JP6066135B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁、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であって、弁ニードルを操作するためのアクチュエータが設けられており、弁ニードルが噴射側端部に弁閉鎖体を有しており、該弁閉鎖体が、弁座体に形成された弁座面と共働して、座接触箇所にシール座を形成している形式のものに関する。

高圧範囲における直接噴射のための内方に向かって開放する噴射弁及び低圧範囲における吸気管噴射のための内方に向かって開放する噴射弁は、多くの場合、球・円錐構成の弁座を有している。すなわち弁ニードルは、弁座によって形成されたシール箇所に、球を備えて形成されているか又は球形の構成を有しており、弁座は円錐形もしくは中空円錐台形状に形成されている。

しかしながらこのような形式の燃料噴射弁においては、弁ニードル及び弁座における座接触箇所の、製造に基づいて生じる非真円形によって、弁の運転時に燃料の漏れがしばしば生じる。

例えば独国特許出願公開第１９８５９４８４号明細書に基づいて公知の、球形の閉鎖体を備えた燃料噴射弁では、内燃機関の燃焼室に中央の高圧管路から燃料を高圧噴射するための燃料噴射弁は、弁座と弁球と、該弁球を案内するガイド部材とを有しており、このガイド部材はその閉鎖のために弁球を弁座に押し付け、開放のためには弁球にばねのばねプレロードもしくは予負荷を加え、この場合弁球は開放された状態において高圧噴流を用いて、つまり中央の高圧管路に接続された制御室に流出絞り孔を介して供給される高圧噴流を用いて、弁座から持ち上げられる。弁座はほぼ、直角から鋭角の円錐角を備えた急傾斜の壁状のホッパ形状を有している。弁座が急傾斜の壁状のホッパ形状に形成されていることによって、噴射制御弁の閉鎖時に弁円錐のセンタリングが助成され、ディフューザ及び流出絞り孔に対する弁円錐の半径方向におけるずれが阻止される。

独国特許出願公開第１０３３８０８１号明細書には、冒頭に述べた形式の別の燃料噴射弁が開示されている。そこに開示された燃料噴射弁では、可動子が弁ニードルと一体的に形成されている。弁ニードルには貫流開口が設けられており、これらの貫流開口は、燃料噴射弁を貫流する燃料をシール座に導く。弁ニードルは溶接によって、球形の弁閉鎖体と作用結合しており、この球形の弁閉鎖体は弁座体と共にシール座を形成していて、このシール座の下流には噴射孔円板に、少なくとも１つの噴射開口が形成されており、この噴射開口から燃料が吸気管に噴射される。吸気管に対する燃料噴射弁の内側のシールは、燃料噴射弁の製造時における加工プロセスによって生ぜしめられる。弁閉鎖体と該弁閉鎖体に形成されたシールの製造時に、研削及びホーニング仕上げによって、高い表面品質、及びこれに関連した良好なシール性が得られ、しかしながらこれは、弁スリーブへの弁座体の押込みや溶接シールを用いた部材の結合のような後続の加工プロセスによって限定される。

球形の弁座体と中空錐台形状の弁座体とを備えた上述の燃料噴射弁には、次のような欠点、すなわち製造に基づいて生じる、弁ニードルと弁座とにおける座接触箇所の非真円性によって、運転中に燃料が漏れてしまう、という欠点がある。

独国特許出願公開第１９８５９４８４号明細書 独国特許出願公開第１０３３８０８１号明細書

ゆえに本発明の課題は、上に述べた従来技術における欠点を排除すべく冒頭に述べた形式の燃料噴射弁を改良して、弁ニードルと弁座との座接触箇所におけるシール性を申し分なく高め、運転中に燃料の漏れが生じないようにすることである。

この課題を解決するために本発明の構成では、弁座体及び／又は弁閉鎖体が、少なくとも１つの剛性を減じるエレメントを備えているようにした。

このように構成された本発明による燃料噴射弁には、公知のものに比べて次のような利点を有している。すなわち本発明による燃料噴射弁では、弁座体及び／又は弁閉鎖体に剛性を減じるエレメントが設けられていることに基づいて、燃料噴射弁の座領域が弾性的に軟らかく構成され、ひいては座接触箇所における非真円性が接触力による押圧によって弾性的に解消される。これにより運転中における燃料漏れは僅かになる。燃料噴射弁の摩耗もこれによって同様に僅かになる。なぜならば、接触力は両方の座エレメントの弾性的な適合調整によって大きな座領域へと分配されるからである。そして接触力を小さく選択することができる。これによって弁の摩耗及び切換え速度にポジティブな影響が与えられる。

