(57)【要約】特に混合気圧縮式外部点火形の内燃機関の燃焼室内へ燃料を直接噴射するための燃料噴射弁１であって、アクチュエータ１０が設けられており、弁座面６と共にシール座を形成する弁閉鎖体４の操作のためにアクチュエータ１０によって操作される弁ニードル３が設けられており、少なくとも１つのスワール通路３６を備えたスワールディスク３４が設けられている。運転時に燃料噴射弁１内に支配する燃料圧に依存して、少なくとも１つのスワール通路３６の計量横断面が変化可能であるように、スワールディスク３４の流入側に弾性的なダイヤフラム３７が配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に混合気圧縮式外部点火形の内燃機関の燃焼室内へ燃料を直接噴射するための燃料噴射弁（１）であって、アクチュエータ（１０）が設けられており、弁座面（６）と共にシール座を形成する弁閉鎖体（４）の操作のためにアクチュエータ（１０）によって操作される弁ニードル（３）が設けられており、少なくとも１つのスワール通路（３６）を備えたスワールディスク（３４）が設けられている形式のものにおいて、
運転時に燃料噴射弁（１）内に支配する燃料圧に依存して、少なくとも１つのスワール通路（３６）の計量横断面が変化可能であるように、スワールディスク（３４）に弾性的なダイヤフラム（３７）が配置されていることを特徴とする、燃料噴射弁。
【請求項２】
ダイヤフラム（３７）が、少なくとも１つのスワール通路（３６）の少なくとも１つの側面（４１）を形成している、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
弾性的なダイヤフラム（３７）が、ディスク状のダイヤフラム（３７ａ）の形状で形成されている、請求項１または２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
ディスク状のダイヤフラム（３７ａ）が、スワールディスク（３４）と、スワールディスク（３４）の流入側に配置された案内ディスク（３５）との間に配置されている、請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
ディスク状のダイヤフラム（３７ａ）が、少なくともその半径方向外側の縁（４０）で案内ディスク（３５）に結合されている、請求項４記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
少なくとも１つのスワール通路（３６）の横断面が、燃料圧の増大時に、ディスク状のダイヤフラム（３７ａ）によって減少する、請求項４または５記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
ダイヤフラム（３７）が、弾性的な層（３７ｂ）の形状で形成されている、請求項１または２記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
少なくとも１つのスワール通路（３６）の横断面が、燃料圧の増大時に、弾性的な層（３７ａ）によって増大する、請求項７記載の燃料噴射弁。
【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に記載した形式の燃料噴射弁から出発している。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９７３６６８２号明細書からは混合気圧縮式外部点火形の内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁が公知であり、この燃料噴射弁はその下流側の端部に３つのディスク状のエレメントにより形成された案内・座着領域を有している。その場合、１つの案内エレメントと１つの弁座エレメントとの間に１つのスワールエレメントが埋め込まれている。案内エレメントは、それを貫通していて軸方向に運動可能な弁ニードルの案内に役立っており、他面において弁座エレメントの弁座面は弁ニードルの弁閉鎖区分と協働している。スワールエレメントは、その外周に連通していない複数のスワール通路を備えた内側の１つの開口領域を有している。この開口領域全体は完全にスワールエレメントの軸方向の厚さにわたり延びている。
