JPH09509717A - 内燃機関に用いられる燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 弁ボディ（１）の燃焼室側の端部に、供給通路（５）に接続された室（９）が配置されており、この室が、半径方向内側で、弁ボディ（１）の燃焼室側の端面（７）から軸方向に突出した、弁座（１５）を保持するピン（１１）によって仕切られており、燃料を供給されるべき内燃機関の燃焼室に対して前記室（９）を仕切る、弁ボディ（１）の外縁範囲に緊締されたばね弾性的な弁ダイヤフラム（１７）が設けられており、この弁ダイヤフラム（１７）に、弁座（１５）にプレロードをかけられて密に接触する弁シール面（１９）が設けられており、しかも弁ダイヤフラム（１７）が噴射開口（２５）を有しており、この噴射開口（２５）が、燃料の噴射流方向で見て前記弁シール面（１９）の背後で弁ダイヤフラム（１７）に配置されている、内燃機関に用いられる燃料噴射弁。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関に用いられる燃料噴射弁 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、内燃機関に用いられる燃料 噴射弁から出発する。このような形式の燃料噴射弁はドイツ連邦共和国実用新案 第Ｇ９３２０４３３．７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、弁ボディの燃焼室側の端面が、環状の圧力室を仕切っている。この圧力室に は、燃料噴射ポンプの供給管路が開口している。この圧力室は半径方向内側で、 弁ボディの端面から軸方向に突出したピンによって仕切られている。このピンの 横断面は燃焼室側の端部で円錐状に先細りになって、弁座を形成している。この 圧力室の、燃焼室側の端部は板状の弁ダイヤフラムによって仕切られる。この弁 ダイヤフラムの外縁範囲はスリーブを挟んで、締付けナットによって弁ボディに 固定されている。さらに弁ダイヤフラムは中心の開口を有しており、この開口の 環状縁部は弁座と協働するシール縁部を形成している。弁ダイヤフラムのシール 面は燃料噴射弁の閉じられた状態において、プレロードをかけられて弁座に密に 接触しているので、圧力室は燃料を供給されるべき内燃機関の燃焼室の方向に閉 じられている。噴射を行な いたい場合、圧力室は供給通路を介して高い燃料圧で負荷される。この高い燃料 圧はばね弾性的な弁ダイヤフラムのシール面をプレロード力に抗して弁座から持 ち上げる。その結果、このときに開制御された、前記ピンに設けられた環状ギャ ップを介して、公知の絞りピン型ノズルと同様に燃料噴射が行なわれる。噴射過 程の終了は圧力室への高圧供給の終了によって制御される。しかしこの公知の燃 料噴射弁には、直接噴射型の内燃機関において使用するためには適していないと いう欠点がある。なぜならば、この公知の燃料噴射弁を用いると、ピンに対して 軸方向に向けられた唯一つの噴射噴流しか得ることができないからである。 発明の利点 請求項１の特徴部に記載の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、その構造に関して単純なダイヤフラム型 ノズルを、直接噴射型の内燃機関に用いられる燃料噴射装置に対しても使用する ことができる。このことは、シール座部に後置された噴射開口の配置を自由に選 択することにより可能となるので有利である。この場合、多数の噴射開口を設け ることができる。これらの噴射開口は、噴射噴流が噴射弁の軸部の軸線に対して 規定の角度を成して延びるように位置調整されているので、直接噴射型の内燃機 関においても最適な燃料調整が可能となる。 弁座は軸方向で突出したピンにおける配置の他に、弁ボディの端面に固定され た球体に設けることもできる。このことは、噴射弁の製造手間を一層減少させる 。 弁シール面に下流側で後置された噴射開口は、有利には板状の弁ダイヤフラム に設けられた球状の成形部に直接に加工成形されるか、または弁シール面をも保 持する別個の挿入体に設けられてもよい。次いで、この挿入体は弁ダイヤフラム に挿入される。