| 【発明の名称】 |
内燃機関用の燃料噴射弁 |
| 【発明者】 |
【氏名】ゲアハルト ギルリンガー
【氏名】マンフレート ハックル
【氏名】シュテファン ライジンガー
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| 【要約】 |
【課題】燃料噴射弁において、接続孔と供給孔との交わり部において弁体に大きな負荷がかかることを回避し、弁体に十分な耐久性を保証する。
【解決手段】内燃機関用の燃料噴射弁において、接続孔７４と供給孔７０とが、弁体１０の長手方向軸線１１の方向でリング室４９に対してずらされた領域において、互いに鈍角αをなして交わっている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 内燃機関用の燃料噴射弁であって、弁体（１０）と軸方向シフト可能に案内された噴射弁部材（２０）とが設けられていて、該噴射弁部材（２０）によって少なくとも１つの噴射開口（２６）が制御され、噴射弁部材（２０）が、圧力室（２２）を制限する圧力肩部（２４）を有しており、圧力室（２２）に、圧力下にある燃料が燃料高圧源から供給され、該燃料によって、噴射弁部材（２０）が閉鎖力に抗して、少なくとも１つの噴射開口（２６）を開放するために弁座（３０）から持ち上げ可能であり、噴射弁部材（２０）の運動に影響を与える電気式の制御弁（４０）が設けられていて、該制御弁（４０）が、制御圧室（４７）に存在していて噴射弁部材（２０）を少なくとも間接的に該噴射弁部材（４７）の閉鎖方向に負荷する圧力を制御し、制御圧室（４７）が燃料高圧源と接続されていて、制御弁（４０）によって少なくとも１つの噴射開口（２６）を開放するために放圧室と接続可能であり、制御圧室（４７）が、弁体（１０）に挿入された挿入体（４２）のスリーブ状区分（４３）内において、噴射弁部材（２０）に作用する中間部材（３８）によって制限されており、挿入体（４２）のスリーブ状区分（４３）と弁体（１０）との間にリング室（４９）が形成されており、挿入体（４２）がフランジ（４４）を有しており、該フランジ（４４）によって挿入体（４２）が弁体（１０）の長手方向軸線（１１）の方向で該弁体（１０）に接触し、制御圧室（４７）が、挿入体（４２）における少なくとも１つの開口（５１）を介してリング室（４９）と接続されており、弁体（１０）に、少なくともほぼ該弁体（１０）の長手方向軸線（１１）に沿って延びる供給孔（７０）が設けられており、該供給孔（７０）が圧力室（２２）を、燃料噴射弁における燃料高圧源の接続部（７２）と接続しており、さらにリング室（４９）が、弁体（１０）に設けられた接続孔（７４）を介して供給孔（７０）と接続されている形式のものにおいて、接続孔（７４）と供給孔（７０）とが、弁体（１０）の長手方向軸線（１１）の方向でリング室（４９）に対してずらされた領域において、互いに鈍角（α）をなして交わっていることを特徴とする、内燃機関用の燃料噴射弁。
【請求項２】 弁体（１０）が孔（１６）を有しており、該孔（１０）が、挿入体（４２）のフランジ（４４）が配置されている孔区分（１６３）と、挿入体（４２）のスリーブ状区分（４３）が配置されかつリング室（４９）が形成されていて小さな直径を有する孔区分（１６２）とを備えており、両孔区分（１６２，１６３）の移行部に、弁体（１０）の長手方向軸線（１１）の方向に向いたリング肩部（４６）が形成されており、該リング肩部（４６）に隆起したリングウェブ（７６）が配置されていて、該リング肩部（７６）に挿入体（４２）のフランジ（４４）が接触しており、接続孔（７４）がリング肩部（４６）においてリングウェブ（７６）の内側で開口していて、フランジ（４４）とリング肩部（４６）との間に設けられた軸方向間隙を介してリング室（４９）と接続されている、請求項１記載の燃料噴射弁。
【請求項３】 接続孔（７４）が供給孔（７０）よりも小さな直径を有している、請求項１又は２記載の燃料噴射弁。
