JP6033306B2 - 流れのある媒体を調量供給する弁 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した、流れのある媒体、たとえばガス状のまたは液状の媒体を調量供給する弁、特に内燃機関用の燃料噴射弁に係る。

背景技術
公知の燃料噴射弁（独国特許出願公開第１０２００７０２８４９０号明細書）は、流入側の端部と噴射側の端部とを備えた中空円筒状のハウジングを有している。流入側の端部は、流入管片を支持するカバーによって閉鎖されており、噴射側の端部には、ハウジングを越えて部分的に突出した中空円筒状の弁ボディまたはノズルボディが挿入されている。この弁ボディの、ハウジングと反対側の端部には、噴射開口と、この噴射開口を流出側で取り囲む弁座とが形成されている。弁ハウジングの噴射側の端部は弁ボディを取り囲んでおり、弁ハウジングと弁ボディとの間に存在する環状の接合箇所は、弁ハウジングと弁ボディとを互いに結合する溶接シームによって液密に密封されており、これによって、弁ハウジング内で、たとえば２００ｂａｒのシステム圧下にある燃料が、接合箇所において流出しないようになっている。

発明の開示
請求項１の特徴を備えた本発明に係る弁は、弁ハウジングと弁ボディとへのプレス嵌めにより接合箇所を覆うクランプリングによって、弁ハウジングと弁ボディとの間の接合箇所の、溶接シームに比べて確実なかつ亀裂が生じにくい密封が行われているという利点を有している。クランプリングのプレス嵌めは、好適には収縮嵌めによって行われる。このためには、クランプリングが、たとえば可能な限り高い温度に誘導加熱され、これにより内径が拡径されたクランプリングが、接合箇所を覆うように弁ハウジングおよび弁ボディの端部分に被せられるかまたは押し被せられる。冷却されると、クランプリングが収縮し、弁ボディと弁ハウジングとを軸方向に引き寄せる。これによって、弁ハウジングと弁ボディとの間で接合箇所の摩擦接続および半径方向のかつ軸方向に密封が行われる。択一的には、プレス嵌めが、弁ハウジングおよび弁ボディの端部分に余剰寸法を伴って被せられたクランプリングの機械的な押付けによって行われてもよい。弁ハウジングの材料と弁ボディの材料とは、溶接シームによる密封の場合と異なり、自由に選択されてよい。なぜならば、機械的に安定した耐圧性のかつ引裂き抵抗を有する溶接シームを得るために極めて良好に溶接可能な材料を使用することに対する要求が排除されているからである。したがって、弁ハウジングと弁ボディとを廉価な材料から製造することができ、製造コストを削減することができる。弁ハウジングと弁ボディとの間に溶接歪みが生じることがある溶接の場合と異なり、両部材の確実なかつ良好な位置決めが達成される。弁ハウジングと弁ボディとの溶接の場合と異なり、弁ボディの外径が大きい場合でも、弁ハウジング内の大きな圧力にもかかわらず、接合箇所の確実な密封を保証することができる。大きな外径によって、さらに、弁ボディに設けられた中心の調量供給開口への、弁の幾つかの構造的な構成に対して有利な弁ハウジング内での偏心的な流体案内が可能となる。クランプリングを加熱するためのエネルギ利用を制限するためは、このクランプリングが可能な限り小さな体積を備えて設計されている。

従属請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した弁の有利な改良と改善とが可能となる。

本発明の有利な態様では、弁ハウジングおよび弁ボディの端部分が、クランプリングの覆い範囲に、互いに間隔を置いて配置された半径方向の複数のシール縁部を備えており、これらのシール縁部が、製造技術的に簡単に歯列の歯面によって形成されている。シール縁部内でのクランプリングの、このクランプリングのプレス嵌めの実施に付随した引っ掛かりによって、付加的に形状接続が生じ、接合箇所の半径方向のかつ軸方向の密封がさらに改善される。

