JP6444599B2 - 燃料を噴射するためのバルブ - Google Patents

Description

燃料を噴射するためのバルブは、従来技術からさまざまな構成で知られている。高圧噴射弁では、噴射穴を通して燃料が燃焼室に噴射されるマルチホール型ノズルがしばしば用いられる。その場合、噴射穴に出口側の端部のところで、コンポーネント表面と同一平面上で終わるいわゆる前段階穿孔を設けることが知られている。このとき前段階穿孔の直径は、噴射穴の直径よりも大きくなっている。さらに特許文献１より、２段階の段部が設けられている燃料噴射弁が公知である。液体燃料がエンジンの燃焼室壁を湿潤させる場所では、特にすす粒子や未燃焼の炭化水素エミッションのような、望ましくない有害物質エミッションが発生することが判明している。こうした有害物質の形成を回避するためには、噴射される燃料噴射流が、できる限り少ない噴射流の侵入深さを有していなければならない。これを実現するために知られている１つの方法は、噴射穴の長さをできる限り大幅に低減することにある（噴射穴の長さ＜０．３ｍｍ）。しかし構造メカニズム的な強度の都合上、このような選択肢には限界がある。

ドイツ特許出願公開第１９９３７９６１Ａ１号明細書

それに対して、請求項１の構成要件を有する、燃料を噴射するための本発明によるバルブは、噴射穴の長さの削減をしなくても、きわめて細かい液滴への噴霧化と、低減された噴射流の侵入深さとを実現することができるという利点を有している。これにより、改善された排ガス値が達成される。このことは本発明によると、噴射穴が入口側から出口側に向かって拡大していく断面を有していることによって実現される。このとき断面は、厳密に第１および第２の段部をもって、流動方向で段階的に拡大していく。このとき本発明の噴射穴は全部で３つの領域を含んでおり、すなわち入口領域と、出口領域と、入口領域と出口領域の間に配置された中間領域とを含んでいる。このとき、これら３つの領域はそれぞれ円筒状に構成されており、噴射穴の軸方向における中間領域の長さは、噴射穴の軸方向における入口領域の長さおよび出口領域の長さよりもそれぞれ短くなっている。本発明に基づく中間領域のこのような寸法設定により、噴射流と、噴射穴の領域の内部および表面にある空気との間で、空気力学的な相互作用が行われる。それによって安定した局所的な負圧区域が生じ、それにより、噴射される燃料噴射流が非常に良好に扇状化され、きわめて細かい液滴への噴霧化が促進される。

従属請求項は、本発明の好ましい発展例を示している。

噴射穴の軸方向における中間領域の長さは、軸方向における出口領域の長さの１／３から半分までの範囲内にあるのが好ましい。中間領域のこのような寸法を遵守したとき、驚くべきことに、特別に良好な噴霧化と、低減された噴射流の侵入深さとが得られている。

中間領域の直径は次の不等式を満たしているのがさらに好ましい：
Ｄ１／２＋ｔａｎ（２０°）×（６００μｍ−Ｌ１−Ｌ３）＋２０μｍ≦Ｄ２≦Ｄ１／２＋ｔａｎ（２０°）×（６００μｍ−Ｌ１−Ｌ３）＋７５μｍ
ここでＤ１は噴射穴の入口領域の直径、Ｄ２は噴射穴の中間領域の直径、Ｌ１は軸方向における入口領域の長さ、Ｌ３は軸方向における出口領域の長さである。

中間領域の長さＬ２は４０μｍから８０μｍの範囲内、特に５０μｍから７０μｍの範囲内にあるのがさらに好ましい。入口領域の直径Ｄ１は１００μｍから２５０μｍの範囲内、特に１２０μｍから２３０μｍの範囲内にあるのがさらに好ましい。出口領域の直径Ｄ３は４００μｍから６００μｍの範囲内、特に４２０μｍから５８０μｍの範囲内にあるのがさらにいっそう好ましく、およそ４７０μｍであるのが特別に好ましい。中間領域の直径Ｄ２は２５０μｍから４５０μｍの範囲内、特に２８０μｍから４２０μｍの範囲内にあるのがさらに好ましい。

