(57)【要約】本発明は、噴射システムにおける流体を制御するための制御モジュールであって、弁ボディ（２）が設けられており、該弁ボディ（２）内に、制御弁（５，１７）の弁ニードル（６，２４）が収容されており、前記制御弁（５，１７）によって、インジェクタに設けられた制御室（３０）またはノズル室の圧力増大または放圧に影響が与えられるようになっている形式のものに関する。弁ボディ（２）内の制御弁（５，１７）が電磁式に作動可能であり、しかも電磁コイルが、挿嵌エレメント（１９，３２）に設けられた切欠き（９，２０）または弁ボディ（２）自体に設けられた切欠き（９）内に収容されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
噴射システムにおける流体を制御するための制御モジュールであって、弁ボディ（２）が設けられており、該弁ボディ（２）内に、制御弁（５，１７）の弁ニードル（６，２４）が収容されており、前記制御弁（５，１７）によって、インジェクタに設けられた制御室（３０）またはノズル室の圧力増大または放圧に影響が与えられるようになっている形式のものにおいて、弁ボディ（２）内の制御弁（５，１７）が電磁式に作動可能であり、しかも電磁コイルが、弁ボディ（２）に設けられた切欠き（９）または弁ボディ（２）に挿嵌された挿嵌エレメント（１９，３２）に設けられた切欠き（９，２０）内に収容されていることを特徴とする、噴射システムにおける流体を制御するための制御モジュール。
【請求項２】
制御弁（５，１７）を作動させる電磁コイルが、当該制御モジュールの弁ボディ（２）に設けられた切欠き（９）内に収容されている、請求項１記載の制御モジュール。
【請求項３】
制御弁（５，１７）を作動させる電磁コイルが、弁ボディ（２）に設けられた磁気ヨークとして働く挿嵌エレメント（１９，３２）に設けられた切欠き（９，２０）内に収容されている、請求項１記載の制御モジュール。
【請求項４】
弁ボディ（２）に設けられた磁気ヨークとして働く挿嵌エレメント（１９，３２）が、高価な軟磁性材料から製作されている、請求項３記載の制御モジュール。
【請求項５】
弁ボディ（２）または挿嵌エレメント（１９，３２）に設けられた、磁気ヨークとして働く切欠き（９，２０）が、切換え動特性を改善するためにスリット状に形成されている、請求項２または３記載の制御モジュール。
【請求項６】
スリット状に形成された前記切欠きが、軸方向に一貫して延びるスリットとして形成されている、請求項５記載の制御モジュール。
【請求項７】
有利には４つのスリットが弁ボディ（２）または挿嵌エレメント（１９，３２）内に形成されている、請求項６記載の制御モジュール。
【請求項８】
挿嵌エレメント（１９，３２）が弁ボディ（２）内に、クランプ式、プレス嵌め式、摩擦接続式または形状接続式に収容されている、請求項１記載の制御モジュール。
【請求項９】
制御弁（５，１７）を作動させる両電磁石の、電磁コイルを収容する切欠き（９）が、弁ボディ（２）内に相互に高さずれ（３４）をもって配置されている、請求項２記載の制御モジュール。
【請求項１０】
両制御弁（５，１７）および該制御弁を作動させる両電磁石が、互いに平行にかつ同一の構造高さに構成されている、請求項２または３記載の制御モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
自動車の有害物質の放出に対して永続的に高まる法規上の要求に対処するためには、内燃機関において生じる燃料の燃焼を、噴射プロセスの制御を介して、有害物質の放出に関して最適の燃焼プロセスを得るように生成することが必要である。このためには、最短の応答時間で、噴射システムにおける制御モジュールの制御弁に対して、正確に規定されたストローク距離を付与する作動装置を備えた噴射システムが必要である。この作動装置には、耐久性と運転確実性の点で高い要求が課されねばならない。
【０００２】
背景技術
法規を満たすために構成された噴射システムは、一方では長い耐用寿命を有し、他方では高い運転確実性を有しなければならない作動装置を必要とする。それと相俟って作動装置を介して、制御弁の短い起動制御時間が実現可能でなければならない。またそればかりでなく、噴射圧を増大したり、制御により減少したりするために、制御弁の弁制御体を、種々の位置へ制御できるように努力が払われねばならない。
【０００３】
ピエゾアクチュエータを噴射システムで使用する場合、噴射システムの制御弁のための短い応答時間と切換え時間を実現することが可能になる。しかしながら、すでに使用されたピエゾアクチュエータが、噴射システムに対して要求されている耐久性を有し、かつ比較的長い運転の後に運転確実性を有しているか否かは依然として疑問の余地がある。
