JP2004052766A - 内燃機関のための燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体１内に形成された、縦軸線４を有する孔３は、その燃焼室側の端部を弁座５により制限され、この弁座内に噴射通路７の入口開口１０７が構成されており、この噴射通路は内燃機関の燃焼室内に開口しており、かつ前記孔３内で縦しゅう動可能に配置された弁ニードル１０を備え、この弁ニードルは弁シール面１２をもって弁座５と協働して、噴射通路７への燃料流入を制御し、したがって、弁座５から弁ニードル１０が持ち上げられている場合に、リングギャップ１７が開放制御され、このリングギャップを通って燃料が少なくとも１つの噴射通路７に流入する形式の、内燃機関のための燃料噴射弁を改良して、従来技術の欠点を取り除く。
【解決手段】少なくとも１つの噴射通路７において、弁シール面１２に対する入口開口１０７の間隔が、噴射開口１０７の少なくとも２つの箇所において異なっている。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のための燃料噴射弁であって、弁体を備え、この弁体内に、縦軸線を有する孔が構成されており、この孔は、その燃焼室側の端部を弁座により制限され、この弁座内には少なくとも１つの噴射通路の入口開口が構成されており、この噴射通路は内燃機関の燃焼室内に開口しており、かつ弁ニードルを備え、この弁ニードルは前記孔内で縦しゅう動可能に配置されており、かつ弁シール面をもって弁座と協働し、かつこのようにして少なくとも１つの噴射通路への燃料流入を制御し、したがって、弁座から弁ニードルが持ち上げられている場合に、リングギャップが開放制御され、このリングギャップを通って燃料が少なくとも１つの噴射通路に流入する形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような燃料噴射弁は従来技術により公知である。例えばドイツ連邦共和国特許公開第１９６０９２１８号明細書は、孔を備えた弁体を有している燃料噴射弁を示している。孔はその燃焼室側の端部において、円すい状の弁座により制限され、この弁座から複数の噴射通路が分岐して、内燃機関の燃焼室内に開口している。孔内には弁ニードルが縦しゅう動可能に配置されており、この弁ニードルは、やはり円すい状の弁シール面をもって、弁座と協働し、かつこのようにして噴射通路への燃料流入を制御する。弁座から弁ニードルが持ち上げられている場合に、燃料は弁シール面と弁座との間を通って噴射通路の入口開口に流れ、かつそこから内燃機関の燃焼室内に噴射される。噴射通路はこの場合有利には燃料噴射弁の円周に沿って一様に分配されており、かつ噴射通路の内部には燃料の一様な流動が支配している。これによって、燃焼室内への燃料噴流の高い侵入深さが達成され、このことは、大きな燃焼室ひいては大きな行程室の場合に、燃料の迅速な分配ひいては良好な燃焼をもたらす。
【０００３】
燃料噴流の高い侵入深さはしかしながら常に有利ではない。特に、わずかな燃焼室容積を備えた小さな内燃機関の場合には、既に燃料噴射弁の噴射通路を出た直後に、強く霧化されて、燃焼室内の燃料の可及的に均質な分配を達成する燃料噴流が望まれる。このことは例えば、燃料流が噴射通路内で渦を形成すること、要するに大体において円筒状の噴射通路の縦軸線の回りにねじりあるいは渦流を形成することによって、達成することができる。このことは、燃料が噴射通路から出た直後に、強い霧化をもたらす。このような噴射弁は背景技術、例えば特開平１１−０８２２２９号公報あるいはアメリカ合衆国特許第６０６５６９２号明細書からやはり公知である。これらの噴射弁においては、弁ニードル内の溝若しくは挿入された流動ディスクによって渦が生ぜしめられ、これにより、前述の作用が生じる。これらの噴射弁はしかしながら、それらがその都度単に１つの噴射開口しか有しておらず、かつ構造に基づいて現在の直接噴射の内燃機関において使用するためには単に制限されてしか適していないという欠点を有している。
