JP5808340B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

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燃料噴射弁、すなわち内燃機関の燃料噴射装置に用いられる、特に燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁であって、当該燃料噴射弁が、少なくとも１つの励磁可能なアクチュエータと、弁長手方向軸線に沿って運動可能な弁部材とを有しており、該弁部材が、弁座と協働してシールを形成するようになっており、当該燃料噴射弁の噴射側の端部にノズルボディが設けられており、弁座の上流側に周方向で複数の流通範囲が設けられており、該流通範囲の間にそれぞれ弁部材のための案内範囲が位置しており、さらに弁座の下流側に複数の噴射開口が設けられており、該噴射開口の数が前記流通範囲の数とは異なっている形式の燃料噴射弁に関する。

図１には、公知先行技術に基づき公知である燃料噴射弁が例示的に図示されている。この燃料噴射弁は内燃機関のシリンダヘッドに設けられた取付け用孔内に挿入されている。このような構造の燃料噴射弁は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６０４９２５３号明細書に基づき既に公知である。この燃料噴射弁は、電磁回路の形の励磁可能なアクチュエータと、弁長手方向軸線に沿って運動可能な弁部材とを有しており、この場合、弁ニードルに設けられた弁閉鎖体が弁座と協働してシールを形成する。燃料噴射弁の噴射側の端部には弁座体が設けられており、この弁座体はノズルボディに取り付けられている。この弁座体は弁座の上流側で周方向に、燃料を流通させるための複数の流通範囲を有しており、これらの流通範囲の間には、それぞれ弁部材のための案内範囲が位置している。弁座の下流側では、弁座体に複数の噴射開口が設けられている。この燃料噴射弁は、混合気圧縮型の外部点火式の内燃機関の燃料噴射装置における使用のために特に好適である。

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、すなわち少なくとも２つの流通範囲が、周方向幅および／または半径方向深さのような寸法、および／または輪郭に関して互いに異なっているか、もしくは全周にわたって流通範囲の非対称的な分布が存在していることを特徴とする、内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁には、次のような利点がある。すなわち、簡単に製作可能な手段で噴射開口への改善された燃料流到達が得られ、その結果として、噴射開口の数が、弁座の上流側における燃料流の供給路の数とは一致していない公知の解決手段に比べて、スプレイ（噴流）特性値および流量特性値におけるばらつき減少が達成される。

噴射開口への燃料流の供給は、とりわけ均一化され、時間経過との関係で見て一層安定的となる。噴射開口における流量変動を減少させることができる。これにより、全スプレイパターンは一層安定した印象を残す。その結果、燃焼室内での燃料の一層きれいでかつ一層良好な燃焼が得られる。極端な事例では公知の解決手段における特定のスプレイパターンもしくは噴射開口の特定の設計の際に発生し得る燃焼不良は、本発明によれば回避され得る。燃料噴射弁の本発明における構成は、スプレイガイド式の燃焼方法のためにも適しているので有利である。

請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の燃料噴射弁の有利な改良および改善が可能となる。

少なくとも２つの流通範囲が、弁座の上流側で、周方向幅および／または半径方向深さのような寸法、および／または輪郭に関して互いに異なっていると特に有利である。噴射開口の数に関連して、流通範囲の周方向幅および半径方向深さは、広幅であると同時に深い方の流通範囲、または広幅の流通範囲ならびに深い方の流通範囲が、２つの噴射開口のための所要燃料量を確実にかつ信頼性良く提供するように設計され、それに対して、小幅であると同時に浅い方の流通範囲、または小幅の流通範囲ならびに浅い方の流通範囲が小さくされて、正確に１つの噴射開口のための十分な燃料量が提供されるように変えられている。

本発明の有利な構成では、噴射開口の数が、流通範囲の数よりも多い。

本発明の別の有利な構成では、５つの流通範囲と、５つよりも多い噴射開口とが設けられている。

本発明のさらに別の有利な構成では、流通範囲がノズルボディに形成されている。

本発明のさらに別の有利な構成では、噴射開口が、ノズルボディの底区分に形成されているか、またはノズルボディに取付け可能である別個の噴射孔付板に形成されている。

本発明のさらに別の有利な構成では、噴射開口は、該噴射開口が斜めに傾けられて半径方向外側に向かって延びるように方向付けられている。

本発明のさらに別の有利な構成では、流通範囲が、長手方向溝に似たフローポケットを形成している。

本発明のさらに別の有利な構成では、流通範囲の幾何学的形状および寸法は互いに等しく形成されているが、案内範囲の案内面の幅が互いに異なっていて、流通範囲の、周方向で非対称的な分布が存在している。

