JP2015500949A - 燃料噴射装置用切り離し要素 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明による燃料噴射装置用切り離し要素によって、特に騒音の少ない構造が実現されてること。【解決手段】燃料噴射装置は、少なくとも１つの燃料噴射弁（１）と、シリンダヘッド（９）内に設けた前記燃料噴射弁（１）のための受容孔（２０）と、前記燃料噴射弁（１）の弁体（２２）と前記受容孔（２０）の壁との間に挿入されている前記切り離し要素（２４）とを含んでいる。前記切り離し要素（２４）は漸進的非直線弾性特性曲線を備えた固体リンクとして実施され、少なくとも１つの当接カラー（２８，２８’）は球形状またはボール状に実施された弁当接面（２９）を有し、該弁当接面は平らなリング領域（３０）から上方へ延在し、該平らなリング領域（３０）は支持台座（３１）を基盤とし、該リング領域（３０）の内面（３４）は、前記当接カラー（２８，２８’）よりも、および、前記受容孔（２０）の前記壁で支持されている前記支持台座（３１）よりも小さな内径（Ｄ）を有している。この燃料噴射装置は、特に混合気圧縮型火花点火式内燃機関の燃焼室内へ燃料を直噴するために適している。【選択図】図２

Description

本発明は、本発明は、独立請求項に記載の種類の燃料噴射装置用切り離し要素に関するものである。

基本的には、内燃機関のシリンダヘッドの受容穴内に組み込まれた燃料噴射弁に、平らな中間要素が設けられている燃料噴射装置は従来より知られている。このような中間要素は支持要素として座金の形態でシリンダヘッドの受容穴の肩部上に公知の態様で載置される。このような中間要素により製造公差および組み立て公差が補償され、燃料噴射弁がわずかにずれていても横力が生じない支持が確保される。燃料噴射装置は、特に混合気圧縮型火花点火式内燃機関の燃料噴射設備で使用するために適している。

燃料噴射装置の他の種類の簡単な中間要素は特許文献１から知られている。この中間要素は円形横断面を備えた座金であり、燃料噴射弁とシリンダヘッド内の受容穴の壁との双方が切頭円錐状に延在している領域に配置され、燃料噴射弁を支承および支持するための補償要素として用いられる。

複雑な構成で、製造の点で明らかに高いコストを要する燃料噴射装置用中間要素は、とりわけ特許文献２、特許文献３、および特許文献４からも知られている。これらの中間要素の特徴は複数の部分から構成され、または、多層的に構成され、部分的に密封機能および緩衝機能を果たすべきものである。特許文献２から公知の中間要素はベース・担持体を含み、該ベース・担持体内に、燃料噴射弁のノズル体が貫通する密封手段が挿着されている。特許文献３からは多層補償要素が公知であり、この多層補償要素は、堅い２つのリングと、それらの間にサンドイッチ状に配置された弾性中間リングとから構成されている。この補償要素は、比較的大きな角度範囲にわたって受容穴の軸線に対する燃料噴射弁の傾動を可能にするとともに、受容穴の中心軸線から燃料噴射弁を半径方向へ変位させることをも可能にする。

同様に多層の中間要素は特許文献４から知られている。この中間要素は、緩衝材から成る複数の座金から構成されている。金属、ゴムまたはＰＴＦＥから成る緩衝材は、燃料噴射弁の作動によって生じる振動および騒音の緩衝が可能であるように選定され、構成されている。しかしながら、この中間要素は所望の緩衝効果を得るために４層ないし６層を含んでいなければならない。

さらに、騒音放出を減少させるため、特許文献５は、燃料噴射弁をスリーブで取り囲み、生じた中間空間を騒音緩衝弾性体で充填することを提案している。しかしながら、この種の騒音緩衝は非常にコストがかかり、組み立てが面倒であり、高価である。

