(57)【要約】本発明は、燃料噴射弁、特に直接的に内燃機関の燃焼室に突入する燃料噴射弁であって、励磁可能なアクチュエータ（１０，１１，１２）が設けられており、該アクチュエータ（１０，１１，１２）によって可動の弁閉鎖体（７）が設けられており、定置の弁座（２２）が設けられていて、該弁座（２２）と前記弁閉鎖体（７）とが弁の開閉のために協働しており、下流側の噴射領域に形成された燃料出口が設けられていて、該燃料出口が弁座（２２）の下流側に配置された少なくとも１つの出口開口（２３）によって形成されており、弁座（２２）の下流側でしかも少なくとも１つの出口開口（２３）を有する噴射領域の上流側に形成されたデッドボリューム（２５）が設けられている形式のものに関する。弁閉鎖体（７）に、デッドボリューム（２５）に直接的に通じる通路を備えた、燃焼室ガスを貯蔵するための装置が袋孔（３３）の形状で設けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁、特に直接的に内燃機関の燃焼室に突入する燃料噴射弁であって、励磁可能なアクチュエータ（１０，１１，１２）が設けられており、該アクチュエータ（１０，１１，１２）によって可動の弁閉鎖体（７）が設けられており、定置の弁座（２２）が設けられていて、該弁座（２２）と弁閉鎖体（７）とが弁の開閉のために協働しており、弁座の下流側の噴射領域に形成された燃料出口が設けられていて、該燃料出口が弁座（２２）の下流側に配置された少なくとも１つの出口開口（２３）によって形成されており、弁座（２２）の下流側でしかも少なくとも１つの出口開口（２３）を有する噴射領域の上流側に形成されたデッドボリューム（２５）が設けられている形式のものにおいて、
デッドボリューム（２５）を制限する少なくとも１つの構成部材に、該デッドボリューム（２５）に直接的に通じる通路を備えた、燃焼室ガスを貯蔵するための装置（３３）が設けられていることを特徴とする、燃料噴射弁。
【請求項２】
上昇力によるガス貯蔵容積からの貯蔵されたガスの逃げ出しが得られないように、燃焼室ガスを貯蔵するための前記装置（３３）が形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
燃焼室ガスを貯蔵するための前記装置が、デッドボリューム（２５）を制限する構成部材に形成された１つの袋穴（３３）によって形成されている、請求項１または２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
燃料室ガスの貯蔵のための前記装置が、デッドボリューム（２５）を制限する少なくとも１つの構成部材に形成された複数の袋穴（３３）によって形成されている、請求項１または２記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
出口開口（２３）に向いた下流側の弁ニードル端部もしくは弁閉鎖体（７）の、デッドボリューム（２５）に向いた側の表面に、少なくとも１つの袋穴（３３）が設けられている、請求項３または４記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
弁閉鎖体（７）が球状に形成されており、少なくとも１つの袋穴（３３）が円筒形状を有している、請求項５記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
少なくとも１つの袋穴（３３）が、弁縦軸線（２）に沿って延びている、請求項６記載の燃料噴射弁。
【請求項８】
少なくとも１つの出口開口（２３）を備えた噴射領域が、弁座（２２）を備えた弁座体（１６）の底部（１９）として凸状に湾曲している、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】
燃料噴射弁が火花点火式の内燃機関の燃焼室に突入している、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】
