JP5933766B2 - 流体を配量する弁 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、流体を配量する弁、特に内燃機関の燃料噴射装置における燃料噴射弁に関する。

背景技術
公知の流体を配量する弁（独国特許出願公開第１０２００９０２６５３２号明細書）は、接続部材内に設けられた、流体用の流入部と、弁ボディに形成された配量開口を開閉し、かつ圧電式アクチュエータ及び弁閉鎖ばねにより制御される弁ニードルを用いて、調量された流体量を配量するための配量開口と、流入部から配量開口に通じる縦長で中空円筒形の流れ通路とを備える。接続部材及び弁ボディは、弁ハウジングに固定されていて、弁ハウジングを、それぞれハウジング端部で流体が密閉されるように閉じている。閉鎖部材と弁ボディとの間を、弁ハウジングに対して同軸に縦長のスリーブが延在している。スリーブは両スリーブ端部で、接続部材及び弁ボディに固定されていて、圧電式アクチュエータ及び液圧式カップラから成る弁アセンブリを収容する。スリーブと弁ハウジングとの間に残るリングギャップは、流体用の中空円筒形の流れ通路を形成するので、流れ通路の内側の通路壁はスリーブにより、又、流れ通路の外側の通路壁は弁ハウジングにより、形成されている。弁ボディ内で、配量開口の手前（上流側）に弁室が配置されており、弁室は、弁ボディに形成された半径方向の流入孔を介して流れ通路に接続されている一方、接続部材には、流れ通路から流入部に通じる接続部が形成されている。

通常高圧下にある流体の配量時、つまり弁の開閉時に圧力衝撃が生じ、圧力衝撃は、液圧振動を発生させる。この液圧振動が、弁における組付構造部に振動を励振し、振動の励振により所望されない異様な騒音が発生する、ということが判った。この場合、縦長で中空円筒形の流れ通路により予め設定される流体容積の形は、弁の全長にわたって際立った液圧共振をもたらす。この液圧共振は、典型的には３ｋＨｚの取付けに起因する構造的な弁の縦方向共振に特によく繋がる。

発明の開示
本発明による、請求項１の特徴部に記載の構成を有する弁は、相互に隔てられた複数の通路区域への流れ通路の分割と、流れ方向で連続する通路区域間の流れ接続部の形成とにより、構造に起因する液圧共振に、取付けに起因する問題となる構造モードの励振がもはや行われず、つまり典型的には３ｋＨｚの問題となる振動数範囲の液圧共振がもはや生じ得ないように影響を及ぼすことができる、という利点を有する。最も簡単な場合、流れ通路の半分の長さで、２つの通路区域への流れ通路の分割ひいては２つの部分容量への流体容量の分割が行われる。必要な振動数変位に応じて、別の分割比や様々な分割比での流れ通路の複数回の分割も可能である。

別の請求項に記載された構成手段により、請求項１に記載された弁の好適な別の態様及び改良態様が実現可能である。

本発明の好適な態様によれば、流れ通路の分割及び通路区域間の流れ接続部の形成は、流れ通路内の少なくとも１つの通路位置で、リングギャップと、半径方向の通路幅に対応するリング厚さ又はリング太さ又は半径方向のリング壁寸法とを有するリングが流れ通路に挿入されていることにより、実現されている。そのようなリングは、好適には矩形又は円形の横断面を有し、矩形又は円形の横断面を有する帯材又は線材から製作されている。リングは、流れ通路に固定されており、この固定は、好適には、流れ通路の内側及び／又は外側の通路壁に形成された少なくとも１つのリング溝にリングが形状結合式に入り込むことにより行われている。

本発明の好適な態様によれば、流れ通路内の少なくとも１つの通路位置で２つのリングが短い相互間隔を置いて前後に配置されている。この場合、好適には、リングは、リングギャップが相互に周方向で回動され好適には１８０°ずらされているように、方向調整されている。このようなリングの構造配置は、連続する２つの通路区域間に流体の中間容積が形成される、という利点を有する。