独国特許出願公開第１０１０８４６６Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１００２７６６２Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１００３８７６３Ａ１号明細書 欧州特許出願公開第１２２３３３７Ａ１号明細書 米国特許第６００９８５６Ａ号明細書

請求項１の特徴である構成要件を備えた、本発明による燃料噴射装置用切り離し要素には、非常に簡潔な構成で固体リンクが形成され、それにより騒音緩衝が改善されるという利点がある。本発明によれば、切り離し要素は漸進的非直線弾性特性曲線を有し、該漸進的非直線弾性特性曲線により、燃料直噴用インジェクタを備えた燃料噴射装置に切り離し要素を組み込むと、いくつかのポジティブで有利な特徴が得られる。アイドリングポイントでの切り離し要素の剛性が低いので、シリンダヘッドからの燃料噴射弁の効果的な切り離しが可能になり、これによって騒音臨界アイドリング作動でシリンダヘッドから放出される騒音が著しく減少する。名目システム圧での高い剛性は、車両作動中に総じて燃料噴射弁の運動を少なくさせる用を成し、これによって一方では、燃焼室の密封手段およびフュエルレールに対する密封手段として用いられるパッキンリングの保持性を確保し、他方では、燃焼室内での燃料噴射の安定したインジェクションポイントを確保し、このことはいくつかの燃焼方式の安定性にとって重要である。

従属項で取り上げた処置により、請求項１に記載されている燃料噴射装置の有利な更なる構成および改善が可能である。

弾性特性曲線を目的に応じて構成するために用いられる１つまたは複数の水平方向または鉛直方向のマイクロスリットを設けるのが特に有利である。

多体の切り離し要素の場合、支持台座を形成するスペーサディスクを別個の部材として設けるのが有利であり、この場合スペーサディスクの下側に他の部材（段付きリングディスク）が支持台座の一部として係合する。スペーサディスクは、その厚さ（高さ）および半径方向の延在態様を介して支持台座のサイズが調整され、且つその厚さ（高さ）を介して第１の上部構成部分とスペーサディスクとの間に形成されているリングスリットのサイズも同時に調整されるので、切り離し要素の剛性増大の調整に用いられる。

本発明のいくつかの実施形態が図面に簡略に図示されており、以下の説明で詳細に説明する。

固形リンクとして形成された切り離し要素を備えた燃料噴射装置の部分図である。 本発明による一体の切り離し要素の、３６０゜周回するように延在している当接カラーを併せて示した、図１の部分ＩＩの拡大図である。 ３つの当接カラー部分を備えた切り離し要素の択一的実施形態を示す図である。 図３の線ＩＶ−ＩＶによる切り離し要素の横断面図である。 図３の線Ｖ−Ｖによる切り離し要素の横断面図である。 切り離し要素の択一的な第２実施形態を、図４の図示に対応する横断面で示した図である。 切り離し要素の択一的な第３実施形態を、図４の図示に対応する横断面で示した図である。 切り離し要素の択一的な第４実施形態を、図４の図示に対応する横断面で示した図である。 多体解決手段での本発明による切り離し要素の他の実施形態を示す図である。 多体解決手段での本発明による切り離し要素の第２実施形態を示す図である。

次に、本発明の理解のために、図１を用いて本発明による切り離し要素２４を燃料噴射装置に組み込んだ状況を詳細に説明する。図１には、１実施態様として、混合気圧縮型火花点火式内燃機関の燃料噴射設備用噴射弁１の形態の弁が側面図で図示されている。燃料噴射弁１は燃料噴射装置の一部である。燃料を内燃機関の燃焼室２５内へ直接噴射するための直噴噴射弁の形態で実施されている噴射弁１は、下流側の一端でもってシリンダヘッド９の受容孔２０に組み込まれている。特にテフロン（商品名）から成るパッキンリング２は、燃料噴射弁１をシリンダヘッド９の受容孔２０の壁に対し最適に密封する用を成している。

