JP2004516410A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

特に内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁（１）は、アクチュエータ（２７）と、該アクチュエータ（２７）によって操作可能であって、弁座面（６）と共にシール座を形成している弁閉鎖体（４）を操作するための弁ニードル（３）と、少なくとも１つの渦流通路（３５）を備えた渦流装置（３４）とを有しており、前記渦流通路（３５）を、燃料噴射弁（１）の長手方向軸線（３８）に関する接線方向成分を有する燃料が貫流するようになっている。押圧部材（３６）の軸方向位置は、少なくとも１つの迂回通路（３７）の横断面を決定し、該迂回通路（３７）が、少なくとも１つの渦流通路（３５）を、接線方向成分なしに迂回している。

Description

【０００１】
従来技術
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】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９７３６６８２号明細書により公知の、混合気圧縮火花点火式内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁は、燃料噴射弁の下流側の端部に、３つのディスク状の部材により形成されているガイド領域及び座領域を有している。その際渦流部材は、ガイド部材と弁座部材との間に埋設されている。ガイド部材が、その中を貫通していて軸方向に可動な弁ニードルを、ガイドする働きをしている一方で、弁ニードルの弁閉鎖区分は弁座部材の弁座面と協働している。渦流部材は、複数の渦流通路を備えた内部の開口領域を有しており、これらの渦流通路は、渦流部材の外周には連通していない。全開口領域は、渦流部材の軸方向厚さを完全に貫通している。
【０００３】
上記明細書により公知の燃料噴射弁において、特に固定的に調節された渦流角度は欠点であり、この渦流角度が、内燃機関の部分負荷運転及び全負荷運転のような種々異なる運転状態に適合することは不可能である。これにより、噴射された混合気噴霧（Ｇｅｍｉｓｃｈｗｏｌｋｅ）のコーン開放角（Ｋｅｇｅｌｏｅｆｆｎｕｎｇｓｗｉｎｋｅｌ）αもまた、異なる運転状態に適合することは不可能であり、このことは燃焼時の不均質性、燃費の悪化ならびに排気ガスの増加に至る。
【０００４】
発明の利点
請求項１に記載された特徴を有する本発明による燃料噴射弁は、上記の欠点に対して、渦流が内燃機関の運転状態に応じて調節可能であるという利点を有しており、これにより内燃機関の運転状態に適した噴射形状を生ぜしめることが可能である。これにより混合気組成ならびに燃焼手段を最適化し得る。
【０００５】
従来の渦流化処理に対して、弁ニードルに被せ嵌め可能であって簡単に製作可能な押圧部材のみが追加される、渦流を生ぜしめる構成部分の簡単な構造は、特に有利である。その際、押圧部材の操作は、適当な制御ユニットによって、例えば圧電式や電磁式または液圧式に実施され得る。
【０００６】
旧来の渦流化処理の渦流ディスクを変更せずに引き続き利用できることも有利である。
【０００７】
請求項２以下に記載されている手段により、請求項１に記載した燃料噴射弁の有利な変化実施例および改良が可能である。
【０００８】
さらに、渦流ディスクの弾性的な変形ひいては渦流の調節を可能にする、弁座体の漏斗状に凹欠した形状は、簡単に製作可能である。
【０００９】
有利には、押圧部材の流出側の端部が半径方向の傾斜部を有していて、その傾斜部の傾きは、漏斗状の弁座体の傾きに一致しており、これにより渦流ディスクは均一に変形されて不均等が避けられる。
【００１０】
その他に、押圧部材を、弁ニードルのストロークとは無関係に、その時々の燃料噴射弁の運転状態に適応した位置に切り換え得ることは有利である。
【００１１】
図面
以下に、本発明の実施例が簡単に示されている図面を参照しながら、本発明の実施例について詳説する。
【００１２】
図１ 本発明による燃料噴射弁の第１の実施例を示す、軸方向の断面図である。
【００１３】
図２ 本発明による燃料噴射弁の、図１の領域ＩＩを示す拡大図である。
【００１４】
図３Ａ−図３Ｂ 燃料噴射弁の異なる運転状態に応じて燃焼室内に噴射された混合気噴霧の噴射角αを示す概略図である。
【００１５】
図４ 本発明による燃料噴射弁の渦流ディスクの実施例を示す概略図である。
【００１６】
図５Ａ−図５Ｂ 図２の領域Ｖにおける、本発明による燃料噴射弁の作動形式を示す概略図である。
【００１７】
