JPH07507613A - 内燃機関用の燃料噴射ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関用の燃料噴射ノズル ［技術分野］ 本発明は、ノズル本体と弁ニードルとを有する内燃機関、特に直接噴射型内燃機 関用の燃料噴射ノズルであって、前記ノズル本体内には、ガイド区分を有する軸 方向の貫通孔が形成されかつ燃焼室寄り端部に截頭円錐形の弁座が形成されてお りかつ前記貫通孔のガイド区分と前記弁座との間のリングエツジが制御エツジを 形成しており、かつ、前記弁ニードルが、ピストン型スライド弁状のガイド区分 でもって前記ノズル本体のガイド区分内を摺動可能で外向きに開放するようにば ね負荷されており、しかも前記弁ニードルが、前記弁座を超えて張出している端 部に、弁円錐部を備えた閉鎖ヘッドを有し、該弁円錐部の座面が軸方向で前記弁 座と合致しかつ該弁円錐部の座面の円錐頂角を弁座の円錐頂角と僅かに異ならせ て１本のリング状のシール座ラインが形成されており、前記弁ニードルのピスト ン型スライド弁状のガイド区分が、ノズル本体のガイド区分によってカバーされ かつニードルストロークに関連して開放ストローク時にノズル本体の制御エツジ によって開制御可能な複数の噴射開口を有しており、該噴射開口の延在方向に前 記弁円錐部の勾配が整合されている形式の燃料噴射ノズルに関するものである。

［背景技術］ 欧州特許出願公開第２０９２４４号明細書に基づいて公知になっている前記形式 の燃料噴射ノズルでは、弁座と弁円錐部とによって形成される円形ライン状のシ ール座は、ノズル本体に設けた弁座の円錐頂角を弁ニードルの閉鎖ヘッドに設け た弁円錐部の円錐頂角よりも小さくすることによって、弁座もしくは弁円錐部の 半径方向外周に形成されている。更にまたノズル本体のガイド区分への弁座の弁 座の移行部における制御エツジは丸く面取りされている。この構成によって、弁 座の座面と弁円錐部の面並びに弁ニードルのガイド区分の面との間には、楔形横 断面のリングギャップが形成され、該リングギャップ内には、閉弁時に弁ニード ルの噴射穴の開口横断面と整合して燃料が溜り、この溜り燃料は特に燃料噴射開 始時の燃料噴射ジェット流調整を妨害する。更にまた、複数の噴射開口から噴出 する燃料ジェット流が一部、前記の丸い面取り部及び、外向きに狭くなっている 弁座面と弁円錐部面に衝突するので、これは燃料調製エネルギの損失となる。

更にまた、弁ニードルが、閉鎖ヘッドを備えたシャンクと、該シャンクを内包す るスリーブとを有し、該スリーブが、前記シャンクに設けた縦溝をカバーし、か つ、弁に対面した方のスリーブ端面がスリットを有し、該スリットが所定の横断 面をもった噴射開口を形成している、類似形式の燃料噴射ノズルが、米国特許第 ２０３５２０３号明細書に基づいて公知になっている。この公知の燃料噴射ノズ ルでは良好な燃料噴射ジェット流の調製が得られはするものの、その弁のシール 性が、弁円錐部と弁座との間の座面の点で申し分なく機能するとは言えない。こ の欠点は、弁円錐部を有する弁ニードルが、これに被さるスリーブど共にノズル 本体内でガイドされるので、弁ニードル軸線とスリーブ軸線とのずれによってシ ール座に適合ずれを生ぜしめることによって、一層強められる。

