(57)【要約】特に燃料を内燃機関の燃焼室内に直接噴射するための燃料噴射弁（１）はアクチュエータ（１０）を有している。該アクチュエータ（１０）は弁ニードル（３）に作用結合されている。この場合、該弁ニードル（３）はその噴射側の端部に弁閉鎖体（４）を有している。該弁閉鎖体（４）は、弁座体（５）に形成されている弁座面（６）と協働してシール座を形成している。さらに、渦流発生板（３６）が設けられている。該渦流発生板（３６）には渦流発生通路（３８）が形成されている。渦流発生板（３６）は延長部（３９）を有している。該延長部（３９）は、渦流発生板（３６）によって発生させられる渦流の接線方向成分が可変であるように突起板（３７）と協働する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に燃料を内燃機関の燃焼室内に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、該アクチュエータ（１０）が、弁ニードル（３）に作用結合されており、該弁ニードル（３）が、その噴射側の端部に弁閉鎖体（４）を有しており、該弁閉鎖体（４）が、弁座体（５）に形成されている弁座面（６）と協働してシール座を形成しており、さらに、渦流発生板（３６）が設けられており、該渦流発生板（３６）に渦流発生通路（３８）が形成されている形式のものにおいて、
渦流発生板（３６）が、延長部（３９）を有しており、該延長部（３９）が、突起板（３７）と協働するようになっており、これによって、渦流発生板（３６）により発生させられる渦流の接線方向成分が可変であることを特徴とする、燃料噴射弁。
【請求項２】
延長部（３９）が、渦流発生板（３６）のメインボディ（４８）に弾性的に結合されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
延長部（３９）が、その端部（４０）に突出部（４１）を有している、請求項１または２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
突起板（３７）が、湾入部（４２）を外縁部（４３）に有している、請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
延長部（３９）の突出部（４１）が、突起板（３７）の湾入部（４２）内に係合するようになっている、請求項４記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
弁ニードル（３）が、突起板（３７）を該突起板（３７）の切欠き（４４）を通って貫通している、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】
弁ニードル（３）が、動力を伝達するようにかつ形状接続的に突起板（３７）に結合されている、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】
弁ニードル（３）が、突起板（３７）との、動力を伝達する結合のために少なくとも一方の側に扁平加工部（４５）を有している、請求項７記載の燃料噴射弁。
【請求項９】
弁ニードル（３）が、該弁ニードル（３）の長手方向軸線（４６）を中心として回動可能である、請求項５記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
突起板（３７）が、弁ニードル（３）の回動によって延長部（３９）の位置に対して相対的に種々異なる位置に運動可能である、請求項９記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
延長部（３９）の端部（４０）に設けられた突出部（４１）が、当該燃料噴射弁（１）の部分負荷運転での最小位置で突起板（３７）の湾入部（４２）内に係合している、請求項１０記載の燃料噴射弁。
【請求項１２】
延長部（３９）の端部（４０）に設けられた突出部（４１）が、当該燃料噴射弁（１）の全負荷運転での最大位置で突起板（３７）の外縁部（４３）に接触している、請求項１１記載の燃料噴射弁。
【請求項１３】
燃焼室内に噴射される混合気クラウドの開き角度（α）が、最小位置において最大位置よりも小さく設定されている、請求項１１または１２記載の燃料噴射弁。
【請求項１４】
延長部（３９）の最小位置と最大位置との間の調節角度（ε）が０゜〜３０゜である、請求項１１または１２記載の燃料噴射弁。
【請求項１５】
延長部（３９）が、最小位置で渦流発生通路（３８）の軸線（５２）と初期渦流発生角度（δ０）を成している、請求項１から１４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１６】
最小位置での初期渦流発生角度（δ０）が０゜〜４５゜にある、請求項１５記載の燃料噴射弁。
【請求項１７】
