JP4083023B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
従来技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式による燃料噴射弁から出発する。
【０００２】
ヨーロッパ特許公開第０６１１８８６号明細書によって既に、弁座の下流側に有孔ディスクもしくは有孔ディスクセットが設けられている電磁的に操作可能な燃料噴射弁が公知である。積み重なっている２つの有孔小プレートはそれぞれ、スリット状の少なくとも１つの貫通孔を備えて形成されている。個々の小プレートのスリットは、これらのスリットが１つの平面への投影図において原理的に交差する、しかも互いに直角を成して交差するように配置されている。上流側の小プレートのスリット内に流れ込む燃料は、外側からスリットの中央に向かって流れる。スリットの中央で、該スリットは下流側の小プレートの掘り出し成形されたスリットに接続されている。したがって、両スリットの切込み領域に、有孔ディスク装置全体を貫通する貫通開口が形成されており、この貫通開口を通って、燃料が最終的に噴射される。掘り出し成形のスリットは、角錐台形の壁を有している。なぜなら、これらのスリットは、エッチングによって珪素ディスクに形成されているからである。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６０７２８８号明細書において、既に、特に燃料噴射弁での使用に適している有孔ディスクを製作するためのいわゆる多層電気めっき法が詳細に説明されている。種々異なる構造体の連続した多層の電気めっき金属析出を行うことによる、ディスク製作のこのような製作原理は、一体的なディスクを形成するものであり、明らかに本発明の理解に役立つべきものである。複数の平面、層、もしくは積層の形でのマイクロ電気めっき式の金属析出は、本発明による扇状噴射流ノズルディスクを製作するために使用してもよい。
【０００４】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載したような特徴を備えた、本発明による燃料噴射弁は、該燃料噴射弁を使用すれば、噴射されるべき燃料の極めて高い噴霧特性が得られるという利点を有している。本発明による燃料噴射弁を使用すれば、該燃料噴射弁に組み込まれていて、その機能に基づいて扇状噴射流ノズルディスクと称する噴霧ディスクにおいて、燃料を扇状に広げることが可能である。燃料を扇状に広げることによって、最適なスプレー形が、燃焼室内に燃料を直接的に噴射する際に特に生ぜしめられ得る。結果として、内燃機関の噴射弁において、特に内燃機関の排気ガスエミッションが減少され、同じく燃料消費量の減少が達せられ得る。
【０００５】
有利な形式では、噴霧ディスクは、半径方向に延在する少なくとも１つの開口領域を備えている。この開口領域は衝突壁で終わっており、この衝突壁から燃料が、スリット配置形式に基づいて、開口領域内の流れの方向に対してほぼ垂直に、扇状に広げられる。
【０００６】
従属請求項に記載の構成によって、請求項１に記載した燃料噴射弁の有利な構成および改良形が可能である。
【０００７】
１つよりも多い開口領域を噴霧ディスクに設けることが、有利である。開口領域の適当な数によって、例えば、斜めに噴射された所望のスプレーが生ぜしめられ得る。他面では、複数の開口領域、例えば４つの開口領域の対称的な配置の場合、複数の扇状噴射流から成る著しく微細に霧化された均一なスプレーが放出され得る。
【０００８】
噴霧ディスクをいわゆる多層電気めっきによって製作することが、特に有利である。そのようにして製作された噴霧ディスクは、その金属構造に基づいて、極めて壊れにくく、かつ良好に組み付け可能である。多層電気めっきの利用によって、極めて大きな形状自由度が得られる。なぜなら、噴霧ディスクの開口領域の輪郭が、自由に選択可能であるからである。このような柔軟な輪郭付与は特に、結晶軸に基づいて輪郭の形成が厳しく（角錐台）規定される珪素ディスクと比べて、極めて有利である。
【０００９】
金属の析出は特に、珪素ディスクの製作と比べると、極めて大きな材料多様性という利点を有している。種々異なる磁気的特性と硬度とを有する種々の金属が、噴霧ディスクの製作のために用いられるマイクロ電気めっきにおいて使用され得る。このような電気めっきプロセスによって、個々の層は分離箇所または継目箇所なしに、個々の層が一貫して均質な材料を成すように連続して形成される。この限りにおいて、「層」は、技術的な構成手段として理解されるものである。
【００１０】
図面
本発明の実施例が図面に概略的に示されていて、以下に詳細に説明されている。図１は燃料噴射弁の断面図であり、図２は、弁座、および本発明による扇状噴射流ノズルディスクの領域の、図１のＩＩ部分を示した図であり、図３は、扇状噴射流ノズルディスクの上側層もしくは上側積層の、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【００１１】
