JP3509869B2 - 電磁作動式の弁に用いられる弁ニードルおよび該弁ニードルを製造するための方法 - Google Patents

電磁作動式の弁に用いられる弁ニードルおよび該弁ニードルを製造するための方法

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Description

【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、電
磁作動式の弁に用いられる弁ニードルもしくは請求項８
の上位概念部に記載の、弁ニードルを製造するための方
法から出発する。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第4008675号明細書に
基づき既に公知の、電磁作動式の弁に用いられる弁ニー
ドルは、可動子と、弁閉鎖部材と、前記可動子をたとえ
ば球状の弁閉鎖部材に結合する管状の結合部分とから成
っている。上記構成部分、つまり可動子と弁閉鎖部材と
結合部分とは、互いに別個に製造された個別構成部分を
成している。これらの個別構成部分は接合方法、たとえ
ばレーザ溶接によってはじめて互いに結合される。すな
わち、少なくとも２つの結合個所が存在している。この
場合に可動子は結合部分を半径方向では完全にかつ軸方
向では少なくとも部分的に取り囲んでいる。なぜなら
ば、この結合部分は可動子に設けられた、一貫して延び
る長手方向開口内に固定されているからである。結合部
分自体も、一貫して延びる内側の長手方向開口を有して
いる。この長手方向開口内で燃料は弁閉鎖部材の方向に
流れることができる。次いで燃料は弁閉鎖部材の近傍
で、結合部分の壁に加工成形された半径方向に延びる横
方向開口を通って流出する。すなわち、燃料流はまず弁
ニードルの内部で行われ、この弁ニードルから流出した
後でしか弁座に到達しない。
さらにドイツ連邦共和国特許第4230376号明細書に基
づき公知の、電磁作動式の弁に用いられる弁ニードル
は、可動子区分と弁スリーブ区分とから成る一体の管状
の作動部分から、射出成形およびメタルインジェクショ
ンモールディング法（MIM）による焼結によって製造さ
れる。上記作動部分は引き続き、溶接結合によって弁閉
鎖部材区分と結合される。可動子区分と弁スリーブ区分
とには、一貫して延びる内側の長手方向開口が設けられ
ており、燃料はこの長手方向開口内で弁閉鎖部材区分の
方向に流れることができる。次いで燃料は弁閉鎖部材区
分の近傍で、横方向開口を通って弁スリーブ区分から流
出する。すなわち、上記MIM法を用いる弁ニードルの製
造では、前記横方向開口を形成するために横方向スライ
ダ工具が必要となる。
発明の利点 請求項１の特徴部に記載の本発明による弁ニードルも
しくは請求項８の特徴部に記載の本発明による方法に
は、従来のものに比べて次のような利点がある。すなわ
ち、このような弁ニードルが簡単かつ廉価に製造可能と
なる。このことは本発明によれば、結合部分が弁ニード
ル区分として、深絞り成形法によって弁閉鎖部材区分と
一体に形成されており、ひいては弁ニードル区分と弁閉
鎖部材区分とから成る深絞り成形体を製造するための工
具が単純に構成され得ることにより達成される。弁ニー
ドル区分における横方向開口を形成するための横方向ス
ライダ工具は不要となる。なぜならば、燃料が弁ニード
ル区分の外側を流れるからである。
深絞り成形においては、出発材料として、適当な深絞
り成形用薄板から成る、比較的単純な平らな素材を使用
することができるので有利である。
請求項２以下もしくは請求項９以下に記載の手段によ
り、請求項１に記載の弁ニードルもしくは請求項８に記
載の、弁ニードルを製造するための方法の有利な改良が
可能となる。
深絞り成形体は可動子に設けられた内側の貫通開口に
押し込まれて、この可動子と、たとえば溶接シームを介
して固く結合されている。すなわち、弁ニードルは２つ
の構成部分からしか構成されていない。
可動子の内部に設けられた、軸方向に延びるたとえば
２つの流れ通路により、弁座の方向における燃料のスム
ーズな流れが生ぜしめられる。この流れ通路から流出し
た燃料は、弁ニードル区分の外周面に沿って変向なしに
流れることができる。
