JP2003515049A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特に燃料を内燃機関の燃焼室内に直接噴射するための、内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁（１）であって、電磁コイル（２）と、閉鎖方向で戻しばね（８）によって負荷される可動子（７）と、この可動子（７）に摩擦接続式に結合された、弁閉鎖体（１１）を操作するための弁ニードル（１０）とを有しており、該弁閉鎖体（１１）が弁座面（１２）と協働してシール座を形成している。しゃ断ばね（１９）が戻しばね（８）と協働して、戻しばね（８）のばね力としゃ断ばね（１９）のばね力とが合計されて、戻しばね（８）が可動子（７）の全ストローク（ｈ_ｇｅｓ）に亘って可動子（７）によってプレロードをかけられ、またしゃ断ばね（１９）が、前記可動子（７）の全ストローク（ｈ_ｇｅｓ）よりも小さい残りのストローク（ｈ_ｇｅｓ−ｈ_ｔｅｉ）だけに亘って可動子（７）によってプレロードをかけられるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は請求項１の上位概念部に記載した燃料噴射弁に関する。

【０００２】 ドイツ連邦共和国特許公開第１９６２６５７６号明細書によれば、燃料を内燃
機関の燃焼室内に直接噴射するための電磁石式に操作可能な燃料噴射弁が公知で
ある。この公知の燃料噴射弁においては、可動子を電磁石式に操作するために、
電気式に励磁される電磁コイルと協働し、可動子のストロークが弁ニードルを介
して弁閉鎖体に伝達されるようになっている。弁閉鎖体は弁座面と協働してシー
ル座を形成している。弁ニードル及び弁閉鎖体の戻し作業は、戻しばねによって
行われる。

【０００３】 このドイツ連邦共和国特許公開第１９６２６５７６号明細書により公知の燃料
噴射弁においては、特に閉鎖時間が比較的長いという欠点がある。燃料噴射弁の
閉鎖時に、可動子と内極との間に作用する付着力によって及び励磁電流のしゃ断
時に良い状態で得られない磁界形成によって、遅延が生じる。従って、戻しばね
が、大きいばね定数若しくは大きいプレロードを有していなければならない。短
い閉鎖時間を得るために、戻し力は、燃焼室圧に対して必要とされるシール力よ
りも著しく大きく設計しなければならない。

【０００４】 発明の利点 これに対して請求項１に記載した特徴を有する本発明による燃料噴射弁は、付
加的なしゃ断ばね（Ａｂｓｃｈａｌｔｆｅｄｅｒ）が開放過程にもまた閉鎖過程
にもポジティブに（肯定的に）作用する、という利点を有している。開放過程は
、小さい制御効率を可能にする戻しばねの小さいばね力によって加速され、一方
、閉鎖過程は、付加的なしゃ断ばねによって、燃料噴射弁を迅速に閉鎖するため
の付加的な加速力を提供する。戻しばねのばね定数は、加えられたばね力がまだ
確実に、燃料噴射弁が内燃機関の燃焼室内の圧力に対してシールするために十分
であるように設計されている。スイッチオフ時の弁ニードルの迅速な加速は、戻
しばねと比較して大きいばね定数を有して設計されたしゃ断ばねによって行われ
る。しゃ断ばねは、開放運動時に比較的小さい部分ストローク内だけでプレロー
ドをかけられる。この部分ストロークが得られる際に最大磁石力が形成されるの
で、開放運動はしゃ断ばねによってほとんど減速されることはない。

【０００５】 従属請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した燃料噴射弁の有利な
実施態様及び改良が可能である。

【０００６】 有利には、しゃ断ばねの可変な構成は、コイルばねに限定されず、扁平な又は
スリーブ状の皿ばねとして構成してもよい。皿ばねを使用すれば、傾斜して延び
る力特性曲線にとって有利である。

