JP6234583B2 - 燃料噴射器 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室内へ高圧で燃料噴射するために使用できるような内燃機関用燃料噴射器に関するものである。

特許文献１から、内燃機関用の燃料噴射ノズルもしくは燃料噴射器が知られている。この公知の燃料噴射器では、ノズルニードルは長手方向に変位可能に噴射器本体内に配置され、該ノズルニードルに形成されている密封エッジでもって、噴射器本体に形成されているノズルニードル着座部と協働して、その長手方向への移動により複数の第１の噴射穴を開閉させる。ノズルニードルは、燃焼室側で接続して、ピン領域を有し、該ピン領域は、噴射器本体内に形成されている袋穴穿孔部内へ突出し、これによって複数の第２の噴射穴を閉鎖する。ノズルニードルの部分ストロークまでは、燃料は第１の噴射穴のみを通じて内燃機関の燃焼室内へ流れ、他方ピン領域は第２の噴射穴を密封する。部分ストローク以降は、ピン領域が袋穴穿孔部から浮上し、したがって第２の噴射穴を解放する。これにより、好適な最少量供給能力のある段階的噴射特性を得ることができる。しかしながら、袋穴穿孔部に浸漬されるピン領域の密封機能は、高い製造精度と高い耐摩耗性とを必要とする。

独国特許出願公開第２９２０１００Ａ１号明細書

これに対して、本発明による燃料噴射器は、噴射特性は類似しているものの、摩耗はより少なくて済み、同時に高い製造精度はより低くて済む。

このため、燃料噴射器は、噴射器本体内に形成される加圧室を有し、該加圧室内にノズルニードルが長手方向に変位可能に配置され、該ノズルニードルは、その燃焼室側端部に、燃焼室方向に先細りになっている円錐領域と、一定の直径ｄ_２３を持つピン領域とを有している。噴射器本体は、さらに、第１の噴射穴が出ている実質的に円錐状のノズルニードル着座部と、燃焼室側でノズルニードル着座部に接続し、直径ｄ_３１を持った円筒状部分と孔底とを備えた袋穴穿孔部とを有し、孔底から第２の噴射穴が出ている。ノズルニードルの円錐領域はノズルニードル着座部と協働し、これによって第１の噴射穴と第２の噴射穴とが加圧室に対し開閉する。少なくともノズルニードルの部分ストロークの間、第１の噴射穴と第２の噴射穴とは、袋穴穿孔部内でピン領域と袋穴穿孔部の壁との間に形成されている絞り隙間を介して、互いに結合され、絞り隙間は、少なくとも部分ストロークにわたって、不変である。絞り隙間により、ピン領域とノズルニードルとの間に接触はなく、もしくは、わずかな当接があるにすぎず、従ってこの領域での摩耗はなく、または、わずかな摩耗しか生じない。さらに、製造は、ピン領域が密封機能を果たさねばならない場合よりも大きな公差を有することができる。

本発明による燃料噴射器の好適な実施態様では、袋穴穿孔部の直径ｄ_３１とピン領域の直径ｄ_２３との差は、６μｍよりも大きく、３０μｍよりも小さい。これにより絞り隙間は平均で３μｍよりも大きく、ノズルニードルが横力によって荷重されない限りは、ピン領域と袋穴穿孔部の壁との間の公差連鎖を３μｍまで比較的大きく選定できる。同時に、絞り隙間の十分な絞り機能を達成するには、隙間幅は１５μｍよりも小さくなければならない。

更なる好適な実施態様では、１つまたは複数の第２の噴射穴が設けられ、絞り隙間による貫流横断面は、１つまたはすべての第２の噴射穴による総貫流横断面よりも小さい。好ましくは絞り隙間による貫流横断面は、部分ストロークにわたって、１つまたはすべての第２の噴射穴による総貫流横断面の１５％ないし７０％である。これにより、絞り隙間が設けられている限り、第２の噴射穴への燃料供給が絞られ、このことは燃料噴射器の好適な最少量供給能力を意味している。

好適には、部分ストロークよりも大きなストロークの際に、ピン領域は袋穴穿孔部から浮上し、該袋穴穿孔部内への貫流横断面が絞り隙間に比べて大きくなる。これにより、第２の噴射穴にはより多くの燃料が供給され、このことはより高いエンジンパワーを実現するために必要である。

更なる好適な実施態様では、ノズルニードルは、燃焼室側でピン領域に接続している端部領域を有している。これにより、エンジンの部分負荷から全負荷への移行をより穏やかに構成でき、よって燃料消費をより少なく構成できる。というのは、この移行では、時間に対するもしくはストロークに対する噴射率の曲線がより平坦に延びるからである。

