JP2008536049A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

本発明による燃料噴射弁の特徴は、不動の弁座（２９）を有する弁座体（１６）の下流側に、少なくとも１つの流出開口（２４）を有する孔あき円板（２３）が配置されており、前記流出開口（２４）のすぐ上流に、リング状の流入中空室（２６）を有する流入開口（１９）が設けられていることである。弁座体（１６）は孔あき円板（２３）の下流側の前記流出開口（２４）が覆われるように流入中空室（２６）を覆っている。流入空中室（２６）は、前記少なくとも１つの流出開口（２４）すぐ上流側で、該少なくとも１つの流出開口（２４）への媒体の流れが前記流出開口（２４）の長手方向の延びに対しほぼ直角に行なわれるように構成されている。横断面で見て、前記少なくとも１つの流出開口（２４）は多角形状に、特に少なくとも１つの３角形を含む形状又は外側輪郭に複数の円弧を有するメアンダ形状に構成されている。
燃料噴射弁は特に混合気圧縮、外部点火式の内燃機関の燃料噴射装置に使用するのに特に適している。

Description

本発明は請求項１に示された形式の燃料噴射弁を出発点としている。

ＤＥ４２２１１８５Ａ１号明細書によれば複数の流出開口を有する孔あき円板を不動の弁座の下流側に有する燃料噴射弁が既に公知である。孔あき円板には打抜きにより、弁長手方向軸線に対して平行に延びる少なくとも１つの流出開口がまず形成され、次いで孔あき円板は流出開口を有する中央の領域にて深絞りによって塑性変形され、流出開口が弁長手方向軸線に対し傾斜して延びかつ流れ方向で円錐台形にもしくは円錐形に拡大させられている。このような形式でそれまで公知であった噴射弁に対し、流出開口を通って放出される媒体の良好な噴射特性が達成されるが、流出開口を有する孔あき円板の製造プロセスには多大の費用がかかる。流出開口は弁座体における出口開口のすぐ下流に設けられており、その限りにおいては媒体が直接的に流出開口に流れる。この場合、流出開口自体は最狭の流れ横断面を規定する。

ＵＳ６４０５９４６Ｂ１号明細書によれば弁座の下流に、複数の流出開口を有する孔あき円板を備えている燃料噴射弁が公知である。この場合には弁座体における出口開口と孔あき円板との間には直径の大きい流入部が構成されている。この流入部は流出開口のためにリング状の流入中空室を形成している。孔あき円板の流出開口は前記流入部とリング状の流入中空室とに直接的に接続されており、流入部の上側の制限によって覆われている。換言すれば流入部の入口を規定する出口開口と流出開口との間には完全なシフトが見られる。弁座体における出口開口に対し流出開口が半径方向にシフトされていることに基づき、噴霧化を促進する手段を成す、燃料のＳ字形の流動経過が与えられる。流出開口は円形もしくは楕円形の横断面を有している。

発明の利点
請求項１の特徴を有する本発明による燃料噴射弁は、簡単な形式で燃料の均質な細噴霧化が達成されるという利点を有している。この場合にはきわめて小さい燃料滴で特に高い混合質と噴霧化質とが達成される。これは有利には弁座の下流側に流出開口が設けられ、該流出開口に向かって媒体が水平に流れ、流出開口の周面が流出開口の横断面に比して最大化されていることで達成される。入口平面に流入する流れの水平方向の速度成分は入口平面における各流出開口の壁によっては妨げられないので、燃料流は流出開口を後にするときに流入中空室にて発生させられた水平方向の成分の完全な強さを維持し、したがって媒体は最大の噴霧化で拡散される。流出開口への水平方向の流入によって、流出開口への流れは渦流形成に基づき方向拡散させられる。即座の拡散によって、液体表面張力が流出する流れを小さな自由な表面を有する円筒形の流れに収縮することを阻止する。拡大された自由な流れ表面は小さな滴への更なる分解を好適化する。

従属請求項に記載した処置によっては請求項１に記載した燃料噴射弁の有利な構成と改良とが可能である。

有利な形式で弁座体には流出開口の上流側に、リング状の流入中空室を有する流入部が設けられている。この流入部は弁座の下流の流出開口よりも大きい。このような形式で弁座体は孔あき円板における流れをコントロールする機能を引受ける。特に有利な形式で流入部の構成によって、燃料の噴霧化のために流れにてＳ字形の変向が得られる。何故ならばこの場合には弁座体が流入部の上方の制限部で孔あき円板の流出開口を覆っているからである。

