JPH08500876A - 電磁石操作式の燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電磁石操作式の公知の噴射弁においては、弁座支持体と弁ニードルとは、同じ材料例えばクロム鋼より製造されている。噴射弁及び燃料が加熱されると、２つの弁構成部分は同じ温度を受け、同じ熱膨張係数であることに基づいてその長さは同じ程度に膨張する。これによって弁行程は一定である。もちろん、加熱時に形成される、高温の燃料内の気泡は、燃料の貫流量を減少させるように作用する。本発明の噴射弁は、適当な材料選択によって、貫流量の減少を補償する必要がある。弁ニードル（６）のために非常に熱膨張係数の小さい材料を使用することによって、弁ニードル（６）は、温度が上昇すると弁座体（１）に比較して膨張は小さい。従って行程の増大が生じ、気泡形成によって、調量された燃料量の減少は避けられる。本発明の噴射弁は、混合気圧縮外部点火式内燃機関の燃料噴射装置に使用するのに特に適している。

Description

【発明の詳細な説明】 電磁石操作式の燃料噴射弁 本発明は、請求項１の上位概念に記載した形式の、電磁石操作式の燃料噴射弁 に関する。ＤＥ３８３１１９６Ａ１号明細書によれば、混合気圧縮外部点火式の 内燃機関の燃料噴射装置のための、電磁石式に操作される噴射弁が公知である。 この公知の噴射弁においては、弁座支持体と弁ニードルとが同じ材料、例えばク ロム鋼より製造されている。 内燃機関の内室及び燃料の温度が上昇する場合に、弁座支持体及び弁ニードル を含む弁構造部は、ほぼ同じ高い温度を受ける。弁座支持体及び弁ニードルは同 じ材料から製造されているので、２つの弁構造部はほぼ同じ熱膨張係数を有して いる。例えばクロム鋼においては、α＝約１６ｘ１０^-6Ｋ^-1の値になる。従って 、弁が加熱されると、弁座支持体の長手方向膨張と弁ニードルの長手方向膨張と は同じである。弁ニードルの弁行程は、内燃機関の温度変化においてほぼ一定で ある。弁が加熱されると、弁内室内において、燃料と気泡とから成る２相の流れ が形成される。この２相の流れは、調量された燃料が必然的に減少し、これによ って内燃機関に供給される燃料・空気混合物のいわゆる希薄化が生じる限りにお いて、不都合である。内燃 機関の内室内の温度が上昇すると、その結果として、弁座支持体及び弁ニードル のために同じ熱膨張係数を有する同一の材料を使用した場合、放出された燃料量 が減少されることになる。 発明の利点 これに対して、請求項１に記載された特徴を有する、本発明による燃料噴射弁 は、材料を適当に選択することによって、高温の燃料内に気泡が形成されること による、調量された燃料の貫流量減少程度が小さくされ、かつ部分的に補償され るという利点を有している。弁ニードルのために非常に小さい熱膨張係数を有す る材料例えば不変鋼を使用すると有利である。不変鋼の材料は、３６％のニッケ ル含有量を有しているという特徴があり、非常に小さい熱膨張係数α＝ ０．９ …１．５ ｘ１０^-6Ｋ^-1を有している。噴射弁の温度が上昇すると、弁ニードル は、クロム鋼より成る弁座支持体と比較して小さい熱膨張係数を有しているため に、不変鋼より成る弁ニードルの膨張は小さい。これによって、この一対の材料 が加熱されることによって、弁座に対する弁ニードルの行程拡大が生じる。弁ニ ードルの行程が拡大されることによって、弁座における行程絞り程度が減少され る。温度が上昇するにつれて、燃料の貫流量は公知の弁に比較して増大する。こ の場合に、弁ニードルが１０μｍだけ行程拡大されると、約２〜４％の貫流量増 大が得られる。