JP2004515688A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁（１）は、弁ニードル（３）と、該弁ニードル（３）に作用結合していて、弁座体（５）に配置されている弁座面（６）と共にシール座を形成するように協働している弁閉鎖体（４）と、そのシール座の下流側には複数の噴射開口（７）とを有している。さらに、少なくとも１つの噴射開口（７）からの燃料の噴射は、少なくとも一時的には遮断可能であり、また各噴射開口（７）から噴射される燃料を遮断することは、各噴射開口（７）の上流側において燃料流通路を制限している面（４３）に配置されているそれぞれ１つの局部的な加熱エレメント（４４）が、燃料を局部的に気化させることにより達成される。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載されている形式の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
複数の噴射開口を有する燃料噴射弁は公知である。これらの燃料噴射弁は、弁ニードルと弁座面とにより形成されているシール座の下流側に、通常は孔として構成されている複数の噴射開口を有しており、弁ニードルが持ち上げられると、燃料はこの噴射開口を通過して噴射される。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許公開第３２２８０７９号明細書により公知の多孔燃料噴射弁では、噴射行程中に開放される噴射開口の数は変化させられる。この場合、弁中空ニードルと、この弁中空ニードル内でガイドされている第２の弁ニードルとを使用することにより、互いに独立的に作動する２つのシール座が形成される。燃料噴射弁の開放は、作用している燃料圧により制御される。最初に弁中空ニードルがそのシール座から持ち上がり、一部の噴射開口を開放する。これらの噴射開口は、燃料噴射弁の円錐形に形成されている下流側端部において、第１の孔円（孔環状列）上に配置されている。前噴射量を噴射した後で、第２の弁ニードルが持ち上がり、第１の孔円よりも小さな直径を有する第２の孔円上に配置されている別の噴射開口を開放する。噴射行程の終了直前まで、燃料圧は一定に保たれていて、両弁ニードルは、それぞれのシール座から持ち上げられている。噴射行程が終了する頃になると燃料圧は低下し、両弁ニードルは、ばね力によって再び当初の位置に戻される。最初に中空ニードルが一部の噴射開口を閉鎖して、燃料圧がさらに低下すると内側の弁ニードルも閉鎖する。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許第３１２００４４号明細書により公知の二段階の噴射特性を有する別の燃料噴射弁では、上述の燃料噴射弁に類似して、燃料圧が開放力として利用される。この燃料噴射弁は、中空ニードルとして下流側で閉じた盲孔を備えて構成されている第１の弁ニードルを有しており、この第１の中空ニードルの内部に第２の弁ニードルがガイドされている。噴射行程の開始期に、中空ニードルが、作用している燃料圧により下流方向に動かされ、燃料により加圧されている環状溝が噴射開口の流入側の上に摺動することによって、中空ニードルが燃料噴射弁を開放する。中空ニードルの下流側端部において、盲孔内にシール座が加工成形されていて、このシール座の下流側に噴射開口が配置されている。中空ニードルが下流方向に移動すると、第２の弁ニードルは、機械的な当接によって移動が妨げられるまで、ばねによってシール座に密に当接して保持される。中空ニードルがさらに下流方向に摺動可能であることによって、第２の弁ニードルはそのシール座から持ち上がり、噴射開口の第２のグループを開放する。閉鎖行程は、燃料圧の低下により、逆の順序で行われる。
【０００５】
前記の両燃料噴射弁には、固定的に調節された１つの開放特性及び閉鎖特性しか有していないという欠点がある。これにより、内燃機関の稼働状態のパラメータに関連した可変性は得られない。機械的または液圧機械的に作動する１つのシステムにおいて、両方の過程を切り離して調節することは不可能であるために、噴射過程の開始時及び終了時における噴射形状に対する干渉は、妥協的なものでしかない。
【０００６】
