(57)【要約】本発明は、燃料噴射弁に関し、弁本体（１）を備えており、袋孔として形成された孔（３）が設けられており、孔の底面が燃焼室に向けられている。底面に円錐形の弁座（９）が形成されており、弁座に少なくとも１つの噴射開口（１１）が配置されている。孔（３）内に、閉鎖力に抗して長手方向移動可能なプランジャー状の弁部材（５）を配置してあり、弁部材が弁部材尖端（７）を有しており、弁部材尖端が弁部材（５）の閉鎖位置で弁座（９）に当接するようになっている。弁部材尖端（７）に、第１の円錐面（３０）及び、燃焼室側で該第１の円錐面（３０）と対応して配置された第２の円錐面（３２）が形成されており、この場合、第１の円錐面（３０）の円錐角（α）が弁座（９）の円錐角（γ）よりも小さくなっており、弁座の円錐角が第２の円錐面（３２）の円錐角（β）よりも小さくなっている。第１の円錐面（３０）と第２の円錐面（３２）との間にリング溝（３５）を形成してあり、第２の円錐面（３２）に環状の付加的なリング溝（４２）を配置してあり、該リング溝が弁部材（５）の閉鎖位置で少なくとも部分的に噴射開口（１１）とオーバーラップしていて、弁部材（５）の軸線ずれの場合にもすべての噴射開口（１１）に同時に燃料を供給できるようになっている。
2004502075.tif 000002
【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、弁本体（１）を備えており、弁本体内に孔（３）が配置されており、孔の燃焼室側の端部に円錐形の弁座（９）が形成されており、弁座に少なくとも２つの噴射開口（１１）を配置してあり、噴射開口が孔（３）を燃焼室に接続しており、孔（３）内に案内された弁部材（５）を備えており、弁部材が、弁部材（５）に形成された圧力面（１３）に対して燃料で生ぜしめられる圧力負荷によって、弁座（９）へ向けられた閉鎖力に抗して軸線方向運動可能であり、かつ弁部材が弁座（９）に向けられた弁部材シャフト（２０５）を有しており、弁部材シャフトと孔（３）の壁との間に燃料の充填可能な圧力室（１９）が形成されており、弁部材（５）が燃焼室側の端部に弁部材尖端（７）を有しており、弁部材尖端に、第１の円錐面（３０）及び、該第１の円錐面（３０）と燃焼室側で接続する第２の円錐面（３２）が形成されており、第１の円錐面（３０）の円錐角（α）が弁座（９）の円錐角（γ）よりも小さく、かつ第２の円錐面（３２）の円錐角（β）が弁座（９）の円錐角（γ）よりも大きくなっており、弁部材尖端（７）の周囲に環状のリング溝（３５）を備えており、リング溝の第１の溝縁部（３８）が第１の円錐面（３０）で弁部材（５）の軸線に対する１つの半径平面内に位置しており、リング溝の第２の溝縁部（３９）が第２の円錐面（３２）で弁部材（５）の軸線に対する１つの半径平面内に位置しており、リング溝（３５）の第１の溝縁部（３８）がシール縁部として形成されており、シール縁部が弁部材（５）の閉鎖位置では燃料流で見て噴射開口（１１）の上流側で弁座（９）に当接するようになっている形式のものにおいて、弁部材尖端（７）の第２の円錐面（３２）に付加的なリング溝（４２）を形成してあり、該リング溝が弁部材（５）の閉鎖位置でも開放位置でも少なくとも部分的に噴射開口（１１）とオーバーラップし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】
リング溝（４２）の横断面が噴射開口（１１）の横断面よりも大きいか若しくは同じである請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
第１の円錐面（３０）と弁座（９）との間に位置する第１の差角（δ１）が、弁座（９）と第２の円錐面（３２）との間に位置する第２の差角（δ２）よりも小さくなっている請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
第１の差角（δ１）及び第２の差角（δ２）が１．５度よりも小さくなっている請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