【０００７】 同様に、材料又は製造法に特別な要求を課さない、構成部分を簡単に製造する
ことができ、また組み付けることができるという利点を有している。

【０００８】 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
。

【０００９】 図１は、本発明による内燃機関の第１実施例の断面図、 図２は、本発明による内燃機関の第２実施例の断面図、 図３は、本発明による内燃機関の第３実施例の断面図、 図４Ａ〜図４Ｃは、図１〜図３に示された本発明による燃料噴射弁の実施例の
ためのストロークの機能としての、ばね力の経過を示す線図である。

【００１０】 実施例の説明 図１には、燃料噴射弁１の噴射側の領域の断面図が示されている。燃料噴射弁
１は、燃料を混合機圧縮外部点火式内燃機関の図示していない燃焼室内に直接噴
射するために用いられ、内方に開放する燃料噴射弁１として構成されている。燃
料噴射弁１は、磁束帰路体（ｍａｇｎｅｔｉｓｃｈｅ Ｒｕｅｃｋｆｌｕｓｓｋ
ｏｅｒｐｅｒ）３によって取り囲まれた磁気コイル２と、内極４と外極５とを有
しており、これらの内極４と外極５とはスリーブ状の弁ケーシング６によって取
り囲まれている。内極４と外極５との間には可動子７が配置されており、この可
動子７は、戻しばね８によって負荷若しくは付勢されている。戻りばね８は端部
側が調節スリーブ９に当接しており、この調節スリーブ９は戻しばね８にプレロ
ード（予圧）をかけている。可動子７は、弁ニードル１０に形状接続式（ｆｏｒ
ｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ；形状による束縛）に結合している。弁ニードル１０の
噴射側の端部には弁閉鎖体１１が形成されている。弁閉鎖体１１は、弁座面１２
と共にシール座を形成している。弁座体１３には少なくとも１つの噴射開口１４
が形成されている。弁ニードル１０はガイド体３９内でガイドされている。

【００１１】 燃料は中央にガイドされて、燃料通路１５ａ，１５ｂ，１５ｃを介してシール
座にガイドされる。

【００１２】 弁ニードル１０に管状の弁ニードルストッパ１６が溶接されている。外極５の
内壁に取り付けられた載設リング１７（この載設リング１７は特に燃料噴射弁１
の中央の切欠２５内に押し込むことができる）上には、軸方向で摺動可能なリン
グ１８が載設されており、このリング１８を貫通して弁ニードル１０が突き出し
ている。リング１８にはしゃ断ばね１９が支えられており、このしゃ断ばね１９
は、同様に外極５の内壁に取り付けられたばね調節リング２０によってプレロー
ドをかけられている。しゃ断ばね１９は、図１に示した第１実施例ではコイルば
ね１９ａとして構成されている。

【００１３】 全ストロークｈ_ｇｅｓは、可動子７と内極９との間に形成された第１の作業ギ
ャプ２３の大きさに相当する。部分ストロークｈ_ｔｅｉｌは、弁ニードルストッ
パ１６としゅう動可能なリング１８との間に形成された第２の作業ギャップ２４
の大きさに相当する。図示の第１実施例では、部分ストロークｈ_ｔｅｉｌは、全
ストロークｈ_ｇｅｓの約９０％に相当する。

