JP2008523318A - 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（１）であって、弁体（２）の孔（３）内において軸方向シフト可能な弁部材（４）が設けられており、該弁部材（４）が燃焼室側の端部に、弁体（２）の弁座面（７）と共働する弁シール面（６）を有しており、弁座面（７）の下流側に、燃料供給される内燃機関の燃焼室内に開放する少なくとも１つの噴射開口（８）が設けられており、弁部材（４）を案内する案内区分が、軸方向で見て、燃料高圧管路に接続されたリング間隙（９）と弁座面（７）に開口するリング室（１０）との間に設けられており、リング間隙（９）とリング室（１０）とを互いに持続的に接続する第１の絞り接続部が設けられており、さらに、弁部材（４）の所定の開放行程（ｈ）の後でリング間隙（９）とリング室（１０）とを互いに接続する第２の絞り接続部が設けられていて、該第２の絞り接続部が、第１の絞り接続部よりも小さな絞り抵抗を有し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の構成では、案内区分が、孔（３）内において弁体（２）の燃焼室側の端部にシフト不能に配置されたガイドスリーブ（５）によって形成されている。

Description

従来技術
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。すなわち本発明は、内燃機関用の燃料噴射弁であって、弁体の孔内において軸方向シフト可能な弁部材が設けられており、該弁部材が燃焼室側の端部に、弁体の弁座面と共働する弁シール面を有しており、弁座面の下流側に、燃料供給される内燃機関の燃焼室内に開放する少なくとも１つの噴射開口が設けられており、弁部材を案内する案内区分が、軸方向で見て、燃料高圧管路に接続されたリング間隙と弁座面に開口するリング室との間に設けられており、リング間隙とリング室とを互いに持続的に接続する第１の絞り接続部が設けられており、さらに、弁部材の所定の開放行程の後でリング間隙とリング室とを互いに接続する第２の絞り接続部が設けられていて、該第２の絞り接続部が、第１の絞り接続部よりも小さな絞り抵抗を有している形式のものに関する。

このような燃料噴射弁は例えばＵＳ４９８７８８７に基づいて公知である。

特にユーロ-Ｖ-規格に関連してエミッションを減じるために、燃料噴射弁の噴射パターンを、最適な燃焼を得るためにノズルニードルに関連して、形成することが公知である。そのために噴射時に燃料の案内絞りが行われ、そのためには特に、互いに平行にもしくは並列に配置されていて異なった絞り抵抗を有する２つの絞り接続部を使用することができる。第１の絞り接続部はリング間隙を持続的に、弁座面に開口するリング室と接続しており、第２の絞り接続部は所定の開放行程の後で接続される。

発明の利点
請求項１の特徴部に記載された本発明による内燃機関用の燃料噴射弁、すなわち案内区分が、孔内において弁体の燃焼室側の端部に配置されたガイドスリーブによって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は、公知のものに比べて、案内絞りを、案内区分をガイドスリーブとして形成することによって、特に簡単に行うことができるという利点を有している。弁部材の行程が所定の開放行程を超えない限りは、ガイドスリーブによって、第２の絞り接続部は完全に又はほぼ完全に閉鎖される。これによって弁座面における圧力は、第１の絞り接続部の前におけるレール圧に比べて低下され、そして、レール圧が液圧的な開放力を形成するために弁部材に対して作用する、液圧的に有効な面もしくは面積は減じられる。このような面積の減少は、所定の開放行程が得られる前において、弁部材の開放速度の低下を生ぜしめる。所定の開放行程が上回られると、第２の絞り接続部が接続され、そしてレール圧は弁座面にまで存在することになる。液圧的に有効な面及び噴射開口における圧力は、公知のコモンレールノズルにおけるように、形成される。付加的に場合によっては、弁部材の汎用の案内を省くことが可能である。

大きな絞り抵抗を有する第１の絞り接続部は、ガイドスリーブと弁部材との間におけるリング状の間隙によって、弁部材の面研磨部によって、又は、ガイドスリーブ又は弁部材における絞り孔によって、形成されることができる。第２の絞り接続部は、弁部材の別の面研磨部によって、又は、弁部材又はガイドスリーブにおける絞り孔によって形成することができる。ガイドスリーブと弁部材との間におけるばねによって、弁体におけるガイドスリーブの確実な接触を保証することができる。

本発明のさらなる利点は以下の説明及び図面から明らかになる。また、上に述べた特徴及び以下に述べる特徴は、個々においても又は複数を任意に組み合わせても使用することができる。なお付言すれば、本発明は、明細書に記載された実施形態に限定されるものではなく、本発明の枠内において種々様々な実施形態が可能である。

