JP2017015092A - 燃料噴射装置用切り離し要素 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料噴射装置用切り離し要素により、騒音の少ない構造を実現すること。
【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のバルブハウジング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とを含んでいる。前記切り離し要素は、スプリングリング３０とテーパディスク３１とから成る切り離しシステムとして形成されている。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焼室内へ燃料を直噴するために適している。
【選択図】図５

Description

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。

図１には、技術水準から公知の燃料噴射装置が例示されている。この燃料噴射装置では、内燃機関のシリンダヘッドの受容孔に組み込まれている燃料噴射弁に、平らな中間要素が設けられている。支持要素としてのこのような中間要素は、平座金の形態でシリンダヘッドの受容孔の肩部上に公知の態様で置かれている。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孔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、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いずれも、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孔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、受容孔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平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かつ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。

有利には、本発明による切り離し要素の弾性特性曲線は、特にスプリングリングの幾何学的パラメータを適合させることによって合目的に漸進的に構成することができる。切り離し要素は構成高さが低いことを特徴としており、これによって小さな構成空間においても皿ばねのように使用可能である。さらに、切り離し要素は高温でも大きな疲労強度を有する。切り離し要素用の２つの部材であるスプリングリングとテーパディスクとは、製造技術的に非常に簡単に製造可能である。

非直線弾性特性曲線は、スプリングリングの幾何学的構成によってそれぞれのアプリケーションに固有に適合させることができる。剛性はテーパディスクのテーパ角を変えることによっても変更でき、従ってスプリングリングに対する接触面積を変更することができる。

従属請求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。

テーパディスクに六角形の横断面を備えさせるのが特に有利であり、すなわちテーパディスクの２つのより長い境界側面と４つのより短い境界側面とがあるように備えさせるのが特に有利である。このようにして、一方では、スプリングリングはテーパディスクの２つのより長い境界側面で支持され、他方ではテーパディスクは４つのより短い境界側面でもってシリンダヘッド内の燃料噴射弁用受容孔の肩部に載置される。

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。

ディスク状の中間要素を備えた公知の実施態様の燃料噴射装置の部分図である。 通常のばね質量緩衝系である燃料直噴におけるシリンダヘッド内の燃料噴射弁の支持を示す機械的等価回路図である。 共鳴振動数ｆ_Ｒの範囲で低振動数のときに増幅をおこない、切り離し振動数ｆ_Ｅよりも上に絶縁範囲を備えている、図２に示したばね質量緩衝系の伝達特性を示す図である。 アイドリング作動時に小さな剛性Ｓ_ＮＶＨを備え、名目システム圧Ｆ_Ｓｙｓで大きな剛性を持つ、作動点に依存して異なる剛性を実現するための漸進的非直線弾性特性曲線である。 本発明による切り離し要素を、図１に示したディスク状の中間要素の領域に位置するように燃料噴射弁に取り付けた状態で示す横断面図である。 スプリングリングの変形実施形態の横断面図である。 スプリングリングの変形実施形態の横断面図である。 スプリングリングの変形実施形態の横断面図である。 スプリングリングの変形実施形態の横断面図である。

次に、本発明の理解のために、図１を用いて燃料噴射装置の公知の実施態様を詳細に説明する。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燃料噴射弁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（登録商標）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。

バルブハウジング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、支持要素として平座金の形態で実施されている平坦な中間要素２４が挿入されている。このような中間要素２４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１がわずかにずれていても、横力が作用しない支持が確保される。

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、中間要素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公知の中間要素解決手段に比べて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。

受動的中間要素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、図２に図示したように通常の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Ｍは燃料噴射弁１の質量ｍ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、共鳴振動数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（図３を参照）。

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、中間要素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中間要素２４を構成することを含む。

スプリングリング３０とテーパディスク３１とから形成される本発明による切り離しシステムの小さな弾性剛性ｃを用いた、シリンダヘッド９からの燃料噴射弁１の切り離しは、狭い構成空間以外に、エンジン作動中に燃料噴射弁１の許容最大運動を制限することによって困難になる。図４からわかるように、車両で典型的な以下の準静的負荷状態が発生する。
１．組み立て後に押さえ部材１０によってもたらされる静的押さえ力Ｆ_ＮＨ
２．アイドリング作動圧で存在する力Ｆ_Ｌ
３．標準システム圧で存在する力Ｆ_Ｓｙｓ

