JPH09503267A - 電磁作動式の弁に用いられる弁ニードルおよび該弁ニードルを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 公知の電磁作動式の弁では、弁ニードルが管状の可動子と、スリーブ状の結合管と、弁閉鎖部材とから成っている。この場合に燃料は弁ニードルの内部を流れて弁閉鎖部材にまで到達し、次いで弁ニードルに設けられた横方向孔を介して弁座の方向に流出する。本発明による弁ニードル（１８）は、弁ニードル（１８）の少なくとも弁ニードル区分（１９）と弁閉鎖部材区分（２４）とが、深絞り成形によって一体の構成部分として製造されている点によりすぐれている。弁座の方向での燃料の流れを保証するためには、弁ニードル区分（１９）にたとえば２つの圧刻部（６１）が設けられており、半球シェル形状を有する弁閉鎖部材区分（２４）には平らな面取り部（２５）が加工成形されている。すなわち、燃料は弁ニードル区分（１９）の外周面に沿って流れる。本発明による弁ニードルは、混合気圧縮型の火花点火式内燃機関の燃料噴射装置における燃料噴射弁のために特に適している。

Description

【発明の詳細な説明】 電磁作動式の弁に用いられる 弁ニードルおよび該弁ニードル を製造するための方法 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、電磁作動式の弁に用いられ る弁ニードルもしくは請求項８の上位概念部に記載の、弁ニードルを製造するた めの方法から出発する。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第４００８６７５号明細書に基づき既に公知の 、電磁作動式の弁に用いられる弁ニードルは、可動子と、弁閉鎖部材と、前記可 動子をたとえば球状の弁閉鎖部材に結合する管状の結合部分とから成っている。 上記構成部分、つまり可動子と弁閉鎖部材と結合部分とは、互いに別個に製造さ れた個別構成部分を成している。これらの個別構成部分は接合方法、たとえばレ ーザ溶接によってはじめて互いに結合される。すなわち、少なくとも２つの結合 個所が存在している。この場合に可動子は結合部分を半径方向では完全にかつ軸 方向では少なくとも部分的に取り囲んでいる。なぜならば、この結合部分は可動 子に設けられた、一貫して延びる長手方向開口内に固定されているからである。 結合部分自体も、一貫して 延びる内側の長手方向開口を有している。この長手方向開口内で燃料は弁閉鎖部 材の方向に流れることができる。次いで燃料は弁閉鎖部材の近傍で、結合部分の 壁に加工成形された半径方向に延びる横方向開口を通って流出する。すなわち、 燃料流はまず弁ニードルの内部で行われ、この弁ニードルから流出した後でしか 弁座に到達しない。 さらにドイツ連邦共和国特許第４２３０３７６号明細書に基づき公知の、電磁 作動式の弁に用いられる弁ニードルは、可動子区分と弁スリーブ区分とから成る 一体の管状の作動部分から、射出成形およびメタルインジェクションモールディ ング法（ＭＩＭ）による焼結によって製造される。上記作動部分は引き続き、溶 接結合によって弁閉鎖部材区分と結合される。可動子区分と弁スリーブ区分とに は、一貫して延びる内側の長手方向開口が設けられており、燃料はこの長手方向 開口内で弁閉鎖部材区分の方向に流れることができる。次いで燃料は弁閉鎖部材 区分の近傍で、横方向開口を通って弁スリーブ区分から流出する。すなわち、上 記ＭＩＭ法を用いる弁ニードルの製造では、前記横方向開口を形成するために横 方向スライダ工具が必要となる。 発明の利点 請求項１の特徴部に記載の本発明による弁ニードルもしくは請求項８の特徴部 に記載の本発明による方法 には、従来のものに比べて次のような利点がある。すなわち、このような弁ニー ドルが簡単かつ廉価に製造可能となる。このことは本発明によれば、結合部分が 弁ニードル区分として、深絞り成形法によって弁閉鎖部材区分と一体に形成され ており、ひいては弁ニードル区分と弁閉鎖部材区分とから成る深絞り成形体を製 造するための工具が単純に構成され得ることにより達成される。