JP2001090637A - 燃料通路用溝付素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】特に小噴霧角で噴射量制御性能を損なうことな
く、微粒化特性に優れた電磁式燃料噴射弁を提供する。 【解決手段】電磁式燃料噴射弁において、ノズル８のシ
ート面１０との間で燃料を計量するボール弁６をガイド
する燃料旋回素子２０の内部に、燃料旋回素子２０の外
周側から内周側に直線的に延び弁軸心に対し偏心した第
２の燃料旋回室２２と、燃料旋回素子２０の内壁面に環
状に設けた第１の燃料旋回室２５とを設けた。また、シ
ート面１０およびその下流に設けたオリフィス９により
第３の燃料旋回室２４を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関用電磁式
燃料噴射弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より燃料噴射弁においては、定めら
れた噴射角、噴射方向のもとで噴霧特性を適正化する必
要が有り、なかでも、微粒化特性の良いことが要求さ
れ、その改善が推し進められてきている。この微粒化特
性を改善したものとしては、例えば、特開平１−１５９
４６０号公報に記載がある。

【０００３】この公報に記載された従来技術では、弁座
の上流側に燃料旋回素子を設けており、燃料噴射孔から
噴射される燃料に旋回力を付与することにより微粒化特
性を改善している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】弁座の上流側に設けら
れた燃料旋回素子によって旋回力を与えられた燃料は燃
料旋回室内で不安定流動（渦流れ）を生じる場合があ
る。この不安定流動は燃料噴射孔に至る燃料の流れを乱
すため、噴射量制御においてその制御精度を損なう一因
になっている。この問題を解決するために弁座の上流側
に不安定流動を抑制するための拡大された環状通路を設
けることが知られている。

【０００５】本発明の目的は、噴射量制御において高い
制御精度で燃料を噴射できる燃料噴射弁を提供すると共
に、製作性の良い燃料噴射弁を供することを両立する点
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、不安定現象抑制用の凹部を旋回素子に
一体に形成するものである。具体的には、下流側端面
に、弁軸心に対してオフセットするように形成した径方
向の燃料通路用溝の他に、弁体貫通用の貫通孔を形成す
る内壁面よりも外周側に広がる凹部を形成し、溝の燃料
出口部を前記凹部の内壁面に開口するものである。ま
た、具体的には、弁軸心に対してオフセットするように
形成した複数の径方向の燃料通路用の溝が形成された端
面に、さらに弁体が貫通する貫通孔を含む部位に前記貫
通孔の径よりも大きな径を有する凹部を一緒に設け、か
くして前記溝と前記凹部と前記貫通孔を前記端面の部位
で繋げたものである。

【０００７】上記手段によれば、燃料を弁軸心に対して
偏心導入する燃料通路の出口部に十分な広さの旋回室が
形成されるので、燃料通路から出た燃料はその旋回方向
の流れを阻害されにくくなり、これによって不安定流動
を生じにくくなる。

【０００８】更に旋回室を径方向燃料通路用溝が形成さ
れた旋回素子（径方向燃料通路用溝が形成された部材）
にまとめて形成したので、製作性が良く、また旋回室の
形状が自由に設定できるという利点がある。

【０００９】また、弁座が形成された面は平面で形成で
きるので弁座部に流れ込む燃料の流通特性が、流れ込む
燃料の量や流速によって不安定になる可能性が少ない。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１ない
し図６をもとに説明する。

【００１１】図１は、本発明の一実施例の電磁式燃料噴
射弁（以下、‘噴射弁’という）の縦断面図である。図
において、噴射弁１は、コントロ−ルユニット（図示せ
ず）により演算決定されたデュ−ティのＯＮ−ＯＦＦ信
号により燃料の噴射を行う。この噴射弁１を動作させる
磁器回路は、有底筒状のヨ−ク３，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とを主要構成品とし
ている。コア２の中空部中心には、プランジャ４とロッ
ド５とボ−ル弁６からなる可動弁７が配設されており、
ヨーク３の底部に嵌合して取り付けられたノズル８に形
成されたオリフィス９のシ−ト面１０に可動弁７を押圧
する為のスプリング１１もコア２の中空部中心に挿入保
持されている。スプリング１１の上端に、セット荷重を
調整するためにコア２の中空部中心に挿入されたスプリ
ングアジャスタ１２が当接している。コア２とアジャス
タ１２の間の隙間から外部に燃料が流出するのを防ぐた
めに両者間にＯリング１３が設けられている。また、同
様にコア２とヨ−ク３の隙間から外部に燃料が流出する
のを防ぐため、Ｏリング１４がヨーク３の内壁面に介装
されている。磁気回路を励磁するコイル１５が、コア２
と一体化した部品に保持されてヨーク３内部に設けられ
ている。ヨ−ク３の底部には可動弁７を取り付けるプラ
ンジャ受容部１６が開けられており、さらにプランジャ
受容部１６の径より大径でそこにストッパ１７及びノズ
ル８を取り付けるノズル受容部１８がヨ−ク３先端まで
貫設されている。可動弁７は、磁性材料製プランジャ４
と、プランジャ４と一体的に形成されたロッド５とロッ
ド５の他端に接合されたボ−ル６と、プランジャ４の上
端開口部に固定された非磁性材からなるガイドリング１
９とを備えている。ガイドリング１９はコア２の先端部
に開けられた中空部の内壁２ａに沿って移動可能に設け
られている。また、ボ−ル弁６はノズル８の中空内壁８
ａ側に設けられた円筒状の燃料旋回素子２０の内壁面２
０ａに案内され、軸方向に移動可能となっている。ノズ
ル８のボ−ル弁６をガイドする円筒状の燃料旋回素子２
０の下流側に、ボ−ル弁６をシ−トするシ−ト面１０が
形成されている。このシ−ト面１０の中央には燃料を噴
射供給するためのオリフィス９が設けられている。さら
に、ノズル８にはオリフィスの下流側に延びる筒状部２
１が形成されている。

