(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の噴射ノズル（１）であって、少なくとも１つの噴射孔（３）と円錐台形のノズルニードル座（４）とノズルニードル（５）とを備えている形式のものにおいて、ノズルニードル（５）の、ノズルニードル座（４）に向けられた端部が、円錐体であり、該円錐体にリング溝（８）が形成されていて、該リング溝（８）に隣接した２つの円錐体部分が互いに等しい円錐角を有しており、ノズルニードル座（４）に袋穴（２）が接続していて、該袋穴（２）が少なくとも１つの噴射孔（３）を有しており、さらに噴射ノズル（１）の閉鎖時に、袋穴（２）とノズルニードル座（４）との間の移行部（７）と、噴射ノズル（１）の底部（９）との間の間隔が、リング溝（８）と噴射ノズル（１）の底部（９）との間の間隔にほぼ等しいことを特徴とする、ノズルニードルにリング溝を備えた、内燃機関用の噴射ノズル。
【請求項２】
ノズルニードル座（４）の円錐角が６０°である、請求項１記載の噴射ノズル（１）。
【請求項３】
ノズルニードル（５）の円錐角が１°まで、ノズルニードル座（４）の円錐角よりも大きい、請求項１又は２記載の噴射ノズル（１）。
【請求項４】
リング溝（８）が円錐体の底面に対して平行に延びている、請求項１から３までのいずれか１項記載の噴射ノズル（１）。
【請求項５】
リング溝（８）の幅が０.１ｍｍ〜０.３ｍｍである、請求項１記載の噴射ノズル（１）。
【請求項６】
リング溝（８）の深さが０.０２ｍｍ〜０.２ｍｍである、請求項１から５までのいずれか１項記載の噴射ノズル（１）。
【請求項７】
袋穴（２）が円錐形である、請求項１から６までのいずれか１項記載の噴射ノズル（１）。
【請求項８】
袋穴（２）が円筒形である、請求項１から６までのいずれか１項記載の噴射ノズル（１）。
【請求項９】
内燃機関用の噴射ノズル（１）であって、少なくとも１つの噴射孔（３）と円錐台形のノズルニードル座（４）とノズルニードル（５）とを備えている形式のものにおいて、ノズルニードル（５）の、ノズルニードル座（４）に向けられた端部が、円錐体であり、該円錐体にリング溝（８）が形成されていて、該リング溝（８）に隣接した２つの円錐体部分が互いに等しい円錐角を有しており、ノズルニードル座（４）が少なくとも１つの噴射孔（３）を有しており、噴射ノズル（１）の閉鎖時に、噴射孔（３）の長手方向軸線とノズルニードル座（４）との交点（１６）と、噴射ノズル（１）の底部（９）との間の間隔が、リング溝（８）と噴射ノズル（１）の底部（９）との間の間隔にほぼ等しいことを特徴とする、ノズルニードルにリング溝を備えた、内燃機関用の噴射ノズル。
【請求項１０】
リング溝（８）の幅が、噴射孔（３）の直径よりも１.５倍だけ大きい、請求項９記載の噴射ノズル（１）。
【請求項１１】
リング溝（８）の深さがリング溝（８）の幅よりも小さい、請求項９又は１０記載の噴射ノズル（１）。
【請求項１２】
リング溝（８）の深さが０.０２ｍｍ〜０.１ｍｍである、請求項９から１１までのいずれか１項記載の噴射ノズル（１）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来の技術
本発明は、内燃機関用の噴射ノズルであって、少なくとも１つの噴射孔とノズルニードル座とノズルニードルとを備えている形式のものに関する。
【０００２】
このような形式の噴射ノズルでは、特にノズルニードルの部分行程領域において、流れ抵抗に大きなばらつきが、ひいては噴射される燃料量に大きなばらつきがある。その結果、このような噴射ノズルを備えた内燃機関の多くにおいて、放出特性及び消費特性は最適ではなくなる。
【０００３】
ゆえに本発明の課題は、同じ構造形式の噴射ノズルの種々異なるサンプルにおいて、ノズルニードルの部分行程領域における噴射量のばらつきを減じることができる噴射ノズルを提供すること、ひいては本発明による噴射ノズルを備えた内燃機関の消費特性及び放出特性を改善することである。
