JP4542100B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の燃料噴射弁に関する。

米国特許第４７５９３３５号明細書に基づいて公知の燃料噴射弁は、流出縁部に最大直径を有する弁ニードルと、この弁ニードルと共働しかつシール座を備えた弁座とを有しており、弁座はシール座を起点として、噴射縁部に到るまで拡大していて、弁ニードルの流出縁部は燃料噴射弁の閉鎖時に、流れ方向で見て弁座の噴射縁部に対して後退させられている。燃料噴射弁は燃料を所定の噴流角度で内燃機関の燃焼室内に噴射する。噴流縁部が極めて僅かしか後退していない場合又は極めて大きく後退している場合には、許容不能なほどに大きな噴流角度のばらつきの発生するおそれがある。

発明の利点
請求項１の特徴部に記載のように構成された本発明による燃料噴射弁は、公知のものに比べて次のような利点を有している。すなわち本発明の燃料噴射弁では、弁ニードルの流出縁部が２マイクロメータ〜２０マイクロメータの所定の範囲で、弁長手方向軸線の方向で弁座の噴射縁部に対して後退させられていることによって、噴流角度のばらつきを簡単な形式で減じることができる。このように流出縁部が、従来技術には開示されていない数値範囲において後退させられていると、弁ニードルの流出縁部における付着物の形成が回避される。

請求項１の特徴部に記載のように構成された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。

本発明の特に有利な構成では、弁ニードルの流出縁部が２マイクロメータ〜１２マイクロメータの所定の範囲で、弁座の噴射縁部に対して後退させられている。このような数値範囲で構成されていると、噴流角度のばらつきを特に小さくすることができる。有利な構成では、弁座の噴射縁部に対する弁ニードルの流出縁部の後退が、１０マイクロメータである。

本発明の別の有利な構成では、弁ニードルがアクチュエータと共働し、このアクチュエータが例えばピエゾアクチュエータである。

さらにまた、弁ニードルが燃料噴射弁の開放時に、燃焼室に向かって行程運動を実施すると、構造上の構成を特に簡単化することができるので、特に有利である。

図面
次に図面を参照しながら本発明の１実施例を説明する。

図１は、本発明による燃料噴射弁を示す図である。

実施例の記載
図１に示された本発明による燃料噴射弁は、燃料例えばガソリンを内燃機関の燃焼室に噴射するために働き、例えばいわゆる直噴において使用される。

燃料噴射弁は、入口通路２を備えた弁ハウジング１を有している。弁ハウジング１には、弁ニードル４を軸方向移動させるための略示されたアクチュエータ３が配置されている。アクチュエータ３は例えば励磁可能なコイルと共働する電磁可動子、液圧エレメント、ピエゾアクチュエータ又はこれに類したものである。アクチュエータ３は例えば燃料に対してカプセル化して形成されている。

弁ニードル４は弁ハウジング１内に軸方向可動に設けられていて、例えばアクチュエータ３の側のニードルシャフト７とアクチュエータ３とは反対側の弁閉鎖体８とを有している。アクチュエータ３はその運動を直接又は間接的に弁ニードル４のニードルシャフト７に伝達し、これによって、弁座９と共働する弁閉鎖体８が燃料噴射弁を開閉する。燃料噴射弁は例えば玉・円錐座を有しており、弁座９は例えば円錐形に形成されていて、弁閉鎖体８は、弁座９と共働する玉区分又は半径方向区分１０を有している。閉鎖された燃料噴射弁では、弁閉鎖体８はその全周にわたって弁座９に線接触又は面接触でシール作用をもって接触しており、これは以下においてはシール座１１と呼ばれる。

弁座９は弁ハウジング１の内部における燃料噴射弁の別体の部分であっても又は、弁ハウジング１と一体的に結合されていてもよい。

弁閉鎖体８は例えばニードルシャフト７よりも大きな直径を有している。ニードルシャフト７を起点として、玉区分１０を有する弁閉鎖体８は、弁閉鎖体８の最大直径を有する流出縁部１４に到るまで拡大する。流出縁部１４の下流側に弁閉鎖体８は例えば円錐区分１５を有しており、この円錐区分１５において弁閉鎖体８は先細になっている。

弁座９はシール座１１の下流側において噴射縁部１６に到るまで拡がっている。

燃料は弁ハウジング１内において、入口通路２からシール座１１の上流側における弁閉鎖体８のところまで導かれる。燃料噴射弁の開放時に弁閉鎖体８はシール座１１から持ち上がり、これによって内燃機関の燃焼室２０への接続部が開放され、その結果燃料は、弁閉鎖体８と弁座９との間に形成されたリング状の出口間隙１９を介して燃焼室２０に流出する。リング状の出口間隙１９は例えば流れ方向で拡大し、これによってディフューザとして働く。開放方向における弁ニードル４の行程が大きくなればなるほど、出口間隙１９は大きくなり、より多くの燃料が燃焼室２０内に噴射される。

燃料噴射弁は例えば外方に向かって開放する弁であり、弁ニードル４は燃焼室２０に向かって行程を実施する。

出口間隙１９は弁座１１を起点として流れ方向で拡大している。この場合燃料は弁閉鎖体８に沿って流出縁部１４にまで流れ、弁座９に沿って噴射縁部１６にまで流れる。流出縁部１４及び噴射縁部１６の下流側においては回転対称的な自由な燃料噴流が形成され、この燃料噴流は例えば図示されていない点火プラグ近傍の領域へと案内される。形成される燃料噴流の噴流角度はほぼ、弁ニードル４の流出縁部１４に接触する接線によって生ぜしめられる。

