JP2007187167A - 電磁操作式の弁 - Google Patents

Abstract

【課題】コア２及び可動子２７は、横断面が環状に構成され、コア２が下側の端面、可動子２７が上側の端面６７を有し、これらの端面は当接し合う領域で向き合い、可動子２７の端面６７が、衝突区分６９と、この衝突区分６９よりも低い位置にある段部区分７０とに分割されていて、少なくとも１つの衝突区分６９が所定の幅ｂを有している、電磁操作式の燃料噴射弁を改良して、全耐用年数にわたって一定に維持される、規定された衝突面幅若しくは接触幅ｂを有するようにする。
【解決手段】可動子２７に設けられた少なくとも１つの衝突区分６９が、コア２の端面と可動子２７の端面６７との当接し合う領域の一部だけを成す幅ｂを有していて、該衝突区分６９の幅ｂが２０μｍ〜５００μｍの間であって、衝突区分６９よりも低い位置にある段部区分７０が段部底部７１を有していて、この段部区分７１が衝突区分６９よりも５μｍ〜１５μｍだけ低い位置にある。
【選択図】図３

Description

本発明は、電磁操作式の弁、特に内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁であって、弁縦軸線と、強磁性材料より成るコアと、磁石コイルと、可動子とを備えており、該可動子が、定置の弁座と協働する弁閉鎖体を操作し、磁石コイルの励磁された状態でコアの衝突面に向かって引き寄せられるようになっており、コア及び可動子は、横断面が環状に構成されており、コアが下側の端面を有し、可動子が上側の端面を有していて、これらの端面は当接し合う領域で互いに向き合っており、可動子の端面が、衝突区分と、この衝突区分よりも低い位置にある少なくとも１つの段部区分とに分割されていて、少なくとも１つの衝突区分が所定の幅ｂを有している形式のものに関する。

摩耗にさらされる構成部分に耐摩耗性のコーティングを施す、電磁操作式の弁特に燃料噴射弁は種々異なるものが公知である。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第２９４２９２８号明細書によれば、可動子及びノズル体等の摩耗にさらされる部分に耐摩耗性の反磁性の材料コーティングを施すことが公知である。このようなコーティングは、弁ニードルの行程を制限するために用いられ、これによって燃料噴射弁の可動な部分に作用する残留磁気の影響は減少される。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３２３０８４４号明細書によれば同様に、燃料噴射弁の衝突面及び可動子に耐摩耗性の表面を設けることが公知である。このような表面は、例えばニッケルメめっきで付加的なコーティングを施すか、又は窒化処理することによってつまり窒素を含浸(impregnation)させることによって硬化される。

またドイツ連邦共和国特許出願公開第３７１６０７２号明細書によれば、摩耗及び侵食に特に強くさらされる、噴射弁の部分のために、薄く構成することができダイヤモンドによって後処理することができるモリブデンハードコーティング(molybdenum hard coating)を使用することも公知である。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８１０８２６号明細書によれば、非常に正確なエアギャップを得るために、少なくとも１つの衝突面を球欠状若しくは球形キャップ状(spherical cap)に形成し、この場合に衝突面の中央に、非磁性で高強度の材料より成る球形挿入体が形成されている燃料噴射弁について記載されている。

またヨーロッパ特許公開第０５３６７７３号明細書によれば同様に、可動子の円筒形の外周面及び環状の衝突面が、電気めっきによって硬質合金が施されている燃料噴射弁が公知である。クロム又はニッケルより成るコーティング層の厚さは例えば１５μｍ〜２５μｍである。電気めっきされたコーティングに従って、やや楔状の層圧分布が形成され、この場合、その外側縁部において最小の層厚が形成される。電気的に形成された層によって層厚分布は物理的にあらかじめ与えられており、ほとんど影響を受けることはない。所定の運転時間後に、衝突面は摩耗によって不都合に処理され、これによって可動子の引き込み及び突き出し時間が変化することになる。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第２９４２９２８号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３２３０８４４号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３７１６０７２号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８１０８２６号明細書 ヨーロッパ特許公開第０５３６７７３号明細書

