JP4690620B2 - 燃料噴射弁及び、弁の吐出開口を製造するための方法 - Google Patents
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Description
本発明は、請求項1若しくは請求項7の上位概念部に記載した、弁の吐出開口を製造するための方法に関する。
【0002】
ドイツ連邦共和国特許公開第19636396号明細書によれば、弁を開閉させるために弁閉鎖体と協働する弁座面の下流側に、孔付き円板を有する燃料噴射弁が公知である。このような金属薄板より製造された鉢状の、孔付き円板は、多数の噴射開口を有しており、これらの噴射開口を通して、燃料が例えば内燃機関の吸気管からインレット弁の方向に供給されるようになっている。このような噴射開口は、打ち抜き成形、浸食又はレーザー光線穿孔によって孔付き円板に形成される。この場合、噴射開口はその軸方向の全長に亘って貫通する一定な円形若しくは楕円形の横断面を有している。
【0003】
発明の利点
請求項1及び請求項7に記載した特徴を有する本発明による方法に従って構成された吐出開口を有する燃料噴射弁は、簡単で安価な形式で、貫流、噴射角度及び噴霧特性に関連して非常に大きい変化範囲が得られるという利点を有している。有利な形式で噴射角度変動は減少される。しかも噴射構造若しくは噴霧(スプレー)形状、全円錐形噴射流及び中空噴射流の形成は、強い燃焼室対抗圧においても、公知の燃料噴射弁におけるよりも簡単に実現可能である。
【0004】
本発明に従って製造された吐出開口を有する燃料噴射弁によれば、噴射しようとする燃料の非常に高い噴霧品質並びに、それぞれの要求(例えば組み付け条件、エンジン構造、シリンダ形状、点火プラグ位置)に合致した噴射形状若しくは噴霧形状が得られる、という利点が得られる。その結果、本発明の噴射弁によって、特に内燃機関の排ガス放出が減少され、同様に消費燃料の減少が得られる。
【0005】
特に侵入平面の中心点が弁縦軸線に位置してない、偏心的な吐出開口においては、吐出開口の流入区分が比較的小さい開口幅を有していて、吐出領域が大きく広がっていれば、有利である。このような形式で、このような弁においても有利な形式で弁座面の小さいシール直径が維持される。構造が同じで偏心的な吐出開口を有する公知の弁と比較して、静力学的な液圧の閉鎖負荷は減少され、弁座におけるシール性は改善される。
【0006】
従属請求項に記載した手段によって、請求項1に記載した方法の有利な実施例及び改良が可能である。
【0007】
吐出開口の手前で燃料がスワール流(渦流)で負荷されるようにすれば特に有利である。何故ならば、このようにすれば吐出開口の輪郭成形された吐出領域において効果的に、特に燃料を燃焼室内に直接噴射する際の噴流として望まれている、局所的な燃料増量が形成されるからである。
【0008】
請求項1若しくは7に記載した特徴部を有する本発明による方法は、簡単な形式で、前記利点が得られる燃料噴射弁を製造することができる、という利点を有している。
【0009】
従属請求項に記載した手段によって、請求項1若しくは7に記載した方法の有利な実施例及び改良が可能である。
【0010】
特にレーザー光線による輪郭カットの高い精度によって、非常に正確な吐出領域を成形することができ、この吐出領域によって、噴射された燃料噴霧の噴射角度変動は減少される。吐出開口の吐出領域を、レーザー光線又は電子線による材料取り除きによって形状付与することは、特に例えばプレス型によって機械的にスタンピングするのに対して著しくフレキシブルである。従って例えば吐出領域は吐出開口から容易に製造することができる。この吐出領域は、多角形であって、流れ方向で角錐台形に広がっているか又は先細りしていて、円形又は楕円形の横断面を有していて、しかも流れ方向で円錐台形に広がっているか又は先細りしていて、凸状又は凹状に湾曲されているか又は多数の区分を有して段付けして構成されている。
【0011】
