JP2004504531A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

燃料噴射弁（３１，４８）、特に内燃機関の燃料噴射装置の噴射弁、は第１の弁ニードル）（３５，５２）と協働する第１のアクチュエータを有している。第１の弁ニードル（３５，５２）に配置された第１の弁閉鎖体（３６，５３）は第１のシール座（３８，５５）の第１の弁座面（３７，５４）と協働する。第２のアクチュエータは第２の弁ニードル（３９，５６）と協働し、その際、第２の弁ニードル（３９，５６）に配置された第２の弁閉鎖体（４０，５７）は第２のシール座（４２，５９）の第２の弁座面（４１，５８）と協働する。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念による燃料噴射弁から出発する。
【０００２】
弁ニードルを有し、この弁ニードルがアクチュエータによって操作される燃料噴射弁は公知である。アクチュエータは例えば電磁的なコイルあるいは圧電エレメントから成っている。例えば上位概念に記載した燃料噴射弁は ＤＥ ３５ ４０ ６６０ Ｃ２ に記載されている。この場合、電磁的に操作可能な燃料噴射弁である。この燃料噴射弁は弁ケーシングを有しており、この弁ケーシング内に、コイル支持体上に磁石コイルが配置されている。弁ニードルはシール座の弁座面と協働する。その磁石コイルに面した端部において、弁ニードルは接極子と固く結合されている。接極子及び弁ニードルは戻しばねによりシール座に負荷される。磁石コイルに電圧が印加され、かつこれにより磁石コイルを通して電流が流れると、生ずる磁界によって接極子が戻しばねの力に抗して引きつけられ、弁ニードルをそのシール座から引き離す。弁座に続いている噴口を通って、燃料が出ることができる。
【０００３】
この公知の燃料噴射弁の欠点は、燃料の分配及び量の調節が極めて制限されていることである。例えば燃料が燃料噴射弁から出る方向が、噴口の方向によって定められている。特に希薄混合思想及び成層燃焼法において燃焼室内への直噴と組み合わせて必要であるような種々の運転状態に適合させることは、極めて困難であり、あるいはそれどころか行うことができない。このためには、種々の運転状態のもとで、種々の方向に噴射角度を達成することが必要である。
【０００４】
ＤＥ ４０ ２３ ２２３ Ａ１ から公知の内燃機関用の燃料噴射弁はその燃焼室側の端部に２つの噴口の穴円を有している。両方の穴円を別個に制御するために、燃料噴射弁はノズル体内に２つの同軸的な弁ニードルを有している。両方の弁ニードルの、燃焼室側の端区分の範囲内に、やはり同軸的に分離スリーブが両方の弁ニードルの間に配置されており、この分離スリーブはその端面で、両方の弁ニードルの弁座面と共通な弁座面と協働する。両方の穴円は弁ニードルに沿ってそれぞれ１つの固有の燃料供給部により燃料を供給され、その際、両方の燃料供給部のそれぞれには固有の燃料噴射ポンプが設けられている。これによって、両方の穴円の噴口の流過量及び方向を種々に決めることが可能であり、かつしたがって両方の弁ニードルを別個に制御して燃料供給部の方向及び量をある程度の範囲内で制御することができる。しかしながら欠点は全体として多部分より成る構造である。それは３つの高精度の構造部分、すなわち両方の弁ニードル及び分離スリーブを、極めて高精度に製作しなければならず、かつ、原理的に２つの燃料噴射ポンプあるいは各燃料噴射弁のために複式に作用する１つの燃料噴射ポンプを設ける必要があるからである。また、全体として３つのシール座、すなわち第１の弁ニードルのため、第２の弁ニードルのため及び分離スリーブのためのシール座が設けられていることも、欠点である。同様に、制御が純粋に液力により行われ、かつ個々の、パフォーマンス特性に関連する調節を、１つのアクチュエータによって制御される燃料噴射弁におけるような程度に行うことができないことも欠点である。
【０００５】
ＤＥ ２７ １１ ３９１Ａ１ から、２つの弁ニードルを備えた燃料噴射弁が公知である。両方の弁ニードルはそれぞれ１つのばねにより閉鎖方向に負荷され、かつそれぞれ１つの、シール座の弁座面と協働する。両方の弁ニードルによって、異なった噴口か開放される。弁ニードルの制御は純粋に液力により行われ、その際開放順序は両方の弁ニードルの両方の閉鎖ばねの異なったばね力によってさだめられる。典型的にアクチュエータにより制御される燃料噴射弁において極めて良好に可能であるような、内燃機関のパフォーマンス特性への適合は、したがって行うことができない。
