JP4427323B2 - 配量装置 - Google Patents

Description

本発明は、配量装置および該配量装置を製造するための方法に関する。

とりわけ、配量装置の特別な形式としての燃料噴射弁では、燃料を噴射ノズルへ供給しなければならない。通常、燃料のための供給接続部は、燃料噴射弁の燃料ノズルに対して向かい側の端部（「トップフィード」）に存在する。また、燃料接続部が、燃料噴射弁の中間または下方のケーシング領域に存在する構造も公知である（「ボトムフィード」）。ここで、インジェクタ内部の燃料管路に対して以下の必要が生じる。

・完全な密閉性
・可能な限り大きな容量
・噴射ノズルに可能な限り近接していること
・流れ抵抗が可能な限り小さいこと
・燃料噴射弁の外径が小さいこと
・簡単に製造／取り付け可能であること
高圧インジェクタの噴射ノズルの開閉時には、大きな振幅の圧力振動が発生する。この圧力振動は、配量特性および密閉部材の耐久性に対して悪影響を及ぼす。圧力振動の振幅を低減する有効な手段は、噴射ノズルに直接後置連通された、インジェクタ内部の燃料供給管路の容量を大きくすることである。というのも、圧力振動の大きさに対して、燃料の圧縮性および蓄積容量から得られる流体の蓄積作用は決定的であるからだ。

他方では現在のマルチバルブエンジンでは、インジェクタを収容するためのシリンダヘッド内の構造空間とりわけ孔直径は、非常に制限されている。そのため、インジェクタ外径を可能な限り小さくするための努力が払われている。それゆえ、噴射ノズルへのインジェクタ内部の燃料供給路は、上記の基準によって非常に困難になっている。

それゆえ本課題は、圧力振動を低減し、かつインジェクタ外径を比較的小さくするための手段を提供することである。この課題は、請求項１記載の配量装置および請求項４記載の製造方法によって解決される。

配量装置は、少なくとも１つのインジェクタ調整駆動装置と、該インジェクタ調整駆動装置を放射状に包囲する内部のインジェクタボディを有する。噴射ノズルおよび配量装置の燃料接続部は、公知のように構成される。カバーが前記内部インジェクタボディを少なくとも部分的に放射的に包囲しているので、カバーと内部インジェクタボディとの間には、円周上のギャップ状の蓄積容量が形成される。この蓄積容量と噴射ノズルおよび燃料接続部との間では、絞られていない流体連通部が形成されている。

このような配量装置では、最小の構造空間で、とりわけインジェクタ直径に関して、燃料蓄積容量を非常に大きくできるという利点が得られる。こうすることにより、開放時ないしは閉鎖時に発生する圧力波を低いレベルまで低減することができる。流量速度を変化させる障害的な圧力波を低減することによって量特性曲線の線形性が改善され、管路断面を大きくすることによって絞られていない燃料供給路が改善され、ないしは流れ抵抗が低減される。別の利点は、圧力波レベルを低減することにより、耐久性を向上できることである。また、簡単に取り付けることができ、従来の圧電式ガソリン直接噴射弁に対して完全に適合させることもできる。さらに、ピエゾアクチュエータを燃料によって付加的に冷却できるという利点も得られる。

有利には、内部インジェクタボディのカバーおよび／または外側面は、実質的に環状の断面を有する。しかし円柱形の断面の他に、たとえば楕円形、正方形、多角形等の別の断面ジオメトリも可能である。

圧力波を低減し、かつ十分な燃料供給を保証するために有利なのは、複数の第１の供給孔を介して蓄積容量と噴射ノズルとを連結することである。しかし、十分に寸法決めされた唯一の第１の供給孔も可能である。

十分な燃料供給を実現するためには、複数の第２の供給孔を介して蓄積容量と燃料接続部とを連結することも有利である。しかし、唯一の供給孔も可能である。

蓄積容量は、安定性を向上させるため、縦方向リブによって複数の部分容量に分割される。これらの部分容量は有利には、それぞれ絞られずに、燃料供給路および噴射ノズルに連結されている。また、蓄積容量は複数の縦方向孔から構成することもできる。こうすることによって、安定性を非常に向上させることができる。前記複数の縦方向孔は、有利には少なくとも５つである。この場合、カバー、内部インジェクタボディおよび孔壁は、一体形で形成される。

配量装置は有利にはガソリン直接噴射型インジェクタとして、とりわけＳＯＰ２００３認証の低負荷低排出型の希薄燃焼型エンジンに対して適用される。しかし、もちろん別の領域でも、たとえばディーゼル直接噴射型インジェクタとして、飛行機タービンにおいて、噴霧装置／湿潤装置等として、使用することができる。

