JP5865911B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、改善された、より廉価な構造を有する燃料噴射装置に関する。

燃料直接噴射の領域では、外側に向かって開くタイプの弁ニードルを備えたピエゾインジェクタがますます多く使用される傾向にある。この場合、一方では弁ニードルの正確な案内が確保されなければならず、他方ではインジェクタの、燃料で充填された範囲と、乾いた（燃料不含の）範囲（乾範囲）との間での確実でかつ長期耐用のシールが確保されなければならないことが判った。

発明の開示
請求項１の特徴部に記載の特徴を具備する本発明による燃料噴射装置、すなわち外側に向かって開く弁ニードルを備え、該弁ニードルに結合されたピエゾアクチュエータを備え、第１の貫通開口を備えた弁ボディを備え、該弁ボディに結合された、第２の貫通開口を備えた保持ボディを備え、前記弁ボディは弁座と、前記弁ニードルを案内する第１の案内範囲とを有し、前記弁ニードルは前記弁ボディおよび前記保持ボディの内部に配置されており、前記弁ボディに設けられた前記第１の貫通開口はアンダカット部なしに形成されていることを特徴とする燃料噴射装置には、従来のものに比べて、著しく単純でかつ廉価な構造を有するという利点がある。これにより、大量生産時における極めて大きな節約ポテンシャルが得られる。さらに、より簡単な組付けも可能となる。このことは本発明によれば、当該燃料噴射装置が、ピエゾアクチュエータにより操作される、外側に向かって開く弁ニードルを有することにより達成される。さらに、第１の貫通開口を備えた弁ボディおよびこの弁ボディに結合された、第２の貫通開口を備えた保持ボディが設けられている。弁ニードルはこの場合、これら両貫通開口内に配置されている。弁ボディは弁座の他に、弁ニードルを案内する第１の案内範囲をも備える。この場合、第１の貫通開口は弁ボディに、この第１の貫通開口がアンダカット部を有しないように設けられている。言い換えれば、この第１の貫通開口内に溝状の切欠き等が存在しないように細長い貫通開口が形成されている。これにより、第１の貫通開口は一方の側から、たとえば多段式の穿孔法によって迅速にかつ廉価に製作され得る。さらに、有利には弁座と、弁ニードルの案内範囲も、１回のクランプもしくは１回のチャッキングで第１の貫通開口の片側から研削加工され得る。この場合、特に手間のかかる両側からの研削加工プロセスを回避することができる。

請求項２以下には、本発明の有利な改良形が記載されている。

さらに有利な構成では、当該燃料噴射装置が、保持ボディ内に配置された、第２の案内範囲を備えたブッシュを備え、この第２の案内範囲に弁ニードルが案内されている。第２の案内範囲は、好ましくは当該燃料噴射装置の乾いた範囲、すなわち乾範囲に配置されているので、このために耐食性の材料が使用されなくて済む。

さらに別の有利な構成では、当該燃料噴射装置が、当該燃料噴射装置の、燃料で充填された範囲を、燃料不含の乾範囲からシールする波形ベローズを備える。この場合、波形ベローズの第１の端部は、直接に弁ニードルに配置されている。これにより、構成部分点数を減少させることができる。なぜならば、弁ニードルには、波形ベローズを固定するための付加的なリング等が設けられなくて済むからである。波形ベローズはさらに有利には、単層の金属材料から製造されており、これにより波形ベローズは特に廉価となる。さらに別の有利な構成では、波形ベローズの第２の端部が、前記保持ボディに配置された前記ブッシュに固定されている。したがって、既に構成部分「弁ニードル」、「波形ベローズ」および「ブッシュ」の前組立てを行うことが可能であり、その場合、これらの構成部分を構成アッセンブリとして当該燃料噴射装置内へ組み付けることができる。

