(57)【要約】本発明は、アクチュエータを備えたハウジング（１）と、調量開口（８）と、弁ニードル（７）の一部を包囲し、かつ弁ニードル（７）と相俟って弁室（１０）を形成するガイドシャフト（６）と、ハウジング内部（１）への弁ニードル（７）の通し案内部としての、ハウジング（１）に溶接される流体チャンバモジュール（４）とから成る、圧力下にある流体を調量するための調量装置に関する。流体チャンバモジュール（４）とハウジング（１）とは、調量流体により圧力負荷される境界面（１３）に沿って組み合わされており、該境界面（１３）は溶接シーム（１３）の圧力負荷を低減するために実質的に、軸方向の円筒壁面区分（１３）によってのみ形成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力下にある流体を調量するための調量装置において、
アクチュエータを収容するためのアクチュエータ室を備えたハウジング（１）が設けられており、
弁ニードル（７）の、アクチュエータにより生ぜしめられる軸方向の摺動により制御可能な調量開口（８）が設けられており、
ハウジング（１）の、開口側の端部の領域に配置されて、ハウジング（１）に溶接される流体チャンバモジュール（４）が設けられており、
弁ニードル（７）の一部を包囲し、かつ弁ニードル（７）と相俟って弁室（１０）を形成するガイドシャフト（６）が設けられており、該ガイドシャフト（６）の一端が弁ニードル（７）の一端と相俟って調量開口（８）を形成する一方、弁ニードル（７）の他端が流体チャンバモジュール（４）を貫通してハウジング内部（９）に到達し、かつガイドシャフト（６）の他端が流体チャンバモジュール（４）に保持されており、
弁室（１０）を高圧接続部に調量流体のためにハイドロリック式に接続する管路（１１，１５，１６）が設けられており、
流体チャンバモジュール（４）とハウジング（１）とが、圧力負荷された調量流体により圧力負荷される境界面（１３）に沿って組み合わされており、該境界面（１３）が実質的に、軸方向の円筒壁面区分（１３）によってのみ形成されていることを特徴とする、流体のための調量装置、特に自動車用噴射弁。
【請求項２】
流体チャンバモジュール（４）が栓体状に、ハウジング（１）の、開口側の端部に挿入されており、ハウジング（１）が流体チャンバモジュール（４）を、ハウジング（１）の、端面側の端部領域（１９）まで、十分な壁厚で包囲し、かつ流体チャンバモジュール（４）とハウジング（１）とが、リング状の溶接シーム（１２）により、ハウジング（１）の、端面側の端部領域（１９）で互いに溶接されている、請求項１記載の調量装置。
【請求項３】
ハウジング（１）の、端面側の端部領域（１９）に、半径方向内方に向かって方向付けられた横方向付設部が設けられており、該横方向付設部が、流体チャンバモジュール（４）の外側に設けられた溝（１４）内に係入するようになっており、かつ直接溶接シーム（１２）の隣に配置されている、請求項１または２記載の調量装置。
【請求項４】
管路として、孔（１１，１５，１６）がハウジング（１）および流体チャンバモジュール（４）内に設けられており、かつ流体接続するリング溝（１７）がハウジング（１）および／または流体チャンバモジュール（４）に設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の調量装置。
【請求項５】
流体チャンバモジュール（４）が円筒外面を有しており、該円筒外面が、ハウジング（１）の円筒内面（３）と共に、軸方向の、実質的に境界面（１３）に一致するシール面を、ハウジング内部（９）と、流体チャンバモジュール（４）の、調量流体により圧力負荷可能な領域（１５，１６）との間に形成する、請求項１から４までのいずれか１項記載の調量装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハウジング内に収容されていて、高圧下にある流体を調量可能な弁ニードルを駆動するアクチュエータを備えた調量装置に関する。この種の装置（以下調量弁または流体調量器とも呼ぶ）は特に内燃機関のための噴射弁として使用される。
【０００２】
