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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Ventil, insbesondere ein elektromagnetisches Ventil, das in einem Kraftstoffsystem eingesetzt wird, in welchem ein einen magnetischen Kreis bereitstellendes Bauteil aus einem weichmagnetischen Material in einer elektromagnetischen Treibereinheit eingesetzt wird.
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Stand der Technik
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Ein elektromagnetisch angetriebenes Kraftstoffeinspritzventil wird zum Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungskammer eines Benzinmotors eingesetzt. In einer elektromagnetischen Treibereinheit dieser Art von Kraftstoffeinspritzventil wurde weithin elektromagnetischer rostfreier Stahl mit hoher Korrosionsbeständigkeit und Weichmagnetismus als Material für ein Bauteil, das einen magnetischen Kreis bereitstellt, wie einen Kern oder ein Gehäuse, eingesetzt. Ein Kraftstoffeinspritzventil, das solchen elektromagnetischen rostfreien Stahl verwendet, ist beispielsweise in Druckschrift 1 offenbart.
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Zitatliste
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Druckschriften
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Druckschrift
1:
JP H01-290749 A -
Kurzdarstellung der Erfindung
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Technisches Problem
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In den letzten Jahren wurden für Kraftstoffeinspritzventile von Benzinmotoren in Hinblick auf eine Verringerung der CO2-Emissionen, des Energieverbrauchs, der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs und dergleichen Hochdruckeinspritzung oder Multistage-Einspritzung vorgeschlagen. Um mit dem elektromagnetischen Ventil eine Hochdruckeinspritzung zu erreichen, wird für das Material, das den magnetischen Kreis bereitstellt, eine hohe magnetische Flussdichte verlangt. Um eine Hochdruckeinspritzung durchzuführen, wird eine große magnetische Anziehungskraft benötigt, um das Öffnen und Schließen des elektromagnetischen Ventils zu steuern. Wenn das Material, das den magnetischen Kreis bereitstellt, eine hohe magnetische Sättigungs-Flussdichte aufweist, ist es möglich, dass es dem Betrieb einer elektromagnetischen Treibereinheit in einem starken Magnetfeld folgt, und eine große magnetische Anziehungskraft erzeugt. Um effizient eine Multistage-Einspritzung durchzuführen, wird von der elektromagnetischen Treibereinheit eine geringe Trägheit (d.h., hohe „Responsivität“; gutes Ansprechen) verlangt. Wenn das den magnetischen Kreis bereitstellende Material einen hohen elektrischen Widerstand aufweist, kann die Trägheit (die Responsivität; das Ansprechen) der elektromagnetischen Treibereinheit verbessert werden. Aus diesen Gründen wird von dem den magnetischen Kreis des in einem Kraftstoffsystem eingesetzten elektromagnetischen Ventil bereitstellenden Material eine hohe magnetische Sättigungs-Flussdichte und ein hoher elektrischer Widerstand, zusätzlich zu hoher Korrosionsbeständigkeit, verlangt.
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Es ist wünschenswert, dass die magnetische Sättigungs-Flussdichte einen hohen Wert von beispielsweise 1,8 T oder höher aufweist. Allerdings ist es schwierig, eine so hohe magnetische Sättigungs-Flussdichte unter Verwendung herkömmlichen elektromagnetischen rostfreien Stahls zu erreichen, wie er in Druckschrift 1 offenbart wird.
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Eine von der vorliegenden Erfindung zu lösende Aufgabe ist es, ein elektromagnetisches Ventil zur Verwendung in einem Kraftstoffsystem bereitzustellen, in welchem ein magnetischer Kreis aus einem Legierungsmaterial mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit, hoher magnetische Sättigungs-Flussdichte und hohem elektrischem Widerstand in einer elektromagnetischen Treibereinheit bereitgestellt ist.
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Lösung der Aufgabe
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Um die Aufgabe zu lösen, ist das elektromagnetische Ventil gemäß der vorliegenden Erfindung ein elektromagnetisches Ventil, das in einem Kraftstoffsystem verwendet wird, und beinhaltet ein Bauteil, das einen magnetischen Kreis in einer elektromagnetischen Treibereinheit bereitstellt, wobei wenigstens ein Teil des Bauteils aus einem Legierungsmaterial hergestellt ist, das, in Masse%, 0,15% ≤ Ni ≤ 0,45%, 0,65% ≤ Al ≤ 1,0%, 9,2% ≤ Cr ≤ 10,3% und 0,90% ≤ Mo ≤ 1,6% aufweist, mit dem Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen.
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Hierbei ist das elektromagnetische Ventil vorzugsweise ein Kraftstoffeinspritzventil.
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Das Legierungsmaterial enthält vorzugsweise ferner 0,05 Masse% ≤ Pb ≤ 0,15 Masse %.
