JP2006509141A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料噴射弁（１）、特に内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（１）であって、弁ニードル（３）が設けられていて、該弁ニードル（３）がその噴射側の端部に弁閉鎖体（４）を有していて、該弁閉鎖体（４）が、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と共働してシール座を形成しており、該シール座の下流に噴射開口（７）が設けられ、かつ弁ニードル（３）に係合作用する可動子（２０）が設けられており、該可動子（２０）が、弁ニードル（３）に配置された第１のストッパ（２１）と第２のストッパ（３４）との間において軸方向可動に弁ニードル（３）に配置されている形式のものに関する。このような形式の燃料噴射弁において本発明では、可動子（２０）が第１のストッパ（２１）において圧力媒体を介して液圧的に緩衝されている。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の燃料噴射弁に関する。

例えばドイツ連邦共和国特許公開第１０１０８９９７４号明細書に基づいて公知の燃料噴射弁では、マグネット可動子（Magnetanker）が弁ニードルに係合作用し、弁ニードルはその噴射側端部に弁閉鎖体を有していて、この弁閉鎖体は弁座面と共働してシール座を形成しており、マグネット可動子は弁ニードルに沿って可動に、第１のストッパ体の第１のストッパと第２のストッパ体に形成された第２のストッパとの間で、間隙の幅に相当する遊びをもって案内されている。両ストッパとマグネット可動子との間に位置する間隙と、軸方向において自由に可動のマグネット可動子とによって、マグネット可動子の慣性質量と、弁ニードル及び弁閉鎖体の慣性質量とは互いに切り離されて分離される。それというのは、マグネット可動子を磁界の力作用によってまず初め弁ニードルなしに加速させることができるからである。これによって燃料噴射弁の調量特性が改善される。休止状態においてマグネット可動子は、第１のストッパ体と可動子との間に配置されたばねによって、中間リングを介して第２のストッパ体に押し付けられる。例えばエラストマから成る中間リングは、燃料噴射弁の閉鎖時における可動子ノイズ（Ankerpreller）を防止する緩衝体として作用し、このような可動子ノイズは、閉鎖動作時に弁ニードルに追従するマグネット可動子によって生じ、中間リングはさらに、弁ニードルとマグネット可動子との衝突に基づいて生じる振動の継続時間を短縮するためにも働く。中間リングは同様に、マグネット可動子に追従する弁ニードルがマグネット可動子への第２のストッパ体の衝突時に生ぜしめる、開放時における衝突ノイズを防止するためにも働く。中間リングはさらにまた、上側のマグネットが可動子ストッパに達した後でマグネット可動子において弁ニードルが進む距離を減じるためにも役立つ。マグネット可動子の引き付け後もしくはシール座の閉鎖後に安定した振動しない状態を得るために、すなわちそこから燃料噴射弁を正確に規定可能な状態から新たに操作することができる状態を得るために、燃料噴射弁が必要とする時間は、中間リングによって短縮される。

上に述べた燃料噴射弁における欠点としては次のことが挙げられる。すなわち公知の燃料噴射弁では、例えばエラストマから成る中間リングによっては、特に、操作頻度が極めて高い場合や開放時間が極めて短い場合に、マグネット可動子とストッパ体との間における衝突に対する緩衝を、不十分にしか達成することができない。従って操作頻度が高い場合には、噴射動作中における燃料の正確な調量がもはや不可能になってしまう。それというのは、まだ消滅していない振動が切換え動作に不都合な影響を及ぼし、操作時間をコントロール不能に変化させてしまうからである。そして異なった操作時間が、相前後して行われる２つの操作の間において生じることがあり、不都合である。ひいてはそれぞれの噴射量を正確に規定することもできなくなる。

別の欠点は、弾性的な中間リングの緩衝特性が変化することによって生じる。この欠点によって、相前後して行われる２つの噴射動作の間の可能な最小間隔が延びてしまい、あるいは燃料噴射弁において可能な最小開放時間が長くなってしまう。