【００１４】 電磁コイル２に電気的な励磁電流が供給されると、磁界が形成され、この磁界
は可動子７をストローク方向で内極４に引き寄せる。可動子７は、この可動子７
に結合された弁ニードル１０を連行する。可動子７及び弁ニードル１０が部分ス
トロークｈ_ｔｅｉｌを行うと、磁界強さは、弱く設計された戻しばね８のばね力
を克服し、それによって可動子７は内極４に向かう方向で加速される。戻しばね
８のばね定数は、燃料噴射弁１が内燃機関の図示していない燃焼室をシールする
ために十分なばね力を有するように設計されている。可動子７と、この可動子７
に結合された弁ニードル１０とが、全ストロークｈ_ｇｅｓの約９０％だけ進むと
、弁ニードルストッパ１６は、コイルばね１９ａによって負荷されたしゅう動可
能なリング１８に当接する。全ストロークｈ_ｇｅｓの残りの１０％は、戻しばね
８及びコイルばね１９ａのばね力に抗して進まなければならない。コイルばね１
９ａは、可動子７及び弁ニードル１０の加速された運動によって、全ストローク
ｈ_ｇｅｓの残りの約１０％だけ圧縮される。戻しばね８のばね力とコイルばね１
９ａのばね力とは合計されるので、開放ストロークの終わりには、燃料噴射弁１
を閉鎖するための戻しばね８とコイルばね１９ａとの合計ばね力が提供される。
この合計ばね力は、コイルばね１９ａの大きいばね定数によって制限されて、従
来技術における１つの戻しばね８によって得られる戻し力よりも著しく大きい。

【００１５】 可動子７が内極４の方向に移動すると直ちに、弁閉鎖体１１は弁座面１２から
持ち上がり、燃料が噴射開口１４を介して噴射される。

【００１６】 電磁コイル２を励磁する電気的な励磁電流がしゃ断されると、磁界がしゃ断さ
れ、可動子７が内極４から離れる。これは非常に迅速に行われる。何故ならば、
戻しばね８とコイルばね１９ａとの全ばね力は一緒になって、可動子７を閉鎖方
向に加速し、これによって弁ニードル１０を非常に迅速にその初期位置に戻すか
らである。

【００１７】 図２には、本発明の第２実施例による燃料噴射弁１の構成が、部分的な軸方向
断面図で示されている。図２には、本発明にとって重要である、噴射側の構成部
材だけが示されている。既に説明した部材には同じ符号が記されているので、繰
り返しての説明は省く。

【００１８】 第２実施例による燃料噴射弁１の構成は、第１実施例のものに対して特に、図
２では扁平な皿ばね１９ｂとして構成されたしゃ断ばね１９の形式が異なってい
る。

【００１９】 燃料噴射弁１は、図２では図示していない電磁コイルと内極６とを有しており
、この内極６は、弁ケーシング６によって取り囲まれている。戻しばね８によっ
て負荷される可動子７は、内極４の切欠４０内に配置されている。

【００２０】 可動子７は、スリーブ２１を介して弁ニードル１０と作用接続しており、弁ニ
ードル１０の噴射側の端部には、弁閉鎖体１０が形成されている。弁閉鎖体１１
は、弁座面１２と協働してシール座を形成している。弁座面１３には少なくとも
１つの噴射開口１４が形成されている。

【００２１】 戻しばね８は、弁ニードル１０に溶接されたスリーブ２１で支えられている。
スリーブ２１は同時に、可動子７のための連行体として用いられ、この可動子７
は、第２実施例では、弁ニードル１０に溶接されているのではなく、軸方向で摺
動可能である。可動子７は、噴射側に配置された可動子ストッパ２２を有してお
り、この可動子ストッパ２２は、管状に構成されていて、弁ニードル１０に溶接
されている。可動子７と可動子ストッパ２２との間に、エラストマー材料より成
るリング２６が取り付けられており、このリング２６は、燃料噴射弁の閉鎖時に
可動子７が衝突するのを避ける。

【００２２】 皿ばね１９ｂは円板状に構成されていて、弁ケーシング６の環状の切欠２７内
に固定されている。弁ニードル１０は、皿ばね１９ｂを貫通し、噴射側でガイド
部材３８を貫通して延びている。このガイド部材３８は、弁ニードル１０をガイ
ドするために用いられ、燃料をシール座までガイドするための燃料通路１５ｃを
有している。弁ニードル１０には、有利な形式で溶接によって管状の弁ニードル
ストッパ１６が取り付けられている。

