JP2005504219A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料を内燃機関の燃焼室内に直接に噴射する燃料噴射弁（１）であって、アクチュエータ（１０）と、該アクチュエータ（１０）により操作可能な、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と共にシール座を成す弁閉鎖体（４）を操作するための弁ニードル（３）と、弁座（６）の下流に形成されている少なくとも１つの噴射開口（７）とが設けられている形式のものに関する。燃料噴射弁（１）の、下流側の端部（３５）に火炎防御円錐（３４）が配置されている。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載された燃料噴射弁に関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８０４４６３号明細書に基づいて公知の、混合気圧縮火花点火式の内燃機関のための燃料噴射システムは、燃料を、ピストン・シリンダ構造により形成された燃焼室内に噴射する燃料噴射弁と、燃焼室内に突入した点火プラグとを有している。この燃料噴射弁には、少なくとも１列の、燃料噴射弁の全周にわたって分配配置された噴射開口が設けられている。燃料を噴射開口を介して狙いを定めた噴射を行うことによって、少なくとも１つの噴流を備えた混合気クラウドの形成による噴流ガイド式もしくはスプレーガイド式の燃焼方法が実現される。
【０００３】
上記明細書に基づいて公知の燃料噴射弁において欠点であることは、特に噴射開口のコークス化もしくはカーボン堆積であり、噴射開口はこれによって詰まり、燃料噴射弁を通る流量を許容し得ない程強く減じてしまう。このことは、内燃機関の誤作動を生ぜしめる。
【０００４】
発明の利点
これに対して、請求項１の特徴部に記載された特徴を備えた本発明による燃料噴射弁が有する利点は、燃料噴射弁の噴射開口の下流側に配置された火炎防御円錐が、燃焼中の混合気クラウドの火炎フロントの温度を噴射開口の領域で極めて強く減じるので、燃焼残分が噴射開口の領域に沈着することがなく、これによって、コークス化残分よる噴射開口の閉塞が回避されることである。
【０００５】
請求項２以下に記載した手段によって、請求項１に記載した燃料噴射システムの有利な改良が可能である。
【０００６】
火炎防御円錐は有利には、燃料噴射弁の噴射側の端部、例えば弁座体に形成されている。
【０００７】
有利なのは特に、火炎防御円錐が、円錐又は円錐台形として、種々異なる傾斜角度を備えた多段の円錐として、または載着された球を備えた円錐台形として形成されていることであり、これによって、一方では簡単かつ安価な製作が可能であって、他方では任意の数及び配置の噴射開口による任意の噴射状況を考慮することができる。
【０００８】
更に、火炎防御円錐の傾斜により、任意の噴射角度での斜めの噴射を実現することが、簡単な形式で可能である。
【０００９】
実施例の説明
本発明の実施例は図面に簡単化して示されており、以下において詳細に説明する。
【００１０】
図１には、部分的な断面図で、本発明による燃料噴射弁１の１実施例が示されている。燃料噴射弁１は、混合気圧縮火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置の燃料噴射弁１の形で構成されている。この燃料噴射弁１は燃料を内燃機関の燃焼室（図示せず）内に直接に噴射するのに適している。
【００１１】
燃料噴射弁１はノズル体２から成っており、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は例えば溶接シーム４１を介して弁閉鎖体４と作用結合しており、弁閉鎖体４は、弁座体５に配置された弁座面６と、シール座を成すように協働する。燃料噴射弁１は本実施例では内方に向かって開く燃料噴射弁１であり、該燃料噴射弁１は複数の噴射開口７を有しており、これらの噴射開口７は、弁座体５の軸線に対して同心的な、少なくとも１つのサークル上に配置されている。
【００１２】
