JPH09511308A - 内燃機関に用いられる燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 公知の燃料噴射弁では、高温の内燃機関において、特に高温始動時または高温アイドリング時に噴射孔付板の上流側と、噴射孔とにおいて燃料の蒸発が行なわれる。これにより、燃料供給量が不足することに基づき内燃機関の運転特性が損なわれるので望ましくない。したがって、蒸気泡形成を回避することにより内燃機関の運転特性を改善されることが望ましい。弁座体（１６）と噴射孔付板（２１）との間の熱伝達を減少させる移行部分を、弁座体（１６）に形成された隆起された弁座体段部（１８）として設けることにより、噴射孔付板が、噴射された燃料の、取り出された蒸発熱に基づき冷却され、これにより、噴射孔（２５）または上流側における蒸気泡形成の危険が減じられる。本発明による燃料噴射弁は特に、混合気圧縮型の火花点火式内燃機関の燃料噴射装置のために適している。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関に用いられる燃料噴射弁 背景技術 本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の燃料噴射弁から出発する。既 に公知の燃料噴射弁（ドイツ連邦共和国特許出願公開第４２２１１８５号明細書 ）では、極めて高い機関温度および燃料温度において、特に高温始動時および高 温アイドリング時に、噴射された燃料量の減少（希薄化）が生じる。このことは 、弁ハウジングと弁座体と噴射孔付板とが著しく加熱されて、その結果、弁座体 と噴射孔付板との間もしくは噴射孔付板の噴射孔において、蒸気泡が形成される ことにより生ぜしめられる。このような蒸気泡形成に基づき、噴射孔を通じて液 状燃料と蒸気泡とから形成された２相流が流され、このような２相流では、単位 時間当たり通流する燃料量が減少してしまう。これにより、内燃機関の運転特性 には不都合な影響が与えられ、この場合、内燃機関の円滑でない運転が生じるか 、または内燃機関の停止が生じる。 発明の利点 請求項１の特徴部に記載の本発明による燃料噴射弁は、従来のものに比べて次 のような利点を有している。すなわち、本発明によれば特に極めて高い機関温度 および燃料温度において、噴射された燃料量の減少（希薄化）の危険が減じられ るか、またはそれどころか完全に回避されるので、特に高温始動時または高温ア イドリング時においても、高温の内燃機関の運転特性が改善される。弁座体と噴 射孔付板との間の少なくとも１つの移行部分により、弁座体から噴射孔付板への 熱伝達は減じられ、つまり弁座体と噴射孔付板とが互いに熱分離されるので、噴 射孔付板から取り出される、噴射孔付板で噴射された燃料を蒸発させるための所 要の蒸発熱に基づき、噴射孔付板の冷却が生ぜしめられ、それに対して弁座体か ら噴射孔付板への熱の後流は移行部分により減じられるか、またはほとんど完全 に遮断される。公知の燃料噴射弁に比べて低い温度を有する、冷却された噴射孔 付板に基づき、噴射孔付板の上流側における蒸気泡形成または噴射孔付板自体に おける蒸気泡形成は著しく減じられるか、または完全に回避されるので、噴射孔 付板を介して液状の燃料が流入する。これにより、特に高温始動時および高温ア イドリング時においても、内燃機関には十分な燃料が供給されるので、内燃機関 は確実な始動と運転とを実施することができる。 請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載の燃料噴射弁の有利な改良 が可能となる。 少なくとも１つの移行部分が、隆起された弁座体段部として弁座体に形成され ていると有利である。これ により、弁座体と噴射孔付板との間の接触面は減じられ、ひいては熱伝達のため の絞り個所が提供される。 少なくとも１つの移行部分が、隆起された噴射孔付板段部として噴射孔付板に 形成されていても同じく有利である。これにより、やはり弁座体と噴射孔付板と の間の接触面は減じられ、ひいては熱伝達が絞られる。この場合さらに、噴射孔 付板段部が、凹設された段部または湾曲部として噴射孔付板に形成されていると 有利である。