【請求項４】 供給孔（７０）から接続孔（７４）への移行部が丸く形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の燃料噴射弁。
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【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、特に蓄圧式燃料噴射系の構成部分である燃料噴射弁であって、弁体と軸方向シフト可能に案内された噴射弁部材とが設けられていて、該噴射弁部材によって少なくとも１つの噴射開口が制御され、噴射弁部材が、圧力室を制限する圧力肩部を有しており、圧力室に、圧力下にある燃料が燃料高圧源から供給され、該燃料によって、噴射弁部材が閉鎖力に抗して、少なくとも１つの噴射開口を開放するために弁座から持ち上げ可能であり、噴射弁部材の運動に影響を与える電気式の制御弁が設けられていて、該制御弁が、制御圧室に存在していて噴射弁部材を少なくとも間接的に該噴射弁部材の閉鎖方向に負荷する圧力を制御し、制御圧室が燃料高圧源と接続されていて、制御弁によって少なくとも１つの噴射開口を開放するために放圧室と接続可能であり、制御圧室が、弁体に挿入された挿入体のスリーブ状区分内において、噴射弁部材に作用する中間部材によって制限されており、挿入体のスリーブ状区分と弁体との間にリング室が形成されており、挿入体がフランジを有しており、該フランジによって挿入体が弁体の長手方向軸線の方向で該弁体に接触し、制御圧室が、挿入体における少なくとも１つの開口を介してリング室と接続されており、弁体に、少なくともほぼ該弁体の長手方向軸線に沿って延びる供給孔が設けられており、該供給孔が圧力室を、燃料噴射弁における燃料高圧源の接続部と接続しており、さらにリング室が、弁体に設けられた接続孔を介して供給孔と接続されている形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】このような燃料噴射弁は、「Dieselmotorentechnik 2000, Expert Verlag 1999, 第２２２頁」の文献から公知である。この燃料噴射弁は蓄圧式燃料噴射系（Speicherkraftstoffeinspritzventil）の構成部分である。燃料噴射弁は弁体と軸方向シフト可能に案内された噴射弁部材とを有しており、この噴射弁部材によって少なくとも１つの噴射開口が制御される。噴射弁部材は、圧力室を制限する圧力肩部を有しており、この場合圧力室には、圧力下にある燃料が燃料高圧源から供給され、この燃料によって噴射弁部材は閉鎖力に抗して、少なくとも１つの噴射開口を開放するために、弁座から上昇可能である。燃料噴射弁は電気式の制御弁を有しており、この制御弁によって噴射弁部材の運動に影響が与えられ、この場合制御弁によって、燃料高圧源と接続された制御圧室内における圧力が制御され、この圧力は噴射弁部材を少なくとも間接的にその閉鎖方向に負荷し、この場合制御弁によって制御圧室は放圧室と接続可能である。制御圧室は、弁体に挿入された挿入体のスリーブ状区分において、噴射弁部材の１区分又は該噴射弁部材に作用する中間部材によって制限されている。挿入体のスリーブ状区分と弁体との間にはリング室が形成されている。挿入体はフランジを有しており、このフランジによって挿入体は、弁体の長手方向軸線の方向で該弁体にリング室に向かって接触する。挿入体のスリーブ状区分における制御圧室は、挿入体における少なくとも１つの開口を介してリング室と接続されている。弁体には、少なくともほぼその長手方向に延びていて圧力室を燃料噴射弁における燃料高圧源の接続部と接続している供給孔が設けられている。リング室は、弁体に設けられた接続孔を介して供給孔と接続されている。接続孔はほぼ直角に又は鋭角を成して、供給孔に対して傾けられていて、リング室の周面において開口している。接続孔は、リング室の高さに位置している領域において、供給孔と交わっている。