本発明の有利な態様では、弁ハウジングおよび弁ボディの端部分が、接合箇所において互いに突き合わされて接触していて、等しい外径を有している。この態様では、弁ボディと弁ハウジングとが、接合箇所において、弁ボディに形成された環状の第１の当付け面と、弁ハウジングに形成された、好適には弁ハウジングの端面に対して引っ込められて配置された環状の第２の当付け面とで互いに接触している。第１の当付け面は、媒体により加圧される、弁ボディに設けられた中央のキャビティを画定する内側の周縁部を有しており、第２の当付け面は、内側の周縁部を越えて突出した張出し範囲を有している。この態様では、キャビティが、環状のキャビティ底部と共に鈍角を成していて、平らに形成されているかまたは凹面状に湾曲させられて形成されている。キャビティによって、接合箇所での弁ボディの剛性が低減させられ、キャビティ内に形成された流体圧が、弁ボディを半径方向でクランプリングに向かって付加的に押圧する。これによって、接合箇所での形状接続と密封とが向上させられる。

この効果は、本発明の別の態様では、弁ハウジングに設けられた第２の当付け面の張出し範囲に、キャビティに向かって開いた溝が配置されており、溝が、好適には、弁ボディに設けられた第１の当付け面の内側の周縁部に向かって溝底に対して鈍角を成して延びる溝側面を有していることによって一層向上させられる。溝によって、弁ハウジングの端部分でも剛性低減が達成され、これによって、キャビティ内にも溝内にも形成された流体圧が、弁ハウジングをも半径方向でクランプリングに押し付ける。

本発明の別の態様によれば、接合箇所の半径方向のかつ軸方向の密封を種々異なる手段によって付加的に改善することができる。たとえば、さらに、クランプリング内に、接合箇所を覆う、エラストマ、たとえばシリコーンから成るシールリングが嵌め込まれていて、このシールリングが、半径方向で弁ハウジングおよび弁ボディの端部分に押し付けられていてもよいし、弁ハウジングおよび弁ボディの端部分の、クランプリングにより覆われた範囲の少なくとも一部が、弾性的なシール材料、たとえばシリコーンで被覆されていてもよいし、弁ハウジングと弁ボディとの、互いに接触し合う当付け面の間に、エラストマ、たとえばシリコーンから成るシールリングが配置されていてもよいし、弁ハウジングに設けられた当付け面および弁ボディに設けられた当付け面のうちの少なくとも一方が、シール材料、たとえばシリコーンで被覆されていてもよい。なお、付加的には、一方で、クランプリングと弁ボディとの溶接が行われ、他方で、クランプリングと弁ハウジングとの溶接が行われてもよい。この態様では、両溶接シームはシール機能しか引き受けない。なぜならば、流体圧の軸方向の力がクランプリングによって受け止められるからである。これによって、溶接シームが高い機械的な安定性を有している必要はないので、弁ハウジング、弁ボディおよびクランプリングに対して、溶接のために良好に適しているとまでは言えない材料が使用されてもよい。

好適には、弁ハウジングおよび弁ボディには、高い強度を備えた可能な限り硬い材料、たとえば焼入れされた鋼１．４０３５が使用され、クランプリングには、高い強度と僅かに少ない硬さとを備えた材料、たとえば焼入れ焼戻しされた鋼１．４０３５が使用される。

液状のまたはガス状の媒体を調量供給するための弁の部分的な縦断面図である。 図１における一点鎖線の部分の詳細図である。 別の実施の形態を図２と同様に示す図である。 さらに別の実施の形態を図２と同様に示す図である。 さらに別の実施の形態を図２と同様に示す図である。 さらに別の実施の形態を図２と同様に示す図である。 さらに別の実施の形態を図２と同様に示す図である。

本発明を、図面に示した複数の実施の形態に基づき以下に詳しく説明する。

図１に縦断面図で示した、流れのある媒体、すなわち、液状のまたはガス状の媒体を調量供給するための弁は、好適には、燃料を内燃機関の燃焼シリンダ内にまたは吸気ポート内に噴射するための噴射弁として使用されるものの、水性の溶液、たとえば尿素水溶液を内燃機関の排気系統内に噴射するための調量弁として使用されてもよい。弁は弁ハウジング１１を有している。この弁ハウジング１１の一方の端面端部は弁ボディ１２によって閉鎖されている。この弁ボディ１２の中心に延びる貫通孔１２１の、ハウジングと反対側の端部には、調量供給開口１３が形成されている。この調量供給開口１３は、外向きに開放する弁部材１４によって、弁ボディ１２に形成された弁座１２２と相俟って制御される、すなわち、開閉される。弁ニードル１４１と、この弁ニードル１４１の端部側に配置された閉鎖ヘッド１４２とを有する弁部材１４は、公知の形式でアクチュエータ（図示せず）、たとえば圧電式のアクチュエータによって、弁ニードル１４１と弁ボディ１２とに支持された弁閉鎖ばね１６の戻し力に抗して操作される。弁ハウジング１１内には、媒体のための軸方向に延びる流入路１７が偏心的に存在している。この流入路１７を介して、媒体は、弁ボディ１２内に貫通孔１２１に対して同軸的に形成された、弁閉鎖ばね１６を収容する中空室１５内に達し、この中空室１５から、弁ニードル１４１を案内する貫通孔１２１を介して、閉鎖ヘッド１４２により閉鎖された調量供給開口１３に達する。

