JP2005518500A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料噴射弁（１）であって、殊に内燃機関の燃焼室内への燃料の直接噴射のための燃料噴射弁であって、弁ニードル（３）を備えており、弁ニードルが噴射側の端部に弁閉鎖体（４）を有しており、弁閉鎖体が弁座本体（５）に形成された弁座面（６）と協働してシール座を形成しており、弁座本体（５）の、弁ニードル（３）を取り囲む区分（３６）内に少なくとも１つの渦流通路（３４）を備え、かつ弁座本体（５）内に設けられた少なくとも１つの噴射開口（７）を備えている形式のものに関する。少なくとも１つの渦流通路（３４）が、渦流通路（３４）を通る燃料の流れ方向で見て弁ニードル（３）の中心軸線（３７）に対して噴射方向と逆向きに傾斜されている。

Description

背景技術
本発明は、主請求項の上位概念に記載の形式の燃料噴射弁に関する。

ドイツ連邦共和国特許出願第１９６２５０５９Ａ１号明細書により公知の燃料噴射弁は、渦流通路（該明細書では燃料通路(Kraftstoffkanal)と呼ばれている）を有しており、渦流通路（スワール通路）が弁ニードルの縦軸線に対して燃料の主流れの方向に傾斜されている。渦流通路の該傾斜はドイツ連邦共和国特許出願第１９６２５０５９Ａ１号明細書では、主流れ方向で弁座面の後に位置する渦流室及び噴射開口を介して燃料流を直接に、即ち燃料噴射弁の、渦流通路の噴射開口の後に位置する部分にぶつかることのないように、燃焼室内へ噴射させるために役立っている。この場合の目的は、噴射される燃料噴霧の方向、形状、特に噴霧特性を調整することにある。

ドイツ連邦共和国特許出願第１９６２５０５９Ａ１号明細書により公知の燃料噴射弁においては欠点が特に、形成される燃料噴霧の不均質性にあり、このような燃料噴霧は、ほぼ対称的に形成された燃焼室、並びに対称的に配置された吸排気装置、点火装置及び噴射弁にとって不都合である。さらに渦流形成が渦流室内に限定されている。

さらに渦流通路の製作に欠点がある。特に渦流通路を流れ方向でレーザー穿孔する際に、射出開口がビームの扇形広がりによって損なわれてしまう。噴射開口の保護のために、いわゆる消失形の型（lost mold）が中央の孔内に挿入される。消失形の型への粒子若しくは光子の衝撃によって孔内に残る残留物が、追加の仕上げ工程で除去されねばならない。さらに消失形の型は消耗部品であると共に、穿孔に際して発生する溶融物の微細な滴の吹き出し若しくは吸い出しを困難にするものである。別の方向でのレーザー穿孔に際しては、レーザーが穿孔箇所に当たる前に既に過度に扇状に広がり、それというのは、レーザービームを放出させるレーザー放射ノズルが、穿孔箇所へ十分に接近させられ得ないからである。渦流通路穿孔の角度は任意に噴射方向に向けられるものではなく、それというのはレーザービームが弁座面にぶつかることになるからである。

発明の利点
主請求項の特徴部分に記載の構成を有する本発明に基づく燃料噴射弁においては利点として、燃料噴射弁を経済的に製造することができる。渦流通路を、該渦流通路内での燃料の流れ方向で見て弁ニードル縦軸線に対して噴射開口と逆の方向に傾斜させて配置してあることによって、レーザー穿孔が、弁座本体の、渦流通路内流れ方向で渦流通路と相対する内壁の保護のためにいわゆる保護型を使用することなく、渦流通路内流れ方向で、即ち弁座本体の外周から中央に向かう方向で行われ、それというのは放射されたレーザーが、相対する内壁にぶつかることがないからである。

保護型はレーザーの衝撃に起因して残留物を弁座本体の面に留めてしまい、かつ渦流通路穿孔の穿孔端部をふさいでしまい、渦流通路穿孔過程に際して生じた溶融物の微小の滴を渦流通路から吹き出す若しくは吸い出すことが困難であり若しくは不可能である。渦流通路穿孔の作業終了の後に残留物を除去することは、付加的なコストを必要とする。後からの研削除去は、渦流通路の出口における不都合なばり発生につながってしまう。

