JP2014521869A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、コイル（２）と内極（３）と弁スリーブ（４）と磁気分離部材（４０）とを有する、燃料を噴射するための燃料噴射弁に関するものであって、前記弁スリーブ（４）および磁気分離部材（４０）が粉末射出成形構成部分（４１）として一体的に構成されていて、前記弁スリーブ（４）が磁性領域を形成し、前記磁気分離部材（４０）が非磁性領域を形成していて、これらの磁性領域と非磁性領域とが素材結合により互いに結合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料を噴射するための燃料噴射弁に関する。

背景技術の高圧噴射弁は、一般的に高性能の磁気回路を有しており、この磁気回路は、短い切換時間並びに再現可能な開閉動作を実現することができる。内極は高ダイナミックスを得るために、高い飽和誘導を有しているにも拘わらず、最近の高圧噴射弁においては、弁スリーブを介して、磁界形成および消滅の際に磁気損失が発生する。このような磁気損失は、燃料噴射弁のダイナミックスを著しく低下させ、または切換時間を著しく延長させる。またマグネットアンカの製造は、非常に費用がかかり高価である。しかも、燃料品質が大きく変動する国々においても噴射弁の満足のいく耐久性を保証するためには、燃料にますます多く含まれている腐食性の媒体例えばエタノールまたは尿素等に対する耐性は不十分である。さらに、特に健康を脅かす材料の使用に関する法的な規制の遵守を、将来的に保証する必要がある。

これに対して、請求項１の特徴を有する本発明による燃料噴射弁は、弁スリーブと内極との間で磁気的な分離が行われており、この磁気的な分離は、磁気損失の著しい減少およびひいては弁の著しく短縮された切換時間を可能にする、という利点を有している。さらに、適当な材料を使用することによって、腐食性の媒体例えばエタノールその他に対する頑丈さ若しくは耐摩耗性が得られる。これは本発明によれば、燃料噴射弁が、コイルと内極と弁スリーブと磁気分離部材とを有していることによって、達成される。この場合、弁スリーブおよび磁気分離部材が粉末射出成形構成部分として一体的に構成されていて、弁スリーブが磁性領域を形成し、磁気分離部材が非磁性領域を形成していて、これらの磁性領域と非磁性領域とが素材結合により互いに結合されている。これによって、弁スリーブのために、できるだけ低い炭素割合および好適には１３％〜１７％のクロム含有量を有する、耐燃料性で耐高圧性のフェライト材料を使用することが可能である。しかも、磁気分離部材のために、磁気損失を著しく減少させる非磁性のオーステナイト材料を使用することができる。またこれによって、素材結合的な粉末射出成形構成部分としての一体的な構成部分を、簡単な形式で１回だけの製造工程により時間的かつコスト的に最適に量産部品として製造することができる。

従属請求項には、本発明の好適な実施態様が記載されている。

好適には、粉末射出成形構成部分と内極との間に溶接結合部またははんだ結合部が設けられている。これによって、製造時において、時間的かつコスト的に効率的に製造され得る、高い動作信頼性を有する固定が保証される。

さらに好適には、内極が軸線方向に貫通開口を有している。これによって内極を通して燃料を貫流させることができ、燃料噴射弁はコンパクトな構成を有している。

好適な形式で、内極は粉末射出成形構成部分として構成されていて、高い磁気飽和誘導を有する材料、特に１７％〜５０％のコバルト割合を有するＦｅＣｏより製造されている。特に好適には、４８％〜５０％のコバルト割合を有する材料を使用してもよい。何故ならば、この材料は、良好な耐燃料性の利点を有しているからである。

本発明の別の好適な実施態様によれば、内極が粉末射出成形構成部分として構成されていて、第１の磁気飽和誘導を有する第１の領域と、第１の磁気飽和誘導よりも小さい第２の磁気飽和誘導を有する第２の領域とを備えている。第１の領域と第２の領域とは素材結合により互いに結合されている。好適には１％〜７％のシリコン割合を有するＦｅＳｉ材料または１７％〜５０％のコバルト割合を有するＦｅＣｏ材料より成る、より高い磁気飽和誘導を有する第１の領域は、燃料噴射弁の短い切換時間を有する高いダイナミックスを保証する。従って、第２の領域のために、低い炭素割合および１３％〜１７％のクロム含有量を有する、耐燃料性で耐高圧性のフェライトを使用することができる。これによって、明らかなコスト削減と共に、第２の領域に接触する燃料に対する十分な頑丈さも実現され得る。

