JP2005520981A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

内燃機関のための燃料噴射弁であって、ケーシング（１）が設けられており、該ケーシング（１）内に弁部材（１２）が可動に配置されており、ばねエレメント（３０）の弾性力に抗して、弁部材（１２）が運動することによって、内燃機関の燃焼室（６）に向かう燃料供給が制御されるようになっている。ばねエレメント（３０）が、縦軸線（１４）を有する円筒形のスリーブとして形成されており、該スリーブの壁部が複数箇所で、それぞれ互いに離間して位置する貫通孔（４５）を備えており、ばねエレメント（３０）が、縦軸線（１４）方向で弾性変形可能に形成されている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、内燃機関のための燃料噴射弁から出発する。

背景技術
このような燃料噴射弁は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１００２４７０３号明細書から公知である。このような燃料噴射弁は、可動の弁部材の配置されたケーシングを備えており、この弁部材はばねエレメントの弾性力に抗して運動することによって内燃機関の燃焼室に通じる燃料供給を制御する。多くの場合弁部材は弁ニードルの構成を有しており、この弁ニードルは縦軸線を有していて、かつ縦軸線方向で運動を行う。ばねエレメントは圧縮コイルばねとして形成されており、この圧縮コイルばねは弁部材に対して共軸的にケーシング内に配置されている。この場合公知の圧縮コイルばねは、必要な剛性を成すために、比較的強いワイヤで巻き設ける必要があり、ひいては比較的大きな構成スペースを占める、という欠点を有している。このことによって燃料噴射弁の更なるスリム化に、そこに作用する高い燃料圧に基づいて下回ってはならない制限が定められる。

発明の利点
これに対して、本発明による、請求項１記載の特徴を備えたは次のような利点を有しており、ここで使用される、円筒形のスリーブの構成を有するばねエレメントは、これに対応するコイルばねと比べて剛性が同じ場合必要とする構成スペースが比較的小さくなっているので、これに応じて燃料噴射弁の外径は縮小することができる。ばねエレメントの円筒形のスリーブは、壁部の複数箇所に貫通孔を備えており、これらの貫通孔は、円筒形のスリーブを縦方向で弾性変形可能にする。

従属請求項に記載の構成によって、本発明の有利な実施形態が実現される。貫通孔が実質的に円筒形のスリーブの半径方向平面上を延びていることによって、簡単な形式で、円筒形のスリーブの良好な縦方向弾性が得られる。特に有利には、同形の２つの貫通孔が半径方向平面上に位置しており、これらの貫通孔が結合ウェブによって互いに区切られている。結合ウェブの厚みに関して、極めて簡単な形式で、円筒形のスリーブの弾性を調節することができる。２つの貫通孔が１半径方向面上に形成されている実施形態では、特に有利には、直接的に隣接する半径方向面に位置する貫通孔が互いに半径方向で９０°回転変位して配置されている。

別の有利な実施形態では、貫通孔がスリット状に形成されている。スリット状の貫通孔の端部における切欠応力を僅かに維持するために、特に有利には、これらの端部が丸み付けされている。このような実施形態の場合に特に有利には、貫通孔が、スリット状の構成に基づいて長軸を有しており、該長軸に関して中央で凹んで形成されている。円筒形のスリーブは、所望の縦方向弾性を有しており、それも貫通孔の端部で切欠応力が、円筒形のスリーブ材料の塑性変形が生じ得るような大きさになることはない。

