JP4200164B2 - 燃料噴射システム - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の燃料噴射システムから出発する。

たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１０３０５０号明細書に基づき、複数の噴射開口を備えた燃料噴射弁が公知である。これらの噴射開口は、噴射過程の際に、あらゆる方向へ向かってできるだけ均一で、かつあらゆる方向へ向かって等しい開放角度で開いたマント状の燃料噴霧（Brennstoffmantel）が燃焼室内に形成されるように配置されている。

上記ドイツ連邦共和国特許出願公開明細書に基づき公知の燃料噴射システムにおける欠点は特に、回転対称的ではない燃焼室ルーフを備えた燃焼室内での燃料の分配が十分に均一に行われないことにある。

発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による燃料噴射システムには、従来のものに比べて次のような利点がある。すなわち、本発明によれば、回転対称的ではない燃焼室ルーフを備えた燃焼室内での燃料の分配が従来よりも均一に行われ得るようになる。

請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の燃料噴射システムの有利な改良が可能となる。

燃焼室ルーフとスプレークラウドとの間に、スプレークラウドの全周にわたって不変の間隔角度が生ぜしめられるようにスプレークラウドが成形されていると有利である。この場合、スプレークラウドは多数の燃料噴流を燃焼室内へ均一に分配する「シャワーヘッドスプレー」として形成されている。これにより、燃料の分配および燃焼を改善することができる。

別の改良形では、燃料噴射弁が、第２の平面の横断面で見て円錐状に拡開した燃焼室ルーフを通じて燃料を噴射するようになっており、ただし該燃焼室ルーフは第１の平面の横断面で見ると、第２の平面の横断面で見た場合よりも大きな拡開度もしくは円錐頂角（Steigung）で拡開している。

燃料が少なくとも部分的にピストンのピストンキャビティ内へ噴射されると有利である。これにより、全ての燃料噴流にとって、あるいは一部の燃料噴流にとって、噴流方向に配置された壁に対する燃料噴流の噴射側の端部のそれぞれ等しい間隔を達成することができる。

ピストンキャビティが少なくとも１つの隆起部を有していると有利である。

前記隆起部がピストンキャビティの真ん中に配置されていると有利である。この場合、僅かな手間をかけるだけで、それぞれ有利には噴流軸線の延長上で測定された、ピストンキャビティの壁に対する等しい間隔を持って燃料噴流を噴射させることができる。

スプレークラウドの外側の燃料噴流が、内側の燃料噴流よりも深く燃焼室内へ侵入するようになっていると有利である。これにより、燃料噴霧の形状をピストンキャビティのジオメトリ、つまり幾何学的形状に適合させることができるので有利である。

本発明による燃料噴射弁のさらに別の改良形では、内側の燃料噴流の噴射開口の直径が外側の燃料噴流の噴射開口の直径よりも小さく形成されており、かつ／または内側の燃料噴流の噴射開口が噴射側の範囲で拡張しており、かつ／または内側の燃料噴流の噴射開口に生ぜしめられる燃料圧が、構造的な手段によって減じられている。これにより、単純な手段を用いて内側の燃料噴流の侵入深さを減少させることができる。

燃料噴射弁が中心で燃焼室の中央部へ燃料を噴射するようになっていると有利である。これにより、全燃焼室空気への到達可能性が与えられている。

燃料噴射弁が２０〜４０個の噴射開口を有していると有利である。これにより、燃料噴霧の侵入深さおよび個々の燃料噴流の侵入深さが著しく減じられるので有利であり、そして剪断接触面により燃焼空気と接触している燃料スプレーの表面が増大されているので有利である。

さらに別の改良形では、各燃料噴流の間の拡開角度が１５〜２５゜、理想的には２０゜の角度を有している。これにより、燃料と燃焼空気との最適な均質化が可能となる。

図面
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１は、公知先行技術による燃料噴射弁の１例を示す概略的な断面図であり、
図２は、本発明により使用される燃料噴射弁の、燃焼室ルーフにおける配置例を示す図であり、
図３は、本発明により使用される燃料噴射弁の第１実施例により形成されたスプレークラウドを、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った第１の平面の断面図で示す概略図であり、
図４は、本発明により使用される燃料噴射弁の第１実施例により形成されたスプレークラウドを、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った第２の平面の断面図で示す概略図であり、
図５は、本発明により使用される燃料噴射弁の第１実施例の弁座体を、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った第１の平面の断面図で示す概略図であり、
図６は、本発明により使用される燃料噴射弁の第１実施例の弁座体を、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った第２の平面の断面図で示す概略図であり、
図７は、本発明により使用される燃料噴射弁の第２実施例により形成されたスプレークラウドを、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った第２の平面の断面図で示す概略図である。