接続孔と供給孔との交わり部において弁体には、リング室及び両孔において生じる高圧と、挿入体と弁体との緊張とに基づいて、極めて高い機械的な緊張もしくは応力が発生する。そこで弁体の十分な耐久性を得るためには、燃料圧を制限すること及び／又は高い強度を有する高価な材料を使用することが必要である。しかしながら今日のまた今後の排ガス規制値を維持できるようにするためには、燃料圧をさらに高めることが望まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ゆえに本発明の課題は、冒頭に述べた形式の燃料噴射弁を改良して、接続孔と供給孔との交わり部において弁体に大きな負荷がかかることを回避し、弁体に十分な耐久性を保証することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するために本発明の構成では、接続孔と供給孔とが、弁体の長手方向軸線の方向でリング室に対してずらされた領域において、互いに鈍角をなして交わっているようにした。
【０００５】
【発明の効果】本発明のように構成された燃料噴射弁には、公知のものに比べて次のような利点がある。すなわち本発明による燃料噴射弁では、弁体における機械的な緊張もしくは応力を、接続孔と供給孔との交わり部において減じることができかつ／又は強度の低い安価な材料を使用することができ、それにもかかわらず弁体の十分な耐久性を保証することができる。
【０００６】本発明の別の有利な構成は請求項２以下に記載されている。請求項２記載のように構成されていると、供給孔に対してわずかに傾けられた接続孔の平らな配置形式が可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【０００８】図１及び図２には、内燃機関有利には自己点火式の内燃機関用の燃料噴射弁が示されており、この燃料噴射弁は特に、蓄圧燃料噴射系の１構成部分である。蓄圧燃料噴射系は高圧ポンプを有しており、この高圧ポンプによって燃料は、レールの形のアキュムレータ（Speicher）に圧送され、このアキュムレータからは、内燃機関のシリンダに配置された燃料噴射弁に通じる導管が延びている。アキュムレータはこの場合、燃料噴射弁が接続されている燃料高圧源を形成している。
【０００９】燃料噴射弁はほぼ円筒形の弁体１０を有しており、この弁体１０は有利には鋼製である。弁体１０には、一端で弁ケーシング部分１２が緊締ナット１４を用いて緊締されており、弁ケーシング部分１２及び緊締ナット１４は有利には同様に鋼から成っている。弁体１０には、該弁体の長手方向軸線１１に対してほぼ同軸的に延びる孔１６が形成されており、弁ケーシング部分１２には、孔１６に対してほぼ同軸的に延びる孔１８が形成されていて、この孔１８の直径は弁体１０における孔１６の直径よりも小さい。弁ケーシング部分１２の孔１８内には、ピストン状の噴射弁部材２０が軸方向シフト可能に配置されている。弁ケーシング部分１２における孔１８は半径方向の拡大部を有しており、この拡大部によって圧力室２２が形成されている。噴射弁部材２０は直径を段付けされて形成されていて、圧力室２２の領域において小さな直径に移行しており、これによって圧力室２２には噴射弁部材２０に圧力肩部２４が形成されている。弁ケーシング部分１２は内燃機関のシリンダの燃焼室に向けられた端部領域に、少なくとも１つの有利には複数の噴射開口２６を有している。噴射弁部材２０は燃焼室に向けられた端部領域に、例えばほぼ円錐形のシール面２８を有しており、このシール面２８は、弁ケーシング部分１２に形成された弁座３０と共働する。弁ケーシング部分１２には、圧力室２２を起点として燃焼室に向かって配置された孔１８の区分と、噴射弁部材２０との間に、リング室３２が形成されており、このリング室３２は圧力室２２と接続されており、これは後で詳しく述べるように、燃料高圧源としての蓄力器と接続されている。圧力室２２における圧力によって、噴射弁部材２０にはその圧力肩部２４を介して、開放方向２１に作用する力が生ぜしめられる。噴射弁部材２０は、燃焼室とは反対側に位置していて大きな直径を有する端部領域で、圧力室２２を起点として延びていて燃焼室とは反対側に位置する、弁ケーシング部分１２の孔１８の区分において、密につまりシール作用をもって案内されている。
