(57)【要約】      （修正有）【課題】流体の調量のための弁、とりわけ燃料噴射弁用の、下流側の端部で幾何形状を最適化させた弁針を提供する。【解決手段】本発明による燃料噴射弁は、弁座体（１３）に形成された弁座面（１４）と一緒に封止座を構成する弁閉鎖区間（２１）を作動させるための励磁可能なアクチュエータと、弁座面（１４）の下流側に形成された噴射口（４）と、弁針軸（１９）を有する軸線方向に可動の弁針（１１）とを含んでおり、弁針軸（１９）と一緒に一体的に、ガイド区間（３０）および弁閉鎖区間（２１）が成形されている。本発明によれば、円筒形の弁針軸（１９）と弁閉鎖区間（２１）の間に、円筒形の外輪郭を有するガイド区間（３０）が成形されており、これに関し、球状に成形された封止座面（２８）が有している直径Ｄ３の仮想球の中心点Ｍが、弁針軸（１９）の中心軸線上で、軸線方向に短いガイド区間（３０）内にある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射設備用の、とりわけ燃焼室内に燃料を直噴するための、流体の調量のための弁、とりわけ燃料噴射弁（１）であって、弁座体（１３）に形成された弁座面（１４）と一緒に封止座を構成する弁閉鎖体（１２）を作動させるための励磁可能なアクチュエータ（１５）と、前記弁座面（１４）の下流側に形成された少なくとも１つの噴射口（４）と、弁針軸（１９）を有する弁針（１１）とを備えており、前記弁針軸（１９）と一緒に一体的に、ガイド区間（３０）および弁閉鎖区間（２１）が成形されている弁において、
前記弁針（１１）の前記弁閉鎖区間（２１）に封止座面（２８）が成形されており、前記封止座面（２８）が、球状に直径Ｄ３で実施されており、かつ円錐状に実施された前記弁座面（１４）と協働して封止座を形成し、ならびに円筒形の前記弁針軸（１９）と前記弁閉鎖区間（２１）の間に前記ガイド区間（３０）が円筒形に成形されており、これに関し、前記直径Ｄ３の仮想球の中心点Ｍが、前記弁針軸（１９）の中心軸線上で、おおまかには軸線方向に短い前記ガイド区間（３０）内にあることを特徴とする弁。
【請求項２】
直径Ｄ１の前記弁針軸（１９）と、直径Ｄ２の前記ガイド区間（３０）と、外径Ｄ５の前記弁閉鎖区間（２１）とが成形されており、これに関し、Ｄ１≧Ｄ２、とりわけＤ１≧Ｄ２＞Ｄ５が成り立つことを特徴とする請求項１に記載の弁。
【請求項３】
Ｄ３＞Ｄ２が成り立つことを特徴とする請求項２に記載の弁。
【請求項４】
前記弁針（１１）がその軸線方向の長さにわたって、ほぼ円筒形の弁針軸（１９）を備えて延びており、その後に僅かな先細り部が続いており、前記先細り部が、円錐状に拡張しながら続いていき、かつ前記先細り部には円筒形の前記ガイド区間（３０）がつながっており、前記ガイド区間（３０）には、下流側の方向に、円錐状に先細りする軸領域が続いており、これにもまた、一体的に一緒に成形された前記弁閉鎖区間（２１）がつながっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の弁。
【請求項５】
前記弁閉鎖区間（２１）が、前記弁座面（１４）までの区間では一定の外径Ｄ５を有しており、したがって前記区間が円筒形に延びていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の弁。
【請求項６】
前記直径Ｄ５での円筒形の前記区間と、前記弁閉鎖区間（２１）の球状の前記封止座面（２８）との間では、移行部が面取り部または半径部の形態で実施されていることを特徴とする請求項５に記載の弁。
【請求項７】
円筒形の前記ガイド区間（３０）が、僅かな軸線方向の長さを有し、前記長さが０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍの間であり、とりわけ約０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の弁。
【請求項８】
円筒形の外輪郭を有する前記ガイド区間（３０）が、スルーフィード研削によって成形可能であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の弁。
