JP2004509284A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

特に内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁（１）であって、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と協働して１つのシール座を形成する弁閉鎖体（４）と、燃料貫流ガイド（３５）を備えた渦流円板（３４）とを有しており、この場合、渦流円板（３４）が多数の渦流エレメント（３６）から構成されていて、この場合、渦流エレメント（３６）がそれぞれ同数の燃料貫流ガイド（３５）を有しており、これらの渦流エレメント（３６）は、燃料貫流ガイド（３５）が少なくとも部分的に重なり合うように、互いにずらして配置されている。

Description

【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１９７３６６８２号明細書によれば、弁の下流側端部に、３つの円板状のエレメントより形成されたガイド及び座部領域が設けられていることを特徴としている燃料噴射弁が公知である。この場合、渦流エレメントは、ガイドエレメントと弁座エレメントとの間に埋め込まれている。ガイドエレメントは、ガイドエレメントから突き出る軸方向に可動な弁ニードルをガイドするために用いられ、これに対して弁ニードルの弁閉鎖区分は弁座エレメントの弁座面と協働する。渦流エレメントは、渦流エレメントの外側の外周部と接続していない多数の渦流通路を備えた内側の開放領域を有している。全開放領域は、渦流エレメントの軸方向の全厚さに亘って延びている。
【０００３】
さらにドイツ連邦共和国特許公開第１９８１５７８９号明細書によれば、弁座の下流側で渦流円板を有していることを特徴とする燃料噴射弁が公知である。この渦流円板は、少なくとも１つの金属製の材料より成っていて、渦流室内に開口する少なくとも２つの渦流通路を有していて、すべての層において電気メッキ的な金属析出（多層電気メッキ）によって直接的に互いに付着固定されて構成されている。渦流円板は、その面垂線が弁縦軸線に対して０゜とは異なる角度で斜めに傾斜して延びるように、弁内に組み込まれているので、渦流円板を整列させることによって、弁縦軸線に対する噴射角度γが得られる。
【０００４】
上記刊行物により公知の燃料噴射弁における欠点は、特に製造費用及びひいてはコストが高いという点にある。任意の使用可能性のために燃料噴射弁を変更するために、高価な製造手段を用いる必要がある。噴射角度α及びγは、特に慣用の渦流形成法によっては実現されない。
【０００５】
発明の利点
これに対して、請求項１の特徴部に記載した構成を有する本発明による燃料噴射弁は、渦流円板を個別の渦流エレメントから簡単に製造して、大量生産により製造される任意の燃料噴射弁に使用することができる。燃料に渦流を与える燃料通路を形成する、渦流円板の数、及び互いに重なり合う燃料貫流ガイドの数は任意であって、要求に応じて燃料噴射弁に簡単な形式で合わせることができる。
【０００６】
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が可能である。
【０００７】
燃料噴射弁の構造形式に応じて、渦流円板をシール座の流入側か、又はシール座の流出側に配置することができるという利点もある。燃料噴射弁の縦軸線に対して弁座体の縦軸線を傾斜させることも、傾斜噴射の際に用いるために有利である。
【０００８】
有利には、渦流円板の流出側に渦流室が形成されており、この渦流室は、この渦流室内で均一な渦流が形成されるように寸法設計されている。
【０００９】
弁座体内に挿入可能な挿入体内に渦流円板を配置することによって、挿入体及び、この挿入体を収容する切欠を容易に製造することができる、という利点が得られる。
【００１０】
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。
【００１１】
図１は、本発明による燃料噴射弁の第１実施例の概略的な断面図、
図２Ａは、図１に示した本発明による燃料噴射弁の第１実施例の、図１の領域ＩＩにおける概略的な断面図、
図２Ｂは、図２Ａに示した渦流円板の流出方向で見た概略的な平面図、
図３Ａは、本発明による燃料噴射弁の第２実施例の、図１の領域ＩＩにおける概略的な断面図、
図３Ｂは、図３Ａの渦流円板の流出方向における概略的な平面図である。
【００１２】
実施例の説明
