(57)【要約】本発明は、特に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（１）であって、弁ニードル（３）を有しており、該弁ニードル（３）はその噴射側の端部で弁閉鎖体（４）を有していて、該弁閉鎖体（４）が、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と協働してシール座を形成しており、少なくとも１つの渦流通路（３７，４０）と、弁座体（５）に形成された渦流通路（３６）と、渦流室（３６）から開口する多数の噴射開口（７）とを有しており、これらの噴射開口（７）によって、渦流を加えられた燃料が同時に噴射される形式のものに関する。少なくとも１つの渦流通路（３７，４０）が弁座体（５）に形成されているか、又は弁座体（５）に隣接する渦流円板（３９）に形成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に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（１）であって、弁ニードル（３）を有しており、該弁ニードル（３）はその噴射側の端部で弁閉鎖体（４）を有していて、該弁閉鎖体（４）が、弁座体（５）に形成された弁座面（６）と協働してシール座を形成しており、少なくとも１つの渦流通路（３７，４０）と、弁座体（５）に形成された渦流通路（３６）と、渦流室（３６）から開口する多数の噴射開口（７）とが設けられており、これらの噴射開口（７）によって、渦流を加えられた燃料が同時に噴射される形式のものにおいて、
少なくとも１つの渦流通路（３７，４０）が弁座体（５）に形成されているか、又は弁座体（５）に隣接する渦流円板（３９）に形成されていることを特徴とする、燃料噴射弁。
【請求項２】
渦流通路（３７；４０）がシール座の流入側に配置されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
渦流通路（３７；４０）が流入開口（３４）によって形成されていて、該流入開口（３４）が、弁座体（５）のガイド延長部（３５）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】
前記ガイド延長部（３５）が弁座体（５）と一体的に構成されているか、又は弁座体（５）に溶接、はんだ付け又は接着されている、請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
流入開口（３４）が、燃料噴射弁（１）の長手方向軸線（４４）に対して接線方向の成分を有している、請求項３又は４記載の燃料噴射弁。
【請求項６】
渦流円板（３９）がガイド部材（３８）と弁座体（５）との間に配置されている、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
【請求項７】
弁ニードル（３）及び／又は弁閉鎖体（４）がガイド部材（３８）に貫通係合し、渦流円板（３９）が切欠（４２、４１）に貫通係合する、請求項６燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
アメリカ合衆国特許第５０５８５４９号明細書によれば、渦流形成のための装置と、直径の大きい主噴射開口と、直径の小さい副噴射開口とを有する燃料噴射弁が公知である。燃料噴射弁の長手方向軸線に対する噴射開口の傾斜は種々異なっているので、燃料は副噴射開口を通って強い渦流及び大きい浸透長さを伴って噴射され、また主噴射開口を通って弱い渦流及び大きい開口角度を伴って噴射されるようになっている。
【０００３】
このアメリカ合衆国特許第５０５８５４９号明細書により公知の燃料噴射弁においては、特に渦流溝を備える必要がある弁ニードル及び／又は弁閉鎖体の製造コストが高く、また、噴射開口が形成されている弁座体の製造コストも高いという欠点がある。特に噴射開口の種々異なる傾斜、及び噴射開口の直径精度に対する高い要求は、高価な製造プロセスを必要とする。
【０００４】
さらに、ドイツ連邦共和国特許第１６０１９８８号明細書によれば、弁ニードル（そのシャフトが弁ガイド部の孔内でガイドされている）を有する燃料噴射弁が公知であって、この燃料噴射弁は、燃料を高圧で供給する際に、前記ガイド部内に配置された、ガイド孔内に開口する半径方向の横孔を介して開放し、溝を介して燃料に回転運動を加えるようになっている。さらにまた、この燃料噴射弁は弁ニードルの下流側に少なくとも２つの噴射開口を有している。