図面
次に図面を参照しながら、本発明による燃料噴射弁の実施例を説明する。

図１は、案内区分としてガイドスリーブを備えた本発明による燃料噴射弁の第１実施形態を示す図であり、
図２は、絞り接続部として弁部材の２つの面研磨部を備えた、図１の燃料噴射弁の燃焼室側の端部を示す図であり、
図３は、第２の絞り接続部として弁部材における絞り孔を備えた、本発明による燃料噴射弁の第２実施形態の燃焼室側の端部を示す図であり、
図４は、第１の絞り接続部として弁部材における絞り孔を備えた、本発明による燃料噴射弁の第３実施形態の燃焼室側の端部を示す図であり、
図５は、ガイドスリーブにおける絞り孔を備えた、本発明による燃料噴射弁の第４実施形態の燃焼室側の端部を示す図であり、
図６は、ガイドスリーブに２つの絞り孔を備えた、本発明による燃料噴射弁の第５実施形態の燃焼室側の端部を示す図であり、
図７ａは、開放行程に関連した本発明による燃料噴射弁の絞り抵抗を示す線図であり、
図７ｂは、開放行程に関連した本発明による燃料噴射弁の噴射量を示す線図である。

実施例の説明
図１に示された内燃機関用の燃料噴射弁１は、特に、ピエゾアクチュエータを備えたコモンレールインジェクタにおいて使用されるノズルモジュールとして設計されている。燃料噴射弁１は弁体２を有しており、この弁体２には孔３が設けられている。孔３内には弁部材４が軸方向シフト可能に配置されており、この弁部材４は、孔３の内部において案内区分として働くガイドスリーブ５を用いて案内されている。

図２には、燃料噴射弁１の燃焼室側の端部が詳しく示されている。弁部材４は燃焼室側の端部に弁シール面６を有しており、この弁シール面６で弁部材４は、燃料噴射弁１の閉鎖された状態において弁体２の弁座面７に接触し、これによって、弁座面７の下流側に設けられた噴射開口８への燃料の流入を中断することができる。噴射開口８は、燃料供給される内燃機関の燃焼室内に開口する。ガイドスリーブ５は、軸方向で見て、図示されていない燃料高圧管路に接続されたリング間隙９と、弁座面７に開口するリング室１０との間に設けられている。ガイドスリーブ５は、弁体２の燃焼室側の端部に向かって、円錐形の面区分１１を有しており、この面区分１１は、弁体２の円錐形に先細になる面区分１２に押し込まれている。ガイドスリーブ５を固定するためにばね２３が設けられており、このばね２３は軸方向で、ガイドスリーブ５の、半径方向に延びる制御縁１５を押圧し、制御縁１５をシフト不能に固定する。

弁部材４の外壁は、ガイドスリーブ５の内壁と、液圧的にシール作用をもって接触している。弁部材４の、絞り接続部として働く第１の長い面研磨部（Flaechenanschliff）が、リング間隙９をリング室１０と持続的に接続している。第２の絞り接続部として働く、若干長い第２の面研磨部１４は、弁部材４の所定の開放行程ｈ後にリング間隙９とリング室１０とを接続し、この開放行程ｈは図示の実施例では約０.１ｍｍである。開放行程ｈが得られると、弁部材４は、第２の面研磨部１４の一方の端部がガイドスリーブ５の制御縁１５を超えてリング間隙９内に進入し、小さな絞り抵抗を伴う噴射開口８への燃料の供給を可能にする。

以下において、図１及び図２におけると同じ機能及び同じ又は類似の構造形態をもつ特徴に対しては、同一符号が使用される。

図３に示された燃料噴射弁１の第２の構成では、弁部材４とガイドスリーブ５との間にリング状の間隙１６が形成されており、この間隙１６第１の絞り接続部としてリング間隙９をリング室１０と持続的に接続している。リング室１０は弁座面７に開口していて、弁部材４とガイドスリーブ５との間において、弁部材４の直径の減少によって形成されている。弁部材４には絞り孔１７が穿孔されており、この絞り孔１７は、弁部材４の、リング状の間隙１６が形成されている大径の軸方向区分を、リング室１０が形成されている小径の弁部材区分と接続している。絞り孔１７は、開放行程ｈの後でリング間隙９をリング室１０と接続するので、噴射開口８への燃料の供給は小さな絞り抵抗で可能になる。

図４に示された燃料噴射弁１の第３の構成では、図３に示された構成とは異なり、弁部材４の大径の区分は、ガイドスリーブ５と、液圧的にシール作用をもって接触している。第１の絞り接続部として、弁部材４の絞り孔１７がリング間隙９を、弁部材４に形成された面研磨部１４と接続しており、この面研磨部１４は、図１に示されたように形成され、かつリング室１０と接続されている。開放行程ｈが得られた後で、制御縁１５は面研磨部１４を開放し、その結果この面研磨部１４はリング間隙９と直接的に接続される。

