特表 2023-532730 摩耗が低減されたガスインジェクタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-31

(54)【発明の名称】摩耗が低減されたガスインジェクタ

(51)【国際特許分類】

   F02M 21/02 20060101AFI20230724BHJP

   F02M 51/00 20060101ALI20230724BHJP

   F16K 31/06 20060101ALI20230724BHJP

【ＦＩ】

F02M21/02 301R

F02M51/00 F

F16K31/06 385A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022581438

(86)(22)【出願日】2021-04-12

(85)【翻訳文提出日】2023-02-07

(86)【国際出願番号】 EP2021059438

(87)【国際公開番号】W WO2022002454

(87)【国際公開日】2022-01-06

(31)【優先権主張番号】102020208273.1

(32)【優先日】2020-07-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(74)【代理人】

【識別番号】100147991

【弁理士】

【氏名又は名称】鳥居 健一

(72)【発明者】

【氏名】ミューラー，マルティン

【テーマコード（参考）】

3G066

3H106

【Ｆターム（参考）】

3G066AB05

3G066BA49

3G066CE22

3H106DA07

3H106DA23

3H106DB02

3H106DB32

3H106DC02

3H106DD02

3H106EE30

3H106KK18

(57)【要約】

本発明は、気体燃料を吹き込むためのガスインジェクタであって、電機子（２０）、内側磁極（２１）、およびコイル（２２）をもつ磁気アクチュエータ（２）と、弁座（９０）においてガス経路（１４）を解放および閉止する閉鎖要素（３）であり、電機子（２０）が閉鎖要素（３）と接続されている、閉鎖要素（３）と、潤滑剤を充填され、電機子（２０）が内部に配置されている密閉された潤滑剤チャンバ（４）であり、潤滑剤が電機子（２０）の潤滑を保証する、潤滑剤チャンバ（４）と、潤滑剤チャンバ（４）をガス経路（１４）から封止する可撓性封止要素（５）と、を含み、潤滑剤チャンバ（４）内に制動機器が配置されている、ガスインジェクタに関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体燃料を吹き込むためのガスインジェクタであって、
電機子（２０）、内側磁極（２１）、およびコイル（２２）をもつ磁気アクチュエータ（２）と、
弁座（９０）においてガス経路（１４）を解放および閉止する閉鎖要素（３）であり、前記電機子（２０）が前記閉鎖要素（３）と接続されている、閉鎖要素（３）と、
潤滑剤を充填され、前記電機子（２０）が内部に配置されている密閉された潤滑剤チャンバ（４）であり、前記潤滑剤が前記電機子（２０）の潤滑を保証する、潤滑剤チャンバ（４）と、
前記潤滑剤チャンバ（４）を前記ガス経路（１４）から封止する可撓性封止要素（５）と、
を含むガスインジェクタ。

【請求項2】

前記潤滑剤チャンバ（４）内に制動機構（６）が配置されており、前記制動機構（６）が、開状態から閉状態への前記ガスインジェクタの復元プロセス時に前記閉鎖要素（３）を減速するように構成されている請求項１に記載のガスインジェクタ。

【請求項3】

前記制動機構（６）が、制動ボルト（６０）および弾性制動要素（６１）を有し、前記制動ボルト（６０）および前記弾性制動要素（６１）が、復元プロセス時に、前記閉鎖要素（３）および／または前記電機子（２０）と動作接続することができる、請求項２に記載のガスインジェクタ。

【請求項4】

前記制動ボルト（６０）が、前記潤滑剤チャンバ（４）内の制動案内要素（６２）内に案内される、請求項３に記載のガスインジェクタ。

【請求項5】

前記インジェクタの前記閉状態において、前記制動案内要素（６２）と前記制動ボルト（６０）との間の第１の軸方向ギャップ（Ｂ）が、前記電機子（２０）と前記内側磁極（２１）との間の第２の軸方向ギャップ（Ｃ）よりも小さい、請求項４に記載のガスインジェクタ。

【請求項6】

前記密閉された潤滑剤チャンバ（４）が、潤滑剤、特にオイル、ガソリン、ディーゼル燃料、またはグリースで完全にまたは部分的に充填されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のガスインジェクタ。

【請求項7】

前記可撓性封止要素（５）が、ベローズ、特に金属ベローズ、または膜である、請求項１から６のいずれか一項に記載のガスインジェクタ。

【請求項8】

前記気体燃料のためのガス経路（１４）が、弁ハウジング（８）と前記磁気アクチュエータ（２）の磁気ハウジング（２３）との間の領域内に延びる、または
前記気体燃料の前記ガス経路（１４）が、特に前記コイル（２２）が配置されている前記磁気アクチュエータ（２）の領域を通って延びる、
請求項１から７のいずれか一項に記載のガスインジェクタ。