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。
【００１８】
この燃料噴射弁１は、混合気圧縮火花点火式内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁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。
【００１９】
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、少なくとも１つの噴射開口７を備えていて内側に向かって開放する燃料噴射弁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。
【００２０】
弁ニードル３は、ディスク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。対を成している調節ディスク１５は、ストローク調節の働きをしている。調節ディスク１５のもう一方の側には、可動子２０が位置している。この可動子２０は、第１のフランジ２１を介して、摩擦接続（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によって第１のフランジ２１に結合されている。第１のフランジ２１上には戻しばね２３が支持されており、この戻しばね２３には、このような構成の燃料噴射弁１では、スリーブ２４によって予圧がかけられる。
【００２１】
弁ニードル３に溶接継目３３を介して結合されている第２のフランジ３１は、下側の可動子ストッパとして機能している。この第２のフランジ３１上に位置している弾性的な中間リング３２は、燃料噴射弁１の閉鎖時における衝突を防止する。シール座の流入側には、少なくとも１つの渦流通路３５を有している渦流ディスク３４が配置されている。渦流ディスク３４は、本実施例においてはスリーブ状の押圧部材３６と共に、燃料噴射弁１の運転状態に応じた、燃料噴射の渦流化処理を行う。押圧部材３６は、本実施例において、中空円筒状に形成されており、かつ弁ニードル３に被せ嵌められている。図示されていない制御装置ならびに同様に図示されていない例えば電磁式や液圧式または圧電式に押圧スリーブ３６に作用する操作装置を介して、渦流ディスク３４は燃料噴射弁１の運転中に弾性的に変形され得るので、迂回通路３７（バイパス）は閉鎖され、ひいては渦流ディスク３４を貫流している燃料に渦流が付加され得る。
【００２２】
これにより、燃料噴射弁１を環流している燃料は、部分負荷運転時においては、あまり渦流を付加されないことから、内燃機関の図示されていない燃焼室内に噴射される混合気噴霧の噴射開放角αは小さく保たれる一方で、全負荷運転時においては大きな渦流によって、また大きな噴射開放角αが得られる。それらに応じて混合気がリッチ又はリーンに保たれることによって、最適な燃焼が実現され得る。渦流ディスク３４及び押圧部材は、図２及び図４に詳しく示されており、また構成部分の作動形式は、図５Ａ及び図５Ｂに示されている。
【００２３】
弁ニードルガイド１４と可動子２０とガイドディスク４２内には、燃料通路３０ａ〜３０ｃが延在している。燃料は、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。
【００２４】
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によってストローク方向に抗して、弁閉鎖体４を弁座６に密に当接した状態に保持するように負荷される。磁石コイル１０を励磁すると、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、そして燃料が噴射される。その際、押圧部材３６は、弁ニードル３のストロークとは無関係に制御され、かつ各運転状態に応じた軸方向位置に摺動され得る。
【００２５】
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と作用結合しているフランジ２１がストローク方向とは反対に動く。これにより弁ニードル３が同一方向に移動するために、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。
【００２６】
図２は、本発明に従って構成されている燃料噴射弁１の、図１の領域ＩＩを抜粋して示す概略的な軸方向断面図である。上述した部材については、全図面中で、同一の符号が付与されている。
【００２７】
上述した渦流の調節を実現するために、本発明に従って構成されている燃料噴射弁１は、押圧部材３６の他に、漏斗状の凹部４３を、弁座体５の上流側の端面３９に有している。その際、この凹部４３は、半径方向外側から半径方向内側に向かって延在しており、それゆえ弁座面６は凹部４３を噴射開口７に対して閉鎖している。