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は燃料噴射弁の縦断面図、図2は第1の選択的なガイド及び座部領域、図3は第2の選択的なガイド及び座部領域、図4は第1の吐出開口を下から見た図、図5は図4のV−V線に沿った断面図、図6は第2の吐出開口を下から見た図、図7は図6のVII−VII線に沿った断面図、図8は第3の吐出開口を下から見た図、図9は図8のIX−IX線に沿った断面図、図10は第4の吐出開口を下から見た図、図11は図10のXI−XI線に沿った断面図、図12は第5の吐出開口を下から見た図、図13は図12のXIII−XIII線に沿った断面図、図14は第6の吐出開口を下から見た図、図15は図14のXV−XV線に沿った断面図、図16は第7の吐出開口の断面図、図17は第8の吐出開口の断面図、図18は第9の吐出開口の断面図である。
【0012】
実施例の説明
図1に第1実施例として示した電磁操作式の弁は、外部点火式内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁である。この電磁操作式の弁は、磁気コイル1によって部分的に取り囲まれた、内極として働く管状でほぼ円筒形のコア2を有している。この燃料噴射弁は、特に燃料を内燃機関の燃焼室内に直接噴射するための高圧噴射弁として適している。プラスチックより成る例えば段付けされた巻芯3は、磁気コイル1の巻線を収容しており、コア2と、磁気コイル1によって部分的に取り囲まれた非磁性の環状の、L字形横断面を有する中間部4と連絡して、磁気コイル1の領域内での噴射弁の特にコンパクトで短い構造を有している。
【0013】
コア2内には、弁縦軸線8に沿って延びる貫通する長手方向孔7を有している。磁気回路のコア2は燃料取り入れスリーブとしても利用され、この場合、長手方向孔7は燃料供給通路を形成している。磁気コイル1の上側でコア2に、外側の金属製の(例えば強磁性の)ケーシング部分14が堅固に結合されており、このケーシング部分14は、外極若しくは外側のガイドエレメントとして磁気回路を閉鎖し、磁気コイル1を少なくとも周方向で完全に包囲している。コア2の長手方向孔2内には、流入側で燃料フィルタ15が設けられており、この燃料フィルタ15は、次のような燃料成分つまりその大きさに基づいて噴射弁を詰まらせ又は噴射弁に損傷を与える原因となる燃料成分の濾過を行う。
【0014】
コア2は、ケーシング部分14と共に燃料噴射弁の流入側の端部を形成しており、この場合上側のケーシング部分14は例えば軸方向の下流側で見て真っ直ぐに磁気コイル1を越えてさらに延びている。上側のケーシング部分14には、下側の管状のケーシング部分18が気密にかつ堅固に結合されている。この下側のケーシング部分18は、可動子19とロッド状の弁ニードル20とから成る軸方向に可動な弁部分若しくは細長い弁座支持体21を包囲若しくは受容している。2つのケーシング部分14と18とは、例えば環状の溶接継ぎ目によって互いに堅固に結合されている。
【0015】
図1に示した実施例では、下側のケーシング部分18とほぼ管状の弁座支持体21とが、ねじによって互いに堅固に結合されているが、溶接、はんだ付け又は縁曲げ、及び同様接合法も可能である。ケーシング部分18と弁座支持体21との間のシールは、例えばシールリング22によって行われる。弁座支持体21は、その軸方向の全長に亘って内側の貫通開口24を有しており、この貫通開口24は弁縦軸線8に対して同軸的に延びている。
【0016】
弁座支持体21の下端部25は、同時に燃料噴射弁全体の下流側の閉鎖部も形成している。この弁座支持体21はその下端部25で、下流側に円錐台形に先細りする弁座面27を備えた、貫通孔24内に合致した円板状の弁座エレメント26を包囲している。貫通孔24内に、十分に円形の横断面を有する例えばロッド状の弁ニードル20が配置されており、この弁ニードル20は、その下流側の端部で弁閉鎖区分28を有している。このような例えば球状又は部分球状若しくは丸味を付けて構成されているか、又は円錐形に先細りしている弁閉鎖区分28は、公知の形式で弁座エレメント26に設けられた弁座面27と協働する。軸方向で可動な弁部分は、可動子19,弁ニードル20及び弁閉鎖区分28を有する図示の実施例とは完全に異なる構成の、軸方向で可動な弁閉鎖体例えばフラット可動子とし構成することもできる。弁座の下流側で、弁座エレメント26には、少なくとも1つの本発明に従って構成された、燃料のための吐出開口32が設けられている。吐出開口32は、図1に示した実施例においては弁縦軸線8に対して同心的に延びていて、弁縦軸線8に対して垂直に延びる、弁座エレメント26の下側の平らな端面で終わっている。
