JP7560650B2 - 流体を噴射するための噴射弁およびこのような噴射弁の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、流体を噴射するための噴射弁、特にいわゆる渦流噴射弁、およびこのような噴射弁を製造する方法に関する。

この場合、本発明による噴射弁は、殊に燃料噴射弁、特にガソリン噴射弁、あるいは水噴射弁または尿素噴射弁である。

噴射弁は、従来技術から様々な形態で知られている。例えば特許文献１は、噴射孔板が電鋳成形された噴射弁を示す。特に低圧範囲（１００×１０^５Ｐａ）のガソリン噴射弁または水噴射弁の場合、噴射される流体を可能な限り良好に噴霧状にするために、複数の噴射孔を有する噴射弁が使用される。しかし、それによって複雑な形状の噴射弁になる可能性がある。それでも噴射空間、特に内燃機関の燃焼室内で生成される噴霧（Ｓｐｒａｙ）の流量および角度に対して様々な幾何学的パラメータが多大な影響を及ぼす。この場合、可能な限り完全に燃焼させるために、かつ排出ガス規制を遵守するために、噴射される流体の可能な限り良好な微粒化（Ａｔｏｍｉｓｉｅｒｕｎｇ）が可能にされなければならない。

独国特許出願公開第１０２００６０５７２７９号明細書

それに対して、請求項１の特徴を有する流体を噴射するための本発明による噴射弁は、噴射される流体、特にガソリンまたは水の非常に細かい微粒化が確実に可能であるという利点を有する。特に好ましいのは、これが１００×１０^５Ｐａ未満の低圧範囲で可能であるということである。本発明によれば、その場合、噴射圧を高くすることなしに、噴射される流体の非常に良好な微粒化が可能になる。本発明によれば、その場合、噴射弁を非常に簡単に、かつ低コストで製造することができる。さらに、噴射空間内で実質的に円錐形の噴霧の目標角度を簡単かつ確実に可能にすることができる。これは、本発明によれば、噴射弁が、弁座で流体通路を開閉する閉鎖エレメントを有することによって達成される。さらに、複数の噴射孔を有する噴射孔部材が設けられている。噴射孔部材は、例えば噴射孔板またはポット状（ｔｏｐｆｆｏｅｒｍｉｇ）部材であり、それぞれ複数の、特に円筒状噴射孔、例えば４つまたは６つの噴射孔が設けられている。この場合、閉鎖エレメントの方に向いた噴射孔部材の内面において、噴射孔の周りにそれぞれ渦流室（Ｗｉｒｂｅｌｋａｍｍｅｒ）が形成されている。噴射孔部材の内面の渦流室は、流出する噴霧に予め定められた回転運動（Ｄｒａｌｌ）を印加することができる。噴射孔部材の、閉鎖エレメントから離反した外面において、噴射孔部材の厚みを減少させる材料減肉領域（Ｍａｔｅｒｉａｌｒｅｄｕｋｔｉｏｎｓｂｅｒｅｉｃｈ）がそれぞれ各噴射孔に沿って形成されている。それによって、噴射孔の特に円筒状の長さを正確に調整することができる。特に最小限の公差で、噴射孔の軸方向長さを正確に遵守することによって、噴霧円錐（Ｓｐｒａｙｋｅｇｅｌ）の予め定められた角度の遵守と、噴射される流体の特に細かい微粒化とを確保することができる。その際、噴射孔は、殊に完全に円筒状である。噴射孔部材の外面で噴射孔長さの調整が行われるので、渦流室や、場合によってはさらに流路などを有する噴射孔部材の内面を、例えば一工程で、例えば変形プロセス（Ｕｍｆｏｒｍｖｅｒｆａｈｒｅｎ）により提供することができる。その場合、噴射孔長さの調整は、噴射孔部材の外面のみで行うことができる。噴射孔部材の内側形状は、噴射孔長さの調整による影響を受けない。

従属請求項は、本発明の好ましい発展形態を示す。

殊に、材料減肉領域は、噴射孔の周りに部分的または完全に形成されている。噴射孔の周りを完全に一周する材料減肉領域は、非常に簡単に作製することができる。しかし、噴霧の微粒化を大幅に向上させるために、噴射孔の周りに部分的にのみ、例えば全周の５０％以上の周囲領域に材料減肉領域を設けることができることによっても、微粒化の向上を達成できることが確認された。

