JP4638938B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁に関する。本発明は特に、混合機圧縮型自己着火式内燃機関の燃料噴射装置用のインジェクタに関する。

ＤＥ１０１６４１２３Ａ１に基づいて、内燃機関にディーゼル燃料を直接噴射する燃料噴射弁が公知である。この公知の燃料噴射弁は、複数のハウジング部分から成る弁ハウジングを有しており、この弁ハウジングは燃料流入管片と接続されている。この場合弁ハウジングの内部には、燃料を通すための通路が形成されており、この通路は圧力室に開口していて、この圧力室は噴射方向で見て、燃料噴射弁の行程増幅装置（Hubuebersetzungseinrichtung）の下で弁ハウジングの内部に設けられている。燃料の高圧に基づいて、通路の領域においては大きな力が作用するので、ハウジング部分は特に燃料通路の領域において中実に形成されている。燃料噴射弁の運転中に高圧下の燃料が存在する制御室の領域においても、弁ハウジングのハウジング部分は同様に中実に形成されている。

ＤＥ１０１６４１２３Ａ１に基づいて公知の燃料噴射弁には従って、著しい材料使用を伴う高い製作費が必要であり、さらに燃料噴射弁の構造寸法が使用可能な内室に比べて増大されている、という欠点がある。燃料噴射弁の増大には、さらに、行程増幅装置の下に設けられた圧力室に燃料を通すための通路の構成が関与している。

発明の利点
燃料噴射弁、特に混合機圧縮型自己着火式の内燃機関の燃料噴射装置用のインジェクタであって、１つの第１のハウジング部分と少なくとも１つの第２のハウジング部分とから成る弁ハウジングが設けられており、第１のハウジング部分のハウジング壁が結合領域において少なくとも間接的に、第２のハウジング部分のハウジング壁と結合されている形式のものにおいて、第１のハウジング部分のハウジング壁が結合領域において少なくとも間接的に、第２のハウジング部分のハウジング壁に、少なくとも半径方向において支持されており、第２のハウジング部分のハウジング壁が少なくとも結合領域において補強されて構成されていることを特徴とする、本発明による燃料噴射弁には、最適化された材料使用によって燃料噴射弁の弁ハウジングの安定性を保証することができる、という利点がある。特に、弁ハウジングのハウジング部分相互の間におけるシール性が改善されている。これによって従来技術に対して、安い製作費で、特に低い材料コストで、等しい安定性を得ることができ、さらに、燃料噴射弁のために必要な取付け空間を減じることができる。

請求項２以下に記載された構成によって、請求項１記載の燃料噴射弁の有利な実施形態が可能である。

本発明の有利な構成では、第１のハウジング部分のハウジング壁と第２のハウジング部分のハウジング壁とが、弁ハウジングの内室を画成しており、この内室内に、燃料噴射弁の運転時に高圧下にある燃料が存在している。このように構成されていると、付加的な燃料通路を必要とすることなしに、燃料を直接弁ハウジングの内室を通して導くことができる。そして弁ハウジングの両ハウジング部分の間における接合面におけるシール作用は、本発明の構成によって保証されている。

本発明の別の有利な構成では、第１のハウジング部分が第２のハウジング部分と緊締ナットを用いて結合されている。さらに、第１のハウジング部分が雄ねじ山を有していて、緊締ナットが雌ねじ山を有しており、緊締ナットの雌ねじ山が第１のハウジング部分の結合のために第２のハウジング部分と係合しており、緊締ナットが、第１のハウジング部分と緊締ナットとの互いに螺合しているねじ山を介して可能な限り均一な力伝達が行われるように、構成されていると、有利である。通常の螺合による結合では、保持力の最大部分は第１のねじ山によってもたらされる。緊締ナットの適宜な幾何学的な設計によって、燃料の高圧によって惹起される応力を最適化すること、特に均一に分布させることができ、その結果応力ピークが回避され、内圧によって生じる応力を付加的に減じる均一な応力負荷が発生する。緊締ナットの構成はこの場合、有限要素法を使用する方法を用いて規定することができる。本発明の特に有利な構成では、緊締ナットが少なくとも、互いに螺合している前方のねじ山の領域に、螺合している後方のねじ山の領域におけるよりも小さな壁厚を有している。

