JP2004519604A - 半径方向の切欠きを備えた弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、弁ボディ（３）に設けられた孔（５）内で軸方向に移動可能な弁ニードル（２）を備えた弁に関する。弁ニードル（２）の一方の端部は円錐状の弁ニードル先端部（４）を有しており、該弁ニードル先端部（４）は半径方向の弁シール面（９）を有しており、該弁シール面（９）は当該弁の閉鎖位置で、前記孔（５）の閉じられた端部に設けられた円錐状の弁ボディ内壁（６）に当て付けられるようになっている。該円錐状の弁ボディ内壁（６）には少なくとも１つの開口（７）が配置されており、該開口（７）は前記孔（５）を弁ボディ（３）の外側（８）に接続している。当該弁は半径方向の２つの切欠き（１２，１３，１６，１７）を有しており、該切欠き（１２，１３，１６，１７）は弁ニードル先端部（４）または弁ボディ内壁（６）に配置されており、この場合、前記半径方向の両切欠きのうち一方の切欠き（１３，１７）は、当該弁の閉鎖位置における弁シール面（９）の位置よりも上流側（１０）に配置されており、他方の切欠き（１２，１６）は当該弁の閉鎖位置における弁シール面（９）の位置よりも下流側（１１）に配置されている。

Description

【０００１】
技術分野
噴射ノズルは、自己着火式の内燃機関の主要構成部分である。噴射ノズルの役目としては、調量された噴射、燃料の調整、噴射経過の形成および燃焼室に対するシールが挙げられる。とりわけコモンレール式のディーゼル噴射システムでは、メイン噴射の他に前噴射もしくはパイロット噴射が行なわれ、このパイロット噴射は排ガスエミッションの低減やノイズ放出の低減を可能にする。しかし、本発明の対象は燃料噴射ノズルに限定されるものではなく、あらゆる種類のノズルもしくは調量弁に関するものである。
【０００２】
背景技術
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６３４９３３号明細書には、弁ボディに設けられた孔内で軸方向に移動可能な弁部材を備えた、内燃機関に用いられる燃料噴射弁が記載されている。この弁部材の、内燃機関の燃焼室寄りの端部は、円錐状の弁シール面を有しており、この弁シール面は弁ボディの前記孔の、燃焼室側の閉じた端部に設けられた円錐状の弁座面と協働する。弁部材に設けられた円錐状の弁シール面は、互いに異なる円錐頂角を有する２つの範囲に分割されている。２つの範囲の移行部には、弁シール縁部が形成されている。さらに、この公知の燃料噴射弁は少なくとも１つの噴射開口を有しており、この噴射開口は下流側で弁シール縁部に続いた範囲に位置している。さらに、それぞれ互いに異なる円錐頂角を有する弁シール面範囲の間には、段部が設けられており、このことから噴射量の調量精度のための利点が得られる。
【０００３】
燃料噴射ノズルによる噴射量の調量は、摩耗に基づき噴射ノズルの寿命にわたって変化する。特にコモンレール式のインジェクタでは、弁シール面、すなわち当該弁の閉鎖位置で円錐状の弁ボディ内壁に当て付けられる弁ニードル先端部の面、の位置が変化してしまう。弁シール面は摩耗が原因で、円錐状の弁ニードル先端部の大径方向へも小径方向へもずれ動いてしまう恐れがある。したがって、弁ニードルは当該弁の閉鎖位置で弁ボディに対して相対的に、より高い地点で弁ボディ内壁に当て付けられてしまう。これにより、変えられた噴射経過が生ぜしめられる。このことにより、特にコモンレール式の噴射ノズルの場合には、負荷サイクル数（負荷交番の回数）が進行するにつれてパイロット噴射量が徐々に少なくなり、そして最終的には完全に消滅してしまう。
【０００４】
発明の開示
本発明の利点は、弁シール面の「ずれ移動」が制限され、弁の摩耗が減じられることである。このことは弁ボディに設けられた孔内で軸方向に移動可能な弁ニードルを備えた弁により達成される。この場合、弁ニードルの一方の端部は円錐状の弁ニードル先端部を有しており、この弁ニードル先端部は半径方向の弁シール面を有しており、この弁シール面は当該弁の閉鎖位置で、前記孔の閉じられた端部に設けられた円錐状の弁ボディ内壁に当て付けられるようになっている。この円錐状の弁ボディ内壁には、少なくとも１つの開口が配置されており、この開口は前記孔を弁ボディの外側に接続している。当該弁は半径方向の２つの切欠きを有しており、両切欠きは弁ニードル先端部または弁ボディ内壁に配置されており、この場合、前記半径方向の両切欠きのうち一方の切欠きは当該弁の閉鎖位置における弁シール面の位置よりも上流側に配置されており、他方の切欠きは当該弁の閉鎖位置における弁シール面の位置よりも下流側に配置されている。
