(57)【要約】内燃機関に用いられる燃料噴射システム（１）は燃料噴射弁（１０）を有している。この燃料噴射弁（１０）は噴射孔付き板（２１）を有している。この噴射孔付き板（２１）を通って燃料が燃焼室（２）内に噴射される。この燃焼室（２）はシリンダ壁（３）によって仕切られている。ピストン（６）はシリンダ壁（３）にガイドされており、点火プラグ（７）は燃焼室（２）内に突入している。噴射孔付き板（２１）に配置された噴射孔（２２）の直径は、規定された噴射時点において、噴射された燃料が、燃焼室（２）の、ピストン（６）とシリンダ壁（３）とによって仕切られた噴射容積（２３）内に可能な限り均質に分配されるように分配されている。
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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システム（１）であって、燃料噴射弁（１０）が設けられており、該燃料噴射弁（１０）が、噴射孔付き板（２１）を有しており、該噴射孔付き板（２１）を通って燃料が、燃焼室（２）内に噴射されるようになっており、該燃焼室（２）が、シリンダ壁（３）によって仕切られており、さらに、ピストン（６）が設けられており、該ピストン（６）が、シリンダ壁（３）にガイドされており、さらに、燃焼室（２）内に突入した点火プラグ（７）が設けられている形式のものにおいて、
噴射孔付き板（２１）に配置された噴射孔（２２）の直径が分配されており、これによって、規定された噴射時点において、噴射された燃料が、燃焼室（２）の、ピストン（６）とシリンダ壁（３）とによって仕切られた噴射容積（２３）内に可能な限り均質に分配されるようになっていることを特徴とする、燃料噴射システム。
【請求項２】
燃料噴射弁（１０）が、燃焼室（２）の長手方向軸線（２６）に対して垂直な平面（１２）に対して、規定された角度（β）だけ傾けられている、請求項１記載の燃料噴射システム。
【請求項３】
前記角度（β）が３５゜〜５５゜に設定されている、請求項２記載の燃料噴射システム。
【請求項４】
噴射された混合気クラウド（２５）の包絡線（２４）がほぼ円筒状であるように燃料噴射弁（１０）の噴射孔付き板（２１）が形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射システム。
【請求項５】
噴射孔付き板（２１）が、複数の列の噴射孔（２２）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射システム。
【請求項６】
噴射孔（２２）が、所定のパターンを成して噴射孔付き板（２１）に配置されている、請求項５記載の燃料噴射システム。
【請求項７】
燃料噴射弁（１０）が、所定のパターンを成して噴射孔付き板（２１）に配置された噴射孔（２２）を通して燃料を少なくとも２つの噴射レベル（１１）で燃焼室（２）内に噴射するようになっている、請求項６記載の燃料噴射システム。
【請求項８】
噴射レベル（１１）が、コンスタントな角度間隔（αｙ）を有している、請求項７記載の燃料噴射システム。
【請求項９】
混合気クラウド（２５）の１つの包絡線（２４）の噴流開き角（αｇｅｓ）が５０゜〜１００゜に設定されている、請求項８記載の燃料噴射システム。
【請求項１０】
種々異なる噴射レベル（１１）の、噴射孔（２２）を通って燃焼室（２）内に噴射された噴射噴流（２０）が、中心軸線（２７）から出発して減少する角度間隔（αｘ）を有している、請求項９記載の燃料噴射システム。
【請求項１１】
少なくとも１つの噴射レベル（１１）の縁部側の噴射孔（２２ｂ）が、この噴射レベル（１１）の内側の噴射孔（２２ａ）よりも小さく形成されている、請求項１０記載の燃料噴射システム。
【請求項１２】
少なくとも１つの噴射レベル（１１）の縁部側の噴射孔（２２ｂ）が、別の噴射レベル（１１）の縁部側の噴射孔（２２ｂ）よりも大きく形成されている、請求項１１記載の燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【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形式の燃料噴射システムから出発する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許第１９６４２６５３号明細書に基づき、点火可能な燃料・空気混合物（混合気）を形成するための方法がすでに公知である。直接噴射式の内燃機関のシリンダ内には、ノズル開口を有する弁座からの弁部材の持上りによるノズル開口の開放時にインジェクタによって、１つのピストンにより仕切られた各燃焼室内に燃料が噴射されることによって、点火可能な燃料・空気混合物が形成可能となる。