JP4331594B2 - インジェクタのための駆動ユニットとしてのアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、インジェクタ、特に蓄圧式噴射システムのための駆動ユニットとしてのアクチュエータであって、このアクチュエータが管状ばね内に配置された圧電スタックと、ヘッドプレートと、底プレートとを有しているものに関する。さらに、本発明はインジェクタを製造する方法、特にインジェクタ内にアクチュエータを組み付けるための組付け方法に関する。

圧電スタックを使用する、インジェクタのための駆動ユニットとしてのアクチュエータは、先行技術により種々異なる実施形式で公知となっている。この場合、現在公知のインジェクタでは、アクチュエータはモジュールの形で形成されている。このモジュールは、圧電スタックとヘッドプレートと底プレートと管状ばねと独立のケーシングとから成っている。アクチュエータモジュールをインジェクタ本体に固定するためには、モジュールがインジェクタケーシングにねじって被せ嵌められる。

アクチュエータモジュールをアクチュエータケーシング内に固定するためには、通常、ヘッドプレートがアクチュエータケーシングに溶接される。この場合に、圧電アクチュエータの存在する製造公差、例えば、圧電スタックの長さは、ヘッドプレートをアクチュエータケーシング内で位置決めして溶接し、次いで圧電アクチュエータを内部に溶接されたアクチュエータケーシングと共にアクチュエータ底プレートを端面研削することにより補償される。公知のアクチュエータの場合、ケーシング内に組み付けられたアクチュエータのこのような端面研削が付加的な加工ステップを必要とすること、並びにこのような付加的な製造ステップによりアクチュエータに不都合な負荷が引き起こされることは不利である。さらに、溶接に基づいて、ヘッドプレート並びにアクチュエータケーシングのための溶接可能な鋼が使用されなければならない。この場合、さらにアクチュエータへの不都合な熱負荷が生じ、特に溶接継ぎ目に問題が発生しかねない。さらに、アクチュエータの公知の装置は比較的大きい構成スペースを必要とする。

そこで本発明の課題は、インジェクタのための駆動ユニットとしてのアクチュエータにおいて、より簡単で安価な構成を有するものを提供することである。さらに、本発明の課題は、インジェクタのための改良された製造方法を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載のアクチュエータにより、若しくは請求項１８の特徴部に記載の方法により解決される。有利な別の構成が従属請求項の対象となっている。

請求項１の特徴部に記載の、インジェクタのための駆動ユニットとしての本発明によるアクチュエータは、インジェクタケーシング内に組み込まれているという利点を有する。これにより、本発明によるアクチュエータは簡単な構成と減じられた部材数とを有している。特に従来技術で使用されるアクチュエータケーシングを省略することができる。さらに、本発明によるアクチュエータは非常に簡単かつ安価に製造可能である。なぜならば、アクチュエータのヘッドプレートは、かしめ範囲により直接にインジェクタケーシングに固定されるからである。これにより、従来技術で用いられた、アクチュエータを固定するための費用のかかる溶接は省略することができる。さらに、本発明によれば、アクチュエータをインジェクタケーシング内の最適な位置に固定することが可能である。このために、アクチュエータは、かしめ前にインジェクタケーシング内の所定の位置に位置決めされ、次いでかしめにより固定される。これにより、一方では、アクチュエータの底プレートの手間のかかる後加工を省略することができ、他方では、位置決めと、かしめ範囲による引き続く固定とにより、製造に基づく公差による不都合な負荷がインジェクタにもたらされることはない。このために、アクチュエータのヘッドプレートは、１つ又は複数のかしめ範囲により直接にインジェクタケーシングに固定される。さらに、従来技術で用いられた溶接を省略することができるので、インジェクタケーシングのための挿入鋼の代わりに焼入れ鋼を使用することができ、これにより、インジェクタケーシングのための簡易化された製造方法（複数ステップの熱処理の必要がない）に基づいて、著しいコスト利点がもたらされる。さらに、アクチュエータケーシングの省略により、アクチュエータは縮小された最大外径を有することができるので、従来技術と比較してインジェクタの寸法全体を縮小することができ、インジェクタをよりコンパクトに構成することができる。