【０００４】
ピエゾアクチュエータは、内燃機関における運転時、特に実用車で使用される内燃機関における運転時では、温度変動や振動のような極めて厳格な使用条件に曝されている。実用車は、たいてい百万キロメートル以上の耐用寿命に設計されているので、噴射システムの耐久性も同じくこの耐用寿命に設計されねばならない。
【０００５】
欧州特許出願公開第０ ８２３ ５４９号明細書に基づいて、内燃機関の噴射装置用のインジェクタが公知である。この技術的な解決手段によるインジェクタケーシング内には、２つの制御弁が相前後して配置されており、両制御弁は１つの電磁石によって起動制御される。両制御弁の一方を起動制御すると、他方の制御弁の作動が強制的に随伴される。この解決手段の利点は、あらゆる運転状態においてニードル制御弁の圧力がバランスされている点にあるが、これに対してこの公知解決手段は、相前後して切換えられる両制御弁のストローク動作の分離が不可能であるので、噴射プロセスを形成するために影響を及ぼす可能性が制限されているという欠点を伴っている。
【０００６】
発明の開示
本発明によって提案され構成手段は、制御構成部分の構造の小型化によってコンパクトな制御モジュールを提供するという利点をもたらす。この利点と並んで、切換え装置として使用される電磁石の耐久性並びに確実性は、一般に認められた明々白々な技術的な事実である。構成部分の小型化と相俟って、電磁コイルを包囲する磁気ヨークと協働する電磁コイル内で実現される適当な磁束密度によって、噴射システムの制御モジュールでは、たとえば実用車内燃機関の既存の噴射システム内に、構成空間の顕著な変化なしに、このような制御モジュールの収納を可能にする程のコンパクト性が得られる。
【０００７】
さらに、本発明の提案する制御モジュールの小型化された構成により、構造スペース上の利点が得られる。それというのはピエゾアクチュエータの場合、内燃機関の燃焼室内へ高圧下の燃料を噴射するためのインジェクタに必要とするサイド付設部を完全に省くことが可能だからである。
【０００８】
本発明の提案する制御モジュールの、電磁石として構成された作動手段は、制御モジュールの両制御弁が無通電状態では閉弁されており、あるいは両制御弁が無通電状態で開弁位置へ切換わるように、機能に応じて切換わることができる。これは、制御弁の制御弁ボディに設けられたばねエレメントによって得られるのが有利である。しかしまた、両制御弁のうちの一方の制御弁を無通電状態で閉弁状態にし、かつ他方の制御弁を無通電状態で開弁状態にすることも可能である。
【０００９】
本発明の提案する制御モジュールの使用可能性を高めかつ構造スペース上の要求に応えるために有利な実施形態によれば、制御モジュールの弁ボディ内に、電磁コイルを収納するための切欠きをそれ相応に設けることによって、電磁ヨーク（電磁石の非可動部分）が配置される。これによって、弁ボディの材料が磁気導体として使用され、経費節減に寄与することになる。あるいはまた弁ボディ内において、電磁コイルを収容する切欠きを、たとえば高級軟磁性材料から製作することのできる別個の構成部材内に配置することも可能である。さらにまた電磁石の電磁コイルの、前記２つの配置・収容可能性を組合せることも可能である。
【００１０】
制御モジュールの弁ボディ内に、電磁コイルを収容する別個の挿嵌エレメントが組込まれる場合、該挿嵌エレメントは、種々の方法によって弁ボディと結合される。環状の切欠きを備えた（電磁コイルを収容する）挿嵌エレメントを弁エレメント内に螺入してねじ締結することが可能であり、あるいはまた、電磁コイルをポット状に包囲する挿嵌エレメントを弁ボディ内にプレス嵌めまたはクランプ締結することも可能である。さらにまた、電磁コイル用の切欠きを有する挿嵌エレメントと弁ボディとの形状接続式の結合、つまり嵌合に基づいた係合による結合を、たとえばろう接または溶接による材料接続式結合によって行うことも可能である。
【００１１】
製作費を低廉にする有利な実施形態では両制御弁用の弁ニードルは等径に製作される。これによって両弁ニードルのために同一の製作法を使用することが可能になり、さらに同一部品使用原理に基づいてストック費並びに供給費がポジティブな影響を受ける。
【００１２】
実施例
図１には、本発明により提案された制御モジュールの断面図が示されている。この制御モジュールは、該制御モジュール内に平行に収容されていて、しかも高さを相互にずらして配置された、弁制御体を作動させる電磁石のための複数の切欠きを備えている。
