シールされた電気的なフィードスルー

专利摘要:
本発明は、マグネットコア（２０）及びマグネットコイル（２２）を有するマグネット構造群（１０）を備えた燃料インジェクタであって、前記マグネット構造群（１０）がマグネットスリーブ（１２）内に受容されており、該マグネットスリーブ（１２）が前記マグネットコイル（２２）の電気的な接触ピン（２８）のためのフィードスルー（３０）を有している形式のものに関する。本発明によれば、前記フィードスルー（３０）内に弾性的なシールエレメント（６４）が加硫されていて、前記マグネットコイル（２２）の接触ピン（２８）が組み付けられた状態においてこの接触ピン（２８）が前記シールエレメント（６４）によって半径方向のプリロード力（７０）で負荷されてシールされるようになっている。
公开号:JP2011514478A
申请号:JP2011500054
申请日:2008-12-05
公开日:2011-05-06
发明作者:ホヴァイ フリードリヒ；クラウス ヘルムート；ラップ ホルガー
申请人:ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングＲｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ Ｇｍｂｈ；
IPC主号:F02M51-06

专利说明:

[0001] ドイツ連邦共和国特許公開第１９６５０８６５号明細書によれば、自己点火式内燃機関に燃料を供給するコモンレール噴射システムの噴射弁の制御室内の燃料圧を制御するための電磁弁について開示されている。制御室内の燃料圧を介して、弁体のストローク運動が制御され、該弁体によって噴射弁の噴射開口が開放又は閉鎖される。電磁弁は、電磁石と、可動な可動子と、該可動子と共に移動し、かつ弁閉鎖ばねによって閉鎖方向に負荷される弁部材とを有しており、該弁部材が弁部材の弁座と協働し、制御室からの燃料吐出を制御するようになっている。]
[0002] 電磁弁によって操作されるコモンレール燃料インジェクタにおいては、マグネットコイルの電気的な接触を、リターン圧力下にある燃料で満たされた室から外部へガイドする必要がある。これは一般的に、マグネットスリーブに設けられた単数又は複数の孔によって行われる。このようなフィードスルー（挿入部）の重要な課題は、インジェクタハウジングに対してコイル及び接点を電気的に絶縁する他に、フィードスルーを液圧式にシールすることである。燃料がこのようなフィードスルーを通って外部へ漏れ出ることは確実に阻止しなければならない。フィードスルーの後ろの電気的な接触部はさらにプラスチック射出成形で埋め込まれている。プラスチック射出成形部及び接点ラグは、一緒に燃料インジェクタのプラグを形成している。しかしながら、電気的な導線と射出成形プラスチックとの間に、避けることのできない非常に小さいギャップが常に形成される。このような理由により、上記フィードスルーより吐出される燃料は、この狭いギャップを介して常に燃料インジェクタの電気的なプラグ内に達し、ここからワイヤハーネスを介して制御装置にまで達し、制御装置に損害を与えることになる。]
[0003] 一般的に、フィードスルーはコイルピンに嵌め込まれたＯリングによってシールされる。このＯリングはまず、コイルピンに被せ嵌められ、次いでコイルピンと共に下方からスリーブの所属の孔内に挿入される。この場合、Ｏリングは半径方向の応力を受けて、孔壁部に対してもまたピン外周面に対しても確実にシールする。Ｏリングが孔を通って押し込まれるのを避けるために、孔は上方に向かって先細りしている。これは段部又は円錐形の孔形状を介して得られる。Ｏリングが確実に孔内に挿入されるようにするために、コイルピンはその下部領域がプラスチック射出成形により埋め込まれていて、コイル射出成形部の上側でいわゆる「ドーム；Dom」を形成し、しかもコイルピンとマグネットコアとの接触を避けるようになっている。]
