JP2005090233A - 燃料噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料噴射弁の噴霧特性を変更できる機構を提供し、以って、内燃機関における排気エミッションの改善に寄与する。
【解決手段】 弁体３が着座する弁座部が設けられる弁座部材７と、該弁座部材７の下流側に配設され複数のノズル孔８ａが形成されたノズルプレート８とを備える燃料噴射弁において、変形部材５１が温度条件に応じて変形することで、ノズルプレート８が弁座部材７に対して離接するよう構成する。前記ノズルプレート８の変位によって弁座部材７とノズルプレート８との間の空間形状が変化し、以って、噴霧角が変化する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁に関し、詳しくは、噴霧特性の可変機構を備える燃料噴射弁に関する。

従来から、特許文献１に開示されるように、弁体と、該弁体が着座する弁座部材と、該弁座部材の下流側に配設され複数のノズル孔が形成されたノズルプレートとを備える燃料噴射弁が知られている。
特開２０００−１０４６４７号公報

例えば、吸気ポート噴射の場合であれば、燃料噴霧が吸気バルブに当たる部分を運転条件毎に変えることで、燃焼性を改善し、以って、排気エミッションを改善できる場合がある。
しかし、従来の燃料噴射弁においては、ノズルプレートのノズル孔から噴射される燃料の噴霧角は、ノズル孔の流路軸に応じた一定の角度に固定されるため、平均的に排気エミッションを改善できる噴霧角に設定しており、運転条件毎に最適な噴霧角に設定して、排気エミッションを最大限に改善させることができないという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃料噴射弁の噴霧特性を変更できる機構を提供し、以って、内燃機関における排気エミッションの改善に寄与できるようにすることを目的とする。

そのため請求項１記載の発明では、弁座部材の弁座部とノズルプレートとの間の空間形状を変化させることで噴霧特性を変える構成とした。
かかる構成によると、弁座部材の弁座部とノズルプレートとの間の空間形状を変化させることで、燃料の流れ方向に対するノズル孔の相対角度が変化し、以って、噴霧特性（特に噴霧角）が変化する。

従って、弁座部材の弁座部とノズルプレートとの間の空間形状を変化させることで、運転条件毎に要求される噴霧特性に変化させることが可能となる。
請求項２記載の発明では、前記ノズルプレートを、所定条件で変形する変形部材を介して取り付け、前記変形部材の変形に応じたノズルプレートの変位によって、前記空間形状を変化させる構成とした。

かかる構成によると、変形部材が変形すると、これに応じてノズルプレートが変位することで、弁座部材の弁座部とノズルプレートとの間の空間形状が変化し、噴霧特性が変化する。
従って、変形部材の変形条件の変化或いは変形条件の制御に応じて噴霧特性を変化させることができ、運転条件に応じた噴霧特性に変更することが可能になる。

請求項３記載の発明では、ノズルプレートを変形させることで噴霧特性を変える構成とした。
かかる構成によると、ノズルプレートが変形することによる、弁座部材の弁座部とノズルプレートとの間の空間形状の変化及び／又はノズル孔の変形によって、噴霧特性（特に噴霧角）が変化する。

従って、ノズルプレートを変形させることで、運転条件毎に要求される噴霧特性に変化させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
尚、本実施形態における燃料噴射弁は、内燃機関（ガソリンエンジン）に燃料を供給するために用いられる燃料噴射弁である。
図１〜図３は、第１の実施形態を示す。
図において、磁性体で形成されたケーシングパイプ１の外側に、電磁コイル２が固定され、ケーシングパイプ１の内側には、筒状のアンカー３１とボール３２とを溶接して一体化した弁体３が軸方向に摺動自由に嵌挿される。

前記アンカー３１の下部周壁には、燃料通し孔３１ａが開口されており、また、前記ボール３２の周側に、複数の平面３２ａが切削され、燃料通し孔３１ａを介してアンカー３１の外部に流れた燃料が、前記平面３２ａと後述する弁座部材７の内壁との隙間を通って噴射弁先端側に流れるようになっている。
前記弁体３（アンカー３１）の上方に所定のクリアランスを持たせて、筒状のスプリングハウジング４がケーシングパイプ１の内壁に固定されている。

該スプリングハウジング４内には、筒状のスプリングストッパ５が嵌挿して固定され、該スプリングストッパ５の下端と前記アンカー３１の段付部との間にリターンスプリング６が圧縮状態で嵌挿されている。
前記ケーシングパイプ１の下端部内側には、弁体３のボール３２を着座し、中心部に噴口を開口した弁座部材７が溶接結合され、該弁座部材７の下端（下流側）には、複数のノズル孔８ａを開口したノズルプレート８が配設される。