公知の構成の燃料噴射弁の一部を示す概略図である。 ノズルボディに設けられた多数の流通範囲を有する、図１に示した燃料噴射弁の噴射側の端部ＩＩの拡大図である。 図２に示した公知のノズルボディを図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って断面した断面図である。 本発明による燃料噴射弁の第１実施形態におけるノズルボディの範囲を示す、図３と同様の断面図である。 本発明による燃料噴射弁の第２実施形態におけるノズルボディの範囲を示す、図３と同様の断面図である。 本発明による燃料噴射弁の第３実施形態におけるノズルボディの範囲を示す、図３と同様の断面図である。

実施形態の説明
図１につき、公知の燃料噴射弁の基本的構造について簡単に説明する。図１には、１実施形態として、混合気圧縮型の外部点火式の内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁１の形の弁が側面図で図示されている。燃料噴射弁１は、内燃機関の燃焼室２５内に燃料を直接噴射するための直接噴射式の燃料噴射弁として構成されている。この燃料噴射弁１は下流側の端部１７を頭にして、シリンダヘッド９に設けられた取付け用孔２０内に挿入されている。図１に示した燃料噴射弁１の、「ＩＩ」で示した噴射側の端部１７は、燃料噴射弁１の本発明にとって重要な部分を特徴付けているので、図２に拡大図で図示してある。特にテフロン（登録商標）から成るシールリング２により、燃料噴射弁１はシリンダヘッド９の取付け用孔２０の壁に対して最適にシールされている。

燃料噴射弁１は弁ハウジング２２を有しており、この弁ハウジング２２の下流側の端部はノズルボディ１８として構成されている。弁ハウジング２２に設けられた段部２１または支持エレメント１９の下側の端面２１と、取付け用孔２０に設けられた、この取付け用孔２０の長手方向延在長さに対してたとえば直角に延びる肩部２３との間には、扁平な中間部材２４が挿入されており、この中間部材２４は座金の形に形成されている。

燃料噴射弁１の流入側の端部３は、燃料分配管路（フューエルレール）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、断面図で図示されている燃料分配管路４の接続管片６と、燃料噴射弁１に設けられた流入管片７との間でシールリング５によりシールされている。燃料噴射弁１は燃料分配管路４の接続管片６に設けられた収容開口１２内に押し込まれている。接続管片６はこの場合、たとえば固有の燃料分配管路４に一体に突設されていて、収容開口１２の上流側に小径の流れ開口１５を有している。この流れ開口１５を介して燃料噴射弁１への燃料供給が行われる。燃料噴射弁１は、この燃料噴射弁１を作動させるための電気的なコンタクトのための電気的な接続コネクタ８を有している。

燃料噴射弁１と燃料分配管路４とを、半径方向力がほとんど伝達されることなく互いに間隔を置いて配置し、かつ燃料噴射弁１をシリンダヘッド９の取付け用孔２０内に確実に押さえつけておくためには、燃料噴射弁１と接続管片６との間に押え１０が設けられている。この押え１０は、Ｕ字形のブラケット状の構成部分として形成されており、たとえば打抜き・曲げ成形部品として形成されている。押え１０は部分環状のベースエレメント１１を有しており、このベースエレメント１１から折り曲げられて、押えブラケット１３が延びている。この押えブラケット１３は組み込まれた状態において、燃料分配管路４の接続管片６の下流側の端面１４に接触している。

