JP6077564B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、主請求項の前文に記載の燃料噴射弁に関するものである。

特許文献１より、磁気コイル、内部磁極、および外側の磁気回路コンポーネントを備える電磁式の操作部材と、弁座体に付属する弁座面と協働作用する可動の弁閉止体とを含んでいる燃料噴射弁がすでに公知である。弁座体と内部磁極は、薄壁のバルブスリーブの内側の開口部に配置されており、ならびに磁気コイルと外側の磁気回路コンポーネントはバルブスリーブの外側円周に配置されている。個々のコンポーネントをバルブスリーブの内部や表面へ取り付けるために、まず、磁気カップの形態で構成された磁気回路コンポーネントがバルブスリーブの上に嵌め合わされ、次いで、弁座体がバルブスリーブの内側の開口部へ圧入され、それにより、弁座体を圧入するだけでバルブスリーブと磁気回路コンポーネントの固定的な結合が実現される。軸方向へ可動のバルブニードルがバルブスリーブの中へ組み付けられてから、引き続き、内部磁極が圧入によってバルブスリーブに取り付けられる。弁座体の圧入のみによってバルブスリーブへ磁気回路コンポーネントが押圧されていると、プレス結合が外れる可能性があるという大きな危険が生じる。バルブスリーブへの内部磁極の圧入は、望ましくない冷間溶着をプレス領域で引き起こす。

ドイツ特許出願公開第１９９００４０５Ａ１号明細書

請求項１の特徴部の構成要件を備える本発明の燃料噴射弁は、特別に簡単な仕方で低コストに製造可能であるという利点を有している。本発明によると、燃料噴射弁の少なくとも２つの金属コンポーネントの固定的なプレス結合は、コンポーネントパートナーのうち少なくとも１つがそのプレス領域に、条溝を備える構造を有する少なくとも２つの連続するゾーンないし部分ゾーンを有しており、個々のゾーンないし部分ゾーンの条溝の断面深さがそれぞれ相違しているという特徴がある。

利点となるのは、深絞り部品ないし施削部品として提供される低コストなコンポーネントにより、冷間溶着を回避したうえで、長い期間にわたって確実に高い信頼度で固定的かつ緊密に保持される、それぞれの金属のコンポーネントパートナーの間のプレス結合を製作可能であるという点にある。このとき、プレス結合を非常に簡単かつ低コストに製作することができる。通常必要となる従来の別個の作業工程、たとえば各コンポーネントパートナーの改善された接合のためのコーティングや油差し、ないしは焼き嵌めをするためのコンポーネントパートナーの加熱などを省略できるという利点があるからである。

プレスに追加して、物質接合式の接合方法による両方のコンポーネントの結合がなされると、このような結合部の密閉性と安定性の完全な有効性がもたらされることが保証されるという利点がある。プレス領域のそれぞれ異なるゾーンにおける条痕状ないし刻み目状の条溝の本発明による異なる断面深さは、非常に気孔の少ない溶接が可能になることをなし得る。

従属請求項に記載されている方策により、請求項１に記載の燃料噴射弁の好ましい発展例と改良例が可能である。

コンポーネントパートナーのプレス領域を、挿入斜面、円筒状のプレス区域、および溶接領域から連続して構成するのが特別に好ましく、条溝の最大の断面深さは挿入斜面の領域で生成され、条溝の最小の断面深さはプレス区域の向かい合う側に位置する溶接領域で生成される。プレス区域はその軸方向長さにわたって、断面深さと略同一のゾーン、または異なる断面深さの複数の部分ゾーンを有することができる。

本発明の実施例が図面に簡略化して示されており、以下の説明において詳しく説明する。

従来技術に基づく燃料噴射弁である。 バルブスリーブを示す詳細図である。 接続管を示す詳細図である。 本発明による断面成形の前の接続管を示す詳細図である。 本発明による断面成形の前の別案の接続管を示す詳細図である。 本発明による第１の断面成形部を備える接続管を示す詳細図である。 回避されるべき邪魔な段部を有している図６の図面の一部分である。 本発明による第２の断面成形部を有する接続管を示す、バルブスリーブの組付け状況の詳細図である。