【0017】
噴射弁の操作は公知の形式で電磁石式に行われる。しかしながら励磁可能な操作エレメントとしての磁気ひずみ式の可動子又は圧電アクチュエータも同様に考えられる。また同様に、圧力負荷制御式のピストンを介して操作を行うことも考えられる。弁ニードル20を軸方向で運動させるために、及びひいてはコア2の長手方向孔7内に配置された戻しばね33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、磁気コイル1とコア2とケーシング部分14及び18と可動子19とを備えた電磁石回路が用いられる。可動子19は、弁閉鎖区分28とは反対側の、弁イードル20の端部で、例えば溶接継ぎ目によって結合されていて、コア2に整列されている。弁ニードル20をその軸方向運動中に弁縦軸線8に沿って可動子19でガイドするために、一方では、弁座支持体21内で可動子19に向いた側の端部に設けられたガイド孔34が用いられ、他方では弁座エレメント26の上流側に配置された、正しい寸法のガイド孔55を備えた円板状のガイドエレメント35が用いられる。可動子19は、その軸方向運動中に中間部4によって包囲されている。
【0018】
ガイドエレメント35と弁座エレメント26との間に別の円板状のエレメントつまりスワールエレメント47が配置されているので、すべての3つのエレメント35,47,26は、互いに直接的に重なり合っていて、弁座支持体21内に受容されている。3つの円板状のエレメント35,47,26は、例えば材料接続式(stoffschluessig)に互いに堅固に結合されている。
【0019】
コア2の長手方向孔7内に挿入、押し込み又はねじ込まれた調節スリーブ38は、戻しばね33のばねプレロードを調節するために用いられる。この戻しばね33は、センタリング部材39を介してその上流側が、調節スリーブ38に当接しており、またその反対側が可動子19で支えられている。可動子19内には、1つ又は多数の孔に似た形状の流れ通路40が設けられており、これらの流れ通路40を通って、燃料が、コア2に形成された長手方向孔7から、流れ通路40の下流側に形成された、弁座支持体21のガイド孔34付近の接続通路41を介して、貫通孔24まで達する。
【0020】
弁ニードル20のストロークは、弁座エレメント26の組み込み位置によって前もって与えられる。弁ニードル20の一方の終端位置は、磁気コイル1が励磁されていない状態で、弁返済区分28が弁座エレメント26の弁座面27に当接することによって規定され、弁ニードル20の他方の終端位置は、磁気コイル1が励磁された状態で、可動子19がコア2の下流側の端面側に当接することによって得られる。この当接領域における構成部材の表面は例えばクロムめっきされる。
【0021】
磁気コイル1の電気的な接触、及びひいてはそれによる磁気コイル1の励磁は接触エレメント43を介して行われ、この接触エレメント43は、巻芯3の外側でプラスチック射出成形部44によって埋め込まれている。プラスチック射出成形部44は、燃料噴射弁のその他の構成部分(例えばケーシング部分14及び18)も覆っている。プラスチック射出成形部44から、電気的な接続ケーブル45が突き出して延びており、この電気的な接続ケーブル45を介して磁気コイル1への給電が行われる。プラスチック射出成形部44は、この領域内で中断された上側のケーシング部分14を通って突き出している。
【0022】
図2及び図3には、ガイド及び支持領域の別の実施例が示されており、この場合、図1に示した実施例と同じ部分若しくは同じ作用を有する部分は同じ符号で記されている。この場合、吐出開口32を製造及び構成するためのすべての説明が、吐出開口32の傾斜方向とは無関係であるか、若しくは吐出開口32を有する構成部分26,27の構成とは無関係であると見なされることが明らかにされなければならない。
【0023】
図2に示した実施例においては、弁座エレメント26が環状のフランジ64を有していて、このフランジ64は弁座支持体21の下流側の端部に下方から係合する。吐出開口32は、例えば弁縦軸線8に対して斜めに傾斜して取り付けられており、この場合、この吐出開口32は、凸状に湾曲された噴射領域66で終わっている。