【００２８】
押圧部材３６は、下流側の端部４０に、傾斜部４４を有しており、その傾きは漏斗状の凹部４３の傾きに相当している。
【００２９】
燃料噴射弁１の開放状態において、燃料が、ガイドディスク４２内に形成されている燃料通路３０ｃを通って流れる時、燃料は、押圧部材３６の位置に応じて、強い渦流または弱い渦流を獲得する。
【００３０】
図２において、押圧部材３６は、渦流ディスク３４上に作用を及ぼさない切換位置に、つまり渦流ディスク３４が弾性的に変形していない切換位置にある。これにより迂回通路３７は開放されて、この迂回通路３７によって、燃料が渦流を受容することなく、渦流ディスク３４を半径方向外側から半径方向内側に向かって貫流し得るようになる。このことは、弁座体５の流入側の端面３９に設けられている漏斗状の凹部４３によって可能となる。というのも、これによって渦流ディスク３４と弁座体５との間にギャップ４５が生じるからである。それゆえ燃料流の接線方向成分は非常に小さく、これにより燃焼室に噴射される混合気噴霧の噴射広がりは狭小であり、噴射開放角αは小さいままであり、かつ混合気噴霧は高い貫徹力を有している。
【００３１】
図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ、燃料噴射弁１の２つの異なる運転状態、つまり部分負荷領域及び全負荷領域に応じた、燃焼室に噴射される混合気噴霧への要求について説明するために、理想的に形成された混合気噴霧を示している。
【００３２】
混合気圧縮火花点火式内燃機関は、部分負荷運転において、燃焼室内に噴射される混合気噴霧の形状と理論空燃比と貫徹力とに対して、全負荷運転時とは異なる要求をする。部分負荷運転時において混合気噴霧は、図３Ａに示すように、比較的小さな開放角αと、高い貫徹力と、この小さな開放角αによって生ぜしめられたリッチな混合気を有する細い中心領域と、非常にリーンな外側領域とを有しているべきである一方で、全負荷運転時においては、図３Ｂに示されている大きな開放角αと、ひいては着火能力のある混合気によってシリンダがほぼ均質に満たされることとが必要である。
【００３３】
混合気噴霧のパラメータのモデリングは、前述の本発明による手段により、渦流に影響を及ぼすことによって可能にされ得る。すなわち燃料がわずかな渦流でもって噴射開口７から流出すると、混合気噴霧は小さな開放角αで噴射される。その一方で強い渦流は、大きな噴射広がりと、それゆえに大きな開放角αを有する混合気噴霧とを生ぜしめる。その際、渦流の強さは、押圧部材３６の軸方向位置によって調節可能である。
【００３４】
図４は、本発明による燃料噴射弁１の渦流ディスク３４の実施例を示す概略図である。
【００３５】
図４に示された渦流ディスク３４の形状は、６つの渦流通路３５が星状に等間隔に配置されている形になっている。これらの渦流通路３５は、半径方向外側の端部４６に拡張部４７を有している。弁ニードル３が渦流ディスク３４に差し込まれていることによって、弁ニードル３と渦流ディスク３４との間に渦流室４８が生じており、この渦流室４８に渦流通路３５が開口している。
【００３６】
その際拡張部４７は、以下のように構成及び配置されている。すなわち、燃料通路３０ｃを通って流れる燃料は、渦流を受容することなく、弁座体５と渦流ディスク３４との間のギャップ４５に流入して、それゆえ渦流通路３５の代わりに迂回通路３７を使用する。これにより燃料が接線方向成分なしに噴射されることから、噴射は、要求されている高い貫徹力を有している。
【００３７】
図５Ａ及び図５Ｂは、渦流化処理のための押圧部材３６の作動形式を概略的に示す、図２の領域Ｖを抜粋した断面図である。
【００３８】
その際図５Ａは、すでに図２において説明した、押圧部材３６の位置を示しており、この位置では渦流ディスク３４は作用を受けないし、それゆえに燃料に渦流は生じない。特に、押圧部材３６の下流側の端部４０に設けられた楔形の傾斜部４４の傾きと、弁座体５の流入側の端面３９に設けられた漏斗状の凹部４３とが合致していることが、図５Ａから見て取れる。
【００３９】
燃料噴射弁１が、アクチュエータ１０の操作及び弁ニードル３を弁座面６から持ち上げることによって開放されると、燃料は燃料通路３０ｃを通って渦流ディスク３４に流れる。押圧部材３６の非操作時において、渦流ディスク３４は、ギャップ４５によって弁座体５から引き離されており、これにより燃料は、渦流ディスク３４内に形成されている渦流通路３５を迂回して、渦流通路３５の半径方向外側の拡張部４７を介して、さらにギャップ４５もしくはそのように形成された迂回通路３７を通って、渦を巻くことなくシール座に流れ得る。燃料流は図５Ａに矢印で示してある。