内燃機関のあらゆる運転条件下、特に層状給気運転において、消費率とエミッションとに対して最適な内部の混合気形成を特性マップ全体のあらゆる運転点で可能にするためには、弁部材の開放行程と噴射時間とが可変に調整可能であることが提案されている。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許第３８０８６３５号明細書に基づき、混合気圧縮型の内燃機関のシリンダ内に燃料を直接噴射するための燃料噴射装置が公知である。この公知の燃料噴射装置は燃料噴射弁を有している。この燃料噴射弁は、シリンダヘッドに対して間隔を置いてかつ排気開口に向かい合ってシリンダ壁に配置されている。また、公知の燃料噴射装置は出口開口を有している。この場合、燃料噴射弁の噴流軸線は、シリンダヘッドに配置された点火プラグを取り囲む領域に向けられている。燃料噴射弁は、噴射噴流に渦流を発生させるための螺旋状の渦流発生溝を備えた電磁操作式の弁ニードルを有している。燃料噴射弁の噴流軸線は、シリンダヘッド中心に配置された点火ポイントに向けられている。
【０００４】
さらに、アメリカ合衆国特許第５９４１２０７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の燃焼室内に燃料を噴射するための装置が公知である。この公知の装置では、燃料が、規定された始端角を成してコーン状に燃焼室内に噴射される。この場合、噴射された燃料は燃焼室をコーン状に充填する。この場合、壁湿潤の効果は十分に抑圧される。比較的平らに形成されたピストンは、噴射された燃料クラウドを圧縮段階の間にボール状に変形させる。ボール状の混合気クラウドは、供給された空気と二義的にしか混合されず、さらなる圧縮時に点火プラグの火花ギャップにガイドされる。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２７２１９号明細書に基づき、内燃機関に用いられる燃料噴射弁が公知である。この公知の燃料噴射弁は燃料噴流調整プレートを有している。この燃料噴流調整プレートは第１のノズル孔を有している。この第１のノズル孔は第１の円に沿って配置されている。この第１の円は弁体の中心軸線に対して同軸的に位置している。さらに、第２のノズル孔が設けられている。この第２のノズル孔は第２の円に沿って配置されている。この第２の円も同じく中心軸線に対して同軸的に位置していて、第１の円の直径よりも大きく寸法設定された直径を有している。第２のノズル孔の各孔軸線は、弁体の中心軸線に対して垂直である基準平面と鋭角を成している。この鋭角は、第１のノズル孔の各孔軸線によって基準平面と形成される鋭角よりも小さく設定されている。したがって、第１のノズル孔を通って噴射される燃料噴霧を、第２のノズル孔を通って噴射される燃料噴霧から離れる方向に向けることができる。１つの結果として、互いに異なる円よってノズル孔から噴射される噴射噴霧は互いに妨害されない。
【０００６】
上述した刊行物に基づき公知の、混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射するための方法もしくは装置に関する欠点は特に、噴射された燃料を、供給された空気と混合し、点火可能な燃料・空気混合物を形成し、この燃料・空気混合物を点火のために点火プラグの火花ギャップの近くに搬送するために必要となる複雑な燃焼室ジオメトリにある。この種の燃焼室ジオメトリは一方では製作しがたく、他方では燃焼が窒素酸化物のエミッションおよび燃料の消費率に関して最適でない。
【０００７】
さらに、たいていの事例では、燃料噴射弁による燃料の噴射によって点火プラグに直接燃料が吹き付けられるという欠点がある。これによって、点火プラグが、一方では激しい熱衝撃負荷にさらされており、他方では点火プラグ電極に煤が堆積する。これによって、点火プラグの耐用年数が著しく制限される。
【０００８】
特にドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２７２１９号明細書に基づき公知の燃料噴射弁には、互いに異なる噴射角によって燃焼室内に噴射された燃料の大部分が燃焼室の壁もしくはピストンに衝突し、そこで冷却され、したがって、高い有害物質エミッションもしくは煤発生下でしか燃焼することができないという欠点がある。
【０００９】
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システムは従来のものに比べて、燃料噴射弁を燃焼室に対して相対的に特殊に配置することによって、混合気クラウドが燃焼室を最適に充填するように噴射噴流がガイドされるという利点を有している。
【００１０】
