(57)【要約】内燃機関のための燃料噴射弁であって、弁体（１）が設けられており、該弁体（１）内に孔（５）が形成されており、該孔（５）が燃焼室側の端部で、弁座（１８）によって制限されており、該弁座（１８）に、第１の噴射開口列（２０）および第２の噴射開口列（２２）が形成されている。外側弁ニードル（８）が、長手方向可動に孔（５）内に配置されており、外側弁ニードル（８）が、第１の噴射開口列（２０）を制御するために弁座（１８）と協働しており、外側弁ニードル（８）と孔（５）の壁部との間に圧力室（１４）が形成されており、該圧力室（１４）が、高圧下の燃料で充填可能になっている。外側弁ニードル（８）内に内孔（１１）が形成されており、内側弁ニードル（１０）が、外側弁ニードル（８）の内孔（１１）内で長手方向可動に配置されており、内側弁ニードル（１０）が、第２の噴射開口列（２２）を制御するために弁座（１８）と協働している。内側弁ニードル（１０）に圧力肩部（３０）が形成されており、該圧力肩部（３０）を介して、圧力負荷時に、ハイドロリック式の開放力が内側弁ニードル（１０）に及ぼされるようになっており、外側弁ニードル（８）が、開放ストローク運動によって、圧力室（１４）から内側弁ニードル（１０）の圧力肩部（３０）に通じる絞り結合部（３２）を開放するようになっている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のための燃料噴射弁であって、
弁体（１）が設けられており、該弁体（１）内に孔（５）が形成されており、該孔（５）が、燃焼室側の端部で、弁座（１８）によって制限されており、該弁座（１８）に、第１の噴射開口列（２０）および第２の噴射開口列（２２）が形成されており、第２の噴射開口列（２２）が、第１の噴射開口列（２０）よりも燃焼室の傍に配置されており、
外側弁ニードル（８）が設けられており、該外側弁ニードル（８）が、長手方向可動に孔（５）内に配置されており、外側弁ニードル（８）が、第１の噴射開口列（２０）を制御するために弁座（１８）と協働しており、外側弁ニードル（８）と孔（５）の壁部との間に圧力室（１４）が形成されており、該圧力室（１４）が、高圧下の燃料で充填されるようになっており、
内側弁ニードル（１０）が設けられており、該内側弁ニードル（１０）が、外側弁ニードル（８）の内孔（１１）内で長手方向可動に配置されており、内側弁ニードル（１０）が、第２の噴射開口列（２２）を制御するために弁座（１８）と協働しており、
内側弁ニードル（１０）に形成された圧力肩部（３０）が設けられており、該圧力肩部（３０）を介して、圧力負荷時にハイドロリック式の開放力が内側弁ニードル（１０）に及ぼされるようになっている形式のものにおいて、
外側弁ニードル（８）が、開放ストローク運動によって、圧力室（１４）から内側弁ニードル（１０）の圧力肩部（３０）に通じる絞り結合部（３２）を開放するようになっていることを特徴とする、内燃機関のための燃料噴射弁。
【請求項２】
絞り結合部が、内孔（１１）の壁部と内側弁ニードル（１０）との間のリングギャップ（３２）として形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
内孔（１１）の半径方向拡張部によって、外側弁ニードル（８）内に圧力チャンバ（２７）が形成されており、該圧力チャンバ（２７）に、内側弁ニードル（１０）の圧力肩部（３０）が配置されており、圧力チャンバ（２７）が、絞り結合部（３２）を介して圧力室（１４）と結合可能になっている、請求項１または２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
圧力チャンバ（２７）が、外側弁ニードル（８）のリング肩部（３４）によって制限されており、該リング肩部（３４）が、外側弁ニードル（８）の弁シール面（３５）に対して逆向きに方向付けされている、請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
内側弁ニードル（１０）が、弁座（１８）の傍でガイド区分（２５）を備えており、該ガイド区分（２５）で内側弁ニードル（１０）が、内孔（１１）に案内されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