初期渦流発生角度（δ０）と調節角度（ε）との総和が、全渦流発生角度（δ）を成しており、該全渦流発生角度（δ）が、０゜〜７５゜の角度範囲にある、請求項１６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部に記載した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１９７３６６８２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直接噴射するための燃料噴射弁が公知である。この公知の燃料噴射弁はその下流側の端部に案内・座領域を有している。この案内・座領域は板状の３つのエレメントによって形成される。この場合、渦流発生エレメントが案内エレメントと弁座エレメントとの間に埋め込まれている。案内エレメントは、この案内エレメントを貫通する軸方向に運動可能な弁ニードルを案内するために働くのに対して、弁ニードルの弁閉鎖区分は弁座エレメントの弁座面と協働する。渦流発生エレメントは内側の開口領域を有している。この開口領域は複数の渦流発生通路を備えている。これらの渦流発生通路は渦流発生エレメントの外側の周面に接続されてない。開口領域は全て渦流発生エレメントの軸方向の厚さにわたって完全に延びている。
【０００３】
上述した印刷物に基づき公知の燃料噴射弁における欠点は、特に不変に生ぜしめられた渦流発生角度にある。この渦流発生角度は内燃機関の種々異なる運転状態、たとえば部分負荷運転および全負荷運転に適合することができない。これによって、噴射される混合気クラウドのコーン開き角度αも種々異なる運転状態に適合することができない。これによって、燃焼時の不均質性、高められた燃料消費率ならびに高められた排ガスエミッションが生ぜしめられる。
【０００４】
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弁は従来のものに比べて、渦流が燃料噴射弁の運転状態に関連して調整可能であるという利点を有している。これによって、燃料噴射弁の運転状態に適合された噴流パターンを発生させることができる。これによって、混合気形成ならびに燃焼法を最適化することができる。
【０００５】
特に渦流発生構成要素の単純な構造が有利である。この渦流発生構成要素は従来の渦流調整手段に比べて、簡単に製作可能な突起板の分だけしか拡張されない。
【０００６】
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燃料噴射弁の有利な構成が可能となる。
【０００７】
さらに、突起板と協働する突出部を備えた延長部が渦流発生板に弾性的に一体に結合されていると有利である。この渦流発生板は、たとえば金属シートからの打抜き加工によって簡単に製作可能である。
【０００８】
有利には、突起板は、渦流発生板の延長部が、選択可能な角度範囲内で無段階に調整可能であるように成形されている。これによって、任意の渦流発生角度を生ぜしめることができる。
【０００９】
さらに、突起板が、回動可能に支承された弁ニードルを介して調節可能であると有利である。この場合、弁ニードル回動は弁群の上方の単純な制御装置によって励起することができる。
【００１０】
簡単な組付けならびに十分に連続した構成部材を使用するという可能性も有利である。
【００１１】
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。
【００１２】
図２〜図５につ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、本発明を理解しやすくするために、まず本発明による燃料噴射弁１の主要な構成部材を図１の全体図につき簡単に説明することにする。
【００１３】
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に用いられる燃料噴射弁１の形で形成されている。この燃料噴射弁１は、特に燃料を内燃機関の燃焼室（図示せず）内に直接噴射するために適している。
【００１４】
燃料噴射弁１はノズルボディ２を有している。このノズルボディ２内には弁ニードル３が配置されている。この弁ニードル３は弁閉鎖体４に作用結合されている。この弁閉鎖体４は、弁座体５に配置された弁座面６と協働してシール座を形成している。燃料噴射弁１は、本実施例では、内方に開放する燃料噴射弁１である。この燃料噴射弁１は１つの噴射開口７を有している。ノズルボディ２はシール部材８によって電磁コイル１０の外側磁極９に対してシールされている。電磁コイル１０はコイルハウジング１１内に封入されていて、コイル枠体１２に巻き付けられている。このコイル枠体１２は電磁コイル１０の内側磁極１３に接触している。この内側磁極１３と外側磁極９とはギャップ２６によって互いに分離されていて、結合構成部材２９に支持されている。電磁コイル１０は線路１９を介して、電気的な差込みコンタクト１７により供給可能な電流によって励磁される。差込みコンタクト１７はプラスチック被覆体１８によって取り囲まれている。このプラスチック被覆体１８は内側磁極１３を取り囲むように射出成形されていてよい。
