JP2017503948A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

特に内燃機関の燃料室へと燃料を直接噴射するための、内燃機関の燃料噴射装置の燃料噴射弁（１）は、磁気コイル（１０）と、当該磁気コイル（１０）によって閉鎖方向に、戻りばね（２３）からの力が加えられるアンカー（２０）と、当該アンカー（２０）と力結合した弁ニードル（３）であって、弁座面（６）と共にシール座を形成する弁閉鎖体（４）を操作するための上記弁ニードル（３）と、を備える。入口側の燃料供給管（１６）として機能する接続スリーブ（４０）内には、戻しばね（２３）のばね力を調整する調整要素（５０）が配置される。調整要素（５０）は、薄壁のスリーブ（５１）によって外部に対して画定され、スリーブ（５１）内には、絞り孔（５４）を備えたディスク形状の絞り要素（５６）が独立した挿入部として導入される。【選択図】図２

Description

本発明は、独立請求項の導入部に係る燃料噴射弁に関する。

独国特許出願公開第４００３２２８号明細書に開示された燃料噴射弁では、燃料フィルタが、燃料噴射弁の入口側の末端で燃料流入管に嵌め込まれている。この燃料フィルタの円周には、例えば黄銅製リングが設けられ、この黄銅製リングは、燃料フィルタが嵌め込まれた状態で、燃料流入管の壁と結合する。黄銅製リングは、燃料フィルタの基体の、環状のプラスチック内実部（Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆｍａｓｓｉｖａｂｓｃｈｎｉｔｔ）を包囲し、この環状のプラスチック内実部から、例えば３つの張出部が長手方向に共通の底部まで延び、この３つの張出部について、この部分領域内に本来のスクリーンクロスがインサート成形されている（ｕｍｓｐｒｉｔｚｅｎ）。燃料フィルタの下流側にある調整スリーブが、当該調整スリーブに当接する戻しばねのばね予圧を調整する役目を果たす。

さらに、調整スリーブと燃料フィルタとが、所謂一体型の構成要素として存在し、即ち、調整スリーブに当接する戻りばねのばね予圧の調整と、流入する燃料のろ過と、いう２つの機能が、１つの構成要素内で統合されている燃料噴射弁が公知である（米国特許出願公開第５３３５８６３号明細書、米国特許第６４３４８２２号明細書、欧州特許第１２９６０５７号明細書、欧州特許出願公開第２４２６３５１号明細書、欧州特許出願公開第１３７７７４７号明細書）。全ての公知の解決策は、調整スリーブの領域内に圧入領域が設けられ、この圧入領域が調整スリーブを包囲する接続管の壁と共に、燃料噴射弁の耐用期間の間ばね圧力が一定に保たれるように、即ち調整スリーブの位置がずれることが排除されるように狭く選択されたプレス嵌めを形成することを特徴としている。

独立請求項の特徴を備えた、本発明に係る燃料噴射弁には、一体型の構成要素としての調整要素が燃料供給管内で使用されること、及び、高度な機能統合（戻りばねのばね力の調整、燃料のろ過、圧力脈動の減衰）が組み込まれており、その際に調整要素が、複数の挿入部品を自身の内部に収容し当該挿入部品を安全に守って包囲しうる外観的にはスリーブに見えるものによって形成されること、という利点がある。

調整要素に絞り孔が組み込まれたディスク形状の絞り要素を導入することによって、非常に僅かな追加コストが掛かり、かつ非常に簡単に製造可能でありながら、類似した設計による比較可能な構造的構成の燃料噴射弁に比べて、大幅な騒音削減を達成することが可能である。