有利には、かしめ範囲はアクチュエータのヘッドプレートの側部に配置されている。これにより、簡単なかしめを、例えば、側部でインジェクタケーシング内をガイドされたラムにより行うことができる。

本発明による別の有利な構成によれば、かしめ範囲は、上部に、すなわちヘッドプレートの、外側方向に向けられた範囲に配置されている。かしめ範囲はヘッドプレートの上部範囲にも、付加的にヘッドプレートの側部にも配置されていてよい。

特に有利には、かしめ範囲は、ヘッドプレートの外周に対して半径方向又はほぼ接線状に配置されている。特に、ヘッドプレートの外周に対してかしめ範囲を接線状に配置する場合、かしめ後にヘッドプレートのための特に高い支持力を得ることができる。なぜならば、かしめ範囲にはかしめ後に楔形のかしめられた材料範囲が生じるからである。このような楔形の材料範囲は、外側方向に向かってはインジェクタケーシングに対して支持され、かつ内側方向に向かってはヘッドプレートに対して支持される。この場合、楔形のかしめの有利な作用は、かしめ工程の後にも維持される。

できるだけわずかな部材数を有するようにするために、かしめ範囲は有利にはインジェクタケーシングの材料から形成されている。このために、例えばインジェクタケーシングには止まり孔を設けることができ、この場合、止まり孔の端部の材料が、アクチュエータのヘッドプレートとのかしめのために使用される。

本発明の別の有利な構成によれば、かしめ範囲は付加材料から形成されている。これにより、かしめに関して可能な限り最高の要求事項を充たすことができるように、付加材料を選択することが可能である。これにより、インジェクタケーシングのための材料の選択に関して、より高い自由度も生じる。なぜならば、もはやインジェクタケーシングの材料は直接にかしめのために使用されないからである。かしめのための付加材料は、例えば貫通孔内に位置決めされていてよい。この貫通孔は、インジェクタケーシング内に形成されており、ラムによってかしめられる。

かしめ範囲での特に確実かつ堅固な結合を可能にするために、アクチュエータのヘッドプレートの側部には、かしめのために適宜な溝（刻み目）深さを備えた表面構造が形成されている。これにより、かしめ時にかしめ材料が表面構造の切欠き内に押圧されるので、かしめによりヘッドプレートの確実な固定が保証されている。

特に有利には、ヘッドプレートに設けられた表面構造は、部分的又は完全に環状の溝の形で形成されている。これにより、表面構造は比較的安価に製造することができる。この場合、表面構造はヘッドプレートの高さ全体にわたって、又はかしめ範囲にのみ形成されていてもよい。本発明の特に有利な構成によれば、円筒状のヘッドプレートに設けられた表面構造はねじ山の形で形成されている。従って、円筒状のヘッドプレートには単に雄ねじ山が設けられているだけなので、表面構造は特に安価に製造することができる。

有利には、ヘッドプレートとインジェクタケーシングとの間の結合は、４つのかしめ範囲により形成されている。この場合、特に有利には４つのかしめ範囲は、それぞれ２つのかしめ範囲が向かい合う形で配置されている。これにより、ヘッドプレートへの特に好都合な力導入と力分配とがもたらされる。さらに、かしめの実施時にヘッドプレートの不都合な歪みを阻止することができる。

できるだけ安価に製造可能にするために、ヘッドプレート及び／又はインジェクタケーシングは、有利には焼入れ鋼から製造されている。この場合、焼入れ鋼として４２ＣｒＭｏ４が使用されると特に有利である。かしめのための付加材料としては、有利には冷間押出鋼、例えばＣｑ４５が使用される。

有利には、インジェクタケーシングには切欠きが設けられており、これらの切欠きにはかしめ範囲が配置されている。この場合、切欠きは、貫通孔又は止まり孔の形で形成されていてよい。特に有利には、これらの切欠きはかしめ後に付加的にアクチュエータの電気的なコネクタ接続部のための固定装置としても働く。この場合、コネクタ接続部は、アクチュエータのヘッドプレートのかしめ後に、インジェクタケーシングの切欠きに固定される。この場合、特に有利には、電気的なコネクタ接続部はプラスチック押出被覆により形成されており、この場合、切欠き内に挿入されたプラスチックは固定装置を形成する。さらに、これにより、かしめ範囲はプラスチックにより良好にカプセル状に閉じ込められるので、この箇所で腐食が発生することはありえない。

