JP6000379B2 - 構成アッセンブリ - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の構成アッセンブリに関する。

物体に設けられた貫通案内部内に案内された力伝達エレメントをシールするための公知の構成アッセンブリ（独国特許出願公開第１０２００９０４７００９号明細書）は、内燃機関用の燃料噴射装置に設けられた噴射弁において、弁の、燃料に対して耐性を有しない構成部分、たとえば弁制御のための圧電式のアクチュエータを、弁の弁室内でシステム圧下にある燃料に対してシールするために使用される。弁室は、弁ハウジングと、弁ハウジングに密閉して固定された弁体とによって画定されている。弁体は、弁ニードル用の貫通案内部を有していて、この貫通案内部は弁室に前置された弁開口からアクチュエータにまで延びている。この貫通案内部の範囲では、弁ニードルが、この弁ニードルに固定されたスライドリングを支持していて、このスライドリングは、弁体と共に貫通案内部内で狭い半径方向ギャップを画定している。燃料がこの半径方向ギャップを通って通過することを阻止するために、弁体の、弁室を画定する端面は、環状のダイヤフラムによって覆い被されている。このダイヤフラムの内縁部はスライドリングに、外縁部は弁体に、それぞれ固定されている。弁体に設けられたダイヤフラムによって覆い被されたこの領域は、媒体によって満たされている。この媒体は弁室内に形成された燃料圧に関連して設定されている降伏点を有している。この媒体としては、たとえば高い降伏点を有する軟質の材料、たとえばビンガム液体、粘液状のシリコーンオイル、または変圧器油が挙げられる。ダイヤフラムの覆い領域を媒体で満たすためには、弁体内に室が設けられており、この室によって弁体は前方の弁体部分と後方の弁体部分とに分けられている。この前方の弁体部分には、覆い領域へ通じた接続路が形成されており、後方の弁体部分では、スライドリングによって弁体内での弁ニードルのスライド式案内が実現されている。媒体による室の充填は、弁ニードルに設けられた充填孔を介して行われ、この充填孔は、前記室に開口している。媒体の充填後に、充填孔は球体を圧入することによって閉鎖される。

発明の開示
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による構成アッセンブリには、次のような利点がある。すなわち、両構成エレメントの一方の構成エレメントに存在する充填弁によって、一方では、媒体を充填するための構成アッセンブリの構造的な構成が顕著に単純化され、他方では、構成アッセンブリに作用する圧力が高くかつ脈動する場合でも、充填された媒体容積が確実にシールされる。特に充填弁が逆止弁として形成されていると、媒体容積内の圧力の増加によって、逆止弁の弁部材に作用する付加的な圧力がもたらされて、弁の閉鎖力が増幅される。一方の構成エレメントに圧入された球体によって、封入された媒体容積をシールする公知のシール形式の場合と異なり、この構成エレメントのためには球体を圧入する目的で比較的軟質の材料を選択する必要はなく、むしろ好適には、硬質の材料を使用することができる。充填弁の組付けは、簡単でかつ確実なプロセスとして行われる。構成アッセンブリの空気抜きを必要とする充填プロセスは、充填弁によって好適には２つの段階で、かつ場合によっては異なる２種類のプロセスステーションにおいても実施され得る。この場合、まず構成アッセンブリは充填弁の開放によって空気抜きされ、引き続き充填弁を新たに開放して媒体が導入される。

その他の請求項に記載された構成によって、請求項１に記載の構成アッセンブリの好適な改良および改善が可能である。

本発明の好適な実施態様では、充填弁が充填通路内に配置されており、この充填通路は、一方の構成エレメント内に延在している。この充填通路は構成アッセンブリの外部からアクセスすることができる。それによって、組み込まれた充填弁は空気抜きプロセスや充填プロセスのために外部から良好にアクセス可能のままとなり、かつ充填通路の相応する構成によって、充填弁のコンポーネント、たとえば弁座、流入部および流出部を有する弁室も同時に実現され得る。

