JP4638644B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Description
本発明は請求項1並びに請求項2の上位概念部に記載した燃料噴射弁に関する。
【0002】
ドイツ連邦共和国特許公開第19626576号明細書によれば、燃料を内燃機関の燃焼室内に直接噴射するための電磁石式に操作可能な燃料噴射弁が公知である。この公知の燃料噴射弁においては、可動子を電磁石式に操作するために、電気式に励磁される電磁コイルと協働し、可動子のストロークが弁ニードルを介して弁閉鎖体に伝達されるようになっている。弁閉鎖体は弁座面と協働してシール座を形成している。弁ニードル及び弁閉鎖体の戻し作業は、戻しばねによって行われる。
【0003】
このドイツ連邦共和国特許公開第19626576号明細書により公知の燃料噴射弁においては、特に閉鎖時間が比較的長いという欠点がある。燃料噴射弁の閉鎖時に、可動子と内極との間に作用する付着力によって及び励磁電流のしゃ断時に良い状態で得られない磁界形成によって、遅延が生じる。従って、戻しばねが、大きいばね定数若しくは大きいプレロードを有していなければならない。短い閉鎖時間を得るために、戻し力は、燃焼室圧に対して必要とされるシール力よりも著しく大きく設計しなければならない。
【0004】
発明の利点
これに対して請求項1並びに請求項2に記載した特徴を有する本発明による燃料噴射弁は、付加的なしゃ断ばね(Abschaltfeder)が開放過程にもまた閉鎖過程にもポジティブに(肯定的に)作用する、という利点を有している。開放過程は、小さい制御効率を可能にする戻しばねの小さいばね力によって加速され、一方、閉鎖過程は、付加的なしゃ断ばねによって、燃料噴射弁を迅速に閉鎖するための付加的な加速力を提供する。戻しばねのばね定数は、加えられたばね力がまだ確実に、燃料噴射弁が内燃機関の燃焼室内の圧力に対してシールするために十分であるように設計されている。スイッチオフ時の弁ニードルの迅速な加速は、戻しばねと比較して大きいばね定数を有して設計されたしゃ断ばねによって行われる。しゃ断ばねは、開放運動時に比較的小さい部分ストローク内だけでプレロードをかけられる。この部分ストロークが得られる際に最大磁石力が形成されるので、開放運動はしゃ断ばねによってほとんど減速されることはない。
【0005】
従属請求項に記載した手段によって、請求項1に記載した燃料噴射弁の有利な実施態様及び改良が可能である。
【0006】
有利には、しゃ断ばねの可変な構成は、コイルばねに限定されず、扁平な又はスリーブ状の皿ばねとして構成してもよい。皿ばねを使用すれば、傾斜して延びる力特性曲線にとって有利である。
【0007】
同様に、材料又は製造法に特別な要求を課さない、構成部分を簡単に製造することができ、また組み付けることができるという利点を有している。
【0008】
本発明の実施例が図面に概略的に示されていて、以下に詳しく説明されている。
【0009】
図1は、本発明による内燃機関の第1実施例の断面図、
図2は、本発明による内燃機関の第2実施例の断面図、
図3は、本発明による内燃機関の第3実施例の断面図、
図4A〜図4Cは、図1〜図3に示された本発明による燃料噴射弁の実施例のためのストロークの機能としての、ばね力の経過を示す線図である。
【0010】
実施例の説明
図1には、燃料噴射弁1の噴射側の領域の断面図が示されている。燃料噴射弁1は、燃料を混合機圧縮外部点火式内燃機関の図示していない燃焼室内に直接噴射するために用いられ、内方に開放する燃料噴射弁1として構成されている。燃料噴射弁1は、磁束帰路体(magnetische Rueckflusskoerper)3によって取り囲まれた磁気コイル2と、内極4と外極5とを有しており、これらの内極4と外極5とはスリーブ状の弁ケーシング6によって取り囲まれている。内極4と外極5との間には可動子7が配置されており、この可動子7は、戻しばね8によって負荷若しくは付勢されている。戻しばね8は端部側が調節スリーブ9に当接しており、この調節スリーブ9は戻しばね8にプレロード(予圧)をかけている。可動子7は、弁ニードル10に形状接続式(formschluessig;形状による束縛)に結合している。弁ニードル10の噴射側の端部には弁閉鎖体11が形成されている。弁閉鎖体11は、弁座面12と共にシール座を形成している。弁座体13には少なくとも1つの噴射開口14が形成されている。弁ニードル10はガイド体39内でガイドされている。