【請求項９】
弁座面（１４）と封止座面（２８）の間の封止座線が、直径Ｄ４上に延びており、これに関し、Ｄ４＜Ｄ５＜Ｄ２が成り立つことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の弁。
【請求項１０】
前記弁座体（１３）がその内側の開口部内で、貫流ポケットとして働く１つ〜５つの凹部（３１）を有しており、前記凹部（３１）が溝状に延びており、かつ周面に沿って考察すると前記凹部（３１）の間にはそれぞれ、前記弁座体（１３）のうちの円筒形の壁領域を有するガイド領域が形成されており、前記ガイド領域では、前記弁針（１１）が、その軸線方向に動いている間、円筒形の前記ガイド区間（３０）の高さのところでガイドされることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立形式請求項の属概念に従う流体の調量のための弁、とりわけ燃料噴射弁を出発点とする。
【背景技術】
【０００２】
図１に例示的に、従来技術から知られている燃料噴射装置が示されており、この燃料噴射装置に、内燃機関のシリンダーヘッドの収容穴内に取り付けられた燃料噴射弁が設けられている。この燃料噴射装置は、特に混合圧縮火花点火式内燃機関の燃料噴射設備内での使用に適している。この弁は、弁ハウジングを有しており、弁ハウジングは、なかでも、弁座体を収容しかつ弁座体と固定的に結合された弁座支持体を含んでいる。弁座体と弁閉鎖体は、協働して封止座を形成する。弁閉鎖体は、典型的には球、例えば球軸受用球であり、この球は、中実の弁針軸に、例えば溶接によって固定されている。弁閉鎖体と弁針軸が一緒に、軸線方向に可動の弁針を構成し、この弁針は、なかでも球形の弁閉鎖体の領域内で、弁針の下のガイド部を有している（例えば独国特許出願公開第１０２００５０５２２５５号明細書または独国特許出願公開第１００５５５１３号明細書）。
【０００３】
独国特許出願公開第１０１０８９４５号明細書から、混合圧縮火花点火式内燃機関の燃料噴射設備用の燃料噴射弁内に、中空の弁針軸に弁閉鎖体としての球が固定された弁針を設けることも既に知られている。
【０００４】
そのうえ独国特許出願公開第１０１１６１８６号明細書からは、弁針を、中実の棒状で、ほぼ円形の断面を有する弁針として形成し、この弁針がその下流側の端部に、棒から直接的に一緒に作り出された弁閉鎖区間を有していることが既に知られている。この例えば球形にもしくは部分的に球形にもしくは丸められて形成された、または円錐状に先細りした弁閉鎖区間は、公知のやり方で、弁座要素内に設けられた弁座面と協働する。この弁針の下のガイド部は、棒状の弁針の円筒区間の領域内で実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００５０５２２５５号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１００５５５１３号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０１０８９４５号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１０１１６１８６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の利点
請求項１の特徴を有する流体の調量のための本発明による弁は、幾何的な寸法が減少したにもかかわらず、より高い流体圧力に対して使用可能であるという利点を有している。有利なのは、弁針の下流側の端部での弁針の幾何形状が、弁針のガイド直径が小さくなるように、封止座領域内の液圧負荷が減るように、またはガイド部の領域での弁座体のより大きな壁厚が許容されるように、および弁針を製造する際の追加的な組立ステップが必要ないように最適化されていることである。
【０００７】
これらの利点を達成するため、本発明によれば、円筒形の弁針軸と弁閉鎖区間の間に、軸線方向の長さが非常に短い円筒形の外輪郭を有するガイド区間が、弁針軸および弁閉鎖区間と一緒に一体的に成形される。
【０００８】
