JP2004502074A - 内燃機関のための燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、弁体（５）を有する燃料噴射弁に関する。この弁体（５）内で、袋孔として構成された孔（１５）内に、ピストン状の弁部材（７）が長手方向摺動可能にガイドされている。孔（１５）の底面には円錐形の弁座（２３）と少なくとも１つの噴射開口（２５）とが形成されており、この噴射開口（２５）は、弁部材（７）の、燃焼室側の区分（１０７）と孔（１５）との間に形成された圧力室（１１）を燃焼室に接続する。弁部材（７）の、燃焼室側の端部には弁部材先端（１３）が形成されており、この弁部材先端（１３）に、弁部材（７）に続く第１の円錐形面（３０）と、この第１の円錐形面（３０）に対して燃焼室側に配置された第２の円錐形面（３２）とが形成されている。第１の円錐形面（３０）の円錐形角度（α）は、弁座（２３）の円錐形角度（γ）よりも小さく、第２の円錐形角度（３２）の円錐形面（β）は弁座（２３）の円錐形角度（γ）よりも大きいので、２つの円錐形面（３０，３２）の移行部にシールエッジ（４０）が形成される。第１の円錐形面（３０）には環状に延びる環状溝（３５）が形成されており、この環状溝（３５）は、シールエッジ（４０）及び弁座（２３）の塑性変形に基づく、液圧式に作用する座部直径の増大を、正確に規定された程度に制限する。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した、内燃機関のための燃料噴射弁に関する。このような形式の燃料噴射弁は、ドイツ連邦共和国特許公開第１９６３４９３３号明細書により公知である。弁部材の燃焼室側の端部に弁部材先端が配置されていて、この弁部材先端に２つの円錐形面が設けられている。この円錐形面は、弁部材シャフトに続いていて、円錐形の弁座の開放角度よりも小さい開放角度を有している。第１の円錐形面には、燃焼室側で第２の円錐形面が続いており、この第２の円錐形面はの開放角度は、弁座の開放角度よりも大きいので、２つの円錐形面の移行部にシールエッジが形成されており、このシールエッジは、弁部材の閉鎖位置で、弁部材に作用する閉鎖力によって弁座に当接するようになっている。
【０００２】
弁部材の開放ストローク運動は、圧力室内の燃料の液圧力によって行われる。燃料は閉鎖位置で特に第１の円錐形面に作用し、それによって生じた力は軸方向で弁部材に作用する。この場合、シールエッジは、弁部材の、液圧式に作用する座部直径を規定し、それによって、所定の閉鎖力において、閉鎖力に抗して弁部材を弁座から持ち上げる燃料の開放圧力を規定する。燃料噴射弁の開放圧力は、一方では弁部材に作用する閉鎖力に基づいており、他方では、弁部材の液圧式に作用する面に基づいている。燃料噴射弁においては、閉鎖力は、運転中における弁保持体内及び閉鎖力を生ぜしめる装置内の弛緩プロセスによってやや低下する。しかしながら最適に機能する燃料噴射弁のためには、運転中に開放圧力を一定に保つことが重要である。開放圧力を一定にするためには、弁部材の液圧式に作用する面を小さくする必要がある。これは、弁座の円錐形角度と第１の円錐形面の円錐形角度との間の角度差が、第２の円錐形面の円錐形角度と弁座の円錐形角度との間の角度差よりも小さいことによって得られる。燃料噴射弁の運転中に、シールエッジは塑性変形によって弁座に押し込まれ、液圧式に作用するシールエッジは、本来のシールエッジから弁部材シャフトに向かってシフトする。これによって、液圧式に作用する座部直径は増大し、これに伴って、開放方向に作用する面が減少することによって、少なくとも部分的に、低下する閉鎖力が補償されるので、開放圧力は十分に一定に保たれる。閉鎖力が一定である場合に、開放圧力は相応に高くなる。しかしながら公知の弁部材においては、弁部材の、液圧式に作用する座部直径が運転中にどの程度変化し、ひいてはどの程度の強さで、開放方向に作用する面が大きくなるかについては前もって規定されない。従って、有る程度の繰り返し可能な結果を得るために、円錐形面も弁座も非常に正確に、及びひいては高価なコストをかけて製造する必要がある。