さらに、純粋な液圧機械的な構造形式は欠点である。この場合、多数の構成部材が必要とされ、これらの部材が協働するためには高精度な加工が要求される。それゆえ製作コスト及び廃棄率は高い。個々の部材を製作するための高いコストに加えて、燃料噴射弁の組み立てが、多くのステップで行われなければならず、これによりコストと組み立て損なう確率とはさらに上昇する。
【０００７】
燃料噴射弁の機能を検査することは、燃料噴射弁が作動している時においてのみチェック可能であるために、困難である。液圧的なテストにかかる費用は相当なものであり、そのことがまた付加的なコストの原因となる。
【０００８】
駆動中における機械的な負担も欠点である。多数の可動部分の摩耗は大きく、加速すべき質量が大きいことは、反応挙動や調整速度に対して不利に作用する。摩耗によって弁構成群全体を交換しなければならなくなると、顧客にはまた高い費用がかかることになる。
【０００９】
発明の利点
請求項１に記載されている特徴を有する本発明による燃料噴射弁は、これに対して、より可変的に使用可能である。個々の噴射開口または噴射開口群の連通及び遮断切換は、電気的な加熱エレメントによって行われる。燃料噴射弁内における燃料圧の連結は不要である。全噴射過程中において、開放される噴射開口の数について干渉することが可能である。これにより、特に噴射の開始時及び終了時において、種々異なる特性を利用することができる。電気的なシステムを使用することによって、内燃機関の稼働状態に応じて最適な噴射ジオメトリを変換する特性マップを制御することが可能となる。
【００１０】
さらに可動部分の減少は有利である。１つの弁ニードルしか必要としないので、同軸的に構成されているシール座の高価な加工は省略される。弁ニードル自体の簡単な構成も同様にコストを減少させる効果がある。
【００１１】
可動部分の省略により、さらに、可動な質量体が著しく減少する。噴射開口の開放及び閉鎖は、電気的に行われる。このことによってシステムの反応時間を著しく短縮でき、また一回の噴射過程中に単数または複数の噴射開口を数回にわたって開閉できるように、高い切換サイクル数が使用され得る。
【００１２】
請求項２以下に記載した手段によって、本願の燃料噴射弁の有利な変化実施例が可能である。
【００１３】
加熱エレメントを作動させるために複数の電気回路を制御することにより、機械的な手段とは異なり、２つより多くの噴射形状を形成することが可能となる。このようなシステムに要する超過支出は、加熱エレメントのコンタクト用の付加的な導線だけである。
【００１４】
品質保証にとっても同様に、電気的なシステムの使用は有利である。燃料噴射弁の切換機能の機能検査は、検査プラグを燃料噴射弁に差し込むことによって、電気的に行うことができる。このような方法は、わずかな検査時間及び高い検査精度によって、実際の応用に適している。
【００１５】
さらに、流入プレートを使用して、この流入プレート上に加熱エレメントを取り付けると有利である。このことにより変化実施例は容易に可能である。この場合、種々異なる電気的な特性を有していて幾何学形状的には同一の流入プレートを使用することは、少ない開発コストに結び付くのみならず、製作を簡単にすることが可能である。
【００１６】
短い切換時間を実現するためには、薄膜法により加熱エレメントを取り付けると有利である。これによってもたらされる、加熱される質量体の減少により、切換時間は改善されて、また可能な切換サイクル数が高められる。
【００１７】
図面
実施例は図中に概略的に示されており、以下の実施例の説明において詳説される。
【００１８】
図１ 本発明による燃料噴射弁の実施例を示す概略的な部分断面図である。
【００１９】
図２ 図１の部分ＩＩを示す概略的な部分断面図である。
【００２０】
図３ 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って断面した概略的な断面図である。
【００２１】
図４ 加熱エレメントが作動されていない状態で図２の部分ＩＶを示す概略的な部分断面図である。
【００２２】
図５ 加熱エレメントが作動されている状態で図２の部分ＩＶを示す概略的な部分断面図である。
【００２３】
実施例の説明
本発明による燃料噴射弁１の実施例について、図２〜図５を用いて詳説する前に、本発明をより理解し易くするために、まず最初に図１を用いて本発明による燃料噴射弁１の全体像を、その主要な構成部分に関連して簡単に説明する。
【００２４】