【００１０】噴射弁部材２０の、燃焼室とは反対側の端部は、弁体１０の孔１６内に入り込んでおり、この孔１６は弁ケーシング部分１２に向けられた端部区分において、弁ケーシング部分１２における孔１８よりも大きな直径をもって形成されている。弁部材２０の、孔１６に入り込んでいる端部には、ばね受３４が配置されており、このばね受３４は弁部材２０と一体的に形成されていても、又は別体の部分として弁部材２０と結合されていてもよい。孔１６の端部区分には予負荷された圧縮ばね３５が配置されており、この圧縮ばね３５は一端でばね受３４に支持され、かつ他端で、小径の区分への孔１６の移行によって形成されたリング肩部３６に支持されている。圧縮ばね３５によって噴射弁部材２０はその閉鎖方向に負荷され、シール面２８で弁座３０に押し付けられる。
【００１１】弁体１０の孔１６内においては押圧ロッド３８がシフト可能に案内されており、この押圧ロッド３８は燃焼室に向けられた端部で、圧縮ばね３５を貫通し、かつ端面で皿ばね３４に接触している。弁体１０の孔１６は、弁体１０の、燃焼室とは反対側の端部に向かって、階段状に複数回増大している。弁体１０の、燃焼室とは反対側の端部において、弁体１０には電気制御式の弁４０が挿入されており、この弁４０は電磁弁又は圧電式弁として構成されている。
【００１２】燃焼室とは反対側の端部から弁体１０には、有利には鋼製の挿入体４２が挿入されており、この挿入体４２はスリーブ状区分４３を有していて、該区分４３は弁体１０の孔区分１６１内に配置されている。スリーブ状区分４３は孔区分１６１に圧入されていることができる。挿入体４２はさらに、スリーブ状の区分４３に比べて大きな直径を有するフランジ４４を有しており、このフランジ４４は相応に大きな直径を有する孔区分１６３に配置されている。フランジ４４は半径方向遊びをもって孔区分１６３に配置されている。孔区分１６１と１６３との間には、別の孔区分１６２が配置されており、この孔区分１６２の直径は孔区分１６１の直径よりは幾分大きいが、しかしながら孔区分１６３の直径よりも小さい。孔区分１６２と１６３との間の移行部には、弁体１０に、燃焼室とは反対側を向いたリング肩部４６が形成されている。挿入体４２のスリーブ状区分４３は孔４８を有しており、この孔４８は弁体１０の孔１６に対して少なくともほぼ同軸的に延びていて、押圧ロッド３８の、燃焼室とは反対側の端部領域にシフト可能に配置されている。押圧ロッド３８によって挿入体４２のスリーブ状区分４３の孔４８内には、制御圧室４７が制限される。
【００１３】挿入体４２のスリーブ状区分４３の外周壁と孔区分１６２との間には、リング室４９が形成されている。リング室４９において孔区分１６１への移行部には、スリーブ状区分４３を取り囲むシールリング５０が配置されている。挿入体４２のスリーブ状区分４３は、少なくとも１つの開口５１を有しており、この開口５１を通して制御圧室４７はリング室４９と接続されている。挿入体４２のスリーブ状区分４３における制御圧室４７からは、著しく小さな直径を有する孔５２がフランジ４４を貫いて延びており、この孔５２の直径は、フランジ４４における、区分４３とは反対の側に向かってさらに減じられ、次いでフランジ４４におけるその開口に向かって拡大され、ここで孔５２は例えばほぼ円錐形の傾斜部５３を形成している。孔区分１６３には、挿入体４２のフランジ４４の、燃焼室とは反対の側に、有利には鋼製の保持エレメント５５が挿入されて、特にねじ込まれており、この場合孔区分１６３はフランジ４４とは反対側の端部領域に雌ねじ山を有していて、保持エレメント５５は雄ねじ山を有している。保持エレメント５５はフランジ４４に係合していて、該フランジ４４を弁体１０のリング肩部４６に押し付けている。
