JP2015507142A - 流体を調量する弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、流体を調量する弁構成群と、該弁構成群に対応して設けられた液圧式のカプラとを備え、該カプラは、ポット底部、ポット壁及びポット開口を備えたハウジングポットと、該ハウジングポット内において軸方向摺動可能に案内されていて前記ポット底部と共に液体を満たされたカプラ間隙を画定しかつ前記ポット壁と共にリング間隙を画定しているピストンと、キャップ底部（３２１）及びキャップ周壁（３２２）を備えたキャップ形のダイヤフラム（３２）とを有し、該ダイヤフラム（３２）はそのキャップ底部（３２１）で、前記ポット開口（３０３）において前記リング間隙（３４）を覆っていて、かつ前記キャップ周壁（３２２）で、ハウジングポットの前記ポット壁に被さっていて、かつ前記ピストン及び前記ポット壁にそれぞれ液体が密閉されるように固定されている、流体を調量する弁に関する。このような弁において、ダイヤフラム（３２）とピストン及びハウジングポットとの間で閉鎖された補償容積の十分に大きな容積、つまりカプラ間隙における液体容積の、圧力下で発生する容積変化を吸収することができる大きな容積を得るために、前記キャップ周壁（３２２）は、複数の弾性的な変形領域を備えており、これらの弾性的な変形領域は、周方向において連続していて半径方向内側に向かって凹んだ軸方向に延びる凹部（３９）によって形成されている。

Description

本発明は、請求項１の前段部に記載された、流体を調量する弁に関し、この場合流動する媒体に対する上位の概念である流体という表現は、気体及び液体の両方を含む概念である。

公知の燃料噴射弁（独国特許出願公開第１０２００４００２１３４号明細書）は、弁ハウジング内に収容された弁構成群内に配置されている液圧式のカプラを有している。この弁構成群は、噴射開口を制御する弁ニードルと、この弁ニードルを操作する圧電式又は磁歪式のアクチュエータとから成っている。カプラはまた、各１つのカルダン式の支持部を介して弁ニードル及びアクチュエータに摩擦力接続式に支持されている。液圧式のカプラは、温度変化に起因する弁ハウジング又は弁ニードルとアクチュエータとの伸びの差によって生ぜしめられる長さの差異を補償するために用いられる。カプラによる補償作用によって、弁ニードルとアクチュエータとの間に間隙が形成され得なくなり、かつアクチュエータの全行程を弁ニードルに対して１：１の比で伝達することが保証される。液圧式のカプラは、ポット底部、ポット周壁及びポット開口を備えたハウジングポットと、このハウジングポット内において軸方向摺動可能に案内されているピストンとを有しており、このピストンとポット底部との間には、液体を満たされたカプラ間隙が設けられ、かつピストンとポット周壁との間には、リング間隙が設けられている。リング形状の第１のダイヤフラムは、そのダイヤフラム外縁部でポット周壁に固定され、かつそのダイヤフラム内縁部でピストンに固定されており、かつポット開口においてポット周壁とピストンとの間におけるリング間隙を、液体を満たされた第１の補償室を閉鎖しながらシールしている。ポット底部の、ピストンとは反対の側に配置された第２のダイヤフラムが、ハウジングポットと共働して、液体が満たされた第２の補償室を閉鎖しており、この第２の補償室は、一方では絞り孔を介してカプラ間隙に接続され、かつ他方ではピストンを貫通する接続通路を介して第１の補償室に接続されている。例えばハイドロリックオイルである液体によってカプラ間隙及び両補償室を満たすことは、気密に閉鎖可能な充填通路を介して行われ、この充填通路は、例えば、ポット周壁に設けられた半径方向孔によって形成されており、この半径方向孔は、第１の補償室と第２の補償室との間の接続通路に開口している。

発明の開示
請求項１に記載された特徴的な構成を有する本発明による調量弁は、次のような利点を有している。すなわち本発明による調量弁では、ポット壁を少なくとも部分的に覆っている、ダイヤフラムのキャップ周壁は、その弾性的な変形領域に基づいて、圧力下において大きく変形することができる。これによって、ダイヤフラムとハウジングポットとの間に閉じ込められた補償室が、ピストンの押圧負荷時にカプラ間隙から押し出されたカプラ液を収容するのに十分な大きさの容積を有するようになる。ピストンの押圧負荷時に、ダイヤフラムの弾性変形されたカプラ周壁によって生ぜしめられる押圧力は、補償室内に貯えられた液体容量をリング間隙を介してカプラ間隙に押し戻し、かつカプラ間隙を再び増大させるのに、十分な大きさを有している。

