(57)【要約】  流体インジェクタが、ハウジングとアクチュエータユニットと弁体とを有している。この弁体はニードル（２２）とカートリッジ（２１）とを有しており、このカートリッジ（２１）には切欠きが設けられており、この切欠きは、ニードル（２２）を収容し、一方の端部に座プレート（２１３）を有しており、この座プレート（２１３）は、内方に開くニードル（２２）のためのニードル座（２１３２）を有しており、さらに前記ニードル（２２）は、シール領域（２２２）を有する座部分（２２１）を有しており、シール領域（２２）は、ニードル座（２１３２）に対して押圧された場合にはニードル座（２１３２）に位置するようになっており、前記シール部分（２２１）は、半径方向内側に、シール領域（２２２）の近傍にキャビティを有している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体であって、ニードル（２２）と、切欠き（２１１）を備えたカートリッジ（２１）がと設けられており、前記切欠き（２１１）が、ニードル（２２）を収容し、一方の端部に１つの座プレート（２１３）を収容しており、該座プレート（２１３）が、内方へ開くニードル（２２）のためのニードル座（２１３２）を有しており、前記ニードル（２２）が、さらにシール領域（２２２）を備えた座部分（２２１）を有しており、該座部分（２２１）が、ニードル座（２１３２）に対して押圧された場合にニードル座（２１３２）に位置するようになっており、前記座部分（２１１）が、半径方向内側に、シール領域（２２２）の近傍にキャビティを有していることを特徴とする、弁体。
【請求項２】
キャビティが、止まり孔（２２３）の形で形成されている、請求項１記載の弁体。
【請求項３】
充填部分（２２６）が設けられており、該充填部分（２２６）がキャビティ内に収容される、請求項１又は２記載の弁体。
【請求項４】
充填部分（２２６）が設けられており、該充填部分（２２６）が、座プレート（２１３）内に形成されたサック容積（２１３３）内へ突入している、請求項３記載の弁体。
【請求項５】
充填部分（２２６）が、プラスチックから成っている、請求項３又は４記載の弁体。
【請求項６】
前記キャビティが、環状に形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の弁体。
【請求項７】
座部分（２２１）の一部が、座プレート（２１３）内に形成されたサック容積（２１３３）内へ突入している、請求項６記載の弁体。
【請求項８】
座部分（２２１）が、球状に形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の弁体。
【請求項９】
座部分（２２１）が、ボール（２２８）により形成されており、前記ボール（２２８）に孔が貫通されており、該孔にニードル（２２）が収容されており、孔が、ニードル（２２）と共にキャビティを形成している、請求項８記載の弁体。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項記載の流体インジェクタであって、該流体インジェクタにハウジング（１）と、アクチュエータユニットと弁体（２）とが設けられていることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の流体インジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、弁体及び流体インジェクタに関する。弁体はニードルと、切欠きを備えたカートリッジとを有している。この切欠きはニードルを収容し、一方の端部には座プレートを有している。この座プレートは内方へ開くニードルのためのニードル座を有している。流体インジェクタ、特にディーゼル又はガソリン内燃機関のための燃料インジェクタは、ハウジング、アクチュエータユニット及び弁体を有している。弁体はニードルを有しており、このニードルは外方へ開くニードルの場合にノズルを開閉し、このようにして燃料の噴射を制御する。内方へ開くニードルの場合には、ニードルが、ノズルに通じるサック容積内への流体の流れを制御する。
【０００２】
厳しいエミッション法規の要求を満たし、燃料消費を節約するためには、流体インジェクタ、特に内燃機関のための燃料インジェクタが内燃機関のシリンダヘッド内に次のように、すなわち、燃料を内燃機関の燃焼室内へ直接に噴射するように配置される。このような装置内で流体の極めて微細な噴霧化を得るためには、流体を高圧下に供給することが必要である。ガソリン内燃機関では、流体圧は２００ｂａｒにまで達し、ディーゼルエンジンでは流体圧は２０００ｂａｒにまで達し得る。
【０００３】
