(57)【要約】【課題】より簡単にかつより経済的に製造できるような、調量装置において使用するためのシールエレメント及び弁ニードルと、調量装置とを提供する。【解決手段】弁ニードルシャフト５を有する弁ニードル５，６が、ハウジング８内の、加圧された流体を含むチャンバを貫通しており、弁ニードルシャフトが、チャンバの外側におけるアクチュエータアセンブリと協働する第１の端部５ａと、調量開口の開閉を制御する第２の端部５ｂとを有しており、シールエレメント１が、チャンバ９の内部から外部１０への、弁ニードルシャフトの第１の端部５ａのための貫通エレメントとして使用されており、内部圧力が外部圧力よりも高く、チャンバ９が外部１０に対してシールされており、シールエレメント１が、弁ニードル５とシールエレメント１との間に、いかなる溶接接合部なしに、金属間シール結合を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧された流体を供給するための調量装置、特に内燃機関における燃料噴射システムのための噴射弁において使用するためのシールエレメント（１）であって、前記調量装置に、
−前記加圧された流体を含むチャンバ（９）がハウジング（８）内に設けられており、
−前記チャンバを貫通する弁ニードル（５，６）が設けられており、該弁ニードルが、弁ニードルシャフト（５）を有しており、該弁ニードルシャフトが、前記チャンバの外側におけるアクチュエータアセンブリと協働する第１の端部（５ａ）と、調量開口の開閉を制御する第１の端部（５ｂ）とを有しており、
前記シールエレメント（１）が、チャンバ（９）の内部から外部（１０）への、前記弁ニードルシャフトの第１の端部（５ａ）のための貫通エレメントとして使用されており、内部圧力が外部圧力よりも高く、チャンバ（９）が外部（１０）に対してシールされている形式のものにおいて、
前記シールエレメント（１）が、弁ニードル（５）とシールエレメント（１）との間に、溶接接合部なしに、金属間シール結合を有していることを特徴とする、シールエレメント。
【請求項２】
前記シールエレメント（１）が、シールされた形式でハウジング（８）に固定可能な外部リング（４）と、前記金属間シール結合によって弁ニードルシャフト（５）に固定可能な内部弾性リング（２）と、外部リング（４）と内部弾性リング（２）とを結合した薄膜（３）とを有している、請求項１記載のシールエレメント（１）。
【請求項３】
前記外部リング（４）及び／又は前記内部弾性リング（２）及び／又は前記薄膜（３）が金属から形成されている、請求項２記載のシールエレメント（１）。
【請求項４】
前記薄膜（３）が、チャンバ（９）内の高圧流体が、溶接部に対して曲げ応力を加えることなく主としてせん断応力を加えるように、前記外部リング（４）及び／又は前記内部弾性リング（２）への溶接を許容する横断面を有している、請求項２又は３記載のシールエレメント（１）。
【請求項５】
前記薄膜（３）が、組み立てられた状態において前記チャンバ（９）から外方へ曲がった半円形横断面を有している、請求項４記載のシールエレメント（１）。
【請求項６】
前記内部弾性リング（２）が、組み立てられた状態において弁ニードルの円錐形部分（６）へのクリップ式固定を提供し、弁ニードルシャフト（５）の直径に相当する直径を有する、円錐形部分の上端部（６ａ）が、弁ニードルシャフト（５）の第１の端部（５ａ）に向けられており、前記弁ニードルシャフト（５）から突出した部分として円錐底部（６ｃ）が形成されるように弁ニードルシャフト（５）の直径よりも大きな直径を有する、円錐形部分（６）の下端部（６ｂ）が、弁ニードルシャフト（５）の第２の端部（５ｂ）に向けられている、請求項２から５までのいずれか１項記載のシールエレメント（１）。
【請求項７】
前記内部弾性リング（２）が貫通孔（７）を有しており、該貫通孔が、
−弁ニードルシャフト（５）の直径よりも大きくかつ円錐形部分（６）の下端部（６ｂ）の直径よりも小さな第１の内径を備えた第１の面（７ａ）を有しており、該第１の面が、組み立てられた状態において弁ニードルシャフト（５）の第１の端部（５ａ）に向けられた、内部弾性リング（２）の上側に設けられており、
