JP4210685B2 - 燃料噴射弁 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の燃料噴射弁に関する。

例えばドイツ連邦共和国特許公開第１９９３７９６１号明細書に基づいて公知の燃料噴射弁は、段付けされた噴射開口を有している。この噴射開口は貫通孔と噴射側もしくは流出側の流出領域とに分けられており、流出領域は形状、輪郭及びサイズの点で貫通孔とは異なっている。

前記明細書に基づいて公知の燃料噴射弁における欠点としては、特に次のことが挙げられる。すなわちこの公知の燃料噴射弁では、相応に拡がって貫通孔から流出する燃料噴流において、流出領域の部分に燃料噴流の燃料が直接接触することがある。さらに、流出領域が輪郭及びサイズの点で燃料噴流と同じ場合には、流出領域にその他の容積もしくは空間が存在しなくなる。両方の欠点に基づいて、噴射過程の後で燃料が噴射開口の領域に残ることになる。それというのは、この場合、噴射過程の終了後に燃料を噴射開口の領域から排除するガス渦流が、ほとんど形成され得ないからである。そして短い運転時間経過後に、燃料噴射弁のさらなる運転に不都合な影響を及ぼすカーボンのような燃焼付着物が形成されてしまう。さらに噴射過程後に噴射開口の領域に存在する残留燃料は、排ガス値及び燃費に対して不都合に影響する。

さらに、長さと幅との比率及び燃料圧は、種々様々な内燃機関の種々異なった要求に対して不十分にしか適合され得ない。

発明の利点
請求項１の特徴部記載のように構成された本発明による燃料噴射弁は、公知のものと比べて、噴射開口の領域における燃料の付着を効果的に阻止することができる、という利点を有している。

さらに、噴射開口の長さと幅との比率及び燃料圧は、間隙寸法を維持しながら自由に変えること及び選択することができる。種々様々な内燃機関への燃料噴射弁の噴射特性の適合は、このようにして特に簡単に行うことができる。そして霧化、排気ガス値及び燃費は改善される。

請求項１に記載された本発明による燃料噴射弁の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。

本発明の有利な構成では、残っている第１の容積が、請求項２記載の式に基づいて寸法設定され、間隙寸法が０.３ｍｍ以下であり、かつ０.１ｍｍ以上である。このようになっていると、噴射開口もしくは流出領域の種々異なってジオメトリに対しても、最適に寸法設定された第１の容積を得ることができる。そして第１の容積における最適な渦流形成が保証され、かつ、流出領域の内壁と燃料噴流との間における吸込み効果が確実に阻止される。

さらに、ガイド領域と流出領域とが互いに同軸的に配置されていると有利である。このように構成されていると、第１の容積において特に均一な渦流形成が助成される。

また、ガイド領域から流出領域への移行部が噴射方向において円錐形に拡がっていると、燃料噴流を有利に案内することができる。これによって燃料噴流のジオメトリを流出領域のジオメトリに合わせることができる。

さらに、流出領域が円筒形であると、流出領域を特に簡単に製造することができる。

さらにまた、ガイド領域が流出領域に進入している構成や、流出領域がまず初め連続的に噴射方向とは逆向きに拡がっている構成によっても、渦流形成を同様に助成することができる。

図面
次に図面を参照しながら本発明の実施例を詳説する。

図１は、従来技術による燃料噴射弁を示す縦断面図であり、
図２は、本発明による燃料噴射弁の第１実施例を噴射開口の領域において拡大して示す断面図であり、
図３は、本発明による燃料噴射弁の第２実施例を噴射開口の領域において拡大して示す断面図である。

実施例の記載
以下においては本発明の実施例を説明する。同一部材はすべての図面において同一符号で示されている。図２及び図３を参照して本発明の有利な実施例について述べる前に、本発明の構成に対する理解を良好にするために、まず初めに図１を参照しながら、従来技術による燃料噴射弁の主要な構成部材について簡単に説明する。

図１に示された燃料噴射弁１は、混合気圧縮型火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁１として構成されている。この燃料噴射弁１は特に、内燃機関の燃焼室（図示せず）に燃料を直接噴射するのに適している。