図５に示された燃料噴射弁１の第４の構成では、第２の絞り接続部として絞り孔１３がガイドスリーブ５に穿孔されている。絞り孔１３はガイドスリーブ５の内面を持続的に、ガイドスリーブ５の制御縁１５と接続している。図５に示されている燃料噴射弁１の弁部材４は、図３に示された弁部材４と同様に構成されているが、しかしながら絞り孔を有していない。図３におけるように、リング状の間隙１６がガイドスリーブ５と弁部材４の大径区分との間に形成されており、この大径区分には、燃料噴射弁１の閉鎖された状態において絞り孔１３が開口している。開放行程ｈの後で、絞り孔１３はもはやリング状の間隙１６には開放しておらず、弁部材４の小径区分とガイドスリーブ５との間に形成されたリング間隙１０に開放している。

図６には、ガイドスリーブ５を備えた燃料噴射弁１の別の構成が示されており、この場合ガイドスリーブ５は、図１〜図５に示されたガイドスリーブに比べて軸方向で延長されており、これによって燃料噴射弁１の閉鎖を容易にすることができる。ガイドスリーブ５は、内径の異なった２つの円筒形区分を有しており、両円筒形区分のうちの大径の区分は、ガイドスリーブ５の、燃焼室とは反対側の端部に形成され、小径の区分は、ガイドスリーブ５の、燃焼室に向けられた端部に形成されている。ガイドスリーブ５の両方の区分は、制御縁１５において互いに隣接しており、この制御縁１５は半径方向において両円筒形区分の間に形成されている。

弁部材４は、直径の異なった３つの区分を有しており、これらの区分の直径は、弁部材４の、燃焼室とは反対側の端部から、燃焼室に向けられた端部に向かって減少する。弁部材４の、最大直径を有する区分と中間の直径を有する区分とは次のように、すなわち、両区分が燃料噴射弁１の閉鎖された状態においてそれぞれガイドスリーブ５の内径部と液圧的にシール作用をもって接触するように、形成されている。弁部材５の、最小の直径を有する区分は、ガイドスリーブ５の、燃焼室側の区分と共にリング室１０を形成している。弁部材４の、中間の直径を有する区分と、燃焼室とは反対側に位置するガイドスリーブ５の区分との間には、リング状の室２６が形成されている。

ガイドスリーブ５は燃焼室側の端部に、半径方向に延びる２つの絞り孔２５を有しており、この両絞り孔２５は第１の絞り接続部として作用する。第１の絞り孔２５はガイドスリーブ５の外壁と内壁との間を延びている。ガイドスリーブ５の外壁と孔３の内壁との間にはリング間隙９が形成されている。リング間隙９は第１の絞り孔２５を介してリング室１０と接続されている。ガイドスリーブ５において半径方向に延びる４つの第２の絞り孔２４は、軸方向において、第１の絞り孔２５が設けられている箇所よりもさらに燃焼室から離れたところに設けられていて、第２の絞り接続部として働く。第２の絞り孔２４はリング間隙９をリング状の室２６と接続している。リング状の室２６は、ノズル行程ｈが得られるまで、リング室１０に対して液圧的にシールされている。なぜならば、弁部材４の、中間の直径を有する区分は、ガイドスリーブ５の、燃焼室側の区分と液圧的にシール作用をもって接触しているからである。ノズル行程ｈが得られると、制御縁１５は、弁部材４の、小さな直径を有する区分を開放し、その結果リング状の室２６はリング室１０と接続される。小さな絞り作用（ほぼ０）を有する第２の絞り孔２４を介して、噴射開口８には燃料が供給される。

図１〜図５に示された燃料噴射弁において、第１の絞り接続部は、弁部材４における第１の面研磨部、リング状の間隙１６又は絞り孔１７の代わりに、択一的に、図６に示されているように、ガイドスリーブ５の半径方向の絞り孔によって形成されていてもよい。

図７ａには、開放行程Ｈに関連した燃料噴射弁１の絞り抵抗Ｄが示されている。開放行程ｈに達するまで、一定の大きな絞り作用をもつ第１の絞り接続部だけが使用されている。開放行程ｈの後では付加的に第２の絞り接続部が作用し、絞り抵抗Ｄを小さな同様に一定な値に減じる。小さな値は極めて小さくてよく、この値を０にまで減じることが可能である。

