JP3662019B2 - 電磁石操作式の燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載した形式の、電磁石操作式の燃料噴射弁に関する。DE3831196A1号明細書によれば、混合気圧縮外部点火式の内燃機関の燃料噴射装置のための、電磁石式に操作される噴射弁が公知である。この公知の噴射弁においては、弁座支持体と弁ニードルとが同じ材料、例えばクロム鋼より製造されている。
内燃機関の内室及び燃料の温度が上昇する場合に、弁座支持体及び弁ニードルを含む弁構造部は、ほぼ同じ高い温度を受ける。弁座支持体及び弁ニードルは同じ材料から製造されているので、２つの弁構造部はほぼ同じ熱膨張係数を有している。例えばクロム鋼においては、α＝約16x10^-6K^-1の値になる。従って、弁が加熱されると、弁座支持体の長手方向膨張と弁ニードルの長手方向膨張とは同じである。弁ニードルの弁行程は、内燃機関の温度変化においてほぼ一定である。弁が加熱されると、弁内室内において、燃料と気泡とから成る２相の流れが形成される。この２相の流れは、調量された燃料が必然的に減少し、これによって内燃機関に供給される燃料・空気混合物のいわゆる希薄化が生じる限りにおいて、不都合である。内燃機関の内室内の温度が上昇すると、その結果として、弁座支持体及び弁ニードルのために同じ熱膨張係数を有する同一の材料を使用した場合、放出された燃料量が減少されることになる。
発明の利点
これに対して、請求項１に記載された特徴を有する、本発明による燃料噴射弁は、材料を適当に選択することによって、高温の燃料内に気泡が形成されることによる、調量された燃料の貫流量減少程度が小さくされ、かつ部分的に補償されるという利点を有している。弁ニードルのために非常に小さい熱膨張係数を有する材料例えば不変鋼を使用すると有利である。不変鋼の材料は、36％のニッケル含有量を有しているという特徴があり、非常に小さい熱膨張係数α＝0.9…1.5x10^-6K^-1を有している。噴射弁の温度が上昇すると、弁ニードルは、クロム鋼より成る弁座支持体と比較して小さい熱膨張係数を有しているために、不変鋼より成る弁ニードルの膨張は小さい。これによって、この一対の材料が加熱されることによって、弁座に対する弁ニードルの行程拡大が生じる。弁ニードルの行程が拡大されることによって、弁座における行程絞り程度が減少される。温度が上昇するにつれて、燃料の貫流量は公知の弁に比較して増大する。この場合に、弁ニードルが10μｍだけ行程拡大されると、約２〜４％の貫流量増大が得られる。弁座支持体と弁ニードルとが同じ材料から製造されている噴射弁において高温の燃料内に気泡が形成されることによる、調量された燃料の減少量は、互いに著しく異なる熱膨張係数を有する種々異なる材料を選択することによる本発明の噴射弁内においては少なくされるか若しくは部分的に補償される。
請求項２以下に記載した手段によって、請求項１に記載された噴射弁の有利な実施例及び改良が可能である。弁座支持体のためにクロム鋼を使用した場合よりも、より大きい熱膨張係数を有する材料を使用することによって、さらに行程拡大が得られるようにすれば、特に有利である。このために弁座支持体は、２つの弁座支持体区分より形成されており、磁石コイルに向けられた弁座支持体区分は、磁石回路内で磁束を保証するために、従来公知のように磁石材料例えばクロム鋼より製造されており、弁閉鎖体に向けられた弁座支持体区分は、黄銅又はアルミニウム合金より成っている。この材料は、α＝18…25x10^-6K^-1の熱膨張係数を有している。弁座支持体のために２種類の材料を使用して、弁ニードルの行程をさらに拡大することによって、気泡形成によって生じる貫流量減少をさらに良好に補償することが可能である。
図面
本発明の実施例が図面に概略的に示されていて、以下に詳しく説明されている。図１は、第１実施例による燃料噴射弁の部分図を示し、図２は、第２実施例による燃料噴射弁を示す。
実施例の説明
図１には、第１実施例として、混合気圧縮外部点火式内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁の形状の弁が部分的に示されている。噴射弁は、管状の弁座支持体１を有しており、この弁座支持体１内に、弁縦軸線２に対して同心的に弁縦孔３が形成されている。この弁縦孔３内には例えば管状の弁ニードル６が配置されており、この弁ニードルは、その下流側の端部７が、例えば球状の弁閉鎖体８に接続されている。
