(57)【要約】本発明は、弁本体（１）を備えた燃料噴射弁であって、弁本体（１）内に圧力室（１９）が形成されていて、該圧力室（１９）の壁に、少なくとも１つの噴射通路（１１）の流入開口（３０）が配置されており、該噴射通路（１１）が弁本体（１）内を延びていて、弁本体（１）の外側において流出開口（３２）を形成している形式のものに関する。このような形式の燃料噴射弁おいて本発明の構成では、噴射通路（１１）が流れ方向で見て第１の円錐形区分（３５）と、該第１の円錐形区分に接続する第２の円錐形区分（３７）とを有しており、両円錐形区分（３５，３７）が流れ方向において先細になっていて、互いに異なった開放角（α１；α２）を有している。
2006522887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用の燃料噴射弁であって、弁本体（１）内に圧力室（１９）が形成されていて、該圧力室（１９）の壁に、少なくとも１つの噴射通路（１１）の流入開口（３０）が配置されており、該噴射通路（１１）が弁本体（１）内を延びていて、弁本体（１）の外側において流出開口（３２）を形成している形式のものにおいて、噴射通路（１１）が流れ方向で見て第１の円錐形区分（３５）と、該第１の円錐形区分に接続する第２の円錐形区分（３７）とを有しており、両円錐形区分（３５，３７）が流れ方向において先細になっていて、互いに異なった開放角（α１；α２）を有していることを特徴とする、内燃機関用の燃料噴射弁。
【請求項２】
圧力室（１９）が、弁本体（１）内を延びる盲孔（３）として形成されていて、該盲孔（３）の底部に弁座（９）が形成されていて、該弁座（９）に噴射通路（１１）の流入開口（３０）が配置されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
盲孔（３）内に弁ニードル（５）が長手方向摺動可能に配置されており、該弁ニードル（５）がその燃焼室側の端部に弁シール面（７）を有しており、該弁シール面（７）で弁ニードル（５）が弁座（９）と共働して、噴射通路（１１）の流入開口（３０）を開閉する、請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
弁座（９）が円錐面を形成している、請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
第１の円錐形区分（３５）の開放角（α１）が、第２の円錐形区分（３７）の開放角（α２）よりも大きい、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
第１の円錐形区分（３５）の開放角（α１）が、第２の円錐形区分（３７）の開放角（α２）よりも小さい、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
第１の円錐形区分（３５）から第２の円錐形区分（３７）への移行部に形成された移行縁部（３８）が、丸く面取りされている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
壁から噴射通路（１１）の流入開口（３０）への移行部に形成された流入縁部（４０）が丸く面取りされて形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
第１の円錐形区分（３５）の長さ（ａ）が第２の円錐形区分（３７）の長さ（ｂ）よりも大きい、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
第１の円錐形区分（３５）の長さ（ａ）が、第２の円錐形区分（３７）の長さ（ｂ）よりも３倍〜１０倍大きい、請求項９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、ヨーロッパ特許公開第３５２９２６号明細書に基づいて公知の、内燃機関用の燃料噴射弁に関する。このような燃料噴射弁は、内部に圧力室が形成されている弁本体を有している。圧力室の壁からは、少なくとも１つの噴射通路が延びている。そして噴射通路の噴射開口は圧力室の壁に配置されており、これに対して流入開口は弁本体の外側に設けられている。
【０００２】
従来技術に基づいて、噴射通路の種々様々なジオメトリが公知である。例えばヨーロッパ特許公開第３５２９２６号明細書に開示された噴射通路は、等しい形状で円錐形に形成されている。燃料は、円錐形に収斂する噴射通路によって加速され、高い流出速度で、かつそれに基づいて良好に霧化されて、内燃機関の燃焼室に噴射される。同じ形で円錐形に形成された噴射通路にはしかしながら次のような欠点がある。すなわちこのような噴射通路では、噴射通路への燃料の流入時に燃料流が比較的強く変向され、ひいては大きなエネルギ損失が発生し、その結果、有効な噴射圧が低くなってしまう。これにより霧化の程度が減じられ、燃料の最適な燃焼が損なわれてしまう。
【０００３】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載のように構成された本発明による燃料噴射弁には、公知のものに比べて、次のような利点がある。すなわち本発明による燃料噴射弁では、噴射通路が簡単に製造可能なジオメトリを有しており、噴射通路への燃料の流入時における変向損失が僅かしか発生せず、ひいては燃料噴流の良好な霧化と方向安定性とが得られる。そのために噴射通路は、長手方向で見て第１の円錐形区分と該第１の円錐形区分に接続する第２の円錐形区分とを有している。そして両円錐形区分は流れ方向において先細になっており、その結果噴射通路の横断面は、流入開口から流出開口に向かって減じられている。