本発明の択一的な態様によれば、流れ通路の分割及び形成された通路区域間の流れ接続部の形成は、流れ通路内の少なくとも１つの位置で横断面狭窄が行われていることにより実現されている。この横断面狭窄は、好適には、流れ通路の両通路壁のうちの少なくとも一方から通路壁に管状に延在する突起が流れ通路内に突出し、突起は、好適には、通路壁に形成された凹部により形成されている、ことにより達成される。流れ通路の流れ横断面の環状に延在するそのような狭窄部は、流体圧に応じて狭窄部の横断面が変化し、しかも圧力の増加と共に増大する、という利点を有する。低下された圧力の場合、これにより高い圧力の場合よりもより効果的な流体容積の分割が行われ、その結果、高い圧力の場合（高められたエンジン負荷）、場合によっては流体容積により生じる弁運転の悪影響が好適に低減される。高い圧力での運転点は、通常、騒音発生にとって問題とはならず、どのみち騒音対策が不要である。

本発明を、図示の態様に基づいて以下に詳説する。

流体を配量する弁の縦断面図である。 図１の部分Ａの拡大図である。 矩形のリング横断面を有する、流れ通路に挿入されているリングを備える第２の態様による部分Ａの拡大図である。 図３のリングの斜視図である。 円形のリング横断面を有する、流れ通路に挿入されているリングを備える第３の態様による図１の部分Ａの拡大図である。 図５のリングの斜視図である。 円形のリング横断面を有する、相互に短い間隔を置いて流れ通路に挿入されている２つのリングを備える第４の形態による図１の部分Ａの拡大図である。 図７の両リングの斜視図である。

図１に縦断面図で示された、流体を配量する弁は、好適には内燃機関の燃料噴射装置において燃料を噴射する噴射弁として使用される。この場合、好適には、燃料は、内燃機関の燃焼シリンダに噴射される。弁は、流体用の流入部１１と、流体用の配量開口１２と、流入部１１から配量開口１２に通じる縦長で中空円筒形の流れ通路１３とを備える。流れ通路１３は、管状の弁ハウジング１４により形成された外側の通路壁１３ａと、弁ハウジング１４内で同心に配置されたスリーブ１５により形成された内側の通路壁１３ｂとを備える。

弁ハウジング１４は、その一方の端面側で、接続部材１６により、又、別の一方の端面側で、弁ボディにより流体が密閉されるように閉じられている。接続部材１６は、流入部１１を含む一方、弁ボディ１７には、配量開口１２が形成されている。スリーブ１５は、その一方のスリーブ端部で、接続部材１６に、又、別の一方のスリーブ端部で、弁ボディ１７に流体が密閉されるように固定されている。スリーブ１５内に、接続部材１６にカルダン式に支持された液圧式カップラ１８と、カップラ１８に結合された圧電式又は磁歪式アクチュエータ１９と、弁ボディ１７に支持されている弁閉鎖ばね２０とから成る弁アセンブリが組み込まれている。アクチュエータ１９及び弁閉鎖ばね２０は、相互に逆向きの作用方向で弁ニードル２１に作用する。弁ニードル２１は、弁ボディ１７内で軸方向可動に案内されていて、配量開口１２を包囲する弁座２３と協働する閉鎖ヘッド２２でもって、配量開口１２を制御する。

アクチュエータ１９は、コンタクトブリッジ２４を介して、電気的な差込式接続部２５に接続されていて、通電時に、弁ニードル２１の閉鎖ヘッド２２を、弁閉鎖ばね２０の戻し力に抗して弁座２３から外方へ離間させる。非通電になると、配量開口１２の開放時に弁ニードル２１を介して圧縮された弁閉鎖ばね２０は、閉鎖ヘッド２２を、再び弁座２３に押し付けるので、配量開口１２は、閉じられている。流れ通路１３と配量開口１２との接続部は、弁ボディ１７の内側で、配量開口１２の手前に配置された弁室２６と、流れ通路１３から弁室２６に通じる半径方向孔２７とにより形成されており、これに対して流れ通路１３は、接続部材１６内に形成された接続孔３３により、流入部１１に接続されている。

