(57)【要約】燃料噴射弁（１）、殊に内燃機関の燃焼室内への燃料の直接噴射のための燃料噴射弁が、弁ニードル（３）を備えており、弁ニードルが噴射側の端部に弁閉鎖体（４）を有しており、弁閉鎖体が弁座本体（５）に形成された弁座面（６）と協働してシール座を形成していて、案内部材（３５）内に案内されている。渦流装置（３６）が、渦流室（３７）内で燃料に渦流を形成するために役立っている。案内部材（３５）に噴射開口（７）が設けられている。少なくとも部分的に弾性的なシール装置（４０）が、案内部材（３５）と弁閉鎖体（４）との間の間隙（３９）を経て渦流室（３７）内へ向かう燃料の流れを防止している。
2005520980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁（１）であって、殊に内燃機関の燃焼室内への燃料の直接噴射のための燃料噴射弁であって、弁ニードル（３）を備えており、弁ニードルが噴射側の端部に弁閉鎖体（４）を有しており、弁閉鎖体が弁座本体（５）に形成された弁座面（６）と協働してシール座を形成していて、案内部材（３５）内に案内されており、渦流室（３７）内及び弁座面（６）の下流に設けられた噴射開口（７）内での燃料の渦流の形成のための渦流装置（３６）を備えている形式のものにおいて、
少なくとも部分的に弾性的なシール装置（４０）によって、案内部材（３５）と弁閉鎖体（４）との間の間隙（３９）を経て渦流室（３７）内へ向かう燃料の流れが防止されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
シール装置（４０）が弾性的なシール部材（４２）を含んでおり、該シール部材が弁ニードル（３）の運動方向に沿って引っ張り力若しくは圧縮力を間接的若しくは直接的に弁ニードル（３）に生ぜしめるようになっている請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
弾性的なシール部材（４２）がトーラス形状若しくは中空シリンダー形状を有している請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
弾性的なシール部材（４２）がディスク状である請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
弾性的なシール部材（４２）が弁ニードル（３）によって貫通されている請求項２から４のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
フランジ（４１）が弁ニードル（３）に堅く結合されており、弾性的なシール部材（４２）がフランジ（４１）と案内部材（３５）との間に締め込まれている請求項２から５のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
フランジ（４１）が弁ニードル（３）によって貫通されている請求項６記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
フランジ（４１）がＬ字形の断面形状を有している請求項６又は７記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
フランジ（４１）が結合手段、特に溶接、ろう付け、接着、圧入及び／又は焼ばめによって力伝達可能に弁ニードル（３）に取り付けられている請求項６から８のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
弾性的なシール部材（４２）がエラストマから成っている請求項２から９のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
弾性的なシール部材（４２）が外側の摩擦によって所定の位置に保たれている請求項２から１０のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１２】
弾性的なシール部材（４２）が形状係合によって所定の位置に保たれている請求項２から１０のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１３】
弾性的なシール部材（４２）が接着結合によって所定の位置に保たれている請求項２から１０のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主請求項の上位概念に記載の形式の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
背景技術
ドイツ連邦共和国特許出願第１９７３６６８２Ａ１号明細書により公知の燃料噴射弁は、弁ニードルの下側、即ち下流側の端部の案内のための案内部材（該明細書では案内エレメント[Fuehrungselement]３５と呼ばれている）を有している。弁ニードルの下側、即ち下流側の端部は弁閉鎖体と呼ばれて、案内部材と協働して特に渦流室を、案内部材の上流側にある旋回しない、即ち渦巻かれることのない燃料に対して密閉（シール）するために役立っている。シール作用が、案内遊びを小さくすること、耐摩耗性の材料並びに小さい製作誤差によって達成される。