弁座支持体と弁ニ ードルとが同じ材料から製造されている噴射弁において高温の燃料内に気泡が形 成されることによる、調量された燃料の減少量は、互いに著しく異なる熱膨張係 数を有する種々異なる材料を選択することによる本発明の噴射弁内においては少 なくされるか若しくは部分的に補償される。 請求項２以下に記載した手段によって、請求項１に記載された噴射弁の有利な 実施例及び改良が可能である。弁座支持体のためにクロム鋼を使用した場合より も、より大きい熱膨張係数を有する材料を使用することによって、さらに行程拡 大が得られるようにすれば、特に有利である。このために弁座支持体は、２つの 弁座支持体区分より形成されており、磁石コイルに向けられた弁座支持体区分は 、磁石回路内で磁束を保証するために、従来公知のように磁石材料例えばクロム 鋼より製造されており、弁閉鎖体に向けられた弁座支持体区分は、黄銅又はアル ミニウム合金より成っている。この材料は、α＝１８…２５ｘ１０^-6Ｋ^-1の熱膨 張係数を有している。弁座支持体のために２種類の材料を使用して、弁ニードル の行程をさらに拡大することによって、気泡形成によって生じる貫流量減少をさ らに良好に補償することが可能である。 図面 本発明の実施例が図面に概略的に示されていて、以下に詳しく説明されている 。図１は、第１実施例によ る燃料噴射弁の部分図を示し、図２は、第２実施例による燃料噴射弁を示す。 実施例の説明 図１には、第１実施例として、混合気圧縮外部点火式内燃機関の燃料噴射装置 のための噴射弁の形状の弁が部分的に示されている。噴射弁は、管状の弁座支持 体１を有しており、この弁座支持体１内に、弁縦軸線２に対して同心的に弁縦孔 ３が形成されている。この弁縦孔３内には例えば管状の弁ニードル６が配置され ており、この弁ニードルは、その下流側の端部７が、例えば球状の弁閉鎖体８に 接続されている。 噴射弁の操作は公知の形式で例えば電磁石式に行なわれる。弁ニードル６を軸 方向で操作し、ひいては戻しばね２０のばね力に抗して開放させるために若しく は噴射弁を閉鎖するために、磁石コイル１０、コア１１及び可動子１２を有する 、一部しか示されていない回路が使用される。可動子１２は、弁ニードル６の、 弁閉鎖体８とは反対側の端部に、第１の溶接継ぎ目１４によって接続されていて 、コア１１に整列されている。磁石コイル１０はコア１１を取り囲んでおり、コ ア１１は、詳しく示されていない燃料流入スリーブの、磁石コア１０によって取 り囲まれた端部を成している。燃料流入スリーブは、弁によって調量しようとす る媒体（ここでは燃料）を供給するためのものである。巻芯１６を有する磁石コ イル１０はプラスチック射 出成形部１７を備えていて、このプラスチック射出成形部と共に接続プラグも同 時に射出成形されている。 コア１１の下端部に、弁縦軸線２に対して同軸的に、金属製の管状の中間部１ ９が例えば溶接によって接続されていて、この場合に、コア１１の端部を部分的 に軸方向で覆っている。中間部１９はそのコア１１とは反対側の端部で下側のシ リンダ部分１８を備えていて、このシリンダ部分１８と例えば第２の溶接継ぎ目 １５によって気密に接続されている。しかも、可動子１２に向けられた、コア１ １の下側の端面側３５は、上側のシリンダ部分をガイドするための、中間部１９ のショルダ部３６上に載設されている。下流側に位置する、弁座支持体１の、コ ア１１とは反対側の端部には、弁縦軸線２に対して同心的に延びる縦孔３内に、 円筒形の弁座体２５が溶接によって気密に取り付けられている。弁座体２５は、 コア１１に向けられた側で定置の弁座２６を有している。 磁石コイル１０は、少なくとも１つの例えばＵ字形の強磁性部材として用いら れるガイド部材３０によって、周方向で少なくとも部分的に取り囲まれている。 