弁ニードル区分 における横方向開口を形成するための横方向スライダ工具は不要となる。なぜな らば、燃料が弁ニードル区分の外側を流れるからである。 深絞り成形においては、出発材料として、適当な深絞り成形用薄板から成る、 比較的単純な平らな素材を使用することができるので有利である。 請求項２以下もしくは請求項９以下に記載の手段により、請求項１に記載の弁 ニードルもしくは請求項８に記載の、弁ニードルを製造するための方法の有利な 改良が可能となる。 深絞り成形体は可動子に設けられた内側の貫通開口に押し込まれて、この可動 子と、たとえば溶接シームを介して固く結合されている。すなわち、弁ニードル は２つの構成部分からしか構成されていない。 可動子の内部に設けられた、軸方向に延びるたとえば２つの流れ通路により、 弁座の方向における燃料のスムーズな流れが生ぜしめられる。この流れ通路から 流出した燃料は、弁ニードル区分の外周面に沿って変向なしに流れることができ る。 可動子の内部に流れ通路を形成する、弁ニードル区分に設けられた圧刻部は、 ばりなしに製造可能であるので、製造時にばりを付与される従来公知の横方向開 口とは異なり、後加工を行わなくて済むという利点が得られる。さらに、燃料中 に連行された粒子もしくは注入されたダストはカップ形の深絞り成形体内に沈積 するので、弁座における閉塞による非シール性が回避されるので特に有利である 。 図面 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。第１図は、本発明によ る弁ニードルを備えた燃料噴射弁を示しており、第２図は、弁ニードルの平面図 を示しており、第３図もしくは第４図は、第２図のＩＩＩ─ＩＩＩ線もしくはＩ Ｖ─ＩＶ線に沿った２つの弁ニードルの断面図を示している。 実施例の説明 第１図に例示した電磁作動式の弁は、混合気圧縮型の火花点火式内燃機関に用 いられる燃料噴射弁である。この燃料噴射弁は、電磁コイル１によって取り囲ま れた、燃料流入管片として働く管状のコア２を有している。このコア２は、たと えばその全長にわたって一定の外径を有している。半径方向で段付けされたコイ ル枠体３は電磁コイル１の巻線を収容して、コア２と 相まって電磁コイル１の範囲における燃料噴射弁のコンパクトな構造を可能にし ている。 コア２の下側のコア端部９には、弁長手方向軸線１０に対して同心的に、管状 の金属性の中間部材１２が、たとえば溶接によって密に結合されている。この中 間部材１２はコア端部９を部分的に軸方向で取り囲んでいる。コイル枠体３と中 間部材１２との下流側には、管状の弁座支持体１６が延びている。この弁座支持 体１６は、たとえば中間部材１２に固く結合されている。弁座支持体１６には、 長手方向孔１７が延びており、この長手方向孔１７は弁長手方向軸線１０に対し て同心的に形成されている。この長手方向孔１７内には、深絞り成形された管状 の弁ニードル区分１９を備えた本発明による弁ニードル１８が配置されている。 弁ニードル区分１９の下流側の端部２３には、部分的に球状の少なくとも１つの 外輪郭を有しかつ、弁ニードル区分１９と一体に形成された弁閉鎖部材区分２４ が設けられている。この弁閉鎖部材区分２４の周面には、傍らに燃料を流過させ るための、たとえば５つの平らな面取り部２５が設けられている。 燃料噴射弁の作動は公知の形式で電磁的に行われる。弁ニードル１８を軸方向 で運動させ、ひいては燃料噴射弁を戻しばね２６のばね力に抗して開放するか、 もしくは燃料噴射弁を閉鎖するためには、電磁コイル１とコア２と可動子２７と を有する電磁回路が働く。 管状の可動子２７は、この可動子２７に押し込まれた弁ニードル区分１９の、弁 閉鎖部材区分２４とは反対の側の端部２０に、たとえば２つの溶接シーム２８を 介して固く結合されていて、コア２の方向に向けられている。可動子２７は、弁 ニードル区分１９と、下流側に加工成形された弁閉鎖部材区分２４とから成る深 絞り成形体３１と共に、作動部材として働く弁ニードル１８を形成している。 弁座支持体１６の、下流側に位置する、つまりコア２とは反対の側の端部では 、長手方向孔１７内に、固定の弁座３０を有する円筒状の弁座ボディ２９が溶接 によって密に組み付けられている。