JP5575265B2 - 電磁弁用のマグネットコア - Google Patents

Description

本発明は、噴射弁、特に自動車の内燃機関の燃料噴射装置用の噴射弁であって、請求項１の上位概念部記載の形式の噴射弁に関する。本発明はまた、請求項７の上位概念部記載の形式の、噴射弁を製造する方法に関する。

すなわち本発明は、噴射弁であって、管と、弁開口と、半径方向において管の内部に配置されていて移動可能に案内された弁ニードルと、半径方向において管の外部に配置されたマグネットコイルと、半径方向において管の内部に配置されたマグネットコアと、半径方向において管の内部でマグネットコアと軸方向で向かい合って位置するように配置されたアーマチュアとが設けられており、該アーマチュアは弁ニードルに配置されており、管は第１の管領域と第３の管領域とにおいて、主として磁性の第１の材料から製造されていて、第１の管領域は軸方向で弁開口の側に配置され、かつ第３の管領域は軸方向で弁開口とは反対の側に配置されており、管は第２の管領域において、主として非磁性の第２の材料から製造されていて、該第２の管領域は軸方向において第１の管領域と第３の管領域との間に配置されている形式のものに関する。

本発明はまた、噴射弁を製造する方法であって、弁ニードルが管の内部において移動可能に案内され、管の内部においてマグネットコアが配置され、管の内部においてマグネットコアと軸方向で向かい合って位置するようにアーマチュアが配置され、該アーマチュアは弁ニードルに配置される形式の方法に関する。

このような噴射弁は一般的に公知である。例えばＤＥ１０２００４０５８８０３Ａ１に基づいて公知の噴射弁には、弁座保持体と、該弁座保持体の端部に位置していて弁開口を取り囲む弁座と、弁座保持体に同軸的に配置されていて軸方向移動可能に案内された弁ニードルとが設けられており、この弁ニードルは、弁座側に位置するニードル端部に、弁開口を開閉するために弁座と共働する弁閉鎖部材を有しており、当該噴射弁にはさらに、弁ニードルを上昇運動させるための電磁石が設けられていて、この電磁石は、内側に位置する中空円筒形のマグネットコアと、外側のマグネットポットと、マグネットコアとマグネットポットとの間に位置していて接続コネクタに接続されたマグネットコイルと、マグネットコアに軸方向で向かい合って位置するアーマチュアとを有しており、このアーマチュアは、弁ニードルの、弁閉鎖部材とは反対側のニードル端部に配置されており、そして弁開口と弁座とは一体の弁座保持体自体に形成されており、弁ニードルの軸方向移動可能なガイドが弁座保持体に配属されていて、マグネットコイルと接続コネクタとは、プラスチック包埋射出成形された別体のコイル部材にまとめられている。

さらにＤＥ４２３０３７６Ｃ１及びＤＥ４４１５８５０Ａ１に基づいて公知の構成では、弁ニードルのアーマチュア区分と弁スリーブ区分とがメタルインジェクションモールディング（ＭＩＭ）法によって、射出成形と次いで行われる焼結によって一体に製造されている。弁座保持体は、非磁性の中間部材を介して、中空円筒形のマグネットコアに、例えば溶接によって固定されている。

さらにＤＥ１０２００５０３６９５０Ａ１に基づいて公知の構成では、それぞれＭＩＭ法を用いた２つの方法プロセスが、成形部材を２つの部分から成る金属製の部材として形成するために用いられている。またＤＥ１０２００５０５２２５２Ａ１には、弁ハウジングを形成する部材のうちの１つを、メタルインジェクションモールディングを用いて成形することが開示されている。

さらにＵＳ２００９／０１２７３５４Ａ１に基づいて公知の噴射弁では、管とハウジングとが一体の部材として製造されている。

発明の開示
本発明による噴射弁では、冒頭に述べた形式の噴射弁において、管はメタルインジェクションモールディング（ＭＩＭ）法を用いて、有利には２成分ＭＩＭ法を用いて製造されている。