【００１５】
弁ニードル３は弁ニードル案内部材１４内に案内されている。この弁ニードル案内部材１４は板状に形成されている。行程調整のためには、弁ニードル案内部材１４と対を成す調整板１５が使用される。この調整板１５の他方の側には可動鉄心もしくはプランジャ２０が位置している。このプランジャ２０は第１のフランジ２１を介して、動力が伝達されるように弁ニードル３に結合されている。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が支持されている。この戻しばね２３には、燃料噴射弁１の図示の構造において、スリーブ２４によって予荷重もしくはプレロードがかけられる。
【００１６】
弁ニードル３に溶接シーム３３を介して結合されている第２のフランジ３１は下側のプランジャストッパとして働く。第２のフランジ３１に載置している弾性的な中間リング３２は燃料噴射弁１の閉鎖時の衝突を回避している。
【００１７】
シール座の流入側には、案内板３５と、渦流発生板３６と、突起板３７とから成る渦流発生エレメント３４が配置されている。この渦流発生エレメント３４は燃料噴流の渦流調整のために働く。この渦流調整は燃料噴射弁１の運転状態に関連している。この場合、燃料噴射弁１を通流した燃料は部分負荷運転でより僅かな渦流を獲得する。これによって、噴流開き角度αが小さく保たれるのに対して、全負荷運転では、より大きな渦流によって、より大きな噴流開き角度αをも獲得することができる。これに相応して、混合気をよりリッチにまたはよりリーンに保つことができる。これによって、最適な燃焼を獲得することができる。渦流発生エレメント３４と、この渦流発生エレメント３４の機能とは、図２〜図５に詳しく説明してある。
【００１８】
弁ニードル案内部材１４と、プランジャ２０と、案内板３５とには燃料通路３０ａ，３０ｂ，３０ｃ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、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はシール部材２８によって燃料管路（図示せず）に対してシールされている。
【００１９】
燃料噴射弁１の休止状態では、プランジャ２０が戻しばね２３によってプランジャ２０の持上り方向とは逆方向で負荷される。この場合、弁閉鎖体４は弁座面６に密に当て付けられた状態で保持される。電磁コイル１０の励磁時には、この電磁コイル１０が磁界を形成する。この磁界はプランジャ２０を戻しばね２３のばね力に抗して持上り方向に運動させる。この場合、行程は、休止位置で内側磁極１３とプランジャ２０との間に位置する作業ギャップ２７によって設定されている。プランジャ２０は、弁ニードル３に溶接されているフランジ２１を同じく持上り方向に連行する。弁ニードル３に作用結合されている弁閉鎖体４が弁座面６から持ち上がり、燃料が噴射される。
【００２０】
コイル電流が遮断されると、磁界の十分な減少の後、プランジャ２０が戻しばね２３の押圧によって内側磁極１３から降下する。これによって、弁ニードル３に作用結合されているフランジ２１が持上り方向とは逆方向に運動させられる。これによって、弁ニードル３が同じ方向に運動させられる。これによって、弁閉鎖体４が弁座面６に載置し、燃料噴射弁１が閉鎖される。
【００２１】
図２には、図１に示した、本発明により形成された燃料噴射弁１の噴射側の端部が拡大した部分図で示してある。この部分は図１に符号ＩＩで示してある。この場合、同じ構成部材は、合致する符号を備えている。
【００２２】
案内板３５と、渦流発生板３６と、この渦流発生板３６と案内板３５との間に配置された突起板３７とから成る渦流発生エレメント３４は、回動可能に支承された弁ニードル３によって貫通される。この場合、突起板３７は案内板３５の流出側の切欠き５０内に配置されていて、動力を伝達するようにかつ形状接続的（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）に弁ニードル３に結合されている。案内板３５と渦流発生板３６とは溶接シーム４９によって互いに結合されていて、弁座体５に結合されている。
【００２３】
案内板３５は燃料通路３０ｃによって、流入した燃料を渦流発生板３６に引き続き案内する。この渦流発生板３６は渦流発生通路３８を有している。これによって、燃料は、渦流発生板３６を半径方向外側から半径方向内側に通流するように供給される。この場合、燃料は渦流を獲得する。この渦流は渦流発生角度δに関連している。この渦流発生角度δに関しては、図４につき詳しく説明することにする。燃料は渦流発生通路３８からシール座に流れて、噴射開口７を介して内燃機関の燃焼室（図示せず）内に噴射される。この場合、この燃焼室内に噴射される円錐形のもしくはコーン状の混合気クラウドの開き角度αは渦流ひいては渦流発生角度δに関連している。