弁ニードル１８を弁長手方向軸線１０に沿っ て軸方向に運動させる際に弁閉鎖部材区分２４を案内するためには、弁座ボディ ２９に設けられたガイド開口３２が働く。弁ニードル１８の、球状の外輪郭を有 する弁閉鎖部材区分２４は、弁座ボディ２９に設けられた、流れ方向で見て円錐 台形状に先細りになった弁座３０と協働する。弁座ボディ２９の、弁閉鎖部材区 分２４とは反対の側の端面は、たとえばレーザによって形成された溶接シームを 介して、たとえばポット状に形成された噴射孔付板３４に固くかつ密に結合され ている。この噴射孔付板３４には、浸食加工または打抜き加工によって形成され た少なくとも１つの、たとえば４つの噴射開口３９が設けられている。 噴射孔付板３４を備えた弁座ボディ２９の押込み深さは、弁ニードル１８の行 程の大きさを規定している。この場合、電磁コイル１が励磁されていない場合の 弁ニードル１８の一方の終端位置は、弁閉鎖部材区分２４が弁座ボディ２９の弁 座３０に当接することにより規定されており、電磁コイル１が励磁された場合の 弁ニードル１８の他方の終端位置は、可動子２７がコア端部９に当接することに より規定されている。 電磁コイル１は、たとえばヨークとして形成された、強磁性エレメントとして 働く少なくとも１つの導磁性エレメント４５によって取り囲まれている。この導 磁性エレメント４５は電磁コイル１を周方向で少なくとも部分的に取り囲んでい る。この導磁性エレメント４５はその一方の端部でコア２に接触し、他方の端部 で弁座支持体１６に接触していて、コア２もしくは弁座支持体１６に、たとえば 溶接、ろう接もしくは接着によって結合可能である。コア２に設けられた、弁長 手方向軸線１０に対して同心的に延びる流れ孔４６に押し込まれた調節スリーブ ４８は、この調節スリーブ４８に接触する戻しばね２６のばねプレロードを調節 するために働く。この戻しばね２６の反対の側の端面は、管状の可動子２７に設 けられた内側の貫通開口５０内で弁ニードル区分１９の上流側の端面４９に支持 されている。 燃料噴射弁は、周面に射出成形されたプラスチック 射出成形体５１によって十分に取り囲まれている。このプラスチック射出成形体 ５１はコア２を起点として軸方向で電磁コイル１と、少なくとも１つの導磁性エ レメント４５とを介して弁座支持体１６にまで延びている。この場合、少なくと も１つの導磁性エレメント４５は軸方向と周方向とにおいて完全に遮蔽されてい る。このプラスチック射出成形体５１には、たとえば一緒に一体に射出成形され た電気的な接続コネクタ５２が所属している。 第２図には、第１図に示した実施例による弁ニードル１８の平面図が示されて いる。第３図および第４図には、それぞれ第２図のＩＩＩ─ＩＩＩ線もしくはＩ Ｖ─ＩＶ線に沿った断面図で弁ニードル１８の２つの実施例が示されている。弁 ニードル１８のこの２つ実施例は弁閉鎖部材区分２４の範囲でのみ互いに異なっ ている。以下に、第２図、第３図および第４図につき弁ニードル１８の構造もし くは弁ニードル１８を製造するための方法を詳しく説明する。 第１の方法ステップにおいて、たとえばオーステナイト鋼またはフェライト鋼 から成る適当な深絞り成形用シートから成る平らな素材がカップ形の成形体に変 形加工される。この方法は深絞り成形、つまり並進的な引張圧縮変形加工法であ る。深絞り成形はこの場合のように、一定の肉厚さを有する、片側の開いた回転 対称的な中空成形体を冷間変形加工するために特に適 している。深絞り成形工具（ダイス、ポンチ）の構成に応じて、弁ニードル区分 １９と弁閉鎖部材区分２４とから成るカップ形の深絞り成形体３１を既に、極め て正確な形状および寸法にもたらすことができる。第４図に示した深絞り成形体 ３１は、第３図に示した深絞り成形体３１よりも簡単に深絞り成形により製造可 能である。なぜならば、第４図に示した深絞り成形体３１は、たとえば半球状シ ェルの形状を有する弁閉鎖部材区分２４にまで一定の内径を有しているからであ る。それに対して、第３図に示した深絞り成形体３１は、弁閉鎖部材区分２４の 範囲に弁ニードル区分１９の内径の拡径、ひいては外径の拡径も生じるように深 絞り成形される。