【００２３】 全ストロークｈ_ｇｅｓは、可動子７と内極４との間に形成された第１の作業ギ
ャプ２３の大きさに相当する。部分ストロークｈ_ｔｅｉｌは、弁ニードルストッ
パ１６と皿ばね１９ｂとの間に形成された第２の作業ギャプ２４の大きさに相当
する。この実施例においても部分ストロークｈ_ｔｅｉｌは全ストロークｈ_ｇｅｓ の約９０％に相当する。

【００２４】 燃料は中央にガイドされ、燃料通路１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを介して
シール座にガイドされる。

【００２５】 図２には示されていない電磁コイルに励磁電流が供給されると、可動子７は前
記実施例と同様に、スリーブ２１を介して可動子７によって連行される弁ニード
ル１０と共に、全ストロークｈ_ｇｅｓの約９０％に相当する部分ストロークｈ_{ｔ ｅｉｌ} だけ、戻しばね８のばね力に抗してストローク方向で移動する。弁ニード
ルストッパ１６が皿ばね１９ｂに当接すると直ちに、全ストロークｈ_ｇｅｓの約
１０％の残りの部分ｈ_ｇｅｓ−ｈ_ｔｅｉｌで、皿ばね１９ｂ及び戻しばね８の全
ばね力を克服しなければならない。しかしながら皿ばね１９ｂは、可動子７及び
弁ニードル１０の前加速によって容易に変形させることができる。

【００２６】 図３には、本発明による燃料噴射弁１の第３実施例の構成が部分的な軸方向断
面図で示されている。図３には、本発明にとって重要である、流入側の構成部材
だけが示されている。噴射側の部分は、第２実施例において示されたものと同じ
であってよいが、別の構造形式も可能である。

【００２７】 しゃ断ばね１９は戻しばね８に関連して噴射方向に配置されている、前記実施
例に対して、図３に示した実施例では、しゃ断ばね１９は戻しばね８に関連して
流入方向に配置されている。しゃ断ばね１９は、スリーブ状の皿ばね１９ｃとし
て構成されている。

【００２８】 燃料噴射弁１は磁気コイル２を有しており、この磁気コイル２は、電気導線３
３を介して電気的な励磁電流が供給されると磁界を形成する。可動子７は、スリ
ーブ２１を介して弁ニードル１０と作用接続している。スリーブ２１には戻しば
ね８が支えられており、この戻しばね８は、内極４の中央の切欠内に押し込まれ
た調節スリーブ９によってプレロードをかけられている。弁ニードル１０は、戻
しばね８を貫通している。流入側方向で、しゃ断ばね１９としてのスリーブ状の
皿ばね１９ｃが内極４の環状の切欠２７内に固定されている。燃料供給は中央で
、フィルタ部材３４を介して行われる。燃料噴射弁１及び燃料通路１５の中央の
切欠２５を介して、燃料は燃料噴射弁１の噴射側の端部にガイドされる。燃料噴
射弁１はプラスチック被覆部３５によって取り囲まれており、このプラスチック
被覆部３５には、詳しく図示していないプラグが射出成形によって設けられてい
る。

【００２９】 全ストロークｈ_ｇｅｓは、可動子７と内極４との間の第１の作業ギャップ２３
の大きさに相当する。部分ストロークｈ_ｔｅｉｌは、弁ニードル１０の端部３６
とスリーブ状の皿ばね１９ｃとの間に形成された第２の作業ギャップ２４の大き
さに相当する。図示の第３実施例においても、部分ストロークｈ_ｔｅｉｌは全ス
トロークｈ_ｇｅｓの約９０％である。

【００３０】 図３に示された電磁コイル２に電気的な導線３３を介して電気的な励磁電流が
供給されると、可動子７をストローク方向で加速する磁界が形成される。スリー
ブ２１を介して、弁ニードル１０が連行される。可動子７が部分ストロークｈ_{ｔ ｅｉｌ} の区分だけ進む間、磁界は、可動子７を内極４に向かう方向で加速させる
ために、戻しばね８のばね力を克服するだけでよい。弁ニードル１０の端部３６
がスリーブ状の皿ばね１９ｃにぶつかると直ちに、戻しばね８のばね力とスリー
ブ状の皿ばね１９ｃのばね力とが協働して、可動子７の前加速によって容易に克
服される全ばね力が形成される。燃料噴射弁１の開放過程の終わりに、比較的強
い全ばね力が、内極４から可動子７を解除するために提供する。