【０００４】
【特許文献１】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９６０９２１８号明細書
【特許文献２】
特開平１１−０８２２２９号公報
【特許文献３】
アメリカ合衆国特許第６０６５６９２号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、このような欠点を取り除くことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば、請求項１に記載した特徴によって解決される。
【０００７】
請求項１の特徴を備えた本発明による燃料噴射弁は次のような利点を有している。すなわち、公知の燃料噴射弁におけるように、複数の噴射通路を燃料噴射弁の円周に沿って分配して配置することができ、かつすべての噴射通路内に渦を生ぜしめることができる。このために、弁シール面と弁座との間に構成されており、それを通して燃料が噴射通路に流入するリングギャップは全体の円周に沿って同じ厚さに構成されていない。燃料は、孔の縦軸線に関する方位角度に関連して種々の速度で噴射通路内に流れ、したがって噴射通路の入口開口において円周方向の速度勾配が構成される。これによって、燃料流は噴射通路内で渦運動をせしめられ、この渦運動は上述の、燃焼室内に出る燃料の強い霧化を生ぜしめる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
従属請求項に記載した特徴によって、本発明の対象の有利な構成が可能である。
【０００９】
第１の有利な構成では、弁ニードルは、噴射通路の入口開口の高さのところで、凸面に湾曲せしめられた側面を備えた三角形に相応する横断面を有している。このことは簡単な形式で、噴射通路内の所望の渦をもたらす噴射通路への流入特性を可能にする。同様に、弁ニードルが噴射通路の入口開口の高さのところで、だ円形の形に構成されていることも有利であり、このことはやはり、上述の流入条件をもたらす。同様に弁ニードルが、入口開口の高さのところで、六角形に相応する横断面を有しており、その際互いに接する側面の内角が交互に１２０°よりも小さく、かつ大きいようにした弁ニードルの構成も有利である。入口開口はこの場合有利には孔の縦軸線に対する半径平面内に配置されており、したがってすべての噴射通路内で同一の渦が生ぜしめられる。
【００１０】
同様に、入口開口に向き合っている弁ニードルの面が偏平にされており、その際噴射通路の仮想の延長線が弁ニードルのこの面と斜めの角度で交差していることも有利である。これによって、各噴射通路のための流入条件を別個に変化させることができる。更に、このようにして所望の流入条件を任意の数の噴射通路において達成することができる。
【００１１】
【実施例】
図面においては本発明による燃料噴射弁の種々の実施例が示されている。
【００１２】
図１は本発明による燃料噴射弁の縦断面図を示し、その際単にその他の点では背景技術から充分に公知の燃料噴射弁の燃焼室側の端部だけが示されている。弁体１内には孔３が構成されており、この孔は縦軸線４を有している。孔３は、その燃焼室側の端部において、大体において円すい状の弁座５により制限され、この弁座内で複数の噴射通路７の入口開口１０７が配置されており、これらの噴射通路は、燃料噴射弁の内燃機関内への取り付け位置において、その燃焼室内に開口している。孔３内には、ピストン状の弁ニードル１０が縦しゅう動可能に配置されており、その燃焼室側の端部は弁座５と協働する。弁ニードル１０は円筒状の区分１３を有しており、これに円すい状の区分１１が接続しており、この区分自体には第２の円筒状の区分１６が接している。第２の円筒状の区分１６には円すい状の弁シール面１２が接続しており、この弁シール面をもって弁ニードル１０はその閉鎖位置において円すい状の弁座５に接触する。弁ニードル１０の燃焼室側の端部は円すい状の弁ニードル尖端１５を形成しており、この弁ニードル尖端は弁シール面１２からリング溝１４によって隔てられている。
