JP4181419B2 - インジェクタ - Google Patents

Description

【０００１】
混合気圧縮式内燃機関のための燃料噴射システムにおいては、今日では高圧収集室（コモンレール）を備えた噴射システムが使用される。燃料噴射システムはさらに、燃料を内燃機関の燃焼室内に噴射するためのインジェクタを有しており、このインジェクタは、燃料噴射システム内に形成された圧力に、シール性及び材料強度に関連して耐えられるものでなければならない。このために、インジェクタには環状（リング状）のシールエレメントが挿入されており、このシールエレメントによって、インジェクタの低圧領域に対する高圧領域のシールが行われる。より高い熱力学的な効率を生ぜしめるために、燃料噴射システム内の圧力レベルが上昇せしめられると、燃料インジェクタのシールエレメントに対する要求も高くなる。
【０００２】
従来の技術
ドイツ連邦共和国特許第公開第１９６１９５２３号明細書には高圧燃料のための燃料噴射弁について記載されている。この公知の解決策によれば、自己点火式の内燃機関において高圧噴射するために使用され、かつ噴射制御のために磁石弁を有している燃料噴射弁が提案されている。この磁石弁を制御するために、第１の回路部分と第２の回路部分とを有する制御回路が設けられている。第２の回路部分は、多数の噴射弁を共通に制御するために使用される第１の回路部分から分離して、各噴射弁に配置されている。ケーシングは、燃料噴射弁に挟み付け固定（ａｕｆｇｅｃｌｉｐｓｅｎ）されていて、内部に燃料が貫流することによって冷却されるようになっている。
【０００３】
この公知の解決策によれば、ケーシングと、このケーシング内に挿入された挿入部との間で制御室の下側に、青銅によって補強されたテフロンより成るシールリングと金属製の支持リングとがはめ込まれている。金属製の材料より成る支持リングは、青銅補強されたテフロンリングのシール作用を改善するために、及び青銅補強されたテフロンリングの伸張を避けるために必要である。シールリングが挿入部において、制御室を圧力負荷する流出絞りに向かって移動するのを避けるために、シールリングを適当な手段によって把持する必要がある。しかも従来の解決策においては、青銅補強されたテフロンリング及び金属製の支持リングを挿入する際に、このテフロンリング及び支持リングを正確な作業工程でしかも整列した状態で組み付ける必要がある。このためには非常に高価な製造技術的な費用が必要となる。
【０００４】
発明の開示
本発明の解決策によれば、従来公知の技術に対して、一方では構成部材の節約が得られ、他方では圧力室内の圧力が高圧負荷時に、例えば高圧収集室（コモンレール）からの流入部を介してシールエレメントのシール力を補助するために用いることができる。シールエレメントが、本発明に従って摩擦接続的にプレス嵌めによって燃料インジェクタのインジェクタケーシング内に挿入された挿入部に焼きばめ若しくは収縮ばめ（ａｕｆｓｃｈｒｕｍｐｆｅｎ）されると、製造技術的に特に簡単に製造可能な解決策が得られる。有利には金属製の材料又は金属製の材料の合金より製造された一体的なシールエレメントは特に、この可動な弁部材内でずれて燃料インジェクタのインジェクタケーシング内における弁部材の容易な可動性が妨げられるように変形することはない。さらに、プレス嵌めによって挿入部の外周面に固定可能なシールエレメントは、安価に製造可能な対称的な構成部材である。
【０００５】
シールエレメントを一体的に構成することによって、組み付けが簡単になる。またプレス嵌めによって挿入部の外周面に固定可能なシールエレメントは、燃料噴射システムの燃料インジェクタ内でのさらに高い圧力レベルにも耐えられるシール可能性を提供するので、さらに圧力が上昇しても、燃料インジェクタにおける圧力室の高圧領域のシールが保証される。
【０００６】
燃料インジェクタの高圧領域のシールは、有利には、シールエレメント内径と弁部材外径／タペット外径又はノズルニードル外径との間の０．０４ｍｍ〜０．１５ｍｍの差のプレス嵌めによって行われる。
【０００７】
図面
次に図面を用いて本発明を具体的に説明する。
【０００８】
