(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フューエルインジェクター用ボールシャッター付電磁絞り弁であって、インジェクターのコントロールチャンバーの排出管を閉じるように円錐弁座上で作用するボールと、円柱ステムをコントロールするための電機子を起動する電磁石とを備え、前記ステムは、前記円錐弁座と同軸とされ、且つ、通常はボールを該弁座に対し閉状態に位置させるように弾性的に押圧され、さらに、前記円錐弁座と同軸とされた案内スリーブによって案内されてなるものにおいて、
デカップリング継手が、前記ステムの動作を前記円錐弁座と同軸とされたボールに伝達し且つ該ボールによる損傷に起因する電機子の行程の変化を抑えるように、該ステム及びボール間に備えられており、
前記電機子は前記ステムと同軸とされたディスク形状であり、該ディスクは、スプリングが備えられる側と反対側に前記ステムを摺動自在に支持するスリーブを一体的に備えており、さらに、前記ステムは前記プレートの平坦面と係合するフランジを一体的に備えていることを特徴とする電磁絞り弁。
【請求項２】
前記デカップリング継手は、前記ステムと係合する平坦面と、該平坦面と反対側であって前記ボールを係合する球状凹面とを有するプレートを備えており、該凹面が前記ボールを前記円錐弁座の中心に位置させ、弁の最適シーリングを保証することを特徴とする請求項１に記載のフューエルインジェクター用ボールシャッター付電磁絞り弁。
【請求項３】
前記凹面及び前記ボールの係合面間の圧力を低減するために、前記凹面の直径（Ｄ）は前記ボールの直径（ｄ）よりも若干大きくされていることを特徴とする請求項２に記載のフューエルインジェクター用ボールシャッター付電磁絞り弁。
【請求項４】
前記ボールの直径（ｄ）と前記凹面の直径（Ｄ）との比（ｄ／Ｄ）は９２／１００から９８／１００までの間であり、前記ボールの硬度は前記プレートの硬度より大きいことを特徴とする請求項３に記載のフューエルインジェクター用ボールシャッター付電磁絞り弁。
【請求項５】
前記円錐弁座の頂角は１１０°から１２０°までの間であることを特徴とする請求項４に記載のフューエルインジェクター用ボールシャッター付電磁絞り弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フューエルインジェクター用、特に、内燃機関に用いられるフューエルインジェクター用のボールシャッター付電磁絞り弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フューエルインジェクターにおける絞り弁は、通常、超硬質ボールによって閉じられる排出管を備えたコントロールチャンバーを有している。公知の絞り弁においては、前記ボールは、スプリングによって排出管の弁座近傍に配置されており、制御用電磁石が充電されると、電機子（armature）がスプリングの付勢力に抗してボールを移動させ、前記排出管を開ける。コントロールチャンバー内の燃料は高圧であるため、前記スプリングは弁を閉じるのに十分な強い付勢力を有することが必要となる。
【０００３】
公知の弁においては、電機子はステムに接続されており、該ステムはスプリングによって直接シャッターに押圧されている。従って、ステムとボールとの接触は、実質的には点接触である。これは以下の結果を招くことになる。即ち、ボールはステムよりも硬い材料で作られるので、該ボール及びステム間の高圧力は、該ステムの変形又は該ステムの磨耗傷を招き、結果として、ボール行程に影響を与えることになる。
【０００４】
知られているように、ボールの行程、即ち、ステムの行程は、エンジン内へ噴射される燃料量を決定する主要なパラメータの一つである。つまり、一定の電磁石充電時間及び一定の供給圧の下では、ボール行程の増加が、弁の開放及び遮断時間の増加、即ち、注入燃料量の増加に対応する。
【０００５】
さらに、変速機構の製造に際し生じる電機子及びボール間の不可避のズレ（tolerance）は、電機子、ステム及びボール弁座の各軸を完全に一致させることを極めて困難にする。従って、公知の弁は、弁座の軸線方向と全く同一方向でボールを移動させるという問題、即ち、ステム動作によって生じるボールの横方向の動きを排除するという問題を有している。また、弁の効果的なシールを保証するためには、電機子の作用表面はボールのシール面と完全に平行でなければならない。
【０００６】