【０００３】
上述の文献から公知であるこの燃料噴射弁の欠点は、特に、スワール角度が固定されており、それゆえ、スワール角度が部分負荷運転および全負荷運転のような種々の運転状態に適合されないことにある。このことにより、噴射される混合気クラウドのコーン開き角もまた種々の運転状態に適合されず、このことが燃焼の不均一、燃費の増大ならびに排ガスエミッションの増加につながる。
【０００４】
発明の利点
これに対して、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弁が有する利点は、スワールが燃料噴射弁の運転状態に依存して調整可能であり、このことにより、燃料噴射弁の運転状態に適合した噴射形状を生じることができることにある。このことにより、混合気形成ならびに燃焼法を最適にすることができる。
【０００５】
その場合、噴射開角への影響は有利には燃料噴射弁を通流する燃料の圧力によって行われ、この圧力は運転状態に応じて弾性的なダイヤフラムによってスワール通路の横断面の変化を生じ、かつこのことにより、スワールの強さへの直接的な影響を可能にする。
【０００６】
従属請求項項に記載の構成によれば独立請求項に記載された燃料噴射弁の有利な実施形と改良形とが可能である。
【０００７】
その場合、特に、スワールディスクと案内ディスクとの間に配置されたディスク状のダイヤフラムとしてのダイヤフラムの構成が有利である。この実施形は特別に軽量であり、かつコスト的に有利に製作されることができ、かつスワールディスクの任意の形状に適合可能である。
【０００８】
さらに、ディスク状のダイヤフラムが案内ディスクの外側に結合されいてると、このことにより漏れ損失が回避されるため有利である。
【０００９】
ダイヤフラムがスワール通路の任意の側面に配置されることのできる弾性的な層として形成されることができると有利である。
【００１０】
実施例の説明
本発明の実施例を図面に示して以下の記載で詳細に説明する。
【００１１】
図２から図４までにつき本発明による燃料噴射弁１の実施例を詳細に説明するに先立ち、本発明の良好な理解のために、まず図１につき本発明による燃料噴射弁を全体図でその主要構成部分に関して簡単に説明する。
【００１２】
本燃料噴射弁１は混合気圧縮式外部点火形の内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁の形状で形成されている。この燃料噴射弁１は特に、内燃機関の図示されていない燃焼室内へ燃料を直接噴射するために役立つ。
【００１３】
燃料噴射弁１はノズルボディ２を有しており、このノズルボディ２内に弁ニードル３が配置されている。弁ニードル３は弁閉鎖体４と作用結合しており、弁閉鎖体４は弁座体５上に配置された弁座面６と協働して１つのシール座を成してるいる。本実施例の燃料噴射弁は内向きに開く燃料噴射弁であり、この燃料噴射弁は少なくとも１つの噴口７を備えている。ノズルボディ２はパッキン８によって磁気回路の外極９にシール接触している。マグネットコイル１０がコイルケーシング１１内に収容されていてコイル支持体１２上に巻き付けられており、コイル支持体は磁気回路の内極１３に接触している。内極１３および外極９は隙間２６によって互いに分離されており、かつ結合部材２９に支持されている。マグネットコイル１０は導線１９を介して、電気的な差込コンタクト１７を介して供給される電流によって励磁される。差込コンタクト１７はプラスチック被覆１８によって囲まれており、このプラスチック被覆は内極１３に射出成形で被覆されることができる。
【００１４】
弁ニードル３はディスク状に形成された弁ニードル案内１４内で案内されている。行程調整のために調整ディスク１５が役立っている。調整ディスク１５の他方の側に可動子２０が配置されている。可動子２０は第１のフランジ２１を介して伝力結合式（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）に弁ニードル３に結合されており、弁ニードル３は溶接シーム２２によって第１のフランジ２１に結合されている。第１のフランジ２１には戻しばね２３が支持されており、戻しばねは燃料噴射弁１の本構造形状ではスリーブ２４によってプレロート（予荷重）を負荷されている。