弁体２２の段部２１と、受容孔２０の、たとえば該受容孔２０の長手方向延在部に対し直角に延在している肩部２３との間には、本発明による切り離し要素２４が固体リンクとして挿入されている。燃料噴射弁１は、その供給側端部３に、燃料分配管（フュエルレール）４へのプラグコネクタ部を有し、該プラグコネクタ部は、断面で図示されている燃料分配管４の接続部６と燃料噴射弁１の供給用接続部７との間にあるパッキンリング５によって密封されている。燃料噴射弁１は燃料分配管４の接続部６の受容穴１２に押し込まれている。この場合、接続部６は本来の燃料分配管４からたとえば一体に出ており、受容穴１２の上流側に小径の流動穴１５を有し、該流動穴を介して燃料噴射弁１への流動が行なわれる。燃料噴射弁１は、該燃料噴射弁１を操作するために電気接触させるための電気接続プラグ８を有している。

燃料噴射弁１と燃料分配管４とを、半径方向に力が作用しないように互いに十分間隔を持たせ、燃料噴射弁１をシリンダヘッドの受容孔に確実に押さえつけておくために、燃料噴射弁１と接続部６との間に押さえ部材１０が設けられている。押さえ部材１０は湾曲状部材として実施され、たとえば押し抜き曲げ部材として実施されている。押さえ部材１０は部分リング状の基本要素１１を有し、該基本要素を起点として押さえ部材湾曲部１３が湾曲して延在し、該押さえ部材湾曲部は組み込み状態で接続部６の下流側端面１４において燃料分配管４に当接する。

本発明の課題は、切り離し要素２４の合目的な構成および幾何学的構成によって、とりわけ騒音臨界のアイドリング作動時に簡単に騒音減少を改善することである。高圧直噴時での燃料噴射弁１の主要な騒音源は、弁が作動している間にシリンダヘッド９に導入される力であり（固体伝播音）、この力がシリンダヘッド９を構造的に刺激して該シリンダヘッドから空気音として放出される。それ故、騒音を改善するため、シリンダヘッド９内に導入される力を最小にするべきである。これは、噴射によって生じる力を減少させる以外に、燃料噴射弁１とシリンダヘッド９との間での伝達特性を制御することによって達成できる。

切り離し要素２４上の燃料噴射弁１をシリンダヘッド９の受容孔２０内で支持することは、機械的な意味では、一般的なばね質量緩衝系として構成することができる。この場合、シリンダヘッド９の質量は燃料噴射弁１の質量に比べて、第１近似では無限に大きいと想定することができる。このような系の伝達特性は、共振振動数ｆ_Ｒの範囲での低振動数時の増幅と、切り離し振動数ｆ_Ｅよりも上にある絶縁範囲とを特徴としている。

本発明の目的は、弾性絶縁（切り離し）を優先的に使用して、特に車両のアイドリング作動時における騒音を減少させるように、切り離し要素２４を構成することである。この場合本発明は、一方では、可変作動圧による燃料直噴時の典型的な必要条件および境界条件を考慮して適当な弾性特性曲線を定義し構成することを含み、他方では、このようにして定義された弾性特性曲線の特徴を、簡潔な幾何学的パラメータの選択を介して、噴射系の特殊な境界条件に適合させることができるように切り離し要素２４を構成することを含む。

燃料直噴の典型的な境界条件（燃料噴射弁１の構成空間は小、力は大、全体運動は小）での非直線弾性特性曲線を簡単に且つ低コストで置換できるようにするため、本発明によれば、切り離し要素２４は固体リンクとして形成され、該固体リンクは、球形状またはボール状に実施された弁当接面２９を備えた当接カラー２８を有し、該当接カラーは平らなリング領域３０から上方へ延在し、その際平らなリング領域３０は比較的幅狭の支持台座３１を基盤としている。切り離し要素２４の平らなリング領域３０は、オプションで、小さな横断面径のリンクでさらに支持されていてよく、たとえば弁肩部上に載置される、内側エッジを備えた拡開リング３２で支持されていてよい。

