(57)【要約】内燃機関のための燃料噴射弁であって、内部に孔（３）の形成された弁体（１）を有しており、前記孔の燃焼室側の端部が弁座（１８）によって制限され、該弁座から少なくとも１つの噴射開口（２０）が出発しており、更に、弁中空ニードル（８）を有しており、該弁中空ニードルが、孔（３）内で長手方向シフト可能に配置されており且つ弁中空ニードルの弁座（１８）に面した端部が弁シール面（３５）を有している形式のものにおいて、弁シール面（３５）に第１のシール域（３１；３４）及び第２のシール域（３２；４６；４８）が形成されており、弁中空ニードル（８）が弁座（１８）と協働して、弁中空ニードル（８）が弁座（１８）に当接すると、少なくとも１つの噴射開口（２０）の上流側の第１のシール域（３１；３４）と、下流側の第２のシール域（３２；４６；４８）とが、弁シール面（３５）と弁座（１８）との間にシールを生ぜしめ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、内部に孔（３）の形成された弁体（１）を有しており、前記孔の燃焼室側の端部が弁座（１８）によって制限され、該弁座から少なくとも１つの噴射開口（２０）が出発しており、更に、弁中空ニードル（８）を有しており、該弁中空ニードルが、孔（３）内で長手方向シフト可能に配置されており且つ弁中空ニードルの弁座（１８）に面した端部が弁シール面（３５）を有している形式のものにおいて、弁シール面（３５）に第１のシール域（３１；３４）及び第２のシール域（３２；４６；４８）が形成されており、弁中空ニードル（８）が弁座（１８）と協働して、弁中空ニードル（８）が弁座（１８）に当接すると、少なくとも１つの噴射開口（２０）の上流側の第１のシール域（３１；３４）と、下流側の第２のシール域（３２；４６；４８）とが、弁シール面（３５）と弁座（１８）との間にシールを生ぜしめ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】
第１のシール域（３１；３４）が、弁座（１８）における弁中空ニードル（８）の当接時に、弁座に面状に支持される円錐面（３１）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】
前記円錐面（３１）の下流側で弁中空ニードル（８）に面取り部（５０）が設けられており、これにより、シールリップ（５２）が形成されており、該シールリップに第２のシール域（４８）が形成されており、シールリップ（５２）が内側に向かって弾性変形可能である、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
第２のシール域（３１；３４）が、弁座（１８）における弁中空ニードル（８）の当接時に、弁座に面状に支持される円錐面（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５】
第１のシール域（３１；３４）と第２のシール域（３２；４６）との間で、周方向の環状溝（３７）が弁シール面（３５）に形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
環状溝（３７）が少なくとも１つの噴射開口（２０）を覆っている、請求項５記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
第１のシール域（４５）が、第１の円錐面（３０）と環状溝（３７）との間の境界線を形成する、環状溝（３７）の上流側の縁部（４５）によって形成される、請求項５記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
第２のシール域（３２；４６；４８）が、弁シール面（３５）の環状溝（３７）の下流側に位置する部分への環状溝（３７）の移行部に形成された縁部（４６）によって形成される、請求項５記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
環状溝（３７）の下流側に位置する弁シール面（３５）の部分が凸面の端区分（３９）として形成されている、請求項８記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
弁シール面（３５）が、第１の円錐面（３０）、この第１の円錐面（３０）の下流側に配置された第２の円錐面（３１）及びこの第２の円錐面（３１）の下流側に配置された第３の円錐面（３２）を有している、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
