JP4709451B2 - ノズルニードルにリング溝を備えた、内燃機関用の噴射ノズル - Google Patents
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Description
従来の技術
本発明は、内燃機関用の噴射ノズルであって、少なくとも1つの噴射孔とノズルニードル座とノズルニードルとを備えている形式のものに関する。
【0002】
このような形式の噴射ノズルでは、特にノズルニードルの部分行程領域において、流れ抵抗に大きなばらつきが、ひいては噴射される燃料量に大きなばらつきがある。その結果、このような噴射ノズルを備えた内燃機関の多くにおいて、放出特性及び消費特性は最適ではなくなる。
【0003】
ゆえに本発明の課題は、同じ構造形式の噴射ノズルの種々異なるサンプルにおいて、ノズルニードルの部分行程領域における噴射量のばらつきを減じることができる噴射ノズルを提供すること、ひいては本発明による噴射ノズルを備えた内燃機関の消費特性及び放出特性を改善することである。
【0004】
この課題を解決するために本発明の構成では、内燃機関用の噴射ノズルであって、少なくとも1つの噴射孔とノズルニードル座とノズルニードルとを備えている形式のものにおいて、ノズルニードルの、ノズルニードル座に向けられた端部が、リング溝を有しているようにした。
【0005】
ノズルニードル座側のノズルニードル端部に設けられたリング溝は、噴射ノズルの絞り作用にとって決定的である。リング溝を大きな再現精度をもって製造することができるので、噴射ノズルの絞り作用は、構造形式の同じ噴射ノズルの種々異なるサンプル間において極めて狭い範囲においてしかばらつかない。これによって、本発明による噴射ノズルの運転特性を測定することにより、構造形式の同じその他のすべての噴射ノズルの運転特性を、大きな精度で予測することができ、そして噴射動作のばらつきを相応に最適化させることができる。
【0006】
本発明の別の構成では、ノズルニードル座が円錐台形であり、このようになっていると、ノズルニードル座におけるノズルニードルの良好なシール性及び良好なセンタリングが達成される。
【0007】
本発明の別の構成では、ノズルニードル座の円錐角が60°であり、このようになっていると、ノズルニードルとノズルニードル座との間の良好なシール作用が得られる。
【0008】
本発明の別の有利な構成では、ノズルニードルの、ノズルニードル座に向けられた端部が、円錐体であり、ノズルニードルの円錐角が約1°まで、有利には15′〜30′だけ、ノズルニードル座の円錐角よりも大きくなっており、このようになっていると、シール面が小さくなり、ノズルニードルの最大直径の領域に設けられる。
【0009】
本発明の別の構成では、リング溝が円錐体の底面に対して平行に延びており、このようになっていると、ノズルニードルの全周にわたって等しい流れ条件が生ぜしめられる。
【0010】
本発明の別の構成では、ノズルニードル座に袋穴が接続していて、該袋穴が少なくとも1つの噴射孔を有しており、このようになっていると、本発明による噴射ノズルの利点を、袋穴-噴射ノズル(Satzloch-Einspritzduese)においても利用することができる。
【0011】
本発明の別の構成では、噴射ノズルの閉鎖時に、袋穴とノズルニードル座との間の移行部と、噴射ノズルの底部との間の間隔が、リング溝と噴射ノズルの底部との間の間隔にほぼ等しい。このようになっていると、ノズルニードルの部分行程領域においては、リング溝が移行部の代わりに、噴射ノズルの絞り作用を規定する。
【0012】
本発明の別の構成では、リング溝の幅が0.1mm〜0.3mm、有利には0.16mm〜0.24mmであり、このようになっていると、十分に大きな部分行程領域においてリング溝が噴射ノズルの絞り作用にとって決定的になる。リング溝はいずれにせよ、リング溝の前縁だけが短時間絞り作用を有するような大きさでなくてはならない。
