(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料または燃料・空気混合物を内燃機関の燃焼室（２）内に導入する弁であって、燃料または燃料・空気混合物が弁（６）を通って内燃機関の燃焼室（２）内に直接的に噴射されて、燃焼を生ぜしめるためにこの燃焼室内で点火プラグ（７）によって点火されるようになっており、弁（６）が、外方に向かって開く弁ニードル（９）を有しており、該弁ニードルの弁ヘッド（１０）と円錐形の弁座（２０）との間に、燃料または燃料・空気混合物から成る傘状の噴射流（１２）が形成されるようになっており、該噴射流の外周面が点火プラグ（７）に向いており、空気係数λが平均してλ＞１であるような稀薄な燃料・空気混合物で内燃機関が運転されるように、導入される燃料量が調量されるようになっており、噴射流の流出方向で見て、弁座（２０）に続いて環状のガイド面（２４，１２４）が設けられており、該ガイド面が、点火プラグ（７）に向かって方向付けられた領域に、環状の形から逸れた切欠き（２６）を有している形式のものにおいて、弁座（２０）に続く環状のガイド面（２４，１２４）が、円錐形に、それも弁座（２０）の円錐角よりも小さい円錐角で形成されており、弁ヘッド（１０）に設けられたガイド面（２５）が円筒形に形成されており、前記切欠き（２６）が溝（１２６）の形で形成されており、該溝が、弁ヘッドの軸線に対して半径方向の１平面内に位置する、半径方向に延びる第１の仕切り面（３２）と、該第１の仕切り面に続いて設けられた、外方に向かって円錐形に延びる第２の仕切り面（１２９）とを備えていることを特徴とする、燃料または燃料・空気混合物を導入する弁。
【請求項２】
切欠き（２６）が、弁ヘッド（１０）とは離反した側に、弁座（２０）の外周面の延長部に延びる外周面（２９）を有している、請求項１記載の弁。
【請求項３】
溝(１２６)が側方の仕切り壁（３４）を有しており、該両仕切り壁が互いに半径方向外側に開いた角度を成している、請求項１記載の弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料または燃料・空気混合物を内燃機関の燃焼室内に導入する弁であって、燃料または燃料・空気混合物が弁を通って内燃機関の燃焼室内に直接的に噴射されて、燃焼を生ぜしめるためにこの燃焼室内で点火プラグによって点火されるようになっており、弁が、外方に向かって開いた弁ニードルを有しており、該弁ニードルの弁ヘッドと円錐形の弁座との間に、燃料または燃料・空気混合物から成る傘状の噴射流が形成されるようになっており、該噴射流の外周面が点火プラグに向いており、空気係数λが平均してλ＞１であるような稀薄な燃料・空気混合物で内燃機関が運転されるように、導入される燃料量が調量されるようになっており、噴射流の流出方向で見て、弁座に続いて環状のガイド面が設けられており、該ガイド面が、点火プラグに向かって方向付けられた領域に、環状の形から逸れた切欠きを有している形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
「SAE-Paper 720052，1972年1月」に基づき公知のこのような弁の場合、柔らかな広幅の噴流円錐体の形の燃料が燃焼室に導入される。この導入は、平均して稀薄な燃料・空気混合物において、同様に設けられた点火プラグの近くに燃料濃厚な点火可能な混合物が達するように行われる。この文献に記載された直接噴射の利点は、燃料濃厚な混合物の燃焼成層が、燃料稀薄な混合物において得られ、これにより、濃厚な混合物を点火することができる一方、平均してΔ＞１であるような空気係数Δによる運転が可能になることである。さらにこれにより、燃焼室に導入された燃料の高い燃焼度が得られるとともに、好適な熱力学的な条件が達成され、特に、従来の公知の火花点火式内燃機関において吸入路を絞る場合に生ぜしめられるガス交換ロスが減じられる。このことは全体的に燃料消費量を低減する。この場合の主な問題は、一方では、燃料濃厚な混合層が点火時点に点火プラグの領域に位置していなければならず、他方では、燃料ができるだけ完全に空気と混合され、燃焼室表面に沈着しないのが望ましい点である。したがって、噴流円錐体の位置は解決するには困難な問題である。