［発明の開示コ 本発明の燃料噴射ノズルの構成手段は、請求項１に記載した通り、ノズル本体の 円筒形のガイド区分への弁座の移行点における制御エツジがシャープなエツジに 形成されており、前記ノズル本体に設けた弁座の円錐頂角Ｃが、弁ニードルに設 けた弁円錐部の円錐頂角すよりも僅かに大であり、かつ該弁円錐部の弁面の半径 方向制限内縁がシャープなリングエツジとして構成されており、該リングエツジ の直径が、前記ノズル本体に設けた制御エツジの直径よりも僅かに大であり、該 制御エツジの直ぐ傍にリング状のシール座ラインが形成されることを特徴として いる。この構成手段によって得られる利点は、燃料噴射ジェット流が、著しく僅 かなエネルギ損失をもって調製され、かつ、ノズル本体のシャープな制御エツジ によって、ノズル横断面の開口時点がニードルストロークの開始時に明確に規定 されている点にある。更にまた、前記制御エツジにシール座径部が半径方向で直 接続いていることによって、シール座の直径を、ノズル本体内の弁ニードルのピ ストン型スライド弁の液圧有効直径とほぼ合致させることが可能になる。これに よって、背圧影響を最小限に抑えることができる。燃焼室寄りの背圧は、シール 座直径から生じる全面積に対して作用するが、液圧開弁力は、上部のニードルガ イド部と弁ニードルのガイド部分もしくはピストン型スライド弁の直径との間の 環状面にしか作用しないので、最高の燃焼室圧下にあっても、弁ニードルを申し 分なく開放させるためには、ピストン型スライド弁の液圧有効直径を可能な限り 大きくし、つまり可能な限り弁座直径に近い直径にするのが有利である。

請求項２以降に記載した構成手段によって、請求項１に記載した燃料噴射ノズル の有利な構成と改良が可能である。請求項２に記載したように燃料噴射ノズルの 弁ニードルを構成することによって、弁本体の制御エツジの直ぐ近くに線状のシ ール座を単純な構造形式で配置することが可能になる。

［図面の簡単な説明コ 図１は燃料噴射ノズルの縦断面図、図２は図１に示した燃料噴射ノズルの燃焼室 寄り端部の第１実施態様の拡大断面図、図３は図１に示した燃料噴射ノズルの燃 焼室寄り端部の第２実施態様の拡大断面図、図４は図１に示した燃料噴射ノズル の燃焼室寄り端部の第３実施態様の拡大断面図、図５は図１に示した燃料噴射ノ ズルの燃焼室寄り端部の第４実施態様の拡大断面図、図６は図１に示した燃料噴 射ノズルの弁領域の鎖線縁Ａ部分の格段断面図である。

［発明を実施するための最良の形態コ 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明する。

燃料噴射ノズルはノズル本体１０を有し、該ノズル本体は、スリーブナツト１１ によってノズルホルダ１２に緊定されている。ノズル本体１０内には、弁ニード ル１５が摺動可能に支承されており、該弁ニードルは燃焼室寄り端部に閉鎖ヘッ ド１６を保持している。

該閉鎖ヘッドは截頭円錐形の弁円錐部１７を有し、該弁円錐部は、ノズル本体１ ０に設けた凹面截頭円錐形の弁座１８と協働する。弁円錐部１７の方へ半径方向 に段付けされている前記閉鎖ヘッド１６はピストン型スライド弁２０を有し、該 ピストン型スライド弁は、ノズル本体１０内に穿設されて圧力室２１を形成して いるた円筒孔２２の、弁座１８近傍のガイド区分２３内で案内されている。

ピストン型スライド弁２０は、前記圧力室２１に面した方の端面に、弁ニードル １５のシャンク１４を包囲していて突切り成形部として構成された円環状の凹設 部２５を有し、該凹設部は半径方向外側ではピストン型スライド弁２０の周壁２ ６によって制限されている。該周壁２６によって制限された凹設部２５の外壁面 ２７は円錐形であるので、凹設部２５は圧力室２１の方へ末広がりに開口してい る。ピストン型スライド弁２０の周壁２６内には、全周にわたって分配された噴 射横断面を規定する複数の噴射穴３０が設けられている。噴射穴に代えて噴射ス リットを配置することも可能である。噴射穴３０は円筒横断面を有しているが、 弁ニードル１５の中心軸線に対して平行に細長く延びる横断面、例えば焉平な楕 円横断面又は方形横断面を有するのも有利である。開口横断面の所望の形状に応 じて任意の、それ自体閉じた曲面を実現することが可能である。弁円錐部１７に 近い底部では前記横断面を、それより上位の横断面よりも狭く成形することも可 能である。噴射穴をスリット又は溝として構成した場合には、該スリット又は溝 は、噴射ジェット流の特定の断面特性を弁ニードル１５のストロークに関連して 形成するために、方形横断面、三角形横断面、段付き横断面又は噴射特性に適合 したその他の横断面を有することができる。