弁ハウジング１１と弁ボディ１２との間には、接合箇所１８が存在している。この接合箇所１８では、弁ハウジング１１および弁ボディ１２の、互いに向かい合った等しい外径を有する端部分が、互いに突き合わされて接触している。接合箇所１８はシール部材２０によって密封されている。このシール部材２０は、本発明では、接合箇所１８を覆うクランプリング１９を有している。このクランプリング１９は、弁ハウジング１１および弁ボディ１２の端部分にプレス嵌めによって装着されている。クランプリング１９は、高い強度と、弁ハウジング１１および弁ボディ１２の材料の硬さに比べて僅かに少ない硬さとを有する材料から成っている。たとえば、鋼１．４０３５から成るクランプリング１９は焼入れ焼戻しされており、鋼１．４０３５から成る弁ハウジング１１と弁ボディ１２とは焼入れされている。

好適には、プレス嵌めは、クランプリング１９を弁ハウジング１１および弁ボディ１２の端部分に収縮嵌めすることによって行われる。このためには、クランプリング１９が、好適には、たとえば可能な限り高い温度に誘導加熱され、この加熱により内径が拡径されたクランプリング１９が、弁ハウジング１１および弁ボディ１２の端部分に接合箇所１８にわたって被せられるかまたは押し被せられる。クランプリング１９は、その加熱プロセスを短縮しかつエネルギを節約するために、可能な限り小さな体積を有している。冷却されると、クランプリング１９が収縮する。その際、弁ボディ１２と弁ハウジング１１とが接合箇所１８において軸方向に引き寄せられ、弁ボディ１２と弁ハウジング１１との間で摩擦接続および半径方向のかつ軸方向の密封が行われる。

図２に拡大して示した弁の一部から認めることができるように、弁ハウジング１１および弁ボディ１２の端部分は、クランプリング１９の覆い範囲において、互いに間隔を置いて配置された半径方向の複数のシール縁部を付加的に備えている。このシール縁部は、最も簡単な形態では、歯列２１の歯面によって形成されている。プレス嵌めによって、クランプリング１９が付加的に歯列２１のシール縁部内に食い込む。これによって、付加的な形状接続およびシール作用の向上が達成される。

半径方向の密封と形状接続とは、弁ボディ１２と弁ハウジング１１との剛性低減が行われることにより、弁ボディ１２と弁ハウジング１１との内部に生じる流体圧によって付加的に向上させられる。このためには、弁ボディ１２に環状の第１の当付け面２２が形成されており、弁ハウジング１１に環状の第２の当付け面２３が形成されている。第１の当付け面２２と第２の当付け面２３とは、接合箇所１８において互いに接触している。第１の当付け面２２は、弁ボディ１２に設けられた中央のキャビティ２４により画定された内側の周縁部２５を有しており、弁ハウジング１１にその端面に対して引っ込められて配置された第２の当付け面２３は、内側の周縁部２５を越えて突出した、ひいては、キャビティ開口２４３の上に位置する張出し範囲２６を有している。キャビティ２４は、弁部材１４の弁ニードル１４１が貫通した環状のキャビティ底部２４１と、キャビティ壁２４２と、このキャビティ壁２４２により取り囲まれたキャビティ開口２４３とを有している。このキャビティ開口２４３には、媒体のための流入路１７が開口しており、これによって、キャビティ２４が、システム圧下にある媒体により加圧されている。キャビティ壁２４２は、好適にはキャビティ底部２４１と鈍角を成していて、本実施の形態では凹面状に湾曲させられて形成されている（図２参照）。キャビティ壁２４２の平らなまたは平坦な構成が可能である。弁ハウジング１１に設けられた第２の当付け面２３の張出し範囲２６には、キャビティ２４に向かって開いた溝２７が配置されている。この溝２７は、弁ボディ１２に設けられた第１の当付け面２２の内側の周縁部２５に向かって、好適には溝底２７２に対して鈍角を成して延びる溝側面２７１を有している（図２参照）。キャビティ壁２４２と溝側面２７１とに作用する媒体のシステム圧は、弁ボディ１２および弁ハウジング１１の端部分を、収縮嵌めされたクランプリング１９に半径方向で付加的に押し付け、したがって、接合箇所１８での弁ハウジング１１と弁ボディ１２との間の半径方向の密封と形状接続とを向上させている。

