JP2003201938A - 内燃機関用の燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弁ニードルの曲げ剛さを低下させることな
く、燃料噴射弁の耐用寿命全体にわたって弁座に対して
液圧的に作用する弁ニードルの有効直径を維持しようと
する。 【解決手段】 内燃機関用の燃料噴射弁において、閉弁
位置において圧力室１９に対して噴射オリフィス１１を
封止するために弁ニードル５の燃焼室寄り端部に形成さ
れた弁封止面７が、第１円錐面３０と第２円錐面３２と
から成っており、かつ、孔３の同一の半径方向平面内に
延びる第１リング溝３６と、前記第１リング溝３６の下
流側で該第１リング溝に平行に配置された第２リング溝
３８が弁座９内に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用の燃料
噴射弁であって、弁基体に穿設した孔内に、プランジャ
形の弁ニードルが縦方向摺動可能に配置されており、前
記弁ニードルと前記孔の周壁との間に、燃料を充填可能
な圧力室が配置されており、該圧力室から燃料が、前記
孔の燃焼室寄り端部に形成された少なくとも１つの噴射
オリフィスに流入可能であり、前記孔の燃焼室寄り端部
には円錐形の弁座が形成されており、該弁座が、少なく
とも１つの噴射オリフィスを制御するために、前記弁ニ
ードルの燃焼室寄り端部に形成された弁封止面と協働す
るようになっており、該弁封止面には第１円錐面と第２
円錐面が形成されており、しかも前記第１円錐面が、前
記弁座の開先角よりも小さな開先角を有し、該弁座の開
先角自体が、前記第２円錐面の開先角よりも小さく、か
つ前記の両円錐面間に１つのリングエッジが形成されて
いる形式のものに関する。

【０００２】

【従来の技術】前記形式の燃料噴射弁は公知であり（例
えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９４２３７０
号明細書参照）、この燃料噴射弁では１本の弁ニードル
が、弁基体の孔内に縦方向に摺動可能に配置されてお
り、しかも前記孔の周壁と前記弁ニードルとの間には、
高圧燃料を充填可能な圧力室が形成されている。前記孔
の燃焼室寄り端部で弁基体内には、複数の噴射オリフィ
スが形成されており、該噴射オリフィスを介して前記孔
は内燃機関の燃焼室に接続されている。同じく燃焼室寄
り端部には１つの円錐形の弁座が形成されており、該弁
座に弁ニードルは、その閉弁位置において弁封止面でも
って当接する。弁ニードルの閉弁位置では燃料は、前記
圧力室から噴射オリフィスへ流れることはできない。弁
座からの弁ニードルの離間によって燃料は、前記圧力室
から弁封止面と弁座との間を通流して噴射オリフィスへ
流れ、かつ其処から内燃機関の燃焼室内へ噴射される。

【０００３】弁座における確実な封止を得るために、弁
封止面は２つの円錐面を有しており、しかも第１円錐面
が第２円錐面の上流側に配置されており、かつ領円錐面
は互いに境を直接接し合っている。この場合第１円錐面
の開先角は弁座の開先角よりも小さく、該弁座の開先角
自体は、第２円錐面の開先角よりも小さい。これによっ
て両円錐面の移り目にはリングエッジが形成され、該リ
ングエッジは、弁ニードルの閉弁位置において弁座に接
触させられ、かつ比較的高い面圧によって優れた封止性
を発生する。

