JP2000500213A - 弁特に燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明による弁は、弁座（２９）の下流で旋回流を生ぜしめる手段（２３）を有しており、この手段（２３）は、噴射しようとする流体の少なくとも２つの流れが生ぜしめられて、これら２つの流れが半径方向で互いにずらされて、互いに異なる方向性を有するように、構成されている。異なる方向を有する流れ成分の境界領域において、旋回流を発生するせん断力が生じ、このせん断力が渦流を生ぜしめる。この装置によって、付加的なエネルギなしで、流体特に燃料の均一な微細噴霧がが可能である。この弁は、混合気圧縮外部点火式の内燃機関の燃料噴射装置に使用するのに特に適している。

Description

【発明の詳細な説明】 弁特に燃料噴射弁 従来技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載した弁特に燃料噴射弁に関する。 ヨーロッパ特許公開第００５７４０７号明細書によれば、弁閉鎖体に続いて噴 射開口の上流側に螺旋体若しくはスワラー(Drallkoerper)を有していて、このス ワラーによって、噴射しようとする燃料に旋回流成分(Drallkomponent)が与えら れるようになっている弁、特に燃料噴射弁が公知である。このようにして生ぜし められた旋回流は、燃料の良好な渦流を生ぜしめるように作用する。これによっ て、直線流噴射と比較して、より微細な燃料噴霧が得られる。 同様に特開昭５７−１８３５５９号公報によれば、弁の吐出開口の上流にスワ ラー（渦流発生装置）を備えた燃料噴射弁が公知である。このスワラーは、多数 の螺旋状溝を有しており、これらの螺旋状溝はすべて、同じ向きに配向されてい て、良好な渦流を発生させるために、燃料を旋回流成分を与えるために使用され る。付加的に、燃料の噴霧は、空気流が同様に旋回せしめられる、接線方向に延 びる空気供給通路によって改善される。 さらに、弁に設けられた螺旋通路、螺旋溝又はその他の渦流発生装置も公知で ある。これらの渦流発生手段は、例えば弁ニードルに直接設けられているか、又 は弁閉鎖体につまり弁座面の上流側にも設けられている。これらすべての公知の 渦流発生手段は、噴射しようとするすべての流体が、螺旋状部材によって一方の 方向若しくは配向だけで影響を受けるようになっている点で共通している。 液体を噴霧するための装置は、ヨーロッパ特許第０４３５９７３号明細書でも 公知である。この装置は、噴射弁の噴射側に設けられている。噴射しようとする 流体は、噴射弁の吐出開口から吐出され、次いで噴霧装置を貫流し、この噴霧装 置に空気導管を介して空気が供給される。噴霧装置は、軸方向で連続する２つの 渦流平面を有していて、これらの渦流平面内に空気が吹き込まれる。渦流平面は 構造的に、形成しようとする２つの渦流空気が互いに逆方向の回転方向を有する ように構成されている。渦流空気によって、流体特に燃料も連行され、部分的に 旋回流にさらされる。これは勿論、空気内に蓄えられたエネルギーを介してのみ 行われる。渦流の逆向きの回転方向によって、全流れの回転方向は、噴霧装置か ら吐出される際に再び解消される。 発明の利点 請求項１の特徴部に記載された特徴を有する本発明 による弁特に燃料噴射弁は、簡単な形式でしかも安価に、付加的な補助エネルギ ーなしで、噴射して微細に噴霧しようとする流体の噴霧の質がさらに改善される という利点を有している。これは、本発明によれば、弁の弁座の下流側に旋回流 を生ぜしめる手段が次のような形式で設けられていることによって得られる。つ まり、少なくも部分的に互いに半径方向にずらして延びていて、これによって弁 の少なくとも１つの吐出開口をも貫流する少なくとも２つの主要な流れが形成さ れるような形式で、旋回流を生ぜしめる手段が設けられていることによって、達 成される。この場合、２つの主要な流れは、互いに異なる方向性を有している。 ２つの流れの接触領域内では、種々異なる配向に基づいて、噴霧にポジティブな (positiv)影響を与える大きいせん断力が生じる。簡単な構造的手段によって、 つまり各流れの逆向きの高い速度によって、流体内に、旋回流を生ぜしめるせん 断力が引き起こされ、このせん断力が、噴霧を促進する旋回流(Verwirbelung)及 び渦流（Turbulenzen）を生ぜしめる。