(57)【要約】  本発明によるバルブ、特に燃料噴射バルブは、特に正確に位置合わせされたニードルバルブ（３）があることを特徴とする。燃料噴射バルブ（１）は、弁座本体（５）に形成された弁座面（６）と共に封止座部を形成するバルブ閉鎖体（４）を作動させるための励磁可能なアクチュエータ（１０）と、弁座面（６）の下流に形成される噴射開口部（７）とを備える。バルブ閉鎖体（４）は、球形に形成され、バルブ長手方向軸（４０）に沿って軸方向に移動可能なニードルバルブ（３）の一部として、ピン形状の中実ニードルバルブシャフト（４５）と固定接続される。ニードルバルブシャフト（４５）とバルブ閉鎖体（４）との接触領域が、バルブ長手方向軸（４０）の径方向外側にあり、リング状に延びる。この燃料噴射バルブは、予混合圧縮、火花点火内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射するのに特に適している。
2021510191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射システム用の、特に燃焼室に燃料を直接噴射するための、流体を定量供給するためのバルブ、特に燃料噴射バルブ（１）であって、弁座本体（５）に形成された弁座面（６）と共に封止座部を形成するバルブ閉鎖体（４）を作動させるための励磁可能なアクチュエータ（１０）と、前記弁座面（６）の下流に形成される少なくとも１つの噴射開口部（７）とを備え、前記バルブ閉鎖体（４）が、球形に形成され、バルブ長手方向軸（４０）に沿って軸方向に移動可能なニードルバルブ（３）の一部として、ピン形状の中実ニードルバルブシャフト（４５）と固定接続され、
ニードルバルブシャフト（４５）とバルブ閉鎖体（４）との接触領域が、前記バルブ長手方向軸（４０）の径方向外側にあり、リング状に延びることを特徴とするバルブ。
【請求項２】
前記バルブ閉鎖体（４）が、前記ニードルバルブシャフト（４５）へのほぼ直線状の接触により、前記ニードルバルブシャフト（４５）に対して中心を合わせて当接可能および固定可能であることを特徴とする、請求項１に記載の燃料噴射バルブ。
【請求項３】
前記バルブ閉鎖体（４）に向いた前記ニードルバルブシャフト（４５）の下端面が、円錐領域（５３）を有し、前記円錐領域（５３）に前記バルブ閉鎖体（４）が当接可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料噴射バルブ。
【請求項４】
前記バルブ閉鎖体（４）に向いた前記ニードルバルブシャフト（４５）の下端面が、芯出し穴として働く止まり穴（５０）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料噴射バルブ。
【請求項５】
前記止まり穴（５０）が、前記バルブ閉鎖体（４）に向けて切頭円錐領域（５１）で延び、前記切頭円錐領域（５１）に前記球形のバルブ閉鎖体（４）が当接可能であることを特徴とする、請求項４に記載の燃料噴射バルブ。
【請求項６】
前記バルブ閉鎖体（４）に向いた前記ニードルバルブシャフト（４５）の下端面が、球冠状領域（５２）の形の凹部を有し、前記球冠状領域（５２）に前記バルブ閉鎖体（４）が当接可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料噴射バルブ。
【請求項７】
前記球冠状領域（５２）の直径が、前記球形のバルブ閉鎖体（４）の直径よりもわずかに小さいことを特徴とする、請求項６に記載の燃料噴射バルブ。
【請求項８】
前記球形のバルブ閉鎖体（４）が、前記ニードルバルブシャフト（４５）とは逆側のその下側にコーティングを施されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料噴射バルブ。
【請求項９】
前記コーティングが、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などのアモルファスカーボン層によって行われることを特徴とする、請求項８に記載の燃料噴射バルブ。
【請求項１０】