本発明のさらに別の有利な構成では、少なくとも１つの移行部分が 、隆起された弁座体段部として弁座体に形成されており、さらに少なくとも１つ の移行部分が、隆起された噴射孔付板段部として噴射孔付板に形成されている。 これにより、弁座体と噴射孔付板との間の熱伝達が絞られる。付加的に、弁座体 段部もしくは噴射孔付板段部が円環状に形成されていると有利である。 同じく、噴射孔付板が弁座体段部に当て付けられて、この弁座体段部に結合さ れているか、もしくは噴射孔付板の噴射孔付板段部が弁座体に当て付けられて、 この弁座体に結合されていることも有利である。 本発明のさらに別の有利な構成では、少なくとも１つの移行部分が、断熱性の 別個の断熱体として形成されて、弁座体と噴射孔付板との間に配置されており、 これにより弁座体から噴射孔付板へ移行する熱量が減じられる。この場合、断熱 体がプラスチック、特にプ ラスチック射出成形体から形成されていると有利である。 図面 本発明の実施例を以下の図面につき詳しく説明する。第１図は本発明による燃 料噴射弁の第１実施例を示す概略図、第２図〜第８図は本発明による燃料噴射弁 の第２実施例〜第８実施例を示す部分的断面図である。 実施例の説明 第１図には、混合気圧縮型の火花点火式内燃機関の燃料噴射装置に用いられる 、本発明の第１実施例による燃料噴射弁の一部が示されている（その他の構成に 関しては既に公知である）。図示の燃料噴射弁は管状の弁ハウジング１を有して おり、この弁ハウジング１には弁長手方向軸線２に対して同心的に長手方向開口 ３が形成されている。この長手方向開口３内には、たとえば管状の弁ニードル５ が配置されている。この弁ニードル５の、下流側の端部６は、球状の弁閉鎖体７ に結合されており、この弁閉鎖体７の周面には、たとえば５つの円形の平らな面 取り部８が設けられている。 燃料噴射弁の作動は公知の形式で、たとえば電磁式に行われる。弁ニードル５ を軸方向で運動させ、ひいては燃料噴射弁を戻しばね（図示しない）のばね力に 抗して開放するか、もしくは燃料噴射弁を閉鎖するた めには、電磁回路が働く。この電磁回路は電磁コイル１０と、可動子１１と、コ ア１２とを有している。可動子１１は、弁ニードル５の、弁閉鎖体７とは反対の 側の端部に、たとえばレーザを用いた溶接シームを介して結合されて、コア１２ に向けられている。 弁閉鎖体７を軸方向運動時に案内するためには、弁座体１６に設けられたガイ ド開口１５が働く。弁ハウジング１の、下流側に位置する端部、つまりコア１１ とは反対の側の端部には、弁長手方向軸線２に対して同心的に延びる長手方向開 口３内で、円筒状の弁座体１６が押し込まれている。弁座体１６の円周は、弁ハ ウジング１の長手方向開口３よりも少しだけ小さな直径を有している。弁座体１ ６の、弁閉鎖体７とは反対の側の下側の端面１７は、隆起された弁座体段部１８ を備えている。この弁座体段部１８には、たとえばポット状に形成された噴射孔 付板２１の底部分２０の上側の端面１９が接触して、この弁座体段部１８に同心 的にかつ固く結合されている。噴射孔付板２１の底部分２０の中心の範囲２４は 、浸食加工または打抜き加工により加工成形された少なくとも１つの、たとえば ４つの噴射孔２５を有している。 ポット状の噴射孔付板２１の底部分２０には、環状の保持縁部２６が続いてい る。この保持縁部２６は軸方向で弁座体１６とは反対の側に延びていて、端部２ ７にまで円錐状に外方に向かって曲げられている。弁 体１６の円周直径が弁ハウジング１の長手方向開口３の直径よりも小さく形成さ れているので、長手方向開口３と、噴射孔付板２１の、僅かに円錐状に外方に向 かって曲げられた保持縁部２６との間でしか半径方向のプレス嵌めは行われない 。 弁座体１６とポット状の噴射孔付板２１とから成る弁座部分を長手方向開口３ に挿入する際の挿入深さは、弁ニードル５の行程の前調節を規定する。なぜなら ば、電磁コイル１０が励磁されていない状態で弁ニードル５の一方の終端位置が 、弁座体１６の弁座面２９への弁閉鎖体７の当接に基づき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が励磁された状態で、 たとえば可動子１１がコア１２に当接することにより規定される。