弁ダイヤフラムをこのように２つの部分から形成することは、種 々の材料を使用することができるという利点を持っている。したがって、ダイヤ フラムのためには、良好なばね弾性特性を有する材料を使用し、ダイヤフラム挿 入体のためには、良好な強度特性および保持性を有する材料を使用することがで きる。さらに、弁シール面と噴射開口とを収容する別個の部分を使用することに 基づき、組立ユニットシステムが可能となる。つまりこのような組立ユニットシ ステムでは、ユニバーサル弁ボディと、規格化された弁ダイヤフラムとを使用し て、各内燃機関に対する適合を単にダイヤフラム挿入体の交換によって行なうこ とができる。 さらに択一的に、大量生産により製造し得る球状挿入体（たとえば球軸受けの 球体）によって完全な座部・噴射孔ジオメトリを弁ダイヤフラムに組み込むこと も可能となる。この球状挿入体はこの場合、弁ボディ の端面における供給通路の流出開口によって形成された、構造的に極めて単純な 弁座と協働する。 さらに別の利点は、ピンと弁ダイヤフラムとを燃焼室に突入させることにより 得られる。なぜならば、噴射開口をこうして燃焼室の中心の範囲に案内すること ができるからである。 弁ボディにおける弁ダイヤフラムの固定は、締付けナットによって行なわれる と有利である。このためには、噴射弁の開放圧を調節する目的で弁ダイヤフラム と弁ボディとの間に調節板もしくは調節リングが配置されている。この場合、た とえば外部から接近可能なナットによって調節を行なうと特に有利である。なぜ ならば、こうして組付けの後でもまだ外部から噴射弁の開放圧を調節することが できるからである。 また、場合によって行なわれる、あとからの調節を不要にすることができると 、択一的に、弁ダイヤフラムを弁ボディに結合されたリングに溶接することが可 能となる。さらに、キャップ状の締付けナットによって弁ダイヤフラムの燃焼室 側の端面を取り囲むことにより、弁ダイヤフラムの開放行程運動を制限して、こ れにより弁座と弁シール面との間の規定された流過横断面を保証することが可能 となるので、有利である。 さらに別の利点は、可動の弁部材（弁ダイヤフラム）の、ピンに対する回転位 置を固定することにより得られる。これによって、締付けナットと弁ダイヤフラ ムとの間の摩擦接続において、シール性に影響を与える応力が生じなくなる。 本発明のさらに別の利点およびさらに別の有利な構成は、実施例の説明、図面 および請求の範囲に記載されている。 図面 以下に、内燃機関に用いられる本発明による燃料噴射弁の実施例を図面につき 詳しく説明する。 第１図は本発明による燃料噴射弁の第１実施例を示す縦断面図、第２図は弁ダ イヤフラムおよびピンによって形成された弁座の拡大図、第３図は弁座が球体に よって形成されている第２実施例を示す断面図、第４図は弁シール面と噴射開口 とを収容する円錐台形状の挿入体が弁ダイヤフラムに挿入されている第３実施例 を示す断面図、第５図および第５ａ図はダイヤフラム挿入体が球セグメントとし て形成されている第４実施例を示す断面図、第６図および第６ａ図はダイヤフラ ム挿入体が球体として形成されていて、球体の球面が弁シール面を形成しており 、この弁シール面で球体が室における供給通路の流出開口と協働する第５実施例 を示す断面図、第７図および第７ａ図は球体として形成された弁座と、この弁座 と協働する球状のダイヤフラム挿入体とが使用される第６実施例を示す断面図、 第８図および第８ａ図は球状の弁座と、ほぼ板状の弁ダイヤフラムの球状もしく は球欠状の成形部とが使用 される第７実施例を示す断面図、第９図および第１０図は締付けナットが弁ダイ ヤフラムをキャップ状に取り囲む第８実施例および第９実施例を示す断面図、第 １１図は弁座を保持するピンとダイヤフラムとが軸方向で弁ボディから突出する ように内燃機関の燃焼室に突入している第１０実施例を示す断面図、第１２図は 弁ダイヤフラムとスリーブとが一体に形成されている第１１実施例を示す断面図 である。 実施例の説明 第１図に示した回転対称的な弁ボディ１は、その一方の端部に燃料噴射ポンプ の供給管路（図示しない）のための接続部３を有している。この接続部３からは 、弁ボディ１を長手方向で貫通した供給通路５が導出されている。この供給通路 ５は弁ボディ１の、燃料を供給されるべき内燃機関の燃焼室に面した端面７に開 口している。