JP2004515691A - 燃料噴射弁 - Google Patents
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Abstract
混合気圧縮型火花点火式内燃機関の燃焼室内へ燃料を特に直接噴射するための燃料噴射弁(1)は、アクチュエータ(10)と、弁座体(5)に形成された弁座面(6)と相俟って封止座を形成する弁閉鎖体(4)を作動するために前記アクチュエータ(10)によって作動可能な弁ニードル(3)と、前記弁座体(5)内に形成された複数の噴出オリフィス(7)とから成っている。本発明では弁閉鎖体(4)の下流側の切欠(36)内に緩衝エレメント(37)が配置されている。
Description
【0001】
技術分野:
本発明は、請求項1に発明の上位概念として規定した通り、アクチュエータと、弁座体に形成された弁座面と相俟って封止座を形成する弁閉鎖体を作動するために前記アクチュエータによって作動可能な弁ニードルと、前記弁座体内に形成された少なくとも1つの噴出オリフィスとを備えた形式の、混合気圧縮型火花点火式内燃機関の燃焼室内へ燃料を特に直接噴射するための燃料噴射弁に関する。
【0002】
背景技術:
ドイツ連邦共和国特許出願公開第33 14 899号明細書に基づいてすでに公知になっている、電磁式に作動可能な燃料噴射弁では、電磁式に作動するために可動磁極子が、電気的に励磁可能な電磁コイルと協働し、かつ前記可動磁極子のストロークが弁ニードルを介して弁閉鎖体に伝達される。該弁閉鎖体は弁座面と協働して封止座を形成する。前記可動磁極子は、弁ニードルに固着されてはいず、該弁ニードルに沿って軸方向に可動に配置されている。第1戻しばねが弁ニードルを閉弁方向に負荷しており、従って電磁コイルの、給電されない非励磁状態では燃料噴射弁を閉弁状態に保つ。可動磁極子は、該可動磁子が不作用位置では、弁ニードルに設けられた第1ストッパに当接するように、第2戻しばねによってストローク方向に負荷される。電磁コイルが励磁されると、可動磁極子はストローク方向に引きつけられ、かつ前記第1ストッパを介して弁ニードルを連動する。電磁コイルを励磁する電流が断たれると、弁ニードルは第1戻しばねによって閉弁位置へ加速され、かつ前記ストッパを介して可動磁極子を連動する。弁閉鎖体が弁座に衝突すると即座に弁ニードルの閉弁運動は、突発的に終了する。弁ニードルに固着結合されていない可動磁極子の運動は、ストローク方向とは逆方向に続行し、かつ第2戻しばねによって吸収され、つまり可動磁極子は、第1戻しばねに対比して著しく小さなばね定数を有する第2戻しばねに抗して振動する。第2戻しばねは究極的に可動磁極子を改めてストローク方向に加速する。
【0003】
前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第33 14 899号明細書に基づいて公知になっている燃料噴射弁の欠点は特に、反跳作用が不完全な点にある。可動磁極子が弁ニードルのストッパに衝突した場合に、弁ニードルと結合された弁閉鎖体が弁座から改めて短時間離間し、従って燃料噴射弁の不都合な開弁が短時間生じることになり、これによって噴射パターンが変造され、かつ燃料噴射量が増量されることになり、その結果、燃料消費量が高くなり、かつ後燃焼による内燃機関のノッキングが増強されることになる。
【0004】
弁座体と弁座支持体との間に緩衝手段を設けることは、米国特許第5,236,173号明細書に基づいて公知である。
【0005】
発明の開示:
請求項1の特徴部に記載した構成手段を有する本発明の燃料噴射弁は、従来技術に対比して、封止座からの弁閉鎖体の反跳が、弁閉鎖体の切欠(凹所)内に配置された緩衝エレメントによって阻止され、しかもその場合、戻しばねのばね定数を高める必要もなく、従って、より長い開弁時間を甘受する必要もなくなるという利点を有している。
【0006】
更にまた、例えば大量生産による構成部品を使用する場合の制約を発生させることなしに、多穴式コンセプトを簡単に変換することが可能になる。
【0007】
請求項1に記載した燃料噴射弁の有利な構成及び改良は、従属請求項に記載した構成手段によって可能である。
【0008】
その場合有利なことに、緩衝エレメントの円筒形形態は、任意の弾性材料、例えばゴム、シリコーン又はフォーム物質から特に低廉かつ簡便に製作することができ、或いは緩衝エレメントを、ジャケットによって包囲された液体クッションとして構成することも可能である。
【0009】
更に複数の噴出オリフィスから成る複数の円環列が構成され、しかも該円環列が部分的に緩衝エレメントによって被覆されるようにするのが有利である。この手段によって、内燃機関の燃焼室内へ噴射される混合気雲を、内燃機関の運転状態に適合させることが可能になる。
【0010】
この混合気雲の、内燃機関の運転状態に対する適合は、燃料噴射弁の縦軸線に対する複数の噴出オリフィスの傾度を異ならせることによって助成されるのが有利である。
【0011】
また緩衝エレメントを、弁閉鎖体の切欠内に配置されて緩衝体と結合されたばねとして構成するのが有利である。この場合、燃料噴射弁の開弁状態において振動自在な緩衝体は金属から成ることもできる。それというのは緩衝作用はばねによって得られるからである。この場合、緩衝エレメントの材料に特別の要求を課すことなく低廉に製作できるので特に有利である。
【0012】