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Das Legierungsmaterial weist vorzugsweise die Struktur einer α-Phasen-Einzelphase auf.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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In dem elektromagnetischen Ventil der vorliegenden Erfindung ist ein magnetischer Kreis einer elektromagnetischen Treibereinheit aus einem Legierungsmaterial mit der oben angegebenen Komponentenzusammensetzung hergestellt. Das Legierungsmaterial weist aufgrund seiner Komponentenzusammensetzung eine hohe magnetische Sättigungs-Flussdichte und hohen elektrischen Widerstand auf, zusätzlich zu hoher Korrosionsbeständigkeit. Dem zufolge ist es dem elektromagnetischen Ventil erleichtert, aufgrund einer hohen magnetischen Anziehungskraft, Hochdruckeinspritzung durchzuführen, und aufgrund einer Verbesserung der Trägheit (Responsivität, Ansprechen), Multistage-Einspritzung durchzuführen.
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Hierbei können, in dem Fall, dass das elektromagnetische Ventil ein Kraftstoffeinspritzventil ist, die Effekte der hohen Korrosionsbeständigkeit, wegen der großen magnetischen Anziehungskraft die Hochdruckeinspritzung, und wegen der Verbesserung der Trägheit (Responsivität, Ansprechen) die Multistage-Einspritzung besonders effektiv angewendet werden.
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In dem Fall, dass das Legierungsmaterial ferner 0,05 Masse% ≤ Pb ≤ 0,15 Masse% enthält, ist die Bearbeitbarkeit des Legierungsmaterials verbessert, und das den magnetischen Kreis bereitstellende Bauteil kann leicht in das elektromagnetische Ventil eingearbeitet werden.
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In dem Fall, dass die Struktur des Legierungsmaterials eine α-Phasen-Einzelphase ist, ist eine geringe Koerzitivkraft sichergestellt, und ausgezeichnete weichmagnetische Eigenschaften des Legierungsmaterials können leicht erhalten werden. Dem zufolge kann die Trägheit (Responsivität, Ansprechen) des elektromagnetischen Ventils leicht verbessert werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Kraftstoffeinspritzventils einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
- 2 ist ein Graph, der Ergebnisse der Magnetfeldanalyse zeigt.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Das elektromagnetische Ventil einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein in einem Kraftstoffsystem verwendetes elektromagnetisches Ventil, und spezifische Beispiele der Form des elektromagnetischen Ventils beinhalten ein Kraftstoffeinspritzventil. Im Nachfolgenden wird ein Kraftstoffeinspritzventil als Beispiel des elektromagnetischen Ventils einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genauer beschrieben.
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[Struktur des Kraftstoffeinspritzventils]
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Das Kraftstoffeinspritzventil (der Injektor) in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch eine elektromagnetische Treibereinheit betrieben, und spritzt Kraftstoff in eine Verbrennungskammer eines Motors, insbesondere eines Benzinmotors. In dem Kraftstoffeinspritzventil der vorliegenden Ausführungsform ist wenigstens ein Teil von diversen Bauteilen, die einen magnetischen Kreis in der elektromagnetischen Treibereinheit bereitstellen, aus einem spezifischen Legierungsmaterial hergestellt. Eine besondere Struktur des Kraftstoffeinspritzventils ist nicht besonders angegeben, und die Struktur des in
JP 2017-89425 A offenbarten Kraftstoffeinspritz-Geräts kann beispielhaft als ideale Struktur angesehen werden. Zu Details der Struktur kann auf die obige Druckschrift verwiesen werden, und die Struktur wird nachfolgend kurz beschrieben.
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1 illustriert schematisch eine Querschnittsstruktur des Kraftstoffeinspritzventils
1.
1 ist dieselbe wie die als
1 in
JP 2017-89425 A beschriebene.
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Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist eine Düse 10, ein Gehäuse 20, eine Nadel 30, einen beweglichen Kern 40, einen festen Kern 50, Federn 53 und 55, eine Spule 54 und dergleichen auf.
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Die Düse 10 weist einen Düsenzylinderteil 11 und einen Düsenbodenteil 12 auf, der ein Ende des Düsenzylinderteils 11 abschließt. Mehrere Düsenlöcher sind im Düsenbodenteil 12 gebildet, und ein ringförmiger Ventilsitz 14 ist um die Düsenlöcher herum gebildet. Das Gehäuse 20 weist einen ersten Zylinderteil 21, einen zweiten Zylinderteil 22 und einen dritten Zylinderteil 23 auf, und diese sind in dieser Reihenfolge miteinander verbunden. Der erste Zylinderteil 21 und der dritte Zylinderteil 23 sind aus einem magnetischen Material gebildet, und der zweite Zylinderteil 22 ist aus einem nichtmagnetischen Material gebildet. Der erste Zylinderteil 21 ist an der Spitzenseite mit dem Düsenzylinderteil 11 verbunden. Ein Einlassteil 24 ist mit dem dritten Zylinderteil 23 verbunden. Eine Kraftstoffpassage 100 ist im Inneren des Gehäuses 20 und des Düsenzylinderteils 11 bereitgestellt. Wenn dem Einlassteil 24 Kraftstoff zugeführt wird, fließt der Kraftstoff in die Kraftstoffpassage 100.
