JP5897129B2 - 流れのある媒体を調量供給する弁 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した、流れのある媒体、たとえばガス状のまたは液状の媒体を調量供給する弁、特に内燃機関用の燃料噴射弁に係る。

背景技術
燃料またはフューエルを内燃機関の燃焼室内に直接噴射するための公知の燃料噴射弁またはフューエルインジェクタ（独国特許出願公開第１０３１７１４８号明細書）は、弁ハウジングと、この弁ハウジング内に収容されてカルダン式に支持され、弁ニードルに作用結合された圧電式、電歪式または磁歪式のアクチュエータと、電気的な接続コネクタと、この接続コネクタからアクチュエータへの電気的な接続部を形成する給電部とを有している。この給電部は２つの給電線路を有している。各給電線路は、ハウジング側に固定された電気的な導体と、この導体に対して弁ハウジング内に直径方向で配置されていて、アクチュエータから突出したコンタクトピンと、このコンタクトピンに導体を接続するフレキシブルな線路部分とから形成されている。電気的な導体は、被覆された断面円形線材である。この断面円形線材は、弁ハウジングを閉鎖する、燃料のための流入路を有する閉鎖片を貫いて案内されている。剥き出しのコンタクトピンはアクチュエータの端面から突出している。フレキシブルな線路部分は、弁ハウジングの軸線を横切る横方向に延びるばね板の形状を有している。このばね板は、折り曲げられた板端部でもって、一方では、被覆された断面円形線材の剥き出しの端部に鑞付けまたは溶接されていて、他方では、剥き出しのコンタクトピンに鑞付けまたは溶接されている。弁ハウジングの軸線を横切る横方向に延びるばね板として形成された、両給電線路におけるフレキシブルな線路部分は、アクチュエータへの通電と、それぞれ異なる熱膨張率と、場合によりアクチュエータと閉鎖片との間に配置されたカップラの不可避のハイドロリック的な損失とにより生じるアクチュエータの不可避の軸方向の運動を、閉鎖片内に固定された被覆された断面円形線材から取り除き、断面円形線材の曲げ応力と摩擦とを回避し、弁の耐摩耗性を高めている。

発明の開示
請求項１の特徴を備えた本発明に係る弁は、大幅に簡素化された組付けの利点を有している。なぜならば、アクチュエータの完成した配線部を形成する全体的な給電モジュールを接続コネクタとアクチュエータとの間に極めて簡単に嵌め込むことができ、給電モジュールの導体端部を接続コネクタとアクチュエータとに溶接しさえすればよいからである。冒頭に記載した公知の弁における給電部に比べて、公知の弁では両給電線路において各ばね板と断面円形線材およびコンタクトピンとの接続時に付加的に必要となる全部で４つの溶接部が省略されている。給電モジュールは、中間の導体部分で予備成形されて装入される２つだけの電気的な導体を備えて、プラスチック射出成形法で簡単にかつ廉価に製造することができる。軸方向のアクチュエータ運動を相殺するための給電線路における所望の軸方向の長さ補償は、中間の導体部分の、いわゆる「波形ジオメトリ」によって給電線路の弾性的なかつフレキシブルな線路部分を成す軸方向にずらされた複数の湾曲部を介して行われる。弁ハウジング内でのアクチュエータの従来のカルダン式の支持時には、ねじり剛性を持つ給電モジュールが、アクチュエータに対する確実なねじり防止部を提供していて、ねじり防止部を形成するための付加的な手段を不要にしている。

後続の請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した弁の有利な改良および改善が可能となる。

本発明の有利な態様では、中間の各導体部分が、軸方向にずらされたメアンダ状の複数の湾曲部または波形部を有しており、軸方向で連続するこれらの湾曲部（３６）は、手前側の導体部分（３４１，３５１）と奥側の導体部分（３４２，３５２）とが延在する１つの平面に対して垂直に延びる互いに逆の方向に向けられている。軸方向にずらされたメアンダ状の複数の湾曲部によって、給電モジュールの軸方向の小さなばね剛性が得られるので、温度に起因したアクチュエータの軸方向の伸縮時には、中間の導体部分に極めて小さな伸縮応力しか生じないようになっている。