したがって、 弁ニードル５の両終端位置の間の距離が行程を成す訳である。 噴射孔付板２１の保持縁部２６の端部２７は、長手方向開口３の壁に密にかつ 固く結合されている。このためには、保持縁部２６の端部２７と、長手方向開口 ３の壁との間に、環状の溶接シーム３０が設けられている。中心の範囲２４の外 側では、別の環状の溶接シーム３１を介して、底部分２０が、弁座体１６の端面 １７に設けられた弁座体段部１８に密に結合されている。燃料が弁ハウジング１ の長手方向開口３と弁座体１６の周面との間を通って噴射孔２５に流入しないよ うにするため、または燃料が弁ハウジング１の長手方向開口３と、ポット状の噴 射孔付板２１の保持縁部２６との間を通って直接に内燃機関の吸気管路に流入し ないようにするためには、弁座体１６と噴射孔付板２１との密な結合と、噴射孔 付板２１と弁ハウジング１との密な結合とが必要となる。 球状の弁閉鎖体７は弁座体１６の、流れ方向で円錐台形状に先細りになった弁 座面２９と協働する。この弁座面２９は軸方向でガイド開口１５と、弁座体１６ の下側の端面１７に設けられた流出開口３２との間に形成されている。弁座体１ ６は電磁コイル１０に面した側で弁座体開口３４を有している。この弁座体開口 ３４は、弁座体１６のガイド開口１５の直径よりも大きな直径を有している。 弁閉鎖体７を軸方向運動時に正確に案内し、ひいては弁ニードル５を正確に案 内するために、ガイド開口１５の直径は、球状の弁閉鎖体７が平らな面取り部８ 以外でガイド開口１５を小さな半径方向間隔を置いて貫通するように形成されて いる。 噴射孔付板２１の底部分２０の中心の範囲２４は、たとえば下流側の方向で、 つまり弁閉鎖体７から離れる方向で、底部分２０の平面から曲げ出されているの で、中心の範囲に膨出部３６が形成されている。弁閉鎖体７の端面と、弁座面２ ９と、膨出部３６の壁もしくは噴射孔付板２１の上側の端面１９との間には、捕 集室３７が形成される。この捕集室３７には、弁閉鎖体７が弁座面２９から持ち 上げられた状態でまず燃料が流入し、その後にこの燃料は噴射孔２５によって調 量されて、内燃機関の吸気管路内へ噴射される。 弁座体１６の下側の端面１７に設けられた少なくとも１つの弁座体段部１８は 、弁座体１６から噴射孔付板２１への移行部分を形成して、弁座体と噴射孔付板 との間の熱伝達を絞る。弁座体段部１８は円環状に、特に弁長手方向軸線２に対 して同心的に形成されていると有利である。弁座体段部１８は噴射孔付板２１の 底部分２０と弁座体１６との間の接触面を減少させている。噴射孔付板２１と弁 座体１６とを熱分離するためには、弁座体段部１８が軸方向で弁長手方向軸線２ に対して平行に数百分の一ミリメータ、たとえば五百分の一ミリメータの高さを 有しているだけで十分である。半径方向、つまり弁長手方向軸線２に対して直交 する横方向での弁座体段部１８の幅は、約１ｍｍ、たとえば０．８ｍｍである。 弁座体１６の下側の端面１７における弁座体段部１８の位置は、流出開口３２の 近傍の位置と、弁座体１６の直径の近傍の位置、つまり長手方向開口３の近傍の 位置との間で適当に設定することができる。 弁座体１６と噴射孔付板２１との間の移行部分として働く弁座体段部１８の横 断面が、下側の端面１７の横断面に比べて小さく形成されていることに基づき、 弁座体と噴射孔付板との間の熱分離、ひいては熱伝達の絞りが達成されるので、 高温の内燃機関においても、高温始動時および高温アイドリング時に噴射孔２５ を介して噴射される燃料の蒸発熱は、噴射孔付板２１を捕集室３７の範囲で冷却 するために十分となる。この場合、捕集室３７の範囲と噴射孔２５とにおいては 、内燃機関の望ましくない運転特性を招く蒸気泡は全く生じないか、またはほと んど生じなくなる。 以下の図面において、第１図の実施例に比べて同一の構成部分および同一作用 を有する構成部分は同じ符号で示されている。 第２図に部分的に示した燃料噴射弁では、弁座体１６の下側の端面１７に移行 部分は形成されていない。つまり、下側の端面１７は平坦に延びている。第１図 に示した第１実施例とは異なり、第２図に示した第２実施例では、移行部分は隆 起された噴射孔付板段部３９として形成されている。