ニードルバルブシャフト（４５）とバルブ閉鎖体（４）との前記固定接続が、溶接により、熱伝導溶接シームの取付けによって確立可能であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の燃料噴射バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を定量供給するためのバルブ、特に主請求項のプリアンブルによる燃料噴射バルブを基礎とするものである。
【背景技術】
【０００２】
図１に、燃料噴射バルブの形態での公知のバルブが示されている。そのようなバルブは、例えば、ＤＥ１０２０１００３８４３７Ａ１から公知である。燃料噴射バルブは、内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射するのに特に適している。バルブは、弁座本体に形成された弁座面と共に封止座部を形成するバルブ閉鎖体を作動させるための励磁可能なアクチュエータとしての電磁石と、弁座面の下流に形成される少なくとも１つの噴射開口部とを備える。バルブ閉鎖体は、球形に形成され、その球の頂点で、バルブ長手方向軸に沿って軸方向に移動可能なニードルバルブの一部として、ピン形状の中実ニードルバルブシャフトと固定接続される。
【発明の概要】
【０００３】
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する、本発明による流体を定量供給するためのバルブは、単純で安価な製造可能性を特徴とする。本発明によれば、ニードルバルブのピン形状の中実ニードルバルブシャフトと球形のバルブ閉鎖体との接触領域は、バルブ長手方向軸の径方向外側にあり、リング状に延びている。球形のバルブ閉鎖体は、球の頂点ではニードルバルブシャフトに接触せず、径方向でさらに外側の接触円上で接触する。球形のバルブ閉鎖体は、ニードルバルブシャフトに対して中心を合わされる。有利には、溶接プロセス中のニードルバルブシャフトの回転は、対応する押圧力で、摩擦によって伝達することができる。これにより、２つの溶接された構成要素の同心性が向上され、特にバルブ閉鎖体と弁座との間で、機能および摩耗挙動に良い影響が及ぼされる。全体として、固定接続を確立するための単純化された構成技術を使用することができる。さらに、非常に安定した溶接プロセスが保証され、溶接スプラッシュの傾向が最小限に抑えられ、亀裂発生の傾向が低減され、軸方向の位置感受性がなくされる。本発明による設計変形形態は、熱伝導溶接シームによる溶接を可能にし、これは、深溶接シームに比べて以下の利点を有する。
【０００４】
−  溶接スプラッシュの傾向がかなり小さい。
−  歪みがより少ない。これは、溶接された状態でのニードルバルブシャフトに対するバルブ閉鎖体の同心性を向上させる。
【０００５】
−  結合断面が大きいので強度がより高く、その結果、シーム破壊の危険が回避される。
−  溶接シームでの亀裂発生の傾向がより小さい。
【０００６】
従属請求項に記載されている処置により、請求項１で提示されたバルブの有利な修正および改良が可能になる。
球形のバルブ閉鎖体は、ニードルバルブシャフトとは逆側のその下側にコーティングを施されることが特に有利である。コーティングは、理想的には、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）などのアモルファスカーボン層によって行われる。
【０００７】
本発明の例示的実施形態を、図面に簡略化して示し、以下の説明でより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ニードルバルブのニードルバルブシャフトに固定された球形のバルブ閉鎖体を有する、公知の形態における燃料噴射バルブの概略断面図である。
【図２】従来技術による図１の部分図ＩＩ−Ｖとしての、ニードルバルブ端部の拡大概略図である。
【図３】ニードルバルブの本発明による第１の例示的実施形態を示す、図２と同様の詳細図である。
【図４】ニードルバルブの本発明による第２の例示的実施形態を示す、図２と同様の詳細図である。
【図５】ニードルバルブの本発明による第３の例示的実施形態を示す、図２と同様の詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
燃料噴射バルブ１の図１に示される公知の例は、予混合圧縮、火花点火内燃機関の燃料噴射システム用の燃料噴射バルブ１の形態で設計されている。燃料噴射バルブ１は、内燃機関の燃焼室（図示せず）に燃料を直接噴射するのに特に適している。一般に、本発明は、流体を定量供給するためのバルブにおいて使用可能である。
