JP2004516408A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

特に内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁（１）は、アクチュエータ（２７）と、該アクチュエータ（２７）によって操作可能な、弁座面（６）と共にシール座を形成する弁閉鎖体（４）を操作するための弁ニードル（３）と、渦流発生装置（１５）とを有しており、該渦流発生装置（１５）は、少なくとも１つの渦流発生通路（１８）を有しており、該渦流発生通路（１８）は、燃料によって当該燃料噴射弁（１）の長手方向軸線（２６）に対して接線方向成分を伴って通流されるようになっている。弁ニードル（３）に作用結合された迂回板（１７）の軸方向の位置が、少なくとも１つの迂回通路（１９）の横断面を規定しており、該横断面が、少なくとも１つの渦流発生通路（１８）を接線方向成分なしに迂回するようになっている。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、独立請求項の上位概念部に記載した形式の燃料噴射弁から出発する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７３６６８２号明細書に基づき、混合気圧縮型の火花点火式の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が公知である。この公知の燃料噴射弁はその下流側の端部に案内・座領域を有している。この案内・座領域は板状の３つのエレメントから形成される。この場合、渦流発生エレメントが案内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。案内エレメントは、この案内エレメントを貫通する、軸方向に運動可能な弁ニードルを案内するために働くのに対して、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。渦流発生エレメントは内側の開口領域に複数の渦流発生通路を有している。これらの渦流発生通路は渦流発生エレメントの外側の周面に接続されていない。開口領域は全て完全に渦流発生エレメントの軸方向の厚さにわたって延びている。
【０００３】
上述した刊行物に基づき公知の燃料噴射弁における欠点は、特に不変に調整された渦流角度にある。この渦流角度は、内燃機関の種々異なる運転状態、たとえば部分負荷運転および全負荷運転に適合することができない。これによって、噴射された混合気クラウドのコーン開き角度αも種々異なる運転状態に適合することができない。このことは、燃焼時の不均質性、高められた燃料消費率ならびに高められた排ガスエミッションを生ぜしめる。
【０００４】
発明の利点
独立請求項の特徴部に記載の特徴を備えた本発明による燃料噴射弁は従来のものに比べて、渦流が燃料噴射弁の運転状態に関連して調整可能であるという利点を有している。これによって、燃料噴射弁の運転状態に適合された噴流パターンを発生させることができる。これによって、混合気形成ならびに燃焼法を最適化することができる。
【０００５】
渦流を発生させる構成要素の単純な構造が特に有利である。この構成要素は従来の渦流調整手段に比べて、弁ニードルに結合可能である簡単に製作可能な迂回板の分だけしか拡大されない。
【０００６】
従属請求項に記載した手段によって、独立請求項に記載した燃料噴射弁の有利な構成および改良形が可能となる。
【０００７】
本発明による手段を、多段階の行程を備えた燃料噴射弁と組み合わせることができ、種々異なる行程位置に種々様々に強い渦流を対応させることができると特に有利である。
【０００８】
他方では、本発明による手段の使用事例が、連続的な行程を備えた燃料噴射弁にも有利に使用可能である。なぜならば、渦流発生通路の適切な幾何学的形状によって、同じく簡単に混合気クラウドの所望のモデリングを行うことができるからである。
【０００９】
渦流発生通路を通流した燃料成分と、迂回通路からの燃料成分とを混合することができる渦流発生室の構成も有利である。したがって、混合気クラウドは、目下の運転状態に関する要求の影響を受ける。
【００１０】
この場合、特に連行器の形成と、弁ニードルからの迂回板の分離とが有利である。なぜならば、迂回板の持上りによって燃料噴射弁の開放動作には影響が与えられず、連行器が迂回板に当接するまで、弁ニードルが、妨害されない部分行程を実施するからである。
【００１１】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１２】
図１に示した、本発明により形成された燃料噴射弁１の第１実施例は、特に火花点火式の混合気圧縮型の内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するために役立つ。
【００１３】
燃料噴射弁１は、コイルハウジング９内に封入された、アクチュエータ２７としての電磁コイル８と、管状の内側磁極１１と、ノズルボディ２に溶接されたスリーブ状の外側磁極１４とを有している。可動鉄心もしくはプランジャ１２は弁ニードル３に作用結合されている。この弁ニードル３は噴射方向で弁閉鎖体４にまで形成されている。この弁閉鎖体４は、弁座体５に形成された弁座面６と共にシール座を形成している。本実施例の燃料噴射弁１は、内方に開放する燃料噴射弁１である。弁座体５には少なくとも１つの噴射開口７が形成されている。
【００１４】
