(57)【要約】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（５）によって仕切られるようになっており、該弁座（５）から少なくとも２つの噴射開口（７）が出発している。孔（３）内に弁外側ニードル（１０）が配置されており、該弁外側ニードル（１０）内に弁内側ニードル（１２）が長手方向移動可能に配置されており、両弁ニードル（１０，１２）が、その燃焼室側の端部でそれぞれ少なくとも１つの噴射開口（７）を開閉するようになっており、弁外側ニードル（１０）と孔（３）の壁との間に、燃料で充填可能な圧力室（１４）が形成されている。弁内側ニードル（１２）が、第１のガイド区分（２４）と、該第１のガイド区分（２４）に対して弁座側に配置された第２のガイド区分（２５）とによって長手方向孔（１５）内にガイドされており、ガイド区分（２４；２５）の間に、弁内側ニードル（１２）と長手方向孔（１５）の壁とによって仕切られた環状室（２２）が形成されている。環状室（２２）が、絞り接続部（２８；３５）を介して圧力室（１４）に接続可能であり、第１のガイド区分（２４）の直径が、第２のガイド区分（２５）の直径よりも大きく寸法設定されている。
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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（５）によって仕切られるようになっており、該弁座（５）から少なくとも２つの噴射開口（７）が出発しており、さらに、弁外側ニードル（１０）が設けられており、該弁外側ニードル（１０）が、孔（３）内に長手方向移動可能に配置されていて、その燃焼室側の端部で少なくとも１つの噴射開口（７）を開閉するようになっており、弁外側ニードル（１０）と孔（３）の壁との間に、燃料で充填可能な圧力室（１４）が形成されており、弁外側ニードル（１０）が、長手方向孔（１５）を有しており、該長手方向孔（１５）内に弁内側ニードル（１２）が長手方向移動可能に配置されており、該弁内側ニードル（１２）が、その燃焼室側の端部で少なくとも１つの噴射開口（７）を開閉するようになっていて、第１のガイド区分（２４）と、該第１のガイド区分（２４）に対して弁座側に配置された第２のガイド区分（２５）とによって長手方向孔（１５）内にガイドされており、ガイド区分（２４；２５）の間に、弁内側ニードル（１２）と長手方向孔（１５）の壁とによって仕切られた環状室（２２）が形成されている形式のものにおいて、環状室（２２）が、絞り接続部（２８；３５）を介して圧力室（１４）に接続可能であり、第１のガイド区分（２４）の直径が、第２のガイド区分（２５）の直径よりも大きく寸法設定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】
絞り接続部（２８；３５）が、弁内側ニードル（１２）の第２のガイド区分（２５）と長手方向孔（１５）の壁との間に残された環状ギャップ（２８）によって形成さ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】
長手方向孔（１５）の壁と第１のガイド区分（２４）との間に残された環状ギャップが、第２のガイド区分（２５）と長手方向孔（１５）の壁との間の環状ギャップ（２８）よりも小さな通流抵抗を有している、請求項２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
第２のガイド区分（２５）に側方の研削加工部（３２）が形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
絞り接続部（２８；３５）が、弁外側ニードル（１０）によって開制御さ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６】
ガイド区分（２４；２５）が、それぞれ弁内側ニードル（１２）の直径拡張部によって形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
絞り接続部（２８；３５）が、弁外側ニードル（１２）に設けられた絞り孔（３５）によって形成されており、該絞り孔（３５）が、環状室（２２）を圧力室（１４）に接続している、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
長手方向孔（１５）が、その直径において段付けされて形成されている、請求項５記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