本発明の好適な態様では、弾性的な変形領域は、周方向において互いに連続していて半径方向内側に向かって凹んだ軸方向に延びる凹部によって形成されている。これによって、必要な大きさの補償容積を備えた弾性的な変形領域を、製造技術的に簡単に実現することができる。

カプラ周壁における弾性的な変形領域によって得られる、ダイヤフラムとハウジングポットとの間における補償容積に基づいて、公知の燃料噴射弁における冒頭に述べたカプラとは異なり、ポット底部と第２のダイヤフラムとの間における第２の補償室を備えた、通常鋼から製造された第２のダイヤフラムを、省くことができる。このことは、調量弁に対する製造コストの大幅な低減を意味する。ハウジングポットのポット底部における第２のダイヤフラムを省くことによって、さらに、弁の技術的な改善や簡単化に対するさらなる構造的な可能性が得られる。

本発明の好適な態様によれば、例えばハイドロリックオイルである液体によってカプラ間隙を満たすために必要な充填開口は、単純な軸方向孔として、好ましくは段付孔として、ハウジングポットのポット底部に設けることができる。軸方向孔への、好ましくは段付孔の大径の孔部分への閉鎖体の圧入によって、充填開口は、カプラ間隙の充填後に確実に閉鎖することができる。

本発明の別の好適な態様によれば、弁構成群とハウジング部分との間又は弁構成群の２つの弁部材の間におけるカプラのカルダン式の支持は、ハウジングポットのポット底部において直に行うことができ、これによって支持部の構造的及び製造技術的な構成が、著しく単純になる。

そのために本発明の好適な態様によれば、ハウジングポットは、弁ハウジングを密閉する接続部材における端面側の中空室内に収容されており、かつポット底部と有底孔の底部との間に形成されたカルダン式の支持部を介して、接続部材に支持されており、これに対してピストンは弁構成群に堅く結合されている。

本発明の別の好適な態様によれば、カプラは、弁構成群の内部に配置されていて、各１つのカルダン式の支持部を介して弁構成群の構成エレメントに支持されており、ハウジングポットは、ポット底部と、１つの構成エレメントを形成するアクチュエータとの間に形成された第１のカルダン式の支持部を介して、アクチュエータに支持され、さらにピストンは第２のカルダン式の支持部を介して、他の構成エレメントを形成する弁ニードルに支持されている。弁構成群の２つの構成エレメントの間に、つまり弁ニードルとこの弁ニードルを操作するアクチュエータとの間に、カプラを配置する構成には、さらに次のような利点がある。すなわちこのような配置構成では、アクチュエータの電気的な接続路、つまり接続部材の領域において弁ハウジングに形成された電気的なコネクタに通じている電気的な接続路を、カプラを越えて導く必要がなくなる。これによって、カプラの外径を大きくすることができ、ひいてはダイヤフラムのキャップ周壁による圧力に起因する容積変化を、さらに著しく改善することができる。

本発明の別の好適な態様によれば、ポット底部を覆う第２のダイヤフラムがないことによって、ハウジングポットは、弁ハウジングを密閉する接続部材に堅く結合されること、好ましくは接続部材に一体に成形されることができ、これによって、弁の全体構成が製造技術的に簡単になる。この場合ピストンは、カルダン式の支持部を介して弁構成群に支持されている。

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

流体を調量する弁を示す縦断面図である。 図１のＩＩで示した部分の拡大図である。 図１に示した調量弁におけるカプラのダイヤフラムを示す側面図である。 図３の矢印ＩＶの方向からダイヤフラムを見た正面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿ったダイヤフラムの断面図である。 変化態様による液圧式のカプラを示す、図２に対応する図である。 第２実施形態による調量弁を部分的に示す側面図である。