さらに別の欠点としては、中間リングが付加的な部材であり、これによって燃料噴射弁の製造が複雑化される、ということが挙げられる。

発明の利点
請求項１の特徴部に記載のように構成された本発明による燃料噴射弁には、公知のものに対して次のような利点がある。すなわち本発明による燃料噴射弁では、マグネット可動子と弁ニードルとの間もしくはマグネット可動子と可動子ストッパとの間における液体による緩衝処置によって、発生する振動を迅速に消滅させることができ、しかもそのために必要な距離を短く保つことができる。これによって特に、正確に再現可能でかつ最小にすることができる噴射動作毎の燃料噴射量を、さらに減じることができ、しかも同一型式の燃料噴射弁の間及び噴射動作の間における噴射量のばらつきも、同様に減じられる。これによってさらにまた、２つの噴射動作の間における切換え時間を、例えば２ｍｓから１ｍｓ未満に、著しく減じることができる。

中間リングを使用しないこと及びストッパ面に対する負荷が軽減されることによって、摩耗及び故障発生が著しく減り、しかも製造に係わる手間及びコストが低下する。

請求項１に記載された本発明による燃料噴射弁の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。

本発明による燃料噴射弁の別の構成では、第１のストッパと可動子とを液圧的に共働させる圧力媒体として、燃料、特にガソリン又はディーゼル燃料が使用される。これによって、特別な圧力媒体を使用する必要がなくなり、燃料噴射弁の製造が簡単になる。

本発明の別の構成では、第２のストッパが弁ニードル又は調節円板と堅固に結合されている。このように構成されていると、可動子の軸方向運動のために必要な遊びを、正確かつ簡単に、しかも持続的に容易に調節することができる。

本発明の別の有利な構成では、第１のストッパが可動子に向けられた側に、第１の切欠きを有し、かつ／又は可動子が第１のストッパに向けられた側に第２の切欠きを有している。このように構成されていると、液圧的に有効な中空室を簡単な形式で生ぜしめることができ、これらの中空室はそれぞれ対向して位置している部材と共働する。

さらに、第１の切欠き及び第２の切欠きが単段又は多段に形成されていると、有利である。それというのは、このように構成されていると、液圧的な効果を容易に調節することができるからである。

また本発明の別の構成では、第１の切欠き及び／又は第２の切欠きが弁ニードルによって画成されており、このようになっていると、切欠きを特に簡単な穿孔によって製造することができるので、切欠きの製造が簡単になる。

さらにまた、第１のストッパもしくは可動子に複数の第１の切欠き及び／又は第２の切欠きを配置すると、有利である。このように構成されていると、特に、液圧的な効果を容易に制御することができる。さらに切欠きの配置及び長さを、空間及び液圧的な所与性に容易に適合させることができる。

本発明による燃料噴射弁の別の構成では、第１のストッパが、可動子に配置された第２の切欠きに係合し、かつ／又は可動子が、第１のストッパに配置された第１の切欠きに係合している。これによって、可動子と第１のストッパとの間における液圧的な相互作用が容易に調節可能になる。

本発明の別の構成では、可動子が第１の切欠きと一緒に、かつ／又は第１のストッパが第２の切欠きと一緒に、少なくとも１つ絞り箇所を備えた少なくとも１つの室を形成している。このような構成によって、可動子と第１のストッパとの間における液圧的な作用がさらに強化され、時間の経過において有利な影響を及ぼすことができる。

また、室が部分的に弁ニードルによって画成されていると、有利である。それというのは、このような構成によって特に室の製造が簡単になるからである。

さらにまた、第１の切欠き及び／又は第２の切欠きが円形もしくはリング状に形成されていると、これらの切欠きを簡単かつ正確にしかも安価に製造することができるので、特に有利である。

図面
次に図面を参照しながら本発明の実施例を詳説する。

図１は、従来技術による燃料噴射弁を示す縦断面図であり、
図２は、本発明による燃料噴射弁１の第１実施例を可動子２０の領域において拡大して示す断面図であり、
図３は、本発明による燃料噴射弁１の第２実施例を可動子２０の領域において拡大して示す断面図であり、
図４は、本発明による燃料噴射弁１の第３実施例を可動子２０の領域において拡大して示す断面図である。

実施例の記載
以下において本発明の１実施例を説明する。同一部材には、すべての図面において同一符号が付けられている。図２〜図４を参照して本発明の実施例について記載する前に、本発明の構成に対する理解を良好にするために、まず初めに図１を参照しながら、従来技術による燃料噴射弁の主要な構成部材について簡単に説明する。

図１に示された燃料噴射弁１は、混合気圧縮型火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置用の高圧燃料噴射弁１として構成されている。この燃料噴射弁１は特に、内燃機関の燃焼室（図示せず）に燃料を直接噴射するのに適している。