自動車技術において、燃料を（数百バールまでの）高圧下で、シリンダ内に配置された噴射弁に印加する噴射システムが使用される事例が増加している。シリンダの燃焼室への直接的な噴射プロセスは噴射弁の開弁および閉弁によりリリースされ、その際、噴射弁は最新のアクチュエータを介して起動制御される。アクチュエータは、高い切換速度およびこれに関連した燃費および排出ガスに関する公知の利点を達成するために、もはや電磁式ではなく、圧電式の原理に基づいて作動する傾向を強めている。弁ニードルの作動ストロークを生み出す、現在の固体アクチュエータの軸方向長さ変化は、周知の通り、励起電圧の印加時の、アクチュエータ本体の短い伸張により引き起こされる。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９５８７０４号明細書から公知の、アクチュエータ運動を伝達するための装置を備えた流体調量器の場合、弁ニードルがハウジングの壁と相俟って、流体により圧力負荷可能な、調量開口へと通じる弁室を形成する。弁室の上流には、流体チャンバがハウジング内に配置されている。噴射弁のハウジング内の、高い燃料圧がかかっているこの領域は確実に、ハウジングの残りの領域、特に例えば周囲圧力が支配している駆動部領域に対して封止されているべきである。このために、両領域の間には、気密な、軸方向で柔軟なニードル通し案内部が設けられている。ニードル通し案内部は主要なエレメントとして、水平の接続リングを有している。要するに、接続リングのリング面は噴射弁の軸線に対して垂直に配置されている。貫き通された弁ニードルを備えた接続リングは流体チャンバに隣接配置されており、固く噴射弁のハウジングに溶接されている。
【０００４】
公知の流体調量器では、接続リングとハウジングとの間の溶接結合部の耐久性に関する問題が発生する。これらの問題は調量流体による圧力負荷に関連する強い押圧力による負荷に起因する。これらの問題は同様に、接続リング、流体チャンバおよびニードル通し案内部が、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９５８７０４号明細書の記載とは異なる形式で、流体チャンバモジュールの形で１つの構造上のユニットを形成する噴射弁においても出現する。この場合、流体チャンバモジュールは、圧力負荷されるステップ状の境界面に沿ってハウジングと組み合わされており、境界面がハウジング外面に突き当たる箇所でハウジングに溶接されている。
【０００５】
本発明の課題は、特に溶接結合部が数百バールに及ぶ静的な流体圧時においても高い耐久性を示す、ハウジングに溶接された流体チャンバモジュールを備えた、圧力解消された調量装置を提供することである。
【０００６】
別の課題は、運転中噴射弁の開弁時および閉弁時に発生する流体圧力波に関しても、高い耐久性を保証することである。
【０００７】
この課題は本発明により、特許請求項１記載の調量装置により解決される。有利な構成は請求項２以下に見て取れる。
【０００８】
このために、圧力下にある流体を調量するための調量装置は、アクチュエータを収容するためのアクチュエータ室を備えたハウジングと、弁ニードルの、アクチュエータにより生ぜしめられる軸方向の摺動により制御可能な調量開口と、ハウジングの、開口側の端部の領域に配置されて、ハウジングに溶接される流体チャンバモジュールと、弁ニードルの一部を包囲し、かつ弁ニードルと相俟って弁室を形成するガイドシャフトとを有しており、該ガイドシャフトの一端が弁ニードルの一端と相俟って調量開口を形成する一方、弁ニードルの他端が流体チャンバモジュールを貫通してハウジング内部に到達し、かつガイドシャフトの他端が流体チャンバモジュールに保持されている。
【０００９】
さらに、弁室を高圧接続部に調量流体のためにハイドロリック式に接続する管路が設けられており、流体チャンバモジュールとハウジングとが、圧力負荷された調量流体により圧力負荷される境界面に沿って組み合わされており、該境界面が実質的に、軸方向の円筒壁面区分によってのみ形成されている。
【００１０】
本発明はまず、調量流体により圧力負荷される境界面が実質的に、水平のリング面区分および鉛直の円筒壁面区分とから形成されており、両区分がそれぞれ、全く異なる挙動を示す押圧力に至らしめるという認識を基にしている。「水平（もしくは垂直）」および「鉛直（もしくは軸線平行）」は調量弁の、弁ニードルにより規定される対称軸線を基準とする。