−円錐形部分（６）の下端部（６ｂ）の直径よりも大きな第２の内径を備えた第２の面（７ｂ）を有しており、該第２の面が、内部弾性リング（２）の中間部に設けられており、
−第１の面（７ａ）と第２の面（ｂ）とを接続したシール面（７ｃ）を有しており、
−弁ニードルシャフト（５）の直径よりも大きくかつ円錐形部分（６）の下端部（６ｂ）の直径よりも小さな第３の内径を備えた突出面（７ｄ）を有しており、該突出面が、第２の面（７ｂ）と内部弾性リング（２）の下側との間に設けられており、組み立てられた状態において弁ニードルシャフト（５）の第２の端部（５ｂ）に向けられる、請求項６記載のシールエレメント。
【請求項８】
前記シール面（７ｃ）が、弁ニードルの円錐形部分（６）に適合するようになった円錐形横断面を有している、請求項７記載のシールエレメント。
【請求項９】
前記突出面が、第２の面（７ｂ）を越えて内方へ突出しており、これにより、組立てプロセスにおいて弁ニードルシャフト（５）の第１の端部（５ａ）が内部弾性リング（２）の貫通孔（７）を通って内部弾性リングの下側から貫通させられる場合に、弁ニードルの円錐形部分（６）が前記内部弾性リング（２）を十分に外方へ拡開させ、
これにより、シール区分（７ｃ）が、円錐形部分（６）の、シール区分に向かい合って配置された区分よりも大きな直径を有し、該直径が、外方への曲げが行われていない場合には円錐形部分（６）の、前記向かい合って配置される区分よりも小さい、請求項７又は８記載のシールエレメント（１）。
【請求項１０】
組み立てられた状態において前記突出面（７ｄ）が前記円錐形部分の前記底面（６ｃ）の背後に係合し、組み立てられた状態において、突出面（７ｄ）により内部弾性リング（２）の曲げは行われず、シール面（７ｃ）は円錐形部分（６）とシール接触を有する、請求項７から９までのいずれか１項記載のシールエレメント（１）。
【請求項１１】
加圧された流体を供給するための調量装置、特に内燃機関における燃料噴射システムのための噴射弁において使用するための弁ニードル（５，６）であって、前記調量装置に、
−前記加圧流体を含むチャンバ（９）がハウジング（８）内に設けられており、
−前記チャンバを貫通する弁ニードル（５，６）が設けられており、該弁ニードルが弁ニードルシャフト（５）を有しており、該弁ニードルシャフトが、前記チャンバの外部におけるアクチュエータアセンブリと協働する第１の端部（５ａ）と、調量開口の開閉を制御する第２の端部（５ｂ）とを有しており、
−チャンバ（９）の内部から外部（１０）への、前記弁ニードルシャフトの第１の端部（５ａ）のための貫通エレメントとしてのシールエレメント（１）が設けられており、内部圧力が外部圧力よりも高く、チャンバ（９）が外部（１０）に対してシールされている形式のものにおいて、
前記弁ニードル（５，６）が、弁ニードルシャフト（５）とシールエレメント（１）との間に、溶接接合なしに、金属間シール結合を有していることを特徴とする、シールエレメント（１）。
【請求項１２】
円錐形部分（６）が設けられており、該円錐形部分が、弁ニードルシャフト（５）の第１の端部（５ａ）に向けられた、弁ニードルシャフト（５）の直径に対応する直径を有する上端部（６ａ）と、弁ニードルシャフト（５）の第２の端部（５ｂ）に向けられた、前記弁ニードルシャフト（５）から突出した部分として円錐底部（６ｃ）が形成されるように、弁ニードルシャフト（５）の直径よりも大きな直径を有する下端部（６ｂ）とを有している、請求項１１記載のシールエレメント（１）。
【請求項１３】
加圧された燃料を供給するための調量装置、特に内燃機関における燃料噴射システムのための噴射弁であって、
−前記加圧された流体を含むチャンバ（９）がハウジング（８）内に設けられており、
−前記チャンバを弁ニードル（５，６）が貫通しており、該弁ニードルが弁ニードルシャフト（５）を有しており、該弁ニードルシャフトが、前記チャンバの外側のアクチュエータアセンブリと協働する第１の端部（５ａ）と、調量開口の開閉を制御する第２の端部（５ｂ）とを有している形式のものにおいて、