燃料噴射弁は例えば約４０マイクロメータの値の行程を実施する。

例えばガソリン直噴形式のための噴流案内される燃料方式では、燃料噴流を僅かな分散で所定の領域に、例えば点火プラグの領域に到達させるために、内燃機関の運転中に所定の噴流角度を必要とする。そのために流出縁部１４及び噴射縁部１６はほぼばりなしに形成され、弁閉鎖体８及び弁座９はシール座１１の領域において高い表面品質をもって形成されねばならない。流出縁部１４及び噴射縁部１６におけるばりは、例えば５マイクロメータよりも小さく、有利には１マイクロメータよりも小さく形成されている。

内燃機関の運転中に、燃焼室２０と直接的に接触している燃料噴射弁の弁表面は、燃料によって濡らされ、この燃料は燃焼室２０における燃焼過程時に弁表面において不完全にしか燃焼しないので、燃焼室２０と直接的に接触している弁表面には付着物が形成されてしまう。燃焼室２０の領域における付着物の形成は、カーボン付着とも呼ばれる。付着物は主として、未燃焼の炭化水素とその他の燃焼残留物とから成っている。

弁ニードル４の流出縁部１４における付着物の形成は、燃料噴射弁の耐用寿命にわたって確実に回避されねばならない。それというのは、流出縁部１４が主として所定の噴流角度を規定するからであり、ゆえに、流出縁部１４において付着物が形成されると、所定の噴流角度が変化し、ひいては例えばいわゆるミスファイアによって特徴付けられるような不都合な燃焼状態の惹起されるおそれがあるからである。従って所定の噴流角度は、燃料噴射弁の耐用寿命にわたってほぼ一定に保たれ、僅かな噴流角度のばらつきしか生じないことが必要である。

流出縁部１４における付着物の形成を回避するために、弁ニードル４の流出縁部１４は次にように配置されている。すなわちこの場合流出縁部１４は燃料噴射弁の閉鎖時に弁座９の噴射縁部１６に対して流れ方向で見て所定の後退部２１を有しており、つまり噴射縁部１６は弁座９の内部に位置している。逆に言えば噴射縁部１６は、燃料噴射弁の閉鎖時に流出縁部１４に対して流れ方向で見て後退部２１の値だけ前に出されている。

本発明によれば後退部２１は、弁長手方向軸線２２の方向で２マイクロメータ〜２０マイクロメータの範囲に位置している。後退部２１は２マイクロメータ〜１２マイクロメータの範囲において設けられていると有利である。それというのは、この範囲においては特に僅かな噴流角度のばらつきしか生じないからである。例えば後退部２１は１０マイクロメータである。２マイクロメータ〜２０マイクロメータの範囲における本発明による範囲において、噴射縁部１６に対する流出縁部１４の後退は、僅かな噴流角度のばらつきに関して特に有効である。

他方の縁部１４,１６に対して燃焼室２０の方向で前に出ている縁部１４,１６には、後退している縁部１４,１６よりも強くカーボンが付着する。噴流角度は、後退部２１の本発明による範囲においてほぼ弁ニードル４の流出縁部１４によって規定されるので、噴射縁部１６は前方にずらされて配置されている。これによって付着物は、流出縁部１４における代わりに、主として噴射縁部１６において形成される。噴射縁部１６における付着物は時間の経過と共に成長し、この場合噴射縁部１６の領域における付着物の、半径方向において弁閉鎖体８に向かっての成長は、制限されている。それというのは、弁閉鎖体８の半径方向の領域に進入する付着物は、燃料噴射弁の開閉時における弁閉鎖体８の行程運動によって剪断又は破壊されるからである。この際に弁閉鎖体８の半径方向領域の外側における付着物もまた一緒に破壊除去されることができる。

後退部２１が本発明による範囲の外に位置している場合、例えば２マイクロメータよりも小さい又は２０マイクロメータよりも大きい場合には、時間の経過と共に、所定の噴流角度が不都合に変化してしまう。後退部２１が例えば２０マイクロメータよりも大きい場合には、噴射縁部１６における付着物は、所定の噴流角度をより小さな噴流角度へと変化させるように、成長する可能性がある。また後退部２１が例えば２マイクロメータよりも小さい場合には、前にシフトされた噴射縁部１６による後退した流出縁部１４の保護が小さくなりすぎ、その結果流出縁部１４において付着物の生じるおそれがある。

本発明による燃料噴射弁を示す図である。

Claims (6)

1. 燃料噴射弁、特に内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁であって、流出縁部において最大直径を有している弁ニードルと、該弁ニードルと共働しかつシール座を備えた弁座とが設けられていて、該弁座がシール座を起点として噴射縁部に到るまで拡大していて、弁ニードルの流出縁部が燃料噴射弁の閉鎖時に、流れ方向で見て弁座の噴射縁部に対して後退させられている形式のものにおいて、弁ニードル（４）の流出縁部（１４）が２マイクロメータ〜２０マイクロメータの所定の範囲で、弁長手方向軸線（２２）の方向で弁座（９）の噴射縁部（１６）に対して後退させられていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 弁ニードル（４）の流出縁部（１４）が２マイクロメータ〜１２マイクロメータの所定の範囲で、弁座（９）の噴射縁部（１６）に対して後退させられている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 弁ニードル（４）の流出縁部（１４）が１０マイクロメータ、弁座（９）の噴射縁部（１６）に対して後退させられている、請求項１記載の燃料噴射弁。
4. 弁ニードル（４）がアクチュエータ（３）と共働する、請求項１記載の燃料噴射弁。
5. アクチュエータがピエゾアクチュエータである、請求項４記載の燃料噴射弁。
6. 弁ニードル（４）が燃料噴射弁の開放時に、燃焼室（２０）に向かって行程運動を実施する、請求項１記載の燃料噴射弁。

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