従って、本発明による弁を燃料噴射弁と して使用すれば、内燃機関の排ガスエミッション並びに燃料消費が有利な形式で 減少される。 従属請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した弁特に燃料噴射弁の 有利な変化実施例及び改良が可能である。 有利な形式で、旋回流を生ぜしめる手段が設置形スワラー(Drallaufsaetze)と して、孔付き円板に直接設けられている。設置形スワラーの内側の流れ領域内に 接線方向で突入する複数の螺旋通路(Drallkanal)は、有利な形式で、軸方向で連 続する少なくとも２つの層内に配置されている。この場合、各層内には、弁縦軸 線に対して螺旋通路が異なる半径方向間隔で配置されている。しかも、螺旋通路 は、一方の層から他方の層に、異なった配向で延びている。このような配置によ って、非常に簡単な半径方向に互いに入り込む（重なる）、逆向きの流れが生ぜ しめられる。これらの流れの境界領域に、高められたせん断力によって所望の渦 流が生じる。 特に有利には、簡単な構造的な手段によって、設置形スワラーに、種々異なる 噴射角度（例えば中実な円錐形、中空円錐形）を有する種々異なる噴射形成器が 効果的に得られる。 図面 本発明の実施例が図面に概略的に示されていて以下に詳しく説明されている。 第１図には、本発明に従って旋回流を生ぜしめる手段を備えた弁の部分図を示し 、第２ａ図及び第２ｂ図は、吐出開口における理想的な流れの原理図を示す概略 図、第３図は、第５図のIII−III線に沿った、旋回流を生ぜしめる手段の第１実 施例の断面図、第４図は、第５図のIV−IV線に沿った 、旋回流を生ぜしめる手段の第２実施例の断面図、第５図は、旋回流を生ぜしめ る手段の第１実施例の平面図、第６図は、第３実施による例設置形スワラーとし て構成された旋回流を生ぜしめる手段、第７図は、第６図のVII−VII線に沿った 断面図、第８図は、第４実施例による設置形スワラーとして構成された旋回流を 生ぜしめる手段、第９図は、設置形スワラーとして構成された旋回流を生ぜしめ る手段の第４実施例を示す、第６図の設置形スワラーの吐出開口における理想的 な速度分布を示す概略図である。 実施例の説明 第１図には、混合気圧縮外部点火式内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁の 形状の弁の１実施例の部分図が示されている。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内には、弁縦軸線２に対して同軸的に長手方向開 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５は、その下流側の端部６で例えば球状の弁 閉鎖体７に結合されており、この弁閉鎖体７の外周部には、流体特に燃料を流過 させるための例えば５つの扁平部８が設けられている。 噴射弁の操作は公知の形式で例えば電磁石によって行われる。弁ニードル５を 軸方向で移動させ、ひいては図示していない戻しばねの戻し力に抗して若しくは 噴射弁の閉鎖力に抗して開放させるために、磁石コイル１０と可動子１１とコア １２とを備えた略示された電磁石式の回路が用いられる。可動子１１は、閉鎖体 ７とは反対側の、弁ニードル５の端部と、例えばレーザーによる溶接継ぎ目によ って結合されていて、コア１２に整列されている。 軸方向運動中に弁閉鎖体７をガイドするために、弁座体１６のガイド開口１５ が使用される。下流側に位置する、弁座支持体１の、コア１２とは反対側の端部 で、弁縦軸線２に対して同心的に延びる長手方向開口３内には、例えば円筒形の 弁座体１６が溶接によって気密に取り付けられている。弁閉鎖体７とは反対側の 、下側の端面側１７では、弁座体１６が、例えば鉢状に形成された孔付き円板（ 若しくはノズルプレート）２１に同心的に及び堅固に結合されており、従ってこ の孔付き円板２１は弁座体１６に直接当接している。孔付き円板２１内には例え ば中央の吐出開口２２が、打ち抜き、浸食又はエッチングによって形成されてお り、この中央の吐出開口２２を通って、本発明に従って流体が噴射される。この 流体は、異なる方向の少なくとも２つの流れを有している。この流れ特性は、弁 座面２９の下流側に配置された旋回流を生ぜしめる手段２３によって得られる。 この手段については後で詳しく説明されている。 弁座体１６と孔付き円板２１との結合は、例えば、 レーザーによって形成された環状の気密な第１の溶接継ぎ目２５によって行われ る。