図１は、燃料インジェクタ並びにインジェクタケーシングの構成部材の縦断面図、
図２は、図１の詳細部Ｚの拡大図である。
【０００９】
変化実施例
図１は、燃料インジェクタ並びにインジェクタケーシングの構成部材の縦断面図である。
【００１０】
図１によれば、燃料噴射システムに組み込まれた、燃料を噴射するための燃料インジェクタ１がインジェクタケーシング２を有している。燃料インジェクタ１のインジェクタケーシング２は圧力室３を有しており、この圧力室３の圧力室底部５から、孔６がインジェクタケーシング２を通って延びている。孔６は、回転対称的に構成された挿入部７によって貫通されている。挿入部７は軸方向で円筒形の横断面部分から、円錐台形に先細りした段部に移行している。挿入部７の外周面８と孔６の壁部との間に、組み立ての理由により必要な環状ギャプ１８が形成されている。挿入部７内には、例えば図１に示した弁棒として構成された噴射弁部材２６が収容されており、この噴射弁部材２６は、図１に示した２重矢印４７に従って、図１に示していない、燃料インジェクタ１の燃焼室側の端部における噴射開口を開閉するための垂直方向のストローク運動を行う。
【００１１】
インジェクタケーシング２の内部に形成された圧力室３は、圧力室底部５とインジェクタケーシング２の壁部４とによって仕切られている。圧力室３は、開口箇所２０で圧力室３内に開口する、破線で示された高圧導入部２１を介して、高圧源の高圧接続部２２に接続されている。高圧導入部２１の開口箇所２０は、インジェクタケーシング２内で、有利には圧力室３の壁部４の強度の強い箇所に位置している。
【００１２】
挿入部７の外周面８にはシールエレメント９が収容されており、このシールエレメント９は、圧力室３内の圧力によって、載設部１７を形成する圧力室底部５に押し付けられる。圧力室３内に形成された高い圧力は、一体的に構成されたシールエレメント９の第１の環状面１２を負荷する。この第１の環状面１２は、生じた液圧的な押圧力のために有効な液圧面を成している。シールエレメント９は有利な形式で一体的に構成されていて、環状の形状を有している。一体的に構成されたシールエレメント９は、摩擦接続（摩擦による束縛）的な結合１４例えばプレス嵌めによって挿入部７の外周面８に嵌め込まれている。プレス嵌め１４は、一体的に構成されたシールエレメント９の内径と挿入部７の外径との差によって行われる。この差は０．０４ｍｍ〜０．１５ｍｍの間である。有利には金属材料又は金属材料の合金より成っている、一体的に構成された環状のシールエレメントは、このために挿入部７の外周面８に焼きばめ若しくは収縮ばめ（ａｕｆｓｃｈｒｕｍｐｆｅｎ）される。一体的に構成されたシールエレメント９は例えばアルミニウム又はアルミニウム合金よりなっている。挿入部７の外周面８と、金属材料より成るシールエレメント９の内径との間で、金属製の材料より成るシールエレメント９を挿入部７の外周面に常温被せ嵌めすることによってプレス嵌め１４の形状の摩擦接続式の結合が得られる。摩擦接続式の結合１４によって互いに接合される構成部分７若しくは９の直径差に応じて、相応の半径方向力が調節される。この半径方向力は、挿入部７と一体的に構成されたシールエレメント９との間のプレス嵌め１４の強度を規定する。シールエレメント９は、圧力室３側の第１の環状室１２と、圧力室底部５側の第２の環状室とを有している。金属製の材料より成るシールエレメント９の第２の環状面１３が圧力室底部５の面に気密に当接すると、圧力室底部は載設部１７として作用する。この載設部１７は、挿入部７の外周面８とインジェクタケーシング２内の孔６との間で組み付けのために必要な環状ギャップ１８を気密に閉鎖する。シールエレメント９のシール作用は、圧力室３内の燃料圧力によって高められる。何故ならば、圧力室３内に形成された圧力は方向１９（図２参照）で、シールエレメント９を圧力室の圧力室底部５に向かって負荷するからである。シールエレメントを製造する際に、金属製の材料若しくは金属製の材料の合金を使用することによって、シールエレメントの変形は避けられる。またこれによって、燃料インジェクタ１の耐用年数が高められると共に、シールエレメント９は、挿入部７の外周面８とインジェクタケーシング２内の孔６との間の環状ギャップ１８内に入り込み、次いで非気密性を調節する。本発明に従って提案された、金属材料又は金属材料の合金より成るシールエレメント９を使用することによって、非気密性が避けられると共に、高圧で負荷された圧力室３からの漏れ損失も制限される。