図３〜図７に示した、変更された実施の形態に係る弁の部分では、弁ハウジング１１と弁ボディ１２との間の接合箇所１８に対するシール部材２０が、収縮嵌めされたクランプリング１９に対して付加的に、さらに、別の構造的な手段によって補われている。

図３に示した実施の形態では、シール部材２０が、クランプリング１９に対して付加的に、さらに、接合箇所１８を軸方向で覆う、エラストマ、たとえばシリコーンから成るシールリング２８を有している。このシールリング２８は、クランプリング１９内に嵌め込まれていて、半径方向で弁ハウジング１１および弁ボディ１２の端部分に押し付けられている。シールリング２８は、クランプリング１９の内側の環状壁に加工された溝２９内に収容されている。この溝２９は、好適には接合箇所１８に対して対称的に配置されている。

図４に示した実施の形態では、シール部材２０が、クランプリング１９に対して付加的に、さらに、エラストマ、たとえばシリコーンから成る被覆体３０を有している。この被覆体３０は、弁ハウジング１１および弁ボディ１２の端部分の、クランプリング１９により覆われた範囲内で、少なくとも弁ハウジング１１の端部分の一部と弁ボディ１２の端部分の一部とにわたって延びている。被覆体３０の、好適には等しいサイズの両部分は、弁ハウジング１１および弁ボディ１２の端部分へのクランプリング１９の押被せ前に被着される。

図５に示した実施の形態では、シール部材２０が、クランプリング１９に対して付加的に、さらに、エラストマ、たとえばシリコーンから成るシールリング３１を有している。このシールリング３１は、弁ボディ１２の当付け面２２と弁ハウジング１１の当付け面２３との間に配置されている。

図６に示した実施の形態では、シール部材２０が、クランプリング１９に対して付加的に、さらに、エラストマ、たとえばシリコーンから成る被覆体３２を有している。この被覆体３２は、弁ボディ１２の当付け面２２および弁ハウジング１１の当付け面２３の一方または両方に被着されている。

図７に示した実施の形態は、ハウジング１１および弁ボディ１２の端部分に収縮嵌めされたクランプリング１９が、さらに、その両端面端部において、一方では弁ハウジング１１に溶接されていて、他方では弁ボディ１２に溶接されている点でのみ、図１および図２に示した実施の形態と異なっている。この溶接時に形成される溶接シームは、図７に符号３３，３４で示してある。両溶接シーム３３，３４は、専ら接合箇所１８を付加的に密封するためにしか働かず、軸方向の力を受け止めないので、その機械的な強度に、より高い要求が課される必要はなく、弁ハウジング１１、弁ボディ１２およびクランプリング１９に対して、良好に溶接可能であるとまでは言えない材料が使用されてもよい。

図３〜図７に部分的に示した弁の実施の形態は、変更されたシール部材２０を除いて、図１および図２に示した弁の実施の形態に合致しているので、同一の構成部材には、同じ符号が付してある。

Claims (14)

