JP4223077B2 - 自己着火式の内燃機関のための燃料噴射ノズル - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、自己着火式の内燃機関のための燃料噴射ノズルであって、ノズル本体が設けられており、該ノズル本体では、袋孔の基部に円錐状の座面が形成されており、該座面を起点として噴射開口が延びており、弁ニードルが設けられており、該弁ニードルは袋孔の入口領域のガイド区分で、閉鎖力に抗してかつ燃料流方向とは反対方向に摺動可能にガイドされていて、前記弁ニードルは前記ガイド区分に続く弁軸の端部に、座面と協動する閉鎖円錐を有しており、前記弁軸が、燃料供給のための環状室を周方向で制限している形式のものに関する。このような形式の燃料噴射ノズルは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３７３４５８７号明細書並びにドイツ連邦共和国実用新案第９３０１９９２号明細書により公知である。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３７３４５８７号明細書により公知の燃料噴射ノズルでは、燃焼ガスのいわゆる逆吹き出し防止するために、弁ニードルの行程に応じて影響を与えられる、噴射燃料のための制御貫流部が設けられている。その貫流横断面は弁ニードルの閉鎖行程時に、ポンプ側の放圧軸が、袋孔内の燃料圧によって連結解除されるほどの絞り横断面にまで減少される。
ドイツ連邦共和国実用新案第９３０１９９２．０号明細書により公知の燃料噴射ノズルでは、弁軸を取り囲むガイドスリーブが、円錐状に形成された端面と、この円錐状の端面の近傍の区分において円錐状の端面にまで到る複数の切欠とを有しており、このようなガイドスリーブが、弁ニードルの遊びまたは偏心性に基づき、または開放行程が小さい場合にまたは前行程時に弁ニードルに側方の力が作用する場合にも、閉鎖円錐が噴射口の一部を完全に又は部分的に遮蔽してしまい、これにより燃焼過程を妨げるうようなことを回避する。
このような形式の燃料噴射ノズルの問題点は、弁ニードルの行程が小さくても大きな貫流量が生じてしまうことにある。特に前行程範囲においては、行程に応じた貫流特性線は極めて急勾配に延びている。
不都合な燃焼過程を度外視してもこのことは問題である。何故ならばこれにより、異なる製造誤差を有している種々異なる燃料噴射ノズルが、同じ行程で、極端に異なる貫流量を生ぜしめてしまうからである。
さらに段階的な、または少なくとも噴射開始時にはゆっくり上昇する噴射が一般的に内燃機関のエミッション値の改善につながるということが示されている。
したがって本発明の課題は、冒頭で述べた形式の燃料噴射ノズルを改良して、上述の製造誤差が、特に前行程の範囲で噴射過程に不都合には作用せず、少なくとも噴射開始時に、ゆっくりと上昇する噴射が得られるようにすることにある。
発明の効果
この課題は、冒頭で述べた形式の燃料噴射ノズルにおいて本発明によれば、弁軸と閉鎖円錐との間の移行領域に、可変の絞り装置が配置されており、該絞り装置によって、弁ニードルの軸方向の摺動に応じて噴射量が変更可能であるようにした。
このような形式の絞り装置は特に大きな利点を有しており、噴射量が噴射過程の開始時に徐々に増大するように噴射量を可変にできるだけでなく、噴射量を特に前行程範囲において、弁ニードルの行程運動時に貫流変更はほとんど生じず、その結果、製造誤差による不都合は公知の燃料噴射ノズルよりもずっと少ない。
絞り装置の構成に関することは、種々様々な構成が考えられる。
