JP4080329B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
弁閉鎖体を案内するため及び燃料流にスワールを発生させるための燃料通路を備えた円板を有する燃料噴射弁は、ドイツ連邦共和国特許公開第３６４３５２３号明細書に基づいて公知である。この公知の構成では燃料通路は、接線方向成分を有しており、このような接線方向成分は流れの速度ベクトルに周方向成分を与える。燃料通路の全横断面によって開放された流れ横断面は、制限しながら貫流量に作用する。流れの絞りは、円板における圧力降下を生ぜしめ、これは、シール作用をもつ面圧を形成するため及び二次流路を回避するために役立つ。燃料の調量及びスワールの形成は、シール座の上流において行われる。円板の中央に形成された孔によって、弁閉鎖体もしくは弁ニードルが半径方向において案内され、この場合弁ニードルもしくは弁閉鎖体と円板との間に形成された間隙の製作誤差は、液圧的なシール作用をもつ嵌合部が生ぜしめられるように、選択されている。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９６２５０５９号明細書に基づいて公知の別の燃料噴射弁においても同様に、燃料量の調量及びスワールをもつ流れの形成は、シール座の上流において行われる。燃料の調量を行う燃料通路は、この場合孔又は溝として形成されており、溝は弁座面によってスワール通路に対して閉鎖される。
【０００４】
上に述べた両燃料噴射弁は複数の燃料通路を有していて、これらの燃料通路の横断面によって、規定された燃料量の調量が行われる。燃料通路の接線方向成分によって同時に燃料流においてスワールが生ぜしめられる。燃料通路の形成時における小さな製作誤差を維持することは、従って、噴射される燃料量を正確に調量するために決定的な意味をもっている。ゆえに公知の燃料噴射弁には、極めて小さな製作誤差しか許容され得ないことに基づいて製造コストが高くなるという欠点がある。
【０００５】
上に述べた燃料噴射弁の別の欠点としては、通路の汚染に対して強く反応するつまり敏感であるということが挙げられる。汚染された通路によって横断面が変化することにより、調量量が変化し、さらにスワール形成によって噴流角度が変化してしまう。
【０００６】
さらに別の欠点としては、弁シール座の領域において、燃料中の汚染粒子の堆積可能性を挙げることができる。弁座面の領域において形成される堆積物は、燃料噴射弁の完全な閉鎖を阻止し、そして噴射過程終了後における燃料の僅かな流出を惹起することがある。その結果混合物形成及び燃焼が劣化してしまう。
【０００７】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載した構成を有する本発明による燃料噴射弁には、公知の燃料噴射弁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、燃料流と共にスワール通路を通して搬送される汚染粒子が、別の流路において堆積する可能性が与えられていない。つまりスワール通路は噴射開口に到るまでの流路において最も狭い寸法を有している。これによってシール座の汚染を阻止することができる。
【０００８】
請求項１に記載の本発明による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。
【０００９】
個々のスワール通路の小さな直径は、燃料流内に存在する汚染粒子のためのフィルタとして機能する。そしてスワール円板の上流側の面において、汚染粒子は完全に濾過除去される。
【００１０】
また、個々のスワール通路の汚染時おいてスワールの形成に対する影響が僅かであるという利点がある。浮遊する汚染粒子の濾過除去によってスワール円板の上流側の面において発生する可能性のある閉塞は、自由な流れ横断面全体を、僅かな部分しか減じない。従ってスワール形成に対しては無視できる程の影響しか生じない。
【００１１】
図面
次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は、本発明による燃料噴射弁の１実施例を示す部分断面図である。
【００１３】
図２は、本発明による燃料噴射弁の実施例を、図１のＩＩの範囲を拡大して示す断面図である。
【００１４】
図３は、本発明による燃料噴射弁の実施例のスワール円板の上流側を示す図である。
【００１５】
実施例の記載
図２〜図４に示された本発明による燃料噴射弁１のスワール円板の１実施例について述べる前に、本発明をより良好に理解するために、まず初めに図１に示された全体図を参照しながら本発明による燃料噴射弁１を、その主要な構成部材について説明する。
【００１６】
燃料噴射弁１は、混合気圧縮型火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁の形で構成されている。この燃料噴射弁１は特に、図示されていない内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射するために適している。
【００１７】
