JP2016509162A - 高いシール性を有する、流体を制御するための弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、流体特に燃料を制御するための弁に関する。【解決手段】 この弁は、閉鎖部材（２）と弁座（３）とを有しており、前記弁座（３）がシール領域（４）と、該シール領域（４）に隣接する弁座領域（５）とを有しており、前記閉鎖部材（２）が前記シール領域（４）をシールしており、前記シール領域（４）と前記弁座領域（５）とが、直接的かつ無段階に互いに移行し合っており、前記シール領域（４）の硬度が前記閉鎖部材（２）の硬度よりも低い。【選択図】 図３

Description

本発明は、流体を制御するための弁、特に弁の閉鎖された状態で高いシール性を有する燃料噴射弁に関する。

流体を制御するための弁は、従来技術により例えば噴射弁として公知である。閉鎖部材は、弁座内に形成された噴射孔を開放若しくは閉鎖する。閉鎖部材の閉鎖運動は衝突運動である。この場合、閉鎖された弁において、つまり閉鎖部材が弁座に載ったときに、燃料が漏れによって流出しないようにしなければならない。何故ならば、これによって未燃焼の燃料が内燃機関の排ガスシステム内に達するからである。さらに、弁の運転中に、例えば摩耗による粒子の形成は避けなければならない。このような粒子は、内燃機関の弁および／またはその他の構成部分の損傷を引き起こすことがある。弁は一般的に大量生産品であるので、弁が大量生産に適合したできるだけ高いシール性を有するような形式で、このような一連の問題点の解決策を提供しなければならない。

請求項１の特徴を有する、流体を制御するための本発明による弁は、弁のシール性が著しく改善され得る、という利点を有している。同時に、本発明による弁は、大量生産によって、問題なく安価に製造することができる。この場合、本発明による弁は、特に簡単かつ安価であって、かつ容易に製造可能な構成部分を有している。この場合、本発明によれば、弁は閉鎖部材と弁座とを有しており、弁座はシール領域と、このシール領域に隣接する弁座領域とを有している。この場合、弁が閉鎖された状態に位置すると、閉鎖部材はシール領域をシールする。さらに、シール領域と弁座領域とは、直接的に、かつ移行部なしに互いに移行し合っている、つまりシール領域と弁座領域との間に段部等は設けられていない。さらに、シール領域の硬度は閉鎖部材の硬度よりも低い。このような手段によって、特に閉鎖状態において、より硬い閉鎖部材によって、シール領域のできるだけ最小の弾性変形が得られるので、改善されたシール性が可能である。閉鎖部材の硬度およびシール領域の硬度が異なっていることによって、改善されたシール性が得られる。

従属請求項には、本発明の改善された実施態様が記載されている。

好適な形式で、シール領域と閉鎖部材との間の硬度差は、弁の閉鎖時に塑性変形が生じないように、選定されている。したがって、長期の運転後に、本発明による弁は常に十分なシール性を有することが保証される。何故ならば、弁座のシール領域において塑性変形が生じないからである。運転中に、弁の閉鎖状態においてせいぜい弾性変形が発生するが、この弾性変形は閉鎖部材がシール領域から離れると直ちに再び元に戻る。言い換えれば、シール領域の塑性変形は、閉鎖部材によって阻止されるので、弁のシール特性は、長期の運転後にも常に十分に保持されている。

特に好適には、弁の閉鎖された状態で、シール領域と閉鎖部材との間に、シールライン、特に円形のシールラインが形成されている。さらに好適には、閉鎖部材が球であって、および／または弁座が円錐形面である。

本発明の別の好適な実施態様によれば、弁座領域は、シール領域の硬度よりも高い硬度を有している。さらに好適には、弁座領域の硬度は、閉鎖部材の硬度よりも低い。シール領域と比較して弁座領域がより高い硬度を有していることによって、弁座において必要な強度要求が問題なく維持されることが保証される。

本発明の好適な実施態様によれば、シール領域が環状のエラストマ性のシール部材を有していて、該シール部材は、弁座の溝内に配置されている。好適な形式で、エラストマ性のシール部材の横断面は四角形、特に矩形である。これによって、シール領域と弁座領域とが、移行部なしに互いに移行し合うことが保証されている。

本発明の選択的な実施態様によれば、シール領域と弁座領域との間に素材結合が形成されている。これによって、特に一体的な弁座が提供される。特に好適には、弁座はＭＩＭ構成部分（金属粉末射出成形部分）であって、シール領域と弁座領域とは、異なる材料より製造されている。

好適な形式で、閉鎖部材をガイドするためのガイド領域は、シール領域に直接隣接していて、この場合、ガイド領域はやはり、閉鎖部材の硬度よりも低い硬度を有している。特に好適には、ガイド領域の硬度とシール領域の硬度とは同じであって、さらに好適には、ガイド領域とシール領域とは、同じ材料より製造されている。

