(57)【要約】特に内燃機関の燃焼室へ燃料を直接に噴射するための燃料噴射弁（１）において、弁ニードル（３）を作動させるための可動子（１０）が設けられており、前記弁ニードル（３）の噴射側の端部が弁閉鎖体（４）を有しており、該弁閉鎖体が、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と一緒にシール座を形成している。前記弁座体（５）に結合されているか又は一体に形成された弁ニードルガイド（３１）には、スワールチャンバ（４３）に開口する複数の燃料通路（３５）が設けられている。スワールチャンバ（４３）内に発生したスワール流が１周方向で均質であるように燃料通路（３５）の数が設定されている。
2004510913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に内燃機関の燃焼室へ燃料を直接に噴射するための燃料噴射弁（１）において、弁ニードル（３）を作動させるための可動子（１０）が設けられており、前記弁ニードル（３）の噴射側の端部が弁閉鎖体（４）を有しており、該弁閉鎖体が、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と一緒にシール座を形成しており、前記弁座体（５）に結合されているか又は一体に形成された弁ニードルガイド（３１）に配置され且つスワールチャンバ（４３）に開口する複数の燃料通路（３５）が設けられている形式のものにおいて、
スワールチャンバ（４３）内に発生したスワール流が１周方向で均質であるように燃料通路（３５）の数が設定されていることを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
燃料通路（３５）の数が少なくとも１０である、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
燃料通路（３５）が、弁閉鎖体（４）を中空円筒形に取り囲む弁ニードルガイド（３１）に形成されている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
スワールチャンバ（４３）が、弁閉鎖体（４）、弁座体（５）及び弁ニードルガイド（３１）によって制限されている、請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
燃料通路（３５）が、１平面内で燃料噴射弁（１）の中心軸線（３７）に対して垂直方向で形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
燃料通路（３５）が環状の挿入部材（４０）に形成されている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
環状の挿入部材（４０）が弁座体（５）の第１の環状の切欠き（４１）に挿入可能である、請求項６記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
第１の環状の切欠き（４１）が弁座体（５）の流入側の端面（４４）に形成されている、請求項７記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
弁ニードル（３）が環状の挿入部材（４０）に係合しており且つ該挿入部材によって案内されている、請求項８記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
スワールチャンバ（４３）が第２の環状の切欠き（４２）によって形成されており、この第２の環状の切欠き（４２）の直径が第１の環状の切欠き（４１）の直径よりも小さい、請求項９記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
第２の環状の切欠き（４２）が、第１の環状の切欠き（４１）の流出側に配置されている、請求項１０記載の燃料噴射弁。
【請求項１２】
環状の挿入部材（４０）に設けられた燃料通路（３５）が、周方向で１列（３４）に配置されている、請求項６から１１までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１３】
環状の挿入部材（４０）に設けられた燃料通路（３５）が、周方向で複数の列（３４）に配置されている、請求項６から１２までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１４】
前記列（３４）が互いに同心的に配置されている、請求項１３記載の燃料噴射弁。
【請求項１５】