本発明の有利な態様では、プラスチックブリッジ部材が、中間の導体部分を、長く延ばされた手前側の導体部分に対して画定するプラスチックリングと、長く延ばされた奥側の導体部分に対して画定する、中心の貫通開口を備えたプラスチックディスクセグメントとを有しており、プラスチックリングが、手前側の導体部分のプラスチック被覆体に一体に成形されている。プラスチックディスクセグメントは、奥側の導体部分のプラスチック被覆体に一体に成形されており、その際、両方の中間の導体部分のうち、プラスチックディスクセグメントに隣接したメアンダ状の湾曲部の、プラスチックディスクセグメントに最も近いそれぞれ１つの湾曲枝部が、プラスチックディスクセグメント内に埋め込まれている。プラスチックブリッジ部材のこの構造的な構成によって、弁ハウジング内に提供された構成スペースに最適に適合されていて、可能な限り大きなねじり剛性を有する、弁のコンパクト性に向けられた目標を妨げない給電モジュールを実現することができる。

本発明の有利な態様では、プラスチックディスクセグメントが、円の弧と円の弦とにより画定されたディスク面を有していて、手前側の導体部分と奥側の導体部分とが延在する平面に対して平行に円の弦が延びるように位置決めされている。両方の中間の導体部分の、一方でプラスチックリングと他方でプラスチックディスクセグメントとの間に延びるプラスチック被覆体は、それぞれ方形の横断面を有しており、この方形の横断面の、プラスチックディスクセグメントの弦に対して平行に延びる横断面寸法は、最大の横断面寸法を成していて、別の横断面寸法よりも十分に大きく設定されている。これにより形成されたプラスチック被覆体の大きな幅が、プラスチックブリッジ部材のねじり剛性を高めている。

本発明の有利な態様では、電気的な導体が、たとえば０．５ｍｍの直径を有する断面円形線材から成っているかまたは型押し加工された金属薄板部材から成っている。材料として、非鉄金属材料、たとえば銅または錫が使用される。プラスチック被覆体およびプラスチックブリッジ部材に用いられる材料として、好適にはガラス繊維強化されたポリアミド、たとえばＰＡ６６が使用される。

本発明の有利な態様では、両方の電気的な導体が、中間の導体部分の領域で高オームの抵抗体によって互いに接続される。このような抵抗体は、弁組付け時のアクチュエータにおける電気的な損害を阻止する。

液状のまたはガス状の媒体を調量供給するための弁の縦断面図である。 図１に示した弁内の接続コネクタの斜視図である。 図１に示した弁内の給電モジュールの斜視図である。 図３に示した給電モジュールの側面図である。 図４に示した給電モジュール内の電気的な導体の側面図である。 図３に示した給電モジュールの平面図である。 図６に示した給電モジュール内の電気的な導体の平面図である。

本発明を、図面に示した実施の形態につき以下に詳しく説明する。

図１に縦断面図で示した、流れのある媒体、すなわち、液状のまたはガス状の媒体を調量供給するための弁は、特に燃料を内燃機関の燃焼シリンダまたは吸気ポートに噴射するための噴射弁として使用されるものの、水性の溶液、たとえば尿素水溶液を内燃機関の排気系統に噴射するための調量弁として使用されてもよい。弁は、中空円筒状の弁ハウジング１１と、この弁ハウジング１１内に収容されていて、弁部材１３に作用するアクチュエータ１２と、図２に斜視的に示した、弁ハウジング１１の外側からアクセス可能な接続コネクタ１４と、この接続コネクタ１４からアクチュエータ１２への電気的な接続部を形成する給電部とを有している。この給電部は、それぞれ１つのフレキシブルな線路部分を備えた２つの給電線路１５，１６を有している。中空円筒状の弁ハウジング１１は、一方の端面端部では、調量供給開口１７を有する弁ボディ１８によって閉鎖されていて、他方の端面端部では、媒体のための流入路１９を有する、接続コネクタ１４も固定された接続片２０によって閉鎖されている。さらに、流入路１９に対して同軸に接続管片２１が配置されている。この接続管片２１は、流入ホースを被せ嵌めるために形成されている。調量供給開口１７は、外向きに開放する弁部材１３の閉鎖ヘッドによって制御、すなわち、開閉される。このためには、弁部材１３にその操作のために作用するアクチュエータ１２が、本実施の形態では圧電式のアクチュエータとして形成されていて、複数の圧電セラミックディスクから形成された電気的に制御可能なピエゾスタック２２を有している。このピエゾスタック２２は、ばねとして形成された中空体２３によって閉鎖プレート２４と閉鎖ボディ２５との間に挟み込まれている。アクチュエータ１２は、中空体２３に固定された閉鎖プレート２４に形成されたカルダン式の支持部２６を介して、弁部材１３の、閉鎖ヘッドと反対の側の端部に支持されている。アクチュエータ１２の閉鎖ボディ２５は、直径が段付けられて形成されていて、アクチュエータ１２の中空体２３が固定された大きい方の直径のボディ部分２５１と、アクチュエータ１２と接続片２０との間に配置されたハイドロリック式のカップラ２７に結合された小さい方の直径のボディ部分２５２とを有している。ハイドロリック式のカップラ２７の構造および作用形式は公知であり、たとえば独国特許出願公開第１０２００４０２１９２１号明細書または独国特許出願公開第１０２００４００２１３４号明細書に記載されている。ハイドロリック式のカップラ２７は、公知のように、ピストン２８と、シリンダ状のピストンガイドを備えたカップラハウジング２９と、液体、特にオイルで充填されたカップラギャップとを有している。図示の実施の形態では、カップラハウジング２９が、接続片２０に形成された凹部３０内にカルダン式に支持されていて、ピストン２８が、アクチュエータ１２の閉鎖ボディ２５の小さい方の直径のボディ部分２５２に固く結合されている。択一的には、カップラハウジング２９が凹部３０内に固定されていて、閉鎖ボディ２５の小さい方の直径のボディ部分２５２と、ハイドロリック式のカップラ２７のピストン２８との間にカルダン式の支持部が設けられていてもよい。