それというのはこの噴流円錐体は、一方では、燃焼室内に留まりかつ燃焼室の壁に衝突しないようにするために十分に短くなければならず、他方では点火プラグの電極には、十分に濃厚な燃料・空気混合物を供給するのが望ましいからである。このような問題は２サイクル燃焼プロセスの場合にも４サイクル燃焼プロセスの場合にも生じる。さらにこの問題は、燃料が直接的に燃料として噴射されるか、または空気を含有して混合物として吹込まれるか、その噴射系とは無関係に共通している。さらに２サイクルエンジンの場合にはこれに加えて、際立った新鮮空気ゾーンと残留空気ゾーンとが、個々の作業サイクルの間の固有の掃気事情により燃焼室内に生じるので不都合である。十分に良好な点火のための条件は、燃料噴流も点火プラグも新鮮空気ゾーンの領域にあることである。この場合特に空間的な問題が生じる。噴射流と点火プラグの位置との間隔から、一般に、噴流円錐体の円錐角は比較的大きい。このことは、空間的な事情によりシリンダの壁が著しく湿ってしまうことを回避することができないという不都合をもたらす。壁に着けられた燃料は、燃焼室が比較的低温である場合には、内燃機関の比較的高温のピストンに燃料が衝突するのとは異なり、蒸発しにくいので、燃焼には関与せず、最終的には燃焼されないまま排ガスのＨＣ成分として燃焼室を出る。さらに、燃料消費量が不必要に高められる。別の欠点は、円錐形噴流が広幅であることにより、円筒形の壁の領域において、この領域に存在する潤滑膜が溶解するかもしくは洗い流されるので、シリンダ摺動軌道が比較的早期に摩耗する恐れがあることである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の弁を改良して、上記欠点を取除き、燃料濃厚な燃料・空気混合物が点火プラグの点火火花が飛ぶ領域に良好に供給されるような弁を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、弁座に続く環状のガイド面が、円錐形に、それも弁座の円錐角よりも小さい円錐角で形成されており、弁ヘッドに設けられたガイド面が円筒形に形成されており、弁座に続く環状のガイド面の、環状の形から逸れた切欠きが溝の形で形成されており、該溝が、弁ヘッドの軸線に対して半径方向の１平面内に位置する、半径方向に延びる第１の仕切り面と、該第１の仕切り面に続いて設けられた、外方に向かって円錐形に延びる第２の仕切り面とを備えている。
【０００５】
【発明の効果】
本発明による弁の利点は、傘状の噴射流または噴射円錐体を比較的小さな円錐角によって構成することができることにより、壁の湿りが減じられ、さらに、切欠きにより、傘状の噴射流が切欠きの領域においては、残りの噴流部分の角度よりも大きい角度を成して延びることである。したがって、弁ニードルの軸線に対して直角に、噴射流の突起状の膨らみが点火噴流として点火プラグに向かって形成されて、この点火プラグに十分に燃料・空気混合物が供給されるようになっている。これにより冒頭で述べた欠点が回避される。
【０００６】
燃料噴射弁によって噴射された噴射流が、燃料噴射弁の弁座に続いて設けられた環状のガイド面によって傘状に形成されていると有利である。弁座に続いて設けられた環状のガイド面に形成された切欠きが、弁座の延長部に延びる外周面を有していると有利である。これにより弁ヘッドと弁座との間に流出する燃料、または吹込み弁として形成されている場合、対応する燃料・空気混合物が変向することなく切欠きに達するので、残りの噴射流から逸れた部分の有効な形状が点火噴流の領域に得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に本発明を、図面に示した実施の形態について説明する。
【０００８】