発明を実施するための最良の形態:
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【0013】
なお図2A〜図2Cに基づいて本発明の燃料噴射弁1の実施例を詳説するに先だって、本発明の理解を助けるために、先ず図1に示した全体図に基づいて本発明の燃料噴射弁1を、主要構成部分に関して簡単に説明しておく。
【0014】
燃料噴射弁1は、混合気圧縮型火花点火式内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁として構成されている。該燃料噴射弁1は、内燃機関の図示を省いた燃焼室内へ燃料を特に直接噴射するために適している。
【0015】
燃料噴射弁1は、弁ニードル3を内部に配置したノズル基体2を有している。前記弁ニードル3は弁閉鎖体4と作用結合しており、該弁閉鎖体は、弁座体5に配置された弁座面6と協働して封止座を形成する。燃料噴射弁1は本実施例では、内向きに開弁する燃料噴射弁1であり、該燃料噴射弁は、殊に有利には円環状に配列された複数の噴出オリフィス7を有している。ノズル基体2はパッキン8によって電磁回路の外極9に対して封止されている。電磁コイル10はコイルケース11内に封入されてコイル巻枠12に巻かれており、該コイル巻枠は電磁回路の内極13に当接している。内極13と外極9はギャップ26によって相互に分離されており、かつ継手構成部材29に支持されている。電磁コイル10は、電気的なプラグ接点17から導線路19を介して給電される電流によって励磁される。前記プラグ接点17は外装プラスチック被覆18によって包囲されており、該外装プラスチック被覆は、内極13に沿って一体的に射出成形することができる。
【0016】
弁ニードル3は弁ニードル案内14の内周壁に沿って案内されており、該弁ニードル案内は円板状に形成されている。ストロークを調整するために、前記弁ニードル案内に対して対偶配置された調整ワッシャ15が使用される。該調整ワッシャ15の他方の側には可動磁極子20が位置している。該可動磁極子は、第1フランジ21を介して弁ニードル3と摩擦接続し、該弁ニードルは溶接継手22によって前記第1フランジ21と結合されている。第1フランジ21の上には戻しばね23が支持されており、該戻しばねは、燃料噴射弁1の本実施形態ではスリーブ24によって予荷重をかけられる。
【0017】
溶接継手33を介して弁ニードル3と接合された第2フランジ31は、可動磁極子の下位ストッパとして役立つ。第2フランジ31上に載置されている弾性的な中間リング32は、燃料噴射弁1の閉弁時の反跳を防止する。
【0018】
弁ニードル案内14内及び可動磁極子20内には燃料通路30a〜30bが延びている。有利な実施例では球形の弁閉鎖体4は少なくとも1つの研磨面34を有し、該研磨面を介して燃料は弁閉鎖体4を沿面流動し、かつ噴出オリフィス7へ案内される。燃料は集中燃料供給部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。燃料噴射弁1はパッキン28によって、詳細な図示を省いた燃料導管に対して封止されている。
【0019】
弁閉鎖体4は噴出側端部35に切欠(凹所)36を有し、該切欠は円筒形又はポット状に成形されているのが有利である。該切欠36内には、噴出側で弁座体5に支持される緩衝エレメント37が配置されている。この第1実施例では緩衝エレメント37はこの場合、弁座体5内に円環状に形成された複数の噴出オリフィス7の内部で弁座体5に載るように配置されている。本発明の燃料噴射弁1の第1実施例及びその機能態様の詳細な説明は、図2Aに基づいて行われる。
【0020】
燃料噴射弁1の不作用状態では可動磁極子20は、弁閉鎖体4を弁座6に封止当接させるように、ストローク方向とは逆向きに戻しばね23によって負荷される。電磁コイル10が励磁されると、該電磁コイルは、戻しばね23のばね力に抗して可動磁極子20をストローク方向に動かす磁界を生成し、その場合、ストロークは、不作用位置で内極13と可動磁極子20との間に介在する作業ギャップ27によって設定されている。可動磁極子20は、弁ニードル3と溶接されている第1フランジ21を同じくストローク方向に連動する。弁ニードル3と作用結合している弁閉鎖体4は弁座面6から離間し、かつ燃料が噴出される。
【0021】
コイル電流が断たれると、磁界が充分に消磁した後に可動磁極子20は、戻しばね23のばね圧によって内極13から落下し、これによって、弁ニードル3と作用結合している第1フランジ21はストローク方向とは逆方向に運動する。これによって弁ニードル3は等方向に動かされ、ひいては弁閉鎖体4が弁座面6に載着し、かつ燃料噴射弁1は閉弁される。その場合、弁座体5からの弁閉鎖体4の反跳は、弁ニードル3の運動エネルギーを吸収する緩衝エレメント37によって阻止される。
【0022】
図2Aは、図1に示した鎖線囲み域IIAの拡大断面図である。その場合、同等の構成要素には、オリエンテーションを容易にするために同一符号を付した。
【0023】
図1に基づいてすでに簡単に説明したように、本発明により構成された燃料噴射弁1の弁閉鎖体4は、ほぼ球形の形状を有している。これによって、燃料噴射弁1の機能挙動を正確にする、ずれの無い、カルダン継手状の弁ニードル案内が得られる。このことは、燃料噴射弁1の閉弁時に緩衝エレメント37によって反跳を避けようとする場合に特に重要である。
