JP2006514214A - 内燃機関用の燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関用の燃料噴射弁であって、弁座（１８）が形成されていて、該弁座（１８）から少なくとも１つの噴射開口（２０）が延びており、弁ニードル（８）が設けられていて、該弁ニードル（８）が、この弁ニードル（８）に形成された弁シール面（３５）で、弁座（１８）と共働し、これによって少なくとも１つの噴射開口（２０）を閉鎖するようになっており、弁シール面（３５）に第１のシール縁（２６）と第２のシール縁（２８）とが形成されていて、第１のシール縁（２６）が弁ニードル（８）の閉鎖位置において少なくとも１つの噴射開口（２０）の上流側でシール作用をもって弁座（１８）に接触し、第２のシール縁（２８）が少なくとも１つの噴射開口（２０）の下流側でシール作用をもって弁座（１８）に接触す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の構成では、弁ニードル（８）が弁座（１８）に向けられた端面に切欠き（３７）を有していて、これにより弁座（１８）との弁ニードル（８）の接触によって内方に向かって弾性変形又は塑性変形可能なシールリップ（４０）が形成されていて、該シールリップ（４０）に第２のシール縁（２８）が形成されている。

Description

本発明は、例えばドイツ連邦共和国特許公開第１０３１５８２１号明細書に基づいて公知の、内燃機関用の燃料噴射弁に関する。

この公知の燃料噴射弁は、弁座を有していて、この弁座からは少なくとも１つの噴射開口が延びている。燃料噴射弁内にはピストン状の弁ニードルが配置されていて、この弁ニードルは弁外側ニードルとして形成されている。弁ニードルは弁シール面を有していて、弁ニードルはその長手方向運動によって弁シール面で弁座と共働し、これによって噴射開口を開閉して、燃焼室への燃料噴射を制御することができる。弁シール面には２つのシール縁が形成されていて、そのうちの第１のシール縁は、弁座との弁ニードルの接触時に少なくとも１つの噴射開口の上流側で弁座に接触し、第２のシール縁は少なくとも１つの噴射開口の下流側で弁座に接触する。そしてこれによって、噴射開口を、燃料噴射弁内における残りの燃料に対して完全にシールするようになっている。

しかしながらこの公知の燃料噴射弁では次のような問題が生じた。すなわち公知の燃料噴射弁では、両シール縁において確実なシール作用を達成するために、シール縁は次のように配置されている。つまり弁シール面への弁ニードルの運動時にまず初めに第２のシール縁が弁座に接触し、かなり高い閉鎖力時に初めて、かつ弁ニードルの弁座側端部における相応な弾性変形の後で初めて、第１のシール縁が弁座に接触するようになっている。そのために加えられねばならない力は、かなり大きい。すなわち半径方向内側に向かっての弁ニードルの変形は、弁ニードル全体の据込み（Stauchung）によってしか行うことができず、これは大きな力を必要とする。弁ニードルに対する閉鎖力は、コモンレールの使用時に通常常に弁ニードルに作用する液圧の他に、さらにシールを生ぜしめる力をも加えなくてはならず、これによって有効開放圧は低くなる。特に、弁ニードルの疲労又は塑性変形によって、弁ニードルのシールのために必要な力が耐用寿命の経過において変化するような場合には、開放力、ひいては開放圧も変化していまい、その結果燃料噴射弁の噴射特性においても変化が生じてしまう。

発明の利点
請求項１の特徴部に記載されているように構成された本発明による燃料噴射弁には、公知のものに比べ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、噴射開口の上流側と下流側とにおけるシールが弁ニードルによって達成され、この場合シールを達成するためには、発生する閉鎖力に比べて小さな力しか必要としない。そのために本発明による弁ニードルは、弁座側端面に切欠きを有していて、これにより内方に向かって弾性変形又は塑性変形可能なシールリップが形成されていて、該シールリップに第２のシール縁が形成されている。

本発明のように切欠きを設けることによって、弁ニードルが中空ニードルとして形成されている場合には、弁ニードルの壁厚を著しく減じることなく、シールリップは容易に変形可能となる。これによって弁ニードルの安定性を維持しながら、同時に噴射開口の良好なシールを達成することができる。また同様に、シールリップを形成する切欠きは、長手方向孔を有していない弁ニードルにおいても有利に用いることができる。この場合、本発明の構成によって可能になった、噴射開口の上流側と下流側とにおけるシールによって、噴射休止中に噴射開口を介して燃焼室と接続されている燃料を満たされた容積室を、さらに減じることができる。そしてこれにより、内燃機関の炭化水素エミッションは著しく低減される。

