JP5946529B2 - 噴射弁のためのマグネットアンカ - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁のためのマグネットアンカに関する。

例えばガソリンエンジンのための噴射装置に使用される、背景技術の燃料噴射弁は、例えばコイルとマグネットアンカとを備えた電磁切換弁として構成されており、前記マグネットアンカは、強磁性の磁性材料より形成されていて、例えばクロムより成る、硬質で非磁性の表面層を備えている。これによって、構造に制限されて、運転中における磁界の発生および消滅時に渦電流損失が生じ、従って燃料噴射弁の切換時間の遅延（延長）若しくはダイナミックスの低下が生じる。しかも、マグネットアンカの製造は非常に費用がかかり高価である。また、燃料品質が大きく変動する国々においても噴射弁の満足のいく耐久性を保証するためには、燃料にますます多く含まれている腐食性の媒体例えばエタノールまたは尿素等に対する耐性は不十分である。さらに、特に健康を脅かす材料の使用に関する法的な規制の遵守を将来的に保証する必要がある。

これに対して、請求項１の特徴を有する本発明によるマグネットアンカは、渦電流が最低限に抑えられかつ効果が高められた、弁の短い切換時間を有する高ダイナミックスが実現可能である磁気回路を有する、という利点を有している。また適当な材料を使用することによって、改善された頑丈さ若しくは耐摩耗性および、例えばエタノールその他の腐食性の媒体に対する保護が得られる。これは本発明によれば、マグネットアンカが少なくとも１つの磁性領域と少なくとも１つの非磁性領域とを有していることによって得られる。この場合、マグネットアンカは一体的な粉末射出成形構成部分として構成されており、磁性領域と非磁性領域とが２成分粉末射出成形法を用いて素材結合により互いに結合されており、磁性領域が非磁性領域によって完全に包囲されている。これによって、２成分粉末射出成形構成部分としての一体的なマグネットアンカの製造は、簡単な形式で１回だけの製造工程により時間的かつコスト的に最適な量産部品として製造することができる。この場合、２成分粉末射出成形法は、セラミック射出製造段階（Ｃｅｒａｍｉｃ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ：セラミックインジェクションモールディング、ＣＩＭ）および／または金属粉末射出段階（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ：メタルインジェクションモールディング、ＭＩＭ）を含む。

従属請求項には、本発明の好適な実施態様が記載されている。

好適な形式で、マグネットアンカは貫通開口を備えて環状に構成されていて、非磁性領域は、第１の軸方向の端面側区分と、第２の軸方向の端面側区分と、内側の周方向区分と、外側の周方向区分とを有しており、これらの区分が、腐食性の媒体に対する高い耐性若しくは世界中で使用されている燃料に対する耐性を有している。

さらに好適には、内極に面した第１の端面側区分および外側の周方向区分は、第２の端面側区分の厚さおよび内側の周方向区分の厚さよりも小さい寸法の厚さを有している。小さい寸法の厚さに基づいて、磁性領域内に、磁力を高める高い有効飽和誘導が得られる。

さらに好適には、第１の端面側区分の厚さと前記外側の周方向区分の厚さとが同じ大きさである。これによって、外側の周方向区分と弁スリーブとの相対摩擦運動時に発生する摩擦に対する良好な耐摩耗性が得られる。さらにこれによって、燃料噴射弁全体の最小構造体積を有する特にコンパクトな構造形式が実現可能である。選択的に、第１の軸方向の端面側区分と第２の軸方向の端面側区分、並びに内側の周方向区分と外側の周方向区分は、それぞれ同じ厚さを有して構成されていてもよい。

好適には、内側の周方向区分が最大の厚さを有している。これによって、磁気効果に不都合な影響を及ぼすことなしに、弁体が内側の周方向区分に沿ってガイドされる際の摩擦に対して高い耐摩耗性が得られる。選択的に、第２の端面側区分も、より大きい厚さを有して構成されていてよい。何故ならば、これも特に直径が小さい場合に、磁気的に重要ではないからである。さらにこの場合、好都合な材料の割合が高くなり、これによってコスト全体の低減が得られる。

また好適には、マグネットアンカが、アンカの第１および／または第２の端面側でストッパを形成している。これによって、高い耐摩耗性を有する安価な材料より成る非磁性領域にストッパ面が提供される。従って、内極にぶつかる際に発生する衝撃負荷に対する第１の端面側区分の高い頑丈さが保証される。さらに、従来のコーティング法例えば硬質クロムめっきに対する代替法が提供され、それによって、弁体が磁性領域に固着する危険性が効果的に抑制される。