アクチュエータを備えたインジェクタを製造するための本発明による方法では、インジェクタケーシング内におけるアクチュエータの組付けは次のようなステップで行われる。まず、管状ばねに配置された圧電スタックと、ヘッドプレートと、底プレートとから成るアクチュエータが仮組付けされる。次いで、この仮組付されたアクチュエータは、底プレートがインジェクタケーシング内の所定の位置に整列されることにより、インジェクタケーシング内で位置決めされる。その後に、インジェクタケーシングに設けられたアクチュエータは、かしめによりヘッドプレートとインジェクタケーシングとの間に固定される。この場合、かしめのためには、インジェクタケーシングの材料及び／又はヘッドプレート及び／又は付加的なかしめ材料を使用することができる。

有利には、インジェクタを製造する方法は、さらにインジェクタケーシングに電気的なコネクタ接続部のプラスチック射出成形のステップを有している。この場合、電気的なコネクタ接続部は、インジェクタケーシングに設けられたかしめの実施のために使用される切欠きに固定される。

次に本発明の有利な実施例を図面につき説明する。

まず、図１、図２及び図３に関連して本発明の第１の実施例によるアクチュエータ１を説明する。

図１に示したように、アクチュエータ１がインジェクタケーシング７の組付け孔１４内に配置されている。このアクチュエータ１は、ヘッドプレート２と、管状ばね４内に配置された圧電スタック３と、図示していない底プレートとから成っている。底プレートを介して、アクチュエータ１は公知の形式で、アクチュエータストロークを変換するための変換装置に結合されており、これにより、インジェクタの噴射ニードルがシートから持ち上げられ、燃焼室への燃料の噴射が行われる、若しくは終了される。

特に図１及び図２から判るように、インジェクタケーシング７内には４つの切欠き８が形成されている。これらの切欠き８は、貫通孔として構成されており、インジェクタケーシング７の組付け孔１４に開口している。それぞれの切欠き８には、それぞれ付加材料６が配置されており、この付加材料６は、アクチュエータ２のヘッドプレート２とインジェクタケーシング７とをかしめるために使用される。これにより、ヘッドプレート２とインジェクタケーシング７との間には４つのかしめられた範囲５が生じる（図２参照）。

特に図２に示したように、それぞれ２つのかしめ範囲５は、インジェクタケーシング７に１８０°で向かい合う形で配置されている。これにより、ヘッドプレート２への最適な力導入及び力分配もたらされる。図３には、かしめ範囲５が拡大して示されている。図３に示したように、ヘッドプレート２の外周には多数の溝１２が形成されており、これらの溝１２は互いに平行に配置されている。この場合、溝１２は円筒状のヘッドプレート２の外周全体の周りに延びている。これらの溝１２は、ヘッドプレート２の表面構造をもたらし、これにより、かしめのために適宜な溝深さが確保される。図３に示したように、かしめ工程後に、付加材料６は溝１２に配置されているので、インジェクタケーシング７におけるアクチュエータ１の確実な固定を確保することができる。

図２から判るように、さらにヘッドプレート２内には２つのケーブルガイド１１が設けられており、これにより、圧電スタックのための電気的な接続がもたらされる。さらにインジェクタケーシング７内には、高圧孔９とリーク孔１０とが設けられている。

仮組付された組立部品として準備されたアクチュエータ１をインジェクタケーシング７内に固定するためには、まず、アクチュエータ１はインジェクタケーシング７に設けられた組付け孔１４に配置される。この場合、アクチュエータ１は、図示していない底プレートが所定の位置に整列されるような形で位置決めされる。次いで、４つの付加材料６がインジェクタケーシング７に設けられた切欠き８に配置され、ラムの押圧によりかしめられる。これにより、４つのかしめ範囲５が付加材料６とヘッドプレート２との間若しくは付加材料６とインジェクタケーシング７との間に生じる。かしめのための付加材料としては、有利には、優れたかしめ特性を有する冷間押出用鋼が使用される。