前記タイプの絞り弁は、弁座が、鋭角でのボールとの接触を避ける為に、円錐形状とされていることが知られている。さらに、他の絞り弁として、ステムがボールを係合する球状窪みを備えているものが提案されている。しかしながら、このような窪みによって、ボールの横方向への動きが不可能になる。従って、弁構成要素の組立に際し生じる不可避のズレによって、ボールの位置ズレが生じた場合、該ボールは自動的に自分自身を中心位置に合わせることができない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、最大圧力状態下での弁のシーリングを保証しつつ、公知装置における前記欠点を解消するように構成された，高性能で且つ高信頼性の前記タイプの絞り弁を提供すること、並びに、これによって、インジェクターの信頼性のあるコンスタントな動作を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、インジェクターにおけるコントロールチャンバーの排出管を閉じるように円錐弁座に対し作用するボールと、前記円錐弁座と同軸とされ、且つ、通常は前記円錐弁座の近傍位置に前記ボールを位置させるように弾性的に押圧される円柱状ステムを制御する為に電機子を作動させる電磁石とを備え、前記ステムが、前記円錐弁座と同軸とされた案内溝によって案内されるボールシャッター付電磁絞り弁であって、デカップリング継手（ decoupling joint ）が、ステムの動作を円錐弁座と同軸とされたボールに伝達し、これによって、該ボールによる損傷に起因する電機子の行程変化を低減させるように、前記ステムとボールとの間に備えられている電磁絞り弁が提供される。
【０００９】
より詳しくは、前記デカップリング継手は、前記ステムと係合する平坦面と、該平担面と反対側に前記ボールを係合する球状凹面とを有するプレートを備えている。前記球状凹面は、ボールを円錐弁座の中心位置に合わせ、弁の最適なシールを保証する。前記凹面及びボールの係合面間の圧力を低減するために、前記凹面直径を、前記ボール直径よりもやや大きくすることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照しつつ実施例の形で説明するが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【００１１】
図１は本実施の形態に係る絞り弁を備えたフューエルインジェクターの部分断面図であり、図２は図１に示すフューエルインジェクターの絞り弁部分の拡大断面図、図３は図２の拡大詳細図である。
【００１２】
図１の符号５は、例えば、ディーゼル内燃燃焼エンジンに用いられるフューエルインジェクターを示している。該フューエルインジェクター５は、先端に１以上のオリフィス１１を有するノズル９に連結された中空の本体６と、該本体６内を摺動すると共に、継手１０によってオリフィス１１を閉じる為のピン１２に連結されたコントロールロッド８とを備えている。
【００１３】
本体６は突出部（appendix）１３を備えている。該突出部１３には通常の燃料供給ポンプに接続された注入手段１６が挿入されており、さらに、該突出部１３には導管１７、１８及び１９（図１参照）を介してノズル９の噴射チャンバー１９に連通する孔１４（図２参照）が形成されている。ピン１２は、チャンバー１９内の圧縮燃料が作用する肩部２２と、該ピン１２の下方への押圧を付勢する圧縮スプリング２３とを備えている。
【００１４】
インジェクター５は、全体を符号２４で表された絞り弁２４と、電機子２７を制御するための電磁石２６とを備えている。該電磁石２６は、軸３０を有し且つ通常のコイル２９を収納する環状のマグネチックコア２８を備えており、さらに、燃料タンクに接続された排出手段３２に連通する軸線に沿った孔３１を有している。
【００１５】
また、絞り弁２４は、軸３０と同軸とされた本体３３と、フランジ３４とを備えている。該フランジ３４は、詳細を後述するように、リングナット３６によって較正ワッシャー３５（図２参照）を介挿して本体６に連結されている。電機子２７は軸３０と同軸であって且つスリーブ４０が一体形成されたディスク３８を備えており、さらに、本体に形成された排出チャンバー３７をコア２８の中央孔３１に連通させる１以上の溝３９を有している。ディスク３８はコア２８に面し且つ軸３０と垂直な作用面４５を備えている。
【００１６】
