(57)【要約】内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁（１）は、弁ニードル（３）と、この弁ニードル（３）と作用接続されている弁閉鎖体（４）とを有している。該弁閉鎖体は、弁座体（５）内に配置された弁座面（６）とシール座として協働している。このシール座の下流側には、燃料噴射弁（１）の縦軸（３８）に対する接線方向成分を有する少なくとも１つの渦流通路（３２）が設けられている。さらに弁閉鎖体（４）と渦流円板（３１）のガイド切欠（３４）との間に軸方向通路（３５）が設けられていて、この軸方向通路（３５）は、燃料噴射弁（１）の縦軸（３８）に対する軸方向成分を有している。そして軸方向通路（３５）は環状ギャップとして形成されており、また流量を制限する領域（３６）と拡張された領域（３７）とを有している。
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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、弁ニードル（３）と弁閉鎖体（４）と少なくとも１つの渦流通路（３２）と軸方向通路（３５）とを有しており、前記弁ニードルに作用接続している前記弁閉鎖体（４）が、弁座体（５）内に配置されている弁座面（６）とともにシール座として協働しており、このシール座の上流に位置する前記渦流通路（３２）が、燃料噴射弁（１）の縦軸に対して接線方向成分を有しており、また前記弁閉鎖体（４）と渦流円板（３１）のガイド切欠（３４）との間に形成された前記軸方向通路（３５）が、燃料噴射弁（１）の縦軸（３８）に対して軸方向成分を有している形式のものにおいて、
軸方向通路（３５）が、環状ギャップとして形成されており、また流量を制限している領域（３６）と拡張された領域（３７）とを有していることを特徴とする、内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁。
【請求項２】
流量を制限している軸方向通路（３５）の領域（３６）が、ガイド切欠（３４）の上流側端部に配置されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
流量を制限している軸方向通路（３５）の領域（３６）が、ガイド切欠（３４）の下流側端部に配置されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
軸方向通路（３５）の下流側に、渦流円板（３１）によって制限されている渦流室（３３）が配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
渦流通路（３２）が、渦流室（３３）に開口している、請求項４記載の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の燃料噴射弁に関する。
【０００２】
燃料のための２つの流過経路が形成されている形式の、渦流を発生させる燃料噴射弁は、アメリカ合衆国特許第５１０８０３７号明細書により公知である。燃料流は、弁閉鎖体の領域で２つの成分に分割される。燃料の一部は、渦流円板に配置された渦流通路を貫流する。燃料流はここで、燃料を中空コーン（Ｋｅｇｅｌｍａｎｔｅｌ）形に噴射させる周方向速度によって負荷される。この渦流円板は、弁閉鎖体をガイドするために利用される中央の孔を有している。ガイド孔と弁閉鎖体との間に形成されたギャップは、渦を巻かずにガイド孔を軸方向に貫流する燃料漏れ流を可能とすることを目的として、使われている。シール座の上流で、渦に巻かれた燃料流と軸方向の燃料流とが互いにぶつかる。混合した燃料流は一緒に噴射される。それにより、燃料は単なる中空コーン形ではなく、ソリッドコーン（Ｖｏｌｌｋｅｇｅｌ）として噴射され得る。
【０００３】
さらにドイツ連邦共和国特許公開第１９８７５７９５号明細書により、同様に２つの流過経路がバイフラックス流（Ｂｉ−Ｆｌｕｘ−Ｓｔｒｏｅｍｕｎｇ）を発生させるために形成されている燃料噴射弁が公知である。この２つの流過経路は、シール座の下流に設置された固有の構成部材内に製作される。この構成部分は、多層法によって製造され、燃料噴射弁の下流側の端部に設けられた切欠内に挿入される。燃料噴射は、渦流を発生させる構成部材から直接噴射される。この構成部材内で燃料流は、軸方向に流れる流れ成分と渦に巻かれた流れ成分とに分割される。この軸方向流成分は、渦に巻かれた燃料流に偏心的に再び供給され、そして燃料が噴射されることによって形成されるコーン形は、燃料噴射弁の中心軸に対して傾けられる。
【０００４】
アメリカ合衆国特許第５１０８０３７号明細書により公知の燃料噴射弁においては、弁閉鎖体とガイド孔との間の公差の拡大が欠点として挙げられる。この公差の拡大は、軸方向流を発生させるための十分な漏れ流を得るために必要である。球状の弁閉鎖体と、この弁閉鎖体に結合された線状の絞り箇所とを使用したことによって、両者のはめ合わせ程度が不可避に変動し、そして軸方向流成分の著しいばらつきにつながる。これによって、燃料噴射弁の製造時における廃棄率が高くなる。