【０００４】弁ニードルは、弁封止面の部分に対して作
用する液圧によって、弁座方向の閉弁力に抗して動かさ
れる。弁ニードルを弁座から丁度離間させる圧力は、開
弁圧と呼ばれる。該開弁圧は、弁座における弁ニードル
の液圧的に有効な座止直径に関連しており、該座止直径
は、前述の幾何学的構成の場合、封止エッジの直径に等
しい。しかしながら、これが該当するのは、弁ニードル
及び弁座に変形が発生しない限りにおいてでしかない。
運転中には常時、弁ニードルによって弁封止面の弾性的
な変形が生じ、特に比較的長い運転後には、前記弁封止
面の塑性変形が生じる。従って弁ニードルの液圧的に有
効な座止直径は、時間の経過につれて変化し、これに伴
って開弁圧も変化することになる。これに対処するため
に、弁封止面の両円錐面間で弁ニードルに１つのリング
溝を削設することも公知になっている（例えばドイツ連
邦共和国特許出願公開第１９６３４９３３号明細書参
照）。しかしこれは、弁ニードルの剛性が低下するの
で、その結果、リング溝の領域において、弁ニードルに
変形が生じるという欠点を有している。これによって燃
料噴射弁全体の機能性能が疑わしくなる。

【０００５】

【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９
４２３７０号明細書

【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９６
３４９３３号明細書

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、弁ニ
ードルの曲げ剛さを低下させることなく、燃料噴射弁の
耐用寿命全体にわたって弁座に対して液圧的に作用する
弁ニードルの有効直径を維持することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の構成手段は、孔の同一の半径方向平面内に延びる第
１リング溝と、前記第１リング溝の下流側で該第１リン
グ溝に平行に配置された第２リング溝が弁座内に形成さ
れている点にある。要するに弁座には、２つの互いに平
行なリング溝が形成されており、両リング溝は夫々、弁
ニードル孔の縦軸線に対して半径方向の平面内に位置し
ている。弁ニードルはこの場合、両リング溝間で弁座に
当接する。これによって、弁ニードルの当接する弁座面
は制限され、ひいては又、弁ニードルの液圧的に作用す
る有効座止直径も制限される。

【０００８】本発明の燃料噴射弁の有利な構成では、第
２円錐面と円錐形の弁座との差角が、第１円錐面と前記
弁座との差角よりも大である。これによって、液圧的に
作用する有効座止直径を一定に維持することが更に助成
される。

【０００９】更なる有利な構成では第１リング溝は、弁
ニードル孔の扁平皿揉み穴として成形されている。この
ように構成すれば、第１リング溝は簡単に高い精度で製
作することができる。この場合、弁封止面をいかなる時
点にも圧力室内の燃料圧によって負荷するために、第１
リング溝は、その他の手段なしに常時、圧力室に接続さ
れているのが特に有利である。

【００１０】本発明の燃料噴射弁のその他の利点及び有
利な実施形態は、図面及び以下の図面に関する詳細な説
明に基づいて容易に推考することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に図面に基づいて本発明の実施
例を詳説する。

【００１２】図１は本発明の燃料噴射弁の１実施例の縦
断面図である。弁基体１内には、縦軸線８を有する孔３
が穿設されており、該孔内には、プランジャ形の弁ニー
ドル５が縦方向摺動可能に配置されている。該孔３の燃
焼室寄り端部には、円錐形の弁座９が配置されており、
該弁座内には少なくとも１つの噴射オリフィス１１が形
成されており、該噴射オリフィスは、燃料噴射弁を組付
けた状態で、内燃機関の燃焼室へ開口している。弁ニー
ドル５は、前記孔３の案内区分２３内を封隙案内されて
おり、かつ燃焼室へ向かってテーパを形成すると共に、
受圧肩１３を形成している。弁ニードル５はその燃焼室
寄り端部で弁封止面７へ移行し、該封止面は弁ニードル
５の閉弁位置で弁座９に当接する。弁ニードル５と孔３
の周壁との間には圧力室１９が形成されており、該圧力
室は前記受圧肩１３の高さレベルで半径方向に拡張され
ている。圧力室１９のこの半径方向拡張部には、弁基体
１内に延びる流入孔２５が開口し、該流入孔を介して前
記圧力室１９は燃料高圧源に接続されており、該燃料高
圧源は圧力室１９内に常時又は一時的に高い燃料圧を増
成する。弁ニードル５は、図示を省いた装置によって閉
弁力で負荷され、該閉弁力は弁ニードル５に対して弁座
９の方向に作用する。これによって弁ニードル５は弁封
止面７でもって弁座９に圧着されるので、燃料が、圧力
室１９から噴射オリフィス１１へ達することはできな
い。内燃機関の燃焼室内へ燃料を噴射させようとする場
合には、受圧肩１３に対する液圧力及び弁封止面７の部
分に対する液圧力が閉弁力を上回って開弁圧に達するま
で、圧力室１９内の圧力が昇圧される。その場合弁ニー
ドル５の弁封止面７は弁座９から離間し、かつ燃料は圧
力室１９から、弁封止面７と弁座９との間を通って噴射
オリフィス１１へ向かって流れ、其処から燃焼室内へ噴
射される。該噴射は、閉弁力の増加によって、又は圧力
室１９への燃料供給の中断によって終了する。弁ニード
ル５は、閉弁力によって駆動されて、弁座９に当接する
閉弁位置へ戻され、こうして噴射オリフィス１１への燃
料供給を中断する。