好適な実施態様では、端部領域は円錐部として実施されている。これにより、第２の噴射穴に供給される燃料量は、部分ストローク以降直線状に上昇し、このことは、適用例に応じては好適な噴射特性を生じさせることになる。

他の好適な実施態様では、端部領域は、実質的に円筒状に実施され、少なくとも１つの側部繰り抜き部を有している。これにより、ノズルニードルはピン領域の拡張に伴って部分ストローク以降も袋穴穿孔部内へ突出し、その結果噴射器本体とノズルニードルとの間の非同軸化(Desachsierungen)がより少なくなり、従ってノズルニードルが閉鎖している間の摩耗リスクもより少なくなる。側部繰り抜き部の形状は適用例に応じて構成してよく、その結果第２の噴射穴に供給される燃料は、部分ストローク以降、強くまたは多少強く上昇する。

好適には、少なくとも１つの繰り抜き部は平面研削部として実施されている。これにより、部分ストローク以降の絞り機能の所望の抑制を製造技術的に簡単に達成できる。

他の好適な実施態様では、少なくとも１つの繰り抜き部は横断面にて実質的に半円形に実施されている。これにより、端部領域と袋穴穿孔部の壁との間のポテンシャル接触面積が大きくなり、これは袋穴穿孔部内でのノズルニードルの案内を改善させ、よって摩耗リスクも少なくさせる。

好適には、部分ストロークよりも大きなノズルニードルの最大ストロークの際、袋穴穿孔部内への貫流横断面はすべての第２の噴射穴による総貫流横断面よりも大きい。これにより、最大ストロークの際、噴射特性は実質的に第１および第２の噴射穴の幾何学によって特定される。すなわち、噴射器本体とノズルニードルとの間での絞り機能は実際にはもはや存在しない。従って、最大ストロークに対しては、両噴射穴の製造精度が重要であり、他方この点での絞り隙間の公差は副次的な意義を持っているにすぎない。

好適には、複数の第１の噴射穴および／または複数の第２の噴射穴が設けられている。これにより、燃焼室内への燃料の均一な噴射を得ることができる。

本発明による燃料噴射器の一部分の縦断面図であり、主要な領域のみを図示したものである。 本発明による燃料噴射器の他の実施例の縦断面図であり、同様に主要な領域のみを図示したものである。 本発明による燃料噴射器の他の実施例による横断面図である。

図１には、取り付け位置で内燃機関の燃焼室１１０内へ突出している、燃料噴射器１００の端部が図示されている。燃料噴射器１００は加圧室３０を備えた噴射器本体１０を有し、加圧室は、図示していない高圧通路を介して、図示していない高圧下にある燃料源、例えばコモンレールと結合されている。

加圧室３０内には、ノズルニードル２０が長手方向に変位可能に配置されている。図示した部分では、ノズルニードル２０は、中央部分２１と、燃焼室側で該中央部分に配置されている円錐領域２２と、ピン領域２３と、端部領域２４とを有している。円錐領域２２と端部領域２４とは燃焼室１１０の方向に先細りになっており、ピン領域２３は直径ｄ_２３を備えて円筒状に実施されている。

噴射器本体１０は、図示した部分に、円筒状の本体軸部１１と、燃焼室側で該本体軸部に接続して、円錐状のノズルニードル着座部１７と、加圧室３０の部分領域である袋穴穿孔部３１とを有している。ノズルニードル着座部１７からは直径ｄ_１を持った少なくとも１つの第１の噴射穴１が、袋穴穿孔部３１からは直径ｄ_２を持った少なくとも１つの第２の噴射穴２が、燃焼室１１０内へ通じている。袋穴穿孔部３１は、直径ｄ_３１を持った円筒状部分と、燃焼室側で該円筒状部分に接続し、図示した実施例では丸みを帯びるように実施されている孔底とを有している。なお、第１の噴射穴１も第２の噴射穴２も１つまたは複数設けられていてよい。

図示した閉じた作動状態では、ノズルニードル２０は、中央部分２１から円錐領域２２への移行部に形成された密封エッジ２２ａにおいて、ノズルニードル着座部１７と協働し、したがって第１の噴射穴１および第２の噴射穴２に対する加圧室３０の液圧結合を遮断する。これによって袋穴穿孔部３１は残りの加圧室３０から液圧的に切り離される。直径ｄ_２３を持った円筒状のピン領域２３は、直径ｄ_３１を持った袋穴穿孔部３１の円筒状部分内へ突出して、袋穴穿孔部３１の壁とともに、幅ｔ／２を持った絞り隙間３２を形成する。ここでｔ＝ｄ_３１−ｄ_２３である。絞り隙間３２を介して第１の噴射穴１と第２の噴射穴２とは常に互いに液圧結合されている。