保護型の使用を避けることによって、穿孔工程に際して生じた溶融物の微小の滴の吹き出し若しくは吸い出しが行われる。さらに噴射開口及び渦流通路が一回の緊締で、即ち一回の作業工程で製作される。

従属請求項に記載の手段によって、主請求項に記載の燃料噴射弁の有利な実施態様が可能である。

燃料噴射弁の中央の孔の寸法は、レーザー放射ノズルを受容するためには小さすぎるので、渦流通路内流れ方向と逆向きの穿孔経過（レーザー加工方向）が排除されている。渦流通路内流れ方向での穿孔経過は、渦流通路出口における環状の隆起部を避けるものである。このような隆起部は、レーザー穿孔の際のレーザーの入射箇所に発生して、流量の予測不能な変化を生ぜしめてしまうことになる。

レーザー放射ノズルを穿孔工程に際して穿孔箇所に十分に近づけ得るようにするために、渦流通路が、レーザー放射ノズルと弁座本体のための下流側に位置する金型とを互いに接触させない程度に弁座本体の上流側の端部に配置されている。

弁閉鎖体の直径が有利には上流側の案内領域で、該案内領域に下流側で直接に続く渦流室領域におけるよりも大きくなっている。このことは、弁閉鎖体の直径段部（直径減少部）によって達成されている。渦流室の容積が直径段部の近傍で最大であり、かつ流れ方向で連続的に減少するリング間隙幅によって小さく保たれ、このようなリング間隙幅は弁ニードルの流れ方向に拡大する区分によって構成されており、従って段のない断面移行が達成されている。このようにして、渦流室が最小にされており、閉じ込められていた液体量が噴射開始時に十分に急速に回転させられる。

燃料噴射弁の縦軸線に対する接線方向成分によって、渦流室内での渦流は要求に応じて調節されてよい。しかしながら、渦流通路穿孔の際の製作誤差による内壁の損傷を避けるために、中央の孔の内壁に関して半径方向の方向成分が設けられている。

渦流通路の断面形状が任意に形成されていてよい。断面形状は有利には円形であるものの、楕円形、正方形、長方形、三角形、多角形若しくは台形であってよい。

本発明の実施例を図面に概略的に示して、以下に詳細に説明する。

第１の実施例として図１に示す本発明に基づく燃料噴射弁１は、混合気圧縮外部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として形成されている。該燃料噴射弁が特に、内燃機関の燃焼室内へ燃料を直接に噴射するために適している。

燃料噴射弁１がノズル本体２及び該ノズル本体内に配置された弁ニードル３から成っている。弁ニードル３が弁閉鎖体４と作用結合しており、弁閉鎖体が弁座本体５に配置された弁座面６と協働してシール座を形成している。燃料噴射弁１は、実施例では内側へ開く方式の燃料噴射弁１である。ノズル本体２がシール８によってマグネットコイル１０の外側磁極９に対して密閉されている。マグネットコイル１０がコイル支持体１２に巻かれて、かつコイルケーシング１１内に密封されており、コイル支持体がマグネットコイル１０の内側磁極１３に接触している。内側磁極１３と外側磁極９とが間隙２６によって互いに分離されていて、結合構成部分２９に保持されている。マグネットコイル１０が導線１９を介して電気的な差し込み接点１７からの電流で励起されるようになっている。差し込み接点１７がプラスチック被覆１８によって取り囲まれており、プラスチック被覆が内側磁極１３上に射出成形されていてよい。

弁ニードル３が弁ニードル案内１４内に案内されており、弁ニードル案内がディスク状に形成されている。行程調節のために、弁ニードル案内に隣接して調節ディスク１５が設けられている。調節ディスク１５の逆の側に接極子２０を配置してある。接極子が第１のフランジ２１を介して力伝達可能に弁ニードル３に結合されており、弁ニードルが溶接継ぎ目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に戻しばね２３を支持してあり、戻しばねが図示の構造の燃料噴射弁１ではスリーブ２４によって所期締め付け力を与えられている。

第２のフランジ３１が溶接継ぎ目３３によって弁ニードル３に結合されていて、下側の接極子ストッパーとして役立っている。弾性的な中間リング３２が第２のフランジ３１に接触していて、燃料噴射弁１の閉鎖の際の衝突を避けるようになっている。