有利な構成では、絞り装置が、環状室に形成された肩部と、該肩部に隣接して間隔をおいて配置された、弁ニードルに形成された制御縁とを有しており、該制御縁に少なくとも１つの円錐面が下流側で続いている。この肩部と、この肩部から間隔をおいて配置された制御縁と、この制御縁に下流側で続いている少なくとも１つの円錐面とにより、技術的に簡単に実現される極めて有利な方法で、弁ニードルの軸方向運動により減少する絞り横断面を有した絞りを可能にすることができる。
この場合、有利な構成では、制御縁が肩部にほぼ向かい合って位置している。これにより有利には所定の開始絞り横断面が実現される。
別の実施例では、制御縁が肩部よりも僅かに下流に配置されている。これにより、僅かな軸方向の摺動の際に、開始絞り横断面が最初は、制御縁が肩部を通過するまで維持される。
制御縁に続いている円錐面の構成に関しては、やはり種々の構成が考えられる。
円錐面は有利には肩部に対する制御縁の配置に応じて規定される。
有利な構成では、制御縁に続いている円錐面が、円錐状の座面よりも小さな円錐頂角を有している。これにより肩部からの制御縁の間隔によって規定される開始絞り横断面と協動して、噴射される燃料噴射量の開始絞りが得られ、弁ニードルの円錐座面も絞り過程に極めて良好に作用する。
さらに、制御縁に続いている円錐面が、円錐状の座面よりも大きな円錐頂角を有していてもよい。
さらに製造に関して有利な絞り装置の実施例では、環状室に、ばねの戻し力に抗して軸方向に摺動可能なスリーブが配置されており、該スリーブが、円錐状に形成された端面で、円錐状の座面の外側の環状面に当接し、前記スリーブに、弁ニードルの軸方向摺動により順次に開放制御可能な、異なる開放横断面を有する少なくとも２つの開口が設けられている。このような形式のスリーブは特に大きな利点を有している。即ち、このスリーブは簡単に製造できるだけではなく、特にノズル本体の外側でも簡単に組み付けることができる。
弁ニードルの軸方向の摺動により順次に開放制御可能な、異なる開放横断面を有した複数の開口の配置及び構成に関しては、原則的に種々様々な形状を有していてよい。有利な構成では、第１の開口が弁軸に形成された制御縁の上方でスリーブの周面に配置されていて、該第１の開口よりも小さな開口横断面を有した第２の開口が、弁軸に形成された制御縁の下方に配置されている。円錐状に構成された端面に設けられた開口がこの場合、開始絞りを形成し、これに対し、周面に設けられた開口が、弁ニードルの軸方向摺動によって、弁ニードルの行程に応じた絞り横断面の減少を可能にする。周面に設けられた開口は、楕円形、長円形、円形、三角形、四角形、多角形の形状を有していてよい。
別の有利な構成では、スリーブの周面に、互いに上下に位置する２つの孔列が配置されており、下流側に位置する方の孔列が、上流側に位置する方の孔列よりも小さい総開口横断面を有している。絞り装置のこのような構成により、有利には噴射される燃料横断面の濾過が付加的に可能になる。
別の有利な構成では、環状室内に、ばねの戻し力に抗して軸方向摺動可能なスリーブが配置されていて、該スリーブが円錐状に形成された端面で、円錐状の座面の外側のリング面に当接し、前記スリーブに面するように弁軸に、スリーブと協動する少なくとも１つの切欠が配置されており、該切欠の開口横断面が、スリーブの、弁ニードルのガイド区分に面した方の端部で、円錐状の座面に向かって徐々に増大している。
さらに別の有利な構成では、環状室内に、ばねの戻し力に抗して軸方向に摺動可能で、弁ニードルの軸方向の摺動により連行可能なスリーブ配置されていて、該スリーブが、円錐状に形成された端面で、円錐状の座面の外側の環状面に当接し、スリーブが、円錐状に形成された端面に、端面に向かって開かれた少なくとも１つの切欠を有している。
このような構成は、スリーブを特に簡単に、僅かな製造工程で製造可能である。
図面
本発明のさらなる特徴及び利点は、以下に図面につき実施例で詳しく説明する。
第１図は、本発明の燃料噴射ノズルの２つの実施例をそれぞれ半図で部分的に示しており、
