(57)【要約】  特に、下流側に配置された高圧ポンプ（２）に用いられる流体を調量するための流量制御弁（１０）であって、軸方向に運動可能な弁ニードル（１４）と、該弁ニードル（１４）によって開放方向に負荷可能な弁エレメント（１６）とを備え、該弁エレメント（１６）は、減衰室（２６）を画定しており、該減衰室（２６）の壁部（２５）と前記弁エレメント（１６）との間に、少なくとも１つの膨らみ部（３２）を備えた環状のギャップ（３１）が設けられている、流量制御弁。
2015503057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に運動可能な弁ニードル（１４）と、該弁ニードル（１４）によって開放方向に力を与えることができる弁エレメント（１６）とを備えた流量制御弁（１０）であって、
該弁エレメント（１６）は、減衰室（２６）を画定しており、
該減衰室（２６）の壁部（２５）と前記弁エレメント（１６）との間に、前記減衰室（２６）を流れ通路（２０）に連通させるギャップ（３１）が形成されている流量制御弁（１０）において、
前記ギャップ（３１）は、少なくとも１つの膨らみ部（３２）を有することを特徴とする、流量制御弁（１０）。
【請求項２】
前記ギャップ（３１）は、前記弁ニードル（１４）の運動方向に対して直交する方向に延びる平面に所定の円周を有していて、該円周の５０％未満、好ましくは３０％未満にわたって前記少なくとも１つの膨らみ部（３２）が延在している、請求項１記載の流量制御弁（１０）。
【請求項３】
前記ギャップ（３１）の流れ横断面は、前記減衰室（２６）に対して相対的な前記弁エレメント（１６）の位置に関連している、請求項１または２記載の流量制御弁（１０）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの膨らみ部（３２）の深さ（Ｔ）は、前記ギャップ（３１）の深さよりも小さく設定されている、請求項３記載の流量制御弁（１０）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの膨らみ部（３２）の深さ（Ｔ）は、前記ギャップ（３１）の深さよりも大きく設定されている、請求項３記載の流量制御弁（１０）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの膨らみ部（３２）は、前記減衰室（２６）の前記壁部（２５）の縁部（３６）から底部（２４）へ向かって先細りに形成されている、請求項３から５までのいずれか１項記載の流量制御弁（１０）。
【請求項７】
前記減衰室（２６）内に、前記弁エレメント（１６）の終端ストッパとして用いられる第１の突出部（２８）が形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の流量制御弁（１０）。
【請求項８】
前記第１の突出部（２８）は、全周にわたって分配された２つまたは２つよりも多いセグメントを有している、請求項７記載の流量制御弁（１０）。
【請求項９】
前記減衰室（２６）は、ハウジング（１２）内に、または内側部材（２３）内に形成されており、該内側部材（２３）は、当該流量制御弁（１０）の前記ハウジング（１２）と一体的に形成されているか、または前記ハウジング（１２）に固く結合されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の流量制御弁（１０）。
【請求項１０】
ポンプエレメントと流入弁とを備えた高圧ポンプ（２）において、前記流入弁が、請求項１から９までのいずれか１項記載の流量制御弁（１０）であることを特徴とする、高圧ポンプ（２）。
【請求項１１】
前記流れ通路（２０）は、当該高圧ポンプ（２）のポンプ室を低圧管路（５）にハイドロリック的に接続している、請求項１０記載の高圧ポンプ（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の前提部に記載の流量制御弁、および請求項１０に記載の、流量制御弁を備えた高圧ポンプに関する。
【０００２】
下流側に配置された高圧ポンプに用いられる、特に流体を調量するための流量制御弁が公知である。たとえば、この公知の流量制御弁は、自動車のコモンレール式燃料システムにおいて、高圧フィードポンプからコモンレール内に圧送される燃料流を制御するために流量制御弁として使用される。このような流量制御弁は、電磁式に作動され得る。流量制御弁は、ニードル・アーマチュアアッセンブリを有する。このニードル・アーマチュアアッセンブリの一部である電磁石（ソレノイド）と、ばねとが、流量制御弁の弁エレメントに作用する。流量制御弁の開弁位置もしくは閉弁位置の終端位置におけるニードル・アーマチュアアッセンブリの衝突は、特に回転数が低い場合には振動励起を招き、この振動励起は音響的にも機械的にも不都合であると感じられる。