【0013】
本発明の別の構成では、リング溝の深さが約0.02mm〜0.2mm、有利には0.08mm〜0.14mmである。このようになっていると、リング溝の容積は小さいままであり、ひいては、内燃機関の停止時に蒸発する燃料の量も少ないままである。それにもかかわらず、リング溝によって噴射ノズルの絞り作用には十分な影響が与えられる。
【0014】
本発明の別の構成では、袋穴が円錐形であり、このようになっていると、円錐形の袋穴-噴射ノズルの部分負荷特性が改善される。
【0015】
本発明の別の構成では、袋穴が円筒形であり、このようになっていると、円筒形の袋穴-噴射ノズルの部分負荷特性も改善される。
【0016】
本発明の別の構成では、袋穴がミニ袋穴(Mini-Sackloch)又はマイクロ袋穴(Mikro-Sackloch)であり、このようになっていると、本発明による利点をこのような噴射ノズルにおいて利用することができる。
【0017】
本発明の別の構成では、ノズルニードル座が少なくとも1つの噴射孔を有しており、このようになっていると、本発明による噴射ノズルの利点を、シートホール-噴射ノズル(Sitzloch-Einspritzduese)において利用することができる。シートホール-噴射ノズルにおいては時々、ノズルニードル座に対するノズルニードルのセンタリングが不足していることに基づいて、全周にわたって分配配置された噴射孔における燃料圧が等しくないという問題が生じ、これによって噴射時における不都合な条件の発生することがある。リング溝によって噴射孔間の圧力補償を行うことができ、その結果ノズルニードルにおけるセンタリングの不足は、噴射条件に対して不都合に作用しなくなる。
【0018】
本発明の別の構成では、噴射ノズルの閉鎖時に、噴射孔の長手方向軸線とノズルニードル座との交点(Durchstosspunkt)と、噴射ノズルの底部との間の間隔が、リング溝と噴射ノズルの底部との間の間隔にほぼ等しくなっており、このようになっていると、ノズルニードルの部分行程領域においてはリング溝が、ノズルニードル座から噴射孔への移行部の代わりに噴射ノズルの絞り作用を規定する。
【0019】
本発明の別の構成では、リング溝の幅が、噴射孔の直径よりも大きく、有利には約1.5倍大きくなっており、このようになっていると、噴射ノズルの絞り作用は、十分に大きな部分行程領域にわたってリング溝の影響を受けることになる。
【0020】
本発明のさらに別の構成では、リング溝の深さがリング溝の幅よりも小さいか又は、リング溝の深さが0.02mm〜0.1mm、有利には0.04mm〜0.07mmである。このようになっていると、リング溝の容積を小さく保つことができ、それにもかかわらず、リング溝によって噴射ノズルの絞り作用に対して十分な影響を与えることができる。
【0021】
図1は、本発明による袋穴-噴射ノズルを示す断面図、
図2は、本発明による袋穴-噴射ノズルの液圧直径とノズルニードルの行程との関係を示す特性線図、
図3は、本発明によるシートホール-噴射ノズルを示す断面図、
図4は、本発明によるシートホール-噴射ノズルの液圧直径とノズルニードルの行程との関係を示す特性線図である。
【0022】
図1には、円錐形の袋穴(Sackloch)2を備えた噴射ノズル1が示されている。袋穴2は円筒形であっても、又はミニ袋穴又はマイクロ袋穴2であってもよい。後者の場合には袋穴2の容積は図1に示された構造形式に比べて減じられている。これによって、内燃機関の停止時にわずかな燃料しか燃焼室に蒸発しなくなる。
【0023】
噴射孔3を介して、図示されていない燃料は袋穴2から同様に図示されていない燃焼室に達する。円錐形の袋穴2には、円錐台形のノズルニードル座4が接続している。ノズルニードル座4は60°の円錐角を有することができる。