さらに別の有利な構成では、当該燃料噴射装置が戻しエレメントを備え、該戻しエレメントは前記保持ボディに支持されている。戻しエレメントは好ましくは円筒形ばねである。戻しエレメントはさらに別の有利な構成では、当該燃料噴射装置の乾いた範囲、すなわち乾範囲に配置されている。さらに別の有利な構成では、戻しエレメントが、皿形エレメントに支持されており、この皿形エレメントは弁ニードルに固定されている。皿形エレメントは弁ニードルの噴射側とは反対の側の端部に配置されていると有利である。

特に簡単でかつ迅速な組付けのためには、前記弁ボディが第１の接触面を有し、前記保持ボディが第２の接触面を有する。第１、第２の両接触面は互いに接触して、当該燃料噴射装置の中心軸線に対して直角に配置されている。これにより、弁ボディと保持ボディとの間の面状の当付けが達成され、これにより両構成部分の簡単でかつ確実な結合が可能となる。特に有利な構成では、保持ボディおよび／または弁ボディが、組付けを一層簡単にするためにセンタリングつばを有する。

本発明のさらに別の有利な構成では、前記弁ボディが、当該燃料噴射装置の軸方向において、前記保持ボディの長さよりも小さく形成された長さを有する。弁ボディの長さはこの場合、保持ボディの長さの１／２よりも大きな長さに相当する分だけ保持ボディの長さよりも小さく形成された長さ、すなわち保持ボディの長さの１／２よりも小さな長さを有すると有利である。すなわち、この場合、弁ボディの長さと保持ボディの長さとの差は、保持ボディの長さの１／２よりも大きいわけである。

さらに別の有利な構成では、前記弁ニードルが第３の案内区分を有する。この第３の案内区分は第１の案内区分と共に１つの共通の案内範囲に沿って弁ボディに案内される。弁ボディに設けられた案内範囲は、ある程度の軸方向長さにわたって形成されているので、弁ニードルに設けられた両案内区分は前記案内範囲に沿って案内される。

本発明のさらに別の有利な構成では、当該燃料噴射装置が円筒環状の流れ範囲を備え、該円筒環状の流れ範囲は弁ボディに設けられた前記第１の案内範囲と燃料出口との間に配置されている。この場合、前記円筒環状の流れ範囲の横断面は、燃料出口に設けられた円筒環状の流出面の約２倍、好ましくは正確に２倍の大きさに形成されている。本発明における円筒環状の流れ範囲は、弁が開弁された状態において燃料流を安定化させること、つまり連続的な燃料流を形成することを可能にする。なぜならば、第１の案内範囲が設けられることに基づき、燃料流の軽度の渦流形成が発生し得るからである。この渦流形成は円筒環状の流れ範囲において絞られ得る。燃料出口における流出面は、円筒環状の流れ範囲の横断面の約半分の大きさに形成されているので、出口においてさらに絞りが行われ、これにより噴霧の正確に規定された形状が得られる。

さらに別の有利な構成では、前記円筒環状の流れ範囲の長さは、前記円筒環状の流れ範囲の幅の約２〜５倍、好ましくは４倍の長さに形成されるように設定されている。この場合、円筒環状の流れ範囲の幅とは、この円筒環状の流れ範囲における弁ボディの貫通開口に対する弁ニードルの半径方向間隔として規定されている。これにより、円筒環状の流れ範囲が、開弁された弁において燃料流の所望の安定化を得るために十分な長さに形成されることが確保され得る。

以下に、本発明のさらに別の実施形態を図面につき詳しく説明する。

本発明の第１実施形態による燃料噴射装置を示す概略的な断面図である。 噴射過程時における前記燃料噴射装置の、さらに別の拡大された断面図である。 本発明の第２実施形態による燃料噴射装置を示す概略的な断面図である。