この幾何的な設計により、弁座面での弁針のヘルツの接触応力が、公知の球形の弁閉鎖体の解決策に比べて減少する。こうすることで他方ではまたより高い噴射圧力が実現可能である。こうして例えば、３５０ｂａｒ未満から５００〜６００ｂａｒまでの流体圧力での混合圧縮火花点火式内燃機関の直噴の際の顧客の要望が実現され得る。より小さい外径をもつ弁座体が使用され得ることが有利であり、これにより弁のためのシリンダーヘッド穴の直径も小さくされ得る。しかしその代わりに、外径が予め設定されている場合に、より大きな径方向の壁厚をもつ弁座体を実現することもでき、より大きな径方向の壁厚は、圧力安定性および腐食に対するロバスト性を向上させる。
【０００９】
回転点Ｍ上に置かれた、球状に成形された封止座面が有している直径Ｄ３の仮想球の中心点が、弁針軸の中心軸線上で、軸線方向に短いガイド区間の真ん中にあることが有利である。
【００１０】
引用形式請求項で挙げた措置により、請求項１に提示した弁の有利な変形および改善が可能である。
弁閉鎖区間はその形態に基づき、弁座面に対してカルダン方式で隙間をふさぐ。ガイド区間の直径Ｄ２は、封止座面の直径Ｄ３の大きさとは関係ないので、Ｄ２に相当するガイド直径が、公知の解決策の場合より小さく実施され得ることが有利である。弁針の公差に基づく傾きは、上述の回転点Ｍの周りを弁針が少し回転または傾動することで補整され得る。弁針が傾いていても、封止直径Ｄ４は変化せず、かつ弁閉鎖区間が弁座面の全周で隙間をふさぐことが有利である。
【００１１】
本発明の例示的実施形態を図面に簡略的に示し、かつ以下の説明においてより詳しく解説する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】噴射口を有する弁座体を下流側の弁端部に備えた公知の一形態での燃料噴射弁の概略的な断面図である。
【図２】図１の一部分ＩＩとしての、下のガイド部および弁閉鎖区間の領域内の、弁針の本発明による一形態での下流側の弁端部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
燃料噴射弁１の図１に示した公知の一例は、混合圧縮火花点火式内燃機関の燃料噴射設備用の燃料噴射弁１の形態で実施されている。この燃料噴射弁１は、とりわけ内燃機関の詳しくは示していない燃焼室２５内への燃料の直噴に適している。一般的には、本発明は流体の調量のための弁に適用可能である。
【００１４】
燃料噴射弁１は下流側の端部で、シリンダーヘッド９の収容穴２０内に取り付けられている。とりわけＰＴＦＥまたは充填剤含有ＰＴＦＥから成るパッキンリング２が、燃料噴射弁１とシリンダーヘッド９の収容穴２０の壁との隙間を最適にふさいでいる。
【００１５】
燃料噴射弁１はその流入側の端部３に、図示されていない燃料分配管への差し込み結合部を有しており、この差し込み結合部はパッキンリング５により、燃料分配管の接続用短管と燃料噴射弁１の流入用短管７の間の隙間をふさがれている。燃料噴射弁１は、燃料噴射弁１を作動させる電気接触のための電気接続プラグ８を備えている。
【００１６】
弁ハウジング２２と、収容穴２０のうちの例えば収容穴２０の長手方向に直角に延びる張出部２３との間には、例えばデカップリング要素２４が入れられており、このデカップリング要素２４は、製造公差および組立公差の補整に役立ち、かつ燃料噴射弁１が少し傾いていても、短手方向の力が働かない支持を保証する。そのうえこれにより、最適化された騒音デカップリングが行われる。デカップリング要素２４は、例えば固定ディスク３９によって固定される。
【００１７】
燃料噴射弁１の弁ハウジング２２は、なかでも流入用短管７によって、しかし弁針１１が配置されたノズル体１０によっても構成されている。このような典型的かつ通常の一実施形態では、球形の弁閉鎖体１２が棒状の弁針軸１９に溶接によって固定的に結合されることにより、弁針１１が球形の弁閉鎖体１２と作用結合している。弁閉鎖体１２は、弁座体１３に配置された弁座面１４と協働して封止座を形成する。この例示的実施形態では、燃料噴射弁１は、少なくとも１つの噴射口４を備えた、しかし典型的には少なくとも２つの噴射口４を有する内側に開く燃料噴射弁１である。ただし燃料噴射弁１は、多孔式噴射弁として実施され、したがって４〜３０個の間の噴射口４を有することが理想である。