実施例の説明
以下に、本発明の実施例を例示的に説明する。図面中、同一の構成部分は同じ符号で示されている。

図３〜図７につき本発明の有利な実施例を詳しく説明する前に、本発明を理解し易くするためにまず図１につき、公知先行技術による燃料噴射弁の主要構成部分に関して簡単に説明する。

図１には、公知先行技術による燃料噴射弁１の１例が図示されている。この燃料噴射弁１は、混合気圧縮型の火花点火式内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁１の形に形成されている。この燃料噴射弁１は特に内燃機関の燃焼室（図示しない）内に燃料を直接噴射するために適している。

燃料噴射弁１はノズルボディ２を有している。このノズルボディ２内には弁ニードル３が配置されている。この弁ニードル３は噴射側に弁閉鎖体４を有しており、この弁閉鎖体４は弁座体５に配置された弁座面６と協働してシールシートを形成している。燃料噴射弁１は、たとえば内方へ向かって開く内方開放型の燃料噴射弁１である。この燃料噴射弁１は噴射開口７を有している。ノズルボディ２はシール部材８によって、電磁コイル１０のアウタポールもしくは外側磁極９に対してシールされている。電磁コイル１０はコイルハウジング１１内にカプセル封入されていて、コイル枠体１２に巻き付けられている。コイル枠体１２は電磁コイル１０のインナポールもしくは内側磁極１３に接触している。内側磁極１３と外側磁極９とは間隔２６によって互いに分離されていて、強磁性ではない結合構成部分２９によって互いに結合されている。電磁コイル１０は電気的な線路１９を介して、電気的な差込みコンタクト１７を介して供給可能な電流により励磁される。差込みコンタクト１７はプラスチック被覆体１８によって取り囲まれている。このプラスチック被覆体１８は内側磁極１３に固着するように射出成形されていてよい。

弁ニードル３は弁ニードルガイド１４内に案内されている。この弁ニードルガイド１４はディスク状に形成されている。行程調節のためには、弁ニードルガイド１４とペアを成す調節ディスク１５が働く。調節ディスク１５の他方の側には、プランジャもしくはアーマチュア２０が設けられている。このアーマチュア２０は第１のフランジ２１を介して弁ニードル３に結合されており、この弁ニードル３は溶接シーム２２によって第１のフランジ２１に結合されている。第１のフランジ２１には、コイル形の戻しばね２３が支持されている。この戻しばね２３は燃料噴射弁１のこの構造では、スリーブ２４によって予荷重もしくはプリロードをかけられる。

弁ニードルガイド１４と、アーマチュア２０と、ガイドエレメント３６とには、それぞれ燃料通路３０，３１，３２が延びている。燃料は中央の燃料供給部１６を介して供給されて、フィルタエレメント２５によって濾過される。燃料噴射弁１はゴムリング２８によって燃料分配管路（図示しない）に対してシールされており、さらにシール部材３７によってシリンダヘッド（図示しない）に対してシールされている。

アーマチュア２０の噴射側の側には、エラストマ材料から成る環状の減衰エレメント３３が配置されている。この減衰エレメント３３は第２のフランジ３４に載着されており、この第２のフランジ３４は溶接シーム３５を介して弁ニードル３に材料接続的（stoffschluessig）に結合されている。

燃料噴射弁１の休止状態では、アーマチュア２０が戻しばね２３によってアーマチュア２０の行程方向とは反対の方向に負荷され、この場合、弁閉鎖体４は弁座面６に密に当て付けられた状態に保持される。電磁コイル１０が励磁されると、この電磁コイル１０は磁界を発生させる。この磁界はアーマチュア２０を戻しばね２３のばね力に抗して行程方向に運動させ、この場合、この行程は、休止位置において内側磁極１３とアーマチュア２０との間に存在する作業ギャップ２７により規定されている。アーマチュア２０は、弁ニードル３と溶接されている第１のフランジ２１を同じく行程方向へ連行する。弁ニードル３に結合されている弁閉鎖体４は弁座面６から持ち上げられ、加圧されて供給された燃料は噴射開口７を通じて燃焼室（図示しない）内に噴射される。

コイル電流が遮断されると、アーマチュア２０は磁界が十分に消滅した後に、戻しばね２３の押圧力により内側磁極１３から落下し、これにより弁ニードル３に結合されている第１のフランジ２１は行程方向とは反対の方向へ運動する。弁ニードル３はこれにより同じ方向へ運動させられ、これにより、弁閉鎖体４は弁座面６に載着され、燃料噴射弁１は閉じられる。