【0011】
燃料は中央にガイドされて、燃料通路15a,15b,15cを介してシール座にガイドされる。
【0012】
弁ニードル10に管状の弁ニードルストッパ16が溶接されている。外極5の内壁に取り付けられた載設リング17(この載設リング17は特に燃料噴射弁1の中央の切欠25内に押し込むことができる)上には、軸方向で摺動可能なリング18が載設されており、このリング18を貫通して弁ニードル10が突き出している。リング18にはしゃ断ばね19が支えられており、このしゃ断ばね19は、同様に外極5の内壁に取り付けられたばね調節リング20によってプレロードをかけられている。しゃ断ばね19は、図1に示した第1実施例ではコイルばね19aとして構成されている。
【0013】
全ストロークhgesは、可動子7と内極4との間に形成された第1の作業ギャプ23の大きさに相当する。部分ストロークhteilは、弁ニードルストッパ16としゅう動可能なリング18との間に形成された第2の作業ギャップ24の大きさに相当する。図示の第1実施例では、部分ストロークhteilは、全ストロークhgesの約90%に相当する。
【0014】
電磁コイル2に電気的な励磁電流が供給されると、磁界が形成され、この磁界は可動子7をストローク方向で内極4に引き寄せる。可動子7は、この可動子7に結合された弁ニードル10を連行する。可動子7及び弁ニードル10が部分ストロークhteilを行うと、磁界強さは、弱く設計された戻しばね8のばね力を克服し、それによって可動子7は内極4に向かう方向で加速される。戻しばね8のばね定数は、燃料噴射弁1が内燃機関の図示していない燃焼室をシールするために十分なばね力を有するように設計されている。可動子7と、この可動子7に結合された弁ニードル10とが、全ストロークhgesの約90%だけ進むと、弁ニードルストッパ16は、コイルばね19aによって負荷されたしゅう動可能なリング18に当接する。全ストロークhgesの残りの10%は、戻しばね8及びコイルばね19aのばね力に抗して進まなければならない。コイルばね19aは、可動子7及び弁ニードル10の加速された運動によって、全ストロークhgesの残りの約10%だけ圧縮される。戻しばね8のばね力とコイルばね19aのばね力とは合計されるので、開放ストロークの終わりには、燃料噴射弁1を閉鎖するための戻しばね8とコイルばね19aとの合計ばね力が提供される。この合計ばね力は、コイルばね19aの大きいばね定数によって制限されて、従来技術における1つの戻しばね8によって得られる戻し力よりも著しく大きい。
【0015】
可動子7が内極4の方向に移動すると直ちに、弁閉鎖体11は弁座面12から持ち上がり、燃料が噴射開口14を介して噴射される。
【0016】
電磁コイル2を励磁する電気的な励磁電流がしゃ断されると、磁界がしゃ断され、可動子7が内極4から離れる。これは非常に迅速に行われる。何故ならば、戻しばね8とコイルばね19aとの全ばね力は一緒になって、可動子7を閉鎖方向に加速し、これによって弁ニードル10を非常に迅速にその初期位置に戻すからである。
【0017】
図2には、本発明の第2実施例による燃料噴射弁1の構成が、部分的な軸方向断面図で示されている。図2には、本発明にとって重要である、噴射側の構成部材だけが示されている。既に説明した部材には同じ符号が記されているので、繰り返しての説明は省く。
【0018】
第2実施例による燃料噴射弁1の構成は、第1実施例のものに対して特に、図2では扁平な皿ばね19bとして構成されたしゃ断ばね19の形式が異なっている。