前記ケーシングパイプ１の下端部外側には、キャップ部材９が固定され、前記電磁コイル２の外側を覆うコイルカバー１０の下端部がケーシングパイプ１に溶接結合されている。
前記キャップ部材９の上端フランジ部と前記コイルカバー１０の段付部との間には、シール部材１１が嵌挿されている。

前記ケーシングパイプ１の上端部には、燃料フィルタ１２が嵌挿して固定されている。
前記コイルカバー１０の上端部から前記ケーシングパイプ１の上端部に至る部分と前記電磁コイル２のリード２ａの端部を除く部分が、樹脂ケーシング１３でモールドされ、該樹脂ケーシング１３の上端面と前記ケーシングパイプ１の上端フランジ面との間にシール部材１４が嵌挿されている。

前記樹脂ケーシング１３は、前記電磁コイル２のリード２ａの端部周囲を囲んでコネクタ部１３ａを形成している。
そして、前記電磁コイル２の非通電時は、前記リターンスプリング６の弾性圧縮力によって弁体３が前記弁座部材７の着座面に着座して閉弁している。
一方、前記電磁コイル２に通電すると、その磁気吸引力が、前記リターンスプリング６の弾性付勢力に抗して前記弁体３をリフトさせ、弁体３が前記弁座部材７の着座面から離間して開弁する。

ここで、前記弁座部材７に対して前記ノズルプレート８は一体的に固定される構成ではなく、弁座部材７を固定端として、軸方向に変位可能に支持される。
図２，３に示すように、変形部材５１を、前記弁座部材７の下端外周に設けた切り欠き部７ａ内に収容すると共に、該変形部材５１の一端を、前記切り欠き部７ａの端面に連結固定し、他端を前記ノズルプレート８の端面に連結固定してある。

前記変形部材５１は、温度で形状が変化する形状記憶合金を用いており、温度に応じて燃料噴射弁の軸方向に伸縮する一方、前記ノズルプレート８はケーシングパイプ１及び弁座部材７のいずれに対しても固定されることなく、ケーシングパイプ１の内周壁に摺接しつつ軸方向へ変位可能に構成される。
従って、変形部材５１の変形に応じてノズルプレート８は噴射弁の軸方向に平行移動し、これにより、弁座部材７の下端とノズルプレート８との間隔、換言すれば、弁座部材７の弁座部とノズルプレート８との間の空間形状が変化する。

弁座部材７の下端とノズルプレート８との間隔（弁座部材７の弁座部とノズルプレート８との間の空間形状）が変化すると、燃料流れ方向とノズル孔８ａとの相対角度が変化することで、図２，３に示すように燃料の噴霧角が変化する。
ここで、温度が高い条件で図２に示すように変形部材５１が縮んで弁座部材７とノズルプレート８とが接近し、温度が低い条件で図３に示すように変形部材５１が延びて弁座部材７とノズルプレート８とが離間するよう構成できると共に、逆に、温度が高い条件で図３に示すように弁座部材７とノズルプレート８とが離間し、温度が低い条件で図２に示すように弁座部材７とノズルプレート８とが接近するよう構成することもできる。

上記燃料噴射弁によると、燃料噴射弁の環境温度が例えば機関の運転条件（負荷・回転）に応じて変化することで、前記変形部材５１が変形して噴霧角が変わるように構成することができ、例えば、温度が高くなる機関の高負荷条件で要求される噴霧角（噴霧特性）に応じて、前記変形部材５１の変形特性、即ち、温度上昇に応じて延びるか縮むか及び変形量を設定することで、温度条件に応じて最適な噴霧角を得ることができる。

ここで、図４，５に示す第２の実施形態のように、ノズルプレート８を基準位置（図４に示す位置）に向けて付勢する戻しばね５２（弾性部材）を、ケーシングパイプ１とノズルプレート８との間に設けることができる。
係る構成とすれば、前記変形部材５１の温度に応じた変形応答を高めることができる。
また、図４，５に示す第２の実施形態では、前記変形部材５１を加熱するヒータ５５を、キャップ部材９の内側に一体的に設けてある。

係る構成とすれば、要求される噴霧角（噴霧特性）に応じてヒータ５５への通電を制御することで、変形部材５１の温度条件を制御することができ、以って、ノズルプレート８の変位量（位置）を制御することが可能になるので、噴霧角をより高い自由度で変更することができる。
また、図６に示す第３の実施形態では、前記変形部材５１を、ケーシングパイプ１を固定端として設ける構成としてある。