燃焼噴射弁が自己点火式の内燃機関の燃焼室に突入している、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃焼噴射弁。
【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している。
【０００２】
エンジンを運転する際に、一般的に内燃機関の燃焼室に燃料を直接噴射する場合、特にガソリンを直接噴射する場合もしくはディーゼル燃料を直接噴射する場合、噴射弁の、燃料室に突入する下流側の尖端部が燃料堆積によってカーボン化されるか、もしくは火炎前面に形成されたカーボンブラックが弁尖端部に堆積されるという問題が生じる。したがって従来公知の、燃焼室に突入する噴射弁では、耐用寿命に関して、噴霧パラメータ（たとえば静的流量、噴射角、液滴サイズ、集束性）のネガティブな影響のリスクが生じる。これらの噴射パラメータは内燃機関の運転障害をもたらし、ひいては噴射弁の故障をももたらし得る。
【０００３】
発明の利点
これに対して、本発明による、請求項１記載の特徴を備えた燃料噴射弁は次のような利点を有している。この利点とは、特に出口開口を備えた、燃焼室に突入する弁尖端部における記載のネガティブなカーボン化（カーボンブラック堆積）作用が制限されているかもしくは取り除かれている、というものである。本発明の実施形態に基づく、出口開口を取り囲む噴射領域と弁ニードル端部との間に存在するデッドボリュームへの通路を備えた、燃焼室ガスを貯蔵するための装置によって、出口開口におけるカーボン堆積を十分に防止することができる。液相に対する気相の上昇力によって、ガスは燃焼室ガスを貯蔵するための装置に留まる。
【０００４】
このような形式で、燃焼室に燃焼を直接噴射する場合、長い耐用寿命に関する、燃料噴射弁に対する噴霧パラメータと弁機能とを安定して維持することができる。
【０００５】
従属請求項に記載の構成によって、請求項１に記載の燃焼噴射弁の別の実施形態および改良形が得られる。
【０００６】
有利には、単数または複数の袋穴を、出口開口に向いた側の弁ニードル端部もしくは弁閉鎖体の、デッドボリュームに向いた側の表面に設けることができる。この場合、袋穴がデッドボリュームに通じる通路を備えており、上昇力によるガス貯蔵容積からのガス容積の逃げ出しが得られない、ということが保証されている。
【０００７】
実施例の説明
次に本発明の実施例を図示し、詳しく説明する。
【０００８】
図１には、本発明の１実施例として混合気圧縮型で火花点火式の内燃機関の燃焼噴射装置用の噴射弁の構成をした弁が部分的に示されている。噴射弁は管状の弁座支持体１を備えており、この弁座支持体１には弁座縦軸線２に対して同心的に縦開口３が形成されている。縦開口３にはたとえば管状の弁ニードル５が配置されており、この弁ニードル５は下流側の端部６でたとえば球状の弁閉鎖体７と堅固に結合されており、この弁閉鎖体７の外周には、燃料を通流するためのたとえば５つの面取部８が設けられている。
【０００９】
噴射弁の作動は公知の形式でたとえば電磁式に行われる。弁ニードル５の軸方向運動のため、ひいては図示されていない戻しばねのばね力に対抗する噴射弁の開放もしくは噴射弁の閉鎖のために、概略的に示された、マグネットコイル１０と電機子１１とコア１２とを備えた電磁回路が役立つ。電機子１１は、たとえばレーザを用いて形成された溶接シームによって、弁ニードル５の、弁閉鎖体７とは反対側の端部と結合されていて、かつコア１２に向かって方向調整されている。
【００１０】
軸方向運動中に弁閉鎖体７を案内するために、弁座体１６のガイド開口１５が役立ち、この弁座体１６は、弁縦軸線２に対して同心的に延びる縦開口３において、弁座支持体１の、下流側に位置する、コア１２とは反対側の端部に溶接によって緊密に取り付けられている。弁座体１６はたとえば杯状に形成されており、弁座体１６の被覆部１７は電機子１１に向かって、弁座支持体１に接触しているるカラー１８に移行している。カラー１８とは反対側で、弁座体１６は底部１９を備えており、この底部１９はたとえば凸状に湾曲されている。