実施例の説明
次に図面につき本発明の実施例を詳しく説明する。

図１には、本発明の燃料噴射弁を縦断面図で示した。燃料噴射弁はケーシング１を備えており、このケーシング１は弁保持体３と弁体５とを備えており、これらの弁保持体３および弁体５は、緊締ナット７によって燃料噴射弁軸方向で互いに緊締されている。弁体５内に孔１０が形成されており、この孔１０は縦軸線１４を有しており、孔１０内でプランジャ状の弁部材１２が縦方向可動に配置されている。孔１０は燃料室とは反対側の端部で拡張して内室９を形成しており、この内室９に、弁保持体３として形成された供給通路２１が通じている。弁部材１２は、孔１０の中央の孔区分１１０で案内されており、弁部材１２と孔１０の壁部との間にリング通路状の圧力室１８が形成されており、この圧力室１８に供給通路２１と内室９とを介して高圧化の燃料が充填可能である。弁部材１２の被案内区分に４つの切削部１６が設けられており、これらの切削部１６によって、燃料は内室９から弁部材１２と孔１０の壁部との間を通って圧力室１８に流入することができる。孔１０の、内燃機関の燃焼室６に突入する端部に弁座２０が形成されており、この弁座２０は円錐形に成形されていて、かつ弁部材１２の燃焼室側の端部に形成された弁シール面２４と協働しており、弁シール面２４が弁座２０から持ち上げられた状態で、燃料が圧力室１８から弁シール面２４と弁座２０との間を通って、弁体５に形成された噴射開口２２に向かって通流でき、噴射開口２２を通って燃料は内燃機関の燃焼室６に噴射される。弁シール面２４が弁座２０に接触している場合、燃料流は中断されるので、噴射開口２２は閉鎖されている。

内室９内に、スリーブ３４、ばねエレメント３０およびばね皿３２が配置されており、これらは弁部材１２の、燃料室とは反対側の端部区分を取り囲んでいる。弁部材１２の、燃焼室とは反対側の端面１３と、弁保持体３と、弁部材１２を取り囲むスリーブ３４とによって制御室３７が画設されており、この制御室３７に、弁保持体３内に形成された制御孔４０を介して高圧化の燃料を案内することができる。ばねエレメント３０は、スリーブ３４とばね皿３２との間でプレロード（予荷重）をかけられて配置されており、これによってスリーブ３４とばね皿３２とは互いに押し離される。ばね皿３２が弁部材に支持されているので、これによって弁部材１２は弁座２０に押し付けられる。

弁部材１２の縦方向運動は、圧力室１８における液圧と制御室３７における液圧とによって制御される。圧力室１８には、内燃機関の運転時に一貫して比較的高い燃料圧が作用し、この燃料圧によって液力が受圧肩部１７に作用する。この受圧肩部１７は、切削部１６の領域における被案内区分に対する、弁部材１２の燃料室に向いた側の区分の移行部に形成されている。これによって弁部材１２に作用する開放力が形成され、この開放力は弁座２０から離間する方向に向けられている。この開放力に、プレロードのかけられたばねエレメント３０の力と、圧力室３７における圧力によって弁部材１２の端面１３に形成されるハイドロリック式の閉鎖力とが対抗するようになっている。圧力室３７に比較的高い燃料力が作用すると、弁部材１２は閉鎖位置で保持される。なぜならば受圧肩部１７の、ハイドロリック式の作用面が、弁部材１２の端面１３の作用面よりもはるかに小さくなっているからである。制御室３７が制御孔４０を介して減圧されると、受圧肩部１７に作用する液力は、弁部材１２をばねエレメント３０の力に抗して弁座２０から離間させるので、燃料は噴射開口２２を通って前述の形式で内燃機関の燃焼室６に噴射される。圧力室１８および制御室３７に１００ＭＰａを超える圧力を作用させることができるので、ばねエレメント３０の力は、弁部材１２の開放ストローク運動に際して副次的な役割しか有していない。主にばねエレメント３０は、内燃機関の停止状態で、ひいては圧力室１８および制御室３７に燃料圧が存在しない状態で、弁部材１２を閉鎖位置に保持するのに役立つ。