バルブは５から１０の個数の噴射穴を含んでいるのがさらに好ましい。噴射穴はすべて同一に構成されているのが特別に好ましい。

本発明のさらに別の好ましい実施形態では、バルブは、噴射穴が配置された噴射穴ディスクを含んでいる。

入口領域の長さＬ１は、出口領域の長さＬ３よりも大きいのが好ましい。入口領域の長さＬ１は、噴射穴の全長Ｌの半分よりも大きいのがさらに好ましい。噴射穴の全長Ｌは、０．３ｍｍよりも大きいのが好ましい。

本発明のさらに別の好ましい実施形態では、入口領域、中間領域、および出口領域が噴射穴の中心軸に対して同心的に配置されている。

本発明によるバルブは高圧直接噴射のために好ましく適用される。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。図面には次のものが示されている：

本発明の１つの好ましい実施例に基づくバルブを示す模式的な断面図である。 本発明によるバルブの噴射穴を示す模式的な拡大図である。

以下において図１と図２を参照しながら、本発明の１つの好ましい実施例に基づくバルブ１について詳細に説明する。

図１から明らかなとおり、燃料を噴射するためのバルブ１は、バルブ１の噴射側の端部に配置された多数の噴射穴２を含んでいる。さらにバルブ１は、バルブケーシング１０と、バルブニードル１７と結合されるとともに通過開口部１２を有するマグネットアーマチュア１１と、マグネットコイル１３とを含んでいる。さらにバルブ１は、閉止ばね１４と、電気接続部１５とを含んでいる。バルブシート６がバルブボディ１６に設けられている。

マグネットアーマチュア１１はバルブ１の軸方向Ｙ−Ｙへ可動であり、噴射穴２を解放し、ないしはこれを閉止する。ここでは図１はバルブ１の閉じた状態を示している。

本発明に基づく噴射穴２が図２に詳細に示されている。この実施例では、バルブのすべての噴射穴が同じ構成となっているが、噴射穴２をそれぞれ異なる構成とすることも可能である。

図２から明らかなように、噴射穴２は厳密に入口領域２１と、中間領域２２と、出口領域２３とを含んでいる。このとき中間領域２２は、貫流方向Ａで見て、入口領域２１と出口領域２３の間に配置されている。

図２には示さないマグネットアーマチュアが噴射穴２を入口側３で閉止し、ないしは入口側３を解放する。噴射穴２が解放されると、噴射されるべき燃料が入口側３から噴射穴に入り、貫流方向Ａで噴射穴２を貫流する。そして燃料は、噴射穴２の出口側４で再び外に出る。その際に、噴射されるべき燃料が扇状化されて燃料スプレーとなる。

本発明によると、３つの領域すなわち入口領域２１、中間領域２２、および出口領域２３が設けられている。このとき入口領域２１は、中間領域２２の第２の直径Ｄ２および出口領域２３の第３の直径Ｄ３よりも小さい第１の直径Ｄ１を有している。

さらに入口領域２１は、中間領域２２の長さＬ２および出口領域２３の長さＬ３よりも大きい、噴射穴２の軸方向Ｘ−Ｘにおける長さＬ１を有している。このとき中間領域の長さＬ２がもっとも短い。ここでＬは、軸方向Ｘ−Ｘにおける噴射穴の全長を表している。

入口領域２１、中間領域２２、および出口領域２３はそれぞれ円筒状に設けられており、噴射穴２の中心軸Ｘ−Ｘに対して同心的である。

このように厳密に３つの領域を有する噴射穴２の構造により、第１の段部２４および第２の段部２５が生じている。このように、本発明に基づいて定義される段差のある噴射穴２の寸法により、中間領域２２の幾何学寸法に基づき、燃料噴射流と空気の間の空気力学的な相互作用の結果、安定した局所的な負圧区域が生じるスプレーを生成することができる。それにより、外に出ていく燃料噴射流の扇状化が行われるとともに、きわめて細かい液滴への改善された噴霧化が行われる。さらに、軸方向における中間領域２２の短い構成により、混合気前処理のときの不都合を生じることなく、噴射穴２の全長を従来の噴射穴に比べて拡大することが可能である。さらに、中間領域２２の本発明に基づく構成により、従来技術のところで説明した噴射流の侵入深さの低減も生じる。