図１には、内燃機関の燃焼室２が示されている。この燃焼室はシリンダヘッド３とシリンダライナ４とによって仕切られている。このシリンダライナにおいては、内燃機関のピストン（図示せず）が燃焼室を端面側で仕切っている。この場合、この内燃機関は２サイクル燃焼プロセスに基いて作業する内燃機関である。ピストンが下死点にまで運動すると、燃焼室は、供給された空気によって図示の矢印５のように掃気され、新鮮空気を充填される。この新鮮空気は続いて行われる、上死点に向かうポンプピストンの上昇行程時に圧縮され、層状燃焼プロセスのこのような場合、燃料が弁６を介して導入される。新鮮な状態で導入される空気は、基本燃料・空気混合物であってもよい。この基本燃料・空気混合物は、燃焼室に供給され、掃気動作時に、先に燃焼された燃料・空気混合物を燃焼室から出口側（図１の左側）に押し退ける。このことは公知の構造であるので詳しく説明する必要はない。本発明の構成の核心は、主に燃料または燃料・空気混合物の導入に関するものである。λ＞１の空気係数λを有する、平均して比較的稀薄な燃料・空気混合物は、均質混合の場合には汎用の点火プラグによりもはや点火することができないが、しかし、このような燃料・空気混合物の点火のために、点火火花の領域に位置する比較的燃料濃厚な混合物が部分的に利用されると、内燃機関内で燃焼することができることが公知である。これを目的にして、シリンダヘッド３には点火プラグ７が導入されている。この点火プラグは、燃料が点火プラグの近くにも達するように、比較的稀薄な基礎混合物（空気だけでもよい）に燃料が弁６を通って導入されることにより、燃料濃厚な混合物を受ける。冒頭で既に述べたように、こうして燃料消費量および内燃機関のエミッション特性が改善される。
【０００９】
燃料または燃料・空気混合物が遅くとも点火時点に導入される際に通る弁６と、点火プラグ７とは燃焼室の所定の個所に配置されている。このような個所においては、掃気動作時には残留ガスゾーンは存在しないので、点火可能な混合物を供給し、かつ残留混合物を燃焼室においてさらに燃焼し尽くすために、十分に酸素が利用される。このことは特に２サイクルプロセスにおける内燃機関に当て嵌まる。４サイクル内燃機関の場合、このような事情はさほど重大ではない。
【００１０】
燃料または燃料・空気混合物を導入するための弁は、外方に向かって開いた弁ニードル９を備えた弁として構成されている。この弁ニードル９は弁ヘッド１０を有している。このような弁は傘状の噴射流１２を形成する。この噴射流はほぼ円錐形の外周面を、規定された鋭角で描く。この場合、この角度は３０°である。このような噴流の角度は、この噴射流が燃焼室の壁、特にシリンダライナ４の壁にできるだけ僅かにしか接触しないように形成されている。これにより、冒頭で既に述べたように、燃料が燃焼室壁に直接的に衝突することはない。点火プラグは中心電極１４とアース電極１５とを有している。これらの中心電極とアース電極とは互いに対応していて、これらの中心電極の端部とアース電極の端部との間には点火火花１６が飛ぶようになっている。この点火火花はほぼ噴射流１２の外周面またはその近くに位置している。その他に、燃焼室充填物の動的な空気運動が考慮されなければならない。その対応関係は最適化に関連する。
【００１１】
図２には、弁ヘッド１０と弁ニードル９とを備えた弁６の端部の断面が示されている（第１実施例）。この弁ニードルは燃料噴射弁の弁ニードルであってよく、この弁ニードルを戻しばねによって閉鎖位置にもたらし、供給された燃料によって開放方向に移動することができる。またはこの弁ニードルは例えば、戻し手段と協働して弁ニードルを開放位置または閉鎖位置にもたらす電磁石によって、能動的に制御される。燃料または燃料・空気混合物は、弁ニードル９を取囲む環状室１７内で弁ヘッド１０に供給される。弁ヘッドの上流側の領域において燃料と空気とを供給することによって、混合物生成が弁内で直接的に行われてよい。この場合、供給される燃料は別の弁によって調量されると有利である。
【００１２】
弁ヘッドは、弁内部に向いた円錐形の外周面１９を有している。この外周面はシール面として加工されており、噴射弁のケーシング２１の円錐形の弁座２０と協働する。環状室１７の外周面２２は弁座２０に直接的に移行している。この弁座２０に続いて、環状のガイド面２４が設けられている。このガイド面は円筒形に構成されているか、または燃焼室に向いて開いた鋭角を有している。この鋭角は、円錐形の弁座２０の鋭角よりも著しく小さい。このガイド面２４には半径方向で見て、円筒形またはやはり僅かに円錐形の、弁ヘッドの区分２５が対応している。このような区分は外周面１９に続いて設けられており、ガイド面２４と一緒に環状ギャップを形成している。このような対応関係によって、前に述べた傘状の噴射流１２が形成される。この噴射流は、ガイド面２４および円筒形の区分２５のジオメトリによって規定された角度を有している。