実施例の説明
混合気圧縮火花点火式内燃機関の燃料噴射装置のための噴射弁の形をした、図１に例示した電磁的に操作可能な弁は、電磁コイル１によって少なくとも部分的に包囲されていて、磁気回路の内極として働いている、ほぼ中空円筒形で管状のコア２を有している。燃料噴射弁は、特に高圧噴射弁として、内燃機関の燃焼室内に燃料を直接的に噴射するために適している。
【００１２】
プラスチック製の、例えば段付けされたコイル枠３は、電磁コイル１の巻線を収容しており、コア２と、電磁コイル１によって部分的に包囲されている環状の非磁気的な中間部材４と一緒になって、電磁コイル１の領域における、燃料噴射弁の特にコンパクトで短い構造を可能にしている。
【００１３】
コア２内には、貫通した縦開口７が設けられており、この縦開口７は、弁縦軸線８に沿って延在している。磁気回路のコア２は、燃料流入管片としても働いており、この場合、縦開口７は燃料供給通路を形成している。電磁コイル１の上側でコア２に、金属（例えばフェライト）製の、外側のケーシング部分１４が堅固に結合されている。このケーシング部分１４は、外極もしくは外側の伝導エレメントとして、磁気回路を閉じていて、電磁コイル１を少なくとも周方向において完全に包囲している。コア２の縦開口７内には、流入側に燃料フィルタ１５が設けられている。この燃料フィルタ１５は、その大きさゆえに噴射弁内で閉塞または損傷の原因となるおそれのあるような燃料成分を濾過して取り除くために働く。
【００１４】
上側のケーシング部分１４には、管状の下側のケーシング部分１８が、密接にかつ堅固に接続されている。このケーシング部分１８は例えば、可動子１９と棒状の弁ニードル２０とから成る、軸方向で可動な弁部分、もしくは長手方向に延びた弁座支持体２１を、包囲し、もしくは収容している。両ケーシング部分１４，１８は、例えば、環状の溶接シームを用いて互いに堅固に結合されている。ケーシング部分１８と弁座支持体２１との間のシールは、例えばシールリング２２を用いて行われる。
【００１５】
弁座支持体２１は、同時に燃料噴射弁全体の、下流側の末端部でもあるその下側の端部２５で、例えば下流に向かって円錐台形に細くなる弁座面２７を備えていて、貫通開口２４内に嵌め込まれているディスク状の弁座エレメント２６を包囲している。貫通開口２４内には、弁ニードル２０が配置されている。この弁ニードル２０は、その下流側の端部に、弁閉鎖区分２８を有している。例えば円錐形に細くなるこの弁閉鎖区分２８は、公知の形式で弁座面２７と協働する。弁座面２７の下流側では、弁座エレメント２６に噴霧ディスク３０が続いている。この噴霧ディスク３０は、以下、その特別な機能に基づいて、いわゆる扇状噴射流ノズルディスクと称する。噴霧ディスク３０は、例えば多層電気めっきを用いて製作されており、連続して析出された金属の２つの層を有している。
【００１６】
噴射弁の操作は、公知の形式で例えば電磁的に行われる。弁ニードル２０を軸方向に運動させるために、ひいてはコア２の縦開口７内に配置された戻しばね３３のばね力に抗して噴射弁を開放するもしくは閉鎖するために、電磁コイル１とコア２とケーシング部分１４，１８と可動子１９とを備えた電磁的な回路が使用されている。弁ニードル２０の軸方向運動中に弁ニードル２０を可動子１９で弁縦軸線８に沿って案内するために、一方では、弁座支持体２１内で可動子１９側の端部に設けられた案内開口３４が、他方では、弁座エレメント２６の上流側に配置されていて寸法正確な案内開口３６を備えたディスク状の案内エレメント３５が使用されている。
【００１７】
電磁的な回路の代わりに、類似の燃料噴射弁における例えば圧電スタックのような他の励磁可能なアクチュエータを使用してもよい。もしくは、軸方向で可動な弁部分の操作が、液圧またはサーボ圧力によって行われてもよい。
【００１８】
コア２の縦開口７内に挿入された、押し込まれた、またはねじ込まれた調節スリーブ３８は、センタリング部材３９を介して上流側で調節スリーブ３８に当接している戻しばね３３のばね予荷重を調節するために使用される。この戻しばね３３は、反対側で可動子１９に支えられている。可動子１９内には、孔に類似の１つのまたは複数の流路４０が設けられている。この流路４０を通って燃料は、コア２内の縦開口７から、流路４０の下流側に形成されていて弁座支持体２１内の案内開口３４の近くに位置する接続通路４１を介して、貫通開口２４内まで到達し得る。
【００１９】
弁ニードル２０の行程は、弁座エレメント２６の組み込み位置によって予め設定される。弁ニードル２０の１つの端部位置は、電磁コイル１の非励磁時に、弁閉鎖区分２８が弁座面２７に接触することによって規定されている。これに対して、弁ニードル２０の別の端部位置は、電磁コイル１の励磁時に、可動子１９がコア２の下流側の端面に接触することによって生じる。