また、弁２４の本体３３は軸線方向に沿ったコントロールチャンバー４１を備えており、さらに、孔１４と連通する調整された放射状注入導管４２（図２参照）と、軸３０と同軸とされ且つ排出チャンバー３７に連通する調整された排出導管４３とを備えている。コントロールチャンバー４１は、ロッド８の上端面によって底端面が画される。肩部２２の表面積に比してロッド８の上端面の表面積が大きいから、通常、燃料圧力は、スプリングの付勢力と共に、ロッド８をノズル９のオリフィスを閉じるような位置に配置させる。
【００１７】
コントロールチャンバー４１の排出管４３は、通常、タングステンカーバイト等の超硬質材料製のボール状シャッター４４によって閉じられている。該ボール４４は、導管４３と同軸とされた本体３３の円錐弁座４６に着座するようにされており、円柱状ステム４７によってコントロールされている。該円柱状ステム４７は、電機子２７がステム４７から分離するように、ディスク３８がスプリング５０の付勢力によって押圧するＣ型リングを収容する溝を有している。
【００１８】
ステム４７の所定長さがホール３１の中に突入しており、先端は小径部５１で終焉している。該小径部５１はホール３１に収容された第１圧縮スプリング５１を支持し係止するためのものである。ステム４７は軸３０と同軸とされた固定スリーブ５３内を摺動する。該スリーブ５３は、軸線方向に沿った孔５６を有する底部フランジ５４を一体的に備えている。また、ステム４７は、下端部に、軸３０に対し垂直方向に延び且つフランジ５４の下端面に当接する内部フランジ５７を備えている。
【００１９】
リングナット３６が、調整ワッシャ３５に対しフランジ５４を押圧する。調整ワッシャ３５は本体３３のフランジ３４の平坦表面５５上に作用する。フランジ３４はインジェクターの本体６の肩部に係止している。リングナット３６は外周にネジが切られており、排出チャンバーのネジ山にねじ込まれている（図１参照）。より詳しくは、前記ワッシャー３５はステム４７の所望行程ｈを決定するように選ばれている。ステム４７のフランジ５７は、孔５６を介して排出チャンバーに連通するか流燃焼室（ swirl chamber ）内に収容されている。
【００２０】
本体６、コア２８、ワッシャー３５、フランジ５４、スリーブ５３、ステム４７、スリーブ４８及び電機子２７の組立時に生じる回避不能な製造上のズレは、該電機子２７、ステム４７及び円錐状弁座４６を完全に位置合わせすることを極めて困難にする。さらに、ステムがボールに直接作用する場合は、フランジ５４及びボール４４間は点接触することになるから、ボールの硬さの為にフランジ５４が大きく変形し、損傷することになる。
【００２１】
さらに、前記軸のうちの何れか一つが少しでもズレると、ボール４４はスプリング５２の作用中に横方向の付勢力を受けることになる。この横方向の付勢力は、ボール４４と弁座４６との完全な接触を阻害し、その結果、弁２４の作動を損ない、弁座４６に大きな変形を生じさせる。
【００２２】
本発明においては、前記欠点を解消するために、ステム４７のフランジ５７とボール４４との間に、全体を符号６２で示すデカップリング継手６２が備えられている。該デカップリング継手６４は、フランジ５４とボール４４とを分離し、且つ、該ボール４４を弁座４６の軸に対し同軸となるように案内するためのものである。該継手６２は、平坦面６４と該平坦面と反対側にある球状凹面６６とを有する円状プレート６３（図３参照）を備えている。
【００２３】
より詳しくは、平坦面６４はステム４７のフランジ５７と係合し、ステム４７の軸に対する，プレート６３の横方向動きをある程度許容する。即ち、凹面６６がボール４４を係合して、ステム４７の動作を円錐弁座４６の軸に沿わせる。これにより、弁２４における電機子２７、ステム４７及び本体３３の軸の不可避のズレ、並びに、電機子２７のディスク３８の表面４５（図１参照）と本体３３の表面５５（図２参照）との間の平行度の欠如が補償される。
【００２４】
凹面６６（図３参照）の直径Ｄは、凹面６６及びボール４４の各係合面間の圧力を低減させるために、ボール４４の直径ｄよりも若干大きくなっている。また、該凹面６６は、電機子２７（図１参照）がコア２７に引きつけられた際にボール４４が離脱するのを防止するために、深さ（ camber ）Ｆを有している。
【００２５】
より詳しくは、ボール４４の直径ｄと凹面６６の直径Ｄとの比ｄ／Ｄは、９２／１００から９８／１００の間とすることができ、深さＦはボール４４の直径ｄに対し８／１０から９／１０までの間とすることができる。好ましくは、直径が約０．２５ｍｍの導管４３に対して、ボール４４の直径ｄは約１．３５ｍｍ、凹面６６の直径Ｄは約１．４０ｍｍ、及び深さＦは約１．００ｍｍとすることができる。
【００２６】