【請求項9】

外向きに開くインジェクタである、請求項１から８のいずれか一項に記載のガスインジェクタ。

【請求項10】

前記可撓性封止要素（５）の平均直径Ｄ１が、弁体（９）の前記弁座（９０）の直径Ｄ２と等しく、前記弁座（９０）で、前記閉鎖要素（３）が前記ガス経路を解放および閉止する、請求項１から９のいずれか一項に記載のガスインジェクタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、摩耗が低減された、気体燃料、特に水素または天然ガスなどを吹き込むための特に内燃機関用のガスインジェクタに関する。本ガスインジェクタは、特に、内燃機関の燃焼室に直接吹き込むために設計されている。

【背景技術】

【0002】

先行技術から、ガスインジェクタは様々な構成で知られている。ガスインジェクタにおける問題は、原理的に、吹き込むべき媒体が気体であるので、例えばガソリンまたはディーゼル燃料を噴射する燃料インジェクタでは可能な、媒体による潤滑が不可能なことである。これにより、液体燃料用の燃料インジェクタに比べて、動作中に過度の摩耗が発生する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

摩耗挙動が改良されたガスインジェクタを提供することが望ましいであろう。

【課題を解決するための手段】

【0004】

それに対し、本発明による、請求項１の特徴をもつ気体燃料を吹き込むためのガスインジェクタは、ガスインジェクタの摩耗が大幅に低減され得るという利点を有する。これにより、ガスインジェクタの寿命が延ばされ、液体燃料用の燃料インジェクタの寿命と実質的に同等になる。本発明によれば、これは、ガスインジェクタが、密閉された潤滑剤チャンバ内にある潤滑剤を有し、潤滑剤チャンバ内にガスインジェクタの可動部品が配置されていることによって達成される。ガスインジェクタは、電機子、内側磁極、およびコイルを備えた磁気アクチュエータを含む。

【0005】

ここでは、電機子が、弁座のガス経路を解放および閉止する閉鎖要素と機械的に接続されており、インジェクタの開放および／または閉鎖のための動きを可能にする。したがって、コイルの通電時に電磁力により磁気アクチュエータの内側磁極に対して引っ張られる、潤滑剤チャンバ内にある電機子は、潤滑剤チャンバの内部にあり、常に潤滑剤を供給されて潤滑される。それにより、電機子の摩耗は、先行技術から従来知られているガスインジェクタに比べて大幅に低減されている。潤滑剤チャンバの封止性を保証するために、閉鎖要素に対して部分領域で潤滑剤チャンバを封止する可撓性封止要素が設けられている。したがって、密閉され、潤滑剤で充填された潤滑剤チャンバを使用することによって、ガスインジェクタの寿命が大幅に延ばされ得る。ここで、好ましくは、潤滑剤チャンバは、潤滑剤で完全に充填されている。

【0006】

従属請求項は、本発明の好ましい発展形態を示す。
さらに好ましくは、潤滑剤チャンバ内に制動機構が配置されており、この制動機構が、閉鎖要素の復元プロセス時に閉鎖要素を減速するように構成されている。これにより、復元プロセス時の閉鎖要素の減速によって、弁体座への閉鎖要素の激突が軽減され得るので、弁座の摩耗が低減し得る。特に弁座は通常非常に乾燥しており、高温の燃焼室雰囲気内に位置するので、制動機構は、弁体に対する閉鎖要素の衝突時の衝撃を軽減することができる。

【0007】

制動機構は、好ましくは、制動ボルト、および弾性制動要素、例えばばねまたは弾性構成要素を含む。復元プロセス時、制動ボルトは、電機子および／または閉鎖要素と動作接続することができ、したがって、電機子は、実際にストッパに衝突する前に制動ボルトに当たり、弾性要素の力に反して制動ボルトを動かし、それにより、復元プロセス時の電機子の減衰が可能になる。特に電機子の復元速度が低下される。これは、制動機構によって提供される、追加の質量の加速によってさらにサポートされる。さらに、電機子と制動ボルトとの間での潤滑剤の変位により、さらなる減速が実現される。閉鎖要素の復元速度は、案内要素などと制動ボルトとの摩擦によってさらに低下され得る。これらすべてが、ストッパへの電機子の衝突力を低減し、電機子の寿命がさらに延ばされ得る。

【0008】

特に好ましくは、案内ボルトの安定した動きを保証する制動案内要素が制動ボルトに配置されている。さらに、制動案内要素によって、閉鎖要素の復元プロセス時に摩擦をさらに発生させることもでき、これは減衰機能をさらに提供する。

