JP2000240536A - 筒内燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】筒内燃料噴射装置用の噴射弁においては、燃料
を直接燃焼室に噴射するために噴射流量の制御精度が高
く求められると共に、長時間運転による噴射量の経時劣
化が小さいことが要求される。 【解決手段】スワールタイプの電磁式燃料噴射弁にあっ
て、一端が噴射装置本体に固定され中空円筒状のノズル
ガイド体に、弁部材をガイドする案内孔を備えるガイド
部材と、燃料噴射孔と弁座部及び該弁座部の上流側に位
置する複数個の凹部状溝を備えるノズル体とを一体的に
結合した安価な弁構造とするとともに、それぞれの部材
を熱硬化処理して結合時の変形や摺動による寸法劣化も
起こらない様にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料（ガソリン）
を燃焼室内に直接噴射して燃焼させる内燃機関にあっ
て、燃料に旋回力を付与するスワールタイプの電磁式燃
料噴射弁の弁構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの吸気管内に燃料を噴射する吸
気管内燃料噴射装置に対して、燃焼室内に直接燃料を噴
射する筒内燃料噴射装置の普及が進んでいる。

【０００３】筒内燃料噴射装置として、燃料に旋回力を
付与するスワールタイプの電磁式燃料噴射弁を用いるこ
とが一般化されつつあるが、筒内に燃料を直接噴射する
関係から、燃料噴霧の微細化や噴射流量の高精度化等が
スワールタイプの電磁式燃料噴射弁への噴霧性能要求と
して挙げられる。従来の弁構造は、燃料に旋回力を付与
する旋回溝と内部において弁部材を案内する案内孔とを
有する旋回部材と、弁部材を着座させる弁座面と、この
弁座面の下流側において燃料の噴射を可能にする噴射孔
とを備えるノズル体とを一体的に結合している。

【０００４】係る構成にあって、この旋回部材は、金属
粉末を焼結型成形によって製作することにより旋回溝の
寸法バラツキを押さえて噴射精度を高めると共に、あわ
せて製造コストを低減して量産化を可能としている。ま
た、ノズル体は冷間鍛造によって概ね外形成形した後、
弁座面及び噴射孔の加工を経て熱硬化処理を施した後、
主要箇所を所望の寸法公差となるように研削仕上げを行
っている。なお、関連する出願として、特開平10−4720
8 号公報及び特開平10−213053号公報が挙げられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
電磁式燃料噴射弁にあっては、焼結成形される軟らかい
旋回部材と熱硬化処理される硬いノズル体とを一体的に
結合するが、この際に多大な外力が加わることによって
旋回部材側に変形が生じ、溝部や案内孔部の寸法精度が
低下することが懸念される。また、弁部材が旋回部材の
案内孔によりガイドされて軸方向に摺動するために、案
内孔の内面が削られて（摩耗して）弁部材との隙間が拡
大され、この部分を通過する燃料の流量が増加すること
によって所望の噴射精度が維持されなくなるということ
が懸念される。

【０００６】本発明の目的は、筒内噴射ガソリンエンジ
ンに用いるスワールタイプの電磁式燃料噴射弁にあっ
て、上記のような懸案事項を解消するためになされたも
ので、製造コストを高めることなく、噴射精度を維持で
きる弁構造を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このために、本発明の筒
内燃料噴射装置は、内部に燃料の流通する燃料通路が形
成されるとともに、該燃料通路の開閉を行う弁部材と、
該弁部材が燃料通路の閉止時に当接する弁座部とを有し
てなり、該弁座部の下流側において燃料の通過を許す燃
料噴射孔とを備えてなる筒内燃料噴射装置において、一
端が噴射装置本体に固定され該他端部に内径拡大部を有
する筒状のノズルガイド体に、複数個の切欠部を有する
大径部とこれに連なる小径部及び内部において前記弁部
材をガイドする案内孔を備えるガイド部材と、燃料噴射
孔と弁座部及び該弁座部の上流側に位置する複数個の凹
部状溝を備えるノズル体とを挿入するように構成した。