【００１３】
圧力室３から、高圧導入部２１を介して流入する、高圧下にある燃料は、流入漏斗部２３を介して、及びこの流入漏斗部２３に続く、挿入部７の壁部における流入絞り２４を介して、制御室２５内に流入する。制御室２５は一方では挿入部７によって、他方ではこの挿入部７内でガイドされた、弁棒として構成された弁部材２６によって仕切られている。弁部材２６は端面に輪郭形状２６．１を有している。弁部材２６の端面には円錐台形の領域２６．２が形成されており、この領域２６．２は、制御室２５の流出側の流出部２７における、相補的（互いに補い合う）に成形された円錐形領域２７．１と協働する。制御室２５から流出部２７が延びており、この流出部２７内に流出絞り２８が収容されている。
【００１４】
流出絞り２８は流出部２７の端部に配置されており、球体として構成された閉鎖部材２９を操作すると、この流出絞り２８を介して、制御室２５の放圧が行われる。流出絞り２８を開放若しくは閉鎖する閉鎖部材２９は、部分的に成形体３０によって取り囲まれており、この成形体３０は、燃料インジェクタ１を操作するために磁石装置の可動子部分３１の下端部側に配置されている。
【００１５】
図１では、可動子部分３１が一体的に構成されていて、ピン部分とプレート状に構成された部分とを有している。
【００１６】
挿入部７は、上部の円筒形に構成された部分と、この部分に続く円錐形の先細りする、環状ギャップ１８を仕切る部分とを有している。この挿入部７は、緊締ナットの形状の固定部材３３によって、インジェクタケーシング２内の段付けされた孔６，４６内で固定される。固定ねじ３３は、インジェクタケーシング２の雌ねじ山４５内にねじ込まれ、挿入部７の上端面３２に当接する。これによって、環状の端部を備えた挿入部７はシール３４として作用しながら、孔４６の上側でインジェクタケーシング２に当接しているので、インジェクタケーシング２内の圧力室３は磁石弁操作装置に対して気密に閉鎖されている。
【００１７】
図１に示した一体的に構成された、操作装置の可動子部分３１は、ばね部材３５によって負荷されており、このばね部材３５はスリーブ内にガイドされている。ばね部材３５を包囲するスリーブは、磁石コイル３６によって取り囲まれており、この磁石コイル３６自体は、磁石スリーブ３７内に収容されている。磁石スリーブ３７の外周面には環状に延びる突起３８が形成されており、この突起３８にキャップナット３９が当接している。磁石スリーブ３７は、キャップナット３９を、燃料インジェクタ１のインジェクタケーシング２の外側に設けられた雄ねじ山４０にねじ被せることによって作用する。
【００１８】
操作装置の一体的に構成された可動子部分３１は、部分的に挿入スリーブ４１内にガイドされており、この挿入スリーブ４１は、スペーサリング４２を介在させて磁石スリーブ３８を介して固定されており、この磁石スリーブ３８自体は、インジェクタケーシング２の雄ねじ山４０におけるキャップナット３９を介して固定される。キャップナット３９を介して互いに結合されている、磁石スリーブ３８とインジェクタケーシング２との間には、弾性的な材料より成るＯリングとして構成されたシールエレメント４３が挿入されている。
【００１９】
図１に示した燃料インジェクタのインジェクタケーシング２内には孔４４が形成されており、この孔４４は、図示していない接続部を介して、燃料インジェクタ１の高圧源の高圧接続部２２と流体接続していて、図１に同様に図示していないノズル室（同様に図示していない噴射弁部材を包囲している）を高圧下の燃料によって負荷する。燃焼室側の座部を備えたノズルニードルとして構成することができる噴射弁部材は、制御室２５を放圧することによって操作される。制御室２５は、一方では固定ねじ３３によってインジェクタケーシング２内に固定された挿入部７によって、他方では弁部材２６によって仕切られている。制御室２５の圧力負荷軽減（放圧）及び圧力負荷は、例えば磁石コイル３６への給電を介して磁石弁装置を操作することによって行われる。