第２のハウジング部分が円錐形の支持肩部を有していて、第１のハウジング部分が支持肩部に支持されていると、有利である。このようになっていると、半径方向における第１のハウジング部分の有利な支持部が得られ、この支持部において、燃料の内圧に基づいてシール力が助成され、ひいてはハウジング部分の間における接合面におけるシール作用が助成される。

本発明の別の有利な構成では、第２のハウジング部分が結合領域に、第１のハウジング部分よりも大きな壁厚を有しており、このように構成されていると、支持作用がさらに改善される。択一的に又は付加的に、第２のハウジング部分を、高められた強度を有する材料から形成することができる。第２のハウジング部分は例えば、高合金鋼から製造されており、その結果、燃料噴射弁全体の製造に関して、製造に関する手間及びコストが最適化される。

図面
次に図面を参照しながら本発明の有利な実施例を説明する。

図１は、本発明による燃料噴射弁の１実施例を示す縦断面図である。

実施例の記載
図１には、本発明による燃料噴射弁１の１実施例が軸線を含む断面図で示されている。燃料噴射弁１は特に、混合機圧縮型自己着火式の内燃機関の燃料噴射装置用のインジェクタとして働くことができる。この燃料噴射弁１は特に商用車又は乗用車のために適している。この燃料噴射弁１は、高圧下で複数の燃料噴射弁１にディーゼル燃料を導くコモンレールを備えた燃料噴射装置のために有利に使用される。本発明による燃料噴射弁１はしかしながらまたその他の使用例のためにも適している。

燃料噴射弁１は、第１のハウジング部分２と第２のハウジング部分３とから成る弁ハウジング４を有している。第１のハウジング部分２はこの場合インジェクタ体２として形成され、第２のハウジング部分３はノズル体３として形成されている。さらに燃料噴射弁１は弁座体５を有しており、この弁座体５は第２のハウジング部分３と一体的に結合されている。弁座体５には弁座面６が形成されており、この弁座面６は、弁ニードル７によって操作可能な弁閉鎖体８と共働してシール座を形成している。この場合弁閉鎖体８は弁ニードル７と一体的に形成されている。

弁ニードル７は弁ニードルピストン９を有しており、この弁ニードルピストン９は第２のハウジング部分３の弁ニードルガイド１４内において案内されている。弁ニードル７はこの場合ほぼ第２のハウジング部分３の内部に配置されている。

燃料噴射弁１の第１のハウジング部分２は、簡単に図示された燃料流入管片１０を有しており、この燃料流入管片１０には、燃料噴射弁１をコモンレール又はその他の装置に接続するために、燃料管路（図示せず）が接続可能である。燃料流入管片１０は燃料通路１１を有しており、この燃料流入通路１１を介して燃料は、燃料噴射弁１の弁ハウジング４の内室１２内にもたらされることができる。内室１２はこの場合第１のハウジング部分２と第２のハウジング部分３とによって画成されている。さらに第２のハウジング部分３内には、燃料室１３が形成されており、この燃料室１３は、弁ニードルガイド１４内に設けられた貫流開口１５，１６を介して内室１２と接続されており、その結果、燃料通路１１を通って燃料噴射弁１内に導入された燃料は、内室１２及び貫流開口１５，１６を介して燃焼室１３内に達する。燃料の圧力は、この場合例えば２００ＭＰａ（２０００ｂａｒ）である。