【０００６】
発明の利点
請求項１の特徴構成要件を備えた本発明による燃料噴射弁はこれに対し、パフォーマンス特性及び特に希薄混合思想の必要に適合した燃焼室内の燃料の分配を
可能にするという利点を有している。
【０００７】
特に、燃料が燃料噴射弁の噴射像において分配される角度を変化させることができる。このことは、本発明による燃料噴射弁において、それぞれ固有のアクチュエータによって操作される２つの弁ニードルを備えた構造によって、可能である。なかんずく、それぞれ１つのアクチュエータを介しての操作によって、燃料噴射弁は内燃機関のパフォーマンス特性に良好に適合させることができる。
【０００８】
従属請求項に記載した手段によって、請求項１に記載した燃料噴射弁の有利な展開及び改善が可能である。
【０００９】
有利には、両方の弁ニードルの両方のシール座によって、２つの異なった噴口穴円を操作することができる。
【００１０】
異なった穴円の噴口は特に異なった噴射角度を有することができ、かつ互いにずらしておくことができる。有利には、噴射量及び機関負荷がわずかである場合に、最初単に一方の弁ニードルだけを操作し、したがって第１の穴円だけを開くことができる。この穴円は例えば噴口のわずかな噴射角度を有しており、したがって個々の噴口の燃料噴流から成る、全体としてわずかな角度範囲を有する燃料噴流体が形成される。内燃機関の負荷が大きくなり、相応して希薄混合思想で運転される内燃機関の成層運転の必要がある場合に、第２の弁ニードルもシール座から引き離される。これによって今や第２の噴口穴円も開放される。第２の噴口穴円は大きな噴射角度で配置しておくことができる。全体として噴射される燃料の雲は、大きな角度範囲で噴射される。
【００１１】
実施例の説明
アクチュエータによって操作される弁ニードルを有する上位概念による燃料噴射弁の１実施例並びに本発明の実施例は図面に簡単化して示されており、以下において詳細に説明する。
【００１２】
図２及び３によって、本発明による燃料噴射弁の２つの実施例を詳細に説明する前に、本発明の良好な理解のために、まず図１によって、既に公知の、１つのアクチュエータを備えた燃料噴射弁の、重要な構成部分について、簡単に説明する。
【００１３】
燃料噴射弁１は混合気圧縮火花点火式の内燃機関の、燃料噴射装置の燃料噴射弁の形で構成されている。燃料噴射弁１は特に、燃料を内燃機関の図示していない燃焼室内に直接に噴射するのに適している。
【００１４】
燃料噴射弁１はノズル体２から成っており、このノズル体内で弁ニードル３が案内されている。弁ニードル３は弁閉鎖体４と作用結合されており、この弁閉鎖体は、弁座体５上に配置されたシール座の弁座面６と協働する。燃料噴射弁１は実施例では内方に向かって開く燃料噴射弁１であって、噴口７を有している。ノズル体２はシール８によって、ここではアクチュエータとして作用する磁石コイル１０の外極９にシールされている。磁石コイル１０はコイルケーシング１１内に密封されていて、コイル支持体１２上に巻かれており、このコイル支持体は磁石コイル１０の内極１３に接触している。内極１３及び外極９はギャップ２６によって互いに隔てられており、結合構造部分２９に支えられている。磁石コイル１０は導線１９を介して、電気的な差し込み接点１７を介して給電可能な電流により励起される。差し込み接点１７はプラスチック包囲体１８により取り囲まれており、このプラスチック包囲体は内極１３に鋳着しておくことができる。
【００１５】
弁ニードル３は弁ニードル案内１４内で案内されており、この弁ニードル案内はディスク形に構成されている。行程調整のために、調整ディスク１５が役立つ。調整ディスク１５の他方の側には接極子２０がある。この接極子はフランジ２１を介して摩擦力接続で弁ニードル３と結合されており、弁ニードル３は溶接継ぎ目２２によってフランジ２１と結合されている。フランジ２１上には戻しばね２３が支えられており、この戻しばねは燃料噴射弁１が図示のように構成されている場合に、スリーブ２４によって、前緊縮されている。弁ニードル案内１４、接極子２０及び弁座体５には燃料通路３０ａ〜３０ｃが延びており、これらの燃料通路は、中央の燃料供給部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を噴口７に導く。燃料噴射弁１はシール２８によって、図示していないシリンダヘッド若しくは燃料分配器に対してシールされている。