燃料噴射弁１はノズル体２から成っており、このノズル体２内には弁ニードル３が配置されている。弁ニードル３は弁閉鎖体４と作用結合しており、この弁閉鎖体４は、弁座体５に配置された弁座面６と共働してシール座を形成している。燃料噴射弁１は図示の実施例では、内方に向かって開放する燃料噴射弁１であり、１つの噴射開口７を有している。ノズル体２はシール部材８によって、マグネットコイル１０の外極９に対してシールされている。マグネットコイル１０はコイルハウジング１１内にカプセル化されていて、コイル保持体１２に巻き付けられており、このコイル保持体１２はマグネットコイル１０の内極１３に接触している。内極１３と外極９とは狭窄部２６によって互いに隔てられていて、かつ非強磁性の結合部材２９によって互いに結合されている。マグネットコイル１０は導電体１９を介して、電気的な差込み接点１７を介して供給可能な電流によって励起される。差込み接点１７は、内極１３に射出成形され得るプラスチック周壁１８によって取り囲まれている。

弁ニードル３は、円板状に形成された弁ニードルガイド１４において案内されている。行程調節のためには、対を成した調節円板１５が働く。調節円板１５の他方の側には可動子２０が設けられている。この可動子２０は第１のストッパ２１を介して弁ニードル３と摩擦力結合式（kraftschluessig）に結合されており、この弁ニードル３は溶接シーム２２である第１の接合結合部２２によって第１のストッパ２１と結合されている。第１のストッパ２１には戻しばね２３が支持されており、この戻しばね２３は燃料噴射弁１の図示の構造形態では、スリーブ２４によって予負荷をかけられる。

弁ニードルガイド１４と可動子２０とガイドエレメント３６とには、燃料通路３０，３１，３２が設けられている。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によって濾過される。燃料噴射弁１は、シール部材２８によって燃料分配導管（図示せず）に対してシールされ、かつ別のシール部材３７によってシリンダヘッド（図示せず）に対してシールされている。

可動子２０の噴射側には、可動子２０と第２のストッパ３４との間に間隙３３が設けられていて、この間隙３３はエラストマ材料から成るリング状の緩衝エレメント（図示せず）を収容することができる。可動子２０は弁ニードル３に沿って軸方向可動に第２のストッパ３４と第１のストッパ２１との間において案内されている。第２のストッパ３４は図示の燃料噴射弁１の実施例では、溶接シームである第２の接合結合部３５を介して弁ニードル３と結合されている。

燃料噴射弁１の休止状態において可動子２０は、戻しばね２３によってその上昇方向とは逆向きに負荷され、弁閉鎖体４は弁座面６にシール作用をもって接触させられる。リング状の緩衝エレメントが中間位置を占めていない場合には、間隙３３は閉鎖されており、つまり可動子２０と第２のストッパ３４とは互いに接触している。間隙３３が閉鎖されている場合には、第１のストッパ２１と可動子２０との間に、図２及び図３において詳しく述べる可動子自由運動距離（Ankerfreiweg）４４が生じており、この可動子自由運動距離４４の幅は、この状態において間隙３３の最大幅に相当している。マグネットコイル１０はその励起時に磁界を形成し、この磁界は可動子２０を、戻しばね２３のばね力に抗して上昇方向に移動させ、この際に行程は、休止状態において内極１３と可動子２０との間に存在する作業間隙２７によって所定されている。同時に、図２〜図４に示されていて第１のストッパ２１に係合しかつ可動子２０に支持されているばねエレメント３８が、さらに緊張させられ、このばねエレメント３８は休止位置において可動子２０を予負荷をもって第２のストッパ３４に押し付け、かつこの際に、第１のストッパ２１に形成された肩部４０に支持されている。

肩部４０には戻しばね２３も支持されており、この場合肩部４０はストッパ２１の、可動子２０とは反対の側に配置されている。図２〜図４に示されたばねエレメント３８は、ＡＦＷばねとしてもしくは可動子自由運動距離ばね（Ankerfreiwegfeder）と呼ばれる。可動子２０は、弁ニードル３に溶接されている第１のストッパ２１を、図２〜図４に示された可動子自由運動距離４４の通過後に、同様に上昇方向に連行する。弁ニードル３に結合されている弁閉鎖体４は、弁座面６から持ち上がり、燃料通路３０，３１，３２を介して案内された燃料は噴射開口７を通して噴射される。