従属請求項に記載された措置によって、独立請求項に示された燃料噴射弁の好適な発展形態及び改良が可能である。

有利に、特に簡単かつ安価に、調整要素のスリーブの製造時に、追加的な構成要素を必要とすることなく、ばねガイド部を直接一緒に組み込むことが可能である。このようにして、調整要素の製造コストを低く抑えることが可能である。内極及び接続スリーブの内部形状は、簡素化して製造することが可能であり、即ち、公差に対する要求が下げられる。さらに、調整要素の、本発明に基づき組み込まれるばねガイド部には、内極内に直接配置されたばねガイド部と比べて、内極孔内での摩耗が明らかに低減されるという利点がある。

理想的なやり方で、調整要素内にはさらにフィルタ要素が配置され、従って、想定される最も高度な機能統合が本発明に係る調整要素において行われる。

本発明の実施例が、図面に簡略化されて示され、以下の明細書の記載において詳細に解説される。
従来技術による燃料噴射弁の軸方向の断面図を示す。 本発明に係る構成による調整要素が示された、図１に示された燃料噴射弁の図１の領域ＩＩの拡大図を示す。 調整要素の外観図、及び、調整要素に導入される部品を個別に示した図を示す。 代替的な調整要素の断面図を示す。

図２〜図４を用いて本発明に係る燃料噴射弁の実施例について詳細に記載する前に、本発明がより良く分かるように、最初に図１を用いて、公知の燃料噴射弁の基本的な構成要素に関して簡単に解説することにする。

図１に示される燃料噴射弁１は、予混合圧縮火花点火型内燃機関の燃料噴射装置の燃料噴射弁１の形態により実現されている。燃料噴射弁１は、内燃機関の図示されない燃料室への燃料の直接噴射のために特に適している。

燃料噴射弁１は、弁ニードル３がその中に配置されたノズル本体２から成る。弁ニードル３は、弁閉鎖体４と作動的に連結されており、弁閉鎖体４は、弁座体５上に配置された弁座面６と協働してシール座となる。燃料噴射弁１は、本実施例では、内部へと開く燃料噴射弁１であって、少なくとも１つの噴射開口部７を有する上記燃料噴射弁１である。ノズル本体２は、シール部８によって、磁気コイル１０の外極９に対して密閉される。磁気コイル１０は、コイルハウジング１１の中に入れられ、コイル支持体１２に巻き付けられおり、このコイル支持体１２は、磁気コイル１０の内極１３に接触する。内極１３及び外極９は、狭部２６によって互いに離され、非強磁性の接続部２９によって互いに接続される。磁気コイル１０は、導線１９を介して、電気的差込みコネクタ１７を介して供給可能な電流によって励起される。差込みコネクタ１７は、内極１３に吹き付けることが可能な合成樹脂外被１８によって包囲されている。

弁ニードル３は、ディスク形状に実現された弁ニードルガイド部１４内に導入されている。ストローク運動の調整のために、対の調整ディスク１５が用いられる。調整ディスク１５の上流には、アンカー２０が存在する。このアンカー２０は、第１のフランジ２１を介して、溶接継ぎ目２２により当該第１のフランジ２１と接合された弁ニードル３と力結合（Ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）している。第１のフランジ２１上で戻りばね２３が支えられ、この戻りばね２３は、本構造形態による燃料噴射弁１内で、調整スリーブ２４によって予圧が掛かった状態に置かれる。

アンカー２０内、上方の弁ニードルガイド部１４内、及び、下方のガイド要素３６上には、燃料チャネル３０、３１、３２が通っている。燃料は、中央の燃料供給管１６を介して供給され、フィルタ要素２５を介してろ過される。燃料噴射弁１は、図示されない燃料配管に対するシール部２８によって、及び、図示されないシリンダヘッドに対する更なる別のシール部３７によって密閉されている。第１のフランジ２１とアンカー２０との間には、予備行程ばね３８が配置され、この予備行程ばね３８は、燃料噴射弁１の静止状態においてアンカー２０を第２のフランジ３４に接触させた状態に保持する。その際に、予備行程ばね３８のばね定数は、戻りばね２３のばね定数よりも基本的に小さい。

