JP2008032005A - 噴射弁のための弁アセンブリ及び噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】確実かつ正確な機能を促進する弁アセンブリを提供する。
【解決手段】噴射弁６２のための弁アセンブリ６０において、長手方向中心軸線Ｌを有する弁体４が設けられており、弁体が、流体入口部分４２と流体出口部分４４とを備えたキャビティ８を有しており、キャビティに配置された流体流れ方向付けエレメント３０が、流体流れを流体出口部分４４に方向付けるための凹所４６を有しており、凹所４６が、凹所流体入口部分４８と、凹所流体入口部分４８と流体出口部分４４との間に配置されたチャネル部分５０とを有しており、チャネル部分５０が上流端部５２と下流端部５４とを有しており、チャネル部分５０の下流端部５４の断面がチャネル部分５０の上流端部の断面よりも小さい。
【選択図】図３

Description

本発明は噴射弁のための弁アセンブリ及び噴射弁に関する。

噴射弁は、特に、燃料を内燃機関の吸気マニホールド内に計量供給するか又は内燃機関のシリンダの燃焼室内に直接に計量供給するために噴射弁が配置された内燃機関のために広く用いられている。

噴射弁は様々な内燃機関のための様々な要求を満たすために様々な形式で製造される。したがって、例えば、流体が計量供給される形式の原因となる、噴射弁の長さ、直径及び様々なエレメントは広範囲に変化する。それに加え、噴射弁は噴射弁のニードルを作動させるためのアクチュエータを収容し、このアクチュエータは電磁アクチュエータ又は圧電アクチュエータであることができる。

望ましくないエミッションの発生を考慮して燃焼プロセスを高めるために、個々の噴射弁は流体を極めて高い圧力下で計量供給するように適応されることができる。この圧力は、ガソリンエンジンの場合には例えば２００ｂａｒまでの範囲であり、ディーゼルエンジンの場合には２０００ｂａｒまでの範囲である。

本発明の目的は、確実かつ正確な機能を促進する弁アセンブリを提供することである。

これらの目的は独立請求項の特徴によって達成される。発明の有利な実施形態は従属請求項に示されている。

本発明は、噴射弁のための弁アセンブリであって、長手方向中心軸線を有する弁体が設けられており、弁体が、流体入口部分と流体出口部分とを備えたキャビティを有しており、キャビティ内において軸方向に可動な弁ニードルが設けられており、弁ニードルが閉鎖位置において流体出口部分を通る流体の流れを阻止しかつ別の位置において流体出口部分を通る流体の流れを解放させるようになっている、噴射弁のための弁アセンブリによって識別される。さらに、弁アセンブリは、キャビティ内に配置された流体流れ方向付けエレメントと、流体の流れを流体出口部分に方向付けるための凹所とを有している。凹所は、凹所流体入口部分と、凹所流体入口部分と流体出口部分との間に配置されたチャネル部分とを有しており、チャネル部分は上流端部と下流端部とを有している。チャネル部分の下流端部の断面は、チャネル部分の上流端部の断面よりも小さい。

流体出口部分を通って解放される流体流れの特性は、流体出口部分の領域における弁アセンブリの形状によって大きく影響されることができる。本発明の利点は、流体流れが、流体が流体流れ方向付けエレメントから出るチャネル部分の下流端部において利用可能な高い流体流速を受け取るということである。これによって、チャネル部分の下流端部において高い流体圧力が得られ、その結果、流体の噴霧の大きな円錐角が可能である。

好適には、チャネル部分の断面はチャネル部分の上流端部からチャネル部分の下流端部まで連続的に減少している。このことは、チャネル部分の下流端部において最も高い流体速度が得られるという利点を有する。このことは、流体が流体流れ方向付けエレメントから出る時の流体流れの接線方向速度を高めることができる。

発明の有利な実施形態において、凹所流体入口部分とチャネル部分とは、凹所流体入口部分とチャネル部分との間の移行部に段差が存在しないように形成及び配置されている。これによって、チャネル部分の上流端部における小さな圧力損失が可能である。その結果、チャネル部分の下流端部において大きな流体圧力が得られ、流体出口部分を通って解放される流体流れの半径方向成分が大きくなることができる。これによって、噴霧であることができる、流体出口部分を通って解放される流体流れは、大きな噴霧角度と、流体液滴の好適な分散とを有することができる。

好適には、チャネル部分は円錐形である。円錐形は容易に製造されることができる。チャネル部分と流体流れ方向付けエレメントの凹所流体入口部分との間の、段差が存在しない移行部が可能である。さらに、円錐形は、チャネル部分の上流端部における小さな圧力損失を可能にする。

発明の有利な実施形態において、チャネル部分の縦断面は凸面状である。このことは、チャネル部分と凹所流体入口部分との間の、段差のない移行部が可能であるという利点を有する。さらに、チャネル部分の下流端部における高い流体速度が得られる。

