JP5101706B2 - コイルコンタクター - Google Patents

Description

本発明は、電磁弁の電磁ユニット、例えば電磁コイルが設けられた磁心を収容するハウジングを有する燃料インジェクタを作動させる電磁弁の電磁ユニットに関する。

ドイツ国特許出願公開公報明細書ＤＥ１９６５０８６５Ａ１には、噴射弁、例えばコモンレール式噴射システムの噴射弁の制御チャンバで燃料圧力を制御する電磁弁が記載されている。この噴射弁は、自己着火式内燃機関に燃料を供給している。制御チャンバ内の燃料圧力を介して、噴射弁の噴射開口部を開口または閉口する弁体の行程運動が制御される。電磁弁には、電磁石と、運動可能な可動子と、可動子と一緒に運動させられ弁閉鎖バネによって閉鎖方向に付勢される弁部材とが設けられており、この弁部材はこの弁部材の弁座と協働して制御室からの燃料噴出を制御する。

電磁弁によって作動させられる２つの部分から成る可動子を有するコモンレール式インジェクタが公知である。通電されない場合、可動子はバルブボールに閉鎖力を作用させる。電磁石が通電されると、可動子は可動子行程を上方へ動き、バルブボールに作用する閉鎖力に抗して、出口弁が開く。可動子ガイド部は、燃料インジェクタのインジェクタボディ内に確実に固定されており、可動子ピンを収容する。可動子ピン上に可動子板が案内され、これ自体は電磁石によって引きつけられる。可動子ピンは、可動子ガイド部におけるガイドクリアランスに基づいて移動可能に支承することができる。可動子板自体は可動子ピン上に移動可能に支承されているために、インジェクタの主軸に関して可動子ピン／可動子板の構成ユニットの全体惰性振動をガイドクリアランスの和として定められる。

国際公開パンフレットＷＯ０３／０３８８４４Ａ１には、質量低減されたソレノイドコイル支持体が記載されている。ここで、ソレノイドポットによって取り囲まれているソレノイドコイルを備えたソレノイド装置が提案されている。ソレノイドコイルは、コンタクトラグと導電接続されている。ソレノイドコイルの外面とソレノイドポットの内面と間に中間チャンバが、中間チャンバ内に流動性の材料が装入されるように構成されている。ソレノイドコイルは、管状のコンタクトガイドエレメントが一体成形されている肉薄のコイル支持体によって取り囲まれている。肉薄に形成されたコイル支持体は、無機質の充填剤と混合された耐熱性のプラスチック材料から成形されている。

ドイツ国特許出願公開公報明細書ＤＥ１９７１４８１２Ａ１には、コイル支持体に巻き付けられているコイル線から成る電磁コイルが記載されている。この種の電磁コイルは、殊に内燃機関の燃料ポンプ内で搬送量および搬送経路を制御するために用いられる電磁弁で使用される。動作中、電磁弁には、少なくとも部分的に高圧が加えられた燃料が通流する。燃料との接触を回避するために、電磁コイルを密閉する必要がある。殊にコモンレール式燃料噴射装置またはポンプノズルユニットの場合には、切り換え時間のきわめて短い電磁弁が必要とされる。短い切り換え時間によって、電磁コイルは動作中に熱せられ、ひいては電磁コイルの熱伝導に配慮する必要がある。なぜならば、動作中の熱的な負荷は不都合だからである。

発明の開示
本発明によれば、電磁弁の電磁コイルのコンタクトを材料結合式接合部（stoffschluessige Verbindung）を介して実現することが提案される。接着技術の使用によって、設計空間を削減し、並びに生じるリーケージパスを密閉するために材料結合式接合部を成形する材料を利用することができる。材料結合式接合部として構成されるコイルコンタクトを介して、このコイルコンタクトは接着層として例えば電磁ユニットのハウジングと接合されており、密閉を実現することができる。

電磁コイルのコンタクト部を貫通および密閉するために従来使用されてきたOリングまたはガラス融着部の場合にはより多くの設計空間が必要であったが、本発明により提案される解決手段を使用するとその設計空間を低減することができる。例えば、コイルコンタクト貫通部に接着層を形成することによって改善された密閉作用を実現することができる。