【０００３】
前記明細書により公知の燃料噴射弁においては欠点として、案内部材と弁閉鎖体との間の間隙を経て渦流室内へ向かう旋回しない燃料の流れが生じている。前記間隙を経る旋回しない燃料の流れは漏れ流とも呼ばれている。このような漏れ流を燃料噴射弁の全耐用年数にわたってできるだけ小さく維持するために、間隙が製作誤差を小さくすることによって小さく保たれる。製作誤差は任意に小さくできるものではなく、即ち限界があり、製作誤差を小さく設定すれば、製作費用が著しく増大することになる。さらに間隙は運転時間の経過に伴って摩滅によって拡大する。できるだけ大きな耐用年数を達成するため、及び耐用年数中の間隙拡大を制限するためには、耐摩耗性の高価な材料を使用しなければならず、このような材料は加工しにくく、従って製作費用を必要とする。所定の間隙幅が、運転中に燃料噴射弁に生じる極端な温度変化に基づき保たれねばならず、さもなければ確実な運転が温度変化に起因して保証され得ないからである。
【０００４】
原理的に、噴射の開始に際していわゆるデッドスペースによってまず噴射開口からのいわゆる前噴流が生じる。このような前噴流はほとんど旋回しておらず、不都合なものであり、それというのは所望の幾何学形状を成すものではなく、特に燃焼室内への直接的な燃料噴射に際して噴射開口の領域に堆積物を生ぜしめてしまうことになるからである。漏れ流が燃料の渦流形成を著しく妨げて、時間的に長いかつ増大された前噴流を生ぜしめるものである。漏れ流は運転時間の経過に伴って増大して、流過量値qdyn及びQstatが許容公差を越えてしまうことになる。
【０００５】
漏れ流を増大させないために、ニードル行程及び弁開放時間が小さく選ばれ、かつ渦流通路の数が増大される。これによって、妨げられることのない低速な渦流形成が達成される。このような手段はしかしながら弁の動的特性を低下させるものである。渦流通路の数の増大は、構造を煩雑にし、ひいてはコストを増大させることにつながる。低速な渦流形成は汚れの影響を受けやすく、堆積のおそれを高めることになる。
【０００６】
発明の利点
燃料噴射弁の主請求項に記載の本発明に基づく手段によって利点として、案内部材と弁閉鎖体との間の間隙を通過する燃料の漏れ流が阻止される。本発明に基づくシール装置によって、漏れ流を減少させるための費用のかかる公知の手段が省略される。特に、案内部材と該案内部材内に案内された弁閉鎖体との間の遊びを規定する製作誤差を小さく保つ必要がなくなる。さらに、案内部材及び弁閉鎖体のために用いられる材料が特に案内機能に関して最適にされ、それというのは該構成部分が漏れ流シールの機能を生ぜしめなくてよいからである。
【０００７】
漏れ流が生じないので、渦流形成が特に開始時に改善され、かつ前噴流が減少される。本発明に基づくシール装置のシール作用は永続的に得られ、即ち漏れ流を増大させることになる摩耗を受けないので、放射角の許容限界値が燃料噴射弁の全耐用年数にわたって確実に維持され、かつ必要な流過量値qdyn及びQstatが、弁特性を低下させる公知の手段に頼ることなしに維持される。
【０００８】
燃料噴射弁の噴射機構における堆積物発生のおそれは、燃焼室内へ直接に突出する若しくは燃焼室に直接に接続する噴射機構の場合には増大している。噴射開始時に迅速に渦流を形成する本発明に基づく燃料噴射弁は、噴射機構における堆積物発生のおそれを減少させる。
【０００９】
本発明は、弁ニードルを自在に案内する燃料噴射弁において有利に用いられ、それというのは弁ニードルの自在案内部において漏れ流シールの問題が特に重要であるからである。弁ニードルの自在案内部が弁ニードルの噴射側の端部に球状の弁閉鎖体を有しており、弁閉鎖体が案内部材内に案内されている。この場合には、漏れ流を防止するためのシール作用が、案内部材の内周面と弁閉鎖体の球の赤道に沿った狭い領域との間の直接的な協働作用によって行われる。下側のニードル案内部のシール面が、円柱状の弁閉鎖体を有する燃料噴射弁と比べて著しく狭いことに基づき、限界値の維持は困難である。しかしながら、弁ニードルを自在継ぎ手式に案内する燃料噴射弁は、別の利点を有している。該燃料噴射弁は、円柱形の弁閉鎖体を有する弁に比べて著しく安価に製造される。本発明に基づくシール装置は、シール装置自体が、公知の手段に比べて経済的であり、かつ弁ニードルの安価な自在継ぎ手式案内の使用を可能にするものである。
【００１０】
従属請求項に記載の手段によって、主請求項に記載の燃料噴射弁の改善並びに有利な実施態様が可能である。
【００１１】
有利にはシール装置がフランジを介して弁ニードルに取り付けられており、シール装置の弾性的な構成部分が燃料噴射弁の閉鎖過程若しくは開放過程に作用するようになっている。この場合特に、弁ニードルの運動が減衰され、若しくは減速され、又は加速される。