【００２０】
電磁コイル１の電気的な接触、ひいては電磁コイル１の励磁は、接触エレメント４３を介して行われる。この接触エレメント４３は、コイル枠３の外側でプラスチック射出成形部４４を備えており、さらに接続ケーブル４５として延びている。プラスチック射出成形部４４は、燃料噴射弁の他の構成部分（例えばケーシング部分１４，１８）にわたって延在していてもよい。
【００２１】
貫通開口２４内の第１の段部４９は、例えば螺旋形の圧縮ばね５０のための当接面として働く。第２の段部５１によって、ディスク状の３つのエレメント３５，２６，３０のための拡大された組み込みスペースが作り出される。弁ニードル２０を包囲する圧縮ばね５０は、弁座支持体２１内の案内エレメント３５を緊締している。なぜなら、この圧縮ばね５０は、段部４９と反対の側で、案内エレメント３５を押圧しているからである。弁座面２７の下流側には、弁座エレメント２６内に、中央に位置する出口開口５３が設けられている。この出口開口５３を、開弁時に弁座面２７に沿って流入する燃料が通流し、次いで、扇状噴射流ノズルディスク３０の第１の層５８内に入る。扇状噴射流ノズルディスク３０は、例えば、ディスク状の保持エレメント５５の凹部５４内に入っている。この場合、保持エレメント５５は弁座支持体２１に、例えば溶接、接着、または緊締によって堅固に結合されている。保持エレメント５５には、中央に位置する流出開口５６が形成されている。この流出開口５６を通って、扇状に広げられた燃料が燃料噴射弁から出る。
【００２２】
図２には、扇状噴射流ノズルディスク３０の幾何学的形状をわかりやすく示すために、図１のＩＩ部分が示されている。図３には、扇状噴射流ノズルディスク３０の内側に設けられている開口の幾何学的形状の輪郭をわかりやすく示すために、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図が示されている。扇状噴射流ノズルディスク３０への流入をより詳しく説明するために、図３にはさらに、弁座エレメント２６の出口開口５３が付加的に図示されている。
【００２３】
扇状噴射流ノズルディスク３０は、電気めっきによって連続して析出された２つの平面、層、もしくは積層から形成される。したがって、これらの平面、層、もしくは積層は、組み込まれた状態では、軸方向に連続している。扇状噴射流ノズルディスク３０の両層５８，５９は、例えば、同じ大きさの外径を有している。既述のように、扇状噴射流ノズルディスク３０への流入は、中央に位置する出口開口５３を介して、扇状噴射流ノズルディスク３０の開口輪郭内に向かう。下側層５９が少なくとも弁縦軸線８を中心とした領域では、完全に中実に形成されているので、流れ込む燃料は、下側層５９の、第１の層５８側の表面６０に沿って転向されて、半径方向外側に流れる。
【００２４】
第１の層５８には、半径方向に延在する少なくとも１つの開口領域６１が設けられている。この開口領域６１は、この層５８の、軸方向の全厚さにわたって延在していて、弁座エレメント２６の下側端面６２によって制限される。図３に示されているように、半径方向の複数の開口領域６１を形成することが有利である。例えば、２〜１０個の開口領域６１が考えられ得る。通路状の４つの開口領域６１が設けられている場合は、これらの開口領域６１は例えば、全体の輪郭で見ると放射状に延びていて、一緒になって十字形を形成している。したがって、個々の開口領域６１はそれぞれ、互いに９０°の角度を成して位置している。通路状の各開口領域６１は、衝突壁６３で終わっている。この衝突壁６３に、半径方向に広がる流れが衝突する。
【００２５】
扇状噴射流ノズルディスク３０の下側層５９には、スリット状のただ１つの開口輪郭が形成されている。各衝突壁６３の領域では、下流へ向かう方向で下側層５９にスリット状の出口開口６４が接続されている。各出口開口６４の、半径方向外側に位置する壁６５は、それぞれの衝突壁６３に対して一直線に並ぶように延びていて、したがって結局は、それぞれの衝突壁６３の下流側の延長部を成す。スリット状の出口開口６４は、出口開口６４に開口する開口領域６１の幅ｌよりも大きな長さＬを有している。図３に示されているように、Ｌ＞ｌであると言える。出口開口６４が、その長手方向で、開口領域６１に対してほぼ垂直に延びているので、衝突壁６３に衝突する流れは、開口領域６１に対して直角を成して、出口開口６４の大きさに応じて扇状に広げられ、燃料は細かく霧状にされて扇状噴射流幾何学形状で放出される。
【００２６】
下側層５９の厚さ、ひいては出口開口６４の軸方向長さは、噴射流を扇状に広げることおよび噴射流の方向を変えることにとって、決定的な要因である。開口領域６１の横断面を介して、噴射されるべき扇状噴射流の均質性が調節され得る。出口開口６４の数と配置形式とによって、噴射流形状は変化可能である。図３に示されている直線的な出口開口６４のほかに、円弧形スリット状の出口開口６４も考えられ得る。扇状噴射流ノズルディスク３０は、図１に示した組み込み例とは異なって、弁縦軸線８に対して斜めに傾けられて固定されていてもよい。これにより、燃料スプレーは、弁縦軸線８に対して角度γを成して噴射される。