図６に示す構成の場合、第１，第２の実施形態とは逆に、変形部材５１が延びた状態で、弁座部材７とノズルプレート８とが接近し、変形部材５１が縮むと弁座部材７とノズルプレート８とが離間することになる。
逆に、変形部材５１が延びると、ノズルプレート８が弁座部材７に押し付けられ、ノズル孔８ａが設けられる中央部が変形して噴霧角が変わるようにしても良い。

尚、上記各実施形態では、変形部材５１として温度条件で変形する形状記憶合金を用いたが、圧電素子などの電圧条件で変形する部材、磁歪素子などの磁力条件で変形する部材を、変形部材として用いることができる。
圧電素子や磁歪素子などを変形部材として用いる構成であれば、任意かつ連続的に精度良くノズルプレート８の変位を制御できる。

図７は第４の実施形態を示すものであり、ここでは、前記ノズルプレート８自体を形状記憶合金で形成してある。
形状記憶合金で形成されるノズルプレート８の周縁は、ケーシングパイプ１の内周壁に溶接結合され、その外周側が温度に応じて変形することで、ノズル孔８ａが設けられる中央部が軸方向に平行移動するようにしてある。

この場合、温度条件に応じてノズルプレート８の外周側が変形することで、弁座部材７とノズルプレート８のノズル孔８ａが設けられる中央部との間隔（弁座部材７の弁座部とノズルプレート８との間の空間形状）が変化し、以って、噴霧角（噴霧特性）が変化することになる。
尚、ノズルプレート８を形状記憶合金で形成する場合、ノズル孔８ａが開口される部分も変形するように構成することで、弁座部材７の弁座部とノズルプレート８との間の空間形状が変化すると共に、ノズル孔８ａの形状自体が変化し、これによって噴霧特性が変化するよう構成することができる。

また、ヒータを設けて、形状記憶合金で形成されるノズルプレート８の温度を制御することも可能である。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項２記載の燃料噴射弁において、
前記変形部材が、形状記憶合金，圧電素子，磁歪素子のうちのいずれかであることを特徴とする燃料噴射弁。

かかる構成によると、形状記憶合金は温度条件に応じて、圧電素子は電圧条件に応じて、磁歪素子は磁力条件（コイルに対する通電条件）に応じて変形し、ノズルプレートを変位させることができる。
（ロ）請求項２記載の燃料噴射弁において、
前記ノズルプレートを基準位置に向けて付勢する弾性部材を設けたことを特徴とする燃料噴射弁。

かかる構成によると、弾性部材はノズルプレートを基準位置に向けて付勢するから、変形部材が前記基準位置に向けて変形するときの変形応答が高められる。
（ハ）請求項２又は３記載の燃料噴射弁において、
前記変形部材又はノズルプレートが温度に応じて変形する構成であり、かつ、前記変形部材又はノズルプレートを加熱するヒータを設けたことを特徴とする燃料噴射弁。

かかる構成によると、温度に応じて変形する変形部材又はノズルプレートの温度条件を、ヒータの通電制御で積極的に変化させることができ、より高い自由度で噴霧特性を変化させることができる。

第１の実施形態における燃料噴射弁の全体断面図。 第１の実施形態における噴射弁先端の部分拡大断面図。 第１の実施形態における噴射弁先端の部分拡大断面図。 第２の実施形態における噴射弁先端の部分拡大断面図。 第２の実施形態における噴射弁先端の部分拡大断面図。 第３の実施形態における噴射弁先端の部分拡大断面図。 第４の実施形態における噴射弁先端の部分拡大断面図。

符号の説明

１…ケーシングパイプ，２…電磁コイル，３…弁体，４…スプリングハウジング，５…スプリングストッパ，６…リターンスプリング，７…弁座部材，８…ノズルプレート，８ａ…ノズル孔，９…キャップ部材，１０…コイルカバー，１１…シール部材，１２…燃料フィルタ，１３…樹脂ケーシング，１４…シール部材，５１…変形部材，５２…戻しばね，５５…ヒータ

Claims (3)

1. 弁体と、該弁体が着座する弁座部が設けられる弁座部材と、該弁座部材の下流側に配設され複数のノズル孔が形成されたノズルプレートとを備える燃料噴射弁において、
   前記弁座部材の弁座部とノズルプレートとの間の空間形状を変化させることで噴霧特性を変えることを特徴とする燃料噴射弁。
2. 前記ノズルプレートを、所定条件で変形する変形部材を介して取り付け、前記変形部材の変形に応じた前記ノズルプレートの変位によって、前記空間形状を変化させることを特徴とする請求項１記載の燃料噴射弁。
3. 弁体と、該弁体が着座する弁座部材と、該弁座部材の下流側に配設され複数のノズル孔が形成されたノズルプレートとを備える燃料噴射弁において、
   前記ノズルプレートを変形させることで噴霧特性を変えることを特徴とする燃料噴射弁。

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