JP2009520148A - 電磁作動式の弁 - Google Patents

Abstract

本発明による燃料噴射弁、特に内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁は、以下の構成により優れている。すなわち、電磁回路が、コア（２）と、電磁コイル（１）と、該電磁コイル（１）の巻成体を収容するコイル枠体（３）と、アーマチュア（２７）とが設けられており、該アーマチュア（２７）が、固定の弁座と協働する弁閉鎖体（２１）を作動させ、かつ電磁コイル（１）の励磁された状態でコア（２）に引き付けられるようになっており、さらにアーマチュア側の磁束案内エレメント（１６）とが設けられている。コア（２）とアーマチュア側の磁束案内エレメント（１６）との間の磁気的な分離が確保されるようにコイル枠体（３）が形成されかつ配置されている。この燃料噴射弁は、特に、混合気圧縮型の火花点火式の燃料噴射装置における使用のために適している。

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の電磁作動式の弁、特に内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁であって、弁長手方向軸線と、コアと、電磁コイルと、該電磁コイルの巻成体を収容するコイル枠体と、アーマチュアとが設けられており、該アーマチュアが、固定の弁座と協働する弁閉鎖体を作動させ、かつ電磁コイルの励磁された状態でコアに引き付けられるようになっており、さらにアーマチュア側の磁束案内エレメントが設けられている形式のものに関する。

図1には、公知先行技術に基づき公知の燃料噴射弁が図示されている。この燃料噴射弁は、内側の金属製の流れ案内部分を成すと同時に、ハウジング構成部分を成す、３つの部分から成るクラシカルな構造を有している。この内側の弁管は、内側磁極を形成する流入管片と、非磁性の中間部分と、弁座を収容する弁座支持体とから形成されている。この燃料噴射弁は実施例の説明において図１に付き詳しく説明されている。

ドイツ連邦共和国特許公開第４４２１９３５号明細書により、燃料噴射弁の形のこのような電磁作動式の弁が既に公知である。内側の弁管が、噴射弁全体の基本骨格を形成している。この弁管は、全体が３つの個別構成部分から成っていて、重要な支持機能を有している。非磁性の中間部分は、溶接シームによって流入管片にも、弁座支持体にも密に固く結合されている。電磁コイルの巻成体は、プラスチックから成るコイル枠体内に導入されている。このコイル枠体は周方向で、内側磁極として働く流入管片の一部を取り囲むと同時に、中間部分をも取り囲んでいる。互いに当接する構成部分、つまりアーマチュアおよび／または内側磁極には、耐摩耗性の層を被着する前に、楔状の表面が設けられている。この表面は最適の磁気特性およびハイドロリック特性に相応して、その都度可変に製造可能である。楔状の表面によって形成された環状のストッパ区分は、規定された当接面幅もしくは接触幅を有していて、この当接面幅もしくは接触幅は全寿命にわたって十分に一定のままとなる。なぜならば、連続運転時に当接面摩耗生じても接触幅の拡大が生ぜしめられないからである。軸方向に運動可能なアーマチュアの案内は、中間部分の内側の案内面によって保証される。

発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による電磁操作式の燃料噴射弁、すなわちコアとアーマチュア側の磁束案内エレメントとの間の磁気的な分離が確保されるようにコイル枠体または該コイル枠体により取り囲まれた挿入部分が形成されかつ配置されていることを特徴とする電磁作動式の弁には次のような利点がある。すなわち、非磁性の中間部分を不要にすることができるので、弁の簡単化された廉価な組立てが実現可能となる。コイル枠体が、付加的に電磁回路における磁気的な分離の機能を引き受けると共に、電磁コイルの領域における安定性を高めるので有利である。熱ゆがみの欠点を有する溶接のような材料接続式の接合方法は用いられない。それどころか、簡単かつ極めて確実に、かつ信頼性良く形成可能である、特に有利なプラスチック・金属プレス結合部を使用することができる。本発明による配置は公知の解決手段と比較して、固体伝搬音の低減、ひいては騒音発生の低減という利点を有している。

請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の電磁作動式の弁、特に燃料噴射弁の有利な改良および改善が可能である。