ノズル体２はシール８により、弁ニードル３のためのアクチュエータとして働く磁石コイル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内でカプセル状に収容されており、コイル支持体１２に巻装されており、コイル支持体１２は磁石コイル１０の内極１３に接触して位置している。内極１３と外極９とは、ギャップ２６によって互いに隔てられており、結合構造部分２９に支持されている。磁石コイル１０はライン１９を介して、電気的な差込コンタクト１７を介して供給可能な電流により励磁される。差込コンタクト１７はプラスティック被覆部１８により取り囲まれており、このプラスティック被覆部は内極１３に射出成形により被着されることができる。
【００１３】
弁ニードル３は弁ニードルガイド１４内で案内されており、弁ニードルガイド１４はディスク形に構成されている。ストローク調節のために、対を成した調節ディスク１５が働く。調節ディスク１５の他方の側には可動子２０が位置している。この可動子２０は第１のフランジ２１を介して力伝達式（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）に、つまり力が伝達されるように弁ニードル３に結合されており、弁ニードル３は溶接シーム２２により第１のフランジ２１に結合されている。第１のフランジ２１には、戻しばね２３が支持されており、戻しばね２３は、燃料噴射弁１の本構造形態では、スリーブ２４によりプレロード、つまり予負荷がかけられている。
【００１４】
可動子２０の下流側には、第２のフランジ３１が配置されており、この第２のフランジ３１は下方の可動子ストッパとして働く。この第２のフランジは溶接シーム３３を介して力伝達式に、つまり力が伝達されるように弁ニードル３に結合されている。可動子２０と第２のフランジ３１との間には、弾性的な中間リング３２が、燃料噴射弁１の閉鎖時の可動子衝撃を緩衝するために配置されている。
【００１５】
弁ニードルガイド１４内、可動子２０内及び弁座体５には、燃料通路３０ａ〜３０ｃが延びている。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により濾過される。燃料噴射弁１はシール２８により分配導管（詳細には図示せず）に対してシールされている。
【００１６】
本発明によれば、燃料噴射弁１は弁座体５に火炎防御円錐３４を有しており、この火炎防御円錐は、複数の噴射開口７の少なくとも１つのサークルの内側に取り付けられている。火炎防御円錐３４は、噴射開口７の下流側に配置されていることにより、コークス化傾向もしくはカーボン堆積を減じ、それによって、噴射開口７の詰まりによる燃料噴射弁１の誤作動及び燃料流量の許容し得ない減少を防止する。本発明による手段を備えた燃料噴射弁１の噴射側の端部３５が図２及び３Ａに詳細に示されている。
【００１７】
燃料噴射弁１の休止状態においては、弁ニードル３に設けられた第１のフランジ２１は戻しばね２３によりストローク方向と逆向きに負荷されており、弁閉鎖体４は弁座６に密に接して保持されている。可動子２０は、第２のフランジ３１に支持された中間リング３２に載着している。磁石コイル１０を励磁すると、磁石コイル１０は磁界を形成し、この磁界は可動子２０を戻しばね２３のばね力に抗してストローク方向に運動させる。この際に、可動子２０は、弁ニードル３に溶接されている第１のフランジ２１をストローク方向に連行し、これにより弁ニードル３を同じく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、これによって燃料が噴射開口７において噴射される。
【００１８】
コイル電流が遮断されると、可動子２０は、磁界の十分な解消後に、第１のフランジ２１に作用する戻しばね２３の圧力により内極１３から落下し、これにより、弁ニードル３はストローク方向とは逆向きに運動させられる。これにより、弁閉鎖体４は弁座面６上に載着し、燃料噴射弁１は閉鎖される。可動子２０は第２のフランジ３１により形成された可動子ストッパ上に載着する。
【００１９】
図２には、拡大された概略図で、図１に示した本発明により構成された燃料噴射弁１の、図１の範囲ＩＩ内における、噴射側の端部３５が示されている。
【００２０】