弁ニードル１５は、ノズル本体１０内に穿設されたガイド孔３５内に摺動可能に 支承されており、該ガイド孔の下流側には、集合室３６と、該集合室を圧力室２ １に連通させる環状ギャップ３７とが接続している。

弁ニードル１５は所属の閉鎖ヘッド１６と共に、ノズルホルダ１２内に穿設した ばね室３９内に配置された閉鎖ばね４０によって、ノズル本体１０の弁座１８に 向かって引き寄せられる。閉鎖ばね４０は、スペーサブシュ４１とスリット付き ストッパディスク４２とを介してノズル本体１０に支持されており、かつ補償デ ィスク４３を介して、弁ニードル１５の端部に固定された支持リング４４に圧着 している。弁ニードル１５の総ストロークｂｇを制限するために、弁ニードル１ ５のシャンクはストッパディスク４２の高さで段付けされてストッパ鍔４５を形 成しており、該ストツノ（鍔は、弁ニードル１５の閉鎖位置でストツノくディス ク４２から間隔ｈｇを有している。接続管部４６を起点としてノズルホルダ１２ 内及びノズル本体１０内に延在する供給通路４７が、ノズル本体１０内の集合室 ３６に通じている。更にまた漏れオイル通路４８がばね室３９を接続部４９と連 通している。

ピストン型スライド弁２０内の噴射穴３０の方向を燃焼室に適合させるために、 噴射穴３０は弁ニードル１５の縦軸線に対して、例えば１５０”の円錐頂角ａで 傾斜されている。前記噴射穴３０はピストン型スライド弁２０内の凹設部２５の 底部２４を起点としており、かつ、円筒孔２２のガイド区分２３内で案内される ピストン型スライド弁２０の外周壁の周面で開口横断面をもって開口している。

各噴射穴３０の開口横断面を制限するエツジはシャープに形成されており、特に 弁円錐部１７に直接隣接した部分が、噴射開始のための制御エツジ５１を形成し ている（図６）。ピストン型スライド弁２０に制御エツジ５１をシャープなエツ ジとして形成できるようにするために、ピストン型スライド弁２０の円筒局面は 軸方向で前記制御エツジ５１を超えて延びている。弁ニードル１５の閉鎖位置（ 図６）では、ピストン型スライド弁２０の制御エツジ５１はノズル本体１０のリ ング状の制御エツジ５２に境を接し、該制御エツジは、弁座１８の円錐面へのガ イド区分２３０円筒面の移行部を形成しかつやはりシャープに形成されているの で、ノズル本体１０の制御エツジ５２と弁ニードル１５の制御エツジ５１とが同 じ高さに位置している場合には、弁の重なりなしに噴射穴３０のシールが可能で ある。

制御エツジ５１及び５２によって形成されるシール部は、噴射開始期を規定のよ うに開始するために役立つ。本来のシール部は、ノズル本体１０の弁座１８とノ ズルニードル１５の弁円錐部１７とによって、リング状のシール座ライン５３の 形で形成される。背圧影響を更に減少させるためには、前記シール座ライン５３ の直径がピストン型スライド弁２０の直径に等しいのが理想的ではある。しかし ながらこのように構成した場合には、運転の経過中の絶えざる衝撃によって、ノ ズル本体１０の制御エツジ５２と弁ニードル１５の制御エツジ５１が変形するこ とになる。この理由に基づいて、シール座ライン５３の直径は僅かに、例えば０ ．０１ｍｍに等しい値か又はそれより小さい値だけ、ノズル本体１０の制御エツ ジ５２の直径よりも大きく構成されている。