[0004] マグネットコアは一般的にスリーブ内に形成された段部に支えられているので、スリーブは従来では２つの部分、つまり本来のスリーブと流出側管片とから構成されている。コイルを有するマグネットコアは、スリーブ内の段部上に載るまで、まず上方からスリーブ内に導入される。次いで流出側管片が上に載せられ、所定の力で押さえ付けられる。次いで流出側管片とスリーブとが互いに縁曲げ加工され、それによってマグネットがその位置で固定される。この場合、コイルピンのフィードスルーは流出側管片内に設けられている。スリーブを安価な形式で一体的に構成したい場合には、マグネットコアは下方からスリーブ内に導入される。スリーブの内側輪郭形状及びコアの外側輪郭形状は、互いに回転対称的に構成されているのではなく、半径方向の輪郭部を有している。スリーブとコアが下から見て重なり合わない角度位置において、まずコアが下方からスリーブ内に導入される。コアとスリーブとの間にばねエレメントが配置されており、このばねエレメントは、所定の組み付け力で圧縮されている。マグネットコアが、その端面がスリーブ内の所属の載設面上に位置するまで深くマグネットスリーブ内に導入されると、コアがスリーブに対して所定の角度（例えば４５°）で回転せしめられる。それによってコアの大きい外径領域が前記載設面の小さい内径領域と相互作用する。組み付け力が取り除かれると、コアの大きい外径領域と載設面の小さい内径領域とが互いに支え合うようになっているので、コアはスリーブ内に固定される。]
[0005] マグネットコアは組み付け中に回転せしめられるので、この場合、マグネットコイルはまだマグネットコア内に組み付けることはできず、マグネットコアの組み付け及び整列後に下方からマグネットコアに接合することができる。Ｏリングの外径は、マグネットコア内のピン・ドーム（Pin-Dom）のための切欠よりも大きいので、マグネットコイルはＯリング無しで組み付けることができる。また選択的に、フィードスルーのシールをＯリングによって行うのではなく、マグネット構造群を完全に組み付け完成させた後でフィードスルーを接着剤によって埋め込んでシールするようにしてもよい。しかしながらこの変化例は、例えば燃料が外部に漏れ出る欠陥の可能性を考慮すれば問題のあるリスクをもたらす。接着剤はまず流動状態でスリーブとピンとの間の完全な空間を満たすが、次いで硬化する。硬化後に、外部の力（ねじ、マグネットヘッド、保持体その他）が働くことによって又は種々異なる熱膨張によって、互いに接合された構成部分に歪みが発生するので、接着剤栓とマグネットスリーブ又はピンとの間の、最初はシールされていた結合が再び失われ、燃料のための新たな漏れギャップが形成されることになる。しかも接着剤栓は部分的に高い温度の燃料にさらされる。この場合、変化する燃料品質において、燃料に対する接着剤の化学的な耐性は１５年以上保証されなければならない。このようなリスクに基づいて、ピンのシール性は接着剤によって脅かされることになる。]
[0006] 発明の開示
本発明によれば、前記のようなリスクを伴う接着剤による変化例を用いることなしに、燃料インジェクタのハウジングから電気的な接触ピンを引き出すためのフィードスルーを確実にシールすることができる。本発明によれば、Ｏリングに類似したシールエレメントがピンフィードスルー内に挿入されるようになっており、このシールエレメントは、前もってピンフィードスルー内に嵌め込まれたＯリングとは異なり、マグネットコイルを後から組み付けることを許容するようになっている。前もってフィードスルー孔内に組み込まれただけのＯリングは効果的な結果をもたらすことはない。何故ならば、このようなフィードスルー孔内に前もって組み込まれただけのＯリングによれば、マグネットコイルの接触ピンによって広げられることなしにフィードスルー孔内で傾いて歪められるので、確実なシール作用も、またマグネットコイルの確実な組み付け可能性も保証されないからである。]
[0007] 本発明によれば、弾性材料より成るシールエレメントを、マグネットコイルを電気的に接触させる接触ピンのためのフィードスルー孔内に加硫接着することが提案されている。これによってマグネットスリーブに対するシール性が既に保証されている。加硫されたシールエレメントの内径は、マグネットコイルを電気的に接触させるための接触ピンの直径よりも小さい。マグネットコイルが下から組み込まれると、マグネットコイルを電気的に接触させるための接触ピンは、予め加硫接着されたシールエレメントの開口を通って挿入される。これによって、このシールエレメントは、導入された接触ピンによって半径方向のプリロード（予備荷重）を受け、それによって接触ピンにおいて外方に向かってシールされる。