請求項１から１０までのいずれか１項記載のシールエレメント（１）及び／又は請求項１１記載の弁ニードル（５，６）が設けられていることを特徴とする、加圧された燃料を供給するための調量装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧された流体を供給するための調量装置、特に内燃機関の燃料噴射システムのための噴射弁において使用するためのシールエレメント及びバルブニードルに関する。調量装置は、ハウジング内に、前記加圧された燃料を有するチャンバと、このチャンバを貫通した弁ニードルとを有しており、この弁ニードルが、前記チャンバの外側におけるアクチュエータアセンブリと協働する第１の端部と、調量開口の開閉を制御する第２の端部とを備えた弁ニードルシャフトを有しており、さらに調量装置が、チャンバの内側からチャンバの外側への、前記弁ニードルシャフトの第１の端部のための貫通エレメントとして使用されるシールエレメントを有しており、内部圧力が外部圧力よりも高く、チャンバが外部に対してシールされている形式のものである。
【背景技術】
【０００２】
このような調量装置は、例えば欧州特許出願公開第１０４６８０９号明細書に記載されている。
【０００３】
ガソリンエンジンのための高圧直接噴射のための圧電アクチュエータ制御式弁を製造する場合、加圧されたガソリンが流過するチャンバを、アクチュエータアセンブリを含む外部から絶縁することのできるハイドロリックシールを提供することが重要である。
【０００４】
このシールエレメントに対する基本的な要求は、
−流体の、約２００ｂａｒの高圧において、また圧力の関連したピークにおいて、またインジェクタニードルの開閉により生じる水撃ポンプにおいて動作できること
−破壊、クリープ、疲労負荷及び同様のものに対する抵抗を含む、インジェクタの全予想寿命の間の有効性を保証すること
−ガソリンに対する化学的耐性、ターミナルストレスに対する抵抗及び同様のものを含む、作動環境における部材の十分な耐用寿命
−最小限の数の機械的部材及びエレメントの完全な信頼性
−最小限の材料、製造及び組立て時間及びコスト
である。
【０００５】
欧州特許出願公開第１０４６８０９号明細書に記載された調量装置では、シールエレメントは、金属ベローズと、それ自体が軸方向に変形することができかつ２つの記載された容積、例えばチャンバ内のガソリンと外部のアクチュエータアセンブリとしての圧電積層体との間の所要の分離を保証することができるエレメントと、によって形成されている。金属ベローズの上部及び下部のカラーは、それぞれインジェクタニードルと弁体とに取り付けられている。金属ベローズは、ニードルの移動方向での高い機械的弾性と、５００ｂａｒまでの燃料圧力に対する十分な耐性と、−４０℃〜＋１５０℃の所要の温度範囲に亘る漏れに対する高い信頼性とを提供する。しかしながら、金属ベローズを備えたインジェクタは、部材及び製造コストが高く、２つの気密溶接を必要とする複雑な組立てという欠点を有する。
【特許文献１】欧州特許出願公開第１０４６８０９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記のことを考慮して、本発明のもとになる課題は、上に明らかにされた要求を依然として満たしつつ、より簡単にかつより経済的に製造できるような、調量装置において使用するためのシールエレメント及び弁ニードルと、前記タイプの調量装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題は、添付の請求項１の特徴を有するシールエレメントによって達成された。
【０００８】
本発明によるシールエレメントの有利な実施形態は従属請求項２〜１０に開示されている。
【０００９】
本発明による弁ニードルは、本発明の有利な実施形態を定義した添付の請求項１１及び請求項１２に定義されている。
【００１０】
本発明によるシールエレメントを有する本発明による調量装置は、添付の請求項１３に定義されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明によれば、請求項１の上位概念部の特徴を有するシールエレメントは、弁ニードルシャフトとシールエレメントとの間にいかなる溶接部をも有することなく、金属間のシール結合を有している。したがって、本発明によれば、弁ニードルのシャフトとシールエレメントとを気密に結合するためにもはやレーザ溶接技術は使用されない。このレーザ溶接技術は、実際には、接合される部材の材料の高レベルの応力及び変形をもたらし、このことは、疲労割れ、及びニードルと案内エレメントとの間の整合不良を生じるおそれがある。
