JP2007518925A - 流体インジェクタ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

流体インジェクタは、ハウジング（１）と、弁体（２）と、ハウジング（１）に挿入されたアクチュエータユニット（３）とを有している。弁体（２）は、ニードル（２２）を収容した凹所（２１１）を備えたカートリッジ（２１）を有している。弁体はさらに、ニードル（２２）に対して定置に配置されていて、第１のばね当接部（２３１）を形成した中空ボディ（２３）を有している。弁体はさらに、カートリッジ（２１）を収容していて、第２のばね当接部（２６１）を形成した弁キャップ（２６）を有している。戻しばね（２５）は、一方では第１のばね当接部（２３１）に、他方では第２のばね当接部（２６１）に当接している。弁キャップ（２６）と、ハウジング（１）と、カートリッジ（２１）とは、弁キャップ（２６）とハウジング（１）及び弁キャップ（２６）とカートリッジ（２１）とが互いに永久に固定される前に、弁キャップがハウジング（１）に対して可動であり、かつカートリッジ（２１）が互いに対して定置のままであるように形成されている。

Description

本発明は、流体インジェクタ及び流体インジェクタを製造するための方法に関する。公知の流体インジェクタは、ハウジングと、弁体と、ハウジングに挿入されたアクチュエータユニットとを有している。弁体は、ニードルを収容する凹所を備えたカートリッジを有する。プリテンションされたばねが、ニードルに固定されたボディに当接している。プリテンションされた戻しばねは、他方では、弁体に形成されたばね当接部に当接している。それに加えて、アクチュエータユニットはニードルに作用する。アクチュエータユニットと戻しばねとの力平衡に応じて、ニードルはノズルを開閉させ、これによって燃料の噴射を制御する。ますます多くの用途において、圧電アクチュエータを備えたアクチュエータユニットが使用されている。これらのアクチュエータユニットは、作動信号に対する極めて迅速な応答時間を有するという利点を有し、シリンダの１回の作動サイクルの間に内燃機関のシリンダに多数の噴射を可能にする。

国際公開第０３／０１６７０７号パンフレットは、燃料供給部へのコネクタと、ハウジングと、アクチュエータユニットと、弁体とを備えた流体インジェクタを開示している。ハウジングは、二重管であり、アクチュエータユニットを収容する凹所を有している。アクチュエータユニットは、ニードルに作用する圧電アクチュエータを有している。二重管状のハウジングの壁部の間において、燃料がコネクタから弁体の燃料入口へ導入される。弁体は、ニードルを収容する凹所を備えたハウジング部分を有している。ニードルの位置に応じて、ノズルは開閉され、個々に燃料が噴射されるか又は噴射されない。

燃料インジェクタが配置される内燃機関のエミッションに関するますます厳しい法規は、エミッションを低減する手段における多くの努力を費やすことを必要にする。排気エミッションの回避のために極めて重要なのは、流体が正確に計量供給されることができることである。

本発明の目的は、単純な形式で流体インジェクタを較正することを可能にする、燃料インジェクタ及び燃料インジェクタを製造するための方法を提供することである。

この目的は独立請求項の特徴によって達成された。発明の有利な実施形態は従属請求項に示されている。

流体インジェクタに関する本発明は、ハウジングと、弁体と、ハウジングに挿入されたアクチュエータユニットとを備えた流体インジェクタを特徴とする。弁体は、ニードルを収容する凹所を備えたカートリッジを有する。弁体はさらに、ニードルに対して定置に配置された、第１のばね当接部を形成する中空ボディを有している。弁体はさらに、カートリッジを収容し、第２のばね当接部を形成する弁キャップを有する。戻しばねは、一方では第１のばね当接部に、他方では第２にばね当接部に当接する。弁キャップと、ハウジングと、カートリッジとは、弁キャップとハウジング、及び弁キャップとカートリッジとが互いに永久に固定される前に、弁キャップがハウジング及びカートリッジに対して可動であるのに対し、ハウジング及びカートリッジが互いに定置のままであるように形成されている。ハウジング及びカートリッジに対して弁キャップを移動させることによって、戻しばねのプリテンションは容易に設定されることができ、これによって、流体インジェクタの流体流れ特性が容易に較正されることができる。