国際公開第０３／０１６７０７号明細書が、燃料供給部へのコネクタ、ハウジング、アクチュエータユニット及び弁体を有する流体インジェクタを開示している。ハウジングは二重管になっており、切欠きを有しており、この切欠きはアクチュエータユニットを収容する。このアクチュエータユニットは圧電式のアクチュエータを有しており、このアクチュエータはニードルに作用する。二重管状のハウジングの壁の間を、燃料はコネクタから弁体の燃料入口へ案内される。弁体は、切欠きを備えたハウジング部分を有しており、この切欠きはニードルを収容する。外方へ開くタイプのニードルの位置に応じて、ノズルが開閉され、それぞれの場合に燃料が噴射されるか、又は噴射されない。
【０００４】
弁体又は弁体を有する流体インジェタが配置されている内燃機関のエミッションに関する次第に厳しくなる法規が、エミッションを減じる措置に多くの努力をすることを必要にする。排気エミッションを阻止するためには、内燃機関のために使用される流体インジェクタを、燃料リークが極めて低いニードルが閉じられた状態で制御できることが極めて重要である。
【０００５】
本発明の課題は、弁体及び流体インジェクタにおいて、シンプルであり、かつ弁体又はそれぞれ流体インジェクタを介した流体の極めて低いリークを確保しているものを提供することである。
【０００６】
弁体に関する課題は、請求項１の特徴部により解決される。流体インジェクタに関する課題は、請求項１０の特徴部により解決される。本発明の有利な構成が従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明は、ニードル、及び切欠きを備えたカードリッジを有する弁体により特徴づけられている。前記切欠きはニードルを収容し、一方の端部には座プレートを有しており、この座プレートは、内方へ開くニードルのためのニードル座を有している。ニードルは、シール領域を備えた座部分を有しており、この座部分は、ニードル座に対して押圧された場合にこのニードル座に位置するようになっている。座部分は半径方向内側に、シール領域の近傍にキャビティを有している。
【０００８】
流体インジェクタに関する本発明は、ハウジング、アクチュエータユニット及び弁体を有する流体インジェクタにより特徴づけられている。
【０００９】
本発明は、キャビティが座部分をフレキシブルにし、ニードル座において座部分のマイクロメータ規模の変形を可能にし、このことがニードル座と、座部分のシール領域との間のシール質を著しく改善するという調査結果に基づいている。
【００１０】
弁体の有利な実施例では、キャビティが止まり孔の形で形成される。この止まり孔は容易に作製することができ、ニードルとカートリッジとの間のシール質を高程度に改善する。
【００１１】
弁体の別の有利な実施例では、弁体は充填部分を有しており、この充填部分はキャビティ内に収容される。このことは、キャビティの自由スペースが減じられ、このことがインジェクタの高温特性を改善するという利点を有している。
【００１２】
有利には、前記充填部分は座プレート内に形成されたサック容積内へ突入している。このようにしてサック容積は減じられ、このことは特に弁体が流体インジェクタ内に配置された場合に弁体の高温特性を改善する。
【００１３】
充填部分がプラスチックから成っている場合にはさらに有利である。このような充填部分は、簡単に作製することができ、プラスチックの剛性は、シール領域でシール部分の望ましいフレキシビリティを達成するために適宜に選択されていてよい。
【００１４】
本発明のさらに有利な実施例では、キャビティは環状に成形される。これにより、キャビティの容積が減じられ、このことは、弁体及びそれぞれ流体インジェクタの高温特性を改善する。これに対して付加的に、座部分がシール領域により座プレートのニードル座に対して押圧された場合には、ポンピング効果が環状のキャビティにより得られる。ニードルがシール領域によりニードル座に衝突した場合には、環状のキャビティの自由なスペースが、座部分が内方へ曲げられることにより減じられる。環状のキャビティ内に含まれる流体のための液圧的な抵抗がこれにより増大せしめられる。環状のキャビティからの流体の流れがあり、この流れは、可能な跳ね返りを緩衝しながら座部分の動的なエネルギの一部を散逸させる。
【００１５】
キャビティが環状に形成されていることと組み合わせて、座部分の一部が座プレート内に形成されたサック容積内へ突出している場合にはさらに有利である。これにより、流体が流れることのできる、サック容積の自由スペースが簡単に減じられ、このことは、弁体の高温特性を改善する。
【００１６】
本発明の別の有利な実施例では、座部分は球状に形成される。このことは、ニードル軸線配向に関わらず高いシールの質を確保する。
【００１７】
さらに座部分が、孔を貫通されたボールより形成されており、この孔にニードルが収容され、この孔がニードルと共にキャビティを形成する場合には有利である。このようなボールは広範に、安価に入手可能である。
