(57)【要約】  本発明による燃料噴射弁は、不動の弁座（２９）を有する弁座体（１６）の下流側に、少なくとも１つの噴射開口（２４）を有する孔付きディスク（２３）が配置されていることによって特徴付けられている。噴射開口（２４）のすぐ下流側には、環状の流入中空室（２６）を備えた流入開口（１９）が設けられている。弁座体（１６）は流入中空室（２６）を、孔付きディスク（２３）の下流側の噴射開口（２４）がカバーされているようにカバーしている。各噴射開口（２４）の上方の流入可能な通流面積（３２）は、噴射開口（２４）の流入平面（３１）の面積よりも小さく寸法設定されている。通流面積（３２）は、流入平面（３１）の領域における噴射開口（２４）の周と、流入中空室（２６）内の自由高さとの積として算出されている。  燃料噴射弁は、特に混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置に使用するために適している。
2008516137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁であって、弁長手方向軸線（２）と、不動の弁座（２９）を有する弁座体（１６）と、弁座（２９）と協働する、弁長手方向軸線（２）に沿って軸方向に運動可能である弁閉鎖体（７）と、弁座（２９）の下流側に配置された、少なくとも１つの噴射開口（２４）を有する孔付きディスク（２３）とが設けられている形式のものにおいて、少なくとも１つの噴射開口（２４）の上方の、孔付きディスク（２３）の上流側に設けられた流入中空室（２６）における流入可能な通流面積（３２）が、噴射開口（２４）の流入平面（３１）の面積よりも小さく寸法設定されており、通流面積（３２）が、流入平面（３１）の領域における噴射開口（２４）の周と、流入中空室（２６）内の自由高さとの積として算出されていることを特徴とする、内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁。
【請求項２】
流入中空室（２６）が、流入開口（１９）の環状の外側領域であり、該外側領域が、弁座体（１６）の流出開口（２７）と孔付きディスク（２３）との間に設けられている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
流入開口（１９）が、流出開口（２７）の開口幅よりも大きい直径を有している、請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
流入中空室（２６）が、少なくとも１つの噴射開口（２４）と反対の側で弁座体（１６）の制限面（３０）によって制限されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
流出開口（２７）と少なくとも１つの噴射開口（２４）との間に完全なずれが付与されている、請求項２または３記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
制限面（３０）が、斜めに傾けられて形成されている、請求項４記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
制限面（３０）が、少なくとも１つの噴射開口（２４）の領域で少なくとも湾曲させられている、請求項４記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
少なくとも１つの噴射開口（２４）が、流入中空室（２６）内に張り出して形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
少なくとも１つの噴射開口（２４）が、トランペット状のまたはラバルノズル状の輪郭を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
孔付きディスク（２３）が、電気めっきによる金属析出によって製作可能であるかまたは打抜き加工技術的に製作可能である、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
孔付きディスク（２３）に２〜４０個の噴射開口（２４）が設けられており、各噴射開口（２４）の上方の、流入中空室（２６）における流入可能な通流面積（３２）が、各噴射開口（２４）の流入平面（３１）の面積よりも小さく寸法設定されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、独立請求項の上位概念部に記載した形式の燃料噴射弁から出発する。
【０００２】