【０００８】また、本発明の筒内燃料噴射装置は、内部
に燃料の流通する燃料通路が形成されるとともに、該燃
料通路の開閉を行う弁部材と、該弁部材が燃料通路の閉
止時に当接する弁座部とを有してなり、該弁座部の下流
側において燃料の通過を許す燃料噴射孔とを備えてなる
筒内燃料噴射装置において、一端が噴射装置本体に固定
され該他端部に内径拡大部を有する筒状のノズルガイド
体に、複数個の切欠部を有する大径部とこれに連なる小
径部及び内部において前記弁部材をガイドする案内孔を
備えるガイド部材と、燃料噴射孔と弁座部及び該弁座部
の上流側に位置する複数個の凹部状溝を備えるノズル体
とをそれぞれ冷間鍛造にて成形した後、熱硬化処理を施
した。

【０００９】さらに、本発明の筒内燃料噴射装置は、内
部に燃料の流通する燃料通路が形成されるとともに、該
燃料通路の開閉を行う弁部材と、該弁部材が燃料通路の
閉止時に当接する弁座部とを有してなり、該弁座部の下
流側において燃料の通過を許す燃料噴射孔とを備えてな
る筒内燃料噴射装置において、一端が噴射装置本体に固
定され該他端部に内径拡大部を有する筒状のノズルガイ
ド体に、複数個の切欠き部を有する大径部とこれに連な
る小径部及び内部において前記弁部材をガイドする案内
孔を備えるガイド部材と、燃料噴射孔と弁座部及び該弁
座部の上流側に位置する複数個の凹部状溝を備えるノズ
ル体とを挿入することにより前記弁部材の上流側から前
記ノズル体の噴射孔に至る燃料通路を構成するようにし
た。

【００１０】さらに、本発明の筒内燃料噴射装置は、内
部に燃料の流通する燃料通路が形成されるとともに、該
燃料通路の開閉を行う弁部材と、該弁部材が燃料通路の
閉止時に当接する弁座部とを有してなり、該弁座部の下
流側において燃料の通過を許す燃料噴射孔とを備えてな
る筒内燃料噴射装置において、一端が噴射装置本体に固
定され該他端部に内径拡大部を有する筒状のノズルガイ
ド体に、複数個の切欠き部を有する大径部とこれに連な
る小径部及び内部において前記弁部材をガイドする案内
孔を備えるガイド部材と、燃料噴射孔と弁座部及び該弁
座部の上流側に位置する複数個の凹部状溝を備えるノズ
ル体とを挿入することにより前記弁部材の上流側から前
記ノズル体の噴射孔に至る燃料通路を形成し、該燃料通
路を前記ガイド部材の大径部に設けた複数個の切欠き部
と、該ガイド部材の小径部の外周面と前記ノズルガイド
体の内径拡大部の内周面とで形成される静定室と、前記
ガイド部材のノズル体側端面と前記ノズル体の複数個の
凹部状溝が当接することで形成される旋回通路となるよ
うに構成した。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１な
いし図４により説明する。図１は本発明の一実施例を示
す筒内燃料噴射装置用の電磁式燃料噴射弁１の縦断面
図、図２は弁部を拡大した要部縦断面図、図３はノズル
体の構造を示す縦断面図及び平面図、図４はガイド部材
の構造を示す縦断面図及び平面図である。各々の図を用
いて構造及び動作について説明する。

【００１２】電磁式燃料噴射弁１は、コントロールユニ
ットにより演算されたデューティのＯＮ−ＯＦＦ信号に
より、シート部の開閉を行うことにより燃料の噴射を実
施する。磁気回路は、有底筒状のヨーク３，ヨーク３の
開口端を閉じる栓体部２ａとヨーク３の中心部に延びる
柱状部２ｂとからなるコア２及びコア２に空隙を隔てて
対面するプランジャ４とからなる。柱状部２ｂの中心に
は、プランジャ４とロッド５と弁体６からなる可動部４
Ａを、ノズル体７に形成された燃料の通過を許す燃料噴
射孔部８の上流側のシート面９に、押圧する弾性部材と
してのスプリング１９を挿入保持するための穴が設けて
ある。スプリング１９の上端は、セット荷重を調整する
ためにコア２の中心に挿通されたスプリングアジャスタ
２０の下端に当接している。

【００１３】コア２の柱状部２ｂ側とヨーク３の可動部
４Ｂ側で対面する隙間部は、コイル２３側へ燃料が流出
するのを防ぐために、両者間に機械的に固定されたシー
ルリング２１が設けられている。磁気回路を励磁するコ
イル２３はボビン２２に巻かれ、その外周をプラスチッ
ク材でモールドされている。これらから成るコイル組立
体２４の端子２６は、コア２のつば部に設けた穴２５に
挿入されている。

