JP2004511702A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁（１）は、弁ニードル（３）と、該弁ニードル（３）に作用結合されておりかつ弁座体（５）内に配置された弁座面（６）と協働して封止座を形成する弁閉鎖体（４）と、前記封止座の上流側で前記弁座体（５）内に配置された少なくとも１つの旋動流発生エレメントとを備えている。旋動流発生エレメントとして、弁座体（５）の上流側の面（３３）へ向かって開いた単数または複数の旋動通路（３６）が、前記弁座体（５）の上流側の面（３３）内に形成されている。

Description

【０００１】
技術分野：
本発明は、独立請求項に発明の上位概念として規定したように、弁ニードルと、該弁ニードルに結合されておりかつ弁座体内に配置された弁座面と協働して封止座を形成する弁閉鎖体と、前記封止座の上流側で前記弁座体内に配置された少なくとも１つの旋動流発生エレメントとを備えた形式の、内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
背景技術：
弁座体内に旋動流発生エレメントを形成した形式の燃料噴射弁は、例えばドイツ連邦共和国特許第４１３１４９９号明細書に基づいて公知である。旋動流発生エレメントは溝の形に形成されており、該溝は、弁座体内に形成されて１つの噴出オリフィスに開口している。噴出すべき燃料量の配量は噴出オリフィスの横断面積によって行われる。該噴出オリフィスは、弁座体内にかまたは燃料噴射弁の下流側端部に配置した穴あき円板内に配置されている。
【０００３】
旋動流発生を溝によって行う形式の別の燃料噴射弁は、ドイツ連邦共和国特許第４２３１４４８号明細書に基づいて公知である。旋動流発生エレメントは、封止座の上流側に位置しかつ弁座体の中央レセス内に溝（旋動溝）として形成されており、前記中央レセスは、弁閉鎖体用の案内として働く。燃料噴射弁の中心軸線の方に向かって開いた旋動溝は、殊に有利には球形に形成された弁閉鎖体によって閉鎖されて通路を形成する。これによって旋動通路内の横断面積が特定され、該横断面積によって燃料の配量が行われる。
【０００４】
前掲のドイツ連邦共和国特許第４１３１４９９号明細書に基づいて公知になっている燃料噴射弁の欠点は、旋動流発生エレメントが封止座の下流側に配置されていることである。特に直接噴射式の燃料噴射弁の場合には、コークス化による汚染のリスクが大である。設計時には殊更に旋動流発生エレメントの堅牢性に留意する必要があり、これによって、例えば材料強度に対する最低要件は厳守されねばならないので、構成エレメントの設計可能性が局限されることになる。
【０００５】
更なる欠点は、旋動流発生エレメントが封止座の下流側に配置されていることによって、無効容積が形成され、該無効容積から、噴出動作の終了後に燃料が流出することがある点にある。この燃料滴の後垂れは、制御不能の不完全燃焼を生ぜしめ、有害物質を高度に発生する要因となる。そればかりでなくノズル本体と弁座体の一体構成は、旋動溝の形成を困難にする。従って製作時に、場合によって発生する構成部分の製作誤差オーバーによって、高価な構成部品のスクラップが惹起されることになる。
【０００６】
前掲のドイツ連邦共和国特許第４２３１４４８号明細書に基づいて公知になっている噴射弁の場合は、溝を球形の弁閉鎖体によって補充して旋動通路を形成する点が欠点である。弁閉鎖体の幾何学的な球形形状に基づいて、旋動溝は、弁閉鎖体の円周線に沿ってだけ閉鎖されて旋動通路を形成するにすぎない。これによって漏れ流を防止することは困難になる。それというのは複数部品の製作誤差が加算されるからである。封止ギャップを線として形成することによって、これは特にクリティカルになる。その結果として、配量された燃料量の大きなばらつき幅が生じる。
【０００７】
更なる欠点は、燃料流の強度の偏向を必要とすることである。この強度の偏向は、弁閉鎖体を案内するためのレセスの円筒壁に旋動通路を配置したことによって生じる。しかも均等な旋動流を発生するためには、それに続く旋動室が必要である。しかしながら、これに伴う燃料流の偏向によって、顕著な流動損失が惹起され、この流動損失は、噴出パターンの不良化から確認される。
【０００８】
更にまた燃料噴射弁の開弁動作中に、旋動流を伴わない前噴射流が形成されることがある。その結果として生じる霧化不良に起因して、不完全燃焼が惹起される。