弁座（９）の円錐角（γ）が５５度乃至６５度であり、有利にはほぼ６０度である請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
付加的なリング溝（４２）の溝縁部（４４；４６）が弁部材（５）の弁部材軸線（５０）に対する半径平面内に位置している請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
付加的なリング溝（４２）の、燃焼室と反対の側の溝縁部（４６）に接続する円錐面が、弁部材（５）の閉鎖位置で噴射開口（１１）と部分的にオーバーラップしている請求項１から４のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
噴射開口（１１）が弁部材軸線（５０）に関して互いに共通の１つの半径平面内に位置している請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
付加的なリング溝（４２）の溝縁部（４４；４６）及び噴射開口・出口が、弁部材軸線（５０）の半径平面に対して傾斜した面内に位置している請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
リング溝（３５）と付加的なリング溝（４２）との間に配置された円錐面に、両方のリング溝を接続する少なくとも１つの縦溝（５５）を形成してあり、該縦溝が第２の円錐面（３２）の母線に沿って延びている請求項１から９のいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
複数の縦溝（５５）が全周にわたって分配して第２の円錐面（３２）に形成されている請求項１０記載の燃料噴射弁。
【請求項１２】
すべての縦溝（５５）、若しくは一部分の縦溝が第２の円錐面（３２）の母線に対して傾斜して延びている請求項１０記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、内燃機関、有利には自己着火式の内燃機関のための、請求項１の上位概念に記載の形式の燃料噴射弁に関する。この種の燃料噴射弁は国際公開ＷＯ ９６／１９６６１号明細書によって公知である。弁本体内に袋孔が形成されており、袋孔内に弁部材を案内してある。弁部材が燃焼室側の区分を圧力室によって取り囲まれており、圧力室が高い圧力の燃料で充填可能である。袋孔の、燃焼室と逆の側の底面に円錐形の弁座が形成されている。さらに底面に少なくとも１つの噴射開口を配置してあり、噴射開口が孔を燃焼室に接続している。弁部材の弁部材尖端が閉鎖位置で弁座に当接して、噴射開口を圧力室に対して閉鎖する。弁部材尖端に２つの円錐面が配置されており、円錐面間の移行部に環状のリング溝を形成してあり、リング溝が弁部材の有効な座直径を規定していて、運転時の圧力室内の燃料の開放圧力を変化させないように作用している。これによって、弁部材が正確にセンタリングされた状態で孔内を運動する限りにおいて、再現可能なコンスタントな噴射量が得られ、ひいては最適な燃焼が達成される。
【０００２】
弁部材の軸線ずれが生じた場合、圧力室から弁部材尖端の円錐面及び閉鎖縁部（シールエッジ）を経て噴射開口へ生ぜしめられる燃料の供給流が、もはや対称的でなくなる。弁部材のずれる側にある噴射開口が、開放行程運動の開始時には弁部材によってふさがれることになり、その結果、該噴射開口には燃料が全く若しくは極めてわずかしか流れない。開放行程運動の開始時にふさがれた噴射開口は、弁部材の引き続く開放行程運動中にようやく開かれて、燃料によって流過される。その結果、噴射可能な燃料量が減少して、ひいては内燃機関の出力低下が生じる。さらに、燃焼室内への不均一な噴射は、燃焼室内の一部分で燃料の過飽和状態の空気・燃料混合気を形成し、かつ燃焼室内の別の部分で燃料の少ない混合気を形成することになる。従って、過飽和状態の部分では不完全燃焼が生じ、その結果、排ガス中の有害物質量が増大する。
【０００３】
発明の利点