この目的のために、本発明の好適な実施態様では、充填通路が段付き孔として形成されており、この段付き孔は、大小異なる直径を有する孔区分、すなわち第１の孔区分と、この第１の孔区分に比べて大径の第２の孔区分とを備えており、両孔区分の移行部には、弁部材のための弁座が形成されている。好適には、弁部材はＰＴＦＥで被覆された鋼球であり、弁座は鋼球による最適なシーリングのために、孔軸線に対して測定した５°〜６０°の傾斜角αを有している。

本発明の別の好適な実施態様では、この段付き孔が、第２の孔区分に続いた第３の孔区分を備えている。この第３の孔区分は、第２の孔区分の直径に比べて拡径された直径を持って、孔軸線に対して偏心的に配置されている。この第３の孔区分内には、弁部材もしくは球体を弁座の方向に付勢するばねアームが固定されている。このばねアームは、所要構成スペースが小さく、かつ薄型構造の、十分な閉鎖力を有する充填弁の戻しばねまたは弁閉鎖ばねを実現する。その際、構成アッセンブリに作用する圧力が、媒体容積からばねアームおよび弁部材へと伝達されて、弁の閉鎖力を高めるので好適である。

本発明のさらに別の好適な実施態様では、前記ばねアームが、シェル底部とシェル縁部とを備えたシェル状のばねエレメントの一部として、上記シェル底部から一部を残して打ち抜かれており、このばねエレメントが第３の孔区分内に挿入されて、シェル縁部の圧入または溶接により固定されている。このようなばねエレメントは、高強度の特殊鋼から成る単純な打抜き・曲げ加工部材として安価に製造され得る。このばねエレメントを特定の圧入深さで第３の孔区分内に固定することによって、弁の閉鎖力を調節することができる。

本発明による構成アッセンブリは、好適には流体を調量するための弁、特に内燃機関の燃料噴射装置に設けられた、燃料を調量して噴射するための弁内に挿入されて、流体の流出を防ぐために弁室をシールするためのシール構成アッセンブリを形成するために使用されるか、または弁ハウジングと、弁ハウジング内に軸方向で支持された力伝達エレメント、たとえば圧電式または磁気歪み式のアクチュエータおよび弁ニードルとの熱膨張差を補償するための液圧式のカプラを形成するために使用される。

以下に、本発明の実施形態を図面につき詳しく説明する。

流体を調量するための弁を部分的に断面して示した図である。 弁の、図１に側面図で描かれた下側の部分を、拡大して示す縦断面図である。 図２にＩＩＩで示した部分の拡大図である。 弁内のばねエレメントを、図３の矢印ＩＶ方向で下方から見た図である。 図１に示した弁内の液圧式のカプラの縦断面図である。 液圧式のカプラの改良形を示す、図５と同様の縦断面図である。

以下において、本発明により提供された新規形式の構成アッセンブリについて、流体を調量するための弁、たとえば内燃機関の燃料噴射装置に設けられた燃料用の噴射弁内への組込みに関連して説明する。図１に図示したこのような弁は、上記構成アッセンブリを、好適には、図２および図３に図示されているように弁ハウジング内の弁室をシールするために、かつ／または図４および図５に図示されているように弁ハウジング内に配置された液圧式のカプラとして使用することができる。

