JP6067140B2 - 弁 - Google Patents

Description

本発明は、弁、特に自動車の内燃機関用の燃料噴射系に用いられる弁に関する。

燃料噴射系における弁は、強い負荷に曝されている。というのも弁は、例えば２０００ｂａｒ又はそれ以上の圧力に曝されているからである。電磁アクチュエータを備える弁では、大抵、磁性に関する理由から、比較的軟質の材料が用いられる。この軟質の材料は、追加的な構成要素により、高い圧力及び摩耗に対して防護されている。

信頼性の高い運転を可能にし、特に低コストで製造可能である弁を提供することが所望される。

本発明の態様によれば、弁は、流体入口を包囲しているケーシングを備える。弁は、縦軸線を有する弁部材を備える。更に、弁は、弁座ボディを備える。弁座ボディは、流体入口を包囲していて、シール座を備え、これにより弁部材がシール座に当接しているときには弁が閉じられている。弁座ボディは、ケーシングに連結されている。弁部材は、縦軸線の方向で弁座ボディに対して相対的に可動であり、これにより流体入口から流体出口に向かう流体の流れが解放される。弁座ボディは、弁部材が接続されているガイド面を備え、これにより弁部材の移動が案内される。弁座ボディは、ケーシングよりも硬質の材料から形成されている。

弁は、特に内燃機関の燃焼噴射系に用いられる弁として利用可能である。例えば、弁は、圧力制限弁として利用される。弁は、予め設定された特定の圧力まで閉じたままで、この圧力を上回ると開くので、流体は、流体入口から弁座ボディを通して流体出口に達することができる。そこから、流体は、例えば再び流体タンクに向けて流れる。

例えばピン又は弁ニードルの構成を有する弁部材は、特に電磁アクチュエータに連結されている。電磁アクチュエータは、弁部材を縦軸線に沿って弁座ボディに対して相対的に移動させるように調整されているので、弁部材は、シール座から離反する。電磁アクチュエータは、ケーシングに連結されている。ケーシングは、特に電磁アクチュエータの信頼性の高い運転を可能にするために、比較的軟質の材料から形成されている。ケーシングは、流体を低圧側で案内する。ケーシングは、２０００ｂａｒ又はそれ以上の高圧が掛けられた流体を案内しない。

弁座ボディは、ケーシングに対して比較的硬質の材料から形成されている。弁座ボディは、２０００ｂａｒまで又はそれ以上の圧力を有する流体を案内することができる流体入口を包囲している。更に、弁座ボディは、弁部材の移動を案内するために、弁部材に接触している。従って、弁部材は、より硬質の材料から形成された弁座ボディにより案内される。特に、ケーシングの材料は、弁座ボディよりも低い硬さ値を有する。弁部材は、硬質の材料において案内され、これによりガイドの摩耗が低減される。これにより弁の精度及び信頼性がより長期の運転期間にわたっても高められる。更に、シール座及びガイドが同一の弁座ボディに形成されているので、生じる製造誤差が僅かである。これにより製造精度が高まる。というのも長さを高い精度で維持しなければならない複数の構成要素が、１本の共通の軸線上に組み込まれて、配置されているからである。

硬質の材料とは、特に機械的に硬質の材料、つまり比較的軟質の材料よりも変形しにくい材料と解される。これに応じて、軟質の材料とは、比較的硬質の材料よりも比較的変形しやすい材料と解される。軟質の材料は、特に軟磁性材料を含む。

より硬質の材料は、例えばマルテンサイト鋼であってよく、特に以下の元素：Ｃｒ、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ及びＭｏを含む。この場合、材料組成は、特に以下の通りであってよい：１６〜１８％Ｃｒ、０．６〜１．２％Ｃ、≦１％Ｍｎ、≦１％Ｓｉ、≦０．０４％Ｐ、≦０．０３％Ｓ、≦０．７５％Ｍｏ。より硬質の材料は、例えば記号ＳＡＥ４４０の鋼であってよい。より硬質の鋼は、例えばロックウェル硬さＣ５０又はそれ以上、例えばＣ５０〜Ｃ７０、特にＣ５５〜Ｃ６６（極値を含む）を有する。

好適には、より軟質の材料は、磁性材料である。より硬質の材料は、非磁性材料であってよい。

特に、より軟質の材料は、フェライト鋼であってよく、特に以下の元素：Ｃｒ、Ｃ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｐ及びＳ、場合により追加的にＮｉ又はＭｏを含む。この場合、材料組成は、特に以下の通りであってよい：１６〜１８％Ｃｒ、≦０．７５％Ｎｉ、≦０．１２％Ｃ、≦１％Ｍｎ、≦１％Ｓｉ、≦０．０４％Ｐ及び≦０．０３％Ｓ。より軟質の材料は、例えば記号ＳＡＥ４３０の鋼であってよい。軟質の材料は、例えばＢ１００又はそれ以下のロックウェル硬さを有し、例えばＢ７０〜Ｂ１００、特にＢ８０〜Ｂ９０（極値を含む）を有する。

