JP2005507055A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

燃料を内燃機関の燃焼室内に直接に噴射するための燃料噴射弁（１）は、ノズル体（３）内に配置された弁ニードル（４）を有しており、該弁ニードル（４）は、アクチュエータ（７）によって操作可能であると共に、戻しばね（９）によって負荷されており、それによって、前記弁ニードル（４）と作用結合していて燃焼室に面した弁閉鎖体（５）が、前記アクチュエータ（７）の非操作状態時に、弁座面（６）に対してシール接触状態に保持されるようになっている。その際、第１の噴流広がり角α_１は弁ニードル（４）の第１のストローク状態に、第２の噴流広がり角α_２は弁ニードル（４）の第２のストローク状態に対応配置されている。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５３４４４５号明細書から公知の、外方に向かって開く燃料噴射弁は円錐形のシール座を有している。弁ニードルは中央孔を有しており、この中央孔は、シール座の手前に位置した圧力室に開口している。圧電式のアクチュエータとして構成されているアクチュエータは、一方ではノズル体に対して支持されており、他方では、弁ニードルと力伝達式に結合されている受圧肩に支持されている。戻しばねは弁ニードルを閉鎖位置に保つ。アクチュエータが励起されると、アクチュエータの長さ伸張によって、弁ニ−ドルが戻しばねの閉鎖力に抗して開かれて、燃料が噴射される。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５３４４４５号明細書から公知の燃料噴射弁における欠点は、特に、内燃機関の燃焼室内に噴射される燃料噴流が、特定の広がり角αを備えた円錐形であることである。この場合、例えば部分負荷領域及び全負荷領域における混合気クラウドの形状に対する種々の要求を考慮した、種々異なる広がり角αの下での噴射は不可能である。
【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有する、本発明による燃料噴射弁が有する利点は、弁ニードルのストローク位置に応じて、比較的大きな噴流広がり角または比較的小さな噴流広がり角を形成可能で、それを内燃機関の運転状態に従って選択することができることにある。
【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弁の有利な展開が可能である。
【０００６】
有利には、このことは、燃料噴射弁の、シール座に隣接する端部の、簡単に製作可能な幾何学形状によって達成可能である。このために、弁座面の傾き角とは異なる傾き角を備えた、傾けられた領域が、弁座面に対して隣接して形成されている。
【０００７】
更に有利なことは、燃料噴射弁の下流側の端部と、これに対応する弁閉鎖体とを適当に形成することにより、任意の所望の噴流角が実現可能であることである。
【０００８】
実施例の説明
以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。
【０００９】
本発明による燃料噴射弁１の、図１及び図２に２つの異なったストローク状態で示された実施例は、混合気圧縮火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁１の形で構成されている。燃料噴射弁１は特に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。
【００１０】
燃料噴射弁１はハウジングボディ２とノズル体３とから成っており、ノズル体３内に弁ニードル４が配置されている。弁ニードル４は弁閉鎖体５と作用結合していて、弁閉鎖体５は弁座面６とシール座を形成するように協働する。燃料噴射弁１は本実施例では外方に向かって開く燃料噴射弁１である。燃料噴射弁１はアクチュエータ７を有しており、このアクチュエータ７は本実施例では圧電式のアクチュエータ７、すなわちピエゾアクチュエータとして構成されている。アクチュエータは一方でハウジングボディ２に支持されており、他方で、弁ニードル４と作用結合している肩８に支持されている。肩８の下流側には戻しばね９が配置されており、戻しばね９自体はノズル体３に支えられている。
【００１１】
弁ニードル４は燃料通路１０を有しており、この燃料通路１０により、供給側の中央の燃料供給部１１を通して供給される燃料がシール座に導かれる。シール座の供給側には渦流室１２が構成されており、渦流室１２に燃料通路１０が開口している。
【００１２】
燃料噴射弁１の休止状態において、肩８は戻しばね９の力によってストローク方向とは逆向きに負荷されていて、弁閉鎖体５は弁座面６にシール接触状態に保たれる。圧電式のアクチュエータ７を励起すると、アクチュエータ７は軸方向に戻しばね９のばね力に抗して伸張するので、肩８は、肩８に力伝達式（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）に、つまり力を伝達するように結合されている弁ニードル４を伴ってストローク方向で運動する。弁閉鎖体５は弁座面６から離間し、燃料通路１０を介して導かれる燃料が噴射される。
【００１３】
圧電式のアクチュエータを放電すると、圧電式のアクチュエータ７の軸方向の伸びが減少し、これによって弁ニードル４は戻しばね９の圧力によってストローク方向とは逆向きに運動する。弁閉鎖体５は弁座面６に座着して、燃料噴射弁１は閉鎖される。
【００１４】
混合気圧縮火花点火式の内燃機関は部分負荷運転時に、全負荷運転時とは異なる、燃焼室内に噴射された混合気クラウドの形状、理論空燃比及び貫徹能力に対する要求を形成する。部分負荷運転時において混合気クラウドは、図１に示されているように、比較的に小さな広がり角α_１と、大きな貫徹能力と、その小さな広がり角α_１に基づいてよりリッチな混合気を備えた狭幅のコア領域と、極めてリーンな外周部とを有しているべきである。これに対して全負荷領域では、図２に示されているように、大きな広がり角α_２を必要とし、ひいては、シリンダを、点火可能な混合気でほぼ均質に充填する必要がある。
【００１５】
混合気形成に対するこれらの要求を考慮するために、本発明による燃料噴射弁１のために、２つのストローク状態が規定されており、これによって、運転中に異なる噴流形状が形成可能であり、これらの噴流形状は内燃機関の運転状態に応じて選択されることができる。
【００１６】
図１には第１のストローク状態にある燃料噴射弁１が示されている。弁閉鎖体５は既に弁座面６から離間されてはいるものの、わずかな幅のギャップ１３を弁閉鎖体５と弁座面６との間に開放しているに過ぎない。燃料噴射弁１の下流側の端部１４の幾何学形状に基づいて、つまり、端部１４が弁座面６の下流側の、傾けられた領域１５で、燃料噴射弁１の長手方向軸線１６に対して相対的に、弁座面６よりも小さな傾きを有していることにより、図１に示されている第１のストローク状態では、ギャップ１３から噴射される燃料噴流は、噴射噴流の内側における流動の巻込みに基づいて、燃料噴射弁１の下流側の端部１４の、傾けられた領域１５に接することになる。これによって、小さな広がり角α_１を備えた燃料噴流が形成されることができ、この燃料噴流は、層状給気運転（Ｓｃｈｉｃｈｔｌａｄｅｂｅｔｒｉｅｂ）のために必要な大きな貫徹能力を有している。
【００１７】
図２には燃料噴射弁１の第２のストローク位置が示されている。弁閉鎖体５はここでは更に離間して弁座面６から押し出されているので、ギャップ１３は図１の場合よりも幅広になっている。ギャップ１３の噴射噴流の外側における流動の巻込みに基づいて、噴射される燃料噴流は今度は弁閉鎖体５に接することになる。弁閉鎖体５は燃料噴射弁１の長手方向軸線１６に対して相対的に大きな傾きを有しており、それによって燃料噴流の強い拡開をもたらす。それにより、広がり角α_２は第１のストローク状態よりも拡大されており、このことは内燃機関の全負荷領域のために有利である。それというのは、燃焼室全体が比較的に均質な、理論空燃比の混合気で満たされるからである。
【００１８】
弁ニードル４の種々のストローク位置は簡単な形式で、例えば２つの別個に制御可能なアクチュエータ７の使用により始動される得る。アクチュエータ７は、例えば電圧調整式もしくは電圧制御式のピエゾアクチュエータ並びに順次に起動制御される２つの圧電式のアクチュエータ７であることができる。２つの別個のコイルまたは二部分構成の磁石アーマチュア（Ｍａｇｎｅｔａｎｋｅｒ）を備えた２つの磁気回路の使用も考えられる。
【００１９】
弁座面６もしくは弁閉鎖体５の傾きと、傾けられた領域１５の傾きとを適当に選択することによって、噴流角α_１及びα_２は、内燃機関の燃焼室が最適に、点火可能な燃料空気混合気で充填され得るように選択可能である。この際、傾けられた領域１５及び弁座面６の製作は、例えばノズル体３の製作時に例えば旋削加工によって実施され得る。
【００２０】
本発明は、図示の実施例に限定されるものではなく、任意のアクチュエータ７を備えた燃料噴射弁１の任意の構造形式に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明により構成された燃料噴射弁の１実施例の、第１のストローク位置における概略的な断面図である。
【図２】
本発明により構成された燃料噴射弁の１実施例の、第２のストローク位置における概略的な断面図である。