【００１４】この端子２６は、図示しないコントロール
ユニットの端子と結合されている。ヨーク３の有底部に
は、可動部４Ａを受容するプランジャ受容部２７が開け
られており、その下部にはさらにプランジャ受容部２７
より大径に形成され、ストッパ２８及びノズルガイド部
材２９を受容するノズル受容部３０がヨーク先端まで貫
設されている。

【００１５】可動部４Ａは、磁性材料製プランジャ４
と、一端がプランジャ４に接合されたロッド５とロッド
５に連接する弁体６とよりなるが、ロッド５のプランジ
ャ４側には燃料の通過を許す空洞部５Ａが設けてある。
この空洞部５Ａにはこれに連なる燃料の流出口５Ｂが設
けてある。また可動部４Ａは、プランジャ４の外周がシ
ールリング２１に当接することで、その軸方向の動きを
案内されるとともに、他端部に接合された弁体６のガイ
ド部５Ｄと、このガイド部５Ｄに当接するノズルガイド
部材２９の内周面によって、それぞれガイドされてい
る。このガイド部５Ｄは４面をＤカットされている。ノ
ズルガイド部材２９の内径拡大部２９ａには、弁体６を
ガイドする筒状のガイド部材１３に続いて、弁体６をシ
ートするシート面９及び中央に燃料の通過を許す燃料噴
射孔８が設けられるノズル体７が当接している。可動部
４Ａのストローク（軸上方への移動量）は、ロッド５の
首部の受け面５Ｃとストッパ２８間の空隙の寸法で決定
される。なお、３１はフィルターで燃料中、配管中のゴ
ミや異物がシート側へ侵入するのを防ぐために設けられ
ている。

【００１６】ここに、本発明に係るノズルガイド部材２
９及び該ノズルガイド部材２９に挿入されるガイド部材
１３，ノズル体７の構造と燃料通路の構成について図２
ないし図４（ａ),（ｂ）を用いて詳しく説明する。

【００１７】図３（ａ),（ｂ）に示すように、ノズル体
７は、一端面の中央部に燃料の通過を許す燃料噴射孔８
が開孔されており、この噴射孔８に続いて弁座面である
シート面９が形成される。また、このシート面９に続い
て筒状に延びる開孔部１０がノズル体７の他端面に凸状
に開放されている。この凸部１１の外径はノズル体７の
外径より小さく構成されている。さらに、この凸部１１
には軸心に対してオフセットされた複数個の凹部状の旋
回溝１２が形成されている。

【００１８】図４（ａ),（ｂ）に示すように、ガイド部
材１３は、内部において弁体６をガイドする案内孔１６
が設けられている。また、外形部は、複数個の切欠き部
１７を有する大径部１４と下流の小径部１５よりなり、
大径部１４の端面１４ａはノズルガイド部材２９の支持
部２９ｂに当接し、小径部１５の端面１５ａはノズル体
７の凸部１１に当接している。

【００１９】図３及び図４で説明した、ノズル体７及び
ガイド部材１３は冷間鍛造で成形された後、熱硬化処理
を施される。その後、噴射孔８とシート面９を研削加工
するだけで製造されるため安価になるとともに、寸法バ
ラツキが押さえられて量産化が可能となる。

【００２０】図２は、円筒状のノズルガイド部材２９を
示しており、内径拡大部２９ａ部にガイド部材１３及び
ノズル体７をそれぞれ挿入した状態を示している。１８
は、挿入した際に形成される静定室であり、ガイド部材
１３の切欠き部１７を介して流入する燃料流れの整流が
実施される部位である。

【００２１】加圧された燃料は、弁体６に設けられた空
洞部５Ａから流出口５Ｂを経て流入するが、しかる後ノ
ズル体７の大径部１４に設けた複数個の切欠き部１７か
ら静定室１８に至る。ここで十分整流された燃料は、旋
回通路１２から弁体６とノズル体７の開孔部１０間の環
状空間を経て下流の燃料噴射孔８に向かう。この際、燃
料は旋回通路１２によって軸中心より偏心導入される。
いわゆる、燃料に旋回が付与され燃料噴射孔８に導かれ
る。なお、弁体６とガイド部材１３の内周面との隙間は
微少で、しかもその軸方向長さが十分大きくなるように
構成されており、この部分を流れる燃料はごく僅かとな
る。すなわち、燃料の噴射制御に悪影響を及ぼさないよ
うに設計されている。

