JPH08511849A - 内燃機関の燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 内燃機関の燃料噴射ノズルは突出する不動のノズルニードル（１５）を有する保持体（１１）を備え、ノズルニードルの、弁円錐体（１８）を有する端部区分（１７）が環状の弁ダイヤフラム（３１）と弁状に協働する。弁ダイヤフラム（３１）はその外側縁範囲（４１）のところで袋ナット（３２）により保持体（１１）に締め込まれており、この場合開口（３９）を取り囲む縁（４９）が予圧をもって弁円錐体（１８）にばね弾性的に押圧される。弁ダイヤフラム（３１）の曲げによって生じる行程運動時におけるダイヤフラムの全範囲に亙る応力を低く抑えるために、弁ダイヤフラム（３１）は行程運動方向に対して逆向きに湾曲した湾曲部（４０）を有している。有利には、該湾曲部（４０）は、締め込まれている外側縁範囲（４１）に続く、急勾配（α）で上昇する傾斜を有する環状範囲（４２）と該範囲に続いて緩勾配（β）で上昇し開口（３９）へ延びている環状範囲（４３）とから構成されている。湾曲部（４０）は円錐形又は球欠状であることができる。弁ダイヤフラム（３１）の行程を制限するため、行程ストッパディスク（３３）が配置されており、該行程ストッパディスクは燃焼室側において弁ダイヤフラム（３１）と協働し袋ナット（３２）により保持体（１１）に不動に締め込まれている。噴射噴流の形はノズルニードル（１５）の端部区分（１７）及び行程ストッパディスク（３３）の貫通開口（５１）の形状によって制御される。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の燃料噴射ノズル 技術分野 本発明は請求項１の上位概念部に記載の内燃機関の燃料噴射ノズルに関する。 背景技術 上記の形式の例えばＵＳ−Ａ−１ ５８９ ２３９号明細書により公知の燃料 噴射ノズルでは、ばね弾性の弁ダイヤフラムは、貫通開口を制限する、ハブの形 の肉厚部を有する偏平なディスクとして製作されている。該ダイヤフラムの外側 縁範囲は袋ナットによって保持体に不動に緊締され、その結果該ダイヤフラムは 貫通開口の環状エッジで、開放圧を規定する所定の予圧をもって、保持体の圧力 室内へ軸方向で侵入しているノズルニードルの弁円錐体に接触している。燃料が 供給され圧力室内に圧力が発生すると、該ダイヤフラムはノズルニードルから離 れる方向で燃焼室側へ向かって湾曲し、この場合貫通開口の縁エッジはノズルニ ードルの弁円錐体から離れかつ環状の弁間隙を開放する。貫通開口を形成してい るハブは穴付きダイヤフラムに肉厚部として配置されており、したがって該穴付 きダイヤフラムの撓み若しくは湾曲は貫通開口に近い範囲ばかりでなく、面全体 に亙って分配される。しか しこのダイヤフラムの構成はダイヤフラムの耐久性という点で不十分である。そ れというのは、ダイヤフラムの湾曲ごとに極めて高い応力が、締め込まれている 外側範囲に続く環状範囲に発生するからである。 ＤＤ−Ａ−１ ８０３号明細書によれば、縁側で締め込まれたばね弾性の弁ダ イヤフラムであって、その、貫通開口を取り囲んでいる内側縁範囲が弁の形式で ノズルニードルと協働する構成のものが公知になっている。比較的長い運転期間 における貫通開口のところでの弁ダイヤフラムの割れを避けるために、弁座を形 成する内側縁範囲が噴射方向に対して逆方向の押し出し部により形成され、かつ これに外側に向かって続く環状範囲がばね弾性の環状ディスクによって支持され ている。この弁ダイヤフラムの構成では締め込まれた外側縁範囲の近くに高い応 力が発生し、これが該弁ダイヤフラムの耐久性を損なう。 発明の開示 請求項１記載の特徴を有する本発明による燃料噴射ノズルは、圧力負荷方向に 対して逆向きに弁ダイヤフラムが湾曲していることに基いて、弁開放時の撓みは 該湾曲に抗して生じるため、ダイヤフラムには弁開放時に問題となる応力が発生 しないという利点を有する。ばね弾性行程が所定の限度に制限されることにより 、応力は所定の限度内にとどめられ、その結果ダイヤフラムは、長い使用期間の ための極めて高い耐用性を 有することができる。 