燃料噴射弁１の静止状態において、弁閉鎖体４が弁座面６にぴったりと接触した状態に保たれるように、戻りばね２３及び予備行程ばね３８によって、アンカー２０に対してそのストローク方向に抗して力が加えられる。磁気コイル１０が励起された際には、磁気コイル１０は磁場を構築し、この磁場によって、最初に、アンカー２０が予備行程ばね３８のばね力に逆らってストローク方向に動かされ、その際に、アンカーの遊び（Ａｎｋｅｒｆｒｅｉｗｅｇ）が、第１のフランジ２１とアンカー２０との間の間隔によって予め設定されている。このアンカーの遊びを通過した後で、アンカー２０は、弁ニードル３に溶接された第１のフランジ２１を、戻りばね２３のばね力に逆らって、同じようにストローク方向に一緒に動かす。その際に、アンカー２０は、アンカー２０と内極１３との間の作業間隙２７に相当する総行程を通過する。弁ニードル３と連結している弁閉鎖体４が、弁座面６から持ち上がり、燃料チャネル３０〜３２を介して案内された燃料が、噴射開口部７を通って噴射される。

コイル電流が停止されると、アンカー２０は、磁場が充分に解消された後に、戻りばね２３の圧力によって内極１３から落ち、これにより、弁ニードル３に接合された第１のフランジ２１が、ストローク方向に抗して動く。これにより、弁ニードル３が同じ方向に動き、弁閉鎖体４が弁座面６上に置かれて燃料噴射弁１が閉鎖される。その後で、アンカー２０が第２のフランジ３４によって跳ね返らず衝突の衝撃を受けずに静止状態に戻るように、予備行程ばね３８がアンカー２０に対して力を加える。

内極１３は、燃料噴射弁１の入口側末端に向かってスリーブ状に実現され、その限りにおいて、この領域内では接続スリーブ４０を形成する。接続スリーブ４０は、内極１３とは独立して別体の構成要素として形成されてもよく、その場合には、接続スリーブ４０に、例えば内極１３が嵌め込まれる。接続スリーブ４０の領域内にフィルタ要素２５が導入され、このフィルタ要素２５は、燃料に含まれる粒子であって、シール座のような関連する弁構成要素の機能を損なう可能性がある上記粒子を、ろ過により除去するために用いられる。

電磁回路は、例えば、ピエゾアクチュエータ、又は、アクチュエータとしての磁歪素子と置換されてもよい。

図２は、本発明に係る実施例による調整要素５０として図１にＩＩで示した部分を、軸方向に抜き出した断面図で示しており、調整要素５０は、一体型の構成要素として実現され、少なくとも調整スリーブ２４とフィルタ要素２５の機能が統合されている。その際に、調整要素５０はさらに複数の個別部品で構成される。従って、調整要素５０の外被が、金属製スリーブ５１を形成し、この金属製スリーブ５１は、例えば複数の段を付けて（ｇｅｓｔｕｆｔ）実現され、深絞り成形により製造されている。その際に、この薄壁のスリーブ５１は、例えば、入口側の区間内に、半径方向に拡大された領域６１を有し、この領域６１は、調整要素５０の最大直径領域である。この最大直径領域に対して軸方向に、直径が小さい領域が連接し、この直径が小さい領域は押圧領域５５として機能する。押圧領域５５に軸方向に連なる下流側の区間は、調整要素５０の直径最小領域６２であるが、押圧領域５５よりもごくわずかに外径が小さい。