すでにドイツ連邦共和国特許出願公開第４２２１１８５号明細書に基づき、不動の弁座の下流側に、複数の噴射開口を備えた孔付きディスクを有する燃料噴射弁が公知である。孔付きディスクには、まず、打抜き加工によって少なくとも１つの噴射開口が設けられる。この噴射開口は弁長手方向軸線に対して平行に延びている。その後、孔付きディスクが、噴射開口を有する中間の領域で深絞り加工によって塑性変形させられ、これによって、噴射開口が弁長手方向軸線に対して傾けられて延びていて、流れ方向で円錐台形にもしくは円錐形に拡幅している。こうして、それまで公知であった噴射弁に比べて、噴射開口を通して放出される媒体の良好な調整と良好な噴流安定性とが得られる。しかし、孔付きディスクの噴射開口の製作プロセスには極めて手間がかかる。噴射開口は、弁座体に設けられた流出開口のすぐ下流側に設けられており、この限りにおいて、噴射開口には、流体が直接供給される。この場合、噴射開口自体は最も狭幅の流れ横断面を規定している。
【０００３】
特開２００１−０４６９１９号公報に基づき、すでに弁座の下流側に、複数の噴射開口を備えた孔付きディスクが設けられた燃料噴射弁が公知である。この場合、弁座体に設けられた流出開口と、孔付きディスクとの間には、より大きな直径を備えた流入開口が形成されている。この流入開口は、噴射開口のための環状の流入中空室を形成している。孔付きディスクの噴射開口は、流入開口と環状の流入中空室とに直接流れ接続されていて、この場合、流入開口の上側の制限部によってカバーされる。別の言葉で表現するならば、流入開口の入口を規定する流出開口と、噴射開口との完全なずれが付与されている。弁座体に設けられた流出開口に対する噴射開口の半径方向のずれに基づき、燃料のＳ字形の流れ経過が生ぜしめられる。この流れ経過は噴霧促進手段を成している。しかし、この場合、噴射開口は不利な形式で最も狭幅の流れ横断面を形成していて、噴霧品質を低下させる。
【０００４】
発明の利点
独立請求項の特徴部に記載の特徴を備えた本発明による燃料噴射弁は、燃料の均一な極微細噴霧が簡単に得られるという利点を有している。この場合、極めて小さな燃料液滴による特に高い調整品質と噴霧品質とが得られる。このことは、有利には、弁座の下流側で、少なくとも１つの噴射開口の上方の、孔付きディスクの上流側に設けられた流入中空室における流入可能な通流面積が、噴射開口の流入平面の面積よりも小さく寸法設定されていることによって達成される。この場合、通流面積は、流入平面の領域における噴射開口の周と、流入中空室内の自由高さとの積として算出されている。流入平面に流入する流れの水平方向の速度成分は、各噴射開口の壁によって流入平面で妨害されず、これによって、燃料噴流が、噴射開口からの流出時に、流入中空室内に発生させられた水平方向成分の十分な強度を有していて、したがって、最大の噴霧で扇状に拡散する。
【０００５】
従属請求項に記載した手段によって、独立請求項に記載した燃料噴射弁の有利な構成および改良形が可能となる。
【０００６】
有利には、弁座体に噴射開口の上流側で、環状の流入中空室を備えた流入開口が設けられている。この流入開口は、弁座の下流側の流出開口よりも大きく寸法設定されている。こうして、弁座体がすでに孔付きディスクにおける流れ影響の機能を引き受けている。特に有利には、流入開口の形成によって、燃料の噴霧改善のための流れにおけるＳ衝撃が達成される。なぜならば、弁座体が流入開口の上側の制限部で孔付きディスクの噴射開口をカバーしているからである。
【０００７】
電気めっきによる金属析出によって、有利には、孔付きディスクを再現可能に極端に精密にかつ廉価に極めて大きな個数で同時に製作することができる。さらに、この製作形式によって、極めて大きな構成自由度が可能となる。なぜならば、孔付きディスクに設けられた開口の輪郭が自由に選択可能であるからである。
【０００８】
実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【０００９】
図１には、１つの実施例として、混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置に用いられる噴射弁の形の弁が部分的に示してある。この噴射弁は、概略的にしか図示していない、弁ハウジングの一部を形成する管状の弁座支持体１を有している。この弁座支持体１には、弁長手方向軸線２に対して同心的に長手方向開口３が形成されている。この長手方向開口３内には、たとえば管状の弁ニードル５が配置されている。この弁ニードル５はその下流側の端部６で、たとえば球形の弁閉鎖体７に固く結合されている。この弁閉鎖体７の周面には、燃料を流過させるための、たとえば５つの扁平加工部８が設けられている。
【００１０】