流体インジェクタを製造するための方法に関する発明はさらに、弁キャップを移動させることによって流体インジェクタの流体流れ特性を較正し、較正の後にハウジング及びカートリッジに対して弁キャップを永久に固定するステップを特徴とする。これによって、戻しばねのプリテンションは、較正プロセスの間に、流体インジェクタを分解する必要なしに変更されることができる。較正プロセスの間にハウジング及びカートリッジに対して弁キャップが、回転運動なしに直進方向で移動させられると、ニードル及びカートリッジの回転位置が同じのままであることが容易に保証されることができる。このことは、研削プロセスによって整合させられた、ニードル及びカートリッジの領域が整合したままであることを保証し、このことは、流体インジェクタの作動中にコークスの発生を回避する。

流体インジェクタの有利な実施形態において、弁キャップは、弁キャップとカートリッジとの間の結合部をシールする第１のシールエレメントを有している。これによって、弁キャップがハウジングとカートリッジとに永久に固定される前に弁キャップとカートリッジとの間の結合部の領域に実質的に漏れが生じないことが保証されることができる。このように、流体インジェクタの較正プロセスは極めて正確に行われることができる。

流体インジェクタの別の有利な実施形態において、ハウジングは、ハウジングと弁キャップとの間の結合部をシールする第２のシールエレメントを有している。これによって、弁キャップがハウジングに永久に固定される前にハウジングと弁キャップとの間の結合物の領域において実質的に漏れが生じないことが容易に保証されることができる。このように、流体インジェクタの較正プロセスは極めて正確に行われることができる。それに加え、例えば溶接であることができる永久固定プロセスによってハウジングと弁キャップとの間の結合部にシールを提供することは不要である。

流体インジェクタの別の有利な実施形態において、弁キャップはねじ山を有しており、ハウジングは対応するねじ山を有しており、弁キャップはハウジングのねじ山に螺合させられる。これにより、ハウジングに対する弁キャップの軸方向位置は、較正プロセスの間に正確に変化させられることができる。これに関して、較正プロセスの間に、カートリッジ及び好適にはハウジングが工具によってその回転位置に固定されるならば有利である。これによって、ニードルとカートリッジとの回転位置は同じままであることが容易に保証されることができる。このことは、研削プロセスによって整合させられた、ニードルとカートリッジとの領域が整合されたままであり、このことは、流体インジェクタの作動中におけるコークスの蓄積を回避することを保証する。
本発明の典型的な実施形態は概略的な図面の助けを用いて以下に説明される。これらは以下の通りである：
図１は、流体インジェクタ、
図２は、図１による分解された流体インジェクタの部品、
図３は、図１による流体インジェクタの別の実施形態。

種々異なる例示に出現する同じ設計及び機能のエレメントは同じ参照符号によって明らかにされている。

内燃機関のための流体インジェクタとして使用される流体インジェクタ（図１）は、ハウジング１と、弁体２と、アクチュエータユニット３と、燃料コネクタ４と、熱補償装置５とを有している。燃料コネクタ４は、内燃機関の高圧燃料チャンバに接続されるように設計されており、この高圧燃料チャンバに、燃料が高圧下で、例えば約２００ｂａｒの圧力下で貯蔵されている。

ハウジング１は管状である。燃料コネクタ４は、ハウジング１の自由端部のうちの一方においてハウジング１に固定されている。熱補償装置はハウジング５に挿入されており、アクチュエータユニット３と接触している。アクチュエータユニット３は、好適な実施形態においては、提供される制御信号に応じて軸方向長さが変化するピエゾアクチュエータを含む。しかしながら、アクチュエータユニット３は、その目的のために当業者に知られている別のタイプのアクチュエータをも含む。このようなアクチュエータは例えばソレノイドであることができる。