弁ハウジング４の内室１２には圧電式のアクチュエータ１７が配置されており、この圧電式のアクチュエータ１７は複数の層から成っている。アクチュエータ１７には一側にアクチュエータ基部１８が設けられ、このアクチュエータ基部１８は第１のハウジング部分２の内側１９に支持されている。第１のハウジング部分２にはアクチュエータ基部１８に向かい合って電気的な接続箇所２０が形成されており、この接続箇所２０において、給電体（図示せず）が燃料噴射弁１と接続されることができ、これによって導電体２１，２２を、給電体を介して制御装置又はこれに類したものと接続させることができる。導電体２１，２２は第１のハウジング部分２とアクチュエータ基部１８とを貫いて弁ハウジング４の内室１２内に導かれ、電気的な接点２２，２３を介してアクチュエータ１７のアクティブ層と接続されている。アクチュエータ１７には他側にアクチュエータヘッド３０が設けられている。制御電圧がアクチュエータ１７に印加されると、アクチュエータ１７のチャージが行われ、その結果アクチュエータ１７は軸方向３１において弁ばね３２の力に抗して伸長し、この際にアクチュエータ１７はアクチュエータヘッド３０及び押圧プレート３３を介して、弁ピストン３４を軸方向３１で移動させる。

図１に示された実施例では、アクチュエータ１７のチャージによって、図１に示された弁ピストン３４の出発位置が生ぜしめられ、この出発位置において燃料噴射弁１は、以下においてさらに詳しく述べるように、閉鎖状態を占める。

弁ピストン３４は押圧プレート３３とは反対の側において制御室スリーブ３５内において案内されており、この制御室スリーブ３５は１つの縁部３６で絞りプレート３７に支持されており、これによって制御室３８が形成されている。制御室スリーブ３５はこの場合弁ばね３２によって負荷され、この弁ばね３２は一側で絞りプレート３３に支持され、かつ他側で制御室スリーブ３５の端面に支持されている。燃料噴射弁１の操作されていない状態において、制御室３８内には燃料が高圧下にある。

制御室３８は、絞りプレート３７に形成された絞り３９を介して、別の制御室４０と接続されている。制御室４０はこの場合、弁ニードルピストン９と絞りプレート３７と別の制御室スリーブ４１とによって形成されており、この別の制御室スリーブ４１は一側において縁部４２を介して絞りプレート３７に支持され、かつ他側において別の弁ばね４３によって負荷される。この弁ばね４３は一側において制御室スリーブ４１に支持され、かつ他側において、弁ニードルピストン９に固定されたリングエレメント４４に支持されている。燃料噴射弁１が閉鎖されている図示の出発状態において、燃焼室４０内には高圧下の燃料が存在している。

弁ピストン３４と制御室スリーブ３５と絞りプレート３７と制御室スリーブ４１と弁ニードルピストン９と弁ばね３２，４３とは、液圧式のカプラ４５の部分である。液圧式のカプラ４５によって、特に燃料噴射弁１の運転中に、温度変化によって惹起される燃料噴射弁１の構成部材の長さ変化が補償される。この場合弁ピストン３４と制御室スリーブ３５との間、及び弁ニードルピストン９と制御室スリーブ４１との間には、それぞれ空隙が形成されており、この空隙は、操作サイクルに比べて大きな時間にわたる燃料流入及び燃料流出を可能にする。

燃料噴射弁１を操作するためにアクチュエータ１７は制御電圧の低下によってディスチャージされ、その結果アクチュエータは軸方向３１とは逆に収縮する。弁ばね３２の力によって、押圧プレート３３に結合されたピストン３４は軸方向３１とは逆に移動し、その結果制御室３８における燃料の圧力は著しく低下する。絞り３９を介して、生じた圧力差に基づいて、制御室４０と制御室３８との間における圧力バランスもしくは圧力補償が行われ、これによって制御室４０における燃料の圧力も低下する。そして燃料室１３における燃料の高圧によって惹起される、弁ニードル７の弁ニードルピストン９における受圧肩部５０に作用する力は、逆向きに作用する力、すなわち弁ばね４３の力と、制御室４０における燃料の圧力によって生ぜしめられて弁ニードルピストン９に作用する力とから成る、逆向きに作用する力を上回る。これによって弁ニードルピストン９は軸方向３１とは逆向きに移動し、その結果弁ニードル７に結合された弁閉鎖体８は、弁座体５に形成された弁座面６から上昇し、弁座面６と弁閉鎖体８との間に形成されたシール座が開放される。これによって燃料は燃料室１３から開放されたシール座と噴射孔５２とを介して、図示されていない内燃機関の燃焼室に噴射される。