【0024】
燃料噴射弁1の弁座体5はほぼポット状に形成されており、しかも、その形状は弁ニードル案内を助成する要因となる。弁座体5はその場合、ノズル基体2の噴出側凹設部38内に装嵌されており、かつ溶接継手39によってノズル基体2と結合されている。
【0025】
弁閉鎖体4はその噴出側端部35に切欠36を有し、該切欠はポット状又は円筒形に形成されておりかつ下流方向に開いている。該切欠36内には前記の緩衝エレメント37が配置されている。該緩衝エレメントは殊に有利には弾性的なゴム材料又はプラスチック材料から成り、かつ、該緩衝エレメントの軸方向長が、弁閉鎖体4内の切欠36の軸方向長よりも幾分大になるように設計されている。
【0026】
燃料噴射弁1の閉弁状態において緩衝エレメント37は、燃料噴射弁1を閉弁状態に保つ戻しばね23のばね力によって緊縮されるので、弁閉鎖体4は弁座面6に接触して封止状態に保たれ、かつ緩衝エレメント37の軸方向長が僅かに減少される。
【0027】
実施例において燃料噴射弁1の、電磁コイル10として構成されたアクチュエータ10が作動されると、弁閉鎖体4は封止座から離間し、これによって燃料は、少なくとも1つの研磨面34を介して噴出オリフィス7に向かって流れる。緩衝エレメント37の膨張は、開弁運動時に燃料噴射弁1を迅速に開弁させるために付加的に寄与する。緩衝エレメント37はその場合、弁閉鎖体4の切欠36内に固着しておき、これによって更なる開弁運動時に同じく弁座体5から離間させることもできる。しかし緩衝エレメントを切欠36内に単にルーズに配置しておき、燃料噴射弁1の開弁時に弁座体5に残留させるようにすることも可能である。但しこの場合は燃料噴射弁1の開弁ストロークが、弛緩状態で緩衝エレメント37の軸方向長を上回らないことが保証されていなければならない。さもないと緩衝エレメント37が切欠36から滑り出ることがあるからである。
【0028】
燃料噴射弁1の閉弁時、可動磁極子20は、磁界が充分に消磁した後に戻しばね23のばね力によって内極13から落下し、これによって、弁ニードル3は下流方向に動かされる。従って弁閉鎖体4は再びその始点位置へ復帰させられ、しかも閉弁動作の終期に緩衝エレメント37は圧縮され、これによって、閉弁方向とは逆向きに作用して弁ニードル3の運動を制動する力が、弁閉鎖体4に対して及ぼされる。これによって弁閉鎖体4は、極めて僅かな残留速度で封止座に衝突することになるので、これによって燃料噴射弁が短時間もう一度開弁する不都合な事態は防止される。
【0029】
図2Bは、本発明により構成された燃料噴射弁の第2実施例の区分断面図である。該区分は図2Aに等しい。同等の構成要素には、この場合も同一符号を付した。
【0030】
図1もしくは図2Aに示した本発明の燃料噴射弁1の第1実施例とは異なって、図2Bに示した第2実施例は、複数の噴出オリフィス7から成る特に同心的な2つの円環列40を有している。その場合、半径方向で内位円環列40aを形成する複数の内位噴出オリフィス7aは、燃料噴射弁1の閉弁状態では緩衝エレメント37によって被覆されているのに対して、半径方向で外位円環列40bを形成する複数の外位噴出オリフィス7bは、図2Aに示した第1実施例に相当して配置されている。
【0031】
緩衝エレメント37は、図2Aに示した実施例に同じく相応して形成することができる。但しこの第2実施例では、複数の内位噴出オリフィス7aを形成する内位円環列40aが燃料噴射弁1の開弁時に解放されるために緩衝エレメント37は切欠36内に固着されていなければならない。
【0032】
要するに電磁コイル10が給電されると、弁閉鎖体4が先ず弁座面6から離間され、これによって外位円環列40bを形成する複数の外位噴出オリフィス7bが解放される。弛緩状態の緩衝エレメント37の軸方向長と切欠36の軸方向長との差に等しい特定ストロークを通過した後に始めて、緩衝エレメント37も弁座体5から離間し、これによって内位円環列40aを形成する複数の内位噴出オリフィス7aも解放される。
【0033】
複数の噴出オリフィス7の前記配列によって、燃焼室内へ噴射される燃料雲を、弁ニードル3のストローク位置に応じて、外位円環列40bを形成する複数の外位噴出オリフィス7bから噴出された燃料だけから形成するか、或いは内位円環列40aを形成する複数の内位噴出オリフィス7aから噴出された燃料と、外位円環列40aを形成する複数の外位噴出オリフィス7bから噴出された燃料とから形成することが可能になる。
【0034】
これは、混合気雲の形成のために特に有利である。それというのは、例えば燃料噴射弁1の縦軸線41に対する複数の噴出オリフィス7の異なった傾度によって、混合気雲の形状並びに該混合気雲の化学量論的操作に直接影響を及ぼすことが可能になるからである。複数の噴出オリフィス7を形成する円環列40の開閉によって、燃料噴射弁1の各運転状態に適合された噴射パターンを発生することが可能になる。所要のストローク段階は、例えば連動スリーブのような別の磁極子ストッパを介して、或いは2つのアクチュエータ10を有する燃料噴射弁1を介して、例えば二重コイル弁によって得ることができる。
【0035】
