(57)【要約】  本発明は、内燃機関に用いられる燃料インジェクタ１を製作するための方法であって、燃料インジェクタ１が、制御弁を備えており、該制御弁が、制御室１８からの流出絞り２０を開閉するようになっており、該流出絞り２０を閉鎖するために、閉鎖エレメント２２が、弁座２６に当て付けられるようになっている形式のものに関する。本発明によれば、弁座２６が、型押しポンチ３０を用いた成形型押し加工によって形成される。  さらに、本発明は、前記方法によって製作される燃料インジェクタに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に用いられる燃料インジェクタ（１）を製作するための方法であって、燃料インジェクタ（１）が、制御弁を備えており、該制御弁が、制御室（１８）からの流出絞り（２０）を開閉するようになっており、該流出絞り（２０）を閉鎖するために、閉鎖エレメント（２２）が、弁座（２６）に当て付けられるようになっている形式のものにおいて、弁座（２６）を、型押しポンチ（３０）を用いた成形型押し加工によって形成することを特徴とする、内燃機関に用いられる燃料インジェクタを製作するための方法。
【請求項２】
型押しポンチ（３０）が、閉鎖エレメント（２２）の形に形成されている、請求項１記載の方法。
【請求項３】
型押しポンチ（３０）が、接線方向に生ぜしめられた円錐台形部（３１）を備えた球の形に形成されている、請求項１記載の方法。
【請求項４】
円錐台形部（３１）が、円錐形に形成された弁座（２６）の開き角（α２）よりも大きいかまたは開き角（α２）に等しい開き角（α１）を有している、請求項３記載の方法。
【請求項５】
型押しポンチ（３０）の表面が、硬質金属から成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
内燃機関に用いられる燃料インジェクタであって、制御弁が設けられており、該制御弁が、制御室（１８）からの流出絞り（２０）を開閉するようになっており、該流出絞り（２０）を閉鎖するために、閉鎖エレメント（２２）が、弁座（２６）に当て付けられるようになっている形式のものにおいて、弁座（２６）が、成形型押し加工によって形成されていることを特徴とする、内燃機関に用いられる燃料インジェクタ。
【請求項７】
弁座（２６）が、円錐形に形成されている、請求項６記載の燃料インジェクタ。
【請求項８】
閉鎖エレメント（２２）が、球形に形成されている、請求項６または７記載の燃料インジェクタ。
【請求項９】
弁座（２６）が、弁片（２４）に形成されている、請求項６から８までのいずれか１項記載の燃料インジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
燃料噴射を伴う内燃機関では、燃料が内燃機関の個々の燃焼室に、ハイドロリック式に操作されるノズルニードルを備えた燃料インジェクタを介して供給される。このためには、この燃料インジェクタ内に弁が収容されている。この弁は、たとえば電磁式にまたはピエゾアクチュエータによって制御される。弁によって、ノズルニードルに接続された制御室の流出絞りが開閉される。
【０００２】
背景技術
公知先行技術に基づき公知であるような燃料インジェクタでは、この燃料インジェクタのハウジング内に弁片が収容されている。この弁片内には、流出絞りが形成されている。この流出絞りは制御室に接続されている。流出絞りは閉鎖エレメントによって開閉される。このためには、弁片に円錐形の弁座が形成されている。この弁座に流出絞りが開口している。この流出絞りを閉鎖するためには、円錐形の弁座に球形の閉鎖エレメントが当て付けられる。
【０００３】
燃料インジェクタの、内燃機関の運転のために必要となる高い開閉速度を達成するためには、制御弁の閉鎖エレメントが高い速度でその座に当て付けられるかまたは座から持ち上げられる。閉鎖エレメントのこの絶え間ない切換は弁座の摩耗に繋がる。この摩耗に基づき、プランジャストロークドリフトが生ぜしめられる。これは、閉鎖エレメントが流出絞りの閉鎖のために戻る量が摩耗に基づき増加することを意味している。閉鎖エレメントの、増加させられたストローク量によって、電磁石制御式の弁の場合のソレノイドプランジャのストローク量もしくはピエゾアクチュエータの場合のアクチュエータストロークも増加させられる。これに基づき、制御弁のより大きな開閉時間ひいては噴射開口のより長い開放時間が生ぜしめられる。これに基づき、さらに、より高い噴射量が生ぜしめられる。内燃機関の燃焼室内への燃料のこのより大きな噴射量は、より高いエンジンエミッションと、より高い燃焼騒音とに繋がる。
【０００４】
発明の開示