可動子の内部に流れ通路を形成する、弁ニードル区分
に設けられた圧刻部は、ばりなしに製造可能であるの
で、製造時にばりを付与される従来公知の横方向開口と
は異なり、後加工を行わなくて済むという利点が得られ
る。さらに、燃料中に連行された粒子もしくは注入され
たダストはカップ形の深絞り成形体内に沈積するので、
弁座における閉塞による非シール性が回避されるので特
に有利である。
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。第１図は、本発明による弁ニードルを備えた燃料噴
射弁を示しており、第２図は、弁ニードルの平面図を示
しており、第３図もしくは第４図は、第２図のIII−III
線もしくはIV−IV線に沿った２つの弁ニードルの断面図
を示している。
実施例の説明 第１図に例示し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に用いられる燃料噴射弁である。こ
の燃料噴射弁は、電磁コイル１によって取り囲まれた、
燃料流入管片として働く管状のコア２を有している。こ
のコア２は、たとえばその全長にわたって一定の外径を
有している。半径方向で段付けされたコイル枠体３は電
磁コイル１の巻線を収容して、コア２と相まって電磁コ
イル１の範囲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、管状の金属性の中間部材12が、たとえ
ば溶接によって密に結合されている。この中間部材12は
コア端部９を部分的に軸方向で取り囲んでいる。コイル
枠体３と中間部材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、たとえば中間部
材12に固く結合されている。弁座支持体16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。この長手方向孔
17内には、深絞り成形された管状の弁ニードル区分19を
備えた本発明による弁ニードル18が配置されている。弁
ニードル区分19の下流側の端部23には、部分的に球状の
少なくとも１つの外輪郭を有しかつ、弁ニードル区分19
と一体に形成された弁閉鎖部材区分24が設けられてい
る。この弁閉鎖部材区分24の周面には、傍らに燃料を流
過させるための、たとえば５つの平らな面取り部25が設
けられている。
燃料噴射弁の作動は公知の形式で電磁的に行われる。
弁ニードル18を軸方向で運動させ、ひいては燃料噴射弁
を戻しばね26のばね力に抗して開放するか、もしくは燃
料噴射弁を閉鎖するためには、電磁コイル１とコア２と
可動子27とを有する電磁回路が働く。管状の可動子27
は、この可動子27に押し込まれた弁ニードル区分19の、
弁閉鎖部材区分24とは反対の側の端部20に、たとえば２
つの溶接シーム28を介して固く結合されていて、コア２
の方向に向けられている。可動子27は、弁ニードル区分
19と、下流側に加工成形された弁閉鎖部材区分24とから
成る深絞り成形体31と共に、作動部材として働く弁ニー
ドル18を形成している。
弁座支持体16の、下流側に位置する、つまりコア２と
は反対の側の端部では、長手方向孔17内に、固定の弁座
30を有する円筒状の弁座ボディ29が溶接によって密に組
み付けられている。弁ニードル18を弁長手方向軸線10に
沿って軸方向に運動させる際に弁閉鎖部材区分24を案内
するためには、弁座ボディ29に設けられたガイド開口32
が働く。弁ニードル18の、球状の外輪郭を有する弁閉鎖
部材区分24は、弁座ボディ29に設けられた、流れ方向で
見て円錐台形状に先細りになった弁座30と協働する。弁
座ボディ29の、弁閉鎖部材区分24とは反対の側の端面
は、たとえばレーザによって形成された溶接シームを介
して、たとえばポット状に形成された噴射孔付板34に固
くかつ密に結合されている。この噴射孔付板34には、浸
食加工または打抜き加工によって形成された少なくとも
１つの、たとえば４つの噴射開口39が設けられている。
噴射孔付板34を備えた弁座ボディ29の押込み深さは、
弁ニードル18の行程の大きさを規定している。この場
合、電磁コイル１が励磁されていない場合の弁ニードル
18の一方の終端位置は、弁閉鎖部材区分24が弁座ボディ