この燃料噴射弁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１の形式で構成されている。この燃料噴射弁１は、図示されていない内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射するのに特に適している。
【００２５】
燃料噴射弁１はノズル体２を有しており、このノズル体２内には、弁ニードル３が配置されている。弁ニードル３は、弁閉鎖体４と作用結合しており、弁閉鎖体４は、弁座体５上に配置されている弁座面６と共に、シール座を形成するように協働する。この燃料噴射弁１は、本実施例においては、複数の噴射開口７を備えた電磁操作式の燃料噴射弁１である。ノズル体２は、シール部材８により磁石コイル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納されており、また磁石コイル１０の内極１３に当接しているコイル支持体１２に巻き付けられている。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おり、接続構成部分２９に支持されている。磁石コイル１０は、電気的な差込接続部１７を介して供給可能な電流によって、導線１９を介して作動される。差込接続部１７は、内極１３に射出成形され得るプラスチック被覆部１８によって取り囲まれている。
【００２６】
弁ニードル３は、プレート状に構成されている弁ニードルガイド１４内でガイドされている。さらに別のニードルガイド４９が、噴射側に設けられている。弁ニードルガイド１４は、弁ニードルストロークを調節する働きをしている調節プレート１５と一対を成している。調節プレート１５の上流側には、可動子２０が位置している。この可動子２０は、フランジ２１を介して、摩擦接続（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：摩擦による束縛）的に、弁ニードル３に結合しており、弁ニードル３は、溶接継目２２によってフランジ２１に結合されている。フランジ２１上には戻しばね２３が支持されており、この戻しばね２３は、このような構成の燃料噴射弁１では、内極１３内にプレス嵌めされたスリーブ２４によって予負荷をかけられる。
【００２７】
弁ニードルガイド１４及び可動子２０内には、燃料通路３０ａ，３０ｂが延在している。中央の燃料供給部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、シール部材２８によって、図示されていない燃料導管に対してシールされている。
【００２８】
燃料噴射弁１の休止状態において、可動子２０は、戻しばね２３によって、弁ニードル３に設けられたフランジ２１を介して、ストローク方向に抗して負荷されて、弁閉鎖体４は弁座面６に密に当接した状態に保持される。磁石コイル１０を作動すると、磁石コイル１０が磁界を形成して、この磁界が、可動子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。この場合、ストロークは、休止状態において内極１３と可動子２０との間に位置している作業ギャップ２７によって定められている。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、ひいては弁ニードル３を同様にストローク方向に連行する。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から持ち上がり、燃料は弁閉鎖体４を通過して、弁座体５の環流開口３３に流入し、さらに流入プレート３２内に配置されている切欠３４，３５を通って、噴射開口７に達して噴射される。
【００２９】
コイル電流が遮断されると、磁界が十分に解消された後で、可動子２０は、フランジ２１に作用する戻しばね２３の圧力によって、内極１３から離れる。これにより、弁ニードル３がストローク方向とは反対に動く。これにより弁閉鎖体４は弁座面６に戴着され、そして燃料噴射弁１は閉鎖される。
【００３０】
図２は、本発明による燃料噴射弁１の部分図を示している。シール座の下流側において、弁座体５に貫流開口３３が加工成形されており、燃料噴射弁１の開放中に噴射される燃料は、弁座体５を通過して、切欠３４，３５により燃料流通路が形成されている流入プレート３２へと流れ、さらにこの燃料流通路を通って、燃料は噴射開口７に達し得る。流入プレート３２は、弁座体５と噴射孔付プレート３１とに対する位置に、形状結合により位置固定されている。噴射孔付プレート３１は、例えば溶接結合部３６により、弁座体５に結合されている。噴射孔付プレート３１には、複数の噴射開口７が配置されており、これらの噴射開口７のうち、例えば１つの噴射開口７は、燃料噴射弁１の中心軸線３７上に位置決めされており、それ以外の噴射開口７は、燃料噴射弁１の中心軸線３７に対して同心的な２つの孔円上に分配配置されている。