【００２４】
図３Ａおよび図３Ｂには、２つの混合気クラウド５１が著しく概略的に示してある。両混合気クラウド５１は、燃料噴射弁１の互いに異なる運転状態において、化学量論的な混合気配分ひいては最適な燃焼を保証している。
【００２５】
この場合、図３Ａには、燃料噴射弁１によって部分負荷下で噴射されなければならない混合気クラウド５１が示してある。この場合、コーン開き角度αは比較的小さく設定されていて、図示の例では１１゜である。これによって、部分負荷下では混合気クラウド５１がややリッチであり、したがって、燃焼室の一部しか、点火可能な燃料・空気混合物で充填されていないのに対して、燃焼室の残りの部分はリーンな混合気で充填されていることが達成される。
【００２６】
これに対して図３Ｂには、全負荷運転のために必要となる混合気クラウド５１が示してある。この場合、コーン開き角度αは著しく大きく設定されていて、図示の例では約４８゜である。この大きな開き角度αによって、噴射された燃料は燃焼室容積全体に均一に分配されるので、全負荷下では燃焼室の全ての容量が燃焼のために使用される。
【００２７】
図４には、本発明により形成された燃料噴射弁１の第１実施例の渦流発生板３６の概略的な平面図ならびに突起板３７の概略的な部分断面図が示してある。この場合、渦流発生板３６は全体的に図示してあるのに対して、突起板３７は、より容易な説明のために部分的にしか図示していない。
【００２８】
この場合、渦流発生板３６はメインボディ４８と多数の延長部３９とから成っている。これらの延長部３９は、図示の実施例では、たとえば打抜き加工によって渦流発生板３６のメインボディ４８と一体に形成されている。延長部３９の数は図示の実施例では６つである。
【００２９】
内燃機関の部分負荷状態に相当する最小状態では、延長部３９の端部４０に形成されている上方に曲げられた突出部４１が突起板３７の湾入部４２内に係合している。これによって、初期渦流発生角度δ０が規定される。この初期渦流発生角度δ０は０゜〜４５゜にあり、図３Ａに示した、燃焼室内に噴射される混合気クラウド５１を発生させるために十分となる渦流を燃料に付与する。
【００３０】
内燃機関が全負荷状態に移行することによって運転状態が変化させられると、上述したように、小さな開き角度αではもはや不十分となる。この開き角度αを拡大させるためには、渦流発生角度δも拡大させられなければならない。このことは、突起板３７の位置が延長部３９に対して相対的に回動させられ、これによって、延長部３９が半径方向で、選択可能な調節角度εだけ半径方向外向きに押圧されることによって達成される。これによって、初期渦流発生角度δ０が調節角度εだけ拡大させられる。これによって、燃料のカーブが渦流発生板３６で半径方向外向きにずらされ、したがって、開き角度αが拡大させられる。調節角度εが０゜〜３０゜であると有利である。したがって、渦流発生角度δは０゜〜７５゜の角度範囲にある。
【００３１】
破線で図示した延長部３９ａは、内燃機関の全負荷運転に対する最大位置を図示している。このためには、突起板３７が、回動可能に支承された、制御装置（図示せず）により制御可能な弁ニードル３によって回動させられる。弁ニードル３と突起板３７との間の、動力を伝達するようなかつ形状接続的な結合を保証するためには、弁ニードル３が少なくとも一方の側に扁平加工部４５を有している。この扁平加工部４５は、突起板３７の、対応する構造部４５ａと協働する。これによって、弁ニードル３の回動時に突起板３７が連行され、したがって、この突起板３７の位置が延長部３９に対して回動させられる。
【００３２】
この場合、突起板３７は、内燃機関の種々異なる運転状態で噴射される混合気クラウド５１に課せられる要求に対応することができるようにするために、図示の第１実施例のような単純な鋸歯プロフィルを有していてもよいし、たとえば段部、より小さな湾入部４２およびより大きな湾入部４２を備えて種々異なる形式で形成されていてもよい。
【００３３】
図５Ａおよび図５Ｂには、内燃機関の互いに異なる２つの運転状態での本発明による燃料噴射弁１の別の実施例が部分的な平面図もしくは断面図で示してある。
【００３４】
図５Ａには、部分負荷運転のために適した切換位置が示してある。図示の第２実施例では、それぞれ渦流発生通路３８の両側に形成されている延長部３９の、突出した突出部４１が突起板３７の湾入部４２内に係合している。この場合、初期渦流発生角度δ０と渦流発生角度δとはほぼ０゜であるので、渦流発生板３６を通流した燃料はほぼ渦流なしに噴射される。
【００３５】