第１の円錐面（３０）が、第２の円錐面（３１）よりも小さな開度を有しており、これにより、これらの円錐面（３０，３１）間の境界線に沿って第１のシール域が周方向の縁部（３４）として形成されている、請求項１０記載の燃料噴射弁。
【請求項１２】
第３の円錐面（３２）が円錐形の弁座（１８）よりも大きな開度を有している、請求項１０記載の燃料噴射弁。
【請求項１３】
第２の円錐面（３１）と第３の円錐面（３２）との間に、噴射開口（２０）を覆う環状溝（３７）が形成されている、請求項１０記載の燃料噴射弁。
【請求項１４】
弁シール面（３５）が、第１の円錐面（３０）、この第１の円錐面（３０）の下流側に配置された上側の円錐面（３１ａ）、この上側の円錐面（３１ａ）の下流側に配置された下側の円錐面（３１ｂ）及びこの下側の円錐面（３１ｂ）の下流側に配置された第３の円錐面（３２）を有しており、第１のシール域が、第１の円錐面（３０）と上側の円錐面（３１ａ）との間に形成され、第２のシール域が、下側の円錐面（３１ｂ）と第３の円錐面（３２）との間に形成される、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項１５】
弁中空ニードル（８）が弁座（１８）に向かって運動すると、第２のシール域（３２；４６；４８）が第１のシール域（３１；３４）の前に弁座（１８）に当接するようになっている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１６】
弁中空ニードル（８）内に弁ニードル（１０）が長手方向シフト可能に配置されており、該弁ニードルが、弁座（１８）から出発する少なくとも１つの別の噴射開口（２２）の開放を制御する、請求項１から１５までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１７】
請求項１から１６までのいずれか１項記載の燃料噴射弁が形成されていることを特徴とする、少なくとも１つの燃焼室及び燃料を燃焼室に噴射可能な少なくとも１つの燃料噴射弁を備えた内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、例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内燃機関のための燃料噴射弁から出発する。このような燃料噴射弁は、内部に孔の形成された弁体を有しており、前記孔は燃焼室側の端部において弁座によって制限される。孔内にはピストン形の弁中空ニードルが配置されており、この弁中空ニードルは燃焼室側、即ち弁座に面した端部に弁シール面を有しており、この弁シール面を以て弁中空ニードルは弁座と協働する。これにより、弁座から出発して燃料噴射弁の組込み状態で内燃機関の燃焼室に開口する少なくとも１つの噴射開口が開閉される。
【０００２】
燃料は、一般に弁ニードルと前記孔の壁との間に形成された圧力室内で保持される。この圧力室内は、少なくとも噴射過程の間は高圧が支配しているので燃料の良好な噴霧が達成され、このことは、有害物質の少ない効果的な燃焼過程のためには必須である。但し、燃料が無制御で燃焼室に流入して、このことが有害物質エミッションを増大させないようにするためには、噴射間で噴射開口をシールする必要がある。更に、さもなければ燃焼室から燃焼ガスが噴射開口を通って噴射弁に侵入し、そこで次の噴射過程が最適には進行不能に状況を変えてしまう、いわゆるブローバックが生じる。この場合、例えば極端に少量の燃料が噴射され、このことは出力低下に現れる。更に、噴射時点がずれる恐れがあり、このことは結果的に内燃機関の騒々しい回転及び有害物質エミッションの増大をもたらす。
【０００３】
発明の利点
これに対して請求項１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は、噴射開口が噴射休止時間中はシールされるという利点を有している。このためには、弁中空ニードルがその弁シール面に２つのシール域を有しており、第１のシール域は少なくとも１つの噴射開口の上流側で且つ第２のシール域は下流側で、弁シール面と弁座との間にシールを生ぜしめる。両シール域によって噴射開口の入口はシールされるので、燃料が制御されずに燃焼室に流入する恐れも、燃焼ガスが燃焼室から噴射開口を介して燃料噴射弁に侵入する恐れもない。
【０００４】
従属請求項に基づいて、本発明の有利な構成が可能である。
【０００５】
第１の有利な構成では、第１のシール域が円錐面として形成されている。これにより、弁座における面状の支持が得られ、このことはそこで面押圧延いては機械的な負荷を減少させる。第２のシール域もこの形で形成されていてよい。
【０００６】