【０００３】
独国特許出願公開第１０２００９０４６０７９号明細書からは、可動のピストンによって画定される流体容器を有する減衰装置を備えた流量制御弁が公知である。このピストンは、ストッパへの衝突の直前に弁エレメントによって力が与えられ、こうして流体を、流体容器から絞り箇所に通して押し出すように配置されている。
【０００４】
国際公開第２０１１０６７０２６号には、逆流を弁エレメントから少なくとも部分的に遠ざけておく、ハイドロリック的に作用する遮蔽部を有する流量制御弁が記載されている。この遮蔽部は、弁ハウジングに固く結合されたポット形の構成部分である。この遮蔽部は弁エレメントに関して、弁エレメントの軸方向端面が、このポット形の構成部分によって覆われるように配置されている。
【０００５】
発明の開示
本発明の根底を成す問題は、請求項１に記載の流量制御弁によって解決される。好ましい改良形は、従属請求項に記載されている。さらに、本発明にとって重要な特徴は、以下の説明および図面から明らかである。言うまでもなく、これらの特徴は、単独の形でも、種々様々に組み合わされた形でも、本発明にとって重要となり得る。
【０００６】
本発明の基本思想は、プランジャ体である弁エレメントをポット形の減衰室と組み合わせて使用することにより、少なくとも１つのハイドロリック的な絞り箇所を有する、流量制御弁のための減衰装置を提供することである。これらの絞り箇所は、減衰作用が、減衰室に対して相対的な弁エレメントの位置に関連して変化するように形成され得る。これにより、弁エレメントの速度経過を種々の使用事例に適合させることができる。本発明が、付加的な構成部分なしに流量制御弁に直接に組み込まれることが特に有利である。したがって、本発明は付加的なコストを生ぜしめない。
【０００７】
さらに、本発明における減衰装置は、いかなる大量生産においても回避不可能である構成部分寸法のばらつきに対して敏感ではなく、すなわち構成部分寸法のばらつきの影響を受け難い。
【０００８】
本発明による流量制御弁には、次のような利点がある。すなわち、弁エレメントがストッパに当接する際の衝突速度を減じることによって、騒音の励起が減少され、さらに流量制御弁がより壊れにくくなる。この減じられた衝突速度は、ストッパから、ニードル・アーマチュアユニットへの弁エレメントのバウンジングの危険をも減少させる。その結果、減じられた機械的な負荷に基づき、移動させられる質量の低減が可能になる。つまり、ニードルを一層軽量に形成することができ、ひいては、磁気回路を一層弱く設計することもできる。したがって、本発明は、電磁作動式の流量制御弁の電気的な損失出力の減少をも、もたらす。
【０００９】
本発明による流量制御弁の減衰装置は、原則的に次のように機能する：開放運動の際には、アクチュエータのニードル・アーマチュアアッセンブリが、プレート状の弁エレメントに当接して、この弁エレメントをばね力に抗して着座部から持ち上げる。弁エレメント自体は、減衰室内に存在する流体に作用する。流体は、このとき加圧されて、減衰室から、弁エレメントと減衰室の壁部との間に形成されたギャップを通って溢れ出る。ギャップの絞り作用によって、流体は、流体容器からゆっくりとしか流出することができず、弁エレメントは効果的に減速させられる。これにより、ストッパへの弁エレメントの衝突速度は減じられて、騒音の発生が減少する。
【００１０】
プレート状の弁エレメントと減衰室の壁部との間に形成された小幅のギャップは、弁エレメントおよび壁部の製造誤差の影響を比較的大きく受けるので、このギャップは、本発明によれば、規定されたサイズ（横断面および深さ）を有する少なくとも１つの、好ましくは複数（たとえば３つ）の膨らみ部を備えている。これらの膨らみ部によって、ギャップは所定の範囲において拡張されている。ギャップは、プレート状の弁エレメントと減衰室の壁部との間にすべり嵌めを形成するように構成されていて、特に弁エレメントの案内のために用いられる。
【００１１】
とりわけ膨らみ部の、流体の流れ方向に対して直角に配置された横断面から形成された有効流れ横断面は、ギャップの流れ横断面よりもはるかに大きく形成されている。したがって、減衰室および弁エレメントの、回避不可能な製造誤差は、弁エレメントのガイドにしか影響を与えず、流量制御弁の減衰特性には影響を与えない。有効流れ横断面は、本発明による流量制御弁の場合、特に膨らみ部の横断面積に関連する。その結果、所望の絞り作用は、膨らみ部の寸法および形状によって決定され得るようになり、壁部と弁エレメントとの間のギャップの幅によっては決定され得ない。この場合、膨らみ部自体の製造誤差は、僅かな程度にしか絞り作用に影響しないので、大量生産された流量制御弁の種々の製品間に生じる減衰特性のばらつきは小さい。
