(57)【要約】本発明は、高い運転圧下に置かれる構成部分（１）、例えば内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するためのインジェクタの構成要素（２，５）間のねじ結合部に関する。ねじ結合部（３）の構成要素（２，５）の一方に、塑性変形を可能にするような局所的な横断面の減少部（１９）が形成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い運転圧下に置かれる構成部分（１）、例えば燃料を噴射するためのインジェクタの構成要素（２，５）間の高いシール作用を有したねじ結合部（３）を形成するための方法であって、
ねじ結合部（３）の構成要素（２，５）の一方に、これらの構成要素（２，５）の予め設定可能な組み付け力のものとで、これら構成要素（２，５）の一方の材料の降伏限界Ｒｐ０．２に達することが保証されるような横断面（２１）を設けることを特徴とする、ねじ結合を形成するための方法。
【請求項２】
ねじ結合部（３）を、弾性限界制御されたねじ込みステーションで形成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
ねじ結合部（３）の構成要素（２，５）の一方の降伏開始点（２４）を、組み付けプレロード力のための制御値（４）として利用する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ねじ込みステーションの制御を、組み付けモーメントＭＭと回転角度（２２）の商から算出する、請求項２記載の方法。
【請求項５】
構成要素（２，５）の一方の材料の降伏開始点（２４）に達した場合に、組み付けモーメントＭＭを、安全範囲（２９）の内側で、遮断点（２５）まで高める、請求項２記載の方法。
【請求項６】
高い運転圧下に置かれる構成部分（１）、例えば燃料を噴射するためのインジェクタの構成要素（２，５）間のねじ結合部（３）において、
ねじ結合部（３）の構成要素（２，５）の一方に、塑性変形することができる、局所的な横断面（２１）の減少部（１９）が形成されていることを特徴とする、構成要素（２，５）間のねじ結合部。
【請求項７】
横断面（２１）の局所的な減少部（１９）が、構成部分（２，５）の外径Ｄの減少部として形成されている、請求項６記載のねじ結合部。
【請求項８】
ねじ結合部（３）の構成要素（２，５）が、横断面（２１）の局所的な減少部（１９）で減少された壁厚さ（２０）を有している、請求項６記載のねじ結合部。
【請求項９】
ねじ結合部（３）の構成要素（２，５）の一方に、軸方向にプレロードをかけられる構成部分（４）のための座面（１３）が装着されている、請求項６記載のねじ結合部。
【請求項１０】
構成要素（２，５）の一方に形成された前記座面（１３）が環状に形成されている、請求項９記載のねじ結合部。
【請求項１１】
前記構成要素（２，５）が、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するためのインジェクタのインジェクタ本体と、ノズル緊締ナットとである、請求項６記載のねじ結合部。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
内燃機関の燃焼室に燃料を噴射するための噴射システムにおけるインジェクタは最大の圧力に晒されている。燃料インジェクタの効率を損なわないために、燃料インジェクタの個々の構成部分が有していなければならないシール性に高い要求が課せられる。複数の部分から成る燃料インジェクタでは、通常、インジェクタ本体とノズル本体とは、ノズル緊締ナットを介して互いにねじ締結されている。この場合、ねじ結合部を介して互いに緊締される部分は、シール作用を損なわないために、平坦に互いに接触していることが保証されていなければならない。
【０００２】
背景技術
例えば高圧捕集室（コモンレール）を有した燃料噴射システムで使用するための燃料インジェクタを製造する場合、インジェクタ本体とノズル緊締ナットとの組み付けの際に、不密性が生じる恐れがある。この不密性には、種々の原因が考えられる。例えば、シール面で互いに接触した構成部分の表面粗さが大きすぎること、軸方向のプレロード力が小さすぎるために構成部分間の面圧が小さすぎること、または面圧が周辺に不均一に分配されることなどである。
【０００３】
軸方向力の不均一な分配は、大部分は、平面度誤差に起因する。この平面度誤差は、例えばシール面とインジェクタ本体の間、シール面とノズルとの間、肩部とノズルとの間、肩部のノズル緊締ナットとの間などで生じることがある。燃料インジェクタが予め組み付けられた状態で平面度誤差を有した構成部分の不都合な位置により、低い表面圧力が生じる恐れがあり、そのシール作用は、燃料噴射装置のインジェクタにおいて生じる高圧のもとでは著しく損なわれる。その結果、燃料インジェクタの構成要素である、インジェクタ本体とノズル緊締ナットとが正確な引き締めモーメントで互いにねじ締結されているにもかかわらず、燃料インジェクタにおいて漏れや不密が生じることとなる。その結果、インジェクタの効率を損なう不密性が生じ、一度流出された燃料の浸透特性に基づき、内燃機関のシリンダヘッド領域にオイルが漏れることになる。
