JP5065405B2 - 燃料噴射弁および燃料噴射システム - Google Patents

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Description

背景技術
本発明は、請求項1の上位概念部に記載の形式の、特に内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁、すなわち当該燃料噴射弁が、シリンダヘッドに設けられた切欠き内に挿入可能であるノズルボディと、弁ハウジングと、該弁ハウジングに隣接したコネクタと、少なくとも1つの位置固定エレメントとを有しており、該位置固定エレメントが、ノズルボディを前記切欠き内で所定の位置に位置固定しており、該位置固定エレメントが、弁ハウジングとコネクタとの間の結合範囲から噴射側に延びている形式のものに関する。
さらに本発明は、請求項12の上位概念部に記載の燃料噴射システム、すなわちこのような燃料噴射弁と、該燃料噴射弁のノズルボディを収容するための少なくとも1つの切欠きを備えたシリンダヘッドとを有する燃料噴射システムに関する。
燃料噴流を実際に弁長手方向軸線の延長上に噴射する高圧噴射弁は極めて少数であり、たいていの場合、スプレは弁長手方向軸線に対して傾けられており、しかも多孔弁の場合には複数の噴射孔がもっぱら非対称的に配置されているので、高圧噴射弁を、該高圧噴射弁が挿入されるシリンダヘッド内で位置固定し、これによって弁の回動が行われ得なくし、ひいてはスプレ角度が常時、設計に相当するようにすることが重要となる。
シリンダヘッド内に高圧噴射弁を位置固定するための公知の解決手段は、たとえばシリンダヘッド内に挿入される弁体の外周面の所定の区分にリブを設け、次いでこのリブを、相応してシリンダヘッドに設けられた溝内に係合させることにある。しかしこのためには、相応してシリンダヘッドに溝がフライス加工されなければならないことが必要となる。これに加えて、フライス加工された溝内にリブが係合する範囲には、スペース理由から、シリンダヘッド内への組込み時に弁の導入を容易にする導入斜面を設けることができない。このような導入斜面が存在していないことにより、シリンダヘッド内への高圧噴射弁の組付けは困難となり、そしてFCA、すなわち既に複数の弁が組み付けられているレールの組付け(その場合、全ての高圧噴射弁がレールと共に同時にシリンダヘッド内へ組み付けられなければならない)は、それどころかほとんど不可能となるか、もしくは少なくともシリーズ生産には適さなくなる。なぜならば、組付け時に全ての弁がその位置に相応して後調整されなければならないからである。
シリンダヘッド内に高圧噴射弁を位置固定するための別の解決手段は、公知の押さえの使用により提供される。その場合、この押さえはレールとシリンダヘッドとに高圧噴射弁の位置を伝達する。
しかし、高圧噴射弁の位置を押さえに伝達し、次いでさらにレールに伝達することは、相応する押えの使用が可能であって、かつレールに、相応する面取り部、つまりこの場合にはレンチ幅が設けられている場合にしか可能とならない。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第19735655号明細書には、たとえば内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射装置が記載されている。この場合、各燃料噴射弁のためのシリンダヘッドが、燃料噴射弁の噴射区分を収容するための、対応する燃焼室に開口した収容孔を有している。この収容孔は段付き孔として形成されていて、先細りにされた区分を有しており、この区分には第1のシールエレメントが密に接触している。この第1のシールエレメントは噴射区分をシリンダヘッドに対してシールしている。燃料噴射弁は、Oリングとして形成された第1のシールエレメントに旋回可能に支承されており、この場合、この燃料噴射弁は所定の範囲内で立体角度αだけ僅かに旋回可能となる。ドイツ連邦共和国特許出願公開第19735655号明細書に記載の装置は、燃料噴射弁を長手方向軸線に対して立体角度範囲α内で旋回させることを可能にし、この場合、緊締つめによって全旋回範囲において燃料噴射弁に十分な押さえ力が伝達可能となる。シリンダヘッドにねじ込み可能である緊締つめの緊締ねじを締め付けることにより、燃料噴射弁はシリンダヘッドに固く位置固定される。