ガルバニ式の材料分解により有利な形式で孔あき円板は、再現可能な形式で、きわめて正確にかつ費用的に好適に、同時に大きな個数で製造することができる。さらにこの製造形式では孔あき円板に流出開口を形成する場合に大きな形態自由度が可能になる。

本発明の実施例は図面に概略的に示され、以下これについて詳細に説明する。図１は部分的に示された噴射弁を示した図、図２は本発明によって構成された領域を有する、図１の部分ＩＩの拡大図、図３は流出開口の第１実施例を示した図、図４は流出開口の第２実施例を示した図。図５は流出開口の第３実施例を示した図。第６図は流出開口の第３実施例を示した図。第６図は流出開口の第４実施例を示した図。第７図は流出開口の第５実施例を示した図。第８図は流出開口の第６実施例を示した図。第９図は流出開口の第７実施例を示した図。

実施例の説明
図１には混合気圧縮・外部点火式内燃機関の燃料噴射装置の噴射弁が１実施例として部分的に示されている。噴射弁は概略的にしか示されていない弁ケーシングの１部を形成する管状の弁座保持体１を有している。この弁座保持体１には弁長手方向軸線２に対し同心的に長手方向開口３が形成されている。長手方向開口３には例えば管状の弁ニードル５が配置されている。該弁ニードル５の下流側の端部６には例えば球状の弁閉鎖体７が固定されている。該弁閉鎖体７の外周面には例えば５つの面取り面８が燃料を通過させるために設けられている。

噴射弁の作動は公知の形式で電磁式に行なわれる。弁ニードル５を軸方向に動かすため、ひいては噴射弁の図示されていない戻しばねのばね力に抗して噴射弁を開放するかもしくは閉鎖するためには、概略的に示された、電磁コイル１０と、可動子１１とコア１２とを有する電磁回路が設けられている。可動子１１は弁ニードル５の、弁閉鎖体７とは反対側の端部に、例えばレザーで構成された溶接シームで結合されかつコア１２に整合させられている。

弁座保持体１の下流側にある端部には弁座体１６が例えば溶接によって緊密に取付けられている。弁座体１６の、弁閉鎖体７とは反対側の下方の端面１７では弁座体１６は段部をもって構成されている。この場合、中央の領域には弁長手方向軸線２を中心として凹部２０が設けられている。この凹部２０には扁平な、例えば単層の孔あき円板２３が配置されている。孔あき円板２は少なくとも１個の、理想的には２個から４０個の流出開口２４を有している。凹部２０の上流側、ひいては孔あき円板２３の流出開口２４の上流側では弁座体１６に流入部１９が設けられ、この流入部１９を介して個々の流出開口２４に媒体が流される。この場合、流入部１９は、弁座体１６における流出開口２７の開口幅よりも大きい直径を有し、流出開口２７から燃料は流入部１９に流入し、最終的に流出開口２４へ流入する。

流入部１９は流出開口２４の流入領域に直かに構成され、流れが流出開口２４の長手方向に対しほぼ直角に、すなわち図１では水平に流出開口２４に達するように構成されている。流出開口２４に対し直径の大きい流入部１９のリング領域は図２では拡大して示され、この図に基づき詳細に説明されており、以下流入中空室２６と呼ぶことにする。

弁座体１６と孔あき円板２３との結合は例えば流入部１９の外側に位置する、レザーで構成された環状で緊密な溶接シーム２５で行なわれる。孔あき円板２３の固定後、孔あき円板２３は凹部２０内に端面１７に対して低く位置している。

弁座体１６を孔あき円板２３と共に長手方向開口３内へ押込む深さは弁ニードル５のストロークの大きさを決定する。何故ならば電磁コイル１０が励磁されていない場合の弁ニードル５の一方の最端位置は弁閉鎖体７が、下流側へ円錐状に先細になった弁座体１６の弁座面２９に接触することで規定されているからである。弁ニードル５の他方の終端位置は電磁コイル１０が励磁された場合に可動子１１がコア１２に接触することで決定されている。したがって弁ニードル５の前記両方の終端位置の間の距離が弁ニードル５のストロークを成す。

孔あき円板２３の流出開口２４は流入部１９とリング状の流入中空室２６と直接的に流動結合されており、流入部１９の上側の制限部によって覆われている。換言すれば流入部１９の入口を規定する流出開口２７と流出開口２４とは完全にシフトされている。流出開口２７に対し流出開口２４が半径方向にシフトされていることに基づき、媒体、この場合には燃料にＳ字形の流れ経過が与えられる。