【０００４】
発明の開示
本発明により提案される、燃料インジェクタのノズル緊締ナットに突っ切り溝を設けるという手段の利点は、自動化されたねじ込みステーション内でのねじ込み過程の終了時に、ノズル緊締ナットの材料の塑性変形が行われるということにある。ノズル緊締ナットの例えば周面に突っ切り溝を設けることにより、この脆弱部の領域における横断面は局部的に減少され、ノズル緊締ナットに形成される目標領域を成す。この目標領域でノズル緊締ナットは、その材料の降伏限界に達した後、塑性変形される。燃料インジェクタのノズル緊締ナットのために使用される材料に応じて横断面は、所望の組み付け力において、自動化されたねじ込みステーションで、ノズル緊締ナットの材料の降伏限界Ｒｐ０．２に確実に達するように選択される。
【０００５】
ノズル緊締ナットの外径は、ほぼ特性線の関係からわかる。比較的大きな軸方向力を選択するまたは比較的軟質の材料を選択することにより、必要な横断面、即ちノズル緊締ナットの外径Ｄは拡大される。このことは同じ製造誤差では、軸方向力の、形状に基づくばらつきを比較的僅かにし、これは例えば、公称直径からのずれ、および、内径の外径に対する同心性に関するずれに基づくものである。
【０００６】
軸方向力が周囲に不均一に分配される場合には、軸方向力が比較的大きな領域で、降伏限界に達した後の塑性変形時の材料の降伏により、比較的大きな変形距離が生じる。これによりさらに、面圧の均一な分配が得られる。このことは、インジェクタの、提案されたねじ結合部を介して互いに接合される構成部分のシール性を改善する。
【０００７】
自動化されたねじ込みステーションにおいて規定の締め付けモーメントを生ぜしめるための特に精密な締め付け法は、弾性限界制御されたねじ締結である。この場合、例えばノズル緊締ナット（またはねじ）の材料の降伏開始点が、組み付けプレロード力のための制御値として利用される。自動化されたねじ込みステーションの制御は、Δ組み付けモーメント／Δ回転角度の関係で行われる。この関係は、フックの領域においてほぼ直線的に延びている。降伏限界に達して初めて、曲線の延びが変化する。
【０００８】
図面
次に図面につき本発明を詳しく説明する。
【０００９】
図１は、構成部分の平面度誤差と不均一に分配された軸方向の力とに基づき燃料インジェクタの構成部分間に生じた不密性を示す図であって、
図２は、減じられた壁厚で形成された脆弱領域を有する、インジェクタ本体にねじ込まれたノズル緊締ナットと、これに所属の細部Ｘの拡大図とを示す図であって、
図３は、ノズル緊締ナットに作用する個々のモーメントを示した図であって、
図４は、ねじ込みステーションの基準となる、Δ組み付け力とΔ回転角度との関係を示した図である。
【００１０】
実施例
図１には、構成部分の平面度誤差と不均一に分配された軸方向の力とに基づき燃料インジェクタの構成部分間に生じた不密性が示されている。
【００１１】
互いに嵌合される複数の構成部分から成る燃料インジェクタ１は、主としてインジェクタ本体２を有しており、このインジェクタ本体２は、ノズル緊締ナット５によってノズル本体４を収容している。インジェクタ本体２と、ノズル本体４と、ノズル緊締ナット５とは、対称軸線６に対して回転対称的な構成部分として形成されている。インジェクタ本体２には、中央孔８と、この中央孔８に対して幾分傾斜して、対称軸線６に対してほぼ平行に延びる高圧供給孔７とが設けられている。この高圧供給孔７によって、ノズル本体４内に摺動可能に収容されたノズルニードル（図示せず）と、このノズルニードルを取り囲むノズル室とに負荷される。
【００１２】
図１に示したように、インジェクタ本体２と、ノズル本体４を収容するノズル緊締ナット５とは、互いに向き合う端面の間のシール領域で、平坦に互いに接しているのではなく、傾斜１１をもって存在している。この傾斜１１は、誇張されて図示された角度で示されている。
【００１３】
インジェクタ本体２の平面度誤差に基づき、もしくはノズル本体４の頭部が比較的大きな直径で形成されるのに基づき、図１に示した傾斜は、インジェクタ本体２とノズル本体４との間の分離接合部１０においてだけではなく、座面１３の領域、即ち、ノズル本体４の内面に形成される環状の区分にも生じる。図１によれば、ノズル本体４は、平面度誤差に基づき、ノズル緊締ナット５の内面に延びる環状の座面１３に関して傾斜している。このことは、ノズル緊締ナット５の座面１３に関するノズル本体座部１２の変位として符号１１で示されている。