基本的に、すべての種類のインジェクタ調整駆動装置、たとえば電磁式インジェクタ調整駆動装置を使用することができる。しかし該配量装置には、そのスイッチング特性が良好であるため、有利には固体アクチュエータ調整駆動装置が設けられる。前記固体アクチュエータ調整駆動装置は、たとえば電歪式調整駆動装置、磁歪式調整駆動装置、またはとりわけ圧電式調整駆動装置である。

該配量装置は有利には、カバーが少なくとも内部インジェクタ上に被覆されており、バルブグループおよびインジェクタ底部と溶接されて製造される。前記溶接は、とりわけレーザ溶接である。しかし、たとえばクランプ、接着またはねじ止め等の別の種類の固定法も可能である。

以下の実施例において、該配量装置を概略的により詳細に説明する。

図１ 従来の技術によるガソリン直接噴射弁を示している。

図２ 従来の技術による別のガソリン直接噴射弁を示している。

図３ 蓄積容量が拡大されたガソリン直接噴射弁を示している。

図４ 図３に示された噴射弁の取り付け順序を示している。

図１は、従来の技術によるガソリンインジェクタの側面図である。外側から見えるインジェクタ部分は、噴射ノズル１０を有するバルブグループ１と、インジェクタボディ２と、インジェクタ底部３とから成る。前記インジェクタボディ２が、インジェクタ調整駆動装置５を有している。バルブグループ１、インジェクタボディ２およびインジェクタ底部３は、たとえばねじ止めまたは溶接によって、固定的に相互に結合されている。燃料は燃料管４を介して供給され、これらの燃料管４はそれぞれフライス加工部Ａに嵌め込まれている。燃料管４はバルブグループ１を終端としており、そこで密閉部によって密閉されている。前記密閉部は、たとえばＯリングまたはＣｕリングである。燃料管４がバルブグループ１から飛び出すのを阻止するため、該燃料管４はインジェクタボディ２および／またはインジェクタ底部３において、たとえばポイント溶接またはクランプによって固定されている。この解決手段は、冒頭に述べられたすべての要求に沿うものではない。というのも、燃料管４の蓄積容量はごく僅かであるからだ。このことによって、たとえば燃料圧が２００バールの場合に±１００バールの大きな圧力振動が引き起こされると、バルブグループ１の燃料管４のエラストマＯリング密閉部のクリープ強度において甚大な問題が発生し、噴射量特性の線形性に悪影響が及ぼされる。

図２は、従来の技術による別のガソリン噴射弁を示している。ここでは、燃料管４の両面は、バルブグループ１およびインジェクタ底部３においてＯリングによって密閉されている。この構成によって、図１のインジェクタと比較して取り付け技術上の利点が得られるが、同時にこの構成は、蓄積容量が小さすぎるという欠点、ひいてはそれによって大きな振幅の圧力波が引き起こされるという欠点も有する。これらの欠点は、図１において説明された欠点の原因となる。

図３は、配量装置Ｄの側面図の一部を示している。これによって、圧力波の伝播が低減される。

配量装置Ｄは実質的にシリンダ状であり、インジェクタ調整駆動装置５はインジェクタアタッチメント１６に収容されている。このインジェクタアタッチメント１６は、インジェクタ底部３および該インジェクタ底部３の上部に位置する内部インジェクタボディ２１を有する。インジェクタ底部３および内部インジェクタボディ２１は、ここでは一体形で形成されている。インジェクタアタッチメント１６の端面は、円周上の（レーザ）溶接継目６によって、機械的かつ流体に対して気密に密閉結合されている。内部インジェクタボディ２１は、シリンダ状の管の形態のカバー２によって包囲されている。管２は円周上の（レーザ）溶接継目７によって、インジェクタ底部３およびバルブグループ１と気密に密閉結合されており、大きな蓄積容量１２が形成される。この蓄積容量１２は、燃料接続部１４および噴射弁１０と、絞られずに流体的に連通されている。シリンダ状の断面のほかに、たとえば楕円形、正方形、多角形等の別の断面ジオメトリも可能である。