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Die Nadel 30 ist im Gehäuse 20 derart aufgenommen, das sie sich entlang einer Achse des Gehäuses 20 in der Kraftstoffpassage 100 hin und her bewegen kann. Ein an der Spitzenseite des Nadelkörpers 31 der Nadel 30 bereitgestellter Dichtteil 32 löst sich vom und legt sich an den Ventilsitz 14 der Düse 10 an, so dass die im Düsenbodenteil 12 bereitgestellten Düsenlöcher geöffnet und geschlossen werden.
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Der bewegliche Kern 40 weist einen beweglichen Kernkörper 41 aus einem magnetischen Material auf, und ist im Gehäuse 20 derart aufgenommen, dass der Nadelkörper 31 in einen in dem beweglichen Kernkörper 41 bereitgestellten Schaftlochteil 42 eingesetzt ist. Wie die Nadel 30 kann sich der bewegliche Kern 20 in der Achsenrichtung des Gehäuses 20 in der Kraftstoffpassage 100 hin und her bewegen.
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Der feste Kern 50 ist an der dem Ventilsitz 14 gegenüberliegenden Seite bereitgestellt, gegen den beweglichen Kern 40 innerhalb des Gehäuses 20. Der feste Kernkörper 51 ist aus einem magnetischen Material und integral mit dem dritten Zylinderteil 23 und dem Einlassteil 24 des Gehäuses 20 hergestellt.
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Die Feder 53 kann die Nadel 30 und den beweglichen Kern 40 zum Ventilsitz 14 hin vorspannen. Die Feder 55 kann den beweglichen Kern 40 zum festen Kern 50 hin mit einer Vorspannkraft vorspannen, die kleiner ist als die der Feder 53. Die Spule 54 ist radial außerhalb des Gehäuses 20 bereitgestellt, und erzeugt eine magnetische Kraft, wenn sie erregt wird.
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Wenn die Spule 54 erregt und eine magnetische Kraft erzeugt wird, wird von den aus magnetischem Material bestehenden Bauteilen ein magnetischer Kreis gebildet, also dem festen Kernkörper 51, dem beweglichen Kernkörper 41, dem ersten Zylinderteil 21 und dem dritten Zylinderteil 23. Demgemäß wird zwischen dem festen Kernkörper 51 und dem beweglichen Kernkörper 41 eine magnetische Anziehungskraft erzeugt, und der bewegliche Kern 40 wird zum festen Kern 40 hin gezogen. Dabei bewegt sich die Nadel 30 zusammen mit dem beweglichen Kern 40 in eine Ventil-Öffnungsrichtung, der Dichtteil 32 löst sich vom Ventilsitz 41, und das Ventil öffnet. Dem zufolge werden die im Düsenbodenteil 12 gebildeten Düsenlöcher geöffnet, und Kraftstoff wird von den Düsenlöcher eingespritzt.
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In dem Kraftstoffeinspritzventil 1 ist wenigstens ein Teil der Bauteile, die den magnetischen Kreis bereitstellen, wenn die Spule 54 erregt wird, aus einem unten genauer beschriebenen spezifischen Legierungsmaterial hergestellt. Es ist bevorzugt, dass alle den magnetische Kreis bereitstellenden Bauteile aus dem folgenden spezifischen Legierungsmaterial hergestellt sind, aber ein Teil davon kann aus einem anderen weichmagnetischen Material hergestellt sein. Insbesondere sind vorzugsweise wenigstens der erste Zylinderteil 21, der bewegliche Kernkörper 41 und der dritte Zylinderteil 23, der Einlassteil 24 und der feste Kernkörper 51, die einstückig miteinander gebildet sind, vorzugsweise aus dem folgenden spezifischen Legierungsmaterial gebildet. Es ist mehr bevorzugt, wenn das folgende spezifische Legierungsmaterial bei einem Kraftstoffeinspritzventil eingesetzt wird, bei welchem der bewegliche Kern 40 und die Nadel 30 relativ zueinander beweglich sind und bei welchem der bewegliche Kern 40 mit der Nadel 30 kollidiert, wenn der bewegliche Kern 40 sich um einen vorbestimmten Betrag in der Ventil-Öffnungsrichtung bewegt, wenn die Spule 54 erregt wird und der bewegliche Kern 40 vom festen Kernkörper 51 angezogen wird. Ferner ist es bevorzugt, dass das folgende spezifische Legierungsmaterial bei einem Kraftstoffeinspritzventil eingesetzt wird, bei dem mehrere bewegliche Kerne 40 und mehrere Spulen 54 bereitgestellt sind.
