(57)【要約】内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁（１）であって、弁座面（６）の設けられた弁座体（５）を有しており、前記弁座面が、弁ニードル（３）と作用結合している弁閉鎖体（４）とシール座を成すように協働しており、更に、少なくとも１つの噴射開口（７）が設けられている形式のものにおいて、弁ニードル（３）の下流側の端部（３２）と、弁座体（５）の上流側に設けられた切欠き（３３）との間に、燃料噴射弁（１）の休止状態においてギャップ（３１）が形成されており、該ギャップの高さが燃料噴射弁（１）の開放行程よりも小さいことを特徴とする。
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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のための燃料噴射弁（１）であって、弁座面（６）の設けられた弁座体（５）を有しており、前記弁座面が、弁ニードル（３）と作用結合している弁閉鎖体（４）とシール座を成すように協働しており、更に、少なくとも１つの噴射開口（７）が設けられている形式のものにおいて、
弁ニードル（３）の下流側の端部（３２）と、弁座体（５）の上流側に設けられた切欠き（３３）との間に、燃料噴射弁（１）の休止状態においてギャップ（３１）が形成されており、該ギャップの高さが燃料噴射弁（１）の開放行程よりも小さいことを特徴とする燃料噴射弁。
【請求項２】
弁ニードル（３）の下流側の部分（３２）が円筒形に構成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
弁座体（５）の切欠き（３３）が円筒形に構成されている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
ギャップ（３１）が中空円筒形を有している、即ち環状ギャップである、請求項２又は３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
弁閉鎖体（４）が、弁ニードル（３）の下流側の面（３６）に配置されており且つその半径方向延在部が、弁ニードル（３）の下流側の部分（３２）の半径方向延在部よりも小さい、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】
弁ニードル（３）の下流側の面（３６）と、弁座体（５）の切欠き（３３）の基底面（３７）との間に間隔があけられており、これにより、弁ニードル（３）の下流側の面（３６）と弁座体（５）の切欠き（３３）の基底面（３７）との間の通流しようとする最小横断面が、ギャップ（３１）の横断面よりも大きい、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】
弁閉鎖体（４）が完全に持ち上げられた状態において、燃料が通流しようとする最も狭い横断面が、噴射開口（７）の総横断面である、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】
弁閉鎖体（４）が完全に持ち上げられた状態において、燃料が通流しようとする最も狭い横断面が、ギャップ（３１）の上流側に配置されている、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９】
ギャップ（３１）の上流側にスワール形成部材（３４）が配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項１０】
スワール形成部材（３４）にスワール室（４０）が形成されている、請求項９記載の燃料噴射弁。
【請求項１１】
弁ニードル（３）が、該弁ニードル（３）の半径方向延在部に対応する半径方向延在部を有するガイド切欠き（４１）に侵入している、請求項１０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】
内側に向かって弁座面から持ち上がる弁閉鎖体によって開かれる燃料噴射弁は公知である。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７３６６８２号明細書に開示された燃料噴射弁では、弁閉鎖体が弁ニードルと一体に構成されている。弁閉鎖体の円錐形に延びた下流側の端部は、休止状態ではばね力によって、下流側に噴射開口が続いている弁座面に押圧される。噴射開口と弁座面とは、下流側からノズル体に挿入されて溶接される弁座体に配置されている。