多くの強い流れの変向を伴う、孔あき円板の前及び内部のいわゆるＳ字形変向によって、流れには噴霧化を促進する強い渦流が与えられる。これにより流れに対して横方向の速度勾配は特に強く発生する。この速度勾配は流れに対して横方向の速度変化を表す。
この場合、流れの中央における速度は壁の近くにおけるよりも明らかに大きい。速度差から流体にもたらされる高められたせん断応力は流出開口２４の近くで媒体を小滴に分散することを好適化する。本発明によれば流出開口２４の特殊な幾何学的な形状によって流入中空室２６への水平方向の媒体の流れと相俟って媒体には、さらに付加的に噴霧化に関してポジティブな影響が与えられ、さらに改善された細かい滴化が達成可能である。

孔あき円板２３はガルバニ式の金属分解で製作される。この場合、単層の孔あき円板２３をラテラル方向の成長技術で製作することが特に有利である。単層の孔あき円板２３の代りに、多層に構成された孔あき円板２３を使用することもできる。この孔あき円板２３には流入中空室２６を直接的に統合することができる。流出開口２４は理想的な形式でトランペット形の輪郭を有している。横断面で見て流出開口２４は多角形の形状、特に少なくとも１つの３角形を含む形状又は外側輪郭に複数の円弧を有する形状に構成されていることができる。

図２には流出開口２７と孔あき円板２３との間の流入中空室２６の幾何学的な形状を明らかにするために、図１の1部ＩＩが拡大されて示されている。弁座体１６は、流入部１９の流入中空室２６が流出開口２７から発して孔あき円板２３の上側で半径方向外側へきわめて扁平に延びるように構成されている。流入中空室２６は理想的な形式では半径方向外側へ流出開口２４を越えて延びている。これによって各流出開口２４には背室側でも十分な流過量分が供給される。背室３３としては流入中空室２６の、各流出開口２４の外側にある領域が働く。従って流出開口２４の出口において横方向速度ベクトルが拡散され、これが燃料の良好な噴霧化に役立つ。

図３から９までには本発明による流出開口２４の７つの実施例が示されている。有利な形式で流出開口２４には、流出開口２４の周面が流出開口２４の横断面に較べて最大化されるような輪郭が与えられている。流出開口２４から流出する媒体流の横断面形状は流出開口２４の横断面形状にほぼ想応している。流出開口２４から流出する流れの自由な表面はその放射された液体量に比較して、相応の大きさを有している。流出開口２４の流入平面３１に対し水平に媒体が流出開口２４へ流れることによって流出開口２４への流れは方向拡散する。つまり流出する媒体流は流出開口２４を後にした直後に扇形に拡散する。即座の扇形拡散によって、液体表面張力が流出する流れを自由な表面の小さい円筒形の流れに収縮することは阻止される。自由な流れ表面の拡大は小さな小滴への更なる媒体の分解を好適化する。

図３と図４とには２つの星形の流出開口２４が示されている。これらの流出開口２４は例えば５つの角部３５を有し、該角部３５はそれぞれ３角形状の輪郭を有している。角部３５の数、その形状、すなわちその長さａもしくは幅ｂは自由に選択可能である。星形の流出開口２４は２つの角部３５の間の凹部が半径方向で直接的に弁長手方向軸線２にもしくは孔あき円板２３の中心に向けられるか（図３）又は１つの角部３５がその先端で半径方向に直接的に弁長手方向軸線２に又は孔あき円板２３の中心に向けられる（図４）ように形成することができる。矢印３２では一方では流出開口２４への媒体の流入が流入平面３１に対し水平にもしくは流出開口２４の長手方向の延びに対しほぼ直角に行なわれることを示し、他では流出開口２４が弁長手方向軸線２に対しどのように向けられているかを示している。

図５と図６には２つの星形の流出開口２４が示されている。この流出開口２４は例えば４つの角部３５を有し、これらの角部３５は個別には３角形状の輪郭を有している。角部３５の数及びその形状、つまりその長さａもしくは幅ｂは自由に選択可能である。星形の流出開口２４は２つの角部３５の間の凹部が半径方向で直接的に弁長手方向軸線２にもしくは孔あき円板２３の中心に向けられるか（図５）もしくは角部３５がその尖端で半径方向で直接的に弁長手方向軸線２にもしくは孔あき円板２３の中心に向けられている（図６）ように形成されている。矢印３２では一方では流出開口２４への媒体の流入がその流入平面３１に対し水平にもしくは流出開口２４の長手方向に対しほぼ直角であることを示し、他方では流出開口２４がどのように弁長手方向軸線２に対して向けられているかが示されている。