請求項２記載の特徴を有する湾曲部の形状の構成により、締め込まれた外側縁 範囲に続く、圧力室に対して急勾配で上昇する環状範囲及び緩く上昇するフラッ トな内側範囲が、許容できない高い応力ピークの発生を防止し、その結果弁ダイ ヤフラムの疲労に対する耐用寿命が著しく高められる。このことは、臨界部位に おいて幾何学的形状により非臨界的な圧縮応力が臨界引張り応力に重畳されるこ とにことによって達成される。 他の従属形式請求項記載の特徴によれば、請求項１及び２に記載の燃料噴射ノ ズルの有利な発展及び改良がえられる。 図面の簡単な説明 本発明の実施の形態は図面に示されており以下に詳述する。図１は燃料噴射ノ ズルの縦断面図、図２及び３は調節可能なノズルニードルを有する燃料噴射ノズ ルの２つの実施の形態の縦断面図、図４は図１〜３の燃料噴射ノズルの弁範囲の 拡大断面図、図５〜７は３つの弁ダイヤフラムの横断面図、図８〜１３は図１〜 ３の燃料噴射ノズルの弁範囲の構成及び所属の噴口横断面特性線図、図１４及び １５は弁範囲のノズルニードルの構成及び所属の噴口横断面特性線図である。 発明を実施するための最良の形態 回転対称形の保持体１１はその流入側端部に燃料供 給導管用の接続部１２、一貫した軸方向流入通路１３を有し、かつ燃焼室側端部 に軸方向に突出したノズルニードル１５を有している。ノズルニードル１５自体 は円筒形の区分１６並びにこれに続いている、弁円錐体１８及び噴流形成ピン１ ９（図８）を備えた端部区分１７を有している。 図１の実施の形態ではノズルニードル１５は保持体１１に一体に結合されてい る。こに対して図２の実施の形態ではノズルニードル１５はねじシャフト２１を 有し、このねじシャフト２１でノズルニードル１５は保持体１１内のねじ穴２２ 内に軸方向で調節可能にねじはめられている。図３の実施の形態ではノズルニー ドル１５は長く延びていて保持体１１の一貫した穴２３内に移動可能にはめ込ま れている。このノズルニードル１５は調節ねじ２４により保持体１１の接続部内 で軸方向に調節される。流入通路１３は図１の実施の形態では軸方向の袋穴２５ とノズルニードル１５の円筒形区分１６内の横穴２６とから成る。図２の実施の 形態では流入通路１３は保持体１１とねじシャフト２１内の軸方向の袋穴を通り さらにノズルニードル１５の円筒形区分１６内の横穴２６に通じている。同様に 図３の実施の形態では流入通路１３は保持体１１の接続部１２から中空の調節ね じ２４及びノズルニードル１５の延長されたシャフト部を軸方向で通り、さらに ノズルニードル１５の円筒形の区分内の横穴２６に通 じている。 ノズルニードル１５の弁円錐体１８はリング状の弁ダイヤフラム３１と協働し 、この弁ダイヤフラムはその外側縁範囲４１のところで保持体１１に袋ナット３ ２により不動に緊締されており、かつ貫通開口３９を形成している内縁４９で、 ノズルニードル１５の弁円錐体１８に予圧をもって気密に当接している。袋ナッ ト３２は弁ダイヤフラム３１を、一方の側では、行程ストッパディスク３３を間 挿して、かつ他方の側では、スペーサスリーブ３４及び調整ディスク３６を間挿 して、保持体１１の燃焼室側の端部にある肩３７に締め付けている。調整ディス ク３６のその都度の厚さは予圧を、ひいては弁円錐体１８における弁ダイヤフラ ム３１の接触圧若しくは解放圧を規定する。弁ニードル１５の円筒形区分１６及 び弁円錐体１８、弁ダイヤフラム３１、スペーサスリーブ３４及び保持体１１の 肩３７は、流入通路１３が開口する圧力室３８を制限し形成する。この圧力室３ ８の死室容積を小さくするために、スペーサスリーブ３４は内側鍔部３５を有し ている。 弁ダイヤフラム３１は、その耐久性を高めるために、圧力室３８側へ向かって 湾曲した湾曲部４０を有している。図１〜図４の実施の形態ではこの湾曲部４１ は、締め込まれている平らな外側縁範囲４１に続く環状範囲４２と、貫通開口３ ９を形成している内側範囲 ４３とから形成されている。