請求項１に記載の本発明に基づく特徴を有する燃料噴射弁においては利点として、噴射開口の領域で弁部材尖端の第２の円錐面に形成された環状の付加的なリング溝が、圧力室から噴射開口へ流れる燃料を、すでに開放行程運動の開始時にすべての噴射開口に分配する。弁部材が開放行程運動に際して１つの噴射開口に向かってずれた場合には、残りの噴射開口へ流れる燃料の一部分が、接線方向に付加的なリング溝を通して導かれて、弁部材のずれた側に位置する前記噴射開口に流入する。これによって、すべての噴射開口への燃料の十分な流入が保証され、弁部材の軸線ずれの場合にもすべての噴射開口による対称的な噴射が達成され、不均一な噴射に起因する前述の欠点が避けられる。
【０００４】
有利な構成では、リング溝と付加的なリング溝との間の円錐面に縦溝が設けてある。該縦溝によって、燃料が弁部材の軸線ずれの場合に、より均一にかつ、より急速にすべての噴射開口に分配される。別の有利な構成では縦溝が、リング溝と付加的なリング溝との間の円錐面の母線に対して傾斜して形成されている。これによって噴射開口の領域で、弁部材を取り囲む付加的なリング溝内の接線方向の燃料流が生ぜしめられて、噴射開口への燃料の均一な分配が付加的に助成される。
【０００５】
実施例の説明
図１には、燃料噴射弁の縦断面が示してある。弁本体１内に孔３を設けてあり、該孔が袋孔として形成されており、袋孔の閉じた端部が燃焼室に向けられている。孔３の底面に円錐形の弁座９を形成しかつ少なくとも１つの噴射開口１１を設けてあり、噴射開口が孔３を燃焼室に接続している。孔３内に弁部材５を配置してあり、弁部材が燃焼室と逆の側の区分１０５で孔内に密接に案内されている。弁部材５が燃焼室に向かって圧力肩部１３を形成するために径を減少させられていて、弁部材シャフト２０５へ移行している。弁部材５の燃焼室側の端部が弁部材尖端７を形成しており、弁部材尖端が弁部材シャフト２０５に接続していて、燃焼室に向かって先細になっている。
【０００６】
弁部材５の圧力肩部１３が、弁本体１内に形成されて弁部材５を取り囲む圧力室１９内に配置されており、圧力室が弁部材５を取り囲むリング通路として燃焼室に向かって延びて弁座９に達している。圧力室１９は、弁本体１内に形成された入口通路２５を介して高圧の燃料で満たされる。弁部材５が、弁部材５の、燃焼室と逆の側の端面に作用する閉鎖力によって弁部材尖端７の周面を弁座９に圧着される。弁部材尖端７の周面が弁座９と協働して、噴射開口１１が圧力室１９に対して閉じられる。弁部材５の該閉鎖位置では、圧力肩部１３及び弁部材尖端７の一部分が圧力室１９内の燃料圧力で負荷されている。
【０００７】
閉鎖力が弁保持体（図示せず）内に配置された装置によって生ぜしめられるようになっており、弁保持体が燃料噴射弁の組み付け位置で弁本体１の、燃焼室と逆の側の端面に緊締されている。閉鎖力を生ぜしめる装置は例えば、少なくとも間接的に弁部材５に作用するばねであってよい。さらに、弁保持体内に複数のばねを配置することも可能であり、ばねが互いに個別に、若しくは一緒に閉鎖力を弁部材５の行程に関連して生ぜしめるようになっていてよい。ばねのような弾性的な部材のほかに、閉鎖力が液力的に生ぜしめられてもよく、このために例えば、操作部材が液力で移動させられて、少なくとも間接的に弁部材５に作用し、かつ弁部材を閉鎖位置へ負荷するようになっていてよい。
【０００８】
弁部材５の開放力が、圧力室１９内の燃料圧力を入口通路２５からの燃料供給に基づき増大させることによって導入される。これによって、液力が圧力肩部１３及び弁部材尖端７の燃料で負荷可能な部分に作用し、弁部材５を軸線方向に運動せしめる合成力を生ぜしめる。該合成力が閉鎖力を上回ると、弁部材５が弁座９から持ち上がり、燃料が圧力室１９から弁部材尖端７に沿って噴射開口１１へ流れ、そこから燃焼室内に達する。圧力室１９内の燃料圧力が再び降下すると、合成力が閉鎖力よりも小さくなり、その結果、弁部材５が弁座９に向かって運動して、弁座に当接し、噴射開口１１を閉じて、燃料噴射を終了する。
【０００９】
