JP2004513296A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料噴射弁、特に内燃機関の燃料噴射装置用の噴射弁であって、弁ニードル（６）と弁閉鎖体（７）とが設けられており、該弁閉鎖体（７）が、弁座体（５）における弁座面（８）と共働してシール座（９）を形成しており、シール座（９）の下流に複数の噴射開口（４，１２）が設けられていて、これらの噴射開口（４，１２）が燃料供給路に対してシール座（９）によってシールされている形式のものに関する。このような形式の燃料噴射弁において、本発明の構成では、シール座（９）の下流に円板エレメント（１０）が配置されていて、該円板エレメント（１０）が、温度変化時に形状を変化させる少なくとも１つの弁区分（１１）を有しており、該弁区分（１１）が加熱エレメント（１３）と結合されていて、しかも噴射開口（１２）を覆うことができるようになっている。

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許公開第３２２８０７９号明細書に基づいて公知の燃料噴射弁は、複数の噴射開口を個別に制御することができる。燃料噴射弁は２つの弁ニードルを有しており、両弁ニードルは各１つのばねによってそれぞれのシール座に向かって、予負荷もしくはプレロード（Ｖｏｒｓｐａｎｎｋｒａｆｔ）を負荷される。１つの弁ニードルがある程度の前行程だけそのシール座から持ち上げられると、この弁ニードルは他方の弁ニードルのストッパに当接し、そしてさらなる行程時に他方の弁ニードルを連行する。両弁ニードルの両シール座は、異なった角度をもって方向付け可能な異なった噴射開口を閉鎖する。しかしながらこの構造は多数の部材から成っており、２つのシール座を正確に製造しなくてはならないので、コストが高くなる。さらに別の欠点としては、単に２グループの噴射開口を個別に制御できるだけであり、開放される噴射開口をそれ以上に選択することができない、ということが挙げられる。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許公開第３０４８３０４号明細書には、弁ニードルと、この弁ニードルの孔内に設けられた補助ニードルとを備えた、内燃機関用の燃料噴射弁が開示されている。弁ニードルは、燃焼室側に弁閉鎖体として形成された区分において、弁座面と共働して、噴射開口を燃料供給部から隔てるシール座を形成している。弁ニードル内において案内されている補助ニードルもまた同様に弁閉鎖体を有しており、この弁閉鎖体は燃料噴射弁の第２の弁座面と共働する。弁ニードル内に設けられたばねによって、補助ニードルは弁ニードルに向かって引っ張られ、そしてこの弁ニードルに対して、該弁ニードルにおける弁座面と共働してシール座を形成する。液圧作動式の燃料噴射弁が燃料供給管路における圧力上昇によって開放し始めると、補助ニードルは弁ニードルにおけるそのシール座から、弁体におけるシール座に向かって押圧され、噴射開口の１つのグループを閉鎖し、これに対して噴射開口の別のグループは開放される。圧力がさらに上昇すると、弁ニードルがそのシール座から持ち上げられ、所定の行程後に、弁ニードルのストッパに当接する補助ニードルを連行する。これによってすべての噴射開口が開放される。この公知の構成には、全部で３つのシール座を精密に製造しなくてはならないという欠点がある。また、この公知の燃料噴射弁においても単に２グループの噴射開口を別個に制御できるだけである。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許第３１２００４４号明細書に基づいて公知の２つの弁ニードルを備えた燃料噴射弁では、噴射開口が２グループにおいて開放され得るようになっている。この場合一方の弁ニードルは、中空ニードルとして形成された他方の弁ニードルの内部において案内される。中空ニードルとして形成されたこの弁ニードルは、その燃料室側の端部に噴射開口を有している。この公知の構成には、中空ニードルの製造が極めて面倒かつ高価であるという欠点がある。それというのは、この中空ニードルは噴射開口をも有していることにより、それぞれ精密な部材の製造を必要とする２つの機能を、１つの部材においてまとめられているからである。
【０００５】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載のように構成された本発明による燃料噴射弁は、公知のものに比べて次のような利点を有している。すなわち本発明による燃料噴射弁では、開放される噴射開口を制御するための、製造技術的に良好に転換可能な安価な解決策が提供されている。それというのは本発明による燃料噴射弁では、噴射開口はこれらの噴射開口を個別に開放するために、精密に製造されるさらなるシール座を必要とせず、弁区分に配属もしくは対応配置された噴射開口は、弁区分の各加熱エレメントが弁閉鎖体とは別個に制御されることにより、互いに無関係に開放され得るからである。すべての噴射開口に各１つの弁区分を対応配置させて、各加熱エレメントを互いに別個に制御できるようにすると、最大で、すべての噴射開口を個別に選択することが可能である。弁閉鎖体が開放されるや否や、弁区分によって覆われていない噴射開口だけが燃料を噴射する。
【０００６】
特に、燃料噴射弁の噴流パターンにおける燃料の分布に対しては、噴射開口の選択によって有利な形式で影響を与えることができる。
【０００７】
請求項１記載の本発明による燃料噴射弁の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。
【０００８】
本発明の有利な構成では、円板エレメントの少なくとも弁区分がバイメタルから成っており、バイメタルの成層は、円板エレメントの弁区分が加熱時に噴射開口を開放するように構成されている。