丸みを有する移行部４４を介して外側縁範囲４１に 続いている環状範囲４２は、４０°〜８０°、有利には６５°の仰角αを有し、 該環状範囲に移行部４５を介して続く内側範囲４３は３°〜１００°、有利には ５°の仰角βを有している。このように形成された弁ダイヤフラム３１では、環 状範囲４２は急勾配の円錐台形をなし、また内側範囲４３はフラットな円錐台形 をなしており、この場合移行部４４，４５は丸みを有している。 図５〜図７に示されているように、弁ダイヤフラム３１の湾曲部４０は単一の 平らな円錐台形又は円屋根状であって、この円錐台形部４７若しくは円屋根状部 ４８は弁ダイヤフラム３１の締め込まれた外側縁範囲４１に続いている。図４〜 ６の実施の形態では弁ダイヤフラム３１は実質的に同じ壁厚を有している。これ に対して図７の実施の形態では弁ダイヤフラム３１の壁厚は外側縁範囲４１から 貫通開口３９へ連続的に減少している。 無圧の状態では、要するに圧力室３８内に圧力がない場合には、弁ダイヤフラ ム３１の貫通開口３９を形成している内縁若しくは縁エッジ４９は所定の予圧を もってノズルニードル１５の弁円錐体１８に気密液密に当接している。燃料が圧 力室３８内に送入されると、圧力室３８内に圧力が発生し、これにより弁ダイヤ フラム３１の自由側の内側範囲４３が予圧を克服して 弾性的に燃焼室側へ曲げられ、このさい貫通開口３９を形成している縁エッジ４ ９が弁円錐体１８から離される。この場合縁エッジ４９と弁円錐体１８との間に 環状の通過ギャップが生じ、その結果燃料は圧力室から内燃機関の燃焼室内へ噴 射される。送入圧がなくなると弁ダイヤフラム３１は弾性的に戻り、その貫通開 口３９の縁エッジ４９は再び密に弁円錐体１８に当接する。 ノズルの噴口横断面を制御しかつ制限形成するために、弁ダイヤフラム３１に ほぼ重なる大きさのかつ貫通開口３９に対して同心的な貫通開口５１を有してい る行程ストッパディスク３３にストッパが設けられている。図４の実施の形態で は噴口横断面特性若しくは噴口横断面の変化曲線は可撓性の弁ダイヤフラム３１ の固有曲げこわさ−Ｃ値−によって規定される。最大行程ｈはストッパ５２によ って規定され、このストッパ５２は行程ストッパディスク３３の貫通開口５１を 形成する内側の縁範囲に弁ダイヤフラム３１に向かって軸方向に突出している。 弁ダイヤフラム３１のＣ値は第２のストッパ５３（図８及び９）によっても調整 することができ、この場合弁ダイヤフラム３１は送り行程ｈｖ後に、貫通開口３ ９から半径方向で外側にある環状範囲で、はじめに第２の、第１のストッパ５２ から半径方向でさらに外側にあるストッパ５３に当接し、その結果これより半径 方向で内側にある縁範囲が 短縮された曲げ腕長さをもって全行程ｈｇ後に内側のストッパ５２に当たるとこ ろまで、曲げられ、これにより通過ギャップがさらに開かれる。弁ダイヤフラム ３１のＣ値の飛躍的な上昇が図９で認められる。このことは、部分行程−ストッ パとしての前記第２のストッパ５３に達した後、さらに行程運動を進めて噴口横 断面をさらに大きくするためには、圧力室３８内の圧力が著しく高くならなけれ ばならないことを示している。この効果は、弁ダイヤフラム３１の油圧受圧面が 部分行程−ストッパ５３に達した後は飛躍的に小さくなることによって、付加的 に強められる。 部分行程−ストッパ５３による弁ダイヤフラム３１のＣ値の上記の飛躍的な上 昇の代わりに、Ｃ値を漸進的に上昇するように構成することも可能である。この ことは、行程ストッパディスク３３が前記のような個別的なストッパ５３，５２ でなく１つの球面状のストッパ面５４（図１０、１１）を有し、その結果弁ダイ ヤフラム３１が行程運動のさいにその内側範囲（４３）をもって行程ストッパデ ィスク３３上で連続的に外側から内側へ当接するようにすることによって、実現 される。行程ストッパ面５４の輪郭は弁ダイヤフラム３１の湾曲部４０の形状及 び所期の噴口横断面特性に関連して形成される。 噴口横断面特性を制御するさらに別の手段は図１２及び１３に示されており、 この場合弁ダイヤフラム３ １の下側にばねディスク５５が配置されており、該ばねディスク５５はその外側 縁範囲５６が弁ダイヤフラム３１の外側縁範囲４１と共に締め込まれている。