JP2014501356A - 噴射弁 - Google Patents

Abstract

液体を噴射する噴射弁は、電磁式のアクチュエータ（１０，１１，１２）と、可動の弁ニードル（５）と、弁座面（２９）と協働してシール座を形成する弁閉鎖体（７）と、シール座の下流に配置されるオリフィス板（２１）とを備え、オリフィス板（２１）は、少なくとも１つの入口領域（４１）と少なくとも１つの出口開口（４４）とを有する。少なくとも１つの入口領域（４１）を含む上側の機能平面部（４０）は、断面で見て、少なくとも１つの出口開口（４４）を含む下側の機能平面部（４２）とは異なる開口幾何学形状を有する。オリフィス板（２１）には、複数の入口領域（４１）が設けられており、入口領域（４１）はそれぞれ、長方形あるいはバスタブ形の輪郭を有する局所的に画成されたキャビティとして設けられており、入口領域（４１）から、それぞれ１つの出口開口（４４）が流動方向で接続しており、出口開口（４４）は、それぞれの入口領域（４１）の中心から出発して、かつ中心を通るように仮想的に長手方向軸線及び横方向軸線を引いたとき、両軸線に関して非対称である。

Description

従来技術
本発明は、請求項１の前提部に記載の噴射弁から出発する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第４１２１３１０号明細書において既に公知の燃料噴射弁は、固定の弁座が形成されている弁座体を有している。弁座体内に形成されたこの弁座と、噴射弁内で軸方向に可動な弁閉鎖体とが協働する。弁座体には、下流に向かって、平坦な燃料分配板が接続している。燃料分配板内には、弁座に向かって、Ｈ字形の凹部が入口領域として設けられている。Ｈ字形の入口領域には、流動方向で４つの噴射穴が接続しているので、噴射すべき燃料は、入口領域を介して噴射穴に分配可能である。この場合、弁座体により燃料分配板内の流動幾何学形状に影響を及ぼすことは、行われるべきではない。むしろ、弁座体内の弁座の下流における流動通路は、弁座体が燃料分配板の開口幾何学形状に対して影響を有しないように形成されている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００４８９３５号明細書において既に公知の内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁は、特にアクチュエータと、弁の開放及び閉鎖のために、弁座体に形成された固定の弁座と協働する可動の弁部とを有している。弁座の下流には、ディスク状の渦流要素が配置されている。この渦流要素は、少なくとも１つの入口領域と、少なくとも１つの出口開口と、出口開口の上流に位置する少なくとも１つの渦流通路とを有している。渦流要素内に設けられた入口領域には、中央からの流入がある。すべての渦流通路は中央を起点に延びている。これにより、渦流通路を専ら半径方向内側から外側に通流する燃料に渦流の成分が加えられる。

発明の利点
請求項１に記載の特徴を有する本発明に係る噴射弁は、安価な形態で出口開口からホローコーン形の噴霧が生じ、このホローコーン形の噴霧がその液膜分裂（Ｌａｍｅｌｌｅｎｚｅｒｆａｌｌ）に関して極めて良好な噴霧品質を提供するという利点を有している。まさに流体を低圧で放出する噴射弁において、本発明により、噴霧品質はさらに向上可能である。これは、本発明では、マルチホール型弁として噴射弁を設計した場合、輪郭付与を介して著しく最適化されて形成された渦流効果によって、噴霧品質が改善されるからである。とりわけ低圧領域におけるマルチホール型噴射弁には、このような本発明による設計が、簡単な乱流増加に基づいて理想的に適している。

従属請求項に記載の構成により、請求項１に係る噴射弁の好ましい形態及び改良が可能である。

好ましくは、出口開口の穴長さあるいは長さ／直径比が、例えば純然たる「Ｓ字ターン型弁（Ｓ‐Ｓｃｈｌａｇ‐Ｖｅｎｔｉｌ）：流出開口と出口開口との半径方向のずれに基づいて、弁座の下流側にＳ字形の流動プロフィールが形成される弁」における公知の乱流噴霧の場合にそうであるのと比較して、明らかに小さな影響を噴霧品質に対して有している。すなわち、入口領域に形成される渦流運動は、穴長さにわたって乱流とは異なりほとんど解消されない。