中間要素２４としての通常の支持要素は、前述した力範囲内で直線的な弾性特性曲線を有している。その結果、アイドリング作動時の目標とする切り離し点での中間要素２４の剛性は、上で定義した燃料噴射弁１の最大許容運動に対応していなければならず、効果的な切り離しのためには大きすぎる。名目的な作動圧は将来増大すると想像されるので、この問題はさらに大きくなる。

この対立的問題を解消するため、本発明によれば、図４に略図で示したように、切り離しシステム３０，３１（図５）に対し、漸進的に推移する非直線弾性特性曲線が提案される。この弾性特性曲線の特徴により、アイドリング作動時に小さな弾性剛性（Ｓ_ＮＶＨ）を用いた騒音切り離しが可能になるとともに、剛性が急速に上昇することによってアイドリング圧とシステム圧との間での燃料噴射弁１の最大運動の維持が可能になる。

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実現できるようにするため、本発明によれば、切り離しシステムはスプリングリング３０とテーパディスク３１とから構成され、この場合特にスプリングリング３０は、その特別な幾何学的構成により、かなり漸進的な弾性特性曲線を生じさせる。これにより、特性曲線が基本的に初めは直線的または下降的に推移するにすぎない従来の皿ばねとは明白に区別される。従来の皿ばねでは、該皿ばねがほぼ完全に「ブロック」へ荷重されたときにはじめて漸進的な推移が達成される。

図５は、本発明による切り離しシステムを、図１に示したディスク状中間要素２４の領域にある燃料噴射弁１に組み込んだ状況で示した横断面図であり、この場合中間要素２４の代わりに、スプリングリング３０とテーパディスク３１とから成る本発明によるユニットが設けられている。スプリングリング３０の、漸進的非直線弾性特性曲線を持つ基本的なメカニズムは、目的に応じて際立ったリング形状によって該スプリングリング３０に意図的に発生させる。スプリングリング３０の漸進性は、わずかな数の幾何学的パラメータを適合させることで簡単に決定することができる。スプリングリング３０の輪郭の特徴は、外側の平らな垂直側面を起点として、丸い、湾曲した凸状内側輪郭が接続していることである。この限りでは、スプリングリング３０は半円形状の横断面を有し、丸い境界部は内側へ向けられている。スプリングリング３０の横断面は三角形のように成形されていてもよいが、この場合も半径を持った部分が設けられている必要があり、または、円形に形成されている必要がある。スプリングリング３０は、切り離しシステムへの組み込み状態では、内面に一体成形されて少なくとも球形のリング領域を備えた輪郭付与部でもって、テーパ状に延在しているバルブハウジング面２１と対応している。その際スプリングリング３０のデザインは、理想的には、燃料噴射弁１のバルブハウジング２２に対するスプリングリング３０の３点当接のみが生じるように選定されている。３つの当接点は、たとえばほぼ１３５゜、９０゜、１３５゜の周間隔で離れていてよいが、等間隔で配分してもよい。すなわち、切り離しシステムのデザインでは、幾何学的冗長性を避けるために公差補償を可能にする固体リンクが何らかの態様で組み込まれている。

切り離しシステムは、スプリングリング３０以外に、テーパディスク３１によって補完される。テーパディスク３１は六角形状の横断面を有し、この場合六角形状の横断面はハチの巣状に正六角形として形成されているのではなく、長尺に延在しており、その結果横断面で見てテーパディスク３１には２つのより長い境界側面と４つのより短い境界側面とがある。しかし、これらの境界側面は全体が完全に周回するように延在している。スプリングリング３０は、バルブハウジング面２１とは逆の側の少なくとも部分的に丸い湾曲した凸状内側輪郭でもって、テーパディスク３１の２つのより長い境界側面の一方の境界側面で支持されているのに対し、テーパディスク３１は４つのより短い境界側面のうちの１つの境界側面でもって受容孔２０に載置されている。このケースでは、シリンダヘッド９の受容孔２０は、該受容孔２０の全体延在部に対し垂直に延在している肩部２３を有している。テーパディスク３１は、図５に示したように、そのテーパ状先細り部が上向きになるように挿着可能であるが、テーパ状先細り部が下向きになるようにテーパディスク３１を組み込むことも考えられる。