弁座領域と弁閉鎖体との両方に剛性を減じるエレメントが設けられていると、両方の部材が最適に適合調整されるので、特にポジティブな効果が得られる。

製造技術的に特に簡単な形式で構成された剛性を減じるエレメントでは、弁閉鎖エレメントの外周面を取り囲んで延在する環状の切欠きが、環状溝として設けられている。弁座体において剛性を減じるエレメントを簡単な形式で得るためには、溝が弁座体の内周面に設けられていて、この溝が、座接触箇所の近傍まで達していると、有利である。座接触箇所の後ろにおける支持材料が存在しないことによって、座接触箇所は軟らかくなる。

同様に弁座体の剛性を減じるための有利な構成では、弁座体が薄壁に形成されており、このように構成されていると、弁座体はこの薄壁の領域において可撓性にもしくは軟質になる。剛性を減じるさらに別の構成では、弁閉鎖体が環状溝の形をした環状の外側の切欠きを有していて、さらに内側領域に、剛性を減じる第２の切欠きを有している。

また、弁座領域を、適宜な軟質材料の使用によって軟質にもしくは可撓性にすることができる。

さらにまた、流れ技術的な理由から有利な構成では、切欠きが、例えばプラスチックのような軟質材料によって満たされていると有利である。

燃料噴射弁を示す断面図である。 弁閉鎖体に設けられた剛性を減じるエレメントの１実施形態を示す図である。 弁閉鎖体に設けられた剛性を減じるエレメントの１実施形態を示す図である。 弁閉鎖体に設けられた剛性を減じるエレメントの１実施形態を示す図である。 弁閉鎖体に設けられた剛性を減じるエレメントの１実施形態を示す図である。 弁閉鎖体に設けられた剛性を減じるエレメントの１実施形態を示す図である。 剛性を減じるエレメントの別の実施形態を示す図である。 弁座体に設けられた剛性を減じるエレメントの１実施形態を示す図である。 剛性を減じるエレメントが弁閉鎖体と弁座体との両方に設けられた１実施形態を示す図である。 剛性を減じるエレメントが弁閉鎖体と弁座体との両方に設けられた別の実施形態を示す図である。

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１には、燃料噴射弁１が断面図で示されている。この燃料噴射弁１は、混合機圧縮型火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁として形成されている。この燃料噴射弁１は特に、図示されていない内燃機関の燃焼室に、燃料を直接噴射するために適している。

燃料噴射弁１は、内部に弁ニードル３が配置されているノズル体２から成っている。弁ニードル３は球形の弁閉鎖体４と作用結合しており、この弁閉鎖体４は、弁座体５に配置された弁座面６と共働してシール座を形成している。図示の燃料噴射弁１は、内方に向かって開放する電磁式の燃料噴射弁１であって、噴射開口７を有している。

マグネットコイル９はコイル保持体に巻き付けられていて、このコイル保持体はマグネットコイル９の内極１０に接触している。内極１０と外極８とは間隙によって互いに切り離されている。マグネットコイル９は導体を介して、電気的な差込みコンタクト１２を介して供給可能な電流によって励起される。差込みコンタクト１２は、内極１０に射出成形されたプラスチック被覆１３によって取り囲まれている。

可動子１９は第１のフランジ１４を介して弁ニードル３と摩擦力結合式に結合されており、この弁ニードル３は例えば溶接シームによって第１のフランジ１４と結合されている。第１のフランジ１４には戻しばね１５が支持されており、この戻しばね１５は燃料噴射弁１の図示の構造形態では、スリーブ１６によって予負荷もしくはプレロード（Vorspannung）される。

可動子１９及び弁座体５内には、燃料通路１８ａ，１８ｂが延びており、これらの燃料通路１８ａ，１８ｂは、中央の燃料供給部１１を介して供給される燃料を、弁座体５における噴射開口７に導く。燃料噴射弁１はシール部材１７によって、図示されていない分配管路に対してシールされている。

燃料噴射弁１の休止状態において可動子１９は、弁ニードル３における第１のフランジ１４を介して、戻しばね１５によって、上昇行程方向とは逆向きに負荷され、これにより弁閉鎖体４は弁座面６にシール作用をもって接触する状態に保たれる。マグネットコイル９の励起時に、マグネットコイル９は磁界を形成し、この磁界は可動子１９を戻しばね１５のばね力に抗して上昇行程方向に移動させ、この場合上昇行程は、休止位置において内極１０と可動子１９との間に位置している作業間隙によって所定されている。