環状室（２２）が、第１のガイド区分（２４）と長手方向孔（１５）の壁との間に形成された環状ギャップによって漏れオイル室に接続可能である、請求項１から８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、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３０３６５８３号明細書に基づき公知であるような、内燃機関に用いられる燃料噴射弁から出発する。このような燃料噴射弁は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。この弁座から複数の噴射開口が出発している。これらの噴射開口は外側の噴射開口列と内側の噴射開口列とに配置されており、内燃機関への燃料噴射弁の組込み位置で噴射開口は燃焼室に開口している。弁ボディの孔内には弁外側ニードルが長手方向移動可能に配置されている。この弁外側ニードルは燃焼室から遠い方の区分で孔内にガイドされている。弁外側ニードルと孔の壁との間には圧力室が残されている。この圧力室は、圧力下の燃料で充填することができる。弁外側ニードルは、外側の噴射開口列を開閉するために、その燃焼室に近い方の端部で弁座と協働し、これによって、燃料が圧力室から噴射開口を介して燃焼室内に噴射されるかまたは圧力室から噴射開口への接続部が遮断されている。
【０００２】
弁外側ニードルは長手方向孔を有している。この長手方向孔内には弁内側ニードルが長手方向移動可能に配置されている。この弁内側ニードルも同じく、内側の噴射開口列を開閉するために、その燃焼室側の端部で弁座と協働し、これによって、弁外側ニードルの開放時に弁内側ニードルによって内側の噴射開口列の開放を制御することができ、これによって、両弁ニードルの制御に応じて、単に一方のまたは両方の噴射開口列を通して燃料が燃焼室内に噴射される。
【０００３】
弁内側ニードルは２つのガイド区分で弁外側ニードルの長手方向孔内にガイドされる。この場合、第１のガイド区分は、第２のガイド区分に対して燃焼室から遠い方に配置されており、これによって、両ガイド区分の間に、弁内側ニードルと長手方向孔の壁とによって仕切られて、環状ギャップが形成されている。両ガイド区分は、弁内側ニードルの引っ掛かりを阻止すると同時に長手方向孔内での正確なガイドのために働く。弁内側ニードルの開放は、閉鎖力に抗して、弁内側ニードルの燃焼室に近い方の端部に形成された弁シール面のハイドロリック的な負荷によって行われる。弁外側ニードルが弁座から持ち上がった後、弁内側ニードルの弁シール面が圧力室の燃料圧によって負荷され、したがって、弁内側ニードルに加えられる開放力が生ぜしめられる。これに基づき、この弁内側ニードル自体が弁座から持ち上り、内側の噴射開口列を解放する。
【０００４】
所定の噴射経過形成を達成する、すなわち、噴射の開始時に外側の噴射開口列だけを開制御し、ある程度の時間後に初めて内側の噴射開口列も開制御するためには、弁内側ニードルがある程度の遅れを伴って初めて開放する必要がある。しかし、従来公知の燃料噴射弁では、このことが制限されてしか当てはまらない。なぜならば、弁シール面が弁外側ニードルの持上り後に即座に圧力室の燃料圧によって負荷され、これによって、即座に運動させられるからである。弁内側ニードルの、より著しく遅れた開放のためには、閉鎖力が適切に制御されなければならない。このことは、極めて手間がかかり、これによって、一般的に過度に高価となる。
【０００５】
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、構造的に簡単な手段を使用して、弁内側ニードルが弁外側ニードルに対して時間的に遅れて弁座から持ち上がるという利点を有している。このためには、弁内側ニードルと長手方向孔の壁との間に形成された環状室が絞り接続部を介して圧力室に接続可能である。この場合、第１のガイド区分の直径は第２のガイド区分の直径よりも大きく寸法設定されている。これによって、環状室内の圧力により、弁座から離れる方向に向けられた合成力が弁内側ニードルに加えられることが確保されている。環状室内のハイドロリック的な力と、弁内側ニードルの燃焼室側の端部に設けられた適宜な面に加えられるハイドロリック的な力とが協働する場合に初めて、弁内側ニードルが開放する。
【０００６】
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。
【０００７】
第１の有利な構成では、絞り接続部が、弁内側ニードルの第２のガイド区分と長手方向孔の壁との間に残された環状ギャップによって形成されるようになっている。さらに、このことは、絞り接続部が弁座からの弁外側ニードルの持上りによって初めて圧力室に接続され、これによって、その後初めて、圧力室から環状室内への燃料の流入が生ぜしめられ、これによって、環状室内の圧力が高められるという利点を有している。この場合、有利には、第２のガイド区分と長手方向孔との間に残された環状ギャップが、第１のガイド区分と長手方向孔の壁との間の環状ギャップよりも小さな通流抵抗を有しており、これによって、燃料の流入により、環状室内の迅速な圧力増加が生ぜしめられる。さらに、環状室が、第１のガイド区分と長手方向孔の壁との間に形成された環状ギャップを介して漏れオイル室に接続されていると特に有利であり、これによって、両弁ニードルが再び弁座に当て付けられた場合の噴射休止中に環状室内の燃料圧が減少させられる。