【００１５】
溶接シーム３３を介して弁ニードル３に結合された第２のフランジ３１は下方の可動子ストッパとして役立っている。第２のフランジ３１に載着された弾性的な中間リング３２は燃料噴射弁１の閉鎖時の衝撃を回避する。
【００１６】
シール座の流入側には案内ディスク３５が形成されており、この案内ディスクは弁ニードル３の中央の方向調節のために役立ち、かつこれにより弁ニードル３の傾斜と、これに伴う燃料の計量の不正確を妨げる。案内ディスク３５と弁座体５との間にはスワールディスク３４が配置されており、このスワールディスクはスワール通路３６を有している。案内ディスク３５とスワールディスク３４との間にはダイヤフラム３７が設けられており、このダイヤフラムは有利には弾性的な材料から成り、かつ燃料噴射弁１内に支配するシステム圧の影響下で変形可能である。ダイヤフラム３７の詳細な図示とその機能が図３および図４から看取される。
【００１７】
弁ニードル案内１４内、可動子２０内ならびに案内ディスク３５内には燃料通路３０ａから３０ｃまでが延びている。燃料は中央の燃料供給部１６を介して供給されて、フィルタエレメント２５によって濾過される。燃料噴射弁１はパッキン２８によって、図示されていない燃料導管にシール接触している。
【００１８】
燃料噴射弁１の休止状態では、可動子２０が戻しばね２３によって燃料噴射弁の行程方向とは逆方向に負荷されており、これによって弁閉鎖体４は弁座６にシール接触下で保持されている。マグネットコイル１０の励磁時にマグネットコイルは磁界を形成し、この磁界が可動子２０を戻しばね２３のばね力に抗して行程方向に運動せしめる。その場合、行程は休止位置で内極１３と可動子２０との間に位置する作動隙間２７によって規定されている。可動子２０は弁ニードル３に溶接されたフランジ２１を同様に行程方向に連行する。弁ニードル３と作用結合している弁閉鎖体４が弁座面６から持上げられ、そして燃料が噴射される。
【００１９】
コイル電流が遮断されると、磁界の十分な消失後に可動子２０が戻しばね２３の圧力によって内極１２から落下し、このことにより、弁ニードル３と作用結合しているフランジ２１が行程方向とは逆方向に運動し、このことにより弁ニードル３が同じ方向に運動し、このことにより弁閉鎖体４が弁座面６上へ載着され、そして燃料噴射弁１が閉じられる。
【００２０】
図２は図式的にスワールディスク３４の１実施例を示し、このスワールディスクはさらに以下に記載する本発明によるダイヤフラム３７を特別簡単かつ効果的に下から支持している。その場合、スワールディスク３４は本実施例では４つのスワール通路３６を有しており、これらのスワール通路はスワールディスク３４の中心点に対して接線方向にずらされている。この場合、スワール通路３６のずれ、ならびにその半径方向の長さ、その数および配置は任意である。スワール通路３６の横断面は、燃料圧とスワールの強さへの要求とによって決められ、かつスワール通路３６の幅もしくはスワールディスク３４の軸方向の厚さの簡単な変化により、かつ本発明によるダイヤフラム３７によって適合させられる。
【００２１】
スワール通路３６は１つのスワール室３９内に開口しており、このスワール室は弁ニードル３によって貫通係合される。スワール室３９の寸法設計は、渦流が可能な限り均一に保たれるように、かつデッドスペースができるだけ小さく保たれるように行われなければならない。
【００２２】
図３は、図２に示された本発明による燃料噴射弁１のスワールディスク３４の領域ＩＩＩから切り取った部分を示す。
【００２３】
図３に示された例えば立方体状のスワール通路３６は閉鎖部材としてのカバープレートに類似したダイヤフラム３７を有しており、このダイヤフラムがスワール通路３６を覆っている。その場合、ダイヤフラム３７はディスク状のダイヤフラム３７ａとしてスワールディスク３４と案内ディスク３５との間に配置されることができ、または弾性的な層３７ｂの形状で、案内ディスク３５のスワールディスク３４に面した端面に形成されることもできる。矢印は燃料の流れ方向を示す。その場合、ダイヤフラム３７の配置は案内ディスク３５とスワールディスク３４との間の位置に限らず、むしろ原理的には半径方向に延びるいずれかの側面４１においても行われることができる。ダイヤフラムのディスク状の形成と、スワールディスクと案内ディスク３５との間の配置は、特別簡単なその形状および配置形式により有利な実施例を成す。