【００１２】
この効果は、特にギャップの全周における膨らみ部の占める割合が５０％未満、好ましくは３０％未満である場合に達成され得る。
【００１３】
製造技術的に簡単な解決手段では、この少なくとも１つの膨らみ部が、流量制御弁の長手方向軸線に対して直交する方向で半径方向外側に向かって減衰室の壁部に延びているか、または半径方向内側に向かって弁エレメントに延びている。減衰室は、金属薄板変形加工部品として、またはプラスチックから製造され得る。後者の場合、減衰室は、流量制御弁のハウジングに一体に組み込まれた構成部分であってもよい。
【００１４】
弁エレメントの減衰特性をできるだけ良好に使用条件に適合させることができるようにするためには、ギャップの自由流れ横断面が、減衰室に対して相対的な弁エレメントの位置に関連して変えられるようになっている。
【００１５】
本発明の１構成では、膨らみ部の深さＴが、ギャップの深さよりも小さく設定されている。ギャップの深さは、弁エレメントが開弁位置において当接する第１の突出部によって制限される。
【００１６】
膨らみ部の深さが、上述したギャップよりも小さい場合、弁エレメントは、開弁位置に向かう途中で、膨らみ部の底部に完全に整合して膨らみ部を遮断するので、流出する流体には、ギャップにより形成される有効流れ横断面しか開いていない状態となる。これにより、絞り作用が増幅され、弁エレメントの速度は再度減じられる。これにより、流量制御弁の開放が、２つの段階で実現される。第１の段階では、半径方向のギャップと膨らみ部とから形成された、比較的大きな有効流れ横断面が提供される。したがって、流体は、迅速にかつ小さな減衰率で減衰室から逃げ出すことができ、弁エレメントは迅速に開弁位置へ移動する。弁エレメントの縁部が第２の突出部を越えて、ひいては膨らみ部が完全に遮断されると、第２の段階が有効にされる。その場合、有効流れ横断面は、第１の段階に比べて小さくなる。したがって、流体はさらにゆっくりと減衰室から流出する。これにより、弁エレメントは一層減速させられて、さらに減じられた速度で第１の突出部に当接する。したがって、流量制御弁の短い開弁時間と、極めて少ない騒音発生とを組み合わせることができる、という利点が得られる。
【００１７】
本発明のさらに別の構成では、膨らみ部の輪郭が、（前方の）縁部から狭窄部へ向かって先細りに形成されている。これにより、有効流れ横断面が、ストッパの方向に、すなわち第１の突出部の方向に連続的に減少することが達成される。これにより、弁エレメントがストッパに近づけば近づくほど連続的に増大する絞り作用が得られる。このことから、既に前に説明した利点と同様の利点がもたらされる。
【００１８】
以下に、本発明の実施態様を図面につき説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】高圧ポンプとコモンレールシステムと流量制御弁とを備えた燃料システムの概略図である。
【図２】流量制御弁の断面図である。
【図３】第１の実施形態における弁エレメントと内側部材とを示す斜視図である。
【図３Ａ】第２の実施形態における弁エレメントと内側部材とを示す断面図である。
【図４】第３の実施形態における弁エレメントと内側部材とを示す断面図である。
【図５】第４の実施形態における弁エレメントと内側部材とを示す断面図である。
【００２０】
同一機能を有する構成要素およびサイズについては、全ての図面において、互いに異なる実施形態であっても同じ符号を使用する。
【００２１】
図１には、内燃機関の燃料システム１が、大幅に簡略化されて示されている。ピストンポンプとして構成された高圧ポンプ２（詳説しない）は、上流側では吸込み管路３と、プレフィードポンプ４と、低圧管路５とを介して燃料タンク６に接続されている。下流側では、高圧アキュムレータ８（「コモンレール」）が、高圧管路７を介して高圧ポンプ２に接続されている。電磁式の作動装置（以下、「アクチュエータ１１」と呼ぶ）を備えた流量制御弁１０が、ハイドロリック的に低圧管路５と高圧ポンプ２との間に配置されていて、高圧ポンプ２の流入弁を形成している。その他の構成要素、たとえば高圧ポンプ２の流出弁は、図１には図示されていない。もちろん、流量制御弁１０は、高圧ポンプ２内に一体に組み込まれていてもよい。
【００２２】
燃料システム１の作動時には、プレフィードポンプ４によって燃料が燃料タンク６から低圧管路５内に圧送される。
【００２３】