【００１１】
弁座体１６の押し込み深さは弁ニードル５のストロークの大きさを規定する。なぜならば弁ニードル５の一方の終了位置が、励磁されない状態の磁石コイル１０で、弁座体１６の底部１９における、弁閉鎖体の下流側で円錐形に先細に形成されるかもしくは僅かに湾曲して形成された弁座面２２に弁閉鎖体７が当接することによって規定されていて、弁ニードル５の他方の終了位置が、励磁された磁石コイル１０で、たとえば電機子１１がコア１２に当接することによって規定されているからである。したがって弁ニードル５のこれら両方の終了位置の間の距離がストロークを成す。球状の弁閉鎖体７は弁座体１６の円錐台状もしくは湾曲した形状の弁座面２２と協働しており、弁座面２２は、ガイド開口１５と、弁座体１６の底部１９の中央領域に取り付けられた複数の出口開口２３との間に形成されている。底部１９は燃料噴射弁の噴射領域を形成する。
【００１２】
この実施例の燃料噴射弁は特にいわゆる多孔弁として構成されており、この多孔弁は特に図示されていない燃焼室に燃料を直接噴射するのに適している。この場合弁座体１６の底部１９には、２つまたは４つあるいはそれよりももっと多い数の出口開口２３がたとえば腐食、レーザ穿孔または打ち抜きによって穿設されている。燃料を燃焼室に所望の形式で充填するために、出口開口２３はたとえば弁縦軸線２に対して様々な角度で方向調整されており、この場合たとえば全ての出口開口２３は弁縦軸線２から離間するように流れ方向で見て角度付けして配置されている。
【００１３】
特にこのような燃焼室に燃料を直接噴射するための多孔弁の出口開口は直接燃焼室雰囲気にさらされており、これらの出口開口は極めてカーボン付着しやすくなっている。不都合な場合、そのような出口開口は周でカーボン堆積によってふさがれ、これによって所望の噴射量はもはや許容できる程度で調量しかつ配量することができない。
【００１４】
本発明の燃料噴射弁によって、出口開口２３の領域における燃焼室のカーボン堆積物が出口開口を閉塞し、そうして弁の耐用寿命に関する噴射量の著しい変化がもたらされることを、高い割合で防止するのが望まれている。
【００１５】
弁座体１６の湾曲した底部１９と弁閉鎖体７とが種々異なる半径で形成されているので、閉鎖状態の燃料噴射弁では、リング状に周方向で延びる弁座面２２の内側で、出口開口２３の領域において弁閉鎖体７と底部１９との間に閉鎖された中間室が提供されており、これはデッドボリューム２５を成す。本発明によれば、出口開口２３におけるカーボン堆積を回避するために、ガス貯蔵がデッドボリューム２５に行われるのが望まれている。このガス貯蔵の機能原理について説明する前に、以下にカーボン堆積について説明する。
【００１６】
図２には出口開口２３が概略的に示されており、この図２に基づいて、貫流過程とカーボン堆積過程とを以下に説明する。弁閉鎖体７が噴射過程の終わりに弁座面２２に戻されると、出口開口２３を通る貫流が突然停止される。つまり燃料がもはや弁座面２２のシール面領域を通過し、デッドボリューム２５に流れない。
【００１７】
弁の閉鎖の直前に出口開口２３からまだ流出する液柱２７が、その質量に基づいてある程度の慣性を有している。弁の閉鎖とこれに関連するシール面領域における貫流の停止とに基づいて生じる液柱２７の負圧は、出口開口２３の内側において、出口開口２３の流出平面２８から出発して、上流方向で慣性に基づいて次第に大きくなっている。液柱２７の内側の特定の位置２９では、蒸気圧を下回るようになる。この位置２９では、急激に蒸気相が形成され、これによって液柱２７の、位置２９の下流側に存在する部分３０が、慣性移動して残りの流体から解離される。
【００１８】