【０００８】
別の有利な構成では、環状室と圧力室との絞り接続部が、弁外側ニードルに設けられた横方向孔によって形成されている。この構成は、圧力室内に常に高い燃料圧が形成されている場合に提供されるのではなく、燃料の１回の噴射を行いたい場合にしか提供されない。このような絞り接続部は、正確に寸法設定された、第２のガイド区分と弁外側ニードルの長手方向孔との間の環状ギャップよりも簡単に製作することができる。
【０００９】
別の有利な構成では、第２のガイド区分に側方の研削加工部が形成されている。これによって、第２のガイド区分における通流抵抗を適切に調整することができ、これによって、圧力室から環状室内への燃料の流入に対する所望の通流抵抗が保証される。
【００１０】
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。
【００１１】
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の燃焼室側の端部には円錐形の弁座５が形成されている。この弁座５は孔３を仕切っている。弁座５から少なくとも２つの噴射開口７が出発している。これらの噴射開口７は、燃料噴射弁の組込み位置で内燃機関の燃焼室に開口している。孔３内には弁外側ニードル１０が配置されている。この弁外側ニードル１０の燃焼室側の端部には弁シール面１８が形成されている。この弁シール面１８も同じく円錐形に成形されている。この弁シール面１８で弁外側ニードル１０は弁座５と協働する。燃焼室から遠い方の区分で孔３内に密にガイドされた弁外側ニードル１０と、孔３の壁との間には、圧力室１４が形成されている。この圧力室１４は、弁外側ニードル１０のガイドされた区分に隣接して半径方向に拡張されている。弁座５に向かって圧力室１４が弁座５にまで続いている。圧力室１４はその半径方向の拡張部の領域において、弁ボディ１内で延びる流入通路（図示せず）を介して、高い圧力下の燃料で充填可能である。ガイドされた区分から出発して弁座５に向かって減径された弁外側ニードル１０には、圧力室１４の半径方向の拡張部の高さに受圧肩部１１が形成されている。この受圧肩部１１によって、圧力室１４内の燃料圧に基づき、弁座５から離れる方向に向けられた開放力が弁外側ニードル１０に作用する。
【００１２】
弁外側ニードル１０内には、その全長にわたって長手方向孔１５が形成されている。この長手方向孔１５内にも、同じくピストン状の弁内側ニードル１２が長手方向移動可能に配置されている。この弁内側ニードル１２はその燃焼室側の端部に弁シール面２０を有している。この弁シール面２０で弁内側ニードル１２は弁座５と協働する。弁内側ニードル１２は、第１のガイド区分２４と、弁座５に近い方に配置された第２のガイド区分２５とを有している。両ガイド区分２４，２５で弁内側ニードル１２は長手方向孔１５内にガイドされている。両ガイド区分２４，２５の間には、弁内側ニードル１２と長手方向孔１５の壁とによって仕切られて、環状室２２が形成されている。この環状室２２は燃料で充填されている。弁内側ニードル１２はその燃焼室側の端部に受圧面２６を有している。この受圧面２６は、弁外側ニードル１０が弁座５から持ち上がった場合に圧力室１４の燃料によって負荷される。
【００１３】
図２には、弁外側ニードル１０および弁内側ニードル１２と弁座５との協働が詳しく示してある。噴射開口７は、外側の噴射開口列１０７と、燃焼室に近い方に位置する内側の噴射開口列２０７とに配置されている。この場合、両噴射開口列１０７，２０７はそれぞれ複数の噴射開口７を有している。これらの噴射開口７は弁ボディ１の全周にわたって分配されて配置されている。燃料噴射弁の閉鎖された状態では、弁外側ニードル１０と弁内側ニードル１２とがそのシール面１８，２０で弁座５に載置していて、外側の噴射開口列１０７だけでなく内側の噴射開口列２０７も閉鎖している。この場合、弁外側ニードル１０と弁内側ニードル１２とは、図面に示していない装置によって閉鎖力で負荷される。この閉鎖力は弁座５の方向に作用し、したがって、両弁ニードル１０，１２を弁座５に向かって押圧する。閉鎖力を発生させるための装置は、たとえばばねである。このばねはそれぞれ１つの弁ニードル１０，１２に作用している。弁外側ニードル１０しか弁座５から持ち上がらない場合には、燃料が圧力室１４から外側の噴射開口列１０７に到達することができ、そこから内燃機関の燃焼室内に噴射される。弁内側ニードル１２も弁座５から離れる方向に運動させられると、弁内側ニードル１２が内側の噴射開口列２０７を解放し、燃料が、外側の噴射開口列１０７だけでなく内側の噴射開口列２０７も通って噴射される。