図７と図８とには２つの３角形の流出開口２４が示されている。横断面で見て流出開口２４は例えば等辺３角形の形を有している。その限りにおいては流出開口２４は１つの角部３５と見做すことができる。このような横断面形状は同様に、流出開口２４における渦流の発生を好適化する。水平方向の媒体の流入によって流出開口の内部に誘発された渦動は概略的に記入され、符号３６で示されている。

図９には流出開口２４の別の実施例が断面図で示されている。この流出開口２４は外側輪郭における複数の円弧３５′でメアンダ形に形成されている。

孔あき円板２３はマイクロガルバニック式に、又はレザー切断技術的に、又はエッチング技術的に又は打抜き技術的に製作することができる。流出開口の横断面は、製造方法もしくは用途によって流出開口２４の全長に亙ってコンスタントであるか又は流れ方向で増大するように構成される（図１と図２とに示されているように）。流入平面３１の領域で流出開口２４は例えば少なくとも３０μｍである内法開口幅を有している。

混合圧縮・外部点火式内燃機関の燃料噴射装置の噴射弁の形をした弁の１実施例を示した図。 図１の１部ＩＩを本発明によって構成された領域と共に示した概略図。 流出開口の第１実施例を示した図。 流出開口の第２実施例を示した図。 流出開口の第３実施例を示した図。 流出開口の第４実施例を示した図。 流出開口の第５実施例を示した図。 流出開口の第６実施例を示した図。 流出開口の第７実施例を示した図。

符号の説明

１ 弁座保持体
２ 弁長手方向軸線
３ 長手方向開口
５ 弁ニードル
６ 端部
７ 弁閉鎖体
８ 面取り面
１０ 電磁コイル
１１ 可動子
１２ コア
１６ 弁座体
１７ 端面
１９ 流入部
２０ 凹部
２３ 孔あき円板
２４ 流出開口
２５ 溶接シーム
２６ 流入中空室
２７ 流出開口
２９ 弁座面
３１ 流入平面
３２ 矢印
３３ 背室
３５ 角部
３６ 渦動

Claims (10)

1. 内燃機関の燃料噴射設備のための燃料噴射弁であって、弁長手方向軸線（２）と、不動の弁座（２９）を有する弁座体（１６）と、弁長手方向軸線（２）に沿って軸方向に可動で、弁座（２９）と協働する弁閉鎖体（７）と、弁座（２９）の下流に配置され、少なくとも１つの流出開口（２４）を備えた孔あき円板（２３）とを有し、少なくとも１つの前記流出開口（２４）のすぐ上流側に流入中空室（２６）が構成され、少なくとも１つの前記流出開口（２４）に対する媒体の流れが該流出開口（２４）の長手方向の延びに対しほぼ直角になるように構成されている形式のものにおいて、横断面で見て、前記少なくとも１つの流出開口（２４）が多角形の形状、特に少なくとも１つの３角形を含む形状又は外側輪郭に複数の円弧（３５′）を有するメアンダ形状に構成されていることを特徴とする、燃料噴射弁。
2. 弁座体（１６）の流出開口（２７）と孔あき円板（２３）との間に設けられた流入部（１９）のリング状の外側領域が前記流入中空室（２６）である、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 前記流出開口（２７）と前記少なくとも１つの流出開口（２４）との間に完全なシフトが存在している、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 前記流入中空室（２６）が半径方向外側へ前記少なくとも１つの流出開口（２４）を越えて背室（３３）で延びている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
5. 前記少なくとも１つの流出開口（２４）が横断面で見て等辺三角形の形状を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射装置。
6. 前記少なくとも１つの流出開口（２４）が横断面で見て星形である、請求項１から４までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
7. 星形の前記流出開口（２４）が複数の３角形状の角部（５５）を有している、請求項６記載の燃料噴射弁。
8. 前記少なくとも１つの流出開口（２４）がトランペット形の輪郭を有している、請求項１から７までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
9. 孔あき円板（２３）がガルバニ式の金属分解又はレザー切断技術又は打抜き技術で製造されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
10. 孔あき円板（２３）が２個から４０個の前記流出開口（２４）を備えている、請求項１から９までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。

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