内側弁ニードル（１０）のガイド区分（２５）に対して燃焼室から離間する側で、内孔（１１）の壁部と内側弁ニードル（１０）との間に還流通路（２８）が形成されており、該還流通路（２８）を介して、圧力チャンバ（２７）が、放圧できるようになっている、請求項５記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
内側弁ニードル（１０）のガイド区分（２５）に、少なくとも１つの切削部（４６）が形成されている、請求項６記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
内側弁ニードル（１０）の圧力肩部（３０）が、半径方向で拡張されたガイド区分（２５）の、燃焼室側の端部に形成されている、請求項５記載の燃焼噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１００５８１５３号明細書から公知のような、内燃機関のための燃料噴射弁から出発する。
【０００２】
前掲明細書に記載の燃料噴射弁は弁体を備えており、弁体内に孔が形成されている。燃焼室側の端部で孔は、弁座によって制限されており、弁座に、第１の噴射開口列と、第１の噴射開口列に対して燃焼室側に配置された第２の噴射開口列とが形成されており、ここでは両方の噴射開口列の噴射開口は、内燃機関の燃焼室に通じている。孔内に外側弁ニードルが長手方向可動に配置されており、外側弁ニードルは燃焼室とは反対側の区分で孔に案内されている。外側弁ニードルと孔の壁部との間に圧力室が形成されており、圧力室は高圧下の燃料で充填可能になっている。燃焼室側の端部で外側弁ニードルは、弁シール面を備えており、弁シール面で外側弁ニードルは、第１の噴射開口列を制御するために弁座と協働するようになっている。中央で長手軸線に沿って、外側弁ニードルに内孔が延びており、内孔に、内側弁ニードルが長手方向可動に配置されている。内側弁ニードルは燃焼室側の端部でシール面を備えており、シール面で内側弁ニードルは、弁座と協働し、この場合第２の噴射開放列の開口を制御する。内側弁ニードルに掛かる開放力は、外側弁ニードルが持ち上げられたあとで、リング室の燃料圧によって負荷される圧力面の圧力負荷によって形成される。
【０００３】
外側弁ニードルおよび内側弁ニードルが漸次開放される場合、外側弁ニードルが弁座から持ち上げられたあとで、燃料圧は圧力室から内向きに流れ、その時点まで圧力室から分離されていた内側弁ニードルに掛かる。内側弁ニードルの全体の圧力面が急激に圧力室の圧力によって負荷されると、圧力衝突によって、噴射経過に基づいて所望されるよりも、内側弁ニードルの不都合に軽い持ち上げが生じる。これによって不精確な噴射が生じ、また内燃機関の有害物質エミッションの増加につながる。
【０００４】
発明の利点
これに対して本発明による、請求項１の特徴部に記載の構成を有する燃料噴射弁の利点によれば、内側弁ニードルが、意図した時点の前で、内側弁ニードルに対応配置された噴射開口を制御不能に開放制御することはない。内側弁ニードルに掛かる開放力は、外側弁ニードルが開放したあとではじめてある程度時間的に遅れて形成される。このために内側弁ニードルの圧力面は、絞り結合部を介して圧力室と結合可能であり、これによって開放圧の形成に際して前述の遅延が生じる。
【０００５】
従属請求項に記載の構成によって、本発明の有利な実施形態が得られる。
【０００６】
本発明の対象の有利な実施形態では、絞り結合部が、内孔の壁部と内側弁ニードルとの間のリングギャップとして、外側弁ニードルの、燃焼室側の端部に形成されている。このような構成の絞り結合部は簡単に形成することができ、さらに内側弁ニードルが外側弁ニードルの内孔において、燃焼室側の端部でクランプされることはない。
【０００７】
有利な別の実施形態では、外側弁ニードル内で内孔の半径方向拡張部によって圧力チャンバが形成されており、圧力チャンバに、内側弁ニードルの圧力面が配置されており、圧力チャンバは、絞り結合部を介して圧力室と結合可能である。圧力チャンバの形成によって、内側弁ニードルの圧力面の大きさは、所望の開放力を得るために、比較的大きな範囲で調節することができる。さらにこのような実施形態では有利には、外側弁ニードルにおける圧力チャンバに対抗圧力面が配置されており、対抗圧力面は、圧力チャンバの燃料圧によって負荷され、かつ外側弁ニードルの弁シール面とは反対に方向付けられている。これによって有利には、圧力チャンバ内に依然として比較的低い圧力が作用する間に、外側弁ニードルの開放ストローク運動に際して、圧力室の完全な燃料圧が外側弁ニードルの弁シール面に及ぼされるので、対抗圧力面に対抗圧が生じない。これに対して閉鎖運動に際して圧力チャンバに圧力室の噴射圧が形成されるので、外側弁ニードルの対抗圧力面が負荷され、外側弁ニードルの弁シール面に掛かるハイドロリック力は部分的に補償される。これによって開放方向で外側弁ニードルに掛かる力が低減され、このことは外側弁ニードルの閉鎖運動を加速し、そうして切換時間は大幅に短縮される。
