JPH08247000A - 内燃機関に用いられる燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 噴射開口の有効噴射孔長さを減少させず、し
かも燃料噴流の拡散を回避する。 【構成】 噴射通路２３の燃料入口側の端部が、内壁に
対して丸みを有していて、該丸みの上側の、圧力室１５
に近い方の入口範囲が大きな半径ＲＡを有しており、下
側の、圧力室１５から遠い方の入口範囲が比較的小さな
半径ＲＢを有しており、前記丸みが、接線方向で内壁か
ら出発して、接線方向で噴射通路２３の壁に移行してお
り、上側の入口範囲に位置する丸みの半径ＲＡが噴射通
路２３の直径Ｄの０．０２〜０．３倍であり、下側の入
口範囲に位置する丸みの半径ＲＢが噴射通路２３の直径
Ｄの０．０１〜０．０５倍である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に用いら
れる燃料噴射弁であって、弁ボディに設けられた孔内に
軸方向で移動可能に案内された弁部材が設けられてい
て、該弁部材の燃焼室側の端部が、円錐状の弁シール面
を有しており、該弁シール面で前記弁部材が、前記孔の
燃焼室側の端部に設けられた円錐状の弁座面と協働する
ようになっており、該弁座面に燃焼室側で盲孔が続いて
おり、弁部材軸部と前記孔の壁との間に、前記弁座面に
通じた圧力室が設けられており、さらに燃料噴射弁の、
前記弁座面の下流側に位置する内壁から導出された少な
くとも１つの噴射通路が設けられており、該噴射通路
の、前記圧力室に対するハイドロリック接続が前記弁部
材によって閉鎖可能であり、前記噴射通路の燃料入口側
の端部が、内壁に対して丸みを有していて、該丸みの上
側の、前記圧力室に近い方の入口範囲が大きな半径を有
しており、下側の、前記圧力室から遠い方の入口範囲が
比較的小さな半径を有している形式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】このような形式の燃料噴射弁は欧州特許
第０３７０６５９号明細書に基づき公知である。この公
知の燃料噴射弁では、弁ボディに設けられた孔内にピス
トン状の弁部材が軸方向で移動可能に案内されている。
この孔は燃焼室側で、円錐状の範囲を介して盲孔に移行
している。弁部材の下端部、つまり燃料を供給されるべ
き内燃機関の燃焼室に近い方の端部は、円錐状のシール
面を有している。このシール面で弁部材は前記孔の円錐
状の範囲に設けられた円錐状の弁座と協働するようにな
っている。前記盲孔または弁ボディに設けられた孔の円
錐状の範囲からは、弁座の下流側で噴射弁構造に応じて
少なくとも１つの噴射通路が導出されている。弁部材の
軸部と前記孔の壁との間には、圧力室が設けられてお
り、この圧力室は弁部材と前記孔との間の環状ギャップ
によって形成された圧力通路を介して弁座面に接続され
ている。弁部材はさらに、公知の形式で圧力室の範囲に
設けられた受圧肩部を有している。この受圧肩部には、
圧力管路を介して圧力室に流入する燃料高圧が作用し
て、戻しばねのばね力に抗して弁部材を弁座から持ち上
げる。

【０００３】噴射噴流を成形するためには、公知の燃料
噴射弁に設けられた噴射通路の内端部がホッパ状に形成
されており、この場合、盲孔もしくは円錐状の範囲と噴
射通路との間の移行部は規定された半径を描いて丸めら
れる。噴射通路の長手方向軸線の断面図で見て前記半径
は、接線方向で噴射通路内部の燃料噴流狭隘部に移行す
るように設定されている。この場合に、噴射通路の丸く
面取りされた部分と円筒状の部分との間、さらに丸く面
取りされた部分と盲孔の壁もしくは円錐状の範囲の壁と
の間には、縁部が残る。このことはさらに噴流狭隘を助
成し、噴射通路を通る通流度を減少させ、しかも流出す
る燃料噴流のコンパクト性を不都合に低下させる。

【０００４】さらに、上記公知の噴射開口の形状には次
のような欠点がある。すなわち、噴流成形のために有効
となる噴射孔長さがホッパ状の入口範囲に基づき短縮さ
れていて、この場合、この噴射孔長さは収束された噴射
噴流を得るためにはもはや十分でなくなる。それどころ
か、公知の燃料噴射弁の燃料噴流は茂み状（ｂｕｓｃｈ
ｉｇ）に拡散してしまい、したがって燃料を供給される
べき内燃機関の燃焼室への十分な侵入深さを得ることが
できない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式の燃料噴射弁を改良して、噴射開口の有効
となる噴射孔長さが減少されず、ひいては燃料噴流の拡
散が回避されるような燃料噴射弁を提供することであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の構成では、前記丸みが、接線方向で内壁から
出発して、接線方向で噴射通路の壁に移行しており、上
側の入口範囲に位置する丸みの半径が噴射通路の直径の
０．０２〜０．３倍であり、下側の入口範囲に位置する
丸みの半径が噴射通路の直径の０．０１〜０．０５倍で
あるようにした。