【００１４】
図３には、弁内側ニードル１２の第１のガイド区分２４の領域における図１の拡大図が示してある。この第１のガイド区分２４も第２のガイド区分２５と同様に弁内側ニードル１２の半径方向の拡張によって形成されている。この場合、第１のガイド区分２４の直径は第２のガイド区分２５の直径よりも大きく寸法設定されている。このことは、たとえば、直径において段付けされた長手方向孔１５によって可能となる。これによって、第１のガイド区分２４の、燃焼室に近い方の端部に形成された環状肩部２９が、第２のガイド区分２５に設けられた肩部２７よりも大きな、弁内側ニードル１２の長手方向で有効なハイドロリック的な面を有している。これによって、環状室２２内の燃料圧により、弁座５から離れる方向に向けられたハイドロリック的な合成力が弁内側ニードル１２に加えられる。環状室２２は、弁内側ニードル１２の第１のガイド区分２４と長手方向孔１５の壁との間に形成された環状ギャップを通して漏れオイル室（図示せず）に接続されている。この漏れオイル室内には常に低い燃料圧が形成されている。これによって、環状室２２内の高い燃料圧が、ある程度の時間後、環状ギャップを介して放圧され、したがって、低い燃料圧を漏れオイル室内に受け入れることが確保されている。
【００１５】
燃料噴射弁の機能形式は以下の通りである。常に高い燃料圧が圧力室１４内に形成されている運転モードでは、燃料の噴射が、弁外側ニードル１０に加えられる閉鎖力の減少によって生ぜしめられる。これによって、いま、弁外側ニードル１０の受圧肩部１１と弁シール面１８の部分とに加えられるハイドロリック的な力が上回り、これによって、弁外側ニードル１０が弁座５から持ち上り、上述した形式で外側の噴射開口列１０７を開放する。これによって、いま、弁内側ニードル１２に設けられた受圧面２６が燃料圧によって負荷される。しかし、弁内側ニードル１２を、この弁内側ニードル１２に作用する閉鎖力に抗して弁座５から持ち上げることができるようにするのに、これでは不十分である。第２のガイド区分２５と長手方向孔１５の壁との間に形成された、絞り接続部を形成する環状ギャップ２８を通って、まず、徐々に燃料が環状室２２内に到達し、そこで燃料圧を増加させることができる。環状室２２内の燃料圧が十分に大きい場合には、第１のガイド区分２４に設けられた環状肩部２９に加えられる、いま付加的なハイドロリック的な力によって、弁内側ニードル１２に加えられる付加的な開放力が生ぜしめられる。これによって、専らこのハイドロリック的な力が、弁内側ニードル１２に加えられる閉鎖力を上回り、これに基づき、この弁内側ニードル１２が弁座５から持ち上り、内側の噴射開口列２０７を開放する。こうして、弁内側ニードル１２に加えられる閉鎖力が制御される必要なしに、弁外側ニードル１０と弁内側ニードル１２との順次の開放が生ぜしめられる。噴射を終了したい場合には、弁外側ニードル１０に加えられる閉鎖力が増加させられ、この弁外側ニードル１０がその閉鎖位置、すなわち、弁座５に当て付けられた状態に戻される。環状室２２内の圧力は、第１のガイド区分２４と孔１５の壁との間に形成された環状ギャップを介して漏れオイル室内に減少させられ、これによって、ある程度の時間後、弁内側ニードル１２に加えられる閉鎖力が開放力を上回り、弁内側ニードル１２も同じくその閉鎖位置に戻される。弁内側ニードル１２に加えられる閉鎖力も可変であり、弁外側ニードル１０に加えられる閉鎖力と同時に増加させられるかもしくは減少させられる事例では、弁内側ニードル１２が弁外側ニードル１０よりも早期に閉鎖することがあってもよい。この場合、全噴射過程は、高速回転型の内燃機関のために使用されるような噴射弁の場合に数ミリ秒の範囲内で行われる。
【００１６】
圧力室１４内の圧力が常にコンスタントでなく、１回の噴射を行いたい場合にしか増加させられない燃料噴射弁の運転モードでは、この燃料噴射弁が同じ形式で作業するものの、弁外側ニードル１０に加えられる閉鎖力はコンスタントなままである。圧力室１４内の燃料圧が増加することによって、受圧肩部１１もしくは弁シール面１８に加えられる開放力が、閉鎖力よりも大きく、かつ弁外側ニードル１０を開放するまで高められる。弁内側ニードル１２の開放は、この弁内側ニードル１２が、開放された弁外側ニードル１０によって圧力室１４に対する接続部を有するやいなや、上述した形式で行われる。噴射を終了するためには圧力室１４が放圧され、これによって、両弁ニードル１０，１２に加えられるハイドロリック的な圧力が排除される。閉鎖力の大きさに応じて、まず、弁内側ニードル１２または弁外側ニードル１０が閉鎖位置に戻される。