【０００９】
択一的に、円板エレメントの少なくとも弁区分がバイメタルから成っており、バイメタルの成層が、円板エレメントの弁区分が加熱時に噴射開口を覆うように構成されていてもよい。
【００１０】
本発明の別の有利な構成では、円板エレメントの少なくとも弁区分が、形状記憶合金から、特に２方向効果（Ｚｗｅｉｗｅｇｅｆｆｅｋｔ）を有する形状記憶合金から製造されている。
【００１１】
本発明のさらに別の有利な構成では、加熱エレメントが、弁区分に取り付けられた電気式の加熱ワイヤから成っている。
【００１２】
加熱ワイヤそれぞれのために適宜な制御ラインが設けられていると、最大で、１つの円板エレメントにおいてすべての弁区分を個々に選択して開放することができる。
【００１３】
また別の有利な構成では、弁座体もしくは噴射開口プレートが、第１の孔サークルに対して半径方向外側に配置された、複数の噴射開口から成る第２の孔サークルを有しており、第２の孔サークルの噴射開口に、円板エレメントの相応に成形された弁区分が配属もしくは対応配置されている。
【００１４】
噴射開口が互いに異なった噴射角度、開放直径及び軸方向長さを有していると、有利である。
【００１５】
図面
次に図面を参照しながら本発明による燃料噴射弁の実施例を説明する。
【００１６】
図１は、弁ニードルが閉鎖されかつ噴射開口が覆われている状態における、本発明による燃料噴射弁の１実施例が断面図で示されている。
【００１７】
図２は、図１に示された燃料噴射弁を、噴射開口が開放されている状態において示す図である。
【００１８】
図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って断面した図である。
【００１９】
図４は、図２のＩＶで示された範囲を拡大して示す図である。
【００２０】
実施例の記載
図１には、内燃機関の図示されていない燃焼室に向けられた側における、本発明による燃料噴射弁の区分が断面図で示されている。
【００２１】
弁体１は例えば溶接シーム３を介して、噴射開口４を有する噴射開口プレート２と結合されており、この噴射開口プレート２と一緒に弁座体５を形成している。弁ニードル６は、図示されていない燃焼室に向けられた端部に、弁閉鎖体７を有している。弁閉鎖体７は、弁体１に設けられた例えば円錐台形状の弁座面８と共働してシール座９を形成している。噴射開口プレート２には円板エレメント１０が配置されており、この円板エレメント１０は、噴射開口プレート２に弁体１によって保持される。円板エレメント１０は半径方向内側に向かって突出する弁区分１１を有しており、これらの弁区分１１は、孔サークル１９に配置された外側の噴射開口１２を通常運転温度において覆う。弁区分１１には加熱エレメント１３が配置されている。弁区分１１は、半径方向で中心に向かって延びる舌片１７として形成されている。実施例では円板エレメント１０はバイメタルから形成されており、このバイメタルの層は次のように、すなわち加熱エレメント１３が弁区分１１を付加的に加熱していない場合に、低温時において弁区分１１が外側の噴射開口１２を覆うように、成形されている。
【００２２】
図１には燃料噴射弁が閉鎖状態で示されている。加熱エレメント１３は制御されておらず、円板エレメント１０の弁区分１１は通常の運転温度又はそれよりも低い運転温度を有している。バイメタルの設計によって、弁区分１１は円形に配置された外側の噴射開口１２に押し付けられ、そしてこれらの噴射開口１２を閉鎖する。そして弁ニードル６がシール座９から持ち上げられると、燃料は、例えば内側の孔サークル１８における覆われていない噴射開口４から流出することができる。この場合これらの噴射開口４だけが燃料の噴流パターンを規定する。
【００２３】
図２には本発明の同じ実施例が示されている。図２に示されている領域も図１と同じなので、同一部材は同一符号で示されている。しかしながらこの図２には、円板エレメント１０の弁区分１１が加熱によって制御された状態における燃料噴射弁が示されている。
【００２４】
弁体１は、溶接シーム３を介して、噴射開口４を有する噴射開口プレート２と結合されていて、この噴射開口プレート２と一緒に弁座体５を形成している。弁ニードル６は弁閉鎖体７と一体的に形成されている。弁閉鎖体７は、弁体１に成形された弁座面８と共働してシール座９を形成している。円板エレメント１０は噴射開口プレート２に配置されており、かつ弁体１によって噴射開口プレート２に保持される。所属の加熱エレメント１３を備えた弁区分１１は、第２の孔サークルを形成する外側の噴射開口１２の上方に配置されている。
【００２５】
燃料噴射弁は閉鎖された状態で示されている。加熱エレメント１３は弁区分１１を付加的に加熱する。これによって弁区分１１は、対応配置された外側の噴射開口１２から離れ、これらの噴射開口１２を開放する。そして弁ニードル６がシール座９から持ち上げられると、燃料は覆われていないすべての噴射開口４，１２から流出することができる。図面には、それぞれ所属の外側の噴射開口１２を開放している２つの弁区分１１が示されている。個別に開放可能な噴射開口１２の数はしかしながら、加熱エレメント１３を個別に制御するという可能性に依存している。燃料噴射弁が閉鎖されている時間に、開放される噴射開口１２の数が所属の加熱エレメント１３の制御によって選択されるようになっていると、有利である。このようになっていると、燃料噴射弁の開放は、従来技術による燃料噴射弁におけるように、弁ニードル６によって極めて正確かつ迅速に行われる。
【００２６】