シール座ライン５３は、弁ニードル１５の截頭円錐形の弁円錐部１７の半径方向 内側制限部に対するシャープなリングエツジ５５の接触によって形成される。

空ストロークなしに弁ニードル１５のストローク開始と同時点に噴射穴３０の噴 射横断面も制御エツジ５１とリング状制御エツジ５２とによって開制御するよう にするために、前記シール座ライン５３は、前記制御エツジ５１に交わる噴射穴 ３０の母線５６の延長線上に位置している。更にまた、弁円錐部１７の円錐頂角 すと弁座１８の円錐頂角Ｃとは、噴射穴３０の円錐頂角ａにおいて、又は制御エ ツジ５１に交わる該噴射穴の母線５６の延在線上において適合されているが、但 し弁円錐部１７の円錐頂角すは、噴射穴３０の円錐頂角ａ、つまり制御エツジ５ １に交わる該噴射穴の母線５６が延在して形成される円錐頂角ａよりも、微小角 度だけ、例えば３°だけ小さく構成され、また弁座１８の円錐頂角Ｃは、前記噴 射穴３０の円錐頂角ａよりも微小角度だけ、例えば３°だけ大きく構成されてい る。

前記の弁座構成は、弁ニードル１５を２部分から形成することによって実現され 、この場合、複数の噴射穴３０を有するピストン型スライド弁２０は弁ニードル １５のシャンク１４と一体であり、かつ弁円錐部１７は、弁ニードル１５の燃焼 室寄り端部に設けたピストン型スライド弁２０の付設拡径部６１の外周に固定さ れたリング体６０に配置されている。

弁座１８に対面した方のリング体６０の端面に、弁円錐部１７が形成されており 、該弁円錐部のリングエツジ５５は内孔６２の周面によって制限される。ノズル 本体１０のリング状制御エツジ５２において、リングエツジ５５によって形成さ れるシール座ライン５３の前述の距離を形成するために、リング体６０の内孔６ ２の直径は、前記寸法分だけピストン型スライド弁２０の直径よりも大きい。こ れに相応してピストン型スライド弁２０の付設拡径部６１の直径も大である。

制御エツジ５１をシャープに形成するためにリング体６０は付設拡径部６１を超 えて突出しているので、この領域にはギャップ６３が形成されており、該ギャッ プは流動技術の面から見れば大して重要でない。それというのは、該ギャップ６ ３は、噴射穴３０から出る噴射ジェット流の噴射横断面と整合していないからで ある。截頭円錐形の弁円錐部１７と凹面截頭円錐形の弁座１８との間隔は著しく 狭く構成されており、１ｍｍ以下の幅である。該円錐体１７及び弁座１８に半径 方向外向きに続く面６５と６６は、噴射ジェット流に不都合な影響を及ぼさない ようにするために強い傾斜角を形成している。

リング体６０は、種々異なった取付は態様で弁ニードル１５に固定することがで きる。該リング体６０は、弁ニードル１５の付設拡径部６１の外周に被せ嵌めら れて形状　“接続及び／又は摩擦接続によって保持される・図、！、ｙ４に示し た実施例ではリング体６０はプ″嵌め部７０によって保持され、かつ弁ニードル １５の端部に設けた鍔７１によって確保される。図３に示した実施例ではリング 体６０はやはりプレス嵌め部７０によって付設拡径部６１の外周に装着されてお りかつ燃焼室寄り端部ではシーム溶接部７２によって確保される。

図４及び図５に示した実施例ではリング体６０は、弁ニードル１７の燃焼室寄り 端面に被さる内向き鍔７３を有している。該内向き鍔７３の内側のシーム溶接部 ７４はリング体６０を弁ニードル１５の端面と接合している（図４）。リング体 ６０の固定は、また頭付きボルト７５によって行なうこともでき、該頭付きボル トのボルトシャンフッ６付設拡径部６１内に穿設された雌ねじ孔に螺合し、また そのボルト頭７７はワッシャ７８を間挿してリング体６０の内向き鍔７３に係合 している。原則として、弁ニードル１５の外周にリング体６０を固定するための 結合技術としては例えばレーザー溶接、電子ビーム溶接、プレス嵌め及び焼き嵌 めが可能である。