【０００５】
他の欠点としては、弁閉鎖体の不良なガイドがある。噴射過程中、燃料は弁閉鎖体を環流している。弁閉鎖体の球状の幾何学的形状により、また弁閉鎖体とガイド孔との遊びが拡大されたことにより、振動する傾向が強くなる。それによって、非定常流の形成に至る。燃料噴射弁の摩耗が大きくなる。
【０００６】
さらに、開閉鎖過程中に、軸方向流と渦を巻いている燃料流との間の割合に影響を及ぼすことは不可能である。この調節は、燃料噴射弁が完全に開放している状態において最適化され、したがって燃料噴射弁の開閉中は、妥協することになり、不完全燃焼をもたらす。
【０００７】
これに対して、ドイツ連邦共和国特許公開第１９８１５７９５号明細書により公知の燃料噴射弁においては、シール座の下流側の配置に欠点がある。この配置によって渦流を発生させる構成部材は容易にコークス化される。噴射される燃料の確実で一定な処理は保証されない。結果として、うまく噴霧されなくなり、結局は悪化した燃焼のために、有害物質排出が増加する。
【０００８】
燃料流はシール座の下流で分割され、そして再び合流する。それゆえ開閉中は、燃料流の軸的方向成分を変化させることは不可能である。
【０００９】
そのために多層的に構成された渦流部材は、コストの高い製造方法を必要とし、また軸方向の流過通路の非対称的な配置に基づいて整列されつつ、燃料噴射弁内に挿入されなければならない。そのために燃料噴射弁の製造コストは高くなる。
【００１０】
発明の利点
これに対して、請求項１の特徴部に記載した構成を有する本発明による燃料噴射弁は、軸的方向の燃料流成分を発生させるためにコストの高い付加的な構成部材を必要とすることなく、簡単な手段によって、不可避の漏れ流を意図的に生ぜしめることができるという利点を有している。付加的な製造工程を全く必要としないため、このためにかかるコストはわずかである。
【００１１】
さらに流量を制限しているギャップの長さを介して、漏れ率を調節できることは、有利である。なぜならば、このために弁閉鎖体のガイドに、不都合な影響を及ぼさないからである。弁ニードルのガイドは、１つの面を介して行われており、そのために、円周線に沿ってガイドされる場合に比べて、弁ニードルの直径に関する変動の影響をそれほど強くは受けない。従属請求項に記載の手段により、本発明による燃料噴射弁の有利な変化実施例が可能である。
【００１２】
弁ストロークに対する、流量を制限している軸方向通路の長さを変えることによって、燃料噴射弁の開閉中に軸方向流成分を変化させることが可能である。燃料の噴射形状を太くしたり、細くしたりすることが可能であることによって、より良好な燃焼がもたらされ、ひいては排出有害ガスの減少に至る。
【００１３】
さらに、燃料噴射弁の変化例を簡単に製作できることは、有利である。ただ１つの構成部材の変化形成により、取り付けられる内燃機関の特別な要求に対して個別に適合させることが可能である。
【００１４】
図面
次に図面を参照しながら本発明の実施例を説明する。
【００１５】
図１　本発明による燃料噴射弁の第１の実施例における、概略的な部分断面図である。
【００１６】
図２　本発明による燃料噴射弁の第１の実施例における、図１の部分ＩＩの概略的な部分断面図である。
【００１７】
図３　本発明による燃料噴射弁の第２の実施例における、図１の部分ＩＩの概略的な部分断面図である。
【００１８】
実施例の説明
図２及び図３を用いて、本発明による燃料噴射弁１の２つの実施例について詳述する前に、本発明をよりよく理解するために、最初に図１を用いて、本発明による燃料噴射弁１について、主要な構成部材に関する全体図の中で、短く説明する。
【００１９】
この燃料噴射弁１は、混合気圧縮外部点火式内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁１として構成されている。この燃料噴射弁１は、特に図示していない内燃機関の燃焼室に燃料を直噴射するために適している。
【００２０】
燃料噴射弁１は、ノズル体２を有しており、このノズル体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と作用接続しており、この弁閉鎖体４は、弁座体５に配置された弁座面６と、シール座として協働している。燃料噴射弁１は、本実施例では、噴射開口７を有する電磁操作式の燃料噴射弁１である。ノズル体２は、シール８によって、磁石コイル１０の外極に対してシールされている。磁石コイル１０は、コイルケーシング１１内に、カプセル状に収納されており、また磁石コイル１０の内極１３に当接しているコイル支持体１２に巻き付けられている。内極１３と外極９とは、ギャップ２６によって、互いに分離されていて、接続構成部材２９で支持されている。磁石コイル１０は、導線１９を介して、電流によって励磁される。この電流は、電気的な差込接点１７を介して供給可能である。差込接点１７は、内極１３に射出成形されうるプラスチック被覆部１８によって被覆されている。
【００２１】