【０００４】
噴射通路が、異なった開放角を備えた２つの別個の円錐形区分に分割されていることによって、それぞれの円錐形区分が別個の機能を引き受けることができ、それぞれの機能に各円錐形区分は個別に合わせられている。例えば強い円錐度は噴射通路内における燃料の高い加速を生ぜしめ、これに対して小さな円錐度は、主として良好な方向安定性を得るために寄与するので、噴射噴流は正確に燃焼室の所定の室領域に達する。噴射通路への燃料の流入時における変向損失が、従属的な役割しか果たさない場合には、両方の円錐形区分のうちのどちらが大きな円錐度を有するべきであるかは、自由に選択することができる。
【０００５】
本発明による燃料噴射弁の別の有利な構成は、請求項２以下に記載されている。
【０００６】
本発明による燃料噴射弁の有利な構成では、噴射通路の第１の円錐形区分の開放角が、第２の円錐形区分の開放角よりも大きくなっている。このように構成されていると、燃料は噴射通路への流入時に僅かだけ方向転換をすればよく、当該箇所におけるエネルギ損失を減じることができる。小さな開口角を有する第２の円錐形区分によって、噴射噴流の良好な方向安定性と同時に、良好な霧化が得られる。この場合、第１の円錐形区分と第２の円錐形区分との間の移行部に形成された移行縁部が、丸く面取りされて形成されていると、特に有利である。これによって噴射通路においては僅かな乱流しか生ぜしめられず、ひいてはキャビテーションのおそれが減じられる。
【０００７】
本発明の別の有利な構成では、第１の円錐形区分の長さが第２の円錐形区分の長さよりも大きい。このように第１の円錐形区分が長く構成されていると、燃料は噴射通路内において効果的に加速され、これに対して燃料噴流の方向安定性の機能のためには、短い第２の円錐形区分が十分に働く。このような場合、第１の円錐形区分の長さが、第２の円錐形区分の長さよりも３倍〜１０倍大きいと、特に有利である。
【０００８】
本発明のさらに別の有利な構成では、第１の円錐形区分が第２の円錐形区分よりも小さな開放角を有している。この噴射弁における特殊な状態に基づいて、噴射通路への燃料の流入時における変向損失に大きな意味がない場合には、噴射通路の円錐形区分のこの構成において、方向安定性に関する最適化を行うことができる。
【０００９】
図面
次に図面を参照しながら、本発明による燃料噴射弁の複数の実施例を説明する。
【００１０】
図１は、本発明による燃料噴射弁を示す縦断面図であり、
図２は、図１に示された燃料噴射弁の噴射通路の領域を拡大して示す図であり、
図３は、相応な幾何学寸法を備えた噴射通路をさらに拡大して示す図であり、
図４は、本発明による燃料噴射弁の噴射通路の別の実施例を示す図であり、
図５は、本発明による燃料噴射弁の噴射通路のさらに別の実施例を示す図である。
【００１１】
実施例の記載
図１には、本発明による燃料噴射弁が縦断面図で示されている。弁本体１には盲孔３によって圧力室１９が形成されており、この圧力室１９は中央区分において半径方向に拡大されていて、残りの弁本体１は圧力室１９の周りに壁を形成している。圧力室１９の半径方向拡大部には、弁本体１内を延びている供給通路２５が開口しており、この供給通路２５を介して圧力室１９には、高圧下の燃料を満たすことができる。盲孔３の燃焼室側の端部には、円錐形の弁座９が形成されており、この弁座９からは、少なくとも１つの、しかしながら通常は複数の噴射通路１１が延びており、これらの噴射通路１１は燃料噴射弁の取付け状態において内燃機関の燃焼室に開口している。盲孔３にはピストン状の弁ニードル５が長手方向摺動可能に配置されている。弁ニードル５は、燃焼室とは反対側に位置する案内される区分１５で、盲孔３の案内区分２３においてシール作用をもって案内され、受圧肩部１３を形成しながら弁座９に向かって先細になっており、受圧肩部１３は圧力室１９の半径方向拡大部に配置されている。弁ニードル５の燃焼室側の端部には、ほぼ円錐形の弁シール面７が形成されており、この弁シール面７で弁ニードル５は弁座９と共働する。
【００１２】
弁ニードル５は燃焼室とは反対側の端部において閉鎖力によって負荷され、この閉鎖力は例えば、図示されていないばねエレメントによって生ぜしめられ、このばねエレメントによって弁ニードル５は弁座９に押し付けられる。この閉鎖力とは逆方向に、受圧肩部１３に対して液圧力が作用する。ばね力と液圧力とのどちらが上回っているかに応じて、弁ニードル５は弁座９から離反運動して噴射通路１１を開放するか、又は弁ニードル５は閉鎖力によって弁座９に押し付けられて、噴射通路１１が閉鎖される。弁ニードル５の開放された状態において燃料は、圧力室１９から噴射通路１１に流れ、さらにこの圧力室１９から内燃機関の燃焼室に噴射される。この噴射は高圧下で行われるので、燃料の良好な霧化が達成され、ひいては有害物質の少ない燃料が達成される。
【００１３】