【００１１】
特にハウジングと流体チャンバモジュールとの間の境界面の、水平のリング面区分、または別の、水平の方向成分に基づいて相応に作用する面区分に、強い押圧力が形成され、この押圧力がハウジングと流体チャンバモジュールとを引き離すことが判っている。それゆえ、これらの押圧力は溶接シームを直接、かなりの規模で負荷する。約１４ｍｍの内径と、約２３ｍｍの外径とを有する、圧力負荷される水平の円環面の、典型的な寸法設定時に、燃料圧が典型的な約２００バールにある場合、約５４００Ｎの引き離し力が生じる。この静的な圧力負荷に対して付加的に、インジェクタの開弁時および閉弁時に、静的な運転圧の約２０％〜５０％の振幅を有する、ゆっくりと減衰する圧力波が発生する。このことは、５４００Ｎの、溶接シームに対する基本力に、２７００Ｎまでの振幅を有する交番荷重が上乗せされることを意味する。この関連で実施された計算によれば、溶接シームにおけるこの種の高い力は事実、かなりの機械的な応力につながり、この機械的な応力は許容可能な材料応力を大幅に上回る。インジェクタの実際の使用時には、早期的な溶接シーム破断、ひいてはインジェクタ故障に至る。
【００１２】
その一方で、軸線平行に方向付けられた、圧力負荷された円筒周面が溶接シームを負荷することはないし、たとえ負荷したとしてもそれほど大きなものではない。それというのも、押圧力が円筒対称に基づいて相互に補償し合い、しかもハウジングおよび流体チャンバモジュールが半径方向で機械的に著しく剛性的であるからである。半径方向の押圧力は、流体チャンバモジュールを半径方向で圧縮する力もないし、ハウジングを半径方向で言及すべき程に拡張する力もない。その結果、半径方向の押圧力により、溶接シームに、機械的な応力が引き起こされることがない、または引き起こされたとしても僅かにすぎない。
【００１３】
それゆえ本発明により、ハウジングおよび流体チャンバモジュールの配置もしくは結合の、溶接結合部の耐久性に関して最適な、構造上の構成は、圧力負荷される水平の境界面区分の大幅な回避により達成される。
【００１４】
有利な実施形態は、流体チャンバモジュールが栓体状に、ハウジングの、開口側の端部に挿入されており、ハウジングが流体チャンバモジュールを、ハウジングの、端面側の端部領域まで、十分な壁厚で包囲し、かつ流体チャンバモジュールとハウジングとが、リング状の溶接シームにより、ハウジングの、端面側の端部領域で互いに溶接されていることにより達成される。
【００１５】
以下に図面を参照しながら本発明の実施例につき詳説する。
【００１６】
唯一の図面には概略的に、本発明による調量装置の、弁ニードル側の部分の軸方向断面図が示されている。
【００１７】
図面には、外側のハウジング壁２と内側のハウジング壁３とを備えた、実質的に円筒対称の噴射弁のハウジング１の、下側の部分が示されている。内側のハウジング壁３に隣接するように、流体チャンバモジュール４が嵌入されており、流体チャンバモジュール４は複数の機能を満たす。流体チャンバモジュール４の、上側の領域には、図示の通り、シールリング５が設けられていることができる。流体チャンバモジュール４の中央には、ガイドシャフト６が導入もしくは挿入されている。ガイドシャフト６は弁ニードル７を包囲し、弁ニードル７と共に弁室１０を形成し、かつ下側の端部に座弁の調量開口８を形成する。ガイドシャフト６の、上側の端部は、流体チャンバモジュール４の、リング状の当付け面に当て付けられている。ガイドシャフト６は典型的には、流体チャンバモジュール４から突出した突出領域２１で流体チャンバモジュール４に溶接されている。弁ニードル７は流体チャンバモジュール４を貫通してハウジング内部９に突入する。
【００１８】
ハウジング内部９は、図面からは見て取ることができない弁駆動部（アクチュエータ）のための、別個のアクチュエータ室を包含することができるか、またはアクチュエータ室自体を直接形成することができる。ハウジング内部９には、アクチュエータの他にさらに、（図示されていない）ハイドロリック式の装置と、例えば変位拡大器またはハイドロリック式の長さ補償器のためのチャンバとが存在している場合がある。
【００１９】
