(57)【要約】内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁（１）は、アクチュエータ（１０）と、このアクチュエータ（１０）によって操作可能な、弁閉鎖体（４）を操作するための弁ニードル（３）とを有している。弁閉鎖体（４）は、弁座面（６）と共にシール座を形成している。この場合、弁ニードル（３）および／または弁閉鎖体（４）は、全周にわたって設けられた少なくとも１つの渦流発生通路（３５）を有している。この場合、この少なくとも１つの渦流発生通路（３５）は、燃料の流れ方向に沿って可変な横断面を有している。少なくとも１つの渦流発生通路（３５）は、燃料噴射弁（１）の操作時に持上り方向での弁ニードル（３）の運動によって、渦流発生通路（３５）の絞り長さの軸方向の短縮を被っている。
2004513292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁（１）であって、アクチュエータ（１０）と、該アクチュエータ（１０）によって操作可能な、弁閉鎖体（４）を操作するための弁ニードル（３）とが設けられており、弁閉鎖体（４）が、弁座面（６）と共にシール座を形成しており、弁ニードル（３）および／または弁閉鎖体（４）が、全周にわたって設けられた少なくとも１つの渦流発生通路（３５）を有しており、該渦流発生通路（３５）が、燃料の流れ方向に沿って可変な横断面および／または可変な形状を有している形式のものにおいて、
少なくとも１つの渦流発生通路（３５）が、当該燃料噴射弁（１）の操作時に持上り方向での弁ニードル（３）の運動によって、渦流発生通路（３５）の絞り長さの軸方向の短縮を被っていることを特徴とする、燃料噴射弁。
【請求項２】
少なくとも１つの渦流発生通路（３５）が、弁ニードル（３）のかつ／または弁閉鎖体（４）の周面（３６）に形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】
少なくとも１つの渦流発生通路（３５）が、案内板（３４）によって半径方向外側で閉鎖されている、請求項１または２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】
少なくとも１つの渦流発生通路（３５）が、案内板（３４）の領域に限定されている、請求項３記載の燃料噴射弁。
【請求項５】
少なくとも１つの渦流発生通路（３５）の横断面が、流出方向で減少している、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】
少なくとも１つの渦流発生通路（３５）の横断面が、流出方向で増加している、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７】
少なくとも１つの渦流発生通路（３５）が、曲がりを軸方向で有している、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８】
少なくとも１つの渦流発生通路（３５）の半径方向の深さが、流出方向で減少している、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】
少なくとも１つの渦流発生通路（３５）が、非対称的な横断面を有している、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１０】
内燃機関の燃料噴射装置のための燃料噴射弁（１）に用いられる弁ニードル（３）および／または弁閉鎖体（４）を製作するための方法であって、燃料噴射弁（１）が、アクチュエータ（１０）と、該アクチュエータ（１０）によって操作可能な、弁閉鎖体（４）を操作するための弁ニードル（３）とを有しており、弁閉鎖体（４）が、弁座面（６）と共にシール座を形成しており、弁ニードル（３）および／または弁閉鎖体（４）が、周面（３６）に設けられた少なくとも１つの渦流発生通路（３５）を有しており、該渦流発生通路（３５）が、軸方向で可変な半径方向の横断面を有していて、燃料の流れ方向に沿って可変な横断面および／または可変な形状を有しており、少なくとも１つの渦流発生通路（３５）が、燃料噴射弁（１）の操作時に持上り方向での弁ニードル（３）の運動によって、渦流発生通路（３５）の絞り長さの軸方向の短縮を被っている形式の、燃料噴射弁に用いられる弁ニードルおよび／または弁閉鎖体を製作するための方法において、