【0019】
燃料噴射弁1は、図2では図示していない電磁コイルと内極4とを有しており、この内極4は、弁ケーシング6によって取り囲まれている。戻しばね8によって負荷される可動子7は、内極4の切欠40内に配置されている。
【0020】
可動子7は、スリーブ21を介して弁ニードル10と作用接続しており、弁ニードル10の噴射側の端部には、弁閉鎖体10が形成されている。弁閉鎖体11は、弁座面12と協働してシール座を形成している。弁座面13には少なくとも1つの噴射開口14が形成されている。
【0021】
戻しばね8は、弁ニードル10に溶接されたスリーブ21で支えられている。スリーブ21は同時に、可動子7のための連行体として用いられ、この可動子7は、第2実施例では、弁ニードル10に溶接されているのではなく、軸方向で摺動可能である。可動子7は、噴射側に配置された可動子ストッパ22を有しており、この可動子ストッパ22は、管状に構成されていて、弁ニードル10に溶接されている。可動子7と可動子ストッパ22との間に、エラストマー材料より成るリング26が取り付けられており、このリング26は、燃料噴射弁の閉鎖時に可動子7が衝突するのを避ける。
【0022】
皿ばね19bは円板状に構成されていて、弁ケーシング6の環状の切欠27内に固定されている。弁ニードル10は、皿ばね19bを貫通し、噴射側でガイド部材38を貫通して延びている。このガイド部材38は、弁ニードル10をガイドするために用いられ、燃料をシール座までガイドするための燃料通路15cを有している。弁ニードル10には、有利な形式で溶接によって管状の弁ニードルストッパ16が取り付けられている。
【0023】
全ストロークhgesは、可動子7と内極4との間に形成された第1の作業ギャプ23の大きさに相当する。部分ストロークhteilは、弁ニードルストッパ16と皿ばね19bとの間に形成された第2の作業ギャプ24の大きさに相当する。この実施例においても部分ストロークhteilは全ストロークhgesの約90%に相当する。
【0024】
燃料は中央にガイドされ、燃料通路15a,15b,15c,15dを介してシール座にガイドされる。
【0025】
図2には示されていない電磁コイルに励磁電流が供給されると、可動子7は前記実施例と同様に、スリーブ21を介して可動子7によって連行される弁ニードル10と共に、全ストロークhgesの約90%に相当する部分ストロークhteilだけ、戻しばね8のばね力に抗してストローク方向で移動する。弁ニードルストッパ16が皿ばね19bに当接すると直ちに、全ストロークhgesの約10%の残りの部分hges−hteilで、皿ばね19b及び戻しばね8の全ばね力を克服しなければならない。しかしながら皿ばね19bは、可動子7及び弁ニードル10の前加速によって容易に変形させることができる。
【0026】
図3には、本発明による燃料噴射弁1の第3実施例の構成が部分的な軸方向断面図で示されている。図3には、本発明にとって重要である、流入側の構成部材だけが示されている。噴射側の部分は、第2実施例において示されたものと同じであってよいが、別の構造形式も可能である。
【0027】
しゃ断ばね19は戻しばね8に関連して噴射方向に配置されている、前記実施例に対して、図3に示した実施例では、しゃ断ばね19は戻しばね8に関連して流入方向に配置されている。しゃ断ばね19は、スリーブ状の皿ばね19cとして構成されている。
【0028】
燃料噴射弁1は磁気コイル2を有しており、この磁気コイル2は、電気導線33を介して電気的な励磁電流が供給されると磁界を形成する。可動子7は、スリーブ21を介して弁ニードル10と作用接続している。スリーブ21には戻しばね8が支えられており、この戻しばね8は、内極4の中央の切欠内に押し込まれた調節スリーブ9によってプレロードをかけられている。弁ニードル10は、戻しばね8を貫通している。流入側方向で、しゃ断ばね19としてのスリーブ状の皿ばね19cが内極4の環状の切欠27内に固定されている。燃料供給は中央で、フィルタ部材34を介して行われる。燃料噴射弁1及び燃料通路15の中央の切欠25を介して、燃料は燃料噴射弁1の噴射側の端部にガイドされる。燃料噴射弁1はプラスチック被覆部35によって取り囲まれており、このプラスチック被覆部35には、詳しく図示していないプラグが射出成形によって設けられている。
