(57)【要約】本発明は、燃料噴射弁、特に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直接噴射するための高圧燃料噴射弁に関する。この燃料噴射弁は、当該燃料噴射弁の下流側の端部に弁座エレメント（２６）が設けられており、該弁座エレメント（２６）に、通流絞りとして働く孔付板（７０）が後置されていることによりすぐれている。弁座（２７）の上流側には、スワールエレメント（４７）が配置されており、このスワールエレメント（４７）によって、噴射されるべき燃料には旋回運動が付与される。弁座エレメント（２６）には、弁座（２７）の下流側で、細長い流出開口（３２）が形成されており、この流出開口（３２）は、弁座エレメント（２６）に固定された孔付板（７０）に設けられた開口（７３）に直接に開口している。流出開口（３２）の開口幅は、開口（７３）の、少なくとも最も狭い個所における開口幅よりも大きく形成されているので、開口（７３）で当該燃料噴射弁の静的な流量が調節可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁、特に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であって、弁長手方向軸線（８）と、アクチュエータ（１、２，１４，１８，１９）と、可動の弁部分（２０）とが設けられていて、該弁部分（２０）が、当該燃料噴射弁を開閉するために、固定の弁座（２７）と協働するようになっており、該弁座（２７）が、弁座エレメント（２６）に形成されており、さらに、弁座（２７）の上流側に配置されたスワールエレメント（４７）と、弁座（２７）の下流側で弁座エレメント（２６）に形成された流出開口（３２）とが設けられている形式のものにおいて、流出開口（３２）が、弁座エレメント（２６）に固定された孔付板（７０）に設けられた、正確に１つの整合する開口（７３）に直接に開口しており、弁座エレメント（２６）の流出開口（３２）の、流れ方向での長さが、孔付板（７０）の開口（７３）の長さよりも大きく形成されているとともに、弁座エレメント（２６）の流出開口（３２）の開口幅が、孔付板（７０）の開口（７３）の、少なくともその最も狭い個所における開口幅よりも大きく形成されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
孔付板（７０）の開口（７３）が円形の横断面を有していて、その全長にわたって一定の開口幅をもって形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
孔付板（７０）の開口（７３）が段付けされており、これによって該開口（７３）の開口幅が、全長にわたって開口幅が可変に形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
孔付板（７０）の開口（７３）の最も狭い開口幅が、弁座エレメント（２６）の流出開口（３２）寄りの側に位置しており、開口幅が下流側へ向かって増大している、請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
孔付板（７０）の開口（７３）の最も狭い横断面によって、当該燃料噴射弁の静的な流量が調節可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
弁座エレメント（２６）の流出開口（３２）が、弁長手方向軸線（８）の対して斜めに傾けられて延びている、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
孔付板（７０）が面法線を有していて、該面法線が弁長手方向軸線（８）に対して９０°とは異なる角度で延びるように孔付板（７０）が弁座エレメント（２６）に固定されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
弁座エレメント（２６）の下流側の端面に凹部（７１）が設けられており、該凹部（７１）内に孔付板（７０）が取り付けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
孔付板（７０）が前記凹部（７１）内に完全に没入されていて、この範囲で弁座エレメント（２６）の下流側の端面と同一平面に位置している、請求項８記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