図２には燃料噴射弁の弁部材尖端７の領域が弁部材５の閉鎖位置で拡大して示してある。弁座９が円錐面によって形成されており、円錐面の円錐角γが有利には５０乃至７０度である。弁座９は燃焼室側の端部で製作上の理由から湾曲部４８へ移行している。弁座９に少なくとも１つの噴射開口１１を形成してあり、噴射開口が弁座９の面に対して垂直に延び若しくは該面に対して傾斜して延びている。複数の噴射開口１１を設ける場合には、噴射開口１１は燃焼室の大きさに応じて有利には弁本体１の周囲に均一に分配される。噴射開口１１は例えば弁部材５の軸線に対する共通の１つの半径平面内に位置していてよく、若しくは複数の半径平面に分配され、若しくは弁部材５の軸線に対して傾斜した１つの平面内に位置していてよい。
【００１０】
弁部材シャフト２０５が燃焼室側の端部で中間円錐面２８を介して弁部材尖端７へ移行している。中間円錐面２８が省略されて、弁部材シャフト２０５の直径が弁部材尖端７の底面の直径に相当していてよい。弁部材尖端７に第１の円錐面３０を形成してあり、該円錐面が弁部材シャフト２０５に隣接しており、該円錐面の円錐角βが弁座９の円錐角γよりも小さくなっている。燃焼室側で第１の円錐面３０に第２の円錐面３２が接続されており、該円錐面の円錐角βが弁座９の円錐角γよりも大きくなっている。従って、第１の円錐面３０と弁座９との間に差角δ１が生じており、第２の円錐面３２と弁座９との間に差角δ２が生じている。この場合、差角δ１，δ２は有利には１．５度よりも小さくなっている。弁部材５の燃焼室側の端部は平らにされて端面５２を形成しており、該端面が弁部材５の閉鎖位置で湾曲部４８内にある。
【００１１】
第１の円錐面３０から第２の円錐面３２への移行部に、弁部材５の軸線に対する１つの半径平面内を環状に延びるリング溝３５が配置されている。この場合、燃料流に関して噴射開口の上流側にある第１の溝縁部３８が第１の円錐面３０に位置しているのに対して、下流側にある第２の溝縁部３９が第２の円錐面３２に位置している。これによって、第１の溝縁部３８が弁部材５の閉鎖位置で弁座９に当接して、噴射開口１１を圧力室１９に対して密閉（シール）している。弁部材５に作用する閉鎖力によって、これに関連して生じる第１の溝縁部３８の弾性的な変形及び小さい差角δ１，δ２に基づき、第２の溝縁部３９も弁部材５の閉鎖位置で付加的に弁座９に当接する。これによって、弁座９における当接面（接触面）が増大され、面圧が減少される。
【００１２】
第２の円錐面３２に付加的なリング溝４２を形成してあり、該リング溝が弁部材５の閉鎖位置で噴射開口１１とオーバーラップする、即ち重なるように配置されている。付加的なリング溝４２の横断面は、付加的なリング溝４２内で接線方向に噴射開口１１へ絞られることのない燃料流を可能にするために、有利には１つの噴射開口１１の横断面よりも大きくなっており、若しくは１つの噴射開口の横断面と同じである。この場合、横断面の形は円弧形（円切片形）で、若しくは任意の別の形、例えば多角形若しくは楕円切片形であってよい。
【００１３】
複数の噴射開口１１が弁部材５の軸線５０に対する共通の１つの半径平面内に配置されている場合には、付加的なリング溝４２も該半径平面内に配置されている。複数の噴射開口１１が弁部材５の軸線５０に対して傾斜した１つの平面内に配置されている場合には、付加的なリング溝４２も、閉鎖位置ですべての噴射開口１１とオーバーラップするために、相応に傾斜された１つの平面内を延びている。
【００１４】
付加的なリング溝４２は次のように機能する：弁部材５を液力によって弁座９から持ち上げると、弁部材は弁座９の領域で孔３の軸線から１つの噴射開口１１に向かってずれる、即ちぶれることになる。これによって、圧力室１９から該噴射開口１１への燃料流が制限されることになり、残りの噴射開口１１が弁部材尖端７に沿った燃料流によって燃料を供給される。付加的なリング溝４２によって、燃料の一部分が接線方向の流れで付加的なリング溝４２を通して導かれ、その結果、ぶれた弁部材５の接近された前記噴射開口１１に、開放行程運動の開始時から十分な量の燃料が流入する。開放行程運動の引き続く進行に伴って弁部材５の弁部材尖端７が弁座９から高く持ち上げられ、その結果、ぶれの影響がほとんどなくなり、弁部材尖端７の母線に沿った噴射開口１１への燃料流が可能になる。付加的なリング溝４２のこのような作用によって、均一な燃料噴射が開放行程運動の開始時から保証され、その結果、燃料噴射が再現可能でかつ内燃機関の運転状態に最適に適合して行われる。