しかし、高圧噴射弁を位置固定するための、公知先行技術に基づき公知の全ての解決手段において不都合となるのは、位置固定の実現に伴い、高価なフライス加工プロセスが必要となることである。
発明の利点
請求項1の特徴部に記載の特徴を有する本発明による燃料噴射弁、すなわち前記少なくとも1つの位置固定エレメントの外周面が、膨隆部もしくは厚肉成形部を有しており、該膨隆部もしくは厚肉成形部が、外側へ向かって湾曲された端面および/または平坦な端面を備えた、外側へ突出した少なくとも1つのエレメントにより形成されていることを特徴とする燃料噴射弁および請求項12の特徴部に記載の特徴を有する本発明による燃料噴射システム、すなわちシリンダヘッドに、位置固定エレメントを収容するための第2の切欠きが設けられており、該第2の切欠きが長孔の形に形成されていることを特徴とする燃料噴射システムには、従来のものに比べて次のような利点がある。シリンダヘッド内に燃料噴射弁を位置固定するための廉価な解決手段が可能となり、しかもこの解決手段は、一方では個々の高圧噴射弁ならびにFCAの問題なしの組付けのための十分な導入斜面をも可能にし、他方では弁の正確な位置決めを確保する。
本発明によれば、ノズルボディを第1の切欠き内で所定の位置に位置固定する位置固定エレメントが設けられている。この位置固定エレメントはクラウニング状(ballig)の輪郭を備えた膨隆部もしくは厚肉成形部の形に形成されている。位置固定エレメントは外側へ向かって湾曲された端面および/または平坦な端面を有している。シリンダヘッドは長孔の形の相応する第2の切欠きを有しており、この第2の切欠き内に位置固定エレメントが挿入可能である。位置固定エレメントは、有利には、たとえば弁ハウジングの外周面に設けられた射出成形されたピンとして設けられていてよい。その場合、このピンはシリンダヘッドに設けられた孔もしくは切欠き(またはレール)内へ係合し、ひいては燃料噴射弁を所定の位置に確実に位置固定する。
位置固定エレメントの長手方向軸線は燃料噴射弁の長手方向軸線に対してほぼ同軸的に設けられている。
位置固定エレメントのクラウニング状の輪郭はクラウニング状の輪郭の上方にアンダカット部を有していると有利である。これにより、位置固定エレメントの形のこの回動防止固定部のひっかかりが阻止され、ひいては位置固定エレメントの破断も阻止される。
さらに、位置固定エレメントの形の回動防止固定部がクラウニング状の輪郭の下方で下方へ向かって、つまり燃料噴射弁の噴射側の端部の方向へ先細りになっていると特に有利である。これにより、高圧噴射弁の組付けを容易にするための導入斜面が設けられる。
燃料噴射弁が、規格通りに、補償エレメントとして働くレールに対する中間スリーブを用いないで組み付けられる場合、シリンダヘッドに長孔または片側の開いた長孔が設けられていると特に有利である。バケット形レール接続管片とシリンダヘッド孔との間の誤差補償のためには、高圧噴射弁が軽度に傾けられなければならない。このような傾斜は回動防止固定部における運動を生ぜしめる。したがって、半径方向において十分なスペースが存在していることが重要となる。これにより、誤差補償による弁の半径方向運動が生じても、回動防止固定部もしくは位置固定エレメントに対する横方向力(歪み)は生ぜしめられなくなる。
このことは、シリンダヘッドに設けられた切欠きもしくは孔が円形に形成されていて、ただし回動防止固定部として働く位置固定エレメントよりも著しく大きな直径を有していることにより達成され得る。しかし、このような構成はセンタ位置もしくは中心位置における大きな遊び、ひいては大きなスプレ偏差を生ぜしめる恐れがある。それに比べて、切欠きもしくは孔が長孔として形成されることは特に有利になる。なぜならば、シリンダヘッド孔と回動防止固定部との間の所要の組付け遊びが、バケット形レール接続管片とシリンダヘッド孔との間の変位の影響を受けなくなるからである。これによって、シリンダヘッド孔もしくはシリンダヘッド切欠きと、位置固定エレメントの形の回動防止固定部との間の組付け遊びを一定にかつ特に小さく保持することができる。また、このような構成も、スプレ誤差に対して特に好都合な作用を有する。
さらに、当該燃料噴射弁が、非対称的に配置された複数の噴射孔を備えた多孔弁であり、かつこれらの噴射孔を通じて噴射された燃料噴流が、弁長手方向軸線に対して相対的に傾けられていることが有利である。