燃料噴射弁１はノズル体２を有しており、このノズル体２内には弁ニードル３が配置されている。弁ニードル３は弁閉鎖体４と作用結合されており、この弁閉鎖体４は、弁座体５に配置された弁座面６と共働してシール座を形成している。図示の実施例における燃料噴射弁１は、１つの噴射開口７を有していて内方に向かって開放する電磁作動式の燃料噴射弁１である。ノズル体２はシール部材８によってマグネットコイル１０の外極９に対してシールされている。マグネットコイル１０はコイルケーシング１１内にカプセル化されて取り囲まれていて、かつコイル坦体１２に巻き付けられており、このコイル坦体１２はマグネットコイル１０の内極１３に接触している。内極１３及び外極９は間隙２６によって互いに隔てられていて、結合部材２９に支持されている。マグネットコイル１０は導体路１９を介して、電気的な差込み接点１７を介して供給可能な電流によって励起される。差込み接点１７は、内極１３に射出されることができるプラスチック周壁１８によって取り囲まれている。
【００１８】
弁ニードル３は円板状に構成された弁ニードルガイド１４内を案内されている。この弁ニードルガイド１４には、弁ニードル行程を調節するために働く調節円板１５が対を成して設けられている。調節円板１５の他方の側には可動子２０が設けられている。この可動子２０はフランジ２１を介して摩擦力結合式（kraftschluessig）に弁ニードル３と結合されており、この弁ニードル３は溶接シーム２２によってフランジ２１と結合されている。フランジ２１には戻しばね２３が支持されており、この戻しばね２３は燃料噴射弁１の図示の構成では、スリーブ２４によってプレロードもしくは予負荷（Vorspannung）をかけられる。
【００１９】
弁ニードルガイド１４及び可動子２０内には燃料通路３０ａ，３０ｂが延びている。中央の燃料供給部１６にはフィルタエレメント２５が配置されている。燃料噴射弁１はシール部材２８によって燃料管路（図示せず）に対してシールされている。
【００２０】
燃料噴射弁１の休止状態において可動子２０は、弁ニードル３におけるフランジ２１を介して、戻しばね２３によってその上昇行程方向とは逆向きに負荷されていて、この場合弁閉鎖体４は弁座面６にシール作用をもって接触状態に保たれる。マグネットコイル１０が励起されると、マグネットコイル１０は磁界を形成し、この磁界によって可動子２０は、戻しばね２３のばね力に抗して上昇行程方向に運動させられ、この場合行程は、休止位置において内極１３と可動子２０との間に位置する作業間隙２７によって所定されている。可動子２０は、弁ニードル３に溶接されているフランジ２１を、ひいては同様に弁ニードル３を上昇行程方向において連行する。これによって弁ニードル３と作用結合されている弁閉鎖体４は、弁座面６から持ち上がり、そして渦流を発生させるスワール通路３６を介して噴射開口７に達した燃料が噴射される。
【００２１】
マグネットコイルへの給電が遮断されると、可動子２０は磁界が十分に消滅した後で、フランジ２１に対する戻しばね２３の押圧力によって内極１３から落下し、これによって弁ニードル３は上昇行程方向とは逆向きに運動させられる。これによって弁閉鎖体４は弁座面６に載着し、燃料噴射弁１は閉鎖される。
【００２２】
図２には、本発明による燃料噴射弁１のスワール円板３５とこれに続くスワール室３７の１実施例が断面図で示されている。
【００２３】
スワール円板３５は円板状であり、弁座体５の円筒形の切欠き４０内に固定されている。固定のためにスワール円板３５は例えば弁座体５内にプレス嵌めされている。軸方向において弁座体５とスワール円板３５との間には、スワール室３７を形成する間隙が残っている。スワール円板３５は弁閉鎖体４を案内するために中央の孔３８を有している。この孔３８は弁閉鎖体４の直径に対して次のように、すなわち弁閉鎖体４とスワール円板３５との間に燃料のための二次流路を形成するような間隙の発生が阻止されるように、製作誤差を規定されている。
【００２４】
流れを案内するためにスワール円板３５には複数のスワール通路３６が設けられており、これらのスワール通路３６の中心軸線４１は、燃料噴射弁１の中心軸線４２に対して同じ角度で傾けられていても又は異なった角度で傾けられていてもよい。燃料噴射弁１の開放時にスワール通路３６を通って燃料はスワール室３７に流入する。このスワール室３７内において燃料はスワール通路３６の接線方向成分に基づいて周速度を得る。このようにして形成された燃料のスワールは、中空コーンと呼ばれる円錐周壁の形で噴射され、この円錐周壁の開放角度は、スワール室３７におけるスワールの形成に依存している。スワール室３７は円筒形に形成されていて、高さを弁座体５とスワール円板３５とによって制限される。
【００２５】
スワール通路３６の直径は、燃料内に存在する汚染粒子の直径よりも小さい。従ってスワール円板３５はフィルタ２５の機能を補っている。同時に、多数存在するスワール通路３６の全横断面は、完全に開放された燃料噴射弁のための燃料の調量量を規定することができる。
【００２６】
スワール室３７の高さはストッパ３９によって固定的に所定されている。スワール円板３５は、該スワール円板３５がストッパ３９に接触するまで深く弁座体５内に挿入される。ストッパ３９は、弁座体５の円筒形の切欠き４０に突入するリング状の段部の形で形成されていて、同時にスワール室３７の半径方向における制限部を形成している。この場合リング状の段部３９の内径はちょうど、スワール通路３６の下流側の流出開口がスワール室３７に開口するような大きさでなくてはならない。