燃料噴射弁１はノズル体２から成っており、このノズル体２内には弁ニードル３が配置されている。弁ニードル３は弁閉鎖体４と作用結合しており、この弁閉鎖体４は、弁座体５に配置された弁座面６と共働してシール座を形成している。燃料噴射弁１は図示の実施例では、内方に向かって開放する燃料噴射弁１であり、例えば単純な穿孔によって製造された１つの噴射開口７を有している。ノズル体２はシール部材８によって、マグネットコイル１０の外極９に対してシールされている。マグネットコイル１０はコイルハウジング１１内にカプセル化されていて、コイル保持体１２に巻き付けられており、このコイル保持体１２はマグネットコイル１０の内極１３に接触している。内極１３と外極９とは狭窄部２６によって互いに隔てられていて、かつ非強磁性の結合部材２９によって互いに結合されている。マグネットコイル１０は導電体１９を介して、電気的な差込み接点１７を介して供給可能な電流によって励起される。差込み接点１７は、内極１３に射出成形され得るプラスチック周壁１８によって取り囲まれている。

弁ニードル３は、円板状に形成された弁ニードルガイド１４において案内されている。行程調節のためには、対を成した調節円板１５が働く。調節円板１５の他方の側には可動子２０が設けられている。この可動子２０は第１のフランジ２１を介して弁ニードル３と摩擦力結合式（kraftschluessig）に結合されており、この弁ニードル３は溶接シーム２２によって第１のフランジ２１と結合されている。第１のフランジ２１には戻しばね２３が支持されており、この戻しばね２３は燃料噴射弁１の図示の構造形態では、スリーブ２４によって予負荷をかけられる。

弁ニードルガイド１４と可動子２０とガイドエレメント３６とには、燃料通路３０，３１，３２が設けられている。燃料は中央の燃料供給部１６を介して供給され、フィルタエレメント２５によって濾過される。燃料噴射弁１は、シール部材２８によって燃料分配導管（図示せず）に対してシールされ、かつ別のシール部材３７によってシリンダヘッド（図示せず）に対してシールされている。

可動子２０の噴射側には、エラストマ材料から成るリング状の緩衝エレメント３３が配置されている。この緩衝エレメント３３は第２のフランジ３４に載着されており、この第２のフランジ３４は、溶接シーム３５を介して弁ニードル３と素材結合式（stoffschluessig）に結合されている。

燃料噴射弁１の休止状態において可動子２０は、戻しばね２３によってその上昇方向とは逆向きに負荷され、弁閉鎖体４は弁座面６にシール作用をもって接触させられる。マグネットコイル１０はその励起時に磁界を形成し、この磁界は可動子２０を、戻しばね２３のばね力に抗して上昇方向に移動させ、この際に行程は、休止状態において内極１３と可動子２０との間に存在する作業間隙２７によって所定されている。可動子２０は、弁ニードル３に溶接されている第１のフランジ２１を、同様に上昇方向に連行する。弁ニードル３に結合されている弁閉鎖体４は弁座面６から上昇し、燃料が噴射開口７を通して噴射される。

コイル電流が遮断されると、可動子２０は磁界が十分に消滅した後で、戻しばね２３の圧力によって内極１３から落下し、これによって、弁ニードル３に結合されている第１のフランジ２１は上昇方向とは逆向きに運動する。その結果弁ニードル３は同じ方向に移動し、これによって弁閉鎖体４は弁座面６に載着し、燃料噴射弁１は閉鎖される。

図２には、本発明による燃料噴射弁１の第１実施例が噴射開口７の領域において断面図で示されている。噴射開口７は、流入側に配置されたガイド領域３８と、移行部４０もしくは第１の段部４１の後ろで噴射側に配置された流出領域３９とから成っている。直角な段部４１はガイド領域３８を移行部４０の後ろで、円筒形に延びる流出領域３９に拡大している。この実施例ではガイド領域３８と流出領域３９とは互いに同軸的に配置されている。

図示の実施例において、ガイド領域３８から流出領域３９にもしくは燃焼室（図示せず）に流出する燃料噴流４２は、破線で示されている。この燃料噴流４２は、ガイド領域３８からの流出時に移行部４０から噴流角４６をもって円錐形に拡がる。この実施例において燃料噴流４２は同軸的にガイド領域３８から流出し、この場合燃料噴流４２の外側制限部は、流出領域３９から該流出領域３９の流出側端部４３のところで、間隙寸法４７をもつ間隙４４を維持しながら流出する。この間隙寸法４７は０よりも大きい。間隙寸法４７をもつ間隙４４は、燃料噴流４２と流出側端部４３との間における最短距離の所で生じる。そして燃料噴流４２の外側制限部は、移行部４０と間隙４４との間において距離ｓを進む。