環状の挿入部材（４０）に設けられた燃料通路（３５）が、燃料噴射弁（１）の中心軸線（３７）に対して傾斜されている、請求項６から１４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出願公開第１９６２５０５９号明細書に基づき公知の燃料噴射弁は、燃料流入部から噴射開口への燃料の流路に複数の燃料通路を有しており、これらの燃料通路の横断面は、規定された燃料圧において単位時間毎に噴射される燃料量を規定する。噴射される雲状燃料における燃料配分に影響を及ぼすためには、前記燃料通路の少なくとも一部が、これらの燃料通路から流出する燃料噴流が噴射開口を通って直接に噴射されるように方向付けられている。
【０００３】
前記刊行物に基づき公知の燃料噴射弁における欠点は特に、燃料通路が１平面内で燃料の流れ方向に対して垂直方向で取り付けられており、つまり開口が円周上で、弁座体と結合された弁ニードルガイドを中心として配置されているという点にある。これにより、燃料噴射弁を通流する燃料量は、弁閉鎖体がシール座から持ち上がったときに十分正確に調量され得ない。
【０００４】
更に、完全燃焼のための理論的な要求を満たす、十分に均質な雲状燃料を発生させるためには、孔の数が不足している。このことは、付加的に燃料通路の大きな直径によって補強される。
【０００５】
発明の利点
これに対して請求項１の特徴部に記載の構成を有する本発明による燃料噴射弁は、燃料通路を通ってスワールチャンバに流入する燃料により生ぜしめられるスワール流が、調整手段無しで周方向で均質なままであり、しかもスワールチャンバの体積が、スワール流が燃料噴射弁のむだ時間の間も維持される程度に小さいという利点を有している。
【０００６】
請求項２以下に記載の手段に基づき、請求項１記載の燃料噴射弁の有利な改良が可能である。
【０００７】
特に有利には、極めて均質な雲状混合物のために多数の燃料通路が役立つ。
【０００８】
有利には、燃料通路は中空円筒形の弁ニードルガイドに形成されており、この弁ニードルガイドは弁座体と一体に形成されているか又は弁座体に結合されているので、弁ニードルの中心ずれ及び傾斜は防止される。
【０００９】
弁座体に挿入可能な環状の挿入部材における燃料通路の形成は特に簡単に製作可能であり且つ燃料噴射弁の任意の構成に適用可能である。それというのも、弁座体は挿入部材を収容するための１つの円筒形の切欠きしか有さなくてよいからである。
【００１０】
切欠きとして挿入部材の噴射側に形成されたスワールチャンバの形も有利である。この場合は体積が適当な旋削又は類似加工によって任意に選択されて要求に適合され得る。
【００１１】
実施例の説明
図２〜４に基づき本発明による燃料噴射弁１の実施例を詳しく説明する前に、まず本発明をより良く理解するために図１に基づき本発明による実施例の構成手段は別として既に公知の同じ構成の燃料噴射弁１の重要な構成部材に関して少し説明したい。
【００１２】
この公知の燃料噴射弁１は、混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁の形で構成されている。当該燃料噴射弁１は、特に燃料を内燃機関の燃焼室（図示せず）へ直接に噴射するために適している。
【００１３】
燃料噴射弁１は、内部に弁ニードル３の配置されたノズル体２から成っている。前記弁ニードル３は弁閉鎖体４と作用結合しており、この弁閉鎖体４は弁座体５に配置された弁座面６とシール座を形成するために協働する。燃料噴射弁１は、この実施例では内側に向かって開く燃料噴射弁１であり、この燃料噴射弁１は１つの噴射開口７を有している。ノズル体２はシール８によって磁気コイル１０の外部磁極９に対してシールされている。前記磁気コイル１０はコイルケーシング１１内に密閉されており且つ磁気コイル１０の内部磁極１３に接触しているコイル支持体１２に巻かれている。内部磁極１３と外部磁極９とは、ギャップ２６によって互いに分離されており且つ結合部材２９に支持されている。磁気コイル１０は導線１９を介して、電気的な差込みコンタクト１７を介して供給可能な電流によって励磁される。前記差込みコンタクト１７は、内部磁極１３と一体に射出成形されていてよいプラスチック外装射出成形部１８によって取り囲まれている。
【００１４】
弁ニードル３は、ディスク形に構成された弁ニードルガイド１４内を案内されている。行程調整のためには対応対の調整ディスク１５が役立つ。この調整ディスク１５の反対側には可動子２０が位置している。この可動子２０は第１のフランジ２１を介して摩擦接続的に弁ニードル３と結合しており、この弁ニードル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。この第１のフランジ２１には戻しばね２３が支持されており、この戻しばね２３は燃料噴射弁１のこの構成ではスリーブ２４によって予負荷状態にもたらされる。
【００１５】
弁ニードル３と溶接シーム３３を介して結合された第２のフランジ３１は下側の可動子ストッパとして働く。この第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の閉鎖時のチャタリングを防止する。