【００１３】
図１の断面図から判るように、制御モジュール１の、その対称軸線３に対して対称的に収容された弁ボディ２内には、互いに平行に作用する２つの制御弁５，１７が収容されている。第１の制御弁５は、ほぼ鉛直方向に延びる弁ニードル６を有している。該弁ニードル６は、対称線１１に対して回転対称形の構成部品として形成されている。弁ニードル６の上部範囲には、環状のマグネットコア７が取り付けられており、該マグネットコアは、弁ニードル６に形成された減径部８の上方で前記弁ニードル６を全面的に包囲している。
【００１４】
マグネットコア７の半径方向延在範囲の下に位置する弁ボディ２の部分には、電磁石の電磁コイルを収容するための円環状の切欠き９が形成されている。弁ボディ２内の切欠き９を囲む弁ボディ２の範囲は、したがって電磁石の電磁ヨークとみなすことができる。第１の制御弁５の下部範囲には、弁ニードル６の狭窄部位をめぐって囲む漏れオイル室１０が形成されている。
【００１５】
漏れオイル室１０の上方で弁ボディ２内には、弁ニードル６の座面１３によって閉鎖された弁座１２が位置しており、該弁座を介して、弁ボディ２内に形成されたリング室１４を放圧することが可能である。弁ニードル６の下端部には、ばねエレメント１６の第１ワインディング用の案内面として働く心棒１５が形成されており、前記ばねエレメントは戻しエレメントとして弁ボディ２内に支承されている。
【００１６】
さらに弁ボディ２内には、第２の制御弁１７が収容されており、該制御弁は、すでに説明した第１の制御弁５に対して高さをずらして配置されている。制御モジュール１の弁ボディ２内に孔１８が穿設されており、該孔内には、環状に形成された挿嵌エレメント１９が挿入されている。高級の軟磁性材料から成る環状に形成された挿嵌エレメント１９内には、電磁コイルのための切欠き２０が位置している。環状に形成された挿嵌エレメント１９は１つの孔によって貫通されており、該孔内には１つのスリーブが挿嵌されている。圧縮ばねエレメントは一方の側では、前記スリーブに固定されたリング２１に支持されており、かつ他方の側では心棒状突起２２で案内されており、該心棒状突起は第２の制御弁１７の弁ニードル２４に形成されている。心棒状突起２２の下方で第２の制御弁１７の弁ニードル２４は、皿形エレメント、つまり弁プレート２３を有し、該弁プレートは、挿嵌エレメント１９の切欠き２０内に収容されたコイルを有する電磁石によって、鉛直方向に上下動可能である。
【００１７】
第２の制御弁１７の下部範囲には、弁ニードル２４を環状に包囲するリング室２５が位置している。弁ニードル２４の下端部には弁座２６が形成されており、該弁座は、弁ニードル２４を囲むリング室２５を開閉する。
【００１８】
弁ボディ２の対称軸線３に対して共軸に、該弁ボディ２内にはインジェクタ・ピストン３１が位置しており、該インジェクタ・ピストンの截頭円錐形に終わる端部が、符号３０で示した制御室内へ侵入している。該制御室３０は、図示を省いた流入口とリング室流入路２８とを有し、該リング室流入路内には絞りエレメント２９を装備しておくことができる。リング室流入路２８は、第２の制御弁１７の弁ニードル２４の下部範囲を包囲するリング室２５に開口している。リング室２５からリング室流出路２７が分岐しており、該リング室流出路を介して、制御室３０から流出する制御容量が貯蔵タンクへ流出する。
【００１９】
図２には、一方の制御弁で電磁コイル用の別個の収容エレメントを弁ボディ内に挿嵌した形式の、図１の制御モジュールが示されている。
【００２０】
すでに説明した図１と図２を比較すれば判るように、弁ボディ２の対称軸線３の右手に位置する部分、すなわち図２の第２の制御弁１７は、図１の制御弁１７に合致している。唯一の相違点は、リング室流入路２８内に図２の構成では絞りエレメント２９が存在していない点だけである。
【００２１】
第１の制御弁５の、図１に示した実施形態とは異なって、第１の制御弁５を作動させる電磁石、つまりその電磁コイルは、挿嵌エレメント３２の切欠き９内に位置しており、該挿嵌エレメントは弁ボディ２によって大部分包囲されている。挿嵌エレメント３２の有利な実施形態では、この挿嵌エレメントを高級軟磁性材料から製作することが可能である。切換え動特性を改善するために、電磁石ヨークとして使用される挿嵌エレメント３２の材料には、スリット状に軸方向に延びる複数の切欠きが設けられる。挿嵌エレメントに、あるいは弁ボディ２にも、電磁コイル４を収容するための切欠き９の範囲において、スリット状に構成された切欠きを形成するのが有利である。図２に図示した挿嵌エレメント３２は、制御モジュール１の弁ボディ２と永続的に結合させるために、該弁ボディ２内にねじ締結、プレス嵌め、クランプ締結あるいは溶接またはろう接することができる。