両給電線路１５，１６から成る、接続コネクタ１４からアクチュエータ１２への給電部は、図３に斜視的に示したように、ねじり剛性を持つ給電モジュール３１として構想されていて、簡略化されており、弁の組付けを容易にする。各給電線路１５；１６は、プラスチック被覆体３２；３３を備えた電気的な導体３４；３５から成っている。この電気的な導体３４，３５のうち、被覆されていない電気的な導体３４が、図５には側面図で示してあり、図７には平面図で示してある。電気的な各導体３４，３５は、接続コネクタ１４に向けられて長く延ばされた手前側の導体部分３４１；３５１と、アクチュエータ１２に向けられて長く延ばされた奥側の導体部分３４２；３５２と、その間に位置する中間の導体部分３４３；３５３とから成っている。冒頭ですでに述べたフレキシブルなかつ弾性的な線路部分を実現するためには、中間の導体部分３４３；３５３が、メアンダ状の少なくとも１つの湾曲部３６または波形部を有している。図示の実施の形態では、中間の各導体部分３４３；３５３が、軸方向にずらされたメアンダ状の複数の湾曲部３６を有している。軸方向で連続する湾曲部３６は、手前側の導体部分３４１，３５１と奥側の導体部分３４２，３５２とが延在する１つの平面に対して垂直に延びる互いに逆の方向に向けられている。中間の導体部分３４３，３５３の領域では、プラスチック被覆体３２，３３と一体のプラスチックブリッジ部材３７が両給電線路１５，１６を互いに結合している。これによって、ねじり剛性を持つ給電モジュール３１が得られる。

詳細には、プラスチックブリッジ部材３７は、中間の導体部分３４３，３５３を、長く延ばされた手前側の導体部分３４１，３５１に対して画定するプラスチックリング３８と、中間の導体部分３４３，３５３を、長く延ばされた奥側の導体部分３４２，３５２に対して画定するプラスチックディスクセグメント３９とを有している。プラスチックリング３８は、手前側の導体部分３４１，３５１のプラスチック被覆体３２，３３に一体に成形されている。プラスチックディスクセグメント３９は、奥側の導体部分３４２，３５２のプラスチック被覆体３２，３３に一体に成形されていて、両方の中間の導体部分３４３，３５３の、線路延び方向でそれぞれ最後の隣接したメアンダ状の湾曲部３６のうち、それぞれ近い方の湾曲枝部３６１を取り囲んでいる。プラスチックディスクセグメント３９は、円の弧３９１と円の弦３９２とにより画定されたディスク面を有していて、アクチュエータ１２の閉鎖ボディ２５の小さい方の直径のボディ部分２５２のための貫通開口４０を備えている。プラスチックディスクセグメント３９は、手前側の導体部分３４１，３５１と奥側の導体部分３４２，３５２とが延在する平面に対して平行に円の弦３９２が延びるように、給電モジュール３１の内部に位置決めされている。プラスチック被覆体３２，３３は、手前側の導体部分３４１，３５１の領域および奥側の導体部分３４２，３５２の領域にそれぞれ円形の横断面を有している一方、中間の導体部分３４３，３５３の領域、すなわち、プラスチックリング３８とプラスチックディスクセグメント３９との間には、それぞれプラスチックディスクセグメント３９の円の弦３９２に対して平行に延びる最大の横断面寸法を備えた方形の横断面を有している。プラスチック被覆体３２，３３のこの比較的広幅の横断面寸法によって、プラスチックリング３８とプラスチックディスクセグメント３９との間の範囲が付加的に補強され、これによって、プラスチックブリッジ部材３７が全体的に極度なねじり剛性を有している。好適には、電気的な導体３４，３５が、非鉄金属材料から成る断面円形線材または非鉄金属材料から成る型押し加工された金属薄板から製造されている。非鉄金属材料として、たとえば銅または錫が使用される。断面円形線材は、たとえば０．５ｍｍの直径を有していてよい。電気的な導体３４，３５のプラスチック被覆体３２，３３およびプラスチックブリッジ部材３７には、ガラス繊維強化されたポリアミド、たとえばＰＡ６６が使用される。組付け目的のためには、電気的な両導体３４，３５が、中間の導体部分３４３，３５３の領域で高オームの抵抗体４１によって互いに接続されている。この接続は、溶接、鑞付けまたはクランプによって行われる。

