JP2003508684A - ノズルニードルにリング溝を備えた、内燃機関用の噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明では、噴射ノズル（１）においてノズルニードル（５）が、袋穴（２）とノズルニードル座（４）との間の移行部（７）の領域にリング溝（８）を有している。シートホール-噴射ノズルではリング溝（８）は噴射孔の領域に位置している。リング溝（８）によって、ノズルニードル（５）の部分行程時における噴射ノズル（１）の流れ抵抗の誤差が減じられ、そして噴射される燃料量のより正確な調量が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 従来の技術 本発明は、内燃機関用の噴射ノズルであって、少なくとも１つの噴射孔とノズ
ルニードル座とノズルニードルとを備えている形式のものに関する。

【０００２】 このような形式の噴射ノズルでは、特にノズルニードルの部分行程領域におい
て、流れ抵抗に大きなばらつきが、ひいては噴射される燃料量に大きなばらつき
がある。その結果、このような噴射ノズルを備えた内燃機関の多くにおいて、放
出特性及び消費特性は最適ではなくなる。

【０００３】 ゆえに本発明の課題は、同じ構造形式の噴射ノズルの種々異なるサンプルにお
いて、ノズルニードルの部分行程領域における噴射量のばらつきを減じることが
できる噴射ノズルを提供すること、ひいては本発明による噴射ノズルを備えた内
燃機関の消費特性及び放出特性を改善することである。

【０００４】 この課題を解決するために本発明の構成では、内燃機関用の噴射ノズルであっ
て、少なくとも１つの噴射孔とノズルニードル座とノズルニードルとを備えてい
る形式のものにおいて、ノズルニードルの、ノズルニードル座に向けられた端部
が、リング溝を有しているようにした。

【０００５】 ノズルニードル座側のノズルニードル端部に設けられたリング溝は、噴射ノズ
ルの絞り作用にとって決定的である。リング溝を大きな再現精度をもって製造す
ることができるので、噴射ノズルの絞り作用は、構造形式の同じ噴射ノズルの種
々異なるサンプル間において極めて狭い範囲においてしかばらつかない。これに
よって、本発明による噴射ノズルの運転特性を測定することにより、構造形式の
同じその他のすべての噴射ノズルの運転特性を、大きな精度で予測することがで
き、そして噴射動作のばらつきを相応に最適化させることができる。

【０００６】 本発明の別の構成では、ノズルニードル座が円錐台形であり、このようになっ
ていると、ノズルニードル座におけるノズルニードルの良好なシール性及び良好
なセンタリングが達成される。

【０００７】 本発明の別の構成では、ノズルニードル座の円錐角が６０°であり、このよう
になっていると、ノズルニードルとノズルニードル座との間の良好なシール作用
が得られる。

【０００８】 本発明の別の有利な構成では、ノズルニードルの、ノズルニードル座に向けら
れた端部が、円錐体であり、ノズルニードルの円錐角が約１°まで、有利には１
５′〜３０′だけ、ノズルニードル座の円錐角よりも大きくなっており、このよ
うになっていると、シール面が小さくなり、ノズルニードルの最大直径の領域に
設けられる。

【０００９】 本発明の別の構成では、リング溝が円錐体の底面に対して平行に延びており、
このようになっていると、ノズルニードルの全周にわたって等しい流れ条件が生
ぜしめられる。

【００１０】 本発明の別の構成では、ノズルニードル座に袋穴が接続していて、該袋穴が少
なくとも１つの噴射孔を有しており、このようになっていると、本発明による噴
射ノズルの利点を、袋穴-噴射ノズル（Satzloch-Einspritzduese）においても利
用することができる。

【００１１】 本発明の別の構成では、噴射ノズルの閉鎖時に、袋穴とノズルニードル座との
間の移行部と、噴射ノズルの底部との間の間隔が、リング溝と噴射ノズルの底部
との間の間隔にほぼ等しい。このようになっていると、ノズルニードルの部分行
程領域においては、リング溝が移行部の代わりに、噴射ノズルの絞り作用を規定
する。

【００１２】 本発明の別の構成では、リング溝の幅が０.１ｍｍ〜０.３ｍｍ、有利には０.
１６ｍｍ〜０.２４ｍｍであり、このようになっていると、十分に大きな部分行
程領域においてリング溝が噴射ノズルの絞り作用にとって決定的になる。リング
溝はいずれにせよ、リング溝の前縁だけが短時間絞り作用を有するような大きさ
でなくてはならない。