【0009】

好ましくは、インジェクタの閉状態において、制動案内要素と制動ボルトとの間の軸方向ギャップＢは、電機子と内側磁極との間の軸方向ギャップＣよりも小さい。ここで、制動案内要素と制動ボルトとの間の軸方向ギャップＢは、電機子と内側磁極との間の軸方向ギャップＣの１％～９０％の範囲内にある。特に好ましくは、制動案内要素と制動ボルトとの間の軸方向ギャップＢは、軸方向ギャップＣの２５％よりも小さく、さらに好ましくは軸方向ギャップＣの３％～１０％の範囲内にある。軸方向ギャップＣは、好ましくは、０．０５ｍｍ～３ｍｍ、特に０．３ｍｍのサイズを有する。

【0010】

好ましくは、潤滑剤として、油、特に鉱物油が使用される。代替として、液体燃料、特にディーゼル燃料またはガソリンが使用される。さらなる代替として、潤滑剤としてグリースが使用される。

【0011】

さらに好ましくは、可撓性封止要素は、単層または多層ベローズである。ベローズは、好ましくは金属製であり、または代替としてプラスチック製である。ベローズは、好ましくは、第１の端部で閉鎖要素に直接固定されており、別の端部でガスインジェクタのハウジング構成要素に固定されている。固定は、例えば金属ベローズでは溶接シームによって行うことができる。

【0012】

代替として、可撓性封止要素は膜である。膜は単層または多層でよく、例えば、潤滑剤チャンバを封止するためにレーザ溶接によってそれぞれの構成要素に固定されていてもよい。

【0013】

好ましくは、気体燃料のガス経路は、ガスインジェクタの弁ハウジングとガスインジェクタのアクチュエータハウジングとの間の領域に設けられている。それにより、アクチュエータをハウジング内に配置し、少なくとも部分的にアセンブリとして事前に組み立てることができる。それにより、比較的簡単に、潤滑剤チャンバはアクチュエータハウジングの内部に配置され得る。

【0014】

代替として、気体燃料のガス経路は、磁気アクチュエータの領域、特に磁気アクチュエータのコイルが配置されているコイルチャンバを通して形成されている。それにより、磁気アクチュエータ用の別個のアクチュエータハウジングを省くことができる。特に好ましくは、ここで、電気接触部が、気体燃料のガス経路を通して延ばされる。それにより、特に、ガスインジェクタの構造の複雑さが低減され得る。ガス空間を通って延びる電気接触部は、当然、外から封止されなければならないことに留意されたい。

【0015】

さらに好ましくは、気体燃料中に存在することがある固体粒子を濾過する、または製造に起因するもしくは組立てに起因する固体粒子を濾過するために、気体燃料用のガス経路にフィルタが配置されている。さらに好ましくは、特に閉鎖要素が長い弁ニードルである場合には、さらに案内構成要素が閉鎖要素に設けられている。

【0016】

好ましくは、ガスインジェクタは、外向きに開くインジェクタである。さらに好ましくは、ガスインジェクタは、圧力平衡型である。それにより、磁気アクチュエータによってガスインジェクタを開くために必要な力は、ガス圧に依存しない。したがって、それぞれ電流印加開始および電流印加終了後にインジェクタを開放および閉止するための時間も、ガス圧に依存しない。これはまた、様々なガス圧での動作を可能にする。吹込み量を小さくすることが望まれる場合にはガス圧が低減され得、吹込み量を大きくすることが望まれる場合にはガス圧は上昇され得る。インジェクタは、ベローズの平均直径が閉鎖要素と弁体との間の弁座接触ラインの直径に等しい場合に圧力平衡される。しかし、ベローズ平均直径は、弁座直径よりも小さく形成することも、大きく形成することもできる。ベローズ平均直径が弁座直径よりも小さい場合、ガス圧が上昇すると、弁ニードルにかかる全閉鎖力が減少し、インジェクタは、通電時により速く開き、通電後によりゆっくりと閉じる。これにより、ガス吹込み量が増加する。ベローズ平均直径が弁座直径よりも大きい場合、ガス圧が上昇すると、弁ニードルにかかる閉鎖力が高まる。これもまた、ガス圧の上昇による弁座漏れ量の増加を補償することができる。

【0017】

復元は、好ましくは、戻しばねによって行われる。圧力平衡型のインジェクタの場合、特に、ガスインジェクタの閉状態では、気体燃料によって弁ニードルに加えられる圧力はなく、したがって閉鎖要素の負荷を大幅に低減することができる。