【０００５】
このドイツ連邦共和国特許第１６０１９８８号明細書により公知の燃料噴射弁の欠点は特に、外方に向けられた開放運動によって制限されて、燃料の渦流形成が妨害されるという点にある。この妨害は、弁閉鎖体と噴射開口との間に形成された渦流室の大きいデッド容積によってもっぱら生ぜしめられる。渦流は長く均質状態を維持することはできない。また溝の横断面は燃料噴射弁の開放時に、渦流が消滅する程度に著しく大きくなる。
【０００６】
発明の利点
これに対して、請求項１の上位概念部に記載した特徴を有する本発明による燃料噴射弁は、大量生産による構成部材を十分に活用しながら、多孔式の燃料噴射弁の利点と、渦流形成部材を備えた燃料噴射弁の利点とを、組み合わせることができるという利点を有している。これは、燃料に渦流を加える渦流装置例えば従来の渦流円板が渦流室の流入側に配置されているので、渦流室内に均質な渦流が形成されることによって得られる。均質な渦流によって、燃料は、例えば多孔ノズル技術により公知の弁座体に構成された噴射開口を通って同時に噴射される。
【０００７】
従属請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した燃料噴射弁の有利な実施態様が可能である。
【０００８】
弁閉鎖体のガイド延長部内に渦流通路を形成することによって、流入開口を、渦流を形成するように配置構成することができ、しかも、弁閉鎖体をずれることなくガイドすることができるという利点が提供される。
【０００９】
燃料噴射弁の長手方向軸線に対して相対的な接線方向成分によって、渦流は渦流室内でそれぞれの要求に応じて調節することができる。
【００１０】
特に、渦流装置を渦流円板として構成すれば有利である。何故ならば、渦流円板は簡単に製造可能で、容易に組み付け可能だからである。
【００１１】
さらにまた、噴射開口を、混合気噴霧の形状に適合させる要求に従って実現可能であるという利点が得られる。
【００１２】
図面
本発明の実施例が図面に簡単に示されていて、以下に詳しく説明されている。
【００１３】
図１Ａは、本発明による燃料噴射弁の第１実施例の概略的な断面図、
図１Ｂは、図１に示した本発明の第１実施例の、図１Ａの領域ＩＢにおける概略的な断面図、
図１Ｃは、図１Ｂで符号ＩＣ−ＩＣで示した線に沿った概略的な断面図、
図２は、本発明による燃料噴射弁の第２実施例の、図１Ｂと同じ領域の概略的な断面図、
図３Ａ〜図３Ｃは、渦流形成を伴う従来の燃料噴射弁の噴射流形成並びに、渦流形成を伴わない及び渦流形成を伴う、多孔ノズルを備えた燃料噴射弁の噴射流形成の概略図、
図４は、燃料噴射弁の図３Ａ〜図３Ｃに示した噴射流形状のための弁ニードルのストロークに関連した静的な流れを示す線図である。
【００１４】
実施例の説明
図１Ａに示した本発明による燃料噴射１の第１実施例は、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、燃料を内燃機関の図示していない燃焼室内に直接噴射するために適している。
【００１５】
燃料噴射弁１は、ノズル体２より成っており、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と作用接続していて、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１つのシール座を形成している。この燃料噴射弁１は、図示の実施例では内方に向かって開放する燃料噴射弁１であって、この燃料噴射弁１は多数の噴射開口７を有している。ノズル体２は、シール８によって磁石コイル１０の外極９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内にカプセル状に包囲されていてコイル支持体１２に巻き付けられており、このコイル支持体１２は磁石コイル１０の内極１３に当接している。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で支えられている。磁石コイル１０は導線１９を介して、電気的な差込み接点１７を介して供給可能な電流によって励磁される。差込み接点１７は、内極１３に射出成形することができるプラスチック被覆部１８によって包囲されている。
【００１６】
