JP2003511608A - 燃料噴射弁による燃料調量法 - Google Patents

燃料噴射弁による燃料調量法

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JP2003511608A JP2001528327A JP2001528327A JP2003511608A JP 2003511608 A JP2003511608 A JP 2003511608A JP 2001528327 A JP2001528327 A JP 2001528327A JP 2001528327 A JP2001528327 A JP 2001528327A JP 2003511608 A JP2003511608 A JP 2003511608A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、燃料噴射弁（１）、特に内燃機関の燃料噴射装置用の噴射弁による燃料調量法に関する。前記燃料噴射弁は、アクチュエータ（１４）及び該アクチュエータにより所定の弁ストロークを以て作動可能な弁閉鎖体（６）を有しており、該弁閉鎖体はシール座を形成するように弁座面（５）と協働する。弁閉鎖体（６）及び／又は弁座面（５）は、スワール流を発生させるための少なくとも１つのスワール部材（２７，４１）を有している。この場合、燃料噴射弁（１）によって噴射される燃料の可変の燃料配分を生ぜしめるためには、アクチュエータ（１４）によって生ぜしめられる弁ストロークを可変の開弁速度を以て行う。しかも、噴射される燃料の、ほぼスワール無しの予流からスワール流への移行は、開弁速度の変化によって調節する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載の燃料噴射弁による燃料調量法から出発
する。
【０００２】 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６２６５７６号明細書に基づき、請求項
１の上位概念に記載の方法が公知である。この刊行物から明らかになる燃料噴射
弁は、この燃料噴射弁のケーシングと一緒に磁束回路を形成する電磁可動子及び
電磁コイルを有している。コイルの作動時に、このコイルに可動子が引き込まれ
、これにより、可動子と結合された弁閉鎖体が弁座面から持ち上がって燃料が燃
料噴射弁から噴射される。噴射された燃料をより良好に渦動させるためには、弁
閉鎖体に、スワール流を発生させるスワール溝が形成されている。
【０００３】 前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６２６５７６号明細書に基づき公
知の燃料噴射弁によって燃料を調量するためには、電磁コイルに励磁電圧が印加
される。この場合、この励磁電圧の接続・遮断間の時間にわたって、調量される
燃料量が変えられる。
【０００４】 前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６２６５７６号明細書に基づき公
知の燃料噴射弁における欠点は、噴射される燃料噴流の噴流特性が構造的に規定
されているので、調量される燃料量しか変えられず、燃料が噴射される燃焼室へ
の燃料の燃料配分は変えられないということである。
【０００５】 別の欠点は、噴射された燃料の噴流フィールドの変化に基づき燃料噴射弁の製
作過程への介入が必要となるので、種々様々な顧客の要求が限定的にしか実現さ
れ得ないということである。
【０００６】 発明の利点 これに対して請求項１の特徴部に記載の、本発明に基づく燃料噴射弁による燃
料調量法は、噴射された燃料の噴流特性延いては噴流形成を、燃料噴射弁の構造
的な変更無しで変化させられるので、燃料噴射弁によって噴射される燃料の燃料
配分を、噴射弁の運転中に変えられるという利点を有している。更に、前記燃料
噴射弁は比較的大きな適用範囲をカバーしているので、改善された機関特性が得
られる。
【０００７】 従属請求項に記載の手段により、請求項１記載の方法の有利な改良が可能であ
る。
【０００８】 有利には、弁ストロークが低い開弁速度で行われ、これにより、少なくともほ
ぼスワール無しの予流のスワール流への移行がほぼ連続的に行われて、噴射され
た燃料は、燃料噴射弁の噴射側の端部付近の噴射範囲において、少なくともほぼ