少なくとも１つの渦流発生通路（３５）を、コンピュータ助成されたレーザ加工によって弁ニードル（３）のかつ／または弁閉鎖体（４）の外側の周面（３６）に加工成形することを特徴とする、燃料噴射弁に用いられる弁ニードルおよび／または弁閉鎖体を製作するための方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の燃料噴射弁および請求項１０の上位概念部に記載した形式の、燃料噴射弁の弁ニードルを製作するための方法から出発する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許第３８０８６３５号明細書に基づき、混合気圧縮型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、噴射噴流の渦流を発生させるための螺旋状の渦流発生溝を備えた電磁操作される弁ニードルを有している。この場合、渦流発生溝の総横断面は出口開口の横断面よりも少なくとも半部だけ小さく寸法設定されている。
【０００３】
さらに、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３１２１５７２号明細書には、特に内燃機関の燃料噴射装置のために使用される燃料噴射弁が提案されている。この燃料噴射弁は、運動可能な弁部材を有している。この弁部材は、ノズルボディ内に設けられた弁座と協働する。弁部材の下流側には調整孔が配置されている。この調整孔内には渦流発生挿入体が部分的に圧入されている。この渦流発生挿入体は、その周面に向かって開いた渦流発生通路を有している。この渦流発生通路は、渦流発生挿入体の一方の端部から他方の端部にまで軸方向で燃料噴射弁長手方向軸線に対して傾けられて延びていて、接線方向で調整孔に開口している。渦流発生通路は同時に調量通路として働く。この調量通路の絞り長さは調整孔内での渦流発生挿入体の移動によって可変である。
【０００４】
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、特に渦流発生挿入体の、高い製造不正確さによって生ぜしめられる高い製造手間にある。不均一に成形された渦流発生溝によって、噴流パターンにおける不均質性および結果的な燃焼時の欠陥、つまり、高められた排ガス値および高められた燃料消費率が生ぜしめられる。
【０００５】
発明の利点
請求項１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ならびに請求項１０の特徴部に記載の特徴を備えた本発明による方法は従来のものに比べて、一方では、燃焼室内に噴射される混合気クラウドの渦流が、適宜に成形された渦流発生通路によって燃料噴射弁の運転状態に適合され得るように調整されており、他方では、渦流を調整する構成要素の製作を、コンピュータ制御されたレーザ法の使用によって廉価にかつ高いフレキシビリティで行うことができるという利点を有している。
【０００６】
さらに、渦流発生通路が、案内板によって取り囲まれた領域にしか限定されていないと有利である。なぜならば、これによって、弁ニードルの行程にわたって、渦流発生通路の絞り長さひいては燃料流れにさらに影響を与えることが可能となるからである。
【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構成および改良ならびに請求項１０に記載した方法の有利な実施態様ならびに改善が可能となる。
【０００８】
特に渦流発生通路のための種々異なる可能な形状が有利である。これらの形状によって、極めて良好なスプレイ調整が、運転状態と化学量論とを考慮して可能となる。
【０００９】
この場合、特に噴射方向で見て半径方向にまたは軸方向にまたは両方向を組み合わせて先細りにされている形状が有利である。これによって、渦流発生通路を通る燃料流れを加速させることができる。
【００１０】
渦流発生通路の非対称的な形状も、燃料噴射弁の特に部分負荷運転中の個々の燃料噴流のより均一なオーバラップの点で有利となる。
【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４につき、本発明により製作された弁ニードル３を備えた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の主要な構成部分を図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は少なくとも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３４が形成されている。この案内板３４は弁ニードル３の中心の位置決めのために働き、したがって、弁ニードル３の引っ掛かりと、これに基づく、調量される燃料量における不正確さとを排除している。案内板３４の領域には、弁ニードル３もしくは図示の実施例では弁ニードル３と一体に形成された弁閉鎖体４が複数の渦流発生通路３５を有している。これらの渦流発生通路３５は、さらに以下で詳しく説明する本発明による製作法によって弁ニードル３のもしくは弁閉鎖体４の外側の周面３６に設けられている。渦流発生通路３５のより詳細な図面は図２〜図４から知ることができる。
【００１８】