流体インジェクタはさらに弁体２を有する。弁体２は、凹所２１１を備えたカートリッジ２１を有しており、凹所はカートリッジ２１を軸方向に貫通している。ニードル２２はカートリッジ２１の凹所２１１に収容されている。凹所２１１の自由端部のうちの一方において噴射ノズル２１３が形成されており、この噴射ノズルはニードル２２の軸方向位置に応じて開閉される。

弁体はさらに、例えば圧着によってニードルに好適には永久に固定された中空ボディ２３を有している。中空ボディ２３は戻しばね２５のための第１のばね当接部２３１を形成している。弁キャップ２６は第２のばね当接部２６１を形成している。戻しばね２５は第１及び第２のばね当接部２３１，２６１の間においてプリテンションされている。戻しばね２５がプリテンションされる形式は以下により詳細に説明される。

弁キャップ２６はカートリッジ２１の少なくとも部分を収容している。流体インジェクタが完全に組み立てられると、カートリッジ２１と弁キャップ２６とは永久に互いに固定される。これらは、溶接、好適にはレーザ溶接によって、好適には互いに固定される。これに対して、弁キャップ２６はハウジング１に固定されている。固定は好適には溶接、特にレーザ溶接によって行われる。

燃料は燃料コネクタ４からアクチュエータユニット３の周囲を通って噴射ノズル２１３に向かって案内される。噴射ノズル２１３が開閉されるかどうかを決定するニードル２２の軸方向位置は、戻しばね２５とアクチュエータユニット３との間の力平衡に依存する。流体インジェクタは、通常は閉鎖されるように設計されており、これは、アクチュエータユニット３に制御信号が提供されないと、ニードルが座部に押し付けられ、これによって噴射ノズル３を閉鎖することを意味する。アクチュエータユニットに個々の制御信号が提供されると、アクチュエータユニットの軸方向長さが変化し、これによって、噴射ノズル２１３がニードル２２によって開閉されるかどうかを制御する。

流体インジェクタの製造プロセスの間に、燃料コネクタ４と、熱補償装置５と、アクチュエータユニット３とがハウジング１に挿入される。ニードル２２はカートリッジ２１の凹所２１１に挿入される。その後、中空ボディ２３は所定の軸方向位置においてニードル２２に固定される。この実施形態では、中空ボディ２３はニードル２２に圧着される。戻しばね２５は、中空ボディ２３に押し付けられ、中空ボディの第１のばね当接部２３１に当接する。ニードル２２はアクチュエータユニット３と接触させられる。好適には、ベローズが、一方の自由端部においてアクチュエータユニット３に、他方の自由端部においてニードル２２に溶接される。その後、弁キャップ２６は、ハウジング１のガイド１１に着座する、カートリッジ２１に対する所定の軸方向位置に到達するまでカートリッジ２１に押し付けられる。次いで、弁キャップ２６は、ハウジング１とカートリッジ２１とが互いに一定の位置に位置しながらハウジング１とカートリッジ２１とに対して軸方向に移動させられることができる。弁キャップ２６が、好適にはＯリングである第１のシールエレメント２７を有していると、弁キャップ２６とカートリッジ２１との極めて緊密な結合が得られることができる。第１のシールエレメント２７は、弁キャップ２６とカートリッジ２１とが互いに接触する領域において弁キャップ２６とカートリッジ２１との間の結合部をシールする。それに加えて、ガイド１１の領域においてハウジングには第２のシールエレメント２８が配置されている。これによって、ハウジング１と弁キャップ２６との間の結合は緊密にシールされる。