この噴射孔付板段部３９は 底部分２０の上側の端面１９を弁座体１６の方向に向かって越えて突出して、下 側の端面１７に接触しており、さらに環状の溶接シーム３１を介して下側の端面 １７に結合されている。噴射孔付板２１の、たとえば０．１５ｍｍの厚さの底部 分２０に設けられた、少なくとも１つの噴射孔付板段部３９は、円環状に形成さ れていると有利である。この噴射孔付板段部３９は第１実施例における弁座体段 部１８とほぼ同じ寸法を有 している。噴射孔付板段部３９によって、同じく弁座体と噴射孔付板との間の熱 分離が得られ、ひいては熱伝達の絞りが得られる。噴射孔付板段部３９の位置は 、弁座体１６の流出開口３２の近傍の位置と、噴射孔付板の直径の近傍の位置と の間で適当に設定することができる。 第３図に示した第３実施例では、第１図の第１実施例と第２図の第２実施例と が組み合わされている。この場合、移行部分として弁座体１６に設けられた弁座 体段部１８と、さらに噴射孔付板２１の底部分２０に設けられた噴射孔付板段部 ３９とが使用される。噴射孔付板段部３９は弁座体段部１８に接触していて、環 状の溶接シーム３１によって弁座体段部１８に密に結合されている。 第４図〜第６図に示した実施例では、弁座体１６の下側の端面１７が平坦に形 成されており、しかも噴射孔付板２１の上側の端面１９にも隆起部が設けられて いない。これまで説明した実施例とは異なり、第４図〜第６図に示した実施例で は、弁座体１６と噴射孔付板２１との間に、断熱性の別個の断熱体４１として形 成された少なくとも１つの移行部分が配置されている。この移行部分は弁座体と 噴射孔付板との間の熱伝達を減少させ、これにより捕集室３７もしくは噴射孔２ ５における蒸気泡形成は減じられるか、または完全に回避される。弁閉鎖体７の 行程調節を行うためには、 第５図に示したように弁座体１６が弁ハウジング１の長手方向開口３にプレス嵌 めにより押し込まれているか、または弁座体１６が調節後に、第４図および第６ 図に示した溶接シーム４３によって下側の端面１７に、弁座体１６と弁ハウジン グ１との間で固定される。断熱体４１のための材料としては、プラスチック、ゴ ム、セラミックスまたは別の断熱材料を使用することができる。 第４図に示した第４実施例では、断熱体４１が平坦な板の形を有している。こ の断熱体４１は、流出開口３２を底部分２０の中心の範囲２４に接続する貫通孔 ４５を備えている。 第５図に示した第５実施例では、弁座体１６の下側の端面１７の範囲で弁ハウ ジング１に溝４７が形成されている。この溝４７はこの第５実施例では、軸方向 で弁長手方向軸線２に対して平行に延びているが、この場合、溝４７は噴射孔付 板２１の保持縁部２６の端部２７にまでは達していないので、端部２７は長手方 向開口３の壁に接触して、溶接シーム３０によりこの壁に溶接されていてよい。 溝４７には、ポット状に形成された断熱体４１の円筒状縁部４９が係合する。第 ５図に示した断熱体４１は、たとえばプラスチックから成っていて、長手方向開 口３内での直接的な射出成形により製造されていてよい。引き続き、噴射孔付板 ２１が長手方向開口３に押し込まれて、溶接シーム３ ０により溶接される。 第６図に示した第６実施例では、断熱体４１がやはりポット状に形成されてい る。溝４７および円筒状縁部４９は弁座体１６を起点にして軸方向で噴射孔付板 ２１の端部２７を越えて延びているので、噴射孔付板２１はその中心の範囲２４ 以外にも外側の表面においても断熱体４１によって完全に取り囲まれる。噴射孔 付板２１の端部２７は、噴射孔付板２１の挿入時に断熱体４１の円筒状縁部４９ に喰い込む。第６図の第６実施例で使用される断熱体４１は、同じくプラスチッ ク射出成形により製造されていてよい。 第７図に示した第７実施例では、底部分２０の上側の端面１９に凹設された段 部５２が、たとえばエンボス加工により加工成形されている。この段部５２は、 少なくとも１つの噴射孔２５を備えた中心の範囲２４を、比較的大きな直径で取 り囲んでいるので、段部５２を起点として底部分２０の周囲にまで噴射孔付板段 部３９が形成される。この噴射孔付板段部３９は弁座体１６の下側の端面１７に 接触している。 