第２図は、本発明による燃料噴射ノズルの２つの別の実施例をそれぞれ半図で部分的に示しており、
第３図は、本発明による燃料噴射ノズルの絞り装置を半図で示しており、
第３ａ図は、第３図に示した絞り装置の細部の拡大図であり、
第４図は、本発明による燃料噴射弁の２つの別の実施例をそれぞれ半図で部分的に示しており、
第５図は、本発明による燃料噴射弁の２つの別の実施例をそれぞれ半図で部分的に示している。
実施例の説明
自己着火式の内燃機関のための燃料噴射ノズルの実施例の下方の領域が、第１図の左半図に示されている。
第１図から明らかであるように、燃料噴射ノズルはノズル本体３０を有している。このノズル本体３０においては袋孔３１の基部に、円錐状の座面３２が形成されている。この座面３２を起点として複数の噴射開口３４が延びている。袋孔３１内には弁ニードルが軸方向摺動可能に配置されている。この弁ニードルは袋孔の入口領域のガイド区分（図示せず）で閉鎖力に抗して燃料流れ方向とは逆方向に軸方向摺動可能にガイドされており、弁ニードルはガイド区分に続く弁軸１０の端部で、座面３２と協動する閉鎖円錐１２を有している。
弁軸１０は周側で、燃料を供給するために働く環状室４０を制限している。弁軸１０と閉鎖円錐１２との間の移行領域には、可変の絞り横断面を有する絞り装置が配置されている。この絞り装置によって、弁ニードルの軸方向の摺動に応じて噴射量が変化可能である。絞り装置は環状室内のところでノズル本体３０に形成された肩部３１と、弁ニードルの弁軸１０に僅かに下流側で形成された制御縁２０とを有している。この制御縁２０には下流側に、異なる円錐頂角を有した２つの円錐面２１，２２が続いている。
可変の絞り横断面を有したこのような形式の絞り装置の作用は以下の通りである。まず最初に第１の絞り横断面が、肩部３１と制御縁２０の間の間隔によって、ひいては肩部３１と弁軸１０との間の間隔によって形成される。弁軸１０が噴射燃料の流れ方向に抗して、即ち第１図では上方に向かって軸方向に摺動することによっても、絞り横断面は最初は、制御縁２０が、第１図の符号Ｕで示された行程運動を行い、制御縁２０が肩部３１を越えて通過するまでは変化しない。このとき、第１の円錐面２１は肩部３１に向かい合って位置している。第１の円錐面２１はその円錐形状に基づき、弁ニードルがさらに軸方向に摺動すると、絞り横断面を減少させる。
この絞り横断面は第２の円錐面２２が肩部３１を越えて通過し始めるとさらに減少するので、弁ニードルのさらなる開放行程運動により、環状室４０から噴射開口３４への噴流横断面は増大する。
第１図の右半図及び第２図の左半図及び右半図に示した実施例は第１図の左半図に示した上記の実施例とは、制御縁２０と肩部３１の配置が異なっている。この場合、第１図の左半図に示した第１実施例の部材と同一の部材には同じ符号が付けられているので、その部材の説明に関しては第１実施例の構成が内容的に完全に参照される。
特にコモンレール噴射機構のための噴射ノズルにおいて使用される、可変の絞り横断面を有した絞り装置の別の実施例が、第３図および第３ａ図に示されている。
第３図では、第１図及び第２図に示された実施例と同一の部材には同じ符号が付けられているので、その部材の説明に関しては、第１図及び第２図の実施例の構成が参照される。コモンレール燃料噴射ノズルの第３図に示された実施例は、コモンレールノズルにおいて使用される自体公知の弁座とは異なっている。さらに第３図に示した実施例は、第１図及び第２図に示した実施例とは異なり、弁ニードル１０に形成された制御縁２０が、弁本体３０に形成された肩部３１に、所定の間隔ｄ１をおいてほぼ直接的に向かい合って位置している。この制御縁２０には円錐面２３が続いている。この円錐面２３の円錐頂角δ１は閉鎖円錐の円錐頂角δ２よりも小さい。間隔ｄ１により形成されたギャップによって、燃料噴射ノズルの開放領域から前行程領域への移行部が規定される。この移行部は付加的に、制御縁２０が僅かに間隔ｈ２をおいて肩部２１の下方に配置されていることにより変更可能である。