【００１８】
駆動部としては例えば電磁回路が用いられ、電磁回路はアクチュエータとしての電磁コイル１５を含んでおり、電磁コイル１５はコイルハウジング内でカプセル化されており、かつコイルボビン上に巻き付けられており、コイルボビンは内極１６を取り囲んでいる。電磁回路にはアンカー１７がさらに属しており、アンカー１７は弁針１１上に配置されている。燃料噴射弁１の休止状態では、弁閉鎖体１２が封止設備内の弁座面１４に接して保持されるように、アンカー１７が復帰バネ１８により、アンカー１７の引き上げ方向とは逆に力を加えられる。電磁コイル１５を励磁すると、電磁コイル１５が磁場を発生させ、この磁場がアンカー１７を復帰バネ１８のバネ力に反して引き上げ方向に動かす。アンカー１７によって弁針１１も引き上げ方向に一緒に動く。弁針１１と結合した弁閉鎖体１２は弁座面１４から浮き上がり、かつ燃料が噴射口４を通って噴射される。
【００１９】
コイル電流が切られると、磁場の十分な減少後にアンカー１７が復帰バネ１８の圧力により内極１６から落ち、それにより弁針１１が引き上げ方向とは逆に動く。これにより弁閉鎖体１２は弁座面１４に載り、かつ燃料噴射弁１が閉鎖される。
【００２０】
燃料噴射装置のこの実施形態は、燃料噴射弁１を備えたガソリン直噴用のシステムであり、燃料噴射弁１は、図示したように電磁アクチュエータによって、しかし圧電アクチュエータによっても動作し、かつ例えば定圧力源システム内で用いられる。
【００２１】
軸線方向に可動の弁針１１はその下のガイド領域を、球形の弁閉鎖体１２の領域内で、弁座体１３の中心の開口部の円筒形の壁に沿って有している。この場合、球形の弁閉鎖体１２は中実の弁針軸１９の直径より大きな直径を有しているので、ガイド直径は比較的大きい。この寸法は他方ではまた、封止座および弁座体１３の外径の比較的大きな直径を生じさせ、したがって封止座の高い液圧負荷が存在する。加えてこのような公知の解決策では、弁針軸１９と弁閉鎖体１２が互いに対して厳密に同軸に溶接されるよう注意を払うことが特に重要である。この寸法は、弁ハウジングまたはノズル体１０の外径が予め設定されている場合、ガイド部の領域での弁座体１３の比較的小さな壁厚も生じさせる。
【００２２】
したがって本発明の課題は、流体の調量のための弁、とりわけ燃料噴射弁用の、下流側の端部で幾何形状を最適化させた弁針１１を提供することであり、この弁針１１は、より小さいガイド部を許容し、かつこの弁針１１により、封止座領域での液圧負荷の減少または弁座体１３の壁厚の増大が可能にされ、かつこの弁針１１はその製造の際に追加的な組立ステップを必要としない。
【００２３】
図２は、図１の一部分ＩＩとしての、本発明による一形態での下流側の弁端部を拡大図で示している。ここで分かるのは、弁針軸１９がその下流側の端部で一体的に弁閉鎖区間２１に移行しており、これに関し、一定の直径で形成された円筒形の弁針軸１９と弁閉鎖区間２１との間に、円筒形の外輪郭を有する、軸線方向に短いガイド区間３０が成形されているということである。
【００２４】
図２は、貫流ポケットとして働く例えば１〜５つ、とりわけ３つの凹部３１の成形を明確にしており、凹部３１は、放出されるべき流体が弁座面１４まで妨げられることなく貫流するのを保証するため、弁座体１３の内側の開口部内で溝状に軸線方向に延びるよう形成されている。この凹部３１は散在しており、理想的には、弁座体１３の内側の開口部の周面に一様に分布して配置されている。周面に沿って考察すると凹部３１の間にはそれぞれ、弁座体１３のうちの円筒形の壁領域を有するガイド領域があり、これらのガイド領域では、弁針１１が、その軸線方向に動いている間、短い円筒形のガイド区間３０の高さのところでガイドされる。
【００２５】