噴射孔部品の外面における材料減肉領域は、殊に、変形プロセスにより提供された変形領域として設けられている。その場合、変形プロセスは、特に好ましくは加圧変形（Ｄｒｕｃｋｕｍｆｏｒｍｅｎ）、噴射孔部材の外面における噴射孔の出口領域の周りの領域のエンボス（Ｐｒａｅｇｅｎ）またはプレス（Ｅｉｎｄｒｕｅｃｋｅｎ）である。

これに代えて、材料減肉領域は切削加工領域として設けられている。その場合、例えばフライス削りまたは研磨などの切削プロセスにより材料減肉領域を提供することができる。材料減肉領域が浸食領域またはエッチング領域であることがさらに好ましい。

噴射孔部材は、殊に噴射孔板またはポット状噴射孔部材である。殊に、噴射孔部材に噴射弁の弁座も配置される。

噴射孔部材の内面における渦流室は、同様に変形プロセス、特にエンボスまたは加圧変形により作製されることがさらに好ましい。噴射孔部材が、噴射弁の中心軸線が通る点から、噴射孔に接する個々の渦流室に通じている流路を有することがさらに好ましい。流路は、殊に直線に形成されている。

噴射弁は、殊にガソリン噴射弁または水噴射弁または尿素噴射弁である。

さらに、本発明は、請求項５の特徴を有する流体を導入するための噴射弁の噴射孔部材を製造する方法に関する。その場合、本発明による方法は、非常に簡単かつ低コストで実行でき、それによりこのような噴射孔部材の製造コストを非常に低く抑えることができる。その場合、方法は、噴射孔部材の内面に形成された渦流室を有する噴射孔部材に複数の、特に円筒状噴射孔を作製するいくつかの工程を包含する。その場合、それに続く工程において、噴射孔部材の外面がそれぞれ、外面における噴射孔の出口領域の材料減肉によって噴射孔の長さが調整されるように加工される。それにより噴射孔の最終的な長さが噴射孔部材の外面を加工することのみによって行われる。それによって渦流室や、場合によっては供給流路などが形成された噴射孔部材の内面を加工する必要がなくなる。それによって、本発明によれば噴射孔の長さが外面を加工することのみによって生じるので、噴射孔部材の内面の部分的に複雑な形状が損傷する危険が回避される。噴射孔の長さの調整は、殊にただ１つの方法工程で行われる。

殊に、噴射孔は、噴射孔部材の外面の出口領域において出口領域の周囲の一部のみ、または出口領域の周囲全体が加工される。

噴射孔部材の外面の加工は、殊に変形プロセスにより行われる。これには、噴射孔の長さの調整を一工程で、ただ１つの変形工程により実現できるという利点がある。変形プロセスは、殊に加圧変形、特にエンボスまたはプレスなどである。その場合、変形は冷間変形として行うことができる。

これに代えて、噴射孔の長さを調整するために、噴射部品の外面が切削プロセスにより加工される。切削プロセスは、例えばフライス削りまたは研磨などであり得る。

本発明の代替実施形態によれば、噴射孔の出口領域に拡径領域、特に円錐状に拡径する領域が形成され、それによって噴射孔の長さが調整される。

噴射孔部材は、第１の工程において、渦通路（Ｗｉｒｂｅｌｐｆａｄ）、特に供給流路を作製するため、および噴射孔部材のベースとなる内側形状を形成するために深絞りにより製造され、続く第２の工程において、渦流室が作製されることが特に好ましい。続いて、例えば穿孔などの切削プロセスまたはレーザにより噴射孔が設けられる。次いで、最後の工程において、噴射孔の出口領域に材料減肉領域を作製するために、噴射孔部材の外面が加工される。

さらに、材料減肉のために噴射孔部材の外面は、浸食プロセスまたはエッチングプロセスにより作製することもできる。

本発明による方法によって製造された噴射孔部材は、噴射孔自体、特に直径、および噴射孔部材の内側形状の変更が行われないため、特に噴射孔を通る流量に負の影響を及ぼさない。特に、噴射孔部材の内側形状を形成するために持ち合わせの工具を変更する必要がない。