さらに、回動防止固定部もしくは少なくとも1つの位置固定エレメントが係合する孔もしくは切欠きが、片側の開いた長孔として形成されていると有利である。このことは特に狭められたスペース事情において有利である。なぜならば、このような構成では、導入斜面を有利に不要にすることができるからである。
切欠きの輪郭を画定する画定部は、製造方法に応じて、たとえば半径を持って、あるいは角張った縁部を持って形成されていてよい。また、既にシリンダヘッドの鋳造と共に製造され得る輪郭も可能である。
以下に、本発明による燃料噴射弁ならびに本発明による燃料噴射システムならびに公知先行技術による燃料噴射システムの実施例を図面につき詳しく説明する。
回動防止固定部を備えた燃料噴射弁の概略的な横断面図である。 本発明による位置固定エレメントの側面図である。 位置固定エレメントの1実施例を示す断面図である。 位置固定エレメントの別の実施例を示す断面図である。 位置固定エレメントのさらに別の実施例を示す断面図である。 位置固定エレメントのさらに別の実施例を示す断面図である。 本発明による位置固定エレメントを部分的に断面して示す側面図である。 クラウニング状の輪郭を有する位置固定エレメントの区分の1実施例を示す側面図である。 クラウニング状の輪郭を有する位置固定エレメントの区分の別の実施例を示す側面図である。 クラウニング状の輪郭を有する位置固定エレメントの区分のさらに別の実施例を示す側面図である。 クラウニング状の輪郭を有する位置固定エレメントの区分のさらに別の実施例を示す側面図である。 シリンダヘッドに設けられた切欠きの1実施例を示す断面図ならびに対応する平面図である。 シリンダヘッドに設けられた切欠きの別の実施例を示す断面図ならびに対応する平面図である。 シリンダヘッドに設けられた切欠きのさらに別の実施例を示す断面図ならびに対応する平面図である。 円形のシリンダヘッド孔もしくは切欠き内の回動防止固定部の1実施例を示す断面図である。 長孔として形成されたシリンダヘッド孔もしくは切欠き内の回動防止固定部の1実施例を示す断面図である。
実施例の説明
図1には、燃料噴射弁1の概略的な横断面図が示されている。直接噴射式の燃料噴射弁の形の燃料噴射弁1は内燃機関のシリンダヘッド2内に組み込まれている。
燃料噴射弁1の流入側の端部3は燃料分配管路4に対する差込み結合部を有している。この差込み結合部は燃料分配管路4と、燃料噴射弁1の供給管片6との間のOリングの形のシール部材5によってシールされている。燃料噴射弁1は、この燃料噴射弁1を操作するための電気的なコンタクティングのためのコネクタ7を有している。
燃料噴射弁1はシリンダヘッド2に設けられた第1の切欠き9もしくは第1の収容孔内に下敷きリング8を有している。この下敷きリング8は収容孔9内での燃料噴射弁1のための補償エレメントとして働き、個々の構成部分、たとえばノズルボディ11または弁ハウジング13の製作誤差ならびに熱膨張に基づいた誤差を補償する。
ノズルボディ11は噴射側の端部に、このノズルボディ11に差し被せられたシールリング12を有している。図示の燃料噴射システム10は、燃料噴射弁1が燃料分配管路4に対する中間スリーブを用いて組み付けられるのではなく、燃料分配管路4と燃料噴射弁1との間にOリング5の形のシール部しか存在していない例である。さらに、この燃料噴射弁1は長手方向軸線16の延長上で噴射を行うので、長手方向軸線16に対して傾けられていない。コネクタ7と弁ハウジング13との間の結合範囲28の噴射側には、位置固定エレメント15が延びている。この位置固定エレメント15はシリンダヘッド2に設けられた盲孔の形の第2の切欠きもしくは第2の収容孔31内に収容されている。この場合、位置固定エレメント15の長手方向軸線29はノズルボディ11の長手方向軸線16に対して同軸的に延びている。位置固定エレメント15の外周面には、クラウニング状(ballig)の輪郭を有する、外側へ突出した4つのエレメント30の形の膨隆部もしくは厚肉成形部が設けられている。しかし、外側へ突出したエレメント30の数は可変である。すなわち、4つのエレメント30の代わりに、たとえば2つのエレメント30、あるいはまた4つよりも多いエレメント30を設けることもできる。位置固定エレメント15は、たとえばコネクタ7の電気的な線路を埋め込むように射出成形されたプラスチック射出成形被覆体の一部として一体に射出成形されている。