圧電式インジェクタ調整駆動装置５のために電気的な線路１７を貫通案内させるため、インジェクタアタッチメント１６の内壁に１つまたは複数の孔８が設けられており、これによってインジェクタ調整駆動装置５は外部の周辺部と接続される（断面Ｂ‐ＢおよびＣ‐Ｃを参照せよ）。噴射プロセスは、インジェクタ調整駆動装置５を電気的に制御することによって開始され、インジェクタ調整駆動装置５は噴射ニードル（Einspritznadel）９に対してストロークを行い、噴射ノズル１０が開放される。フレキシブルな高圧密閉部材１１によって、インジェクタ調整駆動装置６は燃料から保護される。前記フレキシブルな高圧密閉部材１１は、有利には金属ベローズである。

図３に示された構成によって、バルブグループ１の後方に直接、包囲型の環状ギャップ状の最大蓄積容量１２が得られる。この蓄積容量１２は、内部インジェクタボディ２１の外径と、管２の内径（断面Ｃ‐ＣおよびＤ‐Ｄを参照せよ）と、管２の長さとによって形成される。この管２の長さが重要である。蓄積容量１２と噴射ノズル１０とを可能な限り絞らずに連通するため、バルブグループ１には複数の第１の供給孔１３が設けられている（断面Ｅ‐Ｅを参照せよ）。同時に、インジェクタケーシング３は燃料接続部１４の領域において、複数の第２の供給孔１５を有している（断面Ｂ‐Ｂを参照せよ）。

図４は、図３に示された配量装置Ｄの取り付け順序を示している。インジェクタ調整駆動装置５と、バルブニードル９を有するバルブグループとが存在する図４Ａから出発して、図４Ｂではまず、インジェクタアタッチメント１６がインジェクタ調整駆動装置５上に押しつけられ、該インジェクタアタッチメント１６の端面がバルブグループ１と結合される。その後、内部インジェクタボディ２１がバルブグループ１と、（レーザ）溶接継目６によって結合される。ここで、図４Ｃに示されているように、管２が燃料接続部１４側から、バルブグループ１と結合されるまで、インジェクタアタッチメント１６上に押しつけられる。この位置において、管２はバルブグループ１ともインジェクタ３とも、気密に密閉されて、（レーザ）溶接継目７によって結合される。

どの側から管２は内部インジェクタボディ５上に押しつけられるかは重要ではない。図３および図４では、管２の内径は上部領域のインジェクタ底部３の内径より有意に大きいわけではない（断面Ｂ‐Ｂ）。もちろんそれとは逆に、バルブグループが管２に適合された外径を有していれば、管２はバルブグループ１の側から押しつけることもできる。さらに、バルブグループ１およびインジェクタ底部３双方の外径を、管２の内径に相応するのよりも少し小さくすることもできる。したがって、どの側から管２を押しつけるかは重要ではない。

別の変形実施形態として、インジェクタアタッチメント１６は複数の部分から構成することもできる。ここではまず、管２を押しつけて溶接する前に、すべての個別部分を相互に結合し、バルブグループ１と密閉結合する。

レーザ溶接継目６，７によるエラストマ密閉部材を使用することによって、寿命が有利に向上される。

従来の技術によるガソリン直接噴射弁を示している。

従来の技術による別のガソリン直接噴射弁を示している。

蓄積容量が拡大されたガソリン直接噴射弁を示している。

図３に示された噴射弁の取り付け順序を示している。

Claims (4)

1. 配量装置であって、
   内部のインジェクタボディ（２１）と、噴射ノズル（１０）と、燃料接続部（１４）とを有し、
   前記内部のインジェクタボディ（２１）は、少なくとも１つのインジェクタ調整駆動装置（５）を放射状に包囲する形式のものにおいて、
   カバー（２）が前記内部のインジェクタボディ（２１）を少なくとも部分的に放射状に包囲し、前記カバー（２）と前記内部のインジェクタボディ（２１）との間に、開放時ないしは閉鎖時に発生する圧力波を低いレベルまで低減できるような大きな燃料蓄積容量を有する、円周状のギャップによって形成された蓄積容量（１２）が形成され、
   前記蓄積容量（１２）は、噴射ノズル（１０）および燃料接続部（１４）と、絞られずに流体的に連通されていることを特徴とする配量装置。
2. 前記蓄積容量（１２）は、複数の第１の供給孔（１３）を介して噴射ノズル（１０）と連通されている、請求項１記載の配量装置。
3. 前記蓄積容量（１２）は、複数の第２の供給孔（１５）を介して燃料接続部（１４）と連通されている、請求項１または２記載の配量装置。
4. 請求項１から３までのいずれか１項記載の配量装置を製造するための方法において、
   前記カバー（２）を、前記内部のインジェクタボディ（２１）上に被覆した後、バルブグループ（１）およびインジェクタ底部（３）と溶接接合することを特徴とする方法。

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