【００１３】図２は、図１に示した弁座９の領域の拡大
詳細図である。弁封止面７は第１円錐面３０と第２円錐
面３２とに分割されており、しかも両円錐面の移り目に
はリングエッジ３４が形成されている。第１円錐面３０
の開先角はこの場合、円錐形の弁座９の開先角よりも小
さく、該弁座の開先角自体は、第２円錐面３２の開先角
よりも小さい。弁座９には、第１リング溝３６と、これ
に平行な第２リング溝３８が形成されており、しかも各
リング溝３６，３８は、孔３の縦軸線８を基準として同
一の半径方向平面内に位置している。第１リング溝３６
は孔３の扁平皿揉み穴として成形されているので、これ
によって１つのリング段３７が形成される。該リング段
３７から弁封止面９への移り目に形成されたエッジ４０
と第２リング溝３８は、弁座９の部分を画定し、該弁座
部分は、弁ニードル５のための当接面１０として使用さ
れる。リングエッジ３４は弁ニードル５の閉弁位置で、
弁座９のこの区分内にか又は第２リング溝３８のレベル
に配置されている。

【００１４】弁ニードル９及び弁基体１が理想的な剛性
を有している場合には、弁ニードル５と弁座９はリング
エッジ３４にしか、又は第２リング溝３８への弁座９の
移り目にしか接しないことになる。発生する弾性変形に
基づいて、弁ニードル５は当接面１０全体にか、又は少
なくともその大部分に支承されるので、発生する面圧は
それ相応に減少する。いずれにしても両リング溝３６，
３８に基づいて、当接面１０が、両リング溝３６，３８
によって画定された面以上に増大することはあり得な
い。これに基づいて、圧力室１９内の燃料圧によって負
荷される第１円錐面３０の部分面も固定され、ひいては
弁ニードル５の開弁圧も固定されることになる。それと
いうのは、このために受圧肩１３以外に、弁封止面７の
相応の部分面も規定されているからである。

【００１５】第１円錐面３０と弁座９との差角ｄ_１は、
第２円錐面３２と弁座９との差角ｄ _２よりも小であり、
これは、いわゆる逆の座角差に相当する。これに基づい
て、弁座９内へのリングエッジ３４のハンマー打ちによ
って、圧力室１９内の燃料によって受圧される面積が変
化され、ひいては開弁圧が変化されるような事態が付加
的に防止される。

【００１６】図３は、本発明の更に別の実施例の、図２
相当の断面図である。弁座９はこの場合、孔３の周壁に
まで達している。第１リング溝３６は第２リング溝３８
と同等の形式で形成されているが、第２リング溝よりも
大きな溝深さを有しており、かつ弁座９のより大きな範
囲にわたっている。当接面１０は両リング溝３６，３８
によって画定され、しかも比較的大きな第１リング溝３
６によって、該第１リング溝を圧力室１９と常時液圧接
続した状態に維持することが保証されている。