別の態様によれば、ガイド面と弁部材との間の接続は、弁部材及びガイド面に沿った流体の進入を可能にする。弁座ボディにおける弁部材のガイドは、緊密ではない。

本発明の態様によれば、弁部材は、流体入口から流体出口に向かう流体の流れのために、縦軸線に沿って、少なくともガイド面の領域に切欠を有する。この切欠により、流体を、開弁時に、縦軸線に沿って、ガイド面に設けられたガイド領域を通して案内することができる。切欠は、シール座から離反する方向で、特にシール座ボディを越えて延在している。これにより、流体出口に向かう信頼性の高い迅速な流体の導出が可能である。

別の態様によれば、弁座ボディは、流体入口から流体出口に向かう流体の流れのために、縦軸線に対して横方向に方向付けされた流体路を有する。開弁時には、流体は、流体入口から流体路を通して流体出口に達することができる。実施の態様によれば、弁は、弁部材に切欠を有するか、又は、弁座ボディに流体路を有するが、但し、両方は存在しない。別の態様によれば、弁は、弁部材に切欠を有するだけでなく、弁座ボディに流体路を有する。

別の態様によれば、弁座ボディは、壁を有するシール座に流体室を備える。流体入口から流体出口に向かう流体の流れが解放されているときには、流体のジェットが壁に衝突する。開弁時には、強い液体のジェットが高圧側から低圧側に向けて形成される。ジェットは、より硬質の材料から成る弁座ボディの壁に衝突する。より軟質の材料と比較して、弁座ボディは、より僅かな摩耗に曝される。更に、液体のジェットに対する防護のための別の構成要素を省略することができる。従って、簡単で低コストの製造並びに摩耗が僅かで信頼性の高い運転が可能である。

以下に、図面につき、幾つかの例示的な実施の態様を説明する。同一、同種又は同一作用の構成要素には、同一の符号を設けてある。

実施の態様による弁の概略図である。 実施の態様による弁の概略図である。 実施の態様による弁部材の横断面図である。

図１には、弁１００が横断面図で示されている。弁１００は、ケーシング１０１並びに弁座ボディ１０５を備える。弁座ボディ１０５は、ケーシング１０１に連結されている。弁座ボディ１０５は、特にケーシング１０１の凹部内に配置されている。例えば、弁１００は、燃料噴射系に設けられた圧力制限弁である。

弁座ボディ１０５は、流体入口１０６を包囲している。例えば、流体入口１０６は、高圧を案内する燃料路又はアキュムレータに液圧的に接続されている。高圧側で、特に２０００ｂａｒを超える圧力が生じる。弁座ボディ１０５は、シール座１０７を備える。シール座１０７は、流体入口１０６の１端部に配置されている。弁座ボディ１０５は、流体入口１０６から離反する側の領域にガイド面１０８を備える。ガイド面１０８は、特に円筒形である。弁座ボディ１０５は、更に、流体室１１１を包囲している。流体室１１１は、シール座１０７とガイド面１０８との間に配置されている。実施の態様によれば、弁座ボディ１０５は、流体路１１０を包囲している。流体路１１０は、特に１つ又は複数の孔である。流体路１１０は、ガイド面１０８とシール座１０７との間に配置されている。

ケーシング１０１は、流体路１１０の下流側に配置された流体出口１０２を包囲している。

弁１００は、更に、弁部材１０３を備える。弁部材１０３は、特に縦長に伸張された弁ピンもしくは縦長に伸張された弁ニードルであり、弁ピンもしくは弁ニードルは、縦軸線１０４に沿って延在している。

弁部材１０３は、弁座ボディ１０５に接続されている。弁部材１０３は、部分的に、弁座ボディ１０５の内側に配置されている。弁部材１０３は、弁座ボディ１０５に対して相対的に縦軸線１０４に沿って可動である。弁座ボディ１０５に対して相対的な弁部材１０３の移動は、ガイド面１０８により案内される。弁部材１０３の１端部は、閉弁状態でシール座１０７に接触している。反対側の端部でもって、弁部材１０３は、アクチュエータ１１３に連結されている。アクチュエータ１１３は、特に電磁アクチュエータである。アクチュエータ１１３は、特に磁石コイル１１３２と可動子１１３１とを備える。アクチュエータ１１３は、特にケーシング１０１に取り付けられている。アクチュエータ１１３は、弁部材１０３が縦軸線１０４に沿ってシール座１０７から離れる方向に移動するように調整されている。特に、可動子１１３１は、磁石コイル１１３２の通電時に磁石コイル１１３２に向かって変位することができる。

弁座ボディ１０５は、ケーシング１０１を形成している材料よりも硬質の材料から成っている。特に、弁座ボディ１０５は、ケーシング１０１よりも硬質の材料から成っている。特に、弁座ボディ１０５は、ケーシング１０１よりも高い硬さを有する。弁座ボディ１０５用の材料の選択時には、特に磁性を考慮しなくてよい。材料は、優先的に、僅かな摩耗に基づいて選択される。ケーシング１０１の材料は、その磁性に基づいて選択される。というのも、電磁アクチュエータ１１３がケーシング１０１に連結されているからである。