このガイド部材３０はその一端部がコア１１に当接し、また他端部が弁座体１に 当接していて、溶接、はんだ付け又は接着によって結合されている。プラスチッ ク射出成形部１７は、少なくとも１つのガイド部材３０を保持するために使用す ることができる。 軸方向運動中に弁閉鎖体８をガイドするために、弁座体２５のガイド開口３１ が使用される。弁閉鎖体８とは反対側の下側の端面側３２では、弁座体２５が、 例えば鉢状に形成された噴射孔付き円板３４の底部部分３３に同心的にかつ堅固 に結合されているので、底部部分３３の上側の端面側４４は、弁座体２５の下側 の端面側３２に当接している。弁座体２５と噴射孔津形円板３４との接続は、例 えばレーザによって形成された環状の気密な第３の溶接継ぎ目４５によって得ら れる。このような形式の組み立てによって、浸食又は打ち抜きによって成形され た少なくとも１つ例えば４つの噴射開口４５の範囲で、底部部分３３が不都合に 変形することは避けられる。 鉢状の噴射孔付き円板３４の底部部分３３には環状の保持縁部４７が続いてお り、この保持縁部４７は、軸方向で、弁座体２５とは反対側に延びていて、その 端部４８まで円錐形に外側に湾曲されている。保持縁部４７の端部４８における 直径は、弁座支持体１の弁縦孔３の直径よりも大きい。弁座体２５の周方向直径 は、弁座支持体１の縦孔３の直径よりも小さいので、縦孔３と、噴射孔付き円板 ３４の円錐形に外側に湾曲した保持縁部４７との間にだけ半径方向のプレス箇所 が存在する。 弁座体２５と鉢状の噴射円板付き円板３４とから成る弁座部分の、縦孔３内へ の挿入深さは、弁ニードル ６の行程の前調節を規定する。何故ならば弁ニードル６の一方の終端位置は、非 励磁状態の磁石コイル１０において弁閉鎖体８が弁座体２５の弁座２６の面に当 接することによって固定されるからである。弁ニードル２６の他方の終端位置は 、可動子１２の上側の端面側２２がコア１１の下側の端面側３５に当接すること によって規定される。弁ニードル６のこれら２つの終端位置間の経路が行程を成 している。 噴射孔付き円板３４の保持縁部４７はその端部４８が、環状で気密の第４の溶 接継ぎ目４９によって縦孔３の壁部に結合されている。前記すべての溶接継ぎ目 １４，１５，４５，４９を設けるために、レーザ溶接法が可能である。使用され た媒体、例えば燃料が、弁座支持体１と弁座体２５の外周部若しくは噴射孔付き 円板３４の保持縁部４７との間を通って噴射開口４６に、又は内燃機関の吸込み 導管に流入しないようにするためには、気密な溶接が必要である。 球状の弁閉鎖体８は、弁座体２５の弁座２６の、流れ方向で円錐台形に先細り する面と協働する。この面は、弁座支持体２５の下側の端面側３２とガイド開口 ３１との間で軸方向に形成されている。ガイド開口３１は、少なくとも１つの流 体通路２７を有しており、この流体通路２７は、媒体を半径方向で縦孔３によっ て制限された弁内室５０から、流れ方向で弁座体２５の弁座２６とガイド開口３ １との間の流れ方向に形成 された環状溝５２まで媒体を流過させることが可能である。この環状溝５２は、 弁の開放された状態で、噴射孔付き円板３４内の噴射開口４６と連通している。 弁座支持体１の外周面においては、下流側に存在する、磁石コイル１０とは反 対側に向けられた端部に、保護キャップ５５が配置されていて、係止接続部５６ によって弁座支持体１と接続されている。この保護キャップ５５は、弁座支持体 １の下側の端面側５７にも、また係止接続部５６の上側における弁座支持体１の 外周部にも当接している。