【０００８】
本発明の対象の別の有利な実施形態では、内孔の壁部と外側弁ニードルとの間に還流通路が形成され、還流通路は、燃料噴射弁に形成された、比較的低い燃料圧の作用する漏れ油室に通じている。この還流通路を介して圧力チャンバは簡単に放圧できるので、噴射が終了したあとで、圧力チャンバにおける燃料圧は漏れ油室の圧力に低下する。
【０００９】
実施例の説明
次に本発明の実施例を図示し、詳しく説明する。
【００１０】
図１には、本発明による燃料噴射弁を縦断面図で示した。燃料噴射弁は弁体１を備えており、弁体１は、緊締ナット３によって、図示していない弁保持体に締め付けられる。弁体１内に孔５が形成されており、孔５は燃焼室側の端部で、円錐形の弁座１８によって制限されている。弁座１８から、第１の噴射開口列２０と、燃焼室側に配置された第２の噴射開口列２２とが分岐している。内燃機関における燃料噴射弁の組込位置で、両方の噴射開口列２０，２２は、内燃機関の燃焼室に通じている。孔５内にプランジャ状の外側弁ニードル８が配置されており、外側弁ニードル８は燃焼室とは反対側の区分で、孔５に案内されている。弁座１８に向かって、外側弁ニードル８は、圧力肩部１２を形成して先細になっていて、かつ燃焼室側の端部でシール面３５に移行している。外側弁ニードル８と孔５の壁部との間に圧力室１４が形成されており、圧力室１４は圧力肩部１２の高さ部分で半径方向に拡張されている。圧力室１４の半径方向拡張部に、弁保持体１内で延びる供給通路１６が通じており、供給通路１６は、高圧燃料源から高圧下の燃料を圧力室１４に供給する。外側弁ニードル８は内孔１１を備えており、内孔１１内で内側弁ニードル１０は長手方向可動に案内されている。内側弁ニードル１０は燃焼室側の端部でシール面４２を備えており、シール面４２で内側弁ニードル１０は、外側弁ニードル８がシール面３５で接触するのと同様に、弁座１８に接触する。外側弁ニードル８と内側弁ニードル１０とは燃焼室とは反対側の端部で、それぞれ個別的に、各弁ニードル８，１０を弁座１８に向かって押し付ける閉鎖力で負荷される。ここでは閉鎖力は、たとえばばねまたはハイドロリック装置を介して形成することができる。
【００１１】
図２には、図１において符号ＩＩで示した部分を拡大図で示した。外側弁ニードル８は燃焼室側の端部で、円錐面２４を備えていて、かつ円錐面２４に続く、同様に円錐形の弁シール面３５を備えている。円錐面２４の開放角と弁シール面３５の開放角とがそれぞれ異なっているので、これらの間の移行部に第１のシールエッジ３６が形成されており、第１のシールエッジ３６は、外側弁ニードル８が弁座１８に接触する際に、第１の噴射開口列２０に対して圧力室１４をシールするのに役立つ。円錐形の弁シール面３５は、円錐形の弁座１８の開放角よりも僅かに小さな開放角を有している。これによって弁座１８に向かって外側弁ニードル８が閉鎖運動する際に、先ず弁シール面３５の燃焼室側の端部が弁座１８に接触し、ここではこの端部は、第２のシールエッジ３８として形成されている。弁シール面３５が軽く変形したあとで、第１のシールエッジ３６も弁座１８に接触するので、第１の噴射開口列２０は、圧力室１４に対しても、また弁座１８の、第１の噴射開口列２０の下流側に位置する領域に対してもシールされている。第１のシールエッジ３６および第２のシールエッジ３８に十分な押圧力を保証するために、両方のシールエッジ３６，３８の間で弁シール面３５にリング溝４０が形成されており、リング溝４０は、第１の噴射開口列２０の高さで延びている。リング溝４０の深さは僅かになっている。なぜならばこの領域における容量が大きいと、内燃機関の炭化水素エミッションに不都合に作用するからである。
【００１２】