【００１０】
燃料噴射バルブ１は、バルブ長手方向軸４０に沿って軸方向で移動可能なニードルバルブ３が配置されているノズル本体２からなる。ニードルバルブ３は、球形のバルブ閉鎖体４に動作接続され、球形のバルブ閉鎖体４は、弁座本体５に配置されている弁座面６と協働して、封止座部を形成する。弁座本体５とノズル本体２とを一部品として設計することもできる。例示的実施形態では、燃料噴射バルブ１は、少なくとも１つの噴射開口部７を有するが、典型的には少なくとも２つの噴射開口部７を有する、内側に開いた燃料噴射バルブ１である。しかし、燃料噴射バルブ１は、理想的には多穴噴射バルブとして設計されており、したがって、４〜３０個の噴射開口部７を有する。ノズル本体２は、シール８によってバルブハウジング９に対して封止されている。駆動機構として、例えば電磁回路が使用され、電磁回路は、アクチュエータとしてマグネットコイル１０を備え、マグネットコイル１０は、コイルハウジング１１内に封入され、コイルキャリア１２に巻かれており、コイルキャリア１２は、マグネットコイル１０の内側極１３に当接する。内側極１３とバルブハウジング９とは、狭窄部２６によって互いに分離されており、非強磁性の接続構成要素２９によって互いに接続されている。マグネットコイル１０は、電気プラグ接点１７を通して供給可能な電流によって、ライン１９を介して励磁される。プラグ接点１７は、内側極１３にスプレー成形することができるプラスチックシース１８によって囲まれている。代替として、圧電アクチュエータまたは磁歪アクチュエータを使用することもできる。
【００１１】
ニードルバルブ３は、ニードルバルブガイド１４内で案内され、ニードルバルブガイド１４は、例えばディスク形に設計されている。１対にされた調整ディスク１５が、ストローク調整に使用される。調整ディスク１５の反対側には、アーマチュア２０が位置している。アーマチュア２０は、第１のフランジ２１を介してニードルバルブ３に対合式に接続し、ニードルバルブ３は、溶接シーム２２によって第１のフランジ２１に接続されている。第１のフランジ２１には、戻しばね２３が支持されており、戻しばね２３は、燃料噴射バルブ１のこの設計形態では、調整スリーブ２４によってプリロードをかけられている。
【００１２】
ニードルバルブガイド１４内、アーマチュア２０内、およびガイド本体４１に、燃料チャネル３０、３１、および３２が延びている。燃料は、中央燃料供給部１６を通して供給され、濾過要素２５によって濾過される。燃料噴射バルブ１は、シール２８によって燃料分配ライン（さらには図示せず）に対して封止され、別のシール３６によってシリンダヘッド（さらには図示せず）に対して封止されている。
【００１３】
アーマチュア２０の下流側には、エラストマー材料からなるリング状の制振要素３３が配置されている。制振要素３３は、第２のフランジ３４に載置し、第２のフランジ３４は、溶接シーム３５を介してニードルバルブ３に対合式に接続されている。
【００１４】
燃料噴射バルブ１の休止状態では、アーマチュア２０は、戻しばね２３によってそのストローク方向に反して付勢され、それにより、バルブ閉鎖体４が弁座面６に封止接触状態で保持される。マグネットコイル１０が励磁されるとき、マグネットコイル１０が磁場を生成し、この磁場が、戻しばね２３のばね力に反してアーマチュア２０をストローク方向に移動させ、ここで、ストロークは、休止位置で内側極１３とアーマチュア２０との間にある作業ギャップ２７によって予め決定される。アーマチュア２０は、ニードルバルブ３に溶接されている第１のフランジ２１も一緒にストローク方向に動かす。ニードルバルブ３に接続されているバルブ閉鎖体４が弁座面６から持ち上がり、燃料が噴射開口部７を通して噴射される。
【００１５】
コイル電流がオフに切り替えられると、アーマチュア２０は、磁場の十分な減少後、戻しばね２３の圧力によって内側極１３から落ち、その結果、ニードルバルブ３に接続されている第１のフランジ２１が、ストローク方向とは逆に移動する。これにより、ニードルバルブ３が同方向に移動され、その結果、バルブ閉鎖体４が弁座面６に着座し、燃料噴射バルブ１が閉じられる。
【００１６】