【０００７】

【発明の効果】本発明による燃料噴射弁は従来のものに
比べて次のような利点を有している。すなわち、噴射通
路の入口範囲が縁部なしに少しだけしか面取りされてい
ないことに基づき、噴射開口の有効噴射孔長さが減じら
れないので、噴射噴流の拡散は回避される。それにもか
かわらず、比較的小さな半径に基づき、噴射開口への燃
料の均一な流入も可能となり、これによって、噴射孔に
設けられた、丸められていない入口縁部を有する慣用の
燃料噴射弁に比べて、入口における渦流形成を著しく減
少させることができる。こうして、本発明によれば噴射
通路の入口範囲における半径のこのような構成により、
より均一な燃料噴流束が得られる。

【０００８】さらに、噴射孔入口の縁部が丸められてい
ることにより、ノッチ効果も減じられる。このことは、
円頂部範囲、盲孔範囲および噴射孔範囲における耐高圧
性を２０００バールよりも上にまで増大させる。丸み付
けは、たとえば機械的、ハイドロリック的または電気化
学的に行なうことができる。この場合、この加工は付加
的に円頂部強度の増大を生ぜしめる。なぜならば、これ
によって硬質部分におけるエッジ酸化が除去されるから
である。

【０００９】上側の入口範囲における半径が噴射孔直径
の０．０２〜０．３倍であり、下側の入口範囲における
半径が噴射孔直径の０．０１〜０．０５倍であると、特
に好都合な噴射噴流形状が得られる。上で説明した噴射
噴流成形は、噴射通路の長さを規定する、噴射通路の範
囲に位置する弁ボディの壁厚さが０．６〜１．４ｍｍで
あると、一層改善される。できるだけ方向付けられた噴
射噴流を有利に成形するための前記手段は、盲孔ノズル
構造の燃料噴射弁においても、座孔ノズル構造の燃料噴
射弁においても可能となる。この場合、盲孔式ノズルで
は噴射通路の軸線が、盲孔の壁に対する垂直線から弁部
材の方向で傾倒されていると有利である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。

【００１１】図１に、本発明にとって重要な構成部分だ
けを示した、内燃機関に用いられる燃料噴射弁は、円筒
状の弁ボディ１を有している。この弁ボディ１は、その
直径の減径された端部で、内燃機関（図示しない）の燃
焼室に突入している。。弁ボディ１には、軸方向の孔３
が配置されている。この孔３は燃焼室側で、円錐状の範
囲を介して、弁ボディ１に設けられた盲孔２１に移行す
る。この孔３には、ピストン状の弁部材５が軸方向で移
動可能に案内されている。この弁部材５の下側の、燃焼
室側の端部は円錐状の弁シール面７を有している。この
弁シール面７で弁部材５は、弁ボディ１に設けられた、
円錐状の範囲の一部に形成された円錐状の弁座面９と協
働する。弁部材５の軸部は、受圧肩部１１を形成する横
断面拡張部を有している。この横断面拡張部には、弁シ
ール面７とは反対の方向で、直径の増径された弁部材部
分が続いている。この弁部材部分は孔３の壁に密に案内
されている。弁部材軸部の直径の小さな部分は、受圧肩
部１１を起点として弁シール面７にまで延びており、こ
の場合、孔３の壁と弁部材５との間には、圧力通路１３
を形成する環状ギャップが残っている。この圧力通路１
３は、孔３の横断面拡張によって受圧肩部１１の範囲に
形成された圧力室１５を起点として、弁座面９にまで延
びており、この場合、圧力室１５には、燃料高圧ポンプ
（図示しない）に接続可能な圧力管路１７が開口してい
る。

【００１２】燃料噴射弁に閉鎖力を加えるためには、さ
らに戻しばね１９が設けられている。この戻しばね１９
は弁部材５の、燃焼室とは反対の側の端部に作用して、
こうしてこの弁部材５の弁シール面７を弁座面９に押圧
保持する。