発明の実施形態
以下に、図１および図２につき、本発明の第１実施形態による燃料噴射装置１を詳しく説明する。

図１から判るように、燃料噴射装置１はピエゾアクチュエータ２を有する。このピエゾアクチュエータ２は、外側へ向かって開くタイプの弁ニードル３に結合されている。弁ニードル３は一体の構成部分であり、この一体の構成部分は弁ボディ４および保持ボディ５内に配置されている。この場合、弁ボディ４は第１の貫通開口４０を有し、保持ボディ５は第２の貫通開口５０を有する。弁ボディ４には、弁座１３が配置されており、この弁座１３には、閉弁された状態で弁ニードル３が接触している。弁座１３に隣接して、第１の貫通開口４０内には、弁ニードル３を案内する第１の案内範囲１１が配置されている。弁ニードル３はさらに、第２の案内範囲１２に案内されている。この第２の案内範囲１２はブッシュ６の内周面に設けられている。この範囲において、弁ニードル３は第２の案内区分３２を有する。念のため付言しておくと、第１の案内区分３１および第２の案内区分３２ならびに第１の案内範囲１１および第２の案内範囲１２は精密加工法によって加工されていて、これにより卓越した滑り能力を有している。ブッシュ６は溶接結合部１６によって保持ボディ５に結合されていて、部分的に保持ボディ５内に挿入されている。

燃料噴射装置１はさらに波形ベローズ９を有する。この波形ベローズ９は単層の金属材料から製造されている。図１から判るように、波形ベローズ９の第１の端部９ａは弁ニードル３に被せられて、溶接結合部１４によって直接に弁ニードル３に溶接されている。波形ベローズ９の、反対の側の第２の端部９ｂは、溶接結合部１５によってブッシュ６に溶接されている。この場合、ブッシュ６は、波形ベローズ９の第２の端部９ｂを確実に取り付けるために、小さな段部を有する。波形ベローズ９はインジェクタを、燃料が収容されている濡れた範囲、すなわち濡れ範囲２０と、燃料不含の乾いた範囲、すなわち乾範囲２１とに分割している。

燃料噴射装置１はさらに戻しばね７を有する。この戻しばね７の一方の端部は保持ボディ５に支持されていて、他方の端部は皿形ばね受け８に支持されている。皿形ばね受け８は溶接結合部１７によって直接に弁ニードル３に固定されている。これにより、弁ニードル３には、弁座１３における噴射側を起点として、まず第１の案内区分３１、次いで波形ベローズ９により提供されたシール範囲、そして引き続き第２の案内区分３２が形成されている。次いで、第２の案内区分３２に続いて、戻しばね７が弁ニードル３に作用している。

さらに図１から判るように、符号１０によりフィルタが示されている。このフィルタ１０を通じて、燃料は、矢印Ａにより示したように供給される。次いで燃料は、波形ベローズ９と弁ニードル３の前側の範囲とに沿って弁座１３にまで案内される。この場合、弁ニードル３では、第１の案内区分３１の範囲に複数の切欠き３３が設けられており、これによって燃料は直接に弁座１３に到達する。

迅速な組付けのためには、弁ボディ４に、さらにセンタリングつば４２が形成されている。図１から判るように、このセンタリングつば４２は、保持ボディ５の第２の貫通開口５０内に導入されている。この場合、さらに弁ボディ４には第１の接触面４１が、保持ボディ５には第２の接触面５１がそれぞれ形成されている。第１、第２の両接触面４１，５１は、それぞれ軸方向Ｘ−Ｘに対して直角に向けられている。これにより、弁ボディ４と保持ボディ５との間には、平坦な当付け面が得られるので、弁ボディ４と保持ボディ５との間の結合を溶接結合部１８によって形成することができる。