これによって、特に燃焼室壁の湿潤が阻止される。これによって、燃料を節約したエミッションの少ない燃焼プロセスが可能となる。
【００１１】
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噴射システムの有利な構成が可能となる。
【００１２】
燃料噴射弁の、燃焼室を最適に充填することができる混合気クラウドを発生させる噴射孔付き板の構成が特に有利である。
【００１３】
簡単に製作することができると共に標準規格による燃料噴射弁に組込み可能である噴射孔付き板のプレート状の構成が特に有利である。
【００１４】
複数の列の噴射孔が噴射孔付き板に配置されており、これによって、所定のパターン（Ｒａｓｔｅｒ）が形成されると有利である。この所定のパターンは要求に応じて形成することができる。
【００１５】
噴射孔の種々異なる直径の選択は特に有利である。なぜならば、こうして、一方では噴流パターンを成形することができ、他方では混合気クラウドの化学量論的組成に影響を与えることができるからである。
【００１６】
燃料噴射弁を点火プラグに対して相対的に配置することによって、噴射噴流が点火プラグに対して接線方向に運動させられるので、点火プラグに直接燃料が吹き付けられなくなり、これによって、点火プラグの耐用年数が増加させられる。
【００１７】
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。
【００１８】
図１には、混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関に用いられる本発明による燃料噴射システム１の第１実施例が、抜粋した概略的な断面図で示してある。
【００１９】
燃料噴射システム１は燃焼室２を有している。この燃焼室２は、シリンダ壁３と、天井斜面５を有するシリンダヘッド４と、ピストン６とによって仕切られている。点火プラグ７は燃焼室２内に突入して、たとえば中心に配置されている。吸気弁８と排気弁９とは天井斜面５に図示してある。
【００２０】
燃料噴射弁１０は、燃料が複数の噴射レベル１１で燃焼室２内に噴射されるようにシリンダ壁３とシリンダヘッド４との間に配置されている。図示の実施例では４つの噴射レベル１１が設けられている。この場合、燃料噴射弁１０は、燃焼室２の長手方向軸線２６に対して垂直に延びる平面１２に対して角度βを成して傾けられている。噴射レベル１１は互いにコンスタントな角度αｙを成して燃焼室２内に噴射される。この場合、噴射レベル１１は複数の噴射噴流２０から成っている。これらの噴射噴流２０は、図２で詳しく説明する噴流パターンを形成している。したがって、噴射された混合気クラウド２５の外形もしくは噴射噴流２０全ての包絡線２４は円筒形状を取っている。この円筒形状は燃焼室２の形にほぼ相当している。
【００２１】
図２には、図１に示した本発明による燃料噴射システム１の第１実施例によって形成された噴流パターンが燃焼室２の断面図で示してある。燃料噴射弁１０は、図１に示したように、燃料を４つの噴射レベル１１で燃焼室２内に噴射する。図示の実施例では、これら４つの噴射レベル１１がそれぞれ９つの噴射噴流２０を有している。
【００２２】
図１および図２を互いに関連させて考慮すると、図示の第１実施例では、４つの噴射レベル１１で配置された全部で３６の噴射噴流２０が燃焼室２内に噴射されることが明らかとなる。この場合、噴射レベル１１はコンスタントな角度間隔αｙを有しており、各噴射レベル１１の噴射噴流２０は角度間隔αｘを有している。ただし、この角度間隔αｘはコンスタントではなく、内側の噴射噴流から外方に向かって減少している。以下の表には、第１実施例に対して、各噴射噴流２０の間隔と各噴射レベル１１の間隔とに関する概観が示してある。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
この場合、噴射レベルが連続してａ〜ｄで明記してある。この場合、噴射レベルａは、点火プラグ７の最も近くに位置している噴射レベル１１を表している。−４〜４の数字は混合気クラウド２５の中心軸線２７に対して対称的に個々の噴射噴流２０を表している。これらの符号は図１および図２に記入してある。
【００２５】
図３には、本発明による燃料噴射システム１の燃料噴射弁１０の噴射孔付き板２１の第１実施例の平面図が示してある。図３に示した噴射孔付き板２１は、図１および図２に示した噴流パターンを形成する。
【００２６】
噴射孔付き板２１には、図示の実施例では、３６個の噴射孔２２が４つの噴射レベル１１で配置されている。この場合、それぞれ９個の噴射孔２２が、第１の噴射レベル１１ａ、第２の噴射レベル１１ｂ、第３の噴射レベル１１ｃおよび第４の噴射レベル１１ｄに配置されている。したがって、噴射孔２２の配置形式は直角なパターンにほぼ相当している。