本発明の別の有利な実施形態において、チャネル部分の縦断面は凹面状である。このことは、チャネル部分と凹所流体入口部分との間の、段差の存在しない移行部を提供する。

発明の典型的な実施形態は、概略的な図面を用いて以下に説明される。

異なる図面に示された同じ設計及び機能のエレメントは同じ参照符号によって表されている。

特に燃料を内燃機関に計量供給するのに適している噴射弁６２（図１）は、入口管２と、ハウジング６と、弁アセンブリ６０とを有している。

弁アセンブリ６０は、長手方向中心軸線Ｌを有する弁体４と、キャビティ８とを有しており、このキャビティ８は、弁ニードル１０と、好適には可動子１２の一部とを収容している。弁ニードル１０は、面１１と、着座部６４とを有している。入口管２には凹所１６が設けられており、この凹所はさらに可動子１２の凹所１８まで延びている。入口管２の凹所１６及び／又は可動子１２の凹所１８にはばね１４が配置されている。好適には、このばねは、跳躍防止ディスク２０によって形成されたばね座に当接している。これによって、ばね１４はニードル１０に機械的に接続されている。入口管２の凹所１６には調整管２２が設けられている。調整管２２は、ばね１４のための別の座部を形成しており、ばね１４を所望の状態に予負荷するために流体噴射弁の製造工程の間に軸方向に移動させられることができる。

ニードル１０の閉鎖位置において、ニードルは座板２６に当接して封止し、これにより、少なくとも１つの噴射ノズル２４を通る流体の流れを阻止する。噴射ノズル２４は例えば噴射孔であることができる。しかしながら、噴射ノズルは、流体を計量供給するのに適したその他のタイプであることもできる。座板２６は弁体４と一体的な部分として又は弁体４とは別個の部分として形成されることができる。これに加え、ニードル１０を案内するための下部ガイド２８が設けられている。下部ガイド２８はさらに流体の流れを案内するためのオリフィス７０を有している。

さらに、キャビティ８において下部ガイド２８と座板２６との間に配置された流体流れ方向付けエレメント３０が設けられている。

噴射弁にはアクチュエータユニットが設けられており、このアクチュエータユニットは好適には電磁アクチュエータを含み、コイル３６を有しており、このコイルは好適にはオーバモールドされている。弁体シェル３８と、可動子１２と、入口管２とは、電磁回路を形成している。しかしながら、アクチュエータは、その目的のために当業者に知られている別のタイプのアクチュエータをも含む。このようなアクチュエータは例えば圧電アクチュエータであることができる。

流体入口部分４２が弁体４に設けられており、この流体入口部分は、座板２６の近くにおけるキャビティ８の部分である流体出口部分４４に連通している。

流体流れ方向付けエレメント３０は円筒状のディスクの形状を有する。流体流れ方向付けエレメント３０は、流体の流れを流体出口部分４４に方向付けるための凹所４６を有している。それぞれの凹所４６は、凹所流体入口部分４８とチャネル部分５０とを有しており、凹所流体入口部分とチャネル部分とは内面５６を有している。凹所流体入口部分４８は下部ガイド２８におけるオリフィス７０に接続されている。チャネル部分５０は上流端部５２と下流端部５４とを有している。上流端部５２において、チャネル部分５０は凹所流体入口部分４８に接続されている。チャネル部分５０の下流端部５４は、流体出口部分４４とのチャネル部分５０の接続を可能にしている。

チャネル部分５０の上流端部５２の断面はチャネル部分５０の下流端部５４の断面よりも大きい。したがって、チャネル部分５０の下流端部５４における流体流れの速度はチャネル部分５０の上流端部５２における流体流れの速度よりも大きい。

チャネル部分５０の断面はチャネル部分５０の上流端部５２からチャネル部分５０の下流端部５４まで連続的に減少している。したがって、チャネル部分５０における流体の最も高い速度が、チャネル部分５０の下流端部５４において得られる。

凹所流体入口部分４８とチャネル部分５０との間の移行部は連続的であり、これは、凹所流体入口部分４８とチャネル部分５０との間の移行部において凹所４６の内面５６に段差若しくはエッジが存在しないことを意味する。その結果、チャネル部分５０の上流端部５２における圧力損失が小さくなることができ、チャネル部分５０の下流端部５４における流体流れ速度が大きくなることができる。これは、流体が流体出口部分４４に進入するときの流体流れの接線方向速度が大きくなることができ、このことが、流体流れの大きな半径方向成分を生ぜしめることができ、半径方向での流体の分散が極めて良好になることができることを意味する。このことは、噴射ノズル２４を通る流体流れの増大した噴霧角度と、噴霧の液滴の良好な分散とを生じる。

図４の実施形態において、チャネル部分は円錐形状を有している。円錐形状は簡単に製造されることができ、凹所流体入口部分４８へのチャネル部分５０の良好な調整が可能である。このことは、チャネル部分５０と凹所流体入口部分４８との間の、段差の存在しない移行部を提供する。これによって、チャネル部分５０の上流端部５２における小さな圧力損失と、チャネル部分５０の下流端部５４における高い流体流れ速度とが可能である。