均一に配分される。弁がちょうど開くときの、作動流の著しい上昇絞り（Hubdro
sselung)と、早期に重畳するスワール流とに基づいて燃料は低い速度を有してお
り、これにより、燃料は主として燃料噴射弁の噴射側の端部付近の噴射範囲内で
配分される。このようにして、燃料は、例えばスパークプラグの領域に集められ
、そこで均等に配分されるので、僅かな燃料量で燃料自体の有利な点火が行われ
る。更に、この方法は特に、内燃機関の燃焼室又は内燃機関のピストンの内壁を
濡らすことを防止するために、激しい噴流侵入が望ましくない小さな燃焼室に適
している。
【０００９】 有利には、弁ストロークが高い開弁速度で行われ、これにより、ほぼスワール
無しの予流が細長い管状の予噴流を生ぜしめ、少なくともほぼスワール無しの予
流からスワール流への移行が基本的に飛躍的に行われて、前記スワール流が、細
長い管状の予噴流に続く円錐形の広幅な主噴流を生ぜしめる。これにより、噴射
された燃料は大きな体積にわたって分配され、この場合、予流によって生ぜしめ
られた燃料噴流は噴射方向に向けられた高い速度を有しており、スワール流によ
って生ぜしめられた燃料流は噴射方向に対して垂直方向で向けられた高い速度成
分を有している。
【００１０】 有利には、開弁速度はほぼ一定の弁ストロークにおいて開弁時間の変化を介し
て変化される。この場合、開弁時間は、燃料噴射弁の開放過程が必要とする時間
である。これにより、前記方法の適用は特に簡単になる。
【００１１】 有利には、燃料は火花点火式の内燃機関の燃焼室に直接に噴射され、開弁速度
は、この内燃機関の運転形式によって影響される。燃料噴射弁の所期の制御に基
づき、内燃機関の運転中に、内燃機関の最適な運転特性を得るための、各運転レ
ベルに関して所望の噴流形成を調節することができる。
【００１２】 更に有利には、内燃機関の成層燃焼運転では、弁ストロークは低い開弁速度で
行われ、内燃機関の均質燃焼運転では、弁ストロークは高い開弁速度で行われる
。これにより、内燃機関の成層燃焼運転では、燃料は主としてスパークプラグの
領域に集まり、これにより、燃料の有利な点火が可能になる。内燃機関の均質燃
焼運転では、燃料は燃焼室全体に配分され、これにより、内燃機関に吸い込まれ
る、供与される空気との燃料の最適な混合が達成されるので、最適な燃焼が生ぜ
しめられる。
【００１３】 実施例の説明 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１４】 図１には、燃料噴射弁１の部分的な軸方向断面図が示されている。この燃料噴
射弁１は、特にいわゆるガソリン直接噴射弁として、燃料、特にガソリンを混合
気圧縮型の火花点火式の内燃機関の燃焼室に直接噴射するために働く。燃料噴射
弁１は、この実施例では内側に開く燃料噴射弁１として構成されている。但し、
この燃料噴射弁１は別の適用ケースにも適している。
【００１５】 燃料噴射弁１は、弁ケーシング２、この弁ケーシング２と噴射側で結合された
弁座体３及び噴射側の端部とは反対の側の端部で弁ケーシング２に結合された閉
鎖板４を有している。弁座体３は、弁閉鎖体６とシール座を形成するように協働
する弁座面５を有している。弁閉鎖体６は、図示の実施例ではこの弁閉鎖体６と
一体に形成された弁ニードル７によって作動される。
【００１６】 燃料噴射弁１は燃料ポンプ８に接続されており、この燃料ポンプ８は、燃料を
弁ケーシング２内部に設けられた燃料室９へ圧送して燃料圧を供給する。この場
合、燃料噴射弁１の弁ケーシング２との燃料ポンプ８の接続は燃料導管１０を介
して行われ、この燃料導管１０は、接続部材１１によって燃料ポンプ８に接続さ
れ且つ燃料噴射弁１の弁ケーシング２に例えばねじ込まれた接続部材１２によっ
て燃料噴射弁１に接続されている。更に、燃料噴射弁１は、アクチュエータ１４
を制御するための電気的な信号を発生させるための制御回路１３に接続されてお
り、この場合接続部は、電気的な導線１５，接続部材１６，１７及び電気的なリ
ード線１８を有している。
【００１７】 この実施例では、アクチュエータ１４は圧電式又は磁気ひずみ式で構成されて
いる。しかし、前記アクチュエータ１４は電磁石としても構成することができる
。アクチュエータ１４は中心に切欠きを有しており、この切欠きを通って弁ニー