出口開口２３の内側に流体のメニスカスが形成され、このメニスカスに弁を取り囲むガスと流体との間の相境界が存在する。燃料を燃焼室に直接噴射する場合、直接的に燃焼室に設けられた全ての構成部材が極端な加熱作用にさらされており、直接噴射式弁でも特に燃焼室に突入する出口開口２３がそうである。燃焼中に特に既に述べた相境界にカーボン残留物が発生し、このカーボン残留物は出口開口２３の壁に堆積し、既に述べた克服されるべき欠点がもたらされる。そうして公知の弁では出口開口２３における所定の深さ部分でリング状のカーボン堆積物が形成され、このカーボン堆積物は貫流を不都合に締め付ける。
【００１９】
本発明の燃料噴射弁の構成によって、出口開口２３は完全に空にされ、したがって出口開口２３の内側にカーボン堆積物が形成されることはない。本発明によれば、デッドボリューム２５に直接的にガス貯蔵のための装置が形成される。図１に示された実施例では、ガス貯蔵のための装置は、弁閉鎖体７における中央の袋穴３３として、弁閉鎖体７の、デッドボリューム２５に向いた側の表面に形成されている。袋穴３３は燃焼室ガスもしくは燃料に溶解した空気で充填されている。液相に対する気相の上昇力によって、ガスが袋穴３３に留まる。
【００２０】
弁閉鎖体７を弁座面２２から持ち上げることによって弁を開放する際に、デッドボリューム２５の液圧が増加し、これによって袋穴３３のガス容積が圧縮される。この場合ガスはより深く袋穴３３に押し込まれる。弁の閉鎖時に、液圧が再び低下し、ガス容積が袋穴３３の内側で再び拡張する。弁閉鎖時にはデッドボリューム２５への液体のさらなる流入が中止されているので、閉鎖直前に流出する液体の慣性によって液相に負圧が生じる。これによって袋穴３３のガス容積はさらに拡張されるので、ガス容積の一部がデッドボリューム２５に達する。このような形式で押しのけられた液体容積は出口開口３３から流出することができる。
【００２１】
再びデッドボリューム２５において圧力均衡が生じる間に、残留する液体容積が気相の収縮によって再び流出開口２３からデッドボリューム２５に戻される。出口開口２３は完全に燃焼室ガスで充填される。液柱は出口開口２３から完全になくなっている。このような形式で、出口開口２３において液柱２７のメニスカスもはや存在せず、したがって出口開口２３に不都合なリング状のカーボン堆積物が形成されることもない。
【００２２】
単個の袋穴３３の代わりに、複数の小さな袋穴３３を、相並んで出口開口２３に向いた側の弁ニードル端部もしくは弁閉鎖体７に設けてもよい。これによって、同じガス貯蔵容積では、個々の袋穴３３の横断面が小さくなっており、したがって袋穴３３における毛管現象が高まるという利点が存在する。そのようにすると、貯蔵されたガスは、さらに僅かしか流体の流力によって袋穴３３から抜け出るることがない。
【００２３】
弁ニードル尖端部もしくは弁閉鎖体７は、本発明による袋穴３３を形成することのできる燃料噴射弁の構成部材を形成するだけではない。むしろ弁ニードル尖端部もしくは弁閉鎖体７は、袋穴３３がデッドボリューム２５に向かう通路を有していて、かつガス容積が上昇力によってガス貯蔵容積から逃げることがない、ということを保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料噴射弁の部分断面図である。
【図２】内側に存在し、解離する液柱を有する出口開口を示す断面図である。
【符号の説明】
１　弁座支持体、　２　弁縦軸線、　３　縦開口、　５　弁ニードル、　６　端部、　７　弁閉鎖体、　８　面取部、　１０　マグネットコイル、　１１　電機子、　１２　コア、　１５　ガイド開口、　１６　弁座体、　１７　被覆部、　１８　カラー、　１９　底部、　２２　弁座面、　２３　出口開口、　２５　デッドボリューム、　２７　液柱、　２８　流出平面、　２９　位置、　３０　部分、　３３　袋穴
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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