JP2006509157A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関の燃焼室（３９）内へ燃料を直接に噴射するための燃料噴射弁（１）に関する。該燃料噴射弁は、励起可能なアクチュエータ（１０）及び該アクチュエータ（１０）と作用結合されていて弁閉鎖体（４）の作動のための弁ニードル（３）を備えており、該弁ニードルは閉鎖方向に戻しばね（２３）によって負荷されており、前記弁閉鎖体は弁座体（５）に形成された弁座面（６）と一緒にシール座を形成しており、前記弁座体は少なくとも２個の噴射開口部（７）を有している。この場合に、燃料噴射弁（１）を貫流する燃料の圧力は、１０バールよりも大きくなっている。

Description

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。

例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６２５０９５Ａ１号明細書に、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を記載してあり、該燃料噴射弁は１つの燃料入口から１つの噴射開口部への１つの流れ経路を有しており、該流れ経路内で噴射開口部の前に複数の燃料通路を配置してあり、燃料通路の横断面は所定の燃料圧で、単位時間当たりに噴射される燃料量を規定している。混合噴霧内の燃料分布に影響を及ぼしかつ混合噴霧の所期の噴霧流特性を得るために、少なくとも一部分の燃料通路は、燃料噴射弁の開放時に該燃料通路から流出する燃料流が直接に噴射開口部を通って噴射されるように形成されている。

前記公知の燃料噴射弁においては欠点として、混合噴霧の形状を規定する手段は限られている。噴流の広がり角及び混合噴霧の中心軸線の方向を変えることのほかに、不均質な混合噴霧の円錐形状並びに不均質に分布した状態での噴流貫通力に影響を及ぼすことは不可能である。従って、燃料消費量若しくは排気エミッションを減少させることが不十分である。

請求項１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、燃料分配管路内の高い燃料圧力によって、良好な燃焼過程のための高い霧化特性を有する混合噴霧が、渦流形成部材を備えた燃料噴射弁において生じる欠点、例えば大きな燃料消費量、弁先端の炭化若しくは排気エミッションの増大を甘受することなく、達成される。

従属請求項に、請求項１に記載の本発明に基づく燃料噴射弁の有利な実施態様を記載してある。噴射開口部は弁座体内の拡大部に開口しており、該拡大部は噴射開口部の開口領域、即ち出口領域における有効な炭化防止手段を成している。

噴射開口部の全長ｌ若しくは拡大部の流入側の減少された長さｌ′と噴射開口部の直径との規定された比ｌ：ｄによって、最適な噴流形成が可能である。複数の噴射開口部を任意の形式で、例えば互いに同心的な若しくは離心的な円若しくは楕円に沿って、若しくは直線状の列若しくは円弧状の列に沿って弁座体に設けてあると有利である。

噴射開口部の中心点は等間隔に若しくは互いに異なる間隔で配置されていてよく、かつ噴射開口部の軸線も任意に位置決めされていてよい。有利には噴射開口部は点火プラグには向けられず、即ち点火プラグからそらされており、その結果、火花ギャップの炭化並びに寿命の低下は避けられる。

本発明の実施例を図面に概略的に示して、以下に詳細に述べる。図面において、
図１は、本発明に基づく燃料噴射弁の実施例の概略的な断面図であり、
図２は、図１の符号ＩＩの領域の拡大図であり、
図３は、図２のＩＩＩの領域の拡大図である。

図１に実施例として断面を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１は、内燃機関の燃焼室（図示省略）内へ燃料を直接に噴射するために用いられる。

燃料噴射弁１は、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を有している。弁ニードル３は弁閉鎖体４に作用結合しており、弁閉鎖体は、弁座体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。弁閉鎖体はほぼ球状に形成されていて、弁座体５内で引っ掛かることなく案内される。燃料噴射弁１は図示の実施例では、内側へ開く方式の燃料噴射弁１であり、該燃料噴射弁は２つの噴射開口部７を有している。噴射開口部７は本発明に基づき弁座体５内の拡大部３８に開口し、即ち通じており、該拡大部は炭化防止手段として用いられている。噴射開口部７の詳細は図２に示してある。