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[Legierungsmaterial, das den magnetischen Kreis bereitstellt]
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Als Nächstes wird ein spezifisches Legierungsmaterial beschrieben, das in wenigstens einem Teil der Bauteile eingesetzt wird, die den magnetischen Kreis in dem Kraftstoffeinspritzventil 1 in der Ausführungsform bereitstellen.
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Das Legierungsmaterial enthält die folgenden Komponentenelements in Einheiten von Masse%, mit dem Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen:
- 0,15% ≤ Ni ≤ 0,45%
- 0,65% ≤ Al ≤ 1,0%
- 9,2% ≤ Cr ≤ 10,3%
- 0,90% ≤ Mo ≤ 1,6%
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Das Legierungsmaterial zeigt wegen seiner oben angegebenen Komponentenzusammensetzung weichmagnetische Eigenschaften. Insbesondere wird ein weichmagnetisches Material mit hoher magnetischer Sättigungsflussdichte gebildet, während die Koerzitivkraft gering gehalten wird, weil es sowohl Ni als auch Al innerhalb der obengenannten Bereiche enthält.
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Die magnetische Sättigungsflussdichte des Legierungsmaterials erhöht sich durch Zufügen von Ni. Wenn allerdings die Menge des zugefügten Ni zu groß ist, erniedrigt sich dadurch die magnetische Sättigungsflussdichte sogar. Durch Einstellen des Gehalts an Ni innerhalb des oben beschriebenen Bereichs kann die magnetische Sättigungsflussdichte des Legierungsmaterials effektiv erhöht werden.
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Wenn dem Legierungsmaterial andererseits nur Ni zugefügt wird, wird die Kristallstruktur zu einer α-Phase + γ-Phase oder eine Martensit-Phase, und die Koerzitivkraft neigt dazu, anzusteigen. Daher wird, durch Zufügen von Al zusammen mit Ni, die Bildung einer Weichmagnetismus zeigenden α-Phasen-Einzelphase mit gefördert, um eine geringe Koerzitivkraft zu erhalten, und ausgezeichnete weichmagnetische Eigenschaften können erhalten werden. In dem Fall, dass das Legierungsmaterial eine geringe Koerzitivkraft aufweist, kann die Trägheit (Responsivität; Ansprechen) des elektromagnetischen Ventils leicht verbessert werden. Durch Einstellen des Gehalts an Al in dem oben angegebenen Bereich kann solch ein Effekt in ausreichendem Maß erreicht werden. Die „α-Phasen-Einzelphase“ beinhaltet einen Zustand, in dem eine andere Phase als die α-Phase, wie die γ-Phase, zu einem unvermeidlichen kleinen Anteil enthalten ist. Allgemein kann ein Zustand, bei dem eine Okkupationsrate der α-Phase 95 Volumen% oder mehr beträgt, als „α-Phasen-Einzelphase“ angesehen werden.
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Cr und Mo haben die Wirkung der Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit und des elektrischen Widerstands des Legierungsmaterials. Je größer die Gehalte an Cr und Mo sind, desto besser ist die Wirkung der Erhöhung dieser Eigenschaften, insbesondere der Korrosionsbeständigkeit. Allerdings erniedrigt sich in dem Fall, dass Cr und Mo übermäßig enthalten sind, die magnetische Sättigungsflussdichte des Legierungsmaterials. Daher werden, in Hinblick auf das Erreichen hoher Korrosionsbeständigkeit und hohen elektrischen Widerstands ebenso wie das Erreichen hoher magnetischer Sättigungsflussdichte, die Gehalte von Cr und Mo innerhalb der jeweils oben angegebenen Bereiche eingestellt.
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Insbesondere zeigt Mo einen großen Effekt bei der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und der Erhöhung des hohen elektrischen Widerstands, selbst bei einer kleinen Zugabemenge im Vergleich zu Cr. Daher wird, in Hinblick auf die Vermeidung einer Erniedrigung der magnetischen Sättigungsflussdichte aufgrund einer übermäßigen Zugabe von Cr, nicht nur Cr, sondern auch Mo in Kombination zugefügt.
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Das Legierungsmaterial kann nach Bedarf 0,05 Masse% ≤ Pb ≤ 0,15 Masse% als ein optionales Element enthalten, zusätzlich zu Ni, Al, Cr und Mo, welches wesentliche Zugabeelemente sind.