弁座の摩耗の減少ひいてはプランジャストロークドリフトの低減のためには、内燃機関に用いられる燃料インジェクタを製作するための方法であって、燃料インジェクタが、制御弁を備えており、該制御弁が、制御室からの流出絞りを開閉するようになっており、該流出絞りを閉鎖するために、閉鎖エレメントが、弁座に当て付けられるようになっている形式のものにおいて、本発明によれば、弁座が、型押しポンチを用いた成形型押し加工によって形成される。これによって、弁座が燃料インジェクタの運転の間に塑性的に摩耗することが回避される。
【０００５】
有利な構成では、弁座を成形型押し加工する型押しポンチが閉鎖エレメントの形に形成されている。
【０００６】
円錐形の弁座に当て付けられる球形の閉鎖エレメントの使用時には、型押しポンチが、有利には、接線方向に生ぜしめられた円錐台形部を備えた球の形に形成されている。特に有利な構成では、円錐台形部が、円錐形に形成された弁座の開き角よりも大きいかまたは開き角に等しい開き角を有している。これによって、型押し加工により押し退けられる材料が、型押し箇所の、流出絞りに面した側に張出し部を形成することが回避される。この張出し部は、弁の開放時に燃料流のより強い絞りに繋がる。これによって、制御室から流出する燃料体積流が低減され、したがって、噴射開口の開放速度が同じく減少させられる。
【０００７】
弁座の成形型押し加工時に型押しポンチではなく、弁座が変形加工されるように、型押しポンチは、有利には、所定の硬質金属から成る表面を備えている。有利な構成では、型押しポンチ全体が所定の硬質金属から成っている。当業者に周知の硬質金属は、たとえば炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタル、炭化モリブデンおよびコバルトから成る焼結材料である。硬質金属は、有利には１３００〜１８００ＨＶ３０の範囲内の硬さを有している。
【０００８】
内燃機関に用いられる燃料インジェクタであって、制御弁が設けられており、該制御弁が、制御室からの流出絞りを開閉するようになっており、該流出絞りを閉鎖するために、閉鎖エレメントが、弁座に当て付けられるようになっている形式のものにおいて、本発明の構成では、弁座が、成形型押し加工によって形成されている。
【０００９】
有利な構成では、制御弁の弁座が円錐形に形成されている。この円錐形に形成された弁座を開閉するための有利な閉鎖エレメントは球形に形成されている。
【００１０】
別の構成では、弁座が、燃料インジェクタのハウジング内に収容された弁片に形成されている。
【００１１】
構成
以下に、本発明を図面につき詳しく説明する。
【００１２】
図１には、高圧蓄圧型噴射システムに用いられる燃料インジェクタが示してある。
【００１３】
この燃料インジェクタ１はインジェクタボディ２を有している。このインジェクタボディ２内には、弁ピストン３が案内されている。この弁ピストン３は一方の端面４で押圧ピン５に作用する。この押圧ピン５はノズルニードル６に形成されている。燃焼室（図示せず）に面した側でインジェクタボディ２に少なくとも１つの噴射開口７が形成されている。この噴射開口７の閉鎖時には、弁ピストン３がその端面４で押圧力をノズルニードル６の押圧ピン５に加える。これによって、ノズルニードル６が座８に当て付けられ、したがって、少なくとも１つの噴射開口７が閉鎖される。押圧ピン５に加えられる弁ピストン３の押圧力に対して付加的に、圧縮ばねとして形成されたばねエレメント９がノズルニードル６に作用する。圧縮ばねとして形成されたばねエレメント９は、有利にはコイルばねである。このコイルばねは、図１に示した構成では、ノズルニードル６の押圧ピン５と、弁ピストン３の、ノズルニードル６に面した側の部分とを取り囲んでいる。このためには、ばねエレメント９が弁室１０内に収容されている。ばねエレメント９は一方の側でノズルニードル６の段状の拡幅部に作用し、他方の側で弁室１０の一方の端面１２に作用する。
【００１４】
燃料インジェクタ１への燃料供給は接続管片１３を介して行われる。この接続管片１３は高圧蓄圧器（図示せず）に接続されている。接続管片１３内には、燃料フィルタ１４が収容されている。この燃料フィルタ１４で燃料が、その内部に含まれた粒子から浄化され、これによって、燃料インジェクタ１内の摩耗による損傷が回避される。燃料フィルタ１４には、通路１５が続いている。この通路１５を介して、燃料がノズル室１６内に到達する。このノズル室１６から、燃料は環状ギャップ１７を介して噴射開口７に流れる。
【００１５】
