(57)【要約】燃料を内燃機関の燃焼室（３６）内に直接噴射するための燃料噴射弁（１）は、励起可能なアクチュエータ（１０）と、このアクチュエータ（１０）に作用結合された、閉鎖位置で戻しばね（２３）によって負荷された、弁閉鎖体（４）を操作するための弁ニードル（３）とを有している。弁閉鎖体（４）は、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と一緒にシール座を形成している。さらに、燃料噴射弁（１）は少なくとも２つの噴射開口（７）を有している。これらの噴射開口（７）は弁座体（５）に形成されている。弁座体（５）の、内燃機関の燃焼室（３６）に面した側の外面（３７）にコーティング層（３８）が形成されており、かつ／または噴射開口（７）の数が最大８つであり、かつ／または弁閉鎖体（４）と弁座体（５）との間の間隔が２０μｍよりも小さく寸法設定されており、かつ／または噴射開口（７）が燃料の噴射方向に拡張している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を内燃機関の燃焼室（３６）内に直接噴射するための燃料噴射弁（１）であって、励起可能なアクチュエータ（１０）と、該アクチュエータ（１０）に作用結合された、閉鎖位置で戻しばね（２３）によって負荷された、弁閉鎖体（４）を操作するための弁ニードル（３）とが設けられており、弁閉鎖体（４）が、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と一緒にシール座を形成しており、さらに、少なくとも２つの噴射開口（７）が設けられており、該噴射開口（７）が、弁座体（５）に形成されている形式のものにおいて、
弁座体（５）の、内燃機関の燃焼室（３６）に面した側の外面（３７）に熱伝導性のコーティング層（３８）が形成されており、かつ／または
噴射開口（７）の数が最大８つであり、かつ／または
弁閉鎖体（４）と、弁座体（５）に設けられた噴射開口（７）の流入横断面との間の間隔が、２０μｍよりも小さく寸法設定されており、かつ／または
噴射開口（７）が、燃料の噴射方向に拡張している
ことを特徴とする、燃料を内燃機関の燃焼室内に直接噴射するための燃料噴射弁。
【請求項２】
コーティング層（３８）が、銅またはアルミニウムから成っている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
コーティング層が、電気めっきによって弁座体（５）に被着されている、請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
弁座体（５）が、銅またはアルミニウムから製作されている、請求項２または３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
弁座体（５）の肉厚が０．４ｍｍ以上である、請求項２から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
噴射開口（７）のそれぞれ１つの開口領域（４１）が、噴射方向に拡張している、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】
噴射開口（７）の開口領域（４１）が、漏斗状にまたは円錐形にまたは段付けされて拡張されている、請求項６記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
噴射開口（７）が、溝（４２）に開口している、請求項６記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
溝（４２）における開口領域（４１）が、方形の横断面を有している、請求項８記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
噴射開口（７）が、侵食加工、レーザ穿孔または打抜き加工によって弁座体（５）に加工されている、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】
背景技術