29の弁座30に当接することにより規定されており、電磁
コイル１が励磁された場合の弁ニードル18の他方の終端
位置は、可動子27がコア端部９に当接することにより規
定されている。
電磁コイル１は、たとえばヨークとして形成された、
強磁性エレメントとして働く少なくとも１つの導磁性エ
レメント45によって取り囲まれている。この導磁性エレ
メント45は電磁コイル１を周方向で少なくとも部分的に
取り囲んでいる。この導磁性エレメント45はその一方の
端部でコア２に接触し、他方の端部で弁座支持体16に接
触していて、コア２もしくは弁座支持体16に、たとえば
溶接、ろう接もしくは接着によって結合可能である。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に押し込まれた調節スリーブ48は、この
調節スリーブ48に接触する戻しばね26のばねプレロード
を調節するために働く。この戻しばね26の反対の側の端
面は、管状の可動子27に設けられた内側の貫通開口50内
で弁ニードル区分19の上流側の端面49に支持されてい
る。
燃料噴射弁は、周面に射出成形されたプラスチック射
出成形体51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51はコア２を起点として軸方向で電
磁コイル１と、少なくとも１つの導磁性エレメント45と
を介して弁座支持体16にまで延びている。この場合、少
なくとも１つの導磁性エレメント45は軸方向と周方向と
において完全に遮蔽されている。このプラスチック射出
成形体51には、たとえば一緒に一体に射出成形された電
気的な接続コネクタ52が所属している。
第２図には、第１図に示した実施例による弁ニードル
18の平面図が示されている。第３図および第４図には、
それぞれ第２図のIII−III線もしくはIV−IV線に沿った
断面図で弁ニードル18の２つの実施例が示されている。
弁ニードル18のこの２つ実施例は弁閉鎖部材区分24の範
囲でのみ互いに異なっている。以下に、第２図、第３図
および第４図につき弁ニードル18の構造もしくは弁ニー
ドル18を製造するための方法を詳しく説明する。
第１の方法ステップにおいて、たとえばオーステナイ
ト鋼またはフェライト鋼から成る適当な深絞り成形用シ
ートから成る平らな素材がカップ形の成形体に変形加工
される。この方法は深絞り成形、つまり並進的な引張圧
縮変形加工法である。深絞り成形はこの場合のように、
一定の肉厚さを有する、片側の開いた回転対称的な中空
成形体を冷間変形加工するために特に適している。深絞
り成形工具（ダイス、ポンチ）の構成に応じて、弁ニー
ドル区分19と弁閉鎖部材区分24とから成るカップ形の深
絞り成形体31を既に、極めて正確な形状および寸法にも
たらすことができる。第４図に示した深絞り成形体31
は、第３図に示した深絞り成形体31よりも簡単に深絞り
成形により製造可能である。なぜならば、第４図に示し
た深絞り成形体31は、たとえば半球状シェルの形状を有
する弁閉鎖部材区分24にまで一定の内径を有しているか
らである。それに対して、第３図に示した深絞り成形体
31は、弁閉鎖部材区分24の範囲に弁ニードル区分19の内
径の拡径、ひいては外径の拡径も生じるように深絞り成
形される。これによって、弁閉鎖部材区分24の外輪郭は
半球体よりも大きな空間を占める。
次の方法ステップでは、深絞り成形体31に弁閉鎖部材
区分24の外輪郭の範囲において、互いに等間隔で配置さ
れたたとえば５つの平らな面取り部25が設けられる。こ
れらの平らな面取り部25により、弁座ボディ29のガイド
開口32において燃料は面取り部25の傍らを通って容易に
弁座30にまで流れるようになる。これらの平らな面取り
部25は弁座閉鎖部材区分24の少なくとも最大横断面にま
で延びている（これによって、はじめて燃料流が成立し
得る）が、しかし弁座30における弁閉鎖部材区分24の接
触平面にまでは達していない。このような平らな面取り
部の成形は、たとえばエンボス加工によって行われる。
この方法は、並進的な加圧変形加工法であり、この場
合、主として工具は直線的に運動する。具体的な事例で
は、ほぼ半径方向で作用する押込み力により、深絞り成
形体31の長手方向軸線60（弁ニードル18の組み込まれた