弁ニードル３は、弁ニードルガイド１４内でガイドされていて、この弁ニードルガイド１４は円板状に構成されている。ストローク調節のための、対を成す調節円板１５が用いられる。調節円板１５の他方側には可動子２０が配置されている。この可動子２０は、第１のフランジ２１を介して弁ニードル３に摩擦接続（摩擦による束縛；ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）されている。この弁ニードル３は溶接継ぎ目２２によって第１のフランジ２１に接続されている。第１のフランジ２１では戻しばね２３が支えられており、この戻しばね２３は、燃料噴射弁１の図示の構成において、スリーブ２４によってプレロード（予圧）がかけられている。
【００１７】
溶接継ぎ目３３を介して弁ニードル３に接続されている第２のフランジ３１は、下側の可動子ストッパとして用いられる。第２のフランジ３１上に載る弾性的な中間リング３２は、燃料噴射弁１の閉鎖時における衝突を避けるためのものである。
【００１８】
弁ニードルガイド１４内及び可動子２０内には燃料通路３０ａ及び３０ｂが延在しており、これられの燃料通路は、中央の燃料供給部１６を介して供給され、か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にガイドする。弁座体５には、燃料をガイドするためにまた渦流を形成するために、流入開口３４が設けられている。燃料噴射弁１はシール２８によって、詳しく図示していない燃料ガイドに対してシールされている。
【００１９】
燃料噴射弁１の非作業状態で、可動子２０は戻しばね２３によってその上昇ストローク方向に抗して負荷されて、弁閉鎖体４が弁座面６に密に当接保持される。磁石コイル１０が励磁されると、この磁石コイル１０は磁界を形成し、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で移動し、この場合、ストロークは、内極１２と可動子２０との間に非作業位置に位置する作業ギャップ２７内によって予め規定されている。可動子２０は、弁ニードル３に溶接されてフランジ２１を同様に上昇ストローク方向で連行する。弁ニードル３に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、燃料通路３０ａ，３０ｂ並びに弁座体５に設けられた流入開口３４を介して噴射開口７にガイドされた燃料が噴射される。
【００２０】
図１Ｂ及び図１Ｃに詳しく記載された、弁座体５における流入開口３４の偏心的な配置によって、本発明による燃料噴射弁１の図示の第１実施例は、渦流形成手段の利点と、多数の噴射開口７を有する燃料噴射弁１の利点とを組み合わせたものである。
【００２１】
コイル電流が遮断されると、可動子２０は磁界が十分に消滅した後で戻しばね２３のばね力によって内極１３から落下し、それによって弁ニードル３と作用接続しているフランジ２１が上昇ストローク方向に抗して移動する。これによって、弁ニードル３は同じ方向に移動し、ひいては弁閉鎖体４が弁座面６上に載り、燃料噴射弁１が閉鎖される。
【００２２】
図１Ｂには、部分的な概略断面図で、図１Ａに示した本発明による燃料噴射弁１の噴射側の端部が示されている。図１Ｂに示した部分は、図１Ａに符号ＩＢで示した領域である。この場合、同じ部材にはそれぞれ同じ符号を記した。
【００２３】
図１Ｂに示した、本発明による燃料噴射弁１の噴射側の端部は、弁座体５を有しており、該弁座体５は少なくとも１つの流入開口３４を有していて、この流入開口３４は、渦流通路３７として作用し、中空円筒形に成形されたガイド延長部３５内に形成されている。このガイド延長部３５は、弁座体５と一体的に構成されているか又は、溶接、はんだ付け或いはこれと類似の方法によって弁座体５に接続されている。弁ニードル３は、中心ずれを避けることによって燃料噴射弁１の欠陥のない運転を保証するために、この弁ニードル３に構成された弁閉鎖体４と共に、ガイド延長部３５内でガイドされている。
【００２４】
弁座体５内には少なくとも２つの噴射開口７が構成されている。図１Ｂに示した２つの噴射開口７は、例えば、有利には同心的な１つ又は多数のリングより成る噴射開口７のリング状（環状）配置の一部である。
【００２５】
弁座体５と弁閉鎖体４との間には有利にはソケットキャップ状（ｋｕｇｅｌｓｃｈａｌｅｎｆｏｅｒｍｉｇ）の渦流室３６が形成されており、この渦流室３６のデッド容積は有利には、デッド容積が最小であって、燃料が渦流室３６内に流入する際に周方向に向けられた渦流が形成されるように寸法設計されている。
【００２６】
図１Ｃは、本発明による燃料噴射弁１の実施例の図１ＢのＩＣ−ＩＣ線に沿った、部分的な概略断面図である。