【０００４】
この課題を解決するために本発明の構成では、内燃機関用の噴射ノズルであって、少なくとも１つの噴射孔とノズルニードル座とノズルニードルとを備えている形式のものにおいて、ノズルニードルの、ノズルニードル座に向けられた端部が、リング溝を有しているようにした。
【０００５】
ノズルニードル座側のノズルニードル端部に設けられたリング溝は、噴射ノズルの絞り作用にとって決定的である。リング溝を大きな再現精度をもって製造することができるので、噴射ノズルの絞り作用は、構造形式の同じ噴射ノズルの種々異なるサンプル間において極めて狭い範囲においてしかばらつかない。これによって、本発明による噴射ノズルの運転特性を測定することにより、構造形式の同じその他のすべての噴射ノズルの運転特性を、大きな精度で予測することができ、そして噴射動作のばらつきを相応に最適化させることができる。
【０００６】
本発明の別の構成では、ノズルニードル座が円錐台形であり、このようになっていると、ノズルニードル座におけるノズルニードルの良好なシール性及び良好なセンタリングが達成される。
【０００７】
本発明の別の構成では、ノズルニードル座の円錐角が６０°であり、このようになっていると、ノズルニードルとノズルニードル座との間の良好なシール作用が得られる。
【０００８】
本発明の別の有利な構成では、ノズルニードルの、ノズルニードル座に向けられた端部が、円錐体であり、ノズルニードルの円錐角が約１°まで、有利には１５′〜３０′だけ、ノズルニードル座の円錐角よりも大きくなっており、このようになっていると、シール面が小さくなり、ノズルニードルの最大直径の領域に設けられる。
【０００９】
本発明の別の構成では、リング溝が円錐体の底面に対して平行に延びており、このようになっていると、ノズルニードルの全周にわたって等しい流れ条件が生ぜしめられる。
【００１０】
本発明の別の構成では、ノズルニードル座に袋穴が接続していて、該袋穴が少なくとも１つの噴射孔を有しており、このようになっていると、本発明による噴射ノズルの利点を、袋穴-噴射ノズル（Satzloch-Einspritzduese）においても利用することができる。
【００１１】
本発明の別の構成では、噴射ノズルの閉鎖時に、袋穴とノズルニードル座との間の移行部と、噴射ノズルの底部との間の間隔が、リング溝と噴射ノズルの底部との間の間隔にほぼ等しい。このようになっていると、ノズルニードルの部分行程領域においては、リング溝が移行部の代わりに、噴射ノズルの絞り作用を規定する。
【００１２】
本発明の別の構成では、リング溝の幅が０.１ｍｍ〜０.３ｍｍ、有利には０.１６ｍｍ〜０.２４ｍｍであり、このようになっていると、十分に大きな部分行程領域においてリング溝が噴射ノズルの絞り作用にとって決定的になる。リング溝はいずれにせよ、リング溝の前縁だけが短時間絞り作用を有するような大きさでなくてはならない。
【００１３】
本発明の別の構成では、リング溝の深さが約０.０２ｍｍ〜０.２ｍｍ、有利には０.０８ｍｍ〜０.１４ｍｍである。このようになっていると、リング溝の容積は小さいままであり、ひいては、内燃機関の停止時に蒸発する燃料の量も少ないままである。それにもかかわらず、リング溝によって噴射ノズルの絞り作用には十分な影響が与えられる。
【００１４】
本発明の別の構成では、袋穴が円錐形であり、このようになっていると、円錐形の袋穴-噴射ノズルの部分負荷特性が改善される。
【００１５】
本発明の別の構成では、袋穴が円筒形であり、このようになっていると、円筒形の袋穴-噴射ノズルの部分負荷特性も改善される。
【００１６】
本発明の別の構成では、袋穴がミニ袋穴（Mini-Sackloch）又はマイクロ袋穴（Mikro-Sackloch）であり、このようになっていると、本発明による利点をこのような噴射ノズルにおいて利用することができる。