この端面７は室９に隣接しており、この室９は第２図に示した第１ 実施例では、半径方向内側では端面７から軸方向に突出した中心のピン１１によ って仕切られていて、半径方向外側ではスリーブ１３によって仕切られている。 この場合、円錐台形のピン１１はその円錐面の一部で弁座１５を形成している。 この弁座１５には、室９を燃焼室側で仕切る、有利にはばね弾性的な鋼から形成 された弁ダイヤフラム１７がプレロードをかけられて接触している。この弁ダイ ヤフラム１７は室９の方向に湾曲させられていて、弁 シール面１９を備えている。このためには、可動の弁部材を形成する板状の弁ダ イヤフラム１７が、ピン１１の高さに燃焼室の方向に突出した円錐台形状の成形 部２１（凹部）を有している。この成形部２１の燃焼室側の端部は球状に形成さ れており、この場合、成形部２１の内側の側縁部は弁座１５と協働する弁シール 面１９を形成している。ピン１１の燃焼室側の端部と、成形部２１の底部との間 には、盲孔状の室２３が形成されている。この室２３は弁座１５と弁シール面１ ９との間に形成されたシール横断面に噴射方向で見て下流側に後置されていて、 少なくとも１つ、有利には多数の噴射開口２５から内燃機関の燃焼室へ通じてい る。 弁ダイヤフラム１７の外縁部は、スリーブ１３を挟んで締付けナット２７によ って弁ボディ１に密に緊締されている。このためには、締付けナット２７が弁ダ イヤフラム１７の外縁部をカバーするつば２９を有している。 ピン１１と弁ダイヤフラム１７との間の、弁座のシール性を得るために十分な 位置固定を保証するためには、弁ダイヤフラム１７の外径が、締付けナット２７ の内径よりも小さく形成されており、これによって組付け時に弁ダイヤフラム１ ７をピン１１に対して最適にセンタリングすることができる。 本発明による燃料噴射弁における燃料噴射は、供給 通路５を介して噴射ポンプによって室９に、高い圧力下にある燃料を供給するこ とにより行なわれる。この圧力形成の結果、弁ダイヤフラム１７の弁シール面１ ９はそのプレロード力に抗して弁座１５から持ち上げられるので、燃料は開かれ たシール横断面に沿って盲孔状の室２３に流入し、さらに噴射開口２５を介して 、燃料を供給されるべき内燃機関の燃焼室に流入する。燃料噴射は室９への燃料 高圧供給を中断することによって終了される。その結果、室９内の圧力は再び弁 ダイヤフラム１７のプレロード力よりも下へ低下するので、弁シール面１９はば ね弾性的に弁座１５に密に戻される。 第３図に示した第２実施例は、弁座１５の構成を除いて、第１図および第２図 に示した第１実施例と同様に形成されている。第２実施例では弁座１５が、弁ボ ディ１の端面７の真ん中に固定された、有利には溶接された球体３１によって形 成される。この球体３１の表面は弁座１５を形成しており、この弁座１５は弁ダ イヤフラム１７の弁シール面１９と協働する。 第４図に示した第３実施例では、弁ダイヤフラム１７が２つの部分から形成さ れている。弁シール面１９と噴射開口２５とはダイヤフラム挿入体３３に配置さ れている。このダイヤフラム挿入体３３の形状は第２図に示した成形部２１の形 状に相当している。ダイヤフラム挿入体３３は弁ダイヤフラム１７に設けられた 収容孔３５に挿入されて、密に固定される。 第５図およびその一部の拡大図である第５図ａに示した、燃料噴射弁の第４実 施例では、ダイヤフラム挿入体３３が中空球体３７として形成されている。この 中空球体３７の、室９に面した側には、開口が設けられており、この開口の壁が 弁シール面１９を形成している。この開口には、弁座１５を備えたピン１１が突 入している。 第６図およびその一部を拡大した第６図ａに示した第５実施例では、弁座１５ が、弁ボディ１の端面７における供給通路５の開口部によって形成されている。 この弁座１５と協働する弁シール面１９は、中実球体３９に形成されている。こ の中実球体３９は弁ダイヤフラム１７に結合されている。中実球体３９は噴射開 口２５を形成する、互いに交差した孔４１によって貫通されている。この孔４１ は室９を起点として内燃機関の燃焼室に開口している。この場合、燃焼室に常時 接続されている室９は燃料噴射弁の作動時に、盲孔状の室２３の機能を引き受け る。