【００２０】
図２には、図１の詳細部Ｚの拡大図が示されている。
【００２１】
図１で符号Ｚによって示された部分を拡大して示した図２によれば、インジェクタケーシング２内の圧力室３は、壁部４によって仕切られており、この壁部４は、高圧導入部２１の開口部２０の領域内で半径方向の直径拡大部を有している。図２に図示していない高圧接続部２２の高圧導入部２１の開口部２０は、有利には、圧力室３を仕切る壁部４の、圧力に対して最適な強度を有する領域内に位置している。
【００２２】
インジェクタケーシング２内で固定ねじ３３によって固定された挿入部７の外周面８で、シールエレメント９はプレス嵌めとして構成された摩擦接続式の結合１４によって固定されている。有利には金属製の材料又は金属製の材料の合金より成るシールエレメント９は、第１の環状面１２が圧力室３側に向いていて、これに対して第２の環状面１３は圧力室３の圧力室底部５に当接している。この圧力室底部５は、シールエレメント９のための載設部１７として働く。圧力室３内で高圧導入部２１を介して形成される圧力に基づいて、シールエレメント９の第１の環状面１２は、圧力室３内の圧力１９によって負荷されている。このようにシールエレメント９が圧力負荷されることによって、金属製の材料又は金属製の材料の合金より成るシールエレメント９は圧力室底部５に押し付けられる。つまり、挿入部７とインジェクタケーシング２との間のシール力が良好に高められる。シールエレメント９の外径は符号１０で示されており、これに対して挿入部７の外径と協働してプレス嵌めとしての摩擦接続式の結合を行う内径１１は、前記外径１０とは反対側に位置している。挿入部７とインジェクタケーシング２内の孔６との間の環状ギャップ１８をシールするために、有利には環状に構成されたシールエレメント９に面取り１５若しくは１６が形成されている。
【００２３】
挿入部７とインジェクタケーシング２内の孔６との間の環状ギャップ１８に対する圧力室３のシールが、金属製の材料又は金属製の材料の合金より成るシールエレメント９を介して行われるのに対して、圧力室３の上側のシールは、挿入部７がインジェクタケーシング２の当接面３４に当接することによって得られる。図１によれば、挿入部７は、インジェクタケーシング２内で段付けして構成された孔６，４６内で固定ねじ３３によって固定される。固定ねじ３３の雄ねじ山は、インジェクタケーシング２内に形成された雌ねじ山４５と協働するので、挿入部７は、インジェクタケーシング２内で所定の緊締力によって固定可能である。これによって、段付けして構成された孔６の孔区分４６内に移行する、圧力室３の上部領域のシールが得られる。
【００２４】
図１の符号Ｚで示した領域を拡大して示した図２によれば、さらに、弁部材２６（この弁部材２６の端面が挿入部７内で制御室２５を仕切っている）は、この弁部材２６の端面側が円錐台形の領域２６．２を有していて、この領域２６．２は、相補的に構成された、流出部２７の流出円錐形部２７．１内に突入している。弁部材２６の外周面には、図２に示されているように１つ又は多数の環状溝が形成されている。
【００２５】
図１及び図２に関連して詳しく説明された本発明の解決策は、より高い圧力が実現され得るその他の燃料インジェクタの製造のために、シールリング下側の可能な増圧に関連して意図的に適合させる必要はない。本発明の解決策によれば、シールエレメント９が変動することは避けられ、また適当な材料を選択することによって、シールエレメント９がギャップ１８内に押し込まれることは避けられる。さらにまた、本発明に従って提案された解決策によれば、安価で簡単に組み付けることができる左右対称の一体的なシールエレメント９が提供される。シールエレメント９のシール作用を高めるために、有利にはシールエレメント９は、圧力室３内に形成された高圧の燃料圧によって負荷されるように配置されている。これは、挿入部７の外周面における摩擦接続式の結合１４と共に、シールエレメント９のための載設部１７を形成する圧力室底部７の領域内におけるシール力を高める。
【図面の簡単な説明】