コイル電流が遮断されると、可動子２０は磁界が十分に消滅した後で、戻しばね２３の圧力によって内極１３から落下し、これによって、弁ニードル３に結合されている第１のストッパ２１は上昇方向とは逆向きに運動する。その結果弁ニードル３は同じ方向に移動し、これによって弁閉鎖体４は弁座面６に載着し、燃料噴射弁１は閉鎖される。

図２には、図１に示された燃料噴射弁の可動子２０の領域における第１実施例が、拡大されて断面図で示されている。図２は、シール座の閉鎖時における休止状態の燃料噴射弁１を示している。図２から明らかなように、ばねエレメント３８は図示の状態において可動子２０を第２のストッパ３４に押し付け、この第２のストッパ３４は図示の実施例では例えば調節円板１５と結合されている。可動子自由運動距離４４はこの状態において最大に形成されている。第１のストッパ２１は、可動子２０に配置された階段状の第２の切欠き４１内に係合し、この切欠き４１は部分的に弁ニードル３によって画成されている。

第２の切欠き４１への第１のストッパ２１の係合によって、第２の切欠き４１の噴射側の端部には室４２が形成される。この室４２と、噴射側とは反対の側であって燃料が周囲を流れる可動子２０の側との間には、同時に絞り箇所４３が形成され、この絞り箇所４３は図示の実施例では弁ニードル３の長手方向軸線に対して平行に、可動子２０と、第１のストッパ２１の、切欠き４１に係合している部分との間を延びている。絞り箇所４３の幅、ひいては絞り箇所４３の液圧作用の一部は、特に、第２の切欠き４１の内径と、第２の切欠き４１に係合する第１のストッパ２１の外径とによって規定される。

作用形式は以下の通りである：
図２に示された休止状態を起点として、燃料噴射弁１を開放するために可動子２０は例えば電磁力によって上昇方向に移動させられる。戻しばね２３の力作用は、ばねエレメント３８の力作用よりも大きいので、可動子２０はまず初め、弁ニードル３を連行することなく、上昇方向で自由に運動し、運動エネルギを形成する。可動子自由運動距離４４を進んだ後で、つまり第１のストッパ２１の、可動子２０に向けられた端部が、可動子２０もしくは第２のストッパ３４と接触すると、可動子２０は第１のストッパ２１を、ひいては弁ニードル３を上昇方向に連行し、この連行動作は、可動子２０が作業間隙２７によって所定された距離を進み、内極１３に当接するまで続く。

弁ニードル３はしかしながら、その固有の運動エネルギに基づいてまず初めは戻しばね２３の力作用に抗して、さらに上昇方向に運動し、これによって室４２内においては負圧が生じる。それというのは、絞り箇所４３によって素早く十分な燃料が補充され得ないからである。この負圧は、上昇方向における弁ニードル３の運動に抗して付加的に作用し、これによって、可動子２０が内極に当接した後で、弁ニードル３が進む距離を短縮する。この距離はトンネル通過運動距離（Durchtunnelweg）とも呼ばれる。弁ニードル３が戻しばね２３の力作用によって上昇方向とは逆向きの運動時に形成する運動エネルギは、これによって減じられ、ひいては内極１３から可動子２０が解離するおそれも減じられる。付加的に、絞り箇所４３を通って室４２内に流入した燃料は、上昇方向とは逆向きの弁ニードル３の緩衝された運動のために働き、これによって内極１３から可動子２０が解離するおそれはさらに減少する。

燃料噴射弁１を閉鎖するためには磁気回路が中断され、可動子２０は内極１３から解離する。戻しばね２３の力作用によって、今や、第１のストッパ２１と弁ニードル３と可動子２０とが上昇方向とは逆向きに運動する。まず初めに弁ニードル３がその弁閉鎖体４で弁座面６に載着する。弁ニードル３に沿って軸方向において自由に運動できる可動子２０は、第２のストッパ３４に当接する前に、可動子自由運動距離４４の分だけさらに運動する。この際に室４２において形成される負圧は、可動子２０が可動子自由運動距離４４を急いで通過する間に、可動子２０を制動する。これによって、第２のストッパ３４への衝突時に可動子２０に対して作用する衝撃が緩和される。付加的に、この衝撃によって生ぜしめられる振動は、室４２及び絞り箇所４３の液圧的な緩衝作用によって緩衝され、時間的に短縮され、かつその振幅を減じられる。これによって燃料噴射弁１は短時間の後に、振動のない安定した状態から新たに操作されることができ、これによって正確に規定可能及び正確に再現可能な噴射量が、極めて短い操作間隔においても実現可能になる。