内側弁ニードル１０は、内孔１１内である程度の遊びを有して配置されているので、内側弁ニードル１０と内孔１１の壁部との間に還流通路２８が形成されており、還流通路２８は、円形リング状の横断面を有していて、かつ弁ニードル８，１０の、燃焼室とは反対側の端部で、図示していない漏れ油室に通じており、漏れ油室には常時比較的低い燃料圧が存在する。
【００１３】
燃焼室側の端部領域で、内側弁ニードル１０はガイド区分２５を備えており、ガイド区分２５は、内側弁ニードル１０の半径方向拡張部を成していて、かつ内孔１０における内側弁ニードル１０のガイドに役立つ。内側弁ニードル１０の、燃焼室側の端部に向かって、ガイド区分２５は、圧力肩部３０を形成して先細になっていて、かつ燃焼室側の端部で、円錐形のシール面４２に移行している。シール面４２に向かう内側弁ニードル１０の移行部に、環状に延びるシールエッジ４４が形成されており、シールエッジ４４は、内側弁ニードル１０の閉鎖位置で、つまり内側弁ニードル１０が円錐形の弁座１８に接触すると、弁座１８に接触する。これによって第２の噴射開口列２２は、圧力室１４に対して閉鎖されるので、第２の噴射開口列２２から燃料が流出することはない。
【００１４】
外側弁ニードル８の内孔１１は、リング肩部３４を形成して燃焼室側の端部に向かって先細になっており、リング肩部３４は、内側弁ニードル１０の圧力肩部３０に対向するように配置されている。圧力肩部３０とリング肩部３４と内孔１１の壁部と内側弁ニードル１０とによって圧力チャンバ２７が制限されており、圧力チャンバ２７は、リングギャップ３２を介して弁座１８と結合されており、リングギャップ３２は、内側弁ニードル１０と内部孔１１との間で延びている。ガイド区分２５と内孔１１の壁部との間に残存するギャップ４８を介して、圧力チャンバ２７は追加的に絞られて還流通路２８と結合されている。
【００１５】
燃料噴射弁の機能形式は次の通りである。いわゆるコモンレール原理に基づいて作動する燃料噴射系では、圧力室１４に、常時噴射圧に相当する高い燃料圧が存在する。外側弁ニードル８および内側弁ニードル１０に、両方の弁ニードル８，１０を弁座１８に接触保持するような大きさを有する閉鎖力がそれぞれ作用し、これによって噴射開口列２０，２２は閉鎖されている。本発明による燃料噴射弁では、先ず燃料噴射開口の一部しか開放制御されず、噴射の後続経過ではじめて全ての噴射開口が開放制御される。このために弁ニードル８に掛かる閉鎖力が低減されるので、圧力肩部１２と外側弁ニードル８の円錐面２４とに掛かるハイドロリック力は、閉鎖力よりも大きくなっている。これによって外側弁ニードル８は、弁座１８から離間移動するので、その時点で燃料は圧力室１４から第１の噴射開口列２０に流れることができ、そこから燃料は内燃機関の燃焼室に噴射される。内側弁ニードル１０は、閉鎖力によって、また適当な開放力の不足によって、閉鎖位置で保持される。弁座１８から外側弁ニードル８が持ち上げられることによって、燃料は、その時点でリングギャップ３２を通って圧力室２７に流れ、この場合リングギャップ３２は絞られていて、それも圧力チャンバ２７における圧力上昇が専らある程度の遅延でもって行われるように絞られている。圧力チャンバ２７における圧力が上昇するにつれ、弁ニードル１０に掛かる閉鎖力に対抗するように向けられた、圧力肩部３０に掛かるハイドロリック力が形成される。圧力肩部３０に掛かるハイドロリック力が弁ニードル１０に掛かる閉鎖力を上回ると、直ちに内側弁ニードル１０も開放され、シールエッジ４で弁座１８から持ち上げられるので、その時点で燃料は追加的に第２の噴射開口列２２を通って燃焼室に噴射される。図４に示した開放状態は、所望の燃料量が燃焼室に噴射されるまで保持される。燃料噴射弁を閉鎖するために、内側弁ニードル１０および外側弁ニードル８に掛かる閉鎖力が高められ、それも閉鎖力が圧力室１４における燃料圧によるハイドロリック力よりも高くなるまで高められる。外側弁ニードル８も内側弁ニードル１０も、弁座１８における閉鎖位置に戻り、両方の噴射開口列２０，２２を再び閉鎖する。弁座１８に外側弁ニードル８が着座する際に、先ず第２のシールエッジ３８が、次いで第１のシールエッジ３６が弁座１８に接触するので、第１の噴射開口列２０は、圧力室１４に対しても、また第２の噴射開口列２２に対してシールされている。弁座１８に外側弁ニードル８が着座したあとでは、圧力チャンバ２７は圧力室１４から分離されている。圧力チャンバ２７における依然として高い燃料圧は、ガイド区分２５と内孔１１の壁部との間の絞りギャップによって、還流通路２８を介して漸次低減されるので、圧力室２７において漏れ油室の低い燃料圧が生じ、それも燃料噴射弁の次の噴射が行われるまで生じる。