本発明の実施の形態を図面に概略的に示し、以下の説明において詳説する。

弁座体の下流に第１のオリフィス板を備える噴射弁の部分図である。 図１に示した部分ＩＩを拡大寸法で示す図である。 図２に示した線ＩＩＩ‐ＩＩＩに沿って断面し、オリフィス板の部分領域を上から見た平面図である。 第１のオリフィス板全体の平面図である。 別の実施の形態を説明するために図２と同じ部分を示す図である。 図５に示した線ＶＩ‐ＶＩに沿って断面し、オリフィス板の部分領域を上から見た平面図である。 第２のオリフィス板全体の平面図である。

実施の形態の説明
図１は、一実施の形態として、混合気圧縮・外部点火式の内燃機関の燃料噴射装置用の噴射弁として形成された弁の一部を示している。噴射弁は、管形の弁座支持体１を有している。弁座支持体１内には、弁長手方向軸線２に対して同心的に、長手方向開口３が形成されている。長手方向開口３内には、例えば管形の弁ニードル５が配置されている。弁ニードル５の下流側の端部６は、例えば球形の弁閉鎖体７に固結されている。弁閉鎖体７の周面には、燃料を流過させる例えば５つの平坦化部８が設けられている。

なお、念のため付言しておくと、噴射領域における本発明の実施を例示的に上述のような燃料噴射弁を参照しながら説明するが、本発明は、直接噴射のための燃料噴射弁や、内燃機関の排気系統に尿素水溶液（例えばＡｄＢｌｕｅ^ＴＭ）を供給する噴射弁等においても実施可能である。

噴射弁の操作は、公知の形式で、例えば電磁式に行われる。弁ニードル５の軸方向運動、ひいては噴射弁の、図示しない戻しばねのばね力に抗した開放、あるいは閉鎖には、概略的に示す電磁回路が働く。電磁回路は、磁石コイル１０、プランジャ１１及びコア１２を有している。プランジャ１１は、弁ニードル５の、弁閉鎖体７とは反対側の端部に、例えばレーザにより形成される溶接シームによって結合されており、コア１２に向かって配向されている。

電磁式のアクチュエータの代わりに、圧電式のアクチュエータ、磁歪式のアクチュエータその他の駆動装置が、弁閉鎖体７を操作するために使用されてもよい。

弁閉鎖体７を軸方向運動中に案内するために、弁座体１６の案内開口１５が用いられる。弁座体１６は、弁座支持体１の、下流にあってコア１２とは反対側の端部において、弁長手方向軸線２に対して同心的に延びる長手方向開口３内に、溶接によって密に取り付けられている。弁座体１６は、弁閉鎖体７とは反対側の下側の端面１７において、オリフィス板２１に固結されている。

オリフィス板２１は、２層に形成されている。この場合、２つの層が唯一のオリフィス板２１に形成されていてもよいし、オリフィス板２１が、図２にそれぞれ異なるハッチングで示すように、互いに重ねられた２つのオリフィス板部分からなっていてもよい。

オリフィス板２１は、上側の端面２８で弁座体１６の下側の端面１７に当接している。オリフィス板２１は、２つの機能平面部を有している。１つの機能平面部は、その軸方向の延在長さにわたってそれぞれ１つのほぼ一定の開口輪郭を有し、まさに次の機能平面部は、異なる開口輪郭を有している。

弁座体１６及びオリフィス板２１からなる弁座部分の、長手方向開口３内への挿入深さは、弁ニードル５のストロークの大きさを規定する。これは、磁石コイル１０が励磁されていないときの弁ニードル５の一方の終端位置が、弁閉鎖体７と、弁座体１６の、下流に向かって円錐形に先細りした弁座面２９との当接によって規定されているからである。磁石コイル１０が励磁されたときの弁ニードル５の他方の終端位置は、プランジャ１１がコア１２に当接することによって規定される。これにより、弁ニードル５のこれらの両終端位置間の距離は、ストロークを表す。球形の弁閉鎖体７は、弁座体１６の円錐台形の弁座面２９と協働する。弁座面２９は、軸方向で案内開口１５と、弁座体１６の、端面１７まで延在する下側の柱状の流出開口３１との間に形成されている。