間隙４４と燃料噴流４２の外側制限部と流出領域３９の内壁との間には、噴射動作時に流出領域３９において第１の容積４５が、燃料噴流４２によって負荷されずに、つまり燃料噴流４２が進入しない状態に、保たれる。噴射動作の間に、第１の容積４５における圧力は降下し、ひいては燃料の気化が促進される。そして容積４５においてはガス渦流（Gaswirbel）が形成され、このガス渦流は特に噴射動作の終了後に、残留燃料を噴射開口７から離すのに役立つ。

第１の容積４５の縦断面図において場合に見られる縦断面Ａｇは、第１の直径Ｄに相当する間隔を有する重心４８を有している。なお縦断面図は、流出領域３９の中心軸線（図示せず）を含む面で断面されたものである。このような縦断面図において第２の直径ｄが２つの点の間において示されており、この２つの点は、燃料噴流４２の外側制限部において距離ｓの半分の所に位置している。

図示の実施例では間隙は、０.１ｍｍ〜０.３ｍｍの間、有利には０.２ｍｍである。

第１の容積４５において渦流を最適に形成するために、図示の実施例では、第１の容積を特徴付ける特性数Ｂは最小で０.５、最大で２.５、有利には１.５である。

特性数Ｂは下記の式に基づいて計算される：

式中において寸法を含む値の単位は、ｍｍもしくはｍｍ^２である。

図３には、本発明による燃料噴射弁１の第２実施例が噴射開口７の領域において断面図で示されており、この第２実施例は、図２に示された第１実施例と作用的には同じであるが、２部分から構成されている。

図２に示された第１実施例とは異なり、ガイド領域３８は流出領域３９に進入しており、移行部４０は噴射方向で円錐形に拡がっている。また流出領域３９は移行部４０の噴射側端部から、まず初めは噴射方向とは逆向きに延びていて、これによって円筒形の領域へと移行することができ、この円筒形の領域は流出領域３９の噴射端部４３にまで続いている。

本発明は図示の実施例に制限されるものではなく、例えば外方に向かって開放する燃料噴射弁のためにも又は多孔弁のためにも適している。

従来技術による燃料噴射弁を示す縦断面図である。 本発明による燃料噴射弁の第１実施例を噴射開口の領域において拡大して示す断面図である。 本発明による燃料噴射弁の第２実施例を噴射開口の領域において拡大して示す断面図である。

Claims (7)

1. 燃料噴射弁（１）、特に内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（１）であって、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と共働してシール座を形成する弁閉鎖体（４）が設けられており、さらにシール座の下流に少なくとも１つの噴射開口（７）が設けられていて、該噴射開口（７）がガイド領域（３８）と、噴射開口の噴射側端部に配置された流出領域（３９）とを有しており、該流出領域（３９）が、ガイド領域（３８）から流出領域（３９）への移行部（４０）から、階段状に少なくとも１つの段部（４１）をもってかつ／又は少なくとも部分的に連続的に拡がっている形式のものにおいて、
   移行部（４０）のところでガイド領域（３８）から噴流角度（４６）をもってほぼ等しい形で拡がって流出する燃料噴流（４２）が、所定の距離ｓだけ進んだ後で、流出領域（３９）の流出側端部（４３）を、該流出側端部（４３）との間に所定の間隙寸法（４７）の間隙（４４）をおいて通過するようになっており、該間隙寸法（４７）が０よりも大きく、かつ流出領域（３９）において燃料噴流（４２）と該流出領域（３９）の内壁との間に第１の容積（４５）が残っており、
   第１の容積（４５）が縦断面の面積（Ａｇ）を有していて、第１の容積（４５）を特徴付ける特性数（Ｂ）が以下の式に基づいて計算され：
   

   

   式中において、
   寸法を含む値の単位はすべてｍｍもしくはｍｍ^２であり、
   Ｄが、縦断面の面積Ａｇの重心（４８）の間における第１の直径Ｄであり、
   ｄが、距離ｓの半分の所における燃料噴流（４２）の第２の直径ｄであり、
   特性数Ｂが、０.５ｍｍ以上であり、かつ２.５ｍｍ以下であり、
   しかも間隙寸法（４７）が０ . ３ｍｍ以下であり、かつ０ . １ｍｍ以上であることを特徴とする内燃機関。
2. ガイド領域（３８）と流出領域（３９）とが互いに同軸的に配置されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 移行部（４０）が噴射方向において円錐形に拡がっている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
4. 流出領域（３９）が円筒形である、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
5. ガイド領域（３８）が流出領域（３９）に進入している、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
6. 移行部（４０）の噴射側端部において、流出領域（３９）がまず初め連続的に噴射方向とは逆向きに拡がっている、請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 流出領域（３９）が流出側端部（４３）の領域において円筒形である、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。

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