本発明の課題は、以上のような公知の電磁操作式の弁の欠点を取り除くことである。

この課題を解決した本発明によれば、可動子に設けられた少なくとも１つの衝突区分が、コアの端面と可動子の端面との当接し合う領域の一部だけを成す幅ｂを有していて、該衝突区分の幅ｂが２０μｍ〜５００μｍの間であって、衝突区分よりも低い位置にある段部区分が段部底部を有していて、この段部区分が衝突区分よりも５μｍ〜１５μｍだけ低い位置にある。

請求項１に記載した特徴を有する、本発明の電磁石操作式の弁によれば、互いに衝突し合う構成部分のうちの少なくともどちらか一方が、耐摩耗性表面の形成後に衝突面が長い運転時間後においても摩耗によって不都合に拡大されることがないように構成されているので、可動な構成部分の引き込み及び突きだし時間がほぼ一定に維持されるという利点を有している。これは、互いに衝突し合う構成部分のうちの少なくとも一方が、耐摩耗性が得られる前に段付けされた表面を有していることによって得られる。このような段付けされた表面は、磁気的又は液圧的な最適性を得るために、それぞれ種々異なる状況に正確に合わせることができる。

請求項２以下に記載した手段によって、請求項１に記載した電磁操作式の弁、特に燃料噴射弁の有利な実施態様及び改良が可能である。

互いに衝突し合う構成部分のうちの少なくとも一方の表面を、座ぐり研削工具(ground counterbore)によって非常に正確に形成すれば特に有利である。これによって正確な寸法が得られる。このような非常に正確な研削工具を使用することによって、従来のものよりも狭い公差を維持することができるので、噴射弁の作動時に、可動子の引き込み時間及び特に突き出し時間の変動は非常にわずかである。

少なくとも１つの構成部分、例えば可動子の表面を段付けして構成したことによって、非常に小さい衝突領域を得るという要求を満たしつつ、非電気式で磁性の耐摩耗コーティングを施すこともできる。

互いに衝突し合う構成部分のうちの少なくともどちらか一方の衝突領域の表面を、公知の方法例えばプラズマ窒化処理又はガス窒化処理等によって硬化させることによって耐摩耗性にすれば特に有利である。

有利な形式で、ストッパとして使用される、少なくとも１つの構成部材表面に段部が形成されていれば、環状でその大きさが正確に規定された小さい衝突領域が得られる。接触幅に相当するところの規定された衝突幅を有する環状の衝突領域は、全耐用年数にわたって一定に維持される。何故ならば、長時間運転における衝突面が摩耗しても、段部が設けられていので接触面は拡大しないからである。確実にぶつかり合う（衝突する）ことが完全に保証される。衝突面が小さいことによって、液圧式の固着は避けられる。全耐用年数にわたって一定の接触幅が保証されるので、衝突し合う部分、例えばコアと可動子との間のギャップの液圧的な比は一定に維持されるという重要な利点も得られる。

図面には本発明の実施例が概略的に示されていて、以下に詳しく説明されている。

コア２の下側のコア端部９には、弁縦軸線１０に対して同心的に、しかも気密に、管状金属製の中間部材１２が例えば溶接によって接続されていて、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。段付けされた巻芯３は、コア２を部分的に覆っていて、直径の大きい段部１５によって中間部材１２を少なくとも部分的に軸方向で覆っている。巻芯３及び中間部材１２の下流には、管状の弁座支持体１６が延びている。この弁座支持体１６は、例えば中間部材１２に堅固に結合されている。弁座支持体１６内には、弁縦軸線１０に対して同心的に構成された縦孔１７が延びている。縦孔１７内には例えば管状の弁ニードル１９が配置されており、該弁ニードル１９は、その下流側の端部２０が、円錐形の弁閉鎖体２１に例えば溶接によって結合されている。この弁閉鎖体２１の外周部には、燃料を通過させるための例えば５つの偏平部２２が設けられている。