【００１３】 本発明の別の構成では、リング溝の深さが約０.０２ｍｍ〜０.２ｍｍ、有利に
は０.０８ｍｍ〜０.１４ｍｍである。このようになっていると、リング溝の容積
は小さいままであり、ひいては、内燃機関の停止時に蒸発する燃料の量も少ない
ままである。それにもかかわらず、リング溝によって噴射ノズルの絞り作用には
十分な影響が与えられる。

【００１４】 本発明の別の構成では、袋穴が円錐形であり、このようになっていると、円錐
形の袋穴-噴射ノズルの部分負荷特性が改善される。

【００１５】 本発明の別の構成では、袋穴が円筒形であり、このようになっていると、円筒
形の袋穴-噴射ノズルの部分負荷特性も改善される。

【００１６】 本発明の別の構成では、袋穴がミニ袋穴（Mini-Sackloch）又はマイクロ袋穴
（Mikro-Sackloch）であり、このようになっていると、本発明による利点をこの
ような噴射ノズルにおいて利用することができる。

【００１７】 本発明の別の構成では、ノズルニードル座が少なくとも１つの噴射孔を有して
おり、このようになっていると、本発明による噴射ノズルの利点を、シートホー
ル-噴射ノズル（Sitzloch-Einspritzduese）において利用することができる。シ
ートホール-噴射ノズルにおいては時々、ノズルニードル座に対するノズルニー
ドルのセンタリングが不足していることに基づいて、全周にわたって分配配置さ
れた噴射孔における燃料圧が等しくないという問題が生じ、これによって噴射時
における不都合な条件の発生することがある。リング溝によって噴射孔間の圧力
補償を行うことができ、その結果ノズルニードルにおけるセンタリングの不足は
、噴射条件に対して不都合に作用しなくなる。

【００１８】 本発明の別の構成では、噴射ノズルの閉鎖時に、噴射孔の長手方向軸線とノズ
ルニードル座との交点（Durchstosspunkt）と、噴射ノズルの底部との間の間隔
が、リング溝と噴射ノズルの底部との間の間隔にほぼ等しくなっており、このよ
うになっていると、ノズルニードルの部分行程領域においてはリング溝が、ノズ
ルニードル座から噴射孔への移行部の代わりに噴射ノズルの絞り作用を規定する
。

【００１９】 本発明の別の構成では、リング溝の幅が、噴射孔の直径よりも大きく、有利に
は約１.５倍大きくなっており、このようになっていると、噴射ノズルの絞り作
用は、十分に大きな部分行程領域にわたってリング溝の影響を受けることになる
。

【００２０】 本発明のさらに別の構成では、リング溝の深さがリング溝の幅よりも小さいか
又は、リング溝の深さが０.０２ｍｍ〜０.１ｍｍ、有利には０.０４ｍｍ〜０.０
７ｍｍである。このようになっていると、リング溝の容積を小さく保つことがで
き、それにもかかわらず、リング溝によって噴射ノズルの絞り作用に対して十分
な影響を与えることができる。

【００２１】 図１は、本発明による袋穴-噴射ノズルを示す断面図、 図２は、本発明による袋穴-噴射ノズルの液圧直径とノズルニードルの行程と
の関係を示す特性線図、 図３は、本発明によるシートホール-噴射ノズルを示す断面図、 図４は、本発明によるシートホール-噴射ノズルの液圧直径とノズルニードル
の行程との関係を示す特性線図である。

【００２２】 図１には、円錐形の袋穴（Sackloch）２を備えた噴射ノズル１が示されている
。袋穴２は円筒形であっても、又はミニ袋穴又はマイクロ袋穴２であってもよい
。後者の場合には袋穴２の容積は図１に示された構造形式に比べて減じられてい
る。これによって、内燃機関の停止時にわずかな燃料しか燃焼室に蒸発しなくな
る。

【００２３】 噴射孔３を介して、図示されていない燃料は袋穴２から同様に図示されていな
い燃焼室に達する。円錐形の袋穴２には、円錐台形のノズルニードル座４が接続
している。ノズルニードル座４は６０°の円錐角を有することができる。