コアとアーマチュア側の磁束案内エレメントとが、コイル枠体内もしくは該コイル枠体により取り囲まれた、場合によっては該コイル枠体に結合された挿入部分内への圧入によって固定されていると特に有利である。この場合、コイル枠体もしくは挿入部分と、コアならびに磁束案内エレメントとのオーバラップ領域に鋸歯に似た構造体が設けられていると、プラスチック・金属プレス結合部を、特に確実にかつ信頼性良く形成することができる。コアおよび磁束案内エレメントが、コイル枠体内もしくは該コイル枠体により取り囲まれた挿入部分内に圧入された状態では、コアもしくは磁束案内エレメントに設けられた鋸歯に似た構造体が、プラスチックに侵入しかつこのプラスチックが緩和することにより、鋸歯に似た構造体はコイル枠体または該コイル枠体により取り囲まれた挿入部分に設けられた直接に向かい合って位置する面に対応している。

さらに、アーマチュアのための案内領域が、直接にコイル枠体または挿入部分に設けられていると有利である。

図面
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。図１は、公知先行技術による電磁作動式の弁の例として燃料噴射弁を示す断面図であり、図２は、本発明によるコイル枠体の２つの実施例を、図１のＩＩで示した部分の拡大図で示す図であり、図３は、付加的な挿入部分を有する本発明によるコイル枠体の別の２つの実施例を、図１のＩＩＩで示した部分の拡大図で示す図であり、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿ったコイル枠体および挿入部分の断面図である。

実施例の説明
図１に例示的に図示された電磁作動式の弁は、混合気圧縮型の火花点火式内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁として構成されている。この燃料噴射弁は、電磁コイル１により取り囲まれた、燃料流入管片および内側磁極として働くコア２を有している。このコア２は、たとえば管状に形成されていて、その全長にわたって一定の外径を有している。半径方向に段付けされたコイル枠体３は、電磁コイル１の巻成体を収容していて、コア２と相まって、電磁コイル１の領域における燃料噴射弁のコンパクトな構造を可能にしている。

コア２の下側のコア端部９には、弁長手方向軸線１０に対して同心的に、金属製でかつ非磁性の管状の中間部分１２が、たとえば溶接によって密に結合されている。この場合、中間部分１２はコア端部９を部分的に軸方向で取り囲んでいる。段付けされたコイル枠体３が、コア２に部分的に被さっている。この場合、大小異なる直径のうち、大径を有する段部１５が、中間部分１２に少なくとも部分的に軸方向で被さっている。コイル枠体３と中間部分１２との下流側には、管状の弁座支持体１６が延びている。この弁座支持体１６は中間部分１２に固く結合されている。弁座支持体１６内には、長手方向孔１７が延びており、この長手方向孔１７は弁長手方向軸線１０に対して同心的に形成されている。長手方向孔１７内には、たとえば管状の弁ニードル１９が配置されている。この弁ニードルの下流側の端部２０は、ボール状の弁閉鎖体２１に、たとえば溶接によって結合されている。弁閉鎖体２１の周面には、燃料を傍らに通して案内するための、たとえば５つの平坦部２２が設けられている。

燃料噴射弁の操作は、公知の方法で電磁式に行われる。弁ニードル１９を軸方向に運動させ、ひいては戻しばね２５のばね力に抗して噴射弁を開放するか、もしくは噴射弁を閉鎖するためには、電磁コイル１と、コア２と、アーマチュア２７とを有する電磁回路が働く。アーマチュア２７は、弁ニードル１９の、弁閉鎖体２１とは反対の側の端部に、溶接シーム２８によって結合されており、コア２に向けて位置調整されている。弁座支持体１６の、コア２とは反対の側の下流側に位置する端部には、長手方向孔１７内で、固定の弁座を有する円筒体の弁座体２９が、溶接によって密に組み付けられている。

アーマチュア２７を有する弁ニードル１９が弁長手方向軸線１０に沿って軸方向運動を実施する際に弁閉鎖体２１を案内するには、弁座体２９に設けられた案内開口３２が役立つ。ボール状の弁閉鎖体２１は、弁座体２９に設けられた、流れ方向に円錐台形状に先細りになっている弁座と協働する。弁座体２９の、弁閉鎖体２１とは反対側の端面は、たとえばポット状に形成された噴射孔付き板３４に同心的に固く結合されている。この噴射孔付き板３４の底部には、浸食加工（Erodieren）または打抜き加工によって加工成形された少なくとも１つの、たとえば４つの噴射開口３９が延在している。