【００１６】
弁ニードルガイド１４内、可動子２０内及び弁座体４には、中心の燃料流入部１６を介して供給され且つフィルタエレメント２５によって濾過される燃料を噴射開口７へ導く燃料通路３０ａ〜３０ｃが延在している。燃料噴射弁１は、シール２８によって燃料導管（図示せず）に対してシールされている。
【００１７】
燃料噴射弁１の休止状態では、可動子２０は戻しばね２３によって行程方向とは逆方向で、弁閉鎖体４が弁座６に密着して保持されるように負荷される。磁気コイル１０が励磁されると、この磁気コイル１０は可動子２０を戻しばね２３のばね力に抗して行程方向で運動させる磁界を形成する。この場合、行程は休止位置において内部磁極１２と可動子２０との間に位置する作業ギャップ２７によって規定されている。可動子２０は、弁ニードル３と溶接されたフランジ２１をやはり行程方向で連行する。弁ニードル３と作用結合状態にある弁閉鎖体４が弁座面６から持ち上がり、燃料通路３０ａ〜３０ｃを介して噴射開口７へ案内された燃料が噴射される。
【００１８】
コイル電流が遮断されると、可動子２０は磁界が十分に減少された後に戻しばね２３の圧力によって内部磁極１３から降下し、これにより、弁ニードル３と作用接続しているフランジ２１が行程方向とは逆方向で運動する。これにより、弁ニードル３が同一方向で運動されるので、弁閉鎖体４が弁座面６に載着して燃料噴射弁１が閉じられる。
【００１９】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００２０】
図２Ａには、本発明による燃料噴射弁１の第１実施例の部分断面図が示されている。図示の部分は、図１に符号ＩＩＡで示されている。
【００２１】
図２Ａに示した燃料噴射弁１の噴射側の部分には、弁座体５の挿入されたノズル体２が示されている。前記弁座体５には少なくとも１つの噴射開口７が形成されている。弁座体５はノズル体２と溶接シーム４５を介して結合されている。
【００２２】
弁座体５は、環状の挿入部材４０が挿入された環状の切欠き４１を有している。前記の環状の挿入部材４０には、複数の燃料通路３５が形成されている。この第１実施例では、前記燃料通路３５は互いに同心的に配置されたリングを形成する２つの列３４で配置されている。この場合、燃料通路３５はそれぞれ半径方向で相前後して配置されているか、又は周方向で互いにずらされて配置されていてもよい。
【００２３】
第１の環状の切欠き４１の流出側には、スワールチャンバ４３を形成する第２の環状の切欠き４２が形成されている。環状の挿入部材４０に設けられた燃料通路３５は、それぞれ前記スワールチャンバ４３に開口している。即ち、前記燃料通路３５は第１の環状の切欠き４１が形成された弁座体５の流入側の端面からスワールチャンバ４３まで延びている。
【００２４】
所要の調量精度を達成するためには、燃料通路３５が例えば１００μｍよりも小さな直径、特に７０μｍよりも小さいか又は７０μｍの極めて小さな直径を有しているのが望ましい。このような小口径の孔の製作は、例えばレーザ加工によって行うことができる。
【００２５】
燃料通路３５は、弁座体５の流入側の端面４４に対して平行に延びる平面に対して、所定の角度αで噴射方向で傾斜されている。この傾斜角度αは、例えば環状の挿入部材４０の軸方向の直径を相応に適合させることによってつけられる。燃料通路を通流する燃料にスワールを付与するためには、当該燃料通路３５が燃料噴射弁１の中心軸線３７に対する接線方向成分を有している。燃料通路３５を通流した後に燃料はスワールチャンバ４３に集まり、１周方向でスワール流を生ぜしめる。燃料通路３５が多ければ多い程、スワール流はより均質になり且つ２つの噴射サイクル間の燃料噴射弁１のむだ時間に発生する損失がより少なくなる。弁ニードル３が１行程方向でシール座から持ち上がると直ちに、スワールを有する燃料は噴射開口７を通って内燃機関の燃焼室（図示せず）へ噴射される。
【００２６】
図２Ｂには、図２Ａで示した本発明による燃料噴射弁１の第１実施例のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った概略断面図が示されている。図２Ｂに図示した実施例では、燃料通路３５は２つの列３４で配置されており、この場合、前記燃料通路３５は１周方向で互いにずらされて２つの列３４に配置されている。燃料通路３５は、例えば１００μｍ〜７０μｍの間の極めて小さな直径を有している。燃料通路３５の数ｎは、安定性の要求によってのみ制限されている。つまり、２つの隣接した燃料通路３５間には、少なくともこれらの燃料通路の直径と同じ幅のウェブが残っていなければならない。有利には少なくとも１０本の燃料通路３５、更に有利には少なくとも５０本の燃料通路、殊に有利には少なくとも１００本の燃料通路が設けられている。