図2には、本発明による位置固定エレメント15の側面図が示されている。弁ハウジング13は、コネクタ7を形成するために射出成形されたプラスチック射出成形被覆体を備えている。このプラスチック射出成形被覆体の外周面には、外側へ突出した位置固定エレメント15が一体成形されている。この位置固定エレメント15はクラウニング状の輪郭を形成していて、シリンダヘッド(図示しない)内での弁の回動防止固定部として働く。補強目的のために、同じく位置固定エレメント15の外周面には、長手方向軸線29に沿ってリブ17が設けられている。このリブ17は位置固定エレメント15に一緒に一体射出成形されている。
位置固定エレメント15もしくはそのクラウニング状の輪郭およびこの位置固定エレメント15から半径方向外側へ向かって突出した、膨隆部もしくは厚肉成形部を形成するエレメント30は、その上側の流入側端部にアンダカット部19が設けられかつ位置固定エレメント15が燃料噴射弁1の噴射方向に、連続的な先細り部の形の導入斜面18を有するように形成されている。導入斜面18は燃料噴射弁1の組付けを容易にする。クラウニング状の輪郭の上端部に設けられたアンダカット部19はさらに、位置固定エレメント15がシリンダヘッド孔もしくは切欠き(図示しない)内にひっかかって固着してしまうことを阻止する。
図3a、図3b、図3cおよび図3dには、それぞれ本発明による回動防止固定部もしくは位置固定エレメント15の種々の実施例を示す、図2のIII−III線に沿った断面図が示されている。
図3aに示した回動防止固定部は、外側へ突出した4つのエレメント30を有しており、これらのエレメント30はそれぞれ90゜の間隔を置いて位置固定エレメント15の外周面に設けられており、したがって位置固定エレメント15に4つのクラウニング状の輪郭もしくは厚肉成形部を形成している。
図3bに示した実施例は、同じく外側へ突出した4つのエレメント30を有しているが、しかしこれらのエレメント30のうち、互いに背中合わせに位置するそれぞれ2つのエレメント毎に長さが異なっており、この長さを持ってエレメント30は位置固定エレメント15から半径方向外側へ突出している。位置固定エレメント15の外側へ突出した端面はこの場合、図3aに示した実施例とは異なり平坦に形成されているが、しかし曲率を有していてもよい。その場合、クラウニング状の輪郭が設けられる。
図3cに示した実施例では、外側へ突出したエレメント30が2つしか設けられていない。外側へ突出したエレメント30が設けられていない、位置固定エレメント15の残りの外面は任意に形成されていてよい。
図3dに示した実施例は図3aに示した実施例に類似しているが、しかしこの場合、付加的に位置固定エレメント15の外周面に、横方向に延びるリブ17の形の補強部が設けられている。
図4には、シリンダヘッド2に設けられた第2の切欠き31の長手方向軸線20に対する位置固定エレメント15の長手方向軸線29のずれもしくは偏差が概略的に図示されている。この場合、両長手方向軸線は角度αを成しており、この角度αはバケット形レール接続管片(Railtasse)21内でのOリング5の位置23の回動点(旋回点)と、ノズルボディ11の外周面を取り囲むように設けられたシールリング12(図示しない)の形の燃焼室シール部材の位置22の回動点(旋回点)との間での燃料噴射弁1の傾斜をも特徴付ける。クラウニング状の輪郭を備えた位置固定エレメント15の形の燃料噴射弁1の回動防止固定部は第2の切欠き31内に係合している。本発明によるこのような配置構成により、相応する誤差補償時に回動防止固定部は切欠き31内で同じく傾斜する。もしも回動防止固定部がクラウニング状の輪郭もしくはこのクラウニング状の輪郭の上方のアンダカット部を有していなければ、回動防止固定部もしくは位置固定エレメント15は切欠き31内で傾動してひっかかり、場合によっては破断してしまう恐れがある。
図5a、図5b、図5cおよび図5dには、位置固定エレメント15の外周面に設けられた回動防止固定部もしくは厚肉成形部または外側へ突出したエレメント30の種々の実施例を有する区分の種々の側面図が図示されている。