【００１４】保持エレメント５５は孔５６を有しており、この孔５６は少なくともほぼ、挿入体４２の孔４８，５２に対して同軸的に配置されており、この孔５６を貫いて、電磁弁４０の可動子の可動子ピン５７が延びている。可動子はさらに可動子プレート５８を有しており、この可動子プレート５８は、可動子ピン５７よりも大きな直径を有していて、可動子の、挿入体４２に向かい合っている側に配置されている。可動子ピン５７の、挿入体４２に向けられた端部には、球５９の形の閉鎖部材が固定されており、この球５９は孔５２の開口及び、挿入体４２のフランジ４４に設けられていて弁座として働く傾斜部５３と共働する。可動子は予負荷された圧縮ばね６０によって、球５９で弁座５３に押し付けられる。電磁弁４０はさらに電磁石６１を有しており、この電磁石６１によって通電時に磁界が生ぜしめられ、この磁界によって可動子の可動子プレート５８は、圧縮ばね６０の力に抗して引き付けられ、その結果球５９は弁座５３から持ち上がり、開口５２を開放し、これによって制御圧室４７は放圧室と接続される。
【００１５】弁体１０には供給孔７０が設けられており、この供給孔７０は少なくともほぼ弁体１０の長手方向軸線１１の方向で延びている。弁体１０の供給孔７０は、弁ケーシング部分１２に設けられた供給孔７１に続き、この供給孔７１は圧力室２２に開口している。弁体１０の供給孔７０は接続部７２と接続されており、この接続部７２には、アキュムレータから燃料噴射弁に続く導管が開口していて、この導管を通して燃料が高圧下で供給される。接続部７２は図１では図平面にずらされて示されていて、実際には供給孔７０に対して周方向でずらされて配置されており、弁体１０の長手方向軸線１１に対してほぼ接線方向に延びる短い孔を介して供給孔７０と接続されている。供給孔７０からは弁体１０において接続孔７４が延びており、この接続孔７４を通して制御圧室４７は、アキュムレータの形の燃料高圧源と接続されている。
【００１６】弁体１０のリング肩部４６には図２に示されているように、隆起したリングウェブ７６が形成されており、このリングウェブ７６には挿入体４２のフランジ４４が、弁体１０の長手方向軸線１１の方向で接触する。したがってリング肩部４６は、リングウェブ７６の半径方向内側において凹んで形成されており、その結果このリング肩部４６と挿入体４２のフランジ４４との間には、軸方向間隙が残され、この軸方向間隙はリング室４９と接続されている。
【００１７】接続孔７４は供給孔７０に比べて小さな直径を有している。供給孔７０は図１に示されているように、燃焼室から離れる方向で弁体１０の長手方向軸線１１に対して傾けられていて、供給孔７０が弁体１０の外周壁に接近するようになっている。接続孔７４は、弁体１０の長手方向軸線１１の方向で見て孔区分１６１の高さで、つまりリング室４９が形成されている孔区分１６２に対してずらされて、供給孔７０と交わっている。接続孔７４は供給孔７０とは逆向きに傾けられて延びている。すなわち接続孔７４は燃焼室から離れる方向で、弁体１０の長手方向軸線１１に対して傾けられて延びており、この場合接続孔７４は弁体１０の外周壁から離れるように延びている。接続孔７４はしたがって鈍角αをなして供給孔７０と交わっている。この角度αは例えば１２０°〜１６０°の間である。接続孔７４はリングウェブ７６の内側において弁体１０のリング肩部４６に開口している。これによって制御圧室４７は開口５１、リング室４９、フランジ４４とリング肩部４６との間の軸方向間隙、及び接続孔７４を介して、供給孔７０と接続されており、ひいては燃料高圧源としてもアキュムレータに接続されている。供給孔７０から接続孔７４への移行部は有利にはばり取りされていて、丸く成形されており、このことは供給孔７０から機械的な工具を用いて簡単に達成することができる。
