように、アーマチュア３１は、電磁石２９と反対の方向に突出していて、心棒（ステム）３３と挿合するスリーブ３２を含む単一部品で作られており、心棒３３は同様にバルブ本体８と一体の部品で作られている。電磁石２９は磁気コア３４によって形成されて、該磁気コアは、平面状であって、かつ軸３に対して垂直な磁極面３６を有する。磁気コア３４は、電気コイル３５が収容された環状の空洞を有し、螺旋状の圧縮スプリング３８が収容された軸方向の空洞３７が設けられている。このスプリング３８には予圧がかけられており、これは、電磁石２９によって発生する吸引力とは反対の方向において、アーマチュア３１に対して押し付ける作用を与えるためである。特に、スプリング３８は、磁気コア３４を支持するディスク３９に支えられた一端部と、ワッシャ４１を介してアーマチュア３１に作用する他端部とを有し、ワッシャ４１は、スプリング３８の端部を案内するブロック４２を有する。
【００１５】
バルブ本体８の心棒３３は、バルブ本体８の部分９とは反対側においてフランジ２２から軸３に沿って突出している。サーボ絞り弁７の制御チャンバ１９は、燃料の出口用、つまり排出用の通路を有し、これは符号４３により全体として示され、完全にバルブ本体８内に作られている。排出通路４３は、軸３に沿って一部がフランジ２２内に作られ、一部が心棒３３内に作られた有底の第１直線部４４と、心棒３３内に作られた半径方向の第２直線部４６と、を有する。この半径方向の第２直線部４６は、フランジ２２の平坦面に隣接した軸方向位置に配置されている。半径方向の第２直線部４６は調整（較正）された直径をもち、制御チャンバ１９の調整された出口穴となり、この出口穴は、心棒３３の外周面の溝で形成された環状チャンバ４７と、第１直線部４４とを連通させる。
【００１６】
スリーブ３２は内側円筒面を有し、この面は、実質的に流体気密の状態で、すなわち直径方向の遊びを、例えば、４μｍ未満に調整した嵌め合いによるか、あるいは封止要素を介在させることで、心棒３３の外側面に連結される。このスリーブ３２は、円錐台状の形状をした端部４８を備え、その端部はサーボ絞り弁７の開／閉要素を構成する。
【００１７】
特に、スリーブ３２は、前進移動端位置と後退移動端位置との間を、心棒３３に沿って軸方向に摺動するように設計されている。前進移動端位置では、開／閉要素である端部４８を用いて排出通路４３の半径方向の第２直線部４６が閉じられ、この前進移動端位置については、心棒３３とフランジ２２との間の半径部を占める円錐台状の形状をした部分５０に押し付けられる開／閉要素４８によって規定される。また後退移動端位置では、通路４３の半径方向の第２直線部４６が開かれ、この後退移動端位置については、非磁性のギャップ薄層部５１を介して、アーマチュア３１を磁気コア３４の磁極面３６に拘束することで規定される。
【００１８】
前進移動端位置において、環状チャンバ４７内の圧力はスリーブ３２に半径方向で作用するので、燃料がスリーブ３２に加える軸方向の推進合力はゼロとなり、一方、後退移動端位置において、燃料は半径方向の第２直線部４６から、リングナット２４とスリーブ３２との間の環状通路５２を通って、さらにアーマチュア３１のノッチ、磁気コア３４の空洞３７、及び支持ディスク３９内に作られた軸方向の管路を通って、排出チャネル又は再循環チャネル（図示せず）へと流れる。
【００１９】
電磁石２９に電圧を印加して励磁すると、アーマチュア３１は磁気コア３４の方向に変位するので、開／閉要素４８は制御チャンバ１９の通路４３を開放し、したがってサーボ絞り弁７が開く。噴射ノズルを開くように制御するために制御ロッド１１の軸方向並進が行われる。電磁石２９への電圧印加が断たれると、図１のように、スプリング３８がアーマチュア３１を戻して、フランジ２２の円錐台状の形状をした部分５０上に開／閉要素４８が置かれることになり、開／閉要素４８は再び、排出通路４３における半径方向の第２直線部４６を閉じ、これによって、サーボ絞り弁７が閉じる。