接着を行う場合、密閉作用の改善は密閉部材を成す接着材と接合相手との接続に基づいている。密閉するために、接合相手に密閉部材をプレスする必要はない。Oリングを使用した場合のような耐用期間にわたって生じる密閉部材のゆるみに起因して密閉作用が最小化してしまうという、そのことから結果として生じる危険は、もはやない。それ故に、電磁ユニットの耐用期間にわたる密閉の確実性が高められる。その上、ガラス融着部を適用する場合にプレス力を発生させるために使用されるコーンは必要ではなくなる。コーンのコストがかかる製造並びにクリティカルであると評価されるべきプレスプロセスを省くことができる。さらに、例えば装入斜面（Einfuehrschraegen）のような組立補助手段を省くことができる。製品コストが最小化され、プロセス確実性はクリティカルであると評価されるべきプロセスステップを省くことによって高められる。

さらに、例えば接着式結合部のような材料結合式接合部を形成すると、使用される接着材が接合相手の表面に適合するということを際立たせることができる。溝等の不規則部位は、接着材によって充填される。細かい溝は、内部空間から外部空間にかけて延在し、Oリングの使用による密閉の際にまさに問題となっていたが、もはやクリティカルなリーケージパスを成すことはない。なぜならば、リーケージパスは、この場合密閉媒体として作用する接着媒体によって充填されるためである。リーケージパスは、本発明により提案される解決手段によって最小化される。結果としてこのことから、密閉面の表面状態への要求を低減させることができ、これによって、製造プロセスにおいてコストの低減にもつながる。

接着材を用いた密閉のために約１５０μｍの比較的小さな半径方向のすき間しか必要とされないために、従来使用されてきた解決策と比べて電磁ユニットのハウジング内の貫通穿孔部をいっそう小さく選択することができる。一方では設計空間が低減され、他方では基体の強度が従来技術と比べわずかにしか失われないということが燃料インジェクタのために示唆される。相互に縮小された穿孔部（verschraenkte Bohrungen）は、燃料インジェクタのインジェクタボディの内部に延在しており、本発明により提案される解決手段を使用するといっそう簡単に構成する（umsetzen）ことができる。それ故に、縮小角（Verschraenkungswinkel）の選択に関する自由度がいっそう大きくなり、インジェクタボディがマッシブに設計されることにより、その高圧耐性を有利に作用させることが想定されている。

同じ事は、軸方向に必要な設計空間にも適用される。燃料インジェクタをいっそう短く設計すると、内燃機関のシリンダーヘッドに生じるスペース状況、ないしは内燃機関のシリンダーヘッド内に燃料インジェクタが収容する穿孔部が成型されるべき深さに関していっそう有利となる。

接着材ないしは接着媒体の層厚と接着長さと相互に接合すべき接合相手の表面とを適合させることによって、本発明により提案される解決手段に従って、密閉部材「密閉材料層」を圧力状態の変化に合わせて適合することが比較的簡単に実現される。このことによって、低圧領域でも高圧領域でも材料結合式接合部を用いた本発明により提案されるコイルコンタクト方法を使用することができるということが示される。

貫通して電磁コイルをコンタクトさせる部材として、従来使用されてきたコンタクトピンの他に形状柔軟なケーブルないしはワイヤも使用可能である。本発明により提案される解決手段によって、形状柔軟に構成されるケーブルないしはワイヤを使用するという点で構造上並びに製造技術上のフリースペースの拡張が可能となる。従って例えば、コイルコンタクトないしはそのために必要な貫通部を従来用いられてきた軸方向ではなく半径方向に配向させることによって燃料インジェクタを成すことができる。貫通部は存在するフリースペースに適合される。

さらに、本発明により提案される電磁ユニットのハウジングとコンタクトピンまたは形状柔軟なケーブルないしはワイヤの間の材料結合式接合部を形成することによって、部材の数を低減することが可能となる。さらに、貫通部は、そのジオメトリおよび表面の粗さに関して有利に影響を受ける。最後に、組立に必要なプロセスステップが最小化され、それによって製品コストが下げられる。

図面に基づき本発明を以下に詳細に説明する。

電磁ユニット、例えば燃料インジェクタを作動させる電磁ユニットの従来の構成を示した図 燃料インジェクタを作動させる電磁ユニットの本発明によって提案される解決手段の断面図 部分的に内部を見せた状態で示す図２による電磁ユニットの斜視図