【０００５】
半径方向の切欠きの間には、シート範囲もしくは座範囲が設けられており、弁シール面の「ずれ移動」はこの座範囲に限定されている。当該弁の閉鎖位置で弁ニードル先端部の弁シール面はこの座範囲で円錐状の弁ボディ内壁に当て付けられ、したがってこの弁シール面は、弁シール面よりも上流側の孔部分を弁シール面よりも下流側の孔部分に対してシールし、ひいては弁ボディの外側に対してシールする。これに関連して「弁ボディの外側」とは、当該弁が開放された状態で液状またはガス状の流動媒体が当該弁から開口を介して流出したときに、この流動媒体が流入する容積を意味する。摩耗が増大するにつれて、弁シール面は（当該弁の閉鎖位置に関して）下流側では第１の切欠きの上縁部にまで、上流側では第２の切欠きの下縁部にまで「ずれ動く」ことができるが、しかしこの範囲を超えてさらに移動することはできない。前記切欠きは、これらの切欠きが半径方向で弁ニードル先端部または弁ボディ内壁に配置されている場所では、弁ニードル先端部が弁ボディ内壁に接触することを阻止する。なぜならば、前記切欠きがこれら２つの弁構成要素の間、つまり弁ニードル先端部と弁ボディ内壁との間に間隔を生ぜしめるからである。
【０００６】
本発明の有利な構成では、円錐状の弁ニードル先端部が、互いに異なる円錐頂角を有する少なくとも２つの範囲を有する外周面を有している。
【０００７】
互いに異なる円錐頂角を有する弁ニードル先端部の少なくとも２つの範囲を、本発明による２つの半径方向の切欠きおよび円錐状の弁ボディ内壁の円錐頂角との組合せの形で配置することにより、弁ニードル先端部のどの位置に弁シール面が位置するのかが規定される。
【０００８】
さらに本発明は、本発明による弁を製造する方法に関する。この場合、前記切欠きは、たとえば切削加工により規格弁を加工することによって製作される。シリーズで使用される規格弁を使用することにより、本発明による弁を廉価にかつ僅かな手間をかけるだけで製造することができる。
【０００９】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１０】
実施例
図１には、本発明による弁の２つの実施例が概略図で示されている。両実施例は対称軸線１を挟んで両側に図示されており、この場合、一方の実施例は対称軸線１の左側に、他方の実施例は対称軸線１の右側にそれぞれ示されている。図示の弁の主要構成要素は弁ニードル２および弁ボディ３である。この場合、弁ニードル２は弁ボディ３内で軸方向に移動可能である。弁ニードル２の端部は円錐状の弁ニードル先端部４を有している。弁ボディ３は孔５を有しており、この孔５は端部で円錐状に先細りになっている。円錐状の弁ボディ内壁６には、複数の開口７が配置されており、これらの開口７は当該弁が開放された状態で孔５を弁ボディ３の外側８に接続する。
【００１１】
当該弁の閉鎖位置では、弁ニードル先端部４に設けられた半径方向の弁シール面９が円錐状の弁ボディ内壁６に当て付けられる。弁シール面９は円錐台形の外周面の形状を有している。弁シール面９は当該弁が閉鎖された状態で、円錐状の弁ボディ内壁６に接触していて、これによって孔５の、弁シール面９よりも上流側１０の部分を、孔５の、弁シール面９よりも下流側１１の部分に対してシールしている。このとき、当該弁は密に閉鎖されており、液状またはガス状の媒体は開口７を通って外側８へ流出することができなくなる。
【００１２】
本発明による弁の、対称軸線１の左側に示した第１実施例では、当該弁が半径方向の２つの切欠き１２，１３を有している。切欠き１２，１３は両方とも弁ニードル先端部４に配置されている。
【００１３】
