JP2010511833A

JP2010511833A - 燃料噴射弁および燃料噴射弁のための弁座を形成する方法

Info

Publication number: JP2010511833A
Application number: JP2009539681A
Authority: JP
Inventors: ハッケンベルクユルゲン; グロックアルミン
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2010-04-15
Also published as: DE102006057279A1; EP2100029A1; US20110139121A1; WO2008068104A1; CN101563537A

Abstract

本発明は、燃料噴射弁に関するものであり、この燃料噴射弁は不動の弁座面（２９）を備えた弁座体（１６）を有しており、この弁座（２９）と弁閉鎖体（７）が弁の開閉のために協働する。弁座体（１６）は弁座支持体（１）の長手方向開口（３）内に収容され、この弁座支持体（１）と堅く結合されている。弁座体（１６）の下端面（１７）に霧化アタッチメント（１２１）が直に固着強度をもって電鋳されている。霧化アタッチメント（１２１）には少なくとも１つの噴射開口（１２５）が設けられており、この噴射開口（１２５）は有利には下流方向で見て漏斗状に拡大している。当該燃料噴射弁は、特に混合気圧縮型火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置への取付けに適している。

Description

本発明は、独立請求項１の上位概念に記載の燃料噴射弁、つまり内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁であって、弁長手軸線と、不動の弁座を備えた弁座体と、この弁座体の弁座と協働する弁閉鎖体とを有する形式の燃料噴射弁、ならびに独立請求項６の上位概念に記載の、燃料噴射弁のための弁座を製造する方法、つまり内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁のための弁座を製造する方法であって、燃料噴射弁が、弁長手軸線と、不動の弁座を備えた弁座体と、弁座体の弁座面と協働する弁閉鎖体とを有する形式の燃料噴射弁のための弁座を製造する方法に関する。

背景技術
ＤＥ４０２６７２１Ａ１より既に公知の燃料噴射弁は球形の弁閉鎖体を有しており、この弁閉鎖体は弁座体の平滑な弁座面と協働する。弁座体には、噴射孔ディスクが下流側の端面に溶接継ぎ目によって堅く結合されている。噴射孔ディスクと弁座体とから成るこの弁座部は、弁座支持体内に密に固定されている。弁座部と弁座支持体との間の堅い結合は、噴射孔ディスクの、半径方向に負荷を掛けられている保持縁部での環状の溶接継ぎ目によって得られる。溶接継ぎ目は特にレーザ溶接によって形成される。

ＵＳ５，５７０，８４１Ａより既に公知の燃料噴射弁は、弁座エレメントの下流側に２層の孔ディスクパッケージを有している。この場合この孔ディスクパッケージは、弁座支持体の長手方向開口内に緩く挿入されていて、シールリングによって弁座エレメントに対してシールされている。この孔ディスク配置構造の下流側には固定エレメントが設けられており、この固定エレメントによって孔ディスクが弁座エレメントに対して押圧され、かつその箇所で堅く保持される。この全配置構造はさらに、内側に向かって突出している弁座支持体のカラーによって固定され、このカラーは縁曲げのように固定エレメントに下から係合している。このような配置構造の場合、燃料噴射弁の耐用寿命にわたって、噴射ノズル側の構造部材の、弁座支持体内での確実で安定的な取付け位置を保証できないことがある。

本発明の利点
冒頭に述べた形式の燃料噴射弁において本発明の構成では、霧化アタッチメントが弁座体に直に固着強度をもって電鋳によって一体成形されているようにした。

このように構成された本発明による燃料噴射弁は、弁座体と公知の噴射孔ディスクの機能を果たす霧化アタッチメントとの間の堅く確実な結合を得るための、簡単で安価な構成という利点を有している。有利には霧化アタッチメントは、溶接継ぎ目を避けることによって構造部材のあらゆる変位ならびに弁座体および／または霧化アタッチメント（噴射孔ディスク）の歪みが排除されるように弁座体に組み込まれており、これによって弁のシール機能が全耐用寿命にわたって確実に保証されている。本発明によればこのことは、霧化アタッチメントが弁座体に直に固着強度をもって電鋳されることによって解決される。