【0024】
図3に示した実施例は、図2に示した実施例にほぼ相当しているが、噴射孔付き円板の形状の付加的な第4の円板状の噴射エレメント67が設けられていて、この噴射エレメント67が吐出開口32を有している点で異なっている。図2に示した実施例と比較して、弁座エレメント26は弁座面27の下流側でさらに分割されている。噴射エレメント67と弁座エレメント26とは、例えばレーザー溶接によって形成される溶接継ぎ目68を介して互いに堅固に結合されており、この場合、溶接は環状に延びるリング状の凹部69内で行われる。レーザー溶接の他に、ボンディング又は抵抗溶接、特にこれらの結合のための適当な接合法も考えられる。
【0025】
図4から図18には、吐出開口32の9つの変化実施例が例示されている。この場合、図4、図6、図8、図10、図12及び図14はそれぞれ下から見た図が示されており、吐出開口32を見る方向は図1〜図3には矢印70で示されている。これに応じて、図5、図7、図9、図11、図13及び図15の断面図では、それぞれの開口軸線71に沿って断面されており、この際、開口軸線71は、図2及び図3に示されているように斜めに傾斜した吐出開口32におけるように、必ずしも弁縦軸線8と合致させる必要はない。
【0026】
本発明によるすべての吐出開口32は、少なくとも2つの製造段階で輪郭成形されることを特徴としている。図4〜図13及び図16〜図18に示した吐出開口32は、第1の方法段階で貫通孔が形成されるように、それぞれの構成部材26,27内に設けられる。これは例えば噴射弁の噴射孔において一般的であるように、従来の形式で、打ち抜き成形、浸食又はレーザー穿孔によって行われる。次いで第2の方法段階で、ここまで例えば円形(又は例えば楕円形横断面を有する)の輪郭形状の貫通孔の輪郭成形が貫通孔の噴射側の端部から行われる。この場合、貫通孔に対して形状及び/又は大きさ及び/又は輪郭形状が変えられた、吐出開口32の噴射側の吐出領域75が形成される。有利な形式で、吐出開口32の輪郭成形は、非切削式の製造法によって行われ、この場合、材料取り除きは、特に無接触で、強く集束された、高エネルギーの光線によって行われる。この場合、熱的な材料取り除き法として、特に電子線又はレーザー光線による取り除き法が提供される。
【0027】
図4及び図5には吐出開口32が示されており、この吐出開口32は、それ以上輪郭成形されていない貫通孔の領域で円形横断面を有している。この貫通孔に、下流側の方向に向かって次第に大きくなる吐出領域75が続いている。この吐出領域75は、8角形の角錐台形の形状を有している。これに対して、図6及び図7には、吐出領域75が6角形に形成されていて吐出領域75の壁部が開口軸線71に対して軸平行に延びている吐出開口32の実施例が示されている。この場合、角形の吐出領域75は、6角形又は8角形に限定されなくてもよい。むしろ、非常に簡単でしかも著しく正確に、電子線又はレーザー光線を用いた材料取り除きによって、それぞれ任意の角数、少なくとも3角形の吐出領域75が成形することができる。吐出領域75を角張って形成することによって、噴射しようとする噴霧形状(スプレー)の非均質性が得られる。このような形式で、そうでなければ高い対抗圧力の噴射において生じる得る噴霧形状のくびれが避けられる。図1に基づいて記載されているように、燃料にスワール流(渦流)が加えられると特に有利である。何故ならば、燃料にスワール流が加えられると、輪郭成形された吐出領域75において効果的な、特に燃料を燃焼室内に直接噴射する際の噴射流として望ましい局所的な燃料増量が形成される。
【0028】
図8から図11には吐出開口32の2つの実施例が示されており、これら2つの実施例は、角張った吐出領域75の代わりに円形又は卵形/楕円形の吐出領域75を有している。2つの実施例では吐出領域75が2段階に構成されており、この場合、下流側に最も広く位置する区分が常に最大の開放幅を有している。図8及び図9の実施例においては第1の区分75′が円形に構成されていて、第2の区分75″が楕円形に構成されている。これに対して図10及び図11に示した実施例においては第1及び第2の区分75′,75″はそれぞれ円形の横断面を有しており、この場合、区分75″の直径は、区分75′の直径よりも大きい。このような輪郭成形された吐出開口32によって、簡単に噴射流を広げることができるので、噴射される噴霧形状は円形又は楕円形の中空円錐形の形状を有している。
