(57)【要約】  特に内燃機関の燃焼室（１８）に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁（１）であって、ノズルボディ（２）内に配置された、アクチュエータ作動式の弁ニードル（３）と、弁ニードル（３）と作用結合されている弁閉鎖体（４）とを有しており、弁閉鎖体（４）は、燃料噴射弁（１）の開閉のために、弁座面（６）と協働するようになっており、弁座面（６）は、弁座体（５）上に形成されており、弁座体（５）は、少なくとも１つの噴射孔（７）を有している。少なくとも１つの噴射孔（７）は、燃料入口開口（３６）を備えた第１円筒区分（４０）と、第１円筒区分（４０）の下流側に配置された、燃料出口開口（３７）を備えた第２円筒区分（４１）とから成っており、第１円筒区分（４０）と第２円筒区分（４１）とは、互いに非同軸的に延在している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に内燃機関の燃焼室（１８）に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁（１）であって、ノズルボディ（２）内に配置された弁ニードル（３）が設けられており、該弁ニードル（３）は、アクチュエータ作動式であり、前記弁ニードル（３）と作用結合された弁閉鎖体（４）が設けられており、該弁閉鎖体（４）は、当該燃料噴射弁（１）を開閉するために弁座面（６）と協働するようになっており、該弁座面（６）は、弁座体（５）上に形成されており、該弁座体（５）は、少なくとも１つの噴射孔（７）を有している形式のものにおいて、
少なくとも１つの前記噴射孔（７）は、燃料入口開口（３６）を備えた第１円筒区分（４０）と、該第１円筒区分（４０）の下流側に配置された、燃料出口開口（３７）を備えた第２円筒区分（４１）とを有しており、前記第１円筒区分と前記第２円筒区分（４０，４１）とは、互いに非同軸的に延在していることを特徴とする、燃料噴射弁。
【請求項２】
前記第１円筒区分（４０）の長手軸線と前記第２円筒区分（４１）の長手軸線とは、互いに角度αを成して傾斜していることを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
前記燃料入口開口（３６）は、直径ｄを有しており、該直径ｄは、前記燃料出口開口（３７）の直径Ｄよりも小さいことを特徴とする、請求項１または２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
前記第２円筒区分（４１）の長手軸線は、前記弁座体（５）の噴射側の端面（３５）に対して、角度γを成して傾斜していることを特徴とする、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】
前記第１円筒区分（４０）の長手軸線は、前記弁座体（５）の流入側の端面（３４）に対して、角度φを成して傾斜しており、該角度φは、燃料流入角度を表していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
交差寸法（Ｉ）は、ゼロであるか、ゼロより小さいか、またはゼロより大きいことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
前記第１円筒区分（４０）の円筒壁の１周面区分が、記第２円筒区分（４１）の円筒壁の１周面区分に接しており、前記第１円筒区分（４０）の円筒壁の別の１周面区分が、前記第２円筒区分（４１）の上面（４２）の１区分に接していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
前記第１円筒区分（４０）の円筒壁の周面全体が、前記第２円筒区分（４１）の上面（４２）に接していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
噴射される燃料噴霧の全体または一部分が、薄層として放出されるようになっており、燃料噴霧の一部分が薄層として放出される場合、燃料噴霧の残りの部分は、乱流で円筒形の自由噴霧として放出されるようになっていることを特徴とする、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】
前記第１円筒区分（４０）の軸線と前記第２円筒区分（４１）の軸線とは、互いにゼロより大きい前記角度（α）を成していることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の燃料噴射弁から出発する。