両噴射穴１，２を通じた燃料を噴射するため、図示していない制御部により、たとえばノズルニードル２０の燃焼室とは逆の側の端部に設けた制御室内の圧力を降下させることによって、ノズルニードル２０を開口方向２９へ移動させ、その結果円錐領域２２もしくは密封エッジ２２ａがノズルニードル着座部１７から持ち上げられ、両噴射穴１，２および袋穴穿孔部３１に対する加圧室３０の液圧結合が解放される。

ノズルニードル２０の部分ストロークｓまでピン領域２３が袋穴穿孔部３１内へ突出し、その結果袋穴穿孔部３１内の絞り隙間３２はピン領域２３と袋穴穿孔部３１の壁との間にある。この部分ストロークｓの間、絞り隙間３２による絞り作用は、第２の噴射穴２による絞り作用もしくはすべての第２の噴射穴２による総絞り作用よりも強い。従って、絞り隙間３２による貫流横断面は、すべての第２の噴射穴２による総貫流横断面よりも小さい。このため、絞り隙間３２の幅ｔ／２もしくは袋穴穿孔部３１内部のピン領域２３の遊びｔは、次のように設定すべきである。

絞り隙間Ａ_ＤＳによる貫流横断面積は、
Ａ_ＤＳ＝Π／４・ｄ_３１ ^２−Π／４（ｄ_３１−ｔ）^２＝Π／４・（２・ｄ_３１・ｔ−ｔ^２）
になり、ここで
ｄ_３１＞＞ｔ：Ａ_ＤＳ≒Π／２・ｄ_３１・ｔ
である。

すべてのｘの第２の噴射穴Ａ_２．ＥＯによる貫流横断面積は、
Ａ_２．ＥＯ＝ｘ・ｄ_２ ^２／４・Π
であり、部分ストローク（ｓ）まではＡ_ＤＳ＜Ａ_２．ＥＯが適用されるべきである。すなわち
Π／２・ｄ_３１・ｔ＜ｘ・ｄ_２ ^２／４・Π
⇒ｔ＜ｘ／２・ｄ_２ ^２／ｄ_３１
であるべきである。

好ましくは、部分ストローク（ｓ）までは
１５％・Ａ_２．ＥＯ＜Ａ_ＤＳ＜７０％・Ａ_２．ＥＯ
⇒１／１０・ｘ・ｄ_２ ^２／ｄ_３１＜ｔ＜３／１０・ｘ・ｄ_２ ^２／ｄ_３１
が適用されるべきである。

したがって、部分ストロークｓまでは噴射特性は実質的に第１の噴射穴１および絞り隙間３２の幾何学によって特定される。

部分ストロークｓ以降はピン領域２３が袋穴穿孔部３１から浮上するが、しかし当初は端部領域２４はまだ袋穴穿孔部３１内に浸ったままである。端部領域２４の円錐状形状のために、袋穴穿孔部３１とノズルニードル２０との間の貫流横断面はストロークの増大に伴って拡大する。最大ストロークｖでは、噴射器本体１０とノズルニードル２０との間の貫流横断面がすべての第２の噴射穴２による総貫流横断面よりも大きくなるほど、ピン領域２３と端部領域２４とが袋穴穿孔部３１から浮上する。

したがって最大ストロークｖでは、噴射特性は実質的に第１および第２の噴射穴１，２の幾何学によって特定される。

図２の実施例は、端部領域２４の実施態様によって図１の実施例と区別される。その他全ての構成は図１の実施例で述べたとおりのものなので、再度説明しない。

図２は、ピン領域２３と同じ直径ｄ_２３を有している、実質的に円筒状に実施した端部領域２４を示している。端部領域２４には側部に繰り抜き部２７が形成され、その結果部分ストロークｓ以降は、噴射器本体１０とノズルニードル２０との間の貫流横断面が拡大する。このため、通常は３つの繰り抜き部２７（図示した実施例では、平面研削部として形成されている）が周方向に配分され、その結果第２の噴射穴２への略均一な向流が与えられているとともに、同時に袋穴穿孔部３１内での端部領域２４の好適な案内が与えられている。しかし、ノズルニードル２０の最大ストロークｖでは、端部領域２４は袋穴穿孔部３１から浮上していてよい。

図３は図２の断面Ａ−Ａを示している。この断面は、ピン領域２３から端部領域２４への移行部の面内にある。噴射器本体１０の袋穴穿孔部３１内には、噴射器本体１０とノズルニードル２０との間に、幅ｔ／２を持った絞り隙間３２が形成され、この絞り隙間は、端部領域２４に配置されている側部繰り抜き部２７とともに袋穴穿孔部３１内に貫流横断面を形成している。図示した実施形態では、３つの繰り抜き部２７があり、これらの繰り抜き部２７は横断面にて半円状に構成されている。