好適には、弁スリーブと磁気分離部材と内極とが、一体的に粉末射出成形構成部分として構成されていて、素材結合により互いに結合されている。

さらに好適には、弁スリーブと内極とが同じ材料、特にＸ２Ｃｒ１３ＭｏＳｉより製造されている。これによって、粉末射出成形構成部分の耐久性のある耐燃料性の他に、種々異なる材料の減少も得られ、燃料噴射弁の製造が著しく簡略化される。

さらに好適な実施態様によれば、内極の第２の領域が、耐燃料性の磁石材料より製造されており、この磁石材料は、内極を耐燃料性の層として包囲し、腐食性の燃料に対する耐性を保証する。しかも、高い磁気飽和誘導を有する第１の領域に隣接する磁気分離部材によって、隣接する弁スリーブに対する確実な磁気分離が得られ、これによって、このような一体的な構成部分による磁気損失は著しく低減される。

好適な形式で、第２の領域が、貫通開口の周壁領域と内極の端面側領域とを形成しており、特に端面側領域が軸線方向で０．５ｍｍの厚さを有している。さらに好適には、端面側領域が、マグネットアンカのためのストッパを形成している。これによって、内極とマグネットアンカとの間の残留エアギャップ内に耐燃料性の端面側領域が得られ、この端面側領域は同時に耐摩耗性のアンカストッパを形成する。

好適な形式で、内極の第１の領域が、半径方向に設けられた環状のフランジ領域を有している。これによって追加的に、一体的な粉末射出成形構成部分内に燃料噴射弁のための上側のカバーを組み込むことができ、これによって構成部分の部品点数はさらに縮小される。

別の好適な実施態様によれば、磁気分離部材が環状のリングである。さらに好適には、環状の磁気分離部材の内側の周壁領域に耐燃料性の材料が設けられている。好適な形式で、粉末射出成形構成部分全体のすべての耐食性の層は、同じ材料より製造されているので、その製造は著しく簡略化される。

さらに、磁気分離部材が電磁絞りとして構成されており、該電磁絞りが、第１および第２の磁気接続領域と、絞り領域と、第１および第２の過渡領域とを有している。第１および第２の過渡領域は軸線方向で、第１の接続領域と第２の接続領域との間に配置されていて、絞り領域が第１の過渡領域と第２の過渡領域との間に配置されている。この場合、好適な形式で磁性のフェライト材料は絞り領域内に充填されていて、第１および第２の過渡領域内は非磁性のオーステナイト材料で充填されている。これによって、磁気損失流の減少と共に、燃料噴射弁の切換時間のさらなる短縮が得られる。

好適な形式で、第１および第２の過渡領域が先細りして構成されている。これによって、絞り特性は使用例に応じて個別に適合させることができる。

さらに好適には、絞り領域が、磁性かつ導電性の材料より成る内側および／または外側の円筒形領域を有している。この場合、円筒形領域は薄いフェライト層として構成されている。絞り領域は、強度を高めるために、非磁性のオーステナイト材料またはセラミック材料より成る追加的な領域を有している。この場合、円筒形領域の好適な層厚は、最大で０．５ｍｍ、特に０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ、特に好適には０．２５ｍｍである。しかも、絞り作用は、磁性の円筒形領域の厚さを変化させることによって個別に適合させることができる。

別の好適な実施態様によれば、絞り領域が、非導電性の材料より製造されている。例えばセラミック材料を使用することによって、渦電流損失が低減され、燃料噴射弁のダイナミックスがさらに高められ、燃料噴射弁の切換時間はさらに短縮される。

本発明の実施例を以下に添付の図面を用いて詳しく説明する。

本発明の第１実施例による燃料噴射弁の一部の概略的な断面図である。 図１の拡大した部分断面図である。 図１に示した燃料噴射弁の第２実施例による内極および弁スリーブの断面図である。 図１に示した燃料噴射弁の第３実施例による内極および弁スリーブの断面図である。 図１に示した燃料噴射弁の第４実施例による内極および弁スリーブの断面図である。 図１に示した燃料噴射弁の第５実施例による内極および弁スリーブの断面図である。 図１に示した燃料噴射弁の第６実施例による内極および弁スリーブの断面図である。 本発明による燃料噴射弁の電磁絞りの断面図である。 本発明による燃料噴射弁の別の電磁絞りの断面図である。 本発明による燃料噴射弁のさらに別の電磁絞りの断面図である。