好適な形式で、磁性領域が、より高い飽和誘導を有する磁性材料より形成されている。これによって、例えばＦｅＣｏまたはＦｅＣｒＣｏより成る、切削加工が困難な高価な磁性材料を、マグネットアンカの磁力のために著しく貢献する、マグネットアンカの重要な磁束線の領域内に適切に使用することができる。しかも、例えば少なくとも１３％のＣｒ割合を有するＦｅＣｒＣｏ、または選択的に少なくとも３５％のＣｏ割合を有するＦｅＣｏ等の磁性材料を使用することによって、エタノールまたは尿素等の添加材を有する燃料、腐食性およびキャビテーションに対して高められた頑丈さが得られる。また好適には、非磁性領域がセラミック材料または硬質金属より形成されている。非磁性領域の保護機能によって、クロムを含有する材料例えばＦｅＣｒＣｏにおいて可能な、マグネットアンカの磁気的な値若しくは磁気回路の散乱の原因となるクロムカーバイドの形成は避けられる。この場合、マグネットアンカは、一体的な２成分粉末射出成形構成部分として非常に安価に製造することができる。

好適な形式で、非磁性領域は耐燃料性の材料より形成されている。また好適には、非磁性領域は耐摩耗性の材料より形成されている。耐燃料性および／または耐摩耗性の材料を使用することに基づいて、燃料噴射弁の改善された耐久性が得られる。

好適な形式で、磁性領域は、マグネットアンカの全重量の８５〜９５重量％を有していて、非磁性領域がマグネットアンカの全重量の５〜１５重量％を有している。これによって、明らかなコスト削減と共に、達成可能な質量削減並びに低減された渦電流損失に基づいて、高圧噴射弁において望まれているダイナミックス特性が著しく改善される。

本発明の第１の好適な実施例によるマグネットアンカを備えた燃料噴射弁の拡大した概略的な断面図である。 本発明の第２の好適な実施例によるマグネットアンカの拡大した概略的な断面図である。

本発明の実施例を以下に添付の図面を用いて詳しく説明する。

以下に、図１および図２に関連してマグネットアンカ２の好適な実施例について詳しく説明する。以下の実施例において同じ部材若しくは機能的に同じ部材は同じ符号で示されている。

図１は、弁スリーブ９を備えた燃料噴射弁１の部分の概略的な断面図を示し、前記弁スリーブ９の外側にハウジング１２が固定されていて、このハウジング１２内にコイル１１が配置されている。弁スリーブ９の内部に、中心軸線Ｘ−Ｘ線に沿って内極１０並びに第１実施例のマグネットアンカ２が配置されている。マグネットアンカ２は、中心軸線Ｘ−Ｘに沿って延在する円柱形の磁性領域３を有しており、この磁性領域３は非磁性領域４によって完全に包囲されている。一体的かつ環状に構成されたマグネットアンカ２はさらに（内極１０と同様に）、貫通開口６を有しており、この貫通開口６内に図示されていない弁体がガイドされている。磁性領域３は、好適な形式で低い導電性および高い飽和誘導を有する磁性材料、例えばＦｅＣｏより成っている。非磁性領域４は、好適な形式でセラミック材料または硬質金属より構成されている。磁性領域および非磁性領域３，４は、２成分粉末射出成形法で素材結合により互いに結合されている。

図１にさらに示されているように、非磁性領域４は、厚さＤ１を有する第１の軸方向端面側区分７と、厚さＤ３を有する第２の軸方向端面側区分８と、厚さＤ４を有する内側の周方向区分６０と、厚さＤ２を有する外側の周方向区分４１とを備えている。この場合、第１の端面側区分８は、内極１０に対するストッパを形成している。有効な磁束線の通過方向は、例えば磁束線Ｍによって示されており、この磁束線Ｍは、弁スリーブ９および外側の周方向区分４１を通って、マグネットアンカ２の磁性領域３内に侵入し、この磁性領域３から第１の端面側区分７を通って内極１０に向かってさらに延在している。

内極１０に対面する第１の端面側区分７の厚さＤ１および外側の周方向区分４１の厚さＤ２の寸法は、好適な形式で、第２の端面側区分８の厚さＤ３および内側の周方向区分６０の厚さＤ４よりも小さい。有効な磁束線Ｍにより通過される、第１の端面側区分７および外側の周方向区分４１の小さい厚さＤ１，Ｄ２に基づいて、磁性領域３内に改善された有効飽和誘導が得られ、これによって磁力が高められる。この場合、厚さＤ１およびＤ２の寸法は同じであるかまたは異なっていてよい。