さらに図２から判るように、弁ボディ４では第１の案内範囲１１と燃料出口６１との間に円筒環状の流れ範囲６２が配置されている。円筒環状の流れ範囲６２はこの場合、弁ニードル３と弁ボディ４に設けられた第１の貫通開口４０との間に形成されている。円筒環状の流れ範囲６２はこの場合、環状面Ｃ（Ｌ×半径方向間隔Ｃ）を有する。さらに図２から判るように、弁が完全に開弁された状態において、弁ニードル３と弁座１３との間には流れ方向に対して直角な環状面Ｄ（弁座１３の長さ×間隔Ｄ）が存在する。この場合、この環状面Ｄは環状面Ｃのほぼ半分の大きさに形成されている。さらに、円筒環状の流れ範囲６２の長さＬは、この円筒環状の流れ範囲６２の幅の約４倍の大きさに形成されている。円筒環状の流れ範囲６２の幅とは、弁ニードル３と、この円筒環状の流れ範囲６２における第１の貫通開口４０の壁面との間の半径方向間隔である。したがって、円筒環状の流れ範囲６２を設けることによって、弁が完全に開弁された状態において、低減された渦流形成を有する改善された流れを達成することができるので、図２において「Ｓ」により示した噴霧を、規定された通りに噴射させることができる。弁ニードル３には、さらに円筒環状の流れ範囲６２への移行部のところで半径Ｒが形成されている。

本発明によるインジェクタの機能は以下の通りである。噴射を行いたい場合、ピエゾアクチュエータ２が作動させられる。これにより、弁ニードル３は矢印Ｂの方向に運動させられて、弁座１３から持ち上げられる。これによって燃料は開放されたインジェクタによって噴射され得る。弁ニードル３の運動は、弁ニードル３の行程によってプリロード（予荷重）をかけられる戻しばね７のばね力に抗して行われる。噴射を再び終了させたい場合には、ピエゾアクチュエータ２が再び作動停止させられ、インジェクタは、プリロードをかけられた戻しばね７によって自動的に再び、図１に示した初期位置へ戻され、弁ニードル３は弁座１３にしっかりと接触して、公知の形式で弁座１３をシールする。

したがって、本発明によれば、公知先行技術におけるよりも特に単純化されかつ廉価な構造を有する、外側に向かって開くタイプのインジェクタを提供することができる。さらに図１から判るように、軸方向Ｘ−Ｘにおける弁ボディ４の長さＬ１は、軸方向Ｘ−Ｘにおける保持ボディ５の長さＬ２よりも小さく形成されている。したがって、短くてかつ単純に成形された弁ボディ４を提供することができる。この場合、弁ボディ４に設けられた第１の貫通開口４０は、アンダカット部なしに形成されている。これにより、特にこの貫通孔を極めて簡単に製作することができる。さらに、弁ボディ４に設けられたシールシートを形成する弁座１３と、第１の案内範囲１１とが直接に互いに隣接しているので、これらの面の製作も、１回のクランプもしくは１回のチャッキングで同じ側から行うことができる。したがって、公知先行技術の場合のように弁ボディ４に２つの別個の案内面を加工する必要はないので、弁ボディ４の製作が著しく高価になることはない。本発明によれば、弁ボディ４の、保持ボディ５に向けられた側を、旋削加工によって廉価に製作することができる。

さらに、本発明によれば、皿形ばね受け８を、適当な位置で弁ニードル３に固定することにより、戻しばね７の閉鎖力を簡単に調節することができる。さらに図１から判るように、波形ベローズ９は完全に保持ボディ５内に配置されている。このような配置により、波形ベローズ９を単層の金属エレメントとして廉価に設けることが可能となる。なぜならば、保持ボディ５内には、波形ベローズ９を配置するための十分なスペースが存在しているからである。特にこれにより、軸方向Ｘ−Ｘにおいて比較的長尺に形成された波形ベローズ９を使用することができる。これにより、この波形ベローズ９は、この波形ベローズ９に作用する曲げ負荷を十分に受け止めるために多数の波形部を有することができる。本発明のさらに別の利点は、本発明によれば、軸方向Ｘ−Ｘにおいて同じく増大された長さを有するブッシュ６を使用することできることにある。これにより、保持ボディ５に対する溶接結合部と、第２の案内区分３２との間の間隔を、より大きく設計することができる。これにより、ブッシュ６を熱調質することが可能となる。なぜならば、溶接過程によって案内範囲に硬度低下が生ぜしめられないからである。熱調質されたブッシュはこの場合、特に横方向力が弁ニードル３に作用しても、ほとんど摩耗を受けない。皿形ばね受け８は単純な深絞り加工部品として極めて廉価に製作可能である。この場合、特に皿形ばね受けに設けられるばねセンタリングつばを不要にすることができる。