弁ニードル案内部材１４およびプランジャ２０には燃料通路３０ａ，３０ｂ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、本発明により形成された燃料噴射弁１の流出側の端部が、抜粋した概略的な軸方向の断面図で示してある。すでに説明したエレメントは、全ての図面において、合致する符号を備えている。
【００２２】
すでに図１に関して説明したように、弁ニードル３もしくは有利な実施例では弁ニードル３と一体に形成されている弁閉鎖体４は、全周にわたって配置された複数の渦流発生通路３５を有している。この場合、これらの渦流発生通路３５は、主として、燃料噴射弁１の長手方向軸線３７に対して傾けられて案内板３４の領域で弁閉鎖体４の周面３６に延びている。これによって、渦流発生通路３５は流入・流出区分を除いて半径方向外側で閉鎖されている。
【００２３】
案内板３４は溶接シーム３８によって弁座体５に固く結合されていて、これによって、弁ニードル３を安定させているので、中心ずれと、これによって生ぜしめられる燃料噴射弁１の誤機能とは排除される。
【００２４】
渦流発生通路３５の特殊な配置によって、渦流発生通路３５の形状と相俟って、内燃機関の燃焼室内に噴射される混合気クラウドの任意のモデリングを行うことができる。渦流発生通路３５は案内板３４と同一平面を成して終わっているので、渦流発生通路３５を通る燃料の流路もしくは渦流発生通路３５の絞り長さは、燃料噴射弁１の閉鎖された状態において、弁閉鎖体４に沿って案内板３４の領域で最大となる。燃料噴射弁１がアクチュエータ１０の操作によって開放されると、弁閉鎖体４が弁座面６から持ち上がる。これによって、渦流発生通路３５が案内板３４に対して相対的に弁ニードル３の持上り方向に移動させられる。これによって、燃料噴射弁１の渦流発生通路３５を通流する燃料の流路が軸方向に移動させられる。これによって、渦流発生通路３５が適切に形成されている場合には、噴射される燃料の噴流パターンに影響を与えることが可能となる。渦流発生通路３５の適宜な形状は図４Ａ〜図４Ｅに示してある。
【００２５】
図３には、図２にＩＩＩ−ＩＩＩで示した線に沿った案内板３４と弁閉鎖体４との抜粋した断面図が示してある。
【００２６】
前述した実施例では、８つの渦流発生通路３５が規則的な角度間隔で弁閉鎖体４の周面３６に設けられてる。横断面形状として、別の多数の可能な形状の代わりに非対称的な横断面が選択されている。しかし、横断面は均一に方形、半円形または三角形であってもよいし、セクタ状の斜め面取り部も可能である。
【００２７】
この場合、渦流発生通路３５の数ならびに燃料噴射弁１の長手方向軸線３７に対して相対的な渦流発生通路３５の傾きは自由に選択可能である。したがって、たとえばただ１つの渦流発生通路３５も可能である。この渦流発生通路３５は弁閉鎖体４の周面３６全体を取り囲むように螺旋状に延びている。有利には、渦流発生通路３５の数、形状、深さは、望ましくない絞り効果が生ぜしめられ得ないように規定されている。
【００２８】
図４Ａ〜図４Ｅには、弁閉鎖体４に形成された渦流発生通路３５の有利な横断面形状に対する実施例が示してある。
【００２９】
この場合、渦流発生通路３５は、コンピュータ助成されたレーザ加工によって弁ニードル３および／または弁閉鎖体４に設けられる。この場合、レーザ加工の特別な利点は高いフレキシビリティにある。燃料噴射弁１に従来の渦流調整による種々異なる渦流発生板を設けたい場合には、新たな各渦流発生板形状のために固有の打抜き型または射出成形型が製作されなければならない。しかし、この場合、渦流発生板の、規定された形状によって、特に運転状態に関連した渦流調整が噴流パターンに相応の影響を与えるという必要性は考慮されないままである。これに比べてレーザ加工では、渦流発生通路３５の新たな形状を形成するために、レーザの制御ソフトウェアにおけるほんの僅かな変更しか必要とならない。
【００３０】
すなわち、レーザ加工の本発明による方法は、以下に説明する例示的な横断面形状と相俟って、渦流発生通路３５の、簡単で正確なかつ製造技術的に有利な製作のために考慮されている。さらに、この製作は、運転状態に関連して噴流パターンに影響を与えるという利点を有している。
【００３１】
図４Ａには、流出方向で先細りにされた横断面を有する渦流発生通路３５が示してある。この場合、基本形状は長方形である。横断面減少の同様の効果は、たとえば正方形によっても獲得することができる。
【００３２】
渦流発生通路３５のこの形状の利点は、通流される横断面の減少による燃料の、連続の方程式により獲得される加速にある。したがって、渦流発生通路３５はコンベクタのように作用する。
【００３３】
図４Ｂには、流出方向に拡張されている渦流発生通路３５が示してある。この形状の利点は、特に噴射される噴流の均質化にある。なぜならば、渦流発生通路３５を通流した燃料の個々の噴流が互いにオーバラップし、これによって、閉じられた噴射コーンが発生させられるからである。