【００１７】
本発明の別の構成では、ノズルニードル座が少なくとも１つの噴射孔を有しており、このようになっていると、本発明による噴射ノズルの利点を、シートホール-噴射ノズル（Sitzloch-Einspritzduese）において利用することができる。シートホール-噴射ノズルにおいては時々、ノズルニードル座に対するノズルニードルのセンタリングが不足していることに基づいて、全周にわたって分配配置された噴射孔における燃料圧が等しくないという問題が生じ、これによって噴射時における不都合な条件の発生することがある。リング溝によって噴射孔間の圧力補償を行うことができ、その結果ノズルニードルにおけるセンタリングの不足は、噴射条件に対して不都合に作用しなくなる。
【００１８】
本発明の別の構成では、噴射ノズルの閉鎖時に、噴射孔の長手方向軸線とノズルニードル座との交点（Durchstosspunkt）と、噴射ノズルの底部との間の間隔が、リング溝と噴射ノズルの底部との間の間隔にほぼ等しくなっており、このようになっていると、ノズルニードルの部分行程領域においてはリング溝が、ノズルニードル座から噴射孔への移行部の代わりに噴射ノズルの絞り作用を規定する。
【００１９】
本発明の別の構成では、リング溝の幅が、噴射孔の直径よりも大きく、有利には約１.５倍大きくなっており、このようになっていると、噴射ノズルの絞り作用は、十分に大きな部分行程領域にわたってリング溝の影響を受けることになる。
【００２０】
本発明のさらに別の構成では、リング溝の深さがリング溝の幅よりも小さいか又は、リング溝の深さが０.０２ｍｍ〜０.１ｍｍ、有利には０.０４ｍｍ〜０.０７ｍｍである。このようになっていると、リング溝の容積を小さく保つことができ、それにもかかわらず、リング溝によって噴射ノズルの絞り作用に対して十分な影響を与えることができる。
【００２１】
図１は、本発明による袋穴-噴射ノズルを示す断面図、
図２は、本発明による袋穴-噴射ノズルの液圧直径とノズルニードルの行程との関係を示す特性線図、
図３は、本発明によるシートホール-噴射ノズルを示す断面図、
図４は、本発明によるシートホール-噴射ノズルの液圧直径とノズルニードルの行程との関係を示す特性線図である。
【００２２】
図１には、円錐形の袋穴（Sackloch）２を備えた噴射ノズル１が示されている。袋穴２は円筒形であっても、又はミニ袋穴又はマイクロ袋穴２であってもよい。後者の場合には袋穴２の容積は図１に示された構造形式に比べて減じられている。これによって、内燃機関の停止時にわずかな燃料しか燃焼室に蒸発しなくなる。
【００２３】
噴射孔３を介して、図示されていない燃料は袋穴２から同様に図示されていない燃焼室に達する。円錐形の袋穴２には、円錐台形のノズルニードル座４が接続している。ノズルニードル座４は６０°の円錐角を有することができる。
【００２４】
ノズルニードル座４にはノズルニードル５が載っている。図１からはっきりと分かるように、ノズルニードル５の円錐角はノズルニードル座４の円錐角よりも大きい。これによってノズルニードル５とノズルニードル座４との間の接触領域６はノズルニードル５の最大直径の領域に位置しており、かつノズルニードル５とノズルニードル座４との間の面圧が高められる。ノズルニードル５とノズルニードル座４との円錐角の相違は、図１において誇張して示されている。通常、両者の円錐角の相違は、１°よりも小さく、数分の角度範囲内にある。
【００２５】
従来技術による袋穴２とノズルニードル座４との間の移行部は、ノズルニードル座４の研削時に発生した縁部７である。加工の形式に応じて縁部７は鋭いばりであっても又は滑らかな縁部であってもよい。縁部７の流れ抵抗は縁部７の特性によって大きな影響を受ける。
【００２６】