要するに、外位円環列40bを形成する複数の外位噴出オリフィス7bが、燃料噴射弁1の縦軸線41に対して小さな角度で傾斜されている場合、燃料噴射弁1の第1の切換え位置では、内位円環列40aの複数の噴出オリフィス7aを閉鎖した状態で、部分負荷運転範囲にとって必要になるような、小さな噴射開先角と燃焼室内への高い侵徹度を伴った混合気雲が生じる。これに対して内位円環列40aを形成する複数の内位噴出オリフィス7aは、より強く傾斜しているので、全負荷運転の場合、内位円環列40aの複数の内位噴出オリフィス7a及び外位円環列40bの複数の外位噴出オリフィス7bを開放した状態で、大きな半径方向運動成分をもった燃料雲が燃焼室内へ噴射されるので、噴射開先角は部分負荷運転時よりも大きく、従って混合気雲は燃焼室に均等に充満される。
【0036】
従って本実施例は、弁閉鎖体の反跳を避け、ひいては、配量された燃料量の分散を低下させるという利点と、燃料噴射弁1の運転状態に関連した噴射パターンをモデル化する可能性とのコンビネーションである。
【0037】
図2Cに示した本発明により構成された燃料噴射弁1の第3実施例も同じく、複数の噴出オリフィス7a,7bから成る2つの円環列40a,40bを有している。図示の区分は、図2A及び図2Bと同様に選ばれている。同等の構成要素には同一符号を付した。
【0038】
図2A及び図2Bにおいて説明した第1及び第2実施例とは異なり、この第3実施例では弁閉鎖体の反跳回避手段は、緩衝体43と、切欠36の端面と前記緩衝体43との間に配置されたばね42とのコンビネーションを介して得られる。ばね42と緩衝体43とのコンビネーションが緩衝エレメント37を形成する。燃料噴射弁1の閉弁状態において、ばね42は、緩衝エレメント37が弁閉鎖体4と面整合するように、予荷重をかけられている。燃料噴射弁1が作動されると、やはり先ず弁閉鎖体4が封止座から離間し、これによって、複数の外位噴出オリフィス7bから成る外位円環列40bが開放されるのに対して、緩衝体43は、差し当たってばね42の緊縮応力下で、弁座体5に封止接触した状態に保たれる。開弁ストロークの次のプロセスにおいて、ばね42は次第に弛緩され、緩衝体43も弁座体5から離間され、これによって内位噴出オリフィス7aから成る内位円環列40aが解放されるに至る。
【0039】
燃料噴射弁1の閉弁時には先ず緩衝体43は、内位噴出オリフィス7aから成る内位円環列40aの上に載置する。閉弁運動はこの載置時点以降、弁閉鎖体4内に配置されたばね42によって制動される。それというのは、ばね圧縮の増大に伴って、ばね42の戻し力も増大するからである。その結果、反跳は防止される。
【0040】
本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、特に圧電式又は磁歪式アクチュエータ10を備えた燃料噴射弁1の場合、緩衝エレメント37の任意の形態及び任意の材料並びに噴出オリフィス7の任意の個数に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の燃料噴射弁の第1実施例の軸方向断面図である。
【図2A】
図1の鎖線囲み域IIAに示した本発明の燃料噴射弁の第1実施例区分の拡大断面図である。
【図2B】
本発明の燃料噴射弁の第2実施例の図2A相当区分の拡大断面図である。
【図2C】
本発明の燃料噴射弁の第3実施例の図2A及び図2B相当区分の拡大断面図である。
【符号の説明】
1 燃料噴射弁、 2 ノズル基体、 3 弁ニードル、 4 弁閉鎖体、 5 弁座体、 6 弁座面、 7 噴出オリフィス、 8 パッキン、 9 外極、 10 電磁コイル、 11 コイルケース、 12 コイル巻枠、 13 内極、 14 弁ニードル案内、 15 調整ワッシャ、 16 集中燃料供給部、 17 プラグ接点、 18 外装プラスチック被覆、 19 導線路、 20 可動磁極子、 21 第1フランジ、 22 溶接継手、 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、 29 継手構成部材、 31 第2フランジ、 32 中間リング、 33 溶接継手、 34 研磨面、 35 噴出側端部、 36 切欠、 37 緩衝エレメント、 38 噴出側凹設部、 39 溶接継手、 40 円環列、 40a 内位円環列、 40b 外位円環列、 41 燃料噴射弁の縦軸線、 42 ばね、 43 緩衝体、 44 切欠の端面
技術分野:
本発明は、請求項1に発明の上位概念として規定した通り、アクチュエータと、弁座体に形成された弁座面と相俟って封止座を形成する弁閉鎖体を作動するために前記アクチュエータによって作動可能な弁ニードルと、前記弁座体内に形成された少なくとも1つの噴出オリフィスとを備えた形式の、混合気圧縮型火花点火式内燃機関の燃焼室内へ燃料を特に直接噴射するための燃料噴射弁に関する。
【0002】
背景技術:
ドイツ連邦共和国特許出願公開第33 14 899号明細書に基づいてすでに公知になっている、電磁式に作動可能な燃料噴射弁では、電磁式に作動するために可動磁極子が、電気的に励磁可能な電磁コイルと協働し、かつ前記可動磁極子のストロークが弁ニードルを介して弁閉鎖体に伝達される。該弁閉鎖体は弁座面と協働して封止座を形成する。前記可動磁極子は、弁ニードルに固着されてはいず、該弁ニードルに沿って軸方向に可動に配置されている。第1戻しばねが弁ニードルを閉弁方向に負荷しており、従って電磁コイルの、給電されない非励磁状態では燃料噴射弁を閉弁状態に保つ。可動磁極子は、該可動磁子が不作用位置では、弁ニードルに設けられた第1ストッパに当接するように、第2戻しばねによってストローク方向に負荷される。電磁コイルが励磁されると、可動磁極子はストローク方向に引きつけられ、かつ前記第1ストッパを介して弁ニードルを連動する。電磁コイルを励磁する電流が断たれると、弁ニードルは第1戻しばねによって閉弁位置へ加速され、かつ前記ストッパを介して可動磁極子を連動する。弁閉鎖体が弁座に衝突すると即座に弁ニードルの閉弁運動は、突発的に終了する。弁ニードルに固着結合されていない可動磁極子の運動は、ストローク方向とは逆方向に続行し、かつ第2戻しばねによって吸収され、つまり可動磁極子は、第1戻しばねに対比して著しく小さなばね定数を有する第2戻しばねに抗して振動する。第2戻しばねは究極的に可動磁極子を改めてストローク方向に加速する。
【0003】
前掲のドイツ連邦共和国特許出願公開第33 14 899号明細書に基づいて公知になっている燃料噴射弁の欠点は特に、反跳作用が不完全な点にある。可動磁極子が弁ニードルのストッパに衝突した場合に、弁ニードルと結合された弁閉鎖体が弁座から改めて短時間離間し、従って燃料噴射弁の不都合な開弁が短時間生じることになり、これによって噴射パターンが変造され、かつ燃料噴射量が増量されることになり、その結果、燃料消費量が高くなり、かつ後燃焼による内燃機関のノッキングが増強されることになる。
【0004】
弁座体と弁座支持体との間に緩衝手段を設けることは、米国特許第5,236,173号明細書に基づいて公知である。
【0005】
発明の開示:
請求項1の特徴部に記載した構成手段を有する本発明の燃料噴射弁は、従来技術に対比して、封止座からの弁閉鎖体の反跳が、弁閉鎖体の切欠(凹所)内に配置された緩衝エレメントによって阻止され、しかもその場合、戻しばねのばね定数を高める必要もなく、従って、より長い開弁時間を甘受する必要もなくなるという利点を有している。
【0006】
更にまた、例えば大量生産による構成部品を使用する場合の制約を発生させることなしに、多穴式コンセプトを簡単に変換することが可能になる。
【0007】
請求項1に記載した燃料噴射弁の有利な構成及び改良は、従属請求項に記載した構成手段によって可能である。
【0008】
その場合有利なことに、緩衝エレメントの円筒形形態は、任意の弾性材料、例えばゴム、シリコーン又はフォーム物質から特に低廉かつ簡便に製作することができ、或いは緩衝エレメントを、ジャケットによって包囲された液体クッションとして構成することも可能である。
【0009】
更に複数の噴出オリフィスから成る複数の円環列が構成され、しかも該円環列が部分的に緩衝エレメントによって被覆されるようにするのが有利である。この手段によって、内燃機関の燃焼室内へ噴射される混合気雲を、内燃機関の運転状態に適合させることが可能になる。
【0010】
この混合気雲の、内燃機関の運転状態に対する適合は、燃料噴射弁の縦軸線に対する複数の噴出オリフィスの傾度を異ならせることによって助成されるのが有利である。
【0011】
また緩衝エレメントを、弁閉鎖体の切欠内に配置されて緩衝体と結合されたばねとして構成するのが有利である。この場合、燃料噴射弁の開弁状態において振動自在な緩衝体は金属から成ることもできる。それというのは緩衝作用はばねによって得られるからである。この場合、緩衝エレメントの材料に特別の要求を課すことなく低廉に製作できるので特に有利である。
【0012】
発明を実施するための最良の形態:
次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【0013】
なお図2A〜図2Cに基づいて本発明の燃料噴射弁1の実施例を詳説するに先だって、本発明の理解を助けるために、先ず図1に示した全体図に基づいて本発明の燃料噴射弁1を、主要構成部分に関して簡単に説明しておく。
【0014】
燃料噴射弁1は、混合気圧縮型火花点火式内燃機関の燃料噴射装置用の燃料噴射弁として構成されている。該燃料噴射弁1は、内燃機関の図示を省いた燃焼室内へ燃料を特に直接噴射するために適している。
【0015】
燃料噴射弁1は、弁ニードル3を内部に配置したノズル基体2を有している。前記弁ニードル3は弁閉鎖体4と作用結合しており、該弁閉鎖体は、弁座体5に配置された弁座面6と協働して封止座を形成する。燃料噴射弁1は本実施例では、内向きに開弁する燃料噴射弁1であり、該燃料噴射弁は、殊に有利には円環状に配列された複数の噴出オリフィス7を有している。ノズル基体2はパッキン8によって電磁回路の外極9に対して封止されている。電磁コイル10はコイルケース11内に封入されてコイル巻枠12に巻かれており、該コイル巻枠は電磁回路の内極13に当接している。内極13と外極9はギャップ26によって相互に分離されており、かつ継手構成部材29に支持されている。電磁コイル10は、電気的なプラグ接点17から導線路19を介して給電される電流によって励磁される。前記プラグ接点17は外装プラスチック被覆18によって包囲されており、該外装プラスチック被覆は、内極13に沿って一体的に射出成形することができる。
【0016】
弁ニードル3は弁ニードル案内14の内周壁に沿って案内されており、該弁ニードル案内は円板状に形成されている。ストロークを調整するために、前記弁ニードル案内に対して対偶配置された調整ワッシャ15が使用される。該調整ワッシャ15の他方の側には可動磁極子20が位置している。該可動磁極子は、第1フランジ21を介して弁ニードル3と摩擦接続し、該弁ニードルは溶接継手22によって前記第1フランジ21と結合されている。第1フランジ21の上には戻しばね23が支持されており、該戻しばねは、燃料噴射弁1の本実施形態ではスリーブ24によって予荷重をかけられる。