【００１２】
本発明の有利な実施形態では、シールエレメントは、シールされた形式でハウジングに固定可能な外部リングと、前記金属間結合を用いて弁ニードルシャフトに固定可能な内部弾性リングと、外部リングと内部弾性リングとを結合する薄膜とを有する。前記外部リング及び／又は前記内部弾性リング及び／又は前記薄膜は、金属から形成されていてよく、薄膜はさらに有利には、溶接部に対して曲げ応力を加えることなくチャンバ内の高圧流体が主としてせん断応力を加えるように、外部リング及び／又は内部弾性リングへの溶接を許容する横断面を有している。このことを達成するために、薄膜は、組み立てられた状態において、前記チャンバから外方へ曲がった、半円形断面を有していてよい。したがって、本発明によれば、欧州特許出願公開第１０４６８０９号明細書に開示された金属ベローズに関して、特にインジェクタの長い寿命において、高い信頼性が得られる。なぜならば、動作中に変形される機械的部材の配列、この場合には薄膜は、金属ベローズよりも、破壊及び熱応力に対する高い耐性を有しており、これにより、複数の動作条件における剛性の変動、すなわちポンピング効果等が減じられる。
【００１３】
本発明によるシールエレメントの有利な実施形態において、前記内部弾性リングは、組み立てられた状態において弁ニードルの円錐形部分へのクリップ式の固定を提供し、これにより、弁ニードルシャフトの直径に対応する直径を有する、円錐形部分の上端部は、弁ニードルシャフトの第１の端部に向けられており、前記弁ニードルシャフトから突出する部分として円錐底部が形成されるように弁ニードルシャフトの直径よりも大きな直径を有する円錐形部分の下端部は、弁ニードルシャフトの第２の端部に向けられている。したがって、本発明のこの有利な実施形態によれば、組立て中に必要とされるスクラップ部材の数が減じられ、溶接応力による亀裂はもはや生じない。さらに、弁ニードルのために極めて硬い材料を使用することができ、このことは、レーザ溶接技術を使用する場合には不可能である。別の利点は、組み立てられた部材を、分解することによって復元することができることである。したがって、弾性シーリングのコストが著しく減じられ、製造コストが減じられる。なぜならば、ニードルにおける溶接は不要であり、部材は、高い連続生産に容易に適応可能である。
【００１４】
有利には、前記内部弾性リングは貫通孔を有しており、この貫通孔は、組み立てられた状態において弁ニードルシャフトの第１の端部に向けられた内部弾性リングの上側に設けられた、弁ニードルシャフトの直径よりも大きくかつ円錐部分の下端部よりも小さい第１の内径を備えた第１の面と、内部弾性リングの中間部に設けられた、円錐形部分の下端部の直径よりも大きな第２の内径を備えた第２の面と、第１の面と第２の面とを接続したシール面と、組み立てられた状態において弁ニードルシャフトの第２の端部に向けられた内部弾性リングの第２の面と下側との間に設けられた、弁ニードルシャフトの直径よりも大きくかつ円錐部分の下端部の直径よりも小さな第３の内径を備えた突出面と、を有している。
【００１５】
前記シール面は、有利には、弁ニードルの円錐形部分に適合するような円錐形断面を有している。前記突出面は、有利には、第２の面を越えて内方へ突出しており、これにより、ニードルシャフトの第１の端部が内部弾性リングの貫通孔を通って下側から案内される組立てプロセス中に、弁ニードルの円錐形部分が前記内部弾性リングを十分に外方へ曲げ、これにより、内部弾性リングのシール区分が、円錐形部分の、このシール区分に向かい合って配置される区分よりも大きな直径を有し、この直径は、外方への曲げが行われていない場合には、円錐形部分の、シール区分に向かい合って配置される区分よりも小さい。さらに、有利には、組み立てられた状態において前記突出面が前記円錐形部分の前記底面の背後に掛合し、この状態において、突出面により内部弾性リングの曲げは行われず、シール面は円錐形部分とシール接触する。
【００１６】