ノズルニードル５に穿刺された又は研削されたリング溝８は、噴射ノズル１の流れ抵抗に対する縁部７の影響を減じる。リング溝８と噴射ノズル１の底部９との間の間隔は、噴射ノズル１の底部９と縁部７との間の間隔にほぼ等しい大きさである。これによってノズルニードル５の行程とは無関係に、噴射ノズル１の絞り作用は縁部７のジオメトリによってまったく又は問題にならないほどしか影響されない。この効果は、ノズルニードル座４とノズルニードル５の円錐部との間のリング間隙に比べて大きな、リング溝８と縁部７との間のリング間隙の液圧直径（hydraulischer Durchmesser）に基づいて、後者のリング間隙における流れ抵抗が前者のリング間隙の流れ抵抗よりも小さいことに起因する。両流れ抵抗はいわば直列に接続されているので、噴射ノズル全体の流れ抵抗にとっては主として最小の個別抵抗が基準になる。
【００２７】
噴射ノズル１の流れ抵抗が縁部７の領域において分散しているもしくはばらつきを有していることは、図２の線図に示されている。図２には袋穴-噴射ノズル１の液圧直径１１が縦軸に、かつノズルニードル行程１０が横軸に定性的（qualitativ）にとられている。液圧直径１１は、任意の貫流される横断面をその流れ抵抗に関して比較可能にする値である。基準値としては、円形横断面を有する管の流れ抵抗が働く。大きな液圧直径を有する横断面は、小さな流れ抵抗を有し、小さな液圧直径を有する横断面は、大きな流れ抵抗を有している。
【００２８】
図２においてノズルニードル行程１０は、２つの領域に分割されている。第１の領域は０から「ａ」まで延び、次いで部分行程領域と呼ばれる第２の領域は、「ａ」から「ｂ」まで延びている。「ｃ」のところでは全ノズルニードル行程が得られている。
【００２９】
ノズルニードル５がノズルニードル座４に接触していて閉鎖されている噴射ノズル１が、開放されると、極めて小さなノズルニードル行程１０時に接触領域６において極めて狭い間隙が生ぜしめられ、この間隙を通して、圧力下にある燃料は袋穴２内に流入することができる。この極めて狭い間隙は、噴射ノズル１の流れ抵抗を決定的に規定し、これによって液圧直径１１をも決定する。この極めて狭い間隙の流れ抵抗は大きいので、極めて小さなノズルニードル行程１０時における噴射ノズル１の液圧直径１１は、極めて小さい。
【００３０】
「ａ」と「ｂ」との間の部分行程領域において、噴射ノズル１の流れ抵抗は従来技術によれば、ノズルニードル座４と袋穴２との間の縁部７によって決定的に規定される。したがって縁部７は部分行程領域において、噴射ノズル１の液圧直径に対しても大きな意味を有する。すなわち縁部７のジオメトリにおける変化は、液圧直径１１の変化を生ぜしめる。全ノズルニードル行程「ｃ」の領域においては、ノズルニードル１の噴射孔３が噴射ノズル１の液圧直径１１のために決定的である。
【００３１】
上に述べたように、縁部７のジオメトリにおけるばらつきは、特に「ａ」と「ｂ」との間の部分行程領域において噴射ノズル１の特性線１２を変化させる。
【００３２】
図２には従来技術による噴射ノズル１の特性線１２，１３と、本発明による袋穴-噴射ノズル１の特性線１４とが示されている。従来技術による袋穴-噴射ノズル１では、ノズルニードル５はリング溝を有していない。上に述べた縁部７のジオメトリにおけるばらつきに基づいて、構造形式の同じ噴射ノズル１の種々異なるサンプルの特性線もまた、特に部分行程領域においてばらつきがある。このことは特性線１２，１３相互の差異によって図２において示されている。
【００３３】
特性線１４は本発明による噴射ノズルを再現しており、本発明による噴射ノズルでは、特に部分行程領域において縁部７の絞り作用を生ぜしめない。それというのはこの場合、燃料がリング溝８内に逃げることができるからである。その結果、本発明による噴射ノズル１の部分行程領域における液圧直径１１は、従来技術による噴射ノズル１の液圧直径１１より大きい。特に、構造の等しい本発明による噴射ノズル１の種々異なるサンプルの特性線１４は、特に部分行程領域において極めてわずかしかばらつかない。それというのは、リング溝８のジオメトリは大きな再現精度をもって製造することができるからである。
