JP3742651B2 - 電磁操作式の弁 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、請求項１の上位概念に記載した形式の電磁操作式の弁に関する。摩耗にさらされる構成部分に耐摩耗性のコーティングを施す、電磁操作式の弁特に燃料噴射弁は種々異なるものが公知である。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第２９４２９２８号明細書によれば、可動子及びノズル体等の摩耗にさらされる部分に耐摩耗性の反磁性の材料コーティングを施すことが公知である。このようなコーティングは、弁ニードルの行程を制限するために用いられ、これによって燃料噴射弁の可動な部分に作用する残留磁気の影響は減少される。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３２３０８４４号明細書によれば同様に、燃料噴射弁の衝突面及び可動子に耐摩耗性の表面を設けることが公知である。このような表面は、例えばニッケルメめっきで付加的なコーティングを施すか、又は窒化処理することによってつまり窒素を含浸(impregnation)させることによって硬化される。
またドイツ連邦共和国特許出願公開第３７１６０７２号明細書によれば、摩耗及び侵食に特に強くさらされる、噴射弁の部分のために、薄く構成することができダイヤモンドによって後処理することができるモリブデンハードコーティング(molybdenum hard coating)を使用することも公知である。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８１０８２６号明細書によれば、非常に正確なエアギャップを得るために、少なくとも１つの衝突面を球欠状若しくは球形キャップ状(spherical cap)に形成し、この場合に衝突面の中央に、非磁性で高強度の材料より成る球形挿入体が形成されている燃料噴射弁について記載されている。
またヨーロッパ特許公開第０５３６７７３号明細書によれば同様に、可動子の円筒形の外周面及び環状の衝突面が、電気めっきによって硬質合金が施されている燃料噴射弁が公知である。クロム又はニッケルより成るコーティング層の厚さは例えば１５μｍ〜２５μｍである。電気めっきされたコーティングに従って、やや楔状の層圧分布が形成され、この場合、その外側縁部において最小の層厚が形成される。電気的に形成された層によって層厚分布は物理的にあらかじめ与えられており、ほとんど影響を受けることはない。所定の運転時間後に、衝突面は摩耗によって不都合に処理され、これによって可動子の引き込み及び突き出し時間が変化することになる。
発明の効果
請求項１に記載した特徴を有する、本発明の電磁石操作式の弁によれば、互いに衝突し合う構成部分のうちの少なくともどちらか一方が、耐摩耗性表面の形成後に衝突面が長い運転時間後においても摩耗によって不都合に拡大されることがないように構成されているので、可動な構成部分の引き込み及び突きだし時間がほぼ一定に維持されるという利点を有している。これは、互いに衝突し合う構成部分のうちの少なくとも一方が、耐摩耗性が得られる前に段付けされた表面を有していることによって得られる。このような段付けされた表面は、磁気的又は液圧的な最適性を得るために、それぞれ種々異なる状態に正確に合わせることができる。
請求項２以下に記載した手段によって、請求項１に記載した電磁操作式の弁の特に燃料噴射弁の有利な実施態様及び改良が可能である。
互いに衝突し合う構成部分のうちの少なくとも一方の表面を、座ぐり研削工具(ground counterbore)によって非常に正確に形成すれば特に有利である。これによって正確な寸法が得られる。このような非常に正確な研削工具を使用することによって、従来のものよりも狭い公差を維持することができるので、噴射弁の作動時に、可動子の引き込み時間及び特に突き出し時間の変動は非常にわずかである。
しかも楔状の可動子及び又はコアによって、液圧的な固着は避けられるので有利である。何故ならば十分平らに形成された層においても楔状性は存在するからである。衝突する構成部分のうちの少なくとも１つにおけるコーティング層は、構成部分の楔状性の一部だけを有している。
