(57)【要約】【課題】弁ニードルの質量および弁シール面と弁座との間の摩耗が減少させられるようにする。【解決手段】弁ニードル１０が、そのピストン状の区分１１０，２１０，３１０に少なくとも２つの横方向孔４０を有しているようにした。【選択図】　　　図１
2004076733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に用いられる燃料噴射弁であって、弁ボディ（１）が設けられており、該弁ボディ（１）に設けられた孔（８）内に弁ニードル（１０）が長手方向移動可能に配置されており、該弁ニードル（１０）が、ピストン状の区分（１１０；２１０；３１０）と、燃焼室側の端部にほぼ円錐形の弁シール面（２２）とを有しており、該弁シール面（２２）で弁ニードル（１０）が、弁座（１９）と協働するようになっていて、これによって、少なくとも１つの噴射開口（１７）の開放を制御するようになっている形式のものにおいて、弁ニードル（１０）が、そのピストン状の区分（１１０，２１０，３１０）に少なくとも２つの横方向孔（４０）を有し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。
【請求項２】
複数の横方向孔（４０）が、弁ニードル（１０）に形成されており、隣り合った横方向孔（４０）が、互いに所定の角度（α）だけ周方向にずらされている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
角度（α）が、少なくともほぼ９０°に設定されている、請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
横方向孔（４０）が、弁ニードル（１０）の長手方向軸線（１１）と直角に交差している、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
少なくとも１つの横方向孔（４０）が、この領域での弁ニードル（１０）の直径の０．２〜０．４倍に寸法設定された直径を有している、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
弁ニードル（１０）の重量が、横方向孔（４０）によって、横方向孔（４０）なしの弁ニードル（１０）に比べて少なくとも１０％だけ減少させられている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に用いられる燃料噴射弁であって、弁ボディが設けられており、該弁ボディに設けられた孔内に弁ニードルが長手方向移動可能に配置されており、該弁ニードルが、ピストン状の区分と、燃焼室側の端部にほぼ円錐形の弁シール面とを有しており、該弁シール面で弁ニードルが、弁座と協働するようになっていて、これによって、少なくとも１つの噴射開口の開放を制御するようになっている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような形式の燃料噴射弁は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１００２４７０３号明細書に基づき公知である。この公知の燃料噴射弁は弁ボディを有している。この弁ボディに設けられた孔内には弁ニードルが長手方向移動可能に配置されている。この場合、弁ニードルはピストン状の区分を有していて、燃焼室側の端部でほぼ円錐形の弁シール面に移行している。弁ニードルはその弁シール面で、弁ボディに形成された弁座と協働し、これによって、少なくとも１つの噴射開口の開放を制御する。
【０００３】
しかし、この場合、公知の燃料噴射弁は、弁ニードルの質量が比較的大きく設定されており、これによって、開閉運動の迅速さが制限され、ニードルを運動させるために大きな力が必要となるという欠点を有している。したがって、弁ニードルの高い質量が燃料噴射弁の開閉速度ひいては２回の噴射の間の時間的な最小の手間を制限している。さらに、公知の弁ニードルは比較的剛性的に形成されている。これによって、弁座への弁座ニードルの載置時に弁ニードルに振動が生ぜしめられる。この振動は結果的に弁シール面と弁座との間の摩耗に寄与している。
【０００４】
【特許文献１】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００２４７０３号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の課題は、冒頭で述べた形式の、内燃機関に用いられる燃料噴射弁を改良して、弁ニードルの質量および弁シール面と弁座との間の摩耗が減少させられるようにすることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、弁ニードルが、そのピストン状の区分に少なくとも２つの横方向孔を有しているようにした。
【０００７】
【発明の効果】