【００１５】
図３に、本発明に基づく燃料噴射弁の別の実施例が示してある。構成は、図２に示す構成に相応しているものの、ここではリング溝３５と付加的なリング溝４２との間の円錐面に縦溝５５を設けてあり、該縦溝が両方のリング溝３５，４２を互いに接続している。この場合、縦溝５５はリング溝３５，４２間の円錐面の母線に沿って延びている。縦溝５５によって、特に噴射弁を開き始めた際に、即ち開放行程運動の開始時に、付加的なリング溝４２内への燃料の良好な流入が達成される。弁部材尖端７に複数の縦溝５５を設ける場合には、縦溝５５は有利には弁部材尖端７の周囲に均一に分配して配置される。
【００１６】
別の実施例として、１つ若しくは複数の縦溝５５をリング溝３５，４２間の円錐面の母線に対して傾斜させて配置することも可能である。これによって、縦溝５５を通って付加的なリング溝４２内へ流れる燃料が接線方向の速度成分を受けて、急速にすべての噴射開口１１に分配される。
【００１７】
図４に、本発明に基づく燃料噴射弁の別の実施例が示してある。付加的なリング溝４２の第１の溝縁部３８が弁部材５の閉鎖位置で噴射開口１１上に位置しており、その結果、リング溝３５，４２間の円錐面が噴射開口１１を部分的に被っている。
【００１８】
図５では、付加的なリング溝４２は、該リング溝が閉鎖位置で噴射開口１１と完全に重なる、即ち噴射開口を完全にカバーするように弁部材尖端７に配置されている。これによって、弁座９からの弁部材尖端７の持ち上げの後に直ちに、付加的なリング溝４２の分配作用が得られる。
【００１９】
図６に示す本発明に基づく燃料噴射弁においては、付加的なリング溝４２が噴射開口１１の直径よりも著しく幅広く形成されていて、弁部材５の閉鎖位置で噴射開口１１と完全に重なっている。これによって、弁部材５の縦軸線５０に関する同一の半径平面内に位置することのないすべての噴射開口１１をカバーすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射弁の部分的な縦断面図。
【図２】弁座の領域の拡大図。
【図３】弁座の領域の別の実施例の拡大図。
【図４】弁座の領域のさらに別の実施例の拡大図。
【図５】弁座の領域のさらに別の実施例の拡大図。
【図６】弁座の領域のさらに別の実施例の拡大図。
【符号の説明】
１　弁本体、３　孔、５　弁部材、７　弁部材尖端、９　弁座、１１　噴射開口、１３　圧力肩部、１９　圧力室、２５　入口通路、２８　中間円錐面、３０，３２　円錐面、３５　リング溝、３８，３９　溝縁部、４２　リング溝、４８　湾曲部、５２　端面、５５　縦溝、１０５　区分、２０５　弁部材シャフト
【国際公開パンフレット】
2004502075.tif 000003
2004502075.tif 000004
2004502075.tif 000005
2004502075.tif 000006
2004502075.tif 000007
2004502075.tif 000008
2004502075.tif 000009
2004502075.tif 000010
2004502075.tif 000011
2004502075.tif 000012
2004502075.tif 000013
2004502075.tif 000014
2004502075.tif 000015
2004502075.tif 000016
2004502075.tif 000017
2004502075.tif 000018
2004502075.tif 000019
2004502075.tif 000020
【国際調査報告】
2004502075.tif 000021
2004502075.tif 000022
2004502075.tif 000023
2004502075.tif 000024
2004502075.tif 000025
2004502075.tif 000026