少なくとも１つの構成部分、例えば可動子の表面を楔状に構成したことによって、非常に小さい衝突領域を得るという要求を満たしつつ、非電気式で磁性の耐摩耗コーティングを施すこともできる。
互いに衝突し合う構成部分のうちの少なくともどちらか一方の衝突領域の表面を、公知の方法例えばプラズマ窒化処理又はガス窒化処理等によって硬化させることによって耐摩耗性にすれば特に有利である。
図面
図面には本発明の実施例が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は燃料噴射弁であって、図２は、噴射弁の、コア及び可動子の領域における衝突箇所の断面した部分的な拡大図であって、図３は、本発明によって形成された楔状の可動子の第１実施例であって、図４は、本発明の第２実施例による、楔状の可動子であって、図５は、本発明による楔状の可動子の第３実施例である。
実施例の説明
コア２の下側のコア端部９には、弁縦軸線１０に対して同心的に、しかも気密に、管状金属製の中間部材１２が例えば溶接によって接続されていて、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。段付けされた巻芯３は、コア２を部分的に覆っていて、直径の大きい段部１５によって中間部材１２を少なくとも部分的に軸方向で覆っている。巻芯３及び中間部材１２の下流には、管状の弁座支持体１６が延びている。この弁座支持体１６は、例えば中間部材１２に堅固に結合されている。弁座支持体１６内には、弁縦軸線１０に対して同心的に構成された縦孔１７が延びている。縦孔１７内には例えば管状の弁ニードル１９が配置されており、該弁ニードル１９は、その下流側の端部２０が、円錐形の弁閉鎖体２１に例えば溶接によって結合されている。この弁閉鎖体２１の外周部には、燃料を通過させるための例えば５つの偏平部２２が設けられている。
噴射弁の操作は公知の形式で電磁石によって行われる。弁ニードル１９を軸方向で移動させて、戻しばね２５のばね力に抗して噴射弁を開若しくは閉鎖させるために、磁石コイル１、コア２及び可動子２７による電磁石的な回路が使用される。可動子２７は、弁閉鎖体２１とは反対側における弁ニードル１９の端部と、第１の溶接シーム２８によって結合されていて、コア２に整列されている。弁座支持体１６の、下流側に存在する、コア２とは反対側の端部内における縦孔１７内には、定置の弁座を有する円筒形の弁座体２９が溶接によって気密に取り付けられている。
可動子２７と共に弁ニードル１９が弁縦軸線１０に沿って軸方向で移動する間、弁閉鎖体２１をガイドするために、弁座体２９のガイド孔３２が使用される。球状の弁閉鎖体２１は、流れ方向で円錐台形に先細りする、弁座体２９の弁座と協働する。弁座体２９は、弁閉鎖体２１とは反対側の端部で、例えば鉢状に構成された噴射孔付き円板３４と同心的に堅固に結合されている。噴射孔付き円板３４の底部には、侵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つの噴射孔３９が延びている。
噴射孔付き円板３４を備えた弁座体２９の押し込み深さは、弁ニードル１９の行程の前調節を規定する。この場合、磁石コイル１が励磁されていない状態での弁ニードル１９の一方の終端位置は、弁座体２９の弁座に弁閉鎖体２１が当接することによって規定され、これに対して磁石コイル１が励磁された状態での弁ニードル１９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って得られる。つまり、本発明によって構成された、破線の円によって示された領域内において正確に得られる。
弁縦軸線１０に対して同心的に延びる、コア２の流過孔４６内に挿入された調節スリーブ４８（例えば転造されたばね鋼薄板より製造された）は、この調節スリーブ４８に当接する戻しばね２５のプレロード（予荷重）を調節するために使用される。この戻しばね２５は、調節スリーブ４８と反対側では弁ニードル１９に支えられている。
この噴射弁はプラスチック射出成形部５０によって十分に取り囲まれており、このプラスチック射出成形部５０は、コア２から軸方向で磁石コイル１を越えて弁座支持体１６まで延びている。このプラスチック射出成形部５０には、例えば射出成形によって一緒に埋め込まれた電気式のプラグ５２が属している。