噴射弁の操作は公知の形式で例えば電磁石式に行なわれる。弁ニードル６を軸方向で操作し、ひいては戻しばね20のばね力に抗して開放させるために若しくは噴射弁を閉鎖するために、磁石コイル10、コア11及び可動子12を有する、一部しか示されていない回路が使用される。可動子12は、弁ニードル６の、弁閉鎖体８とは反対側の端部に、第１の溶接継ぎ目14によって接続されていて、コア11に整列されている。磁石コイル10はコア11を取り囲んでおり、コア11は、詳しく示されていない燃料流入スリーブの、磁石コア10によって取り囲まれた端部を成している。燃料流入スリーブは、弁によって調量しようとする媒体（ここでは燃料）を供給するためのものである。巻芯16を有する磁石コイル10はプラスチック射出成形部17を備えていて、このプラスチック射出成形部と共に接続プラグも同時に射出成形されている。
コア11の下端部に、弁縦軸線２に対して同軸的に、金属製の管状の中間部19が例えば溶接によって接続されていて、この場合に、コア11の端部を部分的に軸方向で覆っている。中間部19はそのコア11とは反対側の端部で下側のシリンダ部分18を備えていて、このシリンダ部分18と例えば第２の溶接継ぎ目15によって気密に接続されている。しかも、可動子12に向けられた、コア11の下側の端面側35は、上側のシリンダ部分をガイドするための、中間部19のショルダ部36上に敷設されている。下流側に位置する、弁座支持体１の、コア11とは反対側の端部には、弁縦軸線２に対して同心的に延びる縦孔３内に、円筒形の弁座体25が溶接によって気密に取り付けられている。弁座体25は、コア11に向けられた側で定置の弁座26を有している。
磁石コイル10は、少なくとも１つの例えばＵ字形の強磁性部材として用いられるガイド部材30によって、周方向で少なくとも部分的に取り囲まれている。このガイド部材30はその一端部がコア11に当接し、また他端部が弁座体１に当接していて、溶接、はんだ付け又は接着によって結合されている。プラスチック射出成形部17は、少なくとも１つのガイド部材30を保持するために使用することができる。
軸方向運動中に弁閉鎖体８をガイドするために、弁座体25のガイド開口31が使用される。弁閉鎖体８とは反対側の下側の端面側32では、弁座体25が、例えば鉢状に形成された噴射孔付き円板34の底部部分33に同心的にかつ堅固に結合されているので、底部部分33の上側の端面側44は、弁座体25の下側の端面側32に当接している。弁座体25と噴射孔付き円板34との接続は、例えばレーザによって形成された環状の気密な第３の溶接継ぎ目45によって得られる。このような形式の組み立てによって、浸食又は打ち抜きによって成形された少なくとも１つ例えば４つの噴射開口46の範囲で、底部部分33が不都合に変形することは避けられる。
鉢状の噴射孔付き円板34の底部部分33には環状の保持縁部47が続いており、この保持縁部47は、軸方向で、弁座体25とは反対側に延びていて、その端部48まで円錐形に外側に湾曲されている。保持縁部47の端部48における直径は、弁座支持体１の弁縦孔３の直径よりも大きい。弁座体25の周方向直径は、弁座支持体１の縦孔３の直径よりも小さいので、縦孔３と、噴射孔付き円板34の円錐形に外側に湾曲した保持縁部47との間にだけ半径方向のプレス箇所が存在する。
弁座体25と鉢状の噴射円板付き円板34とから成る弁座部分の、縦孔３内への挿入深さは、弁ニードル６の行程の前調節を規定する。何故ならば弁ニードル６の一方の終端位置は、非励磁状態の磁石コイル10において弁閉鎖体８が弁座体25の弁座26の面に当接することによって固定されるからである。弁ニードル26の他方の終端位置は、可動子12の上側の端面側22がコア11の下側の端面側35に当接することによって規定される。弁ニードル６のこれら２つの終端位置間の経路が行程を成している。