流体チャンバモジュール４を通して弁ニードル７を案内する通し案内部は、図示の通り、別のエレメントを有していることができる。気密であって、かつ軸方向で極めて柔軟な通し案内を達成するために、有利には金属のベローズ１８が設けられることができる。金属ベローズ１８の、下側の端部は弁ニードル７に溶接されており、上側の端部はもう１つのガイドシャフト２２の、上側の端部に溶接されている。ガイドシャフト２２は流体チャンバモジュール４の部分である。円筒状の金属ベローズ１８は一端で弁ニードル７に、他端で流体チャンバモジュール４の別のガイドシャフト２２の、円筒状の内壁に周方向で密に結合されている。このようにして、弁室１０はハウジング内部９に対して封止される。
【００２０】
本発明による構造、正確に言えば、軸方向の円筒壁面区分１３によってのみ形成されると言ってもよい、圧力負荷される境界面１３は、水平の、圧力負荷される円環面の、ほぼ完全な欠落により、さもなければハウジング１と流体チャンバモジュール４との間で発生する高い引き離し力を回避する。図面に見て取れるように、ハウジング１が流体チャンバモジュール４を取り囲んだ状態で十分な壁厚のまま下方にまで延ばされ、流体チャンバモジュール４が実質的に、内側のハウジング壁３の直径に等しい直径を、ハウジング１の壁に向かって突出する張出し部なしに有していることにより、水平の、圧力が作用する境界面を回避することが達成される。
【００２１】
有利には、ハウジング１の、端面側の端部領域１９に、半径方向内方に向かって方向付けられた横方向付設部が設けられている。横方向付設部は、流体チャンバモジュール４の外側に設けられた（周方向で延在する）溝１４内に係入し、かつ直接溶接シーム１２の隣に配置されている。このことにより、ハウジング１および流体チャンバモジュール４がより安定に組み合わされる一方、水平の圧力面が本発明によりさらに著しく強く減じられる。
【００２２】
ハウジング１と流体チャンバモジュール４との間の、絞られることのない流体接続は、ハウジング１に設けられた垂直の孔および相応の傾斜孔により形成されることができる。つまり、これらの孔１１は調量流体、ここでは燃料を、インジェクタの、上側の部分に存在する高圧接続部（図示せず）から流体チャンバモジュール４へと下方に導く。燃料は弁室１０内を導かれ、最終的に調量開口８へと導かれるべきである。このために、流体チャンバモジュール４に、孔１５が設けられている。流体チャンバモジュール４内に配置された流体チャンバ１６と、ガイドシャフト６に設けられた孔（図示せず）とを介して、燃料は、上側の弁ニードルガイド２０の下側から、弁ニードル７とガイドシャフト６との間の弁ニードル室１０内に導入される。孔１１の代わりに、燃料管路は、ハウジング１が、差し合わされた２つの円筒壁から成ることにより形成されてもよい。これらの２つの円筒壁が燃料管路を画定する。
【００２３】
リング溝１７がハウジング１および／または流体チャンバモジュール４に設けられることができる。これにより、組立時および溶接時に、対称軸線に対して相対的な、回転角に関するハウジング１および流体チャンバモジュール４の整列に気を配らずとも、ハウジング１もしくは流体チャンバモジュール４の、対応する燃料孔１１および１５が確実に整合されるもしくは互いに流体接続される。
【００２４】
図面から、流体チャンバモジュール４のシール機能も認識される。流体チャンバモジュール４は円筒外面を有しており、この円筒外面はハウジング１の円筒内面３と共に、軸方向の、実質的に境界面１３に一致するシール面を、ハウジング内部９と、流体チャンバモジュール４、特に流体チャンバ１６の、調量流体により圧力負荷可能な領域との間に形成する。
【００２５】
ハウジング１と流体チャンバモジュール４との間を結合する溶接シーム１２に対する、圧力に由来する強い静的な力ならびに動的な力は、本発明による、簡単に製作可能な構造では、有利にはまったく発生しない。その結果、溶接結合部の耐久性はこれにより確実に保証されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による調量装置の、弁ニードル側の部分の軸方向断面図である。
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【国際調査報告】
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