この構成アッセンブリ（図２〜図６）は、第１の構成エレメント１１と、この第１の構成エレメント１１により取り囲まれた第２の構成エレメント１２と、第１および第２の構成エレメント１１，１２に固定されていて、かつ第１および第２の構成エレメント１１，１２の間に存在する半径方向ギャップ１４に覆い被さる、たとえば円環状のフレキシブルなダイヤフラム１３と、第１および第２の構成エレメント１１，１２とダイヤフラム１３とにより封入された媒体の容積１５とを有する。上記媒体は、液体または軟質の物質または混練可能な物質であるが、特殊な使用事例においては気体であってもよい。媒体を導入するためには、第１および第２の両構成エレメント１１，１２のいずれか一方の構成エレメントに充填弁１６が配置されており、この充填弁１６は、封入された容積１５の方向に開く。充填弁１６は、ばね戻し式の逆止弁として形成されていて、第１の構成エレメント１１または第２の構成エレメント１２に延在する充填通路１７内に配置されている。図３に図示されている拡大された部分断面図から判るように、この充填通路１７は段付き孔１８として形成されており、この段付き孔１８は第１の孔区分１８１と、この第１の孔区分１８１に比べて大径の第２の孔区分１８２と、この第２の孔区分１８２に続く第３の孔区分１８３とを備えている。第１の孔区分１８１から第２の孔区分１８２への移行部には、ばね付勢された弁部材２０のための弁座１９が形成されている。第３の孔区分１８３は、第２の孔区分１８２の直径に比べてさらに大きな直径を有していて、孔軸線に対して偏心的に配置されている。この第３の孔区分１８３内には、弁部材２０を弁閉鎖方向に、つまり弁座１９の方向に付勢するばねアーム２１が固定されている。この弁部材２０は、好適には、ＰＴＦＥで被覆された鋼球であり、弁座１９は鋼球による最適なシーリングのために、孔軸線に対して５°〜６０°の傾斜角αを有している。弁部材２０に摩擦接続的に載着しているばねアーム２１は、シェル状のばねエレメント２２の一部を成しており、このばねエレメント２２は、シェル底部２２１とシェル縁部２２２（図３および図４）とを備えている。ばねアーム２１は、上記シェル底部２２１から一部を残して打ち抜かれて曲げ上げられている。ばねアーム２１の、弁部材２０に作用するばね力を調節するために、ばねエレメント２２は所定の高さＨ（図３）で第３の孔区分１８３内に挿入されて固定されている。このことは、たとえばシェル縁部２２２の圧入または溶接により行われる。このばねエレメント２２は、高強度のばね鋼から成る打抜き・曲げ加工部材である。第３の孔区分１８３が孔軸線に対して偏心していることにより、ばねアーム２１の、可能な限り大きな曲げ長さｂ（図４）が得られる。

構成アッセンブリを組み立てた後に媒体を導入するためには、まずこの構成アッセンブリが空気抜きされる。つまり、第１および第２の構成エレメント１１，１２とダイヤフラム１３との間の媒体のために提供された容積１５が排気される。このためには充填弁１６が開放される。そのためには、段付き孔１８の第１の孔区分１８１を通じて、弁部材２０に軸方向のずらし力が加えられ、このずらし力によって弁部材２０は、ばねアーム２１の戻し力に抗して弁座１９から引き離される。構成アッセンブリを空気抜きした後に、充填弁１６は、弁部材２０に加えられているずらし力が消失することにより閉じる。引き続き、第１の孔区分１８１まで導入された充填管を介して、媒体が、ばねアーム２１のばね力を上回る圧力で確実に構成アッセンブリ内に導入されるので、予め規定された容積１５が完全に媒体で満たされている。弁部材２０に作用する閉鎖力は、封入された容積１５に形成された圧力の分だけ増大される。

前記構成アッセンブリは好ましくは、流体、特に燃料を調量するための弁において使用される。この弁は、図１に部分的に断面されて図示されている。この弁は、公知の形式で弁ハウジング３０を有していて、この弁ハウジング３０の一方のハウジング端部内には、弁座支持体３１が固く挿入されている。弁座支持体３１の、弁ハウジング３０とは反対側の自由端部には、調量開口３２が配置されていて（図２）、この調量開口３２は、弁ニードル３３に加工成形された閉鎖ヘッド３３１と、弁座支持体３１に形成された弁座３１１との協働により制御可能である。弁ニードル３３は、圧電式または磁気歪み式のアクチュエータ３４によって弁閉鎖ばね３５の戻し力に抗して操作される。このアクチュエータ３４は液圧式のカプラ３６に接続されていて、この液圧式のカプラ３６は弁ハウジング３０内にカルダン継手式に支持されている。このためには、弁ハウジング３０の他方の端部が、接続部材３７によって閉鎖されていて、この接続部材３７には、流体を供給するための接続管片３８に接続された流入孔３９が形成されている。アクチュエータ３４と液体式のカプラ３６とは、接続部材３７に取り付けられたハウジング管４０内に配置されており、弁ハウジング３０とハウジング管４０との間には環状ギャップ４９が形成されており、この環状ギャップ４９は、接続部材３７に設けられた流入孔３９を、弁座支持体３１に設けられた調量開口３２の上流側に配置された弁室４１に接続している。