また、円錐弁座４６の頂角αは、１１０°から１２０°の間とすることができ、さらに、平板６３の先端エッジ６７と円錐弁座４６表面との抵触を防止するために、本体３３の上端面には窪み６８が形成されている。該窪み６８は、弁座４６の頂角αより大きい頂角を有する切断円錐形状面（ truncated-cone-shaped surface ）を備えている。
【００２７】
以下に、インジェクター５における絞り弁２４の動作について説明する。
【００２８】
コイル２９が充電されると（図１参照）、コア２８は電機子２７のディスク３８を引きつける。該ディスク３８は、リング４９を介して、ステム４７をスプリング５２の付勢力に抗して上方へ引き上げる。ステム４７のフランジ５７は、固定フランジ５４に対するフランジ５７の拘束を和らげるように、チャンバー５８の中で乱流を生じさせる。それ故、チャンバー４１内の燃料圧力がボール４４を開状態へ移動させて、燃料をチャンバー４１からタンクへ排出させる。そして、チャンバー１９内の燃料圧力はロッド８上端面の残留圧力に打ち勝って、ピン１２を引き上げ、これにより、オリフィス１１を介してチャンバー１９内に燃料を注入する。
【００２９】
コイル２９が放電されると、スプリング５２がステム４７を下方へ押し下げ、これによって、リング４９を介して電機子２７が引き下げられる。ステム４７の運動エネルギーは、フランジ５７によって発生させられるチャンバー５８内部における燃料の乱流によって、一部散逸される。直径Ｄとｄとの差異による間隙によって、ボール４４と結合するプレート６３の凹面６６表面（図３参照）は、ボール４４が弁２４の円錐弁座４６に対し常に同軸となることを可能にする。このようにして、ボール４４は排出導管４３を閉じ、圧縮燃料がコントロールチャンバー４１内の圧力を元に戻す。従って、ピン１２（図１参照）がオリフィス１１を閉じる。
【００３０】
さらに、ボール４４と凹面６６との間の若干直径の異なる２つの球面接触によって、該表面上の圧力は減圧され、これにより、損傷が防止され、電機子２７の行程距離ｈの変化が防止される。従って、注入される燃料量に関し、長期間に亘って一貫性が保証される。
【００３１】
前述した詳細な説明から、公知のバルブに対する、本発明に係る絞り弁２４の有利な点は明らかであろう。特に、プレート６３は、一方では、ボールを円錐弁座４６に案内し且つ芯合わせを行うと共に、他方では、弁２４の作動安定性を向上させ得る。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施の形態につき説明してきたが、本発明はこれに限られるものでは無い。例えば、電機子２７はステム４７と一体とすることができる。また、ステム４７はフランジ５７を備える必要は無い。さらに、プレート６３の形状やサイズは説明した以外の種々のものをとり得る。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に係るフューエルインジェクター用電磁絞り弁によれば、ステムとボールとの間に、デカップリング継手を備えるようにしたので、ボールによる損傷に起因する電機子の行程変化を防止することができる。
【００３４】
前記デカップリング継手を、前記ステムと係合する平坦面と、該平坦面と反対側であって前記ボールを係合する球状凹面とを備えるものとすれば、該凹面がボールを円錐弁座の中心に位置させ、これにより、弁の最適シーリングを保証することができる。
【００３５】
前記凹面の直径(D)を前記ボールの直径(d)よりも若干大きくすれば、該凹面及びボールの係合面間の圧力を低減させることができ、これにより、弁構成部材の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施の形態に係る絞り弁を備えたフューエルインジェクターの部分断面図である。
【図２】図２は、図１に示すフューエルインジェクターにおける絞り弁部分の拡大断面図である。
【図３】図３は、図２に示す絞り弁部分の拡大詳細図である。
【符号の説明】
５  フューエルインジェクター
２６  電磁石
２７  電機子
３８  ディスク
４１  コントロールチャンバー
４３  排出管
４４  ボール
４６  円錐弁座
４７  ステム
５０  スプリング
６２  デカップリング継手
６３  プレート
６４  デカップリングの平坦面
６６  デカップリングの球状凹面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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