本発明の第１の好ましい実施例による噴射孔部材を有する噴射弁の模式的断面図である。 図１の噴射孔部材の内面の模式図である。 図１の噴射孔部材の外面の模式図である。 図１の噴射孔部材の模式的部分断面図である。 本発明の第２の実施例による噴射孔部材の模式的外観図である。 図５の噴射孔部材の模式的部分断面図である。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。

以下に、図１～図４を参照しながら本発明の第１の好ましい実施例による噴射弁１を詳しく説明する。

この実施例の噴射弁１は、燃料噴射弁である。

噴射弁１は、ソレノイドアクチュエータ２０と、閉鎖ニードルの形態の閉鎖エレメント２とを備えている。閉鎖ニードルの自由端には、周知のように弁座５で流体通路を開閉するボール２１が設けられている。

この実施例では、噴射孔部材３と接続された部材に弁座５が形成されている。噴射孔部材３は複数の円筒状噴射孔４を有する。この実施例では、噴射孔４は正確に４つある。さらに、噴射孔部材３は円板として形成されている。図１からわかるように、噴射孔部材３は弁ハウジング２１と接続されている。

図２は、噴射孔部材３の内面６の図を示す。この場合、噴射孔４の周りにそれぞれ渦流室４０が形成され、これらの渦流室は、噴射される流体に回転運動を印加し、それにより、生成された噴霧円錐は、噴射される流体の流出時に、噴射空間内で回転運動して、もしくは渦状に広がる。

内面６にはさらに、噴射弁の中心軸線Ｘ－Ｘから延びる直線の流路４１も形成されている。その場合、各流路４１は、図２からわかるように、噴射弁の周方向に、予め定められた角度でわずかに折り曲げられた渦流室４０に通じている。

渦流室４０の中心にはそれぞれ噴射孔４が形成されている。

図３は、本発明の第１の実施例による噴射孔部材の外面７を示す。外面７には、エンボスにより作製された流路と渦流室が内面から凹形（Ｎｅｇａｔｉｖｆｏｒｍ）に形成されている。さらに、各噴射孔４の流出領域に材料減肉領域８が形成されている。材料減肉領域８は、図４の断面図から詳細に見て取れる。

図４から詳細に見て取れるように、噴射孔部材の通常厚みが参照符号９で示されている。その場合、噴射孔部材３は、噴射孔４の領域に材料減肉１１の分だけ減少させた厚みを有している。この領域に噴射孔４が配置されている。これによって、円筒状である噴射孔４の円筒長さ１０を調整することができる。

したがって、外面７に噴射孔を加工することだけで噴射孔４の予め定められた円筒長さが作成される。

材料減肉領域８は、エンボスまたはプレスなどの変形プロセスのみで作製された変形領域であってもよいし、それに代えて切削プロセス、浸食プロセス、またはエッチングプロセスによって作製された領域であってもよい。殊に噴射孔４のすべての材料減肉領域８が一工程で同時に作製される。図４からわかるように、材料減肉１１は、この実施例では噴射孔部材の厚み９の約２０％である。

したがって、本発明による方法によって、第１の工程において、噴射孔部材３の内面６と円筒状噴射孔４とを作製し、最終工程において、材料減肉領域８の材料減肉によって一工程で噴射孔４の円筒長さ１０を調整するために外面７を加工することで、噴射孔部材３を作製することができる。その際、例えばまずベースとなる内側形状４３を作製するために噴射孔部材３を深絞りすることによって、そしてそれに続く変形工程で、例えば渦流室１４と流路４１を作製するために内面６をエンボスすることによって内面６を作製することができる。続いて渦流室４０の中心に噴射孔４を設け、外面７の材料減肉によって噴射孔の正確な長さ１０を作成するために、最後の一工程で噴射孔部材３の外面７を加工することができる。

