(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁操作可能な弁、特に混合気圧縮型の火花点火式内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁であって、弁長手方向軸線（２）と、電磁コイル（１０）によって少なくとも部分的に取り囲まれたコア（１１）と、可動子（１２）と、弁座（２６）と協働する弁閉鎖体（１３）と、可動子（１２）と弁閉鎖体（１３）とを結合する管状の結合部分（１４）とが設けられていて、該結合部分（１４）が、壁を貫通するスリット（５１）を備えており、該スリット（５１）が、結合部分（１４）の軸方向長さ全体にわたって延びている形式のものにおいて、スリット（５１）が、弁閉鎖体（１３）寄りの端部（５６）のスリット範囲（５８）に、スリット（５１）の残りの軸方向延在長さにわたって形成された開口幅よりも小さな開口幅を有していることを特徴とする、電磁操作可能な弁。
【請求項２】
結合部分（１４）が金属薄板から形成されている、請求項１記載の弁。
【請求項３】
前記端部（５６）におけるスリット（５１）の開口幅が、スリット（５１）の残りの延在長さにわたって形成された開口幅の約２０％でしかない、請求項１または２記載の弁。
【請求項４】
結合部分（１４）の壁が、該壁を貫通する少なくとも１つの流れ開口（５５）を備えている、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁。
【請求項５】
結合部分（１４）の前記端部（５６）で結合部分（１４）の周面に、スリット（５１）に正確に向かい合って位置するように切欠き（５９）が設けられており、該切欠き（５９）が下端面（６０）に向かって開いている、請求項１記載の弁。
【請求項６】
前記切欠き（５９）が滴状に加工成形されており、しかも下端面（６０）に向かって開口幅が減小している、請求項５記載の弁。
【請求項７】
結合部分（１４）が打抜き加工と、後続のロール巻き加工または曲げ加工によって製造可能である、請求項２記載の弁。
【請求項８】
結合部分（１４）を製造するために金属薄板から打抜き加工された薄板区分（５０）が、ほぼ方形の形状を有しており、薄板区分（５０）の一方の端部（５６）に、薄板区分（５０）の長辺側から少しだけ突出した拡張部（５７）が設けられている、請求項７記載の弁。
【発明の詳細な説明】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の電磁操作可能な弁から出発する。ドイツ連邦共和国特許第３８３１１９６号明細書より、弁座支持体の貫通孔内で軸方向に運動可能な弁ニードルを有する電磁操作可能な弁が既に公知である。この弁ニードルは円筒状の可動子と、球状の弁閉鎖体と、これら２つの構成部分を互いに結合する管状もしくはスリーブ状の結合部分とから形成される。結合部分は平らな金属薄板から製造され、この金属薄板はスリーブに似た円筒状の形状をとるまでロール巻き加工されるか、または曲げ加工される。この形状において結合部分は軸方向長さ全体にわたって延びるスリットを有している。このスリットは軸平行に延びているか、または弁長手方向軸線に対して斜めに延びていてよい。使用された金属薄板の、長手方向に延びる両端面は、互いの間にスリットを形成するように一定の間隔を置いて互いに向かい合って位置している。レーザ（連続波レーザ、Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ  Ｌａｓｅｒ）を用いて溶接シームを設けることによって結合部分と弁閉鎖体との間に固い結合を形成する際には、比較的広幅のスリットに、不都合な陥没箇所が生じる。この場合、陥没箇所とは、溶融のための材料が僅かにしか存在せず、ひいては材料が内方に向かって陥没するような範囲である。その結果、溶接シームはこのような箇所では、くぼみ状の凹部を有し、このような凹部が溶接シームの欠陥となる。レーザビームはスリットを擦過する際に遮断されないにもかかわらず、スリットの範囲では溶接シームが中断部を有する恐れがある。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第４００８６７５号明細書に基づき既に公知の電磁操作可能な弁では、弁閉鎖体が溶接シームによって結合部分に固定されており、この場合、溶接シームは少なくとも長手方向スリットの範囲または付加的に別の箇所において周方向で中断されている。