もちろん、テーパディスク３１は六角形の横断面の代わりに、たとえば横断面にて三角形または五角形の形態を有していてもよい。

図６ないし図９には、スプリングリング３０の択一的実施形態の４つの異なる横断面が図示されている。すなわちスプリングリング３０は、その横断面に関し、たとえば付加的な上部平坦部および下部平坦部を備えた三角形（図６）、ボール状に湾曲した外側面を備えた三角形（図７）、三角形（図８）、または、菱形の形態の四角形（図９）等に成形されていてよい。図９では、さらに、スプリングリング３０を当接面として機能する十分平らな境界側面を備えるように構成する場合、上述したわずかな面積の接触部位を生じさせるために、燃料噴射弁１のバルブハウジング２２とテーパディスク３１とがそれらの対応する外側輪郭部においてボール状に湾曲するように構成され、または、丸く構成されていることが図示で示唆されている。

本発明による切り離しシステムの漸進的非直線弾性特性曲線は、レバーアームを短縮することで、切り離しシステムの負荷が増大したときの自由円弧長さの減少によって実現される。この場合、レバーアームがより短ければ、切り離しシステムのより大きな剛性が生じる。レバーアームの短縮は、スプリングリング３０をそれぞれの２つの接触パートナーに対して密着させることにより、すなわちバルブハウジング面２１を備えたバルブハウジング２２とテーパディスク３１とに密着させることによって達成される。非直線弾性特性曲線は、スプリングリング３０の幾何学的構成によってそれぞれのアプリケーションに固有に適合させることができる。剛性は場合によってはテーパディスク３１のテーパ角を変えることによっても変化させることができ、これによってスプリングリング３０に対する接触面積を変えることができる。

１ 燃料噴射弁
９ シリンダヘッド
２０ 受容孔
２２ バルブハウジング
２３ 肩部
３０ スプリングリング
３１ テーパディスク

Claims (8)

1. 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に用いられる、燃料噴射弁（１）のバルブハウジング（２２）をシリンダヘッドから切り離すための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つの前記燃料噴射弁（１）と、該燃料噴射弁（１）のための受容孔（２０）とを含み、前記切り離し要素が前記燃料噴射弁（１）のバルブハウジング（２２）と前記受容孔（２０）に対し直角に延在している肩部（２３）との間に挿入されている前記切り離し要素において、
   前記切り離し要素が、スプリングリング（３０）とテーパディスク（３１）とから成る切り離しシステムであり、
   前記テーパディスク（３１）が、横断面で見て、表面と裏面の端部が、頂部を形成する２つの面で連結されていて、
   前記スプリングリング（３０）が、前記テーパディスク（３１）の前記表面で支持され、
   前記テーパディスク（３１）の、前記２つの面のうちの裏面側の面が、前記肩部（２３）に載置されることを特徴とする切り離し要素。
2. 前記スプリングリング（３０）が前記燃料噴射弁（１）側へ組み込み可能であり、前記テーパディスク（３１）が前記受容孔（２０）側へ組み込み可能であることを特徴とする、請求項１に記載の切り離し要素。
3. 前記スプリングリング（３０）が、平らな垂直外側面を起点として、少なくとも部分的に丸い湾曲した凸状内側輪郭を描い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. 前記スプリングリング（３０）が、円形状または半円形状の横断面、或いは、三角形状の複数の角に丸みを備えた横断面を有していることを特徴とする、請求項３に記載の切り離し要素。
5. 前記スプリングリング（３０）が、複数の平らな当接面を備えた三角形状または四角形状の横断面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。
6. 前記スプリングリング（３０）が前記燃料噴射弁および／または前記テーパディスク（３１）に対し３点当接するように、該スプリングリング（３０）が成形されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の切り離し要素。
   
7. 前記テーパディスク（３１）は、前記２つの面が上向きまたは下向きになるように挿着可能であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の切り離し要素。
8. 前記スプリングリング（３０）が、その少なくとも部分的に丸い湾曲した凸状内側輪郭部でもって、前記テーパディスク（３１）の前記表面で支持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。

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