1. 流れのある媒体を調量供給する弁であって、
   前記媒体のための流入路（１７）を有する弁ハウジング（１１）と、
   前記媒体のための調量供給開口（１３）を有する弁ボディ（１２）と、
   弁ハウジング（１１）と弁ボディ（１２）との間に存在する接合箇所（１８）と、
   該接合箇所（１８）を密封するシール部材（２０）と、
   を備える、流れのある媒体を調量供給する弁において、
   シール部材（２０）は、接合箇所（１８）を覆う金属製のクランプリング（１９）を有し、該クランプリング（１９）は、弁ハウジング（１１）および弁ボディ（１２）の、接合箇所（１８）において互いに向かい合った端部分に、嵌合されており、
   弁ハウジング（１１）および弁ボディ（１２）の前記端部分は、等しい外径を有し、
   弁ボディ（１２）と弁ハウジング（１１）とは、接合箇所（１８）において、弁ボディ（１２）に形成された環状の第１の当付け面（２２）と、弁ハウジング（１１）に形成された環状の第２の当付け面（２３）とで互いに突き合わされて接触しており、第１の当付け面（２２）は、前記媒体により加圧される、弁ボディ（１２）に設けられたキャビティ（２４）を画定する内側の周縁部（２５）を有し、第２の当付け面（２３）は、内側の周縁部（２５）を越えて突出した張出し範囲（２６）を有し、
   弁ハウジング（１１）に設けられた第２の当付け面（２３）の張出し範囲（２６）に、キャビティ（２４）に向かって開いた溝（２７）が配置されており、
   前記キャビティ（２４）は、環状のキャビティ底部（２４１）と、キャビティ壁（２４２）と、該キャビティ壁（２４２）により取り囲まれたキャビティ開口（２４３）とを有し、該キャビティ開口（２４３）に前記媒体のための流入路（１７）が開口しており、キャビティ壁（２４２）は、キャビティ底部（２４１）と鈍角を成していて、平らに形成されているかまたは凹面状に湾曲させられて形成されており、
   前記溝（２７）は、弁ボディ（１２）に設けられた第１の当付け面（２２）の内側の周縁部（２５）に向かって溝底（２７２）に対して鈍角を成して延びる溝側面（２７１）を有しており、
   前記キャビティ（２４）および前記溝（２７）によって、弁ボディ（１２）および弁ハウジング（１１）の端部分の剛性が低減され、キャビティ（２４）内の媒体の圧力により弁ハウジング（１１）および弁ボディ（１２）がクランプリング（１９）に半径方向で押し付けられることを特徴とする、流れのある媒体を調量供給する弁。
2. 弁ハウジング（１１）および弁ボディ（１２）の前記端部分は、クランプリング（１９）の覆い範囲に、半径方向の複数のシール縁部を備える、請求項１記載の弁。
3. 前記半径方向のシール縁部に歯列（２１）が形成されている、請求項２記載の弁。
4. 弁ハウジング（１１）に設けられた第２の当付け面（２３）は、弁ハウジング（１１）の端面に対して引っ込められて配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁。
5. シール部材（２０）は、接合箇所（１８）を軸方向で覆う、エラストマから成るシールリング（２８）をさらに有し、該シールリング（２８）は、クランプリング（１９）内に嵌め込まれていて、半径方向で弁ハウジング（１１）および弁ボディ（１２）の前記端部分に押し付けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁。
6. シールリング（２８）は、クランプリング（１９）の内側の環状壁に加工された溝（２９）内に収容されている、請求項５記載の弁。
7. シール部材（２０）は、弁ハウジング（１１）および弁ボディ（１２）の前記端部分の、クランプリング（１９）により覆われた範囲の少なくとも一部を被覆する、エラストマから成る被覆体（３０）をさらに有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁。
8. シール部材（２０）は、弁ボディ（１２）の当付け面（２２）と弁ハウジング（１１）の当付け面（２３）との間に配置された、エラストマから成るシールリング（３１）をさらに有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁。
9. シール部材（２０）は、弁ボディ（１２）に設けられた当付け面（２２）および弁ハウジング（１１）に設けられた当付け面（２３）のうちの少なくとも一方を被覆する、エラストマから成る被覆体（３２）をさらに有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁。
10. 前記エラストマはシリコーンである、請求項５、７、８または９記載の弁。
11. クランプリング（１９）は、端部側で、一方では弁ハウジング（１１）に溶接されていて、他方では弁ボディ（１２）に溶接されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の弁。
12. 前記嵌合は、弁ハウジング（１１）および弁ボディ（１２）の前記端部分へのクランプリング（１９）の収縮嵌めによって行われている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の弁。
13. 前記媒体は、ガス状のまたは液状の媒体である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の弁。
14. 前記弁は、内燃機関用の燃料噴射弁である、請求項１から１３までのいずれか１項記載の弁。

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