噴射弁の操作は公知の形式で、たとえば電磁式に行われる。弁ニードル５の軸方向の運動ひいては戻しばね（図示せず）のばね力に抗した開放もしくは噴射弁の閉鎖のためには、ソレノイドコイル１０と、プランジャ１１と、コア１２とを備えた、概略的に図示した電磁回路が働く。プランジャ１１は、弁ニードル５の、弁閉鎖体７と反対の側の端部に、たとえばレーザを用いて形成された溶接シームによって結合されていて、コア１２に方向付けられている。
【００１１】
弁座支持体１の、下流側に位置する端部には、弁座体１６が、たとえば溶接によって密に組み付けられている。この弁座体１６は、弁閉鎖体７と反対の側の下側の端面１７で段付けられて形成されている。この場合、中間の領域には、弁長手方向軸線２を環状に取り囲んで凹部２０が設けられている。この凹部２０内には、平らな、たとえば一層の孔付きディスク２３が挿入されている。この孔付きディスク２３は少なくとも１つ、しかし、理想的には２〜４０個の噴射開口２４を有している。凹部２０ひいては孔付きディスク２３の噴射開口２４の上流側では、弁座体１６に流入開口１９が設けられている。この流入開口１９を介して、個々の噴射開口２４に流体が供給される。この場合、流入開口１９は、弁座体１６に設けられた流出開口２７の開口幅よりも大きい直径を有している。この流出開口２７から、燃料が到来して流入開口１９内に流入し、最終的に噴射開口２４内に流入する。
【００１２】
流入開口１９は、本発明によれば、特に噴射開口２４の直接的な流入領域に特別なジオメトリを備えて形成されている。流入開口１９の、流出開口２７に比べて大きな直径の環状領域が図２〜図５に拡大して示してあり、これらの図面につき、環状領域を詳しく説明し、以下、この環状領域を流入中空室２６と呼ぶ。
【００１３】
弁座体１６と孔付きディスク２３との結合は、たとえばレーザを用いて形成された、全周にわたって延びる密な溶接シーム２５によって行われる。この溶接シーム２５は流入開口１９の外側に配置されている。孔付きディスク２３の固定後、この孔付きディスク２３は、端面１７に対して引っ込められて凹部２０内に位置している。
【００１４】
長手方向開口３内の、孔付きディスク２３を備えた弁座体１６の押込み深さが、弁ニードル５のストロークの量を規定している。なぜならば、ソレノイドコイル１０が励磁されていない場合に、弁ニードル５の一方の終端位置が、弁座体１６の、下流側で円錐形に先細りにされた弁座面２９への弁閉鎖体７の当付けによって規定されているからである。弁ニードル５の他方の終端位置は、ソレノイドコイル１０の励磁時に、たとえばコア１２へのプランジャ１１の当付けによって規定される。したがって、弁ニードル５の両終端位置の間の距離がストロークを成している。
【００１５】
図１に示した実施例に対して択一的には、孔付きディスク２３が、たとえば２つの機能平面を備えて二層に重なり合って形成されていてもよい。
【００１６】
孔付きディスク２３の噴射開口２４は流入開口１９と環状の流入中空室２６とに直接流れ接続されていて、この場合、流入開口１９の上側の制限部によってカバーされる。別の言葉で表現するならば、流入開口１９の入口を規定する流出開口２７と、噴射開口２４との完全なずれが付与されている。流出開口２７に対する噴射開口２４の半径方向のずれに基づき、媒体、ここでは燃料のＳ字形の流れ経過が生ぜしめられる。
【００１７】
複数回の激しい流れ変向による孔付きディスク２３の前方のかつ内部の、いわゆる「Ｓ衝撃」によって、流れに、強い噴霧促進乱流が付与される。これによって、流れに対して横方向の速度勾配が特に強く特徴付けられている。この速度勾配は、流れに対して横方向の速度の変化に対する表現である。この場合、流れの中間における速度は、壁の近くにおける速度よりも著しく大きい。速度差から生ぜしめられる、流体における高められた剪断応力は、噴射開口２４の近くでの微細な液滴への崩壊を助成する。本発明によれば、流入中空室２６の特殊なジオメトリによって、流体にさらに付加的にその噴霧において有利な影響が与えられ、これによって、さらに一層改善された、極微細な液滴への崩壊が獲得可能となる。
【００１８】
孔付きディスク２３は、たとえば電気めっきによる金属析出によって製作されている。この場合、特にラテラルオーバグロースの技術による一層の孔付きディスク２３の製作が有利である。孔付きディスク２３の打抜き加工技術的な製作も同じく可能である。噴射開口２４は、理想的には、トランペット状のまたはラバルノズル状の輪郭を有している。横断面から、噴射開口２４は、たとえば円形状、楕円形状または多角形状を有していてよい。
【００１９】