弁ニードル３は、円板状に構成された弁ニードルガイド１４内でガイドされている。この弁ニードルガイド１４は、弁ニードルのストロークを調節する働きをする調整円板１５と一対を成している。この調整円板１５の上流側に、可動子２０がある。可動子２０は、フランジ２１を介して摩擦接続（摩擦による束縛；ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）的に弁ニードル３に結合されており、この弁ニードル３は、溶接継目２２によってフランジ２１に接続されている。このフランジ２１を戻しばね２３が支持しており、この戻しばね２３は、燃料噴射弁１の図示の構成では、内極１３内に押し入れられたスリーブ２４によって、予圧がかけられる。
【００２２】
弁ニードルガイド１４及び可動子２０内に、燃料通路３０ａ，３０ｂが延在している。中央の燃料供給部１６内に、フィルタエレメント２５が配置されている。燃料噴射弁１はシール２８によって、図示していない燃料導管に対してシールされている。
【００２３】
燃料噴射弁１の非作業状態で、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によりその上昇ストローク方向とは逆方向に、弁閉鎖体４が弁座面６に気密に当接して保持されるように負荷される。磁石コイル１０が励磁されると、磁界が形成される。この磁界は、可動子２０を戻しばね２３のばね力に抗して上昇ストローク方向に動かし、この際ストロークは、非作業状態において内極１３と可動子２０との間に存在する作業ギャップ２７によって定められている。可動子２０は、弁ニードル２に溶接されているフランジ２１及び、ひいては弁ニードル３も同様に、上昇ストローク方向へ連行する。弁ニードル３と作用接続している弁閉鎖体４は、弁座面６から持ち上がり、渦流通路３２もしくは軸方向通路３５を介して、噴射開口７に達する燃料が噴射される。
【００２４】
コイル電流が遮断されると、磁場の十分な解消後、戻しばね２３のばね力によって、可動子２０は内極１３のフランジ２１上に降下し、その際弁ニードル３は上昇ストローク方向とは反対方向へ動く。それにより弁閉鎖体４は、弁座面６に当接し、そして燃料噴射弁１は閉鎖される。
【００２５】
図２は、本発明による燃料噴射弁１の第１の実施例を示している。弁座体５の上流に、渦流円板３１が配置されており、この渦流円板３１内に、弁ニードル３をガイドするためのガイド切欠３４と、燃料流内に渦流を発生させるための渦流通路３２とが形成されている。弁ニードル３は、ガイド切欠３４の領域で円筒形になっており、また半径方向で寸法の変化を有している。燃料噴射弁１が開いている時、ガイド切欠３４と弁ニードル３との間の軸方向通路３５に沿って、軸方向の燃料流が生じ、この軸方向の燃料流が、渦流通路３２の、渦流負荷された接線方向の燃料流に加えられる。この部分流の追加によって、噴射の際の全体的な噴射形状が得られる。
【００２６】
弁座体５の上流に配置された渦流円板３１は、渦流を発生させるための渦流通路３２を有している。この渦流通路３２は、例えば溝として渦流円板３１の下流側の面に形成されており、また燃料噴射弁１の縦軸３８に対して接線方向成分を有している。この接線方向成分は、弁座体５の上流側の面によって、閉じた通路を形成する。さらに渦流円板３１は、ガイド切欠３４を有しており、このガイド切欠３４の下流側に、ガイド切欠３４の半径方向拡張部として形成されている渦流室３３が配置されている。渦流通路３２は、有利には、渦流室３３に対して接線方向で開口している。
【００２７】
渦流円板３１の上流で、燃料によって圧迫された容積は、燃料通路３０ｃを介して、渦流通路３２と接続されており、この燃料通路３０ｃは、燃料噴射弁１の縦軸３８に対して平行に渦流円板３１内に形成されている。渦流通路３２は、例えば溝として、渦流円板３１の半径方向の外側の制限面に形成されており、またノズル体２の内壁によって閉じられて、燃料通路につながる。
【００２８】
弁ニードル３は、ガイド切欠３４と渦流円板３１の渦流室３３とを貫通し、そしてガイド切欠３４とともに、中空円筒形の環状ギャップとしての軸方向通路３５を形成している。図示の構成において、弁ニードル３と弁閉鎖体４とは、一体的に成形されている。しかしまた例えば互いに溶接される２つの構成部材を有している実施例も可能である。
【００２９】
軸方向通路３５は、弁ニードル３の半径方向の形状変化によって形成される横断面変化を有している。それによって軸方向通路３５は、２つの領域に分けられる。渦流円板３１の上流側の領域には、軸方向に貫流する燃料流の量を制限する、軸方向通路３５の領域３６がある。この軸方向通路３５の流量を制限している領域３６は、渦流円板３１内で弁ニードル３をガイドする際にルーズにはめ合わせることによって形成された薄壁状の環状ギャップ領域である。このはめ合わせは、軸方向の燃料流に対して強い絞り箇所が形成されるように選択される。この絞り箇所によって生じる漏れは、流量を制限している領域３６の長さに左右され、この流量を制限している領域３６の長さは、最大でガイド切欠３４と同じ長さであってよい。下流方向には、渦流室３３に開口している拡張された領域３７が続いている。