供給通路５内の圧力は直接に弁ダイヤフラム１７の弁シール面１９に向かっ て流れる。さらに、噴射弁内部の、燃焼室に接続された不都合な容積を最小限に 抑えるためには、スリーブ１３が弁ダイヤフラム１７と弁ボディ１との間のこの 死容積に挿入されている。このスリーブ１３は、弁ダイヤフラム１７の開閉運動 を損なわないように構成さ れている。 第７図および第７図ａに示した第６実施例は、第３図および第４図に示した、 球体３１に形成された弁座１５と、ダイヤフラム挿入体３３に配置された弁シー ル面１９との組合わせである。第８図およびその拡大図である第８図ａに示した 第７実施例は、弁ダイヤフラム１７に設けられた成形部２１の形状の点でのみ、 第３図に示した第２実施例と異なっている。第７実施例では、成形部２１が球欠 状に形成されている。この場合、球欠体底部と弁座球体３１との間に形成された 盲孔状の室２３からは、噴射開口２５が導出されていて、不都合な容積を減少さ せるために制限されている。 第９図に示した第８実施例では、弁ダイヤフラム１７が、ほぼ鐘形に段付けさ れて形成されている。締付けナット２７は環状肩部４３を介して弁ダイヤフラム １７を直接に弁ボディ１の端面７に押圧している。さらに、締付けナット２７の つば２９は半径方向で内側に突入しており、この場合、つば２９は調節可能な小 さなギャップ寸法ｓにまで弁ダイヤフラム１７に接近する。したがって、ギャッ プ寸法ｓの大きさは弁ダイヤフラム１７の最大開放行程を規定する。 第１０図に示した第９実施例は、弁ボディ１の端面７と弁ダイヤフラム１７と の間に調節リング４５が緊締されている点でのみ、第８実施例とは異なっている 。この調節リング４５の厚さまたは変形により、弁ボディ１に対する弁ダイヤフ ラムの軸方向位置、ひいては弁座１５における弁シール面１９の接触のプレロー ド力もしくは燃料噴射弁の開放圧を調節することができる。 第１１図に示した第１０実施例では、ピン１１と弁ダイヤフラム１７とが、締 付けナット２７によりカバーされた部分から内燃機関の燃焼室の内部へ突入して いる。弁ダイヤフラム１７は室９への給圧時に弁ボディ１に対する軸方向での膨 張の他に、半径方向での膨張伸張によっても弁座１５と弁シール面１９との間の 開放横断面を開制御する。 第１２図に示した第１１実施例では、弁ダイヤフラム１７が第１図に示した第 １実施例の場合とほぼ同様に形成されているが、しかし第１図に示したスリーブ １３と一体に形成されている。この場合、構成部材の一層の減少が得られるとい う利点の他に、シール接合部が不要となる。このことは、加工の手間を減少させ ると同時に、シール性危険をも減少させる。また、スリーブに徐々に移行する移 行範囲も別の利点をもたらす。すなわち、この移行範囲によって、弁ダイヤフラ ムの緊締個所における応力を減少させることができる。 したがって本発明による燃料噴射弁を用いると、孔型ノズルの利点をダイヤフ ラム型ノズルの利点と簡単 に結び付け、こうして少数の構成部分の使用において高い機能確実性を保証する ことが可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギュンター レヴェンツ ドイツ連邦共和国 71282 ヘミンゲン ヒルシュシュトラーセ 27 (72)発明者 ウーヴェ ゴルドン ドイツ連邦共和国 71706 マルクグレー ニンゲン ダイムラーシュトラーセ 18 (72)発明者 シュテファン ハウク ドイツ連邦共和国 70771 ラインフェル デン−エヒターディンゲン ラングヴィー ゼンシュトラーセ 28 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関に用いられる燃料噴射弁であって、位置固定の弁座（１５）を備 えた弁ボディ（１）と、可動の弁部材（１７）とが設けられており、該弁部材（ １７）が、ばね弾性的に調節可能な壁を有しており、該壁の縁部が弁ボディ（１ ）に位置固定されており、さらに弁部材（１７）の調節可能な壁が、弁ボディ（ １）の端面（７）と共に室（９）を取り囲んでいて、他方の側では燃料を供給さ れるべき内燃機関の、前記調節可能な壁に隣接した燃焼室から前記室（９）を隔 離しており、燃料高圧源によって燃料高圧を供給される供給通路（５）が設けら