シールが高い圧力にも耐えるのが望ましい場合は、シール域が縁部によって形成され得る。このためには、第１のシール域が第１の円錐面の第２の円錐面への移行部に形成されており、この場合、これらの円錐面は弁シール面の一部を形成している。第２のシール域も縁部によって形成されていてよく、有利には、第３の円錐面が弁シール面に設けられていることによって、第３の円錐面と第２の円錐面との間に環状溝が形成されている。この場合、円錐形の弁座よりも大きな開度を有する第３の円錐面への環状溝の移行部には、第２のシール域を形成する縁部が生ぜしめられる。環状溝の代わりに、２つの円錐面の間に２つの別の円錐面を形成することが規定されていてもよく、これらの２つの別の円錐面は、噴射開口を覆う環状溝状の切欠きが生じるように傾斜されている。このような構成は、丸みのつけられた環状溝よりも容易に製作され得る。それというのも、全ての円錐面に関して同一工具が使用可能であるからである。
【０００７】
第１のシール域の下流側に配置された第２のシール域が、弁ニードルの閉鎖運動に際して第１のシール域の前に弁座に載着すると、特に有利である。これにより、弁中空ニードルの下流側の燃焼室側の端部は、第２のシール域が弁シール面に載着した後でやや内側に向かって弾性変形しなければならず、このことは、第１のシール域の載着を可能にする。これにより、高い面押圧が第１のシール域でも第２のシール域でも得られ、延いては噴射開口の極めて確実なシールが得られる。この作用を容易にし且つ良好な弾性変形性を可能にするためには、第１のシール域の下流側で弁中空ニードルに面取り部が設けられていてよく、この面取り部によって弾性的なシールリップが形成される。このシールリップには第２のシール域が形成されており、この第２のシール域は、第１のシール域の前に弁座に載着する。シールリップは容易に弾性変形可能であり、このことは、一方では良好なシールを保証し且つ他方では弁中空ニードルに過剰な変形又は応力をもたらさない。
【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１には燃料噴射弁が縦断面図で示されている。弁体１には孔３が形成されており、この孔３の燃焼室側の端部は円錐形の弁座１８によって制限される。この弁座１８からは複数の外側の噴射開口２０及び内側の噴射開口２２が出発しており、これらの外側の噴射開口２０及び内側の噴射開口２２は、それぞれ孔３の長手方向軸線７に関して異なる高さに配置されている。一般に、複数の噴射開口をそれぞれ噴射弁の全周にわたって形成することが規定されており、この場合は全ての外側の噴射開口２０及び全ての内側の噴射開口２２が孔３の長手方向軸線７に関して同じ高さに配置されているので、２列の噴射開口列が形成される。噴射開口２０，２２は、燃料噴射弁の組込み状態において内燃機関の燃焼室に開口している。
【００１０】
孔３内には弁中空ニードル８が長手方向シフト可能に配置されており、この弁中空ニードル８は、孔３の燃焼室とは反対の側のガイド区分内をシールするようにガイドされている。このガイド区分から出発して、弁中空ニードル８は弁座１８に向かって圧力ショルダ１２の形成下でテーパし且つ燃焼室側の弁座１８に面した端部において弁シール面３５に移行する。この弁シール面３５はほぼ円錐形に形成されており、この弁シール面３５を以て弁中空ニードル８は弁座１８と協働する。弁中空ニードル８と孔３の壁との間には圧力室１４が形成されており、この圧力室１４は前記ガイド区分に隣接する領域において半径方向で拡張されている。圧力室１４のこの半径方向の拡張部には弁体１内に延在する流入通路１６が開口しており、この流入通路１６を介して圧力室１４に高圧下の燃料を充填することが可能である。
【００１１】
弁中空ニードル１８は長手方向孔１１を有しており、この長手方向孔１１は弁中空ニードル１８の長手方向軸線に対して同心的に形成されており且つ弁中空ニードル１８の全長にわたって延在している。長手方向孔１１内には弁ニードル１０が長手方向シフト可能に配置されており、この弁ニードル１０の燃焼室側の端部は弁シール面４２を有しており、この弁シール面４２を以て、弁ニードル１０は内側の噴射開口２２を制御するために弁座１８と協働する。弁ニードル１０は、長手方向孔１１内の弁座１８付近をガイド区分２７で案内され、このガイド区分２７は、弁ニードル１０のやや太くなった部分によって形成される。弁中空ニードル８も、弁ニードル１０も、それぞれ燃焼室から遠い方の端部が、弁座１８の方向に向かう、例えばそれぞればね又は液圧装置によって形成される閉鎖力によって負荷される。
【００１２】
図２には、図１に符号ＩＩで示した部分の拡大図が示されている。弁中空ニードル８は、この弁中空ニードル８が弁座１８に当接したときに外側の噴射開口２０が閉鎖されるように、弁座１８と協働する。同様に、弁ニードル１０は弁座１８に当接したときに、内側の噴射開口２２を閉鎖する。