【００３１】 図４のＡ〜図４のＣには、しゃ断ばね１９の作用形式を明らかにするために３
つの線図が示されており、これらの線図には、可動子７のストロークと、戻しば
ね８及びしゃ断ばね１９の全ばね力Ｆ_{Ｆｅｄｅｒ}との関係が示されている。

【００３２】 図４のＡ〜図４のＣには次の短縮記号が用いられている。

【００３３】

【外１】

【００３４】

【外２】

【００３５】

【外３】

【００３６】 コイルばね１９ａのばね力Ｆ_{Ｓｃｈｒａｕｂｅ}は、比較的小さいばね定数及び小
さいストロークに基づいてほぼ一定である。従って、可動子７が残りのストロー
ク_{ｈｔｅｉｌ}及びｈ_ｇｅｓを進む間、全ばね力Ｆ_{Ｆｅｄｅｒ}は、Ｆ_{Ｓｃｈｒａｕ ｂｅ} だけ飛躍的に増大するので、開放過程の終わりに、燃料噴射弁１を閉鎖する
ために、図４のＡにおけるよりも大きい全ばね力Ｆ_{Ｆｅｄｅｒ}が提供される。

【００３７】 図４のＣには、しゃ断ばね１９が皿ばね１９ｂ又は１９ｃとして構成されてい
る図２又は図３の実施例における力関係による全ばね力が示されている。皿ばね
１９ｂ，１９ｃを変形させるために、変形の度合いに比例して小さいストローク
で既に著しく増大する力が必要とされるので、全ばね力Ｆ_{Ｆｅｄｅｒ}は、弁ニー
ドルストッパ１６が皿ばね１９ｂに当接後、若しくは弁ニードルの端部３６が皿
ばね１９ｃに当接後、直線的にストロークを伴って上昇し、この間、可動子７は
、残りのストロークｈ_ｇｅｓ−ｈ_ｔｅｉｌだけ移動するので、燃料噴射弁１の開
放過程の終わりに、燃料噴射弁１を閉鎖するための大きい全ばね力Ｆ_{Ｆｅｄｅｒ} が提供される。

【００３８】 皿ばね１９ｂ，１９ｃのばね力の上昇は、皿ばね１９ｂ，１９ｃの固さ（Ｈａ
ｅｒｔｅ）及び変形特性に影響を与える種々異なる可能な形状によって選択可能
である。

【００３９】 本発明は図示の実施例のみに限定されるものではなく、燃料噴射弁１のその他
の多くの構造形式、特に外方に向かって開放する燃料噴射弁１においても実現可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による内燃機関の第１実施例の断面図である。

【図２】 本発明による内燃機関の第２実施例の断面図である。

【図３】 本発明による内燃機関の第３実施例の断面図である。

【図４】 図１〜図３に示された本発明による燃料噴射弁の実施例のためのストロークの
機能としての、ばね力の経過を示す線図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ノルベルト カイム ドイツ連邦共和国 レッヒガウ トラミー ナー ヴェーク 10 Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AB02 AD12 BA09 BA19 BA56 CC14 CC20 CC52 CC56 CD04 CE24 CE25