このような組立形式によって、孔付き円板２１の、吐出開口２２及びこの吐 出開口２２の位置に配置された旋回流を生ぜしめる手段２３を備えた中央の領域 が不都合に変形する危険性は避けられる。孔付き円板２１は、さらに、弁座支持 体１の長手方向開口３の壁部に、環状の気密な第２の溶接継ぎ目３０によって結 合される。 弁座体１６及び鉢状の孔付き円板２１若しくは前記手段２３より成る弁座部分 が長手方向開口３内に押し込まれる押し込み深さは、弁ニードル５のストローク の大きさを規定する。何故ならば、弁ニードル５の一方の終端位置は、磁石コイ ル１０の非励磁時において弁閉鎖体７が弁座体１６の弁座面２９に当接すること によって規定されるからである。弁ニードル５の他方の終端位置は、磁石コイル １０の励磁時において例えば可動子１１がコア１２に当接することによって規定 される。これによって、弁ニードル５のこれら２つの終端位置間の経路が、スト ロークを形成する。 球状の弁閉鎖体７は、流れ方向で円錐台形に先細りする、弁座体１６の弁座面 ２９と協働する。この弁座面２９は、ガイド開口１５と、弁座体１６の下側の端 面側１７つまり旋回流を生ぜしめる手段２３の上流側との間で軸方向に形成され ている。第１図で部分的に示された弁は、本発明の１実施例を示しているだけで ある。本発明による、旋回流を生ぜしめる手段２３は、この第１図に示した弁と 明らかに異なる弁にも使用することができる。 第２ａ図及び第２ｂ図には、例えば孔付き円板２１に形成された吐出開口２２ における本発明による理想的な流れの形状の原理図が示されている。しかしなが らこのような流れの形状を得るためには、図１に示した鉢状の孔付き円板２１が 必要な訳ではなく、むしろ孔付き円板２１若しくはノズルプレートにまったく別 の輪郭形状を備えることができる。吐出開口２２は、弁座体１６又はノズルホル ダに直接設けることができる。原理図によれば、吐出開口２２の上流に設けられ た、旋回流を生ぜしめる手段２３によって、流体特に燃料の少なくとも２つの流 れが生ぜしめられる。これら２つの流れは、半径方向で互いにずれていて互いに 完全に独立して延びていて、互いに異なる方向性を有している。この場合、吐出 開口２２における弁縦軸線２に沿った２つの流れ成分の原理的な流れ方向（噴射 方向）は、矢印３２で示されているように同じである。内側の流れ成分(Stroemu ngskomponent)３３は、一般的な軸方向の流れ方向３２を無視した次のような流 れの方向性を有している。つまり、破線で示された内側の流れを半径方向で取り 囲む、外側の流れ成分３４を有する外側の流れの方向性とは異なっている流れの 方向性を有している。 第２ａ図には、破線で示された内側の流れ成分３３が、軸方向の流れ方向３２ に十分に追従しており、一方、流体が内側の流れ領域を取り囲む、旋回流負荷(D rallbeaufschlagung)を特徴とする外側の流れ成分３４を有している、流れ原理 が示されている。これによって内側の流れ成分３３は、外側の流れ成分３４によ って円環状しかも螺旋状に取り囲まれる。第２ｂ図に示した流れ原理においては 、外側の流れ成分３４と共に、内側の流れ成分３３も、旋回流を生ぜしめる手段 ２３によって外側の流れ成分３４の方向に対して逆方向に生ぜしめられる旋回流 を有している。これによって、吐出開口３２では軸方向の流れ方向３２で、２つ の流れ成分（流体流れ）３３，３４が貫流する。これらの２つの流れ成分３３， ３４は、互いに無関係で逆向きの流れ方向性を有していて、半径方向で互いに入 り込み合う(radial geschachtelte)螺旋状に延びている。 第３図から第５図には、第２ａ図に示した流れの原理を得るための、旋回流を 生ぜしめる手段２３の実施例が示されている。第６図から第９図には、第２ｂ図 に示した流れが得られる、旋回流を生ぜしめる手段２３の実施例が示されており 、第３図、第４図及び第５図には、旋回流を生ぜしめる手段２３の２つの実施例 が示されている。この手段２３は、孔付き円板２１上に設けられた渦流発生部材 若しくはスワラー(Drall-e lement)として構成されていて、弁座面２９の下流に続く、弁座体１６の円筒形 の開口領域３５内に、孔付き円板２１の平面から弁閉鎖体７に向かって突入して いる。開口領域３５の領域の、旋回流を生ぜしめる手段２３の平面図（第５図） によれば、孔付き円板２１上における手段２３の配置及び形状が明らかである。 