【００２７】
図３Ａには、本発明による燃料噴射弁１の第２実施例のやはり図１の範囲ＩＩＡの概略断面図が示されている。
【００２８】
図３Ａの実施例では、弁座支持体５が中空円筒形の弁ニードルガイド３１を有しており、この弁ニードルガイド３１は弁座体５と一体に形成されているか、又は弁座体５に例えばろう接、溶接又は類似の方法によって結合されている。当該の弁ニードルガイド３１は、この弁ニードルガイド３１の半径方向外側３６から弁ニードルガイド３１の半径方向内側に向かって延びる複数の燃料通路３５を有している。これらの燃料通路３５は複数の列３４で配置されている。この第２実施例では、４つの列３４が設けられている。弁ニードルガイド３１内では弁閉鎖体４が案内されている。この場合、この弁閉鎖体４は弁ニードルガイド３１の内壁３８に、少なくとも１本の周方向のガイドライン３３を以て接触する。この実施例では弁閉鎖体４は球形に構成されている。
【００２９】
燃料噴射弁１が作動すると、燃料は弁ニードルガイド３１の半径方向外側３６から燃料通路３５を通って弁ニードルガイド３１の半径方向内側３９へ流れ、そこからシール座を介して噴射開口７へ流入する。この場合、燃料通路３５は有利には例えば前記ガイドライン３３によって規定される平面に対して平行に向けられている。弁閉鎖体４と弁ニードルガイド３１の内壁３８と弁座面６との間にはスワールチャンバ４３が形成されている。このスワールチャンバ４３は、例えば該スワールチャンバ４３の体積を減らすために球形シェル状に構成されていてよい。
【００３０】
燃料噴射弁１が作動すると、燃料通路３５を通って噴射開口７に向かって流れる燃料がスワール流をスワールチャンバ４３内に生ぜしめる。少なくとも４つの列３４に配置された多数の燃料通路３５に基づき、２つの噴射サイクル間の燃料噴射弁１のむだ時間の間も止まない、大体において均質なスワール流が生ぜしめられる。
【００３１】
図３Ｂには、本発明による燃料噴射弁１の第２実施例の、図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿った概略断面図が示されている。
【００３２】
図３Ａに示した断面は、燃料通路３５の１つの列３４に沿って位置している。図３Ｂには、周方向で弁ニードルガイド３１に４つの列３４で配置された全ての燃料通路３５の代理で、第１の四分円及び第３の四分円に各４本の燃料通路３５が描かれている。スワールを発生させるためには、燃料通路３５はやはり燃料噴射弁１の中心軸線３７に対して接線方向の成分を有している。燃料通路３５は、弁ニードルガイド３１の半径方向内側３９でスワールチャンバ４３に開口している。多数の燃料通路３５に基づき、この第２実施例でも大体において均質なスワール流が周方向で生ぜしめられる。
【００３３】
図３Ｃには、図３ＡのＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ線に沿った概略断面図が示されている。既に上で詳しく述べたように、燃料通路３５はスワール発生のために燃料噴射弁１の中心軸線３７に対して接線方向の成分を有しているので、図３Ｃの燃料通路３５の横断面は楕円形に見える。この場合、燃料通路３５の接線方向の成分の方向付けは、各列３４がそれぞれ他の列３４に対して合成的に方向付けられている。
【００３４】
図４Ａには、本発明による燃料噴射弁１の第３実施例の、やはり図１の範囲ＩＩＡの概略断面図が示されている。
【００３５】
この実施例の重要な構成部材は、図２Ａに示した第１実施例と同じである。この第１実施例とは異なり、弁座体５の流入側の端面４４に形成された第１の切欠き４１における環状の挿入部材４０は、周方向で配置された燃料通路３５を１つの列３４しか有していない。これらの燃料通路３５は第１実施例と同様に所定の角度αで、弁座体５の流入側の端面４４によって規定される平面に対して傾斜されている。燃料通路３５は、第２の切欠き４２によって弁座体５に形成されるスワールチャンバ４３に開口している。第１実施例とは異なり、燃料通路３５はこれらの燃料通路３５の数の減少を考慮するために、比較的大きな直径を有している。通流する燃料量はそれぞれ等しいので、燃料通路３５の横断面積と数との積もやはり等しい。
【００３６】
図４Ｂには、本発明による燃料噴射弁１の図４Ａに図示した第３実施例の平面図が示されている。環状の挿入部材４０に設けられた個々の燃料通路３５がやはり代理で図示されている。これらの燃料通路３５もやはりスワール流を発生させるために、燃料噴射弁の中心軸線３７に対して接線方向の成分を有している。図４Ｂに示したように、燃料通路３５は弁座体５の流入側の端面によって規定される平面に対して所定の角度αで傾斜されている。
【００３７】