高圧ポンプ２は、燃料を低圧管路５から吸い込んで、この燃料を高圧管路７および高圧アキュムレータ８へ圧送する。
【００２４】
高圧ポンプ２はピストンポンプであるので、高圧ポンプ２は吸込み行程と圧送行程とを有している。この高圧ポンプ２の圧送量は、流量制御弁１０によって制御され、この場合、たとえば流量制御弁１０は高圧ポンプ２の圧送行程の間、所定の時間にわたって開いたままとなる。
【００２５】
図２には、流量制御弁１０の部分縦断面図が示されている。流量制御弁１０は、ハウジング１２と、電磁弁ばね１３によって付勢された弁ニードル１４と、この弁ニードル１４に配置された磁気アーマチュア１５と、プレート状の弁エレメント１６と、この弁エレメント１６と協働する、ハウジング固定の弁座（「着座部」）１７とを有する。流量制御弁１０のこれらの構成要素は、中心線１８に対してほぼ回転対称的に形成されている。弁ニードル１４と磁気アーマチュア１５とは、１つのニードル・アーマチュアユニットを形成している。
【００２６】
図１では、高圧ポンプ２が流量制御弁１０の右側に、プレフィードポンプ４から延びている低圧管路５が流量制御弁１０の左側にそれぞれ配置されている。
【００２７】
高圧ポンプ２の吸込み行程の間、弁エレメント１６は弁座１７から持ち上げられているので（図２には図示しない）、低圧管路５からの燃料は、このときに弁エレメント１６と弁座１７との間に存在するギャップと、環状の流れ通路２０とを通って、高圧ポンプ２の方向に流れることができる。
【００２８】
環状の流れ通路２０の外側はハウジング１２によって、内側は内側部材２３によってそれぞれ画定される。この内側部材２３は、ハウジング１２の一部であるか、またはハウジング１２に結合された別個の構成部材であってもよい。
【００２９】
内側部材２３は、ポット形に形成されていて、ポットの「底」に相当する底部２４と、ポットの「周壁」に相当するほぼ円筒形の壁部２５とを有している。内側部材２３の、弁エレメント１６寄りの端面は、減衰室２６を有している。この減衰室２６内には、弁エレメント１６を弁座１７に押圧するばね３０が配置されている。
【００３０】
内側部材２３は、プラスチックまたは金属から、たとえば金属薄板変形加工部品として製造されていてもよい。
【００３１】
プレート状の弁エレメント１６は、少なくとも部分的に内側部材２３内に突入していて、こうして減衰室２６を画定している。
【００３２】
減衰室２６は、燃料で満たされていて、かつ絞りとして働く狭窄部２７を介して流れ通路２０に接続されている。
【００３３】
内側部材２３もしくは減衰室２６の壁部２５には、第１の突出部２８が形成されている。この第１の突出部２８は、弁エレメント１６の開弁位置において、弁エレメント１６の、弁座１７とは反対側の面２９のためのストッパを形成している。第１の突出部２８は、必ずしも全周にわたって一貫して形成されている必要はない。弁エレメント１６を支持するためには、第１の突出部２８が、環状の遮蔽区分を成す壁部２５内に配置された、全周にわたって分配された２つまたは２つよりも多いセグメントを有していれば十分である。図２の下側の部分には、このようなセグメントが符号２８で図示されており、図２の上側の部分では、このようなセグメントが存在していない。
【００３４】
図２には、流量制御弁１０が閉弁位置で示されている。閉弁位置では、弁エレメント１６が、ハウジング１２に設けられた弁座１７に着座している。開弁位置では、弁エレメント１６が、環状の遮蔽区分を成す壁部２５に設けられた第１の突出部２８に支持される。
【００３５】
流量制御弁１０は、以下のように作動する：
アクチュエータ１１が無電流状態に切り換えられると、電磁弁ばね１３のばね力によって弁ニードル１４と、この弁ニードル１４に固く結合された磁気アーマチュア１５とが、図面で見て左側へ動かされる。このときに、弁ニードル１４は弁エレメント１６に当接し、この弁エレメント１６を同じく左側へ動かす。これにより、流体容器を成す減衰室２６内の燃料が加圧されるので、この燃料は狭窄部２７を通って流れ通路２０へ逃げ出さざるを得なくなる。このことは、図２において矢印（符号なし）によって示されている。狭窄部２７は、このときに絞りとして働くので、燃料はゆっくりとしか溢れ出すことができない。このことにより生じるハイドロリック的な力は、電磁弁ばね１３のばね力に抗する減衰作用を有するので、弁エレメント１６が第１の突出部２８に当接する際の速度は減少する。
【００３６】
アクチュエータ１１が通電されると、弁ニードル１４は図面で見て右側へ移動するので、弁エレメント１６は、慣用の流入弁と同様に、弁座１７の方向に移動することができる。
【００３７】