噴射孔付き円板34の保持縁部47はその端部48が、環状で気密の第４の溶接継ぎ目49によって縦孔３の壁部に結合されている。前記すべての溶接継ぎ目14,15,45,49を設けるために、レーザ溶接法が可能である。使用された媒体、例えば燃料が、弁座支持体１と弁座体25の外周部若しくは噴射孔付き円板34の保持縁部47との間を通って噴射開口46に、又は内燃機関の吸込み導管に流入しないようにするためには、気密な溶接が必要である。
球状の弁閉鎖体８は、弁座体25の弁座26の、流れ方向で円錐台形に先細りする面と協働する。この面は、弁座支持体25の下側の端面側32とガイド開口31との間で軸方向に形成されている。ガイド開口31は、少なくとも１つの流体通路27を有しており、この流体通路27は、媒体を半径方向で縦孔３によって制限された弁内室50から、流れ方向で弁座体25の弁座26とガイド開口31との間の流れ方向に形成された環状溝52まで媒体を流過させることが可能である。この環状溝52は、弁の開放された状態で、噴射孔付き円板34内の噴射開口46と連通している。
弁座支持体１の外周面においては、下流側に存在する、磁石コイル10とは反対側に向けられた端部に、保護キャップ55が配置されていて、係止接続部56によって弁座支持体１と接続されている。この保護キャップ55は、弁座支持体１の下側の端面側57にも、また係止接続部56の上側における弁座支持体１の外周部にも当接している。シールリング58は環状溝59内に配置されており、この環状溝59の側面は、磁石コイル10側に向けられた保護キャップ55の端面側60と、半径方向外側に向けられた、弁座支持体１の面61とによって形成されていて、環状溝59の溝底部62は、弁座支持体１の外周面によって形成されている。シールリング58は、噴射弁の外周部と、図示していない弁受容部、例えば内燃機関の吸込み導管との間をシールするために使用される。
戻しばね20の、弁ニードル６とは反対側でコア11内に押し込まれている、図示していない調節スリーブの押し込み深さは、戻しばね20のばね力を規定し、ひいては弁の開閉行程中に供給される媒体流量をも規定する。
本発明による弁は、所定の熱膨張係数を有する材料を適当に選択することによって、弁が加熱された場合に、弁ニードル６の行程拡大及びひいては、従来の材料組み合わせによる公知の噴射弁で得られる媒体量に比較して、調量しようとする媒体量の増大が得られる。
一般的には、弁座支持体１及び弁ニードル６のために同じ材料、例えばクロム鋼が使用される。燃料及び内燃機関の温度が常に上昇する場合に、弁の構成部分も同様に高い温度にさらされる。弁座支持体１及び弁ニードル６は、同一の材料から製造されるので、これら２つの構成部分は、クロム鋼のための同様の熱膨張係数α＝約16x10^-6K^-1を有している。従って、弁が加熱された状態では、弁座支持体１の長手方向の膨張と弁ニードル６の長手方向の膨張とは同じである。従って弁の温度が高い場合に、弁内の弁ニードル６の行程はほぼ一定である。これは、弁が加熱された場合に、燃料と気泡とから成る２段階の流れが形成され、この２段階の流れによって、調量しようとする燃料が減少されひいては噴射された燃料量が減少されることになるので不都合である。全体的には、弁座支持体１及び弁ニードル６が同一の材料で製造されている場合に、弁及び燃料が加熱されることによって、提供される媒体流量が減少することなる。
このような作用を減少するか若しくは補償するためには、本発明に従って、弁座支持体１及び弁ニードル６のための材料を選択することが適している。図１に示した第１実施例によれば、弁座支持体１のために従来使用されていた材料である、熱膨張係数α＝16x10^-6K^-1を有するクロム鋼が使用されている。弁ニードル６のためには、例えばα＝0.9…1.5x10^-6K^-1である非常に小さい熱膨張係数を有する材料例えば不変鋼（invar steel）が使用される。不変鋼は、特別なニッケル含有量を有することを特徴としている材料である。従って36％−Ni−鋼も対象とすることができる。不変鋼の材料は、熱膨張が小さいので、しばしば測定工具のために使用される。また不変鋼の材料は非常に小さい熱膨張係数を有しているので、弁ニードル６のために不変鋼を使用すれば、弁ニードル６はクロム鋼より成る弁座支持体１に対して加熱時の膨張は小さい。従って燃料噴射弁が加熱される際に、この材料の組み合わせによって、弁座26に対する弁ニードル６のための行程が拡大される。行程拡大によって、弁座26における行程絞り部分は減少される。これによって、温度が上昇するのに伴なって、公知の弁に対して貫流する燃料量は増大する。実施例において、10μｍの行程拡大は、約２〜４の貫流量の増大を意味する。これによって、高温の燃料内での気泡形成が原因であるところの、貫流する燃料量の減少は部分的に補償される。