【００２２】戻って、図１により本発明に係る燃料噴射
弁１の動作を説明する。

【００２３】燃料噴射弁１は、電磁コイル２３に与えら
れる電気的なＯＮ−ＯＦＦ信号により、可動部４Ａを操
作してシート面９の開閉を行い、それによって燃料の噴
射制御を行う。電気信号がコイル２３に与えられると、
コア２，ヨーク３，プランジャ４で磁気回路が形成さ
れ、プランジャ４がコア２側に吸引される。プランジャ
４が移動すると、これと一体になっている弁体６も移動
してノズル体７の弁座のシート面９から離れ噴射孔８を
開放する。

【００２４】燃料は、図示しない燃料ポンプや燃料圧力
を調整するレギュレータを介して加圧調整され、フィル
タ３１から燃料噴射弁１の内部に流入し、コイル組立体
２４の下部通路、プランジャ４の外周部分、ストッパ２
８とロッド５の隙間からＤカットを施されたガイド部５
Ｄを経て下流に向かう流れと、弁体６に設けられた空洞
部５Ａから流出口５Ｂを経て下流に向かう流れとガイド
部材１３の上流で合流する。その後、ノズル体７の大径
部１４に設けた複数個の切欠き部１７から静定室１８に
至り、ここで十分整流された燃料は、旋回通路１２から
弁体６とノズル体７の開孔部１０間の環状空間を経て下
流の燃料噴射孔８に向かう。この際、燃料は旋回通路１
２によって軸中心より偏心導入される。いわゆる、燃料
に旋回が付与され燃料噴射孔８に導かれる。

【００２５】次に、図５を用いて、筆者らが検討に用い
た筒内直噴ガソリンエンジン６０についてその構成と燃
焼動作の概要を説明する。図は、エンジン回りの要部拡
大図を示している。６１はスロットルバルブを内蔵する
吸入空気量制御装置で、６２は吸入空気量制御装置６１
を取り付ける吸気マニホールドである。６３はシリンダ
ヘッドで、吸気マニホールド６２側に吸気弁６４，中央
部に点火プラグ６５，吸気弁６４と反対側に排気弁６６
が設けられている。

【００２６】本発明に係る筒内燃料噴射装置用の電磁式
燃料噴射弁１は、シリンダヘッド６３の吸気マニホール
ド６２との結合部付近に３０°〜４５°程度傾斜して取
り付けられる。その噴射方向は、燃焼室６７内のピスト
ン６９に設けられたキャビティ６９Ａに向かうように配
置されている。６８はシリンダである。図中の白抜きの
矢印は吸気の流れを示しており、ハッチングの矢印は排
気ガスの流れをそれぞれ示している。

【００２７】本ガソリンエンジンは、負荷によって燃焼
状態を以下のように制御している。部分負荷では後期筒
内噴射（圧縮行程噴射）により成層燃焼を、また、高負
荷では前記筒内噴射（吸気行程噴射）により均質燃焼を
行っている。成層燃焼では点火プラグ６５近傍に濃い混
合気の層を形成させ希薄な混合気の安定燃焼を実現す
る。また、均質燃焼では燃焼室全体に混合気の均質化を
図り、予混合希薄燃焼を実現する。

【００２８】これらは、低燃費と高出力を同時に実現す
ることを狙ったものであり、筒内燃料噴射装置用の電磁
式燃料噴射弁１から噴射される噴霧は、吸気，圧縮行程
時における最適な噴射タイミングに合わせてそれぞれ生
成される。噴射信号は、図示しない制御ユニットがエン
ジンの運転情報に基づいて行う。