可動子１９は、弁ニードル３に溶接された第１のフランジ１４を、ひいては弁ニードル３を上昇行程方向に連行する。弁ニードル３と作用結合されている弁閉鎖体４は、弁座面６から持ち上がり、燃料通路１８ａ，１８ｂを介して噴射開口７に達した燃料が噴射される。

コイル電流が遮断されると、可動子１９は磁界の十分な消滅の後で、第１のフランジ１４に対する戻しばね１５の圧力によって内極１０から落下し、これによって弁ニードル３は上昇行程方向とは逆向きに移動する。これによって弁閉鎖体４は弁座面６に接触し、燃料噴射弁１は閉鎖される。電磁的な磁気回路はアクチュエータ２８を形成する。

図２ａ〜図２ｃには、弁閉鎖体に設けられた剛性を減じるエレメントの実施形態がそれぞれ示されている。

図２ａに示された実施形態では、弁ニードル３は、該弁ニードル３に一体に形成されていて流出側の端部において丸く形成された弁閉鎖体４を有している。この弁閉鎖体４は、剛性を減じるエレメントとして、その外周部に設けられた環状の切欠き２０（第１の剛性を減じるエレメント）と、第２の切欠き２１（第２の剛性を減じるエレメント）とを有しており、この第２の切欠き２１は、丸く形成された弁閉鎖体４の流出側の端部に設けられている。

図２ｂに示された実施形態では、弁ニードル３は同様のその流出側の端部に、弁ニードル３と一体にかつ丸く形成された弁閉鎖体４を有している。図２ａに示された実施例とは異なり、この弁閉鎖体４は、環状の切欠き２０の形をしたただ１つの剛性を減じるエレメントだけを有しており、この環状の切欠き２０は環状溝として形成されている。

図２ｃに示された別の実施例においても、弁閉鎖体はただ１つの剛性を減じるエレメントだけを有しているが、この実施例では弁閉鎖体は、弁閉鎖体の流出側の端部に設けられた切欠き２１として形成されている。それぞれ図示の弁閉鎖体に設けられている切欠きの形をした剛性を減じるエレメントは、座接触領域を軟化させ、その結果座接触箇所における非真円形もしくは不完全な真円度は、接触力によって圧縮され、ひいては運転時における燃料漏れが減じられる。

図２ｄに示された実施例は、図２ａに示された実施例に似た構成を有しており、この場合弁閉鎖体４は剛性を減じるエレメントとして、その外周部における環状の切欠き２０（第１の剛性を減じるエレメント）と、第２の切欠き２１（第２の剛性を減じるエレメント）とを有しており、環状の切欠き２０の形状は、図２ａにおける環状の切欠き２０の形状とは異なっており、また第２の切欠き２１は、丸く形成された弁閉鎖体４の流出側の端部に設けられている。

さらに図２ｅに示された別の実施例においても、第１の切欠き２０と第２の切欠き２１とから成る２つの剛性を減じるエレメントが設けられているが、この両方の切欠き２０，２１の形状及び寸法は、図２ａ及び図２ｂに示された形状とは異なっている。

図３には、剛性を減じる弁閉鎖体４の別の実施形態が示されている。この実施形態でも弁閉鎖体４は弁ニードル３の流出側の端部に設けられていて、該弁ニードル３と一体に形成されている。弁ニードル３及び丸く形成された弁閉鎖体４は、中空にかつ薄壁に形成されている。これによって弁ニードル３及び弁閉鎖体４は、座接触箇所において特に軟質かつ可撓性である。弁座体５は座接触箇所２３の領域に切欠き２２を有している。座接触箇所の後ろにおける支持材料の欠如によって、座接触箇所もまた同様に軟らかくなり、このことはエレメントの弾性的な調整もしくは補償を可能にする。

図４に示された別の実施形態では、剛性を減じるエレメントは弁座体５に設けられており、この場合弁座体５は接触領域２４において、つまり図示の実施例では弁ニードル３の流出側端部に設けられていて球として形成された弁閉鎖体４が、弁の閉鎖状態において弁座体５と接触している接触領域２４において、薄壁に形成されている。

図５に示された更に別の実施形態では、剛性を減じるエレメントは弁閉鎖体４と弁座体５とに設けられている。弁閉鎖体４は、図４に示された実施例におけるように、球として形成されていて、弁ニードル３の流出側端部に例えば溶接によって固定されている。この弁閉鎖体４は、球の外周を取り囲むように延在する環状の溝の形をした切欠き２０を有している。この溝もしくは切欠き２０は、座接触箇所２３にまで達している。

弁座体５は、中空円筒形に形成された区分２５と、該区分２５に接続している中空円錐台形状に形成された区分２６とを有しており、この区分２６は座接触箇所２３を有していて、かつ薄壁に形成されている。両方の部材、つまり弁閉鎖体４と弁座体５とはこれによって軟質であり、かつ調整もしくは補償能力を有することになる。