図２には、図１に示された燃料噴射弁の弁座９の領域が拡大されて示されている。噴射通路１１は流入開口３０を有しており、この流入開口３０は弁座９に配置されている。噴射通路１１の流出開口３２は弁本体１の外側に位置しており、その結果噴射通路１１は圧力室１９の壁を貫通している。噴射通路１１は第１の円錐形区分３５と第２の円錐形区分３７とを有しており、両区分３５，３７は互いに隣接している。第１の円錐形区分３５から第２の円錐形区分３７への移行部には、移行縁部３８が形成されており、この移行縁部３８は噴射通路１１の軸方向で見て例えば、流入開口３０と流出開口３２との間の真ん中に配置されている。図２には燃料噴射弁が開放された状態で示されており、つまり弁ニードル５は弁座９から持ち上がっている。これによって燃料は高圧下で圧力室１９から弁シール面７と弁座９との間を通って噴射通路１１に流れ込む。燃料は流入開口３０を通って噴射通路１１に流入し、この場合方向を変化させなくてはならず、この方向転換時にエネルギ損失が生じ、これにより有効噴射圧が低下する。第１の円錐形区分３５が円錐形に収斂する形状を有していることによって、燃料流は加速される。それというのは、横断面が流れ方向で見て連続的に減じられるからである。移行縁部３８を横断した後で燃料は第２の円錐形区分３７に達し、この第２の円錐形区分３７は小さな開口角を有しているので、燃料はここにおいて確かにさらに加速されるが、しかしながら第１の円錐形区分３５におけるほどには強く加速されず、このことは、噴射される燃料噴流の良好な一方向安定性に寄与する。
【００１４】
図３には噴射通路１１がさらに拡大されて示されている。第１の円錐形区分３５は開放角α１を有しており、この開口角α１は、第２の円錐形区分３７の開放角α２よりも大きい。第１の円錐形区分３５の長さはａで示されており、この場合長さａは有利には、第２の円錐形区分３７の長さｂよりも大きい。噴射噴流の形状に対する要求に応じて、長さａと長さｂとの比は任意に変化させることができる。第１の円錐形区分３５が、第２の円錐形区分３７の長さｂよりも３〜１０倍大きい長さａを有していると、特に有利であることが判明している。流入開口３０に形成された流入縁部４０は有利には丸く面取りされて形成されており、これによって当該領域における流れの剥離を回避すること及び変向損失を減じることができる。流出開口３２に形成された流出縁部４２はこれに対して丸く面取りされていても角張って形成されていてもよく、これによって、流出開口３２の噴射圧及び直径に応じて燃料噴流のより良好な霧化が生ぜしめる。
【００１５】
図４には本発明による噴射通路１１の別の実施例が示されている。噴射通路１１の構造は、図３に示された噴射通路１１の構造に相当しているが、第１の円錐形区分３５から第２の円錐形の区分３７への移行部に形成された移行縁部３８は、丸く面取りされている。移行縁部３８のこのような丸み付けは、大量の燃料を高い速度で噴射通路１１を通して流したい場合に、特に有利である。第１の円錐形区分３５と第２の円錐形の区分３７との間における移行部が角張っている場合には、この箇所において、噴射通路１１の壁からの燃料の流れ剥離が生じる可能性があり、これは、高められた流過抵抗として、ひいては低い有効噴射圧として現れる。
【００１６】
図５には、本発明による噴射通路１１のさらに別の実施例が示されている。第１の円錐形区分３５の開口角α１と第２の円錐形区分３７の開口角α２との比は、上に述べた実施例とは逆になっており、つまり第１の円錐形区分３５の開口角α１は、第２の円錐形区分３７の開口角α２よりも小さい。この実施例においても、燃料の良好な霧化と同時に噴射噴流の良好な方向安定性とを保証する噴射通路１１が得られるが、この実施例における噴射通路１１の主機能は良好な霧化である。第１の円錐形区分３５は小さな円錐度をもって、つまり比較的小さな開口角α１をもって形成されているので、横断面は流出開口３２に向かってゆっくりとしか減少していない。これによって圧力損失は制限され、方向安定性が生ぜしめられる。第２の円錐形区分３７は比較的強く円錐形になっており、つまり大きな開口角α２をもって形成されている。これによって、噴射通路１１からの流出前における燃料の十分な加速を保証することができる。
【００１７】
噴射通路１１の全長は、燃料噴射弁の型式に応じて０.５〜２ｍｍの間である。流出開口３２の直径は６０μｍ〜１５０μｍであり、これに対して流入開口３０の直径は少なくとも２０μｍの大きさ、有利には２０μｍ〜６０μｍである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による燃料噴射弁を示す縦断面図である。
【図２】図１に示された燃料噴射弁の噴射通路の領域を拡大して示す図である。
【図３】相応な幾何学寸法を備えた噴射通路をさらに拡大して示す図である。
【図４】本発明による燃料噴射弁の噴射通路の別の実施例を示す図である。
【図５】本発明による燃料噴射弁の噴射通路のさらに別の実施例を示す図である。
【図１】
2006522887.tif 000003
【図２】
2006522887.tif 000004
【図３】
2006522887.tif 000005
【図４】
2006522887.tif 000006
【図５】
2006522887.tif 000007
【国際調査報告】
2006522887.tif 000008
2006522887.tif 000009
2006522887.tif 000010
2006522887.tif 000011
2006522887.tif 000012
2006522887.tif 000013