第８図に示した第８実施例では、底部分２０の上側の端面１９に、凹設された 湾曲部５３が、たとえばエンボス加工により加工成形されている。この湾曲部５ ３は、少なくとも１つの噴射孔２５を備えた中心の範囲を、比較的大きな直径で 取り囲んでいるので、湾曲部５３を起点として底部分２０の周囲にまで噴射孔付 板段部３９が形成される。この噴射孔付板段部３９は弁座体１６の下側の端面１ ７に接触している。 第１図〜第３図ならびに第７図および第８図に示した実施例に関して云えるこ とは、弁座体段部１８もしくは噴射孔付板段部３９の構成と、噴射孔付板２１の 、たとえば僅か約０．１５ｍｍの厚さの横断面とに基づき、中心の範囲２４への 熱流が減じられ、ひいては蒸気泡形成の危険も減じられることである。 同じく、第１図〜第３図ならびに第７図および第８図に示した実施例では、弁 座体段部１８および／または噴射孔付板段部３９の範囲に、断熱作用を有する適 当な断熱体を設けることも可能である。 上記実施例につき説明した本発明の構成は、ポット状の噴射孔付板のために適 しているだけではなく、完全に平坦に形成された噴射孔付板のためにも適してい る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｆ０２Ｍ 61/16 9429−3Ｇ Ｆ０２Ｍ 61/16 Ｖ (72)発明者 ハルトムート アルブロット ドイツ連邦共和国 Ｄ−71732 タム レ ルヒェンヴェーク 18 (72)発明者 ノルベルト ベルツナー ドイツ連邦共和国 Ｄ−74078 ハイルブ ロン バムベルガー シュトラーセ ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関に用いられる燃料噴射弁であって、弁ハウジングと、可動の弁閉 鎖体とが設けられており、該弁閉鎖体が弁座面と協働し、該弁座面が弁座体に形 成されており、該弁座体の下流側に噴射孔付板が配置されており、該噴射孔付板 に少なくとも１つの噴射孔が設けられている形式のものにおいて、弁座体（１６ ）と噴射孔付板（２１）との間の熱伝達が、少なくとも１つの移行部分（１８， ３９，４１）により減じられていることを特徴とする、内燃機関に用いられる燃 料噴射弁。 ２．前記移行部分が、隆起された弁座体段部（１８）として弁座体（１６）に 形成されている、請求項１記載の燃料噴射弁。 ３．前記移行部分が、隆起された噴射孔付板段部（３９）として噴射孔付板（ ２１）に形成されている、請求項１または２記載の燃料噴射弁。 ４．噴射孔付板（２１）の、弁座体（１６）に面した上側の端面（１９）が、 少なくとも１つの噴射孔（２５）を有する中心の範囲（２４）を備えており、さ らに噴射孔付板（２１）が、外周から出発する噴射孔付板段部（３９）を形成す る目的で、上側の端面（１９）に対して凹設されかつ前記中心の範囲（２４）を 比較的大きな直径で取り囲む段部（５２）を有してい る、請求項３記載の燃料噴射弁。 ５．噴射孔付板（２１）の、弁座体（１６）に面した上側の端面（１９）が、 少なくとも１つの噴射孔（２５）を有する中心の範囲（２４）を備えており、さ らに噴射孔付板（２１）が、外周から出発する噴射孔付板段部（３９）を形成す る目的で、上側の端面（１９）に対して凹設されかつ前記中心の範囲（２４）を 比較的大きな直径で取り囲む湾曲部（５３）を有している、請求項３記載の燃料 噴射弁。 ６．弁座体段部（１８）が、円環状に形成されている、請求項２記載の燃料噴 射弁。 ７．噴射孔付板段部（３９）が、円環状に形成されている、請求項３記載の燃 料噴射弁。 ８．噴射孔付板（２１）が弁座体段部（１８）に接触していて、該弁座体段部 （１８）に結合されている、請求項２記載の燃料噴射弁。 ９．噴射孔付板（２１）の噴射孔付板段部（３９）が弁座体（１６）に接触し ていて、該弁座体（１６）に結合されている、請求項３から５までのいずれか１ 項記載の燃料噴射弁。 １０．前記少なくとも１つの移行部分が、断熱作用を有する別個の断熱体（４ １）として形成されていて、弁座体（１６）と噴射孔付板（２１）との間に配置 されている、請求項１記載の燃料噴射弁。 １１．前記断熱体（４１）が、プラスチック、セラ ミックスまたはガラスから形成されている、請求項１０記載の燃料噴射弁。