シール領域の厚さが弁座の厚さの約１／３の厚さを有していれば、特に高いシール性が得られる。シール領域および弁座の厚さは、閉鎖部材とシール領域との間のシールラインから出発して、表面に対して直角方向に算出される。

さらに好適には、シール領域の材料および閉鎖部材の材料、および／またはシール領域の材料および弁座領域の材料は、これらの材料が例えば粉末射出成形による形状付与後に粉末型内に（特に供給材料として）供給され、同じ温度で熱処理され、それによって、シール領域と閉鎖部材との硬度差および／またはシール領域と弁座領域との硬度差が得られるように、選択されている。

本発明による弁は、特に好適には、燃料噴射時に燃料を制御するための電磁弁である。この場合、本発明による電磁弁は吸気管噴射弁として、または直接噴射弁として構成されていてよい。

さらに好適には、弁座は、本発明によれば、従来技術の噴射孔直径よりも著しく小さい噴射孔直径上に配置され得る複数の噴射孔を有している。

本発明の第１実施例による噴射弁の概略図である。 図１に示した噴射弁の弁座の概略的な断面図である。 図２に示した弁座の拡大した概略的な部分図である。 本発明の第２実施例による弁座の概略的な断面図である。 本発明の第３実施例による弁座の概略的な断面図である。

本発明の好適な実施例を、添付の図面を用いて以下に詳しく説明する。この実施例では、同じ若しくは機能的に同じ構成部分には同じ符号が付けられている。

以下に、図１から図３を参照しながら、本発明の第１の好適な実施例による噴射弁１の詳細を説明する。

図１に示されているように、噴射弁１は、弁ハウジング８と磁石可動子１３とコイル１４と内極１６とを有している。噴射終了後に噴射弁を再び閉鎖するために閉鎖ばね１５が設けられている。符号１７は電気的な接続部を示す。

この実施例では、球の形をした閉鎖部材２が設けられていて、この球は、弁ニードル１２に接続されていて、この弁ニードル２に磁石可動子１３が配置されている。

閉鎖部材２は弁座３をシールしており、その詳細は図２および図３に示されている。弁座３は、この実施例では円錐形に構成されている。

図３に示されているように、弁座３はシール領域４と、このシール領域４に隣接する弁座領域５とを有している。シール領域４は、弁座３に環状に構成されていて、矩形の横断面（図３参照）を有している。弁座５はシール領域４の両側に設けられている。

さらに、弁座に複数の噴射孔６が形成されていて、これらの噴射孔６を介して燃料が燃焼室等に噴射される。この実施例では噴射孔６は段状に構成されている。

図２に示されているように、ガイド領域７が設けられており、このガイド領域７に沿って閉鎖部材２がガイドされている。これによって弁の迅速かつ確実な閉鎖が得られる。

図１から図３は、弁のそれぞれ閉鎖された状態を示す。したがって、図３に示されているように、閉鎖部材２と弁座３のシール領域４との間に線状のシールライン９が形成されている。

本発明によれば、閉鎖部材２の硬度は、閉鎖部材２がシール領域４よりも高い硬度を有するように選定されている。さらに、シール領域４に直に隣接している弁座領域５を有していて、この弁座領域５はシール領域４よりも高い硬度を有している。この場合、弁座領域５の硬度は、閉鎖部材２の硬度よりも低い。閉鎖部材２、シール領域４および弁座領域５の硬度は、公知の方法（例えばビッカース法）によって決定される。

第１実施例の弁座３は、ＭＩＭ技術によって製造され、この場合、シール領域４および弁座領域５のためにそれぞれ異なる材料が使用される。これによって、シール領域４と弁座領域５との間に、図３に破線で示された素材結合１０が得られる。

さらに図３に示されているように、弁座の表面に対して直角方向のシール領域４の厚さＤ１は、弁座３の全厚さＤ２の約１／３である。また、シール領域４と弁座領域５との間に段部が設けられていないので、シール領域と弁座領域とは、直接的かつ無段階で互いに移行し合っている。

閉鎖部材２とシール領域４との間の様々な硬度を、本発明に従って選択することによって、閉鎖された状態における弁の改善されたシール性が得られる。この場合、特に弁の閉鎖過程によって発生する衝撃パルスが吸収され、騒音レベルが低下される。閉鎖部材２とシール領域４との間に塑性変形が生じないので、シールライン９におけるシール性は、弁の長い運転時間にわたって維持される。場合によっては、シール領域４にわずかに弾性変形が発生するが、この弾性変形は閉鎖部材２が離れると再び元に戻る。本発明によれば、摩耗の減少も得られるので、シール領域４における所定の最適な表面状態がより長期にわたって維持される。