図１に縦断面図で示された、流体を調量する弁は、例えば、内燃機関の燃料噴射装置において燃料を噴射する噴射弁として使用される。この弁は、流体を調量する弁構成群と、この弁構成群に対応して設けられた液圧式のカプラ１１とを有している。弁構成群及び液圧式のカプラ１１は、弁ハウジング１２内に収容されており、この弁ハウジング１２は、一方の端面において接続部材１３によって、かつ他方の端面において弁体１４によって、それぞれ流体が密閉されるように閉鎖されている。接続部材１３は、流体のための流入部１５を備え、弁体１４は流体のための調量開口１６を備えている。中空円筒形の流路１７は、流入部１５から調量開口１６に向かって延びていて、接続部材１３に設けられた少なくとも１つの孔１８を介して、流入部１５に接続され、かつ弁体１４に設けられた半径方向孔１９を介して、調量開口１６の上流側に位置する弁室２０に接続されている。流路１７は、外側を弁ハウジング１３２によって、かつ内側をスリーブ２１によって画定されており、このスリーブ２１は、一側で接続部材１３に、かつ他側で弁体１４にそれぞれ流体が密閉されるように固定されている。弁構成群は、調量開口１６を制御する弁ニードル２２と、弁ニードル２２を操作する圧電式又は磁歪式のアクチュエータ２３とを有している。調量開口１６を開閉するために、弁ニードル２２は閉鎖ヘッド２４を有しており、この閉鎖ヘッド２４は、弁ニードル２２に作用しかつ弁体１４に支持されている弁閉鎖ばね２５の作用下で、調量開口１６を取り囲む弁座２６に押し付けられている。給電時にアクチュエータ２３は、弁閉鎖ばね２５の力に抗して弁ニードル２２を移動させ、その結果閉鎖ヘッド２４は、外方に向かって弁座２６から持ち上がり、調量開口１６を開放する。給電のためにアクチュエータ２３は、コンタクトブリッジ２７を介して、弁ハウジング１２に一体成形されたコネクタ２８に接続されている。弁閉鎖ばね２５、アクチュエータ２３及び液圧式のカプラ１１は、スリーブ２１内に収容されている。図示の実施形態では、カプラ１１は弁構成群と接続部材１３との間において摩擦力接続式（kraftschluessig）に緊締されており、この場合アクチュエータ２３は、カルダン式の支持部４５を介して、弁ニードル２２の、閉鎖ヘッド２４とは反対側の端部に当て付けられ、かつカプラ１１は、カルダン式の支持部２９を介して接続部材１３に当て付けられている。

図２に拡大して示された液圧式のカプラ１１は、ポット底部３０１、ポット壁３０２及びポット開口３０３を備えたハウジングポット３０と、ピストン３１と、キャップ底部３２１及びキャップ周壁３２２を備えたキャップ形のダイヤフラム３２と、を有している。ピストン３１は、軸方向摺動可能にハウジングポット３０内において案内されていて、ポット底部３０１に対して、例えばハイドロリックオイルである液体を満たされたカプラ間隙３３を画定し、かつポット壁３０２に対してリング間隙３４を画定している。ダイヤフラム３２は、キャップ底部３２１で、ポット開口３０３においてリング間隙３４を覆っており、キャップ周壁３２２で、ハウジングポット３０のポット壁３０２を覆い、かつピストン３１及びポット壁３０２にそれぞれ液体が密閉されるように固定されている。これによってダイヤフラム３２とピストン３１及びハウジングポット３０との間に、補償室３５が生ぜしめられ、この補償室３５は、リング間隙３４を介してカプラ間隙３３に接続されている。液体、例えばハイドロリックオイルであるいわゆるカプラ液による、カプラ間隙３３及び補償室３５の充填は、ハウジングポット３０のポット底部３０１に設けられた充填開口３６を介して行われ、この充填開口３６は、軸方向の段付孔として形成されていて、その小径の孔部分はカプラ間隙３３に開口し、大径の孔部分は、閉鎖栓体３７を収容するために使用される。図２から分かるように、ポット壁３０２を覆うキャップ周壁３２２は、ハウジングポット３０のポット壁３０２の軸方向長さの半分よりも長く延びていて、その周壁縁部において又はその近傍においてポット壁３０２に、図示の実施形態では環状の溶接シーム３８によって固定されている。

図３、図４及び図５には、キャップ形のダイヤフラム３２が側面図、正面図及び断面図で拡大して示されている。キャップ周壁３２２は、滑らかな面で形成されているのではなく、複数の弾性的な変形領域を備えており、これらの変形領域は、周方向において連続していて半径方向内側に向かって凹んだ軸方向に延びる凹部３９によって形成されている。ダイヤフラム３２が通常のように鋼から成っている場合には、凹部３９はキャップ周壁３２２に押込み加工されている。しかしながらまたダイヤフラム３２は、エラストマから製造されていてもよく、この場合には凹部３９はダイヤフラム３２の製造時に一緒に成形される。

ダイヤフラム３２のキャップ底部３２１は、中央の開口４０と、この開口４０を取り囲んでいてキャップ内部に突出するホッパ形状の底部領域４１を有している（図３及び図４）。ピストン３１の、カプラ間隙３３とは反対側の端面に、キャップ底部３２１を固定するために、ホッパ形状の底部領域４１は、ピストン３１に形成された中央の有底孔４２内に進入しており（図２）、かつこの有底孔４２内に圧入されたピン４３によってピストン３１と堅く結合されている。択一的に又は付加的に、底部領域４１は、有底孔４２内においてもピストン３１と溶接されていてよい。