図２は、本発明による一体の切り離し要素２４の、３６０゜にわたって周回するように延在する当接カラー２８を備えた、切り離し要素２４を取り囲む図１の部分ＩＩの拡大図である。ここでは切り離し要素２４はたとえば、該切り離し要素２４よりも上にある弁体２２の外径に相当する外径を有している。切り離し要素２４はその外径部に筒状の側面を有している。切り離し要素２４はその内面側に本発明による構造を有している。以下の図面を用いてこの本発明による構成をさらに詳細に説明する。

図３には、周回するように延在する当接カラー２８の代わりに、周方向に等間隔で配分された３つの当接カラー部分２８’が形成されている、切り離し要素２４の択一的実施形態が図示されている。これらの当接カラー部分２８’は、約１５゜ないし４５゜に相当する周方向延在部を有しているにすぎない。３つの当接カラー部分２８’を備えた図示した解決手段以外に、４つ、５つ、６つまたはそれ以上の当接カラー部分２８’を備えたものも考えられる。

図４は図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った切り離し要素２４の横断面を示し、他方図５は図３の線Ｖ−Ｖに沿った切り離し要素２４の横断面を示している。図４の切り離し要素２４の横断面は、完全に周回するように延在する当接カラー２８を備えた構成に変形可能である。図４から明らかなように、たとえば当接カラー部分２８’の領域には、それぞれ、弾性特性曲線を目的に応じて構成するために用いる水平方向のマイクロスリット３３が形成されていてよい。これに対応して、１つの当接カラー２８が完全に周回するように延在している場合、１つの周回するように延在するマイクロスリット３３が設けられていてよいが、周方向に配分される複数のマイクロスリット３３を設けてもよい。図４では、本発明による切り離し要素２４の輪郭および寸法比率を非常に具体的に見て取れるが、マイクロスリット３３のサイズは寸法どおりに示したものでなく、識別しやすくするためにかなり誇張して示してある。当接カラー２８または当接カラー部分２８’は球形状またはボール状に実施された弁当接面２９を備え、該弁当接面は、切り離し要素２４の取り付け状態では、テーパ状に延在している弁体面２１と対応し、その結果、ここでは理想的に見て、対応する部材パートナー１，２４の線接触が生じ、しかもこの線接触は、複数の短い当接カラー部分２８’を備えた実施形態の場合にはさらに著しく小さくなる。当接カラー２８は平らなリング領域３０から上へ延在し、平らなリング領域は最も内側にあり、その限りでその内面３４において最小の内径Ｄ_ｉを有している。平らなリング領域３０も比較的幅狭の支持台座３１から突出しており、その際支持台座３１の内面２６はテーパ状に延在し、これによって支持台座３１の内径Ｄ_ｓはその高さ方向に変化しており、支持台座３１が最も薄い材料厚を有している切り離し要素２４の下稜において最大内径Ｄ_ｓを有している。

しかし、これに限定されるものではなく、本発明の理解のために、以下で本発明による切り離し要素２４が有する好ましい寸法仕様を挙げておく。
−支持台座３１の下稜における最大内径Ｄ_ｓは約１７ｍｍ
−平らなリング領域３０の内径Ｄ_ｉは約１４ｍｍ
−リング領域３０への移行部における当接カラー２８の内径Ｄ_ａは約１８ｍｍ
−切り離し要素２４の外径Ｄ_ｏは約２１ｍｍ
−当接カラー２８の高さｂは約１．２５ｍｍ
−マイクロスリット３３の高さｔは約０．０３−０．０６ｍｍ
−当接カラー２８内でのマイクロスリット３３の端部から弁当接面２９までの最小間隔ａは約０．３−０．５ｍｍ

当接カラー２８内部へのマイクロスリット３３の形成はたとえばワイヤー放電加工、レーザー穿孔、レーザー切断を用いて行うことができる。切り離し要素２４自体はＭＩＭ(Metal Injection Moulding)技術を用いて、または、古典的には変形／曲げを含む旋削部品として製造することができる。