【００２０】
電磁石２９は、非磁性の金属材料、例えば、真ちゅう又は非磁性系の鋼（ＡＩＳＩ３００）で作られた略円筒形状のケーシング５３を用いてシェル２に固定されている。特に、ケーシング５３は、内径がＤ１で外径がＤ２の下部５４（図２も参照のこと）を有する。この部分５４は空洞２８に挿入されるように設計され、弾性をもったＯリング５７が挿入される外側溝５６を有する。空洞２８は、空洞６の部分２３とともに、別のショルダ（肩部）５８を形成しており、該ショルダ５８は、ケーシング５３の静止面（停止面）５９によって、剛性シム６１に係合するように設計されている。
【００２１】
ケーシング５３はさらに、第２の円筒状部分６２を提供し、この第２の円筒状部分６２は、その厚みが下部５４より薄くなっており、下部５４とともに内側の環状ショルダ６３を形成している。円筒状部分６２は、半径方向に顕著な遊びがない状態で電磁石２９の磁気コア３４を収容するように設計されている。そして、ケーシング５３は上縁部６６を有し、この上縁部６６は、静止ディスク３９が磁気コア３４に対して軸方向に保持されるとともに、軸方向に遊びがない状態で、磁気コア３４がその磁極面３６でケーシング５３のショルダ６３に支えられている状態を維持するために曲がっている。その結果として、電磁石２９は、ショルダ６３と曲がった上縁部６６までの間で、ディスク３９を介してケーシング５３に対して強固に結合されており、これは単一のブロックを形成するためである。
【００２２】
ケーシング５３の円筒状部分６２はさらに、外側の環状突部６７を提供し、該環状突部には、内部にねじを切ったリングナット６９の環状縁部６８が係合される。このリングナット６９は、シェル２の外壁に設けられた、ねじ部７１にねじ込まれるが、これは部分５４の静止面５９をシェル２自体の空洞２８のショルダ５８に押し付けるためである。
【００２３】
アーマチュア３１の移動調整、したがってまた開／閉要素４８の微調整、つまり、５μｍ（数種のモジュール式シム６１間の差）以内の調整を行うために、静止面５９がケーシング５３の領域７２に設けられ、該領域７２はリングナット６９の締め付けトルクに応じて弾性変形を受けるように設計されている。特に、領域７２はケーシング５３の円筒部５４に含まれ、環状突部６７と静止面５９との間にその位置が規定されている。この領域７２は、溝５６の形成によって厚みが減らされた部分である断面部７３を有しており、これは該領域７２の曲げによる弾性変形を可能にするためである。
【００２４】
そして、静止面５９は、平面状の外側部分７４と、部分５４の内側面に作られた前方面取り部７６を形成する、円錐台状の形状をした内側部分と、を有する。この面取り部７６は、一方で断面部７３の厚みをさらに薄くし、他方では、領域７２の曲がりによって変形した後でさえ、ケーシング５３の静止領域が広い範囲でシム６１と接触することを保証する。
【００２５】
有利には、静止面５９の外側部分７４が、溝５６の内径Ｄ４よりも大きい内径Ｄ３をもつようにされており、断面部７３は、溝５６自体に対して、その一部が片持ち梁（カンチレバー）状とされている。面取り部７６の円錐台状の形状をした面については、軸３に対して垂直な平面と１５°乃至３０°の角度をなす傾斜角αを有することが好ましい。また、面取り部７６は、その幅「（Ｄ３−Ｄ１）／２」が、ケーシング５３の部分５４の厚み「（Ｄ２−Ｄ１）／２」の２５％乃至７５％に収まる範囲を占めることができる。
【００２６】
サーボ絞り弁７の開／閉要素４８の移動調整、すなわちアーマチュア３１の昇降の調整については、最初に、リングナット６９の締め付けトルクを予め決まった値に設定して、アーマチュア３１の昇降が５μｍ以内の超過でほぼ所望の値になるような種類のシム６１を選択することによって行われる。次いで、ケーシング５３の領域７２の弾性変形状態を変えるために、リングナット６９の締め付けトルクを適切に増加させることにより微調整を行う。