図１乃至図７に示すオリフィス板２１は、例えば２つの金属の機能平面部において電気めっき法による析出により形成可能である。オリフィス板２１のその他の製造方法ももちろん可能である。例えば所望の輪郭が型打ち加工される２つの薄い金属薄板層が使用されてもよい。

図２は、本発明におけるオリフィス板２１の第１の実施の形態として、図１に示す部分ＩＩを拡大図で示している。オリフィス板２１は、例えば平坦な円形の構成部材として形成されている。この構成部材は、既に言及したように軸方向で連続する２つの機能平面部を有している。オリフィス板２１は、上側の機能平面部４０内に複数の入口領域４１を有している。入口領域４１には、流出開口３１から到来する液体が直接流れ込む。入口領域４１の平面図である図３から看取可能であるように、流出開口３１及び入口領域４１のオーバラップ領域４３は、入口領域４１の面積の精々３分の１である。しかし、オーバラップ領域４３は、他方では、入口領域４１への流入部における液体の過剰な絞りが回避される程度の大きさであることが望ましい。その点において、オーバラップ領域４３は、少なくとも入口領域４１の断面の大きさを有していることが望ましい。

図４に示すように例えば４箇所においてそれぞれ互いに直角をなして配置されていてよい、上側の機能平面部４０内の入口領域４１は、長方形あるいはバスタブ形の輪郭による局所的に画成されたキャビティを特徴としている。長方形の入口領域４１の長手方向の延在方向は、オリフィス板２１の半径方向で延びている。例えば２つ、３つ、５つ、６つ又はそれ以上の入口領域４１が設けられていてもよい。入口領域４１の周囲を取り巻く側壁は、例えばバスタブ状に斜めに傾いて、テーパをなして延びるように形成されている。第２の下側の機能平面部４２内では、各々の入口領域４１に対応して、それぞれ１つの出口開口４４が設けられている。出口開口４４は、例えば円形の噴射穴として形成されている。

オリフィス板２１に設けられた入口領域４１は、本発明では、入口領域４１における流入する液体の速度、ひいては出口開口４４への流入速度が極めて高いものの、過剰な絞りが発生しないように設計されている。流出開口３１は、オリフィス板２１の出口開口４４が位置する仮想円の直径より明らかに小さな直径を有している。換言すれば、オリフィス板２１の入口を規定する流出開口３１と出口開口４４との完全なずれが存在する。その点において、オリフィス板２１に向かって弁座体１６を投影したとき、弁座体１６は、すべての出口開口４４を覆っている。流出開口３１に対する出口開口４４の半径方向のずれに基づいて、流体のＳ字形の流動プロフィール（流動経路）が生じる。弁座体１６に設けられた流出開口３１の壁と出口開口４４との間の間隔を介して、出口開口４４の半径方向の流動と軸方向の流動との間の比が影響を受ける。間隔が増すにつれて、半径方向の流動が強められる一方、軸方向の流動成分は弱められる。流体の噴流は、流出開口３１と出口開口４４との間の間隔を大きく選択すればするほど、ますます半径方向に傾き、これにより噴霧全体の噴流角度を大きくする傾向を示す。渦流の強さは、断面積の比に加え、入口領域４１に対する出口開口４４の偏心率にも大きく依存している。

図３及び図４は、出口開口４４が、それぞれの入口領域４１の中心から出発して、かつこの中心を通るように仮想的に長手方向軸線及び横方向軸線を引いたとき、両軸線に関して非対称であることを示している。それゆえ、各々の出口開口４４では、対応する入口領域４１の両軸線に関して、両方向のずれが生じる。入口領域４１のコーナは、図３に概略的に示すように、丸み付けられていてよい。