ポット状の噴射孔付き板３４を備えた弁座体２９の押し込み深さにより、弁ニードル１９のストロークの前調節が規定される。この場合、弁ニードル１９の一方の終端位置は、電磁コイル１が励磁されていない状態で、弁座体２９の弁座に対する弁閉鎖体２１の当付けによって規定され、弁ニードル１９の他方の終端位置は、電磁コイル１が励磁された状態で、コア端部９におけるアーマチュア２７の当付けによって規定される。

コア２に設けられた、弁長手方向軸線１０に対して同心的に延びる流れ孔４６内に押し込まれた、たとえば丸められたばね鋼薄板から加工成形された調節スリーブ４８は、この調節スリーブ４８に接触した戻しばね２５のばねプリロード（ばね予荷重）を調節するために働く。戻しばね２５は、調節スリーブ４８とは反対の側で弁ニードル１９に支持されている。この燃料噴射弁は、この燃料噴射弁を取り囲むように射出成形されたプラスチック射出成形体５０によって十分に取り囲まれている。このプラスチック射出成形体５０には、たとえば一緒に一体射出成形された電気的な接続コネクタ５２が所属している。コア２の流れ孔４６の、流入側の端部５５には燃料フィルタ６１が突入している。燃料フィルタ６１は、そのサイズに基づいて噴射弁内で閉塞や損傷を惹起する恐れのあるような燃料成分の濾別を行う。

図２には、本発明によるコイル枠体３の第１の実施例および第２の実施例が、図１の部分ＩＩの拡大図で図示されている。プラスチックから成る本発明によるコイル枠体３は、該コイル枠体３が公知の中間部分１２の機能を引き受けることを特徴としている。図２の右側には、コイル枠体３の第１の実施例が図示されている。このコイル枠体３は段付けされた内側開口６２を有している。コイル枠体３とコア２もしくは弁座支持体１６との、少なくともある程度のオーバラップ領域では、コイル枠体３の内壁が内側開口６２の領域で、少しだけ内方へずらされた、十分に平坦な表面を持って加工成形されている。コイル枠体３のこの表面は、コア２のコア端部９もしくは弁座支持体１６の上側の端部に設けられた鋸歯状に設計された構造体６３と対応している。コア２も、弁座支持体１６も、コイル枠体３との固い結合を形成するためにコア枠体３の内側開口６２内に圧入され、しかもこの場合、これらの構造体６３がコイル枠体３の表面にそれぞれ固く確実に、かつ回転位置固定されてフック式にかつアンカ式に固定されるように圧入されている。金属製の構成部分、つまりコア２および弁座支持体１６に設けられた鋸歯に似た構造体６３は、コイル枠体３のプラスチック内に侵入し、その後にプラスチックが応力緩和する。コア２と弁座支持体１６とに設けられた対応する段部６４によって、コイル枠体３内へのコア２および弁座支持体１６の圧入深さを規定することができる。この段部６４のところで、コア２および弁座支持体１６は圧入された状態で接触する。弁座支持体１６の代わりに、ノズルボディまたはアーマチュア側の磁束案内エレメントの形の金属製の別の構成部分が配置されていてもよく、この場合、この構成部分がコイル枠体３内に圧入される。

弁ニードル１９に固く結合された、軸方向可動のアーマチュア２７（図２および図３には図示せず）の案内は、図２の右側に示した実施例では、たとえばコイル枠体３に設けられた半径方向内側に突出している案内つば６５によって行われる。この案内つば６５は、コイル枠体３の軸方向の延在長さにわたって見て、２つの構造体６３の間に位置している。したがって、コイル枠体３の案内つば６５は、コア２のコア端部９と、弁座支持体１６との間のギャップ６６内に突入して延びている。アーマチュア２７をその軸方向運動時に確実に取り囲むことができるようにするために、案内つば６５は弁座支持体１６の長手方向孔１７の直径よりも少しだけ小さい内径を有している。これとは異なり図２の左側に図示の実施例では、軸方向可動のアーマチュア２７の案内が、たとえば弁座支持体１６の上側の端部に設けられた半径方向内側に突出している案内つば６７によって行われる。この実施例の場合でも、コイル枠体３の材料は、コア２のコア端部９と弁座支持体１６との間のギャップ６６内にわずかに突入して延びている。

