JP4191606B2 - 内燃機関のための燃料噴射弁 - Google Patents

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載されている形式の、内燃機関のための燃料噴射弁から出発する。このような燃料噴射弁は例えば公開明細書DE 30 36 583 A1から公知である。背景技術から公知の燃料噴射弁は、孔が内部に構成された弁体を有している。この孔内には、外方の弁ニードルが案内されており、かつこの外方の弁ニードル自体内には内方の弁ニードルが案内されている。両方の弁ニードルは弁座と協働し、この弁座は前記の孔を燃焼室側の端部において閉鎖している。弁座内には、外方の及び内方の噴射開口列が構成されており、その際内方の噴射開口列は内方の弁ニードルにより、かつ外方の噴射開口列は外方の弁ニードルにより制御される。孔内の弁ニードルの、閉鎖力とは逆向きの縦運動によって、単に外方の噴射開口列だけが開放制御されるか、あるいは両方の噴射開口列が同時に開放制御され、したがって燃料は噴射開口に流れることができ、そこから燃料は内燃機関の燃焼室内に噴射される。
【０００２】
外方の弁ニードルも、また内方の弁ニードルも、弁座に接触する弁座面に、それぞれ１つのシール縁を有しており、このシール縁は圧力室の、それぞれの噴射開口列に対するシールを保証する。この場合、しかしながら、噴射弁が、閉じられている位相、すなわち何らの燃料も噴射開口を通って出ない位相の間、両方の噴射開口列を相互に充分にシールしないという欠点が生ずる。これによって、一面では燃焼ガスが燃焼室からいわゆる吹き戻しとして、両方の弁ニードルの間に存在している室内に侵入することがある。他面では、運転によって弁ニードルの間にもある燃料が漏えいとして燃焼室内に流れ、かつそこで炭化水素の放出を増大させることがある。
【０００３】
発明の利点
請求項１の構成要件を備えた本発明による燃料噴射弁はこれに対し次のような利点を有している。すなわち、漏えいひいては噴射と噴射との間の燃料の流出が可能でなく、かつ内燃機関の燃焼室から燃焼ガスが噴射開口を通って燃料噴射弁内に侵入することがないことである。このために、外方の弁ニードルは内方に向かって突出しているシールリップを有しており、このシールリップは内方のシール縁を有している。この内方のシール縁は、外方の弁ニードルの閉鎖位置において、弁座に接触し、かつこのようにして外方の噴射開口列を内方の噴射開口列に対してシールする。シールリップに構成された内方のシール縁によって、噴射と噴射との間に何らの燃料もリング室から噴射開口を通ってひいては無秩序に燃焼室内に達することはない。
【０００４】
本発明の対象の有利な構成では、外方の弁ニードルと内方の弁ニードルとの間にリング室が構成されており、このリング室は高い圧力下の燃料で充てん可能である。リング室内の燃料は内方の弁ニードルにおいて構成されている圧力面を負荷し、したがって弁座から離れる方向に向いた力が内方の弁ニードルに及ぼされる。この形式で内方の弁ニードルは簡単に液力式に制御されることができ、その際リング室は単にわずかな経費で実現することができる。
【０００５】
更に有利な構成では、外方の弁ニードルは大体において中空円筒形に構成されており、かつ圧力室は外方の弁ニードルの内周面の溝によって形成されている。リング室のこの構成は簡単に製作することができ、かつリング室の、容積及び位置に関する任意の形成を可能にする。加えて、有利な形式で、リング室を少なくとも１つの、外方の弁ニードル内に構成された孔を介して、圧力室と接続し、このようにして、リング室を高い圧力下の燃料で充てんすることができる。
【０００６】
別の有利な構成では、シールリップは弁とは逆の側の座面を有しており、この座面に、内方の弁ニードルがシール面をもって、閉鎖位置において接触する。これによって、シールリップに構成されている内方のシール縁は内方の弁ニードルの閉鎖力によって、付加的に弁座に押し付けられ、したがって内方のシール縁のシール作用が著しく改善される。
【０００７】
別の有利な構成では、外方の弁ニードルは内方のシール縁のほかに、付加的な外方のシール縁を有しており、この外方のシール縁は内方のシール縁に対して上流側に、かつ外方の噴射開口列に対しても上流側に配置されている。この形式で内方のかつ外方のシール縁は外方の噴射開口列を完全に閉鎖し、したがって何らの燃料も外方の噴射開口列を通って無秩序に燃焼室内に達することはない。逆の経路で燃焼ガスが燃焼室から燃料噴射弁内に侵入することもない。