図１に示した断面図から認めることができるように、弁組付け後には、長く延ばされた手前側の導体部分３４１，３５１が、接続コネクタ１４を支持する接続片２０内に形状接続的に固定されており、長く延ばされた奥側の導体部分３４２，３５２が、アクチュエータ１２の閉鎖ボディ２５の大きい方の直径のボディ部分２５１内に形状接続的に固定されているのに対して、中間の導体部分３４３，３５３を埋め込んだプラスチックブリッジ部材３７は、アクチュエータ１２の閉鎖ボディ２５の小さい方の直径のボディ部分２５２を取り囲んでいる。これによって、弁運転の間にアクチュエータ１２に生じたねじりモーメントを吸収するねじり剛性を持つ給電モジュール３１により、アクチュエータ１２が、弁ハウジング１１に対して相対的なねじりに対して安全確保されている。接続コネクタ１４は、弁ハウジング１１の外側からアクセス可能な２つの電気的な差込みコンタクト１４１と、両差込みコンタクト１４１から、弁ハウジング１１を閉鎖する接続片２０に案内されたコンタクトラグ１４２とを有している。電気的な導体３４，３５の長く延ばされた手前側の導体部分３４１，３５１の剥き出しの端部は、それぞれ一方のコンタクトラグ１４２に、たとえば溶接によって接続されている。電気的な導体３４，３５の長く延ばされた奥側の導体部分３４２，３５２の剥き出しの端部は、アクチュエータ１２のピエゾスタック２２に直接接触している。

Claims (17)