また、噴射弁を製造する本発明による方法では、冒頭に述べた形式の方法において、管を弁開口の側に位置する第１の管領域において、主として磁性の第１の材料から製造し、管を弁開口とは反対の側に位置する第３の管領域において、主として磁性の第１の材料から製造し、管を、軸方向において第１の管領域と第３の管領域との間に配置された第２の管領域において、主として非磁性の第２の材料から製造し、管と半径方向フランジとマグネットコアとを、ＭＩＭ技術を用いて一体の部材として製造するようにした。

本発明による噴射弁及び本発明による方法は、従来技術に対して次のような利点を有している。すなわち本発明では、アーマチュア、マグネットコア、マグネットポット及びマグネットコイルから成る磁気回路における磁気の短絡に基づく損失流が、僅かに保たれ、これにより弁ニードルの上昇運動のための可能な限り高い磁力を、もしくは可能な限り高い保持力を得ることができる。そしてこれによって弁の高い動的特性が得られる。

本発明の別の有利な構成は、従属請求項及び図示の実施形態に記載されている。

本発明による噴射弁では、上記のように、管はメタルインジェクションモールディング（ＭＩＭ）法を用いて、有利には２成分ＭＩＭ法を用いて製造されている。ＭＩＭ法を使用することによって、製造コストを著しく減じることができる。またＭＩＭ法を用いて、複雑かつ複雑化された幾何学形状を製造することができ、異なった材料から一体の部材を製造することができる。

本発明による噴射弁の別の態様では、管とマグネットコアとは、一体の部材として製造されている。このような一体の構造形式によって、ＭＩＭ技術を用いて製造は著しく簡単になる。これにより製造プロセスを減じることができ、かつ著しいコスト節減が可能になる。

本発明の別の態様では、マグネットコアは、軸方向においてアーマチュアに向いた表面に第３の材料を有していて、該第３の材料は実質的に、比較的高い硬度を有している。硬い表面によって、マグネットコアに対するアーマチュアの当接に基づいて必要な大きな耐摩耗性が得られる。

本発明の別の態様では、マグネットコアは、軸方向においてアーマチュアに向いた表面に異形成形部を、有利には傾斜部を有している。この異形成形部もしくは傾斜部によって、アーマチュアとマグネットコアとの間における液体による接着を回避すること、ひいては噴射弁の動的特性を著しく高めることができ、有利である。

本発明の別の態様では、管は第１の管領域に半径方向フランジを有していて、管と半径方向フランジとは一体の部材としてＭＩＭ法を用いて製造されている。この一体の構造形式によって、ＭＩＭ法を用いて製造が著しく簡単になる。そしてこれにより、製造プロセスを減じることができ、著しいコスト節減が可能になる。

本発明の別の態様では、管は、マグネットコイルのコイル巻線の領域に、別の異形成形部を有している。この別の異形成形部によって、管にマグネットコイルのコイル巻線を配置することが有利に可能になる。しかもこの配置構成は構造空間の節減にも繋がる。

本発明の別の対象は、上記のように噴射弁を製造する方法であり、本発明の方法によって、次のことが有利に可能になる。すなわち本発明の方法では、アーマチュア、マグネットコア、マグネットポット及びマグネットコイルから成る磁気回路における磁気の短絡に基づく損失流を、比較的僅かに保つことができ、これによって、弁ニードルの上昇運動のために可能な限り高い磁力を得ることができ、また可能な限り高い保持力を得ることができる。そしてこれにより、弁の比較的高い動的特性を得ることができる。

本発明の別の態様によれば、管、半径方向フランジ及びマグネットコアはＭＩＭ技術を用いて一体の部材として製造される。ＭＩＭ法の使用によって、製造コストを著しく減じることができる。またＭＩＭ法を用いて、複雑かつ複雑化された幾何学形状を製造すること、及び異なった材料から一体の部材を製造することが可能になる。