図5aに示した実施例では、位置固定エレメント15の外周面に、半径方向外側へ突出したエレメント30が設けられており、これらのエレメント30はクラウニング状の輪郭を有している。位置固定エレメント15の下端部は導入斜面18を有している。
それに対して、図5bに示した実施例では、導入斜面18が設けられておらず、外側へ突出したエレメント30は丸く面取りされた形状を有している。
図5cに示した実施例では、外側へ突出したエレメント30の外側の端面24が、平坦に形成されており、図5bに示した実施例の場合のように丸く面取りされていない。さらにエレメント30は外側の端面24の上方および下方でこの端面24に隣接して各アンダカット部19を有している。
図5dに示したさらに別の実施例では、外側へ突出したエレメント30が、位置固定エレメント15の長手方向軸線29の方向に延伸されたクラウニング状の輪郭を有しており、このクラウニング状の輪郭は上端部にアンダカット部19もしくは引込み部を備えている。
図6a、図6bおよび図6cには、それぞれシリンダヘッド2に種々異なって形成された第2の切欠き31の断面図および対応する第2の切欠き31の平面図が図示されている。図6aに示した実施例では、第2の切欠き31もしくはシリンダヘッド孔が円形に形成されており、この第2の切欠き31内に位置固定エレメント15の回動防止固定部(図示しない)が係合する。第2の切欠き31はこの場合、位置固定エレメント15(図示しない)の半径方向の運動を可能にするために回動防止固定部よりも著しく大きく形成されていなければならない。第2の切欠き31はさらに、導入斜面18である上側の中空円錐台形状の区分25と、この区分25に続いた中空円筒状の区分26とを有している。図6bに示した実施例では、位置固定エレメント15の回動防止固定部(図示しない)が係合する第2の切欠き31が長孔として形成されている。この場合、シリンダヘッド孔もしくは第2の切欠き31との間の所要の組付け遊びが、バケット形レール接続管片21とシリンダヘッド孔もしくは第2の切欠き31との間の変位とは無関係になる、つまりこの変位の影響を受けなくなることが特に有利である。これによって、シリンダヘッド孔もしくは第2の切欠き31と回動防止固定部との間の組付け遊びを一定にかつ特に小さく保持することができる(図7b参照)。
図6cに示したさらに別の実施例では、第2の切欠き31が、片側の開いた長孔として形成されている。このことは、特に狭められたスペース事情において有利になる。なぜならば、導入斜面18を不要にすることができるからである。第2の切欠き31の輪郭を画定する画定部は、製造方法に応じて所定の半径(破線により示す)を持って形成されているか、または段部27によって角張った縁部を持って形成されていてよい。
図7aおよび図7bには、位置固定エレメント15に形成された、外側へ突出したエレメント30が、円形の切欠き31ならびに長孔として形成された切欠き31との間で有する互いに異なる組付け遊びが示されている。間隔aで示したように、センタ位置もしくは中心位置では大きな遊びが存在する。このことは大きなスプレ偏差を生ぜしめる結果となる。また、この大きな遊びは、間隔bで示したように燃料噴射弁1が傾斜位置に位置していると一定ではなくなる。図面から判るように、中心位置における組付け遊びは傾斜位置におけるよりも大きく形成されている。このことは、切欠き31が長孔として形成されている場合には当てはまらない(図7b)。この場合、間隔cで示した組付け遊びは、中心位置においても傾斜位置においても一定に維持されている。

Claims (17)

  1. 内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁(1)であって、当該燃料噴射弁(1)が、シリンダヘッド(2)に設けられた切欠き(9)内に挿入可能であるノズルボディ(11)と、弁ハウジング(13)と、該弁ハウジング(13)に隣接したコネクタ(7)と、少なくとも1つの位置固定エレメント(15)とを有しており、該位置固定エレメント(15)が、ノズルボディ(11)を前記切欠き(9)内で所定の位置に位置固定しており、該位置固定エレメント(15)が、弁ハウジング(13)とコネクタ(7)との間の結合範囲(28)から噴射側に延びている形式のものにおいて、前記少なくとも1つの位置固定エレメント(15)の外周面が、膨隆部もしくは厚肉成形部を有しており、該膨隆部もしくは厚肉成形部が、外側へ向かって湾曲された端面(24)および/または平坦な端面(24)を備えた、外側へ突出した少なくとも1つのエレメント(30)により形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