このような半径方向に作用するプリロードは、マグネットスリーブを通って外方に導出ガイドされた接触ピンをシールする作用も有しているので、シールエレメントとマグネットスリーブ表面との間の分子レベルの結合が、時間の経過に伴って失われても、シール性は保証される。このような分子レベルの結合が失われる原因としては、温度変化並びに発生する機械的負荷が挙げられる。シール性は、加硫されたシールエレメントに半径方向のプリロードが加えられることによって保証されるのであって、接着剤が使用された場合におけるように、シールエレメントの表面とマグネットスリーブ若しくは接触ピンの表面との間の化学結合によって保証されるのではない。これによって、製品の全耐用年数を越えるシールが確実に得られる。]
[0008] 本発明の有利な変化実施例に基づく考え方によれば、加硫されたシールエレメントは小さい内孔を備えて構成されるのではなく、貫通可能に構成されている。この場合、中央部の厚味は、外側の厚味よりも薄く構成されていて、シールエレメントは、このシールエレメントがここでマグネットコイルの接触ピンによってわずかな軸方向力で突き破ることができるように、設計されている。マグネットコイルを組み付ける際に、シールエレメントの薄く構成された箇所が突き破られ、それによって半径方向でプリロードを加えるようになっているので、このシールエレメントは、マグネットコイルの電気的な接触ピンに対して同様にシール作用を加えるようになっている。]
[0009] 本発明に従って提案された解決策は、高圧蓄圧式噴射システム（コモンレール）のための電磁弁によって操作するための燃料インジェクタについて記載されているが、媒体が外部に漏れ出るのを阻止するその他の自動車構成部品においても適用することができる。]
図面の簡単な説明

[0010] Ｏリング及び接着剤噴射エレメントによる接触ピンのシール部を有する、燃料インジェクタのための電磁弁のマグネットヘッドの断面図である。
一体的なスリーブ、及びねじられて錠止されたマグネットコアを備えたマグネットヘッドを下からみた図である。
加硫接着された、個別部分としてのシールエレメントの断面図である。
マグネットコイルを組み付けた後の加硫接着されたシールエレメントの断面図である。
フィードスルー内に加硫接着された、内孔無しの、個別部分としてのシールエレメントの断面図である。
コイルを組み付けた後の加硫接着されたシールエレメントの断面図である。]
[0011] 本発明の実施例
図１には、マグネット構造群が示されており、該マグネット構造群は、マグネットコイルを有し、かつ燃料インジェクタから燃料が漏れ出るのを阻止するために２つの異なる形式で外方に向かってシールされている。] 図１
[0012] 図１は、一体的に構成されたマグネットスリーブ１２内に収容されたマグネット構造群１０の断面図を示す。マグネットスリーブ１２及びマグネット構造群１０は、図１には示されていない燃料インジェクタのインジェクタ軸線１４に対して左右対称に構成されている。マグネット構造群１０によって燃料インジェクタが操作される。つまり、システム圧下にある制御室が負荷軽減されるようになっている。] 図１
[0013] マグネットスリーブ１２は戻し管路１６を有していて、該戻し管路１６に対して同軸的に、マグネットスリーブ１２の外周面に戻し管路接続部１８が設けられている。]
[0014] マグネット構造群１０は主として、マグネットコア２０と、該マグネットコア２０内に埋め込まれたマグネットコイル２２とを有している。図１に図示されていない可動子構造群に面した、マグネットコア２０の端面側は、図１では符号２４で示されている。] 図１
[0015] 図１に示されているように、マグネット構造群１０のマグネットコイル２２は、接触ピン２８を介して電気的に接続されている。接触ピン２８は、図１の左半部に示されているように、Ｏリング３２を介してシールされる。Ｏリング３２はフィードスルー（挿入部）３０内に挿入され、プラスチックドーム３６を介してマグネットスリーブ１２の段部に当て付けられている。このような構成によって、マグネットコイル２２をマグネットヘッド内に組み付ける際に、マグネットコイル２２を軸方向で移動させるだけで、Ｏリング３２が既に接触ピンに仮固定されるようになっている。] 図１