２段階に段差のある本発明による噴射穴２は、切削加工、またはたとえば金属粉末射出成形（ＭＩＭ）またはレーザ穿孔または浸食によって製作されるのが好ましい。それによって特に直径の寸法や、射出穴の軸方向Ｘ−Ｘにおける３つの領域の長さの寸法の高い精度を確保することができる。

２ 噴射穴
３ 入口側
４ 出口側
２１ 入口領域
２２ 中間領域
２３ 出口領域
２４ 第１の段部
２５ 第２の段部

Claims (9)

1. 燃料を噴射するためのバルブにおいて、
   貫流方向（Ａ）で見て入口側（３）から出口側（４）に向かって拡大していく断面を有する少なくとも１つの噴射穴（２）を含んでおり、
   前記噴射穴（２）の拡大は第１の段部（２４）および第２の段部（２５）によって貫流方向で段階的に行われており、
   前記噴射穴（２）は入口領域（２１）と出口領域（２３）と中間領域（２２）とを含んでおり、前記中間領域（２２）は貫流方向（Ａ）で見て前記入口領域（２１）と前記出口領域（２３）の間に配置されており、
   前記入口領域（２１）と前記出口領域（２３）と前記中間領域（２２）とはそれぞれ円筒状に構成されており、軸方向（Ｘ−Ｘ）における前記出口領域（２３）の長さ（Ｌ３）が全周にわたり一定であり、
   軸方向（Ｘ−Ｘ）における前記中間領域（２２）の長さ（Ｌ２）は軸方向（Ｘ−Ｘ）における前記入口領域（２１）の長さ（Ｌ１）よりも短くなっているとともに、軸方向（Ｘ−Ｘ）における前記出口領域（２３）の長さ（Ｌ３）よりも短くなっており、
   前記噴射穴の軸方向（Ｘ−Ｘ）における前記中間領域（２２）の長さ（Ｌ２）は前記出口領域（２３）の長さ（Ｌ３）の３分の１から半分を有している、燃料を噴射するためのバルブ。
2. 前記中間領域（２２）の直径（Ｄ２）は次の不等式
   Ｄ１／２＋ｔａｎ（２０°）×（６００μｍ−Ｌ１−Ｌ３）＋２０μｍ≦Ｄ２≦Ｄ１／２＋ｔａｎ（２０°）×（６００μｍ−Ｌ１−Ｌ３）＋７５μｍ
   を満たしており、
   ここでＤ１は前記入口領域（２１）の直径であり、
   Ｌ１は前記入口領域（２１）の長さであり、
   Ｌ３は前記出口領域（２３）の長さであることを特徴とする、請求項１に記載のバルブ。
3. 前記中間領域（２２）の長さ（Ｌ２）は４０μｍから８０μｍの範囲内であることを特
   徴とする、請求項１または２に記載のバルブ。
4. 前記入口領域（２１）の直径（Ｄ１）は１００μｍから２５０μｍの範囲内にあり、および／または前記出口領域（２３）の直径（Ｄ３）は４００μｍから６００μｍの範囲内にあり、および／または
   前記中間領域（２２）の直径（Ｄ２）は２５０μｍから４５０μｍの範囲内にあることを特徴とする、請求項１−３のうちいずれか１項に記載のバルブ。
5. ５から１０の個数の噴射穴（２）を含んでいる、請求項１−４のうちいずれか１項に記載のバルブ。
6. 前記噴射穴は噴射穴ディスクに設けられていることを特徴とする、請求項１−５のうちいずれか１項に記載のバルブ。
7. 前記入口領域（２１）の長さ（Ｌ１）は前記出口領域（２３）の長さ（Ｌ３）よりも大きいことを特徴とする、請求項１−６のうちいずれか１項に記載のバルブ。
8. 前記入口領域の長さ（Ｌ１）は軸方向（Ｘ−Ｘ）における前記噴射穴（２）の全長（Ｌ）の半分よりも大きく、および／または前記噴射穴（２）の全長（Ｌ）は０．３ｍｍよりも大きいことを特徴とする、請求項１−７のうちいずれか１項に記載のバルブ。
9. 前記入口領域（２１）と前記中間領域（２２）と前記出口領域（２３）とは前記噴射穴の中心軸（Ｘ−Ｘ）に対して同心的であることを特徴とする、請求項１−８のうちいずれか１項に記載のバルブ。

Images