れており、該燃料供給通路（５）が、前記室（９）に開口しており、可動の弁部 材（１７）に弁シール面（１９）が設けられており、該弁シール面（１９）が、 位置固定の弁座（１５）の上流側で生ぜしめられる燃料高圧の作用を受けて、位 置固定の弁座（１５）から持上げ可能であり、このときに前記弁シール面（１９ ）が、前記弁シール面（１９）の下流側に位置する少なくとも１つの噴射開口（ ２５）を前記供給通路（５）に接続するようになっている形式のものにおいて、 噴射開口（２５）として、ジオメトリ的に規定された少なくとも１つの噴射孔が 設けられており、該噴射孔が、前記弁シール面（１９）の下流側で可動の弁部材 （１７）を貫いて案内され てい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．弁座（１５）が、弁ボディ（１）の軸線に対して同軸的に弁ボディ（１） の燃焼室側の端面（７）から突出したピン（１１）によって形成されており、該 ピン（１１）の横断面が、弁ダイヤフラムとして形成された可動の弁部材（１７ ）の方向に減少しており、可動の弁部材（１７）が、前記弁シール面（１９）に 続いて設けられた凹部（２１）を有しており、該凹部（２１）を起点として噴射 孔が延びている、請求項１記載の燃料噴射弁。 ３．弁座（１５）が、弁ボディ（１）の燃焼室側の端面（７）に固定された球 体（３１）によって形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。 ４．噴射開口（２５）が、有利には板状の弁ダイヤフラム（１７）として形成 された可動の弁部材の端面から燃焼室の方向に突出した成形部（２１）に配置さ れており、該成形部（２１）の、前記室（９）に面した壁の一部が、弁シール面 （１９）を形成しており、該弁シール面（１９）と噴射開口（２５）との間に盲 孔状の室（２３）が残されている、請求項１記載の燃料噴射弁。 ５．弁ダイヤフラム（１７）の、噴射開口（２５）を収容する前記成形部（２ １）が、燃焼室側の端部で球セグメント状に形成されており、噴射開口（２５） が、有利には対象軸線に対してずらされて配置されている、請求項４記載の燃料 噴射弁。 ６．弁ダイヤフラム（７）の、噴射開口（２５）を収容する前記成形部（２１ ）が、弁ダイヤフラム（１７）と一体に形成されている、請求項４記載の燃料噴 射弁。 ７．噴射開口を収容する前記成形部が、弁ダイヤフラム（１７）に圧力密に結 合されたダイヤフラム挿入体（３３）によって形成されている、請求項４記載の 燃料噴射弁。 ８．前記ダイヤフラム挿入体（３３）が、球状の頂部を備えた中空円筒状の円 錐台形体として形成されている、請求項７記載の燃料噴射弁。 ９．前記ダイヤフラム挿入体（３３）が、中空円筒状の球セグメントとして形 成されている、請求項７記載の燃料噴射弁。 １０．弁座（１５）が、供給通路（５）の、前記室（９）に面した流出開口に よって、弁ボディ（１）の燃焼室側の端面（７）に形成されており、前記可動の 壁に球体（３９）が固定されており、該球体（３９）の壁面の一部が、弁座（１ ５）と協働する弁シール面（１９）を形成しており、さらに前記球体（３９）が 、多数の噴射通路（４１）を有しており、該噴射通路（４１）の一方の端部がそ れぞれ前記室（９）に常時接続されており、他方の端部が燃焼室に常時接続され ている、請求項１記載の燃料噴射弁。 １１．前記可動の弁部材（１７）が、締付けナット（２７）によって弁ボディ （１）に固定されている、請求項１記載の燃料噴射弁。 １２．前記可動の弁部材（１７）と弁ボディ（１）との間にスリーブ（１３） または調節リング（４５）が設けられている、請求項１１記載の燃料噴射弁。 １３．弁座（１５）を保持する前記ピン（１１）が、内燃機関の燃焼室に突入 しており、この目的のために前記弁ダイヤフラム（１７）の一部が、同じく中空 円筒状に形成されている、請求項２記載の燃料噴射弁。 １４．前記可動の弁部材（１７）が、弁ボディ（１）に溶接されている、請求 項１記載の燃料噴射弁。 １５．前記可動の弁部材（１７）が、弁ダイヤフラム（１７）と弁ボディ（１ ）との間に挿入可能なスリーブ（１３）と一体に形成されている、請求項１記載 の燃料噴射弁。