従属請求項に記載した構成によって、請求項１に記載した燃料噴射弁の有利な実施形態および改良形が可能となる。

特に有利には、弁座体は、この弁座体に成形された霧化アタッチメントと協働して弁座部を形成し、この弁座部は燃料噴射弁の弁座支持体内に簡単に挿入可能かつ固定可能である。

有利には霧化アタッチメントには少なくとも１つの噴射開口が設けられ、この噴射開口は、有利には下流方向で見て漏斗状に拡大している。

独立請求項６の特徴部に記載の、燃料噴射弁のための弁座を製造するための本発明による方法、つまり弁座体を用意し、霧化アタッチメントを弁座体に直に固着強度をもって電鋳し、弁座体と霧化アタッチメントとから成る弁座部を燃料噴射弁に取り付けるというステップを特徴とする、内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁のための弁座を製造する方法は、弁座体のあらゆる温度負荷が避けられ、かつ噴射孔ディスクを弁座体に接合する汎用の方法ステップが完全に省かれるという利点を有している。霧化アタッチメントはマイクロ電鋳プロセスによって弁座体に直に形成される。このプロセスによって、電気化学的に析出された金属にとって一般的な４５０Ｎ／ｍｍ^２までの固着値をもって、霧化アタッチメントと弁座体とが面で隙間なく結合される。

従属請求項に記載した構成によって、請求項６に記載した方法の有利な構成が可能となる。

特に有利には、直に弁座体の下端面に、この端面に適合した金属シートが導電性の接着剤を用いて取り付けられるか、または導電性のレジストシートが取り付けられる。この場合金属シートもしくはレジストシートの体積、形状および寸法を介して、後の霧化アタッチメント内部の流過中空室の容積、形状および寸法が決定される。流過中空室は実施形態において自由に選択することができ、例えば大面積に、または幾つかの通路状に形成することができる。

以下に本発明の実施例を図面につき詳述する。

背景技術に基づく公知の燃料噴射弁を部分的に示す概略図である。本発明による、燃料噴射弁のための、組み込まれた噴射孔ディスクを霧化アタッチメントとして備えた弁座体の製造ステップを示す図である。本発明による、燃料噴射弁のための、組み込まれた噴射孔ディスクを霧化アタッチメントとして備えた弁座体の製造ステップを示す図である。本発明による、燃料噴射弁のための、組み込まれた噴射孔ディスクを霧化アタッチメントとして備えた弁座体の製造ステップを示す図である。弁座体の概略的な下面図であり、この弁座体に成形された霧化アタッチメントにおける２つの流過バリエーションを示す図である。

実施例の説明
図１には、混合気圧縮型火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置用の噴射弁としての既に公知の弁を部分的に示した。この噴射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には弁長手軸線２に対して同心的に長手方向開口３が形成されている。この長手方向開口３内には、例えば管状の弁ニードル５が配置されており、この弁ニードルは流出側の端部６で、外周に例えば５つの平坦化部を備えた球形の弁閉鎖体７に結合されている。

噴射弁の作動は例えば電磁式に公知の形式で行われる。同様に励磁エレメントとして圧電式または磁歪式のアクチュエータも使用可能である。弁ニードル５を軸方向で運動させるために、ひいては戻しばね（図示せず）のばね力に抗して噴射弁を開放もしくは閉鎖するために、マグネットコイル１０と可動子１１とコア１２とを備えた前述の電磁回路が働く。可動子１１は弁ニードル５の、弁閉鎖体７とは反対側の端部に、例えばレーザを用いた溶接継ぎ目によって結合されており、コア１２に向けられている。マグネットコイル１０はコア１２を取り囲んでおり、このコア１２は、詳しくは示されていない入口管片（弁によって調量される燃料を供給するために働く）の、マグネットコイル１０によって取り囲まれている端部である。

軸方向運動中に弁閉鎖体７を案内するために、弁座体１６の案内開口１５が働く。弁座支持体１の、コア１１とは反対の下流側に位置する端部に、弁長手軸線２に対して同心的に延びている長手方向開口３内において、円筒状の弁座体１６が溶接によって密に取り付けられている。弁座体１６の周囲は、弁座支持体１の長手方向開口３よりも僅かに小さな直径を有している。弁座体１６は、弁閉鎖体７とは反対側の下端面１７で、例えばポット状に形成された噴射孔ディスク２１のベース部２０と同心的に堅く結合されている。