孔付板（７０）が、電気メッキによる金属析出によって製造可能である、請求項１から９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】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の燃料噴射弁から出発する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許第３９４３００５号明細書に基づき、電磁的に操作可能な燃料噴射弁が既に公知である。この公知の燃料噴射弁では、座部範囲に複数の板形のエレメントが配置されている。磁気回路が励磁されると、フラットアーマチュアとして機能するフラットな弁プレートが、この弁プレートと協働する、向かい合って位置する弁座プレートから持ち上げられる。弁プレートと弁座プレートとは一緒になって、プレート弁部分を形成している。弁座プレートの上流側には、スワールエレメントが配置されており、このスワールエレメントは、弁座に流入して来る燃料に円形の旋回運動を付与する。弁プレートの軸方向ストロークは、弁座プレートとは反対の側でストッパプレートにより制限される。弁プレートは大きな遊びを持って、スワールエレメントにより取り囲まれる。すなわち、スワールエレメントは弁プレートのある程度の案内を引き受ける。スワールエレメントの下端面には、接線方向に延びる複数の溝が加工成形されており、これらの溝は外周面から出発して中心のスワールチャンバにまで達している。スワールエレメントの下端面が弁座プレートい載置されていることにより、前記溝はスワールチャンネルとして存在している。弁座プレートに加工成形された噴射開口は、その長さおよびその直径に関して噴射ジオメトリを規定しており、それゆえに噴射開口は極めて正確に加工成形されていなければならない。
【０００３】
さらに、欧州特許出願公開第０３５０８８５号明細書に基づき公知の燃料噴射弁では、弁座ボディが設けられている。この場合、軸方向に可動の弁ニードルに配置された弁閉鎖体が弁座ボディの弁座面と協働する。弁座面の上流側には、弁座ボディに設けられた切欠き内にスワールエレメントが配置されており、このスワールエレメントは弁座に向かって流れる燃料に円形の旋回運動を付与する。弁ニードルの軸方向ストロークはストッパプレートにより制限され、この場合、ストッパプレートは中央の開口を有しており、この開口は弁ニードルのある程度の案内のために働く。スワールエレメントの下端面には、接線方向に延びる複数の溝が加工成形されている。これらの溝は外周面を起点として、中心のスワールチャンバ内にまで達している。スワールエレメントの下端面が弁座ボディに載置されていることにより、前記溝はスワールチャンネルとして存在している。この公知の燃料噴射弁の場合にも、弁座ボディに形成された噴射開口の大きさが噴射ジオメトリを決定する。それゆえに、この噴射開口も極めて正確に形加工成形されていなければならない。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６０７２８６号明細書には、特に燃料噴射弁で使用するために適している孔付板を製造するための多層電気メッキ（Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｇａｌｖａｎｉｋ）が詳細に説明されている。種々の構造体を１回または複数回、電気メッキにより金属析出させて、一体の板を提供するような、孔付板製造のこのような製造原理は、明らかに本発明の開示内容に属している。
【０００５】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明による燃料噴射弁は、特に簡単に安価に製造可能であるという利点を有している。また、弁座エレメントに設けられた孔付板が極めて簡単にかつ確実に固定されることも有利である。孔付板は極めて簡単に、大きな個数で、単純でしかも種々異なる開口構造を持って正確に再現可能に製作することができる。孔付板は、製作および精密加工の点で極めて簡単に取扱い可能な構造部分である。本発明によれば、孔付板に、絞り機能を有する、流れを決定する開口横断面が加工成形されているので、弁座面の下流側で弁座エレメントの流出開口に対しては、寸法精度に関する高い要求を課さなくて済むので有利である。したがって、弁座エレメントは、その製作および加工の間に、従来の場合よりも著しく簡単に取扱い可能となる。
【０００６】
請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の燃料噴射弁の有利な改良が可能である。
【０００７】
極めて簡単に製作可能で、取扱い可能でかつ組付け可能な、通流絞りとして機能する孔付板を用いて、弁の静的流量が調節可能であることが有利である。