シールリング５８は環状溝５９内に配置されており、 この環状溝５９の側面は、磁石コイル１０側に向けられた保護キャップ５５の端 面側６０と、半径方向外側に向けられた、弁座支持体１の面６１とによって形成 されていて、環状溝５９の溝底部６２は、弁座支持体１の外周面によって形成さ れている。シールリング５８は、噴射弁の外周部と、図示していない弁受容部、 例えば内燃機関の吸込み導管との間をシールするために使用される。 戻しばね２０の、弁ニードル６とは反対側でコア１１内に押し込まれている、 図示していない調節スリーブの押し込み深さは、戻しばね２０のばね力を規定し 、ひいては弁の開閉行程中に供給される媒体流量をも規定する。 本発明による弁は、所定の熱膨張係数を有する材料を適当に選択することによ って、弁が加熱された場合 に、弁ニードル６の行程拡大及びひいては、従来の材料組み合わせによる公知の 噴射弁で得られる媒体量に比較して、調量しようとする媒体量の増大が得られる 。 一般的には、弁座支持体１及び弁ニードル６のために同じ材料、例えばクロム 鋼が使用される。燃料及び内燃機関の温度が常に上昇する場合に、弁の構成部分 も同様に高い温度にさらされる。弁座支持体１及び弁ニードル６は、同一の材料 から製造されるので、これら２つの構成部分は、クロム鋼のための同様の熱膨張 係数α＝約１６ｘ１０^-6Ｋ^-1を有している。従って、弁が加熱された状態では、 弁座支持体１の長手方向の膨張と弁ニードル６の長手方向の膨張とは同じである 。従って弁の温度が高い場合に、弁内の弁ニードル６の行程はほぼ一定である。 これは、弁が加熱された場合に、燃料と気泡とから成る２段階の流れが形成され 、この２段階の流れによって、調量しようとする燃料が減少されひいては噴射さ れた燃料量が減少されることになるので不都合である。全体的には、弁座支持体 １及び弁ニードル６が同一の材料で製造されている場合に、弁及び燃料が加熱さ れることによって、提供される媒体流量が減少することなる。 このような作用を減少するか若しくは補償するためには、本発明に従って、弁 座支持体１及び弁ニードル６のための材料を選択することが適している。図１に 示した第１実施例によれば、弁座支持体１のために従来使用されていた材料であ る、熱膨張係数α＝１６ｘ１０^-6Ｋ^-1を有するクロム鋼が使用されている。弁ニ ードル６のためには、例えばα＝０．９・・・１．５ｘ１０^-6Ｋ^-1である非常に小 さい熱膨張係数を有する材料例えば不変鋼（invar steel）が使用される。不変 鋼は、特別なニッケル含有量を有することを特徴としている材料である。従って ３６％-Ｎｉ-鋼も対象とすることができる。不変鋼の材料は、熱膨張が小さいの で、しばしば測定工具のために使用される。また不変鋼の材料は非常に小さい熱 膨張係数を有しているので、弁ニードル６のために不変鋼を使用すれば、弁ニー ドル６はクロム鋼より成る弁座支持体１に対して加熱時の膨張は小さい。従って 燃料噴射弁が加熱される際に、この材料の組み合わせによって、弁座２６に対す る弁ニードル６のための行程が拡大される。行程拡大によって、弁座２６におけ る行程絞り部分は減少される。これによって、温度が上昇するのに伴なって、公 知の弁に対して貫流する燃料量は増大する。実施例において、１０μｍの行程拡 大は、約２〜４の貫流量の増大を意味する。これによって、高温の燃料内での気 泡形成が原因であるところの、貫流する燃料量の減少は部分的に補償される。 図１に示した実施例に対して、同一の部分若しくは同じ働きを有する部分には 同一の符号が記るされてい る図２には、外部点火式内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁の形状の弁のた めの第２実施例が部分的に示されている。