【０００３】
弁座面の上流側では燃料噴射弁にスワールディスクが配置されており、このスワールディスクは燃料流内にスワールを形成するために接線方向成分を有する切欠きを有している。これらの切欠きを通って燃料がシール座に向かって流れる。前記スワールディスクは、ばね負荷されたガイドディスクによって弁座体の上流側に向かって押され、これにより位置固定されている。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６３７１０３号明細書に開示された燃料噴射弁では、弁ニードルが弁閉鎖体と作用結合している。このためには、球形状を有する弁閉鎖体が、弁ニードルの下流側に溶接されている。燃料噴射弁の休止状態では、ばねによって弁ニードルを流れ方向でばね力によって負荷し、このようにして球形の弁閉鎖体を、弁座体に配置された弁座面に対して押圧する。
【０００５】
弁閉鎖体をガイドするためには、弁座体に球の直径に対応したガイド切欠きが設けられている。燃料噴射弁を開く場合は、電磁コイルによって弁ニードルが流れ方向とは逆方向でばね力に抗して引っ張られるので、弁閉鎖体は燃料のための流路を解放する。燃料が弁閉鎖体の上流側の体積からシール座まで到達できるようにするためには、弁閉鎖体の周面にわたって配置された、該弁閉鎖体の複数の磨き面が設けられている。シール座の下流側には、燃料を調量し且つ扇状に広がる燃料噴流を発生させるために、スワールディスクが噴射開口に配置されている。
【０００６】
前記の両燃料噴射弁では、流出する燃料流は、開放中に大きくなる弁閉鎖体と弁座面との間の間隔及びこれに関連した流れ横断面拡大に基づき増大する。持ち上がる弁ニードルは、運動の増大に伴って増大する流れ横断面を解放する。静的な通流量が得られるまで、前記増大はほぼ直線的である。
【０００７】
別の開放特性がドイツ連邦共和国特許第３１２００４４号明細書に基づき公知である。開示された燃料噴射弁は、規定された順序で作動する２つの弁座を有している。弁の開放に必要とされる力は、燃料噴射ポンプによって生ぜしめられる圧力により付与される。当該弁は２本の弁ニードルを有している。第１の段階としては、噴射過程開始時に大きくなる燃料圧下で、中空ニードルとして構成された１本の弁ニードルが外側に向かってシール座から持ち上がる。更に増大する燃料圧に基づき、前記中空ニードル内を案内された第２の弁ニードルが持ち上がる。この段階的な燃料噴射弁の開放により、噴射される燃料量は印加される燃料圧に適合される。通流量は、静的な通流量が得られるまで、時間的に互いにつなげられた２つの段階で増大する。
【０００８】
前記燃料噴射弁における欠点は、開閉中に時間単位毎に噴射される燃料量が緩やかに増大するということにある。自由な流れ横断面は、全開閉過程の間に大きくなる、弁閉鎖体と弁座面との間のギャップによって規定されている。その結果、完全に開放された燃料噴射弁において、噴射開始から静的な噴射量に到達するまで緩やかに増大する燃料通流量を伴う非常に長い時間が発生する。
【０００９】
マルチニードル弁により、開放過程はポジティブに影響を及ぼされる。但し、大きな構成手間が必要とされる。複数の構成部材の協働は、著しい個体のばらつきを防止するために大きな製作精度を要求する。
【００１０】
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、開放過程中に極めて突発的な通流量の増大が生ぜしめられるという利点を有している。これにより、噴射される全燃料の大部分が、狭い範囲で規定された時間ウインドウ内で噴射される。
【００１１】
弁ニードルと弁座体との間に形成されたギャップは、開放過程の開始時にほぼ一定の通流量を保証する。これにより、弁座面の通流可能な横断面は、行程運動の間、燃料に関して一定の横断面のギャップによって規定される噴射量を変更すること無しに拡大する。
【００１２】
横断面の極めて迅速な拡大に基づき、時間単位毎に燃料噴射弁から噴射される燃料の急峻な増大が生ぜしめられる。予備噴流を以て噴射される燃料の量は少ない。これにより、混合気形成は、点火時点及び燃焼時間に関してより良好に調節することができる。その結果得られるより良好な燃焼に伴って、より低い消費量及びより低い排ガス値が得られる。
【００１３】
請求項２以下に記載の構成に基づき、本発明による燃料噴射弁の有利な改良が可能である。
【００１４】
弁閉鎖体の小さな半径方向延在部と比較して、通流量の急峻な増大を可能にする弁ニードルの大きな直径は有利である。弁閉鎖体の小さな半径方向延在部に基づきシール座に大きな面圧が発生するので、良好なシール機能が保証されている。
