(57)【要約】本発明は、燃料噴射弁であって、弁ボディ（１）が設けられており、該弁ボディ（１）内に孔（３）が形成されており、該孔（３）が、その燃焼室側の端部で弁座（９）によって仕切られるようになっており、孔（３）の燃焼室側の端領域に少なくとも１つの噴射開口（１１）が形成されており、ピストン状の弁ニードル（５）が、孔（３）内に長手方向移動可能に配置されていて、ほぼ円錐形の弁シール面（７）を有しており、該弁シール面（７）で弁ニードル（５）が、少なくとも１つの噴射開口を制御するために弁座（９）と協働するようになっている形式のものに関する。本発明によれば、弁座（９）が、第１の円錐形の部分面（１０９）と、第２の円錐形の部分面（２０９）とを有しており、該第２の円錐形の部分面（２０９）が、第１の円錐形の部分面（１０９）の下流側に配置されていて、該第１の円錐形の部分面（１０９）に比べて張り出して形成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に用いられる燃料噴射弁であって、弁ボディ（１）が設けられており、該弁ボディ（１）内に孔（３）が形成されており、該孔（３）が、その燃焼室側の端部で弁座（９）によって仕切られるようになっており、孔（３）の燃焼室側の端領域に少なくとも１つの噴射開口（１１）が形成されており、さらに、ピストン状の弁ニードル（５）が設けられており、該弁ニードル（５）が、孔（３）内に長手方向移動可能に配置されていて、燃焼室側の端部にほぼ円錐形の弁シール面（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）と協働するようになっており、これによって、少なくとも１つの噴射開口（１１）が、弁座（９）への弁ニードル（５）の当付け時に閉鎖されるようになっており、弁座（９）からの弁ニードル（５）の持上り時に燃料が、弁座（９）と弁シール面（７）との間を通って噴射開口（１１）に流入するようになっている形式のものにおいて、弁座（９）が、第１の円錐形の部分面（１０９）と、第２の円錐形の部分面（２０９）とを有しており、該第２の円錐形の部分面（２０９）が、第１の円錐形の部分面（１０９）の下流側に配置されていて、該第１の円錐形の部分面（１０９）に比べて張り出して形成されていることを特徴とする、内燃機関に用いられる燃料噴射弁。
【請求項２】
弁ニードル（５）が、その閉鎖位置で第２の円錐形の部分面（２０９）に当て付けられるようになっている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
第２の円錐形の部分面（２０９）が、第１の円錐形の部分面（１０９）と同じ開き角を有している、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
第２の円錐形の部分面（２０９）が、第１の円錐形の部分面（１０９）に比べて２μｍ〜２０μｍ張り出している、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
弁座（９）に第２の円錐形の部分面（２０９）の下流側で第３の円錐形の部分面（３０９）が形成されており、該第３の円錐形の部分面（３０９）が、第２の円錐形の部分面（２０９）に比べて引き下げられている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
弁シール面（７）にシール縁部（１７）が形成されており、該シール縁部（１７）が、弁ニードル（５）の閉鎖位置で第２の円錐形の部分面（２０９）に接触するようになっている、請求項１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