【０００２】
混合気を生成するために、今日使用されているガソリン直接噴射のための噴射弁には、通常、円筒形の噴射孔が設けられている。段付けされた噴射孔が現在用いられており、これによって噴射孔をカーボン堆積から保護して、一定の噴射孔円板厚における噴射孔の短縮を達成することができる。
【０００３】
国際公開第０２／０８４１０４号パンフレットから、内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁が公知であり、この燃料噴射弁は、ソレノイドと、ソレノイドと作用結合された、閉鎖方向で戻しばねによって負荷の掛けられた、弁閉鎖体を作動させるための、弁座体上に形成された弁座面と共にシール座部を成す弁ニードルと、弁座体内に形成された少なくとも２つの噴射開口とを有している。噴射開口は、内燃機関の燃焼室内で循環する混合気流から保護されるように弁座体内に形成されており、この噴射開口は、円筒形の噴射孔と、この円筒形の噴射孔に続くリング壁とを有しており、このリング壁は、各噴射開口を、燃焼室内で循環する混合気流から保護するのに十分な高さを有している。
【０００４】
噴霧角度を拡大するために、さらに背景技術において、噴射孔の、長さ／直径比を小さくすることが知られているが、噴射孔長さの短縮は、長さ／直径比の縮小に伴う、噴射孔円板の剛性の低下に基づいて制限されている。
【０００５】
ポート噴射のために、さらに、トランペット状の噴射孔を備えた弁が用いられており、こうした弁は、すでに噴射孔の内部で、噴霧に大きな横方向運動を付与し、これによって、迅速で良好な霧化が実現される。これによって、噴霧角度の拡大も同様に達成されるが、噴霧の安定性には欠ける。噴霧角度は、このような構成においては、通流状態に大きく左右される。
【０００６】
上述の弁の欠点によれば、混合気生成は、乱流でほぼ円筒形の自由噴霧を介して行われるが、この自由噴霧は、比較的小さい表面／体積比しか有していない。
【０００７】
さらに、低圧噴射のための弁が公知であり、この弁は、大きく傾斜した円錐形の噴射孔を有している。薄い膜として噴射される質量は、主噴霧よりも極めて良好に霧化されているので、全体としてはＳＭＤの改善が得られるが、この幾何学形状は、段付けされた噴射孔を備えた燃料噴射弁には適しておらず、主に噴射孔の孔傾斜角度φによって発生する横方向流れは、強制的に噴射角度γと結びついている。
【０００８】
発明の利点
これに対して、独立請求項の特徴部に記載の構成を有する、本発明による燃料噴射弁の利点によれば、特にポート噴射弁のためのＳＭＤの改善が達成され、また本発明による構成によって、高圧噴射弁での噴射角度拡大が実現され、これによって燃焼室への噴霧のペネトレーションを更に低減することができる。上述した弁に対して、噴霧を拡張するために用いられる原理にとって必要な横方向流れは、噴射角度γとは必ずしも結びついていない。
【０００９】
有利には、本発明による噴射孔の構成は、予め段付けされた噴射孔を備えて製造された燃料噴射弁に用いることができ、この場合、孔軸線の適切な変更しか必要とならない。
【００１０】
特に有利には、上述した本発明による噴霧拡張原理は、既に確立された製造方法によって実現される。
【００１１】
さらに、有利には、上述した背景技術の弁に対して、乱流で円筒形の自由噴霧（比較的不良に霧化されるか、もしくは比較的高圧で用いられる場合でのみ良好に霧化される）が発生するだけでなく、燃料通流の特定の部分が、薄く良好に霧化された層として噴射される。
【００１２】
本発明による燃料噴射弁の別の利点によれば、流体の周方向成分は、スワール弁と同様に噴射孔を離れる際に、幾何学角度に関して噴霧を更に拡張させる。
【００１３】
以下に、背景技術による燃料噴射弁の構成と、背景技術による弁座エレメントの構成と、本発明による燃料噴射弁の弁座エレメントの実施例とを簡単に図示し、詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】背景技術による燃料噴射弁を概略的に示す断面図である。
【図２ａ】背景技術による弁座体を概略的に示す断面図である。
【図２ｂ】図２ａのＡ―Ａ線に沿った、噴射孔を通って発生した噴霧の幾何学形状を示す図である。
【図３ａ】本発明による弁座体を概略的に示す断面図である。
【図３ｂ】図３ａのＡ−Ａ線に沿った、噴射孔の幾何学形状を示す図である。
【図４ａ】本発明による弁座体を概略的に示す断面図である。
【図４ｂ】図４ａのＡ−Ａ線に沿った、発生した噴霧の幾何学形状を示す図である。
【００１５】
実施例の説明