本発明による弁のこの有利な実施例では、弁ニードル先端部４の外周面が、互いに異なる円錐頂角（Ｋｅｇｅｌｗｉｎｋｅｌ）δ_１，δ_２，δ_３を有する３つの範囲を有している。これら３つの範囲はそれぞれ２つの切欠き１２，１３のうちのいずれか一方の切欠きによって互いに分離されている。これらの範囲の境界は各切欠き１２，１３の上縁部１８と下縁部１９との間に位置しているか、もしくは各切欠き１２，１３の両縁部のうちの一方の縁部に位置している。３つの範囲の円錐頂角δ_１，δ_２，δ_３は下流側１１へ進むにつれて増大している（δ_１＜δ_２＜δ_３）。円錐状の弁ボディ内壁６の円錐頂角βは最大の円錐頂角δ_３よりも小さく、かつ中間の円錐頂角δ_２よりも大きく形成されている。これにより、当該弁の弁シール面９の位置は、当該弁が摩耗する前に正確に規定されている。弁シール面９の位置は、円錐頂角δ_２およびδ_３を有する両範囲の間の移行部に位置しているか、または図１に示したように両範囲の間に切欠き１２が配置されている場合には、この切欠き１２の上縁部に位置している。摩耗が生じた場合でも、当該弁の閉鎖位置での弁ボディ内壁６における弁シール面９の当付け位置は、切欠き１２，１３の間に設けられたシート範囲もしくは座範囲１４内でしか移動し得なくなる。両切欠き１２，１３の間の間隔により、弁シール面９が最大でどれぐらいの距離を移動し得るのか、すなわち可能となる座範囲１４がどれぐらいの大きさになるのかが規定される。
【００１４】
弁ニードル先端部の２つの範囲の円錐頂角のための規定δ_１＜δ_２に基づき、円錐状の弁ボディ内壁６に対する弁ニードル先端部４の２つの差角度α_１，α_２が生ぜしめられ、この場合、両差角度についてはα_２＞α_１が成立している。このことは、弁シール面９が第２の切欠き１３の上方の、より大きな弁ニードル直径の方向へ移動することを阻止するための別の手段である。結果として、弁シール面９は当該弁が閉鎖された状態で座範囲１４でのみ弁ボディ内壁６に接触するようになる。
【００１５】
また、差角度α_２が差角度α_１よりも大きく形成されることを保証するためには、弁ニードル先端部４が、互いに異なる円錐頂角δ_２，δ_３を有する２つの範囲しか有しておらず、そして弁ボディ内壁６が当該弁の閉鎖位置において第２の切欠き１３の下縁部よりも上流側１０に、この下縁部よりも下流側１１における弁ボディ内壁６の円錐頂角βよりも大きな円錐頂角を有するようにすることも考えられる。その結果、弁ボディ３の円錐状の端部は上流側１０に「外方への屈曲部」を有することになる。
【００１６】
本発明による弁の、対称軸線１の右側に図示した第２の実施例については、第１の実施例の場合とほぼ同じことが云える。第１の実施例に対する唯一つの相違点は、弁ニードル先端部４には半径方向の第１の切欠き１６しか配置されておらず、それに対して半径方向の第２の切欠き１７が円錐状の弁ボディ内壁６に設けられていることにある。これにより、第１の実施例と同じ効果が得られる。すなわち、弁シール面９は当該弁の摩耗が生じた場合でも、当該弁の閉鎖位置で両切欠き１６，１７によって仕切られるシート範囲もしくは座範囲１５に沿ってしか移動し得ない。
【００１７】
また、たとえば切欠きが両方とも円錐状の弁ボディ内壁６に配置されているか、または第１の切欠きが弁ボディ内壁６に配置されていて、第２の切欠きが弁ニードル先端部４に配置されているような、本発明による弁のさらに別の変化実施例（図示しない）も考えられる。
【００１８】
図１に示した本発明の実施例では、切欠きが弓形もしくは円セグメント（溝）の形を持った横断面を有している。しかし、切欠きの横断面は円セグメント以外の形状を有していてもよい。各切欠きの横断面に付与することのできる別の形状としては、円セクタ（扇形）の形状、三角形の形状、四角形の形状またはその他の多角形の形状あるいは前で挙げた種々の形状から成る組合せが考えられる。「組合せ」とは、たとえば四角形へ移行する円セクタの形状を有する横断面を意味する。
【００１９】
本発明の有利な構成では、当該弁が燃料噴射ノズル、好ましくは自己着火式の内燃機関における燃料噴射ノズルである。燃料噴射システムでは、燃料噴射ノズルの寿命にわたって弁シール面９の、摩耗を原因とする「ずれ移動」による噴射量ドリフトが生ぜしめられる。変えられた噴射経過により、自己着火式の内燃機関の望ましくない排ガスエミッション、よりやかましい運転ノイズまたはより大きな摩耗が生ぜしめられる恐れがある。本発明による弁では、このような噴射量ドリフトが制限されかつ著しく低減されるので有利である。なぜならば、弁シール面９が座範囲１４，１５内でしか移動し得ないからである。両切欠きの軸方向間隔に関連して、燃料噴射ノズルの寿命にわたって最大噴射量ドリフトを調節することができる。