図１には、ハウジング１２を備えた電磁ユニット１０が示されている。ハウジング１２は、磁石ケース１６およびキャップ１８から成る。電磁ユニット１０は、キャップ１８を除いて軸１４に対称に構成されている。磁石ケース１６の周面で、キャップ１８の係止リング２２が係合するリングナット２０が延在している。

磁石ケース１６内には、電磁コイル２６を嵌め込んだ磁心２８が収容されている。電磁コイル２６は、コンタクトピン３２を介して通電される。コンタクトピン３２は、ハウジング部分３８の貫通部３４を通り案内されている。Oリング２４は、ハウジング部分３８の貫通部３４内でコンタクトピン３２をそれぞれ密閉している。

図１から、Ｏリング２４がハウジング部分３８内の貫通部３４にそれぞれ嵌め込まれているということが明らかである。Ｏリング２４は、図１の解決策に従って使用され、緩む傾向があるため、密閉作用は電磁ユニット１０の耐用期間にわたって弱まっていきリーケージパスが生じてしまう。

実施形態
図２には、本発明によって提案される電磁弁の電磁ユニットの実施形態の断面が示されている。

図２から明らかなように、電磁ユニット１０は、キャップ１８によって緊締されている磁石ケース１６を有している。キャップ１８は、係止リング２２を用いてリングナット２０に磁石ケース１６の外周面で形状結合式（formschluessig）に収容されている。図２に示した電磁ユニット１０の磁石ケース１６内に、電磁コイル２６を嵌め込んだ磁心２８が設けられている。電磁コイル２６は、多数の巻線３０有しており、例えばコンタクトピン３２として構成可能な電気的なコンタクト部材を介してこの巻線３０を通電させることができる。図２の断面図から明らかなように、磁石ケース１６内の貫通部３４を通って電気的なコンタクト部材３２が延在している。図３の斜視図を参照すると、図１と比べて、貫通部３４の径６０が低減されて構成されている。磁石ケース１６の貫通部３４内の電気的なコンタクト部材３２の密閉が、材料結合式接合部５０を介して得られる。

材料結合式接合部５０は、一例として粘性の接着材によって形成され、この粘性の接着材は、電気的なコンタクト部材３２と貫通部３４の境界壁の間のすき間に装入された後、適切な硬化方法によって硬化させられる。密閉する際の適切なプロセスガイドによって、場合により存在する例えば溝またはくぼみ等のような不規則部位も含めてすき間が気泡を生じさせることなく充填されるということが保証される。硬化方法において、接着材に応じて熱または気密またはＵＶ放射または更に別のメカニズムによって硬化が行われる。電気的なコンタクト部材３２と貫通部３４の境界壁の間の密閉ジオメトリを適切な幾何学的形状にする際のプロセスシーケンスの簡単化のために、粘性の接着材の代案として、融着式の接着材または既製の（vorkonfektioniert）接着テープを使用してもよい。電気的なコンタクト部材３２と貫通部３４の境界壁の間の材料結合式接合部５０を形成する接着材は、水、オイル、ディーゼル、燃料またはその他の燃料等である密閉するべき媒体の特性並びに密閉ジオメトリに応じて選択される。この場合、可能な接合方向、すき間ないしは寸法の許容差等並びにタイミングに関する製造プロセスの要求がきわめて大事な点である。

接着時において、材料結合式接合部５０の接着材の密閉作用および絶縁作用は、接合相手との材料結合式接合、つまり磁石ケース１６内の電気的なコンタクト部材３２の材料と貫通部３４の境界壁の材料との材料結合式接合をベースとしている。比較的硬質なコンタクトピンである電気的なコンタクト部材の実施形態の代案として、柔軟なフォイルまたはケーブル等を使用してもよく、これらの材料は、コンタクトピンと比べて低減された形状強度を示す。密閉するために、密閉部材この場合は接着剤を接合相手にプレスする必要がない。密閉部材つまり材料結合式接合部５０のゆるみは、この種の接着材を使用すると問題にならない。材料結合式接合部５０の枠内で使用される接着材は、接合するべき相手の表面に適合する。電気的なコンタクト部材３２と貫通部３４の境界壁の材料との間のすき間を気泡が生じることなく充填するときに、溝等の不規則部位が充填される。内部空間から外部空間にかけて延在する細かい溝は、図１に示したOリング２４を使用するとまさに、密閉を得るためには問題となってしまう。なぜならば、Oリング２４はクリティカルなリーケージパスを生じさせてしまうためである。材料結合式接合部５０を実現する接着媒体を装入するという本発明により提案される解決手段によって、密閉面の表面状態への要求を低減することができ、これによって更にコストを節約できる。