【０００９】
発明の開示：
独立請求項に記載した構成手段を有する本発明の燃料噴射弁は、従来技術に対比して、旋動流を伴う燃料流が強度の偏向なしに噴出オリフィスに到達するという利点を有している。同時にまた旋動流発生エレメントは、封止座の上流側で防護された状態で配置されている。更に製作にとって有利なことには、旋動流の発生が、噴出すべき燃料の配量から分離されている。旋動流発生エレメントの寸法トレランスは比較的大まかに選ぶことができるので、これによって低廉な製作法の使用が可能になる。
【００１０】
独立請求項に記載した燃料噴射弁の有利な構成は、従属請求項に記載した手段によって可能である。
【００１１】
配量すべき燃料量並びに噴出パターンに関する顧客の要件に対して燃料噴射弁を簡単に適合させることが可能になる。その適合は、旋動流発生に影響を及ぼす構成部品並びに燃料量の配量に影響を及ぼす構成部品だけを変更することによって行われる。燃料流の軸方向成分に影響を及ぼすことによって、旋動流の発生を変化することが可能である。その結果、燃料が噴出される錐面が変化されることになる。
【００１２】
燃料量の配量調整は、やはり弁座体に手を加えないままの状態で、弁閉鎖体における段部によって形成されるリングギャップを変更することによって行われる。燃料噴射弁の全開時の配量の特定以外に、前記段部の輪郭の変更によって開弁挙動および閉弁挙動に影響を及ぼすことも可能である。
【００１３】
また弁座面の角度に等しい角度を有する錐面上に旋動通路を配置するのが有利である。これによって旋動流発生部の下流側において燃料流に強度の偏向が発生しないことによって、噴出オリフィスへの途上における燃料周速度の損失が生じることはない。
【００１４】
更なる利点として、旋動流発生部の下流側で無効体積が生じることもなくなる。従って燃料流における旋動流の生成は、燃料噴射弁の開弁動作中にすでに生じる。開弁中および閉弁中における旋動流生成を改善することによって、究極的には燃焼が改善され、従って有毒物質の排出が一層僅かになる。
【００１５】
発明を実施するための最良の形態：
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【００１６】
図２および図３に基づいて本発明による燃料噴射弁１の１実施例を詳説するのに先立って、本発明の理解を助けるために、図１に示した全体図に基づいて先ず本発明の燃料噴射弁１の主要な構成要素を簡単に説明することにする。
【００１７】
図示の燃料噴射弁１は、混合気圧縮型火花点火式内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁１として構成されている。該燃料噴射弁１は、燃料を内燃機関の燃焼室（図示せず）内へ直接噴射するために特に適している。
【００１８】
燃料噴射弁１は、弁ニードル３を内設したノズル本体２を有している。前記弁ニードル３は弁閉鎖体４と作用結合しており、該弁閉鎖体は、弁座体５に配置された弁座面６と協働して封止座を形成する。本実施例の燃料噴射弁１は、１つの噴出オリフィス７を有する電磁作動式燃料噴射弁１である。ノズル本体２はパッキン８によって、電磁コイル１０の外極９に対して封止されている。電磁コイル１０はコイルハウジング１１によって密封されており、かつコイル支持体１２に巻上げられており、該コイル支持体は電磁コイル１０の内極１３に当接している。内極１３と外極９は、ギャップ２６によって相互に分離されており、かつ継手構成部材２９に支持されている。電磁コイル１０は導線１９を介して、電気的な差込み接点１７を介して給電可能な電流によって励磁される。差込み接点１７は、内極１３に沿って射出成形可能なプラスチック外装ジャケット１８によって囲まれている。
【００１９】
弁ニードル３は、円板形に形成された弁ニードル案内１４に沿って案内されている。該弁ニードル案内には、弁ニードルストロークを調整するための調整ディスク１５が対偶配設されている。調整ディスク１５の上流側に磁極子２０が位置している。該磁極子はフランジ２１を介して摩擦接続式に弁ニードル３に接続し、該弁ニードルは溶接シーム２２によってフランジ２１に接合されている。該フランジ２１上には戻しばね２３が支持されており、該戻しばねは、燃料噴射弁１の本実施形態では、内極１３内に圧入されたスリーブ２４によって予荷重をかけられる。