図２は、従来技術による図１の部分図ＩＩ−Ｖとして、弁座面６に向いたニードルバルブ端部の拡大概略図を示す。そのような公知のニードルバルブ３では、ピン形状の中実ニードルバルブシャフト４５が、バルブ長手方向軸４０の領域内の中央で、球形のバルブ閉鎖体４に着座されている。ニードルバルブシャフト４５とバルブ閉鎖体４との固定接続を確立するために、バルブ閉鎖体４は、最初にニードルバルブシャフト４５の平らな端面に押し付けられ、その後、レーザ溶接によって、円周状の深溶接シーム、または円周にわたって分散された複数の溶接ポイントが、中央の接触領域の周りに生成される。
【００１７】
ニードルバルブ３の良好な同心特性、およびニードルバルブシャフト４５とバルブ閉鎖体４との互いに対する正確な位置合わせを達成するために、２つの構成要素間の固定接続の確立は比較的複雑である。すなわち、溶接時に２つの構成要素４、４５を別々に駆動させなければならず、溶接およびその後の冷却中の亀裂を回避するために、ニードルバルブシャフト４５とバルブ閉鎖体４との回転速度を正確に一致させる必要がある。または代替として、溶接プロセス中、固定された構成要素、すなわちニードルバルブシャフト４５およびバルブ閉鎖体４の周りでレーザ光学系を移動させなければならず、これは、溶接システムに関する特に高いコストを意味する。
【００１８】
したがって、本発明の課題は、製造が単純化されたバルブ用のニードルバルブ３であって、シーム破壊のない溶接シームによって、安全で確実な耐久性のある接続領域を有し、ここで、同心特性および構成要素の位置合わせに対するすべての要件を満たす、ニードルバルブ３を提供することである。
【００１９】
本発明によれば、この課題は、ピン形状の中実ニードルバルブシャフト４５と球形のバルブ閉鎖体４との接触領域がバルブ長手方向軸４０の径方向外側にあり、リング状に延びていることによって解決される。
【００２０】
図３は、ニードルバルブ３の本発明による第１の例示的実施形態を、図２と同様の詳細図で示す。この実施形態では、バルブ閉鎖体４に向いたニードルバルブシャフト４５の下端部が、下端面から、止まり穴５０を有し、止まり穴５０は、芯出し穴として働く。止まり穴５０は、切頭円錐領域５１においてバルブ閉鎖体４に向かって延びており、球の芯出しを改良するために、切頭円錐領域５１に球形のバルブ閉鎖体４が当接される。したがって、ニードルバルブシャフト４５へのバルブ閉鎖体４の接触は、ニードルバルブシャフト４５の切頭円錐領域５１でほぼ直線状およびリング状である。
【００２１】
図４は、ニードルバルブ３の本発明による第２の例示的実施形態を、図２と同様の詳細図で示す。この実施形態では、バルブ閉鎖体４に向いたニードルバルブシャフト４５の下端部は、下端面から、球冠状領域５２の形の凹部を有し、球冠状領域５２も、芯出し補助として働く。球の芯出しを改良するために、球冠状領域５２に球形のバルブ閉鎖体４が当接される。ここで、球冠状領域５２の直径は、球形のバルブ閉鎖体４の直径よりもわずかに小さく、バルブ閉鎖体４がニードルバルブシャフト４５の球冠状領域５２の外縁部に常に接触することを保証する。
【００２２】
図５は、ニードルバルブ３の本発明による第３の例示的実施形態を、図２と同様の詳細図で示す。この実施形態では、バルブ閉鎖体４に向いたニードルバルブシャフト４５の下端部は、下端面から、円錐領域５３を有し、円錐領域５３は、バルブ閉鎖体４の芯出しに役立つ。球の芯出しを改良するために、円錐領域５３に球形のバルブ閉鎖体４が当接される。したがって、ニードルバルブシャフト４５へのバルブ閉鎖体４の接触は、ニードルバルブシャフト４５の円錐領域５３でほぼ直線状およびリング状である。
【００２３】
すべての例示的実施形態において、球形のバルブ閉鎖体４には、ニードルバルブシャフト４５とは逆側のその下側に、コーティング、例えばＤＬＣコーティング（ダイヤモンドライクカーボン）を施すことができる。
【００２４】
図３〜５におけるニードルバルブ３の接続領域の図は、概略的なものにすぎず、正確に縮尺通りではない。 
【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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【国際調査報告】
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