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

従来技術による噴射弁を示す図である。 本発明の第１実施形態による管を示す図である。 本発明の第２実施形態による管を示す図である。 本発明による管を製造するための射出成形型を示す図である。 本発明の第３実施形態による噴射弁の磁気回路を示す図である。

発明の実施の形態
異なった図面において、同一部材には同一符号を使用し、同一部材に対する説明の重複は避ける。

図１に縦断面図で示された、従来技術による噴射弁は、自動車の内燃機関における燃料噴射装置において使用される。この噴射弁は弁座保持体１１、この弁座保持体１１内に同軸的に配置された弁ニードル１２、この弁ニードル１２を操作するための電磁石１３、及び燃料を供給するための接続管片１４を有している。

弁座保持体１１の製造時に、弁座保持体１１の底部領域には弁開口１５と、この弁開口１５を取り囲む弁座１６とが成形もしくは一体成形される。弁座保持体１１の底部には、弁座１６とは反対の外側に切欠きが、弁開口１５に対して同軸的に成形され、この切欠き内には噴射孔ディスク１７が固定されている。弁座保持体１１は弁座１６とは反対側の端部に、外側の環状のリング溝１８を備えている。

中空円筒形の弁ニードル１２は、弁座１６とは反対側の端部において、燃料流入部に向かって開放していて、弁座１６に向いた他方の端部に弁閉鎖部材１９を有している。この弁閉鎖部材１９は弁開口１５を開閉するために弁座１６と共働する。燃料流出のために弁ニードル１２は、シリンダ壁を半径方向に貫通している流出孔２０を備えている。弁ニードル１２の、弁閉鎖部材１９とは反対側の端部には、アーマチュア２１が配置されており、このアーマチュア２１を介して弁ニードル１２は、弁座保持体１１内において軸方向移動可能に案内されている。弁閉鎖部材１９において内部に形成された平らな面２２は、弁行程を調節するための基準面として働く。

電磁石１３は、弁ニードル１２と一体に形成されたアーマチュア２１の他に、内部に位置している中空円筒形のマグネットコア２３、有利には深絞りされた外側に位置するマグネットポット２４、及び、マグネットコア２３とマグネットポット２４との間に挿入されたマグネットコイル２５とを有していて、このマグネットコイル２５は、コイル体に巻成された励磁巻線から成っている。マグネットコイル２５は接続コネクタ２６に接続されている。中空円筒形のマグネットコア２３は、弁座保持体１１の、弁座１６とは反対側の端部において、該弁座保持体１１に圧入されている。マグネットコア２３の圧入深さは弁ニードル１２の行程を規定する。

マグネットコイル２５と接続コネクタ２６とは、プラスチックによって包埋射出成形された１つのコイル部分２７にまとめられており、このコイル部分２７は弁座保持体１１に被せ嵌められる。プラスチック包埋射出成形されたコイル部分２７にはマグネットポット２４が装着され、このマグネットポット２４はそのポット底部２４１で弁座保持体１１を取り囲んでいて、ポット周壁２４２でポット開口縁部において、弁座保持体１１に一体成形された半径方向フランジ１１１の上にほぼ遊びなしに係合している。半径方向フランジ１１１はアーマチュア２１の高さにおいて弁ニードル１２に配置されている。

弁ニードル１２の弁閉鎖部材１９は、圧縮ばねとして形成された弁閉鎖ばね２８によって弁座１６に押し付けられる。そのために弁閉鎖ばね２８は一端で、弁ニードル１２の内部に形成された半径方向に張り出したリング肩部１２１に支持され、かつ他端で、マグネットコア２３に圧入された調節スリーブ２９に支持されている。調節スリーブ２９の圧入深さは、弁閉鎖ばね２８のばねプリロードを規定し、ひいては弁ニードル１２の閉鎖力を規定する。弁の閉鎖時には、アーマチュア２１のリング状の端面とマグネットコア２３のリング状の端面との間に、作業空隙３０が存在している。マグネットコア２３、マグネットポット２４、マグネットコイル２５及びアーマチュア２１は磁気回路を形成する。

