(57)【要約】  本発明による電磁作動式の弁、特に内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁は、以下の構成によりすぐれている：燃料噴射弁が電磁回路を有していて、該電子回路に、コア（２）と、電磁コイル（１）と、アーマチュア（２７,２７’）とが設けられていて、該アーマチュア（２７,２７’）が、固定の弁座と協働する弁閉鎖体（２１）を作動させ、かつ電磁コイル（１）の励磁された状態でコア（２）に引き付けられ、さらに閉鎖体支持体（１８）が設けられていて、該閉鎖体支持体（１８）に弁閉鎖体（２１）が保持されている。ボール状に形成された弁閉鎖体（２１）は、閉鎖体支持体（１８）に、付加的手段なしに、対応する結合面の形状付与によって摩擦接続式に固持されている。この燃料噴射弁は、混合気圧縮型の火花点火式内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁としての使用のために適している。
2009520147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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であって、弁長手方向軸線（１０）と、コア（２）と、電磁コイル（１）と、アーマチュア（２７,２７’）とが設けられており、該アーマチュア（２７,２７’）が、固定の弁座と協働する弁閉鎖体（２１）を作動させ、かつ電磁コイル（１）の励磁された状態でコア（２）に引き付けられるようになっており、さらに閉鎖体支持体（１８）が設けられており、該閉鎖体支持体（１８）に弁閉鎖体（２１）が保持されている形式のものにおいて、弁閉鎖体（２１）が、閉鎖体支持体（１８）に、対応する結合面の形状付与に基づいて摩擦接続式に固持されていることを特徴とする、電磁作動式の弁。
【請求項２】
弁閉鎖体（２１）が、ボール状、特に中実球体として形成されていて、閉鎖体支持体（１８）に設けられた湾曲させられた切欠き、もしくはざる底球面状の切欠き（７８）内に保持されている、請求項１記載の電磁作動式の弁。
【請求項３】
弁閉鎖体（２１）が、セラミック材料、特にＳｉ３Ｎ４から成っている、請求項１または２記載の電磁作動式の弁。
【請求項４】
ボール状の弁閉鎖体（２１）が、閉鎖体支持体（１８）に設けられた切欠き（７８）の直径よりも少しだけ大きな直径を有している、請求項２または３記載の電磁作動式の弁。
【請求項５】
閉鎖体支持体（１８）に設けられた切欠き（７８）が、赤道（７９）の上方で該赤道（７９）に対して所定の間隔寸法（ｘ）を置いた所で終わっている球区分にわたってのみ弁閉鎖体（２１）を取り囲んで把持するように形成されている、請求項４記載の電磁作動式の弁。
【請求項６】
閉鎖体支持体（１８）が弁ニードル（１９）の一部として、アーマチュア区分（２７’）と結合管区分（２３’）とから成る単一部分の個別コンポーネントを成している、請求項１から５までのいずれか１項記載の電磁作動式の弁。
【請求項７】
閉鎖支持体（１８）が、金属射出成形法によって製造可能である、請求項６記載の電磁作動式の弁。
【請求項８】
閉鎖体支持体（１８）が弁ニードル（１９）の一部として、結合管（２３）の形の個別コンポーネントを成していて、該結合管（２３）が、アーマチュア（２７）を弁閉鎖体（２１）に結合している、請求項１から５までのいずれか１項記載の電磁作動式の弁。
【請求項９】
結合管（２３）がプラスチックから成っており、アーマチュア（２７）が金属製の材料から成っている、請求項８記載の電磁作動式の弁。
【請求項１０】
アーマチュア（２７）に鋸歯に似た構造体（６３）が設けられていて、該構造体（６３）が、結合管（２３）との固い結合の形成のために、該結合管（２３）内に圧入されている、請求項９記載の電磁作動式の弁。
【請求項１１】
閉鎖体支持体（１８）に、篩織布（８０）が一緒に取り付けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電磁作動式の弁。
【請求項１２】