図２には、弁体５をばねエレメント３０の領域で斜めから見た断面図で示した。弁部材１２は図面を判りやすくするために省略した。スリーブ３４はばねエレメント３４と一体的に形成されているので、これらの両部材の間の接触面は省略される。図３には、スリーブ３４とリングエレメント４２とを備えたばねエレメント３０を拡大図で示した。リングエレメント４２は、スリーブ３４に向いた側の端部でばねエレメント３０に続いており、このリングエレメント４２を介してばねエレメント３０は直接的に弁部材１２に支持されている。ここでもまたリングエレメント４２はばねエレメント３０と一体的に形成するか、または別個の構成部材としてたとえば溶接またはろう接によってばねエレメント３０と結合することができる。ばねエレメント３０は円筒形のスリーブとして形成されており、このスリーブは壁部で複数の貫通孔４５を備えており、これらの貫通孔４５によってばねエレメント３０は縦方向で弾性変形可能である。円筒形のスリーブとして形成されたばねエレメント３０の正確な構成は、図４に示した。この図４には、ばねエレメント３０は無負荷状態で示しており、ここではスリーブ３４およびリングエレメント４２のない別個の構成部材として形成されている。ばねエレメント３０の貫通孔４５はスリット状に形成されていて、かつ長軸５２を有しており、この長軸５２はばねエレメント３０の縦軸線１４に関して半径方向平面上を延びている。スリット状の貫通孔４５の端部４７は丸み付けされており、これによってばねエレメント３０が圧縮される際にこの位置での切欠応力を軽減することができる。耐用寿命にわたってばねエレメント３０の強さを維持するために、この場合貫通孔４５の端部４７における材料塑性変形の発生が防止されている。このような構成を有していない場合、ばねエレメント３０は不可逆的に変形され、強さが変化する恐れがある。

ばねエレメント３０の１半径方向面上にスリット状のそれぞれ２つの貫通孔４５が配置されており、これらの貫通孔４５は結合ウェブ４８と、この結合ウェブ４８とは反対側に位置する別の結合ウェブ４８´とによって互いに分離されている。隣接する半径方向面上に位置する貫通孔４５は同形に形成されており、これらの貫通孔４５は縦軸線１４に関してそれぞれ９０°ずつ回転方向で変位して配置されている。これによって隣接する２つの半径方向面の結合ウェブ４８の間にカンチレバー４９が形成され、ばねエレメント３０が負荷される際に、カンチレバー４９のたわみによってばねエレメント３０は弾性的に変形される。カンチレバー４９の厚みと、結合ウェブ４８の幅から形成されるカンチレバー４９の長さとに関して、ばねエレメント３０の弾性とばね定数とを調節することができる。ばねエレメントの有利な寸法は、外径Ｄで４．０〜４．５ｍｍ、壁厚Ｓで０．４〜０．５ｍｍである。結合ウェブ４８の幅は約０．８ｍｍであり、貫通孔４５の端部４７における曲率半径は約０．４〜０．５ｍｍである。ばねエレメント３０の全高Ｈは約１０ｍｍである。このような寸法によって、３０Ｎ／ｍｍのばねエレメント３０のばね定数が得られる。このために必要なばねエレメント３０の外径は、同程度のばね定数を有する圧縮コイルばねの外径よりもはるかに小さくなっている。

図示のばねエレメント３０は、２つの円筒半部から成っており、これらの円筒半部は溶接シーム５０に沿って互いに結合されている。ばねエレメント３０の製作は、たとえば２つの円筒半部を別個に製作し、次いでこれらを溶接シーム５０に沿って互いに結合して行われる。図５には、一方の円筒半部の中間ステップ、つまりばねエレメント半部１３０を示した。このばねエレメント半部１３０は適当な鋼から成る矩形の扁平な金属薄板を成している。このばねエレメント半部１３０に貫通孔４５がたとえば打抜加工によって形成される。次いでばねエレメント半部１３０は曲げられるので、ばねエレメント半部１３０の一方の端面５４は、別のばねエレメント半部１３０の対応する端面５４と、有利には溶接によって結合することができる。