図６は、切り離し要素２４の択一的な第２実施形態を、図４の図示に対応する横断面で示したもので、たとえば３つの面内に異なる長さの水平方向のマイクロスリット３３が形成され、その際たとえば最も長いマイクロスリット３３は支持台座３１内に設けられている。

図７は、切り離し要素２４の択一的な第３実施形態を、図４の図示に対応する横断面で示したもので、鉛直方向のマイクロスリット３３が形成され、該鉛直方向のマイクロスリットは、切り離し要素２４の外径部Ｄ_ｏの付近で切り離し要素２４の下稜からリング領域３０の高さまで延在している。

図８は、切り離し要素２４の択一的な第４実施形態を、図４の図示に対応する横断面で示したもので、複数の鉛直方向のマイクロスリット３３が形成され、これらのマイクロスリットは切り離し要素２４の下稜から当接カラー２８，２８’の領域内部まで延在し、その際異なる幅と長さで実施されている。これらの鉛直方向のマイクロスリット３３はたとえば０．３ｍｍまでの幅を有している。

図６、図７、図８の実施形態で示したマイクロスリット３３の構造化とは異なるものももちろん考えられる。

図９には、本発明による切り離し要素２４の他の実施形態が図示され、本実施形態では切り離し要素は多体で実施されている。この場合、第１の構成部分３５は当接カラー２８，２８’と平らなリング領域３０の第１の部分とを形成し、他方スペーサディスクとして形成された第２の構成部分３６は支持台座３１を形成し、段付きリングディスクとしての第３の構成部分３７は、平らなリング領域３０の第２の部分とスペーサディスク３６の下側に係合して支持台座３１の一部分をも形成している。段付きリングディスク３７は中央のテーパ領域３８を有し、該テーパ領域によりスペーサディスク３６の厚さを補うことができ、且つ前記テーパ領域はその輪郭に関し図４および図５の支持台座３１のテーパ状内面２６に倣うように形成されている。スペーサディスク３６は、その厚さ（高さ）および半径方向の延在態様を介して支持台座３１のサイズが調整され、且つ厚さ（高さ）を介して第１の構成部分３５とスペーサディスク３６との間に形成されているリングスリット３９のサイズも同時に調整されるので、切り離し要素２４の剛性増大の調整に用いられる。

協働して切り離し要素２４を生じさせている個々の構成部分３５，３６，３７は、たとえば溶接点または溶接継目により互いに固定されて紛失しないように結合されている。

図１０は、４つの構成部分３５，３６，３７，４０を含んでいる多体的解決手段で実施した本発明による切り離し要素２４の第２実施形態を備えた組み込み状況をもう一度示したものである。この切り離し要素２４が特に図９で説明した切り離し要素２４と異なるのは、当接カラー２８，２８’がそれ自体リングカラーとしてコンパクトに形成され、平らなリング領域３０が薄いディスク４０によって形成され、該ディスクが切り離し要素２４の外径部まで延在し、この限りでは当接カラー２８，２８’の下側に係合していることである。さらに図１０から明らかなように、切り離し要素２４は必ずしも弁体２２と面一に半径方向外側に終端を有している必要はなく、ここに例示したように、使用条件に応じて突出していてもよい。図示はしていないが、後退させた変形実施形態も含まれる。

協働して切り離し要素２４を生じさせている個々の構成部分３５，３６，３７，４０は、たとえば溶接点または溶接継目により互いに固定されて紛失しないように結合されている。

１ 燃料噴射弁
２０ 受容孔
２２ 弁体
２３ 受容孔の肩部
２４ 切り離し要素
２６ 支持台座の内面
２８ 当接カラー
２８’ 当接カラー部分
２９ 弁当接面
３０ 平らなリング領域
３１ 支持台座
３３ マイクロスリット
３４ リング領域の内面
３５ 切り離し要素の第１の構成部分
３６ スペーサディスク（切り離し要素の第２の構成部分）
３７ 段付きリングディスク（切り離し要素の第３の構成部分）
３９ リングスリット
４０ 薄いディスク（切り離し要素の第４の構成部分）