【００２２】
図１の図示に類似して、制御弁５，１７相互を高さずれ３４をもって構成した本発明の制御モジュール１の実施形態では、制御室３０が形成されており、該制御室には、インジェクタ・ピストン３１の截頭円錐形端部が侵入している。弁ボディ２内の制御室３０は、リング室流入路２８、第２の制御弁１７のリング室２５および該リング室に連通するリング室流出路２７を介して放圧可能である。
【００２３】
図３に基づいて、弁ボディ内に２つの制御弁が、電磁石の電磁コイルを収容するための挿嵌エレメントと共に並列配置されているのが判る。
【００２４】
図３の図示から判るように、制御モジュール１の弁ボディ２内に収容された両制御弁５，１７相互は全く等構造に構成されている。第１の制御弁５の弁ニードル６と第２の制御弁１７の弁ニードル２４は等径に構成されているので、図３に図示した本発明の制御モジュールの製作は等パーツ原理に基づいて実現される。等パーツの使用は製作技術の点から見て特に単純であり、製作コストを低く抑えるのに役立つ。
【００２５】
弁ボディ２内に収容された両制御弁５，１７の弁ニードル６，２４の各下端部には、ポット状のニードル収容エレメント３６が配設されており、該ニードル収容エレメントは、（図面では詳細な図示を省いたが）ばねエレメント１６を介して下から支持されている。これによって第１の制御弁５の弁ニードル６および第２の制御弁１７の弁ニードル２４には、戻し力を負荷することが可能である。
【００２６】
図３から判るように、制御弁５，１７を作動または能動化する電磁石の電磁コイルは挿嵌エレメント３２によって包囲されている。本発明の制御モジュールの本実施形態では、電磁コイルは別個のインサート部材で弁ボディ２内に収容される。図２に示した実施形態に類似して、挿嵌エレメント３２を並列的に弁ボディ２内に嵌め込むことが可能である。両方の挿嵌エレメント３２は等構成部品であることができ、また両方の挿嵌エレメント３２は、電磁石ヨークとして役立つ高級軟磁性材料から成っているのが有利である。
【００２７】
本発明の提案した制御モジュール１の本実施形態の場合も、電磁石の電磁コイルを収容する切欠き９を有する挿嵌エレメント３２は、弁ボディ２内にねじ締結、プレス嵌めまたはクランプ締結される。たとえば溶接およびろう接による弁ボディ２と挿嵌エレメント３２との間の嵌合式結合も当然考えられる。環状室１４，２５、漏れオイル室１０、相応のシールシート１３，２６の構成並びにインジェクタ・ピストン３１、弁ボディ２内の制御室３０並びにリング室流入路２８およびリング室流出路２７は、すでに図１および図２において図示した実施形態に等しい。
【００２８】
図４に基づいて２つの制御弁の並列配列が図示されており、両制御弁の作動電磁コイルは、同一の弁ボディの２つの切欠き内にそれぞれ収容されている。
【００２９】
本実施形態の構成によれば、たとえば高圧下の燃料を噴射する噴射システムにおいて流体を制御するための制御モジュール１が、格別丈低に構成され、該制御モジュールでは、電磁コイルを収容する切欠き９が弁ボディ２内に直接形成される。したがって弁ボディ２の材料は、磁気導体として使用されるのが有利である。そればかりでなく、弁ボディの構造丈を高めることになる高級軟磁性材料から成る挿嵌エレメント３２を省くことが可能である。弁ニードル６，２４に装備された環状のマグネットコア７は、弁ボディ２の切欠き９内に収容された電磁コイルの負荷時に発生される軸方向のストローク運動を、弁ニードル６，２４の鉛直なストローク運動に切換える。図４には、電磁コイル用の切欠き９、弁ニードル６，２４をほぼ中心にして包囲するリング室１４，２５、これに続くシールシート１２，２６並びに、これに接続する漏れオイル室１０を特に緊密に相前後して配置した形式の、制御モジュール１の格別コンパクトな構造の実施形態が図示されている。
【００３０】
本実施形態でもインジェクタ・ピストン３１は、弁ボディ２の対称軸線３に対して共軸に構成されている。
【００３１】
図５の実施形態では、ばねエレメントが制御弁体の上部範囲を包囲して構成された形式の制御弁を備えた制御モジュールの１変化態様が示されている。
【００３２】