【００２７】
アーマチュア３１の移動の変化量は、リングナット６９の締め付けトルクにほぼ比例する。ケーシング５３にある領域７２の断面部７３の剛性（スティフネス）を変えることで比例係数を変えることができる。この剛性については、ケーシング５３の静止面５９の平面部７４について、その内径Ｄ３を若干変えることで修正可能である。
【００２８】
上記の調整はリングナットを締め付ける際の、（特に、リングナットの締め付けに一般的に使用するトルクレンチの）回転角度を調整するか、あるいは、操作パラメータ、例えば、サーボ絞り弁７の排出流量、又はサーボ絞り弁７の開放速度、したがって噴射装置１の流量等のパラメータを調整することで行われる。いずれの場合でも、アーマチュア３１の昇降の調整後において、安全上の理由から、長期間にわたる使用でリングナット６９が偶発的に緩まないように防止する目的のために、例えば、電気溶接のスポットによってリングナット６９をシェル２に固定してその回転を阻止することができる。
【００２９】
上記の説明から、本発明による調整可能なサーボ絞り弁が公知技術に対して有利なことは明らかである。まず第１に、変形可能な別個のシムの必要性がなくなり、そのため、噴射装置の製造コスト及び部品の倉庫保管コストが低減される。さらに、互いに関わり合う平面、つまり精密研磨のための、コスト高な機械加工作業を必要とする平面の数が低減される。そして、本発明による電磁石２９のケーシング５３は、既存のサーボ弁にも適用することができる。
【００３０】
当然ながら、本明細書に記載のサーボ絞り弁（あるいは計量弁）に対して、特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な修正及び改良を行うことができる。例えば、ガスケット５７用に設けた溝とは別の専用溝を用いて断面部７３を小さくすることができる。また、領域７２は、その外径をケーシング５３自体の部分５４の外径Ｄ２よりも大きくすることができる。
【００３１】
そして、バルブ本体８の排出通路４３には、好ましくは互いに等しい角度間隔をもって離間した、半径方向の第２直線部４６を多数設けることができる。また、剛性シム６１及び／又はギャップ薄層部５１を削除することもできる。ケーシング５３は、適切な樹脂材料で構成される。静止面５９については曲面状とするか、又は部分７４と面取り部７６との間の半径範囲を占める部分をもつことができる。最後に、本発明は、電磁石のアーマチュアとは別個の開／閉要素を有するサーボ弁にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による調整可能なサーボ絞り弁を設けた燃料噴射装置の部分断面図である。
【図２】縮尺を拡大した図１の詳細図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  燃料噴射装置
２  シェル
３  長手方向の軸
６  軸方向の空洞
７  サーボ絞り弁
８  バルブ本体
１９  制御チャンバ
２４  リングナット
２９  電磁石
３１  アーマチュア
３２  スリーブ
３３  心棒
３４  磁気コア
３６  他の阻止要素（磁極面）
３９  支持ディスク
４３  出口通路
４６  半径方向の直線部
４８  開／閉要素（端部）
５０  円錐台状の形状をした部分
５３  ケーシング
５４  円筒部
５６  環状溝
５７  Ｏリング
５８  ショルダ
５９  静止面
６１  シム
６３  内側ショルダ
６６  環状縁部
６７  環状突部
６９  リングナット（ねじ付き要素）
７１  ねじ部
７２  領域
７３  断面部
７４  平面部
７６  面取り部
【図１】
2008106733.tif 000003
【図２】
2008106733.tif 000004