【００２７】
渦流通路３７として作用する流入開口３４の渦流形成配置を明らかにするために、流入開口３４の偏心性を示す２つのラインＡ及びＢが図示されている。燃料噴射弁１の長手方向軸線４４に対して相対的な流入開口３４の接線方向の成分によって、燃料は、弁座体５と弁閉鎖体４との間に形成された渦流室３６内に直接半径方向に侵入しないので、周方向に向けられた渦流が形成される。渦流は燃料を均一にすべての噴射開口７に搬送し、それによって均質で対称的な燃料噴霧が形成される。
【００２８】
図１Ｃには、見やすくするために１つの流入開口３４だけが図示されている。しかしながら、一方では貫流する燃料によって形成される力を対称にするために、また他方では噴射された燃料噴霧をできるだけ良好に理論混合比に合わせるために、対称性の理由により、少なくとも２つ、有利には４つ又はそれ以上の流入開口３４を設ける必要がある。
【００２９】
図２には、本発明の第２実施例に従って構成された燃料噴射弁１の、図１Ｂと同じ領域が示されている。
【００３０】
前記実施例とは異なり、この第２実施例では、燃料噴射弁１の流出側の部分が３つの構成部分より構成されており、これら３つの構成部分は、個別の製造され、次いで組み付けられている。弁座体５の流入側には渦流円板３９が配置されており、この渦流円板３９は、少なくとも１つ、有利には２つ以上の渦流通路４０を有している。弁ニードル３若しくは弁閉鎖体４をずれることなくガイドするために、図示の実施例ではガイド部材３８が設けられている。ガイド部材３８と渦流円板３９とは、それぞれ１つの切欠４１，４２を有しており、これらの切欠を貫通して弁ニードル３が延びている。ガイド部材３８と渦流円板３９とは、例えばはんだ付け、溶接、接着又はその他の方法によって互いに、並びに弁座体５と結合されていてよい。
【００３１】
弁閉鎖体４と弁座体５との間に渦流室３６が形成されており、この渦流室３６は、渦流円板３９を貫流する燃料によって渦流室３６内に生ぜしめられる渦流を均質化するめに設けられている。
【００３２】
図３Ａ〜図３Ｃには、渦流形成部材を備えた及び渦流形成部材無しの、並びに１つ又は多数の噴射開口７を備えた種々異なる燃料噴射弁１の噴射流形状が概略的に示されている。図３Ａ〜図３Ｃに関連して、図４にはそれぞれ、弁ニードルのストロークに基づく、種々異なって構成された燃料噴射弁１のストローク減少率（Ｈｕｂｄｒｏｓｓｅｌｕｎｇｓｋｏｅｆｆｉｚｅｉｅｎｔ）が示されている。ストローク減少率ｄＱｓｔａｔ／ｄｈは、弁ニードル３のストロークｈによる静的な貫流Ｑｓｔａｔの変化を規定する。
【００３３】
図３Ａは、従来の渦流形成部材例えば渦流円板３９と、唯一の噴射開口７とを備えた燃料噴射弁１の噴射流形状を示す。渦流形成部材によって、比較的均質な混合気噴霧４３が形成されるが、この混合気噴霧４３は、噴射開口７の形状によって制限されて比較的広く開いており、それによって燃焼室内への深い浸透は得られない。噴射開口７の形状を変化させても、十分に満足な渦流噴霧４３の形成は得られない。何故ならば、絞り効果並びに渦流形成が不都合に作用するので、燃焼室内の浸透は、それ以上狭くできない噴射開口７によって制限されることになるからである。
【００３４】
しかしながら、単独の噴射開口７に基づく従来の渦流形成の利点は、ストローク減少効果に対して配置的な良好な特性が得られるという点にある。弁ニードル３のストロークを伴う燃料噴射弁１による燃料の静的な貫流変化は非常に僅かであるので、静的な貫流のばらつきは同様に僅かである。
【００３５】
図４における、菱形を有する、図３Ａに属する曲線Ａが示されている。ストローク減少率は、従来の渦流形成部材を備え、単独の噴射開口７を備えた燃料噴射弁１のために、約０．０１％／μｍの弁ニードル３のストロークに亘って一定である。つまり、燃料噴射弁１を通る静的な燃料貫流は、ストローク変化の影響をあまり受けない。
【００３６】
これに対して図３Ｂには、渦流形成部材を備えていない燃料噴射弁１の噴射流形状が図示されており、この燃料噴射弁１は、公知の多孔構造に従って多数の噴射開口７を備えている。
【００３７】
この実施例では、燃焼室内への浸透は非常に大きく、混合気噴霧４３は、図３Ａに示した混合気噴霧４３よりも、ほぼ３倍深く燃焼室内に侵入している。これは、特に非常に小さい噴射開口７が多数配置されていて、絞り効果が避けられ、理論混合比の混合気噴霧４３に重ねられる細い噴射流が形成される。
【００３８】