【００１７】
図４には、別の実施例の、図２と同じ区分が示してある。燃料噴射弁を所望の形式で機能させるためには、圧力増加を所望の時間内で達成するために、環状室２２内への燃料の流入が所要のレートで行われることが重要である。このために、第２のガイド区分２５と長手方向孔１５の壁との間に残された、極めて狭幅、有利には２〜３μｍでしかない環状ギャップが不十分である場合には、第２のガイド区分２５に研削加工部３２が形成されていることが提案されていてよい。この研削加工部３２を介して、環状室２２から圧力室１４への絞り接続部の拡張が可能となる。研削加工部３２の深さを介して、この箇所における通流抵抗を任意に調整することができる。開放速度には、第１のガイド区分２４の直径と第２のガイド区分２５の直径との比を介しても影響が与えられる。弁外側ニードル１０が不動のまま、弁内側ニードル１２が弁座５から離れる方向に運動させられると、環状室２２の容積が増加する。このことは、環状ギャップ２８を通って環状室２２内に進入する燃料による圧力増加に抗して作用し、これによって、弁内側ニードル１２の開放速度が減少させられる。
【００１８】
圧力室１４内の圧力が１回の噴射のためにしか高められないように燃料噴射弁が運転される場合には、図５に示したような燃料噴射弁の構成も可能である。この燃料噴射弁の構造は、図１にほぼ相当しているものの、環状室２２から圧力室１４への絞り接続部が絞り孔３５を介して実現されている。この絞り孔３５は弁外側ニードル１０に配置されていて、圧力室１４を環状室２２に接続している。ここでは絞り接続部を形成する絞り孔３５の適切な寸法設定によって、弁外側ニードル１０と弁内側ニードル１２との順次の開放が上述した形式で行われるように、環状室２２内の圧力増加を制御することができる。ただ１つの絞り孔３５の代わりに、環状室２２内の均一な圧力増加を達成し、これによって、圧力振動を予防するために、複数の絞り孔３５を弁外側ニードル１０に設けることが提案されていてもよい。
【００１９】
図５に示した実施例では、弁ニードル１０，１２の開放動特性のために、絞り孔３５に対して付加的に環状ギャップ２８も使用されることが提案されていてもよい。圧力室１４内の圧力増加によって、絞り孔３５を介して環状室２２内の圧力も増加する。これによって、一方で弁内側ニードル１２に加えられる開放力がかつ他方で弁座５に向けられた、弁外側ニードル１０に加えられる閉鎖力が、第１のガイド区分２４と第２のガイド区分２５との間の直径差によって生ぜしめられる。これによって、弁外側ニードル１０に対する開放圧が増加させられる。したがって、この弁外側ニードル１０が、圧力室１４内のより高い圧力の達成時に初めて弁座５から持ち上がる。弁外側ニードル１０の開放後、弁内側ニードル１２を開放するのにハイドロリック的な力で十分となるまで、環状室２２内の圧力が、いま、環状ギャップ２８を介した燃料の流入によっても増加させられる。ここでは、環状室２２内の圧力増加ひいては弁ニードル１０，１２の開放動特性は、絞り孔３５の横断面と環状ギャップ２８の横断面との間の調和に関連している。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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の弁座の領域における拡大図である。
【図３】弁内側ニードルの第１のガイド区分の領域における図１の拡大図である。
【図４】別の実施例の、図２と同じ区分を示す図である。
【図５】本発明による別の燃料噴射弁の縦断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  弁ボディ、  ３  孔、  ５  弁座、  ７  噴射開口、  １０  弁外側ニードル、  １１  受圧肩部、  １２  弁内側ニードル、  １４  圧力室、  １５  長手方向孔、  １８  弁シール面、  ２０  弁シール面、  ２２  環状室、  ２４  第１のガイド区分、  ２５  第２のガイド区分、  ２６  受圧面、  ２７  肩部、  ２８  環状ギャップ、  ２９  環状肩部、  ３２  研削加工部、  ３５  絞り孔、  １０７  外側の噴射開口列、  ２０７  内側の噴射開口列
【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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【国際調査報告】
2006511756.tif 000008
2006511756.tif 000009
2006511756.tif 000010
2006511756.tif 000011