接続管片１４は、フィルタ３１を組み込まれた別体のプラスチック射出成形品として製造されている。接続管片１４は、弁座保持体１１におけるリング溝１８と共にクリップ結合部を形成するリングウェブ１４１と、半径方向に突出した取付けノーズ１４２とを有しており、この取付けノーズ１４２は、回動防止部として働き、燃料集合管路内への噴射弁の位置適正な挿入のために働く。

従来技術によるこの噴射弁では、磁気の短絡は、弁座保持体１１が狭窄部１３１（絞り箇所）を有していることによって減じられる。本発明による噴射弁では、磁気の短絡が回避され、簡単な製造方法によって磁気分離体が形成される。

図２には、本発明の第１実施形態による管２００が略示されている。この管２００は円筒体として形成されていて、軸方向において相前後して３つの管領域２０１，２０２，２０３を有している。第１の管領域２０１は、弁開口１５に向けられた、管２００の端部に位置しており、第３の管領域２０３は、弁開口１５とは反対の側に位置する、管２００の端部に配置されている。そして第２の管領域２０２は、第１の管領域２０１と第３の管領域２０３との間に配置されている。３つの管領域は異なった材料特性を有している。管２００の第１の管領域２０１及び第３の管領域２０３は、磁性の第１の材料から製造されていて、この第１の材料は実質的に透磁性の特性もしくはフェライトの特性を有している。管２００の第２の管領域２０２は、非磁性の第２の材料（磁気分離体）から製造されており、この第２の材料は実質的に非透磁性であり、つまりオーステナイトの特性を有している。

磁極管の製造は例えば、２成分金属射出成形法もしくはメタルインジェクションモールディング（ＭＩＭ）を用いて行われる。ＭＩＭ法を用いた製造には、複雑なもしくは複雑化された幾何学形状をも製造することができるという利点がある。ＭＩＭ技術を用いて例えば、約０.１ｍｍの最小孔直径を有する孔を製造することができる。さらにＭＩＭ技術を用いて例えば、約１ｍｍ未満の壁厚を製造することができる。この際の製造誤差はかなり僅かである。粉末射出成形物質の製造時には、射出成形機のための金属粉末を均一化するために、バインダ系が使用される。調製の目的は、バインダ系による金属粉末粒子の被覆、金属粉末粒の凝塊形成の阻止もしくは破壊、及び可能な限り均一な粒質物（供給原料（Feedstock）とも呼ばれる）の製造にある。射出成形のための金属粉末の出発材料としては、例えば、適宜な粒子サイズを有するすべての焼結可能粉末を使用することができ、例えば、１２質量％の炭化タングステンのような硬質合金、低合金鋼、貴金属のような金属を使用することができる。また、例えば酸化ジルコニウムのようなセラミックを用いた２成分ＣＩＭ（セラミックインジェクションモールディング）法も可能である。使用される金属粉末の粒子は有利には例えば、約４μｍ〜２０μｍの平均粒子サイズを有している。

形状付与のために供給原料は、冷却された、例えば液体冷却された（特に水又は油による冷却）成形型内に噴射される。コンベヤスクリュ及びコンベヤシリンダは有利には比較的硬質の材料から、特に鋼材料又はバイメタル材料から製造されている。射出成形プロセスの後で成形品（グリーン体（Gruenling）とも呼ばれる）は成形型から離型される。

バインダ系としては、ワックス材料が使用可能である。比較的ゆっくりとした加熱によって、ワックス材料はグリーン体から溶けて除去される。この工程は、脱脂（Entbinderung）と呼ばれ、これによって生じた多孔性の成形品は、ブラウン体（Braunling）と呼ばれる。さらにバインダ系としては、熱可塑性材料、多価アルコール、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）又はポリビニルアルコールを使用することができる。