さらに図６に示された別の実施形態では、剛性を減じるエレメントは、弁閉鎖体４と弁座体５とに設けられている。この場合弁閉鎖体４は、図５に示された弁閉鎖体４に相当しており、ゆえにこれについては説明を省く。弁座体５は、図５に示された弁座体５に似た構成を有しているが、この実施例ではさらに、弁座面６における環状溝の形をした環状の切欠き２２を有しており、この環状溝もしくは切欠き２２は、座接触箇所２３の前に設けられており、さらに薄壁の円錐台形状の区分２６から中空円筒形の区分２５内にまで延びていて、弁閉鎖体４の環状溝と一緒に中空室を形成している。一点鎖線で囲まれた区分は、座接触箇所２３における切欠き２２を詳細に示すために、図６の右に拡大して示されている。

弁閉鎖体４及び弁座体５に設けられた溝は、図示されていないが、流れ技術的な理由から、例えばプラスチックのような軟質材料によって満たされていてもよい。本発明は液圧駆動式のディーゼルノズルにおいても利用可能である。

１．本発明に係る燃料噴射弁は、燃料噴射弁（１）、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（１）であって、弁ニードル（３）を操作するためのアクチュエータ（２８）が設けられており、弁ニードル（３）が噴射側端部に弁閉鎖体（４）を有しており、該弁閉鎖体（４）が、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と共働して、座接触箇所（２３）にシール座を形成している形式のものにおいて、弁座体（５）及び／又は弁閉鎖体（４）が、少なくとも１つの剛性を減じるエレメントを備えていることを特徴とする。
２．弁閉鎖体（４）における剛性を減じるエレメントが、該弁閉鎖体の外周を少なくとも部分的に取り囲んで延在する環状の切欠き（２０）として、特に環状溝として、形成されている、１の燃料噴射弁であってもよい。
３．弁閉鎖体（４）が球形に形成されている、１又は２の燃料噴射弁であってもよい。
４．弁閉鎖体（４）における少なくとも部分的に環状の切欠き（２０）が、座接触箇所（２３）の上に設けられている、２又は３の燃料噴射弁であってもよい。
５．弁閉鎖体（４）における少なくとも部分的に環状の切欠き（２０）が、弁座体（５）との座接触箇所（２３）にまで達している、４の燃料噴射弁であってもよい。
６．弁座領域（６）が少なくとも部分的に、軟質材料、特に軟質のプラスチックから製造されている、１から５までのいずれかの燃料噴射弁であってもよい。
７．弁閉鎖体（４）が弁ニードル（３）と一体的に形成されている、１から６までのいずれかの燃料噴射弁であってもよい。
８．弁閉鎖体（４）及び弁ニードル（３）が中空に形成されている、７の燃料噴射弁であってもよい。
９．弁閉鎖体（４）及び弁ニードル（３）が深絞りによって製造されている、７又は８の燃料噴射弁であってもよい。
１０．弁座体（５）が燃料の流れ方向において座接触箇所（２３）の上に、弁閉鎖体（４）に向かい合っている表面に少なくとも部分的に環状に延びる切欠き（２２）、特に少なくとも部分的に環状に延びる溝を有している、１から９までのいずれかの燃料噴射弁であってもよい。
１１．弁閉鎖体（４）に設けられた少なくとも部分的に環状に延びる切欠き（２０）と、弁座体（５）に設けられた少なくとも部分的に環状に延びる切欠き（２２）とが互いに向かい合って位置していて、一緒に中空室（２７）を形成している、１から１０までのいずれかの燃料噴射弁であってもよい。
１２．弁閉鎖体（４）に設けられた切欠き（２０）及び／又は弁座体（５）に設けられた切欠き（２２）が、軟質材料、特にプラスチックによって満たされている、１１の燃料噴射弁であってもよい。
１３．弁座体（５）が１つの区分（２６）において中空円錐台形状に形成されている、１から１２までのいずれかの燃料噴射弁であってもよい。
１４．弁座体（５）が少なくとも座接触箇所（２３）の領域において薄壁に形成されている、１から１３までのいずれかの燃料噴射弁であってもよい。
１５．弁閉鎖体（４）がその流出側の端部に第２の切欠き（２１）を有している、１から１４までのいずれかの燃料噴射弁であってもよい。