本発明による方策のより良い理解のために、以下において図１を参照しながら、基本的なモジュールを有する従来技術に基づく燃料噴射弁について説明する。

図１に一例として示す、混合気を圧縮する外部点火式の内燃機関の燃料噴射設備のための噴射弁の形態の電磁式に操作可能な弁は、磁気コイル１で取り囲まれた、内部磁極および部分的に燃料通過部としての役目をする略管状のコア２を有している。磁気コイル１は、外部磁極としての役目をする外側の磁気回路コンポーネントを磁気カップの形態でなす、段部を有するように製作された外側のスリーブ状のたとえば強磁性のバルブ外套部５によって、円周方向で全面的に取り囲まれている。磁気コイル１、コア２、およびバルブ外套部５が共同で１つの電気的に励起可能な操作部材を形成する。

コイル本体３に埋設された磁気コイル１は、バルブスリーブ６を外側から取り囲んでいるのに対して、コア２は、バルブ長軸１０に対して同心的に延びる、バルブスリーブ６の内側の開口部１１に挿入されている。たとえばフェライトのバルブスリーブ６は長尺状に延びており、薄壁で製作されている。開口部１１は、バルブ長軸１０に沿って軸方向へ可動のバルブニードル１４のための案内開口部としての役目も果たす。バルブスリーブ６は軸方向で、たとえば燃料噴射弁の軸方向の全長の半分を超えて延びている。

コア２およびバルブニードル１４のほか、開口部１１にはさらに弁座体１５も配置されており、この弁座体は、たとえば溶接継目８によってバルブスリーブ６に取り付けられている。弁座体１５は、固定的な弁座面１６を弁座として有している。バルブニードル１４は、たとえば管状の電機子区域１７と、同じく管状のニードル区域１８と、球形のバルブ閉止体１９とで構成されており、バルブ閉止体１９は、たとえば溶接継目によってニードル区域１８と固定的に結合されている。弁座体１５の下流側の端面には、たとえばカップ形の噴射穴ディスク２１が配置されており、その円周上で周回する湾曲した保持縁部２０は、流動方向と反対向きに上方を向いている。

弁座体１５と噴射穴ディスク２１との固定的な結合は、たとえば周回する緊密な溶接継目によって具体化される。バルブニードル１４のニードル区域１８には、１つまたは複数の横穴２２が設けられており、それにより、電機子区域１７を内側の縦穴２３の中で貫流する燃料が外部に出て、バルブ閉止体１９に沿って、たとえば平坦部２４に沿って、弁座面１６まで流れることができる。

噴射弁の操作は、周知の仕方で電磁式に行われる。バルブニードル１４を軸方向に動かすため、およびこれに伴ってバルブニードル１４に作用する復帰ばね２５のばね力に抗して開くため、ないしは噴射弁を閉じるため、磁気コイル１と、内側のコア２と、外側のバルブ外套部５と、電機子区域１７とを含む電磁回路が利用される。電機子区域１７は、バルブ閉止体１９と反対を向いているほうの端部で、コア２に合わせてアライメントされている。

球形のバルブ閉止体１９は、軸方向で見て案内開口部の下流側で弁座体１５に構成された、流動方向で円錐台状に先細になっていく弁座体１５の弁座面１６と協働作用する。噴射穴ディスク２１は、侵食、レーザ穿孔、打抜きなどにより成形された少なくとも１つの、たとえば４つの噴射開口部２７を有している。