【００１６】
圧力チャンバ２７の形成はさらに別の利点を有している。外側弁ニードル８の開放速度は、外側弁ニードル８の質量の他に、作用する力に依存しており、閉鎖力が決められている場合、外側弁ニードル８の、圧力負荷される面に依存している。開放ストローク運動の開始時には、これは圧力肩部１２および円錐面２４である。外側弁ニードル８が弁座１８から持ち上げられると、シール面３５に掛かるハイドロリック力が追加される。リング肩部３４はこれにほとんど対抗しない。なぜならば圧力チャンバ２７における燃料圧は、開放ストローク運動の開始時には極めて小さくなっていて、この燃料圧は無視できるものである、という理由による。したがって外側弁ニードル８は極めて迅速に開放され、このことは迅速に連続して行われる噴射にとって不可欠である。噴射終了時には、圧力チャンバ２７に高い燃料圧が存在し、この時点においてこの燃料圧は適当なハイドロリック力をリング肩部３４に及ぼす。この力は、部分的にシール面３５に作用するハイドロリック力を補償するので、その時点において再度高められた、外側弁ニードル８に掛かる閉鎖力は、対抗力が小さいので、外側弁ニードル８を迅速に閉鎖位置に戻し、これによって閉鎖運動も加速される。外側弁ニードル８の比較的迅速な開閉によって、迅速に連続して行われる噴射は問題なく実現することができる。内側弁ニードル１０の、弁座１８から離間した圧力肩部３０によって、さらに外側弁ニードル８をシール面３５の領域で補強する構成が得られ、これによって弁座１８における外側弁ニードル８の比較的大きな接触面による磨耗が低減される。
【００１７】
図５には、別の実施例を、図４と同様の図で示した。還流通路２８と圧力チャンバ２７との結合は、ここでは形成されないか、またはガイド区分２５と内孔１１の壁部との間に形成されたギャップ４８を介して形成されるだけではなく、ガイド区分２５で側方に形成された複数の切削部４６を介して形成されている。このような切削部４６によって、通流横断面が最適化され、これによって噴射終了後の迅速な圧力低下を達成し、かつ同時に内孔１１における内側弁ニードル１０の精確な案内を保証することができる。ここでは切削部４６は、専ら極めてフラットに形成されていて、有利には５〜２０μｍである。ここではギャップ４８は、内側弁ニードル１０と内孔１１の壁部との間に過剰の摩擦が生じない限り、任意の大きさに選択することができる。なぜならば燃料の通流が切削部４６を介して保証されているからである。依然として圧力チャンバ２７に圧力上昇が生じるようにするために、切削部４６の通流横断面は、リングギャップ３２の横断面よりも小さくなっている。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】燃料噴射弁の縦断面図である。
【００１９】
【図２】図１においてＩＩで示した弁座の領域の拡大図である。
【００２０】
【図３】図２と同様の、燃料噴射弁の１開放段階を示す縦断面図である。
【００２１】
【図４】図２と同様の、燃料噴射弁の１開放段階を示す縦断面図である。
【００２２】
【図５】別の実施例の、図４に相当する図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  弁体、  ３  緊締ナット、  ５  孔、  ８  外側弁ニードル、  １０  内側弁ニードル、  １１  内孔、  １２  圧力肩部、  １４  圧力室、  １６  供給通路、  １８  弁座、  ２０  第１の噴射開口列、  ２２  第２の噴射開口列、  ２４  円錐面、  ２５  ガイド区分、  ２７  圧力チャンバ、  ２８  還流通路、  ３０  圧力肩部、  ３２  リングギャップ、  ３４  リング肩部、  ３５  シール面、  ３６  第１のシールエッジ、  ３８  第２のシールエッジ、  ４０  リング溝、  ４２  シール面、  ４４  シールエッジ、  ４８  ギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006505742.tif 000007
【国際調査報告】
2006505742.tif 000008
2006505742.tif 000009
2006505742.tif 000010
2006505742.tif 000011