【００２０】
弁ニードル案内１４および磁極子２０内を燃料通路３０ａ，３０ｂが延びている。中心の燃料供給路１６内にはフィルタエレメント２５が配置されている。燃料噴射弁１はパッキン２８によって、図示を省いた燃料導管に対して封止されている。
【００２１】
燃料噴射弁１の休止状態において磁極子２０は、弁ニードル３のフランジ２１を介して前記磁極子のストローク方向とは逆向きに負荷されて、弁閉鎖体４は弁座面６に液密に当接した状態に保たれる。電磁コイル１０が励磁されると、該電磁コイルは磁界を形成し、該磁界は磁極子２０を、戻しばね２３のばね力に抗してストローク方向に動かすが、この場合、磁極子のストロークは、静止位置において内極１３と磁極子２０との間に位置している作業ギャップ２７によって設定されている。磁極子２０は、弁ニードル２に溶接されたフランジ２１を、ひいては弁ニードル３を同じくストローク方向に連動する。弁ニードル３と作用結合している弁閉鎖体４は弁座面６から離間し、かつ、旋動通路３６およびこれに接続しているリングギャップ３７を介して噴出オリフィス７に到達する燃料が噴出される。
【００２２】
コイル電流が遮断されると、磁極子２０は、磁界が充分に減成した後にフランジ２１に対する戻しばね２３の押圧力によって内極１３から落下し、これによって弁ニードル３はストローク方向とは逆向きに運動する。これによって弁閉鎖体４は弁座面６に座着し、かつ燃料噴射弁１は閉弁される。
【００２３】
図２は、本発明による燃料噴射弁１の、旋動流を発生させる構成群の部分的断面図である。旋動流を発生する構成群は、弁座体５、弁ニードル３および、該弁ニードル３と作用結合している弁閉鎖体４から成っている。
【００２４】
弁座体５はその上流側の面３３に案内レセス３８を有し、該案内レセスは、弁ニードル３を軸方向に案内するためのものである。下流側には、殊に有利には截頭円錐形のテーパ部が続き、該テーパ部に弁座面６が配置されている。テーパ部の下流側に噴出オリフィス７が続いている。弁座体５の上流側の面３３で該弁座体５内には複数の旋動通路３６が穿設されている。該旋動通路は、弁座体５の上流側の面３３へ向かって開放し、かつ殊に有利には接線方向に案内レセス３８へ開口している。旋動通路は弁座体５内に溝として形成されている。該溝の溝底３９は、旋動通路３６の下流側制限面を形成し、かつ、円錐形の弁座面６と燃料噴射弁１の中心軸線３５との成す開先角度βに等しい開先角度αを有する錐面上に配置されているのが有利である。
【００２５】
弁ニードル３は、弁座体５の上流側の面３３の上流側に、半径方向拡張部３１を有しているので、上流側で開いている旋動通路３６は、少なくとも部分的に半径方向でカバーされる。従って半径方向拡張部３１の半径方向拡がりおよび、該半径方向拡張部３１の下流側の面３２と弁座体５の上流側の面３３との距離に関連して、燃料噴射弁１の開弁時における燃料の軸方向流動成分を変化させることが可能である。半径方向拡張部３１の拡がりはその場合、ノズル本体２の内径よりも小である。燃料噴射弁１の開閉中における燃料の軸方向流動成分の変化は、例えば弁座体５上流側の面３３を円錐形または漏斗形に形成することによって、所期のように影響を及ぼすことができる。また半径方向拡張部３１の対応面３２によって同じく影響を及ぼすことも可能である。
【００２６】
弁ニードル３に結合している弁閉鎖体４は、弁座体５の案内レセス３８よりも小さな半径方向拡がりを有している。このようにして弁閉鎖体４と弁座体５との間に形成されたリングギャップ３７の横断面積が、噴出すべき燃料の配量を特定する。弁ニードル３によって確定されたリングギャップ３７の高さはその場合、少なくとも燃料噴射弁１の開弁時に旋動通路３６を前記リングギャップ３７と連通させるように選ばれねばならない。電磁コイル１０の励磁時に弁ニードル３が弁閉鎖体４と共にその開弁終端位置にある場合、リングギャップ３７の横断面積は、噴出オリフィス７への途上において燃料流の通流する最小横断面積を形成することになる。
【００２７】
図３は、図２に示した本発明の燃料噴射弁１の実施例の部分的な横断面図である。複数の旋動通路３６はその場合、弁閉鎖体４と弁座体５の案内レセス３８との間に形成されたリングギャップ３７内へ接線方向に開口している。開口する旋動通路３６の横断面積の和は、弁座体５の案内レセス３８と弁閉鎖体５との間に形成されたリングギャップ３７の横断面積よりも大である。前記開口の横断面積の調整はその場合、リングギャップ３７の領域における弁閉鎖体４の軸方向拡がりを増大することによって行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁の１実施例の概略的な部分的縦断面図である。