燃料噴射弁１を閉鎖するためにはアクチュエータ１７が、制御電圧の上昇によって再びチャージされ、その結果アクチュエータ１７は軸方向３１において伸長し、弁ピストン３４の相応な移動によって制御室３８における燃料の圧力は再び上昇する。これによって燃料は制御室３８から絞り３９を介して制御室４０内に流入し、その結果制御室４０内における燃料の圧力も上昇する。弁ばね４３の力と制御室４０における燃料の圧力によって弁ニードルピストン９に対して作用する力とから成る力が、受圧肩部５０を介してかつ弁閉鎖体８において弁ニードル７に作用する燃料の圧力に基づいて生じる力を上回るやいなや、弁ニードル７は、軸方向３１で、図１に示された出発位置へと移動し、この出発位置において燃料噴射弁１は再び閉鎖される。

第１のハウジング部分２は結合領域６０において第２のハウジング部分３と結合されている。そのために第１のハウジング部分２のハウジング壁６１は雄ねじ山４２を有しており、この雄ねじ山４２は、緊締ナット６４の雌ねじ山６３と螺合している。第２のハウジング部分３はハウジング壁６５を有しており、この場合ハウジング壁６５の段部６６が形成されていて、この段部６６は緊締ナット６４によって下から係合される。第１のハウジング部分２のねじ山６２に対する緊締ナット６４の螺合時に、緊締ナット６４は段部６６に支持されるので、第１のハウジング部分２は軸方向３１において第２のハウジング部分３の円錐形の支持肩部６７に向かって結合力を負荷される。第２のハウジング部分３のハウジング壁６５に形成された円錐形の支持肩部６７の領域において、弁ハウジング４の内室１２の横断面、特に直径は、軸方向３１において減じられている。

大きな取付け空間を必要とする燃料噴射弁１の構成部材は、内室の大きな横断面の領域に収容されている。例えばアクチュエータ１７、弁ばね４２、制御室スリーブ３５、弁ピストン３４及び絞りプレート３７のためには、大きな取付け空間が必要である。燃料噴射弁１の弁ハウジング４の外径を最適化するために、結合領域６０における第１のハウジング部分２のハウジング壁６１は、減じられた直径をもって形成されている。第１のハウジング部分２によって画成もしくは所定された内室１２の直径は、しかしながら軸方向３１において一定であるので、第１のハウジング部分２の壁厚は結合領域６０において減じられている。従って内室１２における燃料の高圧に基づいて、結合領域６０における第１のハウジング部分２のハウジング壁６５には大きな応力が生じる。これによって、結合領域６０における弁ハウジング４の第１のハウジング部分２の開放した端部は、シール性及び強度の設計に際して弱い箇所と見なされる。本発明によれば従って第１のハウジング部分２のハウジング壁６１は少なくとも間接的に、第２のハウジング部分３のハウジング壁６５に半径方向６８において支持されている。さらに第２のハウジング部分３のハウジング壁６５は、結合領域６０において補強されて構成されている。これによって、結合領域６０において第１のハウジング部分２のハウジング壁６１において燃料の高圧に基づいて生じる応力は、第２のハウジング部分３のハウジング壁６５によって受け止められ、その結果前記弱い箇所は解消される。特にこれによって内室１２における燃料の圧力を著しく上昇させることができ、これは例えば２００ＭＰａ（２０００ｂａｒ）の値である。第１のハウジング部分２のハウジング壁６１と第２のハウジング部分３のハウジング壁６５との間におけるシール作用は、一方では、軸方向３１において作用する緊締ナット６４の緊締力によってもたらされる。他方では、内室１２における燃料の圧力によって、第１のハウジング部分２のハウジング壁６１は半径方向６８において円錐形の支持肩部６７に向かって付加的に負荷され、これによって自動的に強化される付加的なシール作用が生じる。