このようなクリップ形式の固定により、特に容易にシールエレメントを弁ニードルに組み付けることができ、また、これらの部材を、破壊することなく分解することができる。さらに、提案された金属間シールは、シールエレメントのための前記基本的要求を満たすことを保証する。
【００１７】
本発明によれば、請求項１１の上位概念部の特徴を備えた弁ニードルは、弁ニードルシャフトとシールエレメントとの間において溶接接合が用いられない、金属間シール結合を含んでいる。
【００１８】
有利には、本発明による弁ニードルは、弁ニードルシャフトの第１の端部に向けられた、弁ニードルシャフトの直径に対応する直径を有する上端部と、弁ニードルシャフトの直径よりも大きな直径を有する下端部とを有しており、これにより、円錐底部が、弁ニードルシャフトの第２の端部に向けられた、前記弁ニードルシャフトから突出した部分として形成されている。
【００１９】
加圧された流体を含む、ハウジング内のチャンバと、前記チャンバを貫通した弁ニードルとが設けられており、弁ニードルシャフトが、前記チャンバの外側におけるアクチュエータアセンブリと協働する第１の端部と、本発明による調量開口の開閉を制御する第２の端部とを備えている、本発明による、加圧された流体を供給するための調量装置、特に、内燃機関における燃料噴射システムのための噴射弁は、本発明によるシールエレメント及び／又は弁ニードルを有している。
【００２０】
本発明の構造及び操作方法は、本発明の付加的な課題及び利点と相俟って、添付の図面に関連した、以下の特定の実施例の説明から最もよく理解されるであろう。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の実施形態による噴射弁の下側部分の概略的な縦断面図である。弁体のハウジング８は、弁ニードルのプランジャによって開閉される調量開口で終わった、加圧された流体のための出口通路を有している。プランジャは、弁ニードルシャフト５の第２の端部５ｂによって作動させられ、弁ニードルシャフトの第１の端部５ａは、図示されていないアクチュエータアセンブリ、例えば圧電アクチュエータアセンブリによって作動される。ハウジングは、本発明によるシールエレメント１によって外部１０に対してシールされた、加圧されたガソリンのためのチャンバ若しくはガソリン領域９を有しており、このチャンバを通って、弁ニードル５が、アクチュエータアセンブリが配置されている外部１０からチャンバ９を通って、調量開口を開閉させる、弁ニードルシャフト５の第２の端部５ｂに配置されたプランジャまで案内されている。
【００２２】
本発明によるシールエレメント１は、弁体のハウジング８に気密に溶接された外部リング４と、弁ニードルの円錐形部分６に対して気密な金属間シール結合を提供する内部弾性リング２と、外部リング４及び内部弾性リング２に気密に溶接された薄膜３とを有している。
【００２３】
図２は、図１に示されたシールエレメント１と、弁ニードルの弁ニードルシャフト５及び円錐形部分とを、より詳細に、完全に組み立てられていない状態で示している。特に、弁ニードルの円錐形部分６は、弁ニードルシャフト５の直径に対応する直径を有しておりかつ弁ニードルシャフト５の第１の端部５ａに向けられた上端部６ａと、弁ニードルシャフト５の直径よりも大きな直径を有しておりかつ弁ニードルシャフト５の第２の端部５ｂに向けられた下端部６ｂとを有している。これにより、円錐底部６ｃが、この実施例において垂直な形式で、前記弁ニードルシャフト５から突出した部分として形成されている。
【００２４】
内部弾性エレメント２は、貫通孔７を有しており、この貫通孔７を通って弁ニードルシャフト５が案内されており、これにより、組み立てられた状態において、弁ニードルの円錐形部分６が、その独特の設計によりこの貫通孔内に捕捉され、それと同時に気密な金属間シール結合が形成される。貫通孔７は、貫通孔の第１の内径を規定した第１の面７ａを有しており、この内径は、弁ニードルシャフト５の直径よりも大きく、円錐形部分６の下端部６ｂよりも小さい。この第１の面は、組み立てられた状態において、弁ニードルシャフト５の第１の端部に向けられた、内部弾性リング２の上側に設けられている。さらに、貫通孔７は、貫通孔の第２の内径を規定した第２の面７ｂを有しており、この第２の内径は、円錐形部分の下端部６ｂの直径よりも大きく、内部弾性リング２の中間部に設けられている。