【００１６】
燃料噴射弁１が休止状態にある場合、接極子２０は戻しばね２３によってその行程方向とは逆向きに負荷され、弁閉鎖体４が弁座６にシール接触状態に保たれる。磁石コイル１０が励磁される場合、磁石コイルは磁界を生ぜしめ、この磁界は接極子２０を戻しばね２３のばね力に抗して行程方向に動かし、その際、行程は休止位置において内極１２と接極子２０との間にある作業ギャップ２７によって定められている。接極子２０はフランジ２１を連行し、このフランジは弁ニードル３と溶接されていて、やはり行程方向に連行される。弁ニードル３と作用結合されている弁閉鎖体４は弁座面から引き離され、燃料は噴口７を介して噴射される。
【００１７】
コイル電流が遮断されると、接極子２０が、磁界が充分に減少した後に、戻しばね２３の圧力によって内極１３から離れ、これによって弁ニードル３と作用結合しているフランジ２１が行程方向とは逆向きに動かされる。弁ニードル３はこれによって同じ方向に動かされ、これによって弁閉鎖体４が弁座面６上に座着し、かつ燃料噴射弁１が閉じられる。
【００１８】
図２においては、本発明による燃料噴射弁３１の燃焼室側の区分が、弁体３２の下方区分と共に、示されている。弁座体３３はリング形の円周方向の溶接継ぎ目３４を介して弁体３２と結合されている。ここに図示している構造では弁閉鎖体３６と一体に結合されていて、かつ中空円筒状に構成されている第１の弁ニードル３５は、外側のシール座３８の弁座面３７と協働する。その燃焼室に面した区分においてやはり弁閉鎖体４０と一体に構成されている第２の内実の弁ニードル３９は、第２の内側のシール面４２の第２の弁座面４１と協働し、この弁座面はやはり弁座体３３内に形成されている。第２の弁ニードル３９は第１の弁ニードル３５の内側の縦開口６４内に配置されている。
【００１９】
弁座体３３は内側の案内開口６５を有しており、この案内開口内で第１の弁ニードル３５がその弁閉鎖体３６をもって案内されている。燃料室４３に続いて、中心軸線４５から、弁閉鎖体３６を備えた第１の弁ニードル３５の外側に、矢印で示した燃料供給部４４が第１のシール座３８に位置している。この燃料供給部４４は例えば次のことによって、すなわち弁閉鎖体３６の外周面に扁平部が形成されることによって、設けられており、したがって燃料は案内孔６５内で下流側に流れることができる。第１の外側の噴孔穴円４６が弁座体３３内に配置されている。同様に、第２の内側の噴孔穴円４７が弁座体３３内に配置されている。第１の穴円４６の噴孔はここに示した実施形では中心軸線４５に対して、第２の穴円４７の噴孔よりも小さい角度を有している。両方の穴円４６，４７の噴孔は、ここでは図示されていないが、円周方向の角度だけずらされていて、第１の穴円の噴孔の燃料噴流がその都度他方の穴円の２つの噴孔の間に噴射するようになっている。
【００２０】
第１の穴円４６は中心軸線４５に関して第１のシール座３８の内側に配置されている。相応して、第２の穴円４７は中心軸線４５に関して第２のシール座４２の内側に配置されている。両方の弁ニードル３５，３９がそれらの弁閉鎖体３６，４０をもってそれらのその都度のシール座３８，４２に接触すると、穴円４６，４７は燃料供給部４４に対してシールされている。第１の弁ニードル３５がその弁閉鎖体３６をもってその第１のシール座３８から引き離されると、燃料供給部４４から第１の穴円４６への接続が開放される。
【００２１】
第１の穴円４６の噴口は中心軸線４５に関して、より小さい角度を有している。これによって燃焼室内には、狭い、わずかな角度で広がる燃料噴流が生ずる。第２の穴円４７は、まだ第２のシール座４２に接触している第２の弁閉鎖体４０を備えた第２の弁ニードル３９によって、燃料供給部４４から遮断されている。
【００２２】