状態では弁ニードル長手方向軸線10と合致する）の方向
に向かって材料が僅かに押しのけられる。
次いで、弁ニードル区分19の、弁閉鎖部材区分24とは
反対の側の端部20に、つまりあとで可動子27の内側の貫
通開口50内に固定される端部20に、軸方向に延びるＶ字
形の、たとえば２つの圧刻部61が設けられる。この圧刻
部61は、たとえばエンボス加工によっても、ばりなしに
成形され、しかもこの場合、圧刻部61は少なくとも、あ
とで取り付けられる可動子27から下流側で突出するよう
な長さを有している。可動子27に深絞り成形体31が組み
込まれた状態において、圧刻部61は流れ通路63を形成す
る。この流れ通路63は可動子27の内壁と、弁ニードル区
分19の圧刻部61の輪郭とによって仕切られる。したがっ
て燃料はコア２に設けられた流れ孔46から到来して可動
子27にまで到達し、さらにこの可動子27の内側の貫通開
口50に流入して、弁ニードル区分19の端面49にまで到達
する。燃料は一方では少なくとも、直接的な運転開始時
ではカップ形の深絞り成形体31の内部に流入するが、他
方では主として端面49を起点とする両流れ通路63に流入
する。次いで燃料はこの流れ通路63を通って案内され
る。可動子27の、弁閉鎖部材区分24に面した端部の範囲
において、燃料は再び流れ通路63から流出して、少なく
とも部分的に深絞り成形体31の壁膜として弁座30にまで
流れる。すなわち、弁ニードル区分19における長手方向
スリットまたは横方向開口なしに、弁座30にまでの燃料
流が完全に保証される。最後に説明した２つの方法ステ
ップは時間的に逆の順序で、つまり最初の圧刻部61を成
形し、次に平らな面取り部25を成形する順序でも問題な
く実施することができ、あるいは上記２つの方法ステッ
プを同時に実施することもできる。
次の方法ステップでは、弁閉鎖部材区分24の表面処理
が行われる。この表面処理はたとえば、耐摩耗性の薄い
硬質クロム層による硬質物質被覆によって行うことがで
きる。別の理想的な被覆材料は、たとえば炭化チタン、
窒化チタンまたは炭化タングステンである。気相から硬
質物質を微細沈積させることにより被覆体を被着させる
ためには、蒸気析出法、たとえばCVD（化学蒸着）法も
しくはPVD（物理蒸着）法が普及している。表面品質が
弁閉鎖部材に課せられた品質をまだ有していない場合に
は、部分的に球状の外輪郭を有する弁閉鎖部材区分24
の、相応する精密加工（たとえばラッピング仕上げ）が
行われなければならない。
続いて、弁ニードル18を製造するための最後の方法ス
テップが行われる。深絞り成形体31は可動子27の内側の
貫通開口50に押し込まれ、次いでこの可動子27と固く結
合される。この固い結合は、可動子27の外周面からたと
えばレーザによって得られた２つの溶接シーム28を設け
ることによって得られる。両溶接シーム28は有利には正
確に互いに向かい合って位置していて、しかも深絞り成
形体31が可動子27の内壁にも接触している場所にしか、
つまり圧刻部61の外側でしか設けられていない。弁ニー
ドル18を製造するための本発明による方法は、いかなる
切削加工方法ステップも、またはばりを生ぜしめるいか
なる方法ステップもなしに、弁ニードル18が製造可能と
なるという利点を有している。
深絞り成形後に必要となる上記方法ステップは全て時
間的に必ずしも記載した順序で実施する必要はない。そ
れどころか、個々の方法ステップを少なくとも部分的に
別の時間的順序で行うか、または同時に行うこともでき
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/16 Ｆ０２Ｍ 61/16 Ｍ Ｐ Ｆ１６Ｋ 31/06 ３０５ Ｆ１６Ｋ 31/06 ３０５Ｌ (72)発明者 ドルシュ，ルートヴィヒ ドイツ連邦共和国 Ｄ―96050 バムベ ルク ローテンシュタインシュトラーセ ５ (56)参考文献 特開 平２−240476（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−107877（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−66380（ＪＰ，Ａ) 特表 平９−501480（ＪＰ，Ａ) 特表 平４−505954（ＪＰ，Ａ) 特表 平７−501377（ＪＰ，Ａ) 特表 平８−509648（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02M 51/06 F02M 61/16 F16K 31/06 305