本発明は、独立請求項の上位概念部に記載した燃料噴射弁から出発する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８０４４６３号明細書に基づき、混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関に用いられる燃料噴射システムが公知である。この公知の燃料噴射システムは、ピストン／シリンダ構造によって形成された燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁を有していて、燃焼室内に突入した点火プラグを備えている。燃料噴射弁は、この燃料噴射弁の全周にわたって分配されて配置された少なくとも一列の噴射孔を備えている。これらの噴射孔を介した燃料の適切な噴射によって、少なくとも１つの噴流を備えた混合気クラウドの形成によるスプレーガイド式の燃焼法が実現される。
【０００３】
上述した刊行物に基づき公知の燃料噴射弁では、特に噴射開口へのカーボン付着が欠点である。これによって、この噴射開口が目詰まりし、燃料噴射弁を通る通流量を許容できないほど著しく減少させる。これによって、内燃機関の誤機能が生ぜしめられる。
【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従来のものに比べて、種々異なる特徴、たとえば燃料の噴射方向への噴射開口の拡張、弁座体の良熱伝導性、噴射開口の数の削減ならびに弁閉鎖体と弁座体との間の間隔の減少の組合せによって、内燃機関の燃焼室内への噴射開口の流出部の領域にカーボン付着による堆積物が形成され得ないという利点を有している。したがって、燃料噴射弁の誤機能もしくは燃料流の許容できない絞り作用が予防される。
【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が可能となる。
【０００６】
有利には、弁先端部の燃焼室側のコーティング層または弁座体全体が高熱伝導性の材料、たとえば銅またはアルミニウムから製作されている。
【０００７】
さらに、有利には、噴射開口の開口領域での拡張が任意の形式、たとえば漏斗状、円錐形または方形で実施されていてよい。
【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１Ａには、抜粋した断面図で本発明による燃料噴射弁１の１つの実施例が示してある。この燃料噴射弁１は、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燃料噴射弁１の形で形成されている。この燃料噴射弁１は、燃料を内燃機関の燃焼室３６（図示せず）内に直接噴射するために適している。
【００１０】
燃料噴射弁１はノズルボディ２を有している。このノズルボディ２内には弁ニードル３が配置されている。この弁ニードル３は弁閉鎖体４に作用結合されている。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形成している。弁閉鎖体はほぼ球形に形成されていて、これによって、弁座体５内でのずれのないガイドに寄与している。燃料噴射弁１は、本実施例では、内向きに開放する燃料噴射弁１である。この燃料噴射弁１は２つの噴射開口７を有している。
【００１１】
ノズルボディ２はシール部材８によってソレノイドコイル１０の外側磁極９に対してシールされている。ソレノイドコイル１０はコイルハウジング１１内にカプセル封入されていて、コイル枠体１２に巻き付けられている。このコイル枠体１２はソレノイドコイル１０の内側磁極１３に接触している。この内側磁極１３と外側磁極９とはギャップ２６によって互いに分離されていて、結合構成部材２９に支持されている。ソレノイドコイル１０は線路１９を介して、電気的な差込みコンタクト１７を介して供給可能な電流によって励磁される。この差込みコンタクト１７はプラスチック被覆体１８によって取り囲まれている。このプラスチック被覆体１８は、内側磁極１３に固着されるように射出成形されていてよい。
【００１２】
弁ニードル３は弁ニードルガイド部材１４内にガイドされている。この弁ニードルガイド部材１４はディスク状に形成されている。ストローク調整のためには、対を成して配置された調整ディスク１５が働く。この調整ディスク１５の他方の側にはプランジャ２０が位置している。このプランジャ２０は第１のフランジ２１を介して、動力が伝達されるように弁ニードル３に結合されている。この弁ニードル３は溶接シーム２２によって第１のフランジ２１に結合されている。この第１のフランジ２１には戻しばね２３が支持されている。この戻しばね２３には、燃料噴射弁１の図示の構造では、スリーブ２４によってプリロードがかけられる、つまり、予備荷重が加えられる。