【００１５】
更に、完全に開放された燃料噴射弁に関する静的な通流量の独立した簡単な調節が有利である。この調節はギャップの上流側でも下流側でも行うことができる。スワールを形成する構成部材もやはり使用することができる。燃料噴射弁の開放中の燃料制限は、スワールの形成に影響を及ぼさない。
【００１６】
更に、小さなスワールを供給される予備噴流の減少が有利である。これにより、噴射過程の開始時の不都合な霧化が減少される。これにより、全噴射燃料量の、良好に形成されたスワールを伴って噴射される分が増大される。その結果、より微細な液滴分布及びこれに基づく燃料の改良された気化が得られるので、最終的には改良された燃焼が行われる。
【００１７】
燃料噴射弁の開放過程に関して前記のように構成した利点は、同様に燃料噴射弁の閉鎖過程についても云える。この場合、内燃機関の有害ガス発生に及ぼす有利な影響は更に大きい。燃焼が終了する頃に供給される、最早最適に燃焼され得ない燃料量が著しく減少されるので、改良された有害ガス発生の他に低消費が達成される。
【００１８】
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。
【００１９】
図２〜図４に基づき本発明による燃料噴射弁１の３つ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に基づいて本発明による燃料噴射弁１全体を、その重要な構成部材に関して少し説明したい。
【００２０】
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１の形で構成されている。この燃料噴射弁１は、特に内燃機関の燃焼室（図示せず）に燃料を直接に噴射するのに適している。
【００２１】
燃料噴射弁１は、内部に弁ニードル３が配置されたノズル体２を有している。前記弁ニードル３は、弁座体５に配置された弁座面６とシール座を成すように協働する弁閉鎖体４と作用結合している。当該燃料噴射弁１は、この実施例では１つの噴射開口７を備えた電磁作動式の燃料噴射弁１である。ノズル体２はシール８によって電磁コイル１０の外部磁極に対してシールされている。電磁コイル１０はコイルケーシング１１に密閉されており且つコイル支持体１２に巻かれている。このコイル支持体１２は、電磁コイル１０の内部磁極１３に接触している。この内部磁極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はプラスチックカバー１８によって取り囲まれており、このプラスチックカバー１８は内部磁極１３と一体に射出成形されていてよい。
【００２２】
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。この弁ニードルガイド１４に対応して、弁ニードルストロークの調節に役立つ調節ディスク１５が対を成している。この調節ディスク１５の上流側には可動子２０が位置している。この可動子２０はフランジ２１を介して摩擦接続的に弁ニードル３と結合されており、この弁ニードル３は溶接シーム２２を介してフランジ２１と結合されている。このフランジ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のこの構成では内部磁極にプレス嵌めされたスリーブ２４によって予負荷される。
【００２３】
弁ニードルガイド１４内及び可動子２０内には、それぞれ燃料通路３０ａ，３０ｂが延びている。中央の燃料供給部１６にはフィルタ部材２５が配置されている。燃料噴射弁１は、シール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。
【００２４】
燃料噴射弁１の休止状態では、可動子２０は弁ニードル３に設けられたフランジ２１を介して、戻しばね２３によってストローク方向とは逆方向で負荷され、これにより弁閉鎖体４は弁座面６に密着される。電磁コイル１０を励磁すると、この電磁コイル１０は可動子２０を戻しばね２３のばね力に抗してストローク方向で運動させる磁界を形成する。この場合、ストロークは休止位置において内部磁極１３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に溶接されたフランジ２１延いては弁ニードル３も、やはりストローク方向で連行する。弁閉鎖体４が弁座面６から持ち上がって、燃料が噴射開口７から噴射される。
【００２５】