【0029】
全ストロークhgesは、可動子7と内極4との間の第1の作業ギャップ23の大きさに相当する。部分ストロークhteilは、弁ニードル10の端部36とスリーブ状の皿ばね19cとの間に形成された第2の作業ギャップ24の大きさに相当する。図示の第3実施例においても、部分ストロークhteilは全ストロークhgesの約90%である。
【0030】
図3に示された電磁コイル2に電気的な導線33を介して電気的な励磁電流が供給されると、可動子7をストローク方向で加速する磁界が形成される。スリーブ21を介して、弁ニードル10が連行される。可動子7が部分ストロークhteilの区分だけ進む間、磁界は、可動子7を内極4に向かう方向で加速させるために、戻しばね8のばね力を克服するだけでよい。弁ニードル10の端部36がスリーブ状の皿ばね19cにぶつかると直ちに、戻しばね8のばね力とスリーブ状の皿ばね19cのばね力とが協働して、可動子7の前加速によって容易に克服される全ばね力が形成される。燃料噴射弁1の開放過程の終わりに、比較的強い全ばね力が、内極4から可動子7を解除するために提供する。
【0031】
図4のA〜図4のCには、しゃ断ばね19の作用形式を明らかにするために3つの線図が示されており、これらの線図には、可動子7のストロークと、戻しばね8及びしゃ断ばね19の全ばね力FFederとの関係が示されている。
【0032】
図4のA〜図4のCには次の短縮記号が用いられている。
【0033】
【外1】
【0034】
【外2】
【0035】
【外3】
【0036】
コイルばね19aのばね力FSchraubeは、比較的小さいばね定数及び小さいストロークに基づいてほぼ一定である。従って、可動子7が残りのストロークhteil及びhgesを進む間、全ばね力FFederは、FSchraubeだけ飛躍的に増大するので、開放過程の終わりに、燃料噴射弁1を閉鎖するために、図4のAにおけるよりも大きい全ばね力FFederが提供される。
【0037】
図4のCには、しゃ断ばね19が皿ばね19b又は19cとして構成されている図2又は図3の実施例における力関係による全ばね力が示されている。皿ばね19b,19cを変形させるために、変形の度合いに比例して小さいストロークで既に著しく増大する力が必要とされるので、全ばね力FFederは、弁ニードルストッパ16が皿ばね19bに当接後、若しくは弁ニードルの端部36が皿ばね19cに当接後、直線的にストロークを伴って上昇し、この間、可動子7は、残りのストロークhges−hteilだけ移動するので、燃料噴射弁1の開放過程の終わりに、燃料噴射弁1を閉鎖するための大きい全ばね力FFederが提供される。
【0038】
皿ばね19b,19cのばね力の上昇は、皿ばね19b,19cの固さ(Haerte)及び変形特性に影響を与える種々異なる可能な形状によって選択可能である。
【0039】
本発明は図示の実施例のみに限定されるものではなく、燃料噴射弁1のその他の多くの構造形式、特に外方に向かって開放する燃料噴射弁1においても実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による内燃機関の第1実施例の断面図である。
【図2】 本発明による内燃機関の第2実施例の断面図である。
【図3】 本発明による内燃機関の第3実施例の断面図である。
【図4】 図1〜図3に示された本発明による燃料噴射弁の実施例のためのストロークの機能としての、ばね力の経過を示す線図である。
Claims (4)