【００１３】図１および図２に示した第１実施例では、
燃料噴射弁が盲孔式ノズルとして形成されている。この
ためには、孔３の閉じられた端部が盲孔２１を形成して
いる。この盲孔２１は弁座面９に燃焼室側で続いてい
る。この盲孔２１の燃焼室側の端部はドーム形に形成さ
れていると有利である。盲孔２１の円セグメント形の内
壁部分からは、少なくとも１つの噴射通路２３が導出さ
れて、燃料を供給されるべき内燃機関の燃焼室に開口し
ている。この噴射通路２３の軸線は弁部材５の方向で、
盲孔２１の内壁面に対する垂直線から傾倒されているの
で、噴射通路２３の、図示の縦断面図で見て上側に位置
する、弁座面９寄りの範囲の壁は、下側に位置する、弁
座面９から遠い方の範囲の壁よりも、盲孔２１の内壁に
対して小さな角度を有している。噴射通路２３の範囲に
おける弁ボディ１の、噴射通路２３の軸方向長さをほぼ
規定する壁厚さは、０．６〜１．４ｍｍである。

【００１４】噴射噴流成形を改善しかつできるだけ均一
な噴流経過を得るためには、盲孔２１の内壁から導出さ
れた、噴射通路２３の入口範囲が丸く面取りされてい
る。この場合、弁座面９に近い入口範囲の丸みの半径Ｒ
Ａは、弁座面９から遠い入口範囲の半径ＲＢよりも大き
く形成されている。

【００１５】上側の半径ＲＡは、噴射通路２３の直径Ｄ
の０．０２〜０．３倍であり、下側の半径ＲＢは０．０
１〜０．０５倍である。このような、盲孔２１の内壁に
も、噴射通路２３の壁にも接する半径に基づき、高い圧
力下にある燃料が噴射通路２３に最適に流入することが
可能となると同時に、噴流形成を損なう渦流形成が回避
される。本発明による燃料噴射弁は次のように作動す
る。

【００１６】燃料噴射弁の閉鎖状態において、戻しばね
１９は、燃料を充填された圧力室１５の標準圧に抗して
弁部材５の弁シール面７を弁座面９に接触保持する。燃
料噴射弁において燃料噴射を実施するためには、この燃
料噴射弁の圧力室１５が圧力管路１７を介して高い燃料
圧で負荷される。この場合、受圧肩部１１に作用する押
圧力は戻しばね１９のばね力を上回り、弁部材５は弁座
面９から持ち上がる。このときに、高い圧力下にある燃
料は圧力室１５と圧力通路１３とを介して弁座面９にま
で流入し、弁部材５が持ち上げられた状態でこの弁部材
５に沿って盲孔２１に流入する。孔３に設けられた盲孔
２１内で、燃料は丸く面取りされた入口を介して噴射通
路２３に流入し、さらに噴射目的のために、燃料が供給
されるべき内燃機関の燃焼室に流入する。このときに、
半径ＲＡ、ＲＢを備えた入口範囲は噴射通路２３内で、
均一でかつ方向付けられた噴射噴流を生ぜしめる。噴射
量の大部分もしくは最大流速を有する部分は、上側の、
つまり弁座面９に近い方の丸みを介して流れるので、こ
の丸みの半径ＲＡは下側の半径ＲＢよりも大きく形成さ
れている。

【００１７】噴射の終了時には、圧力室１５の高圧が減
圧された状態で弁部材５が、公知の形式で戻しばね１９
によって弁座９にまで戻される。

【００１８】図３に示した第２実施例は、燃料噴射弁の
形式の点でのみ第１実施例と異なっている。すなわち第
２実施例では、噴射弁がいわゆる座孔式ノズルとして形
成されている。

【００１９】このためには、孔３の燃焼室側の閉じられ
た端部が中空円錐状に形成されており、この場合、円錐
側縁は弁座面９を形成している。この弁座面９には、弁
部材５の円錐状の弁シール面７が密に接触する。噴射通
路２３は弁座面９から導出されているので、この噴射通
路２３は噴射弁の閉じられた状態で、弁部材５の弁シー
ル面７によってカバーされ、ひいては閉鎖されている。
噴射通路２３は図３で見て、盲孔２１の一部を形成する
弁座面９に対して直角に配置されていて、図２に示した
第１実施例と同様に丸く面取りされた入口範囲を有して
いる。この入口範囲の上側の、圧力通路１３に近い方の
丸みは半径ＲＡを有しており、下側の、圧力通路１３か
ら遠い方の丸みは半径ＲＢを有している。この場合、半
径ＲＡは噴射通路２３の直径Ｄの０．０２〜０．３倍で
あり、半径ＲＢは直径Ｄの０．０１〜０．０５倍であ
る。噴射通路２３の範囲に位置する、弁ボディ１の壁厚
さは第２実施例では第１実施例の場合と同様に、０．６
〜１．４ｍｍである。