これにより、本発明によれば、アクチュエータは手間のかかる後加工を必要とすることなしにインジェクタ内の最適な位置に固定される。本発明によれば、特に個々の構成部材の種々異なる公差の不都合な付加は、かしめによる阻止することができる。より正確にいえば、本発明により、アクチュエータ１の製造公差、例えば圧電スタック３、ヘッドプレート２又は底プレートの長さ公差の補償が、インジェクタケーシング７内に配置された基準面に関して仮組付けされたアクチュエータの正確な位置決めにより得られる。さらに、切欠き８には、かしめ後に電気的なコネクタ接続部を、例えばプラスチック射出成形により簡単に固定することができる。

上に記載のアクチュエータ１は、特に蓄圧式噴射システム、例えばコモンレールシステムのために用いられるインジェクタにおいて使用される。インジェクタケーシング７内にアクチュエータ１を一体的に配置することにより、インジェクタは特に小さいコンパクトな寸法を有することができる。さらに、かしめにより焼入れ鋼を使用することができるので、ヘッドプレート２並びにインジェクタケーシング７のより簡単な製造がもたらされる。

次に、図４及び図５に関連して、本発明の第２の実施例によるアクチュエータ１を説明する。この場合、同様の部材には等しい符号を用いる。

第２の実施例のアクチュエータ１は、第１の実施例のアクチュエータにほぼ対応している。しかしながら、第１の実施例と異なり、第２の実施例では付加的なかしめ材料は設けられておらず、かしめのための材料としてはインジェクタケーシング７の材料１３が使用される。このために、インジェクタケーシング７内には止まり孔８が設けられており、それぞれの止まり孔の終端部には、それぞれ材料部分１３が残されており、この材料部分１３により、ヘッドプレート２のかしめが行われる。その他の点では、第２の実施例のアクチュエータは第１の実施例に対応しているので、第１の実施例に関して記載された事項を参照してよい。

次に、図６及び図７に関連して、本発明の第３の実施例によるアクチュエータを説明する。この場合にも同様の部材には既に述べた実施例のものと等しい符号を付す。

第３の実施例のアクチュエータは、第１の実施例のアクチュエータにほぼ対応しているが、この場合、半径方向孔の代わりに、ヘッドプレート２の外周に対して接線状の孔８が形成されている。図６及び図７から判るように、切欠き８はインジェクタケーシング７の面取りされた範囲１７に形成されている。この場合、それぞれ２つの切欠き８は、互いに向かい合うように配置されており、４つの切欠きは２つの孔のみにより形成することができるようになっているので、製造に基づくコスト利点が生じる。この場合、切欠き８は、アクチュエータを収容するための孔に対して接線状に形成されている。

図７には、ヘッドプレート２のかしめられた状態が示されている。図７から判るように、かしめ材料としては円筒状のかしめピン６、有利には良好に変形可能な材料Ｃｑ４５が使用される。かしめ後には、円筒状のかしめピン６は、ヘッドプレート２とインジェクタケーシング７との間でそれぞれ楔状のかしめ範囲５を形成するように変形される。これらの楔状のかしめ範囲５は、外側方向に向かってはインジェクタケーシング７に対して支持され、かつ内側方向に向かってはヘッドプレート２に対して支持される。これにより、かしめ部は、ヘッドプレート２の外側に対してほぼ接線状に得られる。改良された楔作用のためには、ヘッドプレート２の外周に面取りされた範囲が形成されていてよい。同様に、表面構造が、例えば波状溝などの形でヘッドプレート２に設けられていてよい。同様に、インジェクタケーシング７に設けられた面取りされた範囲１７は、例えば電気的なコネクタ接続部などのための固定装置として使用することができる。