燃料噴射弁１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燃料噴射弁のとして構成されている。この燃料噴射弁１は、特に燃料を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適している。
【００１３】
燃料噴射弁１は、弁ニードル３が配置されているノズル体２より成っている。弁ニードル３は、弁閉鎖体４と作用接続しており、この弁閉鎖体４は、弁座体５に配置された弁座面６と協働してシール座を形成する。弁座体５は、ノズル体２の切欠５０内に挿入可能である。燃料噴射弁１は、図示の実施例では、内方に向かって開放する電磁操作式の燃料噴射弁１であって、該燃料噴射弁１は、噴射開口７を有している。ノズル体２はシール８によって磁石コイル１０の外極９に対してシールされている。磁石コイル１０は、コイルケーシング１１内にカプセル状に収容されていて、コイル支持体１２に巻き付けられている。このコイル支持体１２は、磁石コイル１０の内極１３に当接する。内極１３と外極９とは、ギャップ２６によって互いに分離されていて、接続構成部材２９で支えられている。磁石コイル１０は導線１９を介して供給される電流によって励磁される。差込み接点１７は、内極１３に射出成形で設けることができるプラスチック被覆部１８によって被覆されている。
【００１４】
弁ニードル３は、円板状に構成された弁ニードルガイド１４内でガイドされている。ストローク調節のために１組の調節円板１５が使用される。調節円板１５の他方の側に可動子２０が配置されている。この可動子２０は、第１のフランジ２１を介して摩擦接続（摩擦による束縛；ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）式に弁ニードルに結合されており、この弁ニードルは溶接継手２２によって第１のフランジ２１に接続されている。第１のフランジ２１には戻しばね２３が支えられており、該戻しばね２３は、燃料噴射弁の図示の構成では、スリーブ２４によってプレロード（予圧）がかけられる。
【００１５】
溶接継ぎ目３３を介して弁ニードル３に接続された第２のフランジ３１は、下側の可動子ストッパとして役立つ。第２のフランジ３１上に載っている弾性的な中間リング３２は、燃料噴射弁１を閉鎖する際に衝突することを避ける。
【００１６】
弁ニードルガイド１４内及び可動子２０内に延在する燃料通路３０ａ及び３０ｂは、中央の燃料供給部１６を介して供給され、フィルタエレメント２５によって濾過される燃料を、噴射開口７に向かってガイドする。燃料噴射弁１は、シール２８によって、図示していない燃料管路に対してシールされている。
【００１７】
弁座体５の流入側に渦流円板３４が配置されており、該渦流円板３４は、図示の第１実施例では４つの渦流エレメント３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄより形成されている。渦流エレメント３６は、互いに溶接されていると共に、弁座体５と溶接されている。弁ニードル３は渦流円板３４に貫通係合していて、中心ずれ及び傾きを避けるためにカルダン式の弁ニードルガイド４６を貫通してガイドされている。
【００１８】
渦流円板３４の渦流エレメント３６は、燃料貫流ガイド３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄを有しており、これらの燃料貫流ガイドは、渦流円板３４を貫通していて、互いに重なり合っている。渦流エレメント３６の詳細は図２及び図３に示されている。
【００１９】
燃料噴射弁の非作業状態において、可動子２０は戻しばね２３によってその上昇ストローク方向に抗して、弁閉鎖体４が弁座６に密接に当接保持されるように、負荷される。磁石コイル１０が励磁されると、磁石コイル１０は磁界を形成し、この磁界によって可動子２０を戻しばね２３のばね力に抗して上昇ストローク方向に移動させるようになっており、この場合、ストロークは、内極１２と可動子２０との間で非作業位置に存在する作業ギャップ２７によって予め与えられている。可動子２０は、弁ニードル３に溶接されているフランジ２１を同様に上昇ストローク方向で連行する。弁ニードル３に作用接続している弁閉鎖体４は、弁座面６から持ち上がり、燃料通路３０ａ，３０ｂ並びに、渦流円板３４に形成された燃料通路３７を介して噴射開口７にガイドされた燃料が噴射される。噴射開口７は、燃料噴射弁１の縦軸線４５に対して有利には噴射角度γで傾斜されている。
【００２０】