【０００８】
別の有利な構成では、シールリップは次のように形成されている。すなわち外方の弁ニードルの閉鎖運動の際に、先ず内方のシール縁が弁座に接触し、かつ引き続く閉鎖運動をもって初めて、シールリップの弾性的な変形の下で、外方のシール縁も弁座に接触するようにする。シールリップの弾性的な変形によって、内方のシール縁における押し付け力が増大せしめられ、したがって内方の弁ニードルだけが弁座から持ち上げられかつこれによって内方の噴射開口列が開放する場合に、依然として確実なシールが外方の弁ニードルの内方のシール縁において与えられている。
【０００９】
実施例の説明
本発明の対象の別の利点及び有利な構成は図面、明細書及び請求項から知ることができる。
【００１０】
図面には本発明による燃料噴射弁の１実施例が示されている。
【００１１】
図１においては燃料噴射弁が縦断面図で示されている。弁体１内には孔３が構成されており、その際孔３は弁座１０によって閉じられ、この弁座は大体において円すい状に構成されている。内燃機関内に燃料噴射弁が取り付けられている場合に、この弁座１０は孔３の燃焼室側の端部に配置されている。孔３内には、外方の弁ニードル５が配置されており、この外方の弁ニードルはそこで縦方向しゅう動可能であり、かつ孔３の燃焼室とは逆の側の区分内で案内されている。外方の弁ニードル５内ではピストン形の内方の弁ニードル７が縦しゅう動可能に案内されており、この内方の弁ニードルは、外方の弁ニードル５の縦軸線と合致する縦軸線２を有している。外方の弁ニードル５はその弁座１０に面した端部に大体において円すい状の弁座面６を有しており、この弁座面は、外方の弁ニードル５の閉鎖位置において、弁座１０に接触する。内方の弁ニードル７は同様に大体において円すい状のシール面８を有しており、このシール面は閉鎖位置においてやはり弁座１０に接触する。外方の弁ニードル５の先細構成によって、外方の弁ニードル５の案内されている区分の燃焼室に面して、圧力肩１１が構成されている。外方の弁ニードル５と孔３の壁との間に圧力室１６が構成されており、この圧力室は弁体１内に構成されている供給通路１８を介して高い圧力の燃料で充てん可能である。圧力肩１１の高さのところで圧力室１６は半径方向に拡大されており、したがって供給通路１８は弁体１内に構成することができ、その場合外方の弁ニードル５の案内が孔３内で、孔３と供給通路１８との間の過度にわずかな壁圧によって弱化されることはない。図示していない装置によって、閉鎖力を外方の弁ニードル５に、かつこれと無関係に内方の弁ニードル７に及ぼすことができ、その際その都度の閉鎖力は両方の弁ニードル５，７を弁座１０の方向に負荷する。孔３内の弁ニードル５，７の縦運動は、外方の弁ニードル５の圧力肩１１に作用する液力式の開く力が生ぜしめられることによってか、圧力室１６内の増大する圧力によって閉鎖力が越えられるか、あるいは少なくとも近似的に、圧力室１６内の燃料圧力が同じである場合に外方の弁ニードル５に対する閉鎖力が減少せしめられることによって、行われる。同じ原理により、内方の弁ニードル７の縦運動も制御することができる。
【００１２】
図２は図１のIIで示した区分の拡大図を示す。弁座１０内には複数の噴射開口が構成されており、これらの噴射開口は弁座１０を内燃機関の燃焼室に接続している。噴射開口は２つの噴射開口列１２；１４に配置されており、その際内方の噴射開口列１２は外方の噴射開口列１４よりも縦軸線２の近くに位置している。内方の弁ニードル７はその燃焼室に面した端部に、一連の円すい面１０７、それに接続する第１の円筒面１１７、それに続く第２の円すい面２０７、それに続く第２の円筒面２１７及びそれに接する第３の円すい面３０７を有している。第３の円すい面３０７の開き角度は円すい状の弁座１０の開き角度よりも大きく、したがって第２の円筒面２１７の第３の円すい面３０７に対する移行部にシール縁２７が形成されており、このシール縁は、内方の弁ニードル７の閉鎖位置において、弁座１０に接触する。シール縁２７はこの場合内方の噴射開口列１２の上流側で弁座１０に接触し、したがってシール縁２７は内方の噴射開口列１２を閉鎖することができる。
【００１３】