図３には図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図が示されている。噴射開口プレート２には噴射開口４が配置されている。弁区分１１は外側の噴射開口１２を覆っている。弁区分１１には加熱エレメント１３が配置されている。加熱エレメント１３は例えば、１つの共通の接続ワイヤ１４を介して互いに接続されている加熱ワイヤとして形成されている。加熱エレメント１３は本発明の図示の実施例では、外側の孔サークル１９のために共通に操作されることができる。
【００２７】
図４には、図２のＩＶで示された範囲が拡大して示されている。噴射開口プレート２には、外側の噴射開口１２である噴射開口４が配置されている。弁区分１１は加熱エレメント１３によって加熱され、したがって外側の噴射開口１２から持ち上げられている。円板エレメント１０及び弁区分１１を固定する弁体１は、その縁部だけが示されている。バイメタルから形成された弁区分１１は、熱膨張の小さな上側層１５と熱膨張の大きな下側層１６とを有している。燃料噴射弁が開放された場合における燃料の貫流方向は矢印で示されている。
【００２８】
択一的に、弁区分１１を形状記憶合金、特にいわゆる２方向特性（Ｚｗｅｉｗｅｇｅｖｅｒｈａｌｔｅｎ）を示すような形状記憶合金で構成することも可能である。このような形状記憶合金では変形は、温度上昇に関連して、かつそれとは逆に温度低下時に生じるようになっている。
【００２９】
外側の噴射開口１２及びその他の噴射開口４が設けられる角度を異なって設計することによって、燃料噴射コーンの角度全体に対して影響を与えることができる。燃料噴射弁の本発明による構成は、有利な形式で高い切換え周波数（Ｓｃｈａｌｔｆｒｅｑｕｅｎｚ）を可能にする。本発明による構成はまた安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
弁ニードルが閉鎖されかつ噴射開口が覆われている状態における、本発明による燃料噴射弁の１実施例が断面図で示されている。
【図２】
図１に示された燃料噴射弁を、噴射開口が開放されている状態において示す図である。
【図３】
図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って断面した図である。
【図４】
図２のＩＶで示された範囲を拡大して示す図である。

Claims (13)

1. 燃料噴射弁、特に内燃機関の燃料噴射装置用の噴射弁であって、弁閉鎖体（７）が、弁座体（５）における弁座面（８）と共働してシール座（９）を形成しており、シール座（９）の下流に複数の噴射開口（４，１２）が配置されており、これらの噴射開口（４，１２）が燃料供給路に対してシール座（９）によってシールされている形式のものにおいて、
   シール座（９）の下流に円板エレメント（１０）が配置されていて、該円板エレメント（１０）が、温度変化時に形状を変化させる少なくとも１つの弁区分（１１）を有しており、該弁区分（１１）が加熱エレメント（１３）と結合されていて、しかも噴射開口（１２）を覆うことができるようになっていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 円板エレメント（１０）の少なくとも弁区分（１１）がバイメタルから成っている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. バイメタルの成層によって、円板エレメント（１０）の弁区分（１１）が加熱時に噴射開口（１２）を開放する、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. バイメタルの成層によって、円板エレメント（１０）の弁区分（１１）が加熱時に噴射開口（１２）を覆う、請求項２記載の燃料噴射弁。
5. 円板エレメント（１０）の少なくとも弁区分（１１）が、形状記憶合金から成っている、請求項１記載の燃料噴射弁。
6. 形状記憶合金が２方向効果を有している、請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 加熱エレメント（１３）が、弁区分（１１）に取り付けられた電気式の加熱ワイヤから成っている、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
8. 弁区分（１１）が円板エレメント（１０）の、半径方向内側に向かって方向付けられた舌片（１７）として形成されていて、外側の孔サークル（１９）における噴射開口（１２）の一部が、円板エレメント（１０）の弁区分（１１）に対応配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
9. 噴射開口（４，１２）が、弁座体（５）もしくは噴射開口プレート（２）における内側の孔サークル（１８）及び外側の孔サークル（１９）に配置されている、請求項８記載の燃料噴射弁。
10. 噴射開口（４，１２）が異なった噴射角度を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
11. 噴射開口（４，１２）が、異なった開放直径及び／又は異なった軸方向長さを有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
12. 弁閉鎖体（７）が弁ニードル（６）を介して、電磁式又は圧電式のアクチュエータを用いて操作可能である、請求項１から１１までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
13. 噴射開口（４，１２）が、シール座（９）を有する弁体（１）と堅固に結合されている噴射開口プレート（２）に設けられている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。