【００１８】
次に本発明の実施の形態を図面につきさらに詳しく説明する。
【００１９】
異なった図面に示した同じ設計及び機能のエレメントには同じ符号を付す。
【００２０】
内燃機関のための燃料インジェクタとして使用される流体インジェクタが、ハウジング１、弁体２、アクチュエータユニット及び燃料コネクタを有している。この燃料コネクタは、内燃機関の高圧燃料チャンバに接続されるように設計されており、この場合に燃料は高圧下に、例えば約２００ｂａｒの圧力下に蓄積される。
【００２１】
有利には、ハウジング１は、燃料を燃料コネクタから弁体の燃料入口へ案内するためのスペースがあるように成形される。
【００２２】
有利には、アクチュエータユニットはハウジング内に配置される。アクチュエータユニットは専門家に知られているこの目的に適したタイプのものであってよい。例えば、アクチュエータユニットは圧電式のアクチュエータを有していてよい。しかしながら、択一的にはアクチュエータユニットは、アーマチュア３１、ソレノイド３２及び極エレメント３３を有する電磁的なアクチュエータを有していてもよい。戻しばね２５が、ソレノイド３２により生ぜしめられる電磁力が戻しばね２５のプレロード力（予荷重）よりも大きい場合を除いては、アーマチュア３１を極エレメント３３から押し離し続けるように配置され、プレロードをかけられている。
【００２３】
弁体２はカートリッジ２１を有しており、このカートリッジ２１は一方の自由な端部で、有利には溶接、特にレーザ溶接によりハウジング１に固定されている。カートリッジ２１は切欠きを有しており、この切欠きはニードルを収容し、流体導管としても働く。切欠きは一方の端部に座プレート２１３を収容しており、この座プレート２１３は円錐状に形成された領域２１３１内に、内方へ開くニードル２２のためのニードル座２１３２を有している。ニードル２２はシール領域２２２を有する座部分２２１を有しており、この座部分２２１は、この座部分２２１がニードル座２１３２に対して押圧された場合にはこのニードル座２１３２に位置するようになっている。前記ニードル２２はアーマチュア３１に機械的に連結されている。
【００２４】
ニードル２２が座部分２２１のシール領域２２２によってニードル座２１３２に位置している場合には、流体はサック容積２１３３内へ流入することから妨げられる。このサック容積２１３は、座プレート２１３のそれぞれの壁、及びディスク２１４により制限される。このディスク２１４は噴射ノズル２１５を有しており、この噴射ノズル２１５を介して流体はサック容積２１３３から弁体２を出て流出することができる。
【００２５】
座部分２２１はキャビティを有しており、このキャビティは半径方向内側に、シール領域２２２の近傍に位置している。このキャビティは止まり孔２２３の形で成形されていてよい。この止まり孔２２３は、例えば穿孔により容易に作製することができる。止まり孔２２３により、シール領域２２２のフレキシビリティが増大される。このようにして座部分２２１がニードル座２１３２に接触した場合には、座部分２２１のシール領域２２２のマイクロメータ規模の変形が可能となる。このことは、ニードル座２１３２とシール領域２２２との間のシールの質を著しく改善する。択一的には、前記キャビティは中心部が凹状になった領域であってもよいし、又は環状に形成されていてもよい。
【００２６】
図２は、ニードル２２を、シール領域２２２がニードル座２１３２から離隔されており、流体がサック容積２１３３内へ流れ込み、そこから噴射ノズル２１５を介して弁体から流出する位置で示している。
【００２７】
図４の弁体２の実施例では、充填部分２２６がキャビティ２２３内に収容されており、このキャビティ２２３を、環状のキャビティ２２４を除いて充填している。この環状のキャビティ２２４は充填部分の壁と、止まり孔２２３との間に形成されている。これにより、流体がキャビティから流出することのできる自由スペース、この場合には環状のキャビティ２２４により形成されている自由スペースが著しく減じられる。環状のキャビティ２２４の適宜な深さとの組合せにより座部分２２１の適宜なフレキシビリティが達成され、これにより、ニードル座２１３２とシール領域２２２との間の高い質のシールが確保される。
【００２８】
択一的な実施例では充填部分は止まり孔２２３をより大きい程度に充填してもよい。この場合には、ニードル２２の座部分２２１の望ましいフレキシビリティが達成されるように充填部分２２６の材料は適宜な剛性を有している必要がある。充填部分が十分に低い剛性を有している場合には、止まり孔２２３全体を充填してもよい。
【００２９】