図２には、図１に示した燃料噴射弁１の噴射側の端部１７が拡大されて図示されている。この端部１７はノズルボディ１８に設けられた、燃料を流通させるための多数の流通範囲２６を有している。燃料噴射弁１は少なくとも１つの励磁可能なアクチュエータ（図示しない）、たとえば電磁回路、圧電式または磁気抵抗式のアクチュエータならびに弁長手方向軸線２７に沿って運動可能な弁部材を有している。図示されていない弁部材（弁ニードル、弁閉鎖体）は弁座２８と協働してシールを形成する。弁座２８は、たとえばノズルボディ１８自体に設けられた盲孔２９の下流側の端部に形成されている。弁座２８の上流側では、ノズルボディ１８の盲孔２９の壁に周方向で複数の流通範囲２６が形成されている。これらの流通範囲２６は、弁部材が組み込まれた状態でも弁座２８までの燃料流のスムーズな供給を可能にするフローポケットの形に加工成形されている。符号１８では、ノズルボディが示されているが、しかしこの場合、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００６０４９２５３号明細書の図２に図示されているような、特にノズルボディに取り付けられた弁座体が設けられていてもよい。

図３には、図２に図示された公知のノズルボディ１８を、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って断面した断面図が示されている。この断面図から判るように、流通範囲２６は、互いに間隔を置いて配置された、長手方向溝に似たフローポケットを形成している。各流通範囲２６の間には、それぞれ軸方向可動の弁部材のための案内範囲３０が位置している。公知の構成では、ノズルボディ１８に、たとえば５つの流通範囲２６が設けられている。弁座２８の下流側では、ノズルボディ１８の底区分３１またはノズルボディ１８に取付け可能である択一的な噴射孔付板（インジェクションオリフィスプレート）に、複数の噴孔もしくは噴射開口３２が形成されている。これらの噴射開口３２を通じて、燃料は微細噴霧されて燃焼室２５内に送り出される。噴射開口３２は、たとえば底区分３１もしくは噴射孔付板の厚さにわたって斜めに傾けられて半径方向外側へ向かって延びるように向けられている。

通常、いわゆる多孔弁（マルチオリフィス弁）では、噴射開口３２の数が、ノズルボディ１８に設けられた流通範囲２６の数とは異なっている。図３に示した公知の実施形態では、５つの流通範囲２６が設けられているのに対して、弁座２８の下流側には７つの噴射開口３２が続いている。これによって、これら５つの流通範囲２６は互いに対して７２゜の規則的な平均間隔を置いて位置していて、互いに等しい周方向幅および半径方向深さを持ってノズルボディ１８に加工成形されている。流通範囲２６の数と噴射開口３２の数との差に基づき、弁の設計に関連して、噴射開口３２への燃料流の供給に不安定性が生ぜしめられる。このことは、スプレイ（噴流）特性値および流量特性値の大きなばらつきを招く恐れがあるので不都合である。さらに、噴射量との対応関係が一義的でなくなり、かつ時間的に必ずしも安定しているとは云えなくなるので、不安定な、いわば「ばたついた（flatternd）」スプレイパターンが生じる恐れがある。

図４には、図３と同様の断面図で、本発明による燃料噴射弁１の第１実施形態におけるノズルボディ１８の範囲が図示されている。この構成では、少なくとも２つの流通範囲２６の周方向幅が互いに異なっている。すなわち、少なくとも２つの流通範囲２６が、大小異なる周方向幅を有している。噴射開口３２の数に関連して、流通範囲２６の周方向幅は、たとえば広幅の流通範囲２６が、２つの噴射開口３２のために必要となる所要燃料量を確実にかつ信頼性良く提供するように設計され、それに対して、小幅の流通範囲２６は図３に示した公知の解決手段に比べて小さくされて、正確に１つの噴射開口３２のための十分な燃料量が提供されるように変えられている。こうして、噴射開口３２への燃料流の均一でかつ時間的に安定した供給が保証され、ひいてはスプレイ特性値および流量特性値におけるばらつき減少が得られる。しかし、永久安定性のためには、案内範囲３０の案内面の幅が十分に大きく形成されたままであることが重要である。