外方の弁ニードル５はその燃焼室側の端部に溝１９を有しており、したがって内方の弁ニードル７と外方の弁ニードル５との間にリング室２０が形成されている。リング室２０は外方の弁ニードル５の円周に沿って分配して配置された複数の接続孔２２を介して圧力室１６に接続されており、かつこれによりリング室２０内には常に圧力室１６内におけると同じ燃料圧力が支配している。外方の弁ニードル５の燃焼室側の端面は近似的に円すい状に構成されており、かつそれに構成されたリング隆起部によって外方のシール縁３２を有しており、この外方のシール縁は、弁座１０に接触する際に、圧力室１６を外方の噴射開口列１４に対して閉鎖する。外方の弁ニードル５の燃焼室側の端部には、内方に突出しているシールリップ２５が構成されており、このシールリップにおいてリング形の隆起部によって内方のシール縁３０が構成されており、この内方のシール縁は、外方の弁ニードル５の閉鎖位置において、やはり弁座１０に接触する。内方のシール縁３０及び外方のシール縁３２はこの場合次のように、すなわち外方のシール縁３２が外方の噴射開口列１４の上流側に、かつ内方のシール縁３０が下流側に配置されており、したがって両方のシール縁３０，３２が弁座１０に接触する際に、外方の噴射開口列１４がシール作用をもって閉鎖されるように、配置されている。
【００１４】
シールリップ２５は弾性的に変形可能であり、かつ次のように、すなわち、弁座１０から持ち上げられている外方の弁ニードル５の閉鎖運動の際に、先ず内方のシール縁３０が弁座１０に接触し、かつその後初めてシールリップ２５の弾性的な変形によって外方のシール縁３２も接触するように、構成されている。内方のシール縁３０のシール作用を改善するために、この実施例では、シールリップ２５の、弁座１０とは逆の側が座面２６として構成されており、この座面は、内方の弁ニードル７が閉鎖位置にある場合に、シール面として役立つ第２の円すい面２０７に接触する。これによって、シールリップ２５に、ひいては内方のシール縁３０に付加的な閉鎖力が生じ、このことは内方のシール縁３０のシール作用を補強する。
【００１５】
図３においては、図２の弁座１０の範囲内の拡大図が示されている。シールリップ２５の内方のシール縁３０におけるシール作用の補強は、シールリップ２５が内方に向かって充分に突出せしめられていて、したがってシールリップは、内方の弁ニードル７の閉鎖位置において、第２の円すい面２０７に接触する場合にだけ、与えられる。内方のシール縁３０におけるシール作用のこの補強が望ましくない場合には、シールリップ２５を相応に短くして、もはや内方の弁ニードル７における接触が行われないようにすることもできる。区間ｈだけのシールリップ２５の延長は、要するに、接触力ひいては内方のシール縁３０におけるシール作用の調整を可能にする。
【００１６】
燃料噴射弁の作用形式は次のとおりである： 噴射を噴射開口の単に一部分だけによって、この構造例では内方の噴射開口列１２によって、行う場合には、高い圧力の燃料が圧力室１６内に導入される。内方の弁ニードル７上への閉鎖力を減少させることによって、圧力面として構成されている第１の円すい面１０７への液力式の力を介して、内方の弁ニードル７を弁座１０から離そうとする開放力が生じ、したがってシール縁２７が弁座１０から持ち上がり、かつリング室２０を内方の噴射開口列１２と接続する。外方の弁ニードル５上への相応して高い閉鎖力によって、内方のシール縁３０も、また外方のシール縁３２も、弁座１０と接触したままであり、かつこのようにして外方の噴射開口列１４を閉じられた状態に保つ。内方の弁ニードル７はその開放運動を続け、それが図面に示していないストッパに接触するに至る。全体の噴射横断面によって噴射しようとする場合には、外方の弁ニードル５上への閉鎖力も減少せしめられ、かつ外方の弁ニードル５は先ず外方のシール縁３２をもって、かつ次いで更に内方のシール縁３０をもって、弁座１０から持ち上がり、したがって今や燃料が両方の噴射開口列１２，１４を通して噴射される。燃料噴射弁の閉鎖は類似の形式で、内方の弁ニードル７上へのかつ外方の弁ニードル５上への閉鎖力を増大させることによって行われ、その際同時に圧力室１６内の圧力を減少させることができる。これによって両方の弁ニードルは再び弁座１０上に動き、シール縁２７をもって、若しくは内方のシール縁３０及び外方のシール縁３２をもって、弁座１０に接触するに至る。内方の弁ニードル７が円すい面２０７をもって座面２６に接触することによって、シールリップ２５ひいてはまた内方のシール縁３０が弁座１０に付加的に押し付けられる。
【００１７】