弁部材１０３のガイド面１０８は、より硬質の材料から成る弁座ボディ１０５の一部である。弁座ボディ１０５には、弁部材１０３の案内時に僅かなガイドの摩耗しか生じない。

運転中、流体入口１０６に、高い圧力を有する流体が存在する。圧力が予め設定された値を超える又はアクチュエータが作動させられると、弁部材１０３は、シール座１０７から持ち上げられる。従って、流体入口１０６から流体出口１０２に向かう流体の流れが解放される。この場合、弁部材１０３の先端部とシール座１０７との間に流体のジェットが形成される。高い圧力を有するこのジェットは、流体室１１１の壁１１２に衝突する。流体室１１１は硬質の材料から形成された弁座ボディ１０５に形成されているので、壁１１２に対するジェットの衝突による摩耗が僅かしか発生しない。流体室１１１から、流体は、流体路１１０を通して流体出口１０２に至る。

弁１００において、シール座１０７及び壁１１２は、単一の共通の構成要素で実現されている。流体のジェットに対する防護のための別の構成要素は省略してよい。ガイド面１０８及びシール座１０７は、単一の共通の構成要素で実現されている。従って、生じる製造誤差が僅かである。特に、ガイド面１０８、シール座１０７及び壁１１２は、単一の共通の構成要素で実現されている。これにより、弁１００の割安で正確な製造が可能である。高圧に対する防護のための追加的な構成要素の省略により、弁は、低コストである。弁１００は、流体室１１１において、流体のジェットに関して僅かな摩耗にしか曝されない。更に、弁座ボディ１０５は、弁部材１０３のガイドに関して僅かな摩耗にしか曝されない。

図２には、別の実施の態様による弁１００が示されている。図３による弁１００は、図１に関して説明した実施の態様にほぼ一致している。図１の実施の態様との違いによれば、図２の実施の態様による弁１００は、流体路１１０を有しない。その代わりに、弁部材１０３に１つの又は複数の切欠１０９が設けられている。

図３には、図２の弁部材１０３の縦軸線１０４に対する横方向の横断面が示されている。切欠１０９は、縦軸線１０４の方向に側方で弁部材１０３に形成されている。切欠１０９を通して、開弁時に、流体は、流体室１１１から流体出口１０２に向けて案内される。従って、弁座ボディ１０５における孔１１０を省略してよい。切欠１０９は、特に、シール座１０７から離反する側で、ガイド面１０８を越えて延在している。これにより、切欠１０９によって、信頼性の高い流体の流れが実現されている。

Claims (5)

1. 弁であって、
   流体出口（１０２）を包囲しているケーシング（１０１）と、
   縦軸線（１０４）を有する弁部材（１０３）と、
   流体入口（１０６）を包囲していて、シール座（１０７）を有し、かつケーシング（１０１）に連結されている弁座ボディ（１０５）であって、前記シール座（１０７）に前記弁部材（１０３）が当接しているときには当該弁（１００）が閉じられている、弁座ボディ（１０５）と、
   を備える弁において、
   前記弁部材（１０３）は、前記縦軸線（１０４）の方向で前記弁座ボディ（１０５）に対して相対的に可動であり、これにより前記流体入口（１０６）から前記流体出口（１０２）に向かう流体の流れが解放され、
   前記弁座ボディ（１０５）は、前記弁部材（１０３）が接続されているガイド面（１０８）を包囲しており、これにより前記弁部材（１０３）の移動が案内され、
   前記弁座ボディ（１０５）は、前記ケーシング（１０１）よりも硬質の材料から形成されており、
   前記弁座ボディ（１０５）は、壁（１１２）を有する、前記シール座（１０７）に設けられた流体室（１１１）を包囲していて、前記流体入口（１０６）から前記流体出口（１０２）に向かう流体の流れが解放されているときには流体のジェットが前記壁（１１２）に衝突することを特徴とする弁。
2. 前記ガイド面（１０８）と前記弁部材（１０３）との間を流体が進入するように、前記ガイド面（１０８）と前記弁部材（１０３）との間に接続部が形成されている、請求項１記載の弁。
3. 前記弁部材（１０３）は、前記流体入口（１０６）から前記流体出口（１０２）に向かう流体の流れのために、前記縦軸線（１０４）に沿って、少なくとも前記ガイド面（１０８）の領域に切欠（１０９）を有する、請求項１又は２記載の弁。
4. 前記弁座ボディ（１０５）は、流体路（１１０）を有し、該流体路（１１０）は、前記流体入口（１０６）から前記流体出口（１０２）に向かう流体の流れのために、前記縦軸線（１０４）に対して横方向に方向付けされている、請求項１又は２項記載の弁。
5. 電磁アクチュエータ（１１３）を備え、該電磁アクチュエータ（１１３）は、前記ケーシング（１０１）に配置されており、前記アクチュエータ（１１３）は、前記弁部材（１０３）に連結されていて、これにより前記弁部材（１０３）は前記縦軸線（１０４）の方向で移動させられる、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁。

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