【０００８】
孔付板が、段付けされたか、または別形式で横断面を変えられた開口を有するように形成されていると特に有利である。この場合、開口の最も狭い区分が静的な流量を決定する。それに対して、開口の残りの長さを用いて、噴射される燃料の噴霧角度に理想的な影響を与えることができる。
【０００９】
孔付板がたとえば電気メッキによる金属析出によって製造されると、極めて簡単に任意の開口横断面を提供することができ、これによって噴流成形を極めて可変に行うことができる。
【００１０】
すなわち、弁座エレメントの流出開口の寸法精度に関して高い要求が課されることなく、孔付板の正確な開口輪郭を用いて、静的な流量、スプレー角度もしくは噴霧角度および噴流形状を極めて正確に調節することができる。
【００１１】
実施例の説明
図１に１実施例として例示した、火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁の形の電磁的に操作可能な弁は、電磁コイル１により少なくとも部分的に取り囲まれた、磁気回路のインナポールもしくは内側磁極として働く管形の、ほぼ円筒状のコア２を有している。この燃料噴射弁は特に、燃料を内燃機関の燃焼室内に直接噴射するための高圧噴射弁として適している。電磁コイル１の巻成体は、プラスチックから成る、たとえば段付けされたコイル枠体３により収容されている。このコイル枠体３は、コア２およびリング形の非磁性の中間部分４と相まって、電磁コイル１の範囲における燃料噴射弁の特にコンパクトでかつ短い構造を可能にしている。この場合、中間部分４は電磁コイル１によって部分的に取り囲まれていて、Ｌ形の横断面を備えている。
【００１２】
コア２内には、一貫して延びる長手方向開口７が設けられている。この長手方向開口７は弁長手方向軸線８に沿って延びている。磁気回路のコア２は燃料流入管片としても働く。この場合、長手方向開口７は燃料供給通路を成す。コア２には、電磁コイル１の上方で金属製の（たとえばフェライトの）外側のハウジング部分１４が固く結合されている。この外側のハウジング部分１４は、外極磁極（アウタポール）もしくは外側の導磁エレメントとして磁気回路を閉じていて、電磁コイル１を少なくとも周方向で完全に取り囲んでいる。コア２の長手方向開口７内には、流入側で燃料フィルタ１５が設けられている。この燃料フィルタ１５は、その大きさに基づいて噴射弁内で詰まりまたは損傷を引き起こす原因になり得るような燃料成分を濾別するために働く。燃料フィルタ１５は、たとえば圧入によるプレス嵌めによってコア２内に位置固定されている。
【００１３】
コア２はハウジング部分１４と共に、燃料噴射弁の流入側の端部を形成している。この場合、上側のハウジング部分１４は、たとえば軸方向下流側で見て、電磁コイル１を少しだけ超えて延びている。上側のハウジング部分１４には、管形の下側のハウジング部分１８が密にかつ固く続いている。この下側のハウジング部分１８は、たとえばプランジャもしくはアーマチュア１９と、ロッド形の弁ニードル２０とから成る軸方向可動の弁部分もしくは細長い弁座支持体２１を取り囲んでいるか、もしくは収容している。両ハウジング部分１４，１８は、たとえば環状の溶接シームにによって互いに固く結合されている。
【００１４】
図１に示した実施例では、下側のハウジング部分１８と、ほぼ管形の弁座支持体２１とが、ねじ締結により互いに固く結合されている；しかし、溶接、ろう接あるいは縁曲げも、可能な接合法である。ハウジング部分１８と弁座支持体２１との間のシールは、たとえばシールリング２２によって行われる。弁座支持体２１はその軸方向の延在長さ全体にわたって、内側の貫通開口２４を有しており、この貫通開口２４は弁長手方向軸線８に対して同心的に延びている。
【００１５】
弁座支持体２１の下端部２５は、貫通開口２４内に嵌め込まれたディスク形の弁座エレメント２６を取り囲んでいる。この弁座エレメント２６は、下流側に向かって円錐台形状に先細りになった弁座面２７を備えている。貫通開口２４内には、たとえばロッド形の、ほぼ円形の横断面を有する弁ニードル２０が配置されており、この弁ニードル２０の下流側の端部は弁閉鎖区分２８を有している。この、たとえば球面状または部分的に球面状に形成されたか、もしくは丸みを付けて形成されたか、または円錐状に先細になった弁閉鎖区分２８は、公知の形式で、弁座エレメント２６に設けられた弁座面２７と協働する。弁座面２７の下流側では、弁座エレメント２６に燃料のための少なくとも１つの流出開口３２が加工成形されている。
【００１６】