コイル電流が遮断されると、可動子２０は、磁界が十分に消滅してから、戻しばね２３のばね力によって内極１３から落下し、それによって、弁ニードル３に作用接続しているフランジ２１が、上昇ストローク方向に抗して移動する。これによって弁ニードル３は同じ方向で移動せしめられ、ひいては弁閉鎖体４が弁座面６上に載り、燃料噴射弁１が閉鎖される。
【００２１】
図２Ａには、図１に記載した本発明による燃料噴射弁１の第１実施例の噴射側の部分の拡大図が示されている。図２Ａの部分は、図１で符号ＩＩによって示されている。
【００２２】
図示の実施例では４つの渦流エレメント３６から構成された渦流円板３４が、燃料噴射弁１の中央の切欠４７内に挿入されていて、弁座体５上に載っている。燃料噴射弁１の操作時にずれ又は持ち上がりを防止するために、４つの渦流エレメント３６が互いに、また弁座体５に有利には溶接又ははんだ付けされている。しかしながら渦流エレメント３６は、電気めっき法によって多層に構成することもできる。
【００２３】
４つの渦流エレメント３６は、それぞれ同数の燃料貫流ガイド３５を有している。この燃料貫流ガイドの数は形状安定性基準及び貫流維持基準を考慮して増やすことができる。この場合、燃料貫流ガイド３５は、浸食、打ち抜き、エッチング、穿孔又は、これと類似の方法によって製造することができる。渦流円板３４の流入側３８から流出側３９に延びる、渦流を発生させる燃料通路３７を形成するために、燃料貫流ガイド３５が互いにずらして配置されており、それによって互いに少なくとも部分的に重なり合っている。この場合、各渦流エレメント３６のずれは、同方向で行われなければならない。燃料貫流ガイドは、渦流を発生させるために軸方向でずらされなければならないが、付加的に半径方向のずれ成分を有していてもよい。渦流円板３４とノズル体２若しくは弁座体５との結合は、はんだ付け、溶接によって行われるか、或いは、かしめ、押し込み又はこれと類似の方法によっても行ってもよい。
【００２４】
燃料貫流ガイド３５の横断面は、図示の実施例におけるように丸味の付けられた角縁部を備えた方形に構成されていてよい。しかしながら燃料貫流ガイド３５は、図２Ｂに示されているように、別の任意の形状を有していてもよい。例えば燃料貫通ガイド３５は円形又は長孔形状の横断面を有していてよい。丸味の付けられた形状は付加的に、流れに関して良好な形状であるという利点を有している。
【００２５】
燃料噴射弁１のシール座は、従来形式で構成されており、この場合、弁閉鎖体４は弁ニードル３に形成されていて、渦流円板３４を貫通係合している。このような形式で、渦流円板３４は同時にシール座の領域で弁ニードルガイドを形成している。弁閉鎖体４は、弁座体５に形成された弁座面６と協働する。この場合、弁座面６の流入側に渦流室４０が形成されており、この渦流室４０は、弁座体５と弁閉鎖体４と渦流円板３４とによって制限されている。
【００２６】
互いに重なり合う燃料貫流ガイド３５によって形成された燃料通路３７は、渦流室４０内に開口している。この場合、渦流室４０の容積は、渦流室４０内において周方向で均一な安定した渦流が形成され、この際にデッド容積ができるだけ小さく維持されるように、設計されていれば好都合である。
【００２７】
燃料噴射弁１を操作すると、燃料は燃料通路３７を通って渦流室４０内に流入し、弁閉鎖体４が弁座面６から持ち上がるとこの渦流室４０から噴射開口７を通って噴射される。この場合に、渦流は維持され、それによって燃料が螺旋状に、内燃機関の図示していない燃焼室内に噴射される。
【００２８】
図２Ｂは、図２Ａに示した本発明による燃料噴射弁１の第１実施例の渦流円板３４の、流出方向における平面図を示している。
【００２９】
この図２Ｂには、流入側の第１の渦流エレメント３６ａが示されており、この渦流エレメント３６ａの、図示の実施例では４つの方形の燃料貫流ガイド３５ａは、実線で示されている。噴射側の第２の渦流エレメント３６ｂの燃料貫流ガイド３５ｂは、第１の渦流エレメント３６ａの燃料貫流ガイド３５ａを通って部分的に見えている。燃料貫通ガイド３５ｂは、見える領域では実線で示されていて、隠れた領域では破線で示されている。その次に位置する第３の渦流エレメント３６ｃに形成された燃料貫通ガイド３５ｃは、渦流エレメント３６ａの燃料貫流ガイド３５ａを通してほとんど見えない。何故ならば燃料貫流ガイド３５ａ〜３５ｃがそれぞれ約５０％重なり合っているからである。従って、第４の渦流エレメント３６ｄの燃料貫流ガイド３５ｄは、第１の渦流エレメント３６ａの燃料貫流ガイド３５ａを通して見えない。
【００３０】