したがって、公知先行技術に比べて、本発明によるインジェクタは多数の改善点を有し、これらの改善点は全体的にインジェクタ製造時における著しいコスト節約を可能にする。特に、アンダカット部を有しない弁ボディ４を設けることにより、製作コストは著しく低下される。

以下に、図３につき、本発明の第２実施形態による燃料噴射装置１を詳しく説明する。この場合、第１実施形態の場合と同一の部分もしくは同一機能を有する部分は、第１実施形態の場合と同じ符号で示されている。

第１実施形態とは異なり、第２実施形態の燃料噴射装置は弁ニードル３に第３の案内区分３４を有する。図３から判るように、この第３の案内区分３４は第１の案内区分３１に隣接して配置されている。第３の案内区分３４では、弁ニードル３が第１の案内区分３１の場合と同様に弁ボディ４に案内される。このためには、弁ボディ４の第１の貫通開口４０に設けられた第１の案内範囲１１が軸方向Ｘ−Ｘにおいて延長されている。これにより、たしかに第１の貫通開口４０には延長された第１の案内範囲１１が設けられなければならないが、しかし弁ニードル３は特に弁座１３の近傍で中心軸線に合わせて一層良好に位置調整される。したがって、当該装置の開弁された状態において、弁ニードル３と弁座１３との間のシートギャップが全周にわたって一層均一に形成され得るようになり、これにより噴射された燃料噴霧も、全周にわたって一層均一に形成されるようになる。しかも、弁ボディ４に設けられた第１および第３の案内範囲３１，３３の小さな間隔により、これらの案内範囲は第１実施形態の場合と同様に１回のクランプもしくは１回のチャッキングで弁座側から廉価に研削加工され得る。第１実施形態に対する別の相違点は、弁ボディ４と保持ボディ５との間の結合にある。図３から判るように、弁ボディ４にセンタリングつば４２が設けられていると同時に、保持ボディ５にも、センタリングつば５２が設けられている。この場合、センタリングつば４２とセンタリングつば５２との間には、すき間嵌めまたはプレス嵌めを設けることができる。弁ボディ４と保持ボディ５との間の溶接結合部１８の形成時では、特に保持ボディ５のセンタリングつば５２の方が、半径方向でさらに内側に位置する弁ボディ４のセンタリングつば４２よりも著しく熱くなる。なぜならば、保持ボディ５のセンタリングつば５２は、弁ボディ４のセンタリングつば４２に比べて肉薄に形成されているからである。したがって、これらの構成部分が冷却されると、保持ボディ５のセンタリングつば５２の方が弁ボディ４よりも大きく収縮する。これにより、弁ボディ４は、保持ボディ５に設けられた軸方向の接触面５１に引き寄せられ、したがって極めて正確に自動的に位置調整される。溶接個所は両接触面４１，５１から軸方向Ｘ−Ｘにおいて比較的大きく遠ざけられているので、周面に沿った溶接ひずみ差が生じて、保持ボディ５に対する弁ボディ４の、非軸方向の位置調整に影響を及ぼさないか、またはたとえ影響を及ぼしたとしても極めて僅かな程度であるに過ぎない。

Claims (12)