ハウジングポット３０は、接続部材１３に設けられた端面を開放された中空室４４内に、遊びをもって収容されており、かつポット底部３０１と中空室底部４４１との間に形成されたカルダン式の支持部２９を介して、接続部材１３に支持されている。ピストン３１はアクチュエータ２３と堅く結合されていて、このアクチュエータ２３は、そのために軸方向に突出するピン２３１を有しており、このピン２３１は、有底孔４２から突出するピン４３の端面側における凹部に圧入されている。

温度変化によって、アクチュエータ２３と弁ハウジング１２との異なった熱膨張により、アクチュエータ２３又は弁ハウジング１２が異なった伸びを生ぜしめると、カプラ間隙３３に対するピストン３１の圧力が増大する。カプラ間隙３３における高められた圧力によって、カプラ液はカプラ間隙３３から押し退けられ、リング間隙３４を介して、ダイヤフラム３２によって閉鎖された補償室３５内に押し込まれる。押し退けられた液体の圧力によって、ダイヤフラム３２のキャップ周壁３２２における凹部３９は大きく変形し、その結果、カプラ間隙３３から押し退けられた液体は、補償室３５内に完全に収容される。温度変化の結果、カプラ間隙３３に対するピストン圧が再び低下すると、キャップ周壁３２２の変形した凹部３９は、ピストン３１の移動と同時に、液体を補償室３５からリング間隙３４を介して再びカプラ間隙３３に押し戻すのに十分な押圧力を生ぜしめる。

図６には、別の実施形態による弁が部分的に示されている。この弁が上に述べた弁と異なっているのは、ハウジングポット３０が接続部材１３と一体に形成されていて、これによってハウジングポット３０のポット底部が接続部材１３によって形成されていて、カプラ間隙３３がピストン３１と接続部材１３とによって画定されていることである。ポット底部におけるカルダン式の支持部は、省かれていて、その代わりに、アクチュエータ２３のピン２３１とピストン３１との間にカルダン式の支持部４６が設けられている。そのためにピン２３１は、丸み部を備えたヘッドで、ピストン３１における有底孔４２内に進入し、そこで摩擦力接続式に支持されている。

図７に一部を示した弁は、液圧式のカプラ１１が弁構成群の内部に、つまり弁ニードル２２とアクチュエータ２３との間において摩擦力接続式に緊締されている点において異なっている。ハウジングポット３０は、ポット底部３０１とアクチュエータ２３との間に形成されたカルダン式の支持部４７を介してアクチュエータ２３に支持されていて、かつ弁ニードル２２の、閉鎖ヘッドとは反対側の端部とピン４３との間に形成されたカルダン式の支持部４８を介して、弁ニードル２２に支持されている。図７に示すように弁構成群の内部に液圧式のカプラ１１が配置されている構成は、図１に示すように弁構成群と接続部材１３との間に液圧式のカプラ１１が配置されている構成に対して、コネクタ２８からアクチュエータ２３へのコンタクトブリッジ２７を液圧式のカプラ１１を介して導く必要がない、という利点を有している。これによって、液圧式のカプラ１１の直径を著しく大きく寸法設定することができる。図７に示した弁はその基本構造において、図１及び図２に示した弁と同じであるので、同じ部材には同一符号が付されている。

Claims (15)