次に行われる焼結によって、ブラウン体から最終製品が製造される。焼結炉においてブラウン体は加熱される。温度は有利には約１２００℃〜約１３００℃である。焼結は有利には、窒素又は水素から成る保護ガス雰囲気内において、さらに有利には真空中において行われる。

ＭＩＭ法の使用によって、製造コストを著しく減じることができる。ＭＩＭ法を用いて、複雑なかつ複雑化された幾何学形状を製造することができ、しかも異なった複数の材料を１つの一体の部材に製造することができる。

図３には、本発明の第２実施形態による管２００が示されている。ＭＩＭ技術を用いて、管２００、半径方向フランジ１１１及びマグネットコア２３は一体の部材として製造されている。管２００は第１の管領域２０１、第２の管領域２０２及び第３の管領域２０３を有している。さらに管２００は重なり領域３００を有しており、この重なり領域３００において、非磁性の第２の材料（磁気分離体）は半径方向で、マグネットコア２３の磁性の第１の材料の上に位置している。

マグネットコア２３は、アーマチュア２１に向けられた表面に、例えば傾斜面３０１を有している。この傾斜面３０１は、マグネットコア２３におけるアーマチュア２１の液体による接着が阻止されることを、可能にする。さらに前記表面の適宜な構成によって、当接衝撃（騒音）に対してポジティブな影響を与えることができる。択一的に、液体による接着を、表面の粗面化、階段形状に形成された表面、又はマグネットコア２３の異形成形された表面によって阻止することも可能である。さらに、液体による接着作用を減じるために、少なくとも１つの孔３０３を軸方向においてマグネットコア２３を貫いて配置することも可能である。さらにまた、傾斜面３０１を例えば窒化によって硬化することも可能である。このように硬化されていると、マグネットコア２３の表面の耐摩耗性が高められる。択一的にＭＩＭ技術を用いて、傾斜面３０１を硬質材料から、例えば硬質合金又はセラミック材料から製造することも可能である。さらにＭＩＭ技術を用いて、管２００の外面に別の異形成形部３０２を形成することも可能である。このような異形成形部３０２は、マグネットコイル２５のコイル巻線の配置を可能にし、ひいては構造空間を節減したコンパクトな構成を可能にする。

図４には、管２００を本発明のように製造する射出成形型が示されている。成形型材料８００内には、最初に、輪郭部分領域８０３，８０４，８０５を備えた管２００の輪郭が形成される。さらに成形型は射出ゲート８０１，８０２を有している。管２００を製造するために第１のステップでは、コンベヤスクリュを用いて射出ゲート８０２内に非磁性の粉末金属成形物質がもたらされ、この粉末金属成形物質は、主として、非磁性の、特にオーステナイト材料（磁気分離体）から成っている。オーステナイト粉末金属成形物質は輪郭領域８０４に達して、管２００の前側領域とマグネットコア２３との間における磁気分離体を形成する。管２００を製造するために第２のステップにおいては、コンベヤスクリュを用いて射出ゲート８０１にフェライト粉末金属成形物質が入れられ、このフェライト粉末金属成形物質は主として、磁性の、特にフェライト材料から成っている。通路アーム８０６；８０７を介してフェライト粉末金属成形物質は輪郭領域８０５；８０３に達する。このフェライト粉末金属成形物質は輪郭領域２０３においてマグネットコア２３と管２００の後ろ側部分とを形成する。またフェライト粉末金属成形物質は輪郭領域８０５において管２００の前側領域と半径方向フランジ１１１とを形成する。粉末金属成形物質を噴射した後で、射出成形された部材の脱脂及び焼結が行われる。