以下に、図１〜図７を参照して、燃料噴射弁１の好適な実施例の詳細を説明する。同じ構成部分若しくは機能的に同じ構成部分は、図示の実施例では同じ符号が付けられている。

図１および図２は、本発明の第１実施例による燃料噴射弁１の部分領域の断面図を示す。この燃料噴射弁１は、コイル２と内極３と弁スリーブ４と磁気分離部材４０とマグネットアンカ５とを有している。磁気分離部材４０は、環状の円筒形に形成されていて、溶接結合部３０によって内極３に固定されている。溶接結合部３０の代わりに、選択的にはんだ結合部が設けられていてもよい。内極３は、軸線方向Ｘ−Ｘに延在する中央の貫通開口６を有している。

図２の断面図に示されているように、第１実施例の弁スリーブ４と磁気分離部材４０とは、粉末射出成形構成部分４１として一体的に構成されていて、素材結合（材料同士の結合）により互いに結合されている。この場合、弁スリーブ４は磁性領域を形成し、磁気分離部材４０は非磁性領域を形成する。弁スリーブ４は好適には、低い炭素含有量および少なくとも１３％最大で１７％のクロム含有量を有する、耐燃料性で耐高圧性のフェライト材料、例えばＸ２Ｃｒ１３ＭｏＳｉより製造されている。この場合、磁気分離部材４０は、好適には磁気損失を著しく低減する非磁性のオーステナイト材料例えばＡｕｓｔｅｎｉｔ１．４９４４、ＩｎｃｏｎｅｌＩＮ７１８、Ｕｄｉｍｅｔ６３０またはＰＨ１５−７が使用される。これによって、貫通開口６を通って弁スリーブ４の内周面に沿って供給された燃料に対する永続的な耐食性並びに低減された磁気損失を有する、磁気分離部材４０を含めた一体的で安価に製造可能な弁スリーブ４が粉末射出成形構成部分４１として提供される。

前記第１実施例とは異なり、図３に示した第２実施例による内極３は、粉末射出成形構成部分４２として構成されている。この場合、内極３は、第１の磁気飽和誘導を有する第１の領域３１と、前記第１の磁気飽和誘導よりも小さい第２の磁気飽和誘導を有する第２の領域３２とを備えている。第１および第２の領域３１，３２は、素材結合により互いに結合されている。第１の領域３１は好適には、良好な磁気効果を得るために、燃料噴射弁の短い切換時間を有する高いダイナミックスを保証する、１％〜７％のシリコン割合を有するＦｅＳｉ材料または１７％〜５０％のコバルト割合を有するＦｅＣｏ材料より製造されている。第２の領域３２は、低い炭素含有量および１３％〜１７％のクロム含有量を有する、耐燃料性で耐高圧性のフェライト材料より製造されていて、このフェライト材料は、この材料に接触する燃料に対して永続的な頑丈さを有している。さらに、第２の領域３２は、貫通開口６の周壁領域３５と端面側領域３６とを形成しており、それによって、耐燃料性ではない材料より製造された第１の領域３１を、これが燃料と接触しないように保護する。しかも端面側領域３６は、マグネットアンカ５のための耐摩耗性のストッパとして働く。また第２の領域３２の材料は、第１の領域３１のために使用された材料よりも著しく安価であり、従って構成部分費用は著しく削減される。

前記第１実施例および第２実施例とは異なり、図４に示した第３実施例においては、弁スリーブ４と磁気分離部材４０と内極３とが一体的に粉末射出成形構成部分４３として構成されていて、互いに素材結合により結合されている。この場合、弁スリーブ４と、完全に第２の領域３２から形成された内極３とは、同じ材料、特に良好な耐燃料性を有するＸ２Ｃｒ１３ＭｏＳｉより製造されている。選択的に、内極３は、高い磁気飽和誘導を有する材料、例えば４８％〜５０％のコバルト割合を有するＦｅＣｏ材料より製造されており、この材料は、耐燃料性および高い磁気飽和誘導の利点も有している。磁気分離部材４０のためには、第１実施例および第２実施例におけるのと同じオーステナイト材料が使用される。

図５に示した第４実施例においては、弁スリーブ４と磁気分離部材４０と内極３とが一体的に粉末射出成形構成部分４４として構成されていて、素材結合により互いに結合されている。この場合、内極３は、第２実施例と同様に第１の領域３１および第２の領域３２から構成されており、従って第２実施例に関する前記説明が参照される。