請求項１に記載された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。

弁ニードルが相応な長手方向孔を備えた中空ニードルとして形成されている場合には、切欠きは、長手方向孔の弁座側端部における半径方向の拡大部によって形成されていると、有利である。有利には特に、切欠きは斜めの面取り部として形成されており、このように構成されていると、切欠きは円錐台の形を有している。これは簡単に製造することができ、第２のシール縁は精密にいわば尾根のように形成され、この場合第２のシール縁は同時に弁ニードルの弁座側端部を形成している。弁ニードルに対する要求及び弁ニードルの安定性に対する要求に応じて、切欠きの他の形状が有利なこともある。決定的なことは、第２のシール縁が形成されている弁ニードルの燃焼室側端部が薄くもしくは弱く成っていることであり、これによって、小さな力が加えられるだけで内方に向かってばね弾性的に曲がるほど柔軟ななシールリップが形成される。

弁ニードルが中実に形成されていて、長手方向孔を有していない場合にも、切欠きを断面図で見て同様に構成することができる。この場合においても弾性的なシールリップは、噴射開口に対する相応なシール作用を得るために役立つ。

シールリップを断面図で見て三角形に形成すると、特に有利である。このように構成されていると、外縁には、極めて精密に製造することができる第２のシール縁が自動的に生ぜしめられる。

次に図面を参照しながら、従来技術と本発明による燃料噴射弁の様々な実施例とを説明する。

図１は、互いに入れ子式に案内される２つの弁ニードルを備えた本発明による燃料噴射弁を示す縦断面図であり、
図２は、図１のＩＩで示された区分を拡大して示す図であり、
図３は、図２のＩＩＩで示された区分を拡大して示す図であって、図２及び図３の構成は従来技術を示す図であり、
図４は、図２に対応する図であって、本発明の第１実施例を示す図であり、
図５は、図４のＶで示された区分を拡大して示す図であり、
図５ａ、図５ｂ、図５ｃ、図５ｄ、図５ｅ及び図５ｆは、それぞれ図５に相当する図であって、本発明の別の実施例を示す図であり、
図６は、従来技術に基づいて公知の燃料噴射弁を示す縦断面図であって、ただ１つの弁ニードルが設けられている構成を示す図であり、
図７は、図６のＶＩＩで示された区分を拡大して示す図であり、
図８は、図７に相当する図であって、本発明の別の実施例を示す図であり、
図９は、図８のＩＸで示された区分を拡大して示す図である。

実施例の記載
図１には、本発明による燃料噴射弁が縦断面図で示されている。弁体１には孔５が形成されており、この孔５は燃焼室側の端部において、ほぼ円錐形の弁座１８によって画成される。弁体１は緊締ナット３を用いて、図示されていない保持体に対して押し付けられる。弁座１８からは噴射開口２０と内側の噴射開口２２とが延びており、これらの噴射開口は燃料噴射弁の取付け位置において内燃機関の燃焼室に開口している。孔５内には弁ニードル８が配置されており、この弁ニードル８は弁座とは反対側の領域において、孔５内で案内される。弁ニードル８は案内される区分を起点として、受圧肩部１２を形成しながら弁座１８に向かって先細になっていて、燃焼室側の端部で、同様にほぼ円錐形の弁シール面３５に移行しており、この弁シール面３５で弁ニードル８は弁座１８と共働する。弁ニードル８と孔５の壁との間には、圧力室１４が形成されており、この圧力室１４は受圧肩部１２の高さにおいて半径方向で拡大されている。圧力室１４の半径方向の拡大部には、弁体１内を延びている供給通路１６が開口しており、この供給通路１６を介して圧力室１４には、高圧下の燃料が充填可能である。