シール座の流入側には渦流発生装置１５が設けられている。この渦流発生装置１５は、案内板１６と、迂回板１７と、渦流発生通路１８とを有している。渦流発生装置１５を図２Ａおよび２Ｂにつき詳しく説明する。
【００１５】
燃料噴射弁１の休止状態では、プランジャ１２が戻しばね１０によって持上り方向とは逆方向で負荷される。この場合、弁閉鎖体４は弁座面６に密に当て付けられた状態で保持される。電磁コイル８の励磁時には、この電磁コイル８が磁界を形成する。この磁界はプランジャ１２を戻しばね１０のばね力に抗して持上り方向に運動させる。プランジャ１２は弁ニードル３を同じく持上り方向に連行する。本実施例で弁ニードル３に一体に形成された弁閉鎖体４が弁座面６から持ち上がる。これによって、溶接シーム２１により、動力が伝達されるように弁ニードル３に結合された迂回板１７も持上り方向に運動させられ、これによって、迂回通路１９（バイパス）が開放される。燃料は、案内板１６に設けられた通流開口２０と、迂回通路１９と、渦流発生通路１８とを通ってシール座を通過して少なくとも１つの噴射開口７に案内される。動作の詳細図は図２Ａおよび図２Ｂから知ることができる。
【００１６】
コイル電流が遮断されると、磁界の十分な減少の後、プランジャ１２が戻しばね１０の力によって内側磁極１１から降下する。これによって、プランジャ１２に作用結合された弁ニードル３が持上り方向とは逆方向で運動させられ、迂回板１７が迂回通路１９を閉鎖し、閉鎖体４が弁座面６に載置し、燃料噴射弁１が閉鎖される。
【００１７】
図２Ａには、図１に示した、本発明により形成された燃料噴射弁１の領域ＩＩの閉鎖状態が、抜粋した概略的な軸方向の断面図で示してある。拡大図には、本発明に関して主要となる構成要素しか示していない。残りの構成要素の構造は公知の燃料噴射弁１と同じであってよい。すでに説明したエレメントは、全ての図面において合致する符号を備えているので、繰り返しの説明は省略することにする。
【００１８】
混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関は、部分負荷運転では、燃焼室内に噴射される混合気クラウドの形状、化学量論および貫徹能力に全負荷運転とは異なる要求を課している。部分負荷運転では、混合気クラウドが、比較的小さな開き角度αと、大きな貫徹能力と、小さな開き角度αによって制限された、よりリッチな混合気を備えた狭幅の核領域と、極めてリーンな周囲とを有しているのに対して、全負荷運転では、大きな開き角度αひいては点火可能な混合気によるシリンダのほぼ均質な充填とが必要となる。
【００１９】
混合気クラウドのパラメータのモデリングは、前述した本発明による手段によって、渦流に影響を与えることにより可能となり得る。つまり、燃料が、僅かな渦流を付与されて噴射開口７から流出する場合には、混合気クラウドが小さな開き角度αで噴射されるのに対して、強い渦流は大きな噴流拡張ひいては大きな開き角度αを備えた混合気クラウドを発生させる。本発明は、特に多段階の行程または圧電式のアクチュエータ２７を備えた燃料噴射弁１と相俟って使用可能である。
【００２０】
この場合、図１に示した、迂回通路１９を備えた渦流発生装置１５は、渦流発生装置１５を通る燃料通流を燃料噴射弁１の弁ニードル３の行程に関連して生ぜしめることを提案している。燃料噴射弁１の閉鎖状態では、図２Ａで明らかなように、迂回通路１９が閉鎖されており、燃料は渦流発生通路１８を通ってしか流れることができない。
【００２１】
図２Ｂには、図２Ａと同じ図で本発明による燃料噴射弁１が開放状態で示してある。
【００２２】
図示の実施例で電磁コイル８として形成されたアクチュエータ２７が操作されると、弁ニードル３が持上り方向で燃料の流れ方向とは逆方向に持ち上げられる。これによって、弁ニードル３に溶接シーム２１を介して結合された迂回板１７も同じく持上り方向に運動させられる。これによって、迂回通路１９が開放される。この場合、通流する燃料の量は、弁ニードル３の軸方向の位置もしくは渦流発生通路１８の流入側の面２２からの迂回板１７の間隔に関連している。この場合、燃料は、案内板１６に設けられた通流開口２０を介して迂回通路１９に流れる。
【００２３】
渦流発生通路１８内の流れは、燃料噴射弁１の長手方向軸線２６に対して接線方向の成分を有しているのに対して、迂回通路１９内の流れに対しては、接線方向の成分は付与されておらず、半径方向の成分しか付与されていない。
【００２４】
迂回通路１９を通流した燃料成分は渦流発生室２３内で燃料の、渦流発生通路１８を通流した成分と再びまとめられるので、渦流付与された成分と、渦流付与されていない成分とを有する混合気クラウドが形成される。これによって、渦流を発生させる構成要素の幾何学的形状が適切な場合に、燃料噴射弁１の運転状態に合わせられた特性を有する混合気クラウドを発生させることができる。
【００２５】
図３Ａおよび図３Ｂには、本発明による燃料噴射弁１の第２実施例が図２Ａおよび図２Ｂと同じ図で示してある。
【００２６】
図２Ａおよび図２Ｂに示した第１実施例とは異なり、図示の第２実施例では、迂回板１７が弁ニードル３に溶接シーム２１またはプレス嵌めによって結合されておらず、弁ニードル３に軸方向で運動可能に差し被せられている。。
【００２７】
弁ニードル３は連行器２４を有している。この連行器２４は溶接シーム２５を介してまたはプレス嵌め等によって弁ニードル３に形状接続的（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）に結合されている。この構成は、特に２段階の行程を備えた燃料噴射弁１によって有利に使用可能となる。