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特に燃料を内燃機関の燃焼室内に直接噴射するための、内燃
   機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁（１）であって、電磁コイル（２）と、
   閉鎖方向で戻しばね（８）によって負荷される可動子（７）と、この可動子（７
   ）に摩擦接続式に結合された、弁閉鎖体（１１）を操作するための弁ニードル（
   １０）とを有しており、該弁閉鎖体（１１）が弁座面（１２）と協働してシール
   座を形成している形式ものにおいて、 しゃ断ばね（１９）が戻しばね（８）と協働して、戻しばね（８）のばね力と
   しゃ断ばね（１９）のばね力とが合計されて、戻しばね（８）が可動子（７）の
   全ストローク（ｈ_ｇｅｓ）に亘って可動子（７）によってプレロードをかけられ
   、またしゃ断ばね（１９）が、前記可動子（７）の全ストローク（ｈ_ｇｅｓ）よ
   りも小さい残りのストローク（ｈ_ｇｅｓ−ｈ_ｔｅｉ）だけに亘って可動子（７）
   によってプレロードをかけられるようになっていることを特徴とする、燃料噴射
   弁。
2. 【請求項２】 戻しばね（８）のばね定数が、しゃ断ばね（１９）のばね定
   数よりも小さい、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 【請求項３】 スイッチオフ弁（１９）がコイルばね（１９ａ）として構成
   されている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
4. 【請求項４】 コイルばね（１９ａ）が、可動子と燃料噴射弁（１）の噴射
   側の端部との間の領域に配置されている、請求項３記載の燃料噴射弁。
5. 【請求項５】 弁ニードル（１０）が管状の弁ニードルストッパ（１６）に
   結合されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
6. 【請求項６】 しゃ断ばね（１９）が第１の端部（３０）で定置のばね調節
   リング（２０）に支えられていて、第２の端部（３１）で軸方向しゅう動可能な
   リング（１８）に当接している、請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 【請求項７】 しゅう動可能なリング（１８）が、定置の載設リング（１７
   ）上に載っている、請求項６記載の燃料噴射弁。
8. 【請求項８】 弁ニードル（１０）が、ばね調節リング（２０）としゃ断ば
   ね（１９）としゅう動可能なリング（１８）とを貫通している、請求項７記載の
   燃料噴射弁。
9. 【請求項９】 燃料噴射弁（１）の閉鎖状態で可動子（７）と磁石式の内極
   （４）との間に第１の作業ギャプ（２３）が存在しており、該第１の作業ギャプ
   （２３）が、軸方向に摺動可能なリング（１８）と弁ニードルストッパ（１６）
   との間に存在する第２の作業ギャップ（２４）よりも大きい、請求項８記載の燃
   料噴射弁。
10. 【請求項１０】 しゃ断ばね（１９）が皿ばね（１９ｂ，１９ｃ）として構
    成されている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
11. 【請求項１１】 弁ニードル（１０）に結合された弁ニードルストッパ（１
    ６）が皿ばね（１９ｂ）に当接する、請求項１０記載の燃料噴射弁。
12. 【請求項１２】 燃料噴射弁（１）の閉鎖状態可動子（７）と磁石式の内極
    （４）の間に第１の作業ギャプ（２３）が存在しており、該第１の作業ギャップ
    （２３）が、皿ばね（１９ｂ）と弁ニードルストッパ（１６）との間に存在する
    第２の作業ギャップ（２４）よりも大きい、請求項１１記載の燃料噴射弁。
13. 【請求項１３】 弁閉鎖体（１１）とは反対側の、弁ニードル（１０）の端
    部（３６）が皿ばね（１９ｃ）に当接する、請求項１０記載の燃料噴射弁。
14. 【請求項１４】 燃料噴射弁（１）の閉鎖状態で可動子（７）と磁石式の内
    極（４）との間に第１の作業ギャップ（２３）が存在しており、該第１の作業ギ
    ャップ（２３）が、弁ニードル（１０）の端部（３６）と皿ばね（１９ｃ）との
    間に存在する第２の作業ギャプよりも大きい、請求項１３記載の燃料噴射弁。
15. 【請求項１５】 皿ばね（１９ｃ）がスリーブ状に構成されていて、燃料噴
    射弁（１）の流入側の端部と戻しばね（８）との間の領域に配置されている、請
    求項１３又は１４記載の燃料噴射弁。