弁閉鎖体（２１）が、閉鎖体支持体（１８）にルーズにかつ付加手段なしに保持されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の電磁作動式の弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の電磁作動式の弁、すなわち、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、弁長手方向軸線と、コアと、電磁コイルと、アーマチュアとが設けられており、該アーマチュアが、固定の弁座と協働する弁閉鎖体を作動させ、かつ電磁コイルの励磁された状態でコアに引き付けられるようになっており、さらに閉鎖体支持体が設けられており、該閉鎖体支持体に弁閉鎖体が保持されている形式のものに関する。
【０００２】
図1には、公知先行技術に基づき公知の燃料噴射弁が図示されている。この燃料噴射弁は、内側の金属製の流れ案内部分を成すと同時に、ハウジング構成部分を成す、３つの部分から成るクラシカルな構造を有している。この内側の弁管は、内側磁極を形成する流入管片と、非磁性の中間部分と、弁座を収容する弁座支持体とから形成されている。弁座支持体内には、軸方向に運動可能な弁ニードルが配置されている。この弁ニードルはアーマチュアと、ボール状の弁閉鎖体と、アーマチュアをボール状の弁閉鎖体に結合する結合管とを有している。弁ニードルのこれら３つの個別コンポーネントは、材料接続的な接合方法、特に溶接によって互いに固く結合されている。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許公開第４００８６７５号明細書に基づき、燃料噴射弁の形のこのような電磁作動式の弁が既に公知である。この燃料噴射弁では、内側の弁管が、噴射弁全体の基本骨格を形成している。この弁管は、全体が３つの個別構成部分から成っていて、重要な支持機能を有している。非磁性の中間部分は、溶接シームによって流入管片にも、弁座支持体にも密に固く結合されている。電磁コイルの巻成体は、プラスチックから成るコイル枠体内に導入されている。このコイル枠体は周方向で、内側磁極として働く流入管片の一部を取り囲むと同時に、中間部分をも取り囲んでいる。弁座支持体内には、軸方向に運動可能な弁ニードルが配置されている。この弁ニードルはスリーブ状のアーマチュアと、ボール状の弁閉鎖体と、アーマチュアを弁閉鎖体に結合する結合管とを有している。結合管はアーマチュアと、弁閉鎖体とに溶接シームによって固く結合されている。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９５０３２２４号明細書に基づき、燃料噴射弁の形の別の電磁作動式の弁が公知である。この燃料噴射弁は弁座と協働する、ボール状の弁閉鎖体を有している。この弁閉鎖体は、プラスチック管の形の閉鎖体支持体に取り付けられている。それに対してプラスチック管の、弁閉鎖体と反対側の端部にはアーマチュアが固定されている。これらの構成部分は一緒になって、軸方向に運動可能な弁ニードルを形成している。プラスチック管の下側の端部はざる底球面状に形成されている。この場合、湾曲させられた切欠き内に、弁閉鎖体がスナップ結合によって形状接続的に固持される。プラスチック管は、下側の切欠きの領域でばね弾性的に形成されている。なぜならば、保持ジョーが弁閉鎖体を取り囲んで把持しなければならないからである。ボール状の弁閉鎖体の確実な固持を保証するために、保持ジョーは組み付けられた状態で、弁閉鎖体の赤道を超えて係合するので、弁閉鎖体の赤道の下方では、プラスチック管に設けられた切欠きの開口直径が、弁閉鎖体の直径よりも小さくなる。
【０００５】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する、本発明による電磁作動式の弁、すなわち弁閉鎖体が、閉鎖体支持体に、対応する結合面の形状付与によって力に束縛されて、つまり摩擦接続式に固持されていることを特徴とする電磁作動式の弁には次のような利点がある。すなわち弁、特に弁ニードルの簡単化された廉価な製造および自動的な組立が実現可能となる。なぜならば、熱ゆがみの欠点を有する溶接のような材料接続式の接合方法および手間のかかる形状接続式の結合技術、つまり係合による嵌合に基づいた結合技術を不要にすることができるからである。それどころか、弁閉鎖体は対応し合う結合面の適当な形状付与および材料選択に基づいた摩擦接続式の結合、つまり摩擦力に基づいて相対的に移動し得なくなるように結合パートナが互いに押し合わされることにより形成される力によって束縛された結合を用いるだけで、付加的手段なしに、弁ニードルの結合管もしくは閉鎖体支持体に保持され得るので特に有利である。
【０００６】