図１に示した実施例に対して、同一の部分若しくは同じ働きを有する部分には同一の符号が記るされている図２には、外部点火式内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁の形状の弁のための第２実施例が部分的に示されている。不変鋼から成る弁ニードル６を備えた弁を使用して、図２に示されているように、異なる材料より製造されていて異なる熱膨張係数を有する２つの弁座支持体区分（少なくとも一方が弁ニードル６よりも大きくなければならない）から弁座支持体１を製造すれば、高温の燃料内で気泡が形成されることによる貫流量の減少を補償することをさらに改良することができる。磁石コイル10側に向けられた弁座支持体区分1aは、第１実施例におけるように、α＝約16x10^-6K^-1の熱膨張係数を有するクロム鋼より成っており、これによって可動子12とガイド部材30との間の磁石コイル10を巡る磁気回路における磁束は閉鎖された状態で維持される。弁閉鎖体８の方向に続く第２の弁座支持体区分1bは、弁座支持体区分1aのための材料よりも大きい熱膨張係数を有する材料より製造される。このための材料としては、α＝18…25x10^-6K^-1を有する例えば黄銅又はアルミニウム合金を使用することができる。弁座支持体区分1a及び1bを気密に接続することは、例えば硬質はんだ付け又は抵抗溶接によって得られる。
弁座支持体１及び弁ニードル６のための使用材料の別の変化例としては、前記２つの実施例とは異なり弁ニードル６を従来公知のように例えばクロム鋼より製造することも考えられる。この実施例においても、噴射弁における公知の組み合わせの材料に対して、弁ニードル６のための行程増大を得るために、少なくとも１つの弁座支持体区分1a,1bをクロム鋼（α＝約16x10^-6K^-1）より大きい熱膨張係数を有する材料、例えばα＝18…25x10^-6K^-1の熱を有するアルミニウム合金又は黄銅より製造する必要がある。

Claims (4)

1. 電磁石操作式の弁、特に内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁であって、磁石コイルによって取り囲まれたコアと可動子とが設けられており、この可動子によって、弁座と協働する、弁ニードルに固定された弁閉鎖体が操作されるようになっており、前記弁座が弁座体に設けられていて、該弁座体が弁座支持体とは別個に構成されていて、弁座体が弁座支持体の内側の孔内に取り付けられていて、この弁座支持体内に弁ニードルが突入している形式のものにおいて、弁座支持体（１）が ２つの弁座支持体区分（1a,1b）より形成されており、 磁石コイル（10）に向けられた一方の弁座支持体区分 （1a）が磁石材料より製造されていて、弁閉鎖体（８） に向けられた他方の弁座支持体区分（1b）が、磁石コイ ル（10）に向けられた前記一方の弁座支持体区分（1a） の材料よりも大きい熱膨張係数を有する材料より製造さ れており、また、２つの弁座支持体区分（１a,1b）のう ちの少なくとも一方が、弁ニードル（６）の材料の熱膨張係数よりも大きい熱膨張係数を有する材料より製造されていることを特徴とする、電磁石操作式の燃料噴射弁。
2. 弁座支持体区分（1a,1b）が、クロム鋼、黄銅又はアルミニウム合金の材料より成っていて、弁ニードル（６）がクロム鋼の材料より成っている、請求項１記載の噴射弁。
3. 弁座支持体区分（1a,1b）がクロム鋼、黄銅又はアルミニウム合金の材料より成っていて、弁ニードル（６）が不変鋼の材料より成っている、請求項１記載の噴射弁。
4. 弁座支持体区分（1a,1b）間の接続部（５）が例えば硬質はんだ付けによって気密に形成されている、請求項１記載の噴射弁。

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