渦流形成部材を備えていない多孔式の燃料噴射弁１においては特に、静的な燃料流が弁ニードル３のストロークに強く依存している点が欠点である。これによって静的な貫流は大きくばらついて、必要な少量の噴射量がしばしば維持されなくなる。これは、噴射しようとする燃料の不完全燃焼並びにアフターバーニング反応及びノッキング等の、内燃機関の欠陥作用を生ぜしめる原因となる。
【００３９】
図４には、三角形を有する、図３Ｂに属する曲線Ｂが示されている。ストローク減少率は、公知の多孔構造に従って多数の噴射開口７を備えた燃料噴射弁１のために約０．１％／μｍであり、これは図３Ａに示した、渦流形成部材を備えた燃料噴射弁１の約１０倍の値である。燃料噴射弁１を通る静的な燃料貫流は、弁イードル３のストロークに強く依存しており、これによって噴射量の大きいばらつきが生じ得る。
【００４０】
図３Ｃには、渦流形成部材並びに多数の噴射開口７を備えた、本発明に従って構成された燃料噴射弁１が示されている。
【００４１】
図３Ｂと比較して、本発明による燃料噴射弁１の噴射流形状は、僅かに異なっているだけである。つまり、燃焼室内の混合気噴霧４３の浸透深さは、図３Ｂと同様に十分である。これに対して、ストローク変化に対する燃料貫流の公差は、図３Ａに示された渦流形成部材を備えた燃料噴射弁１の値に近い。
【００４２】
図４に示した曲線Ｃは、図３Ｃに示した噴射流分布に相当する。本発明に従って構成された燃料噴射弁の、図４に正方形で示されたストローク減少率は、約０．０２％／μｍの値を得る。この値は、図３Ａに示した、渦流形成部材を備えた燃料噴射弁１の値をほんの少し上回るだけである。
【００４３】
本発明に従って構成された燃料噴射弁１は、これによって燃焼室内で混合気噴霧４３への大きい浸透深さ、並びに弁ニードル３のストロークに対する静的な貫流のわずかな依存性、及びひいては静的な貫流のわずかなばらつきだけを有している。
【００４４】
本発明は、図示の実施例のみに限定されるものではなく、例えば渦流形成装置のその他の配置を有する燃料噴射弁１のためにも、多数又は少数の渦流通路を備えた、多数又は少数の流入開口３４或いは渦流円板を有する燃料噴射弁のためにも、並びに燃料噴射弁１の任意の構造形式のためにも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
本発明による燃料噴射弁の第１実施例の概略的な断面図である。
【図１Ｂ】
図１に示した本発明の第１実施例の、図１Ａの領域ＩＢにおける概略的な断面図である。
【図１Ｃ】
図１Ｂで符号ＩＣ−ＩＣで示した線に沿った概略的な断面図である。
【図２】
本発明による燃料噴射弁の第２実施例の、図１Ｂと同じ領域の概略的な断面図である。
【図３Ａ】
渦流形成を伴う従来の燃料噴射弁の噴射流形成の概略図である。
【図３Ｂ】
渦流形成を伴わない、多孔ノズルを備えた燃料噴射弁の噴射流形成の概略図である。
【図３Ｃ】
渦流形成を伴う、多孔ノズルを備えた燃料噴射弁の噴射流形成の概略図である。
【図４】
燃料噴射弁の図３Ａ〜図３Ｃに示した噴射流形状のための弁ニードルのストロークに関連した静的な流れを示す線図である。
【国際公開パンフレット】
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2004513295.tif 000004
2004513295.tif 000005
2004513295.tif 000006
2004513295.tif 000007
2004513295.tif 000008
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2004513295.tif 000012
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2004513295.tif 000014
2004513295.tif 000015
2004513295.tif 000016
2004513295.tif 000017
2004513295.tif 000018
2004513295.tif 000019
2004513295.tif 000020
2004513295.tif 000021
【国際調査報告】
2004513295.tif 000022
2004513295.tif 000023
2004513295.tif 000024
2004513295.tif 000025
2004513295.tif 000026
2004513295.tif 000027