この場合、第３図及び第４図には、この第５図の平面図のIII−III線若しくはIV −IV線に沿った拡大断面図が示されている。旋回流を生ぜしめる手段２３は、こ の実施例においては、吐出開口２２を円環状に取り囲んで配置された、円弧状の ガイド部材３７，３７′の形状に構成されていて、例えば４個から２０個のこの ようなガイド部材が、周方向で相前後して配置されている。ガイド部材３７，３ ７′の全体で、羽根車に似た配置が得られる。ガイド部材３７，３７′の、同じ 方向に向けられた円弧形状は、貫流する流体が旋回流負荷を受けるように配慮す る。ガイド部材３７，３７′は、ほぼ開口領域３５から孔付き円板２１の内側の 吐出開口２２まで達している。 第３図に示した実施例によるガイド部材３７は、全円弧長さにわっって一定の 軸方向高さを有しており、一方、第４図に示したガイド部材３７′は、上側の制 限面３８が、半径方向で外方から吐出開口２２に向かって内方に下降している輪 郭形状を有している。内方に弁縦軸線２に向かって下降する、ガイド部材３７′ の軸方向高さの低下は、例えば直線的(linear)に又は指数関数的(exponentiell) に得られる。 第３図及び第４図の２つの実施例においては、弁座面２９の下流方向で、開口 領域３５内に円環状に生じる流体内に２つの主要な流れが形成される。２つの流 れ成分３３，３４を形成するための経路は、第３図に示されている。流れ成分３ ３は、流体の一部が弁閉鎖体７の直接下流で、低い方のガイド部材３７，３７′ 間に流入するのではなく、ガイド部材３７，３７′の上流及びひいては旋回流に よる負荷を受けずに内側の吐出開口２２内に向かって流れ、この内側の吐出開口 ２２内に侵入する流体の別の部分は、ガイド部材３７，３７′間の領域内に流入 し、このガイド部材３７，３７′間の領域で、渦流負荷を受け、渦流を伴う流れ 成分３４が生じ、この流れ成分３４は内側の流れ成分３３を取り囲む。このよう な配置によって、概略的に第２ａ図に示された流れの形状が得られる。ガイド部 材３７，３７′は、例えば孔付き円板２１に一体的に形成されており、その製造 には、ガルヴァーニック成形法（Galvanoformung）若しくは電気成形法(LIGA-,M IGA-Technik)が適している。ガイド部材３７，３７′のためには幅が約２０から ５０μｍで、軸方向の高さが約１００から３００μｍのものが考えられる。この 寸法規定は、理解しやすくするためのだけのものであって、本発明をこの寸法に 限定するものではない。 第６図から第８図に示した旋回流を発生するための手段２３においては、例え ば、孔付き円板２１とは別個に製造された設置形スワラー４０が使用されている 。この設置形スワラー４０は例えば接着、溶接又ははんだ付けによって孔付き円 板２１に堅固に結合されている。しかしながら、この設置形スワラー４０は、孔 付き円板２１に一体的に設けることもできる。ガイド部材３７，３７′と同様に 、設置形スワラー４０も、弁座体１６の開口領域３５内に突入している。設置形 スワラー４０は、軸方向で連続する２つの層４１及び４２を特徴とする構成部を 成している。各層４１及び４２は、旋回流にさらされる流れを発生する機能平面 として役立つ。この場合、弁閉鎖体７側に向けられた上側の層４１は、吐出開口 ２２側に向けられた下側の層４２よりも小さい外径を有している。外側の半径方 向の外周部を起点として、各層４１，４２に、多数の例えば４つの螺旋通路５１ ，５２が、段付けされた設置形スワラー４０の壁部を接線方向で貫通して、内側 の流れ領域５５まで達している。この内側の流れ領域５５は、設置形スワラー４ ０の外側輪郭と同様に段付けして構成されている。つまり、上側の層４１内では 、流れ領域５５が、下側の層４２におけるよりも小さい直径を有している。流れ 領域５５内に開口する、上側の層４１の螺旋通路５１によって、内側の流れ成分 ３３が形成される。下側の層４２における螺旋通路５ ２は、外側の流れ成分３４（第２ｂ図参照）を形成するために用いられる。螺旋 通路５１，５２は例えば正方形又は円形の横断面を有している。弁閉鎖体７に向 かって、設置形スワラー４０は、上側制限面５６によって閉鎖されているが、吐 出開口２２に向かっては勿論開放している。 第７図は、第６図のVII−VII線に沿った断面図つまり設置形スワラー４０の上 側の層４１の断面図を示している。