ドル７が延びている。更に、この弁ニードル７は、アクチュエータ１４が接触し
ている押圧プレート１９に結合されている。アクチュエータ室２０は、燃料室９
に対してガイド部材２１によってシールされており、このガイド部材２１は更に
、弁閉鎖体６の作動時に弁ニードル７をガイドするために働く。アクチュエータ
１４は、一方ではガイド部材２１に接触しており且つ他方では押圧プレート１９
に接触している。一方では閉鎖板４に支持され且つ他方では押圧プレート１９に
支持された、アクチュエータ室２０に配置された圧縮ばね２２は、予負荷を以て
アクチュエータ１４を負荷する。この場合、弁ニードル７の端部２３が圧縮ばね
２２を案内する。この実施例では、燃料噴射弁１は内燃機関のシリンダヘッド２
４に挿入されている。燃料噴射弁１を作動させるためには、アクチュエータ１４
に制御回路１３の電気的な制御信号が供給され、これにより、アクチュエータ１
４が膨張して弁ニードル７の、噴射方向２５とは逆向きの弁ニードルストローク
を生ぜしめるので、弁閉鎖体６が弁座体３の弁座面５から持ち上がり、燃料が燃
料室９から、弁閉鎖体６と弁座面５との間に生じるギャップを介して噴射通路２
６へ流入し、この噴射通路２６から内燃機関のシリンダ２４の燃焼室２８へ噴射
される。弁閉鎖体６は、スワール部材を形成する少なくとも１つのスワール溝２
７を有しているので、燃料噴射弁１から燃料を噴射する際に、燃料のより良い調
整を可能にするスワール流が生ぜしめられる。
【００１８】 図４に示したように、スワール部材４１は、択一的な構成に対応してシール座
の上流側に、例えば接線方向で延びるスワール通路４２を備えたディスク形のス
ワール部材４１として配置されていてもよい。
【００１９】 制御回路１３によって生ぜしめられた制御信号に基づいてアクチュエータ１４
の膨張が規定され、これにより、弁閉鎖体６の開弁速度に影響を及ぼすことがで
きる。この場合、この開弁速度は、弁閉鎖体６の１ストロークと同等の弁ニード
ル７の弁ストロークを時間的に導出することにより得られる。燃料噴射弁１の作
動時に、スワール溝２７に基づき得られるスワール部材によって生ぜしめられる
スワール流は一定でなく、弁ニードル７の開放運動に関連する。従って、開弁速
度の変化により、噴射される燃料の噴流形成が影響される。
【００２０】 図２Ａ〜図２Ｃ並びに図３Ａ及び図３Ｂには、燃料噴射弁１から噴射された燃
料の噴流形成が、高い開弁速度及び低い開弁速度に関して例示されている。
【００２１】 図２Ａ〜図２Ｃには、アクチュエータ１４によって生ぜしめられた、高い開弁
速度を有する弁ストロークにおける、燃料噴射弁１によって噴射された燃料の噴
流形成が示されている。
【００２２】 図２Ａには、開放開始から時間Δｔが経過した後の、噴射された燃料の噴流形
成が示されている。この実施例では、燃料噴射弁１はこの時点で完全に開放され
ている。燃料室９内の燃料の高い燃料圧に基づき高い速度を有する燃料は、主と
して噴射方向２５で燃料噴射弁１から噴射される。この場合、この燃料噴射弁１
のスワール部材２７は燃料流に最初は影響を及ぼさないので、少なくともほぼス
ワール無しの予流が得られ、この予流は細長い管状の予噴流３５を生ぜしめる。
【００２３】 図２Ｂには、燃料噴射弁１が開放されてから時間２Δｔが経過した後の、燃料
噴射弁１から噴射された燃料の噴流形成が示されている。細長い管状の予噴流３
５は、噴射方向２５に向かう高い速度に基づき更に噴射方向２５で運動し、この
場合、当該予噴流３５内に形成される異なる速度分布に基づいて噴射方向２５で
延長される。予噴流を発生させた、少なくともほぼスワール無しの予流の、スワ
ール部材２７により発生されるスワール流への移行は基本的に飛躍的に行われ、
これにより、細長い管状の予噴流３５に飛躍的に続く均質な円錐形の主噴流３６
が生ぜしめられる。最大幅を有する主噴流３６の円錐形は、スワール流に基づき
燃料が噴射方向２５に対して垂直方向で向けられた速度成分を有しており、更に
、スワール流がスワール部材２７によってやや絞られることに基づいている。
【００２４】 図２Ｃには、燃料噴射弁１の開放から時間５Δｔが経過した後の、燃料噴射弁
１から噴射された燃料の噴流形成が示されている。噴射方向２５に向けられた予
噴流３５の高い速度に基づき、この予噴流３５は既に大きな空間領域を通過して
きている。主噴流３６中の燃料の、噴射方向２５に対して垂直方向で向けられた