【図１】 燃料インジェクタ並びにインジェクタケーシングの構成部材の縦断面図である。
【図２】 図１の詳細部Ｚの拡大図である。
【符号の説明】
１ インジェクタ
２ インジェクタケーシング
３ 圧力室
４ 圧力室壁部
５ 圧力室底部
６ 孔
７ 挿入部
８ 外周面
９ シールエレメント
１０ 外径
１１ 内径
１２ 第１の環状面
１３ 第２の環状面
１４ 摩擦接続式の結合
１５，１６ 面取り
１７ 載設部
１８ 環状ギャプ
１９ 加圧方向
２０ 高圧導入部の開口部
２１ 高圧導入部
２２ 高圧接続部
２３ 流入漏斗部
２４ 流入絞り
２５ 制御室
２６ 弁部材
２６．１ 端面輪郭形状
２６．２ 円錐台形の領域
２７ 流出通路
２７．１ 流出通路円錐台形部
２８ 流出絞り
２９ 閉鎖部材
３０ 成形体
３１ 一体的な可動子部分
３２ 挿入部７の端面
３３ 固定ねじ
３４ インジェクタケーシング２における端面側３２の当接面
３５ ばねエレメント
３６ 磁石コイル
３７ 磁石スリーブ
３８ 環状の突起部
３９ キャップナット
４０ インジェクタケーシング２の雄ねじ山
４１ 挿入スリーブ
４２ スペーサリング
４３ 弾性的なシールエレメント
４４ 流入孔
４５ インジェクタケーシング２の雌ねじ山
４６ 孔６の孔区分
４７ ストローク運動

Claims (7)

1. 内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するためのインジェクタであって、インジェクタケーシング（１）を備えており、該インジェクタケーシング（１）内に挿入部（７）を包囲する圧力室（３）が形成されていて、該圧力室（３）に、高圧導入部（２１）を介して高圧下にある燃料が充填可能であって、該圧力室（３）を介して制御室（２５）が圧力負荷可能であり、該制御室（２５）は、インジェクタケーシング（２）内で孔（６，４６）内に固定された挿入部（７）と弁部材（２６）とによって仕切られており、この場合、弁部材（２６）は挿入部（７）内でストローク運動（４７）を行うようになっている形式のものにおいて、
   挿入部（７）の外周面（８）に、金属製の一体的なシールエレメント（９）が摩擦接続的に結合されており、該シールエレメント（９）は、圧力室（３）内に形成される高圧にさらされており、前記一体的なシールエレメント（９）が、プレス嵌め（１４）によって挿入部（７）の外周面に取り付けられており、前記圧力室（３）がインジェクタケーシング（２）内で壁部（４）によって仕切られており、該壁部（４）が、直径の拡げられた区分を有していて、該区分内に高圧導入部（２１）の開口箇所（２０）が位置していることを特徴とする、インジェクタ。
2. シールエレメント（９）が、金属製の材料又は、金属製の材料の合金より製造されている、請求項１記載のインジェクタ。
3. シールエレメント（９）がアルミニウムリングとして構成されている、請求項２記載のインジェクタ。
4. シールエレメント（９）の内径（１１）と挿入部（７）の外径との間の直径差が、０．０４ｍｍ〜０．１５ｍｍである、請求項１記載のインジェクタ。
5. シールエレメント（９）が環状に構成されていて、圧力室（３）側に向いた第１の環状面（１２）と、この第１の環状面（１２）とは反対側の、載設部（１７）として用いられる圧力室の圧力室底部（５）側に向いた第２の環状面（１３）とを有している、請求項１記載のインジェクタ。
6. 一体的なシールエレメント（９）の第２の環状面（１３）が圧力室（３）の圧力室底部（５）に当接する際に、挿入部（７）とインジェクタケーシング（２）内の孔（６）との間の環状ギャップ（１８）が閉鎖される、請求項５記載のインジェクタ。
7. インジェクタケーシング（２）内に形成された圧力室（３）がその上部領域内において、挿入部（７）の環状面と孔区分（４６）の境界面との間に形成されたシール箇所（３４）によってシールされており、該シール箇所（３４）のシール力が、インジェクタケーシング（２）内に収容可能な固定部材（３３）を介して規定されている、請求項１記載のインジェクタ。

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