第７図によれば、接線方向で流れ領域５５内 に開口する螺旋通路５１，５２は、逆向きに方向付けられているので、流入する 流体は、半径方向で互いに完全に別個に延びる、渦流にさらされる逆向きの２つ の流れ成分３３，３４を有する。吐出開口２２において、この流れ領域５５内で 生ぜしめられた流れの配分は十分に維持されるので、２つの流れ成分３３，３４ の境界領域で生ぜしめられる高められたせん断力によって、流体を良好に噴霧す るために特に望まれている渦流が形成される。 第８図には、第６図に示された設置形スワラー４０に対して少しだけ異なって いる、設置形スワラー４０の実施例が示されている。 設置形スワラー４０内には軸方向に延びる中央のピン５８が設けられており、 この中央のピン５８は、制限面５６を起点として、流れ領域５５の中央を通って 吐出開口２２内に突入して延びている。ピン５８は、 例えば設置形スワラー４０に一体的に構成されているか又は、溶接、はんだ付け 又は接着によって設置形スワラー４０に結合されている。このような構成によっ て、設置形スワラー４０は、非常に良好な層状の噴射流形状例えば中空円錐形の 噴射流形状が生ぜしめられる。これとは異なり、第６図に示した装置によれば、 むしろ中実な円錐形(Vollkegel)の形状が生ぜしめられる。第９図には、第６図 の設置形スワラー４０の下流における、吐出開口２２の直径に亙っての半径方向 での、概略的に示された理想的な速度分布が示されている。この第９図では、流 れ成分３３，３４が非常に分かり易く示されている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．弁特に内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁であって、弁縦軸線と 、弁座面と協働する弁閉鎖体と、少なくとも１つの吐出開口の上流で旋回流を生 ぜしめる手段を備えた、弁座面の下流に設けられた少なくとも１つの吐出開口と を有しており、該吐出開口によって、噴射しようとする流体が渦流成分によって 負荷されるようになっている形式のものにおいて、 旋回流を生ぜしめる手段（２３）が、少なくとも１つの吐出開口（２２）内で 、少なくとも部分的に半径方向で互いにずらされて互いに接触し合い、その際に 互いに異なる方向性を有する、流体の少なくとも２つの流れ（３３，３４）が形 成されるように、構成されていることを特徴とする、弁特に燃料噴射弁。 ２．吐出開口（２２）が孔付き円板（２１）に設けられている、請求項１記載 の弁。 ３．旋回流を生ぜしめる手段（２３）が、弁座面（２９）の下流に配置された 孔付き円板（２１）に形成されている、請求項２記載の弁。 ４．旋回流を生ぜしめる手段（２３）が、一緒に１つの渦方向を規定する、円 環状に配置された多数のガイド部材（３７，３７′）である、請求項３記載の弁 。 ５．ガイド部材（３７，３７′）が円弧状に構成さ れている、請求項４記載の弁。 ６．弁閉鎖体（７）に向けられた、ガイド部材（３７′）の上側の制限面（３ ８）が、半径方向で外方から内方に弁縦軸線（２）に向かって下降しており、こ れによって、ガイド部材（３７′）の軸方向の高さが、半径方向で外方から内方 に低くなっている、請求項４又は５記載の弁。 ７．旋回流を生ぜしめる手段（２３）が、孔付き円板（２１）に設けられた設 置形スワラー（４０）に取り付けられている、請求項３記載の弁。 ８．設置形スワラー（４０）が、内側の流れ領域（５５）を有しており、該流 れ領域（５５）に螺旋通路（５１，５２）が接線方向に開口していて、これらの 螺旋通路（５１，５２）が設置形スワラー（４０）の半径方向外側の外周部から 延びている、請求項７記載の弁。 ９．螺旋通路（５１，５２）が設置形スワラー（４０）の異なる２つの層（４ １，４２）に設けられており、それぞれ弁縦軸線（２）から同じ半径方向間隔を 保って離れている螺旋通路（５１，５２）が各層（４１，４２）に形成されてい る、請求項８記載の弁。 10．各層（４１，４２）の螺旋通路（５１，５２）が同じ向きに配向されてお り、一方の層（４１）の螺旋通路（５１）が他方の層（４２）の螺旋通路（５２ ）の配向とは逆向きに配向されている、請求項９記載 の弁。 11．設置形スワラー（４０）に、軸方向に延びる中央のピン（５８）が設けら れており、該中央のピン（５８）が、内側の流れ領域（５５）を貫通して、少な くとも１つの吐出開口（２２）内に少なくとも部分的に突入している、請求項８ 記載の弁。