図２には、弁座体１６の制限面３０と孔付きディスク２３との間の流入中空室２６のジオメトリを明瞭にするために、図１に示した部分ＩＩが拡大して示してある。弁座体１６は、制限面３０が、流出開口２７から出発して、半径方向外向きで孔付きディスク２３に向かってなだらかに傾斜して延びるように形成されている。これによって、少なくとも１つの噴射開口２４の、弁長手方向軸線２に対して垂直に延びる流入平面３１の上方に、もはや流入中空室２６の僅かな高さしか付与されず、流れが、噴射開口２４への途中でなだらかに加速させられる。この場合、本発明によれば、噴射開口２４の上方の、流入中空室２６における流入可能な鉛直の通流面積３２が、噴射開口２４の流入平面３１の面積よりも小さく寸法設定されている（面積３２＜面積３１）ことが当てはまる。通流面積３２は、流入平面３１の領域における噴射開口２４の周と、流入中空室２６内の自由高さとの積として算出されている。この比は、少なくとも１つの噴射開口２４に対して当てはまる。しかし、最高の噴霧品質は、この比が孔付きディスク２３の全ての噴射開口２４に維持されている場合に得られる。
【００２０】
前述したサイズ比の場合、通流面積３２は、流路における最小の量調量横断面である。噴射開口２４の流入平面３１は、噴射開口２４内に流入する流れに、通流面積３２によって予め調量される通流量のために必要となる横断面よりも多くの横断面を提供する。この限りにおいて、流れが流入平面３１で完全に噴射開口２４の壁から剥離される。すなわち、流入平面３１に流入する流れの水平方向の速度成分が、噴射開口２４の壁によって流入平面３１で妨害されず、これによって、燃料噴流が、噴射開口２４からの流出時に、流入中空室２６内に発生させられた水平方向成分の十分な強度を有していて、したがって、最大の噴霧で扇状に拡散する。
【００２１】
図３〜図５には、本発明により形成された、流入開口１９の環状領域としての別の流入中空室２６が、それぞれ図２と比較可能な部分で拡大図で示してある。図３には、通流面積３２が噴射開口２４の流入平面３１の面積よりも小さいように、通流面積３２を縮小するために、弁座体１６の制限面３０が噴射開口２４の真上で下向きに湾曲させられている実施例が示してある。
【００２２】
図４および図５には、２つの実施例が示してある。両実施例では、弁座体１６の制限面３０が平らに、この場合、弁長手方向軸線２に対して垂直に延びているものの、噴射開口２４が、流入中空室２６内に張り出して形成されている。この場合、孔付きディスク２３の、噴射開口２４を取り囲んでそれぞれ張り出して形成された領域は、たとえば凸状（図４参照）にまたは凹状（図５参照）に湾曲させられて形成されていてよい。このような輪郭は、たとえばＥＣＭ（電解加工）法によって製作可能である。ここでも、少なくとも１つの噴射開口２４の上方の、流入中空室２６における流入可能な鉛直の通流面積３２が、噴射開口２４の流入平面３１の面積よりも小さく寸法設定されていることが再び当てはまる。
【００２３】
図３〜図５に示した例では、流入中空室２６の高さが、直接的に噴射開口２４の領域でしか減少させられていない。こうして、流れが、図２に示した例と異なり、流入中空室２６の、噴射開口２４を取り囲んで位置する全領域において、噴射開口２４の縁部にまで低損失で流れるために十分な高さを使用することができる。これによって、特に各噴射開口２４に後室側でも、かなりの通流量割合が供給される。後室Ｒとして、流入中空室２６の、各噴射開口２４の半径方向外側に位置する領域が解される。したがって、横方向速度ベクトルが噴射開口２４の出口で発散していて、燃料の良好な噴霧のために働く。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】噴射弁を部分的に示す図である。
【図２】本発明により形成された環状領域を備えた、図１に示した部分ＩＩの拡大図である。
【図３】第２の構成を備えた同一の部分ＩＩを示す図である。
【図４】第３の構成を備えた同一の部分ＩＩを示す図である。
【図５】第４の構成を備えた同一の部分ＩＩを示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  弁座支持体、  ２  弁長手方向軸線、  ３  長手方向開口、  ５  弁ニードル、  ６  端部、  ７  弁閉鎖体、  ８  扁平加工部、  １０  ソレノイドコイル、  １１  プランジャ、  １２  コア、  １６  弁座体、  １７  端面、  １９  流入開口、  ２０  凹部、  ２３  孔付きディスク、  ２４  噴射開口、  ２５  溶接シーム、  ２６  流入中空室、  ２７  流出開口、  ２９  弁座面、  ３０  制限面、  ３１  流入平面、  ３２  通流面積、  Ｒ  後室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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