【００１２】電気信号は、コイル１５にパルスとして与
えられる。コイル１５に電流が流されると、コア２、ヨ
−ク３、プランジャ４で構成される磁気回路が作動
し、、プランジャ４がコア２側に吸引される。プランジ
ャ４が図１の上方に移動すると、これと一体になってい
るボ−ル弁６が移動してノズル８のシ−ト面１０から上
方に離れオリフィス９を開放する。ここで、ボ−ル弁６
の移動の際のストロ−ク量は、ロッド５の首部の受け面
５ａとストッパ１７間の隙間の寸法で決定される。

【００１３】次に、このように構成した噴射弁１の燃料
の噴射供給について説明する。

【００１４】燃料は、図示しない燃料ポンプや燃圧レギ
ュレ−タにより加圧調整され、噴射弁１の内部に流入し
たのち、コア２の中空部とプランジャ４の外周間、スト
ッパ１７とロッド５の隙間を経て燃料旋回素子２０に至
り、燃料旋回素子２０で旋回を与えられる。その後、燃
料はシ−ト部１０に向い、ボ−ル弁６が開けられたとき
にシート面とボール弁との隙間を経て、オリフィス９か
ら図中下方に噴射される。

【００１５】次に、図２ないし図６を用いて旋回燃料流
れについて詳述する。

【００１６】図２は、ノズル８部分の拡大図であり、本
発明にかかる燃料旋回素子２０が示されている。燃料旋
回素子２０には、軸方向溝２１と径方向溝２２と、更に
径方向溝２２出口部分に新たに設けた第一の燃料旋回室
２５とが形成されている。軸方向溝２１円筒の側面を、
２つの平行な平面で切り取った形状であるＤカット面で
形成してある。これらの溝２１、２２は上方より導入さ
れる燃料の通路であるが、軸方向溝２１を通過した燃料
は径方向溝２２によって弁軸心に対して偏心して導入さ
れる。これにより、燃料にいわゆる旋回力が付与され
る。ここで、ノズル下流の燃料噴射の拡がり角、すなわ
ち噴射角の小さい噴霧を得るためには、燃料旋回素子２
０に設ける径方向溝２２のオフセット（弁軸心と溝の中
心間距離：図５に示される）や溝の幅，深さを調整する
必要が生じる。

【００１７】径方向溝２２のオフセットＬが小さい場合
や、あるいは溝の幅や深さを大きくした場合には渦流れ
を生じ易くなるが、新たに設けた第一の燃料旋回室２５
においてこの変動渦と旋回燃料との十分なミキシングが
行われ、旋回室無効部分の変動渦が回避されるというも
のである。また、この第一の燃料旋回室２５は、その下
流の第二の燃料旋回室２３に比べて旋回室径が大きいの
で、径方向溝２２を通過する燃料の流速を下げた場合で
も該径方向溝２２のオフセットＬを大きくして旋回力を
増大させることができ、その結果、旋回室を有効に使う
ことができる。これにより、未然に変動渦を回避できる
と共に、燃料のミキシングを積極的に促進することが出
来る。

【００１８】本発明の第二の燃料旋回室２３は、図４及
び図６に示した従来例のシ−ト位置上流の環状空間部分
に相当する。すなわち、径方向溝２６出口部からシ−ト
位置までの空間部分である。本発明では、図５に示すよ
うに第一の燃料旋回室２５の出口部からシ−ト位置まで
の環状空間部分がこれである。また、第三の燃料旋回室
２４は、シ−ト位置から下流のオリフィス９を含む空間
部分である。従って、第一の燃料旋回室２５を経た旋回
燃料は、さらに下流の第二の燃料旋回室２３、第三の燃
料旋回室２４を通過することによって完全にミキシング
される。よって、オリフィス９から噴射される燃料は周
方向において均一化され、微粒化が促進されることにな
る。また、あわせて噴射量の安定化が図れる。