【００１４】
万全を期すために述べるが、ノズル本体４は、内燃機関（図示せず）の燃焼室に突入する端部に、ドーム状のノズル円錐１５を有している。このノズル円錐１５を介して、高圧下の燃料が内燃機関の燃焼室に噴射される。
【００１５】
不密性を有したインジェクタ１の図の下方に、主としてインジェクタ本体２と、ノズル本体４と、ノズル緊締ナット５とから成るこのように組み付けられたインジェクタで生じる軸方向力の分布１６が示されている。軸方向力の分布１６の図によれば最大の軸方向力は、インジェクタ本体２と、ノズル本体４の頭部との間で、分離接合部１０に沿って材料接触が生じる領域、もしくは、ノズル本体座部１２と、ノズル緊締ナット５の内面に形成されるリング状の面１３との間に生じることがわかる。反対側で、即ち、ここでは誇張して図示された最大の傾斜１１が生じる領域では、当然、軸方向力１６は最小である。図示した構成部分２，４，５における図１に示した軸方向力の分布１６に基づき、周面における面圧が不均一に分配される。このような不均一性は、インジェクタ本体２と、ノズル本体４との間、もしくはノズル本体座面１２と、ノズル緊締ナット５の環状面１３との間に不密性を引き起こす。
【００１６】
図２には、減じられた壁厚で形成された脆弱領域を有する、インジェクタ本体にねじ込まれたノズル緊締ナットと、これに所属の細部Ｘの拡大図とが示されている。
【００１７】
図２により、ねじ結合部３で、インジェクタ本体２と、ノズル本体４を収容するノズル緊締ナット５とが互いにねじ締結されていることがわかる。このためにインジェクタ本体２には雄ねじ山１７（図１参照）が設けられており、ノズル緊締ナット５の内面には雌ねじ山１８（図１参照）が設けられている。図２によれば、インジェクタ本体２と、ノズル本体４の、インジェクタ本体２に面した端面とが、分離接合部１０の領域で互いに接触していることがわかる。
【００１８】
ノズル本体４の肉厚な頭部領域は、ノズル本体４の頭部領域の周面と、ノズル緊締ナット５の内面との間に環状ギャップ２８が形成されるようにノズル緊締ナット５によって取り囲まれている。
【００１９】
ノズル緊締ナット５の外周面は、領域１９において、減じられた横断面２１で形成されている。この領域１９では、減じられた壁厚２０が存在しており、この壁厚さは、ノズル緊締ナット５が、減じられた横断面２１を有する領域以外で形成されている壁厚よりも小さい。
【００２０】
ノズル本体４は、ノズル本体座面１２で、ノズル緊締ナット５の内面に形成された座面１３に載置されており、ノズル緊締ナット５の下面で孔１４を貫通している。
【００２１】
ノズル緊締ナット５の、拡大図で示された減じられた横断面２１の細部Ｘが示されている。図２に示した燃料インジェクタの圧力負荷を受ける構成部分２，４，５の間の、高いシール性を有したねじ結合部３を生ぜしめるために必要な組み付け力に応じて、脆弱領域１９における横断面２１は、所望の組み付け力のもとで、ノズル緊締ナット５の材料の降伏限界Ｒｐ０．２が確実に得られるように選択されている。降伏限界Ｒｐ０．２は、以下の関係のように規定されている。
【００２２】
【数１】
2004518889.tif 000003
【００２３】
この場合、
ＦＭ＝組み付け力
Ａ＝横断面２１
ＭＧ＝ねじモーメント
Ｗｔ＝横断面２１におけるねじれ抵抗モーメント、である。
【００２４】
ノズル緊締ナット５の領域１９における材料の脆弱化は、ノズル緊締ナット５の外径Ｄを減じることにより得られる。これにより、ノズル緊締ナット５の内径ｄに対して減じられた肉厚２０が領域１９に生じる。これにより、ノズル緊締ナット５の領域１９において減じられた横断面２１は、π（Ｄ２−ｄ２）／４の関係で表すことができる。外径Ｄは、ほぼ例えばグラフによって規定することができる。このために適した特性線のグラフが考慮される。比較的大きな軸方向力１６を選択することにより、またはノズル緊締ナット５の製造に軟質の材料を選択することにより、領域１９で必要な横断面は拡大される。即ち、外径Ｄが拡大される。図３により、ノズル緊締ナット５に作用する個々のモーメントが示されている。
【００２５】
ノズル緊締ナット５の雌ねじ山１８の領域には、以下の式で示されるねじモーメントが作用する。
【００２６】
ＭＧ＝ＦＭ×（０．１６×Ｐ＋０．５８×ｄ２×μＧ）
この場合、
Ｐ＝ねじ山のピッチ
ｄ２＝ねじ山の縁部の直径
μＧ＝ねじ山における摩擦係数
ノズル緊締ナット５の内面に形成されている座面１３の領域には摩擦モーメントＭＲＡが作用しており、この摩擦モーメントＭＲＡは、ノズル本体座部１２がノズル緊締ナット５の座面１３に接触することにより、組み付けモーメントＭＭを減じる。ノズル緊締ナット５の開口１４の領域では、軸方向のプレロード力１６を生ぜしめるために必要な組み付けトルクＭＭしか作用しない。ねじモーメントＭＧと摩擦モーメントＭＲＡとは互いに同じ方向に向けられていて、組み付けトルクは、モーメントＭＲＡもしくはＭＧとは反対に向けられている。