更に広がる燃料噴流が望まれる場合には、ここでは示していない第２のアクチュエータによって、第２の弁ニードル３９の弁閉鎖体４０をその第２のシール座４２から引き離すことができる。これにより第２の穴円４７にも、燃料供給部４４からの接続、ひいては燃料室４３からの接続が開放される。燃料噴流は今や、第２の穴円４７の噴口によって中心軸線４５に対して大きな角度で噴射される燃料によって補足され、このことは燃料噴流の広がりをもたらす。
【００２３】
図３は代替的な本発明による実施形を、燃焼室に面した、燃料噴射弁４８の区分の断面図で示す。弁体４９内で、弁座体５０が配置されていて、弁体と溶接継ぎ目５１によって結合されている。溶接継ぎ目５１は中心軸線６１を中心として円形に延びている。
【００２４】
その燃焼室に面した区分において一体に弁閉鎖体５３として構成されている第１の中空円筒状の弁ニードル５２は、弁座体５０内に配置されている第１の弁座面５４をもって第１の内側のシール座５５と協働する。その、燃焼室に面した区分において一体に弁閉鎖体５７として構成されている第２の、やはり中空円筒状の弁ニードル５６は、第２の外側のシール座５９の、弁座体５０の第２の弁座面５８と協働する。図２に示した実施形と異なって、第１及び第２の弁ニードルとしての図示は、ここに示した実施形では、取り替えられている。第２の弁ニードル５６は内側の縦開口６６を有しており、この中に第１の弁ニードル５２が配置されている。
【００２５】
燃料はこの実施形では外側の燃料供給部４４の代わりに、第１の弁ニードル５２の内孔として構成されている燃料供給部６０を通って第１の内側のシール座５５に達する。燃料の供給は、燃料供給部６０内の矢印によって示されている。第１の、内側の噴口穴円６２は中心軸線６１から第１のシール座５５の外側で弁座体５０内に配置されている。第２の外側の噴口穴円６３は、中心軸線６１から第２のシール座５９の外側に配置されている。第１のシール座５５は第１の穴円６２を燃料供給部６０に対してシールし、第１のシール座５５並びにまた第２のシール座５９は第２の穴円６３の噴口を燃料供給部６０に対してシールする。両方の穴円の第１の穴円６２としての及び第２の穴円６３としての図示も、図２の相応する穴円に対して取り替えられている。
【００２６】
既に図２について述べたように、第１の弁ニードル５２がその弁閉鎖体５３をもって第１のシール座５５から引き離されたときに、相応して第１の穴円６２が燃料供給部６０に接続される。燃料噴流が図示していない燃焼室内に噴射される。第１の穴円６２の噴口の角度及び配置に応じて、燃料噴流の形成が行われる。ところで内燃機関のパフォーマンス特性の特定に運転点に相応して燃料噴流の別の形成が必要であるときには、付加的に、ここでは図示していない固有のアクチュエータによって完全に無関係に制御することのできる第２の弁ニードル５６を、その弁閉鎖体５７をもって第２のシール座５９から引き離し、かつこれにより燃料供給部６０を第２の穴円６３に開放することもできる。
【００２７】
第１の穴円６２及び第２の穴円６３の噴口の角度の整向及び配置はここで図示している図３の実施形において並びに図２の実施形において相応して、単なる例である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
アクチュエータによって操作される弁ニードルを有している上位概念記載の燃料噴射弁の断面図を示す。
【図２】
本発明による燃料噴射弁の第１実施例の部分を断面図で示す。
【図３】
本発明による燃料噴射弁の第２実施例の部分を断面図で示す。
【符号の説明】
１　燃料噴射弁、　２　ノズル体、　３　弁ニードル、　４　弁閉鎖体、　５　弁座体、　６　弁座面、　７　噴口、　８　シール、　９　外極、　１０　磁石コイル、　１１　コイルケーシング、　１２　コイル支持体、　１３　内極、　１４　弁ニードル案内、　１５　調整ディスク、　１６　燃料供給部、　１７　差し込み接点、　１８　プラスチック包囲体、　１９　導線、　２０　接極子、　２１　フランジ、　２２　溶接継ぎ目、　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、　２８　シール、　２９　接続構造部分、　３０ａ　燃料通路、　３０ｂ　燃料通路、　３０ｃ　燃料通路、　３１　燃料噴射弁、　３２　弁体、　３３　弁座体、　３４　溶接継ぎ目、　３５　第１の弁ニードル、　３６　弁閉鎖体、　３７　第１の弁座面、　３８　外側のシール座、　３９　第２の弁ニードル、　４０　弁閉鎖体、　４１　第２の弁座面、　４２　内側のシール座、　４３　燃料室、　４４　燃料供給部、　４５　中心軸線、　４６　穴円、　４７　穴円、　４８　燃料噴射弁、　４９　弁体、　５０　弁座体、　５１　溶接継ぎ目、　５２　第１の弁ニードル、　５３　弁閉鎖体、　５４　第１の弁座面、　５５　シール座、　５６　第２の弁ニードル、　５７　弁閉鎖体、　５８弁座面、　５９　シール座、　６０　燃料供給部、　６１　中心軸線、　６２　第１の穴円、　６３　第２の穴円、　６４　縦開口、　６５　案内開口、　６６　長開口