【００２４】 ノズルニードル座４にはノズルニードル５が載っている。図１からはっきりと
分かるように、ノズルニードル５の円錐角はノズルニードル座４の円錐角よりも
大きい。これによってノズルニードル５とノズルニードル座４との間の接触領域
６はノズルニードル５の最大直径の領域に位置しており、かつノズルニードル５
とノズルニードル座４との間の面圧が高められる。ノズルニードル５とノズルニ
ードル座４との円錐角の相違は、図１において誇張して示されている。通常、両
者の円錐角の相違は、１°よりも小さく、数分の角度範囲内にある。

【００２５】 従来技術による袋穴２とノズルニードル座４との間の移行部は、ノズルニード
ル座４の研削時に発生した縁部７である。加工の形式に応じて縁部７は鋭いばり
であっても又は滑らかな縁部であってもよい。縁部７の流れ抵抗は縁部７の特性
によって大きな影響を受ける。

【００２６】 ノズルニードル５に穿刺された又は研削されたリング溝８は、噴射ノズル１の
流れ抵抗に対する縁部７の影響を減じる。リング溝８と噴射ノズル１の底部９と
の間の間隔は、噴射ノズル１の底部９と縁部７との間の間隔にほぼ等しい大きさ
である。これによってノズルニードル５の行程とは無関係に、噴射ノズル１の絞
り作用は縁部７のジオメトリによってまったく又は問題にならないほどしか影響
されない。この効果は、ノズルニードル座４とノズルニードル５の円錐部との間
のリング間隙に比べて大きな、リング溝８と縁部７との間のリング間隙の液圧直
径（hydraulischer Durchmesser）に基づいて、後者のリング間隙における流れ
抵抗が前者のリング間隙の流れ抵抗よりも小さいことに起因する。両流れ抵抗は
いわば直列に接続されているので、噴射ノズル全体の流れ抵抗にとっては主とし
て最小の個別抵抗が基準になる。

【００２７】 噴射ノズル１の流れ抵抗が縁部７の領域において分散しているもしくはばらつ
きを有していることは、図２の線図に示されている。図２には袋穴-噴射ノズル
１の液圧直径１１が縦軸に、かつノズルニードル行程１０が横軸に定性的（qual
itativ）にとられている。液圧直径１１は、任意の貫流される横断面をその流れ
抵抗に関して比較可能にする値である。基準値としては、円形横断面を有する管
の流れ抵抗が働く。大きな液圧直径を有する横断面は、小さな流れ抵抗を有し、
小さな液圧直径を有する横断面は、大きな流れ抵抗を有している。

【００２８】 図２においてノズルニードル行程１０は、２つの領域に分割されている。第１
の領域は０から「ａ」まで延び、次いで部分行程領域と呼ばれる第２の領域は、
「ａ」から「ｂ」まで延びている。「ｃ」のところでは全ノズルニードル行程が
得られている。

【００２９】 ノズルニードル５がノズルニードル座４に接触していて閉鎖されている噴射ノ
ズル１が、開放されると、極めて小さなノズルニードル行程１０時に接触領域６
において極めて狭い間隙が生ぜしめられ、この間隙を通して、圧力下にある燃料
は袋穴２内に流入することができる。この極めて狭い間隙は、噴射ノズル１の流
れ抵抗を決定的に規定し、これによって液圧直径１１をも決定する。この極めて
狭い間隙の流れ抵抗は大きいので、極めて小さなノズルニードル行程１０時にお
ける噴射ノズル１の液圧直径１１は、極めて小さい。

【００３０】 「ａ」と「ｂ」との間の部分行程領域において、噴射ノズル１の流れ抵抗は従
来技術によれば、ノズルニードル座４と袋穴２との間の縁部７によって決定的に
規定される。したがって縁部７は部分行程領域において、噴射ノズル１の液圧直
径に対しても大きな意味を有する。すなわち縁部７のジオメトリにおける変化は
、液圧直径１１の変化を生ぜしめる。全ノズルニードル行程「ｃ」の領域におい
ては、ノズルニードル１の噴射孔３が噴射ノズル１の液圧直径１１のために決定
的である。