速度成分に基づいて、主噴流３６は噴射方向２５で拡張するので、主噴流３６の
領域３７は大きな直径を有している。
【００２５】 燃料噴射弁１により燃料を調量するための本発明による方法では、高い開弁速
度を選択することにより、図２Ａ〜図２Ｃに示したように、燃料噴射弁１により
噴射された燃料の大きな３次元の膨張が達成され得る。
【００２６】 図３Ａ及び図３Ｂには、弁ニードル７の弁ストロークが低い開弁速度を以て行
われる、本発明による方法の第２実施例が示されている。
【００２７】 図３Ａには、燃料噴射弁１の開放から時間２Δｔが経過した後の、燃料噴射弁
１によって噴射された燃料の噴流形成が示されている。この実施例では、ほぼ前
記の時点で燃料噴射弁１は完全に開放されている。この実施例では、燃料噴射弁
１の開放は第１実施例（図２Ａ〜図２Ｃ）の約半分の速さで行われるので、別の
流動過程が生ぜしめられる。緩やかな開放に基づき、スワール通路２７の出口と
シール座との間に停滞している液体は、シール座において著しく絞られる。同時
に、スワール流の形成と重なって、純粋なスワール流の場合（図２Ａ〜図２Ｃ参
照）よりも小さく旋回させられる混合流が生ぜしめられる。これにより、噴流は
噴射方向２５であまり延びず、領域３８でも、図２Ｂ及び図２Ｃに示した場合よ
りも半径方向であまり拡張しない。
【００２８】 図３Ｂには、燃料噴射弁１の開放から時間５Δｔが経過した後の、燃料噴射弁
１によって噴射された燃料の噴流形成が示されている。予噴流３５は、その内部
速度に基づき第１の実施例（図２Ｃ）の予噴流３５よりも小さな空間領域を通過
してきている。更に、予噴流３５の主噴流３６への移行は連続的に行われ、この
場合、この実施例における噴流形成は、領域３８において不均一に形成されてい
る。この場合、前記領域３８における噴流形成は、領域３７における第１の実施
例（図２Ｃ）の噴流形成よりも小さな直径を有している。
【００２９】 燃料噴射弁１による燃料調量法が第２実施例のように実施されると、噴射され
た燃料は、燃料噴射弁１の噴射側の端部３９付近の噴射範囲４０において、少な
くともほぼ均一に配分される。
【００３０】 従って、図２Ａ〜図２Ｃ並びに図３Ａ及び図３Ｂに例示したような本発明によ
る方法に基づき、噴射された燃料の噴流形成、特に膨張が、開弁速度の変化によ
って調節される。制御回路１３によって発生される制御信号の変化に基づき、燃
料噴射弁１の運転中に、各運転レベルに関して所望の噴流形成を調節することが
できる。従って本発明による方法では、可変の燃料配分を、例えば図２Ｃ及び図
３Ｂに示したように燃料噴射弁１の運転形式に関連して開弁速度を変化させるこ
とによって調節する。
【００３１】 本発明は説明した実施例に限定されるものではない。特に本発明は、適当な電
力供給に基づきその都度必要な力が形成される電磁作動式の燃料噴射弁にも適用
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による方法を説明するための燃料噴射弁を軸方向で断面した図である。
【図２】 図２Ａは、高い開弁速度における時間Δｔ経過後の本発明による方法の第１実
施例の噴流形成を示した図であり、図２Ｂは、高い開弁速度における時間２Δｔ
経過後の本発明による方法の第１実施例の噴流形成を示した図であり、図２Ｃは
、高い開弁速度における時間５Δｔ経過後の本発明による方法の第１実施例の噴
流形成を示した図である。
【図３】 図３Ａは、低い開弁速度における時間２Δｔ経過後の本発明による方法の第２
実施例の噴流形成を示した図であり、図３Ｂは、低い開弁速度における時間５Δ
ｔ経過後の本発明による方法の第２実施例の噴流形成を示した図である。
【図４】 図１の部分ＩＶに対応する択一的な構成を示した図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁、 ２ 弁ケーシング、 ３ 弁座体、 ４ 閉鎖板、 ５
弁座面、 ６ 弁閉鎖体、 ７ 弁ニードル、 ８ 燃料ポンプ、 ９ 燃料室
、 １０ 燃料導管、 １１，１２，１６，１７ 接続部材、 １３ 制御回路
、 １４ アクチュエータ、 １５ 導線、 １８ リード線、 １９ 押圧プ
レート、 ２０ アクチュエータ室、 ２１ ガイド部材、 ２２ 圧縮ばね、