冒頭で述べた、構造に起因する液圧共振に、取付けに起因する構造モードの問題となる励振がもはや行われ得ないように影響を及ぼすために、環状の流れ横断面を有する流れ通路１３は、相互に隔てられた少なくとも２つの通路区域１３１，１３２に分割され、通路区域１３１，１３２間に流体の流れ接続部が形成されている。最も簡単な場合、流れ通路１３の分割は、１：１の分割比で行われる。所望の振動数変位に応じて、別の分割比並びに３つ以上の通路区域への流れ通路１３の分割を行ってもよい。

２つ又は３つ以上の通路区域への流れ通路１３の分割及び通路区域間の流れ接続部の形成は、１つ又は複数の通路位置で、様々な形で実現することができる。

図２に拡大して示された、流れ通路１３の部分Ａにおいて、流れ通路１３内の所定の通路位置で、流れ通路１３の環状の横断面の横断面狭窄が行われている。このために、弁ハウジング１４により形成された外側の溝壁１３ａに、環状の凹部２８が形成されており、凹部２８は、流れ通路１３内に突出する、溝壁１３ａに環状に延在する突起２９を形成する。同一の突起２９は、択一的に、スリーブ１５により形成された内側の溝壁１３ｂに設けてもよい。内側の溝壁１３ａ及び外側の溝壁１３ｂにそれぞれ１つの突起２９を配置することが可能であり、この場合、突起２９は、相互に向き合う、又は短い間隔を置いて相互にずらしてよい。突起２９の、軸方向にみた延在長さは、所望の絞りの程度に応じて調節できる。典型的な延在長さは、１〜１０ｍｍである。この通路位置において半径方向にみて残存する流れ通路１３の幅（ギャップ幅）も同様に絞りの所望の程度に応じてより広幅又はより狭幅に調節できる。典型的なギャップ幅は、０．０１〜０．１ｍｍである。

図３〜図８には、別の３つの態様において、どのようにして流れ通路１３の所定の通路位置で、連続する２つの通路区域１３１，１３２間に流れ接続部を置いた、これらの２つの通路区域１３１，１３２の分割が得られるのか示されている。これら３つの全ての態様では、流れ通路１３に挿入されている、リングギャップ３１と、流れ通路１３の半径方向の通路幅に対応するリング厚さ又はリング太さ又は半径方向のリング壁寸法とを有するリング３０が用いられる。

図３〜図６による２つの態様では、流れ通路１３の所定の通路位置に１つのリング３０が挿入されている。リング３０は、流れ通路１３内で、少なくとも１つの通路壁に固定されており、この場合、固定は、リング３０が部分的に、通路壁１３ａ、１３ｂの少なくとも一方に形成されたリング溝３２に形状結合（形状結合とは、嵌め合いまたは噛み合いなどの部材相互の形状的関係に基づく結合を意味する）式に入り込むように行われる。図３及び図４による態様では、リング３０は、矩形の横断面を有し、リング溝３２は、内側の通路壁１３ｂに形成されている。好適には、リング３０は、１つの帯材から製作されている。図５及び図６の態様では、リング３０は、円形の横断面を有し、リング溝３２は、外側の通路壁１３ａの内側面から外側の通路壁１３ａに押込成形された環状の条溝により形成されている。好適には、リング３０は、１本の線材から製作されている。

図７及び図８の態様では、所定の通路位置で、短い間隔を置いて前後に配置され、相互に平行に方向調整された２つのリング３０が通路壁１３に挿入されている。図５及び図６に示されたように、各リング３０は、円形の横断面を有し、部分的にリング溝３２に入り込んでいる。リング溝３２は、外側の通路壁１３ａの内側面から外側の通路壁１３ａに押込成形された環状の条溝によりそれぞれ形成されている。この場合、図８に示されたように、リング３０は、リングギャップ３１が相互にずらされているように、方向調整されている。この場合、好適には、リングギャップのずれは約１８０°になる。僅かに相互に間隔を置いた２つのリング３０の配置は、連続する２つの通路区域の間に流体の中間容積が形成される、という利点を有する。又、同一の効果は、短い間隔を置いて相互にずらされた、外側の通路壁１３ａ及び内側の通路壁１３ｂに設けられた２つの突起２９の前述の配置により得られる。