【0018】

以下、添付図面を参照して本発明の例示的実施形態を詳細に述べる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１の例示的実施形態によるガスインジェクタの概略断面図である。

【図2】図１のガスインジェクタの概略的な拡大部分断面図である。

【図3】図１のガスインジェクタのさらなる概略的な拡大部分断面図である。

【図4】本発明の第２の例示的実施形態によるガスインジェクタの概略的な部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図１～３を参照して、本発明の第１の好ましい例示的実施形態によるガスインジェクタ１を詳細に述べる。
図１から分かるように、気体燃料を導入するためのガスインジェクタ１は、この例示的実施形態では外側に開く弁ニードルである閉鎖要素３を閉状態から開状態に移動させる磁気アクチュエータ２を含む。ここで、図１～３は、ガスインジェクタの閉状態を示す。

【0021】

磁気アクチュエータ２は、電機子ボルト２４によって閉鎖要素３に当接する電機子２０を含む。さらに、磁気アクチュエータ２は、内側磁極２１と、コイル２２と、磁気アクチュエータの磁気的ヨークを保護する磁気ハウジング２３とを含む。

【0022】

さらに、ガスインジェクタ１は、接続管７０をもつ本体７を含み、接続管７０を通して気体燃料が供給される。ここで、本体７には弁ハウジング８が固定され、弁ハウジング８内に磁気アクチュエータ２が配置される。弁ハウジング８に弁体９がつながり、弁体９の自由端には弁座９０が設けられており、弁座９０において、閉鎖要素３が、気体燃料のための通路を解放および閉止する。

【0023】

図１～３には、本体７を通って磁気アクチュエータ２まで案内されている電気接続部１３が概略的に示されている。
内側磁極２１を弁体９に固定するために、保持体１２が設けられている。

【0024】

参照番号１０は、開放プロセス後に閉鎖要素３を図１に示される閉状態に戻すための復元要素を示す。
図１に、ガスインジェクタ１を通るガス経路１４としてガス流がさらに示されている。ここで、ガス流は、接続管で始まり、次いで９０°偏向され、弁ハウジング８と本体７との間の環状空間８０に入る。ここで、ガス流１４は、磁気アクチュエータ２の外側領域を通り過ぎ、閉鎖要素３の領域内にあるフィルタ１１を通って、弁座９０の手前までさらに進む。ここで、対応する開口がそれぞれの構成要素に設けられているが、それらは図示されていない。

【0025】

ガスインジェクタ１の開放時、気体燃料は、図１に矢印Ａによって示されているように、磁気アクチュエータ２の外周および開いた封止座部９０を通過して、内燃機関の燃焼室に流入する。

【0026】

したがって、閉鎖要素３は、弁座９０のガス経路を解放し、これを閉止する。図２から詳細に分かるように、案内のために、閉鎖要素３と弁体９との間に第１の案内領域３１および第２の案内領域３２がある。

【0027】

さらに、ガスインジェクタ１は、密閉された潤滑剤チャンバ４を含む。潤滑剤チャンバ４は、図２および３から詳細に分かる。密閉された潤滑剤チャンバ４は、潤滑剤で完全にまたは部分的に充填されている。

【0028】

図２から分かるように、潤滑剤チャンバ４は、本体７、磁気ハウジング２３、内側磁極２１、およびベローズの形態での可撓性封止要素５によって密閉される。ここで、可撓性封止要素５は、閉鎖要素３を封止する。したがって、可撓性封止要素５は、第１の端部で、閉鎖要素３のための復元要素１０を支持するばね受け１６に固定され、第２の端部でスリーブ形状のリング１５に固定されている。ここで、可撓性封止要素５は、インジェクタの軸方向Ｘ－Ｘで生じる閉鎖要素３の動きを補償する。

【0029】

図２および３から詳細に分かるように、密閉された潤滑剤チャンバ４内に、電機子２０が固定された電機子ボルト２４が配置されている。潤滑剤チャンバ４には、潤滑剤、例えばガソリンやディーゼル燃料などの液体燃料、またはグリースが充填されているので、電機子２０が継続的に潤滑されている。これにより、気体燃料において先行技術で生じる問題、すなわち可動部品が潤滑されないという問題が補償され得る。

【0030】

図２から分かるように、密閉された潤滑剤チャンバ４を充填するために、本体７に充填チャネル６３が形成されている。充填チャネル６３は、閉止ボール６４によって液密に閉止されている。