ノズルニードル６と反対の側では、弁ピストン３が制御室１８内で終わっている。この制御室１８には、流入絞り１９を介して燃料が供給される。この流入絞り１９も同じく燃料フィルタ１４に続いており、これによって、流入絞り１９の流入側に同じくシステム圧が形成される。制御室１８から、燃料は流出絞り２０を介して低圧側の流出管片２１内に到達する。この流出管片２１は、たとえば燃料蓄え容器（図示せず）に接続されている。
【００１６】
流出絞り２０は、ここでは球形に形成された閉鎖エレメント２２によって開閉することができる。
【００１７】
流出絞り２０の閉鎖時には、制御室１８と、弁室１０と、ノズル室１６とにシステム圧が形成される。制御室１８を仕切る端面の面積が、弁ピストン３の、逆方向に向けられた面積よりも大きいことに基づき、少なくとも１つの噴射ノズル７の方向に作用する押圧力が、逆方向に作用する押圧力よりも大きくなり、ノズルニードル６がその座に当て付けられ、したがって、少なくとも１つの噴射開口７を閉鎖する。閉鎖エレメント２２がその座から持ち上げられ、したがって、流出絞り２０を開放するやいなや、制御室１８内の圧力が減少する。これによって、同じく少なくとも１つの噴射開口７の方向に作用する押圧力が減少する。弁ピストン３が流出絞り２０の方向に運動させられる。同時にノズルニードル６がその座から持ち上げられ、少なくとも１つの噴射開口７を開放する。
【００１８】
閉鎖エレメント２２の制御は、ここに図示した構成では、電気的に制御される電磁弁２３を介して行われる。しかし、この電磁弁２３の代わりに、閉鎖エレメント２２を操作するために、ピエゾアクチュエータが、場合によりハイドロリック式のカップラまたは増圧器を介在して使用されてもよい。
【００１９】
燃料インジェクタ１の製造および組付けを容易にするためには、インジェクタボディ２内に弁片２４が挿入される。この弁片２４内には、制御室１８が、流入絞り１９および流出絞り２０を含めて形成されている。さらに、弁片２４内には、孔２５が形成されている。この孔２５内に弁ピストン３が案内されている。
【００２０】
図１．１には、図１に示した部分Ａの詳細が示してある。
【００２１】
図１．１には、弁ピストン３がその上側の位置、すなわち、噴射開口７が開放された状態で示してある。この噴射開口７を閉鎖するためには、流出絞り２０が閉鎖される。このためには、閉鎖エレメント２２が弁座２６に当て付けられる。閉鎖エレメント２２が流出絞り２０を圧力密に閉鎖するように、弁座２６は、弁片２４の、円錐形に形成された端面３２に形成されている。このために、ここに図示した構成では、流出絞り２０が円錐形に閉鎖エレメント２２に向かって開放される。流出絞り２０の閉鎖によって、燃料システムの低圧部分に対する接続が遮断される。環状室２７と流入通路２８とを介して高圧蓄圧器に接続された流入絞り１９を介して、制御室１８に、システム圧下にある燃料が供給される。これによって、制御室１８内の圧力が同じく再びシステム圧に増加する。制御室１８内の圧力の増加に基づき、弁ピストン３に作用する押圧力が増加し、この弁ピストン３が少なくとも１つの噴射開口７の方向に運動させられる。弁ピストン３は端面４を介してノズルニードル６の押圧ピン５に接続されているので、ノズルニードル６が同じく少なくとも１つの噴射開口７の方向に運動させられ、この噴射開口７を閉鎖する。
【００２２】
閉鎖エレメント２２はピストン２９を介して電磁弁２３のプランジャに接続されている。電磁弁２３の代わりにピエゾアクチュエータを使用する場合には、このピエゾアクチュエータが直接ピストン２９に作用する。
【００２３】
閉鎖エレメント２２が弁座に当て付けられる高い速度に基づき、この弁座が摩耗される（これに基づき、より大きなプランジャストロークひいてはより大きな閉鎖時間が生ぜしめられる）ことを回避するために、本発明による燃料インジェクタでは、弁座２６が成形型押し加工される。この成形型押し加工によって、ヘルツ面圧が支持割合の増加により低減される。これは、成形型押し加工によって、弁座２６に対する閉鎖エレメント２２の支持面が増加させられることを意味している。低減された面圧によって、より僅かな力が弁座２６に作用する。これによって、この弁座２６の摩耗も低減される。弁座２６の成形型押し加工の別の利点は、型押し加工領域における材料が硬化させられることである。この材料硬化に基づき、摩耗のさらなる低減が生ぜしめられる。また、製造に起因して生ぜしめられる粗さピークも平滑化される。
【００２４】
弁座２６の成形型押し加工によって、座摩耗が前処理され、したがって、運転の間の弁座２６と閉鎖エレメント２２との間の摩耗が最小限に抑えられる。これによって、燃料インジェクタの運転の間に高められたプランジャストロークに基づくパイロット噴射量の増加を十分に阻止することができる。内燃機関の運転の間の噴射量の増加は、内燃機関の、増加させられたエミッションと、燃焼騒音の増加と、内燃機関全体のより強い負荷とに繋がる。