【図２】
本発明による燃料噴射弁の実施例の、図１に示した鎖線区分ＩＩの概略的な拡大縦断面図である。
【図３】
図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面線に沿った概略的な横断面図である。
【符号の説明】
１　燃料噴射弁、　２　ノズル本体、　３　弁ニードル、　４　弁閉鎖体、　５　弁座体、　６　弁座面、　７　噴出オリフィス、　８　パッキン、　９　外極、　１０　電磁コイル、　１１　コイルハウジング、　１２　コイル支持体、　１３　内極、　１４　弁ニードル案内、　１５　調整ディスク、　１６　中心の燃料供給路、　１７　差込み接点、　１８　プラスチック外装ジャケット、　１９　導線、　２０　磁極子、　２１　フランジ、　２２　溶接シーム、　２３　戻しばね、　２４　スリーブ、　２５　フィルタエレメント、　２６　ギャップ、　２７　作業ギャップ、　２８　パッキン、　２９　継手構成部材、　３０ａ，３０ｂ　燃料通路、　３１　半径方向拡張部、　３２　下流側の面、　３３　上流側の面、　３４　、　３５　中心軸線、　３６　旋動通路、　３７　リングギャップ、　３８　案内レセス、　３９　溝底、　４０　レセス、　４１　第１円錐面、　４２　第２円錐面、　α　第１円錐面の開先角度、　β　第２円錐面の開先角度

Claims (9)

1. 内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁（１）であって、弁ニードル（３）と、該弁ニードル（３）に結合されておりかつ弁座体（５）内に配置された弁座面（６）と協働して封止座を形成する弁閉鎖体（４）と、前記封止座の上流側で前記弁座体（５）内に配置された少なくとも１つの旋動流発生エレメントとが設けられている形式のものにおいて、
   旋動流発生エレメントとして、弁座体（５）の上流側の面（３３）へ向かって開いた単数または複数の旋動通路（３６）が、前記弁座体（５）の上流側の面（３３）内に形成されていることを特徴とする、燃料噴射弁。
2. 弁ニードル（３）が、弁座体（５）の上流側の面（３３）よりも上流側で半径方向拡張部（３１）を有している、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 半径方向拡張部（３１）がその下流側の面（３２）に、弁座体（５）の上流側の面（３３）に対応した幾何学形状を有している、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 弁閉鎖体（４）が、弁ニードル（３）の半径方向拡がりよりも小さな半径方向拡がりを有している、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. 旋動通路（３６）の下流側で弁閉鎖体（４）と弁座体（５）のレセス（４０）との間に１つのリングギャップ（３７）が形成されており、該リングギャップの横断面積が、燃料の通流する最小横断面積を形成している、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. リングギャップ（３７）が封止座を旋動通路（３６）から仕切っている、請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 旋動通路（３６）が、弁座体（５）内に形成されていて上流側の面（３３）へ向かって開いた溝である、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
8. 溝として形成された旋動通路（３６）の、上流側の面（３３）から離反した方の溝底（３９）が、第１円錐面（４１）上に位置している、請求項７記載の燃料噴射弁。
9. 弁座面（６）が第２円錐面（４２）を形成し、かつ燃料噴射弁（１）の中心軸線（３５）に対する第１円錐面（４１）の開先角度（α）が、燃料噴射弁（１）の中心軸線（３５）に対する第２円錐面（４２）の開先角度（β）に実質的に合致している、請求項８記載の燃料噴射弁。