【００１２】
シール装置に含まれる弾性的なシール部材の形状が、構造的な条件に適合可能である。例えばトーラス状の弾性的なシール部材を想定することができ、該シール部材が該シール部材の外形でのみ所定の位置に、例えばフランジと案内部材との間に保持され、常に外側からの圧縮力によって負荷されている。付加的に摩擦力若しくは接着結合によって弾性的なシール部材を所定の位置に保持することも可能である。
【００１３】
有利には、弾性的なシール部材がエラストマから成っており、それというのはエラストマが広い温度範囲にわたって弾性特性を保持しているからである。
【００１４】
弁ニードルがフランジ若しくは弾性的なシール部材を貫通しており、フランジ若しくは弾性的なシール部材がディスク状である場合には、フランジ、弾性的なシール部材及び案内部材がこれらの構成部分間に生じる力によって互いに一様に平面的に負荷される。このように弾性的なシール部材をフランジと案内部材との間に密接に配置してあることによって、特に利点として、弾性的なシール部材を直接に弁ニードルに結合する必要がない。弁ニードルと弾性的なシール部材とを直接的に結合した場合には、剪断力が該結合部の耐用年数に不利に作用することになる。
【００１５】
さらなる利点が、例えばフランジのＬ字形の断面形状によって得られ、このようなフランジは切削加工なしに経済的に製造されて、切削加工なしの製造に基づき高い強度を有している。
【００１６】
本発明の実施例を図面に概略的に示して、以下に詳細に説明する。
【００１７】
図１に示す本発明に基づく燃料噴射弁１の実施例は、混合気圧縮外部点火式の内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁１として形成されている。該燃料噴射弁が特に、内燃機関の図示してない燃焼室内へ燃料を直接に噴射するために適している。
【００１８】
燃料噴射弁１がノズル本体２及び該ノズル本体内に配置された弁ニードル３から成っている。弁ニードル３が弁閉鎖体４と作用結合しており、弁閉鎖体が弁座本体５に配置された弁座面６と協働してシール座を形成している。燃料噴射弁１は、実施例では内側へ開く方式の燃料噴射弁１であり、該燃料噴射弁は噴射開口７を備えている。ノズル本体２がシール８によってマグネットコイル１０の外側磁極９に対して密閉されている。マグネットコイル１０がコイル支持体１２に巻かれて、かつコイルケーシング１１内に密封されており、コイル支持体がマグネットコイル１０の内側磁極１３に接触している。内側磁極１３と外側磁極９とが狭窄部２６によって互いに分離されていて、非強磁性の結合構成部分２９によって結合されている。マグネットコイル１０が導線１９を介して電気的な差し込み接点１７からの電流で励起されるようになっている。差し込み接点１７がプラスチック被覆１８によって取り囲まれており、プラスチック被覆が内側磁極１３上に射出成形されていてよい。
【００１９】
弁ニードル３が弁ニードル案内１４内に案内されており、弁ニードル案内がディスク状に形成されている。行程調節のために、弁ニードル案内に対応して調節ディスク１５が設けられている。調節ディスク１５の逆の側に接極子２０を配置してある。接極子が第１のフランジ２１を介して力伝達可能に弁ニードル３に結合されており、弁ニードルが溶接継ぎ目２２によって第１のフランジ２１に結合されている。第１のフランジ２１に戻しばね２３を支持してあり、戻しばねが図示の構造の燃料噴射弁１ではスリーブ２４によって所期締め付け力を与えられている。弁ニードル案内１４、接極子２０及びノズル本体２内を燃料通路３０ａ，３０ｂ，３０ｃが延びている。燃料が中央の燃料供給路１６を介して供給されて、フィルター部材２５によって濾過される。燃料噴射弁１がシール２８を介して燃料分配管路（図示せず）に対して密閉され、かつシール３４を介してシリンダーヘッド（図示せず）に対して密閉されている。
【００２０】
接極子２０の噴射側にリング状の減衰部材３２を配置してあり、該減衰部材はエラストマ材料から成っている。減衰部材が第２のフランジ３１に接触しており、該フランジが溶接継ぎ目３３を介して力伝達可能に弁ニードル３に結合されている。
【００２１】
燃料噴射弁１の静止状態では、接極子２０が戻しばね２３によって行程方向と逆向きに負荷されて、弁閉鎖体４が弁座面６に密着されている。マグネットコイル１０の励磁に際して、マグネットコイルが磁場を形成して、磁場が接極子２０を戻しばね２３のばね力に抗して行程方向に運動させるようになっており、この場合、行程が静止状態で内側磁極１２と接極子２０との間に存在する作業間隙２７によって規定されている。接極子２０がフランジ２１、ひいては該フランジと溶接結合された弁ニードル３を同じく行程方向に連行する。弁ニードル３と作用結合している弁閉鎖体４が、弁座面６から持ち上がり、渦流装置３６を介して供給された燃料が、噴射開口７を通して噴射される。
【００２２】