【０００３】
発明の利点
これに対して、請求項１の特徴部に記載した本発明による燃料噴射弁は、燃料噴射弁の開放圧力が運転中に全く変化しないか、又はたいして変化しないという利点を有している。第１の円錐形面には、環状に延びる環状溝が形成されており、この環状溝は、液圧式に作用する座部直径の増大を制限する。これによって燃料噴射弁の開放圧力は、所定の閉鎖力において、効果的な液圧式の座部直径が大きくなることによって上昇するが、この上昇は勿論、製造によって容易に規定可能な値までである。これによって、弁保持体及び、閉鎖力を生ぜしめるメカニズムの弛緩プロセスに基づいて生じる閉鎖力の低下を補償する。液圧的な座部直径の効果的な増大が環状溝によって正確に規定されて得られるので、燃料噴射弁のその他の構成部材を、開放圧力上昇に最適に適合させることができる。
【０００４】
本発明の有利な実施態様によれば、弁部材シャフトと環状溝との間の円錐形面に長手方向溝が配置されている。これによって、環状溝におけるキャビテーション作用及びひいては摩耗を抑制することができる。弁部材が非常に迅速に弁座から持ち上がる場合は、開放ストローク運動の開始時点に、燃料が弁部材先端と弁座との間に形成されたギャップを通って十分迅速に環状溝内に流入しないようにすることができる。長手方向溝によって、圧力室から環状溝への燃料流が改善され、キャビテーションはまったく生じないか、著しく減少された程度でのみ生じる。
【０００５】
図面
図面には本発明による燃料噴射弁が図示されている。図１には燃料噴射弁の部分的な縦断面図が示されていて、図２には図１の弁座領域の拡大図が示されている。
【０００６】
実施例の説明
図１には、内燃機関のための燃料噴射弁の部分的な縦断面図が示されている。弁体５は、緊締部材３によって弁保持体１に対して緊締されており、この弁保持体１は緊締部材３と共に１つのノズル保持体組み合わせを形成している。このノズル保持体組み合わせは、内燃機関の図示していない受容孔内の組み込み位置に配置されている。弁体５には孔１５が形成されており、この孔１５は、袋孔として構成されていて、その底面は燃焼室に向けて配置されている。孔１５の底面には、円錐形角度γを有する円錐形の弁座２３と、少なくとも１つの噴射開口２５とが形成されている。この噴射開口２５は孔１５を燃焼室に接続する。孔１５内には、長手方向軸線１９を有するピストン状の弁部材７が配置されており、この弁部材７は、燃焼室とは反対側に向いたガイド区分２０７によって孔１５内でガイドされていて、それによって軸方向で可動である。弁部材７は、押圧ショルダ９を形成しながら燃焼室に向かって先細りしていて、弁部材シャフト１０７に移行している。弁部材７の燃焼室側の端部には、燃焼室に向かって先細りしている弁部材先端１３が配置されている。押圧ショルダ９は、弁体５内に形成された押圧室１１内に配置されていて、この押圧室１１は、燃焼室に向かって、弁部材シャフト１０７を包囲する環状室に移行していて、孔１５の底面まで延びている。弁保持体１内及び弁体５内には、流入通路１７が形成されており、この流入通路１７は圧力室１１内に開口していて、この流入通路１７を介して圧力室１１に高圧下の燃料が充填可能である。
【０００７】
弁部材７は、閉鎖力によって燃焼室に向かって負荷される。この場合、閉鎖力を生ぜしめる装置は弁保持体１内に配置されていて、例えばプレロード（予圧）かけれたばねとして構成されている。閉鎖力を、弁部材７のストロークに関連して個別に又は一緒に閉鎖力を生ぜしめる多数のばねによって生ぜしめるようにしてもよい。しかもばね室内で圧力を形成することによっても付加的な閉鎖力を生ぜしめることができる。この閉鎖力によって、弁部材７はその弁部材先端１３が弁座２３に押し付けられ、それによって圧力室１１は噴射開口２５に対して閉鎖される。