ノズル本体２はシール８によって磁石コイル１０の外側磁極９に対して密閉されている。磁石コイル１０は、コイル支持体１２に巻き付けられて、かつコイルケーシング１１内に収容されており、前記コイル支持体は磁石コイル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とは間隙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。磁石コイル１０は導線１９及び電気的な差込コネクタ１７を介して電流によって励磁される。差込コネクタ１７は射出成形被覆部１８によって取り囲まれており、射出成形被覆部は内側磁極１３の周囲に射出成形されている。

弁ニードル３は、プレート状に形成された弁ニードル案内１４内に案内されている。行程調節のために適当な調節ワッシャー１５を用いてある。調節ワッシャー１５の、弁ニードル案内とは逆の側に接極子２０を配置してある。接極子は第１のフランジ２１を介して弁ニードル３に力伝達可能に結合されており、弁ニードルは溶接継ぎ手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、戻しばねは燃料噴射弁１の図示の実施例ではスリーブ２４によって初期応力を与えられている。

接極子２０の下流側に第２のフランジ３４を配置してあり、該フランジは下方の接極子ストッパーとして用いられている。第２のフランジは溶接継ぎ手３５を介して弁ニードル３に力伝達可能に結合されている。接極子２０と第２のフランジ３４との間に、燃料噴射弁の閉鎖時の接極子衝突の減衰のための弾性的な中間リング３３を配置してある。

弁ニードル案内１４及び接極子２０内に燃料通路３０，３１を設けてある。弁閉鎖体４に、研削面取り部３２を設けてあり、該研削面取り部は燃料をシール座へ流過させる。燃料は中央の燃料供給部１６を介して供給され、かつフィルター２５によって濾過される。燃料噴射弁１はシール２８によって分配管路（図示省略）に対して密閉されている。別のシール３６は、内燃機関のシリンダーヘッド（図示省略）に対して密閉される。

燃料噴射弁１の静止状態では、弁ニードル３の第１のフランジ２１は、戻しばね２３によって行程方向と逆向きに負荷されており、その結果、弁閉鎖体４は弁座６に密着した状態で保持されている。接極子２０は中間リング３３に接触しており、中間リングは第２のフランジ３４に支えられている。磁石コイル１０の励磁によって、磁石コイルは磁場を形成し、該磁場は接極子２０を戻しばね２３の力に抗して行程方向へ移動させる。これによって接極子２０は第１のフランジ２１を、ひいては、該フランジと溶接された弁ニードル３を連行する。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から持ち上げられ、その結果、燃料は噴射開口部７から噴射される。

コイル電流を遮断すると、接極子２０は磁場の消滅に伴って第１のフランジ２１への戻しばね２３の押圧によって内側磁極１３から離され、その結果、弁ニードル３は行程方向と逆向きに移動させられる。これによって弁閉鎖体４は弁座面６に座着して、燃料噴射弁１は再び閉じられる。接極子２０は、第２のフランジ３４によって形成された接極子ストッパーに当接する。

本発明に基づき、図２に示してあるように有利には段付きの複数の噴射開口部７を弁座体５に設けてある。噴射開口部７は燃料の噴射方向で拡大部３８に広がっている。このような手段は、噴射開口部７の開口の領域における炭化の防止に役立っている。噴射開口部の開口領域における燃料の付着は燃焼残留物の堆積につながり、燃焼残留物の堆積は噴射開口部７の直径、ひいては噴射される燃料量を次第に減少させることになる。その結果、燃料噴射弁１は機能を制限されて、燃焼に必要な十分な量の燃料を噴射できなくなる。高い燃料消費並びにエミッション値の悪化を招くことになる。