【0017】
溶接継手33を介して弁ニードル3と接合された第2フランジ31は、可動磁極子の下位ストッパとして役立つ。第2フランジ31上に載置されている弾性的な中間リング32は、燃料噴射弁1の閉弁時の反跳を防止する。
【0018】
弁ニードル案内14内及び可動磁極子20内には燃料通路30a〜30bが延びている。有利な実施例では球形の弁閉鎖体4は少なくとも1つの研磨面34を有し、該研磨面を介して燃料は弁閉鎖体4を沿面流動し、かつ噴出オリフィス7へ案内される。燃料は集中燃料供給部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。燃料噴射弁1はパッキン28によって、詳細な図示を省いた燃料導管に対して封止されている。
【0019】
弁閉鎖体4は噴出側端部35に切欠(凹所)36を有し、該切欠は円筒形又はポット状に成形されているのが有利である。該切欠36内には、噴出側で弁座体5に支持される緩衝エレメント37が配置されている。この第1実施例では緩衝エレメント37はこの場合、弁座体5内に円環状に形成された複数の噴出オリフィス7の内部で弁座体5に載るように配置されている。本発明の燃料噴射弁1の第1実施例及びその機能態様の詳細な説明は、図2Aに基づいて行われる。
【0020】
燃料噴射弁1の不作用状態では可動磁極子20は、弁閉鎖体4を弁座6に封止当接させるように、ストローク方向とは逆向きに戻しばね23によって負荷される。電磁コイル10が励磁されると、該電磁コイルは、戻しばね23のばね力に抗して可動磁極子20をストローク方向に動かす磁界を生成し、その場合、ストロークは、不作用位置で内極13と可動磁極子20との間に介在する作業ギャップ27によって設定されている。可動磁極子20は、弁ニードル3と溶接されている第1フランジ21を同じくストローク方向に連動する。弁ニードル3と作用結合している弁閉鎖体4は弁座面6から離間し、かつ燃料が噴出される。
【0021】
コイル電流が断たれると、磁界が充分に消磁した後に可動磁極子20は、戻しばね23のばね圧によって内極13から落下し、これによって、弁ニードル3と作用結合している第1フランジ21はストローク方向とは逆方向に運動する。これによって弁ニードル3は等方向に動かされ、ひいては弁閉鎖体4が弁座面6に載着し、かつ燃料噴射弁1は閉弁される。その場合、弁座体5からの弁閉鎖体4の反跳は、弁ニードル3の運動エネルギーを吸収する緩衝エレメント37によって阻止される。
【0022】
図2Aは、図1に示した鎖線囲み域IIAの拡大断面図である。その場合、同等の構成要素には、オリエンテーションを容易にするために同一符号を付した。
【0023】
図1に基づいてすでに簡単に説明したように、本発明により構成された燃料噴射弁1の弁閉鎖体4は、ほぼ球形の形状を有している。これによって、燃料噴射弁1の機能挙動を正確にする、ずれの無い、カルダン継手状の弁ニードル案内が得られる。このことは、燃料噴射弁1の閉弁時に緩衝エレメント37によって反跳を避けようとする場合に特に重要である。
【0024】
燃料噴射弁1の弁座体5はほぼポット状に形成されており、しかも、その形状は弁ニードル案内を助成する要因となる。弁座体5はその場合、ノズル基体2の噴出側凹設部38内に装嵌されており、かつ溶接継手39によってノズル基体2と結合されている。
【0025】
弁閉鎖体4はその噴出側端部35に切欠36を有し、該切欠はポット状又は円筒形に形成されておりかつ下流方向に開いている。該切欠36内には前記の緩衝エレメント37が配置されている。該緩衝エレメントは殊に有利には弾性的なゴム材料又はプラスチック材料から成り、かつ、該緩衝エレメントの軸方向長が、弁閉鎖体4内の切欠36の軸方向長よりも幾分大になるように設計されている。
【0026】
燃料噴射弁1の閉弁状態において緩衝エレメント37は、燃料噴射弁1を閉弁状態に保つ戻しばね23のばね力によって緊縮されるので、弁閉鎖体4は弁座面6に接触して封止状態に保たれ、かつ緩衝エレメント37の軸方向長が僅かに減少される。
【0027】
実施例において燃料噴射弁1の、電磁コイル10として構成されたアクチュエータ10が作動されると、弁閉鎖体4は封止座から離間し、これによって燃料は、少なくとも1つの研磨面34を介して噴出オリフィス7に向かって流れる。緩衝エレメント37の膨張は、開弁運動時に燃料噴射弁1を迅速に開弁させるために付加的に寄与する。緩衝エレメント37はその場合、弁閉鎖体4の切欠36内に固着しておき、これによって更なる開弁運動時に同じく弁座体5から離間させることもできる。しかし緩衝エレメントを切欠36内に単にルーズに配置しておき、燃料噴射弁1の開弁時に弁座体5に残留させるようにすることも可能である。但しこの場合は燃料噴射弁1の開弁ストロークが、弛緩状態で緩衝エレメント37の軸方向長を上回らないことが保証されていなければならない。さもないと緩衝エレメント37が切欠36から滑り出ることがあるからである。
【0028】