個々の噴射の間に、燃焼室内には部分的に極めて高い圧力が支配し、したがって燃焼ガスが噴射開口を通って燃料噴射弁内に侵入することがある。このことは本発明によれば次のことによって効果的に阻止される。すなわち、内方の噴射開口列１２が内方の弁ニードル７によって確実にシールされ、かつ外方の噴射開口列１４が２つのシール縁、すなわち内方のシール縁３０と外方のシール縁３２とによって、シールされることである。燃焼室ガスはこのようにして、圧力室１６内にも、またリング室２０内にも、達することはない。逆に、燃料がリング室２０から噴射開口を通って無秩序に、内燃機関の燃焼室内に達し、かつそこで炭化水素の放出を増大させることは、可能でない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 燃料噴射弁の重要な範囲における縦断面図を示す。
【図２】 図１のIIで示した区分の拡大図を示す。
【図３】 図２の弁座の範囲の拡大図を示す。
【符号の説明】
１ 弁体
２ 縦軸線
３ 孔
５ 外方の弁ニードル
６ 弁座面
７ 内方の弁ニードル
８ シール面
１０ 弁座
１１ 圧力肩
１２ 噴射開口列
１４ 噴射開口列
１６ 圧力室
１８ 供給通路
１９ 溝
２０ リング室
２２ 接続孔
２５ シールリップ
２６ 座面
２７ シール縁
３０ 内方のシール縁
３２ 外方のシール縁
１０７ 円すい面
１１７ 第１の円筒面
２０７ 第２の円すい面
２１７ 第２の円筒面
３０７ 第３の円すい面
ｈ 区間

Claims (6)

1. 内燃機関のための燃料噴射弁であって、弁体（１）を備え、この弁体内の孔（３）内で、外方の弁ニードル（５）と、外方の弁ニードル（５）内で案内される内方の弁ニードル（７）とが配置されており、これらの弁ニードル（５；７）のうち、少なくとも一方が、孔（３）の燃焼室側の端部に構成されている弁座（１０）と協働し、この弁座内に外方の噴射開口列（１４）と内方の噴射開口列（１２）とが構成されており、その際内方の弁ニードル（７）は内方の噴射開口列（１２）の開口を制御し、かつ外方の弁ニードル（５）は外方の噴射開口列（１４）の開口を制御し、かつ内方の弁ニードル（７）及び外方の弁ニードル（５）に構成された圧力面（１１；１０７）をもって、供給される燃料により閉鎖力に抗して開放方向に圧力負荷される形式のものにおいて、
   外方の弁ニードル（５）が内方に向かって突出し内方のシール縁（３０）を備えている環状のシールリップ（２５）を有しており、その際内方のシール縁（３０）は、外方の弁ニードル（５）の閉鎖位置で、弁座（１０）に接触しており、シールリップ（２５）が、弁座（１０）とは逆の側に向いた座面（２６）を有しており、この座面に、内方の弁ニードル（７）がシール面（２０７）をもって、閉鎖位置において閉鎖力の作用で接触することを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射弁。
2. 外方の弁ニードル（５）と内方の弁ニードル（７）との間にリング室（２０）が構成されており、このリング室は高い圧力下の燃料で充てん可能であることを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 外方の弁ニードル（５）が大体において中空円筒形に構成されており、かつリング室（２０）が外方の弁ニードル（５）の内周面における溝によって構成されていることを特徴とする、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. リング室（２０）が少なくとも１つの、外方の弁ニードル（５）内に構成されている接続孔（２２）を介して、圧力室（１６）に接続されており、この圧力室は高い圧力下の燃料で充てん可能であることを特徴とする、請求項３記載の燃料噴射弁。
5. 外方の弁ニードル（５）が内方のシール縁（３０）のほかに、付加的な外方のシール縁（３２）を有しており、この外方のシール縁は内方のシール縁（３０）に対して上流側に配置されており、したがって外方のシール縁（３２）及び内方のシール縁（３０）は外方の噴射開口列（１４）を閉鎖することを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射弁。
6. 外方の弁ニードル（５）の閉鎖運動の際に、先ず内方のシール縁（３０）が弁座（１０）に接触し、かつ引き続く閉鎖運動をもって初めて、シールリップ（２５）の弾性的な変形の下で、外方のシール縁（３２）も弁座に接触することを特徴とする、請求項５記載の燃料噴射弁。

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