Claims (7)

1. 燃料を内燃機関の燃焼室内に直接に噴射するための燃料噴射弁（１）であって、ノズル体（３）内に配置された弁ニードル（４）が設けられており、該弁ニードル（４）が、アクチュエータ（７）によって操作可能であると共に、戻しばね（９）によって負荷されており、それによって、前記弁ニードル（４）と作用結合していて燃焼室に面した弁閉鎖体（５）が、前記アクチュエータ（７）の非操作状態時に、弁座面（６）に対してシール接触状態に保持されるようになっている形式のものにおいて、第１の噴流広がり角α_１が弁ニードル（４）の第１のストローク状態に、かつ第２の噴流広がり角α_２が弁ニードル（４）の第２のストローク状態に対応配置されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 第１のストローク状態に対応する第１の弁ニードルストロークが、第２のストローク状態に対応する第２の弁ニードルストロークよりも小さい、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. α_１がα_２よりも小さい、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 弁座面（６）に隣接して、傾けられた領域（１５）が燃料噴射弁（１）の下流側の端部（１４）に形成されている、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. 傾けられた領域（１５）が燃料噴射弁（１）の長手方向軸線（１６）に対して、弁座面（６）に比して弱めに傾けられている、請求項４記載の燃料噴射弁。
6. 広がり角α_１が、傾けられた領域（１５）の、燃料噴射弁（１）の長手方向軸線（１６）に対する傾き角の２倍である、請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 広がり角α_２が、弁座面（６）の、燃料噴射弁（１）の長手方向軸線（１６）に対する傾き角の２倍である、請求項５記載の燃料噴射弁。