噴射弁におけるコア２の差込深さは、特に、バルブニードル１４のストロークにとって決定的である。磁気コイル１が励起されていないときのバルブニードル１４の一方の最終位置は、弁座体１５の弁座面１６にバルブ閉止体１９が当接することによって規定され、それに対して、磁気コイル１が励起されたときのバルブニードル１４の他方の最終位置は、下流側のコア端部に電機子区域１７が当接することによって規定される。ストローク調整は、たとえば施削のような切削加工法により製作されるコア２の軸方向のスライドによって行われ、引き続き、希望される位置に応じてこのコアがバルブスリーブ６と固定的に結合される。

弁座面１６の方向へ燃料を供給する役目を果たす、バルブ長軸１０に対して同心的に延びるコア２の流動穴２８には、復帰ばね２５のほか、調整スリーブ２９の形態の調整部材も差し込まれている。調整スリーブ２９は、調整スリーブ２９に当接する復帰ばね２５のばね初期応力を調整する役目を果たすものであり、この復帰ばねは、向かい合う側ではバルブニードル１４に支持されており、ダイナミックな噴射量の調整も調整スリーブ２９によって行われる。バルブスリーブ６の中で調整スリーブ２９の上方に燃料フィルタ３２が配置されている。

以上に説明した噴射弁は特別にコンパクトな構造をその特徴としており、それにより、非常に小型で吸いやすい噴射弁がもたらされる。これらのコンポーネントは、以下において機能部分３０と呼ぶ、予備組付けされる独立したモジュールを形成する。すなわち機能部分３０は、実質的に、電磁回路１，２，５と、後続する噴射前処理部材（噴射穴ディスク２１）を有するシールバルブ（バルブ閉止体１９、弁座体１５）ならびに本体としてのバルブスリーブ６を含んでいる。

機能部分３０には関わりなく、以下において接続部分４０と呼ぶ第２のモジュールが製作される。接続部分４０は、特に、燃料噴射弁の電気式および油圧式の接続部を含んでいるという特徴がある。したがって、ほぼプラスチック部品として製造される接続部分４０は、燃料取込管としての役目をする管状の本体４２を有している。本体４２にある内側の接続管４４の、バルブ長軸１０に対して同心的に延びる流動穴４３が燃料取込部としての役目を果たし、燃料噴射弁の流入側の端部から軸方向で燃料により貫流される。

接続部分４０と機能部分３０との油圧結合は、燃料噴射弁が完全に組み立てられたとき、燃料のスムーズな貫流が確保されるように、両方のモジュールの流動穴４３および２８が相互調節されることによって実現される。機能部分３０に接続部分４０が組み付けられたとき、接続管４４の下側端部４７が結合の安定性を高めるためにバルブスリーブ６の開口部１１の中へ突入する。プラスチックからなる本体４２を機能部分３０へ吹付け成形することができ、それにより、プラスチックがバルブスリーブ６とバルブ外套部５の各部分を直接包囲する。機能部分３０と接続部分４０の本体４２との間の確実な密閉は、たとえばバルブ外套部５の円周にあるラビリンスシール４６によって実現される。

一緒に射出成形される電気接続コネクタ５６も、本体４２に属している。接触部材は、接続コネクタ５６と向かい合うほうの端部で、磁気コイル１と電気接続されている。

図２から図８には、それぞれ少なくとも１つの別の金属コンポーネントとプレスによって固定的に結合された、燃料噴射弁の金属コンポーネントが示されている。これらは特にバルブスリーブ６や接続管４４のコンポーネントであるが、明文をもって強調しておくと、図示されて説明されている本発明の方策は、燃料噴射弁の２つの金属コンポーネントのどのようなプレス領域にも適切に転用可能である。