この場合噴射開口部７の全長ｌは、噴射開口部７の所定の直径ｄにおいてｌ＞３・ｄになる。噴射開口部７の、拡大部３８の流入側の減少された長さｌ′は最適な噴流形成にとって所定の値を下回ってはならない。このような寸法を図３に示してある。長さｌ′と直径との寸法比率はｌ′≦３・ｄである。

拡大部３８を設けてない場合には、噴射開口部の全長ｌは次の寸法関係であり、即ち、ｌ≦３・ｄでありたい。図３に前記寸法を記入してある。

噴射開口部７の直径ｄは、有利には次の式で規定され、即ち、

この場合に、０．３≦ｃ≦０．６[ｍｍ^２Ｍｐａ^０．５]である。ｎは噴射開口部７の数を表し、少なくとも２であり、ｐは燃料分配管路内に生じるＭｐａ単位の燃料圧力である。

噴射開口部７は弁座体５の任意の箇所に設けられてよい。噴射開口部７の配列は、弁座体５の中心点に対して同心的若しくは離心的な１つの円若しくは楕円によって、若しくは互いに同心的若しくは離心的、或いは弁座体の中心点に対して同心的若しくは離心的な複数の円若しくは楕円によって規定され、若しくは１つの直線若しくは円弧線によって、若しくは互いに平行若しくは互いに角度を成して位置し若しくは互いにずれて或いは互いにずれることなく位置する複数の直線若しくは円弧線によって規定されていてよい。

噴射開口部７の中心点間の間隔は互いに同一で若しくは異なっていてよく、製作技術的な理由から噴射開口部７の直径ｄの少なくとも１８０％でありたい。噴射開口部７の縦軸線の三次元の配置状態は各噴射開口部７にとって異なっていてよい。しかしながら噴射開口部の縦軸線は、内燃機関の燃焼室内に配置された点火プラグ（図示省略）には向けられないようになっている。これによって、点火プラグの寿命の低下は避けられる。

噴射開口部７全体が燃料噴射によって燃焼室内に１つの混合噴霧流を形成し、該混合噴霧流の中心軸線は燃料噴射弁１の縦軸線３７に対して０°乃至７０°傾けられていてよく、かつ該混合噴霧流の広がり角（円錐角）は３０°乃至１００°である。

弁座体５の壁厚さｔは次のように規定され、即ち、
ｔ≧ｋ・ｐ^０．５[ｍｍ]であり、
これは、ｋ＝０．０６ｍｍ／Ｍｐａ^０．５[ｍｍ]及び燃料分配管路内の燃料圧力ｐ（Ｍｐａ）に関連している。

壁厚さ（肉厚）ｔに応じてかつ各噴射開口部７の傾きに基づき、噴射開口部７の全長ｌ及び減少された長さｌ′を規定してある。弁座体５は対応する領域を加工成形されてよい。

本発明は、図示の実施例に限定されるものではなく、例えば任意に配置される噴射開口部７にとって、若しくは内側へ開く方式の任意の構造の多孔形燃料噴射弁１にとって用いられ得るものである。

燃料噴射弁の実施例の全体の概略的な断面図 図１の符号ＩＩの領域の拡大図 図２のＩＩＩの領域の拡大図

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 弁座体、 ６ 弁座面、 ７ 噴射開口部、 ８ シール、 ９ 外側磁極、 １０ 磁石コイル、 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 調節ワッシャー、 １６ 燃料供給部、 １７ 差込コネクタ、 １８ 射出成形被覆部、 ２０ 接極子、 ２１ フランジ、 ２２ 溶接継ぎ手、 ２３ 戻しばね、 ２４ スリーブ、 ２５ フィルター、 ２６ 間隙、 ２８ シール、 ２９ 結合構成部分、 ３０，３１ 燃料通路、 ３２ 研削面取り部、 ３３ 中間リング、 ３４ フランジ、 ３５ 溶接継ぎ手、 ３６ シール、 ３７ 縦軸線、 ３８ 拡大部