図２および図３に図示されているように、前で説明した構成アッセンブリは、弁室４１をシールするために用いられ、ひいては流体もしくは燃料に対する耐性を有しないアクチュエータ３４を含むハウジング管４０を、弁室４１内に存在する流体に対してシールするために用いられる。この場合、第１の構成エレメント１１は弁室４１を画定する弁体４２を形成しており、この弁体４２は、一方ではハウジング管４０の端部に、他方では弁座支持体３１にそれぞれ固くかつ流体が密閉されるように結合されている（図２および図３に図示の溶接シーム４５，４６）。第２の構成エレメント１２は、弁ニードル３３を形成しており、この弁ニードル３３は、環状ギャップ１４を残して弁体４２を貫いて貫通案内されている。フレキシブルな環状のダイヤフラム１３は、そのダイヤフラム１３の内縁部で弁ニードル３３に、外縁部で弁体４２にそれぞれ流体が密閉されるように取り付けられている。このことは図２および図３において溶接シーム４３，４４により表わされている。製造技術上の理由から、弁ニードル３３は、弁体４２内での案内のための固定のスライドリング４７を保持しているので、環状の半径方向ギャップ１４は、弁ニードル３３の一部であるスライドリング４７と弁体４２との間に存在しており、ダイヤフラム１３の内縁部はスライドリング４７に取り付けられている。充填弁１６を有する充填通路１７は、弁体４２内に配置されており、媒体の封入された容積１５は、弁体４２に設けられたダイヤフラム１３によって覆い被された覆い領域５６内に集められている。この封入された容積１５内の媒体は、高い降伏点を有する軟質の物質、たとえばビンガム液体、粘液状のシリコーンオイル、軟質の材料または混練可能な材料、たとえばエラストマ、または変圧器油である。

図５および図６に図示されているように、図１に図示した、弁に設けられた前述の構成アッセンブリは、液圧式のカプラ３６を実現するためにも使用される。このためには、第１の構成エレメント１１が、ポット形のカプラハウジング５０を形成していて、このカプラハウジング５０は、ポット底部５０１とポット周壁５０２とを有している。このカプラハウジング５０は、接続部材３７に設けられた凹部５１内にカルダン継手式に支持されている。第２の構成エレメント１２は、力伝達エレメントによって、つまり本実施形態ではアクチュエータ３４によって力を与えることができかつ軸方向に移動可能なカプラ部材５２を形成している。このカプラ部材５２は、カプラハウジング５０内にスライド式に案内されたピストン５３と、ピストン５３に固く結合されたカップリングピン５４とを有しており、このカップリングピン５４は、力伝達エレメント、つまり本実施形態ではアクチュエータ３４を結合するために用いられる。ピストン５３は、カプラハウジング５０のポット周壁５０２と共に半径方向ギャップ１４を、ポット底部５０１と共にカプラギャップ５５をそれぞれ画定している。充填弁１６は、カプラ部材５２内に配置されており、媒体の封入された容積１５は、半径方向ギャップ１４を介して、カプラハウジング５０とカプラ部材５２とに固定されたダイヤフラム１３の覆い領域５６と、カプラギャップ５５とに分配されている。媒体としては、液体、たとえば液圧オイルが使用される。

図５に図示されているように、ダイヤフラム１３のカプラ部材側の固定は、カップリングピン５４において行われる。カップリングピン５４は、ピストン５３に設けられた凹部５７内に取り付けられていて、凹部５７の底部と共に中空室５８を画定している。この中空室５８は、覆い領域５６に連通している。充填通路１７および充填通路１７内に組み込まれた充填弁１６は、カップリングピン５４内に延在していて、中空室５８に開口しているので、カプラハウジング５０とピストン５３とダイヤフラム１３とに封入された媒体の容積１５は、中空室５８内にまで延在している。カップリングピン５４は、このカップリングピン５４の、ピストン５３から突出している端部に、凹部５９を有しており、アクチュエータ３４は、力伝達プレート６０を有しており、この力伝達プレート６０には、カップリングピン５４に設けられた凹部５９に突入したピン６１が一体に成形されている。このピン６１は、凹部５９内に固定されていて、たとえば圧入により固定されている。アクチュエータ３４は、弁ハウジング３０に固着するように成形された電気的な接続コネクタ４８を介して通電可能である。