【００１３】
弁ニードル１０と孔３の壁との間には圧力室８が構成されており、この圧力室は高い圧力下の燃料で充てんすることができる。弁ニードル１０の閉鎖位置において、すなわち弁シール面１２が弁座５に接触しているときに、噴射通路７は弁ニードル１０によって圧力室８から隔てられている。弁ニードル１０の開放位置において、要するに弁シール面１２が弁ニードル１０の縦運動によって弁座５から持ち上げられているときに、燃料は圧力室８から弁シール室１２と弁座５との間を通って噴射通路７の入口開口１０７に流れ、かつそこから内燃機関の燃焼室内に噴射される。
【００１４】
図２は、背景技術から公知のような燃料噴射弁の、図１の線Ａ−Ａに沿った横断面図を示す。弁ニードル１０はここでは噴射通路７、すなわち弁体１の円周に沿って分配されて６つ配置されている噴射通路７，の入口開口１０７の高さのところで、円形の形状を有している。これによって、弁ニードル１０の開放位置において、円形のリングギャップ１７が弁ニードル１０と弁座５との間に生じ、このリングギャップによって燃料が噴射通路７に流入する。弁体１の全周にわたってコンスタントな幅Ｄを有しているリングギャップ１７の回転対称的な構成によって、どこでも同じ燃料の流動速度が生じる。噴射通路７の入口開口１０７の範囲における燃料流の速度を観察すると、図２においてすべての噴射通路７において示されているように、左の縁ｖ_Ｌにおける接線方向の速度は、噴射通路７の右の縁における接線方向の速度ｖ_Ｒと同じ大きさである。図３は弁体１の弁座５の範囲内の部分の断面した図を示す。例としてここでは噴射通路７は，分かりやすくするために、増大せしめられた直径で示されている。燃料の接線方向速度ｖ_Ｌ及びｖ_Ｒは同じ大きさであり、したがって噴射通路７内の燃料の一様な流動ひいては内燃機関の燃焼室内への公知の高い侵入深さが生ぜしめられる。
【００１５】
図４は本発明による燃料噴射弁の第１実施例の、図２と同じように、図１の線Ａ−Ａに沿った横断面図を示す。弁ニードル１０は噴射通路７の入口開口１０７の高さのところで、六角形に相応する形状を有しており、これによって弁ニードル１０においては６つの側面２０が形成されている。互いに接する側面２０の内角は交互に１２０°よりも小さく、かつ大きく、したがって噴射通路７の延長線はその都度向き合っている側面２０と斜めの角度を形成している。リングギャップ１７はしたがってその幅において弁体１の円周にわたって変化している。弁ニードル１０の従来公知の形状は点線によって示されており、これによってリングギャップ１７のどこでも同じでない幅Ｄが明らかにされる。
【００１６】
１つの噴射通路７を観察すると、弁ニードル１０の側面２０と噴射通路７の入口開口１０７の左の縁との間のギャップは入口開口１０７の右の縁と側面２０との間のギャップよりも小さい。これによって、右の縁にはリングギャップ１７内の燃料のより高い流動抵抗ひいては噴射通路７に関してよりわずかな接線方向の速度ｖ_Ｒが燃料の入口において生ずる。左の縁においてはこれに対し、よりわずかな流動抵抗によって相応して高い接線方向の速度ｖ_Ｌが生ずる。噴射通路７に両側における燃料のこの異なった入口速度によって、渦が生じ、この渦は燃料が内燃機関の燃焼室内に出る際に強い霧化、ひいてはよりわずかな侵入深さを生ぜしめる。例として選んだ噴射通路７と並んで位置している噴射通路７においては、噴射通路の左及び右の側に関して、速度関係が逆になり、したがってこれらの噴射通路７内における渦は逆向きの回転方向を有している。図４におおいては接線方向の速度ｖ_Ｌ及びｖ_Ｒはすべての噴射通路７において矢印によって示されている。
【００１７】
図５は、図３と同じ図示で、図４において示した噴射弁における流入条件を示す。接線方向の速度ｖ_Ｌ及びｖ_Ｒは噴射通路７内に渦を生ぜしめ、この渦はここでは入口開口１０７から見て、逆時計回り方向に回転する。
【００１８】