コイル電流が遮断されると、接極子２０が磁場の十分な崩壊に伴って戻しばね２３のばね力によって内側磁極１３から離され、これによって、弁ニードル３と作用結合している第１のフランジ２１が行程方向と逆向きに運動させられる。即ち、弁ニードル３がフランジと同じ方向に運動させられ、その結果、弁閉鎖体４が弁座面６に当接されて、燃料噴射弁１が閉じられる。
【００２３】
さらに案内部材３５、渦流装置（渦流形成装置）３６並びに、本発明に基づくシール装置４０を設けてあり、該シール装置がフランジ４１及び弾性的なシール部材４２から成っていて、図２に詳細に示してある。
【００２４】
図２には、本発明に基づく燃料噴射弁の噴射側の端部を拡大して示してある。渦流装置３６が弁座面６の上流側に位置しており、弁座面が弁座本体５に形成されている。図示の実施例では渦流装置３６が１つの渦流プレート３８から成っており、渦流プレートの燃料通路（図示せず）が接線方向成分を有していて、渦流室３７内に開口している。燃料が燃料通路３０ｃを経て、フランジ４１、弾性的なシール部材４２及び案内部材３５の周囲を通して渦流プレート３８に向けて導かれる。燃料は渦流プレート３８を通過した後に弁ニードル軸線４３に対して接線方向に延びる方向成分を伴って渦流室３７内に流入して、渦巻かれ、即ち旋回させられ、最終的に噴射開口７を通して燃焼室（図示せず）内へ噴射される。
【００２５】
図示の実施例ではフランジ４１及び弾性的なシール部材４２から成る本発明に基づくシール装置４０が、あらゆる運転状態で、燃料通路３０ｃから案内部材３５と弁閉鎖体４との間の図３に誇張して描いてある間隙３９を通って渦流室３７内へ向かう燃料の侵入を防止するようになっている。フランジ４１が液密にかつ力伝達可能に、例えば溶接、ろう付け、接着、圧入及び／又は焼ばめによって弁ニードル３に取り付けられている。弾性的なシール部材４２が常に、フランジ４１とも案内部材３５の上流側の面とも液密に接触している。このために、弾性的なシール部材４２の寸法及び弾性が次のように規定されており、即ちシール部材４２が燃料噴射弁１の閉じられた状態でも開かれた状態でも案内部材３５とフランジ４１との間の液密な結合を保っている。
【００２６】
シール装置４０の全ての構成部分並びにシール装置の結合箇所が耐熱性及び耐蝕性に形成されていてかつ、燃料噴射弁１の閉鎖のために必要な力を増大させず、ひいては弁運動にほとんど影響を及ぼさないように構成して配置されている。シール装置４０の構成部分の材料選定及び形状付与が、重量を減少させるように最適に行われて、慣性力を小さく保っている。案内部材３５が球状の弁閉鎖体４を介して弁ニードル３の下流側の部分の案内に役立っており、弁閉鎖体が案内部材３５と協働して弁ニードル３の下流側の案内を行っていて、弁ニードルの自在案内若しくはカルダン式案内とも呼ばれる。
【００２７】
図３に誇張して示す間隙３９は、球状の弁閉鎖体４と案内部材３５との間に遊びによって生じているものである。案内部材３５の上流側に弾性的なシール部材４２が設けられている。
【００２８】
本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、例えば外側へ開く方式の燃料噴射弁にも使用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に基づき形成された燃料噴射弁の実施例の概略的な断面図
【図２】図１の実施例の射出側の端部の概略的な部分断面図
【図３】図２の符号ＩＩＩで示す部分の拡大図
【符号の説明】
【００３０】
１  燃料噴射弁、  ２  ノズル本体、  ３  弁ニードル、  ４  弁閉鎖体、  ５  弁座本体、  ６  弁座面、  ７  噴射開口、  ８  シール、  ９  外側磁極、  １０  マグネットコイル、  １１  コイルケーシング、  １２  コイル支持体、  １３  内側磁極、  １５  調節ディスク、  １６  燃料供給通路、  １７  差し込み接点、  １８  プラスチック被覆、  １９  導線、  ２０  接極子、  ２１  フランジ、  ２２  溶接継ぎ目、  ２３  戻しばね、  ２５  フィルター部材、  ２７  作業間隙、  ２８  シール、  ３２  減衰部材、  ３１  フランジ、  ３３  溶接継ぎ目、  ３５  案内部材、  ３６  渦流装置、  ３７  渦流室、  ３８  渦流プレート、  ４０  シール装置、  ４１  フランジ、  ４２  シール部材、  ４３  弁ニードル軸線
【図１】
2005520980.tif 000003
【図２】
2005520980.tif 000004
【図３】
2005520980.tif 000005
【国際調査報告】
2005520980.tif 000006
2005520980.tif 000007
2005520980.tif 000008
2005520980.tif 000009
2005520980.tif 000010
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