噴射弁の操作は公知の形式で電磁石によって行われる。弁ニードル１９を軸方向で移動させて、戻しばね２５のばね力に抗して噴射弁を開若しくは閉鎖させるために、磁石コイル１、コア２及び可動子２７による電磁石的な回路が使用される。可動子２７は、弁閉鎖体２１とは反対側における弁ニードル１９の端部と、第１の溶接シーム２８によって結合されていて、コア２に整列されている。弁座支持体１６の、下流側に存在する、コア２とは反対側の端部内における縦孔１７内には、定置の弁座を有する円筒形の弁座体２９が溶接によって気密に取り付けられている。

可動子２７と共に弁ニードル１９が弁縦軸線１０に沿って軸方向で移動する間、弁閉鎖体２１をガイドするために、弁座体２９のガイド孔３２が使用される。球状の弁閉鎖体２１は、流れ方向で円錐台形に先細りする、弁座体２９の弁座と協働する。弁座体２９は、弁閉鎖体２１とは反対側の端部で、例えば鉢状に構成された噴射孔付き円板３４と同心的に堅固に結合されている。噴射孔付き円板３４の底部には、侵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つの噴射孔３９が延びている。

噴射孔付き円板３４を備えた弁座体２９の押し込み深さは、弁ニードル１９の行程の前調節を規定する。この場合、磁石コイル１が励磁されていない状態での弁ニードル１９の一方の終端位置は、弁座体２９の弁座に弁閉鎖体２１が当接することによって規定され、これに対して磁石コイル１が励磁された状態での弁ニードル１９の他方の終端位置は、可動子２７がコイル端部９に当接することによって得られる。つまり、本発明によって構成された、破線の円によって示された領域内において正確に得られる。

弁縦軸線１０に対して同心的に延びる、コア２の流過孔４６内に挿入された調節スリーブ４８（例えば転造されたばね鋼薄板より製造された）は、この調節スリーブ４８に当接する戻しばね２５のプレロード（予荷重）を調節するために使用される。この戻しばね２５は、調節スリーブ４８と反対側では弁ニードル１９に支えられている。

この噴射弁はプラスチック射出成形部５０によって十分に取り囲まれており、このプラスチック射出成形部５０は、コア２から軸方向で磁石コイル１を越えて弁座支持体１６まで延びている。このプラスチック射出成形部５０には、例えば射出成形によって一緒に埋め込まれた電気式のプラグ５２が属している。

燃料フィルタ６１は、コア２の流入側の端部５５でコア２の流過孔４６内に突入していて、燃料噴射弁を詰まらせたり損傷させたりする原因となる大きい燃料成分を濾過するようになっている。

図２には、図１の破線の円で示した、弁ニードル１９の一方の終端位置の領域の拡大図が示されており、この終端位置において、可動子２７がコア２のコア端部９に当接する。公知のように、コア２のコア端部９及び可動子２７には、例えばクロムコーティング又はニッケルコーティングが電気めっきによって施される。この場合、金属のコーティング６５は、弁縦軸線１０に対して垂直に延びる端面６７にも、また可動子２７の外周面６６にも少なくとも部分的に施される。このコーティング６５は、特に耐摩耗性であって、また表面が小さいことによって、突き当たる面が液圧式に固着することを減少させるが、これを確実に避けるものではない。このコーティング６５の層の厚さは一般に１０μｍと２５μｍとの間である。

噴射弁を作動させるためには、コア２と可動子２７とが、相対的に小さい範囲内だけで、例えば可動子２７の上端面の、弁縦軸線１０とは反対側に向けられた外側の範囲内だけで衝突するようにしなければならない。この要求は、電気的なコーティングによって得られる。電気的なコーティングにおいては、コーティングしようとする部分、この実施例ではコア２及び可動子２７の縁部に磁界ラインの集中が生じ、この磁界ラインの集中によって、図２に示したような楔状のコーティング分布が得られる。塗布された楔状のコーティング６５は、噴射弁の運転時には小さい範囲内でのみ負荷を受けることになる。もちろん長時間運転時において、衝突面が規定されることはない。何故ならば数百万回の衝突によってコーティング６５の部分は削り取られ、衝突面はさらに拡大され、それによって楔状性は次第に減少されるからである。