【００２７】
扇状噴射流ノズルディスク３０は、例えば電気めっきによる析出によって、金属の２つの層で形成される（多層電気めっき）。深いリソグラフィによる、電気めっき技術による製作に基づき、輪郭付与に関する特別な特徴が得られる。ここに、これらの特徴のうちの幾つかを、簡単にまとめて記載する：
−層が、ディスク面にわたって一定の厚さを備えている、
−深いリソグラフィによる構造化によって、それぞれ通流される中空室を形成するほぼ垂直な切込みが層に形成される（最適な垂直な壁に対して約３°の、製作技術に起因する誤差が生ぜしめられるだけである）、
−個別に構造化された金属層の多層形成による、切込みの所望のアンダカットおよびオーバーラップ、
−ほぼ軸平行な壁を有する任意の横断面形状での切込み、
−個々の金属析出が直接的に連続して行われるので、扇状噴射流ノズルディスクが一体的に成形される。
【００２８】
しかしながら他面では、扇状噴射流ノズルディスク３０を、スタンピング技術およびエンボシング技術によって、またはエロージョン技術によって、またはエッチング技術によって製作することが、同じように考えられ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 燃料噴射弁の断面図である。
【図２】 弁座および本発明による扇状噴射流ノズルディスクの領域の、図１のＩＩ部分を示した図である。
【図３】 扇状噴射流ノズルディスクの上側層もしくは上側積層の、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。

Claims (7)

1. 内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁、特に、内燃機関の燃焼室内に燃料を直接的に噴射するための燃料噴射弁であって、弁縦軸線（８）と、アクチュエータ（１，２，１４，１８，１９）と、可動な弁部分（２０）とが設けられており、該可動な弁部分（２０）が、弁の開閉のために定置の弁座（２７）と協働し、該定置の弁座（２７）が、弁座エレメント（２６）に形成されており、弁座（２７）の下流側に配置された噴霧ディスク（３０）が設けられており、噴霧ディスク（３０）が、上流側の第１の層（５８）を有しており、該第１の層（５８）内に燃料が中央で流入可能であり、該第１の層（５８）内には、半径方向に延在する少なくとも１つの開口領域（６１）が設けられており、該開口領域（６１）を、半径方向外側に向かって燃料が通流可能であり、該開口領域（６１）が、衝突壁（６３）で終わっている形式のものにおいて、
   該衝突壁（６３）の下流側には、噴霧ディスク（３０）の下流側の第２の層（５９）内で、スリット状の出口開口（６４）が接続されていて、スリット状の出口開口（６４）の長手方向が、開口領域（６１）に対してほぼ垂直に延びており、出口開口（６４）の長さ（Ｌ）が、該出口開口（６４）に開口する開口領域（６１）の幅（ｌ）よりも大きくて、出口開口（６４）の、半径方向外側に位置する壁（６５）が、少なくとも衝突壁（６３）の領域で、該衝突壁（６３）に対して一直線に並ぶように延びていて、したがって、該衝突壁（６３）の下流側の延長部を成していることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 少なくとも１つの開口領域（６１）が、通路状に延びていて、弁座エレメント（２６）の下側端面（６２）と第２の層（５９）の表面（６０）とによって制限される、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 少なくとも１つの出口開口（６４）が、直線状にまたは円弧状に延びている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
4. 噴霧ディスク（３０）内の４つの開口領域（６１）が、それぞれ１つの出口開口（６４）を備えて設けられている、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. 第１の層（５８）内の開口領域（６１）が、十字形の開口輪郭を形成している、請求項４記載の燃料噴射弁。
6. 噴霧ディスク（３０）が、電気めっきによる金属析出によって製作可能である、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. 噴霧ディスク（３０）の２つの層（５８，５９）が、金属析出が行われた２つの層として、連続して形成されている、請求項６記載の燃料噴射弁。

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