弁ニードル案内１４及び接極子２０内を燃料通路３０ａ，３０ｂが延びている。燃料が中央の燃料供給路１６を介して供給されて、フィルター部材２５によって濾過される。弁座本体５内に、渦流通路３４が燃料を導くため並びに渦流を形成するために設けられている。燃料噴射弁１がシール２８を介して燃料供給管路（図示せず）に対して密閉され、かつシール４０を介してシリンダーヘッド（図示せず）に対して密閉されている。

燃料噴射弁１の静止状態では、接極子２０が戻しばね２３によって行程方向と逆向きに負荷されて、弁閉鎖体４が弁座面６に密着されている。マグネットコイル１０の励磁に際して、マグネットコイルが磁場を形成して、磁場が接極子２０を戻しばね２３のばね力に抗して行程方向に運動させるようになっており、この場合、行程が静止状態で内側磁極１２と接極子２０との間に存在する作業間隙２７によって規定されている。接極子２０がフランジ２１、ひいては該フランジと溶接結合された弁ニードル３を同じく行程方向に連行する。弁ニードル３と作用結合している弁閉鎖体４が、弁座面６から持ち上がり、その結果、弁座本体５内の渦流通路３４を介して供給された燃料が噴射される。

コイル電流が遮断されると、接極子２０が磁場の十分な崩壊に伴って戻しばね２３のばね力によって内側磁極１３から離され、これによって、弁ニードル３と作用結合しているフランジ２１が行程方向と逆向きに運動させられる。即ち、弁ニードル３がフランジと同じ方向に運動させられ、その結果、弁閉鎖体４が弁座面６に当接されて、燃料噴射弁１が閉じられる。

図２に、図１の本発明に基づく燃料噴射弁１の噴射側の端部の一部分を拡大して示してあり、燃料噴射弁の弁座本体５が少なくとも１つの渦流通路３４を備えている。弁座本体５と弁閉鎖体４との間に、実施例では流れ方向で狭まる渦流室３５が形成されており、この狭まりが弁ニードル３の、流れ方向で拡大する区分３８によって構成されている。渦流室３５の容積が有利には、デッド容積を最小にして、周方向に向けられた渦流（旋回流）を渦流室３５内への燃料の流入時に形成できるように規定されている。渦流室３５は流れ方向で見て上流側の端部を弁ニードル３の直径減少部３９によって画成され、かつ下流側の端部を弁閉鎖体４と弁座本体５との間の接触部によって制限されている。渦流室３５の容積は、渦流通路３４の流れ込み開口の領域で最大である。

渦流通路３４の描かれた中心軸線を延長することによって明らかなように、渦流通路３４が弁ニードル３の中心軸線に対して次のように傾斜させられており、即ち、渦流通路の中心軸線の延長線が弁座本体５の構成部分とぶつからないようになっている。このような構成によって、燃料噴射弁１の製作の際の著しい利点が得られる。弁座本体５内への渦流通路３４の加工成形に際して、特に半径方向外側から半径方向内側へのレーザー穿孔に際して、従来は弁座本体５の内面を保護するために用いた保護型が不要である。保護型が不要であることによって、さらなる利点が生じる。即ち、保護型でのレーザービームの受け止めに起因して弁座本体５に付着した堆積物の除去のための後処理工程が省略される。保護型が不要であることによってさらに、レーザー穿孔による渦流通路加工成形の際の渦流通路３４からのスラグ及び溶融物の吹き飛ばし若しくは吸い出しが著しく容易であり、それというのは従来技術で使用される保護型は、内側の渦流通路端部の形成される開口を遮蔽することになり、ひいては渦流通路３４を貫流する洗浄流の発生を妨げるからである。

図３には、本発明に基づく燃料噴射弁１の図２に示す実施例の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面が示してある。

燃料噴射弁１の弁ニードル３の中心軸線３７に対する渦流通路３４の接線方向成分によって、燃料が半径方向にではなく、弁座本体５と弁閉鎖体４との間の渦流室３５内に流入することになり、その結果、周方向に向けられた渦流（旋回流）が形成される。渦流の速度が噴射方向で、渦流室３５の狭まりによって増大され、その結果、噴射開口７を介して噴射された燃料が、均質でかつ対称的な燃料噴霧を形成する。

本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、例えば任意の形式の燃料噴射弁１、特に外側へ開く方式の燃料噴射弁１にも使用できるものである。