図１には、背景技術による燃料噴射弁１を概略的に断面図で示した。この燃料噴射弁１に関して、弁の主要な構成部材を簡潔に説明する。
【００１６】
燃料噴射弁１は、混合気圧縮型で火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁として形成されている。燃料噴射弁１は、特に、内燃機関の、図示していない燃焼室への燃料の直接噴射に適している。
【００１７】
燃料噴射弁１は、ノズルボディ２から成っており、このノズルボディ内に、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と作用結合されており、この弁閉鎖体４は、弁座体５に配置された弁座面６と協働して、シール座を成している。燃料噴射弁１は、本実施例では、内向きに開放する、電磁作動式の燃料噴射弁１であり、この燃料噴射弁１は、噴射孔７を有している。ノズルボディ２は、シール８によって、ソレノイド１０の外側の極９に対してシールされている。ソレノイド１０は、コイルハウジング１１内に封入されていて、かつコイル支持体１２に巻き付けられており、コイル支持体１２は、ソレノイド１０の内側の極１３に接触している。内側の極１３と外側の極９とは、ギャップ２６によって互いに分離されていて、結合部材２９に支持されている。ソレノイド１０は、線路１９を介して、電気的な差込コンタクト１７を介して供給可能な電流によって励磁される。差込コンタクト１７は、プラスチック被覆体１８によって取り囲まれており、このプラスチック被覆体１８は、内側の極１３に射出成形して形成することができる。
【００１８】
弁ニードル３は、弁ニードルガイド１４内で案内されており、弁ニードルガイド１４は、ディスク状に形成されている。ストロークを調節するために、弁ニードルガイド１４と対を成す調節ディスク１５が働く。調節ディスク１５の別の側に、アーマチュア２０が設けられている。このアーマチュア２０は、第１フランジ２１を介して、摩擦力結合式（摩擦力結合とは部材相互の摩擦力に基づく結合を意味する）に弁ニードル３と結合されており、弁ニードル３は、溶接継ぎ目２２によって、第１フランジ２１と結合されている。第１フランジ２１に、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のこのような構造では、スリーブ２４によってプリロードすなわち予荷重が掛けられている。同様に溶接継ぎ目３３を介して弁ニードル３と結合されている第２フランジ３１は、下方のアーマチュアストッパとして働く。第２フランジ３１に載設された弾性的な中間リング３２は、燃料噴射弁１を閉鎖する際の跳ね返りを回避する。
【００１９】
弁ニードルガイド１４内、アーマチュア２０内および弁座体５内に、燃料通路３０ａ，３０が延在している。この燃料通路３０ａ，３０は、中央の燃料供給路１６を介して供給され、かつフィルタエレメント２５によって濾過される燃料を、弁座体５内の噴射孔７に案内する。燃料噴射弁１は、シール２８によって、図示していない分配管路に対してシールされている。
【００２０】
燃料噴射弁１の静止状態では、アーマチュア２０は、弁ニードル３上に設けられた第１フランジ２１を介して、戻しばね２３によって、ストローク方向とは逆向きに負荷が掛けられているので、弁座体４は、弁座面６に密に当接して保持される。ソレノイド１０の励磁状態では、ソレノイド１０は、磁場を形成し、この磁場は、アーマチュア２０を、戻しばね２３のばね力に抗してストローク方向で運動させ、この場合、ストロークは、静止状態で内側の極１３とアーマチュア２０との間に存在する作動ギャップ２７によって設定されている。アーマチュア２０は、弁ニードル３と溶接されている第１フランジ２１を連行し、弁ニードル３も同様に、ストローク方向で連行する。弁ニードル３と作用結合されている弁閉鎖体４は、弁座面６から持ち上がり、燃料通路３０ａ，３０ｂを介して噴射孔７に達する燃料が噴射される。コイル電流が遮断されると、アーマチュア２０は、磁場が十分に減衰した後、第１フランジ２１に掛かる戻しばね２３の圧力によって、内側の極１３から落下し、これによって、弁ニードル３は、ストローク方向とは逆向きに運動する。これによって、弁閉鎖体４は、弁座面６に着座し、燃料噴射弁１は閉鎖される。
【００２１】