【0029】
図12及び図13には、円錐台形の吐出領域75を有する吐出開口32の実施例が示されている。図16に示された下流方向に広がった円錐形の変化実施例の他に、下流方向に円錐形に先細りする吐出領域75も本発明に従って可能である。
【0030】
図14及び図15には、別の製造形式で製造される吐出開口32が示されている。貫通孔の代わりに構成部材26には、まず第1の方法段階で例えば浸食又はレーザー穿孔によって袋孔が形成される。次いで第2の方法段階で、構成部材26,27の噴射側の端部から所望の吐出開口32が輪郭成形される。有利な形式には、このような吐出開口32の輪郭成形は非切削による製造方法で行われる。この場合、材料取り除き法として、特に電子線又はレーザー光線による材料取り除きが考えられる。図示の実施例では吐出領域75の開口幅は、前もって形成された袋孔の開口幅よりも小さい。
【0031】
図16〜図18には、吐出開口32のその他の3つの変化実施例が示されている。これらの吐出開口32は、噴射流方向で円錐台形に広がった円錐形の吐出領域75(図16)、又は球区分状に凹状に湾曲された広がった吐出領域75(図17)、又は放物線状に凸状に湾曲された広がった吐出領域75(図18)を有している。
【0032】
図1から図3には、流入領域がそれぞれ中央に配置されていて、開口軸線71が吐出開口32の正確に流入平面78内で弁縦軸線8と交差する吐出開口32が示されている。この交差点は図2及び図3に符号Sで示されている。図1に示されているように、弁縦軸線8に対して同心的な吐出開口32の構成において、開口軸線71と弁縦軸線8とは合致している。これは、吐出開口32を侵入平面78に関連して中央に配置する構成が、本発明による燃料噴射弁のための制限ではないということを意味している。むしろ、以上のように輪郭成形された吐出開口32は偏心的に設けることもできるので、それぞれの侵入平面78は、弁縦軸線8と合致していない中心点を有している。特にこのような偏心的な吐出開口32においては、流入平面78を備えた吐出開口32の入口区分が比較的小さい開放幅を有していて、吐出領域75が著しく広げられていれば有利である。このような形式で、弁座エレメント26に設けられた偏心的な吐出開口32においても、弁座支持面27における小さいシール直径を維持することができる。
【0033】
以上のような電子線又はレーザー光線による材料取り除き法の他に、吐出開口32の輪郭成形をその射出側の端部から行うことも考えられる。このために例えばウォータージェットカット又は成形ワイヤ浸食(成形ワイヤ放電加工;Formdrahterodieren)も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 燃料噴射弁の縦断面図である。
【図2】 第1の選択的なガイド及び座部領域である。
【図3】 第2の選択的なガイド及び座部領域である。
【図4】 第1の吐出開口を下から見た図である。
【図5】 図4のV−V線に沿った断面図である。
【図6】 第2の吐出開口を下から見た図である。
【図7】 図7は図6のVII−VII線に沿った断面図である。
【図8】 第3の吐出開口を下から見た図である。
【図9】 図8のIX−IX線に沿った断面図である。
【図10】 図10は第4の吐出開口を下から見た図である。
【図11】 図10のXI−XI線に沿った断面図である。
【図12】 第5の吐出開口を下から見た図である。
【図13】 図12のXIII−XIII線に沿った断面図である。
【図14】 第6の吐出開口を下から見た図である。
【図15】 図14のXV−XV線に沿った断面図である。
【図16】 第7の吐出開口の断面図である。
【図17】 第8の吐出開口の断面図である。
【図18】 第9の吐出開口の断面図である。
Claims (11)