【００１８】リング室４９においては、燃料高圧源によって生ぜしめられた高圧が存在しており、この高圧は、孔区分１６２の領域において弁体１０の高い機械的な負荷を生ぜしめる。さらに弁体は予負荷によって負荷され、この予負荷で挿入体４２は保持エレメント５５によってリング肩部４６におけるリングウェブ７６に押し付けられる。孔区分１６１の領域においては高圧は存在していない。それというのは、孔区分１６１は挿入体４２のスリーブ状区分４３とシールリング５０とによって、リング室４９から隔てられているからである。接続孔７４と供給孔７０とが交わっている領域には、したがって高圧は存在しておらず、かつ弁体１０の機械的な負荷はリング室４９の領域におけるよりも小さい。
【００１９】以下においては本発明による燃料噴射弁の作用形式について述べる。
【００２０】燃料噴射弁を閉鎖状態に保ちたい場合には、制御弁４０は無電流状態であり、その結果圧縮ばね６０によって球５９は弁座５３に押し付けられ、制御圧室４７は放圧室５３から切り離されている。制御圧室４７には、燃料高圧源によって生ぜしめられた高圧が存在し、この高圧は押圧ロッド３８に作用し、押圧ロッド３８はさらにばね受３４を介して噴射弁部材２０を閉鎖方向に負荷する。押圧ロッド３８及び圧縮ばね３５によって噴射弁部材２０に対して閉鎖方向で加えられる力は、噴射弁部材２０に対して該噴射弁部材２０の圧力肩部２４を介して高圧下にある燃料によって開放方向２１に加えられる力よりも大きいので、噴射開口２６は閉鎖されていて、燃料は燃焼室内に噴射されない。
【００２１】燃料噴射弁を開放するためには制御弁４０が通電され、その結果制御弁４０の電磁石６１によって可動子の可動子プレート５８が引き付けられ、球５９が弁座５３から持ち上がり、孔５２を開放する。これによって制御圧室４７は、例えば燃料タンクである放圧室と接続され、制御圧室４７からは燃料が放圧室に流出することができる。小さな直径を有する孔５２によって絞り作用が得られ、その結果制御圧室４７から流出する燃料量はわずかである。制御圧室４７と放圧室との接続によって、制御圧室４７における圧力は、燃料高圧源から供給される高圧よりも下がる。燃料高圧源から供給される高圧は、噴射弁部材２０の圧力肩部２４に作用し、噴射弁部材２０に対してその開放方向において作用する力を生ぜしめる。この力は、圧縮ばね３５の力と、制御圧室４７内における圧力によって押圧ロッド３８を介して作用する力との総和よりも大きいので、噴射弁部材２０は開放方向２１に移動させられる。この際に噴射開口２６を通して、燃焼室内への燃料噴射が行われる。燃料噴射弁を閉鎖するためには、制御弁４０が再び無電流状態に切り換えられ、その結果制御圧室４７は放圧室から切り離され、制御圧室４７における圧力が、燃料高圧源から供給される高圧に高まり、そして押圧ロッド３８を介して噴射弁部材２０を閉鎖方向に移動させる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００２３７１１
【氏名又は名称】ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
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| 【出願日】 |
平成１３年４月５日（２００１．４．５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６１８１５
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 敏雄 （外４名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３５５５４４（Ｐ２００１−３５５５４４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月２６日（２００１．１２．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−１０７６３９（Ｐ２００１−１０７６３９） |
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