図６は本発明による燃料噴射弁の別の実施例の、やはり図１の線Ａ−Ａに沿った横断面図を示す。弁ニードル１０はここでは噴射通路７の入口開口１０７の高さのところで、凸面の、要するに外方に向かって湾曲せしめられた側面を備えた三角形形状を有している。この場合においても、図４に示した噴射弁におけるのと類似した流入条件及び隣接する噴射通路７において異なる向きを有している渦が得られる。リングギャップ１７の最少の幅は図６においてＤ_１で、最大の幅はＤ_２で示されている。弁ニードル１０のこの形状は、弁体１の円周に沿って一様に分配されて配置されている６つの噴射通路７に調和せしめられている。弁ニードル１０の普通の円形の形状は点線で示されている。代替的に、弁ニードル１０が、凹面の、要するに内方に向かって湾曲せしめられた側面を備えた三角形に相応する横断面を有しているようにすることもできる。この場合においても、上述の形式で噴射通路７内の渦をもたらす流入条件が生じる。
【００１９】
図７は図６と同じ図示で別の実施例を示す。弁ニードル１０はここでは、入口開口１０７の高さのところで、丸のこ形状に類似した横断面形状を有している。弁ニードル１０の、入口開口１０７と向き合っている側面２０は、噴射通路７の仮想の延長線に関して、図４の実施例の場合におけるように、斜めに配置されている。流入条件はここではしかしながら各噴射通路７において同一であり、したがって構成される渦もすべての噴射通路７において同一の回転方向を有している。
【００２０】
図８は別の実施例を示し、その際ここでは単に４つの噴射通路７だけが弁体１の円周に沿って分配されて配置されている。このことは弁ニードル１０の他の形状を前提とし、弁ニードルは、入口開口１０７の高さのところで、尖った端部を備えただ円の形状を有している。この場合においても、円周方向で変化するリングギャップ１７によって、噴射通路７内への流入条件が生じ、そこで渦が生ぜしめられる。
【００２１】
図９は本発明による燃料噴射弁の別の実施例を示す。弁ニードル１０はこの場合、入口開口１０７の範囲において、背景技術から公知であるように、円形に形成されている。その代わりに弁座面５は変形せしめられていて、相応して形成された弁ニードル１０と類似した噴射通路７内への流入条件が生じている。弁座５は横断面において、凹面に湾曲せしめられた側面を備えた三角形に相応する形状、要するに図６において弁ニードル１０が有している形状を有している。この構成の利点は、弁ニードル１０が不変にとどまることができ、かつ公知の燃料噴射弁から引き継ぐことができることである。図４，７及び８に示されている弁ニードル１０の他の構成も、類似した形式で、弁座５の形状に、同時に入口開口１０７の範囲において円形に構成された弁ニードル１０において、伝達することができる。
【００２２】
渦がすべての噴射通路７において望ましくないこともある。大きな燃焼室において燃料を良好に分配するために、例えば単に１つおきの噴射通路７においてだけ、うずを生ぜしめることができる。このことは、噴射通路７の一部分が燃料を燃焼室内に深く噴射するのに対し、渦を備えた噴射通路は燃料をより強く霧化し、したがってこれらの噴射通路によって噴射される燃料は単にわずかな侵入深さにしか達しないという利点を有している。この場合、単に入口開口１０７の一部分においてだけ弁ニードル１０若しくは弁シール面１２が次のように、すなわち、入口開口１０７の弁シール面１２からの間隔が少なくとも２つの箇所において異なっているように、形成されており、このことは異なった流入速度ひいては渦形成を生ぜしめる。弁シール面１２は残りの入口開口１０７の範囲において、次のように、すなわち流入条件が、既に図２において示されているように、すべての入口開口１０７に沿って同じであるように、形成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料噴射弁の、燃焼室側の端部における縦断面図を示す。
【図２】背景技術から公知のような燃料噴射弁の、図１の線Ａ−Ａに沿った横断面図を示す。
【図３】弁体の、弁座の範囲の、断面した図を示す。
【図４】本発明による燃料噴射弁の第１の実施例の、図１の線Ａ−Ａに沿った横断面図を示す。