1. 燃料噴射装置であって：
   −外側に向かって開く弁ニードル（３）を備え、
   −該弁ニードル（３）に結合されたピエゾアクチュエータ（２）を備え、
   −第１の貫通開口（４０）を備えた弁ボディ（４）を備え、
   −該弁ボディ（４）に結合された、第２の貫通開口（５０）を備えた保持ボディ（５）を備え、
   −前記弁ボディ（４）は弁座（１３）と、前記弁ニードル（３）を案内する第１の案内範囲（１１）とを有し、
   −前記弁ニードル（３）は前記弁ボディ（４）および前記保持ボディ（５）の内部に配置されており、
   −前記弁ボディ（４）に設けられた前記第１の貫通開口（４０）はアンダカット部なしに形成されており、
   −前記弁ボディ（４）は第１の接触面（４１）を有し、前記保持ボディ（５）は第２の接触面（５１）を有し、前記両接触面（４１，５１）は互いに接触して、当該燃料噴射装置の中心軸線（Ｘ−Ｘ）に対して直角に配置されており、前記弁ボディ（４）にセンタリングつば（４２）が設けられていると同時に、前記保持ボディ（５）にも、センタリングつば（５２）が設けられており、前記保持ボディ（５）に設けられた半径方向外側のセンタリングつば（５２）は、前記弁ボディ（４）に設けられた半径方向内側のセンタリングつば（４２）に比べて肉薄に形成されており、
   −前記弁ボディ（４）と前記保持ボディ（５）との結合が、溶接結合部（１８）により形成されており、
   −前記保持ボディ（５）に設けられた半径方向外側のセンタリングつば（５２）の厚さが、前記弁ボディ（４）の第１の接触面（４１）と前記保持ボディ（５）の第２の接触面（５１）とが位置する半径方向の平面と、前記溶接結合部（１８）との間での軸方向の間隔の２分の１よりも小さく形成されている、
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
2. 第２の案内範囲（１２）が設けられており、該第２の案内範囲（１２）に前記弁ニードル（３）が案内されており、前記第２の案内範囲（１２）は、前記保持ボディ（５）内に配置されたブッシュ（６）に形成されている、請求項１記載の燃料噴射装置。
3. さらに、燃料で充填された範囲（２０）を、燃料不含の範囲（２１）からシールする波形ベローズ（９）を備え、該波形ベローズ（９）の第１の端部（９ａ）が、直接に前記弁ニードル（３）に固定されている、請求項２記載の燃料噴射装置。
4. 前記波形ベローズ（９）は、単層の金属材料から製造されている、請求項３記載の燃料噴射装置。
5. 前記波形ベローズ（９）の第２の端部（９ｂ）が、前記保持ボディ（５）内に配置された前記ブッシュ（６）に固定されている、請求項３または４記載の燃料噴射装置。
6. さらに戻しエレメント（７）を備え、該戻しエレメント（７）の一方の端部が、前記保持ボディ（５）に支持されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
7. さらに、金属薄板から成る皿形エレメント（８）を備え、該皿形エレメント（８）は、直接に前記弁ニードル（３）に固定されていて、該皿形エレメント（８）に前記戻しエレメント（７）が支持されている、請求項６記載の燃料噴射装置。
8. 前記弁ボディ（４）は、前記保持ボディ（５）の長さ（Ｌ２）よりも小さく形成された長さ（Ｌ１）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
9. 前記弁ボディ（４）は、前記保持ボディ（５）の長さ（Ｌ２）の半分よりも大きな長さに相当する分だけ該保持ボディ（５）よりも小さく形成された長さ（Ｌ１）を有する、請求項８記載の燃料噴射装置。
10. 前記弁ニードル（３）は第３の案内区分（３４）を有し、該第３の案内区分（３４）は第１の案内区分（３１）に隣接して配置されており、前記第１の案内区分（３１）と前記第３の案内区分（３４）とは、１つの共通の案内範囲（１１）に沿って案内されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
11. さらに円筒環状の流れ範囲（６２）を備え、該円筒環状の流れ範囲（６２）は前記第１の案内範囲（１１）と前記弁座（１３）との間に配置されており、前記円筒環状の流れ範囲（６２）の面（Ｃ）は、前記弁ニードル（３）が完全に開弁された状態において、前記弁座（１３）に設けられた円筒環状の流出面（Ｄ）の約２倍の大きさに形成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
12. 前記円筒環状の流れ範囲（６２）は、前記円筒環状の流れ範囲（６２）の幅の約２〜５倍の長さに形成された長さ（Ｌ）を有する、請求項１１記載の燃料噴射装置。

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