単 一のばねディスク５５の代わりに複数のばねディスクを設けることも可能である 。さらに該ばねディスクの形状によりＣ値を制御することができる。燃料噴射ノ ズルの所期の噴口横断面特性に応じて構成を多段式又は無段式に又はこれらを組 み合わせた形に構成することも可能である。 噴口横断面及びその変化過程の形式にとっては、弁ダイヤフラム３１の行程の 他にさらに、定置の弁ニードル１５の弁円錐体１８の形状も決定的因子である。 即ち弁円錐体１８の円錐頂角が鈍角になればなるほど、それだけ同じ行程距離に おける噴口横断面は大きくなる。 弁円錐体１８は噴射円錐体として、円錐台形、半球形又は類似の形状に構成す ることができる。さらに弁ダイヤフラム３１の貫通開口３９を円筒形又は円錐形 に形成することができ、この場合貫通開口は噴射方向で拡開され又は狭められる 。 所定の噴口横断面の変化曲線をうるために、弁ダイヤフラム３１の貫通開口３ ９を通る端部区分は、弁ダイヤフラム３１の行程運動のさいに変化する流過横断 面が貫通開口３９の周縁と端部区分１７の外周との間に生ぜしめられるように形 成されている。 上記の実施の形態では弁円錐体１８に、急勾配の円錐面を有する円錐台形の噴 流形成ピン１９が続いており、この場合該円錐台形体の基部の直径は弁ダイヤフ ラム３１の貫通開口３９の孔径よりも小さい。図１４の実施の形態に示されてい るように、弁ダイヤフラム３１の行程範囲内においてその円形の弁座のところか ら弁円錐体１８に、前行程距離だけ離れて円筒形の区分５７が続き、さらにこの 区分に再び円錐台形の区分５８が続いている。図１５の線図から判るように、噴 口横断面Ｆは前行程時には緩慢に増大する。次いで弁ダイヤフラム３１の縁エッ ジ４９が弁円錐体１８の端部を通過する場合、部分行程ｈ_IIにおいて円筒形区分 ５７を通過中は噴口横断面は一定にとどまり、次いで部分行程ｈ_IIIにおいて円 錐台形区分５８を通過中急激に増大する。 さらに噴射流に所期の形状を与えるために、このことは燃焼にとっても著しく 重要であるが、弁ダイヤフラム３１と弁円錐体１８とによって形成される弁の下 流側に射出通路６０が形成され、該通路は行程ストッパディスク３３の中心貫通 開口５１とここを通るピン１９とによって形成されている（図４）。行程ストッ パディスク３３中の貫通開口５１は円筒形に形成するのが有利である。ピン１９ は有利には、極めて急勾配の円錐面を形成する円錐角を有する噴射方向に先細の 円錐台形体である。円錐形の噴流の拡開角度はピン１ ９の円錐角に関連して変化する。噴流の侵入深さは射出通路６０の長さに関連す る。貫通開口５１の長さは従ってニードルピン１９の直径の０．５〜１．５倍で ある。 円錐形に噴射される噴流の対称性にとって重要な射出通路６０とニードルピン １９との同心性を確保するために、行程ストッパディスク３３の外周に亙り精密 な位置調整が行われる。ニードルピン１９と弁ダイヤフラム３１との間にも同様 に同心的な円形横断面がえられるよにするために、弁ダイヤフラム３１の外径は 締めナット３２の内径よりも小さくされている。これにより、組み立て時に弁円 錐体１８による噴口の精密な位置調整が自動的にえられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゴルドン， ウヴェ ドイツ連邦共和国 Ｄ―71706 マルクグ レーニンゲン ダイムラーシュトラーセ 18 (72)発明者 ハウグ， シュテファン ドイツ連邦共和国 Ｄ―70771 ラインフ ェルデン―エッヒターディンゲン ラング ヴィーゼンシュトラーセ 28 【要約の続き】 が配置されており、該行程ストッパディスクは燃焼室側 において弁ダイヤフラム（３１）と協働し袋ナット（３ ２）により保持体（１１）に不動に締め込まれている。 