図５には、図３に示した第２実施形態が完全な磁気回路に完成させられた状態が示されている。マグネットポット２４は管２００の外側に被せ嵌められていて、少なくとも部分的にマグネットコイル２５を取り囲んでいる。管２００は半径方向フランジ１１１とマグネットコア２３とを有しており、この場合管２００は有利には２成分ＭＩＭ技術を用いて製造される。第２の管領域２０２における磁気分離体は、非磁性の材料によって実現されている。磁気回路はアーマチュア２１、マグネットコイル２５、マグネットポット２４及びマグネットコア２３を有している。磁気の短絡は第２の管領域２０２における非磁性の第２の材料によって阻止される。

Claims (6)

1. 噴射弁であって、管（２００）と、弁開口（１５）と、半径方向において管（２００）の内部に配置されていて移動可能に案内された弁ニードル（１２）と、半径方向において管（２００）の外部に配置されたマグネットコイル（２５）と、半径方向において管（２００）の内部に配置されたマグネットコア（２３）と、半径方向において管（２００）の内部でマグネットコア（２３）と軸方向で向かい合って位置するように配置されたアーマチュア（２１）とが設けられており、該アーマチュア（２１）は弁ニードル（１２）に配置されており、管（２００）は第１の管領域（２０１）と第３の管領域（２０３）とにおいて、主として磁性の第１の材料から製造されていて、第１の管領域（２０１）は軸方向で弁開口（１５）の側に配置され、かつ第３の管領域（２０３）は軸方向で弁開口（１５）とは反対の側に配置されており、管（２００）は第２の管領域（２０２）において、主として非磁性の第２の材料から製造されていて、該第２の管領域（２０２）は軸方向において第１の管領域（２０１）と第３の管領域（２０３）との間に配置されている形式のものにおいて、
   管（２００）はメタルインジェクションモールディング（ＭＩＭ）法を用いて製造されており、
   管（２００）とマグネットコア（２３）とは、一体の部材として製造されており、
   マグネットコア（２３）は、軸方向においてアーマチュア（２１）に向いた表面に第３の材料を有していて、該第３の材料は実質的に、比較的高い硬度を有していることを特徴とする噴射弁。
2. マグネットコア（２３）は、軸方向においてアーマチュア（２１）に向いた表面に異形成形部を有している、請求項１記載の噴射弁。
3. 管（２００）は第１の管領域（２０１）に半径方向フランジ（１１１）を有していて、管（２００）と半径方向フランジ（１１１）とは一体の部材としてＭＩＭ法を用いて製造されている、請求項１又は２記載の噴射弁。
4. 管（２００）は、マグネットコイル（２５）のコイル巻線の領域に、別の異形成形部（３０２）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の噴射弁。
5. メタルインジェクションモールディング（ＭＩＭ）法が２成分ＭＩＭ法である、請求項１から４までのいずれか１項記載の噴射弁。
6. 噴射弁を製造する方法であって、弁ニードル（１２）が管（２００）の内部において移動可能に案内され、管（２００）の内部においてマグネットコア（２３）が配置され、管（２００）の内部においてマグネットコア（２３）と軸方向で向かい合って位置するようにアーマチュア（２１）が配置され、アーマチュア（２１）は弁ニードル（１２）に配置される形式の方法において、
   管（２００）を弁開口（１５）の側に位置する第１の管領域（２０１）において、主として磁性の第１の材料から製造し、管（２００）を弁開口（１５）とは反対の側に位置する第３の管領域（２０３）において、主として磁性の第１の材料から製造し、管（２００）を、軸方向において第１の管領域（２０１）と第３の管領域（２０３）との間に配置された第２の管領域（２０２）において、主として非磁性の第２の材料から製造し、管（２００）とマグネットコア（２３）とを、ＭＩＭ技術を用いて一体の部材として製造し、マグネットコア（２３）は、軸方向においてアーマチュア（２１）に向いた表面に第３の材料を有していて、該第３の材料は実質的に、比較的高い硬度を有することを特徴とする、噴射弁を製造する方法。

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