【0031】

密閉された潤滑剤チャンバ４には、さらに制動機構６が配置されている。制動機構６は、制動ボルト６０、制動ばね６１、および制動案内要素６２を含む。制動案内要素６２は、制動ボルト６０を案内する働きをし、磁気ハウジング２３の内周に配置されている（図２および３を参照）。

【0032】

ここで、制動ボルト６０は、電機子ボルト２４を介して電機子に動作接続される。
ここで、制動機構６は、ガスインジェクタ１の閉鎖プロセス時に、電機子２０と共に閉鎖要素３を減速する役割を有する。ここで、一方では制動ボルト６０での制動ばね６１による制動ばね力によって、さらにまた、軸方向当接面６５から制動ボルト６０を離す際の、制動ボルト６０と静止制動案内要素６２（図３を参照）との間の軸方向当接面６５での液圧接着によって、減速が行われる。

【0033】

さらに、閉鎖要素３の復元時に、電機子ボルト２４も部分的に突出している制動案内要素６２内での摩擦によって閉鎖要素３が減速される。さらに、加速し得る質量、および密閉された潤滑剤チャンバ４内の潤滑剤の変位が、閉鎖プロセス時にさらなる減速をもたらす。

【0034】

図２から分かるように、閉状態では、電機子２０と内側磁極２１との間に軸方向ギャップＣが設けられている。制動ボルト６０と制動案内要素６２との間には軸方向ギャップＢが設けられている。電機子２０と内側磁極２１との間の軸方向ギャップＣは、好ましくは、０．０５～３ｍｍの範囲内であり、特に好ましくは０．２ｍｍ～０．５ｍｍである。コイル２２の通電時、電機子２０が内側電極２１に反して引かれ、それにより、閉鎖要素３が電機子ボルト２４を通して開状態にされ、気体燃料が燃焼室に流出できるようになる。漂遊磁束を低減するために、特に電機子ボルト２４および／またはスリーブ形状のリング１５は、非磁性材料から形成されていることに留意されたい。

【0035】

ここで、制動ボルト６０と制動案内要素６２との間の軸方向ギャップＢは、電機子２０と内側磁極２１との間のギャップＣよりも小さく、開放プロセス時に制動ばね６１のばね力によって同様に閉じられている。好ましくは、ギャップＢは、ギャップＣの１％～９０％である。それにより、復元プロセス時に、制動案内要素６２への制動ボルト６０の液圧接着が実現される。

【0036】

ここで、図１～３に示されるガスインジェクタ１は、圧力平衡されている。すなわち、閉鎖要素３がばね受け１６を介して可撓性封止要素５と接続されており、金属ベローズとして形成された可撓性封止要素５が、弁座９０での直径Ｄ２に等しい平均直径Ｄ１を有し、弁座９０で、閉鎖要素３が弁体９を封止する。それにより、閉鎖要素３に対する圧縮力が生じず、したがって閉鎖要素３を開くのに必要な磁力を非常に小さく保つことができ、特に気体燃料の圧力に依存しない。

【0037】

可撓性封止要素５としては、ベローズの代わりに、例えば膜やチューブなどでもよいことに留意されたい。
したがって、ガスインジェクタ１は、可動部品、特に弁座９０、電機子２０、および電機子ボルト２４の摩耗の低減を提供することができる。さらに、液体潤滑剤を含む密閉された潤滑剤チャンバ４によって、磁気アクチュエータ２からの放熱が大幅に改良され得る。

【0038】

図４は、本発明の第２の例示的実施形態によるガスインジェクタ１を示す。同一または機能的に同一の部品は、第１の例示的実施形態と同様に符号を付されている。
図４から分かるように、ガスインジェクタ１の構造は、基本的に第１の例示的実施形態と同様である。しかし、第１の例示的実施形態とは異なり、ガス経路１４は、磁気アクチュエータ２の領域において異なる形で案内されている。ここで、第２の例示的実施形態では、ガス経路１４は、コイル２２が配置されている磁気アクチュエータ２でのコイルチャンバを通って延びる。ここで、ガス経路１４は、磁気ポット２５の開口部を通って延びる。それにより、弁ハウジングが省かれ得る。ここで、コンタクトピンの形態での電気接続部１３は、本体７から絶縁されている。さらに、閉鎖要素３の第１の案内領域３１が、ばね受け１６の外周に設けられている。ここで、それに対応して、ばね受け１６は、ガス経路１４のための通過開口部を有する。潤滑剤チャンバ４は、第１の例示的実施形態と同様に密封されており、ガスインジェクタ１の開閉プロセス時に電機子２０の潤滑を提供する。

【0039】

その他の点では、この例示的実施形態は第１の例示的実施形態に対応し、したがって第１の例示的実施形態での記載を参照することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】