JP2009520149A - 燃料噴射弁 - 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のための燃料噴射弁は、以下の構成によりすぐれている：コア（２）と、電磁コイル（１）と、アーマチュア（２７）と、固定の弁座（３０）と協働する弁閉鎖体（２１）を有する運動可能な弁ニードル（１９）と、弁座支持体（１６）とからなる電磁回路が設けられており、弁座（３０）が弁座体（２９）に加工成形されており、該弁座体（２９）が弁座支持体（１６）内に導入されている。弁座体（２９）の外周面は、弁座支持体（１６）との固い結合を形成するために鋸歯に似た構造体（６３ｆ）を有している。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燃料噴射弁、すなわち特に内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁であって、弁長手方向軸線と、励起可能なアクチュエータと、運動可能な操作部分とが設けられており、該操作部分が、固定の弁座と協働する弁閉鎖体を有していて、前記弁座が、弁座体に加工成形されており、さらに弁座支持体が設けられていて、該弁座支持体内に前記弁座体が導入さ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る。この弁座支持体には、軸方向に運動可能な弁ニードルが配置されており、この弁ニードルはアーマチュアと、ボール状の弁閉鎖体と、アーマチュアを弁閉鎖体に結合する結合管とを有している。この弁ニードルのこれら３つの個別コンポーネントは、材料接続的な接合方法、特に溶接によって互いに固く結合されている。

ドイツ連邦共和国特許公開第４００８６７５号明細書に基づき、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。この燃料噴射弁では、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。弁座支持体内には、軸方向に運動可能な弁ニードルが配置されている。この弁ニードルはスリーブ状のアーマチュアと、ボール状の弁閉鎖体と、アーマチュアを弁閉鎖体に結合する結合管とを有している。結合管はアーマチュアと、弁閉鎖体とに溶接シームによって固く結合されている。この弁閉鎖体は、金属製の弁座体に設けられた円錐台形状に延びる弁座面と協働する。弁座体は弁座支持体に、溶接シームによって固く結合されている。

ドイツ連邦共和国特許公開第１９５０３２２４号明細書に基づいて、燃料噴射弁の形の別の電磁作動式の弁が公知である。この公知の燃料噴射弁は、弁座と協働するボール状の弁閉鎖体を有している。この弁閉鎖体は、プラスチック管の形の閉鎖体支持体に取り付けられている。それに対して、プラスチック管の、弁閉鎖体とは反対の側の端部には、アーマチュアが取り付けられている。これらの構成部分は一緒になって、軸方向に運動可能な弁ニードルを形成している。プラスチック管の下端部はざる底球面状に形成されており、この場合、この湾曲させられた切欠き内に、弁閉鎖体が、スナップ結合によって形状接続式に固持される。プラスチック管は、下側の切欠きの領域でばね弾性的に形成されている。なぜならば、保持ジョーが弁閉鎖体を取り囲んで把持しなければならないからである。ボール状の弁閉鎖体は、スチール、セラミックスまたはプラスチックから製造されていてよい。弁閉鎖体は、金属製の弁座体に設けられた円錐台形状に延びている弁座面と協働する。弁座体は溶接シームによって弁座支持体に固く結合されている。

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燃料噴射弁、すなわち弁座体の外周面が、弁座支持体との固い結合を形成するために、鋸歯に似た構造体を有していることを特徴とする燃料噴射弁には、次のような利点がある。すなわち、弁、特に弁座体の単純化された廉価な製造および自動的な組立が実現可能となる。なぜならば、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および手間のかかる形状接続式の結合技術を不要にすることができるからである。それどころか、金属製の構成部分パートナと、非金属製の構成部分パートナとの間に、簡単にかつ極めて確実に、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以下記載の手段により、請求項１記載の燃料噴射弁の有利な改良および改善が可能である。