燃料噴射弁の金属コンポーネントを互いに固定的に結合するには、取り付けられるべき２つのコンポーネントの間のプレス嵌めが適している。しかしプレス嵌めは、一般に、許容誤差、素材、コンポーネントジオメトリーに応じて、可塑的、弾性的な性質の圧縮や伸張をコンポーネントに生じさせる。コンポーネントパートナーがそれぞれの剛性に基づいて伸張したり圧縮することができないとき、または、たとえば軟磁性クロム鋼のように材料の点で弱すぎるとき、圧入の接合プロセス中に高い確率で冷間溶着（「かじり傷」）が生じる。さらに注意すべきは、コンポーネントパートナーの組付け条件である。たとえば組み付けられた状態のとき、プレス結合部が内圧によって付勢されると、このことは伸張や拡張を生じさせる可能性がある。その際にやはりプレス結合が緩む危険性があり、最悪のケースでは結合が外れる危険性がある。つまり、これを防ぐためには可能な限り強いプレスを生成すべきであるが、このことは逆にコンポーネントが冷間溶着を起こす傾向を強めてしまう。多大な手間を要する正確でコスト集中的な加工方法、たとえば精密研削やホーニング加工により、当然ながら、許容差を狭めてプレス結合を改善することができる。

しかしながら目的は、施削部品として提供されるできる限り低コストなコンポーネントによって、確実に高い信頼度で長い使用期間にわたって冷間溶着を回避しながら固定的かつ緊密に保持される、それぞれの金属のコンポーネントパートナーの間のプレス結合を製作することにある。ただし、その際にプレス結合は非常に簡単かつ低コストに製作されるべきであり、したがって、コーティングや油差し、ないし焼き嵌めをするためのコンポーネントパートナーの加熱といった別個の作業工程は省略される。

図２には一例として薄壁のバルブスリーブ６が示されており、このバルブスリーブは、燃料噴射弁の軸方向長さの大部分にわたって延びるとともに、接続管４４（図３）を領域ａへ、およびコア２を領域ｂへそれぞれ圧入可能であり、また、バルブ外套部５を領域ｃで上に押し嵌めることが可能である。

それに応じて図３の接続管４４は、バルブスリーブ６に組み付けられた状態のときに領域ａとプレス結合のために対応する外側のプレス領域ａ’を有している。ａおよびａ’により、プレス結合での材料接触のために原則として考慮の対象となる領域が特徴づけられる。ただし、図４から図８を参照して説明するように、ａおよびａ’の長さ全体にわたってプレス結合が成立しなければならないわけでは決してない。接続管４４は、可能な限り最小の圧入力で、バルブスリーブ６に組み付けられるのがよい。プレス領域ａ’から軸方向に両側で後続する区域への移行部にある図３に示す導入湾曲部５９は、本発明に基づいて改良されている。

図４は、本発明に基づく断面成形の前における接続管４４の詳細図を示している。この図で明らかなように、接続管４４のプレス領域ａ’は３つのゾーンに下位区分されている。ゾーンＩは、斜めに傾くように、または若干湾曲するように製作された、環状に周回する材料縮小部として構成された挿入斜面５０を特徴としている。この挿入斜面５０は、プレスされるべきコンポーネントパートナー６，４４の確実なセンタリングされた切屑のない挿入に役立つ。ゾーンＩの後には、本来の円筒状のプレス区域５１を形成するゾーンＩＩが続いている。この円筒状のプレス区域５１の後には、挿入斜面５０と向かい合う側で、挿入斜面５０と同様に引っ込むように延びて溶接領域５２を定義するゾーンＩＩＩが続いている。図４に示す実施例では、溶接領域５２は、円筒状のプレス区域５１の外側の外套面に対して角度αだけ斜めに傾くように引っ込んで延びている。角度αは、ここでは約１°から５°である。

図５は、本発明による断面成形の前における別案の接続管４４の詳細図を示している。この実施例では、ゾーンＩＩＩは、プレス区域５１としての役目をするゾーンＩＩに対して、段部５３を介して飛躍的に引っ込んでおり、それにより、溶接領域５２の外側の外套面は、円筒状のプレス区域５１の外側の外套面に対して短い外径で略平行に延びている。