請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の電磁作動式の弁、特に燃料噴射弁の有利な改良および改善が可能である。
【０００７】
セラミック材料から成る弁閉鎖体を使用することが特に有利である。これによって、弁ニードルの質量を減少させることができる。弁ニードルの質量をさらに減少させるためには、閉鎖体支持体もプラスチックから製作されてよい。弁ニードルの減じられた質量から、弁の改善された動的特性および減じられた騒音発生の利点が得られる。
【０００８】
金属製の金属射出成形部分として形成されているか、またはプラスチックから成っている弁ニードル、特に閉鎖体支持体の簡単な製造可能性によって、種々異なる弁ニードル長さを極めて簡単に形成することができる。
【０００９】
さらに、簡単な手段によってフィルタ機能を閉鎖体支持体に組み込むことができることも有利である。
【００１０】
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。図１は、公知先行技術による公知の構成の弁ニードルを有する電磁作動式の弁の例としての燃料噴射弁を示す断面図であり、図２は、本発明による弁ニードルの第１の実施例の拡大図であり、図３は、本発明による弁ニードルの第２の実施例の拡大図である。
【００１１】
実施例の説明
図１に例示的に図示され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の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁として形成されている。この燃料噴射弁は、電磁コイル１により取り囲まれた、燃料流入管片および内側磁極として働くコア２を有している。このコア２は、たとえば管状に形成されていて、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の巻成体を収容している。このコイル枠体３は、コア２と相まって電磁コイル１の範囲における噴射弁のコンパクトな構造を可能にしている。
【００１２】
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、金属製でかつ非磁性の管状の中間部分１２が、たとえば溶接によって密に結合されている。この中間部分はコア端部９を部分的に軸方向で取り囲んでいる。段付けされたコイル枠体３は、部分的にコア２に被さっている。この場合、大小異なる直径を有する段部のうち、大径の段部１５が、中間部分１２に、少なくとも部分的に軸方向で被さっている。コイル枠体３と中間部分１２との下流側には、管状の弁座支持体１６が延びている。弁座支持体１６は中間部分１２に固く結合されている。弁座支持体１６内には、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。長手方向孔１７内には、管状の弁ニードル１９が配置されている。この弁ニードル１９の下流側の端部２０は、ボール状の弁閉鎖体２１に、たとえば溶接によって結合されている。この弁閉鎖体２１の周面には、燃料流を傍らに通して案内するための、たとえば５つの平坦部２２が設けられている。
【００１３】
噴射弁の操作は、公知の方法で電磁的に行われる。弁ニードル１９を軸方向に運動させ、ひいては戻しばね２５のばね力に抗して噴射弁を開放するか、または噴射弁を閉鎖するためには、電磁コイル１と、コア２と、アーマチュア２７とを有する電磁回路が働く。アーマチュア２７は、弁ニードル１９の、弁閉鎖体２１とは反対の側の端部に、溶接シーム２８によって結合されており、コア２に向けて位置調整されている。弁座支持体１６の、コア２とは反対の側の下流側に位置する端部には、長手方向孔内１７内で、固定の弁座を有する円筒状の弁座体２９が溶接により密に組み付けられている。
【００１４】
アーマチュア２７を有する弁ニードル１９が弁長手方向軸線１０に沿って軸方向運動を実施する際に弁閉鎖体２１を案内するには、弁座体２９に設けられた案内開口３２が役立つ。ボール状の弁閉鎖体２１は、弁座体２９に設けられた、流れ方向に円錐台形状に先細りになっている弁座と協働する。弁座体２９の、弁閉鎖体２１とは反対側の端面は、たとえばポット状に形成された噴射孔付き板３４に同心的に固く結合されている。この噴射孔付き板３４の底部には、浸食加工（Erodieren）または打抜き加工によって加工成形された少なくとも１つの、たとえば４つの噴射開口３９が延在している。
【００１５】