【００２８】
燃料噴射弁１が閉鎖されている場合には、図２Ａに示した本発明による燃料噴射弁１の第１実施例と同じ条件が得られる。迂回通路１９は閉鎖されており、燃料は、図３Ａで明らかなように、渦流発生通路１８しか通流しない。
【００２９】
燃料噴射弁１が第１の行程位置に切り換えられると、弁ニードル３が部分行程を実施する。この部分行程は、たとえば連行器２４を介した迂回板１７の僅かな持上りしか生ぜしめないかまたは迂回板１７の持上りなしにさえ生ぜしめられる。したがって、シール座の後方の燃料は接線方向の大きな渦流成分を有している。
【００３０】
燃料噴射弁１が、より大きな行程に相当する第２の行程位置に切り換えられると、多くの燃料が、開放された別の迂回通路１９を通流する。なぜならば、連行器２４が迂回板１７を引き続き持ち上げるからである。これによって、渦流付与されていない燃料に対する渦流付与された燃料の量比率が変化する。結果的に、噴射された混合気クラウドの開き角度αが減少するのに対して、貫徹が生ぜしめられる。
【００３１】
本発明は、図示の実施例に限定されておらず、特に多段階の行程を備えた燃料噴射弁１、圧電式のまたは磁気ひずみ式のアクチュエータ２７を備えた燃料噴射弁１および燃料噴射弁１の任意の構成で実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁の第１実施例の軸方向の部分断面図である。
【図２Ａ】
図１に示した領域ＩＩにおける拡大部分図であり、この場合、燃料噴射弁が閉鎖状態で示してある。
【図２Ｂ】
図１に示した領域ＩＩにおける拡大部分図であり、この場合、燃料噴射弁が開放状態で示してある。
【図３Ａ】
本発明による燃料噴射弁の第２実施例を図２Ａと同じ図で示す図であり、この場合、燃料噴射弁が閉鎖状態で示してある。
【図３Ｂ】
本発明による燃料噴射弁の第２実施例を図２Ｂと同じ図で示す図であり、この場合、燃料噴射弁が開放状態で示してある。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁、 ２ ノズルボディ、 ３ 弁ニードル、 ４ 弁閉鎖体、 ５ 弁座体、 ６ 弁座面、 ７ 噴射開口、 ８ 電磁コイル、 ９ コイルハウジング、 １０ 戻しばね、 １１ 内側磁極、 １２ プランジャ、 １４ 外側磁極、 １５ 渦流発生装置、 １６ 案内板、 １７ 迂回板、 １８ 渦流発生通路、 １９ 迂回通路、 ２０ 通流開口、 ２１ 溶接シーム、 ２２ 面、 ２３ 渦流発生室、 ２４ 連行器、 ２５ 溶接シーム、 ２６ 長手方向軸線、 ２７ アクチュエータ、 α 開き角度

Claims (9)

1. 内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁（１）であって、アクチュエータ（２７）と、該アクチュエータ（２７）によって操作可能な、弁座面（６）と共にシール座を形成する弁閉鎖体（４）を操作するための弁ニードル（３）と、渦流発生装置（１５）とが設けられており、該渦流発生装置（１５）が、少なくとも１つの渦流発生通路（１８）を有しており、該渦流発生通路（１８）が、当該燃料噴射弁（１）の長手方向軸線（２６）に対して接線方向成分を備えた燃料によって通流されるようになっている形式のものにおいて、
   弁ニードル（３）に作用結合された迂回板（１７）の軸方向の位置が、少なくとも１つの迂回通路（１９）の横断面を規定しており、該横断面が、少なくとも１つの渦流発生通路（１８）を接線方向成分なしに迂回するようになっていることを特徴とする、燃料噴射弁。
2. 迂回板（１７）が、当該燃料噴射弁（１）の閉鎖位置で少なくとも１つの渦流発生通路（１８）の流入側の面（２２）に接触している、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 当該燃料噴射弁（１）の開放位置で迂回通路（１９）が、迂回板（１７）と少なくとも１つの渦流発生通路（１８）との間に形成されている、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 弁ニードル（３）が、案内板（１６）を貫通しており、該案内板（１６）に少なくとも１つの通流開口（２０）が形成されている、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. 環状の渦流発生室（２３）が、弁ニードル（３）と、迂回板（１７）と、弁座体（５）との間に形成されている、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. 少なくとも１つの渦流発生通路（１８）が、渦流発生室（２３）に開口している、請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 迂回通路（１９）が、渦流発生室（２３）に開口するようになっている、請求項５または６記載の燃料噴射弁。
8. 迂回板（１７）が、軸方向で移動可能に弁ニードル（３）に配置されている、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. 連行器（２４）が、動力を伝達するように弁ニードル（３）に結合されており、連行器（２４）が、部分行程の実施後に迂回板（１７）に当接するようになっていて、これによって、迂回板（１７）を持上り方向に持ち上げるようになっている、請求項８記載の燃料噴射弁。