渦流円板３４は、弁閉鎖体４のためのカルダン式の弁ニードルガイド４６としても用いられるので、渦流エレメント３６は、中央の切欠４８を備えてリング状に構成されており、中央の切欠４８内に弁閉鎖体４がガイドされている。カルダン式の弁ニードルガイド４６によって、燃料噴射弁１の流入側の領域における製造精度に基づくガイドエラーが補償される。何故ならば弁閉鎖体４はほぼ球状に構成されていて、それによってずれが多くの自由度で補償される。この場合、弁ニードル３は、例えば弁閉鎖体４としての球と弁ニードル３としてのシャフトとから成る２つの部分より製造することができる。また、図示の実施例におけるような、相応に形成された弁閉鎖体４を有する一体的な解決策も有利に使用することができる。
【００３１】
図３Ａは、本発明に従って構成された燃料噴射弁１の第２実施例を示している。この場合、同一の部材には同じ符号を記した。
【００３２】
図３Ａの実施例では、図２Ａに示した第１実施例のものとは異なり、渦流円板３６はシール座の流出側に配置されている。しかも燃料噴射弁１は、斜め噴射式の燃料噴射弁１として構成されており、それによって噴射角度γは、噴射開口７の傾斜によるよりも良好に調節することができる。渦流円板３４を収容する噴射ユニット４９の縦軸線４４は、燃料噴射弁１の縦軸線４５に対して傾斜している。しかしながら噴射ユニット４９の縦軸線４４は、燃料噴射弁１の縦軸線４５と重なっていてもよい。この場合、噴射角度γは、図２Ａに示した実施例におけるように噴射開口７の傾斜によって得られる。
【００３３】
弁座体５は、図示の第２実施例では、球状のガイドによる弁ニードル３の傾き及び中心ずれに抗するために、同様にカルダン式の弁ニードルガイド４６を有している。燃料ガイドのために、弁閉鎖体４はカルダン式の弁ニードルガイド４６の領域で少なくとも１つの研削面４７を有している。
【００３４】
第１実施例と同様に構成されているシール座の流出側で、弁座体５は有利には円筒形の切欠４３を有しており、この切欠４３内に挿入体４１が挿入可能である。この場合、挿入体４１は同様に円筒形の形状を有している。挿入体４１の切欠４２内には、図示の実施例では３つの渦流エレメント３６を有する渦流円板３４が配置されている。渦流円板３４の流出側には渦流室４０が形成されており、この渦流室４０内には、渦流エレメント３６の互いに重なり合う燃料貫流ガイドより形成された燃料通路３７が開口している。渦流室４０は噴射開口７内に移行している。
【００３５】
図示の実施例では、渦流円板３４が３つの渦流エレメント３６ａ〜６ｃと、渦流エレメント３６毎にそれぞれ４つの燃料貫流ガイドとを有している。渦流円板３４をシール座の流出側に配置したことによって、渦流エレメント３６を互いに又は挿入体４に溶接することは必ずしも必要ではない。何故ならば、渦流エレメント３６は、燃料圧によって常に流出方向で負荷されるので流過方向に抗して移動することはないからである。これによって、燃料噴射弁１のモジュール式の構造はさらに簡略化される。それにも拘わらず、渦流エレメント３６を互いに接着するか又は溶接するか、或いは渦流円板３４を一体的に電気めっき的に製造することは有利である。それによって燃料貫流ガイド３５の互いの位置は組み付け後にもはや変化することはなく、それによって渦流作用及び燃料貫流が制限される。
【００３６】
燃料噴射弁１を操作すると、燃料は研削部４７を介して弁閉鎖体４を環流し、シール座を通過した後で渦流円板３４内で渦流が形成される。これによって燃料は再び螺旋状に噴射開口７を通って、図示していない燃焼室内に移動する。
【００３７】
図３Ｂには、図３Ａに示した本発明による燃料噴射弁１の第２実施例の
渦流円板の硫化方向で見た平面図が示されている。
【００３８】
この場合、図面は図２Ｂと同様に第１の渦流円板３６ａが示されていて、この第１の渦流円板３６ａの、丸味を付けられた方向の燃料貫流ガイド３５ａは実線で示されている。噴射側で次に位置する第２の渦流エレメント３６ｂの燃料貫流ガイド３５ｂは、第１の渦流エレメント３６ａの燃料貫流ガイド３５ａを通して部分的に見えるだけである。見える領域内における、燃料貫流ガイド３５ｂはやはり実線で示されていて、これに対して隠れている領域では破線で示されている。その次に位置する第３の渦流エレメント３６ｃに形成された燃料貫流ガイド３５ｃは、渦流エレメント３６ａの燃料貫流ガイド３５ａによって、非常に小さい領域内だけで見ることができる。何故ならば燃料貫流ガイド３５ａ〜３５ｃは、それぞれ約５０％重なり合っているからである。渦流エレメント３６は図示の実施例では弁閉鎖体４によって貫通係合されていないので、渦流エレメントは、切欠４８を有していない円板状に構成されている。