弁座体１６と噴射孔ディスク２１との結合は、例えばレーザによって形成された環状で密な第１溶接継ぎ目によって行われる。噴射孔ディスク２１のベース部２０は、中央領域において、腐食または打抜き加工によって成形された少なくとも１つ、例えば４つの噴射開口２５を有している。

ポット状の噴射孔ディスク２１のベース部２０には、環状の保持縁部２６が接続されており、この保持縁部２６は軸方向で見て弁座体１６とは反対側に延びていて、端部２７まで円錐形に外に向かって曲げられている。保持縁部２６は長手方向開口３の内壁に対して半径方向のばね作用を及ぼす。これによって弁座体１６と噴射孔ディスク２１とから成る弁座部が弁座支持体１の長手方向開口３に押し込まれる際に、弁座部および長手方向開口３でのチップ形成が回避される。噴射孔ディスク２１の保持縁部２６は、端部２７で、例えばレーザによって形成された環状で密な第２の溶接継ぎ目３０によって長手方向開口３の内壁と結合されている。

弁座体１６とポット状の噴射孔ディスク２１とから成る弁座部の、長手方向開口３への押込み深さは、弁ニードル５のストロークの大きさを規定する。というのも弁ニードル５の一方の終端位置は、マグネットコイル１０が励磁されていない場合に弁閉鎖体７が弁座体１６の弁座面２９に接触することによって決定されているからである。弁ニードル５の他方の終端位置は、マグネットコイル１０が励磁されている場合に、例えば可動子１１がコア１２に接触することによって決定される。したがって弁ニードル５の両方の終端位置の間の距離がストロークである。

球形の弁閉鎖体７は、流れ方向で見て円錐台状にテーパ加工された、弁座体１６の弁座面２９と協働し、この弁座面２９は軸方向で見て、弁座体１６の、案内開口１５と下端面１７との間に形成されている。

溶接継ぎ目２２，３０を形成するための、溶接過程の際の空間的および時間的に不均一なエネルギー投入によって、弁座体１６、ひいては弁座面２９にも歪みが生じ、これによって弁のシール機能が劣化する可能性がある。歪みのための測定値として、弁座面２９におけるシール領域の真円度を用いることができ、この真円度は場合によっては溶接過程の後で悪化する。さらに溶接によって噴射孔ディスク２１にも、不利な場合にはベース部２０の中央領域２４においても歪みの生じることがあり、その結果噴射開口２５の変形が生じ、この変形は噴流角度の変化および／または貫流値の変動の原因となることがある。したがって前記弁特性値の、大きな製造のばらつきが生じる。

したがって本発明の課題は、溶接継ぎ目を避けることによって構成部材のあらゆる変位ならびに弁座体１６および／または噴射孔ディスク２１の歪みが排除され、これによって弁のシール機能が全耐用寿命にわたって確実に保証されるように、噴射孔ディスク２１を弁座体１６に組込むことである。

図２から図４には、燃料噴射弁のための、噴射孔ディスク２１が組み込まれた本発明による弁座体１６の製造方法ステップを概略的に示した。噴射孔ディスク２１は以下では霧化アタッチメント１２１と呼ぶ。というのも弁座体１６に成形された構造体は、場合によってはディスク形状とは明らかに異なることがあるからである。霧化アタッチメント１２１が際立っているのは、この霧化アタッチメント１２１に少なくとも１つの噴射開口１２５が設けられていて、この噴射開口１２５がその寸法、輪郭付与、開口幅および傾斜によって噴流形状、噴流角度ならびに貫流量を決定する点である。

燃料噴射弁のための弁座を製造する本発明による方法は、弁座体１６のあらゆる温度負荷が避けられ、弁座体１６に噴射孔ディスク２１を接合する汎用の方法ステップが完全に省かれるという大きな利点を有している。霧化アタッチメント１２１はマイクロ電鋳プロセスによって弁座体１６に直に形成される。このプロセスによって、電気化学的に析出された金属にとって一般的な４５０Ｎ／ｍｍ^２までの固着値をもって、霧化アタッチメント１２１と弁座体１６とが面で隙間なく結合される。