【００３１】 上に述べたように、縁部７のジオメトリにおけるばらつきは、特に「ａ」と「
ｂ」との間の部分行程領域において噴射ノズル１の特性線１２を変化させる。

【００３２】 図２には従来技術による噴射ノズル１の特性線１２，１３と、本発明による袋
穴-噴射ノズル１の特性線１４とが示されている。従来技術による袋穴-噴射ノズ
ル１では、ノズルニードル５はリング溝を有していない。上に述べた縁部７のジ
オメトリにおけるばらつきに基づいて、構造形式の同じ噴射ノズル１の種々異な
るサンプルの特性線もまた、特に部分行程領域においてばらつきがある。このこ
とは特性線１２，１３相互の差異によって図２において示されている。

【００３３】 特性線１４は本発明による噴射ノズルを再現しており、本発明による噴射ノズ
ルでは、特に部分行程領域において縁部７の絞り作用を生ぜしめない。それとい
うのはこの場合、燃料がリング溝８内に逃げることができるからである。その結
果、本発明による噴射ノズル１の部分行程領域における液圧直径１１は、従来技
術による噴射ノズル１の液圧直径１１より大きい。特に、構造の等しい本発明に
よる噴射ノズル１の種々異なるサンプルの特性線１４は、特に部分行程領域にお
いて極めてわずかしかばらつかない。それというのは、リング溝８のジオメトリ
は大きな再現精度をもって製造することができるからである。

【００３４】 大量生産で製造される内燃機関では、内燃機関及び所属の噴射系の特性マップ
（Kennfeld）は、単数又は複数の選択されたテストサンプルを用いて測定によっ
て検出される。このようにして検出された特性マップは、構造形式の同じすべて
の噴射系の基礎もしくは基本として用いられる。

【００３５】 以下においては、特性線１２が測定された特性線であり、この特性線１２が噴
射系の制御装置に蓄積されていると、仮定する。さらに、大量生産によって製造
された噴射ノズル１は特性線１３を有しているものと仮定する。そして特性線１
３を有する噴射ノズル１が、特性線１２を蓄えている制御装置と共働すると、特
性線１３を有する噴射ノズル１の部分行程領域における実際の噴射量は、テスト
サンプルにおいて測定された特性線１２を描く最適な噴射量と合致せず、その結
果内燃機関の出力及び／又は放出特性は劣化する。

【００３６】 本発明による噴射ノズル１では、特性線１４は極めてわずかな値においてしか
ばらつかないので、本発明による噴射ノズル１を備えたすべての内燃機関では、
制御装置内に蓄えられた特性線１４と、取り付けられた噴射ノズル１の特性線１
４との間における合致が著しく改善される。この合致は、従来技術による噴射ノ
ズル１におけるばらつきと比較して、例えばファクタ２又は３だけ改善されるこ
とができる。その結果、実際に噴射される燃料量は、制御装置によって所定され
た噴射量に正確に相当し、かつ内燃機関の消費特性及び放出特性は最適になる。

【００３７】 図３には、シートホール（Sitzloch）として形成された噴射孔３を備えた本発
明による噴射ノズル１が示されている。この場合使用されている符号は、図１に
おいて使用された符号に相当する。図１に示された実施例と図３に示された実施
例との間の大きな違いは次のことにある。すなわち図３の実施例では、部分行程
領域において縁部７の代わりに、ノズルニードル座４と噴射孔３との間における
移行部１５が噴射ノズル１の流れ抵抗にとって決定的である。本発明によるリン
グ溝８はシートホール-噴射ノズルでは噴射孔３の高さに配置されており、その
結果噴射ノズルの流れ抵抗に対する、ノズルニードル座４と噴射孔３との間の移
行部１５の影響は、強く減じられる。リング溝８と噴射ノズル１の底部９との間
の間隔は、噴射ノズル１の底部９と、噴射孔３の長手方向軸線とノズルニードル
座４との交点１６との間の間隔にほぼ等しい大きさである。これによって、ノズ
ルニードル５の行程とは無関係に、噴射ノズル１の絞り作用は、移行部１５のジ
オメトリによってまったく又は少なくとも問題にならない程度にしか影響されな
い。

【００３８】 図４には、従来技術による噴射ノズル１の特性線１２と本発明によるシートホ
ール-噴射ノズル１の特性線１４とが示されている。

【００３９】 本発明によるシートホール-噴射ノズルに対しては、袋穴-噴射ノズル１に関し
て上に述べた相違と同様のことが言える。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による袋穴-噴射ノズルを示す断面図である。