【００２４】
図４Ａおよび図４Ｂはディスク状のダイヤフラム３７ａもしくは弾性的な層３７ｂの機能を明らかにする。その場合、ダイヤフラム３７ａもしくは層３７ｂは４Ａもしくは図４Ｂにおいてそれぞれ上の方に示されている。
【００２５】
図４Ａにはディスク状のダイヤフラム３７ａの機能が図式的に示されている。その場合、スワール通路３６は図２に示されたＩＶ−ＩＶ線に沿った断面の側面図で示されている。ディスク状のダイヤフラム３７ａはスワールディスク３４と案内ディスク３５との間に配置されており、かつ漏れ損失の回避のために案内ディスク３５の半径方向外側の縁で案内ディスク３５に接着または溶接されている。
【００２６】
燃料噴射弁１の運転時には、燃料がスワール通路３６を半径方向外側から半径方向内側へ通流する。その場合、燃料の流れ速度に依存して種々異なる強さの流体動力学的な圧力がディスク状のダイヤフラム３７ａに作用し、この圧力がダイヤフラムを引き下げ、このことにより、スワール通路３６の横断面が減少する。このことが再び燃料の流れ速度の増大を生じる。この状態は力の釣合いが得られると安定する。
【００２７】
燃料が大きな横断面を徐々に通過すると、スワール室３９内で発生される渦流は弱くしか形成（ａｕｓｐｒａｅｇｅｎ）されず、このことにより、内燃機関の燃焼室内へ噴射される混合気クラウドはわずかな噴射開角しか有しない。これに応じて混合気クラウドの貫徹度が高くなり、このことが部分負荷運転における混合気クラウドの形状と化学量論への要求とに対応する。
【００２８】
燃料噴射弁１の全負荷運転に対応して流れ速度が増大すると、ディスク状のダイヤフラム３７ａは作用する力の比のずれに起因して、スワール通路３６の軸方向の広がりを減少せしめる変形を生じる。その結果、スワール通路３６を通流する燃料の速度が著しく増大し、このことにより、スワールも強化される。このことにより、燃焼室内に噴射される混合気クラウドが大きな噴射開角を有するように広がって、着火可能な混合気によって燃焼室を均一に充填する。
【００２９】
図４Ｂは弾性的な層３７ｂとして形成されたダイヤフラム３７を図４Ａと同じく図式的に示す。図４Ａと異なり、図４Ｂに示された弾性的な層３７ｂはスワールディスク３４と案内ディスク３５との間のルーズなディスクとして配置されておらず、むしろ案内ディスク３５の流出側の端面３８に形成された弾性的な層３７ｂの形状で形成されており、この層はその全体の広がりで案内ディスク３５に結合されている。
【００３０】
これに応じて、その機能は図４Ａに示された実施例の機能と逆である。要するに、運転時に燃料噴射弁１内の燃料圧が上昇すると、弾性的な層３７ｂは流れ方向とは逆方向に変形して、スワール通路３６の横断面を増大させる。このことは、流出側の端面３８に固定的に結合された弾性的な層３７ｂが燃料圧の上昇時に圧迫もしくは圧縮されることに起因して生じる。
【００３１】
本発明は図示の実施例に制約されず、かつ特に圧電式または磁気ひずみ式のアクチュエータ１０を備えた燃料噴射弁１でも、かつ任意に形成されたスワール通路３６を備えたスワールディスク３４の任意の形状でも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁の１実施例の軸方向断面を示す図である。
【図２】
本発明により形成され図１に示された燃料噴射弁のスワールディスクの１例を概略的に示す端面図である。
【図３】
図２に示されたスワールディスクのスワール通路を図式的に示す図である。
【図４Ａ】
スワールディスクに配置されたダイヤフラムの第１実施例の機能を図式的に示す図である。
【図４Ｂ】
スワールディスクに配置されたダイヤフラムの第２実施例の機能を図式的に示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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