【００３４】
図４Ｃには、曲げられた渦流発生通路３５が示してある。この渦流発生通路３５は一定の横断面を有しているものの、自由に選択可能な曲率半径で曲げられている。この曲がりによって、獲得される燃料噴流の方向を任意にモデリングすることができる。これによって、噴射される混合気クラウドを燃焼室形状に適合させることができる。
【００３５】
図４Ｄには、その長さにわたって可変でありかつ流出方向で減少する半径方向の深さを備えた渦流発生通路３５が示してある。この横断面形状は図４Ａに類似していて、同じくコンベクタとして作用する。
【００３６】
この場合、深さが流出方向で増加していてもよい（図示せず）。このことは、特に部分負荷運転に対して有利である。なぜならば、混合気クラウドがホローコーンから、リッチなコアを備えた少なくとも部分的に充填された噴射コーンに移行するからである。この噴射コーンは、半径方向内向きで互いにオーバラップした個別噴流によって発生させられる。
【００３７】
図４Ｅには、すでに図３で説明した非対称的な横断面形状が示してある。この形状では、渦流発生通路３５の深さが弁ニードル３もしくは弁閉鎖体４の周方向で変化している。
【００３８】
この横断面形状の特別な利点は混合気クラウドの均質化にある。なぜならば、対称的な噴流形状では混合気がオーバラップ領域でリッチになる傾向にあるので、燃料噴流を楔状に形成し、これによって、個々の噴流のオーバラップ領域を化学量論的に維持することが可能となるからである。
【００３９】
説明した横断面形状の他に多数の別の形状も可能である。特に個々の横断面形状の利点を統一するために、種々異なる形状が組み合わされると有利である。したがって、たとえば図４Ａに示した形状と図４Ｃに示した形状とから成る組合せまたは図４Ａに示した形状と図４Ｄに示した形状とから成る組合せが有利である。
【００４０】
本発明は、図示の実施例に限定されておらず、特に圧電式のまたは磁歪式のアクチュエータ１０を備えた燃料噴射弁１でも、任意の形状の渦流発生通路３５に対しても、燃料噴射弁１の任意の構成変化形でも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による燃料噴射弁の第１実施例の軸方向の断面図である。
【図２】
本発明による燃料噴射弁の流出側の端部の部分的な拡大図である。
【図３】
図２に示したＩＩＩ−ＩＩＩに沿った概略的な断面図である。
【図４Ａ】
本発明による方法によって製作された渦流発生通路の第１実施例を示す図である。
【図４Ｂ】
本発明による方法によって製作された渦流発生通路の第２実施例を示す図である。
【図４Ｃ】
本発明による方法によって製作された渦流発生通路の第３実施例を示す図である。
【図４Ｄ】
本発明による方法によって製作された渦流発生通路の第４実施例を示す図である。
【図４Ｅ】
本発明による方法によって製作された渦流発生通路の第５実施例を示す図である。
【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　燃料通路、　３１　フランジ、　３２　中間リング、　３３　溶接シーム、　３４　案内板、　３５　渦流発生通路、　３６　周面、　３７　長手方向軸線、　３８　溶接シーム
【国際公開パンフレット】
2004513292.tif 000003
2004513292.tif 000004
2004513292.tif 000005
2004513292.tif 000006
2004513292.tif 000007
2004513292.tif 000008
2004513292.tif 000009
2004513292.tif 000010
2004513292.tif 000011
2004513292.tif 000012
2004513292.tif 000013
2004513292.tif 000014
2004513292.tif 000015
2004513292.tif 000016
2004513292.tif 000017
2004513292.tif 000018
2004513292.tif 000019
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004513292.tif 000020
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004513292.tif 000021
【国際調査報告】
2004513292.tif 000022
2004513292.tif 000023
2004513292.tif 000024
2004513292.tif 000025
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2004513292.tif 000032
2004513292.tif 000033