本発明により提案される解決手段によれば、材料結合式接合部５０を用いた密閉によって半径方向に約１５０μｍの最小のすき間しか必要とされないため、貫通穿孔部つまり貫通部３４の径を従来の解決策と比べていっそう小さく選択し、既述の径６０を低減して構成することができる。その結果、燃料インジェクタに関して、設計空間が低減され、インジェクタボディの強度の低下が従来技術と比べて抑えられるようになる。さらに、相互に縮小されて延在する穿孔部をいっそう簡単に構成することができる。その理由は、本発明により提案される解決手段によれば、貫通部３４の低減された寸法に基づき縮小角の選択に関する自由度を向上させることができるからである。このことによって、一方では製造技術的な利点が示され、他方では本発明により提案される燃料インジェクタの高圧耐性が向上する。インジェクタボディ内部の縮小された穿孔部間にある壁厚をいっそう厚く構成することができることによって、高圧耐性が向上する。

接着層厚、接着長さ並びに相互に接合すべき相手の表面つまり貫通部３４および電気的なコンタクト部材の外被面の材料の表面によって、圧力状態の変化に合わせて材料結合式接合部５０を比較的簡単に適合させることができる。それ故に、接着材を用いて作り出される材料結合式接合部５０を燃料インジェクタの低圧領域でも高圧領域でも使用することができる。

図２に示したコンタクトピンとして構成される電気的なコンタクト部材３２の代案として、例えばケーブルまたはワイヤのような形状柔軟な電気的なコンタクト部材３２を使用しても良い。さらに、従来のように軸方向に貫通部３４を配向するよう構成してきた代わりに、貫通部３４を半径方向へ配向することができる。これによって、構造上並びに製造技術上のフリースペースが著しく増大する。本発明により提案される解決手段を用いると、貫通部３４を存在するフリースペースに適合化させ、貫通部３４の要求に起因してインジェクタの設計が制限されないようにすることができる。本発明により提案される解決手段によって、部材の数の低減と貫通部３４のジオメトリ（例えば低減された径６０を参照のこと）に関する構成の簡単化と表面品質（Oberflaechenguete）とを実現することができる。さらに、本発明により提案される解決手段を使用すると、組立に必要なプロセスステップの最小化を達成可能であり、これによって、製品コストが更に有利になるように作用する。

さらに、図２に示されているように、この実施形態で示したコンタクトピンとして構成される電気的なコンタクト部材３２が接触接続ピン６２のピン端子６４と接触している。コンタクトピンとして構成される電気的なコンタクト部材３２は、実質的にインジェクタの軸１４に平行に延在している。磁心２８内に嵌め込まれている電磁コイル２６とのコンタクトのために、図２に示したコンタクトピンである電気的なコンタクト部材３２の代案として、例えば硬性をほとんど示さないケーブルまたはワイヤのような形状柔軟な電気的なコンタクト部材３２を使用してもよい。

さらに、図２には、キャップ１８が係止リング２２を用いて磁石ケース１６のリングナット２０内に形状結合式に固定されているということが示されている。磁石ケース１６自体は、鍔７２の上方で磁石ケース１６の外被面７０に掛かるオーバーラップ部７４によって固定される。さらに、図２では、電磁ユニット１０の磁石ケース１６の内側の接合面６８に、多数の巻線３０を有する電磁コイル２６を嵌め込んだ磁心２８の外周が接しているということが示されている。

図３には、図２に断面で示した電磁ユニット、例えば燃料インジェクタを作動させるために使用される電磁ユニットの斜視図が示されている。

図３の斜視図に示されているように、本発明により提案される電磁ユニット１０のハウジング１２，１６が電磁コイル２６を嵌め込んだ磁心２８の上方に、戻り開口部６６を有している。戻り開口部６６を介して、図２と図３に詳しく示していない低圧側の戻り部分に制御量が流れ込む。この制御量とはすなわち制御チャンバから制御された燃料のことであり、この種の燃料は噴射弁部材を作動させるとき制御チャンバから制御される。