【００３１】
流入プレート３２は、有利には、半導体基板から製作されている平らなプレートとして構成されている。特に、シリコン基板（シリコンウェハ）の使用が考えられる。流入プレート３２の半径方向の延在は、噴射孔付プレート３１の半径方向の延在よりも小さい。流入プレート３２の上流側３８には、切欠３４が加工成形されており、この切欠３４は、円形リングのセグメントとして構成されていて、噴射開口７の孔円に対して同心的に延びている。その際、それぞれ１つの孔円に１つの円形リングが対応配置されており、さらに円形リングの幅及び直径は、半径方向において噴射開口７とあまりオーバーラップしないように寸法設定されている。切欠３４の深さは、流入プレート３２の厚さよりも小さくて、そして流入プレート３２の厚さから、以下に述べる流入プレート３２の下流側３９に設けられた切欠３５の深さを差し引いたものに等しい。
【００３２】
流入プレート３２の下流側３９には、円形リングの形状で構成されている別の切欠３５が加工成形されている。円形リング状の切欠３５の数は、噴射開口７が配置されている孔円の数に等しい。下流側の切欠３５の幅は、上流側の切欠３４の幅よりも大きく、また下流側の切欠３５の直径は、円形リング状の切欠３５から噴射開口７の流入開口部に連通するように寸法設定されている。上流側の切欠３４の円形リングセグメントと下流側の切欠３５の円形リングとが、半径方向においてオーバーラップしていることにより、弁座体５の貫流開口３３と噴射開口７との間に、燃料の貫流可能な接続部が生ぜしめられる。
【００３３】
中央に配置されている噴射開口７の上流側において、流入プレート３２内に貫流開口４０が位置している。孔円上に位置していて連通及び遮断切換可能であるべきではない噴射開口７を有する燃料噴射弁１を構成するためには、流入プレート３２に、切換不能な噴射開口７の上流側に、単なる貫流開口を設けることもできる。
【００３４】
噴射孔付プレート３１は、中心の切欠４１を有しており、この切欠４１内に、流入プレート３２を挿入することができ、また切欠４１の深さは流入プレート３２の厚さに等しい。また同様に、形状結合的に固定するために、弁座体５の側に設けた切欠内に、流入プレート３２を配置することも可能である。噴射孔付プレート３１の噴射開口７は、燃料噴射弁１の中心軸線３７に対して傾きを有していてよく、さらに有利には各孔円上に配置された全ての噴射開口７は、それぞれ同じ傾きを有している。噴射開口７の中心軸線４２により形成されるホローコーン（Ｋｅｇｅｌｍａｎｔｅｌ）の開放角は、最も大きな孔円において最大であるので、噴射される燃料４８が、互いにその拡がりを妨害することはない。
【００３５】
噴射開口７の中心軸線４２を上流側に延長した方向において、流入プレート３２内に設けられた切欠３４，３５の幅と半径方向の延在が異なっていることにより、面４３が形成されており、この面４３は、例えば、各噴射開口７の中心軸線４２に対してほぼ垂直に方向付けられている。噴射孔付プレート３１は、流入プレート３２の、下流側の切欠３５を覆っており、その結果、流入プレート３２を貫流する燃料は、急激に変向させられる。
【００３６】
図３は、流入プレート３２の平面図であり、局部的な加熱エレメント４４の配置を示している。これらの局部的な加熱エレメント４４は、切換可能な各噴射開口７の上流側において、面４３上に取り付けられており、下流側に向かって方向づけられている。図示の実施例において、１つの孔円上に配置されている噴射開口７にそれぞれ属している全ての局部的な加熱エレメント４４は、それぞれ１つの電気回路に統合されている。電気導線４５ａ，４５ｂは、有利には、流入プレート３２の上流側３８において、切欠３４の間の領域を半径方向に外側に向かって延在している。燃料噴射弁１内をさらに延在している図示されていない電気導線４５ａ，４５ｂのコンタクトは、例えば電気的な差込接点１７において行われ得る。局部的な加熱エレメント４４をグループごとにまとめることにより、流入プレート３２上の電気導線４５ａ，４５ｂは、交差点のない敷設が可能となる。局部的な加熱エレメント４４は、有利には薄膜法を使って、流入プレート３２に取り付けられる。