施削加工された接続管４４は、超過寸法が大きいと冷間溶着を生じさせる。これを防止するために、条痕状ないし刻み目状の条溝６１をプレス領域ａ’に成形することがすでに知られている。本例ではバルブスリーブ６内の接続管４４であるコンポーネントパートナーの本来のプレスについては、プレス領域ａ’のこのような断面成形は、上に説明した望ましくない現象を回避するための非常に効果的な方策である。しかしながら両方のコンポーネント６，４４がさらに追加として物質接合式の接合方法によって、たとえば溶接やレーザ溶接などによって、相互に固定されて密封されるとき、プレス領域ａ’における断面成形は、場合によりその全面的な有効性をもたらすことができない。強度上の理由により、溶接領域５２における溶接深さ（図８参照）をたとえば約０．８から１．２ｍｍにすることが必要になる可能性がある。プレス領域ａ’が溶融したとき、強度を損なう意図しない気孔形成が溶接継目５４で生じる可能性がある。このことは、溶接の熱の注入による、条溝６１が施されたプレス領域ａ’における加熱されて細分化された空気の容積変化からからも帰結される。

したがって本発明では、プレス領域ａ’のゾーンＩ，ＩＩ，ＩＩＩにおける条痕状ないし刻み目状の条溝６１の変化する断面深さを意図しており、それによって気孔の少ない溶接が可能となる。図６には、本発明による第１の断面成形を有する接続管４４の詳細図が示されている。ここでは段部５３によって引っ込んでいる溶接領域５２（ゾーンＩＩＩ）は、最小の断面深さを有している。プレス領域５１（ゾーンＩＩ）における条溝６１の断面深さはゾーンＩＩの断面深さに相当していてよく、もしくは、これよりわずかに大きくなっていてよい。いずれのケースでも、挿入斜面５０を備えるゾーンＩは、最大の断面深さを有する条溝６１の領域を有している。重要なのは、大まかな断面成形から細かい断面成形への移行部が、本例ではゾーンＩからゾーンＩＩへの移行部が、接線上で製作されており、それによって整合的な断面深さの移行が生じていることである。これに関して図７は、無条件で回避されるべき邪魔になる段部５５もしくはその他の飛躍的な隆起部を有する、図６の図面の一部分を示している。

付言しておくと、本発明による条痕状ないし刻み目状の条溝６１はその断面深さをもって縮尺に忠実に図示されているのではなく、本発明のより良い理解のために明らかに誇張して示されている。

図８には、本発明に基づく第２の断面成形を有する接続管４４の詳細図が、バルブスリーブ６への取付状態で示されている。図６に示す実施形態とは異なり、ここでは中央の円筒状のプレス区域５１が２つの部分ゾーンＩＩａおよびＩＩｂに下位区分されている。第１の部分ゾーンＩＩａの条溝６１は、ゾーンＩを前提としたうえで、挿入斜面５０の条溝６１と同じ大きさの断面深さをまだ有しているのに対して、プレス区域５１の部分ゾーンＩＩｂの条溝６１は深さの小さい条溝６１を有しており、次いで、その小さい断面深さが溶接領域５２にまで継続している。

１ アクチュエータ
２ アクチュエータ
５ 金属コンポーネント
６ 金属コンポーネント
１５ 弁座体
１６ 弁座面
１７ アクチュエータ
２７ 噴射開口部
４４ 金属コンポーネント
５０ 挿入斜面
５１ プレス区域
５２ 溶接領域
５３ 段部
６１ 条溝

Claims (12)