Claims (11)

1. 特に燃焼室内へ燃料をダイレクトに噴射するための内燃機関の燃料噴射設備のための燃料噴射装置用切り離し要素であって、前記燃料噴射装置が、少なくとも１つの燃料噴射弁（１）と、該燃料噴射弁（１）のための受容孔（２０）とを含み、前記切り離し要素（２４）が前記燃料噴射弁（１）の弁体（２２）と前記受容孔（２０）の壁との間に挿入されている前記切り離し要素において、
   前記切り離し要素（２４）が漸進的非直線弾性特性曲線を備えた固体リンクとして実施され、少なくとも１つの当接カラー（２８，２８’）が球形状またはボール状に実施された弁当接面（２９）を有し、該弁当接面が平らなリング領域（３０）から上方へ延在し、該平らなリング領域（３０）が支持台座（３１）を基盤とし、該リング領域（３０）の内面（３４）が、前記当接カラー（２８，２８’）よりも、および、前記受容孔（２０）の前記壁で支持されている前記支持台座（３１）よりも小さな内径（Ｄ_ｉ）を有していることを特徴とする切り離し要素。
2. 前記切り離し要素（２４）が一体または多体に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の切り離し要素。
3. 前記当接カラー（２８）が周回して延在するように実施されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の切り離し要素。
4. 前記当接カラー（２８）が少なくとも３つの当接カラー部分（２８’）によって形成され、これらの当接カラー部分がそれぞれ１５゜ないし４５゜の周方向延在部を有していることを特徴とする、請求項１または２に記載の切り離し要素。
5. 少なくとも１つの水平方向または鉛直方向のマイクロスリット（３３）が、前記切り離し要素（２４）の外側面または下稜を起点として該切り離し要素内に形成されていることを特徴とする、上記請求項のいずれか一項に記載の切り離し要素。
6. 前記マイクロスリット（３３）が０．０３ｍｍと０．３ｍｍの間の幅を有していることを特徴とする、請求項５に記載の切り離し要素。
7. 前記支持台座（３１）の内面（２６）がテーパ状に延在し、その結果該支持台座（３１）はその最大内径（Ｄ_ｓ）を前記切り離し要素（２４）の下稜に有していることを特徴とする、上記請求項のいずれか一項に記載の切り離し要素。
8. 前記切り離し要素（２４）が３つまたは４つの互いに固定結合される構成部分（３５，３６，３７，４０）から組み立てられていることを特徴とする、上記請求項のいずれか一項に記載の切り離し要素。
9. 前記少なくとも１つの当接カラー（２８，２８’）が第１の構成部分（３５）から形成され、他方第２の構成部分としてのスペーサディスク（３６）の下側に第３の構成部分としての段付きリングディスク（３７）が係合していることを特徴とする、請求項８に記載の切り離し要素。
10. 前記スペーサディスク（３６）は、その厚さ（高さ）および半径方向の延在態様を介して前記支持台座（３１）のサイズが調整され、且つその厚さ（高さ）を介して前記第１の構成部分（３５）と前記スペーサディスク（３６）との間に形成されているリングスリット（３９）のサイズも同時に調整されるので、前記切り離し要素（２４）の剛性増大の調整に用いられることを特徴とする、請求項９に記載の切り離し要素。
11. 前記燃料噴射弁（１）のための前記受容孔（２０）がシリンダヘッド（９）内に形成され、該受容孔（２０）が、該受容孔（２０）の延在部に対し垂直に延在する肩部（２３）を有し、該肩部上に前記切り離し要素（２４）がその前記支持台座（３１）でもって載置されていることを特徴とする、上記請求項のいずれか一項に記載の切り離し要素。

Images