[0016] 図１に示した実施例の右半部では、マグネットコイル２２に給電するための接触ピン２８は、マグネットコア２０内で接着剤栓４０を介してシールされている。接着剤はフィードスルー３０内において流過するので、接着剤はマグネットスリーブ１２のすべての孔若しくは小さいギャップ内に侵入し、これらの孔若しくはギャップをマグネットスリーブ１２の外側に向かってシールするようになっている。接着剤栓４０の材料が硬化すると、機械的な応力並びに温度による膨張に基づいて微小亀裂が発生し、この微小亀裂によって、燃料が低圧領域３８からマグネット構造群１０の外側へ漏れ出ることがある。つまり、図１に示されているように、接着剤栓４０によってシールが得られるが、製品の耐用年数が経過するとシール作用が失われるという、避けられない危険性がある。] 図１
[0017] 図２は、マグネット構造群１０を下から見た図である。] 図２
[0018] 図２に示されているように、マグネットスリーブ１２（図１参照）は、組み付け用開口の周囲に沿って複数のオーバーハング４２を有している。これらのオーバーハング４２は、半径方向で、組み付けようとするマグネットコア２０の直径を越えるように構成されている。下からマグネットスリーブ１２内に挿入され、時計回り方向５６で回転せしめられるマグネットコア２０は、その外側に羽根状に構成された複数の拡幅部を有している。これらの羽根状に構成された拡幅部は、マグネットスリーブ１２に対するマグネットコア２０の第１の角度位置５２でマグネットスリーブ１２内に挿入される。マグネットコア２０をマグネットスリーブ１２内に挿入するのに続いて、マグネットコア２０が時計回り方向５６で回転せしめられ、それによって、マグネットコア２０の外周面に設けられた羽根状の複数の突起が、マグネットスリーブ１２のオーバーハング４２（図１参照）と重なり合う。皿ばねとして構成されたばねエレメント２６のばね作用によって、マグネットコア２０は、マグネットコイル２２無しで、マグネットスリーブ１２の半径方向の複数の突起に押し付けられる。] 図１ 図２
[0019] 図２に示したように、マグネットコア２２の組み付け後に、マグネットコイル２２が下から押し込まれる。マグネットコイル２２は、電気的な接触を得るための接触ピン２８を有しており、該接触ピン２８は、フィードスルー３０（図１参照）を貫通し、マグネット構造群１１のマグネットスリーブ１２の外側に電気的に接触せしめられる。接触ピン２８の電気的な接触を得るために、有利にはコネクタラグが使用される。このコネクタラグは、接触ピン２８に溶接、はんだ付け又はその他の形式で導電接続される。このようなＯリング３２を使用したシールは、マグネットコア２０が、接触ピン２８に被せ嵌められるＯリング３２の外径よりも大きい貫通孔を有していることによってのみ、可能である。しかしながら、このような大きい貫通孔若しくは切欠をマグネットコア２０に設けることは、所望の磁力を得るための構造とは相反しているので、できるだけ避けなければならない。] 図１ 図２
[0020] 図３．１は、本発明による弾性的なシールエレメントの第１実施例を示す。]
[0021] 図３．１に示されているように、マグネットスリーブ１２のフィードスルー３０の領域内に加硫されたシールエレメント６４が収容されている。加硫されたシールエレメント６４は有利な形式で、フィードスルー３０の直径移行部の範囲内において直径移行部によって形成された段部に加硫され、それによってフィードスルー３０内に固定される。]
[0022] マグネットスリーブ１２の外側は符号６２で示されていて、これに対して内側６０つまり、マグネットスリーブ１２の、低圧領域３８に向いた側は符号６０で示されている。図３．１に示されているように、フィードスルー３０内に加硫されたシールエレメント６４は内孔６６を有している。内孔６６の内径は、接触ピン２８の外径よりも小さく、該接触ピン２８を介して、マグネット構造群１０のマグネットコイル２２は、マグネットスリーブ１２内に組み付けた後で電気的に接触される。図３．１に示した、フィードスルー３０の直径移行部内で加硫されたシールエレメント６４は複数のシールリップ６８を有しており、これらのシールリップ６８は、接触ピン２８の組み付け時に接触ピン２８の外周面７６に気密に密着する。フィードスルー３０内に加硫されたシールエレメント６４の内孔６６と接触ピン２８の外径との直径差に基づいて、フィードスルー３０内に加硫されたシールエレメント６４の材料の半径方向プリロード（半径方向予備荷重）７０が発生する。]