図２には、本発明による燃料噴射システムの燃焼室ルーフ３９における燃料噴射弁１の配置の１実施例が示されている。この場合、燃料噴射弁１は有利にはセンタリングされて燃焼室ルーフ３９に配置されている。この燃焼室ルーフ３９はシリンダ（図示しない）および図３、図４および図７に図示したピストン４０と共に燃焼室３８を仕切っている。燃焼室３８から見た燃焼室ルーフ３９は４つの弁４６を有している。これらの弁４６はガス交換のために働く。燃焼室３８内には、燃料噴射弁１に対して短い間隔を置いただけで点火プラグ４７が突入している。燃焼室３８と、本発明による燃料噴射弁１の噴射側の端部とには、第１の平面ｅ１と第２の平面ｅ２とが交差しており、この場合、第２の平面ｅ２は第１の平面ｅ１に対して直角に延びていて、この第１の平面ｅ１に交差している。

図３には、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った第１の平面ｅ１の横断面図で、本発明による燃料噴射システムの燃料噴射弁１の第１実施例により形成されたスプレークラウド４２が概略的に図示されている。たとえば４０個の燃料噴流４１により形成されるスプレークラウド４２は、第１の平面ｅｌに沿った横断面図で見て円の扇形の形を有している。全ての燃料噴流４１は同じ距離だけ燃焼室３８内へ侵入している。スプレークラウド４２は燃焼室３８内に同軸的に配置されている。燃焼室ルーフ３９は第１の平面ｅｌの横断面で見て方形の形状を描くように延びている。スプレークラウド４２は燃焼室ルーフ３９に対して不変の間隔角度Ａｗを有している。第１の平面ｅｌの横断面で見て、スプレークラウド４２は、図４に示した第２の開放角度ａ２よりも大きく形成されている第１の開放角度ａ１を持って開いている。

ピストン４０は第１の平面ｅ１の横断面で見て円区分形もしくは円の弓形のピストンキャビティ４３を有している。このピストンキャビティ４３はセンタリングされてピストン４０に配置されている。燃料噴流４１はそれぞれ噴流軸線４５を有している。噴射過程時でのピストン４０の位置に応じて、燃料噴流４１の一部もしくは全部がその噴流軸線４５に沿った延長上でピストンキャビティ４３の表面に向けられる。この場合、噴流軸線４５に沿った延長上に位置するピストンキャビティ４３の表面に対する各燃料噴流４１の端部の間隔は互いに等しく形成される。

図４には、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った第２の平面ｅ２の横断面図で、本発明による燃料噴射システムの燃料噴射弁１の第１実施例により形成されたスプレークラウド４２が概略的に図示されている。第２の開放角度ａ２は、図３に示した第１の開放角度ａ１よりも著しく小さく形成されている。この場合、間隔角度Ａｗは図３に示した間隔角度Ａｗと等しい大きさを有している。燃焼室ルーフ３９は、第２の平面ｅ２に対して直角な方向から見た図示の断面図において、燃料噴射弁１から離れる方向に円錐状に拡張している。

図５には、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った第１の平面ｅ１の横断面図で、本発明による燃料噴射システムの燃料噴射弁１の第１実施例の弁座体５が概略的に図示されている。第１の平面ｅｌに沿って位置する９個の噴射開口７は、互いに対してたとえば２０゜の拡開角度Ｓｗを有している。

図６には、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った第２の平面ｅ２の横断面図で、本発明による燃料噴射システムの燃料噴射弁１の第１実施例の弁座体５が概略的に図示されている。第２の平面ｅ２に沿って位置する７個の噴射開口７は、互いに対してやはり２０゜の拡開角度Ｓｗを有している。第２の平面ｅ２に位置する噴射開口７の数は、第１の平面ｅ１に位置する噴射開口７の数に比べて少ないことに基づき、第２の開放角度ａ２は第１の開放角度ａ１よりも著しく小さく形成されている。

図７には、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った第２の平面ｅ２の横断面図で、本発明による燃料噴射システムの燃料噴射弁１の第２実施例を用いて形成されたスプレークラウド４２が概略的に図示されている。ピストンキャビティ４３は波形の隆起部４４を有しており、この隆起部４４はピストンキャビティ４３の真ん中に配置されている。スプレークラウド４２の中央部に配置された燃料噴流４１は、外側に配置された燃料噴流４１ほど深くには燃焼室３８内へ侵入しない。したがって、スプレークラウド４２の形状はピストンキャビティ４３の形状に相応して成形されているので、ピストンキャビティ４３内へ向けられた全ての燃料噴流４１がピストンキャビティ４３に対して等しい間隔を有している。内側の燃料噴流４１の噴射開口７は、外側の燃料噴流４１の噴射開口７に比べて直径が減径されており、かつ／または噴射側の範囲において円錐状に拡張されている。たとえば、内側の燃料噴流４１の噴射開口７に生ぜしめられる燃料圧も、構造的な手段により減じられていてよい。