ポット状の噴射孔付き板３４を備えた弁座体２９の押し込み深さにより、弁ニードル１９のストロークの前調節が規定される。この場合、弁ニードル１９の一方の終端位置は、電磁コイル１が励磁されていない状態で、弁座体２９の弁座に対する弁閉鎖体２１の当付けによって規定され、弁ニードル１９の他方の終端位置は、電磁コイル１が励磁された状態で、コア端部９におけるアーマチュア２７の当付けによって規定される。
【００１６】
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内に押し込まれた、たとえば丸められたばね鋼薄板から加工成形された調節スリーブ４８は、この調節スリーブ４８に接触した戻しばね２５のばねプリロード（ばね予荷重）を調節するために働く。戻しばね２５は、調節スリーブ４８とは反対の側で弁ニードル１９に支持されている。この燃料噴射弁は、この燃料噴射弁を取り囲むように射出成形されたプラスチック射出成形体５０により十分に取り囲まれている。このプラスチック射出成形体５０には、たとえば一緒に一体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。コア２の流れ孔４６の、流入側の端部５５には燃料フィルタ６１が突入している。燃料フィルタ６１は、そのサイズに基づいて噴射弁内で閉塞や損傷を惹起する恐れのあるような燃料成分の濾別を行う。
【００１７】
図２には、本発明による弁ニードル１９の第１の実施例が拡大図で図示されている。弁ニードル１９は、図２の実施例の場合、２つの個別コンポーネントから成っており、これらの個別コンポーネントが一緒になって構成部材「弁ニードル１９」を形成している。閉鎖体支持体１８が第１の個別コンポーネントを形成しており、ボール状の弁閉鎖体２１が弁ニードル１９の第２の個別コンポーネントを成している。閉鎖体支持体１８は、大小異なる直径を有する２つの区分、つまり大径のアーマチュア区分２７’と小径のスリーブ状の結合管区分２３’とを有している。単一部分の閉鎖体支持体１８は、たとえば金属射出成形法（Metal injection molding：MIM）によって製造されていて、内側の長手方向開口７５を有している。この内側の長手方向開口７５の下流側の端部は、長手方向に対して直交する横方向に延在する底部７６によって閉鎖されている。長手方向開口７５を起点として、結合管区分２３’の壁には複数の横方向開口７７が延びている。この横方向開口７７は、内方から外方へ弁座に向かって燃料によって通流される。底部７６の、内側の長手方向開口７５とは反対側の面には、弁閉鎖体２１を収容するための適当な輪郭付与部を備えている。このためには底部７６に、湾曲させられた切欠き、もしくはざる底球面状の切欠き７８が設けられている。
【００１８】
相応する工具デザインにより、切欠き７８の形状を極めて正確に形成することができる。切欠き７８の湾曲させられた収容面は、ボール状の弁閉鎖体２１の直径よりも少しだけ小さな直径を有している。これによって、小さな接触力を加えながら弁閉鎖体２１を取り付けた後に、付加的な補助手段が必要となることなく、閉鎖体支持体１８と弁閉鎖体２１との間に力に束縛された結合、つまり摩擦接続的な結合が生じる。特に燃料の作用を受けて、摩擦接続的な結合はその品質の一層の改善を受ける。閉鎖体支持体１８における弁閉鎖体２１の付着力は、本発明による配置では、弁閉鎖体２１が閉鎖体支持体１８に「ルーズに」保持されるけれども、閉鎖体支持体１８を介して弁閉鎖体２１を、電磁コイル１の通電時に確実に、信頼性良くかつ再現可能に、弁座体２９の弁座から引き上げるために十分な大きさとなる。閉鎖体支持体１８に設けられた切欠き７８は、赤道７９の上方で赤道７９に対して間隔寸法ｘを置いた所で終わる球区分にしか被さらないように形成されている。この間隔寸法ｘは、図２および図３では、全体的に明確にするために、実際の構成よりも誇張して大きく描かれている。弁閉鎖体２１は、たとえば中実な球体として高い品質で形成されているので、極めて良好なシール性結果を得ることができる。弁閉鎖体２１のための材料としては、セラミック材料、たとえばＳｉ３Ｎ４が使用されると有利である。このような材料は、汎用的に使用されるような鋼から成る、比較可能な大きさの弁閉鎖体の質量の約１／３の質量しか有しない。しかし本発明による、弁閉鎖体２１の固定形式は、金属製であっても、セラミック製であっても、またはプラスチック製であってもよい弁閉鎖体２１のための材料の十分な選択自由度を可能にする。
【００１９】