さらに、図７にはケーブルガイド１１内に配置された、圧電スタックの電気的な接続のためのケーブル１５及び１６が示されている。

従って、本発明はインジェクタ、特に蓄圧式噴射システムのための駆動ユニットとしてのアクチュエータ１であって、このアクチュエータ１が、管状ばね４内に配置された圧電スタック３と、ヘッドプレート２と、底プレートとを有しているものに関する。このアクチュエータ１のヘッドプレート２は、少なくとも１つのかしめ範囲５により直接にインジェクタケーシング７に固定されている。この場合、かしめにより、インジェクタの簡単で安価な製造可能性がもたらされる。

本発明は、図示の実施例に限定されない。本発明から離れることなしに、種々異なる異形及び変更を構成することができる。

本発明の第１実施例によるアクチュエータの概略的な横断面図である。

図１のＡ−Ａ線に沿った概略的な横断面図である。

図１の部分Ｘを拡大して示す詳細図である。

本発明の第２実施例によるアクチュエータの概略的な横断面図である。

図４のＢ−Ｂ線に沿った概略的な横断面図である。

本発明の第３実施例によるアクチュエータを備えたインジェクタを部分的に切断して示す概略的な斜視図である。

図６に示したアクチュエータの概略的な横断面図である。

Claims (14)

1. インジェクタ、特に蓄圧式噴射システムのための駆動ユニットとしてのアクチュエータであって、該アクチュエータが、管状ばね（４）内に配置された圧電スタック（３）と、ヘッドプレート（２）と、底プレートとを有している形式のものにおいて、アクチュエータ（１）はインジェクタケーシング（７）の組付け孔（１４）内に配置されており、アクチュエータ（１）のヘッドプレート（２）が、かしめ範囲（５）によってインジェクタケーシング（７）に固定されており、インジェクタケーシング（７）には組付け孔（１４）に貫通する切欠き（８）が形成されており、切欠き（８）内には付加材料（６）が配置されており、切欠き（８）内において付加材料（６）が押圧されることにより、付加材料（６）とヘッドプレート（２）及びインジェクタケーシング（７）との間にかしめ範囲（５）が形成されていることを特徴とする、インジェクタのための駆動ユニットとしてのアクチュエータ。
2. かしめ範囲（５）が、ヘッドプレート（２）の側部に配置されている、請求項１記載のアクチュエータ。
3. かしめ範囲（５）が、ヘッドプレート（２）の上部範囲に配置されている、請求項１又は２記載のアクチュエータ。
4. かしめ範囲（５）が、ヘッドプレート（２）の外周に対して半径方向に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のアクチュエータ。
5. かしめ範囲（５）が、ヘッドプレート（２）の外周に対してほぼ接線状に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のアクチュエータ。
6. ヘッドプレート（２）に、かしめのために適宜な溝深さを備えた表面構造が形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のアクチュエータ。
7. ヘッドプレート（２）に設けられた表面構造が、部分的又は完全に環状の溝（１２）の形で形成されている、請求項６記載のアクチュエータ。
8. ヘッドプレート（２）が、円筒状に形成されており、前記ヘッドプレート（２）に設けられた表面構造が、雄ねじ山の形で形成されている、請求項６記載のアクチュエータ。
9. ヘッドプレート（２）とインジェクタケーシング（７）との間の結合が、４つのかしめ範囲（５）により形成されている、請求項１から８までのいずれか記載のアクチュエータ。
10. ４つのかしめ範囲（５）が、次の形でに配置されている、すなわち、それぞれ２つのかしめ範囲（５）が、ヘッドプレート（２）で向かい合うように配置されている、請求項９記載のアクチュエータ。
11. ヘッドプレート（２）及び／又はインジェクタケーシング（７）が、焼入れ鋼から製造されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のアクチュエータ。
12. 焼入れ鋼として、４２ＣｒＭｏ４が使用される、請求項１１記載のアクチュエータ。
13. 切欠き（８）が、アクチュエータの電気的なコネクタ接続部のための固定装置として働く、請求項１から１２までのいずれか１項記載のアクチュエータ。
14. 電気的なコネクタ接続部が、プラスチック押出被覆部の形で形成されている、請求項１３記載のアクチュエータ。

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