図５には、図３と同様の断面図で、本発明による燃料噴射弁１の第２実施形態におけるノズルボディ１８の範囲が図示されている。この構成では、少なくとも２つの流通範囲２６の半径方向深さが互いに異なっている。すなわち、少なくとも２つの流通範囲２６が、大小異なる半径方向深さを有している。噴射開口３２の数に関連して、流通範囲２６の半径方向深さは、たとえば大きな深さを有する深い方の流通範囲２６が、２つの噴射開口３２のために必要となる所要燃料量を確実にかつ信頼性良く提供するように設計され、それに対して、小さな深さを有する浅い方の流通範囲２６が、図３に示した公知の解決手段に比べて小さくされて、正確に１つの噴射開口３２のための十分な燃料量が提供されるように変えられている。こうして、噴射開口３２への燃料流の均一でかつ時間的に安定した供給が保証され、ひいてはスプレイ特性値および流量特性値におけるばらつき減少が得られる。しかし、流通範囲２６の最大深さは、とりわけノズルボディ１８の下流側の端部１７の耐圧性によって決定される。

図６には、図３と同様の断面図で、本発明による燃料噴射弁１の第３実施形態におけるノズルボディ１８の範囲が図示されている。この構成では、少なくとも２つの流通範囲２６の周方向幅および半径方向深さが互いに異なっている。この点で、この第３実施形態は、前で説明した第１および第２の実施形態の組合せであると云える。噴射開口３２の数に関連して、流通範囲２６の周方向幅および半径方向深さは、たとえば広幅であると同時に大きな深さを有する流通範囲２６、または広幅の流通範囲２６ならびに深い方の流通範囲２６が、２つの噴射開口３２のための所要燃料量を確実にかつ信頼性良く提供するように設計され、それに対して、小幅であると同時に小さな深さを有する浅い方の流通範囲２６、または小幅の方の流通範囲２６ならびに浅い方の流通範囲２６が、図３に示した公知の解決手段に比べて小さくされて、正確に１つの噴射開口３２のための十分な燃料量が提供されるように変えられている。こうして、噴射開口３２への燃料流の均一でかつ時間的に安定した供給が最適化されて形成され得るようになり、ひいてはスプレイ特性値および流量特性値におけるばらつき減少が得られる。

択一的には、全周にわたって流通範囲２６の非対称的な分配を形成することもできる。これにより、流通範囲２６の均一な分配が放棄されており、この場合、流通範囲２６の幾何学的形状および寸法は等しいままであるが、案内範囲３０の案内面の幅は変化する。

Claims (7)

1. 内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁（１）であって、当該燃料噴射弁（１）が、少なくとも１つの励磁可能なアクチュエータと、弁長手方向軸線（２７）に沿って運動可能な弁部材とを有しており、該弁部材が、弁座（２８）と協働してシールを形成するようになっており、当該燃料噴射弁（１）の噴射側の端部（１７）にノズルボディ（１８）が設けられており、弁座（２８）の上流側に周方向で複数の流通範囲（２６）が設けられており、該流通範囲（２６）の間にそれぞれ弁部材のための案内範囲（３０）が位置しており、さらに弁座（２８）の下流側に複数の噴射開口（３２）が設けられており、該噴射開口（３２）の数が前記流通範囲（２６）の数とは異なっている形式の燃料噴射弁において、少なくとも２つの流通範囲（２６）が、周方向幅および／または半径方向深さのような寸法、および／または輪郭に関して互いに異なっており、流通範囲（２６）がノズルボディ（１８）に形成されており、噴射開口（３２）の数に関連して、広幅であると同時に深い方の流通範囲、または広幅の流通範囲ならびに深い方の流通範囲が、２つの噴射開口（３２）のための所要燃料量を提供できるように、それに対して、小幅であると同時に浅い方の流通範囲、または小幅の流通範囲ならびに浅い方の流通範囲が、正確に１つの噴射開口（３２）のための燃料量を提供できるように流通範囲（２６）の周方向幅および半径方向深さが変えられていることを特徴とする、内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁。
2. 噴射開口（３２）の数が、流通範囲（２６）の数よりも多い、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. ５つの流通範囲（２６）と、５つよりも多い噴射開口（３２）とが設けられている、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 噴射開口（３２）が、ノズルボディ（１８）の底区分（３１）に形成されているか、またはノズルボディ（１８）に取付け可能である別個の噴射孔付板に形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
5. 噴射開口（３２）は、該噴射開口（３２）が斜めに傾けられて半径方向外側に向かって延びるように方向付けられている、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. 流通範囲（２６）が、長手方向溝としてのフローポケットを形成している、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. 当該燃料噴射弁が、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。

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