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Pb ist ein Element, das die Bearbeitbarkeit einer Legierung zu verbessern vermag. In dem Fall, bei dem Pb in einer Menge gemäß dem oben angegebenen Beriech zugefügt wird, kann der Effekt der Verbesserung der Bearbeitbarkeit ausreichend erhalten werden. Weil das Legierungsmaterial eine hohe Bearbeitbarkeit aufweist, wird die Bearbeitung diverser Bauteile, die den magnetischen Kreis des Kraftstoffventils 1 zur geforderten Gestalt leicht.
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In dem Legierungsmaterial ist ein Gehalt an unvermeidlichen Verunreinigungen in einem Maß zulässig, in dem die magnetischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit nicht beeinträchtigt sind. Spezifische Beispiele der unvermeidlichen Verunreinigungen beinhalten, in Einheiten von Masse%, C ≤ 0,015%, Mn ≤ 0,3%, P ≤ 0,03%, S ≤ 0,02%, N ≤ 0,06%, Cu ≤ 0,3%, Co ≤ 0,06% und O ≤ 0,01%.
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Das Legierungsmaterial zeigt infolge seiner oben angegebenen Komponentenzusammensetzung ausgezeichnete weichmagnetische Eigenschaften. Beispielsweise kann B30000, was ein Wert der magnetischen Flussdichte gemessen in einem äußeren Magnetfeld H = 30,000 A/m ist, zu 1,8 T oder mehr eingestellt werden (B30000 ≥ 1,8 T). Hierbei ist B30000 ein Wert, der bei dieser Art von weichmagnetischen Legierungen näherungsweise als magnetische Sättigungsflussdichte gesetzt werden kann. Außerdem ist es bei dem Legierungsmaterial leicht, eine geringe Koerzitivkraft sicherzustellen. Beispielsweise kann eine niedrige Koerzitivkraft wie 1000 A/m oder weniger erreicht werden.
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Zudem weist das Legierungsmaterial hohen elektrischen Widerstand auf. Beispielsweise kann für den spezifischen elektrischen Widerstand ρ ein hoher Wert von ρ ≥ 65 µΩ·cm erreicht werden.
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Außerdem weist das Legierungsmaterial hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Die Korrosionsbeständigkeit des Legierungsmaterials zeigt sich in Bezug auf diverse korrosive Substanzen, und es weist hohe Korrosionsbeständigkeit gegen Benzin auf.
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Das Legierungsmaterial kann durch Schmelzen jeder Metallkomponente und entsprechendes Walzen, Schmieden und dergleichen hergestellt werden, und kann in eine vorbestimmte Gestalt gebracht werden, als Bauteil, das den magnetischen Kreis des Kraftstoffeinspritzventils 1 bereitstellt. Eine Wärmebehandlung wie magnetisches Tempern kann nach Bedarf an dem Legierungsmaterial durchgeführt werden. Als Temperatur während des magnetischen Temperns können 800 bis 1200°C beispielhaft angegeben werden.
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[Charakteristika des Legierungsmaterials und Arbeitsweise des Kraftstoffeinspritzventils]
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In dem Kraftstoffeinspritzventil 1 können, in dem Fall, dass die den magnetischen Kreis bereitstellenden Bauteile, wie der bewegliche Kernkörper 41 und der feste Kernkörper 51, aus dem Legierungsmaterial mit der oben angegebenen spezifischen Komponentenzusammensetzung bestehen, ausgezeichnete Betriebs-Charakteristika des Kraftstoffeinspritzventils 1 erhalten werden.
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Erstens kommen die Bauteile, die den magnetischen Kreis des Kraftstoffeinspritzventils 1 bereitstellen, in Kontakt mit Kraftsoff wie Benzin, und sind hohen Temperaturen ausgesetzt. Da allerdings das Legierungsmaterial hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, können die Bauteile vor Korrosion durch Benzin geschützt werden.
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Das Legierungsmaterial zeigt ausgezeichnete weichmagnetische Eigenschaften mit hoher magnetischer Sättigungsflussdichte und hohem elektrischem Widerstand, so dass es ermöglicht ist, dass das Kraftstoffeinspritzventil 1 für die Hochdruckeinspritzung und die Multistage-Einspritzung entsprechend geeignet ist.