この場合、渦流発生通路３８の半径方向の長さは図示の実施例では種々異なっている。この場合、第２の各渦流発生通路３８は別の渦流発生通路３８よりもやや短く寸法設定されている。これによって、混合気クラウド５１の集束性（Ｓｔｒａｅｈｎｉｇｋｅｉｔ）および化学量論をモデリングすることができる。
【００３６】
図５Ｂには、図５Ａと同じ図で全負荷運転のために適した切換位置が示してある。延長部３９の、突出した突出部４１は突起板３７の外縁部４３に接触している。これによって、調節角度εもしくは渦流発生角度δが拡大させられるので、渦流発生板３６を通流した燃料は、混合気クラウド５１の開き角度αの拡大で生ぜしめられた渦流を備えて噴射される。
【００３７】
本発明は図示の実施例に限定されておらず、たとえば多孔燃料噴射弁１、任意のアクチュエータ１０を備えた燃料噴射弁１または種々異なる数のかつ方向付けの渦流発生通路３８を有する渦流発生板３６を備えた燃料噴射弁１のためにも適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁の実施例の概略的な断面図である。
【図２】
図１に領域ＩＩで示した、本発明による燃料噴射弁の噴射側の端部の概略的な断面図である。
【図３Ａ】
本発明により形成された燃料噴射弁によって部分負荷運転状態で発生させられた噴流角度αの概略図である。
【図３Ｂ】
本発明により形成された燃料噴射弁によって全負荷運転状態で発生させられた噴流角度αの概略図である。
【図４】
本発明による燃料噴射弁の渦流発生構成要素の第１実施例の部分的に断面した概略図である。
【図５Ａ】
本発明による燃料噴射弁の部分負荷運転状態での渦流発生構成要素の第２実施例の部分的に断面した概略図である。
【図５Ｂ】
本発明による燃料噴射弁の全負荷運転状態での渦流発生構成要素の第２実施例の部分的に断面した概略図である。
【符号の説明】
１  燃料噴射弁、  ２  ノズルボディ、  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  シール部材、  ９  外側磁極、  １０  電磁コイル、  １１  コイルハウジング、  １２  コイル枠体、  １３  内側磁極、  １４  弁ニードル案内部材、  １５  調整板、  １６  燃料供給部、  １７  差込みコンタクト、  １８  プラスチック被覆体、  １９  線路、  ２０  プランジャ、  ２１  フランジ、  ２２  溶接シーム、  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、  ２８  シール部材、  ２９  結合構成部材、  ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  燃料通路、  ３１  フランジ、  ３２  中間リング、  ３３  溶接シーム、  ３４  渦流発生エレメント、  ３５  案内板、  ３６  渦流発生板、  ３７  突起板、  ３８  渦流発生通路、  ３９  延長部、  ３９ａ  延長部、  ４０  端部、  ４１  突出部、  ４２  湾入部、  ４３  外縁部、  ４４  切欠き、  ４５  扁平加工部、  ４５ａ  構造部、  ４６  長手方向軸線、  ４８  メインボディ、  ４９  溶接シーム、  ５０  切欠き、  ５１  混合気クラウド、  ５２  軸線、  α  開き角度、  δ  渦流発生角度、  δ０  初期渦流発生角度、  ε  調節角度
【国際公開パンフレット】
2004515676.tif 000003
2004515676.tif 000004
2004515676.tif 000005
2004515676.tif 000006
2004515676.tif 000007
2004515676.tif 000008
2004515676.tif 000009
2004515676.tif 000010
2004515676.tif 000011
2004515676.tif 000012
2004515676.tif 000013
2004515676.tif 000014
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2004515676.tif 000021
2004515676.tif 000022
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004515676.tif 000023
2004515676.tif 000024
【国際調査報告】
2004515676.tif 000025
2004515676.tif 000026
2004515676.tif 000027
2004515676.tif 000028
2004515676.tif 000029
2004515676.tif 000030