これに対して図３には、本発明による可動子２７の、上側の端面６７領域にある部分が図示されている。この部分は、コーティング前に又は表面の耐摩耗性を形成する前に既に段部区分７０を有している。

電気式に形成されたコーティング６５において生ぜしめられたコーティング部分の分布が物理的に与えられ、ほとんど影響を与えることができないのに対して、可動子２７の段部は、コーティング前に若しくは耐摩耗性を形成する前に、相応に要求された値に応じて、使用時にそれぞれ磁石式及び液圧式な最適さが得られるように、あらかじめ規定されて製造される。非常に正確な座ぐり研削工具を使用することによって、段部のための狭い公差が維持されるので、噴射弁の運転時における、可動子２７の引き込み及び突き出し時間の変動は非常にわずかである。しかも端面６７の段部区分７０は、非常に小さい衝突領域に基づく要求を満たしながら、非電気式に設けられる耐摩耗性のコーティング（磁気的であってもよい）を施すことを可能にする。

しかも、端面６７は、少なくともその衝突区分６９の領域内で、硬化法で表面処理をほどこして耐摩耗性にすることができる。この場合、硬化法としては、例えばプラズマ窒化法又はガス窒化法等の公知の窒化法が適している。

図３に示されているように、可動子２７の上側の端面６７内で凹部を形成する段部区分７０によって、噴射弁の全耐用年数に亘って一定な衝突面幅及びひいては接触幅が確実に維持される。段部区分７０が設けられていることによって、端面６７において正確に規定された衝突区分６９が形成される。

噴射弁の連続運転においては、コア２における可動子２７の数百万回の衝突が行なわれる。これはつまり、最小のストッパ面摩耗は避けられないということである。段部区分７０によって、可動子２７の上側の端面６７の、ストッパとして用いられる衝突区分６９が段部底部７１から明確に突き出している。これによってストッパとして、２０μｍ〜５００μｍの間の幅ｂを有する環状に突き出る衝突区分６９が用いられる。この衝突区分６９は、図３に示した実施例では、外周面６６と、内側にずらして形成された段部区分７０との間に位置している。この衝突区分６９は、全耐用年数に亘って一定な幅ｂを有している。前述のような摩耗が、衝突面幅若しくは接触幅に影響を与えることはもはやない。液圧式の固着は、衝突面が小さいことに基づいて避けられる。全耐用年数に亘って一定な接触幅が保証されるので、衝突する部分間のギャップ、この実施例ではコア２と可動子２７との間のギャップにおける液圧的な比は一定に維持され、非常に有利である。衝突区分６９の偏平に延びる衝突面に対して、段部底部７１から軸方向で５μｍの間隔を保っていれば本発明の利点が得られる。液圧的及び磁気的な最適性は、段部底部７１の深さを例えば５μｍと１５μｍとの間で最適に選択することによって得られる。

コーティングする前に若しくは耐摩耗性の表面を形成する前に、可動子２７とコア２とに相応の段部区分７０を設けて、これによって両方の衝突する側において非常に正確に規定された衝突区分６９を形成することも考えられる（図３に示されているように）。さらに、コア２にだけこのような段部区分７０を設け、これに対して可動子２７は例えば偏平な端面を有するようにすることも可能である。このような図示していない実施例は、それほどしばしば使用されるものではないが、段部の幾何学的な形状は、図３に示した実施例の可動子２７におけるものと同じである。

図４及び図５には、本発明による可動子２７の別の構成が示されている。従って、衝突区分６９は、端面６７において弁縦軸線１０の延びる方向に形成されていて、それに対して段部区分７０は、軸方向で引っ込めて、外周面６６に向かって外側に延びて設けられている（図４参照）。図５には、衝突区分６９が内側及び外側で、つまり外周面６６及び弁縦軸線１０に対して段部区分７０によって取り囲まれている、可動子２７の実施例が示されている。

可動子２７の端面６７に、及び場合によっては付加的にコア２の端面に段部区分７０が存在するので、前述のようなクロムコーティング又はニッケルコーティングを施す方法とは異なる、端面６７の耐摩耗性を改良することによる品質向上を得るための方法を使用することも可能である。可動子２７及び又はコア２の表面構造を変える、硬化法、例えばプラズマ窒化法、ガス窒化法又は気化法(carbureting)を使用することによって、直接的なコーティングを行う方法を完全にやめることも可能である。