弁座体１６と霧化アタッチメント１２１とから成る弁座部を製造するための主要なプロセスステップを、図２から図４を参照しながら詳述する。まず弁座体１６が用意され、この弁座体１６は理想的には既に最終加工された弁座面２９を有している。さらに弁座体１６は既に弁座面２９の下流側に成形された流出開口３１を備えており、この流出開口３１は弁座体１６の下端面１７で開口している。続いてこの下端面１７に霧化アタッチメント１２１が成形される。このために弁座体１６に適合した金属シート３５が導電性の接着剤を用いて端面１７に取り付けられる。択一的に導電性のレジストシートを端面１７に直に取り付けることも可能である。この場合金属シート３５の体積、形状および寸法は、後の霧化アタッチメント１２１の内部における流過中空室１３５の容積、形状および寸法を決定する。続いてフォトリソグラフィによって、後の霧化アタッチメント１２１のネガ型が形成される。この場合フォトリソグラフィは構造形成された積層フォトレジストとしてのフォトレジスト３６の塗布、フォトレジスト３６の露光、ならびにフォトレジスト３６の現像を含んでいる。

実現しようとする金属構造は、フォトリソグラフィのマスクによってフォトレジスト３６に逆に転写される。１つにはマスクを介してＵＶ−露光によってフォトレジスト３６を直に感光させることができる（ＵＶランプまたはＵＶ−ＬＥＤによるＵＶ−ディープリソグラフィ）。その他レーザアブレーションによって、この場合マスクを取り付けた後にレーザによってフォトレジスト３６の材料が爆発状に除去される。ＵＶ−露光されるフォトレジスト３６の現像もしくは別の方法（ドライエッチング、アブレーション）を用いた後、マスクによる、後の霧化アタッチメント１２１のネガ型パターンである所定の構造がフォトレジスト３６において得られる（図２）。

霧化アタッチメント１２１の所望の構造に応じて、続いてフォトレジスト３６の別の位置の塗布、露光および現像を行う。

続く電鋳成形の方法ステップは電気化学的な金属析出である。この場合金属３７の析出は、弁座体１６の下端面１７の露出しているリング面と金属シート３５もしくは導電性のレジストシートとに同時に始まる。金属３７は電鋳によってフォトレジスト３６のネガ型の輪郭に密に固着するので、所定の輪郭が金属３７において形状忠実に再現される。複数の機能平面を有する霧化アタッチメント１２１の構造を形成するためには、金属３７の電鋳層の高さがフォトレジスト３６の高さにほぼ相当していることが望ましい。析出される材料の選択は霧化アタッチメント１２１に対するその都度の要求に依存しており、この場合は特に機械的強さ、化学的安定性、溶接可能性などの要素が重要である。一般的にＮｉ、ＮｉＣｏ、ＮｉＦｅまたはＣｕが用いられるが、他の金属や合金を用いることもできる（図３）。

最後に金属シート３５およびフォトレジスト３６は、その周囲に成長した金属製の構造体３７から溶出される。このことは例えばＫＯＨ−処理または酸素プラズマによって、もしくはポリイミドの場合には溶剤（例えばアセトン）を用いて行うことができる。このフォトレジスト３６の溶出プロセスは一般に「ストリッピング」という上位概念の下に公知である。金属シート３５は有利にはアルミニウムから成っており、このアルミニウムはストリッピングの際に一緒に溶解される。フォトレジスト３６ならびに金属シート３５を除去した後に、少なくとも１つ、通常複数の噴射開口１２５を備えた、弁座体１６に直に成形された霧化アタッチメント１２１が生じる。金属３７の成長は電鋳の場合、例えば金属析出を止めた際に湾曲した縁部領域が残るように行われ、このような縁部領域によって噴射開口１２５は下流方向で見て漏斗状に拡大している（図４）。