図１に関する説明の中で既に述べたように、燃料噴射弁１は火炎防御円錐３４を有しており、火炎防御円錐３４は、噴射開口７の領域の火炎温度を低下させるために、例えば弁座体５に配置されている。この場合、火炎防御円錐３４は、尖頭円錐形（ｓｐｉｔｚｋｅｇｅｌｉｇ）、つまり鋭角的な先端を備えた円錐形に形成されており、弁座体５と一体的に形成されていてもよいし、適当な形式で、例えばろう接、溶接または接着により弁座体５に固定されていてもよい。
【００２１】
この際、火炎防御円錐３４の軸方向の長さＬ及び直径Ｄは、燃焼室内に噴射される混合気クラウドの開き角αに依存しており、その都度、火炎防御円錐３４が混合気クラウドにより湿らされることがないよいうに寸法設定されているべきである。
【００２２】
火炎防御円錐３４を噴射開口７の下流側に配置することにより、噴射開口７のコークス化もしくはカーボン堆積を低減することができる。噴射開口７の直径は典型的には約１００μｍであるので、噴射開口７がコークス化により時間の経過と共に詰まってしまい、それにより流量が許容し得ない程度に強く制限されてしまう恐れが比較的に大きい。このことは特に、燃焼室内に噴射された混合気クラウドを点火する際の高い温度により生じる。それというのは、これにより燃料の成分が、燃料噴射弁１の先端に沈着してしまうからである。火炎防御円錐３４を取り付けることによって、噴射開口７の出口領域における表面温度は、噴射開口７をコークス化残分により塞いでしまうことがない程度に減じられることができる。火炎防御円錐３４は特に、噴射開口７の領域での火炎フロントの伝播を阻止する。
【００２３】
図３Ａ〜３Ｃには、本発明による火炎防御円錐３４の種々異なる実施形態を備えた、本発明により構成された燃料噴射弁１の、図２にＩＩＩで示した区分が示されている。
【００２４】
このうち図３Ａには、図２を参照しながら既に説明した、単純な円錐形の形状が示されている。火炎防御円錐３４の長さＬと、ベース部の直径Ｄとは、噴射される混合気クラウドの形状及び開き角αに依存している。軸方向の長さＬは典型的に燃料噴射弁１の噴射側の端部３５の直径Ｄ_Ｂの３倍までである一方、直径Ｄは最大で、燃料噴射弁１の噴射側の端部３５の直径Ｄ_Ｂの半分である。
【００２５】
図３Ｂには、火炎防御円錐３４の別の可能な形状が示されている。この実施形態では、弁座体５に面した第１の領域３６は円錐台形に形成されており、その際、直径Ｄはベース部から噴射方向に増大している。第１の領域３６に第２の領域３７が接続しており、この第２の領域３７は、鈍角的な先端を備えた円錐形（ｓｔｕｍｐｆｋｅｇｅｌｉｇ）に形成されている。第１の領域３６の直径Ｄは、ベース部では、燃料噴射弁１の下流側の端部３５の直径Ｄ_Ｂの半分までであって、第２の領域３７との接続箇所では、燃料噴射弁１の下流側の端部３５の直径Ｄ_Ｂの１．５倍にまで増大し得る。火炎防御円錐３４の軸方向の長さＬは、燃料噴射弁１の、弁座体５の領域における直径Ｄ_Ｂの４倍までであることができ、そのうちの４分の１までが第２の範囲３７の分である。
【００２６】
図３Ｃには、本発明による火炎防御円錐３４の第３の実施形態が示されており、この実施形態では、円錐台形３８と、これに載着された球３９とにより構成された形状が選択された。この場合、円錐台形３８の軸方向の長さＬは、第１の実施例と同様に、燃料噴射弁１の、弁座体５の領域における直径Ｄ_Ｂの３倍までであることができる一方で、球３９は、燃料噴射弁１の、弁座体５の領域における直径Ｄ_Ｂに相当する直径ｄに達することができる。
【００２７】
混合気クラウドを燃焼室内に噴射する角度γがほぼ０°である、図３Ａ〜３Ｃに示した実施形態に類似して、類似の形状が、０°とは異なる任意の角度γの下で斜めの噴射を実施し得るように、弁座体５に取り付けられることができる。このことは図４に、図３Ａに示した実施例と同様に尖頭円錐状の火炎防御円錐３４によって示されている。
【００２８】
本発明は、図示の実施例に限定されるものではなく、かつ任意の形式で燃料噴射弁１の噴射側の端部に固定可能な火炎防御円錐３４の任意の形状にも、燃料噴射弁１の任意の構造形式にも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のよる燃料噴射弁の第１の実施例の全体を示した概略的な断面図である。
【図２】
図１に図示した燃料噴射弁の、図１の範囲ＩＩの噴射側の端部を拡大して示した概略図である。