【００１３】
本発明によれば、ガイド面２４が切欠き２６によって中断されている。この切欠きは、弁ニードルの軸線２８から離反した外周面２９を有している。この外周面はほぼ弁座２０の延長部に位置しており、弁ニードルの長手方向の軸線２８に対して弁座と等しい角度を成している。このような切欠きの領域においては、弁から供給された燃料または燃料・空気混合物が、残りのガイド面２４の領域におけるよりも僅かしか変向しないので、図１に示した副噴流または点火噴流３１が形成される。この点火噴流はこのような切欠きの領域において噴射流１２の円錐形の輪郭の中断部を形成する。このような点火噴流の、点火プラグに向いた位置決めは、もたらされた燃料または燃料・空気混合物の正にこのような僅かな部分だけが中心電極１４およびアース電極１５の近くに達するように行われる。これによりこの場所で点火が行われる。これにより、丁度点火に必要な燃料分が点火プラグの領域に達し、この場合、導入された残りの燃料が、燃料の調製および更なる燃焼にとって不都合となるような領域には達することはない。特に、導入された燃料または燃料・空気混合物の大部分が燃焼室の壁に余りにも接近するかまたは直接的に衝突することにより、冒頭で述べた欠点が生ぜしめられるのが回避される。
【００１４】
切欠きの形状は、このような点火噴流３１の形成にとって決定的である。切欠きの横断面は要件に応じて形成することができる。すなわち、この切欠きは軸線２８の周方向で見て互いに平行な側面仕切り部を備えた溝であるか、または、適当な総形フライスで製造された成形溝であってよい。外周面２９の輪郭は、傘状の噴射流１２のこの切欠きに対応する部分の必要な変向に適合することができる。さらに切欠きの大きさは、点火プラグの近くにもたらされる燃料量を規定する。
【００１５】
図３には、弁６の第２実施例が示されている。この弁６は、弁ヘッドの円筒形の区分２５と、燃焼室に向かって円錐形に拡大して形成されたガイド面１２４とを備えている。
【００１６】
図４には、弁の第３実施例が示されている。この弁は、溝として形成された切欠き１２６を備えている。この切欠きは、弁の軸線２８に対して半径方向の平面内に位置する底面３２と、弁座２０の円錐角よりも僅かに急勾配に形成された外周面１２９とを備えている。前記底面３２は弁座２０の端部と一緒にエッジを形成する。さらにこの弁は、図５の平面図から判るように、この第３実施例の溝の、側方の仕切り壁３４は互いに並行ではなく、互いに半径方向外側に開いた角度を成している。これにより、点火プラグの電極の領域における空気と燃料との混合を改善するために、細い噴流を半径方向外側で扇状に広げることができるように、噴流の拡張が考慮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】点火プラグと、本発明による弁とが配置された内燃機関を部分的に断面して示す概略図である。
【図２】本発明による弁の第１実施例を、燃料もしくは燃料・空気混合物の出口の領域で部分的に断面して示す図である。
【図３】本発明による弁の第２実施例を、燃料もしくは燃料・空気混合物の出口の領域で部分的に断面して示す図である。
【図４】本発明による弁の第３実施例を、燃料もしくは燃料・空気混合物の出口の領域で部分的に断面して示す図である。
【図５】図４の弁の出口側を、弁ニードルを取除いた状態で示す平面図である。
【符号の説明】
２  燃焼室、  ３  シリンダヘッド、  ４  シリンダライナ、  ５  矢印、  ６  弁、  ７  点火プラグ、  ９  弁ニードル、  １０  弁ヘッド、  １２  噴射流、  １４  中心電極、  １５  アース電極、  １６  点火火花、  １７  環状室、  １９  外周面、  ２０  弁座、  ２１  ケーシング、  ２２  外周面、２４，１２４  ガイド面、  ２５  区分、  ２６，１２６  切欠き、  ２８  軸線、  ２９，１２９  外周面、  ３１  点火噴流、  ３２  底面、  ３４  仕切り壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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