弁座体１６は霧化アタッチメント１２１と共に弁座部を形成し、この弁座部は弁座支持体１の長手方向開口３内に挿入可能であり、かつ長手方向開口３内に固定可能である。

図５には弁座体１６の概略的な下面図が示されており、この弁座体１６に成形された霧化アタッチメント１２１における２つの流過バリエーションを示した。左側にはただ１つの扇形の流過中空室１３５の構成が示されており、この流過中空室１３５から全ての噴射開口１２５に噴射される液体が供給されるのに対し、図５の右側に示されたバリエーションでは、それぞれの噴射開口１２５が個々の通路状の流過中空室１３５と接続されている。後者の構成にとって有利なのは、導電性のレジストシートが弁座体１６の下端面１７に直に取り付けられ、この通路状の流過中空室１３５のネガ型として構造形成される場合である。この後汎用のフォトレジスト３６を用いて噴射開口１２５を形成するための第２の構造形成ステップが、図２から４までについて前述した方法で行われる。

Claims

内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁であって、弁長手軸線（２）と、不動の弁座（２９）を備えた弁座体（１６）と、該弁座体（１６）の前記弁座（２９）と協働する弁閉鎖体（７）とを有する形式のものにおいて、
前記弁座体（１６）に、霧化アタッチメント（１２１）が直に固着強度をもって電鋳によって一体成形されていることを特徴とする燃料噴射弁。
前記霧化アタッチメント（１２１）と前記弁座体（１６）との結合体は、４５０Ｎ／ｍｍ^２までの固着強度を有している、請求項１記載の燃料噴射弁。
前記霧化アタッチメント（１２１）に、少なくとも１つの流過中空室（１３５）が設けられており、該流過中空室（１３５）は、大面積に、または通路状に形成されている、請求項１または２記載の燃料噴射弁。
前記霧化アタッチメント（１２１）には、少なくとも１つの噴射開口（１２５）が設けられており、該噴射開口（１２５）は、有利には下流方向で見て漏斗状に拡大している、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
前記弁座体（１６）は、前記霧化アタッチメント（１２１）と共に弁座部を形成し、該弁座部は、弁座支持体（１）の長手方向開口（３）内に挿入可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁のための弁座を製造する方法であって、弁長手軸線（２）と、不動の弁座（２９）を備えた弁座体（１６）と、前記弁座体（１６）の前記弁座面（２９）と協働する弁閉鎖体（７）とを有する燃料噴射弁のための弁座を製造する方法において、
ａ）前記弁座体（１６）を用意し、
ｂ）霧化アタッチメント（１２１）を前記弁座体（１６）に直に固着強度をもって電鋳し、
ｃ）前記弁座体（１６）と前記霧化アタッチメント（１２１）とから成る弁座部を燃料噴射弁に取り付ける、
というステップを特徴とする、内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁のための弁座を製造する方法。
前記弁座体（１６）の下端面（１７）に、該下端面（１７）に適合した金属シート（３５）を、導電性の接着剤を用いて取り付ける、請求項６記載の方法。
前記弁座体（１６）の前記下端面（１７）に、導電性のレジストシートを取り付ける、請求項６記載の方法。
続いてフォトリソグラフィを行い、該フォトリソグラフィは、構造形成された積層フォトレジストとしてのフォトレジスト（３６）の塗布、該フォトレジスト（３６）の露光ならびに該フォトレジスト（３６）の現像を含んでいる、請求項７および８記載の方法。
露光を、マスクを介して、ＵＶ−露光またはレーザによって行う、請求項９記載の方法。
電気化学的な金属析出を、前記弁座体（１６）の前記下端面（１７）と、前記金属シート（３５）もしくは導電性のレジストシートとで始め、これらの箇所から前記フォトレジスト（３６）の周囲を覆うようにする、請求項７から１０までのいずれか１項記載の方法。
金属析出のために、Ｎｉ、ＮｉＣｏ、ＮｉＦｅまたはＣｕを用いる、請求項１１記載の方法。
前記霧化アタッチメント（１２１）の電鋳を、前記金属シート（３５）もしくは導電性の前記レジストシートおよび前記フォトレジスト（３６）の溶出によって終了する、請求項７から１２までのいずれか１項記載の方法。
前記弁座体（１６）を前記霧化アタッチメント（１２１）と共に形成する前記弁座部を、弁座支持体（１）の長手方向開口（３）内に取り付け、かつ当該箇所に固定する、請求項６から１３までのいずれか１項記載の方法。