その場合、本発明による方法を非常に簡単かつ低コストで実行することができる。このように製造された噴射孔部材３は、噴射孔４の長さ１０を正確に遵守することによって、噴射孔４を通り抜ける流量に負の影響を及ぼすことなしに、噴射される流体の優れた微粒化を可能にする。噴射孔４の長さ１０を正確に遵守することによって、直接噴射式の噴射弁の場合、噴射空間、例えば内燃機関の燃焼室内に噴射される流体の円錐角度も正確に遵守することができる。

図５および図６は、本発明の第２の実施例による噴射孔部材３を示す。同じ、もしくは機能的に同じ部分には第１の実施例と同じ参照符号が付されている。

特に図６からわかるように、第２の実施例の噴射孔部材３は、異なった材料減肉領域８を有する。この第２の実施例では、材料減肉領域８は、噴射孔４の出口領域において円錐状に拡径する領域４２によって形成されている。その際、円錐状に拡径する領域４２は、噴射孔４の外側領域を完全に取り囲んで形成される必要はなく、円錐領域４２が噴射孔の出口領域の周りに部分的にのみ作製されることで本発明による目的を達成するために十分である。

１ 噴射弁
２ 閉鎖エレメント
３ 噴射孔部材
４ 円筒状噴射孔
５ 弁座
６ 内面
７ 外面
８ 材料減肉領域
９ 噴射孔部材の通常厚み
１０ 円筒長さ
１１ 材料減肉
２０ ソレノイドアクチュエータ
２１ ボール
４０ 渦流室
４１ 流路
４２ 拡径領域
４３ 内側形状

Claims (10)

1. 流体を噴射するための噴射弁であって、
   弁座（５）で流体通過を開閉する閉鎖エレメント（２）と、
   －複数の噴射孔（４）を有する噴射孔部材（３）と、を備え、
   －前記閉鎖エレメント（２）の方に向いた前記噴射孔部材（３）の内面（６）において、前記各噴射孔（４）に沿って各渦流室（４０）が形成され、
   －前記閉鎖エレメント（２）から離反する方に向いた前記噴射孔部材（３）の外面（７）において、前記噴射孔（４）の長さ（１０）を調整するために、前記噴射孔部材（３）の厚み（９）を減少させる材料減肉領域（８）が前記噴射孔（４）に沿って形成されていて、
   前記材料減肉領域（８）は、前記噴射孔（４）の周りに部分的にのみ形成されている、噴射弁。
2. 前記材料減肉領域（８）は、変形プロセスにより提供された変形領域として設けられている、請求項１に記載の噴射弁。
3. 前記材料減肉領域（８）は、切削プロセスにより提供された切削加工領域として、または浸食プロセスにより提供された浸食領域として、またはエッチングプロセスにより提供されたエッチング領域として形成されている、請求項１に記載の噴射弁。
4. 流体を噴射するための噴射弁の噴射孔部材（３）を製造する方法であって、
   －複数の噴射孔（４）を作製し、前記噴射孔部材（３）の内面（６）に渦流室（４０）を形成する工程と、
   －材料減肉によって前記噴射孔（４）の長さ（１０）が調整されるように、前記噴射孔（４）の出口領域において前記噴射孔部材（３）の外面（７）を加工する工程と、を包含し、
   前記噴射孔（４）は、前記出口領域において前記出口領域の周囲の一部のみが加工される方法。
5. 前記噴射孔部材（３）の前記外面（７）は、材料減肉によって前記噴射孔（４）の前記長さ（１０）を調整するために、変形プロセスにより加工される、請求項４に記載の方法。
6. 前記変形プロセスは、加圧変形である、請求項５に記載の方法。
7. 前記変形プロセスは、エンボスまたはプレスである、請求項５に記載の方法。
8. 前記噴射孔部材（３）の前記外面（７）は、前記噴射孔（４）の前記長さ（１０）を調整するために、切削プロセスまたは浸食プロセスまたはエッチングプロセスにより加工される、請求項４に記載の方法。
9. 前記噴射孔（４）の前記出口領域に、それぞれ拡径領域（４２）が形成される、請求項４に記載の方法。
10. 前記噴射孔（４）の前記出口領域に、それぞれ円錐状に拡径する領域が形成される、請求項４に記載の方法。

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