有利には、充填部分２２６はサック容積２１３３内へ突入している。このような手段により、流体がサック容積内へ流入することのできる自由な容積が減じられ、このことは、流体インジェクタの高温パフォーマンスを改善する。充填部分２２６は、例えば、金属又はプラスチックより成っていてよい。プラスチックは、容易に製造することができ、簡単に射出成形され得るという利点を有している。
【００３０】
さらに環状のキャビティ２２４は、ニードル２２が座部分２２１のシール領域２２２によりニードル座２１３２に衝突した場合に座部分２２１が図５に示したように内向へ曲げられ、このことが環状のキャビティ２２４の容積を減じ、環状のキャビティ２２４の内部の、衝撃に基づく圧力増大により環状のチャンバ２２４から流出する傾向のある流体のための液圧的な抵抗を増大させるという利点を有している。環状のキャビティ２２４からの流体の流れは、ニードル２２及び座部分２２１の動的エネルギの著しい部分を、可能な跳ね返りを抑制しながら散逸させる。
【００３１】
座部分２２１は球状になっていてもよく、このことは、ニードル座２１３２とシール領域２２２との間のシール質を改善する。
【００３２】
球形状は、ボール２２８から座部分２２１を形成し、孔をボールに貫通させることにより容易に得ることができる。この孔にはニードル２２が収容され、この孔はニードル２２と共に環状のキャビティ２２４を形成する。有利には、ボール２２８は溶接によりニードル２２に固定される。この実施例ではニードル先端２２９はサック容積２１３３内へ突入してよい。
【００３３】
弁体３の別の実施例（図７）では、ニードル２２は外方へ開くタイプである。カートリッジ２１は噴射ノズル２１５を備えたディスク２１４を有している。噴射ノズル２１５はディスク２１４内に成形されている。前記別の実施例とは異なり、ニードル先端２２９Ａはシール領域２２９Ｂを有しており、このシール領域２２９Ｂは、ニードル２２が閉じられた位置ではニードル座２１４１に位置している。このニードル座２１４１はディスク２１４の噴射ノズル２１５内に形成されている。環状のキャビティ２２９Ｃがニードル２２のニードル先端２２９Ａに、シール領域２２９Ｂの近傍には、半径方向内側に切欠き２１１と連絡して形成されている。この措置により、ニードル先端２９９Ａのフレキシビリティが増大され、ニードルのマイクロメータ規模の先端の変形がニードル座２１４１の領域で可能となり、このことは、ニードル座２１４１と、ニードル２２のシール領域２２９Ｂとの間のシール質を改善する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】弁体を有する流体インジェクタの第１実施例を示す断面図である。
【図２】図１による弁体の拡大断面図である。
【図３】図２による弁体の一部の別の拡大断面図である
【図４】弁体の第２の実施例を示す断面図である。
【図５】弁体の第２実施例を所定の位置で示す断面図である。
【図６】弁体の第３実施例を示す断面図である。
【図７】弁体の第４実施例を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年7月25日(2006.7.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
国際公開第０３／０１６７０７号明細書が、燃料供給部へのコネクタ、ハウジング、アクチュエータユニット及び弁ボディを有する流体インジェクタを開示ししている。ハウジングは二重管になっており、切欠きを有しており、この切欠きはアクチュエータユニットを収容する。このアクチュエータユニットは圧電式のアクチュエータを有しており、このアクチュエータはニードルに作用する。二重管状のハウジングの壁の間を、燃料はコネクタから弁ボディの燃料入口へ案内される。弁ボディは、切欠きを備えたハウジング部分を有しており、この切欠きはニードルを収容する。外方へ開くタイプのニードルの位置に応じて、ノズルが開閉され、それぞれの場合に燃料が噴射されるか、又は噴射されない。
アメリカ特許公開第２００２／０１７９７４２号明細書が、弁体を有する燃料インジェクタを開示している。この弁体は溶接継ぎ目により、噴射開口を有する噴射開口プレートに結合されており、これらは共に弁座体を形成している。弁ニードルの先端には弁閉鎖メンバが設けられており、この弁閉鎖メンバは溶接継ぎ目を介して弁ニードルに結合されている。弁閉鎖メンバは、円錐台状の形状を有する弁座面と協働し、弁体内のそれぞれの領域と共にシール座を形成している。加圧エレメントが弁ニードルの内部切欠き内に配置されており、ばねにより弁ニードルに対して押圧される。前記加圧エレメントは、段付けされた円筒体の形状を有しており、円形ばねを押圧する。この円形ばねは半径方向に中央に向かって延びる複数の舌片を有している。加圧エレメントは、前記舌片の内側端部を押圧し、このようにして、ばね円板は弁座体に押しつけられる。加圧エレメントの軸線方向位置に応じて、噴射開口を介して流れる流体は解放されるか、又は止められる。