- 燃料を内燃機関の燃焼室内に直接噴射するための、内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁(1)であって、電磁コイル(2)と、閉鎖方向で戻しばね(8)によって負荷される可動子(7)と、この可動子(7)に摩擦接続式に結合された、弁閉鎖体(11)を操作するための弁ニードル(10)と、定置の内極(4)とを有しており、前記弁閉鎖体(11)が弁座面(12)と協働してシール座を形成している形式のものにおいて、
しゃ断ばね(19)が戻しばね(8)と協働して、戻しばね(8)のばね力としゃ断ばね(19)のばね力とが合計されて、戻しばね(8)が可動子(7)の全ストローク(hges)に亘って可動子(7)によってプレロードをかけられ、またしゃ断ばね(19)が、前記可動子(7)の全ストローク(hges)よりも小さい残りのストローク(hges−htei)だけに亘って可動子(7)によってプレロードをかけられるようになっており、前記遮断ばね(19)がコイルばね(19a)として構成されており、前記しゃ断ばね(19)が第1の端部(30)で定置のばね調節リング(20)に支えられていて、第2の端部(31)で軸方向しゅう動可能なリング(18)に当接しており、前記しゅう動可能なリング(18)が、定置の載設リング(17)上に載っており、前記弁ニードル(10)が、ばね調節リング(20)としゃ断ばね(19)としゅう動可能なリング(18)とを貫通しており、燃料噴射弁(1)の閉鎖状態において可動子(7)と磁石式の内極(4)との間で前記電磁コイル(2)内に第1の作業ギャプ(23)が存在しており、該第1の作業ギャプ(23)が、軸方向に摺動可能なリング(18)と弁ニードルストッパ(16)との間に存在する第2の作業ギャップ(24)よりも大きく、前記第1の作業ギャップ(23)は、電磁コイル(2)が励磁されると前記可動子(7)が前記内極(4)の下端面にぶつかるまで進む全ストローク(h ges )に相当することを特徴とする、燃料噴射弁。 - 燃料を内燃機関の燃焼室内に直接噴射するための、内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁(1)であって、電磁コイル(2)と、閉鎖方向で戻しばね(8)によって負荷される可動子(7)と、この可動子(7)に摩擦接続式に結合された、弁閉鎖体(11)を操作するための弁ニードル(10)と、定置の内極(4)とを有しており、前記弁閉鎖体(11)が弁座面(12)と協働してシール座を形成している形式のものにおいて、
しゃ断ばね(19)が戻しばね(8)と協働して、戻しばね(8)のばね力としゃ断ばね(19)のばね力とが合計されて、戻しばね(8)が可動子(7)の全ストローク(h ges )に亘って可動子(7)によってプレロードをかけられ、またしゃ断ばね(19)が、前記可動子(7)の全ストローク(h ges )よりも小さい残りのストローク(h ges −h tei )だけに亘って可動子(7)によってプレロードをかけられるようになっており、前記しゃ断ばね(19)が皿ばね(19b,19c)として構成されており、前記弁ニードル(10)に結合された弁ニードルストッパ(16)が皿ばね(19b)に当接し、燃料噴射弁(1)の閉鎖状態において可動子(7)と磁石式の内極(4)の間で前記電磁コイル(2)内に第1の作業ギャプ(23)が存在しており、該第1の作業ギャップ(23)が、皿ばね(19b)と弁ニードルストッパ(16)との間に存在する第2の作業ギャップ(24)よりも大きく、前記第1の作業ギャップ(23)は、電磁コイル(2)が励磁されると前記可動子(7)が前記内極(4)の下端面にぶつかるまで進む全ストローク(h ges )に相当することを特徴とする、燃料噴射弁。 - 戻しばね(8)のばね定数が、しゃ断ばね(19)のばね定数よりも小さい、請求項1又は2記載の燃料噴射弁。
- 弁ニードル(10)が管状の弁ニードルストッパ(16)に結合されている、請求項1から3までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
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