  2. 弁ハウジング(13)が、コネクタ(7)を形成するために射出成形されたプラスチック射出成形被覆体を備えており、該プラスチック射出成形被覆体に位置固定エレメント(15)が一体成形されている、請求項1記載の燃料噴射弁。
  3. 位置固定エレメント(15)の外周面が、外側へ突出したエレメント(30)の形の2つの膨隆部もしくは厚肉成形部を有しており、両膨隆部もしくは厚肉成形部が、位置固定エレメント(15)に、互いに背中合わせに位置する側で形成されている、請求項1または2記載の燃料噴射弁。
  4. 外側へ突出した4つのエレメント(30)が、位置固定エレメント(15)の外周面にそれぞれ90゜の間隔を置いて形成されている、請求項2または3記載の燃料噴射弁。
  5. 前記位置固定エレメント(15)が、一体射出成形されたピンの形に形成されている、請求項2から4までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
  6. 外側へ突出した前記エレメント(30)の輪郭の上方で、当該燃料噴射弁(1)の流入側の端部(3)の方向にアンダカット部(19)が設けられている、請求項1から5までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
  7. 外側へ突出した前記エレメント(30)の輪郭が、当該燃料噴射弁(1)の噴射側の端部(14)の方向に連続的に先細りになっている、請求項1から6までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
  8. 位置固定エレメント(15)の外周面に、補強部として働くリブ(17)が設けられている、請求項2から7までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
  9. 当該燃料噴射弁(1)が、燃料分配管路(4)のバケット形レール接続管片(21)に対してOリング(5)を用いてシールされている、請求項8記載の燃料噴射弁。
  10. 当該燃料噴射弁(1)が、非対称的に配置された複数の噴射孔を備えた多孔弁である、請求項1から9までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
  11. 噴射孔を通じて噴射された燃料噴流が、弁長手方向軸線(16)に対して相対的に傾けられている、請求項1から10までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
  12. 請求項1から11までのいずれか1項記載の燃料噴射弁(1)と、該燃料噴射弁(1)のノズルボディ(11)を収容するための少なくとも1つの切欠き(9)を備えたシリンダヘッド(2)とを有する燃料噴射システム(10)において、シリンダヘッド(2)に、位置固定エレメント(15)を収容するための第2の切欠き(31)が設けられており、該第2の切欠き(31)が長孔の形に形成されていることを特徴とする燃料噴射システム。
  13. 前記長孔が、片側の開いた長孔として形成されている、請求項12記載の燃料噴射システム。
  14. 第2の切欠き(31)が、導入斜面(18)を設けるために少なくとも所定の区分(25)で中空円錐台形状に形成されている、請求項12または13記載の燃料噴射システム。
  15. 第2の切欠き(31)が、少なくとも所定の区分(26)で中空円筒状に形成されている、請求項12から14までのいずれか1項記載の燃料噴射システム。
  16. 燃料噴射弁(1)の流入側の端部(3)が、燃料分配管路(4)のバケット形レール接続管片(21)に結合されている、請求項12から15までのいずれか1項記載の燃料噴射システム。
  17. 前記少なくとも1つの位置固定エレメント(15)が、第2の切欠き(31)の内側の壁と係合している、請求項12から16までのいずれか1項記載の燃料噴射システム。
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