請求項１の上位概念部に相当するような、内燃機関に用いられる燃料噴射弁から出発される。このような形式の燃料噴射弁は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１００３１２６５号明細書に記載されていて、弁ボディを有している。この弁ボディ内には孔が形成されている。この孔はその燃焼室側の端部で弁座によって仕切られる。この弁座から少なくとも１つの噴射開口が出発している。この噴射開口は、燃料噴射弁の組付け位置で内燃機関の燃焼室に開口している。孔内には、ピストン状の弁ニードルが長手方向移動可能に配置されている。この弁ニードルはその燃焼室側の端部、すなわち、弁座に面した側の端部に弁シール面を有している。この弁シール面で弁ニードルは弁座と協働する。この場合、弁ニードルがその弁シール面で弁座に載置している場合の弁ニードルの閉鎖位置では、噴射開口が閉鎖されるのに対して、弁座からの弁ニードルの持上り時には、燃料が弁シール面と弁座との間を通って噴射開口に流入し、そこから、内燃機関の燃焼室内に噴射される。
【０００２】
孔内での弁ニードルの長手方向運動は２つの力の比によって行われる。１つには、ハイドロリック的な力が考えられる。この力は圧力室内の圧力によって形成される。圧力室は孔の壁と弁ニードルとの間に形成されていて、燃料で充填されており、これによって、ハイドロリック的な力が弁ニードルに加えられる。他方では、閉鎖力が弁ニードルに作用する。この閉鎖力は、弁ニードルの、燃焼室と反対の側の端部に適切な装置によって加えられる。弁ニードルに加えられるハイドロリック的な力は、燃料によって負荷される有効な面に関連している。この面では、所定の力成分が長手方向に生ぜしめられる。すなわち、燃料噴射弁の開放圧、つまり、弁ニードルを、付与された閉鎖力に抗して長手方向で弁座から離れる方向に運動させるために、弁ニードルに加えられるハイドロリック的な力で丁度十分となる圧力室内の燃料圧は、特に弁座に対する弁ニードルの載着線、いわゆる「ハイドロリック的に有効な座直径」に関連している。なぜならば、これには、弁シール面の、燃料圧によって負荷される部分面が関連しているからである。弁シール面と弁座との間の摩耗によって、燃料噴射弁の耐用年数の経過中にこの面の変化ひいてはハイドロリック的に有効な座直径の変化が生ぜしめられる。これによって、開放圧も変化する。このことは、弁ニードルの、変化させられた開放動特性に現れる。これによって、燃料の噴射時点も噴射量も変化する。これによって、特に燃料消費率および有害物質エミッションに関して、現代の高速回転型の内燃機関において問題が生ぜしめられ得る。
【０００３】
発明の利点
請求項１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、弁ニードルの不変のジオメトリでコンスタントな開放圧を燃料噴射弁の全耐用年数にわたって維持することができるという利点を有している。このためには、弁座が２つの円錐形の部分面を有している。両部分面のうち、第２の円錐形の部分面は第１の円錐形の部分面の下流側に配置されている。第２の円錐形の部分面は第１の円錐形の部分面に比べて張り出しており、これによって、弁ニードルが閉鎖位置で第２の円錐形の部分面に当て付けられる。第２の円錐形の部分面への第１の円錐形の部分面の移行部における縁部は、ハイドロリック的に有効な座直径を規定している。
【０００４】
従属請求項によって、本発明の対象の有利な構成が可能となる。
【０００５】
本発明の対象の第１の有利な構成では、第２の円錐形の部分面が、第１の円錐形の部分面と同じ開き角を有している。これによって、円錐形の両部分面を同じ工具で製作することができる。これによって、製作時にフライス工具または研削工具の新規位置調整が省略される。
【０００６】
別の有利な構成では、第２の円錐形の部分面が、第１の円錐形の部分面に比べて、有利には２μｍ〜２０μｍだけ張り出している。このような段付けによって、弁ボディに設けられた弁座の領域における安定状況が変化することなしに、開放圧の不変性が付与されている。
【０００７】
別の有利な構成では、弁座に第２の円錐形の部分面の下流側で第３の円錐形の部分面が形成されており、該第３の円錐形の部分面が、第２の円錐形の部分面に比べて引き下げられている。これによって、弁ニードルが載着し得る弁座面が下流側でも段部によって仕切られる。したがって、正確に規定されたハイドロリック的な状況が弁ニードルと弁座との接触面に得られる。
【０００８】
弁ニードルが、シール縁部を有しており、該シール縁部が、２つの円錐シール面の間に形成されていて、弁ニードルの閉鎖位置で第２の円錐形の部分面に接触するようになっている場合の弁座の本発明による構成が特に有利である。このことは、極めて長い運転期間にわたっても開放圧の不変性を保証している。