1. 流体を調量する弁構成群と、該弁構成群に対応して設けられた液圧式のカプラ（１１）とを備え、
   該カプラ（１１）は、ポット底部（３０１）、ポット壁（３０２）及びポット開口（３０３）を備えたハウジングポット（３０）と、該ハウジングポット（３０）内において軸方向摺動可能に案内されていて前記ポット底部（３０１）と共に液体を満たされたカプラ間隙（３３）を画定しかつ前記ポット壁（３０２）と共にリング間隙（３４）を画定しているピストン（３１）と、キャップ底部（３２１）及びキャップ周壁（３２２）を備えたキャップ形のダイヤフラム（３２）とを有し、
   該ダイヤフラム（３２）はそのキャップ底部（３２１）で、前記ポット開口（３０３）において前記リング間隙（３４）を覆っていて、かつ前記キャップ周壁（３２２）で、前記ハウジングポット（３０）の前記ポット壁（３０２）に被さっていて、かつ前記ピストン（３１）及び前記ポット壁（３０２）にそれぞれ液体が密閉されるように固定されている、流体を調量する弁であって、
   前記キャップ周壁（３２２）は、複数の弾性的な変形領域を備えて構成されていることを特徴とする、流体を調量する弁。
2. 前記弾性的な変形領域は、周方向において互いに連続していて半径方向内側に向かって凹んだ軸方向に延びる凹部（３９）によって形成されている、請求項１記載の弁。
3. 前記ダイヤフラム（３２）は鋼から成っており、前記凹部（３９）は前記キャップ周壁（３２２）に押込み加工されている、請求項２記載の弁。
4. 前記キャップ周壁（３２２）は、前記ハウジングポット（３０）の前記ポット壁（３０２）の軸方向長さの半分を超えて延在している、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁。
5. 前記ハウジングポット（３０）の前記ポット壁（３０２）における前記ダイヤフラム（３２）の固定が、前記キャップ周壁（３２２）の周壁縁部において又は該周壁縁部の近傍において、好ましくは溶接によって行われている、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁。
6. 前記キャップ底部（３２１）は、中央の開口（４０）と、該開口（４０）を取り囲んでいてキャップ内部に進入しているホッパ形状の底部領域（４１）とを有し、前記ピストン（３１）は、端面側に設けられた中央の有底孔（４２）を有しており、前記ピストン（３１）における前記ダイヤフラム（３２）の固定が、前記有底孔（４２）における前記底部領域（４１）の固定によって、好ましくは溶接によって行われている、請求項１から５までのいずれか１項記載の弁。
7. 前記ポット底部（３０１）に、前記カプラ間隙（３３）において開口している、液体のための充填開口（３６）が設けられており、該充填開口（３６）は液体が密閉されるように閉鎖可能である、請求項６記載の弁。
8. 前記弁構成群及び前記カプラ（１１）は、弁ハウジング（１２）内に配置されていて、前記カプラ（１１）は、前記弁構成群と、前記弁ハウジング（１２）を閉鎖している接続部材（１３）との間において摩擦力接続式に緊締されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の弁。
9. 前記ハウジングポット（３０）は、前記接続部材（１３）における端面側が開放した中空室（４４）内に収容されていて、前記ポット底部（３０１）と中空室底部（４４１）との間に形成されたカルダン式の支持部（２９）を介して、接続部材（１３）に支持され、かつ前記ピストン（３１）は、前記弁構成群に堅く結合されている、請求項８記載の弁。
10. 前記弁構成群は、弁ニードル（２２）と、該弁ニードル（２２）を操作する圧電式又は磁歪式のアクチュエータ（２３）とを有しており、該アクチュエータ（２３）は、カルダン式の支持部（４５）を介して前記弁ニードル（２２）に支持され、かつ前記カプラ（１１）の前記ピストン（３１）と堅く結合されている、請求項９記載の弁。
11. 前記ハウジングポット（３０）は、前記接続部材（１３）に堅く、好ましくは一体に結合されていて、前記ピストン（３１）は、カルダン式の支持部（４６）を介して前記弁構成群に支持されている、請求項８記載の弁。
12. 前記弁構成群は、弁ニードル（２２）と、該弁ニードル（２２）を操作する圧電式又は磁歪式のアクチュエータ（２３）とを有しており、かつ該アクチュエータ（２３）は、第１のカルダン式の支持部（４７）を介して前記弁ニードル（２２）に支持され、第２のカルダン式の支持部（４６）を介して前記ピストン（３１）に支持されている、請求項１１記載の弁。
13. 前記アクチュエータ（２３）は、前記ピストン（３１）の前記有底孔（４２）に進入するピン（２３１）を有しており、かつ第２のカルダン式の支持部（４６）は、前記ピン（２３１）と前記有底孔（４２）との間において形成されている、請求項１２記載の弁。
14. 前記カプラ（１１）は、前記弁構成群において緊締されていて、各１つのカルダン式の支持部（４７，４８）を介して、前記弁構成群の１つの構成エレメントに支持されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の弁。
15. 前記弁構成群は、弁ニードル（２２）と、該弁ニードル（２２）を操作する圧電式又は磁歪式のアクチュエータ（２３）とを有しており、前記ハウジングポット（３０）は、第２のポット底部（３０１）と前記アクチュエータ（２３）との間に形成された第１のカルダン式の支持部（４７）を介して、アクチュエータ（２３）に支持され、かつ前記ピストン（３１）は、第２のカルダン式の支持部（４８）を介して前記弁ニードル（２２）に支持されている、請求項１４記載の弁。

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