【００２７】
燃焼室２の下室である噴射容積２３を完全に充填するためには、噴射レベル１１の噴射孔２２が種々異なる直径を有している。特に第１の噴射レベル１１ａと第２の噴射レベル１１ｂとの内側の噴射孔２２ａは、この両噴射レベル１１ａ，１１ｂの外側の噴射孔２２ｂよりも大きな直径を有している。これに対して、第３の噴射レベル１１ｃと第４の噴射レベル１１ｄとの噴射孔２２の直径はより小さく寸法設定されている。噴射孔２２の種々異なる直径の結果として、種々異なる噴射レベル１１の噴射噴流２０は種々異なる深さで燃焼室２内に進入する。この場合、第１の噴射レベル１１ａまたは第２の噴射レベル１１ｂの内側の噴射孔２２ａを通って噴射される燃料は、ほぼ対角線方向で燃料噴射弁１０に向かい合って位置するシリンダ壁３に到達するのに対して、第３の噴射レベル１１ｃと第４の噴射レベル１１ｄとの噴射孔２２を通って噴射される噴射噴流２０はむしろピストン６の方向に噴射され、噴射孔２２のより小さな直径に基づき燃焼室２内のより短い経路を進行する。
【００２８】
したがって、噴射孔２２と噴射レベル１１との配置形式および性状は、シリンダ壁３またはピストン６が過剰に湿潤されることなしに、燃焼室２が、噴射された燃料でほぼ完全に充填されるように選択することができる。この結果として、燃料消費率が低下し、窒素酸化物エミッションも減少する。
【００２９】
噴射孔２２の配置形式、噴射孔２２の直径ならびに互いに個々の噴射噴流２０の水平方向のかつ鉛直方向の角度間隔に基づき、噴射孔付き板２１が、噴射された混合気クラウド２５にほぼ噴射容積２３の形状を付与する。したがって、全ての噴射噴流２０と噴射レベル１１との包絡線２４が円筒形状を獲得する。この円筒形状は、燃焼室２の、ピストン６によって解放された領域の形にほぼ相当している。
【００３０】
個々の噴射孔２２の直径の数値は、たとえば内側の噴射孔２２ａに対して１００μｍであってよいのに対して、外側の噴射孔２２ｂの直径もしくは第３の噴射レベル１１ｃと第４の噴射レベル１１ｄとの噴射孔２２の直径は、たとえば２５μｍであってよい。
【００３１】
図４には、本発明による燃料噴射システム１の燃料噴射弁１０の噴射孔付き板２１の第２実施例が示してある。図３に示した噴射孔付き板２１とは異なり、図示の実施例の噴射孔付き板２１は３つの噴射レベル１１ａ，１１ｂ，１１ｃしか有していない。これらの噴射レベル１１ａ，１１ｂ，１１ｃには、それぞれ８個の噴射孔２２が配置されている。これによって、全部で２４個の噴射孔２２が得られる。したがって、図１に示した燃料噴射システム１の断面図には、噴射容積２３を充填するために３つの噴射レベル１１ａ，１１ｂ，１１ｃが設けられていてもよい。
【００３２】
噴射孔２２は同じく種々異なる直径を有している。この場合、図示の実施例では、内側の４つの噴射孔２２ａが約１００μｍの直径を有しているのに対して、第３のレベル１１ｃの噴射孔と外側の噴射孔２２ｂとは、たとえば５０μｍの直径を有していてよい。
【００３３】
以下の表には、第２実施例に対して、互いに噴射レベル１１の傾角と噴射噴流２０の傾角とが記載してある。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
噴射レベルａはやはり点火プラグ７の最も近くに位置している。
【００３６】
図５には、本発明による燃料噴射システム１の燃料噴射弁１０の噴射孔付き板２１の第３実施例が示してある。第１実施例と同様に噴射孔２２は４つの噴射レベル１１で配置されている。しかし、噴射レベル１１あたりの噴射孔２２の数は図示の実施例では６個しかない。これによって、全部で２４個の噴射孔２２が噴射孔付き板２１に得られる。内側の噴射孔２２ａは、たとえば１００μｍの直径を有しているのに対して、外側の噴射孔２２ｂは５０μｍの直径を有している。この場合、第４の噴射レベル１１ｄの噴射孔２２はやはり最も小さく寸法設定されている。
【００３７】
以下の表には、第３実施例に対して、互いに噴射レベル１１の傾角と噴射噴流２０の傾角とが記載してある。
【００３８】
【表３】
2004502088.tif 000005
【００３９】
図示の実施例でも、噴射レベルａは、点火プラグ７の最も近くに位置する噴射レベルである。
【００４０】
本発明は、図示の実施例に限定されるものではなく、たとえばより多くのまたはより少ない噴射レベルもしくは種々異なる孔直径のより多くのまたはより少ない噴射孔を備えた噴射孔付き板に対しても使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による燃料噴射システムの実施例の縦断面図である。
【図２】本発明による燃料噴射システムによって燃焼室内に形成された混合気クラウドの断面図である。