【0024】
ノズルニードル座4にはノズルニードル5が載っている。図1からはっきりと分かるように、ノズルニードル5の円錐角はノズルニードル座4の円錐角よりも大きい。これによってノズルニードル5とノズルニードル座4との間の接触領域6はノズルニードル5の最大直径の領域に位置しており、かつノズルニードル5とノズルニードル座4との間の面圧が高められる。ノズルニードル5とノズルニードル座4との円錐角の相違は、図1において誇張して示されている。通常、両者の円錐角の相違は、1°よりも小さく、数分の角度範囲内にある。
【0025】
従来技術による袋穴2とノズルニードル座4との間の移行部は、ノズルニードル座4の研削時に発生した縁部7である。加工の形式に応じて縁部7は鋭いばりであっても又は滑らかな縁部であってもよい。縁部7の流れ抵抗は縁部7の特性によって大きな影響を受ける。
【0026】
ノズルニードル5に穿刺された又は研削されたリング溝8は、噴射ノズル1の流れ抵抗に対する縁部7の影響を減じる。リング溝8と噴射ノズル1の底部9との間の間隔は、噴射ノズル1の底部9と縁部7との間の間隔にほぼ等しい大きさである。これによってノズルニードル5の行程とは無関係に、噴射ノズル1の絞り作用は縁部7のジオメトリによってまったく又は問題にならないほどしか影響されない。この効果は、ノズルニードル座4とノズルニードル5の円錐部との間のリング間隙に比べて大きな、リング溝8と縁部7との間のリング間隙の液圧直径(hydraulischer Durchmesser)に基づいて、後者のリング間隙における流れ抵抗が前者のリング間隙の流れ抵抗よりも小さいことに起因する。両流れ抵抗はいわば直列に接続されているので、噴射ノズル全体の流れ抵抗にとっては主として最小の個別抵抗が基準になる。
【0027】
噴射ノズル1の流れ抵抗が縁部7の領域において分散しているもしくはばらつきを有していることは、図2の線図に示されている。図2には袋穴-噴射ノズル1の液圧直径11が縦軸に、かつノズルニードル行程10が横軸に定性的(qualitativ)にとられている。液圧直径11は、任意の貫流される横断面をその流れ抵抗に関して比較可能にする値である。基準値としては、円形横断面を有する管の流れ抵抗が働く。大きな液圧直径を有する横断面は、小さな流れ抵抗を有し、小さな液圧直径を有する横断面は、大きな流れ抵抗を有している。
【0028】
図2においてノズルニードル行程10は、2つの領域に分割されている。第1の領域は0から「a」まで延び、次いで部分行程領域と呼ばれる第2の領域は、「a」から「b」まで延びている。「c」のところでは全ノズルニードル行程が得られている。
【0029】
ノズルニードル5がノズルニードル座4に接触していて閉鎖されている噴射ノズル1が、開放されると、極めて小さなノズルニードル行程10時に接触領域6において極めて狭い間隙が生ぜしめられ、この間隙を通して、圧力下にある燃料は袋穴2内に流入することができる。この極めて狭い間隙は、噴射ノズル1の流れ抵抗を決定的に規定し、これによって液圧直径11をも決定する。この極めて狭い間隙の流れ抵抗は大きいので、極めて小さなノズルニードル行程10時における噴射ノズル1の液圧直径11は、極めて小さい。
【0030】
「a」と「b」との間の部分行程領域において、噴射ノズル1の流れ抵抗は従来技術によれば、ノズルニードル座4と袋穴2との間の縁部7によって決定的に規定される。したがって縁部7は部分行程領域において、噴射ノズル1の液圧直径に対しても大きな意味を有する。すなわち縁部7のジオメトリにおける変化は、液圧直径11の変化を生ぜしめる。全ノズルニードル行程「c」の領域においては、ノズルニードル1の噴射孔3が噴射ノズル1の液圧直径11のために決定的である。
【0031】