アクチュエータ３４と液圧式のカプラ３６とから成る構成アッセンブリは、弁閉鎖ばね３５の作用を受けて、弁ニードル３３と接続部材３７との間に摩擦接続的に緊締されている。温度変化によってアクチュエータ３４と弁ハウジング３０との熱膨張差が生ぜしめられると、カプラギャップ５５に作用するピストン５３の圧力が増大する。カプラギャップ５５内の高められた圧力によって、カプラギャップ５５から媒体が押しのけられ、この媒体は、半径方向ギャップ１４を介してダイヤフラム１３の覆い領域５６に押しずらされる。温度変化によってカプラギャップ５５に作用するピストンの圧力が再び減少すると、ダイヤフラム１３によって、十分に高い押圧力が形成されるので、媒体が覆い領域５６から半径方向ギャップ１４を介して再びカプラギャップ５５へ押し戻されると同時にピストン５３が移動させられる。

図６に縦断面で図示された液圧式のカプラ３６は、図５につき説明した液圧式のカプラ３６に比べて次の点で変更されている。すなわちダイヤフラム１３に加えて、カプラハウジング５０の、カプラギャップ５５とは反対側の外側に第２のダイヤフラム６２が配置されている。この第２のダイヤフラム６２は、カプラハウジング５０のポット底部５０１に跨がるように緊定されていて、カプラハウジング５０のポット周壁５０２に流体が密閉されるように、つまり液密に固定されている。第２のダイヤフラム６２とカプラハウジング５０との間には、補償室６３が残されており、この補償室６３は、ポット周壁５０２に設けられた少なくとも１つの孔６４と、半径方向ギャップ１４とを介してカプラギャップ５５に接続されている。これに代えて、補償室６３が、ポット底部５０１に設けられた軸方向孔を介して、カプラギャップ５５に直接に接続されていてもよい。ダイヤフラム１３の覆い領域５６へ向かって形成された、ピストン５３に設けられた凹部５７の底部における中空室５８に通じた接続路を介して、補償室６３も媒体によって満たされている。補償室６３は、媒体の封入された容積１５全体を増大させるので、弁ハウジング３０と、アクチュエータ３４および弁ニードル３３から成る構成アッセンブリ（図１）との、より大きな熱膨張差を補償することができる。その他の点において、図６に図示された液圧式のカプラ３６は、図５に図示された液圧式のカプラ３６と合致しているので、同一の構成部分には同一の参照符号を付している。

Claims (12)