【０００９】
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。
【００１０】
図１には、本発明による燃料噴射弁が縦断面図で示してある。弁ボディ１内には孔３が形成されている。この孔３内にはピストン状の弁ニードル５が長手方向移動可能に配置されている。この場合、この弁ニードル５は、燃焼室と反対の側のガイド区分１５で孔３のガイド区分２３に密にガイドされる。ガイド区分１５から出発して、弁ニードル５は、受圧肩部１３を形成して燃焼室に向かって先細りにされていて、燃焼室側の端部でほぼ円錐形の弁シール面７に移行している。弁ニードル５と孔３の壁との間には圧力室１９が形成されている。この圧力室１９は受圧肩部１３の高さで半径方向に拡張されている。圧力室１９のこの半径方向の拡張部には、弁ボディ１内で延びる流入孔２５が開口している。この流入孔２５を介して、圧力室１９が高い圧力下の燃料で充填可能となる。孔３はその燃焼室側の端部で弁座９によって仕切られる。この弁座９から、少なくとも１つの噴射開口１１が出発している。この噴射開口１１は、内燃機関への燃料噴射弁の組付け位置で内燃機関の燃焼室に開口している。
【００１１】
図２には、図１に符号ＩＩで示した部分の拡大図が示してある。弁ニードル５の弁シール面７は、第１の円錐シール面１０７と第２の円錐シール面２０７とに分割されている。両円錐シール面１０７，２０７の移行部には、両円錐シール面１０７，２０７の互いに異なる開き角によってシール縁部１７が形成されている。弁座９はほぼ円錐形に形成されていて、３つの円錐形の部分面を有している。この場合、第１の円錐形の部分面１０９は第２の円錐形の部分面２０９に隣接しており、この第２の円錐形の部分面２０９もやはり第３の円錐形の部分面３０９に隣接している。第２の円錐形の部分面２０９は第１の円錐形の部分面１０９に比べて張り出していて、弁ニードル５の閉鎖位置でこの弁ニードル５が弁座９に接触する場合にシール縁部１７が第２の円錐形の部分面２０９に当て付けられるように、弁ニードル５に対して位置決めされている。
【００１２】
図３には、図２に符号ＩＩＩで示した部分の拡大図、すなわち、弁座９の重要な部分がさらに拡大して示してある。第１の円錐形の部分面１０９と第２の円錐形の部分面２０９との間には、第１の環状段部２１が形成されている。この第１の環状段部２１は、ハイドロリック的に有効な座直径を仕切っている。この座直径は、燃料噴射弁の開放特性に対して重要な役割を果たしている。孔３内での弁ニードル５の長手方向運動は２つの力の比によって規定される。１つには、閉鎖力が考えられる。この閉鎖力は、弁ニードルの、燃焼室と反対の側の端部に適切な装置（図示せず）によって加えられる。他方では、弁ニードル５にハイドロリック的な開放力が作用する。この開放力は閉鎖力と逆方向に向けられていて、圧力室１９内の燃料圧によって弁ニードル５に加えられる。弁ニードル５の圧力負荷時に、長手方向に作用する合成力成分が生ぜしめられる弁ニードル５の面は、特に受圧肩部１３および弁シール面７の部分である。これによって、閉鎖力がコンスタントである場合に、開放圧、すなわち、弁ニードル５がその開放行程運動を開始する力室１９内の燃料圧が付与されている。
【００１３】
理想的に剛性的な状況の場合、すなわち、弁ニードル５も弁座９も変形させられない場合には、弁ニードル５のシール縁部１７が、ハイドロリック的に有効な座直径を規定している。シール縁部１７の上流側に位置する弁シール面７の全面、すなわち、この実施例では第１の円錐シール面１０７が燃料圧によって負荷されるので、これによって、ハイドロリック的な開放圧が規定される。しかし、弁座９への弁ニードル５の打込みによって、時間が経つにつれ、弁シール面７と弁座９との間に面接触が生ぜしめられるので、ハイドロリック的に有効な座直径が変化し、これによって、圧力負荷される面がより小さくなる。これによって、開放圧が高まる。しかし、弁座９における張り出した第２の円錐形の部分面２０９の構成によって、ハイドロリック的な座直径が第１の環状段部２１にまでしか増加させられ得ないので、燃料噴射弁のより長い運転時でも開放圧が不変のままとなる。第２の円錐形の部分面２０９と第３の円錐形の部分面３０９との間に形成された第２の環状段部２２によって、弁ニードル５が載置する面が噴射開口に対して仕切られ、これによって、正確に規定されたハイドロリック的な状況が弁座に形成される。したがって、弁ニードルと弁座との間の、場合によって生ぜしめられる粘着力はコンスタントなままである。