1. 流れのある媒体を調量供給する弁であって、
   弁ハウジング（１１）と、
   該弁ハウジング（１１）内に収容されていて、弁部材（１３）に作用するアクチュエータ（１２）と、
   弁ハウジング（１１）の外側からアクセス可能な電気的な接続コネクタ（１４）と、
   該接続コネクタ（１４）からアクチュエータ（１２）への電気的な接続部を形成する給電部であって、それぞれ１つのフレキシブルな線路部分を備えた２つの給電線路（１５，１６）を有する給電部と、
   を備える、流れのある媒体を調量供給する弁において、
   各給電線路（１５，１６）は、プラスチック被覆体（３２，３３）を備える電気的な導体（３４，３５）から成っており、該導体（３４，３５）は、それぞれ長く延ばされた手前側の導体部分（３４１，３５１）および奥側の導体部分（３４２，３５２）と、その間に位置する中間の導体部分（３４３，３５３）とを有し、該中間の導体部分（３４３，３５３）は、前記フレキシブルな線路部分を実現するために、メアンダ状の少なくとも１つの湾曲部（３６）を有し、
   両導体（３４，３５）の中間の導体部分（３４３，３５３）の領域で両導体（３４，３５）のプラスチック被覆体（３２，３３）と一体のプラスチックブリッジ部材（３７）が両給電線路（１５，１６）を結合して、ねじり剛性を持つ給電モジュール（３１）が形成されていることを特徴とする、流れのある媒体を調量供給する弁。
2. 中間の各導体部分（３４３，３５３）は、軸方向にずらされたメアンダ状の複数の湾曲部（３６）を有し、軸方向で連続する該複数の湾曲部（３６）は、手前側の導体部分（３４１，３５１）と奥側の導体部分（３４２，３５２）とが延在する１つの平面に対して垂直に延びており、かつ、互いに逆の方向に向けられている、請求項１記載の弁。
3. プラスチックブリッジ部材（３７）は、中間の導体部分（３４３，３５３）を手前側の導体部分（３４１，３５１）に対して画定するプラスチックリング（３８）と、中間の導体部分（３４３，３５３）を奥側の導体部分（３４２，３５２）に対して画定する、中心の貫通開口（４０）を備えるプラスチックディスクセグメント（３９）とを有し、プラスチックリング（３８）は、手前側の導体部分（３４１，３５１）のプラスチック被覆体（３２，３３）に一体に成形されており、プラスチックディスクセグメント（３９）は、奥側の導体部分（３４２，３５２）のプラスチック被覆体（３２，３３）に一体に成形されていて、両方の中間の導体部分（３４３，３５３）の互いに隣接したメアンダ状の複数の湾曲部（３６）のうち、奥側の導体部分（３４２，３５２）に最も近い湾曲部（３６）の湾曲枝部（３６１）の各々を埋め込んでいる、請求項２記載の弁。
4. プラスチックディスクセグメント（３９）は、円の弧（３９１）と円の弦（３９２）とにより画定されたディスク面を有し、手前側の導体部分（３４１，３５１）と奥側の導体部分（３４２，３５２）とが延在する前記平面に対して平行に円の弦（３９２）が延びるように位置決めされている、請求項３記載の弁。
5. 中間の各導体部分（３４３，３５３）の、プラスチックリング（３８）とプラスチックディスクセグメント（３９）との間に延びるプラスチック被覆体（３２，３３）は、プラスチックディスクセグメント（３９）の円の弦（３９２）に対して平行に延びる最大の横断面寸法を備える方形の横断面を有する、請求項４記載の弁。
6. 電気的な各導体（３４，３５）は、非鉄金属材料から成る断面円形線材から成っている、請求項１から５までのいずれか１項記載の弁。
7. 前記断面円形線材は、０．５ｍｍの直径を有する、請求項６記載の弁。
8. 電気的な各導体（３４，３５）は、非鉄金属材料から成る型押し加工された金属薄板として形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の弁。
9. 前記非鉄金属材料は、銅または錫である、請求項６から８までのいずれか１項記載の弁。
10. プラスチック被覆体（３２，３３）およびプラスチックブリッジ部材（３７）のための材料として、ガラス繊維強化されたポリアミドが使用されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の弁。
11. 前記ポリアミドは、ＰＡ６６である、請求項１０記載の弁。
12. 両方の電気的な導体（３４，３５）は、中間の導体部分（３４３，３５３）の領域で高オームの抵抗体（４１）によって互いに接続されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の弁。
13. アクチュエータ（１２）は、弁部材側でかつ弁ハウジング側でそれぞれカルダン式に支持されており、電気的な導体（３４，３５）の長く延ばされた手前側の導体部分（３４１，３５１）は、弁ハウジング（１１）内に固定されており、長く延ばされた奥側の導体部分（３４２，３５２）は、アクチュエータ（１２）内に固定されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の弁。
14. アクチュエータ（１２）の弁ハウジング側のカルダン式の支持は、前記媒体のための接続管片（２１）を有する、弁ハウジング（１１）を閉鎖する接続片（２０）内に収容されたハイドロリック式のカップラ（２７）を介して行われており、アクチュエータ（１２）は、直径が段付けられた閉鎖ボディ（２５）を有し、該閉鎖ボディ（２５）は、大きい方の直径のボディ部分（２５１）と小さい方の直径のボディ部分（２５２）とを備え、該小さい方の直径のボディ部分（２５２）は、ハイドロリック式のカップラ（２７）に結合されており、給電モジュール（３１）は、プラスチックブリッジ部材（３７）が小さい方の直径のボディ部分（２５２）を取り囲んでいて、手前側の導体部分（３４１，３５１）が接続片（２０）を貫いて形状接続的に案内されていて、奥側の導体部分（３４２，３５２）が大きい方の直径のボディ部分（２５１）を貫いて形状接続的に案内されているように、弁ハウジング（１１）内に配置されている、請求項１３記載の弁。
15. 接続コネクタ（１４）は、弁ハウジング（１１）の外側からアクセス可能な２つの電気的な差込みコンタクト（１４１）と、両差込みコンタクト（１４１）から接続片（２０）に案内されたコンタクトラグ（１４２）とを有し、アクチュエータ（１２）は、ピエゾスタック（２２）を有し、給電モジュール（３１）は、電気的な導体（３４，３５）の手前側の導体部分（３４１，３５１）の剥き出しの端部で接続コネクタ（１４）のそれぞれ１つのコンタクトラグ（１４２）に接触していて、電気的な導体（３４，３５）の奥側の導体部分（３４２，３５２）の剥き出しの端部でピエゾスタック（２２）に直接接触している、請求項１４記載の弁。
16. 前記媒体は、液状のまたはガス状の媒体である、請求項１から１５までのいずれか１項記載の弁。
17. 前記弁は、内燃機関用の燃料噴射弁である、請求項１から１６までのいずれか１項記載の弁。

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