1. 第１の構成エレメント（１１）と、
   該第１の構成エレメント（１１）によって取り囲まれた第２の構成エレメント（１２）と、
   前記第１および第２の構成エレメント（１１，１２）の間に存在する半径方向ギャップ（１４）に覆い被さって、前記第１および第２の構成エレメント（１１，１２）に密閉して固定されたダイヤフラム（１３）と、
   前記第１および第２の構成エレメント（１１，１２）と前記ダイヤフラム（１３）とにより封入された媒体の容積（１５）とを備える構成アッセンブリにおいて、
   前記第１および第２の構成エレメント（１１，１２）のいずれか一方の構成エレメントに、媒体を導入するための充填弁（１６）が配置されており、
   前記充填弁（１６）は、前記一方の構成エレメント（１１，１２）内に延在する充填通路（１７）内に配置されており、
   前記充填通路（１７）は、段付き孔（１８）として形成されており、該段付き孔は、第１の孔区分（１８１）と、該第１の孔区分に比べて大径の第２の孔区分（１８２）とを備え、前記第１の孔区分（１８１）と前記第２の孔区分（１８２）との移行部に、弁部材（２０）のための弁座（１９）が形成されており
   前記段付き孔（１８）は、前記第２の孔区分（１８２）に続いた第３の孔区分（１８３）を備えて、該第３の孔区分（１８３）は、前記第２の孔区分（１８２）の直径よりも大きな直径を持って、孔軸線に対して偏心的に配置されており、前記第３の孔区分（１８３）内に、前記弁部材（２０）を付勢するばねアーム（２１）が固定されていることを特徴とする、構成アッセンブリ。
2. 前記充填弁（１６）は、ばね戻し式の逆止弁として形成されている、請求項１記載の構成アッセンブリ。
3. 前記ばねアーム（２１）は、シェル底部（２２１）とシェル縁部（２２２）とを備えたシェル状のばねエレメント（２２）の一部として、前記シェル底部（２２１）から一部を残して打ち抜かれた形状であり、前記ばねエレメント（２２）の前記シェル縁部（２２２）は、前記第３の孔区分（１８３）内に固定されている、請求項１または２記載の構成アッセンブリ。
4. 前記ばねエレメント（２２）は、ばね鋼から成る部材である、請求項３記載の構成アッセンブリ。
5. 前記弁部材（２０）は、ＰＴＦＥで被覆された鋼球である、請求項１から４までのいずれか１項記載の構成アッセンブリ。
6. 前記弁座（１９）は、孔軸線に対して５°〜６０°の傾斜角αを有している、請求項５記載の構成アッセンブリ。
7. 当該構成アッセンブリは、流体を調量するための弁の弁ハウジング（３０）内に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の構成アッセンブリ。
8. 前記第１の構成エレメント（１１）は、前記弁ハウジング（３０）内の弁室（４１）を閉鎖する弁体（４２）を形成しており、前記第２の構成エレメント（１２）は、前記弁体（４２）内にスライド式に案内された、前記弁室（４１）の下流側に配置された調量開口（３２）を制御するための弁ニードル（３３）を形成しており、前記充填弁（１６）を有する前記充填通路（１７）は、前記弁体（４２）内に配置されており、封入された前記容積（１５）は、前記弁体（４２）に設けられた前記ダイヤフラム（１３）によって覆い被された覆い領域（５６）内に集められている、請求項７記載の構成アッセンブリ。
9. 前記媒体は、高い降伏点を有する軟質の物質、たとえばビンガム液体、混練可能な材料、エラストマ、粘液状のシリコーンオイル、または変圧器油である、請求項８記載の構成アッセンブリ。
10. 前記弁ハウジング（３０）内に組み込まれた液圧式のカプラ（３６）内で、前記第１の構成エレメント（１１）が、ポット形のカプラハウジング（５０）を形成しており、該カプラハウジング（５０）は、ポット底部（５０１）とポット周壁（５０２）とを備え、前記第２の構成エレメント（１２）が、力伝達エレメントによって負荷されるようになっているカプラ部材（５２）を形成しており、該カプラ部材（５２）は、前記カプラハウジング（５０）内にスライド式に案内されたピストン（５３）と、該ピストン（５３）に固く結合された、前記力伝達エレメントを結合するためのカップリングピン（５４）とを備え、前記ピストン（５３）は、前記カプラハウジング（５０）の前記ポット周壁（５０２）と共に前記半径方向ギャップ（１４）を画定していて、かつ前記カプラハウジング（５０）の前記ポット底部（５０１）と共にカプラギャップ（５５）を画定しており、前記充填弁（１６）を有する前記充填通路（１７）は、前記カプラ部材（５２）内に配置されており、封入された前記容積（１５）は、前記半径方向ギャップ（１４）を介して、前記カプラハウジング（５０）と前記カプラ部材（５２）とに設けられた前記ダイヤフラム（１３）によって覆い被された覆い領域（５６）と、前記カプラギャップ（５５）とに分配されている、請求項７記載の構成アッセンブリ。
11. 前記ダイヤフラム（１３）はカプラ部材側では、前記カップリングピン（５４）に固定されており、前記カップリングピン（５４）は、前記ピストン（５３）に設けられた中央の凹部（５７）内に取り付けられていて、該凹部（５７）の底部と共に、前記ダイヤフラム（１３）の前記覆い領域（５６）に連通されている中空室（５８）を画定しており、前記充填弁（１６）を有する前記充填通路（１７）は、前記カップリングピン（５４）内に延在していて、前記中空室（５８）に開口しており、封入された前記容積（１５）は、前記中空室（５８）内にまで延在している、請求項１０記載の構成アッセンブリ。
12. 前記媒体は液圧オイルである、請求項１０または１１記載の構成アッセンブリ。

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