絞り抵抗の異なった２つの絞り接続部が使用された場合における燃焼室への噴射量Ｅは、図７ｂにおいて第１の噴射曲線１８によって示されている。比較のために第２の噴射曲線１９が、図７ａの両絞り抵抗の間における絞り抵抗を有するただ１つの絞り接続部を使用した場合における噴射量を示している。開放行程が小さな場合における第１の噴射範囲２０では、ただ１つの絞り接続部よりも大きな絞り抵抗を有する第１の絞り接続部が作用する。リング室１０における低下した圧力に基づいて、液圧的な開放力が弁部材に作用し、これによってまたこの弁部材の開放速度を、この下側の行程範囲において減じる。

真ん中の開放行程（着火遅れ中）時における第２の噴射範囲２１において、第１の噴射曲線１８では、第２の噴射曲線１９におけるよりも僅かな燃料が噴射される。弁部材がさらに開放すると、第３の噴射範囲２２において、絞り抵抗の小さな第２の絞り接続部が噴射特性を規定し、ただ１つの絞り接続部を使用した場合におけるよりも多くの噴射量を、本来の燃焼時に生ぜしめる。ゆえに噴射経過は、絞り抵抗の異なった２つの絞り接続部を使用することによって、最適な燃焼に関して、ただ１つの絞り接続部を使用した場合に比べて、はるかに正確に調節されることができる。ガイドスリーブは、複数の絞り接続部を設けるのに特に適しており、しかも液圧面を減じることができる。

案内区分としてガイドスリーブを備えた本発明による燃料噴射弁の第１実施形態を示す図である。 絞り接続部として弁部材の２つの面研磨部を備えた、図１の燃料噴射弁の燃焼室側の端部を示す図である。 第２の絞り接続部として弁部材における絞り孔を備えた、本発明による燃料噴射弁の第２実施形態の燃焼室側の端部を示す図である。 第１の絞り接続部として弁部材における絞り孔を備えた、本発明による燃料噴射弁の第３実施形態の燃焼室側の端部を示す図である。 ガイドスリーブにおける絞り孔を備えた、本発明による燃料噴射弁の第４実施形態の燃焼室側の端部を示す図である。 ガイドスリーブに２つの絞り孔を備えた、本発明による燃料噴射弁の第５実施形態の燃焼室側の端部を示す図である。 開放行程に関連した本発明による燃料噴射弁の絞り抵抗を示す線図である。 開放行程に関連した本発明による燃料噴射弁の噴射量を示す線図である。

Claims (11)

1. 内燃機関用の燃料噴射弁（１）であって、弁体（２）の孔（３）内において軸方向シフト可能な弁部材（４）が設けられており、該弁部材（４）が燃焼室側の端部に、弁体（２）の弁座面（７）と共働する弁シール面（６）を有しており、弁座面（７）の下流側に、燃料供給される内燃機関の燃焼室内に開放する少なくとも１つの噴射開口（８）が設けられており、弁部材（４）を案内する案内区分が、軸方向で見て、燃料高圧管路に接続されたリング間隙（９）と弁座面（７）に開口するリング室（１０）との間に設けられており、リング間隙（９）とリング室（１０）とを互いに持続的に接続する第１の絞り接続部（１６；２５）が設けられており、さらに、弁部材（４）の所定の開放行程（ｈ）の後でリング間隙（９）とリング室（１０）とを互いに接続する第２の絞り接続部（１３；１７；２４）が設けられていて、該第２の絞り接続部（１３；１７；２４）が、第１の絞り接続部よりも小さな絞り抵抗を有している形式のものにおいて、
   案内区分が、孔（３）内において弁体（２）の燃焼室側の端部に配置されたガイドスリーブ（５）によって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. 第１の絞り接続部が、ガイドスリーブ（５）と弁部材（４）との間におけるリング状の間隙（１６）によって形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 第１の絞り接続部が、弁部材（４）の少なくとも１つの第１の面研磨部によって形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
4. 第１の絞り接続部が、ガイドスリーブ（５）内における絞り孔（１３，２５）によって形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
5. 第２の絞り接続部が、弁部材（４）の少なくとも１つの第２の面研磨部（１４）によって形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
6. 第２の絞り接続部が、弁部材（４）内を延びる絞り孔（１７）によって形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
7. 第２の絞り接続部が、ガイドスリーブ（５）内を延びる絞り孔（２４）によって形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
8. ガイドスリーブ（５）が、弁体（２）の孔（３）内にシフト不能に固定されて配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
9. 弁部材（４）が、少なくともガイドスリーブ（５）の、弁座面（７）に開口する区分において、リング間隙（９）に開口する区分におけるよりも小さな直径を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
10. ガイドスリーブ（５）が円錐形の面区分（１１）を有していて、該面区分（１１）が弁体（２）の、円錐形に先細になる面区分（１２）に、シフト不能に固定されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
11. 軸方向において弁部材（４）とガイドスリーブ（５）との間に、ガイドスリーブ（５）を弁体（２）に押圧するばね（２３）が配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。

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