流体インジェクタは次の工程において、流体供給部に接続され、所定の圧力下の流体、特に燃料が供給される。次いで、アクチュエータユニット３に個々の制御信号が提供され、流体インジェクタによって計量供給される燃料の量が測定されることができる。流体の実際に供給された量が、供給される流体の目標量に対応しないならば、弁キャップの軸方向位置が変化させられる。その後、アクチュエータユニット３に再び制御信号が提供され、次いで流体インジェクタによって計量供給される流体の量が再び測定され、所望の燃料量と比較される。弁キャップ２６の軸方向位置を次々に変化させることによって、流体インジェクタが正しい流体量を計量供給するまでこれらの工程が繰り返される。弁キャップ２６の軸方向位置を変化させることによって、戻しばね２６のプリテンションが調節され、これによって、流体インジェクタの流体流れ特性が較正される。

実際に計量供給される流体を測定し、これを所望の計量供給される流体と比較する代わりに、流体インジェクタのその他の物理的特性が測定され、較正プロセスの間に個々の所望の値と比較されることもできる。

較正プロセスの間、弁キャップ２６は、カートリッジ２１及び好適にはハウジング１に対する回転移動なしに直進方向でハウジング１及びカートリッジ２１に対して移動させられる。これによって、ニードル２２及びカートリッジ２１が互いに対する相対的な回転位置を変化させることが効果的に回避される。この相対的な回転位置を保つことは望ましい。なぜならば、カートリッジ２１及びニードルは、好適には、製造プロセスの前の工程において、ニードル及びカートリッジの外部円錐輪郭が正確に整合されるように、一緒に研削されているからである。このことは、コークスの蓄積を回避する。ニードル２２とカートリッジ２１との間の相対的な回転移動は、円錐形の外部領域の領域がもはや整合されなくさせ、このことは次いで、コークスの蓄積を支持する。

流体インジェクタの流体流れ特性が較正された後、弁キャップ２６はハウジング及びカートリッジに永久に固定される。これは好適には溶接、特にレーザ溶接によって達成される。溶接は、弁キャップ２６と、ハウジング１及びカートリッジ２１それぞれとの間の結合部を緊密にシールするようになっているか、又は択一的に、既にシールエレメント２７及び／又は２８によって長寿命の緊密なシールが保証されることができるならば、円周の部分のみが溶接されることができる。

流体インジェクタの別の実施形態（図３）において、弁キャップはねじ山２６２を有しており、ハウジング１は対応するねじ山１２を有しており、弁キャップ２６はハウジング１のねじ山１２に螺合させられる。

較正プロセスの間、弁キャップ２６は、弁キャップ２６をハウジング１内へねじ込むことによって直進方向でハウジング１及びカートリッジ２１に対して移動させられる。好適にはカートリッジ及び好適にはハウジングは、較正プロセスの間、工具によって回転位置において固定されている。これによって、ニードル２２及びカートリッジ２１が互いに対する相対的な回転位置を変化させることが効果的に回避される。この相対的な回転位置を保つことは望ましい。なぜならば、カートリッジ２１及びニードルは好適には、ニードル及びカートリッジの外部円錐輪郭が正確に整合させられるように、製造プロセスの前の工程において、一緒に研削されているからである。製造するためのプロセスは、それぞれ流体インジェクタの第１の実施形態のためのものに対応する。

流体インジェクタの単純な実施形態において、第１及び第２のシールエレメント２７，２８が設けられていなくても実質的に結合部を通る漏れが生じないことが保証されるようにハウジング１と、カートリッジ２１と、弁キャップ２６とが精密に製造されているならば、第１及び／又は第２のシールエレメント２７，２８は省略されることができる。較正プロセスの間に僅かな流体の漏れが許容される場合にもシールエレメントは省略されることができる。別の択一的な実施形態において、カートリッジ２１が第１のシールエレメント２７を有している及び／又は弁キャップ２６が第２のシールエレメント２８を有している。