【００２５】
弁座２６の成形型押し加工のためには、たとえば硬質金属から成る型押しポンチが使用される。この型押しポンチは閉鎖エレメント２２の形に形成されている。
【００２６】
図２には、型押しポンチが当て付けられた弁座が示してある。
【００２７】
弁座２６の、流出絞り２０に面した側に成形型押し加工時に張出し部が形成されることを回避するために、球形の閉鎖エレメント２２と円錐形の弁座２６とを備えた弁では、型押しポンチ３０が、接線方向に生ぜしめられた円錐台形部３１を備えた球の形に形成されている。材料が円錐台形部３１の形によって、同じく円錐形に形成された弁座２６の方向に沿って型押し加工されることにより、円錐台形部３１によって、球形状に沿って張出し部が形成されることが阻止される。
【００２８】
このような張出し部が弁座２６の成形型押し加工時に形成される場合には、弁の開放時の通流横断面が減少させられる。したがって、弁が絞りとして作用する。これによって、流出絞り２０から流れる燃料体積流が低減される。このように低減された燃料体積流は、制御室１８内のより緩速な減圧ひいてはノズルニードル６の、低減された開放速度にも繋がる。さらに、これに基づき、変化させられた噴射特性が生ぜしめられる。このことは、内燃機関の燃焼室内での燃焼経過に不利な影響を与え得る。
【００２９】
円錐台形部３１は、有利には開き角α１を有している。この開き角α１は弁座２６の開き角α２よりも大きく設定されている。円錐台形部３１の開き角α１と弁座２６の開き角α２とが等しい場合には、材料の一部が成形型押し加工時に流出絞り２０の方向にプレスされることが可能となる。この事例では、弁座２６から流出絞り２０への、開き角が変化させられる移行部にばりが形成される。このばりは燃料流れへの不利な影響に繋がる。
【００３０】
有利な構成では、開き角α１が、弁座２６の開き角α２よりも０〜１０゜だけ大きく設定されている。円錐台形部３１のより大きな開き角α１によって、弁座２６の領域における型押し箇所で円錐台形部３１の側に張出し部が形成される。この張出し部は、燃料流れに対する付加的な絞りとして作用する。
【００３１】
閉鎖エレメント２２が球形でない場合でも、弁座２６における摩耗は、この弁座２６の成形型押し加工によって減少させることができる。弁座が円錐形の場合に、この弁座２６の領域に張出し部が形成されることを回避するためには、閉鎖エレメント２２が球形でない場合でも、この閉鎖エレメント２２の形に形成された型押しポンチ３０が、有利には、弁座２６の開き角α２よりも大きい開き角α１を備えた円錐台形部３１を備えている。したがって、弁座２６が円錐形の場合には、閉鎖エレメント２２が球形状のほかに、たとえば放物面体または円筒体の形に形成されていてもよい。
【００３２】
円錐台形部３１のほかに、型押しポンチ３０が円錐体の形で終わっていることも可能である。この円錐体の先端角は弁座２６の開き角α２よりも大きく設定されているかまたは弁座２６の開き角α２に等しく設定されている。
【００３３】
型押しポンチのための材料として、弁座２６が製造されている材料よりも硬いあらゆる材料が適している。型押しポンチ３０のための材料として特に適した材料は、硬質金属Ｋ０１−Ｋ４０のグループから選択された硬質金属である。この硬質金属の硬さは、組成に応じて、１３００〜１８００ＨＶ３０である。この場合、硬質金属は、炭化タングステン、炭化チタン、炭化タンタル、炭化モリブデンおよびコバルトから成る焼結材料である。硬質金属のほかに、たとえば、弁座２６が製造されている材料よりも硬い耐圧性のセラミックスも適している。
【００３４】
図３には、公知先行技術による円錐形に形成された弁座の仕上り線が示してある。
【００３５】
図３に示した線図の横軸３３には、弁座２６が形成された弁片２４の、円錐形に形成された端面３２の長さがｍｍで示してある。縦軸３４には、表面粗さがμｍで示してある。符号３５で示した線は、閉鎖エレメント２２が最初に弁座２６に当て付けられる前の弁片２４の、円錐形に形成された端面の表面を示している。すでにここに明確に認めることができるように、弁片２４の端面３２の表面は、製造に起因した粗さを有している。閉鎖エレメント２２の数百万回の切換は、弁座２６における摩耗に繋がる。閉鎖エレメント２２によって、弁座２６の領域に凹部３６が生ぜしめられる。この凹部３６は、弁片２４の端面３２の平均的な表面粗さよりも著しく大きい摩耗深さ３７を有している。閉鎖エレメント２２の、ほんの極めて小さな開閉量に基づき、摩耗深さ３７は、制御弁を閉鎖するための著しく延長された閉鎖量に繋がる。このことは、同じく噴射開口７のより緩速な閉鎖ひいては燃焼室内に噴射されるより大きな燃料量に繋がる。このことは、より高いエンジンエミッションと、より高い燃焼騒音とに繋がる。