燃料噴射弁1の閉弁時、可動磁極子20は、磁界が充分に消磁した後に戻しばね23のばね力によって内極13から落下し、これによって、弁ニードル3は下流方向に動かされる。従って弁閉鎖体4は再びその始点位置へ復帰させられ、しかも閉弁動作の終期に緩衝エレメント37は圧縮され、これによって、閉弁方向とは逆向きに作用して弁ニードル3の運動を制動する力が、弁閉鎖体4に対して及ぼされる。これによって弁閉鎖体4は、極めて僅かな残留速度で封止座に衝突することになるので、これによって燃料噴射弁が短時間もう一度開弁する不都合な事態は防止される。
【0029】
図2Bは、本発明により構成された燃料噴射弁の第2実施例の区分断面図である。該区分は図2Aに等しい。同等の構成要素には、この場合も同一符号を付した。
【0030】
図1もしくは図2Aに示した本発明の燃料噴射弁1の第1実施例とは異なって、図2Bに示した第2実施例は、複数の噴出オリフィス7から成る特に同心的な2つの円環列40を有している。その場合、半径方向で内位円環列40aを形成する複数の内位噴出オリフィス7aは、燃料噴射弁1の閉弁状態では緩衝エレメント37によって被覆されているのに対して、半径方向で外位円環列40bを形成する複数の外位噴出オリフィス7bは、図2Aに示した第1実施例に相当して配置されている。
【0031】
緩衝エレメント37は、図2Aに示した実施例に同じく相応して形成することができる。但しこの第2実施例では、複数の内位噴出オリフィス7aを形成する内位円環列40aが燃料噴射弁1の開弁時に解放されるために緩衝エレメント37は切欠36内に固着されていなければならない。
【0032】
要するに電磁コイル10が給電されると、弁閉鎖体4が先ず弁座面6から離間され、これによって外位円環列40bを形成する複数の外位噴出オリフィス7bが解放される。弛緩状態の緩衝エレメント37の軸方向長と切欠36の軸方向長との差に等しい特定ストロークを通過した後に始めて、緩衝エレメント37も弁座体5から離間し、これによって内位円環列40aを形成する複数の内位噴出オリフィス7aも解放される。
【0033】
複数の噴出オリフィス7の前記配列によって、燃焼室内へ噴射される燃料雲を、弁ニードル3のストローク位置に応じて、外位円環列40bを形成する複数の外位噴出オリフィス7bから噴出された燃料だけから形成するか、或いは内位円環列40aを形成する複数の内位噴出オリフィス7aから噴出された燃料と、外位円環列40aを形成する複数の外位噴出オリフィス7bから噴出された燃料とから形成することが可能になる。
【0034】
これは、混合気雲の形成のために特に有利である。それというのは、例えば燃料噴射弁1の縦軸線41に対する複数の噴出オリフィス7の異なった傾度によって、混合気雲の形状並びに該混合気雲の化学量論的操作に直接影響を及ぼすことが可能になるからである。複数の噴出オリフィス7を形成する円環列40の開閉によって、燃料噴射弁1の各運転状態に適合された噴射パターンを発生することが可能になる。所要のストローク段階は、例えば連動スリーブのような別の磁極子ストッパを介して、或いは2つのアクチュエータ10を有する燃料噴射弁1を介して、例えば二重コイル弁によって得ることができる。
【0035】
要するに、外位円環列40bを形成する複数の外位噴出オリフィス7bが、燃料噴射弁1の縦軸線41に対して小さな角度で傾斜されている場合、燃料噴射弁1の第1の切換え位置では、内位円環列40aの複数の噴出オリフィス7aを閉鎖した状態で、部分負荷運転範囲にとって必要になるような、小さな噴射開先角と燃焼室内への高い侵徹度を伴った混合気雲が生じる。これに対して内位円環列40aを形成する複数の内位噴出オリフィス7aは、より強く傾斜しているので、全負荷運転の場合、内位円環列40aの複数の内位噴出オリフィス7a及び外位円環列40bの複数の外位噴出オリフィス7bを開放した状態で、大きな半径方向運動成分をもった燃料雲が燃焼室内へ噴射されるので、噴射開先角は部分負荷運転時よりも大きく、従って混合気雲は燃焼室に均等に充満される。
【0036】
従って本実施例は、弁閉鎖体の反跳を避け、ひいては、配量された燃料量の分散を低下させるという利点と、燃料噴射弁1の運転状態に関連した噴射パターンをモデル化する可能性とのコンビネーションである。
【0037】
図2Cに示した本発明により構成された燃料噴射弁1の第3実施例も同じく、複数の噴出オリフィス7a,7bから成る2つの円環列40a,40bを有している。図示の区分は、図2A及び図2Bと同様に選ばれている。同等の構成要素には同一符号を付した。
【0038】
図2A及び図2Bにおいて説明した第1及び第2実施例とは異なり、この第3実施例では弁閉鎖体の反跳回避手段は、緩衝体43と、切欠36の端面と前記緩衝体43との間に配置されたばね42とのコンビネーションを介して得られる。ばね42と緩衝体43とのコンビネーションが緩衝エレメント37を形成する。燃料噴射弁1の閉弁状態において、ばね42は、緩衝エレメント37が弁閉鎖体4と面整合するように、予荷重をかけられている。燃料噴射弁1が作動されると、やはり先ず弁閉鎖体4が封止座から離間し、これによって、複数の外位噴出オリフィス7bから成る外位円環列40bが開放されるのに対して、緩衝体43は、差し当たってばね42の緊縮応力下で、弁座体5に封止接触した状態に保たれる。開弁ストロークの次のプロセスにおいて、ばね42は次第に弛緩され、緩衝体43も弁座体5から離間され、これによって内位噴出オリフィス7aから成る内位円環列40aが解放されるに至る。
【0039】