【００３７】
図４及び図５は、本発明による燃料噴射弁１の作動形式を理解し易くするために、図２の部分ＩＶを拡大して図示している。局部的な加熱エレメント４４が作動されていない場合、燃料噴射弁１の開放中において、流入プレート３２の、上流側の切欠３４内に流入する燃料は、変更され、そして局部的な加熱エレメント４４に沿って噴射開口７へと流れて噴射される。
【００３８】
噴射開口７を遮断すべき場合には、局部的な加熱エレメント４４は、電流を介して作動される。図５に示されているように、この加熱エレメント４４は、その下流側の表面４６において、燃料が局部的に気化するまで加熱される。多くの燃料量が気化されるにつれ、燃料蒸発気泡４７は膨張する。この拡張は、局部的な加熱エレメント４４を基点として、ほぼ球状に行われる。燃料蒸発気泡４７が十分に大きくなると、噴射孔付プレート３１の噴射開口７への燃料の流入を遮断する。
【００３９】
同時に、場合によってはまだ噴射開口７内に残っている残留燃料が、膨張する燃料蒸発気泡４７により、噴射開口７から押し出される。残留燃料を噴射開口７から押し出した後には、燃料がさらに噴射開口７から流出することはない。
【００４０】
燃料噴射弁１の噴射形状は、個々の噴射開口７から噴射される燃料噴射４８の集合体として生じる。個々の噴射開口７または噴射開口７のグループを遮断することにより、全体の噴射形状を変化させることが可能である。その際、個々の噴射特性は、他の噴射開口７の接続または遮断切換による影響を受けない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁の実施例を示す概略的な部分断面図である。
【図２】
図１の部分ＩＩを示す概略的な部分断面図である。
【図３】
図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って断面した概略的な断面図である。
【図４】
加熱エレメントが作動されていない状態で図２の部分ＩＶを示す概略的な部分断面図である。
【図５】
加熱エレメントが作動されている状態で図２の部分ＩＶを示す概略的な部分断面図である。

Claims (8)

1. 内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁であって、弁ニードル（３）と、該弁ニードル（３）に作用結合していて、弁座体（５）に配置されている弁座面（６）と共にシール座を形成するように協働している弁閉鎖体（４）と、そのシール座の下流側には複数の噴射開口（７）とを有しており、少なくとも１つの噴射開口（７）からの燃料の噴射が、少なくとも一時的には遮断可能である形式のものにおいて、
   燃料を局部的に気化させることで各噴射開口（７）からの燃料噴射を遮断するために、各噴射開口（７）の上流側で、燃料流通路を制限している面（４３）に、それぞれ１つの局部的な加熱エレメント（４４）が配置されていることを特徴とする、内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁。
2. 複数の局部的な加熱エレメント（４４）が、１つのグループにまとめられていて、１つの共通の電流回路を介して作動され得る、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 複数の局部的な加熱エレメント（４４）が、複数のグループにまとめられていて、それぞれ１つの電流回路を介して互いに別個に作動され得る、請求項１記載の燃料噴射弁。
4. 局部的な加熱エレメント（４４）が、噴射開口（７）を有する噴射孔付プレート（３１）の上流側に設けられた流入プレート（３２）に取り付けられている、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. 流入プレート（３２）が、形状結合によって、燃料噴射弁（１）内に固定されている、請求項４記載の燃料噴射弁。
6. 流入プレート（３２）が、半導体材料から製作されている、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. 流入プレート（３２）が、シリコン基板である、請求項６記載の燃料噴射弁。
8. 局部的な加熱エレメント（４４）が、薄膜法によって、流入プレート（３２）に取り付けられている、請求項６または７記載の燃料噴射弁。