請求項１の特徴部に記載した特徴を備えた本発明による燃料噴射弁は従来のものに比べて、弁ニードルの長手方向剛性を適切に調整することができ、弁ニードルの質量が公知先行技術に比べて著しく減少させられているという利点を有している。このためには、弁ニードルがそのピストン状の区分に少なくとも２つの横方向孔を有している。弁ニードルの質量の減少によって、材料を変えないまま弁ニードルのより大きな動特性ひいては燃料噴射弁のより迅速な開閉を達成することができる。このことは、迅速に連続して続く噴射を可能にし、これによって、複数回の部分噴射に分割された噴射も許容している。他方では、弁ニードルの、減少させられた長手方向剛性によって、弁座への弁ニードルの衝突時に生ぜしめられる圧力振動が弁ニードルによって吸収されると同時に補償されることが達成される。これによって、弁シール面と弁座との間の摩耗の減少が達成されるので、燃料噴射弁の耐用年数が延長される。
【０００８】
従属請求項によって、本発明の対象の有利な構成が可能となる。
【０００９】
第１の有利な構成では、複数の横方向孔が、弁ニードルに形成されており、隣り合った横方向孔が、互いに所定の角度だけ周方向にずらされている。横方向孔のこの構成によって、横方向剛性が優先方向を示すことなしに、長手方向剛性が減少させられる。この場合、互いに隣り合った横方向孔の角度が、少なくともほぼ９０°に設定されていると特に有利である。
【００１０】
別の有利な構成では、横方向孔が、弁ニードルの直径の０．２〜０．４倍に寸法設定された直径を有している。これによって、一方では、重量の著しい低減が得られ、他方では、弁ニードルの極めて少ない機械的な弱化ひいてはほぼ不変の負荷耐性さえ得られる。
【００１１】
本発明の対象のさらなる利点および有利な構成は、明細書および図面の簡単な説明から知ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００１３】
図１には、本発明による燃料噴射弁の縦断面が示してある。弁ボディ１は、絞りディスク３を介在して弁保持体２に対して緊締されている。このことは締付けナット５によって行われる。この締付けナット５は弁ボディ１に接触していて、弁保持体２にねじ締結されている。弁ボディ１には孔８が形成されている。この孔８はその燃焼室側の端部でほぼ円錐形の弁座１９によって仕切られる。この弁座１９からは複数の噴射開口１７が出発している。これらの噴射開口１７は燃料噴射弁の組込み位置で内燃機関の燃焼室に開口している。孔８内にはピストン状の弁ニードル１０が長手方向移動可能に配置されている。この弁ニードル１０は長手方向軸線１１を有している。弁ニードル１０の燃焼室側の端部には、ほぼ円錐形の弁シール面２２が配置されている。この弁シール面２２で弁ニードル１０は弁座１９と協働する。弁ニードル１０は案内区分２１０を有している。この案内区分２１０で弁ニードル１０は孔８の案内区分１０８に案内されている。弁ニードル１０の案内区分２１０には複数の研削加工部３４が設けられている。この研削加工部３４通って燃料は弁ニードル１０と案内区分１０８の壁との間で通流することができる。案内区分２１０から出発して、弁ニードル１０は弁座１９に向かって先細りにされて受圧肩部２４を形成していて、減径された軸部１１０に移行している。この軸部１１０は弁シール面２２に隣接している。軸部１１０と孔８の壁との間には環状通路２７が形成されている。この環状通路２７を通って燃料は噴射開口１７に流入することができる。
【００１４】
燃焼室とは反対の側の端部で孔８は拡張されてばね室２５を形成している。このばね室２５内にはスリーブ２９が配置されている、このスリーブ２９は弁ニードル１０のばね区分３１０を取り囲んでいる。スリーブ２９には弁ニードル１０が密に案内されている。ばね区分３１０と、案内区分２１０と、軸部１１０とは、弁ニードル１０のピストン状の区分を形成している。スリーブ２９と、弁ニードル１０の、燃焼室とは反対の側の端面と、絞りディスク３とによって、制御室１４が仕切られる。この制御室１４の圧力は、弁保持体２に配置された制御弁１５によって制御することができる。スリーブ２９のほかに、弁ニードル１０は支持リング３０によって取り囲まれている。この支持リング３０は弁ニードル１０の肩部に支持されている。支持リング３０とスリーブ２９との間には、弁ニードル１０を取り囲む閉鎖ばね３２が圧縮予荷重下でもしくは圧縮プレロード下で配置されている。ばね室２５は、弁保持体２と絞りディスク３とに延びる流入通路１２を介して、高い圧力下の燃料で充填することができる。
【００１５】
流入通路１２を介して、ばね室２５ひいては環状通路２７も常に噴射圧下の燃料で負荷される。燃料噴射弁の閉鎖状態では、制御室１４内に高い圧力が存在している。この圧力は弁ニードル１０を閉鎖ばね３２の力と一緒に弁座１９に向かって押圧し、これによって、噴射開口１７が閉鎖される。燃料の噴射を行いたい場合には、制御弁１５を介して制御室１４が放圧される。ばね室２５内のかつ環状通路２７内の燃料の液圧的な力、特に受圧肩部２４に対する燃料の液圧的な力は、弁ニードル１０を制御室１４の方向にひいては弁座１９から離れる方向に押圧する。これによって、燃料は環状通路２７から弁シール面２２と弁座１９との間を通って噴射開口１７に到達し、この噴射開口１７を通って燃料が内燃機関の燃焼室内に噴射される。ばね室２５内のもしくは環状通路２７内の圧力は、噴射の間、引き続き案内される燃料によって維持される。孔８の案内区分１０８の領域では、燃料が研削加工部３４を通って流れる。この場合、この研削加工部３４の通流横断面は、噴射圧をそこに維持するために、全体的に少なくとも内燃機関の最大負荷時でも十分に燃料が環状通路２７内に引き続き流入するように大きく設定されている。燃料噴射弁を閉鎖するためには、制御室１４内の圧力が再び増加させられ、これによって、弁ニードル１０が弁座１９に当て付けられるように戻される。