【図５】噴射通路内の燃料経過を備えた弁座の範囲内の、弁体の断面した図を示す。
【図６】別の実施例を、図４と同じ横断面図で示す。
【図７】更に別の実施例を、図４と同じ横断面図で示す。
【図８】なお更に別の実施例を、図４と同じ横断面図で示す。
【図９】図４と同じであるが、弁ニードルがここでは円形の横断面を有している、横断面図を示す。
【符号の説明】
１　弁体、　３　孔、　４　縦軸線、　５　弁座、　７　噴射通路、　８　圧力室、　１０　弁ニードル、　１１　円すい状の区分、　１２　円すい状の弁シール面、　１３　円筒状の区分、　１４　リング溝、　１５　円すい状の弁ニードル尖端、　１６　第２の円筒状の区分、　１７　リングギャップ、　２０　側面、　１０７　噴射開口、　Ｄ　幅、　Ｄ_１　最少の幅、　Ｄ_２　最大の幅、　ｖ_Ｌ　左の縁、　ｖ_Ｒ　右の縁

Claims (7)

1. 内燃機関のための燃料噴射弁であって、弁体（１）を備え、この弁体内に、縦軸線（４）を有する孔（３）が構成されており、この孔は、その燃焼室側の端部を弁座（５）により制限され、この弁座内には少なくとも１つの噴射通路（７）の入口開口（１０７）が構成されており、この噴射通路は内燃機関の燃焼室内に開口しており、かつ弁ニードル（１０）を備え、この弁ニードルは前記孔（３）内で縦しゅう動可能に配置されており、かつ弁シール面（１２）をもって弁座（５）と協働し、かつこのようにして少なくとも１つの噴射通路（７）への燃料流入を制御し、したがって、弁座（５）から弁ニードル（１０）が持ち上げられている場合に、リングギャップ（１７）が開放制御され、このリングギャップを通って燃料が少なくとも１つの噴射通路（７）に流入する形式のものにおいて、少なくとも１つの噴射通路（７）において、弁シール面（１２）に対する入口開口（１０７）の間隔が、噴射開口（１０７）の少なくとも２つの箇所において異なっていることを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射弁。
2. 弁ニードル（１０）が、少なくとも１つの入口開口（１０７）の高さのところで、凸状に湾曲された側面を備えた三角形に相応する横断面を有していることを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 弁ニードル（１０）が、少なくとも１つの入口開口（１０７）の高さのところで、だ円形の横断面を有していることを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射弁。
4. 複数の噴射通路（７）が構成されており、これらの噴射通路の入口開口（１０７）は弁ニードル（１０）の偏平にされた側面（２０）と向き合っており、その際噴射通路（７）の仮想の延長線は偏平にされた側面（２０）と斜めの角度で交差していることを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射弁。
5. 弁ニードル（１０）が、少なくとも１つの噴射通路（７）の入口開口（１０７）の高さのところで、六角形に相応する横断面を有しており、その際互いに接する側面の内角は交互に、１２０°よりも小さい角度及び大きい角度を形成していることを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射弁。
6. 弁ニードル（１０）が、少なくとも１つの入口開口（１０７）の高さのところで、円形の横断面を有していることを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射弁。
7. 複数の噴射通路（７）が弁体（１）の円周に沿って分配されて配置されており、噴射通路（７）の入口開口（１０７）が前記孔（３）の縦軸線（４）に対する半径平面内に位置していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。

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