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の構成を有する本発明による電磁操作可能な弁は、この弁が特に簡単にかつ廉価に製造可能であるという利点を有している。結合部分が比較的大きな許容誤差を有するという利点も得られる。結合部分の小さな重量と大きな安定性とが得られると同時に、結合部分は大面積の液圧的な流れ横断面を有している。スリットが軸方向長さ全体にわたって延びていることに基づき、結合部分はばね弾性的に形成されており、これにより可動子および弁閉鎖体との結合が容易となる。結合部分がばね弾性的にフレキシブルとなることに基づき、この結合部分は応力をかけられて可動子の内側開口に押込み可能となるので、可動子組付け時における不都合なチップ形成が回避される。他方において、弁閉鎖体は結合部分の、可動子とは反対側の端部に極めて簡単かつ確実に固定され得る。なぜならば、スリットが、著しく減じられた開口幅を有しているからである。弁閉鎖体を結合部分に固定するために一貫したレーザ溶接（連続波レーザ）が使用されると、著しい中断部を有しない溶接シームが得られるので有利である。結合部分の一方の端部でスリット幅が減じられることに基づき、溶接される横断面の増大が得られ、スリット縁部における溶接シームの陥没箇所がほぼ完全に回避される。非磁性材料から製造された結合部分のスリットは、望ましくない渦流形成を回避する。
請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の弁の有利な改良が可能になる。
結合部分が金属薄板から製造されると有利である。この場合、薄板区分が、まずほぼ方形の形状に打抜き加工され、次いでロール巻き加工されるか、または曲げ加工される。結合部分のスリットは、薄板区分のそれぞれ縦長の端面がわずかな間隔を置いてそれぞれ互いに向かい合って位置することによって形成される。
たとえば球状に形成されている弁閉鎖体の固い結合は、結合部分の、スリット幅減小部を備えた端部において、３６０°だけ完全に巡って延びる溶接シームによって得られると有利である。このような溶接シームは極めて高い動的強度を有している。
結合部分の、弁閉鎖体寄りの下端部で周面に、スリットに正確に向かい合って位置するように切欠きが設けられていると有利である。この切欠きにより、弁ニードルの確実なすすぎ出しが保証される。この切欠きが滴形の形状を有していると有利であり、この場合、直接に結合部分の下端面に極めて小さな開口幅が存在している。したがって、溶接シームの中断の危険は著しく減じられる。切欠きにおける溶接シームの陥没箇所は問題にならない。なぜならば、結合部分の軸方向長さ全体にわたって延びるスリットにおけるよりも、動的負荷が著しく小さいからである。
流れ特性によって、噴射される燃料に好ましくない影響が与えられることを回避するために、結合部分の壁が、この壁を貫通する複数の流れ開口を備えていることも同様に有利である。
図面
以下に、本発明の実施例を図面に基づき詳しく説明する。第１図は、部分的に示された電磁操作可能な弁を示しており、第２図は、軸方向に運動可能な弁ニードルの結合部分を加工成形するための薄板区分を示しており、第３図は、結合部分を個別構成部分として示している。
実施例の説明
第１図には、本発明の１実施例として、混合気圧縮型の火花点火式内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁として形成された電磁操作可能な弁の一部が示されている。この弁は管状の弁座支持体１を有しており、この弁座支持体１には弁長手方向軸線２に対して同心的に長手方向孔３が形成されている。長手方向孔３内には、軸方向に可動な弁ニードル６が配置されている。
弁の電磁操作は公知の形式で行われる。弁ニードル６を軸方向に運動させ、ひいては戻しばね８のばね力に抗して弁を開放するか、もしくは弁を閉鎖するためには、電磁コイル１０とコア１１と可動子１２とを有する電磁回路（部分的にしか図示しない）が働く。弁ニードル６は可動子１２と、たとえば球状の弁閉鎖体１３と、これら２つの個別構成部分、つまり可動子１２および弁閉鎖体１３を結合する結合部分１４とによって形成され、この場合、結合部分１４は管状の形状を有している。戻しばね８はその下端部で結合部分１４の上端面に支持されている。可動子１２は結合部分１４の、弁閉鎖体１３とは反対側の端部に溶接シーム１５によって結合されていて、コア１１に向けられて位置調整されている。他方では、弁閉鎖体１３も結合部分１４の、可動子１２とは反対側の端部に、たとえば溶接シーム１６によって固く結合されている。電磁コイル１０はコア１１を取り囲んでおり、コア１１は、図示の弁によって調量したい媒体、つまりこの場合には燃料の供給のために働く燃料流入管片（詳しく図示しない）の、電磁コイル１０によって取り囲まれた端部を成している。