さらに、ＭＩＭ法を使用することによって、本発明による弁座３の特に安価な製造可能性が保証される。さらに、本発明によれば構成部分にかかる負荷も減少されるので、複数の噴射孔６を互いに密接して配置することができ、特に噴射孔６の座部直径をより小さく選定することもできる。これによって、開放するためにわずかな磁力を必要とするだけであるので、磁気回路を安価に設計することができ、特に開放のための磁気回路の消費電流も低減される。

したがって本発明によれば、弁座３の部分領域の硬度をそれぞれ異なって選択することによって、意外な形式で、閉鎖された状態における弁の改善されたシール性が得られる。さらに、閉鎖過程中の所定の減衰、および摩耗の減少を得ることができる。

図４は、本発明の第２の好適な実施例による弁１を示す。第２の実施例の弁１においては、弁のシール領域がエラストマ性のシール部材２０によって形成されている。図４に示されているように、シール部材２０は矩形の横断面を有していて、弁座３の溝２１内に配置されている。したがって、シール領域は弁座３内に形状締結式に配置されている。この場合、閉鎖部材２に面した側で、シール領域４と弁座領域５との間に無段階の移行部が設けられている。

図５は、本発明の第３実施例による弁１を示す。第３実施例は、シール領域４に直接続くガイド領域２７が設けられている点で、第１実施例とは異なっている。ガイド領域２７は、やはり閉鎖部材２の硬度とは異なる硬度を有している。特に好適には、ガイド領域２７の硬度とシール領域４の硬度とは同じである。シール領域４とガイド領域２７とは、やはりＭＩＭ法によって弁座３と共に１回の作業段階で製造される。この場合、ガイド領域２７のために、様々な金属粉を使用することができるので、完成された構成部分内のシール領域４およびガイド領域２７は、異なる硬度を有している。シール領域４およびガイド領域２７の厚さは好適には同じである。

１ 弁
２ 閉鎖部材
３ 弁座
４ シール領域
５ 弁座領域
６ 噴射孔
８ 弁ハウジング
９ シールライン
１０ 素材結合
１２ 弁ニードル
１３ 磁石可動子
１４ コイル
１５ 閉鎖ばね
１６ 内極
１７ 電気的な接続部
２０ シール部材
２１ 溝
２７ ガイド領域
Ｄ１ シール領域４の厚さ
Ｄ２ 弁座３の全厚さ

Claims (10)

1. 流体特に燃料を制御するための弁において、
   閉鎖部材（２）を有しており、
   弁座（３）を有しており、
   前記弁座（３）が、シール領域（４）と、このシール領域（４）に隣接する弁座領域（５）とを有しており、
   前記閉鎖部材（２）が前記シール領域（４）をシールしており、
   前記シール領域（４）と前記弁座領域（５）とが、直接的かつ無段階に互いに移行し合っており、
   前記シール領域（４）の硬度が前記閉鎖部材（２）の硬度よりも低い、
   流体を制御するための弁。
2. 前記シール領域（４）と前記閉鎖部材（２）との間の硬度差は、前記シール領域（４）において塑性変形が生じることなしに前記弁の閉鎖が行われるように、選定されていることを特徴とする、請求項１に記載の弁。
3. 前記弁の閉鎖された状態で、前記シール領域（４）と前記閉鎖部材（２）との間に、シールライン（９）が形成されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の弁。
4. 前記弁座領域（５）は、前記シール領域（４）の硬度よりも高い硬度および／または前記閉鎖部材（２）の硬度よりも低い硬度を有していることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の弁。
5. 前記シール領域（４）が環状のエラストマ性のシール部材（２０）であって、該シール部材（２０）は、前記弁座（３）の溝（２１）内に配置されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の弁。
6. 前記シール領域（４）と前記弁座領域（５）との間に素材結合（１０）が形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の弁。
7. 前記弁座（３）がＭＩＭ構成部分であって、前記シール領域（４）と前記弁座領域（５）とが、異なるＭＩＭ材料より製造されていることを特徴とする、請求項６に記載の弁。
8. 前記閉鎖部材（２）をガイドするためのガイド領域（２７）が設けられており、前記ガイド領域（２７）が、前記閉鎖部材（２）の硬度よりも低い硬度を有していて、特に前記ガイド領域（２７）が、前記シール領域（４）の硬度よりも高い硬度を有していることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の弁。
9. 前記シール領域（４）の厚さ（Ｄ１）が、前記シール領域（４）の前記弁座（３）の厚さ（Ｄ２）の約１／３であることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の弁。
10. 前記弁が電磁弁として構成されていることを特徴とする、先行請求項のいずれか１項に記載の弁。

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