燃料フィルタ６１は、コア２の流入側の端部５５でコア２の流過孔４６内に突入していて、燃料噴射弁を詰まらせたり損傷させたりする原因となる大きい燃料成分を濾過するようになっている。
図２には、図１の破線の円で示した、弁ニードル１９の一方の終端位置の領域の拡大図が示されており、この終端位置において、可動子２７がコア２のコア端部９に当接する。公知のように、コア２のコア端部９及び可動子２７には、例えばクロムコーティング又はニッケルコーティングが電気めっきによって施される。この場合、金属のコーティング６５は、弁縦軸線１０に対して垂直に延びる端面６７にも、また可動子２７の外周面６６にも少なくとも部分的に施される。このコーティング６５は、特に耐摩耗性であって、また表面が小さいことによって、突き当たる面が液圧式に固着することを減少させるが、これを確実に避けるものではない。このコーティング６５の層の厚さは一般に１０μｍと２５μｍとの間である。
噴射弁を作動させるためには、コア２と可動子２７とが、相対的に小さい範囲内だけで、例えば可動子２７の上端面の、弁縦軸線１０とは反対側に向けられた外側の範囲内だけで衝突するようにしなければならない。この要求は、電気的なコーティングによって得られる。電気的なコーティングにおいては、コーティングしようとする部分、この実施例ではコア２及び可動子２７の縁部に磁界ラインの集中が生じ、この磁界ラインの集中によって、図２に示したような楔状のコーティング分布が得られる。塗布された楔状のコーティング６５は、噴射弁の運転時には小さい範囲内でのみ負荷を受けることになる。もちろん長時間運転時において、衝突面が規定されることはない。何故ならば数百万回の衝突によってコーティング６５の部分は削り取られ、衝突面はさらに拡大され、それによって楔状性は次第に減少されるからである。
これに対して図３には、本発明による可動子２７の、上側の端面６７の領域にある部分が図示されている。この部分は、コーティング前に又は表面の耐摩耗性を形成する前に既に、弁縦軸線１０に対して傾斜した斜めの形状を有する楔状部分７３を備えているので、可動子２７はここで楔状性を有している。可動子２７の端面６７の楔状部分７３は、図３の実施例においては内側に傾斜して延びており、この場合、端面６７の楔状部分７３は外側に傾斜して延びるように構成してもよい（図４参照）。端面６７の領域内における可動子２７の楔状性は、機械的な処理において既に、例えば相応の座ぐり研削工具によって形成される。
電気式に形成されたコーティング６５において生ぜしめられたコーティング部分の分布が物理的に与えられ、ほとんど影響を与えることができないのに対して、可動子２７の段部は、コーティング前に若しくは耐摩耗性を形成する前に、相応に要求された値に応じて、使用時にそれぞれ磁石式及び液圧式な最適さが得られるように、あらかじめ規定されて製造される。非常に正確な座ぐり研削工具を使用することによって、段部のための狭い公差が維持されるので、噴射弁の運転時における、可動子２７の引き込み及び突き出し時間の変動は非常にわずかである。しかも端面６７の段部区分７０は、非常に小さい衝突領域に基づく要求を満たしながら、非電気式に設けられる耐摩耗性のコーティング（磁気的であってもよい）を施すことを可能にする。
しかも、端面６７は、少なくともその衝突区分の領域内で、硬化法で表面処理をほどこして耐摩耗性にすることができる。この場合、硬化法としては、例えばプラズマ窒化法又はガス窒化法等の公知の窒化法が適している。
図３に示した実施例においては、可動子２７の外周面６６から始まって、まず端面６７の衝突区分６８が設けられており、この衝突区分６８は幅ａに亘って弁縦軸線１０に対して直角に延びていて、衝突面として用いられる。この衝突区分６８は、全運転時間に亘って、ほぼ完全に一定な幅ａを維持する環状面を形成している。長時間運転時における衝突面の摩耗は、これによって正確に規定される。液圧的及び磁気的な最適性を得るために、楔状部分７３は、理想的には＞０°と＜＝１°との間の角度だけ衝突区分６８に対して傾斜している。端面６７上に施される、最小の楔状の、例えばクロムより形成されたコーティング６５は、衝突区分６８から内側に連続する、可動子２７の傾斜した楔状部分７３の傾斜度の一部だけを成している。従って、コーティングする前に可動子２７に設けられた楔状部分７３の傾斜は、完全に維持されるか若しくは最小限だけ強められる。