シール面７ｃは、第１の面７ａと第２の面７ｂとを接続している。シール面は、弁ニードルの円錐形部分６に適合するようになった貫通孔７の円錐形横断面を規定している。さらに、貫通孔７は、第２の面７ｂと、組み立てられた状態において弁ニードルシャフト５の第２の端部５ｂに向けられる、内部弾性リングの下側との間に、突出面７ｄを有している。突出面７ｄは、貫通孔の第３の内径を規定しており、この第３の内径は、弁ニードルシャフト５の直径よりも大きく、円錐形部分６の下端部６ｂの直径よりも小さい。突出面７ｄは、一定の第３の内径を有していなくてもよく、規定された貫通孔７の種々異なる内径が前述の要求を満たす限りは、丸味付けられた又は段階的な形状を有していてよい。
【００２５】
図３は、３つの段階において、本発明によるシールエレメントの組立てを、すなわち図２に示された組立て状態Ａから図１に示された組立て状態Ｃまでを示している。図２に関して前述したように、組立て状態Ａにおいて、図３の左側にも示されているが、弁ニードルシャフト５がシールエレメント１の貫通孔７を通って案内され、この場合、弁ニードルシャフトの上端部５ａが内部弾性リングの下側から上側まで案内される。さらに導入されると、図３の中央に示された、組立て状態Ｂが得られ、この状態において、突出面７ｄが弁ニードルの円錐形部分６と接触し、内部弾性リング２全体が弾性的に拡開し、図３の右側に第３の組立て状態Ｃとして示されているような、弁ニードル、すなわち弁ニードルの円錐形部分６における最終位置へ、シールエレメント１を完全に案内することができる。組立てプロセスのこの最終ステップの間、貫通孔７の突出面７ｄは弁ニードルの円錐形部分６の下端部６ｂとの接触を緩め、これにより、内部弾性リング２は弛緩した形状を回復し、突出面７ｄは円錐形部分６の底面６ｃの背後に掛合し、これにより、金属間シール領域、すなわち貫通孔７のシール面７ｃにおいて、締りばめを形成する。したがって、軸方向に可動な弁ニードルとインジェクタの弁体との間に金属間シール結合が形成される。なぜならば、シールエレメントの外部リングは、弁体のハウジング８に、シールされた形式で固定されており、内部弾性リング２は、シールされた形式で、弁ニードルの円錐形部分６に固定されており、内部弾性リング２と外部リング４とを接続させた薄膜も、前記エレメントにシールされた結合を提供するからである。
【００２６】
薄膜３の形状は、高圧流体が、外部リング４と内部弾性リング２に対する薄膜３の溶接部１１に、曲げ応力なしにせん断応力を加え、このことは、高い疲労応力抵抗を生じることができる。この特定の実施形態において、薄膜３は、組み立てられた状態において、前記チャンバ８から外方へ曲がった半円形の横断面を有している。
【００２７】
薄膜３と、外部リング４と、内部弾性リング２とは、有利には金属から形成されている。
【００２８】
前記説明、図面及び請求項に開示された特徴は、それ自体及びあらゆる可能な組み合わせで、本発明の実現のために重要である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による噴射弁の下側部分の概略的な縦断面図である。
【００３０】
【図２】分解された状態における、シールエレメント及び弁ニードルの部分の概略的な縦断面図である。
【００３１】
【図３】別の組立て状態における、本発明によるシールエレメント及び弁ニードルの、３つの概略的な縦断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  シールエレメント、  ２  内部弾性リング、  ３  薄膜、  ４  外部リング、  ５  弁ニードルシャフト、  ５ａ  第１の端部、  ５ｂ  第２の端部、  ６  円錐形部分、  ６ａ  上端部、  ６ｂ  下端部、  ６ｃ  底面、  ７  貫通孔、  ７ａ  第１の面、  ７ｂ  第２の面、  ８  ハウジング、  ９  チャンバ、  １０  外部、  １１  溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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