【００２０】したがって、燃料噴射弁の噴射通路２３の
本発明による構成を用いると、公知の燃料噴射弁に比べ
て、方向付けられた噴射噴流を形成することが可能とな
り、この噴射噴流は噴射通路への流入時に渦流を全く付
与されないか、もしくはほとんど付与されない。丸く面
取りされた入口範囲は有効噴射孔長さを減少させない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による燃料噴射弁の断面図
である。

【図２】図１に示した第１実施例による燃料噴射弁の一
部を拡大して示す断面図である。

【図３】本発明の第２実施例による燃料噴射弁の一部を
拡大して示す断面図である。

【符号の説明】

１ 弁ボディ、 ３ 孔、 ５ 弁部材、 ７ 弁シー
ル面、 ９ 弁座面、１１ 受圧肩部、 １３ 圧力通
路、 １５ 圧力室、 １７ 圧力管路、１９ 戻しば
ね、 ２１ 盲孔、 ２３ 噴射通路、 ＲＡ，ＲＢ
半径、 Ｄ噴射通路の直径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フリードリッヒ ベッキング ドイツ連邦共和国 シュツットガルト マ インツァー シュトラーセ 27

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関に用いられる燃料噴射弁であっ
   て、弁ボディ（１）に設けられた孔（３）内に軸方向で
   移動可能に案内された弁部材（５）が設けられていて、
   該弁部材（５）の燃焼室側の端部が、円錐状の弁シール
   面（７）を有しており、該弁シール面（７）で前記弁部
   材（５）が、前記孔（３）の燃焼室側の端部に設けられ
   た円錐状の弁座面（９）と協働するようになっており、
   該弁座面（９）に燃焼室側で盲孔（２１）が続いてお
   り、弁部材軸部と前記孔（３）の壁との間に、前記弁座
   面（９）に通じた圧力室（１５）が設けられており、さ
   らに燃料噴射弁の、前記弁座面（９）の下流側に位置す
   る内壁から導出された少なくとも１つの噴射通路（２
   ３）が設けられており、該噴射通路（２３）の、前記圧
   力室（１５）に対するハイドロリック接続が前記弁部材
   （５）によって閉鎖可能であり、前記噴射通路（２３）
   の燃料入口側の端部が、内壁に対して丸みを有してい
   て、該丸みの上側の、前記圧力室（１５）に近い方の入
   口範囲が大きな半径（ＲＡ）を有しており、下側の、前
   記圧力室（１５）から遠い方の入口範囲が比較的小さな
   半径（ＲＢ）を有している形式のものにおいて、前記丸
   みが、接線方向で内壁から出発して、接線方向で噴射通
   路（２３）の壁に移行しており、上側の入口範囲に位置
   する丸みの半径（ＲＡ）が噴射通路（２３）の直径
   （Ｄ）の０．０２〜０．３倍であり、下側の入口範囲に
   位置する丸みの半径（ＲＢ）が噴射通路（２３）の直径
   （Ｄ）の０．０１〜０．０５倍であることを特徴とす
   る、内燃機関に用いられる燃料噴射弁。
2. 【請求項２】 噴射通路（２３）の範囲に位置する弁ボ
   ディ（１）の壁厚さが０．６〜１．４ｍｍである、請求
   項１記載の燃料噴射弁。
3. 【請求項３】 前記孔（３）の、燃料室側で弁座面
   （９）に続いて設けられて、盲孔（２１）を制限する閉
   じられた端部が、ドーム状に形成されており、噴射通路
   （２３）が、前記盲孔（２１）の、弁部材（５）との重
   なり部の外側に位置する球セグメント状の内壁部分の範
   囲に配置されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
4. 【請求項４】 噴射通路（２３）の中心軸線が、前記盲
   孔（２１）の球セグメント状の内壁面に対する垂直線に
   対して所定の角度を成しており、噴射通路（２３）の上
   側の、弁座面（９）に近い方の壁が、弁座面（９）から
   遠い方の下側の壁面よりも、前記盲孔（２１）の壁垂直
   線に対して小さな角度を有している、請求項３記載の燃
   料噴射弁。
5. 【請求項５】 前記孔（３）の、燃焼室側で弁座面
   （９）に続いた閉じられた端部が、中空円錐状に形成さ
   れており、噴射通路（２３）が、弁座面（９）を形成す
   る円錐面部分から導出されていて、噴射通路（２３）が
   弁部材（５）の弁シール面（７）によって閉鎖可能であ
   る、請求項１記載の燃料噴射弁。
6. 【請求項６】 噴射通路（２３）が弁座面（９）に対し
   て直角に配置されている、請求項５記載の燃料噴射弁。