【００１９】ガソリンエンジンの燃料供給装置の分野で
は、排気対策、燃費、出力向上などの点から燃料供給を
精度良く制御する必要が有るため、電子制御燃料噴射装
置が急速に増加しつつある。電子制御燃料噴射装置は、
絞り弁の上流に電磁式燃料噴射弁を設けた単点燃料噴射
装置と各気筒ごとに電磁式燃料噴射弁を設けた多点燃料
噴射装置の２種類に大別できるが、単点燃料噴射装置に
ついては過渡時の混合気分配や噴射された燃料の吸気管
内面への付着などによる燃料供給遅れの問題があり、排
気規制対応と運転性への適合に多くの課題を有してい
る。このため、多点燃料噴射装置を採用して、各気筒ご
との吸気弁近くに噴射し、高い制御精度で前述の問題を
解決することが次第に増えてきている。しかしながら、
多点燃料噴射装置においては、電磁式燃料噴射弁が吸気
弁に近くなるために応答性が良い反面、燃料の霧化時間
が少なくなり均質な混合気を形成する点で課題が残る。
また、吸気管内壁面への燃料付着による燃料の輸送遅れ
の問題も少なからず残されている。特に、多点燃料噴射
装置の場合は、電磁式燃料噴射弁を取り付けるスペ−ス
が狭いという幾何学的な制約もあって燃料付着の問題は
エンジンによって様々の形態をとり、その解決が重要な
課題となっている。

【００２０】上述のことより、多点燃料噴射装置用の電
磁式燃料噴射弁においては、定められた噴射角、噴射方
向のもとで噴霧特性を適正化する必要が有り、なかで
も、微粒化特性の良いことが要求され、その改善が推し
進められてきている。この微粒化特性を改善したものと
しては、例えば、特開平１−１５９４６０号公報に記載
のものがある。

【００２１】上記従来技術では燃料噴射孔からの噴霧の
噴射方向は、弁座の上流側に設けられた燃料旋回素子で
与えられる旋回力によって制御されるが、噴射角の小さ
な噴霧を得ようとすると、燃料旋回室内に不安定流動
（渦流れ）が生じる可能性がある。不安定流動が生じる
と、噴霧には周方向において局所的に濃い部分（スジ
状）が出来てしまい粒径が粗大化してしまう。また、こ
のスジ状の噴霧は、噴射量制御においてもその制御精度
を損なう一因にもなっている。

【００２２】上述の実施例によれば、特に小噴霧角でも
噴射量制御を損なうことなく、微粒化特性に優れた電磁
式燃料噴射弁を提供することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、燃料を弁軸心に対して
偏心導入する燃料通路の出口部に十分な広さの旋回室が
形成されることにより、不安定流動を生じにくくなるの
で、噴射量制御において高い制御精度で燃料を噴射でき
る燃料噴射弁を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電磁式燃料噴射弁を示す縦断面図であ
る。

【図２】図１のノズル部分の拡大断面図である。

【図３】本発明にかかる第一の燃料旋回室の要部断面図
である。

【図４】従来例に係る燃料旋回室の要部断面図である。

【図５】本発明にかかる第一の燃料旋回室の燃料旋回素
子部断面図である。

【図６】従来例に係る燃料旋回室の燃料旋回素子部断面
図である。

【符号の説明】

２０…燃料旋回素子、２１…軸方向溝、２２…径方向
溝、２３…第二の燃料旋回室、２４…第三の燃料旋回
室、２５…第一の燃料旋回室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小菅 徳男 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 (72)発明者 大木 博 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 Ｆターム(参考） 3G066 BA03 CC06U CC14 CC15 CC43 CE22

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料噴射弁の弁座の上流側に設けられ、弁
   体が貫通する貫通孔と、弁軸心に対してオフセットする
   ように形成された径方向の燃料通路用溝とを有する燃料
   通路用溝付素子において、 前記部材の下流側端面には前記溝の他に、前記貫通孔を
   形成する内壁面よりも外周側に広がる凹部が形成されて
   おり、前記溝の燃料出口部は前記凹部の内壁面に開口し
   ていることを特徴とする燃料通路用溝付素子。
2. 【請求項２】弁座の上流側に設けられ、弁軸心に対して
   オフセットするように形成された複数の径方向の燃料通
   路を構成する溝と、弁体が貫通する貫通孔と、外周面に
   形成した軸方向の燃料通路用壁とを有し、前記径方向通
   路を前記軸方向通路の下流側で接続した燃料通路用溝付
   素子において、 前記径方向の溝が形成された端面には、さらに前記貫通
   孔を含む部位に前記貫通孔の径よりも大きな径を有する
   凹部が設けられており、 かくして前記溝と前記凹部と前記貫通孔が前記部材の端
   面の部位で繋がっていることを特徴とする燃料通路用溝
   付素子。