上で説明した全ての実施例に共通しているのは、これらの実施例が大きな数ｎの燃料通路３５を有しているということである。この場合、前記の数ｎは少なくとも１０であるが、有利にはこれよりも著しく多く、例えば５０又は１００又はそれ以上である。この場合、燃料通路３５の大きな数ｎは複数の利点を有している。即ち、一方では大きな数ｎに基づき、燃料通路３５の直径の精度に対して高い要求が課されずに済む。場合によっては生じ得る製作過程における不正確性は、前記の大きな数ｎによってやはり平均される。それというのも、統計的に見ると比較的大きな燃料通路３と同じくらい比較的小さな燃料通路３５が存在するからである。統計的な平均値が所望の直径に近いのなら十分である。
【００３８】
他方では、燃料通路３５の数ｎの増大に基づきスワール流が徐々に均一になるのに対して、燃料通路３５が少ない場合は燃料の局所的な淀み、即ち「束」が発生し、このことは特に混合気圧縮型の火花点火式の内燃機関の燃焼室に燃料を直接に噴射する場合に防止されるべきである。前記のことは特に、スワールチャンバ４３の大きな体積によっても助成される。それというのも、このスワールチャンバ４３内の燃料は、２つの噴射サイクル間の燃料噴射弁１のむだ時間の間は静止してしまい、次の噴射サイクルで再び回転されねばならないからである。これにより、噴射サイクル開始時に量的に強すぎる燃料噴射が生ぜしめられる一方で、その後は比較的少ない燃料又は極端に少ない燃料が噴射される。このことは、本発明による小さなスワールチャンバ体積及び燃料通路３５の大きな数ｎに基づき防止される。
【００３９】
本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、例えば圧電アクチュエータ又は磁気ひずみアクチュエータ１０を備えた燃料噴射弁１及び燃料通路３５の列３４の任意の配置形式に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来技術に基づく燃料噴射弁の１実施例の概略縦断面図である。
【図２Ａ】
本発明による燃料噴射弁の、図１に示した範囲ＩＩＡの第１実施例の概略断面図である。
【図２Ｂ】
図２Ａに示した第１実施例の、図２ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った概略断面図である。
【図３Ａ】
本発明による燃料噴射弁の、図１に示した範囲ＩＩＡの第２実施例の概略断面図である。
【図３Ｂ】
図３Ａに示した第２実施例の、図３ＡのＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った概略断面図である。
【図３Ｃ】
図３図１に示した範囲ＩＩＡの第２実施例の概略断面図である。のＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ線に沿った概略断面図である。
【図４Ａ】
本発明による燃料噴射弁の、図１に示した範囲ＩＩＡの第３実施例の概略断面図である。
【図４Ｂ】
図４Ａに示した本発明による燃料噴射弁の第３実施例の平面図である。
【符号の説明】
１　燃料噴射弁、　２　ノズル体、　３　弁ニードル、　４　弁閉鎖体、　５　弁座体、　６　弁座面、　７　噴射開口、　８，２８　シール、　９　外部磁極、　１０　電磁コイル、　１１　コイルケーシング、　１２　コイル支持体、　１３　内部磁極、　１４　弁ニードルガイド、　１５　調整ディスク、　１６　燃料流入部、　１７　差込みコンタクト、　１８　プラスチック外装射出成形部、　１９　導線、　２０　可動子、　２１　第１のフランジ、　２３　戻しばね、　２４　スリーブ、　２５　フィルタエレメント、　２６　ギャップ、　２７　作業ギャップ、　２９　結合部材、　３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３５　燃料通路、　３３，４５　溶接シーム、　３４　列、　３７　中心軸線、　３８　内壁、　４０　挿入部材、　４１，４２　切欠き、　４３　スワールチャンバ、　４４　端面
【国際公開パンフレット】
2004510913.tif 000003
2004510913.tif 000004
2004510913.tif 000005
2004510913.tif 000006
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2004510913.tif 000023
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004510913.tif 000024
2004510913.tif 000025
【国際調査報告】
2004510913.tif 000026
2004510913.tif 000027
2004510913.tif 000028
2004510913.tif 000029
2004510913.tif 000030
2004510913.tif 000031