図２ａには、背景技術による弁座体５を概略的に断面図で示した。弁閉鎖体５は、流入側の端面３４と、この流入側の端面３４とは反対側の噴射側の端面３５とを有している。噴射孔７は、流入側の端面３４で、この流入側の端面３４に対して斜めに、この流入側の端面３４と角度φを成して、入口開口３６を介して弁座体５内に進入していて、かつ噴射側の端面３５で、噴射孔７の長手軸線が端面３５と角度γを成して開口している。したがって、噴射孔７は、大きく傾斜していて、かつ円錐形状を有している。噴射孔の傾斜角度γもしくはφによって、一方では、流れが噴射孔流入部で剥離し、したがって、噴射孔において２段階の流れが形成される。他方では、流入流れｖeinが、軸方向成分ｖaxと半径方向成分ｖrとに分配される。ｖeinとｖaxとの間の角度（９０°−δ）は、主に角度φによって得られるが、孔の強制的な横方向流れ、したがってｖeinの変向によっても減少、または増大させることができる。噴射孔壁に対して垂直に向けられた速度成分ｖrは、周方向成分に変換され、この周方向成分によって、噴射孔の、空気で満たされた部分に薄い膜が形成される。通流の残りの部分は、他の弁と同様に、ほぼ円筒形の主噴霧３８として噴射される。薄い膜３９として噴射される質量は、主噴霧３８よりも極めて良好に霧化されるので、全体としてはＳＭＤの改善が得られるが、この原理にとって必要な、主に噴射孔７の孔傾斜角度φによって発生する横方向流れは、噴射角度γと結びついている。この構成によって形成される、図２ａのＡ−Ａ線に沿った噴霧の幾何学形状を図２ｂに平面図で示した。
【００２２】
図３ａには、本発明による弁座体５を概略的に断面図で示した。弁座体５は、噴射孔７を有しており、この噴射孔７は、流入側の端面３４で弁座体５に進入していて、かつ噴射側の端面３５で開口している。噴射孔７は、第１円筒区分４０と第２円筒区分４１とから成っており、これらの円筒区分４０，４１は、互いに非同軸的に配置されている。入口開口３６もしくは第１円筒区分４０の長手軸線は、流入側の端面３４と角度φを成しており、この角度φは、噴射孔７への燃料流れの流入角度を表している。出口開口３７もしくは第２円筒区分４１の長手軸線は、弁座体５の噴射側の端面３５と角度γを成している。さらに、噴射孔流入部もしくは入口開口３６は、直径ｄを有する円筒から成っており、噴射孔流出部もしくは出口開口３７は、直径Ｄを有する円筒から成っており、直径Ｄは直径ｄよりも大きい。第１円筒区分４０の長手軸線と第２円筒区分４１の長手軸線とは、互いに角度αを成して傾斜している。角度αは、流入円筒もしくは第１円筒区分４０を通って軸方向に案内された、速度ｖの液体流れが、流出円筒もしくは第２円筒区分４１において、どのような比で半径方向成分（ｖr）に変換され、これによって、周方向成分（ｖu）に変換されるのかを制御する。両軸線間の角度αが大きくなるほど、液体流れの周方向成分への変換比は、より大きくなる。
【００２３】
噴射角度は、角度γによって設定されている。噴射角度は、αが一定の場合に、したがって、機能を損なうことなく変化させることができる。この場合、流入角度φのみが変化する。理想的には、交差寸法Ｉは、可能な限りゼロ以下になっている。この要求が最も容易に達成されるのは、ｂがちょうどゼロである場合、つまり第１円筒区分４０の周面の１区分が、第２円筒区分４１の周面の１区分に接していて、かつ第１円筒区分４０の周面の別の１区分が、第２円筒区分４１の上面４２に接している場合である。図３ｂには、図３ａのＡ−Ａ線に沿った断面図を示した。ここで看取されるのは、両円筒軸線が、同一平面上に位置しなければならないか、もしくは位置するということではなく、側方の変位ｆを有しているということである。ｆが大きくなるほど、両方の薄層もしくは膜３９への質量流量の分配は、より不均等になる。
【００２４】
本発明による流れ原理を、さらに図４ａおよび図４ｂに明示した。特に、交差寸法Ｉがゼロではない場合、噴霧の一部は、流入角度φもしくはｖの方向と同じ噴射角度で噴射され、副噴霧を形成する。この副噴霧は、図４ａおよび図４ｂに、符号４３で示した。この部分は、薄層もしくは薄膜３９の形成には利用されない。第２円筒区分４１の長手軸線に対して平行に延びる、速度ベクトルｖの速度成分（ｖax）は、主として主噴霧もしくは自由噴霧３８として、第２円筒区分４１と同軸的に噴射される。速度成分ｖrは、部分的に速度成分ｖuに変換され、薄層３９もしくは薄い膜３９を形成するように働く。薄層が噴射孔７の第２円筒区分４１の噴射側の出口開口３７で噴射孔７を離れた後、周方向成分によって形成される遠心力に基づいて半径方向成分が生じ、この半径方向成分によって、噴霧の広がりが大きくなる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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