１ 第１の噴射穴
２ 第２の噴射穴
１０ 噴射器本体
１７ ノズルニードル着座部
２０ ノズルニードル
２２ 円錐領域
２３ ピン領域
２４ 端部領域
２７ 繰り抜き部
３０ 加圧室
３１ 袋穴穿孔部
３２ 絞り隙間
１００ 燃料噴射器
ｄ_２３ ピン領域の直径
ｄ_３１ 円筒状部分の直径
ｓ 部分ストローク
ｖ 最大ストローク

Claims (12)

1. 噴射器本体（１０）内に形成されている加圧室（３０）を用いて高圧で燃料を噴射するための内燃機関用燃料噴射器（１００）であって、前記加圧室内にノズルニードル（２０）が長手方向に変位可能に配置され、前記ノズルニードルが、その燃焼室側端部に、燃焼室方向に先細りになっている円錐領域（２２）と、一定の直径ｄ２３を持ったピン領域（２３）とを有し、前記噴射器本体（１０）は、第１の噴射穴（１）が出ている実質的に円錐状のノズルニードル着座部（１７）と、燃焼室側で前記ノズルニードル着座部（１７）に接続し、直径ｄ３１を持った円筒状部分と孔底とを備えた袋穴穿孔部（３１）とを有し、前記孔底から第２の噴射穴（２）が出ており、前記ノズルニードル（２０）の前記円錐領域（２２）が前記ノズルニードル着座部（１７）と協働し、これによって前記第１の噴射穴（１）と前記第２の噴射穴（２）とが前記加圧室（３０）に対し開閉するようにした前記噴射器において、
   少なくとも前記ノズルニードル（２０）の部分ストローク（ｓ）の間、前記第１の噴射穴（１）と前記第２の噴射穴（２）とが、前記袋穴穿孔部（３１）内で前記ピン領域（２３）と前記袋穴穿孔部（３１）の壁との間に形成されている絞り隙間（３２）を介して、互いに結合され、前記絞り隙間（３２）が、少なくとも前記ノズルニードル（２０）の前記部分ストローク（ｓ）にわたって、不変であり、
   １つまたは複数の第２の噴射穴（２）が設けられ、
   前記部分ストローク（ｓ）の間、前記絞り隙間（３２）による絞り作用は、すべての前記第２の噴射穴（２）による総絞り作用よりも強く、前記絞り隙間（３２）による貫流横断面が、すべての前記第２の噴射穴（２）による総貫流横断面よりも小さいことを特徴とする燃料噴射器。
2. 下記式（１）を満足するように前記絞り隙間（３２）の幅を構成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射器。
   

   
3. 前記袋穴穿孔部（３１）の直径ｄ３１と前記ピン領域（２３）の直径ｄ２３との差が、６μｍよりも大きく、３０μｍよりも小さいことを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料噴射器。
4. 前記絞り隙間（３２）による前記貫流横断面が、前記部分ストローク（ｓ）にわたって、すべての前記第２の噴射穴（２）による前記総貫流横断面の１５％．．．７０％であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一つに記載の燃料噴射器。
5. 前記部分ストローク（ｓ）よりも大きな前記ノズルニードル（２０）のストロークの際に、前記ピン領域（２３）が前記袋穴穿孔部（３１）から浮上し、該袋穴穿孔部（３１）内への貫流横断面が前記絞り隙間（３２）に比べて大きくなることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の燃料噴射器。
6. 前記ノズルニードル（２０）が、燃焼室側で前記ピン領域（２３）に接続している端部領域（２４）を有していることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の燃料噴射器。
7. 前記端部領域（２４）が円錐部として実施されていることを特徴とする、請求項６に記載の燃料噴射器。
8. 前記端部領域（２４）が、実質的に円筒状に実施され、少なくとも１つの側部繰り抜き部（２７）を有していることを特徴とする、請求項６に記載の燃料噴射器。
9. 前記少なくとも１つの繰り抜き部（２７）が平面研削部として実施されていることを特徴とする、請求項８に記載の燃料噴射器。
10. 前記少なくとも１つの繰り抜き部（２７）が横断面にて実質的に半円形に実施されていることを特徴とする、請求項８に記載の燃料噴射器。
11. 前記部分ストローク（ｓ）よりも大きな前記ノズルニードル（２０）の最大ストローク（ｖ）の際、前記袋穴穿孔部（３１）内への貫流横断面がすべての前記第２の噴射穴（２）による総貫流横断面よりも大きいことを特徴とする、請求項５から１０までのいずれか一つに記載の燃料噴射器。
12. 複数の前記第１の噴射穴（１）および／または複数の前記第２の噴射穴（２）が設けられていることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一つに記載の燃料噴射器。

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