図６に示した第５実施例においては、弁スリーブ４と磁気分離部材４０と内極３とが一体的に粉末射出成形構成部分４５として構成されていて、素材結合により互いに結合されている。前記第４実施例とは異なり、内極３の第１の領域３１は、突出する環状のフランジ領域３３を有しており、このフランジ領域３３は、燃料噴射弁１の上側のカバーとして、一体的な粉末射出成形構成部分４５内に組み込まれている。さらに、第２の領域３２の端部区分３８内に切欠き３７が設けられており、これによって不必要な材料蓄積は避けられ、射出成形過程が著しく簡略化される。これによって構成部分の重量削減が得られると共に、一個あたりの平均生産コストの低減も得られる。

図７に示した第６実施例においては、弁スリーブ４と磁気分離部材４０と内極３とが一体的に粉末射出成形構成部分４６として構成されていて、素材結合によって互いに結合されている。前記第４および第５実施例のものとは異なり、図７に示した第６実施例においては、磁気分離部材４０の内側の周壁領域４７にも、内極３の第２の領域３２および弁スリーブ４のための耐燃料性の材料が設けられている。従って、粉末射出成形構成部分４６の貫通開口６の内周面全体に、完全に閉じられた耐燃料性の保護層が得られる。

以下に、図８〜図１０を参照して、磁気分離部材４０のための選択的な構造形式の詳細を説明する。この磁気分離部材４０は、電磁絞りとして構成されていて、一体的な粉末射出成形構成部分内に組み込まれている。これらの実施例において、同じ若しくは機能的に同じ構成部分には同じ符号が付けられている。図８〜図１０に記載された磁気分離部材４０は、前記すべての実施例において使用することができる。

図８に示されているように、環状の円筒形に構成された磁気分離部材４０は、第１および第２の磁気接続領域４０１，４０２と、絞り領域４０５と第１および第２の過渡領域４０３，４０４とを有する電磁絞りとして構成されている。第１および第２の過渡領域４０３，４０４は、第１および第２の接続領域４０１，４０２の間で軸線方向Ｘ−Ｘに配置されていて、絞り領域４０５は、第１および第２の過渡領域４０３，４０４の間に配置されている。

図８にさらに示されているように、第１および第２の過渡領域４０３，４０４は、それぞれの接続領域４０１若しくは４０２に向かって、および磁気分離部材４０の外周面４０７に向かって先細りして構成されている。しかも絞り領域４０５は、薄いフェライト層として構成された内側の円筒形領域４０６を有している。強度を高めるために、絞り領域４０５および過渡領域４０３，４０４の部分は、非磁性のオーステナイト材料またはセラミックにより充填されている。この場合、円筒形領域４０６の好適な層厚は、最大０．５ｍｍ、特に０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ、特に好適には０．２５ｍｍである。層厚変化によって、磁気分離部材４０の絞り作用の個別の適合若しくは調整が可能である。

図８と比較して、図９に示した磁気分離部材４０は、半径方向で逆転して構成された絞り領域４０５を有しており、この絞り領域４０５は、それぞれの過渡領域４０３若しくは４０４において、磁気分離部材４０の内周面４０８に向かって先細りしている。これによって、第２実施例による磁気分離部材４０は、磁性かつ導電性の材料より成る外側の円筒形領域４０９を有している。この場合、貫通開口６内を通ってガイドされた燃料に対して十分な耐燃料性を得るために、オーステナイト材料の代わりに、非磁性の、好適には追加的に渦電流の発生もないセラミック材料が、絞り領域４０５内および過渡領域４０３，４０４の部分内に充填するために使用されてよい。

図１０に示した磁気分離部材４０において、過渡領域４０３，４０４は、軸線方向Ｘ−Ｘで先細りした構成を有していない。従って、それぞれの使用のために必要な絞り作用は、磁性の材料および非磁性の材料の割合若しくは様々な形状付与および／または、磁気分離部材４０の軸線方向Ｘ−Ｘにおける配分によって、適切に適合させることができる。

従って、すべての実施例において示されているように、本発明の燃料噴射弁のための一体的な粉末射出成形構成部分は、１回だけの製造工程により特に経済的に製造することができる。これは従来の製造法では不可能である。このような明らかに改善されたコスト的効果の他に、特に磁気損失の明らかな低減が得られ、これによって、高圧噴射弁において望まれている必要なダイナミックス特性が著しく改善され、しかも切換時間が明らかに短縮される。上記実施例において記載された構造的構成並びに使用された材料の適当な組合せによって、磁力を２５％〜３５％の範囲で高めることができる。