さらに図２は、ガイド区間３０および弁閉鎖区間２１を有する下のガイド部の領域内の、本発明により形成された弁針１１を示している。アンカー１７から、弁針１１の円筒形の弁針軸１９が弁閉鎖区間２１の方に向かってほぼ一定の直径Ｄ１で延びている。針端部ではこの一定円筒形区間に僅かな先細り部が続いており、この先細り部は、円錐状に傾斜して始まって、その次に例えば円筒形の先細り区間を有しており、かつこの先細り部はその後、円錐状に拡張しながら続いている。この先細り部には直接的に円筒形のガイド区間３０がつながっており、ガイド区間３０には、下流側の方向に、円錐状に先細りする軸領域が続いており、これにもまた、一体的に一緒に成形された弁閉鎖区間２１がつながっており、弁閉鎖区間２１は例えば円筒形に実施されている。
【００２６】
ガイド区間３０は、僅かな軸線方向の長さをもつ円筒形の外輪郭を有しており、この長さは僅か０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍの間であり、とりわけ約０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍである。弁針軸１９は、ガイド区間３０の領域では直径Ｄ２を有している。ガイド区間３０は、弁座体１３内での弁針１１の下のガイド部として働く。
【００２７】
一体的に一緒に成形された弁閉鎖区間２１は外径Ｄ５を有している。弁閉鎖区間２１は、弁座面１４までの区間では一定の外径Ｄ５を有しており、したがってこの区間は円筒形に延びている。直径Ｄ５での円筒形の領域と、弁閉鎖区間２１の座領域との間では、移行部が面取り部または半径部の形態で実施され得る。円錐状に実施された弁座面１４と、弁閉鎖区間２１の封止座面２８が協働して封止座を形成し、封止座面２８は、球状に、詳しくは直径Ｄ３で実施されている。本発明によれば、直径Ｄ３の仮想球の中心点Ｍは、弁針軸１９の中心軸線上の一点にあり、少なくともおおまかには、軸線方向に短いガイド区間３０内にあり、理想的には軸線方向に短いガイド区間３０の正確に真ん中にある。弁座面１４と封止座面２８の間の封止座線は、直径Ｄ４上に延びている。
【００２８】
弁閉鎖区間２１はその形態に基づき、弁座面１４に対してカルダン方式で隙間をふさぐ。直径Ｄ２は直径Ｄ３の大きさとは関係ないので、Ｄ２に相当するガイド直径が、公知の解決策の場合より小さく実施され得ることが有利である。弁針１１の公差に基づく傾きは、上述の回転点Ｍの周りを弁針１１が少し回転または傾動することで補整され得る。弁針１１が傾いていても、封止直径Ｄ４は変化せず、かつそれにもかかわらず弁針はその弁閉鎖区間２１で、直径Ｄ４上の広範囲で弁座体１３に載置されていることが有利である。製造および組立の理由から、ならびに封止座内の隙間を最適にふさぐという理由から、Ｄ１≧Ｄ２、特にＤ１≧Ｄ２＞Ｄ５も成り立つべきである。こうして、とりわけガイド区間３０はその円筒形の成形において、より良好に、例えばスルーフィード研削によって加工され得る。例示的に、実際のサイズ提示を以下に挙げておく：Ｄ１＝１．９ｍｍ；Ｄ２＝１．９ｍｍ；Ｄ３＝３ｍｍ；Ｄ４＝１．５ｍｍ；Ｄ５＝１．７ｍｍ。このサイズ提示は、互いに対する関係をおおよそで示唆しているにすぎず、すなわち具体的な寸法との相違が考えられる。それゆえにこの寸法提示は本発明をまったく制限しない。
【００２９】
この幾何的な設計により、ガイド部の領域での弁座体１３の壁厚がより大きく形成され得る。こうすることで他方ではまたより高い噴射圧力が実現可能であり、かつ、通常は外からおよび中から弁座体１３を損ない得る腐食に対する安定性が向上する。こうして例えば、３５０ｂａｒ未満から５００〜６００ｂａｒまでの流体圧力での混合圧縮火花点火式内燃機関の直噴の際の顧客の要望も実現され得る。より小さい外径をもつ弁座体１３が使用され得ることが有利であり、これにより弁１のためのシリンダーヘッド穴の直径も小さくされ得る。
【符号の説明】
【００３０】
１  燃料噴射弁
４  噴射口
１１  弁針
１２  弁閉鎖体
１３  弁座体
１４  弁座面
１５  アクチュエータ
１７  アンカー
１９  弁針軸
２１  弁閉鎖区間
２８  封止座面
３０  ガイド区間
３１  凹部
Ｄ１  直径
Ｄ２  直径
Ｄ３  直径
Ｄ４  直径、封止直径
Ｄ５  直径、外径
Ｍ  中心点
【図１】
2020097933.tif 000003
【図２】
2020097933.tif 000004
【外国語明細書】
2020097933000001.pdf