[0023] 図３．２は、接触ピンを組み付けた状態における加硫されたシールエレメントを示す。]
[0024] 図３．２に示されているように、マグネットコイル２２の接触ピン２８の組み付け時に、フィードスルー３０内に加硫されたシールエレメント６４の内孔６６が拡張される。加硫されたシールエレメント６４の内径は、マグネットコイル２２の接触ピン２８の外径よりも小さい。従って、フィードスルー３０内に加硫されたシールエレメント６４内に接触ピン２８を挿入する際に、シールエレメント６４のシールリップ６８は半径方向で変位し、半径方向でシール長さ７２に亘って半径方向プリロード７０を生ぜしめる。接触ピン２８を、マグネットスリーブ１２内に加硫されたシールエレメント６４内に挿入する際に得られるシール長さ７２は、加硫されたシールエレメント６４の直径寸法にほぼ相当する。]
[0025] さらに図３．２に示されているように、フィードスルー３０内に加硫されたシールエレメント６４は、フィードスルー３０の直径差によって形成された段部に当接し、従って（接触ピン２８の挿入方向に関連して）軸方向で固定され、所定の位置に位置決めされる。接触ピン２８が、マグネットスリーブ１２内に加硫されたシールエレメント６４内に挿入されると、シールリップ６８が半径方向で広がるので、これらのシールリップ６８は、シール長さ７２に亘ってマグネットコイル２２の接触ピン２８の外周面７６に密着する。シール長さ７２の長さに応じて、図１に示した燃料インジェクタの低圧領域３８のシールが得られる。符号６０で、マグネットスリーブ１２の内側、つまり低圧下にある燃料で満たされた領域が示されており、また符号６２で、マグネットスリーブ１２の外側が示されている。燃料が低圧領域３８から外へ漏れ出ることは阻止しなければならない。図３．２に示した接触ピン２８は、接触ピン２８の軸線７８に対して左右対称に構成されている。符号７４によって、マグネットスリーブ１２内に加硫されたシールエレメント１２のシールリップ６８が、接触ピン２８の外周面７６に当接して変形された状態が示されている。] 図１
[0026] 図４．１及び図４．２は、本発明による加硫されたシールエレメントの変化実施例を示す。]
[0027] 図４．１及び図４．２に示された、マグネットスリーブ１２内に加硫されたシールエレメント６４は、このシールエレメント６４が第１の厚さ８０内及び減少された第２の厚さ８２内に構成されている点で、図３．１及び図３．２に示した変化実施例とは異なっている。さらにまた、図４．１に示されているように、マグネットスリーブ１２内に加硫されたシールエレメント６４が、漏斗状に構成された導入斜面８４を有している。ほぼ回転対称的に構成された、加硫されたシールエレメント６４の中央に、減少された第２の厚さ８２が存在しているのに対して、図４．１及び図４．２の実施例による加硫されたシールエレメントは、マグネットスリーブ１２のフィードスルー３０の直径増大段部に当接する領域内において第１の厚さ８０を有するように構成されている。第１の厚さ８０は、加硫されたシールエレメント６４の減少された第２の厚さ８２の少なくとも２倍である。]
[0028] マグネットスリーブ１２内に加硫されたシールエレメント６４の、マグネットコイル２２の接触ピン２８に向いた側に導入斜面８４を形成したことによって、マグネットコイル２２をマグネットコア２０内に組み込む際に、接触ピン２８の先端は、第１の厚さ８０よりも減少された第２の厚さ８２が存在する領域の中央に向かってガイドされる。わずかな軸方向力を加えるだけで、接触ピン２８の先端が、導入斜面８４内の減少された第２の厚さ８２の領域内において、マグネットスリーブ１２内に加硫されたシールエレメント６４を貫くことができる。]
[0029] 図４．２は、接触ピンの組み立てた状態を示す。]