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電磁作動式の弁、特に内燃機関の燃料噴射
    装置のための燃料噴射弁に用いられる弁ニードルであっ
    て、前記弁がコアと電磁コイルと固定の弁座とを有して
    おり、該弁座が、可動子と弁ニードル区分と弁閉鎖部材
    区分とから成る弁ニードルと協働するようになってお
    り、しかも弁ニードル区分が可動子を弁閉鎖部材区分と
    結合している形式のものにおいて、弁ニードル（18）の
    少なくとも弁ニードル区分（19）と弁閉鎖部材区分（2
    4）とが、深絞り成形によって一体の構成部分として製
    造されていることを特徴とする、電磁作動式の弁に用い
    られる弁ニードル。
  2. 【請求項２】弁ニードル区分（19）と弁閉鎖部材区分
    （24）とが、一体の深絞り成形体（31）を形成してお
    り、該深絞り成形体（31）が縦長のカップの形状を有し
    ていて、弁ニードル区分（19）自体は管状に形成されて
    いる、請求項１記載の弁ニードル。
  3. 【請求項３】弁閉鎖部材区分（24）が半球シェルの形状
    を有している、請求項１または２記載の弁ニードル。
  4. 【請求項４】前記深絞り成形体（31）の、弁閉鎖部材区
    分（24）とは反対の側の端部（20）が、少なくとも１つ
    の溶接シーム（28）を介して可動子（27）に結合されて
    いる、請求項２記載の弁ニードル。
  5. 【請求項５】弁ニードル区分（19）の、弁閉鎖部材区分
    （24）とは反対の側の端部（20）に、外周面の側から少
    なくとも１つの圧刻部（61）が加工成形されている、請
    求項１または２記載の弁ニードル。
  6. 【請求項６】弁ニードル区分（19）に設けられた少なく
    とも１つの圧刻部（61）が、Ｖ字形の形状を有してい
    て、軸方向で縦長に形成されている、請求項５記載の弁
    ニードル。
  7. 【請求項７】前記深絞り成形体（31）が、可動子（27）
    に設けられた貫通開口（50）に押し込まれた状態で、前
    記圧刻部（61）によって可動子（27）の内部に、軸方向
    に延びる少なくとも１つの流れ通路（63）が形成されて
    いる、請求項４または５記載の弁ニードル。
  8. 【請求項８】弁ニードル、特に可動子と弁ニードル区分
    と弁閉鎖部材区分とから成る、請求項１から７までのい
    ずれか１項記載の弁ニードルを製造するための方法にお
    いて、まず第１の方法ステップで薄板から成る素材を深
    絞り成形によってカップの形状にもたらし、これによっ
    て弁ニードル区分（19）と弁閉鎖部材区分（24）とを形
    成し、その後に、時間的な順序を規定しない別の方法ス
    テップ、つまり： −エンボス加工により、弁閉鎖部材区分（24）の外周面
    に平らな面取り部（25）を設け、 −弁ニードル区分（19）の、弁閉鎖部材区分（24）とは
    反対の側の端部（20）に、少なくとも１つの圧刻部（6
    1）を加工成形し、 −弁閉鎖部材区分（24）を表面処理し、 −可動子（27）と弁ニードル区分（19）との間に固い結
    合を形成する、 を実施することを特徴とする、弁ニードルを製造するた
    めの方法。
  9. 【請求項９】少なくとも１つの圧刻部（61）の加工成形
    を、エンボス加工法によって行う、請求項８記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】表面処理をCVD（化学蒸着）法もしくはP
    VD（物理蒸着）法による層の被着によって行う、請求項
    ８記載の方法。
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