【００３０】
弁ニードル３のストロークの長さは、燃料噴射弁１の非作業状態における、軸方向通路３５の流量を制限している領域３６の長さよりも短い。その際、２つの変化実施例が考えられる。軸方向通路３５の流量を制限している領域３６の長さが、弁ニードル３のストローク長さより、ほんのわずかに長い場合には、弁ストローク運動中に漏れ量が大きく変化する。流れ抵抗を形成することに関連している、軸方向通路３５の流量を制限している領域３６の長さを短くすることによって、漏れ流量が多くなる。これによって、噴射しようとする燃料における軸方向流成分が増加する。噴射された燃料の噴射形状は、扇状に小さく拡がる。燃料噴射弁１の縦軸３８に沿って噴射される燃料の量は、燃料噴射弁が開放されると、増大する。
【００３１】
軸方向通路３５の流量を制限している領域３６を延長することによって、燃料噴射弁１の開放とは無関係に漏れ量を調節することが可能である。燃料噴射弁１が開放する際に弁ニードル３が逆流方向へストロークすることによってもたらされる、軸方向通路３５の流量を制限している領域３６の相対的な長さ変化は小さく、そのため漏れ流に及ぼす影響は無視できる。渦流負荷された燃料流成分に対する軸方向流成分の割合は、ほぼ一定であり、全噴射時間にわたって、噴射形状は変化しない。
【００３２】
図３は、燃料噴射弁１の開放過程中に軸方向流成分が減少する第２の実施例を示している。第１の実施例の場合と同様に、弁ニードル３と渦流円板３１のガイド切欠３４との間に、軸方向通路３５が、中空円筒状に環状ギャップとして形成されており、燃料噴射弁１の開放時に、燃料流は、この軸方向通路３５を介して軸方向成分を得る。弁ニードル３の半径方向の寸法変化によって、軸方向通路３５は同様に、流量を制限している領域３６と拡張された領域３７とに区分される。流量を制限している領域３６は、ガイド切欠３４の下流側に配置されている。弁ニードル３は、上流側で半径方向に細くなっており、ガイド切欠３４とともに、軸方向通路３５の拡張された領域３７を形成している。この場合、流量を制限している領域３６を形成している、弁ニードル３の部分の長手方向長さは、少なくとも、この弁ニードル３の部分が、非作業状態において、渦流室３３の上流にあるガイド切欠３４内に入り込んでいる長さである。
【００３３】
燃料噴射弁１の開放時に、軸方向通路３５の流量を制限している領域３６の長さは、増大する。したがって、この環状もしくは中空円筒状に形成された、軸方向通路３５の流量を制限している領域３６に沿って流れ抵抗は増大し、それによって軸方向流成分は減少する。そのため、燃料の噴射形状は大きく扇形に拡がる。軸方向通路３５の流量を制限している領域３６は、第１の実施例の場合と同様に、弁ニードル３のストロークに対して長くてよい。したがって、流量を制限している領域をガイド切欠の下流側に配置しても、弁ニードルストロークとは無関係に、漏れ流量を調節することが可能である。
【００３４】
２つの実施例において、全噴射過程中に一定の漏れ量に関して、弁ニードル３とガイド切欠３４の間とのギャップ寸法が、漏れ量の調節のために役立つ。渦流円板３１と弁ニードル３とのはめ合わせ程度を変化させることにより、集中的もしくは扇状に拡がる噴射形状が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁の第１の実施例における、概略的な部分断面図である。
【図２】
本発明による燃料噴射弁の第１の実施例における、図１の部分ＩＩの概略的な部分断面図である。
【図３】
本発明による燃料噴射弁の第２の実施例における、図１の部分ＩＩの概略的な部分断面図である。
【国際公開パンフレット】
2004513294.tif 000003
2004513294.tif 000004
2004513294.tif 000005
2004513294.tif 000006
2004513294.tif 000007
2004513294.tif 000008
2004513294.tif 000009
2004513294.tif 000010
2004513294.tif 000011
2004513294.tif 000012
2004513294.tif 000013
2004513294.tif 000014
2004513294.tif 000015
2004513294.tif 000016
2004513294.tif 000017
2004513294.tif 000018
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004513294.tif 000019
2004513294.tif 000020
【国際調査報告】
2004513294.tif 000021
2004513294.tif 000022
2004513294.tif 000023
2004513294.tif 000024
2004513294.tif 000025