【００３４】
大量生産で製造される内燃機関では、内燃機関及び所属の噴射系の特性マップ（Kennfeld）は、単数又は複数の選択されたテストサンプルを用いて測定によって検出される。このようにして検出された特性マップは、構造形式の同じすべての噴射系の基礎もしくは基本として用いられる。
【００３５】
以下においては、特性線１２が測定された特性線であり、この特性線１２が噴射系の制御装置に蓄積されていると、仮定する。さらに、大量生産によって製造された噴射ノズル１は特性線１３を有しているものと仮定する。そして特性線１３を有する噴射ノズル１が、特性線１２を蓄えている制御装置と共働すると、特性線１３を有する噴射ノズル１の部分行程領域における実際の噴射量は、テストサンプルにおいて測定された特性線１２を描く最適な噴射量と合致せず、その結果内燃機関の出力及び／又は放出特性は劣化する。
【００３６】
本発明による噴射ノズル１では、特性線１４は極めてわずかな値においてしかばらつかないので、本発明による噴射ノズル１を備えたすべての内燃機関では、制御装置内に蓄えられた特性線１４と、取り付けられた噴射ノズル１の特性線１４との間における合致が著しく改善される。この合致は、従来技術による噴射ノズル１におけるばらつきと比較して、例えばファクタ２又は３だけ改善されることができる。その結果、実際に噴射される燃料量は、制御装置によって所定された噴射量に正確に相当し、かつ内燃機関の消費特性及び放出特性は最適になる。
【００３７】
図３には、シートホール（Sitzloch）として形成された噴射孔３を備えた本発明による噴射ノズル１が示されている。この場合使用されている符号は、図１において使用された符号に相当する。図１に示された実施例と図３に示された実施例との間の大きな違いは次のことにある。すなわち図３の実施例では、部分行程領域において縁部７の代わりに、ノズルニードル座４と噴射孔３との間における移行部１５が噴射ノズル１の流れ抵抗にとって決定的である。本発明によるリング溝８はシートホール-噴射ノズルでは噴射孔３の高さに配置されており、その結果噴射ノズルの流れ抵抗に対する、ノズルニードル座４と噴射孔３との間の移行部１５の影響は、強く減じられる。リング溝８と噴射ノズル１の底部９との間の間隔は、噴射ノズル１の底部９と、噴射孔３の長手方向軸線とノズルニードル座４との交点１６との間の間隔にほぼ等しい大きさである。これによって、ノズルニードル５の行程とは無関係に、噴射ノズル１の絞り作用は、移行部１５のジオメトリによってまったく又は少なくとも問題にならない程度にしか影響されない。
【００３８】
図４には、従来技術による噴射ノズル１の特性線１２と本発明によるシートホール-噴射ノズル１の特性線１４とが示されている。
【００３９】
本発明によるシートホール-噴射ノズルに対しては、袋穴-噴射ノズル１に関して上に述べた相違と同様のことが言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による袋穴-噴射ノズルを示す断面図である。
【図２】  本発明による袋穴-噴射ノズルの液圧直径とノズルニードルの行程との関係を示す特性線図である。
【図３】  本発明によるシートホール-噴射ノズルを示す断面図である。
【図４】  本発明によるシートホール-噴射ノズルの液圧直径とノズルニードルの行程との関係を示す特性線図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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