【００１４】
図４には、別の燃料噴射弁の、図２と同じ部分が示してある。この燃料噴射弁は、幾分変更された座ジオメトリを有している。図２および図３に示した実施例ですでに述べたように、第３の円錐形の部分面３０９は第２の円錐形の部分面２０９に比べて引き下げられており、これによって、第２の環状段部２２が形成される。第３の円錐形の部分面３０９は盲孔３０に移行している。この盲孔３０から噴射開口１１が出発している。弁ニードル５は、幾分変更された弁シール面７を有している。さらに、この弁シール面７には、確かに第１の円錐シール面１０７と第２の円錐シール面２０７とが形成されているが、この両円錐シール面１０７，２０７の間に環状溝２７が形成されている。この環状溝２７と第１の円錐シール面１０７との間の移行部にはシール縁部１７が形成されている。このシール縁部１７は弁ニードル５の閉鎖位置で第２の円錐形の部分面２０９に当て付けられる。引き下げられた第３の部分円錐面３０９によって、２つの事柄が達成される。１つには、第２の円錐形の部分面２０９に対する有効な座面の幾何学的な仕切りが考えられる。このことは、特にまさに開放行程運動の開始時に弁座９と弁シール面７との間のギャップにおけるハイドロリック的な状況を正確に規定しかつひいては予測可能にする。他方では、引き下げられた第３の円錐形の部分面３０９によって、盲孔３０内に流入する燃料に対する絞り作用の減少が得られる。さもないと、この燃料は、盲孔３０への第３の円錐形の部分面３０９の移行部で強く絞られる恐れがある。このことは、減少させられた噴射圧を噴射開口１１に生ぜしめる恐れがある。
【００１５】
図３に示したように、環状段部２１の高さｄは、有利には２μｍ〜２０μｍに寸法設定されている。これによって、一方では、ハイドロリック的に有効な座直径が正確に規定されており、他方では、弁ボディ１の弁座９の領域における安定状況が不変のままとなることが確保される。図２に示したように、第２の円錐形の部分面の幅ａは、有利には０．２ｍｍ〜０．５ｍｍに寸法設定されている。
【００１６】
弁座９の円錐形の部分面１０９，２０９，３０９の開き角の構成では、より大きな自由度が得られる。一方では、全ての円錐形の部分面１０９，２０９，３０９が同じ開き角を有していることが提案されていてよい。しかし、弁座９と弁シール面７との間のギャップにおける燃料の流入状況を最適化するために、特に図４に示した形式の燃料噴射弁における事例のように、盲孔３０内への燃料の流入条件を最適に形成するために、それぞれ僅かに異なる開き角が付与されることも提案されていてよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】燃料噴射弁の縦断面図である。
【図２】図１に符号ＩＩで示した弁座の領域における部分の拡大図である。
【図３】図２に符号ＩＩＩで示した部分の拡大図である。
【図４】図２と同じ部分を示す図であり、この場合、ここでは、燃料噴射弁が弁座の領域で、いわゆる「盲孔ノズル」として形成されている。
【符号の説明】
【００１８】
１  弁ボディ、  ３  孔、  ５  弁ニードル、  ７  弁シール面、  ９  弁座、  １１  噴射開口、  １３  受圧肩部、  １５  ガイド区分、  １７  シール縁部、  １９  圧力室、  ２１  第１の環状段部、  ２２  第２の環状段部、  ２３  ガイド区分、  ２５  流入孔、  ２７  環状溝、  ３０  盲孔、  １０７  第１の円錐シール面、  １０９  第１の円錐形の部分面、  ２０７  第２の円錐シール面、  ２０９  第２の円錐形の部分面、  ３０９  第３の円錐形の部分面、  ａ  幅、  ｄ  高さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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