前記の燃料噴射ノズルは次のように稼働する。

噴射休止期には閉鎖ばね４０は、弁ニードル１５を該弁ニードル１５の弁円錐部 １７と共にノズル本体１０の弁座１８に圧着しており、この場合、噴射穴３０の 開口は、ガイド区分２３において包囲しているノズル本体１０の周壁によって閉 塞されておりかつ弁円錐部１７は弁座１８に液密に接触している。供給通路４７ を通して集合室３６へ燃料を加圧供給し、該集合室から環状ギャップ３７を介し て圧力室２１内へ圧送すると、該圧力室内には、閉鎖ヘッド１６のピストン型ス ライド弁２０に作用する圧力が増成する。閉鎖ばね４０の予荷重を克服する所定 の開口圧に達すると、弁ニードル１５は流動方向にシフトされる。それに伴って 弁円錐部１７のリングエツジ５５はノズル本体１０の弁座１８から離間し、かつ 噴射穴３０の制御エツジ５１はノズル本体１０のリング状制御エツジ５２から離 れる。この場合、燃料の吐出圧に関連して制御されて噴射穴３０の規定の噴射横 断面が解放される。弁ニードル１５のニードルストロークと噴射横断面はその都 度、閉鎖ばね４０のばね力とピストン型スライド弁２０にかかる液力との平衡に 基づいて生じる。噴射穴３０の開口における噴射横断面の解放によって燃料は、 弁円錐部１７と弁座１８との間で集束した噴射ジェット流の形で内燃機関の燃焼 室内へ、従来慣用の多穴ノズルの場合のような所定の円錐頂角で流入する。噴射 穴３０の形を長方形、三角形、楕円形又はその他の閉じた曲線形として構成する ことによって、燃料噴射ノズルには、種々異なった横断面開放挙動が与えられる 。

このようにすれば閉鎖ばね４０のばね特性及び燃料噴射ポンプの圧送効率と相俟 って、機関のの燃焼を最適にするための一時的な噴射経過に有利に影響を及ぼす ことが可能になる。前記の平衡条件によって常に、空気と燃料の配合調製にとっ て最適の噴射横断面が調整される。この噴射横断面は常に液圧系における最狭部 位であるので、座着絞りが発生することはない。

圧送される燃料が減圧すると、閉鎖ばね４０は弁ニードル１５を再び引戻し、そ の際先ず噴射穴３０が閉制御され、次いで閉鎖ヘッド１６の弁円錐部１７がノズ ル本体１０の弁座１８に接して再びｌｌ！閉する。