【００１３】
プランジャ２０の流出側には第２のフランジ３４が配置されている。この第２のフランジ３４は下側のプランジャストッパとして働く。このプランジャストッパは溶接シーム３５を介して、動力が伝達されるように弁ニードル３に結合されている。プランジャ２０と第２のフランジ３４との間には、燃料噴射弁１の閉鎖時のプランジャ衝突を減衰するための弾性的な中間リング３３が配置されている。
【００１４】
弁ニードルガイド部材１４およびプランジャ２０には燃料通路３０，３１が延びている。弁閉鎖体４には研削加工部３２が形成されている。この研削加工部３２は燃料をシール座に案内する。燃料は、中央の燃料供給部１６を介して供給され、フィルタエレメント２５によって濾過される。燃料噴射弁１はシール部材２８によって分配管路（図示せず）に対してシールされている。別のシール部材３９は内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）に対してシールしている。
【００１５】
本発明によれば、燃料噴射弁１は、弁座体５の、内燃機関の燃焼室３６（図示せず）に面した側の外面３７に、熱導出するコーティング層３８を有している。噴射開口７はコーティング層３８を貫いて、たとえば漏斗状に開口している。このコーティング層３８によって、熱が弁座体５から導出される。これによって、この弁座体５がそれほど高温にならず、したがって、燃料の堆積および噴射開口７へのカーボン付着が減少させられる。燃料噴射弁１の、コーティング層３８を備えた噴射側の部分は、図１Ｂに詳しく示してある。以下に詳しく説明する別の手段と一緒に噴射開口７へのカーボン付着を有効に減少させることができる。
【００１６】
燃料噴射弁１の休止状態では、弁ニードル３に設けられた第１のフランジ２１が戻しばね２３によって持上り方向と逆方向に負荷され、これによって、弁閉鎖体４が弁座６に密に当て付けられた状態に保持される。プランジャ２０は中間リング３３に載置している。この中間リング３３は第２のフランジ３４に支持されている。ソレノイドコイル１０の励磁時には、このソレノイドコイル１０が磁界を形成する。この磁界はプランジャ２０を戻しばね２３のばね力に抗して持上り方向に運動させる。この場合、プランジャ２０が、弁ニードル３に溶接された第１のフランジ２１ひいては弁ニードル３を同じく持上り方向に連行する。弁ニードル３に作用結合された弁閉鎖体４が弁座面６から持ち上がる。これによって、噴射開口７に案内された燃料が噴射される。
【００１７】
コイル電流が遮断されると、プランジャ２０が磁界の十分な減少後に第１のフランジ２１に対する戻しばね２３のばね圧によって内側磁極１３から降下する。これによって、弁ニードル３が持上り方向と逆方向に運動させられる。これによって、弁閉鎖体４が弁座面６に載着し、燃料噴射弁１が閉鎖される。プランジャ２０は、第２のフランジ３４によって形成されたプランジャストッパに載着する。
【００１８】
図１Ｂには、図１に示した本発明により形成された燃料噴射弁１の実施例の、図１に符号ＩＢで示した部分が抜粋した断面図で示してある。
【００１９】
すでに図１Ａに示したように、弁座体５は、燃焼室３６に面した側の外面３７にコーティング層３８を有している。このコーティング層３８によって、弁座体５の温度を低下させることができる。これによって、この弁座体５に沈積する燃料のカーボン付着が減少させられる。これによって、噴射開口７に堆積物が生ぜしめられないままとなる。さもないと、この堆積物は、燃料噴射弁１を通る通流量を許容できないほど著しく減少させ、内燃機関の運転を不可能にする恐れがある。
【００２０】
この場合、コーティング層３８は弁座体５の面３７全体に全面にわたって形成されていてもよいし、噴射開口７の領域にしか設けられていなくてもよい。択一的または付加的には、コーティング層３８の代わりに、弁座体５が肉厚にされて形成されていてもよい。なぜならば、この手段は弁座体の熱伝導性を改善し、これによって、より低温の端面３７を同じく生ぜしめるからである。この場合、材料厚さは０．４ｍｍ以上であることが望ましい。
【００２１】
この場合、コーティング層３８の製作は、たとえば電気めっきにより銅ベースまたはアルミニウムベースで行われてよい。択一的には、弁座体５全体が高熱伝導性の材料、たとえば銅またはアルミニウムから製作されていてもよい。