[0030] 組み付けることによって、つまり第２の減少された厚さ８２及び導入斜面８４の領域内においてマグネットスリーブ１２内に加硫されたシールエレメント６４を軸方向で貫き通すことによって、接触ピン２８の先端若しくはその外周面７６によって互いに分離されたシールリップ６８が、圧縮された状態７４で接触ピン２８の外周面７６に密着し、燃料インジェクタの低圧領域３８のシールを形成する。図４．２にはさらに、シールリップ６８が変形して圧縮された状態７４に移行することによって、接触ピン２８に関連して軸方向のシール長さ７２が形成されることが示されている。このシール長さ７２は、マグネット構造群１０の可動子側の端面２４の下側の低圧領域３８をマグネットスリーブ１２の外側６２に対して効果的にシールする。シールエレメント６４を加硫したことによって、シールエレメント６４を定置に保持することができ、この場合、加硫されたシールエレメント６４の材料の弾性的な変形特性が、マグネットスリーブ１２内のフィードスルー３０の段部における固定形式によって不都合な影響を受けることはない。]
[0031] 図４．２によれば、シールリップ６８の圧縮された状態７４、つまりシールピン６８が接触ピン２８の外周面７６に沿ってシール長さ７２に亘って変位された状態を占めていることが示されている。]
[0032] 以上述べた接触ピン２８をシールするための解決策は、その他の電気的な導線をシールするために用いることもできる。従って例えばピエゾアクチュエータ又はセンサの導線をシールするために用いてもよい。]

权利要求:

請求項1
マグネットコア（２０）及びマグネットコイル（２２）を有するマグネット構造群（１０）を備えた燃料インジェクタであって、前記マグネット構造群（１０）がマグネットスリーブ（１２）内に受容されており、該マグネットスリーブ（１２）が前記マグネットコイル（２２）の電気的な接触ピン（２８）のためのフィードスルー（３０）を有している形式のものにおいて、前記フィードスルー（３０）内に弾性的なシールエレメント（６４）が加硫されていて、前記マグネットコイル（２２）の接触ピン（２８）が組み付けられた状態においてこの接触ピン（２８）が前記シールエレメント（６４）によって半径方向のプリロード力（７０）で負荷されてシールされるようになっていることを特徴とする、燃料インジェクタ。
請求項2
前記弾性的なシールエレメント（６４）が、前記フィードスルー（３０）の内径増大部を形成する段部内に加硫されている、請求項１記載の燃料インジェクタ。
請求項3
前記弾性的なシールエレメント（６４）が回転対称的に構成されていて、シールリップ（６８）を有しており、該シールリップ（６８）が接触ピン（２８）を組み付けた状態において該接触ピン（２８）の外周面（７６）に当接する、請求項１記載の燃料インジェクタ。
請求項4
前記シールリップ（６８）が接触ピン（２８）によって変位された状態で、シール長さ（７２）に亘って接触ピン（２８）の外周面（７６）に当接していて、マグネットスリーブ（１２）のフィードスルー（３０）をシールする、請求項３記載の燃料インジェクタ。
請求項5
前記シールエレメント（６４）が内孔（６６）を有しており、該内孔（６６）の直径が、接触ピン（２８）の外径よりも小さい、請求項１記載の燃料インジェクタ。
請求項6
前記シールエレメント（６４）が、第１の厚さ（８０）と、該シールエレメント（６４）の中央部において減少された第２の厚さ（８２）とを有している、請求項１記載の燃料インジェクタ。
請求項7
前記シールエレメント（６４）が、前記減少された第２の厚さ（８２）の領域内に導入斜面（８４）を有しており、該導入斜面（８４）が、接触ピン（２８）をマグネットスリーブ（１２）内に組み付ける際に、該接触ピン（２８）によって突き破られるようになっている、請求項６記載の燃料インジェクタ。
請求項8
前記シール長さ（７２）がシールエレメント（６４）の直径にほぼ相当する、請求項４記載の燃料インジェクタ。
請求項9
前記シールエレメント（６４）が、接触ピン（２８）がシールエレメント（６４）の前記導入斜面（８４）を突き破る方向で見て、マグネットスリーブ（１２）内のフィードスルー（３０）の段部に当接する、請求項１記載の燃料インジェクタ。
請求項10
前記マグネットコア（２０）が、前記マグネットスリーブ（１２）内に組み付けられた状態で、第２の角度位置（５４）に移行せしめられ、ばねエレメント（２６）によってマグネットスリーブ（１２）の半径方向の複数の突起（４２）に当て付けられる、請求項１記載の燃料インジェクタ。
請求項11
請求項１から１０までのいずれか１項記載の弾性的なシールエレメント（６４）を、ピエゾアクチュエータ及びセンサの電気的な導線をシールするために使用することを特徴とする、弾性的なシールエレメント（６４）の使用法。