択一的な別の構成では、流量制御弁１０が無電流状態で閉じられていてもよい。
【００３８】
図３には、内側部材２３を弁エレメント１６の側から見た斜視図が示されている。内部を分かりやすくするために、弁エレメント１６は切り取られた状態で図示されている。狭窄部は、実質的に、ギャップ３１の全周にわたって分配された、ギャップ３１の外側に膨らむ複数の膨らみ部３２から成っている。択一的な別の構成では、膨らみ部３２が弁エレメント１６に形成されていてもよい。ギャップ３１の環状の断面と、流量制御弁１０の中心線１８に対して直角な、膨らみ部３２の横断面との総和が、狭窄部２７の有効流れ横断面を形成している。この場合、膨らみ部３２が、狭窄部２７の減衰特性を決定する。減衰室２６から押しのけられた燃料の大部分または減衰室２６内に逆流する燃料の大部分は、膨らみ部３２を通って流れるからである。
【００３９】
このことは、弁エレメント１６または壁部２５の直径の、製造誤差に起因した寸法偏差が、減衰室２６の減衰特性に対して極めて僅かな影響しか及ぼさないことをも意味する。これにより、大量生産された流量制御弁１０の種々の製品間に生じるばらつきは大幅に減少する。このことは内燃機関の運転時に顕著な利点をもたらす。
【００４０】
図２および図３に図示された第１の実施形態では、膨らみ部３２の、中心線１８に沿った延在長さが、減衰室２６内の、弁エレメント１６のためのストッパとして働く突出部２８よりも深くにまで達している。しかし、膨らみ部の深さは、内側部材２３の底部２４には達していない。図３Ａには別の実施形態が示されていて、この実施形態では膨らみ部３２が底部２４にまで達している。
【００４１】
図４に示した、さらに別の実施形態では、膨らみ部３２の深さが第１の突出部２８の手前で終わっている。図４に図示した実施形態では、膨らみ部３２の深さＴが、第２の突出部３４によって画定される。これにより、弁エレメント１６が第１の突出部２８に当接する前に、弁エレメント１６が、膨らみ部３２の有効流れ横断面を覆うことが達成される。こうして、弁エレメント１６の開放運動の開始時には、ギャップ３１の流れ横断面と、膨らみ部３２の流れ横断面との総和から成る大きな全体流れ横断面が提供されている。これにより、燃料は減衰室２６から迅速に逃げ出すことができて、そして弁エレメント１６は第１の突出部２８の方向に迅速に移動する。
【００４２】
弁エレメント１６の、着座部を成す弁座１７とは反対側の（端）面２９が、第２の突出部３４と整合して膨らみ部３２を遮断してしまうまで、弁エレメント１６が第１の突出部２８の方向に移動するやいなや、ギャップ３１の流れ横断面しか有効とならないので、弁エレメント１６が第１の突出部２８に衝突する前に減衰作用が高められ、弁エレメント１６がさらに減速される。したがって、弁エレメント１６も第１の突出部２８の方向にさらにゆっくりと移動する。これにより、第１の突出部２８への衝突時における弁エレメント１６の衝撃は一層減じられる。その結果、衝突時に生じる衝突音も静かになる。したがって、弁エレメント１６の位置に関連した可変の減衰が得られる。この場合、このことから生じる減衰特性線は１つの段部を有する。
【００４３】
図５には、図４と同様の本発明の実施形態が示されている。この実施形態では、膨らみ部３２が、壁部２５の縁部３６から狭窄部２７へ向かって、先細りに形成されている。これにより、ギャップ３１は、内側部材２３の縁部３６から狭窄部２７にまで延びる第１の区分において、円錐台の形状を有している。縁部３６は、ギャップ３１の始端部を成している。第１の区分に続いた、狭窄部２７から第１の突出部２８にまで延びる第２の区分は、円筒状に形成されている。
【００４４】
図５に図示した実施形態の基本的な機能は、図４に図示した実施形態と同様である。しかし、狭窄部２７における有効流れ横断面の連続的な減少に基づき、弁エレメント１６が、その開弁位置へと、つまり第１の突出部２８の方向に移動する際の速度も同じく連続的に低下する。したがって、弁エレメント１６は一様に減速される。
【００４５】
図２〜図５につき説明した全ての実施形態において、膨らみ部３２は、内側部材２３の壁部２５に形成されている。当然ながら、本発明の利点は、膨らみ部３２が弁エレメント１６に設けられている場合にも達成される。壁部２５に設けられた膨らみ部３２と弁エレメント１６に設けられた膨らみ部３２とを組み合わせることも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2015503057.tif 000009
2015503057.tif 000010
2015503057.tif 000011
2015503057.tif 000012