- 燃料入口と、励磁可能な操作装置(1,2,19)と、該操作装置によって移動せしめられる弁閉鎖部材(28)と、該弁閉鎖部材(28)と協働して弁を開閉させるための、弁座エレメント(26)に形成された定置の弁座(27)と、該弁座(27)の下流側に設けられた、燃料出口としての少なくとも1つの吐出開口(32)とを有する、燃料噴射弁の吐出開口を製造するための方法であって、この場合、少なくとも1つの吐出開口(32)を製造し、この際に、第1の方法段階で貫通孔を形成し、第2の方法段階で貫通孔の噴射側の端部から、形状及び/又は大きさ及び/又は輪郭が貫通孔に対して変えられた、球区分状に凹状に湾曲された広がった構成を有し、かつ前記吐出開口(32)の近傍で開口軸線(71)に対して垂直に延びている吐出領域(75)を形成する方法において、
前記貫通孔を、打ち抜き成形、浸食又はレーザー光線穿孔によって成形し、前記吐出領域(75)の成形を、非切削式の製造方法で、電子線又はレーザー光線を用いて強く集束された高エネルギーの光線によって、又はワイヤ放電加工によって又はウォータージェットカットによって行うことを特徴とする、弁の吐出開口を製造するための方法。 - 第1の方法段階で、円形又は楕円形の横断面を有する貫通孔を形成する、請求項1記載の方法。
- 第2の方法段階で形成された吐出開口(32)の吐出領域(75)を多角形に成形する、請求項1又は2記載の方法。
- 第2の方法段階で形成された吐出開口(32)の吐出領域(75)を円形又は楕円形の横断面を有するように成形する、請求項1又は2記載の燃料噴射弁。
- 第2の方法段階で形成された吐出開口(32)の吐出領域(75)を凸状又は凹状に湾曲して成形する、請求項1又は2記載の燃料噴射弁。
- 第2の方法段階で形成された吐出開口(32)の吐出領域(75)を、形状及び/又は大きさ及び/又は輪郭が互いに異なっている、流れ方向で連続する多数の区分(75′,75″)を有するように成形する、請求項1から5までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
- 燃料入口と、励磁可能な操作装置(1,2,19)と、該操作装置によって移動せしめられる弁閉鎖部材(28)と、該弁閉鎖部材(28)と協働して弁を開閉させるための、弁座エレメント(26)に形成された定置の弁座(27)と、該弁座(27)の下流側に設けられた、燃料出口としての少なくとも1つの吐出開口(32)とを有しており、該吐出開口(32)がその噴射側の端部で吐出領域(75)を有していて、該吐出領域(75)の形状及び/又は大きさ及び/又は輪郭が、吐出開口(32)のその他の構成と異なっていて、球区分状に凹状に湾曲された広がった構成を有しており、かつ前記吐出領域(75)が前記吐出開口(32)の近傍で開口軸線(71)に対して垂直に延びている、燃料噴射弁の吐出開口を製造するための方法において、
少なくとも1つの吐出開口(32)を形成し、この際、第1の方法段階で噴射側の端部とは反対側の流入側の端部から袋孔を形成し、第2の方法段階で、形成しようとする吐出開口(32)の噴射側の端部から前記袋孔まで達する、貫通する吐出開口(32)が得られるような吐出領域(75)を形成し、前記袋孔を浸食又はレーザー光線穿孔によって成形し、前記吐出領域(75)の成形を、非切削式の製造法で、電子線又はレーザー光線を用いて強く集束された高エネルギーの光線によって、又はワイヤ放電加工によって又はウォータージェットカットによって行うことを特徴とする、弁の吐出開口を製造するための方法。 - 第2の製造段階で形成した吐出開口(32)の吐出領域(75)を多角形に成形する、請求項7記載の燃料噴射弁。
- 第2の方法段階で形成された吐出開口(32)の吐出領域(75)を円形又は楕円形の横断面を有するように成形する、請求項7記載の燃料噴射弁。
- 第2の方法段階で形成された吐出開口(32)の吐出領域(75)を凸状又は凹状に湾曲して成形する、請求項7記載の燃料噴射弁。
- 第2の方法段階で形成された吐出開口(32)の吐出領域(75)を、形状及び/又は大きさ及び/又は輪郭が互いに異なっている、流れ方向で連続する多数の区分(75′,75″)を有するように成形する、請求項7から10までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
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