弁ニードル８には長手方向孔１１が形成されており、この長手方向孔１１内には内側ニードル１０が長手方向摺動可能に配置されている。内側ニードル１０はその弁座側の端部に、内側の弁シール面４２を有しており、この弁シール面４２で同様に弁座１８と共働する。弁ニードル８及び内側ニードル１０は弁座１８と次のように、すなわち弁座１８における弁ニードル８の接触時に圧力室１４が噴射開口２０，２２に対してシールされるように、共働する。弁ニードル８が、受圧肩部１２に対する液圧力によって駆動されて、閉鎖力に抗して、弁座１８から上昇すると、燃料が圧力室１４から弁シール面３５と弁座１８との間を通って噴射開口２０に流れ、そしてこの噴射開口２０を通って燃焼室に噴射される。内側ニードル１０はこの過程において少なくともまず初めはその閉鎖位置に留まり、この閉鎖位置において内側ニードル１０は同様に閉鎖力によって保持される。弁座１８からの弁ニードル８の上昇後に、今や内側ニードル１０もまた燃料圧によって負荷され、その結果内側ニードル１０における相応な受圧面によって、閉鎖力とは逆向きの開放力が生ぜしめられる。閉鎖力の制御に応じて内側ニードル１０は、今や同様に弁座１８から上昇し、内側の噴射開口２２を開放するか、又は相応に高い閉鎖力によってその閉鎖位置に留まる。このようにして、すべての噴射開口２０，２２を通して、又は一部の噴射開口２０を通して燃料を燃焼室に噴射することができる。閉鎖力を上昇させることによって又は圧力室１４への燃料供給を絞ることによって、噴射は終了させられ、弁ニードル８及び内側ニードル１０は長手方向で、それぞれの閉鎖位置へと戻り摺動して弁座１８に接触する。

図２には、図１においてＩＩで示された弁座の領域における区分が拡大して示されており、ここに示された構成は、公知の従来技術に相当している。弁ニードル８はその弁シール面３５で噴射開口２０を覆っている。この場合シールは、圧力室１４に対してと、内側ニードル１０と弁ニードル８との間に存在している中間室とに対して行われることが望まれている。さもないと、高い炭化水素エミッションの発生することがあり、このような炭化水素エミッションは、中間室から噴射休止中に噴射開口２０を通して燃焼室に侵入する燃料によって生ぜしめられる。このような不都合を回避するために、弁シール面３５に第１のシール縁２６と第２のシール縁２８とを設けることが、従来技術に基づいて公知である。そのために弁シール面３５は、第１の円錐面３０と第２の円錐面３１と第３の円錐面３２と第４の円錐面３３とに分割されており、第１のシール縁２６は、第２の円錐面３１への第１の円錐面３０の移行部に形成されていて、第２のシール縁２８は、第４の円錐面３３への第３の円錐面３２の移行部に形成されている。図３には、図２にＩＩＩで示された区分がさらに拡大して示されている。両シール縁２６，２８におけるシールを達成するため及び両領域において十分な面圧着（Flaechenpressung）を保証するために、第２のシール縁２８を次のように、すなわち弁座１８への弁ニードル８の運動時に第２のシール縁２８がまず初めに弁座１８に載着するように形成することが、公知である。弁ニードル８を弁座１８に押し付ける閉鎖力によって、弁ニードル８の弁座側端部が変形方向内側に向かって弾性変形した後で初めて、第１のシール縁２６もまた弁座１８に接触する。そのためにはしかしながら、弁ニードル８の幅が第２のシール縁の領域において約０.１５ｍｍしかないにもかかわらず、大きな力が必要になる。

このような欠点を排除するために、本発明による燃料噴射弁は例えば図４に示したように構成されている。図４においても、図１〜図３におけると同じ部材には同一符号が用いられているので、同一部材についての説明は省く。弁ニードル８の燃焼室側端部には切欠き３７が形成されており、この切欠き３７は図示の実施例では、長手方向孔１１の半径方向の拡大によって形成される。図５には、切欠き３７の領域が拡大して示されている。この切欠き３７は円錐台の形をしていて、シールリップ４０が形成されるように、構成されており、そしてこのシールリップ４０には第２のシール縁２８が形成されている。断面図で見てシールリップ４０は、ほぼ三角形をしており、これによって第２のシール縁２８を形成する外縁においてはフレキシブルであり、僅かな力によって半径方向内側に向かって変形することができるようになっている。つまりシール縁２６，２８が、図２及び図３の既に公知の実施例におけると同様に配置されている場合には、弁ニードル８の閉鎖運動時にまず初めに第２のシール縁２８が弁座１８に接触する。切欠き３７によって形成されたシールリップ４０は、僅かな軸方向力によって直ぐに半径方向内側に向かって押圧され、そして第１のシール縁２６が弁座１８に載着して噴射開口２０をシールすることを、可能にする。この場合リング溝２４の領域における弁ニードル８の壁厚はほとんど薄くなっていないので、弁ニードル８は依然として事実上同じ安定性を有している。また第４の円錐面３３は切欠き３７の形成によって省かれている。