さらに、図３では、磁石ケース１６の前面５４を越えて本願ではコンタクトピンとして構成される電気的なコンタクト部材３２が突出部５２として突き出ているということが示されている。突出部５２内部において、図３による実施形態でコンタクトピンとして構成される電気的なコンタクト部材３２は、ピン端子６４を有する接触接続ピン６２（図２を参照のこと）によって電気的にコンタクトされる。図３では、電磁コイル２６を嵌め込んだ磁心２８が、磁石ケース１６の内側の接合面６８に接し、またその接合面６８に接着されているということが示されている。磁石ケース１６の外被面７０には、図２に関連して既に説明した鍔７２が含まれており、オーバーラップ部７４（図２を参照のこと）によって上方から係合される。図２によるオーバーラップ部７４によって、電磁ユニット１０の磁石ケース１６は、図２と図３に詳しく示していない燃料インジェクタのインジェクタボディに固定される。

さらに、図３に示されているように、実施形態でコンタクトピンとして構成される電気的なコンタクト部材３２が磁石ケース１６の貫通部３４を貫通している。貫通部３４は、低減された径６０に合わせて成形される。すき間は、径６０が低減された貫通部３４の内壁と図３に示した有利にはコンタクトピンとして構成される電気的なコンタクト部材３２の外周面との間の半径方向に生じ、材料結合式接合部５０の枠内で接着媒体または接着材を用いて充填される。材料結合式接合部５０は、コンタクトピンとして構成される電気的なコンタクト部材３２の外周面と貫通部３４の内部境界との間で密閉を生じさせる。このような密閉は、接合すべき接合相手同士の表面の粗さ、この場合には磁石ケース１６内のコンタクトピンとして構成される電気的なコンタクト部材の外被面と貫通部３４の内側との表面の粗さを補償する。

さらに、粘性の接着材、既製の接着テープまたは接着材の融着によって成形可能な材料結合式接合部５０が、燃料インジェクタの低圧側および高圧側の領域の間で密閉手段として用いられる。

さらに、図３に示されているように、実施形態でコンタクトピンとして構成される電気的なコンタクト部材３２が突出部５２だけ磁石ケース１６の前面５４を越えて突き出ている。コンタクトピンとして構成される電気的なコンタクト部材３２の突出部５２によって成る領域の内部に、図２で示したピン端子６４を有する接触接続ピン６２が取り付けられる。それ故に、電気的なコンタクト部材３２を介して磁心２８内に収容されている電磁コイル２６間に電気的な接続が形成される。図２，３に示したように、電磁ユニット１０の軸１４に平行して延在するピンとしてこの接続を形成することができる。その上、形状柔軟なケーブルまたはフレックスフォイルとして電気的なコンタクト部材３２を構成しても良い。図２と図３によれば、電気的なコンタクト部材３２は、コンタクトピンとして構成されており、電磁ユニット１０の軸１４に平行して軸方向に延在している。他の実施形態によれば、電気的なコンタクト部材３２は、コンタクトピン、形状柔軟なケーブル、ワイヤまたはフレックスフォイル等であり、半径方向に延在して磁石ケース１６に嵌め込まれており、電磁コイル２６と半径方向に接触することができる。

さらに図３から明らかなように、コンタクトピンとして構成される電気的なコンタクト部材３２は、磁石ケース１６内の貫通穿孔部を通り延在している。貫通穿孔部は、図１と比べて低減された径６０として構成されている。低減された径６０は、ハウジング１６つまり電磁ユニット１０の磁石ケースのいっそうマッシブな構造を実現している。