1. バルブ長軸（１０）と、弁座体（１５）に設けられた弁座面（１６）と協働作用するバルブ閉止体（１９）を操作するために励起可能なアクチュエータ（１，２，１７）と、少なくとも１つの噴射開口部（２７）と、プレスにより互いに固定的に結合された金属コンポーネントとを有する、内燃機関の燃料噴射設備のための燃料噴射弁において、
   前記燃料噴射弁の少なくとも２つの前記金属コンポーネント（２，５，６，４４）を固定する、プレスされた結合部を備え、前記金属コンポーネントのうち少なくとも１つが、プレス区域（５１）を含む領域（ａ，ｂ，ｃ，ａ’）に条溝（６１）を備える構造を有する少なくとも２つの連続するゾーン（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）ないし部分ゾーン（ＩＩａ、ＩＩｂ）を有しており、
   前記ゾーン（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）は前記領域を細分化したものであり、
   前記部分ゾーン（ＩＩａ、ＩＩｂ）は、前記ゾーン（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）をさらに細分化したものであり、
   個々の前記ゾーン（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）ないし部分ゾーン（ＩＩａ、ＩＩｂ）の前記条溝（６１）の断面深さがそれぞれ相違しているという特徴があることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記領域（ａ，ｂ，ｃ，ａ’）における前記条溝（６１）は周回していることを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記領域（ａ，ｂ，ｃ，ａ’）は挿入斜面（５０）、プレス結合が行われる円筒状の前記プレス区域（５１）、および溶接が行われる溶接領域（５２）が連続するように構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記溶接領域（５２）は前記プレス区域（５１）に対して角度（α）だけ斜めに傾いて、または段部（５３）を介して引っ込むように延びていることを特徴とする、請求項３に記載の燃料噴射弁。
5. 前記溶接領域（５２）において、前記条溝（６１）の断面深さが最小であることを特徴とする、請求項３または４に記載の燃料噴射弁。
6. 前記プレス区域（５１）における前記条溝（６１）の断面深さは前記溶接領域（５２）における前記条溝（６１）の断面深さに相当しており、またはこれよりも大きいことを特徴とする、請求項３から５のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
7. 前記プレス区域（５１）は２つの部分ゾーン（ＩＩａ，ＩＩｂ）に区分されており、前記挿入斜面（５０）側の前記第１の部分ゾーン（ＩＩａ）における前記条溝（６１）の断面深さは前記溶接領域（５２）側の前記第２の部分ゾーン（ＩＩｂ）における前記条溝（６１）の断面深さよりも大きいことを特徴とする、請求項６に記載の燃料噴射弁。
8. 前記挿入斜面（５０）は最大の断面深さを有する条溝（６１）の領域を有していることを特徴とする、請求項３から７のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
9. 前記溶接領域（５２）では結合されるべき２つの前記金属コンポーネント（２，５，６，４４）が溶接により互いに結合されていることを特徴とする、請求項３から８のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
10. 前記条溝（６１）の断面深さの深い部分と浅い部分とが連続して形成されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
11. 接続管（４４）および／またはコア（２）が圧入された、および／またはバルブ外套部（５）が外に押し嵌められた薄壁のバルブスリーブ（６）が設けられていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
12. バルブ長軸（１０）と、弁座体（１５）に設けられた弁座面（１６）と協働作用するバルブ閉止体（１９）を操作するために励起可能なアクチュエータ（１，２，１７）と、少なくとも１つの噴射開口部（２７）と、金属コンポーネントとを有する、内燃機関の燃料噴射設備のための燃料噴射弁であって、
    前記燃料噴射弁は、前記金属コンポーネントのうち少なくとも１つが、プレス区域（５１）を含む領域（ａ，ｂ，ｃ，ａ’）に条溝（６１）を備える構造を有する少なくとも２つの連続するゾーン（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）ないし部分ゾーン（ＩＩａ、ＩＩｂ）を有しており、
    前記ゾーン（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）は前記領域を細分化したものであり、
    前記部分ゾーン（ＩＩａ、ＩＩｂ）は、前記ゾーン（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）をさらに細分化したものであり、
    個々の前記ゾーン（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）ないし部分ゾーン（ＩＩａ、ＩＩｂ）の前記条溝（６１）の断面深さがそれぞれ相違している、
    そのような燃料噴射弁の製造方法であって、
    前記燃料噴射弁の少なくとも２つの前記金属コンポーネント（２，５，６，４４）をプレスにより結合することを特徴とする燃料噴射弁の製造方法。

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