【００１７】弁座９の開先角は約５５゜〜６５゜、殊に
有利には約６０゜である。弁封止面７の両円錐面３０，
３２に対する弁座の差角ｄ_１，ｄ_２は僅かな角度であ
り、殊に有利には０．５゜〜３゜である。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料噴射弁の縦断面図である。

【図２】図１に示した弁座領域の拡大断面図である。

【図３】別の実施例の弁座領域の図２相当の拡大断面図
である。

【符号の説明】

１ 弁基体、 ３ 孔、 ５ プランジャ形の弁
ニードル、 ７ 弁封止面、 ８ 縦軸線、 ９
弁座、 １０ 当接面、 １１ 噴射オリフィ
ス、 １３ 受圧肩、 １９ 圧力室、 ２３
案内区分、 ２５流入孔、 ３０ 第１円錐面、 ３
２ 第２円錐面、 ３４ リングエッジ、 ３６
第１リング溝、 ３７ リング段、 ３８ 第２
リング溝、 ４０ エッジ、 ｄ_１，ｄ_２ 弁封止
面の第１及び第２円錐面に対する弁座の差角

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関用の燃料噴射弁であって、弁基
   体（１）に穿設した孔（３）内に、プランジャ形の弁ニ
   ードル（５）が縦方向摺動可能に配置されており、前記
   弁ニードル（５）と前記孔（３）の周壁との間に、燃料
   を充填可能な圧力室（１９）が配置されており、該圧力
   室から燃料が、前記孔（３）の燃焼室寄り端部に形成さ
   れた少なくとも１つの噴射オリフィス（１１）に流入可
   能であり、前記孔（３）の燃焼室寄り端部には円錐形の
   弁座（９）が形成されており、該弁座が、少なくとも１
   つの噴射オリフィス（１１）を制御するために、前記弁
   ニードル（５）の燃焼室寄り端部に形成された弁封止面
   （７）と協働するようになっており、該弁封止面には第
   １円錐面（３０）と第２円錐面（３２）が形成されてお
   り、しかも前記第１円錐面（３０）が、前記弁座（９）
   の開先角よりも小さな開先角を有し、該弁座（９）の開
   先角自体が、前記第２円錐面（３２）の開先角よりも小
   さく、かつ前記の両円錐面（３０；３２）間に１つのリ
   ングエッジ（３４）が形成されている形式のものにおい
   て、孔（３）の同一の半径方向平面内に延びる第１リン
   グ溝（３６）と、前記第１リング溝（３６）の下流側で
   該第１リング溝に平行に配置された第２リング溝（３
   ８）が弁座（９）内に形成されていることを特徴とす
   る、内燃機関用の燃料噴射弁。
2. 【請求項２】 リングエッジ（３４）が弁ニードル
   （５）の閉弁位置において第２リング溝（３８）の内部
   に位置している、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 【請求項３】 第２円錐面（３２）と円錐形の弁座
   （９）との差角（ｄ_２）が、第１円錐面（３０）と前記
   弁座（９）との差角（ｄ_１）よりも大である、請求項１
   記載の燃料噴射弁。
4. 【請求項４】 第１リング溝（３６）が扁平皿揉み穴と
   して成形されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
5. 【請求項５】 円錐形の弁座（９）の開先角が少なくと
   もほぼ６０゜である、請求項１記載の燃料噴射弁。
6. 【請求項６】 噴射オリフィス（１１）が第２リング溝
   （３８）の下流側で弁座（９）内に開口している、請求
   項１記載の燃料噴射弁。
7. 【請求項７】 第１リング溝（３６）が圧力室（１９）
   に常時液圧接続されている、請求項１から６までのいず
   れか１項記載の燃料噴射弁。