燃料噴射弁の概略的な縦断面図である。 図１に示した燃料噴射弁の、コア及び可動子の領域における衝突箇所の断面した部分的な拡大図である。 本発明の第１実施例による、コア及び段付けされた可動子の領域における衝突箇所の概略的な断面図である。 本発明の第２実施例による、段付けされた可動子の概略的な断面図である。 本発明の第３実施例による、段付けされた可動子の概略的な断面図である。

符号の説明

１ 磁石コイル、 ２ コア、 ３ 巻芯、 ９ コア端部、 １０ 弁縦軸線、 １２ 中間部材、 １５ 段部、 １６ 弁座支持体、 １７ 縦孔、 １９ 弁イードル、 ２０ 端部、 ２１ 弁閉鎖体、 ２２ 扁平部、 ２５ 戻しばね、 ２７ 可動子、 ２８ 溶接シーム、 ２９ 弁座体、 ３２ ガイド孔、 ３４ 噴射孔付き円板、 ３９ 噴射孔、 ４６ 流過孔、 ４８ 調節スリーブ、 ５０ プラスチック射出成形部、 ５２ 接続プラグ、 ５５ 端部、 ６１ 燃料フィルタ、 ６５ 金属のコーティング、６６ 外周面、 ６７ 端面、 ６９ 衝突区分、 ７０ 段部区分、 ７１ 段部底部、 ７３ くさび状部分

Claims (7)

1. 電磁操作式の弁、特に内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁であって、弁縦軸線（１０）と、強磁性材料より成るコア（２）と、磁石コイル（１）と、可動子（２７）とを備えており、該可動子（２７）が、定置の弁座（２９）と協働する弁閉鎖体（２１）を操作し、磁石コイル（１）の励磁された状態でコア（２）の衝突面に向かって引き寄せられるようになっており、コア（２）及び可動子（２７）は、横断面が環状に構成されており、コア（２）が下側の端面を有し、可動子（２７）が上側の端面（６７）を有していて、これらの端面は当接し合う領域で互いに向き合っており、可動子（２７）の端面（６７）が、衝突区分（６９）と、この衝突区分（６９）よりも低い位置にある少なくとも１つの段部区分（７０）とに分割されていて、少なくとも１つの衝突区分（６９）が所定の幅（ｂ）を有している形式のものにおいて、
   可動子（２７）に設けられた少なくとも１つの衝突区分（６９）が、コア（２）の端面と可動子（２７）の端面（６７）との当接し合う領域の一部だけを成す幅（ｂ）を有していて、該衝突区分（６９）の幅（ｂ）が２０μｍ〜５００μｍの間であって、衝突区分（６９）よりも低い位置にある段部区分（７０）が段部底部（７１）を有していて、この段部区分（７１）が衝突区分（６９）よりも５μｍ〜１５μｍだけ低い位置にあることを特徴とする、電磁操作式の弁。
2. 可動子（２７）に設けられた少なくとも１つの段部区分（７０）が、衝突区分（６９）から始まって弁縦軸線（１０）に向かって延びている、請求項１記載の弁。
3. 可動子（２７）に設けられた少なくとも１つの段部区分（７０）が、衝突区分（６９）から始まって弁縦軸線（１０）とは反対方向に延びている、請求項１記載の弁。
4. 可動子（２７）が端面（６７）の領域でコーティングされている、請求項１記載の弁。
5. コーティング（６５）によって施された層が磁気層である、請求項４記載の弁。
6. 可動子（２７）が端面（６７）の領域で硬化法によって処理されている、請求項１記載の弁。
7. 向き合っている可動子（２７）に面した、コア（２）の端面（６７）が、衝突区分（６９）と、この衝突区分（６９）よりも低い位置にある少なくとも１つの段部区分（７０）とに分割されていて、少なくとも１つの衝突区分（６９）が所定の幅（ｂ）を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の弁。

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