Claims (14)

1. 流体用の流入部（１１）と、
   流体用の配量開口（１２）と、
   前記流入部（１１）から前記配量開口（１２）に通じる縦長で中空円筒形の流れ通路（１３）であって、該流れ通路（１３）は、外側の通路壁（１３ａ）と内側の通路壁（１３ｂ）とを有する、流れ通路（１３）と、
   を備える、流体を配量する弁であって、
   前記流れ通路（１３）は、相互に分離された少なくとも２つの通路区域（１３１，１３２）に分割されており、流れ方向で連続する前記通路区域（１３１，１３２）間に、流体用の絞られた流れ接続部が形成されており、
   流れ通路の分割及び流れ接続部の形成のために、前記流れ通路（１３）内の少なくとも１つの通路位置で、リングギャップ（３１）と、前記流れ通路（１３）の半径方向の通路幅に対応するリング厚さとを有するリング（３０）が、前記流れ通路（１３）に挿入されていることを特徴とする、流体を配量する弁。
2. 前記リング（３０）は、矩形又は円形の横断面を有する、請求項１記載の弁。
3. 前記リング（３０）は、矩形又は円形の横断面を有する帯材又は線材から成形されている、請求項２記載の弁。
4. 前記リング（３０）は、前記流れ通路（１３）内で、少なくとも１つの通路壁（１３ａ，１３ｂ）に固定されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁。
5. 前記リング（３０）は、部分的に、１つの通路壁（１３ａ，１３ｂ）に形成された少なくとも１つのリング溝（３２）に形状結合式に入り込んでいる、請求項４記載の弁。
6. 前記流れ通路（１３）内の少なくとも１つの通路位置で、２つのリング（３０）が、僅かな間隔を置いて前後に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の弁。
7. 前記リング（３０）は、相互に平行であり、該リング（３０）のリングギャップ（３１）が周方向で回動して相互にずらされているように方向調整されている、請求項６記載の弁。
8. 前記両リング（３０）の前記リングギャップ（３１）のずれは、１８０°である、請求項７記載の弁。
9. 流れ通路の分割及び流れ接続部の形成のために、前記流れ通路（１３）内の少なくとも１つの通路位置で、前記流れ通路（１３）の流れ横断面の狭窄が行われている、請求項１記載の弁。
10. 前記横断面の狭窄は、少なくとも１つの通路壁（１３ａ，１３ｂ）において環状に延在する、該通路壁（１３ａ，１３ｂ）から突出する少なくとも１つの突起（２９）により実現されている、請求項９記載の弁。
11. 前記少なくとも１つの突起（２９）は、前記通路壁に設けられた凹部（２８）により形成されている、請求項１０記載の弁。
12. 前記流れ通路（１３）の外側の通路壁（１３ａ）は、管状の弁ハウジング（１４）により形成されており、前記流れ通路（１３）の内側の通路壁（１３ｂ）は、前記弁ハウジング（１４）に対して同軸に配置された、弁アセンブリを収容するスリーブ（１５）により形成されており、前記弁ハウジング（１４）は一方の端面側で、前記流入部（１１）を含む接続部材（１６）により、かつ他方の端面側で、前記配量開口（１２）を含む弁ボディ（１７）によりそれぞれ流体が密閉されるように閉じられており、前記スリーブ（１５）は、前記接続部材（１６）と前記弁ボディ（１７）との間を延在していて、スリーブ端部で、前記接続部材（１６）及び前記弁ボディ（１７）にそれぞれ流体が密閉されるように固定されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の弁。
13. 前記接続部材（１６）内に前記流入部（１１）から前記流れ通路（１３）に通じる接続部（３３）が形成されており、前記弁ボディ（１７）内で前記配量開口（１２）の手前に弁室（２６）が配置されており、該弁室（２６）は、前記弁ボディ（１７）に形成された孔（２７）を介して前記流れ通路（１３）に接続されている、請求項１２記載の弁。
14. 前記流体を配量する弁は、内燃機関の燃料噴射装置における燃料噴射弁である、請求項１から１３までのいずれか１項記載の弁。

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