上に述べたように、縁部7のジオメトリにおけるばらつきは、特に「a」と「b」との間の部分行程領域において噴射ノズル1の特性線12を変化させる。
【0032】
図2には従来技術による噴射ノズル1の特性線12,13と、本発明による袋穴-噴射ノズル1の特性線14とが示されている。従来技術による袋穴-噴射ノズル1では、ノズルニードル5はリング溝を有していない。上に述べた縁部7のジオメトリにおけるばらつきに基づいて、構造形式の同じ噴射ノズル1の種々異なるサンプルの特性線もまた、特に部分行程領域においてばらつきがある。このことは特性線12,13相互の差異によって図2において示されている。
【0033】
特性線14は本発明による噴射ノズルを再現しており、本発明による噴射ノズルでは、特に部分行程領域において縁部7の絞り作用を生ぜしめない。それというのはこの場合、燃料がリング溝8内に逃げることができるからである。その結果、本発明による噴射ノズル1の部分行程領域における液圧直径11は、従来技術による噴射ノズル1の液圧直径11より大きい。特に、構造の等しい本発明による噴射ノズル1の種々異なるサンプルの特性線14は、特に部分行程領域において極めてわずかしかばらつかない。それというのは、リング溝8のジオメトリは大きな再現精度をもって製造することができるからである。
【0034】
大量生産で製造される内燃機関では、内燃機関及び所属の噴射系の特性マップ(Kennfeld)は、単数又は複数の選択されたテストサンプルを用いて測定によって検出される。このようにして検出された特性マップは、構造形式の同じすべての噴射系の基礎もしくは基本として用いられる。
【0035】
以下においては、特性線12が測定された特性線であり、この特性線12が噴射系の制御装置に蓄積されていると、仮定する。さらに、大量生産によって製造された噴射ノズル1は特性線13を有しているものと仮定する。そして特性線13を有する噴射ノズル1が、特性線12を蓄えている制御装置と共働すると、特性線13を有する噴射ノズル1の部分行程領域における実際の噴射量は、テストサンプルにおいて測定された特性線12を描く最適な噴射量と合致せず、その結果内燃機関の出力及び/又は放出特性は劣化する。
【0036】
本発明による噴射ノズル1では、特性線14は極めてわずかな値においてしかばらつかないので、本発明による噴射ノズル1を備えたすべての内燃機関では、制御装置内に蓄えられた特性線14と、取り付けられた噴射ノズル1の特性線14との間における合致が著しく改善される。この合致は、従来技術による噴射ノズル1におけるばらつきと比較して、例えばファクタ2又は3だけ改善されることができる。その結果、実際に噴射される燃料量は、制御装置によって所定された噴射量に正確に相当し、かつ内燃機関の消費特性及び放出特性は最適になる。
【0037】
図3には、シートホール(Sitzloch)として形成された噴射孔3を備えた本発明による噴射ノズル1が示されている。この場合使用されている符号は、図1において使用された符号に相当する。図1に示された実施例と図3に示された実施例との間の大きな違いは次のことにある。すなわち図3の実施例では、部分行程領域において縁部7の代わりに、ノズルニードル座4と噴射孔3との間における移行部15が噴射ノズル1の流れ抵抗にとって決定的である。本発明によるリング溝8はシートホール-噴射ノズルでは噴射孔3の高さに配置されており、その結果噴射ノズルの流れ抵抗に対する、ノズルニードル座4と噴射孔3との間の移行部15の影響は、強く減じられる。リング溝8と噴射ノズル1の底部9との間の間隔は、噴射ノズル1の底部9と、噴射孔3の長手方向軸線とノズルニードル座4との交点16との間の間隔にほぼ等しい大きさである。これによって、ノズルニードル5の行程とは無関係に、噴射ノズル1の絞り作用は、移行部15のジオメトリによってまったく又は少なくとも問題にならない程度にしか影響されない。