【００２７】
図４には、自動化されたねじ込みステーションの基準となる、Δ組み付けモーメントとΔ回転角度との関係が示されている。
【００２８】
大量生産する場合には、ねじ結合部３は、例えば、インジェクタ本体２と、インジェクタ１のノズル緊締ナット５との間で、自動化されたねじ込みステーションにおいて製造される。領域１９における減じられた横断面２１を有した構成部分、例えばノズル緊締ナット５を製造する材料に応じて、試験により算出されたモーメント安全範囲２９が自動的なねじ込みステーションの制御のために変換可能な形式で提供される。
【００２９】
これに従ってインジェクタ本体２が、自動化されたねじ込みステーションの緊締チャックに緊締され次いで、挿入されたノズル本体４を有したノズル緊締ナット５が、インジェクタ本体２の雄ねじ山１７にねじ込まれる。まず最初に、組み付けモーメントＭＭが、所望の組み付け力、即ち軸方向力１６に応じて継続的に上昇される。ノズル緊締ナット５を製造するために使用される材料の降伏開始点２４の下側にあるうちは、ノズル緊締ナット５の材料における応力は、図４のフックの直線２６に相応するように継続的に上昇する。ノズル緊締ナット５の雌ねじ山１８を、インジェクタ本体２の雄ねじ山１７にねじ込んでいる間に、降伏限界Ｒｐ０．２の達成は、次の関係にある。
【００３０】
【数２】
2004518889.tif 000004
【００３１】
ノズル緊締ナット５の材料の降伏限界Ｒｐ０．２に達すると、安全範囲２９の下限をマークしている降伏開始点２４となる。図４に示した安全範囲２９は、自動化されたねじ込みステーションの遮断点２５によってマークされている。降伏限界Ｒｐ０．２が越えられることにより、脆弱化された領域１９を有するノズル緊締ナット５の材料が、実際においても塑性変形されることが確実となる。安全範囲２９の内側では、ノズル緊締ナット５の材料は、直線的に延びる直線２６によって示されたフックの領域を出て、塑性変形する領域２７に移行する。自動化されたねじ込みステーションの遮断点２５に相当する遮断角度は、図４のグラフの回転角度を示す軸に記されている位置符号２３で示されている。
【００３２】
高い運転圧に晒される燃料インジェクタの良好なシール作用のために必要な軸方向力１６は、自動化されたねじ込みステーションを相応にプログラミングする前に、角度締め付け法によるねじ込み試験によって軸方向力１６を算出することにより得られる。ノズル緊締ナット５における横断面２１の算出のためには、この軸方向力１６が想定され、この軸方向力１６から、選択された組み付け力に達せられた場合（図４参照）に、相応の材料の降伏が開始２４する横断面２１の外径Ｄが規定される。自動化されたねじ込みステーションで実行される正確な締め付け法は、弾性限界制御されたねじ込み法であって、このようなねじ込み法では、ノズル緊締ナット５（または例えばねじのようなその他の構成部分）の材料の降伏開始点２４が、組み付けプレロード力のための制御値として利用されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
構成部分の平面度誤差と不均一に分配された軸方向の力とに基づき燃料インジェクタの構成部分間に生じた不密性を示す図である。
【図２】
減じられた壁厚で形成された脆弱領域を有する、インジェクタ本体にねじ込まれたノズル緊締ナットと、これに所属の細部Ｘの拡大図とを示す図である。
【図３】
ノズル緊締ナットに作用する個々のモーメントを示した図である。
【図４】
ねじ込みステーションの基準となる、Δ組み付け力とΔ回転角度との関係を示した図である。
【国際公開パンフレット】
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2004518889.tif 000006
2004518889.tif 000007
2004518889.tif 000008
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2004518889.tif 000012
2004518889.tif 000013
2004518889.tif 000014
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2004518889.tif 000016
2004518889.tif 000017
2004518889.tif 000018
【国際調査報告】
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