これによって、弁閉鎖部材区分２４の外輪郭は半球体よりも大 きな空間を占める。 次の方法ステップでは、深絞り成形体３１に弁閉鎖部材区分２４の外輪郭の範 囲において、互いに等間隔で配置されたたとえば５つの平らな面取り部２５が設 けられる。これらの平らな面取り部２５により、弁座ボディ２９のガイド開口３ ２において燃料は面取り部２５の傍らを通って容易に弁座３０にまで流れるよう になる。これらの平らな面取り部２５は弁閉鎖部材区分２４の少なくとも最大横 断面にまで延びている（これによって、はじめて燃料流が成立し得る）が、しか し弁座３０における弁閉鎖部材区分２４の接触平面にまでは達していない。この ような平らな面取り部の成 形は、たとえばエンボス加工によって行われる。この方法は、並進的な加圧変形 加工法であり、この場合、主として工具は直線的に運動する。具体的な事例では 、ほぼ半径方向で作用する押込み力により、深絞り成形体３１の長手方向軸線６ ０（弁ニードル１８の組み込まれた状態では弁ニードル長手方向軸線１０と合致 する）の方向に向かって材料が僅かに押しのけられる。 次いで、弁ニードル区分１９の、弁閉鎖部材区分２４とは反対の側の端部２０ に、つまりあとで可動子２７の内側の貫通開口５０内に固定される端部２０に、 軸方向に延びるＶ字形の、たとえば２つの圧刻部６１が設けられる。この圧刻部 ６１は、たとえばエンボス加工によっても、ばりなしに成形され、しかもこの場 合、圧刻部６１は少なくとも、あとで取り付けられる可動子２７から下流側で突 出するような長さを有している。可動子２７に深絞り成形体３１が組み込まれた 状態において、圧刻部６１は流れ通路６３を形成する。この流れ通路６３は可動 子２７の内壁と、弁ニードル区分１９の圧刻部６１の輪郭とによって仕切られる 。したがって燃料はコア２に設けられた流れ孔４６から到来して可動子２７にま で到達し、さらにこの可動子２７の内側の貫通開口５０に流入して、弁ニードル 区分１９の端面４９にまで到達する。燃料は一方では少なくとも、直接的な運転 開始時ではカップ形の深絞 り成形体３１の内部に流入するが、他方では主として端面４９を起点とする両流 れ通路６３に流入する。次いで燃料はこの流れ通路６３を通って案内される。可 動子２７の、弁閉鎖部材区分２４に面した端部の範囲において、燃料は再び流れ 通路６３から流出して、少なくとも部分的に深絞り成形体３１の壁膜として弁座 ３０にまで流れる。すなわち、弁ニードル区分１９における長手方向スリットま たは横方向開口なしに、弁座３０にまでの燃料流が完全に保証される。最後に説 明した２つの方法ステップは時間的に逆の順序で、つまり最初に圧刻部６１を成 形し、次に平らな面取り部２５を成形する順序でも問題なく実施することができ 、あるいは上記２つの方法ステップを同時に実施することもできる。 次の方法ステップでは、弁閉鎖部材区分２４の表面処理が行われる。この表面 処理はたとえば、耐摩耗性の薄い硬質クロム層による硬質物質被覆によって行う ことができる。別の理想的な被覆材料は、たとえば炭化チタン、窒化チタンまた は炭化タングステンである。気相から硬質物質を微細沈積させることにより被覆 体を被着させるためには、蒸気析出法、たとえばＣＶＤ（化学蒸着）法もしくは ＰＶＤ（物理蒸着）法が普及している。表面品質が弁閉鎖部材に課せられた品質 をまだ有していない場合には、部分的に球状の外輪郭を有する弁閉鎖部材区分２ ４の、相応する精密加工（ たとえばラッピング仕上げ）が行われなければならない。 続いて、弁ニードル１８を製造するための最後の方法ステップが行われる。深 絞り成形体３１は可動子２７の内側の貫通開口５０に押し込まれ、次いでこの可 動子２７と固く結合される。この固い結合は、可動子２７の外周面からたとえば レーザによって得られた２つの溶接シーム２８を設けることによって得られる。 両溶接シーム２８は有利には正確に互いに向かい合って位置していて、しかも深 絞り成形体３１が可動子２７の内壁にも接触している場所にしか、つまり圧刻部 ６１の外側でしか設けられていない。