ばねエレメント３０が一体的な部材からたとえば深絞り加工で製作しようとする場合、溶接シーム５０は生じない。この場合貫通孔４５は打抜加工によって形成されるのではなく、たとえばレーザによって形成される。このような製作法は、個々の点で有利であり、ばねエレメント３０の、予想される機械的な負荷に依存している。

ばねエレメント３０によって弁部材１２を負荷する以外に、本発明のばねエレメント３０は燃料噴射弁の別の位置に使用することができ、そこでは対応する構成スペースが十分でなく、ばねエレメントはできるだけ小さな延伸度を有するのが望ましい。考えられる別の実施例は、燃料噴射弁の電磁弁である。

本発明の燃料噴射弁の縦断面図である。

弁部材を省いた弁体を斜めから見た断面図である。

スリーブの取り付けられたばねエレメントを示す拡大図である。

無負荷状態のばねエレメントを示す図である。

ばねエレメントを形成する金属薄板状の中間製品を示す図である。

符号の説明

１ ケーシング、 ３ 弁保持体、 ５ 弁体、 ７ 緊締ナット、 ９ 内室、 １０ 孔、 １２ 弁部材、 １４ 縦軸線、 １６ 切削部、 １７ 受圧肩部、 １８ 圧力室、 ２０ 弁座、 ２１ 供給通路、 ２２ 噴射開口、 ２４ 弁シール面、 ３０ ばねエレメント、 ３２ ばね皿、 ３４ スリーブ、 ３７ 制御室、 ４０ 制御孔、 ４２ リングエレメント、 ４５ 貫通孔、 ４７ 端部、 ４８，４８´ 結合ウェブ、 ４９ カンチレバー、 ５０ 溶接シーム、 ５２ 長軸、 ５４ 端面、 １１０ 孔区分、 １３０ ばねエレメント半部

Claims (8)

1. 内燃機関のための燃料噴射弁であって、ケーシング（１）が設けられており、該ケーシング（１）内に弁部材（１２）が可動に配置されており、ばねエレメント（３０）の弾性力に抗して、弁部材（１２）が運動することによって、内燃機関の燃焼室（６）に向かう燃料供給が制御されるようになっている形式のものにおいて、
   ばねエレメント（３０）が、縦軸線（１４）を有する円筒形のスリーブとして形成されており、該スリーブの壁部が複数箇所で、それぞれ互いに離間して位置する貫通孔（４５）を備えており、ばねエレメント（３０）が、縦軸線（１４）方向で弾性変形可能に形成されていることを特徴とする、燃料噴射弁。
2. ばねエレメント（３０）の壁部に設けられた貫通孔（４５）が、実質的にばねエレメント（３０）の縦軸線（１４）の半径方向平面上を延びている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 同形の２つの貫通孔（４５）が、ばねエレメント（３０）の１半径方向平面上に位置しており、これらの貫通孔（４５）が、結合ウェブ（４８）によって互いに区切られている、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 少なくとも２つの半径方向面上に貫通孔（４５）が配置されており、一方の半径方向面上に位置する貫通孔が、該半径方向面に隣接する別の半径方向面上に位置する貫通孔に対して９０°回転方向で変位して配置されている、請求項３記載の燃料噴射弁。
5. 貫通孔（４５）が、スリット状に形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
6. 貫通孔（４５）の端部（４７）が丸み付けられている、請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 貫通孔（４５）が、長軸（５２）を有しており、該長軸に関して、貫通孔（４５）が対称的に形成されており、貫通孔（４５）が、細長いスリットの構成を有しており、該スリットが、長軸（５２）に関して中央で凹んでいる、請求項６記載の燃料噴射弁。
8. ばねエレメント（３０）が、弾性的にプレロードをかけられた状態でケーシング（１）内に配置されている、請求項１記載の燃料噴射弁。

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