【００２２】
噴射開口７は弁座体５の任意の点に設けられていてよい。有利には、噴射開口７は、弁座体５の長手方向軸線４０に対して同心的または偏心的であってよい円形のまたは楕円形の孔円に配置されている。この場合、孔中心点の間の間隔は等間隔であってもよいし、異なっていてもよい。空間的な方向付けは、図１Ｂに２つの噴射開口７に対して示したように、各孔軸線に対して異なっていてよい。
【００２３】
噴射開口７から噴射された燃料噴流は任意の開き角を有していてよい。この開き角は噴射開口７のジオメトリにしか左右されない。図１Ｂには、たとえば噴射開口７の漏斗状の開口領域４１が示してある。
【００２４】
コーティング層３８のほかに、噴射開口７の開口領域４１の形状も燃料噴射弁１のカーボン付着特性に影響を与える。図１Ａおよび図１Ｂに示したように、拡張された開口領域４１は円錐形にまたは漏斗状にまたは段付けされて形成されていてよいものの、図２Ａおよび図２Ｂに著しく概略的に示したように、溝４２によって製作されてもよい。この溝４２は、噴射開口７の領域で弁座体５に設けられている。噴射開口７の、比較したい最も狭幅の横断面は、拡張された横断面によって高い燃焼温度および燃料粒子に対して防護される。その代わりに、拡張された横断面に形成される堆積物は噴射過程を妨害しない。なぜならば、被着物が燃料噴流への到達時にこの燃料噴流によって除去されるからである。したがって、この場合、被着物が十分に肉厚であり、したがって、むしろ脆いので、除去が可能となる。
【００２５】
図３Ａおよび図３Ｂには、噴射開口７と、拡張された開口領域４１とが例示してある。図３Ａに示したような１つの形状は、たとえば図１Ａおよび図１Ｂで説明したコーティング層３８に相俟って可能であるのに対して、図３Ｂに示した形状は、たとえば図２Ａおよび図２Ｂに示したように、溝４２を設けることによって形成することができる。
【００２６】
この場合、開口領域４１は、たとえばレーザ穿孔、侵食加工およびこれに類する方法によって弁座体５もしくはコーティング層３８に加工することができる。この場合、噴射開口７とその開口領域４１とは、一般的に漏斗状にまたは段付けされてまたは円錐形に形成されていてよい。二段階の侵食加工による開口領域４１の製作も可能である。
【００２７】
弁座体５に形成された弁座面６と、弁閉鎖体４とから形成されるシール座の形状もこの領域における温度の低下に寄与している。この場合、主要な観点は、弁閉鎖体４の表面と各噴射開口７との間の間隔である。この場合、この間隔に対する有利な値は最大２０μｍである。小さな間隔によって、良好な熱伝導を行うことができるのに対して、大きな間隔は、より低温の弁ニードル３への熱の搬出を低下させる恐れがある。さらに、こうして得られた低い温度によって、燃料が弁閉鎖体４の下方で気化し得ず、これによって、この領域が、燃焼室の高い温度と燃焼残滓の堆積とに対して防護され続ける。さらに、粘着性の気化残分はこの領域に生ぜしめられ得ない。
【００２８】
噴射開口７の領域における堆積物に影響を与える別の因子は噴射開口７の数である。大きな数の噴射開口は、確かに外側領域における混合気クラウドの希薄化を生ぜしめるが、しかし、リッチな核も発生させる。この核は高い燃料濃度を混合気クラウドの内側の領域ひいては弁座体５にも有している。噴射開口７の領域における堆積物を少なく保つためには、最大８つの噴射開口７が有利である。
【００２９】
個々のこれらの特徴の各々はカーボン付着傾向にポジティブに作用するものの、第１には、種々異なる可能性の組合せが、噴射開口７の領域における堆積物の著しい減少を生ぜしめる。この場合、図４Ａおよび図４Ｂに示した線図には、本発明による特徴なしの燃料噴射弁１と比較した種々異なる特徴組合せの作用が示してある。この場合、線図には、前述した特徴から成る種々異なる組合せに対する調量された噴射量の希薄度が示してある。ｘ軸は、この手段によって得られる進展度を示している。
【００３０】
この場合、線図４Ａにおける一番上側の左側の点５０は、本発明による手段なしの燃料噴射弁１を表している。噴射開口７へのカーボン付着による混合気の希薄度は最大４０％である。
【００３１】
弁閉鎖体４と弁座体５との間の間隔が減少させられるように弁座体５が変更されると、図４Ａにおける第２の点５１が約３０％で示すように、すでに著しい改善が生ぜしめられる。
【００３２】