燃料噴射弁の操作は公知の形式で電磁的に行われる。しかし、励起可能な操作エレメントとしてピエゾアクチュエータも考えられる。また、制御されて圧力負荷されるピストンを介して行われる操作も考えられる。弁ニードル２０を軸方向に運動させ、ひいてはコア２の長手方向開口７内に配置された戻しばね３３のばね力に抗して噴射弁を開放するか、もしくは噴射弁を閉鎖するためには、電磁コイル１とコア２と両ハウジング部分１４，１８とアーマチュア１９とを備えた電磁的な磁気回路が働く。アーマチュア１９は弁ニードル２０の、弁閉鎖区分２８とは反対の側の端部に、たとえば溶接シームによって結合されていて、コア２へ方向付けられている。弁ニードル２０の軸方向運動時にこの弁ニードル２０をアーマチュア８と共に弁長手方向軸線８に沿って案内するためには、一方では弁座支持体２１の、アーマチュア１９寄りの端部に設けられた案内開口３４が働き、他方では弁座エレメント２６の上流側に配置されたディスク形の案内エレメント３５が働く。この案内エレメント３５はこの場合、ぴたりと合った寸法の案内開口５５を備えている。アーマチュア１９は軸方向運動の間、中間部分４によって取り囲まれている。
【００１７】
案内エレメント３５と弁座エレメント２６との間には、スワールエレメント４７が配置されている。これにより、３つのエレメント全て、つまり案内エレメント３５とスワールエレメント４７と弁座エレメント２６とは、直接に重なり合って位置していて、弁座支持体２１内に収容されている。これら３つのディスク形のエレメント３５，４７，２６は材料接続的（ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）に互いに固く結合されている（図２および図３の溶接点もしくは溶接シーム６０）。
【００１８】
弁ニードル２０の行程は、弁座エレメント２６の組込み位置により規定される。弁ニードル２０の一方の終端位置は、電磁コイル１が励磁されていない状態で、弁閉鎖区分２８が弁座エレメント２６の弁座面２７に当て付けられることによって規定されており、それに対して、弁ニードル２０の他方の終端位置は、電磁コイル１が励磁されている状態で、アーマチュア１９がコア２の下流側の端面に当て付けられることによって生ぜしめられる。後者の当接範囲における構造部分の表面は、たとえばクロムメッキされている。
【００１９】
電磁コイル１の電気的なコンタクト、ひいては電磁コイル１の励磁は、コンタクトエレメント４３を介して行われる。これらのコンタクトエレメント４３はさらに、コイル枠体３の外部で、これらのコンタクトエレメント４３を取り囲んで部分的に埋め込むように射出成形されたプラスチック射出成形体４４を備えている。プラスチック射出成形体４４は燃料噴射弁の別の構造部分（たとえばハウジング部分１４，１８）に被さるように延びていてもよい。プラスチック射出成形体４４からは、電気的な接続ケーブル４５が延びており、この接続ケーブル４５を介して電磁コイル１の通電が行われる。
【００２０】
図２は燃料噴射弁の第２の実施例が示されている。この場合、下流側の弁端部しか図示されていない。案内エレメント３５は、寸法正確な内側の案内開口５５を有しており、この案内開口５５を貫いて弁ニードル２０がその軸方向運動時に運動する。案内エレメント３５は外周面から、全周にわたって分配された複数の切欠き５６を有しており、これによって燃料流動が案内エレメント３５の外周に沿ってスワールエレメント４７内へ向かい、そしてさらに弁座面２７の方向へ向かう燃料流が保証されている。
【００２１】
図２に示した実施例では、弁座エレメント２６が環状のフランジ６４を有している。このフランジ６４は弁座支持体２１の下流側の端部２５に下方から係合している。環状のフランジ６４の上面６５は、１回のチャックで案内開口５５および弁座面２７と共に研削される。３ディスク型の弁ボディ、つまり案内エレメント３５とスワールエレメント４７と弁座エレメント２６とから成る弁ボディの押込みは、フランジ６４の上面６５が弁座支持体２１の端部２５に当て付けられるまで行われる。前記弁ボディの固定は、両構造部分２１，２６の当付け範囲で、たとえばレーザにより得られる溶接シーム６１によって行われる。流出開口３２は、たとえば弁長手方向軸線８に対して斜めに傾けられて加工成形されており、この場合、この流出開口３２は下流側で、突出した噴射範囲６６に通じている。
【００２２】