【0038】
図4には、従来技術による噴射ノズル1の特性線12と本発明によるシートホール-噴射ノズル1の特性線14とが示されている。
【0039】
本発明によるシートホール-噴射ノズルに対しては、袋穴-噴射ノズル1に関して上に述べた相違と同様のことが言える。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による袋穴-噴射ノズルを示す断面図である。
【図2】 本発明による袋穴-噴射ノズルの液圧直径とノズルニードルの行程との関係を示す特性線図である。
【図3】 本発明によるシートホール-噴射ノズルを示す断面図である。
【図4】 本発明によるシートホール-噴射ノズルの液圧直径とノズルニードルの行程との関係を示す特性線図である。
Claims (12)
- 内燃機関用の噴射ノズル(1)であって、少なくとも1つの噴射孔(3)と円錐台形のノズルニードル座(4)とノズルニードル(5)とを備えている形式のものにおいて、ノズルニードル(5)の、ノズルニードル座(4)に向けられた端部が、円錐体であり、該円錐体にリング溝(8)が形成されていて、該リング溝(8)に隣接した2つの円錐体部分が互いに等しい円錐角を有しており、ノズルニードル座(4)に袋穴(2)が接続していて、該袋穴(2)が少なくとも1つの噴射孔(3)を有しており、さらに噴射ノズル(1)の閉鎖時に、袋穴(2)とノズルニードル座(4)との間の移行部(7)と、噴射ノズル(1)の底部(9)との間の間隔が、リング溝(8)と噴射ノズル(1)の底部(9)との間の間隔にほぼ等しいことを特徴とする、ノズルニードルにリング溝を備えた、内燃機関用の噴射ノズル。
- ノズルニードル座(4)の円錐角が60°である、請求項1記載の噴射ノズル(1)。
- ノズルニードル(5)の円錐角が1°まで、ノズルニードル座(4)の円錐角よりも大きい、請求項1又は2記載の噴射ノズル(1)。
- リング溝(8)が円錐体の底面に対して平行に延びている、請求項1から3までのいずれか1項記載の噴射ノズル(1)。
- リング溝(8)の幅が0.1mm〜0.3mmである、請求項1記載の噴射ノズル(1)。
- リング溝(8)の深さが0.02mm〜0.2mmである、請求項1から5までのいずれか1項記載の噴射ノズル(1)。
- 袋穴(2)が円錐形である、請求項1から6までのいずれか1項記載の噴射ノズル(1)。
- 袋穴(2)が円筒形である、請求項1から6までのいずれか1項記載の噴射ノズル(1)。
- 内燃機関用の噴射ノズル(1)であって、少なくとも1つの噴射孔(3)と円錐台形のノズルニードル座(4)とノズルニードル(5)とを備えている形式のものにおいて、ノズルニードル(5)の、ノズルニードル座(4)に向けられた端部が、円錐体であり、該円錐体にリング溝(8)が形成されていて、該リング溝(8)に隣接した2つの円錐体部分が互いに等しい円錐角を有しており、ノズルニードル座(4)が少なくとも1つの噴射孔(3)を有しており、噴射ノズル(1)の閉鎖時に、噴射孔(3)の長手方向軸線とノズルニードル座(4)との交点(16)と、噴射ノズル(1)の底部(9)との間の間隔が、リング溝(8)と噴射ノズル(1)の底部(9)との間の間隔にほぼ等しいことを特徴とする、ノズルニードルにリング溝を備えた、内燃機関用の噴射ノズル。
- リング溝(8)の幅が、噴射孔(3)の直径よりも1.5倍だけ大きい、請求項9記載の噴射ノズル(1)。
- リング溝(8)の深さがリング溝(8)の幅よりも小さい、請求項9又は10記載の噴射ノズル(1)。
- リング溝(8)の深さが0.02mm〜0.1mmである、請求項9から11までのいずれか1項記載の噴射ノズル(1)。
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