図５乃至図７は、本発明におけるオリフィス板２１の別の実施の形態を示している。本実施の形態では、オリフィス板２１の上側の機能平面部４０内に、唯一の入口領域４１が形成されている。唯一の入口領域４１は、まず、出口開口４４の近傍に長方形の部分輪郭４１′を有している。第２のオリフィス板２１全体の平面図である図７は、入口領域４１がその内側においてほぼ円形に形成されており、この円形に、出口開口４４の流入部に向かって、長方形の部分輪郭４１′が、半径方向外方を指向して接続していることを示している。長方形の部分輪郭４１′のうちの１つを、図６の拡大図に詳細に示してある。流動及び速度に及ぼされる影響について既に第１の実施の形態で加えた説明は、相応に第２の実施の形態にも当てはまる。

図７に示した例えば４箇所においてそれぞれ互いに直角に配置可能な、上側の機能平面部４０内の部分輪郭４１′を有する入口領域４１は、この特別な輪郭付与によって、やはり、長方形状あるいはバスタブ状の輪郭を有する複数の局所的に画成されたキャビティを特徴としている。入口領域４１及び長方形の部分輪郭４１′の周囲を取り巻く側壁は、本実施の形態では、例えば垂直に延びるように形成されている。第２の下側の機能平面部４２内では、各々の部分輪郭４１′に対応して、それぞれ１つの出口開口４４が設けられている。出口開口４４は、例えば円形の噴射穴として形成されている。

図６及び図７は、出口開口４４が、それぞれの部分輪郭４１′の中心から出発して、かつこの中心を通るように仮想的に長手方向軸線及び横方向軸線を引いたとき、両軸線に関して非対称であることを示している。それゆえ、各々の出口開口４４において、その部分輪郭４１′の両軸線に関して両方向のずれが生じる。

Claims (8)

1. アクチュエータ（１０，１１，１２）と、
   可動の弁構成部材（５）と、
   弁座面（２９）と協働してシール座を形成する弁閉鎖体（７）と、
   前記シール座の下流に配置されるオリフィス板（２１）と、
   を備え、該オリフィス板（２１）は、少なくとも１つの入口領域（４１）と少なくとも１つの出口開口（４４）とを有し、前記少なくとも１つの入口領域（４１）を含む上側の機能平面部（４０）が、断面で見て、前記少なくとも１つの出口開口（４４）を含む下側の機能平面部（４２）とは異なる開口幾何学形状を有する、液体を噴射する噴射弁であって、
   複数の入口領域（４１，４１′）が設けられており、該入口領域（４１，４１′）はそれぞれ、長方形あるいはバスタブ形の輪郭を有する局所的に画成されたキャビティとして設けられており、前記入口領域（４１，４１′）から、それぞれ１つの出口開口（４４）が流動方向で接続しており、該出口開口（４４）は、それぞれの入口領域（４１，４１′）の中心から出発して、かつ該中心を通るように仮想的に長手方向軸線及び横方向軸線を引いたとき、両軸線に関して非対称であることを特徴とする、噴射弁。
2. ２つから６つの入口領域（４１，４１′）が前記オリフィス板（２１）に設けられている、請求項１記載の噴射弁。
3. 前記入口領域（４１，４１′）の壁は、斜めに傾いて延びているか、又は垂直に延びている、請求項１又は２記載の噴射弁。
4. １つの入口領域（４１）が複数の長方形あるいはバスタブ形の部分輪郭（４１′）を有し、内側の入口領域に、前記出口開口（４４）への流入のために、前記部分輪郭（４１′）が半径方向外方を指向して接続している、請求項１から３までのいずれか１項記載の噴射弁。
5. 前記出口開口（４４）は円形に形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の噴射弁。
6. 前記弁座面（２９）を有する弁座体（１６）を備え、該弁座体（１６）は、前記出口開口（４４）が前記弁座体（１６）によって覆われているように、前記オリフィス板（２１）の入口領域（４１）を部分的に下側の端面（１７）でもって直接覆う、請求項１から５までのいずれか１項記載の噴射弁。
7. 前記オリフィス板（２１）は、電気めっき法による析出によって、両機能平面部（４０，４２）を備えて２層に、しかし一体的に形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の噴射弁。
8. 前記オリフィス板（２１）は、重ねて配置された２つの金属薄板層から形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の噴射弁。

Images