１ 燃料噴射弁
２ コイル
３ 内極
４ 弁スリーブ
５ マグネットアンカ
６ 貫通開口
３０ 溶接結合部
３１ 第１の領域
３２ 第２の領域
３３ フランジ領域
３５ 周壁領域
３６ 端面側領域
４０ 磁気分離部材
４１，４２，４３，４４，４５，４６ 粉末射出成形構成部分
４７ 内側の周壁領域
４０１ 第１の磁気接続領域
４０２ 第２の磁気接続領域
４０３ 第１の過渡領域
４０４ 第２の過渡領域
４０５ 絞り領域
４０６ 円筒形領域
４０７ 外周面
４０８ 内周面

Claims (17)

1. 燃料を噴射するための燃料噴射弁であって、
   コイル（２）と、
   内極（３）と、
   弁スリーブ（４）と、
   磁気分離部材（４０）と、
   を有しており、
   前記弁スリーブ（４）および磁気分離部材（４０）が粉末射出成形構成部分（４１）として一体的に構成されていて、前記弁スリーブ（４）が磁性領域を形成し、前記磁気分離部材（４０）が非磁性領域を形成していて、これらの磁性領域と非磁性領域とが素材結合により互いに結合されている、燃料を噴射するための燃料噴射弁。
2. 前記粉末射出成形構成部分と前記内極（３）との間に溶接結合部（３０）またははんだ結合部が設けられている、請求項１に記載の燃料噴射弁。
3. 前記内極（３）が軸線方向（Ｘ−Ｘ）に貫通開口（６）を有していることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料噴射弁。
4. 前記内極（３）が粉末射出成形構成部分として構成されていて、高い磁気飽和誘導を有する材料、特に１７％〜５０％のコバルト割合を有するＦｅＣｏより製造されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
5. 前記内極（３）が粉末射出成形構成部分として構成されていて、第１の磁気飽和誘導を有する第１の領域（３１）と、前記第１の磁気飽和誘導よりも小さい第２の磁気飽和誘導を有する第２の領域（３２）とを備えており、前記第１の領域と第２の領域とが素材結合により互いに結合されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
6. 前記弁スリーブ（４）と前記磁気分離部材（４０）と前記内極（３）とが、一体的に粉末射出成形構成部分（４３）として構成されていて、素材結合により互いに結合されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
7. 前記弁スリーブ（４）と前記内極（３）とが同じ材料、特にＸ２Ｃｒ１３ＭｏＳｉより製造されていることを特徴とする、請求項６に記載の燃料噴射弁。
8. 前記内極（３）の前記第２の領域（３２）が、耐燃料性の磁石材料より製造されていることを特徴とする、請求項５から７のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
9. 前記第２の領域（３２）が、前記貫通開口（６）の周壁領域（３５）と前記内極（３）の端面側領域（３６）とを形成しており、特に前記端面側領域（３６）が軸線方向（Ｘ−Ｘ）で０．５ｍｍの厚さを有していることを特徴とする、請求項８に記載の燃料噴射弁。
10. 前記端面側領域（３６）が、マグネットアンカ（５）のためのストッパを形成していることを特徴とする、請求項９に記載の燃料噴射弁。
11. 前記内極（３）の前記第１の領域（３１）が、半径方向に設けられた環状のフランジ領域（３３）を有していることを特徴とする、請求項５から１０のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
12. 前記磁気分離部材（４０）が環状のリングであることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
13. 前記環状の磁気分離部材（４０）の内側の周壁領域（４６）に耐燃料性の材料が設けられていることを特徴とする、請求項１２に記載の燃料噴射弁。
14. 前記磁気分離部材（４０）が電磁絞りとして構成されており、該電磁絞りが、第１および第２の磁気接続領域（４０１，４０２）と、絞り領域（４０５）と、第１および第２の過渡領域（４０３，４０４）とを有しており、前記第１および第２の過渡領域（４０３，４０４）が軸線方向（Ｘ−Ｘ）で、前記第１の接続領域（４０１）と前記第２の接続領域（４０２）との間に配置されていて、前記絞り領域（４０５）が前記第１の過渡領域（４０３）と第２の過渡領域（４０４）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の燃料噴射弁。
15. 前記第１および第２の過渡領域（４０３，４０４）が先細りして構成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の燃料噴射弁。
16. 前記絞り領域（４０５）が、磁性かつ導電性の材料より成る内側および／または外側の円筒形領域（４０６）を有していることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の燃料噴射弁。
17. 前記絞り領域（４０５）が、非導電性の材料より製造されていることを特徴とする、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の燃料噴射弁。

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