１ 燃料噴射弁、 ２ ノズル体、 ３ 弁ニードル、 ４ 弁閉鎖体、 ５ 弁座体、 ６ 弁座面、 ７ 噴射開口、 ８ 外極、 ９ マグネットコイル、 １０ 内極、 １１ 燃料供給部、 １２ 差込みコンタクト、 １３ プラスチック被覆、 １４ フランジ、 １５ 戻しばね、 １６ スリーブ、 １７ シール部材、 １８ａ，１８ｂ 燃料通路、 １９ 可動子、 ２０，２１ 切欠き、 ２２ 切欠き、 ２３ 座接触箇所、 ２４ 接触領域、 ２５，２６ 区分、 ２８ アクチュエータ

Claims (13)

1. 燃料噴射弁（１）であって、
   弁ニードル（３）を操作するためのアクチュエータ（２８）が設けられており、前記弁ニードル（３）の噴射側端部に球形の弁閉鎖体（４）が固定されており、該弁閉鎖体（４）が、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と共働して、座接触箇所（２３）にシール座を形成している形式のものにおいて、
   前記弁閉鎖体（４）が、少なくとも１つの剛性を減じるエレメントを備え、
   前記弁閉鎖体（４）における剛性を減じるエレメントが、該弁閉鎖体の外周を取り囲んで延在する、完全な環状の溝である第１の切欠き（２０）として形成されており、
   前記第１の切欠き（２０）が、燃料の流れ方向において座接触箇所（２３）の上流側に設けられており、
   前記弁閉鎖体（４）の、前記第１の切欠き（２０）から燃料の流れ方向の下流側に残っている球形部分は、前記弁座体（５）の前記弁座面（６）と共働してシール座を形成し、前記弁閉鎖体（４）の球形部分が、円錐形に傾斜した又は球形に凹面状に湾曲した前記弁座面（６）に、弁の閉鎖時に接触し、
   前記第１の切欠き（２０）は、軟質材料によって満たされていることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記第１の切欠き（２０）は、プラスチックによって満たされている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 燃料噴射弁（１）であって、
   弁ニードル（３）を操作するためのアクチュエータ（２８）が設けられており、弁ニードル（３）の噴射側端部に球形の弁閉鎖体（４）が固定されており、該弁閉鎖体（４）が、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と共働して、座接触箇所（２３）にシール座を形成している形式のものにおいて、
   前記弁閉鎖体（４）が、少なくとも１つの剛性を減じるエレメントを備え、
   前記弁閉鎖体（４）における剛性を減じるエレメントが、該弁閉鎖体の外周を取り囲んで延在する、完全な環状の溝である第１の切欠き（２０）として形成されており、
   前記第１の切欠き（２０）が、燃料の流れ方向において座接触箇所（２３）の上流側に設けられており、
   前記弁閉鎖体（４）の、前記第１の切欠き（２０）から燃料の流れ方向の下流側に残っている球形部分は、前記弁座体（５）の前記弁座面（６）と共働してシール座を形成し、前記弁閉鎖体（４）の球形部分が、円錐形に傾斜した又は球形に凹面状に湾曲した前記弁座面（６）に、弁の閉鎖時に接触し、
   前記弁閉鎖体（４）が中実に形成され、前記弁ニードル（３）が中空に形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
4. 前記第１の切欠き（２０）が、弁座体（５）との座接触箇所（２３）にまで達している、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. 前記弁座面（６）が少なくとも部分的に、軟質材料から成る、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. 前記弁座面（６）が少なくとも部分的に、軟質のプラスチックから成る、請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 前記弁座体（５）は、少なくとも１つの剛性を減じるエレメントを備え、
   前記弁座体（５）の前記少なくとも１つの剛性を減じるエレメントは、燃料の流れ方向において座接触箇所（２３）の上流側に、弁閉鎖体（４）に向かい合っている表面に少なくとも部分的に環状に延びる第３の切欠き（２２）を有している、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. 前記第３の切欠き（２２）は、少なくとも部分的に環状に延びる溝である、請求項７記載の燃料噴射弁。
9. 前記第１の切欠き（２０）と、前記第３の切欠き（２２）とが互いに向かい合って位置していて、一緒に中空室（２７）を形成している、請求項７又は８記載の燃料噴射弁。
10. 前記弁座体（５）が１つの区分（２６）において中空円錐台形状に形成されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
11. 前記弁座体（５）は、少なくとも１つの剛性を減じるエレメントを備え、
    前記弁座体（５）の前記少なくとも１つの剛性を減じるエレメントは、少なくとも座接触箇所（２３）の領域において薄壁に形成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
12. 前記弁閉鎖体（４）がその流出側の端部に第２の切欠き（２１）を有している、請求項１から１１までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
13. 前記燃料噴射弁（１）は、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）である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。

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