［符号の説明コ ｈｇ　弁ニードルの総ストローク、ａ、ｂ、ｃ円錐頂角、１０　ノズル本体、１ １　スリーブナツト、１２　ノズルホルダ、１４シヤンク、１５　弁ニードル、 １６　閉鎖ヘッド、１７　弁円錐部、１８　弁座、２０ピストン型スライド弁、 ２１　圧力室、２２　円筒孔、　２３　ガイド区分、２４　凹設部の底部、２５ 　円環状の凹設部、２６周壁、　２７　外壁面、　３０　噴射穴、　３５ガイド 孔、　３６　集合室、　３７　環状ギャップ、　３９　ばね室、　４０　閉鎖ば ね、４１　スペーサブシュ、　４２　スリット付きストッパディスク、　４３　 補償ディスク、　４４支持リング、　４５　ストッパ鍔、　４６　接続管部、　 ４７　供給通路、　４８　漏れオイル通路、　４９　接続部、　５１　制御エツ ジ、５２　リング状制御エツジ、５３　シール座ライン、５５　リングエツジ、 ５６　母線、６０　リング体、　６１　付設拡径部、　６２内孔、　６３　ギャ ップ、　６５．６６　面、７０　ブレス嵌め部、　７１　鍔、　７２シ一ム溶接 部、　７３　内向き鍔、　７４　シーム溶接部、７５　頭付きボルト、　７６　 ボルトシャンク、７７　ボルト頭、７８　ワッシャ ＦＩＧ、　６ 国際調査報告 国際調査報告 ＋＋＋＋＋＋＋−１＋　ＰＣＴ／ＤＥ　９３１００４４６フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、　ＰＴ、　Ｓ Ｅ）、ＪＰ、　ＫＲ，ＵＳ（７２）発明者　レヴエンツ、ギュンタードイツ連邦 共和国　Ｄ−７１２８２へミンケン　ヒルシュシュトラーセ　２７ （７２）発明者　ゴートン、ウヴエ ドイツ連邦共和国　Ｄ−７１７０６マルクグレーニンケン　ダイムラーシュトラ ーセ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ノズル本体と弁ニードルとを有する内燃機関、特に直接噴射型内燃機関用の 燃料噴射ノズルであって、前記ノズル本体内には、ガイド区分を有する軸方向の 貫通孔が形成されかつ燃焼室寄リ端部に截頭円錐形の弁座が形成されておりかつ 前記貫通孔のガイド区分と前記弁座との間のリングエッジが制御エッジを形成し ており、かつ、前記弁ニードルが、ピストン型スライド弁状のガイド区分でもっ て前記ノズル本体のガイド区分内を摺動可能で外向きに開放するようにばね負荷 されており、しかも前記弁ニードルが、前記弁座を超えて張出している端部に、 弁円錐部を備えた閉鎖ヘッドを有し、該弁円錐部の座面が軸方向で前記弁座と合 致しかつ該弁円錐部の座面の円錐頂角を弁座の円錐頂角と僅かに異ならせて１本 のリング状のシール座ラインが形成されており、前記弁ニードルのピストン型ス ライド弁状のガイド区分が、ノズル本体のガイド区分によってカバーされかつニ ードルストロークに関連して開放ストローク時にノズル本体の制御エッジによっ て開制御可能な複数の噴射開口を有しており、該噴射開口の延在方向に前記弁円 錐部の勾配が整合されている形式のものにおいて、ノズル本体（１０）の円筒形 のガイド区分（２３）への弁座（１８）の移行点における制御エッジ（５２）が シャープなエッジに形成されており、前記ノズル本体に設けた弁座（１８）の円 錐頂角（ｃ）が、弁ニードル（１５）に設けた弁円錐部（１７）の円錐頂角（ｂ ）よりも僅かに大であり、かつ該弁円錐部（１７）の弁面の半径方向制限内縁が シャープなリングエッジ（５５）として構成されており、該リングエッジの直径 が、前記ノズル本体（１０）に設けた制御エッジ（５１）の直径よりも僅かに大 であり、該制御エッジ（５１）の直ぐ傍にリング状のシール座ライン（５３）が 形成されることを特徴とする、内燃機関用の燃料噴射ノズル。 ２．弁円錐部（１７）が、弁ニードル（１５）の閉鎖ヘッド（１６）に固定され たリング体（６０）に形成されている、請求項１記載の燃料噴射ノズル。 ３．リング体（６０）が、弁ニードル（１５）のガイド区分（２０）の円筒形の 付設拡径部（６２）の周面に装着されており、該付設拡径部の直径が、前記弁ニ ードル（１５）のガイド区分（２０）の直径よリも僅かに大である、請求項２記 載の燃料噴射ノズル。 ４．リング体（６０）が弁ニードル（１５）に摩擦接続によって固着されている 、請求項３記載の燃料噴射ノズル。 ５．リング体（６０）が弁ニードル（１５）に形状嵌合接続によって固着されて いる、請求項３記載の燃料噴射ノズル。 ６．ノズル本体（１０）に設けた弁座（１８）の円錐頂角（ｃ）が、弁ニードル （１５）に設けた弁円錐部（１７）の円錐頂角（ｂ）よりも２°〜１０°大であ 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。