【００４０】
図５Ｂも同様に、開放状態にある本発明による燃料噴射弁１を示している。押圧部材３６は、図５Ａに比べて下流方向に移動していて、渦流ディスク３４を押圧している。傾斜部４４の傾きと凹部４３の傾きとが合致していることにより、渦流ディスク３４は、押圧部材３６によって均一に弾性変形させられて、弁座体５に圧接する。これにより、迂回通路３７もしくはギャップ４５は閉鎖され、燃料は渦流通路３５を通って流れる。これにより燃料流が接線方向の成分を獲得することによって、シール座を通過した後で、この渦巻いた燃料は噴射開口７から噴射される。このことは、図５Ｂに同様に矢印で示されている。
【００４１】
本発明は、図示の実施例に限定されたものではなく、そして特に圧電式または磁気ひずみ式のアクチュエータ２７を有する燃料噴射弁１及び燃料噴射弁１の任意の構造変化実施例に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁の第１の実施例を示す、軸方向の断面図である。
【図２】
本発明による燃料噴射弁の、図１の領域ＩＩを示す拡大図である。
【図３】
燃料噴射弁の異なる運転状態に応じて燃焼室内に噴射された混合気噴霧の噴射角αを示す概略図である。
【図４】
本発明による燃料噴射弁の渦流ディスクの実施例を示す概略図である。
【図５】
図２の領域Ｖにおける、本発明による燃料噴射弁の作動形式を示す概略図である。

Claims (11)

1. 内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁（１）であって、アクチュエータ（１０）と、該アクチュエータ（１０）によって操作可能であって、弁座面（６）と共にシール座を形成している弁閉鎖体（４）を操作するための弁ニードル（３）と、少なくとも１つの渦流通路（３５）を備えた渦流ディスク（３４）とを有しており、前記渦流通路（３５）を、燃料噴射弁（１）の長手方向軸線（３８）に関する接線方向成分を有する燃料が貫流するようになっている形式のものにおいて、
   渦流ディスク（３４）が、押圧部材（３６）の作用によって、軸方向に弾性変形可能であ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. 押圧部材（３６）の軸方向位置が、迂回通路（３７）の横断面を決定し、該迂回通路（３７）が、少なくとも１つの渦流通路（３５）を、接線方向成分なしに迂回している、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 押圧部材（３６）が、中空円筒状に形成されていて、弁ニードル（３）に被せ嵌め可能である、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
4. 弁座体（５）の流入側の端面（３９）が、漏斗状の凹部（４３）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. シール座が、弁座体（５）の端面（３９）の漏斗状の凹部（４３）の最深点を形成している、請求項４記載の燃料噴射弁。
6. 押圧部材（３６）が、噴射側の端部（４０）に、楔形の傾斜部（４４）を有している、請求項４又は５記載の燃料噴射弁。
7. 押圧部材（３６）の流出側の端部（４０）の楔形の傾斜部（４４）が、弁座体（５）の流入側の端面（３９）の漏斗状の凹部（４３）と同じ傾きを有している、請求項６記載の燃料噴射弁。
8. 渦流ディスク（３４）が、押圧部材（３６）の楔形の傾斜部（４４）と弁座体（５）の端面（３９）の漏斗状の凹部（４３）との間に配置されており、押圧部材（３６）の作用時に漏斗状に変形させられる、請求項７記載の燃料噴射弁。
9. 渦流ディスク（３４）が、半径方向外側の縁部（４１）で、弁座体（５）とガイドディスク（４２）との間に緊締されている、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. 燃料噴射弁（１）を貫流している燃料の渦流が、押圧部材（３６）の、軸方向下流への摺動によって強められ、そして押圧部材（３６）の、軸方向上流への摺動によって弱められる、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
11. 押圧部材（３６）が、弁ニードル（３）のストロークとは無関係に、その軸方向位置に調節可能である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。