弁部材７の開放ストローク運動は、圧力室１１内の燃料の液圧力が押圧ショルダ９に、及び弁部材先端１３の少なくとも一部に作用することによって得られる。これによって、閉鎖力に抗して弁部材７に軸方向に作用する開放力が得られる。開放力が閉鎖力よりも大きければ、孔１５内で弁部材７が燃焼室から離れる方向に移動し、弁部材先端１３が弁座２３から持ち上がる。噴射開口２５は、圧力室１１に接続され、燃料が燃焼室内に噴射される。開放力と閉鎖力との関係が逆転すると、弁部材７の閉鎖運動が行われ、弁部材７が燃焼室に向かって軸方向で運動することによって弁部材先端１３は弁座２３に当接し、それによって噴射過程が終了する。
【０００８】
図２には、弁部材先端１３の領域における弁部材７の閉鎖位置、及び弁部材７を包囲する弁体５の縦断面図が示されている。弁部材先端１３には第１の円錐形面３０が形成されており、この円錐形面３０は、弁部材シャフト１０７に隣接していて、円錐角度αを有している。この場合、円錐角度αは、弁座２３の円錐形角度γよりも小さいので、第１の円錐形面３０と弁座２３との間に第１の角度差δ_１が形成される。第１の円錐形面３０に続いて弁座先端１３の燃焼室側に第２の円錐形面３２が設けられており、この第２の円錐形面３２の円錐形角度βは弁座２３の円錐形角度γよりも大きい。これによって形成された、第２の円錐形面３２と弁座２３との間の角度差δ_２は、前記角度差δ_１よりも大きい。第１の円錐形面３０から第２の円錐形面３２への移行部によって、弁部材先端１３に環状のシールエッジ４０が形成され、このシールエッジ４０は、弁部材７の長手方向軸線１９に対する半径方向平面に位置している。弁部材先端１３は、弁部材７の閉鎖位置においてシールエッジ４０が弁座２３に当接し、それによって噴射開口２５に対する圧力室１１の気密な閉鎖が得られる。これらの噴射開口２５は、孔１５の底面においてシールエッジ４０が弁座２３に当接する箇所に対して、燃焼室に向いた側に配置されている。
【０００９】
第１の円錐形面３０には環状に延びる環状溝３５が配置されており、この環状溝３５は弁部材７の長手方向軸線１９に対する半径方向平面に延びている。この環状溝３５の横断面は、円弧状又はその他の目的に合った形状を有している。例えばこの横断面は、多角形輪郭によって形成されているか又は楕円形の一部であってよい。環状溝の幅は、有利には０．１５〜０．５ｍｍである。
【００１０】
弁部材７が非常に迅速に開放すると、環状溝３５の領域内にキャビテーション（気泡）が形成される。そのために、環状溝３５は１つ又は多数の長手方向溝４２によって弁部材シャフト１０７に接続されている。長手方向溝４２は、開放ストローク運動の開始時に燃料が圧力室１１から環状溝３５内に流入するのを軽減するようになっているので、キャビテーション形成はまったくないか又は著しく減少される。長手方向溝４２は、有利には第１の円錐形面３０の外周面ラインに対して平行に延びていて、１つ以上の長手方向溝４２が設けられている場合には、有利な形式で弁部材７の外周に亘って一様に分配されている。
【００１１】
本発明に従って構成された弁部材先端１３の機能形式は次の通りである。つまり弁部材７の閉鎖位置で、シールエッジ４０は弁座２３に押し付けられる。これによって原理的に線状（リニヤ）接触が形成され、弁部材７においても弁座２３においても、弁部材７及び弁座２３の弾性的かつ塑性的な変形を生ぜしめる高い応力が生じる。従って、運転中にシールエッジ４０は弁座２３内に押し込められ、面接触が生じることになる。第１の角度差δ_１は第２の角度差δ_２よりも小さいので、シールエッジ４０を押し込むことによって液圧式に作用するシールエッジつまり境界線が、圧力室１１内の燃料の圧力が弁部材７を閉鎖位置に押しやるまで、シールエッジ４０から環状溝３５に向かって移動する。液圧式に作用するシールエッジが、燃焼室に向いた側の下側の環状溝エッジ３８に達すると、この液圧式に作用するシールエッジはそれ以上移動せず、下側の環状溝エッジ３８と重なる。弁部材７及び弁座２３の材料を適当に選択することによって、弁座部材先端１３は、燃焼室とは反対側の上側の環状溝エッジ３７も弁座２３に当接するまで、弁座２３に押し込まれる。