【図３】本発明による燃料噴射システムに用いられる燃料噴射弁の噴射孔付き板の第１実施例の平面図である。
【図４】噴射孔付き板の第２実施例の平面図である。
【図５】噴射孔付き板の第３実施例の平面図である。
【符号の説明】
１　燃料噴射システム、　２　燃焼室、　３　シリンダ壁、　４　シリンダヘッド、　５　天井斜面、　６　ピストン、　７　点火プラグ、　８　吸気弁、　９　排気弁、　１０　燃料噴射弁、　１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ　噴射レベル、　１２　平面、　２０　噴射噴流、　２１　噴射孔付き板、　２２，２２ａ，２２ｂ　噴射孔、　２３　噴射容積、　２４　包絡線、　２５　混合気クラウド、　２６　長手方向軸線、　２７　中心軸線、　αｘ　角度間隔、　αｙ　角度間隔、　β　角度
【国際公開パンフレット】
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2004502088.tif 000009
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【手続補正書】
【提出日】平成14年8月6日(2002.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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システム（１）であって、燃料噴射弁（１０）が設けられており、該燃料噴射弁（１０）が、噴射孔付き板（２１）を有しており、該噴射孔付き板（２１）が、噴射孔（２２）を備えており、該噴射孔（２２）を通って燃料が、燃焼室（２）内に噴射されるようになっており、該燃焼室（２）が、シリンダ壁（３）によって仕切られており、さらに、ピストン（６）が設けられており、該ピストン（６）が、シリンダ壁（３）にガイドされており、さらに、燃焼室（２）内に突入した点火プラグ（７）が設けられており、噴射孔付き板（２１）に配置された噴射孔（２２）の直径が分配されており、これによって、規定された噴射時点において、噴射された燃料が、燃焼室（２）の、ピストン（６）とシリンダ壁（３）とによって仕切られた噴射容積（２３）内に可能な限り均質に分配されるようになっており、噴射孔（２２）が、複数の列で所定のパターンを成して噴射孔付き板（２１）に配置されている形式のものにおいて、
噴射孔（２２）が、所定のパターンを成して燃料噴射弁（１０）の噴射孔付き板（２１）に配置されていると共に方向付けられており、これによって、燃料噴射弁（１０）が、所定の角度（αｙ）によって互いに間隔を置いて配置された少なくとも２つの噴射レベル（１１）で燃料を燃焼室（２）内に噴射するようになっていることを特徴とする、燃料噴射システム。
【請求項２】
噴射レベル（１１）が、コンスタントな角度間隔（αｙ）を有している、請求項１記載の燃料噴射システム。
【請求項３】
混合気クラウド（２５）の１つの包絡線（２４）の噴流開き角（αｇｅｓ）が５０゜〜１００゜に設定されている、請求項２記載の燃料噴射システム。
【請求項４】
種々異なる噴射レベル（１１）の、噴射孔（２２）を通って燃焼室（２）内に噴射された噴射噴流（２０）が、中心軸線（２７）から出発して減少する角度間隔（αｘ）を有している、請求項３記載の燃料噴射システム。
【請求項５】
少なくとも１つの噴射レベル（１１）の縁部側の噴射孔（２２ｂ）が、この噴射レベル（１１）の内側の噴射孔（２２ａ）よりも小さく形成されている、請求項４記載の燃料噴射システム。
【請求項６】
少なくとも１つの噴射レベル（１１）の縁部側の噴射孔（２２ｂ）が、別の噴射レベル（１１）の縁部側の噴射孔（２２ｂ）よりも大きく形成されている、請求項５記載の燃料噴射システム。
【請求項７】
燃料噴射弁（１０）が、燃焼室（２）の長手方向軸線（２６）に対して垂直な平面（１２）に対して、規定された角度（β）だけ傾けられている、請求項１記載の燃料噴射システム。
【請求項８】
前記角度（β）が３５゜〜５５゜に設定されている、請求項７記載の燃料噴射システム。
【請求項９】
噴射された混合気クラウド（２５）の包絡線（２４）がほぼ円筒状であるように燃料噴射弁（１０）の噴射孔付き板（２１）が形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料噴射システム。
【国際調査報告】
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2004502088.tif 000027
2004502088.tif 000028
2004502088.tif 000029