燃料噴射弁1の閉弁時には先ず緩衝体43は、内位噴出オリフィス7aから成る内位円環列40aの上に載置する。閉弁運動はこの載置時点以降、弁閉鎖体4内に配置されたばね42によって制動される。それというのは、ばね圧縮の増大に伴って、ばね42の戻し力も増大するからである。その結果、反跳は防止される。
【0040】
本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、特に圧電式又は磁歪式アクチュエータ10を備えた燃料噴射弁1の場合、緩衝エレメント37の任意の形態及び任意の材料並びに噴出オリフィス7の任意の個数に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明の燃料噴射弁の第1実施例の軸方向断面図である。
【図2A】
図1の鎖線囲み域IIAに示した本発明の燃料噴射弁の第1実施例区分の拡大断面図である。
【図2B】
本発明の燃料噴射弁の第2実施例の図2A相当区分の拡大断面図である。
【図2C】
本発明の燃料噴射弁の第3実施例の図2A及び図2B相当区分の拡大断面図である。
【符号の説明】
1 燃料噴射弁、 2 ノズル基体、 3 弁ニードル、 4 弁閉鎖体、 5 弁座体、 6 弁座面、 7 噴出オリフィス、 8 パッキン、 9 外極、 10 電磁コイル、 11 コイルケース、 12 コイル巻枠、 13 内極、 14 弁ニードル案内、 15 調整ワッシャ、 16 集中燃料供給部、 17 プラグ接点、 18 外装プラスチック被覆、 19 導線路、 20 可動磁極子、 21 第1フランジ、 22 溶接継手、 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、 29 継手構成部材、 31 第2フランジ、 32 中間リング、 33 溶接継手、 34 研磨面、 35 噴出側端部、 36 切欠、 37 緩衝エレメント、 38 噴出側凹設部、 39 溶接継手、 40 円環列、 40a 内位円環列、 40b 外位円環列、 41 燃料噴射弁の縦軸線、 42 ばね、 43 緩衝体、 44 切欠の端面
Claims (15)
- アクチュエータ(10)と、弁座体(5)に形成された弁座面(6)と相俟って封止座を形成する弁閉鎖体(4)を作動するために前記アクチュエータ(10)によって作動可能な弁ニードル(3)と、前記弁座体(5)内に形成された少なくとも1つの噴出オリフィス(7)とを備えた形式の、混合気圧縮型火花点火式内燃機関の燃焼室内へ燃料を特に直接噴射するための燃料噴射弁(1)において、弁閉鎖体(4)の下流側の切欠(36)内に緩衝エレメント(37)が配置されていることを特徴とする、燃料噴射弁。
- 緩衝エレメント(37)が円筒形に形成されている、請求項1記載の燃料噴射弁。
- 緩衝エレメント(37)が弾性材料から成っている、請求項1又は2記載の燃料噴射弁。
- 緩衝エレメント(37)が、燃料噴射弁(1)の閉弁状態では圧縮されている、請求項1から3までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
- 燃料噴射弁(1)の開弁状態における緩衝エレメント(37)の軸方向延在長さが、弁閉鎖体(4)内の切欠(36)の軸方向延在長さよりも長い、請求項1から4までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
- 弁座体(5)内の複数の噴出オリフィス(7)が、該噴出オリフィス(7)を緩衝エレメント(37)によって被覆しないように1つの円環列(40)内に配置されている、請求項1から5までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
- 緩衝エレメント(37)の半径方向直径が、複数の噴出オリフィス(7)から成る円環列(40)の半径方向直径よりも小さい、請求項6記載の燃料噴射弁。
- 弁座体(5)内に、複数の内位噴出オリフィス(7a)から成る内位円環列(40a)と複数の外位噴出オリフィス(7b)から成る外位円環列(40b)が形成されている、請求項1から7までのいずれか1項記載の燃料噴射弁。
- 内位噴出オリフィス(7a)から成る内位円環列(40a)が、燃料噴射弁(1)の閉弁状態において緩衝エレメント(37)によって被覆されている、請求項8記載の燃料噴射弁。
- 燃料噴射弁(1)の内位円環列(40a)を形成する複数の内位噴出オリフィス(7a)と、外位円環列(40b)を形成する複数の外位噴出オリフィス(7b)とが、燃料噴射弁の縦軸線(41)に対して異なった傾度を有している、請求項8又は9記載の燃料噴射弁。
- 内位噴出オリフィス(7a)の傾度が、外位噴出オリフィス(7b)の傾度よりも大である、請求項10記載の燃料噴射弁。
- 緩衝エレメント(37)が、ばね(42)と、該ばね(42)によって負荷される緩衝体(43)とから成っている、請求項1記載の燃料噴射弁。
- ばね(42)が、切欠(36)の端面(44)に支持されている、請求項12記載の燃料噴射弁。
- ばね(42)が、燃料噴射弁(1)の閉弁状態において圧縮されている、請求項12又は13記載の燃料噴射弁。
- ばね(42)が、燃料噴射弁(1)の開弁状態において弛緩されている、請求項14記載の燃料噴射弁。
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