Claims (10)

1. 燃料噴射弁（３１，４８）、特に内燃機関の燃料噴射装置用の噴射弁であって、第１のアクチュエータを備え、これは第１の弁ニードル（３５，５２）と協働し、その際、第１の弁ニードル（３５，５２）に配置された第１の弁閉鎖体（３６，５３）が、第１のシール座（３８，５５）の第１の弁座面（３７，５４）と協働する形式のものにおいて、第２のアクチュエータが第２の弁ニードル（３９，５６）と協働し、その際、第２の弁ニードル（３９，５６）に配置された第２の弁閉鎖体（４０，５７）が第２のシール座（４２，５９）の第２の弁座面（４１，５８）と協働することを特徴とする、燃料噴射弁。
2. 弁ニードルの少なくとも１つ（３５，５６）が中空ニードルとして構成されていて、他方の弁ニードル（３９，５２）を取り囲みかつ案内していることを特徴とする、請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 弁ニードル（３５，３９，５２，５６）が同軸的に配置されていることを特徴とする、請求項２記載の燃料噴射弁。
4. 弁座体（３３，５０）が複数の噴口を備えた第１の円周方向の穴円（４６，６２）を有しており、これらの噴口は、弁座体（３３，５０）内に次のように、すなわち第１のシール座（３８，５５）が第１の穴円（４６，６２）を燃料供給部（４４，６０）に対してシールするように、配置されていることを特徴とする、請求項２又は３記載の燃料噴射弁。
5. 複数の噴口を備えた第２の円周方向の穴円（４７，６３）が次のように、すなわち、第１のシール座（３８，５５）及び第２のシール座（４２，５９）が第２の穴円（４７，６３）を燃料供給部（４４，６０）に対してシールするように、配置されていることを特徴とする、請求項４記載の燃料噴射弁。
6. 第１の弁ニードル（３５）が中空ニードルであり、かつ燃料供給部（４４）が円周方向で第１の弁ニードル（３５）の外方に配置されており、かつ第１の穴円（４６）が第１のシール座（３８）と第２のシール座（４２）との間で弁座体（３３）に配置されており、かつ第２の穴円（４７）が燃料噴射弁（３１）の中心軸線（４５）に向かって第２のシール座（４２）の内側に配置されていることを特徴とする、請求項５記載の燃料噴射弁。
7. 第１及び第２の弁ニードル（５２，５６）が中空ニードルであり、かつ第１の弁ニードル（５２）及び第１の弁閉鎖体（５３）が第１のシール座（５５）に面して内孔を有しており、かつ燃料供給部（６０）がこの内孔によって燃料を供給され、第１の穴円が第１のシール座（５５）と第２のシール座（５９）との間で弁座体（５０）内に配置されており、かつ第２の穴円（６３）が燃料噴射弁（４８）の中心軸線（６１）に関して第２のシール座（５９）の外側に配置されていることを特徴とする、請求項５記載の燃料噴射弁。
8. 第１の穴円（４６，６２）の噴口及び第２の穴円（４７，６３）の噴口が互いに異なった噴射角度を有していることを特徴とする、請求項５から７までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
9. 第１の穴円（４６，６２）の噴口が第２の穴円（４７，６３）の噴口に対して、円周方向の角度だけずらされて配置されていることを特徴とする、請求項５から８までのいずれか１項に記載の燃料噴射弁。
10. 第１の弁ニードル（３５，５２）及び第１の弁閉鎖体３６，５３）が一体に、かつ又は第２の弁ニードル（３９，５６）及び第２の弁閉鎖体（３９，５６）が一体に、構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項に記載の燃料噴射弁。

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