ピストン４０の、燃焼室３８に向けられた表面はこの実施例では、ピストンキャビティ４３の外縁部を起点として噴射方向に円錐状に降下している。

本発明は、図示の実施例に限定されるものではない。前記実施例の特徴を任意に互いに組み合わせることができる。

公知先行技術による燃料噴射弁の１例を示す概略的な断面図である。 本発明により使用される燃料噴射弁の、燃焼室ルーフにおける配置例を示す図である。 本発明により使用される燃料噴射弁の第１実施例により形成されたスプレークラウドを、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った第１の平面の断面図で示す概略図である。 本発明により使用される燃料噴射弁の第１実施例により形成されたスプレークラウドを、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った第２の平面の断面図で示す概略図である。 本発明により使用される燃料噴射弁の第１実施例の弁座体を、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った第１の平面の断面図で示す概略図である。 本発明により使用される燃料噴射弁の第１実施例の弁座体を、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った第２の平面の断面図で示す概略図である。 本発明により使用される燃料噴射弁の第２実施例により形成されたスプレークラウドを、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った第２の平面の断面図で示す概略図である。

Claims (10)

1. ピストン（４０）に向かい合って配置されている燃焼室ルーフ（３９）を通じて燃焼室（３８）内へ燃料を直接噴射するための燃料噴射システムであって、多数の噴射開口（７）を備えた燃料噴射弁（１）が設けられており、しかも各１つの噴射開口（７）によってそれぞれ１つの燃料噴流（４１）が形成されるようになっており、多数の燃料噴流（４１）によって燃焼室（３８）内にスプレークラウド（４２）が形成されるようになっており、該スプレークラウド（４２）が、該スプレークラウド（４２）の輪郭を画定するマント状の燃料噴霧を有している形式のものにおいて、スプレークラウド（４２）のマント状の燃料噴霧が環状に延びており、該燃料噴霧が、スプレークラウド（４２）の全周にわたって可変である開放角度（ａ１，ａ２）を成しており、第１の平面（ｅｌ）における燃料噴霧の第１の開放角度（ａ１）が、第１の平面（ｅ１）に対して直角に延びる第２の平面（ｅ２）における第２の開放角度（ａ２）よりも大きく形成されており、このために、燃焼室ルーフ（３９）とスプレークラウド（４２）のマント状の燃料噴霧との間に、スプレークラウド（４２）の全周にわたって不変の間隔角度（Ａｗ）が生ぜしめられるようにスプレークラウド（４２）が成形されるように噴射開口（７）が位置調整されかつ燃焼室ルーフ（３９）が形成されていることを特徴とする燃料噴射システム。
2. 燃料噴射弁（１）が、第２の平面（ｅ２）の横断面で見て燃料噴射弁（１）から円錐状に拡開した燃焼室ルーフ（３９）を通じて燃料を噴射するようになっており、ただし該燃焼室ルーフ（３９）は第１の平面（ｅｌ）の横断面で見ると、より大きな円錐頂角で拡開している、請求項１記載の燃料噴射システム。
3. スプレークラウド（４２）の送出された燃料がピストン（４０）のピストンキャビティ（４３）の方向へ噴射されるように燃料噴射弁（１）の噴射開口（７）が位置調整されている、請求項１または２記載の燃料噴射システム。
4. ピストンキャビティ（４３）が少なくとも１つの隆起部（４４）を有している、請求項３記載の燃料噴射システム。
5. 前記隆起部（４４）がピストンキャビティ（４３）の真ん中に配置されている、請求項４記載の燃料噴射システム。
6. ピストンキャビティ（４３）内へ噴射された燃料噴流（４１）が、該燃料噴流（４１）の噴流軸線（４５）に沿った延長線で見てピストンキャビティ（４３）の表面に対してそれぞれ等しい間隔を有している、請求項３から５までのいずれか１項記載の燃料噴射システム。
7. スプレークラウド（４２）の中央部に配置された内側の燃料噴流（４１）が、外側の燃料噴流（４１）ほど深くには燃焼室（３８）内へ侵入しないようになっており、内側の燃料噴流（４１）の噴射開口（７）の直径が、外側の燃料噴流（４１）の噴射開口（７）の直径よりも小さく形成されており、かつ／または内側の燃料噴流（４１）の噴射開口（７）が、噴射側の範囲で拡張している、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射システム。
8. 燃料噴射弁（１）が燃焼室ルーフ（３９）の中央部で中心に配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射システム。
9. 燃料噴射弁（１）が２０〜４０個の噴射開口（７）を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料噴射システム。
10. 噴射開口（７）が、横断面で見て互いに対して１５〜２５゜、特に２０゜の拡開角度（Ｓｗ）を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料噴射システム。

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