【図２】 本発明による袋穴-噴射ノズルの液圧直径とノズルニードルの行程との関係を
示す特性線図である。

【図３】 本発明によるシートホール-噴射ノズルを示す断面図である。

【図４】 本発明によるシートホール-噴射ノズルの液圧直径とノズルニードルの行程
との関係を示す特性線図である。

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関用の噴射ノズル（１）であって、少なくとも１つの
   噴射孔（３）とノズルニードル座（４）とノズルニードル（５）とを備えている
   形式のものにおいて、ノズルニードル（５）の、ノズルニードル座（４）に向け
   られた端部が、リング溝（８）を有していることを特徴とする、ノズルニードル
   にリング溝を備えた、内燃機関用の噴射ノズル。
2. 【請求項２】 ノズルニードル座（４）が円錐台形である、請求項１記載の
   噴射ノズル（１）。
3. 【請求項３】 ノズルニードル座（４）の円錐角が約６０°である、請求項
   ２記載の噴射ノズル（１）。
4. 【請求項４】 ノズルニードル（５）の、ノズルニードル座（４）に向けら
   れた端部が、円錐体であり、ノズルニードル（５）の円錐角が約１°まで、有利
   には１５〜３０′だけ、ノズルニードル座（４）の円錐角よりも大きい、請求項
   ２又は３記載の噴射ノズル（１）。
5. 【請求項５】 リング溝（８）が円錐体の底面に対して平行に延びている、
   請求項２から４までのいずれか１項記載の噴射ノズル（１）。
6. 【請求項６】 ノズルニードル座（４）に袋穴（２）が接続していて、該袋
   穴（４）が少なくとも１つの噴射孔（３）を有している、請求項１から５までの
   いずれか１項記載の噴射ノズル（１）。
7. 【請求項７】 噴射ノズル（１）の閉鎖時に、袋穴（２）とノズルニードル
   座（４）との間の移行部（７）と、噴射ノズル（１）の底部（９）との間の間隔
   が、リング溝（８）と噴射ノズル（１）の底部（９）との間の間隔にほぼ等しい
   、請求項６記載の噴射ノズル（１）。
8. 【請求項８】 リング溝（８）の幅が約０.１ｍｍ〜０.３ｍｍ、有利には約
   ０.１６ｍｍ〜０.２４ｍｍである、請求項６又は７記載の噴射ノズル（１）。
9. 【請求項９】 リング溝（８）の深さが約０.０２ｍｍ〜０.２ｍｍ、有利に
   は約０.０８ｍｍ〜０.１４ｍｍである、請求項６から８までのいずれか１項記載
   の噴射ノズル（１）。
10. 【請求項１０】 袋穴（２）が円錐形である、請求項６から９までのいずれ
    か１項記載の噴射ノズル（１）。
11. 【請求項１１】 袋穴（２）が円筒形である、請求項６から９までのいずれ
    か１項記載の噴射ノズル（１）。
12. 【請求項１２】 袋穴（２）がミニ袋穴又はマイクロ袋穴である、請求項６
    から１１までのいずれか１項記載の噴射ノズル（１）。
13. 【請求項１３】 ノズルニードル座（４）が少なくとも１つの噴射孔（３）
    を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の噴射ノズル（１）。
14. 【請求項１４】 噴射ノズル（１）の閉鎖時に、噴射孔（３）の長手方向軸
    線とノズルニードル座（４）との交点（１６）と、噴射ノズル（１）の底部（９
    ）との間の間隔が、リング溝（８）と噴射ノズル（１）の底部（９）との間の間
    隔にほぼ等しい、請求項１３記載の噴射ノズル（１）。
15. 【請求項１５】 リング溝（８）の幅が、噴射孔（３）の直径よりも大きく
    、有利には約１.５倍だけ大きい、請求項１３又は１４記載の噴射ノズル（１）
    。
16. 【請求項１６】 リング溝（８）の深さがリング溝（８）の幅よりも小さい
    、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の噴射ノズル（１）。
17. 【請求項１７】 リング溝（８）の深さが約０.０２ｍｍ〜０.１ｍｍ、有利
    には約０.０４ｍｍ〜０.０７ｍｍである、請求項１３から１６までのいずれか１
    項記載の噴射ノズル（１）。