非磁性の中間部分を不要にして、コイル枠体３自体が付加的に電磁回路における磁気的な分離の機能を付加的に引き受けて、電磁コイル１の領域における安定性を高めるので有利である。熱ゆがみの欠点を有する溶接のような材料接続式の接合方法は用いられない。

図３には、本発明によるコイル枠体３の第３の実施例および第４の実施例が図１のＩＩＩの拡大図で示されている。図２に図示された第１実施例および第２実施例に対して、図３に示した実施例は、特にコイル枠体３が２つの部分から形成されている点で特に異なっている。このためには、コイル枠体３が内側の挿入部分３ａを備えている。この挿入部分３ａは肉薄に形成されていて、コイル枠体３の段付けされた内側開口６２に対応して、同じく段付けされて適合されている。プラスチックから成る挿入部分３ａを有する本発明によるコイル枠体３は同じく、このコイル枠体３が公知の中間部分１２の機能を引き受けていることを特徴としている。図３の右側には、コイル枠体３の第３の実施例が図示されている。このコイル枠体３は段付けされた内側開口６２を有している。コイル枠体３の内側開口６２は段付けされた挿入部分３ａを収容するために平滑壁状に形成されており、これによってコイル枠体３は挿入部分３ａを取り囲んでいる。挿入部分３ａとコア２もしくは弁座支持体１６とのある程度のオーバラップ領域では、挿入部分３ａの内壁が内側開口６２ａの領域で、十分に平坦な表面を持って加工形成されている。挿入部分３ａのこの表面は、コア２のコア端部９もしくは弁座支持体１６の上側の端部に設けられた鋸歯状に設計された構造体６３と対応している。コア２も弁座支持体１６も、コイル枠体３との固い結合を形成するために挿入部分３ａの内側開口６２ａ内に圧入され、しかもこの場合、これらの構造体６３が挿入部分３ａの表面にそれぞれ固く確実に、かつたとえば回転位置固定されてフック式にかつアンカ式に固定されるように圧入されている。すなわち、金属製の構成部分、つまりコア２および弁座支持体１６に設けられた鋸歯に似た構造体６３は、挿入部分３ａのプラスチック内に侵入し、その後にこのプラスチックは応力緩和する。コア２と弁座支持体１６とに設けられた対応する段部６４によって、挿入部分３ａ内へのコア２および弁座支持体１６の圧入深さを規定することができる。この段部６４のところで、コア２および弁座支持体１６は圧入された状態で接触する。弁座支持体１６の代わりに、ノズルボディまたはアーマチュア側の磁束案内エレメントの形の金属製の別の構成部分が配置されていてもよく、この場合、この構成部分が挿入部分３ａに圧入される。

軸方向可動のアーマチュア２７の案内は、図３の右側に示した実施例では、たとえば、挿入部分３ａに設けられた、半径方向内側に突出している案内つば６５によって行われる。この案内つば６５は挿入部分３ａの軸方向の延在長さにわたって見て、挿入部分３ａの２つの構造体６３の間に位置している。したがって、挿入部分３ａに設けられた案内つば６５は、コア２のコア端部９と、弁座支持体１６との間のギャップ６６内に突入して延びている。これとは異なって図３の左側に図示した実施例では、軸方向可動のアーマチュア２７の案内が、たとえば弁座支持体１６の上側の端部に設けられた半径方向内側に突出している案内つば６７によって行われる。この実施例の場合でも、挿入部分３ａの材料はコア２のコア端部９と弁座支持体１６との間のギャップ６６内にわずかに突入して延びている。

図４には、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿ったコイル枠体３および挿入部分３ａの断面図が図示されている。挿入部分３ａは成形エレメント６９を有している。この成形エレメント６９は、たとえば突起の形で形成されていて、相対回動を防止するための回転位置固定部として働き、コイル枠体３に設けられた対応する凹部内で係止している。こうして、形状接続式の結合、つまり係合による嵌合に基づいた結合によって、コア２および弁座支持体１６に対するコイル枠体３の規定された組込み位置を保証し、かつ挿入部分３ａに対するコイル枠体３のずれ滑りを回避することができる。