不変鋼から成る弁ニードル６を備えた 弁を使用して、図２に示されているように、異なる材料より製造されていて異な る熱膨張係数を有する２つの弁座支持体区分（少なくとも一方が弁ニードル６よ りも大きくなければならない）から弁座支持体１を製造すれば、高温の燃料内で 気泡が形成されることによる貫流量の減少を補償することをさらに改良すること ができる。磁石コイル１０側に向けられた弁座支持体区分１ａは、第１実施例に おけるように、α＝約１６ｘ１０^-6Ｋ^-1の熱膨張係数を有するクロム鋼より成っ ており、これによって可動子１２とガイド部材３０との間の磁石コイル１０を巡 る磁気回路における磁束は閉鎖された状態で維持される。弁閉鎖体８の方向に続 く第２の弁座支持体区分１ｂは、弁座支持体区分１ａのための材料よりも大きい 熱膨張係数を有する材料より製造される。このための材料としては、α＝１８… ２５ｘ１０^-6Ｋ^-1を有する例えば黄銅又はアルミニウム合金を使用することがで きる。弁座支持体区分１ａ及び１ｂを気密に接続することは、例えば硬質はんだ 付け又は抵抗溶接によって得られる。 弁座支持体１及び弁ニードル６のための使用材料の別の変化例としては、前記 ２つの実施例とは異なり弁ニードル６を従来公知のように例えばクロム鋼より製 造することも考えられる。この実施例においても、噴射弁における公知の組み合 わせの材料に対して、弁ニードル６のための行程増大を得るために、少なくとも １つの弁座支持体区分１ａ，１ｂをクロム鋼（α＝約１６ｘ１０^-6Ｋ^-1）よりも 大きい熱膨張係数を有する材料、例えばα＝１８…２５ｘ１０^-6Ｋ^-1の熱を有す るアルミニウム合金又は黄銅より製造する必要がある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 電磁石操作式の弁、特に内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁であって 、磁石コイルによって取り囲まれたコアと可動子とが設けられており、この可動 子によって、弁座と協働する、弁ニードルに固定された弁閉鎖体が操作されるよ うになっており、前記弁座を受容する弁座支持体が設けられていて、この弁座支 持体内に弁ニードルが突入している形式のものにおいて、 弁座支持体（１）が、弁ニードル（６）の材料の熱膨張係数よりもそれぞれ大 きい熱膨張係数を有する少なくとも１つの材料より製造されていることを特徴と する、電磁石操作式の燃料噴射弁。 ２． 弁座支持体（１）が少なくとも１つの磁石材料より成っている、請求項１ の噴射弁。 ３． 弁座支持体（１）がクロム鋼の材料より成っていて、弁ニードル（６）が 不変鋼の材料より成っている、請求項１記載の噴射弁。 ４． 弁座支持体（１）が２つの弁座支持体区分（１ａ，１ｂ）より形成されて いる、請求項１及び２記載の噴射弁。 ５． 磁石コイル（１０）に向けられた一方の弁座支持体区分（１ａ）が磁石材 料より製造されていて、弁閉鎖体（８）に向けられた他方の弁座支持体区分（１ ｂ）が、前記一方の弁座支持体区分（１ａ）より も大きい熱膨張係数を有する材料より製造されている、請求項４記載の噴射弁。 ６． 弁座支持体区分（１ａ，１ｂ）が、クロム鋼、黄銅又はアルミニウム合金 の材料より成っていて、弁ニードル（６）がクロム鋼の材料より成っている、請 求項１及び４記載の噴射弁。 ７． 弁座支持体区分（１ａ，１ｂ）がクロム鋼、黄銅又はアルミニウム合金の 材料より成っていて、弁ニードル（６）が不変鋼の材料より成っている、請求項 １及び４記載の噴射弁。 ８． 弁座支持体区分（１ａ，１ｂ）間の接続部（５）が例えば硬質はんだ付け によって気密に形成されている、請求項４記載の噴射弁。