図３には、本発明の第２実施例が、図２の第１実施例と同様に、可動子２０の領域において断面されて拡大して示されている。この第２実施例では図２に示された第１実施例とは異なり、第１のストッパ２１もまたその可動子２０に向けられた側に、第１の切欠き３９を有している。これにより増大された室４２によって、液圧的な特性は有利にかつ容易に生ぜしめることができる。

図４には、本発明の第３実施例が、図２の第１実施例と同様に、可動子２０の領域において断面されて拡大して示されている。この第３実施例では図２に示された第１実施例とは異なり、第１のストッパ２１にだけ、第１の切欠き３９が配置されている。絞り箇所４３は第１のストッパ２１の、可動子２０に向けられた端部と、可動子２０の、第１のストッパ２１に向けられた端部との間に配置されている。この実施形態は特に、可動子２０の領域に半径方向に延びる大きな空間が提供されている燃料噴射弁１のために適している。それというのは、絞り作用は特に、この実施例において半径方向に延びる絞り箇所４３の長さを介して生ぜしめられるからである。そしてこの実施例では、製造技術的な手間もしくはコストも有利に減じられている。

本発明は、図示の実施例に限定されるものではなく、例えば外方に向かって開放する燃料噴射弁のためにも使用可能である。

従来技術による燃料噴射弁を示す縦断面図である。 本発明による燃料噴射弁１の第１実施例を可動子２０の領域において拡大して示す断面図である。 本発明による燃料噴射弁１の第２実施例を可動子２０の領域において拡大して示す断面図である。 本発明による燃料噴射弁１の第３実施例を可動子２０の領域において拡大して示す断面図である。

Claims (11)

1. 燃料噴射弁（１）、特に内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（１）であって、弁ニードル（３）が設けられていて、該弁ニードル（３）がその噴射側の端部に弁閉鎖体（４）を有していて、該弁閉鎖体（４）が、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と共働してシール座を形成しており、該シール座の下流に少なくとも１つの噴射開口（７）が設けられ、かつ弁ニードル（３）に係合作用する可動子（２０）が設けられており、該可動子（２０）が、弁ニードル（３）に配置された第１のストッパ（２１）と第２のストッパ（３４）との間において軸方向可動に弁ニードル（３）に配置されている形式のものにおいて、
   可動子（２０）が第１のストッパ（２１）において圧力媒体を介して液圧的に緩衝されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 圧力媒体が燃料、特にガソリン又はディーゼル燃料である、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 第２のストッパ（３４）が弁ニードル（３）又は調節円板（１５）と堅固に結合されているか又はハウジング固定に結合されている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
4. 第１のストッパ（２１）が可動子（２０）に向けられた側に、第１の切欠き（３９）を有し、かつ／又は可動子（２０）が第１のストッパ（２１）に向けられた側に第２の切欠き（４１）を有している、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. 第１の切欠き（３９）及び／又は第２の切欠き（４１）が単段又は多段に形成されている、請求項４記載の燃料噴射弁。
6. 第１の切欠き（３９）及び／又は第２の切欠き（４１）が部分的に弁ニードル（３）によって画成されている、請求項４又は５記載の燃料噴射弁。
7. 第１のストッパ（２１）が複数の第１の切欠き（３９）を有し、かつ／又は可動子（２０）が複数の第２の切欠き（４１）を有している、請求項４から６までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
8. 第１のストッパ（２１）が、可動子（２０）に配置された第２の切欠き（４１）に係合し、かつ／又は可動子（２０）が、第１のストッパ（２１）に配置された第１の切欠き（３９）に係合している、請求項４から７までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
9. 可動子（２０）が第１の切欠き（３９）と一緒に、かつ／又は第１のストッパ（２１）が第２の切欠き（４１）と一緒に、少なくとも１つ絞り箇所（４３）を備えた少なくとも１つの室（４２）を形成している、請求項４から８までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
10. 室（４２）が部分的に弁ニードル（３）によって画成されている、請求項９記載の燃料噴射弁。
11. 第１の切欠き（３９）及び／又は第２の切欠き（４１）が円形もしくはリング状に形成されている、請求項４から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。

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