２３ 端部、 ２４ シリンダヘッド、 ２５ 噴射方向、 ２６ 噴射通路
、 ２７ スワール溝、 ２８ 燃焼室、 ３５ 予噴流、 ３６ 主噴流、
３７，３８ 領域、 ３９ 噴射側の端部、 ４１ スワール部材、 ４２ ス
ワール通路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｆ０２Ｍ 51/06 Ｌ Ｍ Ｎ 51/08 51/08 Ｋ Ｌ 61/18 ３１０ 61/18 ３１０Ａ ３６０ ３６０Ｊ (72)発明者 ノルベルト カイム ドイツ連邦共和国 レヒガウ トラミネー ル ヴェーク 10 Ｆターム(参考） 3G023 AB01 AC05 AG01 3G066 AA02 AB02 AD12 CC06U CC14 CC15 CC42 CC43 CC48 CD26 CE22 CE27 CE29 3G301 HA01 HA04 HA16 LC01 LC05 MA11

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アクチュエータ（１４）及び該アクチュエータ（１４）によ
    り所定の弁ストロークを以て作動可能な弁閉鎖体（６）が設けられており、該弁
    閉鎖体が、弁座面（５）とシール座を形成するように協働し、しかも、前記弁座
    面（５）付近に、スワール流を生ぜしめるための少なくとも１つのスワール部材
    （２７；４１）が配置されている燃料噴射弁（１）、特に内燃機関の燃料噴射装
    置用の噴射弁による燃料調量法であって、 燃料噴射弁（１）によって噴射される燃料の可変の燃料配分を得るために、ア
    クチュエータ（１４）により生ぜしめられる弁ストロークを可変の開弁速度で行
    い、しかも、噴射された燃料の、少なくともほぼスワール無しの予流からスワー
    ル流への移行を、開弁速度の変化により調節することを特徴とする、燃料噴射弁
    による燃料調量法。
  2. 【請求項２】 弁ストロークを低い開弁速度で行って、少なくともほぼスワ
    ール無しの予流からスワール流への移行をほぼ連続的に行い、噴射される燃料を
    、燃料噴射弁（１）の噴射側の端部（３９）付近の噴射範囲内で少なくともほぼ
    均等に配分する、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 弁ストロークを高い開弁速度で行って、ほぼスワール無しの
    予流が細長い管状の予噴流（３５）を生ぜしめ、少なくともほぼスワール無しの
    予流からスワール流への移行を基本的に飛躍的に行い、該スワール流が、細長い
    管状の予噴流に続く円錐形の主噴流（３６）を生ぜしめる、請求項１記載の方法
    。
  4. 【請求項４】 開弁速度を、ほぼ一定の弁ストロークにおいて開弁時間の変
    化を介して変化させる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】 燃料を、火花点火式の内燃機関の燃焼室（２８）に直接に噴
    射して、内燃機関の運転形式により開弁速度に影響を及ぼす、請求項１から４ま
    でのいずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 内燃機関の成層燃焼運転では弁ストロークを低い開弁速度で
    行い、内燃機関の均質燃焼運転では弁ストロークを高い開弁速度で行う、請求項
    ５記載の方法。
  7. 【請求項７】 アクチュエータ（１４）に電気的な制御信号を供給し、該制
    御信号の電流の大きさを介して開弁速度に影響を及ぼす、請求項１から６までの
    いずれか１項記載の方法。
  8. 【請求項８】 スワール部材を、弁閉鎖体（６）及び／又は弁座面（５）に
    設けられた少なくとも１つのスワール溝（２７）によって形成する、請求項１か
    ら７までのいずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】 アクチュエータ（１４）を、圧電アクチュエータ、磁気ひず
    みアクチュエータ又は電磁アクチュエータ（１４）として構成する、請求項１か
    ら８までのいずれか１項記載の方法。
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