本発明は、燃料噴射弁における使用に限定されるものではなく、電磁コイル１が励磁された状態で、磁束案内エレメント１６によって磁束線が、運動可能なアーマチュア２７と、位置固定されたコア２とを介して案内される、種々異なるタイプの電磁作動式の弁において使用可能である。

公知先行技術による電磁作動式の弁の例として燃料噴射弁を示す断面図である。 本発明によるコイル枠体の２つの実施例を、図１のＩＩで示した部分の拡大図で示す図である。 付加的な挿入部分を有する本発明によるコイル枠体の別の２つの実施例を、図１のＩＩＩで示した部分の拡大図で示す図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿ったコイル枠体および挿入部分の断面図である。

Claims (11)

1. 電磁作動式の弁、特に内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁であって、弁長手方向軸線（１０）と、コア（２）と、電磁コイル（１）と、該電磁コイル（１）の巻成体を収容するコイル枠体（３）と、アーマチュア（２７）とが設けられており、該アーマチュア（２７）が、固定の弁座と協働する弁閉鎖体（２１）を作動させ、かつ電磁コイル（１）の励磁された状態でコア（２）に引き付けられるようになっており、さらにアーマチュア側の磁束案内エレメント（１６）が設けられている形式のものにおいて、コア（２）とアーマチュア側の磁束案内エレメント（１６）との間の磁気的な分離が確保されるようにコイル枠体（３）または該コイル枠体（３）により取り囲まれた挿入部分（３ａ）が形成されかつ配置されていることを特徴とする、電磁作動式の弁。
2. コイル枠体（３）または該コイル枠体（３）により取り囲まれた挿入部分（３ａ）が、プラスチックから成っている、請求項１記載の電磁作動式の弁。
3. コイル枠体（３）または該コイル枠体（３）により取り囲まれた挿入部分（３ａ）が、段付けされた内側開口（６２，６２ａ）を有しており、該内側開口（６２，６２ａ）内に、コア（２）と、アーマチュア側の磁束案内エレメント（１６）とが少なくとも部分的に突入している、請求項１または２記載の電磁作動式の弁。
4. コア（２）およびアーマチュア側の磁束案内エレメント（１６）が、コイル枠体（３）内または該コイル枠体（３）により取り囲まれた挿入部分（３ａ）内への圧入によって固定されている、請求項３記載の電磁作動式の弁。
5. コイル枠体（３）もしくは挿入部分（３ａ）と、コア（２）ならびに磁束案内エレメント（１６）とのオーバラップ領域に、鋸歯に似た構造体（６３）が設けられている、請求項３または４記載の電磁作動式の弁。
6. コア（２）および磁束案内エレメント（１６）が、コイル枠体（３）内または該コイル枠体（３）により取り囲まれた挿入部分（３ａ）内に圧入された状態において、コア（２）もしくは磁束案内エレメント（１６）に設けられた鋸歯に似た構造体（６３）が、コイル枠体（３）または該コイル枠体（３）により取り囲まれた挿入部分（３ａ）に設けられた、直接に向かい合って位置する表面と対応している、請求項５記載の電磁作動式の弁。
7. アーマチュア（２７）の案内が、コイル枠体（３）または該コイル枠体（３）により取り囲まれた挿入部分（３ａ）に設けられた半径方向内側に突入した案内つば（６５）によって行われる、請求項１から６までのいずれか１項記載の電磁作動式の弁。
8. 前記案内つば（６５）が、コア（２）と磁束案内エレメント（１６）との間に形成されたギャップ（６６）内に突入して延びている、請求項７記載の電磁作動式の弁。
9. アーマチュア（２７）の案内が、磁束案内エレメント（１６）の上側の端部に設けられた、半径方向内側に突入した案内つば（６７）によって行われる、請求項１から６までのいずれか１項記載の電磁作動式の弁。
10. 挿入部分（３ａ）が、成形エレメント（６９）を介してコイル枠体（３）に位置固定され、かつ回転位置固定されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の電磁作動式の弁。
11. アーマチュア側の磁束案内エレメント（１６）が、弁座支持体またはノズルボディとして形成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電磁作動式の弁。

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