本発明に基づく燃料噴射弁の実施例の縦断面図 図１に示す実施例の弁座本体の領域の部分断面図 弁座本体の図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った概略断面図

符号の説明

１ 燃料噴射弁、 ２ ノズル本体、 ３ 弁ニードル、 ４ 弁閉鎖体、 ５ 弁座本体、 ６ 弁座面、 ７ 噴射開口、 ８ シール、 ９ 外側磁極、 １０ マグネットコイル、 １１ コイルケーシング、 １２ コイル支持体、 １３ 内側磁極、 １４ 弁ニードル案内、 １５ 調節ディスク、 １６ 燃料供給路、 １７ 差し込み接点、 １８ プラスチック被覆、 １９ 導線、 ２０ 接極子、 ２１ フランジ、 ２２ 溶接継ぎ目、 ２３ 戻しばね、 ２５ フィルター部材、 ２６ 間隙、 ２７ 作業間隙、 ２８ シール、 ３０ａ，３０ｂ 燃料通路、 ３１ フランジ、 ３２ 中間リング、 ３３ 溶接継ぎ目、 ３４ 渦流通路、 ３７ 中心軸線、 ４０ シール

Claims (13)

1. 燃料噴射弁（１）であって、殊に内燃機関の燃焼室内への燃料の直接噴射のための燃料噴射弁であって、弁ニードル（３）を備えており、弁ニードルが噴射側の端部に弁閉鎖体（４）を有しており、弁閉鎖体が弁座本体（５）に形成された弁座面（６）と協働してシール座を形成しており、弁構成部分の、弁ニードル（３）を取り囲む区分（３６）内に少なくとも１つの渦流通路（３４）を備え、かつシール座の下流に設けられた少なくとも１つの噴射開口（７）を備えており、噴射開口を介して燃料が噴射方向に噴射されるようになっている形式のものにおいて、
   渦流通路（３４）が、渦流通路（３４）を通る燃料の流れ方向で見て弁ニードル（３）の中心軸線（３７）に対して噴射方向と逆向きに傾斜されていることを燃料噴射弁。
2. 渦流通路（３４）は、渦流通路の仮想の縦軸線の延長線が弁座本体（５）の構成部分にぶつからないように傾斜されている請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 少なくとも２つの渦流通路（３４）が設けられており、この場合、弁ニードル（３）の中心軸線（３７）に対する渦流通路（３４）の傾斜が互いに異なっている請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
4. 少なくとも渦流通路（３４）の仮想の縦軸線の延長線が、弁ニードル（３）の中心軸線（３７）に向けられるのではなく、弁ニードルの中心軸線に対してずらされて接線方向の方向成分を有している請求項１から３のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
5. 少なくとも２つの渦流通路（３４）が設けられており、この場合、渦流通路（３４）の、弁ニードル（３）の中心軸線（３７）に対するずれが互いに異なっている請求項４記載の燃料噴射弁。
6. 複数の渦流通路（３４）が設けられており、渦流通路（３４）が弁ニードル（３）の中心軸線（３７）に関して、周方向で互いに異なる間隔を有している請求項１から５のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
7. 渦流室（３５）が少なくとも１つの渦流通路（３４）に接続されていて、弁座面（６）の上流側に配置されている請求項１から６のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
8. 渦流室（３５）が燃料の流れ方向で狭まっている請求項７記載の燃料噴射弁。
9. 渦流室（３５）の狭まりが、弁ニードルの、噴射方向で拡大する区分（３８）によって構成されている請求項８記載の燃料噴射弁。
10. 弁座本体（５）の、弁ニードル（３）を取り囲む区分（３６）が弁座閉鎖体案内の少なくとも一部分を成している請求項１から９のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
11. 少なくとも１つの渦流通路（３４）の横断面形状が円形、楕円形、若しくは多角形、特に正方形、長方形、三角形若しくは台形である請求項１から１０のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
12. 燃料噴射弁（１）が複数の噴射開口（７）を有している請求項１から１１のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
13. 少なくとも１つの渦流通路（３４）が、レーザー穿孔によって形成されており、この場合、穿孔方向が渦流通路（３４）を通る燃料の流れ方向と一致している請求項１から１２のいずれか１項記載の燃料噴射弁。

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