Claims (18)

1. 内燃機関の燃焼室（３９）内へ燃料を直接に噴射するための燃料噴射弁（１）であって、励起可能なアクチュエータ（１０）及び該アクチュエータ（１０）と作用結合されていて弁閉鎖体（４）の作動のための弁ニードル（３）を備えており、該弁ニードルは閉鎖方向に戻しばね（２３）によって負荷されており、前記弁閉鎖体は弁座体（５）に形成された弁座面（６）と一緒にシール座を形成しており、前記弁座体はｎ個、少なくとも２個の噴射開口部（７）を有している形式のものにおいて、燃料噴射弁（１）を貫流する燃料の圧力（ｐ）は、１０バールよりも大きくなっていることを特徴とする、燃料噴射弁。
2. 噴射開口部（７）の最小の直径（ｄ）に対する噴射開口部（７）の全長（ｌ）の寸法比率はｌ≦３・ｄである請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 噴射開口部（７）は燃料の噴射方向で拡大部（３８）に広がっている請求項１記載の燃料噴射弁。
4. 拡大部（３８）の流入側の噴射開口部（７）の減少された長さ（ｌ′）はｌ′≦３・ｄであり、この場合にｄは噴射開口部の最小の直径である請求項３記載の燃料噴射弁。
5. 噴射開口部の直径は次の式、
   

   

   によって規定されており、この場合にｃは定数である請求項２又は４記載の燃料噴射弁。
6. ０．３≦ｃ≦０．６[ｍｍ^２Ｍｐａ^０．５]の値を用いる請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 弁座体（５）の壁厚さ（ｔ）はｔ≧ｋ・ｐ^０．５[ｍｍ]であり、この場合にｋは定数である請求項１から６のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
8. 少なくともほぼｋ＝０．０６ｍｍ／Ｍｐａ^０．５である請求項７記載の燃料噴射弁。
9. 噴射開口部（７）は、弁座体（５）の中心点に対して同心的若しくは離心的な１つの円若しくは楕円に沿って、若しくは互いに同心的若しくは離心的或いは弁座体の中心点に対して同心的若しくは離心的な複数の円若しくは楕円に沿って配列されている請求項１から８のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
10. 噴射開口部（７）は、１つの直線若しくは円弧線に沿って、若しくは互いに平行に位置し若しくは互いに角度を成して位置し若しくは互いにずれて位置する複数の直線若しくは円弧線に沿って配列されている請求項１から８のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
11. 隣接の噴射開口部（７）の各中心点間の距離は、互いに等間隔である請求項１から１０のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
12. 隣接の噴射開口部（７）の各中心点間の距離は、噴射開口部（７）の直径（ｄ）の少なくとも１８０％である請求項１１記載の燃料噴射弁。
13. 各噴射開口部（７）の縦軸線は互いに三次元で異なる位置に配置されている請求項１から１２のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
14. 各噴射開口部（７）はそれぞれ固有の拡大部（３８）に開口している請求項３から１３のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
15. 複数の噴射開口部（７）の拡大部（３８）は互いに接続されている請求項３から１３のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
16. 拡大部（３８）は、弁座体（５）の中心点に対して同心的若しくは離心的な１つの円若しくは楕円に沿って、若しくは互いに同心的若しくは離心的或いは弁座体の中心点に対して同心的若しくは離心的な複数の円若しくは楕円に沿って配置されている請求項１５記載の燃料噴射弁。
17. 拡大部（３８）は、１つの直線若しくは円弧線に沿って、若しくは互いに平行に位置し若しくは互いに角度を成して位置し若しくは互いにずれて位置する複数の直線若しくは円弧線に沿って配置されている請求項１５記載の燃料噴射弁。
18. 噴射開口部（７）のすべての縦軸線は、内燃機関の燃焼室内に配置された点火プラグからそらされている請求項１から１７のいずれか１項記載の燃料噴射弁。

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