【００１３】
次に、燃料噴射弁の機能を説明する。
【００１４】
噴射サイクルの開始時には、弁中空ニードル８も弁ニードル１０も、それぞれの弁シール面３５，４２を以て弁座１８に当接している。圧力室１４内は、既に高い燃料圧が支配しており、この燃料圧によって、弁中空ニードル８の圧力ショルダ１２に対する液圧的な開放力が形成される。噴射を開始しようとする場合は、弁中空ニードル８に対する閉鎖力が減少されるので、今や液圧的な開放力は閉鎖力を上回っている。これにより、弁中空ニードル８を弁座１８から離反運動させる力が弁中空ニードル８に対して生ぜしめられる。その結果、外側の噴射開口２０が開放されて、燃料が弁シール面３５と弁座１８との間の圧力室１４から外側の噴射開口２０に向かって通流し、これらの外側の噴射開口２０を通って燃焼室に噴射される。弁ニードル１０は、差し当たり内側の噴射開口２２が閉鎖された閉鎖位置に留まっている。今までは噴射開口２０，２２の一部しか開放されていないので、燃料は例えばパイロット噴射のために必要な比較的低い比率で噴射される。弁中空ニードル８が弁座１８から持ち上がった後に、弁ニードル１０が燃料圧によって負荷されるので、弁ニードル１０に対しても、対応する閉鎖力とは逆向きの液圧的な開放力が生ぜしめられる。この開放力を超過すると直ちに、弁ニードル１０も弁座１８から離反運動し、これにより、内側の噴射開口２２が開放される。今や燃料は全噴射開口２０，２２を介して、例えば主噴射のために必要な、著しく高い比率で噴射される。
【００１５】
弁中空ニードル８に対する閉鎖力が常に一定であり続けるということが規定されていてもよい。この場合、圧力室１４内の燃料圧はまず噴射開始前に、弁中空ニードル８に対する液圧力によって増大する燃料圧が、閉鎖力を超過するまで高められる。択一的に、弁ニードル１０は適当な大きさの閉鎖力によって閉鎖され続け且つ弁中空ニードル８は開放後にその閉鎖位置へ滑り戻るということが規定されていてもよい。このような噴射は、例えば主噴射から時間的に隔てられたパイロット噴射のために必要とされる。
【００１６】
図３には、弁中空ニードル８の弁シール面３５の範囲の一部が拡大されて示されており、この場合、この部分は図２において符号ＩＩＩで示されている。弁シール面３５は第１の円錐面３０、第２の円錐面３１及び第３の円錐面３２を有しており、これらの円錐面は下流に向かってこの順序で弁シール面３５に形成されている。第１の円錐面３０は、第２の円錐面３１にすぐに境を接しているので、移行部には縁部３４が形成されている。この場合、第１の円錐面３０の開度ａ１は、第２の円錐面３１の開度ａ２よりも小である。第３の円錐面３２の開度ａ３は、第２の円錐面３１の開度ａ２と同一であり、両円錐面３１，３２は共通の仮想円錐面上に位置している。第２の円錐面３１と第３の円錐面３２との間には環状溝３７が形成されており、この環状溝３７の上流側の縁部４５及び下流側の縁部４６は、弁シール面３５が弁座１８に当接すると、外側の噴射開口２０の上流側若しくは下流側に位置している。弁座１８も、やはり円錐形に形成されており且つ第２の円錐面３１の開度ａ２及び第３の円錐面３２の開度ａ３と同じ開度ｂを有している。これにより、弁中空ニードル８の閉鎖位置において第１のシール域を形成する第２の円錐面３１も、第２のシール域を形成する第３の円錐面３２も弁座１８に当接するので、外側の噴射開口２０は圧力室１４に対して且つ内側の噴射開口２２の方向の下流側がシールされる。環状溝３７は比較的フラットに形成されており、弁中空ニードル８の前記両シール域は環状溝３７を十分にシールするので、燃料噴射弁の閉鎖時に外側の噴射開口２０を介して燃焼室に流入する恐れのある燃料体積は僅かにしか生じない。
【００１７】
図４には、別の実施例が図３と同様に示されている。但しこの場合、第２の円錐面３１は、円錐形の弁座１８の開度ｂよりも大きな開度ａ２を有している。これにより、第１の円錐面３０の第２の円錐面３１への移行部に配置された縁部３４はシール縁部として形成されており且つ第１のシール域を形成している。第３の円錐面３２は、図３に示した実施例と比べて変わっていない。縁部３４及び第３の円錐面３２、即ち両シール域は弁座１８に関して、燃料噴射弁が新品の状態において、縁部３４がまず最初に弁座１８に当接する一方で、第３の円錐面３２はまだ弁座１８から隔たってはいるが、しかし極めて細いギャップによってしか隔てられていないように配置されており、このことは、十分ではあるが完全ではないシールを生ぜしめる。作動中に縁部３４は、第３の円錐面３２が弁中空ニードル８の閉鎖位置において弁座１８に支持されるまで弁座１８にやや食い込み、その結果、圧力室の高圧に抗してシールする第１のシール域における高い面押圧延いては良好なシールと同時に、両シール域においてシールが生ぜしめられている。但し、新品の燃料噴射弁の場合は、弁中空ニードル８が最初に第２のシール域、即ち第３の円錐面３２を以て弁座１８に載着されるように、両シール域が位置調整されているということが規定されていてもよい。弁座１８との協働によって、弁中空ニードルは第３の円錐面３２の範囲内で、縁部３４が弁座１８に載着される程度に内側に向かってやや弾性変形される。このようにして、やはり適当なシールが、外側の噴射開口２０の上流側と下流側とに生ぜしめられる。