コア１１の下端部と弁座支持体１とには、弁長手方向軸線２に対して同心的に管状の金属製の中間部分１９が、たとえば溶接によって密に結合されている。弁座支持体１の、コア１１とは反対側の下流側に位置する端部では、弁長手方向軸線２に対して同心的に延びる長手方向孔３内に円筒状の弁座体２５が溶接によって密に組み付けられている。弁座体２５はコア１１に面した側に固定の弁座２６を有している。
電磁コイル１０は、たとえばヨークとして形成された、強磁性素子として働く少なくとも１つの導磁性エレメント３０によって周方向で少なくとも部分的に取り囲まれている。導磁性エレメント３０はその一方の端部ではコア１１に接触していて、他方の端部では弁座支持体１に接触していて、それぞれコア１１もしくは弁座支持体１にたとえば溶接、ろう接または接着結合によって結合されている。
弁閉鎖体１３を軸方向運動時に案内するためには、弁座体２５に設けられたガイド開口３１が働く。弁座体２５の、弁閉鎖体１３とは反対側の下端面３２は、たとえばポット状に形成された噴射孔付き板３４に同心的にかつ固く結合されている。弁座体２５と噴射孔付き板３４との結合は、たとえばレーザによって形成された環状の密な溶接シーム４５によって行われる。このような組付けにより、噴射孔付き板３４の、浸食加工または打抜き加工によって形成された少なくとも１つの、たとえば４つの噴射開口４６の範囲に、望ましくない変形が生じる危険が回避されている。
弁座体２５と噴射孔付き板３４とから成る弁座部分を長手方向孔３内に押し込む際の押込み深さにより、特に弁ニードル６の行程調節が規定される。なぜならば、電磁コイル１０が励磁されていない状態における弁ニードル６の一方の終端位置は、弁閉鎖体１３が弁座体２５の弁座２６の面に当接することによって規定されているからである。弁ニードル６の他方の終端位置は、電磁コイル１０が励磁された状態において、たとえば可動子１２の上端面２２がコア１１の下端面３５に当接することによって規定される。弁ニードル６の前記両終端位置の間の距離が行程を成す。
球状の弁閉鎖体１３は、弁座体２５の弁座２６の、ガイド開口３１の下流側に形成されかつ流れ方向で円錐台形状に先細りになった面と協働する。ガイド開口３１は少なくとも１つの流れ通過部２７を有しており、この流れ通過部２７は、弁座体２５の弁座２６の方向において媒体の流れを可能にする。他方では、弁閉鎖体１３にも溝または平らな面取り部の形の流れ通過部が設けられていてよい。
第３図には、弁ニードル６の本発明による結合部分１４が、可動子１２および弁閉鎖体１３との固い結合を得る前の個別構成部分として図示されている。第２図には薄板区分５０が図示されていて、この薄板区分５０から結合部分１４が製造可能となる。結合部分１４の上流側の端部には、たとえば面取り部４８が環状に加工成形されている。管状もしくはスリーブ状の結合部分１４の壁には、この壁を半径方向で完全に貫通している縦長のスリット５１が設けられている。スリット５１は結合部分１４の全長にわたって延びているが、しかし結合部分１４の周方向では互いに異なるスリット幅を有する、少なくとも２つの軸方向に延びる範囲を有している。
コア１１から内側の長手方向開口５２に流入した燃料は、スリット５１を通じて外方に向かって弁座支持体１の長手方向孔３に流入する。燃料は弁座体２５に設けられているか、または弁閉鎖体１３の周囲に設けられている流れ通過部２７を介して、弁座２６および下流側に設けられた複数の噴射開口４６にまで到達し、これらの噴射開口４６を介して内燃機関の吸気管またはシリンダ内に噴射される。スリット５１は大面積のハイドロリック的もしくは液圧的な流れ横断面を成しており、この流れ横断面を介して燃料は内側の長手方向開口５２から長手方向孔３内に極めて迅速に流入することができる。このような肉薄の結合部分１４は、極めて小さな重量で極めて大きな安定性を保証する。