本発明の別の実施形態において、チャネル部分５０は凸面状（図５）又は液滴の形状を有する凹面状（図６）を有する。これらの２つの実施形態は、チャネル部分５０と凹所流体入口部分４８との間の段差の存在しない移行部を備えた凹所流体入口部分４８へのチャネル部分５０の良好な適応を提供する。

以下に噴射弁１０の機能が詳細に説明される。

流体は流体入口部分４２から流体出口部分４４へ案内される。流体出口部分４４が流体流れのために開放又は閉鎖されるかを決定する、弁ニードル１０の軸方向位置は、ばね１４と、コイル３６を備えたアクチュエータユニットによって弁ニードル１０に提供される力との間の力平衡に依存する。

流体出口部分４４を通る流体流れは、流路区分６８ａ，６８ｂを備えた流路６８を用いて説明されることができる。

流路６８における流体流れは、流体流れ方向付けエレメント３０を通過し、これによって、チャネル部分５０において加速される。これによって、流体流れは半径方向速度成分を獲得し、このことは、第２の流路６８の流路区分６８ｂにおける噴霧における液滴の分散を生ぜしめる。

流路区分６８ｂにおける流体流れ速度の半径方向成分は高く、半径方向での流体の良好な分散が提供される。したがって、噴霧を生ぜしめる噴射ノズル２４を通る流体流れは、大きな噴霧角度と、噴霧の液滴の良好な分散とを生ぜしめることができる。

弁アセンブリを備えた噴射面の縦断面図である。 図１に示された噴射弁の弁アセンブリの区分ＩＩの縦断面図である。 噴射弁の弁アセンブリの流体流れ方向付けエレメントの断面図である。 １つの実施形態における、噴射弁の弁アセンブリの流体流れ方向付けエレメントの区分の拡大断面図である。 第２の実施形態における、噴射弁の弁アセンブリの流体流れ方向付けエレメントの区分の拡大断面図である。 別の実施形態における、噴射弁の弁アセンブリの流体流れ方向付けエレメントの区分の拡大断面図である。

符号の説明

２ 入口管、 ４ 弁体、 ６ ハウジング、 ８ キャビティ、 １０ 弁ニードル、 １１ 面、 １２ 可動子、 １４ ばね、 １６ 凹所、 ２０ 跳躍防止ディスク、 ２２ 調整管、 ２４ 噴射ノズル、 ２６ 座板、 ２８ 下部ガイド、 ３０ 流体流れ方向付けエレメント、 ３６ コイル、 ３８ 弁体シェル、 ４２ 流体入口部分、 ４４ 流体出口部分、 ４６ 凹所、 ４８ 凹所流体入口部分、 ５０ チャネル部分、 ５２ 上流端部、 ５４ 下流端部、 ５６ 内面、 ６０ 弁アセンブリ、 ６４ 着座部、 ６８ 流路、 ６８ａ，６８ｂ 流路区分、 ７０ オリフィス

Claims (7)

1. 噴射弁（６２）のための弁アセンブリ（６０）において、
   長手方向中心軸線（Ｌ）を有する弁体（４）が設けられており、該弁体が、流体入口部分（４２）と流体出口部分（４４）とを備えたキャビティ（８）を有しており、
   該キャビティ（８）において軸方向に可動な弁ニードル（１０）が設けられており、該弁ニードル（１０）が、閉鎖位置において、流体出口部分（４４）を通る流体流れを阻止しかつ、別の位置において、流体出口部分（４４）を通る流体流れを解放するようになっており、
   前記キャビティに配置された流体流れ方向付けエレメント（３０）が設けられており、該流体流れ方向付けエレメントが、流体流れを流体出口部分（４４）に方向付けるための凹所（４６）を有しており、該凹所（４６）が、凹所流体入口部分（４８）と、前記凹所流体入口部分（４８）と流体出口部分（４４）との間に配置されたチャネル部分（５０）とを有しており、該チャネル部分（５０）が上流端部（５２）と下流端部（５４）とを有しており、
   チャネル部分（５０）の下流端部（５４）の断面がチャネル部分（５０）の上流端部の断面よりも小さいことを特徴とする、噴射弁のための弁アセンブリ。
2. チャネル部分（５０）の断面がチャネル部分（５０）の上流端部（５２）からチャネル部分（５０）の下流端部（５４）まで連続的に減少している、請求項１記載の弁アセンブリ。
3. 凹所流体入口部分（４８）とチャネル部分（５０）とが、凹所流体入口部分（４８）とチャネル部分（５０）との間の移行部に段差が存在しないように形成及び配置されている、請求項１又は２記載の弁アセンブリ。
4. 前記チャネル部分（５０）が円錐形である、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁アセンブリ。
5. チャネル部分（５０）の縦断面が凸面状である、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁アセンブリ。
6. チャネル部分（５０）の縦断面が凹面状である、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁アセンブリ。
7. 請求項１から６までのいずれか１項記載の弁アセンブリ（６０）を備えた噴射弁（６２）。

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