絞り装置のこのような形式の構成により、閉鎖円錐１２は絞り装置の絞り作用に次に記載するように利用される。
第３図及び第３ａ図に記載の燃料噴射ノズルの作用を次に説明する。まず最初に、閉鎖円錐１２が弁座３２から僅かに持ち上がり、これにより閉鎖円錐１２と弁座３２との間に隙間が形成される。その隙間の幅は、制御縁２０と肩部３１との間の間隔ｄ１よりも小さい。このような間隔特性に基づきまず最初に閉鎖円錐１２と弁座３２との間の隙間が絞りを形成する。弁ニードルがさらに軸方向に運動する際にさらに、肩部３１と弁ニードル１０の制御縁２０との間の隙間は、制御縁２０に続く円錐面２３が肩部３１に沿って運動する間ずっと、つまり弁ニードル１０が、高さｈ１の軸方向行程運動を完了するまで、徐々にいっそう大きくなる。これによりまず最初に、弁ニードルの行程が増大するにつれ噴射量の緩やかな増大が可能であり、このような緩やかな増大は、ｈ１の大きさの軸方向の行程運動を行った後、さらなる軸方向の行程によりさらに増大される。
これにより噴射の経過が特に有利に可能であるだけではなく特に、製造誤差に基づく噴射量における不都合なばらつきが回避される。
燃料噴射ノズルのための絞り装置のさらに別の構成が、第４図及び第５図に半断面図で示されている。
第４図及び第５図に示した実施例では、前述の実施例と同一の部材には同一の符号が付けられており、この部材の説明に関しては前述の実施例の構成が参照される。第４図及び第５図に示された実施例は、第１図〜第３図に示した実施例とは異なり、環状室４０における肩部３１の形成のかわりに、この環状室４０内にばね（図示せず）の戻し力に抗して軸方向に摺動可能なスリーブ５０が配置されている。このスリーブ５０は円錐状に形成された端面で、円錐状の座面３２の外側の環状面３２ａに当接する。
第４図の左半図に示したスリーブ５０では、このスリーブ５０に、弁ニードルの、したがって弁軸１０の軸方向の運動により順次に開放制御可能な２つの開口５２，５３が設けられている。そのうち第１のの開口５２はスリーブ５０の周面に配置されていて、第２の開口５３は、円錐状に形成された端面５１に例えば溝として設けられている。弁軸１０にはこの場合、制御縁７０が設けられており、この制御縁７０は燃料噴射ノズルが閉鎖されている場合に、より大きな開放横断面を有する第１の開口５２の下方に所定の間隔Ｕをおいて配置されている。このような形式の燃料噴射ノズルでは、円錐状の端面５１に設けられた開口５３がまず最初に絞りとして作用する。この絞りにより、弁軸１０が僅かに軸方向に摺動する際に、この第２の開口５３の開放横断面によって噴射量が規定される。弁軸１０がさらに軸方向に摺動すると、制御縁７０が、開放横断面が比較的大きい方のスリーブ５０の周面に配置された開口５２を通過し、これにより噴射される燃料量は、弁軸１０の行程運動が増大するにつれ継続的に増加する。
第４図の右半図に示した実施例では、異なる開放横断面を有した２つの開口が、それぞれ１つの孔列６１，６２によって形成されている。この場合、下流側に位置する孔列６１は、上流側に位置する孔列６２よりも小さな総横断面を有している。
この場合、第１の孔列６１と第２の孔列６２との間に制御縁７０が位置している。弁軸１０の軸方向摺動により、制御縁７０が上流側に位置する孔列を通過し、行程運動が増加するにつれ、徐々にこの孔列を開放する。これにより絞り横断面は徐々に減少する。
第５図の左半図に示した実施例は第４図に示した実施例とは異なり、スリーブ５０に向かい合って位置するように、弁軸１０に、スリーブ５０と協動する複数の切欠８０が配置されている。この切欠８０の開放横断面は、スリーブ５０の、閉鎖円錐１２とは反対側で、かつ弁ニードルのガイド区分に面した端部において、円錐状の座面に向かって拡大している。このような領域８１は、可変の絞り横断面を有した絞りを成している。この可変の絞り横断面は、弁軸１０の行程運動により徐々に減少する。