弁座エレメント２６の噴射範囲６６には、固有の開口構造を備えた薄い孔付板７０が設けられている。この孔付板７０は、たとえば弁座エレメント２６の噴射範囲６６の下流側の端面に設けられた凹部７１内に沈められて導入されていて、この端面と同一平面に位置している。孔付板７０は、とりわけ通流絞りの機能を有している。静的な流量は開口７３の大きさにより調節される。この場合、孔付板７０の内側の開口７３は、弁座エレメント２６の流出開口３２よりも小さな開口直径を有している。孔付板７０は、たとえば溶接シーム７２によって弁座エレメント２６に固定されている；しかし、縁曲げまたは位置固定リングを用いた固定も考えられる。孔付板７０は、たとえばその面法線が弁長手方向軸線８に対して９０°とは異なる角度を成すように取り付けられているので、弁長手方向軸線８に対する流出開口３２の傾斜の角度は、傾倒された孔付板７０に設けられた開口７３の傾斜の角度に相当している。こうして、流出開口３２の長手方向軸線と開口７３の長手方向軸線とは互いに合致する；すなわち、流出開口３２と開口７３とは互いに整合している。弁座エレメント２６に形成された管形の流出開口３２は、孔付板７０の開口７３の全長よりも大きな長さを有しており、この場合、両長さはたとえば３〜１０：１の比にあり、図示の実施例では約５：１である。
【００２３】
図２に示した実施例では、開口７３が一貫して円筒状の形状を有しており、それに対して、図３に示した実施例では段付けされた開口７３が設けられている。図３に示した孔付板７０の開口７３は、大小異なる幅の２つの区分、つまり上流側の狭い方の区分７５と、下流側の広い方の区分７６とを有している。少なくとも狭い方の区分７５は、弁座エレメント２６の流出開口３２よりも小さな開口直径を有している。開口７３の狭い方の区分７５は静的な流動量を規定するのに対して、少しだけ拡大された広い方の区分７６によって、理想的には、噴射された燃料の噴霧角度にさらに影響を与えることができる。
【００２４】
孔付板７０は、極めて簡単に大きな個数で、単純でしかも種々様々な開口構造をもって、正確に再現可能に製作することができる。本発明によれば孔付板７０には、絞り機能を備えた、流れを決定する開口横断面が持ち込まれているので、弁座面２７の下流側の弁座エレメント２６の流出開口３２では、寸法精度に対する高い要求が課されていないので有利である。したがって、弁座エレメント２６はその製作および加工の間、著しく簡単に取扱い可能となる。
【００２５】
理想的には、孔付板７０は「電気メッキによる金属析出」、特に多層電気メッキによって製作されている。図２に示した孔付板７０は単層の金属層から形成されているのに対して、図３に示した実施例には２つの層を有する孔付板７０が示されている。この場合、それぞれ一方の層はコンスタントな内側の開口輪郭７５，７６を特徴としており、これらの開口輪郭７５，７６は次の層において変化させらている。２層の孔付板７０は、たとえば金属により２つの層を互いに重なるように析出させることにより形成され得る。この場合、両層は互いに付着強固に結合されていて、つまり１つの構造部分を形成している。このテクノロジーを用いて、孔付板７０に、円形の輪郭とは異なった、たとえば３角形〜ｎ角形の、あるいはクローバ葉状などの、開口７３の形状を形成することもできる。こうして、このように形成された孔付板７０を用いて種々様々な噴流形を簡単に形成することができる。
【００２６】
深部リソグラフィによる電気メッキ技術的な製造に基づき、輪郭付与における特別な特徴が存在する。これらの特徴のうちの幾つかを簡単にまとめて列挙しておく：
−板面にわたって一定の厚さを備えた層、
−深部リソグラフィによる構造化に基づき、十分に垂直な切込みが層に形成され、これらの切込みが、それぞれ通流される中空室を形成する（製造技術に基づき、最適に垂直な壁に対して約３゜の偏差が生じ得る）、
−個々に構造化された金属層の多層構造に基づく切込みの所望のアンダカットおよびオーバラップ、
−十分に軸平行な壁を有する任意の横断面形状を備えた切込み、
−孔付板の一体の構成（その理由は、個々の金属析出が直接に連続的に行われることにある）。
【００２７】
しかし他方では、孔付板７０を打抜き・エンボス加工技術、浸食加工技術またはエッチング加工技術により製造することも考えられる。すなわち、たとえばレーザビーム穿孔、浸食加工または打抜き加工によっても、開口輪郭を極めて正確に１つの鋼薄板に加工成形することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
燃料噴射弁の第１の実施例を示す縦断面図である。
【図２】
燃料噴射弁の第２の実施例を示す断面図であり、ただし下流側の弁端部しか図示されていない。
【図３】
燃料噴射弁の第３の実施例を、図２と同様に下流側の弁端部でのみ示す断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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