【００２７】
弁閉鎖体４は弁座を形成する側において、有利には球形のジオメトリを有していて、かつ燃料噴射弁１の中心軸線に対して弁ニードル３が傾倒した場合でも弁座体５とのシール接触が保たれるようになっている。
【００２８】
図３にはスワール円板３５が上流側から見た平面図で示されている。スワール通路３６は例えば２つの同心的な孔サークル上に配置されている。スワール通路３６の中心軸線４１は有利には、燃料噴射弁１の中心軸線に対しては斜めに、しかしながら相互には平行に延びている。
【００２９】
個々のスワール通路３６は、噴射開口７に達するまでの燃料の流路において、貫流される最も狭い箇所を形成している。スワール円板３５の下流側において、各空間方向における流路の最小の延在長さは、個々のスワール通路３６の直径よりも大きい。従って特に弁閉鎖体４は次のようになるまで、すなわち上昇した弁閉鎖体４と弁座面６との間に形成された間隙が、球形の弁閉鎖体４の中心点を起点として半径方向で見て最も狭い箇所においても、最も細いスワール通路３６の直径よりも大きくなるまで、上昇する。これによって、燃料流によってスワール通路３６を通して搬送された汚染粒子が、スワール室３７又は弁シール座の領域において固着することが阻止される。スワール通路３６の直径は有利には、弁閉鎖体４が開放運動時に弁座面６から持ち上がる開放行程よりも小さい。このようになっていると、汚染粒子が開放行程よりも大きい場合に、このような汚染粒子をスワール円板３５によって確実に引き留めることができる。そしてシール座の汚染や封鎖が阻止される。
【００３０】
このようにして弁閉鎖体４及び対応する弁座面６のシール機能は、燃料噴射弁１の耐用寿命にわたって保証される。
【００３１】
スワール通路３６の形成は例えば、レーザを用いた穿孔又はマイクロエロージョン（Microerodieren）によって行うことができる。スワール通路３６の形成は有利には、スワール円板３５の硬化処理及びガイド遊び研削（Fuehrungsspielschleifen）の前に行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による燃料噴射弁の１実施例を示す部分断面図である。
【図２】 本発明による燃料噴射弁の実施例を、図１のＩＩの範囲を拡大して示す断面図である。
【図３】 本発明による燃料噴射弁の実施例のスワール円板の上流側を示す図である。

Claims (8)

1. 内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁（１）であって、弁座面（６）を有する弁座体（５）が設けられていて、弁座面（６）が弁閉鎖体（４）と共働してシール座を形成しており、
   弁座体（５）の弁座面（６）の上流側にスワール円板（３５）が配置されていて、該スワール円板（３５）が、スワール発生のための接線方向成分を有するスワール通路（３６）を有しており、
   スワール円板（３５）と弁座体（５）との間にスワール室（３７）が形成されている形式のものにおいて、
   スワール円板（３５）の下流に配置された流路のすべての断面の幅が、スワール円板（３５）における各スワール通路（３６）の最小直径よりも大きく、しかも多数のスワール通路（３６）が、同心的な複数の孔サークル上に配置されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. スワール通路（３６）の直径が、燃料内における汚染粒子の直径よりも小さい、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. スワール通路（３６）が、互いに同じ又は少なくとも２つの異なった直径を有している、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
4. スワール通路（３６）が、互いに同じ又は少なくとも２つの異なった方向付けを有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
5. スワール円板（３５）が少なくとも１００のスワール通路（３６）を有している、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. スワール通路（３６）がレーザ穿孔によってスワール円板（３５）に形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
7. スワール通路（３６）がマイクロエロージョンによってスワール円板（３５）に形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
8. 各スワール通路（３６）の最小の直径は、弁閉鎖体（４）が開放運動時に弁座面（６）から持ち上がる開放行程よりも小さい、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。

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