【００２９】図は圧縮行程時の燃料噴射の状況を示した
もので、噴霧燃料は燃焼室６７内の点火プラグ６５に向
かうように分散され、速度の小さい小径液滴は、燃焼室
６７内の空気とすみやかに混合が促進される。しかる
後、混合気はさらに圧縮され点火プラグ６５にて安定し
て着火され、未燃焼ガスの排出量が抑制された安定した
希薄燃焼が実現される。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一端が噴射装置本体に固定され該他端部に内径拡大部を
有する筒状のノズルガイド体に、複数個の切欠部を有す
る大径部とこれに連なる小径部及び内部において前記弁
部材をガイドする案内孔を備えるガイド部材と、燃料噴
射孔と弁座部及び該弁座部の上流側に位置する複数個の
凹部状溝を備えるノズル体とを一体的に結合した安価な
弁構造となる。また、それぞれの部材が冷間鍛造にて成
形され熱硬化処理を施されるので、結合時の変形や摺動
による寸法劣化も起こらない。したがって、長時間の運
転によっても噴射精度を維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電磁式燃料噴射弁の縦
断面図。

【図２】本発明の燃料噴射弁の先端部周辺の拡大断面
図。

【図３】（ａ）及び（ｂ）はノズル体の構造を示す縦断
面図及び平面図。

【図４】（ａ）及び（ｂ）はガイド部材の構造をを示す
縦断面図及び平面図。

【図５】本発明の燃料噴射弁を組込んだ筒内噴射ガソリ
ンエンジンの要部拡大図。

【符号の説明】

１…電磁式燃料噴射弁、６…弁体、８…燃料噴射孔、７
…ノズル体、１２…凹部状の旋回溝、１３…ガイド部
材、１７…ガイド部材に設けた切欠き部、２９…ノズル
ガイド部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 門向 裕三 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 山門 誠 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 天羽 清 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 石川 亨 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AA05 AB02 AD12 BA14 BA16 BA17 BA26 BA49 CC06U CC14 CC34 CC37 CC43 CC66 CD21 CE22 CE31

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する
   電磁式燃料噴射弁であって、内部に燃料の流通する燃料
   通路が形成されるとともに、該燃料通路の開閉を行う弁
   部材と、該弁部材が燃料通路の閉止時に当接する弁座部
   とを有してなり、該弁座部の下流側において燃料の通過
   を許す燃料噴射孔とを備えてなる筒内燃料噴射装置にお
   いて、一端が噴射装置本体に固定され該他端部に内径拡
   大部を有する筒状のノズルガイド体に、複数個の切欠部
   を有する大径部とこれに連なる小径部及び内部におい
   て、前記弁部材をガイドする案内孔を備えるガイド部材
   と、燃料噴射孔と弁座部及び該弁座部の上流側に位置す
   る複数個の凹部状溝を備えるノズル体とを挿入してなる
   ことを特徴とする筒内燃料噴射装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の筒内燃料噴射装置におい
   て、前記ガイド部材とノズル体は冷間鍛造にて成形され
   た後、熱硬化処理を施されることを特徴とする筒内燃料
   噴射装置。
3. 【請求項３】内燃機関の燃焼室内に燃料を直接噴射する
   電磁式燃料噴射弁であって、内部に燃料の流通する燃料
   通路が形成されるとともに、該燃料通路の開閉を行う弁
   部材と、該弁部材が燃料通路の閉止時に当接する弁座部
   とを有してなり、該弁座部の下流側において燃料の通過
   を許す燃料噴射孔とを備えてなる筒内燃料噴射装置にお
   いて、一端が噴射装置本体に固定され該他端部に内径拡
   大部を有する筒状のノズルガイド体に、複数個の切欠き
   部を有する大径部とこれに連なる小径部及び内部におい
   て、前記弁部材をガイドする案内孔を備えるガイド部材
   と、燃料噴射孔と弁座部及び該弁座部の上流側に位置す
   る複数個の凹部状溝を備えるノズル体とを挿入すること
   により、前記弁部材の上流側から前記ノズル体の噴射孔
   に至る燃料の通路が形成されることを特徴とする筒内燃
   料噴射装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の筒内燃料噴射装置におい
   て、前記燃料通路は、前記ガイド部材の大径部に設けた
   複数個の切欠き部と、該ガイド部材の小径部の外周面と
   前記ノズルガイド体の内径拡大部の内周面とで形成され
   る静定室と、前記ガイド部材のノズル体側端面と前記ノ
   ズル体の複数個の凹部状溝が当接することで形成される
   旋回通路により構成されることを特徴とする筒内燃料噴
   射装置。