アメリカ特許第４，２７０，２５７号明細書が、鋼ボールの一部を切断することにより形成された弁ヘッドと、シャフトメンバとを有する燃料噴射弁を開示している。シャフトは鋼ボールの前記部分に溶接により固定されている。弁座が燃料噴射弁のカートリッジ内に形成されており、隣接した表面により弁ヘッドと協働しており、テーパ状の表面の形で形成されている。弁ヘッドには、シャフトの回動を阻止するための切欠きが設けられてよい。この切欠きは、鋼ボールから成る弁ヘッドの底面に設けられている。
国際公開第０３／０７８８２６号明細書が、燃料噴射弁を開示している。この燃料噴射弁は一方の自由な端部に、可動体を有する圧電式のアクチュエータを有している。この可動体は、ばねによりアクチュエータに対して押圧される。前記可動体は球状のキャビティを有しており、このキャビティは、弁閉鎖体を形成するハーフボールと接触している。この弁閉鎖体はダイアフラムに作用し、このダイアフラムを介して弁座体に作用し、これにより、弁座体をシールして流体が噴射開口を貫流することを阻止する。
アメリカ特許第５，８３３，１４２号明細書が、燃料インジェクタを開示している。この燃料インジェクタの弁ヘッドは部分球の形状を有しており、燃料インジェクタのボディの端部に設けられたポート内に収容されている。このポートの壁は円錐台状に形成されており、弁が閉鎖位置に位置している場合には座ラインに沿って弁ヘッドに係合する。流れ制御体が弁のヘッドに一体的に成形されており、ネック部分により弁のヘッドに結合されている。ボディの流れ制御装置は、ポートに向いていない方の端部に円筒状のキャビティを有しており、これにより、熱伝達が減じられる。
ドイツ連邦共和国特許第８５９３９５号明細書が、燃料インジェクタを開示している。この燃料インジェクタにはノズル体とノズルインサートとが設けられており、これらのノズル体とノズルインサートとの間にはフレキシブルなダイアフラムが緊締されている。このダイアフラムは押し出された領域を有しており、この領域は、ニードルの前の座を形成しており、噴射孔をも形成している。ニードルは座領域において円錐状で内方へ隆起した形状を有しているか、又は円錐状で半径方向外方へ隆起した形状を有しているか、又は平坦な形に形成されていてよい。ニードルは半球状のキャビティを有していてよく、このキャビティは、噴射孔をドーム状にカバーする。この半球状のキャビティは、噴射孔を介して噴射される流体の流体エネルギを破壊するために設けられている。
国際公開第０３／００２８６７号パンフレットが、燃料噴射弁を開示している。この燃料噴射弁はノズル体から成っており、このノズル体内には弁ニードルが配置されている。この弁ニードルは球状の弁閉鎖体に溶接されている。閉じられた位置では前記弁ニードルは閉鎖体により弁座体に位置する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、ニードル、及び切欠きを備えたカードリッジを有する弁ボディにより特徴づけられている。前記切欠きはニードルを収容し、一方の端部には座プレートを有しており、この座プレートは、内方へ開くニードルのためのニードル座を有している。ニードルは、シール領域を備えた座部分を有しており、この座部分は、ニードル座に対して押圧された場合にこのニードル座に位置する。座部分はシール領域から半径方向に内方に、シール領域の近傍にキャビティを有している。このキャビティは軸線方向の延在部でシール領域をカバーしており、シール領域内で座部分をフレキシブルにする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
弁体であって、ニードル（２２）と、切欠き（２１１）を備えたカートリッジ（２１）がと設けられており、前記切欠き（２１１）が、ニードル（２２）を収容し、一方の端部に１つの座プレート（２１３）を収容しており、該座プレート（２１３）が、内方へ開くニードル（２２）のためのニードル座（２１３２）を有しており、前記ニードル（２２）が、さらにシール領域（２２２）を備えた座部分（２２１）を有しており、該座部分（２２１）が、ニードル座（２１３２）に対して押圧された場合にニードル座（２１３２）に位置するようになっており、前記座部分（２１１）が、シール領域（２２２）から半径方向内側に、シール領域（２２２）の近傍にキャビティを有しており、該キャビティが、軸線方向の延在部でシール領域を（２２２）をカバーしている形式のものにおいて、キャビティが、シール領域（２２２）の近傍に形成されており、座部分をシール領域（２２２）でフレキシブルにすることを特徴とする、弁体。
【国際調査報告】
2007518926.tif 000010
2007518926.tif 000011
2007518926.tif 000012
2007518926.tif 000013