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、フランジ２１に対する戻しばね２３の圧力によって内部磁極１３から降下するので、弁ニードル３はストローク運動とは逆方向で運動する。これにより、弁閉鎖体４が弁座面６に載着されて、燃料噴射弁１が閉じられる。
【００２６】
図２に示した第１実施例に基づき、本発明による燃料噴射弁１の構成及び機能を詳しく説明したい。改良されたダイナミック特性を得るためには、シール座の上流側で弁ニードル３の下流側の部分３２と切欠き３３との間にギャップ３１が形成されている。弁座体５の上流側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３４によって、燃料噴射弁１が完全に開放された場合に噴射されるべき燃料量が調量される。弁ニードル３をガイドするためのガイドディスク３５は、スワールディスク３４の上流側でノズル体２内に配置されており、例えばプレス結合によって軸方向ずれに対して位置固定されている。
【００２７】
弁座体５は上流側に切欠き３３を有しており、この切欠き３３の半径方向延在部は、弁ニードル３の下流側の部分３２の半径方向延在部よりも大きい。流れ方向で前記切欠き３３に続いて弁座面６が配置されており、この弁座面６は噴射開口７に移行する。弁座体５は、有利にはシール作用を有する溶接結合によってノズル体２内に固定することができる。
【００２８】
弁座面６には、燃料噴射弁１の休止状態において弁閉鎖体４が密着されている。この弁閉鎖体４は、例えば半球形の形状を有しており且つ弁ニードル３の下流側の面３６に配置されている。この弁ニードル３の下流側の面３６は、有利には前記切欠き３３の基底面３７に対して平行である。下流側の面３６と切欠き３３の基底面３７との間に形成された体積３８は、燃料噴射弁１の休止状態において弁閉鎖体４の構成によって規定可能な高さを有している。この場合、半径方向内側に向かって通流されるべき前記体積３８の横断面は、前記ギャップ３１の横断面よりも大きい。
【００２９】
切欠きの深さは体積３８の高さに関連して、弁ニードル３の下流側の部分３２が燃料噴射弁１の休止状態において当該切欠き３３に突入するように設定されている。弁ニードル３の下流側の部分３２と切欠き３３の異なる半径方向延在部に基づき、長さｌを有するギャップ３１が形成される。ギャップ３１のこの長さｌは、電磁コイル１０の励磁に際して弁ニードル３が進む距離よりも小さい。
【００３０】
開放過程の開始時に弁閉鎖体４は弁座面６から持ち上がって、弁ニードル３のストロークが増大するに連れて大きくなる流れ横断面を解放する。ギャップ３１はできるだけ小さく設定されているので、僅かな行程距離を進んだ後既にギャップ３１の横断面は、弁閉鎖体４と弁座面６との間の通流可能な横断面よりも小さい。弁ニードル３の行程が進むに連れて、ギャップ３１の長さｌはますます減少する。この場合、燃料流を絞るギャップ３１の横断面は、弁ニードルの下流側の部分３２が切欠き３３から完全に出るまで一定であり続ける。弁ニードル３の行程距離は、この弁ニードル３の終端位置において弁ニードル３の下流側の部分３２と切欠き３３の上流側の端部との間の自由な流れ横断面が、燃料噴射弁１の静的な通流量の調量に役立つ横断面よりも大であるように設定されている。
【００３１】
図示の構成では、燃料の調量は、例えばスワールディスク３４に配置されており且つ接線方向成分を以てスワール室４０に開口する複数のスワール通路３９ａの全横断面を介して行われてよい。弁ニードル３をガイドするためには、スワールディスク３４の上流側にガイドディスク３５が配置されており、このガイドディスク３５のガイド切欠き４１は、弁ニードル３の半径方向延在部に対応する半径方向延在部を有している。
【００３２】
前記ガイドディスク３５には、例えば環状の通路４３を、ガイドディスク３５の上流側の燃料によって押圧される体積と接続する複数の流入開口４２が設けられているので、前記の環状の通路４３を介してスワール通路３９に燃料が供給される。
【００３３】
図３に示した第２実施例では、弁座体５、弁ニードル３及び弁閉鎖体４は第１実施例と同じなので、再度説明はしない。但し、図２とは異なり、この第２実施例ではスワール通路３９ｂが孔として構成されている。これらのスワール通路３９ｂはガイドディスク３５ｂに設けられており、接線方向成分を有しており、更に、ガイドディスク３５ｂの上流側の燃料によって押圧される体積をスワール室４０に接続する。ガイド切欠き４１はガイドディスク３５ｂに設けられている。
【００３４】