【図３Ａ】
燃料噴射弁の噴射側の端部に取り付けられている、本発明により構成された火炎防御円錐の一実施例を示す図である。
【図３Ｂ】
燃料噴射弁の噴射側の端部に取り付けられている、本発明により構成された火炎防御円錐の別の実施例を示す図である。
【図３Ｃ】
燃料噴射弁の噴射側の端部に取り付けられている、本発明により構成された火炎防御円錐の別の実施例を示す図である。
【図４】
傾斜噴射に適した燃料噴射弁に設けられた、本発明により構成された火炎防御円錐の１実施例を示す図である。

Claims (16)

1. 燃料を内燃機関の燃焼室内に直接に噴射する燃料噴射弁（１）であって、アクチュエータ（１０）と、該アクチュエータ（１０）により操作可能な、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と共にシール座を成す弁閉鎖体（４）を操作するための弁ニードル（３）と、弁座（６）の下流に形成されている少なくとも１つの噴射開口（７）とが設けられている形式のものにおいて、燃料噴射弁（１）の、下流側の端部（３５）に火炎防御円錐（３４）が配置されていることを特徴とする、燃料噴射弁。
2. 火炎防御円錐（３４）が弁座体（５）に形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 火炎防御円錐（３４）が、鋭角的な先端を備えた円錐形に形成されている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
4. 火炎防御円錐（３４）の軸方向の長さ（Ｌ）が、燃料噴射弁（１）の、弁座体（５）の領域における直径（Ｄ_Ｂ）の３倍までである、請求項３記載の燃料噴射弁。
5. 火炎防御円錐（３４）の半径方向の直径（Ｄ）が、燃料噴射弁（１）の、弁座体（５）の領域における直径（Ｄ_Ｂ）の半分までである、請求項３又は４記載の燃料噴射弁。
6. 火炎防御円錐（３４）が多段の円錐又は円錐台形の形に形成されている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
7. 前記円錐形又は円錐台形の火炎防御円錐（３４）の段の数が２つである、請求項６記載の燃料噴射弁。
8. 弁座体（５）から下流方向に延びる第１の領域（３６）が、半径方向で下流方向に向かって拡張している、請求項６又は７記載の燃料噴射弁。
9. 第１の領域（３６）に第２の領域（３７）が接続しており、該第２の領域（３７）が、鈍角的な先端を備えた円錐形に形成されている、請求項８記載の燃料噴射弁。
10. 火炎防御円錐（３４）の軸方向の長さ（Ｌ）が、燃料噴射弁（１）の、弁座体（５）の領域における直径（Ｄ_Ｂ）の４倍までである、請求項６から９までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
11. 火炎防御円錐（３４）の半径方向の直径（Ｄ）が、燃料噴射弁（１）の、弁座体（５）の領域における直径（Ｄ_Ｂ）の１．５倍までである、請求項６から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
12. 第１の領域（３６）の軸方向の長さ（ｌ）が、燃料噴射弁（１）の、弁座体（５）の領域における直径（Ｄ_Ｂ）の３倍までである、請求項８又は９記載の燃料噴射弁。
13. 火炎防御円錐（３４）が、円錐台形（３８）と、これに載着された球（３９）とを備えた形状で形成されている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
14. 火炎防御円錐（３４）の軸方向の長さ（Ｌ）が、燃料噴射弁（１）の、弁座体（５）の領域における直径（Ｄ_Ｂ）の３倍までである、請求項１３記載の燃料噴射弁。
15. 球（３９）の直径（ｄ）の値が、燃料噴射弁（１）の、弁座体（５）の領域における直径（Ｄ_Ｂ）に相当する値までである、請求項１３又は１４記載の燃料噴射弁。
16. 火炎防御円錐（３４）が、角度（γ）の下で、燃料噴射弁（１）の長手方向軸線に対して傾けられている、請求項１から１５までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。