弁ニードル１８を製造するための本発明に よる方法は、いかなる切削加工方法ステップも、またはばりを生ぜしめるいかな る方法ステップもなしに、弁ニードル１８が製造可能となるという利点を有して いる。 深絞り成形後に必要となる上記方法ステップは全て時間的に必ずしも記載した 順序で実施する必要はない。それどころか、個々の方法ステップを少なくとも部 分的に別の時間的順序で行うか、または同時に行うこともできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｆ１６Ｋ 31/06 ３０５ 0380−3Ｋ Ｆ１６Ｋ 31/06 ３０５Ｌ // Ｂ２１Ｄ 22/02 7920−4Ｅ Ｂ２１Ｄ 22/02 Ｆ 22/26 7920−4Ｅ 22/26 Ｚ (72)発明者 ドルシュ，ルートヴィヒ ドイツ連邦共和国 Ｄ―96050 バムベル ク ローテンシュタインシュトラーセ ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電磁作動式の弁、特に内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁に用い られる弁ニードルであって、前記弁がコアと電磁コイルと固定の弁座とを有して おり、該弁座が、可動子と弁二ニードル区分と弁閉鎖部材区分とから成る弁ニー ドルと協働するようになっており、しかも弁ニードル区分が可動子を弁閉鎖部材 区分と結合している形式のものにおいて、弁ニードル（１８）の少なくとも弁ニ ードル区分（１９）と弁閉鎖部材区分（２４）とが、深絞り成形によって一体の 構成部分として製造されていることを特徴とする、電磁作動式の弁に用いられる 弁ニードル。 ２．弁ニードル区分（１９）と弁閉鎖部材区分（２４）とが、一体の深絞り成 形体（３１）を形成しており、該深絞り成形体（３１）が縦長のカップの形状を 有していて、弁ニードル区分（１９）自体は管状に形成されている、請求項１記 載の弁ニードル。 ３．弁閉鎖部材区分（２４）が半球シェルの形状を有している、請求項１また は２記載の弁ニードル。 ４．前記深絞り成形体（３１）の、弁閉鎖部材区分（２４）とは反対の側の端 部（２０）が、少なくとも１つの溶接シーム（２８）を介して可動子（２７）に 結合されている、請求項２記載の弁ニードル。 ５．弁ニードル区分（１９）の、弁閉鎖部材区分（ ２４）とは反対の側の端部（２０）に、外周面の側から少なくとも１つの圧刻部 （６１）が加工成形されている、請求項１または２記載の弁ニードル。 ６．弁ニードル区分（１９）に設けられた少なくとも１つの圧刻部（６１）が 、Ｖ字形の形状を有していて、軸方向で縦長に形成されている、請求項５記載の 弁ニードル。 ７．前記深絞り成形体（３１）が、可動子（２７）に設けられた貫通開口（５ ０）に押し込まれた状態で、前記圧刻部（６１）によって可動子（２７）の内部 に、軸方向に延びる少なくとも１つの流れ通路（６３）が形成されている、請求 項４または５記載の弁ニードル。 ８．弁ニードル、特に可動子と弁ニードル区分と弁閉鎖部材区分とから成る、 請求項１から７までのいずれか１項記載の弁ニードルを製造するための方法にお いて、まず第１の方法ステップで薄板から成る素材を深絞り成形によってカップ の形状にもたらし、これによって弁ニードル区分（１９）と弁閉鎖部材区分（２ ４）とを形成し、その後に、時間的な順序を規定しない別の方法ステップ、つま り： ―エンボス加工により、弁閉鎖部材区分（２４）の外周面に平らな面取り部（２ ５）を設け、 ―弁ニードル区分（１９）の、弁閉鎖部材区分（２４）とは反対の側の端部（２ ０）に、少なくとも１つ の圧刻部（６１）を加工成形し、 ―弁閉鎖部材区分（２４）を表面処理し、 ―可動子（２７）と弁ニードル区分（１９）との間に固い結合を形成する、 を実施することを特徴とする、弁ニードルを製造するための方法。 ９．少なくとも１つの圧刻部（６１）の加工成形を、エンボス加工法によって 行う、請求項８記載の方法。 １０．表面処理をＣＶＤ（化学蒸着）法もしくはＰＶＤ（物理蒸着）法による 層の被着によって行う、請求項８記載の方法。