以下に述べる図５ａ〜図５ｆに示された別の実施例の記載においては、図５の実施例との相違についてしか触れず、変わらない部分については説明を省く。図５ａにおいて切欠き３７は相変わらず円錐台の形をしているが、しかしながらこの場合、弁ニードル８の弁座側端部にはリング面４４が形成されるように、構成されている。第２のシール縁２８は、このリング面４４の外縁に形成されており、これによって弁ニードル８の先端は幾分安定的になるが、しかしながらフレキシビリティは幾分小さくなる。図５ｂに示された実施例では、リング面４４は幾分傾けられて形成されているので、第２のシール縁２８はもはや弁ニードル８の弁座側端部を形成していない。しかしながらまたこの実施例においても切欠き３７によって、この領域において十分なフレキシビリティを確実に得ることができる。

図５ｃに示された別の実施例では、切欠き３７は再び、リング面４４が形成されるように構成されている。この場合リング面４４は２つの円錐面によって形成されているのではなく、丸みを付けられた経過を有している。このように構成されていると、リング溝２４の構成に応じてシールリップ４０の幾分大きなフレキシビリティが生ぜしめられる。

図５ｄに示された別の実施例では、切欠き３７はもはや円錐台形ではなく、ベル形に形成されているので、シールリップ４０はさらに薄く、ひいてはさらに大きなフレキシビリティをもって形成される。この実施例においてもリング溝２４は２つの円錐面によって形成される。

図５ｅに示された実施例では、リング溝２４において第２の円錐面３１と第３の円錐面３２との間に、段部３４が形成されている。これによってシールリップ４０を、所望のように薄くかつ弱くすることができ、そしてフレキシビリティをさらに高めることができる。さらにまた、図５ｆに示されているように、円錐面３１，３２と段部３４との間における縁状の鋭い移行部の代わりに、段部３４と第３の円錐面３２とを丸く面取りすることも可能であり、このように構成すると、この領域における切欠き応力が減じられる。

図６には、従来技術に基づいて公知の燃料噴射弁が示されている。図６に示された燃料噴射弁の構造はほとんど図１に示された燃料噴射弁の構造に相当しているので、同一部材は同一符号で示されている。また部材が、上に述べた実施例における部材と同じ場合には、説明を省く。図６の燃料噴射弁では、弁ニードル８は長手方向孔を有していないので、内側ニードルは存在しない。弁ニードル８は公知の形式で、長手方向において運動することによって、圧力室１４から噴射開口２０への燃料流を制御する。図７には、図６の弁座１８の領域が拡大して示されている。弁シール面３５は第１の円錐面３０と第２の円錐面３１とを有しており、両円錐面３０，３１の開放角は次のように、すなわち両円錐面３０，３１の間に第１のシール縁２６′が形成され、この第１のシール縁２６′と弁座１８との間において圧力室１４に対する噴射開口２０のシールが達成されるように、形成されている。円錐形の弁座１８は弁体１の燃焼室側端部に向かって鋭角的に終わっているのではなく、ほぼ半球の形を有する残留容積室４６に開口している。この残留容積室４６は、弁座１８の製造時における工具の逃げとしても働く。この残留容積室４６は、燃料噴射弁の閉鎖時に噴射開口２０を介して燃焼室と接続されたままであり、これは、内燃機関の炭化水素エミッションに対して不都合な影響を及ぼす。このような残留容積室４６を減じるために、本発明による弁ニードル８は図８の本発明による実施例におけるように形成されている。図８の実施例では、弁座側の端部に円錐台形の切欠き３７が形成されていて、これによりシールリップ４０が形成されている。このシールリップ４０は噴射開口２０を残留容積室４６に対してシールしており、これによって相変わらず噴射開口２０と接続されていて燃料を満たされている容積は、リング溝２４の容積に制限される。

切欠き３７はこの場合でも種々様々な形状を、例えば図５ａに示されているように、ベル形をしていても、又は半球の形をしていてもよい。同様に、図５ａ〜図５ｆに示されたリング溝２４のすべての形状をこの実施例においても使用することができる。

弁ニードル８の閉鎖過程時におけるシールリップ４０の純然たる弾性変形の他に、シールリップ４０は塑性変形できるようになっていてもよい。新しい燃料噴射弁の第１の閉鎖過程時に、シールリップ４０は、両シール縁２６，２８が弁座１８に接触するように変形される。このようにすると、シールリップ４０を内方に向かって変形させるために必要であった小さな力をも省くことができる。また、シールリップ４０の塑性・弾性的な変形をも行うことが可能であり、つまり第１の閉鎖過程時に、第１のシール縁２６を弁シール面１８に接触させるのに必要である全変形の一部が、塑性的に行われるようにすると、これによって、シールリップ４０の弾性変形のために必要な力がさらに減じられる。