【００１６】
極端に短い閉鎖時間に基づき高い速度で行われる、弁座１９に対する弁座ニードル１０の衝突時には、弁ニードル１０の圧力振動が生ぜしめられる。弁ニードル１０のこの圧力振動によって、弁シール面２２と弁座１９との間に摩耗が生ぜしめられ得る。なぜならば、この箇所では、弁座１９に対する弁シール面２２の僅かな運動が行われるからである。この振動を減衰しひいては負荷ピークを低下させるためには、弁ニードル１０に複数の横方向孔４０が形成されている。これらの横方向孔４０によって、弁ニードル１０の長手方向弾性が増加させられ、これによって、弁ニードル１０の圧力振動が吸収されると同時に補償される。これによって、弁座１９の領域における摩耗が減少させられる。少なくとも２つの横方向孔４０が形成されていると特に有利である。なぜならば、この場合、両横方向孔４０の間の残りの材料がカンチレバーのように作用し、これによって、高い長手方向弾性を生ぜしめるからである。横方向孔４０は、図１に示したように、軸部１１０の領域、案内区分２１０および／またはばね区分３１０、すなわち、弁ニードル１０のピストン状の区分に配置されていてよい。
【００１７】
さらに、横方向孔４０は、弁ニードル１０の質量が減少させられるという利点を有している。今日のコモンレール噴射システムでは一般的であるように、迅速に連続して続く噴射動作のためには、弁ニードル１０が極めて短時間に開放位置から閉鎖位置にスライドしなければならない。運動させられる質量が少なければ少ないほど、また、力が大きければ大きいほど、ますます迅速に燃料噴射弁は開閉することができる。弁ニードル１０が比較的大きな質量を有している場合には、大きな力が作用しなければならず、相応して、弁ニードル１０がその運動時に多くの運動エネルギを吸収する。この運動エネルギは弁座１９への載置時に減少させられなければならない。このことは、弁座１９の領域に高い摩耗を生ぜしめる。これに対して、弁ニードル１０が少ない質量を有している場合には、弁ニードル１０は同じ速度のまま少ない運動エネルギを吸収するので、弁座１９への弁ニードル１０の載置時の負荷が相応により少なくなる。
【００１８】
横方向孔４０は、隣り合った横方向孔４０が所定の角度αだけ互いに回動させられている、つまり、周方向にずらされているように軸部１１０に配置される。この場合、横方向孔４０は、弁ニードル１０の長手方向軸線１１に対して垂直に延びるように形成されている。しかし、案内区分２１０の領域に設けられた横方向孔４０で図示したように、この横方向孔４０が弁ニードル１０の長手方向軸線１１に対して９０°と異なる角度を有していることが提案されていてもよい。研削加工部３４の領域では、横方向孔４０が、１つの研削加工部３４から、反対の側に位置する研削加工部３４に通じるように形成されている。この場合、４つの研削加工部３４が設けられている事例では、隣り合った横方向孔４０が相応して９０゜だけ周方向にずらされて、側方に位置する研削加工部３４から、反対の側に位置する研削加工部３４に通じている。ばね室２５の領域に複数の横方向孔４０が形成されていてよい。この場合、隣り合った横方向孔４０が、同じく規定された角度αだけ互いに周方向にずらされている。互いに隣り合った横方向孔４０の適切な角度α、有利には９０゜によって、弁ニードル１０がその横方向剛性に関して優先方向を有しておらず、かつ弁ニードル１０が僅かな座屈によって案内区分１０８で動かなくなる危険がないことが達成される。
【００１９】
一方では、運転中の弁ニードル１０の安定性を損なう恐れのある、弁ニードル１０の著しい機械的な弱化が生ぜしめられることなしに、長手方向剛性の著しい減少を達成するためには、横方向孔４０の直径が、この領域での弁ニードル１０の直径の約０．２〜０．４倍に寸法設定されている。全体として、横方向孔４０は、有利には、弁ニードル１０の質量が、横方向孔４０なしの弁ニードル１０に比べて少なくとも１０％だけ減少させられた体積を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁の縦断面である。
【符号の説明】
１　弁ボディ、　２　弁保持体、　３　絞りディスク、　５　締付けナット、８　孔、　１０　弁ニードル、　１１　長手方向軸線、　１２　流入通路、　１４　制御室、　１５　制御弁、　１７　噴射開口、　１９　弁座、　２２　弁シール面、　２４　受圧肩部、　２５　ばね室、　２７　環状通路、　２９　スリーブ、　３０　支持リング、　３２　閉鎖ばね、　３４　研削加工部、　４０横方向孔、　１０８　案内区分、　１１０　軸部、　２１０　案内区分、　３１０　ばね区分
【図１】
2004076733.tif 000003