粘性の接着材、融着式の接着材または既製の接着テープから成る材料結合式接合部５０によって、確実な密閉を実現することができる。接着部として構成されている材料結合式接合部５０による密閉では、接合相手３２，３４に「密閉部材」をプレスする必要がない。「密閉部材」は、本発明による解決手段として接着剤によって成形されている。このことによって、例えばOリング２４の場合に現れてしまうような耐用期間にわたる密閉部材のゆるみに起因する密閉作用の最小化が回避される。さらに、接合すべき接合相手同士、この場合には電気的なコンタクト部材３２と貫通部３４の境界との表面に合わせて材料結合式接合部５０つまり接着材を適合させることもできる。溝等の不規則部位は、接着剤によって充填される。細かい溝は、内部空間から外部空間にかけて延在し、Oリングによる密閉の際にまさに問題となっていたが、もはやクリティカルなリーケージパスを成すことはない。結果としてこのことから、相互に接合すべき表面つまり密閉面の表面状態の影響を減少させることができる。接着層厚と接着長さと相互に接合すべき相手の表面つまり貫通部３４の境界および電気的なコンタクト部材３２の外被面の表面とを適合させることによって、圧力状態の変化に合わせて密閉部材つまり材料結合式接合部５０を適合させることができる。それ故に、本発明により提案される材料結合式接合部５０を燃料インジェクタの低圧側でも高圧側でも使用する手段が提供される。

その上、図３に示されているように、磁石ケース１６を通り、制御された制御量が燃料インジェクタの制御チャンバから燃料噴射システムの低圧側の戻り領域に供給される低圧側の戻り開口部６６が延在している。さらに、図３では、電磁コイル２６を嵌め込んだ磁心２８が磁石ケース１６の内側の接合面６８に接しているということが示されている。磁石ケース１６の外被面７０上には、電磁ユニット１０のキャップ１８の係止リング２２が係合されるリングナット２０と図２に示されるように、燃料インジェクタのインジェクタボディに磁石ケース１６を固定可能な回転する鍔７２とが設けられている。

Claims (8)

1. ハウジング（１２，１６）を備えた燃料インジェクタを作動させる電磁弁の電磁ユニット（１０）であって、
   該電磁ユニットは、電気的なコンタクト部材（３２）を有しており、
   前記ハウジング（１２，１６）は、電磁コイル（２６）を備えた磁心（２８）を収容しており、
   前記電気的なコンタクト部材（３２）は、貫通部（３４）を通り前記ハウジング（１２，１６）から案内されており、
   前記電気的なコンタクト部材（３２）は、前記ハウジング（１２，１６）内で材料結合式接合部（５０）によって固定されている、電磁ユニット（１０）において、
   前記電気的なコンタクト部材（３２）は、コンタクトピン、ケーブル、フレックスフォイルまたはワイヤとして構成されており、当該電気的なコンタクト部材の各外被面は、前記材料結合式接合部（５０）の複数の接合相手のうちの１つを成しており、
   前記材料結合式接合部（５０）は、燃料が充填される燃料インジェクタの領域の密閉を行う接着部として構成されている、ことを特徴とする、電磁ユニット（１０）。
2. 前記ハウジング（１２，１６）の少なくとも１つの貫通部（３４）の境界が、前記材料結合式接合部（５０）の接合相手のうち他方を成している、請求項１記載の電磁ユニット（１０）。
3. 前記電気的なコンタクト部材（３２）は、前記電磁ユニット（１０）の軸（１４）に平行または垂直に延在している、請求項１記載の電磁ユニット（１０）。
4. 前記材料結合式接合部（５０）は、前記電気的なコンタクト部材（３２）と少なくとも１つの前記貫通部（３４）の間のすき間を充填する、請求項１記載の電磁ユニット（１０）。
5. 前記接着部（５０）は、該材料結合式接合部（５０）の形成後に硬化する粘性の接着材、融着式の接着材または既製の接着テープによって形成されている、請求項１記載の電磁ユニット（１０）。
6. 前記貫通部（３４）は、径（６０）が低減された貫通穿孔部として前記ハウジング（１２，１６）内に形成されている、請求項１記載の電磁ユニット（１０）。
7. 前記材料結合式接合部（５０）は、燃料インジェクタの低圧力領域と高圧力領域の間で密閉を生じさせる、請求項１記載の電磁ユニット（１０）。
8. 前記材料結合式接合部（５０）によって、前記電気的なコンタクト部材（３２）と前記貫通部（３４）の材料の間で前記接合相手（３２，３４）の表面の不規則部位が充填され、リーケージパスが閉鎖される、請求項１記載の電磁ユニット（１０）。

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