【００１８】
図５には別の実施例が図３と同様に示されている。この場合、第２の円錐面３１の開度ａ２も、第３の円錐面３２の開度ａ３も、円錐形の弁座１８の開度ｂよりも大である。この場合、環状溝３７の下流側の縁部４６が第２のシール域を形成しており、この第２のシール域は、第１のシール域、即ち縁部３４と比較して、第１のシール域か第２のシール域のいずれかがまず最初に弁座１８に支持されるように形成されている。第１のシール域、即ち縁部３４が最初に当接する場合、第２のシール域における完全なシールは、環状溝３７の下流側の縁部４６が弁座１８に支持されるまで縁部３４が弁座１８にやや食い込む作動中に初めて行われる。これに対して第２のシール域、即ち下流側の縁部４６が最初に弁座１８に支持される場合は、図４に示し且つ上で説明した実施例と同様に、弁中空ニードル１８の先端が内側に向かって弾性変形されると、第１のシール域がシールする。
【００１９】
図６には、別の実施例が図５と同様に示されている。第１の円錐面３０の開度ａ１は、円錐形の弁座１８の開度ｂよりも小なので、第１の円錐面３０の環状溝３７への移行部には、第１のシール域を形成する上流側の縁部４５が形成されている。環状溝３７の下流側の縁部４６は、凸面の端区分３９が続く第２のシール域として構成されている。環状溝３７の上流側の縁部４５及び下流側の縁部４６の協働は、図５に示した実施例と同様である。つまり、上流側の縁部４５が下流側の縁部４６の前に弁座１８に当接するということが規定されていてもよいし、逆に下流側の縁部４６が上流側の縁部４５の前に弁座１８に当接するということが規定されていてもよい。
【００２０】
別の実施例が図７に示されている。弁ニードル８は、図５に示した円錐面と同様に配置された第１の円錐面３０及び第３の円錐面３２の他に、環状溝の代わりに上側の円錐面３１ａと下側の円錐面３１ｂとを有している。第１の円錐面３０の上側の円錐面３１ａへの移行部には、第１のシール域が上流側の縁部４５の形で形成されており、これに対応して下側の円錐面３１ｂの第３の円錐面３２への移行部には、第２のシール域を形成する下流側の縁部４６が形成されている。この配置形式の利点は良好な製作性である。それというのも、同一工具を以て弁ニードル８における全円錐面を研削することができるからである。第１のシール域及び第２のシール域におけるシール機能は、図５に示した実施例と同様である。
【００２１】
弁中空ニードルの同一部材には図３，４，５の場合と同じ符号を付した、図８に示した実施例における原理も、弁中空ニードル８の弾性変形による２つのシール域におけるシールである。この場合、環状溝３７及び第３の円錐面３２の代わりに、シールリップ５２を形成する面取り部５０が設けられている。シールリップ５２には第２のシール域を形成するシール縁部４８が設けられている。面取り部によって、シールリップ５２は比較的細く形成されているので、良好な弾性変形性が与えられている。シール原理は、上で既に説明したように、弁中空ニードル８の閉鎖運動に際してまず最初にシール縁部４８が円錐形の弁座１８に載着されることによって得られる。弁座１８に対する弁中空ニードル８の圧着力によって、図５に示した実施例と同様に第１の円錐面３０と第２の円錐面３１との間に形成された縁部３４が弁座１８に載着されるまで、シールリップ５２が内側に向かって弾性変形される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による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】別の実施例を図３と同様に示した図である。
【図５】別の実施例を図３と同様に示した図である。
【図６】別の実施例を図３と同様に示した図である。
【図７】別の実施例を図３と同様に示した図である。
【図８】別の実施例を図３と同様に示した図である。
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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