シール座における減少させられた間隔の特徴と、噴射方向に拡張する噴射開口７とが組み合わされると、線図４Ａにおける約１０％の第３の点５２に到達する。このことは、さらなる著しい改善を意味している。
【００３３】
減少させられた間隔と、僅かな数の噴射開口７との組合せは、線図４Ａにおける一番右側の点５３が示すように、カーボン付着傾向のさらなる僅かな改善をもたらす。
【００３４】
図４Ｂには、図４Ａに示した線図の、１０％の希薄度以下の範囲内の部分が示してある。明瞭に示すために、第３の測定点５２は図４Ａから図４Ｂに１０％を上回る希薄度で書き移されている。
【００３５】
カーボン付着傾向のさらなる改善は、僅かな間隔および拡張する噴射開口７の特徴と、弁座体５の肉厚を増加させることによる熱伝導性の手段との組合せ（４％そこそこの測定点５４）または弁座体５の端面３７にコーティング層を被着することの熱伝導性の手段との組合せ（ほぼ２％の測定点５４）によって獲得可能である。
【００３６】
僅かな間隔および拡張する噴射開口７の手段が、減少させられた数の噴射開口７に組み合わされることによって、さらなる減少がさらに可能である。この場合、カーボン付着傾向は１％（測定点５６）に近い値に減少させられ得る。
【００３７】
本発明は、図示の実施例に限定されるものではなく、たとえば、内向きに開放するマルチホール燃料噴射弁１の、任意に配置された噴射開口７ならびに任意の構造に対して使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明により形成された燃料噴射弁の１つの実施例の全体的な概略的な断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示した本発明による燃料噴射弁の実施例の、図１に示した領域ＩＢにおける噴射側の部分の概略的な断面図である。
【図２Ａ】本発明により形成された燃料噴射弁の第２の実施例の弁座体の領域における第１の構成を著しく概略的に示す図である。
【図２Ｂ】本発明により形成された燃料噴射弁の第２の実施例の弁座体の領域における第２の構成を著しく概略的に示す図である。
【図３Ａ】本発明により形成された燃料噴射弁のための噴射開口の可能な第１の形状の概略図である。
【図３Ｂ】本発明により形成された燃料噴射弁のための噴射開口の可能な第２の形状の概略図である。
【図４Ａ】本発明による手段の種々異なる組合せの作用形式の解説線図である。
【図４Ｂ】本発明による手段の種々異なる組合せの作用形式の解説線図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  燃料噴射弁、  ２  ノズルボディ、  ３  弁ニードル、  ４  弁閉鎖体、  ５  弁座体、  ６  弁座面、  ７  噴射開口、  ８  シール部材、  ９  外側磁極、  １０  ソレノイドコイル、  １１  コイルハウジング、  １２  コイル枠体、  １３  内側磁極、  １４  弁ニードルガイド部材、  １５  調整ディスク、  １６  燃料供給部、  １７  差込みコンタクト、  １８  プラスチック被覆体、  １９  線路、  ２０  プランジャ、  ２１  フランジ、  ２２  溶接シーム、  ２３  戻しばね、  ２４  スリーブ、  ２５  フィルタエレメント、  ２６  ギャップ、  ２８  シール部材、  ２９  結合構成部材、  ３０，３１  燃料通路、  ３２  研削加工部、  ３３  中間リング、  ３４  フランジ、  ３５  溶接シーム、  ３６  燃焼室、  ３７  外面、  ３８  コーティング層、  ３９  シール部材、  ４０  長手方向軸線、  ４１  開口領域、  ４２  溝、  ５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６  点
【図１】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2006525461.tif 000008
【国際調査報告】
2006525461.tif 000009
2006525461.tif 000010
2006525461.tif 000011
2006525461.tif 000012
2006525461.tif 000013
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