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Wenn der Druck der Kraftstoffeinspritzung bei dem Kraftstoffeinspritzventil 1 erhöht wird, ist eine große Kraft erforderlich, um das Öffnen und Schließen des Kraftstoffeinspritzventils 1 zu steuern. Das heißt, es ist erforderlich, die magnetische Anziehungskraft zwischen dem festen Kernkörper 51 und dem beweglichen Kernkörper 41 zu erhöhen. Aus diesem Grund wird ein durch die Spule 54 fließender Strom erhöht, um ein starkes Magnetfeld zu erzeugen. Wenn dabei das den magnetischen Kreis bereitstellende Bauteil aus einem Material mit hoher magnetischer Sättigungsflussdichte besteht, neigt die magnetische Flussdichte nicht zur Sättigung und kann den starken Magnetfeld folgen. Auf diese Weise kann, hauptsächlich infolge der hohen magnetischen Sättigungsflussdichte des Legierungsmaterials, mit dem Kraftstoffeinspritzventil 1 leicht eine Hochdruckeinspritzung erreicht werden. Beispielsweise kann das elektromagnetische Ventil 30 MPa eingesetzt werden.
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Außerdem ist es, in dem Fall, dass Multistage-Einspritzung effizient mit dem Kraftstoffeinspritzventil 1 erfolgen soll, erforderlich, dass das Öffnen und Schließen der Nadel 30 mit hoher Genauigkeit erfolgt, und es ist hohe Responsivität (geringe Trägheit; gutes Ansprechen) erforderlich. Hohe Responsivität (geringe Trägheit; gutes Ansprechen) kann bei dem Kraftstoffeinspritzventil 1 durch Erzwingen der Änderung des magnetischen Flusses in dem magnetischen Kreis mit hoher Responsivität (geringer Trägheit; gutem Ansprechen) in Bezug auf eine Wellenform eine Steuersignals erreicht werden, mit dem die Spule 54 beaufschlagt wird. In dem Fall, dass das den magnetischen Kreis bereitstellende Bauteil aus einem Material mit hohem elektrischem Widerstand besteht, werden Wirbelstromverluste gering, so dass die Responsivität der Änderung der magnetischen Flussdichte in Bezug auf das Eingangssignal der Spule 54 groß (die Trägheit gering; das Ansprechen gut) wird. Auf diese Weise kann, hauptsächlich infolge des hohen elektrischen Widerstands des Legierungsmaterials, Multistage-Einspritzung mit dem Kraftstoffeinspritzventil 1 leicht ausgeführt werden. Außerdem ist es wünschenswert, dass hohe Responsivität (geringe Trägheit; gutes Ansprechen) selbst unter den Bedingungen der oben beschriebenen Hochdruckeinspritzung besteht. Die Responsivität (die Trägheit; das Ansprechen) des Kraftstoffeinspritzventils 1 kann beispielsweise als Anstiegszeit (To) oder Abfallzeit (Tc) eines offen/geschlossen-Zustands der Nadel 30 beim Öffnen und Schließen, gesteuert von einem Strompuls, ermittelt werden. Alternativ kann sie (bzw. es) durch einen dynamischen Bereich ermittelt werden, der als Differenz zwischen einer maximalen Einspritzmenge und einer minimalen Einspritzmenge des Kraftstoffs definiert ist. Hierbei hängt die Einspritzmenge des Kraftstoffs von der Länge der Zeitdauer ab, während der das Kraftstoffeinspritzventil 1 tatsächlich offen ist, und der dynamische Bereich kann umso mehr erhöht werden, je höher die Responsivität (je geringer die Trägheit; je besser das Ansprechen) des Kraftstoffeinspritzventils 1 ist.
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Mit dem Kraftstoffeinspritzventil 1 kann das Durchführen von Hochdruckeinspritzung und Multistage-Einspritzung zu einer Verringerung der CO2-Emission und zur Energieeinsparung des Motors, zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz der Fahrzeugs und dergleichen beitragen.
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Beispiele
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Nachfolgend wir die vorliegende Erfindung unter Verwendung von Beispielen genauer beschrieben.
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[Evaluierung von Charakteristika des Legierungsmaterials]
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<Herstellung der Proben>
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Legierungsmaterialien mit den in Tabelle 1 angegebenen Komponentenzusammensetzungen (Einheit: Masse%) wurden als Proben von Beispiel 1 und 2 bzw. Vergleichsbeispiele 1 bis 5 hergestellt. In jeder Komponentenzusammensetzung ist der Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen. Als ein spezifisches Herstellungsverfahren wurden Metallmaterialien in dem jeweiligen Zusammensetzungsverhältnis in einem Vakuuminduktionsofen erschmolzen, gegossen und warmgeschmiedet. Dann wurden durch Bearbeiten in die bei den folgenden Tests verwendete Gestalt erhaltene Messteststücke einem magnetischen Tempern für 2 Stunden bei 850°C in einem Vakuum unterzogen.