これによって、減少された渦電流損失並びに高められた磁気効果を有する２成分粉末射出成形構成部分としての一体的かつ安価に製造可能なマグネットアンカ２が得られ、このような２成分射出成形構成部分において、非磁性領域４として構成された硬質の包囲層が、磁性領域３を燃料と接触しないように保護する。しかもそれと同時に、磁性領域３と接触することなしに、第１および／または第２の端面側区分７若しくは８における頑丈で耐摩耗性のアンカストッパが実現される。さらに、貫通開口６の内側の周方向区分６０は、マグネットアンカ２内において弁体をガイドするための耐摩耗性の層として機能する。これによって、困難な条件下においても問題なく使用することできる、燃料噴射弁の特に長い耐久性が得られる。

以上説明した第１実施例とは異なり、図２に示した第２実施例のマグネットアンカ２においては、内側の周方向区分６０が、第１の端面側区分７、外側の周方向区分４１若しくは第２の端面側区分８の厚さＤ１，Ｄ２，Ｄ３よりも大きい厚さＤ４を有している。これによって、マグネットアンカ２の、より大きい部分を、磁性領域３内の有効な磁束線通過方向に不都合な影響を及ぼすことなしに、安価で軽量な非磁性材料より製造することができる。これによって、磁性領域３をさらに小さくし、またマグネットアンカ２の重量および全コストをさらに低下させることができる。マグネットアンカ２の磁性領域３および非磁性領域４は、第１実施例と同じように、２成分粉末射出成形法によって素材結合により互いに結合されている。

これによって、すべての実施例に示されているように、一体的なマグネットアンカ２を、本発明によるマグネットアンカ２のための２成分粉末射出成形構成部分として、特に経済的に１回だけの製造工程により製造することができる。これは従来の製造法では達成することができない。これによって、コスト的効果が明らかに改善されると共に、特に高圧噴射弁において望まれている必要なダイナミックス特性が、達成可能な質量減少並びに低減された渦電流損失に応じて著しく改善され、このことは、燃料消費の多大な減少、およびエンジンの改善された排ガス特性のために寄与する。また、前記実施例において示された構造形式変化例は任意に組み合わせることができる。

１ 燃料噴射弁
２ マグネットアンカ
３ 磁性領域
４ 非磁性領域
６ 貫通開口
７ 第１の軸方向端面側区分
８ 第２の軸方向端面側区分
９ 弁スリーブ
１０ 内極
１１ コイル
１２ ハウジング
４１ 外側の周方向区分
６０ 内側の周方向区分
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 厚さ
Ｍ 磁束線

Claims (8)

1. 噴射弁のためのマグネットアンカであって、
   少なくとも１つの磁性領域（３）と少なくとも１つの非磁性領域（４）とを有しており、
   前記マグネットアンカ（２）が一体的な構成部分として構成されており、
   前記磁性領域（３）と前記非磁性領域（４）とが２成分粉末射出成形法を用いて素材結合により互いに結合されており、及び
   前記磁性領域（３）が前記非磁性領域（４）によって完全に包囲されていて、
   前記マグネットアンカ（２）が、貫通開口（６）を備えて環状に構成されていて、前記非磁性領域（４）が、第１の軸方向の端面側区分（７）と、第２の軸方向の端面側区分（８）と、内側の周方向区分（６０）と、外側の周方向区分（４１）とを有していて、
   内極（１０）に面した前記第１の端面側区分（７）および前記外側の周方向区分（４１）が、第２の端面側区分（８）の厚さ（Ｄ３）および前記内側の周方向区分（６０）の厚さ（Ｄ４）よりも小さい厚さ（Ｄ１，Ｄ２）を有していることを特徴とする、噴射弁のためのマグネットアンカ。
2. 前記第１の端面側区分（７）の厚さ（Ｄ１）と前記外側の周方向区分（４１）の厚さ（Ｄ２）とが同じ大きさであることを特徴とする、請求項１に記載のマグネットアンカ。
3. 内側の周方向区分（６０）が最大の厚さ（Ｄ４）を有していることを特徴とする、請求項１または２に記載のマグネットアンカ。
4. 前記マグネットアンカ（２）が、アンカの第１および／または第２の端面側（７，８）でストッパを形成していることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のマグネットアンカ。
5. 前記磁性領域（３）が、高い飽和誘導を有する磁性材料より形成されていて、前記非磁性領域（４）がセラミック材料または硬質金属より形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のマグネットアンカ。
6. 前記非磁性領域（４）が耐燃料性の材料より形成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のマグネットアンカ。
7. 前記非磁性領域（４）が耐摩耗性の材料より形成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のマグネットアンカ。
8. 前記磁性領域（３）が、前記マグネットアンカ（２）の全重量の８５〜９５重量％を有していて、前記非磁性領域（４）が前記マグネットアンカ（２）の全重量の５〜１５重量％を有していることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のマグネットアンカ。

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