【００３９】
渦流エレメント３６毎の燃料貫流ガイド３５の数は、その横断面の大きさによって制限されている。つまり、渦流エレメント３６毎の燃料貫流ガイドの数が多ければ多いほど、燃料貫流ガイド３５の直径は、一定の燃料貫流を保証するために、より小さくなければならないからである。安定性の理由から、各渦流エレメント３６の各燃料貫流ガイド３５間には、燃料貫流ガイド３５の直径の大きさの間隔が配置されている。
【００４０】
本発明は図示の実施例だけに限定されるものではない。つまり多数の渦流エレメント３６を備えた、又はより大きいか或いは小さい任意の形状に成形された任意の数の燃料貫流ガイド３５を備えた燃料噴射弁１のためにも、或いは任意の形状に構成された燃料噴射弁１のためのも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁の第１実施例の概略的な断面図である。
【図２】
Ａは、図１に示した本発明による燃料噴射弁の第１実施例の、図１の領域ＩＩにおける概略的な断面図、Ｂは、図２Ａに示した渦流円板の流出方向で見た概略的な平面図である。
【図３】
Ａは、本発明による燃料噴射弁の第２実施例の、図１の領域ＩＩにおける概略的な断面図、Ｂは、図３Ａの渦流円板の流出方向における概略的な平面図である。

Claims (13)

1. 特に内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁（１）であって、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と協働して１つのシール座を形成する弁閉鎖体（４）と、燃料貫流ガイド（３５）を備えた渦流円板（３４）とを有している形式のものにおいて、
   渦流円板（３４）が多数の渦流エレメント（３６）から構成されていて、この場合、渦流エレメント（３６）がそれぞれ同数の燃料貫流ガイド（３５）を有しており、これらの渦流エレメント（３６）は、燃料貫流ガイド（３５）が少なくとも部分的に重なり合うように、互いにずらして配置されていることを特徴とする、燃料噴射弁。
2. 各渦流エレメント（３６）の互いに重なり合う燃料貫流ガイド（３５）がそのまま燃料通路（３７）を形成しており、これらの燃料貫流ガイドが、渦流円板（３４）を貫通して流入側（３８）から流出側（３９）に延びている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 渦流円板（３４）が少なくとも２つの渦流エレメント（３６）を有している、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
4. 燃料貫流ガイド（３５）が、正方形、方形又は丸味の付けられた横断面を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
5. 燃料貫流ガイド（３５）がそれぞれ互いに同じ方向でねじられている、請求項４記載の燃料噴射弁。
6. 渦流円板（３４）がシール座の流入側に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
7. 弁閉鎖体（４）が渦流円板（３４）に貫通係合し、この渦流円板（３４）によってガイドされている、請求項６記載の燃料噴射弁。
8. 渦流円板（３４）の流出側で弁座体（５）に渦流室（４０）が形成されており、該渦流室（４０）内に、重なり合う燃料貫流ガイド（３５）によって形成された燃料通路（３７）が開口している、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
9. 渦流円板（３４）の渦流エレメント（３６）が互いに、及び弁座体（５）に溶接されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
10. 渦流円板（３４）がシール座の流出側に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
11. 渦流円板（３４）が、弁座体（５）の流出側の切欠（４３）内に挿入可能な挿入体（４１）の切欠（４２）内に配置されている、請求項１０記載の燃料噴射弁。
12. 挿入体（４１）の縦軸線（４４）が、燃料噴射弁（１）の縦軸線（４５）に対して傾斜している、請求項１１記載の燃料噴射弁。
13. 互いに重なり合う燃料貫流ガイド（３５）を形成する燃料通路（３７）が開口する渦流室（４０）が、渦流円板（３４）と、挿入体（４１）内に形成された噴射開口（７）との間に形成されている。