弁座体を弁座支持体内への圧入によって固定すると特に有利である。この場合、弁座体がセラミック材料から製作されていると有利であり、これによって、燃料噴射弁の質量が減少され得る。燃料噴射弁の質量をさらに減少させるためには、閉鎖体支持体もプラスチックから製作されてよい。これらの構成部分の減じられた質量から、弁の改善された動的特性および減じられた騒音発生の利点が得られる。

弁座体と弁座支持体のオーバーラップ領域において、鋸歯に似た構造体が最適化されて形成されていると、プラスチック・セラミックプレス結合部を特に確実に信頼性良く形成することができる。セラミックの構成部分、つまり弁座体に設けられた鋸歯に似た構造体が、弁座支持体のプラスチックに侵入し、その後にプラスチックの応力緩和が行われる。

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公知の構造の燃料噴射弁を示す概略図であり、図２は、本発明による燃料噴射弁の実施例を示す図であり、図３は、本発明による構造の弁座体を示す図であり、図４は、図３に図示の弁座体を上から見た平面図である。

実施例の説明
図１には、本発明をより分かり易くするために、公知従来技術による燃料噴射弁が図示されている。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形成されている。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。電磁コイル１の巻成体は、半径方向で段付けされたコイル枠体３によって収容されている。このコイル枠体３は、コア２と相まって電磁コイル１の範囲における噴射弁のコンパクトな構造を可能にする。

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、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。弁ニードル１９は、燃料噴射弁の運動可能な操作部分を成す。

燃料噴射弁の操作は公知の形式で電磁的に行われる。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３０を有する円筒状の金属製の弁座体２９が溶接により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時を実施する際に弁閉鎖体２１を案内するためには、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、流れ方向で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に対して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）を調節するために役立つ。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。燃料噴射弁は、プラスチック射出成形被覆体５０により十分に取り囲まれている。このプラスチック射出成形被覆体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、本発明による燃料噴射弁の実施例が図示されている。この燃料噴射弁は、特に単純にかつ軽量の構造によって形成されている。このためには、この燃料噴射弁の複数の構成部分が、たとえばプラスチックまたはセラミック材料から製作されているので、燃料噴射弁の質量低減が可能になる。図１に図示の公知の燃料噴射弁では、接続コネクタ２を備えたプラスチック射出成形被覆体５０と、コイル枠体３だけが、プラスチックから形成されているのに対して、たとえば本発明の実施例では、さらに別の構成部分、つまり弁座支持体１６や弁ニードル１９がプラスチックから成形されている。それゆえに、このプラスチック射出成形被覆体は燃料噴射弁の旧来通りのプラスチック射出成形被覆体とはいえない。なぜならば燃料噴射弁の弁ハウジングを形成する複数の構成部分自体が、直接に、プラスチックから製造されているからである。プラスチックから成る接続管片５１によって、たとえば、燃料噴射弁の流入通路が形成されており、この接続管片５１は、燃料フィルタ６１を収容する。コイル枠体３は、たとえば、このコイル枠体３から一体に電気的な接続コネクタ５２が一緒に突設されるように形成されている。

弁ニードル１９は、図示されている実施例の場合、３つの個別コンポーネントから成っており、コンポーネントが一緒になって構成部材「弁ニードル１９」を形成している。たとえば旋削加工部分として形成されているアーマチュア２７は、第１の個別コンポーネントを形成しているのに対して、ボール状の弁閉鎖体２１は、弁ニードルの第２の個別コンポーネントを成している。アーマチュア２７を弁閉鎖体２１に結合する結合管２３が、閉鎖体支持体を成している。結合管２３は、たとえばプラスチック射出成形法によって製造されていて、内側の長手方向開口を有しており、この長手方向開口から複数の横方向開口が開口している。横方向開口は、オプショナルにはプラスチックまたは金属から成る篩織布８０を備えてもよい。この篩織布８０は結合管２３の射出成形プロセス中に、封入部分として一緒に取り付けられる。