第１実施例の場合と同様、噴射過程の開始時に通流可能な横断面は、弁座面６の横断面がギャップ３１の横断面よりも大きくなるまで増大する。切欠き３３から弁ニードル３の下流側の部分３２が出た後、延いてはこれに関連して自由な流れ横断面が飛躍的に増大した後の、燃料の調量に関連した絞り箇所はスワール通路３９ｂの総横断面である。
【００３５】
図４には多孔弁が第３実施例として示されている。弁座面６の下流側には弁座体５の球欠状の湾曲部が続いており、この湾曲部に複数の噴射開口７が設けられている。切欠き３３は、ギャップ３１を形成するために必要とされるよりも長い。ギャップ３１の有効長さｌを形成するためには、このギャップ３１の有効長さｌから弁座体５の上流側まで、流れ横断面を著しく増大させる複数の流入溝４４が切欠き３３に設けられている。燃料噴射弁１の作動に基づき、弁ニードル３の下流側の部分３２は、この弁ニードル３の下流側の部分３２が前記流入溝４４の領域に完全に位置するまで、切欠き３３において流れ方向とは逆方向で運動される。これにより、流入溝４４の下流側の端部と弁ニードル３の下流側の部分との間で拡大された横断面が解放される。
【００３６】
静的な通流量の調量は、燃料噴射弁１が完全に開いている場合、噴射開口７の総横断面によって規定される。燃料噴射弁１が完全に開いた状態で流入通路４４の下流側の端部に解放されている総横断面は、流入通路４４の数及び幅によって規定される。
【００３７】
図５には、従来技術による燃料噴射弁及び本発明による燃料噴射弁１に関して、弁ニードル３の行程にわたる燃料流の経過特性が示されている。従来技術による燃料噴射弁に関する経過は曲線Ａによって示されており、本発明による燃料噴射弁１に関する経過は曲線Ｂで示されている。ギャップ３１の長さｌに相当する行程長さに到るまで、通流量は短くなるギャップ長さに基づき僅かに増大するが、従来技術による燃料噴射弁の著しく下方に位置している。更に行程が進むに連れて、通流量は第２の絞り箇所での調量に基づいて制限されるまで、極めて急峻に増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁の１実施例の部分的な概略断面図である。
【図２】
本発明による燃料噴射弁の第１実施例の、図１に符号ＩＩＩで示した部分の概略断面図である。
【図３】
本発明による燃料噴射弁の第２実施例の、図１に符号ＩＩＩで示した部分の概略断面図である。
【図４】
本発明による燃料噴射弁の第３実施例の、図１に符号ＩＩＩで示した部分の概略断面図である。
【図５】
異なる燃料噴射弁の燃料通流量の特性を示した図である。
【符号の説明】
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  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  調節ディスク、  １６  燃料供給部、  １７  差込みコンタクト、  １８  プラスチックケース、  １９  線路、  ２０  可動子、  ２１  フランジ、  ２２  溶接シーム、  ２３  戻しばね、  ２４  スリーブ、  ２５  フィルタ部材、  ２７  作業ギャップ、  ２８  シール、  ３０ａ，３０ｂ  燃料通路、  ３１  ギャップ、  ３３  切欠き、  ３４  スワールディスク、  ３５，３５ｂ  ガイドディスク、  ３６  下流側の面、  ３７  基底部、  ３８  体積、  ３９ａ  スワール通路、  ４０  スワール室、  ４１  ガイド切欠き、  ４２  流入開口、  ４４  流入溝
【国際公開パンフレット】
2004515707.tif 000003
2004515707.tif 000004
2004515707.tif 000005
2004515707.tif 000006
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2004515707.tif 000013
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2004515707.tif 000019
2004515707.tif 000020
2004515707.tif 000021
2004515707.tif 000022
【国際調査報告】
2004515707.tif 000023
2004515707.tif 000024
2004515707.tif 000025
2004515707.tif 000026
2004515707.tif 000027
2004515707.tif 000028