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<Messung der magnetischen Flussdichte>
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Jedes der Legierungsmaterial wurde zu einer (hohl)zylindrischen Form mit einem Außendurchmesser von ø 28 mm, einem Innendurchmesser von ø 20 mm, und einer Dicke t von 3 mm verarbeitet, und wurde als magnetischer Ring (Eisenkern) eingesetzt. Durch Verwenden dieses magnetischen Rings wurde eine Primärspule (480 Windungen) und eine Sekundärspule (20 Windungen) gebildet und als Messproben eingesetzt. Die magnetische Flussdichte wurde unter Verwendung eines magnetischen Messinstruments („BH-1000“, hergestellt von Denshijiki Industry Co., Ltd.) gemessen. Die Messung der magnetischen Flussdichte wurde durchgeführt, indem die Primärspule mit einem Stromfluss beaufschlagt wurde, um in dem magnetischen Ring ein Magnetfeld H zu erzeugen, und indem die in dem magnetischen Ring erzeugte magnetische Flussdichte auf der Grundlage eines integrierten Wertes einer in der Sekundärspule induzierten Spannung berechnet wurde. Bei der Messung wurde das Magnetfeld H auf 30000 A/m eingestellt, und B30000, welches ein Wert der magnetischen Flussdichte dabei ist, wurde aufgezeichnet.
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<Messung des elektrischen Widerstands>
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Jedes Legierungsmaterial wurde zu einer Prismengestalt verarbeitet, mit einem Querschnitt von 10 mm im Quadrat und einer Länge von 30 mm, und der spezifische elektrische Widerstand wurde gemessen. Die Messung wurde nach einer Vier-Anschlüsse-Methode durchgeführt.
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<Evaluierung der Korrosionsbeständigkeit>
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Die Korrosionsbeständigkeit gegen Benzin wurde an jedem Legierungsmaterial bestimmt. Genauer gesagt wurde jedes Legierungsmaterial für 336 Stunden bei 80°C in eine Benzinzusammensetzung getaucht. Danach wurde die Oberfläche des Legierungsmaterials visuell untersucht, um den Grad der Korrosion zu ermitteln. Als Evaluierungskriterien für eine Probe jedes Legierungsmaterial (ø 50 mm × t 20 mm) wurde ein Fall, bei dem ein Flächenanteil eines aufgrund von Rostbildung verfärbten Teils 50% oder weniger betrug, als „gut“ beurteilt, und ein Fall, bei dem der Flächenanteil des verfärbten Teils größer war als 50%, wurde als „ungenügend“ beurteilt.
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<Evaluierung der Struktur des Legierungsmaterials>
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Die Struktur jedes Legierungsmaterials nach magnetischem Tempern wurde mit einem optischen Mikroskop und einen Scanning-Elektronen-Mikroskop untersucht, und ein Zustand der Struktur wurde evaluiert.
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[Evaluierung von Charakteristika des Kraftstoffeinspritzventils]
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<Herstellung des Kraftstoffeinspritzventils>
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Ein Kraftstoffeinspritzventil für einen Benzinmotor wurde mit den wie oben hergestellten Legierungsmaterialien von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 5. Dabei war die Struktur des gesamten verwendeten Kraftstoffeinspritzventils die in 1 dargestellte, und der erste Zylinderteil, der bewegliche Kernkörper und der dritte Zylinderteil, der Einlassteil und der feste Kernkörper waren einstückig miteinander ausgebildet, unter Verwendung der oben angegebenen Legierungsmaterialien.
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<Magnetfeldanalyse>
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Die Magnetfeldanalyse wurde an den Einspritzventilen unter Verwendung der Legierungsmaterialien von Beispiel 2 bzw. Vergleichsbeispiel 5 durchgeführt, und eine zeitliche Änderung der Anziehungskraft, die erzeugt wurde, wenn dasselbe Stromschema beaufschlagt wurde, wurde analysiert.
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[Evaluierungsergebnisse]
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Tabelle 1 zeigt Komponentenzusammensetzungen und Ergebnisse von evaluierten Charakteristika der Legierungsmaterialien von Beispiel 1 und 2 und Vergleichsbeispiel 1 bis 5. Die Komponentenzusammensetzung von Vergleichsbeispiel 5 ist der in Druckschrift 1 offenbarten Komponentenzusammensetzung ähnlich.