図３には、本発明による弁ニードル１９の第２の実施例が拡大図で図示されている。弁ニードル１９は、図３の実施例の場合、３つの個別コンポーネントから成っており、これら３つの個別コンポーネントが一緒になって構成部材「弁ニードル１９」を形成している。たとえば旋削加工部分として形成されているアーマチュア２７は、第１の個別コンポーネントを形成しており、ボール状の弁閉鎖体２１は、弁ニードルの第２の個別コンポーネントを成している。アーマチュア２７を弁閉鎖体２１に結合する結合管２３が、閉鎖体支持体１８を成している。結合管２３は、たとえばプラスチック射出成形法によって製造されていて、内側の長手方向開口７５を有している。この長手方向開口７５の下流側の端部は、横方向に延在する底部７６によって閉鎖されている。アーマチュア２７内にも同じく長手方向開口７４が設けられており、この長手方向開口４７の直径は、結合管２３内に設けられた長手方向開口７５の直径と十分に相当している。
【００２０】
アーマチュア２７の、弁閉鎖体２１寄りの下側の端部は、「もみの木形横断面」を有する鋸歯に似た構造体６３を有している。この構造体６３は、プラスチックから成る結合管２３の、上側の拡開された端部６５と対応している。アーマチュア２７と結合管２３との間の固い結合を形成するためには、上記構造体６３を有するアーマチュア２７が、結合管２３内に圧入され、しかもこの場合、構造体６３が固く、確実に、かつ回転位置固定されて結合管２３の端部６５に、フック式にかつアンカ式に固定されるように圧入されている。構造体６３は、結合管２３のプラスチック内に喰い込み、その後にプラスチックの応力緩和が行われる。アーマチュア２７に設けられた環状段部６４によって、結合管２３内へのアーマチュア２７の圧入深さを正確に規定することができる。長手方向開口７５を起点として、結合管２３の壁には複数の横方向開口７７が延びている。これらの横方向開口７７は、内方から外方へ弁座に向かって燃料により通流される。横方向開口７７は、オプショナルにはプラスチックまたは金属から成る篩織布８０を備えてもよい。この篩織布８０は結合管２３の射出成形プロセス中に、封入部分として一緒に取り付けられる。底部７６の、内側の長手方向開口７５とは反対側の面は、弁閉鎖体２１を収容するための適当な輪郭付与部を備えている。このためには底部７６に、湾曲させられた切欠き、もしくはざる底球面状の切欠き７８が設けられている。
【００２１】
この実施例の場合にでも、相応する工具デザインによって、切欠き７８の形状を極めて正確に形成することができる。切欠き７８の湾曲させられた収容面は、ボール状の弁閉鎖体２１の直径よりも少しだけ小さな直径を有している。これにより、小さな接触力を加えながら弁閉鎖体２１を取り付けた後に、閉鎖体支持体１８と弁閉鎖体２１との間に力に束縛された、つまり摩擦接続的な結合が生じる。弁閉鎖体２１は閉鎖体支持体１８に「ルーズに」保持されるけれども、弁閉鎖体２１は閉鎖体支持体１８を介して、電磁コイル１の通電時に確実にかつ信頼性良く、しかも再現可能に、弁座体２９の弁座から引き上げられる。中実な球体として形成された弁閉鎖体２１のための材料としては、セラミック材料、たとえばＳｉ３Ｎ４が挙げられる。しかし弁閉鎖体２１の本発明による固定形式は、金属製であっても、セラミック製であっても、またはプラスチック製であってもよい弁閉鎖体２１のための材料の十分な選択自由度を可能にする。
【００２２】
本発明は、燃料噴射弁における使用に限定されるものではなく、ボール状の弁閉鎖体を有する弁ニードルが用いられている、種々異なるタイプの電磁作動式の弁において使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】公知先行技術による公知の構成の弁ニードルを有する電磁作動式の弁の例としての燃料噴射弁を示す断面図である。
【図２】本発明による弁ニードルの第１の実施例の拡大図である。
【図３】本発明による弁ニードルの第２の実施例の拡大図である。
【図１】
2009520147.tif 000003
【図２】
2009520147.tif 000004
【図３】
2009520147.tif 000005
【国際調査報告】
2009520147.tif 000006
2009520147.tif 000007
2009520147.tif 000008
2009520147.tif 000009
2009520147.tif 000010
2009520147.tif 000011