アーマチュア２７の、弁座閉鎖体２１寄りの下側の端部は、「もみの木形横断面」を有する鋸歯に似た構造体６３ａを有している。この構造体６３ａは、プラスチックから成る結合管２３の、上側の拡開された端部と対応している。アーマチュア２７と結合管２３との間の固い結合を形成するためには、上記構造体６３ａを有するアーマチュア２７は、結合管２３内に圧入され、しかもこの場合、構造体６３ａが固く、確実に、かつ回転位置固定されて結合管２３の端部に、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。弁閉鎖体２１を収容するためには、結合管２３が、湾曲させられた、もしくはざる底球面状の切欠き７８を備えている。切欠き７８の湾曲させられた収容面は、理想的には、ボール状の弁閉鎖体２１の直径よりも、少しだけ小さな直径を有している。これにより、小さな接触力を加えながら弁閉鎖体２１を取り付けた後に、結合管２３と弁閉鎖体２１との間に摩擦接続的な結合が生じる。弁閉鎖体２１は結合管２３に「ルーズに」保持されるけれども、弁閉鎖体２１は結合管２３を介して、電磁コイル１の通電時に確実に信頼性良く、かつ再現可能に、弁座体２９の弁座３０から引き上げられる。中実な球体として形成された弁閉鎖体２１のための材料としては、セラミック材料、たとえばＳｉ_３Ｎ_４が挙げられる。ただし、弁閉鎖体２１は金属製であっても、セラミック製であっても、またはプラスチック製であってもよい。

アーマチュア２７に形成された、「もみの木形横断面」を有する鋸歯に似た構造体６３ａと比較可能に、燃料噴射弁の金属から成る構成部分とプラスチックから成る構成部分との間の確実な結合を形成するためにも、別の鋸歯に似た構造体６３が設けられてもよい。その場合、コア２の軸方向の両端部がそれぞれ、鋸歯に似た構造体６３ｂ，６３ｃを有している。これらの鋸歯に似た構造体６３ｂ，６３ｃの働きにより、コア２が圧入された状態で、プラスチックから成る接続管片５１に対しても、プラスチックから成るコイル枠体３に対しても確実かつ信頼性良い、固い結合が保証されている。「もみの木形横断面」を有する、２つの別の鋸歯に似た構造体６３ｄ，６３ｅが、金属製の導磁性中間部分１３に設けられている。この中間部分１３は、コイル枠体３の下方に、アーマチュア２７の軸方向の延在領域に配置されている。この環状の中間部分１３は、たとえば、横断面でＴ字形に形成されている。この場合、Ｔ字形横断面の２つの脚部は、鋸歯に似た構造体６３ｄ，６３ｅを有しており、したがってコイル枠体３と弁座支持体１６との間の固い確実な結合を生ぜしめる。中間部分１３のＴ字形横断面の半径方向外側に向いた第３の脚部は、外側の磁石構成部分を成す磁石ポット１４に結合されている。この磁石ポット１４によって電磁回路が閉じられる。

本発明によって、プラスチックから成る弁座支持体１６の下端部にはセラミック材料から成る弁座体２９が挿入されている。弁座体２９のための材料としては、セラミック材料Ｓｉ_３Ｎ_４が挙げられる。このような材料は、汎用的に使用される、鋼から成る、比較可能な大きさの構成部分の質量の約１／３の質量しか有しない。弁座体２９の外周面にも、「もみの木形横断面」と呼ぶことのできる、鋸歯に似た構造体６３ｆが形成されている。弁座体２９と弁座支持体１６との間の固い結合を形成するためには、上記構造体６３ｆを有する弁座体２９が弁座支持体１６内に圧入され、しかもこの場合、構造体６３ｆが固く、確実に、かつ回転位置固定されて弁座支持体１６の下端部に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、セラミックの構成部分、つまり弁座体２９の鋸歯に似た構造体６３ｆが、弁座支持体１６のプラスチック内に押し入り、その後にプラスチックの応力緩和が行われる。