図３および図４に図示した制御モジュール１の弁ボディ２内に並列配置した制御弁５，１７とは異なり、図５の実施形態によれば、各ばねエレメント１６は弁ボディ２の上部範囲に位置している。ばねエレメント１６は、弁ニードル６，２４によって貫通される一方、座屈を避けるために、挿嵌エレメント３２内の孔内壁面に接している。挿嵌エレメント３２は、環状に延びる切欠き９を有しており、該切欠きは、制御弁５，１７を作動させる電磁石の電磁コイルを収容する。本発明の基本思想のこの実施形態でも、挿嵌エレメント３２は、高級軟磁性材料から製作される。また挿嵌エレメント３２は、すでに述べたねじ締結法、溶接法、ろう接法、プレス嵌め法またはクランプ締結法によって、制御モジュール１の弁ボディと永続的に結合される。弁ニードル６，２４の上部範囲では該弁ニードルはそれぞれ１つの環状のマグネットコア７によって包囲されており、しかも前記マグネットコア７を装備する弁ニードル６，２４の範囲は、挿嵌エレメント３２内の孔を貫通する圧縮ばね１６のためのストッパ面として形成されている。他面において前記圧縮ばね１６は、挿嵌エレメント３２によって包囲されて１つのリング上に支持されており、該リング自体は、弁ボディ２に扁平に当接している。本発明の提案した制御モジュール１のこの実施形態によって、弁ボディ２は、電磁石の電磁コイルを包囲する材料の磁気特性を、弁ボディ２の材料には無関係に最適な形式で選択できるように、最適化される。
【００３３】
図５の図示から判るように、両制御弁５，１７は等構成部品として構成されており、かつ直径並びに付設部品に関しても互いに相異することはない。ケーシング内で弁ボディ２に形成された（弁ニードル６，２４の下部範囲を囲む）リング室１４，２５だけが、リング室流入路２８の開口およびリング室流出路２７の開口によって相異しているにすぎず、前記の両開口は、第２の制御弁１７のリング室２５に配設されている。
【００３４】
図３、図４および図５に示した制御モジュール１の実施形態の図示に基づいて判るように、該制御モジュールに内蔵された両制御弁５，１７は互いに対称的に配置されており、かつ等しい構成丈を有している。さらに両制御弁５，１７、つまりその弁ニードル６，２４は等しい製作直径を有しているので、等しい構成部品を使用することが可能になる。
【００３５】
図１および図２の図示に基づいて判るように、制御モジュール１の弁ボディ２の内部において、第１の制御弁５では電磁石のコイルが、弁ボディ２内に形成された切欠き８内に収容されるのに対して、さらに弁ボディ２内に収容された制御モジュール１の第２の制御弁１７の電磁石は、孔１８内の高級軟磁性材料から成る挿嵌エレメントによって包囲される。同等の事項は、図１に類似して両制御弁５，１７相互の高さずれを認識できる図２に図示した実施形態についても該当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
平行に収容されていて、しかも相互に高さをずらして配置された電磁コイル用の切欠きを備えた制御モジュールの縦断面図である。
【図２】
一方の制御部分で電磁コイル用の別個の収容エレメントを弁ボディ内に挿嵌した形式の制御モジュールの縦断面図である。
【図３】
電磁コイルを収容するために別個の収容挿嵌体を備えた弁ボディ内に２つの制御部分を平行に配置した形式の制御モジュールの実施形態の縦断面図である。
【図４】
弁ボディの切欠き内に作動用の電磁コイルを収容した２つの制御弁を平行に配置した形式の制御モジュールの実施形態の縦断面図である。
【図５】
圧縮ばねが制御弁ボディの上部範囲を囲んで配置された形式の制御弁を備えた制御モジュールの実施形態の縦断面図である。
【国際公開パンフレット】
2004511698.tif 000003
2004511698.tif 000004
2004511698.tif 000005
2004511698.tif 000006
2004511698.tif 000007
2004511698.tif 000008
2004511698.tif 000009
2004511698.tif 000010
2004511698.tif 000011
2004511698.tif 000012
2004511698.tif 000013
2004511698.tif 000014
2004511698.tif 000015
2004511698.tif 000016
2004511698.tif 000017
2004511698.tif 000018
【国際調査報告】
2004511698.tif 000019
2004511698.tif 000020
2004511698.tif 000021
2004511698.tif 000022
2004511698.tif 000023
2004511698.tif 000024