第５図の右半図に示した実施例では、弁ニードルがひいては弁軸１０が軸方向に摺動することにより、スリーブ５０が弁軸１０によって連行可能であるようにスリーブ５０が形成されている。このために弁軸１０は肩部１７を有している。この肩部１７がスリーブ５０の突起５７に係合する。スリーブ５０は円錐状に形成された端面５１で、端面に向かって開かれた切欠５５を有している。この切欠は絞り横断面を成しており、この絞り横断面は弁軸１０の軸方向の摺動が増大するにつれ減少する。第５図に示したように、この場合、突起５７が、弁ニードル１０に形成された肩部１７から間隔をおいて配置されており、これによりスリーブ５０がまず最初に、弁ニードルの行程運動時に連行されないようになっている。この場合、噴射される燃料噴射量は、円錐状に形成された端面５１に形成された、絞り作用を行う開口５５によってガイドされる。
肩部１７の上方の突起５７の間隔は、この場合、燃料噴射ノズルの前行程に相当する。
上記の記載は噴射口ノズルに関するが、本発明はこのような噴射口ノズルに限定されるものではなく、相応に袋孔ノズルにおいても使用することができる。

Claims (4)

1. 自己着火式の内燃機関のための燃料噴射ノズルであって、ノズル本体（３０）が設けられており、該ノズル本体（３０）では、袋孔（３７）の基部に円錐状の座面（３２）が形成されており、該座面（３２）を起点として噴射開口（３４）が延びており、弁ニードルが設けられており、該弁ニードルは袋孔（３７）の入口領域のガイド区分で、閉鎖力に抗してかつ燃料流方向とは反対方向に摺動可能にガイドされていて、前記弁ニードルは前記ガイド区分に続く弁軸（１０）の端部に、座面（３２）と協動する閉鎖円錐（１２）を有しており、前記弁軸（１０）が、燃料供給のための環状室（４０）を周方向で制限しており、弁軸（１０）と閉鎖円錐（１２）との間の移行領域に、可変の絞り横断面を有した絞り装置が配置されており、該絞り装置によって、弁ニードルの軸方向の摺動に応じて噴射量が変更可能である形式のものにおいて、
   環状室（４０）に、軸方向に摺動可能なスリーブ（５０）が配置されており、該スリーブ（５０）が、円錐状に形成された端面（５１）で、円錐状の座面（３２）の外側の環状面（３２ａ）に当接し、ここに絞り横断面が形成されていて、該絞り横断面が、弁ニードルの軸方向摺動により順次に開放制御可能な、異なる開放横断面を有する少なくとも２つの開口（５２，５３；６１，６２）により形成されていることを特徴とする、自己着火式の内燃機関のための燃料噴射ノズル。
2. 第１の開口（５２）が弁軸に形成された制御縁（７０）の上方でスリーブ（５０）の周面に配置されていて、該第１の開口（５２）よりも小さな横断面を有した第２の開口（５３）が、スリーブ（５０）に形成された端面（５１）に配置されている、請求項１記載の燃料噴射ノズル。
3. スリーブ（５０）の周面に、互いに上下に位置する２つの孔列（６１，６２）が配置されており、下流側に位置する方の孔列（６１）が、上流側に位置する方の孔列（６２）よりも小さい総開口横断面を有しており、弁軸（１０）に形成された制御縁（７０）が、燃料噴射弁の閉鎖状態で両孔列（６１，６２）の間に配置されている、請求項１記載の燃料噴射ノズル。
4. スリーブ（５０）が弁ニードルの軸方向の摺動により連行可能であって、スリーブ（５０）が、円錐状に形成された端面（５１）に、端面に向かって開かれた少なくとも１つの切欠（５５）を有している、請求項１記載の燃料噴射ノズル。

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