図３には、個別構成部分として形成されている弁座体２９が拡大図で示されている。この場合、鋸歯に似た構造体６３ｆの種々異なる形成可能性が一緒に図３に図示されている。図３からは、構造体６３ｆの歯形状が、直接に尖鋭に先細りになっているか（Ｚａ）、斜めまたは直角に屈曲部を持って先細りになっているか（Ｚｂ）、または湾曲させられて先細りになっているか（Ｚｃ）、またはこれらの組合せの形で形成されてよいことが明らかである。

図４は、図３に図示の弁座体２９を上から見た平面図である。この平面図から判るように、弁閉鎖体２１を有する、軸方向可動の弁ニードル１９のための案内開口３２は複数回中断されていてよい。この場合には、案内開口３２は個別の案内区分のみを形成しており、これらの案内区分はこれらの案内区分よりも大径の流れ溝３３と交互に周方向に形成されている。これらの流れ溝３３によって燃料は弁座３０の方向にスムーズに案内され得る。唯１つの流れ溝３３しか設けられていなくてもよい。

電磁コイル１と、コア２と、中間部分３と、電磁ポット１４と、アーマチュア２７とを有する電磁回路としての、燃料噴射弁の励起可能なアクチュエータは、たとえば、圧電式または磁気ひずみ式の駆動装置として形成されていてもよい。

公知先行技術による公知の構造の燃料噴射弁を示す概略図である。 本発明による燃料噴射弁の実施例を示す図である。 本発明による構造の弁座体を示す図である。 図３に図示の弁座体を上から見た平面図である。

Claims (10)

1. 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であって、弁長手方向軸線（１０）と、励起可能なアクチュエータ（１，２，１３，１４，２７）と、運動可能な操作部分（１９）とが設けられており、該操作部分（１９）が、固定の弁座（３０）と協働する弁閉鎖体（２１）を有していて、前記弁座（３０）が弁座体（２９）に加工成形されており、さらに弁座支持体（１６）が設けられていて、該弁座支持体（１６）内に前記弁座体（２９）が導入されている形式のものにおいて、弁座体（２９）の外周面が、弁座支持体（１６）との固い結合を形成するために鋸歯に似た構造体（６３ｆ）を有していることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 弁座体（２９）が、セラミック材料、特にＳｉ_３Ｎ_４から成っている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 弁座支持体（１６）が、プラスチックから製作されている、請求項１または２記載の燃料噴射弁。
4. 弁座体（２９）が、弁座支持体（１６）内への圧入によって導入可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
5. 鋸歯に似た構造体（６３ｆ）の歯形状が、直接に尖鋭に先細りになっているか（Ｚａ）、斜めまたは直角に屈曲部を持って先細りになっているか（Ｚｂ）、または湾曲させられて先細りになっているか（Ｚｃ）、またはこれらの組合せの形で形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
6. 弁座体（２９）内に、弁閉鎖体（２１）のための案内開口（３２）が設けられており、該案内開口（３２）が、流れ溝（３３）として形成された少なくとも１つの中断部を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
7. 弁閉鎖体（２１）が、金属製の材料またはセラミック材料から成っている、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
8. 結合管（２３）が、弁ニードル（１９）の一部として、プラスチックから成る個別コンポーネントを成していて、結合管（２３）が、アーマチュア（２７）を弁閉鎖体（２１）に結合している、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
9. アーマチュア（２７）に、鋸歯に似た構造体（６３ａ）が設けられており、該構造体（６３ａ）が結合管（２３）との固い結合を形成するために該結合管（２３）内に圧入されている、請求項８記載の燃料噴射弁。
10. 弁閉鎖体（２１）が、弁ニードル（１９）の結合管（２３）にルーズにかつ付加手段なしに保持されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。

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