【００３６】
図４には、弁座が球形の型押しポンチによって成形型押し加工された円錐形に形成された弁座の仕上り線が示してある。
【００３７】
図４から知ることができるように、弁座２６が型押し加工される場合には、制御弁の最初の閉鎖前の表面３５が著しく平滑である。弁座２６が型押し加工される型押し深さが符号３９で示してある。球形の型押しポンチに基づき、成形型押し加工された弁座２６は円セグメントの横断面を有している。これによって、流出絞り２０に向かって張出し部４０が形成される。この張出し部４０によって、流出絞り２０の開放時に、通流横断面が低減される。この理由から、弁座２６が流出絞り２０の開放時に付加的な絞りとして作用する。
【００３８】
弁座２６の型押し加工によって、この弁座２６の領域における材料が硬化させられる。この材料硬化と、弁座２６に対する閉鎖エレメント２２のより大きな支持面とによって、閉鎖エレメント２２の大きな回数の開閉運動後でも、凹部３６が、型押し加工されていない弁座２６に比べてほんの僅かな摩耗深さ３７を備えて形成される。
【００３９】
図５には、球から接線方向に円錐台形部が生ぜしめられた球形の型押しポンチが使用される場合の、成形型押し加工された弁座２６を備えた弁片２４の端面３２が示してある。このような型押しポンチの使用時でも、制御弁の最初の閉鎖前の表面３５の粗さが、型押し加工されていない弁座２６の場合よりも僅かであることが明らかである。型押しポンチ３０に設けられた円錐形の付設部によって、弁座２６の、流出絞り２０に面した側に僅かな張出し部４０しか生ぜしめられない。接線方向に生ぜしめられた円錐台形部３１を備えた球の形の型押しポンチの使用時でも、閉鎖エレメント２２の大きな回数の開閉運動後、成形型押し加工されていない弁座２６に比べてほんの僅かな摩耗深さ３７を備えた凹部３６が生ぜしめられる。成形型押し加工された弁座２６の型押し深さは、図５にも符号３９で示してある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】高圧蓄圧型噴射システムに用いられる燃料インジェクタを示す図である。
【図１．１】図１に示した部分Ａの詳細図である。
【図２】型押しポンチが作用する円錐形に形成された弁座を示す図である。
【図３】公知先行技術による円錐形に形成された弁座の仕上り線を示す図である。
【図４】第１の構成における円錐形に形成された成形型押し加工された弁座の仕上り線を示す図である。
【図５】第２の構成における円錐形に形成された成形型押し加工された弁座の仕上り線を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  燃料インジェクタ、  ２  インジェクタボディ、  ３  弁ピストン、  ４  端面、  ５  押圧ピン、  ６  ノズルニードル、  ７  噴射開口、  ８  座、  ９  ばねエレメント、  １０  弁室、  １２  端面、  １３  接続管片、  １４  燃料フィルタ、  １５  通路、  １６  ノズル室、  １７  環状ギャップ、  １８  制御室、  １９  流入絞り、  ２０  流出絞り、  ２１  流出管片、  ２２  閉鎖エレメント、  ２３  電磁弁、  ２４  弁片、  ２５  孔、  ２６  弁座、  ２７  環状室、  ２８  流入通路、  ２９  ピストン、  ３０  型押しポンチ、  ３１  円錐台形部、  ３２  端面、  ３３  横軸、  ３４  縦軸、  ３５  表面、  ３６  凹部、  ３７  摩耗深さ、  ３９  型押し深さ、  ４０  張出し部、  α１  開き角、  α２  開き角
【図１】
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【図１．１】
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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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【国際調査報告】
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2008516138.tif 000010
2008516138.tif 000011
2008516138.tif 000012
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