結合領域６０における強度をさらに改善するために、第２のハウジング部分３のハウジング壁６５は少なくとも円錐形の支持肩部６７の領域において、強度を高められた材料から構成されていてもよい。

緊締ナット６４の構成によって生じる応力はさらに減じられる。緊締ナット６４の幾何学的な設計は有限要素法を用いて、応力ピークが回避されかつ均一な応力負荷が生じるように、決定され、均一な応力負荷によって付加的に、内圧によって生じる応力が減じられる。特に、ねじ山６２，６３の螺合領域における力分布を改善するために、緊締ナット６４は、係合している前方のねじ山の領域６９において、係合している後方のねじ山の領域７０におけるよりも小さな壁厚を有しており、これは例えば、結合領域６０における緊締ナット６４の、図１に示された腹部形状の構成によって得ることができる。

本発明は図示の実施例に制限されるものではない。特に本発明は、２つのハウジング部分２，３よりも多くのハウジング部分から成る弁ハウジング４を有している燃料噴射弁１のためにも適している。さらに本発明はまた、その他の操作機構を備えた燃料噴射弁１のためにも適している。特に、実施例において、距離増大装置（Wegverstaerker）として形成された液圧式のカプラ４５は、力増幅装置（Kraftverstaerker）として形成されていてもよく、又は、単に温度補償の機能を引き受けるだけでもよい。

本発明による燃料噴射弁の１実施例を示す縦断面図である。

Claims (6)

1. 燃料噴射弁（１）、特に混合機圧縮型自己着火式の内燃機関の燃料噴射装置用のインジェクタであって、１つの第１のハウジング部分（２）と少なくとも１つの第２のハウジング部分（３）とから成る弁ハウジング（４）が設けられており、第１のハウジング部分（２）のハウジング壁（６１）が結合領域（６０）において、第２のハウジング部分（３）のハウジング壁（６５）と結合されている形式のものにおいて、
   第１のハウジング部分（２）のハウジング壁（６１）が結合領域（６０）において、第２のハウジング部分（３）のハウジング壁（６５）に、少なくとも半径方向（６８）において支持されており、第２のハウジング部分（３）のハウジング壁（６５）が少なくとも結合領域（６０）において補強されて構成されており、第１のハウジング部分（２）のハウジング壁（６１）と第２のハウジング部分（３）のハウジング壁（６５）とが、弁ハウジング（４）の内室（１２）を画成しており、この内室（１２）内に、燃料噴射弁（１）の運転時に高圧下にある燃料が存在しており、第２のハウジング部分（３）がノズル体（３）として形成されており、第２のハウジング部分（３）が支持肩部（６７）を有しており、第１のハウジング部分（２）が支持肩部（６７）に支持されており、該支持肩部（６７）が円錐形の支持肩部（６７）として形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 第１のハウジング部分（２）が第２のハウジング部分（３）と緊締ナット（６４）を用いて結合されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 第１のハウジング部分（２）が雄ねじ山（６２）を有していて、緊締ナット（６４）が雌ねじ山（６３）を有しており、緊締ナット（６４）の雌ねじ山（６３）が第１のハウジング部分（２）の結合のために第２のハウジング部分（３）と係合しており、緊締ナット（６４）が、第１のハウジング部分（２）と緊締ナット（６４）との互いに螺合しているねじ山を介して少なくともほぼ均一な力伝達が行われるように、構成されている、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 緊締ナット（６４）が少なくとも、互いに螺合している前方のねじ山の領域（６９）に、螺合している後方のねじ山の領域（７０）におけるよりも小さな壁厚を有している、請求項３記載の燃料噴射弁。
5. 第２のハウジング部分（３）が結合領域（６０）に、第１のハウジング部分（２）よりも大きな壁厚を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
6. 第２のハウジング部分（３）が、第１のハウジング部分（１）の材料よりも高い強度を有する材料から形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。

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