衝突区分６８の幅ａに相当する衝突面幅は、摩耗時においても一定に維持されるので、コア２と可動子２７とが衝突する間、全耐用年数に亘って一定の接触面が得られ、これによって、コア２と可動子２７との間のギャップの液圧的な比が一定に維持されるという特別な利点が得られる。前述のように、少なくとも衝突区分６８の表面は、硬化法によっても耐摩耗性にすることができるので、端面６７に付加的なコーティング６５を施す必要はない。
これと同様の効果は、可動子２７とコア２とに、コーティングを施す前に若しくは耐摩耗性の表面を形成する前に、端面６７の楔状部分７３を設けられることによっても得られる。これによって、さらに高い衝突確実性若しくは液圧的な固着の阻止が補償される。有利には、勿論コア２の端面だけに楔状区分を設けることが可能である。この場合には可動子２７は例えば扁平は端面を維持する。
本発明によって構成された可動子の別の実施例が図４及び図５に図示されている。図４には、端面６７の楔状部分７３が外方へ傾斜して構成されている可動子２７が示されている。
端面６７が楔状部分７３だけによって形成されている、本発明による可動子の２７の実施例は図５に示されている。この図５に示した実施例においては、少なくとも１つの小さい半径方向区分を有する衝突区分６８は省かれていて、端面６７全体に楔状性が存在している。つまり弁縦軸線１０に対して垂直に延びる、端面６７の領域は存在しない。特に楔状部分７３の小さい角度においても安定した衝突が行なわれるので、長時間運転においても所定の衝突面が維持される。図５に示したような、弁縦軸線１０に向かう方向での、楔状部分７３の傾斜の可能性の他に、図４に示した実施例と同様の次のような実施例も考えられる。つまり、楔状部分７３は、弁縦軸線１０から遠ざかる方向に延びている構成、即ち外方に傾斜して延びる構成も考えられる。
従来では、クロムコーティング又はニッケルコーティングを施すことによってはじめて形成されていた楔状部分７３が、可動子２７の端面６７及び又はコア２の端面の少なくとも一方に既に楔状部分７３が形成されているので、端面６７の耐摩耗性を改良することによる品質向上を得るための別の方法を使用することも可能である。可動子２７及び又はコア２の表面構造を変える、硬化法、例えばプラズマ窒化法、ガス窒化法又は気化法(carbureting)を使用することによって、直接的なコーティングを行う方法を完全にやめることも可能である。

Claims (7)

1. 電磁操作式の弁、特に内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁であって、弁縦軸線と、強磁性材料より成るコアと、磁石コイルと、可動子とを備えており、該可動子が、定置の弁座と協働する弁閉鎖体を操作し、磁石コイルの励磁された状態でコアの衝突面に向かって引き寄せられ、可動子とコアとが互いに衝突し合うようになっている形式のものにおいて、
   コア（２）に向き合っている、可動子（２７）の端面（６７）が、コーティングされていない状態で、弁縦軸線（１０）に対して傾斜して延びる少なくとも１つの楔状部分（７３）を有しており、可動子（２７）における少なくとも１つの楔状部分（７３）が、少なくとも１つのストッパ区分（６８）から弁縦軸線（１０）に向かって緩やかに傾斜して連続的に延びていることを特徴とする、電磁操作式の弁。
2. 少なくとも１つの衝突区分（６８）が所定の幅（ａ）を有している、請求項１記載の弁。
3. 可動子（２７）における少なくとも１つの衝突区分（６８）が、端面（６７）の直径の一部である幅（ａ）を有している、請求項２記載の弁。
4. 弁縦軸線（１０）に対して傾斜して延びる少なくとも１つの楔状部分（７３）が端面（６７）全体に亘って延びている、請求項１記載の弁。
5. コア（２）及び又は可動子（２７）が端面（６７）の領域でコーティングされている、請求項１記載の弁。
6. コーティング（６５）によって施された層が磁気層である、請求項５記載の弁。
7. コア（２）及び又は可動子（２７）が端面（６７）の領域で硬化法によって処理されている、請求項１記載の弁。

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