流体インジェクタを示している。 図１による分解された流体インジェクタの部品を示している。 図１による流体インジェクタの別の実施形態を示している。

符号の説明

１ ハウジング、 ２ 弁体、 ３ アクチュエータユニット、 ４ 燃料コネクタ、 ５ 熱補償装置、 １１ ガイド、 １２ ねじ山、 ２１ カートリッジ、 ２１１ 凹所、 ２１３ 噴射ノズル、 ２２ ニードル、 ２３ 中空ボディ、 ２３１ 第１のばね当接部、 ２６１ 第２のばね当接部、 ２５ 戻しばね、 ２６ 弁キャップ、 ２６２ ねじ山、 ２７ 第１のシールエレメント、 ２８ 第２のシールエレメント

Claims (5)

1. ハウジング（１）と、弁体（２）と、ハウジングに挿入されたアクチュエータユニット（３）とを備えた流体インジェクタにおいて、弁体（２）に、
   ニードル（２２）を収容する凹所（２１１）を備えたカートリッジ（２１）が設けられており、
   ニードル（２２）に対して定置に配置されていて、第１のばね当接部（２３１）を形成した中空ボディ（２３）が設けられており、
   カートリッジ（２１）を収容していて、第２のばね当接部（２６１）を形成した弁キャップ（２６）が設けられており、
   一方では第１のばね当接部（２３１）に、他方では第２のばね当接部（２６１）に当接した戻しばね（２５）が設けられており、
   弁キャップ（２６）と、ハウジング（１）と、カートリッジ（２１）とが、弁キャップ（２６）とハウジング（１）及び弁キャップ（２６）とカートリッジ（２１）とが互いに永久に固定される前に弁キャップ（２６）がハウジング（１）及びカートリッジ（２１）に対して可動であるのに対してハウジング（１）とカートリッジ（２１）とが互いに対して定置に位置しているように形成されていることを特徴とする、流体インジェクタ。
2. 弁キャップ（２６）又はカートリッジ（２１）が、弁キャップ（２６）とカートリッジ（２１）との間の結合部をシールする第１のシールエレメント（２７）を有している、請求項１記載の流体インジェクタ。
3. ハウジング（１）又は弁キャップ（２６）が、ハウジング（１）と弁キャップ（２６）との間の結合部をシールする第２のシールエレメント（２８）を有している、請求項１又は２記載の流体インジェクタ。
4. 弁キャップ（２６）がねじ山（２６２）を有しており、ハウジング（１）が対応するねじ山（１２）を有しており、弁キャップ（２６）がハウジングのねじ山に螺合させられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の流体インジェクタ。
5. ハウジング（１）と、弁体（２）と、ハウジング（１）に挿入されたアクチュエータユニット（３）とを備えた流体インジェクタを製造するための方法において、弁体（２）に、
   ニードル（２２）を収容する凹所（２１１）を備えたカートリッジ（２１）が設けられており、
   ニードル（２２）に対して定置に配置されていて、第１のばね当接部（２３１）を形成した中空ボディ（２３）が設けられており、
   カートリッジ（２１）を収容していて、第２のばね当接部（２６１）を形成した弁キャップ（２６）が設けられており、
   一方では第１のばね当接部（２３１）に、他方では第２のばね当接部（２６１）に当接した戻しばね（２５）が設けられており、
   弁キャップ（２６）と、ハウジング（１）と、カートリッジ（２１）とが、弁キャップ（２６）とハウジング（１）及び弁キャップ（２６）とカートリッジ（２１）とが互いに永久に固定される前に弁キャップ（２６）がハウジング（１）及びカートリッジ（２１）に対して可動であるのに対してハウジング（１）とカートリッジ（２１）とが互いに対して定置に位置するように形成されており、
   −弁キャップ（２６）を移動させることによって流体インジェクタの流体流れ特性を較正し、その後に、
   −弁キャップ（２６）をハウジング（１）及びカートリッジ（２１）に永久に固定するステップを含むことを特徴とする、流体インジェクタを製造するための方法。

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