Tabelle 1
| | Komponentenzusammensetzung [Masse%] | Charakteristika der Legierungsmaterialien |
| Ni | Al | Cr | Mo | Pb | Magnetische Flussdichte B30000 [T] | Elektrischer Widerstand ρ [µΩ·cm] | Korrosionsbeständigkeit | Struktur |
| Beispiel 1 | 0.4 | 1.0 | 9.2 | 1.6 | - | 1.8 | 69 | Gut | α-Phasen-Einzelphase |
| Beispiel 2 | 0.4 | 1.0 | 9.2 | 1.6 | 0.07 | 1.8 | 69 | Gut | α-Phasen-Einzelphase |
| Vergleichsbeispiel 1 | 3.0 | 1.0 | 9.2 | 1.6 | - | 1.7 | 69 | Gut | α-Phasen-Einzelphase |
| Vergleichsbeispiel 2 | 0.4 | 1.0 | 13.0 | 1.6 | - | 1.7 | 81 | Gut | α-Phasen-Einzelphase |
| Vergleichsbeispiel 3 | 0.4 | 1.0 | 5.0 | 1.6 | - | 1.9 | 55 | ungenügend | α-Phasen-Einzelphase |
| Vergleichsbeispiel 4 | 0.4 | 0.5 | 9.2 | 1.6 | - | 1.8 | 60 | Gut | α-Phase + γ-Phase |
| Vergleichsbeispiel 5 | - | 0.6 | 13.0 | - | 0.07 | 1.7 | 66 | Gut | α-Phasen-Einzelphase |
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Die Legierungsmaterialien von Beispiel 1 und 2 weisen eine hohe magnetische Flussdichte von B30000 ≥ 1,8 T und einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand von ρ ≥ 65 µΩ·cm auf, entsprechend ihrer Komponentenzusammensetzung wie in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung definiert. Die Kristallstruktur ist eine α-Phasen-Einzelphase. Andererseits weisen die Legierungsmaterialien der Vergleichsbeispiele wenigstens eines der magnetischen Flussdichte von B30000 ≥ 1,8 T und dem spezifischen elektrischen Widerstand von ρ ≥ 65 µΩ·cm nicht auf, entsprechend ihrer Abweichung von der in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung definierten Komponentenzusammensetzung. Außerdem ist in Vergleichsbeispiel 3 die Korrosionsbeständigkeit erniedrigt, weil der Gehalt an Cr klein ist. In Vergleichsbeispiel 4 ist anstelle der α-Phasen-Einzelphase eine Mischphase einer α-Phase und einer γ-Phase in der Kristallstruktur gebildet, weil der Gehalt an Al klein ist.
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Außerdem zeigt 2 die Ergebnisse der Magnetfeldanalyse. Es wird gefunden, dass in dem Fall, dass das Material von Beispiel 2 verwendet wird, eine kürzere Zeit vergeht, bis eine geforderte Anziehungskraft erreicht ist, im Vergleich zur Verwendung des Materials von Vergleichsbeispiel 5. Wenn beispielsweise die Zeiten verglichen werden, die vergehen, bis die Anziehungskraft 30 MPa erreicht, ist diese im Fall von Beispiel 2 (Zeitspanne t1) um 17% kürzer als im Fall von Vergleichsbeispiel 5 (Zeitspanne t2). Auf diese Weise kann die Anziehungskraft und Responsivität (Trägheit; Ansprechen) des elektromagnetischen Ventils in dem Fall, dass das elektromagnetische Ventil unter Verwendung des Legierungsmaterials der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, gebildet ist, entsprechend zu hoher magnetischer Sättigungsflussdichte und hohem elektrischem Widerstand verbessert werden. Alternativ kann, wenn für die Anziehungskraft oder die Responsivität (Trägheit; Ansprechen) ein Spielraum besteht, der Energieverbrauch durch Erniedrigen de zu beaufschlagenden Stroms verringert werden.
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Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist oben beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist nicht besonders auf die Ausführungsform beschränkt, und diverse Abwandlungen können vorgenommen werden.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Das elektromagnetische Ventil der vorliegenden Erfindung weist eine hohe magnetische Sättigungsflussdichte und einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand zusätzlich zu hoher Korrosionsbeständigkeit auf. Dem zufolge ist mit diesem elektromagnetischen Ventil die Hochdruckeinspritzung wegen der großen magnetischen Anziehungskraft, und Multistage-Einspritzung wegen der Verbesserung der Responsivität (Trägheit; Ansprechen) erleichtert.
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Obgleich die vorliegende Erfindung im Detail durch Verweis auf spezifische Ausführungsformen erläutert wurde, wird es für den Fachmann ersichtlich sein, dass diverse Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Diese Anmeldung basiert auf der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-245999 , eingereicht am 22. Dezember 2017, deren Inhalte hierin durch Inbezugnahme eingeschlossen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstoffeinspritzventil
- 10
- Düse
- 11
- Düsenzylinderteil
- 12
- Düsenbodenteil
- 14
- Ventilsitz
- 20
- Gehäuse
- 21
- erster Zylinderteil
- 22
- zweiter Zylinderteil
- 23
- dritter Zylinderteil
- 24
- Einlassteil
- 30
- Nadel
- 31
- Nadelkörper
- 32
- Dichtteil
- 40
- beweglicher Kern
- 41
- beweglicher Kernkörper
- 50
- fester Kern 53, 55 Federn
- 54
- Spule
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 01290749 A [0003]
- JP 2017089425 A [0016, 0017]
- JP 2017245999 [0059]