深絞り成形されたスリーブ５１内には、合成樹脂で射出成形されたストレーナバスケット５３が存在し、このストレーナバスケット５３が、統合型フィルタの基体を成している。ストレーナバスケット５３の合成樹脂は、好適に、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）又はポリアミド（ＰＡ）若しくはポリフタラミド（ＰＰＡ）のような、有機高分子の、高温に対する耐性を有する熱可逆性樹脂である。理想的なやり方で、ストレーナバスケット５３は、合成樹脂の射出成形により製造される。調整要素５０の合成樹脂基体の内部には、フィルタ要素としてフィルタ材５２が導入され、このフィルタ要素も同様に、合成樹脂射出成形過程において、挿入部品として工具内に一緒に挿入されうる。この、チューブ状のフィルタ材５２は、ＰＥＥＫから成り、又は好適に、金属繊維材料から成り、このことによって、ストレーナバスケット５３の追加的な支持効果及び堅牢性の向上がもたらされる。フィルタのストレーナバスケット５３は、直径が拡大された上方の収容領域５８を有し、当該収容領域５８は、適切なやり方で形状結合（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）により、スリーブ５１の半径方向に拡大された領域６１内に実装可能であり、従って、スリーブ５１内でストレーナバスケット５３の位置がずれることが排除される。他の領域５５、６２に渡っても、ストレーナバスケット５３は、スリーブ５１の内部を広範囲に満たし、その際に、ストレーナバスケット５３は、下流側の末端が、スリーブ５１の底部領域５９によって支えられる。ストレーナバスケット５３は、フィルタ基体の複数の、即ち少なくとも２つのウェブ形状の支持部によって形成される。

特に、例えば１００バールよりも大きい燃圧が提供される高圧噴射弁の場合には、煩わしく感じられる騒音が駆動時に著しく大きくなることが判明している。効果的な騒音削減は、調整要素５０の入口領域内に、接続スリーブ４０又は内極１３の開口横断面よりも格段小さい開口横断面を有する絞り孔５４が設けられることによって行われる。その際に、この絞り孔５４は、接続スリーブ４０の開口幅に従って、０．４ｍｍ〜１．５ｍｍの直径を有する。絞り孔５４によって、燃料噴射弁の内部の圧力脈動の適切な減衰が行われうる。絞り孔５４は本発明に基づいて、独立した挿入部品であって、ディスク形状の絞り要素５６として実現され、ストレーナバスケット５３の入口側の端面に載置された上記挿入部品内に導入されている。その限りにおいて、絞り要素５６も同様に、薄壁のスリーブ５１の半径方向に拡大された領域６１内に収容されている。絞り要素５６を確実に収容するために、絞り要素５６より上のスリーブ５１にはフランジ成形加工が施され、従って、スリーブ５１の環状鍔部６５が、絞り要素５６を部分的に覆う。絞り要素５６は、絞り孔５４へのバイパスが防止される程度にまで縁端領域が密閉されるように、ぴったりとフィットさせて（ｓｔｒａｆｆ ｓｉｔｚｅｎｄ）、特に入口側の領域６１内のスリーブ５１内に導入される。

調整要素５０の、下方の下流側の末端は、深絞り成形されたスリーブ５１の底部領域５９によって形成され、この底部領域５９は、突出部（Ａｕｓｋｒａｇｕｎｇ）又はピン（Ｚａｐｆｅｎ）のような、戻りばね２３を組み込んで案内するために役立つ手段を有しうる。

組立過程の間に、調整要素５０は内極１３内へと案内され、その際に、最終的に、押圧領域５５を介して、戻りばね２３が所望の事前圧力レベルに対して調整される。接続スリーブ４０の組立の際には、接続スリーブ４０は、調整要素５０の突き出た上方の末端の上に差し込まれる。この接続スリーブ４０の組み立て、及び、内極１３への接続スリーブ４０の溶接の後で、最後に、調整要素５０の摺動によって、動的な噴射量及び戻りばね２３のばね力が最終的に確定的に調整されうる。