【００２０】
本発明による弁は、コモンレール式の直接噴射を実施する自己着火式の内燃機関における燃料噴射ノズルとして使用されると有利である。特にコモンレール式の燃料噴射ノズルでは、弁シール面９が摩耗に基づき、より大きな弁ニードル直径の方向へずれ動いてしまうことによりパイロット噴射量が減少してしまい、極端な場合ではパイロット噴射が完全に消滅してしまう。このことは本発明による弁の使用により阻止されるので有利である。
【００２１】
本発明による弁は座孔ノズル（Ｓｉｔｚｌｏｃｈｄｕｅｓｅ）または盲孔ノズルとして形成されていてよい。盲孔ノズルの開口７は、当該弁の閉鎖位置において弁ボディ３内の弁ニードル先端部４の下方に位置する盲孔部分に配置されている。座孔ノズルの場合には、このノズルが閉鎖された状態で開口７が弁ニードル先端部４により十分にカバーされるように開口７の始端部が弁ボディ内壁６に配置されている。図１には、座孔ノズルとして働く本発明による弁の構成が示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による弁の２つの可能な実施例を示す断面図である。

Claims (10)

1. 弁ボディ（３）に設けられた孔（５）内で軸方向に移動可能な弁ニードル（２）を備えた弁であって、弁ニードル（２）の一方の端部が円錐状の弁ニードル先端部（４）を有しており、該弁ニードル先端部（４）が半径方向の弁シール面（９）を有しており、該弁シール面（９）が当該弁の閉鎖位置で、前記孔（５）の閉じられた端部に設けられた円錐状の弁ボディ内壁（６）に当て付けられるようになっており、該円錐状の弁ボディ内壁（６）に少なくとも１つの開口（７）が配置されており、該開口（７）が前記孔（５）を弁ボディ（３）の外側（８）に接続している形式のものにおいて、当該弁が半径方向の２つの切欠き（１２，１３，１６，１７）を有しており、該切欠き（１２，１３，１６，１７）が弁ニードル先端部（４）または弁ボディ内壁（６）に配置されており、前記半径方向の両切欠きのうち一方の切欠き（１３，１７）が、当該弁の閉鎖位置における弁シール面（９）の位置よりも上流側（１０）に配置されており、他方の切欠き（１２，１６）が当該弁の閉鎖位置における弁シール面（９）の位置よりも下流側（１１）に配置されていることを特徴とする、半径方向の切欠きを備えた弁。
2. 円錐状の弁ニードル先端部（４）が、互いに異なる円錐頂角を有する少なくとも２つの範囲を有する外周面を有している、請求項１記載の弁。
3. 弁ニードル先端部（４）の外周面が、互いに異なる円錐頂角（δ_１，δ_２，δ_３）を有する３つの範囲を有しており、これら３つの範囲が当該弁の閉鎖位置で前記半径方向の２つの切欠き（１２，１３，１６，１７）のそれぞれ１つの切欠きによって互いに分離されるようになっており、さらに、これら３つの範囲の円錐頂角（δ_１，δ_２，δ_３）が下流側（１１）へ進むにつれて大きくなっている、請求項２記載の弁。
4. 円錐状の弁ボディ内壁（６）が、互いに異なる円錐頂角を有する少なくとも２つの範囲を有しており、これらの範囲の円錐頂角が上流側へ進むにつれて大きくなっている、請求項１記載の弁。
5. 弁ニードル先端部（４）または弁ボディ内壁（６）に半径方向の切欠きが両方とも配置されているか、または弁ニードル先端部（４）と弁ボディ内壁（６）とに半径方向の切欠き（１６，１７）がそれぞれ１つずつ配置されている、請求項１記載の弁。
6. 前記切欠き（１２，１３，１６，１７）が、円セグメント（溝）の形状、円セクタの形状、三角形の形状、四角形の形状またはその他の多角形の形状あるいはこれらの形状の組合せを有する横断面を有している、請求項１記載の弁。
7. 当該弁が燃料噴射ノズル、有利には自己着火式の内燃機関における燃料噴射ノズルである、請求項１記載の弁。
8. 自己着火式の内燃機関が、コモンレール式のディーゼル噴射装置を有している、請求項７記載の弁。
9. 当該弁が座孔ノズルまたは盲孔ノズルとして形成されている、請求項１記載の弁。
10. 請求項１から９までのいずれか１項記載の弁を製造する方法において、前記切欠き（１２，１３，１６，１７）を規格弁の加工によって製作することを特徴とする、半径方向の切欠きを備えた弁を製造する方法。