噴射噴流の形はノズルニードル（１５）の端部区分（１ ７）及び行程ストッパディスク（３３）の貫通開口（５ １）の形状によって制御される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関の燃料噴射ノズルであって、 保持体を有し、該保持体の燃焼室側の端部区分に、流入通路に接続する環状の 圧力室が配置されており、 ノズルニードルを有し、該ノズルニードルは圧力室を半径方向内側から制限し 、弁座を備えた閉鎖体を有し、かつ保持体に不動に結合されており、 ばね弾性の弁ダイヤフラムを有し、該弁ダイヤフラムは圧力室を燃焼室側から 制限し、かつ外側縁範囲で保持体に不動に締め込まれており、 弁ダイヤフラムが中心に開口を有しかつ該開口を取り囲む縁範囲が弁ダイヤフ ラムの閉鎖方向でノズルニードルの弁円錐体に予圧をもって密に当接しており、 かつ弁円錐体が前記開口内へ侵入している、 形式のものにおいて、 弁ダイヤフラム（３１）が圧力室（３８）側へ向かって凸状に湾曲した湾曲部 （４０）を有し、該湾曲部（４０）がその基部で、弁ダイヤフラム（３１）の不 動に締め込まれた外側縁範囲に続いていることを特徴とする、内燃機関の燃料噴 射ノズル。 ２．弁ダイヤフラム（３１）の外側縁範囲（４１）に続く環状範囲（４２）が比 較的急勾配の大きな仰角（α）で外側縁範囲（４１）に続いており、かつ環 状範囲（４２）に続く、開口（３９）によって制限されている内側範囲（４３） が比較的フラットな小さい仰角（β）を有していることを特徴とする、請求項１ 記載の燃料噴射ノズル。 ３．湾曲部（４０）が円錐台形体（４７）又は球欠体（４８）の形状を有するこ とを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射ノズル。 ４．弁ダイヤフラム（３１）の肉厚がほぼ等しいことを特徴とする、請求項１又 は２記載の燃料噴射ノズル。 ５．弁ダイヤフラム（３１）の肉厚が外側縁範囲（４１）から開口（３９）へ向 かって減少していることを特徴とする、請求項１又は２記載の燃料噴射ノズル。 ６．弁ダイヤフラム（３１）の行程がストッパ（５２）によって制限されている ことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射ノズル。 ７．ストッパ（５２）と弁ダイヤフラム（３１）の締め込み箇所との間に少なく とも１つの第２のストッパ（５３）が配置されていることを特徴とする、請求項 ６記載の燃料噴射ノズル。 ８．第１及び第２のストッパ（５２，５４）が互いに面状に移行していることを 特徴とする、請求項７記載の燃料噴射ノズル。 ９．弁ダイヤフラム（３１）がばねディスク（５５）により支持されていること を特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の燃料噴射ノズル。 10．燃焼室側で弁ダイヤフラム（３１）と一緒に袋ナット（３２）により保持体 （１１）に緊締されている行程ストッパディスク（３３）にストッパ（５２，５ ４）が配置されていることを特徴とする、請求項６から９までのいずれか１項記 載の燃料噴射ノズル。 11．行程ストッパディスク（３３）が中心の貫通開口（５２）を有し、該開口が 弁ダイヤフラム（３１）の開口（３９）と重なるように配置されており、かつ前 記貫通開口（５２）をノズルニードル（１５）の弁円錐体（１８）に続いている 噴流形成ピン（１９）が貫通して通っていることを特徴とする、請求項１０記載 の燃料噴射ノズル。 12．行程ストッパディスク（３３）の貫通開口（５１）の長さが噴流形成ピン（ １９）の直径の０．５〜１．５倍であることを特徴とする、請求項１１記載の燃 料噴射ノズル。 13．噴流形成ピン（１９）が急勾配の円錐面を形成する円錐角を有する円錐台形 であることを特徴とする、請求項１１又は１２記載の燃料噴射ノズル。 14．噴流形成ピン（１９）が円筒形区分（５７）と円錐台形区分（５８）とから 構成されていることを特 徴とする、請求項１１又は１２記載の燃料噴射ノズル。 15．弁ダイヤフラム（３１）の締め込まれる箇所が弁ダイヤフラム（３１）に一 体に移行する中空円筒形の鍔状部により形成されていることを特徴とする、請求 項１から９までのいずれか１項記載の燃料噴射ノズル。