互いに入れ子式に案内される２つの弁ニードルを備えた本発明による燃料噴射弁を示す縦断面図である。 図１のＩＩで示された区分を拡大して示す図である。 図２のＩＩＩで示された区分を拡大して示す図であって、図２及び図３の構成は従来技術を示す図である。 図２に対応する図であって、本発明の第１実施例を示す図である。 図４のＶで示された区分を拡大して示す図である。 図５に相当する図であって、本発明の別の実施例を示す図である。 図５に相当する図であって、本発明の別の実施例を示す図である。 図５に相当する図であって、本発明の別の実施例を示す図である。 図５に相当する図であって、本発明の別の実施例を示す図である。 図５に相当する図であって、本発明の別の実施例を示す図である。 図５に相当する図であって、本発明の別の実施例を示す図である。 従来技術に基づいて公知の燃料噴射弁を示す縦断面図であって、ただ１つの弁ニードルが設けられている構成を示す図である。 図６のＶＩＩで示された区分を拡大して示す図である。 図７に相当する図であって、本発明の別の実施例を示す図である。 図８のＩＸで示された区分を拡大して示す図である。

Claims (17)

1. 内燃機関用の燃料噴射弁であって、弁座（１８）が形成されていて、該弁座（１８）から少なくとも１つの噴射開口（２０）が延びており、弁ニードル（８）が設けられていて、該弁ニードル（８）が、この弁ニードル（８）に形成された弁シール面（３５）で、弁座（１８）と共働し、これによって少なくとも１つの噴射開口（２０）を閉鎖するようになっており、弁シール面（３５）に第１のシール縁（２６）と第２のシール縁（２８）とが形成されていて、第１のシール縁（２６）が弁ニードル（８）の閉鎖位置において少なくとも１つの噴射開口（２０）の上流側でシール作用をもって弁座（１８）に接触し、第２のシール縁（２８）が少なくとも１つの噴射開口（２０）の下流側でシール作用をもって弁座（１８）に接触する形式のものにおいて、弁ニードル（８）が弁座（１８）に向けられた端面に切欠き（３７）を有していて、これにより弁座（１８）との弁ニードル（８）の接触によって内方に向かって弾性変形又は塑性変形可能なシールリップ（４０）が形成されていて、該シールリップ（４０）に第２のシール縁（２８）が形成されていることを特徴とする、内燃機関用の燃料噴射弁。
2. 弁ニードル（８）が長手方向孔（１１）を有していて、切欠き（３７）が長手方向孔（１１）の弁座側端部において、半径方向の拡大部として形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 切欠き（３７）が円錐台の形で形成されている、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 切欠き（３７）がベルの形をしている、請求項２記載の燃料噴射弁。
5. 切欠き（３７）が半球の形をしている、請求項２記載の燃料噴射弁。
6. 第２のシール縁（２８）が弁ニードル（８）の弁座側端部に形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
7. 弁ニードル（８）が弁座側端部にリング面（４４）を有している、請求項６記載の燃料噴射弁。
8. 切欠き（３７）が円錐台の形に形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
9. 切欠き（３７）がベルの形をしている、請求項１記載の燃料噴射弁。
10. 切欠き（３７）が半球の形をしている、請求項１記載の燃料噴射弁。
11. シールリップ（４０）が断面図で見てほぼ三角形をしている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
12. 第１のシール縁（２６）と第２のシール縁（２８）との間にリング溝（２４）が延びている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
13. リング溝（２４）が２つの円錐面（３１；３２）によって形成されている、請求項１２記載の燃料噴射弁。
14. 両円錐面（３１；３２）の間に段部（３４）が形成されている、請求項１３記載の燃料噴射弁。
15. 弁座（１８）がほぼ円錐形に形成されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
16. 弁シール面（３５）がほぼ円錐形に形成されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
17. 弁ニードル（８）が弁座（１８）への運動時にまず初めに第２のシール縁（２８）で弁座（１８）に接触し、シールリップ（４０）の弾性変形又は塑性変形後に初めて、第１のシール縁（２６）が弁座（１８）に接触する、請求項１から１６までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。

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