【００１２】
弁座の円錐形角度は、５５゜〜６５゜、有利には約６０゜である。第１の円錐形面３０及び第２の円錐形面３２の円錐形角度は、角度差δ_１，δ_２がそれぞれ、１．５゜よりも小さくなるように設計されている。この場合、常に第１の角度差δ_１は第２の角度差δ_２よりも小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射弁の部分的な縦断面図である。
【図２】図１の弁座領域の拡大図である。

Claims (8)

1. 内燃機関のための燃料噴射弁であって、弁体（５）が設けられており、該弁体（５）に孔（１５）が配置されていて、この孔（１５）の、燃焼室側の端部に、円錐形の弁座（２３）と、燃焼室に接続されている少なくとも１つの噴射開口（２５）とが配置されており、前記孔（１５）内にガイドされた長手方向摺動可能なピストン状の弁部材（７）が設けられており、該弁部材（７）が、弁座（２３）側に向いた弁部材シャフト（１０７）を有していて、該弁部材シャフト（１０７）と前記孔（１５）の壁部との間に、燃料を充填可能な圧力室（１１）が形成されており、さらに該弁部材（７）がその燃焼室側の端部で弁部材先端（１３）を有していて、該弁部材先端（１３）に、第１の円錐形面（３０）と、燃焼室側で前記第１の円錐形面（３０）に続いて第２の円錐形面（３２）とが形成されており、この場合、第１の円錐形面（３０）の円錐形角度（α）が弁座（２３）の円錐形角度（γ）よりも小さく、第２の円錐形面（３２）の円錐形角度（β）が弁座（２３）の円錐形角度（γ）よりも大きく構成されており、これによって２つの円錐形面（３０，３２）の移行部に環状のシールエッジ（４０）が形成され、このシールエッジ（４０）が、弁部材（７）の閉鎖位置で、噴射開口（２５）に向かう燃料流に関連して噴射開口（２５）の上流側で、弁座（２３）に当接するようになっている形式のものにおいて、
   弁部材先端（１３）の第１の円錐形の面（３０）に、環状に延びる環状溝（３５）が形成されていることを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射弁。
2. 環状溝（３５）が弁部材（７）の長手方向軸線（１９）の半径方向平面内に延びている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 弁部材シャフト（１０７）と環状溝（３５）との間に形成された円錐形面に少なくとも１つの長手方向溝（４２）が配置されており、該長手方向溝（４２）が弁部材シャフト（１０７）を環状溝（３５）に接続している、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 少なくとも１つの長手方向溝（４２）が、第１の円錐形面（３０）の外周面ラインに対して少なくともほぼ平行に延びている、請求項３記載の燃料噴射弁。
5. 弁部材（７）の外周に亘って一様に分配された多数の長手方向溝（４２）が設けられている、請求項３記載の燃料噴射弁。
6. 弁座（２３）の円錐形角度（γ）が５５゜〜６５゜有利には約６０゜である、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
7. 第１の円錐形面（３０）の円錐形角度と弁座（２３）の円錐形角度との角度差が、１．５゜より小さく、有利には０．５゜〜１．０゜である、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. 第１の円錐形面（３２）の円錐形角度と弁座（２３）の円錐形角度との角度差が、１゜よりも小さく、有利には０．５゜〜０．７゜である、請求項７までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。