弁座２６に対して場合によっては非対称的に流れる燃料によって、噴射開口４６から噴射される燃料の噴流形状もしくはビーム形状に望ましくない影響が与えられることを回避するために、結合部分１４には付加的に複数の流れ開口５５が設けられる。これらの流れ開口５５は結合部分１４の壁を貫通している。打抜き加工によって既に薄板区分５０に加工成形された、たとえば円形の流れ開口５５が、たとえば第２図の薄板区分５０および第３図の結合部分１４に例示的に図示されている。この場合、たとえば１２個の流れ開口５５が、薄板区分５０に交互に２列および３列で配置されている。流れ開口５５の数および位置に関する変更は、問題なく実現可能である。
結合部分１４の製造は、次のように行われる。すなわち、結合部分１４の管壁の厚さを有する平坦な金属薄板から、第２図に示したようなほぼ方形の形状を有する複数の薄板区分５０が、たとえば打抜き加工によって製造される。薄板区分５０は長い延在長さと短い延在長さとを有しており、長い方の延在長さが、製造したい結合部分１４の軸方向長さに相当しており、短い方の延在長さは製造したい結合部分１４の円周にほぼ相当している。薄板区分５０の、あとで弁閉鎖体１３が固定される方の端部５６は、その両長辺側に、方形の輪郭から少しだけ突出した、対称的な拡張部もしくは拡幅部５７を有している。
上述した輪郭を有する薄板区分５０の打抜き加工後に、各薄板区分５０は、たとえば心棒もしくはマンドレルを用いて所望の結合部分１４の形状に巻き加工されるか、もしくは曲げ加工される。この場合、結合部分１４を形成する薄板区分５０のそれぞれ縦長の端面は、これらの端面が互いに小さい間隔を置いて向かい合って位置することによりスリット５１を形成する。スリット５１の周方向における幅はスリット延在長さの大部分にわたって、たとえば約０．５ｍｍであるのに対し、拡張部５７の範囲ではスリットの幅を約０．１ｍｍにまで減少させるスリット範囲５８が生ぜしめられる。
薄板区分５０の下端部５６には、付加的に切欠き５９が設けられている。切欠き５９はたとえば、ロール巻きされた結合部分１４の周面でスリット５１に正確に向かい合って位置するように配置されている。たとえば、滴状に形成された切欠き５９は、下端面６０では小さな開口幅しか有していないが、しかしこの開口幅は下端面６０から遠ざかるにつれて徐々に広幅になるか、または徐々に膨らむように形成されている。切欠き５９の、第２図に示した輪郭とは異なる輪郭（電球状、風船形、逆Ｕ字形）も同じく考えられる。この切欠き５９により、弁閉鎖体１３の溶接後に下端部５６におけるスリット範囲５８に形成された極めて小幅のスリット５１に基づき、結合部分１４に盲孔もしくは袋孔が生じることが回避される。すなわち、弁ニードル６の確実なすすぎ出しが十分に保証される。
結合部分１４を薄板区分５０から製造することは、種々異なる材料の使用を可能にすると同時に、大きな個数での大量生産をも可能にする、特に簡単でかつ単純な製造方法である。結合部分１４にスリット５１を設けることにより、結合部分１４はばね弾性的となるので、可動子１２の内側開口や結合部分１４自体に対しても、比較的大雑把な許容誤差を設定することができる。結合部分１４がばね弾性的にフレキシブルとなることに基づき、この結合部分１４は応力下に可動子１２の内側開口に押込み可能となる。
下端部５６におけるスリット範囲５８に設けられたスリット５１の極めて小さな開口幅もしくは端面６０に付加的に設けられた切欠き５９の極めて小さな開口幅に基づき、ひいては弁閉鎖体１３にほぼ全周にわたって接触する結合部分１４に基づき、極めて高い動的強度を有する溶接シーム１６が得られる。結合部分１４と弁閉鎖体１３との間の溶接シーム１６は、たとえばいわゆる連続波レーザ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ  Ｌａｓｅｒ）を用いて形成される。この場合、弁ニードル６は連続的なレーザビームを受けながら回転させられて、一貫して溶接される。スリット５１の著しい減小に基づき、公知のスリット付き弁ニードルスリーブに比べて、溶接される横断面が増大され、スリット縁部における溶接シームの陥没箇所は著しく、ないしほぼ完全に回避されるまで減じられ、この場合、一貫した溶接シーム１６が支障なく得られる。さらに、切欠き５９の範囲における動的負荷は、結合部分１４の全長にわたって延びるスリットにおけるよりもはるかに小さいので、切欠き５９における溶接シーム１６の、場合によって生じる最小限の中断は問題にならない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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