図３は、調整要素５０の外観図、及び、当該調整要素５０に導入される構成要素を個別に示した図を示している。その際に、スリーブ５１の軸方向の伸長に渡って見て、外径が様々な複数の領域５５、６１、６２を有するスリーブ５１の構成が明らかになる。絞り要素５６及びフィルタ要素５２、５３の個々の図から、これら挿入部品が、既に図２の断面図で明らかであったように、その形状に応じて厳密かつ精確に、スリーブ５１の内部へと導入可能であることが分かる。理想的に、絞り要素５６は、外径及び内径が正確に製造された簡素なディスクであって、端面が平行に延びている上記ディスクでありうる。

図４には、代替的な調整要素５０の断面図が示されており、その際に、図２及び図３で示された実施例とは、特に、フィルタ要素５２、５３の長さ、及び、絞り要素５６の変更された構成という点で異なっている。フィルタ要素５２、５３は、スリーブ５１内に引っ掛けて（ｈａｅｎｇｅｎｄ）導入され、従って、深絞り成形されたスリーブ５１の底部領域５９に載置されていない。絞り要素５６は、ここでもディスク形状であるが段を付けて実現され、入口側でスリーブ５１から、環状鍔部６５の上方に突き出ている。環状鍔部６５の上に突き出たピン形状（ｚａｐｆｅｎａｒｔｉｇ）の部分６６は、絞り要素５６の、スリーブ５１内に存在する部分の外径よりも明らかに小さい外径を有する。これにより、絞り要素５６の保護は、引き続きフランジ成形を介して行われるが、スリーブ５１の直径が大きい領域６１は、その軸方向の長さが縮小されうる。設置空間の最適化という理由から、このような解決策は特に好適でありうる。

本発明は、提示された実施例には限定されず、図１に示された燃料噴射弁の構造形態に比べて異なる構造形態をした複数の燃料噴射弁でも実現可能である。

Claims (10)

1. 特に、内燃機関の前記燃料室へと燃料を直接噴射するための、内燃機関の燃料噴射装置の燃料噴射弁（１）であって、
   アクチュエータ（９、１０、１３、２０）であって、当該アクチュエータ（９、１０、１３、２０）の励起により弁ニードル（３）のストローク運動が実現可能であり、前記弁ニードル（３）の前記ストローク運動により、弁座面（６）と共にシール座を形成する弁閉鎖体（４）の操作が可能となる、前記アクチュエータ（９、１０、１３、２０）と、
   入口側の燃料供給管（１６）であって、前記燃料配給管内には、戻しばね（２３）のばね力を調整する調整要素（５０）が配置される、前記燃料供給管（１６）と、
   を備える、前記燃料噴射弁（１）において、
   前記調整要素（５０）は、スリーブ（５１）によって外部に対して画定され、前記スリーブ（５１）の内部には、独立した挿入部品として絞り要素（５６）が導入されることを特徴とする、燃料噴射弁（１）。
2. 前記スリーブ（５１）は、深絞り成形された薄壁の構成要素であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記絞り要素（５６）内には、絞り孔（５４）の形態による流量絞りが設けられ、前記絞り孔（５４）は、前記燃料供給管（１６）の開口横断面よりも格段小さい開口横断面を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記絞り要素（５６）は、ディスク形状に形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
5. 前記絞り要素（５６）は、前記スリーブ（５１）内に完全に嵌め込まれ、又は、前記絞り要素（５６）は、一部（６６）が前記スリーブ（５１）から突き出ていることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射弁。
6. 前記絞り要素（５６）は、入口側で、前記調整要素（５０）の前記スリーブ（５１）内に導入されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
7. 前記絞り要素（５６）は、前記スリーブ（５１）の環状鍔部（６５）を介して、前記スリーブ（５１）内で保護される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
8. 前記スリーブ（５１）はその軸方向の伸長に渡って見て、外径が様々な複数の領域（５５、６１、６２）を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
9. 前記調整要素（５０）の前記スリーブ（５１）内には、独立した挿入部品としてフィルタ要素（５２、５３）が組み込まれることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
10. 前記スリーブ（５１）には、前記戻りばね（２３）の案内に役立つ手段が設けられることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
    

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